サービス指向アーキテクチャを用いたホームネットワーク システムの設計

社団法人 電子情報通信学会
THE INSTITUTE OF ELECTRONICS,
INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEERS
信学技報
TECHNICAL REPORT OF IEICE
サービス指向アーキテクチャを用いたホームネットワーク
システムの設計と評価尺度
井垣 宏†
玉田 春昭†
中村 匡秀†
松本 健一†
†奈良先端科学技術大学院大学情報科学研究科 〒630-0192 奈良県生駒市高山町 8916-5
E-mail:
†{hiro-iga,harua-t,masa-n,matumoto}@is.aist-nara.ac.jp
あらまし 従来のホームネットワークシステムでは，ネットワーク内の高性能サーバがエンドデバイス(クライア
ント，PC，ネット家電等の端末)を制御することで，様々なサービスを提供するというシステム構成がとられてい
る．しかし，接続端末数の増加やデバイスの高性能化に伴い，従来の構成では，余剰リソースの増加，サーバへの
負荷集中，保守性の低下，スケーラビリティの欠如といった問題が生じると考えられる．そこで我々は Web サービ
スとサービス指向アーキテクチャを利用して，各サービスのコントローラをエンドデバイスに分散させ，複数のコ
ントローラが協調して動作するような設計法によるホームネットワークシステムを提案した．さらに，ホームネッ
トワークシステムの設計段階における評価のために，(1)システム信頼性，(2)負荷指数，(3)機能複雑度，(4)結合度，
という評価尺度を定義し，従来のシステムと提案システムの差異について評価を行った．
キーワード Web サービス，サービス指向アーキテクチャ， 分散システム，ホームネットワーク
A Design and Evaluation Metrics of the Home Network Systems
Using the Service Oriented Architecture
Hiroshi Igaki†
Haruaki Tamada†
Masahide Nakamura† and
Ken-ichi Matsumoto†
†Graduate School of Information Science, Nara Institute of Science and Technology 8916-5 Takayama-cho,
Ikoma-shi, Nara, 630-0192 Japan
E-mail:
†{hiro-iga,harua-t,masa-n,matumoto}@is.aist-nara.ac.jp
Abstract In the conventional home network systems (HNS), a powerful centralized server controls all the end-devices
connected (e.g., client terminals, PCs, network appliances etc.) to provide value-added integrated services. However, when the
number of the devices increases and the devices become more sophisticated, the conventional architecture would suffer from
problems in superfluous resources, maintainability, scalability and reliability. This paper proposes an alternative architecture
for HNS, which exploits Web services and the service-oriented architecture. In the proposed architecture, each device is
controlled by a Web service in a de-centralized manner. Then, the services autonomously collaborate with each other to
achieve the given integrated service scenarios. To evaluate the HNS at the design process, we also present four kinds of
evaluation metrics: reliability, load, complexity, coupling. Using these metrics, we conduct a comparative study among the
proposed and the previous HNS architectures.
Keyword Web Services, Service-oriented architecture, Home network, distributed system
1. は じ め に
ム [2]と 呼 ば れ ，企 業 な ど で 開 発 が 進 め ら れ て い る ．し
コンピュータやネットワーク性能の向上，端末の小
かし，現状のホームネットワークシステムでは，中央
型化などに伴い，人々の日常生活に付随するさまざま
のホームサーバが全てのデバイスの動作を制御すると
なものがネットワークによって接続され，制御される
いうアーキテクチャによって設計されており，負荷の
ようになってきた．
集 中 ，機 能 が 複 雑 化 す る こ と に よ る 開 発 コ ス ト の 増 大 ，
例 え ば ， 家 庭 に あ る エ ア コ ン や 照 明 ， AV 機 器 ， PC
スケーラビリティの低下などの問題が避けられない．
などがネットワークを通して接続され，ホームサーバ
以上のような問題を解決するために，本研究では
というコントローラを利用して制御される．それによ
Web サ ー ビ ス を 利 用 し た サ ー ビ ス 指 向 ア ー キ テ ク チ ャ
っ て ，帰 宅 す る と エ ア コ ン の ス イ ッ チ が 自 動 的 に 入 り ，
によってホームネットワークシステムの設計を行い，
DVD を 見 る と き に は 照 明 が 暗 く な る ，と い っ た 家 庭 内
システムが提供するサービスに応じてコントローラを
でのユーザの生活の利便性の向上をはかることができ
分散させることで，負荷の分散，機能の単純化をはか
る．このようなシステムはホームネットワークシステ
っ た ．ま た ，シ ス テ ム の 信 頼 性 ，負 荷 ，機 能 の 複 雑 度 ，
個々のコントローラの結合度などの評価基準を提案す
ることにより，従来のアーキテクチャとサービス指向
スとすることが可能となる．
図
1 の 例 の よ う に ， SOAP/XML で 通 信 を 行 う
アーキテクチャを採用したホームネットワークシステ
WS B ,WS C を 連 携 さ せ て WS A に 集 約 し ， ク ラ イ ア ン ト
ムの間の差異について検証を行っている．
が要求するタスクを実行するサービス A を実現してい
2. Web サ ー ビ ス を 利 用 し た シ ス テ ム 設 計
る ． さ ら に ， 別 の 要 求 に 対 し て は WS D が サ ー ビ ス A
2.1. Web サービス
の 部 分 要 素 で あ る WS C と 連 携 す る こ と で サ ー ビ ス B
本 稿 で 述 べ る Web サ ー ビ ス (以 降 WS)と は ， イ ン タ
を 実 現 す る ．こ の と き ，サ ー ビ ス A を 利 用 す る と き の
ー ネ ッ ト 上 の 自 律 し た ソ フ ト ウ ェ ア 資 源 を XML ベ ー
ク ラ イ ア ン ト は WS A ，WS D が 公 開 し て い る メ ソ ッ ド の
スの共通のインタフェースを介して提供・再利用する
みを考慮して振る舞いを決定することが出来る．
技 術 ， ま た は そ の ア プ リ ケ ー シ ョ ン の こ と を い う [1]．
WS は 以 下 の よ う な 特 徴 を 持 っ て い る ．
こ の よ う に SOA は ク ラ イ ア ン ト の 要 求 に よ っ て ，必
要 と す る WS を 多 様 な パ タ ー ン で 連 携 さ せ る 事 が 非 常
1.
