제9부 규격·프로토콜·인터페이스

9.21 시뮬레이션·시험 상호운용 표준: HLA·DIS·시험 데이터 규격

9.21.1 이 장에서 배우는 것 / 선수 지식 / 특히 중요한 독자

8.28은 개발자가 하루에도 수십 번 돌리는 시뮬레이터 하나의 내부(물리·센서 모형·SITL·HITL)를 분석했다. 이 장은 그 시뮬레이터와 시험 설비를 서로 잇는 상호운용 표준 문서의 구조와 수치를 다룬다. 이 층의 규격은 하나가 아니라 네 갈래다. 개체 상태를 방송하는 IEEE 1278.1 DIS, 서비스 호출과 시간 관리로 연합을 이루는 IEEE 1516 HLA, 모형을 파일로 교환하고 공동 시뮬레이션하는 FMI·SSP, 시험 결과를 기록하고 전송하는 IRIG 106 패킷 형식이다. 여기에 민간 UAS의 적합성 시험 도구(InterUSS uss_qualifier, 3GPP TS 38.523-1)가 접속한다. DIS와 HLA는 미국 국방부 주도의 군사 훈련 시뮬레이션에서 출발했으나(2차 출처), 이 장은 군사 시나리오나 무기 모의를 다루지 않고 PDU 필드·서비스·패킷 헤더 같은 표준 문서의 구조만 읽는다.

배우는 것:

• DIS Entity State PDU — 144 B(1,152비트)의 필드 구성, 추측 항법 알고리즘 9종, 위치 1 m·방위 3도·하트비트 5 s의 기본값.
• 갱신율과 대역 — 속력 25 m/s 정상 선회에서 DRM(FPW)와 DRM(RVW)의 발행율(1.53 Hz와 0.30 Hz), 1,000개체의 대역.
• HLA의 구성 — 3부 구조, RTI 서비스 7군(Java 바인딩 171개 메서드), 시간 관리의 LBTS와 lookahead.
• lookahead와 진행 속도 — 널 메시지 방식에서 논리 시간 진행 속도의 상한 $L/(2d+p)$.
• FMI 3.0.2와 SSP 2.0.1 — FMU 구조, fmi3DoStep의 시간 의미, 통신 간격과 오차.
• IRIG 106-24R1 — 패킷 형식이 제11장에 있다는 사실, 24 B 헤더, 100 ms 규칙, 기록량 계산.
• 적합성 도구 — uss_qualifier의 시험 구조와 3GPP TS 38.523-1의 UAS 시험 항목 29개.

선수 지식: 8.28(시뮬레이터 내부와 SITL·HITL), 9.1(규격의 세계와 판 관리), 9.5·9.6(MAVLink·ROS 2/DDS), 9.14(UTM 정보 교환과 InterUSS DSS)를 읽었다고 가정한다. 시뮬레이션을 시험평가 증거로 사용하는 일(VV&A)은 8.19, 비행시험 계획·계측은 8.20, 요구공학·MBSE는 8.1, 개발 프로세스는 8.2, 도구 자격 인정은 8.8, 환경시험은 8.9, 통신 시험·측정은 3.20, 군집은 7.9이 다룬다. 이 장은 그 설명을 반복하지 않는다.

특히 중요한 독자: 시뮬레이션·시험 설비 엔지니어는 9.21.3~9.21.6을, 모델 개발자·시스템 통합자는 9.21.7·9.21.8을, 비행시험 계측 담당은 9.21.9·9.21.10을, UTM·통신 개발자는 9.21.11을, 인증·규제 담당은 9.21.11·9.21.15·9.21.16을 먼저 읽는다.

기준 시점과 정직성. 2026년 11월 기준이다. 원문을 읽은 것: FMI 3.0.2 사양서(2024-11-27, 단일 HTML), SSP 2.0.1 사양서(2026-05-05), IEEE P1278.1/D16 Rev 18 초안(2012-05, 718쪽 — 승인 전 초안이며 발행본 IEEE 1278.1-2012가 아니다), SISO-STD-023-2024 C-DIS(121쪽, 무료 공개), SISO-REF-010-2006 초안 사본(2009-01-19, open-dis/dis-enumerations 저장소), open-dis-python의 DIS 7 구현 소스, IEEE 1516.1-2010 Java 바인딩(RTIambassador.java·FederateAmbassador.java, IEEE가 복제를 허가한다는 문구와 함께 Portico 저장소에 있다)과 표준 MIM HLAstandardMIM.xml, Portico 2의 TimeManager.java, HLA-TM 1.0 설계 문서(1996-08-15)와 RTI F.0 시간 관리 논문(WSC'97), IRIG 106-24R1(2025-01)의 제1·7·9·10·11장, InterUSS monitoring 저장소(2026-11-03 갱신)의 README와 uss_qualifier 문서, 3GPP TS 38.523-1 V19.6.0(2026-09)의 범위와 시험 항목 제목, CIGI 프로젝트 사이트의 개요 쪽. 읽지 못한 것: IEEE 1278.1-2012 발행본과 1278.2, IEEE 1516-2010·2025 본문(2025판은 Wikipedia의 2차 기술만 확인), SISO-REF-010 현행판과 CIGI ICD·SISO-STD-013(SISO·SourceForge·IEEE 사이트가 403으로 접근을 막아 우회하지 않았다), 3GPP 시험 항목의 절차 본문. 이 장의 수치는 위 문서의 상수와 이 책의 모형이며 실측이 아니다. 읽지 못한 부분과 판 불일치는 (확인 필요)로 표시했다.

