한국시뮬레이션학회논문지 Vol. 26, No. 2, pp. 19-29 (2017. 6) http://doi.org/10.9709/jkss.2017.26.2.019 ISSN 1225-5904 IEEE 1516 HLA/RTI 를이용한복합시스템의다측면적인모델링방법론 김병수 김탁곤 Multifaceted Modeling Methodology for System of Systems using IEEE 1516 HLA/RTI Byeong Soo Kim Tag Gon Kim ABSTRACT System Entity Structure/Model Base (SES/MB) enhances organizing model families and storing and reusing model components in the multifaceted system modeling. However, the real world can be described not only an individual system but also a collection of those systems, which is called system of systems (SoS). Because SES/MB has a limitation to simulate the SoS using HLA/RTI, an extended framework is required to simulate it. Therefore, this paper proposes System of Systems Entity Structure/Federate Base (SoSES/FB) for simulation in a distributed environment (HLA/RTI). The proposed method provides the library of federates (FB) and System of System Entity Structure (SoSES) formalism, which represents structural knowledge of a collection of simulators. It also provides a methodology for the development process of distributed simulation. The paper introduces the anti-missile defense simulation using the proposed SoSES/FB. Key words : System of systems, Multifaceted modeling simulation, Interoperation of simulator, HLA/RTI 요 System Entity Structure/Model Base (SES/MB) 프레임워크는하나의시스템이가지는모든대안들을총체적으로표현하는다측면적인시스템모델링방법이다. 이는모델들의재사용성을향상시키고, 단일시스템의구조를효과적으로관리할수있다. 하지만실세계는단일시스템으로만이루어진것이아니라, 개별적인시스템들의집합체인복합시스템으로이루어진경우가많다. SES/MB는분산환경에서복합시스템의시뮬레이션하는데한계가있기때문에, 복합시스템을위한확장된방법이필요하다. 본논문은분산환경에서시뮬레이터들간의시뮬레이션을위한 System of Systems Entity Structure/Federate Base (SoSES/FB) 를제안한다. 제안하는방법은국제연동표준인 HLA/RTI에기반하며, 시뮬레이터집합의구조를표현하는 System of Systems Entity Structure (SoSES) 형식론과시뮬레이터들의라이브러리 (FB) 를포함하는환경을제공한다. 또한제안된 SoSES/FB를분산시뮬레이션개발과정에적용한방법론을제안한다. 본논문은제안하는방법을다섯개의독립적인시뮬레이터들로구성되어있는대공방어시뮬레이션에적용한사례를소개한다. 주요어 : 복합시스템, 다측면적인모델링시뮬레이션, 시뮬레이터연동, HLA/RTI 약 1. 서론 Received: 24 February 2017, Revised: 26 May 2017, Accepted: 26 May 2017 Corresponding Author: Byeong Soo Kim E-mail: kevinzzang@kaist.ac.kr Dept. of Electrical Engineering, KAIST, Daejeon, Korea 실제세계에서특정시스템은다양한구조와여러가지대안들로구성된다. 다측면적인시스템모델링 (Multifaceted System Modeling) 이란시스템의모든구조와대안들을총체적으로표현하는모델링방식이다 (Zeigler, 1984). 다측면적인시스템모델링방법을통해 제 26 권제 2 호 2017 년 6 월 19
