[논문]이산사건 워게임 시뮬레이션을 위한 실시간 병렬 엔진의 설계 및 구현

김진수; 김대석; 김정국; 류근호

doi:10.3745/kipsta.2003.10a.2.111

초록
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군사용 워게임 시뮬레이션 모델들의 상호연동을 위해서는 국제표준연동(HLA : High Level Architecture)구조를 반드시 갖추어야하며 타 모델과 연동시 발생되는 시스템 오버헤드를 줄이기 위해서는 병렬 시뮬레이션 엔진 도입이 효과적이다. 그러나 기존 군사용 워게임 시뮬레이션 모델엔진의 이벤트 처리는 순차적 이벤트-드리븐 방식으로 처리하고 있다. 이는 병렬로 처리 시 글로벌 자료영역에 대한 동시참조등의 문제점들이 발생하기 때문이다. 아울러 기존 시뮬레이션 플랫폼으로 다중 CPU 시스템을 사용하여도 여러 개의 CPU를 다 활용하지 못하는 결과를 초래하고 있다. 따라서 이 논문에서는 군사용 워 게임 모델의 시스템 처리능력 향상과 글로벌 자료 영역에 대한 동시참조, 대외적인 시뮬레이션 시간처리, 장애 회복(Crash Recovery)시 병행 처리된 이벤트들의 순서를 보장 할 수 있는 객체모델에 기반한 병렬 시뮬레이션 엔진으로의 전환을 제안한다 이 전환된 병렬 시뮬레이션 엔진은 다중 CPU 시스템(SMP)상에서도 병렬 실행이 가능하도록 설계하고 구현하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Military wargame simulation models must support the HLA in order to facilitate interoperability with other simulations, and using parallel simulation engines offer efficiency in reducing system overhead generated by propelling interoperability. However, legacy military simulation model engines proce...

Military wargame simulation models must support the HLA in order to facilitate interoperability with other simulations, and using parallel simulation engines offer efficiency in reducing system overhead generated by propelling interoperability. However, legacy military simulation model engines process events using sequential event-driven method. This is due to problems generated by parallel processing such as synchronous reference to global data domains. Additionally. using legacy simulation platforms result in insufficient utilization of multiple CPUs even if a multiple CPU system is under use. Therefore, in this paper, we propose conversing the simulation engine to an object model-based parallel simulation engine to ensure military wargame model's improved system processing capability, synchronous reference to global data domains, external simulation time processing, and the sequence of parallel-processed events during a crash recovery. The converted parallel simulation engine is designed and implemented to enable parallel execution on a multiple CPU system (SMP).

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이벤트의 실행 결과를 전역 자료에 반영하지 않고 기록하였다가 완료(commit)가 결정되면 전역자료에 반영하고 복귀(rollback) 시에는 파기하기 위해 이벤트별 E屜의 Local copy를 사용한다. Local copy의 내용은 이벤트 종류별로 다르므로 본 연구에서 병행 처리 이벤트로 취급된 이동과 탐지를 위한 Local copy에 대해 기술한다. 다만 이벤트의 처리도중에도 그 흐름이 경우마다 다르므로 사용하는 전역 변수도 달라지게 된다.
순차적 이벤트-드리븐 방식으로 운영 중인 군사용 워게임 시뮬레이션의 성능을 향상시키기 위해 이 논문에서는 분산 실시간 객체 TMO를 이용하여 다중 CPU 시스템(SMP) 상에서 병렬 실행이 가능하게 설계하고 구현하였다.
이 절은 모델의 TMO 구조화 및 객체 구조화를 바탕으로 이벤트의 TMO SvM Po이에 의한 병렬처리 기법 개발 내용에 대해 기술한다.

가설 설정

. "전투”와 같이 작전 반경을 사전에 예측할 수 없는 이벤트는 안정성을 위해 모든 이벤트와 종속성이 있는 것으로 간주한다.
. 시각이 다른 이벤트의 병렬 처리 중에도 대외적인 모의시간은 일정한 하나의 것으로 제공되어야 한다.
[조건 2] 현재의 已如이 巳血=”이다(처리 중인 이벤트가 없다).

