Метод взаимодействия элементов корпоративной информационной системы Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 004.4

А. В. Панькин

МЕТОД ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОРПОРАТИВНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Рассматривается подход к реализации взаимодействия элементов корпоративной информационной системы на основе единой информационной модели. Предложены новые структуры модели и методика оценки стоимости ее построения и использования.

Ключевые слова: корпоративные информационные системы, информационное взаимодействие, представление информации, единая модель.

Введение. Существующие принципы автоматизации предприятий и разработки корпоративных информационных систем (ИС) не обеспечивают в должной мере интеграцию подсистем ИС. Задачи, возникающие при интеграции процессов, приложений и передачи данных в корпоративных ИС достаточно хорошо проработаны [1, 2], чего нельзя сказать об интеграции таких систем на уровне единого информационного пространства. В настоящее время широко используется онтологический подход при работе с данными [3—5]. Существуют различные средства для работы с онтологиями, в том числе инструменты интеграции онтологий. Однако онтологический подход имеет ряд недостатков: в частности, отсутствует формализованное описание данных каждого из интегрируемых компонентов и использование онтологий резко снижает оперативность работы с данными. Это в большинстве случаев приводит к невозможности формирования единого информационного пространства с использованием онтологического подхода.

Для разрешения возникающих противоречий разрабатываются частные достаточно дорогостоящие решения, связанные с разработкой новых (или доработкой существующих) компонентов, обеспечивающих интеграцию данных. Снизить стоимость интеграции компонентов корпоративной ИС можно за счет снижения затрат на разработку программного и информационного обеспечения. В интересах этого предлагается новый метод взаимодействия элементов корпоративной информационной системы.

Основные положения метода. Предлагаемый метод взаимодействия элементов корпоративной ИС основан на построении и использовании динамической информационной модели [6], которая представляет собой модель систем управления жизненным циклом предприятия в реальном масштабе времени. Модель содержит данные, соответствующие фактическим параметрам объекта и среды, в которой он функционирует. Компонентами модели являются динамические информационные модели подчиненных управляемых объектов, каждая из которых отображает, в соответствии с определенной системой правил, состояния информационных объектов и принципы их взаимодействия. С учетом изложенного построение динамической информационной модели корпоративной системы предлагается осуществлять на основе двух взаимосвязанных моделей:

— единой модели представления информации (модель Р) — универсальной информационно-логическая метамодели, предоставляющей программе структуру сущностей предметной области;

— единой модели информационного взаимодействия (модель I) — универсальной ме-тамодели, предоставляющей программе структуру сущностей, содержащихся в информационном сообщении.

Метод взаимодействия элементов корпоративной ИС представляет собой совокупность взаимосвязанных подходов к построению моделей Р и I и приведению информации к единой модели ее представления.

Описание единой модели представления информации. Модель Р может быть представлена как множество классов С и объектов Е, каждый из которых обладает характерным для него множеством свойств К .

Класс с1 е С содержит описание совокупности схожих по своему проявлению объектов. Каждый класс с1 задается множеством свойств, среди которых выделяют следующие: уникальный идентификатор класса, название класса, описание класса, идентификатор базового класса. Между классами определено отношение иерархии: класс с{ есть подкласс класса с]

(а класс с] — суперкласс с1), если мощность множества свойств класса с1 не меньше мощности

, и все свойства класса с{ определены и для класса с.

В свою очередь, каждый объект г[ е Е также представляется множеством свойств ,

среди которых выделяют свойства, аналогичные названным для классов (уникальный идентификатор объекта, название объекта и т.п.).

И классам, и объектам присущи специальные свойства, характеризуемые набором определенных параметров.

Подробное описание классов, объектов и свойств, составляющих структуру единой модели представления информации, приведено в работе [6].

Описание единой модели информационного взаимодействия (модель I). Предлагаемая единая модель [6] определяет формат данных, передаваемых между элементами корпоративной ИС. Передача данных осуществляется в форме сообщений об объектах, описываемых сущностями.

Множество всех сущностей обозначается как £ . Каждая сущность ^ е £ представляется множеством атрибутивных и предметных ключей. Атрибутивными ключами, хранящими значения типичных свойств объекта, являются: уникальный идентификатор сущности, название сущности, описание сущности и т. д. Предметными являются ключи, хранящие значения свойств, характерных для конкретной предметной области, к которой принадлежит объект.

