[논문 리뷰] Data Acquisition System with Shared Memory Network

Taizo Masuda, T. Fukui외 2명|ArXiv.org|2001. 11. 15.

Distributed and Parallel Computing Systems인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 SPring-8에서 사용되는 공유 메모리 네트워크를 활용해 다수의 VME 시스템 간 데이터를 동기화하는 새로운 이벤트 기반 데이터 수집 시스템을 제안한다. 공유 메모리 보드와 250 Mbit/s 광섬유 링크를 통합하고 기존 제어 프레임워크를 업데이트함으로써, 동기화된 고속 데이터 수집이 가능해졌으며, 빔 위치 모니터 응용 분야에서 분산된 데이터 소스 간에 보장된 동시성으로 성능이 입증되었다.

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.

연구 동기 및 목표

• SPring-8 제어 프레임워크에서 사용 중인 기존 주기적 풀링 기반 데이터 수집 시스템의 동기화 부족 문제를 해결하기 위해.
• 다수의 VME 시스템 간 정밀한 타이밍 조율을 갖춘 빠른 이벤트 기반 데이터 수집을 가능하게 하기 위해.
• 데이터 동시성 확보와 지연 감소를 위해 공유 메모리 네트워크를 활용한 확장 가능한 솔루션을 구현하기 위해.
• 기존 제어 프레임워크에 영향을 주지 않도록 새로운 시스템을 통합하기 위해.
• 실세계 응용 분야인 라인어크 빔 위치 모니터 데이터 수집에 시스템을 구현하여 신뢰성과 성능을 입증하기 위해.

제안 방법

• 기존 SPring-8 제어 시스템 프레임워크를 확장하여 공유 메모리 통신을 활용한 이벤트 기반 데이터 수집을 지원하도록 구현하였다.
• 250 Mbit/s 전송 속도를 갖춘 공유 메모리 보드를 광섬유를 통해 VME 시스템과 PC 간 연결하여 구현하였다.
• PC에서 다수의 VME 시스템으로부터 동기화된 데이터 세트를 중앙 데이터베이스에 저장하는 데이터 채우기 프로세스를 설계하였다.
• 기존의 풀러/콜렉터 소프트웨어를 주기적 풀링에서 이벤트 트리거 기반 데이터 수집으로 수정하였다.
• 공유 메모리 네트워크를 활용해 타이밍 제로 잡이 제거되고 분산된 하드웨어 간 동시 데이터 캡처가 보장되었다.
• 첫 번째 구현 사례로 SPring-8 라인어크 빔 위치 모니터 시스템에 시스템을 통합하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고에너지 물리 시설에서 다수의 VME 시스템 간 정밀한 동기화를 달성하기 위해 데이터 수집 시스템은 어떻게 설계되어야 하는가?
• RQ2 기존 제어 프레임워크에서 풀링 기반에서 이벤트 기반 데이터 수집으로 전환하기 위해 필요한 아키텍처적 변화는 무엇인가?
• RQ3 고대역폭 광섬유 링크를 갖춘 공유 메모리 네트워크가 가속기 환경에서 실시간 동기화 데이터 수집을 효과적으로 지원할 수 있는가?
• RQ4 주기적 풀링 대비 이벤트 기반 수집이 데이터 일관성과 시스템 반응성 측면에서 어떤 성능 향상을 제공하는가?
• RQ5 기존 제어 시스템 소프트웨어는 운영 안정성을 해치지 않으면서 어떻게 새로운 데이터 수집 패러다임을 지원하도록 확장될 수 있는가?

주요 결과

• 공유 메모리 네트워크는 250 Mbit/s의 데이터 전송 속도를 달성하여 실시간 수집에 필수적인 고대역폭 전송을 가능하게 하였다.
• 시스템은 다수의 VME 시스템 간 데이터 수집을 성공적으로 동기화하여 이전의 풀링 기반 방법에서 발생하던 타이밍 불일치 문제를 해결하였다.
• 기존 제어 프레임워크에 새로운 소프트웨어를 통합하는 데 있어 지속적인 피드백 제어 운영에 영향을 주지 않았다.
• 시스템의 첫 번째 응용 사례로 라인어크 빔 위치 모니터 데이터 수집에 성공적으로 구현되어 실제 가속기 환경에서의 신뢰성을 입증하였다.
• 이벤트 기반 접근 방식은 이전의 주기적 풀링 방법 대비 데이터 일관성과 반응성 측면에서 뚜렷한 향상을 보였다.
• 광섬유로 연결된 공유 메모리 보드의 사용은 동기화된 데이터 수집에 필수적인 안정적이고 저지연 통신을 제공하였다.