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シミュレー・ションによる情報ネットワークシステムの性能評価
相澤 りえ子，石田和徳………………………l……l……………l……………‖‖‖‖‖‖‖洲l………………………霊…………ll………tl……lll…ll……l……‖‖‖……………………………………………………‖‖‖州……l州l………………l………‖……………lll

課題と解決策について考察する．
1．はじめに

2．従来の評価方法と問題点

マルチメディアネットワークや広域高機能通信サー
ビスといった最新情報交換手段の実現のため，情報ネ

従来の汎用機を中心とした情報システムの場合は設ットワーク基盤整備が広がっている．しかし，情報ネ計段階における性能評価が効果をあげてきた．最近のットワークシステム自体のテクノロジーが急速に発展

クライアント・サーバシステムに対する評価方式はそしているため，その性能を保障することは非常に困難の延長である．

その評価方式ではトラフィック制限と遅延時間といである．新規ネットワークの導入時には，ある程度先を見越した余裕のあるスペックで設計をしたとしても，った2つの評価尺度を用いてシステム全体を評価して稼働後のトラフィックの伸びに対しどの程度まで許容いる．システム性能の判断は以下のように行われる．

できるかの正確な予測はなかなかできない．また，運（訃想定されるトラフィック量がネットワークの許容用時にはネットワーク管理現場では，トラフィックのトラフィックの範囲に収まっているか．

増加によるネットワーク上の異常の原因究明や解決策②リモート接続時，該当回線速度で生じる最大遅延の検討が難しく，将来のトラフィックの増加等による時間が端末の応答監視タイマー値の範囲内に収ま未然の問題の対応に関しては後追いになっている．っているか．

従来から，ネットワーク導入時には，ベンチマークトラフィック量は，まず各アプリケーションの平均テストや，待ち行列モデルを用いて［1］トラフィック情報量の調査をもとに，1日当たりのトラフィック量，分析にもとづく性能評価が行われてきたが，情報ネッ

ピーク時の情報量を割り出し，将来的な情報量の増加

トワークがこのように進化し複雑化してくると，正確率の予測を行うことで求める．許容トラフィックの範な解析的なアプローチは困難であー），一方，簡略化さ囲は経験値であることが多い．

れた解析解は余りに多くの誤差を含むようになってい最大遅延時間は，各装置の能力から決まる伝送時間に，待ち時間として待ち行列理論のM／M／1モデルでる．

そこで，ダイナミックに変化するネットワーク内の単一の装置待ちを算出し足し合わせた値を，1装置の状況を可能な限り正確に分析できる手法として離散型遅延時間とし，伝送経路内にある装置の遅延時間を積シミュレーション（以後シミュレーションと呼ぶ）に算したものを1アプリケーションの遅延時間としていよる検討アプローチの適用を試みた．

る．

本稿では，今までの性能評価の方法と問題点に簡単

しかし，最近のシステムは汎用機を中心としたシスに触れ，新しいアプローチとしてのシミュレーションテムとはかなり変わってきており，トラフィック量やの適用の仕方と適応事例について報告し，今後の情報遅延時間を正確に求めるのが難しくなってきている．

ネットワークシステムヘのシミュレーションの適用のその理由として，汎用機を中心としたシステムは情報の発生源が汎用機に限定されており，その中の情報のやり取りは決められたポイント間で行われているが，あいぎわ りえこ ㈱構造計画研究所 数理技術部

最近のクライアント・サーバシステムは，クライアン

いしだ かずのり 富士通㈱ ネットワークビジネス本部

トが情報の発生源となることから不特定なポイント間

1997年8 月号© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

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の情報交換が行われるといった違いがあげられる．さ正当性の検証と妥当性の検証と2段階の検証工程があらに，マルチメディアや大量のデータを高速に送る手るが，正当性の検証とはモデルが作成者の意図した通段として，最新の機器やプロトコルが続々出回ってきりに動くかをチェックすることで，妥当性の検証とはている等，ネットワークを構成する個々の構成要素のモデルが分析目的に照らして対象のシステムを的確に変化も一因である．

捉えているかの検証である．複雑なモデルの場合，モこのようにシステム自体の変化に伴い，多様化したデル構築をシミュレーション分析の専門家に依頼するシステム特性を従来の手法でモデル化することに無理ことが多いが，分析者が実際のシステムの評価者ではが生じ，情報交換の方式やシステム構成の複数のバリない場合は妥当性の検証が難しくなる．

