Разработка и реализация математической модели корпоративной информационной системы

Актуальность проблемы.

Основными задачами любой корпоративной информационной системы являются сбор, анализ и обработка информации предприятия с целью принятия решений, способствующих эффективному управлению компанией. В связи с тем, что предприятие может состоять из расположенных на больших расстояниях друг от друга филиалов, подразделений или офисов, в каждом из которых находится некоторая информационная система, то корпоративная информационная система (КИС), представляет собой множество информационных систем, взаимодействующих друг с другом посредством глобальных приложений. Информационная система (ИС), в свою очередь, состоит из локальной базы данных (БД), системы управления базой данных (СУБД) и локальных приложений. Приложение считается локальным, если оно работает с данными только одной локальной базы данных, в противном случае приложение глобальное.

При проектировании и реализации КИС возникают две основные проблемы [2]: 1) отсутствие общепринятых стандартов моделей и технологий построения КИС и 2) проблема защиты КИС.

Первая проблема объясняется тем, что имеющиеся модели и технологии разработки информационных систем ориентированы только на локальные информационные системы, т. е. на ИС в указанном выше смысле. В отсутствие моделей КИС, существующие подходы к построению корпоративных информационных систем основываются на моделях локальных информационных систем, которые изначально не рассчитаны на создание территориально распределенных систем и не содержат средств описания механизмов взаимодействия локальных ИС между собой, а также не отражают требований, предъявляемых к корпоративным информационным системам [1], поэтому существующие корпоративные информационные системы являются чисто эмпирическими, построены на основе неформальных моделей, в их описании многие ключевые понятия противоречивы и неоднозначны, возникаюидие при их реализации коллизии разрешены искусственными приемами, не продиктованными моделью.

Проблема защиты КИС, как и ИС, состоит из проблемы обеспечения безопасности и проблемы обеспечения целостности данных. Проблема обеспечения безопасности заключается в создании средств защиты данных от несанкционированного доступа, изменения или разрушения и приобретает в КИС особую значимость в силу распределенности данных и вследствие того, что КИС может работать в открытых сетях, таких, как Internet, в отличие от локальных информационных систем, которые обычно работают в некоторой локальной, закрытой сети. Проблема обеспечения целостности данных в КИС заключается в разработке средств контроля непротиворечивости и корректности данных, содержащихся в КИС, и связана, с созданием глобальных приложений, отсутствующих в локальных информационных системах.

Из всего выше сказанного следует, что разработка адекватной математической модели КИС, отвечающей требованиям информационной безопасности и облегчающей процесс разработки КИС является назревшей и актуальной проблемой.

Цели и задачи исследования.

Разработка математической модели корпоративной информационной системы, свободной от противоречий и удовлетворяющей требованиям информационной безопасности. Создание свободной от коллизий технологии разработки безопасных КИС на основе разработанной модели. Разработка реальной КИС на основе созданной технологии.

Методы исследований.

Методы исследований, применяемые в работе, базируются на теории множеств и отношений, алгебре логики, методологии системного подхода в проектировании больших систем, объектно-ориентированном проектировании и теории баз данных.

Результаты исследования.

1. Математическая модель корпоративной информационной системы, в которой формально определены все необходимые понятия,' в том числе объект, база данных, информационная система (ИС), сепарабельная ИС, отношения вложенности и эквивалентности объектов, корпоративная информационная система (КИС), безопасная КИС.

2. Технология разработки безопасных корпоративных информационных систем, вытекающая из предложенной модели и состоящая из двух частей, соответствующих двум этапам разработки — проектированию и реализации КИС. Каждая часть технологии представлена как последовательность действий разработчика — от исследования предметной области до реализации всех необходимых модулей безопасной КИС.

3. Программный продукт «Коммерсант», представляющий собой безопасную корпоративную информационную систему для предприятий, занимающихся оптовой реализацией нефтепродуктов, реализующий предложенную модель и разработанный по предложенной технологии.

Достоверность научных положений.

Достоверность результатов исследования подтверждается: а) теоретическими исследованиями проблем построения корпора-тивных информационных системб) исследованием общих тенденций развития компьютерных технологийв) исследованием моделей защищенных информационных системг) опытно-промышленными испытаниями безопасной КИС, разработанной по предложенной технологиид) промышленным внедрением разработанной КИС «Коммерсант» на предприятии ОАО «Томскнефтепродукт» ВНК.

Научная новизна.

Разработана оригинальная математическая модель корпоративной информационной системы. В этой модели формально определены такие понятия, как объект, база данных, информационная система — ИС, сепарабельная ИС, отношения вложенности и эквивалентности объектов, корпоративная информационная система — КИС, безопасная КИС. Модель позволяет моделировать широкий класс корпоративных информационных систем различных предприятий.

