KR101853182B1 - 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 방법 및 시스템 - Google Patents

해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에서 제안하는 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 방법 및 시스템이 제시된다. 본 발명에서 제안하는 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 시스템은 해양 관측 부이에 탑재되어 서로 다른 복수의 I/O 인터페이스를 통해 측정된 센서 측정 데이터를 CAN 프로토콜로 변환하여 하나의 인터페이스 규격으로 통합하는 복수의 센서 모듈, 상기 복수의 센서 모듈에서 통합된 CAN 프로토콜로 상기 센서 측정 데이터를 송수신하는 통합 관리 게이트웨이, 상기 통합 관리 게이트웨이를 통해 수신된 상기 센서 측정 데이터를 LTE 통신을 이용하여 수신 받아 지상에서 모니터링하는 지상 원격 모니터링부를 포함한다.

Description

해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 방법 및 시스템{Method and System for Collecting and Monitoring Data for Ocean Observation Buoys}
본 발명은 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 방법 및 시스템에 관한 것이다.
연안에서 해양교통안전, 항만개발, 해양관광 등 해양산업 활동의 지원과 태풍, 해일 등에 의한 해양 재해 저감 대책 수립에 활용되는 해양 관측 자료가 선진국에 비해 부족한 실정이며, 특히 관측소, 등표, 해양 관측 부이 등의 관측 장비는 육상과 다른 환경 하에서 사용함으로써 정밀 측정에 애로가 많고, 새롭게 개발되는 다양한 신형 측정 장치를 수용할 수 있는 시스템이 개발되어 있지 않다. 또한 현재 사용되는 해양 센서들은 여러 가지 I/O 인터페이스들을 가지기 때문에 하나의 프로토콜로의 통합이 어려워 유지보수 및 관리가 매우 어려운 상황이다. 그러므로 현재, 육상관측에 사용되는 측정 장치들은 클라우드, 빅데이터, IoT 등을 기반으로 하여 고속의 다양한 정보처리가 가능하므로 이러한 첨단기술들을 해상분야에도 적용할 필요가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 해양 관측 부이에 탑재된 센서 모듈들의 다양한 인터페이스를 하나의 인터페이스 규격으로 통합하여 데이터를 수집하고 모니터링할 수 있는 방법 및 시스템을 제공하는데 있다. 또한, 각각의 센서에서 지원하는 다양한 인터페이스를 CAN 기반의 인터페이스로 변환하고, CAN-Bus를 통하여 부이 내부의 통합 관리 게이트웨이로 센서 측정 데이터를 전송하기 위한 방법 및 시스템을 제안한다. 본 발명은 통합 관리 게이트웨이에서 LTE 통신을 이용하여 지상의 원격 모니터링부로 데이터를 전송하고, 지상으로부터 제어 명령을 수신하여 통합 관리 게이트웨이 및 센서 모듈의 동작을 제어하기 위한 방법 및 시스템을 제안한다. 본 발명은 해양 관측 부이에 감시 카메라를 탑재하여 주변 상황(항해 중인 선박과의 충돌 상황, 부이 주변 상황 감시 등)을 실시간으로 감시하거나 녹화하여 지상 원격 모니터링부로 전송하기 위한 방법 및 시스템을 제안한다. 본 발명은 해양 관측 부이가 LTE 통신 도달 거리를 벗어날 경우 하나 이상의 다른 부이 혹은 선박 및 해상 구조물과 함께 메쉬 네트워크(mesh network)를 구성하여 다른 부이 혹은 선박 및 해상 구조물을 거쳐서 지상 원격 모니터링부로 데이터를 전송하기 위한 방법 및 시스템을 제안한다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 시스템은 해양 관측 부이에 탑재되어 서로 다른 복수의 I/O 인터페이스를 통해 측정된 센서 측정 데이터를 CAN 프로토콜로 변환하여 하나의 인터페이스 규격으로 통합하는 복수의 센서 모듈, 상기 복수의 센서 모듈에서 통합된 CAN 프로토콜로 상기 센서 측정 데이터를 송수신하는 통합 관리 게이트웨이, 상기 통합 관리 게이트웨이를 통해 수신된 상기 센서 측정 데이터를 LTE 통신을 이용하여 수신 받아 지상에서 모니터링하는 지상 원격 모니터링부를 포함한다.
상기 통합 관리 게이트웨이는 LTE 통신 모듈을 탑재하여 상기 지상 원격 모니터링부와 LTE 통신을 이용하여 데이터를 송수신하고, 상기 통합 관리 게이트웨이가 상기 지상 원격 모니터링부의 LTE 커버리지 밖에 있을 경우 메쉬 네트워크를 이용하여 LTE 통신이 가능한 부이 또는 선박을 통해 지상 원격 모니터링부와 통신한다.
상기 복수의 센서 모듈은 센서 유닛, 마이크로 컨트롤러, CAN 트랜시버를 포함하고, 상기 마이크로 컨트롤러는 필요한 센서 측정 데이터만을 파싱하여 CAN 프레임을 생성하고, 상기 CAN 프레임은 CAN 트랜시버의 CAN-Bus를 통해 상기 통합 관리 게이트웨이로 송신된다.