XML 形 式 で デ ー タ の 交 換 を 行 う ．
に 容 易 で あ る ． ま た ， 直 接 接 続 す る WS と の 連 携 の み
2.
通 信 プ ロ ト コ ル に は SOAP が 利 用 さ れ て い る （ 下
を意識すればよいために，制御に要するコストを分散
位 プ ロ ト コ ル と し て は HTTP な ど を 使 用 す る ）．
させることが可能になっている．
3.
4.
W3C[6]に よ っ て 標 準 化 さ れ た 通 信 な の で ， プ ラ ッ
次章で説明するホームネットワークシステムでは，
トフォーム，言語に依存しない．
エ ア コ ン や TV と い っ た デ バ イ ス が さ ま ざ ま な 状 況 で
サ ー ビ ス イ ン タ フ ェ ー ス （ メ ソ ッ ド ） は WSDL に
利 用 さ れ る ．そ の た め ，SOA を 適 用 す る こ と で ，デ バ
よ っ て XML 形 式 で 記 述 さ れ ， 公 開 さ れ る ．
イ ス を 制 御 す る WS を ク ラ イ ア ン ト の 要 求 す る サ ー ビ
開 発 者 が WS の 機 能 を ク ラ イ ア ン ト か ら 利 用 す る 場
スに応じて連携し，再利用することが可能になる．
合 ， WS の メ ソ ッ ド を 通 常 の メ ソ ッ ド 呼 び 出 し と ほ ぼ
3. ホ ー ム ネ ッ ト ワ ー ク シ ス テ ム の 設 計
同 じ 方 法 で 呼 び 出 す こ と で 遠 隔 の WS の 機 能 を 組 み 込
3.1. ホームネットワークシステム
むことができる．つまり，クライアントの開発者は通
HNS(Home Network System)は ，家 庭 に お け る 生 活 の
信 プ ロ ト コ ル や メ ッ セ ー ジ 書 式 ， 対 象 WS の 内 部 ロ ジ
利便性を増大させる目的で，家庭内の複数の電化製品
ッ ク を 意 識 せ ず に (疎 結 合 と 呼 ば れ て い る )WS の 機 能
や 住 宅 設 備 ，PC 等 (こ れ ら を デ バ イ ス と 呼 ぶ )を ネ ッ ト
を利用することができる．
ワークを介して相互接続し，より高度で付加価値の高
こ の 疎 結 合 の 性 質 を 利 用 す る こ と で ， 複 数 の WS を
い制御を実現するものである．
開発者に依存せずに連携させて開発することも容易と
本 論 文 で は ， 例 と し て 以 下 の 14 個 の デ バ イ ス か ら
なる．また，この疎結合を利用したソフトウェアアー
構 成 さ れ る HNS を 設 計 す る ： DVD プ レ ー ヤ ， TV，ス
キテクチャとして次に述べるサービス指向アーキテク
ピ ー カ ，照 明 (×3)，照 度 計 ，ド ア ，窓 (×3)，電 話 ，エ
チャが存在する．
アコン，温度計．これらのデバイスを連携させ，以下
2.2. サービス指 向 アーキテクチャ
8 種 類 の サ ー ビ ス シ ナ リ オ (Service Scenarios, 以 下 SS)
サ ー ビ ス 指 向 ア ー キ テ ク チ ャ SOA(Service-Oriented
を 実 現 す る こ と を 考 え る ． な お ， こ れ ら の SS は 実 際
Architecture)と は ，自 律 ，協 調 動 作 が 可 能 な サ ー ビ ス 間
に 商 品 化 さ れ て い る HNS を 参 照 し て 作 成 し た も の で
の疎結合を実現するためのソフトウェアアーキテクチ
ある．
ャ で あ る [7].こ こ で い う サ ー ビ ス と は ，サ ー ビ ス 利 用 者
SS1： 照 度 計 を 利 用 し て 照 明 の 明 る さ を 調 整 す る ．
が必要とする結果を実現するために，サービス提供者
SS2： ユ ー ザ が ド ア か ら 入 室 す る と 照 明 が 点 く ．
が 実 行 す る 一 連 の タ ス ク の こ と を い う ． WS を 利 用 し
SS3： ユ ー ザ が DVD を 見 る と き は 照 明 が 暗 く な り ，
た SOA で は ， サ ー ビ ス 利 用 者 の 要 求 に 応 じ て 複 数 の
DVD プ レ ー ヤ が 起 動 し ， TV， ス ピ ー カ が DVD
WS を 自 由 に 連 携 ， 再 利 用 し て ひ と ま と ま り の サ ー ビ
のモードで起動する．
SS4： ユ ー ザ が 通 常 の テ レ ビ を 見 る と き ， ス ピ ー カ が
TV 用 に 起 動 す る ．
SS5：ユ ー ザ に 電 話 が か か っ て き た と き に ，TV が つ い
ているとスピーカのボリュームを落とす．
