Обеспечение интероперабельности систем формирования стандартизированных профилей

УДК 004.75

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНТЕРОПЕРАБЕЛЬНОСТИ СИСТЕМ ФОРМИРОВАНИЯ СТАНДАРТИЗИРОВАННЫХ ПРОФИЛЕЙ

А.В. Аристов

В статье обсуждаются проблемы обеспечения интероперабельности в системах формирования стандартизированных профилей. Предложена архитектура, на основе которой могут быть построены Web 3.0. платформы, обладающие свойством открытых систем, обеспечивающие хранение нормативной документации в распределенной среде и сборку на их основе стандартизированных профилей

Ключевые слова: открытые информационные системы, интероперабельность, архитектура, семантическая сеть

Стандартизированный профиль

представляет собой согласованную

совокупность нескольких (или подмножество одного) нормативно-технических документов (стандартов и спецификаций), ориентированную на решение определенной задачи (реализацию заданной функции либо группы функций приложения или среды) [1,2].

Среда формирования

стандартизированного профиля является децентрализованной с распределенным гетерогенным хранилищем документов, представленным в различных форматах и с различными условиями доступа, требующие, в общем случае, дополнительных мер по их адаптации к решаемым задачам и обеспечению интеграции с другими документами профиля. Процесс формирования профиля сложной системы требует использования множества источников нормативной документации, каждый из которых может формироваться и поддерживаться различными владельцами, храниться в различных точках глобальной сети.

Возникающая естественная

децентрализация процессов в сфере стандартизации приводит к ряду проблем, на решение которых направлена предложенная в статье архитектура.

Документами, определяющими общие положения исследования по направлению открытых информационных систем и, в частности, интероперабельности является разработанный ИРЭ РАН им. Котельникова единый подход к обеспечению

интероперабельности, зафиксированный в ГОСТ Р 55062-2012 «Системы промышленной автоматизации и их интеграция. Интероперабельность. Основные положения» [3] и методология технической самоорганизации информационных систем, разрабатываемая под

Аристов Алексей Владиславович - НГТУ им. Р.Е. Алексеева, аспирант, тел. 8-952-334-03-03

руководством чл.-корр. РАН Кондратьевым В.В. в НГТУ им. Алексеева [4,5].

В ходе системного анализа области стандартизации и проектирования систем автоматизации сборки стандартизированных профилей были выявлены следующие задачи, в рамках которых необходимо обеспечивать интероперабельность компонент и процессов:

— управление децентрализованным хранилищем документов,

— взаимодействие различных программно-аппаратных платформ,

— применение различных форматов представления электронных вариантов нормативных документов,

— многообразие условий доступа к документам.

Для решения задачи управления децентрализованным хранилищем документов, как правило, дополнительно формируется централизованная база данных, выполняется перенос электронных документов из хранилищ-источников. При таком подходе интероперабельность не может быть обеспечена, поскольку возникают существенные затраты времени и средств на согласование и разработку дополнительных структур хранения

информации, возникает избыточность за счет дублирования документов. Кроме всего, должна обеспечиваться синхронизация с

многочисленными источниками, в случае появления новых версий или дополнений к существующей нормативной базе.

При работе с базой спецификаций как с распределенным источником, возникают проблемы согласования интерфейсов многочисленных платформ, обеспечивающих хранение электронных документов с интерфейсами компонент проектируемой системы формирования стандартизированного профиля. На этом уровне существуют интероперабельные решения, регламентируемые моделью 081 и обеспечивающие удаленный доступ к файлам. Узким местом такого подхода

является невозможность обработки

распределенного хранилища файлов как единой базы данных в связи с отсутствием:

- общей модели хранения данных нормативных документов,

- сквозной идентификации документов и их частей,

- единых электронных классификаторов.

При работе с форматами представления

нормативной базы требуется выработка общих моделей представления документа. Несмотря на то, что в большинстве случаев документы хранятся с разметкой, регламентируемой открытыми спецификациями ISO 32000, HTML 5 и др., существует большая часть спецификаций, представленная простыми текстовыми файлами, либо графикой без разметки, часть из них хранится в заархивированном виде, что существенно затрудняет обработку их содержимого.

