committee.tta.or.kr Web view본 표준은 대규모 사이버-물리 시스템(CPS) 환경에서 다중 네트워크 도메인에 존재하는 사이버 -물리 시스템(CPS) 통신

T T A S t a n d a r d

정보통신단체표준(국문표준)TTAK.KO-xx.xxxx 제정일: 2013 년 12 월 XX 일

다중 네트워크 도메인을 지원하는

대규모 사이버-물리 시스템(CPS)통신 개체 탐색 참조 모델

Reference Model for Discovery of

Communication Entities in Large-

scale CPS to Support Multi-Network

Domains

정보통신단체표준(국문표준)TTAK.KO-xx.xxxx 제정일: 2013 년 12 월 일

다중 네트워크 도메인을 지원하는

대규모 사이버-물리 시스템(CPS)통신 개체 탐색 참조 모델

Reference Model for Discovery of

Communication Entities in Large-scale CPS

to Support Multi-Network Domains

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정보통신단체표준(국문표준)

서 문

1. 표준의 목적

본 표준은 다중 네트워크 도메인을 지원하는 대규모 사이버-물리 시스템(CPS, Cyber-

Physical System) 환경에서 통신에 참여한 개체들의 탐색을 위한 참조 모델을 제안한다.

2. 주요 내용 요약

본 표준은 대규모 사이버-물리 시스템(CPS) 환경에서 다중 네트워크 도메인에 존재하는

사이버 -물리 시스템(CPS) 통신 개체들의 존재를 탐색하기 위한 참조 모델을 정의하는

것이다. 본 표준에서는 네트워크가 서로 다른 사이버 -물리 시스템(CPS) 개체들이 통신하기

위한 요구사항과 구성요소 및 그것들을 활용한 참조 모델 및 탐색 절차에 대하여 설명한다.

3. 표준 적용 산업 분야 및 산업에 미치는 영향

본 표준은 소프트웨어 산업 분야에 해당된다. 본 표준은 다중 네트워크를 지원하는 대규모

사이버-물리 시스템(CPS) 환경에서 통신에 참여한 개체들의 탐색에 대한 참조 모델과 절차를

제시함으로써 대규모 분산 환경에서의 효율적인 탐색 서비스를 가능케 한다. 이를 통해

다양한 환경에 대한 대규모 복합 시스템에 대한 지원이 가능함으로써, 사이버-물리 시스템

(CPS) 산업 분야의 경쟁력을 강화시킬 수 있다.

4. 참조 표준(권고)

4.1. 국외 표준(권고)

- 해당 사항 없음

TTAK.KO-xx.xxxxi


4.2. 국내 표준

- TTAK.KO-11.0120, 실시간 CPS 응용을 위한 통신 개체 탐색 참조 모델

- TTAK.KO-11.0147 대규모 사이버-물리 시스템(CPS)를 위한 통신 개체 탐색 참조 모델

5. 참조 표준(권고)과의 비교

5.1. 참조 표준(권고)과의 관련성

참조 표준은 CPS 미들웨어에서 통신 개체를 분산 방식으로 탐색하기 위한 통신 개체 탐색

환경이 단일 네트워크 도메인 환경이다. 본 표준에서는 다중 네트워크 도메인 환경에서

사이버-물리 시스템(CPS) 응용 개발 시 참조 가능한 탐색 기능들을 정의하고 그에 따른 탐색

절차에 대하여 정의한다.

5.2. 참조한 표준(권고)과 본 표준의 비교표


6. 지적 재산권 관련 사항

본 표준의 '지적 재산권 확약서’ 제출 현황은 TTA 웹사이트에서 확인할 수 있다.

※본 표준을 이용하는 자는 이용함에 있어 지적 재산권이 포함되어 있을 수 있으므로,

확인 후 이용한다.

※본 표준과 관련하여 접수된 확약서 이외에도 지적 재산권이 존재할 수 있다.

7. 적합 인증 관련 사항

7.1. 적합 인증 대상 여부

TTAK.KO-xx.xxxxii



7.2. 시험 표준 제정 여부(해당 시험 표준 번호)


8. 표준의 이력 정보

8.1. 표준의 이력

판 수 제정개정일 제정개정 내역

제 1 판 2013.12.xx 제정TTAK.KO-xx.xxxx

8.2. 주요 개정 사항


TTAK.KO-xx.xxxxiii


Preface

1. Purpose of Standard

This standard aims to define reference model about a discovery of

communication entities in large-scale Cyber-Physical System environment to

support Multi-Network domains.

2. Summary of Contents

This standard specifies a discovery to search existence of remote

communication entities in large-scale CPS environment.

