[논문]비트마스킹 기법을 이용한 임베디드 모니터링 시스템

신원; 김태완; 장천현

doi:10.3745/kipstd.2006.13d.4.613

비트마스킹 기법을 이용한 임베디드 모니터링 시스템
Embedded Monitoring System using Bit-masking Technique 원문보기

정보처리학회논문지. The KIPS transactions. Part D. Part D, v.13D no.4 = no.107, 2006년, pp.613 - 618

신원 (건국대학교 컴퓨터공학과) , 김태완 (건국대학교 컴퓨터공학과) , 장천현 (건국대학교 컴퓨터공학과)

초록
AI-Helper

임베디드 소프트웨어의 적용범위가 넓어짐에 따라 소프트웨어의 개발시간을 줄이기 위한 많은 개발도구가 개발되었다. 하지만, 기존 도구들은 특정 플랫폼 적용을 목적으로 개발되었기 때문에 적용 가능한 범위가 제한된다. 이러한 문제 해결을 위하여 다양한 통신 환경을 지원함으로써 플랫폼 제약을 제거한 임베디드 모니터링 시스템을 개발하였다. 임베디드 모니터링 시스템은 코드 인라인 기법을 통하여 모니터링 과정을 진행한다. 하지만, 코드 인라인 기법은 모니터링 센서의 수행에 대한 부하문제를 가지고 있기 때문에 모니터링 센서의 최적화에 대한 고려가 필요하다. 이에 본 논문에서는 모니터링 과정 초기화 방안과 모니터링 센서 최적화를 위한 비트마스킹 기법을 제안한다. 개발된 임베디드 모니터링 시스템은 임베디드 시스템을 사용하는 모든 분야에 적용가능하다.

Abstract ▼ AI-Helper

As the embedded software spreads in various areas, many development tools have been made to minimize the developing time. But these tools cannot be applicable to all the environment because they have been created for the specific platform. As such, this paper proposes an Embedded Monitoring System, which supports the various communication environment and removes the limitation of adaptability to the various platforms. Using the Code Inline technique, this system can perform the monitoring process. However, we should consider the optimization for the monitoring process and monitoring sensors because the technique has the monitoring sensor overhead. As such, this paper proposes an approach for initializing the monitoring process and a bit-masking technique for optimizing the monitoring sensor. The Embedded Monitoring System will be applicable to all the areas using embedded systems.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

하지만, 이러한 임베디드 모니터링 시스템은 모니터링 센서의 동작 과정이 직접적으로 응용 프로그램의 동작 과정에 영향을 미침으로써 모니터링 데이터의 신뢰성을 저하시킨다는 점과 데드라인 위반 시의 처리방안에 대한 고려가 없다는 문제점이 발생된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 임베디드 모니터링 시스템에서 모니터링 과정의 소프트웨어에 대한 영향력을 최소화하기 위하여 기존의 모니터링 센서의 처리 구조에 비트 마스킹 기법을 적용하고 데드라인 위반 시의 메 시지 출력, 로그 기록 등의 처리 방법론을 개발한다. 여기서 비트 마스킹 기법이란 데이터 도출이 필요한 데이터와 필요하지 않은 데이터를 구분하기 위하여 사용하는 것으로서, 비트 연산을 통하여 데이터 추출이 필요하지 않은 데이터의 값을 변형시키는 기법을 말한다.
만약, 모니터링 센서가 반복적으로 실행될 때 부하의 누적 현상이 발생한다면 이는 원시프로그램에 많은 문제를 발생시킬 수 있다. 이러한 임베디드 시스템의 특성을 고려하여 프로그램을 반복 수행하였을 때 센서의 실행 시간 누적 현상이 발생하는지 알아본다.
전체실험의 목적은 모니터링 센서를 삽입하였을 때, 센서가 응용프로그램에 미치는 영향을 측정하는 것이다.

