Революция в теорії комунікацій: відкритий новий тип складних мереж

Іспанські фізики відкрили новий тип складних мереж, що відрізняються вражаючою інформаційною провідністю. Перспективи цього відкриття багатообіцяючі. Цікаво, що мережі такого типа, схоже, не реалізуються в природі.

Теорія складних систем починається з простого спостереження: багато явищ в природі та в людських співтовариствах відбуваються за участю не одного-двох об'єктів, а цілої мережі схожих взаємодіючих тіл. Виявляється, загальні характеристики цих явищ (наприклад, стійкість, здібність до адаптації і т. д.) залежать, як правило, не від конкретних об'єктів, що складають мережу, а від математичних властивостей мережі в цілому: зв'язаності, однорідності, кластеризації, ієрархії.

Теорія таких мереж є, по суті, розділом математики, зокрема теорії графів. Проте вона нашла вже такі численні застосування в житті (біологічні і соціальні мережі, транспортні потоки, розподілені комп'ютерні системи, інформаційні й економічні структури, нейронні мережі), що давно стала вважатися міждисциплінарним науковим напрямом, а іноді - навіть розділом фізики. Саме тому вчені різних спеціальностей намагаються за допомогою різних методів поліпшити розуміння складних систем.

У свіжому випуску журналу Physical Review Letters з'явилася стаття іспанських фізиків L. Donetti, P. Hurtado, M. Minoz, Physical Review Letters 95 (24 October 2005), в якій повідомляється не мало не багато про відкриття нового типу складних мереж з видатними характеристиками, які здатні революціонізувати численні конкретні застосування мереж.

Описані вченими мережі, за побудовою, володіють надвисокою синхронізацією процесів, що протікають в різних ділянках мережі. Добитися цього вдалося шляхом підвищення "інформаційної провідності" між будь-якою парою вузлів мережі. Крім того, ці мережі виявилися дуже стійкими до "пошкоджень" на зразок розриву деяких зв'язків або видалення деяких вузлів. Автори відзначають ключові моменти при побудові таких мереж: максимальна однорідність, відсутність "співтовариств" і дуже вузький розподіл їх основних статистичних параметрів.

Помітимо, що, наприклад, ієрархічна структура звичайних комп'ютерних мереж дуже далека від ідеалу (див. статтю «Фізики вивчають Інтернет»). Вихід з ладу невеликого числа центральних вузлових серверів може різко уповільнити швидкість перетікання інформації по мережі в цілому. Не ідеальна також і інша топологія мережі, що часто зустрічається, - "від сусіда до сусіда". В цьому випадку висока стійкість до пошкоджень досягається ціною украй низької ефективності передачі інформації на далекі відстані.

Нові мережі об'єднують переваги цих структур, не маючи при цьому їх недоліків. На думку авторів, використання результатів їх роботи здатне привести до прориву, наприклад, в комунікаційних технологіях.

У кінці своєї статті автори висловлюють здивування тим, що такі надсинхронні мережі чомусь не реалізуються в природі. Можливо, причина цього криється в тому, що такі мережі не так-то просто побудувати: звичайні процеси поступового мимовільного зростання в більшості випадків приводять до неефективних мереж, повідомляють Елементи.