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문제 정의
- 본 연구에서는 NCW의 핵심전력중의 하나인 전장 정보체계의 전투력 상승효과를 평가하기 위하여 NCW 환경에 적합한 새로운 효과척도(MOE : Measure of Effectiveness)를 제안하였다. 이를 위해 고전역학 이론 중 뉴턴의 2법칙(F = ma)을 NCW 개념에서 재해석한 뒤 네트워크 파워, 속도, 정보 우위, 지휘통제 시간의 측면에서 전장 정보체계 구축 전 · 후에 대한 전투력 비율을 MOE로 설정하여 전투력 상승효과를 평가하였다.
가설 설정
- 1) 적군의 지휘통제체계 강화로 인한 전투효과는 없다.
- 2) 교전간 인적요소에 의한 영향은 없다.
- 5) 정보전달간 기계적 손실은 없다.
- 넷째 : 정보의 우위를 통한 생존율을 증대시킬 수 있다.
제안 방법
- 전장 환경의 변화는 전력평가 측면에서도 소모전에 기초한 기존 평가 개념을 탈피하여 NCW 상황에 적절한 새로운 평가 체계 구축에 대한 필요성이 대두되고 있다(Lee, 2001). PCW 중심의 전력평가 방법은 플랫폼을 대상으로 화력, 생존성, 기동력 등에 대해 기동과 소모 알고리즘을 바탕으로 전력 지수 및 워게임 등의 평가방법들을 적용하였다. 그러나 단위 플랫폼의 물리적 특성을 평가하고, 개별 플랫폼들의 평가결과를 합하여 전체를 평가하는 기존의 평가방법은 네트워크로 연결된 유기적인 조직의 특성을 반영하기에는 한계가 있다.
- 네트워크 파워의 운용노드 수에 따른 변화를 살펴보기 위해 민감도 분석을 실시하였다. 이를 위해 네트워크 파워 산출시 직접적인 입력변수인 한 · 미측간 운용노드 수를 10단위로 증감 시키면서 MOE 변화를 분석한 결과 <표 6>, <그림 4>와 같다.
- 둘째 : 정보체계 구축에 따른 네트워크 파워를 도출해내기 위해 메트칼프의 법칙을 활용함으로서 그동안 이론적으로만 적용 가능성이 제시되어왔던 개념을 실증적으로 적용할 수 있는 방법을 제시하였다.
- 본 연구에서 제안한 전장 정보체계에 대한 전투효과 측정 방법은 NCW 개념에서 고전역학의 핵심인 뉴턴의 제 2법칙을 재해석하는 접근법을 제안함으로서 다음과 같은 의의를 갖는다.
- 본 연구에서는 JFOS-K에 대하여 다음과 같은 요소를 기반으로 전투력 상승효과를 측정하였다.
- 본 연구에서의 지휘통제시간은 Schutzer의 C2 이론에서 제시된 C2 시간(Command and Control time)을 적용하였다. C2 이론에서 지휘통제 시간(tcs)은 식 (4)와 같이 탐지, 경고전파, 지휘결심, 지휘전파에 소요되는 시간이다<그림 2>.
- 첫째, Schutzer의 C2 이론은 란체스터 전투 모델을 이용하여 C4I 체계의 전투효과를 측정하기 위해 개발되었다(Schutzer, 1982). 이 이론은 지휘통제 시간과 정보의 정확도에 의해 생존 확률, 할당비율, 교환비율의 3가지 요인에 대한 변수를 계량화하여 최초 전투력 대비 교전 후 잔존 전투력의 비율을 전투효과로 측정하는 방법을 제시하였다. 세 가지 효과요소는 지휘통제상의 시간 변수들과 란체스터 전투 모델을 이용하여 해군함정간의 교전 전 · 후의 전투력 상승효과를 측정한 결과 정보의 정확도와 지휘통제 시간의 단축을 가장 큰 효과 요소로 분석하였다.
- 이를 위해 고전역학 이론 중 뉴턴의 2법칙(F = ma)을 NCW 개념에서 재해석한 뒤 네트워크 파워, 속도, 정보 우위, 지휘통제 시간의 측면에서 전장 정보체계 구축 전 · 후에 대한 전투력 비율을 MOE로 설정하여 전투력 상승효과를 평가하였다.
- 이를 위해 네트워크 파워 산출시 직접적인 입력변수인 한 · 미측간 운용노드 수를 10단위로 증감 시키면서 MOE 변화를 분석한 결과 , 와 같다.
- 91배가 증가했음을 알 수 있다. 이에 대한 타당성을 검증하기 위해 기존의 유사 연구결과와 비교를 실시하였다. 참고로 기존의 연구들에서는 전투효과에 영향을 미치는 입력변수로 지휘통제시간 단축 및 정보의 정확도 증가를 고려하였으나, 본 연구에서는 이들 2개의 변수 외에 네트워크 파워 변수를 추가로 고려하였음을 밝혀둔다.
