본 논문은 필드버스를 이용한 실시간 로봇제어 시스템의 설계와 체계적인 설계 방법을 제안한다. 설계의 주요 잇점은 케이블링 비용의 절감과 유지 보수의 용이함을 들 수 있다. 최악 시간 분석에 의하여 필드버스를 이용하는 로봇 제어 시스템이 주어진 시간 제한요구를 만족할 수 있는지를 검증하기 위하여 실시간 제어 시스템의 패러미터들을 어떻게 결정할 수 있는지 보여주며, 태스크와 메시지의 실시간 스케쥴링 방법을 제안한다.
본 논문은 다중마스터 시스템의 버스 공유를 큐잉이론으로 모델링하여 정량화하고 이를 바탕으로 최적화 된 실시간 시스템을 설계하는 방법을 제안하였으며 그 결과를 실측 실험을 통해서 검증하였다. 다중마스터 모드와 슬레이브 모드를 지원하는 마스터를 이용한 다중 마스터 시스템에서 버스의 공유로 인한 지연과 각 작업의 대기 시간은 각각에 대한 모델링을 통해 정량화 할 수 있으며 이를 통하여 최적화된 시스템을 구성할 수 있게 된다. 본 논문의 실험에서는 VMEbus 상에서 3개의 마스터와 그에 종속된 4개의 슬레이브 시스템을 구성하여 각 마스터들의 버스 요구율과 서비스 시간에 따라 버스를 점유하기 위해 기다리는 시간을 정량적으로 분석하였으며 이를 통하여 개선된 시스템은 각 작업의 버스 상에서의 대기 시간을 최소화하고 효과적으로 버스를 공유하므로써 작업 시간 오차와 오류 발생을 최소화 할 수 있음을 보였다.
최근 EDA 툴의 기술적인 향상과 반도체 공정의 발달로 IC 설계자들은 RISC 프로세서, DSP 프로세서, 메모리 등 많은 IP가 하나로 집적되는 SoC구조가 가능해졌다. 하지만 기존에 사용되는 대부분의 SoC는 공유버스 구조를 가지고 있어, 병목현상이 발생하는 문제점을 가진다. 이러한 문제점은 SoC 내부의 IP들이 많을수록 SoC 플랫폼의 전체 성능이 저하되어, CPU 자체의 속도보다는 효율적인 통신에 의해 성능이 좌우된다. 본 논문에서는 공유버스의 단점인 병목현상을 줄이고 성능을 향상시키기 위하여 크로스바 스위치버스 구조를 제안한다. OpenRISC 프로세서, VGA/LCD 제어기, AC97 제어기, 디버그 인터페이스, 메모리 인터페이스로 구성되는 SoC 플랫폼의 WISHBONE 온칩 공유버스 구조와 크로스바 스위치 버스 구조의 성능을 비교한 결과, 기존의 공유버스보다 26.58%의 성능이 향상됨을 확인하였다.
본 논문에서는 안드로이드 스마트 폰의 Bluetooth 센서와 Open API 기반의 저상 버스 예약 애플리케이션을 설계하고 구현한다. 이 애플리케이션은 Bluetooth 센서를 이용하여 Beacon과 단방향 통신을 통해 사용자의 위치를 기준으로 반경 50m 안의 버스정류장을 확인할 수 있고, Open API를 통해 확인된 버스정류장을 경유하는 노선별 저상 버스 정보를 확인할 수 있도록 구현한다. 그리고 저상 버스 탑승 예약 기능과 버스 기사가 예약자를 확인할 수 있는 기능을 구현한다.
