И.С. Михайлов

(Москва, Московский энергетический институт (ТУ), Россия)

Под интероперабельностью информационных систем понимается их способность к совместному использованию, совместной деятельности для решения задач.

Информационные системы в настоящее время широко используются во многих отраслях науки, образования, промышленности. Развитие средств электронных коммуникаций и вычислительных сетей обеспечивает возможности и создает предпосылки для экономической, социальной, научной и образовательной интеграции в масштабах организаций, государств и всей планеты. С развитием предприятий возникает необходимость объединения их бизнес-процессов и интеграции их информационных систем.

В настоящее время, как правило, существенное расширение области охвата ИС обычно приводит к ее перепроектированию и перереализации. Как правило, повторно используются лишь знания экспертами предметной области.

Главным выводом является то, что задача эволюционирования и интеграции информационных систем актуальна, как в рамках предприятия, так и в глобальном масштабе.

В качестве подхода, который позволил бы решить как имеющиеся проблемы создания больших информационных систем, так и проблемы интеграции информационных систем, можно рассматривать методологию создания интероперабельных ИС. При использовании данного подхода необходимо обеспечить однозначность отображения сущностей информационных систем и отношений между ними, то есть интероперабельность компонент ИС. Различают два типа интероперабельности: структурный и семантический.

Интероперабельность ИС на структурном уровне означает способность к структурному согласованию их сущностей. Данный аспект связан с обеспечением единого понимания структур данных различными взаимодействующими ИС. Семантическая интероперабельность характеризуется способностью к поведенческому согласованию. Эта сторона интероперабельности требует использования онтологического подхода и метаданных, разработанных на его основе.

Таким образом, для успешной интеграции ИС, необходимо описать модели структур этих систем и правил их взаимодействия, для дальнейшего их использования.

В работе был выбран подход концептуального метамоделирования. Он заключается в явном представлении метаданных в информационных системах, и определении отображения между информационными системами в терминах концептуальных словарей ИС. Включение концептуальных словарей (относящихся к предметной области ИС) в состав самой ИС позволяет значительно повысить ее интеллектуальность и гибкость.

Для реализации данного подхода была выбрана технология XML, в силу удобства и открытости стандартов и широких возможностей по формализации описания различных структур. Однако основное ограничение XML состоит в том, что он лишь описывает грамматику, и выделить семантическую единицу в конкретной предметной области нельзя, поскольку этот язык ориентирован на структуру документа и не предполагает общей интерпретации данных, содержащихся в нем. XML оказывается слишком гибким средством описания данных и одну и ту же информацию позволяет разметить совершенно различными способами.

Для решения проблемы семантической интероперабельности предлагается использовать модель Resource Description Framework (RDF). Основополагающим для RDF является понятие модели данных. Это есть набор фактов и семантических связей между ними.

Механизмом для реализации объектно-ориентированного подхода к метамоделированию является онтология. Для определения дополнительных соотношений между сущностями информационных систем предлагается использование онтологии предметной области. Описание онтологии, как и метаданных ИС, осуществляется на основе технологии XML и модели RDF. В данной работе онтология разрабатывалась в соответствии со стандартом IDEF5.

Поскольку знания, хранящиеся в информационных системах структурированы, представляется возможным автоматическое построение моделей и метамоделей этих знаний. В данном проекте разработан алгоритм автоматического задания метаданных информационных систем, и алгоритм интеграции информационных систем на основе полученных метамоделей.

В рамках данной работы осуществлена интеграция БД системы измерений (СИ) параметров нефте-водо-газовой смеси “Ультрафлоу”, с программным комплексом Var Pro, и АСУ ТП АДКУ 2000 Уньвинского нефтяного месторождения. Var Pro представляет собой информационную систему измерительного прибора. Данная система в режиме мониторинга опрашивает мультифазный расходомер “Ультрафлоу”, установленный на кусте скважин, и ведёт архив измерений. Также система предоставляет пользователю результаты измерений за отчётный период (или за период, определяемый пользователем) в табличных или графических формах, осуществляет действия по диагностике системы и т.д..

ИС АДКУ 2000 является штатной информационной системой нефтяного месторождения. Данная система объединяет показания всех измерительных систем кустов нефтяных скважин, управляемых контрольной автоматикой, и предоставляет операторам Контрольно-Измерительного Пункта результаты их измерений. Результаты могут быть представлены в текстовых (табличной) и графических формах.

