Appropriate Synchronization Time Allocation for Distributed Heterogeneous Parallel Computing Systems

( Biruk Yirga Nidaw ),( Myeong-hoon Oh ),( Young Woo Kim ) 한국인터넷정보학회 2019 KSII Transactions on Internet and Information Syst Vol.13 No.11

Parallel computing system components should be harmonized, and this harmonization is kept existent using synchronization time. Synchronization time affects the system in two ways. First, if we have too little synchronization time, some tasks face the problem of harmonization, as they need appropriate time to update and synchronize with the system. Second, if we allocate a large amount of time, stall system created. Random allocation of synchronization time for parallel systems slows down not only the booting time of the system but also the execution time of each application involved in the system. This paper presents a simulator used to test and allocate appropriate synchronization time for distributed and parallel heterogeneous systems. The simulator creates the parallel and heterogeneous system to be evaluated, and lets the user vary the synchronization time to optimize the booting time. NS3-cGEM5 simulator in this paper is formed by HLA-RTI federation integration of the two independent architecture and network simulators - NS3 and cGEM5. Therefore, nodes created on these simulators need synchronizations for harmonized system performance. We tested and allocated the appropriate synchronization time for our sample parallel system composed of one x86 server and three ARM clients.

Design and Specification of an Election Algorithm in Mobile Ad Hoc Distributed Systems

박성훈 한국디지털콘텐츠학회 2010 한국디지털콘텐츠학회논문지 Vol.11 No.4

Specifying and designing the election algorithm in mobile ad hoc distributed systems is very difficult task. It is because mobile ad hoc systems are more prone to failures than conventional distributed systems. The aim of this paper is to propose a specification and design of the election algorithm in a specific ad hoc mobile computing environment. For this aim, we specify and design an election algorithm in this paper. In addition, we formally verify it and show that it is correct. This solution is based on the nodes detection algorithm that is a classical one for synchronous distributed systems.

단일 링크 머니퓰레이터들에 대한 위치 동기화 제어

송기원(Ki-Won Song) 大韓電子工學會 2011 電子工學會論文誌-SC (System and control) Vol.48 No.3

다중 구동기로 이루어진 실시간 분산제어시스템으로 전기자동차, 다중 로봇시스템 등을 들 수 있다. 이러한 시스템들에는 여러 개의 프로세서가 필수적으로 요구된다. 시스템 구성요소별로 프로세서를 내장한 제어 기기에는 모듈화, 소형화, 저전력화 및 상호운용가능성과 내고장성이 요구되며, 이를 위해서 제어시스템이 네트워크기반 실시간 분산제어시스템의 형태로 구현될 필요가 있다. 네트워크기반 실시간 분산제어시스템 구현 시 각 구동부간 동기화 문제에 의해 고속, 고정밀 및 고신뢰성을 갖는 것이 어렵다. 동기화 문제의 원인으로는 부하변동, 구동부간 동특성 불일치 및 구동부 제어기기간의 통신에 따른 시간지연을 들 수 있다. 본 연구에서는 연결 부하가 서로 다른 경우와 연결부하 뿐만 아니라 구동 모터의 동역학적 특성도 다른 경우의 단일 링크 머니퓰레이터에 대하여 외란관측기와 칼만 필터를 이용한 동기화 제어법과 목표치와 실측치 및 실측치들 사이의 에러 벡터의 노름에 대한 스칼라 함수를 정의하고 이 함수의 기울기 벡터를 최소화시키는 목표궤적을 이용한 동기화제어법을 제시하고 실험을 통하여 그 유용성을 확인한다. Electric vehicles and robots are real-time distributed control systems composed of multiple drive subsystems using micro controller units. Each control subsystem should be modular, compact, power saving, interoperable and fault tolerable in order to be incorporated into the networked real-time distributed control system. Under the networked real-time distributed control the synchronization problem can be occurred to the position and orientation tracking control due to the load variance, mismatch and time delay between the multiple drive subsystems. This paper suggests two types of position synchronization control of the single link manipulators. One of them is composed of cross controller, Kalman filter and disturbance observer, and the other uses the generation of target trajectories to minimize the gradient vector of the scalar function which is composed of the sum of square errors between the reference input vector and the output vectors. The availability of the proposed control schemes is shown through the control experiments.

