복잡하고 특수한 기능을 수행하고 기존의 여러 다른 시스템과 연동해야 하는 내장형 시스템을 저비용 고효율적으로 개발하고 시험 및 평가하기 위해서는 분산 실시간 시뮬레이션 환경이 효과적이다. 또한, 특정한 목적으로 개발된 기존의 이질적인 시뮬레이션 모델들간의 상호호환과 재사용이 요구된다. 이러한 요구 사항을 만족시키고, 내장형 시스템과 시뮬레이션 환경의 연동 및 상호운용의 문제점을 해결하기 위해 HLA(High Level Architecture)기반으로 새로운 시뮬레이션 환경구조, 동작과정 및 운영절차를 제안하고 고찰한다.
인터넷의 대중화로 컴퓨터 네트워크의 사용이 보편화 되었고, 그룹통신 기법이 화상회의 등 많은 응용분야에서 활용되고 있다. 분산 실시간 시스템에서 피를 통신의 신뢰성을 보장하는 일은 매우 중요하다. 또, 그룹 통신에서 효과적으로 그룹을 관리할 필요가 있고, 현재 실시간 환경에서의 그룹통신은 네트워크의 부하 때문에 생기는 패킷의 손실과 노드의 고장 같은 여러 가지 문제점들을 가지고 있다. 본 논문에서는 이러한 문제점들을 개선시켜 보고자 고장이 발생했을 때에도 그를 변경을 가능하게 하는 분산 실시간 환경을 위한 신뢰성 있는 그룹관리기법을 제안하고, 실시간 시뮬레이션을 통해 제안된 기법을 평가한다.
기존 시뮬레이션 환경에서 개발한 모델들은 재사용을 하는 데 많은 어려움이 있다. 또한 시스템이 대형화되고 시뮬레이션 결과를 실시간으로 얻어내야 하는 경우에 기존의 순차적 시뮬레이션 방법을 적용하면 시간이 많이 소요되므로 새로운 시뮬레이션 수행 방법이 필요하게 되었다. 본 논문에서는 이러한 제약을 해결하고자 Internet상에서 시뮬레이션이 가능한 Web-Based Simulation 환경을 설계하고 구현하였다. 본 연구는 자바의 분산 객체 모델인 RMI(Remote Method Invocation)를 웹 기술과 통합하고, 대규모 개발 및 많은 유지비를 요구하는 시뮬레이션의 개발에 이용할 수 있는 새로운 분산 환경하에서의 Web-Based Simulation 구조를 제시하고 구현해 본다.
원자력 발전소와 같이 환경적으로 큰 재난을 가져 올 수 있는 시스템에서는 전체 시스템을 구축하기 전에 구축하고자 하는 시스템의 안전성을 보장할 수 있는지의 여부와 그러한 시스템의 조작자들의 훈련을 위해 실시간 시뮬레이션이 반드시 필요하다. 본 논문에서는 원자력 발전소의 SIS(Safety Injection System)를 실시간 객체 TMO(Time-triggered Message Triggered Model)를 이용 모델링하는 기법과, 분산 실시간 객체 플랫폼인 WTMOS위에서 구현된 SIS 시뮬레이션 시스템에 대해 기술하였다.
분자 모델링 시뮬레이션은 신 물질, 신약 개발에 범용적으로 사용되는 중요한 컴퓨터 소프트웨어이다. 교육과 연구 등의 분야에서는 사용자가 직접 입력 도구를 사용하여 분자 모델을 시뮬레이션을 하는 경우가 존재한다. 사용자가 직접 시뮬레이션을 하기 위해서는 가상의 3 차원 시각화 환경은 물론 생화학적으로 안정성 여부 검증에 도움을 주기 위해 에너지 계산 결과를 제공해야 한다. 그러나 대다수의 분자 모델링 도구가 시각화 환경 제공을 위주로 개발되었으며 에너지 계산 수식이 복잡하여, 사용자가 시뮬레이션 하는 가운데, 실시간으로 에너지 계산을 제공하지 못한다. 이러한 단점을 극복 하고자 본 논문에서는 어떠한 분자 모델링 도구라도 빠르게 에너지 계산을 반환 받을 수 있는 웹 서비스 기반의 분산 시스템 환경을 구현하였다. 또한 실시간으로 사용자가 시뮬레이션 할 수 있도록 작업 선별 처리 알고리즘(Job Skip Operation)을 개발, 적용하여 최신의 에너지 계산 요청에 대한 반환을 보장하였다. 본 연구는 사용자가 상호작용 기법을 통하여 가상의 분자 모델링 환경에서 화학적으로 안정된 분자 물질의 결합 위치를 빠르게 찾을 수 있도록 도와준다.
