국방 분야에서의 M&S는 무기 체계 획득 및 개발에 투입되는 비용, 시간, 노력 및 위험을 감소하기 위한 전투 효과 실험 등에 사용되며 그 중요성이 높아지고 있다. 국방 M&S에서 시뮬레이션 모델은 묘사수준에 따라 전구급, 임무급, 교전급, 공학급 모델로 분류할 수 있는데, 그 중 교전급 모델은 다양한 자원들을 가상의 전장환경에 투입하여 시뮬레이션을 수행하며, 이것을 통하여 사용자들이 예측 불가능한 국지 전장에서의 많은 상황들에 대하여 다각적인 시야로 전술을 고려할 수 있게 하는 역할을 한다. 이런 교전급 시뮬레이션을 개발할 때, 에이전트 기반 시뮬레이션 개념을 도입하면 개체의 향상된 자율성, 조합성 및 재사용성을 가질 수 있다. 그것은 시뮬레이션 모델의 개발에 소요되는 시간, 비용 및 노력을 절감할 수 있음을 의미한다. 본 논문은 쿠가 아키텍처를 활용하여 다중 에이전트 기반의 교전급 시뮬레이션 프레임워크를 설계하는데 그 목적을 둔다.
국방 분야에서의 M&S는 무기 체계 획득 및 개발에 투입되는 비용, 시간, 노력 및 위험을 감소하기 위한 전투 효과 실험 등에 사용되며 그 중요성이 높아지고 있다. 국방 M&S에서 시뮬레이션 모델은 묘사수준에 따라 전구급, 임무급, 교전급, 공학급 모델로 분류할 수 있는데, 그 중 교전급 모델은 다양한 자원들을 가상의 전장환경에 투입하여 시뮬레이션을 수행하며, 이것을 통하여 사용자들이 예측 불가능한 국지 전장에서의 많은 상황들에 대하여 다각적인 시야로 전술을 고려할 수 있게 하는 역할을 한다. 이런 교전급 시뮬레이션을 개발할 때, 에이전트 기반 시뮬레이션 개념을 도입하면 개체의 향상된 자율성, 조합성 및 재사용성을 가질 수 있다. 그것은 시뮬레이션 모델의 개발에 소요되는 시간, 비용 및 노력을 절감할 수 있음을 의미한다. 본 논문은 쿠가 아키텍처를 활용하여 다중 에이전트 기반의 교전급 시뮬레이션 프레임워크를 설계하는데 그 목적을 둔다.
M&S in the field of national defense is a battle system has been highly spotlighted for obtaining weapon systems, analyzing and experimentation of battle effects to reduce costs, time, and risks. It is classified as Campaign, Mission, Engagement, and Engineering levels by detail of description. In e...
M&S in the field of national defense is a battle system has been highly spotlighted for obtaining weapon systems, analyzing and experimentation of battle effects to reduce costs, time, and risks. It is classified as Campaign, Mission, Engagement, and Engineering levels by detail of description. In engagements, many situations on the battle field which are really unpredictable are required to be considered on the view of diverse tactics. Thus, engagement simulation is in demand to use for forecasting real-world battle situations by inserting various components which consists of real engaging situations into virtual local battle field. While developing the engagement simulation, adopting the concept of agent-based simulation gives it benefits which are improved autonomy, composability, and reusability of entities. It means reducing the time, cost and effort to develop the simulations. This paper concentrates on the framework of multi-agent based engagement simulation using Cougaar Architecture.
M&S in the field of national defense is a battle system has been highly spotlighted for obtaining weapon systems, analyzing and experimentation of battle effects to reduce costs, time, and risks. It is classified as Campaign, Mission, Engagement, and Engineering levels by detail of description. In engagements, many situations on the battle field which are really unpredictable are required to be considered on the view of diverse tactics. Thus, engagement simulation is in demand to use for forecasting real-world battle situations by inserting various components which consists of real engaging situations into virtual local battle field. While developing the engagement simulation, adopting the concept of agent-based simulation gives it benefits which are improved autonomy, composability, and reusability of entities. It means reducing the time, cost and effort to develop the simulations. This paper concentrates on the framework of multi-agent based engagement simulation using Cougaar Architecture.
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문제 정의
기존의 연구 중 DARPA에서 물류 시뮬레이션 모델에 쿠가를 적용한 사례가 있지만, 전투 실험에 활용된 사례는 드물다(Cougaar, 2011). 따라서 본 연구는 컴포넌트 기반 분산 에이전트 아키텍처인 쿠가를 이용해 에이전트 기반의 교전급 시뮬레이션에 적용하는 것에 초점을 맞추어 진행하였고, 그 적합성을 확인하였다.