A Message Efficient Group Membership Algorithm in Distributed Systems

Sung-Hoon Park 중소기업융합학회 2015 중소기업융합학회 국제학술대회논문집 Vol.2 No.1

The Group membership paradigm can be used as a building block in many practical problems such as group communication, atomic commit and replicated data management where a group membership protocol might be useful. The problem has been widely studied in the research community since one reason for this wide interest is that many distributed protocols need a Group membership protocol. In this paper, we describe a solution to the Group membership problem in distributed computing systems.

Distributed Security Control for Complex Cyber-physical Systems Against Denial-of-service Attacks

Xiaojie Huang,Da-Wei Ding,Zhiqiang Li,Cuijuan An 제어·로봇·시스템학회 2022 International Journal of Control, Automation, and Vol.20 No.2

This paper investigates the problem of distributed security control for complex cyber-physical systems against denial-of-service (DoS) attacks. A distributed security controller with interconnected control nodes is proposed on the basis of piecewise Lyapunov functions. The bounds of attack frequency and attack duration are explicitly calculated to achieve security synchronization. Meanwhile, an event-based data update strategy is proposed to resist the negative influence of DoS attacks on data transmission. Finally, a simulation example is given to verify the effectiveness of the proposed method.

CDR을 사용한 FPGA 기반 분산 임베디드 시스템의 클록 동기화 구현

송재민,정용배,박영석,Song, Jae-Min,Jung, Yong-Bae,Park, Young-Seak 대한임베디드공학회 2017 대한임베디드공학회논문지 Vol.12 No.4

Time synchronization between distributed embedded systems in the Real Time Locating System (RTLS) based on Time Difference of Arrival (TDOA) is one of the most important factors to consider in system design. Clock jitter error between each system causes many difficulties in maintaining such a time synchronization. In this paper, we implemented a system to synchronize clocks between FPGA based distributed embedded systems using the recovery clock of CDR (clock data recovery) used in high speed serial communication to solve the clock jitter error problem. It is experimentally confirmed that the cumulative time error that occurs when the synchronization is not performed through the synchronization logic using the CDR recovery clock can be completely eliminated.

분산 제어 시스템을 위한 EtherCAT 시계 동기화의 성능 평가

김웅기(Woonggy Kim),성민영(Minyoung Sung) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集A Vol.38 No.7

EtherCAT의 시계 동기화 기법인 DC(Distributed Clock)는 실시간 분산 제어 시스템에서 고도로 동기화된 기능의 설계를 가능하게 한다. 본 논문은 실제 자동화 시스템에서의 광범위한 실험을 통해 EtherCAT DC 기법의 성능을 평가한다. Xenomai와 IgH EtherCAT 스택을 이용하여 EtherCAT 제어 시스템을 구축하고, 네트워크 내의 노드 간 시계 편차를 분석한다. 실험 결과, 동기 시계의 정확도는 슬레이브 장치의 개수, 드리프트 보정의 주기, 시스템 기준 시계의 종류 등 많은 요소에 의해 영향을 받음을 알 수 있었다. 특히, 시스템 기준 시계의 종류에 따라 마스터 장치의 동작이 근본적으로 상이하며 매우 다른 성능 특성을 초래하므로, 기준 시계의 선택은 신중히 이루어져야 함을 알 수 있었다. Support for the precise time synchronization of EtherCAT, known as distributed clock (DC), enables the design of highly synchronized operations in distributed real-time systems. This study evaluates the performance of the EtherCAT DC through extensive experiments in a real automation system. We constructed an EtherCAT control system using Xenomai and IgH EtherCAT stack, and analyzed the clock deviation for different devices in the network. The results of the evaluation revealed that the accuracy of the synchronized clock is affected by several factors such as the number of slave devices, period of drift compensation, and type of system time base. In particular, we found that careful decision regarding the system time base is required because it has a fundamental effect on the master operation, which results in significantly different performance characteristics.

