해군 함정 컴퓨팅 자원 통합 및 관리를 위한 플랫폼
Resource Integration and Management Platform for Naval Shipboard Computing
초록/요약
현대전에서 정보 우위는 신속한 전장상황 파악을 가능하게하고 이를 기반으로 신속한 의사결정을 통해 전투의 승패를 결정할 수 있는 핵심 요소로써 네트워크 중심전 능력의 확보를 통해 이루어진다. 이에 해군 함정에는 센서, 타격 및 전투체계 등 다양한 컴퓨팅 시스템이 설치되어 있으나 현재 각 시스템이 단일 목적으로 구현되었으며 독립된 서버에 애플리케이션이 설치되어 운영되고 애플리케이션이 물리적인 서버와 경식 결합되어 있다. 그리고 함정의 컴퓨팅 시스템간의 자원 공유에 제한되어 다른 컴퓨팅 시스템에 충분한 잉여 자원이 있더라도 이를 활용하지 못하는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 함정 컴퓨팅 시스템 관련 국․내외 정책 및 연구사례를 바탕으로 함정 컴퓨팅 자원의 효율적인 운영을 위한 가상화 기반의 함정 컴퓨팅 자원 통합 및 관리를 위한 플랫폼에 대한 연구를 진행하며 가상화를 통한 함정 컴퓨팅 시스템 통합 아키텍처 및 우선순위 기반 가상머신 자원 재할당 및 배치 알고리즘을 제안한다. 제안한 함정 컴퓨팅 시스템 통합 아키텍처는 일반 상용 표준 기술 및 제품 기반의 시스템 통합을 가능하게 하여 시스템 및 애플리케이션의 호환성 및 상호운용성을 보장할 수 있다. 또한 다양한 임무를 수행하는 함정의 운용환경을 고려하여 시스템 및 애플리케이션에 우선순위를 적용, 성능 보장을 위한 동적 자원 할당 및 가상머신 마이그레이션 적용이 가능하다. 그리고 신속한 장애 복구를 위한 논리적인 시스템의 이중화 구성이 가능한 특징을 가진다. 제안 알고리즘은 실제 환경에서 다양한 자원을 가지는 서버와 가상머신의 특징을 고려하여 각 서버 및 가상머신을 빈 팩킹 기반으로 모델링하고 서버 활용률 계산에 있어 가중치를 부여하여 이를 알고리즘에 반영함으로써 보다 효율적인 자원 활용이 가능하다. 제안 알고리즘의 적합성 및 유효성 평가를 위해 본 논문에서는 시뮬레이션을 이용해 콘솔리데이션 및 로드 밸런싱에 대한 성능평가를 진행하였다. 성능평가 결과, 제안 알고리즘이 다른 알고리즘에 비해 상대적으로 높은 콘솔리데이션 및 로드 밸런싱 효율을 보였다. 성능평가를 통해 본 논문에서 제안하는 함정 통합아키텍처 및 알고리즘에 대한 적합성 및 유효성을 확인할 수 있었다. 이 결과를 통해 본 논문에서 연구된 내용을 해군 함정에 적용 시 효율적인 컴퓨팅 자원의 운영이 가능하며 네트워크 중심전 환경에서 정보 우위를 통한 효과적인 작전 수행이 가능할 것으로 예상한다.
more초록/요약
Information superiority is the most important factor in modern warfare. Information superiority can be achieve by NCW(Network Centric Warfare) capabilities. For naval ships, various computing systems(e.g. radar, sonar, etc.) are used for NCW capabilities. However, the fact that the system has their own PM(Physical Machine) makes it difficult to add new applications to existing legacy systems, even if there are utilizable resources remaining in the PM. This is mainly because each system is designed for a single purpose and the applications are tightly coupled with their PM. This inefficient use of computing resources is one of the major problems in achieving information superiority on naval ships. In this thesis, I propose the resource integration and management platform for naval shipboard computing including integration architecture, resource reallocation of virtual machine and virtual machine deployment algorithm. The proposed integration architecture enables system integration based on commercial standards and products. It also guarantees compatibility and interoperability of systems and applications. Considering operational environment of naval ships which conduct various kinds of mission, dynamic resource allocation and virtual machine migration for guaranteed capability can be achieved through the application of system and application priorities. This architecture also has logical redundant structure for prompt failure recovery. The proposed algorithm can utilize resources more efficiently through bin packing-based modeling for each server and virtual machine and application of weights when calculating server utilization considering the characteristics of servers and virtual machines which consist of various type of resources in real environment. In this thesis, simulation for consolidation and load balancing was conducted to evaluate feasibility and effectiveness of this proposed algorithm. The results of the evaluation showed that the proposed algorithm is relatively more efficient than other algorithms in consolidation and load balancing efficiency. The evaluation verified the feasibility and effectiveness of the resource integration and management platform for naval shipboard computing which are proposed in this thesis. If this proposed resource integration and management platform is applied to naval ship systems, it can bring on more efficient management of computing resources. This will eventually facilitate successful and effective operations through information superiority in network centric warfare environment.
more목차
1. 서론 1
2. 관련연구 6
가. 함정 컴퓨팅 시스템 관련 미국 정부기관 정책 및 연구사례 6
(1) 미 국방성 클라우드 컴퓨팅 전략 6
(2) 개방형 구조(OA: Open Architecture) 9
(3) 함정 컴퓨팅 시스템의 가상화 기반 통합 연구 11
나. 가상화(Virtualization) 기술 13
(1) VMM(Virtual Machine Monitor) 13
(2) 가상화 기반 클라우드 관리를 위한 플랫폼 15
(3) libvirt: The virtualization API 16
다. 가상머신 배치 관련연구 18
(1) 서버 콘솔리데이션 18
(2) 가상화 환경에서 가상머신 배치 방법 20
(3) 가상머신 맵핑 정책 24
3. 가상화 기반 함정 컴퓨팅 자원 통합 아키텍처 29
가. 해군 함정 컴퓨팅 시스템 환경 분석 30
(1) 현 해군 함정 컴퓨팅 시스템 환경 30
(2) 해군 함정 컴퓨팅 시스템 문제점 32
나. 함정 컴퓨팅 시스템 통합 아키텍처 34
(1) 통합 아키텍처 연구 필요성 34
(2) 통합 아키텍처 디자인 원칙 35
(3) 가상화 기반 함정 시스템 통합 아키텍처 37
다. 가상화 자원관리 플랫폼 설계 및 구현 43
(1) 가상화 자원관리 플랫폼 오버뷰(overview) 43
(2) 서버 및 가상머신 프로파일 48
4. 우선순위를 고려한 가상머신 자원 재할당 및 배치 알고리즘 52
가. 가상머신 배치 문제 모델링 52
나. 가상머신 자원 재할당 및 배치 알고리즘 63
5. 성능평가 77
가. 가상화 자원관리 플랫폼 성능평가 77
나. 알고리즘 성능평가 환경 80
다. 콘솔리데이션 성능평가 83
(1) 콘솔리데이션 후 운영 서버의 수 83
(2) CPU efficiency 85
(3) Memory efficiency 87
(4) 콘솔리데이션 성능평가 결과 분석 89
라. 로드 밸런싱 성능평가 90
(1) CPU efficiency 90
(2) Memory efficiency 92
(3) Standard deviation of remained CPU 93
(4) Standard deviation of remained memory 96
(5) 로드 밸런싱 성능평가 결과 분석 97
6. 결론 98
