최근에는 응용과학 분야의 교육 및 연구에 실제 실험이 아닌 슈퍼컴퓨터 및 고성능 네트워크 기반의 사이버 인프라에서 과학적 가정에 의해 복잡한 공학문제를 수치적 모델링과 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 해결하는 계산과학을 이용하는 기법들의 필요성이 증대되고 있다. 본 논문에서는 컴퓨팅시뮬레이션 기법을 활용한 실험 체험형 교육의 일환으로, 이공계 교수, 학생, 연구자, 산업체 인력 등이 사이버 인프라스트럭처 기반으로 시뮬레이션 SW를 활용한 교육 및 융합연구를 지원하는 EDISON 플랫폼을 제시한다. EDISON 플랫폼은 사용자들에게 보다 쉽고, 편하고, 효과적인 서비스 제공을 위해 3계층(EDISON 응용 프레임워크, EDISON 미들웨어, EDISON 인프라 자원)으로 구성되고 5개 분야(열유체, 화학, 물리, 구조동역학, 전산설계) 문제해결 환경을 위한 교육 연구용 웹 포털 서비스를 제공한다.
최근에는 응용과학 분야의 교육 및 연구에 실제 실험이 아닌 슈퍼컴퓨터 및 고성능 네트워크 기반의 사이버 인프라에서 과학적 가정에 의해 복잡한 공학문제를 수치적 모델링과 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 해결하는 계산과학을 이용하는 기법들의 필요성이 증대되고 있다. 본 논문에서는 컴퓨팅 시뮬레이션 기법을 활용한 실험 체험형 교육의 일환으로, 이공계 교수, 학생, 연구자, 산업체 인력 등이 사이버 인프라스트럭처 기반으로 시뮬레이션 SW를 활용한 교육 및 융합연구를 지원하는 EDISON 플랫폼을 제시한다. EDISON 플랫폼은 사용자들에게 보다 쉽고, 편하고, 효과적인 서비스 제공을 위해 3계층(EDISON 응용 프레임워크, EDISON 미들웨어, EDISON 인프라 자원)으로 구성되고 5개 분야(열유체, 화학, 물리, 구조동역학, 전산설계) 문제해결 환경을 위한 교육 연구용 웹 포털 서비스를 제공한다.
Recently, a new theoretical and methodological approach for computational science is becoming more and more popular for analyzing and solving scientific problems in various scientific disciplines and applied research. Computational science is a field of study concerned with constructing mathematical...
Recently, a new theoretical and methodological approach for computational science is becoming more and more popular for analyzing and solving scientific problems in various scientific disciplines and applied research. Computational science is a field of study concerned with constructing mathematical models and quantitative analysis techniques and using large computing resources to solve the problems which are difficult to approach in a physical experimentally. In this paper, we present R&D of EDISON open integration platform that allows anyone like professors, researchers, industrial workers, students etc to upload their advanced research result such as simulation SW to use and share based on the cyber infrastructure of supercomputer and network. EDISON platform, which consists of 3 tiers (EDISON application framework, EDISON middleware, and EDISON infra resources) provides Web portal for education and research in 5 areas (CFD, Chemistry, Physics, Structural Dynamics, Computational Design) and user service.
Recently, a new theoretical and methodological approach for computational science is becoming more and more popular for analyzing and solving scientific problems in various scientific disciplines and applied research. Computational science is a field of study concerned with constructing mathematical models and quantitative analysis techniques and using large computing resources to solve the problems which are difficult to approach in a physical experimentally. In this paper, we present R&D of EDISON open integration platform that allows anyone like professors, researchers, industrial workers, students etc to upload their advanced research result such as simulation SW to use and share based on the cyber infrastructure of supercomputer and network. EDISON platform, which consists of 3 tiers (EDISON application framework, EDISON middleware, and EDISON infra resources) provides Web portal for education and research in 5 areas (CFD, Chemistry, Physics, Structural Dynamics, Computational Design) and user service.
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문제 정의
따라서, 본 논문에서는 컴퓨팅 시뮬레이션 SW를 활용한 응용과학 교육 및 연구를 보다 쉽고, 편하고, 효과적으로 수행할 수 있도록 지원하는 EDISON(EDucation & research Integration through Simulation On the Net) 플랫폼을 제시한다.
본 논문에서는 사이버 인프라스트럭처 기반으로 최신 시뮬레이션 SW를 활용하여 차세대 교육·연구를 융합할 수 있는 EDISON 개방형 통합 플랫폼을 제시하였다.
본 논문에서는 이와 같은 시뮬레이션 기반의 교육·연구 융합 사업의 장단점을 분석하고, e-AIRS 서비스(열유체 시뮬레이션 수업 및 연구 지원)를 통한 경험을 바탕으로, 계산과학 분야의 문제해결 환경을 위한 교육 및 연구용 시뮬레이션 서비스를 제공하는 EDISON 플랫폼을 개발하고자 한다.