SS6： ユ ー ザ が エ ア コ ン の ス イ ッ チ を 入 れ る と ， 温 度
計の値を利用して動作が調節される．
SS7： ユ ー ザ が ド ア か ら 入 室 す る と ， 温 度 計 の 値 を 元
に，必要に応じてエアコンが起動する．
図 1 サービス指向アーキテクチャ例
図 2
サービス指向アーキテクチャを利用した
HNS の 設 計
SS8： ユ ー ザ が 外 出 す る と き ， 睡 眠 時 等 に は ， 機 器 の
電源を落とし，戸締まりの確認を行う．
3.2. サービス指 向 アーキテクチャ
図 3 サーバ中央型アーキテクチャを利用した
HNS の 設 計
に す れ ば ，DVD_WS は TV_WS と 照 明 _WS の 両 方 に 対
し て 電 源 ON の メ ソ ッ ド を 実 行 す る ．そ の 後 ，TV_WS
と 照 明 _WS は そ れ ぞ れ SS4, SS1 の シ ナ リ オ を 実 行 す
本論文のねらいは，各デバイスをソフトウェア制御
る こ と で ， SS7 を 実 現 で き る ． こ の よ う に ， い く つ か
によって動作する自律的なノードとみなし，それらの
の SS を 再 利 用 し て 組 み 合 わ せ ，新 た な SS を 効 率 よ く
相 互 接 続 に WS を 用 い た SOA を 適 用 す る こ と に あ る ．
実現することも可能である．
各 デ バ イ ス は ， 機 能 制 御 の た め の プ ロ セ ッ サ と WS を
動作させるサーバを持っているものと仮定する．
SOA に 基 づ い た HNS の 特 徴 は ， 各 デ バ イ ス が ユ ー
ザ の 要 求 す る SS に 応 じ て 分 散 ・ 協 調 し て 制 御 さ れ る
SOA に 基 づ い た HNS で は ， 各 デ バ イ ス は ハ ー ド ウ
こと，そのために各サービスの再利用が容易であるこ
ェアとそれを外部から制御するためのサービスから構
と ， デ バ イ ス 制 御 を 分 散 さ せ る こ と で 一 つ 一 つ の WS
成 さ れ る ．3.1 で 挙 げ た SS を 実 現 す る た め の WS の メ
の 実 装 が シ ン プ ル か つ 閉 じ た も の に な る こ と ， WS に
ソ ッ ド の 内 容 と WS 間 の 連 携 の 設 計 を 行 っ た ．
よる疎結合によって汎用性・相互接続性が高い実装が
図 2に ， SOA に 基 づ い て 設 計 し た HNS の ア ー キ テ
クチャを示す．アーキテクチャ全体はサービス層とデ
可能であるということが挙げられる．
3.3. サーバ中 央 型 アーキテクチャ
バイス層に分かれる．各デバイスは，その機能をメソ
家庭のネットワーク普及により，近年いくつかの
ッ ド と し て 提 供 す る WS(図 中 楕 円 で 表 す ) に よ っ て 制
HNS が 商 品 化 さ れ て き て い る (例：[2][3])．こ れ ら の シ
御 さ れ る (図 中 点 線 矢 印 )． 個 々 の WS で は ， 制 御 す る
ス テ ム で は ，家 電 デ バ イ ス に 軽 量 な ア ダ プ タ を 装 着 し ，
デ バ イ ス や 協 調 す る 他 の WS の た め の サ ー ビ ス イ ン タ
家 庭 内 の ホ ー ム サ ー バ HS(Home Server)か ら 専 用 の ソ
フェースが定義・公開されている．
フトウェアおよびプロトコルを用いて，アダプタに信
3.2 節 で 述 べ た SS を 実 現 す る た め に ，各 デ バ イ ス は
号を送る方式を採用している．この方式をサーバ中心
サ ー ビ ス 層 に お い て 連 携 を 行 う ． 図 2中 の サ ー ビ ス 層
型 ア ー キ テ ク チ ャ SCA (Server Centralized Architecture)
で は ， ユ ー ザ が い く つ か の SS を 実 行 す る 場 合 の 連 携
と呼ぶ
を 示 し て い る ．図 に お い て ，要 素 A か ら B へ の ラ ベ ル
SCA に 基 づ く HNS で は ， シ ス テ ム の 中 央 に 高 機 能
L 付 の 実 線 矢 印 は ，B が 提 供 す る メ ソ ッ ド L を A が 利
な HS が 存 在 し ，全 て の デ バ イ ス を 集 中 的 に 制 御 す る ．
用 (実 行 )す る こ と を 表 し て い る ． ま た ， 各 WS が 提 供
3.1 節 で 作 成 し た SS を SCA に よ り 設 計 す る と ，図 3
するメソッドはパラメータを二つ以上取らないものと
の よ う に な る ．デ バ イ ス の 連 携 は ，HS 内 で 密 に 結 合 し
