함정의 전투관리체계나 민간의 스마트 시티와 같은 많은 센서와 동작기기가 연결된 체계에서는 주로 미들웨어인 DDS(Data Distribution Service)를 사용하여 대규모의 데이터를 전송하고 향후 센서나 장비 증가에 대해 효과적으로 대응하고 있다. 선박에서 함정의 전투관리체계(Combat Management System, CMS)와 같은 역할을 하는 중요한 제어체계인 통합기관감시제어체계(Engineering Control System, ECS)는 여전히 Server-Client 모델을 기반으로 산업용 프로토콜(Modbus, CAN(Controller Area Network) bus 등)을 사용하여 데이터를 전송하고 있어 확장성 측면에서 불리하다. 따라서 향후 자동화나 무인화가 진행될 경우에 많은 센서류가 추가될 것이며 이는 많은 프로그램 수정소요가 발생하게 되며, DDS는 이러한 상황에서 좋은 해결책이 될 수 있다. 본 연구에서는 전투관리체계에서 사용 중인 미들웨어인 DDS 중에서 OMG(Object Management Group) 표준을 따르는 OpenDDS를 활용하여 선박의 통합기관감시제어체계의 개발 가능성을 확인하였다. 이를 위해 필드장비 시뮬레이터 및 ECS 서버를 구성하여 DDS를 이용한 필드장비 데이터 입출력 시뮬레이션을 수행하였다. 개발한 ECS 축소모형은 데이터를 발간-구독하는데 문제가 없으며, DDS가 선박 ECS의 미들웨어로 충분히 사용할 수 있을 것으로 판단된다.
최근 분산 환경에서 실시간 데이터 교환에 대한 요구가 증가하면서 발간/구독(publish/subscribe) 기반의 데이터 중심 통신 미들웨어인 DDS (Data Distribution Service)에 대한 관심 또한 증대되고 있다. 현재 다수의 벤더 및 연구단체에서 DDS 미들웨어를 제공하고 있으나 이들 간에 메시지 교환 포맷, 디스커버리 방식 등의 차이로 인해 상호연동이 제대로 되지 않는 문제가 있다. 이에 따라, OMG에서는 네트워크를 통한 메시지 교환을 위한 표준명세인 RTPS (Real-Time Publish-Subscribe)를 정의함으로써 서로 다른 DDS 간의 상호운용성을 제공하고자 하고 있다. 본 논문에서는 DDS의 핵심 기능인 디스커버리의 상호운용성을 위해 RTPS에서 정의하고 있는 SDP (Simple Discovery Protocol)에 대해서 분석하며 SDP의 구현을 위한 효율적인 설계방안을 제공한다.
OMG(Object Management Group)의 DDS(Data Distribution Service)는 Publish/Subscribe기반 통신 미들웨어로 DDS Participant Discovery를 사용하여 각 Topic에 대한 Participant 정보를 자동으로 교환하여 사용자에게 편의성을 제공하며 분산 환경에 적합한 통신 환경을 제공한다. 본 논문에서는 기존 DDS의 원격 도메인간의 Participant Discovery 문제 해결을 위해 SDN 기반 구조를 제안한다. 제안하는 구조는 DDS 미들웨어에 SDN Controller로 도메인 정보를 전달할 기능(function)을 추가하고 SDN controller상에 Participant Discovery를 위해 네트워크 설정을 수행할 컴포넌트들을 추가한다. 이 구조는 원격 도메인간 PDP Message가 전달되지 않는 문제를 해결하며 실제 네트워크에 전달되는 Participant Discovery 메시지 수를 감소시켜 DDS Discovery 기능을 효율적으로 확장시킨다.
통신 미들웨어는 응용프로그램에서 담당하던 데이타 교환을 대행한다. 여러 가지 통신 미들웨어 기술이 있지만, 다양한 디바이스들이 동적으로 네트워크 도메인을 형성하고 동일한 타입의 데이타를 빈번히 주고받는 통신환경에서는 데이타 중심 발간/구독 방식의 데이타 교환이 적합하며 OMG의 DDS(Data Distribution Service)에서 이러한 방식을 표준으로 채택하였다. 본 연구에서는 OMG의 DDS 표준 규격을 준수하고 시스템 관리 자동화가 가능한 데이타 분배 서비스 시스템인 ReTiCoM을 설계하고, 그 성능을 유사한 미들웨어인 JMS와 비교 분석하였다.
