[논문]IEEE 1516 HLA/RTI를 이용한 복합 시스템의 다측면적인 모델링 방법론

김병수; 김탁곤

doi:10.9709/jkss.2017.26.2.019

IEEE 1516 HLA/RTI를 이용한 복합 시스템의 다측면적인 모델링 방법론
Multifaceted Modeling Methodology for System of Systems using IEEE 1516 HLA/RTI 원문보기

한국시뮬레이션학회논문지 = Journal of the Korea Society for Simulation, v.26 no.2, 2017년, pp.19 - 29

초록
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System Entity Structure/Model Base (SES/MB) 프레임워크는 하나의 시스템이 가지는 모든 대안들을 총체적으로 표현하는 다측면적인 시스템 모델링 방법이다. 이는 모델들의 재사용성을 향상시키고, 단일 시스템의 구조를 효과적으로 관리할 수 있다. 하지만 실세계는 단일 시스템으로만 이루어진 것이 아니라, 개별적인 시스템들의 집합체인 복합 시스템으로 이루어진 경우가 많다. SES/MB는 분산 환경에서 복합 시스템의 시뮬레이션 하는데 한계가 있기 때문에, 복합 시스템을 위한 확장된 방법이 필요하다. 본 논문은 분산 환경에서 시뮬레이터들 간의 시뮬레이션을 위한 System of Systems Entity Structure/Federate Base (SoSES/FB)를 제안한다. 제안하는 방법은 국제 연동 표준인 HLA/RTI에 기반하며, 시뮬레이터 집합의 구조를 표현하는 System of Systems Entity Structure (SoSES) 형식론과 시뮬레이터들의 라이브러리(FB)를 포함하는 환경을 제공한다. 또한 제안된 SoSES/FB를 분산 시뮬레이션 개발 과정에 적용한 방법론을 제안한다. 본 논문은 제안하는 방법을 다섯 개의 독립적인 시뮬레이터들로 구성되어 있는 대공방어 시뮬레이션에 적용한 사례를 소개한다.

Abstract ▼ AI-Helper

System Entity Structure/Model Base (SES/MB) enhances organizing model families and storing and reusing model components in the multifaceted system modeling. However, the real world can be described not only an individual system but also a collection of those systems, which is called system of systems (SoS). Because SES/MB has a limitation to simulate the SoS using HLA/RTI, an extended framework is required to simulate it. Therefore, this paper proposes System of Systems Entity Structure/Federate Base (SoSES/FB) for simulation in a distributed environment (HLA/RTI). The proposed method provides the library of federates (FB) and System of System Entity Structure (SoSES) formalism, which represents structural knowledge of a collection of simulators. It also provides a methodology for the development process of distributed simulation. The paper introduces the anti-missile defense simulation using the proposed SoSES/FB.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

기존에 다양한 분산 시뮬레이터들이 FEDEP을 이용하여 개발되었으며, 기개발된 시뮬레이터들을 활용하여 다 측면적인 시스템 모델링 및 시뮬레이션을 수행하기 위해서 본 논문에서는 SoSES/FB 개발 방법론을 제안한다.
따라서 본 논문에서는 복합 시스템의 다측면적인 모델링 시뮬레이션을 위해서 IEEE 1516 High Level Architecture/Run Time Infrastructure(HLA/RTI) 기반의 System of Systems Entity Structure/Federate Base(SoSES/FB) 방법론을 제안한다. HLA/RTI는 서로 다른 시뮬레이터 간의 연동을 위한 표준 미들웨어로써, 본 논문에서는 복합 시스템을 구성하는 시스템 간의 연동을 위해서 HLA/RTI를 이용한다
본 논문에서는 HLA를 이용하여, 복합 시스템의 다측 면적인 시스템 모델링 시뮬레이션을 위한 SoSES/FB 프레임워크를 제안하였다. 기존의 다측면적인 시스템 모델링 시뮬레이션 프레임워크인 SES/MB 프레임워크는 단일 시스템에 한해 모델링하고 시뮬레이션 하는 방법이었기 때문에 복합 시스템을 시뮬레이션하기에는 한계점이 존재한다.
, 2009). 이 때 미사일을 탐지하는 레이더는 알고리즘이나 특성들에 따라서 몇 가지 모델(페더레이트)을 가질 수 있으며, 전함의 평균 생존율이 80%를 넘기는 레이더 모델을 찾는 것이 본 시뮬레이션의 목적이다. 대공방어 시뮬레이션은 Figure 12와 같이 전함, 대공방어(AAW), 근접무기(CIWS), 레이더, 타겟 페더레이트들로 구성되어 있으며 이들은 독립적인 각각의 페더레이트로 개발되어 있다.
기존의 다측면적인 시스템 모델링 시뮬레이션 프레임워크인 SES/MB 프레임워크는 단일 시스템에 한해 모델링하고 시뮬레이션 하는 방법이었기 때문에 복합 시스템을 시뮬레이션하기에는 한계점이 존재한다. 이에 따라 복합 시스템을 위한 새로운 프레임워크가 필요하며, 본 논문은 복합 시스템의 모델링 시뮬레이션을 위한 SoSES/FB 프레임워크를 제안하였다. 이를 위해 복합 시스템의 구성과 모든 대안들을 트리 구조를 이용하여 나타낼 수 있는 SoSES 형식론을 제안하고,실제 HLA-Compliant한 페더레이트들이 저장되어 있는 Federate Base를 제안하였다.

