KR102231207B1 - 학습 기반 항재밍 통신시스템 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 학습 기반의 실시간 재밍신호를 분석하고, 현재 재밍상황에 적합한 항재밍 기법을 적용할 수 있는 학습 기반 항재밍 통신시스템 및 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 학습 기반 항재밍 통신시스템은 항재밍 운용 전에, 재밍 공격을 유도하기 위하여 사전 정의된 유인신호를 송신하는 송신기; 재밍된 유인신호를 수신하는 수신기; 다양한 재밍신호에 대한 사전 학습 결과를 축적하고, 수신기에서 재밍된 유인신호를 전달받아서 재밍신호를 분석하되, 사전 정의된 유인신호 및 사전 학습 결과를 이용하여 재밍신호를 분석하는 재밍신호분석기; 재밍신호분석기에서 분석된 결과에 기반해서 항재밍 파라미터를 결정하는 항재밍 엔진; 항재밍 엔진의 제어하에 항재밍 파라미터가 포함된 송신프레임을 생성하는 전송프레임 생성기를 포함하고, 송신기는 항재밍 운용이 시작되면, 전송프레임 생성기에서 생성된 송신프레임을 이용하여 송신신호를 전송하는 것을 특징으로 한다.

Description

학습 기반 항재밍 통신시스템 및 제어방법{Learning based anti-jamming communication system and control method}

본 발명은 학습 기반 항재밍 통신시스템 및 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 학습 기반의 실시간 재밍신호를 분석하고, 현재 재밍상황에 적합한 항재밍 기법을 적용할 수 있는 학습 기반 항재밍 통신시스템 및 제어방법에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

무선통신은 일정한 대역폭을 갖는 음성 및 데이터신호가 고주파 RF 반송파로 송/수신 한다. 무선통신에서 고정된 하나의 주파수를 이용하여 통신을 수행하면, 재밍/기만신호에 의한 방해전파로 통신신호를 보호하는 것이 어려울 수 있고, 통신에 방해를 받을 우려도 있다. 특히, 군 운용 환경에서는 아군 사이에서는 통신정보를 보호해야 하고, 적의 통신정보는 방해하거나 감청해야 하는 부분이 있기 때문에, 이러한 재밍신호와 기만신호에 대한 대응방법은 매우 중요하게 작용한다.

재밍대응을 위한 통신방법으로 직접 시퀀스 대역 확산방식(direct sequence spread spectrum, DSSS)과, 주파수 도약 대역 확산방식(Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS) 등이 있다.

도 1에 도시하고 있는 주파수 도약 대역 확산방식은 빠른 주파수 변경으로 재밍신호를 회피하고 피해를 감소하는 재밍 대응방법이다. 주파수 변경속도가 빠를수록 도약 대역이 넓을수록 항재밍 능력이 증가한다. 그러나 이 방법은 도약 주파수를 추적하는 추적 재밍 대응에 한계가 있다.

도 2에 도시하고 있는 직접 시퀀스 대역 확산방식은 확산코드를 이용하여 신호를 낮은 전력의 넓은 대역으로 확산시키는 방법으로서, 수신측에서 역확산을 통해 재밍신호의 영향을 완화할 수 있다. 확산코드가 길수록 확산대역이 넓을수록 항재밍 능력이 증가한다. 그러나 주파수 도약 대역 확산방식에 비해 협대역 확산만 가능하고, 펄스 재밍 및 기만 재밍에 취약한 단점이 있다.

이와 같이 종래의 재밍대응을 위한 통신방법에는 각각의 문제가 존재하고, 무엇보다도 적의 재밍기법을 모르는 상황에서 수동적으로 재밍 대응을 하기 때문에 효과적으로 재밍 대응을 수행하기가 어렵다.

더군다나 현재의 광대역 신호분석 기술은 하루가 다르게 발전하면서 공격자는 신호를 분석한 후 재밍을 수행하게 되지만, 방어자는 재밍신호와 상관없이 미리 정의된 항재밍 기법만을 사용하기 때문에 효과적으로 재밍 대응이 어려운 문제점이 노출되었다.

