IEEE 802.1Q 기반 항공전자 영상/데이터 통합 인터페이스 성능분석

Abstract

IT 기술 및 방송통신 기술이 발전하고 Ethernet을 통해 데이터뿐만 아니라 영상, 음성까지 전송할 수 있는 기술 표준이 등장함에 따라 기존의 독립적인 전송 채널을 갖는 인터페이스들이 Ethernet 기반의 스위치 네트워크로 개발되기 시작하였다. 군용 항공기 항공전자 시스템은 영상, 음성 및 데이터 전송 인터페이스가 독립적으로 구성되어 사용되며, 대용량의 영상 및 데이터 전송 요구를 수용하기 위해 군전용 인터페이스와 상용 인터페이스가 혼재되어 사용되고 있는 추세이다. 따라서 다종의 인터페이스를 수용해야 하는 항공전자 임무컴퓨터의 하드웨어의 크기, 무게 및 전력 사용량이 증가하게 되었고, 항공기 내부 신호의 라우팅을 위한 케이블 종류, 수량 및 무게가 증가하는 문제를 초래하게 되었다. 이러한 문제에 의해 Ethernet과 같이 성숙도가 높고 고 신뢰성, 고 대역폭 특성을 갖는 단일 인터페이스를 항공전자 시스템에 적용하는 방향으로 개발 패러다임이 변하고 있다. 본 논문에서는 기존의 독립적인 영상 인터페이스, ARINC-429, MIL-STD-1553B 등 다양한 데이터 인터페이스를 갖는 항공전자 아키텍처를 Ethernet 기술이 가지는 케이블의 단순화, 높은 성숙도, 고 대역폭 장점을 이용하여 단일 인터페이스의 항공전자 시스템 아키텍처로 재구성한다. 그리고 항공전자 시스템 내부에서 영상, 음성, 데이터 등 다양한 트래픽 별 우선순위를 보장하기 위해 IEEE 802.1Q 기술을 활용한다. IEEE 802.1Q는 Virtual LAN(이하 VLAN)을 지원하기 위한 규격으로, 추가로 삽입되는 필드에 프레임의 우선순위를 할당할 수 있다. 따라서 항공전자 시스템 내부의 메시지를 정책에 따라 우선순위를 설정하여 QoS 보장에 사용할 수 있다. 설계한 Ethernet 기반 항공전자 아키텍처의 적용 가능성을 분석하기 위해 시뮬레이션 기술로 검증하였다. 검증을 위해 대상 항공기의 항공전자 시스템 네트워크 구성을 모델링하고, 다음으로 내부에서 송수신되는 데이터들의 종류, 크기, 주기와 같은 특성들을 정의하였다. 검증 결과, 상용 10G Ethernet 스위치 환경에서 각각의 데이터들에 필요한 패킷 전송 성공률 및 지연시간 요구조건을 만족함을 확인할 수 있었다. 또한 항공전자 아키텍처의 적용을 위해 필요한 Ethernet 스위치의 최소 성능을 도출하였다. 성능 평가 결과, IEEE 802.1Q 기반 Ethernet 기술은 설계된 항공전자 시스템 네트워크 및 트래픽 모델에서 요구하는 성능을 만족하므로 전투기급의 항공전자 시스템 운용에 적합한 것으로 분석되었다.