Y - Systems Modeling Simulation Lab. KAIST
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M&S 목적(대 분류) : 기능 vs 성능 모델링<br />
1 of 17<br />
M&S<br />
목적 설정<br />
시스템 기능 검증<br />
What to do<br />
시스템 성능/효과도<br />
측정<br />
검증 범위 설정<br />
측정 지수 정의<br />
검증 범위를 반영하는<br />
모델 개발<br />
How<br />
to<br />
do<br />
측정 지수를 반영하는<br />
모델 개발<br />
모의 실험 및 검증<br />
모의 실험 및 결과 분석<br />
국방 M&S<br />
관점<br />
훈련<br />
전투실험, 획득<br />
분석<br />
IE801 – Lecture 2<br />
© 2011 Tag Gon Kim
동작/기능 검증 모델 vs 성능 측정 모델<br />
동작/기능 검증 모델<br />
성능(지연시간) 측정 모델<br />
2 of 17<br />
탐지 모델<br />
S(.)<br />
탐지알고리즘<br />
탐지 모델<br />
T1<br />
S(.) 소요시간<br />
C2 모델<br />
C2(.)<br />
C2 알고리즘<br />
C2 모델<br />
T2<br />
C2(.) 소요시간<br />
모델 내부에<br />
탐지알고리즘 및<br />
C2 알고리즘<br />
구현 및 실행<br />
타격체계<br />
타격체계<br />
동작 검증 시간 측정<br />
탐지 + C2 가<br />
탐지 + C2 에<br />
제되로 동작 되는지<br />
소요되는 시간<br />
X (타겟트)<br />
실제 시스템<br />
(탐지 + C2)<br />
Y (무기활당)<br />
동작 + 시간<br />
모델 내부에<br />
탐지 및 C2<br />
알고리즘<br />
구현 없이<br />
탐지 및 C2 에 소요<br />
되는 시간만<br />
반영<br />
IE801 – Lecture 2<br />
© 2011 Tag Gon Kim
M&S 공학 전 주기 및 적용 기술<br />
3 of 17<br />
M&S 전체 공학 전 과정 주기 관련 학술 분야 적용 이론/기술 참여 전문가<br />
시뮬레이션<br />
목적 설정<br />
모델 요구 사항<br />
분석 및 명세<br />
요구 공학<br />
● 요구사항 분석법<br />
● 요구사항 명세기법<br />
● 모의논리 명세기법<br />
도메인 엔지니어<br />
+<br />
M&S 엔지니어<br />
목적에 부합된<br />
테이터 수집<br />
모델 설계<br />
모델링 이론<br />
● 수학적(연속, 이산변수) 모델링 공식<br />
● 알고리즘적 모델링 기법<br />
M&S 엔지니어<br />
N<br />
시뮬레이터 구현<br />
검증 <br />
Y<br />
시뮬레이터<br />
구현<br />
● 순차/분산/병렬 시뮬레이션 알고리즘<br />
● 프로그램 설계 및 구현<br />
● 소프트웨어 공학 프로세서<br />
● 분산 시스템 성능 최적화<br />
● 프로토콜 변환 및 구현<br />
M&S 엔지니어<br />
+<br />
플랫폼 엔지니어<br />
N<br />
실증<br />
Y<br />
운용 및 데이터 수집<br />
결과 분석<br />
가설 검증<br />
성능 공학<br />
● 통계적 가설 검증<br />
● 민감도 해석<br />
● 파라미터 추정<br />
● 섭동 해석<br />
● 통계적 성능 비교<br />
도메인 엔니지어<br />
+<br />
M&S 엔지니어<br />
+<br />
OR 엔지니어<br />
공인기관 인증<br />
* Ref: JD-24 (2007)<br />
IE801 – Lecture 2<br />
© 2011 Tag Gon Kim
M&S 3 요소<br />
모의 대상 시스템<br />
시뮬레이터<br />
4 of 17<br />
( 상륙 작전) (상륙전 시뮬레이터)<br />
모델 설계<br />
모 델<br />
모델 구현<br />
교전<br />
피해<br />
평가<br />
탐지<br />
M<br />
기동<br />
W<br />
( 상륙전 모 델 )<br />
IE801 – Lecture 2<br />
© 2011 Tag Gon Kim
M&S 3 요소들 사이의 관계<br />
5 of 17<br />
모의 대상<br />
시스템<br />
Validation + Verification<br />
(V&V)<br />
시뮬레이터<br />
문제 1: 확인 (Validation)<br />
