Army Tiger 작전의 효과적 지원을 위한 다계층 네트워크 구축방안
최성재 육군정보통신학교 ICT교육단장 대령
유승종 육군정보통신학교 장비관리담당/교관 전문군무경력관 나군
정주리 육군정보통신학교 유선통신운용교관 소령
백선미 육군정보통신학교 위성운용조교 8급 주무관
「서론」
4차 산업혁명 기술이 빠르게 발전함에 따라 사물인터넷(IoT), 인공지능, 빅데이터 등 다양한 기술을 국방분야 적용하기 위한 정책들이 추진되고 있다. 특히, 우리 육군은 이러한 첨단 과학기술을 접목한 미래 지상전투체계 ‘Army TIGER’ 구축에 박차를 가하고 있다. 인공지능(AI) 기반 초지능 의사결정체계를 토대로 지휘관의 상황판단을 돕는 ‘지능화’, 차륜형 장갑차·소형 전술차량 등의 기동 플랫폼을 운용해 전 제대가 빠르게 전장을 누비는 ‘기동화’, 드론봇(Dronbot·드론과 로봇의 합성어) 전투체계, 개인전투체계 장비(Warrior Platform·워리어 플랫폼) 등 모든 전투체계와 전투원을 초연결하는 ‘네트워크화’가 특징인 ‘Army TIGER’는 점점 현실이 되고 있다.
특히, 대대급 이하 제대에서는 UAV, 무인전투차량, 드론・드론봇 등 유・무인복합체계 등의 다양한 무기체계가 운용되어 전투력이 극대화 될 것이며, 전장상황 공유를 기초로 작전수행이 실시간 이루어지며, 무기체계 간, 부대 간, 전투원 간 많은 양의 데이터가 생성되고 유통될 것이다.
본고에서는 ‘Army TIGER’ 체계를 유지하게 하는 네트워크를 구축함에 있어서 과거, 현재의 육군의 전술통신체계에 대해서 알아보고, 현재의 전술통신체계 네트워크화에서 식별된 제한사항을 극복하고, 미래 작전환경 변화와 ‘Army TIGER’ 작전수행을 보장 할 수 있는 네트워크 운용개념의 발전방안을 제시하고자 한다.
「본론」
전술통신체계
미래전의 전장 양상은 네트워크 중심으로 발전하고 있다. 그동안 ‘네트워크 중심전’을 수행하기 위해 각종 무기체계와 전력지원체계가 발전해왔으며, 또한 이러한 체계를 지원하는 지휘통신체계가 발전해 왔다. 지휘통신체계로는 SPIDER와 TICN이 대표적인 전술통신체계이다.[표1]
[표 1] 전술통신체계 SPIDER, TICN
* 출처 : 방위사업청 보도자료
SPIDER나 TICN은 실시간 지휘통제를 위해 유・무선으로 음성과 데이터 통신을 제공하며, 통신부대가 격자형 통신망을 구성하여 지휘통신망을 구성하면, 일반부대는 격자형 통신망에 구성된 통신소(Node)를 연결하여 통신망을 구성한다.[그림1]
[그림 1] 전술통신체계 격자망 구조
* 출처 : Telecommunications Review
SPIDER는 네트워크 개념이 최초 적용된 지휘통신체계로써 유・무선의 음성과 OOMbps 이하의 소용량 데이터 통신을 제공하고, 통상 지휘소와 분리된 격자식 통신망을 구성하는 ‘지역’ 지원 통신방식과 ‘제대별’ 통신방식을 절충적으로 운용하였다. SPIDER는 개발 당시 미국, 프랑스 등 선진국의 지휘통신체계보다 우수하였으나, 2000년대 들어 선진국들은 진보된 기술을 적용하여 기존의 망을 업그레이드하여 보다 빠르게 진화한데 반해, SPIDER는 일부 데이터의 전송용량만을 높이는 수준으로 성능 개량하여 기술발전과 작전적 요구능력의 변화에 적극적으로 대처하지 못하였다.
2010년 이후 각국의 전술통신체계는 공통적으로 빠르게 발전하는 상용정보통신기술이나 장비를 최대한 활용하여 비용을 절감하며, 개발기간을 단축하고, IP를 기반으로 접속성, 확장성, 자원효율성을 향상시키며, 네트워킹 능력을 확장하여 전투부대 네트워크에서 기간망에 이르기까지 IP체계로 구성하여 연동 운용능력 강화를 목표로 개발되었다.
