KR102124784B1 - 밀봉 시스템 및 밀봉 시스템을 설치하는 방법 - Google Patents

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더 유럽피안 애토믹 에너지 커뮤니티(이유알에이티오엠), 리프레젠티드 바이 더 유럽피안 커미션
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Abstract

예를 들어 핵 폐기물을 포함하고 이송하기 위한, 컨테이너 바디에 컨테이너 뚜껑을 밀봉하기 위한 밀봉 시스템. 상기 밀봉 시스템은 상기 컨테이너 뚜껑 및 상기 컨테이너 바디 중 하나에 탑재되도록 구성된 적어도 3 개의 태그들을 포함하며, 각각의 태그는 고유 식별자를 가지고, 각각의 제1 RF 신호를 전송하도록 구성된 제1 RF 트랜스시버를 포함한다. 상기 시스템은 상기 컨테이너 뚜껑 및 상기 컨테이너 바디 중 다른 하나에 탑재되도록 구성된 적어도 3 개의 앵커들을 포함하며, 각각의 앵커는 고유 식별자를 가지고, 상기 제1 RF 신호를 수신하도록 구성된 제2 RF 트랜스시버를 포함한다. 상기 태그들 및 앵커들과 커플링되는 마스터 유닛은, (i) 상기 수신된 제1 RF 신호를 기초로, 각각의 태그에 대한 상기 식별자와 연관하여, 각각의 현재 3 차원 위치를 결정하고, (ii) 각각의 태그에 대해 이전에 결정된 3 차원 위치를 저장하고, (iii) 상기 태그들 중 하나 이상의 상기 현재 3 차원 위치, 및 각각의 이전에 결정된 3 차원 위치 사이의 거리가 미리 결정된 거리 임계 값보다 더 크다고 결정할 경우, 경고 및/또는 타임스탬프 및/또는 로그 엔트리를 생성하도록 구성된다.

Description

밀봉 시스템 및 밀봉 시스템을 설치하는 방법
본 발명은 일반적으로 밀봉 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로, 핵 컨테이너의 조작 검출 밀봉에 관한 것이다. 이러한 밀봉으로, 컨테이너 뚜껑은 컨테이너 바디에 고정되며, 개별 컨테이너를 식별하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 본 발명은 또한 밀봉 시스템을 설치하는(installing) 방법에 관한 것이다.
일부 환경에서, 컨테이너의 안전한 밀봉(secure sealing)이 필요하다. 이러한 컨테이너가 핵분열성 물질(fissile materials)과 같은 위험한 물질(dangerous substances)을 보유하는(hold) 경우에 특히 중요하다.
예를 들어, 검사 기관(inspection agency)은 개방되지 않은(without being opened) 2 개의 설비들(facilities) 사이에서, 상기 핵 사용후 연료(nuclear spent fuel)를 포함하는 캐스크(컨테이너)가 이송되는(transferred) 것을 검증하는(verify) 것을 원한다. 이송 캐스크(Transport casks)는 설비에서 채워지고(filled), 트럭(truck), 철도(rail), 보트(boat)에 의해 다른 설비로 이송되고, 다시 개방된다(re-opened).
종래에는, 검사자(inspector)가 캐스크가 채워지기 이전에, 이송되는 동안 및 캐스크가 개방되고 비어진(emptied) 이후에 3 개의 다른 단계들(stages)에서 캐스크 및 뚜껑에 액세스할 수 있다.
캐스크는 감시(surveillance) 하에서 채워지고, 오퍼레이터(operator)에 의해 폐쇄되고(closed), 오퍼레이터에 의해 밀봉되는 것이 바람직하나, 하지만 기관으로부터의 검사자는 채움(filling) / 폐쇄(closing) / 밀봉 동작(sealing operation) 동안 출석하는(present) 것이 요구되지 않는다. 오퍼레이터에 의해 적용되는(applied) 밀봉(seal)은, (i) 밀봉의 정확한 기능(function)을 억제(inhibit)/변경(alter)할 수 있는 의도적으로(intentional)/의도하지 않은(unintentional) 불량 설치(bad installation)를 피하고(avoid), (ii) 캐스크 및 뚜껑을 고유하게 매칭시키고(uniquely match), (iii) 이송 동안 허가되지 않은 개방(unauthorized opening)을 검출하고, (iv) 복제되는(cloned) 것을 피하고, (v) 데이터를 저장하고, 상기 데이터가 조작되지(manipulated) 않았음을 보장하는(guarantee), 방식으로 구성되어야(conceived) 한다.
컨테이너의 안전한 밀봉(secure sealing)을 위한 기술은 알려져 있으며, 즉 이에 의해 밀봉하고, 이후의 컨테이너의 조작(tampering)/개방(opening)은 검출 가능하거나(detectable)/가시적이다(visible).
핵 컨테이너(nuclear containers)를 밀봉하는 알려진 방식은 와이어 밀봉(wire seals)(금속 케이블(metal cable) 또는 광 섬유 루프(fibre optic loops))와 조합(combination)하여 천공 볼트(perforated bolts) 또는 다른 고정물(fixtures)를 사용할 수 있다. 모든 알려진 시스템은 폐쇄(closing) 및 개방(opening) 시 신뢰할 수 있는 개인(trusted person) (즉, 검사자)의 존재(presence)를 요구한다.
예를 들어, 이전의 해결책들은 (COBRA 밀봉과 같은) 수동 루프 밀봉(passive loop seals) 또는 (EOSS와 같은) 능동 전자 밀봉(active electronic seals)의 사용을 포함한다. 각각의 경우에, 캐스크가 폐쇄될 때, 와이어 또는 광 섬유(fibre optic)는 캐스크 내의 또는 뚜껑 내의 고정물을 통해 지나간다(passed). 와이어는 밀봉(seal)에 연결된다. COBRA 밀봉의 경우, 캐스크를 개방하기 위해 밀봉은 깨져야(broken) 한다. EOSS 밀봉의 경우, 개방(openings)이 밀봉 내에 내부적으로 기록된다. 단점은 이전 시스템들 모두가 캐스크 상의 고정물 상의 정확한 와이어 설치(correct wire installation)에 의존한다는(rely) 것이다. 또한, 느슨한 와이어(loose wire)는 밀봉에 의한 검출 없이 캐스크의 개방을 허용할 수 있다. 또한, 광섬유 와이어(fibre optic wire)는 이송 동안 손상될(damaged) 수 있고, 밀봉을 쓸모 없게(useless) 만든다(rendering). COBRA 시스템은 캐스크가 개방되기(밀봉 깨짐(seal broken)) 전에 검사를 필요로 하는데, 왜냐하면 밀봉이 깨진 시간을 결정할 방법이 없기 때문이다.
다른 밀봉은 접촉 또는 자석들에 의한 변위(displacement)를 검출하지만, 상기 방식들은 조작 시도(tampering attempts)에 맞서기에(against) 매우 강하지(strong) 않다.
기존의 밀봉 볼트(sealing bolts)가 컨테이너를 매우 안전하게 밀봉할지라도, 모든 요건(requirements), 특히 시스템의 보안(security)을 손상시키지(compromising) 않고 출석자가 없는(unattended) 작업에 대한 가능성을 만족시키는(fulfils) 알려진 시스템은 존재하지 않는다.
US-A-2004/239435는 일반적으로 구명 뗏목 컨테이너(life raft containers)를 위한 탬퍼 검출 시스템(tamper detection system)에 관한 것이다. 구명 뗏목 컨테이너는 팽창식 구명 뗏목(inflatable life raft)을 보관하기 위해 사용되며, 서로 바로 마주 보도록 배치되는(placed directly onto one another) 상단 부분(top part)과 하단 부분(bottom part)을 포함한다. 상기 컨테이너는 컨테이너가 개방되었을 때(즉, 컨테이너 부분들 간의 거리가 증가한 때)를 검출할 수 있는 RFID 시스템(RFID system)을 더 포함한다. 구체적으로, 마더 RFID 태그(mother RFID tag)와 도터 RFID 태그(daughter RFID tag)는 서로 연결되어(linked) 서로 활발하게(actively) 통신하여 이들 사이의 거리를 결정한다. 상기 마더 RFID 태그 및 상기 도터 RFID 태그 사이의 거리가 미리 결정된 양(predetermined amount)을 초과하는(beyond) 거리(D)에 대해 증가 또는 감소할 때이다.
WO-A-2005/111961은 일반적으로 변조 증거(tamper-evidence)를 위한 RFID 태그의 사용에 관한 것이다. 구체적으로, 한 쌍의 RFID 태그들은 컨테이너(container)에 대한 폐쇄 뚜껑(closure lid)의 상대적 위치(relative position)에서의 변화(change)를 검출하기 위해 사용된다.
WO-A-2014/009981은 일반적으로 실시간 초광대역 위치 확인 시스템(real-time Ultra-Wide Band locating system)의 동기화(synchronization)에 관한 것이다. 구체적으로, 태그된 물품(tagged item)의 3 차원 위치(3D position)를 결정하기 위해 적어도 4 개의 판독기들(readers)을 사용하는 3 차원 삼각 측량(triangulation in three dimensions)이 사용된다.
