Проектирование серверных моделей информационных систем: На примере ИС "Ариадна" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.18, кандидат технических наук Астафьева, Марина Петровна

• Астафьева, Марина Петровна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Астафьева, Марина Петровна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I ОБЗОР ТРЕБОВАНИЙ К СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫМ ИНФОРМАЦИОННЫМ СИСТЕМАМ И ИХ РАЗРАБОТКЕ.

1. Анализ требований к медицинской информационной системе.

2. Обзор существующих информационных систем (ИС).

3. Выбор методологии разработки и среды проектирования ИС.

4. Выводы.

ГЛАВА II. ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ И СЕРВЕРНОЙ МОДЕЛЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕОРИИ ГРА ФОВ.

1. Место ER- модели в процессе проектирования баз данных.

2. Структура ER-модели.

3. Методика проектирования концептуальной и серверной моделей медицинской информационной системы.

4. Методика оптимизации структуры концептуальной модели на основе теории графов.

5. Декомпозиция центрального Е-графа множеством планарных графов методом вершинной раскраски.

6. Создание серверной модели на основе оптимизированной ЕЯ-модели

7. Выводы.

ГЛАВА III СОЗДАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ «АРИАДНА» НА ОСНОВЕ ОПТИМИЗИРОВАННОЙ СЕРВЕРНОЙ МОДЕЛИ.

1. Структура и характеристика разрабатываемой ИС.

2. Фазы жизненного цикла разработки ИС.

2.1 Фаза стратегии.

2.2 Фаза анализа.

2.3 Фаза разработки (создание концептуальной модели).

2.4 Фаза построения (создание серверной модели).

2.5 Фаза построения (создание пользовательских форм).

3. Организация отчётной информации разработанной ИС.

4. Выводы.

ГЛАВА IV. АНАЛИТИЧЕСКИЙ БЛОК ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ АРИАДНА.

1. Аналитический блок системы.

2. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Проектирование серверных моделей информационных систем: На примере ИС "Ариадна"»

Актуальность проблемы

Администрации, врачам и другим сотрудникам лечебно-профилактических медицинских учреждений (ЛПУ) приходится сталкиваться с огромными объёмами информации. Им требуется обеспечить хранение этой информации, её целостность, быстрый и контролируемый доступ, безопасность данных и возможность анализа [4, 51, 78, 30]. В информационных технологиях (ИТ) такие возможности реализуются в системах управления базами данных (СУБД). Сервер базы данных организует работу с пользователями и данными: создание мест хранения, организация доступа к данным, сохранность информации и многое другое [12, 15, 18]. В первых разработках, использовались доступные тогда базы данных, такие как FoxPro, Paradox, Access либо такого же уровня. Хранилища наполнялись информацией, увеличивался список необходимой информации, тем самым, повышая требования к базам данных. Такой же путь прошли и другие области человеческой деятельности. Известно, что наибольшее развитие информационные системы получили в финансовой и производственной деятельности человека. Были разработаны информационные инфраструктуры для больших предприятий с сотнями пользователей и едиными базами данных. Однако, для ЛПУ такие работы еще не получили должного развития.

Для успешного решения основных задач ЛПУ необходимо создание информационных систем (ИС) в медицине с применением СУБД. Одним из важнейших факторов успешного создания и последующего использования и расширения функциональности ИС является выбор среды и методологии разработки [5, 9, 21, 26, 35]. Среда разработки должна обеспечивать актуальность ядра СУБД в быстро развивающейся отрасли ИТ. Методология разработки обязана быть такой, чтобы контролировать рост функциональности системы на протяжении всего срока её эксплуатации. Во вновь разрабатываемой рентгенологической информационной системе (РИС) «Ариадна» должен быть сделан шаг к созданию действительно эффективной, расширяемой, производительной, многопользовательской системы в среде Oracle, как в наиболее развитой и постоянно обновляемой объектно-реляционной базе данных в настоящее время [26, 41, 79, 96]. Выбранная методология разработки и сопровождения Oracle CADM уже доказала свои возможности при расширении функциональности этой системы на практике.

Поэтому актуальной стала задача проектирования такой серверной модели базы данных, которая была бы свободной от ошибок предшествующих моделей. Для этого предлагается методика проектирования серверной модели на основе концептуальной модели, которая должна базироваться на оптимизации своей структуры, представленной в виде графа по критерию минимизации времени его обхода с учетом выполнения функциональных ограничений.

