JPH01100657A - シミュレーション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明はシミュレーション技術に係り、特に待ち行列系
問題に好適なシミュレーション実行装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、汎用計算機を用いた待ち行列系問題を扱う離散系
シミュレータとして代表的なものに、Ｇ　Ｐ　　Ｓ　　
Ｓ　　（Ｇｅｎｅｒａｌ　　Ｐｕｒｐｏｓｅ　　Ｓｉｍ
ｕｌａｔｉｏｎＳ　ｙｓｔｅｍ）やＳ　ＩＭＳＣＲＩ　
ＰＴ　（Ｓ　ＩＭｕｌａｔｉｏｎＳ　ＣＲＩ　Ｐ　Ｔｏ
ｒ）等があり、大型計算機等で多用されている。

例えば、ＧＰＳＳの場合、トランザクションが通る道筋
、すなわち、トランザクションの受ける処理過程をブロ
ックと呼ばれるもので記述し、各ブロックには、数個の
パラメータが用意され、ユーザはこのパラメータを指定
することによって、各ブロックの機能を規定する。

待ち行列から出るとのできる条件２分岐条件等の複雑な
機能を記述する場合も、パラメータ操作によって実行す
る必要がある。このように。

ＧＰＳＳでは、ユーザがシミュレーションのタイミング
（同期）を取るため本来のモデルとは無関係なブロック
を定義する必要があり、ＧＰＳＳ内部機構に関する知識
が不可欠となる。また、シミュレーション対象が複雑な
場合のモデルの作成は、上記のブロックで分かるように
、急激に困難となる。

したがって、シミュレーション実行制御（例えば上記の
同期をとること等）をシミュレータ自体が行ない、ユー
ザによるシミュレーション実行制御部分の開発を軽減し
、ユーザのモデル作成作業を容易にするシミュレータ、
あるいはシミュレーション言語を開発することは、シミ
ュレーション対象が複雑な場合には特に必要である。

このようなシミュレータとして、電子情報通信学会論文
誌Ｄ　、　Ｖｏｌ、　Ｊ　７０−　Ｄ　、　Ｎｏ、　５
ｐｐ、８９６−９０６のｒタイムオブジェクトを用いた
待ち行列網シミュレーション専用論理型言語」に論じら
れたものがある。上記の言語ではプロセス間の時刻関係
を表すためにタイムオブジェクトと呼ばれる一種のマク
ロ命令を用意し、これを組合せることでモデルを作成す
る。

このタイムオブジェクトを用いる方法はＧＰＳＳに比べ
て、シミュレーション実行制御を記述することをかなり
容易にする。

しかしながら、処理系として逐次処理Ｐ　ｒｏｌｏｇを
用いているので、処理速度がきわめて遅く、実用化のた
めにはマルチ・プロセッサ上での並列処理が不可欠であ
る。それゆえ、ジョブ配分などのマルチ・プロセッサ制
御がさらに必要となり、処理系は大規模化する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、シミュレーションに対する高速処理の
点について配慮が不充分であり、高速化を図ることでシ
ミュレーション実行制御が複雑化し、シミュレータが大
型化する問題があった。

また、ネットワーク等のシミュレーションではタイムオ
ブジェクトによる記述ではネットワーク構成が複雑な場
合、構成の把握がむずかしく、構成の最適化等の設計支
援ツールとしての使用に難があった。

本発明の目的は、マルチプロセッサ等による並行処理に
よる高速化を図る際の制御が簡単で、シミュレータ自体
の規模も小さいシミュレーション装置を実現することに
ある。

また、ネットワーク等のシミュレーションでは構成の把
握および変更が容易となるようにすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的はシミュレーション対象の基本機能の実行を行
なう部分を子プロセスとし、シミュレーション対象の実
行制御を上記複数の子プロセスを１つの親プロセスが実
行制御することにより達成される６シミユレーシヨンに
おけるプロセス間の時刻関係は上記親プロセスが管理す
る中央時計を用い、子プロセスは時刻関係が守ら九るよ
うに親プロセスより起動・監視される。したがって、子
プロセスは親プロセスの管理の下で並行処理を行なう。

また、子プロセス同士の関係は、あらかじめ第３のプロ
セスにより定義し、親プロセスに伝えることで、子プロ
セスはお互いの関係を知る必要なく、完成に親プロセス
からの管理で動作する。そのため、シミュレーション対
象の複雑化により子プロセス数が増加したとしても、子
プロセス自体がシミュレーションの実行制御を行わない
ため、シミュレータの規模は大きくならない。また、構
成変更はプロセス数の増減や起動回数変更により実現で
きる。

