PDDS: Scalable Sensor Data Distribution for Cyber-Physical Systems Using GPGPUs

Kang, Woochul,Kim, Jibum IEEE 2018 IEEE Internet of things journal Vol.5 No.3

<P>In many cyber-physical systems (CPS), one of the primary challenges is how to disseminate many sensor streams to collaborating entities in a timely, reliable, and scalable manner. However, in CPS, communication and related computation is often unstable and constitutes a serial bottleneck when multiple sensor streams need to be distributed. In this paper, we propose a novel publish-subscribe middleware architecture, called parallel data distribution service (PDDS), to address this problem. To bypass this serial bottleneck effectively, PDDS exploits state-space models for sensor streams both at a publisher and its subscribers. These models are used to estimate true states of monitored physical processes without actual communication. This approach not only reduces the communication overhead significantly, but also provides the tolerance against potential delays and instability in communication. Further, with the model-based methods, many sensor streams can be accessed in parallel since sensor streams can bypass a serial bottleneck, such as network stacks. At the middleware layer, PDDS processes the model-related computation, such as the state estimation, in parallel using modern embedded general-purpose computing on graphics processing units, enabling highly scalable and energy-efficient processing of massive sensor streams. The proposed approach is implemented in a data distribution service middleware using CUDA. Our evaluation results show that the proposed approach can achieve significant energy savings and much higher scalability compared to baseline approaches.</P>

qPALS: Quality-Aware Synchrony Protocol for Distributed Real-Time Systems

( Woochul Kang ),( Lui Sha ) 한국인터넷정보학회 2014 KSII Transactions on Internet and Information Syst Vol.8 No.10

Synchronous computing models provided by real-time synchrony protocols, such as TTA [1] and PALS [2], greatly simplify the design, implementation, and verification of real-time distributed systems. However, their application to real systems has been limited since their assumptions on underlying systems are hard to satisfy. In particular, most previous real-time synchrony protocols hypothesize the existence of underlying fault tolerant real-time networks. This, however, might not be true in most soft real-time applications. In this paper, we propose a practical approach to a synchrony protocol, called Quality-Aware PALS (qPALS), which provides the benefits of a synchronous computing model in environments where no fault-tolerant real-time network is available. qPALS supports two flexible global synchronization protocols: one tailored for the performance and the other for the correctness of synchronization. Hence, applications can make a negotiation flexibly between performance and correctness. In qPALS, the Quality-of-Service (QoS) on synchronization and consistency is specified in a probabilistic manner, and the specified QoS is supported under dynamic and unpredictable network environments via a control-theoretic approach. Our simulation results show that qPALS supports highly reliable synchronization for critical events while still supporting the efficiency and performance even when the underlying network is not stable.

위성영상을 활용한 하천환경 평가 세구간 설정

강우철(Woochul Kang),최훈(Hun Choe),장은경(Eun-kyung Jang),고동우(Dongwoo Ko),강준구(Joongu Kang),여홍구(Hongkoo Yeo) 응용생태공학회 2021 Ecology and resilient infrastructure Vol.8 No.4

