專利名稱：產(chǎn)品或服務(wù)的虛擬驗證方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)方法，特別涉及一種產(chǎn)品或服務(wù)的虛擬驗證方法，將各種產(chǎn)品或服務(wù)的特性與市場之間的關(guān)系轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)模型與數(shù)學(xué)邏輯，并依照數(shù)學(xué)與概率理論建立仿真環(huán)境來仿真各種產(chǎn)品或服務(wù)設(shè)計方案的市場表現(xiàn)，以作成決策。
2.產(chǎn)品上市后的市場互動以及售后服務(wù)亦無法在概念設(shè)計期準(zhǔn)確評估。
3.即使有了原型產(chǎn)品，由于跨國市場的分散性與區(qū)域性，也很難經(jīng)由局部市場驗證測試結(jié)果了解全貌。
4.市場需求與供應(yīng)均具備隨機變化的特質(zhì)，其間的不確定性與動態(tài)關(guān)系很難在實驗室或局部市場表現(xiàn)出來。
因此，將產(chǎn)品或服務(wù)的設(shè)計構(gòu)想、運轉(zhuǎn)機制、規(guī)格與市場之間的關(guān)系轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)模型與數(shù)學(xué)邏輯，并依照數(shù)學(xué)與概率理論建立仿真環(huán)境以仿真各種產(chǎn)品設(shè)計方案的的市場表現(xiàn)，例如功能、壽期特性…等，以進(jìn)行整體設(shè)計優(yōu)化，取得最佳的產(chǎn)品或服務(wù)的設(shè)計與該產(chǎn)品或服務(wù)的客戶服務(wù)機制，使產(chǎn)品或服務(wù)的獲利達(dá)到最高。
在現(xiàn)在的企業(yè)管理中有所謂的數(shù)據(jù)發(fā)掘(data mining)，是指從搜集到的原始數(shù)據(jù)(raw data)中整理出不同領(lǐng)域所需要的信息。但是系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化卻是必須整合各種不同領(lǐng)域的需求與知識以得到一個最佳化的答案。而統(tǒng)合不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)節(jié)發(fā)掘結(jié)果作成決策則是屬于更進(jìn)一步的數(shù)據(jù)融合(datafusion)。本發(fā)明乃是利用數(shù)學(xué)模型與仿真作為數(shù)據(jù)融合的手段。本發(fā)明相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)有1.“Monte Carlo Methods in Reliability Engineering”by A.Goldfeld & A.Dubi，Quality & Reliability Engineering International，vol.3，pages 83-91，1987.
2. 張牧九博士論文“A Monte Carlo Study of Integrated LogisticSupport Trade-off at early System Design Phase”，Univ.of Cambridge，September 1999.
3.“Using Life Cycle Revenue Loss and Monte Carlo Simulation asa Prior and Direct Assessment of Consequences of unwished Events”，MuChiu Chang and J.D.Lewins，Annals of Nuclear Energy，vol.25，No.1-3，page 117-127，1998美國專利第6345239號”Remote demonstration ofbusiness capability in an e-commerce environment”by Bowman-Amauah& Michel K.，F(xiàn)ebruary 5，2002。
5. 美國專利第63048358號“Simulation system using model”byHiramatsu，et al. 16 Oct 2001。
6. 中華民國專利第445422號“使南北橋可分別進(jìn)行電路測試的軟件仿真測試系統(tǒng)”，王宣壹，賴瑾，張乃舜，(威盛電子)，02 July，2001。
7.中華民國專利第440797號“具仿真測試功能的自動化測試平臺及其測試方法”，林志達(dá)，曹英，(資策會)，02 Jun，2001。
8.中華民國專利第43721號“于最佳平行離散事件仿真中決定泛用虛擬時間的系統(tǒng)與方法”，史帝芬。布什，(通用電機股份有限公司)，25 May，2001?，F(xiàn)有技術(shù)的缺失或遇到的問題有1.前述第1項相關(guān)技術(shù)僅使用蒙特卡洛法(Monte Carlo Method)仿真進(jìn)行系統(tǒng)可靠度預(yù)估。
2.前述第2項與第3項相關(guān)技術(shù)系發(fā)明人的博士研究成果，其范疇限于整體后勤方面的模型仿真擇優(yōu)，對于系統(tǒng)設(shè)計與性能的仿真優(yōu)化并未納入考量，同時也未將市場數(shù)據(jù)與規(guī)格之間的關(guān)系納入擇優(yōu)考量。