9.21.2 개념·직관 — 무엇을 어떤 층에서 잇는가

시뮬레이터 두 개를 잇는다는 말은 서로 다른 세 가지 약속을 포함한다. 무엇을 보내는가(데이터 모델), 언제 진행하는가(시간 의미), 어떻게 기록하고 검증하는가(시험 데이터와 적합성)이다. 이 장의 규격은 이 약속을 나누어 맡는다.

세 축은 이 층을 다르게 사용한다. 민간 UAS 개발에서는 8.28의 SITL·HITL이 개발 도구의 중심이고, 모형 결합(FMI)과 규제 적합성 시험 도구(9.21.11)는 필요에 따라 더하는 선택지다. 시뮬레이션을 인증 증거로 사용하는 조건은 8.2·8.8, 모의비행훈련장치는 20.17이 다룬다. 군용 체계의 분산 훈련 연동은 이 장의 범위 밖이다(제10~12부, 9.2·9.3 지도).

9.21.3 IEEE 1278.1 DIS — 개체 상태를 방송하는 프로토콜

9.21.3.1 판과 읽은 범위

DIS의 응용 프로토콜은 IEEE 1278.1이 정한다. 프로토콜 버전 값은 PDU 헤더의 첫 바이트에 들어간다.

이 장이 읽은 초안(D16 Rev 18, 2012-05)의 Entity State PDU 필드 배치는 DIS 7 구현인 open-dis-python의 직렬화 순서와 바이트 단위로 같았다. 초안은 승인 전 문서이므로 발행본과의 차이는 확인하지 못했다. 통신 서비스와 프로파일(IEEE 1278.2)은 읽지 못했다. 초안 5.3.2.4는 Entity State PDU를 최선 노력 멀티캐스트로 발행하라고 정한다.

9.21.3.2 PDU 헤더와 Entity State PDU

모든 PDU는 12 B(96비트) 헤더로 시작한다. 프로토콜 버전 8비트, 연습 ID 8, PDU 유형 8, 프로토콜 군 8, 타임스탬프 32, 길이 16, PDU 상태 8, 패딩 8이다. 타임스탬프의 최하위 비트는 절대(1)와 상대(0) 시각을 구분하고 나머지 31비트는 시(時) 시작 이후의 시간을 $3600/2^{31}$초, 곧 1.67638063 µs 단위로 센다(6.2.88). 헤더에는 인증이나 서명 필드가 없다.

초안 Table 135(쪽 334~335)의 합계식은 $1152+128N$비트다. Entity State Update PDU(7.2.5, Table 138)는 정적·준정적 필드를 빼서 $576+128N$비트, 곧 72 B에 16 B씩이다.

9.21.3.3 추측 항법과 발행 규칙

송신 응용은 개체의 내부 모형과 추측 항법(dead reckoning) 모형을 함께 유지하고, 두 모형의 차이가 임계를 넘으면 Entity State PDU를 발행한다(5.3.2.3.2 a·b). 발행 조건은 여섯 가지다(5.3.2.4). 임계 초과, 모양(appearance) 변화, 마지막 발행 이후 정해진 실시간 경과(하트비트), 개체 소멸(상태 비트 23을 Deactivated로 설정), 기능(capabilities) 변경, 추측 항법 알고리즘 변경이다. 수신 측은 같은 알고리즘으로 위치를 외삽한다. 임계는 송신 응용에만 적용되고 송신 응용마다 다른 임계를 사용해도 수신 측에는 보통 상호운용 문제가 없다(4.2.8.1). 한 연습 안에서 임계를 하나로 통일할 의무도 없다(4.2.8.2).

F는 방위 고정, R는 회전, P는 위치(속도 일정)의 1차, V는 가속도까지의 2차, W는 세계 좌표, B는 물체 좌표다. 위치에 대해 1차인 알고리즘이 2·3·6·7, 2차가 4·5·8·9다.

기본값은 연습 합의서(exercise agreement)가 값을 정하지 않았을 때만 사용한다(4.2.8.1). 초안 4.2.7.2의 예시는 배수 3을 사용해 15 s를 얻는다.

9.21.3.4 열거형과 C-DIS, CIGI

PDU 유형·개체 종류·추측 항법 알고리즘 같은 열거값은 SISO-REF-010이 정한다. 초안 7.2.2는 필드마다 [UID n]으로 이 문서를 참조한다. 읽은 사본(2006판 초안, 2009-01-19)의 추측 항법 알고리즘 열거는 0(기타)·1(Static)·2~9(DRM 8종)이며 위 표와 같다. SISO의 현행 목록(2025판, v36)은 2차 출처로만 확인했고 SISO 사이트가 403이라 읽지 못했다.

C-DIS(SISO-STD-023-2024)는 DIS 7 PDU를 더 적은 비트로 나타내는 압축 형식이다. 저대역 연결용이며 시뮬레이션 응용 내부용이 아니고, 평균 2:1 이상을 목표로 하며 2.25:1~4:1이 일반적이고 일부 자료에서 6:1이 관찰되었다(1.3). 전체 갱신과 부분 갱신을 두고 필드 존재 플래그와 가변 정수(UVINT·SVINT)를 사용하며 시각 해상도를 107 µs로 줄인다. 같은 표준은 오차 임계의 기본값이 1 m라고 서술한다(7.1).