〔作用〕

本発明のシミュレーション方式は、シミュレーション対
象の基本機能をマルチプロセス動作で行なう。プロセス
はソフトウェア処理上完全に他のプロセスより保護され
た処理単位であるため、他のプロセスにより実行が狙害
されることはなく、完全独立に並行処理される。また、
各子プロセスを中央時計の１単位時刻内で何回起動させ
るかという管理を親プロセスが行なうことで、各子プロ
セス間の時刻関係を守ることになるので、特定の処理が
先行したり遅れたりして、実システムとシミュレーショ
ンシステムとの違いが生じたりして、シミュレーション
結果が実態に合わなくなるということがない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図より順に説明する。第
１図は本発明のシミュレーション処理系の全体構成図で
ある。全体構成は大きく３つの部分より成る。その第１
は、シミュレーション対象の構成や構成要素の種別や内
部属性、例えば機能・処理速度・処理の制約条件等、を
定義し、その情報を構成定義用ファイルに入力する部分
であり、図１の１に相当する。その第２は、シミュレー
ションの実行を行なう部分で、この部分は図１の１０〜
１７に示す部位より成り、マルチプロセス機能を用いた
並行処理が行なわれる。その第３は、シミュレーション
の実行結果を解析し表示をする部分である。これらの部
分をネットワークのシミュレーションに適用したときの
構成を第１図で示した。上記の３つの部分は別プロセス
による実行ができるよう（実行部分はさらに親・子プロ
セスの複数プロセスに分かれる）ファイルを用いたイン
タフェイスを持っている。したがって、これら３つの部
分の独立した並行処理が可能である。上記のマルチプロ
セス機能は汎用マルチプロセスオペレーティングシステ
ムが持つ基本機能である。

また、マルチプロセッサ等複数の計算機による並行処理
による高速化も、原理的には処理構成の変更をせずに行
なうことができる。すなわち、上記のプロセス単位の処
理を各計算機に行わせ、各プロセス相互のインタフェイ
スをプロセッサ結合バス上のデータ転送により実行する
ことで実現することである。

次に第１図、第５図を用いてシミュレーション実行手順
およびシミュレーション動作について説明する。

まずシミュレーション対象としてネットワークの構成を
定義する。例えば、パケット交換網について、網内平均
遅延時間やスループット、回線使用率などを網内に入る
トラヒック量に従って評価する場合に、次のような構成
定義を入力する。

網内に入るトラヒック量、各交換機の処理能力（毎秒処
理パケット数）、交換機内の各キューの長さ、各交換機
内ルーチング方式、処理遅延時間回線接続情報、各回線
の伝送速度やビット誤り率。

距離、などである。これらをネットワーク構成定義入力
メニュー表示２に従って、ネットワーク構成定義ファイ
ル４に入力する。定義ファイルとしては、接続関係ファ
イル、交換機属性ファイル。

回線属性ファイルなど複数のファイルを用意し、各ファ
イルの変更、追加およびファイル内情報間の無矛盾性保
証をネットワーク構成定義入力プロセス３が行なう。ま
た、構成定義情報を別の管理プログラムより入力するこ
とができるよう１本発明の構成定義フォーマットに情報
を変更するプログラム５を設ける。

上記の構成定義入力か完了したときは、この構成定義入
力部分１がシミュレーションこの実行や＝８− 結果の出力と独立した非同期処理で動作しているため、
シミュレーション実行中のシミュレーション実行親プロ
セス１１に割込みをかけ、構成の変更、追加等があった
ので、構成の変更や追加箇所を読み込んで、シミュレー
ションを続行する要求を出す。この時、親プロセス１１
は、シミュレーションの実行制御における時刻関係が非
同期に入る割込みにより乱されないように割込みを処理
する。すなわち、シミュレーション対象の基本機能を実
行する子プロセス、（この場合には、パケット交換機や
トラヒック生成加入者端末等のこと。）間のパケット転
送や通信処理上の時刻関係が保たれ、特定の子プロセス
が先行してパケット転送したり、トラヒック生成したり
して、実ネットワークにおける時間的前後関係と異なる
ことがないようにする。そのためには、第５図（１）の
ように親プロセスは割込みが入った時点で一旦、割込み
が起った記録をフラグのようなものでとっておき、子プ
ロセスの起動が一巡７４して、シミュレーションの実行
制御をとるために設けた中央時計の１単位時刻が経過し
た時点７５で実際の構成変更処理を行なうことにする。

