상황인지 및 제어를 지원하기 위한 분산 승인 슬롯 할당 기법

Abstract

무인항공기의 시장 및 개체수가 크게 확대되면서 무인항공기 충돌 문제, 추락사고, 납치 및 테러 위협 등이 증가하고 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 상황인지 정보의 공유 및 제어를 위한 무인항공기 전용 데이터링크의 필요성이 대두되고 있으나 현재 무인항공기만을 위한 데이터링크는 존재하지 않는 실정이다. 무인항공기는 레이더 반사 면적이 작아 전자기파의 반사를 이용하여 물체를 탐지하는 1차 레이더를 이용한 탐지가 극히 어렵다. 또한 2차 레이더 기반의 감시를 위해서는 송수신기가 필요한데, 소형인 UAV에 탑재하기 위해서는 무게의 제약이 존재하며 특히 고가인 송수신기의 가격을 감당하기가 어려운 현실적인 문제가 존재한다. 무인항공기에 대한 상황인지를 위하여 ADS-B(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast) 탑재가 논의되고 있으나, ADS-B는 GPS(Global Positioning System)에 의존하기 때문에 GPS가 재밍 등으로 인해 무력화된 경우에 대한 대안이 없고, 이 경우에 무인기에 대한 제어가 불가하다는 문제가 있다. 상황인식 공유를 위한 데이터링크인 Link-16, ADS-B에서는 각각 Precise Participant Location and Identification (PPLI) 메시지, ADS-B 메시지를 통해 상황인식을 공유하며 지휘 통제를 위해 J-series 메시지를 이용하여 항공기에 대한 제어를 수행하고 있다. 이러한 메시지 교환을 위한 매체 공유 방식으로 주파수 채널을 타임 슬롯 단위로 나누어 사용하는 Time Division Multiple Access (TDMA) 방식을 사용한다. 본 논문에서는 이러한 TDMA 방식을 사용하고 메시지로 상황인식 정보를 공유하는 데이터링크를 전제로 하여 연구를 진행하였다. 본 논문에서는 좁은 공간에 다수의 무인기가 존재하는 환경에서 무인기의 상황인지 공유 및 제어를 지원하기 위한 데이터링크 구축을 위해 필요한 동적 슬롯 할당 기법을 제안한다. 이를 위해 기존 코디네이터가 존재하는 중앙집중형 환경에서 상황인지 공유를 위해 제안된 SA-MAC을 분산형으로 확장한 DSA-MAC을 제안한다. 분산 환경에서의 동적 슬롯 할당 기법으로 제안된 USAP-MA에서 슬롯 요청에 대한 명시적 승인이 없는 문제로 인해 슬롯 예약 경합 시 충돌이 계속 반복되어 슬롯 할당이 지연되거나 다른 노드들로부터 정보를 모두 들은 후에 스스로 슬롯 할당 여부를 판단해야 하는 단점을 해결하고자 슬롯 할당에 대한 명시적인 승인을 제공하는 기법을 제안한다. 명시적인 승인을 하는 경우 모든 노드가 승인을 함으로써 슬롯 모순을 피할 수는 있으나 승인 수가 크게 증가하여 네트워크의 오버헤드가 크게 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 이와 달리 일부 노드가 승인 책임을 지면서 슬롯 모순에 따른 지연을 일부 감수하지만 승인 부하를 크게 줄여 오버헤드를 감소시킬 수 있는 두 가지 모델을 제시한다. 이 두 가지 모델을 통해 네트워크의 특징이나 상황 등 요구사항에 따라 달리 적용할 수 있어 무인항공기 네트워크의 상황인지 및 제어를 효율적으로 지원할 수 있다.