따라서 본 발명의 목적은 학습 기반의 실시간 재밍신호를 분석하고, 현재 재밍상황에 적합한 항재밍 기법을 적용할 수 있는 학습 기반 항재밍 통신시스템 및 제어방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 사전 학습 결과를 기반으로, 추적 재밍에 대응이 가능한 학습 기반 항재밍 통신시스템 및 제어방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 사전 학습 결과를 기반으로 실시간 재밍신호를 분석하고, 실시간 학습을 통해 항재밍 능력을 향상시킬 수 있는 학습 기반 항재밍 통신시스템 및 제어방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 학습 기반 항재밍 통신시스템은 항재밍 운용 전에, 재밍 공격을 유도하기 위하여 사전 정의된 유인신호를 송신하는 송신기; 재밍된 유인신호를 수신하는 수신기; 다양한 재밍신호에 대한 사전 학습 결과를 축적하고, 수신기에서 재밍된 유인신호를 전달받아서 재밍신호를 분석하되, 사전 정의된 유인신호 및 사전 학습 결과를 이용하여 재밍신호를 분석하는 재밍신호분석기; 재밍신호분석기에서 분석된 결과에 기반해서 항재밍 파라미터를 결정하는 항재밍 엔진; 항재밍 엔진의 제어하에 항재밍 파라미터가 포함된 송신프레임을 생성하는 전송프레임 생성기를 포함하고, 송신기는 항재밍 운용이 시작되면, 전송프레임 생성기에서 생성된 송신프레임을 이용하여 송신신호를 전송하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 학습 기반 항재밍 통신시스템은 송신과 수신이 가능한 상태에서, 머신러닝을 통하여 다양한 재밍 방식에 따른 재밍신호를 학습하고, 학습 결과 데이터를 생성하여 재밍신호분석기에 전달하는 학습 엔진을 포함하고, 학습 엔진은 재밍된 유인신호와 항재밍 운용시에 수신기를 통해서 수신되는 재밍된 유인신호 또는 재밍된 수신신호를 추가 학습하고, 학습데이터를 생성하여 재밍신호분석기에 실시간 전달하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 유인신호는 학습 엔진에서 사전 학습이 이루어진 신호를 사용하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 재밍신호분석기는 재밍된 유인신호를 수집하고, 학습된 데이터를 이용하여 재밍기법을 분류하고, 채널 정보 수집을 통하여 재밍 성능을 분석하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 재밍신호분석기는 재밍 대역폭, 재밍 출력, 추적 속도, 재밍 시간를 포함하는 재밍 성능을 분석하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 항재밍 엔진은 재밍신호분석기에서 분석한 재밍 성능에 기반해서 항재밍 기법, 항재밍 규격, 전송 규격에 따른 항재밍 파라미터를 선정하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 전송프레임 생성기는 항재밍 엔진에서 선정한 항재밍 파라미터를 이용하여 송신프레임을 구성하되, 동기부는 선정한 항재밍 파라미터를 포함하여 고속 주파수 도약의 항재밍 제어가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 유인신호를 구성하는 송신프레임은, 동기부는 고속 주파수 도약의 항재밍 제어가 이루어지고, 데이터부는 사전 정의된 정보를 포함하여 저속 주파수 도약 제어가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 전송프레임 생성기는 결정된 항재밍 파라미터에 따라서 홉 길이, 채널 대역폭, 채널 간격, 변조 방식, 부호화방식이 가변되는 송신 프레임을 구성하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 학습 기반 항재밍 통신시스템은, 청구항 1 구성의 학습 기반 항재밍 통신시스템을 적어도 두대 구비하고, 통신시스템1에서 송신한 유인신호는 통신시스템2의 수신기와, 통신시스템1의 수신기에서 재밍된 유인신호로 수신되고, 통신시스템1에서 송신한 항재밍 전송신호는 통신시스템2의 수신기에서 수신되는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 학습 기반 항재밍 통신시스템의 제어방법은 사전 정의된 유인신호와 재밍된 유인신호를 입력하고, 머신러닝을 통해서 다양한 방식의 재밍신호를 학습한 데이터를 축적하는 초기 학습 단계; 항재밍 운용 직전에 유인신호를 송신하고, 재밍된 유인신호를 수신하여, 축적된 학습한 데이터를 이용하여 재밍신호를 분석하는 단계; 분석된 재밍신호에 기반하여 항재밍 파라미터를 도출하고, 항재밍 파라미터가 포함된 전송 프레임을 구성하여 항재밍 운용에 의한 데이터를 송수신하는 단계; 항재밍 운용이 이루어지는 중, 재밍된 신호를 학습하고 축적된 학습 데이터를 갱신 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 재밍신호를 분석하기 위하여 항재밍 운용 직전에 송신하는 유인신호는 초기 학습 단계에서 학습된 유인신호를 이용하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 전송프레임은 항재밍 파라미터를 포함하여 높은 확산율, 고속 주파수 도약의 항재밍 제어를 수행하는 동기부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 학습 기반 항재밍 통신시스템 및 제어방법은 학습 기반의 실시간 재밍신호를 분석하고, 현재 재밍상황에 적합한 항재밍 기법을 적용할 수 있다. 따라서 본 발명의 통신시스템의 송신데이터는 재밍신호를 회피할 수 있도록 설계된 송신프레임을 통해서 신호 전송이 이루어지는 것이 가능해지고, 열악한 채널 상황이나 재밍 공격에도 강건한 통신시스템을 구현하는 효과를 얻는다.

본 발명에 따른 학습 기반 항재밍 통신시스템 및 제어방법은 사전 학습 결과를 기반으로, 진보된 재밍 형태인 추적 재밍에도 대응하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 학습 기반 항재밍 통신시스템 및 제어방법은 사전 학습 결과를 기반으로 실시간 재밍신호를 분석하고, 실시간 학습을 통해 항재밍 능력을 향상시키는 것이 가능하다. 따라서 계속해서 발전하는 항재밍 능력을 통해서 본 발명의 통신시스템은 적으로부터의 통신방해 및 적의 통신 감청 등을 억제하여, 통신정보에 대한 최적의 안전과 보호를 도모하는 것이 가능하다.