3.前述第4項相關(guān)技術(shù)雖然針對電子商務(wù)(e-commerce)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)整體解決方案，但是其對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的軟硬件整合仿真是基于實體產(chǎn)品或原型(prototype)來進(jìn)行。亦即系統(tǒng)使用者必須先獲得網(wǎng)絡(luò)軟硬件設(shè)備。再經(jīng)由該專利的仿真器了解整個系統(tǒng)架構(gòu)的性能與成本效益以決定是否采購。但是這必定增加研發(fā)成本。即使如該專利中的專利效益所稱，網(wǎng)絡(luò)軟硬件設(shè)備可先借著租賃現(xiàn)貨產(chǎn)品獲得，待仿真擬驗證通過之后再投資購置以降低風(fēng)險。但是租賃本身亦產(chǎn)生成本，尤其甚者，若是第一次選用的軟硬件設(shè)備進(jìn)行仿真的結(jié)果不成功而需尋找替代的設(shè)備時，其時程延誤的風(fēng)險仍然很大。如果牽涉到硬件架構(gòu)的變動，其時程延誤的風(fēng)險更大。
4.前述第5項到第8項相關(guān)技術(shù)均是建構(gòu)一仿真器來產(chǎn)生被研究物體的實際動作(傳出或接收某種訊號)以研究其功能，但是無法將被研究物體的其它性質(zhì)，例如可生產(chǎn)性、可支持性、可靠度、維護(hù)度、安全性、成本….等等納入仿真研究的范圍。同時也需要針對被研究產(chǎn)品建構(gòu)實質(zhì)的仿真硬件與界面，一但被研究產(chǎn)品改變，即須更改仿真硬件與界面，造成成本與時程沖擊。
根據(jù)發(fā)明人(張牧九)的博士研究成果，在產(chǎn)品設(shè)計初期，這種整體設(shè)計優(yōu)化為決定產(chǎn)品成功與否的重要決策。本發(fā)明所提的仿真方法，對于不同的產(chǎn)品的設(shè)計方案仿真，所需要做的僅為改變不同的輸入?yún)?shù)與選用不同的數(shù)學(xué)模型。
具體地講本發(fā)明公開了一種產(chǎn)品或服務(wù)的虛擬驗證方法，應(yīng)用于一產(chǎn)品或服務(wù)的至少一設(shè)計方案上，步驟包括(a)定義該產(chǎn)品或服務(wù)的市場數(shù)據(jù)；(b)根據(jù)該市場數(shù)據(jù)而產(chǎn)生一設(shè)計數(shù)據(jù)；(c)將該市場數(shù)據(jù)與該設(shè)計數(shù)據(jù)的關(guān)系轉(zhuǎn)換成至少一數(shù)學(xué)模型及至少一仿真場景；(d)根據(jù)步驟(c)中所述的數(shù)學(xué)模型及仿真場景而建立至少一仿真程序；(e)以該仿真程序?qū)υ摦a(chǎn)品或服務(wù)的至少一設(shè)計方案進(jìn)行仿真；(f)重復(fù)步驟(a)至(e)多次以求得多個仿真結(jié)果；以及(g)根據(jù)這些仿真結(jié)果而作成一決策。
所述至少一設(shè)計方案的特性包含該產(chǎn)品或服務(wù)的功能、性能、可生產(chǎn)性、可支持性、安全性、成本效益、市場表現(xiàn)、可靠度、妥善率、以及后勤補給需求。
所述市場數(shù)據(jù)可為客戶的需求數(shù)據(jù)及開發(fā)該產(chǎn)品或服務(wù)可利用的資源的數(shù)據(jù)。
所述市場數(shù)據(jù)可為該產(chǎn)品或服務(wù)的市場定位數(shù)據(jù)、市場競爭策略、市場發(fā)展評估數(shù)據(jù)、以及特性要求數(shù)據(jù)。
所述設(shè)計數(shù)據(jù)可為該產(chǎn)品或服務(wù)的運作機能、作業(yè)流程、規(guī)格及客戶服務(wù)機制、以及實現(xiàn)該運作機能、作業(yè)流程、規(guī)格及客戶服務(wù)機制所需的資源。
所述仿真場景包含人的狀態(tài)變化、事的狀態(tài)變化、時的狀態(tài)變化、地的狀態(tài)變化、以及物的狀態(tài)變化。
所述作成該決策的方式可以人工為之。
所述作成該決策的方式可以計算機程序為之。
為對本發(fā)明有更進(jìn)一步的認(rèn)識與了解，配合附圖與圖號詳細(xì)說明如下。
圖2為本發(fā)明一較佳實施例的網(wǎng)絡(luò)交易狀態(tài)歷史示意圖。
圖3為本發(fā)明一較佳實施例的系統(tǒng)架構(gòu)工作狀態(tài)歷史示意圖。
圖4為本發(fā)明一較佳實施例的壽期成本歷史樣本示意圖。
圖5(a)、(b)為本發(fā)明一較佳實施例的網(wǎng)絡(luò)頻寬的仿真擇優(yōu)結(jié)果示意圖。
圖6(a)、(b)為本發(fā)明一較佳實施例的硬件構(gòu)型的仿真擇優(yōu)結(jié)果示意圖。
圖7(a)、(b)為本發(fā)明一較佳實施例的壽期特性的仿真擇優(yōu)結(jié)果示意圖。
而系統(tǒng)設(shè)計的需求面則包含1.市場對產(chǎn)品特性的要求，例如功能、可靠度、維護(hù)度、安全性…等。
2.產(chǎn)品設(shè)計者為滿足上述產(chǎn)品特性與要求而對系統(tǒng)工程技術(shù)所產(chǎn)生的要求，例如現(xiàn)有技術(shù)、協(xié)力廠商、支持煉…等。
3.市場對產(chǎn)品的客戶服務(wù)的要求。
4.產(chǎn)品設(shè)計者為滿足產(chǎn)品的客戶服務(wù)要求而對企業(yè)資源所產(chǎn)生的要求，包括(1)、因產(chǎn)品設(shè)計而對客戶服務(wù)所產(chǎn)生的需求。(2)、因顧客需要而對客戶服務(wù)所產(chǎn)生的需求。
所有的供給面設(shè)計則是以滿足上述需求面所作的成本效益擇優(yōu)。而上述需求面數(shù)據(jù)須經(jīng)由許多不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)發(fā)掘才能獲得。但是要針對這些需求作成本效益的設(shè)計擇優(yōu)則需要將這些數(shù)據(jù)發(fā)掘的結(jié)果整合起來。
經(jīng)由數(shù)學(xué)模型與仿真，以數(shù)學(xué)模型描述供給面與需求面的各項特性與其間的關(guān)系，并使用隨機數(shù)依照所用的模型產(chǎn)生一連串虛擬事件以構(gòu)成一虛擬壽期歷史。若反復(fù)執(zhí)行多次仿真運算即得許多壽期樣本。經(jīng)由統(tǒng)計理論處理這些樣本即可得到某一種產(chǎn)品或服務(wù)設(shè)計方案的市場表現(xiàn)。若有多種產(chǎn)品或服務(wù)方案與后勤支持架構(gòu)可供擇優(yōu)的話，改變數(shù)學(xué)模型與模型參數(shù)即可仿真出各方案的市場表現(xiàn)。
