원격교육을 위한 클라이언트/서버구조의 웹 기반 시뮬레이션 환경 : SimDraw A Web-based Simulation Environment based on the Client/Server Architecture for Distance Education: SimDraw원문보기
최근 인터넷 및 초고속네트워크의 발전과 더불어 원격교육도 활발히 이용되고 있다. 온라인 강의(교수-학습)툴에 대한 상대적으로 많은 연구와는 비교되게 가상실험 툴에 대한 연구는 미진하다고 할수 있다. 본 논문에서는 원격교육용 가상실험실로 사용될 수 있는 웹 기반 시뮬레이션 툴, SimDraw를 설계 및 구현한다. 웹 기반 시뮬레이션기술을 원격교육에 적용시키기 위해서는 다음과 같은 몇 가지 요구사항이 만족되어야 한다. 첫째, 시뮬레이션 툴의 사용자 인터페이스가 간단해서 학생들이 쉽게 사용할 수 있어야 한다. 둘째, 원격 학생들의 다양한 컴퓨터 환경에서도 일관되게 실행될 수 있을 정도로 이식성이 있어야 한다. 마지막으로 셋째, 시뮬레이션 프로그램이 충분히 가벼워서 학생들이 설치 없이 사용이 가능하거나 혹은 설치가 매우 간결하고 쉽게 이루어질 수 있어야 한다. 이러한 요구조건을 만족시키기 위해 SimDraw는 클라이언트/서버구조에 기반하고 있다. 클라이언트프로그램은 모델작성 및 애니메이션 기능만을 가지고 있으므로 자바 애플릿으로 구현이 가능하고 웹 브라우져 내에서 실행될 수 있다. 즉 설치가 전혀 필요 없다. 서버프로그램은 원격컴파일, 모델저장, 라이브러리관리, 사용자관리 등의 기능을 클라이언트 측에 제공한다. SimDraw의 기능을 평가하기 위해 RIP(Routing Information Protocol) 라우팅 프로토콜의 가상 실험을 예로 들어서 시뮬레이션 과정을 보였다.
최근 인터넷 및 초고속네트워크의 발전과 더불어 원격교육도 활발히 이용되고 있다. 온라인 강의(교수-학습)툴에 대한 상대적으로 많은 연구와는 비교되게 가상실험 툴에 대한 연구는 미진하다고 할수 있다. 본 논문에서는 원격교육용 가상실험실로 사용될 수 있는 웹 기반 시뮬레이션 툴, SimDraw를 설계 및 구현한다. 웹 기반 시뮬레이션기술을 원격교육에 적용시키기 위해서는 다음과 같은 몇 가지 요구사항이 만족되어야 한다. 첫째, 시뮬레이션 툴의 사용자 인터페이스가 간단해서 학생들이 쉽게 사용할 수 있어야 한다. 둘째, 원격 학생들의 다양한 컴퓨터 환경에서도 일관되게 실행될 수 있을 정도로 이식성이 있어야 한다. 마지막으로 셋째, 시뮬레이션 프로그램이 충분히 가벼워서 학생들이 설치 없이 사용이 가능하거나 혹은 설치가 매우 간결하고 쉽게 이루어질 수 있어야 한다. 이러한 요구조건을 만족시키기 위해 SimDraw는 클라이언트/서버구조에 기반하고 있다. 클라이언트프로그램은 모델작성 및 애니메이션 기능만을 가지고 있으므로 자바 애플릿으로 구현이 가능하고 웹 브라우져 내에서 실행될 수 있다. 즉 설치가 전혀 필요 없다. 서버프로그램은 원격컴파일, 모델저장, 라이브러리관리, 사용자관리 등의 기능을 클라이언트 측에 제공한다. SimDraw의 기능을 평가하기 위해 RIP(Routing Information Protocol) 라우팅 프로토콜의 가상 실험을 예로 들어서 시뮬레이션 과정을 보였다.
