JP4592325B2 - Ｉｔシステムの設計支援システムおよび設計支援方法 - Google Patents

Description

本発明は、オンライン取引システム等のコンピュータネットワークで構成されるＩＴシステムの設計支援システムおよび設計支援方法に関する。

オンライン取引システム等のコンピュータネットワークで構成されるＩＴ（Information technology）システムの設計支援システムにおいては、システム処理性能の設計とシステム信頼性の設計とは、別々のシステムで行われている。

システム処理性能の設計では、離散型シミュレーションがよく用いられるが、その離散型シミュレーションでは、状態の変化の様子を重要な変化が起こった時点を中心に捉えて事象がモデル化される（例えば、特許文献１参照）。

図１７は、上述した離散型シミュレーションの説明図である。この図１７には、ある対象システムがモデル化されたものが図示されており、そのモデルは、複数の処理装置（図１７中の円）に対して、待ち行列１０１〜１０５が発生する事象を表しており、多段待ち行列モデルである。待ち行列１０１〜１０５では、単位時間当たりのトランザクションの到着数λ1 〜λ５でトランザクションが行列に加わる。

また、待ち行列１０１〜１０５にそれぞれ対応する処理装置では、単位時間当たりのトランザクションの処理数（処理性能）μ1〜μ５をもってトランザクションに対する処理が実行される。これらの単位時間当たりのトランザクションの到着数λ1 〜λ５および単位時間当たりのトランザクションの処理数（処理性能）μ1〜μ５は、離散型シミュレーションにおけるパラメータ（可変要素）である。

離散型シミュレーションでは、どのパラメータをどのように変化させるかというシナリオが作成されたのち、このシナリオに基づいて、シミュレーションが実行される。また、シミュレーションの実行後においては、シミュレーションの結果に基づいて、ボトルネック（処理性能不足等）を発見し、このボトルネックを解決するための対策が採られる。

図１８は、従来の離散型シミュレーションを用いたシステム処理性能の設計支援システムの処理フローチャートである。従来のシステム処理性能の設計支援システムでは、システムの構成機器、構成機器間の繋がり、構成機器の処理プロセス、構成機器の処理性能、各ノードにおける出力の分岐の確率、基本システム案、処理性能の設計基準値の入力データに基づいて、基本システム案のモデルを作成し（Ｓ１）、離散型シミュレーションを行いシステム処理性能の評価を行う（Ｓ２）。

次に、システム処理性能が設計基準値を満たすかを判定し（Ｓ３）、設計基準値を満たさない場合は、シミュレーション結果からシステムのボトルネック部分を抽出し改善案を検討する（Ｓ４）。そして、ステップＳ１に戻って改善案のモデルを作成し、再度、ステップＳ１〜Ｓ３の処理を行い、システム処理性能が設計基準値を満たすまで繰り返す。ステップＳ３の判定でシステム処理性能が設計基準値を満たす場合はシステム案として採択する（Ｓ５）。

一方、システム信頼性の設計ではフォルトツリー分析がよく用いられ、例えば、原子力発電プラントでは、プラントの安全性を確保することを目的に、トラブルの事象を想定し、それに至る確率を計算して該当のトラブルの発生確率がほとんど起こり得ないことを定量的に解析する。そのときに利用される主な解析手法がフォルトツリー分析と呼ばれるもので、信頼性工学および関連分野において活用されているものであり、ＩＴシステムに対しても用いられる（例えば、非特許文献１および特許文献２参照）。

フォルトツリー分析の手法は以下の通りである。まず想定する頂上事象を選定する。その後、その頂上事象に至る一次要因を探り、その一次要因同士の論理的関係（ＡＮＤ、ＯＲ）を導く。図的にはツリー構造に表現し、頂上事象を記載した下に論理記号を記入する。その下に一次要因を記載する。同様のステップを個々の一次要因を基準に二次要因、三次要因へと繰り返し、実験等から確率分布を参照できるレベルまで細分化を行う。頂上事象は、ブール代数を用いることにより、ツリー構造の最下層の事象（基本事象）の組み合わせで発生することが示される。そこまで整理されれば、後は、基本事象の故障確率から頂上事象の故障確率を導き出すことが可能となる。

図１９は、従来のフォルトツリー分析を用いたシステム信頼性の設計支援システムの処理フローチャートである。従来のシステム信頼性の設計支援システムでは、システムの構成機器、構成機器間の繋がり、構成機器の処理プロセス、構成機器（またはサブシステム）と故障モードの故障率、構成機器（またはサブシステム）と故障モードの使命、構成機器（またはサブシステム）と故障モードの使命時間、共通故障原因、基本システム案、故障確率の設計基準値の入力データに基づいて設計を行う。

まず、対象とするシステムの機能停止または運用または動作上の好ましくない事象を頂上事象とし、要因をそれ以上求めることができない事象を基本事象として、頂上事象から基本事象へ階層的に事象と要因の関係として展開して論理記号で結合したフォールトツリー構造を図的に入力または編集および双方を実行し作成する（Ｓ１１）。

