서론

유·무인 복합체계는 (Man-Unmanned Teaming, MUM-T) 유인기와 한 대 혹은 여러 대의 무인기들이 하나의 팀으로 역할을 수행함으로써 무인기가 유인기의 임무를 효율적으로 지원하는 무기체계 개념이다. 그림 1과 같이 육·해·공 전 영역에 걸친 개념으로 미래 전장에 필수적이라고 할 수 있으며, 선진국에서도 발전하는 전장개념에 맞춰 MUM-T와 관련한 유인기의 개조·개발 및 무인기 개발을 실시하고 있다. 미 국방부에서는 무인체계 통합 로드맵을 통해 그림 2와 같이 하드웨어와 소프트웨어를 일대일로 연동하여 개발하던 스토브-파이프(Stove-Pipe) 방식에서 벗어나 저비용으로 통합전장능력을 확보하기 위하여 개방형 시스템 아키텍처(Open System Architecture, OSA) 적용을 추진하고 있다.^[1]

따라서 이미 무기체계에 적용되어 검증된 사례가 있는 3가지 개방형 시스템 아키텍처를 비교하여 MUM-T의 공통 아키텍처로 개방형 시스템 아키텍처를 적용하기 위한 방안을 살펴보고자 한다.

개방형 시스템 아키텍처란?

개방형 시스템 아키텍처에 대한 용어와 특징을 살펴보면 다음과 같다.

관련 용어

아키텍처

아키텍처는 컴퓨터 공학 분야에서 일반적으로 컴퓨터 시스템 혹은 소프트웨어의 구성을 일컫는 말로 아래의 IEEE 표준에서 제시한 정의를 참조할 수 있다.

「아키텍처는 시스템이 포함하고 있는 컴포넌트와 각 컴포넌트들 사이의 관계 및 환경의 상호작용과 함께 설계와 진화를 조직화하는 원칙과 지침에 대한 기본적인 구성이다.」^[2]

개방형 아키텍처

아키텍처를 개방형으로 표현하는 것은 아키텍처와 관련된 정보, 기술 등이 계약과 같은 특별한 관계를 맺지 않아도 획득할 수 있도록 공개되어 있다는 의미이다. 이와 마찬가지로 아키텍처 관련 요소들인 인터페이스, 표준, 시스템에 대해서도 유사한 의미를 적용하고 있다.

개방형 시스템 아키텍처

시스템 아키텍처는 각 기능이 모듈화되어 있는 시스템 구조로 개방형 의미가 시스템 아키텍처에 접목됨으로써 이전에 사용되던 시스템의 제한된 기능과 확장 문제를 시스템 구조에 개방성과 유연성을 부여함으로서 새로운 시스템의 추가 및 삭제를 용이하도록 한다.

개방형 시스템 아키텍처 특징

이러한 개방형 시스템 아키텍처의 주요 특징은 다음과 같다.

• 모듈성(Modularity) : 각각의 모듈로 구성되어 있으며, 각 모듈은 독립적으로 설계, 개발, 유지보수 가능
• 유연성(Flexibility) : 다양한 모듈로 구성되어 있으며, 이들 모듈간 유연하게 연결
• 상호운용성(Interoperability) : 각 모듈 간의 인터페이스가 표준화로 다른 시스템과의 상호운용성 확보
• 확장성(Scalability): 새로운 기능과 모듈 추가로 확장 용이
• 신뢰성(Reliability): 각 모듈이 독립적으로 작동하며, 한 모듈이 문제가 생겨도 다른 모듈은 정상적으로 작동할 수 있어 시스템 전체의 안정성이 높음
• 보안성(Security) : 각 모듈의 보안 강화로 전체 시스템의 보안성 향상
• 유지보수성(Maintainability) : 모듈화된 구조로 유지보수 및 업그레이드 용이
• 재사용성(Reusability): 각 모듈이 재사용이 가능하므로 개발 비용과 시간 절약

이러한 특징은 시스템의 설계, 구축, 운영, 유지보수 등 모든 단계에서 중요한 역할을 하며, 이를 통해 최신 무기체계 구축의 새로운 패러다임을 제시하고 있다.

