Ультра-широкие системы масштаба

Система с сверхуровневым масштабом ( ULSS )-это термин, используемый в областях, включая компьютерную науку , разработку программного обеспечения и системную инженерию для обозначения программных систем с беспрецедентными объемами аппаратного обеспечения , линий исходного кода , номеров пользователей и объемами данных . Масштаб этих систем приводит к многим проблемам: они будут разработаны и используются многими заинтересованными сторонами в нескольких организациях, часто с противоречивыми целями и потребностями; Они будут построены из гетерогенных частей со сложными зависимостями и возникающими свойствами; Они будут постоянно развиваться; и программное обеспечение, аппаратные и человеческие сбои будут нормой, а не исключением. Нортроп и другие введены термин «система с ультраименной масштабами». Описать проблемы, стоящие перед Министерством обороны США . Термин впоследствии использовался для обсуждения проблем во многих областях, включая компьютеризацию финансовых рынков . Термин «система с ультраименной масштабами» (ULSS) иногда используется взаимозаменяемо с термином «крупномасштабная комплексная ИТ-система» (LSCITS). Эти два термина были введены в аналогичные времена, чтобы описать аналогичные проблемы, первые были придуманы в Соединенных Штатах и ​​последних в Великобритании.

Фон

Термин «Ультра-широкий масштаб» был введен в отчете Института разработки программного обеспечения в Университете Карнеги-Меллона в 2006 году в Университете Карнеги-Меллона, написанном Линдой Нортроп и его коллегами. В отчете объясняется, что программные интенсивные системы достигают беспрецедентных масштабов (по показателям, включая строки кода; количество пользователей и заинтересованных сторон; цели, система размещается в размерах данных, хранящихся, доступных, манипулируемых и утонченных; количества соединений и взаимозависимости между компонентами; и количества элементов оборудования). Когда системы становятся сверхуровневыми масштабами, традиционные подходы к инженерии и управлению больше не будут адекватными. В отчете утверждается, что проблема больше не в инженерных системах или системах систем , а инженерных « социально-технических экосистемы ».

В 2013 году Линда Нортроп и ее команда провели доклад о пересмотре результатов исследования в 2006 году и реальности 2013 года. В итоге разговор пришел к выводу, что (а) системы находятся в центре общества, и изменения в текущей социальной ткани и институтах являются значительными; (б) оригинальная исследовательская группа 2006 года, вероятно, была слишком консервативной в своем отчете; (c) недавние технологии усугубили темпы роста масштаба; и (d) есть отличные возможности.

В то же время публикации доклада Northrop и других, в Великобритании была инициатива по исследованиям и обучению в области крупномасштабных сложных ИТ-систем . Многие из проблем, признанных в этой инициативе, были такими же, как или были похожи на те, которые признаны как проблемы систем сверхуровневого масштаба. Грег Гот Цитаты Дейв Клифф , директор Великобритании, заявив, что «предложение ULSS и предложение LSCITS были написаны полностью независимо, но мы пришли к очень похожим выводам о том, что нужно сделать и о том, как это сделать». Разница, указанная Яном Соммервиллем Инициатива Великобритании началась с пяти-десятилетнего видения, в то время как инициатива Нортропа и ее соавторов была гораздо более долгосрочным. Похоже, что это привело к тому, что в системе с сверхуровневым масштабированием появилось две несколько разных точек зрения. Например, перспектива Ричарда Габриэля заключается в том, что сверхуровневые системы желательны, но в настоящее время невозможно создать из-за ограничений в области проектирования программного обеспечения и системной технической инженерии. С другой стороны, перспектива Соммервилля заключается в том, что сверхуровневые системы уже появляются (например, в управлении воздушным движением ), при этом ключевая проблема заключается не в том, как их достичь, а как обеспечить их адекватно.

Характеристики сверхуровневой системы

Системы с сверхуровневым масштабом имеют характеристики систем систем (систем, которые имеют: независимые подсистемы, независимые от управленчески, компоненты и подсистемы; эволюционное развитие; возникающее поведение; и географическое распределение). В дополнение к этому, отчет Northrop утверждает, что ULSS будет:

• Децентрализованные данные , разработку, эволюция и оперативный контроль
• Адресовать по своей природе противоречивые, непознаваемые и разнообразные требования
• Постоянно развиваться во время работы, с различными возможностями развертываются и удаляются
• Содержать разнородные, непоследовательные и меняющиеся элементы
• Разобедрить границу системы людей. Люди будут не только пользователями, но и элементами системы и влияют на ее общее возникающее поведение.
• Отказ встречи как норму, а не исключение, при этом крайне маловероятным, что все компоненты функционируют в любое время
• Требовать новые парадигмы для приобретения и политики, а также новые методы контроля

Отчет Northrop утверждает, что «масштаб систем ULS изменит все. Приобретение системы ULS будет одновременно с его работой и потребует новых методов контроля в системах ULS, эти характеристики будут доминировать.

