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실행아키텍처 기반

전장임무능력 평가

2015. 5. 29

한국국방연구원

국방획득연구센터 정보화연구실

김의순

한국IT아키텍처 공모

실행아키텍처 적용 시스템/솔루션에 대한 기본 정보

대상 업종 미국 국방부의 전장 아키텍처

1990년대 초반부터 실행아키텍처 적용

한국 군의 전장 아키텍처 향후 실행아키텍처 적용 필요

금액/인력 규모 전장 임무당 연간 15~20억/5~7명

초기 국외공동개발 소요 금액: 5억/년

개발/적용 기간 전장임무당 개발기간: 3~5년 전장임무당 적용기간: 영구

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비지니스적 성과 아키텍처 기반 투자 대안 분석 아키텍처 기반 포트폴리오 분석

아키텍처 품질 속성 관련 장점 아키텍처 산출물(OV/SV)의 일관성/완전성 보장 아키텍처 자체 문제 발견: 구현과정의 누락사항 탐지 체계소요의 능력기반 평가

설계의 타당성: 성능과 관련 운용활동 평가 능력달성 여부 판단

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실행아키텍처의 주요 효과

※ OV: Operational View, SV: Systems View

실행아키텍처 구성

실행아키텍처 개념

실행아키텍처의 역할

실행아키텍처 구현방법

로드맵 구축목표, 구축개념, 구축단계, 구축방법, 추진체계, 아키텍처 관리/활용

수행방안

구축계획 예시

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실행아키텍처 개념

[Zeigler]의 M&S 프레임워크 적용 Model: Source System 모델링 Simulator: 시뮬레이션 프로그램

용어/분석모델의 개념 정립 mA = MR(iA) xA = xM ∪ xS

xM = DR(mA), xS = SR(xM)

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※ 출처: [Zeigler]

※ DR: Dynamic Relation, iA: Integrated Architecture, mA: interMediate Architecture xM: eXecutable Model, xS: eXecutable Simulation

아키텍처

(A) 실행모델

(xM)

정적 개념 동적 개념

통합아키텍처(iA)

실행모델

시뮬레이션

(xS)

실행아키텍처(xA)

Modeling Relation

(MR)

Simulation Relation

(SR)

중간아키텍처

(mA)

동적 변환 (DR)

Source System Model Simulator │ │ │ │ │ │

실행아키텍처의 역할

아키텍처 기반 능력 평가 운용활동의 성과 제시

체계와 체계기능이 운용활동에 미치는 영향 판단 운용활동=JCA능력/JTL과제

임무수행능력(C) C=f(운용활동의 성과)

비용 산정 체계/인원/TTP 영향 반영

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※ 출처: [Hartt]

※ C: Capability, JCA: Joint Capability Area, JTL: Joint Task List TTP: Tactics, Techniques and Procedures

실행아키텍처 구현방법 (1/3)

MR, DR,SR의 연속 적용 방법1

CPN/DES→BPM→연동

방법2 SysML/UML→ MATLAB/DEVS→MATLAB/DEVS

방법 3(DR 미 적용) CPN/SysML→시뮬레이션 SW

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실행모델

(xM)

통합아키텍처(iA)

실행모델

시뮬레이션

(xS)

실행아키텍처(xA)

MR SR 중간아키텍처

(mA)

DR

CPN DES SysML/UML

BPM MATLAB DEVS

연동(federation) 시뮬레이션 SW MATLAB/Simulink DEVS

※ BPM: Business Process Model, CPN: Colored Petri-Net, DES: Discrete Event Simulation DEVS: Discrete Event System Specification, SysML: Systems Modeling Language UML: Unified Modeling Language

실행아키텍처 구현방법 (2/3)

구현방법 비교 방법 1

전투, 통신, 군수 등 기능을 모델 외부에 구현 기능에 대한 상세한 모의

기능모델에 대한 전문성 필요, 연동에 장기간 소요

방법 2 & 3 전투, 통신, 군수 등 기능을 모델 내부에 구현 방법 1에 비해 상대적으로 구현 용이

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구분 변환기법

구현형태 M

R D

R S

R

방법 1 CPN BPM HLA 연동모델

방법 2 UML/SysML MATLAB/DEVS MATLAB/DEVS 비연동모델

방법 3 CPN/SysML - 시뮬레이션SW

실행아키텍처 구현방법 (3/3)

분석 대상 분석 목적에 부합하는 MOP/MOE 요소 정의

시간, 자원, 신뢰도의 3개 영역에 대해 가능 시간: 운용활동/정보전송 소요시간, 병목에 의한 시간지연 자원: 자원 이용도, 추가 자원의 한계 효용 등 신뢰도: 작전의 연속성, 복구성 등

아키텍처 산출물 이외 추가 데이터 필요

요소별 산출 결과에 대한 통계적/수학적 분석 수행 What-if 분석을 통하여 다양한 결과 도출

8 ※ MOE: Measure of Effectiveness, MOP: Measure of Performance

로드맵 (1/8)

구축 목표 현행/미래 아키텍처 구현

재사용/재구성 가능 상세 정도의 탄력적 적용 가능 모든 임무에 적용 가능

아키텍처 관리/활용 저장소(repository) 구축

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로드맵 (2/8)

구축 개념 아키텍처 기반 M&S 수행

새로운 체계(플랫폼)는 기존 체계와 통합, SoS로 운용 아키텍처 기반 체계공학 적용

SoS로 운용되는 전체 맥락에서 성능/효과 평가 ROC 검증/식별, 운용개념 재정립, CBA 수행

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로드맵 (3/8)