김병수 김탁곤 하나의시스템은시스템의구성요소와어떠한대안들로이루어져있는지를표현하게된다. 이러한다측면적인시스템모델링시뮬레이션을위한대표적인프레임워크로 System Entity Structure/Model Base(SES/MB) 프레임워크가존재한다 (Kim et al., 1990). SES/MB 프레임워크는다양한대안들을가지는시스템의구조를 SES 형식론을통해구성하고, 이를실제시스템의모델들이저장되어있는 MB를통해합성하여시뮬레이터를생성한다. SES/MB를이용하면모델의구조변경이용이하며, 이를통해문제해결에유용하게사용가능하다. 또한기존에개발된모델들을재사용하여모델재사용성을높여주며, 방법론적인시스템모델링시뮬레이션을가능하게한다. 이러한 SES/MB를통하여단독시스템의모델링및시뮬레이션이가능하지만, 실제세계는단독시스템뿐만아니라, 단독시스템들의유기적인관계를통해구성된복합시스템 (System of Systems) 인구성된경우가많다. 복합시스템은독립적인시스템들의집합체로, 예를들어, 독립적인컴퓨터시스템을하나의단일시스템으로본다면, 그컴퓨터시스템들이네트워크를통해서복합적으로연결된시스템은복합시스템이라고할수있다. 복합시스템은단일환경뿐만아니라많은경우에분산환경에서동작하기때문에, 이를시뮬레이션하기위해서필요한내부시스템간의연동정보를포함하고있지않은기존의 SES/MB를이용해서모델링시뮬레이션을할수없다. 그렇기때문에분산환경에서복합시스템의다측면적인모델링및시뮬레이션을위해서는 SES/MB 개념을확장한프레임워크와이를통해모델을개발할수있는새로운시뮬레이터개발과정이필요하다. 따라서본논문에서는복합시스템의다측면적인모델링시뮬레이션을위해서 IEEE 1516 High Level Architecture/Run Time Infrastructure(HLA/RTI) 기반의 System of Systems Entity Structure/Federate Base (SoSES/FB) 방법론을제안한다. HLA/RTI는서로다른시뮬레이터간의연동을위한표준미들웨어로써, 본논문에서는복합시스템을구성하는시스템간의연동을위해서 HLA/RTI를이용한다. 본논문의구성은다음과같다. 2장에서는 SES/MB 프레임워크와 HLA/RTI에대해알아보며, 3장에서는복합시스템을위한 SoSES 프레임워크를제안한다. 4장에서는제안하는프레임워크에기반한 SoSES/FB 개발방법론을제안하며, 5장에서는제안된방법을대공방어시뮬레이션에적용한실험결과를보여주며, 마지막으로 6 장에서는결론및향후연구방향에대해정리한다. 2. 관련연구 2.1 SES/MB 앞장에서도언급했듯이, 단일시스템의다측면적인시스템모델링방법으로 SES/MB가사용된다. SES/MB 는시스템의구조적인정보를담고있는 SES 트리를저장하는 SES Base와시스템의동작을위한실제모델들을저장하고있는 Model Base로구성된다. 먼저 SES 형식론은트리구조를이용하여시스템의구성관계, 연결관계, 분류관계의세가지정보를명시하는형식론이다. 예를들어단일서버큐잉시스템은 Figure 1과같이 SES 형식론으로나타낼수있다. 단일서버큐잉시스템이 BP라는결합모델과 Gen이라는원자모델로구성되어있고, 모델 BP는모델 Buff와 Proc 으로구성된다. Buff 모델은 FIFO와 LIFO의두가지대안을가질수있으며, Proc 모델은다양한 proc 모델로구성된다. 또한 GBP 모델과 BP, Gen 모델, 그리고 BP 모델과 Buff, Proc 모델에대한연결관계를알수있다. 이렇듯 SES 형식론을통해서시스템, 즉하나의시뮬레이션모델의정보를한눈에알수있다. Fig. 1. SES tree of single server queuing system 시스템을 SES 를통해트리형태로표현한후에, 사용 20 한국시뮬레이션학회논문지