상기 통합 관리 게이트웨이는 CAN 트랜시버, LTE 라우터, 메인 게이트웨이를 포함하고, 상기 복수의 센서 모듈의 등록 및 관리를 지원하고, 상기 복수의 센서 모듈로부터 CAN 프로토콜로 센서 측정 데이터를 수신 받는다.
상기 통합 관리 게이트웨이는 상기 지상 원격 모니터링부로부터 제어 명령을 수신하여 상기 통합 관리 게이트웨이 및 상기 복수의 센서 모듈의 동작을 제어한다.
상기 통합 관리 게이트웨이는 상기 복수의 센서 모듈의 각각에 해당 CAN-ID를 부여하고 상기 복수의 센서 모듈로부터 CAN 프로토콜로 변환된 센서 측정 데이터를 수신하여 저장하고, LTE 통신을 이용하여 상기 지상 원격 모니터링부로 상기 센서 측정 데이터를 송신한다.
상기 통합 관리 게이트웨이는 LTE 통신 모듈을 탑재하여 상기 지상 원격 모니터링부와 LTE 통신을 이용하여 데이터를 송수신하고, 상기 통합 관리 게이트웨이가 상기 지상 원격 모니터링부의 LTE 커버리지 밖에 있을 경우 메쉬 네트워크를 이용하여 LTE 통신이 가능한 부이 또는 선박을 통해 지상 원격 모니터링부와 통신한다.
상기 통합 관리 게이트웨이는 카메라를 탑재하여 항해 중인 선박과의 충돌 상황, 부이 주변 상황을 포함하는 주변 상황을 실시간으로 촬영하여 지상 원격 모니터링부로 전송한다.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 방법은 해양 관측 부이에 탑재된 복수의 센서 모듈의 서로 다른 복수의 I/O 인터페이스를 통해 센서 측정 데이터를 측정하는 단계, 상기 측정된 센서 측정 데이터를 CAN 프로토콜로 변환하여 하나의 인터페이스 규격으로 통합하는 단계, 상기 통합된 CAN 프로토콜로 상기 센서 측정 데이터를 통합 관리 게이트웨이에서 송수신하는 단계, 지상 원격 모니터링부가 상기 통합 관리 게이트웨이와 LTE 통신을 이용하여 상기 센서 측정 데이터를 수신 받아 지상에서 모니터링하는 단계를 포함한다.
상기 지상 원격 모니터링부가 상기 통합 관리 게이트웨이와 LTE 통신을 이용하여 상기 센서 측정 데이터를 수신 받아 지상에서 모니터링하는 단계는 상기 통합 관리 게이트웨이가 LTE 통신 모듈을 탑재하여 상기 지상 원격 모니터링부와 LTE 통신을 이용하여 데이터를 송수신하고, 상기 통합 관리 게이트웨이가 상기 지상 원격 모니터링부의 LTE 커버리지 밖에 있을 경우 메쉬 네트워크를 이용하여 LTE 통신이 가능한 부이 또는 선박을 통해 지상 원격 모니터링부와 통신한다.
상기 측정된 센서 측정 데이터를 CAN 프로토콜로 변환하여 하나의 인터페이스 규격으로 통합하는 단계는 마이크로 컨트롤러를 통해 필요한 센서 측정 데이터만을 파싱하여 CAN 프레임을 생성한다.
상기 통합된 CAN 프로토콜로 상기 센서 측정 데이터를 통합 관리 게이트웨이에서 송수신하는 단계는 상기 측정된 센서 측정 데이터의 통합된 CAN 프로토콜은 CAN 트랜시버의 CAN-Bus를 통해 상기 통합 관리 게이트웨이로 송신되고, 통합 관리 게이트웨이는 상기 복수의 센서 모듈의 등록 및 관리를 지원하고, 상기 복수의 센서 모듈로부터 CAN 프로토콜로 센서 측정 데이터를 수신 받는다.
상기 통합된 CAN 프로토콜로 상기 센서 측정 데이터를 통합 관리 게이트웨이에서 송수신하는 단계는 상기 지상 원격 모니터링부로부터 제어 명령을 수신하여 상기 통합 관리 게이트웨이 및 상기 복수의 센서 모듈의 동작을 제어하도록 하고, 상기 복수의 센서 모듈의 각각에 해당 CAN-ID를 부여하고 상기 복수의 센서 모듈로부터 CAN 프로토콜로 변환된 센서 측정 데이터를 수신하여 저장하고, LTE 통신을 이용하여 상기 지상 원격 모니터링부로 상기 센서 측정 데이터를 송신한다.
