투고자 : 한관호 (주) 휴먼테크 원고 매수 : 표지(1), 본문 및 참고문헌(12) 표의 수 : 2 개 그림의 수 : 7 개 - 545 -
본 연구는 상호 호환성과 재사용성을 갖는 NTS 개발을 위해 기존 모사코드 소프트웨어 를 HLA 표준으로 이용하여 모사코드 패더레이션을 만들어 적용할 경우 어떤 제약 사항 또 는 전제조건이 요구되는지의 파악에 초점을 두었다. 이러한 시험 검토를 통하여 HLA 표준 사양을 충족하는 NTS 개발의 경우에 개발자에게 기존 NTS의 Fortran 엔진 및 응용 소프 트웨어 활용측면에서 제시하고자 한다. - 546 -
최근 소규모의 생산 시설로써 전기와 식수를 만들 수 있는 원자력 발전 기술이 연구되고 있 다. 원자력 발전소에서는 실제 유사 사고를 구현하여 훈련할 수가 없다. 이에 사용자(강사, 운전원, 감독원)들에게 한국원자력연구소는 이러한 현장과 똑같은 체험을 할 수 있게 NTS(Nuclear Training Simulator)인 모사코드 소프트웨어를 개발하고 있다. 모사코드 소프트웨어는 원자력발전소 환경과 같이 현장 환경에서 발생될 수 있는 상황을 만 들어 사용자가 실전과 같이 대처하는 훈련용 프로그램이다. 모사코드 소프트웨어를 제작하 다 보면 원자력발전소 환경과 비슷한 현상을 만들어 내는 엔진 코드로 Fortran이 주로 사 용되고 있다. Fortran으로 작성된 엔진을 Fortran 엔진이라 정의한다. Fortran 엔진은 Fortran 엔진끼리 연동하여 작동하기가 상당히 어려운 현실이다. 기존의 Fortran 엔진 개발 자들은 다른 Fortran 엔진과 그 이외의 응용 소프트웨어와 유연한 연관관계를 가져야 한다. 또한 운영자의 요구에 의해 유사하거나 새로운 NTS를 개발하는 경우 기존에 개발된 Fortran 엔진에 대한 상호 호환성과 재사용성을 보장하지 않는다. 따라서 유사하거나 새로 운 NTS를 개발한 경우 기존에 개발된 Fortran 엔진과 소프트웨어를 효과적으로 활용하기 어렵고 결과적으로 투자비용의 감소 효과를 기대하기 어렵기 때문에 대안으로 HLA(High Level Architecture)를 활용하고자 한다. HLA는 각 시뮬레이션간의 상호운용성을 보장하는 동시에 각 시뮬레이션 구성요소의 재사 용성을 극대화 하는 높은 수준의 시뮬레이션 아키텍처이다. HLA는 미 국방성의 모든 시뮬 레이션 응용에 관련된 기능적 요소(functional elements), 공유 영역(interfaces), 설계 규정 (design rules) 등으로 구성되며, 특정 체계 구조물(system architecture)들이 정의될 수 있 는 공유 골격을 제공한다. 그러므로, 미 국방성은 HLA 표준을 준수하도록 규정하고 있고, 민간 업계에서도 이미 IEEE 표준으로 채택(IEEE1516) 되어 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. HLA(High Level Architecture)를 기반으로 하는 실시간 분산 시뮬레이션 기술은 이 미 차세대 시뮬레이션 기술의 핵심 기술이 된 것이다. 따라서, HLA가 컴퓨터의 통신을 이 용한 상호작용 분야에 핵심적인 역할을 할 것으로 예상된다. 이젠, 국내에서도 HLA 기반 실시간 분산 시뮬레이션에 대한 기술 및 연구 실적들이 간간히 나오고 있는 실정이나 더욱 더 적극적인 연구 자세가 필요하다. 본 논문은 HLA 기반에서 RTI를 미들웨어로 하고, Visual C++ 6.0과 Fortran 엔진을 이 용하여 모사코드 소프트웨어를 개발하는 것을 목적으로 한다. HLA 기반 프로그램의 세부 구현 방안에 관한 연구를 통하여 미 국방성에서 표준규약으로 제시한 HLA/RTI 기반에서 각 시뮬레이션의 재사용 우수성을 확인하고자 한다. 이를 위하여 분산 환경 하에서 운용할 수 있는 한국 원자력 연구소의 모사코드를 개발 분석한다. 본 논문에서는 Fortran의 재사용성의 극대화 방안에 대하여 제안한다. 본 논문 구성은 다음 - 547 -