도 1은 주파수 도약 대역 확산방식에 의한 재밍 대응방법의 예시도이다.
도 2는 직접 시퀀스 대역 확산방식에 의한 재밍 대응방법의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습기반 항재밍 통신시스템의 전체적인 구성도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 학습기반 항재밍 통신시스템의 전체적인 제어 흐름도를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 학습기반 항재밍 통신시스템에서, 머신러닝을 통한 재밍 기법 학습 및 분류를 위한 개념도를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습기반 항재밍 통신시스템에서, 실 운용 환경에서 재밍 신호를 분석하기 위한 개념도를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습기반 항재밍 통신시스템에서, 재밍 기법에 따른 항재밍 기법 선정 및 적용을 위한 개념도를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유인신호를 구성하는 송신 프레임의 예시도이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 유인신호 수신을 통하여 재밍 성능을 파악하는 개념도를 도시하고 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 항재밍 파라미터를 선정하고, 송신 프레임을 구성하여, 항재밍 송수신을 수행하기 위한 개념도를 도시하고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"와 "기", "모듈"과 "부", "유닛"과 "부", "장치"와 "시스템", "기법"과 "방식", "송신 프레임"과 "전송 프레임" 등은 명세서 작성의 용이함 만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

본 발명은 학습을 통해서 재밍기법을 분류하고, 재밍신호를 유도하여 재밍기법을 알아내고, 이에 적합한 전송기법을 적용함으로써, 재밍에 효과적으로 대응하면서 효율적으로 신호를 송수신할 수 있는 전송능력을 확보할 수 있는 학습 기반 재밍 대응 통신방법을 구성한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습기반 항재밍 통신시스템의 전체적인 구성도를 도시하고 있다.

본 발명은 송신과 수신을 가능하게 구성한 통신시스템(100)을 포함한다. 통신시스템(100)은, 송신신호를 외부로 송신하는 송신기(110), 외부로부터 신호를 수신하는 수신기(120), 송신신호와 수신신호를 데이터셋으로 입력하여 학습을 수행하고, 송신신호(기준신호) 대비 수신된 신호의 오류 정보에 의해 재밍 방식에 따른 분류가 이루어지도록 재밍신호에 대한 학습 결과를 출력하는 학습엔진(130)을 포함한다.

또한, 통신시스템(100)은 학습엔진(130)으로부터 학습 결과에 따른 학습데이터를 입력하고, 재밍기법을 분류하고 학습된 데이터를 이용하여 수신신호를 분석하여 재밍신호를 분석하는 재밍신호분석기(140), 재밍신호분석기(140)에서 분석된 분석결과에 기반하여 항재밍 파라미터 등을 선정하기 위한 항재밍 엔진(150), 그리고 항 재밍 엔진(150)에서 선정한 항재밍 파라미터가 포함되도록 송신프레임을 생성하는 전송프레임 생성기(160)를 포함한다. 전송프레임 생성기(160)에서 생성된 송신프레임은 송신기(110)로 전달되어, 송신을 위한 데이터가 실려서 전송되어진다.

그리고 통신시스템(200)도 통신시스템(100)과 동일한 구성으로 이루어져서 송신기(210), 수신기(220), 학습 엔진(230), 재밍신호분석기(240), 항재밍 엔진(250), 전송프레임생성기(260)를 포함한다.

그리고 양 통신시스템(100,200) 사이의 통신을 방해하기 위한 공격자 재머(300), 또는 다양한 재밍신호를 발생하기 위한 재밍신호발생기가 존재할 수 있다.

이하의 설명은 적어도 두 대, 또는 그 이상의 통신시스템 간의 통신이 이루어지는 구성이고, 동일한 구성에 대해서는 동일한 기능을 탑재하고 있음을 전제한다. 또한, 부호 표기에 있어서 하나만을 표기하더라도 동일한 구성에는 동일하게 적용될 수 있음을 전제한다.

그리고 도 3의 구성에 도시되고 있는 통신시스템(100,200)은 일반적인 통신시스템에서 상호간의 통신을 위하여 필요로 하는 일반적인 공지 구성들을 추가적으로 더 포함할 수 있다. 그러나 본 발명의 설명의 편의를 위하여, 본 발명의 이해에 필요한 구성만을 도시하고 있다.

또한, 도 3에 도시되고 있는 각 구성들은 각 구성들이 갖는 일반적인 공지 기능들을 탑재하고 있음을 전제한다. 일 예로, 수신기(120,220)는 재밍된 유인신호를 안테나(도시하지 않음)로부터 수신하고, 이를 신호처리가 가능하도록 주파수 변환, 아날로그 디지털 신호변환, 필터링, 디코딩, 오류정정, 신호세기 검출 등, 수신신호에 대한 필요한 신호처리가 가능한 구성을 포함하고 있음을 전제한다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 학습기반 항재밍 통신시스템은 도 4에 도시하고 있는 바와 같이 동작 제어가 이루어진다.

