[논문]그리드 기반의 하이브리드 토목 공학 실험에서의 데이터 모델링

김동욱; 이장호

그리드 기반의 하이브리드 토목 공학 실험에서의 데이터 모델링
Data Modeling in Grid-Based Hybrid Civil-Engineering Experiment 원문보기

김동욱 (홍익대학교 컴퓨터공학과) , 이장호 (홍익대학교 컴퓨터공학과)

최근 분산된 자원을 효과적으로 공유할 수 있는 그리드 기반의 과학 연구가 다양하게 진행되고 있으며, 그러한 예로 국내에서는 건설 및 토목 분야의 원격실험 관측과 제어를 포함한 공동연구 환경의 구축을 내용으로 하는 KOCED(Korea Construction Engineering Development) 프로젝트가 진행 중에 있다. 본 논문에서는 KOCED에서 구축 중인 실험센터의 하나로써, 지리적으로 떨어진 실험 시설과 수치시뮬레이션을 연동하여 실험할 수 있는 하이브리드 실험센터를 대상으로 데이터 모델링을 하였다. 데이터 모델은 데이터를 표현하는 용어를 통일하고 데이터 간의 관계를 명확하게 하여, 데이터의 재사용성을 높일 수 있기 때문에 실험비용이 많이 소모되는 과학실험에 필수적이다. 그리드에 기반한 하이브리드 실험의 데이터 모델링은, 기존의 건설 및 토목실험의 대부분이 독립적인 실험 형태였기 때문에, 정확한 데이터 모델을 예측하기가 용이하지 않았다. 따라서 먼저 하이브리드 실험의 축소 모형인, 프로토타입 실험체를 만들고, 이에 대한 데이터 모델을 설계하여 토목공학 연구자에 의해 사용하게 하였다. 일정기간 사용기간을 갖고, 이에 대한 회의를 통해 향후 구축될 하이브리드 실험센터의 데이터 모델을 설계하였다. 현재 하이브리드 실험의 데이터 모델을 그리드 포탈 기반의 데이터관리 서비스로 구현 중에 있다.

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문제 정의

KOCED는 그리드 기술을 토목 및 건설 분야에 적용한 프로젝트이다[4]. KO CED는 그리드 시스템을 활용하여 여러 대형 실험시설을 연결하고, 해당 분야 연구자들 및 일반사용자들에게 다양한 서비스를 제공하는 등 원격실험 관측 및 제어를 포함한 공동연구 환경의 구축을 목적으로 한다.

제안 방법

두 번째 단계로 프로토타입 데이터 모델에 대한 토목공학 분야의 연구자들과 회의를 통해 개선점을 파악하고, 일반적인 하이브리드 실험의 과정을 분석하여 하이브리드 실험의 데이터 모델을 설계하였다.
두 번째 단계로 프로토타입 실험을 경험한 토목공학 연구자와의 다수의 회의를 통해 문제점과 개선안을 파악한 후 향후 구축될 하이브리드 실험센터의 데이터 모델을 설계하였다.
그리드 포탈의 사용자는 웹 브라우저를 통해 그리드 자원에 접근하게 된다. 본 논문에서 제시한 하이브리드 실험의 데이터 모델은 그리드 포탈 기반의 데이터관리 서비스로 구현 중이다. 데이터관리 서비스를 포함하는 전체 시스템의 구조는 그림 8과 같다.
의해 약 4개월 정도 사용되었다. 사용기간 중한 달에 한 번씩 개최된 데이터 모델링 워크샵과 비정기적인 사용자회의를 통해, 문제점과 개선점을 파악하여 하이브리드 실험의 데이터 모델을 설계하였다.
실험자는 예약 신청 승인 후 수치해석 컴퓨터를 통한 예비실험을 할 수 있다. 예비실험의 결과에 대한 분석 후 실험시설을 사용하기 위한 입력 데이터, 센서의 위치 등을 지정하는 것으로 하이브리드 실험이 진행된다.
우선 하이브리드 실험의 프로토타입 실험체를 만들고, 프로토타입의 데이터 모델을 설계하였다. 이 데이터 모델은 프로토타입 실험시 토목공학 연구자들에 의해 일정 기간 사용되었다.
이 데이터 모델은 프로토타입 실험시 토목공학 연구자들에 의해 일정 기간 사용되었다. 이 후 토목공학 연구자들과의 회의를 통해 하이브리드 실험의 데이터 모델을 설계하였다.
지리적으로 떨어진 실험 시설과 수치시뮬레이션이 연동하여 실험을 수행하는 하이브리드 실험 센터는 기존의 독립적인 형태의 건설 및 토목 실험의 데이터 모델을 적용하는 것이 용이하지 않아 다음과 같이 두 단계로 데이터 모델링을 진행하였다.
첫 번째 단계로 하이브리드 실험의 축소 모형인, 프로토타입 실험체를 만들고, 이에 대한 데이터 모델을 설계하였다. 설계된 프로토타입의 데이터 모델은 토목 공학 연구자에 의해 일정기간 사용되었다.
첫 번째 단계로 하이브리드 실험의 프로토타입 실험체를 만들고, 이에 대한 데이터 모델을 만들었다. 프로토타입의 데이터 모델은 프로토타입 실험시 토목공학 연구자에 의해 사용되었다.