본 연구에서는 하천환경 평가체계에서 가장 우선적으로 이루어지는 하천 유형화 및 세구간 설정 작업을 위해 위성영상의 활용방안을 검토하였다. 국내 하천 환경 평가체계의 경우 하천 유형화 결과에 따라 저수로 폭의 10배 또는 20배를 기준으로 평가 세구간을 설정하기를 제안한다. 연구수행을 위해 청미천 본류를 대상으로 하천 관련 기본자료들을 이용하여 하천 유형화 작업을 수행하였으며, 이후 위성영상에 최적분류법을 적용하여 토지피복분류를 수행하였다. 위성영상의 경우 10 m 해상도의 개방형 자료인 Sentiel-2를 이용하였으며, 다양한 유량 조건을 고려하기위해 총 4개의 위성영상자료를 이용하였다: 2018년 2월 2일 (일유량 = 2.39 m³/s), 5월 23일 (일유량 = 15.51 m³/s), 6월 2일 (일유량 = 3.88 m³/s), 7월 7일 (일유량 = 33.61 m³/s). 토지피복분류 결과로부터 저수로 폭을 획득하였으며, 결과를 통해 하천환경평가를 위한 세구간을 설정하였다. 세구간 설정 결과는 하천 환경 물리적 지표 중 소의 다양성, 사행도, 하천횡단 형상, 하천횡단구조물에 대한 평가를 통해 검토되었다. 본 연구를 통해 하천환경 평가시스템을 위한 세구간 설정에 위성영상을 활용하는 경우 유량 조건에 대한 충분한 고려가 필요할 것으로 판단된다. This study examines the use of satellite images for river classification and determination of stream reach, which is the first priority in the river environment assessment system. In the river environment assessment system used in South Korea, it is proposed to set a stream reach by using 10 or 25 times the width of the river based on the result of river classification. First, river classification for the main stream section of Cheongmi stream was performed using various river-related data. The maximum likelihood method was applied for land cover classification. In this study, Sentinel-2 satellite imagery, which is an open data technology with a resolution of 10 m, was used. A total of four satellite images from 2018 was used to consider various flow conditions: February 2 (daily discharge = 2.39 m³/s), May 23 (daily discharge = 15.51 m³/s), June 2 (daily discharge = 3.88 m³/s), and July 7 (daily discharge = 33.61 m³/s). The river widths were estimated from the result of land cover classification to determine stream reach. The results of the assessment reach classification were evaluated using indicators of stream physical environments, including pool diversity, channel sinuosity, and river crossing shape and structure. It is concluded that appropriate flow conditions need to be considered when using satellite images to set up assessment segments for the river environment assessment system.

편재형 컴퓨팅을 위한 Qplus-P 실시간 임베디드 운영체제

강우철(Woochul Kang),정영준(Youngjun Jung),손동환(Donghwan Son),김가규(Gaggu Kim),윤희철(Heechul Yun),이형석(Hyungsuk Lee) 한국정보과학회 2004 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.31 No.1A

프로세서, 센서등의 소형화와 저가격화는 어느 곳에서나 유무선 네트웍과 연결되는 편재형 디바이스들의 출연을 가능하게 했다. 이러한 디바이스들은 점점 많은 기능을 가지고 인텔리전트한 기능을 제공하고 있다. 그러나 기존의 상용 RTOS 는 특정 제품에의 의존도가 높고, 멀티미디어 응용과 같은 새로운 편재환경에의 요구 사항을 지원하고 있지 않으므로 이러한 환경변화에 적응하는 것이 어렵다. 따라서 소형의 휴대 정보 단말에서부터 홈서버에이르기까지 다양한 종류의 편재형 기기에 사용될 수 있는 확장성과 풍부한 기능을 갖춘 표준 실시간 OS의 개발이 필요하다. Qplus-P는 이와같은 편재형 컴퓨팅을 지원하기 위한 실시간 소프트웨어 플랫폼이다. 이에는 실시간 운영체제 커널, 라이브러리 및 응용, 사용자 개발 도구가 포함된다. 특히 커널은 확장 가능한 구조를 채택하여 다양한 내장형 기기에 적용 가능한 이식성을 지원하며, 사용자 개발 도구는 특정 내장형 기기에서의 OS의 이식을 지원하는 개발 도구로 편리한 사용자 인터페이스를 제공한다.

