위성 비행 소프트웨어의 개발 과정에는 소프트웨어의 신뢰성을 향상하기 위한 다양한 검증 활동이 이루어진다. 이러한 검증 활동에는 효율적으로 설계된 검증 환경이 필수적이다. 위성 비행 소프트웨어 개발 전반에 검증 환경을 효과적으로 적용하기 위해서는 사용 가능한 검증 환경이 보다 빠르게 구현되어야 한다. 검증 환경은 개념적으로 궤도 상의 위성과 통신하는 지상 시스템의 역할을 기본으로 하고 있으므로 Command 송신과 Telemetry 수신을 위성 비행소프트웨어와의 상호 작용으로 정의할 수 있다. 따라서 위성 비행소프트웨어의 동작을 Command와 Telemetry 관점에서 모델링하고 이를 모사하는 시스템을 이용함으로써 위성 개발 초기부터 위성 비행 소프트웨어 검증 환경 구현에 사용할 수 있고, 또한 위성 개발 과정에서 발생하는 다양한 변경 사항을 보다 효과적으로 반영할 수 있다. 본 논문에서는 위성 비행 소프트웨어의 검증 환경 구현을 위한 Command Telemetry Simulator의 설계 및 그 구현에 대하여 소개한다.
소프트웨어 검증과 확인은 소프트웨어 시스팀의 높은 신뢰도를 보증하기 위한 활동이다. 즉, 더 신뢰성 있는 소프트웨어 제품 생성, 더 낮은 가격의 생명 순기(life-cycle), 요구사항과 일치하지 않는 사항들과 설계 에러들을 초기에 발견하여 개발 가격을 줄이는데 큰 의의를 갖는다. 본고에서는 대형 소프트웨어 개발에서 필요한 검증에 관하여 그 정의와 이제까지 검증 활동을 통하여 제시된 여러 사항들 및 일반적인 자동화된 검증시스팀에 대하여 살펴보고, 특히 General Research Corporation(Santa Barbara, California)에서 개발하고 Huges 항공사에서 프로젝트에 적용을 시켜 성공을 거둔 상용화된 검증시스팀에 대해 고찰하였다.
본 논문에서는 정형 검증 도구를 이용한 보안 소프트웨어의 보안성을 검증하고 검증된 결과를 이용하여 안전한 보안 소프트웨어 개발 방안을 살펴본다. 정형 검증 기법에 따라 사용되어질 수 있는 각 정형 검증 도구들을 살펴보고 그 특성을 파악하여 보안 소프트웨어의 안정성과 신뢰성을 보장하는 적합한 도구들을 알아보고, 보안 소프트웨어 개발 방안을 제시한다. Z 언어를 이용하는 도구인 Z/EVES는 Z명세에 대한 분석 방법을 제시함으로써 보안 소프트웨어에서 가장 많이 사용되는 대표적인 정형 검증 도구이다. 본 논문에서는 보안 소프트웨어 검증을 위하여 C 언어로 작성된 보안 소프트웨어를 Z명세 언어로 변환하고 이것을 Z/EVES도구를 이용한다.
무기체계 소프트웨어 개발 시 수행하는 신뢰성 시험은 크게 정적 검증과 동적 검증으로 구분된다. 정적 검증에서는 소프트웨어 코드를 수행시키지 않고 코딩 규칙 점검, 취약점 점검, 소스 코드 메트릭 점검을 수행하고, 동적 검증에서는 요구 사항을 기반으로 실제 소프트웨어를 실행시켜 기능을 검증하고 코드 실행률을 측정한다. 이러한 정적/동적 검증의 목적은 소프트웨어에 존재하는 결함을 발견하기 위한 것이다. 그러나 현재의 무기체계 소프트웨어 신뢰성 시험만으로는 여전히 탐지할 수 없는 결함들이 존재한다. 본 논문에서는 소프트웨어에서 발생할 수 있는 결함에 대해 무기체계 신뢰성 시험의 정적 검증과 동적 검증으로 탐지를 할 수 있는지를 사례실험을 통하여 분석 한다. 그 결과로 현재의 정적 검증과 동적 코드 커버리지 측정에서 더 나아가 무기체계 신뢰성 시험, 특히 동적 시험의 개선방안으로 연결하고자 한다.
