최근에는 열유체, 물리, 화학, 구조동역학, 전산설계 등의 응용과학 분야의 교육 및 연구에 실제 실험이 아닌 슈퍼컴퓨터 및 고성능 네트워크 기반의 사이버 인프라에서 과학적 가정에 의해 복잡한 공학문제를 수치적 모델링과 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 해결하는 계산과학을 이용하는 최적의 방법론 및 기법들의 연구의 필요성이 증대되고 있다. 본 논문에서는 컴퓨팅시뮬레이션 기법을 활용한 실험 체험형 교육의 일환으로, 이공계 교수, 학생, 연구자, 산업체 인력 등이 사이버 인프라스트럭처 기반으로 최신 시뮬레이션 SW를 활용하여 차세대 교육 연구를 융합할 수 있는 EDISON 개방형 통합 플랫폼을 제시한다. EDISON 플랫폼은 사용자들에게 보다 쉽고, 편하고, 효과적인 서비스 제공을 위해 3계층(EDISON 응용 프레임워크, EDISON 미들웨어, EDISON 인프라 자원)으로 구성되고 5개 분야(열유체, 화학, 물리, 구조동역학, 전산설계) 문제해결 환경을 위한 교육 연구용 웹 포털 서비스를 제공한다.
최근에는 열유체, 물리, 화학, 구조동역학, 전산설계 등의 응용과학 분야의 교육 및 연구에 실제 실험이 아닌 슈퍼컴퓨터 및 고성능 네트워크 기반의 사이버 인프라에서 과학적 가정에 의해 복잡한 공학문제를 수치적 모델링과 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 해결하는 계산과학을 이용하는 최적의 방법론 및 기법들의 연구의 필요성이 증대되고 있다. 본 논문에서는 컴퓨팅 시뮬레이션 기법을 활용한 실험 체험형 교육의 일환으로, 이공계 교수, 학생, 연구자, 산업체 인력 등이 사이버 인프라스트럭처 기반으로 최신 시뮬레이션 SW를 활용하여 차세대 교육 연구를 융합할 수 있는 EDISON 개방형 통합 플랫폼을 제시한다. EDISON 플랫폼은 사용자들에게 보다 쉽고, 편하고, 효과적인 서비스 제공을 위해 3계층(EDISON 응용 프레임워크, EDISON 미들웨어, EDISON 인프라 자원)으로 구성되고 5개 분야(열유체, 화학, 물리, 구조동역학, 전산설계) 문제해결 환경을 위한 교육 연구용 웹 포털 서비스를 제공한다.
Recently, a new theoretical and methodological approach for computational science is becoming more and more popular for analyzing and solving scientific problems in various scientific disciplines such as Computational fluid dynamics, Chemistry, Physics, Structural Dynamics, Computational Design and ...
Recently, a new theoretical and methodological approach for computational science is becoming more and more popular for analyzing and solving scientific problems in various scientific disciplines such as Computational fluid dynamics, Chemistry, Physics, Structural Dynamics, Computational Design and applied research. Computational science is a field of study concerned with constructing mathematical models and quantitative analysis techniques and using large computing resources to solve the problems which are difficult to approach in a physical experimentally. In this paper, we present R&D of EDISON open integration platform that allows anyone like professors, researchers, industrial workers, students etc to upload their advanced research result such as simulation SW to use and share based on the cyber infrastructure of supercomputer and network. EDISON platform, which consists of 3 tiers (EDISON application framework, EDISON middleware, and EDISON infra resources) provides Web portal for education and research in 5 areas (CFD, Chemistry, Physics, Structural Dynamics, Computational Design) and user service.
Recently, a new theoretical and methodological approach for computational science is becoming more and more popular for analyzing and solving scientific problems in various scientific disciplines such as Computational fluid dynamics, Chemistry, Physics, Structural Dynamics, Computational Design and applied research. Computational science is a field of study concerned with constructing mathematical models and quantitative analysis techniques and using large computing resources to solve the problems which are difficult to approach in a physical experimentally. In this paper, we present R&D of EDISON open integration platform that allows anyone like professors, researchers, industrial workers, students etc to upload their advanced research result such as simulation SW to use and share based on the cyber infrastructure of supercomputer and network. EDISON platform, which consists of 3 tiers (EDISON application framework, EDISON middleware, and EDISON infra resources) provides Web portal for education and research in 5 areas (CFD, Chemistry, Physics, Structural Dynamics, Computational Design) and user service.
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문제 정의
본 논문에서는 사이버 인프라스트럭처 기반으로 최신 시뮬레이션 SW를 활용하여 차세대 교육·연구를 융합할 수 있는 EDISON 개방형 통합 플랫폼을 제시하였다.
본 논문에서는 컴퓨팅 시뮬레이션 SW를 활용한 응용과학 교육 및 연구를 보다 쉽고, 편하고, 효과적으로 수행할 수 있도록 지원하는 EDISON(EDucation & research Integration through Simulation On the Net) 플랫폼을 제시한다.
