KR101527681B1 - 통합 게이트웨이 및 이를 포함하는 선박 통신시스템 - Google Patents

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KR101527681B1
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Abstract

본 발명은 선박 장비들로부터 백본망을 통해 선박 표준 프로토콜 신호를 수신하여 유무선 네트워크 망을 통해 단말기로 전송하는 통합 게이트웨이로서, 상기 선박 표준 프로토콜 신호를 수신하는 수신부; 수신된 신호를 상기 유무선 네트워크 망의 프로토콜로 변환하는 신호 변환부; 상기 신호 변환부로부터 유무선 프로토콜 신호를 전달받아 상기 유무선 네트워크 망을 통해 송신하는 송신부; 및 상기 수신부, 신호 변환부 및 송신부 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명은, 기존의 통신장비들을 이용하여 저비용으로 새롭게 지정된 표준 프로토콜로 통신이 가능하며, 각 선박 장비들의 정보를 통합하여 효율적으로 관리할 수 있으며, 사용자 접근이 쉬운 유무선 네트워크로 선박 장비들의 통합 정보를 전달할 수 있어 사용자의 선박 정보 접근성이 향상되고 항해의 원활한 운용이 가능해지는 장점이 있다.

Description

통합 게이트웨이 및 이를 포함하는 선박 통신시스템 {Integrated Gateway and communication system of ship having the same}
본 발명은 선박에 사용되는 통합 게이트웨이로서, 선박 내 다양한 장비로부터 정보를 전달받아, 상기 정보를 유선 및 무선을 통해 단말기에 전달할 수 있도록 하는 통합 게이트웨이 및 이를 포함하는 스마트 항해 시스템에 관한 것이다.
선박은 안전하고 원활하게 항해하기 위하여, 선박 내에는 엔진, 자이로 센서, 온도 센서, 압력 센서, 베터리 등 다양한 선박 장비들이 설치된다.
이러한 선박 장비들의 상태나 출력 정보들을 모니터링 하여 선박을 올바르게 제어할 필요성이 있으므로, 선박에서 각기 다른 위치에 배치된 장비들로부터 정보를 수신할 수 있는 네트워크 망을 포함하는 통신 시스템이 요구된다.
최근 선박 전자 모듈들의 디지털 인터페이스 표준을 위해 NMEA(National Marine Electronics Association)에서는 CAN Part B 표준 버스 프로토콜 기반의 네트워크 표준 NMEA 2000(IEC 61162-3, Internationl Electrotechnical Commission) 표준을 개정하였다.
그리고, 이러한 NMEA 2000 기반 통신 시스템을 구비한 선박은 CAN(Controll Area Network) 통신 백본망을 기반으로 건조되고 있으며, 소형 레저보트, 요트 등도 표준화 개정에 따라 NMEA 2000 기반의 변환 컨버터를 탑재하는 등 부분적인 망의 수용을 통해 빠르게 기존 아날로그 제품들을 대체한 컨버터 및 모니터링 시스템의 사용이 급증하고 있다.
그런데, 현재 국내 선박에서는 백금측온저항 센서(PT100~PT1000), RTD 센서, 레벨 센서를 사용하여 RS-422, RS-485 통신으로 연결되며, 필요시 다수의 1:1 신호 처리 변환 컨버터를 이용하여 선박의 온도, 압력, 레벨(유량) 등을 모니터링하고 있기 때문에 매우 번거로운 실정이다.
즉, 기존에 NMEA 2000 선박용 센서에 대해 전용 인디케이터를 설치하여 모니터링하고 있는 기술은, NMEA 2000에서 사용되는 CAN 백본망에 드롭 케이블(Drop Cable)을 이용하여 직접 물려 사용할 수 있게 구성되어져 있으나, 기존 선박에 백본망을 추가 구성하는 것은 상당한 비용 증가가 요구될 수 있다.