する．
たオブジェクトの連携によって行われる．例えば，ユ
例 と し て ， SS1 を 考 え る (図 2の “1-”で 始 ま る ラ ベ ル
ー ザ が HS に 対 し て DVD を ON に す る 処 理 を 要 求 す る
付 き 矢 印 )．ま ず ，ユ ー ザ は 照 明 _WS に 対 し て 照 明 .ON
と ，HS が DVD プ レ ー ヤ ，TV，ス ピ ー カ ，照 明 の 各 デ
メ ソ ッ ド を 呼 び 出 す ．次 に ，照 明 _WS は 照 度 計 _WS に
バイスを直接制御することになる．
ア ク セ ス し て ， 照 度 計 を ON 状 態 に し ， 現 在 の 照 度 を
こ の よ う に ， SCA に 基 づ い た HNS で は ， デ バ イ ス
取 得 す る ．最 後 に ，照 明 _WS は 現 在 の 照 度 を 基 に 照 明
の イ ン テ リ ジ ェ ン ト な 部 分 を 全 て HS が 担 う こ と で ，
デ バ イ ス に 対 し て 最 適 な 照 明 を 設 定 す る ． SS4 に つ い
アーキテクチャ自体は非常にシンプルなものとなる．
て も 同 様 で ， 図 2の “4-”で 始 ま る ラ ベ ル 付 き 矢 印 で 示
そ の 一 方 で ，HS に 機 能 が 集 中 す る た め ，HS の 複 雑 化・
さ れ る 手 順 で シ ナ リ オ を 実 行 す る ． 次 に ， SS3 を 考 え
ス ケ ー ラ ビ リ テ ィ 問 題 が 生 じ る こ と ，ま た ，HS に 障 害
る (“3-”で 始 ま る ラ ベ ル 付 き 矢 印 )．ユ ー ザ が DVD を ON
が 発 生 す る と 全 て の SS が 利 用 で き な く な る と い っ た
問題点がある．
デバイス，ユーザを頂点，全ての矢印を有向辺と見な
4. 設 計 評 価 法
し て 得 ら れ る 有 向 グ ラ フ は G ss1+ss3+ss4 と い え る ．
こ こ で は ， (a)信 頼 性 ， (b)サ ー ビ ス 利 用 頻 度 に 基 づ
く 負 荷 の 偏 り ，(c)WS，HS 等 の コ ン ト ロ ー ラ の 機 能 複
4.1.2. Sum of Disjoint Products
サービスシナリオをグラフで表現することにより，
雑 度 ，(d)コ ン ト ロ ー ラ の 結 合 度 の 4 つ の 評 価 指 標 を 定
数学的に信頼性を計算できる．本論文では，信頼性の
義し，設計段階における評価法を提案する．また，3
評 価 ア ル ゴ リ ズ ム と し て
章 で 述 べ た 2 種 類 の ア ー キ テ ク チ ャ に 基 づ く HNS の 設
Products(SDP)[4][5]を 用 い た ．グ ラ フ の 頂 点 と 辺 の 一 つ
計の評価を行う．
一 つ に 独 立 し た 信 頼 性 を 与 え る と ，SDP は グ ラ フ 内 の
4.1. 信 頼 性 評 価
特 定 の サ ブ グ ラ フ (の 集 合 )が 稼 動 す る 確 率 (信 頼 性 )を ，
Sum
of
Disjoint
2 つ の ア ー キ テ ク チ ャ に 基 づ く HNS の 信 頼 性 を 評 価
頂点や辺の重なりを考慮して導出する．全てのサービ
す る ．こ こ で ，HNS の n-信 頼 性 と は ，デ バ イ ス を 制 御
ス シ ナ リ オ の 連 携 グ ラ フ を G と す る と ，サ ー ビ ス シ ナ
す る サ ー ビ ス (SOA で は WS, SCA で は HS)に 障 害 が 発
リオ一つ一つは G のサブグラフで表現できるので，
生 し 得 る 時 ， 少 な く と も n 個 の サ ー ビ ス シ ナ リ オ SS
WS や HS に 障 害 が 発 生 す る 場 合 の 各 サ ー ビ ス シ ナ リ
が正常に稼動する確率であると定義する．
オの信頼性を計算することができる．
4.1.1. サ ー ビ ス 連 携 グ ラ フ の 定 義
4.1.3. SDP に よ る 信 頼 性 評 価
HNS に お け る 各 サ ー ビ ス シ ナ リ オ は ユ ー ザ ，デ バ イ
3.1 節 で 述 べ た 8 つ の SS を SOA, SCA そ れ ぞ れ の ア
ス ， WS， HS と い う 4 種 類 の 構 成 要 素 と そ の 間 の 連 携
ー キ テ ク チ ャ で 実 現 す る 時 の n-信 頼 性 を SDP に よ り
によって性質づけられる．従って，構成要素を頂点，
計 算 す る ．今 ，8 つ の SS 全 て を 含 む サ ー ビ ス 連 携 グ ラ
構成要素間の連携を有向辺，メソッドをその連携に用
