🏢 빌딩 엘리베이터 시뮬레이션 개발계획(MySQL, Nuxt.js, Nest.js 기반)

 

 

객체 지향 프로그래밍(OOP)을 사용하여 빌딩 엘리베이터의 부하를 시뮬레이션하는 프로그램의 설계는 매우 훌륭한 접근 방식입니다.
이는 현실 세계의 엔터티를 소프트웨어 객체로 정확하게 모델링하고 상호 작용을 시뮬레이션하기에 적합합니다.

 

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🏗️ 핵심 객체(Class) 설계 및 역할

시뮬레이션을 위해서는 최소한 다음과 같은 핵심 클래스를 정의해야 합니다.

1. 🏢 Building (빌딩) 클래스

• 역할: 시뮬레이션 환경 전체를 관리하는 메인 컨테이너이자 코디네이터입니다.
• 주요 속성 (데이터 멤버):
  • numFloors (int): 전체 층수.
  • elevators (List of Elevator): 건물 내 모든 엘리베이터 객체 목록.
  • floors (List of Floor): 각 층 객체 목록.
  • people (List of Person): 현재 건물 내에 있는 모든 사람 객체 목록.
• 주요 동작 (멤버 함수):
  • startSimulation(): 시뮬레이션 루프를 시작합니다.
  • update(deltaTime): 정해진 시간 간격(deltaTime)마다 모든 객체의 상태를 업데이트합니다.
  • getCallRequests(): 모든 층에서 발생한 엘리베이터 호출 요청을 수집하여 엘리베이터 스케줄러에 전달합니다.

2. 🛗 Elevator (엘리베이터) 클래스

• 역할: 이동, 승객 수송, 요청 처리 등 엘리베이터 자체의 모든 기능을 구현합니다.
• 주요 속성:
  • currentFloor (int): 현재 엘리베이터가 위치한 층.
  • direction (enum: UP, DOWN, STATIONARY): 현재 이동 방향 또는 정지 상태.
  • capacity (int): 최대 탑승 가능 인원.
  • currentLoad (int): 현재 탑승 인원.
  • destinationRequests (List of int): 엘리베이터 내부 버튼을 통해 요청된 목적지 층 목록.
  • state (enum: MOVING, STOPPED, DOOR_OPEN): 현재 상태.
• 주요 동작:
  • move(): direction에 따라 currentFloor를 변경합니다.
  • addRequest(floorNum): 내부 목적지 요청을 추가합니다.
  • openDoor() / closeDoor(): 문을 열고 닫는 시간을 시뮬레이션합니다.
  • board(person) / unboard(person): 승객이 타고 내리는 과정을 처리합니다.
  • decideNextMove(): 스케줄링 알고리즘(예: SCAN/Look 알고리즘)을 실행하여 다음 정지할 층과 이동 방향을 결정합니다.

3. 🧍 Person (사람) 클래스

• 역할: 엘리베이터를 이용하여 이동하려는 승객의 행동을 모델링합니다.
• 주요 속성:
  • currentFloor (int): 현재 위치한 층.
  • destinationFloor (int): 가고자 하는 목적지 층.
  • state (enum: IDLE, WAITING_FOR_ELEVATOR, IN_ELEVATOR, ARRIVED): 현재 상태.
• 주요 동작:
  • requestElevator(building, desiredDirection): 엘리베이터를 호출하기 위해 층 버튼을 누르는 동작을 시뮬레이션하고 Floor 객체와 상호작용합니다.
  • enterElevator(elevator): 엘리베이터에 탑승합니다.
  • pressDestinationButton(elevator): 엘리베이터 내부에서 목적지 버튼을 누릅니다.

4. 🖲️ Floor (층) 및 ElevatorButton (버튼) 클래스

• Floor 역할: 각 층에 대한 정보를 담고, 외부 호출 버튼의 상태를 관리합니다.
• Floor 주요 속성:
  • floorNumber (int).
  • upButton / downButton (ElevatorButton 객체): 외부 호출 버튼 객체.
  • waitingPeople (List of Person): 이 층에서 엘리베이터를 기다리는 사람 목록.
• ElevatorButton 역할: 버튼의 상태(눌림/안눌림)만 간단히 모델링합니다.
• ElevatorButton 주요 속성:
  • isPressed (boolean): 버튼이 눌려 있는지 여부.