또한, 현재 판매되고 있는 선박 센서용 모니터링 시스템의 경우, 국외 제품이 다수로 개발 되고 있으나, 솔루션 구축 비용이 매우 고가로써, 현재 선박에서 사용하고 있는 센서의 종류 및 특성에 따라 각기 다른 인터페이스와 시스템으로 구현되고 있는 문제가 있다.
따라서, 저비용의 컨버터 통신 모듈 및 통합 모니터링 서비스를 제공해 줄 수 있는 시스템의 구현이 요구되고 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 선박에 설치된 복수의 선박 장비들로부터 다양한 방식으로 출력되는 정보들을 전달받아 표준 통신 방식으로 변환할 수 있고, 변환된 정보를 선박의 어느 위치에서도 단말기를 통해 수신할 수 있도록 하여, 선박 내부 장비들의 정보들을 효율적으로 통합하여 모니터링 할 수 있는 통신 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 선박 장비들로부터 백본망을 통해 선박 표준 프로토콜 신호를 수신하여 유무선 네트워크 망을 통해 단말기로 전송하는 통합 게이트웨이로서, 상기 선박 표준 프로토콜 신호를 수신하는 수신부; 수신된 신호를 상기 유무선 네트워크 망의 프로토콜로 변환하는 신호 변환부; 상기 신호 변환부로부터 유무선 프로토콜 신호를 전달받아 상기 유무선 네트워크 망을 통해 송신하는 송신부; 및 상기 수신부, 신호 변환부 및 송신부 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 측면에서, 본 발명의 선박 통신시스템은 선박 장비; 상기 선박 장비의 정보를 수신하여 선박 표준 프로토콜 신호로 컨버팅 하는 프로토콜 컨버터; 상기 선박 표준 프로토콜 신호를 전송을 위한 통로가 되는 백본망; 및 상기 각 선박 장비의 상기 선박 표준 프로토콜 신호를 통합수신하고, 유선 또는 무선 프로토콜 신호로 변환하여, 유무선 네트워크 망을 통해 송신하는 통합 게이트웨이; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예를 통해, 기존의 통신장비들을 이용하여 저비용으로 새롭게 지정된 표준 프로토콜로 통신이 가능하며, 각 선박 장비들의 정보를 통합하여 효율적으로 관리할 수 있으며, 사용자 접근이 쉬운 유무선 네트워크로 선박 장비들의 통합 정보를 전달할 수 있어 사용자의 선박 정보 접근성이 향상되고 항해의 원할한 운용이 가능해지는 장점이 있다.
도 1은 선박 내의 장비들을 개략적으로 나타내는 모식도 이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 스마트 항해 통신 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 프로토콜 컨버터(200)의 블록 다이어그램들을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 통합 게이트웨이의 블록 다이어그램을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 선박 표준 프로토콜 기반의 컨버터의 개략적인 도면을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 통합 모니터링부에 출력되는 선박 장비들의 정보를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 확장 CAN 2.0B 프레임 구조를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른, NMEA 2000 PGN(Parameter Group Name) 포맷 변환을 설명하는 도면이다.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 선박 내의 장비들을 개략적으로 나타내는 모식도 이다.
도 1을 참조하면, 선박 내에는 엔진, 베터리, 속도 측정 장비, 온도 센서, 압력 센서 등의 선박을 원활하게 운용하기 위한 장비들이 배치되며, 이러한 장비들은 백본망(10)을 통해 정보를 전달하여, 백본망(10)과 연결된 디스플레이부(5)를 통해 정보가 출력됨으로써, 사용자는 각 장비의 정보를 파악할 수 있다.
이러한 구성의 선박 내에서 사용자가 선박 내 선박 장비들의 정보를 확인하기 위해서는, 백본망(10)과 연결된 디스플레이부(5)의 위치로 이동해야 하는 번거로움이 있다.
