Szimuláció módszertana és alkalmazása I.»A modellezés és szimuláció (M&S) módszertani kérdései»az ImiNet/ImiFlow M&S rendszer és esettanulmányok»dr. Muka László»2012 1
A modellezés és szimuláció (M&S) módszertani kérdései 2
Az eredmények felhasználása Stratégiai szint Stratégiai tervezés- és üzleti tervezéstámogatás Taktikai szint Rendszertervezés támogatása Operatív szint Üzemeltetés-támogatás 3
A modellekkel elérhető előnyök Stratégiai szint IT stratégia terv trendekre építve Katasztrófatervek modelljei (BCP, DRP) Beruházás tervezéstámogatás Kockázatcsökkentés Taktikai szint IT változás menedzsment Erőforrások optimális allokálása Tartalék optimalizálás Költségcsökkentés Operatív szint Optimális konfigurációk beállítása Rendelkezésre állás prognózis Extrém helyzetek kezelése 4
A modellezés és szimuláció: lépések és outputok Statisztikák Általános modellek Speciális modellek Előkészítés Szimuláció Implementáció Kiértékelés Korrekciós tervek Eredményfájlok 5
A modellezés és szimuláció: lépések részletesebben Céldefiniálás Adatgyűjtés Elemzés Modellkészítés Verifikálás Futtatások (What-if) Előkészítés Szimuláció Implementáció Kiértékelés Korrekciós-terv Bevezetés Elemzések Következtetések Javaslatok 6
A szimulációs modellek jellemzői» A diszkrét, esemény vezérelt számítógépes modellekkel vizsgálhatók az ICT rendszerek gazdasági és műszaki jellemzői.» Lehetőség van a hardver, a szoftver és a felhasználók viselkedésének modellezésére, az üzleti folyamatok elemzésére.» A modellekben lehetséges, a valós folyamatok visszajátszása és elképzelt folyamatok beillesztése.» A modellek a rendszer teljes életciklusa alatt használhatók.» Rendszeres alkalmazásuk folyamatosan termel hozzáadott értéket. 7
A szimulációs modellek jellemzői» Különösen jelentős a what-if szcenáriók lejátszásának lehetősége» amikor még nem létezik a vizsgálandó rendszer» amikor a mérés költséges, vagy nem kivitelezhető (pl. extrém helyzetek, katasztrófa szituációk vizsgálata)» A modellek futtatásakor a következő lehetőségeink vannak» programozhatjuk a gyűjtendő jellemzőket, a gyakoriságot, az időtartamot, a helyszínt» változtathatjuk a rendszer terhelésének mértékét» megváltoztathatjuk a rendszer topológiáját 8
A modellezés és szimuláció: előkészítés Céldefiniálás Adatgyűjtés Elemzés Modellkészítés Verifikálás Futtatások (What-if) Előkészítés Szimuláció Implementáció Kiértékelés Korrekciós-terv Bevezetés Elemzések Következtetések Javaslatok 9
Előkészítés Céldefiniálás, adatgyűjtés, elemzés» Terv-változatok elemzése» Költségek» Kritikus terhelések» Routing elemzések: becsorgó forgalom» Bekapcsolási jelenség: szinkronizáció» Rendelkezésre állás» Anomáliák 10
Előkészítés Céldefiniálás, adatgyűjtés, elemzés Stratégiai szint IT stratégia tervezés Katasztrófatervek modellezése Beruházás tervezéstámogatás Kockázatcsökkentés Taktikai szint IT változás menedzselés Erőforrások allokálása Tartalék optimalizálás Költségcsökkentés Operatív szint Optimális konfigurációk beállítás Rendelkezésre állás vizsgálat Extrém helyzetek kezelése 11