次に、ステップＳ１１で入力または編集して作成したフォールトツリーデータをブール代数による論理式に変換する（Ｓ１２）。そして、ステップＳ１２で導き出されたブール代数に基本事象の故障確率を代入し、頂上事象の故障確率を計算する（Ｓ１３）。次に、システム故障確率が設計基準値を満たすか否かを判定し（Ｓ１４）、設計基準値を満たさない場合は、ステップＳ１３で求められた頂上事象の故障確率に個々の基本事象がどの程度影響を与えるかの重要度を分析し、基本事象の故障確率を変動させることで頂上事象の故障確率の寄与度を計算し改善案を検討する（Ｓ１５）。そして、ステップＳ１１にに戻って改善案のフォールトツリー構造を作成し、ステップＳ１１〜ステップＳ１４に至る一連の作業をシステム故障確率が設計基準値を満たすまで繰り返す。システム故障確率が設計基準値を満たす場合はシステム案として採択する（Ｓ１６）。
特開２００２−６３２１８号公報 特開２００２−６７０４３号公報 北川賢司著 「最新設計審査技術」 株式会社 テクノシステム発行 １９８７年１２月４日（第２版）

しかしながら、従来のオンライン取引システム等のコンピュータネットワークで構成されるＩＴシステムの設計支援システムでは、システム処理性能の設計とシステム信頼性の設計とが別々のシステムで行われ、データがリンクしていないので、システム処理性能の設計仕様とシステム信頼性の設計仕様の両方を満足し、かつコストが許容範囲に収まるように、システムの設計を行うことが困難であるという課題があった。

つまり、同じ基本システム案から出発しても、システム処理性能の設計で得られたシステム案と、システム信頼性の設計で得られたシステム案とが一致することはほとんどの場合有り得ず、システム処理性能の設計仕様とシステム信頼性の設計仕様とを同時に満足させようとすると、設計作業のやり直しが多くなり、設計者の負担が非常に大きくなる。

システム処理性能の設計も、システム信頼性の設計も、それなりの経験を有する専門家が行うが、システム処理性能の設計の専門家であってもシステム信頼性の設計の専門家と限らず、システム信頼性の設計の専門家であってもシステム処理性能の設計の専門家と限らない。そのため、設計したシステムがシステム処理性能の設計仕様を満足してもシステム信頼性の設計仕様を満足しない場合や、逆に、システム信頼性の設計仕様を満足してもシステム処理性能の設計仕様を満足しない場合がある。また、システム処理性能の設計仕様を満足してもシステム信頼性がかなりオーバースペックになってコストが許容範囲を越える場合や、システム信頼性の設計仕様を満足してもシステム処理性能がかなりオーバースペックになってコストが許容範囲を越える場合が出てきてしまうので、設計作業のやり直しが多くなり、設計者の負担が非常に大きくなる。

本発明は、設計者の負担を軽減してシステム処理性能の設計仕様とシステム信頼性の設計仕様の両方を満足し、かつコストが許容範囲に収まるような設計ができるＩＴシステムの設計支援システムおよび設計支援方法を提供することを目的とする。

本発明のＩＴシステムの設計支援システムは、基本システム案、処理性能の設計基準値、故障確率の設計基準値およびコストの許容範囲を含むシステム設計基準情報と、トランザクションの到着数のデータ、サーバ群の処理性能とサーバ台数依存性のデータおよびサーバの処理性能のＣＰＵ数依存性のデータを含む処理性能関連情報と、コスト関連情報が入力され、データ処理演算部に出力するデータ入力部と、データ入力部からのデータに基づいて演算するデータ処理演算部と、を備える。データ処理演算部は、基本システム案について、システム処理性能とトランザクションの到着数との関係をシミュレーションし、システム処理性能が処理性能の設計基準値を満たさない場合、基本システム案の処理性能のボトルネック部分について、ボトルネック部分がサーバ群の場合、ボトルネック部分のサーバ群の処理性能が処理性能の設計基準値を満たすサーバに変更した第１のシステム案データと、サーバ群の処理性能とサーバ台数依存性のデータから、処理性能の設計基準値を満たすサーバ台数を決定して、ボトルネック部分のサーバの台数を決定したサーバ台数に変更した第２のシステム案データと、サーバの処理性能のＣＰＵ数依存性のデータから、処理性能の設計基準値を満たすＣＰＵ数を決定して、ボトルネック部分のサーバのＣＰＵ数を、決定したＣＰＵ数に変更した第３のシステム案データとを、システム案データ格納部に格納する処理性能評価部と、処理性能評価部によって格納された複数のシステム案データについて、フォルトツリーを作成するとともにフォルトツリーを論理式に変換して、システム故障確率を計算し、システム故障確率が故障確率の設計基準値を満たさない場合、サーバ群の処理性能とサーバ台数依存性のデータを参照して、システム故障確率への寄与度の高いサーバの台数を増やし、処理性能の設計基準値およびシステム故障確率の設計基準値を満たすシステム案データに変更して、システム案データ格納部に格納する信頼性評価部と、処理性能の設計基準値およびシステム故障確率の設計基準値を満たすシステム案データについて、コスト関連情報に基づいてコストを計算するコスト評価部と、コスト評価部によって計算されたシステム案データのコストが、コストの許容範囲である否かを判定するコスト判定部と、を備える。