본 논문에서는 분산 실시간 서비스를 지원하는 TMO(Time-triggered Message-triggered Object) 객체를 기반으로 정보가전 기기들을 관리하기 위한 실시간 정보가전 제어 시뮬레이터를 설계 및 구현한다. TMO객체는 기존 객체를 확장한 실시간 특성을 자체적으로 가지는 객체를 UCI의 DREAM연구소에서 제안한 분산 실시간 객체이다. 이러한 TMO 객체를 기반으로 TMOSM(TMO Support Middelware) 상에서 실시간 정보가전 제어를 위한 TMO 객체들의 상호 동작과 실시간 속성을 설계하여 보장된 실시간 서비스를 지원하도록 한다. 본 시뮬레이션 모델은 온도제어, 조도제어, 방법제어 서비스를 지원하는 컴포넌트들로 구성된다. 온도제어 서비스를 위해 Fan_TMO와 Air_Conditioner_TMO, Heater_TMO가 상호 작용하여 적정 실내 온도를 유지하도록 하며, 조도제어 서비스를 위해 Light_TMO가 조도의 변화에 따라 동작하여 일상생활에 적당한 조명 환경을 제공한다. 또한 방범제어서비스를 위해 Camera_TMO가 정해진 시간을 주기적으로 동작하여 방범 활동을 수행한다. 그리고, 각각의 TMO 정보가전 객체들의 동작을 관리하고 서비스 수행 결과를 모니터링 하는 Home_Server_TMO가 존재한다. 마지막으로 설계된 시뮬레이션 환경을 구현하여 본 모델의 실시간 정보가전 제어 서비스를 정확하게 지원하는지를 검증한다. 제안한 시뮬레이션 환경은 일반 정보가전기기를 추가 작업 없이 실시간 서비스 지원 객체로 적용할 수 있는 모델이다.
실시간 시뮬레이션 및 HILS(Hardware In the Loop Simulation)는 항공기 설계 및 개발에 있어서 개발기간의 단축과 비용절감 측면에서 필수적이며 컴퓨팅 기술의 발달로 그 중요성이 더욱 부각되고 있다. 복잡한 운동모델과 실시간 시뮬레이션에 대한 요구사항을 충족시키기 위하여 분산처리에 의한 시뮬레이션이 요구되며 실시간 컴퓨터 환경 내에서 시뮬레이션 소프트웨어를 개발해야 하므로 개발 및 디버그, 유지보수가 매우 어렵다. 특히 실시간, 무 교착상태의 고성능 분산코드를 작성하는 경우는 더욱 그러하다. 본 연구에서 구축하는 회전익기 HILS 환경은 이러한 어려움을 상당부분 처리함으로써 사용자가 직접 코드를 손대지 않고 HILS 및 시뮬레이션을 수행할 수 있도록 상용화된 부품과 개발된 최신 툴을 이용하여 구성하였다. Matlab/Simulink 환경에서 개발된 회전익기 비행시뮬레이션 소프트웨어를 기준으로 하여 HILS 환경 및 MILS(Man In the Loop) 환경이 추가되어 조종사의 직접 입력에 대한 반응을 실제 하드웨어에 피드백 하는 MILS-HILS 통합 환경을 구축하였다. 개발기간의 단축 및 유지보수의 편의를 위하여 RT-Lab을 사용하여 실시간 코드를 생성하고 타켓컴퓨터에 다운로드 하는 방식으로 실시간 시뮬레이션이 가능하다.
