연구실 개발 devsimhla 기반 모델 개발 사례 1 of...

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© 2013 Tag Gon Kim IE801-Lect 21 연동 사례

Case 1

훈 련

Case 2

분 석

Case 3

획 득

Case 4

전투 실험

Case 5

훈련+분석

페더레이션 개발 목적

한.미 연합 워 게임

훈련/연습

자항식(이동식)

기만기의 효과도 분석

임무 수행에 필요한

통신장비의 성능 요구사항

도출

워게임에서 하달되는 전술 상황에 대한

조종사의 전술 대처 훈련

화학전 대피 교리 검증

및 대피 훈련

(분석 + 훈련)

페더레이트 모의 수준

및 연동 방법

임무급 + 임무급

C – C 연동

교전급 + 공학급

C - C 연동

임무급 + 공학급

C – C 연동

임무급 + 공학급

C – V 연동

교전급 + 공학급

G(V) – C 연동

사용된

M&S 도구 및

연동 환경

연구실 개발 DEVSimHLA 기반 모델 개발 사례

DEVSim++

(Mission)

DEVSim++

(Mission)

DEVSim++

(Engagement)

MATLAB

(Engineering)

DEVSim++

(Mission)

OPNET

(Engineering)

UNITY 3D

(Game Engine)

Ad Hoc Sim

(Engineering)

RTI RTI RTI RTI

EADSIM

(Mission)

T-50 Simulator

(Engineering)

RTI

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DEVSim++ 이산사건 모델 개발 환경 1992 년 KAIST SMS Lab 에서 개발한 세계 최초의 C++ 를 사용한 DEVS 모델 개발 환경

한.미 연합 훈련에서 미군 모델과 연동하여 사용되는 3 개의 한국군 모델(해군, 공군, 해병대) 개발 환경으로 사용됨

Smart KHLA Adaptor RTI 와 응용 체계(모델 등) 사이의 I/F

KAIST SMS Lab 에서 개발한 RTI 와 임의의 응용 체계 사이의 인터페이스

OPNET 통신 모델 개발 환경 통신 네트워크 및 분산 시스템 개발을 위한 Object-oriented M&S 도구

HLA-compliant I/F 가 장착되어 있고 풍부한 통신 모델 라이브러리 제공

Hierarchical model 구성: Project Node Process

MATLAB/Simulink 연속 시스템 모델 및 알고리즘 개발 환경 (편)미분방정식으로 표현되는 연속 시스템 모델 개발에 사용되는 M&S 도구

과학/공학 분야에서 사용되는 Graphical block diagram 기반 Visual 모델링

HLA-compliant 및 External C I/F 제공

Ad Hoc Cellular Automata Simulator 화학 구름 모델링 및 시뮬레이션 도구 화학 구름을 Cellular Automata 로 모델링 한 후 GPU 를 사용하여 시뮬레이션

CPU 상에서 동작하는 다른 모델들과 I/F

UNITY 3D 게임 엔진

게임 제작에 사용되는 엔진으로 시나리오(교전급) 엔진 + 물리(공학급) 엔진

미 해군연구소에서 개발발한 SIMDIS(3-D 시뮬레이션 visualization 환경) 등에 사용

에 사용된 간략한 도구 개요 Simulator

I HLA/RTI

Simulator J

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HLA/RTI

군수자원

(LOG FED)

지상전

(CBS)

해상전

(RESA)

공중전

(AWSIM) …

천자봉 창조21 청해 창공

모의통제 사후검토

미측

한측

KSIMS 페더레이션 개요

페더레이션 구조 : 단독 페더레이션 (RTI 한 개에 여러 개의 페더레이터가 연결된 구조

참여 페더레이터 수: 약 15 개 (모니터링 도구 포함)

시간 진행 주기: 1 분 / Lookahead: 50 초 / 시뮬레이션 저장 (Save/Restore) 주기: 1 시간

훈련/연습 간 등록되는 최대 객체 수 : 16,000 – 17,000 수준

페더레이션 가용성: 95 % 이상 (전체 훈련기간 14 일 중 13 일 이상 join 유지)

청 해 창 공

본 연구실의 DEVSimHLA 도구 사용 개발

훈련용 연동: KSIMS 페더레이션 및 상륙전 예

천자봉

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KSIMS (한국형 표준 연동 체계) 진화 과정

수정된 SOM

창조 21 연동

모델 개발 테스트

자체 수정/추가

육군

수정된 SOM

청해 연동

모델 개발테스트


해군

KSIMS FOM 통합 연합사

KSIMS FOM 각군 배포

KSIMS FOM 초안 연합사

각군 SOM 반영

JTC FOM 미군 사용 표준

JTTI+ FOM

미측 변경 통보

(2005. 3.)

