Критерий качества организации системы

Напомним, что в первой части мы рассмотрели основные особенности самоорганизующихся систем.
Интуитивно, отсутствие организации отождествляется с хаосом. На основании этой интуитивной предпосылки, в кибернетике появилось специфическое понятие организации, которое применимо к широкому кругу объектов и систем и дает численную меру статистических связей между элементами системы - R.

Это понятие основано на следующих рассуждениях. Пусть имеется некая система, которая состоит из отдельных частей или подсистем (не обязательно однородных). Каждая из этих подсистем, в процессе их существования или деятельности может принимать некоторое множество состояний, над которым задано конкретное распределение вероятностей.

Если все подсистемы разобщены, то есть поведение одной подсистемы никак не влияет на поведение других, или, иными словами, все подсистемы независимы, то система будет являться предельно неорганизованной.

Другой предельный (идеальный) случай – когда состояние одной подсистемы однозначно определяет состояние всех остальных.

Если подсистемы разобщены, то энтропия множества состояний каждой подсистемы Z может быть определена следующим образом:

H(Z) = - Pk log2 Pk	(2.1)

где k = 1, 2, … N – возможные состояния подсистемы Z_i, а P_ik – вероятность того, что эта подсистема окажется в состоянии k. При этом если P_k=0.5, то

H(Z) = log2N

(2.2)

В предельно неорганизованной системе общая энтропия будет максимальна и равна сумме энтропий её подсистем. Так, для системы, состоящей из двух подсистем – Z^* и Z^**, будем иметь:

H0 (Z*, Z**) = H (Z*) + H (Z**)	(2.3)

Если в системе имеются связи между её элементами (подсистемами), то есть эти элементы взаимно влияют друг на друга, то система организуется, и общая энтропия становится меньше суммы энтропий её элементов, и будет составлять:

H1 (Z*, Z**) = H (Z**) + H (Z*|Z**) = H (Z*) + H (Z**|Z*)	(2.4)

где H (Z^*|Z^**) – условная энтропия, которая определяется выражением:

H (Z*|Z**) = - P(Zk**) P(Zj *|Zk**) log2 P(Zj *|Zk**)

(2.5)

где P(Z_j^*|Z_k^**) – вероятность состояния Z_j^*, если имеет место состояние Z_k^**.

Величина H (Z^*|Z^**) всегда удовлетворяет следующему условию:

0  H (Z*|Z**)  H (Z*)	(2.6)

при этом величина H(Z^*|Z^**)=0 только в том случае, если каждое состояние Z_j^* однозначно определяется состоянием Z_k^**. При таких условиях все P(Z_j^*|Z_k^**)=1, и H(Z^*|Z^**)=0 (в силу того, что log1=0). Данный случай соответствуют идеальной организации системы.

Таким образом, в результате организации системы её энтропия H₁ будет ниже максимальной энтропии H₀. Это уменьшение энтропии может служить численной мерой организованности системы – R:

R = H0 – H1 = H (Z*) - H(Z*|Z**)

(2.7)

при этом величина R=0 будет соответствовать предельно неорганизованной системе, а величина R=Н(Z^*) – системе, которая организована идеально.

Следует отметить, что величина R определяет уровень организации системы в процессе её функционирования (в динамике), а именно: величина R может быть больше нуля только тогда, когда система способна адаптироваться к изменениям состояний её элементов.

Далее мы приведем примеры самоорганизующихся сетей связи.

Самоорганизующиеся системы связи и их основные особенности

Введение

Наверное, вы не раз задумывались над поразительным отличием систем, которые существуют в природе, от систем, созданных человеком (например, современными системами связи). Первые - устойчивы к внешним воздействиям и склонны к росту и развитию. Для вторых – характерно резкое ухудшение их функционирования даже при незначительных нарушениях условий эксплуатации или при ошибках в управлении.

Само собой напрашивается вывод: нужно позаимствовать опыт организации систем, который накоплен природой, и использовать этот опыт в нашей деятельности. Но, для этого необходимо выяснить основные законы построения «природных» систем, основные принципы их организации, а также механизмы возникновения и изменения порядка в этих системах. При этом основное внимание должно быть сосредоточено не на процессах управления обменом информацией (будем считать, что эти процессы нам хорошо известны), а на принципах построения, организации и развития таких систем.

