Модели обмена данными в интегрированной информационной системе эффективного управления инновационно-промышленным кластером

УДК 004.78 : 338.24

И.В. Ильин, А.Б. Анисифоров, А.И. Лёвина

МОДЕЛИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В ИНТЕГРИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ ЭФФЕКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ИННОВАЦИОННО-ПРОМЫШЛЕННЫМ КЛАСТЕРОМ

Процессы управления кластером поддерживаются интегрированной информационной системой (ИС), создание и развитие которой опирается на оценку информационных потребностей, возникающих в ходе управления текущей деятельностью кластера и при решении задач анализа и развития кластерных структур и их инновационного потенциала. Успех деятельности кластера закладывается именно при принятии инфраструктурных информационно-технологических решений (ИТ-решений), и от качества информационной поддержки не в последнюю очередь будет зависеть конкурентоспособность кластерной организации и финансовые показатели деятельности каждого ее участника.

Деятельность кластера опирается на анализ изменения технологий, определяющих условия создания новых промышленных систем в изменяющихся институциональных условиях - экономике знаний. Это, в свою очередь, предопределяет использование в процессах управления и развития кластерной структуры экономико-математических методов и моделей, современных ИТ-решений, специфических организационно-экономических механизмов и организационных структур, которые позволяют создать необходимую бизнес-среду, опирающуюся на систему обмена данными и знаниями. Построение моделей обмена данными и знаниями создает основу для управления инновационным потенциалом промышленного кластера, производственной, хозяйственной, финансовой деятельностью, контрактами между участниками кластера и обеспечивает научно-технический трансфер.

Построение и последующее управление кластером связано с необходимостью объединить в рамках одной особой инфраструктуры производственные бизнес-проекты в конкретной тех-

нологической области, фундаментальные разработки, современные системы проектирования новых продуктов и подготовку производства этих продуктов, а также информационные ресурсы, обеспечивающие сопровождение всех научно-технических, организационно-технологических и информационно-технологических проектов.

Организационно-экономический механизм управления кластером в этих условиях должен опираться на принцип технологической сети или бизнес-сети. Ее функционирование должно поддерживаться технологиями, обеспечивающими информационный обмен, и опираться на комплекс моделей бизнес-процессов управления контрактами и взаимоотношениями участников кластерной организации, моделей обмена информационными ресурсами, моделей обмена знаниями и своевременное и качественное решение организационных, научных, технических, производственных, экономических, логистических и управленческих вопросов. Все решения, принимаемые при управлении кластером, должны опираться на консолидированные информационные ресурсы и разработанные коммуникационные приложения. Учитывая стратегическую роль информационных ресурсов для любого участника кластера, одной из наиболее сложных проблем в бизнес-сети является проблема интеграции информационных ресурсов и информационного обмена. Эта проблема многогранна и может быть рассмотрена с нескольких позиций - юридической, организационной и технической [1].

Именно организационно-технические аспекты создания интегрированной информационной инфраструктуры бизнес-сети наиболее важны для поддержки деятельности и развития кластера, обеспечения его высокого инновационного потенциала.

Проблемы интеграции приложений, данных, процессов и компонентов приходится решать при создании любой корпоративной системы. Инструментальные средства интеграции используются достаточно широко, но они опираются на единую базу данных предприятия. Однако интеграционные процессы в кластере строятся на принципиально иной основе, хотя и требуют решения почти таких же задач.

Под средствами интеграции приложений уровня предприятия (Enterprise Application Integration, EAI) понимается комбинация процессов, программных средств, стандартов и аппаратуры, благодаря которой осуществляется «бесшовная» интеграция приложений двух или более информационных систем уровня предприятия, позволяющая им функционировать как единой системе. Хотя средства EAI, как правило, рассматриваются применительно к построению корпоративной информационной системы (КИС) для какого-либо одного предприятия, в настоящее время эти средства требуются и для интеграции информационных систем, принадлежащих нескольким предприятиям. Например, они нужны при создании систем класса B2B (Business-to-Business), когда необходимо обеспечить единые бизнес-транзакции в виде цепочек приложений, выполняемых в нескольких системах [2].

Применение средств обычно предполагает следующие уровни интеграции.

Интеграция бизнес-процессов предприятий. Здесь необходимо непосредственное взаимодействие приложений, которые поддерживают бизнес-объекты и бизнес-функции, свойственные определенным бизнес-процессам. Программные интерфейсы взаимодействия этих приложений определяются с учетом функций управления процессами, модели бизнес-процессов, построенной с помощью инструментальных средств инжиниринга и реинжиниринга бизнес-процессов, и требуемой входной и выходной информации этих процессов.