CIGI(Common Image Generator Interface)는 호스트와 영상 생성기를 잇는 인터페이스다. 프로젝트 사이트는 3.x ICD를 공개하고, CIGI 4.0이 SISO-STD-013-2014라는 사실은 2차 출처로만 확인했다. ICD 본문은 접근이 막혀 읽지 못해 패킷 구조는 이 장에서 다루지 않는다 (확인 필요).

9.21.4 워크스루 1 — DIS 갱신율과 대역

① 크기. Entity State PDU는 144 B이고 가변 매개변수 4개를 붙이면 208 B이다. UDP(8 B)·IPv4(20 B)·MAC 헤더(14 B)·FCS(4 B)를 더한 프레임은 190 B, 선행 부호(preamble)와 SFD 8 B를 더한 선로 크기는 198 B(1,584비트)다(헤더 크기는 IRIG 106-24R1 Table 11-51). 프레임 간 간격은 제외했다.

② 갱신율. 평면 정상 선회(속력 $v$=25 m/s, 횡가속도 $a$, 반지름 $R=v^{2}/a$, 각속도 $\omega=a/v$)를 가정한다. 발행 간격은 위치 오차(축별 최댓값이 1 m), 방위 오차(3도), 하트비트(5 s) 중 가장 이른 것이다. 정상 선회에서 DRM(FPW)는 방위를 고정하므로 방위 오차가 $\omega t$로 커지고, DRM(RVW)는 방위를 각속도로 회전시키므로 방위 오차가 없다. 각 $\theta=\omega t$가 작은 영역에서 FPW의 위치 오차는 $a t^{2}/2$이므로 위치가 정하는 간격은 $\sqrt{2d/a}$이고, RVW의 지배 오차는 3차 항 $R\theta^{3}/6$이므로 위치가 정하는 간격은 $(6d/R)^{1/3}R/v$이다.

위치 임계만 지배하는 영역에서는 발행율이 $1/\sqrt{d}$에 비례한다. $a$=0.5 m/s²에서 임계를 1 m에서 0.25 m로 줄이면 FPW 간격은 2.0 s에서 1.0 s가 되어 발행율이 두 배다. 방위가 지배하는 영역에서는 위치 임계를 바꿔도 발행율이 달라지지 않는다.

③ 대역. 개체 1,000개가 각각 198 B(1,584비트)의 PDU를 발행하는 경우다.

알고리즘 선택만으로 같은 기동에서 대역이 5.1배 달라진다. 위치 임계가 축마다 독립이므로 3축 오차의 노름은 $\sqrt3\,d$ = 1.73 m까지 커질 수 있고, 이 값에는 네트워크 지연과 시각 오차가 포함되지 않는다.

④ C-DIS 부분 갱신. 정적 필드를 생략한 DRM(FPW) 부분 갱신의 비트 수를 C-DIS의 표에서 센다. 헤더 63비트(버전 2, 연습 ID 5, 유형 8, 타임스탬프 26, 길이 14, 상태 8), 필드 플래그 15비트, 식별자 UVINT16 3개 30비트(값 255 이하 가정), 알고리즘 4비트, 방위 39비트, 속도 3×SVINT16(30~54비트), 위치 위도 31·경도 32·고도 SVINT24(81~89비트)이다. 합계는 262~294비트, 곧 33~37 B로 DIS의 144 B보다 3.9~4.4배 작다. 그러나 이더넷 선로 크기는 87~91 B이므로 선로 수준의 감소는 198 B 대비 2.2~2.3배에 그친다. 54 B의 프레임 오버헤드가 줄지 않기 때문이다.

9.21.5 IEEE 1516 HLA — 서비스 호출로 이루는 연합

9.21.5.1 구성과 개정

HLA는 세 부분이다. Framework and Rules는 구조 규칙 10개를, Federate Interface Specification은 RTI(Run-Time Infrastructure)가 제공할 서비스를, Object Model Template(OMT)은 FOM·SOM의 형식을 정한다. 개정은 HLA 1.3(1998-03), IEEE 1516-2000, IEEE 1516-2010(HLA Evolved, 2010-08), IEEE 1516-2025(HLA 4, 2025-02 승인·2025-08 발행)이다(2차 출처). 이 장이 읽은 것은 2010판의 Java 바인딩이므로 아래 조항 번호는 IEEE 1516.1-2010의 것이다. 2025판은 본문도 API도 읽지 못했다.

9.21.5.2 RTI 서비스와 객체 모델

RTIambassador.java는 연합원이 RTI를 호출하는 인터페이스이고 FederateAmbassador.java(콜백 60개 선언)는 RTI가 연합원을 호출하는 인터페이스다.

OMT는 XML(DIF)로 작성한다. 표준 MIM 파일(HLAstandardMIM.xml, 2010-08-16)의 최상위 요소는 모델 식별·객체·상호작용·차원·전송·자료형(6종 표)·주석의 7개이고, 객체 클래스 4개와 상호작용 클래스 85개(요소 수)를 정의한다. DIS를 HLA로 옮기는 RPR FOM의 본문은 읽지 못했다.

