ИНФОКОММУНИКАЦИОННАЯ СЕТЬ, КАК ОБЪЕКТ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

MEANS OlF COMMUNICATION EQUIPMENT. Iss. 1 (145). 2019

A.A. Моисеев

Кандидат военных наук, профессор, ПАО «Интелтех»

A.B. Чуев

Кандидат технических наук, доцент, ПАО «Интелтех»

Д. В. Салюк

Кандидат технических наук, доцент, ПАО «Интелтех»

A.A. Киселев

Кандидат технических наук, доцент, ПАО «Интелтех»

ИНФОКОММУНИКАЦИОННАЯ СЕТЬ, КАК ОБЪЕКТ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

АННОТАЦИЯ. В работе представлен методологический подход рассмотрения инфокоммуникационной сети в рамках системного анализа. Содержательная часть статьи посвящена раскрытию неформальных, содержательных признаков системы: расчленимости, целостности, связанности и неаддитивности.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: системный анализ, инфокоммуникационная сеть, системный подход, стратификация.

Введение

На сегодняшний день системный анализ прочно укрепился в теории и практике научных исследований. В наше время есть понимание необходимости применения системного подхода к решению проблем различного характера, но далеко не всегда есть понимание, каким образом использовать этот подход на практике. В некоторых случаях системность служит не более чем лозунгом, а иногда ширмой, прикрывающей, по сути, не полностью системные исследования. Отдельные научные направления, будучи системными по своему существу, обосабливаются и, теряя связь с системной идеологией, приобретают черты однобокости или фрактальности [1].

Негативные последствия такого разрозненного, дифференцированного подхода к познанию систем очевидны: подмена целостного фрагментами приводит к необоснованным оценкам проблемных ситуаций, к неустойчивости принимаемых решений и к многочисленным просчетам при их воплощении в жизнь.

Такое положение дел справедливо и для области инфокоммуникаций, в частности, для инфокоммуникационной сети (ИКС). Одна из причин сложившейся ситуации заключается в отсутствии достаточного количества публикаций по вопросам современного состояния теории и практики создания (проектирования, планирования) и модернизации инфокомму-никационных сетей. Большинство монографий, научных статей и учебных источников по этой тематике, как правило, разрознены и отражают в основном частные результаты, которые были достигнуты и получены авторами в этой стремительно развивающейся отрасли научных знаний.

Исходя из этого, за основу комплексного, всестороннего исследования инфокоммуникационной сети выбран системный анализ.

Предмет системного анализа и его место в общей структуре научных знаний определяются, прежде всего, тем, что он воплощает на практике идеологию системного подхода к изучению природных и общественных явлений с целью разрешения возникающих проблем.

Это означает, что в основе его категориального аппарата, концепций, методов и приемов лежат идеи системного подхода, конкретизированные применительно к разрешаемой проблеме.

Вместе с тем, системный подход и системный анализ это различные научные направления. Системный подход выступает по отношению к системным аналитическим исследованиям своеобразной базой идей, философской основой. В свою очередь системный анализ не просто редуцирует идеи и концепции системного подхода, а наполняет их конкретным содержанием и наделяет соответствующей интерпретацией. Совместное развитие этих научных направлений идет через разрешение диалектического противоречия «общее-частное», ведущее к их взаимному обогащению [1].

Объектом системного анализа в нашем случае выступает инфокоммуникационная сеть, которую необходимо создать (спроектировать, спланировать) или модернизировать, с целью предоставления услуг абонентам (потребителям) с заданным качеством. При этом рассматриваемая сеть является общим, обобщающим случаем инфокоммуникационной сети, без привязки к назначению, задачам, условиям ее функционирования, средствам ее образующим.

Инфокоммуникационная сеть или система представляет собой симбиоз телекоммуникационной сети и аппаратно-программных средств получения, хранения, передачи, приема и обработки информации. Или другими словами — все элементы, которые входят в состав сети или системы связи, включая и оконечные устройства, предоставляющие услуги связи. Элементы сети (системы) содержат в своих схемных решениях микропроцессоры, которые работают под определенной операционной средой и специализированным программным обеспечением, имеют информационную составляющую в виде различных баз данных, знаний и т. п.