Домены

Термин «ультра-широкий масштаб» был введен Northrop и другими обсудить проблемы, с которыми сталкивается Министерство обороны США в области инженерного программного обеспечения. В 2008 году Грег Гот писал, что, хотя доклад Northrop был сосредоточен на будущих требованиях военных США, «его описание того, как основные принципы проектирования программного обеспечения будут изменяться в глобальной экономике   ... находит широкую апелляцию». Термин теперь используется для обсуждения проблем в нескольких областях.

Защита

В докладе Northrop утверждается, что «Министерство обороны США (DOD) имеет цель информационного доминирования   от все более сложных систем, характеризующихся тысячами платформ, датчиков, узлов принятия решений, оружия и боевых действий, соединенных через гетерогенные проводные и беспроводные сети   ... Эта цель зависит   .

Финансовая торговля

После флэш -аварии 2010 года , Клифф и Нортроп have argued "The very high degree of interconnectedness in the global markets means that entire trading systems, implemented and managed separately by independent organizations, can rightfully be considered as significant constituent entities in the larger global super-system.   ... The sheer number of human agents and computer systems connected within the global financial-markets system-of-systems is so large that it is an instance of an ultra-large-scale system, and that largeness-of-scale has significant effects on природа системы ».

Здравоохранение

Кевин Салливан заявил, что система здравоохранения США является «явно ультра-широкой системой масштаба» И этот строительный национальный масштаб Cyberinfrastructure для здравоохранения «требует не только строгих современных усилий по программному обеспечению и систем, но и подхода к передовой к нам понимания систем обработки информации и их разработки и развертывания в сложных социально-технических средах».

Другие

Другие домены, которые, как утверждают, наблюдают, как рост систем с сверхуровневым масштабом включают правительственные системы, транспортные системы (например, системы управления воздушным движением), системы распределения энергии (например, Smart Grids) и крупные предприятия.

Исследовать

Фундаментальные пробелы в нашем текущем понимании разработки программного обеспечения и программного обеспечения в масштабе систем ULS представляют глубокие препятствия для технически и экономически эффективного достижения значительного успеха в функциональности основной системы. Эти пробелы стратегические, а не тактические. Вряд ли они будут адекватно рассмотрены посредством постепенных исследований в рамках установленных категорий. Скорее, нам требуется широкая новая концепция как природы таких систем, так и новых идей о том, как их развивать. Нам нужно будет смотреть на них по-другому, не только на системы или системы систем, но и как социально-технические экосистемы. Мы столкнемся с фундаментальными проблемами в проектировании и эволюции, оркестровке и контроле, а также мониторинге и оценке систем ULS. Эти проблемы требуют прорывных исследований.

В Соединенных Штатах

В отчете Northrop предположил разработать портфель междисциплинарных исследований, следуя программе исследования систем ULS , которая подчеркивает следующие области: Человеческое взаимодействие - люди являются ключевыми участниками систем ULS. Многие проблемы в сложных системах сегодня связаны с неудачами на индивидуальном и организационном уровне. Понимание поведения системы ULS будет зависеть от мнения, что люди являются элементами социально созданного вычислительного процесса. Это исследование включает в себя антропологи , социологи и социологи, проводящие подробный социально-технологический анализ взаимодействия пользователей в этой области, с целью понимания того, как эффективно построить и развивать такие социально-технологические системы.

Вычислительное появление - системы ULS должны удовлетворить потребности участников на нескольких уровнях организации. Эти участники часто ведут себя оппортунистически, чтобы достичь своих собственных целей. Некоторые аспекты систем ULS будут «запрограммированы» путем правильного стимуляции и ограничения поведения, а не явным назначением. В этой области исследований рассматриваются использование методов и инструментов, основанных на экономике и теории игр (например, проектирование механизма), чтобы обеспечить глобально оптимальное поведение системы ULS, используя стратегические личные интересы избирательных округов. Эта область исследований также включает в себя изучение метахевристики и цифровой эволюции, чтобы увеличить когнитивные пределы человеческих дизайнеров, чтобы они могли более эффективно управлять постоянной адаптацией системы ULS.

Дизайн - теория теории дизайна, методы, обозначения, инструменты и практики, а также методы сбора, которые их поддерживают, неадекватны для эффективного проектирования систем ULS. Эта область исследований расширяет традиционное технологическое определение дизайна, включающую людей и организации; социальные, когнитивные и экономические соображения; и структуры дизайна, такие как правила проектирования и государственная политика. Он включает в себя исследования в поддержку проектирования систем ULS с всех этих точек зрения и на многих уровнях абстракции, от аппаратного обеспечения до программного обеспечения до людей и организаций, в которых они работают.

Вычислительная техника - потребуются новые подходы для обеспечения интеллектуального контроля на совершенно новом уровне масштаба и масштаба для анализа, проектирования и эксплуатации системы. Системы ULS будут определены на многих языках, каждый со своими собственными абстракциями и семантическими структурами. Эта исследовательская область посвящена развитию выразительности представлений для удовлетворения этого семантического разнообразия. Поскольку сложность систем ULS будет бросить вызов человеческому пониманию, эта область также сосредоточена на предоставлении автоматической поддержки для вычисления поведения компонентов и их композиций в системах и для поддержания желаемых свойств по мере развития систем ULS.