과 같다. 제 2장에서는 HLA 기반기술 개요를 설명한다. 제 3장은, 4장에서 페더레이션 수행결과, 제 6장에서 결론을 맺는다. - 548 -
HLA는 소프트웨어 아키텍쳐를 정의한다. 근본적으로 각각의 구성요소들이 독립적인 시뮬 레이션으로 된 구성요소 기반의 시뮬레이션을 지원하는 아키텍처다. 이러한 고수준 아키텍처의 주요 목적은 기존 시뮬레이션들의 재사용성(Reusability)과 다른 시뮬레이션들과의 상호운용성(Interoperability)의 확보이다. 즉, 기존의 시뮬레이션들을 HLA 규약에 맞도록 그 구조를 변형하여 HLA 틀 속으로 가져옴으로써, 과거 다양한 목적 으로 개발되었던 시뮬레이션을 통합하여 객체 구성요소의 시뮬레이션이 아닌 페더레이트 구 성요소 기반의 시뮬레이션을 개발하는 것이다. 페더레이션은 페더레이트들과 RTI로 구성되 고, 페더레이트는 이러한 구성 단위이며 또한 소프트웨어 재사용 단위이다. HLA는 기본적인 아키텍처로써 페더레이트와 RTI로 내장되어 있다. 이 구조는 페더레이트 와 RTI 사이에서 양방향으로 데이터 관리가 필요하다. RTI는 페더레이트내에 라이브러리 형태로 RTI 인터페이스 서비스를 제공한다. 또한 모든 페더레이트는 RTI를 통해서 상호작 용 할 수 있다. 상호운용성은 이러한 규칙 속에서 세 가지 부분이 올바르게 정립되어야 보장될 수 있으며, 이러한 구현패턴은 많은 다른 시뮬레이션 응용 프로그램에 사용될 수 있다. HLA는 계층구 조(Layered), 자료추상화(Data Abstraction), 사건기반(Event-Based) 아키텍처 특징을 가 지고 있고, 컴포넌트 기반 실시간 분산 시뮬레이션 개발을 용이하게 해준다. - 549 -
3.1 기존 모사코드 소프트웨어 구조 기존 모사코드 소프트웨어의 구조는 (그림 1)과 같다. 응용 소프트웨어는 Fortran 엔진 소 프트웨어, 강사 소프트웨어, 그리고 운전감시용 소프트웨어로 구성된다. (그림 1) 모사코드 소프트웨어 구조 Fortran 엔진 소프트웨어는 원자력발전소의 노심(Reactor Core), 발전소의 일차계통과 이차계통에 대한 열수력학적 특성을 수학방정식으로 표현하여 모의시험 데이터를 생성하는 일을 수행한다. 강사 소프트웨어와 운전감시 소프트웨어는 각각 GUI 부분과 논리처리 부분으로 나눌 수 있다. 강사 소프트웨어의 GUI 부분은 강사가 Fortran 엔진에 대한 명령(run, freeze등)을 사용할 수 있는 그래픽 기반의 입력 인터페이스를 제공함과 동시에 입력 명령에 대한 시뮬 레이션 엔진의 처리진행과 처리결과를 표시화면에 출력한다. 강사 소프트웨어의 논리처리 부분은 GUI 부분으로부터의 강사 입력 명령을 해독하여 시뮬레이션 엔진에 전달하고 Fortran 엔진의 응답 및 처리결과를 저장 및 가공하여 GUI 부분 및 통신관리에게 전달한 다. 운전감시 소프트웨어의 GUI 부분은 발전소 운전상태 감시정보를 표시화면에 그래픽 기 반으로 표시한다. 운전감시 소프트웨어의 논리처리 부분은 통신관리자로부터 Fortran 엔진 의 데이터를 가공하여 GUI 부분에게 전달한다. 3.2 모사코드 페더레이션 목표 모사코드 패더레이션은 모사코드 응용 페더레이트들과 HLA 표준 및 규약, RTI를 포함 형 태를 말한다. 모사코드 페더레이션이란 (그림 1)의 모사코드 소프트웨어에서 통신관리를 - 550 -
