سامانه‌هاي فوق کلان مقیاس

دفتر معاونت وزير ارتش امريكا - شاخه تداركات و فناوري پروژه تحقيقاتي را براي موسسه مهندسي نرم‌افزار دانشگاه كارنگي ملون تعريف كرد كه نتيجه آن يك تحقيق دوازده ماهه در زمينه نرم‌افزارهاي سامانه‌هاي آینده بود. وزارت دفاع به طور مشخص اين سوال را مطرح كرده بود: «قابليت رويكردهاي فعلي مهندسي نرم‌افزار را در ساخت سامانه‌هاي آينده كه شامل بيليون‌ها خط كد برنامه است، چگونه ارزيابي مي‌كنيد؟». پاسخ به اين سوال، گزارشي شد كه به چالش‌هاي فرا روي توسعه سامانه‌هاي فوق كلان مقياس و زمينه‌هاي تحقيقاتي مرتبط با آن مي‌پردازد. اگرچه مساله بيليون‌ها خط كد برنامه يك چالش اوليه محسوب مي‌شد، با اين حال، افزايش اندازه كد برنامه باعث افزايش مقياس در بسياري از زمينه‌هاي ديگر خواهد شد. اين مقياس فوق كلان، چالش‌هاي فراواني را به همراه خواهد داشت كه بر بسياري از مباحث مهندسي نرم‌افزار تاثيرات شگرفي را ايجاد خواهد كرد.

همان طور كه از نام سامانه‌هاي فوق كلان مقياس برمي‌آيد، اين نوع از سامانه‌ها، سامانه‌هايي هستند كه از نظر مقياس و اندازه فراتر از سامانه‌هاي امروزي هستند. اين «فوق كلان مقياس» بودن از هر نظر قابل بررسي است: از نظر تعداد خطوط كد برنامه؛ افراد درگير در سامانه؛ داده‌هاي ذخيره شده، بازيابي شده، دستكاري شده و پالايش شده؛ ميزان اتصالات و وابستگي بين واحدي مولفه‌هاي نرم‌افزاري؛ عناصر سخت‌افزاري؛ و ... .

«مقياس» در سامانه‌هاي فوق كلان مقياس باعث تغيير همه چيز مي‌شود. اين سامانه‌ها، لزوماً به شكل نامتمركز هستند؛ توسط تعداد زيادي از ذي‌نفعان با نيازهاي متضاد، توسعه و به كار گرفته مي‌شوند؛ به طور مستمر تكامل پيدا مي‌كنند؛ از قطعات ناهمگن تشكيل مي‌شوند؛ افراد تنها كاربران سامانه نيستند، بلكه بخشي از سامانه محسوب مي‌شوند؛ خرابي‌هاي نرم‌افزاري و سخت‌افزاري يك امر كاملاً عادي محسوب مي‌شوند و نمي‌توان آن‌ها را يك استثناء در نظر گرفت. همچنين، سامانه‌هاي فوق كلان مقياس همزمان مورد استفاده قرار مي‌گيرند و نياز به روش‌هاي نوين براي كنترل دارند. اين ويژگي‌ها، لزوم به كارگيري روش‌هايي را براي استفاده، توليد، استقرار، مديريت، مستندسازي و تكامل سامانه‌هاي فوق كلان مقياس اجتناب‌ناپذير مي‌سازد.

سامانه‌هاي فوق كلان مقياس در مقايسه با سامانه‌هاي امروزي همچون شهرها در مقايسه با ساختمان‌ها هستند. آن‌ها به نوعي يكزيست‌سامانه محسوب مي‌شوند. مقياس آن‌ها مرزهايي فراتر از اينترنت را در برمي‌گيرد.  


