[논문]CPS에서 효율적인 데이터분배 기술

이수형; 김원태; 류재철

doi:10.14372/iemek.2012.7.5.241

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As the convergence between the conventional physical systems and IT computing resource is increased, the new paradigm of embedded system called Cyber Physical System (CPS) emerged. CPSs have many sensors, actuators and computing devices to understand and to control the physical system. As these all ...

As the convergence between the conventional physical systems and IT computing resource is increased, the new paradigm of embedded system called Cyber Physical System (CPS) emerged. CPSs have many sensors, actuators and computing devices to understand and to control the physical system. As these all components are tightly coupled each other, standardized middleware such as Data Distribution Service (DDS) is considered to be deployed. But DDS takes too long time to discover each other in the large-scal CPS environment and has not precise specification of its execution architecture to provide efficient data exchange. In this paper, we design the efficient DDS architecture for development with interoperability to provide the high reliable data distribution. in real-time and propose the communication entity discovery procedure.

주제어

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문제 정의

있는 통신 미들웨어가 핵심적이다. 본 논문에서는 OMG의 DDS에 기반한 통신 미들웨어의 구현을 위한구조를 설계하고 데이터 교환을 위해 우선적으로 처리되어야 하는 탐색절차를 제안하였다. 시험 결과 OMG 규격에 따라 구현된 상용제품과의 기본적인 연결 및 데이터 발간/구독이 성공적으로 연동되어 상호 운용성이 확보되었다.
본 논문에서는 표준 DDS를 실제 구현하여 적용하기 위한 EDDS (ETRI DDS) 실행 구조를 설계하고 통신 연결 설정을 위한 표준 탐색 절차를 확장설계한다. 본 논문의 구성은 2장에 DDS 실행 구조설계, 3장에서 표준 탐색 절차의 확장 설계, 4장에서는 설계된 DDS의 시험을 설명하고 마지막으로 5 장에서 결론을 맺는다.

제안 방법

삼각형, 사각형, 원형의 3가지 토픽을 정의하였으며 각 구현물별로 각기 다른 색의 토픽을 발간하고 3가지 토픽 모두에 대해서 구독한다. 토픽 내 실 데이터는해당 도형의 화면 내 위치 정보를 나타내고 이를화면에 도식화함으로써 상호 간에 탐색이 이루어져서 정상적인 데이터 교환이 이루어지면 3 화면 모두 동일한 위치에 도형을 표현하게 된다.
탐색 절차에서도 탐색 메시지들을 교환하는 방법으로 미들웨어의 통신 모델을 준수하기 위해 일반 데이터 메시지의 발간/구독 방식과 동일한 방식을 택한다. 이를 위해 사전에 EDDS에 BuiltInPartcipant, BuiltInDataWriter 및 BuitInDataReader의 BuiltIn 통신개체를 정의하고 내포한다.
제안 탐색 절차의 기능의 동작 및 OMG 규격 준수에 따른 타 DDS 기반 미들웨어 제품과의 상호운용성을 시험하기 위해 OMG에서 제안하고 있는 상호운용성 시험 절차 중 첫 번째 테스트케이스인 ‘Basic Connectivity’에 따라 국내 적용되었거나 적용 예정인 RTI사 및 CoreDX사의 DDS 제품과의탐색 및 데이터 교환 시험을 수행하였다. 삼각형, 사각형, 원형의 3가지 토픽을 정의하였으며 각 구현물별로 각기 다른 색의 토픽을 발간하고 3가지 토픽 모두에 대해서 구독한다.
제안 구조에 따른 결과물의 성능시험 결과를 그림 8에 보였다. 토픽 크기를 512바이트, 1024바이트 단위로 발간하였을 경우 왕복지연시간을 측정하였다. 단위 메시지 전송 성능은 RTI사 제품의 성능이 우수한 것으로 판단된다.

성능/효과

시험 결과 OMG 규격에 따라 구현된 상용제품과의 기본적인 연결 및 데이터 발간/구독이 성공적으로 연동되어 상호 운용성이 확보되었다. 또한 다양한 토픽크기에 따른 왕복지연시간성능 시험에 따라 상용제품과의 유사한 토픽전송 성능을 보임을 확인하였다.
단위 메시지 전송 성능은 RTI사 제품의 성능이 우수한 것으로 판단된다. 반면 전송 데이터를 저장하기 위한 히스토리 캐시에 대해 Lock-free 기법을 적용하여 메시지의 횟수가 증가함에 따라 그 성능 상의 이득을 보였다. 이에 따라 전달 메시지 수가 적은 구간에서는 RTI사 제품에 비해 전달 성능이 떨어지나 전달 메시지 수 증가에 따른 총 전송트래픽 량이 증가함에 따라 RTI 사 제품과 동일하거나 우수한 성능을 보인 것으로 판단된다.
본 논문에서는 OMG의 DDS에 기반한 통신 미들웨어의 구현을 위한구조를 설계하고 데이터 교환을 위해 우선적으로 처리되어야 하는 탐색절차를 제안하였다. 시험 결과 OMG 규격에 따라 구현된 상용제품과의 기본적인 연결 및 데이터 발간/구독이 성공적으로 연동되어 상호 운용성이 확보되었다. 또한 다양한 토픽크기에 따른 왕복지연시간성능 시험에 따라 상용제품과의 유사한 토픽전송 성능을 보임을 확인하였다.

후속연구

향후 다양한 저자원임베디드시스템 형태의 단말에적용하기 위한 경량 고성능 실행 구조를 설계하고 대규모 통신개체 간의 탐색 및 데이터 전달 성능을 더욱 향상하기 위한 고속탐색 기능 및 하이브리드 멀티캐스팅기법을 개발할 예정이다.

참고문헌 (7)

E.A. Lee, "Cyber-Physical System - Are the Computing Foundation Adequate?," Proceedings on NSF Workshop on Cyber Physical System, 2006.
E.A. Lee, "Cyber-Physical System: Design Challenges," Proceedins on ISORC'08 pp.363-369, 2008
Object Management Group, "Data Distribution Service for Real-time System Ver. 1.2," 2007.
Object Management Group, "The Real-time Publish-Subscribe Wire Protocol, DDS Interoperability Wire Protocol Specification Ver. 2.1," 2009.
W.C. Kang, K. Kapitanova, S.H. Son, "RDDS: A Real-Time Data Distribution Service for Cyber-Physical System", IEEE Trans. on Industrial Informatics, Vol. 8, No. 2, pp.393-405, 2012.

상세보기
J.H. Kim, S.H. Lee, K.T. Kim, W.T. Kim, S.M. Park, "A Structure of Fast Discovery in DDS Middleware", Proceedings on International Symposium on Embedded Technology, (ISET'11) pp.1-8, 2011
정용환, "대형 실시간 분산 시스템을 위한 하이브리드 경로탐색기법에 관한 연구," 한국군사과학기술학회지, Vol. 11, No. 4, pp.46-58, 2008.

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