KR102175576B1 - 로라 기반의 선박위치 측정시스템 및 측정방법 - Google Patents

로라 기반의 선박위치 측정시스템 및 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 로라 기반의 선박위치 측정시스템은 선박에 설치된 로라송수신모듈을 통해 부표형 중계기에 위치정보를 송신하고, 중계기를 통해 내륙에 위치한 관제서버로 신호를 송신하여 해상에 위한 선박의 위치를 정확하게 파악할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하며, 선박사고로 인해 좌초된 선박의 경우, 신속한 인명구조 및 재난수습을 위해 선박의 위치정보를 습득하여야 하나 기존의 LTE 방식(10Mpbs)의 통신만을 활용하는 경우 배터리가 빠르게 소모되기 때문에 소정 시간 동안 신호의 발신이 어려워 선박의 위치를 파악하기 곤란한 문제점을 해결할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

로라 기반의 선박위치 측정시스템 및 측정방법{LoRa base ship position measurement system and measurement method}
본 발명은 로라 기반의 선박위치 측정시스템 및 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박에 설치된 로라로라송수신모듈을 통해 부표형 중계기에 위치정보를 송신하고, 중계기를 통해 내륙에 위치한 관제서버로 신호를 송신하여 해상에 위한 선박의 위치를 정확하게 파악할 수 있도록 하는 로라 기반의 선박위치 측정시스템 및 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로 위치 측정은 GPS, RSSI(Received Signal Strength Indication), 적외선, 초음파 등의 다양한 방법을 통해 가능하다.
이러한 GPS를 이용한 측위 기술의 문제점을 보완하기 위해서 최근 들어 휴대전화 등에 GPS가 탑재되어 위치 정보를 이용한 다양한 서비스가 실현되고 있지만 GPS는 실외에서만 사용 가능하기 때문에 건물 내에서 사람이나 물체의 ID와 위치를 정확하게 측정할 수 없는 한계가 있다.
또한, 현재 RFID 태그 등의 기술에 의해 실내에서 사람이나 물건 등을 식별하는 것이 가능하다. 하지만 RFID가 도달하는 범위 내에 태그가 존재한다는 사실은 알 수 있지만 태그의 정확한 위치를 알 수 없다.
마찬가지로 무선랜도 수 미터 정도의 오차를 보이고, 초음파의 경우 정밀도는 높은 편이지만 측정 범위가 수 미터정도로 좁다는 문제가 있다.
최근에는 센서 네트워크 기술의 급속한 발전으로 이동체의 위치추적 기술과 접목되어 위치 측정의 대상이 건물, 선박 등의 거대한 물체에서 차량, 개인 등 작은 물품으로 확대되면서 위치추적의 대상은 많아지고 대상물의 크기는 점차 작아지고 있다.
이러한 흐름에 맞추어 사물의 위치를 실시간으로 파악하고 그 이동 경로를 추적하기 위한 기술의 연구가 여러표준화 단체에서 진행되고 있으며, 다수의 센서 노드들이 무선 방식으로 네트워크로 구성되는 무선센서네트워크(WSN:Wireless Sensor Network)가 대표적인 예이다.
무선센서네트워크는 무선통신과 센서네트워크의 기술뿐 아니라, 라우팅 프로토콜등 여러 가지 소프트웨어 기술이 필요하며, 위치를 구하기 위해서는 추가적인 기법이 필요하다.
상기와 같이 종래의 사물 추적 시스템의 문제를 해결하기 위한 것으로, 선행문헌으로 대한민국 공개특허공보 제2018-76852호(2018.07.06. 공개)"ＬｏＲａ 통신을 이용한 비가시거리 통신지역에서의 사물 추적 시스템 및 방법"은 정보 표출 기기에 탑재되어 클라우드 시스템에서 제공하는 사물의 위치에 관한 정보를 표출하는 어플리케이션탑재 모듈; 정보 표출 기기에 탑재되어 클라우드 시스템에서 제공하는 사물의 위치에 관한 정보를 표출하는 어플리케이션탑재 모듈; 기지국으로부터 사물 위치 정보를 수신하여 사물 추적 정보를 업데이트하고, 추적 정보가 유실되면 해당 사물이 비가시거리에 있다고 판단하여 주변의 다른 사물들에게 통신모드 변경요청을 하여 각각의 사물들이 대리 기지국 역할을 할 수 있도록 하는 클라우드 시스템; 사물들과 통신하여 사물들의 위치 정보를 수신하여 클라우드 시스템으로 전송하고, 클라우드 시스템으로부터 알림 정보를 받아 통신모드 변경요청 신호를 주변 다른 사물들에게 전송하는 기지국; 각각의 사물들에 탑재되어 해당 사물들의 위치 정보를 기지국으로 전송하는 LoRa 통신 기반 추적 모듈;을 포함하는 것으로 특징으로 한다.