가설 설정

3.1.절에서 제안된 SoSES 형식론을 이용하여 실제 복합 시스템의 시뮬레이션하기 위해서는 형식론을 토대로 한 SoSES/FB 환경이 필요하다. 이는 Figure 7과 같이SoSES 트리가 저장되어 있는 SoSES Base와 실제 페더레이트들이 저장되어 있는 Federate Base로 구성된다.

제안 방법

2에서 설명한 데이터 합성 과정에 따라 페더레이션에 필요한 데이터인 FOM이 합성된다(Figure 14). FOM이구성된 이후, 합성기는 페더레이트 관리기로 페더레이트 정보와 FOM을 보내고, 동시에 페더레이트 관리기에게 각 페더레이트를 실행하라는 명령을 보내며 각 페더레이트 관리기는 Federate Base에 존재하는 페더레이트를 실행한다. 그 후 각 페더레이트가 페더레이션에 참여하고 시작함으로 결과적으로 전체 시뮬레이션이 시작된다.
이번 장에서는 독립적인 시스템들로 구성된 복합 시스템(System of Systems)의 다측면적인 모델링을 위해SoSES/FB 프레임워크를 제안한다. SoSES/FB 프레임워크는 기존의 SES/MB의 개념을 확장하여, 분산 환경인 HLA/RTI에 적용 가능하도록 제안하였다. SoSES 프레임워크는 SoSES 형식론과 이를 구현한 SoSES/FB 환경으로 구성된다.
이 때 전체적인 페더레이션 시스템을 간단하게 설계하고 여기에 필요한 부 시스템인 페더레이트들을 살펴본다. 또한 페더레이트들끼리 주고받는 데이터 교환 인터페이스를 설계한다.
초기에 설정한 반복 횟수만큼 시뮬레이션이 수행된 후에 전함의 생존율을 확인할 수 있다. 본 실험에서는 100회의 반복 시뮬레이션을 통해 평균 생존율을 구하였으며 Table 2는 시뮬레이션 결과를 보여준다. 본 대공방어 시뮬레이션의 목적이 평균 생존율이 80%를 넘기는 레이더 모델을 찾는 것이므로 처음 개발과정에서 Radar1 페더레이트를 사용했을 때의 평균 생존율 58%는 이를 만족하지 못한다.
본 장에서는 제안하는 SoSES/FB 개발 방법을 적용한 복합 시스템의 모델링 및 시뮬레이션을 수행한다. 특별히 분산 환경인 HLA/RTI에서 동작하도록 개발되어진 이산 사건 기반의(DEVS, Discrete Event System Specification) 전함의 대공방어 시뮬레이션을 이용하며(Zeigler et al.
이 과정을 초기 목적을 만족할 때까지 반복하여, Table 2와 같이 Radar3 페더레이트가 평균 생존률83%를 가짐을 확인할 수 있다. 이 때 Radar1, 2, 3 페더레이트들은 탐지 알고리즘 등에 따라 여러 페더레이트들을 가질 수 있지만, 본 실험에서는 간단히 FSR(Fire Control Radar)의 개수만 다르게 하여 차이를 두었다. 이렇듯 페더레이션 개발 목적에 따라 80%를 넘는 탐지 시스템을 찾았기 때문에 전체 과정을 마치게 된다.
미리 설정된 목적에 따라 페더레이션 설계 및 요구사항 명세가 이루어진다. 이 때 전체적인 페더레이션 시스템을 간단하게 설계하고 여기에 필요한 부 시스템인 페더레이트들을 살펴본다. 또한 페더레이트들끼리 주고받는 데이터 교환 인터페이스를 설계한다.
이에 따라 복합 시스템을 위한 새로운 프레임워크가 필요하며, 본 논문은 복합 시스템의 모델링 시뮬레이션을 위한 SoSES/FB 프레임워크를 제안하였다. 이를 위해 복합 시스템의 구성과 모든 대안들을 트리 구조를 이용하여 나타낼 수 있는 SoSES 형식론을 제안하고,실제 HLA-Compliant한 페더레이트들이 저장되어 있는 Federate Base를 제안하였다.
이번 장에서는 독립적인 시스템들로 구성된 복합 시스템(System of Systems)의 다측면적인 모델링을 위해SoSES/FB 프레임워크를 제안한다. SoSES/FB 프레임워크는 기존의 SES/MB의 개념을 확장하여, 분산 환경인 HLA/RTI에 적용 가능하도록 제안하였다.

대상 데이터

현재 제안된 SoSES 형식론은 HLA에 제한된 표현법을 가지므로 HLA를 통해 개발된 시뮬레이터에만 사용 가능하기 때문에 일반적인 분산 환경에서도 적용이 가능하도록 SoSES 형식론을 확장할 필요가 있다. 현재는 기존에 HLA-Compliant하게 개발된 페더레이트들을 사용한다. 하지만 이러한 가정은 다른 페더레이트들을 사용하는 데에 제약을 준다.

