실시간 Co-Simulation을 위한 FMI 기반 시간 관리 기법

Abstract

CPS(Cyber-Physical System)는 업무 공정 등 다양한 분야에서 발생하는 정보를 활용하여 물리 장치를 동작 동작시키는 시스템을 말한다. CPS는 물리적 구성요소와 사이버 구성요소로 구성되며, 네트워크를 통해 상호작용이 이루어진다. CPS는 교통, 국방, 발전, 보건 및 생명의학과 같은 다양한 영역에서 활용되지만 대규모 시스템을 구성하기 위해 안전한 운영이 필요하다.

하지만 CPS와 같은 대규모 시뮬레이션을 구성하는데, 서로 다른 시뮬레이션 툴을 연동해야하는 어려움이 존재한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 시뮬레이션을 연동하기 위한 표준으로 FMI(Function Mock-up Interface)가 연구되고 있다. FMI를 이용한 대규모 시뮬레이션을 구성 시 신뢰성을 보장하기 위해 시간 관리 기법을 통해 이벤트를 처리해야한다.

본 논문은 CPS와 같은 대규모 Co-Simulation 환경에서 실시간성과 정확성을 보장하도록 한다. 실시간성을 보장하기 위해 Wallclock time이 경과하기 전 Simulation time이 진행되도록 step size를 통해 계산량을 조절한다. 또한 정확성을 보장하기 위해 이벤트 처리와 더불어 시뮬레이션 해상도를 최대로 보장한다. 이벤트 처리가 늦을수록 컨트롤 메시지의 전송이 늦어지고 대규모 Co-Simulation 환경에서 에러가 커진다. 또한 시뮬레이션 해상도가 너무 낮을 경우 시뮬레이션 중 계산되는 수치적분의 에러가 커진다.

제안하는 기법은 Co-Simulation 환경에서 실시간성을 보장함과 동시에 이벤트 처리, 시뮬레이션의 해상도를 최대로 보장하였다. 실험에서 기존의 실시간 시뮬레이션 기법은 이벤트 처리가 0.058초 늦었으나 제안하는 기법은 즉시 이벤트 처리가 이루어진다. 또한 기존의 시간 관리 기법과 달리 시뮬레이션 해상도를 보장하여 시뮬레이션 step 수가 8배가량 많았으며, 수치적분 에러가 1/5 가량 감소한다.