Введение
В рамках федеральной целевой программы “Мировой океан” создается Единая Государственная Система Информации об обстановке в Мировом океане (ЕСИМО). В основу ЕСИМО [1] заложена идея создания единого распределенного информационного пространства в области обстановки в Мировом океане.
В настоящее время в ЕСИМО разработана и внедрена технология, интегрирующая распределенные информационные ресурсы в области морской среды и морской деятельности в виде системы распределенных баз данных (СРБД) ЕСИМО. Программная реализация технологии интеграции построена на клиент-серверной модели и состоит из программных комплексов Поставщик Данных и Сервер Интеграции [13]. Обмен данными в технологии осуществляется посредством транспортного файла данных, генерируемого источником данных на основании сообщения-запроса, полученного программным комплексом Поставщик Данных от программного комплекса Сервер Интеграции. Поставщик данных делает доступной локальную систему данных для других объектов технологии, производит отображение локальных систем кодирования в общесистемные через специальные конфигурации. Таким образом, Поставщик данных генерирует информационные ресурсы (наборы данных) от локальной системы данных.
Инфраструктура ЕСИМО представляет собой сложную совокупность разнородных компонентов. Каждый компонент представляет собой IP -адресуемый комплекс средств (программный комплекс, измерительный комплекс, база данных и др.), осуществляющий определенный процесс обработки данных и характеризуемый входными данными, бизнес - логикой и выходными данными. Все компоненты различные протоколы взаимодействия с ними, построены по разным технологиям и имеют уникальные интерфейсы. Таким образом, возникает проблема взаимосовместимости компонент. Возникает сложность интеграции компонент, избыточность программного кода компонент и сложность создания гибкой масштабируемой системы.
Другая проблема заключается в том, что на данный момент ЕСИМО построена по принципам двух - уровневой иерархической модели. Это означает, что управление распределенными источниками данных и доступ к ним осуществляется через один информационно – телекоммуникационный узел. Это вызывает:
- рост нагрузок на узел в связи с концентрацией всех средств информационного взаимодействия и обслуживания в одной точке, что снижает скорость выполнения запросов и надежность работы системы;
- рост затрат времени на сопровождение системы в одном узле, затруднение расширения и введения поставщиков данных в систему;
- увеличение трафика из-за “пропускания” всех потоков информации через один центральный узел, эти нагрузки будут расширяться в связи с планируемым расширением регионального применения системы.
В связи с этим необходимо рассматривать более эффективную архитектуру системы на основе сетевой модели, которая заключается в рассредоточении компонент ЕСИМО во взаимодействующих информационно-технологических узлах системы, поддерживаемых центрами ЕСИМО.
В течение последних нескольких лет значительный интерес вызывает новый подход к построению информационных систем - сервис - ориентированная архитектура (СОА), основанный на использовании сервисов (служб) со стандартизованными интерфейсами [11]. Для решения задачи построения сетевой архитектуры, а так же для разрешения проблемы взаимосовместимости компонент было принято решение о построение инфраструктуры ЕСИМО по принципам СОА - сервис – ориентированной инфраструктуры ЕСИМО (СОИ ЕСИМО). Применение сервис - ориентированного подхода при построении инфраструктуры ЕСИМО позволит, как предоставить различным пользователям доступ к данным по морской природной среде и морской деятельности, так и организовать удалённый вызов методов их обработки, функционирующих на стороне поставщика данных. Ориентация на сервисы позволит предоставлять пользователям механизмы обработки данных, в то время как технически детали обработки и логика алгоритмов будут скрыты.
Краткий обзор существующих реализаций
В настоящее время СОА получает все большее распространение во многих областях индустрии информационных технологий. Такая проблема как, разрозненность различных наборов данных в рамках задачи интеграции информационных ресурсов потребовала унификации используемых стандартов и формирования распределенной информационной среды [2].
В рассматриваемой предметной области примером существующей реализации инфраструктуры, основанной на принципах и подходах СОА, является концепция SDI[3] (Spatial Data Infrastructure) – инфраструктура пространственных данных. Основными задачами развития данной концепции являются: построение глобальной инфраструктуры информационных технологий и геоданных; гармонизация спутниковой информации; использование согласованного набора стандартов, понятных всем участникам данной системы; интероперабельность между независимо созданными приложениями и совмещение их интерфейсов и форматов данных; поддержка единой политики доступа к данным. Одной из реализации концепции SDI является проект США NSDI[4] (National Spatial Data Infrastructure) – национальная инфраструктура пространственных данных. Основными целями данной программы являются: совершенствование механизма доступа к данным путем организации центров информационного обмена и создания баз метаданных; создание баз пространственных данных; создание тематических данных, критически важных для государства; координация сбора и использования пространственных данных.
