早稲田大学大学院情報生産システム研究科
博士論文審査報告書
論 文 題 目
リアルタイム通信向けネットワークコンピューティング技術の研究
Network Computing Technologies for Real‑time Communication Systems
申 請 者
山田 哲靖
Tetsuyasu Yamada
情報生産システム工学専攻 知能化ネットワーク研究
2005 年 12 月
本 論 文 は 、 リ ア ル タ イ ム サ ー ビ ス を 提 供 す る ネ ッ ト ワ ー ク の 実 現 に お い て 、 そ の ネ ッ ト ワ ー ク を 構 成 す る ハ ー ド ウ ェ ア に 依 存 し な い 分 散 コ ン ピ ュ ー テ ィ ン グ 技 術 に つ い て 次 の ４ つ の 課 題 を 実 現 す る 技 術 を 明 ら か に し て い る 。つ ま り 、ネ ッ ト ワ ー ク 間 の イ ン タ オ ペ ラ ビ リ テ ィ を 確 保 し つ つ 、リ ア ル タ イ ム か つ 高 信 頼 な 分 散 オ ブ ジ ェ ク ト 間 通 信 を 実 現 す る ソ フ ト ウ ェ ア 分 散 機 構 の 実 現 方 法 （ 課 題 1 ）、 ソ フ ト ウ ェ ア の 階 層 構 造 や 、ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 第 三 者 に よ る 開 発 に 対 応 し 、階 層 間 の 独 立 性 を 高 め た 上 で 高 信 頼 化 を 実 現 す る 技 術 （ 課 題 2 ）、 ノ ン ス ト ッ プ で プ ロ グ ラ ム を 動 か し 続 け る た め に あ ら ゆ る バ グ フ ィ ッ ク ス を シ ス テ ム 運 用 中 に 行 う た め の 高 信 頼 化 技 術 （ 課 題 3 ）、 マ ル チ プ ラ ッ ト フ ォ ー ム 環 境 に お け る ソ フ ト ウ ェ ア 性 能 の 向 上 技 術 （ 課 題 4 ） に つ い て 明 ら か に し て い る 。
本 論 文 で は 、こ れ ら の 課 題 に 対 し て 、著 者 に よ り 提 案 さ れ た 新 た な 技 術 を 述 べ 、そ の 有 効 性 お よ び 現 実 の シ ス テ ム へ の 適 用 性 を 示 す と と も に 、汎 用 コ ン ピ ュ ー タ を ベ ー ス と し た リ ア ル タ イ ム 通 信 向 け ネ ッ ト ワ ー ク コ ン ピ ュ ー テ ィ ン グ 技 術 の 構 築 法 と し て ま と め て い る 。 以 下 、 各 章 ご と に そ の 概 要 を 示 し 評 価 を 与 え る 。
第 1 章 「 序 論 」 で は 、 研 究 の 背 景 と し て 、 リ ア ル タ イ ム 通 信 シ ス テ ム に お い て 重 要 で あ る 処 理 性 能 お よ び 信 頼 性 に つ い て 、従 来 の シ ス テ ム で は ど の よ う に 実 現 さ れ て き た か を ソ フ ト ウ ェ ア の 観 点 か ら ま と め て い る 。従 来 の 交 換 機 に 代 表 さ れ る よ う な リ ア ル タ イ ム 通 信 シ ス テ ム に お い て は 、 専 用 ハ ー ド と 専 用 O S を ベ ー ス と し た シ ス テ ム 構 築 に よ り リ ア ル タ イ ム 性 、高 信 頼 性 を 実 現 し て き た 。こ の よ う な ミ ッ シ ョ ン ク リ テ ィ カ ル な マ ス 向 け 通 信 シ ス テ ム の 領 域 に お い て は 、ソ フ ト ウ ェ ア の 実 行 環 境 を 汎 用 コ ン ピ ュ ー タ に 置 き 換 え た だ け で は 、要 求 品 質 を 満 た す こ と が で き な い こ と を 示 す こ と に よ り 、本 論 文 で 提 案 す る リ ア ル タ イ ム 性 や 高 信 頼 性 を 汎 用 コ ン ピ ュ ー タ 上 で 実 現 す る 技 術 が 新 た に 求 め ら れ て い る こ と を 明 ら か に し て い る 。
ま た 、第 1 章 で は 、本 研 究 で の 提 案 技 術 の 位 置 づ け を 従 来 技 術 と 対 比 さ せ て 明 確 に 述 べ ら れ て い る 。
