[논문]주기적 지연 데이터 처리를 위한 알고리즘 설계 및 테스트 베드 구축 방법

고상훈; 송호진; 금남호; 유필중; 오세권; 김영성

doi:10.12673/jant.2023.27.1.102

주기적 지연 데이터 처리를 위한 알고리즘 설계 및 테스트 베드 구축 방법
The algorithm design and the test bed construction method of processing for periodic delayed data 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.27 no.1, 2023년, pp.102 - 110

고상훈 (LIG넥스원 PGM연구소) , 송호진 (국방과학연구소) , 금남호 (국방과학연구소) , 유필중 (LIG넥스원 PGM연구소) , 오세권 (LIG넥스원 PGM연구소) , 김영성 (LIG넥스원 PGM연구소)

초록
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유도탄 체계개발 기간 중 유도탄 기능 점검을 위하여 유도탄 종합점검장비를 제작하여 사용하는데, 장비 제작을 위하여 전원 및 통신 등에 대한 요구사항을 관리한다. 유도탄 종합점검장비 개발자는 유도탄과 통신하는 데이터의 신뢰성 확보를 위하여 제시된 통신 규격에 따라 소프트웨어를 구현한다. 구현 후 테스트베드를 구축하여 자체 성능평가를 수행하고 기준 장비를 이용하여 검증하는 프로세스로 진행하는데, 테스트 베드 구축 시 데이터의 주기적 지연 전송 특성을 반영하여야 한다. 본 논문은 주기적 지연 데이터 처리를 위한 테스트 베드 구축 방법에 대하여 기술하였고, 기존 설계된 알고리즘을 변경하여 성능을 비교 평가 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The MATS(Missile Assembly Test Set) is manufactured and used to check the function of the missile during the period of development for the guided missile system, and the requirements for power and communication are managed for equipment production. The MATS developer implements software according to the proposed communication standard to guarantee the reliability of the data that communicates with the guided missile. The test bed is built and self-performance evaluation is performed after implementation. And the verification process is performed using the standard equipment. The characteristics of periodic delay for data transmission must be reflected when building a test bed. This paper describes a test bed construction method for data processing with periodic delay. Also This paper compares and evaluates the performance by changing the previously designed algorithm.

주제어

표/그림 (15)

그림 그림 1. 종합점검장비 연결도 Fig. 1. Connection of MATS and other equipment
그림 그림 2. SDLC 프로토콜을 적용한 데이터 흐름도 Fig. 2. Flow chart of data applying SDLC protocol
그림 그림 3. 통신 모듈 형상 Fig. 3. Configuration of communication module
그림 그림 4. 시퀀스 차트 분석 Fig. 4. Analysis for Sequence chart
표 표 1. SDLC IP core의 수신 상태 레지스터 Table 1. Receive status register of SDLC IP core
그림 그림 5. 수정 후 시퀀스 차트 Fig. 5. Sequence chart after modify
그림 그림 6. 통신 모듈 타이밍 다이어그램 Fig. 6. Timing diagram of communication module
그림 그림 7. 지연 데이터 송수신 타이밍 다이어그램 Fig. 7. Timing diagram of communication for delayed data
그림 그림 8. 통신 모듈의 테스트 베드 Fig. 8. Test bed for communication module
표 표 2. 기존 데이터 수신에 따른 프로세스 타임 Table 2. Process time for exciting algorithm
표 표 3. 새로운 조건에서의 프로세스 시간 Table 3. Process time after changing condition
그림 그림 9. 기존 알고리즘 통신 신호 계측 Fig. 9. Measurement for signal for existing algorithm
그림 그림 10. 통신 신호 계측 Fig. 10. Measurement for missile communication
그림 그림 11. 기존 알고리즘 동작 상태 데이터 수신 간격 분포도 Fig. 11. Time graph for existing algorithm
그림 그림 12. 동작 상태 데이터 수신 간격 분포도 Fig. 12. Time graph for status data