9.21.5.3 시간 관리 — LBTS와 lookahead

HLA의 시간 관리는 연합원이 선택적으로 사용한다. 시간 규제(regulating) 연합원은 시간 표시가 붙은 메시지를 보내고, 시간 제약(constrained) 연합원은 그 메시지를 시간 표시 순서로 받는다. 두 속성을 모두 활성화한 연합원이 엄격한 동기 연합원이고, DIS 개체처럼 외부 시계로 진행하는 연합원은 둘 다 해제한다(WSC'97 논문 2절).

lookahead(선행 시간) $L$은 연합원의 현재 시각이 $T$일 때 연합원이 보내는 시간 표시 순서 메시지가 $T+L$ 이상이 되도록 하는 약속이다. 시간 간격 연합원에서는 $L$이 보통 시간 간격의 크기다. $L$을 줄여도 즉시 적용되지 않으며 $k$만큼 줄이려면 연합원이 $k$만큼 전진해야 한다(HLA-TM 1.0, 6.6절). LBTS(lower bound on time stamp)는 어떤 연합원이 앞으로 받을 메시지의 시간 표시 하한이다. 전송 중인 메시지를 무시하면, 연합원 $F$에 시간 표시 순서 메시지를 보낼 수 있는 모든 연합원 $i$($T_i$는 논리 시각, $L_i$는 lookahead)에 대해

$$\mathrm{LBTS}_F=\min_i\,(T_i+L_i)$$

이다(HLA-TM 1.0, 쪽 17). RTI는 LBTS보다 작은 시간 표시의 메시지만 전달할 수 있으므로 연합원은 LBTS 안에서만 전진한다. 2010판 Java 바인딩의 시간 관리 서비스(8절)는 enableTimeRegulation(lookahead 인수)·enableTimeConstrained, timeAdvanceRequest(8.8)·timeAdvanceRequestAvailable(8.9), nextMessageRequest(8.10)·nextMessageRequestAvailable(8.11), flushQueueRequest(8.12), queryGALT(8.16)·queryLITS(8.18), modifyLookahead·queryLookahead, retract 등 19개다. TimeQueryReturn의 주석이 8.16을 queryLBTS로 부르므로 1516-2000의 LBTS가 2010판의 GALT로 이어졌다고 읽을 수 있으나 정의 본문은 읽지 못했다 (확인 필요). 오픈소스 RTI Portico 2의 TimeManager.recalculateLBTS는 규제 연합원의 (현재 시각 + lookahead) 최솟값으로 연합 LBTS를 다시 계산한다.

9.21.6 워크스루 2 — lookahead와 진행 속도의 한계

① LBTS 계산. 연합원 셋의 (시각, lookahead)가 (10.0, 0.5)·(10.2, 0.1)·(9.9, 1.0)이면 $T_i+L_i$는 10.5·10.3·10.9이고 LBTS는 10.3이다. 시각이 가장 앞선 연합원(10.2)이 lookahead가 가장 작아(0.1) LBTS를 정한다. lookahead가 큰 연합원(1.0)은 시각이 가장 늦어도(9.9) 상한이 10.9로 높다.

② 이벤트가 없을 때의 진행 속도. RTI F.0은 연합원이 전진할 때 새 시각 $+L$을 다른 모든 연합원에게 알린다(Chandy–Misra 널 메시지, WSC'97 4.5절). 다음 이벤트가 먼 구간에서는 이 교환만으로 조금씩 전진한다(논문의 creeping, NER·FQR에서 발생). 한 주기에 lookahead만큼 전진하고, 중앙 RTI의 한 주기가 요청 전달·RTI 처리·승인 전달($2d+p$)이라 가정하면 논리 시간 진행 속도는

$$\frac{\Delta t_{\text{논리}}}{\Delta t_{\text{실}}}\le\frac{L}{2d+p}$$

이다. 이 식은 널 메시지 방식의 일반 결과를 이 책이 정리한 모형이며 표준의 규정이 아니다. 아래 표는 $p=0$으로 계산했다.

실시간(1배) 이상으로 돌리려면 $L\ge 2d$이므로 광역망(20 ms)의 연합은 lookahead가 40 ms 이상이어야 한다.

③ 시간 간격 연합의 록스텝(lockstep) 진행. 모든 연합원이 간격 $h$=10 ms, lookahead $L=h$로 동기 진행하고 가장 느린 연합원의 계산이 4 ms, 중앙 RTI가 메시지 하나를 20 µs에 처리한다고 가정한다. 한 진행 주기는 $c_{\max}+2d+Np$이고 속도는 $h$를 그 시간으로 나눈 값이다.

$d$=0.2 ms에서 실시간이 유지되는 최대 연합원 수는 280이고, $d$=5 ms에서는 $N$과 무관하게 한 진행 주기가 $c_{\max}+2d$=14 ms로 $h$를 넘어 실시간이 불가능하다. 결론은 두 가지다. 첫째 이벤트가 드문 구간의 진행 속도는 $L/(2d+p)$이므로 lookahead가 작으면 지연이 작아도 실시간에 미치지 못한다($L$=1 ms이면 $d$는 0.5 ms 이하여야 1배다). 둘째 록스텝 연합의 속도는 $h$와 가장 느린 연합원의 계산·지연으로 정해지고 연합원 수는 메시지 처리 비용 $Np$로만 영향을 준다.

