Link-16에서 메시지 오버히어링을 통한 빠른 시간 동기 획득 기법
A Fast Time Synchronization Scheme through Overhearing Message over Link-16
- 주제(키워드) 시간 동기 , Link-16
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 임재성
- 발행년도 2015
- 학위수여년월 2015. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 소프트웨어특성화학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000019141
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
전쟁의 개념이 네트워크중심전 (NCW : Network Centric Warfare)으로 변해가는 현대전에서 빠른 상황 인지를 통한 정보 우위를 점하는 것이 승패를 좌우하게 되었다. NCW 환경의 핵심 기술인 전술데이터링크는 전장에서 모든 전투 요소들 간의 빠르고 안정적인 통신환경을 제공한다. 전세계적으로 가장 널리 사용되는 전술데이터링크인 Link-16 (MIL-STD-6016)은 시분할 다중 접속 기법 (TDMA : Time Division Multiple Access)을 기반으로 하기 때문에 메시지의 송수신을 위해서 노드 간의 네트워크 시간 동기 획득이 필수적으로 요구된다. 많은 전술데이터링크들이 시간 동기를 위해 Global Positioning System (GPS)를 사용하지만 GPS는 신호의 세기가 매우 약하기 때문에 전파 교란 공격 (jamming attack)에 취약하고, 실내나 높은 건물이 많은 도심, 수중 환경에서는 사용할 수 없다. 주파수 도약을 통한 항재밍 능력을 보유하고 있는 Link-16의 표준에서는 GPS에 독립적으로 네트워크에 가입할 때 수행되는 시간 동기 절차를 정의하고 있다. 이 시간 동기 기법은 네트워크에 가입된 노드들이 Initial Entry Message (IEM)를 매 프레임의 첫 번째 타임 슬롯에서 전송하고 새로운 노드가 수신하여 대략적인 시간 동기를 획득하고, 이후 메시지 교환을 통한 정밀한 시간 동기를 획득하는 두 단계의 절차로 진행된다. Link-16은 매우 빠른 속도로 주파수 도약을 하기 때문에 동시에 같은 타임 슬롯에서 전송해도 가까운 노드의 메시지를 우선적으로 수신하지만, 가입하는 노드로부터 IEM을 전송하는 노드까지의 거리차가 200ft 이내가 될 경우엔 충돌이 발생할 수 있다. IEM을 수신하지 못하면 다음 프레임에서 전송되는 IEM을 수신하기 위해서 12초를 기다려야 하고, 12초 뒤에 반복적으로 충돌이 발생할 수도 있기 때문에 노드의 가입이 지연되어 메시지 송수신을 할 수 없는 문제가 발생한다. 본 논문에서는 Link-16의 시간 동기 절차에서 IEM의 충돌에 따른 시간 동기 획득 지연 문제를 해결하기 위해 IEM의 충돌 여부를 탐지하는 방법과 IEM의 충돌이 발생했을 때 다른 노드의 메시지를 오버히어링함으로써 대략적인 시간 동기를 획득하는 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 IEM과 같이 특별한 메시지가 아닌 일반적으로 주고 받는 메시지를 오버히어링하기 때문에 Link-16과 호환성을 유지할 수 있고, 이를 통해 획득한 대략적인 시간 동기를 기반으로 메시지 교환을 통해 정밀한 시간 동기를 획득함으로써 IEM 충돌의 대안으로 사용할 수 있다. 제안하는 기법을 통해 시간 동기의 지연을 줄이고 노드의 빠른 가입을 지원할 수 있다. 모의실험을 통해 Link-16의 IEM 충돌 확률에 대해 검증하고, 이를 기반으로 Link-16과 제안하는 기법의 시간 동기 획득에 소요된 시간을 성능으로 비교한다. 또, 트래픽의 양에 따른 시간 동기 획득 소요 시간을 검증하여 빠른 노드 가입을 지원할 수 있음을 확인하였다.
more초록/요약
A concept of modern warfare has changed to Network Centric Warfare (NCW). In NCW, information superiority achievement can determine the outcome of the battle. The Tactical Data Link (TDL) which is a core technology in NCW environment provides fast and stable communication for elements of combat power. Link-16 (MIL-STD-6016) which is one of the most widely used TDLs is based on Time Division Multiple Access (TDMA), so network time synchronization between nodes is essential to transmit and receive messages. Most of TDLs are using Global Positioning System (GPS) for time synchronization, but GPS is vulnerable to a jamming attack and unavailable to indoor and underwater nodes. Link-16 with anti-jamming capability throughout frequency hopping has a time synchronization method which is independent on GPS. This method has two steps. The first step is coarse synchronization that is got by Initial Entry Message (IEM) sent by joined nodes in a Link-16 network on the first time slot of the frame. The second step is fine synchronization performed by exchanging messages. Although multiple nodes transmit IEM on the same time slot, close node's IEM can be received because of fast frequency hopping rate. However, if the difference of distances between transmitting nodes and receiver node is less than 200ft, it causes a collision. If the receiver node cannot receive any IEM, it should wait for another IEM of the next frame, 12 seconds. The next IEM can be also collided. This delays a network join of new nodes. In this thesis, a new time synchronization scheme is proposed for resolving a problem about IEM collision in Link-16. The proposed scheme consists of detecting collision of IEM and getting coarse synchronization by overhearing normal messages from other nodes. The proposed scheme is interoperable with the legacy Link-16 TDL because normal messages of Link-16 are used to get coarse synchronization. It can be not only an alternative of collision of IEM, but also it supports faster synchronization and faster network join. In this thesis, IEM collision probability is verified by computer simulation. The simulation results based on the IEM collision probability shows that the proposed scheme reduces the time to get synchronization in comparison with time synchronization method of Link-16. Also, more network traffic make the performance of the proposed scheme better.
more목차
제 1 장. 서 론
제 2 장. Link-16의 시간 동기 방법
제 1 절. Coarse Synchronization
제 2 절. Fine Synchronization
제 3 장. 제안하는 시간 동기 기법
제 1 절. IEM의 충돌
제 2 절. 제안하는 기법
제 4 장. 성능 평가
제 1 절. 성능 평가 환경
제 2 절. 성능 평가 결과
제 5 장. 결 론
참 고 문 헌
Abstract