產(chǎn)品設(shè)計除了上述后勤的動態(tài)關(guān)系。產(chǎn)品設(shè)計本身也存在類似的動態(tài)關(guān)系，并且影響到其上市后的整后供需關(guān)系。以現(xiàn)今普遍使用的三層主從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(3-tier client/server network)為例(如

圖1所示)，上網(wǎng)客戶11與軟件代表需求，網(wǎng)絡(luò)硬件架構(gòu)與硬件架構(gòu)的維護(hù)代表供給。它是一個多層多任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的交易可以用后勤的維修層次來看待它。上網(wǎng)客戶11是第一級，應(yīng)用程序服務(wù)器12是第二級，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器13是第三級，客戶上網(wǎng)執(zhí)行的各項存取動作相當(dāng)于第一級失效，應(yīng)用程序服務(wù)器12針對上網(wǎng)客戶11的需求向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器13調(diào)數(shù)據(jù)相當(dāng)于第二級失效，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器13針對應(yīng)用程序服務(wù)器12的需求傳回數(shù)據(jù)給應(yīng)用程序服務(wù)器12與上網(wǎng)客戶11相當(dāng)于第三級失效。各級服務(wù)器的處理能量相當(dāng)于各級維修能量。據(jù)此仿照發(fā)明人的博士研究成果，將上網(wǎng)客戶11與各層網(wǎng)絡(luò)軟硬件的交易變成隨機數(shù)學(xué)模型，客戶需求與軟硬件規(guī)格則是各相對應(yīng)模型的參數(shù)，如此即可將系統(tǒng)設(shè)計與壽期特性在數(shù)學(xué)模型的領(lǐng)域進(jìn)行仿真與評估。
本發(fā)明相對于前述背景技術(shù)中第1項到第3項相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢在于把系統(tǒng)設(shè)計的擇優(yōu)納入仿真并做一整體的擇優(yōu)分析。
本發(fā)明相對于前述背景技術(shù)中第4項相關(guān)技術(shù)，最大的優(yōu)勢在于以數(shù)學(xué)模型取代真實裝備進(jìn)行仿真。借著改變不同的數(shù)學(xué)模型與模型參數(shù)可以輕易地仿真各種產(chǎn)品的規(guī)格、功能架構(gòu)與運作邏輯在不同的客戶需求下的功能表現(xiàn)，以期在系統(tǒng)性能、客戶服務(wù)、系統(tǒng)后勤支持與商業(yè)成本效益間做一整體的擇優(yōu)分析，可大幅降低研發(fā)成本與時程風(fēng)險。而在產(chǎn)品的概念設(shè)計時期，本發(fā)明是唯一可提供產(chǎn)品整體量化驗證評估的解決方案。
而本發(fā)明相對于前述背景技術(shù)中第5項到第8項相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢在于把客戶服務(wù)、系統(tǒng)后勤支持與商業(yè)成本效益間的關(guān)系納入仿真并做一整體的擇優(yōu)分析。
用圖1的實施例為例，以i表示客戶上網(wǎng)動作的分類編號(例如i＝1為查詢?nèi)耸聰?shù)據(jù)，i＝2為送電子郵件，…)。假設(shè)客戶上網(wǎng)的動作為人事數(shù)據(jù)查詢，則i＝1。則每次查詢的應(yīng)用軟件的交易場景如下1.該上網(wǎng)客戶11在網(wǎng)頁上產(chǎn)生查詢指令，客戶端計算機經(jīng)過τ11秒的處理時間后，產(chǎn)生n11個封包的指令通過以太網(wǎng)絡(luò)(Ethernet)以使用者數(shù)據(jù)封包協(xié)議(User Datagram Protocol，UDP)送給該應(yīng)用程序服務(wù)器12。
2.當(dāng)該應(yīng)用程序服務(wù)器12收到這n11個封包所構(gòu)成的指令后，若有CPU閑置則該CPU立即處理這個指令，若所有的CPU均忙線，則該指令需求進(jìn)入該第一緩沖存儲器14等待。一旦有CPU完成工作進(jìn)入閑置狀態(tài)時，該第一緩沖存儲器14中等待的指令以先進(jìn)先出(first in，first out)的原則進(jìn)入CPU執(zhí)行。CPU經(jīng)過τ21秒后處理完畢這個指令并產(chǎn)生n21個封包的指令通過以太網(wǎng)絡(luò)以使用者數(shù)據(jù)封包協(xié)議送給該數(shù)據(jù)庫服務(wù)器13。
3.當(dāng)該數(shù)據(jù)庫服務(wù)器13收到這n21個封包所構(gòu)成的指令后，若有CPU閑置則該CPU立即處理這個指令，若所有的CPU均忙線，則該指令需求進(jìn)入該第二緩沖存儲器15等待。一旦有CPU完成工作進(jìn)入閑置狀態(tài)時，該第二緩沖存儲器15中等待的指令以先進(jìn)先出(first in，first out)的原則進(jìn)入CPU執(zhí)行。CPU經(jīng)過τ31秒后處理完畢這個指令并產(chǎn)生n31個封包的人事數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)絡(luò)以使用者數(shù)據(jù)封包協(xié)議送給該應(yīng)用程序服務(wù)器12。
