KR101980647B1 - 다중 데이터 통신을 지원하기 위한 데이터 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무인기 탑재 장비로 송수신되는 외부 데이터 및 무인기 제어를 위한 내부 데이터를 처리하기 위해 메시지 처리부, 패킷 데이터 처리부 및 MAC 프레임 처리부를 포함하는 처리부와, 상기 내부 데이터 및 외부 데이터의 경로를 설정하기 위해 VNI, LPI 및 NI를 포함하는 인터페이스부를 포함하는 데이터 처리 장치를 이용한 하나의 GCS로 다중 무인기의 조종통제를 위한 데이터 처리 방법으로서, 상기 내부 데이터와 상기 외부 데이터를 서로 다른 경로로 처리하는 데이터 처리 방법을 제시한다.

Description

다중 데이터 통신을 지원하기 위한 데이터 처리 방법{Data process method to support multiple data comunication}
본 발명은 IP 기반의 트래픽 데이터 통신, 소켓 통신과 같이 다중의 데이터 통신 방식을 지원하기 위한 데이터 처리 방법에 관한 것이다.
강력한 화력을 통해 전쟁의 승패를 좌우하던 과거의 플랫폼 중심의 전장(Platform Centric Warfare; PCW) 환경은 감시 정찰을 통한 실시간 전장 정보 공유와 전투 요소 간 타격 정보 공유를 통해 전투의 승리를 가져오는 네트워크 중심전(Network Centric Warfare; NCW)으로 변화하고 있다. NCW 실현을 위한 요소로 감시 정찰 체계는 중요한 역할을 수행하며, 지상/해상/공중 감시 정찰 체계 중에서도 이동성이 높고 넓은 지역에 대한 정찰 감시 능력이 뛰어난 공중 감시 정찰 체계는 NCW의 핵심이라 할 수 있다. 공중 감시 정찰 체계 중 무인기는 감시 정찰을 통한 전장 상황공유, 고정밀 타격 등의 수행 능력이 부각되며 중요성이 점차 증가하고 있다. 무인기를 중심으로 하는 무인 항공기 시스템은 공중에서 감시 정찰임무를 수행하며 센서 역할을 하는 무인기(Unmanned Aerial Vehicle; UAV)와 지상에서 무인기를 조종통제하며 임무 하달, 수집 정보 분석, 비행 조정을 수행하는 지상 통제 시스템(Ground Control System;GCS)으로 구성된다. 무인기와 지상 통제 시스템은 무인기를 제어하기 위한 Tc(Telecommand), 무인기의 위치, 상태, 성능 등의 정보를 포함하는 Tm(Telemetry), 그리고 영상, 이미지 등 감시 정찰 임무 과정에서 수집한 데이터를 송수신하는데, 데이터링크(Data Link)는 무인기와 지상 통제 시스템 간에 통신이 가능하도록 하는 디지털 통신 기술이다.
무인 항공기 시스템에서 운용하는 데이터링크는 STANAG 4586 표준 기반의 Tc, Tm 데이터를 비롯해 영상, 이미지와 같은 수집 데이터 전송이 가능한 공용 데이터링크(Common Data Link; CDL)를 기반으로 한다. 대표적인 공용 데이터 링크로는 미국의 MP-CDL(Multi-Platform CDL)이 있으며, 국내에서도 대용량 영상 전송이 가능한 MPI-CDL(Multi-Platform Image and Intelligence CDL)이 개발된 상태이다. 무인기 데이터링크는 이와 같이 대용량 데이터 전송뿐만 아니라 좁은 주파수 대역에서 QoS(Quality of Service)를 통해 무인기 제어 정보 전달 시간을 보장하고, IP 기반의 1:N 통신 구조로 다수의 무인기를 제어 및 운용이 가능하도록 발전하고 있다.
좁은 주파수 대역에서 1:N 통신 구조를 지원하기 위해 운용되는 데이터링크 통신 장비는 데이터 종류 별 특성을 반영한 처리가 필요하다. Tc, Tm 데이터는 무인기 제어를 위한 데이터로 영상 데이터에 비해 사이즈는 작지만 중요도는 높기 때문에 QoS 보장을 통한 우선 처리와 함께 전달 시간 보장이 필요하다. 반면 영상 데이터는 데이터 전달에 대한 보장보다 실시간 상황 공유가 중요하기 때문에 재생 지연이 최소가 되도록 빠른 전달이 필요하다. 추가적으로 여러 대의 무인기에 동일하게 탑재된 카메라, 센서 등과 같이 IP 주소를 갖는 무인기 탑재 장비들과 통신하는 데이터와 소켓 방식으로 통신하는 Tc, Tm 데이터에 대한 경로 설정도 가능해야 한다.
다중 무인기 조종통제를 위한 데이터링크 통신장비는 이와 같은 데이터 별 특성과 통신 구조를 반영한 데이터 처리 구조가 필요하며, 이러한 특성을 고려하여 다음 기능들이 설계에 반영되어야 한다. 첫째, Tc, Tm 데이터의 전달 시간을 보장하고 유선 구간과 데이터링크 구간으로 구분하여 송수신 할 수 있어야 한다. Tc, Tm 데이터는 무인기 제어를 위한 정보인 만큼 데이터 링크 구간의 주파수 대역폭과 데이터량에 무관하게 정해진 전달 시간을 보장 할 수 있어야 한다. 또한, STANAG 4586표준에서 규정한 UDP/IP 통신 방식의 연동에 맞춰 유선 구간으로 유입되는 데이터와 데이터 링크를 통해 무선 구간으로 유입되는 데이터를 소켓 방식으로 수신하고, 동일하게 송신할 수 있어야 한다. 둘째, 무인기 탑재 장비에서 송수신하는 외부 전송 데이터와 Tc, Tm과 같은 내부 전송 데이터를 목적지 IP 주소에 기반하여 경로 설정할 수 있어야 한다. GCS에서 송신하는 데이터는 무인기와 동일한 수의 각기 다른 목적지 주소를 가질 수 있으며, 데이터링크 통신 장비에서 수신한 후에는 목적지 주소에 맞는 경로 설정과 함께 전달 지연을 최소화 할 수 있도록 연동 인터페이스를 빠르게 식별하고 전달 할 수 있어야 한다. 셋째, QoS 보장을 통해 데이터 타입 별 전송 속도를 보장할 수 있어야 한다. 영상 데이터에 할당된 대역폭을 초과하는 데이터가 발생하더라도 Tc, Tm 데이터는 영향을 받지 않고 정해진 전송 속도에 맞추어 전송 할 수 있어야 하며, 영상 데이터도 정해진 전송 속도에 맞추어 데이터 처리가 가능해야 한다. 이처럼 다중 무인기 조종 통제를 위한 데이터링크 통신 장비는 1:N 통신 방식과 데이터 처리 구조의 특징을 고려하여 설계되어야 한다.
