모델링 시뮬레이션 공학

김탁곤(Tag Gon Kim) 한국정보과학회 2007 정보과학회지 Vol.25 No.11

워게임 모델과 통신 모델의 연동을 통한 전투력 및 통신시스템 요구 성능의 상호 분석

김탁곤(Tag Gon Kim),김덕수(Deok Su Kim),성창호(Changho Sung) 한국통신학회 2012 韓國通信學會論文誌 Vol.37 No.10(융합기술)

복합체계 개념에 기반한 국방체계 모델링 시뮬레이션 방법론

김탁곤(Tag Gon Kim),권세중(Se Jung Kwon),강봉구(Bonggu Kang) 대한산업공학회 2013 대한산업공학회지 Vol.39 No.6

A complex system such as defense systems is in a form of System of Systems (SoS) in which each component is a system being independent of other component systems. Dynamical behavior of SoS is represented by a composition of behaviors of component systems. Thus, a M&S tool/environment would not be efficient for development of heterogeneous models nor for simulation in a centralized environment. Moreover, such an environment restricts reusability and composability. This paper presents an interoperation method for M&S of defense systems as SoS. The approach first develops component system models using tools, each specialized to M&S of each component system. It then interoperates such simulations together to simulate a whole system as SoS. HLA/RTI is employed for such interoperation, which is a DoD/IEEE standard to support interoperation. We will introduce a case study for interoperable simulation of defense systems, which consists of a wargame simulator and a communication simulator.

C-DEVS형식론을 이용한 실시간 이산사건 제어시스템의 논리 해석 기법

송해상(HAESANG SONG)김탁곤(Tag-Gon Kim) 한국시뮬레이션학회 2012 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.21 No.4

실시간 시스템의 복잡도가 증가함에 따라 임시방편적 시스템 해석 방법은 시스템 동작 영역 전체를 완전하게 분석하는 데는 한계가 있다. 모델링을 기반으로 한 정형 기법은 그러한 한계점을 극복 할 수 있다. 본 논문은 모델 기반 정형 기법을 이용하여 실시간 시스템의 안전성 및 필연성 등과 같은 논리적 타당성을 이산 사건 모델 수준에서 분석하는 방법을 제안한다. 먼저, 분석 대상 실시간 시스템은 이산사건 수준에서 계층적으로 모듈화하여 모델을 명세하는 수학적 형식론인 DEVS (Discrete Event Systems Specification) 형식론으로 기술된다. 다음으로, 기술된 DEVS 모델은 시간 명세가 포함된 전역 상태 공간을 표현하는 C-DEVS (Communicating DEVS) 형식론으로 표현한 후 C-DEVS 형식론의 해석 알고리즘을 통해 시스템 동작을 분석된다. 제안된 C-DEVS 형식론 및 해석 알고리즘은 주어진 시스템의 동작 특성을 분석하는 과정에서 시스템의 상태 공간을 완전하게 빠짐없이 탐색하는 것을 보장한다. 간단한 건널목 제어 시스템의 안전성 분석 사례 연구를 통하여 제안된 모델 기반 해석 기법의 효율성을 예시 하였다. As complexity of real-time systems is being increased ad hoc approaches to analysis of such systems would have limitations in completeness and coverability for states space search. Formal means using a model-based approach would solve such limitations. This paper proposes a model-based formal method for logical analysis, such as safety and liveness, of real-time systems at a discrete event system level. A discrete event model for real-time systems to be analyzed is specified by DEVS(Discrete Event Systems Specification) formalism, which specifies a discrete event system in hierarchical, modular manner. Analysis of such DEVS models is performed by Communicating DEVS (C-DEVS) formalism of a timed global state transition specification and an associated analysis algorithm. The C-DEVS formalism and an associated analysis algorithm guarantees that all possible states for a given system are visited in an analysis phase. A case study of a safety analysis for a rail road crossing system illustrates the effectiveness of the proposed method of the model-based approach.

