KR102029149B1 - Floating Hydroacoustic-Network Switch - Google Patents

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KR102029149B1 KR1020180096875A KR20180096875A KR102029149B1 KR 102029149 B1 KR102029149 B1 KR 102029149B1 KR 1020180096875 A KR1020180096875 A KR 1020180096875A KR 20180096875 A KR20180096875 A KR 20180096875A KR 102029149 B1 KR102029149 B1 KR 102029149B1
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Abstract

The present invention relates to a floating hydro-acoustic network switch. More particularly, the present invention relates to a floating hydro-acoustic network switch which can directly connect hydro-acoustic communication so that underwater sensors, nodes, equipment, etc. can communicate with a land center with minimal data loss.

Description

부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치{Floating Hydroacoustic-Network Switch}Floating Hydroacoustic-Network Switch

본 발명은 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수중의 센서, 노드, 장비 설비 등과 육상센터가 데이터 손실을 최소화하면서 통신할 수 있도록 수중음향통신을 직접적으로 연계해줄 수 있는 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치에 관한 기술이다.The present invention relates to a floating underwater sound communication network switch, and more particularly, to float underwater sensors, nodes, equipment, etc., which can directly connect underwater acoustic communication so that a land center can communicate with a minimum of data loss. The present invention relates to a network switch for drinking water acoustic communication.

수중음향통신은 네트워크의 개념보다는 소규모 그룹으로 사용되어 왔다. 기존의 수중장비에서 음파를 이용하여 데이터를 교환하는 방식 자체가 오래되지 않았고, 유선으로 신호를 받거나, 별도의 마스터 통신 장비를 두고, 자체적인 데이터 처리를 한 이후에 통신을 거쳐 분배되는 방식을 사용하였다.Underwater acoustic communication has been used in small groups rather than the concept of networks. The method of exchanging data using sound waves in the existing underwater equipment is not old, and it is distributed through communication after receiving a signal by wire or using a separate master communication equipment and processing its own data. It was.

수중음향통신에 대한 종래의 기술을 살펴보면, 대한민국 등록특허공보 제10-1522279호(도 1 참조)와 같이, 각 노드들을 관장하는 마스터 노드(120)가 하나의 세그먼트(110)를 구성하여, 모선(130)과 연계하여 수중 네트워크를 구성하고, 상기 수중 네트워크는 상기 모선(130)에 설치된 시스템에 연결되고, 관련 정보들이 상기 모선(130)에 설치된 시스템에서 처리되거나, 또는 상기 모선(130)이 구성하고 있는 통신 네트워크를 통해 육상 또는 다른 곳으로 그 신호가 전달되는 방식을 취한 수중음향네트워크가 개시되었다.Looking at the conventional technology for underwater acoustic communication, as in the Republic of Korea Patent Publication No. 10-1522279 (see Figure 1), the master node 120 that manages each node constitutes one segment 110, the bus An underwater network is configured in connection with 130, and the underwater network is connected to a system installed in the mother bus 130, and related information is processed in a system installed in the mother bus 130, or the mother bus 130 is installed. A hydroacoustic network has been disclosed in which a signal is transmitted to a land or another place through a constituent communication network.

그러나, 상술한 종래의 방식과 같이 가공된 데이터가 다수 번의 단계를 거치게 될 경우, 로데이터가 왜곡되거나 손상될 수 있다.However, if the processed data is subjected to a plurality of steps as in the conventional method described above, the raw data may be distorted or corrupted.

또한, 수중음향통신을 위한 장치가 부유물 구조이기 때문에, 파도의 모양에 따라 기울어짐이 발생하여 음파를 수신하는 트랜스듀서가 물속에 잠기지 못하고 대기 중에 노출될 경우 손상이 발생할 수 있다. 이에 따라, 트랜스듀서의 설치위치 자체를 한정하여 기울어지더라도 노출되지 않도록 설계되어야 하는 한계가 있어, 부유물 자체의 크기가 크고 설계가 어려운 단점이 있었다. 게다가, 파도, 바람, 해류 등의 영향으로 부유물이 이동하게 될 경우 계획된 구역을 벗어나게 되면 데이터의 유실이나 통신 감도의 저하와 같은 문제가 발생할 수 있어, 부유물을 고정하여 계류하는 방식을 사용하기도 하였으나, 이러한 방식은 수심이 깊어질수록 비용이 증가하고 비효율적이다.In addition, since the device for underwater acoustic communication is a floating structure, the inclination occurs according to the shape of the wave, damage may occur when the transducer receiving the sound wave is exposed to the air without being submerged in the water. Accordingly, there is a limitation in that the installation position of the transducer itself is limited so as not to be exposed even when inclined, so that the size of the float itself is large and the design is difficult. In addition, if the float moves under the influence of waves, wind, currents, etc., it may cause problems such as loss of data or deterioration of communication sensitivity if it is out of the planned area. This approach is costly and inefficient as the depth goes deeper.