또는, 선박 내 다른 위치에서 단말기(9) 등을 통해 선박 장비들의 정보를 전달 받기 위해서는 백본망(10)에 추가적인 배선(3)을 연결하고, 단말기(9) 와의 통신을 위한 게이트 웨이(7)를 추가 구성해야만 통신할 수 있는 어려움이 있다.
특히, 선박의 특성상 추가적인 배선작업이 어려운 위치가 많아, 추가적인 배선(3) 자체를 할 수 없어서, 정보를 확인할 수 없는 선박 내 위치가 존재하는 한계가 있다.
이러한 한계를 극복하고자, 본 발명은 선박 내 장비들의 네트워크 구성을 단순화 할 수 있고, 통일화된 선박 표준 프로토콜을 사용하여 효율적인 정보처리가 가능하며, 유선 및 무선으로 통신이 가능하도록 하여 선박 내의 어느 위치에서도 선박 장비들의 정보를 PC 나 스마트 폰 등의 단말기를 통해 전달 받을 수 있는 스마트 항해 통신시스템을 제공하고자 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 스마트 항해 통신 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 스마트 항해 통신 시스템은 항해를 위하여 필요한 엔진, 연료 탱크, 베터리 등과 같은 선박 장비(50)들과, 선박 장비(50)들 과 통신을 위해 물리적으로 연결되는 백본망(10)과, 백본망(10)을 통해 선박 장비(50)들의 정보를 통합 수신하여 단말기(400)나 별도로 설치된 디스플레이(300)에 유선 또는 무선으로 정보를 전달하는 통합 게이트웨이(100)를 포함한다.
먼저, 선박 장비(50)는 선박에서 항해 등을 위해 사용되는 장비를 의미하는 것으로, 엔진, 연료탱크, 베터리 및 각종 센서 등이 해당되며, 이러한 선박 장비(50)들은 자신들의 상태나 측정된 데이터를 출력할 수 있다.
이러한 선박 장비(50)들은 자신들의 상태나 측정한 데이터를 각기 다른 방식의 아날로그 신호로 출력하기 때문에, 이를 컨버팅하여 선박 표준 프로토콜로 통신할 필요성이 있다.
그러므로, 각 선박 장비(50)들의 신호 출력단에는 아날로그 신호를 선박 표준 프로토콜로 신호로 변환하여 백본망(10)으로 전달하는 프로토콜 컨버터(200)가 마련된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 프로토콜 컨버터(200)의 블록 다이어그램들을 나타낸다.
이하 도 3을 참조하여 프로토콜 컨버터(200)들의 종류들을 설명한다.
도 3(a)는 측정된 정보를 전류 아날로그 신호로 출력하는 선박 장비(50)의 출력단에 연결되어 선박 표준 프로토콜로 변환된 신호로 출력하는 전류 컨버터로서, 전류 아날로그 신호를 인터페이스하는 입력 인터페이스부(210)와, 이를 디지털 신호로 컨버팅하는 컨버터(240)와, 디지털 신호를 선박 표준 프로토콜로 변환하는 제어부(230)와, 백본망(10)을 통해 변환된 신호를 전달하는 출력 인터페이스부(220)를 포함하도록 구성된다.
도 3(b)는 전압 아날로그 신호를 출력하는 선박 장비(50)들의 출력단에 연결되어 선박 표준 프로토콜로 변환된 신호로 출력하는 전압 컨버터로, 전압 아날로그 신호를 인터페이스 한다는 점에서 전류 컨버터와 입력 인터페이스부(211)만 달리하며, 다른 구성을 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
도 3(c)는 저항 아날로그 신호를 출력하는 선박 장비(50)들의 출력단에 연결되어 선박 표준 프로토콜로 변환된 신호로 출력하는 저항 컨버터로, 저항 아날로그 신호를 인터페이스 한다는 점에서 전류 컨버터와 입력 인터페이스부(212)만 달리하며, 다른 구성을 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
예를 들어, 선박 장비(50)들 중 압력 센서는 압력을 측정하여 전류(mA) 아날로그 신호로 선박의 압력 정보를 출력하면, 압력 센서의 출력단에 연결된 전류 컨버터는 압력 센서의 전류 아날로그 신호를 전류 인터페이스부(210)를 통해 전달받아 컨버터(240)를 통해 디지털 신호로 변환한 후, 다시 제어부(230)를 통해 선박 표준 프로토콜로 변환하여, 출력 인터페이스부(220)를 통해 백본망(10)으로 변환된 신호를 전송할 수 있다.