상기 지상 원격 모니터링부가 상기 통합 관리 게이트웨이와 LTE 통신을 이용하여 상기 센서 측정 데이터를 수신 받아 지상에서 모니터링하는 단계는 상기 통합 관리 게이트웨이가 LTE 통신 모듈을 탑재하여 상기 지상 원격 모니터링부와 LTE 통신을 이용하여 데이터를 송수신하고, 상기 지상 원격 모니터링부의 LTE 커버리지 밖에 있을 경우 메쉬 네트워크를 이용하여 LTE 통신이 가능한 부이 또는 선박을 통해 지상 원격 모니터링부와 통신하고, 상기 통합 관리 게이트웨이가 카메라를 탑재하여 항해 중인 선박과의 충돌 상황, 부이 주변 상황을 포함하는 주변 상황을 실시간으로 촬영하여 지상 원격 모니터링부로 전송한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 다양한 해양 IoT 서비스를 제공하기 위하여 센서 모듈과 통합 관리 게이트웨이 사이에 데이터를 효율적으로 송수신하기 위한 센서 데이터 패킷 형식을 제공하고, 이를 이용한 데이터 송수신 절차 및 방법을 제공한다. 이를 통하여 통합 관리 게이트웨이에 접속하는 센서 모듈을 통합 관리 게이트웨이가 자동으로 인식하여 센서 모듈을 제어 및 관리할 수 있고, 센서의 종류 및 관리 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 따라서, 해양 분야에서 사람이 쉽게 접근하기 어려운 환경에서 운영되는 센서 및 IoT 플랫폼을 유지 및 관리할 수 있는 수단을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 관측 부이에 탑재된 센서들의 다양한 인터페이스를 하나의 인터페이스 규격으로 통합하기 위한 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 부이가 다른 부이를 거쳐서 지상 원격 모니터링부와 통신하는 네트워크 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 해양 관측 부이에 탑재된 센서들의 다양한 인터페이스를 하나의 인터페이스 규격으로 통합하여 데이터를 수집하고 모니터링할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것으로서, 각각의 센서에서 지원하는 다양한 인터페이스를 CAN 기반의 인터페이스로 변환하여 CAN-bus를 통하여 부이 내부의 통합 관리 게이트웨이로 센서 측정 데이터를 전송하고, 통합 관리 게이트웨이는 LTE 통신을 이용하여 지상 원격 모니터링부로 데이터를 전송하고, 지상으로부터 제어 명령을 수신하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 해양 관측 부이는 감시 카메라를 통하여 주변 상황(예를 들어, 항해 중인 선박과의 충돌 상황, 부이에 접근하는 물체 등의 파악)을 실시간으로 감시하거나 녹화하여 지상 원격 모니터링부로 전송하는 것을 특징으로 한다. 마지막으로, 본 발명에 따른 해양 관측 부이는 LTE 통신 도달 거리를 벗어날 경우 하나 이상의 다른 부이와 함께 메쉬 네트워크(mesh network)를 구성하여 다른 부이를 거쳐서 지상의 모니터링 시스템으로 데이터를 전송하는 것을 특징으로 한다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
본 실시예에 따른 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 시스템(100)은 프로세서(110), 버스(120), 네트워크 인터페이스(130), 메모리(140) 및 데이터베이스(150)를 포함할 수 있다. 메모리(140)는 운영체제(141) 및 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 루틴(142)을 포함할 수 있다. 프로세서(110)는 복수의 센서 모듈(111), 통합 관리 게이트웨이(112), 지상 원격 모니터링부(113)를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 시스템(100)은 도 1의 구성요소들보다 더 많은 구성요소들을 포함할 수도 있다. 그러나, 대부분의 종래기술적 구성요소들을 명확하게 도시할 필요성은 없다. 예를 들어, 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 시스템(100)은 디스플레이나 트랜시버(transceiver)와 같은 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다.
메모리(140)는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로서, RAM(random access memory), ROM(read only memory) 및 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있다. 또한, 메모리(140)에는 운영체제(141)와 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 루틴(142)을 위한 프로그램 코드가 저장될 수 있다. 이러한 소프트웨어 구성요소들은 드라이브 메커니즘(drive mechanism, 미도시)을 이용하여 메모리(140)와는 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로부터 로딩될 수 있다. 이러한 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체는 플로피 드라이브, 디스크, 테이프, DVD/CD-ROM 드라이브, 메모리 카드 등의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체(미도시)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서 소프트웨어 구성요소들은 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체가 아닌 네트워크 인터페이스(130)를 통해 메모리(140)에 로딩될 수도 있다.
버스(120)는 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 시스템(100)의 구성요소들간의 통신 및 데이터 전송을 가능하게 할 수 있다. 버스(120)는 고속 시리얼 버스(high-speed serial bus), 병렬 버스(parallel bus), SAN(Storage Area Network) 및/또는 다른 적절한 통신 기술을 이용하여 구성될 수 있다.
네트워크 인터페이스(130)는 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 시스템(100)을 컴퓨터 네트워크에 연결하기 위한 컴퓨터 하드웨어 구성요소일 수 있다. 네트워크 인터페이스(130)는 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 시스템(100)을 무선 또는 유선 커넥션을 통해 컴퓨터 네트워크에 연결시킬 수 있다.