한국등록특허 제10-1355676호 한국등록특허 제10-1846227호
본 발명은 하나의 지상 통제 시스템을 이용하여 다중 무인기의 조종통제가 가능한 다중 데이터 통신을 지원하기 위한 데이터 처리 방법을 제공한다.
본 발명은 데이터링크 통신 장비 설계 시 고려해야 할 기능 특징들을 반영한 다중 데이터 통신을 지원하기 위한 데이터 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 데이터 처리 방법은, 무인기 탑재 장비로 송수신되는 외부 데이터 및 무인기 제어를 위한 내부 데이터를 처리하기 위해 메시지 처리부, 패킷 데이터 처리부 및 MAC 프레임 처리부를 포함하는 처리부와, 상기 내부 데이터 및 외부 데이터의 경로를 설정하기 위해 VNI, LPI 및 NI를 포함하는 인터페이스부를 포함하는 데이터 처리 장치를 이용하여 다중 데이터 통신을 지원하기 위한 데이터 처리 방법으로서, 상기 내부 데이터와 상기 외부 데이터를 서로 다른 경로로 처리하되, 상기 외부 데이터는 패킷 데이터를 IP 주소를 기반으로 ARP 또는 디스카드 처리한 후 MAC 프레임 데이터로 변환하여 데이터링크를 통해 송신하고, 데이터링크를 통해 수신된 MAC 프레임 데이터를 패킷 데이터로 복원한 후 IP 주소를 기반으로 ARP 또는 디스카드 처리하여 수신하며, 상기 외부 데이터의 송신 과정은, 무인기 탑재 장비에서 송신하는 데이터가 IP 주소를 기반으로 유효 데이터인지 판단하여 유효 데이터가 아닌 경우 ARP 요청 및 응답을 수행하는 과정과, 유효 데이터인 경우 데이터의 송신지 또는 목적지 IP 주소와 NI 주소를 비교하여 동일한 경우 또는 서브넷 체크가 실패한 경우 디스카드 처리하는 과정과, 송신지 또는 목적지 IP 주소와 NI 주소가 동일하지 않고 서브넷 체크가 성공한 경우 패킷 데이터를 구분한 후 MAC 프레임 데이터로 변환하는 과정을 포함한다.
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상기 외부 데이터는 LPI, 패킷 데이터 처리부 및 MAC 프레임 처리부를 통해 송수신 처리되고, 상기 내부 데이터는 메시지 처리부, VNI, 패킷 데이터 처리부 및 MAC 프레임 처리부를 통해 송수신 처리된다.
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상기 내부 데이터는 무인기의 상태, 성능, 위치 정보를 포함하여 무인기로부터 GCS로 송신하는 Tm 데이터와, 무인기 비행 제어, 임무 하달 등을 위해 GCS부터 무인기가 수신하는 Tc 데이터를 포함한다.
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본 발명의 실시 예들에 따른 데이터 처리 장치 및 방법은 데이터링크 구간과 유선 구간을 통해 유입되는 사용자 데이터그램 프로토콜(User Datagram Protocol; UDP)/인터넷 프로토콜(Internet Protocol; IP) 기반의 Tc, Tm 데이터를 가상 네트워크 인터페이스(Virtual Network Interface; VNI)를 적용하여 전달 시간을 보장하고, 동일 경로로 유통되는 영상 데이터에 대해서는 목적지에 맞춰 빠르게 전달될 수 있도록 한다. 또한, 데이터 타입 구분을 통해 데이터 타입 별 QoS 보장이 가능하도록 한다.
본 발명에 의하면, 패킷 데이터 송수신 처리 부하가 증가하여도 데이터 전달 시간은 급격히 변화하지 않고 일정 범위로 유지될 수 있다. 즉, 복수의 무인기 제어 시 데이터링크 구간의 트래픽이 증가하여도 Tc, Tm 전달 시간을 예측 가능한 범위에서 보장할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 데이터 처리 장치 및 방법을 이용하여 복수의 무인기를 하나의 지상 통제 시스템을 이용하여 더욱 효율적으로 조종통제할 수 있다.
도 1은 무인기의 데이터링크 통신 장비 연동 구조를 나타낸 개략도.
도 2는 다중 무인기와 GCS의 IP 네트워크 구조를 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 처리 장치를 설명하기 위한 블럭도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 외부 데이터의 흐름을 설명하기 위한 개략도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 외부 데이터의 송신 및 수신 처리 방법의 흐름도.
도 7은 데이터 타입 별 큐 구성을 설명하기 위한 개략도.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 내부 데이터의 흐름을 설명하기 위한 개략도.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 내부 데이터의 송신 및 수신 처리 방법의 흐름도.
도 11은 본 발명의 실험 예에 따른 개략도.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 실험 결과를 도시한 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 층 및 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 표현하였으며 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하도록 하였다.
Ⅰ. 무인기 데이터링크
1. 무인기 데이터링크 구성
공용 데이터링크는 기존의 아날로그 통신 방식과 다른 무선 링크 기반의 다목적 디지털 통신 기술로 무인기를 통해 수행하는 감시 정찰 체계의 적용을 목적으로 개발되었다. 공용 데이터링크를 기반으로 하는 무인 항공기 시스템 운용에서는 데이터링크 단절 시 임무 실패나 무인기 유실을 초래할 수 있는 만큼 단절을 최소화할 수 있는 기법을 적용하고 있다. 위성과 같은 중계 장비를 통해 비가시선(Beyond Line of Sight) 환경에서 통신을 구성하거나 가시선(Line of Sight) 환경에서 1차 링크와 2차 링크로 데이터링크를 이중화하는 방법을 사용한다. 가시선 통신의 1차 링크는 감시 정찰을 통해 수집한 영상, 이미지 등 대용량의 감시 정찰 정보(Intelligence, Surveillance and Reconnaissance; ISR) 전송을 목적으로 하며, 이러한 이유로 안테나 추적을 통해 지향성 통신 방식으로 넓은 주파수 대역폭과 높은 전송속도를 제공한다. 반면, 2차 링크는 1차 링크 단절 시 무인기의 임무 지속 또는 복귀가 가능하도록 무인기 제어를 목적으로 하며, 무인기 조종통제를 위한 Tc, Tm 데이터와 소형 영상의 전송을 수행한다. 또한, 2차 링크는 1차 링크와 달리 협소한 주파수 자원을 가지고 통신을 수행하기 때문에 별도의 안테나 추적이 필요없는 무지향성 안테나를 통해 가시선 범위의 무인기와 통신을 목적으로 한다. 본 발명에서는 2차 링크 환경에서 다중의 무인기를 조종통제 할 수 있는 데이터 처리 방법을 제안한다.
