[논문]Application of STANAG-4586 Ed. 4 based Standardization for Up-to-Dated Interoperability of Military UAV System

Kim, Hack-Joon; Yoon, Chang-Bae; Hong, Su-Woon; Lee, Woo-Sin; Yoo, In-Deok; Jo, Se-Hyeon

doi:10.9708/jksci.2019.24.06.099

Application of STANAG-4586 Ed. 4 based Standardization for Up-to-Dated Interoperability of Military UAV System 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.24 no.6, 2019년, pp.99 - 107

Kim, Hack-Joon (Hanwha Systems Co.) , Yoon, Chang-Bae (Hanwha Systems Co.) , Hong, Su-Woon (Hanwha Systems Co.) , Lee, Woo-Sin (Hanwha Systems Co.) , Yoo, In-Deok (Hanwha Systems Co.) , Jo, Se-Hyeon (Hanwha Systems Co.)

Abstract ▼ AI-Helper

With the development of various types of military Unmanned Aircraft(UA)s, the need for interworking and integration between different platforms gradually increased. In order to ensure interoperability at each military UA System(UAS) level, North Atlantic Treaty Organization(NATO) has established STANAG-4586 "Standard Interfaces of Unmanned Aircraft(UA) Control Systems(UCS) for NATO UA Interoperability-Interface Control Document". This paper looks at the basic design structure of STANAG-4586 and the changes on Edition 4 to enhance joint operational capability through reflecting and updating the interoperability design of the military UAS. In particular, we analyze the enhanced Datalink Transition/Handover Procedure and Autonomous functions, one of the biggest features added to the edition. Through this, we propose a modification of UA data link exclusive control using UA Bypass structure, which was impossible in the one-to-one communication structure between existing UA and Core UCS(CUCS). We also suggest ways to improve UA operational reliability by applying Autonomous Functions that directly decides how to deal with emergency situations, rather than by a remote operator over CUCS.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. ‘13 Inventory of Department of Defense UAS[4]
그림 Fig. 2. Current UAS Operations Example[6]
그림 Fig. 3. UAS Interoperability Architecture[6]
그림 Fig. 4. STANAG-4586 Message Functional Group
그림 Fig. 5. Current Transition/HO Concept
표 Table 1. STANAG-4586 Generic Message Table
그림 Fig. 6. STANAG–4586 Ed. 4 Datalink Transition/HO Concept
표 Table 2. Datalink Discovery Messages[6]
표 Table 3. System ID Messages[6]
그림 Fig. 7. Current Transition/HO Procedure
그림 Fig. 8. STANAG–4586 Ed. 4 Transition/HO Procedure Proposal
표 Table 4. Autonomy Messages
그림 Fig. 9. Proposition Mechanism Procedure Proposal

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 군용 UA간 상호운용성 제공을 위한 STANAG-4586 표준의 전반적인 설계를 살펴보고, 최신 개정 본인 Edition 4 를 적용하여 보다 강화된 UA 운용 기능들의 적용을 위한 방안을 제시했다.

