KR102248602B1 - 해상 무선 통신 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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곽명신
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Abstract

본 발명은 해상 무선 통신 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 부이, 어선용 단말 장치, 관리선박용 단말 장치 또는 육상 관제 센터 간에 무선 통신을 수행하는 해상 무선 통신 시스템에 있어서, 상기 부이에 설치되어 적어도 하나 이상의 센서를 이용한 센싱 정보, 자신의 식별 정보와 위치 정보를 제공하고, 어구 유실을 포함한 이벤트 상황 발생시 통신 연결성을 보장하는 통신옵션을 변경하는 통신 모듈; 및 상기 어선용 단말 장치와 관리 선박용 단말 장치에 각각 설치되고, 적어도 하나 이상의 부이 및 육상 관제 센터와 LoRa(Long Range Low Power) 기반의 통신망을 통해 통신을 수행하여 어선 및 어구의 위치와 상황, 유실 어구의 위치를 포함한 각종 어업 정보를 제공하며, 정상 상황에서의 통신 옵션과 이벤트 상황에서의 통신 옵션을 다르게 설정하여 통신 연결 기능을 수행하는 게이트웨이 장치를 포함하되, 상기 부이의 통신 모듈, 어선 및 관리 선박에 설치된 게이트웨이 장치는 저전력 장거리 통신을 위해 상용(Public) 로라망을 통해 메인 통신 채널을 형성하고, 전파 음영 지역에서 상기 상용 로라망과의 메인 통신 연결을 해제한 후 사설 로라망(Private LoRa)을 통해 서브 통신 채널을 형성하는 것이다.

Description

해상 무선 통신 시스템 및 그 방법{Maritime wireless communication system and method thereof}
본 발명은 해상에서의 통신 연결성을 보장할 수 있는 해상 무선 통신 기술에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
해양 선진국에서는 통신 및 항해 시스템 기술을 기반으로 자기 어선의 어구상태 및 어획상황 등의 모니터링 및 통합 관리시스템 기술이 지속적으로 발전하고 있다. 특히, 노르웨이, 캐나다, 프랑스 등에서는 세계적인 어구 모니터링 및 통합 관리시스템이 상품화 되어 출시되어 시장을 점유하고 있는 실정이다.
어구 모니터링을 위하여 수중에 활용 가능한 각종 센서(어망 각도, 배열, 거리, 온도, 압력, 장력, 음향 등) 기술 및 수중 음향 통신 기술, 전자해도 기반의 통합 관리 어획량 모니터링 기술, 어업관리 지원시스템 기술 등이 필요하다.
국내에서는 2016년 유실어구에 의한 피해를 최소화하기 위해 전자어구실명제 실행계획 발표하여 실행하고 있고, 이러한 전자 어구 실명제를 위해서는 어구의 과다 사용 및 폐어구 저감을 위해 어구의 종류 및 위치, 사용자의 실명을 포함한 정보를 어선 및 육상 관제 센터에 효율적으로 전송할 수 있는 통신 기술이 필요하다.
현재 어구 자동식별 부이는 우리나라를 비롯한 대부분의 국가에서 자기의 어구를 관리하는 어구를 효율적으로 운용하기 위하여 사용되고 있으며, 2km 이내의 중거리 무선 통신을 이용하여 해상에서 자기 어선의 어구를 모니터링 하는 정도의 기술이 개발되고 있다.
어선에서는 어구에 설치된 전자 부이로부터의 위치 정보를 받아 어선의 GPS 플로터 상에 전시하는 기술은 상용화된 상태이지만, 어구의 상태 정보 및 자동 식별 부이 등을 통한 어구 및 어장 정보를 종합적으로 제공하는 어구 모니터링 기술 및 어선을 위한 통합 지원 모니터링 기술, 육상에서의 관제 센터 운용 기술 등의 연구는 부족한 실정이다.
대부분 선박용 AIS 통신 채널 주파수를 이용하여 부이와 선박 간 1:1 무선통신 방식을 채택하고 있다. 따라서 국내에서 사용하는 어구 자동 식별 부이는 선박 AIS 통신과의 혼선 등으로 문제가 발생하여 해양수산부에서는 사용하지 못하도록 하고 있다. 육상의 관제 센터에서는 육상의 기지국에서 식별 가능한 다수의 부이의 위치 정보를 확인할 수 있어야 하지만, 현재까지 대부분의 어구 관제는 조업 모니터링에 한정되고 있는 실정이다.