سامانه‌هاي فوق کلان مقیاس

از ساختمان‌سازي تا شهرسازي
يكي از روش‌هاي درك تفاوت مقياس بين سامانه‌هاي سنتي و سامانه‌هاي فوق كلان مقياس، مقايسه ساختمان‌ها با شهرها است. در مقام مقايسه مي‌توان طراحي و ساخت سيستم‌هاي بزرگ امروزي را همانند ساخت يك ساختمان بزرگ يا يك سيستم زيرساختي (مثل سيستم توزيع آب يا برق) دانست. در مقابل، سامانه‌هاي فوق كلان مقياس داراي درجه پيچيدگي شبيه شهرها هستند.
در ابتدا به نظر مي‌رسد طراحي و ساخت يك شهر به سادگي طراحي و ساخت تعداد زيادي ساختمان است. اما اين گونه نيست. شهرها توسط سازمان‌هاي مجزا ساخته نمي‌شوند. بلكه، توسط اقدامات و كنش‌هاي بسياري از سازمان‌هاي منفرد ايجاد مي‌شوند كه به شكل محلي و در طول زمان كار مي‌كنند. يك شهر توسط نيازمندي‌هاي از قبل شناخته شده، شكل نمي‌گيرد؛ بلكه، آن چه يك شهر را شكل مي‌دهد، اقدامات متعادل و هماهنگ تعداد زيادي سازمان در طول زمان است.

دو عامل اصلي كه موفقيت يك شهر را در پي دارند، عبارتند از: (1) زيرساخت‌هاي گسترده‌اي كه كل شهر را پوشش مي‌دهند و مربوط به يك ساختمان منفرد نيستند؛ (2) ساز و كارهايي كه اقدامات محلي را به شكل يك همكاري كلان بدون كنترل مركزي شكل مي‌دهند. اين ساز و كارها شامل سياست‌ها و تشكيلات دولتي، برنامه‌ريزي شهري، سامانه‌هاي ترابري، خدمات ارتباطي و اورژانسي، توزيع غذا و كالاهاي مصرفي و ... مي‌شوند. غيرممكن است كه يك شهر تنها در يك مرحله طراحي و ساخته شود. افراد، شركت‌ها، انجمن‌ها و سازمان‌ها بخشي از شهر را براي اهداف و مقاصد خودشان مي‌سازند. شهرها به تدريج رشد مي‌كنند و رونق آن‌ها بر اساس نيازمندي‌هاي فرهنگي و اقتصادي شكل مي‌گيرد. اگرچه برخي از جنبه‌هاي يك شهر به شكل محلي طراحي و ساخته مي‌شود؛ با اين حال، بيشتر عناصري كه ماهيت يك شهر را شكل مي‌دهند مربوط به سياست‌ها و مكانيزم‌هاي سراسري است.
بررسي دقيق‌تر دو مشكل طراحي و ساخت (ساختمان‌ها در مقايسه با شهرها) نشان مي‌دهد كه اگرچه مهارت در طراحي و ساخت يك ساختمان براي طراحي و ساخت شهر لازم است، اما به هيچ وجه كافي نيست. به عنوان مثال مي‌توان به يك تفاوت اصلي اشاره كرد: هر روز در هر شهر، ساخت و سازها ادامه دارند؛ تعميرات انجام مي‌شوند؛ تغييرات رخ مي‌دهند؛ اما شهر، همچنان به انجام وظايف خود ادامه مي‌دهد. سامانه‌هاي فوق كلان مقياس همانند شهرها هستند. نمي‌توان به سادگي آن‌ها را تنها سامانه‌هاي بزرگتر فرض كرد. سامانه‌هاي فوق كلان مقياس شبكه‌ي وابسته‌اي از سامانه‌هاي نرم‌افزاري، افراد، سياست‌ها، فرهنگ‌ها و اقتصادها هستند.