제안 방법

기존 통제권 변경 시에는 통제권을 획득하는 CUCS(Acquiring CUCS)와 통제권을 이양하는 CUCS(Assigning CUCS) 간 직접 통신할 수 있는 경로가 없기 때문에 통제권 변경 절차의 정상적인 동작 확인을 위하여 별도의 보조 음성 통신 회선을 사용하여 실제 진행 전(Pre-Acquiring Process)/진행 중(Mid-Acquiring Process)/진행 후(Post-Acquiring Process) 확인 절차가 필요했다. 또한, 통제권 변경 전용의 메시지가 미정의되어 있어서 최초 비행체 통제권 획득 시 사용하는 메시지(#28000/#28001, #1/#2) 를 활용하여 다수의 단계를 거쳐야 기능의 적용이 가능했다
또한 일반적으로 GCS에서 UA를 업링크(Uplink)로 통제하는 제어 방향을 탈피하여, GCS에 비해 실제 상황 정보 획득에 유리한 UA가 자체적으로 비행 및 임무 상태를 판단하고 GCS 운용자에게 적절한 자동 기능 실행을 다운링크(Downlink)를 통해 제시하는 제안 절차(Proposition Mechanics) 기능을 추가했다.
본 논문에서는 군용 무인항공기 체계 상호운용성 설계 반영 및 최신화를 위해 STANAG-4586의 기본 설계 구조와 STANAG-4586 Edition 4 의 변경 사항을 살펴보며, 특히 해당 표준에 추가된 가장 큰 특징 중 하나인 강화된 무인기 비행체 간 통제권 변경/핸드오버(Datalink Transition/Handover) 및 자동화(Autonomous) 절차를 분석하고 해당 절차의 실제 설계 및 적용 방안을 제시한다.
본 장에서는 앞서 STANAG-4586 Edition 4에서 추가된 주요 기능들인 강화된 통제권 변경 및 자동 실행 기능을 보다 자세히 살펴보고 이를 이용해 기존 설계와 비교하여 보다 효율적인 적용 연동 방안을 제시한다.
이를 통해 기존의 UA-CUCS 간 일대일 통신 구조에서는 불가능 했던 Bypass 구조를 활용한 데이터링크 단독 통제권 변경으로 별도의 추가 통신 선로 없이 보다 안정적인 변경 절차를 제안하였으며, 또한 특정 상황에서 원거리의 운용자가 아닌 UA가 비상 상황에 대한 대처 방안을 직접 제시하는 자동화 절차를 통해 운용 신뢰성을 향상시킬 수 있는 방법도 연구했다.
‘07년도 개정된 Edition 2 및 이후 ’17년도 진행된 Edition 4 Volume I의 경우, 개정 주체는 Canada 정부의 지원을 받아서 주로 시뮬레이션 환경 하에서 STANAG-4586 설계를 검증한 NATO Industrial Advisory Group (NIAG) Study Group 73 (S/G 73)이다. 해당 개정본을 통해 후에 기술될 UA 및 임무 장비(Payload)간의 상호운용성 레벨(Level of Interoperability, LOI) 분리가 이루어졌으며, 운용자의 운용 환경을 나타내는 Human Computer Interface(HCI)의 역할도 Datalink Interface(DLI)에서 Core UA Control System (CUCS)로 변경이 이루어졌다.
STANAG-4586 Edition 4에서는 이러한 기능을 제공하기 위해 기존의 자동 실행 기능에 제안 절차(Proposition Mechanism) 기능을 추가했다. 해당 메커니즘 상에서는 지상의 운용자보다 UA가 빠르고 정확하게 상황 파악이 가능한 특정 이벤트들-비행체 충돌 회피(Airborne Collision Avoidance), 기상 변화 확인 및 회피(Weather Avoidance), 비상 자세 제어 및 회복(Emergency Recovery)-에 대해 UA가 판단한 현재 상황에서 최적의 대응 자동 실행 기능을 제시하고 운용자의 수락/거절 여부를 확인하여 수행하게 된다.

성능/효과

이와 같이 UA 제안 절차를 차용하여 회피 절차에 적용 시, 빠른 응답성이 요구되는 비상 상황 복구 가능성을 강화하여 운용 신뢰성을 높일 수 있다.
STANAG-4586 개정의 또 다른 갈래는 NATO의 Joint Capability Group UAS (JCGUAS) Specialist Team(ST)에 의해 진행되었으며, ‘12년도에 Edition 3, 그리고 ’17년도에 Edition 4 Volume II로 이어지게 된다. 해당 개정본의 경우 LOI 2~5의 내용이 전반적으로 재수정되었으며, 무선 구간 대역폭 효율성 증대를 위해 메시지 형태가 일부 변경이 발생했다.
해당 기능을 활용하여, UA가 현재 상태를 유지해야 하는 임무 수행 중(예시 : UA에서 유도체 발사 후 특정 목표물에 대한 레이저 조사를 일정 시간 유지해야 하는 경우 등) 통신 두절로 발생 가능한 비상 상황 가능성을 최소화 시킬 수 있도록 했다.

