Метод построения архитектуры систем интеграции распределенных приложений в АСУ на железнодорожном транспорте

Современный уровень развития информационных технологий и вычислительной техники характеризуется проникновением ИТ во все области жизнедеятельности. Кроме того, стремительное снижение стоимости информационных систем с одной стороны, а также увеличение конкуренции в промышленности с другой, привели к необходимости использования информационных технологий для всех задач промышленного производства. В частности, в последнее время автоматизации подвергаются промышленные процессы, критичные для функционирования предприятия. Таким образом, речь уже не идет об автоматизации отдельных вспомогательных задач, таких как работа с документами, но о задачах, связанных с управлением производством, контролем за опасными процессами и пр.

Необходимо отметить, что особую значимость задачи автоматизации приобретают в тех случаях, когда речь идет о больших объемах информации, сложных в управлении системах, в том числе АСУ, и необходимости минимизации влияния человеческого фактора. К таким системам можно отнести системы управления предприятием, информационные системы, обеспечивающие функционирование транспортных систем, комплексов, системы управления энергокомплексами, системы АСУП и АСУТП.

При этом информационные системы, которые обеспечивают управление транспортными комплексами, являются критичными не только для бизнеса, но и для жизнеобеспечения населения. Это приводит к еще большим требованиям с точки зрения надежности и управляемости, включая вопросы гарантированности доставки необходимой информации. Отсутствие гарантированности ведет к непредвиденным последствиям, так как потеря информации может привести к возникновению чрезвычайных и критических для безопасности ситуаций.

Повсеместная автоматизация бизнес-процессов, кроме того, ведет и к возникновению такого явления, как «лоскутная автоматизация» [1] — ситуации, при которой создание единой информационной системы предприятия или холдинга практически невозможно. Возможны два выхода из такой ситуации — построение информационной системы «с нуля» и создание и использование технологий, позволяющих осуществлять интеграцию разнородных приложений/АСУ в единое информационное пространство.

Наряду с этим, особую важность для информационных систем транспортного комплекса приобретают задачи, связанные с интеграцией существующих и вновь вводимых в эксплуатацию информационных систем. Это связано с непрерывностью работы информационных систем в транспортном комплексе и отсутствием возможности единовременного обновления компонентов информационной системы.

Задача интеграции приложений и АСУ является особенно актуальной особенно в последние десятилетия. По прогнозам [2], рынок этих услуг вырастет в течение ближайших лет более чем на 200 процентов. Вместе с тем, наличие различных подходов к решению задачи интеграции, а также отсутствие формализованных методов их сравнения приводит к ситуации, в которой решение задачи интеграции приложений является затрудненным.

В [3] показано, что задача передачи информации между приложениями и интеграции приложений могут решаться сходным образом. Как показано выше, обе задачи являются чрезвычайно актуальными для крупных корпоративных информационных систем (КИС). Тем не менее, отсутствие методик для решения задачи гарантированной доставки информации и интеграции приложений и АСУ в специфических областях (в частности, при создании информационных систем в транспортных комплексах) приводит к сложности создания таких систем.

Данная работа посвящена анализу проблемы интеграции разнородных приложений и гарантированной доставки информации в крупных КИС транспортного комплекса, созданию методик построения таких систем, а также разработке архитектуры, решающей данные задачи.

В первой главе приведен анализ актуальности задачи гарантированной доставки информации и интеграции приложений в крупных КИС. Рассмотрена взаимосвязь этих задач, а также приведены примеры использования различных технологий доставки информации (сообщений), в том числе и для решения задачи интеграции приложений/АСУ.

Кроме того, в первой главе приведена классификация проблем, препятствующих интеграции приложений/АСУ, проанализирована степень важности этих проблем, а также возможные способы их решения.

Кратко описано возможное использование различных технологий для решения проблемы гарантированной доставки и интеграции. Проанализировано современное состояние проблемы, указаны достоинства и недостатки каждой технологии, описаны возможные применения для различных случаев. Сделан вывод о необходимости создания единого подхода для построения крупных КИС с точки зрения удовлетворения требованиям гарантированности доставки информации и возможной интеграции приложений. Описана постановка задачи, решаемой в данной работе.

