Введение
Описываемая государственная информационная система (ГИС) предназначена для повышения качества взаимодействия информационных систем, входящих в инфраструктуру, обеспечивающую информационно-технологическое взаимодействие информационных систем, используемых для предоставления государственных и муниципальных услуг и исполнения государственных и муниципальных функций в электронной форме (далее – инфраструктура взаимодействия), и информационных систем, использующих инфраструктуру взаимодействия, а также для обеспечения управления качеством обслуживания пользователей инфраструктуры взаимодействия, непрерывностью и доступностью услуг и сервисов инфраструктуры взаимодействия, формирования отчетности о ее работе, управления информационной безопасностью и управления инцидентами в работе инфраструктуры взаимодействия. Управление непрерывностью и доступностью услуг и сервисов реализуется за счет комплексного мониторинга и оперативного управления информационными ресурсами в рамках государственных услуг и внутренних процессов. Система обрабатывает большой поток данных от различных источников, обеспечивает взаимодействие между подразделениями и внешними организациями, включая службы технической поддержки (СТП).
Современные государственные информационные системы становятся все более распределенными и сложноорганизованными структурами, где интеграционные модули являются одним из ключевых элементов. От их эффективности и производительности напрямую зависят оперативность реагирования на возникающие инциденты и скорость межведомственного взаимодействия. Внедрение новых сервисов, рост числа обращений и необходимость оперативной обработки больших массивов информации требуют постоянного совершенствования интеграционных механизмов, а также адаптации системы под новые технологические и регламентные требования.
В условиях постоянно растущей сложности государственных информационных систем, жестких требований к их надежности и масштабируемости, а также стремительного увеличения объема обращений возникает необходимость в эффективной и гибкой интеграции с СТП. Термин «модернизация» используется в общепринятом смысле: «комплекс мероприятий по обновлению и доработке существующих компонентов ГИС (программного обеспечения (ПО), технических средств, организационной документации) с целью повышения эффективности их применения» [1].
В случае ГИС модернизация может включать обновление интеграционного модуля, усиление серверных мощностей или оптимизацию нормативно-правовой и методической базы – в зависимости от целей и приоритетов проекта.
Актуальность работы обусловлена тем, что без своевременного обновления интеграционного модуля повышаются риски сбоев, затрудняется масштабирование и усложняется обслуживание системы в целом.
Цель исследования – выявить оптимальные архитектурные решения и технологические подходы к модернизации интеграционного модуля, позволяющие повысить эффективность взаимодействия ГИС с системами техподдержки.
Материалы и методы исследования
Материалами исследования послужили компоненты распределенной интеграционной системы технической поддержки и управления интеграционными и аналитическими сервисами ГИС. В работе были использованы нормативные и технические документы, научные статьи и монографии по вопросам архитектуры информационных систем и протоколов взаимодействия. В работе применялись методы сравнительного анализа для оценки архитектурных решений и протоколов (SOAP, REST, gRPC), обобщения и системного подхода при формулировке выводов.
Также изучался опыт аналогичных государственных информационных систем, что позволило выявить практические проблемы и типовые ошибки, которые возникают при модернизации интеграционных решений в государственных учреждениях и ведомствах. Важной частью методологии стало также моделирование работы системы при различных уровнях нагрузки с использованием специализированного программного обеспечения, что позволило дать объективную оценку преимуществ и недостатков каждого подхода, представленного в статье.
Результаты исследования и их обсуждение
Предназначение интеграционного модуля и обоснование необходимости его модернизации
Обработка обращений пользователей к ГИС проходит несколько этапов. Пользователи (внутренние или внешние) формируют обращения или инциденты. ГИС принимает запросы и передает их в интеграционный модуль. Интеграционный модуль обеспечивает связь с системой техподдержки: создает, обновляет и отслеживает заявки, а также возвращает результаты обработки назад в ГИС. Обобщенная схема взаимодействия участников в рамках ГИС представлена на рисунке.
В рамках ГИС взаимодействие с СТП предполагает: автоматизированный обмен данными (инцидентами, проблемами, запросами на обслуживание) в режиме реального времени; синхронизацию статусов и эскалацию заявок (контроль критичности, дедлайны, назначенные исполнители); интеграцию с базами знаний для оперативного решения частых проблем; единую точку доступа для операторов ГИС и других ответственных лиц. В конечном итоге такая интеграция снижает время отклика на инциденты, улучшает согласованность работы разных подразделений и повышает прозрачность контроля исполнения заявок [2].
