 |
Декомпозиция больших информационных систем
|
|
|
|
Декомпозиция - это разделение системы на подсистемы с выявлением внутренних связей между подсистемами. Декомпозиция необходима при исследовании и описании любых больших систем.
Разделение системы на элементы и подсистемы может быть произведено различными способами. Элементом системы называется совокупность различных технических средств и людей, которые при данном исследовании рассматриваются как одно неделимое целое.
Расчленение системы на элементы — второй шаг при формальном описании системы. Внутренняя структура элемента при этом не является предметом исследования. Имеют значение только свойства, определяющие его взаимодействие с другими элементами системы и оказывающие влияние на характер системы в целом.
Формально любая совокупность элементов системы вместе со связями между ними может рассматриваться как ее подсистема. Использование этого понятия оказывается особенно плодотворным в тех случаях, когда в качестве подсистем фигурируют некоторые более или менее самостоятельно функционирующие части системы.
Например, в системе управления полетом самолета можно выделить следующие подсистемы: систему дальнего обнаружения и управления; систему многоканальной дальней и ближней радиосвязи; систему привода на аэродром; многоканальную систему слепой посадки и взлета самолета; систему диспетчеризации; бортовую аппаратуру самолета.
Подсистемы БС сами могут быть большими системами, которые легко расчленить на соответствующие подсистемы. Так, большую систему «Городской пассажирский транспорт» можно расчленить по видам транспорта на следующие подсистемы: метрополитен, автобусы, троллейбусы, трамвай, такси. Каждая из этих подсистем, в свою очередь, является БС. Автобусные парки включают сотни автобусов, тысячи шоферов и обслуживающих сотрудников технического обслуживания и управления.
|
|
|
Выделение связей подсистем — третий важный шаг при формальном описании БС. При этом важно выделить главные и второстепенные связи, а также структуру подчиненности.
Иерархичность структуры управления. Управление в БС может быть централизованным и децентрализованным. Централизованное управление (рис. 1.1, а) предполагает концентрацию функции управления в одном центре БС. Децентрализованное — распределение функции управления по отдельным элементам. Типичные БС, встречающиеся на практике, относятся, как правило, к промежуточному типу, когда степень централизации находится между двумя крайними случаями: чисто централизованным и чисто децентрализованным.
Децентрализация управления позволяет сократить объем перерабатываемой информации, однако в ряде случаев это приводит к снижению качества управления.
Для иерархической структуры управления характерно наличие нескольких уровней управления (рис. 1.1, в).
Примеры иерархической структуры управления: административное управление, управление в вооруженных силах, снабжение.
Поскольку в больших информационных и управляющих системах, как правило, присутствует человек, важно учитывать наличие человека в контуре управления. Обычно часть наиболее важных функций принятия решения и управления выполняется человеком. Эта особенность БС связана с целым рядом факторов:
- участие человека в БС требует, чтобы управление учитывало социальные, психологические, моральные и физиологические факторы, которые не поддаются формализации и могут быть учтены в системах управления только человеком;
- необходимость в ряде случаев принимать решение на основе неполной информации, учитывать неформализуемые факторы — все это должен делать человек с большим опытом, хорошо понимающий задачи, стоящие перед системой; могут быть системы, в которых нет отношений подчиненности, а существуют лишь отношения взаимодействия (межгосударственные отношения, отношения предприятий «по горизонтали»).
|
|
|
Критерии сложности информационных систем
Сложность – понятие многогранное, поэтому в различных проблемах проявляются разные аспекты сложности.
Одним из важных аспектов понятия сложности является ее двоякая природа. Следует различать структурную (статическую) сложность, включающую связность и структуру подсистем, и динамическую сложность, связанную с поведением системы во времени. Эти свойства, вообще говоря, независимы.
Даже в элементарных системах могут возникать совершенно неожиданные (и неприятные) явления, если сложность взаимосвязей не изучена должным образом. Парадоксальное поведение может быть вызвано вовсе не наличием нелинейности, стохастических эффектов, а порождается исключительно структурой системы, имеющимися связями и ограничениями, присущими компонентам системы.