본 발명의 목적은 개선된 보안 피처(security features)를 가지고, 이에 따라 청구항 제1항 또는 제2항에서 정의된 바와 같이 검사자(inspectors)의 존재(presence) 없이 저장 장소(storage site)의 오퍼레이터에 의해 설치될(installed) 수 있는, 동작 가능한(operable) 밀봉 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 제15 항에서 정의된 바와 같이 밀봉 볼트를 설치하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 컨테이너 바디(container body)에 컨테이너 뚜껑(container lid)을 밀봉하기(sealing) 위한 밀봉 시스템(sealing system)이 제공되며, 상기 밀봉 시스템은, 상기 컨테이너 뚜껑 또는 상기 컨테이너 바디 중 하나에 탑재되도록(mounted) 구성된(adapted) 적어도 3 개의 태그들(at least three tags) - 상기 각각의 태그는 고유 식별자(unique ID)를 가지고, 각각의 제1 RF 신호(first RF signal)를 전송하도록 구성된 제1 RF 트랜스시버(first RF transceiver)를 포함함 - ; 상기 컨테이너 뚜껑 또는 상기 컨테이너 바디 중 다른 하나에 탑재되도록 구성된 적어도 3 개의 앵커들(at least three anchors) - 상기 각각의 앵커는 고유 식별자를 가지고, 상기 제1 RF 신호를 수신하도록 구성된 제2 RF 트랜스시버(second RF transceiver)를 포함함 - ; 및 상기 적어도 3 개의 앵커들과 통신하기 위해, 커플링되는(coupled) 마스터 유닛(master unit)을 포함하고, 상기 마스터 유닛은, (i) 상기 수신된 제1 RF 신호를 기초로, 각각의 태그에 대한 상기 식별자와 연관하여, 각각의 현재 3 차원 위치(current 3D position)를 결정하고, (ii) 각각의 태그에 대해 이전에 결정된 3 차원 위치(previously determined 3D positions)를 저장하고, (iii) 상기 태그들 중 하나 이상의 상기 현재 3 차원 위치, 및 각각의 이전에 결정된 3 차원 위치 사이의 거리(separation)가 미리 결정된 거리 임계 값(predetermined distance threshold)보다 더 크다고 결정할 경우, 경고(alert) 및/또는 타임스탬프(timestamp) 및/또는 로그 엔트리(log entry)를 생성하도록 구성된다(adapted).
상기 마스터 유닛은 내부에 통합되는(integrated) 상기 적어도 3 개의 앵커들 중 하나를 구비할 수 있다.
바람직하게는(Advantageously), 일단 밀봉 시스템이 검사자에 의해 캐스크 및 뚜껑 상에 놓이면(placed), 상기 시스템은 캐스트를 채우고 폐쇄할 오퍼레이터에 대해 명료하다(transparent). 오퍼레이터는 밀봉 시스템을 설치하거나(install) 또는 활성화시키는(activate) 임의의 동작을 수행해야만 하는 것은 아니므로, (의도적으로 또는 의도하지 않은) 실수(mistake)가 만들어질 수 없다.
실질적인 면에 있어서는, 상기 밀봉 시스템은 더 안전하다. 이는 오퍼레이터에 의해 보다 적은 작업을 필요로 하고, 어떠한 추가 활동도 갖지 않을 것이며, 기관의 검사자로부터의 보다 적은 검사를 필요로 하고, 상기 검사자는 또한 가장 편리한 시간에 밀봉 시스템을 검사할 수 있다.
상기 앵커들 각각은 상기 마스터 유닛으로부터 주기적으로(periodically) 또는 명령(command)에 따라서, 제2 RF 신호(second RF signal)를 전송하도록 구성되고, 상기 제2 RF 신호는 타이밍 신호(timing signal)를 포함한다.
각각의 제1 RF 신호는, 상기 제2 RF 신호에 응답하여 각각의 태그에서 생성되거나, 또는 상기 제2 RF 신호의 상기 태그에서 도착 시간(time of arrival)에 대한 표시(indication)를 포함하는, 신호(signal)를 포함할 수 있다.
상기 마스터 유닛은 상기 제1 RF 신호 및/또는 상기 3 차원 위치(3D position)를 나타내는 데이터의 시간적 평균화(temporal averaging)를 수행하도록(performing) 구성될(configured) 수 있다.
상기 마스터 유닛은 상기 앵커들 및 상기 태그들 사이의 상기 거리가 최소화되거나(minimised), 또는 안정된(stabilised) 시점(time point)을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 앵커들은 알려진 위치(known locations)의 상기 컨테이너 상에 고정적으로(fixedly) 부착될(attached) 수 있으며(예를 들어, 상기 컨테이너의 원주 둘레(circumferential periphery) 상에 동일하게(equally) 이격된다(spaced)), 상기 마스터 유닛은 각각의 태그 각각에 대하여, 상기 알려진 위치에 기초하여 각각의 현재 3 차원 위치를 결정하도록 구성된다.
상기 마스터 유닛은 각각의 태그 각각에 대하여, 삼각측량 알고리즘(triangulation algorithm)을 사용하여 각각의 현재 3 차원 위치를 결정하도록 구성될 수 있다.
실시예에서, 각각의 태그 및/또는 각각의 앵커는 실시간 클럭(real-time clock)을 포함하고, 상기 제1 RF 신호 및/또는 상기 제2 RF 신호는 각각의 실시간 클럭으로부터 유도된(derived) 타임스탬프(timestamp)를 포함한다(incorporates).
실시예에서, 상기 앵커들 각각은 상기 마스터 유닛에 결합된 신호(combined signal)를 전송하도록 구성되고, 상기 결합된 신호는 상기 적어도 3 개의 태그들 각각에 대한 패키지(package)를 포함하고, 상기 각각의 패키지는 상기 태그 식별자 및 도착 시간 데이터(time of arrival data)를 포함한다. 이러한 전송(transmission)은 예를 들어 버스(bus)를 통해 수행될 수 있다.
실시예에서, 각각의 태그 및/또는 각각의 앵커 및/또는 상기 마스터 유닛은 각각의 태그 식별자와 연관하여, 상기 3 차원 위치를 저장하기 위한 비휘발성 메모리(NVM : Non-Volatile Memory)를 포함한다.
실시예에서, 상기 각각의 태그는 제1 암호 키(first cryptographic key) 및/또는 제1 디지털 서명(first digital signature)을 생성하고, 저장하도록 구성된 제1 암호 모듈(first cryptographic module)을 포함하고, 상기 각각의 태그는 앵커로의 전송 이전에, 상기 제1 암호 키 또는 제1 디지털 서명을 사용하여 상기 제1 RF 신호를 서명하도록(signing) 구성된다.
실시예에서, 각각의 앵커 태그는 제2 암호 키(second cryptographic key) 및/또는 제2 디지털 서명(second digital signature)을 생성하고, 저장하도록 구성된 선택적 제2 암호 모듈(second cryptographic module)을 포함하고, 각각의 앵커는, (i) 태그로의 전송 이전에, 상기 제2 암호 키 또는 제2 디지털 서명을 사용하여 상기 제2 RF 신호를 서명하고/서명하거나, 또는 (ii) 상기 마스터 유닛으로의 전송 이전에, 상기 제2 암호 키 또는 제2 디지털 서명을 사용하여 상기 결합된 신호를 서명하도록 구성된다. 제2 암호 키 및/또는 제2 디지털 서명은 제1 암호화 모듈에 의해 생성될 수 있다.
실시예에서, 디지털적으로 서명된 데이터(digitally signed data)는 데이터 변경(data alteration)의 어떠한 위험 없이 마스터에 의해 국부적으로 저장되거나 원격으로 전송될 수 있다. 밀봉의 중간 검증(intermediate verification)은 요구되지 않는데, 왜냐하면 뚜껑 폐쇄(closure) 또는 개방(opening)에 관련된 모든 이벤트들(events)이 저장되고 NVM 내의 서명된 로그로부터 검색될(retrieved) 수 있기 때문이다.
실시예에서, 상기 각각의 태그 및/또는 상기 각각의 앵커는 태그 또는 앵커의 하우징(housing)의 조작(tampering)의 검출 시에(in the event of detection), 상기 하우징의 상기 조작을 나타내는 탬퍼 검출 데이터(tamper detection data)를 생성하도록 구성된 탬퍼 검출 센서(tamper detection sensor)를 포함한다.
실시예에서, 각각의 태그 및/또는 각각의 앵커는, 커플링된(coupled), 하나 이상의 배터리들(batteries); 및 제1 미리 결정된 범위(first predetermined range) 밖의(outside) 예외적인(exceptional) 전압 레벨(voltage levels)의 검출 시에(in the event of detection), 상기 배터리 또는 배터리들의 조작(tampering)을 나타내는 전압 예외 데이터(voltage exception data)를 생성하도록 구성된 전압 검출 센서(voltage detection sensor)를 포함한다.