사용자가 요구하는 기능과 특성에 대한 다양한 요구사항은 소프트웨어를 점점 더 복잡하게 만들고 이를 검증하고 검사하는 것은 어려운 문제이다. 게다가 개발된 소프트웨어 코드를 검증하고 검사를 수행하는 과정에서 트레이싱 혹은 로깅 코드를 삽입하는 과정과 검사가 완료되어 삭제하는 과정에서 사용자의 부주의로 버그가 삽일될 수 있는 문제점도 발생한다. 본 논문은 소프트웨어 개발 과정 중에서 검증 및 검사 과정을 지원할 수 있는 Aspect DEVS 검증 틀을 제시한다. Aspect DEVS 검증틀은 관점 지향 프로그래밍 기법을 사용하여 이미 구현되어 있는 소프트웨어와 사용자는 요구사항을 만족하는 지를 확인하는 동시에 소스 코드에 테스팅 코드를 삽입할 때 발생하는 문제들을 해결한다. Aspect DEVS 검증틀을 사용한 검증의 첫 번째 단계는 관찰 대상을 관점 지향 프로그래밍 기법을 사용하여 명세한 하고, 사용자의 요구사항을 DEVS 다이어그램을 명세한 후 이를 DEVSIM++로 구현한다. 마지막으로 프로그램의 수행 과정 중에서 발생하는 이벤트들을 대상으로 구현한 DEVS 모델의 이벤트 입력으로 넣어 소프트웨어가 사용자의 요구사항을 만족하는 지를 검사함으로써 검증 과정 중에 대상 소프트웨어의 수정 없이 검증 및 검사를 수행할 수 있다.
임베디드 시스템은 오늘날 우리 일상에서 널리 사용되고 있고 그 중요성은 더욱 증대되고 있다. 이에 비례하여 임베디드 시스템의 복잡도와 이를 개발하려는 노력 또한 더욱 더 증가하고 있다. 하드웨어와 소프트웨어로 구성되어 있는 임베디드 시스템의 이질적인 특성은 시스템 개발 및 통합 시에 에러를 야기하는 주원인이 된다. 그 중에서도, 하드웨어와 소프트웨어 간의 인터페이스에서 발생하는 에러가 시스템 에러의 13%를 차지하고 있으며 이 비율은 더욱 증가하는 추세이다. 우리는 하드웨어와 소프트웨어 동시설계를 위한 실제적인 인터페이스 동시 검증 기법을 제안하고 이를 지원하는 도구를 구현하였다. 먼저, 이 논문은 하드웨어와 소프트웨어간의 상호작용을 기술할 수 있는 인터페이스 명세를 정의한다. 이 명세 방법은 하드웨어와 소프트웨어 서로간의 특성을 잘 표현할 수 있고, 소프트웨어 명세로부터 하드웨어 명세로의 변환이 가능하여 전체 시스템이 소프트웨어의 입장에서 기술될 수 있도록 한다. 둘째, 작성된 하드웨어 설계와 소프트웨어 설계에 대해 명시된 인터페이스의 의미대로 동작하는지를 검증하는 기법을 제시한다. 주어진 명세로부터 소프트웨어의 동작을 가정하고 이를 하드웨어 설계로 모델링하여 하드웨어 인터페이스에 대한 모델검증을 수행하고, 그 후 소프트웨어의 동작에 대해 검증을 수행하는 가정-보증 추론(assume-guarantee reasoning) 방식의 검증을 수행한다. 마지막으로 기존의 검증 연구들이 저수준의 인터페이스를 추상화하여 현실적 적용이 힘들었던 반면 우리는 디바이스 API, 디바이스 드라이버, 디바이스 컨트롤러 등의 저수준의 인터페이스 코드들을 자동으로 생성하여 검증된 하드웨어와 소프트웨어 코드가 바로 통합되어 시스템을 구축할 수 있는 실제적인 해결책을 제시한다.