제안 방법
EDISON 미들웨어에서는 컴퓨팅 자원의 활용성을 높이기 위해서 그림 7과 같이 가상화 자원관리 프레임워크를 개발하여 사용자 요구(CPU 개수, 메모리 크기, 디스크 용량)에 따라 가상머신을 동적으로 할당할 수 있도록 구성하였다. 이때 최적의 물리서버에 가상머신을 배치하는 스케줄링 알고리즘 기법을 이용하여 할당된 가상머신에 작업 제출, 작업 실행, 작업 상태 모니터링을 할 수 있도록 XML-RPC 형태의 인터페이스를 제공한다.
EDISON 미들웨어에서는 컴퓨팅 자원의 활용성을 높이기 위해서 그림 7과 같이 가상화 자원관리 프레임워크를 개발하여 사용자 요구(CPU 개수, 메모리 크기, 디스크 용량)에 따라 가상머신을 동적으로 할당할 수 있도록 구성하였다. 이때 최적의 물리서버에 가상머신을 배치하는 스케줄링 알고리즘 기법을 이용하여 할당된 가상머신에 작업 제출, 작업 실행, 작업 상태 모니터링을 할 수 있도록 XML-RPC 형태의 인터페이스를 제공한다.
시뮬레이션 워크플로우 관리자는 전처리기-시뮬레이션도구-후처리기로 워크플로우 과정을 조합 하여 사용하는 방식을 지원한다. 즉, 사용자가 시뮬레이션 수행에 필요한 전처리기, 시뮬레이션 도구, 후처리기를 각각 쉽고 정확하게 찾을 수 있는 방법 제공을 위해 키워드 기반 탐색, 시뮬레이션 대상 구조 형태에 따른 탐색 등의 방법을 제공하며, 동시에 해당 분야에 특화된 문제 기반 시뮬레이션 도구 필터링을 제공한다.
이론/모형
그리고, 고성능 네트워크를 위해서는 국가 과학기술 연구망(KREONET)[6]을 이용 하여 1Gbps 로 연결된 네트워크를 활용한다. 또한, 대용량 시뮬레이션 데이터 전송 및 관리를 위해서 고성능 공유 디스크 파일 시스템인 GPFS(General Parallel File System)를 이용하여 클러스터 파일 시스템을 사용하고, 시뮬레이션 결과 정보 가시화를 위해서 전용 가시화 서버를 활용한다. 그림 8은 EDISON 인프라스트럭처 구조를 나타낸다.
성능/효과
본 논문에서는 컴퓨팅 시뮬레이션 SW를 활용한 응용과학 교육 및 연구를 보다 쉽고, 편하고, 효과적으로 수행할 수 있도록 지원하는 EDISON(EDucation & research Integration through Simulation On the Net) 플랫폼을 제시한다. EDISON 플랫폼은 연구자 또는 개발자들이 웹 포털 개발환경에 접속하여 연구 성과를 최신 IT기술과 접목하여 시뮬레이션 SW를 개발한 후, 사용자들이 공동으로 사용할 수 있도록 EDISON 플랫폼에 등록하면, 사용자들은 웹 포털을 통해 문제해결을 위한 시뮬레이션 SW를 EDISON 플랫폼에서 선택한 후, 사이버 인프라스트럭처를 활용하여 문제를 해결하고 결과를 확인할 수 있다. 이와 같이 구성된 EDISON 플랫폼은 열유체, 화학, 물리, 구조동역학, 전산설계 등 다양한 분야의 문제해결 환경을 위한 교육 및 연구용 웹 포털 서비스를 제공한다.
주요 기능으로는 연구자들이 시뮬레이션 SW를 웹을 통해 등록하는 코드스토어(Code Store) 기능과 시뮬레이션 SW 개발 및 테스트에 필요한 라이브러리/도구/API를 포함하고 있는 개인 가상 서버 기반의 통합개발 환경을 제공한다. 또한, 개발된 시뮬레이션 SW를 웹 기반 수행환경으로 손쉽게 제공할 수 있도록 웹 인터페이스 자동 생성 기능을 제공한다.
후속연구
즉, EDISON 플랫폼은 사용자들이 응용과학 분야 전문이론과 원리를 보다 쉽고, 편하고 빠르게 이해할 수 있도록 능동적으로 참여할 수 있는 교육·연구용 웹 포털 서비스를 제공한다. 따라서 응용과학 분야를 연구하는 연구자, 교수, 학생 등이 언제 어디서나 시뮬레이션 SW를 활용한 교육 및 연구를 수행할 수 있는 환경으로 이용될 수 있을 것이다.
또한, EDISON 플랫폼을 통해 개발된 대용량 컴퓨팅 자원과의 연동 기술, 응용 프레임워크, 서버 가상화 기술, 가시화 기술, 워크플로우 관리 기술 등은 향후 계산과학 분야에서의 교육 및 융합연구 지원을 위한 다양한 서비스를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
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