- 이에 대한 타당성을 검증하기 위해 기존의 유사 연구결과와 비교를 실시하였다. 참고로 기존의 연구들에서는 전투효과에 영향을 미치는 입력변수로 지휘통제시간 단축 및 정보의 정확도 증가를 고려하였으나, 본 연구에서는 이들 2개의 변수 외에 네트워크 파워 변수를 추가로 고려하였음을 밝혀둔다.
- 첫째 : 전장 정보체계의 MOE를 설계함에 있어서 정태적인 방법을 사용함으로써 신속하고 효과적으로 활용할수 있는 평가방법을 제시하였다.
대상 데이터
- MOE 설계를 위한 전장 정보체계는 대화력전 수행간 韓 · 美의 표적획득 및 화력 자산을 네트워크로 연결시키는 JFOS-K 체계를 대상으로 하였다.
데이터처리
- 제 2장에서는 전장정보체계에 대한 기존의 전력평가 방법및 새로운 MOE 도입의 필요성을 제시하고, 제 3장에서는 MOE 모델링에 사용된 이론들의 개념을 설명하였다. 제 4장에서는 제안한 MOE를 구축 예정인 JFOS-K(Joint Fire Operating SystemKorea)에 적용한 후 기존의 연구결과와 비교하였다. 마지막으로 제 5장에서는 결론 및 향후 연구방향을 제시하였다.
이론/모형
- 美 육군훈련소는 지휘통제체계에 대한 효과도를 측정할 수 있도록 개발한 ACCE (Army Command and Control Assessment) 모델을 이용했으며, RAND 연구소는 C4I 자산의 성능척도 값의 변화에 따른 전투 효과를 측정하기 위하여 SEAS(System Effectiveness Analysis Simulation) 모델을 개발했다. 또한, 독일은 C4I 체계에 대하여 디지털 전장, 정보의 최적화, 정보 작전의 기술적 측면에서 효과 분석과 훈련에 사용하기 위하여 FIT(Fuhrung und Informations-Technologie) 모델을 활용하였다(Lee, 2001).
- 위의 4가지 요소를 바탕으로 JFOS-K의 전투력 상승효과를 측정하기 위하여 충격량을 의미하는 뉴턴의 제 2법칙을 이용하였다. 뉴턴의 제 2법칙은 전투효과 평가에 적용한 구체적인 연구사례는 없지만, 활용 가능성은 일부 연구에서 제시되고 있다(Han, 1999).
- 따라서 각 플랫폼들이 네트워크로 연결된 공격주체의 근본적인 특성은 전투질량인 네트워크 파워(M)를 의미한다. 이를 도출하기 위하여 메트칼프 법칙을 적용하였다.
성능/효과
- 3) 표적의 수(w)는 임의시간에 군 작전지역 정면에서 핵심 표적의 수로서 u = 5, v = 5이다.
- 4) 화력자산은 항상 가용하고 즉시 반응할 수 있다.
- JFOS-K 구축에 의한 실시간 정보공유의 효과와 지휘통제 시간의 단축, 그리고 네트워크 승수효과에 의해 전투효과가 약 2.91배가 증가했음을 알 수 있다. 이에 대한 타당성을 검증하기 위해 기존의 유사 연구결과와 비교를 실시하였다.
- 결론적으로 “네트워크 기반하 전투력 평가함수” 개념을 설명하면 네트워크 파워(M )가 지휘통제시간(T )동안 일정한 속도(v)로 표적에 대한 확실성(I )을 가지고 적 표적을 공격하는 전투력에 대한 평가를 의미한다고 할 수 있다.
- 넷째 : 공군 전술데이터링크 체계의 효과를 분석한 결과는 2.02배의 전투력이 증가하였다(F).
- 다섯째 : 미 공군 경우 전술데이터링크 체계 구축후에는 승수효과가 2.60배 증가하였다(G).
- 둘째 : ANP를 이용한 육․해․공군의 C4I 체계의 전투력 상승효과는 각각 1.5배, 1.63배, 1.60배(평균 1.58배)가 증가하였다(C).
- 둘째 : 전투이론관점에서 속도는부대의 기동속도 또는 화력 자산의 투사속도로 표현할 수 있다. 따라서 화력자산을 운용함에 있어서 속도(v)는 공격주체(탄약, 미사일 등)가 표적에 충격을가하는 투사 속도를 의미한다.
- 둘째, 정보전송 시간은 PCW와 NCW 기반에 따라 달라진다. PCW는 CIC(Combat Information Center)를 통해서 정보를 공유하므로 각각의 플랫폼은 실시간 정보 공유가 이루어지지 않지만, NCW은 모든 플랫폼이 실시간 정보를 직접 공유한다(Kim, 2006).