AI 본문요약
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제안 방법

LAN 통신을 위하여 상용 모듈을 사용하였는데, 용도별로 소켓을 적용하여 운용자 컴퓨터와 통신을 한다. FPGA와 MCU의 어드레스와 데이터 라인을 통하여 XINTF(eXternal INTerFace)로 데이터를 전송하고 Ethernet 모듈의 인터럽트 라인은MCU의 인터럽트 라인(INT#2)에 연결하여 운용자 컴퓨터에서의 데이터 수신을 확인한다.
개발 모듈의 RJ45 연결기를 통하여 운용컴퓨터로 통신 개설을 한 후 모의 데이터를 전송하였고, 계측을 위하여 트랜시버 송수신단을 오실로스코프에 연결하였다. MCU에서 데이터 수신 후 GPIO 신호를 반전시켜 외부에 연결된 오실로 스코프로 함수 처리 속도를 측정하였다[7].
SDLC(Synchronous Data Link Control) 프로토콜 컨트롤러 IP 코어(이하 ‘SDLC IP 코어’)는 상용 모듈을 사용하여 SDLC 데이터의 인코딩과 디코딩을 수행하였다.
그림 8은 통신모듈의 수신 성능을 측정하기 위한 테스트 베드이다. 개발모듈을 제작하여 통신 신호를 테스트 포트로 뽑아 내고 치구를 이용하여 통신 라인을 루프-백 시켰다. 개발 모듈의 RJ45 연결기를 통하여 운용컴퓨터로 통신 개설을 한 후 모의 데이터를 전송하였고, 계측을 위하여 트랜시버 송수신단을 오실로스코프에 연결하였다.
본 논문에서 제안한 방법은 통신 규격의 최대 전송 속도보다 최소 2배 이상 빠른 XINTF를 제공하는 모듈을 적용하여 주기적 데이터 전송 지연으로 인한 병목 현상을 극복하고 모든 데이터를 누락 없이 처리할 수 있다. 이후 점검장비 개발에 더욱 빠른 처리 속도가 요구되는 경우 PCI-express(5.
운용자는 유도탄 점검을 위하여 점검 명령 채널을 통하여 유도탄 동작 상태 데이터 전송 요청을 수행하고, 점검 명령 데이터를 송신하여 동작 상태 데이터와 응답 데이터를 분석한다. 동작 상태 데이터는 처음 요청 후 전송 중지 요청이 있기 전까지 주기적으로 생성되어 점검장비로 전송된다.
유도탄 점검을 위하여 유도탄 발사장비 모의 및 표적 모사를 할 수 있는 장비가 필요하고, 기능에 따라 모듈별로 나누어 설계 및 제작한다. 제작 이후 각 모듈 별 단위 테스트를 수행하고 시스템 통합을 통하여 장비를 구성한다.
개발자는 해당 문서를 분석 후 각 기능을 구현할 수 있는 하드웨어 제작 및 소프트웨어 구현을 한다. 이후 점검장비 검증 프로세스에 따라 모듈 별 테스트 베드를 구축하여 점검장비 자체 성능 평가를 수행하고 기준 장비를 통하여 성능을 입증한다.
예상되는 상황을 보완하고자 제공되는 정보를 기반으로 데이터 저장 시점을 앞당겼고 시퀀스 차트 분석으로 이전 제약사항이 발생하지 않음을 확인하였다. 이후 테스트 베드 구축 시 목표치 설정 방법에 대하여 기술하였고, 주기적 데이터 전송 지연 상황을 고려하여 목표치 설정을 변경하여 테스트 베드를 보완하였다.
점검장비 평가를 위하여 유도탄과 동일한 성능을 갖춘 기준탄을 이용하였고, 운용컴퓨터에 점검별 시나리오를 구현하여 점검장비의 동작 이상 유무를 확인하였다. 그림 9와 그림 10은는 기존 방식과 변경한 방식으로 계측한 결과이다.