대한민국 등록특허공보 제10-1522279호 (2015.05.15.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1522279 (2015.05.15.)

본 발명은 상술한 바와 같은 선행 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 수중의 센서, 노드, 장비 설비 등과 육상센터가 데이터 손실을 최소화하면서 통신할 수 있도록 수중음향통신을 직접적으로 연계해줄 수 있는 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, which can directly connect underwater acoustic communication so that the land center can communicate with underwater sensors, nodes, equipment facilities and the like while minimizing data loss. The purpose is to provide a network switch for floating hydroacoustic communication.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, another problem to be solved by the present invention not mentioned herein is to those skilled in the art from the following description. It will be clearly understood.

본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치는, 해상에 부유하도록 배치하며, 부력을 가지는 용기; 상기 용기의 최하부에 위치되어, 해저센서로부터 음파 형태의 원데이터를 수신하여 전자기파 형태로 변환하는 제1변환부; 상기 제1변환부에 의해 변환된 데이터를 수신하여 목적지 네트워크에 호환 가능한 프로토콜로 변환하는 제2변환부; 상기 용기의 최상부에 위치되어, 상기 제2변환부에 의해 변환된 데이터를 육상센터로 전송하는 안테나; 및 상기 용기에 내장되어, 상기 네트워크 스위치를 구동하기 위한 전력을 공급하기 위한 배터리;를 포함하여, 상기 원데이터를 상기 육상센터로 전달하기 위한 수중음향통신을 직접적으로 중계하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.Floating hydroacoustic communication network switch according to the present invention is arranged to float on the sea, the buoyant vessel; Located at the bottom of the vessel, the first conversion unit for receiving the original data in the form of sound waves from the seabed sensor to convert the electromagnetic wave form; A second converter receiving the data converted by the first converter and converting the data into a protocol compatible with a destination network; An antenna positioned at the top of the vessel and transmitting data converted by the second converter to a land center; And a battery embedded in the container for supplying power for driving the network switch, and configured to directly relay underwater acoustic communication for transmitting the raw data to the land center. .

또한, 본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치는, 상기 용기의 내측 하부에 설치되어, 상기 용기의 3축의 운동가속도를 각각 측정하는 자이로안정기; 및 상기 자이로안정기로부터 수신한 데이터를 토대로, 상기 용기의 자세와 위치를 제어하는 제어부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 용기가 기설정된 위치와 자세를 유지할 수 있도록 상기 네트워크 스위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the floating hydroacoustic communication network switch according to the present invention, is installed in the inner lower portion of the container, the gyro stabilizer for measuring the acceleration of each of the three axes of the container; And a controller configured to control the posture and the position of the container based on the data received from the gyro stabilizer, wherein the controller controls the network switch to maintain the preset position and posture of the container. It features.

또한, 본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치는, 상기 배터리의 주위에 평행하게 설치되는 슬라이드레일; 및 상기 배터리를 상기 슬라이드레일을 따라 이동시키는 구동모터;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the floating underwater acoustic communication network switch according to the present invention, the slide rail is installed in parallel around the battery; And a driving motor for moving the battery along the slide rail.

또한, 본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 용기가 기울어진 경우 상기 자이로안정기를 이용하여 상기 용기의 기울기를 측정하고, 상기 용기의 무게중심이 상기 용기의 부심과 일직선상에 위치하도록 상기 구동모터를 제어하여 상기 배터리를 이동시켜, 상기 용기의 자세변화를 억제하는 것을 특징으로 한다.Further, in the floating underwater acoustic communication network switch according to the present invention, when the container is inclined, the controller measures the inclination of the container using the gyro stabilizer, and the center of gravity of the container is the subcenter of the container. The battery is moved by controlling the drive motor so as to be in a line with the vehicle, and thus the posture change of the container is suppressed.

또한, 본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치는, 상기 네트워크 스위치의 위치를 이동시키는 추진부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 동적위치제어모델을 이용하여 상기 용기가 이동되면서 발생된 3축의 운동가속도의 합력에 반대되는 저항력을 계산하고, 상기 용기에 상기 계산된 저항력을 가하도록 상기 추 진부를 제어하여, 상기 용기의 위치변화를 억제하는 것을 특징으로 한다.In addition, the floating hydroacoustic communication network switch according to the present invention further includes a propulsion unit for moving the position of the network switch, wherein the control unit is generated by moving the container using a dynamic position control model 3 It is characterized in that to calculate the resistance to the force of the motion acceleration of the shaft, and to control the propulsion unit to apply the calculated resistance to the vessel, it is characterized in that to suppress the position change of the vessel.