Előkészítés Céldefiniálás, adatgyűjtés, elemzés Fióklista Fiókok összeköttetései Telephelyenkénti hang forgalom Hang forgalom típusonkénti megoszlása Fiók LAN alapstruktúrája Fiókokban lévő hostok száma Fiókokban lévő hostokon futó alkalmazások hálózati forgalma VoIP-ra -ra áthelyezhető telefonbeszélgetések aránya Nem VoIP adatforgalom az egyes összeköttetéseken Egy tranzakció hossza Igényelt válaszidő Híváshossz profil Hívásgyakoriság profil Hívásirány profil Forrás: *** megrendelő Forrás: *** megrendelő Forrás: *** megrendelő Forrás: *** megrendelő Forrás: *** megrendelő Forrás: benchmark megrendelő Forrás: mérés/benchmark Forrás: benchmark Forrás: benchmark Forrás: mérés/benchmark Forrás: megrendelő/benchmark Forrás: benchmark Forrás: benchmark Forrás: benchmark Els?dleges Elsődleges összeköttetések, tartalék összeköttetések kapacitásokkal Adott fiókból hány percnyi beszélgetést kezdeményeztek egy konkrét hónapban Helyi, belföldi, nemzetközi, mobil, stb. Alapvető eszköztípusok állnak rendelkezésünkre 3-5 kbyte 0,1 sec A hossz, gyakoriság és irány profil leírja a teljes hangforgalmat 12
Előkészítés Céldefiniálás, adatgyűjtés, elemzés Változó Lehet?ségek Lehetőségek Fióklista Fiókok összeköttetései Telephelyenkénti hang forgalom Hang forgalom típusonkénti megoszlása Fiókokban lévő hostok száma Fiókokban lévő hostokon futó alkalmazások hálózati forgalma VoIP --ra áthelyezhető telefonbeszélgetések aránya Igényelt válaszidő Híváshossz profil Hívásgyakoriság profil Hívásirány profil B?vítés Bővítés / Megsz?ntetés Megszüntetés / Költöztetés Kapacitás változtatás Alkalmazottak számának változása Hívásprofilok módosítása B?vítés Bővítés / Megsz?ntetés Megszüntetés Új alkalmazások felvétele Arányszám módosítása - módosítható - - módosítható - - módosítható - - módosítható - 13
Előkészítés Céldefiniálás, adatgyűjtés, elemzés Híváshossz sűrűség Híváshossz eloszlás 35,00% 120,00% 30,00% 29,50% 100%* 100,27% 104,28% 112,18% 100,00% 93,79% 25,00% 80,62% 80,00% 20,00% 19,64% 70,64% 15,00% 55,47% 15,18% 13,16% 60,00% 10,00% 5,00% 6,34% 25,97% 9,98% 6,49% 4,00% 7,91% 40,00% 20,00% 0,00% 6,34% 00-10 s 10-30 s 30-60 s 60-90 s 90-120 s 120-180 s 180-240 s 240-300 s 300-600 s 0,00% * A modellben figyelembe vett 14
Előkészítés Céldefiniálás, adatgyűjtés, elemzés 0:00:00 1:00:00 2:00:00 3:00:00 4:00:00 5:00:00 6:00:00 7:00:00 8:00:00 9:00:00 10:00:00 11:00:00 12:00:00 13:00:00 14:00:00 15:00:00 16:00:00 17:00:00 18:00:00 19:00:00 20:00:00 21:00:00 22:00:00 23:00:00 0:00:00 1:00:00 2:00:00 3:00:00 4:00:00 5:00:00 6:00:00 7:00:00 8:00:00 9:00:00 10:00:00 11:00:00 12:00:00 13:00:00 14:00:00 15:00:00 16:00:00 17:00:00 18:00:00 19:00:00 20:00:00 21:00:00 22:00:00 23:00:00 0 100 200 300 400 500 600 700 Terminálok által foglalt logikai csatornák 13 14 15 16 17 18 15 hétfő szombat
Átvitt adatmennyiség óránkéti átlaga(byte) Előkészítés Céldefiniálás, adatgyűjtés, elemzés Átvitt adatmennyiség 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 01_00 (Nap_Óra) Egy hónap, órás felbontásban 16