데이터베이스(150)는 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링을 위해 필요한 모든 정보를 저장 및 유지하는 역할을 할 수 있다. 도 1에서는 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 시스템(100)의 내부에 데이터베이스(150)를 구축하여 포함하는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 시스템 구현 방식이나 환경 등에 따라 생략될 수 있고 혹은 전체 또는 일부의 데이터베이스가 별개의 다른 시스템 상에 구축된 외부 데이터베이스로서 존재하는 것 또한 가능하다.
프로세서(110)는 기본적인 산술, 로직 및 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 시스템(100)의 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다. 명령은 메모리(140) 또는 네트워크 인터페이스(130)에 의해, 그리고 버스(120)를 통해 프로세서(110)로 제공될 수 있다. 프로세서(110)는 복수의 센서 모듈(111), 통합 관리 게이트웨이(112), 지상 원격 모니터링부(113)를 위한 프로그램 코드를 실행하도록 구성될 수 있다. 이러한 프로그램 코드는 메모리(140)와 같은 기록 장치에 저장될 수 있다.
복수의 센서 모듈(111), 통합 관리 게이트웨이(112), 지상 원격 모니터링부(113)는 도 4의 단계들(410~440)을 수행하기 위해 구성될 수 있다.
해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 시스템(100)은 복수의 센서 모듈(111), 통합 관리 게이트웨이(112), 지상 원격 모니터링부(113)를 포함할 수 있다
복수의 센서 모듈(111)은 해양 관측 부이에 탑재되어 서로 다른 복수의 I/O 인터페이스를 통해 측정된 센서 측정 데이터를 CAN 프로토콜로 변환하여 하나의 인터페이스 규격으로 통합한다. 복수의 센서 모듈(111)은 센서 유닛, 마이크로 컨트롤러, CAN 트랜시버를 포함한다. 상기 마이크로 컨트롤러는 필요한 센서 측정 데이터만을 파싱하여 CAN 프레임을 생성하고, 상기 CAN 프레임은 CAN 트랜시버의 CAN-Bus를 통해 상기 통합 관리 게이트웨이로 송신된다.
통합 관리 게이트웨이(112)는 상기 복수의 센서 모듈에서 통합된 CAN 프로토콜로 상기 센서 측정 데이터를 송수신한다. 통합 관리 게이트웨이(112)는 LTE 통신 모듈을 탑재하여 상기 지상 원격 모니터링부와 LTE 통신을 이용하여 데이터를 송수신하고, 상기 통합 관리 게이트웨이가 상기 지상 원격 모니터링부의 LTE 커버리지(LTE coverage) 밖에 있을 경우 메쉬 네트워크를 이용하여 LTE 통신이 가능한 부이 또는 선박을 통해 지상 원격 모니터링부와 통신한다.
통합 관리 게이트웨이(112)는 CAN 트랜시버, LTE 라우터, 메인 게이트웨이를 포함한다. 그리고, 상기 복수의 센서 모듈의 등록 및 관리를 지원하고, 상기 복수의 센서 모듈로부터 CAN 프로토콜로 센서 측정 데이터를 수신 받는다.
통합 관리 게이트웨이(112)는 상기 지상 원격 모니터링부로부터 제어 명령을 수신하여 상기 통합 관리 게이트웨이 및 상기 복수의 센서 모듈의 동작을 제어한다. 상기 복수의 센서 모듈의 각각에 해당 CAN-ID를 부여하고 상기 복수의 센서 모듈로부터 CAN 프로토콜로 변환된 센서 측정 데이터를 수신하여 저장한다. 그리고, LTE 통신을 이용하여 상기 지상 원격 모니터링부로 상기 센서 측정 데이터를 송신한다.
통합 관리 게이트웨이(112)는 LTE 통신 모듈을 탑재하여 상기 지상 원격 모니터링부와 LTE 통신을 이용하여 데이터를 송수신하고, 상기 통합 관리 게이트웨이가 상기 지상 원격 모니터링부의 LTE 커버리지(LTE coverage) 밖에 있을 경우 메쉬 네트워크를 이용하여 LTE 통신이 가능한 부이 또는 선박을 통해 지상 원격 모니터링부와 통신한다.
또한, 통합 관리 게이트웨이(112)는 카메라를 탑재하여 항해 중인 선박과의 충돌 상황, 부이 주변 상황을 포함하는 주변 상황을 실시간으로 촬영하여 지상 원격 모니터링부로 전송한다.
지상 원격 모니터링부(113)는 상기 통합 관리 게이트웨이를 통해 수신된 상기 센서 측정 데이터를 LTE 통신을 이용하여 수신 받아 지상에서 모니터링한다. 도 2를 참조하여 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 시스템에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 관측 부이에 탑재된 센서들의 다양한 인터페이스를 하나의 인터페이스 규격으로 통합하기 위한 시스템을 나타내는 도면이다.
본 발명에서는 IoT 기술을 기반으로 한 해양관측 부이 시스템을 제안한다. 발명한 시스템은 센서 모듈(210), 통합 관리 게이트웨이(240), 지상 원격 모니터링 부(250)를 포함하고, 이로써 지상 원격 모니터링부에서 해양환경의 다양한 센서들을 등록하여 사용할 수 있게 된다.