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치는, 유지관리비가 많이 소요되는 탐사선박의 불필요한 운용을 최소화할 수 있는 효과가 있다.By the means for solving the above problems, the floating underwater acoustic communication network switch of the present invention has the effect of minimizing unnecessary operation of the exploration vessel, which requires a large maintenance cost.

또한, 본 발명의 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치는, 해저센서에서 취득한 데이터의 손상을 최소화하여 육상으로 전달할 수 있는 효과가 있다.In addition, the floating underwater acoustic communication network switch of the present invention, there is an effect that can be transmitted to the land by minimizing the damage of the data acquired from the subsea sensor.

또한, 본 발명의 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치는, DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) 방식의 수중음향통신용 센서의 개발을 촉진하여, 수중통신 및 해저용 센서의 사물인터넷 도입을 촉진할 수 있는 효과가 있다.In addition, the floating underwater acoustic communication network switch of the present invention, by promoting the development of DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) sensor for underwater acoustic communication, has the effect of promoting the introduction of the Internet of Things communication and underwater sensors have.

도 1은 종래의 수중음향네트워크를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치의 내부 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치의 데이터 전달 과정을 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치의 자세제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치의 동적위치제어모델을 통한 위치제어의 시퀀스를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a conventional underwater acoustic network.
2 is an internal configuration diagram of a network switch for floating underwater acoustic communication according to the present invention.
3 is a conceptual diagram illustrating a data transfer process of a floating underwater sound communication network switch according to the present invention.
4 is a view for explaining the attitude control of the floating underwater sound communication network switch according to the present invention.
5 is a view showing a sequence of position control through the dynamic position control model of the network switch for floating underwater acoustic communication according to the present invention.

이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.Specific matters including the problem to be solved, the solution to the problem, and the effects of the present invention as described above are included in the embodiments and drawings to be described below. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings.

본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치(10)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 해상에 부유하도록 배치하며, 부력을 가지는 용기(11); 상기 용기(11)의 최하부에 위치되어, 해저센서(S)로부터 음파 형태의 원데이터를 수신하여 전자기파 형태로 변환하는 제1변환부(12); 상기 제1변환부(12)에 의해 변환된 데이터를 수신하여 목적지 네트워크에 호환 가능한 프로토콜로 변환하는 제2변환부(13); 및 상기 용기(11)의 최상부에 위치되어, 상기 제2변환부(13)에 의해 변환된 데이터를 육상센터로 전송하는 안테나(14);를 포함한다.Floating hydroacoustic communication network switch 10 according to the present invention, as shown in Figures 2 and 3, arranged to float on the sea, the buoyant container (11); A first conversion unit 12 positioned at the bottom of the container 11 to receive raw data in the form of sound waves from the subsea sensor S and convert the raw data into electromagnetic waves; A second converter (13) for receiving the data converted by the first converter (12) and converting the data into a protocol compatible with the destination network; And an antenna 14 positioned at the top of the container 11 and transmitting data converted by the second conversion unit 13 to the land center.

이하에서는, 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치(10)의 데이터 전달 과정을 서술하기로 한다.Hereinafter, with reference to FIG. 3, the data transfer process of the floating underwater sound communication network switch 10 according to the present invention will be described.

먼저, 해저센서(S)는 해양환경 등을 측정하기 위한 센서, 수중장비 등을 통칭하는 것으로, 이때 측정한 원데이터는 음파 형태로 수집된다.First, the undersea sensor (S) collectively refers to sensors, underwater equipment, etc. for measuring the marine environment, the raw data is collected in the form of sound waves.

다음으로, 상기 제1변환부(12)는 상기 음파 형태의 원데이터를 수신하고, 이를 무선통신이 가능한 전자기파 형태로 변환한다. 상기 제1변환부(12)는 음파트랜스듀서일 수 있다.Next, the first converter 12 receives the original data in the form of sound waves, and converts it into an electromagnetic wave form capable of wireless communication. The first converter 12 may be a sound wave transducer.

다음으로, 상기 제2변환부(13)는 상기 전자기파 형태의 데이터를 목적지 네트워크로 직접 전송할 수 있도록 무선통신에서 사용하는 프로토콜로 변환한다. 구체적으로, 상기 전자기파 형태의 데이터는 실제 무선통신에 사용하는 IEEE 802.11b와 같이 현재의 통신 규약에 적합한 프로토콜로 변환되어, 육상센터에 직접 전송이 가능하도록 하는 것이다.Next, the second converter 13 converts the electromagnetic wave data into a protocol used in wireless communication so as to directly transmit the data in the form of a destination network. Specifically, the electromagnetic wave data is converted into a protocol suitable for the current communication protocol, such as IEEE 802.11b used in actual wireless communication, so that it can be directly transmitted to the land center.

