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문제 정의
- 본 연구에서는 단순한 성능비교에 치중한 기존의 연구와는 달리 미래 전장 환경을 고려한 전술적 통신 요구사항을 고찰하고, 군사적 시나리오를 적용하여 MANET 프로토콜 간의 성능을 비교해 보았다. 실험결과 전체적으로는 AODV가 가장 좋은 성능을 보여주었으나, 90km/h이하의 속도와 5.
가설 설정
- 11) 이동속도에서 제시된 주간 통과 가능 지형 속도 40km/h를 적용하였다. 트래픽 발생은 740bit의 데이터가 4초당 1번씩 발생하는 것으로 가정하였으며, 대상은 실험 목적상 랜덤으로 설정하였다.
제안 방법
- 0으로 실시하였으며, 실험간 적용된 변수는 각종 군사 교리및 교범을 참고하여 아래 Table 3과 같이 선정하였다. OPNET에서 제공하는 WLAN 기반의 MANET 모델을 이용하여 시나리오를 구성하였으며, 데이터 전송속도는 현 TMMR의 요구사항인 2Mbps를 적용하고, 성능비교를 위한 MANET 프로토콜들은 노드의 이동성을 고려한 On demand 프로토콜 중 비교적 인지도가 높은 AODV와 DSR, TORA를 대상으로 실험을 진행하였다. 기본 시나리오는 현재 육군에서 TMMR의 WNW모드를 00부대급에 적용하는 것을 고려하였으며, 네트워크의 Size는 군사평론에 소개된 연구안[7]을 적용하였다.
- TMMR WNW의 적용을 고려중인 육군 00부대급 부대의 전장(네트워크 Size)에서 효율적인 데이터의 유통을 보장하는 노드 수를 판단해 보고, 노드 수에 따른 각 프로토콜의 성능을 비교해 보았다. 노드의 수는 기본 시나리오(Case 1)로 설정된 14대와 여기에 0대장들에게 추가 할당할 경우(Case 2)를 고려한 26대, 참모들에게도 할당하는 경우(Case 3)인 38대를 적용하였으며, 기타 실험환경은 동일하게 적용하여 실험을 실시하였다.
- OPNET에서 제공하는 WLAN 기반의 MANET 모델을 이용하여 시나리오를 구성하였으며, 데이터 전송속도는 현 TMMR의 요구사항인 2Mbps를 적용하고, 성능비교를 위한 MANET 프로토콜들은 노드의 이동성을 고려한 On demand 프로토콜 중 비교적 인지도가 높은 AODV와 DSR, TORA를 대상으로 실험을 진행하였다. 기본 시나리오는 현재 육군에서 TMMR의 WNW모드를 00부대급에 적용하는 것을 고려하였으며, 네트워크의 Size는 군사평론에 소개된 연구안[7]을 적용하였다. 노드의 수량은 육군이 TMMR WNW모드를 차량용으로, 고려중인 것을 감안하여 14대로 설정하였다.
- 기존의 단순 성능비교 위주의 MANET에 대한 연구들은 군사적 적용을 위한 판단자료로는 제한되므로, 본 연구에서는 TICN이 적용될 미래 전장 환경의 변화와 이에 따른 군통신의 요구사항을 고찰하고, 이에 기초한 실험항목과 군사적 시나리오를 적용하여 TICN 체계에 적용할 MANET 프로토콜을 비교 분석 하였다.
- 노드의 이동속도 증가에 따른 각 프로토콜별 성능의 차이를 송신에서 수신노드까지 데이터 전달에 소요되는 시간을 기준으로 비교해 보았다. 노드의 이동속도가 증가할수록 네트워크 토폴로지(Topology)의 변화가 빨라져 데이터 전달을 위한 멀티홉 경로를 설정하기가 더욱 어려워진다.