상기와 같은 특징으로 이루어지는 선행문헌은 근거리에 위치한 사물에 한정하여 통신이 이루어지도록 설정되어 있어 해상과 같이 중, 장거리에 위치하는 선박의 위치를 파악하기란 매우 곤란한 문제점이 있다.
공개특허공보 제2018-76852호(2018.07.06. 공개)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 선박에 설치된 로라로라송수신모듈을 통해 부표형 중계기에 위치정보를 송신하고, 중계기를 통해 내륙에 위치한 관제서버로 신호를 송신하여 해상에 위한 선박의 위치를 정확하게 파악할 수 있도록 하는 로라 기반의 선박위치 측정시스템 및 측정방법을 제공하는 데 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 선박사고로 인해 좌초된 선박의 경우, 신속한 인명구조 및 재난수습을 위해 선박의 위치정보를 습득하여야 하나 기존의 LTE 방식(10Mpbs)의 통신만을 활용하는 경우 배터리가 빠르게 소모되기 때문에 소정 시간동안 신호의 발신이 어려워 선박의 위치를 파악하기 곤란한 문제점을 해결할 수 있도록 하는 로라 기반의 선박위치 측정시스템 및 측정방법을 제공하는 데 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 수단으로,
선박에 설치되어 중계기와의 신호를 전송하고 전송한 신호를 토대로 다시 수신하여 중계기와의 거리를 측정한 신호 및 자신의 위치정보를 포함하여 중계기로 송신하는 로라송수신모듈과; 선박에 설치된 로라송수신모듈로부터 거리가 환산된 데이터 신호 및 신호의 세기값(RSSI)을 포함하는 신호를 수신하여 자신의 위치정보와 함께 로라송수신모듈의 신호를 관제서버로 인가하는 것은 물론 태양광 또는 파도, 너울에 의해 하이드리브 형태의 전원생산수단에 의해 전원을 자체 생산하는 중계기와; 중계기로부터 인가되는 신호를 토대로 로라송수신모듈의 위치를 중계기로부터 어느 정도 떨어졌는지를 계산하고, 계산된 위치에 따른 선박의 위치를 판단하는 관제서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 로라 기반의 선박위치 측정시스템을 제공한다.
본 발명의 로라송수신모듈은, 세 개 이상의 중계기들 중 어느 한 중계기와 세기값 목록 응답신호를 받을 때까지 목록 요청 신호를 반복적으로 재전송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 로라송수신모듈은, 거리 측정 신호를 송신하고 중계기로부터 거리 측정 신호에 대해 응답신호가 수신되는 시간을 측정하여 거리 보고 메시지를 중계기에 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 관제서버는, RSSI 및 거리 보고 메시지에 기반하여 로라송수신모듈(100)의 위치를 계산할 때, 삼각 측량법에 따라 위치를 계산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 관제서버는, 상기 각 중계기마다 2회 이상의 RSSI를 수집할 때, 수집된 RSSI 및 세기값 목록 요청 신호를 요청하는 것을 특징으로 한다.
선박에 설치된 로라송수신모듈에서 중계기로 세기값의 목록을 요청하는 단계와; 로라송수신모듈에서 요청한 목록에 따라 중계기에서 관제서버로 RSSI를 1차로 전송하는 단계와; 선박에 설치된 로라송수신모듈에서 중계기로 세기값의 목록을 재요청하는 단계와; 로라송수신모듈에서 요청한 목록에 따라 중계기에서 관제서버로 RSSI를 2차 전송하는 단계와; 중계기에서 목록요청에 따라 관제서버에서 삼각측량, 로라송수신모듈의 위치를 계산하고, 로라송수신모듈이 설치된 선박이 위치한 주변 중계기를 검색하여 세기값에 따른 목록에 응답하는 단계와; 로라송수신모듈에서 중계기로부터 전달받은 목록을 다시 중계기로 요청하고, 중계기에서 관제서버로부터 목록에 따른 응답을 전달받을 수 있도록 요청하는 단계와; 관제서버에서 목록에 대하여 중계기로 인가하는 단계와; 관제서버에서 선박에 설치된 로라송수신모듈과 중계기 사이의 거리를 측정하는 단계와; 선박에 설치된 로라송수신모듈에서 측정한 거리를 중계기로 보고하고, 중계기에서 선박에 설치된 로라송수신모듈로부터 인가되는 측정된 거리에 대해 관제서버로 신호를 인가하는 단계와; 중계기(200)에서 인가되는 신호를 기반으로 관제서버(300)에서 삼각측량을 통해 로라송수신모듈의 위치를 다시 계산하고, 측정하여 선박의 위치를 최종적으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로라 기반의 선박위치 측정방법을 제공한다.