도 2에서는 설명의 편의상 3개의 센서(211, 221, 231)를 가지는 시스템을 가정한다. 도 2의 부이 시스템에서 사용된 센서는 CT 센서(CT Sensor)(211), 기상센서(Weather Sensor)(221), GPS(231)로 이루어져 있다. 이러한 센서는 실시예일뿐 이외의 다양한 종류의 센서들을 더 포함할 수 있다. CT 센서(CT Sensor)(211)는 바다의 전도도 온도 등을 측정하고, 기상센서(Weather Sensor)(221)는 수면 위의 바람의 방향과 속도 등 기상을 측정한다. 그리고 GPS(231)는 부이의 위치를 파악하기 위해 사용한다.
제안하는 부이 시스템은 도 2와 같이 모두 3개의 부분으로 구성된다(센서 모듈(210), 통합 관리 게이트웨이(240), 지상 원격 모니터링부(250))
먼저, 센서 모듈(210)은 센서 유닛(221, 221, 231)과 마이크로컨트롤러(212, 222, 232)로 구성되어 있다. 각 센서들은 NMEA0183(214), NMEA2000(224), UART(234) 등과 같은 다양한 종류의 인터페이스를 가지고 있다. 각각의 센서 모듈에 해당하는 마이크로컨트롤러(212, 222, 232)는 필요한 정보만 파싱하고 CAN 프레임으로 만들어 보낸다. 이후 이 CAN 프레임은 CAN 트랜시버(CAN Transceiver)(213, 223, 233)를 거쳐 CAN-Bus를 통해 통합 관리 게이트웨이(240)로 전송된다.
다음으로, 부이 시스템의 센서들을 관리하고 데이터를 통합하여 지상의 모니터링 시스템으로 전송하는 역할을 하는 통합 관리 게이트웨이(240)가 있다. 통합 관리 게이트웨이(240)는 CAN 트랜시버(CAN Transceiver)(242), LTE 라우터(LTE Router)(243), 메인 게이트웨이(Main Gateway)(241)를 포함한다. 통합 관리 게이트웨이(240)는 센서 모듈(210)로부터 CAN 프로토콜로 재구성된 데이터를 수신 받고, 센서 모듈(210)의 등록과 관리를 지원한다. 각 센서모듈은 유일한 CAN-ID를 모든 CAN-Bus 상의 디바이스로 전송한다. 이후 통합 관리 게이트웨이(240)는 모든 센서모듈로부터 데이터를 받아 저장하고, LTE 통신을 이용하여 지상 원격 모니터링부(250)로 수집된 데이터를 전송한다.
마지막으로 지상 원격 모니터링부(250)를 포함한다. 지상 원격 모니터링부(250)는 지상에 있는 모니터링 시스템으로서 통합 관리 게이트웨이(240)로부터 받은 해양관측 데이터를 데이터베이스 서버에 저장하고 모니터링할 수 있다.
또한 제안하는 부이 시스템은 감시 카메라(Camera)(244)를 탑재하여 주변 상황(예를 들어, 항해 중인 선박과의 충돌 상황, 부이 주변 상황 감시 등)을 실시간으로 감시하거나 녹화하여 지상 원격 모니터링부(250)로 송신할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 부이가 다른 부이를 거쳐서 지상 원격 모니터링부와 통신하는 네트워크 구성을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, '부이 #1'(330)은 LTE 통신 도달 거리(LTE coverage)(340) 이내에 존재하므로 지상 원격 모니터링부(360)와 LTE 통신(350)을 이용하여 직접 데이터를 송수신할 수 있다. 반면, '부이 #2'(320)와 '부이 #3'(310)은 LTE 통신 도달 거리(LTE coverage)(340) 밖에 존재하므로 LTE 통신(350)을 이용하여 직접 송수신이 불가능하다. 따라서, 본 발명은 해상의 부이들 간에 메쉬 네트워크(Mesh network)를 구성하여 LTE 통신(350)이 이용 가능한 다른 부이 혹은 선박 및 해상 구조물을 거쳐서 지상 원격 모니터링부(360)로 데이터를 전송하는 방식을 제안한다.
예를 들어, LTE 통신 도달 거리(LTE coverage)(340) 밖에 존재하는 '부이 #2'(320)는 LTE 통신(350)이 이용 가능한 '부이 #1'(330)을 통하여 지상과 데이터를 송수신한다. 메쉬 네트워크에서 '부이 #3'(310)이 '부이 #1'(330)과 직접 통신이 불가능할 경우 '부이 #1'(330)과 '부이 #3'(310)사이에 존재하는 '부이 #2'(320)를 경유하여 지상 원격 모니터링부(360)와 데이터를 송수신할 수 있다. 상기 메쉬 네트워크는 예를 들어 Zigbee, Wi-Fi 등을 이용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
제안하는 해양 관측 부이를 위한 데이터 수집 및 모니터링 방법은 해양 관측 부이에 탑재된 복수의 센서 모듈의 서로 다른 복수의 I/O 인터페이스를 통해 센서 측정 데이터를 측정하는 단계(410), 상기 측정된 센서 측정 데이터를 CAN 프로토콜로 변환하여 하나의 인터페이스 규격으로 통합하는 단계(420), 상기 통합된 CAN 프로토콜로 상기 센서 측정 데이터를 통합 관리 게이트웨이에서 송수신하는 단계(430), 지상 원격 모니터링부가 상기 통합 관리 게이트웨이와 LTE 통신을 이용하여 상기 센서 측정 데이터를 수신 받아 지상에서 모니터링하는 단계(440)를 포함한다.
