본 논문에 의해 구현된 시스템은 광학 현미경을 통해 캡춰된 조직 샘플들에 대한 데이터들을 분산/병렬 시스템 상에 분한 저장한다. 사용자들은 컴퓨터 상에서 마치 현미경을 사용하듯이 이들 이미지들을 관찰할 수 있다. 이 시스템은 고객 서버 모델에 의거 고객, 조정자 노드, 데이터 관리자 노드로서 구성되고, 메시지를 통해 데이터를 송수신한다. 본 연구에서는 이미지 표시나 텍스트 주석 등 교육용 응용에 필요한 기능들을 갖춘 이미지 검색용 고객 프로그램을 구현하였고, 세 요소간 통신 규약을 정의하였다. 또한 대용량 데이터들을 저장하는 테이프 장치 도입을 위한 실험을 수행하였으며, 이러한 실험은 데이터 분할 및 인덱싱 기법에 의해 성능 향상을 나타내었다.
본 논문에 의해 구현된 시스템은 광학 현미경을 통해 캡춰된 조직 샘플들에 대한 데이터들을 분산/병렬 시스템 상에 분한 저장한다. 사용자들은 컴퓨터 상에서 마치 현미경을 사용하듯이 이들 이미지들을 관찰할 수 있다. 이 시스템은 고객 서버 모델에 의거 고객, 조정자 노드, 데이터 관리자 노드로서 구성되고, 메시지를 통해 데이터를 송수신한다. 본 연구에서는 이미지 표시나 텍스트 주석 등 교육용 응용에 필요한 기능들을 갖춘 이미지 검색용 고객 프로그램을 구현하였고, 세 요소간 통신 규약을 정의하였다. 또한 대용량 데이터들을 저장하는 테이프 장치 도입을 위한 실험을 수행하였으며, 이러한 실험은 데이터 분할 및 인덱싱 기법에 의해 성능 향상을 나타내었다.
The system implemented in this paper partitions and stores specimen data captured by a light microscope on distributed or parallel systems. Users ran observe images on computers as we use a physical microscope. Based on the client-server computing model, the system consists of client, coordinator, a...
The system implemented in this paper partitions and stores specimen data captured by a light microscope on distributed or parallel systems. Users ran observe images on computers as we use a physical microscope. Based on the client-server computing model, the system consists of client, coordinator, and data manager. Three components communicate messages. For retrieving images, we implemented the client program with necessary functions for educational applications such at image mark and text annotation, and defined the communication protocol. We performed the experiment for introducing a tape storage which stores a large volume of data. The experiment results showed performance improvement by data partitioning and indexing technique.
The system implemented in this paper partitions and stores specimen data captured by a light microscope on distributed or parallel systems. Users ran observe images on computers as we use a physical microscope. Based on the client-server computing model, the system consists of client, coordinator, and data manager. Three components communicate messages. For retrieving images, we implemented the client program with necessary functions for educational applications such at image mark and text annotation, and defined the communication protocol. We performed the experiment for introducing a tape storage which stores a large volume of data. The experiment results showed performance improvement by data partitioning and indexing technique.
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문제 정의
이미지 검색을 위한 기능들 외에도 이미지 표시, 텍스트 추가 기능 등 교육용 응용에 필요한 기능들을 고객프로그램에 구현하였고, 시스템 구성 요소간 통신 규약을 정의하였다. 또한 본 연구에서 다루는 데이터들의 대용량 특성에 따라 이들을 보관하는 저장 공간의 확장이 요구되므로 테이프 장치 도입을 위한 실험을 수행하였다.
본 연구는 광학 현미경으로 관찰된 조직 샘플들에 대한 대용량 데이터들을 분산/병렬 시스템 상에 분할 저장하여 컴퓨터 상에서 마치 현미경을 사용하듯이 이들 이미지들을 관찰할 수 있게 하는 시스템이다. 실제 현미경의 기능을 그대로 제공하는 것은 물론 실제 현미경보다도 더 유용한 기능들을 추가로 제공한다.
본 연구는 의과 대학, 병원 및 의학 연구 기관에서 보관하고 있는 환자의 조직 샘플들을 고해상도 디지털 이미지(high resolution digital image)로 변환하여 인터넷이나 LAN을 통해 현미경을 사용하듯이 검색할 수 있도록 제공하고자 하는 연구로서 기존의 가상 현미경에 대한 연叶[6, 21]를 한층 발전시킨 것이다. 먼저 기본적인 현미경의 관찰 기능은 물론 교육 분야 응용을 위한 이미지상의 표시, 텍스트 추가 등을 지원하는 뷰어(viewer) 구현, 전체 시스템의 통신 규약 정의, 그리고 대용량 데이터 저장을 위한 테이프 저장장치의 도입에 대한 연구를 수행하였다.