본 발명은 선박에 설치된 로라로라송수신모듈을 통해 부표형 중계기에 위치정보를 송신하고, 중계기를 통해 내륙에 위치한 관제서버로 신호를 송신하여 해상에 위한 선박의 위치를 정확하게 파악할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 선박사고로 인해 좌초된 선박의 경우, 신속한 인명구조 및 재난수습을 위해 선박의 위치정보를 습득하여야 하나 기존의 LTE 방식(10Mpbs)의 통신만을 활용하는 경우 배터리가 빠르게 소모되기 때문에 소정 시간동안 신호의 발신이 어려워 선박의 위치를 파악하기 곤란한 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 로라 기반의 선박위치 측정시스템의 구성을 나타낸 구성도이고,
도 2는 본 발명에 의한 로라 기반의 선박위치 측정시스템의 중계기 구성을 나타낸 블록도이며,
도 3은 도 2의 발전모듈의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 4는 도 3의 발전모듈에서 코일부와 이동체 구성을 간략하게 도시한 개략도이며,
도 5는 본 발명에 의한 로라 기반의 선박위치 측정시스템을 통해 로라 기반의 선박 위치를 제공하는 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 하고, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는데, 예를 들어 "구성된다" 또는 "포함한 다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하에서는 도면을 중심으로 본 발명에 따른 로라 기반의 선박위치 측정시스템 및 측정방법을 설명하고자 한다.
본 발명에 따른 로라 기반의 선박위치 측정시스템 및 측정방법은 사물 인터넷망을 이용하여 로라송수신모듈의 위치를 측정할 수 있는 시스템이다. 상기 사물 인터넷망의 다른 명칭은 IoT 통신 백본(Internet of Things communication backbone)으로서, 장치와 장치 사이에 데이터의 송수신을 위한 통신망을 의미한다. 상기 사물 인터넷망은 기존 무선 데이터 통신망에 비해 소량의 데이터로 장거리 통신이 가능하다는 장점이 있다. 상기 사물 인터넷망으로서 LoRa AllianceTM에 따른 LoRaWANTM(이하 '로라'), LTE-M(Machine Type Communication) 등이 있다. 본 발명에서는 로라 기반의 로라 기반의 선박위치 측정시스템 및 측정방법에 대해서 설명하도록 하겠다.
이하 본 발명에 의한 로라 기반의 선박위치 측정시스템을 첨부된 도면으 통해 상세하게 설명한다.
본 발명에 의한 로라 기반의 선박위치 측정시스템은 선박에 설치된 로라송수신모듈(100)을 통해 부표형으로 구성되는 중계기(200)에 위치정보를 송신하고, 중계기(200)를 통해 내륙에 위치한 관제서버(300)로 신호를 송신하여 해상에 위한 선박의 위치를 정확하게 파악할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 선박사고로 인해 좌초된 선박의 경우, 신속한 인명구조 및 재난수습을 위해 선박의 위치정보를 습득하여야 하나 기존의 LTE 방식(10Mpbs)의 통신만을 활용하는 경우 배터리가 빠르게 소모되기 때문에 소정 시간동안 신호의 발신이 어려워 선박의 위치를 파악하기 곤란한 문제점을 해결할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 이루어지는 본 발명에 의한 로라 기반의 선박위치 측정시스템을 도 1을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 로라 기반의 선박위치 측정시스템의 구성을 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 로라 기반의 선박위치 측정시스템의 중계기 구성을 나타낸 블록도이며, 도 3은 도 2의 발전모듈의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 4는 도 3의 발전모듈에서 코일부와 이동체 구성을 간략하게 도시한 개략도이다.
도 1 내지 4를 참조하여 상세하게 설명하면, 본 발명에 의한 로라 기반의 선박위치 측정시스템은 선박에 설치되어 중계기(200)와의 신호를 전송하고 전송한 신호를 토대로 다시 수신하여 중계기(200)와의 거리를 측정한 신호 및 자신의 위치정보를 포함하여 중계기(200)로 송신하는 로라송수신모듈(100)과, 선박에 설치된 로라송수신모듈(100)로부터 거리가 환산된 데이터 신호 및 신호의 세기값(RSSI)을 포함하는 신호를 수신하여 자신의 위치정보와 함께 로라송수신모듈(100)의 신호를 관제서버(300)로 인가하는 중계기(200)와, 중계기(200)로부터 인가되는 신호를 토대로 로라송수신모듈(100)의 위치를 중계기(200)로부터 어느 정도 떨어졌는지를 계산하고, 계산된 위치에 따른 선박의 위치를 판단하는 관제서버(100)를 포함한다.
그리고 본 발명의 로라 기반의 선박위치 측정시스템은 삼각 측량법을 이용하여 위치를 측정할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 로라 기반의 선박위치 측정시스템은 상기 중계기를 적어도 3개 이상을 포함한다.
상기 로라송수신모듈(100)은 자신의 위치를 측정할 때 상기 중계기(200)들에게 미리 설정된 세기(출력)로 목록 요청 신호를 전송하고, 목록 응답 신호를 수신할 때 목록 응답 신호 내 목록에 기재된 3개 이상의 중계기(200)와의 거리를 측정하기 위한 신호(이하 '거리 측정 신호')를 송수신하고, 상기 거리 측정 신호에 따른 거리 보고 메시지를 상기 중계기(120)에게 다시 전송할 수 있다.