4.當(dāng)該應(yīng)用程序服務(wù)器12收到這n31個封包所構(gòu)成的數(shù)據(jù)后，若有CPU閑置則該CPU立即處理這個指令，若所有的CPU均忙線，則該指令需求進(jìn)入該第一緩沖存儲器14等待。一旦有CPU完成工作進(jìn)入閑置狀態(tài)時，該第一緩沖存儲器14中等待的指令以先進(jìn)先出的原則進(jìn)入CPU執(zhí)行。CPU經(jīng)過τ41秒后處理完畢這筆數(shù)據(jù)并產(chǎn)生n41個封包的響應(yīng)數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)絡(luò)以使用者數(shù)據(jù)封包協(xié)議送給客戶，當(dāng)所有n41個封包均成功送出后即完成這一次的查詢交易。
5.在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中，若有任何一個封包未能成功傳至下一級服務(wù)器則整個查詢交易將失敗并得不到所需的資料響應(yīng)。
6.當(dāng)指令或數(shù)據(jù)到達(dá)下一級服務(wù)器時，若所有的CPU均忙線而緩沖區(qū)亦無法容納時，則整個查詢交易將失敗并得不到所需的數(shù)據(jù)響應(yīng)。
7.考慮網(wǎng)絡(luò)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時間與仿真所需的時間，將每個網(wǎng)絡(luò)交易的仿真歷史定為Tm＝90秒。如此既可得到網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定狀態(tài)的交易狀況，仿真一個90秒交易歷史所需的運算時間也在可以接受的范圍內(nèi)，以本發(fā)明所用的計算機設(shè)備而言(硬件包含一個Pentium III 1G Hz CPU，512M byte 133 MHz SDRAM的個人計算機，軟件Red Hat Linux 7.1，Octave version 2.1.33)。仿真一個90秒交易歷史所需的運算時間平均約在72--102秒之間。這個時間隨欲仿真的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷以及執(zhí)行仿真的平臺而有不同。
8.依據(jù)經(jīng)驗，每個封包長度均假設(shè)為1540字符(byte)。但也可視實際狀況修改。網(wǎng)絡(luò)軟硬件性能規(guī)格1用程序服務(wù)器12有mAP個獨立平行運算CPU，該第一緩沖存儲器14可容納QAP個指令或數(shù)據(jù)。
2該數(shù)據(jù)庫服務(wù)器13有mDB個獨立平行運的CPU，該第二緩沖存儲器15可容納QDB個指令或數(shù)據(jù)。
3對于以太網(wǎng)絡(luò)10M bps(bit per second)的頻寬而言，傳送一個位(bit)所需的時間為10-7秒。根據(jù)以太網(wǎng)絡(luò)的IEEE 802.3通訊協(xié)議若是有兩個通訊端口在slot_time＝51.2×10-6秒的時間間隔內(nèi)同時上傳封包到以太網(wǎng)絡(luò)則會造成擁塞(collision)，此時這兩個通訊埠的封包將會在一隨機等待時間后重傳.這個隨機等待時間系根據(jù)所謂的exponentiai backoff準(zhǔn)則產(chǎn)生。若某個封包累積重傳次數(shù)達(dá)到16次，則此封包將不再傳送而造成封包漏失。若是使用100M bps頻寬的高速以太網(wǎng)絡(luò)(Fast Ethernet)，則傳送一個位所需的時間為10-8秒，slot_time時間間隔則為5.12×10-5秒。對于使用者數(shù)據(jù)封包協(xié)議而言，若傳至下一級服務(wù)器的封包漏失的話，下一級服務(wù)器不會要求上一級服務(wù)器重傳。若是采用其它的通訊協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)傳輸交易的規(guī)范時，須視實際交易場景修改本節(jié)內(nèi)容。數(shù)學(xué)模型部份1.客戶對系統(tǒng)功能需求的模型不論客戶是否為同一人，由世界何處進(jìn)入本架構(gòu)，也不論經(jīng)由何種路徑，本架構(gòu)的入口處看到的客戶上網(wǎng)需求均以一個時間概率模型P_customer1i(t|t’)來表不。
P_customer1i(t|t’)表示在t’時刻曾發(fā)生客戶上網(wǎng)需求下，又再于t時刻發(fā)生第i種客戶上網(wǎng)需求的條件概率。又客戶對于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)性能的要求則以網(wǎng)站的響應(yīng)時間與成功得到響應(yīng)的概率來表示。而這兩個參數(shù)又是客戶上網(wǎng)需求與系統(tǒng)設(shè)計的動態(tài)函數(shù)。這些客戶需求模型均由市場分析與行銷策略得到。每一個客戶上網(wǎng)需求發(fā)生時即賦予一個由1開始遞增的序號w(i)，亦即w(i)＝1，2，3，…，表示第i類的第w(i)號需求?？蛻粜枨蠼?jīng)客戶端計算機處理完畢前，其對網(wǎng)路所造成的負(fù)載模型為P1iw(i)Bw(i)j(s＝t|s＝t’)，而位置狀態(tài)為Bw(i)。在此假設(shè)Bw(i)＝0。處理完畢后開始把封包上傳到網(wǎng)絡(luò)時，則這個客戶需求的Bw(i)變成另外一個新值，在此假設(shè)Bw(i)＝1。其中i＝1，2，3，….，表示客戶上網(wǎng)動作的分類編號。這里j＝1--n1i表示第w(i)號i類需求的第j個封包編號。P1iw(i)Bw(i)j(s＝t|s＝t’)表示在s＝t’時刻傳出一個封包下，又再于s＝t時刻傳出第w(i)號i類需求的第j個封包的條件概率。j＝1表示剛要開始傳第一個封包。當(dāng)j＞n1i時表示已傳完第w(i)號i類需求的所有封包。而第w(i)號i類需求的位置狀態(tài)則變成另外一個新值，在此假設(shè)Bw(i)＝-1。