본 연구에서는 AMBA 3.0 AXI 프로토콜을 사용하여 고성능 및 저전력이 요구되는 MPSoC에 적합한 하이브리드 온-칩 버스구조를 설계하였다. AXI의 채널 중에서 트래픽이 많은 쓰기데이터 채널 및 읽기데이터 채널은 Crossbar 버스구조로 설계하여 고속 처리를 가능하게 하였다. 또한 MPSoC에서의 컴포넌트 추가에 따른 오버헤드(회로크기, 연결회선, 전력소모 등)를 줄이기 위해 트래픽이 적은 주소 채널과 쓰기 응답 채널은 Shared 버스구조로 공유하도록 설계하였다. 본 연구에서는 Hybrid 버스구조의 검증을 위해 Shared 버스구조 및 Crossbar 버스구조와 함께 시간, 공간, 파워 영역에서 각각 비교 실험하였다. $16{\times}16$ 버스 실험에서 Hybrid 버스구조는 Crossbar 버스구조와 비교해서 마스터의 대기시간은 약 9%, 전체 실행시간은 약 4%의 차이에 그쳐 비슷한 성능을 보여준다. 반면 오버헤드에서는 Crossbar 버스구조와 비교하여 회로 크기는 47%, 연결 회선 수는 52%, 동적 전력 소모는 66%의 감소 효과를 보인다. 따라서 본 연구에서 설계한 하이브리드 온-칩 버스구조는 Crossbar 버스 구조와 비교하여 고성능 및 저전력이 요구되는 MPSoC 인터커넥션에 매우 효과적임을 보이고 있다.
케이블 및 버스바는 전원을 공급하는 부대 장치로 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다. 대부분의 경우 일정 주기로 점검 및 교체 등의 유지 보수를 진행하나 ITER IVC 버스바 및 지중케이블 등의 특수한 경우에서는 접근성 및 작업성의 이유로 유지 보수를 진행 할 수 없다. 이러한 경우, 절연물 내부에 전기 트리가 발생했을 때에는 대책이 없다. 전기 트리는 부분적인 고전계에 의한 진성파괴, 전하의 주입 또는 추출에 의한 파괴 및 전기-기계적 응력(맥스웰 응력)에 의한 파괴, 미소 부분 방전에 의한 파괴의 가장 큰 고장요인이 되는 현상이며, 다양한 사고 사례가 알려져 있다. 본 연구에서는 유한요소해석법을 이용하여 전기 트리를 가지는 사각 버스바에 대한 전계해석을 진행하였고, 전기 트리를 방지 할 수 있는 사각 버스바의 절연 설계에 대한 방안을 제시한다. 이 설계 방안은 향후 전기 트리를 고려한 사각 버스바의 절연 설계 기초 데이터로 활용 될 것이다.
버스 대중교통은 정해진 노선, 운행시간표에 의해 정류장을 경유하여 운행하므로 버스 노선망 설계 문제(BTRNDP: Bus Transit Route Network Design Problem)는 승용차위주의 가로망 설계 문제와 다른 접근방법이 요구된다. 버스 노선망 설계 문제의 적용모형은 설계방법의 역사적발전과정에 따라 매뉴얼 및 지침, 시장분석기법, 시스템해석모형, 휴리스틱모형, 하이브리드모형, 경험기반모형, 시뮬레이션모형, 수리최적화모형 등 크게 8가지 분류할 수 있다. BTRNDP는 이용자비용과 운영자비용의 조합인 총비용을 최소화하는 목적함수를 획득하기 위한 일련의 현실적 제약조건하에서 버스노선집합과 배차횟수를 결정하는 문제이다. BTRNDP는 조합최적화문제로 일반적 수리최적화문제로 가능해 공간을 정의하는 것이 어렵기 때문에 모든 가능해로 구성된 큰 탐색공간으로부터 최적해를 탐색해야하는 NP-Hard라는 특성을 가진다. BTRNDP의 목적함수는 이용자와 운영자관점을 모두 고려한 다목적함수(Multi-Objective Function)를 이용하며 수요는 고정수요를 이용하였으나 최근에는 가변수요를 고려한 방법론이 연구되고 있다. 해알고리즘으로 최적 버스 노선망을 구성하게 될 모든 가능한 후보노선집합(Candidate Route Set)을 생성하고 노선집합의 최적조합을 찾는 메타휴리스틱(Meta-heuristic) 알고리즘을 이용하여 전역최적 노선집합을 찾는 방법이 적용되고 있다. 최적 버스 노선망의 배차횟수를 결정하기 위해서 대중교통 통행배분모형이 필요한데 BTRNDP에 적용되는 통행배분모형은 다중경로 통행배분모형이 주로 활용되었다. 국내외 BTRNDP를 고찰한 결과 주요 시사점으로는 BTRNDP에서 가장 중요한 고려사항은 세분화된 버스정류장 기반 기종점통행량 구축, 버스 노선망 평가 모형 및 대중교통 통행 배분모형의 개발, 탐색 해알고리즘의 개발 등의 향후 연구내용이 포함될 수 있다.