На базе предложенной математической модели создана технология разработки безопасных корпоративных систем. Технология состоит из двух этапов: 1) проектирование КИС и 2) реализация проекта. Каждая часть технологии представляется как последовательность действий разработчика. Следование данной технологии гарантирует проектирование и реализацию безопасной КИС без противоречий и коллизий, свойственных технологиям на базе неформальных моделей.

Все эти результаты являются новыми.

Практическая ценность.

Разработанная модель КИС и предложенная на ее основе технология разработки безопасной КИС позволяют строить корпоративные информационные системы различной сложности и направленности, способные работать в открытых сетях и удовлетворяющие требованиям информационной безопасности, подтверждением чего является КИС «Коммерсант», внедренная на предприятии, занимающемся оптовой реализацией нефтепродуктов. Кроме того, разработанная модель КИС может быть использована в учебном процессе при изучении теоретических основ информационных систем.

Апробация работы.

Результаты работы были представлены на второй и третьей Межрегиональных научно-практических конференциях «Проблемы информационной безопасности общества и личности» (Томск, 2000;2001), на Международной конференции «Информационные системы и технологии» (Новосибирск, 2000), на Всероссийской научно-практической конференции «Информационная безопасность в системе вьющей щколы» (Новосибирск, 2000), на XXXIX Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2001), в Федеральной целевой программе «Интеграция» (Томск, 1997;2001).

Созданная математическая модель КИС включена в программу курса лекций «Системы управления базами данных» для студентов факультета прикладной математики и кибернетики Томского государственного университета, а программный продукт — КИС «Коммерсант», разработанный на основе этой модели, внедрен на предприятии ОАО «Томскнефтепродукт» ВНК, что подтверждено соответствующими актами о внедрении.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка использованных источников и 3 приложений. Работа содержит 127 страниц машинописного текста, 9 рисунков.

Список использованных источников

включает 72 наименования.

3.4. Выводы.

Созданная безопасная корпоративная информационная система «Коммерсант» представляет собой систему, обладающую следующими характеристиками:

1) относится к классу гомогенных КИС;

2) система состоит из однотипных ИС;

3) информационные системы относятся к классу сепарабельных ИС;

4) количество объектов в ИС — 34;

5) модель безопасности, заложенная в систему — дискреционная;

6) КИС с частичной асинхронной репликацией данных, осуществляемой посредством протоколов SMTP/P0P3 или благодаря обмену файлами на внешних носителях;

7) система спроектирована на основе концептуальной модели, предложенной в главе 2;

8) в качестве логической модели использована реляционная модель;

9) используемая СУБД — InterBase 6.0 [61];

10) согласно классификации по критерию безопасности информационных систем Гостехкомиссии России [37] систему можно отнести к классу безопасности 1 Г.

Система была разработана, наполнена конкретными данными, отлажена, протестирована и введена в промышленную эксплуатацию в ОАО «Томскнефтепродукт» ВНК за 36 человеко-месяцев, состоит из 2 информационных систем с общим количеством пользователей свыше 50.

Наращивание системы «Коммерсант» проводилось поэтапно, по мере реализации и добавления в систему новых объектов и модулей. Тестирование системы осуществлялось в процессе опытной эксплуатации сотрудниками компании одновременно с существовавшим программным обеспечением в течение от 3 до 12 месяцев (в зависимости от модуля), что приводило к быстрому обнаружению и исправлению несоответствий в создаваемой системе. На момент ввода КИС «Коммерсант» в промышленную эксплуатацию она полностью удовлетворяла существующему документообороту компании.

Безопасная корпоративная система «Коммерсант» адекватно отражает предложенную в главе 2 модель и доказывает применимость, как самой модели, так и вытекающей из нее технологии разработки безопасных КИС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

На основе проведенного обзора публикаций показано, что корпоративные информационные системы обладают неоспоримыми преимуществами перед централизованными системами, однакр в ходе исследования текущего состояния проектирования корпоративных информационных систем были выявлены следующие основные проблемы: а) отсутствие формальных математических моделей концептуального уровня проектированияб) отсутствие общепринятых (стандартизированных) технологий разработки КИСв) недостаток опыта промышленной эксплуатации распределенных системг) проблема защиты.

Диссертационная работа направлена на уменьшение роли выше перечисленных недостатков при синтезе корпоративных информационных систем, относящихся к следующему классу:

1) репликация данных — частичная;

2) способ репликации данных — произвольный, включая асинхронный;

3) локальная автономия пользователей;

4) формальная модель безопасности — дискреционная;

5) модель данных логического уровня проектирования — реляционная.

В результате проведенных исследований созданы математическая модель этого класса безопасных корпоративных информационных систем и технология их разработки на базе этой модели.