본 발명의 학습기반 항재밍 통신시스템은 4가지 단계로 진행이 이루어진다.첫번째는 머신러닝을 통해 재밍 기법 학습 및 분류하는 구성이고, 두번째는 실 운용 환경에서 재밍 신호를 분석하는 구성이고, 세번째는 재밍 기법에 따른 항재밍 기법 선정 및 적용하는 구성이고, 네번째는 학습 데이터를 축적하는 구성이다.

첫번째의 구성은 정식적인 통신이 이루어지기 전 단계의 초기 학습 단계이다. 유인신호를 이용하여 재밍신호가 발생되도록 유도한다. 즉, 송신기(110)는 유인신호를 발생하고(400), 재머(300)는 신호를 방해하기 위한 재밍신호를 발생한다(410). 이때 재머는 다양한 재밍신호를 발생할 수 있도록 구성된 재밍신호발생기 이다.

수신기(120)는 재밍된 유인신호를 수신한다. 이때 다른 통시시스템(200)의 수신기(220)도 마찬가지로 재밍된 유인신호를 수신 가능하다. 수신기(120)에서 재밍된 유인신호는 학습 엔진(120)에 전달되고, 학습 엔진(120)에서 학습이 이루어진다(420). 그리고 학습 엔진(120)에서 학습된 데이터는 재밍신호 분석기(140)에 전달된다(430).

도 4에 도시하고 있는 400 단계 내지 430 단계는 정식 송신신호의 전송이 이루어지기 전 단계에서 이루어지는 구성이고, 또한 학습엔진의 학습을 위하여 다양한 재밍 방식을 사전에 학습하는 과정도 포함되어진다.

다음, 두번째와 세번째 구성은 실 운용 환경에서 재밍신호를 분석하고, 재밍 기법에 따른 항재밍 기법 선정 및 적용하는 구성이다.

실제 운용 환경에서, 송신기(110)에서 유인신호가 송신되면(510), 공격자 재머(300)는 송신신호를 방해하는 재밍신호를 발생한다. 수신기(120, 220)는 유인신호를 수신한다(510). 이때, 수신기(120, 220)에서 수신되는 신호는 재밍된 유인신호이다(520).

재밍된 유인신호는 재밍신호분석기(140,240)에 전달되고, 재밍신호분석기(140,240)는 재밍신호를 분석한다(530). 재밍신호분석기(140,240)는 학습 데이터를 축적하고 있고, 축적된 학습 데이터를 이용하여 재밍된 유인신호를 분석한다. 또한, 유인신호는 송신기(110)에서 송신하기 전에, 양 통신시스템(100,200) 사이에서 사전에 정의된 데이터를 싣고 있다. 따라서 재밍신호분석기(140,240)에서 축적된 학습 데이터에 정보가 없어도, 사전 정의된 데이터에 기준해서 재밍된 유인신호를 분석하는 것이 가능해진다.

재밍신호분석기(140,240)는 재밍신호를 분석하고, 분석된 재밍기법 및 재밍성능을 항재밍엔진(150,250)에 전달한다. 항재밍 엔진(150,250)은 항재밍 파라미터를 도출하고(540), 전송프레임생성기(160,260)에서 항재밍 파라미터에 기반한 전송 프레임 구성이 이루어지도록 제어한다(550). 이후 송신기(110)는 새롭게 구성한 송신프레임에 송신데이터를 실어서 송출한다.

이와 같이 하여 송신기(110)에서 송출되는 항재밍 전송신호는 다른 통신시스템(200) 내부의 수신기(220)에서 수신된다. 이때 수신기(220)에서 수신되는 신호는 재밍신호를 회피하도록 설계된 항재밍신호이므로, 재밍신호의 방해없이 통신시스템(200)은 통신시스템(100)에서 송신하는 신호를 수신하는 것이 가능해진다.

그리고 네번째 구성으로 본 발명은 항재밍 운용이 이루어지는 가운데 계속해서 재밍 기법을 추가 학습한다.

항재밍 운용이 이루어지는 가운데, 수신기(220)에서 수신된 신호는 계속해서 학습엔진(230)으로 전달되고, 재밍 기법을 학습하는 과정에 계속해서 이루어질 수 있도록 한다(600). 즉, 학습 엔진(230)은 실시간 머신러닝을 통해 재밍 기법을 학습하고, 분류하여 재밍신호분석기의 학습데이터를 계속해서 향상시킨다(610).

다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습 기반 항재밍 통신시스템의 운용에 대해서 구체적으로 살펴본다.

첫번째 구성인 머신러닝을 통해 재밍 기법 학습 및 분류하는 구성을 설명하기 위하여, 도 5에 개략적인 시스템 구성도를 도시하고 있다.

본 발명의 시스템은 송신신호를 부호화하여 송신하는 송신기, 송신기에서 송신한 신호를 수신하고 복호화하여 정보를 수집하는 수신기, 송신기에서 발생된 신호에 재밍신호를 추가하는 재밍신호발생기를 포함한다. 그리고 송신기에서 발생한 송신데이터와 수신기에서 수신된 수신데이터를 학습하고, 학습데이터를 생성하는 학습엔진과, 학습데이터를 분석하여 재밍신호를 분석하는 재밍신호분석기를 포함한다. 이 외에도 본 발명의 시스템은 도 3에 도시되고 있는 구성들을 포함한다. 그러나 설명의 이해에 필요한 구성만을 도시하였다.

