서론

대전은 전장의 구성 요소들인 감시체계와 지휘통신체계, 타격체계까지 네트워크로 연결하여 전장의 상황을 실시간으로 수집하고 수집된 정보를 바탕으로 지휘권자의 결심을 도와 전장 상황에 대한 빠른 대응을 할 수 있도록 하는 네트워크 중심 전장 체계(NCW : Network Centric Warfare)로 변화하고 있다^[1]. 이러한 NCW의 핵심체계인 전술정보통신체계(TICN : Tactical Information and Communication Network)는 이러한 네트워크 중심전에서 정보의 원활한 유통을 위해 구축된 통신체계이며 그림 1과 같이 망관리/교환접속체계, 대용량 무선전송체계, 소용량 무선전송체계, 전술이동통신체계(TMCS: Tactical Mobile Communication System)등의 부체계로 구성된다^[2].

이 중 TMCS는 주파수 효율측면에서 강점이 있는 Wibro 기술 기반으로 만들어진 체계로 이동성을 지원하는 기지국인 지휘소 내부 및 주변 지역, 원격지역의 가입자들에게 사용자 휴대기기에 해당되는 전술다기능단말기(TMFT : Tactical Multi-Functional Terminal)를 통해 음성, 데이터 및 멀티미디어 서비스를 지원한다^[3-4].

TICN 사업은 장기간에 걸쳐 양산되는 만큼 상용품 단종에 대한 지속적인 관리가 요구된다. 또한 신속한 처리속도, 멀티미디어 서비스를 제공해야하는 장비 목적에 따라 TMFT의 복합적인 성능개선 및 기존 CPU 단종 도래에 따른 AP와 OS를 개선할 필요성이 대두되었다.

개선 내용 및 검증 결과

본 장에서는 군 이동통신체계 핵심 단말인 TMFT의 성능 개선 내용과 개선에 대한 검증 결과를 다룬다. TMFT의 성능 개선을 위하여 신규 AP를 선정하고 호환성 및 성능 개선을 위해 SW를 수정했다. 추가적으로 주변 부품의 개선과 함께 케이스 브래킷 형상 변경을 통해 안정성을 개선했다. 그리고 이에 대한 검증을 위해 온도측정 및 망 접속/유지 시간 시험을 수행했다.

개선 내용

TMFT는 Wibro 무선 전송방식을 이용하여 VoIP 기반의 음성/영상 서비스 및 기타 부가 기능을 제공한다. 신속한 처리 속도와 사용자가 요구하는 다기능의 멀티미디어 서비스를 제공하여야 하므로 이를 고려하여 AP와 OS를 선택할 필요가 있다.

이에 따라 적절한 AP를 선정하고 배터리 충전 및 기지국의 탐색, 연결 알고리즘을 개선하였으며, 주변 회로를 재설계했다.

기존 CPU 단종도래에 따라 선정된 Qualcomm社 SDA660 AP의 신속한 처리 속도와 다기능, 대용량의 멀티미디어 서비스를 제공하기 위하여 OS를 안드로이드 8.1.0 OREO로 선정했다.

추가적으로 PMIC(Power Management Integrated Circuit) 설정 변경을 통한 충전 시나리오 반영으로 충전 시간을 감소하고 내장 Coin Cell의 충전 알고리즘 변경으로 TMFT 미부팅 시에도 충전이 가능토록 개선했다.

또한 CM(Connection Manager) 알고리즘을 개선하여 접속시간을 단축했다. 기존 TMFT는 기지국 탐색 및 연결을 위해 그림 2와 같이 Call API 함수 등록 → Device open → Connection API initialization → RF search → network entry 절차를 거친다.

CM 알고리즘 개선을 통해 state flow chart를 수정하여 기지국 접속 후 망 단절 시 수행되는 불필요한 state flow를 생략하고 fast state를 정의하여 재접속 시간을 단축했다. 그리고 RF scan 결과를 주기적으로 모니터링 하는 방식에서 call-back 함수 방식으로 변경하여 주변 기지국 신호가 확인되면 즉각적으로 접속할 수 있도록 개선했다. 개선된 알고리즘은 아래의 그림 3과 같다.

