Checkpoint Placement for Multiple Real-time Periodic Tasks with Hard Deadlines

郭成祐(Seong Woo Kwak) 대한전기학회 2004 전기학회논문지 D Vol.53 No.8

성능 함수를 고려한 실시간 제어 태스크에서의 최적 체크 포인터 구간 선정

郭成祐(Seong-Woo Kwak),鄭容朱(Young-Joo Jung) 대한전기학회 2008 전기학회논문지 Vol.57 No.5

In this paper, a novel method to determine the optimal checkpoint interval for real-time control task is proposed considering its performance degradation according to tasks's execution time. The control task in this paper has a specific sampling period shorter than its deadline. Control performance is degraded as the control task execution time is prolonged across the sampling period and eventually zero when reached to the deadline. A new performance index is defined to represent the performance variation due to the extension of task execution time accompanying rollback fault recovery. The procedure to find the optimal checkpoint interval is addressed and several simulation examples are presented.

멀티 태스크를 가진 실시간 시스템에서 체크포인트를 이용한 과도고장 극복

곽성우(Seong Woo Kwak),양정민(Jung-Min Yang) 한국지능시스템학회 2010 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.20 No.2

본 논문에서는 주기적 멀티 태스크를 가진 실시간 시스템에 대한 최적의 체크포인트 삽입 방법을 제안한다. 실시간 태스크들은 Rate Monotonic 알고리듬으로 스케줄링되며 과도 고장에 의해 영향을 받는다. 제안하는 기법은 고장 환경 하에서 태스크들이 성공적으로 수행 완료될 확률을 최대화하는 체크포인트 구간 길이를 결정하는 것이다. 본 논문에서는 특히 각 태스크의 데드라인이 주기보다 큰 일반적인 경우를 다룬다. 데드라인이 주기보다 작거나 같은 특수한 상황에 비해서 RM 알고리듬의 스케줄링 가능성을 테스트하는 방법과 태스크들의 수행 성공 확률식은 더 복잡하게 유도된다. 사례 연구를 통해서 제안된 기법의 적용가능성을 입증한다.

확률 최적화를 이용한 비선점형 Rate Monotonic 스케줄링의 체크포인트 구간 결정

곽성우(Seong Woo Kwak),양정민(Jung-Min Yang) 한국지능시스템학회 2011 한국지능시스템학회논문지 Vol.21 No.1

체크포인트 기법은 실시간 시스템의 내고장성을 구현하는 대표적인 방법이다. 본 논문에서는 확률 최적화를 이용하여 체크 포인트 구간을 결정하는 기법을 제시한다. 본 논문에서 다루는 실시간 시스템은 멀티 태스크(multi-task)들로 구성되며 Poisson 분포를 가지는 과도 고장이 발생한다. 또 멀티 태스크들은 비선점형 Rate Monotonic 알고리듬으로 스케줄링된다. 이번 연구에서는 멀티 태스크들의 수행 성공 확률을 체크포인트 삽입 개수로 표현하는 최적화 문제를 설정하고 이 확률값을 최대로 만드는 체크포인트 개수와 구간 길이를 구한다. 제안된 확률 계산 과정은 체크포인트 재수행 횟수에 대한 비선점형 RM 알고리듬의 스케줄링 가능성을 판별하는 방법도 포함한다. 사례 연구를 통해서 제안된 기법의 적용가능성을 입증한다. Checkpointing is one of common methods of realizing fault-tolerance for real-time systems. This paper presents a scheme to determine checkpoint intervals using probabilistic optimization. The considered real-time systems comprises multiple tasks in which transient faults can happen with a Poisson distribution. Also, multi-tasks are scheduled by the non-preemptive Rate Monotonic (RM) algorithm. In this paper, we present an optimization problem where the probability of task completion is described by checkpoint numbers. The solution to this problem is the optimal set of checkpoint numbers and intervals that maximize the probability. The probability computation includes schedulability test for the non-preemptive RM algorithm with respect to given numbers of checkpoint re-execution. A case study is given to show the applicability of the proposed scheme.