따라서, 어구의 위치와 상황, 유실 어구의 위치 등의 각종 어업 정보를 원격으로 자기 어선, 관리선박, 육상 관제 센터에 보내어 감시 및 관제를 할 수 있도록 하는 시스템이 개발되어야 한다. 이를 위한 어구 모니터링 및 관제 기술 체계를 구현하기 위해서는 저전력 장거리 통신망을 통해 신뢰성있는 정보의 송수신이 이루어져야 하고, 어구 관리, 어선 및 육상에서의 원격 모니터링 및 관제 기술 등의 자동화가 이루어져야 한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 어구의 위치 및 유실 여부를 판단할 수 있도록 부이(buoy)와 어선용 단말 장치 및 관리 선박용 단말 장치들 간에 통신하고, 육상 관제 센터로 정보를 전송할 수 있는 게이트웨이 장치를 LoRa 기반으로 구현하고, 비상 상황 발생시 신뢰성있는 정보의 송수신을 위해 통신 옵션을 변경하도록 하는 것에 목적이 있다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 무선 통신 시스템은, 부이, 어선용 단말 장치, 관리선박용 단말 장치 또는 육상 관제 센터 간에 무선 통신을 수행하는 해상 무선 통신 시스템에 있어서, 상기 부이에 설치되어 적어도 하나 이상의 센서를 이용한 센싱 정보, 자신의 식별 정보와 위치 정보를 제공하고, 어구 유실을 포함한 이벤트 상황 발생시 통신 연결성을 보장하는 통신옵션을 변경하는 통신 모듈; 및 상기 어선용 단말 장치와 관리 선박용 단말 장치에 각각 설치되고, 적어도 하나 이상의 부이 및 육상 관제 센터와 LoRa(Long Range Low Power) 기반의 통신망을 통해 통신을 수행하여 어선 및 어구의 위치와 상황, 유실 어구의 위치를 포함한 각종 어업 정보를 제공하며, 정상 상황에서의 통신 옵션과 이벤트 상황에서의 통신 옵션을 다르게 설정하여 통신 연결 기능을 수행하는 게이트웨이 장치를 포함하되, 상기 부이의 통신 모듈, 어선 및 관리 선박에 설치된 게이트웨이 장치는 저전력 장거리 통신을 위해 상용(Public) 로라망을 통해 메인 통신 채널을 형성하고, 전파 음영 지역에서 상기 상용 로라망과의 메인 통신 연결을 해제한 후 사설 로라망(Private LoRa)을 통해 서브 통신 채널을 형성하는 것이다.
상기 게이트웨이 장치는, 상기 부이의 통신 품질에 기반하여 부이별 적용되는 기준 확산계수를 설정하고, 상기 이벤트 상황 발생시 상기 기준 확산 계수보다 높은 확산계수로 변경하여 상기 부이와 통신을 수행하도록 통신 옵션을 변경하는 것이다.
상기 게이트웨이 장치는, 상기 부이와 송수신되는 신호의 수신 신호 강도(Received Signal Strength Indication, RSSI), SNR을 포함한 신호 품질에 기반하여 통신 품질을 측정하는 것이다.
상기 게이트웨이 장치는, IoT 플랫폼 기반의 저전력 광대역 통신을 지원하는 광대역 통신 모듈; 상기 상용 로라망과의 무선 프로토콜을 지원하는 상용 LoRa 모듈; 상기 사설 로라망과의 무선 프로토콜을 지원하는 사설 LoRa 모듈; GPS 신호를 이용하여 현재 자기 위치 정보를 제공하는 GPS 수신 모듈; 및 네트워크 상태에 따라 상용 로라망과 사설 로라망을 선택적으로 연결하고, 정상 상황과 이벤트 상황에 따라 통신 옵션을 설정하며, 각 모듈에 대한 제반 제어 동작을 수행하는 제어 모듈을 포함하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 부이, 어선용 단말 장치, 관리 선박용 단말 장치 또는 육상 관제 센터 간에 무선 통신을 수행하는 해상 무선 통신 방법은, a) 설치된 게이트웨이 장치는 상기 부이의 통신 품질에 기반하여 부이별 적용되는 기준 확산계수를 설정하는 단계; b) 상기 설정된 기준 확산계수를 이용하여 상기 부이와 통신을 수행하여, 상기 부이로부터 적어도 하나 이상의 센서를 이용한 센싱 정보, 자신의 식별 정보와 위치 정보를 수신하는 단계; 및 c) 상기 부이로부터 수신한 정보를 분석하여 상기 부이의 도난 또는 유실을 포함한 이벤트 상황이 감지되면, 상기 기준 확산 계수보다 높은 확산계수로 변경하여 상기 부이와 통신을 수행하는 단계를 포함하는 것이다.