This standard defines the needs of discovery for communication between

difference CPS entities, components of discovery module, reference model that

take advantage ofdiscovery module and discovery procedure.

3. Applicable fields of industry and its effect

This standard is applicable to the software industry. By suggesting standard

discovery reference model and process that searches remote communication

entities in large-scale Cyber-Physical System environment multi-network

domains, it is possible to be efficient discovery service in large-scale distributed

environment. So it can be possible to support the variable environment as large

scale of complex of the system. Based on this service, this standard can increase

the competitive power of CPS industry.

4. Reference Standards(Recommendations)

TTAK.KO-xx.xxxxiv


4.1. International Standards(Recommendations)

- None

4.2. Domestic Standards

- TTAK.KO-11.0120, 실시간 CPS 응용을 위한 통신 개체 탐색 참조 모델

- TTAK.KO-11.0147 대규모 사이버- 물리 시스템(CPS) 를 위한 통신 개체 탐색 참조 모델

5. Relationship to Reference Standards(Recommendations)

5.1. Relationship of Reference Standards(Recommendations)

This reference standard needs additional function and process for discovery of

communication entities in multi-network domains. This standard offers discovery

function when develops the CPS application in real domestic environment, and

defines discovery procedure between different network domains.

5.2. Differences between Reference Standard(Recommendation) and

this Standard

- None

6. Statement of Intellectual Property Rights

IPRs related to the present document may have been declared to TTA. The

information pertaining to these IPRs, if any, is available on the TTA Website.

No guarantee can be given as to the existence of other IPRs not referenced on

TTAK.KO-xx.xxxxv


the TTA website.

And, please make sure to check before applying the standard.

7. Statement of Conformance Testing and Certification

7.1. Object of Conformance Testing and Certification

- None

7.2. Standards of Conformance Testing and Certification

- None

8. History of Standard

8.1. Change History

Edition Issued date Outline

The 1st edition 2012.12.xx. EstablishedTTAK.KO-xx.xxxx

8.2. Revisions

- None

TTAK.KO-xx.xxxxvi


목 차

1. 개요....................................................................................................................1

2. 표준의 구성 및 범위...............................................................................................1

3. 용어 정의.............................................................................................................1

4. 다중 네트워크 도메인에서 CPS 개체 탐색을 위한 요구사항.........................................4

5. 다중 네트워크 도메인에서 CPS 개체 탐색을 위한 참조 모델........................................5

6. 다중 네트워크 도메인에서 CPS 개체 탐색을 위한 속성...............................................6

7. 다중 네트워크 도메인에서 CPS 미들웨어 개체 탐색 절차............................................7

TTAK.KO-xx.xxxxvii


Contents

1. Introduction......................................................................................................1

2. Constitution and Scope......................................................................................1

3. Terms and Definitions.........................................................................................1

4. A requirement of discovery for CPS entities in Multi-Network domains..............4

5. A reference model of discovery for CPS entities in Multi-Network domains........5

6. A attribute for discovery of CPS entities in Multi-Network domains....................6

7. A procedure of discovery for CPS entities in Multi-Network domains.................7

;

TTAK.KO-xx.xxxxviii


다중 네트워크 도메인을 지원하는 대규모 사이버-물리 시스템

(CPS) 통신 개체 탐색 참조 모델

(Reference Model for Discovery of Communication Entities in Large-scale CPS to Support Multi-Network

Domains)

1. 개요

본 표준은 전 산업 분야에 걸쳐 이루어지고 있는 대규모 사이버-물리 시스템(CPS) 에서,

서로 다른 네트워크 도메인들간 통신에 참여한 개체들을 탐색하는 모델을 정의하는 것을

목적으로 한다.

2. 표준의 구성 및 범위

본 표준은 다중 네트워크 도메인을 지원하는 대규모 사이버 -물리 시스템(CPS)에서 CPS

통신 미들웨어로 사용하는 데이터 분배 서비스(DDS)에 참여한 개체들의 존재를 탐색할 때

사용되는 참조모델에 대한 내용을 명시하고 있다. 본 표준은 크게 네 개의 장으로 구성되어

있다. 첫 번째로 다중 네트워크 도메인 환경을 지원하기 위한 CPS 미들웨어가 충족시켜야 할

요구사항에 대하여 설명한다. 두 번째로 다중 네트워크 도메인에서 CPS 미들웨어 개체

탐색을 위한 참조 모델의 구성요소를 기술한다. 세 번째로 다중 네트워크 도메인을 위한 CPS

미들웨어 개체 탐색을 위하여 사용되는 속성들을 기술한다. 마지막으로 다중 네트워크

도메인에서 CPS 미들웨어 개체 탐색 절차에 대하여 기술한다.

