[논문]CNR 환경에서 음성/데이터 혼합 운용에 관한 연구

이경규; 정도현; 윤영득

문제 정의

본 논문에서는 FM무전기를 사용하는 CNR(Combat Network Radio) 망에서 운용하는 MIL-STD-188-220 프로토콜을 시뮬레이션에 적용하고 CNR 망에서 음성 점유율에 따른 전문 전달 성공률의 변화를 예측하고 높은 음성 점유율에도 전문 전달 성공률을 최대한 높이기 위한 방안을 찾아 제시하려 한다.
이번 장에서는 TCG 시뮬레이션을 모델링 하면서 고려해야 하는 운용시나리오의 구성 요소와 파라미터를 살펴보고 음성 점유율이 높을 때 적용할 운용 방법을 제안해본다.
이에 향후 CNR환경에서는 음성과 데이터의 혼합운용이 크게 부각 되고 있는 실정이다. 이에 군 전술 통신망 게이트웨이(TCG)는 CNR 환경에서 음성과 데이터를 혼합 운용할 수 있는 MIL-STD-188-220 프로토콜을 FM 무전기 기반으로 구현하였고 성능을 개선하기 위해 노력 중에 있다.

가설 설정

. RHD Timer : Response H이d Delay Timer는 주 소화된 수신 지국이 응답을 요구하는 Type3 PDU 를 수신했을 때, 각 수신지국이 응답 PDI를 보내서 송신지국이 응답을 수신하는데 걸리는 시간이다.