2. 무인기 데이터링크 통신 장비 구성
2차 링크로 운용되는 무인기 데이터링크 통신 장비는 일반적인 통신 장비와 데이터 처리 방식이 다른 특징을 갖는다. 무인기에 탑재되는 카메라, 센서 등의 장비는 IP 주소를 할당 받고 호스트 장비로서 IP 통신을 수행한다. 무인기 내부에서도 소규모 LAN(Local Area Network)이 구성됨에 따라 무인기에 탑재되는 장비의 MAC 주소(media access control address) 관리와 목적지 IP 주소에 기반한 경로 설정 및 전송의 데이터 처리가 필요하다. 또한, IP와는 다른 통신 방식과 매체로 연결되는 통신 장비 내부의 모듈들과도 데이터 통신이 가능하도록 데이터 변환을 통한 연동이 가능해야 한다. 도 1은 무인기의 데이터링크 통신 장비 연동 구조를 나타낸 것으로, 무인기 내부에 카메라, 센서 등의 장비가 마련되고, 복수의 모듈을 포함하는 통신 장비가 마련된다. 도 1에 도시된 바와 같이 GCS로부터 수신되는 Tc 정보를 통신 장비 내부의 모듈이 수신할 수 있는 통신 방식과 매체로 변환하여 전달하고, 반대로 무인기의 정보를 Tm으로 변환하여 GCS로 송신할 수 있어야 한다. 이를 효율적으로 처리 가능한 데이터 처리 구조에 대해 상세히 설명한다.
Ⅱ. 데이터 처리 장치 및 방법
1. 데이터 처리 장치
본 발명에 따른 데이터 처리 장치의 구현에 앞서 GCS와 N대의 무인기를 포함하는 데이터링크의 IP 네트워크는 클래스 C(Class C)로 지정하고 GCS와 무인기 별로 각각 다른 서브넷을 할당하였다. 도 2는 다중 무인기와 GCS의 IP 네트워크 구조를 나타낸 개략도로서, 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 무인기 별로 각기 다른 서브넷을 할당함으로써 무인기 별로 LAN 구성이 가능하고, 무인기 탑재 장비의 종류에 따라 고유의 호스트(host) IP 주소를 지정하여 IP 주소 할당을 단순히 할 수 있기 때문에 IP 주소 관리의 용이함과 확장성을 가질 수 있다. 카메라의 호스트 IP를 20으로 지정하면 UAV#1의 카메라는 192.168.1.10, UAV#2의 카메라는 192.168.2.10으로 할당 및 관리가 가능하다. 이는 감시 정찰을 위한 장비의 무인기 추가 탑재로 인하여 신규 호스트 IP 할당이 필요한 경우에도 간단하게 대응할 수 있는 장점을 갖게 된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 처리 장치는 도 3에 도시된 바와 같이 3개의 어플리케이션과 3개의 커널 인터페이스를 포함할 수 있다. 본 발명의 데이터 처리 장치를 이용하여 Tc, Tm의 무인기 제어를 위한 내부 전송 데이터와 무인기 탑재 장비에서 송수신하는 외부 전송 데이터로 구분하여 처리할 수 있다. 어플리케이션은 Tc, Tm 데이터를 처리하는 메시지 처리부(110)와, 패킷 데이터를 처리하는 패킷 데이터 처리부(Packet Data Process; PDP)(120)와, 데이터링크를 통해 송수신 가능하도록 MAC 프레임을 생성하고 복원하는 MAC 프레임 처리부(MAC Frame Process; MFP)(130)을 포함한다. 메시지 처리부(110)는 예를 들어 소켓 통신 방식으로 STANAG 4586 표준의 Tc, Tm 데이터를 처리하는 STMP(STANAG 4586 Message Process)를 포함할 수 있다. 커널 인터페이스는 Tc, Tm의 내부 전송 데이터를 소켓 방식으로 통신 가능하도록 하는 툰 드라이버(tun driver) 기반의 가상 네트워크 인터페이스(Virtual Network Interface; VNI)(210)와, 외부 전송 데이터를 캡쳐하고 전달하는 리브캡(libpcap) 기반의 리브캡 인터페이스(LibPcap Interface; LPI)(220)를 포함할 수 있다. 또한, 커널 인터페이스는 네트워크 인터페이스(Network Interface; NI)(230)를 더 포함할 수 있다. 한편, 본 발명의 데이터 처리 장치는 피지컬 레벨의 NIC(Network Interface Card; 네트워크 인터페이스 카드)(310)를 더 포함할 수 있다.
데이터 처리 관점에서 LPI(220)와 VNI(210)로 유통이 필요한 데이터로 나눌 수 있으며, 각 인터페이스 별 데이터 송수신 시점을 다음과 같이 구분 지을 수 있다.
LPI 송신 데이터: 데이터링크 구간으로 송신이 필요한 데이터로, 카메라와 같은 무인기 탑재 장비에서 GCS로 송신하는 영상 데이터 또는 각종 센서 데이터
LPI 수신 데이터: 데이터링크 구간에서 수신하는 데이터로, GCS에서 무인기 탑재 장비 제어를 위해 송신하는 데이터
VNI 송신 데이터: 데이터링크 구간으로 송신이 필요한 데이터로, 무인기에서 GCS로 송신이 필요한 무인기 상태, 성능, 위치 정보 등을 포함하는 Tm 데이터
VNI 수신 데이터: 데이터링크 구간에서 수신하는 데이터로, 무인기 비행 제어, 임무 하달 등을 목적으로 GCS에서 무인기로 송신하는 Tc 데이터
LPI(220)와 VNI(210)는 이더넷 헤더가 없는 IP 패킷 형태의 데이터를 처리하며, 네트워크 계층(Network Layer)의 동작과 같이 IP 주소를 기반으로 패킷 데이터의 유통이 가능하도록 송수신을 담당한다. 반면, 메시지 처리부(110)와 패킷 데이터 처리부(120)는 LPI(220)와 VNI(210), 그리고 MAC 프레임 처리부(130)로부터 전달받는 데이터를 처리한다. 메시지 처리부(110)는 UDP/IP 소켓 방식으로 내부 전송 데이터를 처리하고, 패킷 데이터 처리부(120)는 MAC 프레임 처리부(130)와 연동하여 외부 전송 데이터를 처리한다. 처리부 별 기능을 설명하면 다음과 같다.
메시지 처리부(110)는 GCS와 UDP/IP 소켓 통신 방식으로 STANAG 데이터를 송수신하며, VNI(210)를 통해 송수신하는 데이터링크 구간의 소켓 데이터와 네트워크 인터페이스(Network Interface; NI)(230)를 통해 송수신하는 LAN 구간의 소켓 데이터를 하나의 소켓으로 처리한다.
패킷 데이터 처리부(120)는 VNI(210), LPI(220), MAC 프레임 처리부(130)에서 전달받는 패킷에 대해 IP 주소를 기반으로 주소 결정 프로토콜(Address Resolution Protocol; ARP) 또는 디스카드(Discard) 처리한다. 또한, 패킷 데이터 처리부(120)는 MAC 프레임 처리부(130), LPI(220), VNI(210)로의 데이터 포워딩(Forwarding) 처리도 함께 한다. MAC 프레임 처리부(130)로 전달하는 데이터는 QoS 보장이 가능하도록 데이터 구분 및 큐 입력을 수행한다.