상기 a) 단계는, 상기 부이와 송수신되는 신호의 수신 신호 강도(Received Signal Strength Indication, RSSI), SNR을 포함한 신호 품질에 기반하여 통신 품질을 측정하는 것이다.
해상 무선 통신 방법은 상기 a) 단계 이전에, 상기 부이, 어선용 단말 장치 및 관리 선박용 단말 장치는 저전력 장거리 통신을 위해 상용(Public) 로라(Long Range Low Power, LoRa)망을 통해 메인 통신 채널을 형성하고, 전파 음영 지역에서 상기 상용 로라망과의 메인 통신 연결을 해제한 후 사설 로라망(Private LoRa)을 통해 서브 통신 채널을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 상용 로라망 기반이 해상 무선 통신을 수행하면서 통신 커버리지에 따른 전파 음영 지역에서 사설 로라망과의 통신 채널을 통해 무선 통신을 수행함으로써 해상에서의 무선 통신 연결성을 보장할 수 있고, 그로 인해 부이, 어선, 관리 선박 및 육상 관제 센터에 효율적으로 정보를 전송할 수 있다. 또한, 본 발명은 어구 관리를 위한 모니터링 기술에 적용되어 정상 상황과 위급 상황에 따라 Ra 네트워크의 통신 품질에 영향을 미치는 확산계수를 변경하여 신뢰성 있는 정보를 전송할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 무선 통신 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부이의 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 선박용 단말 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 음향 추적기의 구성을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 무선 통신 방법을 설명하는 순서도이다.
도 6은 본 발명에 적용되는 LoRa 기반의 통신 옵션을 설명하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 ‘단말’은 휴대성 및 이동성이 보장된 무선 통신 장치일 수 있으며, 예를 들어 스마트 폰, 태블릿 PC 또는 노트북 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치일 수 있다. 또한, ‘단말’은 네트워크를 통해 다른 단말 또는 서버 등에 접속할 수 있는 PC 등의 유선 통신 장치인 것도 가능하다. 또한, 네트워크는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network), 인터넷 (WWW: World Wide Web), 유무선 데이터 통신망, 전화망, 유무선 텔레비전 통신망 등을 포함한다.
무선 데이터 통신망의 일례에는 3G, 4G, 5G, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), WIMAX(World Interoperability for Microwave Access), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스 통신, 적외선 통신, 초음파 통신, 가시광 통신(VLC: Visible Light Communication), 라이파이(LiFi) 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.
이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
LoRa(Long Range Low Power)는 IEEE 802.15.4g기반의 표준이며 비동기식 저전력 장거리 통신망이다. LoRa를 이용한 사물인터넷 시나리오는 현재 사용되고 있는 CDMA/LTE 모뎀 방식의 사물인터넷 시나리오와 유사한 목적으로 활용될 수 있으나, 접근성이 훨씬 더 수월한 편이다. LoRa를 이용하는 방식과 CDMA/LTE 모뎀을 이용하는 방식은 공통적으로 네트워크 환경이 용이한 실내 보다는 네트워크가 구축되어 있지 않은 야외나 네트워크 구축이 힘든 실내 환경에 활용될 때 많은 장점을 제공한다.
이러한 LoRa는 단순한 접속 절차로 대량의 단말기 수용이 쉬우며, 단말기가 복수의 기지국에 접속 가능하여 최적의 경로로 네트워크에서 단말기로 데이터 전송이 가능하다, 단말기와 기지국 간의 연결 단순화로 구축 비용이 저렴하며, 신호 간섭에 강하고 최적의 주파수 활용도를 제공한다.
따라서, 본 발명에서는 LoRa(Long Range Low Power) 기반의 통신망을 통해 부이, 어선용 단말 장치, 관리 선박용 단말 장치 및 육상 관제 센터 간에 통신을 수행하여, 부이로부터의 정보에 의해 어구(부이, 자망 등의 어업 도구를 포함) 배치 상태 및 수중의 어구 유실 상태를 원격으로 감시 및 관리할 수 있는 모니터링 및 통합 관제 기술을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 무선 통신 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 해상 무선 통신 시스템은 부이(100), 어선용 단말 장치(200), 관리 선박용 단말 장치(300) 및 육상 관제 센터(400)를 포함한다.