エーションをすべて比較評価することが非常に困難にシステム評価者が実践的に個々の設計業務でシミュレーション分析を行うためには，シミュレーション分なった．

析の各工程のこれらの問題点が解消される必要がある．

3．シミュレーションの適用
3．1シミュレーションによる性能評価とその難しさ

3．2 シミュレーション適用の要件

情報ネットワークシステムのように複雑なシステムシステムの評価者が，シミュレーションを情報ネッの挙動を正確に把握するためには，シミュレーショントワークシステムに適用するためには次の要件を満たによる分析のア70ローチが，現在では実用的な唯一のしている必要がある．

方法である．情報ネットワークシステムはバッファ内に待ちが生じ，その待ちによりシステムの性能が左右されるシステムであるので，シミュレーションの通用がよく合っている．また，経験値による許容トラフィック量に押さえるといった判断を必要とはせず，実際にシミュレーションの実験によりシステムの性能限界①ネットワークを設計する技術者が，シミュレーションモデルを簡単に構築できること②トラフィック状況を簡単にモデルに取り込めること③誰が作っても同じようなモデルができ，評価も一貫性があることを求めることができるので経験的な値にしばられるこ④許容時間内に多数の代替案を比較検討できることとが少なくなる．

⑤ネットワーク内のダイナミックに変化する状況にしかし，シミュレーション分析を行うためには以下のようないくつもの工程を踏むことになる．［2］

応じた評価ができること

これらの条件は，シミュレーションプロジェクトの（D問題の明確化環境を整備するツールを提供することで満たすことが②分析対象のシステム境界と詳細度の決定とシステできると考えた．

シミュレーションは長い歴史を持つが，標準的な評

ムの制御ロジックの明確化③データの収集価手法としてシミュレーション手法が現在一番定着し④モデル作成と正当性の検証ている分野としては製造業における生産・物流システ⑤妥当性の検証

ムの性能評価があげられる．

これは，ここ5年間ぐらいの間に生産・物流システ⑥実験計画と結果の分析

特に情報ネットワークシステムの分析においては膨大なトラフィックのデータを収集する必要があり，ネムを対象とした能力評価専用のシミュレーションツー
ル［4］が世に出回ったことによるものである．

ットワークそのものの分析検討を行うまでにかなー）の

3．3 ネットワーク性能評価専用シミュレーション

労力を払わなければならない．
シミュレーションモデルを構築する際，汎用シミュツール

レーション言語［3］等で構築するのが一般的である

今回採用した専用シミュレーションツールはネットが，複雑なシステムのシミュレーションモデルを構築

ワーク評価専用として相澤らが開発したSeeNET［6］するには膨大な工数が必要となる．また，シミュレーである．SeeNETは，LAN／WAN等のモデルのモジションモデルは，そのモデルを構築する分析者の技量

ュール群を利用したモデル化のGUI，シミュレーショでかなー）形が変わるものであー），そのモデルの信頼性

ン実行，結果の表示，モデルや結果の管理等をトータを計るための検証といった作業も必要である．ここでルにサポートするツールである．シミュレーションエ

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オペレーションズ・リサーチ© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

ンジンは米国Pritsker社の汎用シミュレーション言の送受信（D〜G）というトラフィックは表3のとおり

語SLAMII［2］，［5］を用いている．

流れている．

SeeNETの特徴は以下のとおりである．

きらに，A社ではこのネットワーク上で，WWWサ−①ネットワークの構成は，画面上に図を描〈ことでーバへの情報照会を行うことに決定したことで，ネッ設定が可能である．ネットワーク設計技術者のイ

トワークへの適切な増強計画（WAN回線の容量を増メージを記述することでモデルの構成要素を定義やす等）の立案が要望されている．

できる．

しかし，このシステムに新たにWWWサーバを導②ネットワーク内の呼の流れを，決められたノード入する場合，そのサーバに対するトラフィックが，既を使いフローで記述する．フローの独自のフレー存業務のレスポンスの悪化を引き起こすことが予想さムワークの中で流れを記述するので，決まったパれる．当然，「ホストへの照会業務のレスポンスを3秒ターンを記述することになる．

以内に抑えたい」というような要望が出てくることが③負荷条件等は確率分布を指定する．

考えられる．

④パラメータ化された設定値を変更させることによ

今回は，この間題を解決するためにSeeNETを用いり複数の代替案ができ，シミュレーションされたて，ネットワークモデル（図1）を作成し，クライア結果は，比較グラフ等で表示される．さらに実行