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⏱️ 시간축 기반 시뮬레이션(Real-Time Simulation) 구조

실시간 부하 시뮬레이션을 구현하기 위한 핵심은 이벤트 기반 시뮬레이션과 시간 업데이트 루프입니다.

1. 시뮬레이션 시간 관리

• Clock 또는 Timer: 시뮬레이션 시간을 초 단위로 관리합니다. 실제 시간 1초가 시뮬레이션 시간 1분 또는 10초를 나타내도록 시간 배율을 설정할 수 있습니다.
• Delta Time (deltaTime): 시뮬레이션 루프에서 한 번의 업데이트마다 경과하는 시간을 고정 값(예: 0.1초)으로 설정하고, 모든 객체의 상태 변화는 이 시간 간격을 기준으로 계산됩니다.

 

2. 부하 분석 및 결과 측정

시뮬레이션의 목적이 '부하'를 분석하는 것이므로, 다음과 같은 통계를 기록해야 합니다.

• 평균 대기 시간 (Average Wait Time): 사람이 버튼을 누른 시점부터 탑승할 때까지 걸린 시간의 평균.
• 평균 이동 시간 (Average Trip Time): 사람이 탑승한 시점부터 목적지에 도착할 때까지 걸린 시간의 평균.
• 최대 부하 (Max Load): 엘리베이터에 동시에 탑승했던 최대 인원.
• 처리량 (Throughput): 단위 시간당 목적지에 성공적으로 도착한 승객의 수.

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🪜 계단(Stairs) 클래스 (선택적)

계단은 시뮬레이션의 현실성을 높이는 중요한 객체가 될 수 있습니다.

• 역할: 사람이 엘리베이터 대신 계단을 이용할 수 있는 경우를 모델링합니다.
• Stair 클래스 (또는 Person 클래스 내의 동작):
  • 조건: 사람이 이동하려는 층의 차이가 작거나 (예: 1~3층 이내), 엘리베이터 대기 시간이 너무 길 경우, Person 객체가 계단 이용을 결정하도록 설계합니다.
  • 시간 계산: 계단을 이용할 때 소요되는 시간은 층수 차이 * 층당 이동 시간으로 계산하여 Person의 상태 변화 시간을 업데이트합니다.

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🏗️ 엘리베이터 부하 시뮬레이션 시스템 개발 계획

엘리베이터 부하 시뮬레이션 프로그램을 객체지향 방식으로 설계하고, Nuxt.js(프론트엔드), Nest.js(백엔드), MySQL(데이터베이스)를 사용하여 실시간으로 시뮬레이션하는 애플리케이션 개발 계획을 다음과 같이 목차로 제시합니다.

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I. 프로젝트 개요 및 목표

• 1.1. 프로젝트 정의: 빌딩 엘리베이터의 운행 부하를 예측하고 최적의 알고리즘을 탐색하기 위한 실시간 시뮬레이션 시스템 개발.
• 1.2. 주요 목표:
  • 객체지향 원칙을 준수한 모듈화된 시스템 설계.
  • 실시간으로 사람들의 이동 및 엘리베이터 상호작용 시뮬레이션 구현.
  • MySQL을 활용한 시뮬레이션 데이터 저장 및 분석 기반 마련.
  • Nuxt.js를 통한 직관적인 시각화된 시뮬레이션 현황 제공.
• 1.3. 사용 기술 스택:
  • 프론트엔드: Nuxt.js (Vue.js)
  • 백엔드/API: Nest.js (TypeScript, Node.js)
  • 데이터베이스: MySQL
  • 통신: WebSocket (실시간 시뮬레이션 상태 전송)