오늘날 소프트웨어의 설계 및 개발과 관련된 연구들은 많은 발전을 이루고, UML과 같은 의사소통을 위한 표준 언어가 만들어졌으며 많은 사람들이 관련 이론을 수용 및 활용하고 있다. 또한, 개발 프로세스에서의 설계 및 구현과 더불어 소프트웨어의 유지 보수 단계는 매우 중요하며 이러한 소프트웨어의 유지 보수를 위한 소프트웨어 검증에 관련된 연구는 근래에 많은 주목을 받고 있다. 하지만 소프트웨어 검증의 기술 개발 수준은 설계 및 개발에 비하여 많이 미흡한 실정이다. 소프트웨어 검증은 주로 검증하기 위한 입력 데이터를 산출하여 프로그램 실행을 통해 결과를 확인하는 동적 분석에 대한 연구가 주를 이룬다. 이러한 동적 분석은 원하는 산출물의 확인을 주목적으로 하며, 결과를 표현하는 데에는 따로 정형화된 형식이 필요 없다. 하지만 소스코드를 분석하여 소프트웨어의 구조 관계와 흐름을 파악하는 정적 분석은 분석 자료를 표현하는 표현 모델이 중요하다. 현재는 정적 분석의 결과를 표현하기 위한 공통의 표현 모델이 없기 때문에 검증 과정에서의 의사소통에서 의견의 불일치의 가능성이 있고, 설계 단계에서 사용되는 표현 모델로는 정적 분석 정보의 모든 내용을 표현하는데 한계가 있다. 따라서 본 논문에서는 소프트웨어의 정적 분석 과정을 분석 4계층으로 구분하고, 각 계층마다 분석 결과를 나타내기 위한 표현 모델을 제시한다. 그리고 이 표현 모델을 활용한 소프트웨어 분석 도구의 개발을 위해, 소스 분석 데이터를 가시적으로 표현하기 위한 자료구조의 설계에 대한 내용을 다룬다.
본 논문에서는 비행 중 비행체 내·외부에서 발생하는 동적상황 변화에 대해 대응 우선순위에 따라 무인기가 자율적으로 대처할 수 있는 무인기 자율 임무관리 소프트웨어의 설계 및 검증 기법을 제안한다. 제안된 무인기 자율 임무관리 소프트웨어는 다중 스레드 기반의 동시 수행 가능한 모듈화 구조로 하위 소프트웨어들을 설계하였으며, 이를 검증하기 위해 1) 모든 동적상황 변화에 대한 스레드들 간의 요청/응답 메시지를 확인하는 소프트웨어 통합 기법과 2) 소프트웨어 통합검증환경을 활용하여 소프트웨어의 기능 검증을 수행하는 통합시험 및 3) 정량적 성능 검증을 수행하는 성능시험 기법을 제시한다. 특히, 통합시험과 성능시험을 수행하기 위해 소프트웨어 통합검증환경을 제작하여 활용한다.
객체 지향형 소프트웨어가 개발되고 발전함에 따라 동시성 프로그래밍의 수요가 증가하고 그 기법 역시 다양해지고 있다. 이 결과 소프트웨어의 복잡도가 매우 높아지고, 특히 수행시간 복잡도(run-time complexity)가 매우 높아져서 소프트웨어의 설계와 안정성 검증 분야에 많은 문제가 발생되고 있다. 현재 객체 지향형 소프트웨어의 검증을 위한 연구로 소스 코드를 직접 변환시켜 검증하는 방법과 수행시점에서의 검증을 위해 정형 검증 도구가 직접 객체를 표현할 수 있는 방법을 연구하고 있다. 본 논문에서는 소스코드의 변환을 이용한 검증 도구인 java2spin 과 spin 의 동적인 확장인 dSPIN에 대해 살펴보고 두 도구의 차이점과 장단점을 살펴본다.
위성의 기본적인 상태를 모니터링하며 자세 제어 및 위성 고유의 임무를 수행하는 위성비행소프트웨어는 운용 환경 및 그 특수성으로 인하여 매우 높은 수준의 신뢰성이 요구된다. 이를 위하여 개발 과정에서 다양한 활동이 이루어지게 된다. 실제 하드웨어 또는 하드웨어를 모사하는 시뮬레이터를 통해 위성비행소프트웨어를 동작시키고 지상 명령의 전송, Telemetry의 수신을 통한 검증의 경우, 매우 다양한 지원환경이 요구된다. 위성비행소프트웨어팀에서는 이러한 검증 활동을 보다 효과적으로 수행하고 이를 통해 소프트웨어의 신뢰성을 향상하고, 다양한 위성 개발에 공통으로 사용될 수 있는 위성 비행 소프트웨어 통합 검증 시스템을 구축하고 있다. 본 논문에서는 위성비행소프트웨어의 효과적인 검증을 위한 통합 검증 시스템의 설계 및 구축 방안에 대하여 소개한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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