부이(100)는 자망 등의 어구마다 일정 간격으로 탈착 가능하게 설치되고, 적어도 하나 이상의 센서를 이용하여 센싱 정보를 제공하며, 자신의 식별 정보와 위치 정보를 제공하는 한다. 이러한 부이는 온도 센서, 가속도 센서, 물감지 센서, 수중 음파 통신을 위한 음향 센서 등의 다양한 센서를 포함할 수 있다.
어선용 단말 장치(200)는 적어도 하나 이상의 부이(100)에 자신의 어구 식별 정보를 등록하고, 부이(100)와 통신하여 자신의 부이 위치 정보를 확인하며, 자신의 어선 식별 정보, 자기 어선 위치 정보, 자기 어구 식별 정보 및 자기 부이 위치 정보를 포함한 어선 정보를 제공한다.
관리 선박용 단말 장치(300)는 육상 관제 센터(400)로부터 부이 또는 어구의 유실 정보가 전송되면, 어구 스캐닝을 통해 유시된 어구를 회수하는 동작을 수행할 수 있다. 이러한 관리 선박용 단말 장치(300)는 어업 지도 또는 어업 단속 등의 기능을 수행하고, 관할하는 어선 위치와 부위 위치 정보를 알고 있어야 한다. 이러한 관리 선박용 단말 장치(300)는 관리 선박용 무선 라우터(310), 관리 선박용 단말기(320) 및 수중 음향 추적기(330)를 포함한다.
육상 관제 센터(400)는 기 설정된 관할 지역 내 어구 또는 어선에 대한 관리 기능을 수행하고, 어선용 단말 장치(200)와 부이(100)와 통신망을 통해 정보를 송수신하여, 부이(100)의 도난이나 유실 여부를 감지하여 어선용 단말 장치(200) 또는 관리 선박용 단말장치(300)에 알려준다.
어선용 무선 노드(210)와 관리 선박용 무선 라우터(310)는 LoRa 기반의 무선중계 통신을 위한 게이트웨이 장치로서, 어선으로부터 기설정된 반경(10Km) 이내에 위치한 복수의 부이(100)와 통신 채널로 연결되어 정보를 송수신한다.
또한, 어선용 단말기(220)와 관리 선박용 단말기(320)는 일반적인 의미의 서버용 컴퓨터 본체일 수 있고, 그 외에 서버 역할을 수행할 수 있는 다양한 형태의 장치로 구현될 수 있다. 구체적으로, 어선용 단말기(220)와 관리 선박용 단말기(320)는 각각 통신 모듈(미도시), 메모리(미도시), 프로세서(미도시) 및 데이터베이스(미도시)를 포함하는 컴퓨팅 장치에 구현될 수 있다.
육상 관제 센터(400)는 어선용 단말기(220) 또는 관리 선박용 단말기(320) 내 INS((Intelligent Navigation System), IMIT(Integrated Maritime Information Technology), MEIS(Marine Environment Information System) 등에서 운용되는 정보와 같은 통합 정보를 통신망을 통해 수신하여 선박의 현재 상태를 실시간으로 감시할 수 있어야 한다.
육상 관제 센터(400)는 상용 로라망과 광대역망(Cat.M1)의 통신 프로토콜을 지원하기 위한 통신 플랫폼을 사용하여 하향 링크를 통해 부이 상태 정보(GPS 정보, 부이 위치 정보, 어구 식별 정보, 배터리 정보 등), 기상 정보, 어구 유실 정보 등을 송신하고, 상향 링크를 통해 항해 정보(자선, 이상 상태, 위치, 속도, 진행 방향 등)와 부이 상태 정보를 수신할 수 있다.
이를 위해, 육상 관제 센터(400)는 상용망 데이터 연계 미들웨어를 통해 어구 식별 정보, 어업인 정보, 관리 선박별 관할 지역 정보, 어선 정보 등을 저장하는 데이터베이스로부터 정보를 불러오거나 저장할 수 있다.
따라서, 육상 관제 센터(400)는 육상에서 적어도 하나 이상의 어구 및 적어도 하나 이상의 부이의 위치를 파악하고, 관리 선박용 단말 장치(300) 또는 어선용 단말 장치(200)와 통신하여 육상과 관리선박, 어선 간의 원격 모니터링을 통해 기상 정보와 해양상태 정보 등을 선박에 제공하고, 선박의 통합 정보를 수신하여 육상에서 선박에 대한 실시간 감시 및 관제가 이루어지도록 한다. 구체적으로 육상 관제 센터는 선박에 무선통신(위성, 무선통신 모뎀 등)을 통해 수신된 선박의 상태를 표시하며, 선박으로 MEIS 기상정보와 제어명령, 부이로 제어신호 등을 전송하게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부이의 구성을 설명하는 도면이다.