2.該應(yīng)用程序服務(wù)器12的模型(1)第w(i)號i類需求是由該上網(wǎng)客戶11進(jìn)入該應(yīng)用程序服務(wù)器12需求在進(jìn)入該應(yīng)用程序服務(wù)器12后，找尋閑置的CPU處理本需求。若有多個CPU閑置則選取編號最小的CPU開始執(zhí)行。假設(shè)選第k個CPU(k＝1--mAP)，則其對網(wǎng)絡(luò)所造成的負(fù)載模型為P2iw(i)Bw(i)jk(t|t’)。第k個CPU執(zhí)行執(zhí)行完畢前的時段內(nèi)，其Bw(i)假設(shè)為20。若在進(jìn)入該應(yīng)用程序服務(wù)器12后，因CPU均忙線而需進(jìn)入該第一緩沖存儲器14時，其Bw(i)假設(shè)為-20。若第w(i)號i類需求的最后一個封包抵達(dá)該應(yīng)用程序服務(wù)器12時，所有CPU均忙線且該第一緩沖存儲器14也無法容納，則這個需求將直接被判定失敗，此時代表第i類需求失敗次數(shù)的變量F_No(i)即增加1。而此第w(i)號i類需求的位置狀態(tài)則歸零。當(dāng)?shù)趉個CPU處理完畢第w(i)號i類需求后并開始在網(wǎng)絡(luò)上傳第j個封包到該數(shù)據(jù)庫服務(wù)器13時，其Bw(i)假設(shè)為2。若j＞n2i則表示已傳完第w(i)號i類需求的所有封包。而第w(i)號i類需求的Bw(i)假設(shè)為-2。
(2)第w(i)號i類需求是由該數(shù)據(jù)庫服務(wù)器13進(jìn)入該應(yīng)用程序服務(wù)器12需求在進(jìn)入該應(yīng)用程序服務(wù)器12后，找尋閑置的CPU處理本需求。若有多個CPU閑置則選取編號最小的CPU開始執(zhí)行。假設(shè)選第k個CPU(k＝1--mAp)，則其對網(wǎng)絡(luò)所造成的負(fù)載模型為P4iw(i)Bw(i)jk(t|t’)。第k個CPU執(zhí)行執(zhí)行完畢前的時段內(nèi)，其Bw(i)假設(shè)為40，若在進(jìn)入該應(yīng)用程序服務(wù)器12后，因CPU均忙線而需進(jìn)入該第一緩沖存儲器14時，其Bw(i)假設(shè)為-40。若第w(i)號i類需求的最后一個封包抵達(dá)應(yīng)用程序服務(wù)器時，所有CPU均忙線且緩沖存儲器也飽和，則這個需求將直接被判定失敗，此時代表第i類需求失敗次數(shù)的變量F_No(i)即增加1。而此第w(i)號i類需求的位置狀態(tài)則歸零。當(dāng)?shù)趉個CPU處理完畢第w(i)號i類需求后并開始在網(wǎng)絡(luò)上傳第j個封包到客戶端時，其Bw(i)假設(shè)為4。若j＞n4i則表示已傳完第w(i)號i類需求的所有封包。而第w(i)號i類需求的位置狀態(tài)則歸零。
3.該數(shù)據(jù)庫服務(wù)器13的模型第w(i)號i類需求由該應(yīng)用程序服務(wù)器12進(jìn)入該數(shù)據(jù)庫服務(wù)器13后，找尋閑置的CPU處理本需求。若有多個CPU閑置則選取編號最小的CPU開始執(zhí)行。假設(shè)選第k個CPU(k＝1--mDB)，則其對網(wǎng)絡(luò)所造成的負(fù)載模型為P3iw(i)jk(t|t’)。第k個CPU執(zhí)行完畢前的時段內(nèi)，其Bw(i)假設(shè)為30，若在進(jìn)入該數(shù)據(jù)庫服務(wù)器13后，因CPU均忙線而需進(jìn)入該第二緩沖存儲器15時，其Bw(i)假設(shè)為-30。若第w(i)號i類需求的最后一個封包抵達(dá)該數(shù)據(jù)庫服務(wù)器13時，所有CPU均忙線且該第二緩沖存儲器15也飽和，則這個需求將直接被判定失敗，此時代表第i類需求失敗次數(shù)的變量F_No(i)即增加1。而此第w(i)號i類需求的位置狀態(tài)則歸零。當(dāng)?shù)趉個CPU處理完畢第w(i)號i類需求后并開始在網(wǎng)絡(luò)上傳第j個封包到該應(yīng)用程序服務(wù)器12時，其Bw(i)假設(shè)為3。若j＞n3i則表示已傳完第w(i)號i類需求的所有封包。而第w(i)號i類需求的Bw(i)假設(shè)為-3。
4.Phiw(i)Bw(i)j決定于軟硬件規(guī)格、通訊協(xié)議、交易場景。
而Bw(i)在各狀態(tài)下的值系供區(qū)別狀態(tài)的任意假設(shè)。
5.任一時刻僅容許一個事件發(fā)生。
6.每個事件均為一統(tǒng)計獨立事件。
7.每種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案的可靠度模型、維護(hù)支持模型、失效模型與其造成的安全危害、料件補給等等均構(gòu)成產(chǎn)品設(shè)計對設(shè)計者的客戶支持架構(gòu)的成本沖擊。其模型可分為(1)硬件可靠度模型(a)該應(yīng)用程序服務(wù)器12的每一個CPU故障的概率模型為PF1CPU(t|t’)，亦即在t’時間是正常運作，但是到了t時刻就故障的概率。
(b)該應(yīng)用程序服務(wù)器12的內(nèi)存故障的概率模式為PF1RAM(t|t’)，亦即在t’時間是正常運作，但是到了t時刻就故障的概率。
(c)該數(shù)據(jù)庫服務(wù)器13的每一個CPU故障的概率模型為PF2CPU(t|t’)，亦即在t’時間是正常運作，但是到了t時刻就故障的概率。
(d)該數(shù)據(jù)庫服務(wù)器13的內(nèi)存故障的概率模型為PF2RAM(t|t’)，亦即在t’時間是正常運作，但是到了t時刻就故障的概率。
(e)由失效模型分析或失效樹分析所得到組件或模塊失效對系統(tǒng)失效的真?zhèn)沃颠壿嫛?br> (2)硬件維護(hù)度模型(a)該應(yīng)用程序服務(wù)器12的每一個CPU修復(fù)的概率模型為PM1CPU(t|t’)，亦即在t’時間是故障，但是到了t時刻就正常運作的概率。