第 2 章 「 交 換 シ ス テ ム に お け る ソ フ ト ウ ェ ア 技 術 」 は 、 リ ア ル タ イ ム 通 信 シ ス テ ム の う ち 、も っ と も 高 度 な ノ ウ ハ ウ が 要 求 さ れ る 交 換 シ ス テ ム を 例 に 、ソ フ ト ウ ェ ア の 観 点 か ら 高 性 能 ・ 高 信 頼 性 の 実 現 技 術 に つ い て 、こ れ ま で の 達 成 点 を 示 し て い る 。リ ア ル タ イ ム 通 信 シ ス テ ム に お け る ソ フ ト ウ ェ ア 技 術 に つ い て は 、こ れ ま で 数 多 く の 研 究 が な さ れ て き て い る 。例 え ば 、ソ フ ト ウ ェ ア 生 産 性 向 上 の た め に は オ ブ ジ ェ ク ト 指 向 技 術 を 取 り 入 れ た り 、サ ー ビ ス 無 中 断 で の バ グ 修 正 の た め の 機 構 を 専 用 で 開 発 し た り し て き た 。し か し 、従 来 技 術 は 専 用 ハ ー ド ウ ェ ア の 機 能 を 最 大 限 に 活 用 し て リ ア ル タ イ ム か つ 高 信 頼 な シ ス テ ム を 作 り 上 げ る こ と を 目 的 と し た も の で あ っ た 。
ま た 、 第 2 章 で は 、 リ ア ル タ イ ム 通 信 ソ フ ト ウ ェ ア へ の 要 求 条 件 を ま と め 、 従 来 技 術 の 総 括 を 行 な う と と も に 、こ れ ま で に 提 案 さ れ て き た ソ フ ト ウ ェ ア 技 術 で は 汎 用 コ ン ピ ュ ー タ ベ ー ス に よ る リ ア ル タ イ ム 通 信 シ ス テ ム を 実 現 す る た め の 要 求 条 件 に 応 え る こ と が 出 来 な い こ と を 明 ら か に す る と と も に 、第 1 章 で 述 べ た 課 題 の 妥 当 性 を 示 し て い る 。
第 3 章「 リ ア ル タ イ ム 分 散 機 構 の 実 現 技 術 」は 、課 題 1 に 関 す る も の で あ り 、 リ ア ル タ イ ム 通 信 シ ス テ ム に お い て 、ネ ッ ト ワ ー ク 間 イ ン タ オ ペ ラ ビ リ テ ィ の あ る 分 散 機 構 を 適 用 可 能 と す る 技 術 を 提 案 し て い る 。具 体 的 に は 、リ ア ル タ イ ム 通 信 シ ス テ ム の 機 能 要 素 を 分 散 オ ブ ジ ェ ク ト に マ ッ ピ ン グ す る 方 法 、分 散 構 成 を 隠 蔽 す る 通 信 機 構 の 実 現 方 法 、リ ア ル タ イ ム 通 信 の た め の 処 理 負 荷 軽 減 技 術 に つ い て 明 ら か に し て い る 。 ま た 、 実 運 用 の た め に 必 要 な 機 構 と し て 、 シ ス テ ム 拡 張 技 術 、 サ ー ビ ス 救 済 機 構 に つ い て も 提 案 し て い る 。
ま た 、 第 3 章 で は 、 性 能 条 件 の 厳 し い プ ロ ト コ ル の 例 と し て 共 通 線 （ S S 7 ） 処 理 を 題 材 と し た 適 用 例 と 性 能 評 価 結 果 を 提 示 す る こ と で 、提 案 技 術 の 実 現 性 と 有 効 性 を 示 し て い る 点 が 評 価 で き る 。
第 4 章 「 オ ー プ ン な ソ フ ト ウ ェ ア 構 造 に お け る サ ー ビ ス 継 続 技 術 」 は 、 課 題 2 に 関 す る も の で あ り 、 汎 用 コ ン ピ ュ ー タ を ベ ー ス と し 、 物 理 的 な コ ネ ク シ ョ ン 制 御（ ベ ア ラ 制 御 ）と 通 信 制 御 を 分 離 し た 新 ア ー キ テ ク チ ャ を 実 現 す る た め の 技 術 を 明 確 化 し て い る 。具 体 的 に は 、新 ア ー キ テ ク チ ャ に お い て 要 求 さ れ る オ ー プ ン な ソ フ ト ウ ェ ア 構 造 を 実 現 す る 技 術 と し て 、特 に 障 害 発 生 時 の サ ー ビ ス 継 続 性 に 注 目 し 、 階 層 化 ソ フ ト ウ ェ ア 構 造 を 採 っ た 場 合 で も サ ー ビ ス 救 済 が 実 現 可 能 な オ ブ ジ ェ ク ト 再 生 方 法 と 、 ソ フ ト ウ ェ ア 矛 盾 の 排 斥 方 法 を 提 案 し て い る 。
