Network Centric Warfare (NCW) is a military doctrine or theory of war pioneered by the United States Department of Defense in the 1900s. The major content of the NCW is translating an information advantage, enabled in part by information technology, into a competitive advantage. In the battleground of the NCW, Sensor - Command & Control (C2) - Shooter cycle plays a significant role during the battle. The function of each element is follows. Sensor, such as Unmanned Aerial Vehicle (UAV), detects the movement of enemy. C2 recognizes the situation of battle filed from detected information and allocates weapons to attack target. Finally, Shooter, such as fighter plane, attacks enemy based on the detected information by C2. When the enemy emerges in the battle filed, the sensor detects them and transmits the information to C2 through communication equipment. And then, C2 recognizes the situation from the detected information and assigns weapons, and sends fire request to the shooter using the communication equipment. Lastly, shooter attacks enemy when receiving the fire order.
In this cycle, the results of combat can be changed by the response time for detected enemy target. If the response time increases, the enemy can evade during reaction time. On the other hands, if the response time decreases, the shooter can cause more damage to the enemy. Therefore, reducing the response time is the most important thing in NCW. The time delay is related to communication and C2 structures. In case of the communication, the time delay can occur by the property of the communication equipment. Also, in case of the C2 structures, the time delay can be caused by the number of stages of C2 structures. For this reason, modeling the C2 structures and communication is important. Even though there have been several studies on C2 structures and communication effects, these researches have limitations in changing C2 structures and testing various communication scenario because of the restricted structures and slow execution speed of the communication simulator.
This thesis proposes a method to modularize the C2 model, using discrete event system specification formalism, and a method to abstract the communication simulator, using the metamodel based on discrete event system. In case of the C2 model, we make the reconfigurable structure separating C2 from existing structure. Also, in case of the communication, we construct the metamodel of the simulator. Since the communication simulator is a dynamic system, the existing methods of metamodel in the static system can not describe the property of communication simulator due to the shortage of its power of expression. Therefore, this thesis suggests a discrete event metamodel which is a metamodel method described by discrete event systems.
In order to show the feasibility, this thesis presents an reconfigurable C3 simulation framework and its case study. Users can easily simulate various C2 structures or communication effects through this framework. Moreover, users can test the C2 structures by changing C2 model, and analyze communication effects in a short space of time by using the discrete event metamodel. Also, users can use the communication simulator if user wants the results of simulation with high accuracy. In this paper, we show that application on new C2 structures and effectiveness of discrete event metamodel through interoperation simulation between wagame simulator of mission level and communication decribing SPIDER net. By the result of experiments, the performance of discrete event metamodel is measured about 100 times higher than the that of communication simulator with reasonable accuracy.
Network Centric Warfare(NCW)는 1990년 미 국방성으로 부터 유래된 새로운 전쟁 용어이다. NCW의 핵심 내용은 IT기술에서 얻은 정보의 우위를 전투력으로 이용하는 것이다. 이러한 NCW 전장 환경에서 센서-C2(Command & Control)-슈터의 사이클은 중요한 역할을 수행하고, 각 요소들의 기능은 다음과 같다. 센서는 적의 움직임을 탐지하는 역할을 수행하고, 대표적인 예로는 Unmanned Aerial Vehicle (UAV) 이 있다. C2는 탐지 정보로 부터 전장 상황을 인식하고, 적을 어느 무기로 공격할지에 대한 무기 할당을 수행한다. 마지막으로, 슈터는 C2로 부터 받은 정보를 이용하여 공격을 수행하고, 대표적인 예로는 전투기가 있다. NCW 전장 환경에서 적이 침입하면, 센서는 이를 탐지하고 탐지 정보를 통신 장비를 통해 C2로 전달한다. 그러면 C2는 이를 받아 전장상황을 인식 및 무기 할당을 수행한다. 그리고 슈터에서 통신을 통해 화력요청을 하게 된다. 최종적으로 이를 전달받은 슈터는 적을 공격하게 된다.
이러한 사이클에서 전쟁의 결과는 적을 반응한 직후부터 공격까지의 반응 시간에 따라 달라질 수 있다. 반응 시간이 길어지면, 그 사이 적은 회피할 수 있다. 반면에, 반응 시간이 감소하면, 슈터는 적에게 더 많은 피해를 입힐 수 있다. 그러므로 NCW에서는 응답시간을 줄이는 것이 가장 중요하고, 이는 C2의 구조와 관련된다. 통신의 경우, 통신 장비의 특성이 이와 같은 지연 시간을 발생시킨다. 또한, C2 구조의 경우, C2 구조의 단계의 수가 지연 시간과 관련된다. 이러한 이유로, 통신과 C2 구조에 대한 모델링이 중요하다. 비록 기존에 이와 관련된 연구가 있었으나, 이러한 연구들은 C2 구조를 바꾸는 점과 통신 시뮬레이터의 실행속도가 느려서 다양한 시나리오를 실험해 볼 수 없다는 점에 대한 문제점이 있었다.
본 연구에서는 이산 사건 시스템을 사용한 모듈화된 C2 모델과 이산 사건 시스템 기반으로 통신 시뮬레이터를 추상화 하는 방법을 제안한다. C2 모델의 경우, 기존의 C2 구조에서 C2 모델을 분리시켜 재구성이 용이한 구조를 구성하였다. 또한, 통신의 경우, 통신 시뮬레이터가 동적 시스템 특성을 가지고 있었으므로, 기존의 정적 시스템을 표현하는 메타모델 방법론으로는 표현이 불가능하였다. 이를 해결하기 위해, 이산 사건 시스템으로 표현된 이산 사건 메타모델을 제안하였다.
이를 위해, 본 논문에서는 재구성이 용이한 C3 시뮬레이션 프레임워크와 관련 실험을 제시하였다. 사용자는 이 프레임워크를 통해 다양한 C2 구조와 통신 효과를 쉽게 시뮬레이션 할 수 있다. 더욱이, 사용자는 C2 모델을 변경해가면서 C2 구조를 실험 할 수 있고, 이산사건 메타 모델을 사용하여 빠른 시간에 통신 효과를 분석할 수 있다. 또한, 만약 정밀한 시뮬레이션 결과가 요구되는 경우, 통신 시뮬레이터를 사용하여 시뮬레이션 할 수 있다. 본 논문에서는 임무급 워 게임 시뮬레이터와 SPIDER 망을 묘사하는 통신 시뮬레이터의 연동 시뮬레이션을 통해, 새로운 C2 구조를 적용해 보고, 이산 사건 메타 모델의 효율성을 측정해 본다. 실험의 결과로써, 이산 사건 메타 모델을 사용하는 경우, 통신 시뮬레이터를 사용하는 경우보다 속도 측면에서 100배 정도의 우수한 성능을 기록하였고, 또한 정확성도 보장 할 수 있었다.
