본 논문은 가상화 기술을 이용하여 PSTR에 기반한 고장감내 설계에 관련한 연구이다. 고장감내 PSTR 모델을 가상화 기술에 기반하여 구현하게 되면 프라이머리와 쉐도우 간의 통신성능이 향상되고 각 프라이머리와 쉐도우 내의 동작에 대한 모니터링이 용이하게 된다. 기존의 PSTR 모델은 프라이머리 하드웨어와 쉐도우 하드웨어 구성을 전제로 하여 프라이머리에서 본 임무를 수행하고 쉐도우에서는 프라이머리에서 고장이 발생했을 경우 취해야 할 동작을 준비하게 된다. 쉐도우에서 이러한 동작을 준비하므로 임무에 차질이 없도록 프라이머리는 다시 주 임무를 수행할 수 있게 된다. 본 논문에서는 임베디드 환경에서 고장감내 PSTR 모델을 가상화 기술을 이용하여 구현한다.
우주비행체의 내부 장치 고장 혹은 외부 환경에 의한 고장이 발생할 경우를 대비하여 가상 모의 시뮬레이터를 이용한 고장 대응 훈련이 요구된다. 시뮬레이터 개발 초기에 이러한 고장 발생 메커니즘을 설계에 반영하지 않는 경우 교관이 작성한 고장 시나리오에 의한 유기적 고장 발생 및 고장 전파 기능을 납품 후 추가 요구하기는 용이하지 않다. 본 논문에서는 사용자가 시뮬레이터를 이용하여 의도하는 고장을 의미있는 시각(Epoch)에 주입하기 위한 고장 발생 메커니즘 구조를 설명한다. 또한 천리안위성 시뮬레이터 소프트웨어의 고장 발생 예제를 통해 고장 감지, 고장 복구, 관제원의 대응 방법 등을 설명한다.
최근에 인터넷의 급격한 수요증가로 인하여 웹서버의 고가용성(high availability)이 절실히 요구되고 있다. 이를 위한 방안으로 클러스터링 가상 서버가 핫이슈로 대두되고 있는 상황에서 이의 가장 핵심부분인 로드밸런스(load balancer)의 고가용성을 위해 고장극복(fault-tolerant) 기법 연구는 필수적이라 할 수 있다. 본 연구에서는 클러스터링 웹서버의 구성과 로드밸런서의 운영방안을 제시하고 특히, 로드밸런서가 고장났을 경우 로드밸런서의 작업을 신속하게 대체하는 방안을 모색한다. 로드밸런서의 구성이 마스터 로드밸런서와 백업 로드밸러서로 구성된다는 가정 하에 백업 로드 밸런서가 마스터 로드밸런서의 작업을 신속히 대체하는 방안을 위해 체크포인트(checkpoint) 기법을 적용한다.
긴박한 임무 상황(mission critical)의 시스템 뿐만 아니라, 웹 서버등의 고가용성, 고신뢰성을 위한 가상 서버의 구축도 관심이 되고 있다. 본 연구에서는 가상서버의 고가용성 , 고신뢰성을 보다 향상시키기 위해 가상서버 클러스터의 각 구성 노드들을 이중의 네트웍 채널로 중복 시켜 네트웍 고장에 대한 신뢰성을 향상시켰다. 관리자 노드와 작업노드 풀로 구성되는 시스템의 각 노드와 이중 채널로 구성된 네트웍에 대한 결함검출과 결함복구를 위한 분산 결함 허용 미들웨어를 구현하였고, 적응형 고장 감내 (Adaptive Fault Tolerance) 기법을 사용하여 다양한 임무 상황에서의 자원 효율성을 향상시켰다.
본 논문에서는 전가상화 방식의 가상 머신 모니터를 기반으로 메모리 중복을 통한 고장 감내 기능을 적용한 임베디드 시스템을 제안한다. 제안된 가상 머신 모니터는 우선 효율적인 섀도우 페이지 테이블 기법을 사용하여 메모리를 가상화한다. 이를 기반으로 대상 임베디드 시스템을 하나의 가상 머신으로 동작하게 하는 한편, 동일한 시스템을 별도의 가상 머신에서 동작하도록 백업 시스템을 구축함으로써 대상 임베디드 시스템의 메모리 영역이 미리 정해진 시점과 대상에 따라 백업 시스템의 메모리 공간으로 복사되도록 하였다. 이렇게 중복이 이루어진 임베디드 시스템은 고장이 발생하면 백업 시스템으로 전환하여 정상적인 동작을 이어나가게 된다. 성능 평가를 통해 제안된 기법이 임베디드 시스템의 성능을 크게 저하시키지 않으면서도 시스템의 가용성을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 자동화설비에서 가장 많이 사용되는 근접센서와 실린더를 기준으로 두 가지 모델을 적용하여 "고장허용 시스템 구축"에 관한 연구를 진행하였다. Free Flow 컨베이어 상에서 센서의 고장발생 시 가상센서모드 (Virtual Sensor Mode)로 전환되어 정상동작 하는 것을 시뮬레이션을 통해 구현을 하였으며, 실린더의 내압(압력강하)을 이용하여 실린더의 동작 시 부하에 따른 아날로그 데이터변화를 확인함으로써 고장허용 시스템을 다양하게 적용할 수 있는 토대를 마련하였다. 이러한 방법은 실린더의 수명예상은 물론 Grease 주입예상시기와 실린더의 불량유무판단 등 개발자의 능력에 따라 여러 가지 응용이 가능할 것이라 생각된다.