В Европе реализацией SDI является проект INSPIRE[5] (Infrastructure for Spatial Information in Europe) – Глобальной геоинформационной инфраструктуры данных в Европе. Разработан геопортал INSPIRE, основной целью которого является создание основы единой Европейской инфраструктуры пространственных данных, формируемой за счет интеграции пространственной информации и сервисов с использованием единых стандартов и протоколов обмена данными [15]. Проекты, аналогичные NSDI и INSPIRE, были созданы в ряде таких стран как Китай (Geospatial Data Infrastructure), Канада (Canadian Geospatial Data Infrastructure), Испания (Spanish National Spatial Data Infrastructure), Индия (Indian National Spatial Data Infrastructure).
Попыткой создания инфраструктуры, объединяющей организации стран Европы в единую информационную сеть, где каждый поставщик услуг равноправен, является система SSE[6] (Service Support Environment) – среда поддержки сервисов. Основу среды составляют сервисы, которые базируются на технологии web – сервисов[7]. Целью создания SSE является реализация открытой сервис - ориентированной распределённой среды между потребителями и поставщиками информации, позволяющей интегрировать данные наблюдения за Землёй, метеорологические данные и данные геоинформационных систем [14].
В качестве единых стандартов и протоколов обмена данными в приведенных реализациях концепции СОА предпочтение отдается таким стандартам как ISO[8] (International Organization for Standardization) – международная организация по стандартизации, OGC[9] (Open Geospatial Consortium) - Открытый геопространственный консорциум, W3C[10] (World Wide Web Consortium) - Консорциум Всемирной паутины.
Методы и средства СОИ ЕСИМО
Применение методов и средств СОИ ЕСИМО позволит организовать унифицированное взаимодействие между компонентами, производить новые компоненты из ранее созданных, образовывать новые узлы путем комбинации существующих компонент. Такая информационная и программная взаимосовместимость достигается за счет применения технических спецификаций, web-сервисов, протоколов информационного и программного взаимодействия компонент через web-сервисы и специализированного программного обеспечения – сервисной шины СОИ ЕСИМО.
Сервисная шина СОИ ЕСИМО- специализированное программное обеспечение, позволяющее инкапсулировать web-сервисы компонент СОИ ЕСИМО и обеспечивающее доступ к этим сервисам через единую точку. Шина обеспечивает взаимосвязь между различными зарегистрированными в системе web-сервисами ЕСИМО по единому протоколу взаимодействия [12]. Использование единой сервисной шины позволит избавиться от таких проблем, как:
- необходимость соединять web-сервисы друг с другом напрямую;
- проблема огромного количества разнородных связей между web-сервисами;
- необходимость создания конвертеров данных из формата одного сервиса в форматы каждого сервиса, с которым он взаимодействует.
Также программное обеспечение сервисной шины служит для построения бизнес – процессов на основе web-сервисов компонент ЕСИМО. Т.е. реализация любого бизнес-процесса является последовательностью вызовов определенных web-сервисов компонент ЕСИМО. При замене последовательности вызовов в результате получаем новый бизнес-процесс. Для создания бизнес-процессов СОИ ЕСИМО используется основанный на XML язык описания бизнес-процессов BPEL (Business Process Modeling and Execution). Данный язык описания бизнес-процессов обладает такими преимуществами, как: читабельность, легкость передачи по сети, работа с системами контроля версий, машинное распознавание. Главным преимуществом BPEL является то, что в итоге каждый бизнес-процесс представляет собой web-сервис, имеющий собственное описание. Т.е. вызов бизнес-процесса представляет собой вызов стандартного web-сервиса. Это позволяет включать созданные бизнес-процессы в состав СОИ ЕСИМО в качестве web-cсервисов и создавать на их основе новые бизнес-процессы.
Преимуществом такого подхода является техническая и функциональная масштабируемость. Путем комбинации web-сервисов ЕСИМО реализуются новые бизнес-процессы. При этом каждый web-сервис вызова компонент ЕСИМО может быть развернут на отдельном узле СОИ ЕСИМО и таким образом решаются проблемы производительности и распределения нагрузки.
Протокол взаимодействия с Сервисной шиной включает транспортный и прикладной уровень. На транспортном уровне взаимодействие осуществляется по протоколу SOAP. На прикладном уровне взаимодействие с шиной осуществляется через три операции, которые позволяют осуществлять поиск информации по методам web-сервисов, предоставляемых шиной и осуществлять доступ к выбранным методам. Запрос каждой из операций шины происходит на основе специализированных XML-запросов. Возврат результата происходит также в XML.
Взаимодействие компонент Технологии Интеграции в узлах СОИ ЕСИМО
Сетевая модель ЕСИМО заключается в определении категорий центров ЕСИМО и рассредоточении компонент ЕСИМО во взаимодействующих информационно-технологических узлах системы, поддерживаемых центрами указанных категорий. Применение методов и средств СОИ ЕСИМО позволит организовать новый узел ЕСИМО как комбинацию компонент ЕСИМО в зависимости от категории центра.