문제 2: 검증(Verification)<br />
모 델<br />
실제 시스템 동작과<br />
모델 명세서가 일치하는가<br />
모델 명세서와<br />
구현 결과가 일치하는가<br />
X<br />
실제<br />
시스템<br />
시뮬레이터<br />
Y R.S<br />
Y M<br />
S<br />
<br />
모델 명세서<br />
프로그래밍<br />
모델 수행<br />
프로그램<br />
일치<br />
수행결과<br />
목적에 맞는 데이터에 대해서만 확인<br />
실제 데이터 수집(무기 시험 등) 비용 vs. 모델 신뢰도<br />
자동화된 검증 도구 필요<br />
시뮬레이터 개발 비용 vs. 검증 시간<br />
IE801 – Lecture 2<br />
© 2011 Tag Gon Kim
목적지향적 M&S 예시: 내무반에서 사과 먹는 시스템<br />
6 of 17<br />
목적 1: 먹고 남은<br />
사과 수<br />
목적 2: 사과 먹는데<br />
걸린 시간<br />
목적 3: 장병 1 인당 1년에<br />
먹은 사과의 총 수<br />
IE801 – Lecture 2<br />
© 2011 Tag Gon Kim
목적 1: 먹고 남은 사과 수 모델 1<br />
7 of 17<br />
모 델 변수<br />
시뮬레이션<br />
목적 설정<br />
사과 1 상자<br />
모 델 논 리<br />
먹고 남은 사과 수<br />
모델 요구 사항<br />
분석 및 명세<br />
모델 변수 = 병사 수 (v)<br />
목적에 부합된<br />
테이터 수집<br />
모델설계<br />
월 - 토요일: 25 명; 일요일: 15 명<br />
시뮬레이터 구현<br />
• 모델<br />
입력: x (들어오는 사과 수)<br />
출력 : y (먹고 남은 사과 수)<br />
변 수: v (내무반에 있는 병사 수)<br />
(모의) 논리 : x = 2 * v + y<br />
N<br />
N<br />
검증 <br />
Y<br />
실증<br />
Y<br />
운용 및 데이터 수집<br />
(들어오는 수 = 먹는 수 + 먹고 남은 수)<br />
결과 분석<br />
공인기관 인증<br />
IE801 – Lecture 2<br />
© 2011 Tag Gon Kim
시뮬레이터 1 구현<br />
8 of 17<br />
사과 1 상자: x<br />
병사 수: v<br />
모 델 논 리<br />
x = 2*v + y<br />
y: 먹고 남은 사과 수<br />
시뮬레이션<br />
목적 설정<br />
모델 요구 사항<br />
분석 및 명세<br />
시뮬레이션 알고리즘<br />
y = x - 2*v<br />
목적에 부합된<br />
테이터 수집<br />
모델 설계<br />
• 시뮬레이션(모델 실행) 알고리즘<br />
한 개의 모델에 여러 개의 실행 알고리즘 존재<br />
A1: 알고리즘 1 (이항 법칙) y = x – 2*v<br />
A2: 알고리즘 2 (등식의 덧셈법칙) x – 2* v = 2*v + y – 2*v<br />
x – 2*v = y<br />
N<br />
N<br />
시뮬레이터 구현<br />
검증 <br />
Y<br />
실증<br />
Y<br />
운용 및 데이터 수집<br />
• 시뮬레이터 구현 : A1 알고리즘 채택<br />
구현: C/C++ 프로그램 언어를 사용 하여 함수로 구현<br />
int AppleLeft(int x, int v) {return (x – 2*v)}<br />
결과 분석<br />
공인기관 인증<br />
IE801 – Lecture 2<br />
© 2011 Tag Gon Kim
시뮬레이터 1 검증(Verification)<br />
9 of 17<br />
병사 수: v<br />
시뮬레이션<br />
목적 설정<br />
사과 수: x<br />
y = x – 2*v<br />
y: 남은 사과 수<br />
모델 요구 사항<br />
분석 및 명세<br />
검증표<br />
사과 수<br />
x<br />
병사 수<br />
v<br />
남은 사과수<br />
y<br />
(계산기)<br />
남은 사과 수<br />
y<br />
(시뮬레이터)<br />
검증 통과<br />
(Ok)<br />
여부<br />
60 15 30 30 OK<br />
70 15 40 40 OK<br />
80 15 50 50 OK<br />
60 25 10 10 OK<br />
목적에 부합된<br />
테이터 수집<br />
N<br />
N<br />
시뮬레이터 구현<br />
검증 <br />
Y<br />
실증<br />
Y<br />
운용 및 데이터 수집<br />
모델 설계<br />
70 25 20 20 OK<br />