本発明のＩＴシステムの設計支援方法は、基本システム案、処理性能の設計基準値、故障確率の設計基準値およびコストの許容範囲を含むシステム設計基準情報と、トランザクションの到着数のデータ、サーバ群の処理性能とサーバ台数依存性のデータおよびサーバの処理性能のＣＰＵ数依存性のデータを含む処理性能関連情報と、コスト関連情報が入力されるデータ入力ステップと、データ入力ステップで入力されたデータに基づいて演算するデータ処理演算ステップと、を備える。データ処理演算ステップは、基本システム案について、システム処理性能とトランザクションの到着数との関係をシミュレーションし、システム処理性能が処理性能の設計基準値を満たさない場合、基本システム案の処理性能のボトルネック部分について、ボトルネック部分がサーバ群の場合、ボトルネック部分のサーバ群の処理性能が処理性能の設計基準値を満たすサーバに変更した第１のシステム案データと、サーバ群の処理性能とサーバ台数依存性のデータから、処理性能の設計基準値を満たすサーバ台数を決定して、ボトルネック部分のサーバの台数を決定したサーバ台数に変更した第２のシステム案データと、サーバの処理性能のＣＰＵ数依存性のデータから、処理性能の設計基準値を満たすＣＰＵ数を決定して、ボトルネック部分のサーバのＣＰＵ数を、決定したＣＰＵ数に変更した第３のシステム案データとを、システム案データ格納部に格納する処理性能評価ステップと、処理性能評価ステップにおいて格納された複数のシステム案データについて、フォルトツリーを作成するとともにフォルトツリーを論理式に変換して、システム故障確率を計算し、システム故障確率が故障確率の設計基準値を満たさない場合、サーバ群の処理性能とサーバ台数依存性のデータを参照して、システム故障確率への寄与度の高いサーバの台数を増やし、処理性能の設計基準値およびシステム故障確率の設計基準値を満たすシステム案データに変更して、システム案データ格納部に格納する信頼性評価ステップと、信頼性評価ステップにおいて生成された処理性能の設計基準値およびシステム故障確率の設計基準値を満たすシステム案データについて、コスト関連情報に基づいてコストを計算するコスト評価ステップと、コスト評価ステップにおいて計算されたシステム案データのコストが、コストの許容範囲である否かを判定するコスト判定ステップと、を備える。

本発明によれば、設計者の負担を軽減して、システム処理性能の設計仕様とシステム信頼性の設計仕様との両方を満足し、かつコストが許容範囲に収まるような設計ができる。すなわち、システム処理性能の設計の後にシステム信頼性の設計を行い、その後にコスト評価を行い、その際に、システム案データを相互に参照し利用できるようにしているので、システム信頼性の設計段階でシステム処理性能の設計に再度戻ってやり直す必要がなく、システム案のシステム処理性能を設計基準値以上に維持しながら、システム案のサーバ台数もしくはサーバ内のＣＰＵ数を変更できる。従って、煩雑な作業を経ること無く、システム処理性能の設計仕様値を維持しながら、システムの故障確率の設計仕様値を満たすようにシステム案を変更できる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係わるＩＴシステムの設計支援システムのブロック構成図である。データベース５にはＩＴシステムの設計に必要なデータが格納されており、例えば、システム機能構成情報、処理性能関連情報、信頼性関連情報、コスト関連情報に係わるデータが格納されている。システム設計評価部１は、データ入力部２、データ処理演算部３およびデータ出力部４から構成され、データ入力部２はデータベース５から、システム機能構成情報、処理性能関連情報、信頼性関連情報、コスト関連情報に係わるデータを入力し入力処理し、データ処理演算部３に出力する。データ処理演算部３は、システム処理性能の設計仕様とシステム信頼性の設計仕様との両方を満足し、かつコストが許容範囲に収まるシステム案を演算して、データ出力部４に出力する。ユーザ端末６はシステム設計評価部１に接続され、システム設計評価部１に各種指示を出したり各種情報を表示させるものである。

データ処理演算部３は、データ入力部２からのデータに基づき処理性能の設計基準値を満たすシステム案を作成する処理性能評価部２１と、データ入力部２からのデータに基づき故障確率の設計基準値を満たすシステム案を作成する信頼性評価部２２と、処理性能評価部２１および信頼性評価部２２で作成されたシステム案のコストを評価するコスト評価部２３と、処理性能評価部２１および信頼性評価部２２で作成されたシステム案とコスト評価部２３で評価されたコストとを格納するシステム案データ格納部２５と、コスト評価部２３で評価されたコストが許容範囲であるシステム案があるか否かを判定するコスト判定部２４と、コスト判定部２４でシステム案がないと判定されたときは処理性能の設計基準値、故障確率の設計基準値およびコスト許容範囲をデータ入力部２に再設定する再設定部２６とから構成される。

図２は、本発明の実施の形態に係わるＩＴシステムの設計支援システムにおける入力情報の説明図である。データ入力部２に入力される入力データは、システム機能構成情報１０、処理性能関連情報１１、信頼性関連情報１２、コスト関連情報１３、システム設計基準情報１４から構成される。

システム機能構成情報１０は、構成機器、構成機器間の繋がり、構成機器の処理プロセスを含む。処理性能関連情報１１は、入力のトランザクションの到着数の変動、構成機器の処理性能、各ノードにおける出力の分岐の確率、各サーバの処理性能のＣＰＵ数依存性、各サーバ群の処理性能のサーバ台数依存性を含む。信頼性関連情報１２は、構成機器（またはサブシステム）と故障モードの故障率、構成機器（またはサブシステム）と故障モードの使命、構成機器（またはサブシステム）と故障モードの使命時間、共通原因故障要因を含む。コスト関連情報１３は、構成機器（またはサブシステム）の設備費、システム停止損害額、システム停止時間、構成機器（またはサブシステム）と故障モードの損害額を含む。システム設計基準情報１４は、基本システム案、処理性能の設計基準値、故障確率の設計基準値、コストの許容範囲を含む。

図３は、本発明の実施の形態に係わるＩＴシステムの設計支援システムにおけるデータ処理演算部３の処理内容を示すフローチャートである。このデータ処理演算部３では、データ入力部２から入力データを受け取り、処理性能評価部２１で処理性能の設計基準値を満たすシステム案の作成を行う（Ｓ２１）。次に、作成された処理性能の設計基準値を満たすシステム案に基づいて、信頼性評価部２２で故障確率の設計基準値を満たすシステム案の作成を行う（Ｓ２２）。