MAC 프레임 처리부(130)는 데이터링크를 통해 데이터 송수신이 가능하도록 패킷 데이터 처리부(120)에서 전달받는 패킷을 MAC 프레임(Frame)으로 변환하여 송신하고, 데이터링크에서 수신하는 데이터를 패킷으로 복원하여 데이터 타입 별로 구분하여 패킷 데이터 처리부(120)로 전달한다. 즉, 무인기의 MAC 프레임 처리부(130)는 무인기 탑재 장비로부터 GCS로 송신되는 데이터를 패킷 데이터 처리부(120)에서 전달받아 MAC 프레임으로 변환하고, GCS로부터 무인기 탑재 장비로 수신되는 데이터를 패킷으로 복원하고 데이터 타입 별로 구분하여 패킷 데이터 처리부(120)로 전달한다.
한편, 패킷 데이터를 처리하는 패킷 데이터 처리부(120)와, MAC 프레임을 생성 및 복원을 처리하는 MAC 프레임 처리부(130)는 부하가 많이 발생할 수 있기 때문에 부하를 분산하기 위해 비대칭형 다중 처리(Asymmetric Multi Processing, AMP) 방식을 적용하여 도 3에 도시된 바와 같이 메시지 처리부(110)와 패킷 데이터 처리부(120)가 실행되는 CPU를 마스터(Master), MAC 프레임 처리부(130)가 실행되는 CPU를 리모트(Remote)로 구분하였다.
이와 같은 데이터 처리 장치에서 외부 전송 데이터를 처리하며 Tc, Tm의 내부 전송 데이터 전달 시간을 일정한 범위에서 유지하기 위해서는 패킷 데이터 처리부(120)와 VNI(210)의 데이터 연동과 처리가 매우 중요하다. 이러한 데이터 처리 장치는 무인기 내에 마련될 수 있다. 또한, 데이터 처리 장치는 GCS에도 마련될 수 있다. 즉, 무인기 및 GCS에 동일 구조의 데이터 처리 장치가 마련되어 이들 사이에 외부 데이터 또는 내부 데이터가 이동하게 된다. 다음에서는 내부 전송 데이터와 외부 전송 데이터를 처리하기 위한 데이터 연동 방식 및 그 구현에 대해 설명한다.
2. 외부 데이터 처리 방법
무인기 탑재 장비에서 송신하는 데이터를 패킷 데이터 처리부(120)에서 처리하여 데이터링크 구간으로 송신하기 위해서는 libpcap을 기반으로 패킷을 캡쳐하는 LPI(220)와 탑재 장비의 네트워크 설정이 먼저 필요하다. 무인기 탑재 장비에서 송신하는 영상 데이터는 GCS IP 주소를 목적지 주소로 갖는다. 무인기 탑재 장비와 GCS는 도 2에 도시된 바와 같이 서로 다른 서브넷을 갖는 네트워크에 위치하며, 이와 같은 구조에서 서브넷이 다른 GCS로 송신하기 위해서는 데이터링크 통신 장비에 할당된 IP 주소를 탑재 장비의 게이트웨이 주소로 설정이 필요하다. LPI(220)는 익명 모드(anonymous mode)로 활성화하여 NIC(310)로 유입되는 패킷을 모두 캡쳐할 수 있도록 한다. 익명 모드(Anonymous mode)에서는 NIC(310)를 통해 송신하는 패킷도 캡쳐가 되는데, 이에 대한 처리는 패킷 데이터 처리부(120)에서 수행한다. 설정이 완료되면 탑재 장비에서 GCS로 송신하는 데이터는 LPI(220)에서 캡쳐되어 패킷 데이터 처리부(120)로 전달되고 반대로 탑재 장비 제어를 위해 GCS에서 송신하는 데이터는 데이처 처리부(120)에서 LPI(220)로 전달되어 탑재 장비로 전송하게 된다. 탑재 장비에서 GCS로 송신하는 외부 데이터 송신 흐름과 탑재 장비 제어를 위해 GCS로부터 수신하는 외부 데이터 수신 흐름은 도 4에 도시되어 있으며, 외부 데이터의 송신 처리 방법은 도 5에 도시되어 있고, 외부 데이터의 수신 처리 방법은 도 6에 도시되어 있다. 즉, 도 4에는 외부 데이터의 송신 및 수신에 따른 무인기 및 GCS에서의 데이터 흐름을 도시하였고, 도 5 및 도 6에는 외부 데이터의 송신 및 수신에 따른 처리 방법, 즉 제어 방법을 설명하기 위해 순서도를 도시하였다. 한편, 도 4에서는 무인기 탑재 장비의 데이터 처리 장치와 GCS의 데이터 처리 장치를 구분하기 위해 동일 구성에 대해 도면 부호를 다르게 부여하였다.
도 4에 도시된 바와 같이, 무인기 탑재 장비에서 GCS로 송신하는 외부 데이터는 무인기의 LPI(221), 패킷 데이터 처리부(121) 및 MAC 프레임 처리부(131)를 거쳐 데이터링크를 통해 GCS로 입력된다. 여기서, 패킷 데이터 처리부(121)는 LPI(221)를 통해 전달받은 패킷에 대해 IP 주소를 기반으로 ARP 또는 디스카드 처리한 후 MAC 프레임 처리부(131)로 포워딩하고, MAC 프레임 처리부(131)는 패킷 데이터 처리부(121)로부터 전달받은 패킷을 데이터링크를 통해 송신 가능하도록 MAC 프레임으로 변환한다. GCS는 무인기로부터 데이터링크를 통해 입력받은 데이터가 MAC 프레임 처리부(132) 및 패킷 데이터 처리부(122)를 통해 LPI(222)로 전달된 후 사용자 인터페이스로 전달된다. 여기서, MAC 프레임 처리부(132)는 데이터링크를 통해 입력되는 MAC 프레임을 패킷으로 복원하고 데이터 타입 별로 구분한 후 패킷 데이터 처리부(122)로 전달하고, 패킷 데이터 처리부(122)는 MAC 프레임 처리부(132)로부터 전달받은 패킷에 대해 IP 주소를 기반으로 ARP 또는 디스카드 처리한 후 LPI(222)으로 포워딩한다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 탑재 장비 제어를 위해 GCS로부터 무인기 탑재 장비가 수신하는 외부 데이터는 GCS의 LPI(220)를 통해 패킷 데이터 처리부(120)에 입력되고, 패킷 데이터 처리부(120)에서 ARP 처리된 후 MAC 프레임 처리부(130)에 입력되어 MAC 프레임으로 변환된 후 데이터링크를 통해 무인기로 입력된다. 또한, 무인기는 GCS로부터 데이터링크를 통해 입력받은 데이터가 MAC 프레임 처리부(130) 및 패킷 데이터 처리부(120)를 통해 LPI(220)로 전달된 후 탑재 장비로 전달된다.