제안 방법
시뮬레이션 워크플로우 관리자는 전처리기-시뮬레 이션도구-후처리기로 워크플로우 과정을 조합하여 사용하는 방식을 지원한다. 따라서, 사용자가 시뮬레이션 수행에 필요한 전처리기, 시뮬레이션 도구, 후처리기를 각각 쉽고 정확하게 찾을 수 있는 방법 제공을 위해 키워드 기반 탐색, 시뮬레이션 대상 구조 형태에 따른 탐색 등의 방법을 제공하며, 동시에 해당 분야에 특화된 문제기반 시뮬레이션 도구 필터링을 제공한다.
이를 위해서 EDISON 미들웨어 자원관리 프레임워크에서는 그림 6과 같이 인증서 위임서버(MyProxy)[7]와 인증키 저장소(LDAP)를 구성하여 이기종 자원을 이용한 시뮬 레이션 작업 수행 흐름을 정의하였다. 또한, 개방형 이력 출처 모델(Open Provenance Model)[8] 기반의 시뮬레이션 수행 이력 데이터관리를 통해서 부가적인 시맨틱 정보서비스를 제공할 수 있도록 이력출처 관리 프레임워 크를 설계하였고, 컴퓨팅 자원의 활용성을 높이기 위해서 가상화 자원관리 프레임워크를 개발하여 사용자 요구(CPU 개수, 메모리 크기, 디스크 용량)에 따라 가상머 신을 동적으로 할당할 수 있도록 구성하였다. 이때 최적의 물리서버에 가상머신을 배치하는 스케줄링 알고리즘 기법을 이용하여 할당된 가상머신에 작업 제출, 작업 실행, 작업 상태 모니터링을 할 수 있도록 XML-RPC 형태의 인터페이스를 제공한다.
또한, 개방형 이력 출처 모델(Open Provenance Model)[8] 기반의 시뮬레이션 수행 이력 데이터관리를 통해서 부가적인 시맨틱 정보서비스를 제공할 수 있도록 이력출처 관리 프레임워 크를 설계하였고, 컴퓨팅 자원의 활용성을 높이기 위해서 가상화 자원관리 프레임워크를 개발하여 사용자 요구(CPU 개수, 메모리 크기, 디스크 용량)에 따라 가상머 신을 동적으로 할당할 수 있도록 구성하였다. 이때 최적의 물리서버에 가상머신을 배치하는 스케줄링 알고리즘 기법을 이용하여 할당된 가상머신에 작업 제출, 작업 실행, 작업 상태 모니터링을 할 수 있도록 XML-RPC 형태의 인터페이스를 제공한다.
EDISON 플랫폼은 사이버 인프라스트럭처를 기반으로 이공계 교수, 학생, 연구자, 산업체 인력 등이 시뮬레이션 SW 및 콘텐츠를 자유롭게 올리거나 실행하여 계산 과학 분야의 교육 및 융합연구를 지원하는 웹 포털 서비스를 제공하는 것을 목표로 하고 있다. 이러한 문제해결 환경을 효과적으로 지원하기 위해 EDISON 플랫폼을 크게 3개의 계층(EDISON 응용 프레임워크, EDISON 미들 웨어, 사이버 인프라)으로 구성 하였으며, 구성된 플랫폼의 구조는 그림 1과 같다.
이론/모형
EDISON 사이버 인프라에서는 시뮬레이션 수행에 빠르고 안정적인 환경을 제공을 위해 물리적인 계산 자원을 국가 슈퍼컴퓨팅 공동 활용체제 구축(PLSI)[9] 사업을 통해 구축된 컴퓨팅 자원을 활용한다. 그리고, 고성능 네트워크를 위해서는 국가 과학기술 연구망 (KREONET)[10]을 이용하여 1Gbps 로 연결된 네트워크를 활용한다. 또한, 대용량 시뮬레이션 데이터 전송 및관리를 위해서 고성능 공유 디스크 파일 시스템인 GPFS(General Parallel File System)를 이용한 클러스터 파일 시스템을 사용하고, 시뮬레이션 결과 정보 가시화를 위해서 전용 가시화 서버를 활용한다.
그리고, 고성능 네트워크를 위해서는 국가 과학기술 연구망 (KREONET)[10]을 이용하여 1Gbps 로 연결된 네트워크를 활용한다. 또한, 대용량 시뮬레이션 데이터 전송 및관리를 위해서 고성능 공유 디스크 파일 시스템인 GPFS(General Parallel File System)를 이용한 클러스터 파일 시스템을 사용하고, 시뮬레이션 결과 정보 가시화를 위해서 전용 가시화 서버를 활용한다. 그림 7은 EDISON 사이버 인프라 구조를 나타낸다.