従 来 、オ ー プ ン な 階 層 化 構 造 の ソ フ ト ウ ェ ア に お い て は 、ア プ リ ケ ー シ ョ ン レ ベ ル の 救 済 機 能 は 実 現 さ れ て い な か っ た が 、本 技 術 は さ ま ざ ま な ア プ リ ケ ー シ ョ ン に 対 し て サ ー ビ ス の 救 済 を 実 現 で き る 点 で 高 く 評 価 で き る 。ま た 、本 論 文 に お い て 提 案 す る 技 術 は 、 言 語 や プ ラ ッ ト フ ォ ー ム 種 別 に よ ら ず 適 用 で き る も の で あ り 、 適 用 範 囲 の 広 さ も 評 価 で き る 。
第 5 章 「 マ ル チ プ ラ ッ ト フ ォ ー ム で の 高 信 頼 化 技 術 」 は 、 課 題 3 に 関 す る も の で あ り 、ノ ン ス ト ッ プ 環 境 下 で ソ フ ト ウ ェ ア メ ン テ ナ ン ス を 実 現 す る た め の 技 術 を 明 ら か に し て い る 。 マ ル チ プ ラ ッ ト フ ォ ー ム 環 境 と し て J a v a を 題 材 と し 、 シ ス テ ム 運 用 中 に J a v a プ ロ グ ラ ム を 完 全 な ノ ン ス ト ッ プ に て 入 れ 替 え る オ ン ラ イ ン プ ラ グ イ ン 技 術 を 提 案 し 、 そ の 実 現 方 法 と 適 用 性 の 評 価 を 示 し て い る 。 具 体 的 に は 、 プ ロ グ ラ ム を 停 止 さ せ ず に J a v a の メ ソ ッ ド を 入 れ 替 え る 技 術 と 、 オ ン ラ イ ン コ ン パ イ ラ （ J I T 、 H o t S p o t ） に よ り 最 適 化 さ れ て も 正 し い メ ソ ッ ド が 起 動 さ れ る 機 構 に つ い て 提 案 す る と と も に 、 コ ン パ イ ラ 言 語 （ C / C + + ） と 対 比 し な が ら 適 用 性 に つ い て の 評 価 結 果 を 示 し て い る 。
J a v a に 代 表 さ れ る よ う な マ ル チ プ ラ ッ ト フ ォ ー ム 環 境 は 、 ソ フ ト ウ ェ ア の 開 発 ・ 維 持 管 理 コ ス ト の 大 幅 削 減 の た め に 必 須 な 技 術 で あ り 、今 後 と も 適 用 領 域 を 広 げ て い く で あ ろ う 。 し か し な が ら 、 従 来 、 ノ ン ス ト ッ プ で の 運 用 に 耐 え る 高 信 頼 性 が 実 現 で き て お ら ず 、通 信 シ ス テ ム の 領 域 に は 適 用 で き て い な か っ た 。こ の よ う な 領 域 に マ ル チ プ ラ ッ ト フ ォ ー ム 環 境 が 適 用 で き る 技 術 を 確 立 し た こ と は 高 く 評 価 で き る 。 さ ら に 、 既 存 の 大 規 模 商 用 シ ス テ ム の バ グ 対 応 デ ー タ を 用 い て 、 本 技 術 の 適 用 性 を 明 ら か に し た 点 も 評 価 で き る 。
第 6 章 「 マ ル チ プ ラ ッ ト フ ォ ー ム で の ソ フ ト リ ア ル タ イ ム 技 術 」 は 、 課 題 4
に 関 す る も の で あ り 、 大 規 模 な 通 信 シ ス テ ム に お い て は 最 重 要 な 要 求 条 件 で あ る 。 本 章 で 超 多 重 処 理 を 効 率 よ く こ な す と い う ソ フ ト リ ア ル タ イ ム 性 を 、マ ル チ プ ラ ッ ト フ ォ ー ム 上 で 実 現 す る た め の 手 法 を 明 ら か に し て い る 。