상기한 바와 같이 무인기 탑재 장비의 외부 데이터는 LPI(221) 및 NIC(311)를 통해 이루어진다. 즉, 외부 데이터는 VNI(211) 및 메시지 처리부(111)를 통해 송수신되지 않고, LPI(221)를 통해 패킷 데이터 처리부(121)로 전달되거나, 패킷 데이터 처리부(121)를 통해 LPI(221)로 전달된다.
2.1 외부 데이터 송신 처리
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 무인기 탑재 장비에서 GCS로 외부 데이터를 송신하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 즉, 도 5는 무인기 탑재 장비의 데이터 처리부에서 GCS로의 외부 데이터를 송신하기 위한 데이터 처리 방법의 흐름도이다.
먼저, 탑재 장비에서 송신하는 데이터가 IP 주소를 기반으로 유효한 데이터 여부를 판단한다(S101). 즉, 무인기 탑재 장비에서 LPI(220)를 통해 패킷 데이터 처리부(120)로 송신 데이터가 입력되면 패킷 데이터 처리부(120)는 이 데이터가 IP 주소를 기반으로 유효한 데이터인지를 판단한다.
판단 결과 유효 데이터가 아닌 경우 ARP 요청 데이터인지를 확인한다(S102). 즉, 탑재 장비에서 GCS로 데이터를 송신하기 전에 브로드캐스트(Broadcast) 방식으로 송신하는 ARP 요청(Request) 데이터인지를 확인한다. 확인 결과 ARP 요청 데이터인 경우 APR 응답 메시지를 송신하고(S103), 그렇지 않을 경우 ARP 응답 데이터인지를 확인한다(S104). ARP 응답 데이터일 경우 ARP 노드를 추가하고(S105), ARP 응답 데이터가 아닌 경우 디스카드 처리한다(S106).
판단 결과 유효 데이터인 경우 MAC 프레임 처리부(130)로 포워딩하거나 디스카드 처리한다(S107 내지 S111). 디스카드의 조건은 송신지 또는 목적지 IP 주소가 NI 주소와 동일한 경우이다. 즉, 송신지 또는 목적지 IP 주소가 NI 주소와 동일한지 판단하여(S107) 동일한 경우 디스카드 처리한다(S108). 송신지 IP가 동일한 패킷은 데이터링크 통신 장비에서 LAN 구간으로 송신한 패킷을 캡쳐한 것으로 판단 할 수 있고, 목적지 IP 주소가 동일한 패킷은 LAN 구간을 통해서 메시지 처리부(110)로 전달되는 소켓 데이터로 볼 수 있다.
송신지 또는 목적지 IP 주소가 NI 주소와 동일하지 않은 경우 서브넷 체크(S109) 결과에 따라 실패하면 디스카드 처리하고(S108), 성공하면 패킷 구분(Packet Classify)을 통해(S110) MAC 프레임 처리부(130)로 포워딩한다(S111). MFP로 포워딩되는 패킷은 도 7에 도시된 바와 같이 패킷 구분을 통해 데이터 타입 별 AMP 큐에 입력한다. 이렇게 입력된 데이터는 데이터 별로 할당된 전송 속도에 맞춰 목적지로의 전달 시간 보장이 가능하도록 설계하였다. 또한, 큐에 입력하는 패킷은 이더넷 헤더를 제외한 IP 패킷 형태로 만들어 패킷의 사이즈를 최소 10% 가량 줄였고, 이를 통해 좁은 대역폭을 갖는 데이터링크 구간의 전송 효율이 향상되도록 하였다.
2.2 외부 데이터 수신 처리
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 무인가 탑재 장비가 GCS로부터의 외부 데이터를 수신하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 즉, 도 6은 무인기 탑재 장비의 데이터 처리부에서 GCS로부터 외부 데이터를 수신하기 위한 데이터 처리 방법의 흐름도이다.
MAC 프레임 처리부(130)로부터 전달받은 패킷의 목적지 IP 주소를 확인하여 NI의 IP 주소와 동일한지 판단한다(S201). 동일하면 메시지 처리부(110)로 전달이 필요한 Tc 데이터로 판단하여 VNI(210)으로 전달한다.
목적지 IP 주소는 다르지만 서브넷이 NI의 IP 주소와 동일한 패킷은 탑재 디바이스 제어를 위한 데이터로 판단할 수 있으며 LAN 구간으로의 송신 처리가 필요하다. 먼저, 목적지 IP 주소의 서브넷 검사를 통해 무인기 탑재 장비 데이터 여부를 확인하고(S203), 확인된 경우 ARP 테이블에서 목적지 IP 에 해당하는 MAC 주소를 탐색한다(S204). MAC 주소 탐색에 성공하면 해당 정보를 기반으로 이더넷 헤더를 생성하고(S205) 이더넷 헤더를 패킷에 추가하여(S206) LPI(S207) 및 NIC(310)를 통해 LAN 구간으로 송신한다.
ARP 테이블에서 목적지 IP 에 해당하는 MAC 주소 탐색이 실패하면 ARP 송신 절차에 맞춰 목적지 IP 주소에 대해 ARP 요청(Request)를 송신하고 ARP 응답(Reply) 수신을 대기한다(S209). ARP 응답을 정상적으로 수신하면 탑재 장비의 MAC 주소를 ARP 테이블에 업데이트하고(S210) NIC로 전송하여 최종적으로 탑재 장비로 패킷 전송을 수행한다. 반대로 ARP 요청 재시도 초과 또는 타임아웃이 발생할 경우 디스카드를 수행한다(S208).
3. 내부 전송 데이터 처리 구조
VNI(210)는 GCS로부터 데이터링크 구간으로 수신하는 Tc, Tm 데이터를 메시지 처리부(110)로 전달하는 과정에서 UDP/IP 패킷의 구조 변경이나 별도의 추가 매커니즘 없이 소켓 통신으로 전달이 가능하도록 한다. VNI(210)를 사용하지 않고 메모리 복사 방식으로 패킷 데이터 처리부(120)에서 메시지 처리부(110)으로 메시지를 전달하거나 로컬 소켓 통신을 할 경우 데이터 처리를 위한 별도의 메커니즘이 추가되어야 한다. 또한, 로컬 소켓 통신의 경우는 LAN 구간 소켓과는 별개의 로컬 소켓 생성이 필요하고, 큐를 포함하여 소켓 처리를 위한 자료구조를 이중으로 구현 및 관리가 필요하기 때문에 복잡도가 높아지는 단점이 발생하게 된다. 반면, VNI(210)를 이용하면 IP 주소 변경과 IP 첵섬(Checksum) 재구성의 간단한 절차를 통해 하나의 소켓으로도 LAN 구간과 데이터링크 구간으로 소켓 통신이 가능하다. 이는 앞서 언급한 바와 같이 메시지 처리부(110)의 소켓 데이터 처리 구조를 단순하게 유지하고 데이터 전달 시간을 일정 범위에서 유지 할 수 있도록 한다. 한편, 무인기 탑재 장비에서 VNI(210)를 기준으로 메시지 처리부(110)로 전달되는 패킷을 내부 수신 데이터로 구분하고, VNI(210)에서 데이터 처리부(120)로 전달하는 패킷을 내부 송신 데이터로 구분하였다. 내부 데이터 수신 및 송신 처리 흐름은 도 8에 도시되어 있고, 내부 데이터 수신 처리 방법은 도 9에 도시되어 있으며, 내부 데이터 송신 처리 방법은 도 10에 도시되어 있다. 즉, 도 8에는 내부 데이터의 송신 및 수신에 따른 무인기 및 GCS에서의 데이터 흐름을 도시하였고, 도 9 및 도 10에는 내부 데이터의 송신 및 수신에 따른 처리 방법, 즉 제어 방법을 설명하기 위한 순서도를 도시하였다. 한편, 도 8에서는 무인기 탑재 장비의 데이터 처리 장치와 GCS의 데이터 처리 장치를 구분하기 위해 동일 구성에 대해 도면 부호를 다르게 부여하였다.
