[논문]이벤트 제어 모델 템플릿을 사용한 모델 라이브러리 기반 DEVS 시뮬레이션 환경의 확장성 개선

권세중; 이준희; 최창범; 김탁곤

doi:10.9709/jkss.2018.27.1.091

이벤트 제어 모델 템플릿을 사용한 모델 라이브러리 기반 DEVS 시뮬레이션 환경의 확장성 개선
Improving Extensibility of DEVS Simulation Environment with Model Base by using Event Control Model Templates 원문보기

한국시뮬레이션학회논문지 = Journal of the Korea Society for Simulation, v.27 no.1, 2018년, pp.91 - 99

권세중 , 이준희 (KAIST 전기 및 전자공학부) , 최창범 (한동대학교 ICT창업학부) , 김탁곤 (KAIST 전기 및 전자공학과)

초록
AI-Helper

도메인 사용자에게 배포된 이산 사건 시스템의 시뮬레이터는 시뮬레이션 결과를 분석하는 과정에서 발생하는 요구사항의 변화로 인해 수정될 필요가 생긴다. 이로 인해 예상치 못한 개발 비용이 추가적으로 발생하고 시뮬레이션 환경의 효용성이 떨어진다. 본 논문은 이런 문제를 해결하기 위해 이벤트를 변조/삭제/생성하여 이전과 다른 결과를 발생시키는 제어 함수를 지닌 이벤트 제어 모델 템플릿을 제안한다. 이벤트 제어 모델은 이산 사건 시뮬레이션을 이산화된 상태 변화와 대응되는 이벤트의 시퀀스로 보고 실행 시간에 블랙박스 모델 외부로 발생한 이벤트를 제어하여 기존의 모델 행동을 수정한다. 더해서 이벤트 제어 모델 템플릿은 사용자가 프로그램 구현을 하지 않고 모델 행동을 수정할 수 있도록 하여 더 나은 확장성을 가지게 하며 수정에 따른 개발 비용 상승을 막는다. 본 논문은 제안하는 방법의 효용성을 보이기 위해 프로젝트 경험으로부터 가정한 사례 연구를 포함하고 있다. 이를 통해 기존의 시뮬레이터를 재사용함에 따른 이득을 확인할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Discrete event simulation environments often need to be modified because additional questions to systems may become apparent while observing the simulation results repeatedly. It leads to increasing development budget and depreciating the effectiveness of the environment. To avoid the modifications and to generate the altered results, this paper applies an Event Control Model (ECM) with control functions that modulate, delete and generate the events at the simulation time. In addition, this paper suggests an easier approach for domain-users, who do not want to program at source code level, by using ECM templates. The simulators with the ECMs can have better extensibility because it becomes more adaptable to possibly unanticipated changes. It prevents increasing development costs due to modifications or development of new models by M&S experts, and it provides a new alternative step to domain users. To support the effectiveness of this approach, this paper describes a relevant example, which is composed of an initial simulation model based on our empirical studies. It will show that there exist the uncountable benefits because the existing simulator is reused by domain users without new projects.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

확장이 가능하다고 판단된다면 I/O 흐름을 보고 적절한 ECM을 삽입하여 행동을 바꿀 수 있는지 확인하고 ECM을 구현한다. 그리고 그 결과가 믿을만한 것인지 확인한다. 이때, I/O 명세로부터 자동으로 ECM이 올바르게 동작하는지를 확인하는 탐지 함수를 생성할 수 있다.
따라서 본 논문은 그 동안 프로젝트 경험을 토대로 모델 라이브러리 기반 시뮬레이션 환경의 확장성을 향상시키는 연구를 진행했다. 이를 통해 사용자가 변화하는 요구사항에 맞춰 그들이 배포 받은 시뮬레이션 환경에 더 높은 자유도를 가질 수 있도록 했다.
따라서 본 연구에는 템플릿을 통해서 도메인 사용자가 ECM을 사용하는 것을 지원하고자 한다.
이벤트 제어 모델(Event Control Model, ECM)은 이벤트 기반 실행의 관점에서 모델 객체가 아닌 입출력에 집중하여 시뮬레이션 동작 시에 발생하는 이벤트를 수정/삭제/생성하는 추가적인 이산 사건 모델 기술 방법이다^[2]. 본 논문은 한발 더 나아가 프로그래밍을 피하고 싶은 도메인 사용자들을 위하여 ECM 템플릿을 제안한다. 모델링 툴에서 필요한 곳에 ECM을 삽입하고 그 내용을 UI를 통해 기술함으로써 약간의 지식만으로 사용자가 그들에게 필요한 수정을 할 수 있도록 지원한다.
XML으로 출력을 내보내면 시뮬레이션 엔진에 의해 해석되어 실행된다. 본 연구는 프로젝트를 위해 개발되었던 모델링 UI를 수정하여 ECM을 기술할 수 있도록 했다. 기술된 ECM은 XML 파일로 함께 출력된다.
본 연구에서는 이런 한계를 넘어서기 위해서 제어 대상의 범위를 확장했다. 기존 연구들의 제어 대상을 확장하면서 환경이 배포된 이후에도 추가적으로 행동을 쉽게 추가 기술하거나 고칠 수 있는 방법을 제안한다.
본래는 개발자에게 새로운 프로젝트를 발주해야하는 상황이지만 도메인 유저가 간단한 ECM을 기술함으로써 해결하는 것을 보여주려고 한다.
이를 통해 사용자가 변화하는 요구사항에 맞춰 그들이 배포 받은 시뮬레이션 환경에 더 높은 자유도를 가질 수 있도록 했다. 이를 위해서 본 논문은 이벤트 제어 모델 템플릿을 제안한다. 이벤트 제어 모델(Event Control Model, ECM)은 이벤트 기반 실행의 관점에서 모델 객체가 아닌 입출력에 집중하여 시뮬레이션 동작 시에 발생하는 이벤트를 수정/삭제/생성하는 추가적인 이산 사건 모델 기술 방법이다^[2].

