Особенности развития отраслевой науки

Особенности образовательной программы.

Общий объем часов дисциплины «Основы теории телекоммуникационных систем» (ОТТС) составляет 4 кредита, в том числе:

Лекций – 12

Пз – 6

Лб – 4

Основная литература.

1. Методы научных исследований в телекоммуникациях. Т1, Т2, 2013. – Х. – СМИТ./ Под ред. В.В.Поповского.

2. Математичні основи теорії телекомунікаційних систем / Под ред. В.В.Поповського – Х, СМІТ, 2006.

3. Поповский В.В. Математические основы управления и адаптации в телекоммуникационных системах – Х. СМИТ, 2011.

Дополнительная литература

1. Месарович М., Такахара Я. Общая теория систем. Математические основы. – М.: Мир, 1978 – 311 с.

2. Эшби Р. Введение в кибернетику. – М.: Мир, 1969 – 369 с.

3. Анфилатов В.С., Емельянов А.А., Кукушкин А.А. Системный анализ в управлении. М. ФиС, 2002. Стр.386.

4. Шилейко А.В., Кочнев В.Ф., Химушкин Ф.Ф. Введение в информационную теорию систем. М: Радио и связь, 1985 – 280 с.

5. Калман Р., Фальб П., Арбиб М. Очерки по математической теории систем. – М.: Наука, 1986.

6. Шеманин Ю.И., Ломако Б.И. Основы систематики. – М.: РАГС, 2009. 352 с.

Вопросы

1. Представление дисциплины «Основы теории телекоммуникационных систем».

2. Особенности развития отраслевой науки.

3. Общие сведения по курсу дисциплины ОТТС.

4. Термины и определения, используемые в дисциплине ОТТС.

5. Исторический экскурс.

6. Таблица 1.1. Глобальная структура знания в области систем.

7. Таблица 1.2. Системные теории, их авторы и характеристика.

1.1. Представление дисциплины «Основы теории телекоммуникационных систем»

Дисциплина «Основы теории телекоммуникационных систем» - ОТТС возникла на основе ранее читавшейся дисциплины «Общая теория систем» (ОТС). Если ОТС изучает различные явления, отвлекаясь от их конкретной физической природы, то данная дисциплина ОТТС, основываясь на формальных положениях теории систем, идет как бы в обратном направлении: от формальных моделей и абстрактных конструкций – к конкретным структурам и функциям телекоммуникационных систем. На наш взгляд дисциплина ОТТС в существующий период «технологических разнообразий» позволит систематизировать знания структурно-функциональных особенностей современных телекоммуникационных систем (ТКС). Таким образом ОТТС можно считать прикладной теорией систем, проецированной на ТКС.

ОТТС направлена на изучение методов математического моделирования элементов, сетей и систем, обеспечивающих предоставление информационных услуг, т.е. моделей телекоммуникационных или инфокоммуникационных систем. В данной дисциплине рассматриваются также математические методы анализа и синтеза типовых моделей фрагментов и систем в целом, позволяющие осуществлять исследование режимов и структур этих систем, методов оптимизации, характеризации, управления и оценивания их качества.

Важную роль в данной дисциплине играет прикладная математика, как детерминистская, так и вероятностная. Мы практически не выходим за рамки той математики, которую мы изучали на первом и втором курсах. Те расширения, которые нам будут необходимы для моделирования, анализа или синтеза, будут конкретизированы. Для углубленного изучения возможно понадобится обращение к дополнительной литературе.

Данная дисциплина ОТТС - «Основы теории телекоммуникационных систем» названа «Основами», а не просто «Теорией», поскольку теории телекоммуникационных систем, как таковой, пока еще не создано. Эта теория еще создается у нас на глазах. Дело в том, что телекоммуникационные системы в современном виде, основанные на базе цифровых и IP-технологий, разработаны не так давно, за последние 20 лет. При этом развитие их осуществляется преимущественно на основе технологии, все более новой совокупности методов представления и преобразования сигналов, их обработки, методов доступа, распределения, обеспечения устойчивости, надежности и др. Теория при этом играет вспомогательную, а не обобщающую роль.

Каждое очередное новое технологическое решение как правило улучшает качественные показатели, однако является ли оно наилучшим, оптимальным, не определяется. Более того, нет доказательства, что не существует иных, более эффективных решений. Вместе с тем по отношению к многим элементам системы и системам в целом уже найдены условия, при которых обеспечивается наилучшие показатели. Имеются эффективные системные решения по оптимизации структурных характеристик, режимов, тех или иных свойств, что в совокупности может рассматриваться как основа для создания теории телекоммуникационных систем (ОТТС).

Особенности развития отраслевой науки

Телекоммуникации - это едва ли не единственная отрасль, к развитию которой наука имеет лишь опосредствованное отношение и привлекается большей частью при разработке отдельных элементов сетей или фрагментов. Уместная в данном случае наука — теория систем пока что декларируется в концепции ПСП — правилах системной политики и до сих пор не обрела базисного характера.