구축단계 1단계

상위 수준의 아키텍처 구현 재사용이 가능한 수준의 산출물 선정

AV-1(상위수준), OV-1, OV-4, OV-5, SV-1

상위수준의 MOP/MOE 설정과 실행모델(BPMN) 구현 합동임무흐름(JMT) 작성

아키텍처 기반, 운용활동과 체계의 합동임무 수행과정

11 ※ BPMN: Business Process Model and Notation

로드맵 (4/8)

구축단계 2단계

특정한 이슈를 해결하는데 필요한 수준의 아키텍처 구현 해당 이슈에 관련된 수준의 산출물 선정

AV-1(특정수준), OV-2, OV-3, OV-4, OV-5, OV-6, SV-1, SV-3,

SV-5, SV-6, SV-10

관련 MOP/MOE 설정과 실행모델 구현 고유한 JMT 작성

군 고유 TTP 또는 운용개념(CONOPs) 적용 특정 책임지역(AOR) 설정 각 노드에 대한 특정 자원(인력/체계), 메시지 순서/내용, 시간/분포, 결심과정, 체계속성, 체계기능, IER 등 설정

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로드맵 (5/8)

구축방법 UML2/DEVS 적용

재사용, 재구성, 연동성 용이 자동변환기법 사용 가능

아키텍처 산출물을 UML2로 모델화 UML2→DEVS 자동변환기법 개발 가능(KAIST)

훈련모델과 분석모델에 적용(KAIST) 해군(청해), 공군(창공), 해병대(천자봉)

미군 훈련모델과 연동, 연합훈련에 사용

장보고-III 전투체계 효과도 분석, 해양전투실험

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로드맵 (6/8)

추진체계 추진계획

구축단계와 구축형태를 고려하여 추진계획 수립 단기, 중·단기, 중·장기로 구분하여 추진 연동모델 구축

특정 이슈에 적합한 워게임 모델 선정 통신모델은 OPNET 선정

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구분 구축단계

1단계: 재사용 가능 2단계: 특정 이슈 해결

구축형태

1단계: 비연동 단기 중·단기

2단계: 연동 - 중장기

로드맵 (7/8)

추진체계 합참(KIDA) 주관, 국내 대학/연구소 수행

필요 시, 외국 연구소와 협력하여 수행 국방부/합참 차원의 지원 필요

대상임무 선정 중기계획 대상체계와 연관된 합동임무 대상

개발방식 판단 시범체계 개발 여부 결정

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로드맵 (8/8)

아키텍처 관리/활용 저장소 구축

아키텍처 산출물, 실행모델, 분석결과 저장 필요 시, 재사용 가능

연동모델 구축 시, 활용

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실행모델 아키텍처 산출물

분석결과

활용

※ 출처: Charles Chivis, DoD Architectures Supporting Joint Mission Threads, USJFCOM, Apr. 2010

저장/ 활용

수행방안 (1/3)

구축 절차 절차1: 새로운 체계가 수행할 임무/운용시나리오 설정

아군 전력 위치와 수(량), 대응개념 운용활동 소요시간, 정보교환 소요 시간(통계적 분포) 조사 적 전력 운용시나리오 설정

절차2: 설정된 수행 임무에 대한 현행 아키텍처 선정 현행 아키텍처가 운용시나리오를 반영할 수 있는지 검토 필요 시, 현행 아키텍처 수정

절차3: 통합아키텍처(iA)의 개념에 부합하는지 확인 필요 시, 현행 아키텍처 수정

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수행방안 (2/3)

실행아키텍처 구축 절차 절차 4: 현행아키텍처의 실행모델/시뮬레이션 구현

분석결과로 요구되는 MOP와 MOE 설정 구현과정에서 필요 시, 현행 아키텍처 수정

절차 5: 새로운 체계의 유형 판단 유형 A: 1개 체계를 추가로 획득하는 경우 유형 B: 기존 SoS의 1개 체계를 성능개량으로 대체하는 경우 유형 C: 기존 SoS의 일부/모든 체계의 성능을 개량하는 경우

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수행방안 (3/3)

실행아키텍처 구축 절차 절차 6: 해당 유형에 대한 미래 아키텍처 선정

비 가용 시, 현행 아키텍처를 기반으로 OV/SV 산출물 수정

절차 7: 미래아키텍처의 실행모델/시뮬레이션 구현 설정한 MOP/MOE 산정 가능하도록 구현 현행 아키텍처의 실행모델/시뮬레이션 재사용

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구축계획 예시

대상임무: 대화력전

구축계획(안)

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구분 X X+1 X+2 X+3~

1단계 구축 (비연동모델)

대화력전 운용

시나리오 /JMT 작성

현행 AV-1, OV-1, OV-4, OV-5, SV-1 검토/ 수정

현행 iA

구현

현행 mA/ xA 구현

유형 선정

미래 AV-1, OV-1, OV-4, OV-5, SV-1 검토/ 수정

미래 iA

구현

미래 mA/ xA 구현

2단계 구축

비

연동모델

특정 이슈 설정/ JMT 작성

현행 A

검토/ 수정

현행iA

구현

현행 mA/ xA 구현

미래

A

검토/

수정

미래

iA

구현

미래mA/

xA

구현

연동모델

연동 모델 선정

연동 모델 구현