ント／WWWサーバ間のトラフィック（H−J）と，ホ条件やモデル，出力結果をツールが管理する．

スト照会業務のトラフィック（A−C）のレスポンスタ⑤標準的に必要な評価値は自動的に算出される．

イムの関係をシミュレーションにより求め，ネットワ

表1にSeeNETのネットワークモデルが指定可能

ークの状況把握と，要望を満たすための案の検討を行なネットワーク構成要素，表2に出力される統計情報

った．

を示す．

ホスト照会業務，電子メールはそれぞれトランザクションの発生頻度，処理量ともに傾向が把握できるた
表1 ネットワーク構成要素
構成要素

項 目

ワークステーション，ホストコンピュータ，パソコ
装 置ン，ファイルサーバ，70リンタサーバ，端末 etc．

中継装置 リピータ，ブリッジ，ルータ，ゲートウェイ etc．

LAN方式 CSMA／CD，トークンリング，FDDI，ATM etc．
WAN方式 ISDN，フレーム））レー，ATM，電話網 etc．
表2 出力される統計情報
項 目

内 容

装置・中継装置 使用率，待ち行列長 etc．
LAN情報

送信呼数，完了呼数，最大トラフィック
衝突回数，呼損数，再送回数
伝送路使用率，伝送完了時間 etc．

め，シミュレーションを行うにあたって統計パラメー
タを与えることができる．表4にトラフィック量を示す．

しかし，WWWサーバへの情報照会の尭生頻度は予測が難しいため，発生頻度を変化させてシミュレーシ
ョンを実行することとした．
表4の数値は発生頻度がポアソン分布，処理量が指数分布のパラメータ（期待値）である．
シミュレーションは60分×10回行い，レスポンスタイムの平均値を評価の対象とした．実行はS−7／7000U（Ultra Sparc）上で行った．実行時間は約30秒／回であった．

4．2 シミュレーション結果
シミュレーションの結果を図2に示す．このグラフ

4．適用事例

より，それぞれのクライアント／WWWサーバ間のト

4．1対象システムと問題の提起

ラフィックの増加に対するレスポンスタイムの増加傾

現在，A社では本店，支店，工場の3拠点をクライア向がわかる．

ント・サーバ／イントラネット型のLAN−WANネッ

レスポンス時間が一番長いのは本社／支店間のトラトワークで結んでいる．そのネットワークの利用目的フィックである．これより，すべてのホスト照会業務の主なものとして，ホストへの照会業務や電子メールのネットワーク上のレスポンスの平均値を3秒以内にによる情報交換といったものが挙げられる．本社，支

抑えたいという要求には，WWWサーバヘのアクセス

店，工場の3拠点のホストへの照会（A〜C），メール頻度がクライアント1台あたり2．5回／時間くらいまで

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表3 各ノード間のトラフィックの流れ
パターン名

トラフィックの流れA

本社のクライアント（CLIENTl）←→本社ホスト（HOSTl）

B

工場のクライアント（CLIENT2）←→本社ホスト（HOSTl）

C

支店のクライアント（CLIENT3）←→本社ホスト（fIOSTl）D

本社のクライアント（CLIENTl）←→本社メールサーバ．（MAIL−Sl）

E

支店のクライアント（CLIENT3）←→本社メールサーバ（MAIL−Sl）

F

工場のクライアント（CLIENT2）←→工場メールサーバ（MAIL−S2）

G

工場のクライアント（MAIL−S2）←→本社メールサーバ（MAlL−Sl）

H

本社のクライアント（CLIENTl）←→本社WWWサーバホスト（WWW−Sl）

Ⅰ

工場のクライアント（CLIENT2）←→本社WWWサーバホスト（WWW−Sl）
支店のクライアント（CLIENT3）←→本社WWWサーバホスト（WWW−Sl）

図1 対象システムのネットワーク

オペレーションズ・リサーチ

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表4 トラフィック量
処理量（kbyte）

発生頻度（回／h）

パターン名（クライアント1台あたり）

往（→）

復（←）

A〜C

602

D〜F

22

G

12H〜J

0−62

2100

WAN64K

87一6

工場クライアント ⇔ 本社ホスト

5K∧鞄KÅ

本社クライアント ⇔ 本社ホスト

支店クライアント ⇔ 本社ホスト

4302
アクセス頻度1

図2 レスポンスタイム（結果1）0

は現状のネットワークでも問題は無いが，それ以上のミュレーションも同様に行ってみた．その結果を図3

頻度が予想される場合，回線容量の見直し等が必要でに示す．回線速度変更に伴い，本社／支店間のレスポンあることがわかる．

ス時間は短縮されており，同一アクセス頻度におけるそこで，回線容量の見直し案として，本社／支店間WAN回線（64Kbps）を128Kbpsに変更した場合のシ最長レスポンス時間は，本社／工場間のトラフィックのものとなっている．

WAN128K●
52

2エ場クライアント ⇔ 本社ホスト

5支店クライアント ⇔ 本社ホスト

1ぺ∴∵下ぺ＼本社クライアント ⇔ 本社ホスト

15〇00

アクセス頻度

図3 レスポンスタイム（結果2）1997年8月号© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

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ホスト照会業務のレスポンスの平均値3秒を満たすれている．このように，現実システムではネットワー