상기 제2변환부(13)는, 각기 다른 종류의 프로토콜을 사용하는 목적지 네트워크에 모두 호환될 수 있도록, 데이터를 주고받을 때 하나의 채널을 시분할 방식 등에 의해 많은 장치나 회로에서 사용할 수 있도록 제어하는 멀티플렉서와, 서로 다른 네트워크를 연결하여 정보를 주고받을 때, 송신정보에 담긴 수신처에 가장 적절한 통신통로를 이용하여 다른 통신망으로 전송하는 라우터를 포함할 수 있다.The second conversion unit 13 controls to use one channel in many devices or circuits by time division method or the like when exchanging data so as to be compatible with all destination networks using different types of protocols. The multiplexer may include a router which transmits information to another communication network using a communication path most suitable for a destination included in the transmission information when connecting and transmitting information by connecting different networks.

다음으로, 상기 안테나(14)는 상기 제2변환부(13)에서 목적지 네트워크에 호환 가능한 프로토콜로 변환시킨 데이터를 육상서버로 직접 전송한다. 이때, 상기 안테나(14)는 Wi-Fi, LTE(4G/5G)등의 무선통신에 적합하게 복수 개의 안테나로 구성될 수 있다. 즉, 여기서 복수 개의 안테나를 통해 각기 다른 프로토콜을 갖는 복수 개의 육상서버에 하나하나씩 데이터를 전송할 수 있는 것이다.Next, the antenna 14 directly transmits the data converted by the second conversion unit 13 into a protocol compatible with the destination network to the land server. At this time, the antenna 14 may be composed of a plurality of antennas suitable for wireless communication such as Wi-Fi, LTE (4G / 5G). That is, the data can be transmitted one by one to a plurality of land servers having different protocols through a plurality of antennas.

상술한 과정을 통해, 본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치(10)는 원데이터를 상기 육상센터로 전달하기 위한 수중음향통신을 직접적으로 중계할 수 있어, 유지관리비가 많이 소요되는 탐사선박의 불필요한 운용을 최소화할 수 있고, 원데이터를 최소한의 단계만 거쳐 가공할 수 있으므로 원데이터의 손상을 최대한 줄일 수 있을 것이다. 또한, 추후에는 해저센서(S)의 데이터량이 점차 대형화될 것이고, 통신방식 또한 광대역 통신에 적합한 통신방식이 호환되어야 하는 점 또한 수용할 수 있을 것이다.Through the above-described process, the floating underwater acoustic communication network switch 10 according to the present invention can directly relay the underwater acoustic communication for transmitting the raw data to the land center, the exploration vessel that requires a large maintenance cost Unnecessary operation of the system can be minimized, and raw data can be processed in a minimum number of steps, thereby minimizing damage to the original data. In addition, in the future, the data amount of the subsea sensor S will gradually increase in size, and the communication method may also accommodate the fact that a communication method suitable for broadband communication should be compatible.

또한, 본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치(10)는 상기 용기(11)에 내장되어, 상기 네트워크 스위치(10)를 구동하기 위한 전력을 공급하기 위한 배터리(16)를 더 포함할 수 있다. 상기 배터리(16)를 구비함으로써, 상기 네트워크 스위치(10)는 해상에 부유하면서 해저센서(S)와 육상센터 간의 수중음향통신 네트워크를 계속해서 유지할 수 있을 것이다.In addition, the floating hydroacoustic communication network switch 10 according to the present invention may be further included in the container 11, the battery 16 for supplying power for driving the network switch 10. have. By providing the battery 16, the network switch 10 will be able to continue to maintain the underwater acoustic communication network between the subsea sensor S and the land center while floating on the sea.

한편, 본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치(10)는 해상에서 부유되어 있는 구조이므로 해상환경의 외력에 의해 위치 혹은 자세가 변형될 수 있다. 그러나, 상기 네트워크 스위치(10)는 신호전달을 위한 통신네트워크 역할을 위해, 정해진 구역 내에 위치해야 하고, 지나치게 기울어지면 신호의 전달품질이 급격히 떨어질 수 있다.Meanwhile, since the floating underwater acoustic communication network switch 10 according to the present invention has a floating structure at sea, the position or posture may be changed by external force of the marine environment. However, the network switch 10 should be located within a predetermined area in order to serve as a communication network for signal transmission. If the network switch 10 is inclined too much, the transmission quality of the signal may drop sharply.

이를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치(10)는 자세제어 및 위치제어가 용이하도록 구성된다.In order to solve this problem, the floating underwater sound communication network switch 10 according to the present invention is configured to facilitate posture control and position control.

