[논문]확률과정을 따르는 전투 네트워크 시뮬레이션 연구

민현준; 홍윤기

doi:10.9709/jkss.2010.19.1.113

확률과정을 따르는 전투 네트워크 시뮬레이션 연구
A Simulation Study of Stochastic Combat Networks 원문보기

한국시뮬레이션학회논문지 = Journal of the Korea Society for Simulation, v.19 no.1, 2010년, pp.113 - 123

초록
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첨단 국방과학기술이 발전을 거듭하면서 군사 전문가들은 전투 네트워크 시스템에 대한 관심이 커지고 있다. 소규모 전투끼리 네트워크 형태로 이어지는 전투상황의 실전적 묘사를 위해 청군과 홍군의 배치와 편제무기체계의 특성에 따라 유효사거리와 살상반경을 반영하고 교전 결과 잔여부대의 부대 재조직을 위한 이동규칙을 지정하여 추가 교전의 기회를 제공하였다. 전투시나리오로 실전적으로 모의하므로 기존 모델과의 신뢰도 차이를 추구하였다. 무기체계 배치 변화, 전투원 이동속도, 측/후방공격을 포함하는 전술의 변화, 지형 및 기상 등의 변수가 포함된 향후 연구과제도 제시되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The interest in combat network systems rises among specialists as the military technology advances. This study considers some new elements such as characteristics of weapon systems, force moving rules at the end of each small battle, etc. to improve the accuracy of the analysis of series of mini battle problems. There is a significant difference in MOEs among the scenarios and the models. This study suggests some further works in weapon allocation, moving speed, tactics, weather, and topography which need to be investigated.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

마지막으로, ‘기존 부대단위 통합 전투와 전투 네트워크 형태 개념 전투의 결과차이를 비교· 분석하여 실전적 전투 네트워크 형태 모의의 중요성과 당위성을 알아보는데 목적을 둔다.
본 연구는 과거 전투모형에 적용해 온 이론 또는 모델들 가운데 사격간격시간을 임의의 분포로 갖는 확률형 모델의 개념을 기본으로 하였다. 더 나아가 현실적 전투전개 상황묘사의 방안으로 소규모전투 간 소부대 전투 연계(‘series of mini battles’)개념에 입각하여 확률과정을 따르는 전투 네트워크 형태 모의모형에 대한 연구를 하였다.
실제 전장에서의 전투는 소규모 전투가 동시다발로 여러 지역에서 이루어지는데 그 동안의 연구는 소부대단위 전체가 하나의 교전으로 모의하는 것을 전제하였다. 본 연구는 실전적 전투양상을 감안하여 최대한 유효사거리 이내의 전투로 분할된 소규모의 교전결과를 적용하고 지속되는 부대 재조직개념을 적용하여 그 차이점을 규명하고자 한다.
본 연구에서 구현하고자 하는 전투 네트워크 형태 모의모형은 전투지역 노드를 구분하여 전투실상을 모의하는 이동규칙에 따른 전투 결과의 차이를 아는데 목적이 있다. 그러므로 구현 시 모형의 의미를 고려하여 이동규칙 등을 제외한 나머지의 여러 요소들에 대한 변수는 고정하여 설계한다.
1∼4번 전투지역 노드는 청군과 홍군이 각각 10:5, 12:10, 8:4, 10:7 규모로 배치된 모습으로 청군은 증강된 소대규모가 4개의 전투지역 노드에 배치되었으며 홍군은 감소된 분대가 분산되어 배치된 상황을 가정한다. 신뢰도 향상과 기존모델과의 비교를 위하여 다른 비율로 실험한 결과도 제시한다.
이 부분에서는 전투 네트워크 모형의 입⋅출력 자료와 그와 관련된 요소들의 수준 소부대 전투 모의가 연계된 전투가 수행되기 위해 우선적으로 이루어져야 하는 전투지역 노드교전 종료조건과 본 연구의 중점 사항인 이동규칙, 소부대 전투 연구 프로세스에 대해 기술한다.
이동규칙의 적용과 무기체계 성능의 반영으로 기존모델과 달리 실전상황에 가깝도록 접근하는데 목표를 두었다. 특히 기존 AWAM모델은 이동시 경로를 사전에 설정해 주는 어려움이 존재하고, 이동규칙을 정하여 모의하는 모델은 주변에서 발견할 수 없다.