2005. 11. FT06 적용

연합사

수정된 SOM

관리 도구 연동

모델 개발 테트


수정된 SOM

창공 연동

모델 개발 테스트


공군

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분산처리 될 모델들 예

통신 네트워크 + RTI

시뮬레이션

모델1

시뮬레이션

엔진1

시뮬레이션

모델2

시뮬레이션

엔진2

시뮬레이션

모델3

시뮬레이션

엔진3

시뮬레이션

모델4

시뮬레이션

엔진4

창조 청해 창공 RESA

각 모델 실행 시간 = TM + TC + TS

창조(50)

창공(17) 청해(315)

RESA(163)

TRT

시간

(TL = 1 분 동안 처리한 이벤트 개수: ‘09 KR 기준)

모델논리 실행 시간(TM)

데이터 전송 시간(TC)

시각 동기화 시간(TS)

t = 0

t <= Tmax

모델

실행

t = t+TL

Real Time Clock

RTC

RTC

RTC

갱신 주기 값 = TL

분산시뮬레이션

KSIMS 페드레이션에서 분산 처리 예

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TRT = 전체 모델 실행 시간

= max {창조시간, 창공시간, 청해시간, RESA시간}

실시간 분산 시뮬레이션 조건 : TRT TL

TL 시간 동안 분산 처리될 각 모델 실행 시간들의 최대치 TL

[주의] 실시간 조건 만족의 불 확실성: 각 모델의 TE, Tc 및 Ts 는 시뮬레이션 간에 값이 변할 수 있다.

TM : 각 컴퓨터에서 시뮬레이션 외에 다른 프로그램들이 실행되고 있을 경우 실시간 OS 사용

Tc , Ts : 시뮬레이션 외에 다른 프로그램들이 네트워크을 사용한다. 분산 시뮬레이션 전용망 사용

t = 0

t <= Tmax

모델

실행

t = t+TL

Real Time Clock

RTC

RTC

RTC


t = 0

t <= Tmax

모델

실행

t = t+TL

Real Time Clock

RTC

RTC

RTC


각 모델 실행 시간 = TM + TC + TS

창조(50)

창공(17)청해(315)

RESA(163)

TRT

시간

(TL = 1 분 동안 처리한 이벤트 개수: ‘09 KR 기준)

모델논리 실행 시간(TM)

데이터 전송 시간(TC)

시각 동기화 시간(TS)

분산처리 될 모델들 예

통신 네트워크 + RTI

시뮬레이션모델1

시뮬레이션엔진1







창조 청해 창공 RESA

KSIMS 페드레이션에서 실시간 처리 조건

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JTTI+ FOM (2005.11 FT06 ~ 현재)

Object(공유 객체) Attributes Interaction(메시지 교환) Parameters

AIR

FIXEDWING

LOCATION

ENGAGEMENT.AIR_TO_AIR

FROM

ALTITUDE TO

… NUMBER

HELICOPTER WEAPON

… TARGETS_ENGAGED

… …

SEA

SHIP

LOCATION

ENGAGEMENT.SHIP_TO_SHIP … EMITTER

…

… … SUBMARINE

…

GROUND

BASE

SIDE

ENGAGEMENT.GROUND_TO_

GROUND … UNIT_PERSONNEL

…

MANUEVER.RADAR … …

…

JTC JTTI+ 로 진화

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분석용 : 기만기 효과도 분석 (교전급 + 공학급)

어뢰 탐색 회피 기동

어뢰 발사

기만기 공격

기만 체계

작동

투하 후

사형 탐색

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수중 운동체 모델 구조

기동부 모델

센서부 모델

제어부 모델

기동부 센서부 제어부

탐지정보

기동정보

기동정보

무기체계할당

타 모델 기동정보

기동정보요청

발사정보

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shipStart

tpdStart

decStart

simEnd

shipPos

tpdPos

decPos

tpdStart

tpdPos

searchPos

simEnd

tpdInfo tpdInfo tpdPos shipPos

tpdPos

decPos

searchPos

어뢰

센서부 제어부 추진부

만능 어뎁터

시나리오

입력기 통계측정기

실험틀 모델 페더레이트

수상함

센서부 제어부 추진부

수상함 모델 페더레이트

만능 어뎁터 만능 어뎁터

만능 어뎁터 만능 어뎁터

HLA / RTI

만능 어뎁터

shipStart

simEnd

tpdPos

shipPos

decFire

decStart

decFire

simEnd decPos

추진부

기만기

FOM

공학급 + 교전급 연동 설계 DEVSimHLA DEVSimHLA

MATLAB MATLAB MATLAB MATLAB

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개발된 시뮬레이터의 입력 시나리오

대어뢰전

효과도 분석 모델

(교전급+공학급)

MOE :

