해상 작전용 복합 데이터 통신망 구조 및 선택적 전송 라운드 로빈 프로토콜

Abstract

현대전에서 작전 수행 객체 간에 정확하고 신속한 정보교환을 하는 것이 전쟁 성패의 주요한 요인이며, 해상작전 분야에서도 다르지 않다. 우리 해군에서 위성 통신망의 도입은 신뢰성 있는 네트워크를 기반으로 음성통신 위주에서 영상, 전술상황도(CTP : Common Tactical Picture) 등 작전 데이터들이 원활히 소통되어 전장상황에 실시간 대응을 할 수 있도록 작전개념을 변화 시켰다. 해군의 해상작전에서 위성통신망은 함정과 육상 지휘소 간 주 통신망으로써, 전략적·작전적 수준의 지휘통제(C2)를 위해서 활용된다. 그러나 최근 통신위성과 GPS 위성에 대한 지속적인 전파 항재밍으로 인하여 위성통신망의 가용성에 대한 문제가 발생하고 있다. 따라서 최후의 비상통신망 수단으로 HF(High Frequency) 통신망의 활용이 부각되고 있다. 하지만 해상작전 통신망 운용에 있어서 위성통신망 및 비상통신망(HF 통신망)에 대한 동시운용을 통한 생존성 보장 방안이 없으며, HF 통신망에 기존의 전술 데이터를 유통할 경우 좁은 대역폭 특성에 따라서 많은 제약사항이 발생할 수 있다. 본 연구에서는 첫째로 해상 작전 수행 시 주 통신망인 위성망 운용 제한시를 대비하여 무선망을 동시에 운용하는 방안을 제시하였다. 합참의 “합동작전” 개념을 적용하여 전략-작전-전술 제대간의 전송되는 자료를 구분하고, 위성망의 운용 제한시에 필수적인 전술자료를 지휘부에 전송토록 통신망을 구성하였다. 기존 운용중인 환경을 분석한 결과 위성망 운용 제한 시 예비망인 무선으로 운용하는 방안은 있지만, 위성-무선이 연결된 하이브리드 구조로 통신용량 변화(0∼100%)에 따른 적응적 통신망 연구는 부족하였다. 해상 통신망 모델을 두 가지로 분류하여 통신 환경이 양호 시 위성망 단독 운용 모델과 위성환경이 제한 시 위성-무선망 모델을 제시하였다. 소형 함정에 할당된 위성망의 통신용량과 전파지연 시간을 고려하고, 무선통신망의 용량을 고려하여 전송대기시간과 전송시간을 비교하였다. 시뮬레이션과 지연 확률 수식에 의한 분석을 통해 위성망 단독 운용시보다 HF 망을 동시에 운용 시 우수하다는 결론을 얻었다. 둘째로 현재 해군에서 운용중인 무선 통신망에 대한 프로토콜을 연구하여 성능이 개선된 통신 프로토콜을 제안하였다. 무선기반 문자망의 Round Robin and Broadcasting 방식과 Link-11의 주 통신방식인 Roll Call을 기본으로 하여 연구하였다. 기존 통신 프로토콜은 환경이 양호하고 전송할 데이터가 없는 함소가 많을 때는 자원낭비가 심하여 원활한 데이터 통신을 위한 속도 지원이 제한된다. 따라서 통신망의 생존성을 보장하고 속도 향상을 위해 통신방식의 메시지 교환주기를 단축하고 망통제국(NCS)과 참가함소(PU)간 문자 전송시간 동기화 및 전송 우선순위를 제어하는 개선된 방식을 제안하였다. 또한, 통신 프로토콜별 송신과 수신 채널을 1개로 동시 운용시와 2개의 채널로 동시 운용시를 가정하여 시험하였다. 시뮬레이션을 통해 기존 방식과 성능을 비교한 결과 1개의 채널로 운용시 제안된 통신방식(Selective Transmission Round Robin)은 단위 프레임별 전송 소요시간이 Roll Call 대비 4.3배, Round Robin and Broadcasting 대비 6.3배 단축됨을 확인하였으며, 2개의 채널로 송·수신시는 최대 1.6배 단축됨을 입증하였다. 또한, 해상 통신환경이 양호하여 직접적인 수신율이 높고 전송할 데이터가 없는 함소가 많을수록 소요시간은 크게 단축됨을 확인하였다. 따라서 해상작전의 주 통신망인 위성 통신망 운용 제한 시 백업 개념의 무선 통신망을 운용하며, 전술상황에 따른 적응적인 통신망 구성으로 육상 지휘부에서 반드시 필요한 전술자료를 수신할 수 있도록 하였다. 또한, 현재 함정에서 운용중인 무선 통신기의 교체 없이 성능이 우수한 통신 프로토콜을 적용하여 통신속도 향상 및 신뢰성 있는 통신망 지원으로 효율적인 네트워크 구축에 기여할 것이다.