KR102418560B1 - Message transmission method and control device for autonomous ship - Google Patents

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KR102418560B1 KR1020210071649A KR20210071649A KR102418560B1 KR 102418560 B1 KR102418560 B1 KR 102418560B1 KR 1020210071649 A KR1020210071649 A KR 1020210071649A KR 20210071649 A KR20210071649 A KR 20210071649A KR 102418560 B1 KR102418560 B1 KR 102418560B1
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구현희
류창호
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(주)싱크테크노
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Abstract

A message transmission method based on VHF data exchange system (VDES) and a control device for an autonomous ship using the same are provided. The autonomous ship randomly determines a transmission resource for an ocean search message and periodically transmits the ocean search message through the transmission resource.

Description

메시지 전송 방법 및 자율운항선박의 제어장치{MESSAGE TRANSMISSION METHOD AND CONTROL DEVICE FOR AUTONOMOUS SHIP}MESSAGE TRANSMISSION METHOD AND CONTROL DEVICE FOR AUTONOMOUS SHIP

본 명세서는 자율운항선박에 관한 것으로, 보다 상세하게는 VDES(VHF Data Exchange System)를 기반으로 한 메시지 전송 방법 및 이를 이용한 자율운항선박을 위한 제어장치에 관한 것이다.The present specification relates to an autonomous vessel, and more particularly, to a method for transmitting a message based on a VDES (VHF Data Exchange System) and a control device for an autonomous vessel using the same.

선박은 해상에서 사람 또는 물건을 한 장소에서 다른 장소로 이동시키는 장치이다. 육상의 자율주행차량(Autonomous vehicle), 무인 항공기 등과 같이 해상에서도 첨단 디지털 기술과 인공지능을 적용한 자율운항선박(Autonomous ship)의 개념이 조선해양 및 해운항만 관련 사업에 등장하고 있다. A ship is a device that moves people or goods from one place to another at sea. The concept of an autonomous ship that applies cutting-edge digital technology and artificial intelligence even at sea, such as autonomous vehicles on land and unmanned aerial vehicles, is emerging in shipbuilding, offshore and shipping and port-related businesses.

VDES(VHF Data Exchange System)은 해상 모바일(maritime mobile) VHF 밴드에서 AIS(Automatic Identification System), ASM(Application Specific Messages) 및 VDE 주파수 상에서 선박들, 해안국들(shore stations) 및 위성들간 동작하는 라디오 통신 시스템이다. VDES는 IALA(International Association of Lighthouse Authorities)에 의해 표준 개발이 주도되고 있다. IALA는 2019년 6월에 가이드라인 G1139 edition3 "THE TECHNICAL SPECIFICATION OF VDES"를 발행하였다. VDES (VHF Data Exchange System) is a radio operating between ships, shore stations and satellites on the Automatic Identification System (AIS), Application Specific Messages (ASM) and VDE frequencies in the maritime mobile VHF band. It is a communication system. The standard development of VDES is led by the International Association of Lighthouse Authorities (IALA). IALA issued guideline G1139 edition3 "THE TECHNICAL SPECIFICATION OF VDES" in June 2019.

기존 AIS가 25 kHz 대역폭에서 9.6 kbps의 데이터 레이트를 제공하는 것에 비해, VDES는 최대 307 kbps의 데이터 레이트를 제공할 수 있다. Compared to the existing AIS providing a data rate of 9.6 kbps in a 25 kHz bandwidth, VDES can provide a data rate of up to 307 kbps.

대한민국등록특허번호 제10-1707401호Republic of Korea Patent No. 10-1707401 대한민국등록특허번호 제10-1937340호Republic of Korea Patent No. 10-1937340

본 명세서는 VDES(VHF Data Exchange System)를 기반으로 한 메시지 전송 방법 및 이를 이용한 자율운항선박을 위한 제어장치를 제공한다.The present specification provides a method for transmitting a message based on a VDES (VHF Data Exchange System) and a control device for an autonomously operated vessel using the same.

