[논문]공군 전장 환경에서 효과적 주파수 관리를 위한 Spectrum COP 설계 제안

구자열

doi:10.7840/kics.2012.37b.11.1033

[국내논문] 공군 전장 환경에서 효과적 주파수 관리를 위한 Spectrum COP 설계 제안
A Proposal of Spectrum COP Design for Effective Frequency Management in Air Force's Battlefields Environment 원문보기

한국통신학회논문지. The Journal of Korea Information and Communications Society. 네트워크 및 서비스, v.37B no.11, 2012년, pp.1033 - 1040

구자열 (공군사관학교 교육정보화실)

초록
AI-Helper

최근 제한된 주파수자원을 효율적으로 활용하기 위해 주파수 공유와 사용 자유화 방안에 대한 연구가 진행되고 있다. 전투요소의 충분한 상호운용성과 실시간 작전속도를 요구하는 네트워크 중심전이 현대전의 중요한 특징으로 부각되고 있는 가운데 무선통신환경에서 제한된 주파수자원의 효과적 관리방안이 군사적으로 연구되고 활용되고 있다. 본 논문에서는 공군 전장 환경에서 효과적 주파수 관리를 위한 주파수 공통상황도 설계를 제안한다. 공군의 주파수 공통상황도를 구축하기 위하여 요구사항을 분석하고 EA(Enterprise Architecture) 프레임워크를 사용하여 주파수 관리 모델을 설계한다. 설계 결과는 공군의 통합방공작전분석모델을 활용하여 그 실효성을 입증한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, several researches are focused on the frequency sharing and the liberalization of frequency use for utilizing the limited frequency resources efficiently. In military, as Network Centric Warfare(NCW), which requires significant mutual operability of battle elements and real-time operation speed, has come to the fore front as an important aspect of modern warfare, the methods to manage limited frequency resources in wireless communications environment efficiently has been studied and utilized. In this paper, we propose a Spectrum COP(Common Operation Picture) design suitable for the battlefields of air force. To construct the Spectrum COP of Air Force, we analyze the requirements and design the frequency management system by using EA(Enterprise Architecture) Framework. The simulation results of the proposed design proved the effectiveness by using EADSIM(Extended Air Defense Simulation) of Air Force.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 공군의 전장 환경에 적합한 주파수 관리를 위하여 Spectrum COP을 설계하였다. 공군의 전장 환경 특성과 작전운영절차에 적합하도록 Spectrum COP의 설계 요구사항을 정의하였으며, 작전운영절차와 주파수 관리를 연계한 주파수 관리 프로세스를 정립하였다.
군에서 사용하는 Spectrum COP체계는 네트워크 구성에 필요한 주파수를 예측하기 위하여 주파수를 DB화하여 전파 간섭을 분석하고 정보를 시각화하여 지휘관에게 제공하는 기능을 하게 된다. 또한 전장 환경에서 실시간 전파간섭을 측정 및 예측하여 능동적인 주파수를 할당하고, 연합 및 합동 작전 시 전장관리에 필요한 전파정보를 제공하는데 목적이 있다^[5].
본 논문에서는 공중공간에서 빠른 템포로 작전을 수행하는 공군의 전장 환경에 적합한 주파수 관리를 위하여 Spectrum COP을 설계하였다. 공군의 전장 환경 특성 및 주파수 관리 실태를 분석하여 설계 요구사항을 정의하였으며, Enterprise Architecture 프레임워크를 활용하여 공군 Spectrum COP을 설계하였고, 설계결과를 공군 전투모의분석 체계를 활용하여 작전 효과성을 입증하였다.

가설 설정

작전사령부에서 중앙집권적으로 주파수를 통제하고 전술부대에서 분권적으로 주파수를 운용해야 하며, 작전수행단계별로 임무 주파수를 할당하고 운용 및 혼신 처리하여야 한다. 셋째로 기운용중인 전술C⁴I체계와 연동하여야 한다. 작전사령부 및 각 전술부대의 전술C⁴I체계와 연동하고, 기운영중인 부대 간 전술 네트워크를 활용해야 한다.