소프트 데드라인을 가지는 실시간 태스크에서의 체크포인터 삽입 방법

곽성우(Seong-Woo Kwak),양정민(Jung-Min Yang) 한국지능시스템학회 2011 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.21 No.1

본 논문에서는 주기보다 긴 데드라인을 가지는 실시간 태스크에 대한 체크포인트 배치 기법을 제안한다. 과도고장의 영향을 받는 실시간 시스템에서 멀티 태스크들은 Rate Monotonic 알고리듬으로 스케줄링된다. 제안하는 기법은 고장 환경 하에서 멀티 태스크가 성공적으로 수행 완료될 확률을 최대화하는 체크포인트 구간 길이를 결정하는 것이다. 데드라인이 주기보다 긴 경우 RM 알고리듬의 스케줄링 가능성을 테스트하는 방법과 멀티 태스크의 수행 성공 확률 식은 데드라인이 주기와 동일한 경우보다 더 복잡하게 유도된다. 사례 연구를 통해서 제안된 기법의 적용가능성을 입증한다.

우주용 중복구조 링 카운터를 위한 고장 진단 및 자가 복구 시스템

곽성우(Seong Woo Kwak),양정민(Jung-Min Yang) 대한전기학회 2013 전기학회논문지 Vol.62 No.1

This paper proposes a novel scheme of fault detection and self-recovery for space-borne dual ring counters subject to transient faults. The considered ring counter is equipped with hardware redundancy, but it has a limited output domain where direct access to the current state is unavailable. We employ the theory of corrective control to detect any transient fault occurring to the counter bits and to realize immediate self-recovery of the ring counter back to the normal state. The structure of the fault-tolerant controller is designed to be minimal regardless of the counter size. To validate the applicability, we implement the proposed system on a commercial FGPA board.

핸드피스용 BLDC 모터 속도 제어시스템의 설계

곽성우(Seong Woo Kwak),양정민(Jung Min Yang) 한국전자통신학회 2016 한국전자통신학회 논문지 Vol.11 No.6

본 논문에서는 미용 목적의 핸드피스에 사용가능한 BLDC 모터의 속도 제어 시스템을 구현한다. 저비용개발을 위해 모터 내부의 홀 센서 값을 속도 제어에 이용하였다. 모터 전원 회로와 드라이버 회로는 가정용 220V 전원을 입력으로 사용하도록 설계하였으며 별도의 다른 전원은 필요로 하지 않는다. 핸드피스 작업 시 발생하는 부하 변동에 따른 급속한 속도 증가를 방지하기 위해 별도의 과속 방지 제어기를 탑재하였다. 개발된 제어 시스템은 5,000∼30,000 RPM 구간에서 운용 가능하다. 본 연구에서 개발된 핸드피스 모듈에서 부하변동이 있음에도 불구하고 모터의 속도가 일정하게 유지됨을 실험으로 입증한다. In this paper, we develope a speed control system of a BLDC motor for handpieces used in beauty applications. To reduce implementation cost, the control system utilizes hall sensors embedded in BLDC motors for speed estimation. The developed power module of a motor uses only 220V home voltage, so that the control system does not need any other power sources. An over-speed limit controller is also developed to slow down a motor when the speed goes up rapidly for a moment upon some heavy load is removed. The control system is designed to operate a handpiece with speed in the range of 5,000∼30,000 RPM. Experiment results show the validity of the developed system, which maintains the speed of a motor steady even though a load is varied.

이중화 구조를 이용한 비동기 디지털 시스템의 방사선 고장 극복

곽성우(Seong Woo Kwak),양정민(Jung-Min Yang) 제어로봇시스템학회 2014 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.20 No.6

Asynchronous digital circuits working in military and space environments are often subject to the adverse effects of radiation faults. In this paper, we propose a new hardening technique against radiation faults. The considered digital system has the structure of DMR (Double Modular Redundancy), in which two sub-systems conduct the same work simultaneously. Based on the output feedback, the proposed scheme diagnoses occurrences of radiation faults and realizes immediate recovery to the normal behavior by overriding parts of memory bits of the faulty sub-system. As a case study, the proposed control scheme is applied to an asynchronous dual ring counter implemented in VHDL code.