IEEE 1516 HLA/RTI 를이용한복합시스템의다측면적인모델링방법론 자는여러가지대안들중원하는모델을선택하는과정을거치고, Figure 2와같이 Model Base에서선택된모델들을불러들여하나의시뮬레이터가완성된다. SES/ MB는형식론적인모델링이가능하며, 모델의재사용성을높이고시뮬레이터를합성하는과정을자동화해줌으로써편리한개발이가능하다 (Lee, 1994). Fig. 2. Concept of SES/MB SES/MB에대한연구는다년간에걸쳐지속적으로수행되어왔으며, 이러한연구에는 Scheme으로 SES를표현하고시뮬레이션환경으로 DEVS-Scheme 을사용한지식기반모델자동합성방법론 (Kim and Zeigler, 1989), DB SQL로 SES를표현하고시뮬레이션환경으로 DEVSim++ 를사용한데이터베이스성능분석 (Park et al., 1997), DB SQL로 SES를표현하고시뮬레이션환경으로 SystemC 를사용한디지털시스템설계 (Kim and Kim, 2006) 등이있다. 이렇듯다양한언어및환경을이용하여 SES/MB 프레임워크에대한연구가다각도로진행되어왔다. 그러나이러한연구는모두단일시스템을대상으로하여진행되어왔고, 실제로이러한다측면적인시스템모델링방식을시스템간의연동이고려된복합시스템에적용하려는연구가진행되었지만 (Kim et al., 2013), 형식론, 개발환경및개발과정을포함한전체적인방법론에대한제안이요구된다, 이러한규약의하나로 IEEE 1516 표준으로채택된국제표준연동구조인 HLA가존재한다. HLA는서로다른시뮬레이터간의연동을위해서연동참여시스템들사이에지켜야할규칙이나인터페이스, 사용객체모델등에대한전체적인아키텍처를의미한다. RTI는 HLA를만족하도록구현된분산시뮬레이션용표준미들웨어이다. HLA에서는 HLA 규격을만족하는단독시뮬레이터를페더레이트 (Federate) 라고하며, 페더레이트들의집합체를페더레이션 (Federation) 이라고명명한다. HLA에서페더레이트들은하나의시뮬레이션을수행하기위해서페더레이션을구성하거나다른페더레이션에참여함으로써연동을하게된다 (IEEE Std., 2000). HLA에서는페더레이션내에서공유되는객체와상호작용을기술하는페더레이션객체모델 (Federation Object Model, FOM) 과페더레이트가외부에제공할객체와상호작용을기술하는시뮬레이션객체모델 (Simulation Object Model, SOM) 이정의되어야한다 (IEEE Std., 2001). SOM은각페더레이트별로정의가되어있으며자신이주고받을데이터들을정의하고있으며, FOM은 SOM들을통합한페더레이션데이터이다 (Kim, 2011). 2.3 IEEE 1516.3 FEDEP FEDEP(Federation Development and Execution Process) 은 IEEE 1516.3에정의된페더레이션개발및실행표준프로세스다. HLA/RTI 기반의분산시스템은 FEDEP 의절차에따라개발이되며 (Ahn and Kim, 2010), Figure 3과같이크게설계단계, 구현단계, 실행단계로총 3 단계의과정을통해서진행된다. 2.2 IEEE 1516 HLA/RTI 복합시스템은여러개의독립적인시스템들로구성되어있고, 이러한시스템사이에서는정보교환과그정보를각시스템에서사용할수있는능력인연동이필요하다. 즉, 연동을통해복합시스템을구성하는시뮬레이터들간의정보교환과시간동기화가가능하다. 이러한시뮬레이터간의연동을위해서는정해진규약이필요하다. Fig. 3. Federation development and execution process 기존에다양한분산시뮬레이터들이 FEDEP을이용하여개발되었으며, 기개발된시뮬레이터들을활용하여다측면적인시스템모델링및시뮬레이션을수행하기위해서본논문에서는 SoSES/FB 개발방법론을제안한다. 제 26 권제 2 호 2017 년 6 월 21
김병수 김탁곤 3. SoSES/FB 프레임워크 이번장에서는독립적인시스템들로구성된복합시스템 (System of Systems) 의다측면적인모델링을위해 SoSES/FB 프레임워크를제안한다. SoSES/FB 프레임워크는기존의 SES/MB의개념을확장하여, 분산환경인 HLA/RTI에적용가능하도록제안하였다. SoSES 프레임워크는 SoSES 형식론과이를구현한 SoSES/FB 환경으로구성된다. SoSES 형식론은시스템을정확히표현하기위해구성관계, 분류관계, 연결관계에대한정보를가지고있는형식론이다. SoSES는크게표현법과연산으로구성되며, 표현법은노드와데이터로구성된다. SoSES/FB 환경은 SoSES 형식론을토대로만들어진 SoSES 트리를관리하는 SoSES Base와기개발된페더레이트들을관리하는 Federate Base로구성된다. 