В качестве ключевой технологии интеграции, которая создает мосты между бизнес-процессами и информацией, необходимой для их реализации, объединяет унаследованные серверные приложения и клиентское ПО настоль-

ных систем, часто рассматривается технология управления потоками работ (WorkFlow).

Интеграция приложений на основе предоставления функций или данных, свойственных одному какому-либо приложению, в распоряжение другого приложения для того, чтобы благодаря их взаимодействию на стадии исполнения осуществлялась определенная прикладная функция системы управления.

Как правило, средствами интеграции приложений в данной группе выступают службы программного обеспечения промежуточного слоя (middleware). Такие службы называют связующим ПО. Они обеспечивают прозрачную работу приложений в неоднородной сетевой среде, предоставляя им услуги в виде интерфейсов прикладного программирования (API), позволяющие взаимодействовать частям приложений, распределенным по разным узлам корпоративной сети. К службам middleware прежде всего относятся службы вызова удаленных процедур, обмена сообщениями, посредники (брокеры) запросов к объектам, мониторы транзакций.

Интеграция данных. Успешная интеграция бизнес-процессов и приложений на двух предыдущих уровнях зависит от того, как будут интегрированы в системе данные из разных источников и баз данных. На этом уровне в целях интеграции данные должны быть идентифицированы, каталогизированы, должна быть построена модель метаданных (т. е. описание данных о данных).

Интеграция платформ. ИС построены на основе распределенной клиент-серверной архитектуры, в основном трехзвенной или четырех-звенной. Компоненты системы (клиенты и серверы) могут быть реализованы на базе неоднородных аппаратно-программных платформ, т. е. опираться на разные машинные архитектуры и операционные системы. Этим определяется необходимость иметь средства интеграции неоднородных платформ, предоставляемые их поставщиками, например средства интеграции систем, базирующихся на ОС Microsoft Windows или Unix и Linux.

Интеграции компонентов в составе приложений. В процессе создания ИС заданный состав ее прикладных функций декомпозируется в виде

функциональных подсистем, модулей и задач. Компонентная разработка приложений заключается в создании унифицированных интерфейсов программных модулей.

Потребность в корпоративных приложениях информационных систем, включающих в себя распределенные серверные и клиентские компоненты, привела к созданию интегрированных сред разработки и исполнения распределенных компонентов, поддерживающих сложившиеся де-факто стандарты компонентов. Среди этих стандартов известны спецификации: COM/DCOM, EJB с протоколом Java RMI, спецификации компонентов в архитектуре CORBA, а также стандарты компонентной разработки web-приложений.

Процессы управления кластером опираются на технологии web-сервисов, которые входят в общий набор стандартов, упрощающих построение связей между разнородными системами и базами данных. Web-сервисы можно охарактеризовать как набор инструментов для создания надстроек и интеграции приложений. Web-сервисы помогают решить практически все основные вопросы интеграции, поэтому их распространение стало способствовать постепенному отказу от традиционно применяемых средств EAI [3]. Кроме того, сервисный подход повышает гибкость информационной поддержки предприятий кластера в условиях динамичной бизнес-среды.

Появление сервис-ориентированной архитектуры SOA (Service-Oriented Architecture), быстрое развитие стандартов XML и web-сервисов привело к серьезным изменениям средств BPM (Business Process Management), EAI (Enterprise Application Integration) и связующего ПО на базе обмена сообщениями.

Чтобы обеспечить потребности бизнеса, SOA требуется свой собственный механизм -шина ESB (Enterprise Service Bus). Она соединяет в себе несколько технологий и позволяет SOA-системам многократно использовать бизнес-сервисы и менять процессы и взаимоотношения между приложениями за счет конфигурирования, а не перепрограммирования. Основными функциями шины ESB являются обмен сообщениями, преобразование данных, маршрутиза-

ция, поддержка web-сервисов и протоколов, а также согласование сервисов [4].

Идея ESB состоит в том, что в противоположность традиционным EAI-решениям, основанным на архитектуре «звезда» (так как все приложения подсоединены к центральному процессу, называемому сервером сообщений), ESB предполагает децентрализованные операции [5].