Recently, the distance education has been rapidly proliferated with the rapid growth of the Internet and high speed networks. There has been relatively much research with regard to online lecture (teaching and studying) tools for the distance education, compared to the virtual laboratory tools (for ...
Recently, the distance education has been rapidly proliferated with the rapid growth of the Internet and high speed networks. There has been relatively much research with regard to online lecture (teaching and studying) tools for the distance education, compared to the virtual laboratory tools (for self-study and experiments). In this paper, we design and implement a web-based simulation tool, named as SimDraw, for the virtual laboratory in the distance education. To apply the web-based simulation technology into the distance education, some requirements should be met; firstly, the user interface of the simulation should be very easy for students. Secondly, the simulation should be very portable to be run on various computer systems of remote students. Finally, the simulation program on remote computers should be very thin so that students can easily install the program onto their computers. To meet these requirements, SimDraw adopts the client/server architecture; the client program contains only model development and animation functions so that no installation of a client program onto student's system is required, and it can be implemented by a Java applet in Web browsers. The server program supports client programs by offering the functions such as remote compiling, model storing, library management, and user management. For the evaluation of SimDraw, we show the simulation process using the example experimentation of the RIP(Routing Information Protocol) Internet routing protocol.
Recently, the distance education has been rapidly proliferated with the rapid growth of the Internet and high speed networks. There has been relatively much research with regard to online lecture (teaching and studying) tools for the distance education, compared to the virtual laboratory tools (for self-study and experiments). In this paper, we design and implement a web-based simulation tool, named as SimDraw, for the virtual laboratory in the distance education. To apply the web-based simulation technology into the distance education, some requirements should be met; firstly, the user interface of the simulation should be very easy for students. Secondly, the simulation should be very portable to be run on various computer systems of remote students. Finally, the simulation program on remote computers should be very thin so that students can easily install the program onto their computers. To meet these requirements, SimDraw adopts the client/server architecture; the client program contains only model development and animation functions so that no installation of a client program onto student's system is required, and it can be implemented by a Java applet in Web browsers. The server program supports client programs by offering the functions such as remote compiling, model storing, library management, and user management. For the evaluation of SimDraw, we show the simulation process using the example experimentation of the RIP(Routing Information Protocol) Internet routing protocol.
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문제 정의
것이다. JOTSA는 웹에서 애니메이션이 가능하고 사용하는 기종과 운영체제에 종속됨 없이 컴퓨터 네트워크의 동작을 보여주기 위한 애니메이션을 소개하였다. 또한, VisuSIM[13]은 컴퓨터구조에 대한 웹 기반 시뮬레이션 툴로서 자바를 이용하여 CPU 시뮬레이터를 구현하여 실험용 툴로서 효과적으로 사용될 수 있음을 보였다.
가상 실험을 위해 본 논문에서는 라우팅 알고리즘의 동작 원리를 이해하고 메시지 패킷의 전달 과정을 실험하기 위하여 RIP 라우팅 프로토콜을 위한 자바 컴포넌트를 개발하였다. 각 컴포넌트는 멀티 쓰레드로 동작되며 학습자가 사용하는 플랫폼에 관계없이 인터넷에 접속되어 있는 모든 컴퓨터에서 실험이 가능하다.
본 논문에서는 다양한 실험을 확장성 있게 설계하고 구현할 수 있는 웹 기반 가상실험실인 SimDraw를 소개한다. SimDraw는 기존의 웹 기반 시뮬레이션 툴을 확장하여 웹 기반 원격교육에 적용한 것으로 웹 브라우져에서 다양한 가상실험을 사용자 스스로 직접 제작하고 실험하고자 개발된 것이다.