Инфраструктура адаптивной системы - системы ULS требуют инфраструктуры, которая позволяет организациям в распределенных местах работать параллельно для разработки, выбора, развертывания и развития компонентов системы. В этой области исследования исследуются интегрированные среды разработки и платформы времени выполнения, которые поддерживают децентрализованный характер систем ULS. Это исследование также фокусируется на технологиях, методах и теориях, которые позволят разработать системы ULS в их средах развертывания.

Адаптируемое и предсказуемое качество системы-системы ULS будут продолжительными и должны работать в средах, чреватой сбоями, перегрузками и кибератаками . Эти системы должны поддерживать устойчивость в присутствии адаптаций, которые не контролируются централизованно или уполномочены.

Управление традиционными качествами, такими как безопасность , производительность, надежность и удобство использования , необходимо, но недостаточно для решения проблем систем ULS. Эта область исследований посвящена тому, как поддерживать качество в системе ULS перед лицом непрерывных изменений, постоянных неудач и атак. Он также включает в себя выявление, прогнозирование и контроль новых индикаторов здоровья системы (сродни валовому внутреннему продукту США ), которые необходимы из -за масштаба систем ULS.

Политика, приобретение и управление - рамки политики и управления для систем ULS должны учитывать организационные, технические и операционные политики на всех уровнях. Правила и политики должны быть разработаны и автоматизированы, чтобы обеспечить быстрые и эффективные локальные действия при сохранении глобальных возможностей. Эта область исследований посвящена трансформации политик и процессов приобретения для приспособления к быстрой и непрерывной эволюции систем ULS путем обработки поставщиков и цепочек поставок как внутренних и важных компонентов системы ULS.

Предлагаемое исследование не вытесняет текущие, важные исследования программного обеспечения, а довольно значительно расширяет свои горизонты. Более того, поскольку он сосредоточен на системах будущего, команда SEI намеренно избегала приоритетных описаний с точки зрения современных технологий. Предполагаемый результат предлагаемого исследования представляет собой спектр технологий и методов разработки этих систем будущего, с национальными, экономическими и социальными преимуществами, которые выходят далеко за рамки самих систем ULS.

В Великобритании

Исследовательская программа Великобритании в крупномасштабных ИТ-системах занимался вопросами развития ULSS и считает, что LSCITS (крупномасштабная комплексная ИТ-система) разделяет многие характеристики ULSS.

В Китае

Национальный фонд естественных наук Китая рассказал о пятилетнем проекте для исследователей по изучению Собрания сверхуровного космического корабля. Несмотря на то, что проект будет иметь приложения для потенциальных мегапроектов , включая колоссальные космические солнечные станции. Работа над сверхуровневой апертурой на орбите на орбите в рамках Китайской академии наук (CAS) и при поддержке Министерства науки и техники Китая уже в настоящее время.

Смотрите также

• Сложная адаптивная система
• Появление
• Управление портфелем ИТ
• Перегрузка оператора
• Самоорганизация
• Социотехнические системы
• Программная архитектура
• Системные проектирование
• Теория систем

Дальнейшее чтение

• Нортроп, Линда М. (24 мая 2013 г.). «Масштаб действительно имеет значение? Ультра-широкие системы шкалы через семь лет после исследования» (PDF) . Институт разработки программного обеспечения . Университет Карнеги Меллона. Keynote представлена ​​на 35 -й Международной конференции по разработке программного обеспечения (ICSE 2013) и опубликовано IEEE Computer Society Press. Архивировано из оригинала 12 февраля 2022 года.
• Питер Ван Рой (2008). «Проблемы и возможности нескольких процессоров: почему многоядерные процессоры легки, а Интернет-это тяжело» -через Lambda The Ultimate . Дискуссионный документ, который затрагивает темы, важные в исследованиях ULS.
• Главы из: Ба Хуберман, изд. (1988). Экология вычислений . Амстердам: Elsevier Science North Holland. ISBN  978-0444703750 Полем Три основополагающих документа на вычислениях, ориентированных на рынок, основанных на рынке (концепции, которые являются предметом некоторых исследований систем ULS), Марк С. Миллер и К. Эрик Дрекслер -через агорические документы- ( Архивированный индекс ):
  • «Рынки и вычисления: агорические открытые системы» (PDF) . Экология вычислений . 1988. С. 133–176. Архивировано из оригинала (PDF) 14 августа 2022 года.
  • «Стимулирующая инженерия для управления вычислительными ресурсами» (PDF) . Экология вычислений . 1988. С. 231–266. Архивировано из оригинала (PDF) 5 декабря 2022 года.
  • «Сравнительная экология: вычислительная перспектива» (PDF) . Экология вычислений . 1988. С. 51–76. Архивировано из оригинала (PDF) 24 января 2023 года.