상기 로라송수신모듈(100)은 내부에 저장된 목록이 없거나 반응하는 중계기(200)가 없을 때, 목록 요청 신호를 전송할 수 있다.
또한, 상기 로라송수신모듈(100)은 상기 거리 측정 신호를 송신하고 상기 중계기(200)로부터 상기 거리 측정 신호에 대해 응답신호가 수신되는 시간을 측정(이른바 'RTT방식', Round Trip Time, 왕복시간)하여 상기 거리 보고 메시지를 상기 중계기(120)에게 전송할 수 있다. 상기 로라송수신모듈(100)와 중계기(200) 사이의 거리가 멀수록 상기 RTT가 증가하는 것은 자명하다.
상기 로라송수신모듈(100)는 상술할 제어 알고리즘을 실행하기 위한, 모듈제어부 및 모듈통신부를 포함할 수 있다.
상기 로라송수신모듈(100)은 산출 및 다양한 제어 로직을 실행하기 위해 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리장치 등을 포함할 수 있다. 또한, 상술한 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 모듈제어부는 프로그램모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리부에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 상기 로라송수신모듈(100)은 상기 중계기(200)와 통신하기 위한 로라 통신 모듈 및 CSS(Chirp Spread Spectrum) 통신 모듈을 포함할 수 있다. 상기 로라 통신 모듈 및 CSS 통신 모듈은 각각의 통신 프로토콜에 의해 신호를 송수신할 수 있다.
상기 로라송수신모듈(100)는 미리 설정된 세기로 상기 중계기(200)에게 목록 요청 신호를 전송할 수 있다. 상기 중계기(200) 또는 상기 관제서버(130)는 상기 로라송수신모듈(100)가 출력한 신호의 세기에 대한 정보가 미리 저장되어 있다. 따라서, 상기 중계기(200)는 수신된 신호의 세기값(Received Signal Strength Indicator, RSSI)측정할 수 있다. 상기 RRSI값은 상기 로라송수신모듈(100)과 상기 중계기)의 거리가 멀어질수록 작아진다. 따라서, 상기 RRSI값은 상기 로라송수신모듈(100)와 상기 중계기(200) 사이의 거리를 산출하는데 사용될 수 있다.
상기 중계기(200)는 해상의 수면에 띄워질 수 있도록 부표형태로 이루어지져 소정 간격으로 복수로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 중계기(200)는 해상의 수면에 띄워질 수 있도록 부표(미도시)가 구성되고, 상기 부표에는 태양빛 또는 파도 및 너울에 의해 하이브리드 형태로 자체 전원을 생산하여 로라송수신모듈(100) 및 관제서버(300)와 로라망을 이용하여 통신이 이루어질 때 필요한 전원을 공급할 수 있도록 전원 자체적으로 생산하는 하이브리드 형태의 전원생산수단이 프레임(미도시)에 설치된다.
상기 중계기(200)는 상기 로라송수신모듈(100)로부터 목록 요청 신호를 수신할 때 수신된 신호의 세기를 측정하고, 상기 측정된 신호의 세기값(이하 'RSSI')을 상기 관제서버(300)에게 전송하며, 상기 관제서버(300)로부터 목록 응답 신호를 받을 때 상기 로라송수신모듈(100)로 전송하며, 상기 로라송수신모듈(100)로부터 수신한 거리 보고 메시지를 관제서버(300)에게 전송할 수 있다.
상기 중계기(200)는 상기 로라송수신모듈(100)와 로라 통신 프로토콜에 의해 무선 데이터 통신을 할 수 있도록 송수신부(220)가 구성된다. 또한, 상기 중계기(200)는 상기 관제서버(300)와 유선으로 데이터 통신을 할 수 있다. 그러나 상기 데이터 통신 방식이 본 발명에 따른 로라 기반의 선박위치 측정시스템 및 측정방법의 형태 및 범위를 제한하는 것은 아니다.
상기 중계기(200)는 상술할 제어 알고리즘을 실행하기 위한, 중계기 제어부(210) 및 송수신부(220)를 포함할 수 있다. 상기 제어부(210)는 산출 및 다양한 제어 로직을 실행하기 위해 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 포함할 수 있다. 또한, 상술한 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 중계기 제어부는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리부(미도시)에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 상기 송수신부(220)는 상기 로라송수신모듈(100)과 통신하기 위한 로라 통신 모듈 및 상기 관제서버(300)와 통신하기 위한 네트워크 통신 모듈을 포함할 수 있다. 상기 로라 통신 모듈 및 네트워크 통신 모듈은 각각의 통신 프로토콜에 의해 신호를 송수신할 수 있다.
