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[국내논문] 고신뢰성 발사통제시스템을 위한 고장허용 통신 미들웨어 설계 및 구현
Design and Implementation of Fault-tolerant Communication Middleware for a High-reliable Launch Control System 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.8 no.8, 2008년, pp.37 - 46  

송대기 (국방과학연구소) ,  장부철 (국방과학연구소) ,  이철훈 (충남대학교)

초록
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발사통제시스템(Launch Control System)은 유도무기체계에서 유도탄의 발사와 관련된 일련의 절차들을 제어하는 시스템이다. 이 시스템은 지정된 시간 안에 목표물에 대한 교전계획을 생성하고 이 정보를 탄에 장입하며 탄의 발사 제어를 수행해야 한다. 이 때문에 시스템의 하드웨어, 소프트웨어 고장뿐만 아니라 정해진 수행 시간의 초과 때문에도 임무가 실패될 수 있다. 본 논문에서 제안한 것은 발사통제시스템과 같은 내장형 실시간 시스템을 위한 고장허용 이더넷으로 별도의 하드웨어나 소프트웨어 없이 기존 상용의 이더넷 디바이스를 이중화하여 네트워크에 고장허용 기능을 제공하는 방법이다. 이를 위해 시스템의 각 구성 노드들을 이중의 네트워크 채널로 중복 시키고, 네트워크 트래픽에 대한 고장탐지 및 복구를 위해 통신 미들웨어를 설계하고 개발하였다. 이중채녈 기반의 통신 미들웨어를 통해 처리 시간이 중요한 시스템에 네트워크 고장으로 인한 시스템 중지를 방지하고 노드에 통신 손실이 발생하지 않도록 하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Launch control system controls the sequence for launching missile in weapon systems. This system have to generate the engagement plan, input information and launch the missile in timeliness requirement. Such a system may fail to operate correctly either due to errors in hardware and software or due ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 발사통제 시스템과 같은 내장형 실시간 시스템의 구성 노드 간 통신 채널의 신뢰성과 실시간성을 보장하기 위하여 이 중 채널 기반의 고장허용 통신 미들웨어(이하 FTCM : Fault-Tolerant Canmunica- tion Middleware)를 제안하였다. FTCMe 개방형 구조의 어플리케이션 미들웨어로 별도의 하드웨어나 소프트웨어 없이 상용(COTS)의 이더넷 하드웨어(NIC, Switch HUB 등)와 소프트웨어(데이터링크 계층 및 드라이버)만으로도 고장허용 기능을 제공할 수 있다.
  • 또한 응용 단계에서 미들웨어 소프트웨어를 구현함으로써 다양한 운영체제로의 포팅이 용이하게 하였고, 시스템 특성에 맞게 다양한 고장 허용 기법이 적용 가능하다. FKMe 시스템 네트워크의 어느 한 지점에 고장이 발생하더라도 이와 독립적으로 주어진 임무를 요구된 시간 안에 수행하는 것을 첫 번째 목표로 하고 있다. 본문에서는 발사통제시스템의 특징과 FTCM의 개념 및 구조, 고장허용 기능에 대하여 설명하고 실험에서 측정한 결과 분석 내용을 기술한다
  • FKMe 시스템 네트워크의 어느 한 지점에 고장이 발생하더라도 이와 독립적으로 주어진 임무를 요구된 시간 안에 수행하는 것을 첫 번째 목표로 하고 있다. 본문에서는 발사통제시스템의 특징과 FTCM의 개념 및 구조, 고장허용 기능에 대하여 설명하고 실험에서 측정한 결과 분석 내용을 기술한다
  • 다만 데이터 전송을 위해 두 채널 모두를 사용하기 때문에 전송 및 수신 노드에 네트워크 부하가 증가하고 각 노드의 어플리케이션에서 이 중 채널의 동일 메시지를 처리해야 하는 문제가 발생한다. 때문에 본 논문에서는 이를 위한 어플리케이션 레벨의 통신 미들웨어를 설계 및 제안한다.
  • 본 논문에서 제안한 고장허용 이더넷은 일반적인 분산 컴퓨팅 환경과는 다른 내장형 시스템이라는 제한적인 환경(하드웨어, 운영체제, 이더넷 라이브러리 등을 목적으로 개발되었다. 때문에 다양한 하드웨어, 소프트웨어 및 통신 프로토콜을 사용하는데 제약을 받으며, 발사통제라는 특수목적에 따라 실시간 통신을 수행해야 한다는 점과 각 노드 간 일대일 통신을 사용한다는 점이 고려되었다.
  • 기존 기법과 달리 두 채널을 동시에 사용토록 하여 어느 한 시점에 고장이 발생하여도 나머지 채널에 의해 통신이 수행될 수 있고, 미들웨어를 사용함으로써 사용자에게 이 중 채널 사용에 대한 투명성과 신뢰성 있는 통신 서비스를 제공한다. 이 기법은 분산컴퓨팅 환경보다는 내장형 실시간 시스템과 같이 각 노드 간 일대일 통신을 하는 시스템을 목적으로 개발되었다. 발사통제시스템에 FTCM을 적용함으로써 네트워크 고장으로 인해 처리 작업이 중단되고 실시간성이 깨지는 것을 방지할 수 있었다.
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참고문헌 (8)

  1. 김문회, "결함 허용 시스템의 설계 고려사항 및 동향", 정보과학회지, 제11권, 제3호, pp.7-16, 1993(6). 

  2. S. Hariri, A. Choudhary, and B. Sarikaya, "Architecture support for designing fault tolerant open distributed system," IEEE computer, pp.50-62, 1992. 

  3. C. Lee, "TOPIX: theory of operation," SEC Tech. Prt., S40-OSTPX-PC, 1992. 

  4. "MIL-Std-1553B : Digital Time Division Command/Response Multiplex Data Bus," FSC, 1978. 

  5. F. Jahanian, "Fault-tolerance in embedded real-time systems," in Hardware and Software Architecture for Fault Tolerance, (eds. M. Banatre and P.A. Lee), pp.237-249, 1994. 

  6. S. Song, J. Huang, P. Kappler, R. Freimark, and T. Kozlik, "Fault-Tolerant Ethernet Middleware for IP Based Process Control Networks," Proc. 25th Annual IEEE Conference on Local Computer Networks, Tampa, Florida, USA, pp.116-125, 2000. 

  7. J. Huang, S. Song, L. Li, P. Kappler, R. Freimark, J. Gustin, and T. Kozlik, "An Open Solution to Fault-Tolerant Ethernet: Design, Prototyping, and Evaluation," Proc. IEEE International Performance, Computing, and Communications Conference, Phoenix/Scottsdale, Arizona, USA, pp.461-478, 1999. 

  8. J. Pankaj, Fault Tolerance in Distributed Systems, Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1994. 

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