결과 분석<br />
80 25 30 30 OK<br />
공인기관 인증<br />
IE801 – Lecture 2<br />
© 2011 Tag Gon Kim
모델 1 실증(Validation)<br />
10 of 17<br />
병사 수: v<br />
일요일<br />
사과 60 개<br />
시뮬레이터<br />
y = x – 2*v = 60 – 2 * 15<br />
y = 30<br />
시뮬레이션<br />
목적 설정<br />
모델 요구 사항<br />
분석 및 명세<br />
v(일요일) = 15 명<br />
<br />
<br />
목적에 부합된<br />
테이터 수집<br />
모델 설계<br />
실제 내무반 남은 사과 수 = 26<br />
시뮬레이터 구현<br />
• 시뮬레이터와 실제 내무반 의 사과수가 일치하지 않는 이유<br />
일요일 병사 수는 확정 변수 값이 아니고 확률변수 값이다.<br />
실제 내무반에서 일년 동안 일요일 병사 수를 측정해 보니<br />
(평균값 = 15 , 분산 = 3 2 ) 인 정규 분포 함수 였다.<br />
• 실증: 병사 수를 확률 변수로 입력하여 여러 번 (수백 회 정도)<br />
시뮬레이션 하여 나온 결과를 통계 처리한 후 비교 한다<br />
N<br />
N<br />
검증 <br />
Y<br />
실증<br />
Y<br />
운용 및 데이터 수집<br />
결과 분석<br />
공인기관 인증<br />
IE801 – Lecture 2<br />
© 2011 Tag Gon Kim
목적 2: 사과 먹는데 걸리는 시간 모델2<br />
11 of 17<br />
모 델 변수 T<br />
시뮬레이션<br />
목적 설정<br />
사과 먹기<br />
시작 시간<br />
모 델 논 리<br />
사과 먹기<br />
종료 시간<br />
모델 요구 사항<br />
분석 및 명세<br />
T: 1.5 – 2.5 사이의 균등 분포 함수<br />
(평균값 = 2)<br />
목적에 부합된<br />
테이터 수집<br />
모델 설계<br />
입력: x (시작 시간)<br />
시뮬레이터 구현<br />
• 모델<br />
출력 : y (종료 시간)<br />
변 수: T (사과 1 개 먹는데 걸리는 시간)<br />
(모의) 논리 : 사과 먹는 프로세스를 나타낸 그래프 모델<br />
N<br />
N<br />
검증 <br />
Y<br />
실증<br />
Y<br />
운용 및 데이터 수집<br />
T<br />
T<br />
결과 분석<br />
사과 먹기<br />
1 개 먹기<br />
완료<br />
2 개먹기<br />
완료<br />
공인기관 인증<br />
IE801 – Lecture 2<br />
© 2011 Tag Gon Kim
모델2 의 실증(Validation)<br />
12 of 17<br />
일요일 11:00<br />
사과 먹기시작<br />
모 델 변수<br />
사과<br />
먹기<br />
T<br />
1 개<br />
먹기<br />
완료<br />
T<br />
2 개<br />
먹기<br />
완료<br />
종료 시간<br />
= 11 시 4 분<br />
시뮬레이션<br />
목적 설정<br />
모델 요구 사항<br />
분석 및 명세<br />
모델 변수: T = [1.5 , 2.5]<br />
<br />
<br />
목적에 부합된<br />
테이터 수집<br />
모델 설계<br />
시뮬레이터 구현<br />
실제 내무반<br />
종료 시간<br />
= 11 시 5 분<br />
N<br />
검증 <br />
Y<br />
N<br />
실증<br />
Y<br />
• 시뮬레이션 (20 회 실시한 평균 값) 과 실제 값이 불 일치<br />
운용 및 데이터 수집<br />
조사 1: T = [1.5, 2.5] 가 정확한 지를 통계적 자료로 확인<br />
정확 함<br />
조사 2: 사과 먹는 프로세스가 3 단계 인지를 확인<br />
신 세대 병사는 먹기 전에 준비 단계와 1 개 먹고 쉬는 단계가 있었음<br />
결과 분석<br />
공인기관 인증<br />
IE801 – Lecture 2<br />
© 2011 Tag Gon Kim
모델2 조정(Calibration)<br />
13 of 17<br />
사과 먹기<br />
시작 시간<br />
모 델 변수<br />
모 델 논 리<br />
사과 먹기<br />
종료 시간<br />
시뮬레이션<br />
목적 설정<br />
모델 요구 사항<br />
분석 및 명세<br />
모델 변수 (확률변수) : T1, T2, T3<br />
입력: x (시작 시간)<br />
목적에 부합된<br />
테이터 수집<br />
