공학급 국방 모델의 시뮬레이션 성능 향상을 위한 다중 충실도 M&S 기법 연구 Multi-fidelity Modeling and Simulation Methodology to Enhance Simulation Performance of Engineering-level Defense Model원문보기
본 논문은 공학급 국방 모델의 시뮬레이션 성능 향상을 위해 다중 충실도(Multi-fidelity) 모델링 시뮬레이션(M&S: Modeling and Simulation) 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 다양한 충실도를 지닌 모델을 활용하여 고 충실도 모델의 시뮬레이션과 비교하여 유사한 수준의 시스템 분석 결과를 얻음과 동시에 시뮬레이션 성능 측면에서 이득을 가져오는 방안이다. 다중 충실도 원리를 적용하기 위해 본 논문은 충실도를 모델 동작과 실행 측면으로 세분화하고, 충실도 변환 지점을 FCP (Fidelity Change Point)로 정의한다. 이러한 원리를 바탕으로 본 논문은 다음의 세 가지 쟁점을 다룬다. 먼저, 모델 동작과 실행 측면의 충실도 변환을 위한 모델 구조와 제안하는 모델에 대한 수학적 형식론, 마지막으로 모델 실행을 위한 시뮬레이션 알고리즘을 제안한다. 사례 연구로 어뢰의 표적 추적 시나리오에 대한 기초 실험을 수행하였고, 실험 결과 제안하는 기법을 사용한 경우 기존의 시뮬레이션과 비교하여 최대 4.24배의 시뮬레이션 성능 향상을 보임을 확인하였다. 본 논문에서 제안하는 기법은 M&S 기반의 시스템 분석을 하는 다양한 분야에서 활용될 수 있음을 기대한다.
본 논문은 공학급 국방 모델의 시뮬레이션 성능 향상을 위해 다중 충실도(Multi-fidelity) 모델링 시뮬레이션(M&S: Modeling and Simulation) 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 다양한 충실도를 지닌 모델을 활용하여 고 충실도 모델의 시뮬레이션과 비교하여 유사한 수준의 시스템 분석 결과를 얻음과 동시에 시뮬레이션 성능 측면에서 이득을 가져오는 방안이다. 다중 충실도 원리를 적용하기 위해 본 논문은 충실도를 모델 동작과 실행 측면으로 세분화하고, 충실도 변환 지점을 FCP (Fidelity Change Point)로 정의한다. 이러한 원리를 바탕으로 본 논문은 다음의 세 가지 쟁점을 다룬다. 먼저, 모델 동작과 실행 측면의 충실도 변환을 위한 모델 구조와 제안하는 모델에 대한 수학적 형식론, 마지막으로 모델 실행을 위한 시뮬레이션 알고리즘을 제안한다. 사례 연구로 어뢰의 표적 추적 시나리오에 대한 기초 실험을 수행하였고, 실험 결과 제안하는 기법을 사용한 경우 기존의 시뮬레이션과 비교하여 최대 4.24배의 시뮬레이션 성능 향상을 보임을 확인하였다. 본 논문에서 제안하는 기법은 M&S 기반의 시스템 분석을 하는 다양한 분야에서 활용될 수 있음을 기대한다.
This paper presents multi-fidelity modeling and simulation (M&S) methodology to enhance simulation performance of engineering-level defense models. In this approach, a set of models with varying degrees of fidelity is exercised to reduce computational expense maintaining a similar level of system ef...
This paper presents multi-fidelity modeling and simulation (M&S) methodology to enhance simulation performance of engineering-level defense models. In this approach, a set of models with varying degrees of fidelity is exercised to reduce computational expense maintaining a similar level of system effectiveness. For multi-fidelity M&S principles, this paper defines model fidelity from two perspectives (i.e., model behavior and execution), and suggests the Fidelity Change Point (FCP) to specify the fidelity conversion. With these concepts, this paper centers on three ideas: 1) two models' structure which are the Behavioral-Fidelity Interchangeable Model (B-FIM) and the Executional-Fidelity Interchangeable Model (E-FIM), 2) modeling formalism, and 3) a simulation algorithm to support them. From an abstract case study regarding a target tracking scenario with the utilization of the proposed method, we can gain interesting experimental results regarding the enhancement of simulation performance. Finally, we expect that this work will serve various M&S-based analysis areas for enhancing simulation performance.
This paper presents multi-fidelity modeling and simulation (M&S) methodology to enhance simulation performance of engineering-level defense models. In this approach, a set of models with varying degrees of fidelity is exercised to reduce computational expense maintaining a similar level of system effectiveness. For multi-fidelity M&S principles, this paper defines model fidelity from two perspectives (i.e., model behavior and execution), and suggests the Fidelity Change Point (FCP) to specify the fidelity conversion. With these concepts, this paper centers on three ideas: 1) two models' structure which are the Behavioral-Fidelity Interchangeable Model (B-FIM) and the Executional-Fidelity Interchangeable Model (E-FIM), 2) modeling formalism, and 3) a simulation algorithm to support them. From an abstract case study regarding a target tracking scenario with the utilization of the proposed method, we can gain interesting experimental results regarding the enhancement of simulation performance. Finally, we expect that this work will serve various M&S-based analysis areas for enhancing simulation performance.
M&S 기반 시스템 분석이 많은 시간을 소요하는 문제를 해결하기 위해 어떤 연구가 있었나?
특히, M&S 기반 시스템 분석의 경우, 분석하고자 하는 실험 요인들의 조합은 대다수 복잡하여 시뮬레이션을 수행하는 데 많은 시간이 소요된다. 이를 해결하기 위해(시뮬레이션 성능 향상을 위해) 다양한 관점에서 많은 연구가 진행되어 왔는데, 예를 들어 Kwon et al.(2011)은 모델 실행의 성능 개선을 위해 이벤트 지향 시뮬레이션 엔진을 개발하였고, Honget al.(2013)은 하이브리드 시스템의 시뮬레이션 기반 최적화 기법을 연구하였다.
모델링 시뮬레이션은 어느 경우에 사용되는가?
모델링 시뮬레이션(M&S: Modeling and Simulation)은 실세계 시스템(Real-world system)의 문제를 수치적(Numerically) 혹은 분석적(Analytically)으로 해결할 수 없는 경우에 폭넓게 활용된다(Kim, 2007). M&S를 통한 문제 해결은 시스템의 설계(Design)/분석(Analysis)/획득(Acquisition)/훈련(Training) 등에서 기존의 방법으로는 불가능하였던 새로운 통찰력(Insight)을 제공한다.
M&S를 통한 문제 해결은 무엇을 제공하는가?
모델링 시뮬레이션(M&S: Modeling and Simulation)은 실세계 시스템(Real-world system)의 문제를 수치적(Numerically) 혹은 분석적(Analytically)으로 해결할 수 없는 경우에 폭넓게 활용된다(Kim, 2007). M&S를 통한 문제 해결은 시스템의 설계(Design)/분석(Analysis)/획득(Acquisition)/훈련(Training) 등에서 기존의 방법으로는 불가능하였던 새로운 통찰력(Insight)을 제공한다. 국방 분야를 예로 들면, 전투 실험(Battle experiment)을 통한 미래 작전 요구사항(Future operation capability)의 분석(Kim et al.
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