- 데이터의 전송속도에 따른 각 알고리즘들의 네트워크 처리율(Throughput)의 변화를 비교해 보았으며 이때, 적용한 전송속도는 IEEE 802.11b 모델을 활용하여, 1Mbps, 2Mbps, 5.5Mbps, 11Mbps의 4가지를 적용하였다.
- 따라서 본 논문에서는 TICN체계가 적용될 미래 전장 환경에 대한 변화와 이에 따른 군 전술통신의 요구사항들을 파악하고, 이를 기준으로 실험항목과 군사적 시나리오를 적용하여 MANET 프로토콜별 성능을 비교 평가해 보았다.
- 비교 대상이 되는 각 프로토콜들이 기본적으로 노드들의 이동성이 없는 고정된 네트워크와 랜덤하게 이동하는 이동 네트워크에서 어떤 성능의 차이를 보이는 지를 네트워크 처리율(Throughput)의 변화를 통해 Fig. 4, 5와 같이 비교해 보았다. 그림에서 맨 위(녹색)는 AODV, 두 번째(청색)는 DSR, 그리고 맨 밑(적색)은 TORA를 나타낸다.
- 2와 같이 고정형과 이동형 노드를 분리하여 적용하였다. 지휘관 노드는 해당 책임지역을 랜덤으로 이동하고, 참모 및 지휘소는 고정형 노드로 반영하였으며, 이동 노드의 속도는 야교 2-13 전장정보 분석(2002.11) 이동속도에서 제시된 주간 통과 가능 지형 속도 40km/h를 적용하였다. 트래픽 발생은 740bit의 데이터가 4초당 1번씩 발생하는 것으로 가정하였으며, 대상은 실험 목적상 랜덤으로 설정하였다.
대상 데이터
- TMMR WNW의 적용을 고려중인 육군 00부대급 부대의 전장(네트워크 Size)에서 효율적인 데이터의 유통을 보장하는 노드 수를 판단해 보고, 노드 수에 따른 각 프로토콜의 성능을 비교해 보았다. 노드의 수는 기본 시나리오(Case 1)로 설정된 14대와 여기에 0대장들에게 추가 할당할 경우(Case 2)를 고려한 26대, 참모들에게도 할당하는 경우(Case 3)인 38대를 적용하였으며, 기타 실험환경은 동일하게 적용하여 실험을 실시하였다.
- 기본 시나리오는 현재 육군에서 TMMR의 WNW모드를 00부대급에 적용하는 것을 고려하였으며, 네트워크의 Size는 군사평론에 소개된 연구안[7]을 적용하였다. 노드의 수량은 육군이 TMMR WNW모드를 차량용으로, 고려중인 것을 감안하여 14대로 설정하였다.
데이터처리
- 실험은 네트워크 분석프로그램인 OPNET 14.0으로 실시하였으며, 실험간 적용된 변수는 각종 군사 교리및 교범을 참고하여 아래 Table 3과 같이 선정하였다. OPNET에서 제공하는 WLAN 기반의 MANET 모델을 이용하여 시나리오를 구성하였으며, 데이터 전송속도는 현 TMMR의 요구사항인 2Mbps를 적용하고, 성능비교를 위한 MANET 프로토콜들은 노드의 이동성을 고려한 On demand 프로토콜 중 비교적 인지도가 높은 AODV와 DSR, TORA를 대상으로 실험을 진행하였다.
성능/효과
- 이를 앞서 언급한 미육군의 차기전술 통신체계 WIN-T ORD의 데이터 전송교환요구 조건에 비추어 판단해보면, 120km/h 속도까지 모두 일상적인 정보의 유통에는 어려움이 없으며, TORA의 경우는 120km/h의 속도에서도 긴급정보의 교환기준을 만족하였다. DSR의 경우는 속도의 변화에 따라 비선형적(nonlineal)으로 증가하며, delay 변화의 기복도 큰 편으로 최대 delay가 약 12.5초로 시간에 민감한 정보의 기준을 만족하였다.