В данном случае под задачей интеграции понимается внедрение ИС Var Pro в ИС АДКУ 2000. То есть определение структурных и семантических отображений концептов и связей между ними Информационной Системы “Ультрафлоу”, в концепты и связи между ними ИС АДКУ 2000. Данные отображения определяются в терминах языка XML с использованием RDF модели.

Для выполнения поставленной задачи проведён анализ предметной области, создана онтология “Нефтедобыча”. С помощью программы Var Pro Integrator определены метаданные для БД UltraBase и АДКУ 2000 в терминах словаря концептов построенной онтологии. Для определения метаданных используются язык XML и модель RDF. После выполнения алгоритмов программа Var Pro Integrator выдаёт схемы интеграции.

Она изменяет в соответствии с этими схемами настройки программы Var Pro, и Var Pro добавляет новые данные, полученные с СИ “Ультрафлоу” также и в базу АДКУ 2000. В результате, на основе изложенных выше концепций, осуществляется интеграция баз данных.

В работе показана актуальность проблемы интеграции в корпоративных информационных системах. В этой проблеме выделены структурный и поведенческий аспекты ее решения. Решение проблемы интеграции КИС осуществляется на основе методов концептуального моделирования с использованием технологий XML и RDF.

Основные теоретические результаты:

1. Проведено сравнение и анализ известных подходов к системному моделированию, основанных на объектной идеологии.

2. Построена информационная модель метаданных ИС.

3. Разработан алгоритм определения метаданных ИС с использованием технологий XML и RDF.

4. Построена онтология предметной области по методологии IDEF5.

5. Разработан алгоритм поиска структурных и семантических отображений ИС.

Основные практические результаты.

Практической целью данной работы являлось применение теоретических концепции обеспечения структурной и семантической интероперабельности информационных систем.

С этой целью в рамках проекта “Ультрафлоу” был создан программный продукт Var Pro Integrator. В его задачи входит интеграция информационной системы Var Pro многофазного расходомера “Ультрафлоу” в состав штатной информационной системы нефтяного месторождения. В результате изложенного в работе комплекса действий были получены следующие основные результаты:

1. Онтология предметной области “Нефтедобыча” представлена в формате построенной информационной метамодели.

2. Определены метаданные для информационных систем Var Pro и ИС АДКУ 2000.

3. Установлены семантические соответствия между сущностями данных информационных систем.

4. Установлены структурные соответствия и правила структурного преобразования сущностей.

5. Установлено наличие необходимых связей между сущностями на основе онтологии предметной области.

6. Построены семантические и структурные преобразования концептов Var Pro в концепты АДКУ2000.

7. Построены шаблоны запросов на добавление информации из ИС Var Pro в АСУ ТП АДКУ2000.

8. Достигнут необходимый уровень интероперабельности ИС Var Pro.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дейт К. Дж. Дейт. “Введение в системы баз данных”, 7-е издание. Издательский дом “Вильямс”, 2001. 1072с.

2. “Интероперабельные информационные системы: архитектуры и технологии.” Брюхов Д.О., Задорожный В.И., Калиниченко Л.А., Курошев М.Ю., Шумилов С.С., СУБД №4/95, http://www.csu.ac.ru/osp/dbms/1995/04/source/interop.html.

3. Когаловский М.Р. “Перспективные технологии информационных систем”, Москва ИТ-Экономика, 2003. 288 с.

4. Кузнецов С. “Информационная система: как её сделать?”, Computer World #1/96.

5. Кузнецов С. “Подходы к интеграции баз данных и Internet, материалы технической конференции “Корпоративные Базы Данных 2000””, Центр Информационных Технологий.

6. Н. Питц-Моултис, Ч. Кирк “XML”. СПб, БХВ-Петербург, 2001, 736 с.

7. Буч Г. “Объектно-ориентированный анализ и проектирование”. Сп-б, Бином. 2000 г. 560 с.

8. Когаловский М.Р. “Абстракции и модели в системах баз данных”//СУБД №4-5/98.

9. Naumenko A “Truine Continuum Paradigm: a paradigm for general system modeling and its applications for UML and RM-ODP”, EPFL, Lausanne, 2002

10. Naumenko A., Wegmann A. “MDA ans RM-ODP: two approaches in modern ontological engeneering”, EPFL, Lausanne, 2002.