 سامانه‌هاي فوق کلان مقیاس

از سامانه‌ها تا زيست‌سامانه‌ها
يكي ديگر از روش‌هاي درك نياز به يك زاويه ديد جديد در سامانه‌هاي فوق كلان مقياس، توجه به مفهوم زيست‌سامانه و به طور خاص زيست‌سامانه‌هاي فني- اجتماعي است. در زيست‌شناسي، اصطلاح زيست‌سامانه (اكوسيستم) به اجتماعي از گياهان، حيوانات، و ريزجانداران اطلاق مي‌شود كه توسط انرژي و جريان‌هاي غذايي به هم متصل شده‌اند و با يكديگر و محيط فيزيكي پيرامون خود تعامل دارند. همانند يك زيست‌سامانه بيولوژيكي، سامانه‌هاي فوق كلان مقياس از اجتماعي از ارگانيسم‌ها (افراد، وسايل محاسباتي و سازمان‌ها) ي مستقل و رقيب در يك محيط پيچيده و متغير تشكيل شده‌اند. اصطلاح فني- اجتماعي نيز به مجموعه‌اي از افراد و فناوري‌ها اشاره مي‌كند كه با يكديگر و به شكل پيچيده‌اي در تعامل هستند. زيست‌سامانه فني- اجتماعي زيست‌سامانه‌اي است كه عناصر آن گروهي از مردم به همراه محيط‌هاي محاسباتي و فيزيكي است. سامانه‌هاي فوق كلان مقياس يك زيست‌سامانه فني- اجتماعي محسوب مي‌شوند.
خود مفهوم زيست‌سامانه دلالت بر پيچيدگي، كنترل نامتمركز، تاثيرات غيرقابل پيش‌بيني، نظارت و ارزيابي دشوار دارد. علاوه بر آن، به رقابت، استحكام، قابليت دگرزيستي، انطباق‌پذيري، پايداري و سلامت نيز اشاره مي‌كند. به طور سنتي، ما به توسعه و استفاده از سامانه‌هاي نرم‌افزاري به شكل يك فرآيند پياده‌سازي و استقرار فناوري محور، منطقي، بالا به پايين و كنترل پذير متمركز نگاه مي‌كنيم. در مقابل، توسعه و استفاده از سامانه‌هاي فوق كلان مقياس شامل افراد، سازمان‌ها و فناوري‌ها در همه سطوح است. از افراد مسوول در سياست‌گذاري كلان سامانه‌ها گرفته، تا افرادي كه عملاً با سامانه‌ها كار مي‌كنند، همگي بخشي از سامانه فوق كلان مقياس هستند.
مفهوم زيست‌سامانه يك مفهوم جديد در مهندسي نيست. همچنين نمي‌توان يك سامانه فوق كلان مقياس را به طور كامل همانند يك زيست‌سامانه در نظر گرفت. به عنوان مثال، برخلاف زيست‌سامانه‌هاي بيولوژيكي كه درگير جريان‌هاي غذايي و انرژي هستند، زيست‌سامانه‌هاي فوق كلان مقياس درگير تبادلات اقتصادي، امنيتي و ساير شكل‌هاي پراهميت ارتباطي هستند. با اين حال، بررسي زيست‌سامانه‌ها، ما را در فهم ويژگي‌هاي يك سامانه فوق كلان مقياس ياري مي‌دهند.


 سامانه‌هاي فوق کلان مقیاس

فراتر از اينترنت
پيش از اين، «وب» خبر از ويژگي‌هاي سامانه‌هاي فوق كلان مقياس مي‌داد. مقياس وب از هر سامانه‌اي از سامانه‌هاي امروزي بزرگ‌تر است. توسعه و كنترل آن نامتمركز است. ذي‌نفعان آن نيازمندي‌هاي متنوع، متضاد، پيچيده و متغير دارند. سرويس‌هايي كه وب فراهم مي‌كند دستخوش تغييرات مستمر مي‌شوند. اقدامات افرادي كه از وب استفاده مي‌كنند، متاثر از سرويس‌هايي است كه وب فراهم مي‌كند. همچنين، سرويس‌هاي وبي متاثر از اقدامات افرادي است كه از اين خدمات استفاده مي‌كنند.
وب، تصويري را از آن چه يك سامانه فوق كلان مقياس به آن اشاره دارد، در ذهن ايجاد مي‌كند. با اين حال، بدون در نظر گرفتن موفقيت و حضور دايمي وب، سامانه‌هاي فوق كلان مقياس فراتر از آن چيزي هستند كه درباره وب مي‌دانستيم و مي‌آموزيم.