최근 분산된 노드들 간의 자료를 송수신하는 임베디드 어플리케이션들이 증가함에 따라 이를 지원하기 위한 분산 미들웨어도 함께 발전하고 있다. 분산미들웨어는 원격 객체 관리를 위한 클라이언트-서버 모델, 큐를 이용한 메시지 전송을 목적으로 하는 메시지 패싱 모델, 분산 컴퓨팅 환경에서 자료의 전송을 목적으로 하는 출판-구독 모델이라는 3가지 모델로 분류 된다. 본 논문에서는 3가지 분산 미들웨어 모델들에 대하여 살펴보고 출판-구독 모델의 대표적 분산미들웨어인 Data Distribution Service를 소개한다. 또한 출판-구독 모델이 단말 간 P2P를 지원함에 따라 생기는 문제점인 과다한 트래픽을 해결하기 위해 자료들을 그룹화 시켜 전송하거나 특정 토픽에 관련된 자료들을 미리 예약된 채널을 통해 전송하는 기법들을 제안하고 일반 DDS와 비교를 통해 그 효과를 예측해본다.
고신뢰 CPS 개발을 위해서는 M&S는 매우 중요하다. 각각의 CPS 시스템의 다른 부분을 모델링하기 위해 각각의 다른 시뮬레이션 프로그램들을 사용하기 때문에 어떤 CPS 전체 시스템을 하나의 시뮬레이션 툴에서 모델링하기는 쉽지 않다. FMI는 다른 시뮬레이션 툴들 간에 M&S를 위한 표준이다. 또한, DDS는 대규모의 실시간 데이터 전송에 적합한 통신 미들웨어이다. 따라서 이 논문에서는 DDS를 이용하는 FMI기반의 CPS 실시간 분산 시뮬레이션 프레임워크를 제안한다. 제안하는 프레임워크의 성능 평가를 위해서 IEEE HLA/RTI와 OMG DDS 미들웨어를 사용해서 분산 시뮬레이션을 수행하고 전체 시뮬레이션 수행 시간을 측정하고 비교해보았다. 성능 평가 결과를 통해서 DDS를 사용하는 시뮬레이션 수행 속도가 HLA/RTI를 사용하는 것에 비해 최소 1.14배 이상 빠른 것을 확인할 수 있었다.
본 논문은 실시간 통신 미들웨어인 DDS에 대해 알아보고, DDS 보안통신의 성능을 향상하기 위한 방법을 제시한다. DDS는 OMG(Object Management Group)에서 지정한 통신 미들웨어 표준이다. OMG는 최근 발생하는 보안이슈들에 대응하기 위해 DDS Security 표준을 지정하였다. DDS의 보안의 성능은 기밀성의 유지와 전송 속도를 고려해야 한다. 기밀성 측면에서 현재 DDS Security 표준의 암호화 알고리즘인 AES-GCM은 강력한 암호화 알고리즘이지만 메시지 인증관련 부분에 약점이 존재한다. 속도 측면에서 보안기능을 위한 연산 부하는 실시간성이 요구되는 시스템에서 DDS를 사용하는데 제약사항이 된다. DDS의 보안기능을 개선하기 위해서는 AES-GCM보다 빠르고 암호화 강도가 높은 알고리즘이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 요구사항을 충족하기 위해 AES-OCB 알고리즘을 적용한 DDS 메시지 암호화 방법을 제안하고 DDS와 전송성능을 비교해 최대 12%의 성능개선을 확인하였다.
한국형 e-Navigation은 해양사고를 줄이기 위해서 도입하고 있는 체계로, 선박 운항기술에 정보통신 기술을 융합하고 있다. 해양사고를 줄이기 위해 한국형 e-Navigation은 "사고취약선박 모니터링", "사고취약선박 선내지원 모니터링", "최적안전항로 지원", "소형선박용 전자해도 스트리밍", "도선 및 예선 지원", "해양 안전정보 제공"과 같은 서비스를 제공한다. 각 서비스는 기능단위로 분리된 별도의 시스템이며, 전체가 통합되어 한국형 e-Navigation을 구성하게 된다. 각 서비스를 유기적으로 연결하고 원활한 데이터 통신이 가능토록 하기 위해 데이터 미들웨어를 도입하고 있으며, 그중 효과적이라 판단되고 있는 것은 DDS(Data Distribution Service)이다. 이에 본 논문에서는 한국형 e-Navigation에 적용하기 위해서 DDS 미들웨어가 필수적으로 제공해야 하는 기능 및 특징을 분석하였다.
DDS 미들웨어는 네트워크에 분산되어 있는 단말개체를 탐색하거나 단말개체 간에 정보를 실시간으로 교환하기 위해 멀티캐스트 또는 유니캐스트 패킷 전송 방식을 사용한다. 교환되는 패킷은 상황에 따라 표준에서 미리 정의된 프로토콜에 의해 일괄적으로 전송 방식이 고정되어 있다. 이와 같이 고정된 패킷 전송 방식은 전송대상이 되는 단말개체의 개수 및 데이터 전송 상태가 동적으로 변경되는 환경에서 필요한 노드의 리소스 사용량 증가에 적절히 대처하지 못하는 문제가 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 데이터 분배 서비스에서의 참여자 간에 정보 교환 시 노드 리소스 사용 비용을 최소화하고 네트워크 대역폭 활용을 최대화 할 수 있도록 패킷 전송방식을 실시간으로 조정하기 위한 기법을 제안하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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