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CPS 설계 검증을 위한 DDS 및 DEV&DESS 기반의 실시간 분산 시뮬레이션 방법
DEV&DESS-Based Real-Time Distributed Simulation Method Using DDS for Design Verification of Cyber-Physical Systems 원문보기

한국시뮬레이션학회논문지 = Journal of the Korea Society for Simulation, v.23 no.2, 2014년, pp.1 - 6  

김진명 (한국전자통신연구원(ETRI) CPS연구실) ,  이해영 (서울여자대학교 정보보호학과) ,  전인걸 (한국전자통신연구원(ETRI) CPS연구실) ,  김원태 (한국전자통신연구원(ETRI) CPS연구실)

초록
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CPS는 네트워크로 연결된 다수의 임베디드 시스템들이 물리 시스템과 연동하는 새로운 개념의 시스템 이다. 기존의 시스템은 일반적으로 물리 시스템 부분을 고려하지 않았다. 그러나 CPS에서 우리는 물리 시스템에서의 변화와 움직임을 고려해야 한다. 따라서 CPS의 복잡도가 증가로 시스템에서 잠재적인 문제 발생 역시 증가 한다. 본 논문에서 우리는 CPS의 신뢰성을 위하여 실행 가능한 모델 기반 설계 방법론을 적용하고 이를 검증하기 위한 분산 실시간 시뮬레이션 기법을 사용한다. 이산과 연속 요소를 갖는 하이브리드 시스템의 설계를 위하여 우리는 DEV&DESS 형식론을 적용하고 DDS 미들웨어 기반 분산 시뮬레이션 환경에서 시뮬레이션을 수행한다. 또한 우리는 개발한 모델링 도구를 이용한 CPS 응용분야의 모델링 및 시뮬레이션 수행 결과를 보여준다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

CPS (cyber-physical systems) which consists of connected and diverse embedded systems and physical systems are a new paradigm. Traditional systems were usually considered to be passive and dumb parts in physical systems, but with CPS, we have to take into account what are being moved or changed in t...

주제어

#모델링 시뮬레이션   #하이브리드 모델링  

AI 본문요약
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문제 정의

  • DDS는 OMG(object management group)에서 새롭게 제정된 표준이다. DDS의 주요 목적은 DCPS(data centric publish/subscribe) 모델로써, 분산 시스템에서 응용프로그램들이 이종의 플랫폼에서 공통의 데이터에 대한 읽기/쓰기를 가능하게 하는 인터페이스를 제공 하는 것이다.
  • CPS의 컴퓨팅 요소와 물리적 요소를 표현하기 위하여, DEVS(discrete event system specifications)와 DESS(differential equation system specifications)의 혼합 형태인 DEV&DESS 형식론[7] 기반의 모델링 방법론을 제안하고 DDS(data distribution Service)[8] 미들에어를 이용한 분산 실시간 시뮬레이션 방법에 대하여 제안 한다. 또한 우리는 Eclipse plug-in 기반으로 개발한 CPS 응용 시스템 모델링과 시뮬레이션 도구에 대하여 소개 한다.
  • 본 논문에서 우리는 CPS 응용 분야 중 하나인 전장 시스템을 대상으로 모델을 구축 하였다.
  • 본 논문에서 우리는 CPS 응용 시스템 설계의 신뢰성을 위하여 DEV&DESS 형식론 기반의 모델링 방법론을 제안 하였으며, 시뮬레이션 수행을 위하여 DDS를 이용한 실시간 분산 시뮬레이션 프레임워크를 제안하였다.
  • 본 논문에서 우리는 CPS 응용 시스템 설계의 신뢰성을 위하여 실행 가능한 모델 기반 설계 방법론을 적용하고 이를 검증하기 위한 분산 실시간 시뮬레이션 방법을 제안 한다. CPS의 컴퓨팅 요소와 물리적 요소를 표현하기 위하여, DEVS(discrete event system specifications)와 DESS(differential equation system specifications)의 혼합 형태인 DEV&DESS 형식론[7] 기반의 모델링 방법론을 제안하고 DDS(data distribution Service)[8] 미들에어를 이용한 분산 실시간 시뮬레이션 방법에 대하여 제안 한다.