В созданной модели последовательно определены все ее элементытаблицы, отношение ссылочности, объекты, подобъекты, данные, логические выражения, операции с объектами, отношение подчиненности, база данных, права доступа, команды их изменения, ограниченные операции с объектами, операции с базами данных, информационная система (ИС), производные ИС, собственные базы данных ИС, сепарабельные ИС, отношение вложенности, команды его изменения, корпоративная информационная система (КИС), производные КИС, репликация на производную и вложенность, собственные базы данных КИС, безопасные КИС.

В созданной технологии сформулирована последовательность действий, которые следует осуществить разработчику для получения безопасной КИС как на этапе ее проектирования: изучение предметной области, структурирование КИС и ИС, описание и структурирование объектов, определение отношения подчиненности между объектами, описание данных, задание политики безопасности ИС, задание системы команд изменения прав доступа субъектов к данным, введение отношения вложенности между объектами разных ИС, задание системы команд изменения отношения вложенноститак и на этапе реализации проекта: выбор СУБД, создание реляционной базы данных каждой ИС, построение матрицы прав доступа и системы команд ее изменения, построение матрицы отношения вложенности и системы команд ее изменения, создание пользовательского приложения, разработка модуля репликации, разработка или модернизация модуля аутентификации субъектов ИС.

В соответствии с данными моделью и технологией разработки КИС каждая ИС в безопасной КИС строится из следующих функциональных блоков: объектная база данных под управлением реляционной СУБДрабочее место администратора ИС, управляющего правами доступа к ее даннымрабочее место пользователя, обеспечивающее санкционированный доступ к данным, и модуль аутентификации, контролирующий подлинность пользователя. Реализация безопасной КИС содержит также общесистемные функциональные блоки: рабочее место администратора КИС, управляющего отношением вложенности между ее объектами, и модуль защищенной репликации, осуществляющий пересылку данных между ИС и обеспечивающий им криптографическую защиту. Созданные таким образом.

КИС, в случае подходящей реализации в них всех перечисленных функциональных блоков в полном объеме, могут удовлетворить требованиям любого класса безопасных автоматизированных информационных систем по существующей классификации.

С использованием предложенных математической модели и технологии создана безопасная корпоративная информационная система «Коммерсант», представляющая собой КИС со следующими основными характеристиками:

1) она относится к классу гомогенных систем;

2) состоит из однотипных ИС;

3) информационные системы в ней сепарабельные;

4) количество объектов в каждой ее ИС — 34;

5) модель безопасности, заложенная в систему, — дискреционная;

6) репликация данных — частичная асинхронная, осуществляется посредством протоколов SMTP/P0P3 или благодаря обмену файлами на внещних носителях;

7) ее концептуальной моделью является математическая модель, изложенная в главе 2;

8) в качестве логической модели использована реляционная модель;

9) используемая СУБД — InterBase 6.0;

10) согласно классификации по критерию безопасности информационных систем Гостехкомиссии России систему «Коммерсант» можно отнести к классу безопасности 1 Г.

Система была разработана, наполнена конкретными данными, отлажена, протестирована и введена в промышленную эксплуатацию в ОАО «Томскнефтепродукт» ВНК за 36 человеко-месяцев, состоит из 2 информационных систем с общим количеством пользователей свыше 50.

Тестирование системы осуществлено в процессе опытной эксплуатации сотрудниками компании. На момент ввода КИС «Коммерсант» в промышленную эксплуатацию она полностью удовлетворяла существующему документообороту компании и потребностям пользователей системы.

Безопасная корпоративная система «Коммерсант» адекватно отражает предложенную математическую модель, и доказывает применимость как самой модели, так и вытекающей из нее технологии разработки безопасных КИС.

Из всего выше сказанного можно сделать следующий вывод: предложенные математическая модель и технология разработки безопасной КИС применимы для построения безопасных корпоративных систем предприятий различной структуры, способных работать в открытых сетях и удовлетворять требованиям информационной безопасности любого класса.

Основные положения, выдвигаемые на защиту:

1. Математическая модель безопасной корпоративной информационной системы, в которой формально определены такие понятия, как объект, база данных, информационная система — ИС, сепарабельная ИС, отношения вложенности и эквивалентности объектов, корпоративная информационная система — КИС, безопасная КИС.

2. Технология разработки безопасных корпоративных информационных систем, вытекающая из предложенной модели и состоящая из двух частей, соответствующих двум этапам разработки — проектированию и реализации проекта. Каждая часть технологии представлена как последовательность действий разработчика — от исследования предметной области до реализации всех необходимых модулей безопасной КИС.

3. Программный продукт «Коммерсант», представляющий собой безопасную корпоративную информационную систему для предприятий, занимающихся оптовой реализацией нефтепродуктов, реализующий предложенную модель и разработанный по предложенной технологии.