제안 방법

본 논문에서는 공군의 전장 환경에 적합한 주파수 관리를 위하여 Spectrum COP을 설계하였다. 공군의 전장 환경 특성과 작전운영절차에 적합하도록 Spectrum COP의 설계 요구사항을 정의하였으며, 작전운영절차와 주파수 관리를 연계한 주파수 관리 프로세스를 정립하였다. 주파수를 획득하여 관리하고 반납하는 전 과정을 군사업무를 명확히 하는데 효과적 설계기법인 Enterprise Architecture 프레임워크를 활용하여 공군 Spectrum COP을 설계하였다.
공군의 전장 환경에 적합한 Spectrum COP체계를 설계하기 위하여 요구사항을 크게 7가지로 분석하였다. 공군 Spectrum COP은 첫째, 무기체계의 도입 시 주파수를 획득하고, 작전개시 후 공군 전장 환경에 적합하게 관리되어야 하며, 무기체계 폐기와 더불어 주파수도 회수 및 반납되어야 한다.
전파 분석 과정에서는 취합된 정보를 전파 모델링을 통해 분석하여 해당 주파수의 통달 거리를 파악한다. 주파수 현황 파악 과정에서는 분석된 전파 정보를 통해 아군과 적군의 주파수 정보를 파악하고, 주파수 간섭 및 충돌 등에 대해 분석한다. 관리 계획 수립 및 조율 과정에서는 현재 보유된 주파수 정보와 미래 예측되는 주파수 소요를 고려하여 주파수 사용에 대한 계획을 수립하는 과정이다.
이상으로 공군의 전장 환경에 적합한 Spectrum COP체계의 설계를 제안하였다. 설계 요구사항 분석 및 주파수 관리 프로세스를 정립하였으며, 군사업무를 명확히 하는데 효과적 설계기법인 Enterprise Architecture 프레임워크를 활용하여 설계하였다.
공군은 항공차단작전, 근접지원작전, 공수작전 등 다양한 작전을 수행하고 있다. 그중에서 육ㆍ해ㆍ공군이 합동으로 전장을 운용하는 근접지원작전 환경에서 전투실험을 하였다. 근접지원작전은 육ㆍ해군의 전투수행 시 공군력을 지원하는 작전형태로서 육ㆍ해군의 다양한 지상 무선통신체계와 항공기의 공중 공지통신체계 간 주파수 간섭현상이 발생하기 쉬운 환경으로 여러 작전형태에서의 전파운용환경을 포함한다 할 수 있다.
실험 시나리오는 지상에 무선통신장비를 가상으로 배치하여 주파수별 전파범위를 분석하고, 동일지역에서 임무를 수행할 항공기 탑재 공지통신장비의 임무 주파수를 지상 장비와 혼ㆍ간섭이 발생하지 않는 최적의 주파수로 선정한 모의 비행결과를 Spectrum COP으로 제시하였다. 작전지역은 북한과의 접경지역인 서북 내륙 및 해안지역으로 설정하였으며, 육ㆍ해군의 무선통신장비들을 표 2와 같이 가상 배치하였다.
지상에서 운영하는 주파수는 장비의 주파수범위 내 랜덤하게 선정하여 운영하였다. 실험은 3장에서 제안한 Spectrum COP 설계에서 핵심적인 주파수 관리 프로세스를 적용하여 전파분석, 현황파악, 주파수 계획수립 및 사전모의 과정으로 진행하였다.
그림 12의 실험결과에서는 가상으로 배치된 육ㆍ해군 무선통신장비의 위치와 전파통달범위를 분석한 원들을 지도상에 전시하였으며, 같은 색의 원들은 동일 주파수를 운용하는 지상국간의 전파 송수신을 의미한다. 동일지역을 비행하게 될 항공기의 임무주파수를 선정하기 위해 사전 분석된 지ㆍ해상 무신 통신장비의 전파통달범위와 혼ㆍ간섭이 발생하지 않는 주파수를 검토하여 최적의 주파수로 모의 비행한 결과를 붉은 선으로 전시하였으며, 지상 장비의원들과 항공기의 비행경로 상에서 상호 혼ㆍ간섭을 발생치 않았다. 실험결과로서 근접지원작전에서 육ㆍ해군과 전파 간섭 및 충돌을 피하면서 성공적 작전수행을 보장할 수 있게 되었다.
본 논문에서는 공중공간에서 빠른 템포로 작전을 수행하는 공군의 전장 환경에 적합한 주파수 관리를 위하여 Spectrum COP을 설계하였다. 공군의 전장 환경 특성 및 주파수 관리 실태를 분석하여 설계 요구사항을 정의하였으며, Enterprise Architecture 프레임워크를 활용하여 공군 Spectrum COP을 설계하였고, 설계결과를 공군 전투모의분석 체계를 활용하여 작전 효과성을 입증하였다. 공군의 전장 환경에 주파수를 효과적으로 지원하기 위하여 수작업에 의한 주파수 관리를 체계적이고 실시간으로 자동화된 주파수 관리가 가능함으로써 작전성공률을 높일 수 있으리라 기대된다.