가설 설정

  • 반대로 시간의 간격이 커질수록 해의 오류가 커지고 연산 횟수가 감소하며 시뮬레이션 속도가 빨라진다. 우리는 미분방정식으로 표현된 모델의 연속요소를 실행하기 위한 해석 시간 간격의 최대값과 최소값은 해당 시스템 전문가에 의해서 시스템의 모델링 단계에서 결정된다고 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CPS 응용 시스템은 어떤 문제점 때문에 분산 시뮬레이션 환경이 요구되는가? CPS 응용 시스템은 다수의 임베디드 시스템이 네트워크로 연결어 구성된다. 시스템을 이루는 각각의 하위 시스템들이 매우 복잡하고, 대규모로 구성되기 때문에 단일 시스템에서 시뮬레이션을 통한 모델의 검증은 매우 어렵다. 따라서 분산 시뮬레이션 환경이 요구 된다.
DDS의 주요 목적은 무엇인가? DDS는 OMG(object management group)에서 새롭게 제정된 표준이다. DDS의 주요 목적은 DCPS(data centric publish/subscribe) 모델로써, 분산 시스템에서 응용프로그램들이 이종의 플랫폼에서 공통의 데이터에 대한 읽기/ 쓰기를 가능하게 하는 인터페이스를 제공 하는 것이다.
고신뢰성이 요구되는 대표적인 CPS 응용시스템에는 무엇이 있는가? 네트워크 중심 전쟁(network centric warfare) 시스템, 스마트 그리드, 메디컬 시스템 등은 고신뢰성이 요구되는 대표적인 CPS 응용시스템 이다. 특히 CPS 응용 시스템의 예로 고정익 UAV(unmanned aerial vehicles)에서 내장 컨트롤러는 동체의 원활한 움직임을 위하여 날개 표면의 공기흐름을 모니터링 하고 전기기계식 액추에이터 (electro-mechanical actuator)를 통하여 조절 한다[5].
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참고문헌 (10)

  1. Janos Sztipanovits, "Composition of Cyber-Physical Systems," Engineering of Computer-Bused Systems '07, 2007. 

  2. R. Rajkumar, I. Lee, L. Sha, and J. Stankovic, "Cyberphysical systems: The next computing revolution," 47th Design Autom. Conf., pp. 731-736, 2010. 

  3. Kyoung-Dae Kim and P. R. Kumar, "Cyber-Physical Systems: A Perspective at the Centennial," Proceedings of the IEEE, vol. 100, special issue, pp. 1287-1308, 2012. 

    상세보기 crossref

  4. R. Poovendran, "Cyber-Physical Systems: Close Encounters Between Two Parallel Worlds," Proceedings of IEEE, vol 98, no. 8, pp. 1363-1366, 2012. 

  5. Gabor Karsai and Janos Sztipanovits, "Model-Integrated Development of Cyber-Physical Systems," LNCS 5287, pp.46-54, 2008. 

  6. Edward A. Lee, "Cyber physical Systems: Design challenges," ISORC, pp.363-369, 2008. 

  7. Bernard P. Zeigler, Herbert Praehofer, Tag Gon Kim, "Theory of Modeling and Simulation", Academic Press, San Diego, 2000. 

  8. OMG, "Data Distribution Service for Real-time Systems Specification", OMG, 2007. 

  9. A. J. J. Lemmers, P. J. Kuiper, F. R. Verhage, "Performance of a Component-based Flight Simulator Architecture Using the HLA Paradigm", AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference and Exhibit, NLR-TP-2002-470, 2002. 

  10. H. Y. LEE, I. G. Chun and W. T. Kim, "DVML: DEVSBased Visual Modeling Lanugage for Hybrid System", CCIS, vol. 256, pp. 122-127, 2011. 

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