부이(100)는 전원 모듈(110), 센서 모듈(120), GPS 수신모듈(130), 통신 모듈(140), 제어 모듈(150)을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
전원 모듈(110)은 부이(100)의 동작에 필요한 전원을 제공한다. 전원 모듈(110)은 통신 모듈(140)을 통해 어선용 단말 장치(200) 또는 관리 선박용 단말 장치(300)에 배터리의 충전 상태를 보고할 수 있다.
센서 모듈(120)은 온도 센서, 가속도 센서, 음향 센서 중 적어도 하나 이상의 센서를 포함하고, 센서에서 감지된 센서 정보를 제공한다.
GPS 수신 모듈(130)은 GPS 위성으로부터 수신되는 GPS 신호를 이용하여 현재 부이 위치 정보를 제공한다. 이때, GPS 수신 모듈(130)은 GNSS(Global Navigation Satellite System)SBAS(satellite based augmentation system)의 신호를 수신하여 높은 정확도의 위치정보를 제공할 수 있다.
통신 모듈(140)은 전파 상태에 따라 상용 LoRa와 사설 LoRa를 선택적으로 사용하여 어선용 단말 장치(200), 관리 선박용 단말 장치(300), 육상 관제 센터(400)와 통신할 수 있다. 통신 모듈(140)은 어선용 무선 노드(210) 또는 관리 선박용 무선 라우터(310)를 LoRa 기반의 통신망에 연결할 수 있다.
표시등(170)은 야간이나 어두운 곳에서 부이의 위치를 육안으로 표시할 수 있는 경광등 역할을 수행할 수 있다
제어 모듈(150)은 메모리(160)에 저장된 각종 프로그램을 이용하여 부이(100) 내의 전반적인 동작을 제어하고, 통신 모듈(140)을 통해 송수신되는 신호에 대한 신호처리 기능을 수행한다. 메모리(160)에는 부이의 동작을 제어하기 위한 프로그램 뿐만 아니라 부이(100)의 식별 정보, 제어 정보 등이 저장된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 선박용 단말 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 관리 선박용 단말 장치(300)는, 관리 선박용 무선 라우터(310), 관리 선박용 단말기(320) 및 수중 음향 추적기(330)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
관리 선박용 무선 라우터(310)는 게이트웨이 장치로서, 광대역 통신 모듈(313), 상용 LoRa 모듈(314), 사설 LoRa 모듈(315), GPS 수신 모듈(312), 제어 모듈(311), 배터리(316) 및 안테나를 포함한다.
광대역 통신 모듈(313)은 IoT 플랫폼 기반의 저전력 광대역 통신(Cat.M1)을 지원하고, 상용 LoRa 모듈(314)은 상용 로라망과의 무선 프로토콜을 지원하며, 사설 LoRa 모듈(315)은 사설 로라망과의 무선 프로토콜을 지원한다.
GPS 수신 모듈(312)은 GPS 위성을 통해 수신되는 GPS 신호를 이용하여 현재 자기 위치 정보를 제공한다.
제어 모듈(311)은 관리 선박용 단말기(320)와 이더넷이나 와이파이로 연결되고, 네트워크 상태에 따라 상용 로라망과 사설 로라망을 선택적으로 연결하며, 정상 상황과 이벤트 상황에 따라 통신 옵션을 설정하며, 각 모듈에 대한 제반 제어 동작을 수행한다.
배터리(316)는 무선 라우터(310)의 동작에 필요한 전원을 제공한다.
한편, 어선용 단말장치(200)는 관리 선박용 단말 장치(300)와 동일하게 구성될 수 있으므로, 이하 중복되는 설명을 생략한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 음향 추적기의 구성을 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 수중 음향 추적기(230)는 직렬 인터페이스부(Serial I/F)(231), 다채널 신호처리모듈(232), 다채널 음향송신모듈(233), 다채널 음향 수신 모듈(234), 제어 모듈(235), 전원부(236, 송신 센서(237) 및 수신 센서(238)를 포함한다.
직렬 인터페이스부(231)는 어선용 단말기(220)와 RS-232C, 즉 시리얼 통신을 사용하여 연결되도록 한다.
