[논문]미래 통합형 전장단말기의 데이터 전송 방안

김주현; 강길재; 김한동

문제 정의

다음은 무선송수신기에 최적화된 데이터 전송관련 최적의 MSS 보장을 위한 방안과 분할데이터에 대한 재전송관련 알고리즘에 대한 개선을 모색하였다.
따라서 본 연구에서는 400Mhz대의 주파수 대역의 통신 모듈을 이용한 미래 전장단말기의 데이터 송수신을 위해 MSS(Maximum segment size)크기에 대한 최적화 및 분할 전송한 데이터에 대한 전송 알고리즘을 적용하여 현 개발중인 미래 전장단말기의 대표 데이터 10종에 대해서 시험을 통해 데이터 송수신이 가능함을 검증하였다.

제안 방법

또한, 군 정보보호 정책상 기 계획된 고정 IP를 사용하게 되므로 KVMF(MIL-STD-47001D) 표준에서 MSS 사이즈 확보를 위해 조정이 가능한 값은 UDP/IP의 헤더값으로 규정된 60bytes에 대한 조정이 가능하다. 따라서 본 시험에서는 그림 1과 같이 네트워크의 MAC과 매핑을 통해 58bytes의 추가 크기를 확보할 수 있도록 추가적인 SW를 설계적용 하였다. 상용 LAN 기반에서 58bytes의 값은 매우 작은 값으로 인식될 수 있으나, 미래 운용되는 통신장비가 센서 네트워크의 MTU 값이 120bytes이며, 군 통신장비 운용환경 특성상 산악 지형 등 매우 열악함을 고려시 58bytes의 크기는 긴급 상황에 대한 데이터 교환이 가능한 크기로 큰 의미를 부여할 수 있다.
또한 데이터 성공률을 증가하기 위해 재전송 시간은 통신기의 3hop 기준 15초를 고려 30초로 설정하였으며, 재전송 횟수는 선행연구에서 제시된 3회를 적용하였다.[4]
본 연구를 위해 미래보병중대 전투실험 및 향후 무인지상감시센서 사업 등에 운용될 통신모듈(이하 무선송수신기)과 현 개발진행 중인 육군의 미래전장단말기(B2CS)를 활용하였으며, 전투무선망은 군 운용개념에 계층별로 구성하여 강원도 인제 일대에서 실시하였다.
또한, 분할 데이터에 대한 재전송관련 방법을 기존에 Stop-and-Wait 방식으로 각 패킷 당 Ack를 확인하고, 마지막 패킷이 전송되면, 최종 Ack를 받아 처리함에 따라 과도한 전송시간이 소요되는 문제를 가지고 있었다. 이를 보완하기 위해 본 시험에서는 전송 알고리즘을 그림 2에서 보는 바와 같이 통신상태 점검을 위해 첫 패킷 송신 후 Ack를 받고, 이후부터는 Sliding Window 방식을 적용하여 5개 패킷을 한번에 송신하고, 5개 패킷에 대해서 Ack를 1회 수신하며, 전송이 완료되면 최종적으로 전문에 대한 수신에 대한 최종적인 Ack 전송하도록 알고리즘을 개선하였다.[3]
본 연구를 통해 미래 NCW 전장환경을 보장하면서도 미래 전투원의 운용성 증대 등을 고려하기 위한 통합형 단말기의 효율적인 데이터 송수신과 관련 KVMF 표준의 UDP/IP 헤더를 MAC_ADDR과 매핑하여 1회 전송 가능한 MSS를 최대로 확보하고, 분할 전송하는 데이터에 대해서는 첫 번째 패킷에 대해서는 통신상태 확인 후 다음 패킷부터는 5개의 패킷을 동시 보낸 후 최종 Ack를 수신하는 알고리즘 개선등을 통해 전송시간 확보 및 데이터 성공률 보장함을 실 운용환경하여서 검증함으로써 향후 통합형 단말기의 효율적인 데이터 송수신 설계에 대한 방향을 제시하였다. 하지만, 본 시험은 통합형 단말기의 운용개념이 미정립된 상태로 전체 망 구성을 계층별 구조에서 시험을 진행하였다. 따라서 향후 통합형 전장단말기의 운용개념이 명확화 된 후 추가 시험이 필요하다.

대상 데이터

따라서 송신노드는 패킷 전달시 분할 없이 보내는 것이 가장 좋음을 알 수 있으며, 분할시에는 MTU 값에 최적화 된 값으로 전송함으로써, 전송횟수를 최소화 시키는 것이 가장 유리함을 알 수 있다. 따라서 이를 위한 설계로 미래 대대급이하 정보교환에 사용되는 데이터는 UDP/IP 기반의 한국전술데이터 링크(이하: KVMF)를 이용하게 되며, 실제 응용계층에서 보낼 수 있는 데이터의 크기는 아래 식과 같다.[2]
본 시험의 전투무선망 환경구성은 군 운용개념을 최소한 묘사하기 위해 그림 3과 같이 대대장을 중심으로 2개의 중대장과 1개 중대장 예하에는 3개의 소대장이 있는 형태로 구성하여 강원도 인재 일대에서 각 노드간 거리는 약 1.5 ～ 2km 내외에서 실시하였다.