3.1 SoSES 형식론 3.1.1 구성요소 Table 1은 SoSES 형식론을구성하고있는노드와데이터의종류를보여준다. Table 1. Components of SoSES formalism system 노드 interaspect 노드 interspecializati on 노드 data (object, interaction) 표현 정의 A, X, Y, Z 각각하나의시스템 ( 페더레이트, 페더레이션 ) 을의미 노드 A 는 X 와 Y 와 Z 로구성 (and) 됨을의미 노드 B 는 B1, B2 또는 B3 중하나의대안 (or) 을가짐을의미 [P] 는데이터출력 [S] 는데이터입력 트들로구성된전체페더레이션을의미한다. inter-aspect 노드는하나의 system 노드가가질수있는구성관계를나타내는노드이며, inter-specialization 노드는복합시스템의분류관계를나타내는노드이다. Fig. 4. Representation of SoSES formalism SoSES 트리는세가지종류의노드이외에도복합시스템에서구성시스템들의연결관계, 즉페더레이트들이주고받는정보를나타내는데이터 (data) 라는구성요소가필요하다. 데이터에는 HLA의 SOM에정의된개념인 object 와 interaction 이두가지정보가포함된다. object 는시간이지나면변경될수있지만변경된정보를유지하면서페더레이트사이에공유가필요한경우사용되며, attribute 들을세부정보로가진다. interaction은시간이지나면유지할필요가없는정보로, parameter 들을세부정보로가진다. 이러한요소외에도데이터의입출력을구분하여페더레이트간의연결관계를명시해줄필요가있다. SoSES 형식론에서는 HLA에따라데이터출력을 publish 라고하여이름앞에 [P] 로표기하고, 데이터입력을 subscribe 라고하여이름앞에 [S] 로표기한다. 입출력을모두필요로하는데이터의경우에는 [P][S] 를모두표기한다. 예를들어, [P] Object X {x1, x2, x3} 라고하면 object X는 x1, x2, x3의 attribute를가지며이데이터를 publish 하겠다는의미이다. SES에서는메시지를전달할수있도록모델의입출력포트간의연결관계를명시하지만, SoSES에서는메시지를의미하는 interaction 외에도 object에대한정보가추가적으로필요하기때문에 SES 형식론과는차이점을가진다. Figure 4는 SoSES 형식론을이용하여구성된트리의예이다. system 노드는실제시스템에대응되는노드로, 페더레이션또는페더레이트를의미한다. SoSES 트리의최상위노드는 system 노드로써복합시스템, 즉페더레이 3.1.2 SoSES 연산 SoSES 트리를구성한이후에, 첫번째로사용자에의해여러대안들중하나의페더레이트를선택하는 22 한국시뮬레이션학회논문지
IEEE 1516 HLA/RTI 를이용한복합시스템의다측면적인모델링방법론 Pruning 연산이필요하다. Pruning은분류관계를나타내는 inter-specialization 노드의자식노드들중에서하나의 system 노드를선택하는과정이다. 사용자에의해서모든 inter-specialization 노드의자식노드를선택하게되면, 선택된노드들은 inter-specialization 노드의부모노드와치환이되고, 선택되지않은노드와 interspecialization는삭제된다. Figure 5와같이 a-inter-spec 노드는 Fed_A1과 Fed_A2의자식노드를갖고, b-interspec 노드는 Fed_B1, Fed_B2, Fed_B3의자식노드를갖는다. 사용자가노드 Fed_A2와 Fed_B3를선택하면노드 Federate A는 Fed_A2로치환되고, 노드 Federate B는 Fed_B3로치환된다. 선택되지않는나머지 system 노드와 inter-specialization 노드들은제거되고, 최종적으로트리는 fed-inter-asp 노드와 Fed_A2, Fed_B3, Federate C 자식노드들, 즉세가지의페더레이트들로구성된다. 이때이 Pruning 과정을거쳐나온트리를 Pruned Entity Structure(PES) 라고한다. Pruning 과정을통해복합시스템의구성관계와분류관계에대한명확히할수있다. 나로취급한다. 중복되는데이터는데이터의종류 (object 와 interaction) 와데이터의이름이동일해야한다. 