Tools and methods for system of systems applications in telecommunication networks
Authors: Τσιλιπάνος Χρήστος-Κοσμάς 
Published: September 2021

Καθώς η τεχνολογία αναπτύσσεται ραγδαία τα διαφορετικά σύνολα ανθρώπων και μηχανών που συνιστούν τον πολύπλοκο τεχνολογικό κόσμο μας βρίσκονται αντιμέτωπα με μια ολοένα αυξανόμενη πολυπλοκότητα. Κατά συνέπεια τα προβλήματα και οι προκλήσεις δεν μπορούν να αντιμετωπιστούν αποτελεσματικά από τις παραδοσιακές μεθόδους και θεωρίες. Μολοταύτα, η θεωρία των System of Systems (SoS) εμφανίζεται ως μια εξαιρετική μέθοδος για να καλύψει τα συγκεκριμένα ερευνητικά κενά που δημιουργούνται στα συστήματα πληροφορικής και τηλεπικοινωνιών και ιδιαίτερα στα πλαίσια σχεδιασμού αποδοτικών τηλεπικοινωνιακών δικτύων, το οποίο αποτελεί και το αντικείμενο της διατριβήςΠρόσφατα, παρατηρήθηκε ένα σημαντικό ερευνητικό ενδιαφέρον στο πεδίο των System of Systems. Ιδιαίτερη σημασία έχει δοθεί στη μηχανική των SoS [1]–[3] η οποία ασχολείται με την ανάπτυξη εργαλείων , μεθόδων και παροχής ολοκληρωμένων λύσεων στα σύνθετα προβλήματα των SoS. Η αρχική ιδέα των System of Systems έχει αναπτυχθεί περαιτέρω από το αρχικό πεδίο ανάπτυξης των στρατιωτικών εφαρμογών [4], [5] όπως , παγκόσμια συστήματα γεω-επισκόπησης [6] , συστήματα φροντίδας υγείας [7] συστήματα πρόληψης φωτιάς και φυσικών καταστροφών [8], [9]. Επιπλέον, τα τελευταία χρόνια , γίνεται μια σημαντική προσπάθεια για την εφαρμογή της θεωρίας των SoS στη λειτουργία και διαχείριση των επιχειρήσεων [10]–[12].Επίσημος ορισμός , δεν έχει ακόμα επιδοθεί στην έννοια των System of Systems. Παρόλα αυτά οι πολύπλοκες αυτές οντότητες περιγράφονται από μια πληθώρα ανεπίσημων ορισμών [13], [14] ανάλογα με το πεδίο εφαρμογής και ανάπτυξης όλα αυτά τα χρόνια. Εντούτοις, για την καλύτερη κατανόηση των SoS, χρειάζεται να αποσαφηνιστούν τα επιμέρους χαρακτηριστικά της σύνθετης συστημικής οντότητας που ακολουθεί την έννοια των SoS .Ένα σύστημα συστημάτων (SoS) θα πρέπει να αποτελείται από έναν αριθμό συστημάτων, τα οποία έχουν λειτουργική και διαχειριστική ανεξαρτησία. Τα μεμονωμένα αυτά συστήματα θα πρέπει επίσης να είναι πλήρως αυτόνομα, ώστε να μπορούν να εκτελούν το σκοπό τους με αυτοτέλεια. Από την άλλη πλευρά, τα ανεξάρτητα συστήματα δύνανται να ολοκληρωθούν σε μια ανώτερη σύνθετη οντότητα με χαρακτηριστικά υπερ-συστήματος (metasystem), η οποία είναι ικανή να εκτελέσει έναν ανώτερο και πιο σύνθετο σκοπό/υπηρεσία σε σύγκριση με τους επιμέρους σκοπούς των αυτοτελών συστημάτων που το αποτελούν . Αξίζει επίσης να αναφερθεί ότι η περιγραφόμενη ολοκλήρωση των αυτόνομων συστημάτων σε υπερ-σύστημα δημιουργεί με τη σειρά της δυνατότητες πολύ παραπάνω από αυτές που μπορεί να έχει ή να παράγει κάθε επιμέρους αυτοτελές υποσύστημα. Ένα επίσης πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό των SoS είναι η πολυπλοκότητα και ως συνέπεια αυτής η εμφάνιση δυναμικής και αναδυόμενης συμπεριφοράς. Η αυξανόμενη πολυπλοκότητα των SoS οφείλεται κυρίως στη δυνατότητα των συστατικών συστημάτων να λειτουργήσουν ανεξάρτητα. Συνεπώς, εκτός από τη συνέργεια των συστημάτων συνίσταται και ένας αντίστοιχος ανταγωνισμός για επιμέρους καθήκοντα και λειτουργίες. Ένας επίσης παράγοντας που οδηγεί στην πολυπλοκότητα είναι η αδυναμία πρόβλεψης της μελλοντικής λειτουργίας του System of Systems , καθώς αναπτύσσεται σε ιδιαίτερα αβέβαιο περιβάλλον. Τέλος, ένα SoS, είναι μια δυναμική οντότητα , καθώς προστίθενται συνεχώς καινούργια συστήματα, ενώ παράλληλα υπάρχοντα συστήματα καταργούνται ή αντικαθίστανται. Είναι επίσης άξιο αναφοράς το γεγονός ότι ένα System of Systems δεν έχει τελική μορφή. Επομένως , η έννοια της βασικής και στοχευόμενης αρχιτεκτονικής είναι πλημμελής, καθώς τα υποσυστήματα εξελίσσονται και μεταβάλλονται συνεχώς με σκοπό τη βέλτιστη αρχιτεκτονική στις εκάστοτε ιδιαίτερες συνθήκες. Επομένως, προκύπτει ότι η σχεδίαση και η ανάπτυξη των SoS είναι μια προσπάθεια πολυπλοκότερη από τη διαχείριση και δημιουργία ενός απλού αυτόνομου συστήματος. Πιο συγκεκριμένα ,στο πρώτο κεφάλαιο της διατριβής εισάγονται οι σχετικές έννοιες , αναλύεται το θεωρητικό υπόβαθρο, τα βασικά ερωτήματα και οι συνεισφορές της εργασίας στο σχετικό τομέα των ICT.Στο δεύτερο κεφάλαιο, εξετάζεται η ανάλυση αξιοπιστίας στα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα μέσα στη θεωρία των SoS. Το προτεινόμενο πλαίσιο, είναι ένας συνδυασμός αναλυτικών και μαθηματικών μεθόδων αξιοπιστίας σε συνδυασμό με κατευθυνόμενους γράφους. Έχουν επίσης ενσωματωθεί μέθοδοι ευαισθησίας με σκοπό να αξιολογηθεί ποσοτικά ο αντίκτυπος των άγνωστων κινδύνων και γεγονότων. Στο τρίτο κεφάλαιο , μελετώνται προβλήματα σύνθετης βελτιστοποίησης με τη βοήθεια εξελικτικών αλγορίθμων στις τεχνολογίες τηλεπικοινωνιών και πληροφορικής. Ο σκοπός είναι να δημιουργηθεί ένα τρόπον τινά αυτοματοποιημένο σύστημα αποφάσεων με προβολή δέσμης ενεργειών. Ως πιλότος χρησιμοποιήθηκε ένα FTTH δίκτυο, με τα πλέον πρόσφατα δεδομένα τιμολόγησης και διείσδυσης στην αγορά εργασίας.Στο τέταρτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται μια σε βάθος ανάλυση ενός πληροφοριακού συστήματος (IS) ακολουθώντας ξανά τη δομική ανάλυση των SoS, με την εισαγωγή του ανθρώπινου παράγοντα σε επιχειρησιακό περιβάλλον.Στο τελευταίο κεφάλαιο, συνοψίζονται τα κύρια σημεία της διατριβής μαζί με τα εργαλεία και τις μεθοδολογίες που αναπτύχτηκαν, όπως επίσης και η δυνατότητα εφαρμογής & τροφοδότησης θεμάτων μελλοντικής έρευνας. Ένα πλαίσιο με τα υπάρχοντα στοιχεία της διατριβής για τον υπολογισμό ρίσκου σε πραγματικό χρόνο παρουσιάζεται στα συστήματα έξυπνων πόλεων.