최근 공학 분야에서 실험시설에서 진행된 실험에 대한 실험 결과를, 지리적으로 떨어진 곳에 있는 연구자들이 직접 해닝 실험 시설을 방문하지 않고서도 효과적으로 공유할 필요가 늘어나고 있다. 특히 토목 공학의 경우, 연구자들이 원격지의 실험 시설에서 진행 되는 실험에 참여할 필요성이 점점 증가하고 있다. 게다가 구축 비용이 매우 높은 실험 시설의 경우 보다 많은 연구자들에 의해 원격으로 사용되는 것을 가능하게 함으로써 이용률을 높일 필요성이 제기되고 있다. 본 논문에서는 그리드 기술을 이용하여 분산된 주요 토목 공학 실험 시설들을 연결하여, 지리적으로 떨어져 있는 연구자들에게 원격 실험에 참여할 수 있게 하고, 실험 시설들에서 이루어진 실험들의 결과들이 자동적으로 원격지의 연구자들에게 공유될 수 있게 하는 KOCED(Korea Construction Engineering Development)라고 불리는 프로젝트에서 개발 중인, 토목 공학 분야의 원격 실험 환경을 제안하였다. 그리고, 이를 기반으로 하여, 지리적으로 떨어져 있는 2개의 물리적 실험 장비 사이트와 1개의 수치해석시뮬레이션 사이트를 연동시키는 하이브리드 실험시설에 대한 설계를 하고 그 프로토타입의 구현 및 테스트를 통하여 그리드 기반의 토목 공학 실험의 가능성을 보여주었다
최근 공학 분야에서 실험시설에서 진행된 실험에 대한 실험 결과를, 지리적으로 떨어진 곳에 있는 연구자들이 직접 해닝 실험 시설을 방문하지 않고서도 효과적으로 공유할 필요가 늘어나고 있다. 특히 토목 공학의 경우, 연구자들이 원격지의 실험 시설에서 진행 되는 실험에 참여할 필요성이 점점 증가하고 있다. 게다가 구축 비용이 매우 높은 실험 시설의 경우 보다 많은 연구자들에 의해 원격으로 사용되는 것을 가능하게 함으로써 이용률을 높일 필요성이 제기되고 있다. 본 논문에서는 그리드 기술을 이용하여 분산된 주요 토목 공학 실험 시설들을 연결하여, 지리적으로 떨어져 있는 연구자들에게 원격 실험에 참여할 수 있게 하고, 실험 시설들에서 이루어진 실험들의 결과들이 자동적으로 원격지의 연구자들에게 공유될 수 있게 하는 KOCED(Korea Construction Engineering Development)라고 불리는 프로젝트에서 개발 중인, 토목 공학 분야의 원격 실험 환경을 제안하였다. 그리고, 이를 기반으로 하여, 지리적으로 떨어져 있는 2개의 물리적 실험 장비 사이트와 1개의 수치해석 시뮬레이션 사이트를 연동시키는 하이브리드 실험시설에 대한 설계를 하고 그 프로토타입의 구현 및 테스트를 통하여 그리드 기반의 토목 공학 실험의 가능성을 보여주었다
Recently, in the engineering area, there is an increasing need for researchers at a distance to share the result of the experiment, without having to visit the experiment facilities. Especially in the civil engineering, researchers feel the need for participating in a experiment conducted at a dista...
Recently, in the engineering area, there is an increasing need for researchers at a distance to share the result of the experiment, without having to visit the experiment facilities. Especially in the civil engineering, researchers feel the need for participating in a experiment conducted at a distant location. In addition, it is suggested that high-cost facilities should be used by remote researchers thereby increasing the utilization rate. This paper proposes a remote experiment environment in civil engineering that are being developed in a project called Korea Construction Engineering Development(KOCED), which connects major civil engineering experiment facilities using grid technology, allows researchers to participate in a remote experiment, and has the experiment results shared by remote researchers automatically. Then, based on the suggested environment, we designed a hybrid test facility that involves two physical experiment facility sites and one numerical simulation site that are geographically apart. Then, we implemented its prototype and ran some tests, which showed a possibility of grid-based civil engineering experiment.