제안 방법

각각의 소스에 대한 실행시간을의 식을 이용하여 측정하여 센서 한 개의 실행 시간과 센서의 성능향상 수치를 알아본다.
기존의 센서 동작 구조에서 문제가 되었던 센서 정보작성 여부를 결정하기 위한 비교 구문을 제거하기 위하여 센서 정보 구성을 응용 프로그램이 동작하기 전인 초기화 단계에서 구성한다. 이로써 응용프로그램의 실행 시간에는 영향을 미치지 않는다.
모니터링 센서에 대한 실행 시간 측정을 위하여 동일한 응용프로그램에 일정한 수의 모니터링 센서를 삽입한다. 모니터 링 센서가 동작하여 모니터링 데이터 저장소에 데이터를 저장하는 시간을 측정한다. (그림 12)는 실행 시간 측정 구조이다.
모니터링 데이터의 전송은 전송되는 패킷의 양을 줄이기 위하여 초기화 단계에서 전송받은 모니터링 센서 정보를 이용하여 전송 패킷을 구성한다. 전송 패킷은 센서 고유번호와 모니터링 데이터값으로 구성된다.
모니터링 센서 100개를 삽입하고 반복 횟수를 증가하면서 실행 시간을 측정한다.
실험에 사용되는 벤치마킹 프로그램은와 같으며 의 식을 적용하기 위하여 필요한 데이터인 원시 소스 의 실행 시간을 측정하여 기술하였다.
이렇게 발생되는 부하는 응용 소프트웨어의 동작 과정에 영향을 미쳐 추출하는 모니터링 데이터의 신뢰성을 저하시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 기존의 디버깅 모듈을 대 체할 수 있는 코드 인라인 기법을 적용한 임베디드 모니터 링 시스템을 제안하였다. 임베디드 모니터링 시스템에서는 코드 인라인 기법을 통하여 모니터링 센서와 원시 소스가 결합된 형태인 모니터링 소스를 생성하고 생성된 모니터링 소스는 목적 시스템에서 실행된다.
일반적으로 임베디드 시스템에서 응용 소프트 웨어의 실행과정은 일련의 루틴이 무한 반복되는 형태이기 때문에 모니터링 센서의 두 가지 비교 구문은 실행 시간에 적지 않은 영향을 미칠 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 제안하는 구조에서는 실제 프로그램이 동작하기 이전에 비교 구문을 대체하기 위한 방안으로 센서에 대한 정보를 미리 구성하고 디버깅 레벨을 비교하지 않도록 비트 마스킹 기법을 사용한다.
또한, 모든 변수에 대한 데이터 추출을 위하여 시스템의 자원사용량과 처리량을 증가시킴으로써 많은 부하를 발생시키기 때문에 임베디드 환경처럼 제한된 자원을 갖는 환경에는 적용 불가능하다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 특정 대상에 대한 값만을 도출함으로써 모니터링으로 인한 부하를 줄이는 모니터 링 센서 기법을 적용하고 다양한 통신 환경을 지원함으로써 특정 플랫폼에 제한되지 않는 임베디드 모니터링 시스템을 개발하였다[2]. 하지만, 이러한 임베디드 모니터링 시스템은 모니터링 센서의 동작 과정이 직접적으로 응용 프로그램의 동작 과정에 영향을 미침으로써 모니터링 데이터의 신뢰성을 저하시킨다는 점과 데드라인 위반 시의 처리방안에 대한 고려가 없다는 문제점이 발생된다.
그러나 기존의 시스템은 개발 기간에만 초점이 맞추어져 있어 실행 시간 또는 유지보수 단계에서는 적용이 불가능하다는 문제점이 발생되었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 임베디드 모니터링 시스템을 개발하였다. 그러나 임베디드 모니터링 시스템은 감시과정을 진행하기 위하여 사용하는 센서의 부 하문제를 그대로 가지고 있기 때문에 추출되는 모니터링 데 이 터에 대한 신뢰성을 보장할 수 없다.
(1)실험「모니터링 센서의 구조 변화에 따른 실행 시간을 측정하는 실험 모니터링 센서의 동작으로 생기는 부하가 클 경우, 원시 소스의 실행에 영향을 미쳐 추출되는 모니터링 데이터의 신 뢰성을 저하시킨다. 이어】, 센서를 삽입한 경우와 센서를 삽입하지 않은 경우에 대한 실행 시간을 측정하여 센서가 원시 소스에 미치는 영향을 측정한다.
또한 데드라인 위반 시의 해결방안에 대한 고려가 미흡하다. 이에 모니터링 센서의 최적화를 위하여 응용프로그램의 실행 전에 센서 정보 와 디버깅 정보 테이블을 구성하는 초기화 과정을 거치고 비트 마스킹 기법을 이용하여 모니터링 데이터를 추출하는 방식을 사용한다. 또한, 메시지 창 출력과 로그 기록 기능을 지원함으로써 데드라인 검출 및 처리에 대한 기능을 추가한다.