마이크로터빈발전시스템 독립운전을 위한 동적 모델링

조재훈(Jea-Hoon Cho),홍원표(Won-Pyo Hong) 한국조명·전기설비학회 2009 조명·전기설비학회논문지 Vol.23 No.12

마이크로그리드는 전력시스템의 계획 및 실시간 운영에 있어서 매우 큰 영향을 미치며 중요한 역할을 할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 빌딩의 마이크로그이드의 중요한 마이크로소오스인 마이크로터빈 발전시스템의 Matlab/Simulink 모델과 전압-주파수제어기를 개발하였다. 또한 부하에 독립적으로 전원을 공급하기 위한 전력시스템을 구성, 모의를 통하여 MTG시스템의 특성을 분석하였다. Distributed Generation (DG) is predicted to play a important role in electric power system in the near future. insertion of DG system into existing distribution network has great impact on real-time system operation and planning. It is widely accepted that micro turbine generation (MTG) systems are currently attracting lot of attention to meet customers need in the distributed power generation market. In order to investigate the performance of MT generation systems, their efficient modeling is required. This paper presents the modeling and simulation of a MT generation system suitable for stand-alone operation. The system comprises of a permanent magnet synchronous generator driven by a MT. A brief description of the overall system is given, and mathematical models for the MT and permanent magnet synchronous generator are presented. Also, the use of power electronics in conditioning the power output of the generating system is demonstrated. Simulation studies with MATLAB/Simulink have been carried out in stand-alone operation mode of a DG system.

A Mutual Exclusion Algorithm in Asynchronous Distributed System with Failure Detectors

박성훈(Park, Sung-Hoon) 한국산학기술학회 2013 한국산학기술학회논문지 Vol.14 No.5

본 논문에서는 토큰과 고장추적 장치를 이용한 상호배제 알고리즘을 비동기적인 분산시스템 환경에서 설계 하고 분석하고자 한다. 고장추적 장치란 독립된 프로그램으로 다른 프로세스의 크래시 여부를 알려주는 기능을 한다. 이러한 고장추적 장치를 이용하여 토큰기반 ME 알고리즘을 재 작성하는 경우 많은 유익함이 있다. 기존에 동기적인 분산 시스템에서 제안 되었던 토큰기반의 상호배제 (Mutual Exclusion)은 고장 추적 장치를 이용하여 재설계 되는 경 우 전통적인 토큰기반 상호배제 알고리즘 보다 훨씬 효율적으로 구현 될 수 있음을 보인다. In this paper, we design and analyze a mutual exclusion algorithm, based on the Token and Failure detector, in asynchronous distributed systems. A Failure Detector is an independent module that detects and reports crashes of other processes. There are some of advantages in rewriting the Token-based ME algorithm using a Failure Detector. We show that the Token-based ME algorithm, when using Failure Detector, is more effectively implemented than the classic Token-based ME algorithm for synchronous distributed systems.

이동 분산 시스템에서 상호배제 알고리즘의 설계

박성훈 한국콘텐츠학회 2006 한국콘텐츠학회논문지 Vol.6 No.12

상호배제 패러다임은 그룹통신, 원자적 커밋먼트 프로토콜이나 복제 데이터 관리 등의 하나의 객체에 대한 독점적인 이용이 필요한 실질적인 문제들의 해결방안을 위한 기본적인 수단으로 이용 될 수 있다. 이러한 문제는 그 동안 광범위하게 연구자들에게 연구되어 왔던 바, 그 이유는 많은 분산 프로토콜들이 상호배제 프로토콜을 필요로 하기 때문이다. 그러나 이러한 유용성에도 불구하고 아직까지 이동 컴퓨팅 환경에서 이러한 문제를 다룬 적은 별로 없었다. 본 논문에서는 이동 컴퓨팅 시스템 하에서 상호배제의 문제를 기술코자 한다. 본 논문에서 제시하는 해결방안은 토큰 기반의 알고리즘에 기반을 두게 된다. The mutual exclusion (MX) paradigm can be used as a building block in many practical problems such as group communication, atomic commitment and replicated data management where the exclusive use of an object might be useful.The problem has been widely studied in the research community since one reason for this wide interest is that many distributed protocols need a mutual exclusion protocol. However, despite its usefulness, to our knowledge there is no work that has been devoted to this problem in a mobile computing environment. In this paper, we describe a solution to the mutual exclusion problem from mobile computing systems. This solution is based on the token-based mutual exclusion algorithm.