한편, 프로토콜 컨버터(200)로 변환되는 선박 표준 프로토콜로는 NMEA0183 또는 NMEA2000 프로토콜 신호가 해당될 수 있으며, 이렇게 변환된 신호는 RS-232, RS-422, RS-485, 또는 CAN 등의 통신을 통해 통합 게이트웨이(10)로 전달될 수 있다.
본 실시예에서는 기존에 선박에서 사용되던 이전 선박 표준 프로토콜의 캔통신(Control Area Network)을 이용하기 위하여, 선박 표준 프로토콜로 NMEA 2000 기반의 CAN 2.0B format의 프로토콜을 사용하기로 한다.
즉, 프로토콜 컨버터(200)의 제어부(230)는 기존 CAN 프레임의 기본 29비트 Header field와 8바이트 Data field, Start of Frame, Control, CRC, ACK, End of Frame field를 NMEA 2000 포맷인 PGN(Parameter Group Name)로 데이터 포맷을 변환해 줌으로써, 선박 표준 프로토콜로 선박 장비(50)들의 출력 신호를 변환할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 확장 CAN 2.0B 프레임 구조를 나타낸다.
이러한 제어부(230)는 내장형 펌웨어(firmware) 설치를 통하여 선박 장비(50)들의 출력 신호를 선박 표준 프로토콜로 변경할 수 있으며, 따라서, 이후에 선박의 표준 프로토콜이 변경되는 경우에는 펌웨어 재설치를 통해 별도의 구성추가 없이 선박 표준 프로토콜로 변경할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른, NMEA 2000 PGN(Parameter Group Name) 포맷 변환을 설명하는 도면이다.
이렇게 선박 내 다양한 위치들에 분산되어 있는 선박 장비(50)들로부터 선박 표준 프로토콜로 변환된 신호들은 백본망(10)을 통해 통합 게이트웨이(100)로 전달된다.
본 실시예에서 백본망(10)은 캔통신을 위하여 CAN high line 과 CAN low line을 포함하도록 구성될 수 있으며, 각 프로토콜 컨버터(200)는 두 라인에서 버스 라인을 따와 연결되도록 구성된다. 본 발명과 관련된 통상의 기술자에게 캔통신은 자명한 기술이므로, 이하 설명을 생략하기로 한다.
한편, 통합 게이트웨이(100)는 백본망(10)과 연결되어 각 프로토콜 컨버터(200)로부터 선박 표준 프로토콜로 변환된 신호들을 전달받아, 유선 망이나 무선 망을 통해 선박 내의 단말기(400)나 디스플레이부(300)에 전송하는 역할을 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 통합 게이트웨이의 블록 다이어그램을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 통합 게이트웨이(100)는 백본망(10)으로부터 각 선박장비(50)들의 선박 표준 프로토콜 신호를 전달받는 수신부(110)와, 전달받은 신호를 변환하여 유선 및 무선 송신부로 전달하는 신호 변환부(130)와, 선박 내부의 유선 망을 통해 변환된 신호를 송신하는 유선 송신부(140)와, 무선으로 변환된 신호를 송신하는 무선 송신부(150)와, 선박 표준 프로토콜 신호를 전달받아 사용자에게 출력하는 통합 모니터링부(180)와, 전원부(170), 저장부(160) 및 전술한 구성들을 통합 관리하는 제어부(120)를 포함한다.
먼저, 수신부(110)는 백본망(10)을 통해 각 선박 장비(50)의 프로토콜 컨버터(200)로부터 선박 표준 프로토콜 신호들을 수신한다.