도 8에 도시된 바와 같이, 무인기 탑재 장비의 수신 내부 데이터는 데이터링크를 통해 MAC 프레임 처리부(131)에 입력되고, 패킷 데이터 처리부(121) 및 VNI(211)를 통해 메시지 처리부(111)로 전달된다. 여기서, MAC 프레임 처리부(131)는 데이터링크를 통해 수신되는 데이터를 패킷으로 복원하고 데이터 타입 별로 구분하여 패킷 데이터 처리부(121)로 전달하고, 패킷 데이터 처리부(121)는 MAC 프레임 처리부(130)를 통해 전달받은 패킷 데이터에 대해 IP 주소를 기반으로 ARP 또는 디스카드 처리한 후 VNI(211)로 포워딩한다. 메시지 처리부(111)는 UDP/IP 소켓 통신 방식으로 STANAG 데이터를 수신하며, VNI(211)를 통해 수신하는 데이터링크 구간의 소켓 데이터와 네트워크 인터페이스(Network Interface; NI)(311)를 통해 수신되는 LAN 구간의 소켓 데이터를 하나의 소켓으로 처리한다. 한편, GCS로부터의 송신 데이터는 LPI(222), 패킷 데이터 처리부(122) 및 MAC 프레임 처리부(132)를 거쳐 데이터링크를 통해 무인기 탑재 장비의 MAC 프레임 처리부(131)에 입력된다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 무인기 탑재 장비의 송신 내부 데이터는 메시지 처리부(111)로부터 VNI(211)를 통해 패킷 데이터 처리부(121)에서 ARP 처리된 후 MAC 프레임 처리부(131)에 입력되어 MAC 프레임으로 변환된 후 데이터링크를 통해 GCS로 입력된다. 또한, GCS는 무인기로부터 데이터링크를 통해 입력받은 데이터가 MAC 프레임 처리부(132) 및 패킷 데이터 처리부(122)를 통해 LPI(222)로 전달된 후 사용자 인터페이스로 전달된다.
상기한 바와 같이 무인기 탑재 장비의 내부 데이터 수신 및 송신은 메시지 처리부(111) 및 VNI(211)를 통해 이루어진다. 즉, 내부 데이터는 LPI(221)를 통해 송수신되지 않고, 메시지 처리부(111)로부터 VNI(211)를 통해 전달되거나, VNI(211)를 통해 메시지 처리부(111)로 전달된다. 한편, 도시되지 않았지만, 무인기와 GCS 사이에는 모뎀 및 방사체(안테나 등)이 마련될 수 있다. 즉, 무인기의 MAC 프레임 처리부(130)의 데이터는 모뎀 및 안테나를 통해 GCS로 전달되고, GCS는 안테나 및 모뎀을 통해 MAC 프레임 처리부(130)가 데이터를 전달받을 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만, 무인기는 무인기 관리 모듈로부터 Tm 및 Tc 데이터가 메시지 처리부(111)로 송수신되고, GCS는 무인기 제어기로부터 Tm 및 Tc 데이터가 NIC(312)로 송수신될 수 있다. 즉, 무인기는 메시지 처리부(111)가 무인기 관리 모듈과 연결되고, GCS는 NIC(312)가 무인기 제어기와 연결될 수 있다.
3.1 내부 데이터 수신 처리
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 내부 데이터 수신 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 즉, 도 9는 무인기 탑재 장비의 데이터 처리부에서 MAC 프레임 처리부로부터 수신되는 데이터를 처리하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
MAC 프레임 처리부(130)로부터 전달받은 IP 패킷의 목적지 IP 주소와 NI IP 주소를 비교하여(S301), 동일하면 무인기 제어를 위한 Tc로 판단하고 VNI(210)를 통해 메시지 처리부(110)로 전달한다(S302 내지 S304). VNI(210)를 거쳐 메시지 처리부(110)로 전달하기 위해서는 VNI IP 주소를 목적지 IP 주소로 갖는 UDP/IP 패킷이 VNI로 입력되어야 한다. MAC 프레임 처리부(130)로부터 전달받는 데이터는 UDP/IP 패킷 형태이므로 목적지 IP 주소를 VNI IP로 변경하고(S302), IP 헤더 값 변경에 따른 IP 첵섬(Checksum)을 재계산한 후(S303) VNI로 입력한다(S304). UDP 헤더와 페이로드(payload)는 수정하지 않으므로 UDP 쳇섬은 재계산하지 않는다. 메시지 처리부(110)에서는 메시지 수신 후 송신지 IP 주소를 분석하여 변수 형태로 송신지 정보를 저장한다.
한편, MAC 프레임 처리부(130)로부터 전달받은 IP 패킷의 목적지 IP 주소와 NI 주소가 동일하지 않으면 목적지 IP 주소의 서브넷 검사를 통해 무인기 탑재 장비 데이터 여부를 확인하고(S305), 확인된 경우 LPI(220) 및 NIC(310)를 통해 LAN 구간으로 송신한다(S306). 확인되지 않은 경우 디스카드 처리한다(S307).
3.2 내부 데이터 송신 처리
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 내부 데이터 송신 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 즉, 도 10은 무인기 탑재 장비의 데이터 처리부에서 VNI를 통해 입력된 데이터를 MAC 프레임 처리부로 송신하는 데이터 처리하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
무인기의 비행, 상태 정보 등은 STANAG 4586메시지 형식의 Tm으로 GCS에게 송신된다. 메시지 처리부(110)에서 해당 기능을 수행하며, 메시지 처리부(110)에서는 GCS로 메시지 송신을 위해 수신 과정에서 저장해놓은 GCS 주소 정보로 일반적인 소켓 송신 방식과 동일하게 Tm을 송신한다. 패킷 데이터 처리부(120)는 VNI(210)를 통해 메시지 처리부(110)로부터 데이터를 수신하고(S401), 수신한 데이터에 대해 내부 데이터 수신 과정의 목적지 IP 변경 절차와 동일하게 송신지 IP 주소를 NI IP 주소로 변경하고(S402) 패킷 구분을 통해 AMP 큐에 입력한다. 이를 위해 IP 첵섬을 재계산하고(S403) 패킷 구분(Packet Classify)을 통해(S404) MAC 프레임 처리부(130)로 포워딩한다(S405). 입력된 패킷은 데이터링크 구간을 거쳐 GCS에서 UDP 소켓 통신 방식으로 수신된다.