IEEE 1516 HLA/RTI를 이용한 복합 시스템의 다측면적인 모델링 방법론

김병수,김탁곤,Kim, Byeong Soo,Kim, Tag Gon 한국시뮬레이션학회 2017 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.26 No.2

System Entity Structure/Model Base (SES/MB) 프레임워크는 하나의 시스템이 가지는 모든 대안들을 총체적으로 표현하는 다측면적인 시스템 모델링 방법이다. 이는 모델들의 재사용성을 향상시키고, 단일 시스템의 구조를 효과적으로 관리할 수 있다. 하지만 실세계는 단일 시스템으로만 이루어진 것이 아니라, 개별적인 시스템들의 집합체인 복합 시스템으로 이루어진 경우가 많다. SES/MB는 분산 환경에서 복합 시스템의 시뮬레이션 하는데 한계가 있기 때문에, 복합 시스템을 위한 확장된 방법이 필요하다. 본 논문은 분산 환경에서 시뮬레이터들 간의 시뮬레이션을 위한 System of Systems Entity Structure/Federate Base (SoSES/FB)를 제안한다. 제안하는 방법은 국제 연동 표준인 HLA/RTI에 기반하며, 시뮬레이터 집합의 구조를 표현하는 System of Systems Entity Structure (SoSES) 형식론과 시뮬레이터들의 라이브러리(FB)를 포함하는 환경을 제공한다. 또한 제안된 SoSES/FB를 분산 시뮬레이션 개발 과정에 적용한 방법론을 제안한다. 본 논문은 제안하는 방법을 다섯 개의 독립적인 시뮬레이터들로 구성되어 있는 대공방어 시뮬레이션에 적용한 사례를 소개한다. System Entity Structure/Model Base (SES/MB) enhances organizing model families and storing and reusing model components in the multifaceted system modeling. However, the real world can be described not only an individual system but also a collection of those systems, which is called system of systems (SoS). Because SES/MB has a limitation to simulate the SoS using HLA/RTI, an extended framework is required to simulate it. Therefore, this paper proposes System of Systems Entity Structure/Federate Base (SoSES/FB) for simulation in a distributed environment (HLA/RTI). The proposed method provides the library of federates (FB) and System of System Entity Structure (SoSES) formalism, which represents structural knowledge of a collection of simulators. It also provides a methodology for the development process of distributed simulation. The paper introduces the anti-missile defense simulation using the proposed SoSES/FB.

사물-사람 간 개인화된 상호작용을 위한 음향신호 이벤트 감지 및 Matlab/Simulink 연동환경

이상현,김탁곤,조정훈,박대진,Lee, Sanghyun,Kim, Tag Gon,Cho, Jeonghun,Park, Daejin 대한임베디드공학회 2015 대한임베디드공학회논문지 Vol.10 No.4

Most IoT-related approaches have tried to establish the relation by connecting the network between things. The proposed research will present how the pervasive interaction of eco-system formed by touching the objects between humans and things can be recognized on purpose. By collecting and sharing the detected patterns among all kinds of things, we can construct the environment which enables individualized interactions of different objects. To perform the aforementioned, we are going to utilize technical procedures such as event-driven signal processing, pattern matching for signal recognition, and hardware in the loop simulation. We will also aim to implement the prototype of sensor processor based on Arduino MCU, which can be integrated with system using Arduino-Matlab/Simulink hybrid-interoperation environment. In the experiment, we use piezo transducer to detect the vibration or vibrates the surface using acoustic wave, which has specific frequency spectrum and individualized signal shape in terms of time axis. The signal distortion in time and frequency domain is recorded into memory tracer within sensor processor to extract the meaningful pattern by comparing the stored with lookup table(LUT). In this paper, we will contribute the initial prototypes for the acoustic touch processor by using off-the-shelf MCU and the integrated framework based on Matlab/Simulink model to provide the individualization of the touch-sensing for the user on purpose.