송신 센서(237) 및 수신 센서(238)는 부이(100)와의 음향 신호를 송신 및 수신하고, 부이(100)에서 송출되는 정보를 모두 검출하기 위해, 다채널 음향 송신 모듈(233), 다채널 음향 수신 모듈(234) 및 다채널 신호처리모듈(232)은 적어도 4채널 방식의 구조로 구현된다. 다채널 음향 송신 모듈(233), 다채널 음향 수신 모듈(234) 및 다채널 신호처리모듈(232)은 일정 수심에서 주파수 대역 5 ~ 2,400Hz의 음향신호를 수신하여 신호의 세기와 방향을 분석한 후 이를 다중화/역다중화시켜서 전송한다.
제어 모듈(235)은 어선용 단말기(220)로부터 신호 세기, 펄스폭 등의 통신 옵션 및 부이의 식별 정보가 수신되면 통신 옵션에 따라 해당 정보를 부이(100)로 송신하고, 부이(100)로부터 식별 정보와 배터리 상태 정보를 수신하여 어선용 단말기(220)에 해당 부이의 식별 정보, 배터리 상태 정보와 거리 정보를 전송한다. 이때, 제어 모듈(235)은 부이와 송수신되는 음향 신호를 분석하여 부이와의 거리 정보를 알 수 있다.
배터리(236)는 수중 음향 추적기(230)의 동작에 필요한 전원을 제공한다.
이와 같이 구성되는 수중 음향 추적기(230)는 어선용 단말 장치(200)와 관리 선박용 단말 장치(300)에 동일하게 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 무선 통신 방법을 설명하는 순서도이고, 도 6은 본 발명에 적용되는 LoRa 기반의 통신 옵션을 설명하는 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 어선용 무선 노드(210) 또는 관리 선박용 무선 라우터(310) 중 어느 하나의 게이트웨이 장치는 전파 상태에 따라 상용 로라망과 사설 로라망에 선택적으로 접속하여 통신 채널을 형성한다(S11).
부이(100), 어선용 단말 장치(200), 관리 선박용 단말 장치(300)와 육상 관제 센터(400)는 저전력 장거리 통신을 위해 LoRa 기반으로 통신 채널을 형성한다.
이때, 육상 관제 센터(400)는 부이(100), 어선용 단말 장치(200) 및 관리 선박용 단말 장치(300)와 상용(Public) 로라망(Low Power Wide Area, LoRa)을 통해 메인 통신 채널을 형성한다. 따라서, 육상 관제 센터(400)는 메인 통신 채널을 통해 부이(100)로부터 자기 위치 및 어구 정보를 보고받을 수 있고, 각 부이(100)별 부이 제어신호를 부이(100)로 전송할 수 있다. 또한, 육상 관제 센터(400)는 메인 통신 채널을 통해 어선용 무선 노드(210)로부터 자기 소유 부이 위치 정보와 어구 정보를 수신하고, 어구 유실 정보를 송신할 수 있다. 육상 관제 센터(400)는 관리 선박용 무선 라우터(310)로 관리 선박의 관할 지역 내 모든 부이 및 어구 정보, 어구 및 어구 유실 정보를 송수신할 수 있다. 따라서, 관리선박의 단말기(320)는 육상 관제센터(400)서 판별 결과(어구의 유실 정보 등)를 상용 LTE(CAT. M1)를 통해 통보받을 수 있다.
그러나, 부이(100), 어선용 무선노드(210), 관리 선박용 무선 라우터(310)는 통신 커버리지에 따른 전파 음영 지역에서 상용 로라망을 통한 메인 통신 채널의 통신 연결을 해제하고 사설 로라망(Private LoRa)을 통해 서브 통신 채널을 형성하여 정보를 송수신한다.
부이(100), 어선용 단말 장치(200) 및 관리 선박용 단말 장치(300)는 트래픽 요청에 대한 긍정/부정 응답신호(Ack/Nck)를 통해 통신 상태를 판단하는데, 통신 상태가 양호할 경우에 메인 통신 채널을 통해 정보를 송수신하지만, 메인 통신 채널을 통해 기 설정된 수신확인시간 동안에 긍정 응답(Ack)신호가 수신되지 않는 경우 메인 통신 채널에 대한 통신 단절 상태로 판단하고, 사설 로라망을 통한 서브 통신 채널을 형성한다.
이와 같이, 부이(100), 어선용 단말 장치(200) 및 관리 선박용 단말 장치(300)는 전파 상태에 따라 상용 로라망과 사설 로라망에 선택적으로 접속하여 통신 연결함으로써 통신 속도와 통신 연결성을 보장할 수 있다.