성능/효과

여기서 g=1일 때, 총 비용은 최소가 되며, 분할 패킷의 수가 늘어날수록 총 비용은 급격히 증가하는 것을 할 수 있다. 따라서 송신노드는 패킷 전달시 분할 없이 보내는 것이 가장 좋음을 알 수 있으며, 분할시에는 MTU 값에 최적화 된 값으로 전송함으로써, 전송횟수를 최소화 시키는 것이 가장 유리함을 알 수 있다. 따라서 이를 위한 설계로 미래 대대급이하 정보교환에 사용되는 데이터는 UDP/IP 기반의 한국전술데이터 링크(이하: KVMF)를 이용하게 되며, 실제 응용계층에서 보낼 수 있는 데이터의 크기는 아래 식과 같다.
11초 데이터 성공률은 약 98/99%가 가능하고, 타 전문에 비해 크기가 큰 전투명령 전문의 경우에는 성공률 93%로 타 전문 대비 다소 낮음을 확인할 수 있으나, 재전송관련 알고리즘 개선을 통해 기존 약 2분 정도에서 32초로 약 1분 30초 정도 단축됨을 확인하였다. 또한 위치보고는 재전송이 없으며, 주기성 전문으로 Ack를 미실시함에 따라 성공률은 약 84%가 됨을 확인하였다. 이를 통해 군 전투무선망 환경 하 데이터 송수신 성공률 기준을[5] 충족함을 확인 할 수 있었다.
또한, 분할 데이터에 대한 재전송관련 방법을 기존에 Stop-and-Wait 방식으로 각 패킷 당 Ack를 확인하고, 마지막 패킷이 전송되면, 최종 Ack를 받아 처리함에 따라 과도한 전송시간이 소요되는 문제를 가지고 있었다. 이를 보완하기 위해 본 시험에서는 전송 알고리즘을 그림 2에서 보는 바와 같이 통신상태 점검을 위해 첫 패킷 송신 후 Ack를 받고, 이후부터는 Sliding Window 방식을 적용하여 5개 패킷을 한번에 송신하고, 5개 패킷에 대해서 Ack를 1회 수신하며, 전송이 완료되면 최종적으로 전문에 대한 수신에 대한 최종적인 Ack 전송하도록 알고리즘을 개선하였다.
본 연구를 통해 미래 NCW 전장환경을 보장하면서도 미래 전투원의 운용성 증대 등을 고려하기 위한 통합형 단말기의 효율적인 데이터 송수신과 관련 KVMF 표준의 UDP/IP 헤더를 MAC_ADDR과 매핑하여 1회 전송 가능한 MSS를 최대로 확보하고, 분할 전송하는 데이터에 대해서는 첫 번째 패킷에 대해서는 통신상태 확인 후 다음 패킷부터는 5개의 패킷을 동시 보낸 후 최종 Ack를 수신하는 알고리즘 개선등을 통해 전송시간 확보 및 데이터 성공률 보장함을 실 운용환경하여서 검증함으로써 향후 통합형 단말기의 효율적인 데이터 송수신 설계에 대한 방향을 제시하였다. 하지만, 본 시험은 통합형 단말기의 운용개념이 미정립된 상태로 전체 망 구성을 계층별 구조에서 시험을 진행하였다.
또한 위치보고는 재전송이 없으며, 주기성 전문으로 Ack를 미실시함에 따라 성공률은 약 84%가 됨을 확인하였다. 이를 통해 군 전투무선망 환경 하 데이터 송수신 성공률 기준을[5] 충족함을 확인 할 수 있었다.
이를 통해서 B2CS에서 사용되어 지는 MSS 사이즈는 최적화함으로써 기존 대비 약 10% 이상의 크기를 추가 확보함으로써 데이터 종류 약 80%에 해당하는 전문을 데이터 분할 없이 한 번에 전송할 수 있도록 하였다.
표 2에서 확인할 수 있듯이 경보/경고에 사용된 표적전환정보, NBC-1 전문의 경우 전송지연 시간은 약 10^~11초 데이터 성공률은 약 98/99%가 가능하고, 타 전문에 비해 크기가 큰 전투명령 전문의 경우에는 성공률 93%로 타 전문 대비 다소 낮음을 확인할 수 있으나, 재전송관련 알고리즘 개선을 통해 기존 약 2분 정도에서 32초로 약 1분 30초 정도 단축됨을 확인하였다. 또한 위치보고는 재전송이 없으며, 주기성 전문으로 Ack를 미실시함에 따라 성공률은 약 84%가 됨을 확인하였다.

후속연구

하지만, 본 시험은 통합형 단말기의 운용개념이 미정립된 상태로 전체 망 구성을 계층별 구조에서 시험을 진행하였다. 따라서 향후 통합형 전장단말기의 운용개념이 명확화 된 후 추가 시험이 필요하다.
하지만 현 개발중인 통신장비와 단말기는 서로 분리되어 있음에 따라 통신기와 단말기 운용자가 서로 다르며, 유선연결에 따른 운용성 저하 및 전원관리 등과 관련 많은 제한사항이 따르고 있다. 이와 같은 문제를 극복하기 위해서 향후 단말기에 통신모듈이 내장된 확장모듈을 장착한 통합형 단말기를 모색하고 있다. 이러한 통합형 단말기는 개인병사체계 또는 무인지상감시센서 등과 연계한 사업이 추진중에 있다.

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