9.21.7 FMI 3.0과 SSP — 모형 교환과 공동 시뮬레이션

9.21.7.1 FMU와 세 인터페이스

FMI는 ZIP 아카이브(FMU)와 C API로 동적 모형을 교환하는 표준이다(1.2). FMU는 modelDescription.xml(필수)과 선택 디렉터리 documentation/·terminalsAndIcons/·sources/·binaries/·resources/·extra/로 구성하고, binaries/ 아래는 플랫폼 튜플(예 x86_64-windows·x86-linux·aarch32-linux·x86_64-darwin)별 폴더다(2.5.1). 인터페이스는 세 가지다. 모형 교환(ME)은 FMU가 미분방정식을 노출하고 임포터의 솔버가 적분한다. 공동 시뮬레이션(CS)은 FMU가 자체 솔버나 스케줄러를 포함하고 임포터는 통신 점마다 fmi3DoStep을 호출한다. 예약 실행(SE)은 임포터의 스케줄러가 모형 분할을 개별 활성화한다(실시간 플랫폼용, 제5장). 3.0이 추가한 것은 터미널·아이콘, Clocks, 배열 변수와 구조적 매개변수, 정수형 확장·32비트 부동소수·Binary형, 공동 시뮬레이션의 조기 반환·사건 모드·중간 갱신 모드이고, 제거한 것은 비동기 모드와 fmi2SetRealInputDerivatives다(1.1). 지원 도구 290개 이상은 프로젝트의 주장이다 (공개 주장치).

9.21.7.2 fmi3DoStep의 시간 의미

fmi3DoStep(currentCommunicationPoint, communicationStepSize, noSetFMUStatePriorToCurrentPoint, …)은 통신 점 $t_i$에서 $t_{i+1}=t_i+h_i$까지 FMU가 계산하게 하며 $h_i>0$이다. 표준은 두 가지를 명확히 한다. 첫째 공동 시뮬레이션 알고리즘은 FMI 표준의 일부가 아니다(4절). 알고리즘은 시간 진행, 입출력 교환, 클록 발생, 사건 처리를 맡는다. 둘째 통신 점 사이에서 FMU는 독립적으로 풀리므로 FMU를 통과하는 신호에는 지연이 생기고 모형 교환 같은 직접 관통(direct feedthrough)은 없다. 통신 점 사이의 입력 변화는 연속으로 가정하고 불연속은 사건 모드로 알려야 한다(4.1.1). fmi3Set 뒤 fmi3DoStep 없이 fmi3Get을 호출할 수 없으므로 통신 점의 대수 루프는 fmi3SetFMUState로 상태를 되돌려 fmi3DoStep을 반복해야 풀린다(4.2.1).

중간 갱신 모드는 FMI 2.0의 입력 미분 설정과 같은 근사를 임포터가 다항식으로 평가하도록 바꾼 것이다(4.2.2). 이 구조 때문에 9.21.8의 외삽 방식이 표준 안에서 가능하다.

9.21.7.3 SSP 2.0.1

SSP(System Structure and Parameterization)는 여러 FMU의 연결 구조와 매개변수화를 도구 사이에서 교환하는 형식으로, FMI의 상보 표준이다. 구성은 시스템 구조(SSD)·매개변수 값(SSV)·매개변수 매핑(SSM)·신호 사전(SSB)의 XML과 이를 묶는 .ssp ZIP이다(2~8장). .ssp는 압축 방식 0 또는 8만 허용하고 암호화·분할을 금지하며 루트에 SystemStructure.ssd가 있어야 한다(3장). 솔버나 통신 간격 같은 실행 설정은 핵심 SSP에 없고 계층 표준이 다룰 예정이다(1.2.4). 같은 시스템 구조를 SIL에서 HIL로 재사용하는 용도가 사용 사례에 있다(1.2.5).

9.21.8 워크스루 3 — 통신 간격과 공동 시뮬레이션 오차

두 FMU를 되먹임으로 이은 선형계로 통신 간격의 효과를 수치로 본다. FMU A(플랜트)는 $\dot x=-x+u$(출력 $x$), FMU B(제어기)는 $\dot u=-5u+10(r-x)$(출력 $u$), $r=1$, 초기값 0, 구간 0~2 s다(계수는 가정). 고유값이 $-3\pm j\sqrt6$이므로 행렬 지수의 닫힌 꼴로 정확해를 얻는다(이 정확해로 모든 오차를 잰다). 각 FMU 내부는 정확히 적분하고 FMU 사이의 입력만 근사한다. 세 방식을 비교한다. 병렬(Jacobi) 0차 유지는 두 FMU가 통신 점의 이전 출력을 구간 내내 일정하게 받는다. 직렬(Gauss–Seidel) 0차 유지는 A를 먼저 진행하고 B가 A의 새 출력을 일정하게 받는다. 병렬 1차 외삽은 fmi3GetOutputDerivatives 1차에 해당하는 출력 미분으로 입력을 직선 외삽한다.

0차 유지의 국소 오차는 입력의 시간 변화에서 나온다. $\dot x=-ax+bu$에서 입력을 $u_n$으로 고정하면

$$e_{\text{국소}}=b\int_0^{H}e^{-a(H-s)}\bigl(u(t_n+s)-u_n\bigr)\,ds\approx\frac{b}{2}\,\dot u\,H^{2}$$

이다. 정확한 궤적 위 $t_n$=0.5 s에서 $H$=0.01 s만큼 진행하면 측정 오차가 $4.83\times10^{-5}$이고 근사식이 $4.79\times10^{-5}$이며, $H$를 반으로 줄이면 4.0배 줄어든다. 국소 오차가 $H^{2}$이므로 전역 오차는 $H$에 비례한다.