Цель исследования

Целью диссертационной работы является повышение эффективности работы ЛПУ путем разработки методики проектирования оптимальной концептуальной и серверной моделей информационных систем и создание на этой базе информационной системы для ЛПУ.

Задачи исследования

Для достижения поставленной цели решался ряд последовательных и взаимосвязанных задач:

1. Систематизация и анализ существующих медицинских информационных систем, выявление их недостатков по средам разработки и формулирование ряда требований к разработке ИС.

2. Представление концептуальной модели системы центральным ориентированным графом и разработка методики оптимизации структуры серверной модели на основе теории графов.

3. Создание программного продукта ИС «Ариадна», его внедрение в медицинские учреждения.

4. Создание блока аналитических исследований и визуализации статистики для прогнозирования развития заболеваний.

Объём и структура работы

Диссертация изложена на 110 страницах машинописного текста и включает 10 таблиц, 31 рисунок. Диссертация состоит из введения, 4 глав исследований, выводов и практических рекомендаций, а также 4 приложений на 14 страницах. В списке литературы содержится 110 источников литературы.

Заключение диссертации по теме «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», Астафьева, Марина Петровна

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ по проведенной работе:

1. Проектирование серверных моделей информационных систем должно базироваться на сформулированных требованиях и формализованной методике построения концептуальной модели ИС.

2. При формализации методики построения концептуальной модели ИС наилучшим является принцип максимальной детализации сущностей ER-модели на основе теории множеств и теории графов с последующей оптимизацией структуры по критерию минимума времени обхода центрального графа.

3. Тестирование, внедрение и успешная эксплуатация системы «Ариадна» позволяют считать разработанную методику проектирования ИС и предлагаемые модели адекватными.

4. Полученная методика проектирования серверных моделей ИС может быть использована в качестве основополагающей при проектировании ИС.

5. Система с удалённым доступом на основе web-интерфейса может быть использована при приёме на дому и каретами скорой помощи.

6. Аналитический блок может быть дополнительно расширен, что дает возможность дальнейшего развития системы в сторону поддержки принятия решений.

7. Средняя длительность запроса к базе данных ИС «Ариадна» с количеством пациентов 40000 за год составляет 1,7 секунды, что позволяет сделать вывод о достаточно высокой ее эффективности.

8. Созданная система внутренней и внешней отчетности, справочники и т.д. уменьшают время, связанное с оформлением медицинских документов.

9. Блок аналитических исследований, визуализирующий статистику по различным критериям запросов, позволяет прогнозировать развитие заболеваний и оценивать риск возникновения эпидемиологических ситуаций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных в диссертационной работе исследований, были получены следующие теоретические и практические результаты:

1. Проведён детальный анализ и сформулированы требования к проектированию высокоэффективных интегрированных медицинских информационных систем.

2. Разработана методика моделирования и проектирования концептуальной и серверной моделей информационных систем.

3. Разработана методика оптимизации структуры концептуальной ER-модели на основе исследования математической модели в теории графов.

4. Разработана и создана автоматизированная информационная медицинская система «Ариадна». В том числе:

• Создана функциональная модель бизнес процессов медицинского учреждения.

• Разработаны концептуальная и серверная модели системы.

• Созданы медицинские информационные справочники.

• Разработан гибко настраиваемый генератор отчётов по справочнику болезней.

• Создан блок статистического анализа и визуализации данных.

5. База данных, основанная на оптимизированной серверной модели, и программа для ЭВМ системы «Ариадна» запатентована.

6. Информационная система «Ариадна» внедрена в ЛПУ МСЧ №174.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Астафьева, Марина Петровна, 2004 год

1. Астафьева М.П., Губаева М.М., Питухин П.В. АРМ Медицинского Статистика в информационной системе «Ариадна». Материалы Российского научного форума МедКомТех 2003, С. 43-44.

2. Астафьева М.П., Губаева М.М., Питухин П.В. Опыт разработки и внедрения медицинской информационной системы «Ариадна». Материалы Российского научного форума МедКомТех 2004, С. 5-6.