MOM 서비스에 의한 HLA 페더레이션 연동 성능 분석

유민욱,김탁곤,Yoo, Min-Wook,Kim, Tag-Gon 한국군사과학기술학회 2011 한국군사과학기술학회지 Vol.14 No.6

High Level Architecture(HLA) is a specification for interoperation among heterogeneous simulators which are executed in a distributed environment. HLA originally allows a number of federates to join in a federation using a single RTI(Run-Time Infrastructure). To interoperate federations without modifying RTI, agent federate, which represents behavior of a federation, can be used. Agent federate can use MOM(Management Object Model) service or agent-user protocol to acquire information of a federation. This paper performs various experiments to measure performance of two architectures. MOM service shows a loss of performance but can be applied without modifying user federates. Experiment results can be used to determine appropriate architecture for interoperation of federations.

FPGA 기반 센서 노드와 NS3 연동을 통한 다층 무선 센서 네트워크 모의 환경 설계 및 구현

석문기,김탁곤,박대진,Seok, Moon Gi,Kim, Tag Gon,Park, Daejin 한국시뮬레이션학회 2016 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.25 No.4

WSN(Wireless Sensor Network)을 구성하는 노드의 빠른 프로토타이핑을 위해서, 상용 MCU(Microcontroller) 기반의 센서 노드 보다는 하드웨어 재구성이 가능한 FPGA 기반의 구현이 적합하다. 본 논문은 FPGA 기반 센서 노드의 노드와 네트워크 레벨의 다층 분석을 위한 시뮬레이션 환경을 제안하고자 한다. 제안 환경은 FPGA 기반 노드와 네트워크 시뮬레이터인 NS3가 IEEE 연동 표준인 HLA(High-level Architecture) 기반의 연동 미들웨어 RTI에 참여하여 방식을 따른다. 본 환경은 기존의 FPGA 디자인 툴을 server-client 방식으로 설계한 어댑터, FPGA와 연결된 호스트 컴퓨터에서 회로에 신호 입출력이 가능한 디지털 블록, 연동 스크립트를 이용하여 FPGA 에뮬레이션과 연동이 되도록 지원한다. 단독으로 동작하는 NS3 또한 HLA 기반 연동을 위해 수정하였다. FPGA 제안 환경은 에뮬레이션과 이벤트 기반으로 동작하는 NS3 시뮬레이션 간 서로 다른 시간 진행 방식은 문제를 해결하기 위해 pre-simulation 기술을 적용하여 설계하였다. 제안하는 시뮬레이션 환경을 IEEE 802.15.4 저속도 무선 네트워크 통신망 분석에 적용하였다. Wireless sensor network (WSN) technology has been implemented using commercial off-the-shelf microcontrollers (MCUs), In this paper, we propose a simulation environment to realize the physical evaluation of FPGA-based node by considering vertically cross-layered WSN in terms of physical node device and network interconnection perspective. The proposed simulation framework emulates the physical FPGA-based sensor nodes to interoperate with the NS3 through the runtime infrastructure (RTI). For the emulation and interoperation of FPGA-based nodes, we extend a vendor-providing FPGA design tool from the host computer and a script to execute the interoperation procedures. The standalone NS-3 is also revised to perform interoperation through the RTI. To resolve the different time-advance mechanisms between the FPGA emulation and event-driven NS3 simulation, the pre-simulation technique is applied to the proposed environment. The proposed environment is applied to IEEE 802.15.4-based low-rate, wireless personal area network communication.

시뮬레이션 모델기반 국방체계 설계를 위한 역방향 시뮬레이션

최선한,김탁곤,진기병,박경태,신동조,Choi, Seon Han,Kim, Tag Gon,Jin, Ki Byung,Park, Kyung Tae,Shin, Dong Cho 한국시뮬레이션학회 2020 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.29 No.3