具 体 的 に は 、大 規 模 な プ ロ グ ラ ム に お い て も 、頻 繁 に ア ク セ ス さ れ る プ ロ グ ラ ム や デ ー タ は 限 ら れ て い る こ と を 利 用 し て 、 J a v a に お い て 、 実 行 時 の プ ロ フ ァ イ ル デ ー タ を 元 に 、 プ ロ グ ラ ム や デ ー タ を 最 適 配 置 し な お す こ と に よ り 、ソ フ ト リ ア ル タ イ ム 性 能 を 高 め る 技 術 で あ る 。 そ の 中 で 動 的 コ ー ド 配 置 技 術 と 、 動 的 デ ー タ 配 置 技 術 を 明 ら か に し 、 そ の 実 現 方 法 と 性 能 評 価 結 果 を 示 し て い る 。従 来 の 最 適 化 手 法 は 、性 能 の ボ ト ル ネ ッ ク と な る 部 分 を ス ポ ッ ト 的 に 最 適 化 す る も の で あ り 、大 規 模 な プ ロ グ ラ ム に 対 し て は 効 果 が 少 な か っ た 。し か し 本 技 術 は 大 規 模 な プ ロ グ ラ ム に 対 し て よ り 効 果 を 発 揮 す る 技 術 で あ り 、こ れ か ら の プ ロ グ ラ ム の 大 規 模 化 に 対 し て 有 効 で あ る 点 が 評 価 で き る 。
な お 、 コ ー ド や デ ー タ の 再 配 置 に 関 し て は 、 再 配 置 単 位 の 粒 度 （ 関 数 単 位 か 関 数 内 の 処 理 ブ ロ ッ ク 単 位 か 、 オ ブ ジ ェ ク ト 単 位 か オ ブ ジ ェ ク ト 内 の デ ー タ 単 位 か ） の 観 点 か ら 更 な る 検 討 が 必 要 で あ る 。
最 後 の 第 7 章 「 結 論 」 で は 、 以 上 の 本 研 究 で 明 確 化 し た リ ア ル タ イ ム 通 信 向 け ネ ッ ト ワ ー ク コ ン ピ ュ ー テ ィ ン グ 技 術 を 総 括 し て い る 。
リ ア ル タ イ ム 通 信 シ ス テ ム に 適 用 可 能 な 、ソ フ ト ウ ェ ア 分 散 機 構 、オ ー プ ン な ソ フ ト ウ ェ ア 構 造 で の サ ー ビ ス 継 続 技 術 、マ ル チ プ ラ ッ ト フ ォ ー ム で の 高 信 頼 化 技 術 、マ ル チ プ ラ ッ ト フ ォ ー ム で の ソ フ ト リ ア ル タ イ ム 技 術 の 4 つ の 提 案 技 術 の 実 装 お よ び 評 価 を 通 じ て 、そ れ ら の 実 現 性 を 検 証 し た 結 果 に つ い て 総 括 し て い る 。さ ら に ，本 研 究 が 汎 用 コ ン ピ ュ ー タ を ベ ー ス と し た リ ア ル タ イ ム 通 信 向 け ネ ッ ト ワ ー ク コ ン ピ ュ ー テ ィ ン グ 技 術 の 構 築 に 果 た す 役 割 に つ い て 述 べ ら れ て い る 。
以 上 を 要 す る に 、本 論 文 は 、汎 用 コ ン ピ ュ ー タ を ベ ー ス と し た リ ア ル タ イ ム 通 信 シ ス テ ム 実 現 の た め に 必 要 不 可 欠 な ソ フ ト リ ア ル タ イ ム 処 理 技 術 に つ い て 、リ ア ル タ イ ム か つ 高 信 頼 な 分 散 オ ブ ジ ェ ク ト 間 通 信 技 術 、ソ フ ト ウ ェ ア 階 層 間 の 独 立 性 を 高 め た サ ー ビ ス 救 済 技 術 、シ ス テ ム 運 用 中 に 完 全 に ノ ン ス ト ッ プ な バ グ フ ィ ッ ク ス を 行 う 技 術 、マ ル チ プ ラ ッ ト フ ォ ー ム 環 境 で の リ ア ル タ イ ム 性 能 向 上 技 術 の 各 技 術 を 明 ら か に す る と と も に 、提 案 技 術 の 実 装 お よ び 評 価 を 通 じ て 、実 現 性 を 検 証 し た も の で あ り 、 今 後 の 電 気 通 信 分 野 に 寄 与 す る と こ ろ 大 で あ る 。 よ っ て 、 本 論 文 は 博 士 （ 工 学 ） の 学 位 論 文 と し て 価 値 あ る も の と 認 め る 。
2 0 0 5 年 1 1 月 2 5 日
主 査 早 稲 田 大 学 教 授 博 士 （ 工 学 ）（ 大 阪 大 学 ） 小 柳 惠 一 早 稲 田 大 学 教 授 工 学 博 士 （ 早 稲 田 大 学 ） 石 野 福 弥 早 稲 田 大 学 教 授 工 学 博 士 （ 名 古 屋 大 学 ） 馬 場 孝 明