ここで、親プロセスが持つ上記の中央時計とは、シミュ
レーション対象間の処理の時間的前後関係を保つ同期の
ために仮想的に設けたもので、その最小時刻（１単位）
の整数倍の離散的事象でシミュレーションを実行するも
のである。

親プロセスによる構成変更は、第５図（１）。

第５図（２）で以下に説明する。

（１）ネットワーク構成定義ファイル４の内容を読みと
り７６、構成変更前の各ファイル内容との比較７７によ
り構成変更箇所の割出し７８を行なう。

（２）構成変更箇所をメツセージ形成７９にし、構成変
更により影響をうける子プロセス対応にメツセージを送
信８０していく。

（３）構成変更メツセージを受信した子プロセスは内部
にもつ各種テーブルを変更９７する。変更終了後、終了
メツセージを親プロセスに通知９８する。

（４）親プロセスが構成変更メツセージを関係する子プ
ロセスに送り終わり、そのすべての子プロセスより終了
メツセージを受信した時に、構成変更は完了８１する。

（５）新しい構成におけるネットワーク構成定義ファイ
ルを別ファイルにコピー８２し、次の構成変更がある時
の構成変更前ファイルとしておく。

（６）親プロセスは中断していた中央時計の時刻よりシ
ミュレーションの実行再１４（７１にもどる）を行なう
。

上記のような、実行、構成変更、実行結果の出力等は、
親プロセスにより図６のようなメツセージ形式で特定の
子プロセスに命令することで行なう。そのために、メツ
セージには命令の種別１００や送信先子プロセス名１０
１などを書いておく。子プロセスは、第５，２図にある
ように、通常はこの親プロセスからのメツセージ待ち状
態となっており９１、親プロセスからの命令があった時
点で、他の子プロセスとは独立した並行処理を行ない、
処理終了後、親に終了通知９８して再びメツセージ待ち
状態９１となる。子プロセスは、また、親プロセスから
の構成変更によりそれ自体増加したり、減少したりする
。したがって、シミュレーションの開始はまず親プロセ
スが作られ、次にその時与えられる構成定義に対応して
子プロセスが必要数件られる。

シミュレーションの実際の実行では、パケット交換機の
網内パケット転送等の子プロセス間のデータのやりとり
があるため、それらのデータ交換第１図の１７は、オペ
レーティングシステム１０がもつプロセス間通信機能を
用いる。この機能は前記の親プロセスと子プロセス間の
メツセージ通信１６でも使用している。この機能は、汎
用オペレーティング・システムでは通常サポートされて
いる。

次に、シミュレーション実行結果の出力は、第５．２図
に説明するように、構成変更要求があったときのように
、シミュレーションの実行中や実行終了後にユーザより
親プロセスへの割込みで要求する。この場合も、時刻関
係を保ち、中央時計の１単位時刻が経過した時点で実際
の子プロセスへの結果出力要求メツセージを送信する。

このメツセージは金子プロセスに送信し、各子プロセス
は第６図のメツセージ１０３で指定するシミュレーショ
ン結果出力ファイル２３にシミュレーション実行結果デ
ータ２４を出力９５し、終了通知を親フロセスに送り返
す９８゜すべての子プロセスのシミュレーション実行結
果の出力が終了すると、再び親プロセスは中断していた
中央時計の時刻より実行を再開する。このようにして、
ユーザの必要時のみだけシミュレーション結果を指定フ
ァイルに出力することで、処理時間が大きいファイルへ
の出力回数を減らし、処理の高速化を図る。

あるいは、一定周期で親プロセスから子プロセスに出力
要求メツセージを送ることもできる。このように、シミ
ュレーション結果がファイルに一定量蓄積していくと、
シミュレーション結果解析・出力プロセス第１図の２２
がユーザの要求（キーボード割込み）あるいは親プロセ
スによる要求（プログラムによる処理）で起動され、結
果の表示を画面やプリンターに行なう。このシミュレー
ション結果解析・出力プロセス２２も他の構成定義入力
プロセス３や親プロセス、子プロセス等の実行部分にあ
るプロセスと独立に並行処理される。

