한국군은 현재 한국형 전술데이터링크(Link-K)를 2단계(기본형과 완성형)에 걸쳐 개발 하고 있다. 현재 Link-K 기본형에서는 모든 RICC들이 단순하게 같은 정보를 브로드캐스팅하기 때문에 불필요한 정보 공유와 비효율적인 라우팅과 같이 작전임무그룹을 지원하는데 한계가 있다. 따라서 본 논문에서는 작전임무그룹을 지원하기 위한 Zone 기반의 무선 Link-K 네트워크 구조와 라우팅 알고리즘을 제안하였다. 또한, 제안하는 라우팅 알고리즘의 효과를 증대시키기 위한 방안으로, 우선순위에 따라 메시지의 데이터를 조절하는 필터링 기법과 네트워크의 부하를 조절하는 기법을 연구하였다. 제안하는 기법의 성능을 평가하기 위하여, 작전 시나리오상황에 맞추어 기존 무선 Link-K 라우팅 알고리즘과 비교하여 작전임무그룹을 지원하는데 효과적임을 입증하였다.
한국군은 현재 한국형 전술데이터링크(Link-K)를 2단계(기본형과 완성형)에 걸쳐 개발 하고 있다. 현재 Link-K 기본형에서는 모든 RICC들이 단순하게 같은 정보를 브로드캐스팅하기 때문에 불필요한 정보 공유와 비효율적인 라우팅과 같이 작전임무그룹을 지원하는데 한계가 있다. 따라서 본 논문에서는 작전임무그룹을 지원하기 위한 Zone 기반의 무선 Link-K 네트워크 구조와 라우팅 알고리즘을 제안하였다. 또한, 제안하는 라우팅 알고리즘의 효과를 증대시키기 위한 방안으로, 우선순위에 따라 메시지의 데이터를 조절하는 필터링 기법과 네트워크의 부하를 조절하는 기법을 연구하였다. 제안하는 기법의 성능을 평가하기 위하여, 작전 시나리오상황에 맞추어 기존 무선 Link-K 라우팅 알고리즘과 비교하여 작전임무그룹을 지원하는데 효과적임을 입증하였다.
To this end, the ROK military is developing a Korean Tactical Data Link (Link-K) in two stages: Basic and Completion types. Currently, the basic type of the Link-K has a limitations for supporting Mission Group(MG)s, such as to share unnecessary information and inefficient routing, because all RICCs...
To this end, the ROK military is developing a Korean Tactical Data Link (Link-K) in two stages: Basic and Completion types. Currently, the basic type of the Link-K has a limitations for supporting Mission Group(MG)s, such as to share unnecessary information and inefficient routing, because all RICCs simply broadcasts the same information in the basic type of the Link-K. In this paper, we propose a Zone-based Wireless Link-K network structure and a routing algorithm. To improve the effectiveness of the proposed routing algorithm, we have studied a filtering method that adjusts the message data according to the priority of the message and a method of controlling the load of the network. In order to evaluate the performance of the proposed scheme, it is proved that it is effective to support the mission task group compared with the existing wireless Link-K routing algorithm according to the operational scenario situation.
To this end, the ROK military is developing a Korean Tactical Data Link (Link-K) in two stages: Basic and Completion types. Currently, the basic type of the Link-K has a limitations for supporting Mission Group(MG)s, such as to share unnecessary information and inefficient routing, because all RICCs simply broadcasts the same information in the basic type of the Link-K. In this paper, we propose a Zone-based Wireless Link-K network structure and a routing algorithm. To improve the effectiveness of the proposed routing algorithm, we have studied a filtering method that adjusts the message data according to the priority of the message and a method of controlling the load of the network. In order to evaluate the performance of the proposed scheme, it is proved that it is effective to support the mission task group compared with the existing wireless Link-K routing algorithm according to the operational scenario situation.
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문제 정의
한국형 전술데이터링크인 Link-K 기본형은 기존의 음성 무전기 네트워크를 이용하여 전술데이터를 교환할 수 있는 데이터링크이다. Link-K 기본형은 한국군전장 환경 및 무기체계에 적합하도록 센서, 지휘통제 및 타격 체계간 전술정보를 실시간으로 공유하여 합동 및 연합작전을 수행하는 것을 목표로 개발되었다.
따라서 본 논문에서는 Link-K에서 운용 가능한 작전임무그룹간의 정보 공유를 위한 Zone 기반의 네트워크 구조와 제안된 구조에 적용 가능한 라우팅 기법을 제안하였다. 또한, 제안하는 라우팅 알고리즘의 효과를 증대시키기 위한 방안으로, 메시지를 우선순위에 따라 메시지의 데이터를 조절하는 필터링 기법과 네트워크의 부하를 조절하는 기법에 대하여 연구하였다.