가설 설정

1∼4번 전투지역 노드는 청군과 홍군이 각각 10:5, 12:10, 8:4, 10:7 규모로 배치된 모습으로 청군은 증강된 소대규모가 4개의 전투지역 노드에 배치되었으며 홍군은 감소된 분대가 분산되어 배치된 상황을 가정한다.
기존 모델에서 전투모의는 부대단위로 가시거리 안에서 발생한다고 가정하였다. 그러나 실제 전투는 네트워크 시스템 형태로 지형 및 기상, 무기체계의 배치 등 여러 요인에 의해 여러 소규모 전투들이 통합적으로 연계하여 모의될 수 있다고 가정하기에 이르렀다^[11].

제안 방법

3장의 모의모형 설계에 이어서 객체지향 프로그래밍 언어인 C++, MFC, DB를 사용하여 전투 네트워크 형태 모의모형을 구현한다.
기존 모델과 소부대 연계 전투의 결과 차이 비교’를 위해 소부대 연계 전투모의 이동규칙과 혼합 여부를 포함한 전투모의 결과를 분석한다.
더 나아가 현실적 전투전개 상황묘사의 방안으로 소규모전투 간 소부대 전투 연계(‘series of mini battles’)개념에 입각하여 확률과정을 따르는 전투 네트워크 형태 모의모형에 대한 연구를 하였다.
둘째로, 설정된 부대 재조직을 위한 이동규칙변경으로 ‘이동규칙에 따른 전투결과 차이’를 비교·분석하여 실전적인 규칙을 판단해 본다.
사격 후 설정된 거리에 의한 PH(명중률)와 난수를 비교하여 사격에 의한 홍군에 명중여부를 판단한다. 명중에 의한 PK(살상률)은 입력된 PK과 난수를 비교함으로서 알 수 있다.
소부대 전투 연계 전투모의의 전투상황묘사에 필요한 병력이동에 관하여 해당 규칙을 설정하고, 이에 따른 시나리오 설정과 모의실험을 통하여 부대 재조직을 위한 ‘이동규칙에 따른 소부대 전투 연계 모의 모형의 전투결과 차이’, ‘이동규칙 혼합 여부에 따른 전투결과 차이’, 그리고 ‘소부대 전투 연계 전투모의와 기존 개념 전투결과 차이’에 대하여 분석해 보았다.
실전적 전투에 가까운 모의실험을 위해 설정한 교전 시나리오를 통하여, 첫째, 설정한 ‘이동 규칙에 따른 전투결과 차이’를 분석함으로서 실전적 모의 의 신뢰성을 검토해본다.
이동규칙 혼합 여부에 따른 전투 결과 차이 비교’를 위해 ‘단일 이동규칙’과 ‘혼합 이동규칙’에 대한 전투결과를 분석한다.
현실적인 전투상황묘사를 위한 방안으로 두 가지 이동규칙인 ‘전투지역 노드 간 거리’, ‘타 전투지역 노드 잔여 병력 수’를 도입하였다. 적용된 두 가지 이동규칙을 활용하여 혼합 이동규칙도 고려하였다. 비록 혼합 이동규칙에 대한 큰 의미는 찾지 못하였지만 ‘이동규칙에 따른 소부대 전투 연계 전투모의 결과’로 부대 재조직을 위한 이동규칙은 가까운 전투지역으로 재조직 되었을 때 승리확률이 높다는 것을 확인할 수 있었다.
전투지역 노드 간 거리와 타 전투지역 노드 잔여병력을 고려한 규칙 간 전투결과를 분석한다.
종전의 연구를 배경으로, 본 연구에서는 기존 모델이나 연구보다 소부대에서 실전적 전투요소를 전투지역 노드로 선정하여 부대를 편성하고 편제 무기체계의 유효사거리와 살상효과, 노드교전 후 부대 재조직을 위한 이동규칙 등의 상호작용을 수학적 또는 절차적 행위로 표현하는 기술을 적용함으로서 전투객체 행동모형을 제시하고 비교·분석하고자 하였다.
현실적인 전투상황묘사를 위한 방안으로 두 가지 이동규칙인 ‘전투지역 노드 간 거리’, ‘타 전투지역 노드 잔여 병력 수’를 도입하였다.