Обобщенная схема взаимодействия участников в рамках использования ГИС
Достоинства и недостатки архитектур и протоколов
|
Решение / Протокол |
Достоинства |
Недостатки |
|
Микросервисная архитектура |
− Гибкое масштабирование отдельных сервисов [5] − Независимый цикл разработки − Устойчивость к сбоям отдельных компонентов |
− Повышенная сложность инфраструктуры (Kubernetes, сервис-меш) − Сложности с мониторингом и логированием − Необходимость согласованного управления версиями API |
|
ESB (Enterprise Service Bus) |
− Централизованный контроль и наблюдение за потоками − Маршрутизация и трансформация «из коробки» − Поддержка различных протоколов (SOAP, REST, JMS и др.) |
− Может стать «бутылочным горлышком» при высоких нагрузках − Сложности с внесением изменений в единую шину − Требуются существенные аппаратные ресурсы для масштабирования |
|
API Gateway |
− Единая точка входа и управления безопасностью − Удобные кеширование и балансировка − Управление версиями API |
− Не решает задачу бизнес-логики интеграции − Может усложнить трассировку в больших системах (нужен сервис-меш) − Требует корректной настройки маршрутизации для разных сервисов |
|
SOAP |
− Строгая типизация и формальный контракт (WSDL) − Поддержка широкого спектра стандартов безопасности (WS-*) − Хорошая совместимость с «корпоративными» платформами (.NET, Java EE) |
− «Тяжелый» XML-формат, избыточность сетевого трафика − Более сложная настройка и отладка − Уступает REST/gRPC в гибкости |
|
REST |
− Простота реализации (JSON) − Высокая популярность и поддержка веб-клиентами − Гибкость и масштабируемость |
− Нет жесткого контракта без OpenAPI/Swagger − Необходимость дополнительной документации − Могут возникать разночтения при реализации разных REST-эндпоинтов |
|
gRPC |
− Высокая производительность и низкие задержки − Двоичный формат Protocol Buffers − Встроенная поддержка потоков (streaming) |
− Сложнее в освоении, чем REST. Не всегда прозрачно работает с существующими L7-балансировщиками − Требует специальных инструментов для генерации кода и описания контрактов |
Рост количества пользователей, обусловленный развитием сервисов по предоставлению государственных услуг в электронном виде, вызывает потребность в модернизации интеграционного модуля. Помимо этого, в ходе исследований были выявлены следующие причины необходимости модернизации.
• Рост объемов данных и нагрузки. ГИС обрабатывает все больше заявок и инцидентов, поэтому для поддержания скорости реакции и качества обслуживания важно оптимизировать производительность и масштабируемость.
• Устаревание существующих решений. Традиционные (монолитные) способы взаимодействия не поддерживают современные протоколы и форматы, усложняя интеграцию с новыми СТП [3].
• Возрастающие требования к надежности и безопасности. Государственные регламенты и стандарты (например, ГОСТы и требования ФСТЭК) требуют надежных методов аутентификации, шифрования и протоколов обмена данными [4].
Для устранения выявленных проблем в первую очередь необходимо модернизировать архитектуру интеграционного модуля, что обеспечит устойчивость системы к нагрузкам, быстрое внедрение новых сервисов, а также упрощенное обслуживание. Кроме того, модернизация архитектуры создаст гибкость при расширении функционала ГИС, т.е. позволит добавлять в ГИС новые сервисы (например, модули аналитики), не затрагивая при этом основные процессы и не увеличивая время на внесение изменений.
Сравнительный анализ архитектурных решений и протоколов
Для выбора оптимального подхода к модернизации важно учитывать преимущества и ограничения различных архитектур (микросервисов, ESB, API Gateway) и протоколов (SOAP, REST, gRPC), каждая из которых обладает своими плюсами и минусами (таблица).
Опираясь на данные таблицы, в конкретном проекте выбирают сочетание наиболее подходящих решений [6, 7]. Например, при необходимости легкой интеграции с веб-приложениями может быть сделан упор на REST, а для высоконагруженного обмена пакетными данными – gRPC. Если требуется жесткий контроль маршрутизации и трансформации сообщений, следует рассмотреть ESB. При создании масштабируемых систем с множеством микросервисов целесообразно внедрять API Gateway и сервис-меш.
Обеспечение отказоустойчивости интеграционного модуля и внедрение средств мониторинга
Одной из главных причин модернизации интеграционного модуля является все возрастающая нагрузка на ГИС, поэтому необходимо обратить внимание на обеспечение отказоустойчивости интеграционного модуля. Предлагается использовать следующие подходы и инструменты.
• Горизонтальное масштабирование. Масштабирование отдельных сервисов с помощью Docker и Kubernetes позволяет реагировать на резкий рост числа обращений.
• Circuit Breaker. Защищает систему от каскадных сбоев, позволяя вовремя «размыкать цепочку» при ошибках со стороны одного из сервисов.
• Балансировщики нагрузки. Позволяют распределять входящие запросы по нескольким экземплярам сервиса, повышая общую доступность и живучесть системы.
Для прогнозирования и своевременного предотвращения проблемных ситуаций при использовании ГИС предлагается использовать следующие инструменты телеметрии, мониторинга и трассировки.
• OpenTelemetry. Сбор метрик, логов и распределенных трасс из различных компонентов системы в единую точку. Это критично для оперативного выявления узких мест и анализа инцидентов.
• Системы визуализации. Grafana, Kibana (Elastic Stack) помогают в реальном времени отслеживать ключевые показатели (время отклика, процент ошибок и т.д.).
• Распределенная трассировка. Инструменты вроде Jaeger и Zipkin позволяют проследить «путь» запроса через весь комплекс сервисов, ESB или API Gateway, ускоряя диагностику проблем.
Заключение
Таким образом, в результате проведенного исследования были определены оптимальные архитектурные подходы к модернизации интеграционного модуля ГИС. Реализация предложенных решений позволяет значительно повысить надежность, производительность и гибкость всей структуры ГИС. Комплексное сочетание современных архитектурных моделей, эффективных протоколов взаимодействия и средств обеспечения отказоустойчивости обеспечивает повышение устойчивости системы к нагрузкам, упрощает процессы интеграции новых сервисов и способствует быстрому внедрению инноваций. Практическая значимость работы заключается в возможности применения разработанных рекомендаций для модернизации государственных информационных систем, что обеспечит их стабильность, соответствие современным требованиям информационной безопасности и, как следствие, повысит общую эффективность работы государственных учреждений и ведомств.