I propose UML-based Modeling and Simulation(M&S) approach which uses UML 2.0 as the requirements specification method as well as development tool for a simulation model of a mission-critical embedded software system. Defense embedded system usually needs to satisfy quite stringent requirements and requires high cost for building and testing. It is therefore highly recommended to apply M&S method to evaluate the requirements of the proposed system during the development. However, it is difficult to apply M&S because it is difficult to transform the requirements into a simulation model without sound knowledge on both simulation technique and the target domain. The proposed approach defines the needed constraints to UML diagrams, specifies the behavioral requirements with the constrained sequence diagram, synthesizes the state machines from the sequence diagrams, and then transforms the UML diagrams into the simulation model using transformation rules. This approach provides efficient way of applying M&S to the development of a Mission-critical Defense System. I applied this approach to develop the Fire Control System (FCS) of the Navy's warship.
Fire Control System(FCS) 같은 내장형 시스템은 시스템의 정밀하고 정확한 동작을 위해 엄격한 컴포넌트 사이의 입/출력 제어와 시간 제어를 요구한다. 그리고 이와 같은 요구사항을 만족시키기 위해 가장 좋은 방법은 시스템 개발 후 실제 시스템을 이용해 테스트하고 보완하는 것이다. 하지만, 이 방법은 시스템의 개발이 완료된 후에나 실행할 수 있고, 엄청난 비용의 낭비를 초래할 수 있기 때문에 실제상황에서는 거의 사용이 불가능한 방법이라 하겠다. 이와 같은 문제를 해결하기 위한 가장 좋은 방법 중 한 가지는 미 국방성(Department of Defense)에서 권장하는 M&S 방법을 시스템 개발 시에 사용하는 것이다.
시스템 개발을 위해 시뮬레이션 기법을 사용하기 위해서는 다음의 몇 가지 사항을 고려하여야 한다. 첫째, 시스템 개발자는 대상 도메인의 지식뿐만 아니라 상당한 시뮬레이션 기술들을 습득하고 있어야 한다. 하지만, 일반적으로 개발자는 대상 도메인에 대해 잘 알지 못하고, 도메인 전문가는 시뮬레이션 기술에 대해 잘 알지 못하므로 이들 사이의 원활한 의사소통을 위해 시뮬레이션 모델은 이해하기 쉬워야 한다. 둘째, 시뮬레이션 모델은 처음부터 세부적으로 만들기 어렵기 때문에 모델의 추상화 단계를 낮추어 가며 점진적으로 만들 수 있어야 한다. 셋째, 시뮬레이션 모델은 시스템 전체를 표현 할 수 있어야 하고 모델을 통해 시스템의 완전성을 검증할 수 있어야 한다. 마지막으로 시뮬레이션 모델을 이용해 쉽게 시뮬레이터를 구현할 수 있어야 한다. 특히, 시뮬레이터의 핵심은 시뮬레이션의 세밀한 시간관리라고 할 수 있는데, 개발자가 일일이 시스템 전체의 시간을 프로그램화하여 관리하려면 오류가 발생할 여지가 많고, 이에 따라 시뮬레이터 동작의 정확성에 문제가 있을 수 있기 때문이다. 지금까지 살펴본 사항들을 고려하기 위해서는 M&S를 효과적으로 실행하기 위한 방법이 필요하게 된다.
본 논문에서는 위에서 제시한 사항들에 대한 해결책을 포괄하는 내장형 시스템의 시뮬레이션을 위한 방법으로써 이해하기 쉽고 시스템 개발에 널리 사용되고 있는 UML 2.0을 이용한 UML-based M&S 기법을 제안하였다. 특히, 제안된 기법에서는 개발 초기에 좀 더 사용자 친화적이고 이해가 쉬운 Sequence diagram을 이용하여 사용자의 요구사항을 모델링하였고, 모델링하기 쉽지 않은 State Machine을 자동으로 생성하게끔 함으로써 좀 더 쉽고 효율적으로 요구사항을 분석할 수 있게 하였다. 그리고 UML 2.0을 시뮬레이션 모델을 만들기 위한 도구로 사용하기 위해 시뮬레이션을 위한 UML의 기본 요소들을 정의하였고, 필요한 제약사항들을 설정하여 차후에 특화된 시뮬레이션 모델로의 전환이 가능하도록 하였다. 물론, 최근의 Case Tool을 이용하면 UML모델만으로 시뮬레이션을 실행 할 수도 있지만, 이는 모델 자체의 검증 기능만 제공할 뿐 시스템의 시뮬레이션을 위한 기능이 아니며, Case Tool 안에서만 실행되기 때문에 본 논문에서 얘기하는 시뮬레이션의 개념과는 차이가 있다. 또한, UML을 이용해 모델링한 시스템을 구현하기 위해서는 시뮬레이터 전체의 시간관리가 포함되어 모델링 되어야 하나, 이는 매우 복잡하고 어려운 작업으로 많은 오류의 여지를 포함할 뿐만 아니라 구현 시에도 시뮬레이터 전체의 시간 관리를 직접 프로그램화해야 하는 어려움을 가지고 있다. 이와 같은 이유로, 현재 여러 곳에서 제공되는 특화된 시뮬레이션 모델과 엔진을 사용하여 시뮬레이터를 구현하도록 함으로써 시뮬레이션의 전체적인 시간 관리는 모델단계에서 생략하도록 하였고, 제공된 라이브러리를 이용하여 구현 또한 쉽게 할 수 있도록 하였다. 또한 시뮬레이션 모델 이론을 통해 시뮬레이션을 위한 모델의 완전성도 더불어 검증 할 수 있도록 하였다. 그리고, 해군 고속정 구축 프로젝트의 실 사례를 이용해 제안된 기법을 적용해 보았다.