성능/효과

가장 열세한 아군 노드로 이동시 잔여 홍군의 우세한 무기체계 가능성으로 인한 불리한 상황이 거듭되어 청군의 피해가 지속내지는 가중되는 것으로 나타났다. 반대로 근접 노드로 이동시 청군의 우세한 무기체계의 보충 가능성으로 인한 전장상황 우위의 기회로 승리확률 및 기대생존자 수에서 상대적으로 높은 기대치를 나타내는 것으로 관찰되었다.
각 노드의 확률형 small-to-small 전투의 결과는 지속적으로 누적·통합되어 최종 전체 전투결과에 영향을 미치면서 근본적으로 기존 모델과의 차이가 발생하는 것으로 관찰된다.
둘째로, 단일 이동규칙 1과 혼합 이동규칙 1, 단일 이동규칙 2와 혼합 이동규칙 2의 결과가 비슷한 것으로 보아 이동규칙 혼합에 의해 단일 이동규칙 전투와 큰 차이가 있다고는 볼 수 없다. 세 째로, 이동규칙 혼합 여부에 상관없이 전체 기대 전투종료시간 E[TD]은 큰 차이가 없음을 알 수 있다.
청군과 홍군의 초기 부대규모 비율의 차이에 따른 결과의 차이는 방어자 홍군의 규모가 커지면서 전투시간은 길어지는 것이 당연한 것으로 판단된다. 따라서 3:1과 2:1의 경우를 상대적으로 비교할 때, 기대 생존자의 수도 청군과 홍군 모두 현저히 줄어드는 것으로 나타났음은 충분히 타당성이 인정된다.
또한 평균 전투모의 종료시간 E[T_D]은 두 이동규칙 간에 30초의 차이를 나타내고 있으며, 청군 또는 홍군 승리시 조건부 평균 전투종료시간 차이가 대략 1분 및 1.5분 정도 차이가 나는 것을 알 수 있다. 이는 설정한 이동규칙에 따른 전투 시 청·홍군 모두 ‘전투에 많은 시간을 소요되면 패할 확률이 높다’고 분석할 수 있다.
가장 열세한 아군 노드로 이동시 잔여 홍군의 우세한 무기체계 가능성으로 인한 불리한 상황이 거듭되어 청군의 피해가 지속내지는 가중되는 것으로 나타났다. 반대로 근접 노드로 이동시 청군의 우세한 무기체계의 보충 가능성으로 인한 전장상황 우위의 기회로 승리확률 및 기대생존자 수에서 상대적으로 높은 기대치를 나타내는 것으로 관찰되었다. 이는 이동규칙에 따른 부대 재조직으로 청군의 손실률 감소가 기대됨을 보이는 것으로 전술적 원칙의 적용으로 볼 수 있겠다.
본 연구의 핵심사항인 분산 및 이종무기체계를 고려한 확률형 및 이동규칙에 덧붙여 지형 및 기상, 전투원의 배치, 양 진영 간의 거리, 전투력 발휘 방향 등 다수의 주요 사항들을 고려할 수 있다. 현실적인 전투객체 행위모형의 개념을 제시하고 이를 전투 모델링 기술에 확장 적용하는 등의 향후 연구가 이어지기를 기대한다.
비록 혼합 이동규칙에 대한 큰 의미는 찾지 못하였지만 ‘이동규칙에 따른 소부대 전투 연계 전투모의 결과’로 부대 재조직을 위한 이동규칙은 가까운 전투지역으로 재조직 되었을 때 승리확률이 높다는 것을 확인할 수 있었다.
사례 1과 4에서 기존 개념 전투모의에서만 청군 승률이 높음을 알 수 있으며, 기존 개념 전투의 P(B)가 제일 높음에도 불구하고 E[B/Win]값을 비교해 보면 단일 이동규칙 1인 ‘노드 간 거리’ 전투보다 낮음을 알 수 있고 상대적으로 P(B)값이 작은 다른 소부대 연계 전투모의에 비해 E[B/Win]이 많이 크지 않음을 알 수 있다.
200회 반복 시행하였는데, 이는 평균추정치에서 약 2배 표준오차 범위 내에 95%의 관측치들이 분포한다고 보았을 때, 표준오차는 추정치에 상대적으로 매우 작은 값을 나타내고 있다. 상대 또는 절대정도 측면에서 반복 시행회수의 크기에 관한 관심사가 본 연구의 목적이 아닌 점을 감안하여 200회가 적절한 것으로 판단하였다. 1∼4번 전투지역 노드는 청군과 홍군이 각각 10:5, 12:10, 8:4, 10:7 규모로 배치된 모습으로 청군은 증강된 소대규모가 4개의 전투지역 노드에 배치되었으며 홍군은 감소된 분대가 분산되어 배치된 상황을 가정한다.
둘째로, 단일 이동규칙 1과 혼합 이동규칙 1, 단일 이동규칙 2와 혼합 이동규칙 2의 결과가 비슷한 것으로 보아 이동규칙 혼합에 의해 단일 이동규칙 전투와 큰 차이가 있다고는 볼 수 없다. 세 째로, 이동규칙 혼합 여부에 상관없이 전체 기대 전투종료시간 E[TD]은 큰 차이가 없음을 알 수 있다. 또한 청군은 상대적으로 P(B)가 높은 이동규칙일수록 E[TD/B Win]도 작아지는 것을 알 수 있다.
이를 통하여 병력 기동부분을 고려한 소부대 연계 전투모의와 기존 개념 전투모의에 있어서 ‘소부대 연계 전투모의가 기존개념 전투모의보다 상대적으로 효율적인 전투모의다.