HLA/RTI 기반으로 사용한다. 모사코드 페더레이션 구조는 터로 구성된다. (그림 2)와 같이 구성하고 HLA/RTI 기반으로 각 페더레이 (그림 2) 모사코드 페더레이션 구조 모사코드 페더레이션은 Fortran 엔진, 강사, 운전감시 페더레이트로 구성된다. 각 페더레 이트는 Central RTI Component(RTI Ambassador)를 거쳐서 RTI를 통해 상호작용하게 된 다. FOM(Federation Object Model)은 페더레이트 상호간에 교환될 객체와 인터액션을 구성 하고, 관련된 객체 정보를 사용하여 SOM(Simulation Object Mode) 및 관련 클래스로 구현 한다. 페더레이트 상호간에 교환될 SOM(Simulation Object Mode)의 파라미터 테이블은 < 표 1>과 같다. <표 1> 파라미터 테이블 Parameter Table Interaction Parameter Datatype Coomuncation Data 1 Data 2 Data 3 type_is_to_eg_data type_eg_to_is_data type_eg_to_op_data - 551 -
<표 2> 데이터 타입 테이블 Data type Table Complex Datatype Field Name Data type type_is_to_eg_data type_eg_to_is_data type_eg_to_op_data ismode_request int.... ismode_response int.... ismode_response int.... 파리미터 테이블의 데이터 타입은 구조체 형식을 가지며, 데이터 타입 테이블은 <표 2>와 같다. - 552 -
4.1 Fortran 엔진 페더레이트 Fortran 엔진 페더레이트의 구조는 (그림 3)과 같다. (그림 3) Fortran 엔진 페더레이트의 구조 Fortran 엔진 페더레이트는 Local RTI Component(RTI Federate Ambassador), 공유변 수, Fortran 엔진코드로 구성된다. Local RTI Component는 공유변수에서 데이터를 Read/Write 기능을 수행한다. Fortran 엔진 코드는 공유변수를 통해 Read/Write 기능을 수행한다. Fortran 엔진 페더레이트에서 공유변수 전달 방식은 (그림 4)와 (그림 5)와 같다. 공유변 수는 구조체 형식을 가진다. extern "C" struct { struct { int double double } EX; } EXAMP_mp_EX;... ismode_request; sim_time; A[10]; (그림 4) C++ 공유변수 코딩 - 553 -
MODULE EXAMP TYPE MYDATA SEQUENCE integer(kind=4) & ismode_request, real(kind=8) & sim_time, A(11) END TYPE MYDATA type (MYDATA) EX END MODULE EXAMP (그림 5) Fortran 공유변수 코딩 강사 및 운전감시 페더레이트는 (그림 6)과 같다. (그림 6) 강사 및 운전감시 페더레이트의 구조 (그림 3)의 Fortran 엔진 페더레이트의 구조와 (그림 6)의 강사 및 운전감시 페더레이트의 구조는 유사한 구조를 가진다. (그림 3)에서는 Fortran 엔진코드가 공유변수를 생성하고, (그림 6)에서는 강사 및 운전감시 자체에서 공유변수를 생성하는 차이가 있다. 강사 및 운전감시 페더레이트는 공유변수를 통해 필요한 데이터를 Read/Write하여 기능을 수행한다. - 554 -
페더레이션 수행결과 본 논문의 실험은 HLA를 이용하여 분산 시뮬레이션을 구축한 것이다. (그림 7)는 HLA/RTI 환경의 하드웨어 구조로써, 4대의 PC를 이용하여 각각 RTI, 엔진, 강사, 운전감 시를 두고 데이터의 송수신을 시험하였다. (그림 7) 모사코드 페더레이션 하드웨어 구조 모사코드 페더레이션의 수행결과를 파악하기 위해서 시험환경은 다음과 같다. - 하드웨어 장비 : PC Window 2000 서버 - 미들웨어 : RTI 1.3NG_V.3.2, prti - 개발언어 : Visual C++ 6.0, Visual Fortran 6.5 HLA에서 CRC 접속 방식은 IP와 포트를 이용하는 방식을 사용한다. 따라서 각 페더레이트 는 고유의 IP와 포트를 가지고 데이터를 송수신한다. 