대상 데이터

실험 1에서는 센서 10개, 실험 2에서는 센서 100개를 삽입하고 측정한 결과 센서 한 개의 실행 시간은 같게 측정되었다. 이는 센서의 개수가 증가하더라도 실행 시간 축적 현상이 발생하지 않고 개수에 비례적으로 증가한다는 것을 뜻한다.
측정대상은 기존 모니터링 센서, 1차 개선된 센서, 2차 개선된 센서를 각각 10개씩 삽입한 소스이다.

이론/모형

모니터링 센서의 최적화를 위하여 비교문의 수행을 줄일 수 있는 비트 마스킹 기법을 사용한다.
실험상에서 쓰이는 실행시간은 ps 단위이고의 식을 이용하여 측정한다.

성능/효과

(2) 실험2:응용프로그램의 반복 횟수를 증가하였을 때의 실행 시간을 측정하는 실험 임베디드 시스템은 일반적으로 프로그램이 한번 동작하고 종료하는 형태가 아닌 무한적으로 반복하는 형태이다. 만약, 모니터링 센서가 반복적으로 실행될 때 부하의 누적 현상이 발생한다면 이는 원시프로그램에 많은 문제를 발생시킬 수 있다.
실험 1은 기존의 센서 구조와 개선된 구조의 성능 차이를 측정하는 실험으로서, Bubble Sort의 경우 2차 최적화 단계를 통하여 센서의 실행 시간이 2.515ns 개선되었고 센서 한 개의 실행 시간은 0.0811S이다.
실험 2는 일정한 센서를 삽입하고 반복 회수를 증가시킴에 따라 센서의 부하가 축적되는 현상이 발생되는 것인지를 측정하기 위한 실험으로 반복 횟수는 센서의 실행 시간에 영향을 미치지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
<표 1>의 식을 이용하여 센서 한 개의 실행 시간을 측정하면 실험 1에서와 같은 값이 측정된다. 즉, 이 실험을 통하여 반복 횟수의 증가로 인하여 센서의 부하가 축적되어 실행 시간이 증가되는 현상이 발생하지 않는다는 것을 알 수 있다.

후속연구

향후에는 모니터링 데이터 전송 과정 최적화에 대한 연구와 임베디드 모니터링 시스템을 분산환경에서 적용하기 위한 연구를 진행할 예정이다.

참고문헌 (7)

문세원, 창병모, '자바 병행 프로그램의 모니터링 시스템' 한국컴퓨터종합학술대회 논문집 Vol.32, No.1(B), pp.904-906, 2005
신원，김태완，장천현，'개선된 모니터링 센서를 이용한 임베디드 모니터링 시스템의 설계 및 구현', 정보과학회 춘계논문집 A권, pp.778-780, 2005
Aloysius K. Mok and Guangtian Liu, 'Efficient Run-Time Monitoring of Timing Constraints', 3rd IEEE RTAS, pp.252-262, 1997
Roman Obermaisser, 'Monitoring and Configuration in a Smart Transducer Network', IEEE Real-Time Embedded System Workshop, pp.1-7, 2001
Rob Law, 'An Overview of Debugging Tools', ACM software Engineering Notes, Vol.22 No.2, pp.43-47, 1997

상세보기
Ulfar Erlingsson, F. B. Schneider, 2000. 'IRM Enforcement of Java Stack', Symposium on Security and Privacy, Oakland, California, May, 2000
Ulfar Erlingsson, 'The Inlined Reference Monitor Approach to Security Policy Enforcement,' PhD thesis, Department of Computer Science, Cornell University, Available as Technical Report 2003-1916, 2003

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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