В теории системного анализа утверждается, что сущность такого предельно широкого и емкого понятия, как система, невозможно раскрыть через другие более частные сущности, и соответственно сформулировать его определение в виде одной сколь угодно сложной синтагмы. Вероятно, и стремиться к этому нет особой необходимости. С практической точки зрения его следует признать открытым, непрерывно развивающимся понятийным объектом,

не определяемым исчерпывающим образом в рамках каких бы то ни было логических или формальных построений.

Мы будем исходить из того, что при проведении системных аналитических исследований сущность таких первообразных понятий может быть раскрыта только через выработанные практикой неформальные признаки, характеристики и классификации. Причем их не следует воспринимать как догму — в зависимости от целей и задач исследования они могут пополняться, уточняться и модифицироваться.

В настоящее время общепринято, что неформальными, содержательными признаками системы являются: расчленимость, целостность, связанностьинеаддитивность [1,2].

1. Расчленимость

Изучаемый объект расчленим, если существует возможность выделить в нем фиксированное число составных частей первого уровня, а в них части второго уровня и так далее вплоть до последнего уровня, состоящего из неделимых далее частей. Составные части представленного таким образом объекта, кроме частей последнего уровня, называются подсистемами. Части последнего или низшего уровня принято именовать элементами. Элементы и подсистемы обозначаются обобщающим термином «компоненты».

Понятие «уровень» употребляется в системном анализе в четырех значениях[1]:

1) Уровень трактуется в организационном плане (уровни-эшелоны).

2) Уровнем фиксируется определенная общность законов функционирования, единство пространственно-временной топологии и субстанционального построения определенных компонентов изучаемой системы (уровни-страты).

3) Понятием уровня выражается точка зрения исследователя на различные аспекты изучаемой системы (уровни-слои).

4) Определением уровня часто выражается оценочная характеристика анализируемого объекта или явления (уровни-оценки).

Тогда уровни представления для инфокоммуникационной сети, с точки зрения системного анализа, можно записать в виде упорядоченной последовательности (кортежа) уровней:

МБЛШ ОБ COMMUNICЛTЮN БОШРМБОТ. Iss. 1 (145). 2019

^ИКС ^Сл'

где Уэ — уровни-эшелоны, УСт — уровни-страты, УСл — уровни-слои, У0 — уровни-оценки.

С этой точки зрения инфокоммуникацион-ную сеть можно представить в виде следующих уровней-эшелонов (рис. 1).

Инфокоммуникационная сеть собственно и является системой, которая подлежит описанию и дальнейшему исследованию. В свою очередь она включает подсистемы: узлов (станций), линий, управления, обеспечения, резервов.

Подсистема узлов (станций) обеспечивает передачу, прием, обработку, хранение и предоставление информации, образование необходимого количества каналов (трактов) связи для удовлетворения инфокоммуникационных потребностей абонентов (пользователей) в услугах (телекоммуникационных, информационных и дополнительных) с требуемым качеством.

Подсистема линий связи выполняет задачи по образованию каналов (трактов) связи и их распределению по узлам (станциям).

Общими элементами для перечисленных подсистем являются устройства передачи, приема и обработки сигналов, а также различная среда распространения сигналов для линий передачи.

Подсистема управления осуществляет целенаправленное воздействие на подсистемы и элементы инфокоммуникационной сети для выполнения возложенных на нее задач и обеспечения требований, предъявляемых к ней.

Для реализации цели управления инфокоммуникационной сетью создается совокупность элементов, которая включает, в общем случае, органы управления, объекты управления и каналы связи между ними, образованные средствами управления.

Подсистема обеспечения необходима для решения вопросов всестороннего материального, технического, финансового, программного, электрического, геоинформационного и т. п. снабжения. Представленный перечень элементов подсистемы обеспечения может быть изменен или дополнен, в зависимости от конкретных задач, решаемых инфокоммуникационной сетью.

Подсистема резервов предназначена для решения внезапно возникающих задач, связанных с изменениями условий функционирования инфокоммуникационной сети, когда возникает необходимость резервирования, восстановления или наращивания полноценного функционирования инфокоммуникационной сети. Элементами этой подсистемы являются специально создаваемые силы и средства.