후속연구

다만, 이러한 강화된 기능들의 실제 구현을 위해서는 해당 사항들을 직접 수행할 UA 구성품들에 대한 적용 방안이 추가로 논의되어야 할 것이다. 이를 위해 추후 UA의 전반적인 동작 을 제어할 VSM의 실제적인 적용 방안 및 최적의 구현 위치에 대해 추가 연구할 계획이다.
다만, 이러한 강화된 기능들의 실제 구현을 위해서는 해당 사항들을 직접 수행할 UA 구성품들에 대한 적용 방안이 추가로 논의되어야 할 것이다. 이를 위해 추후 UA의 전반적인 동작 을 제어할 VSM의 실제적인 적용 방안 및 최적의 구현 위치에 대해 추가 연구할 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	STANAG-4586가 무인기 운용을 위한 표준 프로토콜을 제시하기 위해 필요한 메시지는 어떻게 구분되는가?	STANAG-4586은 무인기 운용을 위한 표준 프로토콜을 제시하고 있으며 이를 위해 필요한 메시지와 세부 데이터 항목들을 정의하고 있다. 이러한 메시지들은 전반적인 무인기 운용에 공통적으로 요구되는 제어 및 상태 확인을 위한 공용 메시지 (Generic Message)와 각 지상 통제 장비-비행체/임무 장비 별 특성을 지원하기 위한 전용 메시지(Private Message)로 구분된다. 공용 메시지는 STANAG-4586을 준용하는 모든 UA 및 CUCS에서 처리되어야 할 최소한의 메시지 세트를 구성한다.
	VSM란 무엇인가?	각 UAS 간 상호운용성을 제공하기 위한 주요 모듈. 각 UAS에서 운용되는 비행체의 고유 통신프로토콜, 인터페이스 타이밍 및 데이터 포맷을 제공하며, VSM-DLI 구간, 그리고 VSM 내부는 STANAG-4586에서 정의된 공용메시지 (Generic Message)를 통해 AV 제어/상태 정보를 공유하여 서로 다른 체계에서 운용되는 AV/CUCS 간 연동 제공
	STANAG-4586에서는 UAS를 이루는 구성을 어떻게 나누는가?	STANAG-4586에서는 각 UAS를 이루는 구성 요소를 크게 무인기 지상부(UAV Surface Component)와 무인기 공중부(UAV Air Component)로 나누며, 무인기 공중부는 다시 Air Vehicle Element와 Payload Element로, 무인기 지상부는 UA Control System (UCS) Element와 Launch and Recovery Element로 구분하고 마지막으로 해당 구성 요소들 모두에 탑재되어 무선상으로 연동 구간을 제공하는 Datalink Element로 식별한다.

참고문헌 (12)

P., Vasile, "UNMANNED AERIAL SYSTEM IN THE CONTEXT OF MODERN WARFARE", SCIENTIFIC RESEARCH & EDUCATION IN THE AIR FORCE, pp. 177-184, 2016.
Bank of America Merrill Lynch, "Robot Revolution - Global Robot & AI Primer.", pp. 7, DEC 2015.
Gertler, J. "US unmanned aerial systems", LIBRARY OF CONGRESS WASHINGTON DC CONGRESSIONAL RESEARCH SERVICE, pp. 12, JAN 2012.
Department of Defense, "Unamnned Systems Integrated Roadmap FY2013-2038", pp. 5, 2014.
Chanda, M., DiPlacido, J., Dougherty, J., Egan, R., Kelly, J.,Kingery, T., Liston, D.Mousseau, D., Nadeau, J.,Rothman, T.,Smith, L., Supko, M. "Proposed functional architecture and associated benefits analysis of a common ground control station for Unmanned Aircraft Systems". Naval Postgraduate School, pp. 3, 2010.
NATO, "Standard Interfaces of Unmanned Aircraft(UA) Control Systems(UCS) for NATO UA Interoperability-Interface Control Document Edition 4". NATO Standardization Agency, APR. 2017.
D. S. Lopez, G. Moreno, J. Cordero, J. Sanchez, S. Govindaraj, M. M. Marques, V. Lobo, S. Fioravanti, A. Grati, K. Rudin, M. Tosa, A. Matos, A. Dias, A. Martins, J. Bedkowski, H. Balta, and G. D. Cubber, "Search and Rescue Robotics - From Theory to Practice". InTech, pp. 97, 2017.
D. Cofer et al., "A Formal Approach to Constructing Secure Air Vehicle Software," in Computer, vol. 51, no. 11, pp. 14-23, NOV 2018.

상세보기
U.S. Army, "Unmanned Aircraft Systems Roadmap 2010-2035" UAS Center of Excellence(Fort Rucker), pp. 12, 2010.
Sang wan No, Soon young Lee, Min Soo Kim, Young hoon Lee. "The study of the IFF Mode-5 to apply to Helicopter System" The Society for Aerospace System Engineering 2018 Spring Conference, pp. 114-115, 2018.
T. Hutchings, "Architecting UAV sense & avoid systems," in 2007 Institution of Engineering and Technology Conference on Autonomous Systems, pp. 1-8, 2007.
Peter Burt, "Off the Leash - The development of autonomous military drones in the UK", Drone Wars UK, pp. 36, NOV 2018.

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증