MF-TDMA 기반 군 위성통신망 트래픽클래스 분류 및 제어방법

Abstract

현 추진 중인 차세대 군 통신위성의 연구개발과 위성단말의 전력화가 성공적으로 종료되면 향후 우리군의 실질적인 NCW 수단은 위성이 될 것이다. 이러한 정책이 완성되면 야전에 배치된 많은 위성단말들은 제한된 위성자원으로 요구되는 모든 전력에 대한 NCW를 지원하여야 한다. 그러나 군 위성의 특성상 한정된 중계기 용량으로 인해 사용자가 원하는 서비스 제공에 제한을 갖게 될 것이다. 따라서 개발자는 사용자가 소요요청 단계에서 제시한 군 운용개념을 바탕으로 운용환경을 고려한 최대의 운용성을 보장해 줄 수 있는 최적의 운용개념을 도출하고 사용자가 이를 효과적으로 활용할 수 있도록 하는 적절한 개념의 운용방안을 제시하여야 한다. 본 학위논문에서는 이를 위한 3가지 연구 결과를 제시한다. 첫째, 위성을 통해 전송되는 각종 응용 서비스들의 자원할당 우선순위 산정을 위한 트래픽 클래스 분류방법론을 제안한다. 특히 현실적인 트래픽 클래스 분류를 위해 실제 위성단말이 운용단계에서 생성하는 트래픽을 QoS 클래스별로 분류하였다. 제안방법은 상용망 표준 Y.1541과 DoD/FCS 제안을 기반으로 기본적인 QoS 요구조건과 성능 특징 및 서비스 특징을 도출하였으며, 추가로 군 특수성을 반영하여 군 응용서비스에 대해 기계적으로 트래픽 클래스가 부여될 수 있도록 하였다. 제안하는 트래픽 클래스 분류방법론의 성능 검증을 위하여 제안하는 방안과 기존 상용 시스템에서의 분류 방안 및 DoD/FCS에서 제안한 군 응용서비스 분류 방안을 비교하였다. 비교를 통해 상호 일관성 여부를 확인하고 타당성을 검증하였다. 제안하는 분류 방안은 향후 새로운 군 응용서비스 발생 시 트래픽 클래스 분류와 운용개념 정립에 크게 기여할 것으로 예상된다. 둘째, MF-TDMA 효과도 성능분석을 통하여 위성단말의 적정 소요량을 고려한 트래픽의 버스트 정도별 시뮬레이션 결과를 제시 하였다. 이를 위해 미군의 WIN-T SATCOM에서 채택한 MF-TDMA 기술을 OPNET 네트워크 시뮬레이터를 활용하여 모델링하였으며, 해당 모델에서 기존의 군 위성통신체계 적용 가능성과 IP기반의 버스트(burst) 트래픽의 전송 가능성을 확인하였다. 확인 결과 Service Level Agreement (SLA)를 만족하는 QoS 관점에서 MF-TDMA가 FDMA에 비해 트래픽이 버스트 할수록 효과가 더 큰 것으로 나타났다. 마지막으로 한정된 자원에 의한 군 위성통신망의 효율적 운용을 위하여 DAMA 방식의 MF-TDMA 연결수락제어(CAC : Call Admission Control) 알고리즘을 제안하였다. 현 운용중인 FDMA 방식은 비효율적인 자원할당으로 인해 IP 패킷 기반의 트래픽 전송 시 높은 자원사용 효율을 확보할 수 없다. 이에 따라 제안하는 방식은 군 위성통신체계를 MMFF/D/1 큐잉 시스템으로 모델링하고, 트래픽클래스(PHB)를 QoS 요구조건이 가장 엄격한 EF로 설정하여 다양한 트래픽 환경의 실험을 수행하였다. 성능 검증을 위해 MATLAB으로 수치 해석을 하고 OPNET으로 시뮬레이션을 하여, 가용 단말기 수와 자원 낭비율 측면에서 FDMA와 MF-TDMA의 성능을 비교하였다. 본 연구결과는 위성자원의 효율적 관리 및 트래픽 제어측면에서 MF-TDMA 기반 군 위성통신망의 성공적인 운영에 기여할 수 있을 것으로 기대한다.