본 논문에서는 웹 기반 가상실험실인 SimDraw를 개발하고, 이를 이용하여 웹 기반 원격교육을 위한 RIP 라우팅 알고리즘을 구현하였다. 실험 환경이나 조건, 상황이 미리 결정된 종래의 실험과 달리 학습자가 직접 자신이 실험하고자하는 모델을 설계하여 가상 실험을 제공하기 때문에 보다 효과적인 원격교육을 지원 할 수있다.
웹 기반 시뮬레이션은 웹을 통해서 시뮬레이션을 수행하는 데 목적이 있다. 자바는 기존의 시뮬레이션 환경이 가진 단점들을 해결해 줄 수 있는 대표적인 언어라고 할 수 있는데, 이 기종 환경에서도 실행이 가능하고, 인터넷과 웹을 통한 실행 능력을 제공하고 있다.
제안 방법
학생들은 새로운 프로그래밍언어를 배울 필요가 없으며 심지어는 자바 언어를 몰라도 기본적인 실험을 할 수 있다. 두 번째 요구조건을 위해서는 자바 언어 기반의 시뮬레이션엔진을 사용하였다. 특히 Sim java라는 시뮬레이션 엔진을 이용함으로써 일관된 실행을 보장하였다.
시뮬레이션 전 과정이 애니메이션 되기 때문에 각 노드들 사이의 패킷 교환을 시각적으로 볼 수 있어 다양한 형태의 실험모델을 만들어 RIP 라우팅 프로토콜의 동작 원리를 실험할 수 있게 하였다. 또한 각 라우터의 라우팅 테이블의 변환을 하나의 원도우 창으로 보여 줌으로써 라우터의 동작을 이해 할 수 있게 하였다.
라우팅(Routing)이란 IP 패킷을 목적지까지 전달하는 과정을 의미하며 라우팅 프로토콜은 라우팅 정보(Rou ting Information)를 주고받기 위한 프로토콜을 의미한다. 라우팅 정보를 전달하기 위한 라우팅 알고리즘에는 RIPtRouting Information Protocol), IGRPCInterior Gateway Routing Protocol), EIGRPCEnhanced Inte rior Gateway Routing Protocol), OSPFtOpen Shor test Path First) 둥이 있지안 본 논문에서는 가장 많이 사용되고 있는 RIP알고리즘을 이용한 라우팅 프로토콜 [7]의 모델 라이브러리를 설계하였다.
먼저 SimDraw의 설계 시 요구조건(Design Requi- rements)에 대해 살펴본다. 웹 기반 시뮬레이션 툴을 원격교육용 가상실험실에 적용하려면 다음과 같은 요구 조건이 만족되어야 한다.
본 논문에서는 SimDraw에서 RIP 라우팅 프로토콜의 시뮬레이션 및 애니메이션을 실행하기 위해서 다음과 같이 4개의 컴포넌트를 설계하였다: 라우터를 위한 Router 컴포넌트, 서브네트워크를 위한 Lan 컴포넌巨, IP패킷을 솧수신하는 컴퓨터노드인 Node컴포넌트, 그리고 IP패킷을 생성하여 Node컴포넌트에게 전달하기 위한 Gen 컴포넌트. 각 컴포넌트는 자바 클래스로서 Simjava의 Sim_entity 클래스에서 상속받아 생성되며멀티쓰레드(Multi比玲ad)로 동작된다.
본 논문에서는 가상실험 구조를 설계 및 구현하였고, 라이브러 리 컴포넌트로서 RIP 라우팅프로토콜을 설계하였다. 만일 SimDraw를 이용하여 다른 종류의 실험들 즉, 예를 들면 FTP 실험, OSPF실험, 멀티캐스팅실험 등을 하려면 실험 제공자가 해당하는 라이브러리 컴포넌트를 제작하여 학습자에게 제공하여야 한다.
