Доклад: Постреляционные технологии Cache в системе управления университетом

Ю.В. Калашник, Научный руководитель - В.И. Калашник, ст. преподаватель

Черниговский государственный технологический университет, Украина

Анализ и управление учебным процессом в высшем учебном заведении наиболее эффективно может осуществляться при использовании современных информационных технологий, среди которых особое внимание привлекает создание собственной информационной системы Университета (intranet), как составной части всемирной сети Internet. Первым шагом к этому всегда становится выбор необходимых инструментальных средств и технологий программирования.

Известно, что использование современных методов объектно-ориентированного программирования (ООП) при создании информационных систем сталкивается с несогласованностью объектно-ориентированного представления и реляционной технологии построения систем с базами данных (БД) [Вон К., 1994].

Первоначально, спроектированная БД была реализована средствами двух СУБД: реляционной СУБД Informix, с использованием традиционной реляционной технологии на основе операторов DDL (Data Definition Language) языка SQL и объектного подхода, возможного в среде постреляционной СУБД Cache. Последующий анализ обеих реализаций выявил значительные преимущества объектной технологии над реляционной, что проявилось в значительном сокращении времени отклика системы на запросы пользователей при 100 Мб объеме БД.

Вследствие этого, для построения информационной системы Университета была выбрана объектно-ориентированная технология создания БД, поддерживаемая постреляционной СУБД Cache, лицензия на использования которой в учебном процессе была предоставлена Черниговскому Государственному Технологическому Университету (ЧГТУ) московским представительством фирмы InterSystems.

Архитектура информационной системы ВУЗа построена на основе многоуровневой модели, ядром которой является постреляционная СУБД Cache в среде Windows 2000 Advanced Server, одновременно объединяющая в себе сервер БД и сервер приложений [Технологический справочник], Web-сервер IIS и клиентские рабочие места, осуществляющие доступ к информационной системе ВУЗа через Web-интерфейс (браузеры Internet Explorer в среде Windows 9x, Windows2000 и Netscape Navigator в среде Linux).

Основными функциональными возможностями информационной системы является организация учебного процесса, ведение базы данных студентов и преподавателей, отслеживание текущей успеваемости студентов и графиков выполнения ими учебных планов, прогнозирование результатов очередной экзаменационной сессии и формирование списков "групп риска" студентов, могущих потенциально получить неудовлетворительные оценки в сессию. Кроме этого, информация о структуре Университета, специальностях, по которым осуществляется подготовка специалистов, конкурсы по специальностям в период приемных экзаменов доступны для всех посетителей WEB-сайта Университета.

Диаграмма вариантов использования системы (Use Case) на языке UML приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Диаграмма вариантов использования системы управления Университетом.

Из диаграммы видно, что для работы функционирующей в ВУЗе системы начисления заработной платы используются результаты работы подсистемы учета кадров профессорско-преподавательского состава, а автоматизированная система составления расписания предоставляет свои данные для организации учебного процесса.

Базовой методологией при построении системы управления Университетом является объектно-ориентированная технология, позволяющая эффективно реализовать ее функциональные возможности. В качестве примера реализации на рисунке 2 приведен фрагмент диаграммы классов для варианта использования "Студенты и успеваемость".

Рис. 2. Фрагмент диаграммы классов системы управления Университетом.

При создании приложения были использованы фирменные технологии InterSystems, такие как средства построения многомерных баз данных на основе постреляционной технологии Cache, язык программирования приложений Cache Object Script, технология формирования динамических WEB-страниц Cache Server Pages [Кирстен В., 2001]. Кроме того, язык Cache Object Script применяется для построения нейросети, используемой для извлечения данных (Data Mining), хранящихся в больших хранилищах данных (Data Warehouse).

Сервер БД Cache выполняет функции хранения и извлечения данных из многомерного хранилища данных, а сервер приложений Cache реализует всю бизнес-логику предметной области и обеспечивает интеллектуальный анализ данных на основе технологии нейросетей, построенных с использованием языка Cache Object Script.

Для реализации нейронной сети используется архитектура многослойного персептрона (Multi Layer Perceptrons) [Нейронные сети]. Для анализа необходимой конфигурации нейросети (количество слоев и элементов) используется пакет MathLab. Обучение нейросети проводится по алгоритму обратного распространения (Back propagation) на основании данных собранных при наблюдении за учебным процессом. При этом обеспечивается прогнозирование успеваемости каждого из студентов в очередную сессию по результатам предыдущих экзаменов и текущего контроля успеваемости.

Доступ к хранилищу данных посредством Web-интерфейса осуществляется с использованием встроенной в Cache технологии динамического формирования страниц Cache Server Pages (CSP), что дает возможность минимизировать затраты времени и вычислительных ресурсов при выполнении запросов к БД. Повышение скорости доступа по сравнению с известными альтернативными решениями на основе надстроек в виде ASP, PHP или JSP обеспечивается тем, что обработка логики предметной области осуществляется на сервере приложений, размещенном непосредственно в среде Cache, а для подключения к Web-серверу используются стандартные высокоскоростные интерфейсы (API). Кроме этого, функциональность приложений расширяется из-за использования фирменной технологии событий (Hyper-Events) фирмы InterSystems.

Преимуществом данного приложения перед аналогами является возможность создания автоматизированной информационной системы Университета, доступ к которой осуществляется с любого персонального компьютера университетской сети посредством стандартного WEB-браузера без установки на клиентских рабочих местах дополнительного программного обеспечения.

Наличие в системе централизованного объектно-ориентированного хранилища данных, функционирующего под управлением постреляционной СУБД Cache, обеспечивает высокую производительность, надежность и масштабируемость информационной системы.

Дополнительным достоинством системы является использование в ней для извлечения данных технологии нейросетей, позволяющей производить интеллектуальный анализ больших массивов данных, а средства визуализации его результатов обеспечивают эффективный инструмент для поддержки принятия решений по управлению Университетом.

Список литературы

 [Вон К., 1994] Вон К., Технология объектно-ориентированных баз данных // Открытые системы,1994,№3.С.30-42.

[Технологический справочник] Технологический справочник по Cache. - InterSystems Corp., 2001. - 41 с.

[Кирстен В., 2001] В. Кирстен, М. Ирингер, Б. Рериг, П. Шульте. СУБД CACHE: объектно-ориентированная разработка приложений. Учебный курс /- СПб.: Питер, 2001. - 384 с.

[Нейронные сети] Нейронные сети. STATISTICA Neural Networks: Пер. с англ. -М.:Горячая линия-Телеком.2001.-182 с.