第２図はネットワーク構成の例であり、図２．１はパケ
ット交換網のモデルである。パケットは３０あるいは３
５のトラヒック発生加入者端末を模擬する子プロセスよ
り、構成定義で決められたトラヒックを親プロセスが起
動する毎に発生する。パケット交換機３１，３２，３３
．３４は別の子プロセスより転送されたパケットを内部
にキューイングし、転送先に振り分けて転送する。

パケット交換機のもつ上記のキューは交換機を模擬する
子プロセスへの構成定義に基づき設定され、キュー操作
は子プロセス内部処理で行なう。１交換機が１回の親プ
ロセスの起動で何個のパケットを処理するか、および、
中央時計の１柩位時刻で何回交換機を模擬する子プロセ
スを起動するかによって各交換機の処理速度の差をシミ
ュレーションする。

第２図（２）は工場における生産ラインを表わすキュー
イングモデルの例である。材料の出庫量を模擬する子プ
ロセス４０よりトランザクションが発生し、生産ライン
上の各工程での作業を模擬する子プロセス４１，４２．
４３経て、製品出荷量を模擬する子プロセス４４に到着
する。

各モデルのシミュレーション実行結果により、図２．１
ではトラヒックによる各交換機のキュー長やスループッ
ト、遅延時間等のネットワーク性能評価が、第２図（２
）では、在庫予想や生産計画立案を行なうことができる
。

第３図はシミュレーション実行画面の例を示したもので
ある。第１図で示したようにシミュレーションの並行処
理の単位となるネットワーク構成定義入力メニュー５１
、シミュレーション実行中のネットワーク構成を表示す
る画面５２、シミュレーション実行結果表示画面５３が
、ワークステーション等で使用可能なマルチウィンドウ
表示されている。これにより、ユーザは並行処理の様子
を実際の目で確認することができる。

第４図は、シミュレーションの実行制御を行なう親プロ
セス（第１図１１）が子プロセス（第１図１２．１３，
１４．１５）をメツセージで起動する際に使用する実行
制御用テーブルである。このテーブルの大きて６４は金
子プロセス数分あり、これは構成定義入力時、子プロセ
スの生成と同時に作られる。実行制御用テーブルには、
メツセージ送信先子プロセス名（オペレーティングシス
テムがついてるプロセス番号）６０、子プロセスが模擬
する機能、例えば、パケット交換機や加入者端末等の種
別を区別するネットワークノード種別６１、各子プロセ
スの起動回路を中央時計の１単位時刻内で表わし、子プ
ロセスの相対的処理性能やトラヒック発生量を保持する
ための実行回数６２、およびネットワークノード種別６
１で示されるノードの内部処理や機能、キュー長などの
パラメータを保持するノード属性６３よりなる。親プロ
セスはこの実行制御テーブルを見て子プロセスにメツセ
ージ送信節５．１図の７３することで、第１図１６に示
したシミュレーションの実行制御を行なう。

〔発明の効果〕

本発明によれば、シミュレーション対象の構成の変更等
があっても、対象の基本機能を実行するプロセス数の増
減やプロセスの起動回数の変更を行なうことにより簡単
にシミュレーションの実行を進めることができ、また、
任意の構成に対してプロセスの並行処理が可能であるた
め高速な実行ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のシミュレーション処理系の
全体構成図、第２図はネットワークシミュレーションに
おけるネットワーク構成例１と２、第３図はネットワー
クシミュレーションにおけるシミュレーション実行画面
例、第４図はネットワｇａ＜　２） 順、第５日１は子プロセスの実行手順、第６図は親プロ
セスと子プロセス間のメツセージ構成図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マルチプロセス機能を有する計算機システムにおいて、
   シミュレーション対象の基本機能をシミュレーションす
   る複数の第１のプロセスと、それらを起動・制御するた
   めの第２のプロセスとからなる処理手段と、複数の第１
   のプロセスのシミュレーションにおける並行処理の相互
   の時間的前後関係を保つために第２のプロセスがシミュ
   レーション上の仮想の最小時刻（１単位）の整数倍の離
   散的事象でシミュレーションを実行する実行手段と、第
   １のプロセスの相互の処理能力の相対的差違を第２のプ
   ロセスが第１のプロセスの起動回数で制御する制御手段
   と、シミュレーション対象の構成に従って、第１のプロ
   セス数を個数を変更する変更手段と、上記の第１のプロ
   セスを起動制御するために第２のプロセスと第１のプロ
   セス間のデータ通信を行なう通信手段とより成ることを
   特徴とするシミュレーション装置。