최근 항공기내 전자장비 간의 유선 하네스를 무선 네트워크로 대체하고자 하는 많은 연구가 항공 산업체를 중심으로 진행되고 있다. 본 논문에서는 이러한 항공기내 무선 네트워크의 핵심 기반 기술을 검증하고 각 계층 기술을 효율적으로 통합 할 수 있는 이벤트 기반 시뮬레이터(ES-WAIC; Event-Based Simulator for Wireless Avionics Intra-Communications)를 개발하였다. ES-WAIC은 상위의 실시간 제어 응용 개발자와 네트워크 계층 개발자의 코드 가독성을 증대시키기 위하여 개발되었다. 특히, 실질적인 저전력 무선 임베디드 네트워크의 이벤트 기반 언어 방식을 구현하여 임베디드 시스템에 적용 할 수 있는 이식성과 호환성을 증가시켰다. ES-WAIC은 4.4GHz대역에서의 항공기내 무선통신 채널 모델링, PHY, MAC, Network, Application을 포함한 전반전인 계층이 구현되었다.
최근 항공기내 전자장비 간의 유선 하네스를 무선 네트워크로 대체하고자 하는 많은 연구가 항공 산업체를 중심으로 진행되고 있다. 본 논문에서는 이러한 항공기내 무선 네트워크의 핵심 기반 기술을 검증하고 각 계층 기술을 효율적으로 통합 할 수 있는 이벤트 기반 시뮬레이터(ES-WAIC; Event-Based Simulator for Wireless Avionics Intra-Communications)를 개발하였다. ES-WAIC은 상위의 실시간 제어 응용 개발자와 네트워크 계층 개발자의 코드 가독성을 증대시키기 위하여 개발되었다. 특히, 실질적인 저전력 무선 임베디드 네트워크의 이벤트 기반 언어 방식을 구현하여 임베디드 시스템에 적용 할 수 있는 이식성과 호환성을 증가시켰다. ES-WAIC은 4.4GHz대역에서의 항공기내 무선통신 채널 모델링, PHY, MAC, Network, Application을 포함한 전반전인 계층이 구현되었다.
Recently, many researches have been conducted on the aviation industry to replace the wire harness cable between the avionics of the aircraft with the wireless network. In this paper, we present an Event-Based Simulator for Wireless Avionics Intra-Communications (ES-WAIC) that can verify core techno...
Recently, many researches have been conducted on the aviation industry to replace the wire harness cable between the avionics of the aircraft with the wireless network. In this paper, we present an Event-Based Simulator for Wireless Avionics Intra-Communications (ES-WAIC) that can verify core technologies of wireless networks and efficiently integrate different layers of the network. ES-WAIC is developed to enhance the readability between the real time control application developers of the higher layer and the network layer developers. Specifically, the practical implement relies on an event-based programming concept to increase portability and compatibility that can be applied to the realistic low-power wireless embedded networks. ES-WAIC implements the overall system layers including the wireless channel modeling of the 4.4GHz band, the physical layer, the medium access control, the network, and the application layer of wireless avionics intra-communications.
Recently, many researches have been conducted on the aviation industry to replace the wire harness cable between the avionics of the aircraft with the wireless network. In this paper, we present an Event-Based Simulator for Wireless Avionics Intra-Communications (ES-WAIC) that can verify core technologies of wireless networks and efficiently integrate different layers of the network. ES-WAIC is developed to enhance the readability between the real time control application developers of the higher layer and the network layer developers. Specifically, the practical implement relies on an event-based programming concept to increase portability and compatibility that can be applied to the realistic low-power wireless embedded networks. ES-WAIC implements the overall system layers including the wireless channel modeling of the 4.4GHz band, the physical layer, the medium access control, the network, and the application layer of wireless avionics intra-communications.
