KR101707401B1 - 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템 - Google Patents

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Abstract

육상과 통신 가능한 다양한 통신 매체를 중복으로 사용하면서, 통신 연결상황에 따라 선박에서 육상으로 전송하는 데이터를 제어할 수 있도록 하여 해상의 다양한 변화 상황에도 육상과의 연결성을 보장하기 위한 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템에 관한 것으로서, 선박과 육상관제센터 간의 통신 상태를 실시간으로 감시하여 통신 상황에 따른 통신매체를 선택하고, 선택한 통신매체에 대응하는 통신매체 선택신호를 발생하는 통신매체 선택부; 선박 내의 송신 측과 육상 수신 측의 메시지 교환을 중계해주며, 상기 육상 수신 측에서 전송된 송신 메시지를 수신하여 선박 내의 특정 장비에 전달해주는 메시지 교환부; 및 상기 메시지 교환부로부터 매시지 제어권한을 부여받고, 상기 통신매체 선택부에서 발생한 통신매체 선택신호에 따른 통신매체로 송신 메시지의 전송을 제어하는 메시지 전송제어기를 포함하여, 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템을 구현한다.

Description

자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템{Highly reliable message exchange system for autonomous navigation vessels}
본 발명은 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환에 관한 것으로, 특히 육상과 통신 가능한 다양한 통신 매체를 중복으로 사용하면서, 통신 연결상황에 따라 선박에서 육상으로 전송하는 데이터를 제어할 수 있도록 하여 해상의 다양한 변화 상황에도 육상과의 연결성을 보장하기 위한 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템에 관한 것이다.
무인 선박이 운항하기 위한 자동 항법 시스템의 운용을 위해서는 무인 선박에 설치된 각종 센서에서 감지하는 속도, 고도, 방향, 경위도 등의 값들을 통제실에 전송해주거나 통제실에서의 각종 명령을 무인 선박에 전송해주는 데이터 송수신 장치가 필요하다.
현재 선박은 원양에서 육상 관제센터에 운항 일지 등을 전송하기 위한 데이터 통신망으로 위성에 의존적이다. GMDSS에서 강제하는 INMARSAT C 장비를 제외하고, 데이터 통신을 위하여 VSAT, Fleet Broadband 등 별도의 위성망 시스템을 구비하고, 선박 운항일지 등을 정리하여 육상 관제 센터에 송신한다.
무인 선박의 자율 운항을 위한 종래의 기술이 하기의 <특허문헌 1> 에 개시되었다.
<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 통제실의 컴퓨터에 연결되며 각종 명령을 무인항공기 및 선박에 전송해주거나 무인항공기 및 무인 선박에 설치된 자동항법장치에서 제공되는 속도, 고도, 방향, 경위도 등의 값들을 수신하여 상기 컴퓨터에 제공하는 제1CDMA 모뎀; 및 무인 항공기 및 무인 선박의 운행을 제어하는 제어부 및 자동항법장치에 연결되며, 각종 센서에서 감지하는 속도, 고도, 방향, 경위도 등의 값들을 상기 통제실에 전송하거나 통제실로부터의 각종 명령을 자동항법장치에 제공하는 제2CDMA 모뎀을 포함한다.
이러한 구성을 통해, 무인항공기 및 선박이 어디에 있더라도 CDMA 이동통신이 되는 지역 내에만 있으면 무인항공기 및 선박의 위치를 알 수 있다.
대한민국 공개특허 10-2010-0131409호(2010.12.15. 공개)(발명의 명칭: 자동항법 시스템의 데이터 송수신장치)
그러나 상기와 같은 종래기술은 원양에서 육상 관제 센터에 운항 일지 등을 전송하기 위한 데이터 통신망으로써 위성에 의존적이나, 단일 위성망은 기상상태, 전리층 변화에 따라 신호가 약해져 안정적인 통신이 어려울 때가 많아, 선박과 육상 관제 센터 간의 통신 연결성을 보장해주지 못하는 단점이 있다.
예컨대, 무인 선박은 다수의 선내 장치들, 다수의 육상 관제센터, 다수의 인근 선박들과 동시에 신뢰성 있는 통신해야 하는 데, 기존 데이터 교환 방식과 매체를 이용하면 통신효율도 낮고 통신 신뢰성도 보장할 수 없다.
또한, 종래기술 중 실시간성이 중요하지 않은 데이터를 취합하여 필요시에만 전달하는 방식은 통신비를 절약할 수 있는 장점은 있으나, 무인 선박은 실시간을 다양한 선박과 육상관제센터와 통신해야 하므로 무인 선박에 적용하기에는 어려운 단점이 있다.