이러한 세계적 추세에 따라, TICN은 전술통신체계의 요구능력 변화에 맞추어 개발된 지휘통신체계이며, 전술정보통신망으로써 기간전송망과 전술이동통신망, 전투무선망을 통해 감시정찰체계와 정밀타격체계 등과 연동하여 전술 C4I체계 및 각종 응용체계 지원을 통해 다양한 정보유통이 가능하도록 하는 운용개념을 가지고 있다. 그러나 여전히 통신소를 기반으로 하는 고정통신체계로 운용이 되며, 기동간 통신(OTM, On The Move) 서비스를 제공하지 않는다. 기간전송망을 지원하기 위하여 지향성 안테나를 활용하여 1:1 고속링크를 운용하고 있으며, 무지향성 안테나를 활용하여 1:N의 저속링크를 운용함에 있어서는 이동하면서 작전을 수행하는 기동부대의 고속데이터통신은 지원이 제한된다. 특히 전술이동통신망은 이동기지국 주변 2 ~ 3km 반경에 있는 전술 스마트폰 형태로 이동 통신을 지원하지만, 이동기지국과 지휘소간의 연결이 단절되었을 때는 이동기지국과 연결되어 있던 통신 단말기와의 연결 또한 단절되어 실제 기동간 통신을 제공하는 데에는 제한사항이 있다.
또한 TICN체계의 사용자들에게 대용량의 데이터를 동시에 전송하는 데에도 제한사항이 있다. TICN은 통신소를 중심으로 격자망과 트리형 토폴로지를 구성하여 OMbps ~ OOMbps의 전송속도로 데이터 통신을 지원하고 있지만, 텍스트나 정지영상 형태의 데이터 정도가 전송 가능한 수준이다.
이렇듯 TICN이 개발되어 전력화되는 과정에 있어 상용정보통신기술은 급속도로 발전하여 TICN에 적용된 개발 당시의 최신 정보통신기술은 전력화시에는 진부한 기술이 되었고, 기동간 통신이 제공되지 않고, 대역폭의 제한으로 고용량의 데이터를 전송하지 못하는 등의 여러 제한사항이 있다. 또한 사용자의 작전 요구 수준도 더욱 높아져서 변화하는 전장 양상에 따른 요구사항을 완벽하게 지원할 수 없는 실정이다.[그림2]
[그림 2] TICN 체계
* 출처 : 한화시스템
다계층 통합네트워크
다계층 통합네트워크는 복잡한 전장 환경에서 효율적인 통신을 위해 여러 계층의 네트워크를 통합하는 기술이며, 이는 지상, 해양, 공중, 우주, 사이버 등 다계층 영역에서의 네트워크 중심전(NCW)을 가능하게 하며, 신속한 의사결정과 효과적인 지휘통제를 지원할 수 있는 네트워크 개념이다.[그림3]
[그림 3] 다계층 통합네트워크 개념(예시)
* 출처 : LIG넥스원
한반도는 대부분 산악 지형으로 이루어져 있으며, 미래전의 주요 전장으로 건물, 지하철 등의 사회기반시설이 집중되어 있는 도심지역도 고려될 수 있다. 또한 대용량의 데이터를 전송하기 위해서는 이러한 요구사항을 만족시킬 수 있는 주파수 대역을 확보하여 활용해야 한다.
[그림 4] 미래 주파수 활용 예시
* 출처 : 과학기술정보통신부 보도자료
이제 주파수 자원은 민간, 관공서 및 공공기관, 군에서 통신분야 뿐만이 아닌 교통, 산업안전, 의료, 보건분야 등 다양한 분야에서 활용된다.[그림4] 또한 새로운 융합산업이 출현할 때마다 이런 주파수 수요는 더욱 나타날 것이다. 그래서 정부는 미래 주파수 사용을 종합적으로 고려한 주파수 계획을 세우고 있다.
군은 5G, 6G 주파수 대역의 민・군 공동사용 가능성을 검증 등을 통해 군 특성에 부합하는 주파수 대역을 확보해야 한다.
높은 대역의 주파수는 전파를 사용할수록 통달거리가 짧아지고, 전파의 음영지역이 많아져 도심지역에서는 활용은 효율적이지 못하다. 상용정보통신망에서는 많은 수의 기지국과 중계소를 운용하여 통신 커버리지를 넓히고 있지만 전술통신체계에서는 기동성과 생존성이 보장되어야 하고, 가용자원도 한정되어 있기에 많은 중계소를 운용할 수 없다. 따라서 위성, 성층권 비행선, UAV, 드론 등 공중 중계 수단을 활용하여 다양한 주파수 대역을 확보하여 네트워크 통신망을 구성한다면 기동성과 생존성을 보장하면서 넓은 지역까지 통신을 지원할 수 있다.