대상 데이터

실험 시나리오는 지상에 무선통신장비를 가상으로 배치하여 주파수별 전파범위를 분석하고, 동일지역에서 임무를 수행할 항공기 탑재 공지통신장비의 임무 주파수를 지상 장비와 혼ㆍ간섭이 발생하지 않는 최적의 주파수로 선정한 모의 비행결과를 Spectrum COP으로 제시하였다. 작전지역은 북한과의 접경지역인 서북 내륙 및 해안지역으로 설정하였으며, 육ㆍ해군의 무선통신장비들을 표 2와 같이 가상 배치하였다. 표 3의 A, B, C는 지상에 배치된 통신장비의 가상 제원이며, D는 항공기에 탑재된 공지통신장비의 가상 제원이다.

이론/모형

공군의 전장 환경 특성과 작전운영절차에 적합하도록 Spectrum COP의 설계 요구사항을 정의하였으며, 작전운영절차와 주파수 관리를 연계한 주파수 관리 프로세스를 정립하였다. 주파수를 획득하여 관리하고 반납하는 전 과정을 군사업무를 명확히 하는데 효과적 설계기법인 Enterprise Architecture 프레임워크를 활용하여 공군 Spectrum COP을 설계하였다. 설계결과를 공군 전투모의분석체계인 EADSIM(Extended Air Defense Simulation)을 활용하여 작전 효과성을 입증하였다.
주파수를 획득하여 관리하고 반납하는 전 과정을 군사업무를 명확히 하는데 효과적 설계기법인 Enterprise Architecture 프레임워크를 활용하여 공군 Spectrum COP을 설계하였다. 설계결과를 공군 전투모의분석체계인 EADSIM(Extended Air Defense Simulation)을 활용하여 작전 효과성을 입증하였다. 본 논문 연구결과로 작전템포가 빠른 공군 전장 환경에서 수작업에 의한 주파수 관리를 실시간으로 자동화된 주파수 관리가 가능한 체계로 전환함으로써 임무 전 전파간섭을 예측하여 최적의 주파수를 배정하는 등 공군작전의 성공에 기여할 수 있을 것이다.
공군 전장 환경에 적합한 Spectrum COP 설계는 군사업무를 명확히 정의하여 효과적으로 설계할 수 있는 기법인 전사적 구조 설계기법인 Enterprise Architecture 프레임워크의 Operation View(OV) 로 설계하였다. 그림 5는 OV-1 운용개념도로서 공군작전사령부를 중심으로 Spectrum COP체계를 구축하여 합참, 공군본부, JMFC 및 예하부대와의 운용개념을 설명하고 있다.
공군 Spectrum COP체계는 기운용중인 공군 전술C⁴I체계를 활용한다. 공군은 작전사령부에서 전술C⁴I COP체계인 AFCCS(Air Force Command Control System)를 운영 중이며 이를 중심으로 예하 전술부대의 C⁴I체계와 연동되어 있다.
이상으로 공군의 전장 환경에 적합한 Spectrum COP체계의 설계를 제안하였다. 설계 요구사항 분석 및 주파수 관리 프로세스를 정립하였으며, 군사업무를 명확히 하는데 효과적 설계기법인 Enterprise Architecture 프레임워크를 활용하여 설계하였다. 현재 공군에서 운영 중인 전술C⁴I체계의 상황도(COP)에는 주파수를 포함하고 있지 않으며, 수기식으로 주파수를 관리하면서 임무할당 및 작전을 수행함으로 무기체계 간 주파수 혼․간섭 문제 등이 내제되어 있다.
따라서 본 Spectrum COP 설계의 핵심인 주파수 관리 프로세스를 전투 실험하는데 적정하다고 볼 수 있다. 전투실험 도구로는 공군 전장 환경에서 전투모의분석을 위하여 운영 중인 공군본부의 EADSIM 체계를 활용하였다.