또한, <특허문헌 1> 에 개시된 종래기술도 CDMA 통신 방식에 의존적이므로, CDMA 기지국이 설치되기 어려운 해양에서는 통신이 이루어지지 않는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 육상과 통신 가능한 다양한 통신 매체를 중복으로 사용하면서, 통신 연결상황에 따라 선박에서 육상으로 전송하는 데이터를 제어할 수 있도록 하여 해상의 다양한 변화 상황에도 육상과의 연결성을 보장하기 위한 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 근거리 무인 선박 선단을 제어하기 위한 근거리용 통신 매체와 연계하여 근거리 무인 선박 선단과 육상관제센터 간의 데이터를 교환할 수 있도록 한 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템은 선박과 육상관제센터 간의 통신 상태를 실시간으로 감시하여 통신 상황에 따른 통신매체를 선택하고, 선택한 통신매체에 대응하는 통신매체 선택신호를 발생하는 통신매체 선택부; 선박 내의 송신 측과 육상 수신 측의 메시지 교환을 중계해주며, 상기 육상 수신 측에서 전송된 송신 메시지를 수신하여 선박 내의 특정 장비에 전달해주는 메시지 교환부; 상기 메시지 교환부로부터 매시지 전송권한을 부여받고, 상기 통신매체 선택부에서 발생한 통신매체 선택신호에 따른 통신매체로 송신 메시지의 전송을 제어하는 메시지 전송제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템은 상기 메시지 교환부와 연계하여 선박과 선박 간의 통신을 수행하는 근거리 선박 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 통신매체 선택부는 육상관제센터와 연결 가능한 통신 매체들이 연결되는 WAN포트; 상기 WAN포트에 연결된 통신 매체를 이용하여 육상관제센터와 연계하여 통신 상태를 감시하는 통신상태 감시모듈; 상기 통신상태 감시모듈에서 감시한 통신 매체의 통신 상태를 기초로 통신 우선순위를 설정하는 통신 우선순위 설정모듈; 상기 통신상태 감시모듈과 상기 통신 우선순위 설정모듈에 의해 각각 발생한 통신상태 정보를 기초로 통신 매체를 선택하여 데이터를 송수신하는 송수신 모듈; 상기 송수신 모듈과 메시지 교환부 및 메시지 전송 제어기와 연계하여 상호 메시지를 인터페이스 해주는 LAN포트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 통신매체 선택부는 원격에서 전송된 통신매체 제어신호에 따라 통신 스위치를 관제하는 통신스위치 원격 관제부; 상기 통신 스위치의 장애 발생 시 예비 통신 스위치를 연결해주는 예비 포트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메시지 교환부는 메시지 발행자의 메시지 정보에 따라 수신처를 구분하고, 구분한 수신처의 메시지 큐(Queue)를 통해 메시지를 전달하는 메시지 교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메시지 전송 제어기는 상기 메시지 교환부로부터 메시지 전송 권한을 취득하는 메시지 전송 제어부; 상기 통신매체 선택부에서 발생한 통신매체 선택신호를 기초로 송신 메시지 설정을 관리하는 송신 메시지 설정 관리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기에서 근거리 선박 통신부는 상기 메시지 교환부와 연계하여 메시지 전송권한을 취득하는 메시지 송수신부; 상기 메시지 송수신부에서 전송된 데이터를 근거리 무선 통신포맷에 맞게 변환하며, 근거리 선박으로부터 전송된 송신 데이터는 상기 메시지 교환부의 데이터 포맷에 맞게 변환하는 데이터 변환기; 상기 데이터 변환기에서 출력되는 송신 데이터를 초단파(VHF) 대역의 신호로 송신하고, 수신 데이터는 원래의 데이터로 복원하여 상기 데이터 변환기에 전달하는 디지털 VHF 송수신기; 상기 디지털 VHF 송수신기와 연계하여 VHF 대역의 신호를 방사하고, 근거리 선박으로부터 송출된 VHF 대역의 신호를 수신하여 상기 디지털 VHF 송수신기에 전달하는 안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 육상과 통신 가능한 다양한 통신 매체를 중복으로 사용하면서, 통신 연결상황에 따라 선박에서 육상으로 전송하는 데이터를 제어할 수 있어, 해상의 다양한 변화 상황에도 육상과의 연결성을 보장할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 근거리 무인 선박 선단을 제어하기 위한 근거리용 통신 매체와 연계하여 근거리 무인 선박 선단과 VTS(Vessel Traffic Service) 센터 간의 데이터도 교환해줄 수 있는 장점이 있다.
또한, 무인 선박에서 필수적으로 요구되는 다 대다 통신을 구현해줄 수 있으며, 전송량 제어를 통해 경제적인 통신을 구현해줄 수 있는 장점도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템의 전체 구성도,
도 2는 도 1의 통신매체 선택부의 실시 예 블록 구성도,
도 3은 도 1의 메시지 교환부의 실시 예 블록 구성도,
도 4는 도 1의 메시지 전송 제어기의 실시 예 블록 구성도,
도 5는 도 1의 근거리 선박 통신부의 실시 예 블록 구성도,
도 6은 본 발명에서 일반 운항시 데이터 교환 과정의 설명도,
도 7은 본 발명에서 육상관제센터의 개입시 데이터 교환 과정을 설명도,
도 8은 본 발명에서 랑데부 제어 및 선단 모선으로부터의 제어 과정 설명도,
도 9는 본 발명에서 모선으로 자선을 제어할 경우의 데이터 교환 설명도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템의 전체 구성도이다.
