무인 이동체 메시지 ID 시퀀스 생성을 위한 생성적 적대 신경망 모델과 그 학습 방법

TRL 4
2024 등록

무인 이동체가 주고받는 통신 메시지의 순서를 학습하고, 평소와 다른 순서가 나타나면 이상 징후로 판단하는 보안 기술입니다. 실제 메시지와 생성 모델이 만든 유사 메시지를 함께 학습해 부족하거나 불균형한 학습 데이터를 보완하고, 알려지지 않은 통신 이상도 탐지하도록 설계한 특허입니다.

특허 개요

본 특허는 무인 이동체의 통신 기록에서 메시지 순서를 분석해 비정상 통신을 식별하는 메시지 ID 시퀀스 기반 이상 탐지 기술입니다. 패킷에서 메시지 ID를 추출해 정수화·정규화한 뒤, 메시지 ID N-gram 언어 모델과 생성적 적대 신경망(GAN)으로 실제 시퀀스와 유사한 데이터를 생성·평가합니다. 이후 실제 및 생성 시퀀스를 1차원 컨벌루션, GRU, Dense 레이어를 포함할 수 있는 제2 뉴럴 네트워크에 입력하고, 다음 메시지 ID의 예측 성공률 또는 손실값을 기준으로 이상징후를 판단합니다.

  • 핵심 기능

패킷 데이터에서 메시지 ID를 추출·정규화하고, N-gram 모델의 변환 데이터와 GAN 생성 시퀀스를 이용해 생성 모델을 학습·평가합니다. 정상 통신 상태의 메시지 ID 순서를 예측하도록 이상 탐지 모델을 학습한 후, 일정 시간의 예측 성공률 또는 손실값이 설정 임계값을 벗어나면 이상징후로 판단합니다.

  • 차별 강점

기존 학습 데이터 증강은 이미지 기하학 변환처럼 특정 데이터 유형에 국한되거나, 실제 데이터를 추가로 확보해야 하는 부담이 있었습니다. 본 특허는 메시지 ID 시퀀스의 순서 특성에 맞춰 N-gram 변환 데이터로 GAN 생성 시퀀스를 평가하고, 실제·생성 시퀀스를 함께 이상 탐지 학습에 활용하는 점에서 차별성이 있습니다.

  • 활용 범위

기술·연구 측면에서는 차량 내부 통신망, 드론 통신, 자율주행차 및 무인 이동체의 메시지 시퀀스 기반 침입·이상 탐지 분야에 활용 가능하며, 정상 통신 데이터 중심의 학습 데이터 증강 연구로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 완성차·부품 기업의 차량 보안 모니터링, 차량용 보안 솔루션, 드론과 지상 통제 시스템 간 통신 보호, 무인 이동체 보안 관제 제품으로 확장할 수 있습니다.

연구 개발 단계

TRL 1
기초 원리
TRL 2
개념 정립
TRL 3
개념 검증
TRL 4
실험실 검증
TRL 5
유사 환경
TRL 6
시제품
TRL 7
실증
TRL 8
인증완료
TRL 9
사업화
TRL4메시지 ID 전처리, 생성 시퀀스 학습·평가, 다음 ID 예측 기반 이상 판단 절차가 특허 실시 형태로 구체화된 단계입니다.
현재 검증 내용

정규화된 메시지 ID 시퀀스에 N-gram 언어 모델과 GAN을 적용하고, 실제·생성 시퀀스를 제2 뉴럴 네트워크의 이상 탐지 학습에 사용하는 방법이 제시되었습니다. 정량 성능 수치, 실제 운용 데이터 분포별 탐지 성능 및 환경별 임계값은 구체적으로 제시되지 않았습니다.

검증 환경

- 분석 대상: 무인 이동체에서 수집한 통신 패킷의 메시지 ID 시퀀스
- 학습 데이터: 전처리·정규화된 실제 메시지 ID와 GAN 생성 유사 시퀀스

- 판단 조건: 일정 시간의 다음 메시지 ID 예측 성공률 또는 손실값 평균과 임계값 비교

현재 성과

성능·효과
생성 시퀀스를 활용한 이상 탐지 학습 데이터 보완

메시지 ID 시퀀스에서 관찰되는 패턴 외의 다양한 패턴 데이터를 생성하고, 이를 이상 탐지 모델 학습에 사용할 수 있도록 구성했습니다. 다만 탐지율, 오탐률, 지연시간 등 정량 성능 수치는 제시되지 않아 실제 성능은 대상 통신 환경의 PoC에서 확인이 필요합니다.

검증·신뢰
다음 메시지 ID 예측 기반 이상 판단 절차

정상 통신 상태의 메시지 ID 패턴을 바탕으로 다음 ID를 예측하고, 일정 시간 동안의 예측 성공률 평균 또는 손실값 평균을 임계값과 비교해 이상징후를 판단하도록 제시했습니다. 임계값은 뉴럴 네트워크 구조와 적용 환경에 따라 실험으로 결정해야 합니다.

차별성·독창성
N-gram 평가와 GAN 생성 데이터를 결합한 시퀀스 학습

메시지 ID N-gram 언어 모델이 생성한 변환 데이터와 GAN의 유사 시퀀스를 활용해 생성 모델을 평가·학습합니다. 이미지 중심의 기하학적 데이터 증강이나 실제 데이터 추가 확보 방식과 달리, 통신 메시지의 순서 특성에 맞춘 생성 데이터 학습 구조를 제안한 점이 차별점입니다.

상용화까지 남은 부분

1

적용 환경별 정상·이상 통신 데이터 분포를 반영한 탐지 성능 검증

2

뉴럴 네트워크 구조와 통신 환경에 따른 이상 판단 임계값의 실험적 설정

3

생성자·구분자 학습 횟수와 모델 구조가 탐지 결과에 미치는 영향 검증

기술 이전 형태·도입 과정

기술양도
전용실시권
통상실시권
공동 과제 수행
기술지도·자문

도입은 이렇게 진행됩니다.

1

검토 미팅

귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.

2

PoC 공동 검증

연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.

3

라이센싱 계약

PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.

4

기술지도·후속

도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.

특허 정보

발명의 명칭(KR)

무인 이동체 메시지 ID 시퀀스 생성을 위한 생성적 적대 신경망 모델과 그 학습 방법

출원번호

10-2021-0009487 (2021.01.22)

공개번호

1020220071843 (2022.05.31)

등록번호

1026911250000 (2024.07.30)

발명자

김휘강, 유정도, 정성훈, 박은지, 서강욱, 류민수

권리자

고려대학교 산학협력단

출원인

고려대학교 산학협력단

문의

담당자이준구
이메일jg.lee@rndcircle.io
연락처010-8978-6417