실시예에서, 각각의 태그 및/또는 각각의 앵커는 제2 미리 결정된 범위(second predetermined range) 밖의 예외적인 온도 레벨(temperature levels)의 검출 시에, 태그 또는 앵커의 조작을 나타내는 온도 예외 데이터(temperature exception data)를 생성하도록 구성된 온도 센서(temperature sensor)를 포함한다.
실시예에서, 각각의 태그 또는 각각의 앵커는 강성 텐션 벨트(rigid tension belt)(예를 들어, 스틸(steel), 플라스틱(plastic) 또는 조합(composite))에 의해 상기 컨테이너 뚜껑 또는 상기 컨테이너 바디에 부착되고, 각각의 태그 및/또는 각각의 앵커는 상기 벨트 내 스트레인(strain)을 감지하도록 구성된 스트레인 센서(strain sensor)(예를 들어, 스트레인 게이지(strain gauge))를 포함하고, 상기 스트레인 센서는 제3 미리 결정된 범위(third predetermined range) 밖의 예외적인 스트레인 레벨(strain levels)의 검출 시, 태그 또는 앵커의 조작을 나타내는 스트레인 예외 데이터(strain exception data)를 생성하도록 구성된다.
상기 마스터 유닛은 장거리 통신 모듈(long-range communications module)(예를 들어, 이동 통신 모듈(cellular communications module))을 포함하고, 상기 경고(alert)의 생성에 응답하여, (a) 상기 하우징의 조작을 나타내는 임의의 데이터, 상기 배터리 또는 배터리들의 조작을 나타내는 데이터, 온도 예외 데이터 및/또는 스트레인 예외 데이터가 선택적으로(optionally) 첨부된(append) 캐스크 개방 경고(cask opened alert)를 생성하고, (b) 상기 장거리 통신 모듈을 사용하여 원격 제어 위치(remote control location)로 상기 캐스크 개방 경고를 전송하도록 구성될 수 있다.
상기 마스터 유닛은 상기 장거리 통신 모듈을 사용하여 원격 제어 위치로부터 수신된 상태 요청(status request)에 응답하여 밀봉 시스템 상태 보고(sealing system status report)를 전송하고, 상기 밀봉 시스템 상태 보고는, 상기 타임스탬프; 및 임의의 캐스크 개방 경고의 세부 사항(details)을 포함하고, 상기 밀봉 시스템 상태 보고는, 상기 하우징의 조작을 나타내는 임의의 데이터; 상기 배터리 또는 배터리들의 조작을 나타내는 데이터; 온도 예외 데이터; 및/또는 스트레인 예외 데이터를 선택적으로 포함하고, 상기 밀봉 시스템 상태 보고는 상기 장거리 통신 모듈을 사용하여 상기 원격 제어 위치로 전송되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 첨부된 청구항들 중 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 밀봉 시스템을 제공하는 단계; 상기 컨테이너 뚜껑 및 상기 컨테이너 바디에 각각 상기 태그들 및 앵커들을 탑재시키는(mounting) 단계; 및 상기 밀봉 시스템을 개시하는(initiating) 단계를 포함하는, 밀봉 시스템을 설치하는(installing) 방법이 제공된다.
적어도 실시예들에서, 본 발명의 또다른 이점들은 다음을 포함한다.
a. 무인 동작(Unattended operation). 일단 밀봉 시스템이 검사자에 의해 컨테이너에 적용되며, 상기 컨테이너 (개방(open)/폐쇄(closed))의 상태가 모니터링된다(monitored). 모든 적재(loading), 폐쇄(closing), 개방(opening) 및 하역 동작(unloading operations)은 오퍼레이터에 의해 수행되고, 검사자의 존재를 요구하지 않는다.
b. 컨테이너를 밀봉하기 위한 간단한 시스템(simple system).
c. 높은 보안(high security) 및 실시간 정보(real time information)를 가짐(with).
d. 방사선(radiation)에 대한 검사자의 최소 노출(minimal exposure).
e. 상기 검사자가 각각의 개별 컨테이너의 폐쇄(closure) 시에 물리적으로 참석하도록(present) 강제되지 않기 때문에, 검사자가 컨테이너의 배치(batch) 상에서 단시간(short time frame) 동안 활동(activities)을 집중시킬 수 있는 보다 효율적인 시간 구성의 제공.
본 발명의 또 다른 세부 사항(details) 및 이점(advantages)은 첨부된 도면을 참조하여 복수의 비제한적 실시예의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 탑재되는 밀봉 시스템을 가지는 캐스크(컨테이너)의 분해도(disassembled view)이고,
도 2는 도 1의 밀봉 시스템에 사용되는 태그 또는 앵커의 개략적인 블록도(schematic block diagram)이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 사용되는 마스터 유닛의 개략적인 블록도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 엘리먼트에서 수행되는 소프트웨어(software)/펌웨어 프로세스(firmware processes)의 흐름도이다.
검사자의 존재(presence) 없이도 오퍼레이터(operator)에 의해 설치될(installed) 수 있는 밀봉 시스템의 도입이 가장 중요하고 긴급하게 필요하다. 적어도 일부 실시예들에서, 본 발명은 다음 요건들(requirements) 중에서 하나 이상을 충족시키는(fulfils) 핵 건식 저장 캐스크(nuclear dry storage casks)에 적용되는 밀봉 시스템을 제공하고자 한다.
a. 자동으로(automatically) 무인으로(unattended) 동작해야 한다.
b. 컨테이너 바디 또는 뚜껑에 대한 어떠한 변형(modification)이 없고, 정상 적재(normal loading)/하역 절차(unloading procedures)와의 간섭(interfering) 없이, 핵 컨테이너의 뚜껑 및 바디 상에 사용되어야 한다.
c. (복제를 피하는(avoiding cloning)) 단일 아이템(single item)으로 컨테이너 바디 및 컨테이너 뚜껑을 함께 고유하게 식별해야(uniquely identify) 한다.
d. 용이하게 설치되고 제거되어야 한다.
e. 뚜껑을 제거하는 것에 의해 컨테이너의 임의의 개방(opening) / 복제(closing)를 검출해야 한다.
f. 컨테이너 뚜껑 또는 바디로부터 밀봉 장치(sealing device)를 제거하는 임의의 시도(attempt)를 검출해야 한다.
g. 개방/폐쇄 및 조작 이벤트(tampering events)를 로그하고(log) 디지털로 서명(digitally sign)할 수 있어야 한다.
h. 원격(remote)/실시간 제어(real time control)를 위해 원격으로 질의되어야(interrogated) 한다.
i. 전송 동작들을 위해 자체적으로 전력이 공급되어야(self-powered)(외부 전력 공급(external power supply)이 불필요) 한다.
j. 오퍼레이터에 의해 단독으로 설치될 수 있고, 검사 동안, 그 동안에 밀봉이 조작되지 않았다고 신뢰해야 하는 검사자에 의해 나중에 검증될 수 있으며, 즉 캐스크의 내용물(content)이 처음 밀봉될(initially sealed) 때와 동일하다는 것을 의미한다.
k. 밀봉(seal)을 포함하는 안티 탬퍼 인클로저(anti-tampering enclosure), 및 패키지가 검사자에 의해 오퍼레이터에 의해 배송될(shipped) 수 있게 하는, 반면에 설치 전에 변형되지 않은 것을 신뢰할 수 있는, 전자 모니터링 장치(electronic monitoring device)를 포함할 수 있다.
l. 검사를 통한 밀봉의 아이덴티티(identity) 및 무결성(integrity)에 대한 검증(verification)을 허용할 수 있다.
m. 컨테이너와 일체로(univocally) 커플링될(coupled) 수 있는 아이덴티티(identity)를 운반할(carry) 수 있다.
n. 가혹한 동작 조건(harsh operating conditions)을 견딜(withstand) 수 있다.
설명 및 도면에서, 같은 숫자는 같은 엘리먼트를 표기하기 위해 사용된다. 달리 지시되지 않는 한, 임의의 개별적인 설계 피처, 부품 또는 단계는 본원에 개시된 임의의 다른 설계 피처, 부품 또는 단계와 조합하여 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 탑재되는 밀봉 시스템을 가지는 캐스크(컨테이너)(10)의 분해도(disassembled view)를 도시한다.
이 실시예에서, 밀봉 시스템은 개방 엔드(20)에서 컨테이너 바디(12)의 외부 주변(outer periphery)에 부착되는(attached) 제1 타입(first type)(본원에서 "앵커들(anchors)"(14, 16, 18)로 참조되는, A1 내지 A3)의 3 개의 전자 장치들(electronic devices)을 포함한다. 컨테이너 바디(12)는 예를 들어 핵 폐기 물질(nuclear waste materials) 또는 다른 위험한 폐기물(hazardous waste products)로 채워지는 타입이다. 상기 3 개의 앵커들(14, 16, 18)은 유선 연결(wired connection), 즉 버스(bus)(22)를 통해 연결되고 통신(communication)한다. 이 실시예에서, 마스터 유닛(26)은 또 다른 유선 연결(28)을 통해 앵커들(이 경우, 앵커(14)) 중 하나에 연결된다(linked).