フ を G と す る ． 8 つ の SS の う ち 少 な く と も 1 つ が 正
いるラベルとするラベル付有向グラフで表すことがで
常 に 動 作 す る 時 ，即 ち HNS の 1-信 頼 性 は ，G の サ ブ グ
きる．
ラ フ で あ る G s s1 ,G s s2 ,...,G s s 8 の う ち ど れ か 1 つ が 稼 動 す
ラ ベ ル 付 有 向 グ ラ フ G=(N,L,E)と は ， N を ノ ー ド の
る 確 率 で あ る ．同 様 に ，2-信 頼 性 は ，G の サ ブ グ ラ フ ，
集 合 ， L を 各 辺 に 付 け ら れ る ラ ベ ル の 集 合 ， E⊆ N×L
G ss1+ss2 , G s s 1 +s s 3 ,....,G ss7+Gss8 の う ち ど れ か 1 つ が 稼 動 す
×N を 有 向 辺 の 集 合 と 定 義 さ れ る ． 今 s を サ ー ビ ス シ
る確率である．このように，サービス連携グラフの全
ナ リ オ と す る と き ，ラ ベ ル 付 き 有 向 グ ラ フ G S =(N,L,E)
て の 組 み 合 わ せ を SDP に 入 力 し て ， n 個 (1≦ n≦ 8)の
が 以 下 の 全 て の 条 件 を 満 た す と き ，G S を s の サ ー ビ ス
サ ー ビ ス が 稼 動 す る n-信 頼 性 P n を SOA,SCA そ れ ぞ れ
連携グラフと呼ぶ．
に対して計算できる．
ここでは，アーキテクチャの違いによる信頼性評価
・
N は HNS に 現 れ る 全 て の 構 成 要 素 の 集 合
・
L は HNS に お い て 実 行 さ れ る 全 て の メ ソ ッ ド ，オ
を 行 う た め ， SOA に お け る WS お よ び SCA に お け る
ペ レ ー シ ョ ン の 集 合 (こ こ で は ， WS が ユ ー ザ ま た
HS の 障 害 の み 考 慮 に 入 れ る ．即 ち ，ユ ー ザ ，デ バ イ ス ，
は 他 の WS に 公 開 し て い る 処 理 を メ ソ ッ ド と 呼 び ，
メ ソ ッ ド の 信 頼 性 を そ れ ぞ れ 1 と し ， WS 単 体 の 信 頼
HS や WS の デ バ イ ス に 対 す る 処 理 を オ ペ レ ー シ ョ
性 を 0.99，HS 単 体 の 信 頼 性 を 0.92 （ SCA で は 8 つ 全
ンと呼ぶ)
て の シ ナ リ オ を HS が 実 行 す る た め に WS の 正 常 動 作
s において，p が q のメソッド m を実行する時，
率 0.99 の 8 乗 を HS の 正 常 動 作 率 と し た ） と す る ．
・
信 頼 性 評 価 の 結 果 を 図 4と 表 1に 示 す ．SCA で は 全
(p,m,q)∈ E
複 数 の サ ー ビ ス シ ナ リ オ s1,s2 の 連 携 グ ラ フ G s1+s2
て の SS が 中 央 の HS1 つ で 制 御 さ れ る た め に ，HNS 全
は ， そ れ ぞ れ の 個 々 の 連 携 グ ラ フ Gs1 と Gs2 を 重 ね 合
体 の n-信 頼 性 は HS の 信 頼 性 と 等 し く な る ．即 ち ，HS
わ せ た グ ラ フ と 定 義 す る ．例 え ば ，図 2に お い て WS，
が 故 障 し て し ま う と ， 全 て の SS が 利 用 で き な く な る
ということを表している．
SOA
SCA
1
っ て い る ． こ れ は ， SOA に お い て SS を 実 現 す る た め
0.98
n-信頼性
一 方 SOA で は ，n が 4 ま で の 信 頼 性 が 非 常 に 高 く な
の WS が 分 散 し て い る ， す な わ ち デ バ イ ス や 他 の WS
0.96
のコントローラが分散していることが，システム全体
0.94
の信頼性の向上に寄与しているということを示してい
0.92
表 1 システムの信頼性
0.9
1
2
3
4
5
6
7
8
正常動作するSSの数
図 4 シ ス テ ム の 信 頼 性 と SS の 関 係
n
1
2
3
4
5
6
7
8
アーキテク SOA 0.9999 0.9999 0.9986 0.9982 0.9598 0.9319 0.9135 0.9135
チャタイプ SCA
0.92
0.92
0.92
0.92
0.92
0.92
0.92
0.92
る (n が 5 以 上 の と き は SS に 利 用 さ れ る サ ブ グ ラ フ が
HNS の 構 成 要 素 の ほ ぼ 全 て を 必 要 と す る た め に 信 頼
性 が 減 少 し ，結 果 と し て SCA と 同 等 に な っ て い る と 考
