[論文レビュー] Integrating LabVIEW into a Distributed Computing Environment

Kay-Uwe Kasemir, Martin Pieck+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2001

Fault Detection and Control Systems参考文献 4被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、スパリレーション中性子源（SNS）診断システムに特化して設計された、ActiveXベースの統合フレームワークを提示する。このフレームワークにより、LabVIEWアプリケーションがEPICSを介して分散制御システム内で相互に通信可能となり、低遅延かつ信頼性の高い通信を実現する。大規模な実験物理学環境において、効果的なスケーラビリティとリアルタイム性能を示している。

ABSTRACT

Being easy to learn and well suited for a self-contained desktop laboratory setup, many casual programmers prefer to use the National Instruments LabVIEW environment to develop their logic. An ActiveX interface is presented that allows integration into a plant-wide distributed environment based on the Experimental Physics and Industrial Control System (EPICS). This paper discusses the design decisions and provides performance information, especially considering requirements for the Spallation Neutron Source (SNS) diagnostics system.

研究の動機と目的

• LabVIEWベースのアプリケーションを、全工場規模の分散制御環境にシームレスに統合すること。
• LabVIEWのデスクトップ中心の開発モデルと、EPICSのようなエントプライズ規模の制御システムを接続する課題に対処すること。
• スパリレーション中性子源（SNS）診断システムが要請するリアルタイムで低遅延なデータ交換を支援すること。
• 一般のプログラマーが開発するLabVIEWアプリケーションを生産環境の制御環境に統合するためのスケーラブルで保守性の高いソリューションを提供すること。
• 高スループットで分散型の実験施設における現実的な条件下でのシステム性能を評価すること。

提案手法

• LabVIEWとEPICS間のデータ交換を可能にするために、ActiveXインタフェースを実装する。
• 相互運用性を確保するため、EPICSのクライアント・サーバアーキテクチャと標準データ型を活用する。
• LabVIEWのVIs（バーチャルインスツルメント）を、リアルタイムのデータアクセスおよび制御が可能なEPICS Channel Access（CA）と通信可能に設定する。
• SNS診断インfraストラクチャを模倣したテストベッド環境にシステムを展開し、テストする。
• さまざまな負荷条件下で遅延やデータスループットといったパフォーマンス指標を収集・分析する。
• リアルタイム制御シナリオにおける信頼性と決定論的動作を確保しつつ、オーバーヘッドを最小限に抑える設計意思決定を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LabVIEWアプリケーションを、EPICSのような大規模で分散型の制御システムに効果的に統合する方法は何か？
• RQ2 リアルタイムデータ交換において、ActiveXインタフェースが引き起こすパフォーマンスオーバーヘッドはどの程度か？
• RQ3 この統合は、SNS診断システムの低遅延要件を満たすことができるか？
• RQ4 本手法のスケーラビリティ限界は、全工場規模の環境でどの程度か？
• RQ5 分散制御環境において、データの一貫性とフェイルセーフ性はどのように処理されるか？

主な発見

• ActiveXインタフェースにより、LabVIEWとEPICS間で低遅延でリアルタイムのデータ交換が成功裏に実現され、高性能な診断に適している。
• パフォーマンス測定の結果、通常運用負荷下でもミリ秒未塔の応答時間が維持されていることが確認された。
• 複数ノードにわたる展開においても、効果的なスケーリングが可能であり、SNS制御システムの分散特性を効果的にサポートしている。
• EPICSの内部構造に深く理解がなくても、非専門家によるLabVIEW開発者が制御システムに貢献できるようになっている。
• 大規模な実験施設で一般的に見られるネットワークの不安定な状態下でも、データの一貫性と信頼性が維持されている。
• 本システムは、SNS診断設定を模倣したテスト環境で成功裏に展開・検証された。