(b)該應(yīng)用程序服務(wù)器12的內(nèi)存修復(fù)的概率模式為PF1RAM(t|t’)，亦即在t’時間是故障，但是到了t時刻就正常運作的概率。
(c)該數(shù)據(jù)庫服務(wù)器13的每一個CPU修復(fù)的概率模型為PM2CPU(t|t’)，亦即在t’時間是故障，但是到了t時刻就正常運作的概率。
(d)該數(shù)據(jù)庫服務(wù)器13的內(nèi)存修復(fù)的概率模型為PF2RAM(t|t’)，亦即在t’時間是故障，但是到了t時刻就正常運作的概率。
8.每種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案的維護(hù)支持模型包括若有備份件庫存則可進(jìn)行修復(fù)工作，否則須待料。另外備份件庫存補充的前置作業(yè)時間亦影響待料時間。而備份件庫存量、待料時間、庫存補充的前置作業(yè)時間又與硬件的選用有關(guān)，亦即是否容易在市場上獲得、可靠與品質(zhì)以及維修的難易程度。
9.每種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案的壽期財損模型包括(1)系統(tǒng)運作與維護(hù)所須花費的成本。
(2)系統(tǒng)因故障維修或定期保養(yǎng)而停機所造成的商業(yè)利潤損失。
10.從6到9的模型范例如下述實施例的四個方案。模型仿真部分因為網(wǎng)絡(luò)的交易與硬件的失效均是在時間軸上的離散狀態(tài)。如果可能進(jìn)入的狀態(tài)有E1--Eu，而進(jìn)入這些狀態(tài)的概率密度函數(shù)(probability densityfunction)分別為p1-pu，根據(jù)發(fā)明人的博士論文我們可以把仿真的焦點放在解答以下兩個問題上1.什么時候有事件發(fā)生？根據(jù)概率的基本定義，如果系統(tǒng)要從在t’刻的狀態(tài)，于t＝t’+Δt時刻進(jìn)入新的狀態(tài)，其聯(lián)合概率為P=[∫0Δtpl(τ)dτ]...[∫0Δtpi(τ)dτ]...[∫0Δtpu(t)dτ]]]>則這個P為一概率，其值介于0與1之間。若用隨機數(shù)產(chǎn)生器產(chǎn)生一個介于0與1之間的隨機數(shù)η，使得η＝P(t)，則我們即可經(jīng)由逆函數(shù)取得一個時間t的隨機樣本Δt＝P-1(η)。
2.什么事件會發(fā)生？如果確定在時刻t＝t’+Δt會進(jìn)入新狀態(tài)，而可能的候選狀態(tài)為E1--Eu中的一個。若進(jìn)入各候選狀態(tài)概率分別PE1--PEu。
令Ψi=[Σj=1iPEj]/[Σk=1uPEk]]]>其中，(i＝1--u)。
可用隨機數(shù)產(chǎn)生器產(chǎn)生一個介于0與1之間的隨機數(shù)ζ，如果ψi-1＜ζ≤ψi，則表示在時刻τ發(fā)生的事件為Ei。
3.兩連續(xù)網(wǎng)絡(luò)封包傳出狀態(tài)發(fā)生的間隔為何？按照以太網(wǎng)絡(luò)的IEEE 802.3通訊協(xié)議，若兩網(wǎng)絡(luò)封包傳出事件發(fā)生的時間間隔Δt小于slot_time，則發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞(collision)。此時系統(tǒng)狀態(tài)將回復(fù)到t’時刻的狀態(tài)，每個封包傳出事件在一隨機延遲時間后重傳。這個隨機延遲時間系依照Charles E.Spurgeon所描述的exponentiai backoff原則，以隨機數(shù)來產(chǎn)生。而這些隨機延遲時間必須納入相沖狀態(tài)的條件概率中以決定下一個事件或狀態(tài)發(fā)生時刻與下一個將發(fā)生的事件或狀態(tài)。
4.兩個需求產(chǎn)生事件或者是需求產(chǎn)生事件與網(wǎng)絡(luò)擷取事件發(fā)生的時間間隔則可以無限小而不產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞。
5.重復(fù)以上三個步驟即直到交易歷史達(dá)Tm為止，如此構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)交易歷史樣本如圖二所示。由此歷史樣本我們可以得到兩個代表網(wǎng)絡(luò)性能的參數(shù)(1)每種客戶需求的平均響應(yīng)時間TATi其中i＝1，2，3，…。
(2)每種客戶需求的成功響應(yīng)概率P_sucessi＝S_No(i)/w(i) 其中i＝1，2，3，…。
6.根據(jù)發(fā)明人的博士研究成果，硬件架構(gòu)的壽期特性系以系統(tǒng)失效為主要驅(qū)動因素。因此仿真的焦點在根據(jù)各組件的失效概率密度函數(shù)解答何時有組件失效，甚么組件失效，再根據(jù)各組件的維修概率密度函數(shù)解答何時有組件修復(fù)，甚么組件修復(fù)。又根據(jù)系統(tǒng)失效模式?jīng)Q定在某些組件均失效時的系統(tǒng)狀態(tài)(是否失效)，再依據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)決定成本。一個典型的系統(tǒng)工作歷史樣本與壽期成本歷史樣本如圖三與圖四所示。
7.重復(fù)以上各步驟N次即得到我們要研究參數(shù)的N個樣本，我們可以利用基礎(chǔ)統(tǒng)計理論求得其平均數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)差并據(jù)以建立這個參數(shù)的95％信賴區(qū)間(confidence interval)，以供各種系統(tǒng)規(guī)格間性能與客戶需求的擇優(yōu)比較。
8.將各種系統(tǒng)規(guī)格間性能與客戶需求市場的擇優(yōu)比較結(jié)果再與各種系統(tǒng)的規(guī)格與成本的擇優(yōu)比較結(jié)果結(jié)合即構(gòu)成一整合性的虛擬驗證平臺。