그리고 상기의 하이브리드 형태의 전원생산수단은 태양빛에 의해 발전하는 태양광발전수단과, 너울과 파도에 의해 발전하는 파력발전수단(230) 중 어느 하나 또는 이들을 결합하여 구성할 수 있으며, 가급적 낮에는 태양광발전수단을 이용하여 발전을 하고, 저녁때 또는 바람이 불면서 비가 오는 날과 같이 흐린날에는 파력발전수단(230)을 통해 발전이 이루어지도록 한다.
상기의 태양광발전수단은 이미 널리 알려진 공지의 기술이므로 이에 대해 구체적으로 설명하지 않고 간략하게 설명한다. 또한 이러한 발전수단은 공지의 기술므로 이에 대한 구성을 도면화하지 않는다.
상기 태양관발전수단은 쏠라판, 전원제어부 및 배터리를 포함하고, 상기 전원제어부는 쏠라판에 의한 전원의 생산제어, 배터리에 전원충전제어 및 전원의 공급제어 기능을 포함한다. 상기의 태양관발전수단은 통상의 기술자가 용이하게 구성할 수 있으므로 이에 대한 자세한 구성 설명은 생략한다.
또한, 상기 파력발전수단(230)은 전원부(231)와 발전모듈(232) 및 배터리(미도시)로 이루어지고, 상기 발전모듈(232)에서 생산하는 전원은 전원부(231)를 통해 제어부(210) 및 송수신부(220)로 전원을 인가한다.
상기 발전모듈(232)은 사각형상으로 이루어져 다수의 결합홀(미부호)이 형성되는 케이스(231-1)를 구성하고, 상기 케이스(232-1)의 결합홀에 설치되어 전원부와 전기적으로 연결되는 복수의 코일부(232-2)와, 복수의 코일부(232-2) 사이를 왕복 이동할 수 있도록 바퀴 또는 베어링 등에 지지되는 이동체(232-3)를 구성한다. 상기 이동체(232-2)는 N극과 S극이 교차되게 이루어진다.
상기 코일부(232-2)와 이동체(232-3)는 하나의 모듈형태로 이루어져 상기 케이스(232-1)의 결합홀에 설치되며, 상기 결합홀에 설치되는 코일부(232-2)는 병렬 또는 직렬형태로 연결되며, 가급적 병렬형태로 연결되어 전류의 발전이 용이하게 이루어지도록 한다. 상기 결합홀에 설치되는 이동체(232-3)는 중앙을 중심으로 방사형으로 이루어져 파도 및 너울에 의해 코일부(232-2)의 사이를 이동하면서 발전될 수 있도록 한다. 상기 코일부(232-2)와 이동체(232-3)에 의해 발전이 일어날 때 전원부(231)에 의해 발전을 제어한다.
상기 전원부(231)에는 코일부(232-2)를 통해 발전한 전류를 직류전원으로 변환하는 AD컨버터가 구성되어 교류전원을 직류전원으로 변환하여 공급하고, 또한, 평활회로를 더 구성하여 전원을 안정적으로 배터리에 저장할 수 있도록 한다.
상기 발전모듈은 상기와 같이 구성되는 것에 한정하는 것은 아니며, 다르게 실시할 수 있다.
예를 들어 중공홀이 형성되는 파이프를 원형으로 구성하고, 상기 원형으로 이루어지는 파이프의 외주연에 코일을 감아 파이프의 중공홀에서 이동 가능하게 설치된 이동체에 의해 발전이 이루어지도록 한다. 상기 이동체는 N극과 S극이 교차되게 이루어지는 볼로 형성되어 파도 또는 너울에 의해 파이프 내측에서 회전하면서 발전이 일어나도록 구성할 수 있다.
상기 관제서버(300)는 적어도 세 개 이상의 중계기(200)로부터 각각의 RSSI를 수집하고, 상기 수집된 RSSI 및 목록 요청 신호에서 응답을 상기 세 개 이상의 중계기(200)들 중 어느 한 중계기(200)에게 전송하며, 상기 중계기(200)로부터 수신한 거리 보고 메시지를 상기 관리 서버(140)에게 전송할 수 있다.
상기 관제서버(300)는 상기 중계기(200)와 데이터를 전달하는 역할을 할 수 있다. 상기 관제서버(300)는 상기 중계기(200)와 로라(LoRa)망을 통해서 연결된다.
상기 관제서버(300)는 상술할 제어 알고리즘을 실행하기 위한, 관제서버 제어부 및 관제서버 통신부를 포함할 수 있다. 상기 관제서버 제어부는 산출 및 다양한 제어 로직을 실행하기 위해 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 포함할 수 있다. 또한, 상술한 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 관제서버 제어부는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리부에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 상기 관제서버 통신부는 상기 중계기(200)와 미리 설정된 통신 프로토콜(예: TCI/IP)에 의해 신호를 송수신할 수 있다.