따라서 본 논문에서는 Link-K에서 운용 가능한 작전임무그룹간의 정보 공유를 위한 Zone 기반의 네트워크 구조와 제안된 구조에 적용 가능한 라우팅 기법을 제안하였다. 또한, 제안하는 라우팅 알고리즘의 효과를 증대시키기 위한 방안으로, 메시지를 우선순위에 따라 메시지의 데이터를 조절하는 필터링 기법과 네트워크의 부하를 조절하는 기법에 대하여 연구하였다. 제안하는 기법의 효과성을 검증하기 위하여 실제 작전환경에서의 성능을 평가하였다.
본 논문에서는 Link-K 완성형의 성능을 향상시키기 위한 작전임무그룹간의 정보 공유가 용이 할 수 있도록 지원하는 Zone 기반 무선 Link-K 네트워크 구조와 라우팅 기술에 대하여 제안하였다. 또한, 제안하는 라우팅 알고리즘의 효과를 증대시키기 위한 방안으로, 메시지를 우선순위에 따라 메시지의 데이터를 조절하는 필터링 기법과 네트워크의 부하를 조절하는 기법을 연구하였다.
본 연구는 Link-K 완성형에 적용하기 위한 네트워크 구조 및 관리방안을 제안한다. 그렇기 때문에Link-K 완성형에 맞는 환경을 위해 1채널로 구성된 TDMA(time division multiple access)로 동작하며, PPLI를 통하여 노드의 정보가 근실시간적으로 업데이트되며, 각 RICC는 데이터 통신을 위한 타임 슬롯을 가지고 있다고 가정한다.
가설 설정
본 연구는 Link-K 완성형에 적용하기 위한 네트워크 구조 및 관리방안을 제안한다. 그렇기 때문에Link-K 완성형에 맞는 환경을 위해 1채널로 구성된 TDMA(time division multiple access)로 동작하며, PPLI를 통하여 노드의 정보가 근실시간적으로 업데이트되며, 각 RICC는 데이터 통신을 위한 타임 슬롯을 가지고 있다고 가정한다.
그림 5의 Zone 기반 네트워크에 분포되어있는 노드들을 데이터베이스에 저장하게 된다면 표 2와 같은Zone table을 구성하게 된다. 모든 노드는 PPLI 전송을 통하여 주기적으로 자신의 정보를 KICC에게 전달한다. 라우팅 알고리즘에 의해서 먼저 노드에서 생성된 PPLI 메시지는 노드와 LOS가 보장되는 RICC로 전달이 되며, RICC는 해당 메시지를 KICC로 전달하고 KICC는 수신한 메시지를 통해서 노드가 속한Zone을 파악할 수 있으며, Zone table을 구성 할 수 있다.
Link-16의 경우 PPLI (precise participant location and identification)메시지[4-6]와 ADS-B 메시지[7]를 통해 상황 인식 정보를 공유한다. 시간에 따라 계속 변하는 전장 상황에서는 정확한 정보의 빈번한 상황 인식 정보 업데이트가필요하다. 특히, 상황 인식은 지휘 통제의 결정권자의결정의 근거가 되므로, 신뢰성 있고 주기적인 전달이 보장되어야 한다[8].
제안 방법
예를 들어 위의 그림 6과 같은 네트워크 환경에서작전임무그룹 A에게 전송해야할 메시지가 발생한 경우, 먼저 MG 1에 속하는 노드를 파악하고, MG 1을 커버할 수 있는 RICC 조합을 표 5인 Availability table을 통해서 찾는다. RICC 조합 중 네트워크의 부하 또는 우선순위의 조건을 바탕으로 최적의 RICC조합을 선택하여 메시지 라우팅을 수행한다.
능력의 평가를 위하여 노드 담당 RICC가 없는 경우와 노드 담당 RICC가 하나인 경우, 제안하는 라우팅 방식으로 비교를 하였다. 라우팅 방식에 따라 선정되는 RICC가 다르며 선정되는 RICC의 조합은 표 10과 같다.
다음으로 라우팅의 효과를 증대시키기 위한 방안으로, 메시지 필터링과 부하 조절 기법을 제안한다.
본 논문에서는 Link-K 완성형의 성능을 향상시키기 위한 작전임무그룹간의 정보 공유가 용이 할 수 있도록 지원하는 Zone 기반 무선 Link-K 네트워크 구조와 라우팅 기술에 대하여 제안하였다. 또한, 제안하는 라우팅 알고리즘의 효과를 증대시키기 위한 방안으로, 메시지를 우선순위에 따라 메시지의 데이터를 조절하는 필터링 기법과 네트워크의 부하를 조절하는 기법을 연구하였다. 제안하는 기법에 대하여 실제 작전환경에서의 성능을 평가하기 위하여, 작전 시나리오를 수립하고 시나리오 상황에 맞추어 성능을 평가하였다.