- MANET을 이용해 송신노드에서 수신노드까지 데이터 전달간 소요된 Delay 시간(sec)을 비교시 Fig. 6과 같이 전체적으로 노드수가 증가할수록 경로 설정을 위한 경우의 수가 증가하여 Delay 시간이 줄어드는 경향을 보여주었다. AODV의 경우는 26대의 경우 4초 정도로 감소하였다가 38대의 경우는 5.
- 고정 네트워크에서는 노드들의 이동이 없으므로 Throughput이 안정적인 반면 이동 네트워크에서는 노드들의 랜덤한 이동으로 많은 변화를 보이고 있다. 고정 네트워크와 이동 네트워크 모두 AODV가 가장 높은 Throughput을 보여주었다.
- 7과 같이 노드의 이동속도 증가에 따라서 점차 delay가 커지는 형태를 보여주었으며, TORA가 120km/h까지의 속도변화에도 불구하고 2초 이내의 작은 delay를 일관되게 유지하였다. 다음으로 AODV, DSR의 순으로 delay가 작게 나타났으며, AODV의 경우는 90km/h 초과시 delay가 급격하게 증가하는 모습을 보여주었다. 이를 앞서 언급한 미육군의 차기전술 통신체계 WIN-T ORD의 데이터 전송교환요구 조건에 비추어 판단해보면, 120km/h 속도까지 모두 일상적인 정보의 유통에는 어려움이 없으며, TORA의 경우는 120km/h의 속도에서도 긴급정보의 교환기준을 만족하였다.
- 5Mbps 이하의 Data rate 한계를 확인하였고, 빠른 속도로 이동하는 노드들 간의 소량의 데이터를 주고받는 경우에는 TORA가 가장 유리한 성능을 보여주었다. 또한 미래 00급 크기의 네트워크에서 MANET 기술을 활용하여 부대간 데이터 유통을 보장하기 위해서는 많은 수량의 TMMR WNW가 필요한 것으로 확인되었다. 세부적인 할당기준은 미래 작전부대 책임지역의 크기를 고려하여 적절한 검토가 되어야 할 것이며, 추가적으로 실제 야전에서 적용 가능한 TMMR WNW모드의 개발을 위해서는 산악지형이 대부분인 한반도의 전장환경을 고려하여 클러스터 헤더의 개념 및 지형을 고려한 추가 연구가 뒤따라야 할 것으로 판단된다.
- 시험 결과 Fig. 7과 같이 노드의 이동속도 증가에 따라서 점차 delay가 커지는 형태를 보여주었으며, TORA가 120km/h까지의 속도변화에도 불구하고 2초 이내의 작은 delay를 일관되게 유지하였다. 다음으로 AODV, DSR의 순으로 delay가 작게 나타났으며, AODV의 경우는 90km/h 초과시 delay가 급격하게 증가하는 모습을 보여주었다.
- 실험 결과 Fig. 3과 같이 랜덤으로 이동하는 노드들에 의해 시간에 따라 Throughput의 변화 정도는 다른 알고리즘에 비해 TORA가 심한 편이며, 1M, 2M, 5.5M, 11M의 4가지 경우 모두 AODV가 가장 높은 Throughput을 보여주었다. AODV와 DSR의 경우 1M～5.
- 본 연구에서는 단순한 성능비교에 치중한 기존의 연구와는 달리 미래 전장 환경을 고려한 전술적 통신 요구사항을 고찰하고, 군사적 시나리오를 적용하여 MANET 프로토콜 간의 성능을 비교해 보았다. 실험결과 전체적으로는 AODV가 가장 좋은 성능을 보여주었으나, 90km/h이하의 속도와 5.5Mbps 이하의 Data rate 한계를 확인하였고, 빠른 속도로 이동하는 노드들 간의 소량의 데이터를 주고받는 경우에는 TORA가 가장 유리한 성능을 보여주었다. 또한 미래 00급 크기의 네트워크에서 MANET 기술을 활용하여 부대간 데이터 유통을 보장하기 위해서는 많은 수량의 TMMR WNW가 필요한 것으로 확인되었다.