본 발명에 따른 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템은 크게 무인 선박(100)과 육상관제센터(200)로 대별되며, 무인 선박(100)은 다시 통신매체 선택부(110), 메시지 전송 제어기(120), 메시지 교환부(130), 근거리 선박 통신부(140), 항해 자동화 모듈(150) 및 선박장비/센서 인터페이스 모듈(160)로 대별된다.
육상관제센터(200)는 무인 선박(100)과 데이터를 송수신하며, 무인 선박(100)으로부터 전송된 데이터를 분석하여 무인 선박(100)의 경로 및 동작을 제어하는 역할을 한다.
무인 선박(100)은 상기 육상관제센터(200)와 데이터 통신을 하며, 상기 육상관제센터(200)의 제어 데이터를 기반으로 자율 운항을 하는 선박을 의미한다.
통신매체 선택부(110)는 무인 선박(100)과 육상관제센터(200) 간의 통신 상태를 실시간으로 감시하여 통신 상황에 따른 통신매체를 선택하고, 선택한 통신매체에 대응하는 통신매체 선택신호를 발생하는 역할을 한다.
이러한 통신매체 선택부(110)는 도 2에 도시한 바와 같이, 육상관제센터(200)와 연결 가능한 통신 매체들(예를 들어, CDMA, 위성통신, LTE, RF통신, 기타)이 연결되는 WAN포트(111); 상기 WAN포트(111)에 연결된 통신 매체를 이용하여 육상관제센터(200)와 연계하여 통신 상태를 감시하는 통신상태 감시모듈(112); 상기 통신상태 감시모듈(112)에서 감시한 통신 매체의 통신 상태를 기초로 통신 우선순위를 설정하는 통신 우선순위 설정모듈(113); 상기 통신상태 감시모듈(112)과 상기 통신 우선순위 설정모듈(113)에 의해 각각 발생한 통신상태 정보를 기초로 통신 매체를 선택하여 데이터를 송수신하는 송수신 모듈(115); 상기 송수신 모듈(115)과 메시지 교환부(130) 및 메시지 전송 제어기(120)와 연계하여 상호 메시지를 인터페이스 해주는 LAN포트(116)를 포함한다.
여기서 WAN 포트는 이더넷 포트(Ethernet port)를 의미한다. 아울러 통신상태 감시모듈(112)은 상기 WAN포트(111)에 연결된 통신 매체를 이용하여 육상관제센터(200)와 일정 시간마다 ping을 전송하여 통신 상태를 감시하며, 부가적으로 손실률과 응답시간을 관리한다.
아울러 통신 우선순위 설정모듈(113)은 통신 매체의 사용 기준을 저장한다. 통신 매체의 사용 기준은 손실률 □% 이하, 응답시간 △ms 이하를 의미한다.
또한, 상기 통신매체 선택부(110)는 원격에서 전송된 통신매체 제어신호에 따라 통신 스위치를 관제하는 통신스위치 원격 관제부(114); 상기 통신 스위치의 장애 발생 시 예비 통신 스위치를 연결해주는 예비 포트(117)를 포함한다.
여기서 통신스위치 원격 관제부(114)는 원격으로 설정 상태 조회 및 변경할 수 있고, 원격으로 현재 통신 상태의 조회가 가능하며, 강제 통신 매체 지정이 가능하도록 통신 스위치의 스위칭을 제어하는 역할을 한다.
아울러 예비 포트(117)는 신뢰성을 위하여 동일한 스위치를 물리적으로 중복하기 위한 포트로서, 스위치의 Heart Beat를 송수신하고, 하나가 고장 나면 다른 하나가 기능을 수행하도록 포트를 제공한다.
메시지 교환부(130)는 선박 내의 송신 측과 육상 수신 측의 메시지 교환을 중계해주며, 상기 육상 수신 측에서 전송된 송신 메시지를 수신하여 선박 내의 특정 장비에 전달해주는 역할을 한다. 메시지 교환부(130)를 통한 메시지 교환시 송신 측은 수신 측의 통신 상태를 고려할 필요가 없으며, 전달하고자 하는 메시지만 메시지 교환부(130)에 전달하면, 메시지 교환부(130)는 데이터 손실 없이 메시지를 수신 측에 전달해준다. 송신 측은 하나의 메시지만을 전달하면, 메시지 교환부(130)에서 메시지에 포함된 정보를 기반으로 해당 메시지가 필요한 모든 부분에 복제 및 라우팅하여 전송해준다. 따라서 송신 측의 부하를 감소할 수 있다.