모델설계<br />
출력 : y (종료 시간)<br />
시뮬레이터 구현<br />
• 모델<br />
변 수: T1(준비 시간) ; T2(1 개 먹는 시간) ; T3 (쉬는 시간)<br />
(모의) 논리 : 사과 먹는 프로세스를 나타낸 그래프 모델<br />
T1<br />
T2<br />
T3<br />
T2<br />
N<br />
N<br />
검증 <br />
Y<br />
실증<br />
Y<br />
운용 및 데이터 수집<br />
사과 먹기<br />
준비<br />
사과 먹기<br />
1 개 먹기<br />
완료<br />
쉬는 기간<br />
끝<br />
2 개 먹기<br />
완료<br />
결과 분석<br />
공인기관 인증<br />
IE801 – Lecture 2<br />
© 2011 Tag Gon Kim
이행적 (Transitive) 모델 Validation(실증) 방법<br />
14 of 17<br />
실제 전쟁<br />
데이터 제공<br />
부대 훈련<br />
데이터 제공<br />
실증<br />
과학화 훈련장<br />
실증<br />
데이터 제공<br />
실증 절차: M&S 목적에 맞는 데이터에 대하여 시행<br />
실제 전쟁 부대 훈련<br />
부대 훈련 과학화 훈련장<br />
과학화 훈련장 워 게임 시뮬레이션<br />
실제 전쟁 워 게임 시뮬레이션<br />
실증<br />
이동<br />
피해<br />
평가<br />
탐지<br />
교전<br />
워 게임 시뮬레이션<br />
전쟁/훈련을 통한 데이터 수집 및 분석 모델 신뢰도 향상 군사 OR 의 기원<br />
우리군: 전쟁, 훈련, 과학화 훈련장, 워 게임을 통한 데이터 수집 방법 및 절차 제도화 필요<br />
IE801 – Lecture 2<br />
© 2011 Tag Gon Kim
실험 틀(Experimental Frame) 개념<br />
15 of 17<br />
실험 장치<br />
실험대상 회로<br />
IC<br />
오실로스코프<br />
전압계<br />
신호발생기<br />
실험 대상 모델<br />
모델 1<br />
모델 2<br />
모델 3<br />
실험 틀 모델<br />
데이타<br />
발생기<br />
입력<br />
오류 식별기<br />
시뮬레이션 제어<br />
데이터<br />
수집기<br />
통계처리<br />
시뮬레이션 실험의 효율성<br />
(i) 한 개의 실험 틀에서 여러 개의<br />
다른 시나리오 수행<br />
(ii) 한 개의 시나리오에<br />
여러 가지 실험 틀 사용<br />
모델 수정 / 유지 보수의 효율성<br />
(i) 시스템 모델의 수정 / 유지 보수<br />
(ii) 실험 틀 모델의 수정 / 유지 보수<br />
IE801 – Lecture 2<br />
© 2011 Tag Gon Kim
실험 틀 예: 전구급 국방 시스템<br />
16 of 17<br />
전구급 국방 시스템<br />
이벤트(게임 명령)<br />
기동<br />
탐지 교전<br />
모델링<br />
이벤트(생존자 보고)<br />
5만명 4만명<br />
시간<br />
전구급 분석 모델<br />
시간<br />
실험 틀 모델<br />
입력 발생기<br />
오류 식별기<br />
출력 수집기<br />
IE801 – Lecture 2<br />
© 2011 Tag Gon Kim
민수 M&S 와 국방 M&S 비교<br />
17 of 17<br />
민수 M&S<br />
국방 M&S<br />
대상 시스템 민수 시스템 국방 시스템<br />
시스템 예<br />
전기, 전자, 기계, 항공, 생산,<br />
경제, 경영 등<br />
(구성 요소 예: 사과, 배)<br />
무기 체계, 전투 체계, 전술학,<br />
인사, 군수 등<br />
(구성 요소 예: 군화, 소총)<br />
공통점<br />
● 수학적 모델링 틀 (모델링 공식) 은 동일 함<br />
■ 연속 시간 시스템 미분 방정식 (수식으로 표현)<br />
■ 이산사건 시스템 DEVS 방정식 (객체 형식으로 표현)<br />
차이점<br />
● 공학 시스템 (전기. 기계 등)<br />
개발에 주로 사용<br />
● 공학급 수준 모델 사용<br />
미분 방정식 모델<br />
● 도메인 지식 공학 교과서<br />
● 공학급, 교전급, 임무급, 전구급 등<br />
● 공학급 미분 방정식 모델<br />
● 교전급 이상 DEVS 방정식 모델<br />
● 도메인 지식 군사과학 교과서<br />
IE801 – Lecture 2<br />
© 2011 Tag Gon Kim
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