하지만, 다른 바람직한 실시예(미도시)에서, 마스터 유닛(26)의 기능(functionalities) 및/또는 부품(componentry)은 예를 들어 앵커(14)에 대하여 앵커들(14, 16, 18) 중 하나로 통합된다. 이러한 통합(integration)은 최적화(optimization)를 제공하고, 제조(manufacture)/셋업(setup)을 간소화한다(simplifies).
앵커들(14, 16, 18)은 알려진 위치에서 컨테이너 바디(12) 상에 탑재되며, 예를 들어 컨테이너 바디(12)의 원주 둘레(circumferential periphery) 주변에 동일하게 이격된다. 따라서, 앵커들(14, 16, 18)의 경우에, 120 도(degree) 간격(intervals)의 각도로(angularly) 이격된다(spaced). 하지만, 4 개 이상의 앵커들(14, 16, 18)은 컨테이너 바디(12)의 주변 둘레에 사용될 수 있으므로, 4 개의 앵커들의 경우, 이들은 90 도 간격 등의 각도로 이격된다.
바람직한 실시예에서, 3 개의 앵커들(14, 16, 18)은 강성 텐션 벨트(rigid tension belt)(미도시)에 의해 컨테이너 바디(12)에 고정되어, 허가되지 않은 제거(unauthorized removal)를 방지할 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예에 따른 밀봉 시스템은 또한 컨테이너(10)의 뚜껑 상(13)에 탑재된, 제2 타입(본원에서 "태그들(tags)"(30, 32, 34)로 참조되는, T1, T2, T3)의 3 개의 전자 장치들(electronic devices)을 포함한다.
바람직한 실시예에서, 3 개의 태그들(30, 32, 34)은 강성 텐션 벨트(rigid tension belt)(미도시)에 의해 컨테이너 뚜껑(13)에 고정된다. 3 개의 태그들(30, 32, 34)이 존재하는 경우에, 3 개의 태그들(30, 32, 34)은 c. 120 도 간격으로 각도 상으로 이격된다(angularly spaced). 그러나, 4 개 이상의 태그들(30, 32, 34)은 컨테이너 뚜껑(13)의 주변 둘레에 사용될 수 있으므로, 4 개의 앵커들의 경우에, 4 개의 앵커들은 c. 90 도 등의 간격으로 각도 상으로 이격된다.
일반적으로, 보다 많은 태그들 및 앵커들의 사용은 정밀도(precision)를 증가시킬 수 있다. 사용 시(in use), 앵커들(14, 16, 18) 및 태그들(30, 32, 34)뿐만 아니라, 마스터 유닛(26)을 포함하는 밀봉 시스템은, 컨테이너 바디(12)를 채우기(filling) 전에 컨테이너(10)에 고정된다. 컨테이너의 채우기 및 밀봉은 검사자의 존재를 요구하지 않는다.
본 발명의 실시예에 따르면, 앵커들(14, 16, 18) 및 태그들(30, 32, 34)은 아래에서 상술되는 바와 같은 3 차원(3D : 3 dimensions)의 장치 이격 거리(device separation distances) 및/또는 위치(positions)를 결정하기 위해, 초광대역(UWB : Ultra Wide Band) 무선 주파수(RF : radio frequency)를 이용하여 서로 통신한다. 반면에, 이 실시예에서, UWB RF 트랜스시버가 사용되며, 비 UWB RF 기술(non-UWB RF techniques)이 사용될(employed) 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 2는 도 1의 밀봉 시스템에 사용되는 앵커(14)의 개략적인 블록도(schematic block diagram)이다. (태그들(30, 32, 34)은 앵커들(14, 16, 18)과 유사한 장치이며, 동일한 아키텍처(architecture)를 공유하지만, 예를 들어 펌웨어에서 상이하게 프로그래밍된다(programmed). 간결성(brevity)을 위해, 앵커(14)의 아키텍처만이 여기서 논의되며, 태그들(30, 32, 34) 및 앵커들(16, 18)은 유사하게 구성된다. 본원에서 사용된 바와 같이, "장치(device)"는 각각의 태그들(30, 32, 34), 각각의 앵커들(14, 16, 18), 또는 이들 중 어느 하나 또는 전부를 지칭할 수 있다.)
장치의 코어(core)는 장치의 상이한 서브시스템들(subsystems)의 모든 정보를 관리하고(manage), 마스터 유닛(2611)을 포함하는 다른 장치들과의 모든 통신을 조정하는(coordinate) 저전력 마이크로컨트롤러(low power microcontroller)(50)이다. 적어도 태그들(30, 32, 34) 각각의 상대적인 3 차원 위치를 결정하는, RF(예를 들어, UWB) 범위(ranging)는 (비행 시간(ToF : time of flight) 데이터를 포함하는) 데이터 패키지 및 타임스탬프를 전송하고, 수신하는 전용 UWB 모듈(52)을 통해 달성되며, 후자는 실시간 클럭(RTC : real-time clock)에 의해 제공된다. 바람직하게는, 실시간 클럭(54)은 데이터 (패키지) / RF 메시지들의 정확한 시간 스탬핑(precise time-stamping)을 위해 시간을 추적하는(track) 정확한 실시간 클럭(precise real time clock)이다.
또한, 앵커(14)는 전송 전에 데이터 (패키지)를 디지털 서명하기 위한 암호 키를 생성하고 저장할 수 있는 암호 모듈(cryptographic module)(56)(암호 칩(crypto-chip))을 포함한다. 즉, 각각의 태그 및 앵커는 복제를 방지하기 위해 고유 식별자(unique ID) 및 그 자신의 고유 비밀키(unique private key)를 가지는 암호 모듈(56)을 포함한다. 키(Keys)는, 최대 보호(maximum protection)를 위해 장치 내부의 암호 칩에 생성되어 저장된다. 장치들 사이의 모든 통신들은 인증(authentication)을 위해 비대칭 알고리즘(asymmetric algorithm)에 의해 디지털적으로 서명된다(digitally signed).
안티 탬퍼 센서(anti-tamper sensor)(58)는 앵커(14)가 컨테이너 상의 위치로부터 제거되었는지 여부를 검출한다. 센서(58)는 케이스(case)/하우징(housing)(미도시) 상의 탬퍼 검출 스위치(tamper detection switches)의 형태일 수 있고, 상기 케이스/하우징으로의 드릴링(drilling)을 방지하기 위한 보호 회로 메쉬(protective circuit mesh)(미도시)의 형태일 수 있다.
앵커(14)는 하나 이상의 배터리(60)(바람직하게는 듀얼 배터리 시스템(dual battery system)에 의해 전력 공급되며(powered), 정확한 기능(functioning)을 보장하고 탬퍼 공격(tamper attacks)을 검출하기 위해, 전압 및 온도를 모니터링하는 센서들(sensors)(62)의 세트(set)가 제공된다. 온도 센서(temperature sensor)는 밀봉의 기능을 변경할(alter) 수 있는 극한의 온도(extreme temperatures)를 검출하기 위해 사용된다. 온도 센서의 사용을 통해, 프로세서(50)는 현재 온도가 미리 결정된 동작 범위(predetermined operational range) 내에 있는지 여부를 결정할 수 있고, 또는 감지된 온도(sensed temperature)가 미리 결정된 동작 범위 밖(outside)일 때 경고(alert)/예외(exception) (메시지(message))를 생성할 수 있다.
온보드 전압 모니터링 센서(on-board voltage monitoring sensor) (회로(circuit))는 장치에 대한 정확한 전원 공급(correct power supply)을 보장한다(ensures). 전압 모니터링 센서(voltage monitoring sensor)는 밀봉 기능(functioning of the seal)을 변경할 수 있는 배터리(battery)(60)에 의해 출력되는(output) 예외적인 전압(exceptional voltages)을 검출하기 위해 사용된다. 전압 모니터링 센서의 사용을 통해, 프로세서(50)는 현재 전압 출력(current voltage output)이 미리 결정된 동작 범위(predetermined operational range) 내에 있는지 여부를 결정할 수 있고, 또는 감지된 전압 출력(sensed voltage output)이 미리 결정된 동작 범위(predetermined operational range) 밖(outside)일 때 경고(alert)/예외(exception) (메시지(message))를 생성할 수 있다.
또한, 상기 장치는 컨테이너 바디에 앵커들(14, 16, 18)을 고정적으로 부착하기 위해(fixedly attach), 또는 태그들(30, 32, 34)을 컨테이너 뚜껑(13)에 부착하기 위해, 사용되는 고정 벨트(fixing belt)(미도시)의 텐션(tension)을 체크하거나 모니터링하는 스트레인 센서(strain sensor)(예를 들어, 스트레인 게이지(strain gauge) 또는 유사한 센서)를 구비한다. 스트레인 센서는 장치의 벨트를 제거하는 시도(즉, 조작(tampering))를 나타낼 수 있는, 고정 벨트(미도시) 내의 스트레인의 예외적인 레벨(exceptional levels)을 검출하기 위해 사용된다. 스트레인 게이지 센서(strain gauge sensor)의 사용을 통해, 프로세서(50)는 현재 스트레인 레벨(current level of strain)이 미리 결정된 동작 범위(predetermined operational range) 내에 있는지 여부를 결정할 수 있고, 또는 감지된 스트레인 레벨(sensed level of strain)이 미리 결정된 동작 범위(predetermined operational range) 밖(outside)일 때 경고(alert)/예외(exception) (메시지(message))를 생성할 수 있다.