Структурная сложность
Сущность понятия структурной сложности связана с тем, что компоненты (подсистемы) системы управления связаны между собой запутанным, трудным для непосредственного восприятия образом. Это типичный пример структурной сложности. При этом мы подразумеваем только структуру коммуникационных каналов и схему взаимодействия компонент системы управления, пренебрегая динамическими аспектами. Однако и в этом случае необходимо принять во внимание еще и другие аспекты связанности структуры. Структурная сложность системы проявляется в сложности информационных связей. При анализе сложной информационной или управляющей системы важно выделить главные и второстепенные связи. Разделение информационных связей можно проводить по следующим признакам: командные (управляющие) связи (каналы), информирующие каналы, вертикальные и горизонтальные связи, постоянные и случайные связи.
Иерархия. Некоторые специалисты считают, что определяющим фактором при решении вопроса о сложности системы управления является ее иерархическая организация. Число уровней иерархии в системе может служить приблизительной мерой ее сложности.
|
|
|
Рис. 5.5. Иерархическая схема управления заводом
В иерархической системе разделение информационных связей упорядоченно и потому такие системы более управляемы и устойчивы. В них командные (управляющие) связи (каналы) идут по вертикали сверху вниз, а информирующие каналы - снизу вверх. Вертикальные каналы устойчивы, а горизонтальные связи случайны и носят лишь характер обменных (относительно информации). Пример иерархической системы управления заводом приведен на рис. 2.5, где командные связи показаны сплошными стрелками, а информационные – пунктирными.
Схема связности
Важным аспектом сложности является способ, которым подсистемы объединяются в единое целое. Структура связности системы управления (СУ) определяет потоки передачи информации в структуре и ограничивает воздействия, которые может оказать одна часть системы на другую.
Например, имеется система, заданная с помощью линейного дифференциального уравнения вида:
Ů=AU, U (0)= U 0,
где U – столбец n функций ui (t), Ů – столбец n производных от ui (t), A – матрица размера n ´ n.
Заполненность матрицы A (структура связности переменных ui (t)) в определенной мере отражает сложность процесса. Данный пример иллюстрирует, что большая размерность (величина n) и высокая сложность системы могут быть слабо коррелированны.
Порядок n может быть очень большим, однако если A имеет простую структуру (диагональную), то уравнение представляет СУ малой сложности, в том смысле, что ее поведение легко предсказать и понять. Сложность может быть охарактеризована тщательным исследованием схем взаимодействия подсистем (схем связности), а не ее порядком.
Многообразие
Принцип необходимого многообразия Эшби, согласно которому многообразие выходных сигналов системы может быть достигнуто только с помощью достаточного многообразия входных воздействий также имеет непосредственное отношение к сложности СУ. Принцип необходимого многообразия показывает способность системы реализовать различные типы поведения. Этот аспект сложности отражает меру способности преобразовывать многообразие входных сигналов в многообразие выходных.
|
|
|
Принцип необходимого многообразия гласит, что обще многообразие в поведении СУ должно быть больше или равно многообразию возмущений деленному на многообразие управлений.
Смысл этого утверждения таков: если необходимо, чтобы СУ реализовала заданный вид поведения вне зависимости от внешних помех, то подавить многообразие в ее поведении можно, только увеличив множество управлений.
Другими словами – многообразие поведения при данном многообразии возмущений (помех) может быть изменено только многообразием управления. Это кибернетический аналог второго закона термодинамики.
Уровни взаимодействия
Относительная сила взаимодействия между различными компонентами и уровнями иерархии также определяет сложность БС.
В ряде случаев слабые взаимодействия между подсистемами, вообще говоря, повышают детальность описания системы, однако практически этими взаимодействиями часто можно пренебречь и таким образом получить менее сложную модель БС.
Динамическая сложность
Динамическая сложность – это сложность поведения объектов или систем во времени. Различают системы с детерминированным (подчиняющимся строго определенным законам) и стохастическим (случайным) законом поведения. Поведение детерминированных систем описывают дифференциальными уравнениями с определенными начальными условиями. Различают динамические системы без последействия и с последействием (с памятью). Поведение стохастических систем описывают вероятностными законами: распределением вероятности наступления события или плотности вероятности событий. Применяются также среднестатистические оценки: среднее, дисперсия, среднеквадратическое отклонение.
Рассмотрим некоторые аспекты сложности, которые проявляются в динамическом поведении системы.
|
|
|