제안 방법

. 중도의 이벤트 파생으로 기 처리 중이던 이벤트가 잘못 (처리순서) 시작된 것으로 판별되었을 때의 처리기법을 제안하고 이를 바탕으로 병렬처리 시스템을 설계 구현하였다.
다만 이벤트의 처리도중에도 그 흐름이 경우마다 다르므로 사용하는 전역 변수도 달라지게 된다. 다만 이벤트의 모든 흐름에 대한 전역 변수의 Local copy를 유지하려면 그 크기가 방대해 저 병행 처리의 효율성보다 Local copy의 유지가 더 큰 오버헤드가 되므로 본 연구에서 이동과 탐지의 Local copy로 사용한 전역 변수의 범위를 초과하는 이벤트 실행 처리의 흐름에 대해서는 병행 처리를 중도 포기한다. 다음은 이벤트별 Local copy의 내용이다.
따라서 이 논문에서는 군사용 워 게임 모델의 시스템 처리능력 향상과 글로벌 자료 영역에 대한 동시 참조, 대외적인 시뮬레이션 시간 처리, 장애 회복 시 병행 처리된 이벤트들의 순서 보장을 할 수 있는 객체 모델에 기반한 병렬 시뮬레이션 엔진으로의 전환을 제안한다 이 전환된 병렬 시뮬레이션 엔진[2, 3]은 다중 CPU 시스템(SMP)상에서도 병렬 실행이 가능하도록 설계하고 구현하였다.
또한 시뮬레이션 시간의 일관성을 유지시키고 완료/복귀 개념 도입에 의한 이벤트 처리 순서의 일관성을 모두 유지하였다 이것은 이벤트 처리 부하의 대부분을 차지하는 탐지 및 이동 이벤트들을 병렬처리함으로써 가능하였다. 또한 구조적으로 복잡한 병렬처리의 기능 부품들을 각 기능을 전담하는 SpM이나 SvM 및 SvM Pool을 차후 모든 이벤트를 병렬처리하는 엔진으로 확장이 쉽도록 설계하고 구현 하였다.
현재 군에서 운용 중인 성능 향상과 미군, 타군(해군, 공군)의 모델과의 연동을 위해 객체지향/TM。를 적용한 지상 모델(가칭)”로 재개발 중에 있으며 이 모델의 지상 전투 분야 모의 엔진을 이용(C++로 작성)하여 병렬처리 성능 분석을 하였으며 실험환경은 리눅스6.2 운영체계하 처리 속도 500MH以의 CPU 4개를 사용한 다중 CPU 시스템(SMP) 상에서 부대 생성 후 특정 위치로 이동시켰을 때 완료(commit)되는 이벤트 수가 1000개가 될 때까지 걸리는 시간을 SvM 개수별로 측정하였다.

대상 데이터

2.X버전과 C++ 언어를 위한 g++컴파일러 및 리눅스 스레드를 위한 Linux Pthread 라이브러리, X-윈도우 시스템의 GUKGraphic User Interface)를 위한 GTK(Gimp Tool Kit)라이브러리를 사용하였다.

성능/효과

성능 분석 결과 SvM 1개 사용할 경우 기존 시스템(순차적 방식)과 처리 시간이 비슷하였으며, (그림7)에서 보는 바와 같이 SvM의 개수가 많아질수록 병렬처리의 효과가 높아진다. 이러한 결과에 따라, 모델 운용 시 동시에 처리해야 할 이벤트가 너무 많아 시뮬레이션 시간이 한동안 진행되지 못하는 상황을 제거할 수 있는 효율적인 시스템 구현이 가능하였다.
시스템을 수행한 결과 다중 이벤트 처리 SvM Pool을 두고 다중 CPU 시스템에서 병렬 처리 가능한 이벤트들을 최대한 병렬처리함으로써 대폭적인 성능 향상을 가져오게 되었다. 또한 시뮬레이션 시간의 일관성을 유지시키고 완료/복귀 개념 도입에 의한 이벤트 처리 순서의 일관성을 모두 유지하였다 이것은 이벤트 처리 부하의 대부분을 차지하는 탐지 및 이동 이벤트들을 병렬처리함으로써 가능하였다.
성능 분석 결과 SvM 1개 사용할 경우 기존 시스템(순차적 방식)과 처리 시간이 비슷하였으며, (그림7)에서 보는 바와 같이 SvM의 개수가 많아질수록 병렬처리의 효과가 높아진다. 이러한 결과에 따라, 모델 운용 시 동시에 처리해야 할 이벤트가 너무 많아 시뮬레이션 시간이 한동안 진행되지 못하는 상황을 제거할 수 있는 효율적인 시스템 구현이 가능하였다.

후속연구

추후 연구과제로는 구현된 병렬처리엔진의 전기능 및 전 이벤트로 확장하기 위해 각 이벤트 종류의 쌍에 대해서 자료 종속성 판별기법의 정의에 대한 연구가 필요하다.

참고문헌 (16)

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김정국, '실시간 시스템을 위한 미들웨어,' 정보처리학회논문집, 제8권 제5호, pp.30-37, 2001

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