Введение к работе
Актуально сть темы
Проектирование информационных систем, основанных на концепции баз данных, исторически возникло с ростом применения вычислительной техники в науке, промышленности и сфере управления. Согласно этой концепции ядром такой информационной системы становятся данные, организованные определенным образом с целью адекватного отображения реального мира и эффективного удовлетворения информационных потребностей пользователей системы.
Для решения проблем регулирования к управления базами данных была развита концепция СУБД — обобщенного инструмента манипулирования базами данных, в функции которого входит поддержка непротиворечивости, целостности данных п авторизации доступа, опирающегося на одну из моделей представления данных: сетевую, иерархическую или реляционную.
Следующие качества привели к шнрохому применению СУБД :
возможность оперативного доступа к информации;
доступность для использования всей содержащейся в БД информации;
согласованность проведения оиераций обпо&ления данных, гарантирующая целостность, непротиворечивость и отсутствие избыточности информации.
Работа посвящена проектированию информационной системы на базе реляционной СУБД для организации архивов ядерных данных.
Своим возникновением архивы ядерных дагных обязаны созданию национальных программ в области атомной энергетики. Работы по автоматизации использования и ведения архивов ядерных данных начались практически с момента создания самих архивов, требовавшихся для решения нейтронно- и ядерно-физичесхнх задач, я прошли все этапы вместе с эволюцией концепции автоматизированной обработки информации.
Приложения нейтронно- и ядерно-физического направления тре-букгт при: работе выборки информации ио архивов ядерных данных с жесткими временными ограничениями и удобства формирования сложных критериев поиска. Эти требования делают актуальным создание информационных систем на основе баз данных для ведения
и использования архивов ядерных данных, так как только применение СУБД позволяет сочетать оперативность получения информации, ее доступность, гибкость при формировании запросов с поддержкой целостности, непротиворечивости и неиобыточности данных.
Работы по созданию информационных систем для ведения архивов ядерных данных проводятся на протяжении многих лет как в нашей стране, так и за рубежом. В 1964 г. международным сообществом было принято решение о сотрудничестве и обмене инфор-/ мацией между ядерными центрами стран, занимающихся развитием атомной энергетики. Этими центрами стали:
Центр автоматизации ядерных данных (ЦАЯД) — Обнинск,
СССР;
. Национальный центр ядерных данных (NNDC) — Брукхейвенс-кая национальная лаборатория, США;
Секция ядерных данных МАГАТЭ (IAEA NDS) — Вена, Австрия;
Центр атомно-энергетичесжой документации — Карлсруэ, ФРГ;
Банк данных Национального энергетического агентства (NEA DB) — Сакле, Франция.
В задачи центров входил сбор экспериментальной информации, оценка полученых в экспериментах данных/обмен данными, снабжение ими организаций, входящих в зоны обслуживания центров.
На основе проведенного обзора работ в таблице 1 систематизированы возможности системл разрабатываемых и используемых в настоящее время в основных ядерных центрах:
Таблица 1: Возможности систем архивов ядерных данных
Отметим, что с составляющими архивы библиотеками работа ведется как с базами данных, т.е. соответствующими утилитами производятся операции выборки и модификации данных, но системы управления базами данных не используются, что приводит к значительным трудностям в эксплуатации и сопровождении архивов. Это объясняется исторически сложившейся в течение десятилетий технологией их ведения.
Непосредственно в программах расчета ядерных реакторов обычно используются более простые по структуре, "интегральные" библиотеки, их называют "рабочими" или "групповыми''. Эти библиотеки могут содержать данные для различного числа энергетических групп, параметры таких библиотек зависят от нейтронного спектра задач, на которые эта библиотека ориентирована. Ряд таких библиотек сложился исторически, из-за чего они имеют различную форматную организацию, и опробован большим количеством расчетов энергетических установок. Другие библиотеки готовятся с помощью специальных программ из исходных библиотек оцененных ядерных данных, наиболее известной из которых является N30Y.
В крупных научных центрах ведутся поисковые проектные расчеты сразу нескольких типов ядерных реакторов. Число используемых в расчетах библиотек, с учетом версий, и их объемы — велики. При проведении расчетов необходимо постоянно контролировать непротиворечивость и полноту этих библиотек, обеспечивать преемстве-ность их версий.
В настоящее время в большом числе отечественных программ нейтронно-фиэического расчета ядерно-энергетических установок используются различные модификации библиотек 2б-ти групповых констант типа БНАБ; изготовленной в начале 60-х годов'для расчета быстрых реакторов. Фактически, в каждой организации ядерно-энергетического комплекса и даже в отдельных подразделениях имеется сеож групповая библиотека. В современных условиях можно прогнозировать дальнейший рост числа таких библиотек. В этой ситуации вполне обоснованным представляется создание работающего в единой технологии сервисного центра, снабжающего потребителя необходимыми ему групповыми библиотеками для решения конкретных практических задач.