일 양태에서, VDES(VHF Data Exchange System)를 기반으로 한 선박의 메시지 전송 방법은 자율운항모드에서 동작하는 선박이 VDES 표준 스펙에 따른 VDE 채널을 모니터링하여 하나 또는 그이상의 TDMA(time division multiple access) 프레임에 걸쳐 복수의 아이들 슬롯을 탐색하고, 상기 선박이 상기 복수의 아이들 슬롯으로부터 랜덤하게 해양 탐색 메시지를 위한 전송 자원을 결정하고, 및 상기 선박이 상기 전송 자원을 통해 해양 탐색 메시지를 주기적으로 전송하는 것을 포함한다. 상기 해양 탐색 메시지는 상기 자율운항모드, 상기 선박의 위치, 상기 선박의 속도 및 상기 선박의 예상 경로에 관한 정보를 포함한다.In one aspect, a message transmission method of a ship based on a VDES (VHF Data Exchange System) monitors a VDE channel according to the VDES standard specification by a ship operating in an autonomous mode by monitoring one or more time division multiple access (TDMA) Searching for a plurality of idle slots over a frame, the vessel randomly determines a transmission resource for a marine discovery message from the plurality of idle slots, and the vessel periodically transmits an ocean discovery message through the transmission resource include that The marine search message includes information about the autonomous navigation mode, the position of the vessel, the speed of the vessel, and the expected path of the vessel.

다른 양태에서, 자율운항모드에서 동작하는 자율운항선박의 제어 장치는 VDES(VHF Data Exchange System)를 기반으로 한 통신 프로토콜을 제공하는 무선 모뎀, 및 프로세서를 포함한다, 상기 프로세서는 VDES 표준 스펙에 따른 VDE 채널을 모니터링하여 하나 또는 그이상의 TDMA(time division multiple access) 프레임에 걸쳐 복수의 아이들 슬롯을 탐색하고, 상기 복수의 아이들 슬롯으로부터 랜덤하게 해양 탐색 메시지를 위한 전송 자원을 결정하고, 및 상기 전송 자원을 통해 해양 탐색 메시지를 주기적으로 전송한다.In another aspect, an apparatus for controlling an autonomous ship operating in an autonomous mode includes a wireless modem providing a communication protocol based on a VDES (VHF Data Exchange System), and a processor, the processor according to the VDES standard specification Monitoring a VDE channel to discover a plurality of idle slots over one or more time division multiple access (TDMA) frames, and randomly determine a transmission resource for a maritime discovery message from the plurality of idle slots, and the transmission resource periodically transmits ocean search messages through

자율운항선박이 주변 선박들에게 미리 자율운항에 관한 정보를 제공함으로써, 경로 변경이나 충돌 회피가 가능하다. By providing information about autonomous navigation to nearby ships in advance, it is possible to change routes or avoid collisions.

도 1은 본 발명이 적용되는 해상 통신 시스템의 일 예를 보여준다.
도 2는 본 발명의 실시예가 구현되는 자율운항선박의 제어장치를 나타낸 블록이다.
도 3은 VDES 표준 스펙에 따른 VDE 채널을 위한 TDMA 슬롯 구조를 보여준다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 탐색 메시지의 전송 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 1단계 선택 방식에 따라 선택된 전송 자원의 일예를 보여준다.
도 6은 2단계 선택 방식에 따라 선택된 전송 자원의 일예를 보여준다.
도 7은 선박크기정보의 일 예를 보여준다.
도 8은 해양 탐색 메시지를 이용하여 자율운항선박이 동작하는 일 예를 보여준다.1 shows an example of a maritime communication system to which the present invention is applied.
2 is a block diagram showing an apparatus for controlling an autonomously operated ship in which an embodiment of the present invention is implemented.
3 shows a TDMA slot structure for a VDE channel according to the VDES standard specification.
4 is a flowchart illustrating a method of transmitting a marine discovery message according to an embodiment of the present invention.
5 shows an example of a transmission resource selected according to a one-step selection scheme.
6 shows an example of a transmission resource selected according to a two-step selection scheme.
7 shows an example of vessel size information.
8 shows an example in which an autonomous ship operates using a marine search message.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서(disclosure)에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않는다. Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification (disclosure) will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numbers regardless of reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffixes "module" and "part" for components used in the following description are given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles by themselves. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical ideas disclosed in the present specification are not limited by the accompanying drawings.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including an ordinal number such as 1st, 2nd, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

도 1은 본 발명이 적용되는 해상 통신 시스템의 일 예를 보여준다.1 shows an example of a maritime communication system to which the present invention is applied.