본 절에서는 시스템의 각 구성 요소들이 다른 계층과 메시지를 송수신하는 과정을 규정한 통신 규약(communica tion protocol) 및 메시지 구조에 대해 기술한다.
된다. 이러한 문제에 대해 본 실험에서는 대용량 테이프 장치를 도입하는 방안에 대해 실험을 수행하였다[3]. 이 방식에서는 데이터들이 사용되지 않는 동안에는 하드 디스크 대신에 대용량 테이프 장치에 보관되어 있다가, 이들에 대한 접근 요청이 들어오면 이들을 지역 디스크로 읽어와 次:리하는 방식이다.
제안 방법
본 절에서는 응답 시간(response time)고]" 서버 이용률(ser- ver utilization사용하여 시스템 성능을 평가하고, 데이터 분할의 크기에 따른 데이터 적재시간, 인덱스 및 데이터처리 시간 등에 대해 실험을 수행하였다.
X축은 데이터 관리자 수를 나타내고 Y축은 응답시간을 나타낸다. 개별 그래프는 사용자 수에 따른 응답시간을 보여주는데, 여기서 응답 시간은 sec刀VIB(Megabyte)로 측정하였다. 이것은 사용자 질의에 의해 처리되는 이미지 양이 달라짐에 따라 고객에게 전송되는 메시지들의 크기도 달라지게 되어 1MB 데이터 전송시 소요된 응답시간으로 정규화하여 표현하였다.
이 방식에서는 데이터들이 사용되지 않는 동안에는 하드 디스크 대신에 대용량 테이프 장치에 보관되어 있다가, 이들에 대한 접근 요청이 들어오면 이들을 지역 디스크로 읽어와 次:리하는 방식이다. 또한 이 실험에서는 전체 데이터에 대해 다양한 분할 방법을 적용하여 분할에 따른 인덱싱 효과를 관찰하였다. 이 실험에서 사용된 데이터의 크기는 JPEG 형식으로 약 4GB이고, 압축 해제시 90GB 정도되며, 10TB의 테이프 장치, 500GB 디스크 캐쉬가 장착된 Maryland 대학의 HPSS(High Performance Storage System)[17] 상에서 실험을 수행하였다.
발전시킨 것이다. 먼저 기본적인 현미경의 관찰 기능은 물론 교육 분야 응용을 위한 이미지상의 표시, 텍스트 추가 등을 지원하는 뷰어(viewer) 구현, 전체 시스템의 통신 규약 정의, 그리고 대용량 데이터 저장을 위한 테이프 저장장치의 도입에 대한 연구를 수행하였다.
위해 사용하였다. 본 실험을 수행하기 전에 먼저 현미경 사용에 익숙한 전문가로부터 미숙한 사용자에 이르기까지 이미지 검색하는 양상을 파악하기 위하여, 고객 프로그램을 통해 본 시스템에 대한 이벤트 추적(event trace)를 수집하였다. 이러한 추적으로부터 사용자의 검색 양상을 구동 프로그램(driver program)으로 작성하였다.
본 연구에 의해 구현된 시스템은 고객 서버 모델에 의거 고객, 조정자 노드, 데이터 관리자 노드 3 계층으로 구성되었고 이들은 정해진 통신 규약에 따라 메시지를 송수신한다. 이미지 검색을 위한 기능들 외에도 이미지 표시, 텍스트 추가 기능 등 교육용 응용에 필요한 기능들을 고객프로그램에 구현하였고, 시스템 구성 요소간 통신 규약을 정의하였다.
응답 시간은 본 시스템이 임의의 사용자들 요구에 얼마나 빠르게 응답하는지를 나타내는 척도로 사용하였고, 서버 이용률은 시스템 자원들이 얼마나 효율적으로 활용되는지 평가하기 위해 사용하였다. 본 실험을 수행하기 전에 먼저 현미경 사용에 익숙한 전문가로부터 미숙한 사용자에 이르기까지 이미지 검색하는 양상을 파악하기 위하여, 고객 프로그램을 통해 본 시스템에 대한 이벤트 추적(event trace)를 수집하였다.
이러한 채널 자체가 동기적 또는 비동기적 협업을 지원하는 *CPSE(Collaborative Prob lem Solving Environment)'라 할 수 있다. 이 연구에서는 전자 및 광학 현미경들을 이용하여 재료과학, 생물학 등에 주로 응용하는 시험을 수행한다. 이 현미경 채널은 측정 서비스(Instrument Service), 교환 서비스(Exchange Service), 계산 서비스(Computational Service)로 구성되고 CORBA[14]로 구현되었다.
이미지 검색을 위한 기능들 외에도 이미지 표시, 텍스트 추가 기능 등 교육용 응용에 필요한 기능들을 고객프로그램에 구현하였고, 시스템 구성 요소간 통신 규약을 정의하였다. 또한 본 연구에서 다루는 데이터들의 대용량 특성에 따라 이들을 보관하는 저장 공간의 확장이 요구되므로 테이프 장치 도입을 위한 실험을 수행하였다.