次に、作成された処理性能と故障確率の設計基準値を満たすシステム案に対して、コスト評価部２３でコスト評価を行い（Ｓ２３）、コスト判定部２４でコストが許容範囲のシステム案ができたかを判定する（Ｓ２４）。システム案データ格納部２５には、処理性能評価部２１、信頼性評価部２２およびコスト評価部２３で作成されたシステム案のデータを格納し、これらの各部に出力して利用や参照できるようになっている。また、データ入力部２も処理性能評価部２１、信頼性評価部２２およびコスト評価部２３に入力データを出力して利用や参照できるようになっている。

コスト判定部２４の判定でシステム案ができなかった場合は、再設定部２６により、システム設計基準情報１４のコストの許容範囲、故障確率の設計基準値、処理性能の設計基準値もしくは基本システム案を再設定し、システム機能構成情報１０、処理性能関連情報１１、信頼性関連情報１２、コスト関連情報１３も再設定して、再びステップＳ２１〜ステップＳ２４に至る処理を行う。このステップＳ２１〜ステップＳ２４を処理性能および故障確率の設計基準値とコストの許容範囲とを満たすシステム案ができるまで繰り返す。コスト判定部２４の判定でシステム案ができた場合は、処理性能および故障確率の設計基準値とコストの許容範囲を満たすシステム案ができたことになり、データ出力部４にシステム案を出力する。

図４は、本発明の実施の形態に係わるＩＴシステムの設計支援システムにおける処理性能評価部２１の処理内容を示すフローチャートである。この処理性能評価部２１では、データ入力部２からの入力データに基づいて基本システム案のモデルを作成し（Ｓ３０）、離散型シミュレーションを行いシステム処理性能の評価を行う（Ｓ３１）。次に、システム処理性能が設計基準値を満たすかを判定し（Ｓ３２）、システム処理性能が設計基準値を満たさない場合は、シミュレーション結果からシステムのボトルネック部分を抽出し改善案を検討する（Ｓ３３）。

そして、ステップＳ３０に戻って改善案のモデルを作成し、ステップＳ３０〜ステップＳ３２に至る一連の作業を行い、システム処理性能が設計基準値を満たすまで繰り返す。ステップＳ３２でシステム処理性能が設計基準値を満たす場合は、そのシステム案をシステム案データＡとして採択し（Ｓ３４）、システム案データ格納部２５にシステム案データＡを格納する。その後に、信頼性評価部２２の処理に進むことになる。

図５は、本発明の実施の形態における処理性能評価部２１で作成されたシステム案のモデルの一例を示すモデル図である。図５に示すモデル図の一例は、インターネット４０、ＬＡＮ（Local Area Network）４１〜４７、ＦＷ（Fire Wall）４８〜５１、Ｗｅｂサーバ５２〜５９、ＡＰ（Application）サーバ６０〜６１、ＤＢ（Data Base）サーバ６２〜６４で構成される基本システム案をモデル化したものである。

いま、システム処理性能の設計基準値を８０００件／分、ＦＷのトランザクションの処理性能を６０００件／分／台、Ｗｅｂサーバのトランザクションの処理性能を３０００件／分／台、ＡＰサーバのトランザクションの処理性能を２０００件／分／台、ＤＢサーバのトランザクションの処理性能を１８０００件／分／台、ＬＡＮの処理性能を１２０００件／分／台とする。処理性能評価部２１では、これらを入力データとして、離散型シミュレーションを行いシステム処理性能の評価を行うことになる。

図６は、この場合の処理性能評価部２１でのシミュレーションでシステム処理性能のトランザクションの到着数に対する依存性の結果を示すグラフである。図６に示すように、システム処理性能は４０００件／分で飽和し、システム処理性能の設計基準値である８０００件／分に達しない。これは、トランザクションの処理性能が２０００件／分／台のＡＰサーバが２台しかないからである。

図７は、図５に示したモデル図に処理性能評価部２１での処理性能ボトルネック抽出処理（Ｓ３３）で抽出したボトルネック部分を斜線部で重ねて表示したモデル図である。図７に示すように、ＡＰサーバ６０、６１がボトルネックとなっていることが分かる。

そこで、ＡＰサーバ６０、６１のトランザクションの処理性能を２０００件／分／台からそれ以上に増やして改善し、再度、処理性能評価部２１でのシミュレーションでシステム処理性能のトランザクションの到着数に対する依存性の結果を得ることになる。例えば、ＡＰサーバ６０、６１のトランザクションの処理性能を２０００件／分／台から４０００件／分／台に増やした改善案とする。

図８は、その場合の処理性能評価部２１でのシミュレーションでシステム処理性能のトランザクションの到着数に対する依存性の結果のグラフである。この場合、トランザクションの処理性能が４０００件／分／台のＡＰサーバが２台となるので、システム処理性能は８０００件／分で飽和するが、システム処理性能の設計基準値である８０００件／分を達成できている。従って、システム案データＡとして採択し、システム案データ格納部２５に格納することになる。

このように、システム案において、ＡＰサーバ６０、６１のトランザクションの処理性能を４０００件／分／台に変えるわけであるが、その場合、改善案としては３つの考え方がある。まず、１つ目の考え方は単純にＡＰサーバを４０００件／分／台以上の処理性能のものに変更するものである。