3. 용어 정의

1


3.1. 사이버- 물리 시스템(CPS, Cyber-Physical System)CPS 란 고수준의 신뢰성을 기반으로 네트워크를 통해 물리 시스템을 실시간으로 제어하기

위한 자율형 임베디드 시스템을 의미한다. 또한 CPS 플랫폼은 기온, 날씨, 지형 등과 같이

불확실하고 예측하기 힘든 물리적 환경에서 동작하는 응용 시스템에 높은 신뢰성을 부여하기

위한 플랫폼이다. CPS 플랫폼은 현실 세계에 속하는 다양한 CPS 응용 시스템에 대한 정보를

수집하고 실시간으로 제어한다. 예를 들면, 스마트 국방, 스마트 그리드, 스마트 방재, 스마트

메디컬, 스마트 하이웨이 등은 고신뢰성이 요구되는 대표적인 CPS 응용 시스템이다. 설계

단계에서 모델링과 시뮬레이션을 통해 신뢰성이 검증된 응용 시스템은 자가 치유 능력

모듈과 고신뢰성 및 실시간성을 지원하는 분산 미들웨어로 구성된 CPS 플랫폼에

탑재됨으로써 실행 시에도 보다 높은 신뢰성을 지원받게 된다.

3.2. 데이터 분배 서비스(DDS, Data Distribution Service)CPS 미들웨어는 OMG(Object Management Group) DDS(Data Distribution Service)

를 참고한다. 이는 분산 환경을 위한 출판 (Publish)/구독(Subscribe)을 명세한 미들웨어

기술로 두 가지 계층으로 구분되는데 1) 출판(Publish)/구독(Subscribe) 방식의 데이터

배포를 위해 응용 서비스에게 제공되어야 할 표준화된 공통 인터페이스와 서비스 품질을

정의하는 DCPS(Data-Centric Publish-Subscribe) 상위 계층과 2) DCPS 에서 정의한

인터페이스에 따라 UDP/IP 계층에게 실제 데이터를 전달/수신하는 RTPS(Real-Time

Publish Subscribe) 하위 계층으로 나뉘어진다.

3.3. 서비스 품질(QoS, Quality of Service)데이터 배포 서비스가 수행되는 데이터 통신 도메인에서 발간자와 구독자 간 데이터

전달을 위한 통신 품질, 보안, 효율성 등에 사용되는 정책이다.

3.4. 데이터 분배 서비스 도메인(DDS Domain)DDS 에서 사용하는 발간자와 구독자 사이에 데이터 통신을 위해 형성되는 논리적인

네트워크로, 데이터 배포 서비스는 하나의 데이터 통신 도메인을 형성하며, 발간자와

구독자는 하나의 데이터 도메인에 참가 및 탈퇴를 통하여 데이터 통신에 참여한다.

2


3.5. 탐색(Discovery)데이터 분배 서비스에 참여한 개체들이 서로간의 존재를 알기 위해 수행하는 기능이다.

3.6. 발간자(Publisher)다양한 형태의 토픽 타입으로 정의된 데이터를 생성하여 데이터를 전송하는 기능을

담당하는 개체이다.

3.7. 구독자(Subscriber)다양한 형태의 토픽 타입으로 정의된 데이터를 수신하여 처리하는 기능을 담당하는

개체이다.

3.8. 도메인 참여자(Domain Participant)특정 도메인 내에서 도메인을 관리하고, 응용을 도메인과 연결하는 기능을 제공한다.

발간자, 구독자 및 데이터 분배 서비스 통신에 사용되는 데이터 타입인 토픽에 대한 팩토리로

동작한다

3.9. 다중 네트워크 도메인(Multi-Network Domains)네트워크를 관리하기 위한 영역인 도메인들간 서로 연결되어 있는 환경이다.

3.10. 전역 고유 식별자(GUID, Globally Unique Identifier) 전역 고유 식별자(GUID)는 응용 소프트웨어에서 사용되는 유사 난수이다. GUID 는 생성할

때 항상 유일한 값이 만들어진다는 보장은 없지만, 사용할 수 있는 모든 값의 수가 2128 =

3.4028×1038 개로 매우 크기 때문에, 적절한 알고리즘이 있다면 같은 숫자를 두 번 생성할

가능성은 매우 적다.

3.11. PDP(Participant Discovery Protocol) CPS 미들웨어에 참여하는 원격지의 참여자(Participant)를 찾기 위한 규약(Protocol)이다.

3.12. EDP(Endpoint Discovery Protocol) CPS 미들웨어에서 실제 Topic 데이터를 주고 받는 통신 주체(Endpoint: Writer/Reader)

3


를 찾는 규약(Protocol)이다.