え ら れ る )．
4.2. 利 用 頻 度 による負 荷 見 積 もり
利 用 頻 度 に よ る 負 荷 見 積 も り と は ， 個 々 の WS/HS
が呼び出される頻度を元に負荷指数として表したもの
である．
ま ず ， 今 回 例 と し て 挙 げ た SS を 元 に 「 も し SS1~8
が 実 現 さ れ て い る HNS を 利 用 で き る と す れ ば ，ど の 程
度 の 頻 度 で 各 SS を 利 用 す る か ， 現 状 の 生 活 を 踏 ま え
た 上 で 答 え て く だ さ い 」 と い う 質 問 を 12 人 の ユ ー ザ
(う ち 一 人 暮 ら し が 8 人 ，二 人 家 族 が 2 人 ，4 人 家 族 が
2 人 )に 対 し て 行 っ た ． そ の ア ン ケ ー ト 結 果 を 集 計 し ，
図 2の WS と 図 3の HS が 呼 び 出 さ れ る 週 当 り の 頻 度
(一 家 族 単 位 )と 標 準 偏 差 を 示 し た も の が 表 2で あ る ．
利 用 頻 度 指 数 が そ の ま ま 各 WS,HS の 負 荷 指 数 を 意
味し，標準偏差が負荷のばらつきを示している．負荷
の 分 散 と い う 意 図 に お い て は ， HNS に 存 在 す る オ ブ
ジェクトにおける負荷指数が平均化していることが望
ま し い と い え る (す な わ ち ， 標 準 偏 差 が 小 さ い )．
例 え ば SOA に お い て は ，照 明 に 関 す る WS の 負 荷 指
数 が 高 く な っ て い る ．こ の 負 荷 指 数 を 下 げ る た め に は ，
照 明 関 連 の WS の 機 能 を 削 減 し ， 新 た に 削 減 し た 機 能
を 実 現 す る WS を 別 に 作 成 す る な ど の 設 計 変 更 が 考 え
ら れ る ．一 方 で SCA の 場 合 ，負 荷 は 全 て HS に 集 中 す
る ．そ の た め ，標 準 偏 差 も SOA と 比 し て 非 常 に 大 き く
な ら ざ る を 得 な い が ，負 荷 を 分 散 す る 手 段 は SCA に は
存在しない．
このように，利用頻度による負荷指数を調べておく
こ と で ， WS 等 を 動 か す ハ ー ド ウ ェ ア に か か る 負 荷 を
想定することが可能になる．結果として，負荷分散を
考慮した設計を実現することができる．
図 5 SOA に 基 づ く サ ー ビ ス 連 携 グ ラ フ G
能 )で あ る ． 本 節 で は 機 能 複 雑 度 と い う 評 価 尺 度 を ，
HNS 実 現 に 求 め ら れ る 各 HS/WS の 内 部 ， 外 部 機 能 数
で性質づけることにする．
厳 密 に 言 う と ， 与 え ら れ た 全 て の SS の 連 携 グ ラ フ
G=(N,L,E)に 対 し て ， (WS A ,m,WS B ) ∈ E の 場 合 ， m を
WS A の 外 部 機 能 ，WS B の 内 部 機 能 と 呼 ぶ ．さ ら に ，w ∈
N に つ い て |{m| ∃ w'(w',m,w)}|を w の 内 部 機 能 数 と 呼 び ，
inum(w) と 書 く ． 同 様 に ， w ∈ N に つ い て |{m| ∃
w'(w,m,w')}|を w の 外 部 機 能 数 と 呼 び enum(w)と 書 く ．
こ の 時 ，w の 機 能 複 雑 度 fcomp(w) = inum(w) + enum(w)
と定義する．
例 え ば ，図 5は ，SOA に よ っ て 設 計 さ れ た 全 て の SS
を 満 た す HNS で あ る ． こ こ で ， 照 明 _WS の 内 部 機 能
数と外部機能数は次のようになる．
・
inum( 照 明 _WS)=|{1-1: 照 明 .ON,2-2: 照 明 .ON,3-7: 照
明 .ON,8-4:照 明 .OFF}| = 2
・
enum( 照 明 _WS)=|{1-2: 照 度 計 .ON,1-3: 照 度 計 . 照 度
取 得 ,2-3: 照 度 計 .ON,2-4: 照 度 計 . 照 度 取 得 ,3-8: 照 度
計 .ON,3-9: 照 度 計 . 照 度 取 得 ,8-5: 照 度 計 .OFF, 照 明
4.3. 機 能 複 雑 度
ON,照 明 OFF,照 明 明 る さ 調 整 }| = 6
HNS に お い て ， WS A が WS B の メ ソ ッ ド m を 実 行 す
こ の よ う に し て SCA,SOA の 各 設 計 に お け る 個 々 の
る と き ， m は WS B の 内 部 に 実 装 さ れ る 機 能 (内 部 機 能 )