단계(410)에서, 해양 관측 부이에 탑재된 복수의 센서 모듈의 서로 다른 복수의 I/O 인터페이스를 통해 센서 측정 데이터를 측정한다.
단계(420)에서, 상기 측정된 센서 측정 데이터를 CAN 프로토콜로 변환하여 하나의 인터페이스 규격으로 통합한다.
복수의 센서 모듈은 센서 유닛, 마이크로 컨트롤러, CAN 트랜시버를 포함한다. 단계(420)에서, 마이크로 컨트롤러를 통해 필요한 센서 측정 데이터만을 파싱하여 CAN 프레임을 생성한다.
단계(430)에서, 상기 통합된 CAN 프로토콜로 상기 센서 측정 데이터를 통합 관리 게이트웨이에서 송수신한다.
상기 측정된 센서 측정 데이터의 통합된 CAN 프로토콜은 CAN 트랜시버의 CAN-Bus를 통해 상기 통합 관리 게이트웨이로 송신되고, 통합 관리 게이트웨이는 상기 복수의 센서 모듈의 등록 및 관리를 지원하고, 상기 복수의 센서 모듈로부터 CAN 프로토콜로 센서 측정 데이터를 수신 받는다. 이때, 지상 원격 모니터링부로부터 제어 명령을 수신하여 상기 통합 관리 게이트웨이 및 상기 복수의 센서 모듈의 동작을 제어하도록 한다.
통합 관리 게이트웨이는 복수의 센서 모듈의 각각에 해당 CAN-ID를 부여하고 상기 복수의 센서 모듈로부터 CAN 프로토콜로 변환된 센서 측정 데이터를 수신하여 저장한다. 그리고, LTE 통신을 이용하여 상기 지상 원격 모니터링부로 상기 센서 측정 데이터를 송신한다.
단계(440)에서, 지상 원격 모니터링부가 상기 통합 관리 게이트웨이와 LTE 통신을 이용하여 상기 센서 측정 데이터를 수신 받아 지상에서 모니터링한다.
이때, 통합 관리 게이트웨이는 LTE 통신 모듈을 탑재하여 상기 지상 원격 모니터링부와 LTE 통신을 이용하여 데이터를 송수신한다. 그리고, 상기 통합 관리 게이트웨이가 상기 지상 원격 모니터링부의 LTE 커버리지(LTE coverage) 밖에 있을 경우 메쉬 네트워크를 이용하여 LTE 통신이 가능한 부이 또는 선박을 통해 지상 원격 모니터링부와 통신한다.
상기 통합 관리 게이트웨이는 LTE 통신 모듈을 탑재하여 상기 지상 원격 모니터링부와 LTE 통신을 이용하여 데이터를 송수신하고, 통합 관리 게이트웨이가 지상 원격 모니터링부의 LTE 커버리지 밖에 있을 경우 메쉬 네트워크를 이용하여 LTE 통신이 가능한 부이 또는 선박을 통해 지상 원격 모니터링부와 통신한다.
상기 통합 관리 게이트웨이는 카메라를 탑재하여 항해 중인 선박과의 충돌 상황, 부이 주변 상황을 포함하는 주변 상황을 실시간으로 촬영하여 지상 원격 모니터링부로 전송한다.
본 발명은 다양한 해양 IoT 서비스를 제공하기 위하여 센서와 게이트웨이 사이에 데이터를 효율적으로 송수신하기 위한 센서 데이터 패킷 형식을 제공하고, 이를 이용한 데이터 송수신 절차 및 방법을 제공한다. 이를 통하여 게이트웨이에 접속하는 센서를 게이트웨이가 자동으로 인식하여 센서를 제어 및 관리할 수 있고, 센서의 종류 및 관리 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 따라서, 해양 분야에서 사람이 쉽게 접근하기 어려운 환경에서 운영되는 센서 및 IoT 플랫폼을 유지 및 관리할 수 있는 수단을 제공할 수 있다.