Recently, in the engineering area, there is an increasing need for researchers at a distance to share the result of the experiment, without having to visit the experiment facilities. Especially in the civil engineering, researchers feel the need for participating in a experiment conducted at a distant location. In addition, it is suggested that high-cost facilities should be used by remote researchers thereby increasing the utilization rate. This paper proposes a remote experiment environment in civil engineering that are being developed in a project called Korea Construction Engineering Development(KOCED), which connects major civil engineering experiment facilities using grid technology, allows researchers to participate in a remote experiment, and has the experiment results shared by remote researchers automatically. Then, based on the suggested environment, we designed a hybrid test facility that involves two physical experiment facility sites and one numerical simulation site that are geographically apart. Then, we implemented its prototype and ran some tests, which showed a possibility of grid-based civil engineering experiment.
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문제 정의
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 KOCED는 (그림 1)에서 보는 바와 같이 국내에 6개의 대형 토목 실험 시설을 구축함과 동시에 이들을 그리드 시스템으로 연결하여 공동 연구 환경을 제공하는데 그 목적이 있다. 대학교, 연구소, 산업체, 정부 기관 등에 있는 토목 연구자들은 KOCED 에서 제공하는 그리드 기반의 공동 연구 환경에서 실험자로서 원격 실험을 수행하거나 관찰자로서 원격 실험을 실시간 모니터링할 수 있다.
본 논문에서는 KOCED(Korea Construction Engineering Development)라고 불리는 원격 실험 환경의 제안을 통해 그리드 기술을 이용하여 분산된 주요 토목 공학 실험 시설들을 연결하여, 지리적으로 떨어져 있는 연구자들에게 원격실험을 제공하고, 실험 시설들에서 이루어진 실험들의 결과들이 자동적으로 원격지의 연구자들에게 공유될 수 있게 시스템 모델을 제안하고 이의 구축방안에 대하여 논의하였다. 원격지의 연구자들은 주요 실험 시설에서 진행되는 실험을 실시간으로 관찰할 수 있으며, 실험 과정의 특성이 허용하는 경우, 실험 예약을 하여 연구자가 직접 실험을 진행할 수 있다.
본 논문에서는 실제적으로 하이브리드 실험 시설의 설계와 하이브리드 실험시설의 프로토타입의 설계와 구현을 통해 그리드 기반의 건설연구실험의 가능성을 테스트하였다.
본 논문의 내용은 KOCED에서 구축 중인 6개의 대형 토목 실험 시설 중에 하나인 그리드 기반의 실시간 하이브리드 다자유도 구조 실험 시스템의 설계와 그 프로토타입의 개발 및 실험에 관한 것이다.
제안 방법
따라서 구축될 최종 시스템의 프로토타입을 간단한 데이터 모델링을 거쳐 개발하여 토목 연구자들에게 수개월간 사용을 하게 하였다. 그리고 이러한 프로토타입의 사용 경험을 갖게 된 연구자들과의 사용자 회의를 여러 번 개최하고 토목공학 분야의 여러 연구자들로부터 여러 번에 걸친 자문회의를 통하여 최종적인 시스템의 데이터 모델링을 하였다.
데이터 모델링 작업에서도 토목공학 분야의 연구자들이 향후 구축될 그리드 기반 실험 시스템의 데이터모델의 기본 요소들을 제시하는 것이 쉽지 않았다. 따라서 구축될 최종 시스템의 프로토타입을 간단한 데이터 모델링을 거쳐 개발하여 토목 연구자들에게 수개월간 사용을 하게 하였다. 그리고 이러한 프로토타입의 사용 경험을 갖게 된 연구자들과의 사용자 회의를 여러 번 개최하고 토목공학 분야의 여러 연구자들로부터 여러 번에 걸친 자문회의를 통하여 최종적인 시스템의 데이터 모델링을 하였다.
그.리드 시스템이 발전하면서 그리드 기술을 통해 시스템을 구성할 때 그리드 서비스들에 대한 국제적인 표준이 필요하게 되었고 그 결과 제안된 것이 OGSA(Open Grid Services Architecture)[ll, 12]이다. OGSA는 개방형 기술 표준으로서 인프라 자원의 공유와 관리를 위한 그리드 미들웨어 표준과 애플리케이션의 공유를 위한 웹 서비스의 표준을 결합한 형태이다.
하지만 본 논문의 프로토타입 실험에서는 이 노드를 물리적 실험 노드로 제작하였고, 관성 값을 제거하여 물리적 실험 노드 1, 2 가동 일한 입출력을 갖도록 변형하였다. 변형된 출력에 맞게 매트랩 코드 형태인 'T'자형 수치 시뮬레이션 노드를 수정하여야 했다.