Суть этой концепции в том, что все ТКС любого уровня должны удовлетворять правилам системной политики (ПСП). Кроме того сами правила должны удовлетворять ПСП, сама же политика также должна удовлетворять ПСП (рис.1.1). ПСП играют важное практическое значение, так в соответствии с ПСП в современных ТКС любая новая технология должна носить системный характер. Например, простой протокол управления сетью SNMP является таким, что отбирает значительную долю сетевого ресурса - трафика и не решает конечной задачи по управлению. Поэтому на практике от его использования часто отказываются. Другой пример: принятая процедура маршрутизации, основанная на нахождении кратчайших путей оказалась такой, что обеспечивает лишь порядка 30% пропускных способностей сети, при этом загрузка этих кратчайших путей является полной, другие же, смежные пути – не используются.

Рис. 1.1. Взаимодействие в соответствии с правилами системной политики

Причин неактивного использования результатов теории в развитии отрасли несколько. Во-первых, сама теория систем, начиная со второй половины прошлого столетия, притормозила в развитии из-за отсутствия явных запросов со стороны прикладных задач.

Во-вторых, при стремительном расширении перечня услуг, предоставляемых телекоммуникационными системами, весьма удовлетворительные результаты дают все более новые технологии и острой необходимости в привлечении современной системной науки пока что не было. Наконец, многочисленные разработчики и производители нового сетевого оборудования, а соответственно и технологий, зачастую не заинтересованы в системности и унификации разработок. Их основной интерес в том, чтобы «застолбить» ту или иную нишу рынка телекоммуникаций.

Несмотря на все эти объективные и субъективные причины, возникает потребность и необходимость использования системных теорий, в частности кибернетики, в свое время давшей теории систем «второе дыхание». Вместе с тем, в уже существующих технологиях все больше используются различные кибернетические решение, где телекоммуникационная система, или ее часть, рассматривается как динамичная, управляемая система, где реализуются формализованные дифференциальные модели, функционирующие в соответствии с принятыми критериями (в том числе стохастическими), методы преодоления априорной неопределенности, процедуры принятия решений, оценок, экстраполяции, интерполяции и управления.

Мощный аппарат кибернетических решений удачно используется в одномерном варианте. Достаточно детально исследованы различные одномерные методы и процедуры. Вместе с тем, при переходе к многомерным представлениям и моделям возникают определенные сложности, которые часто аккуратно обходятся авторами. Здесь проблема не только в необходимости обоснования марковских свойств многомерной модели, но и в самих алгоритмических решениях, в интерпретации выигрышей или потерь, вызванных наличием и учетом взаимных связей между компонентами многомерной системы. В то же время именно эти взаимные связи систему делают системой, ибо при независимых компонентах она распадается на отдельные элементы, а благодаря этим взаимным связям система обретает сверхинтегральные свойства, не являющиеся простой суммой свойств отдельных составляющих ее элементов, и обретает характеристики эмерджентности.

Таким образом, с одной стороны, возникает необходимость использования результатов теории систем и кибернетики в существующих инфокоммуникационных технологиях (а в дальнейшем и в том, чтобы на основе строгих математических предпосылок и критериев создавать оптимальную инфраструктуру информационных систем - телекоммуникационные системы), с другой стороны - при проецировании теории систем на инфокоммуникационные системы возникает необходимость в конкретизации теории применительно к свойствам инфокоммуникаций.

В связи с потребностью теоретического обоснования многих алгоритмов обработки сигналов, управления и адаптации, маршрутизации и самоорганизации, которые уже были внедрены в существующие технологии, возникла необходимость включения в учебный план дисциплин «Теория систем» и «Методы управления и адаптации в ТКС», которые в дальнейшем объединились в дисциплину «Основы теории телекоммуникационных систем». Кроме того, сама инфокоммуникационная система, которая все больше становится похожей на систему управляемых автоматов, уже сейчас требует конструктивной теории, поясняющей работу субсистемы управления, являющуюся аналогом нервной системы человека.

Отраслевая наука — теория телекоммуникационных систем, очевидно, должна излагаться на основе статистического, вероятностного подхода. На наш взгляд, это принципиально важно, поскольку в отличие от детерминистского подхода, где задача приводит к конкретному решению, решение вероятностных задач обычно охватывает целый класс ситуаций. Это, помимо общности, приводит к более устойчивым решениям в условиях случайных и нестационарных процессов, трафика, сигналов и помех.

Необходимость разработки теории телекоммуникационных систем состоит также и в том, что до сих пор отсутствуют методики построения адекватных многомерных математических динамических моделей и разработки набора математических приемов и методов анализа и синтеза, в необходимости создания методологии системных исследований, позволяющих проектировать и эксплуатировать данные системы с принципами самоорганизации и самовосстановления, устойчивые на микро и макроуровнях к зависаниям и катастрофическим исходам. Уже сегодня потребности практики актуализируют разработку теории телекоммуникационных систем.

Очевидно, данная учебная дисциплина ОТТС открыта для дальнейшего совершенствования по мере развития потребностей существующих инфокоммуникационных систем и других учебных дисциплин относящихся к телекоммуникациях.

В любой теории одним из главных положений является выбор математических моделей, определяющих данную предметную область. Адекватность моделей, удобство их использования, возможность масштабирования и наличия математического обеспечения во многом определяют уровень развития теории.