선박(100)은 무선 통신 프로토콜을 사용하여 기지국(110, 120) 및/또는 주변 선박(130)과 통신할 수 있다. 본 명세서의 실시예에 따른 선박(100)은 해상 위를 운항하는 수송 수단으로 정의된다. 선박(100)의 크기나 형태에는 제한이 없으며, 선박은 보트, 베슬, 해양국 등 다른 명칭으로 불리울 수 있다. The vessel 100 may communicate with the base stations 110 , 120 and/or the surrounding vessel 130 using a wireless communication protocol. The ship 100 according to the embodiment of the present specification is defined as a means of transport operating on the sea. The size or shape of the vessel 100 is not limited, and the vessel may be called by other names such as a boat, a vessel, and a maritime station.

기지국(110, 120)은 무선 통신 프로토콜을 사용하여 선박(100)과 통신할 수 있다. 기지국은 해안에 배치되는 해안국(shore station)(110), 위성(120) 및 드론을 포함하나, 그 형태나 배치에 제한이 있는 것은 아니다. 예를 들어, 선박(100)은 해안에 인접하면 해안국(110)을 통해 통신하고, 멀어지면 위성(120)을 통해 통신할 수 있다. The base stations 110 and 120 may communicate with the vessel 100 using a wireless communication protocol. The base station includes, but is not limited to, a shore station 110 , a satellite 120 , and a drone disposed on the coast. For example, the vessel 100 may communicate through the coast station 110 when it is adjacent to the coast, and communicate through the satellite 120 when it is far away.

선박(100)은 기지국(110, 120)을 통해 또는 직접적으로 주변 선박(130)과 통신할 수 있다. The vessel 100 may communicate with the surrounding vessel 130 directly or via the base stations 110 , 120 .

선박(100)에 의해 사용되는 무선 통신 프로토콜에는 제한이 없다. 예를 들어, 무선 통신 프로토콜은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11를 기반으로 한 WiFi, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 기반의 셀룰라 통신 프로토콜(예, 2G/3G/4G/5G 네트워크) 및 VDES(VHF Data Exchange System)를 포함할 수 있다.There is no limitation on the wireless communication protocol used by the vessel 100 . For example, wireless communication protocols include WiFi based on Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.11, cellular communication protocols based on 3rd Generation Partnership Project (3GPP) (eg 2G/3G/4G/5G networks), and VDES. (VHF Data Exchange System) may be included.

선박(100)은 자율적으로 동작할 수 있도록 설정되는 자율운항을 지원할 수 있다. 자율운항선박(autonomous ship)은 다양한 자동화 수준으로 사람의 간섭 없이 독립적으로 운용될 수 있는 선박을 말한다. 자율운항선박은 MASS((Maritime Autonomous Surface Ship)라고 할 수 있다. 자율운항선박은 선원 의사결정 지원(AAB, Autonomy Assisted Bridge), 선원 승선 원격제어(PUB, Periodically Unmanned Bridge), 선원 미승선 원격제어와 기관 자동화(PUS, Periodically Unmanned Ship), 완전무인 자율운항(CUS, Continuously Unmanned Ship) 등과 같이 다양한 자율운항모드를 포함할 수 있다.The vessel 100 may support autonomous navigation that is set to operate autonomously. An autonomous ship refers to a ship that can operate independently without human intervention with various levels of automation. Autonomous vessel can be called MASS (Maritime Autonomous Surface Ship). Autonomous vessel is crew decision support (AAB, Autonomy Assisted Bridge), crew embarkation remote control (PUB, Periodically Unmanned Bridge), remote control of crew not on board It can include various autonomous operation modes such as engine automation (PUS, Periodically Unmanned Ship), and fully unmanned autonomous operation (CUS, Continuously Unmanned Ship).

