[논문]A Study on the Design of KVMF 2.0 Protocol for Ensuring Backward/Forward Compatibility between Different KVMF Message Standard Versions

Jeong-Min, Lee; Won-Gi, Lim; Won-Jun, Cho; Yong-Cheol, Kim; Jeung-Sub, Lee

doi:10.9708/jksci.2023.28.03.045

A Study on the Design of KVMF 2.0 Protocol for Ensuring Backward/Forward Compatibility between Different KVMF Message Standard Versions 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.28 no.3, 2023년, pp.45 - 58

Jeong-Min, Lee (Intelligence C4I Team, Hanwha Systems Company) , Won-Gi, Lim (ADD, Agency for Defense Development) , Won-Jun, Cho (Intelligence C4I Team, Hanwha Systems Company) , Yong-Cheol, Kim (Intelligence C4I Team, Hanwha Systems Company) , Jeung-Sub, Lee (Intelligence C4I Team, Hanwha Systems Company)

초록
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KVMF 1.0 프로토콜은 비트 단위의 가변형 메시지 처리를 통해 다양한 무기 체계 간 데이터통신이 가능하도록 표준 메시지와 통신 방법을 정의한 육군 표준 전술 데이터링크 프로토콜이다. 이 프로토콜은 지난 10년간 다양한 육군 무기 체계에 적용되어 왔고, 현대전의 핵심인 NCW(Network Centric Warfare)의 구현을 가능하게 하여 육군의 작전 수행 능력이 한 단계 업그레이드되는데 기여하였다. KVMF 1.0 프로토콜이 적용된 이후, 시간의 흐름에 따라 새로운 기술이 적용된 신규 무기 체계가 도입되었고 신규 무기 체계는 무기 체계의 특성에 따른 새로운 메시지를 탑재하게 되었다. 이에 따라 기존에 전력화된 무기 체계와의 메시지 버전 차이에 따른 호환 문제가 발생하게 되었고 미래의 지속적인 메시지 개정 소요를 고려하면 앞으로도 이러한 문제가 연속하여 대두될 것으로 예상되었다. 따라서 이러한 메시지 호환성 문제를 해결하기 위한 방안이 필요하게 되었고 본 논문에서는 상/하위 버전간 호환성이 보장되는 KVMF 2.0 프로토콜 설계안을 제시하였다. 본 논문에서는 제시한 호환 방안을 소프트웨어로 구현하였으며, 상/하위 버전 간 연동 환경을 구성하여 시험을 통해 설계안이 성공적으로 동작함을 확인하였다. 이를 통해 본 KVMF 2.0 프로토콜 설계안을 무기 체계에 적용하면 기 전력화 체계와의 연동은 물론, 미래의 무기 체계와도 연동할 수 있는 상/하위 버전 간 호환성 확보가 될 수 있을 것이라 기대할 수 있게 되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

KVMF(Korean Variable Message Format) 1.0 protocol is the Army's standard tactical datalink protocol that defines standard messages and communication methods to enable data communication between various weapon systems through bitwise variable message processing. The protocol has been applied to a variety of Army weapon systems over the past decade and has contributed to upgrade the Army's operational capabilities by enabling the implementation of Network Centric Warfare (NCW), the core of modern warfare. Since the KVMF 1.0 protocol was applied, new weapon systems with new technologies have been introduced over time, and new weapon systems have new messages based on the characteristics of the weapon system. As a result, compatibility problems arose due to different message versions with existing weapon systems, and it was expected that these problems would continue to emerge in the future, considering the need for continuous message revisions. Therefore, it became necessary to solve this problem, so this paper proposed a KVMF 2.0 protocol design that guarantees compatibility between forward and backward versions. In this paper, we implemented the design as SW, and confirmed that the design worked successfully by test between forward and backward versions on test environment. Therefore, when the KVMF 2.0 protocol design is applied to a weapon system, we can expect that the weapon system can be compatible with the forward and backward versions working with the existing weapon systems as well as with the future weapon systems.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Backward Compatibility Design Concept When Field Value Unit Is Different
그림 Fig. 2. Backward Compatibility Design Concept When Bit Size Is Different
그림 Fig. 3. Future Use Group Design
표 Table 1. KVMF Simulator Version And Backward Compatibility Design Concept To Be Verified
표 Table 2. Packet Size(Including Header) Of Test Messages
그림 Fig. 4. Test Configuration
표 Table 3. Test Composition And Test Result Of Backward Compatibility Design Concept
표 Table 4. Test Composition And Test Result Of Future Compatibility Design Concept

AI 본문요약
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문제 정의

0 프로토콜의 하위 호환성 보장 기능의 설계 방안에 대하여 기술하였다. 또한 향후에 개정될 미래 메시지와의 호환성을 위한 KVMF 2.0 프로토콜의 상위 호환성 보장 방안에 대한 설계 내용을 기술하였다. 4장에서는 설계 방안의 효과를 확인할 수 있도록 시험 환경을 구성하여 기능 구현을 통해 연구 결과를 검증하는 과정을 기술하였다.
본 논문에서는 메시지 버전 간 상/하위 호환성 보장 능력이 적용된 KVMF 프로토콜을 KVMF 2.0 프로토콜이라고 명명하였다.
이러한 문제를 해결하기 위한 상/하위 버전 간 호환성이 보장되는 프로토콜 기능의 필요성이 대두되게 되었고 본 논문에서는 그 해결 방안을 연구하여 KVMF 2.0 프로토콜 설계안으로 제시하였다.
하위 호환성 문제와 상위 호환성 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 하위 호환성 보장 능력과 상위 호환성 보장 능력을 가진 KVMF 프로토콜의 설계 방안에 대하여 연구하였다.