본 논문에서 구현한 프로토타입의 실험에서는 클라이언트의 일부분은 웹기반이 아니기 때문에 현재 클라이언트의 모든 부분을 웹기반으로 제공하는 그리드 시스템을 구현하고 있다. 웹기반의 클라이언트를 제공하게 되면 그리드 기반의 공동 연구 환경을 이용하는 사용자는 특정 클라이언트 프로그램을 설치할 필요 없이 인터넷의 접속이 가능한 환경에서 웹 브라우저만 사용 가능하다면 원격 토목 공학 실험을 수행할 수 있게 될 것이다.
본 논문의 하이브리드 실험 모델의 프로토타입에서는 이를 확장하여 물리적 실험 노드 2개와 수치 시뮬레이션 노드 1개로 구성하였다. 이 실험을 위해서는 1개의 물리적 실험 노드를 추가 제작하고 기존의 시뮬레이션 코드를 수정하였다.
구성하였다. 이 실험을 위해서는 1개의 물리적 실험 노드를 추가 제작하고 기존의 시뮬레이션 코드를 수정하였다.
최대지반가속도(PGA)를 0.35g로 정의하였고, 실험하려는 지진 지속 시간은 15초, 그리고 한 스텝의 시간은 0.01 초로 정의해서 총 1500 스텝으로 실험을 진행하였다.
이노드는 하중(Force)과 관성 (Moment)을 입력으로 받아 변위 (Displacement)4 회전(Rotation)을 발생시 킨다. 하지만 본 논문의 프로토타입 실험에서는 이 노드를 물리적 실험 노드로 제작하였고, 관성 값을 제거하여 물리적 실험 노드 1, 2 가동 일한 입출력을 갖도록 변형하였다. 변형된 출력에 맞게 매트랩 코드 형태인 'T'자형 수치 시뮬레이션 노드를 수정하여야 했다.
대상 데이터
이 하부 노드들은 서로 지리적으로 떨어져 있는 사이트 (Site)에서 동시에 물리적인 실험을 수행하거나 수치 시뮬레이션을 수행한다. Mini-MOST 실험에서는 세 개의 하부 노드 중 1개는 물리적 실험 노드로 제작되었고, 2개의 매트랩 (Matlab) 수치 시뮬레이션 노드로 제작되었다.
모델의 프로토타입을 보여준다. 기본적인 아이디어는 미국 NEESgrid의 Mini-M0ST[17] 실험이고, 대상 모델은 철골 구조의 단층 건물이다. Mini-MOST 실험은 지진파에 대한 건물의 반응을 조사하기 위한 MOST(Multi-site Online Simulation Test)의 규모를 축소한 형태의 실험이다.
Mini-MOST 실험은 지진파에 대한 건물의 반응을 조사하기 위한 MOST(Multi-site Online Simulation Test)의 규모를 축소한 형태의 실험이다. 이 모델의 기본구조는 세 개의 하부 노드로 구성되어 있으며 각 노드는 물리적 실험 노드이거나 수치 시뮬레이션 노드이다. 이 하부 노드들은 서로 지리적으로 떨어져 있는 사이트 (Site)에서 동시에 물리적인 실험을 수행하거나 수치 시뮬레이션을 수행한다.
이론/모형
본 논문에서 구현한 하이브리드 실험의 프로토타입에서는 OGSA에 기반한 Globus Toolkit 3을 이용하였고, 현재 Globus Toolkit 4를 이용한 프로토타입의 구현 중에 있다.
수치 시뮬레이션 노드는 실험이 시작되면 물리적 실험 노드들에게 전달되어야 할 명령을 수치 해석을 통해 계산하고 그 결과를 다시 받음으로써 다음 명령을 다시 계산하게 된다. 본 논문에서는 물리적 실험 노드들의 제어 프로그램은 랩뷰(Labview)를 사용하였고 수치 시뮬레이션 노드의 제어 프로그램으로는 매트랩을 사용하였으며 수치 시뮬레이션 노드는 매트랩 코드로 작성하였다.
각 제어 프로그램 플러그인은 제어 서버로부터 전달받은 명령을 각 하부구조의 제어 프로그램으로 전달하고 명령의 결과를 다시 제어 서버로 전달하게 된다. 본 논문의 실험에서는 시뮬레이션 코디네이터는 매트랩을 사용하였고 제어 서버로는 NTCP (NEESgrid Tele-operations Control Protocol)[18]> 사용하였으며 제어 프로그램 플러그인으로는 랩뷰 플러그인 (Labview Plugin)과 매트랩 플러그인(Matlab Plugin)을 사용하였다.