4. 다중 네트워크 도메인에서 CPS 개체 탐색을 위한 요구사항

다중 네트워크 도메인에서 CPS 개체 탐색을 하기 위한 참조모델이 갖추어야 할

요구사항들은 다음과 같다.

4.1. 하나 이상의 네트워크 도메인 대표자 선출 기능

데이터 분배 서비스는 하나의 네트워크 도메인 내에서만 통신이 가능하기 때문에 다중

네트워크 도메인에서 데이터 분배 서비스를 사용하는 참여자들을 탐색하기 위해서는 서로

다른 네트워크를 연결하고 중계해주는 네트워크 도메인 대표자가 존재해야 하기 때문에 단일

네트워크 도메인 내에서 대표자를 선출하는 기능이 있어야 한다.

4.2. 탐색한 정보를 대표자가 수집하는 기능

네트워크 도메인 대표자는 다른 네트워크 도메인의 모든 참여자들의 탐색 정보들을

전달하기 위해 내부 데이터 분배 서비스의 참여자들의 탐색 정보 데이터들을 수집하는

기능이 있어야 한다.

4.3. 도메인 대표자들끼리 통신할 수 있는 기능 제공

도메인 대표자로 선정된 도메인 참여자는 대표자들끼리 수집한 정보들을 교환하기 위하여

통신할 수 있는 기능을 제공해야 한다.

4.4. 탐색한 정보를 대표자가 관리하는 기능 제공

도메인 대표자는 내부 네트워크 도메인에서 수집한 데이터 분배 서비스의 참여자에 대한

탐색 정보를 관리하는 기능을 제공해야 한다.

5. 다중 네트워크 도메인에서 CPS 개체 탐색을 위한 참조 모델

5.1. 참조모델의 구성요소

CPS 미들웨어에서 개체 탐색을 위한 탐색하는 참조 모델의 구성요소는 다음과 같다.

4


(그림 5-1) CPS 미들웨어 개체 탐색 참조 모델 구성요소

5.2. 네트워크 도메인 대표자 선출 기능

네트워크 도메인 간 CPS 미들웨어 개체 탐색을 대표로 수행하기 위한 도메인 대표자를

선출하는 기능이다. 이 기능은 CPS 미들웨어 개체들의 전역 교유 식별자(GUID)를 수집하여

이를 기반으로 대표자를 선출하고 대표자가 탈퇴하거나 사라지는 경우 이 기능을 통하여

새로운 대표자를 선출하거나 다음 우선순위의 CPS 미들웨어 개체가 대표자로 선출한다.

5.3. 개체 탐색 정보 수집 기능

네트워크 도메인 내부에서 CPS 미들웨어에서 개체 탐색을 위한 탐색정보를 수집하는

기능이다. CPS 미들웨어에서 사용하는 개체 탐색 방법인 PDP 와 EDP 를 이용하여 개체 탐색

정보들을 수집한다.

5.4. 외부 네트워크 도메인 통신 기능

여러 네트워크 도메인 간에서 CPS 미들웨어에서 개체 탐색 정보를 대표로 전달하기 위한

도메인 대표자간 데이터 통신을 수행하는 기능이다.

네트워크 간 통신을 위하여 외부 네트워크 도메인의 대표자에 대한 탐색정보를 네트워크

5


구성 단계에서 설정하고 대표자는 자신의 GUID 와 네트워크 내부에서 수집한 탐색 정보인

PDP, EDP 데이터를 외부 대표자 들에게 전송한다.

5.5. 탐색 정보 관리 기능

도메인 대표자 들이 수집한 탐색 정보를 관리한다. 내부 네트워크 도메인 내에서 수집한

탐색정보와 외부 네트워크 도메인과의 통신을 통하여 수집한 탐색정보 들의 리스트를

관리하며 외부 네트워크 도메인에서 얻은 탐색 정보들을 자신이 속한 네트워크 도메인의

참여자들에게 전달한다.

6. CPS 미들웨어 탐색을 위한 속성

이 절에서는 CPS 미들웨어 탐색을 위한 속성들을 정의하고 설명한다.

6.1 네트워크 도메인 내에서의 데이터 교환 속성

네트워크 도메인 내에서의 데이터 교환을 위하여 CPS 통신 미들웨어는 개체 탐색 시

사용하는 EDP 와 PDP 데이터를 사용하고, 네트워크 도메인 대표자를 선출하기 위한

속성값이 추가로 사용한다.