3. Астафьева М.П., Губаева М.М., Питухин П.В. Рентгенологическая информационная система АРИАДНА основа информационной инфраструктуры медицинского учреждения. «Медицинская кафедра», №4, 2002, С. 96-101.

4. Астафьева М.П., Питухин Е.А. Методология создания автоматизированной информационной системы для лечебно-профилактических учреждений «Ариадна». Петр. гос. ун-т-Петрозаводск, 2004.- 38с.: ил. Библиогр.: 2назв.- Рус.- Деп. в ВИНИТИ 09.11.2004 №1745-В2004.

5. Ю.Астафьева М.П., Питухин Е.А. Разработка и проектирование медицинской автоматизированной информационной системы «Ариадна»// Труды Петрозаводского государственного ун-та: Сер. Прикладная математика и информатика. Вып. 11/ Под науч. ред. проф.

6. B.И. Чернецкого; ПетрГУ. Петрозаводск, 2004. С. 157-166. П.Аткинсон М., Бансилон Ф., ДеВитт Д., Диттрих К., Майер Д., Здоник

7. C. Манифест систем объектно-ориентированных баз данных. СУБД N 4, 1995.

8. Атре Ш. Структурный подход к организации баз данных. М.: Финансы и статистика, 1983 - 320 с.

9. Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование баз данных информационных систем. М.: Финансы и статистика, 1989. - 351 с.

10. Вальвачев А.Н. Графическое программирование на языке Паскаль. "Выш. школа", 1992.

11. Васкевич Д. Кризис баз данных и проблема выбора: повестка дня до 2001 года. СУБД N1, 1995.

12. Васкевич Д. Стратегии клиент/сервер. Диалектика, Киев, 1997.

13. Вендеров А. М. CASE технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. - М.: Финансы и статистика, 1998.

14. Винокуров J1.JL, Леонтьев Д.В., Гершельман А.Ф. СУБД ADABAS -основа универсального сервера баз данных. СУБД N2, 1997.

15. Галатенко В.А. Информационная безопасность — основы. — СУБД. 1/1996, с.6 —28.

16. Голосов А.О., Цаленко М.Ш. Схемы реляционных баз данных: теория нормализации и построение нормальных форм // Прикладная информатика, вып.2. М.: Финансы и статистика, 1983.

17. Горьковой В.Ф. Лекции по математическим основам информационно-логических систем. Санкт-Петербург: НИИ Химии СпбГУ, 2003.

18. Грачева Т.В. ADABAS основа технологий SOFTWARE AG. СУБД N 2 1995. http://www.osp.ru/dbms/1995/02/source/adabas.htm.

19. Громов Р.Г. Очерки информационной технологии. М.: ИнфоАрт, 1993.

20. Дал У., Дейкстра Э., Хоар К. Структурное программирование, Мир, 1989.

21. Дейт К. Руководство по реляционной СУБД DB2. М.: Финансы и статистика, 1988. - 320 с.

22. Дейт. К. Введение в системы баз данных. 7-ое издание. Москва-Санкт-Петербург-Киев: Издательский дом «Вильяме», 2002.

23. Джексон Г. Проектирование реляционных баз данных для использования с микроЭВМ. -М.: Мир, 1991. 252 с.

24. Дик В.В. (ред.) Информационные системы в экономике. Учебник. М.: Финансы и статистика, 1996. 272 с.

25. Гусев А. В. Моделирование и оценка эффективности функционирования медицинской информационной системы. Автореферат диссертации. Петрозаводск, 2004.

26. Журнал Database Programming & Design, http://www.dbpd.com.

27. Журнал DBMS magazin . http://www.dbmsmag.com.

28. Журнал Информационные технологии. http://www.iac.spb.ru/ITMAGAZ/index.asp.

29. Журнал Открытые системы, http://www.osp.ru/os/.

30. Журнал СУБД, http://www.osp.ru/dbms.35.3ильбершатц А., Стоунбрейкер М., Ульман Дж. Базы данных: достижения и перспективы на пороге 21-го столетия. СУБД N 3, 1996.

31. Кантер О.Ж. Управленческие информационные системы. М.: Радио и связь, 1982.

32. Ким Вон. Технология объектно-ориентированных баз данных. Открытые системы N 4, 1994.