Рис. 1. Организационное представление инфокоммуникационной сети

Необходимо отметить, что можно продолжить детализацию организационного построения инфокоммуникационной сети, но представленный состав, исследуемого объекта вполне соответствует выше заявленной цели.

Таким образом, признак расчленимости инфокоммуникационной сети с точки зрения организационного построения можно представить в виде:

¥э = (Psc, Psa, Psy, Ps0, Psp),

где Psc — подсистема узлов (станций), Psn — подсистема линий связи, PSy — подсистема управления, Ps0 — подсистема обеспечения, Psp — подсистема резервов.

С позиций общности законов функционирования, единства пространственно-временной топологии и субстанционального построения определенных компонентов изучаемой системы инфокоммуникационная сеть может рассматриваться на различных уровнях (социальном, экономическом, информационно-управленческом, технологическом и т. п.). Имеющиеся на сегодняшний день представления о инфокоммуникационной сети [3, 4] позволяют ее стратифицироватьпо следующим уровням (рис. 2):

по категориям (^кат);

по территориальному делению и назначению (StTa);

по функциональному признаку (Лфп); по типу присоединяемых абонентских терминалов (St3T)',

по выполнению требований по устойчивости, безопасности (StycT);

по количеству служб электросвязи (StC3);

по виду коммутации (StK0M);

по технологии распределения информации

(StJ;

по характеру среды распространения сигнала (Stcp)]

по месту на рынке (Stp); по обеспечению функционирования (Stф); по уровням взаимодействия (StB3); по функциональным областям управления

(St<£o);

по признакам передаваемого сообщения (Stnc)]

по виду программного обеспечения (Stmo); по уровню программного обеспечения (Styno); по виду информационного фонда (St^)', по виду базы данных (St6a);

по виду системы управления базами данных (СУБД) (Яубд);

по назначению услуг (Лусл); по важности услуг (Лвусл); по характеру использования услуг (Л^); по группам пользователей (абонентам) (Яб), т. е.

/ Ъ Ъ Ъ Ъ Ъ Ъ

у —/ кат' ТД' Фп' ат' Уст' сэ'

\Лфо' Лпс' Лвпо' Лупо' Лиф' Лбд' Лком' Мрж' &ср' ' ' М-в-з Д

ы ъ ъ ъ /

^'субд' ^'усл' ^'вусл' ^'хусл' ^'аб /

Проведенная стратификация не является исчерпывающей и завершенной, ее можно считать открытой, т. е. в зависимости от рассматриваемой конкретной инфокоммуникационной сети, от ее модернизации и развития уровни могут добавляться, изменяться или устранятся.

Из представленных уровней явно следует, что современная инфокоммуникационная сеть является многоуровневым и сложным объектом, описать который без использования системного анализа представляется довольно затруднительно. Именно системный анализ, в данном случае, убедительно обосновывает и раскрывает необходимость приоритета применения системного подхода.

Следующим представлением инфокоммуникационной сети являются уровни-слои. Они отражают отношение исследователя к данному объекту, фиксируя способы познания его характеристик, глубину проникновения в сущность изучаемого объекта. В качества типового примера можно назвать детерминистический и вероятностный слои представления одного и того же явления.

Зачастую слоями называют структурные компоненты системы, выделенные по временному признаку или по типу решаемых задач. С этих позиций для инфокоммуникационной сети можно выделить следующие слои (рис. 3): прогнозирование, проектирование (планирование) и управление.

Как и в предыдущих случаях, логично этот уровень представить следующим выражением:

УСл = (Л1пр> Л1пл> Л1упрХ

где Л1пр — слой прогнозирования, Л1ПЛ — слой проектирования (планирования), Л1упр — слой управления.

МБЛШ ОБ COMMUNICЛTЮN ^(^u^JI]^MБ•:t^íT. Iss. 1 (145). 2019

ИНФОКОММУНИКАЦИОННАЯ СЕТЬ

>

Сеть связи общего

(Технологические сета сшии~ присоеджвнные к сети

Сети связи специального

"X"

с

й\ Аелеграфной\/">аксимильнои\/'Передачи^ уУ^ связи связи уу^ газет у

X"

'Другие сети связи для передачи4

информации при поиощи „ электромагнитных систем .