Обычно под ESB понимают технологии, которые позволяют системам осуществлять слабо связанное взаимодействие путем обмена сообщениями. В таком понимании подход ESB обеспечивает связи типа «все-со-всеми» и объединяет поддерживаемые сервисы для обеспечения надежного и безопасного доступа к событиям и получению сообщений [6]. Промежуточное ПО ESB - это интерфейс между каждым бизнес-приложением и шиной, которая связывает его с другими бизнес-приложениями и сервисами. Опора на SOA при реализации идей ESB увеличивает гибкость архитектуры. Бизнес-процессы становятся более гибкими, упрощается управление приложениями и их замена.

Основа ESB - обмен сообщениями. Большинство ESB-продуктов поддерживают интеграцию на базе связующего ПО обмена сообщениями [5]. Этот тип программной инфраструктуры является фундаментальным компонентом распределенных систем. Снабженная ПО обмена сообщениями шина ESB позволяет SOA поддерживать больше типов обработки данных, чем простые web-сервисы SOAP/HTTP поверх сетей TCP/IP. ESB применяется для поддержки сети слабосвязанных сервисов, которые не предполагается использовать в постоянной жесткой конфигурации типа удаленного вызова процедур (RPC), чего требует связка SOAP/HTTP.

Учитывая различный уровень информационной зрелости и разнообразие информационных систем предприятий и организаций - участников кластера, ESB-архитектура является наиболее универсальной и гибкой для обеспечения информационного обмена.

Использование ESB-систем - это современный и эффективный способ интеграции информационных ресурсов предприятий. Предприятия использовали web-сервисы и до появления

концепции ЕББ для решения срочных проблем интеграции внутри небольших инфраструктур, но за последнее десятилетие web-технологии и протоколы web-сервисов получили колоссальное развитие. Рынок ЕББ-продуктов вырос, окреп и предлагает мощные решения для эффективной интеграции данных, приложений и процессов в рамках практически любой организационной структуры.

Таким образом, очевидно, что информационный обмен между предприятиями и организациями, входящими в кластер, может быть эффективно организован на основе web-сервисов и шины ЕББ. Доступ к информационным ресурсам кластера не потребует внедрения новых информационных систем или специальных программных модулей на стороне участника кластера.

Вместе с тем обеспечение этой интеграции требует серьезных инвестиций: разработка (при-

обретение) ЕББ-системы, создание надежной поддерживающей инфраструктуры, покупка оборудования и его размещение на территории головного предприятия кластера или специально созданного информационно-сервисного центра.

Кроме того, несмотря на распределенную структуру шины ЕББ, она нуждается в жестком управлении. Web-сервисы могут использоваться многократно, но промышленный кластер - исключительно гибкая и подвижная структура, поэтому каталог сервисов будет постоянно пополняться, сервисы будут совершенствоваться, а состав подписчиков будет меняться. Важной задачей является также защита передаваемой информации и обеспечение информационной безопасности самой ЕББ-системы. Модель информационного обмена между предприятиями и организациями промышленного кластера представлена на рис. 1.

Каталог сервисов

X

Каталог событий

X

Информационный брокер

X

Модуль маршрутизации и подписки

X

Модуль управления

X

Enterprise Service Bus (ESB) Корпоративная сервисная шина кластера

Информационные системы, приложения и программы предприятий и организаций -участников кластера

Информационные системы, приложения и программы предприятий и организаций -участников кластера

Рис. 1. Модель обмена данными в интегрированной ИС кластера

Таким образом, ESB-система становится не только средством обеспечения информационного обмена между участниками кластера, но и основой всей IT-инфраструктуры промышленного кластера.

Существует целый ряд программных продуктов, предназначенных для интеграции информационных ресурсов на основе ESB. Наиболее серьезные решения предлагают мировые лидеры, среди которых IBM, Software AG, а компания Oracle предлагает две системы этого класса;

1. Sonic SOA Suite - семейство продуктов компании Sonic Software Corp. Компания является основателем самого термина, а также лидирующим специализированным поставщиком решения ESB, обеспечивающего интеграцию распределенных приложений предприятий на основе обмена XML-сообщениями между сервисами приложений [7].

2. WebMethods от компании Software AG. Сервисная шина предприятия (ESB) от Software AG, поддерживаемая webMethods Integration Server, - это платформа корпоративного класса для интеграции приложений на основе SOA и управления web-сервисами [8].