본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치(10)는, 상기 용기(11)의 내측 하부에 설치되어, 상기 네트워크 스위치(10)의 3축의 운동가속도를 각각 측정하는 자이로안정기(16); 상기 자이로안정기(15)에 의해 수신받은 데이터를 토대로, 상기 용기(11)의 자세와 위치를 제어하는 제어부(미도시);를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 자이로안정기(16)는 상기 네트워크 스위치(10)가 외력을 받아 이동하였을 때 발생하는 3축에 대한 운동각속도 및 기울기를 측정하는 것이고, 상기 제어부는, 상기 용기가 기설정된 위치와 자세를 유지할 수 있도록 상기 네트워크 스위치(11)를 제어하는 것이다.The floating hydroacoustic communication network switch 10 according to the present invention includes: a gyro stabilizer 16 installed at an inner lower portion of the container 11 to measure movement acceleration of three axes of the network switch 10; A control unit (not shown) for controlling the position and position of the container 11 based on the data received by the gyro stabilizer 15 may further include a. Here, the gyro-stabilizer 16 measures the angular velocity and tilt of the three axes generated when the network switch 10 moves under an external force, and the controller controls the position and posture of the container to be preset. It is to control the network switch 11 to maintain.

먼저, 본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치(10)의 자세제어에 대해 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.First, the attitude control of the floating underwater acoustic communication network switch 10 according to the present invention will be described with reference to FIG.

상기 네트워크 스위치(10)는 부유체의 구조로써, 파도의 피치, 롤과 같은 움직임에 따라 기울어짐이 발생한다. 즉, 부유체의 구조는 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 무게중심과 부심이 일직선상에 위치하는 안정된 상태에서, 외력에 의해 수면 하부가 변화되므로 부심이 변화하게 된다. 이 때, 무게중심은 변화하지 않기 때문에 상기 네트워크 스위치(10) 자체에 경사가 발생되며, 외력이 제거되더라도 부심과 무게중심이 일직선상으로 평형상태를 이룰 수 있기 때문에, 음파를 수신하는 장치가 물속에 잠기지 못하고 대기 중에 노출되어, 손상이 발생할 수 있을 뿐만 아니라 신호의 수신율도 현저히 떨어진다. 기존에는 이를 해결하기 위해 음파를 수신하는 장치를 설치할 때 부유체의 중심과 부심의 위치에 따라 최대 경사각을 고려하여 음파를 수신하는 장치를 설치하는 것이 일반적이었고, 이 방법으로 인해 부유체의 크기는 너무 커지고 설계에 상당한 제약이 발생하였다.The network switch 10 has a structure of a floating body, and tilting occurs according to movements such as pitch and roll of waves. That is, the structure of the floating body, as shown in Figure 4 (a), in the stable state in which the center of gravity and the center of gravity is located in a straight line, because the lower surface of the water is changed by the external force is changed the center of gravity. At this time, since the center of gravity does not change, the network switch 10 itself is inclined, and even if the external force is removed, since the center of gravity and the center of gravity can be in a straight line, the device for receiving sound waves is They are exposed to the atmosphere without being immersed in the air, which can cause damage as well as significantly reduce the reception of signals. Conventionally, in order to solve this problem, when installing a device for receiving sound waves, it was common to install a device for receiving sound waves in consideration of the maximum inclination angle according to the center of the float and the position of the subcenter. It has grown too large and significant constraints have been placed on the design.

이를 해결한, 본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치(10)는 상기 자이로안정기(16)가 구비되어, 부유체 구조인 상기 네트워크 스위치(10)의 자세제어를 할 수 있다. 주요 원리는, 상기 네트워크 스위치(10)가 외력을 받아 이동하였을 때 무게중심을 이동시켜 상기 네트워크 스위치(10)의 경사를 억제할 수 있는 균형추가 별도로 구비되어야 하는데, 상기 자이로안정기(16)는 상기 배터리(15)와 연동하여 상기 배터리(15)가 상기 네트워크 스위치(10)의 자세제어의 균형추 역할을 수행할 수 있도록 한다. 구체적으로 살펴보면, 상기 네트워크 스위치(10)에서 높은 중량을 차지하는 상기 배터리(15)의 위치를 이동시킴으로써 무게중심을 이동시키는 것으로, 상기 배터리(15)를 이동시키기 위해 본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치(10)는 상기 배터리(15)의 주위에 평행하게 설치되는 슬라이드레일(17) 및 상기 배터리(15)를 상기 슬라이드레일(17)을 따라 이동시키는 구동모터(18)를 더 포함할 수 있다. 이로써, 상기 네트워크 스위치(10)는 별도의 균형추를 구비할 필요가 없기 때문에, 경량화를 구현할 수 있을 것이다. In order to solve this problem, the floating hydroacoustic communication network switch 10 according to the present invention is provided with the gyro stabilizer 16 to control the attitude of the network switch 10 having a floating structure. The main principle is that, when the network switch 10 is moved by an external force, a balance weight that can suppress the inclination of the network switch 10 by moving the center of gravity should be provided separately, the gyro stabilizer 16 is In conjunction with the battery 15, the battery 15 may serve as a balance weight of posture control of the network switch 10. Specifically, by moving the center of gravity by moving the position of the battery 15 occupying a high weight in the network switch 10, for floating underwater acoustic communication according to the present invention to move the battery 15 The network switch 10 may further include a slide rail 17 installed in parallel around the battery 15 and a driving motor 18 for moving the battery 15 along the slide rail 17. have. As a result, since the network switch 10 does not need to have a separate counterweight, weight reduction may be realized.

