WO2012077949A2 - 사이버 물리 시스템 - Google Patents

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WO2012077949A2
WO2012077949A2 PCT/KR2011/009362 KR2011009362W WO2012077949A2 WO 2012077949 A2 WO2012077949 A2 WO 2012077949A2 KR 2011009362 W KR2011009362 W KR 2011009362W WO 2012077949 A2 WO2012077949 A2 WO 2012077949A2
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control device
management device
information
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French (fr)
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김성조
박상오
강경진
도태훈
이형수
김진성
최정도
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중앙대학교 산학협력단
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/50—Network services
    • H04L67/51—Discovery or management thereof, e.g. service location protocol [SLP] or web services

Definitions

  • the present invention relates to an efficient device search system and a method thereof in a cyber physical system, and more particularly, to a system for efficiently searching a device by transmitting a search message to another control and management device in a local network through an upper control and management device.
  • the dynamic control management system for cyber physics system has a control and management device that manages the control devices in the local network without sharing information among all the control devices in order to implement middleware suitable for large networks. Reduce overhead.
  • Each control device goes through a two-step search process: a search through the upper control and management devices or a search through the global network to search for the devices to be controlled. After the searching process, the control device can search for a device to be controlled.
  • the dynamic control management system for the cyber physics system has developed a control structure that can get information from the counterpart at any time, or reverse the roles of the controlling side and the receiving side.
  • an object of the present invention to solve the above problems is to provide a device search message delivery system and a control method that complements the device search system through the guarantee of real-time in the cyber physical system.
  • the present invention also provides a memory management system for dynamic integration and control between heterogeneous middleware in a cyberphysical system that can provide a control structure that overcomes the heterogeneity between systems or networks and buffers them to achieve integration. .
  • Another object of the present invention is to provide a dynamic control management system and a control and management apparatus for a cyber physics system that can provide a control structure that overcomes heterogeneity between systems or networks and buffers them to achieve integration.
  • At least one local network exists, registers a control device accessing the local network, stores information of the registered control device, and provides a search request signal for a previously registered control device.
  • the control and management device for transmitting a search result message for the registered control device to the control device that has sent the search request signal, registered with the control and management device, and pre-registered with the registered control and management device
  • a control device for transmitting a search request message to the control device, and receiving a response message to the search message from the control and management device.
  • the control and management device transmits an informationless response message to the control device that sent the search request signal when the information on the search target control device does not exist when the search request signal is received from the control device.
  • the control device receives a response message including IP address information from the control and management device in the local network that sent the search request message.
  • the control device controls the searched control device according to the search result of the control device existing in the local network.
  • the control device expands the search area of the search target control device to the global network when receiving a response message indicating that information about the search target control device does not exist from the control and management devices.
  • the present invention transmits a search request signal of at least one control device to a control and management device registered in the local network, the control and management device determines the presence or absence of information of the search target control device; Transmitting a search request message of the search target control device to other control and management devices existing in the local network if the information on the search target control device does not exist in the control and management device. Receiving information of the search target control device from a control and management device that is registered in the search target control device among the existing control and management devices.
  • the control and management devices that do not register the search target control device transmit a response message indicating that there is no information of the search target control device to the control device that sent the search request message.
  • the search area of the search target controller is expanded to the global network.
  • a control and management device including information of a search target control device When performing the global network search mode, only a control and management device including information of a search target control device receives a response signal for a search request message.
  • the search message is transmitted to the control and management devices in the local network when searching for a desired device through the upper control and management device. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of large-scale traffic and delay phenomenon, and has the effect of improving the performance of the network and enable fast control.
  • the integrated middleware can dynamically load or unload the module for handling heterogeneous messages and the module managing the control device in memory so that the memory of the control device can be efficiently used when necessary.
  • load balancing is performed dynamically among the control devices, thereby preventing the occurrence of large-scale traffic and delays in which load is concentrated on a specific device.
  • control devices can control the devices in real time without delay, and the control devices can build any number of networks, so that they can be used flexibly in large and small networks. Has the effect of doing
  • FIG. 1 illustrates the components of a cyber physics system.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a search for a control device in a local network according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an operation flowchart for searching for a control device in a local network according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a search for a control device in a global network according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a search for a control device in a global network according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a structural block diagram of a dynamic module for memory management of a control device proposed in the present invention.
  • FIG. 7 is an exemplary diagram illustrating components of a cyber physics system.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating the connection between the control and management device and the control device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a configuration block diagram of a state in which middleware devices are registered as operating devices in a dynamic control management system in the block diagram shown in FIG. 8;
  • FIG. 9 is a configuration block diagram of a state in which middleware devices are registered as operating devices in a dynamic control management system in the block diagram shown in FIG. 8;
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a memory mounting process of the kernel module illustrated in the block diagram of FIG. 9.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a release operation of a mounted memory of the kernel module illustrated in FIG. 10.
  • FIG. 12 is a block diagram according to registration of an operating device using heterogeneous middleware.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a registration process of a device using heterogeneous middleware according to the block diagram shown in FIG.
  • FIG. 1 illustrates the components of a cyber physics system.
  • the cyber physics system is largely composed of a control device, a control and management device, and an operation device.
  • the control unit and control and management unit use integrated middleware to control the operating unit or control and management unit.
  • the control device is a device for requesting function information of another control device and giving a control command based on the information.
  • the control device has function information that can be performed by each person. This function information refers to a function performed by an operation device registered in the control device.
  • the controller performs a function of operating the operating device.
  • the control and management device is a control device that registers a control device and stores information of the registered control device. At least one control and management device must exist in a local network, and the first control device to access the local network becomes the control and management device. Subsequently, the connected control devices make a registration request to the control and management device.
  • the control and management device that receives the registration request registers the control device and stores and manages function information of the control device.
  • control and management device replacement and recovery and to determine which control device to register the device using a specific middleware.
  • a plurality of control and management devices may exist to maintain the function information of the registered control devices in a local network, and selects a control device having excellent hardware performance from the registered control devices to play a role of the control and management device.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a search for a control device in a local network according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the first control and management apparatus 111 stores information of the first control apparatus 121
  • the second control and management apparatus 112 includes the second control apparatus 122 and the third.
  • the information of the control device 123 is stored.
  • the third control and management apparatus 113 stores the information of the fourth control apparatus 124, the fifth control apparatus 125, and the sixth control apparatus 126.
  • a fifth control device connected to the third control and management device 113 in the third control device 123 connected to the second control and management device 112 existing in the local network 101 ( 125, an operation for requesting a search will be described as an example.
  • FIG. 3 is an operation flowchart for searching for a control device in a local network according to an embodiment of the present invention.
  • the third control device 123 is a second control and management device 112 that is its upper control and management device 112 in order to request information on the fifth control device 125 to be controlled. ), A message for searching for the fifth control device 125 is transmitted.
  • the second control and management device 112 determines whether information of the fifth control device exists among the information of the control devices previously stored.
  • the third control apparatus 123 determines whether the information of the fifth control apparatus 125 requested in operation 305 is received from the second control and management apparatus 112.
  • the third control device 123 When the third control device 123 receives the information of the fifth control device 125 from the second control and management device 112 as a result of the determination in step 310, the third control device 123 of the received fifth control device 125 is received in step 315. Check the information.
  • the third control device 123 does not receive the information of the fifth control device 125 from the second control and management device 112 as a result of the determination in step 310, the second control and management device 112 is local; The search message of the fifth control device 125 is transmitted to the control and management device existing in the network 101.
  • the third control device 123 receives the addresses of the control and management devices existing in the local network 101 to which the second control device 125 search message is transmitted from the second control and management device 112 in step 320. do.
  • the third control device 123 refers to the address information of the control and management device existing in the local network 101 received in step 320 and the information of the fifth control device 125 from each control and management device in step 325. Wait for reception.
  • the third control device 123 determines whether the information of the fifth control device 125 is received from the control and management devices 111 and 113 existing in the local network 101.
  • the third control device 123 when the third control device 123 receives the information of the fifth control device 125, the third control device 123 checks the control and management device that has received the fifth control device 125 in step 335, Save the information.
  • the third control device 123 receives the information of the fifth control device 125 from the control and management device, and the fifth control even in the control and management device that does not have the information of the fifth control device 125. Receive a message indicating no information of device 125.
  • the third control device 123 when the third control device 123 does not receive the information of the fifth control device 125 from the control and management devices, the third control device 123 sends a message indicating that there is no information of the fifth control device 125 from the control and management devices. Received in step 340. Thereafter, since the fifth control device 125 does not exist in the local network, the search of the fifth control device 125 is expanded to the global network and executed.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a search for a control device in a global network according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a case where a search area is expanded to a global network when a search of a control device fails in the local network 101 of FIG. 3.
  • the first control and management device 211 existing in the first local area network 201 stores the information of the first control device 221.
  • the second local area network 202 there is a second control and management device 212 and a third control and management device 213.
  • the second control and management device stores information of the second control device 222 and the third control device 223.
  • the third control and management device 213 stores information of the fourth control device 224, the fifth control device 225, and the sixth control device 226.
  • first control and management device 211, the second control and management device 212, and the third control and management device 213 that exist in the first local area network 201 and the second local area network 202 are global.
  • the connection is made through a network 203.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a search for a control device in a global network according to an exemplary embodiment of the present invention. The operation flowchart of FIG. 5 will be described through the block configuration disclosed in FIG. 4.
  • the search range of the control device to be searched is expanded to the global network.
  • step 3451 the search mode of the control device is changed to the global network search mode, and the third control device 223 searches for the search message of the fifth control device 225 to the control and management devices 211 and 213 connected to the global network. Send it.
  • the third control device 223 waits for reception of the information of the fifth control device 225 from the control and management devices 211 and 213.
  • the third control device 223 determines whether the reception waiting time of the fifth control device 225 exceeds a preset threshold time.
  • the third control device 223 receives the fifth control device 225 from the control and management device that connects the fifth control device 225.
  • the third control device 223 received a message indicating that there is no information of the fifth control device 225 from the control and management devices when the search of the fifth control device 225 in the local network.
  • the third control device 223 receives a message indicating that there is no information from the control and management devices. I never do that.
  • the third control device 223 receives the response message only from the control and management device that stores the information of the fifth control device 225.
  • FIG. 6 is a structural block diagram of a dynamic module for memory management of a control device proposed in the present invention.
  • the dynamic integration middleware may form a dynamic control relationship in which the control device or the control and management devices may obtain information from the counterpart at any time, or the roles of the controlling side and the controlling side may be reversed. Controllers using such dynamic integrated middleware can register and control devices using heterogeneous middleware as operating devices.
  • Devices using heterogeneous middleware are registered as operating devices of control devices or control and management devices using dynamic integrated middleware.
  • the control device or the control and management devices store the function information that the operating device can perform, and each function of the operating device can be performed through a control request between the control device or the control and management devices.
  • the integrated middleware When the control device using the integrated middleware connects to the local area to which the devices using the specific middleware are connected, the integrated middleware recognizes the device using the specific middleware and registers the device as its operating device. During registration, the control and management device stores the function information of the operating device, and the control devices can retrieve the function information from the control and management devices or control the devices of the heterogeneous middleware through a control request.
  • any control device using integrated middleware can dynamically integrate and control devices using other middleware in the global network. It is possible to search the control device between all local networks where the control device using the integrated middleware exists. In addition, if a device using heterogeneous middleware is registered as an operating device in the control device, control between the operating devices in the global network is possible.
  • the static module is composed of a module provided to the application programming interface 110 and a module provided to the static library among the modules provided to the library 120.
  • the application programming interface 110 is comprised of a control device interface 111, an external control device interface 112, a message interface 115, and a control and management device interface 114.
  • the control device interface 111 provides an interface for initializing or terminating the control device, managing information of the control device, and controlling an operation device connected to the control device.