Előkészítés Céldefiniálás, adatgyűjtés, elemzés Hívások januártól decemberig (trend) 18 000 000 16 000 000 Új rendszer belépése Régi rendszer 14 000 000 12 000 000 10 000 000 8 000 000 6 000 000 4 000 000 2 000 000 0 február március április május június július augusztus szeptember október november december 17
A modellezés és szimuláció: szimuláció Céldefiniálás Adatgyűjtés Elemzés Modellkészítés Verifikálás Futtatások (What-if) Előkészítés Szimuláció Implementáció Kiértékelés Korrekciós-terv Bevezetés Elemzések Következtetések Javaslatok 18
Szimuláció Modellkészítés, verifikálás, futtatások, what-if, ( as-is )» Top-down módszer» Aggregált modellek» Részletes modellek» Fókuszált vizsgálat» Háttérforgalom» Bottom-up módszer» BP elemzésekből Business Impact 19
Szimuláció Modellkészítés, verifikálás, futtatások, what-if, ( as-is )» What-if szcenáriók» Hálózatbővítés» VoIP bevezetése» Új alkalmazások bevezetése (hálózatmenedzsment eszközök, távfelügyelet, intranet bevezetése)» Központ áthelyezés» Extrém, katasztrófa helyzetek» Tartalékolási kérdések» Stb. 20
A modellezés és szimuláció: kiértékelés Céldefiniálás Adatgyűjtés Elemzés Modellkészítés Verifikálás Futtatások (What-if) Előkészítés Szimuláció Implementáció Kiértékelés Korrekciós-terv Bevezetés Elemzések Következtetések Javaslatok 21
7:00:00 7:30:00 8:00:00 8:30:00 9:00:00 9:30:00 10:00:00 10:30:00 11:00:00 11:30:00 12:00:00 12:30:00 13:00:00 13:30:00 14:00:00 14:30:00 15:00:00 15:30:00 16:00:00 16:30:00 17:00:00 17:30:00 18:00:00 18:30:00 Kiértékelés Elemzések, következtetések, javaslatok 90 000 80 000 Server Out Bit Thruput max Server Out 70 000 60 000 50 000 40 000 30 000 20 000 10 000 0 22
Kiértékelés Elemzések, következtetések, javaslatok 8 7 Csatornánkénti kapcsolatok alakulása Num Conn max 129[0]->128000->669[0] 129[3]->128000->669[1] 660[6]->64000->669[2] 6 5 4 3 2 1 0 23
A modellezés és szimuláció: implementáció Céldefiniálás Adatgyűjtés Elemzés Modellkészítés Verifikálás Futtatások (What-if) Előkészítés Szimuláció Implementáció Kiértékelés Korrekciós-terv Bevezetés Elemzések Következtetések Javaslatok 24
Implementáció A korrekciós tervezés és a bevezetés támogatása modellezéssel» Korrekciós terv-változatok készítése» Eszközök kiválasztása» A bevezetés tervezése» funkcionális szempontok» költség szempontok 25
Átvitt adatmennyiség óránkéti átlaga (byte) Példa Átkapcsolási vizsgálat Átkapcsolás - átvitt adatmennyiség 70000 = átkapcsolási időpont 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 01_00 Nap_Óra 26
Az ImiNet/ImiFlow M&S szakértői rendszer» Domain-specifikus szakértői támogató rendszer (expert-fitted system)» ImiNet ICT (Information and Communication Technology) modellezés» ImiFlow BP (Business Process) modellezés
Rendszerkomponensek HÁLÓZAT MODELLEK TRANSZPORTER ADATBÁZIS IMINET ÉS IMIFLOW SZIMULÁTOROK TERHELÉS MODELLEK BIZTONSÁGI MODUL GAZDASÁGI MODUL RIPORT MODUL RENDSZER SZEKENNELÉS 28
A rendszerhez felhasznált technológia» Objektum-orientált technológia» Rendszertervezés» Unified Modelling Language» Microsoft Visio» Rendszerfejlesztés» Borland C++ Builder 6 (Professional Edition)» Adatbázisok» MSSQL, Microsoft Access (lecserélhető, rugalmas ODBC-n keresztül megvalósított)» Együttműködés, interfészek» NetViz» Microsoft Visio» Microsoft Excel» Hozzáférési jogosultságok kezelése» HASP kulcsos védelem» Login Password védelem 29