후속연구

본 연구의 결과를 바탕으로 향후 이동규칙에 대한 면밀한 관찰과 실험으로 진보된 전투 네트워크 형태 모의모형을 실전적 소부대 상황이 모의되는 분석용 모델개발에 적용됨이 바람직하다. 제시된 방안이 AWAM 모델이나 교전/임무급의 분석/훈련용 모델에 요소기술로 적용 시 운용효과를 증진시킬 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구의 결과를 바탕으로 향후 이동규칙에 대한 면밀한 관찰과 실험으로 진보된 전투 네트워크 형태 모의모형을 실전적 소부대 상황이 모의되는 분석용 모델개발에 적용됨이 바람직하다. 제시된 방안이 AWAM 모델이나 교전/임무급의 분석/훈련용 모델에 요소기술로 적용 시 운용효과를 증진시킬 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구의 핵심사항인 분산 및 이종무기체계를 고려한 확률형 및 이동규칙에 덧붙여 지형 및 기상, 전투원의 배치, 양 진영 간의 거리, 전투력 발휘 방향 등 다수의 주요 사항들을 고려할 수 있다. 현실적인 전투객체 행위모형의 개념을 제시하고 이를 전투 모델링 기술에 확장 적용하는 등의 향후 연구가 이어지기를 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	사격 형태 중 직접사격은 무엇을 의미하는가?	사격 형태는 직접사격(Direct firing)과 지역사격(Area firing)으로 나뉜다. 직접사격은 소총과 같은 한 대상에 대해서만 사격이 되는 무기체계를 말하며, 지역사격은 KM202 유탄발사기의 살상반경을 고려할 수 있는 사격을 의미한다.
	지상전 모델은 무엇이 주축인가?	현재 군에서 운용하는 대다수 분석 및 훈련모델은 해외에서 도입되어 제대별의 지휘소 연습지원과 전력소요 분석 등에 활용중이다. 지상전 모델은 Lanchester 방정식 기반의 결정적 소모모델이, 해상 및 공중전 모델은 물리 방정식과 Monte Carlo 시뮬레이션 기반의 확률적 소모모델이 주축을 이루며, 무기체계의 화력과 기동력에 분석의 초점이 맞추어져 있다. 미래의 NCW 전장환경에서는 전투요소는 동일하더라도 전투요소들 간의 디지털자동화 네트워킹을 기반으로 전장정보를 실시간으로 교환해야 하며, 이를 위해 해외에서는 기존의 전투모델에 C4ISR 요소들을 에이전트로 표현하여, ABMS기술을 기존모델과 연동하는 방안과 시뮬레이션 개발환경 자체를 에이전트 소프트웨어 기술을 적용하여 인텔리전트시스템과 다중에이전트시스템 구조로 복잡성 이론을 적용한 새로운 모델로 접근하는 두 모습으로 발전하고 있다[2].
	방정식기반 소모모델의 장점은 무엇인가?	기존의 방정식기반 소모모델은 전체 부대의 누적 평균 전투결과를 비교적 간단하게 추정할 수 있는 장점이 있으나 모든 전투 상황요소를 동일 조건으로 하는 기본전제하에 모델을 구성하므로 실전적 전투상황요소의 개별 특성과 동태적 특성을 모델에 반영할 수 없는 단점이 있다.

참고문헌 (12)

합동참모본부, 지상무기효과분석 모델(AWAM) 사용자 지침서, 2007년.
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홍윤기, "Fire Allocation and Combat Networking," 한국군사운영분석학회지, pp 110-131, 1998년.
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상세보기
Ancker, C.J., Jr. and A.V. Gafarian, "The Validity of Assumptions Underlying Current Uses of Lanchester Attrition Rates," Naval Research Logistics, vol. 34, pp. 505-533, 1987.

상세보기
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Gafarian, A.V., Harvey, D.G., and Hong, Y.G., Some Many-on-Many Homeogenous Stochastic Combat Simulation Models, US Army TRADOC Analysis Command(TRAC), 1991.
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Parkhideh, S. and Gafarian A.V., "General Solution to Many-on-Many Heterogeneous Stochastic Combat," Naval Research Logistics, vol. 43, pp. 937-953, 1996.

상세보기
Rowland, D., Field Trials and Modelling, International Symposium on Advances in Combat Modelling, The Royal Military College of Science, 1984.
Yang, J. and Gafarian, A. V., "A Fast Approximation of Homogeneous Stochastic Combat," Naval Research Logistics, vol. 42, pp. 505-533, 1995.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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