세 가지를 읽는다. 첫째 외삽은 같은 정확도에 통신 점이 30분의 1이다(96 대 2,923). 둘째 외삽의 이득은 작은 $H$에서만 있다. $H$가 0.3 s 이상이면 외삽의 오차가 직렬 0차 유지보다 크고 0.5 s에서는 병렬 0차 유지보다도 크며 0.52 s부터 불안정하다. 셋째 직렬 방식은 병렬보다 오차가 작지만 FMU 호출 순서가 고정되어 병렬 실행이 불가능하다. 이 값은 이 선형 모형의 결과이며 다른 모형에 일반화하려면 다시 계산해야 한다. 출력 미분을 제공하지 않는 FMU(maxOutputDerivativeOrder가 0)는 외삽을 사용할 수 없고, 사건이 있는 FMU는 외삽 대신 사건 모드가 필요하다(4.1.1).

9.21.9 IRIG 106 — 시험 데이터의 기록과 전송 형식

9.21.9.1 장 구성과 판

IRIG 106(Telemetry Standards)은 Range Commanders Council가 발행하고 공개한다. 이 장이 읽은 판은 106-24R1(2025-01)이며 이 판의 장 배치는 이전 판과 달라 혼동하기 쉽다.

106-15까지는 패킷 형식이 제10장에 있었고 106-17부터 제11장으로 옮겨졌다(11.2.1.1의 주석). 제10장은 이제 기록기 자체와 파일 구조를 정하고 패킷 형식은 제11장을 참조한다(10.6.1). 106-24는 제8장(1553 취득)과 제9장을 고쳤고 106-24R1은 제2장 한 절을 보완했다(변경 사항). 제21~28장은 네트워크 텔레메트리를 다루며(제1장) 이 장은 읽지 않았다.

9.21.9.2 제11장 패킷 구조

패킷은 헤더·(선택) 보조 헤더·본문·트레일러로 구성하며 바이트 순서는 리틀 엔디언이다(11.1·11.2.1).

트레일러는 4바이트 정렬 채움과 0·1·2·4 B의 데이터 검사합이다. 데이터 유형 값은 0x01 setup record, 0x11·0x12 시간, 0x19 MIL-STD-1553B, 0x21 아날로그, 0x38 ARINC-429, 0x68 이더넷, 0x78 CAN 버스 등이다(Table 11-4). 기록 규칙은 세 가지다. 컴퓨터 생성 패킷을 제외한 패킷은 데이터가 있으면 100 ms 이하로 생성하고(10.6.1 b), 스트림 확정 시간은 1,000 ms 이하이며, 시간 패킷은 1 Hz 이상으로 기록한다(10.6.2). 기록의 첫 패킷은 setup record, 그다음이 시간 패킷이다(Table 10-9).

9.21.9.3 TMATS

TMATS는 7비트 ASCII 텍스트이고 속성을 코드이름:데이터항목;으로 적는다. 예는 G\DSI-1:Aircraft;이다(9.4.2). 속성 그룹은 G(일반)·T(전송)·R(기록기)·M(다중화)·P(PCM)·D(측정 기술)·B(버스)·S(메시지)·Q(메시지 구조)·C(변환)·H(항공 하드웨어)·V(공급자)·X(확장)의 13개다(Table 9-1). 기록기는 setup record에 TMATS를 포함해 시작한다(Table 10-9). TMATS 핸드북(RCC 124)은 읽지 못했다.

9.21.10 워크스루 4 — 계측 기록량과 헤더 오버헤드

① 패킷 길이. 패킷 길이는 $24+(12)+\text{본문}+\text{검사합}$을 4바이트 배수로 올린 값이다. 아래 계측 구성(가정)은 32비트 검사합, 보조 헤더 없음, 100 ms마다 패킷 하나를 가정한다. 아날로그 패킷은 채널별 데이터 워드(CSDW) 4 B에 이어 표본을 포함하고(채널 모두 같은 표본률이면 CSDW 1개) CAN 패킷은 메시지마다 16 B(시각 8·메시지 헤더 4·ID 4), 이더넷 형식 0은 프레임마다 12 B의 헤더를 붙인다(11.2.5.2·11.2.17.1·11.2.15.1).

② 저속 채널은 헤더가 지배한다. 100 ms마다 패킷을 내야 하므로 24 B 헤더와 CSDW·검사합 8 B가 패킷마다 붙는다. 한 채널이 초당 $R$ B를 낼 때 채널 하나가 패킷 하나를 차지하면 기록량은 다음과 같다.

초당 100 표본(16비트)의 저속 채널 16개를 채널 ID마다 따로 기록하면 8,320 B/s이고 하나의 아날로그 패킷에 부채널로 묶으면 3,520 B/s로 58 % 줄어든다. 그러나 묶으면 모든 부채널이 같은 표본 시각 격자를 가지므로 표본률이 다른 센서는 인자 $2^{-k}$로 맞추어야 한다(11.2.5.2).