이 구성에 따르면, 첫번째 구성은 사전 학습을 통하여 항재밍 대응을 위한 준비 단계이다. 송신기는 기준신호(송신신호)를 발생한다. 재밍신호발생기는 다양한 재밍 방식에 따라 신호를 발생하여 송신기에서 발생한 송신신호에 재밍신호를 포함시킨다. 수신기는 재밍신호가 포함된 신호를 수신한다. 이때 송신기와 수신기는 정상적인 기준신호의 송수신이 가능한 상태임을 전제로 한다.

학습엔진은 송신데이터와 수신데이터(재밍신호가 포함된 신호)를 데이터셋으로 입력하고, 학습한다. 이때 기준신호 대비 수신된 신호의 오류 정보를 검출하고, 재밍신호발생기에서 발생한 재밍 방식에 따른 분류가 이루어진다.

이러한 과정을 반복 수행하여, 다양한 재밍신호에 대한 학습 결과가 축적되면, 이 학습데이터를 재밍신호분석기에 탑재한다. 재밍신호분석기는 학습된 결과를 통해 재밍신호(톤 재밍, 펄스 재밍, 대역 재밍, 추적 재밍 등을 포함함)를 종류별로 구분하는 것이 가능해진다.

다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습 기반 항재밍 통신시스템의 두번째 제어 구성인 실 운용 환경에서의 재밍 신호 분석 구성에 대해서 살펴보기로 한다.

앞서 첫번째 구성인 머신러닝을 통한 재밍 기법 학습 및 분류 구성을 통해서 얻어진 재밍신호에 대한 학습결과가 재밍신호분석기에 탑재되면, 이 재밍신호분석기를 이용하여 실 운용 환경에서 재밍신호 분석을 수행한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습 기반 항재밍 통신시스템에서 두번째 제어구성을 설명하기 위한 시스템의 개략적인 구성도를 도시하고 있다.

본 발명의 시스템은 두 대의 통신시스템을 포함한다. 각 통신시스템에는 송신기, 수신기, 그리고 재밍신호분석기가 포함되어진다. 그리고 양 통신시스템 사이의 통신을 방해하는 공격자 재머가 존재한다. 이 외에도 본 발명의 시스템은 도 3에 도시되고 있는 구성들을 포함한다. 그러나 설명의 이해에 필요한 구성만을 도시하였다.

통신시스템1은 재머의 존재여부를 확인하고, 또한 재머의 재밍 성능을 확인하기 위해서 정식 통신을 위한 운용 전에 유인신호를 송신하여 공격자 재머로부터 재밍 발생을 유도한다(이때 공격자 재머는 재밍을 하기 전에 신호를 수집하기 위해서 재밍신호를 발생하게 된다).

통신시스템1에서 유인신호가 발생되면, 공격자 재머는 통신 혼란을 위해서 재밍신호를 발생하고, 재밍된 유인신호는 양 통신시스템의 수신기에서 수신되어진다. 이때 통신시스템1에서 발생되는 유인신호는, 사전 정의된 신호이거나 또는 사전 학습에 사용된 기준신호를 이용한다.

양 통신시스템에 탑재된 재밍신호분석기는 사전 학습된 데이터를 이용하여 재밍기법을 분류하고, 분류된 재밍기법에 따라서 채널 정보 수집을 통해서 재밍 성능을 분석한다. 이때 재밍 성능 분석은, 수집된 신호의 재밍 대역폭, 재밍 출력, 추적 속도 등을 분석해낸다. 재밍신호분석기는 일반적인 재밍 성능 분석을 위한 알고리즘을 이용한다.

재밍신호분석기는 유인신호에 대한 사전 정의된 정보를 알고 있거나 또는 사전 학습에 사용된 기준신호에 대한 정보를 알고 있는 상태이므로, 학습된 데이터를 이용하여 재밍된 유인신호의 분석이 가능해진다.

다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습 기반 항재밍 통신시스템의 세번째 제어구성인 재밍 기법에 따른 항재밍 기법 선정 및 적용 구성에 대해서 살펴보기로 한다.

앞서 두 번째 구성에서 재밍기법, 재밍 성능 등이 분석되어지면, 실 운용 환경에서 분석한 재밍신호를 극복하기 위한 항재밍 기법을 적용하게 된다.

도 7은 본 발명의 세번째 제어구성을 설명하기 위한 개략적인 시스템 구성도를 도시하고 있다.

본 발명의 시스템은 재밍신호분석기, 재밍 기법 및 재밍 성능에 대응하기 위한 항재밍 기법을 적용하기 위한 항재밍 엔진, 항재밍 엔진의 제어를 받아서 송신프레임을 구성하고 생성하는 전송프레임 생성기, 그리고 전송프레임 생성기에서 생성된 송신프레임에 데이터를 실어서 송신하는 송신기로 구성된다. 이 외에도 본 발명의 시스템은 도 3에 도시되고 있는 구성들을 포함한다. 그러나 설명의 이해에 필요한 구성만을 도시하였다.