  • the external control device interface 112 provides an interface for searching for other control devices connected to the internal network and requesting status information of the operating device connected to the control device.
  • the message interface 113 provides an interface for virtualizing protocols used for message communication.
  • the modules provided as static libraries are the operator management 121, the network management 122, and the message management 123.
  • the operating device management 121 provides a function of registering or removing an operating device with the control device and managing performance of the function of the operating device and status information.
  • the network manager 122 provides a function of connecting and releasing a network of a control device and sending or receiving a message.
  • the message management 123 analyzes a command included in the received message or virtualizes a network protocol when transmitting a message to allow communication between different protocols.
  • control device management module 124 is provided as a dynamic library. This module uses only the control and management device. It registers or releases the control device to the control and management device, retrieves the registered control device, replaces the control and management device, recovers from abnormal termination of the control and management device, It also provides a dynamic library that provides a control device selection function to select which control device to register an operating device using another middleware.
  • the control and management device is a device that manages the control devices registered at the same time as the control device.
  • the control and management device uses the control device management dynamic library to register or unregister itself with other control devices connected to the same local network.
  • the control and management device also stores information (function of the operating device connected to the registered control devices) that the registered control devices can perform. If the control device sends a message to the control and management device for searching for another control device, the control and management device finds and provides the corresponding information among the information.
  • control device management module 124 as a dynamic library is in contrast to a static library that is always mounted in memory, where the dynamic library is loaded into memory when in use and released from memory when the use is complete. Therefore, the control device which does not use the control device management module 124 does not need to mount this module in the memory.
  • a message acknowledgment 153 In the kernel space 150, a message acknowledgment 153, a message generator 151, and a message parsing 152 are provided to the kernel module. These three kernel modules perform the core function of handling heterogeneous messages in integrating different middleware.
  • the application uses the library through the application program interface 110, and the library calls the kernel module through a system call.
  • the message recognition kernel module 153 performs a function of identifying a message format of a middleware to which the message received by the control and management device or the control device is.
  • the message generation module 151 provides a function of generating a message according to a message format used by each control device when communicating between control devices.
  • the message parsing 152 parses the received message and converts the information contained in the message into a message structure used by the integrated middleware.
  • the control and management device or the control device is basically a message of the integrated middleware, the generation, parsing module (151, 152, 153) is always mounted in the memory to perform the function of the integrated middleware.
  • the control and management device always loads message recognition kernel modules of all middleware in memory in order to recognize a message sent by an operating device using another middleware and register it with itself or the control device.
  • the message recognition kernel module and the message generating kernel module of the corresponding middleware are installed to process the message sent by the operating device.
  • the integrated system consists of a control unit, a control and management unit, and an operation unit.
  • the control unit and the control and management unit use integrated middleware to control the operating units.
  • the control device is a device for requesting function information of another control device and giving a control command based on the information.
  • the control device has function information that can be performed by each person, and this function information refers to a function performed by an operating device registered to the control device.
  • the controller performs the operation of operating the operating device.
  • At least one control and management device exists in a local area network, and a control device that accesses a local network first becomes a control and management device. Subsequently, the accessing control devices make a registration request to the control and management device. The control and management device having received the registration registers the control device and stores and manages the function information of the control device. In addition, the control and management device replacement and recovery, and which control device to register the device using a specific middleware to determine.
  • a plurality of control and management devices may exist to maintain function information of registered control devices in a local network, and select a control device having excellent hardware performance from the registered control devices to serve as a control and management device.
  • the actuating device is a device registered with the control device or the control and management device to actively exercise a substantial physical force. Depending on the characteristics of the operating device, it has various functions and properties and performs functions through commands of the control device and the control and management device.
  • Devices using heterogeneous middleware may be registered as actuation devices with a control device or control and management device using integrated middleware. Devices using heterogeneous middleware can be controlled through control devices or control and management devices.
  • a module that converts the message format used by each middleware to the message format used by the integrated middleware is required.
  • the related modules include message recognition, message generation, and message parsing. This module is used by control devices and control and management devices.
  • the integrated middleware may form a dynamic control relationship between the control device or the control and management devices at which information from the counterpart may be obtained at any time, or the roles of the controlling side and the controlling side may be reversed.
  • Control devices using such integrated middleware can register and control devices using heterogeneous middleware as operating devices.
  • the integrated middleware When a control device using integrated middleware connects to a local area network to which devices using specific middleware are connected, the integrated middleware recognizes the device using the specific middleware and registers the device as its operating device. During the registration process, the control and management device stores the function information of the automatic device, and the control devices can retrieve the function information from the control and management devices or control the devices of the heterogeneous middleware through a control request.
  • any control device using integrated middleware can dynamically integrate and control devices using heterogeneous middleware in the global network. It is possible to search the control device between all local networks where the control device using the integrated middleware exists. In addition, if a device using heterogeneous middleware is registered as an operating device in the control device, control between the operating devices in the global network is possible.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating the connection between the control and management device and the control device according to an embodiment of the present invention.
  • Controllers 213, 223, 224, 225, 233, 234, and 235 have actuating devices and sensors that can be monitored in the physical world. It also collects information about the current status of your operating devices and sensors.
  • the control and management devices 212, 222, 232 have the same structure as the control devices 213, 223, 224, 225, 233, 234, 235.
  • the control and management devices 212, 222, and 232 additionally store only their own lower control device information in the local network 211, 221, and 231, and can be switched to the control and management device.
  • a first control and management device 212 and a first control device 213 are located in the first local network 211, and a second control and management device 222 and second to second local network 221 are located.
  • the fourth control unit 223, 224, 225 is located, the third local network 231 is the third control and management unit 232 and the fifth to seventh control unit (233, 234, 235) is located. .
  • FIG. 9 is a configuration block diagram of a state in which middleware devices are registered as operating devices in a dynamic control management system in the block diagram shown in FIG. 8.
  • a first control and management device 212, a first control device 213, and a first operating device 214 are located in a first local network 211, and a second local network 221 is located in a first local network 211.
  • the second control and management device 222, the second to fourth control devices (223, 224, 225) and the second operating device 321 are located, the third control and management device in the third local network 231 232, fifth to seventh control devices 233, 234, 235, and third to fourth actuators 331, 332 are located.
  • the first to fourth actuators 214, 321, 331, 332 are located below the controller and are controlled by the controller.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a memory mounting process of the kernel module illustrated in the block diagram of FIG. 9.
  • the control and management devices using the integrated middleware recognize the message transmitted by the operating device a through the message recognition kernel module of the middleware A.
  • the control and management devices check whether they are already registered before registering the operating device a. (Step 510)
  • step 515 It is determined whether the operating device a is already registered in the local network (step 515). If it is not registered, the control and management device performs a procedure for registering.
  • a control device having priority in hardware performance is selected (step 520).
  • the selected control device recognizes, generates, and parses a kernel module of the message of the middleware A to register the operation device a. This is necessary.
  • control device may include kernel modules in memory, but if not registered, load the three kernel modules into memory (step 530).
  • the selected control device generates a message requesting the function information of the operating device a using the message generating kernel module of the middleware A.
  • a message containing the function information is received from the operating device a, the message is analyzed, and the registration process is completed. (Step 535)
  • the function information of the registered operating device a is transmitted to the control and management device (step 540) and stored. (Step 545)
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a release operation of a mounted memory of the kernel module illustrated in FIG. 10.
  • step 605 if the operating device a using the middleware A is terminated, the control device which has registered the operating device a goes through a deregistration process (step 605).
  • the controller checks whether another operating device using the middleware A is registered with itself (step 610), and if there is another operating device using the middleware A, the controller recognizes, generates, and parses the kernel message of the middleware A. As required, it cannot be freed from memory. Accordingly, the control device releases the registration of the operating device a to be released (step 620).
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating registration of an operation device using heterogeneous middleware.
  • the operating devices 704 and 705 using heterogeneous middleware are registered in the control devices 702 and 703 using integrated middleware, respectively.
  • the control and management device 701 and the control devices 702 and 703 are basically message recognition kernel modules 711, 714, 717, message parsing kernel modules 712, 715, 718, and message generation kernel modules of integrated middleware. 713, 716, and 719 are always mounted in memory to perform functions of integrated middleware.
  • the control and management device 701 registers the control devices 702 and 703, manages the registered control device, recognizes the operation device using heterogeneous middleware, and recognizes the operation device as a device having a certain control function (701, 702,
  • the device management dynamic library is used to determine whether to register with the operating device of step 703.
  • message recognition kernel modules 721 and 731 of all other middleware are always loaded into memory to discover and register a new control device.
  • the first control device 702 generates a fifth message recognition kernel module 722, a third message parsing kernel module 723, and a third message to register the first operating device 704 using the first middleware.
  • the kernel module 724 is loaded in a memory to process a message.
  • the second controller 703 is the seventh message recognition kernel module 732, the fifth message parsing module 733, and the fifth message to register the second actuator 705 using the second middleware.
  • the generated kernel module 734 is mounted in the memory.
  • the fifth message recognition kernel module 722 because the first controller 702 no longer has an actuator using the first middleware.
  • the third message parsing kernel module 723, and the third message generating kernel module 724 are released from the memory.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a registration process of a device using heterogeneous middleware according to the block diagram shown in FIG. 12.
  • FIG. 13 illustrates a process of controlling an operating device by requesting information of the operating device and generating and transmitting a control message in order to control the operating device using heterogeneous middleware.
  • the information on the operating device a includes functions and status information that the operating device can perform, and the IP address of the control device A that registers the operating device a.
  • the control device B generates a message for searching the operating device a using the message generating module of the integrated middleware.
  • the control device B transmits the generated search message to the control and management devices existing in the local network (step 805).
  • the control and management devices control information registered in the control device and operations registered in the control device. It holds the information of the devices.
  • control and management devices Upon receiving the search message, the control and management devices search for information on the pre-stored control device and the operating device (step 810) to confirm the existence of the operating device a. If the control and management devices do not retrieve information about the operating device a (step 815), the controller device B, which has requested the information of the operating device a, notifies that the information does not exist (step 820).
  • control and management unit When the information of the operating device a is retrieved, the control and management unit is connected to the information related to the controlling device A that registers the operating device a (the function of the operating device a, the kind of middleware used by the operating device a, the control in which the operating device a is registered. IP address of device A, etc.) is transmitted to control device B (step 825).
  • control device B After receiving the information about the control device A from the control and management device, the control device B generates a message for controlling the operating device a based on the function information of the operating device a. The generated control message is sent to the controller A (step 835).
  • the control device A After receiving the control message, the control device A determines the type of middleware used by the operating device a to convert it to the message format of the middleware used by the operating device a. By converting the control message using the identified message generation module of the middleware, the operating device a can recognize the control message. (Step 840)
  • the message converted by the message generating module is transmitted to the operating device A (step 845), and the operating device a completes the control between the heterogeneous middleware by performing its function according to the control message (step 850) after receiving the control message. .
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a connection configuration of a novel control device according to an embodiment.
  • Cyber Physical System is a new type of system that reflects the physical characteristics of embedded system and emphasizes the importance of control between networked systems.
  • the physical device control of the cyber physics system reflects the change of physical characteristics according to the sensing result of the surrounding environment, not the result of a simple operation.
  • Systems designed for different applications can be organically integrated with each other through network computing.
  • heterogeneity can exist in systems designed for different applications.
  • a control structure that acts as a buffer like middleware is important and an integrated middleware is needed to overcome heterogeneity between middleware.
  • the integration between the systems may obtain information from the counterpart at any time without maintaining a static relationship, or the roles of the controlling side and the controlling side may be reversed. That is, in a cyber physics system, systems may be designed to have a temporary dynamic control relationship.
  • the dynamic control management system for the cyber physical system includes at least one control and management device 111 and 121 and a plurality of control devices 112, 113, 114, and 122 connected to the local network 110 and 120. , 123, 124.