Подобного рода идеи достаточно глубоко рассматривались ещё в первой половине прошлого столетия, но, в силу относительно скромных технических возможностей того времени, широкого практического применения в системах связи не нашли. В настоящее же время активно разрабатываются системы, в которых многие задачи (в основном, связанные с маршрутизацией) решаются автоматически. Такие системы, основаны на представлении всех возможных структур системы как её состояний, возникающих в результате многовариантного и неоднозначного воздействия на эту систему «извне».

Но более интересны (и, по-видимому, ещё более перспективны) те системы, которые способны не только к адаптации к случайно сложившимся ситуациям, но и к образованию новых структур, которые более сложны, чем исходные. Такая способность в какой-то степени соответствует естественному механизму природного движения: от элементарного и примитивного — к более сложному и более совершенному.

Основным особенностям таких систем (применительно к вопросам организации связи) и посвящена данная статья. В этом статье рассмотрены:

● основные признаки организации и самоорганизации;

● один из возможных критериев оценки качества организации;

● методика оценки системы по данному критерию (на конкретных примерах);

● возможный вариант структуры системы управления системой связи.

Если вас заинтересует данная проблема, то кое-какая информация может быть получена из Интернета. Ключевые слова: открытая система, кибернетика, синергетика, энтропия.

Основные свойства организованных и самоорганизующихся систем

Известно, что система может считаться организованной, если она обладает следующими свойствами:

Система должна быть открытой, то есть система должна реагировать на какие либо внешние воздействия.

Организация может иметь место лишь в системах достаточного уровня сложности, поскольку недостаточно сложные системы не способны ни к спонтанной адаптации, ни, тем более, к эволюции.

Фундаментальный принцип организации – возможность возникновения нового порядка через флуктуации состояний элементов системы.

Такие флуктуации (случайные отклонения) могут подавляться за счёт отрицательных обратных связей, обеспечивающих сохранение прежнего состояния системы (например, с помощью механизмов адаптации к случайным сбоям её элементов).

Но в более сложных открытых системах, могут использоваться алгоритмы коллективного поведения элементов и подсистем, которые, через кратковременное «хаотическое» состояние, приводят, либо к разрушению прежней структуры, либо к возникновению нового порядка. Яркий пример – «взрывной» характер потоков служебной информации при адаптации к изменениям состояний линий сети связи, которые могут возникнуть при использовании динамической маршрутизации.

Открытая система должна быть достаточно далека от «точки равновесия» (тупиковой ситуации). В точке равновесия (тупике) сколь угодно сложная система не способна к какой-либо организации. В положении, близком к «равновесию» и без достаточного притока воздействий на систему извне, любая система будет неуклонно приближаться к «гибели», поскольку организованная система не всегда способна возвращаться в то состояние, в котором она когда-то была.

Самоорганизующиеся системы должны обладать всеми перечисленными свойствами, и, кроме того, должны быть способны адаптироваться, как к необратимым разрушениям старых, так и к возникновению новых структур.

При этом, для того, чтобы предотвратить (или хотя бы отсрочить) «гибель» системы, самоорганизующаяся система должна иметь «внешнюю поддержку». Действительно, если изменение состояния системы обусловлено только воздействием суммы случайных факторов (например, спонтанными изменениями условий радиослышимости в системах связи), то «время жизни» такой системы будет ограничено и такая система не способна эффективно противостоять необратимым воздействиям внешней среды. Например, система связи может быть живучей только в том случае, если в ней будут присутствовать механизмы позитивного воздействия на эту систему, которые обеспечивают:

- ремонт (или замену) поврежденных узлов и линий;

- укрепление структуры системы путем ввода в её состав новых элементов;

- организацию маневров имеющимися ресурсами (частотами, каналами и т.д.).

Это свойство имеет решающее значение – только при получении ресурсов «извне» (и наличии механизмов «усвоения» этих ресурсов) система будет способна к эволюции. При недостатке же таких ресурсов, система будет постепенно деградировать.

Так же необходимо отметить, что очень важным является критерий качества организации системы.