재밍신호분석기는 학습된 결과를 이용하여 재밍신호에 대한 재밍기법 및 재밍 성능을 분석한다. 항재밍 엔진은 분석된 재밍신호에 대응할 수 있는 적합한 항재밍 기법을 선정하고, 재밍 성능을 극복할 수 있는 항재밍 파라미터를 선정한다. 전송프레임 생성기는 선정된 항재밍 파라미터를 이용하여 송신프레임을 구성하고, 송신기로 전달한다. 송신기는 재밍신호에 따른 전송방식이 가변되어 가변적으로 구성되는 송신프레임을 이용하여 송신데이터를 실어서 송신한다.

특히, 항재밍 엔진은, 항재밍 성능을 결정하고, 가용 가능한 자원 내에서 가장 적합한 전송 규격을 적용하여 재밍상황에서도 효율적인 전송이 이루어질 수 있도록 도모한다. 이때, 항재밍 엔진은, 항 재밍 성능을 결정함에 있어서, FHSS, DSSS 등의 항재밍 기법을 선정하고, 도약속도, 확산대역폭 등의 항재밍 규격을 선정하고, 변조방식, 부호화율 등의 전송 규격을 선정한다.

한편, 통신시스템 간의 데이터 전송을 위해서는 송수신 간의 전송방식이 동일해야 통신이 이루어질 수 있다. 그러므로 정식 통신이 행해지기 전에, 항재밍 엔진에 의해서 결정된 항재밍 성능에 따른 항재밍 파라미터가 통신시스템 간에 공유할 필요성이 있다.

이를 위해서 동기부에는 송수신 측 동기를 위하여 항재밍 파라미터, 프레임 동기 정보가 포함되어진다. 그러나 송수신 측 동기를 위한 동기부는 최소한의 정보만을 담고 고속 도약과 같이, 강력한 항재밍 성능을 기본으로 설정한다. 따라서 동기부에는 고속 주파수 도약, 높은 확산율 등 강건한 항재밍 기술이 적용되어진다.

마지막으로 본 발명의 일 실시예에 따른 학습 기반 재밍 대응 통신방법의 네번째 구성인 학습 데이터 축적 구성에 대해서 살펴보기로 한다.

이 구성은 실 운용환경에서 학습을 통해서 항재밍 성능을 향상시키는 구성이다. 즉, 실제 항재밍 기법이 적용되어서 통신시스템 간의 통신이 수행되는 중에, 학습엔진은 계속해서 재밍신호를 수집하고, 분석 및 분류하여 학습 데이터를 생성하는 과정을 계속적으로 수행한다. 따라서 실시간으로 수신기의 수신데이터는 학습 엔진의 학습데이터로 재활용되고, 재밍신호분석기의 성능을 실시간 향상시킨다.

다음은 본 발명의 학습 기반 항재밍 통신시스템을 적용한 실시예를 살펴보기로 한다.

이하에서는 학습된 재밍신호분석기가 탑재된 주파수 도약 방식을 사용하는 시스템을 이용하여 재밍 환경에서의 통신을 실시하는 경우이고, 재밍 방식은 추적 재밍을 가정하여 설명한다.

전송프레임 생성기는 유인신호를 위한 송신프레임을 구성한다. 유인신호를 위한 송신 프레임은 재밍을 받아도 정보를 습득할 수 있도록 동기부는 최소한의 저보를 담은 강력한 항재밍 성능을 보장하도록 구성한다.

이를 위해서 실시예에서는 고속의 주파수 도약을 사용한다. 이론적으로 동일한 기준수준(성능)의 신호 전송 능력이 있을 때, 먼저 발생한 유인신호가 분석 이후 공격하는 재밍신호와 비교하여 상대적으로 빠르다고 할 수 있으므로, 유인 신호를 송신할 때, 고속 주파수 도약을 사용하는 것은 매우 유효하다고 볼 수 있다.

도 8은 유인신호를 위한 송신프레임의 구성도를 도시하고 있다.

송신프레임은 동기부와 데이터부로 구성되고, 동기부는 강력한 항재밍을 위한 고속의 주파수 도약 수행이 가능도록 설정한다. 그리고 데이터부는 재밍신호를 분석하기에 적합한 형태의 사전 정의된 정보를 포함한다. 데이터부는 저속 주파수 도약 수행이 이루어지도록 구성한다. 여기서 유인신호에 대한 송신프레임은 양 통신시스템 간에서 사전 정의된 정보이다.

도 9는 유인신호를 통해서 재밍 성능을 파악하기 위한 전체적인 개념도를 도시하고 있다.

송신기는 도 8에 도시하고 있는 바와 같은 송신프레임으로 구성된 유인신호를 송신한다. 수신기는 송신기가 송신한 신호를 수신하고, 이 과정에서 공격자 재머로부터 발생된 재밍신호가 송신신호와 혼재되어 수신신호로 수신되어진다. 즉, 수신기는 재밍신호로 인하여 오류가 발생한 수신신호를 수신하게 된다. 수신기에서 수신된 데이터는 재밍신호분석기에 전달된다.