Это решение представляет собой самую полную интеграционную платформу из имеющихся на рынке. Она способна «говорить» на языке любой технологии, благодаря чему все web-сервисы, сообщения JMS, пакетные и клиент-ориентированные приложения, а также унаследованные системы могут эффективно взаимодействовать в рамках SOA. WebMethods позволяет реализовать в виде сервиса любую технологию от любого вендора и наилучшим образом подходит для решения задач интеграции информационных систем и приложений предприятий кластера.

3. Oracle Enterprise Service Bus от компании Oracle. Продукт востребован разработчиками приложений и интеграторами, которым необходим интуитивно понятный и декларативный способ для построения взаимодействия сервисов в процессе создания композитных приложений на основе SOA. Поэтому основной средой проектирования взаимодействия является

JDeveloper, дополненный возможностью изменять правила передачи данных на уровне исполнительной системы Oracle ESB через web-консоль управления. Oracle ESB обеспечивает расширенную интеграцию с ERP-системами, которые включают [9]:

- механизмы замены данных «на лету» (для данных, которые по-разному представляются в различных исходных и целевых системах);

- механизм сопоставления бизнес-объектов в различных системах (исходных и целевых) в процессе их обработки в шине;

- адаптеры к различным бизнес-приложениям с широким набором функций.

4. Oracle Service Bus (ранее AquaLogic Service Bus). Занимает лидирующее положение в отрасли в классе продуктов Enterprise Service Bus. Использует стандарты и приложения, работающие на основании XML-метаданных. Помимо возможности передавать XML-данные, система поддерживает передачу данных в других форматах без преобразования в XML. Эта возможность является ключевой для обеспечения высокой производительности в задачах с большим объемом передаваемых данных. Основные отличительные черты [9]:

- web-консоль проектирования на основе IDE Eclipse;

- управление конечными точками: возможность определить несколько конечных точек для целевых сервисов, возможность балансировки нагрузки по этим точкам и повышения отказоустойчивости на основе их использования;

- специальные алгоритмы проверки целостности и согласованности всех элементов конфигурирования проекта решения;

- расширенные схемы взаимодействия для обеспечения параллельной работы при выполнении сложных запросов.

5. IBM WebSphere. Для реализации концепции ESB компания IBM предлагает два продукта: WebSphere Enterprise Service Bus и WebSphere Message Broker [10].

IBM WebSphere Enterprise Service Bus предназначен для интеграции приложений и данных в среде на основе web-сервисов. Основные ха-

рактеристики и преимущества IBM WebSphere ESB [11]:

- реализует эффективный подход к SOA, обеспечивая взаимодействие на основе стандартов и возможности интеграции приложений и информационных систем кластера с использованием меньшего числа сложных интерфейсов;

- содержит простые в использовании средства, которые не требуют специальных навыков в области программирования и просты в установке, настройке, сборке и управлении;

- адаптеры WebSphere поддерживают сотни решений независимых поставщиков ПО;

- улучшает гибкость кластера предприятий за счет использования интегрированной модели ESB.

Продукт WebSphere Message Broker представляет собой более совершенное ESB-решение с дополнительными возможностями интеграции, такими как универсальная связь и трансформации «из любого в любой формат» для систем, ориентированных на работу с данными [11]. Этот продукт может осуществлять интеграцию служб, а также интеграцию с приложениями, не использующими службы.

ESB-продукты IBM можно использовать в сочетании, и для кластера предприятий такие варианты дают наибольший эффект, например если оба ESB-продукта соединяются друг с другом для создания ESB масштаба кластера, объединяющей в себе возможности поддержки web-служб и интеграцию приложений для обмена сообщениями.

Рассмотренные ESB-продукты представляют собой только часть рынка систем, предназначенных для интеграции информационных ресурсов предприятий в кластерной организации. Несмотря на то что эти системы имеют свои особенности, все они обеспечивают поддержку определенной архитектуры. Поэтому модели информационного обмена у них аналогичны и сводятся к трем основным вариантам:

1. Синхронизация информации о каких-либо объектах, являющихся общими для всех или некоторых предприятий (организаций) - участников кластера.

Адаптер приложения, данные из которого должны быть переданы в другие информацион-

ные системы, осуществляет постоянный мониторинг на предмет появления новых или измененных данных. Адаптер преобразует данные из формата приложения во внутренний формат интеграционного ЕББ-решения и пересылает их на сервер интеграции. Сервер интеграции обрабатывает информацию и передает ее адаптерам соответствующих приложений предприятий кластера, которые преобразуют данные в необходимый формат и вносят их в информационные системы (рис. 2).