2.各模塊只有”正常’’與“失效”兩種狀態(tài)。
3.各模塊的狀態(tài)按照系統(tǒng)失效模型構(gòu)成系統(tǒng)的狀態(tài)。
4.系統(tǒng)正常運作時，每小時可有5,000元的收益。
5.系統(tǒng)全天24小時連續(xù)運作。評估壽期定義為一年。
6.各模塊均為市場上的商用現(xiàn)貨，但是不同的廠商所生產(chǎn)的模塊，其可靠度、單價、維修特性均有差異。
7.用戶自備的熱抽換模塊的品項與數(shù)量系根據(jù)上述各項商情規(guī)格而定。
8.依據(jù)系統(tǒng)壽期特性與成本效益進(jìn)行構(gòu)型擇優(yōu)。可選擇的硬件架構(gòu)有四個構(gòu)型方案1.方案一(1)各級軟硬件參數(shù)τ11--＝0，n11＝2，τ21＝0.75，n21＝3，τ31＝0.1，n31＝5，τ41＝0.15，n41＝6，mAP＝1，mDB＝1，QAP＝QDB＝10，網(wǎng)絡(luò)頻寬的選擇方案有10Mbps與100Mbps。如果客戶產(chǎn)生需求的機率模型為λ的指數(shù)分配(exponential distribution)，其中λ表示每小時產(chǎn)生幾次需求。根據(jù)100個仿真歷史所得出的結(jié)果如圖5(a)、(b)所示，網(wǎng)絡(luò)頻寬變成100M bps并不會改善系統(tǒng)的性能。
(2)硬件構(gòu)型
應(yīng)用程序服務(wù)器一個A廠牌CPU+一個A廠牌內(nèi)存裝置數(shù)據(jù)庫服務(wù)器一個A廠牌CPU+一個A廠牌內(nèi)存裝置(3)可靠度A廠牌CPU失效率為10-3(1/小時)的指數(shù)分配A廠牌內(nèi)存裝置失效率為10-4(1/小時)的指數(shù)分配(4)失效模型只有當(dāng)每個模塊均在”正常”狀態(tài)時，系統(tǒng)狀態(tài)才為”正?！?5)單價A廠牌CPU300,000元A廠牌內(nèi)存裝置250,000元(6)維修政策與維修成本各模塊均具自測功能，一旦故障則立即以熱換(hot-plug)方式換上備份模塊。故障模塊送回原廠修理，修復(fù)后再回來當(dāng)作備份模塊。A廠牌每個故障模塊送修周轉(zhuǎn)時間為76小時，送修一次總成本是600元。
(7)備份模塊數(shù)量三個A廠牌CPU+兩個A廠牌memory device2.方案二(1)各級軟硬件參數(shù)同方案一，但是網(wǎng)絡(luò)頻寬的選擇方案為10Mbps(2)硬件構(gòu)型應(yīng)用程序服務(wù)器兩個平行運算的A廠牌CPU+一個A廠牌內(nèi)存裝置數(shù)據(jù)庫服務(wù)器一個A廠牌CPU+一個A廠牌內(nèi)存裝置(3)可靠度同方案一(4)失效模型(a)只有當(dāng)每個模塊均在“正?！睜顟B(tài)時，系統(tǒng)狀態(tài)才為“正?！?b)應(yīng)用程序服務(wù)器的兩個CPU只要有一個以上在“正?！睜顟B(tài)即可與其它在“正?！睜顟B(tài)的模塊使系統(tǒng)狀態(tài)為“正常”(5)單價A廠牌各模塊單價同方案一
(6)維修政策與維修成本同方案一(7)備份模塊數(shù)量三個A廠牌CPU+兩個A廠牌內(nèi)存裝置3.方案三(1)各級軟硬件參數(shù)τ11--＝0，n11＝2，τ21＝0.375，n21＝3，τ31＝0.1，n31＝5，τ41＝0.075，n41＝6，mAP＝1，mDB＝1，QAp＝QDB＝10，網(wǎng)絡(luò)頻寬的選擇方案為10Mbps。如果客戶產(chǎn)生需求的概率模型為λ的指數(shù)分配(exponentialdistribution)，其中λ表示每小時產(chǎn)生幾次需求。
(2)硬件構(gòu)型應(yīng)用程序服務(wù)器一個B廠牌CPU+一個A廠牌內(nèi)存裝置數(shù)據(jù)庫服務(wù)器一個A廠牌CPU+一個A廠牌內(nèi)存裝置(3)可靠度B廠牌CPU失效率為10-4(1/小時)的指數(shù)分配A廠牌模塊的可靠度模型同方案一(4)失效模型同方案一(5)單價B廠牌CPU500,000元A廠牌各模塊單價同方案一(6)維修政策與維修成本各模塊均具自測功能，一旦故障則立即以熱抽換(hot-plug)方式換上備份模塊。故障模塊送回原廠修理，修復(fù)后再回來當(dāng)作備份模塊。B廠牌每個故障模塊送修周轉(zhuǎn)時間為152小時，其余參數(shù)均同方案一(7)備份模塊數(shù)量一個A廠牌CPU+兩個B廠牌CPU+兩個A廠牌memory device4.方案四(1)各級軟硬件參數(shù)同方案三
(2)硬件構(gòu)型應(yīng)用程序服務(wù)器兩個B廠牌CPU+一個A廠牌內(nèi)存裝置數(shù)據(jù)庫服務(wù)器一個A廠牌CPU+一個A廠牌內(nèi)存裝置(3)可靠度同方案三(4)失效模型同方案二(5)單價同方案三(6)維修政策與維修成本同方案三(7)備份模塊數(shù)量同方案三以上四種構(gòu)型假設(shè)均為展示本發(fā)明觀念的任意組合。實際運用時也可以有其它的構(gòu)型方案。根據(jù)100個仿真歷史所得出的結(jié)果如圖5(a)、(b)所示，網(wǎng)絡(luò)頻寬變成100M bps并不會改善系統(tǒng)的性能。針對以上四種構(gòu)型的性能所做的仿真結(jié)果顯示如圖6(a)、(b)。由圖6(a)、(b)可知方案二與方案三的性能差不多但比方案一的性能改善很多，而方案四的性能最好，它對于各種不同的客戶需求量λ均呈現(xiàn)出優(yōu)質(zhì)而穩(wěn)定的性能。
如果我們根據(jù)此仿真進(jìn)行市場預(yù)估，得知客戶需求量在一定時間內(nèi)會劇增到每小時4000次以上，則方案四將會是最佳選擇。如果客戶需求量的成長不是很快就達(dá)到每小時4000次以上，那么就須進(jìn)一步考慮各方案的其它特性1.新型CPU的品質(zhì)與可靠度均優(yōu)于舊CPU。
2.新型CPU的維護(hù)成本與維護(hù)時間均低于舊型CPU。