자율운항모드에서 선박(100)은 주변 선박(130)을 검출하고, 주변 선박(130)의 경로를 판단하도록 설정될 수 있다. 선박(100)는 자율운항모드에서 수동운항 모드로의 전환 동작 또는 수동운항 모드에서 자율운항 모드로의 전환 동작을 수행할 수 있다. 예를 들면, 선박(100)은 사용자 인터페이스 장치로부터 수신되는 신호에 기초하여, 선박(100)의 모드를 자율운항 모드에서 수동운항 모드로 전환하거나 수동운항 모드에서 자율운항 모드로 전환할 수 있다.In the autonomous navigation mode, the vessel 100 may be set to detect the neighboring vessel 130 and determine the path of the neighboring vessel 130 . The vessel 100 may perform a switching operation from the autonomous operation mode to the manual operation mode or a switching operation from the manual operation mode to the autonomous operation mode. For example, the ship 100 may switch the mode of the ship 100 from the autonomous mode to the manual mode or from the manual mode to the autonomous mode based on a signal received from the user interface device.

선박(100)은 무선통신과 자율운항을 지원하는 제어장치(200)를 포함한다.The vessel 100 includes a control device 200 that supports wireless communication and autonomous navigation.

도 2는 본 발명의 실시예가 구현되는 자율운항선박의 제어장치를 나타낸 블록이다.2 is a block diagram showing an apparatus for controlling an autonomously operated ship in which an embodiment of the present invention is implemented.

제어장치(200)는 선박 내에 장착될 수 있다. 자율운항을 위한 제어장치(200)는, 획득된 데이터에 기초하여, 자율운항을 위한 경로를 생성할 수 있다. 제어장치(200)는 생성된 경로를 따라 운항하기 위한 운항 플랜을 생성할 수 있다. 제어장치(200)는 운항 플랜에 따른 선박의 움직임을 제어하기 위한 신호를 생성할 수 있다. 제어장치(200)는 생성된 신호를 선박의 운항 시스템에 제공할 수 있다.The control device 200 may be mounted in a ship. The control device 200 for autonomous navigation may generate a route for autonomous navigation based on the obtained data. The controller 200 may generate a navigation plan for navigation along the generated route. The control device 200 may generate a signal for controlling the movement of the vessel according to the operation plan. The control device 200 may provide the generated signal to the navigation system of the ship.

제어장치(200)는 프로세서(210), 메모리(220), 무선모뎀(230) 및 위치데이터 장치(240)를 포함한다. 제시된 장치는 예시에 불과하며, 모든 장치가 필수적인 것은 아니다. 제어장치(200)는 추가적인 장치를 더 포함하거나, 특정 장치는 생략될 수 있다. 장치들 중 어떤 것은 자신의 프로세서를 가지고, 그 장치의 특정 기능에 관련된 처리를 수행할 수 있다.The control device 200 includes a processor 210 , a memory 220 , a wireless modem 230 , and a location data device 240 . The devices presented are merely examples, and not all devices are essential. The control device 200 may further include an additional device, or a specific device may be omitted. Some of the devices have their own processors and can perform processing related to specific functions of the device.

프로세서(210)는 ASIC(application-specific integrated circuit), CPU(central processing unit), AP(application processor), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 제어기, 칩셋, 논리 회로, 데이터 처리 장치 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이하의 실시예에 대한 소프트웨어 구현에 있어서, 여기서 기술된 기능을 수행하는 소프트웨어 코드는 메모리(220)에 저장되고, 프로세서(210)에 의해 처리될 수 있다.Processor 210 is ASIC (application-specific integrated circuit), CPU (central processing unit), AP (application processor), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays), microcontrollers, chipsets, logic circuits, data processing devices, and/or combinations thereof. In the software implementation for the following embodiments, the software code for performing the functions described herein may be stored in the memory 220 and processed by the processor 210 .