이에 따라, 본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치(10)는, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 상기 제어부가, 상기 용기(11)가 기울어진 경우 상기 자이로안정기(16)를 이용하여 상기 용기(11)의 기울기를 측정하고, 상기 네트워크 스위치(10)의 무게중심이 상기 네트워크 스위치(10)의 부심과 일직선상에 위치하도록 상기 구동모터(18)를 제어하여 상기 배터리(15)를 이동시키는 것이다. 이를 통해, 상기 네트워크 스위치(10)의 무게중심이 상기 네트워크 스위치(10)에 작용하는 부력의 작용점과 일직선 상에 있도록 무게중심이 제어되어, 상기 네트워크 스위치(10)의 자세변화를 억제할 수 있고, 더 나아가 상기 네트워크 스위치(10)의 형상 설계에 있어서 다양성을 부여할 수 있다.Accordingly, the floating hydroacoustic communication network switch 10 according to the present invention, as shown in Figure 4 (b), the control unit, when the container 11 is inclined the gyro stabilizer 16 The tilt of the container 11 is measured, and the driving motor 18 is controlled so that the center of gravity of the network switch 10 is in line with the subcenter of the network switch 10. ) To move. Through this, the center of gravity of the network switch 10 is controlled so that the center of gravity of the network switch 10 in line with the action point of the buoyancy acting on the network switch 10, it is possible to suppress the change in the attitude of the network switch 10 Furthermore, diversity can be given in the shape design of the network switch 10.

다음으로, 본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치(10)의 위치제어에 대해 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.Next, the position control of the floating underwater acoustic communication network switch 10 according to the present invention will be described with reference to FIG.

상기 네트워크 스위치(10)는 부유식이므로 파도, 바람, 해류 등의 영향으로 이동하게 되어, 기설정된 구역을 벗어날 수 있다. 이때, 데이터의 유실이나 통신 감도의 저하와 같은 문제점이 야기될 수 있으므로, 위치제어에 대한 메커니즘이 필요하다. 기존에는 부유물을 고정하는 계류방식을 사용하였지만, 이는 수심이 깊어질수록 비용이 증가하고 비효율적이므로, 본 발명에서는 동적 위치제어(Dynamic Positioning) 원리를 일부 채용하여 상기 네트워크 스위치(10)의 위치를 제어하고자 한다. 여기서, DP시스템은 대형 드릴십 등에 사용되는 DP시스템처럼 정밀하지 않아도 되고, 상기 네트워크 스위치(10)가 부유물로써 가볍고 수면하 면적이 크지 않기 때문에, 간소화된 동적 위치제어 방법을 사용할 수 있다. 여기서, 상기 네트워크 스위치(10)를 이동시키기 위한 추진부(미도시)가 더 구비되며, 상기 추진부는 프로펠러와 같이 상기 네트워크 스위치(10)를 이동시키기 위한 수단으로 마련될 수 있다.Since the network switch 10 is floating, the network switch 10 may move under the influence of waves, wind, currents, etc., and thus may leave a predetermined area. At this time, problems such as loss of data or deterioration of communication sensitivity may be caused. Therefore, a mechanism for position control is required. Conventionally, the mooring method of fixing the float is used. However, since the cost increases and inefficiency increases as the depth deepens, in the present invention, the position of the network switch 10 is controlled by employing a dynamic positioning principle. I would like to. Here, the DP system does not have to be as precise as the DP system used for large drillships, etc., and since the network switch 10 is light as a float and does not have a large surface area under the water, a simplified dynamic position control method can be used. Here, a propulsion unit (not shown) for moving the network switch 10 is further provided, and the propulsion unit may be provided as a means for moving the network switch 10 like a propeller.

