ENFOQUES DE ARQUITECTURA PARA SISTEMAS DE SISTEMAS

ENFOQUES DE ARQUITECTURA PARA SISTEMAS DE SISTEMAS

 Una parte clave de la ingeniería de sistemas (SE) para el sistema de sistemas (SoS) es la composición de los sistemas para cumplir con SoS necesidades. Esto puede incluir simplemente interconectar sistemas y aprovechar su funcionalidad existente o puede requerir el cambiar la funcionalidad, el rendimiento o las interfaces de los sistemas. Estos cambios ocurren gradualmente, a medida que evoluciona un SoS con el tiempo para cumplir con los objetivos cambiantes de SoS. El Sistema de Ingeniería de Sistemas (SoSE) admite estos cambios al desarrollar y desarrollar un marco técnico que actúe como una superposición de los sistemas de los que está compuesto el SoS.

Este marco proporciona la arquitectura para el SoS. La arquitectura SoS define cómo los sistemas funcionan juntos para cumplir los objetivos de SoS y considera los detalles de los sistemas individuales y su impacto en el rendimiento de SoS o funcionalidad.

EL PAPEL DEL SISTEMA DE ARQUITECTURA DE SISTEMAS

Una arquitectura es la estructura de los componentes, sus relaciones y los principios y directrices que rigen su evolución de diseño a lo largo del tiempo (IEEE 610.12-1990).

En un SoS, la arquitectura es el marco técnico para los sistemas que comprende el SoS que designa cómo los usuarios emplearán los sistemas en un entorno operativo (a veces denominado concepto de operaciones (CONOP o CONOP), las relaciones internas y externas y dependencias entre los sistemas constituyentes y sus funciones y, finalmente, la funcionalidad de extremo a extremo y el flujo de datos, así como las comunicaciones entre los sistemas.

Debido a que los SoS comprenden en gran medida sistemas independientes existentes, estos imponen restricciones a la arquitectura SoS y pueden requerir que la migración a una arquitectura SoS sea incremental. El desarrollo de una arquitectura SoS requiere la consideración de la viabilidad técnica de los sistemas constituyentes, así como las necesidades del propio SoS. Los datos de arquitectura para los sistemas constituyentes también pueden ser datos importantes para la arquitectura de SoS. Aquí hay cierta similitud con la introducción de productos comerciales fuera de la plataforma (COTS) en los sistemas: el producto COTS se ha administrado de forma independiente, pero el desarrollador de sistemas necesita datos suficientes para garantizar una integración satisfactoria. Sin embargo, en este caso el producto COTS no se opera de forma independiente.

Maier (1998) ofrece una discusión conceptual sobre el impacto de las características de SoS en la arquitectura de SoS. Además, la Guía DoD SE de EE. UU. Para SoS (2008) describe consideraciones prácticas en el desarrollo y la evolución de una arquitectura de SoS como un elemento central de SoSE.

ANÁLISIS DE ARQUITECTURA

La integración de sistemas a gran escala ha crecido en importancia y, en consecuencia, ha habido un creciente interés en los conceptos y estrategias de SoS. El rendimiento y el funcionamiento de grupos de sistemas heterogéneos se ha convertido en el enfoque de diversas aplicaciones que incluyen sistemas militares, de seguridad, aeroespaciales, de energía distribuida, de salud y de gestión de desastres (López 2006; Wojcik y Hoffman 2006). Existe un creciente interés en explotar la sinergia entre estos sistemas independientes para lograr el rendimiento general deseado del sistema (Azarnoush et al. 2006).

El modelado y la simulación se realizan para analizar la efectividad de la arquitectura y verificar las características arquitectónicas. En la literatura, los investigadores han abordado los problemas de coordinación e interoperabilidad en un SoS (Abel y Sukkarieh 2006; Sahin et al. 2007). Para estudiar las características y parámetros de SoS, uno necesita tener marcos de simulación realistas diseñados adecuadamente para la arquitectura de sistemas de sistemas. Hay algunos intentos de desarrollar marcos de simulación para sistemas de múltiples agentes utilizando herramientas de simulación de eventos discretos (DEVS) (Zeigler et al. 2000a). En estos esfuerzos de investigación, el enfoque principal se da a la arquitectura DEVS con JAVA. En (Mittall 2000), se introduce el enfoque de máquina de estado DEVS. Finalmente, el lenguaje de modelado DEVS (DEVSML) se desarrolla utilizando JAVA basado en XML para simular sistemas de una manera centrada en la red con relativa facilidad. Sahin y col. (2007) han introducido recientemente un marco de simulación SoS basado en XML de eventos discretos basado en DEVS y JAVA.

EL ENFOQUE ABIERTO PARA LA INGENIERÍA DE SOS

Como se señaló anteriormente, uno de los desafíos clave con la arquitectura de SoS es que los sistemas constituyentes de un SoS pueden no haber sido diseñados, desarrollados y empleados con respecto a su papel en el SoS, lo que limita las opciones de arquitectura de SoS. El grado de la arquitectura que superpone estos sistemas constituyentes y admite las capacidades de extremo a extremo de SoS puede basarse en estándares abiertos; SoS puede beneficiarse de la arquitectura abierta para la evolución futura.

El desafío crítico de pasar de SoS, como concepto a la ingeniería de SoS, son las diferencias tecnológicas, humanas y organizativas significativas en el sistema de consideración de los enfoques de ingeniería y gestión de sistemas (Wells y Sage 2008). Un enfoque potencial para diseñar un SoS puede ser el enfoque de sistemas abiertos para SoSE (Azani 2009). Azani (2009) enumera los siguientes principios de sistemas abiertos:

• Principio de interfaz abierta: los sistemas abiertos tienen límites permeables que les permiten intercambiar masa, energía e información con otros sistemas;
• Principio de sinergismo: la noción que designa que la interacción cooperativa entre sistemas constituyentes tiene un mayor efecto en sus esfuerzos combinados que la suma de sus partes individuales. Esencialmente, esto es lo que da lugar a la emergencia;
• Principio de autogobierno: esto implica que el SoS mantiene y desarrolla su orden interno sin interferencia de fuentes externas. Esto podría ser a través del control cibernético, la homeostasis o la autoorganización;
• Principio de emergencia: en este caso, se refiere a la aparición de estructuras, patrones y propiedades novedosas y coherentes durante la autoorganización del SOS;
• Principio de conservación: este principio establece que la energía y la masa (material) se conservan dentro del SoS;
• Principio de reconfiguración: se refiere a la reconfiguración y adaptación de SoS para sostenerse contra los cambios en su entorno;
• Principio de simbiosis: los sistemas dentro del SoS tienen una relación simbiótica entre sí; de manera más transparente, el desarrollo exitoso y el sostenimiento de un SoS dependen de la colaboración simbiótica entre las partes interesadas de los sistemas que lo componen; y
• Principio de modularidad: esto sostiene que cada nivel y cada sistema es, en cierta medida, independiente de los demás. En el diseño de SoS, el desarrollo de sistemas modulares independientes que interactúan entre sí a través de interfaces estandarizadas permite una mayor flexibilidad para promover una mejor evolución de SoS.

Azani (2009) desarrolla las estrategias y principios de desarrollo de sistemas abiertos utilizados por SoS biótico, analiza las implicaciones de la ingeniería de SoS artificial e introduce una metodología de desarrollo de SoS integrada para la ingeniería y el desarrollo de un SoS adaptable, sostenible e interoperable basado en principios y estrategias de sistemas abiertos.

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