여기에서 페더레이트는 하드웨어 속성이 아닌 소프트웨어 속성으로, HLA/RTI 특성상 한 대의 컴퓨터만으로도 자체 포트만을 이용하여 데이터를 송수신 할수 있다. 즉, 한 대의 컴 퓨터에 RTI와 여러개의 페더레이트를 둘 수 있고, 여러 대의 컴퓨터에 한 개의 페더레이트 를 둘 수 있다는 것이다. 본 논문은 위의 두가지 하드웨어 실험을 모두 확인하였으나, 아무런 차이가 없음을 확인할 수 있었다. 따라서, HLA/RTI 환경에서는 페더레이트의 처리 능력을 고려하여 하드에어 환 경을 구축하면 되므로 하드에어 환경과는 데이터의 송수신은 별개의 문제이다. (그림 7)처 럼 각각의 PC에 하나의 페더레이트를 두는 이유는 설명이 가장 용이하기 때문이다. 또한 모사코드 패더레이션은 기존의 모사코드 소프트웨어 중에 Fortran 엔진을 재사용할 수 있 었다. - 555 -
본 연구에서는 기존 모사코드 소프트웨어를 HLA 기반으로 실시간 분사 시뮬레이션 구현 사례를 보여주었다. 본 논문에서는 원자력 연구소에서 사용되는 Fortran 엔진을 재사용함으 로써 앞으로 Fortran 엔진과 Fortran 엔진간의 상호운용성을 극대화 하는데 도움을 줄 수 있을 것이다. 뿐만 아니라 기존 NTS를 재사용함으로써 비용절감에 큰 도움을 줄 수 있다. 따라서 기존 NTS가 재사용성과 상호 호환성이 없는 문제점을 개선하고자 HLA 표준을 기 반으로 새로운 NTS를 개발할 경우 엔진 및 개발자에게 도움을 주고자 제시하였다. [1] 박재창, "Compact Nuclear Simulator 성능향상 기술개발", 한국원자력학회, 추계학술 발표논문집, 1999. [2] 심봉식, "Development of a full scope Human Machine Simulator for Human Factors Experiments", 한국원자력학회, 춘계학술대회논문집, 1997. [3] 박근옥, "설계해석코드 기반의 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터 개발전략", 춘계공동학 술회의 논문집, 2000. [4] 박근옥, "공유메모리 변수 기반의 CNS 응용 소프트웨어 구조, 한국정보과학회, 추계학 술대회 논문집, 2001. [5] 이 상헌, HLA를 이용한 컨테이너 터미널 운영방안 연구, 시뮬레이션학회, 추계학술 대회 논문집, 2000. [6] Y. Hayuth, M.A. Pollatscheck, Y. Roll, "Building A Port Simulator", SIMULATION, 1994, pp. 179-189. [7] Frederick Kuhl, Richard Weatherly, and Judith Dahmann, Creating Simulation System : An Introduction to the High Level Architecture, Prentice Hall PTR, 2000. [8] Department of Defence, High Level Architecture RTIAmbassador Reference RTI 1.3, USA, 1998. [9] Department of Defence, High Level Architecture Supporting Class Reference RTI 1.3, USA, 1998. [10] Department of Defense, High Level Architecture Federation Development and - 556 -
Execuation Process(FEDEP) Model Version 1.4, USA, 1998. [11] Department of Defense, High Level Architecture Object Model Deveopment To ol(omdt) User's Guide Version 1.3, USA, 1998. - 557 -