WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     |
|

На правах рукописи

Михайлов Илья Сергеевич

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ И СЕМАНТИЧЕСКОЙ ИНТЕРОПЕРАБЕЛЬНОСТИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ МЕТАМОДЕЛЕЙ

Специальность 05.13.11 – Математическое и программное обеспечение

вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2008

Работа выполнена на кафедре Прикладной математики Московского энергетического института (Технического университета).

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор

Игорь Александрович Башмаков

лауреат премии Президента РФ

в области образования

доктор технических наук, профессор

Вадим Николаевич Вагин

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор

Геннадий Семенович Осипов

кандидат технических наук, доцент

Тарасов Валерий Борисович

Ведущая организация: Государственное учреждение «Российский

научно-исследовательский институт

информационных технологий и систем

автоматизированного проектирования» (ГУ

РосНИИ ИТ и АП)

Защита состоится «_20__» ___июня_________ 2008 г. в __18___час. __00___мин. на заседании диссертационного совета Д 212.157.01 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу 111250, Москва, Красноказарменная ул., 13 (ауд. М-704).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (Технического университета).

Автореферат разослан «_19__» ____мая________ 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.01

кандидат технических наук,

доцент

М.В. Фомина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований. Обеспечение интероперабельности информационных систем (ИС) представляет собой актуальную и вместе с тем весьма сложную проблему, возникающую при создании, эволюционировании и интеграции информационных систем. Эта проблема особенно обострилась в настоящее время, поскольку объём сведений, обрабатываемых информационными системами, постоянно увеличивается и необходимо обеспечивать обмен информацией между различными ИС. Актуальность этой проблемы определяется также необходимостью повышения эффективности и упрощения формирования правил указанного обмена.

Сложность этой проблемы состоит в том, что информационные системы, как правило, представляют собой сложные программные комплексы, состоящие из значительного количества информационных единиц (сущностей, атрибутов, связей между ними и т.д.). Для организации обмена данными между ИС необходимо передавать не только отдельные значения конкретных переменных, но и большие массивы связанных между собой информационных единиц. Они должны сохранить свою внутреннюю связность и быть внедрены в систему сущностей другой информационной системы. Также в ходе процесса интеграции необходимо выполнять необходимые преобразования типов данных.

Традиционные методы и средства интеграции информационных систем, основанные на ручном построении правил обмена между ИС и создании соответствующих приложений-конверторов, не отвечают сегодняшним потребностям отрасли и современному уровню развития информационных технологий.

Применяемые приложения-конверторы требуют проведения предварительного детального анализа интегрируемых информационных систем (ИС), что является сложным и длительным процессом. К тому же, используемые программные продукты не обеспечивают гибкости обмена между ИС при изменении их состава, структуры или требований к ним, что приводит к необходимости повторной разработки такого рода приложений. Существенным недостатком такого подхода является невозможность повторного использования знаний об ИС. В результате при возможном осуществлении повторной интеграции ИС потребуется заново провести анализ систем. Отсутствие адаптивности указанного метода к изменяющимся входным условиям объединения ИС может привести к задержке, несвоевременной передаче или даже потере важной информации и создает предпосылки к возникновению аварийных ситуаций в ходе функционирования интегрируемых систем.

В настоящее время активно развивается подход, предполагающий использование метаданных для описания информационных ресурсов. Однако в том виде, в котором данный подход используется многими разработчиками, он обеспечивает лишь описание структур информационных единиц, без анализа их смысла и назначения. На основании такого описания невозможно делать корректные выводы об идентичности информационных единиц и их связей различных систем, функционирующих в одной предметной области. Для формирования заключений необходимо оперировать не только структурными характеристиками объектов информационных систем, но оценивать их смысловое назначение, погружённое в единое информационное пространство определённой предметной области.