개방형 시스템 아키텍처 비교

무인시스템 제어 세그먼트 아키텍처

무인시스템 제어 세그먼트 아키텍처( Unmanned Systems(UxS) Control Segment (UCS) Architecture)는 최초에 미 국방부 획득&유지 차관에서 무인 항공기를 위해 개발하였으나, SAE 표준단체의 UCS 워킹그룹에 이관하면서 현재는 항공기뿐만 아니라 모든 무인 시스템에서 다루도록 확장되어 다양한 무인 시스템을 상호운용성이 높고 효율적인 방식으로 운영할 수 있도록 표준화되었다.[3] 이 아키텍처는 일관성 있고 체계적인 접근 방식을 장려하기 위해 4가지 산업 표준인 OMG SoaML, UML, ISO/IEC 42010, Open Group SOA Ontology를 채택하였다. 무인 시스템의 명령, 제어, 통신, 지원 및 유지 보수를 위한 표준화된 인터페이스와 프로토콜을 정의함으로써 다양한 무인 시스템간 상호운용성을 제공하고 있다.

무인시스템 제어 세그먼트 아키텍처는 다음과 같은 요소로 구성된다.

• 무인 시스템 : 실제 시스템으로, 무인 항공기, 로봇, 수중 탐사기 등이 해당
• 지상 제어 스테이션(Ground Control Station, GCS) : 무인 시스템을 제어하는 컴퓨터 시스템으로 지상에 설치
• 통신 링크 : UxS와 GCS 간의 통신을 위한 무선 링크
• 네트워크 : UxS와 GCS 간의 데이터 교환
• 인터페이스 : 각 구성 요소 간의 표준화
• 프로토콜 : 데이터 전송 및 제어를 위한 표준화

이러한 구성 요소들은 그림 3와 같은 레이어 아키텍처를 기반으로 각각의 표준화된 인터페이스와 프로토콜을 이용하여 상호 작용하며, 이는 UxS 제어 시스템을 모듈화하고, 새로운 무인시스템을 추가하거나 기존 시스템의 업그레이드를 용이하게 한다.

개방형 임무시스템 이니셔티브 아키텍처

개방형 임무 시스템 이니셔티브(Open Mission Systems Initiative, OMSI)는 미 공군 수명주기관리센터(Air Force Life Cycle Management Center, AFLCMC)와 공군 연구소 센서 본부(Air Force Research Laboratory Sensors Directorate)가 협업하여 다양한 무인 시스템 및 플랫폼에서 발생하는 문제점들을 해결하기 위해 기존의 고정된 프로토콜 및 인터페이스를 표준화하여 상호운용성을 확보하고 비용 효율화를 위하여 개발한 아키텍처이다.

구체적으로는 그림 4과 같이 치명성 추상화 레이어(Critical Abstraction Layer)를 기준으로 항공전자 서비스 버스(Avionics Service Bus) 플랫폼으로부터 임무 페이로드와 소프트웨어 서비스를 격리하고 UAS C2 Initiative(UCI) 표준에 기반한 메시지 전달함으로써 임무 제어를 수행하고 있다.

미래 항공 운용능력 환경 아키텍처

미래 항공 운용능력 환경(Future Airborne Capability Environment, FACE)은 항공전자 장비 시스템 간의 상호 운용성과 이식성을 위한 표준을 제공하는 아키텍처이다. 정부와 관련 산학연을 포함한 85개 이상 단체에서 자발적으로 참여하여 개발하여 항공 운용체계에서 사용되는 소프트웨어 구성요소들이 다양한 시스템 간에 상호 연결되고 운용될 수 있도록 표준화하였다.^[4]

FACE는 항공 운용체계에서 소프트웨어 구성 요소들이 재사용성 가능한 구조로 개발 비용을 줄이고 운용 능력을 향상시킬 수 있도록 하고 있다. 이를 위해 FACE 아키텍처는 그림 5와 같이 시스템의 각 부분이 표준화된 인터페이스를 통해 상호작용할 수 있도록 하며, 개발자들은 이러한 표준 인터페이스를 사용하여 소프트웨어 구성요소를 개발할 수 있다. 기존 항공 운용체계에서 사용되는 다양한 시스템들이 새로운 기술과 표준 인터페이스를 통해서 상호 연결되고 함께 동작될 수 있도록 하여 항공 운용체계의 효율성을 높이고 신규 항공전자 장비 도입시 유연하게 대처할 수 있는 능력을 확보할 수 있게 되었다.

개방형 시스템 아키텍처 비교

UCS 아키텍처, OMSI 그리고 FACE 아키텍처는 모두 상호운용성을 강화하고 시스템의 복잡성을 최소화에 초점을 맞추고 있다. 그러나 이러한 아키텍처들 사이에는 다음과 같은 차이점이 있다.

UCS 아키텍처는 무인 시스템의 개발 및 통합에 대한 개방형 시스템 접근 방식을 제공하는 것으로 이는 서로 다른 무인 시스템 간의 상호운용성과 이식성을 가능하게 하는 표준화된 인터페이스와 프로토콜 집합을 정의한다. 따라서 UCS 아키텍처는 공중 및 지상 차량을 포함한 무인 시스템의 제어 및 관리에 초점을 두고 있으며 감시, 정찰, 대상 인식 및 무기 배치 등 다양한 임무 및 응용 분야를 지원하도록 설계되었다.