9.21.11 민간 UAS 시험·적합성 도구 — uss_qualifier와 3GPP 시험 항목

9.21.11.1 InterUSS uss_qualifier

InterUSS monitoring 저장소(Apache-2.0)는 USS 시험 도구 모음이며 대상 규격은 ASTM F3411-19·F3411-22(Remote ID), ASTM F3548-21(OpenAPI는 F3548-22), EU 규정 2021/664이다(README). 구성은 uss_qualifier(자동 시험 틀), DSS 통합 시험 prober(폐기 예정, uss_qualifier 시나리오로 이전), DSS 부하 시험 loadtest, USS 역할을 하는 mock_uss다. uss_qualifier의 구조는 시나리오(시험 사례→시험 단계→검사로 분해) → 스위트(정적 시나리오 목록)와 동작 생성기(동적) → 구성(무엇을 어떻게 시험할지 정하는 입력) → 자원(시험 대상 시스템의 위치와 시험 능력)이다. 2026-11-03의 저장소 트리에서 시나리오 문서(scenarios/ 아래 .md)가 251개, 스위트 YAML이 14개다.

두 설계 원칙이 이 장의 주제와 직접 관련된다. 첫째 수동 시험과의 동등성이다. 자동 시험은 사람이 수행하는 수동 점검의 자동화이고, 시험 시나리오 문서만으로 사람이 같은 시험을 수행할 수 있어야 한다. 시험 지휘자와 시험 대상 사이의 인터페이스(자동 시험 인터페이스)가 수동 시험의 지시를 대체한다. 둘째 충분하지만 완전하지 않다. 문서는 시험이 "시험한 모든 상황에서 요구를 충족했음"만 보일 수 있고 충분한 범위의 기준은 맥락마다 다르다고 명시한다. 시험 정의는 monitoring의 커밋 해시와 시험 구성으로 정해지고, 환경 요소의 해시와 기준 요소의 해시를 구분해 서명한다. 따라서 통과는 규정 적합 선언이 아니다.

9.21.11.2 3GPP TS 38.523-1

TS 38.523-1 V19.6.0(2026-09)는 5GS UE 적합성 규격 제1부(프로토콜)로, 시험 구조·구성·적합 요구와 핵심 규격 참조·시험 목적·시험 절차 요약을 정한다. 적용 여부는 제2부(TS 38.523-2, ICS), 시험 스위트는 제3부(TS 38.523-3)에 있다(1 범위). 읽은 본문에서 항공기 단말(UAV·UAS) 관련 시험 항목 제목은 29개다. 8.1.3.5 "Measurements for Aerial Devices"의 23개(사건 H1·H2, A3H1·A4H1·A5H1 등의 이웃 NR 셀 측정, 고도 기반 측정, 비행 경로 정보 보고, 트리거 셀 수)와 UAS의 구성 갱신(철회)·등록·재등록·해제·PDU 세션 6개(9.1.4.2, 9.1.5.1.17, 9.1.5.2.11, 9.1.6.2.3, 10.1.4.2, 10.1.4.3; 제목에 UUAA와 C2 인가가 나온다)다. 시험 절차 본문은 읽지 않았고 UAS의 3GPP 기술 내용은 9.15이 다룬다.

시뮬레이션을 인증 크레딧으로 사용하는 조건과 시험 설비·도구의 자격 인정은 이 장의 자료로 답할 수 없다. 개발 프로세스에서의 위치는 8.2, 도구 자격 인정(DO-330)은 8.8이 다룬다 (확인 필요).

9.21.12 설계 트레이드오프 — 시뮬레이터를 어떤 규격으로 이을 것인가

세 방식을 펼친다.

① 모형 단위 결합(FMI·SSP). 각 도구가 모형을 FMU로 내보내고 임포터가 통신 점마다 교환한다. 장점은 모형의 파일 교환·재사용(SIL→HIL 재사용 포함)과 통신 간격·외삽의 명시적 선택이다. 단점은 알고리즘이 표준 밖이어서 결과가 임포터에 따라 달라지고 통신 간격이 오차와 안정성을 정한다는 점이다(9.21.8).

② HLA 연합. 서로 다른 시뮬레이터가 FOM을 합의하고 RTI 서비스로 이어지며 논리 시간을 선택할 수 있다. 장점은 시간 표시 순서 보장, 소유권·분배 관리 같은 서비스가 표준에 있다는 점이고 단점은 lookahead와 지연이 진행 속도를 정한다는 점(9.21.6)과 RTI·판 선택이다.

③ DIS(또는 C-DIS) 방송. 고정 PDU를 최선 노력 멀티캐스트로 방송한다. 장점은 구조가 단순하고 추측 항법으로 대역을 줄이며(9.21.4) 구현이 공개되어 있다는 점이고 단점은 시간 동기와 인증이 없고 개체 상태 중심의 고정 모형이라는 점이다.

견해: 민간 UAS 개발팀은 ①과 8.28의 SITL로 시작하고 ②·③은 다기관 시험 설비와 기존 자산이 있을 때 도입하는 것이 근거가 가장 강하다. 근거는 세 가지다. 첫째 9.21.8의 계산에서 FMI의 오차는 통신 간격으로 제어할 수 있고 외삽으로 통신 점 수를 30분의 1로 줄일 수 있다. 둘째 9.21.6의 모형에서 HLA의 시간 관리는 lookahead와 지연이 속도를 정하므로 설계 부담이 크다. 셋째 DIS의 대역 이점(9.21.4, 최대 5.1배)은 개체 수가 많을 때 의미가 크다. 반대 견해로는 이질적 설비를 처음부터 하나로 잇는다면 HLA의 서비스 집합을 새로 만들 이유가 없다는 주장이 있고, 이 경우 RTI 성능을 시험으로 확인해야 한다. 시험 데이터 형식도 같은 관점이다. 소형기 오픈소스 로그(9.17)는 단순하고, 시험장 연동이나 다중 센서 계측이 필요하면 IRIG 106 제11장을 선택하는 것이 합리적이며, 이때 헤더 오버헤드는 채널을 묶어서 줄인다(9.21.10).