앵커(14)는 모든 검출된 이벤트들(detected events), 및/또는 모든 센서 데이터(sensor data)의 로그(log)를 내부 비휘발성 메모리(NVM : internal non-volatile memory)(64)에 유지한다(keeps). 바람직하게는, NVM(64)에 저장된 데이터는 RTC(54)로부터의 정확한 타임스탬프(precise timestamp)를 사용하여 타임스탬핑된다(time-stamped).
마지막으로, 앵커(14)는 통신 모듈(communication module)(66)을 사용하여 (직렬(serial) 또는 병렬 연결(parallel link)와 같은) 유선 통신 연결(wired communication link)(28)를 통해 마스터 유닛(도 1의 26)과 통신한다(communicates).
도 3은 본 발명의 실시예에 사용되는 마스터 유닛(26)의 개략적인 블록도(schematic block diagram)이다. 이는 아래에서 기술되는 것을 제외하고, 도 2의 앵커(14)와 동일하다. 마스터 유닛(26)은 밀봉 시스템을 위한 제어 유닛(control unit)으로서 작동한다(acts).
도 3의 마스터 유닛(26)에서, 유선 통신 연결(wired communication link)(28)를 통해 앵커(14)와의 통신을 위해, 앵커(14)의 통신 모듈(66)과 동일하고, 동일한 프로토콜(예를 들어 직렬 또는 병렬)로 동작하는, 통신 모듈(communication module)(66’)이 포함된다. 또한, 마스터 유닛(26)은 예를 들어, 핵 안전 기관(nuclear safety agency)에 속하는 원격 중앙 제어 스테이션(remote central control station)(미도시)에 대한 통신(송신 및 수신)을 위해, 장거리 통신 모듈(70)을 포함한다. 장거리 통신 모듈(70)은 이동 통신 모듈(cellular communications module)(70)일 수 있으며, 예를 들어, GSM, 3G, 4G, 5G/LTE 등일 수 있다.
사용시, 앵커들(14, 16, 18)은 태그들(30, 32, 34)과의 통신을 개시하며, 즉 각각의 앵커(14, 16, 18)는 태그들(30, 32, 34) 각각과 통신 교환(communication exchange)을 가진다. 3 개의 태그들을 가지는 컨테이너 뚜껑(13)이 3 개의 앵커들(14, 16, 18)을 가지는 컨테이너 바디(12)에 근접하게 배치되며(positioned), 컨테이너 바디(12) 및 뚜껑(13)은 효과적으로 쌍을 이루고(effectively paired), 상기 컨테이너 바디(12)에 대한 상기 뚜껑(13)의 임의의 상대적인 이동(relative movement)이 리프팅(lifting) 및 회전(rotation)을 포함하여 검출될 것이다.
앵커들(14, 16, 18) 및 태그들(30, 32, 34)은 타이밍 정보(timing information)를 포함하는 데이터 패키지(data packages)를 교환한다(exchange). 이러한 패키지는 위조자(counterfeits)를 회피하기 위해 암호 모듈(56)을 사용하여, 디지털적으로 서명된다. 마스터 유닛(26)은 모든 이러한 데이터 패키지를 수집하고, 앵커들(14, 16, 18) 사이의 신호의 비행 시간(time of flight)을 계산하며, 후속적으로 삼각 측량 알고리즘을 통해 그들의 상대적 (3 차원) 위치들을 계산한다. 앵커들(14, 16, 18) 및 태그들(30, 32, 34) 내부의 센서들은 장치가 컨테이너(12) 상의 그 위치로부터 제거되는지 여부를 검출할 수 있으며, 뚜껑(13)을 리프트하기(lift) 위한 임의의 시도는 시스템에 의해 검출되고, 로그된다(logged).
이후 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 메시지의 교환 및 그에 따른 범위설정(ranging)/위치설정(positioning)을 통해 달성되며, 장치들(앵커들(14, 16, 18) 및 태그들(30, 32, 34))은 3 차원 공간에서 각각의 위치를 "인식하고(aware)", 예를 들어 이 컨테이너 바디(12) 및 뚜껑(13) 페어링(pairing)에 고유한(unique), 고유 밀봉(unique seal)과 같이 동작한다(behave). 3 차원 로컬화된 밀봉 장치들(localized seal devices)의 이러한 "네트워크(network)"는 (컨테이너 바디(12)에 대한 장치 및 뚜껑(13)의) 이동의 정확한 검출을 허용하며, 예를 들어 정확도는 약 5 내지 15 cm이다.
동작 시, 3 개의 앵커들(14, 16, 18) 각각은 3 개의 태그들(30, 32, 34)에 질의한다. 각각의 앵커(14, 16, 18)는 비행 시간 정보(time of flight information)를 이용하여 태그들(30, 32, 34)이 배치되는 거리(distance)를 결정할 수 있다. 3 개의 앵커들(14, 16, 18)은 컨테이너 바디(12) 주변에 컨테이너 뚜껑(13)의 표면에 평행한 평면에 배치되며, 바람직하게는 상기 컨테이너 바디(12)의 원주 둘레에 대하여 120 도 각도 거리(120 degrees angular separation)로 배치된다. 앵커들(14, 16, 18) 및 태그들(30, 32, 34)은 비행 시간을 결정하기 위해 메시지를 교환한다. 합법적인 개인(legitimate one)에 대한 명의도용(impersonating)으로부터 임의의 다른 위조 태그(fake tag)를 방지하기 위해, 이 메시지들은 디지털적으로 서명된다. 모든 앵커들(14, 16, 18)은 유선 통신 채널(wired communication channel)(28)을 통해 마스터 유닛(26)에 거리 정보(distance information)를 제공한다. 마스터 유닛(26)은 모든 인증된 정보를 수집하며, 삼각측량 알고리즘(triangulation algorithm)을 통해 각 태그(30, 32, 34)의 3 차원 위치를 결정한다.
컨테이너 바디(12) 상의 3 개의 앵커들(14, 16, 18)의 위치는 고정되어 알려지기 때문에, 태그들(30, 32, 34)의 위치는 마스터 유닛(26)에 의해 결정될 수 있다. 3 개의 앵커들(14, 16, 18) 및 3 개의 태그들(30, 32, 34)은 좋은 3 차원 위치를 보장하기 위한 최소 수(minimum number)이다. 4 개의 앵커들(14, 16, 18) 및 4 개의 태그들(30, 32, 34)은 3 차원 위치설정(positioning)의 정확도를 증가시킬 수 있으나, 비용(cost)/복잡도(complexity)가 추가로 증가한다.
일단 뚜껑(13)이 컨테이너 바디(12) 위에 배치되면, 마스터 유닛은 뚜껑(13)에 연결된 3 개의 태그들(30, 32, 34)의 근접성(proximity)을 로그한다(logs). 각각의 태그의 위치에 대한 임의의 변화(또는 예를 들어, 0.1 내지 15 cm의 범위 내 놓이는, 0.1 내지 5 cm, 보다 바람직하게는 0.1 내지 1 cm와 같은 임계 거리(threshold distance)[제1 임계 값(threshold 1)]보다 큰 변화)가 뚜껑의 개방(opening)으로 고려된다. 알고리즘은 검출 임계 값에 대한 위치(position)/거리 변화(distance changes)를 처리하고, 잘못된 경고(false alarm)를 방지하기 위해 상기 위치(position)/거리 과시간(distance overtime)을 평균화할(average) 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 엘리먼트에서 수행되는 소프트웨어(software)/펌웨어 프로세스(firmware processes)의 흐름도이다. 즉, 모니터링, 캐스크(컨테이너)(10)에 대한 조작 또는 개방의 검출, 및 경고를 수행 시, 각각의 태그(14, 16, 18), 각각의 앵커(30, 32, 34), 및 마스터 유닛(26)에서 구현되는 단계들 또는 프로세스들이 도시된다. (간결성을 위해, 프로세스는 단일 태그(30)및 단일 앵커(14)와 관련하여 기술되며, 다른 태그들 및 앵커들에 대한 프로세스는 유사하다.)
도 4의 왼편 컬럼(left hand column) (태그)을 참조하면, 각각의 태그(30, 32, 34)는 자신의 고유 식별자(ID : identifier)를 가지고, 암호 모듈(56)을 이용하며, 태그(30)는 저장된 암호 키 및 태그 식별자로부터 서명을 생성하도록 동작한다(단계(s402)). 태그(30)는 RF를 통해 수신된 메시지(messages)를 청취한다(단계(s404)). 단계(s406)에서, 메시지가 수신되지 않으면, 태그(30)는 수신된 메시지들을 계속 청취한다. 단계(s406)에서, RF 메시지가 수신되었다고 확인될(found) 경우, 앵커(14)로부터의 개시 메시지(initiation message)로서 인식가능한지(recognisable) 여부에 관해 체크(check)가 이루어진다(단계(s408)). 단계(s408)에서 개시 메시지가 수신되지 않을 경우, 태그(30)는 수신된 메시지를 계속 청취한다(s404).