재밍신호분석기는 수신신호와 학습된 데이터를 이용하여, 재밍 방식이 추적 재밍 방식임을 분석한다. 따라서 추적 재밍 신호의 채널정보수집을 통하여 재밍시간, 재밍 대역폭, 재밍 속도, 재밍 출력 등과 같은 재밍 성능을 분석한다.

도 9의 좌측 하단에 도시하고 있는 바와 같이 본 발명의 실시예에서 전송하는 유인신호도 주파수 도약 방식으로 전송이 이루어지고 있다. 그러나 이에 한정될 필요는 없다. 재밍된 다수의 유인신호로부터 재밍신호에 대한 채널정보수집을 통해서 재밍 성능 분석을 통하여, 추적 재밍신호가 판단 가능하다.

한편, 이 과정에서도 수신기에서 수신된 신호는 학습 엔진으로 전달되어 학습할 데이터로 활용되도록 한다. 즉, 학습 엔진은 실시간 학습이 이루어진다.

도 9에 도시하고 있는 바와 같이, 재밍신호에 대한 기법 및 재밍 성능이 분석되면, 분석된 재밍 정보에 기반하여 항재밍 방식이 설계된다. 즉, 항재밍 파라미터 선정과 항재밍 파라미터가 포함된 송신 프레임이 구성된다.

도 10은 분석된 재밍 정보에 기반하여 항재밍 파라미터 선정 및 송신프레임을 구성하는 개념도를 도시하고 있다.

분석된 재밍 정보에 기반해서 항재밍 방식은 FHSS 방식으로 선정한다. 그리고 도약대역폭, 채널대역폭, 도약 속도 등의 항 재밍 파라미터가 결정된다. 이 과정에서 분석된 재밍 성능에 기반해서 재밍 속도보다 빠른 도약 속도를 가지도록 홉의 길이를 정하고, 소용되는 데이터량에 따른 전송량 확보를 위한 채널대역폭을 결정한다. 그리고 이를 바탕으로 가장 적합한 전송규격(MCS 레벨)을 선정하여, 송신 프레임을 구성한다.

이후, 송신기는 구성한 송신 프레임을 이용하여 신호를 송신하고, 도 8에 도시하고 있는 바와 같이 송신된 전송신호는 재밍신호를 회피하면서 신호를 송신하는 것이 가능하게 된다. 도 10의 우측 하단을 보면, 분석된 재밍 정보를 바탕으로 항재밍이 적용된 송신프레임으로 구성된 송신신호는 재머에서 발생되는 재밍신호를 회피하여 전송되고 있음을 보여주고 있다.

이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

100,200 : 통신시스템 110,210 : 송신기
120,220 : 수신기 130,230 : 학습엔진
140,240 : 재밍신호분석기 150,250 : 항재밍 엔진
160,260 : 전송프레임생성기 300 : 재머

Claims (15)