Во многом решить их можно, создав информационную систему для хранения, использования и ведения библиотек, обеспечивающую:
хранение данных библиотек любых форматов;
единый формат хранения всех библиотек;
« работу с ядерными данными без знания особенностей форматной организации библиотек;
элективный поиск данныц
"дружественный" интерфейс при интерактивной работе в с прикладными пакетами;
доступ к библиотекам по компьютерным сетям.
Реализовать систему с перечисленными свойствами можно используя инструментарий СУБД и технологию проектирования баз данных и приложений на их основе.
Анализ приведенных в обооре последних работ в области организации архивов ядерных данных выявил следующее:
Ведущими организациями, на которые возложено распространение ядерной информации, имеющими устоявшиеся традиции в области ведения архивов ядерных данных, развиваются всеобъемлющие архивы, снабжающие пользователей исчерпывающей первичной информацией. Но большие объемы архивов и созданное для их ведения программное обеспечение не позволяет быстро сменить технологию эксплуатации на более современную. Развитие идет по экстенсивному пути — увеличения мощности машинного парка и размеров дискового пространства.
Создаются программы визуализации ядерных данных разной степени "дружественности" по отношению к пользователю.
Существующие разработки имеют ряд особенностей, не позволяющих эффективно их использовать в отечественной практике:
не развиты возможности работы с групповыми библиотеками,
в то время как их использование является повседневной прак
тикой в работе коллективов ядерных центров;
реализованные для ведения архивов ядерных данных информа
ционные системы имеют ряд недостатков:
. — необходимость написания дополнительных утилит для поиска по сложным, либо нестандартным критериям; порождение целого набора утилит проверки форматов библиотек;
слабые возможности развития программного обеспечения, применяемого при ведении архивов ядерных данных связаны с использованием процедурных языков программирования, не предназначенных для обработки данных;
необходимость знания пользователем форматов библиотек.
С учетом перечисленных причин перед автором была поставлена задача создания информационной системы, ориентированной на ведение и использование групповых библиотек, позволяющей легко создавать запросы со сложными критериями поиска и эффективно их выполняющей; не требующей от пользователя знания особенностей форматной организации библиотек; предоставляющей свободный доступ к данным с помощью электронных коммуникаций, как а интерактивном режиме, так и в режиме электронной почты.
Цель работы состоит в разработке архитектуры информационной системы, обеспечивающей поддержку и использование библиотек ядерных данных на основе реляционной системы управления базой данных.
Научная новизна работы состоит в создании концептуальной схемы БД, инвариантной к.библиотекам различных форматов, что, позволяет размещать в базе библиотека различных форматов без изменения ее схемы, лишь переработав программу загрузки; методики преобрглования библиотек ядерных данных различных форматов в реляционную базу данных. Разработанная схема базы данных впервые дала возможность хранить в базе не только информацию о структуре библиотек, но и сами ядерные данные, что позволяет работать с ядерными данными с помощью языка запросов реляционной СУБД.
Практическая ценность работы состоит в создании информационной системы, обеспечивающей функционирование архива груп-' повых библиотек, необходимых для проведения различных расчетов реакторных установок и предоставляющей сетевой доступ к хранимой информации. При реализованном методе хранения библиотек в БД .становится возможным применять в обработке и ведении ядерных данных современную информационную технологию — реляционные системы' управления базами данных, что сокращает время написания программ обработки ядерных данных. Ранее функционально аналогичные программы писались на процедурных алгоритмических языках (обычно на языке ФОРТРАН), что;тр«-
$ :
бовало больщих усилий и, нередко, приводило к трудно выявляемым ошибкам. Выполненная работа пооволяет получать доступ к базе неитронно-физических констант озинтересованным органиоациям, не имеющим собственных центров константного обеспечения и высокоскоростных коммуникационных каналов посредством почтового сервера; развивать на ее основе программные комплексы верификации ядерных данных. Система была апробирована в Лаборатории нейтронно-физических констант ИЯР РНЦ "Курчатовский Институт" на основе библиотек типа БНАБ.
Апробация работы
Основные результаты диссертации докладывались: ,
на Международном форуме Евро-Азиатской группы пользователей ORACLE, Москва,, 1993;
на. Международной конференпии-выставке по свободному системному н прикладному программному обеспечению в среде ОС UNIX, Москва, 1993;
на Семинаре "Алгоритмы и программы для нейтронно-физических расчетов ядерных реакторов", Обнинск, 1995.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списха литературы, включающего 84 наименования. Диссертация содержит 98 страниц печатного текста, 14 рисунков и 9 таблиц.