  • the first control and management device 111 and the first to third control devices 112, 113, and 114 are located in the first local network 110, and the second control and management device is located in the second local network 120.
  • the 121 and the fourth to sixth control devices 122, 123, and 124 are located and constitute a new control device 131 to be connected to the network.
  • the availability rate of the first control and management device 111 of the first local network 110 and the second control and management device 121 of the second local network 120 is determined.
  • the information is determined to determine the local network to be registered and the control and management device included therein.
  • FIG. 15 is a flowchart illustrating an operation process for connecting the novel control device shown in FIG. 14.
  • Each control and management device (111, 121) transmits a response signal according to the search request and the access notification to the new control device 131, wherein each control and management device (111, 121) of the threshold value and the availability rate The information will be transmitted.
  • the threshold value Th CA transmitted from the control and management devices 111 and 121 is a measure of the deadline ⁇ of the message and the maximum throughput P CA that the control and management device can process for one second. It consists of a product.
  • Th CA ⁇ * P CA
  • the threshold value if all sub-control device belonging to the control and management device to a search request to the control and management unit in the worst case there is received a search request message for the number of the control device wherein the number (C CA) of the control device If it is larger than the threshold value of the control and management device, a situation arises in which it cannot be processed. Therefore, the availability rate AR CA of the control and management device for determining the number of control devices that can be placed as the maximum lower node based on the threshold value of the control and management device is determined.
  • AR CA (1-C CA / Th CA ) * 100
  • the threshold (Th CA ) and availability (AR CA ) information of each of the control and management devices 111 and 121 calculated by Equation 1 and Equation 2 are newly connected to the control device 131.
  • the new control device 131 determines whether there is a control and management device below the threshold value of the new control device among the control and management devices 111 and 121 according to the information. (Step 215)
  • the new control device 131 includes the information of the new control device 131 to the lower node including the information of the new control device 131 to the highest available control and management device.
  • a response message is received from the control and management apparatus that has received the message, and is registered as a lower node of the control and management apparatus.
  • the new control device 131 transmits a separation request signal to the control and management device having the lowest threshold (step 230) and responds. Receiving the signal (step 235) performs a separation operation of the control and management device (step 250).
  • the following program coding relates to an operation for selecting a control and management device when the control device is connected.
  • the new control device 131 requests the threshold and availability information from the control and management devices 111 and 121 and collects the requested information to obtain the highest available rate. It will be registered as a child node of the control and management device.
  • 16 is a connection diagram of a separate configuration of a control device according to an embodiment of the present disclosure.
  • 16 is a block diagram of a new local network 210 separated from the block diagram shown in FIG. 14.
  • a first control and management device 111 and first to second control devices 112 and 113 are located in a first local network 110, and a second is located in a second local network 120.
  • the control and management device 121 and the fourth to fifth control devices 12 and 123 are located, and the new local network 210 includes the new control and management device 211 and the third and third control devices 114 and 124. ) Is located.
  • the availability rates of the first local network 110 and the second local network 120 can no longer accommodate the new control device and thus are separated into the new local network 210.
  • One control device becomes a new control and management device 211, and the sixth control device 124 belonging to the third control device 114 and the second local network 120 belonging to the first local network 110. ) Moves to the new local network 210 to balance the local networks.
  • FIG. 17 is a flowchart illustrating an operation of detaching the control apparatus illustrated in FIG. 16.
  • control device for receiving the separation request signal may be a newly connected control device.
  • the newly connected control device illustrated in FIG. 14 will be described as an example of receiving the separation request message.
  • the control device 131 Upon receiving the separation request message, the control device 131 sends a response signal to the control and management device (step 415), and operates as a new control and management device 211. That is, when the new control and management device 211 first attempts to connect to the existing control and management devices 111 and 121, the availability of the control and management devices 111 and 121 is not satisfied, so that the control and The separation request message is received from at least one of the management devices 111 and 121. Accordingly, according to the request message, the new control device 131 may function as an independent control and management device 211 without being connected to the existing control and management devices 111 and 121.
  • the new control and management apparatus 211 requests the existing control and management apparatuses 111 and 121 for information about the number, threshold values, and availability rates of previously connected control apparatuses (step 420).
  • the controller receives the information from each control and management device (111, 121) (step 425) and maintains a connection to the existing control and management device (111, 121) or a new control and management device 211 according to the information.
  • a control rate of connection of the control devices to be connected to the controller is determined.
  • the adjustment rate represents the sum of the threshold values of the control and management apparatus included in the local network including the new control and management apparatus and the ratio between the control apparatuses.
  • the new control and management device 211 transmits the connection adjustment rate information of the determined control devices to the existing control and management devices 111 and 121.
  • the existing control and management devices 111 and 121 determine maintenance and separation of the connected control devices 112, 113, 114, 122, 123, and 124 according to the information.
  • the following program coding relates to the operation for separating the above-described control and management apparatus.
  • the new control and management device 211 generates a new local area network 210 by connecting the control devices 114 and 124 separated from the existing control and management devices 111 and 121 (step 440).
  • the control and management devices transmit the information of the control device to be separated to the new control and management device, and the new control and management device transmits the IP (Internet Protocol) of the separated control device to the control device to be separated to perform the separation operation. Will be performed.
  • IP Internet Protocol
  • the separation of the control and management device may reduce the load of the availability by performing the switching and separation to the new control and management device according to the availability of the control and management devices when the new control device or the connected control device is connected. To help.
  • FIG. 18 is a connection diagram of a combined configuration of a control device according to an embodiment of the present disclosure.
  • a block diagram of a local network is combined to solve an imbalance between local networks due to the departure of some control devices.
  • a first control and management device 111 and first, second, and fourth control devices 112, 113, and 122 are connected to a first local network 110, and a third local network (
  • the fifth control device 123 of FIG. 16 leaves the second local area network 120, an unbalanced availability rate between local networks occurs.
  • the second local network 120 is combined into the first local network 110 and the third local network 210.
  • the fourth control device 122 of the second local area network 120 is moved to the first local area network 110, and the seventh control device 121 that is the second control and management device 121 has a third local area network ( Go to 210).
  • FIG. 19 is a flowchart illustrating a coupling operation process of the control device illustrated in FIG. 18, and the operation of the block diagram of FIG. 18 will be described.
  • the coupling of the control device is to check the condition of the coupling when the availability of the plurality of control and management devices is lower than the adjustment rate that was referenced during the separation of the control and management device.
  • control and management device to be coupled requests the information on the number, thresholds, and availability of the connected control devices to all the control and management devices to be coupled (step 605).
  • the new local network 210 and the new control and management device 211 configured in FIG. 16 are designated as the third local network 210 and the third control and management device 211, and the second area.
  • a case in which the fifth control device 123 connected to the second control and management device 121 configured in the network is detached and the adjustment rate of the second control and management device 121 is lowered will be described as an example.
  • the second control and management device 121 having a lower adjustment rate requests and receives information about the number, threshold values, and availability information of the control devices connected to the first and third control and management devices 111 and 211.
  • the fourth and fifth control devices connected to the second control and management device 121 are separated according to the received information, and are coupled to the first and third control and management devices.
  • the following program coding relates to operations for combining the control and management devices described above.
  • an unbalance between the local networks may occur according to the changed availability rate due to some departure of the control device connected to the control and management devices. Therefore, it is possible to balance the availability rates between local networks by separating and combining the control devices connected to the low availability control and management devices.
  • Methods according to an embodiment of the present invention can be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium.
  • the computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • Program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts.

Landscapes

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Abstract

본 발명은 사이버 물리 시스템에서 효율적인 장치 검색 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 상위 제어 및 관리장치를 통해 지역망 내의 타 제어 및 관리장치로 검색 메시지 전달을 하여 효율적으로 장치 검색을 하는 시스템에 관한 것이다. 지역망에 적어도 하나 이상 존재하며, 상기 지역망에 접속하는 제어장치를 등록하며, 상기 등록된 제어장치의 정보를 저장하며, 기 등록된 제어장치에 대한 검색 요청 신호를 수신하면, 상기 검색 요청 신호를 송신한 제어장치에 상기 등록된 제어장치에 대한 검색 결과 메시지를 송신하는 제어 및 관리장치, 상기 제어 및 관리장치에 등록되며, 상기 등록된 제어 및 관리장치에 기 등록된 제어장치에 대한 검색 요청 메시지를 송신하며, 상기 제어 및 관리장치로부터 상기 검색 메시지에 대한 응답메시지를 수신하는 제어장치를 포함한다.

Description

사이버 물리 시스템
본 발명은 사이버 물리 시스템에서 효율적인 장치 검색 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 상위 제어 및 관리장치를 통해 지역망 내의 타 제어 및 관리장치로 검색 메시지 전달을 하여 효율적으로 장치 검색을 하는 시스템에 관한 것이다.
사이버 물리 시스템을 위한 동적 제어 관리 시스템은 대규모 망에 적합한 미들웨어를 구현하기 위해 모든 제어장치들 간의 정보를 공유하지 않고 지역망에 제어장치들을 관리하는 제어 및 관리장치를 두어 제어장치들 간 정보 공유의 오버헤드를 감소시킨다.
각 제어장치들은 제어하고자 하는 장치들을 검색하기 위해서 상위 제어 및 관리장치를 통한 검색이나 전역망을 통한 검색, 두 단계의 검색과정을 거친다. 상기한 검색과정을 거쳐 제어장치는 제어를 원하는 장치를 검색할 수 있다.
사이버 물리 시스템을 위한 동적 제어 관리 시스템의 두 단계의 검색과정은 같은 지역망의 장치들 간에도 상위 제어 및 관리장치가 서로 상이한 경우 전역망을 통한 제어를 해야 하는 문제가 발생한다.
따라서, 전역망에서는 불필요한 오버헤드가 지속적으로 발생하고 사이버 물리 시스템 망의 규모가 커질수록 트래픽의 양은 기하급수적으로 증가하게 된다.
사이버 물리 시스템을 위한 동적 제어 관리 시스템은 언제든지 상대방으로부터 정보를 얻어오거나, 제어를 하는 측과 제어를 받는 측의 역할이 역전될 수 있는 제어 구조를 개발하였다.
하지만, 서로 다른 미들웨어 간의 이질성을 극복하지 못하였다. 따라서 서로 다른 미들웨어가 동적 제어 관리 시스템에 동적으로 통합/해제하는 기술이 필요하다.
기존에는 시스템 또는 망에 존재하는 모든 장치들의 정보를 서로가 저장함으로써, 시스템 통합을 시도하고 있다. 그러나, 이는 장치의 개수가 증가함에 따라 저장해야 할 정보의 양도 증가하여 메모리 상의 오버헤드가 발생하며, 모든 장치들이 모든 정보를 보유하는 것은 실질적으로 불가능하다.
또한 시스템 유지에 따른 새로운 장치의 추가/제거 시 데이터 교환 및 관리 따른 모듈이 요구됨으로 사용되지 않는 에이전트로 인한 불필요한 메모리의 소비가 발생할 수 있다.
내외장형 시스템 분야에서, 서로 다른 응용 분야를 목적으로 설계된 시스템 또는 망은 네트워크 컴퓨팅을 매개로 하여 상호 유기적으로 통합된다. 이러한 통합에 있어서, 서로 다른 응용분야를 목적으로 설계된 시스템 사이에는 이질성이 존재한다. 이질성을 극복하고 시스템들의 통합을 이루기 위해, 통합 시스템 구조에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 예를 들어, 기존에는 시스템 또는 망에 존재하는 모든 장치들의 정보를 서로가 저장함으로써, 시스템 통합을 시도하고 있다. 그러나, 이는 장치의 개수가 증가함에 따라 저장해야 할 정보의 양도 증가하여 메모리 상의 오버헤드가 발생하며, 모든 장치들이 모든 정보를 보유하는 것은 실질적으로 불가능하다. 따라서, 이질성이 존재하는 시스템 또는 망 사이의 효율적인 통합을 위한 기술이 필요하다.