가설 설정

1대의 KVMF 2.0 시뮬레이터를 메인 시뮬레이터로 설정하여 메인 시뮬레이터는 KVMF 2.0 버전에서 E1, E2까지 개정된 시점에 도입되는 것으로 가정하였다.
두 번째 시험 케이스에서는 미래에 E3 메시지가 개정되는 상황을 가정하여 E1, E2, E3 메시지까지 탑재된 KVMF 2.1 시뮬레이터와 메인 KVMF 2.0 시뮬레이터가 연동하는 시험을 수행하였다.
첫 번째 시험 케이스에서는, E1이 탑재된 KVMF 2.0 무기 체계와 E1, E2까지 탑재된 KVMF 2.0 무기 체계가 전력화되어 운용 중인 전투 무선망에, 메인 KVMF 2.0 시뮬레이터가 진입하여 연동하는 상황을 가정하였다.
해당 상황을 일반화하여 KVMF 2.N 버전의 메시지처리 소프트웨어가 하위 버전의 무기 체계와 연동하는 상황을 가정해 보면 KVMF 2.N 무기 체계는 2.0, 2.1 ~ 2.(N-1) 메시지의 파싱을 위한 각각의 인코더/디코더를 모두 보유해야 한다. 이렇게 되면 KVMF 2.

제안 방법

E1, E2, E3를 탑재한 KVMF 2.1 시뮬레이터와 메인 시뮬레이터 간의 송/수신 시험을 통해 미래에 도입된 E3 메시지는 제외하더라도 메인 시뮬레이터가 보유하고 있는 E1, E2 Extension 메시지는 처리 가능한지 검증하였다.
1 E1 + E2 + E3 메시지를 탑재하고 있다. KVMF 2.0 메인 시뮬레이터와 E1 그리고 E1, E2를 탑재하고 있는 시뮬레이터 간 연동을 통하여 상위 호환 설계안을 검증하였다. 메인 시뮬레이터에서 송신한 E1, E2를 각 시뮬레이터에서 Extension 메시지 처리가 가능한지 확인하였다.
본 논문에서 제시한 KVMF 2.0 프로토콜 설계 방안을 검증하기 위하여 3장에서 제시한 하위 호환 방안과 상위 호환 방안을 적용하여 KVMF 2.0 메시지처리 소프트웨어를 구현하였고 시험을 통해 설계 방안을 검증하였다.
본 논문에서는 하위 버전과 호환을 위하여 3가지 설계안을 제시하였고 상위 버전과 호환을 위하여 Extension 개념을 설계안으로 제시하였다.
설계안을 KVMF 2.0 메시지처리 소프트웨어에 적용하여 구현하였고, 설계안이 실제로 적용 가능할지 여부를 시험 환경을 구성하여 시험을 통해 검증하였다.
0 무기 체계를 모의하는 시뮬레이터를 3대 준비하였다. 세 가지 시험 케이스로 구분하여 각 케이스에서 시뮬레이터를 활용하여 하위 호환을 위한 설계안을 검증하는 시험을 수행하였다.
세 버전의 KVMF 1.0 시뮬레이터와 KVMF 2.0 메인 시뮬레이터와 연동을 통하여 하위 호환을 위한 설계안 3가지를 검증하였다.
시험 시작 전에 KVMF 2.0 시뮬레이터의 통신망 설정에서 연동 대상인 KVMF 1.0-01, KVMF 1.0-03, KVMF 1.0-05 시뮬레이터의 주소값과 사용하는 메시지 버전을 입력하는 과정을 수행하였다.
요약하면 하위 호환성 설계안을 검증하기 위한 세 가지 시험 케이스와 상위 호환성 설계안을 검증하기 위한 두 가지 시험 케이스를 설정한 환경을 구성하여 반복 시험으로 시험을 진행하였다.
전투 무선망 모의기는 OSI(Open Systems Interconnection) L3 레이어에서 전투 무선망을 모의하는 역할을 수행하는 네트워크 모의 장비이다. 이종 전투 무선망 연동 장비는 KVMF 메시지처리 소프트웨어에서 보낸 패킷을 통신 장비에서 사용 가능하도록 처리하는 역할을 수행하는 데, 본 시험 환경에서는 시뮬레이터에서 보낸 KVMF 메시지가 전투 무선망 모의기를 통해서 유통될 수 있도록 이종 전투 무선망 연동 장비를 설정하였다.
하위 호환을 위하여 3장 1절에서 제시한 3가지 경우인, 단위가 다른 경우, 비트 수가 다른 경우, 반복수가 다른 경우의 3가지 호환 방안을 적용하였고, 상위 버전과의 호환을 위하여 3장 2절에서 제시한 Future Use Group을 활용한 Extension 메시지 개념을 적용하여 KVMF 2.0 메시지처리 소프트웨어를 구현하였다.