게이트웨이 장치는 부이(100)와 송수신되는 신호의 수신 신호 강도(Received Signal Strength Indication, RSSI), SNR을 포함한 신호 품질에 기반하여 통신 품질을 측정하고, 측정된 통신 품질에 기반하여 부이별 적용되는 기준 확산계수를 설정한다(S12).
게이트웨이 장치는 설정된 기준 확산계수를 이용하여 부이(100)와 정상적인 통신을 수행하여, 부이(100)나 어구의 도난 또는 유실을 포함한 이벤트 상황이 감지되면(S13), 기준 확산 계수보다 높은 확산계수로 변경하여 부이(100)로부터 이벤트 정보(어구 유실 상태와 GPS 정보를 포함한 어구 유실 정보 등)를 수신한다(S14, S15).
LoRa 기반의 통신망에서 전송거리 및 전송속도는 부이(100)와 게이트웨이 장치에 적용되는 확산계수에 따라 달라지게 된다. 도 6에 도시된 바와 같이, LoRa 기반의 통신망에서 확산 계수는 의사소통의 품질을 담당하는 주요 특성으로서, 확산 계수에 따라 데이터 전송율(Bitrate), 데이터 전송 속도(Time-on-air), 수신 감도가 달라짐을 알 수 있다. 즉, 확산 계수가 낮을수록 더 많은 비트 전송율을 나타내지만 적용 범위가 짧고, 확산 계수가 높을수록 패킷 대기 시간 및 에너지 소비가 증가하고 비트 전소율이 감소함을 알 수 있다.
일반적으로, 정상적인 통신이 필요한 정상 상황에서는 시간과 에너지를 모두 절약하고, 빠른 통신 속도를 갖는 낮은 확산 계수를 사용할 수 있지만 통신 성공율이 낮다. 그러나 어구의 도난 및 유실과 같은 이벤트 상황 감지시 패킷 손실도 적고 통신 성공율을 갖는 높은 확산 계수로 통신 옵션을 변경하여 통신을 하는 것이 바람직하다.
따라서, 게이트웨이 장치는 기준 확산 계수를 '7'로 설정한 후 이벤트 상황 발생시 확산 계수를 7~12사이의 옵션을 선택하여 사용할 수 있지만, 이벤트 상황시 확산 계수는 12로 변경하는 것이 바람직하다. 기준 확산 계수를 7로 설정할 경우에, 응답시간이 가장 빠르며, 전송할 수 있는 데이터의 양이 가장 많고, 기준 확산 계수를 통과하면 확산계수를 높이더라도 모든 데이터 전송이 가능하며, 수신감도가 안좋은 경우 확산계수를 조절하여 송 수신할 수 있도록 할 수 있다.
게이트웨이 장치는 이벤트 상황이 감지되지 않으면(S13), 기준 확산계수 이하의 확산 계수로 부이(100)와 통신하여 부이로부터 위치정보 또는 배터리 상태 정보를 수신하고, 부이(100)로 제어정보를 송신한다(S16, S17).
이때, 통신 상태가 양호한 경우에, 상용 로라망을 통해 부이(100)와 육상 관제 센터(400) 간에 통신을 수행하므로, 육상 관제 센터(400)에서는 부이(100)로부터 제공받은 정보를 이용하여 신호 품질을 측정한 후 SF 옵션 변경 여부를 결정할 수 있어, 육상 관제 센터(400)와 부이(100)간의 통신 품질이 향상될 수 있다.
한편, 통신 단절시, 사설 로라망을 통해 게이트웨이 장치와 부이(100) 간에 통신을 수행하므로, 게이트웨이 장치는 부이(100)로부터 제공받은 정보를 이용하여 신호 품질을 측정한 후 SF 옵션 변경 여부를 결정할 수 있어, 게이트웨이 장치와 부이(100)간의 통신 품질이 향상될 수 있다.