본 실시예에서 수신부(110)는 NMEA 2000 프로토콜의 신호를 전송 받을 수 있도록 구성될 수 있으며, 나아가, RS-232, RS-422, RS-485 등의 신호들도 별도의 인터페이스를 구비하여 전송 받을 수 있다.
즉, 수신부(110)는 NMEA 2000 기반의 캔통신을 통해서뿐만 아니라, 선박 장비(50)들과 직접 연결되어 해당 선박 장비(50)에 해당하는 통신 수단(예를 들면, RS-232, RS-422, RS-485, 이더넷, wi-fi 등)을 통해 정보를 전달받는 것도 가능하다.
그리고, 제어부(120)는 수신부(110)에서 수신한 선박 표준 프로토콜 신호를 신호 변환부(130)를 거쳐 선박 내의 유선 망 또는 무선 망을 통해 송신할 수 있도록 제어한다.
신호 변환부(130)는 선박 표준 프로토콜 신호를 선박 내의 유선 망을 통해 전송할 수 있도록 신호를 프로토콜 변경하는 유선 신호 변환부(131)와, 선박 표준 프로토콜 신호를 선박 내의 무선 망을 통해 전송할 수 있도록 신호를 변경하는 무선 신호 변환부(131)를 포함한다.
좀더 상세히, 본 실시예의 유선 신호 변환부(131)는 선박 표준 프로토콜을 CSMA/CD 프로토콜로 변환하여 유선 송신부(140)로 전달함으로써, 선박 내의 유선 망인 이더넷을 통해 선박 장비(50)들의 정보를 송신할 수 있도록 할 수 있다.
그리고, 무선 신호 변환부(132)는 선박 표준 프로토콜을 무선 통신이 가능하도록 무선 신호로 변환하여, 무선 송신부(150)를 통해 단말기(400)가 선박 장비(50)들의 정보를 송신할 수 있도록 할 수 있다.
예를 들어, 무선 송신부(150)는 변환된 무선 신호를 블루투스나 Wi-Fi 또는 zigbee와 같은 방식으로 단말기(400)로 무선으로 송신할 수 있다.
본 실시예의 무선 신호 변환부(132)는 선박 표준 프로토콜을 TCP/IP나 UDP로 변환하여, 무선 송신부(150)가 Wi-fi를 통해 단말기(400)로 무선 신호를 전송할 수 있도록 한다.
이러한 신호 변환부(130)는 선박 내에 단말기(400)에 유선 및 무선으로 선박 장비(50)의 정보들을 송신할 수 있도록 신호를 변환할 수 있어서, 선박 내 신호들을 효율적으로 통합하여 관리할 수 있는 장점이 있다.
또한, 유선 송신부(140)와 무선 송신부(150)는 백본망(10)이 아닌 이더넷이나 wi-fi 등의 효율적인 네트워크 망을 통해 선박뿐만 아니라, 선박 근거리에 위치한 어느 곳에서든 선박 장비(50)들의 정보를 확인할 수 있도록 하여, 사용자의 편의성을 높일 수 있는 장점이 있다.
한편, 제어부(120)는 선박 표준 프로토콜 신호를 디스플레이부(300)나 통합 모니터링부(180)로 전달할 수도 있다.
통합 모니터링부(180)는 터치 스크린으로 구성될 수 있으며, 선박 표준 프로토콜 신호를 통합 분석하여 선박 장비(50)들의 각각의 정보들을 화면으로 출력할 수 있다.
나아가, 사용자가 터치를 통하여 통합 게이트웨이(100)를 컨트롤하는 것도 가능할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 통합 모니터링부에 출력되는 선박 장비들의 정보를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 통합 모니터링부(180)는 화면을 분할하여, 엔진의 상태, 연료 상황, 온도 상황, 네비게이션(위치, 방향 등) 등을 나타내는 인디케이터들을 한 화면에 나타내어, 사용자가 선박 장비(50)들의 정보를 한눈에 알아볼 수 있도록 GUI를 제공할 수 있다.