신탁기금을 활용한 대북 기술협력: UN과 세계은행 사례를 중심으로

강우철 ( Woochul Kang ) 숭실대학교 숭실평화통일연구원 2023 평화통일논총 Vol.2 No.1

본 논문은 북한개발협력을 위한 신탁기금의 기술협력 활용 방안을 모색하는 데 그 목적이 있다. 신탁기금은 대상 지역, 사업 목적, 지원 분야를 다양하게 설정할 수 있다는 장점이 있으며, 개발재원의 조달뿐만 아니라 공여자 파트너십 강화에도 유용한 협력 방식으로 주목받고 있다. 국제사회의 대북제재가 지속되는 상황에서, 이러한 국제기구의 기술협력은 북한의 역량강화(capacity building)에도 기여할 수 있을 것이다. 이에 본 고에서는 대표적인 신탁관리자인 UN과 세계은행 신탁기금의 기술협력 사례를 분석하여 북한개발협력에 활용할 수 있는 신탁관리자의 비교 우위, 지원 대상, 지원 분야를 제시하였다. 신탁기금은 과거 대북지원의 문제점으로 지적된 ‘단기적이고 일시적인 인도적 지원 중심’, ‘정치적 상황에 따른 급변’을 극복할 수 있는 대안이 될 것으로 사료된다. This paper aims to clarify how by using the technical assistance of trust funds, development cooperation with North Korea can be achieved. Trust funds support a wide range of regions and sectors and are considered an effective cooperation scheme not only in providing finance for development but also in enhancing partnership. Multilateral cooperation would contribute to North Korea’s capacity building under the current conditions of international sanction. Based on a case study from the UN and the World Bank, the two representative pillars of trust fund trustees, this paper presents the comparative advantages of using trustees for financing different sectors and targets for development cooperation with North Korea. Trust funds can be a viable alternative to overcome the limitations of past methods, such as temporary and short-term humanitarian assistance, in achieving development cooperation with North Korea.

일본 공적개발원조 정책의 변화

강우철(Woochul Kang) 국제개발협력학회 2011 국제개발협력연구 Vol.4 No.2

본 연구는, 일본 ODA정책을 둘러싼 국내외 환경과 이해관계자의 의견이 정책개혁 과정에 어떻게 반영되어, 원조이념이 정책문서에 규정되었는지를 고찰하려 한다. 이를 바탕으로 일본 ODA정책개혁 과정이 한국에 시사하는 점을 모색하고자 한다. 분석 대상은 ODA중기목표, 구 ODA대강(大綱), 신ODA대강(大綱), 민주당 정권교체 이후의 정책을 중심으로 논의를 전개하였다. 그리고, 국제개발협력정책에 대한 이해관계자를 국민여론, 시민사회, 재계로 구분하였다. 일본의 원조이념은 “인도주의”와 “상호의존관계”를 기반으로,자조노력, 굿거버넌스, 평화구축 등 새로운 개념이 추가 되었으나,정책개혁과정을 거듭하며 공여국의 입장이 강화되는 경향을 보이고 있다. 이러한 원조이념의 변화의 과정 가운데, 국내이해관계자의 정책제언이 반영되는 제도적 기반은 점차 확충되었음에도 불구하고, 재계를 제외한 이해관계자의 정책제언은 실질적으로 정책문서에 반영되지 않았다. 다양한 이해관계자의 정책제언과 의견을 반영하여, 국제개발협력정책을 추진하기 위해 정책형성단계부터 이해관계자의 정책제언을 반영할 수 있는 제도적 기반 확충,국민여론조사 실시, 정책 투명성 확보, 정책홍보가 필요하다 This study intended to examine how the environment and opinions of the stakeholders surrounding ODA policies of Japan are reflected on the process of reforming policies, and whether the objective of development aid is prescribed in a policy statement. Based on this, this study also tried to explore what the process of ODA policy reformation indicated to Korea. Analysis was mainly focused on ODA mid-term objectives, the old ODA Charter, the new ODA Charter, and policies after a change of regime to the Democratic Party of Japan. And, stakeholders about the international development and cooperation policies were classified into public opinions, civil societies, and a private sector. New concepts such as self-help efforts, good governance, and peace building were added to the objective of development aid of Japan, based on the “humanitarianism” and “interdependence”. However, standpoints of donor countries have been emphasized lately, as the process of reforming policies continues. In the midst of such a change of the objective of development aid, even though a systemic basis which reflects proposals of the domestic stakeholders has been gradually expanded, proposals of the stakeholders except the private sector have not been virtually reflected on policy statements. To promote international development and cooperation policies by reflecting proposals and opinions of various stakeholders, expansion of a systemic basis that can reflect proposals of stakeholders from the stage of forming a policy, execution of a national survey of public opinion, securing transparency of policies, and their promotion are required