일반적으로 초고속 네트워크에서 실행되는 분산 시스템의 데이터 전달처리 효율은 시스템 구조 및 데이터의 전달처리 시스템에 의존한다. 분산 환경을 이용한 실시간 분산 시뮬레이션 시스템은 데이터전달처리의 실시간성과 시스템의 신뢰성 보장을 위하여 데이터 전달처리 시스템에 의하여 요구된 성능을 만족하고자 하였다. 그러나 실시간 시뮬레이션 시스템에 적용된 클라이언트/서버 기반의 데이터 전달처리 시스템은 시스템의 안정성 및 시스템의 변경에 따른 확장성과 유지보수성 확보가 어려웠다. 따라서 기존의 데이터 전달처리 시스템의 문제점을 해결하기 위하여 새로운 데이터 전달처리 시스템이 필요하다. 본 논문에서는 기존의 실시간 시뮬레이션 시스템을 분석하여 시스템 개선방향을 제시하고, 시스템 확장성, 상호운용성, 재사용성 및 유지보수성을 위하여 소프트웨어 디자인 패턴을 적용한 새로운 실시간 데이터 전달처리 시스템을 제안한다.
본 논문에서는 분산 공유 메모리(distributed shared memory) 시스템에서 데이터의 일치성(consistency)을 마감시간(deadline) 이내에 완료하기 위해서 새로운 실시간 프로토콜을 제안한다. 분산 공유 메모리 시스템에서 사용되는 공유 데이터는 여러 시스템에 복제를 할 수 있기 때문에 이들간 일치성을 효과적으로 유지시키기 위한 여러 방법이 연구되어 왔다. 기존의 방법들은 평균 액세스 비용을 단축시키기 위한 것이고 프로토콜에 따라 서로 다른 복사본의 개수를 갖게 되며 일치성 유지를 위한 비용은 시스템이 갖고 있는 복사본의 개수에 따라 증가한다. 각 노드가 서로 다른 데드라인을 갖는 실시간 분산시스템에서는 일치성 유지를 주어진 데드라인이내에 완료하기 위해서는 일치성 유지를 위한 비용을 줄이는 것도 요구되지만 데드라인이 상대적으로 급한 노드에 대한 우선적인 처리가 요구된다. 실시간 프로토콜에서는 각 분산 시스템에서 데드라인이 상대적으로 급한 노드가 항시 복사본을 갖게 하고 전체 복사본의 개수를 제한한다. 시뮬레이션을 통해서 실시간 프로토콜의 성능향상을 확인하였다.
최근에 급성장하고 있는 실시간 통신 분산 컴퓨팅은 최근에 컴퓨터 응용분야의 하나로서 컴퓨터 과학과 공학 분야에서 급성장하고 있는 한 분야이다. 실시간 객체 지향 분산 컴퓨팅은 분산된 컴퓨터 시스템에서 객체 네트워크의 형태로 구성된 실시간 분산 컴퓨팅이다. 본 논문에서는 TMO 구조를 이용하여 실시간 통신 시뮬레이션 프로그래밍을 하기 위해 DHS(Distributed High-Precision Simulation)라는 응용 환경에 적용하였다. TMO 구조에서 사용되는 시간 구동 및 메시지 구동 구조는 충분한 서비스를 제공하기 위해 데드라인 시간을 보장함으로서 실시간 시뮬레이션 프로그래머의 노력을 줄일 수 있는 이점을 가지고 있다. 데드라인 시간 보장은 프로그래머의 설계 시간을 처음 객체부터 적용하여 보장함으로서 형성될 수 있다. 분산된 객체지향 실시간 통신 시스템에서 TMO 구조를 이용한 다단계 프로그래밍 설계를 함으로서 실시간 통신 프로그래밍을 유연하게 작성할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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