이러한 비효율적인 네트워크 사용을 개선하기 위해서, KICC에서 노드들을 담당하는 RICC를 하나씩 선정하여 관리하는 방식을 비교해보았다. 전달해야할 메시지가 발생하면 해당 노드를 담당하는 RICC에만 메시지를 전달하여, 그 RICC만 브로드캐스팅으로 해당노드에 메시지를 전송한다.
네트워크의 부하가 증가하게 되면 해당 경로를 이용하는 모든 노드의 전송 능력이 감소하게 되어 정보전달의 어려움이 발생한다. 자원을 효율적으로 사용하며, 네트워크의 부하를 조절하기 위해서, 새로 가입하는 노드가 RICC를 선택하는 부하 조절 알고리즘의 성능 평가하였다.
제안하는 기법의 효과성을 검증하기 위하여 실제 작전환경에서의 성능을 평가하였다. 작전 시나리오를 수립하고 시나리오 상황에 맞추어 필터링 기법과 네트워크의 부하 조절 기법의 성능을 평가하였다.
작전임무그룹을 지원하기 위하여 우리는 통신 가능한 RICC를 기준으로 Zone을 구성하여 Zone으로 구분되는 Zone기반 네트워크를 제안한다. 그림 4는 작전임무그룹을 지원하기 위한 Zone 기반의 네트워크구조이다.
또한, 제안하는 라우팅 알고리즘의 효과를 증대시키기 위한 방안으로, 메시지를 우선순위에 따라 메시지의 데이터를 조절하는 필터링 기법과 네트워크의 부하를 조절하는 기법을 연구하였다. 제안하는 기법에 대하여 실제 작전환경에서의 성능을 평가하기 위하여, 작전 시나리오를 수립하고 시나리오 상황에 맞추어 성능을 평가하였다. 성능평가의 결과에서도 볼 수 있듯이, 제안하는 기법을 통하여 우선순위가 높은 데이터의 손실을 방지하여 메시지 전송의 안정성을 보장하였으며, 제안하는 라우팅 알고리즘을 통하여 네트워크의 부하를 낮게 조절하는 모습을 확인하였다.
대상 데이터
RICC 2개로 구성된 작전 환경이며, RICC2개로 인하여 그림 10과 같이 Zone은 3개가 생성이 된다. 작전임무그룹은 유도탄작전(MG1), JATT/방공작전(MG2), CAS작전(MG3) 3개로 구성이 되며, 각 그룹은 유도탄작전은 3개, JATT/방공작전은 4개, CAS작전 4개의 노드로 작전을 수행한다. 또한 적군 트랙 10개를 그림 10의 빨간 적군 타겟으로 표현하였다.
데이터처리
또한, 제안하는 라우팅 알고리즘의 효과를 증대시키기 위한 방안으로, 메시지를 우선순위에 따라 메시지의 데이터를 조절하는 필터링 기법과 네트워크의 부하를 조절하는 기법에 대하여 연구하였다. 제안하는 기법의 효과성을 검증하기 위하여 실제 작전환경에서의 성능을 평가하였다. 작전 시나리오를 수립하고 시나리오 상황에 맞추어 필터링 기법과 네트워크의 부하 조절 기법의 성능을 평가하였다.
이론/모형
그림 10의 작전 시나리오와 같은 상황에서, 메시지가 MG1이 발생, MG2의 메시지 추가 발생,MG3의 메시지 추가 발생의 순서로 메시지가 추가 발생하면서 메시지의 데이터 우선순위에 따른 비율 변화의 추세를 보았다. 또한 메시지 전송을 위한 라우팅알고리즘은 기존에 제안한 Zone 기반의 라우팅 알고리즘을 이용하였다. 그림 10의 작전 시나리오의 경우, 라우팅 알고리즘을 통하여 MG1의 메시지는 RICC 1을 거쳐 전송이 되며, MG2의 메시지는 RICC 1과 2모두 거쳐야 모든 MG2 노드에 전송이 가능하다.
제안한 기법의 성능을 평가하기 위하여 MATLAB을 이용하였으며, 다음 그림 10의 작전 시나리오를 활용하였다. RICC 2개로 구성된 작전 환경이며, RICC2개로 인하여 그림 10과 같이 Zone은 3개가 생성이 된다.
성능/효과
네트워크에서 전달되는 메시지의 종류는 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 메시지의 내용에 따른 구분으로 작전 수행을 위한 전술 메시지와 일반 메시지로 구분하여, 일반 메시지보다 전술메시지에 우선순위를 주어 메시지 전송의 성능을 보장하였다.