대상 데이터

상위 호환 방안을 검증하기 위해서 KVMF 2.0 메시지 처리 소프트웨어를 탑재한 KVMF 2.0 무기 체계용 시뮬레이터를 3대와 KVMF 2.1 무기 체계용 시뮬레이터 1대를 준비하여 시험 환경을 구성하였다.
상위 호환성 설계안 검증을 위하여 KVMF 2.0 시뮬레이터 3대와 KVMF 2.1 시뮬레이터 1대를 준비하였다. 1대는 KVMF 2.
하위 호환을 위한 3가지 설계안을 검증하기 위하여 KVMF 1.0 무기 체계를 모의하는 시뮬레이터를 3대 준비하였다. 세 가지 시험 케이스로 구분하여 각 케이스에서 시뮬레이터를 활용하여 하위 호환을 위한 설계안을 검증하는 시험을 수행하였다.

성능/효과

0에서는 사격 명령 메시지의 표적 종류 필드의 비트 수는 3 비트이다. KVMF 1.0-03 시뮬레이터에서 사격 명령 메시지를 송신하면 KVMF 2.0 시뮬레이터는 1.0-03 버전에서는 사격 명령 메시지의 표적 종류 필드가 2비트라는 것을 알고 있기 때문에 해당 값을 3 비트의 메모리 데이터로 재구성하여 정상 수신하는 것을 확인하였다.
0에서는 20 회이다. KVMF 1.0-05 시뮬레이터에서 상황 보고 메시지의 탄약 재고를 15 개로 반복하여 KVMF 2.0 시뮬레이터로 보내면 KVMF 2.0 시뮬레이터에서 정상 수신함을 확인하였다. KVMF 2.
KVMF 2.0 메인 시뮬레이터에서 KVMF 2.0 – E1, E2 시뮬레이터로 준비 태세 보고 메시지 + E1 + E2 메시지를 송신하여 모두 정상 수신함을 확인하였다
0 시뮬레이터에서 정상 수신함을 확인하였다. KVMF 2.0 시뮬레이터에서는 상황 보고 메시지의 탄약 재고를 20 개로 반복하여 KVMF 1.0-05로 보낼 때 1.0-05의 최대 반복 횟수가 15 회이므로 15 개로 구성하여 먼저 보내고 나머지 5개를 구성하여 송신하여, KVMF 1.0-05 시뮬레이터에서 2회에 걸쳐서 20개의 탄약 재고 정보를 정상 수신함을 확인하였다.
검증 결과, 설계안이 성공적으로 동작함을 확인하였다. 따라서 추후 새로 도입되는 무기 체계에 설계안이 적용된다면 1.
또한 KVMF 2.0 상위 버전 호환성 설계안을 적용하면 KVMF 2.1 등 미래에 개정될 메시지를 탑재한 미래 무기 체계와도 무기 체계 간 상위 호환성이 보장될 수 있음을 확인하였다.
반대로 KVMF 1.0-01 시뮬레이터에서 18.52 Kilometers Per Hour의 값을 KVMF 2.0 시뮬레이터로 보내면 KVMF 2.0 시뮬레이터는 KVMF 1.0-01 시뮬레이터의 버전이 1.0-01이라는 것과 해당 버전에서 기상 보고 메시지의 풍속 필드의 단위가 Kilometers Per Hour라는 것을 사전에 알고 있기 때문에 수신 받은 18.52의 값에 1.852를 나눈 값인 10의 값으로 수신 처리하여 KVMF 2.0 시뮬레이터에서는 10 Knot의 단위로 정상 수신하는 것을 확인하였다.
시험 결과를 통하여 KVMF 2.0의 하위 버전 호환 설계안을 적용하면 KVMF 1.0 무기 체계의 세부 버전 별 무기 체계와 KVMF 2.0 무기 체계 간 하위 호환성이 보장될 수 있음을 확인하였다.

후속연구

따라서 실제 무기 체계에 KVMF 2.0 프로토콜을 적용하여 KVMF 2.0 프로토콜이 확장성을 가진 프로토콜로서 우리 군의 작전 수행 능력과 작전 성공 확률을 한 단계 더 높이는데 기여할 수 있도록, 본 논문의 연구 결과를 바탕으로 추가적인 연구 활동을 지속적으로 수행해야 할 것이다.
검증 결과, 설계안이 성공적으로 동작함을 확인하였다. 따라서 추후 새로 도입되는 무기 체계에 설계안이 적용된다면 1.0 기 전력화 무기 체계와 연동할 수 있고 미래의 무기 체계와도 연동할 수 있는, 상/하위 버전 간 호환성이 보장된 무기 체계가 될 수 있으리라 기대할 수 있게 되었다.

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상세보기
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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].

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