가설 설정

2. src is a source of the event.
5. SELECT is a tie-breaking selection function.
본 사례연구에서는 이 상태에서 기존의 확장성으로는 해결할 수 없는 세 가지 WIQ가 발생하였다고 가정하였다.
사례연구를 위해 수상 전투 체계를 다루는 다양한 모델로 부터 대어뢰전의 대응 체계를 평가하는 시나리오를 위한 모델을 구성하였다고 가정한다.
셋째, 출력과 내부 상태 사이의 관계가 없어야 한다.

제안 방법

WIQ의 변화에 대응해서 사용자는 우선 기존의 환경이 해결할 수 있는지 확인하고 그것이 불가능할 때 필요한 모델의 행동이 ECM을 통해 기존의 모델을 확장함으로써 해결할 수 있는지 확인한다.
기존 연구들의 제어 대상을 확장하면서 환경이 배포된 이후에도 추가적으로 행동을 쉽게 추가 기술하거나 고칠 수 있는 방법을 제안한다.
기존에 있던 결합 모델을 기술하는 창과 모델의 속성을 기술하는 창에 ECM을 기술하는 창을 추가했다.
기존의 모델들에 수정 요구사항을 반영하기 위해 이벤트 제어 모델을 사용할 수 있으나 여전히 진입장벽이 남아 있는 도메인 사용자들을 위한 GUI를 통한 템플릿을 제안하였다.
본 논문은 모델 라이브러리 기반의 시뮬레이션 환경을 배포 받은 도메인 사용자들의 확장성을 개선하는 방법을 다루고 있다.
사용자는 모델링 툴을 통해 요구사항에 맞춰서 모델을 선택/합성하고 시뮬레이션 매니저를 통해 파라미터를 입력하여 필요한 시뮬레이션을 다양하게 수행한다.
어뢰와 수상함은 위치 메시지 (POS)를 통해 서로의 위치를 공유한다. 수상함이 어뢰를 탐지하면 Fire 메시지를 통해 기만기들을 활성화 하고 기만기 또한 수상함에게 자신의 위치 정보를 보내서 어뢰가 기만당하는 행동을 모의하도록 한다.
가정된 WIQ들은 사실 모델이 크게 변화하는 문제는 아니지만 실제 개발 과정에서 제기되었던 변화들이다. 이로 인해서 모델 라이브러리의 모델을 수정해야하는 상황이 발생할 텐데, 이에 대해 ECM 템플릿을 적용하여 기존의 모델을 수정하지 않고 변화를 수용하였다.
이를 추상화하여 POS 메시지를 삭제하는 재머 모델을 새로 개발해서 그 역할을 하도록 해야 하지만 본 연구에서는 제어 함수를 통해 그 역할을 하도록 했다.
이상의 ECM들로 인해 매번 새롭게 프로젝트를 발주해야하는 비용을 줄이고 사용자가 직접 모델을 확장할 수 있도록 했다.

대상 데이터

대상 시뮬레이션 환경에 ECM을 적용하는 사람은 도메인 사용자와 M&S 전문가로 나눌 수 있다.
사례연구는 수상 전투체계 시뮬레이션 모델^[10][11]을 대상으로 했다. 해당 체계를 분석하기 위한 모델 라이브러리와 시뮬레이션 환경이 존재할 때 추가된 WIQ들을 가정하고 ECM이 어떤 역할을 할 수 있는지 보인다.

데이터처리

해당 ECM들을 통해 실행된 결과는 기존의 프로젝트[10][11]를 통해 얻어진 과거 결과와 비교를 통해 정상 동작함을 확인하였다.

이론/모형

이벤트를 모델과 엔진이 공유하는 정보라고도 볼 수 있는데 이를 제어할 수 있어야 한다. 본 연구에는 이벤트 기반 시뮬레이션으로 DEVS 모델을 실행하는 E-DEVSim++^[9]를 사용하였다.