1. 군 운용 환경에서 사용되는 학습 기반 항재밍 통신시스템에 있어서,
   재밍 공격을 유도하기 위하여 사전 정의된 유인신호를 송신하는 송신기;
   재밍된 유인신호를 수신하는 수신기;
   수신기를 통해서 수신되는 재밍된 신호를 머신러닝을 통하여 학습하고, 학습 결과를 축적하는 학습 엔진;
   수신기에서 재밍된 신호를 전달받아서 재밍신호를 분석하되, 사전 정의된 유인신호와 학습 엔진에서 사전 학습된 결과를 기반으로 재밍기법, 재밍시간, 재밍대역폭, 추적속도, 및 재밍출력을 분석하는 재밍신호분석기;
   재밍신호분석기에서 분석된 결과에 기반해서 항재밍기법, 항재밍 규격, 및 전송규격을 포함하는 항재밍 파라미터를 결정하는 항재밍 엔진; 및
   항재밍 엔진에서 결정된 항재밍 파라미터가 포함된 송신프레임을 재생성하고, 송신기를 통해서 송출하는 전송프레임 생성기를 포함하고,
   학습 기반 항재밍 통신시스템은,
   정상 통신 수행 이전에 유인신호를 발생하고, 유도된 재밍신호를 기반으로 초기 학습을 수행하여 사전 학습 결과를 축적하고,
   실제 운용 환경에서 사전 학습 결과에 기반한 유인신호를 발생하여, 유도된 재밍신호와 사전 학습 결과를 기반으로 재밍신호를 분석하고, 항재밍 파라미터가 포함된 전송 프레임으로 재구성하여 송수신하는 항재밍 운용을 수행하고,
   항재밍 운용이 이루어지는 상태에서도 유도된 재밍신호를 이용하여 추가 학습이 이루어지도록 제어하며,
   유인신호를 위한 송신 프레임은 고속 주파수 도약이 이루어지고 항재밍 파라미터와 프레임 동기정보를 포함한 동기부와, 저속 주파수 도약이 이루어지는 사전 정의된 정보로 구성된 데이터부를 포함하는 학습 기반 항재밍 통신시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   학습 엔진은 초기 학습 시의 재밍된 유인신호와 항재밍 운용시에 수신기를 통해서 수신되는 재밍된 유인신호 또는 재밍된 수신신호를 학습하고, 학습데이터를 생성하여 재밍신호분석기에 실시간 전달하는 학습 기반 항재밍 통신시스템.
3. 청구항 2에 있어서,
   전송프레임 생성기는 항재밍 엔진에서 선정한 항재밍 파라미터를 이용하여 송신프레임을 재구성하되, 동기부는 선정한 항재밍 파라미터를 포함하여 고속 주파수 도약의 항재밍 제어가 이루어지는 학습 기반 항재밍 통신시스템.
4. 청구항 3에 있어서,
   전송프레임 생성기는 결정된 항재밍 파라미터에 따라서 홉 길이, 채널 대역폭, 채널 간격, 변조 방식, 및 부호화방식이 가변되는 송신 프레임을 구성하는 학습 기반 항재밍 통신시스템.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 따른 학습 기반 항재밍 통신시스템을 적어도 두대 구비하고,
   통신시스템1에서 송신한 유인신호는 통신시스템2의 수신기와, 통신시스템1의 수신기에서 재밍된 유인신호로 수신되고,
   통신시스템1에서 송신한 항재밍 전송신호는 통신시스템2의 수신기에서 수신되는 학습 기반 항재밍 통신시스템.
6. 군 운용 환경에서 사용되는 학습 기반 항재밍 통신시스템의 제어방법에 있어서,
   송신기에서 재밍 공격을 유도하기 위하여 사전 정의된 유인신호를 송신하는 단계;
   수신기에서 재밍된 유인신호를 수신하는 단계;
   학습 엔진에서 수신기를 통해서 수신되는 재밍된 유인신호를 머신러닝을 통하여 학습하고, 학습 결과를 축적하는 단계;
   재밍신호분석기에서 수신기에서 재밍된 유인신호를 전달받아서 재밍신호를 분석하되, 사전 정의된 유인신호와 학습 엔진에서 사전 학습된 결과를 기반으로 재밍기법, 재밍시간, 재밍대역폭, 추적속도, 및 재밍출력을 분석하는 단계;
   항재밍 엔진에서 재밍신호분석기의 분석된 결과에 기반해서 항재밍기법, 항재밍 규격, 및 전송규격을 포함하는 항재밍 파라미터를 결정하는 단계;
   전송프레임 생성기에서 항재밍 엔진의 결정된 항재밍 파라미터가 포함된 송신프레임을 재생성하고, 송신기를 통해서 송출하는 단계를 포함하고,
   학습 기반 항재밍 통신시스템의 제어방법은,
   정상 통신 수행 이전에 유인신호를 발생하고, 유도된 재밍신호를 기반으로 초기 학습을 수행하여 사전 학습 결과를 축적하고,
   실제 운용 환경에서 사전 학습 결과에 기반한 유인신호를 발생하여, 유도된 재밍신호와 사전 학습 결과를 기반으로 재밍신호를 분석하고, 항재밍 파라미터가 포함된 전송 프레임으로 재구성하여 송수신하는 항재밍 운용을 수행하고,
   항재밍 운용이 이루어지는 상태에서도 유도된 재밍신호를 이용하여 추가 학습이 이루어지도록 제어하며,
   유인신호를 위한 송신 프레임은 고속 주파수 도약이 이루어지고 항재밍 파라미터와 프레임 동기정보를 포함한 동기부와, 저속 주파수 도약이 이루어지는 사전 정의된 정보로 구성된 데이터부를 포함하는 학습 기반 항재밍 통신시스템의 제어방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   학습 결과를 축적하는 단계는 학습 엔진에서 초기 학습 시의 재밍된 유인신호와 항재밍 운용시에 수신기를 통해서 수신되는 재밍된 유인신호 또는 재밍된 수신신호를 학습하고, 학습데이터를 생성하여 재밍신호분석기에 실시간 전달하는 학습 기반 항재밍 통신시스템의 제어방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   송신프레임을 재생성하고, 송신기를 통해서 송출하는 단계는, 항재밍 엔진에서 선정한 항재밍 파라미터를 이용하여 송신프레임을 재구성하되, 동기부는 선정한 항재밍 파라미터를 포함하여 고속 주파수 도약의 항재밍 제어가 이루어지는 학습 기반 항재밍 통신시스템의 제어방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   송신프레임을 재생성하고, 송신기를 통해서 송출하는 단계는, 결정된 항재밍 파라미터에 따라서 홉 길이, 채널 대역폭, 채널 간격, 변조 방식, 및 부호화방식이 가변되는 송신 프레임을 구성하는 학습 기반 항재밍 통신시스템의 제어방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    학습 기반 항재밍 통신시스템의 제어방법은, 적어도 두대 이상의 학습 기반 항재밍 통신시스템을 구비하여 상호 통신을 수행하되,
    통신시스템1에서 송신한 유인신호는 통신시스템2의 수신기와, 통신시스템1의 수신기에서 재밍된 유인신호로 수신되고,
    통신시스템1에서 송신한 항재밍 전송신호는 통신시스템2의 수신기에서 수신되는 학습 기반 항재밍 통신시스템의 제어방법.
    
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