Многообразие условий доступа к документам, определяется лицензионными соглашения об использовании нормативных документов в коммерческих или иных целях. Кроме того, различные организации предоставляют свои механизмы доступа к полнотекстовым вариантам: доступ через интерфейс, предлагаемый организаторами, через электронную почту по ссылке, пересылка бумажного варианта и др. В ряде случаев необходимы личные встречи, для согласования спорных вопросов, что приводит к дополнительным накладным командировочным расходам.

Требуется разработать архитектуру платформы, на основе которой могут быть созданы Интернет-сервисы, решающие выявленные проблемы интероперабельности на техническом, семантическом и

организационном уровнях [6].

Архитектура строится по иерархическому принципу и включает в себя ядро, над которым реализован уровень базовых операций. Последним слоем является уровень функционального расширения, включающий интерфейс прикладного программирования API. Элементы архитектуры взаимодействуют в рабочей среде.

На рис. 1 показано архитектурное ядро и рабочая среда.

Рис. 1. Архитектурное ядро и рабочая среда

Ядро системы включает в себя сервер приложений Tomcat8, сервер среды описания ресурса RDF сервер Fuseki 2, представляющий точки доступа к данным спецификаций, представленных в формате Web-онтологий. Также сервер обеспечивает хранение баз знаний в формате базы данных триплетов TDB, работу систем логического вывода. В рамках ядра системы выполняется java-приложение выполненное на основе шаблона «модель-вид-контроллер» и механизмы обмена данными с системой управления Web-онтологиями JENA, некоторые сервисы и карту идентификаторов контроллеров для работы с клиентскими системами.

Рабочее пространство организовано на базе платформы Eclipse, поддерживающей системы контроля версий и сборки проектов.

Уровень базовых операций представлен на рис 2.

Рис. 2. Уровень базовых операций

В рамках уровня базовых операций выполняются следующие процессы:

1. Клиентом инициализируется ссылка, по которой доступна серверная часть системы, включающая контроллеры, модели,

представления и сервисы. По этой ссылке отправляется соответствующий запрос, на который сервер реагирует передачей набора

статичных ресурсов в html разметке. Каркас html содержит код, который инициализирует j avascript-приложение.

2. Клиент формирует модель с описанием структуры в формате json и передает ее на сервер в сериализованном виде.

3. Сервер, десериализует модель в простой java объект POJO-модель, у которой есть метод-конвертер, переводящий ее в JENA-модель, реализующую структуру онтологического графа в диалекте описания онтологий OWL-DL. JENA-модель отправляется сервером Fuseki2 на точку доступа, где с помощью средств структурированных запросов к онтологиям SPARQL выполняется построение онтологического графа.

4. Для получения всех сохраненных моделей в виде дерева на сервере был организован метод, реализующий SPARQL-запрос, возвращающий ответ в табличном представлении. Эта структура затем парсилась сервером в плоское дерево и передавалась на клиент, где отображалась на структуру, требуемую конкретному компоненту пользовательского интерфейса.

Предложенное архитектурное решение позволяет сформировать платформу, на которой может быть развернуто единое информационное пространство спецификаций, а также система сборки стандартизированных профилей на основе семантического описания его структуры. При этом узлы онтологического графа определяют конкретные документы и их блоки, идентифицируемые уникальными адресами в сети Интернет.

Недостатком является отсутствие механизма расширяемость по новым структурам и функциям, поскольку это потребует переборки всей системы с прерыванием ее работы. Для его устранения предназначен уровень

функционального расширения, рис 3.

Рис.3. Уровень функционального расширения

Для экспериментальной проверки архитектурных решений был разработан прототип платформы формирования

стандартизированных профилей на основе серверов Tomcat 8, Fuseki 2, NodeJS. Были получены следующие результаты:

1. Платформа обеспечивает интероперабельность с клиентскими системами на основе браузеров Google Chrome, Firefox, Internet Explorer.

2. Платформа расширяема по новым семантическим моделям, реализованным стандартными POJO и спецификацией OWL-DL.