이같이 다양한 계층의 통신수단을 통합함으로써 네트워크는 다양한 환경과 조건에서도 효과적으로 작동할 수 있다. 또한 하나의 계층에 문제가 발생하여도 다른 계층을 통해 통신이 지원될 수 있어서, 전체 시스템의 신뢰성이 향상되며, 데이터 전송 경로를 최적화하여 네트워크 자원을 보다 효율적으로 사용할 수도 있다. 무엇보다도 지상, 공중, 위성 등 다양한 통신 수단을 활용하여 넓은 통신 커버리지를 제공함으로써, 특히 다양한 형태의 군사작전, 재난 대응, 원거리 지역 통신 등의 다양한 분야에서 중요한 역할을 수행할 수 있다.
우리는 일반적으로 지상 기반의 단일 네트워크만 생각해왔고, 지상 환경에서의 네트워크 기술을 발전시켜 왔다. 이러한 관점에서 보았을 때 네트워크를 구성하는 유・무선 전송구간은 지상의 지형지물에 영향을 받을 수밖에 없었고, 이를 극복하기 위해 우주공간의 인공위성을 활용하여 네트워크 경로를 확장하였고, 대기권으로는 성층권 비행선, UAV 그리고, 드론 등에 통신 중계기를 탑재하여 다양한 계층을 활용하여 지역 간, 대륙 간 정보유통 체계를 발전시켜 왔다.
이러한 다계층 통합네트워크 구축은 미래 다영역작전을 주도하는 첨단과학기술군인 ‘Army TIGER’구현을 위한 필수적인 요소이다.
그러나, 다계층 통합네트워크 구축을 위해서는 기존 계층별 네트워크에서 운용하는 통신방식, 네트워크 기술, 환경 조건 등이 상이하여 통합을 위한 최적화 적용을 위해서 많은 민간 및 군 연구기관과 기업들이 연구 활동을 활발하게 추진하고 있다.
A.T 작전수행개념
우리 군은 창군 이후 각종 무기체계 및 전력지원체계가 점차 발전해왔지만, 선진국 군대와 많은 차이가 있었다.
선진국에서는 1980년대 후반부터 개인전투체계에 대해 개념연구, 시제품 개발, 전투실험을 통해 개발 및 전력화가 진행되고 있었지만, 우리 군은 개인 전투원을 하나의 전투체계로서 갖추어야 할 요구기능을 통합된 체계로 분석하는 과정부터 미흡했다. 이제는 개인전투체계가 지상군 전력 유지에 핵심 체계 중 하나로 미래 전장 환경에서 반드시 필요한 체계로 인식하고 있다. 그리고 인구절벽으로 인한 병력감축이 불가피한 상황에서 전력 공백을 최소화하기 위해 장병 개개인의 전투력을 높여야 하는 상황이다. 이를 위해 장병에게 지급되는 모든 장비와 장구류를 개선하는 워리어 플랫폼, 인공지능 기반 초연결 네트워크, 차세대 기동체계, 치명적 타격체계, 드론봇 전투체계 등은 육군의 ‘Army TIGER’로 구현하고 있다.[그림5]
[그림 5] 아미타이거(Army TIGER) 4.0
* 출처 : 국방일보
‘Army TIGER’란 미래 첨단과학기술이 구현된 지상전투체계의 총칭이다.
‘타이거’는 육군의 상징인 ‘호랑이’를 뜻하는 동시에 4차 산업혁명 기술로 강화된 지상군의 혁신적 변화를 의미하는 ‘Transformative Innovation of Ground forces Enhanced by the 4th industrial Revolution technology’의 줄임말이다.
‘Army TIGER’가 실현된 육군은 전투원을 포함한 모든 전투플랫폼이 다양한 수단으로 기동화되어 다영역 전장을 누비며 전투력을 투사하고 신속하게 작전을 종결할 수 있다. 각 제대가 독립 작전을 수행하게 될 것이며, 소규모 하위 제대까지 감시-결심-타격 능력을 구비하여 다영역 작전 능력을 통합하여 발휘할 수 있게 된다. 또한 UAV, 무인전투차량, 드론・드론봇 등 유・무인복합체계를 적용하여 인구절벽 시대의 자원 감축에 대비하고 전투효율성을 증대시킨다. 그리고 위성중심의 다계층 통합네트워크 등 다양한 통신수단으로 상호 연결된 전투원과 전투플랫폼이, 전장을 실시간으로 가시화하고, 탐지로부터 타격(Sensor to Shooter)체계까지 상호운용하여 효과적인 작전이 가능하게 된다. 또한 인공지능(AI) 기술이 전장인식, 의사결정, 전투력 운영, 지속지원 등 광범위한 분야에 적용되어 다양한 변수에 대한 최적의 방책과 전투수행 방법을 제시하고 AI 기능이 탑재된 지상전투체계가 지상군 전력의 핵심으로 활약하게 된다.