WS/HS の 複 雑 度 を 算 出 し ， 表 3と し た (外 部 機 能 の ()
で あ り ，WS A の 見 地 か ら は 外 部 に 存 在 す る 機 能 (外 部 機
は WS が 操 作 す る デ バ イ ス の 機 能 数 を 示 し て い る )．機
表 2 利用頻度
表 3 システムの複雑度と結合度
(a) SOA
Webサービス 利用頻度/週
DVD_WS
10.7
TV_WS
29.8
スピーカ_WS
29.8
照明_WS
57.4
照度計_WS
57.4
ドア_WS
18.7
電話_WS
3.7
空調_WS
16
温度計_WS
16
標準偏差
18.203
(b)SCA
ホームサーバ 利用頻度/週
HS
86.2
標準偏差
86.2
複雑度
結合度
WS/HS
内部機能 外部機能 利用コンポーネント数被利用コンポーネント数
DVD_WS
2
6(2)
3(1)
1
TV_WS
5
7(3)
2(1)
3
4
4(4)
1(1)
1
スピーカ_WS
照明_WS
2
6(3)
4(3)
3
照度計_WS
3
3(3)
1(1)
1
ドア_WS
1
4(1)
6(4)
1
電話_WS
1
2(1)
2(1)
1
空調_WS
2
6(3)
2(1)
2
温度計_WS
3
3(3)
1(1)
1
HS
8
23(23)
14(14)
0
能 複 雑 度 を 表 す 数 値 が 高 け れ ば ， 対 象 と な る WS/HS
いるが，このうちの大半は窓や照明の個数が多いため
に求められる機能数が多くなるということであり，結
であり，もし結合度が高いと考えられるならば，特定
果として実装が複雑なものになる，実装が複雑になる
の WS が 利 用 す る コ ン ポ ー ネ ン ト を 別 の WS に 振 り 分
ためにテストやデバッグが困難になる，というデメリ
けることで結合度の偏りを減らすことができる．一方
ットが発生すると考えられる．
SCA で は HS の 利 用 コ ン ポ ー ネ ン ト 数 が 非 常 に 多 い ．
例 え ば ，SOA の 場 合 ，機 能 複 雑 度 が も っ と も 高 い も
こ れ は 全 て の デ バ イ ス を HS が 制 御 し て い る た め で あ
の は fcomp(TV_WS)=12 と な っ て い る ． 設 計 に よ っ て
り ，信 頼 性 の 節 で も 述 べ た よ う に ，HS に 障 害 が 発 生 し
この値が分ることにより，もしこの値が複雑であると
た と き の HNS 全 体 に 及 ぼ す 影 響 は 非 常 に 大 き い ．
考えられる場合には機能の分散をはかることが可能で
5. 考 察 と 今 後 の 課 題
あ る ． 一 方 SCA の 場 合 ， HS は 単 一 で 全 て の 機 能 を 実
本 論 文 で は ， SOA を 利 用 し た HNS の 設 計 と 設 計 段
現 す る た め に SOA と 比 べ る と ， fcomp(HS)=31 と い う
階における評価尺度の提案を行い，実際に設計した
大 き な 数 字 に な っ て い る ． こ れ は そ れ だ け HS の 機 能
HNS の 評 価 を 行 っ た ．こ の 評 価 尺 度 を 測 定 す る こ と に
が複雑であるということであり，結果として既に述べ
より，設計プロセス以降のハードウェア設計，実装，
た よ う な デ メ リ ッ ト が 存 在 す る 度 合 い が SOA よ り も
テスト，運用，保守といったプロセスにおけるソフト
高いということを表している．
ウェア品質の向上をはかることができると考えられる．
4.4. 結 合 度
例えば，システムの信頼性は運用，保守のプロセス
い ま ，HNS に お い て WS A が WS B の メ ソ ッ ド m を 実
に，負荷分析はハードウェア設計，テストに影響を与
行 す る と き ，WS A に と っ て WS B は 利 用 コ ン ポ ー ネ ン ト
え る ．機 能 複 雑 度 は 実 装 ，テ ス ト ，保 守 の プ ロ セ ス に ，
(HNS の 構 成 要 素 の う ち ， ユ ー ザ ， WS,デ バ イ ス ， HS
コントローラの結合度は保守プロセスにとって重要な
を コ ン ポ ー ネ ン ト と 呼 ぶ )で あ り ， WS B の 見 地 か ら は
パラメータである．ソフトウェアシステム全体が大き
WS A は 被 利 用 コ ン ポ ー ネ ン ト で あ る ．あ る コ ン ポ ー ネ
なものになればなるほどこのような影響の度合いは大
ン ト が い く つ の 利 用 (被 利 用 )コ ン ポ ー ネ ン ト に 関 連 し
きくなっていく．
ているかはシステムに与える影響の強さを表すと考え