33. Ким Е.К., Шабаев И.Г., Бычков В.А. Проектирование трехмерных баз данных в СУБД universe. СУБД N 3 1996.

34. Кириллов В.В. Структурированный язык запросов (SQL). СПб.: ИТМО, 1994. - 80 с.

35. Колесник А.П. Компьютерные системы в управлении финансами. М.: Финансы и статистика, 1994.

36. Колетски Питер, Д-р Поль Дорси. Oracle Designer. Настольная книга пользователя. М.: ЛОРИ, 1999.

37. Конноли Т., Бегг К., Страчан А. Базы данных: проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика. 2-е издание. М.: Издательский дом "Вильяме", 2000.

38. Копейкин М.В., Спиридонов В.В., Шумова Е.О. Базы данных. Объектно-реляционный подход: Учеб. пособие. СПб.: СЗПИ, 1998.

39. Кузнецов С.Д. Направления исследований в области управления базами данных: краткий обзор. СУБД N 1, 1995.

40. Лаврентьева Т.Г., Шабаев И.Г. UNIVERSE — Развитие реляционных стандартов. СУБД N 2 1995.http://www.osp.ru/dbms/1995/02/source/universe.htm.

41. Ланг К., Чоу Дж. Публикация баз данных в Интернете. Пер. с англ. -СПб.: Символ-Плюс, 1998. 480 с.

42. Ласло Майкл. Вычислительная геометрия и компьютерная графика на С++ М.: «Издательство БИНОМ», 1997. 304 с.

43. Лодыженский Г.М. Системы баз данных. Коротко о главном. СУБД N 1,2, 3,4 1995.

44. Малых В. Л., Пименов С.П., Хаткевич М.И. Объектно-ориентированный подход к созданию больших информационных систем. // Программные системы. М.: НаукаФизматлит. - 1999. -С.177.

45. Мартин Дж. Планирование развития автоматизированных систем. М.: Финансы и статистика, 1984. - 196 с.

46. Матвеев Г.Н., Хаткевич М.И. Принцип объектно-реляционного дуализма для построения медицинских информационных систем. http://interin.botik.ru.

47. Материалы сайта www.InterSystems.com.

48. Медников А.Ю. Объектно-ориентированные базы данных сегодня или завтра? Открытые системы N 4, 1994.

49. Мейер М. Теория реляционных баз данных. М.: Мир, 1987. - 608 с.

50. Мизрохи С.В. Turbo-Pascal и объектно-ориентированное программирование. "Финансы и статистика", 1992.

51. Мишенин А.И. Теория экономических информационных систем М.: Финансы и статистика, 1999. 168 с.

52. Наумов А.Н. (ред.) Системы управления базами данных и знаний. М., 1991.

53. Нельсон Т. Информационные системы будущего: Информационный поиск. М.: Воениздат, 1970.59,Озкарахан Э. Машины баз данных и управление базами данных. М.: Мир, 1989.

54. Пржиялковский В. Новые одежды знакомых СУБД: Объектная реальность, данная нам. СУБД N4, 1997.

55. Рамодин Д. Многомерный мир базы данных. Мир ПК, N 3, 1997.

56. Роберт Дж. Мюллер. Oracle Developer/2000. Настольная книга пользователя. -М.: ЛОРИ, 1999.

57. Романовский И. В. Дискретный анализ. Санкт-Петербург: Невский диалект. 1999

58. Саймон А.Р. Стратегические технологии баз данных: менеджмент на 2000 год. Пер. с англ. / Под ред. и с предисл. М.Р. Когаловского. М.: Финансы и статистика, 1999 г. - 479.

59. Скворцов В. И., Щукин Б.А. Реляционная модель данных. М.: МИФИ, 1983.

60. СУБД 3/95 (Системы управления базами данных) М.: Журнал СУБД, 1997-1999.

61. Тиори Т., Фрай Дж. Проектирование структур баз данных. В 2 кн., -М.: Мир, 1985. Кн. 1. 287 е.: Кн. 2. - 320 с.

62. Титоренко Г.А. (ред.) Автоматизированные информационные технологии в экономике М.: ЮНИТИ, 2000. 400 с.

63. Ульман Д. Основы систем баз данных. М.1983.

64. Ульман Дж. Базы данных на Паскале. — М.: Машиностроение, 1990. -386 с.