이러한 ‘Army TIGER’부대는 임의의 지역에서 독립된 작전을 수행할 경우에도 다양한 센서에서 획득된 영상 등 각종 데이터를 주고받아 전장상황의 실시간 공유가 가능하며, 효과적인 지휘통제가 가능하도록 네트워크를 구성할 수 있다.
A.T 작전수행을 위한 다계층 통합 네트워크 운용방안
‘Army TIGER’는 육군 전 제대의 독립작전 지원을 위해, 센서로부터 수집된 정보과 전투부대까지 유통될 수 있도록 지원하며, 전투수행간 AI기술이 접목되어 효과적 작전 수행을 보장한다.
과거에도 전투부대는 영상 등과 같은 2M 이상의 대용량 데이터를 제한 없이 전송할 수 있는 네트워크 체계를 지속적으로 요구하여 왔으며, 동일한 공간에서의 임무를 수행하는 대대장, 중대장, 소대장, 분대장, 전투원은 동일한 상황을 공유할 수 있도록 요구해 왔다. 또한 상급부대 지휘관은 작전 현장에 있지 않지만 올바른 지휘 결심을 위해 현장 상황을 포함해 전투원이 센서로부터 획득한 정보 등 UAV, 무인전투차량, 드론・드론봇 등의 다양한 유・무인복합체계 등 모든 무기체계에서 수집한 사진, 영상 정보들을 요구하고 있다.
이러한 요구사항을 모두 충족시키는 것은 ‘Army TIGER’의 최종 목표이며, 다계층 통합네트워크를 구성하는 것이 최선이다. 그러나 모든 제대, 모든 전투체계가 단일 네트워크로 통합하는 것은 ‘Army TIGER’ 작전수행개념과 현재의 기술 수준, 한정된 국방 예산을 고려한 경제적 효율성, 작전 환경을 고려시 보다 면밀한 검토가 요구된다. 먼저, 제대 간 정보유통량을 분석하고, 데이터 전송 기술의 한계 등을 고려하여 무조건적인 통합이나, 전 제대를 반드시 연결해야 한다는 개념은 재고해봐야 한다. 작전 요구사항, 기술 수준, 경제적 규모 등을 고려할 때, 「분산된 다계층 네트워크」 운용 방식을 고려해 봐야 한다.「그림6」
[그림 6] 분산 다계층 네트워크 운용 개념도(예시)
효율적인 「분산 다계층 네트워크」 구성시 고려해야 할 사항으로는 크게 네가지로 고려할 수 있다. 첫째, 모든 전투원을 포함해 UAV, 무인전투차량, 드론・드론봇 등 유・무인복합체계 등에서 수집한 데이터는 유통이 가능해야 한다. ‘Army TIGER’를 구성하는 무기체계에서 획득된 정보를 실시간 빠르게 공유할 수 있어야 한다. 또한 전투원을 포함한 센서가 장착된 무기체계는 모바일 애드혹 네트워크(MANET: Mobile Ad-hoc Network)를 적용하여 우리나라와 같이 험준한 산악 지형이나 도시 지역, 지하시설 등에서도 끊김 없는 네트워크를 구성하여 자유롭게 상황 공유가 가능하도록 해야 한다.「그림7」
[그림 7] 여단급 이하 MANET 통신체계
* 출처 : 방위사업청 보도자료
둘째는 소규모 하위 제대까지 임의 지역에서 독립작전 지원이 가능한 네트워크를 구성해주어야 한다. 전투제대인 대대급이 독립작전을 수행할 수 있도록 대대장, 중대장, 소대장, 분대장, 전투원에게는 동일한 공간에서 ‘대대장~전투원’까지 제한 없는 정보 유통이 가능하여 모든 전장 상황을 항상 공유할 수 있는 네트워크를 지원해야 한다. 대대 이하 전 전투구성원은 동등한 계층으로 구성된 통신수단을 활용해 전장상황을 공유하고 지휘통제 체계를 확립하도록 해야 한다.