메모리(220)는 프로세서(210)에 의해 액세스가능한 정보를 저장할 수 있다. 상기 정보는 프로세서(210)에 의해 실행가능한 명령어(instructions) 및/또는 프로세서에 의해 처리되는 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(220)는 정보를 저장하도록 동작하는 어떤 형태의 컴퓨터 읽기 가능한 매체(computer-readable medium)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 ROM(read only memory), RAM(random access memory), DVD(digital video disc), 옵티칼 디스크(optical disc), 플래쉬 메모리, SSD(Solid State Drive), 하드 드라이브(hard drive) 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.Memory 220 may store information accessible by processor 210 . The information may include instructions executable by the processor 210 and/or data processed by the processor. Memory 220 may include any form of computer-readable medium operative to store information. For example, the memory 220 may be a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), a digital video disc (DVD), an optical disc, a flash memory, a solid state drive (SSD), a hard drive ( hard drive) and combinations thereof.

무선모뎀(230)은 무선통신 프로토콜을 통해 주변기기(선박 또는 부표 등) 또는 기지국과 통신한다. 무선모뎀(230)은 안테나와 연결되어 무선 매체(wireless medium)을 통해 선박 외부 기기와 통신할 수 있다. 무선 모뎀(230)에 의해 지원되는 무선 통신 프로토콜에는 제한이 없으며, 셀룰라 통신, WiFi, VDES 등 다양한 무선 통신 프로토콜을 지원할 수 있다. The wireless modem 230 communicates with a peripheral device (such as a ship or a buoy) or a base station through a wireless communication protocol. The wireless modem 230 may be connected to an antenna to communicate with an external device on the ship through a wireless medium. There is no limitation on the wireless communication protocol supported by the wireless modem 230 , and various wireless communication protocols such as cellular communication, WiFi, and VDES may be supported.

위치데이터 장치(240)는 선박의 위치 데이터를 생성할 수 있다. 위치데이터 장치(240)는 GPS(Global Positioning System) 및 DGPS(Differential Global Positioning System) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 위치데이터 장치(240)는 GPS 및 DGPS 중 적어도 어느 하나에서 생성되는 신호에 기초하여 선박의 위치 데이터를 생성할 수 있다. 위치데이터 장치(240)는 GNSS(Global Navigation Satellite System)로 명명될 수 있다.The location data device 240 may generate location data of the vessel. The location data device 240 may include at least one of a Global Positioning System (GPS) and a Differential Global Positioning System (DGPS). The location data device 240 may generate location data of the vessel based on a signal generated from at least one of GPS and DGPS. The location data device 240 may be referred to as a Global Navigation Satellite System (GNSS).

일반적으로 자율운항선박은 국제항해를 하는 상선으로, 전장(length overall (LOA), 선수의 최전단에서부터 선미의 최후단까지의 수평거리)이 300~400m 정도의 대형선박이다. 셀룰러 통신 방식(예: LTE, 5G)으로 자율운항선박이 외부와 통신을 하는 경우에, 그 크기가 1미터도 안되는 모바일단말과는 몇가지 차이점을 고려할 필요가 있다.In general, autonomous ships are merchant ships that sail internationally, and are large ships with a length overall (LOA), the horizontal distance from the fore end of the bow to the rear end of the stern) of about 300 to 400 m. When an autonomous ship communicates with the outside using a cellular communication method (eg, LTE, 5G), it is necessary to consider some differences from a mobile terminal whose size is less than 1 meter.

무선통신 프로토콜을 사용하는 기지국의 최대 통화권거리는 주파수대역별로 다르게 나타난다. 해상은 육상 환경과 비교할 때, 한적한 야외(Rural outdoor)의 경우와 견줄 수 있다. 예를 들어, 셀룰라 통신을 고려할 때, 하나의 기지국은 2100MHz 주파수 대역에서 약 10 킬로미티의 최대 통화권거리를 가지고, 800MHz 주파수 대역에서 약 29 킬로미터의 최대 통화권거리를 가지고, 700MHz 주파수 대역에서 약 35 킬로미터의 최대 통화권거리를 가진다고 할 수 있다. 즉, 선박이 해안으로부터 29~35 킬로미터를 벗어나기 시작하면서부터는 셀룰라 통신을 통해 기지국이나 주변 선박과 통신하기는 어렵다.The maximum coverage distance of a base station using a wireless communication protocol is different for each frequency band. Compared to the land environment, the sea can be compared to the case of the Rural outdoor. For example, when considering cellular communication, one base station has a maximum coverage distance of about 10 km in a 2100 MHz frequency band, a maximum coverage distance of about 29 kilometers in an 800 MHz frequency band, and about 35 kilometers in a 700 MHz frequency band It can be said that it has the maximum coverage distance of . In other words, it is difficult to communicate with a base station or a nearby vessel through cellular communication from the moment the vessel begins to deviate from the shore by 29~35 km.