이러한 통합 모니터링부(180) 화면은 유선 또는 무선 송신부(140, 150)을 통해 신호를 전달받아 단말기(400)에 출력되는 화면도 이러한 방식으로 구성될 수 있다.
즉, 선박의 다양한 위치에 존재하는 단말기(400)들은 유선 또는 무선으로 통합 게이트웨이(100)와 통신하여, 선박 장비(50)들의 정보를 도 6과 같은 GUI로 사용자에게 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 선박 표준 프로토콜 기반의 컨버터의 개략적인 도면을 나타낸다.
본 실시예의 선박 표준 프로토콜 기반의 컨버터는 선박 장비(50)와 이더넷, CAN 2.0, RS-485, RS232 또는 Zigbee 2.4의 통신을 수신할 수 있는 수신부와, 상기 다양한 프로토콜의 신호를 이더넷, CAN 2.0, RS-485, RS232 또는 Zigbee 2.4으로 변환하여 단말기(400)로 송신할 수 있는 송신부와, 터치 스크린 또는 디스플레이와 연결되어 선박 장비(50)들의 정보를 GUI로 출력할 수 있는 출력부와, SD Card 슬롯과 USB 포트 등 저장부와 연결될 수 있는 인터페이스부을 포함하도록 구성될 수 있다.
전술한 구성들을 통해, 기존의 통신장비들을 이용하여 저비용으로 새롭게 지정된 표준 프로토콜로 통신이 가능하며, 각 선박 장비(50)들의 정보를 통합하여 효율적으로 관리할 수 있으며, 사용자 접근이 쉬운 유무선 네트워크로 선박 장비(50)들의 통합 정보를 전달할 수 있어 사용자의 선박 정보 접근성이 향상되고 항해의 원할한 운용이 가능해지는 장점이 있다.
10: 백본망
50: 선박 장비
100: 통합 게이트웨이
200: 프로토콜 컨버터
400: 단말기

Claims (10)

  1. 삭제
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  6. 복수의 선박 장비;
    상기 복수의 선박 장비 각각의 출력단과 연결되어, 연결된 상기 선박 장비의 정보를 수신하여 선박 표준 프로토콜 신호로 컨버팅하는 복수의 프로토콜 컨버터;
    상기 복수의 프로토콜 컨버터와 각각 연결되어, 상기 선박 표준 프로토콜 신호를 전송을 위한 통로가 되는 백본망;
    상기 복수의 프로토콜 컨버터로부터 상기 백본망을 통해서 상기 선박 표준 프로토콜 신호를 통합수신하고, 유선 또는 무선 프로토콜 신호로 변환하여, 유무선 네트워크 망을 통해 송신하는 통합 게이트웨이를 포함하고,
    상기 프로토콜 컨버터는 상기 선박 장비의 아날로그 신호를 인터페이스하는 입력 인터페이스부와, 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 컨버팅하는 디지털 컨버터와, 상기 디지털 신호를 상기 선박 표준 프로토콜로 변환하는 제어부와, 상기 백본망을 통해 상기 선박 표준 프로토콜 신호를 전달하는 출력 인터페이스부를 포함하고,
    상기 프로토콜 컨버터의 제어부는 기존 CAN 프레임의 기본 29비트 Header field와 8바이트 Data field, Start of Frame, Control, CRC, ACK, End of Frame field를 NMEA 2000 포맷인 PGN(Parameter Group Name)로 데이터 포맷을 변환하는 선박 통신시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 선박 장비는 엔진, 자이로 센서, 온도 센서, 압력 센서 및 베터리인 것을 특징으로 하는 선박 통신 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 백본망은 캔 하이 라인(CAN high line) 과 캔 로우 라인(CAN low line)을 포함하도록 구성된 선박 통신 시스템.
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