２つ目の考え方は、図５のシステム案のモデル図のＡＰサーバを何台かのサーバが集合したサーバ群とみなして、１つのサーバ群当たりの処理性能を４０００件／分以上のものに変更するものである。例えば、図９に示したように、１台当たりの処理性能が１０００件／分のサーバ７０〜７３の４台を用意して、１つのＡＰサーバ群とする。

３つ目の考え方は、図５に示したシステム案のモデル図のＡＰサーバ６０、６１をいくつかのＣＰＵが集合したマルチＣＰＵサーバとみなして、１つのサーバ当たりの処理性能を４０００件／分以上のものに変更するものである。例えば、図１０に示したように、１ＣＰＵ当たりの処理性能が１０００件／分のＣＰＵ７４〜７７の４個のＣＰＵからなるＡＰサーバを用意する。

本発明の実施の形態では、システム案データとして、これら３つの考え方のシステム案をシステム案データ格納部２５に格納することにより、信頼性評価部２２でいずれの選択もできるようにする。システム案データとしては、システム案の各サーバについて、これら３つの考え方のシステム案を選択できるようにしている。それによって、各サーバ部分の処理性能をほとんど変えずに、サーバ台数やＣＰＵ数を変更できるので、システム処理性能の設計仕様値を維持しながら、システムの故障確率を変更することができる。

ここで、図９は、１つのサーバ群あたりの処理性能はサーバ台数に比例するとした場合の一例であるが、一般的には１つのサーバ群あたりの処理性能は、種々の要因によって、サーバ台数が多くなると共に増加が鈍くなって比例しなくなることが知られている。そこで、この場合には、各サーバ群に対して、図１１に示したような１つのサーバ群あたりの処理性能のサーバ台数依存性のデータを参照して、各サーバ群の処理性能に必要なサーバ台数のより現実的な値を決定する。

また、図１０は、１台のマルチＣＰＵサーバの処理性能はＣＰＵ数に比例するとした場合の一例であるが、一般的には、１台のマルチＣＰＵサーバあたりの処理性能は、種々の要因によって、ＣＰＵ数が多くなると共に増加が鈍くなって比例しなくなることが知られている。そこで、この場合には、各サーバに対して、図１２に示したような１台のサーバあたりの処理性能のＣＰＵ数依存性のデータを参照して、各サーバの処理性能に必要なＣＰＵ数のより現実的な値を決定する。

次に、図１３は、本発明の実施の形態における信頼性評価部２２の処理内容を示すフローチャートである。信頼性評価部２２は、フォールトツリーを作成し（Ｓ８０）、フォールトツリーを論理式に変換し（Ｓ８１）、システム故障確率を計算し（Ｓ８２）、システム故障確率が設計基準を満たすか否かを判定し（Ｓ８３）、システム故障確率が設計基準を満たさない場合は重要度の分析を行ってステップＳ８０に戻り（Ｓ８４）、システム故障確率が設計基準を満たす場合はシステム案データＢとして採択する（Ｓ８５）。

まず、処理性能評価部２１で作成された処理性能の設計基準値を満たすシステム案に基づいて、対象とするシステムの機能停止、運用または動作上の好ましくない事象を頂上事象とし、要因をそれ以上求めることができない事象を基本事象として、頂上事象から基本事象へ階層的に事象と要因の関係として展開して論理記号で結合したフォールトツリー構造を図的に入力または編集および双方を実行し作成する（Ｓ８０）。

次に、ステップＳ８０で得られたフォールトツリーデータをブール代数による論理式に変換し（Ｓ８１）、ブール代数に基本事象の故障確率を代入し、頂上事象の故障確率を計算する（Ｓ８２）。そして、システム故障確率が設計基準値を満たすかを判定する（Ｓ８３）。この判定で、システム故障確率が設計基準値を満たさない場合は、求められた頂上事象の故障確率に個々の基本事象がどの程度影響を与えるかを解析して、基本事象の故障確率を変動させることで頂上事象の故障確率の寄与度を計算し改善案を検討する（Ｓ８４）。そして、ステップＳ８０に戻って改善案のフォールトツリー構造を作成する。つまり、ステップＳ８０〜ステップＳ８３に至る一連の作業をシステム故障確率が設計基準値を満たすまで繰り返す。

ステップＳ８３の判定で、システム故障確率が設計基準値を満たす場合は、そのシステム案をシステム案データとして採択し（Ｓ８５）、システム案データ格納部２５にシステム案データＢを格納する。そして、その後に、コスト評価部２３の処理に進むことになる。

図１４に、図５に示したシステム案に関して、頂上事象をシステム機能停止とした場合に、信頼性評価部２２のフォールトツリー作成処理（Ｓ８０）で作成されたフォルトツリーの一例を示す。ここで、ＯＲ事象は、その下位事象の何れか一つが機能喪失するとその上位事象も機能喪失する事象であり、その機能喪失確率ｑはブール代数によって、数１式によって算出される。数１式中、ｑjは下位事象ｊの機能喪失確率、Ｎは下位事象の総数である。

また、ＡＮＤ事象は、その下位事象のすべてが機能喪失するとその上位事象も機能喪失する事象であり、その機能喪失確率ｑはブール代数によって、数２式によって算出される。

フォールトツリー変換処理（Ｓ８１）では、図１４のフォールトツリーと数１式と数２式とを用いて、ブール代数による論理式に変換する。次に、システム故障確率計算処理（Ｓ８２）で、基本事象の故障確率を代入し、頂上事象の故障確率を計算する。