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문제 정의
본 논문에서는 항공기내 전자 장비간의 무선 네트워크의 계층 기술을 검증하고, 원활한 통합이 가능하도록 이벤트 기반 시뮬레이터인 ES-WAIC을 개발하였다. 개발 된 시뮬레이터는 Matlab기반의 단일화된 구조를 유지하여 코드의 가독성을 증대시키고 유지보수 및 호환성 문제를 최소화하였다.
제안 방법
본 논문에서 소개하는 이벤트 기반 무선 센서 및 액추에이터 네트워크 시뮬레이터 ES-WAIC은 그림1과 같이 크게 3개의 핵심 요소(이벤트 관리기, 상위계층, 하위계층)로 구성된다. 이벤트 관리기는 각 모듈과 큐사이의 이벤트 실행을 관리하고, 상위계층의 모듈은 이벤트 관리기에 이벤트를 생성하여 전달하거나, 동작 명령을 생성한다.
일반적으로 시뮬레이션의 실제 실행 시간은 시뮬레이션 설정 시간 뿐 만 아니라 응용 시나리오 및 토폴로지에 크게 영향을 받는다. 실제 실행 시간 분석을 위하여 25개의 노드를 무작위로 전개 한 후 두 개의 응용 시나리오 (플러딩과 멀티홉 unicast)를 고려하여 실행 시간을 측정 하였다. 애니메이션 기능이 활성화 되었을 때, 플러딩의 경우 패킷이 무작위로 주위 노드에 전달되고 broadcast 되어 상대적으로 많은 이벤트를 발생 시켜, 실제 실행 시간이 시뮬레이션 시간에 비하여 약 5.
실험은 4개의 임의의 노드 생성하여 TDMA 방식을 통하여 패킷을 전송 하였을 때, 그림 3의 메인 GUI에서 노드의 상태와 이벤트를 확인하였다. 그림 3에서 사용자의 인터페이스를 통하여 사용 가능한 상/하위계층의 기술 및 모델을 선택한다.
특히, 복잡한 이벤트 들을 함수형 프로그램으로 구현시 자원 경쟁 및 교착 상태를 유발할 수 있다. 이를 해결하기 위하여 저전력 임베디드 네트워크에 적용되는 이벤트 기반 방식의 ES-WAIC (Event-Based Simulator for Wireless Avionics Intra-Communications)을 개발하였다. 개발된 시뮬레이터는 이산 이벤트 시뮬레이션으로 구동 되며, 이러한 이벤트는 네트워크 시뮬레이션의 시간 및 상태 변화에 의하여 발생한다.
성능/효과
본 논문에서는 항공기내 전자 장비간의 무선 네트워크의 계층 기술을 검증하고, 원활한 통합이 가능하도록 이벤트 기반 시뮬레이터인 ES-WAIC을 개발하였다. 개발 된 시뮬레이터는 Matlab기반의 단일화된 구조를 유지하여 코드의 가독성을 증대시키고 유지보수 및 호환성 문제를 최소화하였다.
또한 저전력 무선 임베디드 네트워크에 적용되는 이벤트 기반 언어 방식을 따라 구현되어 코드의 이식성과 호환성을 증가시켰다. 이를 통하여 향후 항공기내 무선 네트워크의 성능을 검증하거나 상위의 제어 응용 개발자가 빠르게 프로토타이핑 할 수 있는 기반 시뮬레이터 역할을 제공한다.
15배 정도의 실행 시간이 측정 되었다. 애니메이션 기능이 비활성화 되었을 시 실행 시간의 약 89.4%가 개선되는 것이 확인되었다.
후속연구
또한 저전력 무선 임베디드 네트워크에 적용되는 이벤트 기반 언어 방식을 따라 구현되어 코드의 이식성과 호환성을 증가시켰다. 이를 통하여 향후 항공기내 무선 네트워크의 성능을 검증하거나 상위의 제어 응용 개발자가 빠르게 프로토타이핑 할 수 있는 기반 시뮬레이터 역할을 제공한다. 향후 연구에서는, 본 논문에서 제안한 시뮬레이터를 활용하여 각 계층 기술의 적용 가능성을 빠르게 검증하고, 타 시뮬레이터와 성능을 비교할 예정이다.
