M2M 게이트웨이 지그비 방식을 활용한 항로표지 원격관리시스템에 관한 연구

Abstract

항로표지 원격관리시스템은 항행 선박의 안전을 위해 바다에 설치되는 등대, 부표 등을 원격으로 관리하고 제어하는 시스템으로서, 전원상태, 램프 점멸 상태 등을 실시간으로 제어 감시한다. 이러한 원격감시시스템은 산업기술분야, 환경분야, 보안·방범 및 각종 시설 관리 분야에서 다양하게 이용되고 있으며, 이러한 원격 감시시스템 구성에 있어서 원격지에 설치된 장치와 센터간의 통신망 구성은 필수적이다.

최근 통신기술은 데이터 전송속도, 통달거리, 사용자 수 등 다양한 요구조건을 만족시키는 발달로 다양한 환경에서 저전력으로 중단없는 통신이 가능한 솔루션 등이 많이 개발되어 산업현장에서 응용되고 있다. 항로표지시설에도 이러한 통신기술을 응용하여 항로표지 원격관리시스템으로 사용할 수 있는데 그러한 기술 중 하나가 바로 사물지능통신(M2M) 지그비 네트워크(Zigbee Network)이다.

항로표지를 제어하기 위해서는 항로표지를 통신네트워크로 연동하여야 한다. 항로표지 간은 로컬 네트워크(Local Network)로 구성하고 이 네트워크를 기간망에 연동시키는 방법으로 구성한다.

지그비 네트워크는 메쉬 형태의 네트워크로서 설치할 때 특별한 라우팅 정보의 입력을 요구하지 않는다. RF Channel과 Coordinator의 PAN ID라는 정보만으로도 동작 가능하며 장애물의 상황에 따라서 우회경로가 자동으로 설정되기 때문에 통신 경로의 견고성도 제공된다. 또한 인접한 노드를 호핑(Hopping)하여 Coordinator를 찾아가기 때문에 수 Km까지 멀리 안정적으로 네트워크의 구성이 가능하다. 본 논문에서는 이러한 점을 고려하여 항로표지 원격관리 제어 통신으로 지그비 네트워크를 이용하였다.

항로표지 원격관리시스템은 항로표지에 부착되어 등명기의 점멸과 상태감시를 하는 항로표지제어기, 지그비로 서로 연결되어 하나의 로컬망을 구성한 항로표지 통신 네트워크의 중앙의 관제서버를 원격제어시스템으로 연결하는 중계기(gateway), 항로표지 상태를 데이터베이스로 관리하고 원격제어를 수행하는 웹기반의 관리운영서버로 구성된다.

M2M 게이트웨이 내부에 장착된 지그비 모듈은 Coordinator로서의 기능을 갖고 센서노드(Sensor Node)에 장착된 지그비 모듈은 END Device(Sensor Node)로서의 기능을 갖지만 전기적 특성은 동일한 것이며 전기적 특성 항목 중 수신감도를 실험으로 측정하였다. 지그비 주파수의 수신감도인 –98 dBm에서 패킷 오류율이 0 %임을 나타내고 있다. 지그비 소자 자체의 수신감도는 동일 조건하에서 Booster Mode를 감안할 때 최대 –102 dBm을 제시하고 있다.

지그비 통신 모듈을 항로표지시설 원격관리시스템에 구현하기 위하여 테스트한 결과 LOS(Line Of Sight)환경에서 중계기와 센서노드간 통신거리는 약 800~1.2Km 정도 가능하며, 필요에 따라 전송 출력을 조정하고 메쉬망 네트워크로 구성하면 그 이상의 구간에서도 데이터의 송수신이 가능하다. 또한, 해양에서 CDMA망과 지그비 통신망으로 항로표지시설을 원격으로 관리하고 제어할 수 있음을 실험을 통해 알 수 있었다.

본 논문에서 설계한 M2M Gateway 지그비 시스템은 항로표지를 원격으로 제어하는 기반기술 외에도 해양 ICT 융합기술 확보를 통해 기상정보, 해양관측정보(수온, 염분, 조석, 파랑) 등 다양한 정보를 원하는 형태로 저장, 수집, 가공하여 제공함으로 해양교통시설 인프라 확장과 인명, 재산 피해 등 해양안전사고를 예방하는 데 적용 가능성은 광범위 할 것이다.

향후 해결해야 할 문제점으로서는 통신망의 표준과 암호화 보안을 구축해야 한다는 것이다. M2M 게이트웨이와 항로표지시설이 통신시스템으로 그룹화되어 무선 공중망을 통하여 관리운영서버에 연결되기 때문에 통신망의 보안이 무너지게 되면 기존에는 발생하지 않았던 에러로 인해 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.

다양한 실용성 검증을 통해 발생되는 예상 문제점을 개선하고 운영자의 요구사항 반영 등으로 표준화 및 안정성을 더욱 정착시킨다면 M2M 게이트웨이 지그비 시스템은 항로표지 원격관리시스템뿐만 아니라 다른 산업 분야의 원격관리 제어시스템으로도 충분히 응용 및 활용 가치가 있을 것으로 기대한다.

Aids to navigation(AtoN) remote management system ensures the safety of the shipping by installing a lighthouse on the ocean, and buoy which is a remotely controlled monitoring system that checks the power status, blinking of lamps. This remotely controlled management system is applied in various sectors of industry, environment, and security·crime prevention. Remote network configuration in between the control center, and the installations in distant, remote places is essential.

The latest technology meets the demands of data transfer speed, coverage, numbers of users, etc. The software has been developed that can be applicable in various environments, and can be communicated without interruption which is utilized in industries. This type of Aids to navigation facility can be utilized as a remote managed system in marine areas, and one type of technology is called M2M Zigbee Netowork.

To control the Aids to navigation(AtoN), the AtoN must be connected by the communication network. Local Network is configured to provide connectivity in between AtoNs, and the configuration is achieved by connecting network to the backbone network.

ZigBee networks are installed as the shape of the mesh network and does not require the input of special routing information. RF Channel and the Coordinator of the PAN ID is operable information alone. Obstacle bypass path depending on the situation of the communication path is automatically set to be the rigidity is also provided.

Also, the adjacent node hopping (Hopping) to visit the Coordinator reliably due to several Km of the network component is as far possible. In this thesis, considering the administrative control of AtoN to communicate with remote ZigBee networks were used.

Remote management system is attached to the aids to aid the control of monitoring the blinking of the lantern. This is connected with the Zigbee to form one local network of beacon communication network of central control system connected to the remote control system with the gateway. It is configured with the web based control server which manages the status of the aids through the data base.

The result of testing the viability of implementing the communication module through the remote management system is: in the LOS(Line of Sight) environment the distance in between the gateway, and the sensor node the communication distance was approximately 800m~1,2km, per need the transmission output can be controlled, and if configured with mesh network the distance of data transmission can be extended. In addition, through the test at the ocean CDMA network, and ZigBee communication network AtoN facility can be remote controlled.

In the design of this thesis, Zigbee method for M2M Gateway can through acquiring marine ICT convergence technology Weather information, marine observation data (temperature, salinity, tidal, and blue) etc., and various other information can be stored, aggregated per need. The info will be calibrated to provide marine traffic facility to be applicable in infrastructure expansion, and human casualties, property damages, etc., its application of marine safety is extensive.