IT 기술의 발전에 따른 전력 사용량 증가로 인해서 친환경 재생 에너지에 대한 관심이 집중되고 있는 상황으로 다양한 재생 에너지자원 가운데 풍력에너지 개발이 전 세계적으로 급속히 증가하고 있다. 그러나 풍력발전기를 제어하는 제어기의 소프트웨어·하드웨어적인 문제로 인해 불규칙한 에너지 생산과 유지보수를 위한 비용이 증가함에 따라 최근에는 풍력제어기의 고장분석 및 고장 감내 제어에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 상황이다. 본 논문에서는 이와 같은 풍력발전기가 지속적으로 일정한 에너지 생산과 유지보수 절감이 가능하도록 하기 위해 풍력제어시스템 차원에서의 고장에 대해서 감내 가능한 고가용성의 미들웨어에 대한 구조를 제안한다. 풍력제어시스템의 고 가용성 미들웨어는 가상 운영체제를 기반으로 이중화 구조를 가지고 있으며, 주 운영체제에서 소프트웨어적인 고장이 발생 시 다음 우선순위의 가상 운영체제에서 지속적인 서비스를 제공할 수 있도록 각각의 가상 운영체제 환경을 관리한다.
ATM 망에서의 장애는 가상 경로(virtual path; VP) 링크와 가상 경로 교환기(VP switches), 가상 채널 교환기(virtual channel switches)에서 발생할 수 있다. 이들 중에서 VP 링크와 VP 교환기의 장애를 복구하는 방법은 많이 연구되어 왔으나 보호 도메인(protection domain)의 종단점으로 사용되는 VC 교환기 장애에 대한 대응 방법은 아직 제안된 것이 없다. VC 교환기 장애는 단 한 번으로도 심각한 문제를 발생시킬 수 있기 때문에 이에 대한 새로운 고장 우회 방법이 절실히 요구된다. 지금까지 제안된 가상 경로 수준의 복구 방법은 크게 플러딩(flooding) 알고리즘을 사용하는 방법과 예비 가상 경로(backup virtual path; BVP)를 사용하는 방법으로 분류할 수 있다. 후자의 경우 예상치 못한 장애에 적절히 대응할 수 없다는 단점이 있기는 하지만, 복구 속도가 빠르고 필요 여유 용량(spare capacity)이 적다는 장점이 있다. 이 논문에서는 VC 교환기의 장애에 대응하기 위하여 새로운 형태의 BVP를 사용하는 복구 알고리즘을 제시한다. 제안된 알고리즘들은 공통적으로 VC 교환기의 고장으로 인해 단절된 가상 연결을 복구 할 수 있다는 장점을 가지며, 단순한 VP의 장애에 대해서도 기존의 연구와 비교하여 복구 능력의 저하가 없음을 실험을 통해 보인다.
산업체에서 고장 상황이 빈번히 일어나고 이를 위한 기존의 2D 기반 기반의 매뉴얼은 이해가 직관적이지 않고, 유지보수 전문가와 즉각적인 상호작용이 어렵다. 본 논문에서는 원격지에 고장 상황이 발생하였을 때 증강현실을 기반으로 작업자들이 시간과 장소에 제약 없이 실시간으로 전문가의 도움을 받아 유지보수 할 수 있는 기술을 제안한다. 로컬의 가상휴먼 기반 전문가는 HMD 헤드셋을 착용한 상태로 원격지 고장 상황의 적응화 된 파노라마 영상을 기반으로 고장 상황을 진단하고, 원격지의 작업자에게 지시를 내린다. 또한 원격지의 증강현실(AR) 환경에서는 작업자와 전문가의 상호작용을 위해 HMD의 마이크를 이용하여 언어적 소통뿐만 아니라 전문가의 손을 가상으로 생성하고, 가상 손을 사용하여 전문가는 실제 개체에 레이저 포인터를 이용하여 가르키거나, 그림을 그릴 수 있다. 본 기술을 이용한다면 기존의 2D 기반의 매뉴얼의 한계를 극복할 수 있으며 원격지에 전문가가 직접 방문하지 않더라고 원격에서 유지보수를 원활하게 진행하는데 도움을 제공할 수 있다.
소프트웨어 스트리밍은 사용자가 자신의 컴퓨터에 설치되어 있지 않고 서버에 있는 응용 프로그램을 스트리밍 받아 바로 사용할 수 있게 하는 가상화 기술이다. 이 기술을 이용하면 사용자는 응용 프로그램이 마치 로컬 컴퓨터에 설치된 것처럼 바로 사용할 수 있으며, 별도의 다운로드나 설치 과정을 요구하지 않는다. 소프트웨어 스트리밍은 네트워크를 기반으로 하기 때문에 제공되는 서비스는 네트워크 성능 및 상태에 영향을 받는다. 특히, 네트워크 고장이 발생하면 스트리밍이 더 이상 불가능하기 때문에 스트리밍 중인 응용 프로그램이 고장나거나 심한 경우 시스템 전체가 고장나게 된다. 파레토의 원리(Pareto Principle)에 의하면, 대부분의 사용자들은 자주 사용하는 몇 가지 기능을 주로 사용한다. 이러한 원리에 따라 네트워크 고장 감지와 지능적인 스트리밍 기술을 제공한다면, 네트워크 고장이 발생하더라도 사용자들은 이미 스트리밍된 응용 프로그램의 기능을 중단 없이 사용할 수 있을 것이다. 본 논문에서는 네트워크 고장이 발생하더라도 로컬 컴퓨터에 스트리밍된 기능을 사용자들이 지속적으로 사용 할 수 있게 하는 네트워크 고장감내 소프트웨어 스트리밍(에버그린)의 개념 및 기술을 제안한다. 또한, 에버그린 기술의 구현에 대한 자세한 내용에 대해 논의한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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