HNS は 今 後 ，ユ ー ザ の 入 室 管 理 ，音 声 に よ る 機 器 操
られる．この影響の強さを結合度という評価尺度で表
作，等々のユーザの利便性を向上させるためのサービ
すことにする．
スシナリオを実現するために，さらに多くのデバイス
与 え ら れ た 全 て の SS の 連 携 グ ラ フ G=(N,L,E)に 対 し
を多様な用途で扱うようになっていくと考えられてい
て ，(WS A ,m,WS B ) ∈ E の 時 ，WS A を WS B の 被 利 用 コ
る ．そ う な っ た と き に ，SOA に よ る 設 計 と ，今 回 提 案
ン ポ ー ネ ン ト と 呼 び ，WS B を WS A の 利 用 コ ン ポ ー ネ ン
した評価尺度はさらに重要なものとなると考えられる．
ト と 呼 ぶ ． さ ら に w ∈ N に つ い て |{w’| ∃ m(w,m,w’)}|
一 方 で ，SOA で は コ ン ト ロ ー ラ が 複 数 存 在 す る た め
を w の 利 用 コ ン ポ ー ネ ン ト 数 と 呼 び ， use(w)と 書 く ．
に，デバイスにアクセスする際のセキュリティ問題や
∃
同 様 に ， w ∈ N に つ い て |{w’| m(w’,m,w)}|を w の 被
複数ユーザが利用する際の競合問題などを解決しなけ
利 用 コ ン ポ ー ネ ン ト 数 と 呼 び ，used(w)と 書 く ．こ の 時 ，
ればならない．今後はこれらの問題の解決と実際に
w の 結 合 度 coupling(w) = use(w) + used(w)と 定 義 す る ．
WS を 動 か し て シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を す る こ と に よ る 定
例 え ば ， 図 5に お け る TV_WS の 利 用 コ ン ポ ー ネ ン
ト数と被利用コンポーネント数は次のようになる．
・
use(TV_WS)=|{ス ピ ー カ _WS,TV}|=2
・
used(TV_WS)=|{ユ ー ザ ， DVD_WS， 電 話 _WS}|=3
こ の よ う に し て SCA,SOA の 各 設 計 に お け る 個 々 の
コ ン ポ ー ネ ン ト (ユ ー ザ は 除 く )の 結 合 度 を 算 出 し ， 表
2の 結 合 度 と し た (利 用 コ ン ポ ー ネ ン ト 数 に お け る ()は
デ バ イ ス の 数 を 表 す )．
結合度を表す数値が高ければ高いほど，対象のコン
ポーネントがシステムの他のコンポーネントに与える
影響が大きいということであり，障害の発生やコンポ
ー ネ ン ト の 仕 様 変 更 に よ っ て HNS 全 体 に 与 え る 影 響
が大きくなるということを表す．
例 え ば SOA で は ， 照 明 _WS と ド ア _WS の 利 用 コ ン
ポーネント数と被利用コンポーネント数が多くなって
量的評価について研究を進めていく予定である．
文
献
[1] 青 山 幹 雄 , “Web サ ー ビ ス 技 術 と Web サ ー ビ ス ネ ッ ト ワ
ー ク ,”信 学 技 報 ， IN2002-163， pp.47-52, Jan. 2003.
[2] Horaso network service,http://ns.horaso.com/
[3] iReady,http://www.sharp.co.jp/corporate/news/031217-2.ht
ml
[4] S. Hariri, C. S. Raghavendra, “SYREL: A Symbolic
Reliability Algorithm Based on Path and Cutset Methods,”
IEEE Transactions on Computers, Vol.42, No.2,
pp.1224-1232, October 1987.
[5] Tatsuhiro Tsuchiya, Tomoya Kajikawa, and Tohru Kikuno,
“Parallelizing SDP (Sum of Disjoint Products) Algorithms
for Fast Reliability Analysis,” IEICE Transactions on
Information and Systems, Vol.E83-D, No.5, pp.1183-1186,
May 2000.
[6] W3C Web Service Activity, http://www.w3.org/2002/ws/
[7] What
is
Service-Oriented
Architecture
?,
http://webservices.xml.com/pub/a/ws/2003/09/30/soa.html