성능/효과
EDISON 플랫폼은 연구자 또는 개발자들이 웹 포털 개발환경에 접속하여 연구 성과를 최신 IT기술과 접목 하여 시뮬레이션 SW를 개발한 후, 사용자들이 공동으로 사용할 수 있도록 EDISON 플랫폼에 등록하면, 사용자들은 웹 포털을 통해 문제해결을 위한 시뮬레이션 SW를 EDISON 플랫폼에서 선택한 후, 사이버 인프라스트럭처를 활용하여 문제를 해결하고 결과를 확인할 수 있다.
주요 기능으로는 연구자들이 시뮬레이션 SW를 접근성이 우수한 웹을 통해 등록하는 코드스토어(Code Store) 기능과 시뮬레이션 SW 개발 및 테스트에 필요한 라이브러리/도구/API를 포함하고 있는 개인 가상 서버(Private Virtual Server) 기반의 통합개발 환경을 제공한다. 또한, 개발된 시뮬레이션 SW를 웹 기반 수행환경으로 손쉽게 제공할 수 있도록 웹 인터페이스 자동 생성 기능을 제공한다.
후속연구
따라서 응용과학 분야를 연구하는 연구자, 교수, 학생 등이 언제 어디서나 시뮬레 이션 SW를 활용한 교육 및 연구를 수행할 수 있는 환경으로 이용될 수 있을 것이다. 또한, EDISON 플랫폼을 통해 개발된 대용량 컴퓨팅 자원과의 연동 기술, 응용 프레임워크, 서버 가상화 기술, 가시화 기술, 워크플로우 관리기술 등은 향후 계산과학 분야에서의 교육 및융합연구 지원을 위한 다양한 서비스를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
EDISON 플랫폼의 목표는 무엇인가?
EDISON 플랫폼은 사이버 인프라스트럭처를 기반으로 이공계 교수, 학생, 연구자, 산업체 인력 등이 시뮬레이션 SW 및 콘텐츠를 자유롭게 올리거나 실행하여 계산 과학 분야의 교육 및 융합연구를 지원하는 웹 포털 서비스를 제공하는 것을 목표로 하고 있다. 이러한 문제해결 환경을 효과적으로 지원하기 위해 EDISON 플랫폼을 크게 3개의 계층(EDISON 응용 프레임워크, EDISON 미들 웨어, 사이버 인프라)으로 구성 하였으며, 구성된 플랫폼의 구조는 그림 1과 같다.
EDISON 응용 프레임워크는 어떻게 구성되는가?
EDISON 응용 프레임워크는 그림 2와 같이 4개의 서브시스템(웹 포털 프레임워크, 사이언스 앱스토어, 워크 플로우 관리자, 콘텐츠 관리자)으로 구성되며, 하위 계층의 EDISON 미들웨어 및 인프라 자원과 유기적으로 밀접하게 연계된다.
사이언스 앱스토어의 주요 기능은 무엇인가?
사이언스 앱스토어는 연구자들이 기존에 가지고 있거나 또는 새롭게 연구한 결과물을 웹 기반 시뮬레이션 수행환경으로 손쉽게 제공할 수 있도록 시뮬레이션 SW 개발에 필요한 도구와 환경을 제공한다. 주요 기능으로는 연구자들이 시뮬레이션 SW를 접근성이 우수한 웹을 통해 등록하는 코드스토어(Code Store) 기능과 시뮬레이션 SW 개발 및 테스트에 필요한 라이브러리/도구/API를 포함하고 있는 개인 가상 서버(Private Virtual Server) 기반의 통합개발 환경을 제공한다. 또한, 개발된 시뮬레이션 SW를 웹 기반 수행환경으로 손쉽게 제공할 수 있도록 웹 인터페이스 자동 생성 기능을 제공한다.
참고문헌 (10)
Nanohub, http://nanohub.org
N. Kapadia, R. Figueiredo, J. Fortes, "PUNCH: Web portal for running tools," IEEE Micro, vol. 20, no. 3, pp. 38-47, May 2000.
M. McLennan, R. Kennell, "HUBzero: A Platform for Dissemination and Collaboration in Computational Science and Engineering," IEEE Design & Test, vol. 12, no. 2, pp. 48-53, March 2010.
Rappture, http://rappture.org
EGEE, http://www.eu-egee.org
Jae Wan Ahn, Jin-ho Kim, Chongam Kim, et al., "Web-Based Integrated Research Environment for Aerodynamic Analyses and Design," Future Application and Middleware Technology on e-Science, pp. 1-10, Springer publishing, 2010.
J. Basney, M. Humphrey, and V. Welch. "The MyProxy Online Credential Repository," Software: Practice and Experience, vol. 35, no. 9, pp. 801-816, July 2005.
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