[論文レビュー] Modeling the resilience of large and evolving systems

Mohamed Kaâniche, Paolo Lollini+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 2012

Software System Performance and Reliability参考文献 39被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、ウェブサービスやGPRSネットワークのような大規模で進化するシステムにおけるレジリエンスの評価に、モデルベースの定量的手法を提案する。スケーラビリティの課題に対処するため、高度なモデリング手法を採用している。解析的信頼性モデルの構築と管理を効率的に行う方法を示しており、実証事例を用いた検証を通じて、設計段階でのアーキテクチャ的代替案の比較と、効果的なレジリエンス評価が可能であることを示している。

ABSTRACT

This paper summarizes the state of knowledge and ongoing research on methods and techniques for resilience evaluation, taking into account the resilience-scaling challenges and properties related to the ubiquitous computerized systems. We mainly focus on quantitative evaluation approaches and, in particular, on model-based evaluation techniques that are commonly used to evaluate and compare, from the dependability point of view, different architecture alternatives at the design stage. We outline some of the main modeling techniques aiming at mastering the largeness of analytical dependability models at the construction level. Actually, addressing the model largeness problem is important with respect to the investigation of the scalability of current techniques to meet the complexity challenges of ubiquitous systems. Finally we present two case studies in which some of the presented techniques are applied for modeling web services and General Packet Radio Service (GPRS) mobile telephone networks, as prominent examples of large and evolving systems.

研究の動機と目的

• ウェブサービスやモバイルネットワークのような大規模で進化するコンピュータシステムにおける、レジリエンス評価の課題に対処すること。
• ユビキタスで複雑なシステムに適用する際の、従来の信頼性モデリング手法のスケーラビリティ制限を克服すること。
• 設計段階でモデルの大きさを効果的に管理できる、モデルベースの評価手法を開発・適用すること。
• 展開前における、レジリエンスの観点から異なるシステムアーキテクチャの定量的比較を可能にすること。
• ウェブサービスおよびGPRSネットワークにおける実世界の事例を通じて、実用的適用性を示すこと。

提案手法

• 大規模システムにおけるシステム動作および故障伝播を表現するために、モデルベースの評価手法を用いる。
• 可用性や回復時間などのレジリエンスメトリクスを定量化するために、解析的信頼性モデルを採用する。
• モデルの複雑さを管理し、状態空間の爆発を低減するために、抽象化および分解技術を適用する。
• 連続時間マルコフ連鎖（CTMCs）または類似する確率過程を用いて、システムのダイナミクスおよび故障遷移をモデル化する。
• 階層的およびモジュラーなモデリングを統合することで、システムコンポONENT間でのスケーラビリティと再利用性を支援する。
• ウェブサービスおよびGPRSモバイルネットワークにおける事例研究を通じて、モデリング手法の妥当性を検証し、モデル構築および分析ワークフローを提示する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高複雑性を示す大規模で進化するシステムにおいて、どのようにしてレジリエンスを定量的に評価できるか？
• RQ2 解析的信頼性モデルにおける状態空間の爆発問題を効果的に管理するモデリング技術は何か？
• RQ3 モデルベースのアプローチは、設計段階でのアーキテクチャ的代替案の比較に、どの程度有効に機能するか？
• RQ4 抽象化およびモularityは、実世界のシステムにおけるレジリエンスモデリングのスケーラビリティをどのように向上させるか？
• RQ5 提案手法は、ウェブサービスやモバイルネットワークのような多様な大規模システムに、効果的に適用可能か？

主な発見

• 提案されたモデルベースのアプローチは、大規模システムモデルの複雑さを効果的に管理し、スケーラブルなレジリエンス評価を可能にした。
• 抽象化およびモジュラー分解は、解析的モデルの状態空間を顕著に削減し、取り扱いやすさを向上させた。
• ウェブサービスおよびGPRSネットワークにおける事例研究により、実世界の文脈においてモデリング手法の実現可能性と有効性が示された。
• 本手法により、可用性や回復時間などのレジリエンスメトリクスに基づいた、異なるアーキテクチャ設計の定量的比較が可能になった。
• 結果から、モデルベース手法が、展開前の進化するシステムにおけるレジリエンス評価に実用的であることが確認された。
• 本アプローチにより、設計段階でレジリエンスの弱みを早期に特定でき、システムの信頼性が向上した。