각 object, interaction에대해서 attribute, parameter의수와이름역시동일해야한다. Fig. 6. Data synthesis operation of PES tree 또한데이터합성시에 publish, subscribe 관계도확인할필요가있다. 서로다른시뮬레이터들끼리연동하기위해서는페더레이트간의데이터교환이필요한데, 페더레이트사이에교환할데이터가없는경우에는연동의필요성이없어진다. 즉, 어떠한데이터를 publish하면다른페더레이트에서동일한데이터를 subscribe하는 publish-subscribe 쌍이필요하며, 이쌍을만족하지못하는데이터는합성시에포함되지않는다. 즉, 데이터합성시에 publish-subscribe 쌍을만족하는데이터가존재해야합성이가능하다. 이두가지조건을모두만족시키면, 페더레이트들은각데이터를통합하여 FOM을합성한다. 만약 Pruning시에새로운페더레이트가선택되면, 새로운페더레이트가가지고있는 SOM을이용하여새로운 FOM을구성하게된다. Fig. 5. Pruning operation of SoSES tree Pruning 연산후에, 데이터합성과정을통해복합시스템의연결관계에대한연산이이루어진다. 데이터합성과정은 Pruning 과정에서선택된페더레이트들의연결정보인데이터 (SOM) 를통합하고합성하는과정이다. 데이터합성은 Figure 6과같이 system 노드인 A1, B2, C가가지는데이터 (object와 attribute, interaction과 parameter) 들을통합하며, 이때중복되는데이터들은하 3.2 SoSES/FB 환경 3.1. 절에서제안된 SoSES 형식론을이용하여실제복합시스템의시뮬레이션하기위해서는형식론을토대로한 SoSES/FB 환경이필요하다. 이는 Figure 7과같이 SoSES 트리가저장되어있는 SoSES Base와실제페더레이트들이저장되어있는 Federate Base로구성된다. 또한이들각각을관리하는 SoSES 관리기와페더레이트관리기와페더레이션을합성하는합성기로구성되어있다. SoSES Base는기본적으로사용자노드에존재하며, Federate Base는네트워크로연결되어있는각노드에존재한다. 페더레이트실행을위한각노드들은연동미들웨어인 HLA/RTI에의해서연동시뮬레이션이가능하다. 각요소에대한역할및세부구성은다음과같다. 제 26 권제 2 호 2017 년 6 월 23
김병수 김탁곤 가능하며, 또한기존의도메인전문가가구성해놓은 SoSES 트리를 SoSES Base에서수정및사용할수있다. 트리가구성된이후엔 Pruning 알고리즘이적용된 Pruner 에서연산을수행하고, 데이터합성기를통해 FOM이합성된다 (Figure 8). 합성된 FOM은페더레이트관리기로페더레이트정보와함께보내지고, 페더레이트가실행되어진다. Fig. 7. SoSES/FB Environment 3.2.1 SoSES Base SoSES Base는 SoSES 형식론에따라구성된 SoSES 트리를저장하고있는저장소이다. 실제사용자에의해서구성된 SoSES 트리를저장하고불러와서사용할수있으며, 이러한 SoSES 트리이외에도 Pruning 과정이후에만들어진 PES 트리또한저장되어있다. 3.2.2 Federate Base Federate Base는실제기개발된페더레이트들이저장되어있는저장소이다. SoSES 트리가페더레이트의정보를가지고있다면, Federate Base는실행가능한페더레이트와 SOM 정보로구성되어있다. SoSES 트리에서 Pruning을거쳐합성이될때 SoSES 트리를구성하고있는 system 노드들은그이름을참조하여 Federate Base 에있는실제페더레이트들을불러와페더레이션을합성한다. Federate Base에는추후에페더레이트들을추가하거나수정, 삭제할수있다. Federate Base 는기본적으로각노드에존재하며, 사용자노드에도존재할수있어필요시에사용자노드의 Federate Base로부터페더레이트가요청되어각노드로전송될수있다. Fig. 8. Sequence of Data Synthesis 3.2.4 페더레이트관리기페더레이트관리기는 Federate Base의페더레이트들을관리하는역할을한다. 페더레이트관리기는페더레이션합성기로부터 Pruning과데이터합성결과로나온페더레이트정보와합성된데이터 (FOM) 를받아서 Federate Base로보내주고각각의페더레이트를 Federate Base에서불러와실행시켜주는역할을한다. 실행된페더레이트들은 HLA/RTI에의해연동시뮬레이션에참여하게된다 (Figure 9). 3.2.3 SoSES 관리기 SoSES 관리기는 SoSES 트리를구성하고관리하는역할을한다. SoSES 관리기는크게트리구조를관리하는트리관리기와 Pruning 연산을하는 Pruner, 그리고데이터를합성하는데이터합성기로구성된다. SoSES 트리는 Federate Base에서페더레이트목록을받아구성 Fig. 9. Concept of federation synthesis using SoSES/FB 24 한국시뮬레이션학회논문지