본 발명은 해양 관측 부이에 탑재된 센서들의 다양한 인터페이스를 하나의 인터페이스 규격으로 통합하여 통합된 인터페이스를 통하여 데이터를 수집하고 모니터링할 수 있는 시스템 및 방법을 제공함으로써 시스템의 유지 관리를 용이하게 한다. 본 발명은 통합 관리 게이트웨이에서 LTE 통신을 이용하여 지상 원격 모니터링부로 데이터를 전송함으로써 기존의 CDMA를 이용한 방식보다 넓은 통신 도달 거리를 제공한다. 본 발명은 해양 관측 부이에 감시 카메라를 탑재하여 주변 상황을 실시간으로 감시하거나 녹화하여 지상 원격 모니터링부로 전송함으로써 항해 중인 선박과의 충돌 상황 및 부이 주변 상황을 감시할 수 있다. 본 발명은 해양 관측 부이가 하나 이상의 다른 부이 혹은 선박 및 해상 구조물과 함께 메쉬 네트워크(mesh network)를 구성하여 다른 부이 혹은 선박 및 해상 구조물을 거쳐서 지상의 모니터링 시스템으로 데이터를 전송함으로써 LTE 통신 도달 거리를 벗어나는 경우에도 데이터를 전송할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다.　 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.　 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다.　 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다.　 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.　 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다.　 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.　 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.　 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.　 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.　 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.　 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.　 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (12)

  1. 데이터 수집 및 모니터링 시스템에 있어서,
    해양 관측 부이에 탑재되어 서로 다른 복수의 I/O 인터페이스를 통해 측정된 센서 측정 데이터를 CAN 프로토콜로 변환하여 하나의 인터페이스 규격으로 통합하는 복수의 센서 모듈;
    상기 복수의 센서 모듈에서 통합된 CAN 프로토콜로 상기 센서 측정 데이터를 송수신하는 통합 관리 게이트웨이; 및
    상기 통합 관리 게이트웨이를 통해 수신된 상기 센서 측정 데이터를 LTE 통신을 이용하여 수신 받아 지상에서 모니터링하는 지상 원격 모니터링부
    를 포함하고,
    상기 복수의 센서 모듈은,
    센서 유닛, 마이크로 컨트롤러, CAN 트랜시버를 포함하고,
    각각의 센서 모듈은 NMEA0183, NMEA2000, UART를 포함하는 복수의 인터페이스를 갖고, 각각의 센서 모듈에 해당하는 마이크로컨트롤러는 송수신할 센서 측정 데이터만을 파싱하고 CAN 프레임을 생성한 후, 상기 측정 데이터의 CAN 프레임은 CAN 트랜시버의 CAN-Bus를 통해 상기 통합 관리 게이트웨이로 송신되고,
    상기 통합 관리 게이트웨이는,
    상기 통합 관리 게이트웨이가 LTE 통신 모듈을 탑재하여 상기 지상 원격 모니터링부와 LTE 통신 도달 거리 이내에 존재하는 경우, LTE 통신을 기반으로 상기 지상 원격 모니터링부로 상기 센서 측정 데이터를 직접 전송하고,
    LTE 통신 모듈을 탑재하여 상기 지상 원격 모니터링부와 LTE 통신을 이용하여 데이터를 송수신하고, 상기 통합 관리 게이트웨이가 상기 지상 원격 모니터링부의 LTE 커버리지 밖에 있을 경우 메쉬 네트워크를 이용하여 LTE 통신이 가능한 하나 이상의 다른 부이 또는 선박을 통해 지상 원격 모니터링부와 통신하고,
    카메라를 탑재하여 항해 중인 선박과의 충돌 상황, 부이 주변 상황을 포함하는 주변 상황을 실시간으로 촬영하여 지상 원격 모니터링부로 전송하고,
    통합 관리 게이트웨이는 상기 복수의 센서 모듈의 등록 및 관리를 지원하고, 상기 복수의 센서 모듈로부터 CAN 프로토콜로 센서 측정 데이터를 수신 받고,
    상기 LTE 통신이 가능한 하나 이상의 다른 부이를 통해 지상 원격 모니터링부와 통신함에 있어서, 상기 통합 관리 게이트웨이가 상기 지상 원격 모니터링부와 LTE 통신이 가능한 다른 부이와 직접 통신이 어려운 경우, 상기 통합 관리 게이트웨이와 상기 다른 부이 사이에 존재하며 상기 다른 부이와 통신이 가능한 또 다른 부이, 그리고 상기 다른 부이를 통해 상기 지상 원격 모니터링부와 통신하고,
    상기 센서 측정 데이터는, CT 센서를 통해 측정된 바다의 전도도 온도를 포함하는 데이터, 기상 센서를 통해 측정된 수면 위의 바람의 방향과 속도를 포함하는 기상 데이터를 포함하는
