Подход к созданию распределенных информационно-расчетных систем с динамической структурой базы данных

Широкое применение сложных технических средств для решения различных задач в промышленности, бизнесе, военном деле и т.д. привело к созданию организационнотехнических систем различного назначения, представляющих собой совокупность технических объектов и эксплуатирующих их коллективов людей, объединенных едиными целями, решающих общие задачи по установленным единым правилам.

Современный этап развития организационно-технических систем (ОТС) характеризуется устойчивыми тенденциями к увеличению объемов данных, накапливаемых в процессе их функционирования, сложностью и динамичностью структуры ОТС, повышению требований к оперативности и адекватности решений, принимаемых для

управления ОТС. Без автоматизации процессов управления сложными ОТС невозможно их эффективное функционирование. Такое управление подразумевает в первую очередь сбор информации о состоянии элементов ОТС, расчет некоторых целевых показателей их функционирования, выявление и прогноз проблемных ситуаций и принятие соответствующих управленческих решений.

Средством автоматизации процессов сбора, обработки и отображения информации об организационно-технических системах являются информационно-расчетные системы (ИРС) - информационные ресурсы и программно-аппаратные средства обеспечения эффективного функционирования ОТС. Учитывая сложность ОТС, динамический характер ее структуры и связей между ее элементами, возможные изменения состава и важности задач и требований к их решению, ИРС нуждаются в постоянном развитии. В связи с этим проектирование и выбор средств реализации ИРС требуют подходов, которые обеспечивали бы, с одной стороны, оперативную коррекцию информационного и программного обеспечения ИРС, а с другой - минимизировали бы затраты на эти изменения.

Назначение и структура информационно-расчетной системы

Информационно-расчетная система (ИРС) предназначена для сбора, обработки, накопления и отображения информации о функционировании ОТС, а также подготовки к принятию решений по управлению ею.

Структура ИРС включает (см. рис. 1):

• -    базу данных (БД), хранящую информацию об ОТС;

• -    программные модули, обеспечивающие ввод информации, проведение необходимых расчетов на основе информации БД и визуализацию необходимой информации;

• -    интерфейс системы, представляющий собой средство взаимодействия пользователей ИРС с ее информационной и программной составляющими.

Рис. 1 . Общая структура ИРС

Учитывая особенности построения и функционирования ОТС, ИРС можно классифицировать:

• -    по степени охвата бизнес-процессов ОТС, контролируемых ИРС - полно-контролирующие и частично-контролирующие;

• -    по распределенности информационных ресурсов ИРС - сосредоточенные и распределенные;

• -    по принципу сбора информации о состоянии ОТС - с автоматическим, автоматизированным и ручным сбором информации;

• -    по количеству каналов ввода информации в ИРС - с единым каналом и с множеством каналов ввода информации;

• -    по технологии ввода информации в ИРС - на основе обмена файлами о состоянии элементов ОТС и на основе веб-технологий;

• -    по технологии реализации программного обеспечения ИРС - на основе файл-серверных, клиент-серверных и веб-приложений.

Серия «Сложные системы …». Выпуск 1

Принципы формирования базы данных с динамической структурой для информационно-расчетных систем

Ключевым элементом ИРС является ее база данных, структура и характеристики которой определяют основные возможности и характеристики ИРС в целом.

При разработке современных автоматизированных систем в основном используется стандартный подход к проектированию БД, направленный на достижение в ней определенной степени нормализации [1]. Этот подход уместен в тех случаях, когда заранее известны и формализованы данные, которые должны храниться в БД и обрабатываться. В современных развивающихся ИРС всё чаще требуется хранить разнородные данные, перечень полей в БД при этом заранее не известен. В этом случае возможно использование так называемых NOSQL СУБД [2], в которых, в отличие от реляционных, структура данных не регламентирована, а в отдельной строке или документе можно добавить произвольное поле без предварительного декларативного изменения структуры всей таблицы. Однако применительно к БД ИРС требуется сохранять строгую логическую взаимосвязь объектов и их свойств. В таких случаях целесообразно объединение достоинств обоих подходов (рис. 2).

Рис. 2 . Модели СУБД

Кроме того, в технических заданиях на разработку автоматизированных систем специального назначения [3], включая ИРС, часто прописываются конкретные требования к типу СУБД (MySQL, PostgreSQL и т.п.), на основе которой требуется разрабатывать систему, при этом требования к данным нечеткие, неопределенные, и перечень этих данных может со временем изменяться. Главным требованием к БД ИРС являются ее масштабируемость и высокая скорость обработки данных. В таких случаях имеет смысл применять гибкую структуру данных в БД, которая будет являться универсальной для хранения разнородной информации с сохранением логической целостности данных. При этом допускается, что типы данных известны заранее, а перечень хранимых полей – нет.

БД с динамической структурой описывает любую древовидную систему данных, в которой каждый её узел может иметь свой абсолютно индивидуальный набор свойств, описывающий его. При этом перечень свойств объектов, как и сама иерархическая структура этих объектов, заранее не известна и ее описание предполагается на этапе внесения информации. Однако следует отметить, что за гибкость и универсальность системы в ее развитии должен отвечать исключительно разработчик, учитывая определенные сложности при разработке приложений. На первоначальном этапе разработка ИРС становится более сложной, занимает больше времени и ресурсов. Однако это гарантирует в дальнейшем более легкую адаптацию системы к новым данным.

При разработке универсального интерфейса взаимодействия с БД появляется возможность повысить надежность программного обеспечения и информационную безопасность, сократить количество ошибок. Этот подход приводит к повышению оперативности отладки приложения и сокращению времени на его разработку.

Заключение

Рассмотренный подход к созданию и применению ИРС позволяет оперативно реагировать на изменения структуры и состава задач динамических ОТС. Сокращение времени и ресурсов на доработку программных средств ИРС позволяет значительно повысить эффективность ее применения.

Предлагаемый подход был реализован при создании информационно-расчетной системы управления повседневной деятельностью космических войск. Разработанный программный комплекс обеспечивает сбор, хранение и выдачу разнородной целевой информации, проведение необходимых расчетов для ее анализа, контроль своевременности получения исходных данных и разграничение прав доступа к информации. Достоинством системы является отсутствие необходимости вносить изменения в программный код при изменении организационной структуры.

Рассмотренная технология создания, поддержки и модернизации БД обладает высокой практической значимостью для реализации сложных информационных систем в различных прикладных областях.