Ⅲ. 성능 검증
1. 시험 환경 구성
1.1 시험 환경 구축
성능 검증을 위한 환경 구성은 1대의 GCS가 다수의 무인기를 조종통제하는 1:N 구조의 데이터링크로써 별도의 지향없이 빔포밍이 가능한 무지향성 안테나를 사용하고 협소한 주파수 대역을 효율적으로 사용할 수 있는 TDMA(Time Division Multiple Access) 통신 방식으로 STANAG 4586 표준 기반의 Tc, Tm과 영상 데이터를 송수신 할 수 있도록 구축하였다. 1:N 통신 구조는 다수의 실제 무인기를 이용하기 어려운 점이 있는 관계로 도 11에 도시된 바와 같이 1대의 GCS 데이터링크 통신 장비와 2대의 무인기 데이터링크 통신 장비를 연동하여 1:2 구조의 통신 환경을 구성 하였다. GCS와 무인기 간 통신을 위한 데이터링크는 좁은 주파수 대역을 모사하고자 [표 1]과 같이 구성하였고, 무선 환경은 안테나를 사용하는 대신 각 데이터링크 통신 장비의 RF 장비를 RF 케이블로 연결하여 모사하였다. STANAG 4586 데이터 처리를 위하여 GCS 측에는 제어 소프트웨어를 설치한 노트북을 연결하여 Tc, Tm 데이터를 주기적으로 송수신할 수 있도록 하고, 데이터 타입 별로 25Hz 주기로 송신이 가능하도록 타임슬롯을 할당하였다.
Parameter Value
Channel Access TDMA
Bandwidth(Hz) 4M
Modulation 8PSK
Code rate 2/3
[표 2]는 GCS와 무인기#1, 무인기#2가 통신이 가능하도록 설정한 네트워크 정보를 나타낸다. Class-C 기반의 서로 다른 서브넷을 갖도록 설정하여 IP 주소 기반의 포워딩(Forwarding)을 통한 네트워크 통신이 필요하게 구성하였다. 또한, 데이터 처리 성능 검증이 가능하도록 도 11에 도시된 바와 같이 트래픽 발생기#1과 트래픽 발생기#2를 GCS와 무인기#1, 무인기#2에 각각 연결하였다. 그리고, 트래픽 발생기에서 생성하는 데이터가 트래픽 발생기 상호간 송수신이 가능하도록 트래픽 발생기의 포트 별 송수신 IP 주소를 [표 3]과 같이 설정하였다. 이와 같이 구성함으로써 트래픽 발생기#1, #2의 포트#1이 상호 송수신이 가능하고, 트래픽 발생기#1, #2의 포트#2 또한 상호 송수신이 가능하도록 설정되었다.
Parameter IP Address SubnetMask
GCS 192.168.0.100 255.255.255.0
Control GUI 192.168.0.60 255.255.255.0
UAV#1 192.168.1.100 255.255.255.0
UAV#2 192.168.2.100 255.255.255.0
Parameter IP Address
Source Destination
Traffic
Generator#1		 Port 1 192.168.0.20 192.168.1.20
Port 2 192.168.0.21 192.168.2.20
Traffic
Generator#2		 Port 1 192.168.1.20 192.168.0.20
Port 2 192.168.2.20 192.168.0.21
1.2 시험 환경 설정
성능 검증의 방법으로는 Tc, Tm, 영상 데이터 별로 타임슬롯을 할당하고, 할당된 전송 속도만큼 영상 데이터가 유통되는 상태에서 Tc, Tm 데이터 처리를 일정한 범위의 시간 내에서 수행하는지 확인하였다. 영상 데이터는 일정 시간 동안 최대 전송속도 유지가 가능할 수 있도록 트래픽 발생기에서 발생되는 데이터로 대체하였다. 또한, 데이터 처리 부하를 높이기 위한 방법으로 동일한 전송 속도에서 발생되는 패킷의 프레임 크기를 줄여서 FPS(Frame Per Second)를 증가시킴으로써 데이터 처리 구조에서 1초에 처리하는 패킷의 양이 증가하게 하였다.
성능 검증 시험은 1시간 동안 GCS와 무인기#1, 무인기#2에 데이터 처리 부하를 발생시키고, 무인기 제어 GUI에서 송신하는 데이터의 왕복 시간(Round Trip Time; RTT)을 누적하여 평균 시간을 측정하는 방식으로 진행하였다. RTT는 무인기 제어 GUI에서 송신하는 Tc에 대해 무인기 통신 장비에서 응답하는 Tm을 수신한 후 그 시간 차를 계산하였다. 데이터 처리 부하는 아래의 순서로 각각 다른 데이터 처리 시점에 발생하도록 하였다. 첫째는 각각의 트래픽 생성기 포트에서 균등한 전송 속도로 데이터를 발생시키도록 설정하여 무인기#1, #2의 데이터 송수신 처리에 균등한 부하가 발생하도록 하였다. 둘째는 데이터 송신 부하를 발생시키기 위하여 GCS에 연결된 트래픽 발생기#1은 최소한의 전송 속도로 데이터를 발생시키도록 하고, 무인기#1, #2에 연결된 트래픽 발생기#2의 포트#1, #2에서 최대 전송 속도를 발생시켰다. 마지막 시험은 두번째 시험 방식과 반대로 데이터 수신 부하를 발생시키기 위하여 GCS에 연결된 트래픽 발생기#1의 포트#1, #2에서 최대 전송 속도를 발생시키고, 무인기#1, #2에 연결된 트래픽 발생기#2의 포트#1, #2에서 최소한의 전송 속도로 데이터를 발생시키도록 하였다.
2. 검증 결과
[표 4]는 첫번째 시험 방법인 균등 전송 속도 할당을 통한 성능 시험 시 트래픽 발생기를 통해 생성되는 데이터의 송수신 방향과 영상 데이터에 할당된 전송 속도를 나타낸다. 시험 결과 도 12과 같이 전송 속도와 FPS 변화에 따라 RTT 변화의 범위가 크기 않고 처리전달 시간의 변화 폭이 일정 범위를 유지하는 것을 볼 수 있다.