Во второй главе обсуждается сужение круга решаемых задач для комплекса проблем, связанных с передачей определенного типа информации — технологической информации. Введен ряд определений, в том числе и определение понятия технологической информации, описаны базовые требования к системе передачи информации в этом случае. Кроме того, описаны требования к управляющим воздействиям на систему передачи технологической информации.

Во второй главе также произведена формализация задачи создания системы передачи технологической информации и интеграции приложений. Введено понятие качества взаимодействия двух приложений, показано каким образом архитектура и параметры системы передачи информации между приложениями могут влиять на качество взаимодействия двух приложений, определена методика выбора архитектуры и параметров системы передачи технологической информации. Рассмотрено расширение понятия качества взаимодействия на случай взаимодействия нескольких приложений. Введено понятие интеграционной архитектуры как архитектуры, решающей задачу интеграции приложений и надежной передачи информации. Показана необходимость разработки такой архитектуры для КИС транспортных комплексов.

Третья глава посвящена описанию непосредственно интеграционной архитектуры. Подробно описаны основные задач, которые должна решать интеграционная архитектура, описаны возможные пути ее построения на базе различных технологий.

Выявлены основные причины выбора MOM в качестве основы для передачи технологической информации в крупных корпоративных информационных системах. Описаны основные характеристики используемых MOM, а также комплекс необходимых доработок для создания полноценной интеграционной архитектуры. Структурированы основные элементы интеграционной архитектуры, особое внимание уделяется системе администрирования и мониторинга. Приведен обзор необходимых для управления транспортной системой функций.

В четвертой главе описаны основные возможности применения интеграционной архитектуры при создании информационных систем в транспортном комплексе. Они иллюстрированы описанием ряда практических примеров использования интеграционной инфраструктуры с примерами внедрений на предприятиях транспортной отрасли. 7.

Заключение

.

Интеграция программных приложений и АСУ, как правило, необходима в следующих случаях:

• При внедрении на предприятии новых информационных систем.

• При объединении предприятий, в том числе предприятий транспортного комплекса.

• В процессе создании единого информационного пространства предприятия.

Задача интеграции приложений/АСУ и передачи информации в распределенных системах тесно связаны и обладают целым рядом общих характеристик.

Проблемы, препятствующие созданию интеграционной архитектуры, имеют как общесистемный характер, так и особенности, характерные для предприятий транспорта. Основными проблемами являются:

• Разнородность приложений и АСУ.

• Распределенность приложений и АСУ.

• Гетерогенность среды, в которой функционируют приложения и/или автоматизированные системы.

• Необходимость обеспечения масштабируемости.

Наряду с рассмотренными выше, к специфическим проблемам транспортного комплекса, в частности, относятся невозможность одновременной замены устаревших информационных систем, необходимость работы с большими объемами информации, необходимость минимизации количества обслуживающего персонала.

В настоящий момент проблема интеграции приложений и передачи информации между приложениями и АСУ решается различными способами использование протоколов обмена файлами, синхронных методов обмена информацией, суррогатных архитектур, технологии MOM).

Многообразие вариантов реализации интеграционной архитектуры показывает необходимость создания методики, позволяющей формализовать процесс выбора основы для интеграционной инфраструктуры и ее основных параметров.

Решение задачи создания интеграционной инфраструктуры в общем виде оказывается невозможным в силу большого количества типов приложений/АСУ, вследствие чего в работе рассматривается сужение задачи до приложений, осуществляющих обмен технологической информацией.

Сужение задачи построения интеграционной инфраструктуры приводит к видоизменению набора проблем, возникающих при ее построении, в частности, возникает проблема гарантированности доставки информации, крайне актуальной на транспортных предприятиях. В работе вводится понятие критической ситуации в СПТИ.