성능/효과

5는 결합 모델에 ECM을 추가한 모습이다. 데이터 이벤트는 모델 구조에서 커플링 관계에 해당하기 때문에 모델과 모델을 이어주는 메시지 전달에 연결된 것을 확인할 수 있고 시간 이벤트는 모델에서 발생하기 때문에 모델에 시간 이벤트가 연결된 것을 확인 할 수 있다.
어떤 모델이 어떤 인터페이스를 가지는지에 대해 잘 정의되어 있다면 외부에서 어떤 입력을 넣었을 때 모델이 정상 동작할 수 있는지 잘 알 수 있다. 셋째로, 모듈성이 중요하다. 모델은 외부와 단절된 상태로 인터페이스를 통해서만 동작해야한다.
이 결과는 실제 Jammer 모델을 수정하여 시뮬레이션 했던 결과[11]와 비교하여 평균 1% 이내 오차를 보였으며 약 100번 수행하고 여러 가지 난수에 기초한 오차가 포함된다는 것을 고려하면 같은 실험 결과를 얻었다고 볼 수 있다.
이를 통해 사용자가 변화하는 요구사항에 맞춰 그들이 배포 받은 시뮬레이션 환경에 더 높은 자유도를 가질 수 있도록 했다.
특히, 모델 라이브러리를 만들 때 잘 나뉜 모듈성 있는 모델들을 세세한 I/O 명세와 함께 만들어야 이들을 조합하여 다양한 모델을 합성해낼 수 있기 때문에 필수적이다. 즉, 본 논문이 대상으로 하고 있는 모델 라이브러리 기반 시뮬레이션 환경은 ECM을 적용하기에 적합하다.
첫째, ECM은 모델 외부로 발생한 이벤트를 제어 대상으로 보고 있기 때문에 모델 내부의 상태에는 접근할 수가 없다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이산 사건 시스템의 시뮬레이터 문제점은?	도메인 사용자에게 배포된 이산 사건 시스템의 시뮬레이터는 시뮬레이션 결과를 분석하는 과정에서 발생하는 요구사항의 변화로 인해 수정될 필요가 생긴다. 이로 인해 예상치 못한 개발 비용이 추가적으로 발생하고 시뮬레이션 환경의 효용성이 떨어진다.
	이벤트 제어 모델 템플릿을 통해 얻게되는 이점은?	실제로, 개발 프로젝트를 진행하다보면 약간 변화된 WIQ임에도 불구하고 기존의 환경이 해결할 수 없어 큰 비용이 낭비되거나 문제 해결을 포기하는 상황이 자주 발생한다. 이러한 상황에서 본 연구로 인해 도메인 사용자들은 새로운 프로젝트를 발주하는 것으로 인해 발생했던 비용을 줄일 수 있는 대안을 선택할 수 있으며 더 나은 M&S 공학의 효용성을 얻을 수 있다.
	이산 사건 시스템이란?	이산 사건 시스템은 실제 시스템을 설계하거나 분석하기 위해 이벤트 단위로 시스템을 추상화 한 것으로 이벤트란 시스템의 상태가 바뀌는 순간을 의미한다. 과거에는 이산 사건 시스템의 시뮬레이션을 위해서 이벤트 기반 실행 알고리즘을 통해 이벤트에 대응하는 함수들을 순차적으로 실행하도록 했으나, 사용자의 편의성이나 재사용성등을 고려하여 객체 중심으로 정형화되고 구조적인 모델링 및 시뮬레이션 방법론이 발전하였다.

참고문헌 (11)

Bernard P Zeigler, et al. Theory of modeling and simulation. Academic press, 2000.
Se Jung Kwon, et al. "Adaptive Discrete Event Simulation Systems to Embrace Changes of Requirements Using Event Control Models." IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, 2017.
Matthias Zenger. Programming language abstractions for extensible software components. PhD thesis, ECOLE POLYTECHNIQUE FEDERALE DELAUSANNE, 2004.
Saurabh Mittal and Bernard P Zeigler. Dynamic simulation control with queue visualization. In Summer Computer Simulation Conference, 2005.
James Nutaro and Phil Hammonds. Combining the model/view/control design pattern with the devs formalism to achieve rigor and reusability in distributed simulation. JDMS, 1(1):19-28, 2004.
Adelinde M Uhrmacher. A system theoretic approach to constructing test beds for multi-agent systems. In Discrete event modeling and simulation technologies, pp. 315-339. Springer, 2001.
Jang Won Bae, et al. Simulation-based analyses of an evacuation from a metropolis during a bombardment. Simulation, 90(11):1244-1267, 2014.

상세보기
Saurabh Mittal. Extending dodaf to allow integrated devs-based modeling and simulation. JDMS, (2):95-123, 2006.
권세중, 김탁곤, "이벤트 지향 DEVS 실행 환경의 설계, 구현 및 성능 비교," 한국 시뮬레이션 학회 논문지, Vol. 20, No. 1, pp. 87-96, 2011년 3월.

원문보기 상세보기
Kyung-Min Seo, et al. Measurement of effectiveness for an anti-torpedo combat system using a discrete event systems specification-based underwater warfare simulator. JDMS, 8(3):157-171, 2011.
Se Jung Kwon, et al., "Effectiveness Analysis of Anti-torpedo Warfare Simulation for Evaluating Mix Strategies of Decoys and Jammers," AsisSim '2011, Seoul, Korea, Nov., 2011.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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