Для реализации модели I спроектирована совокупность программных классов, использование которых позволяет строить информационные классы прикладной области. Упрощенная структура модели показана на рис. 1.

множества свойств класса с ]: \сЛ > с ]

J \ 1 \ ]

Рис. 1

За основу построения модели I взята объектно-ориентированная парадигма. Информация, предназначенная для обмена между компонентами системы, преобразуется к виду, представляющему собой список объектов (класс „Список объектов") и иерархию их свойств (класс „Список свойств"). Связи между объектами описываются с использованием списка отношений (класс „Список отношений"). Все элементы модели объединяются с помощью класса

„Объединение". Подробное описание структуры единой модели информационного взаимодействия приведено в работе [6].

Полученная модель представления данных позволяет осуществлять обмен любыми данными между элементами корпоративной ИС.

Оценка стоимости построения и использования модели информационного взаимодействия. Исходя из назначения модели информационного взаимодействия к основным операциям, выполняемым в процессе ее использования, можно отнести операции доступа к данным. К таким операциям, в первую очередь, относится поиск элемента модели и добавление элемента в процессе построения модели.

Стоимость* построения и использования модели I определяется числом (Ы) уровней ее иерархической структуры и количеством элементов (п) уровня [7, 8]. На рис. 2 и 3 графически показаны соответственно зависимость стоимости (V) поиска элемента модели и зависимость стоимости ее построения (V) от числа уровней для моделей, содержащих 500, 700, 900, 1000, 2000, 3000, 4000 и 5000 элементов.

Рис. 2 Рис. 3

Как видно из рис. 2, для модели, содержащей до 1000 элементов, достаточно низкая стоимость поиска обеспечивается при N = 3, а с увеличением количества элементов — при N > 4; при N > 7 стоимость поиска практически не зависит от числа элементов модели.

В соответствии с графиками, представленными на рис. 3, при увеличении числа уровней модели происходит резкое увеличение стоимости ее построения: наибольший рост стоимости наблюдается при N > 4 и п > 1000.

В результате оценки стоимости построения и использования модели информационного взаимодействия установлено следующее:

— не рекомендуется построение одноуровневой модели при любом количестве ее элементов, что связано с высокой стоимостью использования модели;

— нецелесообразно использовать многоуровневую модель при N > 4 и любом п, что связано с высокой стоимостью ее построения;

— при п < 1500 наиболее эффективной является трехуровневая модель, а при п > 1500 — четырехуровневая.

Полученные результаты рекомендуется использовать при выборе оптимальной структуры модели взаимодействия элементов корпоративной информационной системы.

Под стоимостью понимается совокупность ресурсов (материальных, человеческих, временных и т.п.), затрачиваемых на реализацию функций модели; расчет стоимости производится в относительных единицах.

Общая методика приведения информации к единой модели ее представления.

Исходная модель данных любой подсистемы может быть представлена как конечное множество элементов Н = Н0 ^ НР, где Н0 — множество элементов, содержащих информацию

об объектах, НР — множество элементов, содержащих информацию о свойствах объектов.

Процесс приведения информации к единой модели ее представления (модели Р) включает в себя следующие этапы.

Этап 1. Формирование подмножества полей, содержащих информацию об объекте (объектах).

Этап 2. Формирование подмножества полей, содержащих информацию о свойствах объекта (объектов).

Этап 3. Определение соответствия объектов и их свойств, в рамках которого для объектов устанавливается отношение „обладать свойством", а для свойств — отношение „принадлежать объекту".

Этап 4. Построение единой модели на основе сформированных подмножеств объектов, свойств объектов и установленных отношений.

При построении модели Р предусмотрены следующие действия:

— построение множества элементов Е модели на основе сформированного множества объектов; для преобразования 1-го элемента И множества Н0 используется функция / :

е.- = МЩ ), И е Н0, е1 е Е;

— построение множества элементов К модели на основе сформулированного множества

Р s

свойств объектов; для преобразования и-го элемента множества Н используется функция /2:

к = /2 (И ), Ии е НР .

Функции преобразования определяются типом данных, над которыми производится преобразование.

Анализ метода взаимодействия элементов корпоративной ИС. Применение единой модели информационного взаимодействия позволяет существенно снизить стоимость интеграции компонентов системы по сравнению с существующими методами, что достигается за счет описания предметной области на основе известных принципов объектно-ориентированного подхода.