삼중구조 실시간 시스템에서 태스크의 최적 체크 포인트 구간 결정

곽성우(Seong Woo Kwak),양정민(Jung-Min Yang) 한국지능시스템학회 2021 한국지능시스템학회논문지 Vol.31 No.2

여분의 프로세서를 두 개 더 가지는 삼중구조 시스템은 하나의 프로세서에서 고장이 발생하더라도 주어진 임무를 수행할 수 있다. 본 연구에서는 삼중구조 시스템에 체크포인트 기법을 도입하여 고장을 탐지하고 복구하는 새로운 고장 극복 방법을 제안한다. 제안된 방법에서는 한 프로세서에 고장이 발생하면 고장 탐지와 동시에 세 프로세서의 상태를 동기화하여 고장을 복구하도록 한다. 두 개 이상 프로세서에서 고장이 발생하면 시스템이 직전 체크포인트로 회귀하여 태스크를 재실행함으로써 고장을 복구한다. 본 논문에서는 태스크가 데드라인(deadline) 이내에서 성공적으로 수행될 확률을 최대화하는 체크포인트 구간의 선정 방법을 제안한다. 제안된 방식을 탑재한 삼중구조 시스템에 대한 마코프 체인 모델을 개발하고 실시간 태스크가 데드라인이내에 수행을 끝내는 확률을 도출한다. 모의실험을 통하여 최적의 체크포인트 구간을 결정하는 과정을 제시한다. By virtue of surplus components, the triple modular redundancy (TMR) system can continue its mission even when one processor is attacked by faults. In this paper, we propose a new fault tolerance strategy by introducing checkpoint placement into the TMR system. In the proposed scheme, faults in one processor are tolerated by synchronizing the state of three processors. More than one processors faults are tolerated by rollback and re-executing a task from the latest checkpoint. We propose a checkpoint management method maximizing the probability of task completion within the deadline. We develop the Markov model for the TMR system with the proposed checkpoint scheme, and derive the optimal checkpoint interval.

과학기술위성 3호 대용량 메모리에서의 SEU 극복 및 확률 해석

곽성우(Seong Woo Kwak) 대한전자공학회 2008 電子工學會論文誌-SC (System and control) Vol.45 No.4

메모리 소자가 우주 환경에 노출 되면 우주 방사능에 의해 메모리의 값이 변하는 SEU 현상이 발생한다. 이러한 현상에 대처하가 위하여 위성체에 사용되는 메모리는 필연적으로 오류 탐지 및 극복 기법을 탑재하고 있다. 본 논문에서는 과학기술위성 3호 대용량 메모리 유닛에서 채택하게 될 오류 탐지 및 극복 방식을 알아본다. 오류 극복을 위해 대용량 메모리를 RS(10,8) Reed-solomon 코드로 인코딩/디코딩했을 때 SEU에 의해 메모리의 데이터가 손상 받을 확률을 계산한다. 이 확률식을 기반으로 과학기술위성 3호가 직면할 수 있는 다양한 SEU 발생율에 대하여 그 확률 변화를 분석한다. 이것으로부터 과학기술위성 3호 대용량 메모리 유닛 설계의 중요한 요소 중의 하나인 메모리 인코딩/디코딩 주기를 결정하는데 이용하고자 한다. When memory devices are exposed to a space environment. they suffer various effects such as SEU(Single Event Upset). For these reasons, memory systems for space applications are generally equipped with error detection and correction(EDAC) logics against SEUs. In this paper, the error detection and correction strategy in the Mass Memory Unit(MMU) of the STSAT-3 is discussed. The probability equation of un-recoverable SEUs in the mass memory system is derived when the whole memory is encoded and decoded by the RS(10,8) Reed-Solomon code. Also the probability value is analyzed for various occurrence rates of SEUs which the STSAT-3 possibly suffers. The analyzed results can be used to determine the period of scrubbing the whole memory, which is one of the important parameters in the design of the MMU.