Сервер интеграции

Сервис

Сервис

Г т

Адаптер

Адаптер

J к

1 г

ИС головного

предприятия

кластера

ИС участника кластера

3

Рис. 2. Синхронизация информации между предприятиями кластера

2. Распространение информации между участниками кластера.

Сотрудник головного предприятия кластера или единого информационно-сервисного центра кластера вводит необходимые данные в специально разработанное шеЬ-приложение (портлет) и распространяет их между информационными системами предприятий кластера. Портлет-приложение обеспечивает пользовательский интерфейс и передачу введенных в форму данных в сервер интеграции для обработки. Синхронный сервис, получающий данные от сервера интеграции, одновременно вызывает адаптеры приложений информационных систем предприятий кластера, передает им данные, дожидается подтверждения и возвращает его в портлет-приложение (рис. 3).

Информация для распространения ___г

Портлет пользователя

Сервис

1 г

Адаптер

1 г

Сервер интеграции

Адаптер

1 г

Адаптер

1 г

ИС участника кластера

ИС участника кластера

ИС участника кластера

3

3

Рис. 3. Распространение информации между участниками кластера

Портлет пользователя

Ответ

Запрос

Цепочка сервисов

Сервер интеграции

Сервис

1 ь

Адаптер

и

1 г

Сервис " 1 Сервис

1 ь к

Адаптер Адаптер

1 г 1 г

ИС участника кластера

3

ИС участника кластера

с

ИС участника кластера

с

Рис. 4. Модель информационного обмена «публикация-подписка»

3. Модель «публикация-подписка». Может использоваться, например, для сбора определенной информации от участников кластера и составления отчетов.

Руководящий сотрудник кластера или бизнес-аналитик использует шеЬ-приложение (портлет-приложение), служащее пользовательским интерфейсом для запроса информации для отчета. Портлет публикует запрос в информационном брокере и отображает полученные данные в виде отчета для сотрудника. Опубликованный в брокере запрос инициирует запуск сервиса или цепочки сервисов, который на основе подписки извлекает необходимые данные из информационных систем предприятий кластера (см. рис. 4).

В результате проведенных исследований разработан комплекс моделей обмена данными при управлении инновационно-промышленным кластером, опирающийся на интегрированную ИС кластера. Рассмотрены современные средства интеграции, обеспечивающие единые бизнес-транзакции. Уделено большое внимание инструментальным средствам класса ЕББ. Предложены модели обмена данными в ИС кластера, обеспечивающие интеграцию на базе сервис-ориентированной архитектуры. Такие модели позволяют многократно использовать бизнес-сервисы, менять процессы и взаимоотношения за счет конфигурирования, обеспечивая обмен сообщениями, преобразование, маршрутизацию и согласование данных.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ильин, И.В. Основные аспекты организации информационного сопровождения деятельности кластеров предприятия [Текст] / И.В. Ильин, А.Б. Анисифоров // Экономика и управление. - 2010. - № 12(62). - С. 128-131.

2. Юрьев, В.Н. Информационные системы в экономике [Текст] : учебник / В.Н. Юрьев, В.Н. Волкова. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2006. - 538 с.

3. Apicella, M. Web services and EAI: In perfect harmony? [Electronic resource] / M. Apicella. - URL: http://www.publish.ru/cio/1072641/text/172315.html

4. Стоддер, Д. ESB как становой хребет SOA [Электронный ресурс] / Д. Стоддер // Сети и системы связи. - 2006. - № 10. - Режим доступа: http://www.ccc. ru/magazine/depot/06_10/read.html?Wceb064959e86b.htm

5. Галкин, Г. Средство от информационной косности [Электронный ресурс] / Г. Галкин. - Режим

доступа: http://www.iemag.ru/analitics/detail.php? ID=16011

6. Шаппел, Д.А. Сервисная Шина Предприятия [Текст] / Д.А. Шаппел. - СПб.: БХВ-Петербург, 2008. -370 с.

7. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// www.progress.com/en/sonic/sonic-esb.html

8. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// www.softwareag.com/corporate/products/new_releases/web-methods/

9. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// www.oracle.com/

10. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// www-01.ibm.com/software/ru/websphere/

11. Кин, М. Основы работы с WebSphere Enterprise Service Bus V6 [Текст] / М. Кин, Б. Мур, А. Карвальо и др. - М., 2007. - 434 с.