氏 名 内 山 暁 仁
学 位 専 攻 分 博 士 工 学
学 位 記 番 総 研 大 第
学 位 授 与 の 日 付 成 ６ 月 日
学 位 授 与 の 要 件 エ ネ 速 器 科 学 研 究 科 速 器 科 学 専 攻 学 位 規 則 第 ６ 条 第 該 当
学位論文題目
論文審査委員 主 査 教 授 山 昇 教 授 和 朗 教 授 窪 紀 彦 准 教 授 帯 名 崇 准 教 授 佐 藤 則
部 門 長 中 良 郎 輝 度 科 学 研 究 セ ン タ
(別紙様式2) (Separate Form 2)
論 文 内 容 の 要 旨
Summary of thesis contents
Title: Study on Accelerator Operation and Diagnostics in Wide Area Environment
Remote operation and diagnostic systems for particle accelerators have been developed in previous studies for beam operation and maintenance in a variety of situations. After the collaborative commencement, all associates will need to have methods for remote maintenance, control, and monitoring of associated devices via Wide Area Network (WAN) links. For example, a method has to be provided for connecting to the control system network via WAN links from various collaborating institutions. Such remote operation needs to implement components that have concepts different from those of daily operation, for example, communication, man-machine user interface (UI), and system security. On the other hand, systems for remote operation have been developed by research organizations. Almost all such systems are allocated enough system resources.
As described above, remote operation is necessary in many situations. However, it is not always possible to use environments with rich system resources, such as dedicated networks, for remote operation. Therefore, the purpose of this study is to establish the technique of troubleshooting without rich system resources for remote operation. For this reason, in this study, methods regarding UI and system security are discussed for remote operation with limited system resources, such as low-bandwidth networks.
Considering operator interface (OPI) for remote operation, the use of standard protocols, such as Hypertext Transfer Protocol (HTTP), has certain advantages because system-dependent protocols are not necessary between remote clients and on-site servers. On the other hand, Web services that provide a UI component to accelerator control systems have been utilized for various purposes already because such services possess the advantages of being platform-independent systems, providing software maintenance, and can be developed rapidly.
In this study, the author develops a client system based on WebSocket as a next-generation OPI over the Web using Experimental Physics and Industrial Control System (EPICS) Channel Access (CA); WebSocket is a new protocol provided by the Internet Engineering Task Force (IETF) for Web-based systems. In order to construct a WebSocket server as an EPICS CA client, add-on software for Node.js, called Node-CA, was developed by the author in C/C++ using the EPICS CA library, which is included in the EPICS base. As a result of this implementation, WebSocket-based client systems have become available for remote operation using EPICS in wide area environments.
In addition, from a practical application standpoint; the remote operation of an accelerator via WAN is beset by a number of issues. One of such issue is that the accelerator has both experimental device and radiation generator characteristics. Therefore, any error in the operation of the remote control system could result in an immediate breakdown. For these reasons, the author proposes the
(別紙様式2) (Separate Form 2)
implementation of an operator intervention system for remote accelerator diagnostics and support that can interconnect any divergences between the local control room and remote locations.
The purpose of the proposed operator intervention system is to ensure safe remote output control of EPICS via the WebSocket server. To simply monitor the status of the accelerator parameters using the WebSocket-based OPI, permission from the on-site operator is not necessary, provided that authentication has been accomplished through a Secure Sockets Layer (SSL) connection. The WebSocket-based client system is designed such that output control via remote operation always requires the permission of an on-site accelerator operator who can intervene at any time. The main part of the proposed operator intervention system consists of a Process Variable (PV) gateway provided by EPICS collaboration, a MySQL database, and Web applications. After the implementation, the on-site accelerator operator can determine the availability of the equipment, and decide whether to grant operation requests from remote users.
Finally, the system that combines WebSocket-based OPI and an operator intervention system is implemented for the 28 GHz superconducting electron cyclotron resonance ion source (28 GHz SC-ECRIS), which is one of the components in the RIKEN Radioisotope (RI) Beam Factory project, for verification of usefulness. Using this system, the author confirmed that the output instructions did not reach the EPICS IOC without the on-site operator's permission. In addition, remote operation can be satisfactorily performed even with a network latency of 200 ms, which is approximately the same network latency between Japan and the USA. Therefore, networking performance tolerance should allow this system to be used over networks provided by almost all Japanese Internet service providers. Because the system is implemented with RIKEN 28 GHz SC-ECRIS remote operation, the author confirmed that this new operator intervention system via WebSocket-based OPIs is a useful method for ensuring the physical security from operational error.