VDES는 VHF 주파수 밴드를 사용하므로, 셀룰라 통신에 비해 더 넓은 커버리지를 제공하고, 선박-대-선박의 직접 통신도 지원하는 장점이 있다. VDES는 TDMA(time division multiple access)를 지원한다. VDES는 ASM 채널과 VDE 채널 두가지를 지원한다. ASM 채널은 19.2kpbs의 데이터 레이터를 제공하고, VDE 채널은 307 kbps의 데이터 레이트를 제공한다. Since VDES uses the VHF frequency band, it has the advantage of providing wider coverage compared to cellular communication and supporting ship-to-ship direct communication. VDES supports time division multiple access (TDMA). VDES supports both ASM channels and VDE channels. The ASM channel provides a data rate of 19.2 kbps, and the VDE channel provides a data rate of 307 kbps.

도 3은 VDES 표준 스펙에 따른 VDE 채널을 위한 TDMA 슬롯 구조를 보여준다.3 shows a TDMA slot structure for a VDE channel according to the VDES standard specification.

도면에서 각 박스내 숫자는 슬롯번호를 나타낸다. TDMA 슬롯(또는 줄여서 슬롯이라 함)은 시간 영역에서 정의되고, TDMA 채널은 주파수 영역에서 정의된다. 하나의 TDMA 프레임은 15개의 슬롯을 포함한다. TDMA 채널은 헥스슬롯(hexslot) 내에서 동일한 오프셋을 갖는 모든 슬롯을 말한다. 6개의 TDMA 채널이 정의된다. TDMA 프레임에 포함되는 슬롯의 갯수, TDAM 채널의 갯수는 예시에 불과하다.In the drawing, a number in each box indicates a slot number. A TDMA slot (or a slot for short) is defined in the time domain, and a TDMA channel is defined in the frequency domain. One TDMA frame includes 15 slots. A TDMA channel refers to all slots having the same offset within a hexslot. Six TDMA channels are defined. The number of slots included in the TDMA frame and the number of TDAM channels are only examples.

TDMA 슬롯 구조에서 BBCH(BULLETIN BOARD SIGNALLING CHANNEL), RACH(RANDOM ACCESS CHANNEL), DSCH(DATA SIGNALLING CHANNEL)가 정해진다. BBCH는 게시판 메시지(bulletin board message)를 위해 예약된 슬롯들을 포함하고, RACH는 짧은 데이터 메시지(short data message)를 위해 예약된 슬롯들을 포함하고, DSCH는 자원 할당, 자원 해제 및 확인(acknowledgement)을 위해 예약된 슬롯들을 포함한다. 나머지 슬롯들은 데이터 전송을 위해 사용될 수 있다.In the TDMA slot structure, BBCH (BULLETIN BOARD SIGNALLING CHANNEL), RACH (RANDOM ACCESS CHANNEL), and DSCH (DATA SIGNALLING CHANNEL) are determined. BBCH includes slots reserved for bulletin board messages, RACH includes slots reserved for short data messages, and DSCH includes resource allocation, resource release and acknowledgment. slots reserved for The remaining slots may be used for data transmission.

게시판 메시지는 제어국(control station)에 의해 제어국 서비스 영역내에서 전송되고, 제어국 서비스 영역내의 자원 할당을 정의하는데 사용된다. 게시판 메시지의 내용은 제어국 서비스 영역내의 선박들에게만 적용된다. 짧은 데이터 메시지는 하나의 슬롯을 통한 데이터 전송에 사용된다. The bulletin board message is sent by a control station within the control station service area and is used to define resource allocation within the control station service area. The content of the bulletin board message applies only to ships within the control station service area. A short data message is used to transmit data through one slot.