- PDP 데이터: 네트워크 도메인 내에서 PDP 를 위해 교환하는 데이터

- EDP 데이터: 네트워크 도메인 내에서 EDP 를 위해 교환하는 데이터

- Intra-Leader DomainParticipant GUID List: 네트워크 도메인 간 탐색 정보 교환을

담당하는 네트워크 도메인의 내부 대표자들의 GUID 정보

6.2 네트워크 도메인 간의 데이터 교환 속성

네트워크 도메인 간 통신을 하기 위해 대표자의 탐색 정보를 교환하기 위한 정보로 GUID

를 사용하고 대표자들은 내부 네트워크 도메인에서 수집한 PDP/EDP 데이터에 대한

리스트를 서로 교환한다.

- Inter-Leader DomainParticipant GUID List: 네트워크 도메인 간 탐색 정보 교환을

담당하는 외부 네트워크 도메인 대표자들의 GUID 정보

- PDP/EDP Data List: 네트워크 도메인 내에서 수집된 PDP 와 EDP 데이터의 집합

6


7. 다중 네트워크 도메인에서의 CPS 미들웨어 개체 탐색 절차

이 절은 다중 네트워크 도메인에서 CPS 미들웨어 개체를 탐색하는 절차에 대해 설명한다.

CPS 미들웨어의 탐색 과정은 원격 참여자를 찾는 PDP 와 실제 데이터를 송수신 하는 개체인

Endpoint 들을 찾는 EDP 과정으로 나누어진다.

7.1 네트워크 도메인 내부 의 CPS 미들웨어 개체 탐색 절차

(그림 7-1) 네트워크 도메인 내부의 CPS 미들웨어 개체 탐색 절차

내부 네트워크 도메인에서 CPS 미들웨어 개체 탐색은 다음과 같은 절차로 수행한다.

Participant 가 생성 되면, 주기적으로 PDP 데이터를 전송하는 PDP 프로토콜 과정이

수행되고 원격지의 PDP 데이터를 받은 후 데이터 전송/수신을 담당하는 Endpoint(Writer

or Reader)가 생성 되면 EDP 데이터를 교환하며 각 Endpoint 간의 위치 정보를 공유하는

7


EDP 프로토콜 과정이 수행된다. 내부 네트워크 도메인 내에서 PDP 와 EDP 데이터를 통하여

개체 탐색이 완료되면 Intra-Leader GUID 데이터를 통한 네트워크 도메인 대표자 선출

기능을 통하여 하나 이상의 대표자가 선출되어 외부 네트워크 도메인 대표자와 탐색 정보를

교환할 준비를 한다.

7.2 네트워크 도메인 외부의 CPS 미들웨어 개체 탐색 절차

(그림 7-2) 네트워크 도메인 외부의 CPS 미들웨어 개체 탐색 절차

네트워크 도메인 내부에서 선출된 하나 이상의 대표자는 PDP 와 EDP 데이터의 리스트를

네트워크 도메인간 통신 기능을 통하여 외부 네트워크 도메인 대표자들에게 전달하고

대표자들은 탐색 정보 관리 기능을 통하여 자신이 속한 내부 네트워크 참여자들에게 탐색

정보를 전달하여 다른 네트워크 도메인의 개체 정보도 확인할 수 있다.

8


표준 작성 공헌자

표준 번호 : TTAK.KO-xx.xxxx

이 표준의 제정․개정 및 발간을 위해 아래와 같이 여러분들이 공헌하였습니다.

구분 성명 위원회 및 직위 연락처 소속사

표준(과제) 제안 김용연 CPS 프로젝트그룹 위원[email protected]

ETRI

표준 초안

작성자김용연 CPS 프로젝트그룹 위원

[email protected]

ETRI

표준 초안

에디터김용연 CPS 프로젝트그룹 위원

[email protected]

ETRI

표준 초안 검토김원태 CPS 프로젝트그룹 의장

[email protected]

ETRI

외 프로젝트그룹 위원

표준안 심의박승민 기반 SW 기술위원회 의장 [email protected] ETRI

외 기술위원회 위원

사무국 담당김영화 팀장 [email protected] TTA김영재 책임 [email protected] TTA

9


다중 네트워크 도메인을 지원하는 대규모 CPS 를 개체 탐색 참조 모델

(Reference Model for Discovery of Communication Entities in

Large-scale CPS to Support Multi-Network Domains)

발행인 : 한국정보통신기술협회 회장

발행처 : 한국정보통신기술협회

463-824, 경기도 성남시 분당구 서현동 267-2Tel : 031-724-0114, Fax : 031-724-0109

발행일 : 2013.12.

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