/Для нужд органон"-. |( государственной ]

|редачи\/^ аспределения программ^/Распределения программЛ |, V-власти---/

..... | I

_ страны у

^Уданньи

звукового вещания у уталавиз ионного вещанияу Л Для нужд

— — — — — — — — — -""'[( безопасности ^ у государства ^

/ТранспортнаяЧ Г Сеть "\\

V се!ь ) УдоступаУ

Международные |[ Магистральные Зоновые |[Местные]

(междугородные) сетиJ ^(региональные) сети J

Первичная сеть I Вторичная сеть

А ___

Сета фиксированной

й I Г Сети подвижной |

I 1свми1

^ (т и ^

Магистральные | ( Магистральные |

3 £

Моносервисные I Мультисервисные

зс

Коммутируемые | ( Некоммутируемые

Скоимутаци«^ ^С ■.■■¿■.ци.й ^ [^комбиниров^ные]

Проводные

^ Радиосети ^ ^

Комбинированные

Сеть оператора, занимающего существенное | [ Сети других

( Сета других ) ^ операторов )

Подсистема технической эксплуатации

Подсистема синхронизации

Подсистема ктрологичесхоп обеспечения

электропитания

частотных присвоений

,■ ^-. --N /■ ^ N ^ -N /•- ^ N /• ^ Ч /■ ^-\

^Физический^ (^Канальный ) (Сетевой^ (Транспорта ый) (^Сеансовый ) (Представления) (Прикладной)

жт) ( Программный комплекс^)

1С

(Сетевая операционная^ ( Общее программное ^ (Системное программное^ ( Специальное ^ _система_^ обеспечение обеспечение ) (программное oбecпeчeниeJ

С Массивы данных ^ ( Массивы данных ^ ^общего пользования J [индивидуального пользованияJ

По группам пользователей

(Локальные | Г Распределенные | [ Базы данных базы данньо^ базы данных J ^общего пользования^

■А_

данных индивидуального ]

1 1_

(СУБД локальны ми базы данных) (СУБД распределенными базы данных)

' в^ ГУслуш по обслуживанию^ ) средств связи J

3(!

'слуги по передаче | [ Услуги по передаче

1 1_,

(Основные (базовые)) (Дополнительные (факультативные))

1 ч ^ 1 .1 ( Постоянно ) ( Многократно ) (_ Разово )

¡Г) (По в ре» А поим

¡¡»у^ /'По службе (или сети) связиЛ (По отношению^ ( По ^ н А предоставляющей услуги А к оплат» услуг JI подвижности J

Рис. 2. Стратификация инфокоммуникационной сети по уровням

Прогнозирование включает в себя комплекс методов, раскрывающих и отражающих результаты построения и реализации причинно-следственных связей компонентов инфо-коммуникационной сети и происходящих в ней процессов в обозримой, или даже необходимой и возможной, перспективе.

В основе проектирования (планирования), а также модернизации инфокоммуникацион-ной сети находится стратегическая целевая установка — удовлетворение потребностей абонентов (пользователей) в услугах с заданным качеством.

Наиболее полно и всесторонне такое прагматическое, прикладное значение инфоком-муникационной сети проявляется в ходе ее функционирования и управление ею. При этом под управлением понимается его самое широкое толкование, включающее целенаправленное воздействие на систему и ее элементы в процессе их функционирования и модернизации.

Уровни-слои имеют между собой не только прямые, но и обратные связи, которые позволяют судить о полноте и завершенности решения задач по созданию, функционированию и развитию инфокоммуникационной сети.

Четвертым значением понятия «уровень» является оценочная характеристика анализируемого объекта или явления. В этом случае, как правило, оперируют двумя важными характеристиками: качеством предоставления услуг и эффективностью функционирования инфокоммуникационной сети.

В общем случае, применительно к ИКС под качеством понимается совокупность существенных свойств объекта, отличающих его от других объектов и характеризующих его соответствие назначению.

В свою очередь, эффективность—комплексное свойство целенаправленного процесса функционирования инфокоммуникационной сети, характеризующее его приспособленность к достижению цели, реализуемой инфокоммуникационной сетью.