いま、システムの故障確率の設計基準値を年あたりで １．０×１０^−４、ＦＷの年当たりの故障確率＝３．４８×１０^−２（月当たりで３．０×１０^−３）、Ｗｅｂサーバの年当たりの故障確率＝３．４８×１０^−２（月当たりで３．０×１０^−３）、ＡＰサーバの年当たりの故障確率＝３．４８×１０^−２（月当たりで３．０×１０^−３）、ＤＢサーバの年当たりの故障確率＝３．４８×１０^−２（月当たりで３．０×１０^−３）とする。信頼性評価部２２では、これらを入力データとして、システムの故障確率を計算することになる。

図１４は、この場合の信頼性評価部２２で作成されたフォルトツリーとシステムの故障確率の計算結果の一例を示す説明図である。この場合、システムの年当たりの故障確率は１．２５×１０^−３となり、システムの故障確率の設計基準値を越えている。そこで、信頼性評価部２２の重要度分析処理（Ｓ８４）で、頂上事象の故障確率に個々の基本事象がどの程度影響を与えるかを解析すると、ＡＰサーバの寄与度が最も高いことが分かるので、ＡＰサーバの改善案を検討する。

その際に、処理性能評価部２１で採択され、システム案データ格納部２５に格納されたシステム案データを利用する。この一例では、ＡＰサーバを何台かのサーバが集合したサーバ群とみなして、１つのサーバ群あたりの処理性能を４０００件／分を維持しながら、１台あたりの処理性能が２０００件／分のサーバ２台を用意して１つのＡＰサーバ群とする。サーバ１台の年当たりの故障確率＝３．４８×１０^−２は変わらないとして、改善案のシステム故障確率計算部４２でシステムの故障確率を計算した結果は図１５の通りである。

この場合、システムの年当たりの故障確率は４．４９×１０^−５となり、システムの故障確率の設計基準値である年当たり１．０×１０^−４以下となっている。この場合は、システム案データＢとして採択し、システム案データ格納部２５に格納する。

なお、改善案の作成にあたって、１つのサーバ群あたりの処理性能がサーバ台数が多くなると共に増加が鈍くなって比例しなくなる場合には、前述したように、図１１に示したような１つのサーバ群あたりの処理性能のサーバ台数依存性のデータを参照して、サーバ群の処理性能に必要なサーバ台数のより現実的な値を決定する。この一例では、改善案として１台あたりの処理性能が１０００件／分のサーバを用意して、１つのＡＰサーバ群とすることも考えられる。その場合は１つのサーバ群あたりの処理性能を４０００件／分を維持するには、図１１からサーバが５台必要なことが分かる。

図１６は、本発明の実施の形態におけるコスト評価部２３の処理内容を示すフローチャートである。コスト評価部２３は、設備費の評価をするかどうかを選択する設備費評価選択処理（Ｓ９０）と、設備費の評価を行う設備評価処理（Ｓ９１）と、営業損害額の評価をするかどうかを選択する営業損害額評価選択処理（Ｓ９２）と、営業損害額の評価を行う営業損害額評価処理（Ｓ９３）と、設備損害額の評価をするかどうかを選択する設備損害額評価選択処理（Ｓ９４）と、設備損害額の評価をするかどうかを選択する設備損害額評価処理（Ｓ９５）と、コスト総和を評価するコスト総和評価処理（Ｓ９６）をを有している。

設備費を評価することを選択した場合には（Ｓ９０）、処理性能評価部２１と信頼性評価部２２とで作成された処理性能と故障確率との設計基準値を満たすシステム案に対して、コスト関連情報１３の構成機器（またはサブシステム）の設備費の総和を計算する（Ｓ９１）。そして、営業損害額評価選択処理（Ｓ９２）に進む。設備費評価選択処理（Ｓ９０）で設備費を評価することを選択しない場合は、設備費評価処理（Ｓ９１）をバイパスして、営業損害額評価選択処理（Ｓ９２）に進み、営業損害額を評価するか否かを選択する。

次に、営業損害額評価選択処理（Ｓ９２）で、営業損害額を評価することを選択した場合、処理性能評価部２１と信頼性評価部２２で作成された処理性能と故障確率の設計基準値を満たすシステム案に対して、システム故障確率、コスト関連情報１３のシステム停止損害額およびシステム停止時間を用いて、例えば、数３式を計算することにより、営業損害額期待値を求める。

［数３]
営業損害額期待値＝
システム故障確率×システム停止損害額×平均システム停止時間
次に、設備損害額の評価選択処理（Ｓ９４）に進む。また、営業損害額評価選択処理（Ｓ９２）で、営業損害額を評価することを選択しない場合は、営業損害額評価処理（Ｓ９３）をバイパスし、設備損害額評価選択処理（Ｓ９４）に進む。

そして、設備損害額評価選択処理（Ｓ９４）で、設備損害額を評価することを選択した場合には、設備損害額評価処理（Ｓ９５）に進む。設備損害額評価処理（Ｓ９５）では、処理性能評価部２１と信頼性評価部２２とで作成された処理性能と故障確率の設計基準値を満たすシステム案に対して、信頼性関連情報１２の構成機器（またはサブシステム）と故障モードの故障率と構成機器（またはサブシステム）と故障モードの使命時間を用いて、構成機器（またはサブシステム）と故障モードの故障確率を求め、さらに、コスト関連情報１３の構成機器（またはサブシステム）と故障モードの損害額を用いて、例えば、数４式により、構成機器（またはサブシステム）と故障モードの損害額期待値を計算して、構成機器（またはサブシステム）と故障モードの損害額期待値の総和を計算することにより、設備損害額期待値を求める。

