CFD(Computational Fluid Dynamics)는 수치 기법(Numerical)과 알고리즘을 사용하여 유체 유동 문제를 풀고 해석하는 것이다. 본 논문에서는 이러한 CFD 분석 프로그램의 효율적인 수행을 위해 분산 환경을 기반으로 하는 메타컴퓨팅(Metacomputing) 시스템에 대해서 기술한다. 실제 CFD 프로그램을 단일 클러스터 시스템에서 수행시켰을 때와 메타컴퓨팅 시스템을 이용하여 수행시켰을 때 소요되는 시간과 결과 파일을 실험을 통하여 비교한다. 그 결과 메타컴퓨팅 시스템을 이용하여 CFD 분석 프로그램을 분산 수행시킨 경우는 그렇지 않은 경우에 소요되는 시간보다 평균 $15.3{\sim}38.5%$ 정도 빨랐고, 동일한 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 스마트그리드 환경에서 적용되고 있는 ZigBee 무선 통신 환경의 주소 지정 방식과 라우팅 알고리즘의 성능을 향상시키기 위한 새로운 위치 기반 좌표 라우팅 알고리즘을 제안하였다. 기존 kip 알고리즘을 이용한 분산 주소 할당 기법의 낭비되는 주소공간의 문제를 해결하기 위해 (x,y,z) 3개의 좌표 축을 제안하여 16bit 주소공간을 분할하여 사용한다. 그러나 좌표 라우팅은 채널 상태를 고려하지 않는다. 채널 상태를 고려하지 않는다면, 라우팅 테이블이 업데이트 될 때 채널 상태가 좋지 않은 노드가 테이블에 업데이트 되어 릴레이 노드로 선택 되어질 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 위치 기반 라우팅에서 채널 상태를 고려함으로 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하고 소비되는 에너지를 최소화 할 수 있는 위치 기반 좌표 라우팅 알고리즘 라우팅 방법을 제시하였다. 그리고 제안한 알고리즘의 평균멀티홉수, 부하에 대한 패킷전달률, 지연시간, 에너지 소비를 ZigBee 위치 기반 라우팅의 안전 영역과 전이 영역에 대해 비교하였다. 성능 평가 결과 각 항목에 대해 각각 성능 향상을 보였다.
환경문제에 대한 관심이 전 세계적인 이슈로 고조됨에 따라 여러 산업의 패러다임에도 큰 변화가 요구되고 있다. 특히 지구 온난화 문제의 심각성에 의해 선진국을 주축으로 온난화의 주범인 화석연료 사용을 줄이려는 노력이 나타나고 있다. 이에 따라 화석연료를 주로 사용하는 전력산업에서도 친환경적 에너지인 신재생에너지를 보급하기 위한 노력들이 늘어나고 있다. 따라서 본 논문은 신재생에너지를 포함한 분산전원을 효과적으로 운영할 수 있는 마이크로그리드 시스템의 관점에서 환경비용 및 운용방식을 고려한 경제성 평가를 시행하였다. 경제성 평가는 여러 가지 경우를 고려하여 최적화 프로그램인 GAMS를 이용하여 모의하였다.
분산 및 그리드 환경에서의 워크플로우 기술은 현재까지 지속적으로 발전하고 있으며, 최근에는 이러한 기술을 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에 적용하려는 시도가 이루어지고 있다. 이러한 환경에서의 서비스 제공자는 다양한 상황 정보들을 인식하여 사용자에게 최적의 서비스를 제공 할 수 있어야 한다. 그러나 기존 워크플로우 기반의 상황인지 미들웨어들은 단일 워크플로우 서비스를 제공하는 수준에 머물러 있다. 이에 기존 시스템들은 다양하고 복합적인 서비스를 제공하는데 한계가 있다. 이를 위해 본 논문에서는 확장된 CAWL을 바탕으로 다중 워크플로우 서비스를 처리하고 제공할 수 있는 상황인지 다중 워크플로우 처리기를 제안한다. 제안하는 처리기는 상황인지를 기반으로 다수의 사용자에게 복합적인 워크플로우 서비스를 동시에 제공하며, 동시에 진행하는 병렬서비스의 흐름을 처리할 수 있다.
분산 파일 시스템(DFS)은 분산 환경에서 장애와 사본에 대한 투명성을 보장하며 파일을 다수의 물리적인 컴퓨터 노드들에게 저장할 수 있는 메카니즘을 제공한다. 검색엔진, 그리드 컴퓨팅, 데이터 마이닝 어플리케이션등과 같이 많은 양의 데이터를 처리하는 어플리케이션들은 데이터 저장을 위한 백엔드 인프라 구조를 제공할 필요가 있다. 분산 파일 시스템은 이러한 저장 데이터 기반을 위한 주요 구성요소가 된다. 많은 프로젝트의 관심사가 되는 네트워크 컴퓨팅은 이와 같이 설계 및 구현된 분산파일 시스템을 갖추고 있으며, 다양한 아키텍처와 기능들을 시스템의 특성에 따라서 제공하고 있다. 이 논문에서는 대용량의 검색 지향적인 시스템에서 사용되는 SOFA 분산 파일 시스템, 메카니즘들과 성능들을 소개한다.