Выбор оптимальной структуры единой информационной модели базируется на новых правилах, разработанных на основе оценок стоимости построения и использования модели в зависимости от ее параметров (числа уровней иерархической структуры и числа элементов на каждом уровне).

Оригинальность методики приведения информации к единой модели ее представления состоит в разработке новых правил сведения любой информационной модели к линейному множеству с сохранением ее структурных свойств. Такой подход позволяет прогнозировать ресурсные затраты на формирование единого информационного пространства для успешного взаимодействия элементов корпоративной ИС.

Рассмотренный метод применен в СПИИРАН при реализации функциональной системы освещения обстановки в составе интегрированной автоматизированной системы управления [9], при реализации оперативно-тактического тренажера [10] и при разработке концепции развития корпоративной ИС ООО „Ямбурггаздобыча" [11].

78

В. В. Михайлов, И. С. Селяков, Т. Н. Соловьева

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Платформа интеграционного программного обеспечения WebSphera [Электронный ресурс]: <http://www.ibm.com/developerworks/websphere/zones/businessintegration/bigpicture.html>.

2. Программа интеграции данных с открытым исходным кодом [Электронный ресурс]: <http://www.talend.com/ index.php>.

3. Dieng R., Hug S. Comparison of "personal ontologies" represented through conceptual graphs // Proc. of the 13th ECAI. Brighton (UK), 1998. P. 341—345.

4. Madche A., Staab S. Measuring similarity between ontologies // Proc. of the 13th Intern. Conf. on Knowledge Engineering and Management (EKAW—2002), Siguenza, Spain, 2002, Oct. Springer-Verlag, 2002.

5. Euzenat J., Shvaiko P. Ontology Matching. Berlin Heidelberg (DE): Springer-Verlag, 2007. P. 333.

6. Панькин А. В. Информационная система как основа поддержки принятия решения // Инновации. 2003. № 8(25). С. 61—64.

7. Вирт H. Алгоритмы + структуры данных = программы. М.: Мир, 1985. 406 с.

8. Кнут Д. Искусство программирования для ЭВМ. Т. 3. Сортировка и поиск. M.: Мир, 1976. 736 с.

9. Программно-алгоритмический комплекс (ПАК) автоматизации процесса управления функциональной системой освещения обстановки интегрированной системы управления ВМФ (шифр „Алеврит") [Описание программно-алгоритмического комплекса]. СПб: ЗАО „СПИИРАН — НТБВТ", 2007.

10. Методика использования оперативно-тактического тренажерного комплекса для проведения учебных занятий практического обучения в системе образовательного процесса и мероприятий оперативной подготовки ВМФ в Военно-морской академии. СПб: ЗАО „СПИИРАН — НТБВТ", 2009.

11. Концепция развития корпоративной информационной системы ООО „Ямбурггаздобыча": Пояснительная записка к техническому заданию. - СПб: ЗАО „СПИИРАН — НТБВТ", 2007. 104 с.

Сведения об авторе

Андрей Владимирович Панькин — СПИИРАН, лаборатория объектно-ориентированных геоинформационных систем; ст. науч. сотрудник; E-mail: pankin@oogis.ru

Рекомендована СПИИРАН Поступила в редакцию

09.07.10 г.

УДК 681.3.06

В. В. Михайлов, И. С. Селяков, Т. Н. Соловьева

ПРИМЕНЕНИЕ МНОГОАГЕНТНОГО ПОДХОДА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ БИОРЕСУРСОВ

Рассмотрены особенности биоресурсов как объектов агентного моделирования. Представлен обзор основных подходов к построению многоагентных систем. Приведены примеры разработки моделей на базе стандартного пакета моделирования и специально разработанного симулятора.

Ключевые слова: биоресурсы, многоагентная система, архитектура интеллектуального агента, пакеты моделирования, симуляторы.

Введение. Многоагентный подход является относительно новым и чрезвычайно быстро развивающимся направлением имитационного моделирования. Подход состоит в представлении компонентов моделируемой системы в виде отдельных, относительно независимых объектов — интеллектуальных агентов, каждый из которых имеет свои цели и задачи. Агенты имеют возможность взаимодействовать друг с другом и окружающей средой, обмениваться