한편, 상기 중계기(200) 및 상기 관제서버(300)는 로라망에 포함될 수 있다. 즉, 상기 중계기(200) 및 상기 관제서버(300)는 로라망을 제공하는 통신망 플랫폼 제공 사업자에 의해 설치되는 장치가 될 수 있다. 이 경우, 상기 중계기(200)는 각 지역마다 설치되는 통신 기지국처럼 다수의 지역에 분포될 수 있다. 상기 관제서버(300)는 상기 중계기(200)들과 연결되어 운영되는 중앙서버 역할을 할 수 있다. 본 발명에서는 이해의 편의를 위해 상기 중계기(200) 및 상기 관제서버(300)로 구성을 분리하여 설명하였으나, 상기 역할을 수행하는 구성이라면 물리적 분리 여부 및 분리된 거리에 관계없이 본 발명에 따른 로라신망에 해당한다고 이해해야 한다.
상기 관제서버(300)로부터 RSSI 및 목록 요청 신호를 수신할 때 상기 RSSI에 기반하여 상기 로라송수신모듈(100)의 위치를 계산하고, 상기 계산된 로라송수신모듈(100)의 위치 주변의 중계기(200)를 검색하여 적어도 3개 이상의 목록이 포함된 목록응답 신호를 중계기(200)에게 전송한다. 상기 중계기(200)로부터 거리 보고 메시지를 수신할 때 상기 거리 보고 메시지에 기반하여 상기 로라송수신모듈(100)의 위치를 계산하며, 계산된 위치를 저장할 수 있다.
이후 상기 관제서버(300)는 제3의 서버로부터 상기 로라송수신모듈(100)의 현재 위치 요청에 대해서 상기 저장된 위치를 제공할 수 있으며, 저장된 위치 이력을 통해 상기 로라송수신모듈(100)의 이동 경로 및 각 위치마다 머무른 시간 등을 파악할 수 있다.
상기 관제서버(300)는 상기 RSSI 및 상기 거리 보고 메시지에 기반하여 상기 로라송수신모듈(100)의 위치를 계산할 때, 삼각 측량법에 따라 상기 로라송수신모듈(100)의 위치를 계산할 수 있다. 상기 삼각 측량법은 본 발명가 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 알 수 있는 방법으로서 자세한 설명은 생략하도록 하겠다.
또한, 상기 관제서버(300)는 상기 중계기(200)의 위치 및 상기 중계기(200)의 위치에 정보를 미리 저장할 수 있다. 따라서, 상기 관제서버(300)는 상기 중계기(200)의 위치를 미리 알고 있기 때문에 상기 RSSI를 이용하여 상기 로라송수신모듈(100)의 위치를 계산할 수 있다. 그리고 계산된 상기 로라송수신모듈(100)의 위치를 통해서 미리 알고 있는 주변 중계기(200)의 위치를 목록으로 만들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 로라송수신모듈(100)는 상기 세 개 이상의 중계기(200)들 중 어느 한 중계기(200)로부터 목록 응답 신호를 받을 때까지 목록 요청 신호를 반복적으로 재전송할 수 있다. 이 경우, 상기 관제서버(300)는 상기 각 중계기(200)마다 2회 이상의 RSSI를 수집할 때 상기 수집된 RSSI 및 목록 요청 신호를 상기 중계기에 재전송할 수 있다. 이 경우, RSSI가 2회 이상 수집되어, 상기 중계기(200)와 보다 정확하게 상기 로라송수신모듈(100)의 위치를 계산할 수 있도록 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 측위 방법에 대해서 설명하도록 하겠다.
본 발명에 따른 측위 방법은 상술한 로라 기반의 선박위치 측정시스템(100)을 이용하여 로라송수신모듈(100)의 위치를 측정하는 방법이다. 따라서 본 발명에 따른 측정방법을 설명함에 있어, 로라 기반의 선박위치 측정시스템의 각 구성요소에 대해 반복적인 설명은 생략하도록 하겠다.
도 5는 본 발명에 의한 로라 기반의 선박위치 측정시스템을 통해 로라 기반의 선박 위치를 제공하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하면, 먼저 상기 로라송수신모듈(100)가 자신의 위치를 측정할 때 상기 중계기(200)들에게 미리 설정된 세기로 목록 요청 신호를 전송할 수 있다.
다음으로, 상기 중계기(200)가 상기 로라송수신모듈(100)로부터 목록 요청 신호를 수신할 때 수신된 신호의 세기를 측정하고, 상기 측정된 신호의 세기값을 상기 관제서버(300)에게 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 로라송수신모듈(100)이 상기 세 개 이상의 중계기(200)들 중 어느 한 중계기(200)로부터 목록 응답 신호를 받을 때까지 목록 요청 신호를 반복적으로 재전송할 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 로라송수신모듈(100)의 1, 3, 6번 동작이 이루어질 수 있다. 이에 따라 중계기(200) 역시 RSSI를 상기 관제서버(300)에게 2회 이상 전송할 수 있다.