Для формализации процесса выбора наиболее подходящей СПТИ в работе определяется понятие качества взаимодействия приложений/АСУ и привнесенного качества СПТИ.

Качество интеграции.

Количественные характеристики.

QaA2 int. = {Ч, ЧгЯъ-)>где Я, е{0, 1} причем qj в являются характеристиками, показывающими наличие или отсутствием того или иного свойства, необходимого для решения задачи интеграции приложений.

В свою очередь «количественная» составляющая QAXA2exch={b, b2, b3.},.

Где b е Т — максимальное время доставки информации, Ь2 — максимальный процент потерянных сообщений, ЬЗ — периодичность обмена информацией, Ь4 — время блокировки А1 на время передачи/приема информации, Ь5 — время блокировки А2 на время передачи/приема информации и т. д.

Для учета влияния СПТИ в работе рассматривается Q спти, вычисляемое в соответствии с.

Qcnm = Шелти ы." Qcnm ecxh. = { {q, q2, q3.}, {b, Ь2) }.

Качество взаимодействия приложений с учетом СПТИ, определяется в соответствии с выражением.

Qa СПТИ А2 = QaA2 ° Qc-ПТИ.

Для выбора наиболее подходящей из возможных должно быть задано эталонное значение QMAZ. Минимальное расхождение между QAiA2 и QAiA2 и будет являться критерием отбора СПТИ и параметров СПТИ.

В работе также рассматриваются расширения понятия качества взаимодействия для случаев взаимодействия нескольких приложений и случая зависимости качества взаимодействия от времени.

Методика выбора параметров СПТИ иллюстрирована на следующем рисунке.

Этап I.

Тип СПТИ, Д<7 Q.

А1А2 int.

Настройки выбранной.

СПТИ, Aq'.

Этап II.

QaA2 exch. t A q.

Этап III.

Параметры системы администрирования.

В работе также рассматривается базовая архитектура СПТИ на базе MOM. Описаны ее основные компоненты, функциональность клиентских и серверных частей.

В качестве примеров применения разработанных методик и архитектуры в работе рассматриваются следующие основные области применения СПТИ:

• Доставка информации в распределенной системе транспортного комплекса с возможностью оперативного управления ситуацией.

• Интеграция приложений и АСУ с обеспечением гарантированности доставки информации и предоставлением интерфейсов для интеграции вновь разрабатываемых приложений/АС У.

• Взаимодействие между распределенными приложениями с применением механизмов гарантированной доставки файлов.

Таким образом, основными научными и практическими результатами диссертации, выносимыми на защиту, являются:

Проведенный анализ существующих подходов к решению задачи интеграции показывает, что они не удовлетворяют требованиям, к интеграции, выдвигаемым в рамках предприятий транспортного комплекса.

Предлагаемая в работе методика определения качества взаимодействия приложений/автоматизированных систем позволяет количественно оценивать параметры взаимодействия и обосновывать выбор тех или иных способов интеграции.

Предложенная методика позволяет оценивать качество взаимодействия приложений, включая набор «качественных» и «количественных» характеристик, влияние СПТИ на качество взаимодействия как в случае двух приложений, так и при наличии большого количества приложений. Разработанная базовая архитектура систем передачи технологической информации позволяет решать основные задачи предприятий транспортного комплекса в области передачи информации и является адаптируемой к конкретным условиям.

Разработанная формализованная методика выбора параметров базовой архитектуры, использующая численные оценки качества взаимодействия приложений, позволяет производить выбор параметров на основании количественных оценок, а также определять функции системы управления системой передачи информации.

Предложенный в работе набор типовых критических ситуаций, а также методика их выявления и оповещения, позволяют сократить количество случаев выхода параметров системы за установленные границы и повысить адаптивность системы к изменению состояния каналов передачи информации.

Реализованные внедрения СПТИ (Петербургский метрополитен, Октябрьская железная дорога) на основе предлагаемых в работе методик подтверждают их востребованность и адекватность задачам, возникающим на предприятиях транспортного комплекса.