이러한 메시지 교환부(130)는 도 3에 도시한 바와 같이, 메시지 발행자의 메시지 정보에 따라 수신처를 구분하고, 구분한 수신처의 메시지 큐(Queue)를 통해 메시지를 전달하는 메시지 교환기(131)를 포함한다.
여기서 메시지 교환기(131)는 메시지 발행자의 메시지 종류에 따라 적절한 수신처의 메시지 큐로 메시지를 전달한다. 메시지는 데이터라고 할 수 있다. 수신처는 메시지 교환부(130)에 접속하여 자신의 메시지 큐에 저장된 데이터를 판독한다. 상기 메시지는 발행인, 수신인, 주제, 수명, 메시지 본문 등의 정보를 포함하는 것이 바람직하다. 수신인이 명시된 메시지는 해당 수신인 큐에 전달된다. 주제가 명시된 메시지는 해당 주제를 수신하고자 하는 모든 수신인의 큐로 복사 전달된다. 큐에 대기중인 메시지는 메시지의 지정된 수명이 지나기 전에 전송되지 않으면 자동으로 폐기된다.
메시지 전송제어기(120)는 상기 메시지 교환부(130)로부터 매시지 전송권한을 부여받고, 상기 통신매체 선택부(110)에서 발생한 통신매체 선택신호에 따른 통신매체로 송신 메시지의 전송을 제어하는 역할을 한다.
이러한 메시지 전송제어기(120)는 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 메시지 교환부(130)로부터 메시지 설정 변경 권한을 취득하여 송신 메시지의 종류와 수명을 재설정하는 메시지 전송 제어부(121); 상기 통신매체 선택부(110)에서 발생한 통신매체 선택신호를 기초로 변경할 송신 메시지 설정을 관리하는 송신 메시지 설정 관리부(122)를 포함한다. 여기서 메시지 전송제어기(120)는 통신 연결 상태에 따라 시급하지 않는 메시지는 전송횟수와 전송량을 줄여 메시지 전송을 제어하는 것이 바람직하다.
근거리 선박 통신부(140)는 상기 메시지 교환부(130)와 연계하여 무인 선박(100)과 다른 선박 간의 통신을 수행하는 역할을 한다. 여기서 다른 선박은 선단 운영 선박이거나 랑데부 선박을 의미한다. 인근 선박 간 제어를 위해서 응답속도가 빠른 근거리 통신 매체를 이용하여 통신을 수행하는 것이 바람직하다. 위성을 이용하면 응답시간이 길어지고, 다수 선박에 연결 시 성능 및 경제성이 저하되므로, 근거리 통신 매체를 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 근거리 선박 통신부(140)는 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 메시지 교환부(130)로부터 메시지를 수신하거나 송신하는 기능을 수행하는 메시지 송수신부(141); 상기 메시지 송수신부(141)에서 전송된 데이터를 근거리 무선 통신 포맷에 맞게 변환하며, 근거리 선박으로부터 전송된 송신 데이터는 상기 메시지 교환부(130)의 데이터 포맷에 맞게 변환하는 데이터 변환기(142); 상기 데이터 변환기(142)에서 출력되는 송신 데이터를 초단파(VHF) 대역의 신호로 송신하고, 수신 데이터는 원래의 데이터로 복원하여 상기 데이터 변환기(142)에 전달하는 디지털 VHF 송수신기(143); 상기 디지털 VHF 송수신기(143)와 연계하여 VHF 대역의 신호를 방사하고, 근거리 선박으로부터 송출된 VHF 대역의 신호를 수신하여 상기 디지털 VHF 송수신기(143)에 전달하는 안테나(144)를 포함한다.
도 1에서 항해 자동화 모듈(150)은 통상의 무인 선박에 구비되어, 경로 정보 및 기타 제어 명령을 기반으로 항해를 제어하는 역할을 한다.
아울러 선박 장비/센서 인터페이스 모듈(160)은 상기 메시지 교환부(130)를 통해 전송되는 선박 제어 신호에 따라 선박 장비로 제어신호를 전달하거나 센서로 제어신호를 전달해주는 역할을 하며, 선박 장비나 센서로부터 발생한 선박 및 환경 상태 정보는 상기 메시지 교환부(13)를 통해 적절한 수신처로 전달해주는 역할을 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템의 동작을 첨부한 도면 도 1 내지 도 9를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 메시지 교환은 일반 운항시 데이터 교환, 육상관제센터 개입시 데이터 교환, 랑데부 제어 및 선단 모선으로부터의 제어에 따른 데이터 교환, 모선으로써 자선을 제어할 때의 데이터 교환이라는 4가지 데이터 교환 모드로 운영되며, 이하 이를 구분하여 설명한다.