다음으로, 상기 관제서버(300)가 적어도 세 개 이상의 중계기(200)로부터 수집된 RSSI 및 목록을 RSSI를 수집할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 관제서버(300)가 상기 각 중계기(200)마다 2회 이상의 RSSI를 수집한다.
다음으로, 상기 측위 서버(140)가 상기 관제서버(300)로부터 RSSI 및 목록 요청 신호를 수신할 때 상기 RSSI에 기반하여 상기 로라송수신모듈(100)의 위치를 계산하고, 상기 계산된 로라송수신모듈(100)의 위치 주변의 중계기(200)를 검색하여 적어도 3개 이상의 목록이 포함된 목록응답 신호를 상기 관제서버(300)에게 전송할 수 있다. 이 경우, 상기 RSSI 기반하여 상기 로라송수신모듈(100)의 위치를 계산할 때, 삼각측량법에 따라 상기 로라송수신모듈(100)의 위치를 계산할 수 있다.
다음으로, 상기 관제서버(300)가 수신된 목록 응답을 상기 세 개 이상의 중계기이들 중 어느 한 중계기(200)에게 전송할 수 있고, 상기 중계기(200)가 상기 관제서버(300)로부터 목록 응답 신호를 받을 때 상기 로라송수신모듈(100)에게 전송할 수 있다.
상기 로라송수신모듈(100)가 목록 응답 신호를 수신할 때 목록 응답 신호 내 목록에 기재된 3개 이상의 중계기(200)와의 거리를 측정하기 위한 신호(이하 '거리 측정 신호')를 송수신하고, 상기 거리 측정 신호에 따른 거리 보고 메시지를 상기 중계기(200)에 전송할 수 있다.
이 경우, 상기 로라송수신모듈(100)가 상기 거리 측정 신호를 송신하고 상기 중계기(200)로부터 상기 거리 측정 신호에 대해 응답신호가 수신되는 시간을 측정하여 상기 거리 보고 메시지를 상기 중계기(200)에게 전송할 수 있다.
다음으로, 상기 중계기(200)가 상기 로라송수신모듈(100)로부터 수신한 상기 거리 보고 메시지를 상기 관제서버(300)에게 전송할 수 있다.
다음으로, 상기 관제서버(300)가 상기 중계기(200)로부터 수신한 거리 보고 메시지를 수신할 때 상기 거리 보고 메시지에 기반하여 상기 로라송수신모듈(100)의 위치를 계산하며, 계산된 위치를 저장할 수 있다. 이 경우, 상기 관제서버(300)가 거리를 기반하여 상기 로라송수신모듈(100)의 위치를 계산할 때, 삼각 측량법에 따라 위치를 계산할 수 있다.
본 발명에 따른 로라 기반의 선박위치 측정시스템 및 측정방법에 따르면, RSSI 정보를 통해 개략적인 위치정보를 파악한 후, RTT를 통해 정확한 위치를 확인할 수 있다. 상기 LoRa AllianceTM에 따른 LoRaWANTM(이하 '로라')는 통신 가능 거리가 약 2km~3km로서 RSSI를 통해 로라송수신모듈(100)의 개략적인 위치를 파악하는 역할을 할 수 있다. 그리고 로라송수신모듈(100)과 중계기(200)는 RTT를 이용하여 더욱 정확한 위치를 파악할 수 있다. 이는 중계기(200)에 비해 상대적으로 넓은 통신 가능 범위를 가지는 로라망의 특성을 이용하는 것이다.