수상함의 회피율 …

…

파라미터

시나리오

수상

함의

회피

율

어뢰 탐지 거리

수상

함의

회피

율

기만기 개수

수상

함의

회피

율

어뢰의 소나 탐지 거리

< 예상되는 분석 결과 >

입력 시나리오

자함

▪ 함정 길이 (m)

▪ 함정 너비 (sec)

▪ 함정 속도 (kts)

▪ 함정 회전각 (˚)

▪ 어뢰 경보기 탐지 거리 (m)

기만기

▪ 기만기 유형

▪ 기만기 수량 (대)

▪ 작동 신뢰도 (%)

▪ 부설 소요시간 (sec)

▪ 부설 간격 (m)

▪ 반응지연시간 (sec)

▪ 기만확률 (%)

▪ 음원수준 (dB)

▪ 비행시간 (sec)

▪ 작동 지연시간 (sec)

▪ 자항식 기만기 속도 (kts)

▪ 작동 수명 (sec)

▪ 기만기 투하 방법

어뢰

▪ 어뢰 동작 시간 (sec)

▪ 어뢰 표적 탐지 거리 (m)

▪ 어뢰 공격 방위 (˚)

▪ 어뢰 속도(고속모드) (kts)

▪ 어뢰 속도(중속모드) (kts)

▪ 어뢰 속도(저속모드) (kts)

▪ 단위시간(sec)당 회전각 (˚)

▪ 어뢰 Sweep 각 (˚)

Monte Carlo 시뮬레이션된 변수들

자함 회피기동 침로, 자함 어뢰 탐지거리

어뢰 발사방향(각도)

어뢰 소나 탐지거리, 어뢰 공격방향

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기만기 효과도 분석용 시뮬레이션 과정

고정식 기만기 운용 시 자항(유동)식 기만기 운용 시

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시뮬레이션 결과: 교리 개발 vs ROC 도출

기만기 운용 방안 (교리 개발)

2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 40000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100기만기 사용 패턴에 따른 회피율

수상함의 어뢰경보거리 (m)

회피

율 (

%)

사용패턴 1

사용패턴 2

사용패턴 3

사용패턴 4

2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 40000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100자항식 기만기 속도에 따른 회피율

수상함의 어뢰경보거리 (m)

회피

율 (

%)

속도: 9knts

속도: 12knts

속도: 15knts

속도: 6knts

속도: 3knts

기만기 ROC 도출 (획득용 설계)

사용패턴 1 부유식 기만기 4발

사용패턴 2 자항식 기만기 4발

사용패턴 3

어뢰경보방위 +-10도에부유식 기만기 1발씩어뢰경보반대방위 +-20도에 자항식 기만기 1발씩

사용패턴 4

어뢰경보방위 +-10도에자항식 기만기 1발씩어뢰경보반대방위 +-20도에 부유식 기만기 1발씩

수상함의 어뢰경보거리 3000 m 에서 기만기

“사용 페턴 3“ 이 수상함의 회피률(생존률) 이 90% 이다.

수상함의 어뢰 경보거리 3000 m 에서 수상함의 회피률이 95 % 정도

유지 하기 위해서는 자항식 기만기의 속도가 12 knts 가 필요하다.

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OPNET 시뮬레이터

DEVSim++ 시뮬레이터

워 게임 M&S 도구

통신망 M&S 도구

실제 훈련 상황

전투: 기동, 탐지, 교전

전장기능 : 통신

획득용 연동: 워 게임 + 통신망 시뮬레이터 연동 임무급(워 게임) + 공학급(통신장비) 연동 목적

워 게임의 통신 효과도 분석 vs 임무 수행에 필요한 통신 장비 기능/성능

HLA / RTI 전투 모델 + 통신 기능 모델

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War Game Simulator

(임무급)

Communication

Simulator

(공학급)

DEVSim++ HLA / RTI OPNET

Interface

CES(Communication Effect Simulator)

Node Node

Node

WGS(War Game Simulator)

Unit

Entity

Unit

Entity

Unit

Entity

임무급 + 공학급 연동 구조

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실험 설계

실험 1

목적: 워 게임의 통신 효과도 분석

실험 2

목적: 임무 수행에 필요한 통신 장비 기능/성능

실험 환경

Quad Core 2.67GHz, 3.00GB RAM

OS :Windows XP

Language : Microsoft Visual C++.2008

OPNET : 14.5, DEVSim++ : 3.1

RTI : DMSO 1.3

Voice

Message

Talk Time(sec)

Mean Standard Deviation

Call / Ack 2.60 1.98

Position Report 4.52 3.26

Situation Report 6.65 5.50

Order 6.86 5.49

KCTC (Korea Combat Training Center) ‘06-10, 11, 12 class

Parameter Tx_ PWR

Value(W) 0.005 0.04 0.16 0.20

연동 실험 환경

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연동 시뮬레이션 과정

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Fire

Support(Artillery) Close

Combat(Infantry)

실험 1: 임무 효과도 분석

Reconnais

sance

Infa

ntry x

7.