먼저, 첫 번째 데이터 교환 모드인 일반 운항시 데이터 교환 모드의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 6에 도시한 바와 같이, 선박 운항중 선박 장비/센서 인터페이스 모듈(160)에서 실시간으로 전송된 데이터는 각 출처(AIS, RADER, Alert, Ballast, MRU, GPS, Track Pilot, 등)를 주제(TOPIC)로 메시지 교환기(131)로 전달된다(①).
메시지 교환기(131)는 해당 TOPIC 메시지들을 항해자동화 큐 및 육상관제센터 큐로 라우팅한다(②).
이때, 통신매체 선택부(110)는 무인 선박(100)과 육상관제센터(200) 간의 통신 상태를 실시간으로 감시하여 통신 상황에 따른 통신매체를 선택하고, 선택한 통신매체에 대응하는 통신매체 선택신호를 메시지 전송 제어기(120)에 전달한다.
예컨대, 통신매체 선택부(110)는 통신상태 감시모듈(112)에서 육상관제센터(200)와 연결 가능한 통신 매체들(예를 들어, CDMA, 위성통신, LTE, RF통신, 기타)의 통신 상태를 육상관제센터(200)와 연계하여 감시한다. 아울러 통신 우선순위 설정모듈(113)은 감시한 통신 매체의 통신 상태를 기초로 통신 우선순위를 설정하여 송수신 모듈(115)에 전달한다. 송수신 모듈(115)은 상기 통신상태 감시모듈(112)과 상기 통신 우선순위 설정모듈(113)에 의해 각각 발생한 통신상태 정보를 기초로 통신 매체를 선택하고, 데이터 전송 제어기(120)에 선택한 통신 매체에 대한 정보를 제공한다. 이러한 통신 매체 선택은 일정 주기로 하거나 실시간으로 할 수 있다. 여기서 통신 매체의 선택이란 선택된 통신 매체로 데이터 송수신이 이루어지도록 통신 연결을 하는 것과 같은 의미이다.
육상관제센터(200)와 통신을 수행하기 위한 통신 매체에 대한 정보를 수신한 메시지 전송 제어기(120)는 현재 연결된 통신 매체의 상황에 따라 육상관제센터 큐에 저장된 메시지들의 수명을 설정하거나 덜 중요한 Topic의 메시지는 바로 육상관제센터(200)로 라우팅하지 않고 대기시킨다. 여기서 일정 시간(예를 들어, 10초) 이내 송신이 이루어지지 않고 대기하는 메시지는 자동 폐기된다. 이때, 항해 자동화 모듈(150)로 전송되는 메시지는 제어하지 않는다(③).
다음으로, 메시지 교환기(131)는 상기 선박 장비/센서 인터페이스 모듈(160)에서 출력되어 항해자동화 큐에 저장된 데이터는 항해 자동화 모듈(150)로 전달하고(④-1), 육상관제센터 큐에 저장된 메시지는 상기 데이터 전송 제어기(120)의 제어에 따라 선택된 통신 매체를 통해 육상관제센터(200)로 전달한다(④-2). 육상관제센터(200)로 전송되는 데이터는 통신매체 선택부(110)를 통해 육상관제센터(200)로 전송된다.
한편, 육상관제센터(200)는 무인 선박(100)으로부터 전송된 데이터를 수신하고, 수신한 데이터를 표시장치에 디스플레이하여 관리자가 무인 선박의 상태를 감시할 수 있도록 한다(⑤).
또한, 항해 자동화 모듈(150)도 상기 메시지 교환기(131)를 통해 수신한 선박 데이터 및 주변 환경 데이터들을 이용하여, 경로, 타각, 출력을 결정하고, NMEA0183 등의 형태로 각 장비의 명령을 지칭하는 Topic을 부가하여 메시지 교환기(131)에 전송한다(⑥).
상기 메시지 교환기(131)는 상기 항해 자동화 모듈(150)에서 전송된 각 장비의 명령 Topic의 메시지를 장비/센서 큐에 저장하고, 이를 선박 장비/센서 인터페이스 모듈(160)로 전송한다(⑦).
이러한 과정을 통해 일반 항해시 각각의 장비나 센서에서 검출한 데이터를 항해 자동화 모듈(150) 및 육상관제센터(200)로 전송하고, 항해 자동화 모듈(150)에서 전송된 데이터를 해당 장치로 인터페이스 하게 된다.
이렇게 각각의 장비나 모듈들은 자신이 전송할 메시지를 상대방의 통신 상황을 고려할 필요없이 단순히 송신만 한다. 이에 따라 메시지 교환부(130)에서 적절한 통신 매체의 선택과 통신 메시지의 제어를 통해, 해당 장치로 알맞게 전송한다. 이는 결과적으로 각각의 장비의 메시지 전송에 대한 부하를 줄일 수 있게 된다.