반면, OMSI 및 FACE 아키텍처는 무인 시스템에만 특화되어 있지 않고 좀 더 일반적인 적용을 목적으로 한다. OMSI 아키텍처는 시스템간 통신을 위한 일련의 표준 프로토콜을 제공하는 계층적인 아키텍처이다. 이는 시스템 간 데이터 교환 및 통신을 가능하게 하는 프로토콜과 서비스를 제공하고 있다. OMSI 아키텍처는 무기체계뿐만 아니라 민간 응용 분야에서도 폭넓게 적용되고 있다.

FACE 아키텍처는 소프트웨어 응용프로그램 및 인터페이스에 대한 표준을 정의하여 서로 다른 항공전자 장비 시스템 간의 상호운용성과 이식성을 확보할 수 있다. 소프트웨어 구성 요소의 재사용성을 향상시키고 개발 비용을 줄이며 새로운 기능을 빠르게 적용할 수 있다.

이러한 3개의 아키텍처를 비교해 보면 UCS 아키텍처는 무인 시스템의 개발 및 통합에 특화되어 있으나, OSI 및 FACE 아키텍처는 더 일반적인 목적으로 사용되고 있다. OSI 아키텍처는 시스템 간 통신을 위한 프로토콜을 정의하고, FACE 아키텍처는 항공전자 장비 시스템 간의 상호 운용성과 이식성을 위한 표준을 제공한다. 각각의 개방형 시스템 아키텍처들은 적용 목적 및 대상에 따라 해당 분야에서 상호운용성을 강화하고 시스템 복잡성을 줄이는 데 중요한 역할을 하고 있다.

개방형 시스템 아키텍처 적용방안

유무인 복합체계를 위한 개방형 시스템 아키텍처를 적용하기 위해서는 아키텍처를 구성하는 요소별 상호운용성 확보가 매우 중요하며 이와 관련된 구체적인 내용은 아래와 같다.

• 플랫폼 상호운용성 : 모듈화된 구성 요소와 개방형 인터페이스를 통해 다양한 플랫폼에서 OSA 적용하고 운용
• 데이터 상호운용성 : 데이터 모델과 표준화된 데이터 형식을 통해 다양한 데이터를 효율적으로 공유하고 활용
• 시스템 상호운용성 : 프로토콜과 표준화된 인터페이스를 통해 다양한 무인 시스템을 통합하여 운용

이들 아키텍처 요소별 상호운용성 확보를 위한 공통적인 적용방안은 아래와 같이 도출할 수 있다.

• 개방형 표준 인터페이스 채택 : 다른 시스템과 통합 운용 및 호환 가능
• 모듈화 및 레이어 구조화 : 개별적으로 개발된 모듈간 상호작용할 수 있도록 함으로써 시스템의 각 모듈을 독립적으로 개발 가능, 필요한 모듈을 교체하거나 추가하여 시스템을 유연하게 운용 가능
• 표준 데이터 모델 정의 : 시스템 간 데이터 교환이 용이하고 이를 통해 시스템 간 데이터의 일관성 유지 및 데이터 변환과 매핑을 최소화하여 상호운용성 향상
• 보안 프로토콜 표준화 : 시스템의 안전성을 보장하고, 보안 위협에 효과적인 대응이 가능

이러한 개방형 시스템 아키텍처의 설계요소를 적용함으로써 첫째, 유무인 복합체계 간 상호운용성을 보장하고 둘째, 다양한 모듈과의 통합을 용이하게 하여 더욱 효율적이고 유연한 시스템을 운용할 수 있으며 셋째, 시스템 전반의 보안과 안전성을 보장할 수 있다. 현재 우리나라에서 개발되고 있는 무기체계 시스템은 전통적인 스토브-파이프형태로 폐쇄형 방식이다. 이는 여러 무기체계에서 유사한 기능 요구사항을 가지고 있지만 대상체계에만 적용 가능하도록 개발되어 프로그램 간 코드 및 구성 요소의 재사용을 어렵게 하고 있으며 유사한 기술이 반복적으로 개발되는 문제점이 있다.

미래전장에서는 유무인 복합체계가 선택이 아닌 필수사항으로 요구되고 있으며, 이에 소요되는 핵심기술인 개방형 시스템 아키텍처를 적용하고 단계적으로 고도화하여 국내 국방사업의 대외경쟁력을 강화할 수 있는 기반을 마련하여야 할 것이다.