IEEE 1516 HLA/RTI 를이용한복합시스템의다측면적인모델링방법론 4. SoSES/FB 를통한페더레이션개발과정 본장에서는 IEEE 1516.3 FEDEP (IEEE Std., 2003) 의절차에따라 SoSES/FB를활용한페더레이션개발과정을소개한다. 이는 FEDEP과마찬가지로설계단계, 구현단계, 실행단계의총 3단계로구성되며, 기개발된기존페더레이트들을효율적으로재사용하여페더레이션을구성할수있도록도와줄수있다 (Kim and Kim, 2012). 전체적인개발과정은 Figure 10과같다. Fig. 10. Proposed federation development process 4.1 설계단계페더레이션개발과정에서는가장우선적으로설계단계가수행이되어야한다. 설계단계에서는먼저사용자의요구사항을파악하고대상페더레이션의목적을정의한다. 미리설정된목적에따라페더레이션설계및요구사항명세가이루어진다. 이때전체적인페더레이션시스템을간단하게설계하고여기에필요한부시스템인페더레이트들을살펴본다. 또한페더레이트들끼리주고받는데이터교환인터페이스를설계한다. 이후설계된페더레이션을토대로 SoSES 트리를구성하거나기존구성된 SoSES 트리를활용할수있다. 이에따라필요한페더레이트및 SOM 정보를획득한다. SoSES 트리에는페더레이션이어떠한페더레이트들로구성되어있으며, 어떠한대안을가지고, 어떠한정보를주고받는지에대한정보를포함한다. 또한 Federate Base 에기개발된페더레이트이확보되어야하며, 상황에따라새로운페더레이트들을개발하는과정이필요하다. 다. Pruning을통해원하는페더레이트정보와그페더레이트의 attribute인 SOM 정보를얻을수있다. Pruning 과정후에선택된페더레이트들의정보를가지고데이터합성과정이진행되며, 각노드는필요한페더레이트들을 Federate Base로부터호출하여페더레이션이합성된다. 사용자가 SoSES를구성또는호출하고, 그로부터원하는페더레이트들을선택하면, 이후 Pruning부터페더레이션생성까지모든과정은자동으로진행된다. 4.3 실행단계페더레이션이자동합성된이후, 페더레이트들은 HLA/RTI 에참여하여시뮬레이션을하게되며, 시뮬레이션종료후결과가수집된다. 시뮬레이션결과가얻어지면데이터분석과정을통해원하는결과의획득유무를확인하고, 원하는결과가얻어지면개발과정을마무리하고, 그렇지않을경우다시 Pruning 이전으로돌아가과정을다시진행하여새로운페더레이션과시뮬레이션결과를획득할수있다. 즉, 이과정을통해서 FEDEP의반복적인목적설정과정을줄이고, 기존페더레이트들의효율적인재사용과정형적인페더레이션구조관리를통해서페더레이션개발을효율적으로할수있으며, 개발및실행단계를자동화함으로써빠르고편리한개발이가능함을알수있다. 5. 사례연구 본장에서는제안하는 SoSES/FB 개발방법을적용한복합시스템의모델링및시뮬레이션을수행한다. 특별히분산환경인 HLA/RTI에서동작하도록개발되어진이산사건기반의 (DEVS, Discrete Event System Specification) 전함의대공방어시뮬레이션을이용하며 (Zeigler et al., 2000), 이를통해제안하는방법이실제페더레이션개발및실험수행에유용함을보여준다. 4.2 구현단계페더레이션에대한설계가끝나면실제페더레이션개발을위한구현단계가수행이되어야한다. 페더레이션개발단계에서는구성된 SoSES에서사용자의목적에의해서페더레이트들을선택하는 Pruning이진행된 Fig. 11. Scenario of air defense simulation 제 26 권제 2 호 2017 년 6 월 25