Качество услуг, представляемых инфокоммуникационной сетью определяется процессом ее целевого функционирования. С этих позиций наиболее объективным является оценивание качества услуг инфокоммуникационной сети по эффективности ее целевого применения. Этот подход проиллюстрирован рис. 4, где в левой ча-

Рис. 3. Уровни-слои инфокоммуникационной сети по временному признаку и по типу решаемых задач

сти представлены объекты оценивания, а в правой — их существенные свойства. Пунктирной стрелкой показана обратная связь, обеспечивающая изменение требований к ИКС и процессу ее функционирования при трансформации требований к инфокоммуникационным услугам, а также при расширении их перечня.

Оценочную характеристику функционирования инфокоммуникационной сети запишем в виде:

= (Оикс> Опфц> ОуХ

где Оикс — оценочная характеристика инфокоммуникационной сети, Опфц — оценочная характеристика процесса функционирования инфокоммуникационной сети, Оу — оценочная характеристика услуги, предоставляемой инфокоммуникационной сетью.

2. Целостность

Следующим содержательным признаком системы является целостность. Она исторически выступает родовым признаком системы.

Формальное содержание этого признака заключается в следующем.

Объект, состоящий из нескольких выделен-ныхчастей, обладаетцелостностью, если [1, 2]:

а) в нем в результате взаимодействия частей образуется новое качество (общесистемное свойство), отсутствующееучастей;

б) каждая составная часть приобретает иные качества (системные свойства компонентов) по сравнению с качествами, присущими этим же частям вне данного объекта.

МБЛШ ОБ СОММиШСЛТЮМ Б((ШРМБ]ЧТ Iss. 1 (145). 2019

Услуги, предоставляемые инфокоммуникационной сетью

- своевременность; )>■ - достоверность;

- конфиденциальность (безопасность)

- готовность; -устойчивость;

пропускная способность;

- доступность;

- управляемость

Рис. 4. Оценочный уровень представления инфокоммуникационной сети

Примером признака целостности является инфокоммуникационная сеть, позволяющая обмениваться различными видами связи абонентам (пользователям), территориально разнесенным на десятки, сотни или тысячи километров. Ни один взятый отдельно элемент сети не способен самостоятельно обеспечить такой обмен. Кроме того, одной из сред распространения радиосигнала в инфокоммуникационной сети служит воздух, который в других системах может использоваться и используется в другом качестве.

Таким образом, признак целостности отражает особенности не всякого, а определенного вида целого, такого, где достаточно выражено единство и где обязательно имеются выделенные части, влияющие друг на друга. Простое механическое вычленение какого-либо объекта из такого целого приводит к тому, что в итоге получается другой объект.

С целостностью тесно связано понятие эмерджентности — возникновения новых связей и свойств при объединении элементов в подсистемы, подсистем в систему. Сущность этого явления заключена в накоплении и усилении одних свойств компонентов одновременно с нивелированием, ослаблением и скрытием других свойств за счет их взаимодействия.

3. Связанность

Третьим, содержательным признаком системы, является связность. Связанность для инфокоммуникационной сети следует рассматривать как признак, свидетельствующий о том, что целостные свойства сети и особые свойства ее частей формируются за счет межкомпонентных (внутриуровневых и межуровневых) отношений, связей и взаимодействий.

При анализе систем, помимо внутренней связанности, выделяют внешнюю связанность, то есть отношения, связи и взаимодействия изучаемой системы с окружающей ее средой. Среда в свою очередь рассматривается как система высшего эшелона, то есть в качестве надсисте-мы по отношению к данной системе. В такой трактовке среды-надсистемы важно учитывать, что она представляет собой некоторое множество систем, каждая из которых по-своему взаимодействует с системой — объектом анализа.

Выделяют четыре ситуативных класса такого взаимодействия [1]: содействующее; нейтральное; противодействующее; смешанное.

Содействующей выступает среда, которая оказывает положительное влияние на функционирование и развитие системы, способствуя достижению ее целей и повышению эффективности функционирования.

Противодействующая среда, наоборот, подавляет функционирование и снижает эффективность функционирования системы, препятствуя достижению целей.

В случае нейтральности среда не оказывает непосредственного воздействия на систему, но и тогда необходимо учитывать ее присутствие, так как нейтральность есть неустойчивое состояние, в котором формируются условия, обусловливающие переходы к содействию или противодействию.

В случае инфокоммуникационной сети применима смешанная среда, для которой характерны все перечисленные выше варианты ее влияния на систему.