TMFT 케이스 브래킷의 경우 PCB 재설계에 따른 부품의 종류 및 위치 변경으로 형상이 변경되었다. 또한 PCB를 브래킷에 고정하는 나사 홀을 추가하여 구조적인 안정성을 개선했다.

검증 결과

앞선 개선 내용을 검증하기 위하여 기존 및 개선된 TMFT 각각 2대의 시료를 그림 4와 같이 구성하여 온도측정 시험을 수행했다. 2차전지로 인한 용량 제한이 없도록 외부 전원을 공급하고 Full Operating Mode로 시험 환경을 구성했다. 그림 5와 같이 33개(전면 15개, 후면 18개)의 측정위치 온도를 12시간 및 24시간 후 측정하여 표 1에 나타냈다.

24시간 작동 후의 기준으로 온도는 기존보다 개선 후에 최대 10℃ 정도 감소했고(위치 3 및 17), 평균온도 변화폭이 표 2와 같이 12시간 후 전면 기준 5℃, 후면기준 3℃ 정도 각각 감소함을 확인했다. 24시간 작동 후의 평균온도 또한 전면 기준 6℃, 후면기준 4℃ 이상 개선됨을 확인했다.

이러한 실험 결과는 Full Operating Mode에서 개선된 TMFT의 소비전력 감소와 CPU의 효율적인 Core 운용을 간접적으로 입증한다.

TMFT의 부팅 속도 또한 CPU 처리속도 향상에 기인하여 예상한 바와 같이 기존 TMFT보다 6초정도 단축되어 성능이 개선되었음을 확인했다.

ICS OS적용한 기존의 단말의 경우 그림 6과 같은 운용지형에 대한 평균 접속시간이 4분 3초인 반면 OREO를 탑재한 개선된 TMFT 단말의 경우 평균 6분 27초로 평균 접속시간이 연장됨을 확인했다. 또한 망 단절 후 재접속 시간도 기존의 단말의 경우 10~15초에서 개선 후 2초 정도로 단축됨을 확인했다. 이러한 시험결과 외에도 그림 6에서 TMFT의 접속 상태를 나타내는 색상을 살펴볼 때, 음영지역을 나타내는 검은색 구간이 현격히 감소하고 접속 상태가 최상인 초록색 구간이 눈에 띄게 증가한 것을 확인함으로써 TMFT의 망접속/유지 시간이 향상되었음을 간접적으로 입증가능하다.

추가적으로 TMFT의 해당 국방규격에서 요구하는 환경시험 및 전자기 간섭 시험의 요구조건도 모두 만족함을 확인했고 시험을 통해 TICN 체계와의 운용성도 검토한 결과, 즉시 호환 가능함을 확인했다.

결론

본 기고문에는 TMFT의 성능 개선을 위한 TMFT 재설계 연구 및 검증 내용을 담았다. 개선된 TMFT에는 신규 AP를 적용하고 주요 부품을 변경, 개선하였으며 이를 운용하기 위한 운용소프트웨어(OS)를 업그레이드하여 TICN 체계에서 운용가능하고 규격요구사항을 만족하도록 TMFT를 개선하였다.

또한 Full Operating Mode에서의 단말 온도측정 시험을 통해 개선된 TMFT의 효과적인 동작을 간접적으로 입증하였고 개선 S/W의 효과를 검증하기 위해 운용환경 시험을 통해 접속시간이 50% 이상 연장됨을 확인했다. 그리고 TMFT에 대해 환경시험 및 전자기간섭 시험을 포함한 최초생산품 검사를 수행하여 개선된 TMFT의 신뢰성을 검증했다.

Wibro와 Microwave 등의 기술을 이용해 군의 지휘통제 및 무기체계를 유 · 무선으로 연결하는 차세대 군용망 고도화 사업인 TICN 체계에서 개선된 TMFT를 통해 기존체계와 호환가능하고 개선된 OS 및 SW를 탑재하게 되어 더욱 효과적인 TMCS와의 작전운용 수행이 가능하게 되었다.

추후에도 이와 같은 성능개선을 통해서 전력 향상 및 안정적인 군수품의 전력화가 가능하도록 지속적인 개선 사항 도출 및 성능 개선이 이루어져야 할 것이다.