8

K

m

실험 2: 통신 장비 작전 요구 성능(ROC) 식별

질문 I : 현재 통신 장비/체계로 주어진

임무 수행이 가능 한가? 질문 II : 주어진 임무를 성공적으로 수행하기 위하여

요구되는 통신 장비의 성능은?

Answer Answer

워 게임 + 통신연동 실험 결과

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Constructive

전술 상황

교관

Virtual

학생 조종사

H/W

전장 환경/

임무 명령

Platform

실시간 정보

데이터/명렬

연동

EADSIM T-50

- EADSIM 전장환경/임무 명령 전장환경/명령 컴퓨터 교관 , 학생 조종사 H/W

T-50 EADSIM - H/W T-50 Platform 정보 EADSIM

연동 정보 흐름

전투실험 용 : 워게임 + T-50 시뮬레이터 연동

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워게임 + T-50 시뮬레이터 연동 목적

Interface

HLA/RTI

Interface

워 게임 + 비행 시뮬레이터의 연동 전투 실험

목적: 워 게임 모델의 신뢰도 향상 (조종사의 시뮬레이터 상의 교전 결과를 반영)

vs 시뮬레이터의 훈련에 필요한 다양한 전장 환경 제공

- 수행 기관: 공군 S/W 지원소 (T-50 제작) + KAIST SMS 연구실 (EADSIM 및 연동)

T-50 시뮬레이터 EADSIM

EADSIM (통합 방공작전 모델) – Constructive 시뮬레이터

- 단독 혹은 연동 모드(HLA-Compliant) 로 운용 가능

- 훈련용, 분석용, 획득용으로 사용가능

- 현재 공군에서 분석용으로 운용

- 활용 분야

- 작전 계획 대안 분석

- 무기체계 운용 교리 및 효과도 분석

- 통합 방공지휘통제 체계(C3I) 분석 및 평가

T-50 비행 시뮬레이터 – Virtual 시뮬레이터

- 전술 훈련 환경

- 시뮬레이터에 내장된 전투상황 시나리오 반복

- T-50 시뮬레이터 간의 연동 기능

- 3 대가 RTI 기반 연동 운용

- 연동 정보는 교관석에 실시간 전시

- 교관이 학생 조종사에게 명령을 내림

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T-50

MIG-21

SA-2

EADSIM

Mission

SA-2

T-50

MIG-21

Weapon Fire

Fire Result

T-50 Simulator EADSIM

EADSIM + T-50 연동 운용 시나리오

단독 운용

연동 운용

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Flight simulator

Wargame

(Image Generator)

Place : 공군 전발단

T-50 운용 : 조종사

EADSIM 모델링 : 운용자

EADSIM + T-50 연동 실험 환경

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EADSIM + T-50 연동 실험 결과

V: T-50 simulator C: EADSIM

HLA/RTI

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< Chemical Warfare System (CWS) >

Chemical Weapon

Chemical Weapon

Detecting Device

Engaging Unit

M&S 목적 가상 훈련을 통한

화학전 전투실험

화학전 효과도 분석

예) 공학급 + 교전급 모델 연동 시뮬레이션 예) V-C 연동 시뮬레이션

분석+훈련용 : 화학전 시뮬레이션

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화학전 대피 수칙 검증을 위한 연동 체계 구성

Chemical Weapon

Chemical Weapon

Sensing Device

Engaging Unit

< 가상 시뮬레이터>

<훈련자>

<가상 환경 모델>

<화학 무기 모델l> <Sensor 모델l>

< 구성 시뮬레이터>

<지형 모델l> <피해평가 모델l>

훈련자 위치 정보

방독면 착용 여부

센서 위치

지형 데이터

센서 NO/OFF

훈련자 피해 정도

<Euler Equation>

<Gas Accumulation Equation>

상위 레벨

(대피 수칙)

하위 레벨

(화학 물질 확산)

Training

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화학 무기 모델

HLA/RTI

< Virtual Simulator >

UNITY 3D 게임 엔진

< Constructive Simulator >

Sensor 모델

지형 모델

피해 평가 모델

<Trainee>

Game(Virtual) + Constructive 시뮬레이터의 연동

가상 환경 모델

시뮬레이션 엔진

훈련자 모델

<CPU> <GPU>

Chemical Weapon

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RTI(IEEE 1516) 기반 연동 시뮬레이션

RTI (IEEE 1516)

< Virtual Simulator(Game) >

< Constructive Simulator >

연구실 개발 devsimhla 기반 모델 개발 사례 1 of...

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