네트워크 통합형 의료기기를 위한 안전한 상호작용 패턴과 구조적 안전성 검사

강우철(Woochul Kang) 한국정보과학회 2014 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.20 No.10

통신기능과 상호연동가능성을 통해 의료기기들을 통합 제어함으로써 의료서비스의 효율과 환자의 안전성을 높이려는 요구가 증가하고 있다. 그러나, 네트워크와 제어컴퓨터를 통한 의료기기의 통합이 체계적이지 못할 경우 시스템의 복잡도를 크게 높이게 되며, 이는 안전사고의 위험성을 높일 가능성이 있다. 본 논문에서는 의료기기간의 안전한 상호작용 형태를 패턴으로 분류하였으며, 이를 이용하여 네트워크 통합형 의료기기의 제어 구조를 계층적으로 설계하고 안전성을 검사하는 방법을 제시한다. 제안된 기법은 Architecture Analysis and Description Language (AADL)의 플러그인으로써 구현되었다. AADL환경에서 의료기기들을 가상으로 통합하고, 이들의 구조적인 안전성 여부를 검사할 수 있게 함으로써, 실제 개발에 앞서 안전성을 검증할 수 있게 된다. There are growing demands for improving the patient safety and the effectiveness of medical services through device connectivity and interoperability. However, integration through networking might greatly increase the complexity of the system if it is not properly designed, jeopar dizing patient safety. In this paper, we codify safe medical device interaction patterns, and exploit them for the low complexity design and safety analysis of networked supervisory medical systems. We implement the proposed approach as a plug in of Architecture Analysis and Description Language (AADL). Our implementation enables the modeling and safety analysis of medical devices and their interactions before actual development.

높은 정도의 재설정을 요구하는 임베디드 소프트웨어를 위한 도구의 지원

강우철(Woochul Kang),윤희철(Heechul Yun),김가규(Gaggu Kim),이형석(Hyungsuk Lee),김선자(Sunja Kim) 한국정보과학회 2003 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.30 No.2Ⅲ

임베디드 소프트웨어가 점점 더 복잡해지고, 시장화시간(time-to-market)은 점점 짧아 짐으로써 임베디드 소프트웨어 디자이너들은 세부적으로 모듈화 되고 재설정 가능한 소프트웨어를 작성하도록 요구된다. 그러나 이렇게 재설정 가능한 모듈과 컴포넌트들이 급속히 늘어남에 따라 많은 모듈과 컴포넌트들을 설정하고 관리하는 것은 매우 복잡한 작업이 되고 있다. 특히, 모듈이나 컴포넌트간에 의존성이 있는 경우 이를 적절히 기술하고 체크 할 수 있는 방법이 요구된다. 본 논문은 재설정 가능한 모듈과 컴포넌트가 수작업으로 관리하기 어렵도록 높은 수준일 때 간단한 툴인 Target Builder을 이용해 이들간의 관계를 기술하고 관리하는 방법을 제시한다. 비록, 이 툴은 간단한 수준의 기능만을 제공하지만, 실제 개발 현장에 적용한 결과 높은 정도의 재설정을 요구하는 소프트웨어 시스템의 관리에 매우 적합하며, 기존의 소프트웨어 시스템에도 쉽게 적용될 수 있었다.