도 4 의 중앙 컬럼(central column)을 간단히 참조하면, 각각의 앵커(14, 16, 18)는 자신의 고유 식별자(ID)를 가지고, 암호 모듈(56)을 이용하며, 앵커(14)는 저장된 암호 키 및 태그 식별자로부터 서명을 생성하도록 동작한다(단계(s430)). 실시간 클럭(real-time clock)을 이용하여 미리 설정된 주기(preset periodicity)에 따라 주기적으로(periodically), 또는 상기 마스터 유닛(26)으로부터의 명령(command)에 따라, 앵커(14)는 UWB RF를 이용하여, 근처의 태그들(30, 32, 34)로 개시 메시지를 브로드캐스트하며(broadcasts)(단계(s432)), 상기 개시 메시지는 양방향 통신(2-way communication) 및 3 차원 위치 결정 동작(3D position determination operation)을 위한 태그들(30, 32, 34)을 준비하도록 설계된다.
도 4의 좌편 컬럼(left hand column)에서 도시된 바와 같이, 단계(s408)에서, 개시 메시지가 수신될 경우, 태그(30)는 모든 센서들(58, 62) 및 통신 모듈들(52, 66)을 개시한다(initiates)(단계(s410)). 태그(30)는 UWB RF를 통해 타이밍 메시지를 청취한다. 단계(s412)에서, 타이밍 메시지가 수신되지 않았다는 것이 확인될 경우, 태그(30)는 수신된 메시지를 청취한다(s404).
앵커(14)에 의한 개시 메시지의 전송 이후에, 도 4 의 중앙 컬럼에서 도시된 바와 같이, 예를 들어 미리 결정된 기간에, 상기 앵커(14)는 타이밍 메시지를 브로드캐스트한다(s434).
도 4의 좌편 컬럼(left hand column)을 참조하면, 단계(s412)에서, 타이밍 메시지가 앵커(14)로부터 수신되었다는 것이 확인되면, 태그(30)는 상기 실시간 클럭(54)을 이용하여 도착 시간(ToA : time of arrival)을 결정하고(단계(s414)), 상기 실시간 클럭(54)의 판독에 기초하여 상기 ToA를 타임스탬프(timestamp)한다. ToA는 앵커(14)로부터 태그(30)로의 비행 시간(ToF : time of flight)를 결정하도록 이후에(subsequently) 사용된다.
다음으로, 단계(s416)에서, 태그(30)의 식별자를 포함하는 데이터 패키지 및 ToA는 태그(30)에 대해 생성된 서명을 이용하여 디지털적으로 서명된다. 단계(s418)에서, 서명된 데이터 패키지는 태그(30)에 의해 브로드캐스트된다.
상기 RF 전송 또는 처리가 종료되었음을 표시하는, 예를 들어 앵커(14)를 통해, 마스터 유닛(26)으로부터 종료 명령이 수신되는 경우, 및 태그(30)에서의 프로세스가 종료될 경우에 체크가 이루어진다(단계 s420)), 종료 명령이 수신되지 않은 경우, 처리는 단계(s404)로 되돌아간다(returns).
앵커(14)에서(도 4의 중앙 컬럼 참조), 앵커(14)에 의한 타이밍 메시지의 전송 후, 지연 타이머가 개시되며(initiated)(단계(s436)), 상기 타이밍 신호에 대한 태그들(30, 32, 34)로부터 응답을 수신할 수 있도록 설계된다.
지연이 경과하였는지 여부에 대한 체크가 이루어지며(단계(s438)), 그럴 경우, 단계(s432)로 되돌아가며, 앵커(14)는 근처의 태그들(30, 32, 34)에 개시 메시지를 (다시) 브로드캐스트한다.
지연이 경과하지 않은 경우, 모든 태그들(30, 32, 34)에 대한 데이터 패키지들((상기 타이밍 신호에 대한 응답)이 앵커(144)에 의해 수신되었는지 여부에 대한 결정이 이루어진다(단계 s440)). 그렇지 않을 경우, 프로세싱은 단계(s438)로 되돌아간다.
모든 태그들(30, 32, 34)에 대한 데이터 패키지들이 수신되었다고 결정되면(s440), 태그(30)에 대한 ToA 및 식별자를 유도하기 위해, 서명된 데이터 패키지들은 복호화된다(decrypted)(s442)). 이 경우(3 개의 태그들)), 단계(s444)에서 3 개의 데이터 패키지들(태그 식별자들 + ToA들)을 조합 패키지(combination package)로 컴파일된다(compiled).
단계(s446)에서, 조합 패키지는 앵커(144)의 서명을 이용하여 서명된다. 다음으로, 조합 패키지는 서명된 데이터 패키지로서 마스터 유닛(26)에 전송된다(단계 s448).
RF 전송 또는 처리를 종료되도록 지시하는, 상기 마스터 유닛(26)으로부터 종료 명령(Terminate command)이 수신되는 경우, 체크가 이루어지며(단계 s450)), 그럴 경우, 앵커(14)에서의 프로세스가 종료된다. 종료 명령이 수신되지 않았다면, 프로세싱(processing)은 단계(s432)로 되돌아간다.
도 4의 오른편 컬럼(right hand column)을 참조하면, 서명된 데이터 패키지로서, 마스터 유닛(26)에 대한 조합 패키지의 통신(단계(s448))이 이루어지고, 마스터 유닛(26)에 대한 조합 패키지(10)가 수신되었음을 판단(단계(s460))이 이루어지며, 상기 서명된 조합 패키지는 복호화된다(단계(s462)).
다음으로, 각각의 태그(30, 32, 34)에 대한 복호화된 패키지(decrypted packages)에 기초하여, 각각의 태그에 대한 ToA 및 식별자가 유도되고(derived)(단계(s464)), 각각의 태그에 대한 ToF는 당업자에게 알려진 바와 같이 ToA들로부터 유도 가능하다(derivable). 예를 들어, 타이밍 메시지는 전송 시간(time of sending)을 표시하는 정확한 타임스탬프(precise timestamp)를 포함할 수 있다. 태그(30)는 수신된 타이밍 메시지에 정확한 타임스탬프를 적용하여, ToA를 표시한다. 태그(30)는 "ToF = 도착 타임스탬프(timestamp(arrival)) - 전송 타임스탬프(timestamp(sending))"를 계산할 수 있으며, 데이터 패키지에서의 앵커(14)로의 브로드캐스트를 포함한다. 더 바람직하게는, 태그(30)는 상기 타이밍 메시지 또는 상기 타이밍 메시지의 식별자로부터 전송 시간을 나타내는 정확한 타임스탬프와 함께, ToA (타임스탬프)를 브로드캐스타하며, 전송 시간을 나타내는 상기 정확한 타임스탬프는 상기 앵커(14) 또는 마스터 유닛(26)에서 획득될 수 있으며, 따라서, "ToF(타이밍 메시지) = 도착 타임스탬프(timestamp(arrival)) - 전송 타임스탬프(timestamp(sending))"의 앵커(14) 또는 마스터 유닛(26)에서의 결정을 가능하게 한다.
각각의 태그에 대해, 삼각측량 알고리즘을 이용하여 앵커들(14, 16, 18)의 알려진 위치 및 유도된 ToA들 및 식별자들로부터 현재 3 차원 위치가 결정된다(단계(s466)).
현재 3 차원 위치가 결정되면, (도 2의 NVM(64)에 저장된) 상기 태그에 대해 이전에 결정된 3 차원 위치와 각각의 태그에 대해 현재 3 차원 위치가 비교된다(단계 s468)). 상기 현재 및 이전에 결정된 3 차원 위치의 거리(separation)의 크기(magnitude)가 상기 제1 임계 값(first threshold)(threshold1)보다 큰 지의 여부에 대해 체크가 이루어진다(단계 s470)).
상기 거리의 크기가 상기 제1 임계 값보다 크지 않은 경우, 각각의 태그에 대한 결정된 현재 3 차원 위치는 NVM(64)에 저장된다(단계(s472)).
반면에, 거리의 크기는, 조작(tampering) 또는 (시도되는(attempted)) 개방이 발생하였음에 대한 동작(act)에 대응하는 (도 1의) 컨테이너(12)에 관한 뚜껑(13)의 실질적인 이동을 나타내는, 제1 임계 값보다 클 경우, 마스터 유닛은 개방의 타임스탬프를 포함하는 "캐스크 개방(Cask opened)" 경고 (메시지)를 생성하며(단계(s474)), 상기 경고는 NVM(64)에 로그된다.
단계(s476)에 도시된 바와 같이, 임의의 태그/장치 조작, 온도, 전압 또는 스트레인 센서 예외 데이터를 위한 체크가 선택적으로 이루어지며, 즉 센서들(58, 62)로부터 각각 선택적으로 이러한 데이터가 "캐스크 개방" 경고(메시지)에 첨부된다(appended)(단계 s478)).