성능/효과

공군 Spectrum COP은 첫째, 무기체계의 도입 시 주파수를 획득하고, 작전개시 후 공군 전장 환경에 적합하게 관리되어야 하며, 무기체계 폐기와 더불어 주파수도 회수 및 반납되어야 한다. 둘째로 공군의 전장 운용원칙과 작전수행단계를 지원하여야 한다. 작전사령부에서 중앙집권적으로 주파수를 통제하고 전술부대에서 분권적으로 주파수를 운용해야 하며, 작전수행단계별로 임무 주파수를 할당하고 운용 및 혼신 처리하여야 한다.
작전사령부 및 각 전술부대의 전술C⁴I체계와 연동하고, 기운영중인 부대 간 전술 네트워크를 활용해야 한다. 넷째, 합참의 합동 Spectrum COP과 연동하여야 한다. 다섯째, 수기식의 주파수 관리절차를 자동화 처리하여야 한다.
동일지역을 비행하게 될 항공기의 임무주파수를 선정하기 위해 사전 분석된 지ㆍ해상 무신 통신장비의 전파통달범위와 혼ㆍ간섭이 발생하지 않는 주파수를 검토하여 최적의 주파수로 모의 비행한 결과를 붉은 선으로 전시하였으며, 지상 장비의원들과 항공기의 비행경로 상에서 상호 혼ㆍ간섭을 발생치 않았다. 실험결과로서 근접지원작전에서 육ㆍ해군과 전파 간섭 및 충돌을 피하면서 성공적 작전수행을 보장할 수 있게 되었다. 이에 선정된 최적 주파수는 임무명령에 포함되어 작전을 수행하게 된다.