9.21.13 세 축 비교

9.21.14 관련 규격·프로토콜

전체 지도는 A.6에 있고 규격 문서의 판 관리와 읽는 법은 9.1·9.23이 다룬다.

9.21.15 관련 규제·인증 요구와의 연결

• 시험평가와 M&S(8.19). 모형의 검증·확인·인정(VV&A)과 디지털 트윈·HILS의 시험 시설은 그 장이 다룬다. 이 장의 규격은 연동의 형식일 뿐 모형의 신뢰도를 보증하지 않는다.
• 개발 프로세스와 도구 자격 인정(8.2, 8.8). 시뮬레이션 결과를 인증 증거로 사용하는 조건은 이 장의 자료로 확인하지 못했다.
• 비행시험과 계측(8.20), 환경시험(8.9). IRIG 106 기록기는 계측 장비이며 환경 요구와 시험 계획은 각 장이 다룬다.
• UTM·U-space 시험(9.14), 3GPP UAS(9.15). 이 장의 도구가 그 규격을 시험한다.
• 통신 시험·측정(3.20), 군집(7.9), 보안 프로토콜(9.19). 링크 시험, 대규모 개체 수의 대역, DIS 헤더에 인증 필드가 없다는 점의 대응이 각각 연결된다.
• 적합성·상호운용성 시험(9.23), 한국 표준(9.22). 시험 방법론과 국내 표준 대응이 이어진다.

9.21.16 함정과 한계

미해결 문제. IEEE 1278.1 발행본과 1516-2025의 본문, SISO-REF-010 현행판, CIGI ICD, 3GPP 시험 절차, HLA 시간 관리의 GALT·LITS 정의, 시뮬레이션 증거의 인증 크레딧 조건은 이 장의 자료로 답할 수 없다 (확인 필요). 이 장의 수치는 대부분 문서의 상수와 이 책의 모형이며 실측이 아니다.

9.21.17 체크포인트·연구 질문

체크포인트:

1. Entity State PDU가 144 B인 이유를 필드별로 설명하고 가변 매개변수 4개가 붙을 때의 크기를 구하라(9.21-calc.py).
2. 속력 25 m/s, $a$=2 m/s²에서 DRM(FPW)와 DRM(RVW)의 발행 간격이 달라지는 이유를 지배 오차로 설명하라.
3. $\mathrm{LBTS}=\min_i(T_i+L_i)$를 사용해 (10.0, 0.5)·(10.2, 0.1)·(9.9, 1.0)의 LBTS를 구하라.
4. 한 방향 지연 20 ms, lookahead 10 ms인 연합의 논리 시간 진행 속도 상한은 얼마인가?
5. 0차 유지와 1차 외삽의 전역 오차 차수와 안정 한계의 차이를 설명하라.
6. IRIG 106의 패킷 형식은 어느 장에 있으며 헤더는 몇 바이트인가? 저속 채널 16개를 묶으면 기록량이 얼마나 줄어드는가?

연구 질문(25.7에 모은다):

• 추측 항법 임계를 UAS의 비행 모드(호버·순항·전환)에 맞게 적응시키면 대역을 얼마나 줄일 수 있는가.
• HLA 4(IEEE 1516-2025)의 시간 관리와 클라우드·컨테이너 배포가 lookahead 설계를 어떻게 바꾸는가.
• FMI 3.0의 중간 갱신 모드로 외삽 차수와 안정 한계를 자동으로 선택하는 알고리즘은 무엇인가.
• uss_qualifier 같은 시나리오 시험의 "충분한 범위"를 UAS 시뮬레이션 증거의 인증 크레딧에 어떻게 연결하는가.

1차 출처(이 장):

• FMI 3.0.2 사양서(fmi-standard.org, 2024-11-27)와 SSP 2.0.1 사양서(ssp-standard.org, 2026-05-05).
• IEEE P1278.1/D16 Rev 18 초안(2012-05, freewrl.sourceforge.io 사본), SISO-STD-023-2024 C-DIS, SISO-REF-010-2006 초안 사본(open-dis/dis-enumerations), open-dis-python.
• IEEE 1516.1-2010 Java 바인딩과 표준 MIM(openlvc/portico 저장소), Portico 2 TimeManager.java.
• HLA-TM 1.0 설계 문서(1996-08-15)와 Carothers·Fujimoto·Weatherly·Wilson, "Design and Implementation of HLA Time Management in the RTI Version F.0", WSC'97.
• RCC, IRIG Standard 106-24R1 Telemetry Standards(2025-01), 제1·7·9·10·11장(irig106.org).
• InterUSS monitoring 저장소(github.com/interuss/monitoring)의 README·uss_qualifier 문서.
• 3GPP TS 38.523-1 V19.6.0(2026-09).
• Wikipedia의 Distributed Interactive Simulation·High-level architecture·Common Image Generator Interface 항목 — 2차 출처(역사·판 정보).
• IEEE 1278.1-2012 발행본·1278.2, IEEE 1516-2010·2025 본문, SISO-REF-010 현행판, SISO-STD-013(CIGI), 3GPP 시험 절차 본문 — 읽지 못함 (확인 필요).

다음 장: 9.22 — 한국 표준 체계: KS·TTA·국방규격(KDS)·K-UAM 표준화로 간다.