Каждый узел выполняет определенную задачу и работает с конечным числом информационных ресурсов. Минимальной комплектацией узла ЕСИМО является Поставщик данных (ПД). В этом случае узел служит лишь для поставки данных в другие узлы ЕСИМО. Для этого на узле разворачивается web-сервис Поставщика данных, подключается к сервисной шине, через которую происходит его вызов и доставка данных.
В случае организации доставки данных в сам узел, узел представляет собой совокупность двух компонент – Поставщика данных и Сервера интеграции (СИ). Сервер интеграции взаимодействует как с локальным Поставщиком данных (расположенном на одном с ним узле), так и с Поставщиками данных других узлов ЕСИМО. Данное взаимодействие осуществляется через методы и средства СОИ ЕСИМО. Разворачиваются web-сервисы Сервера Интеграции, локального Поставщика данных и локальная сервисная шина. К локальной сервисной шине подключаются web-сервисы локального Сервера интеграции, локального ПД и web-сервисы Поставщиков данных других узлов. Сервер интеграции через средства СОИ ЕСИМО производит вызов комбинации зарегистрированных на локальной сервисной шине web-сервисов Поставщиков данных, доставляя необходимые данные в узел. Таким образом, доставка данных в узел осуществляется путем создания средствами СОИ ЕСИМО бизнес-процесса на основе упорядоченного вызова web-сервисов СИ и ПД. При необходимости доставки данных из узла в заданную точку используется новый бизнес-процесс, который создается путем комбинации вышеупомянутого бизнес-процесса и web-сервисов доставки данных в точку (ftp, email).
Для получения данных от конкретного информационного ресурса как вне, так и внутри узла, необходимо через локальную сервисную шину обратиться к web-сервису Сервера интеграции и передать идентификатор необходимого ресурса.
Таким образом, межузловое взаимодействие компонент ЕСИМО между собой не отличается от внутриузлового взаимодействия компонент и основано:
- на стандартах взаимосовместимости компонент ЕСИМО, предоставляемых методами и средствами СОИ ЕСИМО;
- на web-сервисном взаимодействии, назначении и контроле процессов системной шиной узла;
- на консолидации и синхронизации в узлах метаданных по заданным временным графикам и событиям.
Заключение
Построение сервис-ориентированной инфраструктуры ЕСИМО позволит упростить интеграцию приложений в единую систему, обеспечит прозрачное информационное взаимодействие с другими системами. Также использование принципов СОА позволит сделать все компоненты системы независимыми друг от друга. Исключение одних компонент из системы и добавление новых не будет влиять на работу системы в целом, сделает ее более масштабируемой, гибкой и готовой к постоянным изменениям. Методы и средства СОИ ЕСИМО позволят организовать унифицированное взаимодействие между компонентами, позволят создавать новые узлы путем комбинации существующих компонент.
Литература
1. Единая система информации об обстановке в Мировом океане (ЕСИМО). [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.oceaninfo.ru/, свободный
2. Богданов А.В., Станкова Е.Н., Мареев В.В. Сервис – ориентированная архитектура: новые возможности в свете Grid технологий [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://window.edu.ru/window_catalog/pdf2txt?p_id=27125, свободный
3. Spatial Data Infrastructure (SDI). [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.gsdi.org/, свободный
4. National Spatial Data Infrastructure (NSDI). [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.fgdc.gov/nsdi/nsdi.html, свободный
5. Infrastructure for Spatial Information in Europe (INSPIRE). [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://inspire.jrc.ec.europa.eu/, свободный
6. Service Support Environment (SSE). [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://services.eoportal.org/, свободный
7. Эрик Ньюкомер. Веб-сервисы: XML, WSDL, SOAP and UDDI. – Питер, 2003,-256 с
8. International Organization for Standardization (ISO). [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.iso.org/iso/home.htm, свободный
9. Open Geospatial Consortium (OGC). [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.opengeospatial.org/, свободный
10. World Wide Web Consortium (W3C). [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.w3.org/, свободный
11. Шаблоны проектирования. Новый подход к объектно-ориентированному анализу и проектированию: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2002. - 288 с.
12. Робинсон Р. Функции Enterprise Service Bus [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ibm.com/developerworks/ru/library/ws-esbscen/index.html, свободный
13. Михайлов Н.Н., Вязилов Е.Д., Белов С.В., Сухоносов С.В. Технология интеграции информационных ресурсов ЕСИМО (E2EDM) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://e2edm.meteo.ru/ru/e2edm/files/resourcesmodule/@random4240448bb69c9/1259740859_E2E_______________v.1.2_1.5_11112009.pdf, свободный
14. И.В. Недолужко Перспективы интеграции Центра спутникового мониторинга окружающей среды ДВО РАН в среду поставки и обработки данных европейского космического агентства [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://d33.infospace.ru/d33_conf/2008_pdf/2/75.pdf, свободный
15. А.В. Кошкарев Директива INSPIRE и национальные инициативы по ее реализации [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.gisa.ru/54638.html, свободный
