[연구의 필요성]

군집 드론(Drone Swarm)은 단일 드론으로는 수행할 수 없는 고난이도 및 협력적 임무를 가능하게 하는 기술로, 물류, 정찰, 재난 대응 등 다양한 실전 분야에서 차세대 핵심 플랫폼으로 주목받고 있다. 하지만 군집 드론 연구는 기존의 파편화된 개발 생태계로 인해 발전이 지연되어 왔다. 기존 환경에서는 고수준의 군집 제어 알고리즘과 저수준의 통신 및 비행 제어기 계층 간의 명확한 추상화가 부재하여, 연구자가 군집 로직 자체의 설계와 검증보다는 전체 시스템 스택의 통합에 더 많은 엔지니어링 역량을 투입해야 했다. 그 결과, 새로운 군집 알고리즘을 개발하고 검증할 때마다 매번 맞춤형 테스트베드를 새롭게 구축해야 하는 엔지니어링 오버헤드가 발생했으며, 서로 다른 환경에서 도출된 선행 연구들 간의 공정한 비교와 재현 역시 쉽지 않았다. 또한, 군집 시스템은 다수 에이전트의 상호작용으로 인해 창발적 행동(Emergment Behavior)과 비국소적 결함이 나타날 수 있다는 점에서, 단일 기체 중심의 기존 분석 방법만으로는 이상 현상의 원인을 체계적으로 추적하고 분석하는 것이 거의 불가능하다.

[포스텍이 가진 고유의 기술]

본 연구팀은 Plug-and-Play 방식의 오픈소스 군집 드론 프레임워크인 SwarmBox를 제안한다. SwarmBox는 고수준의 군집 행동 논리와 저수준의 비행 제어 및 하드웨어 종속성을 분리하는 논리-환경 격리(Logic-Environment Isolation) 아키텍처를 설계 및 도입하여 구현 복잡성을 낮추고 시뮬레이션-현실 간 충실도(fidelity)를 높였다. 또한, 파편화된 개별 드론의 로그를 단일 타임라인으로 통합 및 동기화하는 군집 수준 통합 로거 및 분석기반을 개발하여, 전체 시스템 계층에 걸친 인과관계의 재구성이 가능하도록 설계하였다. 이는 군집의 창발적 행동을 분석하고 진단할 수 있게 하며, 동일한 조건에서 구성요소의 성능을 엄밀하게 비교할 수 있는 표준화된 벤치마킹 환경을 제공한다.

[연구의 의미]

- SwarmBox는 군집드론 구축에 있어 반복적으로 시행되던 하드웨어 연동 및 통신 관리 등 보일러플레이트 코드 작성을 배제함으로써 군집 알고리즘 구현에 필요한 엔지니어링 노력을 비약적으로 감소시킨다.

- 군집드론 개발 및 연구의 실용성을 제한하는 물리적 시험 한계를 최소화할 수 있도록 순수 소프트웨어 시뮬레이션 (SITL)부터 하드웨어 기반 시뮬레이션 (SIH), 실제 기체 비행까지 어떠한 코드 수정 없이 동일한 로직으로 실행이 가능하여 시뮬레이션과 현실 간의 구현 간극 (Sim-to-Real Gap)을 구조적으로 제거하고 검증하였다.

- 기존의 단일 기체 로그 분석으로는 원인을 찾기 힘들었던 에이전트 간 통신 지연이나 센서 오류 등 복잡하게 얽혀 있는 분산 시스템 오동작 원인 분석 및 오류 진단을 효과적으로 이루어낼 수 있다.

- 통제된 실험 환경을 통해 다양한 알고리즘의 공정한 벤치마킹을 지원하며, 커뮤니티 주도의 재현 가능한 로보틱스 연구를 위한 실질적인 표준 기반을 확립했다.

- 에이전트 간 상호 의존성, 동적 환경 변화, 그리고 다양한 제어 아키텍처를 요구하는 서로 다른 임무 시나리오를 테스트하며 범용성과 더불어 최대 36대 규모의 대규모 군집 운용에 대한 확장성을 입증하였다.

[연구결과의 진행 상태 및 향후 계획]

- 본 연구는 소프트웨어 공학 분야 최고 권위의 국제 학술대회인 FSE 2026 (ACM International Conference on the Foundations of Software Engineering)에 게재 승인되었으며, 해당 논문은 Proceedings of the ACM on Software Engineering (PACMSE)의 Issue FSE 2026으로 출판될 예정이다.

- 실제 개발자 커뮤니티 주도의 혁신을 촉진하기 위해 프레임워크의 전체 소스 코드, 결과 데이터셋, 벤치마크 시나리오 등을 오픈소스의 형태로 공개하였다.

- 향후 다양한 네트워크 구조 및 비행 제어 스택과 기체 유형을 대상으로 구조적 지원 범위를 넓히고 검증을 확장해 나갈 계획이다.

[성과와 관련된 실적]

Minki Lee, Seojin Lee, and Seulbae Kim. "SwarmBox: A Plug-and-Play Drone Swarm Framework for Streamlined Development and Comprehensive Analysis", Proceedings of the ACM on Software Engineering (PACMSE), Volume 3, Issue FSE, 2026. (To Appear)

[성과와 관련된 이미지]

그림 1. SwarmBox 전체 구조도