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네트워크 기반 자율제어 CPS(Cyber-Physical Systems)기술 원문보기

정보와 통신 : 한국통신학회지 = Information & communications magazine, v.30 no.10, 2013년, pp.86 - 92  

박정민 (한국전자통신연구원) ,  강성주 (한국전자통신연구원) ,  전인걸 (한국전자통신연구원) ,  김원태 (한국전자통신연구원)

초록
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사이버-물리 시스템(Cyber-Physical Systems, CPS)은 다수의 임베디드 시스템과 통신망 그리고 현실세계인 물리 시스템이 서로 밀접하게 연계되어 사용자가 필요로 하는 다양한 서비스를 제공하고 있다. 다양한 환경에서 동작하는 사이버-물리 시스템은 그 복잡성이 매우 크기 때문에 문제 발생에 대응하는 것이 쉽지 않다. 본고에서는 최근 IT 융합 연구 분야에서 많은 주목을 받고 있는 사이버-물리시스템(Cyber-Physical System, CPS)의 고신뢰성을 위한 '네트워크 기반 자율제어 CPS의 요소 기술'들에 대하여 알아본다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 현재의 복잡하고 다양한 사이버-물리 시스템 환경과 같이 다수의 디바이스들이 동적으로 통신망을 구성하고 분산된 형태로 빈번한 데이터를 제공하는 구조에서는 그 신뢰성과 효율성을 보장하지 못한다. 따라서 이러한 분산 환경에서 데이터 도메인을 구성하고 효율적인 데이터 전송을 위하여 OMG(Object Management Group)에서 DDS 통신 미들웨어 표준을 제안 하였다. DDS는 동적으로 네트워크 데이터 도메인을 형성하고, 각각의 임베디드 기기나 모바일 기기들이 네트워크 데이터 도메인에 자유로운 참여나 탈퇴가 가능한 통신 환경을 제공한다.
  • 사이버-물리 시스템에서의 ‘신뢰성’은 전통적인 방법으로 개발된 임베디드 시스템들의 결합만으로는 보장될 수 없기 때문에 개발 단계에서부터 현실세계의 확실성을 보장할 수 있는 방법을 사용해야 하며, 특히 운영 중에 발생하는 문제점을 해결하기 위한 기술의 개발이 필수적이다. 본 고에서는 이러한 문제들을 해결하는 방법으로 네트워크 기반의 사이버-물리 시스템을 위한 자율제어 기술들을 설명한다. 자율제어 기술을 적용한 임베디드 시스템은 외부 환경의 불확실성으로 인해 운영 중에도 스스로 관리 되며, 필요한 경우 시스템 스스로가 컴포넌트를 재구성하고 업데이트 하여 지속적이고 안정적인 서비스를 제공할 수 있다.
  • 본고에서는 고신뢰 사이버-물리 시스템을 위한 자율제어의 요소 기술들에 대하여 전체적으로 알아보았다. 또한 통신 미들웨어, 자율제어 기술 동향 그리고 이들을 통합하기 위한 구조, ‘네트워크 기반 사이버 물리 시스템의 자율제어 시스템’을 알아보았다.
  • 2) ‘분석 단계’는 시스템의 정상 동작을 분석하여 발생 가능한 오류를 추출 및 정의하고, 모니터 단계에서 추출된 상황 정보와 실행 기록을 분석하여, 현재 동작 중인 관리 자원에 대한 변경이 필요한지를 결정한다. 즉, 시스템의 잘못된 행동의 결과를 보고한다. 관리 자원이 되는 시스템의 잘못된 행동이 사이버-물리 시스템의 상태 변화가 어떻게 천이 되는지를 분석할 수 있어야 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Adaptive Service Framework는 통신망을 통해 무엇을 제안하였는가? CISCO의 ‘Adaptive Service Framework(ASF)[7]’는 통신망을 통해 감시, 로그 변환, 필터링, 분석, 진단 및 치유, 피드백하는 6단계의 자율제어 프로세스를 제안 하였다. 이것은 피드백 시스템의 하나로써, 관리 시스템과 자율제어 엔진과의 통신을 통해 다양한 컴포넌트에서 생성되는 로그들을 분석하고, 문제 발생 시 이를 보고하고 제어하는 특징을 가진다.
자율 컴퓨팅 기술은 무엇을 통해서 컴퓨터가 자신의 상태를 인식하는가? 특히 산업체에서 자사의 시스템 서비스의 안정성을 확보하기 위해 다양한 연구를 진행하고 있다. 이 기술은 인간의 최소한의 관여를 통해서 컴퓨터 시스템들 스스로가 자신의 상태를 인식한다. 이것은 인간의 면역 시스템이 외부에서 침투한 몸속 세균을 치료하고 방어하는 자율 신경계에 비유될 수 있다.
사이버-물리 시스템은 무엇인가? ‘사이버-물리 시스템’은 대규모 센서/액추에이터를 가지는 물리적인 요소와 통신기술, 응용 소프트웨어, 그리고 시스템 소프트웨어 기술을 이용하여 실시간으로 물리적 요소들을 제어하는 복합시스템(System of System)이다[2]. <그림 1>과 같이 사이버 물리 시스템의 기술 적용 도메인은 스마트 무인기, 스마트 자동차, 스마트 항만, 스마트 그리드, 국방무기체계 등 매우 광범위하다.
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참고문헌 (15)

  1. I. Chun, J. Park, W. Kim, W. Kang, H. Lee, S. Park, "Autonomic Computing Technologies for Cyber-Physical Systems," In Proc. Interational Conference on Advanced Communication Technology, pp.1009-1014, February 2010. 

  2. J.M. Park, S.J. Kang, I.G. Chun, and W.T. Kim "An Approach to Generating Goal Model for Cyber-Physical Systems," In Proc. International Symposium on Embedded Technology, Daegu, Korea, pp.23-24, May 2013. 

  3. I.G. Chun, J.M. Kim, H.Y. Lee, and W.T. Kim, "Faults and Adaptation Policy Modeling Method for Self-Adaptive Robots," Communications in Computer and Information Science, Vol. 150, pp.156-164, September 2011. 

    crossref

  4. J.M. Park, H.S. Youn, and E.S. Lee "An automatic code generation for self-healing," Journal of Information Science and Engineering, vol. 25, pp.1753-1781, November 2009. 

  5. J.O. Kephart, and D.M.Chess "The vision of autonomic computing," IEEE Computer Society, vol.36, pp.41-50, January 2004. 

  6. R. sterritt, D.F. Bantz, "Personal Autonomic Computing Reflex Reactions and Self-healing," IEEE Transactions on Systems Man and Cybernetics - PARTC: applications and reviews, Vol.36, No.3, pp, 219-228 May 2007. 

  7. R. sterritt, D.F. Bantz, "Adaptive Service Framework," CISCO white paper, October 2003. 

  8. CORBA, http://www.omg.org/spec/CORBA/ 

  9. OMG, http://www.omg.org/ 

  10. JMS, http://docs.oracle.com/javaee/1.3/jms/tutorial/ 

  11. An introduction to Web Services, http://www.w3schools.com/webservices/ws_intro.asp 

  12. DDS, http://portals.omg.org/dds/ 

  13. 전형국, 이수형 외, "DDS 미들웨어 표준 기술 동향," 주간기술동향분석, 1456호, 7월 2010. 

  14. P. Koopman, "Elements of the Self-healing System Problem Space", In Proc. of ICSE WADS'03, March 2003. 

  15. Y. Kitamura, "A Model-based Diagnosis with Fault Event Models", In Proc. of Pacific Asian Conference on Expert Systems, pp.322-329, September 1997. 

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