ICT Modellezés» ImiNet
Topológia Legfelső hierarchia szint 31
Topológia Legfelső hierarchia szint 32
Topológia Alsóbb hierarchia szintek 33
Topológia Alsóbb hierarchia szintek 34
Modellelemek Felhasználható elemek» A felhasználható elemek listája» Applikáció, Telefon» MCU» Call Switch (Call Manager)» Router» Firewall (Router)» Gateway (Router)» Switch» Host» Összetett modul» Telephely (Összetett modul)» LAN (Összetett modul)» Link 35
Modellelemek tulajdonságai Router - routing 36
Modellelemek Statisztikai paraméterek bevitele 37
Modellelemek Statisztikai paraméterek bevitele» Egyszerű profilok» Normál» Konstans» Exponenciális» Csonkolt normál» Egyenletes» Egész értékű egyenletes» Poisson» Összetett profilok Az összetett profilok segítségével tetszőleges pontossággal leírhatók az egyes valószínűségi jellemzők 38
Modellelemek Összekötési szabályok» Tetszőleges számú router összekapcsolható egymással.» Routerrel - routeren, firewall-on, és gateway-en kívül - csak switch elem köthető össze.» Egy switch csak egy router (illetve firewall, vagy gateway) elemhez kapcsolható» Egy switchhez tetszőleges számú host elem kapcsolódhat, de egy host elem csak egy switchhez kapcsolódhat.» Egy host elemre egyetlen applikáció csoport elem és/vagy telefoncsoport elem kapcsolható.» Kapcsolható a hostra még MCU elem és Call Manager elem is.» Az összetett modell-elemek szerepe csak a struktúra kialakításában van, szeparálásra szolgálnak, erre a célra szabadon használhatóak, viszont hozzájuk kötni semmit nem lehet. 39
Modellelemek Összekötési szabályok 40
Hangforgalom vizsgálata 41
Telefonkészülék csoport paraméterei 42
Adatforgalom vizsgálata 43
Applikáció csoportok paraméterei 44
Költségparaméterek bevitele» Telephelyenkénti havi költségek» Összeköttetések» Berendezések» Rendszerkörnyezet (LAN)» Szolgáltatások» Migráció előtt/után Az ügyfelek felsorolása és a percdíjak betöltése fájlból történik. 45
Riport Általános 46
Riport Hívásszámok, hosszak 47
Riport Hívásszámok típusonként 48
Riport Hívás költségek 49
Riport Forgalom után fizetendő költségek migráció előtt és után 50
Riport Routerek terheltsége tulajdonos / finanszírozó szerinti bontásban 51
Riport Havi fix költségek alakulása migráció előtt / után 52
Riport Fix költségek különbözete 53
Vektoros outputok Összeköttetések VoIP terheltsége 54
Vektoros outputok Sikeres hívások száma a nap folyamán irányonként 55
Táblázatos állomány Telefoncsoportból kiinduló és beérkező hívások, sikertelen hívások 56
Táblázatos állomány Csomagok száma, késleltetése, jitter 57
Táblázatos állomány Routerek terheltsége, VoIP forgalom 58
Automatikus diagramok, riportok 59
BP modellezés» ImiFlow
Folyamatmodellezés» 1. Folyamatstruktúra feltérképezése» 2. UML jelölésrendszerrel processz diagramm készítése» 3. Statisztikus jellemzők gyűjtése» 4. Modellelemek felparaméterezése» Előző lépések során létrejön az as is modell» Modell verifikáció» Modell finomítás» Dokumentatív jelleg» what if scenario-k készítése» optimalizálás 61