3. Точка доступа Fuseki 2 позволяет обрабатывать Web-онтологии, расположенные на произвольных узлах сети Интернет и обладающих уникальными адресами.

4. Для обработки спецификаций, расположенных на различных узлах сети Интернет, они должны быть преобразованы в соответствии со спецификациями HTML5 или PDF с поддержкой. Было подготовлено порядка 50 моделей с описанием стандартизированных профилей, структура которых представлена в формате OWL-DL, доступ к которым осуществляется через 2 SPARQL точки. Спецификации, входящие в тестовые профили, расположены на серверах IETF, W3C, находятся в открытом доступе в форматах pdf и html с разметкой. По результатам тестовой проверки было сгенерировано 100% профилей.

5. Взаимодействие со всей совокупностью электронных файлов осуществляется как с единой базой данных, в единой системе идентификаторов и семантике, определяемой Web-онтологиями.

6. Доступ к электронным файлам настраивается на основе спецификации java spring security, поэтому все документы обрабатываются в режиме приложение как

сервис SaaS, что позволяет автоматизировать процедуру согласования лицензионных соглашений об использовании.

Предложенная архитектура устраняет выявленные проблемы и может использоваться при построении Интернет-платформы формирования стандартизированных профилей.

В рамках исследования был проведен анализ процессов формирования

стандартизированных профилей, выявлены основные проблемы, связанные с разработкой систем поддержки формирования

стандартизированных профилей. Предложена архитектура, позволяющая использовать распределенное хранилище электронных файлов документов как единую распределенную базу данных, семантика, ограничения и идентификация в которой реализована на уровне семантических моделей в формате Web-онтологий.

Предложенная модель может быть использована при разработки открытых информационных систем, Интернет-сервисов, SaaS, предназначенных для управления подготовкой нормативных документов, а также сборки стандартизированных профилей в сфере ГГ.

Литература

1. Бойченко, А.В. Основы открытых информационных систем [Текст] / А.В. Бойченко, В.К. Кондратьев, Е.Н. Филинов. - Издательский центр АНО «ЕОАИ». - М.:, 2004. - 128 с.

2. Технология открытых систем / Под ред. А.Я. Олейникова. - М.: Янус-К, 2004, с. 288

3. ГОСТ Р 55062-2012 Информационные технологии. Системы промышленной автоматизации и их интеграция. Интероперабельность.

4. Кондратьев В.В., Применение методов теории самоорганизации в задачах управления профилированием и конфигурированием вычислительных систем [Текст] / В.В. Кондратьев, Д.В. Жевнерчук // Доклады академии наук, том 459, №4, 2014. - С. 409-412

5. Kondratiev V.V., Zhevnerchuk D.V., Application of Methods of Self-Organization Theory to Problems of Profiling and Configuring Computational Systems [Text] / ISSN 10645624, Doklady Mathematics, 2014, Vol. 90, No. 3, pp. 788190, Pleiades Publishing, Ltd., 2014

6. Журавлев, Е. Е. Интероперабельность в облачных вычислениях / Журавлев Е. Е., Иванов С. В., Каменщиков А. А., Олейников А. Я., Разинкин Е. И., Рубан К. А. // Журнал радиоэлектроники (электронный журнал). — 2013. — № 9 // Сайт ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН. Режим доступа: http://jre.cplire.ru, 2013. URL: http://jre.cpHre.ru/jre/sep13/4/textpdf (дата обращения: 21.05.2014.

7. Жевнерчук, Д.В. Онтологический каркас поддержки профилирования вычислительных систем [Текст] / Д.В. Жевнерчук // Системы управления и информационные технологии: №2.1 (56). - Воронеж: ВГТУ, 2014. - С. 187-190

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева

SYSTEM OF FORMING STANDARDIZIED PROFILES INTEROPERABILITY

A.V. Aristov

The article discusses the problem of interoperability in systems of creation of standardized profiles. An architecture on which can be constructed Web 3.0. platform, having the property of open systems, providing storage of regulatory documents in a distributed environment, and builds standardized profiles on their basis

Key words: open information systems, interoperability, architecture, semantic web