제안 방법

. Data Link Layei■에 서 Ack 처리는 PRECEDENCE가 URGENT, PRIORITY이거나, RELIABILITY 가 HIGH 로 설정될 경우 재전송을 2회 시도 하도록 하였다.
. End-To-End Ack 처리는 모든 전문에 대해서 End-To-End Ack 를 요구하도록 하였으며, 재전송 횟수는 3회를 시도 하도록 하였다.
. 음성의 망 점유율은 각 시험 마다 총 시험 시간의 10%, 20%, 40%, 60%를 점유하도록 1회송신시 1조씩 음성을 나누어 송신하도록 하였다.
군에서 사용되는 전문의 발생 빈도는 크게 낮은 편이지만 TCG 시뮬레이션에서는 전문의 길이 및 발생 빈도를 실제보다 높여 프로토콜을 분석하고자 한다. Data Size는 100 Byte 〜 900 Byte사이에서 Random하게 발생하도록 하였고, 최대 Data Size를 900Byte로 한 것은 TCG의 MTU 에 맞추었다. 전문의 빈도는 10초 〜 30초 사이에서 각 Node가 발생시키도록 하였다.
큰 영향을 주는 항목이 된다. 군에서 사용되는 전문의 발생 빈도는 크게 낮은 편이지만 TCG 시뮬레이션에서는 전문의 길이 및 발생 빈도를 실제보다 높여 프로토콜을 분석하고자 한다. Data Size는 100 Byte 〜 900 Byte사이에서 Random하게 발생하도록 하였고, 최대 Data Size를 900Byte로 한 것은 TCG의 MTU 에 맞추었다.
하였다. 그래서 Network Layer 에서 데이터를 Data Link Layer 에 송신하기 전에 망의 상태를 확인하여서 망이 IDLE할 때 송신하게 함으로써 End-To-End Ack 타이머의 시간에 Data Link Layei■에서 대기하는 시간을 포함되지 않도록 송신을 지연하였다.
데이터의 전달 성공율을 높이기 위해 시스템파라미터 중에서는 End-To-End Ack 재전송 횟수를 4회로 증가 시키고, Topology Update 패킷은 2분 간격으로 송신하도록 설정을 바꾸었다. 트래픽 파라미터는 동일한 조건을 유지하였다.
또한, 망의 충돌에 의한 데이터 유실을 발생하도록 각 Node가 송신 후 ELAG와 EPRE 시간 내에 다른 Node 에서 데이터를 송신하는 경우에 데이터가 유실되도록 하고, 데이터가 나중에 송신된 측에서 데이터 프레임이 최종 송신된 시간 후 무선망이 Clear가 되도록 하였다.
무전기의 전송속도와 DCE 속성 의 지연 시 간을 고려하여 각 Node 에게 데이터를 전달 하도록 하였다. 또한, 망의 충돌에 의한 데이터 유실을 발생하도록 각 Node가 송신 후 ELAG와 EPRE 시간 내에 다른 Node 에서 데이터를 송신하는 경우에 데이터가 유실되도록 하고, 데이터가 나중에 송신된 측에서 데이터 프레임이 최종 송신된 시간 후 무선망이 Clear가 되도록 하였다.
시뮬레이션에서는 Indication 에는 없는 망의 Busy 상태정보를 Network Layer 에 제공하도록 하였다. 그래서 Network Layer 에서 데이터를 Data Link Layer 에 송신하기 전에 망의 상태를 확인하여서 망이 IDLE할 때 송신하게 함으로써 End-To-End Ack 타이머의 시간에 Data Link Layei■에서 대기하는 시간을 포함되지 않도록 송신을 지연하였다.
시뮬레이션의 S/W 는 TCG 에서 구현한 MIL-STD・188-220의 Data Link Layer와 Network Layer 부분을 Windows 에서 운용할 수 있도록 VC++로포팅하여 제작 하였으며, TCG 의 실제 장비에서 운용되는 효과를 얻기 위해 Data Link와 Network Layer에서 운용되는 타이머를 Windows의 타이머를 사용하도록 하였다. 운용 TCG의 시뮬레이션 구조는 다음의 그림2와 같이 구현되어 PC 상에서 수행하였다.
전문의 빈도는 10초 〜 30초 사이에서 각 Node가 발생시키도록 하였다. 앞장에서 살펴본 것과 같이 망 관리와 주소 교환은 최초에 망이 이루어진 후 송수신이 더 이상 이루어 지지 않는다고 가정을 하여 XNP 와 ARP 패킷을 발생시키지 않았으며, Topology Update 패킷을 주기적으로 송신 시키도록 하였다.
전문을 송신할 때는 Precedence와 전문전달 확인, 전문의 길이, 수신자, 송신자, 전문의 ID, 전문의 Type을 결정하도록 하였다. 음성을 송신할 때에도 Applistiorr부에서 총 시뮬레이션 시간내에서 점유율 시간만큼 Rmdom하게 망을 점유할 수 있는 Radio 어과의 인터페이스를 구현 하였다.
음성을 시뮬레이션하는 총 시간에 따라 점유율을 20%, 40%, 60%로 RF 모듈에 Busy상태가 됨을 알 수 있도록 하였다. 각 Node 에서는 무선망의 Busy 상태를 인식 하게 된다.
전문을 송신할 때는 Precedence와 전문전달 확인, 전문의 길이, 수신자, 송신자, 전문의 ID, 전문의 Type을 결정하도록 하였다. 음성을 송신할 때에도 Applistiorr부에서 총 시뮬레이션 시간내에서 점유율 시간만큼 Rmdom하게 망을 점유할 수 있는 Radio 어과의 인터페이스를 구현 하였다.
Data Size는 100 Byte 〜 900 Byte사이에서 Random하게 발생하도록 하였고, 최대 Data Size를 900Byte로 한 것은 TCG의 MTU 에 맞추었다. 전문의 빈도는 10초 〜 30초 사이에서 각 Node가 발생시키도록 하였다. 앞장에서 살펴본 것과 같이 망 관리와 주소 교환은 최초에 망이 이루어진 후 송수신이 더 이상 이루어 지지 않는다고 가정을 하여 XNP 와 ARP 패킷을 발생시키지 않았으며, Topology Update 패킷을 주기적으로 송신 시키도록 하였다.

이론/모형

모든 Node가 IHop에서 "를 공유하고 있는 일반 BER 모델을 적용하였다.

성능/효과

군의 요구사항 중 음성 최우선 연결 조건을 만족하면서 데이터의 성공률을 높이기 위해 우리는 트래픽의 양을 최대한 줄이고 무선 상황을 구분할 수 있는 정보를 이용하여 Network Layer에서 전문 전달 성공률을 높일 수 있었으며 특히, 음성점유율이 많을 때 와 가장 적을 때 상대적으로 효과가 더욱 있음을 확인 하였다.
아래 표 I에서 평균 End-To-End Ack 전달 성공률은 음성 점유율이 10%일 때 가장 효과가 좋았으며, 음성이 20%이상이 될 때는 효과가 적게 나타났다. 이것은 기본적으로 망이 Busy한 상태가 오랜 기간 동안 지속 될수록 Data Link Layer에서 전송 효율을 높이기에는 한계가 있음을 보여주고 있다.

후속연구

Network Layei.에서 추가 한다면, FM 무전기를 이용한 CNR 망에 대해 현실성 있는 연구에 기여 할 수 있을 것이다.

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