대상 데이터
예를 들면, 광학현미경으로 조직 샘플 관찰시 통상적으로 1000X1000픽셀로 이루어지는 현미경 사진이 약 50 X 50개 정도 생성된다. 각 픽셀들은 RGB 3바이트씩 차지하므로 하나의 초점 평면에 대해 대략적으로 약 7.5GB라는 대량의 디지털 데이터가 생성된다.
제공한다. 사용자 인터페이스인 VidCon(Video-based Gontroller)는 비디오 창(video panel), 제어창(control panel), 이미지창(image panel)으로 구성된다. 비디오 창은 현재 원격에 위치한 현미경의 관찰하에 있는 샘플에 대한 비디오 이미지를 제공하고, 비디오 창을 보고 있는 원격 연구자들은 제어 창을 통해 관찰중인 현미경에게 배율 변동, 렌즈 이동 등의 명령어들을 보낼 수 있다.
또한 이 실험에서는 전체 데이터에 대해 다양한 분할 방법을 적용하여 분할에 따른 인덱싱 효과를 관찰하였다. 이 실험에서 사용된 데이터의 크기는 JPEG 형식으로 약 4GB이고, 압축 해제시 90GB 정도되며, 10TB의 테이프 장치, 500GB 디스크 캐쉬가 장착된 Maryland 대학의 HPSS(High Performance Storage System)[17] 상에서 실험을 수행하였다. 이 HPSS 시스템은 IBM SP2의 16개 노드에 의해 접근 가능하다.
이 실험은 16개의 RS 6000/390 노드들로 구성된 Mary land 대학의 IBM SP2 병렬 컴퓨테1]에서 수행되었다. 각 RS 6000 노드들에는 6개의 IBM Starfire 7200 디스크들이 장착되어 있고 AIX 4.
이론/모형
사용자 질의가 도착하면, 2 단계 인덱스 파일들에 대한 접근을 통해 해당 블록들에 대한 정보를 추출하여 데이터를 읽어들인다[3]. 이러한 2 단계 인덱싱은 UC Berkeley 의 GiST C++ 라이브러리 [2]에 기초한 R-트리 [9]를 이용하여 수행된다.
성능/효과
보여준다. 실험 결과는 분할이 세분화되어 분할 데이터 파일의 크기가 작아질수록 적재될 데이터의 크기가 감소하므로 분할데이터 파일의 적재 시간이 점차적으로 감소하는 현상을 보여준다. 그러나 2X2 분할시 질의 ql의 경우에는 나머지 질의들은 단지 하나의 분할 데이터 파일을 적재하는 반년에, ql의 경우에는 4개의 분할 데이터 파일과 겹치므로 전체 데이터를 읽어오는 결과를 초래하였기 때문에 다른 실의와 달리 오랜 적재 시간이 소요되었다.
이 기술은 사용자가 질의 생성시, 새로 요청하는 질의 영역이 관찰창에 존재하는 기존의 이미지와 비교하여 겹치는 부분이 있는 경우, 새로 추가된 영역만을 요청하는 기술이다. 이 기술은 사용자 PC가 이미 가져온 이미지를 부분적으로 재사용함으로써, 네트워크 통신 지연 및 데이터 처리 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.
후속연구
연구가 수행되어야 한다. 또한 사용자 관점에서 볼 때 고객 프로그램에 이미지 분석 기능, 통계 처리 기능 등이 추가되도록 개선해가는 것이 바람직하다.
예를 들어 강의실에서 모든 학생들이 현미경을 통해 샘플들을 관찰하고자 할 때 물리적인 현미경을 이용한다면 다수의 학생들이 동시에 샘플을 관찰하는 것이 불가능하나, 이 시스템을 이용한다면 동일한 샘플을 동시에 보면서 강의를 진행할 수 있어 보다 효과적으로 강의를 진행할 수 있다. 이외에 병원에서 의사가 관련 조직 샘플을 보면서 진료나 상담할 수 있으므로 서비스 수준을 향상시킬 수 있고, 의학 연구자들은 저장된 조직 샘플들을 언제든지 검색할 수 있으므로 의학 연구 정보의 공유가 가능해져 의학 연구에 기여할 수 있을 것이다.
향후에는 네트워크 전송 지연 시간으로 인한 이미지 데이터 전송 시간을 줄이기 위한 사전 인출(prefetching)이나 이미지 캐슁 기술의 적용을 위한 연구가 필요하고, 대용량데이터들의 전송시 이의 크기를 줄이기 위한 압축 기술에 대한 연구가 수행되어야 한다. 또한 사용자 관점에서 볼 때 고객 프로그램에 이미지 분석 기능, 통계 처리 기능 등이 추가되도록 개선해가는 것이 바람직하다.
참고문헌 (21)
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