65. Уэнди Боггс, Майкл Боггс. UML и Rational Rose. М.: ЛОРИ, 2000.

66. Хаббард Дж. Автоматизированное проектирование баз данных. М.: Мир, 1984.-294 с.

67. Хансен Г., Хансен Д. Базы данных: разработка и управление. М.: ЗАО Издательский дом БИНОМ, 1999.

68. Харари Ф. Теория графов. М.: УРСС. 2003.

69. Цаленко М.Ш. Моделирование семантики в базах данных. М.: Наука, 1989.

70. Цикритизис Д., Лоховски Ф. Модели данных. М.: Финансы и статистика, 1985. - 344 с.

71. Шорин В.Г. (ред.) Системный анализ и структуры управления. М.: Знание, 1975.

72. Antong R.N. Planning and Control Systems. A Framwork for Analysis. Division of Research, Graduate School of Business Administration, Boston: Harvard University. 1965.

73. Barry Boehm. A Spiral Model of Software Development and Enhancement. IEEE Computer, Vol.21, No. 5 (May 1988): pp. 61-72.

74. Bischoff J. Achieving Warehouse Success, Database Programming & Design. July 1994. P. 26.

75. Bowen B.D. Staking Out the OODBMS Territory. Open Systems Today. July 5, 1993.

76. Cattell R.G.G., ed. The Object Database Standard: ODMG-93. San Francisco: Morgan and Kaufmann Publishers, 1994.

77. Celko J. Joe Celko's SQL for Smarties: Advanced SQL Programming. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 1995.

78. Database Summit Series, http://www.dbsummit.com.

79. Hackathorn R. Enterprise Database Connectivity. New York: John Wiley & Sons, 1993.

80. Hardmg E.U. Parallel Technology Meets the Warehouse. Software Magazine. November 1994. P. 19 20.

81. Inmon W.H. Shoud We Rewrite History? Database Programming & Design. March 1992.

82. Jajodia S., Sandhu R. Toward a Multilevel Secure Relational Data Model. Proceedings of ACM SIGMOD 1991.

83. Journal of Object-Oriented Programming, Focus on OODBMS, Special Issue, 1992.

84. Khoshafian S., Chan A., Wong A., Wong H.K.T. A Guide to Developing Client/Server SQL Applications. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 1992.

85. Lunt T.F., ed. Research Directions in Database Security. New York: Springer-Verlag, 1992.

86. Marion B. Client/Server Applications, New York: McGrow-Hill. 1993.

87. Melton J., A. Simon. Understanding the New SQL: A Complete Guide. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 1992.

88. Mylopoulos J., M. L. Brodie, eds. Readings in Artificial Intelligence and Databases. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 1989.

89. National Research Council, Computer at Risk: Safe Computing in the Information Age. Washington, D.C.: National Academy Press, 1991.

90. Newman S., Gray J. Which Way to Remote SQL? Database Programming and Design. December 1991.

91. Ozsu M.T., Valdunez P. Principles of Distributed Database Systems. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1991.

92. Ozsu M.T., Valduriez P. Distributed Database Systems: Where Are We Now? Computer (August 1991).

93. Roy M.P. Developing Reusable Client/Server Applications Using on ОКБ, Proceedings from Database World & Client/Server World, Vol. II, (June 1993).

94. Shipman D. "The Functional Data Model and the Data Language DAPLEX", in Readings in Object-Oriented Database Systems, eds. S. Zdonik and D.Maier. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 1990.

95. Simon A. The Integrated CASE Tools Handbook. New York: Van Nostrand Reinhold/Intertext. 1993.

96. Tang A., Scoggins S. Open Networking with OSI. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall. 1992.

97. Tannenbaum A. Implementing A Corporate Repository: The Models Meet Reality. New York: John Wiley & Sons. 1993.

98. Uhrowczik P. Information Warehouse Architecture, Proceedings of DB/Expo 93, San Francisco, May 5,1993.

99. Varma S. Objects and Databases: Where Are We Now? Database Programming & Design. May 1993.

100. Widom J., Ceri S. Active Database Systems: Triggers and Rules for Advanced Database Processing. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 1995.

101. Zdonik S., Maier D., eds. Readings in Object-Oriented Database Systems. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 1990.