따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 사이버 물리 시스템에서 실시간성의 보장을 통한 장치 검색 시스템을 보완한 장치 검색 메시지 전달 시스템 및 그 제어 방법을 제공한다.
또한, 시스템들 또는 망들 사이의 이질성을 극복하고, 통합을 이루기 위하여 완충역할을 하는 제어 구조를 제공할 수 있는 사이버 물리 시스템에서 이질적 미들웨어 간의 동적 통합과 제어장치를 위한 메모리 관리 시스템 그 방법을 제공한다.
또한, 시스템들 또는 망들 사이의 이질성을 극복하고, 통합을 이루기 위하여 완충역할을 하는 제어 구조를 제공할 수 있는 사이버 물리 시스템을 위한 동적 제어 관리 시스템 및 제어 및 관리장치를 제공하는 것이다.
제안된 실시 예에 따르면, 지역망에 적어도 하나 이상 존재하며, 상기 지역망에 접속하는 제어장치를 등록하며, 상기 등록된 제어장치의 정보를 저장하며, 기 등록된 제어장치에 대한 검색 요청 신호를 수신하면, 상기 검색 요청 신호를 송신한 제어장치에 상기 등록된 제어장치에 대한 검색 결과 메시지를 송신하는 제어 및 관리장치, 상기 제어 및 관리장치에 등록되며, 상기 등록된 제어 및 관리장치에 기 등록된 제어장치에 대한 검색 요청 메시지를 송신하며, 상기 제어 및 관리장치로부터 상기 검색 메시지에 대한 응답메시지를 수신하는 제어장치를 포함한다.
제어 및 관리장치는 제어장치로부터 검색요청 신호 수신 시 검색 대상 제어장치에 대한 정보가 존재하지 않으면, 정보 없음 응답 메시지를 검색 요청 신호를 송신한 제어장치에 송신한다.
제어장치는 검색 요청 메시지를 송신한 지역망 내의 제어 및 관리장치로부터 IP주소정보를 포함하는 응답 메시지를 수신한다.
제어장치는 지역망 내에 존재하는 제어장치의 검색 결과에 따라 상기 검색된 제어장치를 제어한다.
제어장치는 제어 및 관리장치들로부터 검색 대상 제어장치에 대한 정보가 존재하지 않음을 알리는 응답 메시지 수신 시 상기 검색 대상 제어장치의 검색 영역을 전역망으로 확대한다.
또한 본 발명은 지역망 내에서 기 등록된 제어 및 관리장치에 적어도 하나의 제어장치의 검색 요청 신호를 송신하는 단계, 상기 제어 및 관리장치는 검색 대상 제어장치의 정보에 대한 존재유무를 판단하는 단계, 상기 제어 및 관리장치에 상기 검색 대상 제어장치에 대한 정보가 존재하지 않으면 상기 지역망 내에 존재하는 다른 제어 및 관리장치들에게 상기 검색 대상 제어장치의 검색 요청 메시지를 송신하는 단계, 상기 지역망 내에 존재하는 제어 및 관리장치들 중 상기 검색 대상 제어장치에 등록하고 있는 제어 및 관리장치로부터 상기 검색 대상 제어장치의 정보를 수신한다.
검색 대상 제어장치를 등록하고 있지 않은 제어 및 관리장치들은 상기 검색 대상 제어장치의 정보가 없음을 알리는 응답 메시지를 검색 요청 메시지를 송신한 제어장치로 송신한다.
제어 및 관리장치들로부터 검색 대상 제어장치의 정보가 존재하지 않음을 알리는 응답 메시지 수신 시 상기 검색 대상 제어장치의 검색 영역을 전역망으로 확대한다.
전역망 검색 모드 수행 시 검색 대상 제어장치의 정보를 포함하는 제어 및 관리장치에서만 검색 요청 메시지에 대한 응답신호를 수신한다.
검색 요청 메시지를 송신한 지역망 내의 제어 및 관리장치로부터 IP주소정보를 포함하는 응답 메시지를 수신한다.
제안된 실시 예에 따르면, 상위 제어 및 관리장치를 통해 장치 검색 시 원하는 장치를 검색 시 검색 메시지를 지역망내의 제어 및 관리장치들에게 전달한다. 따라서, 대규모 트래픽 및 지연 현상의 발생을 방지할 수 있으며, 망의 성능이 향상되고 신속한 제어를 가능하도록 하는 효과를 가진다.
제안되는 실시 예에 따르면 동적 제어 관리 시스템을 기반으로 기존의 이질적 미들웨어 간 동적 통합 기술에 따라 특정 분야에 한정하지 않고 상이한 응용분야를 통합할 수 있도록 할 수 있다.
또한 통합 미들웨어에서 이질적인 메시지들을 처리하기 위한 모듈 및 제어 장치를 관리하는 모듈을 동적으로 메모리에 탑재하거나 해제할 수 있도록 하여 필요 시 제어 장치의 메모리를 효율적으로 사용할 수 있도록 한다.
제안되는 실시 예에 따르면, 대규모의 망이 구성되어도 동적으로 제어 장치들 간에 부하 균형을 이루므로 부하가 특정 장치로 집중되는 대규모 트래픽 및 지연 현상의 발생을 방지할 수 있도록 하는 효과를 가지고 있다.
또한, 제안되는 실시 예에 따르면, 제어 장치들이 지연 없이 실시간으로 장치들을 제어할 수 있으며 제어 장치가 개수와 상관없이 망을 구축할 수 있어서, 대규모 망과 소규모 망 어느 곳에서도 유동적으로 사용할 수 잇도록 하는 효과를 가지고 있다.
도 1은 사이버 물리 시스템의 구성 요소들을 도식화한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 지역망에서 제어장치의 검색을 위한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 지역망에서 제어장치의 검색을 위한 동작 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전역망에서 제어장치의 검색을 위한 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전역망에서 제어장치의 검색을 위한 동작 흐름도이다.
도 6은 본 발명에서 제안하는 제어 장치의 메모리 관리를 위한 동적 모듈의 구조 블록도.
도 7은 위한 사이버 물리 시스템의 구성 요소들을 도식화한 예시도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 제어 및 관리장치 및 제어장치의 연결 구성 블록도.
도 9는 도 8에 도시된 블록도에서 미들웨어 장치들이 동적 제어 관리 시스템에 작동 장치로 등록된 상태의 구성 블록도.
도 10은 상기 도 9에 도시된 블록 구성도에 도시된 커널 모듈의 메모리 탑재 과정을 나타낸 흐름도.
도 11은 상기 도 10에 도시된 커널모듈의 탑재된 메모리의 해제 동작 흐름도.
도 12는 이질적인 미들웨어를 사용하는 작동장치의 등록에 따른 블록 구성도.
도 13은 상기 도 12에 도시된 블록도에 따라 이질적인 미들웨어를 사용하는 장치의 등록 과정 흐름도.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 사이버 물리 시스템의 구성 요소들을 도식화한 것이다.
도 1을 참조하면, 사이버 물리 시스템은 크게 제어장치와 제어 및 관리장치, 작동장치로 구성된다. 제어장치와 제어 및 관리장치는 통합 미들웨어를 사용하여 작동장치 또는 제어 및 관리장치를 제어하게 된다.
제어장치는 다른 제어 장치의 기능 정보를 요청하고, 그 정보를 바탕으로 제어 명령을 내리는 장치이다. 제어장치는 각자가 수행할 수 있는 기능 정보를 보유하고 있는데 이 기능 정보는 제어장치에 등록된 작동 장치가 수행하는 기능을 말한다. 제어장치는 자신에게 등록된 작동 장치의 기능 요청을 받게 되면 이 작동장치를 동작시키는 기능을 수행한다.
제어 및 관리장치는 제어장치를 등록시키고 등록된 제어장치의 정보를 저장하고 있는 제어장치이다. 한 지역망에 하나 이상의 제어 및 관리장치가 존재해야 하며, 최초로 지역망에 접속하는 제어장치가 제어 및 관리장치가 된다. 이후에 접속되는 제어장치들은 제어 및 관리장치에 등록요청을 한다.
등록요청을 받은 제어 및 관리장치는 제어 장치를 등록하고, 제어장치의 기능 정보를 저장 및 관리한다.
이 외에도, 제어 및 관리장치의 교체 및 복구, 그리고 특정 미들웨어를 사용하는 장치를 어떤 제어장치에게 등록시킬지를 결정한다. 제어 및 관리장치는 한 지역망에서 등록된 제어 장치들의 기능 정보를 유지시키기 위해 여러 개 존재할 수 있으며, 등록된 제어장치들 중에서 하드웨어 성능이 우수한 제어장치를 선별하여 제어 및 관리장치 역할을 수행한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 지역망에서 제어장치의 검색을 위한 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 제1 제어 및 관리장치(111)는 제1제어장치(121)의 정보를 저장하고 있으며, 제2제어 및 관리장치(112)는 제2제어장치(122)와 제3제어장치(123)의 정보를 저장하고 있다. 제3제어 및 관리장치(113)는 제4제어장치(124), 제5제어장치(125) 및 제6제어장치(126)의 정보를 저장하고 있다.
본 발명의 일 실시 예에서는 지역망(101)에 존재하는 제2제어 및 관리장치(112)에 연결된 제3제어장치(123)에서 제3제어 및 관리장치(113)에 연결된 제5제어장치(125)를 검색을 요청하는 동작을 예를 들어 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 지역망에서 제어장치의 검색을 위한 동작 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 제3제어장치(123)는 제어하고자 하는 제5제어장치(125)에 대한 정보를 요청하기 위하여 305단계에서 자신의 상위 제어 및 관리장치인 제2제어 및 관리장치(112)에게 제5제어장치(125)를 검색하는 메시지를 송신한다.
제2제어 및 관리장치(112)는 기 저장하고 있는 제어장치들의 정보 중에서 제5제어장치의 정보가 존재하는지를 판단한다.
제3제어장치(123)는 310단계에서 상기 제2제어 및 관리장치(112)로부터 상기 305단계에서 요청한 제5제어장치(125)의 정보를 수신하였는지를 판단한다.
제3제어장치(123)는 310단계에서 판단결과 제2제어 및 관리장치(112)로부터 제5제어장치(125)의 정보가 수신되면, 315단계에서 상기 수신된 제5제어장치(125)의 정보를 확인한다.
반면, 제3제어장치(123)는 310단계에서 판단결과 제2제어 및 관리장치(112)로부터 제5제어장치(125)의 정보를 수신하지 못하면, 제2제어 및 관리장치(112)는 지역망(101)내에 존재하는 제어 및 관리장치에 제5제어장치(125)의 검색 메시지를 전송한다. 제3제어장치(123)는 320단계에서 상기 제2제어 및 관리장치(112)에서 제5제어장치(125)검색 메시지를 전송한 지역망(101)에 존재하는 제어 및 관리장치들의 주소를 수신한다.
제3제어장치(123)는 320단계에서 수신한 지역망(101)에 존재하는 제어 및 관리장치의 주소정보를 참조하여 325단계에서 각각의 제어 및 관리장치로부터 제5제어장치(125)의 정보 수신을 대기한다.
제3제어장치(123)는 330단계에서 지역망(101)에 존재하는 제어 및 관리장치(111, 113)들로부터 제5제어장치(125)의 정보를 수신하였는지를 판단한다.
판단결과 제3제어장치(123)는 제5제어장치(125)의 정보를 수신하면, 335단계에서 상기 제5제어장치(125)를 수신한 제어 및 관리장치를 확인하고 상기 제5제어장치의 정보를 저장한다.
이때, 제3제어장치(123)는 제어 및 관리장치로부터 제5제어장치(125)의 정보를 수신하며, 상기 제5제어장치(125)의 정보를 갖고 있지 않은 제어 및 관리장치에서도 제5제어장치(125)의 정보 없음을 알리는 메시지를 수신한다.