각 컴포넌트는 멀티 쓰레드로 동작되며 학습자가 사용하는 플랫폼에 관계없이 인터넷에 접속되어 있는 모든 컴퓨터에서 실험이 가능하다. 시뮬레이션 전 과정이 애니메이션 되기 때문에 각 노드들 사이의 패킷 교환을 시각적으로 볼 수 있어 다양한 형태의 실험모델을 만들어 RIP 라우팅 프로토콜의 동작 원리를 실험할 수 있게 하였다. 또한 각 라우터의 라우팅 테이블의 변환을 하나의 원도우 창으로 보여 줌으로써 라우터의 동작을 이해 할 수 있게 하였다.
Sim Draw 서버는 모델의 컴파일, 모델 관리 둥, 시뮬레이션 모델의 구현에 관련된 부분을 담당한다. 실험결과로서는 SimDraw의 효용성을 보이기 위해 RIPfRouting Infor mation Protocol)라우팅 알고리즘을 실험해보았다.
이번 장에서는 SimDraw를 이용하여 라우팅 프로토콜의 모델링, 시뮬레이션, 애니메이션을 하기 위한 라이브러리 컴포넌트를 설계한다. 라이브러리 컴포넌트는 원격 실험의 컨텐츠또는 재료로 볼 수 있으며 원격 실험을 제공할 관리자가 개발하게 되고, 개발된 컴포넌트는 원격 학습자에게 제공되어 학습자는 마우스를 이용한 동적 모델 구성만으로 원격실험을 할 수 있게 된다.
보여준다. 패킷의 Head는 패킷 타입 번호를 기톡하여 패킷의 성격을 결정하도록 설계하였다. 그라고 패킷을 전달하는 근원지의 IP주소와 목적지의 IP주소 및 전달 자료와 전송된 자료의 제어 메시지가 포함되어있다
대상 데이터
학습자는 이를 이용해 자신이 실험하기 원하는 환경을 설정할 수 있다. 모델 작성기에 사용한 주요 클래스는 JMenubar, JToolBar, JPanel, JButton 등과 같은 스윙 컴포넌트를 이용하였다.
SimDraw는 시뮬레이션 엔진을 새롭게 설계하지는 않고 기존 Simjava[9]의 코드를 이용하여 구현하였다. 즉, 시뮬레이션 코드는 Simjava의 Runnable 인터페이스를 구현하고, Anim_applet 클래스로부터 상속받은 애플릿 코드로서 anim_init()와 anim_layout() 메소드로 구성된다. anim_init() 메소드는 애플릿의 GUI를 설정하는 데 필요한 메소드이고 animJayoutO 메소드는 시뮬레이션 엔터티를 추가하고 엔터티 간의 연결 정보를 추가하는 메소드이다.
이론/모형
SimDraw는 시뮬레이션 엔진을 새롭게 설계하지는 않고 기존 Simjava[9]의 코드를 이용하여 구현하였다. 즉, 시뮬레이션 코드는 Simjava의 Runnable 인터페이스를 구현하고, Anim_applet 클래스로부터 상속받은 애플릿 코드로서 anim_init()와 anim_layout() 메소드로 구성된다.
SimDraw의 시뮬레이션 엔진으로는 Simjava[9]를 사용하였다. Simjava는 프로세스 기반의 discrete event simulation 패키지로 HASE++에 기반 한 자바용 엔진이다.
성능/효과
첫째, 시뮬레이션 툴의 사용법이 매우 쉬워서 학생들이 쉽게 주어진 실험과제를 이해하고 또한 응용할 수 있어야 한다. 둘째, 원격지의 학생들의 컴퓨터 환경은 오프라인 실험실의 일관된 실험환경과는 다르다. 따라서 시뮬레이션 툴이 이식성이 매우 뛰어나서 다양한 컴퓨터 환경에서 일관되게 실행되고 같은 결과를 보여주어야 한다.
따라서 시뮬레이션 툴이 이식성이 매우 뛰어나서 다양한 컴퓨터 환경에서 일관되게 실행되고 같은 결과를 보여주어야 한다. 마지막으로 셋째, 클라이언트 측은 충분히 가벼워서(thin) 학생들이 웹 브라우져만으로 혹은 간단한 프로그램설치만으로 시뮬레이션 툴을 사용할 수 있어야 한다.