제안하는 기법에 대하여 실제 작전환경에서의 성능을 평가하기 위하여, 작전 시나리오를 수립하고 시나리오 상황에 맞추어 성능을 평가하였다. 성능평가의 결과에서도 볼 수 있듯이, 제안하는 기법을 통하여 우선순위가 높은 데이터의 손실을 방지하여 메시지 전송의 안정성을 보장하였으며, 제안하는 라우팅 알고리즘을 통하여 네트워크의 부하를 낮게 조절하는 모습을 확인하였다. 추후 우선순위가 낮아 손실이 발생한 일반 메시지도 보장할 수 있는 연구가 수행된다면 더욱 안정적으로 운용이 될 수 있을 것이다.
후속연구
현재 미국에서 운용하고 있는 전술데이터링크인 Link-16과 Link-22의 경우 NPG(Network Participation Group)[10]와 MASN(Mission Area Sub-Network)[11]을 통하여 작전임무그룹을 지원하는 능력을 보유하고 있다. 우리나라도 이와 같이 Link-K 완성형에서 작전임무그룹 간의 상황인식 정보 공유를 지원할 수 있는 기술이 필요하며, 이를 지원하는 네트워크 관리 방안의 연구가 수행되어야 한다.
성능평가의 결과에서도 볼 수 있듯이, 제안하는 기법을 통하여 우선순위가 높은 데이터의 손실을 방지하여 메시지 전송의 안정성을 보장하였으며, 제안하는 라우팅 알고리즘을 통하여 네트워크의 부하를 낮게 조절하는 모습을 확인하였다. 추후 우선순위가 낮아 손실이 발생한 일반 메시지도 보장할 수 있는 연구가 수행된다면 더욱 안정적으로 운용이 될 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
NCW의 전장 환경에서 승리하기 위해서는 어떠한 능력이 상대방보다 우위에 있어야 하는가?
현대의 전쟁 수행 개념은 센서 체계, 지휘통제 체계, 타격 체계 등 전장 환경의 모든 요소들이 연계된 NCW(network centric warfare)[1] 체계로 변화하고 있다. NCW의 전장 환경에서 전쟁에 승리하기 위해서는 ISR(intelligence, surveillance and reconnaissance),C2(command and control), PGM (precision guided munitions)을 수행하는 플랫폼들 간의 정보 공유 능력이 상대방보다 우위에 있어야 한다. 이러한 정보 공유는 전술데이터링크를 통하여 실현이 된다[2].
상황 인식이란?
상황 인식이란 주변 상황에 대한 파악을 말하는 것으로, 주변 노드들의 위치, 속력, 방위 및 적아 식별정보 등의 다양한 정보로 이루어져 있다. 이러한 상황인식 정보는 스스로 획득할 수 있는 정보와 다른 기기로부터 얻은 정보로 파악을 할 수 있다.
상황인식 정보는 스스로 획득하는 정보보다 다른 기기로 얻은 정보를 사용하는 이유는?
이러한 상황인식 정보는 스스로 획득할 수 있는 정보와 다른 기기로부터 얻은 정보로 파악을 할 수 있다. 내부 센서로부터 스스로 획득할 수 있는 정보는 한정적이기 때문에 주변의 다른 전투기, 센서 등에서 얻은 정보를 데이터링크를 통하여 전달받고 교환함으로써 정보를 획득하고 공유하는 것이 필요하다. Link-16의 경우 PPLI (precise participant location and identification)메시지[4-6]와 ADS-B 메시지[7]를 통해 상황 인식 정보를 공유한다.
참고문헌 (11)
US DoD, Network Centric warfare report to congress, Jul. 2001.
H. Baek, S. Jeong, and J. Lim, "Tactical data link technology trends for network-driven operation," Commun. Korean Inst. Inf. Sci. and Eng., vol. 28, no. 7, pp. 59-69, Jul. 2010.
J. S. Kim, S. J. Kim, and M. Y. Lim, "Overview of tactical data link technology," Commun. Korean Inst. Inf. Sci. and Eng., vol. 25, no. 9, pp. 18-28, Sept. 2007.
Northrop Gruman, Understanding Link-16, a guidebook for new users, Logicon Inc., 1998.
K. Kim, K. Lee, and J. Lim, "Alternative scheme of INS-Dependent positioning for relative navigation without GRUs," J. KICS, vol. 40, no. 12, pp. 2520-2527, Dec. 2015.
J. Yu, et al., "Group-based frequency hopping scheme for improving multi-net performance of link-16 waveform with limited frequency band," J. KICS, vol. 41, no. 1, pp. 110-121, 2016.
K. Samuelson, E. Valovage, and D. Hall, "Enhanced ads-b research," IEEE Aerospace Conf., vol. 22, no. 5, pp. 35-38, 2006.
K. Yang, H. Baek, K. Park, J. Lim, and J. H. Park, "Priority based medium access control and load balancing scheme for shared situational awareness in airborne tactical data link," J. KICS, vol. 41, no. 10, pp. 1210-1220, Oct. 2016.
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