반면, 제3제어장치(123)는 제어 및 관리장치들로부터 제5제어장치(125)의 정보를 수신하지 못하면 상기 제어 및 관리장치들로부터 제5제어장치(125)의 정보없음을 알리는 메시지를 340단계에서 수신한다. 이후 지역망 내부에 제5제어장치(125)가 존재하지 않음에 따라 상기 제5제어장치(125)의 검색을 전역망으로 확대하여 실행하게 된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전역망에서 제어장치의 검색을 위한 블록 구성도이다.
도 4를 참조하면, 도 4는 상기 도 3에서 지역망(101)에서 제어장치의 검색이 실패한 경우 전역망으로 검색 영역을 확대한 경우에 따른 블록 구성도이다.
제1지역망(201)에 존재하는 제1제어 및 관리장치(211)는 제1제어장치(221)의 정보를 저장하고 있다. 제2지역망(202)에는 제2제어 및 관리장치(212)와 제3제어 및 관리장치(213)가 존재한다. 제2제어 및 관리장치는 제2제어장치(222)와 제3제어장치(223)의 정보를 저장하고 있다. 또한 제3제어 및 관리장치(213)는 제4제어장치(224), 제5제어장치(225) 및 제6제어장치(226)의 정보를 저장하고 있다.
또한 제1지역망(201)과 제2지역망(202)에 존재하는 제1제어 및 관리장치(211), 제2제어 및 관리장치(212), 제3제어 및 관리장치(213)는 전역망(203)을 통하여 연결된다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전역망에서 제어장치의 검색을 위한 동작 흐름도이다. 상기 도 4에서 개시된 블록 구성을 통하여 도 5의 동작 흐름도를 설명하도록 한다.
도 5를 참조하면, 상기 도 3에서 설명한 바와 같이 제 3제어장치가 검색하고자 하는 제5제어장치가 동일 지역망내에 존재하지 않으면, 검색하고자 하는 제어장치의 검색 범위를 전역망으로 확대한다.
3451단계에서 제어장치의 검색 모드를 전역망 검색모드로 변경하고, 제3제어장치(223)은 전역망에 연결된 제어 및 관리장치들(211, 213)에게 제5제어장치(225)의 검색메시지를 전송한다.
제3제어장치(223)는 3453단계에서 제어 및 관리장치들(211, 213)로부터 제5제어장치(225)의 정보의 수신을 대기한다.
제3제어장치(223)는 제3454단계에서 제5제어장치(225)의 수신대기 시간이 기 설정된 임계치 시간을 초과하였는지를 판단한다.
제3제어장치(223)는 3455단계에서 제5제어장치(225)를 연결하고 있는 제어 및 관리장치로부터 제5제어장치(225)를 수신한다.
이때, 제3제어장치(223)는 지역망에서의 제5제어장치(225)의 검색 시 제어 및 관리장치들로부터 제5제어장치(225)의 정보 없음을 알리는 메시지를 수신하였다. 하지만, 전역망 검색모드에서는 제어 및 관리장치들로부터 제5제어장치(225)의 정보가 존재하지 않는 경우에도 제3제어장치(223)는 상기 제어 및 관리장치들로부터 정보 없음을 알리는 메시지를 수신하지 않는다.
전역망에서는 수많은 제어 및 관리장치가 존재할 수 있으며, 모든 제어 및 관리장치가 응답 메시지를 송신하게 되면, 망의 부하를 가중시킬 수 있다. 따라서, 전역망 검색모드에서 제3제어장치(223)는 제5제어장치(225)의 정보를 저장하고 있는 제어 및 관리장치에서만 응답 메시지를 수신하게 된다.
도 6은 본 발명에서 제안하는 제어 장치의 메모리 관리를 위한 동적 모듈의 구조 블록도이다.
동적 통합 미들웨어는 제어 장치나 제어 및 관리장치들 간에 있어서 언제든지 상대방으로부터 정보를 얻어오거나, 제어하는 측과 제어를 받는 측의 역할이 역전될 수 있는 동적인 제어 관계를 형성할 수 있다. 이런 동적 통합 미들웨어를 사용하는 제어장치들은 이질적인 미들웨어를 사용하는 장치들을 작동 장치로 등록하여 제어할 수 있게 된다.
이질적인 미들웨어를 사용하는 장치는 동적 통합 미들웨어를 사용하는 제어 장치나 제어 및 관리 장치들의 작동 장치로서 등록된다. 작동장치가 수행할 수 있는 기능 정보들을 제어 장치나 제어 및 관리 장치들이 저장하고 있게 되며, 제어 장치나 제어 및 관리 장치들 간의 제어 요청을 통해 작동 장치의 각 기능을 수행할 수 있다.
특정 미들웨어를 사용하고 있는 장치들이 접속하고 있는 지역망에 통합 미들웨어를 사용하는 제어 장치가 접속하면 통합 미들웨어는 특정 미들웨어를 사용하는 장치를 인지하고 이 장치를 자신의 작동 장치로서 등록한다. 등록과정에서 작동 장치의 기능 정보를 제어 및 관리 장치가 저장하게 되며, 제어 장치들은 제어 및 관리장치들에게 이 기능 정보들을 검색하거나 제어 요청을 통해 이질적인 미들웨어의 장치들을 제어할 수 있게 된다.
또한 통합 미들웨어를 사용하는 어떠한 제어 장치도 글로벌 망에서 다른 미들웨어를 사용하는 장치를 동적으로 통합하여 제어할 수 있다. 통합 미들웨어를 사용하는 제어 장치가 존재하는 모든 지역망 간 제어 장치의 검색이 가능하다. 또한 이질적인 미들웨어를 사용하는 장치가 제어 장치에 작동 장치로서 등록되면 글로벌 망에서 작동 장치간 제어가 가능하다.
정적 모듈은 응용 프로그래밍 인터페이스(110)로 제공되는 모듈과 라이브러리(120)로 제공되는 모듈 중 정적 라이브러리로 제공되는 모듈로 구성된다.
응용 프로그래밍 인터페이스(110)는 제어 장치 인터페이스(111), 외부 제어장치 인터페이스(112), 메시지 인터페이스(115) 및 제어 및 관리 장치 인터페이스(114)로 구성된다. 제어장치 인터페이스(111)는 제어 장치를 초기화 하거나 종료, 제어장치의 정보를 관리 및 제어 장치에 연결된 작동장치를 제어하는 인터페이스를 제공한다.
외부 제어 장치 인터페이스(112)는 내부 네트워크에 접속된 다른 제어 장치를 검색하고 제어 장치에 연결된 작동 장치의 상태 정보를 요청하는 인터페이스를 제공한다.
메시지 인터페이스(113)는 메시지 통신을 위해 사용하는 프로토콜들을 가상화 하는 인터페이스를 제공한다.
정적 라이브러리로 제공되는 모듈은 작동장치 관리(121), 네트워크 관리(122), 그리고 메시지 관리(123)이다. 작동장치관리(121)는 제어 장치에 작동 장치를 등록하거나 제거하고 작동 장치의 기능의 수행 및 상태정보를 관리하는 기능을 제공한다. 네트워크 관리(122)는 제어 장치의 네트워크 접속 및 해제, 메시지를 보내거나 수신하는 기능을 제공한다. 메시지관리(123)는 수신한 메시지에 포함된 명령을 분석하거나 메시지 송신 시 네트워크 프로토콜을 가상화하여 서로 다른 프로토콜 간 통신이 이루어지도록 한다.
사용자 공간의 라이브러리(120)들 중 제어 장치 관리 모듈(124)는 동적 라이브러리로 제공된다. 이 모듈은 제어 및 관리장치만 사용하는 모듈로 제어 및 관리 장치에 제어 장치를 등록시키거나 해제, 등록된 제어 장치를 검색, 제어 및 관리장치 교체, 제어 및 관리장치의 비정상적인 종료 상황에서의 복구, 그리고 다른 미들웨어를 사용하는 작동장치를 어떤 제어 장치에게 등록할 것인가를 선택하는 제어 장치 선택기능을 제공하는 동적 라이브러리를 제공한다.
제어 및 관리장치는 제어 장치면서 동시에 자신에게 등록된 제어 장치들을 관리하는 장치이다. 제어 및 관리장치는 제어 장치 관리 동적 라이브러리를 사용하여 같은 로컬 네트워크 접속해 있는 다른 제어 장치들을 자신에게 등록시키거나 해제한다. 또한 제어 및 관리장치는 등록된 제어 장치들이 수행할 수 있는 기능(등록된 제어 장치들에 연결된 작동장치의 기능) 정보들을 저장한다. 만일 제어장치가 다른 제어 장치를 검색하는 메시지를 제어 및 관리장치에 보내면 제어 및 관리장치는 정보들 중에 해당 정보들을 찾아 제공하게 된다.
제어 장치 관리 모듈(124)을 동적 라이브러리로 제공하는 것은 항상 메모리에 탑재되는 정적 라이브러리와 달리 동적 라이브러리는 사용할 때 메모리에 탑재되고 사용이 종료되면 메모리에서 해제된다. 그러므로 제어 장치 관리 모듈(124)을 사용하지 않는 제어장치는 이 모듈을 메모리에 탑재하지 않아도 된다.
커널공간(150)에는 메시지인지(153), 메시지 생성(151) 그리고 메시지 파싱(152)이 커널모듈로 제공된다. 이 세가지 커널모듈은 서로 다른 미들웨어를 통합하는데 있어서, 이질적인 메시지들을 처리하는 핵심적인 기능을 수행한다. 어플리케이션은 응용 프로그램 인터페이스(110)를 통해 라이브러리를 사용하며, 라이브러리는 시스템 호출을 통해 커널모듈을 호출한다.
메시지 인지 커널모듈(153)은 제어 및 관리 장치나 제어 장치가 수신한 메시지가 어떤 미들웨어의 메시지 형식을 파악하는 기능을 수행한다. 메시지 생성 모듈(151)은 제어 장치들간의 통신 시, 각 제어 장치들이 사용하는 메시지 형식에 맞춰 메시지를 생성하는 기능을 제공한다. 메시지 파싱(152)은 수신한 메시지를 파싱하여 메시지에 담긴 정보들을 통합 미들웨어에서 사용하는 메시지 구조로 변환시켜주는 기능을 수행한다.
제어 및 관리장치나 제어 장치들은 기본적으로 통합 미들웨어의 메시지인지, 생성, 파싱 모듈(151, 152, 153)을 항상 메모리에 탑재하여 통합 미들웨어의 기능을 수행한다. 특히, 제어 및 관리 장치는 다른 미들웨어를 사용하는 작동 장치가 보내는 메시지를 인식하여 자신 또는 제어 장치에 등록시키기 위해 모든 미들웨어의 메시지 인지 커널모듈을 항상 메모리에 탑재한다. 작동장치가 등록되면 작동 장치가 보내는 메시지를 처리하기 위하여 해당 미들웨어의 메시지 인지 커널 모듈, 메시지 생성 커널모듈 메시지 파싱 커널모듈을 탑재한다.
도 7는 통합을 위한 사이버 물리 시스템의 구성 요소들을 도식화한 것이다. 통합 시스템은 제어 장치와 제어 및 관리장치, 그리고 작동 장치로 구성된다. 제어 장치와 제어 및 관리장치는 통합 미들웨어를 사용하여 작동 장치들을 제어하게 된다.
제어 장치는 다른 제어 장치의 기능 정보를 요청하고 그 정보를 바탕으로 제어 명령을 내리는 장치이다. 제어 장치는 각자가 수행할 수 있는 기능 정보를 보유하고 있는데, 이 기능 정보는 제어 장치에 등록된 작동 장치가 수행하는 기능을 말한다. 제어장치는 자신에게 등록된 작동장치의 기능 요청을 받게 되면 이 작동 장치를 동작 시키는 일을 수행한다.