［数４］
構成機器（またはサブシステム）と故障モードの損害額期待値＝
構成機器（またはサブシステム）と故障モードの故障確率×
構成機器（またはサブシステム）と故障モードの損害額
次に、コスト総和評価処理（Ｓ９６）に進む。設備損害額評価選択処理（Ｓ９４）で、設備損害額を評価することを選択しない場合は、設備損害額評価処理（Ｓ９５）をバイパスし、コスト総和評価処理（Ｓ９６）に進む。

コスト総和評価処理（Ｓ９６）では、処理性能評価部２１と信頼性評価部２２で作成された処理性能と故障確率の設計基準値を満たすシステム案に対して、設備費を評価することを選択した場合は設備費評価処理（Ｓ９０）で計算した設備費をコストに加え、営業損害額を評価することを選択した場合は営業損害額評価処理（Ｓ９１）で計算した営業損害額期待値をコストに加え、設備損害額を評価することを選択した場合は設備損害額評価処理（Ｓ９２）で計算した設備損害額期待値をコストに加え、選択した項目の全コストを計算する。

このように、システム処理性能設計の後に信頼性設計を行い、その後にコスト評価を行うが、その際に、システム案データを相互に参照して利用できるようになっている。システム案データとしては、システム案の各サーバについて、（１）サーバ１台で所定以上の処理性能を満たすように設定する場合、（２）サーバをサーバ台数が２台以上の集合したサーバ群とみなして、そのサーバ群に含まれるサーバの処理性能を合計して所定以上の処理性能を満たすように設定する場合、（３）サーバをＣＰＵ数が２個以上のマルチＣＰＵサーバとみなして、そのサーバに含まれるＣＰＵの処理性能を合計して所定以上の処理性能を満たすように設定する場合の３ケースを、信頼性の設計時に選択できるようにしている。

これによって、システム信頼性の設計で、処理性能の設計に再度戻ってやり直すことなく、システム案のシステム処理性能を設計基準値以上に維持しながら、システム案のサーバ台数もしくはサーバ内のＣＰＵ数を変更できる。そのため、煩雑な作業を経ること無く、システム処理性能の設計仕様値を維持しながら、システムの故障確率の設計仕様値を満たすように、システム案を変更できる。

第１の実施の形態によれば、システム案のサーバ群のサーバ台数の変更に際しては、１つのサーバ群あたりの処理性能のサーバ台数依存性のデータを参照して、各サーバ群の処理性能に必要なサーバ台数のより現実的な値を決定し、また、システム案のサーバ内のＣＰＵ数の変更に際しては、サーバ１台当たりの処理性能のＣＰＵ数依存性のデータを参照して、各サーバの処理性能に必要なＣＰＵ数のより現実的な値を決定するので、設計者の負担を軽減して、システム処理性能の設計仕様と信頼性の設計仕様の両方を満足し、かつコストが許容範囲に収まるような設計ができる。

本発明の実施の形態に係わるＩＴシステムの設計支援システムのブロック構成図。 本発明の実施の形態に係わるＩＴシステムの設計支援システムにおける入力情報の説明図。 本発明の実施の形態に係わるＩＴシステムの設計支援システムにおけるデータ処理演算部の処理内容を示すフローチャート。 本発明の実施の形態に係わるＩＴシステムの設計支援システムにおける処理性能評価部の処理内容を示すフローチャート。 本発明の実施の形態における処理性能評価部で作成されたシステム案のモデルの一例を示すモデル図。 本発明の実施の形態における処理性能評価部のシミュレーションでシステム処理性能のトランザクションの到着数に対する依存性の結果の一例を示すグラフ。 図５に示したモデル図に本発明の実施の形態における処理性能評価部での処理性能ボトルネック抽出処理で抽出したボトルネック部分を重ねて表示した場合のモデル図。 本発明の実施の形態における処理性能評価部のシミュレーションで改善案でのシステム処理性能のトランザクションの到着数に対する依存性の結果の一例を示すグラフ。 本発明の実施の形態における処理性能評価部の改善案で１台当たりの処理性能が１０００件／分の４台のサーバを用意して１つのＡＰサーバ群とする場合の説明図。 本発明の実施の形態における処理性能評価部の改善案で１ＣＰＵ当たりの処理性能が１０００件／分の４個のＣＰＵからなるＡＰサーバのを用意した場合の説明図。 本発明の実施の形態における処理性能評価部での評価で用いる１つのサーバ群あたりの処理性能のサーバ台数依存性のデータの一例を示すグラフ。 本発明の実施の形態における処理性能評価部での評価で用いる１台のマルチＣＰＵサーバあたりの処理性能のＣＰＵ数依存性のデータの一例を示すグラフ。 本発明の実施の形態における信頼性評価部２２の処理内容を示すフローチャート。 本発明の実施の形態における信頼性評価部で作成されたフォルトツリーとシステムの故障確率の計算結果の一例を示す説明図。 本発明の実施の形態における信頼性評価部で作成された改善案でのフォルトツリーとシステムの故障確率の計算結果の一例を示す説明図。 本発明の実施の形態に係わるＩＴシステムの設計支援システムにおけるコスト評価部の処理内容を示すフローチャート。 離散型シミュレーションの説明図。 従来の離散型シミュレーションを用いたシステム処理性能の設計支援システムの処理フローチャート。 従来のフォルトツリー分析を用いたシステム信頼性の設計支援システムの処理機能構成を示すブロック図。