한편, 도 6의 단계 S11 내지 S17은 본 발명의 구현예에 따라서 추가적인 단계들로 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계간의 순서가 변경될 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 부이
200 : 어선용 단말 장치
210: 어선용 무선 노드
220 : 어선용 단말기
230, 330 : 수중 음향 추적기
300 : 관리 선박용 단말 장치
310: 관리 선박용 무선 라우터
220 : 관리 선박용 단말기
400 : 육상 관제 센터
110 : 전원 모듈
120 : 센서 모듈
130 : GPS 수신모듈
140 : 통신 모듈
150 : 제어 모듈

Claims (7)

  1. 부이, 어선용 단말 장치, 관리선박용 단말 장치 또는 육상 관제 센터 간에 무선 통신을 수행하는 해상 무선 통신 시스템에 있어서,
    상기 부이에 설치되어 적어도 하나 이상의 센서를 이용한 센싱 정보, 자신의 식별 정보와 위치 정보를 제공하고, 어구 유실을 포함한 이벤트 상황 발생시 통신 연결성을 보장하는 통신옵션을 변경하는 통신 모듈; 및
    상기 어선용 단말 장치와 관리 선박용 단말 장치에 각각 설치되고, 적어도 하나 이상의 부이 및 육상 관제 센터와 LoRa(Long Range Low Power) 기반의 통신망을 통해 통신을 수행하여 어선 및 어구의 위치와 상황, 유실 어구의 위치를 포함한 각종 어업 정보를 제공하며, 정상 상황에서의 통신 옵션과 이벤트 상황에서의 통신 옵션을 다르게 설정하여 통신 연결 기능을 수행하는 게이트웨이 장치를 포함하되,
    상기 부이의 통신 모듈, 어선 및 관리 선박에 설치된 게이트웨이 장치는 저전력 장거리 통신을 위해 상용(Public) 로라망을 통해 메인 통신 채널을 형성하고, 전파 음영 지역에서 상기 상용 로라망과의 메인 통신 연결을 해제한 후 사설 로라망(Private LoRa)을 통해 서브 통신 채널을 형성하고,
    상기 게이트웨이 장치는, 상기 부이의 통신 품질에 기반하여 부이별 적용되는 기준 확산계수를 설정하고, 상기 이벤트 상황 발생시 상기 기준 확산 계수보다 높은 확산계수로 변경하여 상기 부이와 통신을 수행하도록 통신 옵션을 변경하는 것인, 해상 무선 통신 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 게이트웨이 장치는,
    상기 부이와 송수신되는 신호의 수신 신호 강도(Received Signal Strength Indication, RSSI), SNR을 포함한 신호 품질에 기반하여 통신 품질을 측정하는 것인, 해상 무선 통신 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 게이트웨이 장치는,
    IoT 플랫폼 기반의 저전력 광대역 통신을 지원하는 광대역 통신 모듈;
    상기 상용 로라망과의 무선 프로토콜을 지원하는 상용 LoRa 모듈;
    상기 사설 로라망과의 무선 프로토콜을 지원하는 사설 LoRa 모듈;
    GPS 신호를 이용하여 현재 자기 위치 정보를 제공하는 GPS 수신 모듈; 및
    네트워크 상태에 따라 상용 로라망과 사설 로라망을 선택적으로 연결하고, 정상 상황과 이벤트 상황에 따라 통신 옵션을 설정하며, 각 모듈에 대한 제반 제어 동작을 수행하는 제어 모듈을 포함하는 것인, 해상 무선 통신 시스템.
  5. 부이, 어선용 단말 장치, 관리 선박용 단말 장치 또는 육상 관제 센터 간에 무선 통신을 수행하는 해상 무선 통신 방법에 있어서,
    a) 상기 어선용 단말 장치 또는 관리 선박용 단말 장치에 설치된 게이트웨이 장치는 상기 부이의 통신 품질에 기반하여 부이별 적용되는 기준 확산계수를 설정하는 단계;
    b) 상기 설정된 기준 확산계수를 이용하여 상기 부이와 통신을 수행하여, 상기 부이로부터 적어도 하나 이상의 센서를 이용한 센싱 정보, 자신의 식별 정보와 위치 정보를 수신하는 단계; 및
    c) 상기 부이로부터 수신한 정보를 분석하여 상기 부이의 도난 또는 유실을 포함한 이벤트 상황이 감지되면, 상기 기준 확산 계수보다 높은 확산계수로 변경하여 상기 부이와 통신을 수행하는 단계를 포함하는 것인, 해상 무선 통신 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    상기 부이와 송수신되는 신호의 수신 신호 강도(Received Signal Strength Indication, RSSI), SNR을 포함한 신호 품질에 기반하여 통신 품질을 측정하는 것인, 해상 무선 통신 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 a) 단계 이전에, 상기 부이, 어선용 단말 장치 및 관리 선박용 단말 장치는 저전력 장거리 통신을 위해 상용(Public) 로라(Long Range Low Power, LoRa)망을 통해 메인 통신 채널을 형성하고, 전파 음영 지역에서 상기 상용 로라망과의 메인 통신 연결을 해제한 후 사설 로라망(Private LoRa)을 통해 서브 통신 채널을 형성하는 단계를 더 포함하는 것인, 해상 무선 통신 방법.
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