제어 및 관리 장치는 한 지역 망에 하나 이상 존재하며, 최초로 지역망에 접속하는 제어 장치가 제어 및 관리장치가 된다. 이후에 접속하는 제어 장치들은 제어 및 관리 장치에 등록 요청을 한다. 등록요청을 받은 제어 및 관리장치는 제어 장치를 등록하고 제어 장치의 기능 정보를 저장 및 관리한다. 이 외에도 제어 및 관리장치의 교체 및 복구, 그리고 특정 미들웨어를 사용하는 장치를 어떤 제어 장치에게 등록시킬지를 결정한다. 제어 및 관리장치는 한 지역망에서 등록된 제어 장치들의 기능 정보를 유지시키기 위해 여러 개 존재할 수 있으며, 등록된 제어 장치들 중에서 하드웨어 성능이 우수한 제어 장치를 선별하여 제어 및 관리 장치 역할을 수행한다.
작동 장치는 제어 장치 또는 제어 및 관리 장치에 등록되어 실질적인 물리력을 능동적으로 행사하는 장치이다. 작동 장치의 특성에 따라 다양한 기능 및 속성을 가지며 제어 장치 및 제어 및 관리 장치의 명령을 통해 기능을 수행한다.
이질적인 미들웨어를 사용하는 장치들은 통합 미들웨어를 사용하는 제어 장치나 제어 및 관리장치에게 작동장치로서 등록되게 된다. 이질적인 미들웨어를 사용하는 장치들은 제어 장치 또는 제어 및 관리 장치들을 통해서 제어가 가능하다. 또한 각 미들웨어에서 사용하는 메시지 형식을 통합 미들웨어에서 사용하는 메시지 형식으로 변환해주는 모듈이 필요하며 이와 관련된 모듈들은 메시지 인지, 메시지 생성, 메시지 파싱이 있다. 이 모듈은 제어 장치와 제어 및 관리장치들이 사용하게 된다.
통합 미들웨어는 제어 장치나 제어 및 관리 장치들 간에 있어서, 언제든지 상대방으로부터 정보를 얻어오거나, 제어하는 측과 제어를 받는 측의 역할이 역전될 수 있는 동적인 제어 관계를 형성할 수 있다. 이런 통합 미들웨어를 사용하는 제어 장치들은 이질적인 미들웨어를 사용하는 장치들을 작동 장치로 등록하여 제어할 수 있게 된다.
특정 미들웨어를 사용하고 있는 장치들이 접속하고 있는 지역망에 통합 미들웨어를 사용하는 제어 장치가 접속하면 통합 미들웨어는 특정 미들웨어를 사용하는 장치를 인지하고 이 장치를 자신의 작동 장치로 등록한다. 등록 과정에서 자동 장치의 기능 정보를 제어 및 관리 장치가 저장하게 되며, 제어 장치들은 제어 및 관리 장치들에게 이 기능 정보들을 검색하거나 제어 요청을 통해 이질적인 미들웨어의 장치들을 제어할 수 있게 된다.
또한 통합 미들웨어를 사용하는 어떠한 제어 장치도 글로벌 망에서 이질적인 미들웨어를 사용하는 장치를 동적으로 통합하여 제어할 수 있다. 통합 미들웨어를 사용하는 제어 장치가 존재하는 모든 지역망 간 제어 장치의 검색이 가능하다. 또한 이질적인 미들웨어를 사용하는 장치가 제어 장치에 작동 장치로서, 등록되면, 글로벌 망에서 작동 장치간 제어가 가능하다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 제어 및 관리장치 및 제어장치의 연결 구성 블록도이다.
제어장치(213, 223, 224, 225, 233, 234, 235)는 물리 세상에서 영향을 미치는 작동 장치와 모니터링이 가능한 센서를 보유하고 있다. 또한 보유한 작동 장치와 센서들의 현재 상태에 대한 정보를 수집한다. 제어 및 관리장치(212, 222, 232)는 제어 장치(213, 223, 224, 225, 233, 234, 235)와 동일한 구조를 가진다. 제어 및 관리장치(212, 222, 232)는 지역망(211, 221, 231)에서 자신의 하위 제어장치 정보만을 추가로 저장하고 제어 및 관리장치로의 전환이 가능하다.
제1 지역망(211)에는 제1 제어 및 관리장치(212)와 제1 제어장치(213)가 위치하며, 제2 지역망(221)에는 제2 제어 및 관리장치(222)와 제2 내지 제4 제어장치(223, 224, 225)가 위치하며, 제3 지역망(231)에는 제3 제어 및 관리장치(232)와 제5 내지 제7 제어장치(233, 234, 235)가 위치한다.
도 9는 도 8에 도시된 블록도에서 미들웨어 장치들이 동적 제어 관리 시스템에 작동 장치로 등록된 상태의 구성 블록도이다.
도 9를 참조하면 제1 지역망(211)에는 제1 제어 및 관리장치(212)와 제1 제어장치(213) 및 제1 작동장치(214)가 위치하며, 제2 지역망(221)에는 제2 제어 및 관리장치(222)와 제2 내지 제4 제어장치(223, 224, 225)와 제 2작동장치(321)가 위치하며, 제3 지역망(231)에는 제3 제어 및 관리장치(232)와 제5 내지 제7 제어 장치(233, 234, 235) 및 제3 내지 제4 작동장치(331, 332)가 위치한다.
제 1 내지 제4 작동장치(214, 321, 331, 332)는 제어장치의 하위에 위치하며 제어장치에 의해 제어된다.
도 10는 상기 도 9에 도시된 블록 구성도에 도시된 커널 모듈의 메모리 탑재 과정을 나타낸 흐름도이다.
미들웨어 A를 사용하는 작동장치 a가 지역망에 접속되면, (505단계) 통합 미들웨어를 사용하는 제어 및 관리 장치들은 작동장치 a가 송신하는 메시지를 미들웨어 A의 메시지 인지 커널 모듈을 통해 인식한다. 제어 및 관리장치들은 작동 장치 a를 등록하기 전에 이미 등록되어 있는지를 확인한다. (510단계)
지역망에 작동장치 a가 이미 등록되어 있는 지의 여부를 판단하고(515단계) 등록되어 있지 않으면 제어 및 관리 장치는 등록 시키기 위한 절차를 수행한다.
제어 및 관리장치에 등록되어 있는 제어 장치들 중 하드웨어 성능이 우선인 제어장치를 선정한다.(520단계) 선정된 제어 장치는 작동 장치 a를 등록시키기 위해 미들웨어 A의 메시지 인지, 생성, 파싱 커널모듈이 필요하게 된다.
따라서, 이미 등록된 제어장치에 미들웨어 A를 사용하는 다른 작동장치의 기 연결여부를 확인하게 된다.(525단계)
예를 들어 미들웨어 A를 사용하는 또 다른 작동장치를 이미 등록하고 있다면 제어장치는 메모리상에서 커널모듈들이 탑재되어 있겠지만 등록되지 않았다면 상기 3가지 커널모듈들을 메모리에 탑재한다.(530단계)
이후 선정된 제어장치는 미들웨어 A의 메시지 생성 커널모듈을 사용하여 작동장치 a의 기능 정보를 요청하는 메시지를 생성한다. 미들웨어 A의 메시지 인지 및 파싱 커널 모듈을 통해 작동 장치 a로 부터 기능 정보가 담긴 메시지를 수신한 후 그 메시지를 분석하고 등록과정을 완료한다. (535단계)
등록된 작동장치 a의 기능 정보들은 제어 및 관리 장치로 전송되어(540단계) 저장하게 된다. (545단계)
도 11은 상기 도 10에 도시된 커널모듈의 탑재된 메모리의 해제 동작 흐름도이다.
도 11을 참조하면 미들웨어 A를 사용하는 작동장치 a가 종료된다고 하면, 작동장치 a를 등록하고 있던 제어장치는 등록 해제 과정을 거치게 된다.(605단계)
제어장치는 미들웨어 A를 사용하고 있는 다른 작동장치가 자신에게 등록되어 있는지를 확인하고(610단계) 미들웨어 A를 사용하고 있는 다른 작동장치가 존재하는 경우 미들 웨어 A의 메시지 인지, 생성, 파싱 커널모듈이 요구됨에 따라 메모리에서 해제할 수가 없게 된다. 따라서, 제어장치는 해제하고자 하는 작동장치a의 등록을 해제한다.(620단계)
하지만 작동장치 a가 미들웨어 A를 사용하는 마지막 장치였다면 제어 장치는 더 이상 미들웨어 A의 메시지 인지, 생성, 파싱 커널모듈을 메모리 상에 탑재하고 있을 필요가 없어진다. 따라서, 제어장치는 이 세가지 커널모듈들을 메모리 상에서 해제하게 된다.(625단계)
도 12은 이질적인 미들웨어를 사용하는 작동장치의 등록에 따른 블록 구성도이다.
도 12을 참조하면, 이질적인 미들웨어를 사용하는 작동장치(704, 705)가 통합 미들웨어를 사용하는 제어 장치(702, 703)에 각각 등록된 상황을 나타낸다.
본 발명의 실시 예에서는 통합 대상이 되는 미들웨어는 제1 미들웨어와 제2 미들웨어 두 가지가 있다고 가정한다.
제어 및 관리장치(701)와 제어장치(702, 703)은 기본적으로 통합 미들웨어의 메시지 인지 커널모듈(711, 714, 717)과 메시지 파싱 커널모듈(712, 715, 718), 그리고 메시지 생성 커널모듈(713, 716, 719)을 항상 메모리에 탑재하여 통합 미들웨어의 기능을 수행하도록 한다.
제어 및 관리장치(701)는 제어장치(702, 703)를 등록, 등록된 제어 장치 관리, 이질적인 미들웨어를 사용하는 작동장치를 인식, 인식된 작동장치를 어떤 제어 기능이 있는 장치(701, 702, 703)의 작동 장치로 등록 시킬 것인가를 결정하기 위해 장치 관리 동적 라이브러리를 사용한다. 또한, 다른 모든 미들웨어의 메시지 인지 커널 모듈(721, 731)를 항상 메모리에 탑재하여 새로운 제어 장치를 발견하고 등록 시킨다.
제1 제어 장치(702)는 제1 미들웨어를 사용하는 제1 작동장치(704)를 등록하기 위해 제5 메시지 인지 커널모듈(722)과 제3 메시지 파싱 커널모듈(723), 그리고 제3 메시지 생성 커널모듈(724)을 메모리에 적재하여 메시지를 처리할 수 있도록 한다.
마찬가지로, 제2 제어장치(703)는 제2 미들웨어를 사용하는 제2 작동장치(705)를 등록하기 위해 제7 메시지 인지 커널모듈(732), 제5 메시지 파싱 모듈(733), 그리고 제5 메시지 생성 커널 모듈(734)을 메모리에 탑재한다.
제1 작동장치(704)가 제1 제어장치(702)로부터 접속을 끊는다면, 제1 제어장치(702)에 더 이상 제1 미들웨어를 사용하는 작동장치가 없기 때문에 제5 메시지 인지 커널모듈(722)과 제3 메시지 파싱 커널모듈(723), 그리고 제3 메시지 생성 커널 모듈(724)을 메모리에서 해제하게 된다.
도 13은 상기 도 12에 도시된 블록도에 따라 이질적인 미들웨어를 사용하는 장치의 등록 과정 흐름도이다.
도 13은 이질적인 미들웨어를 사용하는 작동 장치를 특정 제어 장치가 제어하기 위해 작동 장치의 정보를 요청하고 제어 메시지를 생성 및 송신하여 작동 장치가 제어 하는 과정을 도식화 한 것이다.