符号の説明

１…システム設計評価部、２…データ入力部、３…データ処理演算部、４…データ出力部、５…データベース、６…ユーザ端末、１０…システム機能構成情報、１１…処理性能関連情報、１２…信頼性関連情報、１３…コスト関連情報、１４…システム設計基準情報、２１…処理性能評価部、２２…信頼性評価部、２３…コスト評価部、２４…コスト判定部、２５…システム案データ格納部、２６…再設定部、４０…インターネット、４１〜４７…ＬＡＮ（Local Area Network）、４８〜５１…ＦＷ（Fire Wall）、５２〜５９…Ｗｅｂサーバ、６０〜６１…ＡＰサーバ、６２〜６４…ＤＢ（Data Base）サーバ、７０〜７３…サーバ、７４〜７７…ＣＰＵ、１０１〜１０５…待ち行列

Claims (2)

1. 基本システム案、処理性能の設計基準値、故障確率の設計基準値およびコストの許容範囲を含むシステム設計基準情報と、トランザクションの到着数のデータ、サーバ群の処理性能とサーバ台数依存性のデータおよびサーバの処理性能のＣＰＵ数依存性のデータを含む処理性能関連情報と、コスト関連情報が入力され、データ処理演算部に出力するデータ入力部と、
   前記データ入力部からのデータに基づいて演算するデータ処理演算部と、を備え、
   前記データ処理演算部は、
   前記基本システム案について、システム処理性能と前記トランザクションの到着数との関係をシミュレーションし、前記システム処理性能が前記処理性能の設計基準値を満たさない場合、前記基本システム案の処理性能のボトルネック部分について、前記ボトルネック部分がサーバ群の場合、前記ボトルネック部分のサーバ群の処理性能が前記処理性能の設計基準値を満たすサーバに変更した第１のシステム案データと、前記サーバ群の処理性能とサーバ台数依存性のデータから、前記処理性能の設計基準値を満たすサーバ台数を決定して、前記ボトルネック部分のサーバの台数を決定したサーバ台数に変更した第２のシステム案データと、前記サーバの処理性能のＣＰＵ数依存性のデータから、前記処理性能の設計基準値を満たすＣＰＵ数を決定して、前記ボトルネック部分のサーバのＣＰＵ数を、決定したＣＰＵ数に変更した第３のシステム案データとを、システム案データ格納部に格納する処理性能評価部と、
   前記処理性能評価部によって格納された複数のシステム案データについて、フォルトツリーを作成するとともに前記フォルトツリーを論理式に変換して、システム故障確率を計算し、前記システム故障確率が前記故障確率の設計基準値を満たさない場合、前記サーバ群の処理性能とサーバ台数依存性のデータを参照して、前記システム故障確率への寄与度の高いサーバの台数を増やし、前記処理性能の設計基準値および前記システム故障確率の設計基準値を満たすシステム案データに変更して、前記システム案データ格納部に格納する信頼性評価部と、
   前記処理性能の設計基準値および前記システム故障確率の設計基準値を満たすシステム案データについて、前記コスト関連情報に基づいてコストを計算するコスト評価部と、
   前記コスト評価部によって計算されたシステム案データの前記コストが、前記コストの許容範囲である否かを判定するコスト判定部と、を備える
   ことを特徴とするＩＴシステムの設計支援システム。
2. 基本システム案、処理性能の設計基準値、故障確率の設計基準値およびコストの許容範囲を含むシステム設計基準情報と、トランザクションの到着数のデータ、サーバ群の処理性能とサーバ台数依存性のデータおよびサーバの処理性能のＣＰＵ数依存性のデータを含む処理性能関連情報と、コスト関連情報が入力されるデータ入力ステップと、
   前記データ入力ステップで入力されたデータに基づいて演算するデータ処理演算ステップと、を備え、
   前記データ処理演算ステップは、
   前記基本システム案について、システム処理性能と前記トランザクションの到着数との関係をシミュレーションし、前記システム処理性能が前記処理性能の設計基準値を満たさない場合、前記基本システム案の処理性能のボトルネック部分について、前記ボトルネック部分がサーバ群の場合、前記ボトルネック部分のサーバ群の処理性能が前記処理性能の設計基準値を満たすサーバに変更した第１のシステム案データと、前記サーバ群の処理性能とサーバ台数依存性のデータから、前記処理性能の設計基準値を満たすサーバ台数を決定して、前記ボトルネック部分のサーバの台数を決定したサーバ台数に変更した第２のシステム案データと、前記サーバの処理性能のＣＰＵ数依存性のデータから、前記処理性能の設計基準値を満たすＣＰＵ数を決定して、前記ボトルネック部分のサーバのＣＰＵ数を、決定したＣＰＵ数に変更した第３のシステム案データとを、システム案データ格納部に格納する処理性能評価ステップと、
   前記処理性能評価ステップにおいて格納された複数のシステム案データについて、フォルトツリーを作成するとともに前記フォルトツリーを論理式に変換して、システム故障確率を計算し、前記システム故障確率が前記故障確率の設計基準値を満たさない場合、前記サーバ群の処理性能とサーバ台数依存性のデータを参照して、前記システム故障確率への寄与度の高いサーバの台数を増やし、前記処理性能の設計基準値および前記システム故障確率の設計基準値を満たすシステム案データに変更して、前記システム案データ格納部に格納する信頼性評価ステップと、
   前記信頼性評価ステップにおいて生成された処理性能の設計基準値および前記システム故障確率の設計基準値を満たすシステム案データについて、前記コスト関連情報に基づいてコストを計算するコスト評価ステップと、
   前記コスト評価ステップにおいて計算されたシステム案データの前記コストが、前記コストの許容範囲である否かを判定するコスト判定ステップと、を備える
   ことを特徴とするＩＴシステムの設計支援方法。

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