Ultra-Large-Scale (ULS) Systems

Back to IF3250 Proyek Perangkat Lunak

Ultra-Large-Scale (ULS) Systems

Questions/Cues

• Apa definisi Ultra-Large-Scale System (ULSS)?
• Masalah apa yang muncul akibat skala ULS?
• Apa karakteristik utama sistem ULS?
• Apa tiga area tantangan utama ULS?
• Di domain apa saja ULS systems bermunculan?

Reference Points

• Large Scale Software Development (Halaman 19-21)
• Large Scale Software Development (Halaman 22-29)

Definisi ULS System

Ultra-large-scale system (ULSS) adalah istilah pada bidang Computer Science, Software Engineering, dan Systems Engineering untuk merujuk software-intensive systems dengan jumlah hardware, baris kode, jumlah pengguna, dan volume data yang belum pernah terjadi sebelumnya (unprecedented).

Skala ini memunculkan banyak masalah:

• Dikembangkan & digunakan oleh banyak stakeholder lintas organisasi, sering dengan tujuan dan kebutuhan yang konflik.
• Disusun dari bagian-bagian heterogen dengan dependensi kompleks dan emergent properties.
• Terus berevolusi; kegagalan software, hardware, dan manusia menjadi norma, bukan pengecualian.

Karakteristik ULS System (SEI – Carnegie Mellon)

Dari studi Ultra-Large-Scale Systems: The Software Challenge of the Future:

1. Decentralization — terdesentralisasi dalam berbagai cara: data, development, evolution, dan operational control.
2. Inherently conflicting, unknowable, and diverse requirements — dikembangkan & dipakai stakeholder beragam dengan kebutuhan berbeda, konflik, kompleks, dan berubah.
3. Continuous evolution and deployment — kapabilitas baru diintegrasikan saat sistem beroperasi; kapabilitas lama dibuang; evolusi kontinu, bukan bertahap (phases).
4. Heterogeneous, inconsistent, and changing elements — tidak dibangun dari bagian seragam; ada misfit, terutama saat sistem diperluas dan diperbaiki.
5. Erosion of the people/system boundary — manusia bukan sekadar pengguna; mereka menjadi elemen sistem yang memengaruhi perilaku emergent keseluruhan.
6. Normal failures — kegagalan software & hardware adalah norma, bukan pengecualian.
7. New paradigms for acquisition and policy — akuisisi ULS berlangsung simultan dengan operasi sistem dan butuh metode kontrol baru.

Tiga Area Tantangan ULS

mindmap
  root((ULS Challenges))
    Design and Evolution
      Harness & koordinasi desain lintas industri
      Eksplorasi design space yang kompleks
    Orchestration and Control
      Aktivitas agar elemen bekerja harmonis
      Up-front design + policy + real-time adjustment
      Online modification
      Maintenance of quality of service
      Creation & execution of policies/rules
      Adaptation to users & contexts
      User-controlled orchestration
    Monitoring and Assessment
      Evaluasi desain, evolusi, orkestrasi
      Monitor state, behavior, health
      Kriteria sukses berbeda dari sistem kecil

• Design and Evolution — tantangannya menemukan cara baru meng-harness dan mengoordinasikan kapabilitas serta motivasi desain, bukan hanya dari perusahaan/kontraktor individual tetapi seluruh industri, di mana kompetisi nilai mendorong eksplorasi design space yang lebih kaya dan ekonomis.
• Orchestration and Control — orchestration adalah kumpulan aktivitas agar elemen ULS bekerja dalam harmoni yang wajar demi pemenuhan misi secara kontinu. Mencakup manajemen pada skala jauh melampaui kontrol terpusat tradisional; butuh kombinasi up-front design, policy promulgation & enforcement, dan real-time adjustment. Termasuk mendukung interdependensi dan mengendalikan konsekuensi aksi lokal terhadap keseluruhan emergent, meski tiap bagian memaksimalkan utilitas lokalnya. Pengetahuan baru yang dibutuhkan: online modification, maintenance of QoS, creation & execution of policies/rules, adaptation to users/contexts, dan enabling user-controlled orchestration.
• Monitoring and Assessment — efektivitas desain, evolusi, dan orkestrasi ULS harus dievaluasi; harus ada kemampuan memantau & menilai state, behavior, dan overall health sistem. Kriteria sukses/kesehatan ULS berbeda dari sistem kecil yang dirancang untuk tugas yang tidak berubah.

Domain Munculnya ULS Systems

• Defense — laporan Northrop: DoD AS bertujuan information dominance yang bergantung pada sistem kompleks dengan ribuan platform, sensor, decision nodes, weapons, dan warfighters terhubung lewat jaringan heterogen — “push far beyond today’s systems… ultra-large-scale systems”.
• Financial trading — pasca flash crash, sistem trading global yang sangat saling terhubung dianggap sebagai constituent entities dari super-system global; jumlah agen manusia & sistem komputer begitu besar sehingga menjadi instance ULS.
• Healthcare — sistem kesehatan AS disebut Kevin Sullivan “clearly an ultra-large-scale system”; membangun infrastruktur siber skala nasional menuntut pendekatan di garis depan pemahaman socio-technical.
• Others — government, transport systems (mis. air traffic control), energy distribution (mis. smart grids), dan large enterprises.

Summary

ULS systems adalah sistem software-intensive berskala unprecedented dalam hardware, kode, pengguna, dan data. Karakteristiknya: desentralisasi, requirement yang konflik & tak terketahui, evolusi kontinu, elemen heterogen, erosi batas manusia/sistem, kegagalan sebagai norma, dan paradigma akuisisi baru. Tiga area tantangan: Design & Evolution, Orchestration & Control, serta Monitoring & Assessment. ULS bermunculan di domain defense, financial trading, healthcare, government, transport, energy, dan enterprise besar. ULS adalah kelanjutan ekstrem dari isu pada Large-Scale Software Problems and Characteristics.

Additional Information

Emergent Properties

Emergent behavior adalah perilaku keseluruhan sistem yang tidak dapat diprediksi hanya dari memeriksa bagian-bagiannya secara terpisah. Pada ULS, karena manusia menjadi elemen sistem dan komponen terus berevolusi, perilaku emergent inilah yang justru harus di-orchestrate dan dimonitor.

LS vs ULS

Large-Scale masih bisa dikontrol secara relatif terpusat dengan proses & automation. ULS melampaui batas kontrol terpusat: tidak ada satu pihak yang “memiliki” seluruh sistem, sehingga kontrolnya bergeser ke policy, insentif, dan orkestrasi terdistribusi.

Further Reading

• SEI CMU ULS — http://www.sei.cmu.edu/uls/
• SEI CMU, Does Scale Really Matter? Ultra-Large-Scale Systems Seven Years After the Study.
• Ultra-Large-Scale Systems: The Software Challenge of the Future (SEI – Carnegie Mellon).