    데이터 수집 및 모니터링 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 통합 관리 게이트웨이는,
    CAN 트랜시버, LTE 라우터, 메인 게이트웨이를 포함하고, 상기 복수의 센서 모듈의 등록 및 관리를 지원하고, 상기 복수의 센서 모듈로부터 CAN 프로토콜로 센서 측정 데이터를 수신 받는
    데이터 수집 및 모니터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 통합 관리 게이트웨이는,
    상기 지상 원격 모니터링부로부터 제어 명령을 수신하여 상기 통합 관리 게이트웨이 및 상기 복수의 센서 모듈의 동작을 제어하는
    데이터 수집 및 모니터링 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 통합 관리 게이트웨이는,
    상기 복수의 센서 모듈의 각각에 해당 CAN-ID를 부여하고 상기 복수의 센서 모듈로부터 CAN 프로토콜로 변환된 센서 측정 데이터를 수신하여 저장하고, LTE 통신을 이용하여 상기 지상 원격 모니터링부로 상기 센서 측정 데이터를 송신하는
    데이터 수집 및 모니터링 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 데이터 수집 및 모니터링 방법에 있어서,
    해양 관측 부이에 탑재된 복수의 센서 모듈의 서로 다른 복수의 I/O 인터페이스을 통해 센서 측정 데이터를 측정하는 단계;
    상기 측정된 센서 측정 데이터를 상기 복수의 센서 모듈을 통해 CAN 프로토콜로 변환하여 하나의 인터페이스 규격으로 통합하는 단계;
    상기 통합된 CAN 프로토콜로 상기 센서 측정 데이터를 통합 관리 게이트웨이에서 송수신하는 단계; 및
    지상 원격 모니터링부가 상기 통합 관리 게이트웨이와 LTE 통신을 이용하여 상기 센서 측정 데이터를 수신 받아 지상에서 모니터링하는 단계
    를 포함하고,
    상기 측정된 센서 측정 데이터를 CAN 프로토콜로 변환하여 하나의 인터페이스 규격으로 통합하는 단계는,
    NMEA0183, NMEA2000, UART를 포함하는 복수의 인터페이스를 갖는 각각의 센서 모듈에 해당하는 마이크로컨트롤러는 송수신할 센서 측정 데이터만을 파싱하고 CAN 프레임을 생성하고,
    상기 통합된 CAN 프로토콜로 상기 센서 측정 데이터를 통합 관리 게이트웨이에서 송수신하는 단계는,
    상기 측정된 센서 측정 데이터의 통합된 CAN 프레임은 CAN 트랜시버의 CAN-Bus를 통해 상기 통합 관리 게이트웨이로 송신되고, 통합 관리 게이트웨이는 상기 복수의 센서 모듈의 등록 및 관리를 지원하고, 상기 복수의 센서 모듈로부터 CAN 프로토콜로 센서 측정 데이터를 수신 받고,
    상기 지상 원격 모니터링부가 상기 통합 관리 게이트웨이와 LTE 통신을 이용하여 상기 센서 측정 데이터를 수신 받아 지상에서 모니터링하는 단계는,
    상기 통합 관리 게이트웨이가 LTE 통신 모듈을 탑재하여 상기 지상 원격 모니터링부와 LTE 통신 도달 거리 이내에 존재하는 경우, LTE 통신을 기반으로 상기 지상 원격 모니터링부로 상기 센서 측정 데이터를 직접 전송하고,
    상기 통합 관리 게이트웨이가 LTE 통신 모듈을 탑재하여 상기 지상 원격 모니터링부와 LTE 통신을 이용하여 데이터를 송수신하고, 상기 통합 관리 게이트웨이가 상기 지상 원격 모니터링부의 LTE 커버리지 밖에 있을 경우 메쉬 네트워크를 이용하여 LTE 통신이 가능한 하나 이상의 다른 부이 또는 선박을 통해 지상 원격 모니터링부와 통신하고,
    상기 통합 관리 게이트웨이가 카메라를 탑재하여 항해 중인 선박과의 충돌 상황, 부이 주변 상황을 포함하는 주변 상황을 실시간으로 촬영하여 지상 원격 모니터링부로 전송하고,
    상기 LTE 통신이 가능한 하나 이상의 다른 부이를 통해 지상 원격 모니터링부와 통신함에 있어서, 상기 통합 관리 게이트웨이가 상기 지상 원격 모니터링부와 LTE 통신이 가능한 다른 부이와 직접 통신이 어려운 경우, 상기 통합 관리 게이트웨이와 상기 다른 부이 사이에 존재하며 상기 다른 부이와 통신이 가능한 또 다른 부이, 그리고 상기 다른 부이를 통해 상기 지상 원격 모니터링부와 통신하고,
    상기 센서 측정 데이터는, CT 센서를 통해 측정된 바다의 전도도 온도를 포함하는 데이터, 기상 센서를 통해 측정된 수면 위의 바람의 방향과 속도를 포함하는 기상 데이터를 포함하는
    데이터 수집 및 모니터링 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 통합된 CAN 프로토콜로 상기 센서 측정 데이터를 통합 관리 게이트웨이에서 송수신하는 단계는,
    상기 지상 원격 모니터링부로부터 제어 명령을 수신하여 상기 통합 관리 게이트웨이 및 상기 복수의 센서 모듈의 동작을 제어하도록 하고,
    상기 복수의 센서 모듈의 각각에 해당 CAN-ID를 부여하고 상기 복수의 센서 모듈로부터 CAN 프로토콜로 변환된 센서 측정 데이터를 수신하여 저장하고, LTE 통신을 이용하여 상기 지상 원격 모니터링부로 상기 센서 측정 데이터를 송신하는
    데이터 수집 및 모니터링 방법.
  12. 삭제
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