A szimulációs szoftver modell elemei» Generator: a szimuláció mozgatórugója, az entitás bölcsője» Result: az entitás temetője» Process: a folyamat lelke» Junction: döntési pont» Fork Join: többszálú folyamatszakasz» Splitter: folyamat hasítása» Transformer: az entitás átalakító-elem» Compound process: a hierarchikus folyamatábra kulcseleme 62
A GUI vizuális lehetőségei» On-line grafikon, mellyel nyomon követhető a kiválasztott jellemzők változása a szimuláció során» Grafikon kimenthető kép ill. Excel formátumban» Folyamat kinyomtatása» Animált szimuláció 63
Az ImiFlow felülete 64
Az ImiFlow felülete 65
Az ImiFlow felülete 66. oldal
Topológia: legfelső hierarchia szint 67
Gyűjtött adatok» Entity:» Költségek» Bejárt útvonal» Sorbanállási idő» Feldolgozási idő» Resource:» Foglaltság az idő függvényében» Process:» Beérkező, kimenő entitások száma» Feldolgozási / kiszolgálási idők statisztikája» Felhasznált erőforrások költsége» Result:» Beérkezett entitások száma» Átfutási idejük statisztikus jellemzői 68
A szimuláció gyorsítása» Kombinált módszerek
Traffic Flow Analysis (TFA)» Az TFA célja, hogy pillanatfelvételt adjon a rendszer (ICT) terhelési viszonyairól» Az TFA maga is szimulációs és numerikus módszerek kombinációja» A terhelést (forgalmat) statisztikákkal reprezentáljuk (aggregált forgalommodell) 70
Entity Flow-phase Analysis (EFA) (Entitás folyam-fázis analízis)» Az EFA célja, hogy pillanatfelvételt adjon a rendszer (folyamat) terhelési viszonyairól» Az EFA maga is szimulációs és numerikus módszerek kombinációja» A terhelést statisztikákkal reprezentáljuk (aggregált terhelésmodell) 71
SYSTEM-MODEL MATRIX: DETAILED MODELLING-1» Change of representations» Traffic : statistics, messages» Bidirectional conversion» Change of interpretations» Message flow, entity flow» Interactions (defined in conceptual models)» Chain of models 72
SYSTEM-MODEL MATRIX: DETAILED MODELLING-2» Synchronisation» DES:one process» DES: conservative, optimistic, SSM» DES-fast: insertion of fast modelling into DES (model-level, kernellevel) 73
SYSTEM-MODEL MATRIX: DETAILED MODELLING-3» ICT and BP focus» ICT focus BP environment» BP focus ICT environment 74
SYSTEM-MODEL MATRIX: PRELIMINARY MODELLING» Preliminary modelling» Preliminary view of systems» Helps to identify:» systems influenced» (data collection needs,» direct and potential users)» Principle of parsimony» Iterative simulation model development 75
COOPERATING TFA AND EFA MODELS» DES(COORD)» Virtual time» Connection map» ICT-BP interpretations» TFA, EFA models» Using the DES model» Spatial distribution - Model RU size» Calculations with capacity limits» Contracted TFA, EFA models» One model, one RU size 76
CONCEPT OF CONNECTING TFA AND EFA MODELS» Test of DES models» Message (Entity) flows» ICT-BP interpretation rules» Output: generating messages» Input: generating statistics 77
MODEL (METHOD) ASSIGNMENT» Criticality of system» Estimated in conceptual models, correction» For example: time consumption, QoS (performance, availability )» Resolution supported» Preliminary modelling» Detailed modelling 78