본 연구는 교전급 시뮬레이션의 구현에 있어 개체 에이전트의 재사용성, 확장성 및 조합성을 갖도록 설계하기 위해 쿠가 아키텍처를 활용하여 다중 에이전트 기반 교전급 시뮬레이션의 프레임워크를 설계하고 구현하였다. 기존의 연구 중 DARPA에서 물류 시뮬레이션 모델에 쿠가를 적용한 사례가 있지만, 전투 실험에 활용된 사례는 드물다(Cougaar, 2011).
본 연구는 언급한 기존 교전급 M&S의 한계점을 해결하기 위해 Cougaar Architecture를 활용한 교전 시뮬레이션 프레임워크를 제안하여, 개발된 모델의 재사용성, 확장성 및 조합성을 갖는 다중 에이전트 기반의 교전 시뮬레이션을 설계한다.
제안 방법
구현된 에이전트 사회를 쿠가를 이용하여 시뮬레이션을 실행하였다. 그림 7은 시뮬레이션이 진행됨에 따라 변경되는 위치 값과 적의 인지 및 공격하는 과정을 로그를 출력하여 알려준다.
그림 1은 다중 에이전트 시뮬레이션의 구조를 표현하고 있는데, 상위 레벨의 에이전트들은 하위 레벨의 에이전트들이 모여 구성된다(Ibrahim, 2009). 또한 에이전트는 모듈과 규칙을 포함하는데, 이런 에이전트들이 모여 다시 하나의 에이전트를 구성하는 것에 대해 표현하였다. 예를 들어 S라는 잠수함을 구성하기 위해 필요한 에이전트는 공격체계, 방어체계, 해군 인적 자원, 추진동력 체계, 생존 체계 등으로 나눌 수 있다.
일반적으로 교전급 모델의 구성은 세 종류의 개체로 나눌 수 있는데, 각각의 개체는 시뮬레이션 내에서 전투를 수행하는 물리개체, 물리개체를 관리하거나 명령을 내리는 역할을 수행하는 논리개체, 그리고 시뮬레이션이 진행되는 전장환경에 관한 정보를 관리하는 환경개체로 구성된다(Park 등, 2010). 본 절에서는 쿠가를 활용하여 다중 에이전트 기반의 개체를 생성하여 교전 시뮬레이션 및 구성 개체를 설계하기 위한 프레임워크를 제안하며, 프레임워크를 설명하기 위해서 시뮬레이션 할 시나리오를 가정하고, 쿠가를 활용하여 시나리오를 구현한다. 표 2는 쿠가를 적용하는 교전급 시뮬레이션 개발 절차를 설명하고 있으며, 본 절은 표와 같은 개발절차에 따라서 설명이 진행된다.
플러그인의 역할 및 블랙보드/릴레이를 통한 정보 획득 및 제공의 설계가 완료되었으면 제공되는 JAVA기반의 쿠가 라이브러리를 사용하여 플러그인을 구현한다. 그림 3은 플러그인의 기본구조를 표현하고 있는 그림으로, 에이전트의 생성 시점에서 입력치(Arguments)들을 받는다.
이론/모형
에이전트를 모델링하여 시뮬레이션 하기 위해 쿠가(Cougaar : Cognitive Agent Architecture)를 사용한다. 쿠가는 자바 기반 오픈 소스 에이전트 아키텍처로 인지적 에이전트들을 생성하고 동작을 정의할 수 있으며, 인프라 스트럭처 및 핵심 서비스들이 포함되어 있는 소프트웨어 아키텍처이다.
성능/효과
첫째, 쿠가는 하나의 플러그인을 설계하여 구현하면 이 플러그인을 여러 에이전트에 등록하여 사용할 수 있어 그 확장성(Scalability & Expandability)이 매우 크고, 이런 플러그인들이 물리적으로 거리가 있어도 시뮬레이션이 가능하도록 하는 분산 시뮬레이션 시스템을 지원한다. 둘째, 각 플러그인은 모듈화되어 있으므로, 병렬적 플러그인 소프트웨어의 개발이 가능하다. 셋째, 플러그인의 조합에 따라 다른 역할을 수행하는 에이전트의 개발이 가능해져 조합성(Composability)이 매우 높으며, 시스템 변경(Configure)이 쉽다.
둘째, 각 플러그인은 모듈화되어 있으므로, 병렬적 플러그인 소프트웨어의 개발이 가능하다. 셋째, 플러그인의 조합에 따라 다른 역할을 수행하는 에이전트의 개발이 가능해져 조합성(Composability)이 매우 높으며, 시스템 변경(Configure)이 쉽다. 마지막으로, 하나의 플러그인이 오작동을 일으켜 심각한 오류를 일으켰을 경우에도 전체 시스템에 영향을 미치지 않으며, 오류를 일으킨 플러그인만 종료되거나 재시작된다.