Таким образом, можно сделать вывод, что задача разработки методов и средств обеспечения структурной и семантической интероперабельности информационных систем весьма остро стоит перед специалистами. Необходимо создание приемлемых по стоимости, простых и надежных программных продуктов, обеспечивающих интеллектуальную интеграцию информационных систем, функционирующих в рамках одной предметной области.

Следует отметить, что успешное решение задачи обеспечения структурной и семантической интероперабельности информационных систем на основе метамоделей связано с выполнением следующих основных требований:

  • необходимо автоматически извлекать схемы данных интегрируемых информационных систем из их серверов баз данных;
  • следует разработать алгоритмы разрешения возможных противоречий в условиях неполной или неточной информации;
  • необходимо обеспечить минимальные потери информации при осуществлении её передачи между ИС;
  • объём словаря общих знаний о предметной области должен быть достаточно велик;
  • приложение, осуществляющее интеллектуальную интеграцию ИС, должно быть высоконадежным и удобным в эксплуатации;
  • программный комплекс должен быть устойчив по отношению к изменяющемуся составу систем и позволять с малыми временными затратами проводить повторную интеграцию в случае обновления систем или требований к ним;
  • должны быть обеспечены простота установки и низкие затраты на обслуживание разработанной системы;

К числу наиболее перспективных методов интеграции информационных систем, на базе которых может быть разработан программный комплекс, в значительной мере отвечающий перечисленным выше требованиям, относятся методы метаописания семантики информационных ресурсов. Эти методы были положены в основу вновь разработанного программного продукта обеспечения структурной и семантической интероперабельности информационных систем.

Выполненные исследования опираются на результаты работ в области искусственного интеллекта и интеграции информационных систем Д.А. Поспелова, И.А. Башмакова, А. И. Башмакова, Д.О. Брюхова, В.Н. Вагина, Т.А. Гавриловой, А.П. Еремеева, В.Ф. Хорошевского, А.С. Клещева, М.Р. Когаловского, Ю.Ф. Тельнова, В.И. Задорожного, Л.А Калиниченко, М.Ю. Курошева, С.С. Шумилова, И.П. Кузнецова, О.И. Россеевой и др., а также зарубежных учёных T.R. Gruber, M. Uslar, J.F. Sowa, P. Warren, V.R. Benjamins, D. Fensel, M.R. Genesereth, R.E. Fikes, A. Tannenbaum, H. Takeda, J. Ambrosio, T. Wendt, S. Barresi, Y. Rezgui, C. Lima, F. Meziane, M. Ushold, M. Gruninger, G. Van Heijst, A.T. Schreiber, B.J. Wielinga.

Объектом исследования данной работы являются методы обеспечения структурной и семантической интероперабельности информационных систем.

Предмет исследования – информационные системы, модели и методы интеграции информационных систем.

Цель работы. Целью работы является исследование и разработка методов и программных средств обеспечения структурной и семантической интероперабельности информационных систем на основе метамоделей, повышающих эффективность процесса интеграции систем и расширяющих возможности взаимодействия между ними.

Для достижения этой главной цели в диссертационной работе были поставлены и решены следующие основные задачи:

  • экспериментально исследована структура и семантика различных информационных систем нефтяных месторождений, включая ИС, контролирующие телемеханику кустов нефтяных скважин;
  • проанализированы различные языки представления метаданных об информационных ресурсах;
  • обоснованы и исследованы новые методы построения концептуальных моделей информационных систем, состоящих из двух уровней: структурной схемы данных и семантического описания;
  • разработана и экспериментально исследована информационная модель, устанавливающая взаимодействие между двумя интегрируемыми информационными системами;
  • разработаны новые эффективные алгоритмы для построения правил структурного и семантического преобразования системы связанных понятий при её передаче между ИС;
  • разработаны новые алгоритмы разрешения возможных противоречий, базирующиеся на использовании онтологии предметной области;
  • создана онтология предметной области «Нефтедобыча»;
  • создан программный продукт Var Pro Integrator, в составе разработанного программного комплекса Var Pro информационно-измерительной системы «Ультрафлоу», для обеспечения автоматизированной интеграции;
  • создана методика построения правил описания взаимодействия информационных систем;
  • разработан и внедрен программный комплекс Var Pro для информационно-измерительной системы «Ультрафлоу» контроля расходных характеристик потока на скважинах отечественных месторождений;
  • проведены долговременные промысловые испытания разработанных программных продуктов на эксплуатационную надежность на нефтяном месторождении.