본 발명에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 로라송수신모듈 200: 중계기
210: 제어부 220: 송수신부
230: 파력발전수단 231: 전원부
232: 발전모듈 232-1: 케이스
232-2: 코일부 232-3: 이동체
300: 관제서버

Claims (6)

  1. 선박에 설치되어 중계기(200)와의 신호를 전송하고 전송한 신호를 토대로 다시 수신하여 중계기(200)와의 거리를 측정한 신호 및 자신의 위치정보를 포함하여 중계기(200)로 송신하는 로라송수신모듈(100)과;
    선박에 설치된 로라송수신모듈(100)로부터 거리가 환산된 데이터 신호 및 신호의 세기값(RSSI)을 포함하는 신호를 수신하여 자신의 위치정보와 함께 로라송수신모듈(100)의 신호를 관제서버(300)로 인가하는 것은 물론 태양광 또는 파도, 너울에 의해 하이드리브 형태의 전원생산수단에 의해 전원을 자체 생산하는 중계기(200)와;
    중계기(200)로부터 인가되는 신호를 토대로 로라송수신모듈(100)의 위치를 중계기(200)로부터 어느 정도 떨어졌는지를 계산하고, 계산된 위치에 따른 선박의 위치를 판단하는 관제서버(300); 를 포함하고,
    상기 전원생산수단은 태양광발전수단과 파력발전수단(230) 중 어느 하나 또는 이들을 결합하여 구성되며,
    상기 파력발전수단(230)은, 발전모듈(232)에서 생산한 전원을 배터리, 제어부(210), 송수신부(220)로 인가하는 전원부(231), 사각형상으로 이루어져 다수의 결합홀(미부호)이 형성되는 케이스(232-1)를 구성하고, 상기 케이스(232-1)의 결합홀에 설치되어 전원부와 전기적으로 연결되는 복수의 코일부(232-2)와, 복수의 코일부(232-2) 사이를 왕복 이동할 수 있도록 바퀴 또는 베어링 등에 지지되는 이동체(232-3)로 이루어지는 발전모듈(232) 및 전원부(231)에서 공급되는 전원을 저장하는 배터리(미도시)로 이루어지는 것을 트지으로 하는 로라 기반의 선박위치 측정시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로라송수신모듈(100)은,
    세 개 이상의 중계기(200)들 중 어느 한 중계기와 세기값 목록 응답신호를 받을 때까지 목록 요청 신호를 반복적으로 재전송하는 것을 특징으로 하는 로라 기반의 선박위치 측정시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 로라송수신모듈(100)은,
    거리 측정 신호를 송신하고 중계기(200)로부터 거리 측정 신호에 대해 응답신호가 수신되는 시간을 측정하여 거리 보고 메시지를 중계기(200)에 전송하는 것을 특징으로 하는 로라 기반의 선박위치 측정시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 관제서버(300)는,
    상기 RSSI 및 거리 보고 메시지에 기반하여 로라송수신모듈(100)의 위치를 계산할 때, 삼각 측량법에 따라 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 로라 기반의 선박위치 측정시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 관제서버(300)는,
    상기 각 중계기(200)마다 2회 이상의 RSSI를 수집할 때, 수집된 RSSI 및 세기값 목록 요청 신호를 요청하는 것을 특징으로 하는 로라 기반의 선박위치 측정시스템.
  6. 선박에 설치된 로라송수신모듈(100)에서 중계기(200)로 세기값의 목록을 요청하는 단계와;
    로라송수신모듈(100)에서 요청한 목록에 따라 중계기(200)에서 관제서버로 RSSI를 1차로 전송하는 단계와;
    선박에 설치된 로라송수신모듈(100)에서 중계기(200)로 세기값의 목록을 재요청하는 단계와;
    로라송수신모듈(100)에서 요청한 목록에 따라 중계기(200)에서 관제서버로 RSSI를 2차 전송하는 단계와;
    중계기(200)에서 목록요청에 따라 관제서버(300)에서 삼각측량, 로라송수신모듈(100)의 위치를 계산하고, 로라송수신모듈(100)이 설치된 선박이 위치한 주변 중계기(200)를 검색하여 세기값에 따른 목록에 응답하는 단계와;
    로라송수신모듈(100)에서 중계기(200)로부터 전달받은 목록을 다시 중계기(200)로 요청하고, 중계기(200)에서 관제서버(300)로부터 목록에 따른 응답을 전달받을 수 있도록 요청하는 단계와;
    관제서버(300)에서 목록에 대하여 중계기(200)로 인가하는 단계와;
    관제서버(300)에서 선박에 설치된 로라송수신모듈(100)과 중계기(200) 사이의 거리를 측정하는 단계와;
    선박에 설치된 로라송수신모듈(100)에서 측정한 거리를 중계기(200)로 보고하고, 중계기(200)에서 선박에 설치된 로라송수신모듈(100)로부터 인가되는 측정된 거리에 대해 관제서버(300)로 신호를 인가하는 단계와;
    중계기(200)에서 인가되는 신호를 기반으로 관제서버(300)에서 삼각측량을 통해 로라송수신모듈(100)의 위치를 다시 계산하고, 측정하여 선박의 위치를 최종적으로 판단하는 단계;를 포함하며 이루어지고,
    상기 중계기는 태양광발전수단과 파력발전수단(230) 중 어느 하나 또는 이들을 결합하여 이루어지는 전원생산수단이 구성되며,
    상기 파력발전수단(230)은, 발전모듈(232)에서 생산한 전원을 배터리, 제어부(210), 송수신부(220)로 인가하는 전원부(231), 사각형상으로 이루어져 다수의 결합홀(미부호)이 형성되는 케이스(232-1)를 구성하고, 상기 케이스(232-1)의 결합홀에 설치되어 전원부와 전기적으로 연결되는 복수의 코일부(232-2)와, 복수의 코일부(232-2) 사이를 왕복 이동할 수 있도록 바퀴 또는 베어링 등에 지지되는 이동체(232-3)로 이루어지는 발전모듈(232) 및 전원부(231)에서 공급되는 전원을 저장하는 배터리(미도시)로 이루어져 중계기(200)에서 필요한 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 로라 기반의 선박위치 측정방법.
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