버스-인버트 코딩 기법은 버스에서의 연속된 데이터 전송시 발생하는 데이터 값의 천이를 줄이는 기법이다. 기존의 방식에서는 전체버스 라인이나 그중의 한 일부분만에 버스-인터트 코딩을 적용했었던 것과는 달리, 우리의 기법은 버스 라인들을 몇 개의 묶음으로 분할하여, 각 묶음에 대해 독립적으로 버스-인버트 코딩을 적용하여 데이터 값의 천이를 최소화 하려고 한다. 실험을 통해서 우리의 기법은 데이터 값의 천이를 전체적으로 10-50% 감소시킬수 있음을 나타났다.
위성의 전장품은 전기적 접속을 위해서 1:1 연결을 하는 Point-to-Point 버스 방식과 여러개의 Slave (Remote Terminal)을 갖고, 일반적으로 1개의 Master (Controller)에 의해서 연결하게 되는 버스 구조를 갖는 접속 채널을 통해서 연결이 된다. 가장 많이 사용되는 방식인 MIL-STD-1553B는 데이터 전송속도가 1Mbps이고, Transformer에 의해서 완전하게 버스와 각 전장품이 완전하게 절연이 되는 구조로, 전기적 고장이 전달되는 것을 방지할 수가 있지만, 설계의 난이도가 높다. 고속 버스는 SpaceWire를 사용하고, 100Mbps이상의 속도를 지원할 수가 있지만, LVDS등의 고속 채널 설계 및 노이즈에 민감한 특성 때문에, 저속의 통신채널에서는 사용하기 어렵다. 저속의 데이터 채널을 위해서는 UART 방식이 사용된다. UART 방식은 RS-422 방식과 RS-485 방식이 사용되지만, 1553B 또는 SpaceWire 등과 같이 프로토콜이 정해지지 않아서, 사용자가 직접 프로토콜을 지정해야하는 문제가 있다. 또한 RS-422은 1:1 방식의 Point-to-Point UART를 위해서 사용되고, RS-485는 버스 방식의 연결을 지원할 수가 있지만, 동시에 여러개의 TX가 enable되는 경우에는 TX사이에 고장을 일으킬 수 있어서, 1번에 TX가 1개만 사용되도록 제어할 필요가 있다. 또한 RS-485방식의 버스를 구현할 경우에는 1553B처럼 와전하게 절연이 불가능하므로, 전기적이나 기능적으로 485버스에 문제가 발생할 경우에 절연과 같은 기능이 지원되도록 구현이 되어야 한다. 본 논문에서는 안정적인 485 UART버스 구현을 위한 기술에 대해서 평가하고 분석하도록 하겠다.
본 논문에서는 NFC와 블루투스 기능을 이용한 Android 플랫폼 기반의 버스 정보 알림 애플리케이션을 설계하고 구현하였다. 이 애플리케이션은 NFC Tag read 모듈과 블루투스 통신 모듈로 구성하였으며, NFC Tag read 모듈은 NFC Tag에 저장된 버스 정류장 정보를 읽는 기능을 제공하고, 블루투스 통신 모듈은 아두이노를 이용하여 구현한 블루투스 통신장치로부터 전송받은 교내 버스의 현재 위치를 실시간으로 '버스타요' 앱에 전송받는 기능을 제공하도록 하였다. 이 앱을 통하여 교내 버스를 이용하는 학생들이 보다 편리하게 정보를 확인할 수 있도록 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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