WWWサーバヘのアクセス頻度り許容範囲は5回／時クの情報を収集する環境が整いつつある．また，管理間まで増加しているが，それ以上の頻度が予想されるシステムといった大がかー）なシステムがなく とも監視

場合は，本社／支店間だけでな〈本社／工場間の■wAN

ツールによって実際のトラフィックをモニタリングすの回線速度も見直す必要があることがわかる．

る仕組みは普及している．

シミュレーションツールを使うことにより，これら

そこで，シミュレーションの環境の中にデータ収集の定量的な情報を容易に得ることができ，短時間で複の機構を取り入れることができれば，シミュレーショ数の案を検討することが可能となる．

ンモデルであるネットワーク構成や，トラフィックデータを自動的に取り込むことが可能になるだろう．

5．課 題

運用されている情報ネットワークの改善であれば，5．1実用上の問題点
シミ ュレーションツールを適用した結果，実用の面現場で収集したデータそのものをベースとして改善案を検討することが可能であるし，新規のネットワークであっても，他の同一業種の似たようなシステムの例から以下の問題が出た．

①トラフィックデータ収集の手間は，従来の評価のをベースとすることもできる．シミュレーションのモ時と変わらない．さらに1従来の手法に比較してデル構築部に監視ソフトから出力されるデータのインモデルや入力条件が精密になっておー），データ収ターフェース部をつけ，モデルジュネレートを行うこ集に関する作業」二二数がかえって増えてしまう．とでこの環境ができるであろう．このシステム構成の②部分的なモデル化はツールで用意された枠組みを使うことである程度標準化されるが，それらのつながー）の記述に関しては汎用シミュレーション言語を使用したモデル化と同じように個人差が出てしまう．

さらに，実際のネットワークの中のデータはパケットに分割され，プロトコルに従い送信されるが，たとイメージを図4に示す．

相澤らは現在，監視ツールを取り込んだシミュレーション環境の再構築に取り組もうとしている．
6．おわりにインターネット，イントラネットと今や情報の交換手段は変化している．

えばデータベースの処理方式等のようにブラックボッ

最新技術が生み出す利便性は，我々の生活に瞬く間クス化されているものなどは，処理手順をツールの枠に浸透してしまう．その技術になれてしまうと，今ま組みの中で記述することが不可能な場合もある．こので伝達していなかった情報や仕組みまでがネットワー

場合は実験等によってデータを収集，分析しフローとク上を行き交うことになる．情報ネットワーク基盤整して記述する必要がある．

備の今の時期にこそ将来に向けて，フレキシブルに評価改善できる環境作りを必要としており，性能評価手5．2 問題の解決に向けて段の確立が急務であろう．

実用上の問題点は，やはー）モデル化の難しさとデー

本稿執筆に当たー），富士通珠式会社の大澤達蔵氏，石田健司氏，株式会社富士通システム総研の大西真人

タ収集の困難さに集約される．

一方，実際に運用されているLAN／WANシステム

氏，株式会社構造計画研究所の太田洋二郎氏，太田一自体の機能を考えると，保守管理の標準化がなされ，樹氏には，多大なるご支援をいただいたことを心よりネットワーク内のトラフィック状況の把握が比較的容感謝いたします．

易になっている．マルチベンダ環境，マルチプロトコ
ル環境においてさえもSNMP（Simple Network参考文献

Management Protocol）といったネットワーク管理のプロトコルが規定されており，ルータ，ハブといったネットワーク機器のネットワーク管理情報を管理システムに送るプロトコルとして採用されている．さらに，その管理情報の構造とそのデータベースもMIB（ManagementInformation Base）として標準化さ［1］紀 一誠：情報処理システムの性能評価（1）〜（3）：オペ
レーションズ・リサーチ（1995年6，7，8月号）［2］森戸i晋，中野 一夫，相澤 r）え子：SLAM「によるシステム・シミュレーション入門；構造計画研究所，1993年［3］梅田 茂樹：離散系シミュレーションの基礎技術とオペレーションズ・リサーチ

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●

シミュレーションモデルデータ

データベース

シミュレーション結果データ

図4 システム構成図のイメージ

利用状況，平成8年度第1回ORセミナー離散系シミュレーションの応用テキスト［4］日経メカニカル；バーチャルファクトリの 実体 探るPart2 ラインシミュレpタpp．53〜55，1996．1．8』
471［5］相澤 りえ子：離散型・連続型記述言語SLAMII「情報処理；pp．254−260，1996年第3号［6］LAN評価シミュレータSeeNET使用手引書；構造計画研究所，1994年

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