따라서, 본 발명에 따른 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치(10)는, 상기 제어부를 통해, 동적위치제어모델을 이용하여 상기 네트워크 스위치(10)가 이동되면서 발생된 3축의 운동가속도의 합력에 반대되는 저항력을 계산하고, 상기 추진부가 상기 네트워크 스위치(10)에 상기 계산된 저항력을 가하도록 제어하여, 상기 네트워크 스위치(10)의 위치변화를 억제할 수 있다. 여기서, 상기 네트워크 스위치(10)의 위치정보는 상기 안테나(14)를 통해 상시로 파악할 수 있는데, 이는 상기 안테나(14)가 해상에서 대기에 노출되어 있는 구조이므로 용이할 것이다.Therefore, the floating underwater sound communication network switch 10 according to the present invention is opposed to the force of the three-axis movement acceleration generated while the network switch 10 is moved using the dynamic position control model through the control unit. By calculating the resistive force, and controlling the driving unit to apply the calculated resistive force to the network switch 10, it is possible to suppress the position change of the network switch 10. Here, the position information of the network switch 10 can be always identified through the antenna 14, which will be easy since the antenna 14 is exposed to the air at sea.

구체적으로 살펴보면, 우선, 상기 제어부는, 상기 안테나(14)를 통해 상기 네트워크 스위치(10)의 이동 전 위치정보를 파악한 후, 상기 네트워크 스위치(10)가 이동되면서 상기 자이로안정기(16)에 의해 측정된 3축의 운동가속도의 합력을 계산하여 상기 합력에 반대되는 저항력을 계산하는 동적위치제어모델을 생성한다. 이는 상기 네트워크 스위치(10)의 입장에서는 상기 합력만큼 외력이 작용한 것이므로, 상기 네트워크 스위치(10)가 원상태로 위치하기 위해서는 상기 합력의 크기만큼의 힘을 상기 합력의 반대방향으로 상기 네트워크 스위치(10)에 가하는 원리이다. 따라서, 상기 제어부는, 상기 추진부가 상기 네트워크 스위치(10)에 상기 계산된 저항력을 가하도록 제어한다.Specifically, first, the control unit, after grasping the position information before the movement of the network switch 10 through the antenna 14, the network switch 10 is moved and measured by the gyro stabilizer 16 A dynamic position control model is generated which calculates a resistance force opposite to the force by calculating the combined force of the three acceleration axes. Since the external force acts as much as the force from the position of the network switch 10, in order to position the network switch 10 in the original state, a force equal to the magnitude of the force is opposite to the force. ) Thus, the controller controls the propulsion unit to apply the calculated resistive force to the network switch 10.

여기서, 상기 저항력을 계산하는 동적위치제어모델의 정확도를 높이기 위해, 보정메커니즘이 더 추가될 수 있다. 상기 네트워크 스위치(10)는 상기 이동 전 위치정보로부터 상기 저항력이 가해진 후이므로, 상기 제어부는 상기 네트워크 스위치(10)의 예상위치를 계산할 수 있다. 이때, 상기 안테나를 통해 수신한 상기 네트워크 스위치(10)의 현재위치와 상기 예상위치를 비교하여 오차데이터를 생성하고, 상기 오차데이터를 반영하여 상기 동적위치제어모델을 보정하는 것이다. 이를 통해 추후 외력이 발생하였을 때, 보정된 상기 동적위치제어모델을 이용하여 상기 저항력을 계산하는 과정으로 상술한 위치제어과정을 반복할 수 있다.Here, in order to increase the accuracy of the dynamic position control model for calculating the resistance force, a correction mechanism may be further added. Since the network switch 10 is after the resistive force is applied from the position information before the movement, the control unit may calculate an expected position of the network switch 10. At this time, the error position is generated by comparing the current position of the network switch 10 received through the antenna with the expected position, and correcting the dynamic position control model by reflecting the error data. As a result, when the external force is generated later, the above-described position control process may be repeated by calculating the resistance force using the corrected dynamic position control model.

상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.The technical configuration of the present invention described above will be understood by those skilled in the art that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative and not restrictive in all respects, and the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and their All changes or modifications derived from an equivalent concept should be construed as being included in the scope of the present invention.

11 : 용기
12 : 제1변환부
13 : 제2변환부
14 : 안테나
15 : 배터리
16 : 자이로안정기
17 : 슬라이드레일
18 : 구동모터
S : 해저센서11: container
12: first conversion unit
13: second conversion unit
14: antenna
15: battery
16: Gyro Stabilizer
17: slide rail
18: drive motor
S: Subsea Sensor

Claims (5)