다음으로, 두 번째 데이터 교환 모드인 육상관제센터의 개입시 데이터 교환 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 7에 도시한 바와 같이, 항해 자동화 모듈(150)에서 단독으로 항해 자동화를 결정하지 못하고, 육상관제센터(200)의 개입이 필요할 경우, 육상관제센터 개입 요청 메시지를 생성하여 메시지 교환기(131)로 전송한다(①). 예컨대, 다수의 장애물이 등장하여 충돌 회피가 어렵거나, 갑작스런 환경 변화로 운항이 어려운 것으로 판단이 되면, 육상관제센터에 개입 요청 메시지를 전송한다.
상기 메시지 교환기(131)는 항해 자동화 모듈(150)로부터 육상관제센터 개입을 요청하는 메시지가 전달되면, 이를 육상관제센터 큐에 저장한다(②). 육상관제센터 큐에 저장된 메시지는 전술한 메시지 전송 제어기(120)의 제어에 따라 통신매체 선택부(110)로 전달되고, 통신매체 선택부(110)에서 육상관제센터(200)와 연결된 통신매체를 통해 육상관제센터 개입을 요청하는 메시지를 육상관제센터(200)로 전송한다.
상기 육상관제센터(200)는 육상관제센터 개입 요청 메시지를 수신하면, 항해 자동화 모듈(150)을 오프하기 위한 항해 자동화 모듈 오프 메시지를 생성하여 상기 통신매체를 통해 무인 선박(100)으로 전송한다(③). 무인 선박(100)의 통신매체 선택부(110)는 상기 육상관제센터(200)로부터 전송된 항해 자동화 모듈 오프 메시지를 수신하여 메시지 교환기(131)로 전달한다.
상기 메시지 교환기(131)는 수신한 항해 자동화 모듈 오프 메시지를 항해자동화 큐에 저장한다. 항해자동화 큐에 저장된 항해 자동화 모듈 오프 메시지는 항해 자동화 모듈(150)로 전송된다. 항해 자동화 모듈(150)은 항해 자동화 모듈 오프 메시지를 수신하면, 항해 자동화 상태를 디세이블(disable)하고, 그 결과를 육상관제센터(200)로 전송한다(④). 항해 자동화 상태가 디세이블되었다는 메시지도 메시지 교환기(131), 통신매체 선택부(110)를 순차 통해 육상관제센터(200)에 전송된다.
상기 육상관제센터(200)는 무인 선박(100)으로부터 항해 자동화 상태가 디세이블되었다는 메시지를 수신하면, 무인 선박(100)의 항로를 직접 변경하기 위한 항로 변경 메시지를 생성하여 상기 무인 선박(100)으로 전송한다(⑤).
이렇게 육상관제센터(200)로부터 출력된 항로 변경 메시지는 통신매체 선택부(110), 메시지 교환기(131)에 전달된다. 메시지 교환기(131)는 항로 변경 메시지에 포함된 항로 변경 명령어를 항해 자동화 큐에 저장한다(⑥).
항해 자동화 모듈(150)은 상기 항해 자동화 큐에 저장된 항로 변경 메시지를 읽어들이고, 이를 기초로 각 장비의 명령어 Topic을 부가하여 각 장비를 제어하기 위한 명령 데이터를 상기 메시지 교환기(131)에 전달한다(⑦).
상기 메시지 교환기(131)는 상기 항해 자동화 모듈(150)로부터 수신한 각 장비의 제어 명령을 선박 장비/센서 인터페이스 큐에 저장한다(⑧). 선박 장비/센서 인터페이스 큐에 저장된 각 장비 명령어는 선박 장비/센서 인터페이스 모듈(160)을 통해 각 장비로 전달되어, 무인 선박(100)은 육상관제센터(200)의 제어에 따라 운항이 이루어진다.
다음으로, 세 번째 데이터 교환 모드인 랑데부 제어 및 선단 모선으로부터의 제어 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 8에 도시한 바와 같이, 무인 선박(100)은 근거리 선박 통신부(140)를 통해 모선/랑데부 선박과 근거리 선박/선단 제어기 간의 상호 인증을 실시한다(①).
인증이 이루어진 후, 모선/랑데부 선박에서 항해 자동화 모듈 오프 메시지를 무인 선박(100)으로 전송한다(②). 여기서 모선/랑데부 선박과 무인 선박(100) 간에는 응답 속도가 빠른 근거리 통신매체를 이용한다. 위성을 이용하여 응답을 하면 응답 시간이 길어지고, 다수 선박의 연결 시 성능 및 경제성이 떨어지므로 근거리 통신매체를 사용하여 통신을 수행하는 것이 바람직하다. 무인 선박(100)의 근거리 선박 통신부(140)는 상기 모선/랑데부 선박으로 전송된 항해 자동화 모듈 오프 메시지를 수신하여 메시지 교환부(130)에 전달한다. 메시지 교환부(130)의 메시지 교환기(131)는 수신한 항해 자동화 모듈 오프 메시지를 항해 자동화 큐에 저장한다.