NEES 에서는 진동대(shake table)와 반력벽(reaction wall) 등과 같은 주요 대규모 지진 공학 테스트 설비를 구축하고 대규모의 커뮤니티를 형성하여 이 커뮤니티로 하여금 이러한 설비를 이용하여 원격 실험의 수행 및 원격 모니터링, 컴퓨팅자원을 이용하여 수치 시뮬레이션의 수행, 실험 데이터 저장소의 공유, 그리고 협업 도구 [9]의 사용 등을 통하여 공동 연구를 수행하는 것을 가능하게 하고 있다[10]. 이러한 기능들은 NEESgrid라고 불리는 그리드 기반의 공유연구시설을 통해 가능하며, NEESgrid는 표준 그리드 기술을 이용하여 구축되었다.
성능/효과
BIRNe 생물학 연구와 임상학 정보관리에 대한 협업 환경의 모델이며 주요 구성 요소는 전체조직 관리, 네트워크 관리, 3가지의 신경이미지 테스트베드에 대한 소프트웨어개발로 나눌 수 있다. BIRNe 보안, 정보 서비스, 자원 관리, 데이터 관리 부분에서 그리드 서비스기술을 사용함으로써 연구 지식과 치료법의 공유를 보다 효율적으로 제공 할 수 있게 되었다.
이러한 기능들은 지리적으로 떨어져 있는 연구자들 간에 공동 연구의 기반 환경을 제공해준다. 그리고, 이를 기반으로 하여, 지리적으로 떨어져 있는 2개의 물리적 실험 장비 사이트와 1개의 수치해석 시뮬레이션 사이트를 연동시키는 하이브리드 실험시설에 대한 설계를 하고 시뮬레이션 코디네이터와 제어 서버 및 스트리밍 서버를 포함하는 하이브리드 실험시설의 프로토타입의 구현 및 테스트를 통하여 그리드 기반의 토목 공학 공동 연구 환경의 가능성을 보여주었다. 기존의 Mini-MOST에서 한 개의 실험 장비 사이트를 사용하던 점보다는 지리적으로 분산된 두 개의 물리적 실험 장비 사이트를 연계했다는 점에서 기존의 Mini-MOST보다는 분산도를 더욱 높였다고 할 수 있다.
그리고, 이를 기반으로 하여, 지리적으로 떨어져 있는 2개의 물리적 실험 장비 사이트와 1개의 수치해석 시뮬레이션 사이트를 연동시키는 하이브리드 실험시설에 대한 설계를 하고 시뮬레이션 코디네이터와 제어 서버 및 스트리밍 서버를 포함하는 하이브리드 실험시설의 프로토타입의 구현 및 테스트를 통하여 그리드 기반의 토목 공학 공동 연구 환경의 가능성을 보여주었다. 기존의 Mini-MOST에서 한 개의 실험 장비 사이트를 사용하던 점보다는 지리적으로 분산된 두 개의 물리적 실험 장비 사이트를 연계했다는 점에서 기존의 Mini-MOST보다는 분산도를 더욱 높였다고 할 수 있다.
소요되었다. 본 논문의 하이브리드 프로토타입 실험은 물리적 실험 노드와 수치 시뮬레이션 노드를 사용하는 하이브리드 실험에 있어서 각각의 하부노드들이 지역적으로 국한되지 않고 서로 다른 지역에 떨어져 있더라도 실험자가 원격지에서 하이브리드 실험을 진행하면서 실험 중에 만들어지는 숫자 데이터와 실험체의 동영상을 실시간으로 원격 모니터링 할 수 있는 가능성을 보여주었다고 할 수 있다.
후속연구
현재 Globus Toolkit 4 를 기반으로 하여 웹 서비스의 구현 작업 중에 있다. 그리고, 본 논문에서 제시된 프로트타입의 연구자들에 의한 사용을 통하여 추가적인 요구사항을 작성하여 실제 실험 장비 구축에 반영할 계획이다. 그리고, 앞으로 더 많은 대형 실험 시설들을 그리드 네트워크에 연결하여 연구자들에게 더욱 많은 실험시설 및 그 실험 결과들을 공유할 수 있도록 할 계획이다.