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II. 객체지향 설계 (OOD) 및 아키텍처

• 2.1. 핵심 객체 설계 (클래스 다이어그램)
  • Building (빌딩): 층 목록, 엘리베이터 그룹 관리, 시뮬레이션 환경 설정 등.
  • Elevator (엘리베이터): 현재 위치, 이동 상태(정지/상승/하강), 탑승 인원, 최대 용량, 목적 층 대기열, 운행 알고리즘(SCAN, LOOK 등) 구현.
  • Floor (층): 층 번호, UpButton, DownButton, 대기 중인 Person 객체 목록 관리.
  • Person (사람): 현재 층, 목적 층, 생성 시간, 탑승/하차 상태, 대기 시간 등의 속성.
  • Button (버튼 - 인터페이스/추상 클래스): Press() 메서드 정의.
    • FloorButton (층 버튼): Floor 객체 내, 방향 정보(Up/Down) 포함.
    • CarButton (엘리베이터 내부 버튼): Elevator 객체 내, 목적 층 정보 포함.
  • Stairs (계단): 사람의 계단 이용 로직(선택적 구현).
• 2.2. 시뮬레이션 핵심 로직
  • SimulationEngine (시뮬레이션 엔진):
    • 시간 경과(tick) 관리 및 실시간 동기화.
    • Person 객체 생성 및 이동 요청 발생 로직.
    • 각 **Elevator**의 운행 알고리즘 실행 및 위치 업데이트.
    • **Person**과 **Elevator**의 상호작용(탑승/하차) 처리.
    • 시뮬레이션 통계 데이터 수집.
  • Dispatcher (디스패처/군관리 시스템): 여러 대의 엘리베이터에 호출 요청을 최적으로 할당하는 로직 구현.

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III. 백엔드 개발 (Nest.js & MySQL)

• 3.1. API 서버 구축 (Nest.js)
  • 모듈 설계: Building, Elevator, Simulation, Stats 등.
  • RESTful API 개발:
    • 시뮬레이션 환경 설정 (빌딩 높이, 엘리베이터 수/용량, 사람 발생률 등).
    • 시뮬레이션 시작/중지/재설정 엔드포인트.
    • 시뮬레이션 결과(통계) 조회.
• 3.2. 데이터베이스 설계 (MySQL)
  • Simulation_Run 테이블: 시뮬레이션 설정 및 전체 결과(평균 대기 시간, 총 운행 거리 등).
  • Elevator_Log 테이블: 엘리베이터별 시간당 위치, 탑승 인원, 이동 방향 기록.
  • Person_Trip 테이블: 사람별 출발/도착 층, 대기 시간, 운행 시간 기록.
• 3.3. 실시간 통신 구현 (WebSocket)
  • Nest.js의 WebSocket Gateway를 활용하여 SimulationEngine의 상태 변화(Elevator 위치, Person 대기 현황 등)를 Nuxt.js 클라이언트에 실시간 전송.

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IV. 프론트엔드 개발 (Nuxt.js)

• 4.1. 프로젝트 설정 및 컴포넌트 구조화
  • Nuxt.js (Vue.js) 기반 프로젝트 초기 설정.
  • BuildingView (전체 레이아웃), FloorDisplay, ElevatorCar, PersonAvatar 등의 컴포넌트 개발.
• 4.2. 시뮬레이션 시각화
  • 빌딩 구조 표현: 층별 버튼 및 대기열 시각화.
  • 엘리베이터 이동 애니메이션: WebSocket으로 받은 데이터를 기반으로 엘리베이터의 실시간 위치 및 문 열림/닫힘 상태를 부드럽게 표현.
  • 사람 이동 시각화: 층에서 대기, 탑승, 하차 애니메이션 구현.
• 4.3. 사용자 인터페이스 (UI) 개발
  • 설정 화면: 시뮬레이션 파라미터(엘리베이터 알고리즘, 인구 밀도 등) 입력 폼.
  • 통계 대시보드: 실시간 및 종료 후 통계 지표(평균 대기 시간, 엘리베이터 활용률) 차트 표시 (예: Chart.js 등 활용).

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V. 테스트 및 배포

• 5.1. 객체 단위 테스트: 각 Elevator 클래스, Person 클래스 등의 로직에 대한 단위 테스트 (예: Jest).
• 5.2. 시뮬레이션 통합 테스트: 다양한 시나리오(출퇴근 시간, 점심 시간 등)에서 부하 테스트 및 알고리즘 효율성 검증.
• 5.3. 배포: 백엔드(Nest.js) 및 프론트엔드(Nuxt.js) 서버 환경 구축 및 배포.

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이 개발 계획을 바탕으로 각 단계별 작업 명세서를 작성하고, 우선순위를 결정하여 개발을 진행할 수 있습니다.