본 논문은 이산사건 시스템 모델링에 관계대수를 이용함으로써 이산사건 시스템 모델을 시뮬레이션 할 때 data consistency를 보장하는 방법을 다룬다. 복잡한 이산사건 시스템은 모델링 및 분석에 형식론적인 프레임웍이 필요하며 모델의 추상화와 재사용이 용이한 DEVS형식론이 널리 사용되고 있다. 본 논문에서는 DEVS 형식론으로 기술된 모델을 정보의 손상 없이 관계대수형 모델로 변환하여 관계대수형 이산사건 모델로써 이용하는 방법론을 제시한다.
하이브리드 시스템의 행동 표현을 각각의 시스템에 적합한 모델링 형식론으로 표현하면, 각각의 모델이 지니고 있는 정확도를 유지할 수 있고, 수행속도를 증가시키는 이점을 가지게 된다. 하이브리드 시스템을 모델링 하는 과정에서 시간 진행에 따른 수행 의미의 고찰은 모델링 방법에 중요한 영향을 끼칠 수 있다. 본 논문에서는 이산 사건 시스템과 연속 시간 시스템간의 입출력 교환을 위해서, 사건을 연속 입력으로 변환하고, 연속 출력을 사건으로 변환하는 인터페이스를 표현하는 형식론을 정의하고, 시뮬레이션의 시간 진행에 따른 종속 관계 방법과 독립 관계 방법을 모두 수행할 수 있는 알고리즘을 제안한다. 이 때, 이산 사건 시스템은 DEVS 형식론에 기반한 알고리즘으로 수행하고, 연속 시스템을 미분방정식의 산술적 누적 알고리즘에 따라 수행하는 통합 환경을 구축하며, 이를 바탕으로 두 미사일의 격추 예제를 수행하여 전쟁 시뮬레이션 분야에 적용가능성을 확인한다.
본 연구는 Zeigler가 제안한 이산 사건 시스템 형식론(DEVS: Discrete Event System Specification)을 이용한 거시적 및 미시적 교통류 시뮬레이션 방법론의 개발을 주 목적으로 한다. 도로 교통망의 모델링 방법은 미시적(microscopic)방법과 거시적(macroscopic)방법으로 분류된다. 이러한 모델링 방법들은 그 목적에 따라 각기 표현되어 제각기 사용되어 왔으나, 시스템 이론적으로 이들은 독립적 모델이 아니며 오히려 이들은 서로 동질적 추상화 관계에 있어서, 통합 모델링 환경의 구축시 미시적 모델들로부터 추상화에 의한 거시적 모델의 자동생성 등 설계상의 효율뿐 아니라 모델간의 일관성을 통한 모델 유효성을 보장할 수 있는 장점이 제공될 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 서로 다른 표현 방법(즉, 이산시간 형식론과 이산사건 형식론)간의 통합 표현을 기반으로 양자간의 추상화 관계를 도출하고, 이를 이용한 모델 추상화를 통해 거시적 및 미시적 교통류 시뮬레이션 방법론을 제안한다. 시스템 이론적 접근을 토대로 접근한 통합 교통류 시뮬레이션 환경은 미국 Berkeley 대학 교통 연구소에서 개발한 SHIFT 등과 같은 최첨단 교통류 시뮬레이션 도구에 비하여 SES/MB를 기반을 시스템 이론적이며 소프트웨어공학적인 접근을 통하여, 1) 기존 제어 방식의 검증 및 신뢰도 분석, 2) 각종 사건, 사고의 시간별 파급효과 분석, 3) 도로건설 계획안에 대한 타당성 검토, 4) 운전자 및 관리자를 위한 예측된 교통정보 등을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
이산사건 시스템을 기술하는데는 다양한 방법론들이 있으며 event의 관점에서 본다면, event loss 방법론과 event lossless방법론이 있다. event loss방법론의 경우 때때로 원치 않는 event loss가 발생하여 시스템을 deadlock의 상태로 이끌 수가 있으며, 이러한 것을 피하기 위해 본 논문은 event loss방식의 동기식방법론인 DEVS형식론으로 기술된 모델을 본 논문에서 제안하는 TSRG란 방법을 이용하여 event loss의 유무를 해석할 수 있는 기법을 소개하고자 한다. 소개된 해석 기법은 linear programming을 이용하여 해를 구할 수 있으며, DEVS형식론으로 기술된 이산사건 모델들간의 event loss의 유무를 해석함으로써 서로간의 통신 동기화의 가능성 분석을 가능하도록 한다.
최근 몇 십년간 이산사건시스템명세(DEVS) 형식론은 이산사건시스템을 모듈러하고 계층적으로 모델링할 수 있는 잘 정의된 의미론을 제공하여 왔다. 그럼에도 불구하고 실용 엔지니어들은 실세계의 시스템을 모델링에 적용하는데 어려움을 겪기도 하는데 이는 DEVS가 많은 상태와 사건들을 구조화되지 않은 형태로 명세해야 하는 것 때문이다. 본 논문은 집합 이론을 바탕으로 그러한 사건 및 상태집합들을 구조화된 형태로 표현하는 Structured DEVS 형식론과 이와 연관된 DEVS 다이어그램을 제안하고자 한다. 위상, 변수, 포트 등의 개념을 사용하여 집합들을 명세한 구조적 DEVS 형식론은 원래의 DEVS 형식론과 동등함을 증명하였다. DEVS 다이어그램을 이용하여 구조적 DEVS 형식론으로 표현된 예시 모델이 쉽게 객체지향 시뮬레이션 환경에서 구현될 수 있음을 보임으로써 제안된 형식론이 효과적임을 보였다.