해상에 부유하도록 배치하며, 부력을 가지는 용기;
상기 용기의 최하부에 위치되어, 해저센서로부터 음파 형태의 원데이터를 수신하여 전자기파 형태로 변환하며, 음파트랜스듀서로 형성되는 제1변환부;
상기 제1변환부에 의해 변환된 데이터를 수신하여 목적지 네트워크에 호환 가능하도록 IEEE 802.11b와 같이 현재의 통신 규약에 적합한 프로토콜로 변환하는 제2변환부;
상기 용기의 최상부에 위치되고, 상기 제2변환부에 의해 변환된 데이터를 Wi-Fi, LTE(4G/5G)처럼 다른 프로토콜을 갖는 육상센터의 무선통신에 각각 데이터를 전송할 수 있도록 복수개로 형성되는 안테나;
상기 용기에 내장되어, 네트워크 스위치를 구동하기 위한 전력을 공급하기 위한 배터리;
상기 배터리의 주위에 평행하게 설치되는 슬라이드레일; 및
상기 배터리를 상기 슬라이드레일을 따라 이동시키는 구동모터;를 포함하고,
상기 배터리는, 상기 슬라이드레일을 따라 이동하며 전체 무게중심을 이동시켜 균형을 유지하며,
상기 제2변환부는,
각기 다른 종류의 프로토콜을 사용하는 목적지 네트워크에 모두 호환될 수 있도록, 데이터를 주고받을 때 하나의 채널을 시분할 방식에 의해 다수개의 장치나 회로에서 사용할 수 있도록 제어하는 멀티플렉서; 및
송신정보에 담긴 수신처에 가장 적절한 통신통로를 이용하여 다른 통신망으로 전송하는 라우터;를 포함하여
상기 원데이터를 상기 육상센터로 전달하기 위한 수중음향통신을 직접적으로 중계하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치.A buoyant vessel disposed to float at sea;
A first conversion unit positioned at the lowermost portion of the container to receive raw data in the form of sound waves from a subsea sensor, converting the original data into electromagnetic waves, and forming a sound wave transducer;
A second conversion unit receiving the data converted by the first conversion unit and converting the data into a protocol suitable for the current communication protocol such as IEEE 802.11b so as to be compatible with a destination network;
Located at the top of the container, the data converted by the second conversion unit is formed in plural to be able to transmit data to each of the wireless communication of the land center having a different protocol, such as Wi-Fi, LTE (4G / 5G) antenna;
A battery embedded in the container for supplying power for driving a network switch;
A slide rail installed in parallel around the battery; And
And a drive motor for moving the battery along the slide rail.
The battery is moved along the slide rail to maintain the balance by moving the entire center of gravity,
The second conversion unit,
A multiplexer that controls one channel to be used by multiple devices or circuits in a time-division manner when exchanging data, so as to be compatible with destination networks using different types of protocols; And
A router for transmitting to another communication network using a communication path most suitable for a destination contained in the transmission information;
A floating underwater acoustic communication network switch, characterized in that configured to directly relay the underwater acoustic communication for transmitting the raw data to the land center. 제1항에 있어서,
상기 용기의 내측 하부에 설치되어, 상기 용기의 3축의 운동가속도를 각각 측정하는 자이로안정기; 및
상기 자이로안정기로부터 수신한 데이터를 토대로, 상기 용기의 자세와 위치를 제어하는 제어부;를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 용기가 기설정된 위치와 자세를 유지할 수 있도록 상기 네트워크 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치.The method of claim 1,
A gyro stabilizer installed at an inner lower portion of the container to measure movement accelerations of three axes of the container; And
And a controller configured to control the position and position of the container based on the data received from the gyro stabilizer.
And the controller controls the network switch so that the container maintains a preset position and posture. 제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 용기가 기울어진 경우 상기 자이로안정기를 이용하여 상기 용기의 기울기를 측정하고,
상기 용기의 무게중심이 상기 용기의 부심과 일직선상에 위치하도록 상기 구동모터를 제어하여 상기 배터리를 이동시켜, 상기 용기의 자세변화를 억제하는 것을 특징으로 하는 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치.The method of claim 2,
The control unit,
When the container is inclined, the tilt of the container is measured using the gyro stabilizer,
Floating underwater acoustic communication network switch, characterized in that to control the drive motor so that the center of gravity of the container is in line with the center of the container to move the battery, thereby suppressing the attitude change of the container. 제2항에 있어서,
상기 네트워크 스위치의 위치를 이동시키는 추진부;를 더 포함하고,
상기 제어부는,
동적위치제어모델을 이용하여 상기 용기가 이동되면서 발생된 3축의 운동가속도의 합력에 반대되는 저항력을 계산하고,
상기 용기에 상기 계산된 저항력을 가하도록 상기 추진부를 제어하여, 상기 용기의 위치변화를 억제하는 것을 특징으로 하는 부유식 수중음향통신용 네트워크 스위치.The method of claim 2,
Further comprising: a driving unit for moving the position of the network switch,
The control unit,
Using the dynamic position control model to calculate the resistance against the force of the three-axis movement acceleration generated when the vessel is moved,
Floating underwater acoustic communication network switch characterized in that for controlling the propulsion unit to apply the calculated resistance to the vessel, to suppress the change in the position of the vessel. 삭제delete
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