자율운항선박 항해시스템플랫폼 아키텍처 개발 및 평가에 관한 연구

Abstract

자율운항선박은 다양한 기술과 시스템들의 연결, 향상된 기능요구 등 쉽게 정의하기 어려운 개발 분야 이지만, 해운과 조선 산업의 새로운 발전 동력으로 주목 받고 있다. 원격운항과 높은 자동화 수준을 구현하기 위해서는 선내 개별 장치들을 하나로 연결하고, 수집된 정보기반의 서비스와 응용시스템 제공 및 보안관리가 가능한 플랫폼 기술이 요구된다. 국내외 다양한 프로젝트들은 자율운항선박 플랫폼을 개발하였거나 개발 중이지만, 국제적으로 상용화된 플랫폼은 없으며, 개발을 위한 표준화된 기술적 접근방법이 제시되어 있지 않다. 개발된 선박 플랫폼들은 특정한 해역에 적용되거나, 프로젝트 콘셉트에 따라 구현되어 플랫폼들의 성능과 기능, 품질 등이 상이하다. 또한 플랫폼 개발 과정에서 이해관계자 관점이 반영되지 않은 경우 성능이 떨어지고 필요하지 않은 기능들을 포함할 수 있다. 따라서 향상된 성능과 기능을 위해 자율운항선박 플랫폼 개발초기에 이해관계자 관점의 반영이 요구된다. 플랫폼 개발 초기에 반영되지 않는다면, 프로젝트의 실패나 개발 이후 수정을 위한 많은 비용이 발생하기 때문이다. 본 연구는 자율운항선박 플랫폼의 상용화와 표준화를 위한 기술적 접근방법을 제시하고, 이해관계자 관점이 플랫폼 개발에 반영될 수 있도록 소프트웨어 아키텍처 이론을 적용한 개방형 플랫폼 아키텍처 개발을 목적으로 하였다. 개방형 플랫폼 아키텍처 개발은 자율운항선박 항해시스템을 대상으로 하였다. 항해시스템은 인적요소가 구성 장비 및 시스템, 컴포넌트들을 연결하고 있어 자율운항선박에서 가장 많은 변화가 예상되며, 소프트웨어 아키텍처 개발과정의 적용에 적정한 개발범위를 가지고 있기 때문이다. 이러한 연구목적 달성을 위해 소프트웨어 아키텍처 개발 이론 및 기법을 다음과 같이 적용하여 연구를 수행하였다. 먼저, 항해시스템플랫폼의 명확한 정의와 기능을 선행연구 및 기술동향, 항해시스템 분석을 통해 아키텍처 개발을 위한 필수 기능요구 사항으로 제시하였다. 아키텍처 개발에 필요한 기능요구사항을 도출하였고, 기존 선박 플랫폼과 차별성 및 항해시스템플랫폼의 목적을 명확히 하였다. 아키텍처 개발에는 기능요구사항 뿐 아니라 비기능 요구사항이 설계요인으로 함께 제시되어야 하므로, 이를 위해 이해관계자 중심의 워크숍(QAW, Quality Attribute Workshop)을 실시하였다. 워크숍을 통해 참여한 이해관계자들은 앞서 정의된 항해시스템플랫폼의 기능요구사항을 기반으로 비기능 요구사항을 도출하고 중요도와 구현성에 따라 우선순위화 하였다. 다음으로 이해관계자들이 도출한 비기능 요구사항과 관련되는 주요 항해장비들을 데이터 입력방식, 기능, 관련 항해업무에 따라 분류하여 코드화하였다. 코드화된 항해장비들의 특성을 관련 비기능 요구사항과 함께 품질속성 기반으로 아키텍처에 필요한 모듈들을 설계하였다. 모듈 설계를 기반으로 항해시스템플랫폼의 아키텍처를 개발하였다. 아키텍처에 대한 평가는 아키텍처 트레이드오프 분석기법(ATAM, Architecture Tradeoff Analysis Method)을 적용하였으며, 작성된 아키텍처와 품질속성 시나리오 및 유틸리티 트리에 대해 평가를 수행하였다. 이 과정을 통해 아키텍처에서 발생할 수 있는 문제점이나 위험요소를 파악하기 위한 설계 접근방법을 평가할 수 있었으며, 개선사항을 적용해 최종적인 항해시스템플랫폼 아키텍처를 작성하였다. 본 연구의 주요한 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 항해시스템플랫폼의 명확한 정의와 기능을 확인하기 위한 항해시스템 문제점 분석에서, 향상된 항해장비 적용과 확장을 위한 네트워크 구조개선, 전원관리, 시간 동기화 및 플랫폼 디스플레이와 컨트롤러의 통합 필요성을 확인하였다. 둘째, 워크숍을 통해, 이해관계자들이 요구하는 항해시스템플랫폼에 대한 성능이 구체적인 시간이나 수치로 표현되고, 순위화를 통해 아키텍처에 우선적으로 고려되어야 하는 비기능 요구사항을 확인하였다. 워크숍을 통한 이해관계자들의 비기능 요구사항 정제는, 설문보다 구체적인 성능 제시와 다양한 위험요소 도출이 가능하였다. 셋째, 아키텍처 트레이드오프 분석기법으로 품질속성과 모듈 설계를 평가함으로서, 아키텍처 개발에 참조할 수 있는 결정요소들을 추가적으로 정의하였다. 지속적으로 항해시스템플랫폼 아키텍처를 평가하고 결과를 반영한다면 기능과 품질 개선이 가능할 것으로 확인되었다. 본 연구는 자율운항선박 플랫폼 개발에서 이해관계자의 관점을 반영하기 위해 연구를 수행한 점과 표준화와 상용화를 위해 오픈 플랫폼 아키텍처를 개발하여 기술적인 접근 방법을 제시하고자 한 것에 그 의의를 찾을 수 있다. 소프트웨어 아키텍처 개발과정을 적용하여 플랫폼 개발의 단계적인 접근 방법을 제시할 수 있었으며, 이해관계자들의 이해를 돕고 개발공정에 필수적인 밑그림을 효과적으로 제시하였다. 제시된 항해시스템플랫폼은 실용적 측면에서 항해장비들의 연결을 간소화하고, 통합 디스플레이와 컨트롤러로 많은 공간을 요구하지 않으면서 새로운 장비의 적용을 지원할 수 있다. 국제적인 표준화를 통해 선박에 적용된다면, 원격운항을 위한 기능구현과 통합 전원관리와 시간관리, 플랫폼 중심의 보안 강화가 가능하고 더욱 다양한 서비스와 기능 제공을 위한 환경이 구축될 수 있을 것이다.