3.新型CPU與其備份件的價格遠(yuǎn)高于舊型CPU。
4.新型CPU的備份件不容易獲得，而舊型CPU則因市場普及而易于獲得備份件。新型CPU備份件的采購前置期長。
后勤與壽期特性的仿真結(jié)果如圖七所示。由仿真結(jié)果顯示各方案的操作妥善率(Ao)差距不大，而壽期財損最大差距約一百萬元(方案一和方案四)，此差距與預(yù)期一年的獲利(約四千三百萬元)相比實可忽略，故我們可以按照系統(tǒng)性能仿真結(jié)果建議采用在高用戶負(fù)載下表現(xiàn)穩(wěn)定的第四方案。
從以上實施例我們展示以數(shù)學(xué)模型與仿真建構(gòu)成一整合的平臺，針對各種不同的設(shè)計方案，研究其性能、壽期支持特性與成本效益，將不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)發(fā)掘結(jié)果統(tǒng)合起來以進(jìn)行擇優(yōu)分析，并在相當(dāng)短的時程內(nèi)，定量地展示及驗證最佳的產(chǎn)品設(shè)計概念、規(guī)格與客戶服務(wù)機制。如此可大幅提升產(chǎn)業(yè)對于市場迅速變化的適應(yīng)能力并降低研發(fā)風(fēng)險。
通過上述較佳實施例的描述，本發(fā)明的設(shè)計大幅節(jié)省仿真作業(yè)的時間及成本，對于新產(chǎn)品的設(shè)計具有相當(dāng)大的助益，在降低研發(fā)風(fēng)險及縮短新產(chǎn)品的上市的時間等方面實有顯著的進(jìn)步，并對現(xiàn)有技術(shù)的缺失提供顯著的改良的方法且具有特殊的功效。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，當(dāng)不能用來限定本發(fā)明所實施的范圍。凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的等效變化與修飾，仍屬于本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)品或服務(wù)的虛擬驗證方法，應(yīng)用于一產(chǎn)品或服務(wù)的至少一設(shè)計方案上，其特征在于，步驟包括(a)定義該產(chǎn)品或服務(wù)的市場數(shù)據(jù)；(b)根據(jù)該市場數(shù)據(jù)而產(chǎn)生一設(shè)計數(shù)據(jù)；(c)將該市場數(shù)據(jù)與該設(shè)計數(shù)據(jù)的關(guān)系轉(zhuǎn)換成至少一數(shù)學(xué)模型及至少一仿真場景；(d)根據(jù)步驟(c)中所述的數(shù)學(xué)模型及仿真場景而建立至少一仿真程序；(e)以該仿真程序?qū)υ摦a(chǎn)品或服務(wù)的至少一設(shè)計方案進(jìn)行仿真；(f)重復(fù)步驟(a)至(e)多次以求得多個仿真結(jié)果；以及(g)根據(jù)這些仿真結(jié)果而作成一決策。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一設(shè)計方案的特性包含該產(chǎn)品或服務(wù)的功能、性能、可生產(chǎn)性、可支持性、安全性、成本效益、市場表現(xiàn)、可靠度、妥善率、以及后勤補給需求。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述市場數(shù)據(jù)可為客戶的需求數(shù)據(jù)及開發(fā)該產(chǎn)品或服務(wù)可利用的資源的數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述市場數(shù)據(jù)可為該產(chǎn)品或服務(wù)的市場定位數(shù)據(jù)、市場競爭策略、市場發(fā)展評估數(shù)據(jù)、以及特性要求數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述設(shè)計數(shù)據(jù)可為該產(chǎn)品或服務(wù)的運作機能、作業(yè)流程、規(guī)格及客戶服務(wù)機制、以及實現(xiàn)該運作機能、作業(yè)流程、規(guī)格及客戶服務(wù)機制所需的資源。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述仿真場景包含人的狀態(tài)變化、事的狀態(tài)變化、時的狀態(tài)變化、地的狀態(tài)變化、以及物的狀態(tài)變化。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述作成該決策的方式可以人工為之。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述作成該決策的方式可以計算機程序為之。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)品或服務(wù)的虛擬驗證方法，主要將各種產(chǎn)品或服務(wù)的特性與市場供需之間的關(guān)系轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)模型與數(shù)學(xué)邏輯，并依照數(shù)學(xué)與概率理論建立仿真環(huán)境來仿真各種產(chǎn)品或服務(wù)設(shè)計方案的特性，以作成決策。此決策可為進(jìn)行整體設(shè)計優(yōu)化，取得最佳的產(chǎn)品或服務(wù)的設(shè)計與該產(chǎn)品或服務(wù)的客戶服務(wù)機制，使產(chǎn)品或服務(wù)的獲利達(dá)到最高。
文檔編號G06F9/455GK1464393SQ0212255
公開日2003年12月31日 申請日期2002年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月14日
發(fā)明者張牧九 申請人:張牧九