도 13을 참조하면, 제어 장치 B가 작동 장치 a를 제어하고자 하면 자동장치 a에 대한 정보가 요구된다. 작동장치 a에 대한 정보란, 작동 장치가 수행할 수 있는 기능 및 상태정보 그리고 작동장치 a를 등록하고 있는 제어장치 A의 IP주소 등이다.
제어 장치 B는 통합 미들웨어의 메시지 생성 모듈을 사용하여 작동 장치 a를 검색하는 메시지를 생성한다. 제어 장치 B는 생성된 검색 메시지를 지역망에 존재하는 제어 및 관리장치들에게 송신한다.(805단계) 제어 및 관리 장치들은 자신에게 등록되어 있는 제어 장치들의 정보 및 그 제어 장치에 등록되어 있는 작동 장치들의 정보를 보유하고 있다.
검색 메시지를 수신한 제어 및 관리 장치들은 기 저장된 제어 장치 및 작동장치의 정보를 검색하여(810단계) 작동 장치 a의 존재여부를 확인한다. (815단계) 상기 확인 결과 제어 및 관리 장치들이 작동 장치 a에 대한 정보가 검색되지 않으면 작동 장치 a의 정보를 요청한 제어 장치 B에게 정보가 존재하지 않음을 알린다.(820단계)
작동장치 a의 정보가 검색되면 제어 및 관리 장치는 작동 장치 a를 등록하고 있는 제어 장치 A와 관련된 정보들(작동장치 a의 기능, 작동장치 a가 사용하는 미들웨어 종류, 작동 장치a가 등록된 제어 장치 A의 IP주소 등)을 제어 장치 B에게 전달한다.(825단계)
제어 장치 B는 제어 및 관리 장치로부터 제어 장치 A에 대한 정보를 수신한 후 작동 장치 a의 기능 정보들을 바탕으로 작동 장치 a를 제어하기 위한 메시지를 생성한다. (830단계) 생성된 제어 메시지는 제어장치 A로 보내진다.(835단계)
제어 장치 A는 제어 메시지를 수신한 후 작동 장치 a가 사용하는 미들웨어의 메시지 형식으로 변환하기 위해 작동 장치 a가 사용하고 있는 미들웨어 종류를 파악한다. 파악된 미들웨어의 메시지 생성 모듈을 사용하여 제어 메시지를 변환시킴으로써 작동 장치 a가 제어 메시지를 인식할 수 있도록 한다. (840단계)
메시지 생성 모듈을 통해 변환된 메시지는 작동장치A로 전송되고(845단계) 작동장치 a는 제어 메시지를 수신한 후 제어 메시지에 따라 자신의 기능을 수행함으로써(850단계) 이질적인 미들웨어 간의 제어가 완료된다.
도 14은 제안되는 실시 예에 따른 신규 제어장치의 연결 구성 블록도이다.
사이버 물리 시스템(Cyber Physical System)은 내장형 시스템에 물리적인 특성이 반영되며, 네트워크로 연결된 시스템 간의 제어의 중요성이 강조되는 새로운 형태의 시스템이다. 사이버 물리 시스템의 물리적인 장치 제어는 단순 연산의 결과가 아닌 주변 환경의 센싱 결과에 따른 물리적인 특성의 변화를 반영한다.
서로 다른 응용 분야를 목적으로 설계된 시스템은 네트워크 컴퓨팅을 매개로 상호 유기적으로 통합될 수 있다. 이러한 통합에 있어서 서로 다른 응용분야를 대상으로 설계된 시스템들에게서는 이질성이 존재할 수 있다. 이질성을 극복하고, 시스템들의 통합을 이루기 위해서는 미들웨어와 같이 완충역활을 하는 제어 구조가 중요하며 미들웨어 간의 이질성을 극복할 통합 미들웨어가 필요하다. 제안되는 실시 예에서는 시스템 간의 통합은 정적인 관계를 유지하지 않고 언제든지 상대방으로부터 정보를 얻어오거나, 제어를 하는 측과 제어를 받는 측의 역할이 역전될 수 있다. 즉, 사이버 물리 시스템에서는 시스템들이 일시적인 동적 제어 관계를 갖도록 설계될 수 있다.
도 14을 참조하면, 사이버 물리 시스템을 위한 동적 제어 관리 시스템은 지역망(110, 120)에 연결된 적어도 하나의 제어 및 관리장치(111, 121)와 복수의 제어장치(112, 113, 114, 122, 123, 124)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 제어 및 관리 장치들이 속해 잇는 모든 지역망들이 하나의 라우터 내부 망(Local Network)에 속하는 구성을 예를 들어 설명한다.
제1 지역망(110)에는 제 1제어 및 관리장치(111)와 제 1 내지 제3제어장치(112, 113, 114) 가 위치하며, 제2 지역망(120)에는 제2 제어 및 관리 장치(121)와 제 4 내지 제6 제어 장치(122, 123, 124)가 위치하며 망에 접속하려는 신규 제어장치(131)로 구성된다.
신규 제어장치(131)는 망에 접속 했을 때, 제1 지역망(110)의 제1 제어 및 관리 장치(111)와 제2 지역망(120)의 제2 제어 및 관리 장치(121)의 가용률 정보를 얻어 등록하고자 하는 지역망 및 그에 포함되는 제어 및 관리장치를 결정하게 된다.
도 15는 도 14에 도시된 신규 제어장치의 연결을 위한 동작 과정 흐름도이다.
도 14 내지 도 15를 참조하면, 지역망((110, 120)에 신규 제어장치(131)가 접속하면 제어 및 관리장치(C&A : Controller and Administrator)의 검색을 요청하고 상기 각 제어 및 관리장치(111, 121)에게 상기 신규 제어장치(131)의 접속을 알린다.(205단계)
각 제어 및 관리장치(111, 121)는 상기 검색요청 및 접속 알림에 따른 응답신호를 신규 제어장치(131)에 전송하는데, 이때, 각 제어 및 관리장치(111, 121)는 임계값 및 가용률의 정보를 포함하여 전송하게 된다.
제어 및 관리장치(111, 121)에서 전송되는 임계값(ThCA)은 메시지의 데드라인(α)과 제어 및 관리장치가 1초 동안 처리할 수 있는 최대처리량(PCA)을 측정한 값의 곱으로 이루어져 있다.
[수학식 1]
ThCA = α * PCA
상기 임계값은 최악의 상황에서 제어 및 관리장치에 속한 모든 하위 제어장치들이 제어 및 관리장치에 검색요청하면 제어장치의 수만큼의 검색요청 메시지를 수신하게 되는데 이때 제어장치의 개수(CCA)가 제어 및 관리 장치의 임계값에 비해 클 경우 처리하지 못하는 상황이 발생하게 된다. 따라서 제어 및 관리 장치의 임계값을 기준으로 최대 하위 노드로 둘 수 있는 제어장치의 수를 결정하기 위한 제어 및 관리 장치의 가용률(ARCA)이 결정된다.
[수학식 2]
ARCA = (1-CCA /ThCA)*100
따라서 상기한 [수학식 1], [수학식 2]에 의해 연산된 제어 및 관리 장치(111,121) 각각의 임계값(ThCA)과 가용률(ARCA)정보는 신규로 접속된 제어장치(131)에 전송되고 (210단계) 상기 정보에 따라 신규 제어장치(131)는 제어 및 관리 장치(111, 121) 중 신규 제어장치의 임계값보다 낮은 제어 및 관리장치가 존재하는지의 여부를 판단하게 된다.(215단계)
신규 제어장치(131)는 판단결과 제어 및 관리장치의 임계값이 신규 제어장치의 임계값보다 더 낮은 경우 가용률이 가장 높은 제어 및 관리 장치에게 신규제어장치(131)의 정보를 포함하여 하위 노드로의 등록 요청 메시지를 전송하게 된다.(220단계) 이에 따라 상기 메시지를 수신한 제어 및 관리 장치로부터 응답메시지를 수신하고, 해당 제어 및 관리 장치의 하위 노드로 등록되게 된다.(225단계)
반면, 제어 및 관리 장치 중 신규 제어장치의 임계값보다 낮은 제어 및 관리 장치가 존재한다면 최하위 임계값을 가진 제어 및 관리 장치에 신규 제어장치(131)가 분리 요청신호를 전송하고(230단계) 응답신호를 수신하여(235단계) 제어 및 관리 장치의 분리 동작을 수행하게 된다.(250단계)
하기의 프로그램 코딩은 상기한 제어장치가 접속시 제어 및 관리장치를 선정하기 위한 동작에 대한 것이다.
Figure PCTKR2011009362-appb-I000001
따라서 상기한 바와 같이 신규 제어장치(131)가 접속되면 신규 제어장치(131)는 제어 및 관리 장치(111, 121)에게 임계값 및 가용률 정보를 요청하고 상기 요청된 정보를 수집하여 가장 가용률이 높은 제어 및 관리장치의 하위노드로 등록되게 된다.
도 16은 제안되는 실시 예에 따른 제어장치의 분리 구성 연결도이다.
상기 도 16에 도시된 제어장치의 분리 구성 연결도는 상기 도 14에 도시된 블록도에서 신규 지역망(210)을 분리한 블록도이다.
도 16을 참조하면, 제1 지역망(110)에는 제1 제어 및 관리장치(111)와 제1 내지 제2 제어장치(112, 113)가 위치하며, 제2 지역망(120)에는 제2 제어 및 관리 장치(121)와 제4 내지 제5 제어장치(12, 123)가 위치하며, 신규 지역망(210)에는 신규 제어 및 관리 장치(211)와 제3, 제 제어장치(114, 124)가 위치한다.
제1 지역망(110), 제2 지역망(120)의 가용률이 더 이상 새로운 제어 장치를 수용할 수 없게 되어 신규 지역망(210)으로 분리하게 된다. 하나의 제어 장치는 신규 제어 및 관리장치(211)가 되고, 제1 지역망(110)에 속해있던 제3 제어 장치(114)와 제2 지역망(120)에 속해있던 제6 제어 장치(124)는 지역망 간의 균형을 맞추기 위해 신규 지역망(210)으로 이동한다.
도 17는 도 16에 도시된 제어장치의 분리 동작 과정 흐름도이다.
도 16 내지 도 17를 참조하면, 제어 및 관리장치에 연결된 제어장치 중 임계값이 상위인 제어장치 하나를 선택하고(405단계) 상기 선택된 제어장치에 기 연결된 제어 및 관리장치로부터의 분리 요청 메시지를 송부한다.(410단계) 상기 분리 요청 신호를 수신하는 제어장치는 신규로 연결된 제어장치 일 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 도 14에 도시된 신규로 연결된 제어장치가 상기 분리 요청 메시지를 수신한 것으로 예를 들어 설명한다.
분리 요청 메시지를 수신한 제어장치(131)는 그에 따른 응답신호를 제어 및 관리 장치에 보내고(415단계), 신규한 제어 및 관리장치(211)로 동작하게 된다. 즉, 신규한 제어 및 관리장치(211)는 최초에 기존의 제어 및 관리 장치(111, 121)로 연결을 시도하였을 경우 상기 제어 및 관리 장치(111, 121)들의 가용률이 충족되지 않아 상기 제어 및 관리장치(111, 121) 들 중 적어도 하나의 장치로부터 분리 요청 메시지를 수신하게 된다. 따라서 상기 요청 메시지에 따라 신규 제어장치(131)는 기존의 제어 및 관리 장치(111, 121)에 연결되지 않고 독립적인 제어 및 관리 장치(211)로 기능을 수행하게 된다.
신규 제어 및 관리 장치(211)는 기존의 제어 및 관리장치(111, 121) 들에게 기 연결된 제어 장치들의 개수, 임계값 및 가용률 정보를 요청한다.(420단계) 신규 제어 및 관리장치(211)는 각 제어 및 관리 장치(111, 121)로부터 상기 정보들을 수신하고(425단계) 상기 정보에 따라 기존 제어 및 관리 장치(111, 121)에 연결을 유지할 제어장치 또는 신규 제어 및 관리 장치(211)에 연결될 제어 장치들의 연결 조졍률을 결정한다.(430단계)
상기 조정률은 신규 제어 및 관리 장치를 포함한 지역망 내에 포함되는 제어 및 관리장치의 임계값들의 합과 제어장치들 간의 비율을 나타낸다.