VDES 표준 스펙에 의하면, 선박이 해안 근처에서 제어국과 연결이 맺어지면, 게시판 메시지를 통해 데이터 전송을 위한 자원을 할당받을 수 있다. 선박이 자체적으로 생성한 데이터는 짧은 데이터 메시지를 통해서만 전송될 수 있다.According to the VDES standard specification, when a ship is connected to a control station near the shore, a resource for data transmission can be allocated through a bulletin board message. Data generated by the vessel itself can only be transmitted via short data messages.

자율운항선박은 자율운항모드로 동작하는 경우에 주변 선박들에게 주기적으로 자신의 운항 정보를 제공하는 것이 필요하다. 미리 주변 선박이 운항 경로를 파악하고, 자율운항선박 또는 주변 선박이 충돌을 회피하도록 하기 위함이다. 자율운항선박이 주변 선박들에게 자율운항정보를 제공하는 메시지를 해양 탐색(maritime discovery) 메시지라 한다. 탐색 메시지는 해양 안전(safety) 메시지 또는 해양 공용(public) 메시지 등 다양한 명칭으로 불릴 수 있으며, 명칭에 제한이 있는 것은 아니다.When an autonomous ship operates in an autonomous mode, it is necessary to periodically provide its own operation information to nearby ships. This is to enable the nearby vessels to understand the navigation route in advance, and to avoid collisions with autonomously operated vessels or neighboring vessels. A message in which an autonomous vessel provides autonomous navigation information to nearby vessels is called a maritime discovery message. The discovery message may be called various names, such as a maritime safety message or a maritime public message, and there is no limitation on the name.

VDES 표준 스펙에 따라 헤양 탐색 메시지가 전송되는 데 몇가지 제약이 있다. ASM 채널은 너무 낮은 데이터 레이트를 제공하여, 해양 탐색 메시지를 전송하는데 시간이 많이 걸리거나 너무 많은 자원을 차지할 수 있다. VDE 채널을 사용하기 위해서는 제어국에 의한 자원 할당이 요구되고, 자율운항선박이 제어국 서비스 영역을 벗어나는 경우 사용되는 짧은 데이터 메시지는 해양 탐색 메시지의 전송에 적합하지 않다.According to the VDES standard specification, there are some restrictions on the transmission of the Heyang discovery message. The ASM channel may provide a data rate that is too low, which may take too long or occupy too many resources to transmit the ocean discovery message. In order to use the VDE channel, resource allocation by the control station is required, and the short data message used when the autonomous vessel leaves the control station service area is not suitable for transmission of the ocean search message.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 탐색 메시지의 전송 방법을 나타낸 흐름도이다. 4 is a flowchart illustrating a method of transmitting a marine discovery message according to an embodiment of the present invention.

단계 S410에서, 자율운항모드에서 동작하는 선박은 VDES 표준 스펙에 따른 VDE 채널을 모니터링하여 하나 또는 그이상의 TDMA 프레임에 걸쳐 복수의 아이들 슬롯을 탐색한다. VDES 표준 스펙은 IALA에 의해 2019년 6월에 게시된 G1139 edition 3 "THE TECHNICAL SPECIFICATION OF VDES"를 포함할 수 있다. 아이들 슬롯은 빈(empty) 슬롯이라고도 하며, 타 선박에 의해 점유되지 않고 데이터 전송이 가능한 슬롯을 말한다. 하나 또는 그이상의 TDMA 프레임에 걸쳐 각 슬롯에서 CS(carrier sensing)을 수행하여 일정 시간동안 검출된 에너지가 특정값이하이면 아이들 슬롯으로 결정될 수 있다. In step S410, the vessel operating in the autonomous mode searches for a plurality of idle slots over one or more TDMA frames by monitoring the VDE channel according to the VDES standard specification. The VDES standard specification may include G1139 edition 3 "THE TECHNICAL SPECIFICATION OF VDES" published June 2019 by IALA. The idle slot is also called an empty slot, and refers to a slot in which data transmission is possible without being occupied by other ships. Carrier sensing (CS) is performed in each slot over one or more TDMA frames, and when energy detected for a predetermined time is less than or equal to a specific value, it may be determined as an idle slot.