김병수 김탁곤 5.1 시나리오대공방어시뮬레이션의시나리오는 Figure 11 과같다. 먼저아군전함이존재하고, 전함을향해미사일 ( 타겟 ) 이발사된다. 이때전함에있는레이더를통해미사일의위치와전함의위치를파악해서전함에전달한다. 전함은미사일과의거리에따라방어시스템의작동여부를판단하며 1차적으로대공방어무기를통해방어를시도하며이때실패했을경우에 2차적으로근접무기시스템을통해최종적으로방어를시도한다. 방어를시도하면방어시스템을통해미사일의격추여부와동시에전함의생존여부가결정되고, 이를반복하여수행함으로전함의평균생존율을구할수있다 (Sung et al., 2009). 이때미사일을탐지하는레이더는알고리즘이나특성들에따라서몇가지모델 ( 페더레이트 ) 을가질수있으며, 전함의평균생존율이 80% 를넘기는레이더모델을찾는것이본시뮬레이션의목적이다. 대공방어시뮬레이션은 Figure 12와같이전함, 대공방어 (AAW), 근접무기 (CIWS), 레이더, 타겟페더레이트들로구성되어있으며이들은독립적인각각의페더레이트로개발되어있다. Fig. 12. Federates of air defense simulation 5.2 대공방어페더레이션합성과정 페더레이트는탐지알고리즘및내부구조에따라다양한종류가존재하고, 각각의페더레이트가서로대체가능하다. 대공방어시뮬레이션의구성과대안, 그리고연결관계는 Figure 13과같이 SoSES 형식론으로표현가능하다. Fig. 14. FOM synthesis through data synthesis process SoSES 형식론을통해복합시스템이구성되면, 사용자에의해다양한대안들중에원하는한노드만선택하는 Pruning 과정을거치게되고, 여기서는타겟1, 센서2, 무기체계2의페더레이트가선택하였고, Figure 13의아래와같은 PES 트리를얻을수있다. Pruning 이후에는 3.1.2에서설명한데이터합성과정에따라페더레이션에필요한데이터인 FOM이합성된다 (Figure 14). FOM이구성된이후, 합성기는페더레이트관리기로페더레이트정보와 FOM을보내고, 동시에페더레이트관리기에게각페더레이트를실행하라는명령을보내며각페더레이트관리기는 Federate Base에존재하는페더레이트를실행한다. 그후각페더레이트가페더레이션에참여하고시작함으로결과적으로전체시뮬레이션이시작된다. Figure 15는페더레이션합성과정을통한시뮬레이션실행결과를보여준다. Fig. 13. SoSES tree of air defense simulation 대공방어시뮬레이션을구성하고있는각페더레이트들은실제로다양한대안들을가진다. 예를들어레이더 Fig. 15. Federation execution 26 한국시뮬레이션학회논문지
IEEE 1516 HLA/RTI 를이용한복합시스템의다측면적인모델링방법론 5.2 시뮬레이션결과초기에설정한반복횟수만큼시뮬레이션이수행된후에전함의생존율을확인할수있다. 본실험에서는 100 회의반복시뮬레이션을통해평균생존율을구하였으며 Table 2는시뮬레이션결과를보여준다. 본대공방어시뮬레이션의목적이평균생존율이 80% 를넘기는레이더모델을찾는것이므로처음개발과정에서 Radar1 페더레이트를사용했을때의평균생존율 58% 는이를만족하지못한다. 그렇기때문에앞서제안한페더레이션개발과정에따라조건을만족하지못했기때문에다시앞의단계로돌아가 Radar2 페더레이트를선택하여과정을다시진행한다. 이과정을초기목적을만족할때까지반복하여, Table 2와같이 Radar3 페더레이트가평균생존률 83% 를가짐을확인할수있다. 이때 Radar1, 2, 3 페더레이트들은탐지알고리즘등에따라여러페더레이트들을가질수있지만, 본실험에서는간단히 FSR(Fire Control Radar) 의개수만다르게하여차이를두었다. 이렇듯페더레이션개발목적에따라 80% 를넘는탐지시스템을찾았기때문에전체과정을마치게된다. Table 2. Simulation results 페더레이트이름 내부특성 평균생존율 Radar1 FSR 2개사용 58% Radar2 FSR 3개사용 78% Radar3 FSR 4개사용 83% 6. 결론 본논문에서는 HLA를이용하여, 복합시스템의다측면적인시스템모델링시뮬레이션을위한 SoSES/FB 프레임워크를제안하였다. 기존의다측면적인시스템모델링시뮬레이션프레임워크인 SES/MB 프레임워크는단일시스템에한해모델링하고시뮬레이션하는방법이었기때문에복합시스템을시뮬레이션하기에는한계점이존재한다. 이에따라복합시스템을위한새로운프레임워크가필요하며, 본논문은복합시스템의모델링시뮬레이션을위한 SoSES/FB 프레임워크를제안하였다. 이를위해복합시스템의구성과모든대안들을트리구조를이용하여나타낼수있는 SoSES 형식론을제안하고, 실제 HLA-Compliant 한페더레이트들이저장되어있는 Federate Base를제안하였다. 전함시뮬레이션을 SoSES/FB 프레임워크에적용함으 로서기개발된페더레이션이기존의 HLA 통해구성된페더레이션과동일하게동작함을확인할수있었다. 