신규 제어 및 관리 장치(211)는 상기 결정된 제어장치들의 연결 조정률 정보를 기존의 제어 및 관리 장치(111, 121)에 전송하게 된다. (435단계) 기존 제어 및 관리 장치(111, 121)들은 상기 정보에 따라 기 연결된 제어장치들(112, 113, 114, 122, 123, 124)의 유지 및 분리를 결정한다.
하기의 프로그램 코딩은 상기한 제어 및 관리장치를 분리하기 위한 동작에 대한 것이다.
Figure PCTKR2011009362-appb-I000002
따라서, 신규 제어 및 관리 장치(211)는 기존 제어 및 관리 장치(111, 121)로부터 분리된 제어장치(114, 124)를 연결하여 신규 지역망(210)을 생성하게 된다.(440단계) 이때 제어 및 관리장치들은 분리시킬 제어 장치의 정보를 신규 제어 및 관리장치로 전송하고, 상기 신규 제어 및 관리장치는 분리된 제어 장치의 IP(Internet Protocol)를 상기 분리될 제어장치에 전송하여 분리동작을 수행하게 된다.
상기한 바와 같이 제어 및 관리장치의 분리는 신규 제어장치 또는 기 연결된 제어장치의 연결 시 제어 및 관리장치들의 가용률에 따라 신규한 제어 및 관리장치로 전환 및 분리를 수행하도록 하여 가용률의 부하를 저감시킬 수 있도록 한다.
도 18는 제안되는 실시 예에 따른 제어장치의 결합 구성 연결도로서, 도 16에 도시된 블록도에서 일부 제어장치의 이탈로 인한 지역망 간의 불균형을 해소하기 위해 지역망을 결합한 블록도이다.
도 18를 참조하면, 제1 지역망(110)에는 제1 제어 및 관리장치(111)와 제1, 제2, 제4 제어장치(112, 113, 122)가 연결되며, 제 3 지역망(210)에는 도 16에서 신규 제어 및 관리장치(211)였던, 제3 제어 및 관리장치(211)와 제3, 제6 제어장치(114, 124) 및 도 16에서 제2 제어 및 관리 장치(121)였던 제7 제어장치(121)가 연결되어 있다.
도 16의 제5 제어장치(123)가 제2 지역망(120)을 이탈함으로써 지역망간의 가용률 불균형이 발생한다. 제2 지역망(120)은 제1 지역망(110)과 제3 지역망(210)으로 결합된다. 제2 지역망(120)의 제4 제어장치(122)는 제1 지역망(110)으로 이동되고, 제2 제어 및 관리장치(121) 였던 제7 제어장치(121)는 제3 지역망(210)으로 이동한다.
도 19은 도 18에 도시된 제어장치의 결합 동작 과정 흐름도로써, 상기 도 18에서의 블록도에 대한 동작을 설명한다.
도 18 내지 6을 참조하면, 제어장치의 결합은 다수의 제어 및 관리장치들 중 가용률이 제어 및 관리장치의 분리 시 참조되었던 조정률에 비해 낮아질 경우 결합의 조건이 검사되게 된다.
상기 결합 조건이 성립되었을 때, 결합 대상이 되는 제어 및 관리 장치는 결합하고자 하는 모든 제어 및 관리장치들에게 기 연결된 제어장치의 개수, 임계값 및 가용률의 정보를 요청하게 된다.(605단계)
본 발명의 실시 예에서는 도 16에서 구성된 신규 지역망(210) 및 신규 제어 및 관리장치(211)를 제3 지역망(210) 및 제3 제어 및 관리장치(211)로 지정하고, 제2 지역망에 구성되는 제2 제어 및 관리장치(121)에 연결된 제5 제어장치(123)가 이탈되어 제2 제어 및 관리장치(121)의 조정률이 낮아지게 된 경우를 예를 들어 설명한다.
따라서 상기 조정률이 낮아진 제2 제어 및 관리장치(121)는 제1, 제3 제어 및 관리장치(111, 211)에 연결된 제어장치의 개수, 임계값 및 가용률 정보를 요청 및 수신한다.(610단계) 상기 수신된 정보들에 따라 제2 제어 및 관리장치(121)에 연결된 제4, 제5 제어장치의 분리되며 제1, 제3 제어 및 관리에 결합하게 된다.
하기의 프로그램 코딩은 상기한 제어 및 관리장치를 결합하기 위한 동작에 대한 것이다.
Figure PCTKR2011009362-appb-I000003
상기한 바와 같이 제어 및 관리장치들에 연결된 제어장치의 일부 이탈에 의해 변경된 가용률에 따라 지역망간의 불균형 현상이 발생하게 된다. 따라서, 가용률이 낮은 제어 및 관리장치에 연결된 제어장치를 분리 및 결합하여 지역망간의 가용률의 균형을 맞출 수 있도록 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 지역망에 적어도 하나 이상 존재하며, 상기 지역망에 접속하는 제어장치를 등록하며, 상기 등록된 제어장치의 정보를 저장하며, 기 등록된 제어장치에 대한 검색 요청 신호를 수신하면, 상기 검색 요청 신호를 송신한 제어장치에 상기 등록된 제어장치에 대한 검색 결과 메시지를 송신하는 제어 및 관리장치;
    상기 제어 및 관리장치에 등록되며, 상기 등록된 제어 및 관리장치에 기 등록된 제어장치에 대한 검색 요청 메시지를 송신하며, 상기 제어 및 관리장치로부터 상기 검색 메시지에 대한 응답메시지를 수신하는 제어장치;
    를 포함하는 사이버 물리 시스템에서 장치 검색 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    제어 및 관리장치는
    제어장치로부터 검색요청 신호 수신 시 검색 대상 제어장치에 대한 정보가 존재하지 않으면, 정보 없음 응답 메시지를 검색 요청 신호를 송신한 제어장치에 송신하는
    사이버 물리 시스템에서 장치 검색 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    제어장치는
    검색 요청 메시지를 송신한 지역망 내의 제어 및 관리장치로부터 IP주소정보를 포함하는 응답 메시지를 수신하는
    사이버 물리 시스템에서 장치 검색 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    제어장치는
    지역망 내에 존재하는 제어장치의 검색 결과에 따라 상기 검색된 제어장치를 제어하는
    사이버 물리 시스템에서 장치 검색 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는
    제어 및 관리장치들로부터 검색 대상 제어장치에 대한 정보가 존재하지 않음을 알리는 응답 메시지 수신 시 상기 검색 대상 제어장치의 검색 영역을 전역망으로 확대하는
    사이버 물리 시스템에서 장치 검색 시스템.
  6. 지역망 내에서 기 등록된 제어 및 관리장치에 적어도 하나의 제어장치의 검색 요청 신호를 송신하는 단계;
    상기 제어 및 관리장치는 검색 대상 제어장치의 정보에 대한 존재유무를 판단하는 단계;
    상기 제어 및 관리장치에 상기 검색 대상 제어장치에 대한 정보가 존재하지 않으면 상기 지역망 내에 존재하는 다른 제어 및 관리장치들에게 상기 검색 대상 제어장치의 검색 요청 메시지를 송신하는 단계;
    상기 지역망 내에 존재하는 제어 및 관리장치들 중 상기 검색 대상 제어장치에 등록하고 있는 제어 및 관리장치로부터 상기 검색 대상 제어장치의 정보를 수신하는
    사이버 물리 시스템에서 장치 검색 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 검색 대상 제어장치를 등록하고 있지 않은 제어 및 관리장치들은 상기 검색 대상 제어장치의 정보가 없음을 알리는 응답 메시지를 검색 요청 메시지를 송신한 제어장치로 송신하는
    사이버 물리 시스템에서 장치 검색 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어 및 관리장치들로부터 검색 대상 제어장치의 정보가 존재하지 않음을 알리는 응답 메시지 수신 시 상기 검색 대상 제어장치의 검색 영역을 전역망으로 확대하는
    사이버 물리 시스템에서 장치 검색 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    전역망 검색 모드 수행 시 검색 대상 제어장치의 정보를 포함하는 제어 및 관리장치에서만 검색 요청 메시지에 대한 응답신호를 수신하는
    사이버 물리 시스템에서 장치 검색 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    검색 요청 메시지를 송신한 지역망 내의 제어 및 관리장치로부터 IP주소정보를 포함하는 응답 메시지를 수신하는
    사이버 물리 시스템에서 장치 검색 방법.
  11. 적어도 하나의 제어장치를 관리하며, 가용률에 따라 제어장치를 접속 또는 분리하는 제어 및 관리 장치; 및
    상기 제어 및 관리장치의 제어에 따라, 상기 제어 및 관리장치에 접속 또는 분리되며, 신규 제어 및 관리장치로 전환하는 제어장치;를 포함하는,
    사이버 물리 시스템에서 부하균형을 고려한 동적 제어 관리 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어장치는 지역망에 접속 시 상기 제어 및 관리장치로부터 기 접속된 제어장치의 개수, 임계값, 가용률 정보를 수집하여, 가용률이 높은 제어 및 관리장치에 하위노드로 등록 하는,
    사이버 물리 시스템에서 부하균형을 고려한 동적 제어 관리 시스템
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 제어 및 관리장치로부터 수신한 가용률이 0 이하 이면, 상기 제어 및 관리장치에 기 연결된 제어장치 중 임계값이 최상위인 제어장치를 신규 제어 및 관리장치로 전환 하는,
    사이버 물리 시스템에서 부하균형을 고려한 동적 제어 관리 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어 및 관리장치는 신규 제어 및 관리장치로부터 수신한 조정률에 따라 기 연결된 하위노드의 제어 장치를 상기 신규 제어 및 관리장치로 분리하도록 하는,
    사이버 물리 시스템에서 부하균형을 고려한 동적 제어 관리 시스템
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어 및 관리장치의 조정률은 상기 신규 및 제어장치를 포함한 지역망 내의 제어 및 관리장치의 임계값과 제어장치간의 비율에 따라 산출되는,
    사이버 물리 시스템에서 부하균형을 고려한 동적 제어 관리 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제어 및 관리장치는 상기 분리될 제어장치와 상기 신규 제어 및 관리장치의 IP정보에 따라 분리동작을 수행하는,
    사이버 물리 시스템에서 부하균형을 고려한 동적 제어 관리 시스템.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제어 및 관리장치는 가용률이 제어 및 관리장치의 분리시 사용된 조정률 이하이면, 외부 지역망에 위치하는 제어 및 관리장치와 결합하는,
    사이버 물리 시스템에서 부하균형을 고려한 동적 제어 관리 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 결합된 제어 및 관리장치는 상기 외부 지역망에 위치한 제어 및 관리장치의 신규 제어장치로 전환하는,
    사이버 물리 시스템에서 부하균형을 고려한 동적 제어 관리 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제어 및 관리장치는 상기 분리될 제어장치와 상기 신규 제어 및 관리장치의 IP정보에 따라 분리 및 결합 동작을 수행하는,
    사이버 물리 시스템에서 부하균형을 고려한 동적 제어 관리 시스템.
  20. 신규 제어장치가 적어도 하나의 제어장치를 연결하고 있는 제어 및 관리장치에 가용률 정보를 요청하는 단계;
    상기 요청된 가용률 정보에 따라 상기 신규 제어장치가 연결될 제어 및 관리장치를 선정하는 단계; 및
    상기 선정된 제어 및 관리 장치에 상기 신규 제어장치를 연결하는 단계;를 포함하는,
    동적 제어 관리 시스템의 제어 방법.
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