(別紙様式3) (Separate Form 3)
博 士 論 文 の 審 査 結 果 の 要 旨
Summary of the results of the doctoral thesis screening
内 山 暁 仁 さ ん の 研 究 は 、 加 速 器 等 の 施 設 を 遠 隔 地 か ら 制 御 す る シ ス テ ム に つ い て の 研 究 で す 。 実 験 装 置 な ど を 遠 隔 操 作 す る シ ス テ ム に つ い て は 幾 つ か の 先 行 す る 研 究 も 存 在 し ま す が 、 加 速 器 の よ う な 大 型 の 実 験 装 置 を 遠 隔 操 作 す る 際 の 安 全 性 の 確 保 が 重 要 か つ 未 解 決 の 課 題 と な っ て い ま し た 。 ま た 、 先 行 す る 研 究 で は 専 用 線 を 用 い る 等 、 多 く の 資 源 を 必 要 と す る シ ス テ ム に な っ て い ま し た 。 氏 は 、 先 行 す る 研 究 を 調 査 す る 事 に よ り 、 現 在 利 用 可 能 な 技 術 に つ い て の 綿 密 な 検 討 を 行 っ て い ま す 。そ の 上 で 、遠 隔 制 御 シ ス テ ム の 基 盤 と し て 、 Web 技 術 と く にWebSocket と 呼 ば れ る 新 し い 技 術 に 着 目 し 、 こ れ を 加 速 器 の 制 御 等 で 広 く 使 わ れ て い る EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)フ レ ー ム ワ ー ク と 組 み 合 わ せ る 事 を 提 案 し 、 其 の た め の 技 術 開 発 を 行 い ま し た 。 ま た 、 加 速 器 の 遠 隔 操 作 で 重 要 と な る 安 全 性 の 確 保 の た め に 、 施 設 制 御 室 に 滞 在 す る 操 作 員 と 遠 隔 操 作 を 行 お う と す る 者 と の 間 で 、 相 互 認 証 を 行 い 、 操 作 員 の 許 可 ／ 監 視 の も と で の み 遠 隔 操 作 が 可 能 と な る シ ス テ ム を 提 案 し そ の 実 装 し ま し た 。 こ れ ら の 開 発 技 術 は 、 理 研 の 超 伝 導 ECR イ オ ン 源 の 制 御 シ ス テ ム に 適 用 さ れ 、 そ の 有 用 性 を 実 証 し て い ま す 。
内 山 さ ん の 研 究 成 果 に よ っ て 、 た と え ば 出 張 な ど に よ り 研 究 施 設 外 に い る 専 門 家 が 利 用 可 能 な 限 ら れ た 資 源 の も と で 、 安 全 で 実 用 的 な 加 速 器 設 備 の 診 断 を 可 能 と す る シ ス テ ム が 実 現 可 能 で あ る こ と が 示 さ れ ま し た 。こ の こ と か ら 、こ の 研 究 は 今 後 の 発 展 も 期 待 さ れ る 、 学 位 論 文 と し て 充 分 な 内 容 で あ る と い う こ と が 出 来 ま す 。
審 査 委 員 に 対 す る 研 究 内 容 の 紹 介 で は 、 加 速 器 制 御 シ ス テ ム お よ び そ の 基 本 と な る 様 々 な 技 術 な ど に 関 す る 質 問 が 出 さ れ ま し た が 、 そ れ ら の 質 問 に 対 し 的 確 な 回 答 を お こ な い 、 こ の 分 野 に 於 け る 知 識 ・ 理 解 は 充 分 な も の と 判 断 さ れ ま し た 。
ま た 、 論 文 は 英 文 で 作 成 さ れ 、 国 際 会 議 に 於 け る 口 頭 発 表 も あ る こ と か ら 、 今 後 の 国 際 的 な 研 究 に つ い て も 充 分 な 能 力 が あ る と 判 断 さ れ ま し た 。
こ の 博 士 論 文 の 研 究 内 容 は 、 複 数 の 国 際 会 議 で 発 表 さ れ て お り 、 其 の 内 容 は 査 読 付 き の 論 文 雑 誌 (Rev. Sci. Instrum. 85, 2014, 02A904)に も 出 版 さ れ て い ま す 。
以 上 よ り 、 内 山 暁 仁 さ ん の 論 文 は 博 士 論 文 と し て 充 分 な 内 容 で あ り 、 本 審 査 委 員 会 は 委 員 全 員 が 一 致 し て 合 格 と 判 定 い た し ま す 。
