[論文レビュー] Data Acquisition System with Shared Memory Network

Taizo Masuda, T. Fukui+2 more|ArXiv.org|Nov 15, 2001

Distributed and Parallel Computing Systems被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、SPring-8用に、複数のVMEシステム間のデータを同期するための共有メモリネットワークを用いた、新しいイベント駆動型データ取得システムを提案する。250 Mbit/sの光ファイバー接続を備えた共有メモリボードを統合し、既存の制御フレームワークを更新することで、同期的で高速なデータ収集が可能となり、ビーム位置モニタ応用において分散データソース間で保証された同時性が実証された。

ABSTRACT

The SPring-8 control system provides data acquisition software called Poller/Collector for periodic data taking. Its polling scheme does not support taking data synchronized with an event, and simultaneity in the data from the different VME systems is not guaranteed. Recently, requirement for fast and event-driven data acquisition has increased, and the synchronization of a set of data from the different VME systems is requested. We added new data-taking software to the standard framework with a shared memory network. We designed the software on the VME by updating the original framework that was already used for feedback control. The data filling process on a PC stores sets of the synchronized data on a shared memory board to the database. The shared memory boards provide 250Mbit/s transmission rate and are linked with optical fiber cables. We will install the system to the linac beam position monitors data acquisition as the first application.

研究の動機と目的

• SPring-8制御フレームワークで使用されている従来の周期的ポーリング型データ取得システムに、同期の欠如が生じる問題を解決すること。
• 複数のVMEシステムにまたがる正確なタイミング制御を実現する、高速でイベント駆動型のデータ取得を可能にすること。
• データ同時性を確保し、遅延を低減するために、スケーラブルなソリューションとして共有メモリネットワークを実装すること。
• 既存の制御フレームワークに影響を与えることなく、新システムを統合すること。
• 実運用応用として、リニアックのビーム位置モニタのデータ取得に本システムを導入し、信頼性と性能を実証すること。

提案手法

• 既存のSPring-8制御システムフレームワークを拡張し、共有メモリ通信を用いたイベント駆動型データ取得をサポートするようにした。
• 250 Mbit/sの伝送レートを持つ共有メモリボードを、光ファイバーを介してVMEシステムとPCに接続して実装した。
• PC上で複数のVMEシステムからの同期データセットを中央データベースに格納するデータ記録プロセスを設計した。
• 元々のポーラー／コレクターソフトウェアを、周期的ポーリングからイベントトリガー型データ取得に変更した。
• 共有メモリネットワークを活用して、タイミングジッターを排除し、分散ハードウェア間での同時データ取得を確保した。
• 本システムをSPring-8リニアックのビーム位置モニタシステムに統合し、最初の導入用途ケースとした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高エネルギー物理学施設における複数のVMEシステム間で、データ取得システムがどのように正確な同期を達成できるか。
• RQ2 既存の制御フレームワークにおいて、ポーリング型からイベント駆動型データ取得に移行するためのアーキテクチャ的変更は何か。
• RQ3 高帯域幅の光ファイバー接続を備えた共有メモリネットワークは、加速器環境におけるリアルタイムで同期されたデータ収集を効果的にサポートできるか。
• RQ4 データ整合性とシステムの応答性という観点から、周期的ポーリングに比べてイベント駆動型取得がもたらす性能向上は何か。
• RQ5 運用の安定性を損なうことなく、既存の制御システムソフトウェアを、新しいデータ取得パラダイムをサポートするように拡張する方法は何か。

主な発見

• 共有メモリネットワークは250 Mbit/sのデータ転送レートを達成し、リアルタイムのデータ取得に不可欠な高帯域幅を実現した。
• 本システムは、複数のVMEシステム間でのデータ取得を正常に同期し、従来のポーリング方式に見られたタイミングのずれを解消した。
• 既存の制御フレームワークへの新ソフトウェアの統合は、進行中のフィードバック制御動作に影響を与えることなく実現された。
• 本システムの最初の応用として、リニアックのビーム位置モニタのデータ取得に成功裏に導入され、実加速器環境での信頼性が検証された。
• イベント駆動型アプローチは、従来の周期的ポーリング方式に比べ、データの整合性と応答性が顕著に向上した。
• 光ファイバー接続の共有メモリボードの使用により、同期されたデータ収集中に不可欠な安定的で低遅延の通信が実現した。