그리고, 본 논문에서 제시된 프로트타입의 연구자들에 의한 사용을 통하여 추가적인 요구사항을 작성하여 실제 실험 장비 구축에 반영할 계획이다. 그리고, 앞으로 더 많은 대형 실험 시설들을 그리드 네트워크에 연결하여 연구자들에게 더욱 많은 실험시설 및 그 실험 결과들을 공유할 수 있도록 할 계획이다. 본 논문에서 구현된 이러한 고가의 연구 장비를 그리드 기술로 연결하여 원격 실험을 포함한 공동 연구 환경을 제공하는 모델은 다른 공학 분야에도 상당 부분 적용될 수 있을 것으로 생각된다.
그리고, 앞으로 더 많은 대형 실험 시설들을 그리드 네트워크에 연결하여 연구자들에게 더욱 많은 실험시설 및 그 실험 결과들을 공유할 수 있도록 할 계획이다. 본 논문에서 구현된 이러한 고가의 연구 장비를 그리드 기술로 연결하여 원격 실험을 포함한 공동 연구 환경을 제공하는 모델은 다른 공학 분야에도 상당 부분 적용될 수 있을 것으로 생각된다.
참고문헌 (20)
I. Foster, C. Kesselman, and S. Tuccke, 'The Anatomy of the Grid: Enabling Scalable Virtual Organizations', International Journal of Supercomputer Application, vol.15, No. 3, pp.200 222, 2001
K. Czajkowski, S. Fitzgerald, I. Foster, and C. Kesselman, 'Grid Information Services for Distributed Resource Sharing', Proceedings of 10th IEEE International Symposium on High Performance Distributed Computing, pp.181 194, August 2001
Korea Construction Engineering Development(KOCED) http://www.koced.net
The NEESgrid System Integration Team, 'Introduction to NEESgrid : Technical Report NEESgrid-2004-13', http://it.nees.org. August, 2004
Biomedical Informatics Research Network, http://www.nbirn.net
US National Virtual Observatory, http://www.us-vo.org
K. Nowinski, B. Lesyng, M. Niezgodka, and P. Bala, 'Project EUROGRID', Proceedings of PIONIER 2001 Conference, pp.187-191, 2001
D. B. Horn, T. A. Finholt, J. Birnholtz, S. Jayaraman, J. Eng, and J. Myers, 'Getting Started Guide for Collaboration:Technical Report NEESgrid-2004-15', http://it.nees.org, September, 2004
C. Kesselman, R. Butler, I. Foster, J. Futrelle, D. Marcusiu, S. Gulipalli, and L. Pearlman, 'NEESgrid System Architecture Version 1.1', http://it.nees.org, May 13, 2003
I. Foster, C. Kesselman, J. M. Nick, and S. Tuecke, 'Grid Services for Distributed System Integration', IEEE Computer, vol 35, No.6, pp.37 46, 2002
I. Foster, C. Kesselman, J. M. Nick, and S. Tuecke, 'The Physiology of the Grid: An open Grid Services Architecture for Distributed Systems Integration', http://www.globus.org/research/papers/ogsa.pdf, 2002
S. Brunett, K. Czajkowski, S. Fitzgerald, I. Foster, A. Johnson, C. Kesselman, J. Leigh, and S. Tuecke, 'Application Experiences with the Globus Toolkit' Proceedings of 7th IEEE International Symposium on High Performance Distributed Computing, pp.81-89, 1998
I. Foster, and C. Kesselman, 'Globus: A Metacomputing Infrastructure Toolkit', International Journal of Supercomputer Applications, Vol. 11, No.2, pp.115-129, 1998
B. Sotomayor, and L. Childers, 'Globus Toolkit 4', pp. 3-39, MORGAN KAUFMANN, 2006
M. Nakashima et al., 'Integration Techniques for Substructure Pseudodynamic Test', Proceedings of the 4th U.S. National Conference on Earthquake Engineering, vol.2, p.515-524, Palm Springs, CA, 1990
L. Pearlman, M. D'Arcy, E. Johnson, C. Kesselman, and P. Plaszczak, 'NEESgrid Teleoperation Control Protocol(NTCP): Technical Report NEESGrid-2003-07', http://it.nees.org, 2003
Ring Buffered Network Bus, http://outlet.creare.com/rbnb/
Real-Time Data Viewer, http://it.nees.org/software/rdv/
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