Учет влияния среды на функционирование изучаемой системы является необходимым компонентом любого системного исследования. В теории системного анализа эта проблема считается не формализуемой в том смысле, что не существует универсальных методов учета факторов влияния среды применительно к любой системе.

Все возможные воздействия среды на изучаемую систему должны быть типизированы, сведены в некоторые группы по признаку общности ожидаемого эффекта влияния на систему. Для этого весьма полезно использовать принцип, предложенный А.Д.Армандом [2], суть которого заключается в разделении всех воздействий среды на три класса: константы, существенные и шумы. Константой по отношению к данной системе выступает воздействие, для которого выполняется соотношение:

ДХв/ «ДХа/ /Д/ /ы'

где ДХд, АХВ — существенное приращение параметра, характеризующего системный процесс и воздействие среды соответственно, А? — характерное время, имеющее порядок среднего времени существования системы.

Воздействие среды, для которого

ДХВ/ „ДХА/

/ы /ы'

следует рассматривать как существенно влияющее на функционирование изучаемой системы.

И, наконец, то воздействие среды, для которого

ДХв/ »ДХА/ /ДГ /Ы' выполняет для системы роль «шума».

4. Неаддитивность

Заключительный признак системы — неаддитивность проявляется в том, что свойства изучаемого объекта невозможно свести к свойствам его частей, а также вывести лишь из них. Этот признак в несколько иной интерпретации можно выразить формулой: если изучаемый объект представляется в данном исследовании как система, то при любом способе разделения такого объекта на части невозможно выявить его целостные свойства.

Неаддитивность является следствием так называемого синергетического эффекта, физический смысл которого можно пояснить следующим образом. В процессе взаимодействия объектов, объединенных в систему, происходит их самосинхронизация: под воздействием либо внешних, либо внутренних факторов они начинают вести себя таким образом, что поведение каждого отдельного компонента приобретает согласованную направленность. Их действия становятся когерентными, или кооперативными. Результирующий эффект такого когерентно-коллективного действия получается иным, нежели простая сумма эффектов действий каждого компонента в отдельности. Так, если речь идет о синергетическом «сложении» мощностей, то когерентность выражается в том, что система начинает черпать дополнительную энергию из окружающего пространства и концентрировать ее в нужном направлении. В результате суммарная сила действия превышает сумму действий частей.

Неаддитивный характер взаимодействия компонентов систем порождает известный парадокс: не расчленив систему на части, очень трудно ее изучать, но, обособив составные части, можно легко потерять суть целого и неправильно установить свойства частей. Выход из такого положения, который предлагает теория системного анализа, состоит в совместном применении принципов «от целого к частям» и «от частей к целому», то есть в организации процесса исследований в виде поэтапного разукрупнения изучаемого объекта на эшелоны,

MEANS OF COMMUNICATION EQUIPMENT Iss. 1 (145). 2019

страты и слои с одновременным установлением связей между ними за счет организации итеративных циклов.

Заключение

Таким образом, рассматриваемый объект, ин-фокоммуникационная сеть, показан как система, так как он идентифицируется по признакам расчленимости, целостности, связанности и неаддитивности, а само исследование относится к классу системных, так как оно процедурно строится без нарушения положений этих признаков.

Представленный подход системного описания инфокоммуникационной сети позволяет:

в теоретической области исследования ин-фокоммуникаций полно и всесторонне формулировать цель, задачи исследования, описывать и моделировать объекты и процессы, обоснованно вводить ограничения и допущения;

в практической, производственной области может выступать основой, базой для проектирования (планирования), как сети в целом, так и отдельных ее элементов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Новосельцев В. И. и др. Теоретические основы системного анализа. Под ред. В. И. Новосельцева. — М.: Майор, 2006.— 592 с.

2. Петухов Г. Б., Якунин В. И. Методологические основы внешнего проектирования целенаправленных процессов и целеустремленных систем. — М.: ACT, 2006,- 504 с.

3. Закон РФ № 126-ФЗ «О связи» от 07.07.2003 (редакция от 07.06.2017).

4. Булгак В. Б. и др. Концептуально-целевые основы развития и общие организационно-технические положения. Руководящий документ. Книга 1. - М.: ЦНТИ «Информсвязь», 1996,- 247 с.