이를 통하여 향후 항공기내 무선 네트워크의 성능을 검증하거나 상위의 제어 응용 개발자가 빠르게 프로토타이핑 할 수 있는 기반 시뮬레이터 역할을 제공한다. 향후 연구에서는, 본 논문에서 제안한 시뮬레이터를 활용하여 각 계층 기술의 적용 가능성을 빠르게 검증하고, 타 시뮬레이터와 성능을 비교할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
항공기 내 무선 네트워크의 무선 센서의 역할은?
항공기 내 무선 네트워크의 무선 센서는 측정된 항공기내 물리적 정보를 백본망에 전달하고 계산된 제어 신호를 관련된 액추에이터에 전달한다. 이러한 무선 네트워크는 항공기내 물리적 구조를 고려하여 단순한 스타 형태의 1홉 구조부터 멀티홉 형태를 포함하는 다양한 토폴로지를 포함할 수 있다[6].
현대의 항공 전자 시스템은 무엇으로 연결되어 있는가?
현대의 항공 전자 시스템은 대부분 유선 통신망으로 연결되어 있으며, 수천의 케이블 번들로 연결되어 있다. 이러한 많은 양의 케이블은 항공기의 무게를 증가시킬 뿐만 아니라 항공기의 설계 및 수리비용을 급격하게 증가시키고 있다[1,2].
본 논문에서 이벤트 기반 시뮬레이터를 개발한 이유는?
본 논문에서는 이러한 항공기내 무선 네트워크의 핵심 기반 기술을 검증하고 각 계층 기술을 효율적으로 통합 할 수 있는 이벤트 기반 시뮬레이터(ES-WAIC; Event-Based Simulator for Wireless Avionics Intra-Communications)를 개발하였다. ES-WAIC은 상위의 실시간 제어 응용 개발자와 네트워크 계층 개발자의 코드 가독성을 증대시키기 위하여 개발되었다. 특히, 실질적인 저전력 무선 임베디드 네트워크의 이벤트 기반 언어 방식을 구현하여 임베디드 시스템에 적용 할 수 있는 이식성과 호환성을 증가시켰다.
참고문헌 (8)
R. Samano-Robles, E. Tovar, J. Cintra and A. Rocha, "Wireless avionics intra-communications: Current trends and design issues," in Proceedings of the 11th International Conference on Digital Information Management, Porto, pp. 266-273, 2016.
ITU-R M.2283, Technical characteristics and spectrum requirements of Wireless Avionics Intra-Communications systems to support their safe operation, ITU, Geneva, Switzerland, 2013.
ITU-R M.2067, Technical characteristics and protection criteria for Wireless Avionics Intra-Communication systems, ITU, Geneva, Switzerland, 2014.
ITU-R M.2318, Consideration of the aeronautical mobile (route), aeronautical mobile, and aeronautical radio navigation services allocations to accommodate wireless avionics intra-communication, ITU, Geneva, Switzerland, 2014.
P. Park and W. Chang, "Performance Comparison of Industrial Wireless Networks for Wireless Avionics Intra-Communications," in IEEE Communications Letters, vol. 21, no. 1, pp. 116-119, Jan. 2017.
D. Lee and K. Jang, "A Tree-based Greedy Algorithm for Minimum Power Broadcast in Wireless Networks," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 21, no. 5, pp. 921-928, May 2017.
N. Raharya and M. Suryanegara, "Compatibility analysis of Wireless Avionics Intra Communications (WAIC) to radio altimeter at 4200 - 4400 MHz," in Proceedings of IEEE Asia Pacific Conference on Wireless and Mobile, Bali, pp. 17-22, 2014.
ITU-R M.2319, Compatibility analysis between wireless avionics intra-communication systems and systems in the existing services in the frequency band 4200-4400 MHz, ITU, Geneva, Switzerland, 2014.
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