3 개의 앵커들(14)은 강성 텐션 벨트(rigid tension belt)(미도시)를 이용하여 텐션(tension) 하에서 컨테이너 바디(12) 상에 고정된다. 각각의 앵커(14, 16, 18)는 벨트의 텐션을 모니터링할 수 있다. 캐스크(10)로부터 시스템을 제거하는 시도의 경우, 벨트의 텐션이 해제되며(released), 상기 마스터 유닛(26)은 조작을 검출하고, 스트레인 게이지 예외 데이터(strain gauge exception data)를 생성한다. 유사한 검출 시스템은 3 개의 태그들(30, 32, 34)를 뚜껑(13)에 고정시키는 벨트(미도시)상에 배치된다. 태그/장치 조작, 온도, 또는 전압 레벨 예외 데이터의 이벤트(event)에서 유사한 부가 동작(appending action)이 수행된다.
단계(s480)에서, "캐스크 개방" 경고 (메시지)는 마스터 유닛(26)의 통신 모듈(70)(도 3)을 이용하여, 이동 통신 네트워크(cellular network)(예를 들어, GSM, 3G, 4G 등)을 통해 원격 중앙 제어(remote central control)(미도시)로 전송된다.
마스터 유닛(26)은 예를 들어, 유선 (직렬/병렬) 장치 포트를 통해, 또는 블루투스(Bluetooth®)와 같은 근거리 무선 통신(short-range wireless communication)에 의해 적절한 판독기(suitable reader)(미도시)를 가지는 검사자에 의해 질의되도록 구성된다. 또 달리 또는 부가적으로, 마스터 유닛(26)에는 마스터 유닛(26)의 원격 질의(remote interrogation)를 허용하여, 예를 들어 상태 데이터(status data),로그(logs) 및/또는 조작 보고(tampering reports)/경고를 획득하게 하는, 기존의 텔레콤 인프라스트럭쳐(telecom infrastructure)(즉, GSM, GPRS, 3G 또는 다른 시스템)을 사용하는 원격 통신 모듈(70)이 제공된다. 이러한 데이터는, 마스터 유닛(26)의 고유 암호 키 및 암호 모듈(56)을 이용하여 디지털적으로 서명된 형태(digitally signed form)로 원격 위치(remote location)/스테이션(station)으로 안전하게 통신될 수 있다.
(예를 들어, 핵 검사 기관(100)으로부터의) 검사자의 의무(duty)는 앵커들(14, 16, 18) 및 태그들(30, 32, 34)의 고정 벨트(fixing belt)(미도시)의 초기 설치(initial installation)가 정확한지 여부를 체크하는 것이다. 이는 컨테이너가 적재되기(loaded) 전에, 밀봉 시스템(10)이 신뢰할 수 있는 사람(검사자)에 의해 컨테이너 상에 설치되어야 하는 요건을 충족시킨다. 이는 간단한 동작(simple operation)이며, 방사선에 대한 노출이 최소이거나(minimal) 없는(absent) 비제약 영역(non-restricted area)에서 가장 편리한 시간에 컨테이너의 배치(batch) 상에서 행해질 수 있다. 이는 검사자의 존재를 요구하는 유일한 동작(operation)이다. 즉, 모든 다른 동작들은 (검사자에 의해) 무인화될(unattended) 수 있다.
밀봉 시스템(10)이 일단 배치되면, 자율적이다(autonomous). 일단 뚜껑(13)이 컨테이너 바디(12)에 근접하게 배치되며, 상기 밀봉 시스템(10)은 상기 뚜껑(13)을 검출하고, 상기 컨테이너 바디(12)와 쌍을 이루게 한다(pairs). 모든 것은 자동으로 무선이며, 배선(wiring) 또는 임의의 기계적인 동작(operation)이 필요 없다. 이는 상기 컨테이너가 검사자의 존재 없이 상기 원자력 발전소 오퍼레이터(nuclear power plant operator)에 의해 적재되고(loaded) 폐쇄된다는(closed) 것을 의미한다.
또한, 밀봉 시스템(10)은 상태를 체크하고 내부 로그(internal log)에 액세스(access)하도록 원격으로 질의될(interrogated) 수 있다. 일단 컨테이너가 개방되고 비워지면, 밀봉 시스템(10)은 컨테이너로부터 제거될(removed) 수 있고 재사용되도록(reused) 검사자에게 다시 전달될(sent back) 수 있다.
각각의 구현(implementations)으로 다양한 부품(components)을 가지는 실시예(embodiments)을 참조하여 실시예가 기술된 반면에, 다른 실시예가 이러한 부품 또는 다른 부품의 다른 조합 및 치환을 이용하는 것으로 이해될 것이다.
또한, 실시예들 중 일부는 본원에서 컴퓨터 시스템의 프로세서에 의해 또는 기능을 수행하는 다른 수단에 의해 구현될 수 있는, 방법 또는 방법의 엘리먼트들(elements)의 조합(combination) 으로서 기술된다. 따라서, 이러한 방법 또는 방법의 엘리먼트를 수행하기 위한 필요한 명령(instructions)을 가지는 프로세서는 방법 또는 방법의 엘리먼트를 수행하는 수단을 형성한다. 또한, 장치 실시예에 대해 본원에 기술된 엘리먼트는 본 발명을 수행하기 위한 엘리먼트에 의해 수행되는 기능을 수행하는 수단의 예이다.
본원에 제공된 설명에서, 복수의 특정 세부 사항이 제시된다. 하지만, 본 발명의 실시예는 이러한 구체적인 세부 사항 없이도 실시될(practiced) 수 있다는 것이 이해된다. 다른 예로, 잘 알려진 방식(well-known methods), 구조 및 기술은 본 기술의 이해를 모호하게(obscure) 하지 않기 위해 상세하게 도시되지 않았다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예로서 생각되는 것이 기재되어 있는 반면에, 당업자는 본 발명의 영역을 벗어나지 않고 다른 수정 및 또 다른 수정이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이며, 본 발명의 영역 내에 있는 이러한 모든 변경 및 수정을 청구하는(claim) 것으로 의도된다. 예를 들어, 상술된 임의의 수식(formulas)은 단지 사용될 수 있는 절차(procedures)의 대표일 뿐이다. 블록도로부터 기능이 추가되거나 삭제될 수 있으며, 동작은 기능적 블록들(functional blocks) 간에 상호교환될(interchanged) 수 있다. 단계들은 본 발명의 영역 내에서 기술되는 방법에 추가되거나 삭제될 수 있다.