고성능 컴퓨팅 자원에서의 그리드 컴퓨팅은 다양한 대규모 계산 문제를 해결하기 위해 적용되고 있다. 응용 프로그램 개발자들에게 분산된 컴퓨팅 자원을 제공하는 다양한 소프트웨어들이 개발되었다. 그러나, 이들 시스템들은 웹기반이 아니거나 협력작업을 위한 기능을 제공하지 않거나 실시간으로 결과를 볼 수 있는 도구를 제공하지 않는다. 네트워크 어플리케이션 개발 측면에서 보면 웹기술은 일반적으로 사용하는 기술이 되고 있다. 특히, 인터페이스가 플랫폼과 독립적이라는 특징 때문에 더욱 그렇다. 본 연구에서는 MPI를 이용해 작성된 병렬 SPMD 어플리케이션의 수행을 위한 웹기반 프레임워크를 제안한다. 또한, 실시간 가시화 기술을 이용해서 협력연구를 위한 환경을 개발하였다.
스마트그리드 전력계통시스템 기술의 중요한 특징중의 하나는 국제표준을 기본으로 탑재하고 있다. 발전소부터 수용가까지 각 영역별로 운영중인 시스템들이 국제표준을 준수한다는 것은 어떤 특정임무만을 담당하는 독립된 시스템이 아닌 타 시스템에 정보를 주고 받는 분산시스템의 구조로 전력시스템 전체 아키텍쳐가 변화하고 있는 것이다. 이러한 환경은 ICT(Information & Communication Technology)와 매우 친화적이며 스마트그리드의 발전을 촉진시킨다. 전력회사마다 운영중인 송변전자동화시스템인 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)에 대하여 IEC 61970 표준을 지원하는 기능을 갖춘 제품들이 세계시장에 급속히 공급되고 있어 표준을 기반으로 하는 이기종 제품간에 정보교환의 호환성을 검증하는 상호운용성 시험의 중요성이 커지고 있는 실정이다. 본 논문에서는 IEC 61970이 적용된 SCADA 시스템을 대상으로 표준기반의 상호운용성 시험에 대해 기술하고자 한다.
세계적으로 에너지원의 고갈, 기후 환경 변화, 전력수요 증가에 따라 인류 절대적 과제에 대한 결책으로 스마트 그리드에 대한 요구가 증대되고 있으며, 특히 분산형 전원에 대한 관심이 높아지고 있다. 이 추세에 다라 단위 규모의 분산형 전원의 형태로 댁내 분산형 전원 시대를 예고하고 있다. 하지만 현재 가장 보편적으로 사용하고 있는 신재생에너지원으로써 풍력, 태양광 에너지 발전의 경우 그 발전량이 자연의 변화에 매우 민감하기 때문에 전기품질의 균일성의 문제를 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 이를 해결하기 위해서는 기후 정보(meteorological sensor data)의 실시간 모니터링을 기반으로 하는 에너지 관리 방법을 제시하고자 한다. 현재 스마트그리드 분야에서 USN 기반의 킬러앱이 부재한 상황에서 무선 센서네트워크 기술을 활용한 기후 센서 데이터 수집 및 제어 방식을 적용한 댁내 분산 전력 관리 방법에 대해 제안한다. 이는 다른 통신방식에 비해 설치 비용 및 유지보수 차원에서 효율적이라고 판단한다. 즉, 전력 관리에 USN 기법을 융합한 EMS(Energy Management System) 모델을 제시함으로써 기후 데이터 모니터링 및 분석, 이에 따른 발전량 예측, 신재생에너지와 기존 전력의 효율적인 분배 제어 방법을 구체화함으로써 궁극적으로 제로에너지 홈을 구현하기 위한 기반을 마련하는 것이 본 논문의 목표이다.
홀로그램의 생성을 위한 연산은 포인트 클라우드의 규모에 따라 연산량이 기하급수적으로 증가하기 때문에 최근에는 다중의 GPU를 기반으로 CUDA 또는 OpenCL 라이브러리를 활용한 병렬처리가 이루어지고 있다. GPU기반의 병렬처리를 위한 CUDA 커널은 GPU의 코어 개수와 메모리 크기를 고려하여 쓰레드(thread), 블록(block), 그리드(grid)를 구성해야 하며, 다중 GPU 환경인 경우 GPU의 개수에 따른 그리드, 블록, 또는 쓰레드 단위의 분산처리가 필요하다. 본 논문에서는 CGH 생성에 대한 성능평가를 위해 포인트 클라우드의 포인트 개수를 10~1,000,000개 범위에서 점진적으로 증가시키면서 CPU, 단일 GPU, 다중 GPU 환경에서 연산 속도를 비교해 보았으며, 다중 GPU 환경에서 CGH(Computer Generated Hologram) 생성 연산을 가속화하기 위한 CUDA 기반의 병렬처리 과정에서 요구되는 메모리 구조 설계와 연산 방법을 제안한다.
현재 국내 소규모 섬들은 주로 디젤발전기를 이용하여 전력을 공급하고 있다. 그러나 디젤발전기는 부하변동에 대한 속응성이 느리기 때문에 계통을 불안정하게 할 수 있고, 화석연료 사용에 의한 탄소가스 배출로 환경문제를 야기한다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 본 논문에서는 주전원을 디젤발전기를 통하여 전력을 공급받고 있는 추자도에 태양광발전, 풍력발전, 에너지저장장치를 도입하여 최적의 마이크로그리드를 구축하는 방안을 제안한다. 이때 각 분산형 전원의 경제적 최적용량은 HOMER(Hybrid Optimization Model for Multiple Energy Resources) 프로그램을 이용하여 산정하였고, 이를 계통의 안정성을 분석할 수 있는 PSCAD/EMTDC(Power Systems Computer Aided Design/ Electromagnetic Transients including DC) 프로그램을 활용하여 제안한 마이크로그리드의 타당성을 입증한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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