성능/효과

SES/MB를 이용하면 모델의 구조 변경이 용이하며, 이를 통해 문제 해결에 유용하게 사용 가능하다. 또한 기존에 개발된 모델들을 재사용하여 모델 재사용성을 높여주며, 방법론적인 시스템 모델링 시뮬레이션을 가능하게 한다.
본 실험에서는 100회의 반복 시뮬레이션을 통해 평균 생존율을 구하였으며 Table 2는 시뮬레이션 결과를 보여준다. 본 대공방어 시뮬레이션의 목적이 평균 생존율이 80%를 넘기는 레이더 모델을 찾는 것이므로 처음 개발과정에서 Radar1 페더레이트를 사용했을 때의 평균 생존율 58%는 이를 만족하지 못한다. 그렇기 때문에 앞서 제안한 페더레이션 개발 과정에 따라 조건을 만족하지 못했기 때문에 다시 앞의 단계로 돌아가 Radar2 페더레이트를 선택하여 과정을 다시 진행한다.
그렇기 때문에 앞서 제안한 페더레이션 개발 과정에 따라 조건을 만족하지 못했기 때문에 다시 앞의 단계로 돌아가 Radar2 페더레이트를 선택하여 과정을 다시 진행한다. 이 과정을 초기 목적을 만족할 때까지 반복하여, Table 2와 같이 Radar3 페더레이트가 평균 생존률83%를 가짐을 확인할 수 있다. 이 때 Radar1, 2, 3 페더레이트들은 탐지 알고리즘 등에 따라 여러 페더레이트들을 가질 수 있지만, 본 실험에서는 간단히 FSR(Fire Control Radar)의 개수만 다르게 하여 차이를 두었다.
전함 시뮬레이션을 SoSES/FB 프레임워크에 적용함으로서 기개발된 페더레이션이 기존의 HLA 통해 구성된 페더레이션과 동일하게 동작함을 확인 할 수 있었다. 또한 제안한 SoSES/FB 프레임워크가 가지는 장점들에 대해서 확인할 수 있었다.
시뮬레이션 결과가 얻어지면 데이터 분석 과정을 통해 원하는 결과의 획득 유무를 확인하고, 원하는 결과가 얻어지면 개발 과정을 마무리하고, 그렇지 않을 경우 다시 Pruning 이전으로 돌아가 과정을 다시 진행하여 새로운 페더레이션과 시뮬레이션 결과를 획득할 수 있다. 즉, 이 과정을 통해서 FEDEP의 반복적인 목적 설정 과정을 줄이고, 기존 페더레이트들의 효율적인 재사용과 정형적인 페더레이션 구조 관리를 통해서 페더레이션 개발을 효율적으로 할 수 있으며, 개발 및 실행 단계를 자동화함으로써 빠르고 편리한 개발이 가능함을 알 수 있다.
본 장에서는 제안하는 SoSES/FB 개발 방법을 적용한 복합 시스템의 모델링 및 시뮬레이션을 수행한다. 특별히 분산 환경인 HLA/RTI에서 동작하도록 개발되어진 이산 사건 기반의(DEVS, Discrete Event System Specification) 전함의 대공방어 시뮬레이션을 이용하며(Zeigler et al., 2000), 이를 통해 제안하는 방법이 실제 페더레이션 개발 및 실험 수행에 유용함을 보여준다.

후속연구

하지만 이러한 가정은 다른 페더레이트들을 사용하는 데에 제약을 준다. 그렇기 때문에 추후에는 페더레이트에 따라서 인터페이스를 자동 생성하는 연구를 진행하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	SES/MB 프레임워크란?	System Entity Structure/Model Base (SES/MB) 프레임워크는 하나의 시스템이 가지는 모든 대안들을 총체적으로 표현하는 다측면적인 시스템 모델링 방법이다. 이는 모델들의 재사용성을 향상시키고, 단일 시스템의 구조를 효과적으로 관리할 수 있다.
	SES/MB의 한계는?	하지만 실세계는 단일 시스템으로만 이루어진 것이 아니라, 개별적인 시스템들의 집합체인 복합 시스템으로 이루어진 경우가 많다. SES/MB는 분산 환경에서 복합 시스템의 시뮬레이션 하는데 한계가 있기 때문에, 복합 시스템을 위한 확장된 방법이 필요하다. 본 논문은 분산 환경에서 시뮬레이터들 간의 시뮬레이션을 위한 System of Systems Entity Structure/Federate Base (SoSES/FB)를 제안한다.
	SES/MB의 장점은?	System Entity Structure/Model Base (SES/MB) 프레임워크는 하나의 시스템이 가지는 모든 대안들을 총체적으로 표현하는 다측면적인 시스템 모델링 방법이다. 이는 모델들의 재사용성을 향상시키고, 단일 시스템의 구조를 효과적으로 관리할 수 있다. 하지만 실세계는 단일 시스템으로만 이루어진 것이 아니라, 개별적인 시스템들의 집합체인 복합 시스템으로 이루어진 경우가 많다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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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