항해 자동화 모듈(150)은 상기 항해 자동화 큐에 저장된 항해 자동화 모듈 오프 메시지를 읽어들이고, 이에 따라 항해 자동화 모듈을 디세이블한 후, 모선/랑데부 선박의 명령 대기 메시지를 생성하여 상기 메시지 교환기(131)로 전송한다(③). 상기 메시지 교환기(131)는 수신한 명령 대기 메시지를 상기 근거리 선박 통신부(140)를 통해 선단 운영 선박(모선)/랑데부 선박에 전송한다.
상기 선단 운영 선박(모선)/랑데부 선박은 명령 대기 메시지를 수신한 후, 무인 선박(100)의 경로, 타각, 출력 변경 명령 메시지를 생성하여 상기 무인 선박(100)으로 전송한다(④).
무인 선박(100)의 근거리 선박 통신부(140)는 수신한 경로, 타각, 출력 변경 명령 메시지를 메시지 교환기(131)로 전달한다(⑤). 메시지 교환기(131)는 수신한 경로, 타각, 출력 변경 명령 메시지를 항해 자동화 큐를 통해 항해 자동화 모듈(150)에 전송한다(⑥).
아울러 상기 메시지 교환기(131)는 항해 자동화 모듈(150)이 디세이블 상태이면, 모선/랑데부 선박으로부터 수신한 명령 메시지를 선박 장비/센서 인터페이스 큐에 저장한다(⑦). 선박 장비/센서 인터페이스 모듈(160)은 상기 선박 장비/센서 인터페이스 큐에 저장된 명령 메시지를 읽어들여, 해당 장비/센서에 전달한다.
이러한 과정을 통해 랑데부 선박/모선과 무인 선박(100) 간의 데이터 교환이 이루어지고, 랑데부 선박/모선에서 무인 선박(100)의 항해 제어가 이루어진다.
마지막으로, 네 번째 데이터 교환 모드인 무인 선박이 모선이 되어 자선을 제어하는 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 9에 도시한 바와 같이, 항해 자동화 모듈(150)에서 자선 제어 명령 송신을 요청한다(①). 이렇게 요청되는 자선 제어 명령 송신요청 메시지를 메시지 교환기(131)를 통해 근거리 선박 통신부(140)에 전달된다. 근거리 선박 통신부(140)는 근거리 통신을 통해 자선 선박인 선단 운영 선박/랑데부 선박과 인증을 수행하고(②), 정상적으로 인증이 이루어지면 상기 자선 제어명령 송신요청 메시지를 자선인 선단 운영 선박/랑데부 선박에 전송한다.
자선 제어명령 송신요청 메시지를 수신한 자선은 명령 수신을 대기하는 명령 수신 대기 메시지를 생성하여 상기 무인 선박(100)으로 전송한다(③). 무인 선박(100)의 근거리 선박 통신부(140)는 상기 자선으로부터 전송된 명령 수신 대기 메시지를 수신하여 상기 메시지 교환기(131)에 전달한다. 상기 메시지 교환기(131)는 전달된 명령 수신 대기메시지를 항해 자동화 큐에 저장한다.
항해 자동화 모듈(150)은 상기 항해 자동화 큐에 저장된 명령 수신 대기메시지를 읽어들이게 되고, 자선별 way point를 생성하여 상기 메시지 교환기(131)로 전송한다(④). 메시지 교환기(131)는 상기 항해 자동화 모듈(150)로부터 전송된 자선별 way point 메시지를 상기 근거리 선박 통신부(140)에 전달한다. 근거리 선박 통신부(140)는 전달되는 자선별 way point 메시지를 자선인 선박 운영 선박/랑데부 선박에 전송한다.
이러한 데이터 교환 과정을 통해 무인 선박(100)이 모선이 되어 자선을 제어하게 되는 것이다.
이상 상술한 본 발명은 육상과 통신 가능한 다양한 통신 매체를 중복으로 사용하면서, 통신 연결상황에 따라 선박에서 육상으로 전송하는 데이터를 제어할 수 있도록 하여 해상의 다양한 변화 상황에도 육상과의 연결성을 보장한다.
아울러 근거리 무인 선박 선단을 제어하기 위한 근거리용 통신 매체와 연계하여 근거리 무인 선박 선단과 무인 선박 간 데이터 교환, 또는 근거리 무인 선박 선단과 육상관제센터 간의 데이터 교환의 연결성도 보장할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 무인 선박과 육상관제센터 간의 데이터 교환, 무인 선박과 선박 운영 선박/랑데부 선박 간의 데이터 교환, 선박 운영 선박/랑데부 선박과 육상관제센터 간의 데이터 교환 기술에 적용된다.