세 번째는 모든 부대를 하나의 다계층 통합 네트워크로 구성하는 것에 대한 효율성 검토이다. UAV, 무인전투차량, 드론・드론봇 등의 다양한 유・무인복합체계 등 모든 무기체계에서 수집한 정보 등 상황 공유를 위해 무기체계 간, 부대 간 유통되는 정보량은 상당히 방대할 것이다. 또한 무기체계 간, 제대간 유통되는 정보교환요구량(IER, Information Exchange Requirements)은 많은 분석과 실험, 연구를 통해 예측하고 있지만, 연동통제문서(ICD, Interface Control Document)에서 정의하고 있는 무기체계간 연동되는 메시지의 명칭, 종류, 크기와 발생 주기 등이 정확하게 통일되어 적용되어 있지 않아 실제 유통되는 정보의양과는 큰 차이가 존재하므로 전술네트워크를 사용하는 모든 체계의 IER을 정확히 산출하기는 어려운 실정이다. 이러한 데이터를 하나의 통합된 네트워크에서 유통하는 것은 불필요한 자원의 낭비가 될 수 있다. 전 제대를 하나의 통합된 네트워크로 구성하는 것 보다 최소한 대대급 단위는 대대내에서의 통합 네트워크로 상황을 공유하고, 상급부대인 여단급 부대는 필요시 대대급에서 획득한 정보 중 일부를 유통할 수 있는 다계층 통합 네트워크로 구성하는 것이 효율적이다.
마지막으로 다계층 통합 네트워크를 구성할 때 필연적으로 검토될 수밖에 없는 주파수 등 통신 자원과 구축 예산 한계의 극복 차원에서도 검토되어야 한다.
주파수 자원은 민간 관공서 및 공공기관의 첨단과학기술이 적용된 체계가 기하급수적으로 증가하면서 무선통신망 소요가 급격히 증가하고 있고 이에 따라 국방에서 필요로 하는 주파수 영역은 점차 줄어들고 있다. 군은 전용 주파수 획득하거나, 5G, 6G를 비롯하여 군에서 필요로 하는 주파수 대역의 민・군 공동사용 가능성을 검증하고 효율적 주파수 활용이 필요하다. 또한 국방 예산의 제한사항도 존재 한다. 많은 무기체계 획득사업 간 최초 책정된 예산을 초과하여 운용개념과 소요량이 수정되는 경우가 있는데, 전투효용성을 감안하여 가용 예산도 판단해야 한다.
「결론」
우리 육군은 한 단계 더 도약하기 위하여 4차 산업혁명과 관련된 기술이 집약된 ‘Army TIGER’를 구현하여 전투력을 극대화하고 있다. 전투원을 비롯하여 UAV, 무인전투차량, 드론・드론봇 등 유・무인복합체계 등 모든 무기체계에서 수집한 정보를 하나의 네트워크에 연결하여 인공지능(AI) 기술을 활용하여 지휘관이 최선의 선택을 하고 연결된 각종 타격체계로 적을 무력화 한다. 그러나 이렇게 되기 위해서는 현재의 전술통신체계는 기동간 통신이 제공되지 않고 대역폭의 제한으로 고용량의 데이터를 전송하지 못하는 등 여러 제한사항이 있다. 이를 극복하기 위해서는 위성, 성층권 비행선, UAV, 드론 등 지상을 포함하여 공중 계층을 활용한 다계층 통합 네트워크 구성하여 기동성과 생존성을 보장하면서 높은 주파수 대역을 확보하여 고용량의 데이터를 유통할 수 있는 다계층 통합 네트워크는 필수적이다. 더불어 ‘Army TIGER’ 작전수행개념과 현재의 기술 수준, 우리나라 작전 환경, 가용 자원 및 예산 등을 고려하여 효율적은 다계층 통합 네트워크를 구축해야 한다.
본고에서는 ‘Army TIGER’ 작전수행을 위한 다계층 통합 네트워크 운용방안을 제시하였다. 전투원을 포함해 UAV, 무인전투차량, 드론・드론봇 등 유・무인복합체계 등 모든 무기체계에서 수집한 사진, 영상 정보 등이 모바일 애드혹 네트워크(MANET)를 활용하여 유통하고, 소규모 하위 제대까지 임의 지역에서 독립작전 지원이 가능한 네트워크 지원이 가능할 수 있어야 한다. 전투부대 작전활동 보장을 위해 최소 대대급 단위 다계층 통합 네트워크를 구성하고, 상급부대인 여단, 사단, 군단은 필요시 대대급에서 획득한 정보를 종합하여 유통하는 네트워크로 발전시켜야 한다. 또한 다계층 통합 네트워크를 구성할 때 필연적으로 검토될 수밖에 없는 주파수 등 통신 자원과 구축 예산 한계의 극복 차원에서도 검토하여 구축해야 한다.
본고에서 제시한 방안을 포함하여 다양한 의견이 제기되어 ‘Army TIGER’ 구현에 최적화된 다계층 통합 네트워크를 구성하는 계기가 되기를 기대한다.
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