후속연구

설계결과를 공군 전투모의분석체계인 EADSIM(Extended Air Defense Simulation)을 활용하여 작전 효과성을 입증하였다. 본 논문 연구결과로 작전템포가 빠른 공군 전장 환경에서 수작업에 의한 주파수 관리를 실시간으로 자동화된 주파수 관리가 가능한 체계로 전환함으로써 임무 전 전파간섭을 예측하여 최적의 주파수를 배정하는 등 공군작전의 성공에 기여할 수 있을 것이다.
현재 공군에서 운영 중인 전술C⁴I체계의 상황도(COP)에는 주파수를 포함하고 있지 않으며, 수기식으로 주파수를 관리하면서 임무할당 및 작전을 수행함으로 무기체계 간 주파수 혼․간섭 문제 등이 내제되어 있다. 제안하는 Spectrum COP 체계를 구축하면 작전템포가 빠른 공군 전장 환경에서 수작업에 의한 주파수 관리를 실시간으로 자동화된 주파수 관리가 가능한 체계로 전환되고 전술C⁴I체계 상황도에 전시되어 임무 전 전파간섭을 예측하여 최적의 주파수를 배정하는 등을 지휘관이 확인 가능함으로 공군작전의 성공에 크게 기여할 수 있을 것이다.
이상의 실험결과는 기존 공군 전술C⁴I체계의 상황도(COP)에 없는 Spectrum COP을 지휘관 및 작전요원에게 그림 12와 같이 전파분석 및 모의실험 결과를 상황도로 보여줌으로써 육ㆍ해ㆍ공군이 혼재된 작전지역에서의 작전 성공률을 더욱 높일 수 있을 것이다.
공군의 전장 환경 특성 및 주파수 관리 실태를 분석하여 설계 요구사항을 정의하였으며, Enterprise Architecture 프레임워크를 활용하여 공군 Spectrum COP을 설계하였고, 설계결과를 공군 전투모의분석 체계를 활용하여 작전 효과성을 입증하였다. 공군의 전장 환경에 주파수를 효과적으로 지원하기 위하여 수작업에 의한 주파수 관리를 체계적이고 실시간으로 자동화된 주파수 관리가 가능함으로써 작전성공률을 높일 수 있으리라 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	공군의 전장 환경의 특징은?	공군의 전장 환경은 지상 및 해상의 2차원 공간보다 전파 차폐물이 없는 3차원 공중공간에서 작전을 수행해야 하므로 전파간섭이 많고, 고속으로 진행하는 전투기의 빠른 작전템포로 전파간섭 발생 시 작전승패에 치명적 요소로 작용하게 된다[4,9]. 따라서 공군은 타군에 비해 항공기, 관제센터 등 무기체계간 정보교환을 위한 무선전파 운영의 안전성 확보가 무엇보다 중요하다고 할 수 있다.
	공군이 지휘통제를 하는 방식은?	공군의 전장운용 환경은 감시체계와 타격체계가 전술C⁴I (Command Control Communication and Computer Intelligence)체계로 연결되어 지휘통제를 하게 된다. 공중에서는 전파의 장애물이 거의 없는 open area이므로 무선통신 감쇄현상은 약하나 전파간섭이 많다고 볼 수 있다.
	Spectrum COP체계가 갖춰야 할 특징은?	공군의 전장 환경에 적합한 Spectrum COP체계를 설계하기 위하여 요구사항을 크게 7가지로 분석하였다. 공군 Spectrum COP은 첫째, 무기체계의 도입 시 주파수를 획득하고, 작전개시 후 공군 전장 환경에 적합하게 관리되어야 하며, 무기체계 폐기와 더불어 주파수도 회수 및 반납되어야 한다. 둘째로 공군의 전장 운용원칙과 작전수행단계를 지원하여야 한다. 작전사령부에서 중앙집권적으로 주파수를 통제하고 전술부대에서 분권적으로 주파수를 운용해야 하며, 작전수행단계별로 임무 주파수를 할당하고 운용 및 혼신 처리하여야 한다. 셋째로 기운용중인 전술C⁴I체계와 연동하여야 한다. 작전사령부 및 각 전술부대의 전술C⁴I체계와 연동하고, 기운영중인 부대 간 전술 네트워크를 활용해야 한다. 넷째, 합참의 합동 Spectrum COP과 연동하여야 한다. 다섯째, 수기식의 주파수 관리절차를 자동화 처리하여야 한다. 여섯째로 작전운영절차와 연계한 주파수 관리 프로세스를 설계하여 구축하여야 한다. 일곱째로 주파수 상황인식 공유를 위하여 주파수를 예측하고 DB화하여 전파 간섭을 분석하고, 정보를 시각화하여 지휘관에게 제공하는 기능을 갖추어야 한다. 이상으로 분석된 요구사항은 Spectrum COP체계 설계에 반영되어야 한다.

참고문헌 (9)

Hung-No Yoon, "Recent trends of spectrum management and policy agenda", Journal of Low & Regulation, vol. 1, no. 1, pp. 107-116, May 2008
Jae-Chon Park, Je-Min Yang, and Goo-Sung Jung, "A proposal of interference management policy for introduction of spectrum usage liberalization", The Korean Institute of Information Technology, vol. 6, no. 2, pp. 108-117, Apr. 2008
Young-Kil Kwag and Kang-Woong Lee, "Policy study on efficient aeronautical frequency band allotment and management in the congested air traffic environments", The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, vol. 23, no. 8, pp. 878-887, Aug. 2012

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Hung-Su Lee, Jong-Suk Choi, and Huk-Jae Lee, "Efficient frequency management direction", KICS Journal, vol. 15, no. 10, pp. 20-30, Oct. 1998
MG Marilyn Quagliotti, "DoD spectrum summit way ahead for spectrum management", DISA presentation, Dec. 2006
"Spectrum XXI spectrum managementin the 21st century", http://www.disa.mil/jsc/pdf/SPECTRUMXXI_JSC.pdf
Randy Poe, Raymond Shaw, Harris Zebrowitz, William Kline, and William Heisey, "Optimal spectrum planning and management with Coalition Joint Spectrum Management Planning Tool (CJSMPT)", Military Communications Conference 2008. San Diego, pp. 17-19, Nov. 2008
Headquarter of R.O.K. Air Force, "Frequency acquisition and management", Air Force Regulation 7-5, Mar. 2009
Headquarter of R.O.K. Air Force, "Air force basic manual", Air Force Manual 0, Aug. 2010

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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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