실시간 시스템의 복잡도가 증가함에 따라 임시방편적 시스템 해석 방법은 시스템 동작 영역 전체를 완전하게 분석하는 데는 한계가 있다. 모델링을 기반으로 한 정형 기법은 그러한 한계점을 극복 할 수 있다. 본 논문은 모델 기반 정형 기법을 이용하여 실시간 시스템의 안전성 및 필연성 등과 같은 논리적 타당성을 이산 사건 모델 수준에서 분석하는 방법을 제안한다. 먼저, 분석 대상 실시간 시스템은 이산사건 수준에서 계층적으로 모듈화하여 모델을 명세하는 수학적 형식론인 DEVS (Discrete Event Systems Specification) 형식론으로 기술된다. 다음으로, 기술된 DEVS 모델은 시간 명세가 포함된 전역 상태 공간을 표현하는 C-DEVS (Communicating DEVS) 형식론으로 표현한 후 C-DEVS 형식론의 해석 알고리즘을 통해 시스템 동작을 분석된다. 제안된 C-DEVS 형식론 및 해석 알고리즘은 주어진 시스템의 동작 특성을 분석하는 과정에서 시스템의 상태 공간을 완전하게 빠짐없이 탐색하는 것을 보장한다. 간단한 건널목 제어 시스템의 안전성 분석 사례 연구를 통하여 제안된 모델 기반 해석 기법의 효율성을 예시 하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제34권1호
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pp.154-162
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2010
시뮬레이션 기법은 성능분석을 위하여 다양한 공학 분야에서 활용되는 유용한 방법 중의 하나이다. 항만 시스템의 자동화를 위하여 다양한 장비의 구성 및 운영 등의 효과를 분석할 수 있는 시뮬레이션이 요구된다. 본 논문에서는 항만 자동화를 위한 평가, 분석, 계획 등에 적용 가능한 시뮬레이션 방법론을 제안한다. 이를 위하여 모델링 및 시뮬레이션 환경으로서 이산사건시스템 형식론을 기반으로 한 SES/MB 프레임워크를 적용하여 항만 시스템의 구성원에 대한 모델링 및 시뮬레이션을 수행한다. 제안된 방법론은 항만 시스템의 구성 및 운영 전략 등에 대한 시뮬레이션에 효과적으로 적용될 수 있는 장점을 갖는다. 사례연구를 통하여 제안한 방법론의 타당성을 검토한다.
DEVS 형식론은 이산 사건 시스템을 계층적이고 모듈러하게 표현할 수 있다. MATLAB/Simulink는 연속 시스템과 이산 시간 시스템을 모델링하고 시뮬레이션을 수행하는 데 널리 쓰인다. 본 논문은 MATLAB/Simulink 환경에서 DEVS 형식론을 구현하는 방법론을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 방법론을 이용하여MATLAB/Simulink에서 제공하는 다양한 공학 방정식과 알고리즘을 사용할 수 있다. 또한 동일한 시뮬레이션 환경에서 연속 시스템과 이산 사건 시스템이 혼합된 하이브리드 시스템에 대한 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 이를 위해 본 논문은 Simulink-DEVS 모델과 이 모델을 시뮬레이션을 수행하는 데 필요한 시간 진행 알고리즘을 제안한다. 특히 시간 진행 알고리즘은 시스템의 유형에 상관없이 적절한 시간 진행을 수행한다. 두 가지 실험 결과를 통해 본 논문에서 제안하는 방법론의 효용성을 입증한다.
DEVS 형식론[Zeigler 1984]은 이산 사건 시스템을 기술하기 위해 Zeigler에 의해 제안된 모델링 형식론이다. 본 논문에서는 DEVS 형식론을 실시간 시뮬레이션 모델을 기술하기 위한 RT-DEVS 형식론으로 확장하고 이를 통해 기술된 시뮬레이션 모델을 실행하기 위한 실시간 수행 알고리즘을 제안한다. 또한 기술된 모델을 실시간에 기반하여 수행시키기 위한 시뮬레이션 커널의 구조와 구현에 대하여 다룬다.
본 연구에서는 컴퓨터 상에 제어기와 구동부 등으로 구성된 가상제조시스템(Virtual Manufacturing System)을 구축하고 시뮬레이션하는 방법론을 다룬다. 특히 설비들간의 이동시 발생할 수 있는 3차원 공간상의 충돌을 검출하는 이산사건 및 연속상태 혼합 시뮬레이션 방법론을 소개한다. 시뮬레이션 모델은 DEVS(discrete event system specification) 형식론(formalsim)에 기초한 형상기구학 정보를 갖는 이른바 GKDEVS(Geometrical Kinematic DEVS)을 이용하였고, 시뮬레이션 방법론은 DEVS의 추상화 시뮬레이션(abstract simulation)방법을 확장하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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