대상 데이터

MCU의 데이터 저장 완료 시간을 앞당기기 위하여 표 1의 SDLC IP 코어가 제공하는 수신 상태 레지스터를 이용하였다.
본 논문은 점검장비를 구성하고 있는 모듈 중 제약사항이 많은 통신 모듈을 대상으로 작성하였다. 2장에서는 통신모듈의 구성과 통신 기능 구현 및 알고리즘에 따른 기능 분석 결과를 기술하였다.

데이터처리

먼저 기존 알고리즘의 데이터 처리 방식과 시퀀스 차트 분석 결과를 살펴보았고 통신 상황에 따라 제약 사항이 발생할 수 있음을 예측하였다. 예상되는 상황을 보완하고자 제공되는 정보를 기반으로 데이터 저장 시점을 앞당겼고 시퀀스 차트 분석으로 이전 제약사항이 발생하지 않음을 확인하였다. 이후 테스트 베드 구축 시 목표치 설정 방법에 대하여 기술하였고, 주기적 데이터 전송 지연 상황을 고려하여 목표치 설정을 변경하여 테스트 베드를 보완하였다.
테스트 베드를 통하여 기존 데이터 처리 방식과 성능을 비교 분석 하였고, 주기적 데이터 전송 지연 환경에서 기존 방식이 성능 만족하지 못함을 확인하였다. 이후 기준탄을 이용하여 점검장비 성능 평가를 수행하였고 데이터 누락 없이 수신함을 확인하여 점검장비 검증을 완료하였다.

이론/모형

FPGA(Field Programmable Gate Array)를 사용하여 해당 SDLC 기능을 구현하였고, 데이터의 저장 및 전송의 스케줄링을 위하여 MCU(Micro Controller Unit)를 사용하였다. MCU는 유도탄과의 SDLC 채널 송수신 데이터와 운용자 컴퓨터와의 Ethernet 송수신 데이터를 처리한다.
데이터 손실이 없는지 확인하기 위하여 패킷 분석 툴인 wireshark를 사용하였다[10]. 그림 11과 그림 12는 기존 방식과 변경된 방식으로 알고리즘을 적용하여 일정 기간 동안 수신한 동작 상태 데이터의 수신 간격 시간에 대한 분포도 이다.

참고문헌 (11)

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J. L. Anderson, "High Performance Missile Testing(Next？Generation Test Systems)", Proceedings AUTOTESTCON？2003. IEEE Systems Readiness Technology Conference., pp.？19-27, 2003.
Ron Drees, Neal Young, "Role of BIT in Support System？Maintenance and Availability", IEEE Aerospace and？Electronic Systems Magazine, Vol. 19, No. 8, Aug, 2004.

상세보기
Mark Klafter, Diana Eshelman, "Honeywell's Missiles？Universal Test Set: An Automated, WindowsTM-Based,？Test Station Providing Simultaneous System Testing？Capability", International Automatic Testing Conference,？AUTOTESTCON, pp. 11-18, Sep. 2003.
K. P. Kim, "Analysis and Implementation of High Speed？Data Processing Technology using Multi-Message Chain？and Double Buffering Method with MIL-STD-1553B",？KIMST, Vol. 16, No. 4, pp. 422~429, Aug. 2013.
Liu Zhaoqing, Wang Chu, Zhang Yigang, "Design and？Implementation of a Certain type of missile timing sequence？testing systems", 2013 IEEE 11th International Conference？on Electronic Measurement
C. H. Koo, "Method of data processing through polling and？interrupt derive I/O on device data", KSAS, Vol. 33, No. 9,？pp. 113-119, Sep. 2005.
M. G. Song, H. R. Kim, "Implementation of Ring Buffer？based Massive VLBI Data Stream Input/Output over the？Wide Area Network", KIECS, Vol. 14, No. 6, pp.？1109-1120, Dec. 2019.
https://www.wireshark.org
Kun Cheng,Weiyue Liu, Qi Shen and Shengkai Liao,？"Design and Implementation of High-throughput PICe with？DMA Architecture between FPGA and PowerPC",？JOURNAL OF IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR？SCIENCE, Sep. 2018

저자의 다른 논문 :

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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