또한제안한 SoSES/FB 프레임워크가가지는장점들에대해서확인할수있었다. SoSES/FB 프레임워크는페더레이션을합성하는과정을자동화함으로써사용자편의성을높이고, 페더레이션개발시간을단축시킬수있으며, 또한 SoSES 형식론을사용하여페더레이트의구조를효율적으로관리할수있으며, 그구조를바꾸기가용이하여여러가지대안에대하여시뮬레이션하기에편리하다. 현재제안된 SoSES 형식론은 HLA에제한된표현법을가지므로 HLA를통해개발된시뮬레이터에만사용가능하기때문에일반적인분산환경에서도적용이가능하도록 SoSES 형식론을확장할필요가있다. 현재는기존에 HLA-Compliant 하게개발된페더레이트들을사용한다. 하지만이러한가정은다른페더레이트들을사용하는데에제약을준다. 그렇기때문에추후에는페더레이트에따라서인터페이스를자동생성하는연구를진행하고자한다. References Ahn, J.H. and T.G. Kim (2010) Development Process of Distributed Systems based on IEEE 1516 HLA, '10 Summer Symposium of the Institute of Electronics and Information Engineers, 33(1), 1582-1585. ( 안정현, 김탁곤 (2010) IEEE 1516 HLA 표준에기반한분산시스템개발프로세스, 대한전자공학회 '10 하계학술대회, 33(1), 1582-1585). IEEE Std. 1516.3-2003 (2003) IEEE Recommended Practice for High Level Architecture (HLA) Federation Development and Execution Process (FEDEP), IEEE Computer Society. IEEE Std. 1516-2000 (2000) IEEE Standard for Modeling and Simulation (M&S) High Level Architecture (HLA) - Framework and Rules, IEEE Computer Society. IEEE Std. 1516-2000 (2001) IEEE Standard for Modeling and Simulation (M&S) High Level Architecture (HLA) - Object Model Template (OMT), IEEE Computer Society. Kim, B.S., C.B. Choi and T.G. Kim (2013) Multifaceted Modeling and Simulation Framework for System of Systems Using HLA/RTI, 2013 Spring Simulation 제 26 권제 2 호 2017 년 6 월 27
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IEEE 1516 HLA/RTI 를이용한복합시스템의다측면적인모델링방법론 김병수 (kevinzzang@kaist.ac.kr) 2010 KAIST 전기및전자공학과학사 2012 KAIST 전기및전자공학과석사 2012~ 현재 KAIST 전기및전자공학과박사과정 관심분야 : 모델링및시뮬레이션, 시뮬레이터연동, 빅데이터, 데이터모델링 김탁곤 (tkim@kaist.ac.kr) 1975 부산대학교전자공학과학사 1980 경북대학교전자공학과석사 1988 Univ. of. Arizona, 전기및컴퓨터공학과박사 1980~1983 부경대학교통신공학과전임강사 1987~1989 ( 미 ) 애리조나환경연구소연구엔지니어 1989~1991 Univ. of Kansas 전기및컴퓨터공학과조교수 1991~ 현재 KAIST 전기및전자공학과교수 - 한국시뮬레이션학회회장역임 - 국제시뮬레이션학회 (SCS) 논문지 (Simulation) Editor-In-Chief 역임 - SCS Fellow - 모델링시뮬레이션기술사 ( 미국 ) - Who s Who in the World (Marguis 16 th Edition, 1999) 등재 - 연합사, 국방부 / 합참, 기품원자문위원역임 - KIDA Fellow 역임 - ADD 자문위원 ( 현 ) 관심분야 : 모델링 / 시뮬레이션이론, 방법론및환경개발, 시뮬레이터연동 제 26 권제 2 호 2017 년 6 월 29