Co Ion-implanted GaN and its Magnetic Properties

Woochul Kim,Hee Jae Kang,Suk Keun Oh,Sang Won Shin,Jong Han Lee,Jong Han Song,Sam Kyu Noh,Sang Jun Oh,Sam Jin Kim,Chul Sung Kim 한국자기학회 2006 Journal of Magnetics Vol.11 No.1

2-㎛ thick GaN epilayer was prepared, and 80 KeV Co? ions with a dose of 3 × 1016 ㎝<SUP>?2</SUP> were implanted into GaN at 350 ℃. The implanted samples were post annealed at 700 ℃. We have investigated the magnetic and structural properties of Co ion-implanted GaN by various measurements. HRXRD results did not show any peaks associated with second phase formation and only the diffraction from the GaN layer and substrate structure were observed. SIMS profiles of Co implanted into GaN before and after annealing at 700 ℃ have shown a projected range of ~390 A with 7.4% concentration and that there is little movement in Co. AFM measurement shows the form of surface craters for 700 ℃-annealed samples. The magnetization curve and temperature dependence of magnetization taken in zero-field-cooling (ZFC) and field-cooling (FC) conditions showed the features of superparamagnetic system in film. XPS measurement showed the metallic Co 2p core levels spectra for 700 ℃-annealed samples. From this, it could be explained that magnetic property of our films originated from Co magnetic clusters.

Allopurinol modulates reactive oxygen species generation and Ca²⁺ overload in ischemia-reperfused heart and hypoxia-reoxygenated cardiomyocytes

Kang, Seok-Min,Lim, Soyeon,Song, Heesang,Chang, Woochul,Lee, Sunju,Bae, Sang-mee,Chung, Ji Hyung,Lee, Hakbae,Kim, Ho-Gyoung,Yoon, Deok-Hyo,Kim, Tae Woong,Jang, Yangsoo,Sung, Jae-Mo,Chung, Nam-Sik,Hwan Elsevier 2006 european journal of pharmacology Vol.535 No.1

<P><B>Abstract</B></P><P>Myocardial oxidative stress and Ca<SUP>2+</SUP> overload induced by ischemia-reperfusion may be involved in the development and progression of myocardial dysfunction in heart failure. Xanthine oxidase, which is capable of producing reactive oxygen species, is considered as a culprit regarding ischemia-reperfusion injury of cardiomyocytes. Even though inhibition of xanthine oxidase by allopurinol in failing hearts improves cardiac performance, the regulatory mechanisms are not known in detail. We therefore hypothesized that allopurinol may prevent the xanthine oxidase-induced reactive oxygen species production and Ca<SUP>2+</SUP> overload, leading to decreased calcium-responsive signaling in myocardial dysfunction. Allopurinol reversed the increased xanthine oxidase activity in ischemia-reperfusion injury of neonatal rat hearts. Hypoxia-reoxygenation injury, which simulates ischemia-reperfusion injury, of neonatal rat cardiomyocytes resulted in activation of xanthine oxidase relative to that of the control, indicating that intracellular xanthine oxidase exists in neonatal rat cardiomyocytes and that hypoxia-reoxygenation induces xanthine oxidase activity. Allopurinol (10 μM) treatment suppressed xanthine oxidase activity induced by hypoxia-reoxygenation injury and the production of reactive oxygen species. Allopurinol also decreased the concentration of intracellular Ca<SUP>2+</SUP> increased by enhanced xanthine oxidase activity. Enhanced xanthine oxidase activity resulted in decreased expression of protein kinase C and sarcoendoplasmic reticulum calcium ATPase and increased the phosphorylation of extracellular signal-regulated protein kinase and p38 kinase. Xanthine oxidase activity was increased in both ischemia-reperfusion-injured rat hearts and hypoxia-reoxygenation-injured cardiomyocytes, leading to reactive oxygen species production and intracellular Ca<SUP>2+</SUP> overload through mechanisms involving p38 kinase and extracellular signal-regulated protein kinase (ERK) via sarcoendoplasmic reticulum calcium ATPase (SERCA) and protein kinase C (PKC). Xanthine oxidase inhibition with allopurinol modulates reactive oxygen species production and intracellular Ca<SUP>2+</SUP> overload in hypoxia-reoxygenation-injured neonatal rat cardiomyocytes.</P>