- 이를 미육군의 차기전술통신체계인 WIN-T에서 제시한 정보형태별 데이터 정보교환 소요시간으로 판단시 화력요청, 적 상황보고와 같은 시간에 민감한 정보들의 교환 요건을 만족하는 것으로 나왔으며, 26대 이상의 경우 DSR과 TORA는 과도체계 기준으로 적 미사일 및 화생방 경고와 같은 긴급정보의 데이터 교환 요건도 만족할 수 있는 것으로 도출되었다.
- 다음으로 AODV, DSR의 순으로 delay가 작게 나타났으며, AODV의 경우는 90km/h 초과시 delay가 급격하게 증가하는 모습을 보여주었다. 이를 앞서 언급한 미육군의 차기전술 통신체계 WIN-T ORD의 데이터 전송교환요구 조건에 비추어 판단해보면, 120km/h 속도까지 모두 일상적인 정보의 유통에는 어려움이 없으며, TORA의 경우는 120km/h의 속도에서도 긴급정보의 교환기준을 만족하였다. DSR의 경우는 속도의 변화에 따라 비선형적(nonlineal)으로 증가하며, delay 변화의 기복도 큰 편으로 최대 delay가 약 12.
후속연구
- 다양해진 정보 형태와 대용량의 전송용량이 요구될 것이며, 부대의 이동성을 고려한 기동간 지휘통제를 보장할 수 있어야 한다. 그리고 다양해진 관련 무기체계들간의 상호연동을 위한 상호운용성을 고려하여 개발되어야 할 것이며, 야전환경의 변화에 적합한 능력을 통해 지휘 통신의 연속성과 강건성을 보유하여야 할 것이다. 또한 점차 비중이 커지는 로봇 및 UAV(Unmanned Aerial Vehicle)와 같은 무인 무기체계에 대해서도 아래의 Table 1[6]과 같은 기준을 만족할 수 있어야 한다.
- 전장공간은 3차원(육, 해, 공)공간에서 5차원(우주, 사이버)공간으로 확대되고, 기존의 병력중심, 대량살상/ 섬멸전에서 효과를 중시한 정밀 타격위주의 비선형 전투로 그 패러다임을 달리 할 것이며, 인명중심의 무인 무기체계가 전투수행 간 큰 비중을 차지하게 될 것이다. 또한 발달된 기반체계를 통해 빨라진 결심주기와 감시-결심-타격체계를 연동하여 전투력을 발휘를 극대화하는 네트워크 기반 동시/통합전의 형태로 변모해 갈 것이다.
- 또한 미래 00급 크기의 네트워크에서 MANET 기술을 활용하여 부대간 데이터 유통을 보장하기 위해서는 많은 수량의 TMMR WNW가 필요한 것으로 확인되었다. 세부적인 할당기준은 미래 작전부대 책임지역의 크기를 고려하여 적절한 검토가 되어야 할 것이며, 추가적으로 실제 야전에서 적용 가능한 TMMR WNW모드의 개발을 위해서는 산악지형이 대부분인 한반도의 전장환경을 고려하여 클러스터 헤더의 개념 및 지형을 고려한 추가 연구가 뒤따라야 할 것으로 판단된다.
- 이라크전과 같은 최근의 사례와 전문기관들의 관련 문서에 비추어 볼 때 미래전장은 발달된 첨단 네트워크 기술과 다양한 감시수단을 활용한 전장가시화와 C4I(Command, Contol, Communication, Computer, and Intelligence)를 활용한 빠른 결심, 다수의 적에 대한 정밀타격에 의한 효과중심의 전쟁이 수행되는 디지털 전장이 될 것이다.
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