Source Destination Data rate(Mbps)
GCS UAV#1 1.2096
GCS UAV#2 1.2096
UAV#1 GCS 1.2096
UAV#2 GCS 1.2096
[표 5]는 두번째 시험인 무인기#1, #2의 데이터 송신 부하가 발생하도록 할당한 전송 속도를 나타낸다. 무인기에서 소형 영상 송신 시 발생할 수 있는 데이터 처리 부하를 가정한 상태이며, 무인기 별로 2.2Mbps 급의 영상 전송을 가정하였다. 도 13은 시험 결과를 나타내는 그래프이다. 첫번째 시험 결과와 동일하게 FPS 변화에 따른 RTT 변화의 범위가 크지 않고 일정 범위를 유지하는 것을 볼 수 있다.
Source Destination Data rate(Mbps)
GCS UAV#1 0.1728
GCS UAV#2 0.1728
UAV#1 GCS 2.2464
UAV#2 GCS 2.2464
[표 6]은 세번째 시험인 무인기 #1, #2의 데이터 수신 부하가 발생 할 수 있도록 할당한 값을 나타낸다. 무인기 임무 하달 또는 제어를 위한 많은 양의 데이터를 GCS에서 송신 시 발생할 수 있는 데이터 처리 부하를 가정하였다. 도 14는 시험 결과를 나타내는 그래프로서 이전에 진행한 시험들과 유사한 패턴을 보여주었으며, 시험 결과 또한 시험1, 2와 동일하게 FPS 의 값이 변화하여도 RTT 변화의 폭은 일정한 범위를 유지하는 것을 볼 수 있다.
Source Destination Data rate(Mbps)
GCS UAV#1 2.2464
GCS UAV#2 2.2464
UAV#1 GCS 0.1728
UAV#2 GCS 0.1728
각기 다른 부하가 유발되도록 설정한 세 번의 시험 결과 데이터 처리 구조의 패킷 처리량이 큰 폭으로 변화하여도 Tc, Tm 데이터의 전송과 그에 대한 응답 시간은 급격하게 증가하거나 줄어들지 않으며, 일정한 범위 내에서 유지되는 것을 확인 하였다. 또한, 데이터링크 구간의 트래픽 증가로 데이터 처리량이 증가하여도 패킷 유실 또는 중복 등으로 인한 예외 상황(Error)은 발생하지 않는 것을 확인하였다.
상기한 바와 같이 본 발명에서는 다수의 무인기를 조종통제하기에 적합한 데이터 처리 장치 및 방법을 제안하였다. 성능 검증을 통해 패킷 데이터 송수신 처리 부하가 증가하여도 제안하는 데이터 처리 구조를 통한 데이터 전달 시간은 급격히 변화하지 않고 일정 범위에 유지되는 것을 확인하였다. 이는 다수의 무인기 제어 시 데이터링크 구간의 트래픽이 증가하여도 Tc, Tm 전달 시간을 예측 가능한 범위에서 보장 해줄 수 있음을 보여준다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 메시지 처리부 120 : 패킷 데이터 처리부
130 : MAC 프레임 처리부 210 : VNI
220 : LPI 230 : NI
310 : NIC

Claims (11)

  1. 무인기 탑재 장비로 송수신되는 외부 데이터 및 무인기 제어를 위한 내부 데이터를 처리하기 위해 메시지 처리부, 패킷 데이터 처리부 및 MAC 프레임 처리부를 포함하는 처리부와, 상기 내부 데이터 및 외부 데이터의 경로를 설정하기 위해 VNI, LPI 및 NI를 포함하는 인터페이스부를 포함하는 데이터 처리 장치를 이용하여 다중 데이터 통신을 지원하기 위한 데이터 처리 방법으로서,
    상기 내부 데이터와 상기 외부 데이터를 서로 다른 경로로 처리하되,
    상기 외부 데이터는 패킷 데이터를 IP 주소를 기반으로 ARP 또는 디스카드 처리한 후 MAC 프레임 데이터로 변환하여 데이터링크를 통해 송신하고, 데이터링크를 통해 수신된 MAC 프레임 데이터를 패킷 데이터로 복원한 후 IP 주소를 기반으로 ARP 또는 디스카드 처리하여 수신하며,
    상기 외부 데이터의 송신 과정은,
    무인기 탑재 장비에서 송신하는 데이터가 IP 주소를 기반으로 유효 데이터인지 판단하여 유효 데이터가 아닌 경우 ARP 요청 및 응답을 수행하는 과정과,
    유효 데이터인 경우 데이터의 송신지 또는 목적지 IP 주소와 NI 주소를 비교하여 동일한 경우 또는 서브넷 체크가 실패한 경우 디스카드 처리하는 과정과,
    송신지 또는 목적지 IP 주소와 NI 주소가 동일하지 않고 서브넷 체크가 성공한 경우 패킷 데이터를 구분한 후 MAC 프레임 데이터로 변환하는 과정을 포함하는 데이터 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 외부 데이터는 LPI, 패킷 데이터 처리부 및 MAC 프레임 처리부를 통해 송수신 처리되고, 상기 내부 데이터는 메시지 처리부, VNI, 패킷 데이터 처리부 및 MAC 프레임 처리부를 통해 송수신 처리되는 데이터 처리 방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 내부 데이터는 무인기의 상태, 성능, 위치 정보를 포함하여 무인기로부터 GCS로 송신하는 Tm 데이터와, 무인기 비행 제어, 임무 하달 등을 위해 GCS부터 무인기가 수신하는 Tc 데이터를 포함하는 데이터 처리 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101355676B1 (ko) 2012-08-20 2014-01-27 한국항공우주산업 주식회사 다기종 무인기용 비행 제어 시스템
KR101500480B1 (ko) * 2013-08-20 2015-03-10 한국항공우주연구원 무인항공기의 무선제어시스템
KR101846227B1 (ko) 2016-11-04 2018-04-06 국방과학연구소 조종통제 데이터링크를 이용한 영상정보용 데이터링크 공중 중계링크에서 무인기 간 안테나 추적 방법
KR101877864B1 (ko) * 2016-10-31 2018-07-12 주식회사 휴인스 이동통신 네트웍을 이용하는 드론 시스템 및 드론관리서버

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101355676B1 (ko) 2012-08-20 2014-01-27 한국항공우주산업 주식회사 다기종 무인기용 비행 제어 시스템
KR101500480B1 (ko) * 2013-08-20 2015-03-10 한국항공우주연구원 무인항공기의 무선제어시스템
KR101877864B1 (ko) * 2016-10-31 2018-07-12 주식회사 휴인스 이동통신 네트웍을 이용하는 드론 시스템 및 드론관리서버
KR101846227B1 (ko) 2016-11-04 2018-04-06 국방과학연구소 조종통제 데이터링크를 이용한 영상정보용 데이터링크 공중 중계링크에서 무인기 간 안테나 추적 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
강임주, 이한석, 조인제. STANAG-4586을 적용한 무인기 지상통제 SW 표준화 개발. 정보과학회지, 30(9), 46-56면, 2012년* *

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