Методы исследования. Поставленные задачи решаются с использованием методов математической логики, искусственного интеллекта, онтологического подхода к описанию семантики информационных ресурсов, теории языков программирования.

Достоверность результатов. Обоснованность и достоверность научных положений, методов и выводов подтверждается использованием методов математического моделирования онтологий предметных областей, описания метаданных информационных ресурсов, данными компьютерного моделирования, а также результатами вычислительных экспериментов с помощью разработанного программного комплекса.

Научная новизна. Новые результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

  1. Предложен новый метод обеспечения структурной и семантической интероперабельности информационных систем, основанный на использовании метаданных и онтологии предметной области.
  2. Разработана информационная модель для связи объектов различных ИС, функционирующих в рамках одной предметной области. Предложен новый метод интеграции информационных систем, предусматривающий определение их концептуальных моделей и формирование на этой основе единой метамодели интегрируемых ИС, базирующейся на онтологии предметной области.
  3. Обоснована двухуровневая схема организации концептуальных моделей метаданных информационных систем, создающая эффективные возможности для интеграции и обеспечения взаимодействия данных систем.
  4. Разработаны и исследованы новые алгоритмы интеграции информационных систем и разрешения возможных противоречий при объединении концептуальных моделей информационных систем как на структурном, так и на семантическом уровне.
  5. Разработана и обоснована структура программного комплекса, выполняющего интеграцию информационных систем.

Практическая ценность и реализация результатов работы в промышленности.

Практическая значимость работы заключается в решении задачи интеграции ИС и обеспечении взаимодействия между системами с меньшими затратами, на качественно новом уровне технологических возможностей. Реализованный метод позволяет при однократно выполненной интеграции ИС организовать гибкую трансляцию данных в условиях возможных изменений структуры или состава систем, в отличие от существующих подходов, предусматривающих создание приложений-конверторов для каждой конкретной задачи.

Создан программный комплекс Var Pro Integrator в составе разработанной информационной системы Var Pro измерительной установки «Ультрафлоу», предназначенной для определения расхода компонентов нефтеводогазового потока. В программном комплексе достигнуто существенное улучшение возможности интеграции ИС Var Pro в состав штатных информационных систем нефтяных месторождений на основе: обеспечения автоматизированного построения концептуальных моделей интегрируемых ИС; реализации формирования единой метамодели информационных систем; использования онтологии предметной области с целью разрешения возможных противоречий, возникающих в процессе интеграции; создания правил преобразования систем связанных информационных ресурсов при их трансляции между ИС. В рамках данного проекта разработана онтология предметной области «Нефтедобыча».

Разработанный программный комплекс и измерительная система «Ультрафлоу» были установлены на кусте скважин Уньвинского и Чернушинского месторождений Пермского края и внедрены в состав информационной систем нефтяного месторождения, прошли опытно-промысловую эксплуатацию в течение четырёх лет и в настоящее время используются как штатная информационно-измерительная система. Система сертифицирована Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии РФ и включена в Государственный реестр средств измерений. ОАО «Арзамасский приборостроительный завод» приступил к серийному производству измерительных систем «Ультрафлоу», которые востребованы нефтедобывающими предприятиями.

На основе разработанных методов создан программный комплекс Var Pro Integrator, предназначенный для автоматизированной интеграции информационной системы Var Pro в состав информационных систем нефтяных месторождений. Тем самым решена важная научно-техническая проблема, имеющая большое значение для отрасли информационных технологий.

Pages:     |
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.