첫째, 쿠가는 하나의 플러그인을 설계하여 구현하면 이 플러그인을 여러 에이전트에 등록하여 사용할 수 있어 그 확장성(Scalability & Expandability)이 매우 크고, 이런 플러그인들이 물리적으로 거리가 있어도 시뮬레이션이 가능하도록 하는 분산 시뮬레이션 시스템을 지원한다.
후속연구
비록, 쿠가 아키텍처가 자율성의 구현에 한계를 갖고 있으나, 플러그인의 재사용성 및 에이전트의 확장성을 활용하여 특정 분야에 종속되지 않는 신속하고 다양한 시뮬레이션을 가능하게 한다. 향후, 본 연구의 예제 모델 구현 중에 사용되지 않은 여러 가지 쿠가의 기능들, 예를 들면 웹서블릿(Web Servlet) User Interface 또는 어셋(Asset)을 통한 같은 종류의 다른 에이전트 제작 등을 적극 활용하여 플러그인 라이브러리를 구축하고, 분산 환경에서 실험을 통해 쿠가를 활용한 다중 분산 에이전트 기반의 교전급 시뮬레이션 시스템을 기대할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
한국군에서 국방 모델링 및 시뮬레이션에 대한 중요성이 높아지는 배경은?
IT의 발달과 미래 전장환경 및 전쟁 패러다임의 변화, 새롭고 다양한 작전적 요구에 비해 상대적인 국방 가용자원의 제약, 그리고 환경오염 문제등으로 인해 한국군에서 국방 모델링 및 시뮬레이션(M&S)에 대한 중요성이 점점 높아지고 있다(차진섭, 2007; 최상영, 2010). 국방 M&S는 실세계의 전장, 자연, 지리, 인간에 대한 수학적, 논리적 모델 등으로 구성되며, 전투 환경에 대해 분석하여 작전을 지원하고 평가하는 분석분야, 무기체계를 개발하고, 시험하는 획득분야, 장비 운용자 또는 지휘자 등 전투 구성원들의 훈련 분야에 주로 사용된다.
국방 M&S는 어떻게 구성되는가?
IT의 발달과 미래 전장환경 및 전쟁 패러다임의 변화, 새롭고 다양한 작전적 요구에 비해 상대적인 국방 가용자원의 제약, 그리고 환경오염 문제등으로 인해 한국군에서 국방 모델링 및 시뮬레이션(M&S)에 대한 중요성이 점점 높아지고 있다(차진섭, 2007; 최상영, 2010). 국방 M&S는 실세계의 전장, 자연, 지리, 인간에 대한 수학적, 논리적 모델 등으로 구성되며, 전투 환경에 대해 분석하여 작전을 지원하고 평가하는 분석분야, 무기체계를 개발하고, 시험하는 획득분야, 장비 운용자 또는 지휘자 등 전투 구성원들의 훈련 분야에 주로 사용된다. 국방 M&S를 획득, 분석, 훈련 분야에 사용함으로써 계획을 미리 검증하여, 타당하지 못한 계획의 수행에 의해 발생되는 비용, 시간, 노력 및 위험을 감소시키는 것이 가능하다(John 등, 2000).
에이전트 기반의 시뮬레이션이 대두된 배경은?
또한 최근 국방 M&S에서 교전급의 모델을 무기체계의 획득에 사용하려는 시도가 계속 되고 있으며, 체계개발 초기단계부터 요구사항과 효과도를 분석하여 요구의 적절성과 무기체계 사양 및 적절성에 대한 검토 하는 것부터 실전 배치 전에 기존의 시스템과 호환 방안을 창출할 목적으로도 사용한다(John 등, 2000; Park 등, 2010). 그러나 기존의 교전급 모델은 복잡한 무기체계를 각각의 구성 시스템 별로 모델링하여 현실에 근접하게 표현하는 기법이 부족하였고, 과거에 모델링한 전투 개체를 다양한 전장 시나리오에 맞춰 신속하게 재사용하는 것과 그것의 확장 및 변경에 한계가 있어 시뮬레이션이 요구되는 무기체계에 대해서 빠르고 신속한 실험 및 분석에 무리가 있었다. 이와 같은 기존의 교전급 전투 실험의 문제를 해결하기 위해 에이전트 기반의 시뮬레이션이 대두되었다(지승도 등, 2008; Ibrahim, Murat, 2009).
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