대상 데이터

Mini-MOST 실험은 지진파에 대한 건물의 반응을 조사하기 위한 MOST(Multi-site Online Simulation Test)의 규모를 축소한 형태의 실험이다. Mini-MOST 실험에서는 세 개의 하부 노드 중 1개는 물리적 실험 노드로 제작되었고, 2개의 수치 시뮬레이션 노드로 제작되었다. 하지만 본 논문의 하이브리드 실험 모델의 프로토타입은 이를 확장하여 물리적 실험 노드 2개(그림 2에서 ①과 ③)와 수치 시뮬레이션 노드 1개(그림 2에서②)로 구성하였다.
따라서 데이터의 통합과 검색을 용이하게 하고, 이를 통해 데이터의 재사용성을 높일 수 있다. NEES(Network for Earthquake Engineering Simulation)[5]의 Reference NEESgrid 데이터 모델⑹과 GISER(Geographic Information System Entity Relational) 데이터 모델[기이그 예이다.
본 논문은 KOCED(Korea Construction Engineering Development)에서 구축 중인 물리적 실험 노드와 수치 시뮬레이션 노드로 구성될 하이브리드 실험센터를 대상으로 데이터 모델링을 하였다. KOCED는 그리드 기술을 토목 및 건설 분야에 적용한 프로젝트이다[4].
본 논문은 KOCED에서 구축 중인 하이브리드 실험 센터를 대상으로 데이터 모델링을 하였다.
셋째로 실험 결과를 볼 수 있다. 사용자는 저장소에 데이터 모델을 통해 분류된 실험결과 데이터 및 실험관련 데이터를 이용할 수 있다. 데이터 모델은 실험결과에 대한 데이터와 실험을 구조적으로 표현하는 데이터 등을 정의하여 통합 및 검색을 용이하게 한다.
집합이다. 실험시설을 Video로 기록한 Video Data와 센서로부터 얻은 Raw Data, 그리고 실험 결과를 바탕으로 분석한 Derived Data 등의 엔티티가 포함된다. 이런 결과 데이터의 경우 실험마다 형식이 다를 수 있으므로 이를 위한 추가적인 데이터 모델링이 필요하다.
프로토타입의 데이터 모델은 프로토타입 실험시 토목공학 연구자에 의해 사용되었다.

후속연구

하이브리드 실험을 대상으로 한 본 논문의 데이터 모델은 다른 실험의 데이터 모델에 참조될 수 있고, 하이브리드 실험 포탈의 구축 완료 시 하이브리드 실험의 데이터 검색 및 통합을 용이하게 할 수 있을 것으로 기대된다.

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