특히 Sim java라는 시뮬레이션 엔진을 이용함으로써 일관된 실행을 보장하였다. 세 번째 요구조건즉 씬 클라이언트를 위해서 SimDraw는 클라이언트/서버구조를 가진다. 클라이언트프로그램이 모델작성기가 생성한 시뮬레이션 소스 코드를 컴파일 실행을 하기 보다는 서버 측에 이러한 기능을 넘김으로써 클라이언트는 단순히 웹 브라우져 만으로 실행이 가능하게 하였다.
후속연구
시뮬레이션 진행되는 모든 과정이 애니메이션으로 표현되기 때문에 학습자는 각 라우터가 어떻게 자신의 인접한 라우터와 라우팅 정보를 교환하는지, 라우팅 테이블이 어떻게 만들어지는지를 눈으로 확인 할 수 있고, 쉽게 RIP 라우팅 알고리즘의 동작 원리를 이해 할 수 있을 것이다. 또한 한 노드에서 특정 노드로 메시지를 보낼 때도 패킷이 전달되는 것이 애니메이션 되기 때문에 학습자는 인터넷에서 메시지가 전달되는 과정을 이해할 수 있다.
웹 기반 시뮬레이션 툴을 원격교육용 가상실험실에 적용하려면 다음과 같은 요구 조건이 만족되어야 한다. 첫째, 시뮬레이션 툴의 사용법이 매우 쉬워서 학생들이 쉽게 주어진 실험과제를 이해하고 또한 응용할 수 있어야 한다. 둘째, 원격지의 학생들의 컴퓨터 환경은 오프라인 실험실의 일관된 실험환경과는 다르다.
또다른 향후 과제로서는 SimDraw에서 실행될 수 있는 유용한 컴포넌트를 제작하는 것이다. 현재 개발된 것은 RIP 라우팅 프로토콜을 위한 컴포넌트뿐이지만, 보다 다양한 자바 컴포넌트를 개발함으로 더욱 효과적이고 교육적인 원격교육용 가상실험실을 만들 수 있을 것이다.
참고문헌 (18)
김정숙, 곽덕훈, '뉴미디어를 활용한 원격학습 시스템의 설계', 정보처리학회지, pp. 29-40, vol. 4 no. 3, May 1997
Hyungon Seo, Bong Sagong, and Kihyung Kim, 'Web-based Modeling, Simulation and Animation of Routing Protocols,' Proceedings of IASTED Conference on Internet and Multimedia Systems Applications, pp. 356-360, Nov, 2000
John A. Miller, Andrew F. Seila and Xuewei Xiang, 'The JSIM Web-Based Simulation Environment,' Computer Science Department 415 GSRC University of Georgia Athens, GA 30602-7404, 1999
Howell, F.W., The Simjava home page, http://www.dcs.ed.ac.uk/home/fwh/emin/docs/websim/, April, 1999
Healy, K.J. and R.A. Kilgore, 'Introduction to Silk and Java-based Simulation,' In Proceedings of the 1997 Winter Simulation Conference, pp 475-482, Atlanta, Georgia
Zeigler, B.P, 'DEVSJAVA Modeling and Simulation Environment,' http://www.acims.arizona.edu/SOFTWARE/software.shtml
Hung-ying Tyan, 'Design, Realization and Evaluation of a Component Based Compositional Software Architecture for Network Simulation,' Ph. D. Thesis, Ohio State University, 2002
Yoshiro Imai et. al., 'Design and Implementation of Web-based Education Tool,' Proceedings of the 2002 Symposium on Applications and the Internet (SAINT) Workshops, IEEE, pp. 204-211, Jan. 28, 2002
MIL 3, 'OPNET Tutorial Manual, Washington DC, 1997
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