- 따라서 노드 수에 의한 전투력 상승효과 영향은 크지 않다는 것을 알 수 있으며, 이는 한․미 양측세력이 동반상승함에 따라 일정수준의 효과를 지속하는 예측 가능한 양상을 보여주고 있다.
- 또한, 기존의 방법들도 접근법에 따라서 상이한 평가결과가 도출된 것을 볼 때, 제안 방법은 고전역학의 개념을 적용하여 공격주체의 고유한 특성(전투 질량)으로써 네트워크 파워의 반영, 정보의 우위, 네트워크 구축에 의한 지휘통제 시간의 단축효과를 계량화하였다는 점에서 기존 방법들과는 다른 새로운 접근을 시도한 것에 보다 큰 의미가 있다고 할 수 있다.
- 세 가지 효과요소는 지휘통제상의 시간 변수들과 란체스터 전투 모델을 이용하여 해군함정간의 교전 전 · 후의 전투력 상승효과를 측정한 결과 정보의 정확도와 지휘통제 시간의 단축을 가장 큰 효과 요소로 분석하였다.
- 셋째 : ARENA를 이용한 한국군의 지상전술 C4I 체계의 군단 통합화력 운용간 전투력 상승효과는 3.56배가 증가하였고(D), PAM 모델을 활용한 육 · 해 · 공군의 C4I 체계의 전투효과는 각각 1.55배, 1.7배, 1.68배(평균 1.64배)가 증가한 것으로 나타났다(E).
- 셋째 : 기동 공간의 효율적인 활용과 목표의 정확도를 증대 시킬 수 있다.
- 셋째 : 정보의 우위를 불확실성을 적용한 전장 가시화 수준으로 정의함으로서, 대화력전을 수행하는데 중요한 요소인 표적 탐지능력과 전장 정보체계 구축효과와의 관계를 도출하였다.
- 셋째, 지휘결심 시간(tcd)은 정보의 정확도에 영향을 받는다. 그러나 정보 정확도는 표적획득 과정에서 발생하는 불확실성의 정도로서 일단 전파된 표적 정보는 JFOS-K 구축 전 · 후가동일한 비율의 정보 정확도(IA=1)를 가지므로 식 (15)와 같다.
- 제안 방법은 전투력이 2.91배가 증가함으로서 기존 방법의 평균 대비 약 0.82배가 상향 평가되었으나, 이는 사용된 전장 시나리오와 변수 특성의 차이에 의한 것으로 볼 수 있다. 그리고 본 연구의 결과가 다소 높게 나타나는 것은 기존방법에서는 고려되지 않았던 표적획득 자산과 화력 자산간의 네트워크 파워를 반영한 결과로 판단된다.
- 그러나 기존의 연구들은 전장 정보체계의 효과측정에 있어서 지휘통제 시간이 기준이 되고 중요한 비중을 차지하였으며, 전투력을 구성하는 각 요소간의 상호작용에 의한 상승효과를 종합적으로 고려하지 못했다는 한계가 있다. 즉, 전장 정보체계의 구축을 통해 획득할 수 있는 정보의 공유, 지휘속도의 증가, 동시성 확보 등의 전투력 상승 요인에 대한 종합적인 측정이 미흡했다.
- 첫째 : 뉴턴의 제 2법칙에서 질량은 크기와 모양을 고려하지 않은 물체의 본질적인 특성을 나타낸다. 따라서 각 플랫폼들이 네트워크로 연결된 공격주체의 근본적인 특성은 전투질량인 네트워크 파워(M)를 의미한다.
- 첫째 : 확실한 정보를 공유함으로서 의사결정의 정확성과 반응시간을 단축할 수 있다.
- 첫째, 탐지시간(td)은 표적에 대한 개별 표적획득자산의 탐지시간으로서 엄밀한 의미에서 C2 시간의 범주에서 제외될 수 있기 때문에 비교대상에서 제외하였다.
- 첫째: AHP를 이용한 지상전술 C4I의 전투력 상승효과는 1.65배가 증가하였고(A), 해군 전술지휘통제 체계(KNTDS) 의 경우는 1.61배가 증가하였다(B).
후속연구
- 둘째 : 본 연구에서 적용한 JFOS-K이외의 체계에 대해서도 시나리오를 구성하여 다양하게 적용 후 What if 분석 등이 추가로 연구된다면 메트칼프 이론 적용 모델의 신뢰성을 높일 수 있을 것이다.
- 셋째 : 제안 방법을 시뮬레이션 모델의 개발로 발전시킨다면, 정보체계 구축 사업 추진 시 매우 효과적이고 타당성 있는 분석도구로써 활용이 가능할 것이다.
- 첫째 : 본 연구에서는 네트워크의 연결정도가 가장 이상적인 상태를 가정했지만, 현실적인 적용을 위해서는 네트워크의 연결정도 및 노드의 가치 교환 수준 정도를 구체화할 필요가 있다.
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