시뮬레이션 모델을 통해 가상 전장에서 국방체계의 효과도를 분석하는 것을 순방향 시뮬레이션이라고 할 때, 높은 효과도를 가지는 국방체계를 설계하기 위해서는 역방향 시뮬레이션이 요구된다. 즉 효과도 분석 모델을 바탕으로 높은 효과도를 달성하기 위한 군사 장비들의 제원 및 성능, 그리고 운용 전술을 역으로 도출해야 한다. 하지만 역모델을 도출할 수 없는 시뮬레이션 모델의 특성상 역방향 시뮬레이션은 많은 순방향 시뮬레이션 반복을 요구하므로 효율성의 문제를 초래한다. 본 논문에서는 반복 횟수를 줄임으로 역방향 시뮬레이션을 효율적으로 수행하기 위한 다양한 알고리즘을 제시하고, 실무자가 이들을 손쉽게 활용하기 위한 역방향 시뮬레이션 도구를 소개한다. 실무자는 본 도구를 바탕으로 다양한 역방향 시뮬레이션 알고리즘을 활용하여 국방체계 설계를 위한 역방향 시뮬레이션을 손쉽게, 또 효율적으로 수행할 수 있다. 전함의 방어 시스템 설계와 군사 네트워크 시스템 설계에 대한 사례 연구는 이를 입증한다. When analyzing the effectiveness of a defense system in a virtual battlefield with a simulation model is referred to as forward simulation, reverse simulation is required to design a good defense system with high effectiveness. That is, using the simulation model, it is necessary to find the engineering factors, measures of performance, and operational tactics that are demanded to achieve high effectiveness of the system. However, the efficiency of reverse simulation is still a concern since many replications of forward simulation are required for conducting reverse simulation. In this paper, we introduce various efficient algorithms to reduce the number of replications and a reverse simulation tool for utilizing these algorithms easily. The tool allows practitioners to easily and efficiently conduct reverse simulation for design a good defense system based on simulation models. This is demonstrated with the case studies on the design of warship's defense system and the design of military network system.

C-DEVS형식론을 이용한 실시간 이산사건 제어시스템의 논리 해석 기법

송해상,김탁곤,Song, Hae Sang,Kim, Tag Gon 한국시뮬레이션학회 2012 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.21 No.4

실시간 시스템의 복잡도가 증가함에 따라 임시방편적 시스템 해석 방법은 시스템 동작 영역 전체를 완전하게 분석하는 데는 한계가 있다. 모델링을 기반으로 한 정형 기법은 그러한 한계점을 극복 할 수 있다. 본 논문은 모델 기반 정형 기법을 이용하여 실시간 시스템의 안전성 및 필연성 등과 같은 논리적 타당성을 이산 사건 모델 수준에서 분석하는 방법을 제안한다. 먼저, 분석 대상 실시간 시스템은 이산사건 수준에서 계층적으로 모듈화하여 모델을 명세하는 수학적 형식론인 DEVS (Discrete Event Systems Specification) 형식론으로 기술된다. 다음으로, 기술된 DEVS 모델은 시간 명세가 포함된 전역 상태 공간을 표현하는 C-DEVS (Communicating DEVS) 형식론으로 표현한 후 C-DEVS 형식론의 해석 알고리즘을 통해 시스템 동작을 분석된다. 제안된 C-DEVS 형식론 및 해석 알고리즘은 주어진 시스템의 동작 특성을 분석하는 과정에서 시스템의 상태 공간을 완전하게 빠짐없이 탐색하는 것을 보장한다. 간단한 건널목 제어 시스템의 안전성 분석 사례 연구를 통하여 제안된 모델 기반 해석 기법의 효율성을 예시 하였다. As complexity of real-time systems is being increased ad hoc approaches to analysis of such systems would have limitations in completeness and coverability for states space search. Formal means using a model-based approach would solve such limitations. This paper proposes a model-based formal method for logical analysis, such as safety and liveness, of real-time systems at a discrete event system level. A discrete event model for real-time systems to be analyzed is specified by DEVS(Discrete Event Systems Specification) formalism, which specifies a discrete event system in hierarchical, modular manner. Analysis of such DEVS models is performed by Communicating DEVS (C-DEVS) formalism of a timed global state transition specification and an associated analysis algorithm. The C-DEVS formalism and an associated analysis algorithm guarantees that all possible states for a given system are visited in an analysis phase. A case study of a safety analysis for a rail road crossing system illustrates the effectiveness of the proposed method of the model-based approach.