10 : 밀봉 시스템(sealing system)
12 : 컨테이너 바디(container body)
13 : 컨테이너 뚜껑(container lid)
14 : 앵커(anchor)
16 : 앵커
18 : 앵커
20 : 개방 엔드(open end)
22 : 버스(bus)
26 : 마스터 유닛(master unit)
28 : 유선 연결(wire link)
30 : 태그(tag)
32 : 태그
34 : 태그
50 : 프로세서(processor)
52 : UWB RF 모듈(UWB RF module)
54 : 실시간 클럭(real-time clock)
56 : 암호 모듈(cryptographic module)
58 : 안티 탬퍼 센서(anti-tamper sensor)
60 : 배터리(battery)
62 : 전압(voltage), 온도(temperature) 및 스트레인 센서들(strain sensors)
64 : 비휘발성 메모리(NVM)
66 : 유선 통신 모듈(wired communications module)
70 : 이동 통신 모듈(cellular communications module)

Claims (15)

  1. 핵 컨테이너의 컨테이너 바디(12)에 상기 핵 컨테이너의 컨테이너 뚜껑(13)을 밀봉하는, 핵 컨테이너를 위한 밀봉 시스템에 있어서,
    상기 컨테이너 뚜껑(13) 또는 상기 컨테이너 바디(12) 중 하나에 탑재되도록 구성된 적어도 3 개의 태그들(30, 32, 34) - 상기 각각의 태그(30, 32, 34)는 고유 식별자를 가지고, 각각의 제1 RF 신호를 전송하도록 구성된 제1 RF 트랜스시버를 포함함 - ;
    상기 컨테이너 뚜껑(13) 또는 상기 컨테이너 바디(12) 중 다른 하나에 탑재되도록 구성된 적어도 3 개의 앵커들(14, 16, 18) - 상기 각각의 앵커(14, 16, 18)는 고유 식별자를 가지고, 상기 각각의 제1 RF 신호를 수신하도록 구성된 제2 RF 트랜스시버를 포함함 - ; 및
    상기 적어도 3 개의 앵커들(14, 16, 18)과 통신하기 위해, 커플링되는 마스터 유닛(26)
    을 포함하고,
    상기 마스터 유닛(26)은,
    (i) 상기 수신된 각각의 제1 RF 신호를 기초로, 상기 적어도 3개의 앵커들(14, 16, 18)의 위치, 상기 적어도 3개의 앵커들(14, 16, 18) 각각에서 전송된 제2 RF 신호가 태그(30, 32, 34) 각각에 도착한 시간 및 각각의 태그(30, 32, 34)의 식별자로부터 태그(30, 32, 34) 각각의 현재 3 차원 위치를 결정하고,
    (ii) 각각의 태그(30, 32, 34)에 대해 이전에 결정된 3 차원 위치를 저장하고,
    (iii) 상기 태그들(30, 32, 34) 중 하나 이상의 상기 현재 3 차원 위치, 및 각각의 이전에 결정된 3 차원 위치 사이의 거리가 미리 결정된 거리 임계 값보다 더 크다고 결정할 경우, 경고 및/또는 타임스탬프 및/또는 로그 엔트리를 생성하도록
    구성된, 밀봉 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 유닛(26)은 내부에 통합되는 상기 적어도 3 개의 앵커들(14, 16, 18) 중 하나를 구비하는,
    밀봉 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 앵커들(14, 16, 18) 각각은 상기 마스터 유닛(26)으로부터 주기적으로 또는 명령에 따라서, 상기 제2 RF 신호를 전송하도록 구성되고,
    상기 제2 RF 신호는 타이밍 신호를 포함하는,
    밀봉 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 제1 RF 신호는,
    상기 제2 RF 신호에 응답하여 각각의 태그에서 생성되거나, 또는
    상기 제2 RF 신호의 상기 태그에서 도착 시간에 대한 표시를 포함하는,
    신호
    를 포함하는 밀봉 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 유닛(26)은 상기 제1 RF 신호 및/또는 상기 3 차원 위치를 나타내는 데이터의 시간적 평균화를 수행하도록 구성되는,
    밀봉 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 유닛(26)은 상기 앵커들(14, 16, 18) 및 상기 태그들(30, 32, 34) 사이의 상기 거리가 최소화되거나, 또는 안정된 시점을 결정하도록 구성되는,
    밀봉 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 앵커들(14, 16, 18)은 알려진 위치의 상기 컨테이너 바디(12) 또는 컨테이너 뚜껑(13) 상에 고정적으로 부착되고 - 예를 들어, 상기 컨테이너 바디(12) 또는 컨테이너 뚜껑(13)의 원주 둘레 상에 동일하게 이격됨 - ,
    상기 마스터 유닛(26)은 각각의 태그(30, 32, 34) 각각에 대하여, 상기 알려진 위치에 기초하여 각각의 현재 3 차원 위치를 결정하도록 구성되는,
    밀봉 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 유닛(26)은 각각의 태그(30, 32, 34) 각각에 대하여, 삼각측량 알고리즘을 사용하여 각각의 현재 3 차원 위치를 결정하도록 구성되는,
    밀봉 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    각각의 태그(30, 32, 34) 및/또는 각각의 앵커(14, 16, 18)는 실시간 클럭(54)을 포함하고,
    상기 제1 RF 신호 및/또는 상기 제2 RF 신호는 각각의 실시간 클럭(54)으로부터 유도된 타임스탬프를 포함하는,
    밀봉 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 앵커들(14, 16, 18) 각각은 버스(22)를 통해, 상기 마스터 유닛(26)에 결합된 신호를 전송하도록 구성되고,
    상기 결합된 신호는 상기 적어도 3 개의 태그들(30, 32, 34) 각각에 대한 패키지를 포함하고,
    상기 각각의 패키지는 상기 태그의 식별자 및 도착 시간 데이터를 포함하는,
    밀봉 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    각각의 태그(30, 32, 34) 및/또는 각각의 앵커(14, 16, 18) 및/또는 상기 마스터 유닛(26)은 각각의 태그 식별자와 연관하여, 상기 3 차원 위치를 저장하기 위한 비휘발성 메모리(64)를 포함하는,
    밀봉 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    (i)
    상기 각각의 태그(30, 32, 34)는 제1 암호 키 및/또는 제1 디지털 서명을 생성하고, 저장하도록 구성된 제1 암호 모듈(56)을 포함하고,
    상기 각각의 태그(30, 32, 34)는 앵커(14, 16, 18)로의 전송 이전에, 상기 제1 암호 키 또는 제1 디지털 서명을 사용하여 상기 제1 RF 신호를 서명하도록 구성되거나,
    또는
    (ii)
    각각의 앵커(14, 16, 18)는 제2 암호 키 및/또는 제2 디지털 서명을 생성하고, 저장하도록 구성된 선택적 제2 암호 모듈(56)을 포함하고,
    각각의 앵커(14, 16, 18)는,
    (a) 태그(14, 16, 18)로의 전송 이전에, 상기 제2 암호 키 또는 제2 디지털 서명을 사용하여 상기 제2 RF 신호를 서명하고/서명하거나,
    또는
    (b) 상기 마스터 유닛(26)으로의 전송 이전에, 상기 제2 암호 키 또는 제2 디지털 서명을 사용하여 상기 마스터 유닛(26)에 결합된 신호를 서명하도록
    구성되는,
    밀봉 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    (i)
    상기 각각의 태그(30, 32, 34) 및/또는 상기 각각의 앵커(14, 16, 18)는 태그(30, 32, 34) 또는 앵커(14, 16, 18)의 하우징의 조작의 검출 시에, 상기 하우징의 상기 조작을 나타내는 탬퍼 검출 데이터를 생성하도록 구성된 탬퍼 검출 센서(58)를 포함하거나,
    또는
    (ii)
    각각의 태그(30, 32, 34) 및/또는 각각의 앵커(14, 16, 18)는,
    커플링된, 하나 이상의 배터리들(60); 및
    제1 미리 결정된 범위 밖의 예외적인 전압 레벨의 검출 시에, 상기 배터리 또는 배터리들(60)의 조작을 나타내는 전압 예외 데이터를 생성하도록 구성된 전압 검출 센서(62)
    를 포함하거나,
    또는
    (iii)
    각각의 태그(30, 32, 34) 및/또는 각각의 앵커(14, 16, 18)는 제2 미리 결정된 범위 밖의 예외적인 온도 레벨의 검출 시에, 태그(30, 32, 34) 또는 앵커(14, 16, 18)의 조작을 나타내는 온도 예외 데이터를 생성하도록 구성된 온도 센서(62)를 포함하거나,
    또는
    (iv)
    각각의 태그(30, 32, 34) 및/또는 각각의 앵커(14, 16, 18)는 예를 들어, 스틸 벨트와 같은 강성 텐션 벨트에 의해 상기 컨테이너 뚜껑(13) 또는 상기 컨테이너 바디(12)에 부착되고,
    각각의 태그 및/또는 각각의 앵커(14, 16, 18)는 상기 벨트 내 스트레인을 감지하도록 구성된 예를 들어, 스트레인 게이지와 같은 스트레인 센서(62)를 포함하고,
    상기 스트레인 센서(62)는 제3 미리 결정된 범위 밖의 예외적인 스트레인 레벨의 검출 시, 태그(30, 32, 34) 또는 앵커(14, 16, 18)의 조작을 나타내는 스트레인 예외 데이터를 생성하도록 구성되는,
    밀봉 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 유닛(26)은 예를 들어, 이동 통신 모듈(70)과 같은 장거리 통신 모듈을 포함하고,
    상기 마스터 유닛은,
    (i)
    상기 경고의 생성에 응답하여,
    (a) 태그(30, 32, 34) 또는 앵커(14, 16, 18)의 하우징의 조작을 나타내는 임의의 데이터, 태그(30, 32, 34) 또는 앵커(14, 16, 18)의 배터리 또는 배터리들(60)의 조작을 나타내는 데이터, 온도 예외 데이터 및/또는 스트레인 예외 데이터가 선택적으로 첨부된 캐스크 개방 경고를 생성하고,
    (b) 상기 장거리 통신 모듈(70)을 사용하여 원격 제어 위치로 상기 캐스크 개방 경고를 전송하거나,
    또는
    (ii)
    상기 장거리 통신 모듈(70)을 사용하여 원격 제어 위치로부터 수신된 상태 요청에 응답하여 밀봉 시스템 상태 보고를 전송하고,
    상기 밀봉 시스템 상태 보고는,
    상기 타임스탬프; 및
    임의의 캐스크 개방 경고의 세부 사항
    을 포함하고,
    상기 밀봉 시스템 상태 보고는,
    상기 하우징의 조작을 나타내는 임의의 데이터;
    상기 배터리 또는 배터리들(60)의 조작을 나타내는 데이터;
    온도 예외 데이터; 및/또는
    스트레인 예외 데이터
    를 선택적으로 포함하고,
    상기 밀봉 시스템 상태 보고는 상기 장거리 통신 모듈(70)을 사용하여 상기 원격 제어 위치로 전송되도록 구성되는,
    밀봉 시스템.
  15. 밀봉 시스템을 설치하는 방법에 있어서,
    제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 밀봉 시스템을 제공하는 단계;
    상기 컨테이너 뚜껑(13)에 상기 적어도 3 개의 태그들(30, 32, 34)을 탑재시키는 단계;
    상기 컨테이너 바디(12)에 상기 적어도 3 개의 앵커들(14, 16, 18), 또는 상기 적어도 2 개의 앵커들 및 상기 마스터 유닛(26)을 탑재시키는 단계; 및
    상기 밀봉 시스템을 개시하는 단계
    를 포함하는 방법.
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