100: 무인 선박
110: 통신매체 선택부
112: 통신상태 감지모듈
113: 통신 우선순위 설정부
114: 통신 스위치 원격 관제부
115: 송수신 모듈
120: 메시지 전송 제어기
121: 메시지 전송 제어부
122: 송신 메시지 설정 관리부
130: 메시지 교환부
131: 메시지 교환기
140: 근거리 선박 통신부
141: 메시지 송수신부
142: 데이터 변환기
143: 디지털 VHF 송수신기
150: 항해 자동화 모듈
160: 선박 장비/센서 인터페이스 모듈

Claims (10)

  1. 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템으로서,
    선박과 육상관제센터 간의 통신 상태를 실시간으로 감시하여 통신 상황에 따른 통신매체를 선택하고, 선택한 통신매체에 대응하는 통신매체 선택신호를 발생하는 통신매체 선택부;
    선박 내의 송신 측과 육상 수신 측의 메시지 교환을 중계해주며, 상기 육상 수신 측에서 전송된 송신 메시지를 수신하여 선박 내의 특정 장비에 전달해주는 메시지 교환부; 및
    상기 메시지 교환부로부터 메시지 전송권한을 부여받고, 상기 통신매체 선택부에서 발생한 통신매체 선택신호에 따른 통신매체로 송신 메시지의 전송을 제어하는 메시지 전송제어기를 포함하고,
    상기 메시지 전송 제어기는 상기 메시지 교환부로부터 메시지 전송 제어 권한을 취득하여 송신 메시지 설정을 변경하는 메시지 전송 제어부; 상기 통신매체 선택부에서 발생한 통신매체 선택신호를 기초로 송신 메시지 설정을 관리하는 송신 메시지 설정 관리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템.
  2. 청구항 1에서, 상기 메시지 교환부와 연계하여 선박과 선박 간의 통신을 수행하는 근거리 선박 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템.
  3. 청구항 1에서, 상기 통신매체 선택부는 육상관제센터와 연결 가능한 통신 매체들이 연결되는 WAN포트; 상기 WAN포트에 연결된 통신 매체를 이용하여 육상관제센터와 연계하여 통신 상태를 감시하는 통신상태 감시모듈; 상기 통신상태 감시모듈에서 감시한 통신 매체의 통신 상태를 기초로 통신 우선순위를 설정하는 통신 우선순위 설정모듈; 상기 통신상태 감시모듈과 상기 통신 우선순위 설정모듈에 의해 각각 발생한 통신상태 정보를 기초로 통신 매체를 선택하여 데이터를 송수신하는 송수신 모듈; 상기 송수신 모듈과 메시지 교환부 및 메시지 전송 제어기와 연계하여 상호 메시지를 인터페이스 해주는 LAN 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템.
  4. 청구항 3에서, 상기 통신매체 선택부는 원격에서 전송된 통신매체 제어신호에 따라 통신 스위치를 관제하는 통신스위치 원격 관제부; 상기 통신 스위치의 장애 발생 시 예비 통신 스위치를 연결해주는 예비 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템.
  5. 청구항 1에서, 상기 메시지 교환부는 메시지 발행자의 메시지 정보에 따라 수신처를 구분하고, 구분한 수신처의 메시지 큐(Queue)를 통해 메시지를 전달하는 메시지 교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템.
  6. 청구항 5에서, 상기 메시지 정보는 발행인, 수신인, 주제, 수명, 메시지 본문 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에서, 상기 송신 메시지 설정 관리부는 주제가 명시된 메시지는 해당 주제를 수신하고자 하는 모든 수신인의 큐로 복사 전달하며, 큐에 대기중인 메시지는 메시지의 지정된 수명이 지나도 전송되지 않으면 자동으로 폐기하는 것을 특징으로 하는 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템.
  9. 청구항 8에서, 상기 송신 메시지 설정 관리부는 통신 연결 상태에 따라 메시지의 중요도를 결정하고, 결정한 중요도에 따라 긴급하지 않는 메시지는 전송횟수와 전송량을 줄여 메시지 전송을 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템.
  10. 청구항 2에서, 상기 근거리 선박 통신부는 상기 메시지 교환부와 연계하여 메시지를 송수신하는 메시지 송수신부; 상기 메시지 송수신부에서 전송된 데이터를 근거리 무선 통신포맷에 맞게 변환하며, 근거리 선박으로부터 전송된 송신 데이터는 상기 메시지 교환부의 데이터 포맷에 맞게 변환하는 데이터 변환기; 상기 데이터 변환기에서 출력되는 송신 데이터를 초단파(VHF) 대역의 신호로 송신하고, 수신 데이터는 원래의 데이터로 복원하여 상기 데이터 변환기에 전달하는 디지털 VHF 송수신기; 상기 디지털 VHF 송수신기와 연계하여 VHF 대역의 신호를 방사하고, 근거리 선박으로부터 송출된 VHF 대역의 신호를 수신하여 상기 디지털 VHF 송수신기에 전달하는 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 운항 선박을 위한 메시지 교환시스템.


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