단계 S420에서, 자율운항모드에서 동작하는 선박은 랜덤하게 해양 탐색 메시지를 위한 전송 자원을 결정한다. 예를 들어, 하나의 해양 탐색 메시지를 전송하기 위해 4개의 슬롯이 요구되고, 전송 자원은 4개의 슬롯을 포함한다고 하자.In step S420, the vessel operating in the autonomous navigation mode randomly determines a transmission resource for the marine search message. For example, it is assumed that 4 slots are required to transmit one ocean discovery message, and the transmission resource includes 4 slots.

일 실시예에서, 전송 자원은 복수의 아이들 슬롯 중 랜덤하게 선택되는 하나 또는 그이상의 슬롯을 포함할 수 있다. 이를 1단계 선택 방식이라 한다.In an embodiment, the transmission resource may include one or more slots randomly selected from among a plurality of idle slots. This is called the one-step selection method.

도 5는 1단계 선택 방식에 따라 선택된 전송 자원의 일예를 보여준다. 전송 자원은 3개의 TDMA 채널에 걸쳐, 4개의 슬롯을 포함한다. 슬롯이 선택되는 방법이나 패턴에는 제한이 없으며, 하나 또는 그이상의 TDMA 채널에 걸쳐 연속적인 슬롯 또는 비연속적인 슬롯이 선택될 수 있다.5 shows an example of a transmission resource selected according to a one-step selection scheme. The transmission resource includes 4 slots, spanning 3 TDMA channels. There is no limit to the method or pattern in which the slots are selected, and contiguous slots or non-contiguous slots may be selected across one or more TDMA channels.

다른 실시예에서. 선박은 먼저 복수의 아이들 슬롯 중 랜덤하게 슬롯 클러스터를 선택한다. 하나의 슬롯 클러스터는 복수의 아이들 슬롯을 포함한다. 그리고, 선박은 슬롯 클러스터 내에서 랜덤하게 해양 탐색 메시지를 위한 전송 자원을 결정한다. 전송 자원은 슬롯 클러스터 내의 아이들 슬롯을 포함한다. 슬롯 클러스터이 선택된 후 다시 전송 자원이 선택되는 점에서 이를 2단계 선택 방식이라 한다.In another embodiment. The vessel first randomly selects a slot cluster from among a plurality of idle slots. One slot cluster includes a plurality of idle slots. And, the vessel randomly determines the transmission resource for the marine discovery message in the slot cluster. The transmission resource includes an idle slot in a slot cluster. Since a transmission resource is selected again after a slot cluster is selected, this is called a two-step selection method.

도 6은 2단계 선택 방식에 따라 선택된 전송 자원의 일예를 보여준다. 전송 클러스터는 4개의 TDMA 채널에 걸쳐, 총 20개의 슬롯을 포함한다. 슬롯 클러스터가 선택되는 방법이나 패턴에는 제한이 없으며, 슬롯 클러스터는 하나 또는 그이상의 TDMA 채널에 걸쳐 연속적인 슬롯 또는 비연속적인 슬롯을 포함할 수 있다. 슬롯 클러스터 내에서 랜덤해게 4개의 슬롯이 전송 자원으로써 선택된다.6 shows an example of a transmission resource selected according to a two-step selection scheme. The transport cluster includes a total of 20 slots, spanning 4 TDMA channels. There is no limitation on the method or pattern in which the slot clusters are selected, and the slot clusters may include contiguous slots or non-contiguous slots across one or more TDMA channels. Four slots are randomly selected as transmission resources in the slot cluster.

단계 S430에서, 선박은 결정된 전송 자원을 통해 주기적으로 해양 탐색 메시지를 전송한다. In step S430, the vessel periodically transmits a marine search message through the determined transmission resource.

전송 주기는 해양 탐색 메시지가 전송되는 주기이다. 모니터링 주기는 아이들 슬롯을 모니터링하는 주기이다. 전송 자원 업데이트 주기는 전송 자원을 랜덤하게 선택하는 주기이다. 클러스터 업데이트 주기는 슬롯 클러스터를 랜덤하게 선택하는 주기이다. 전송주기 <= 전송 자원 업데이트 주기 <= 클러스터 업데이트 주기 < 모니터링 주기의 크기 순을 가질 수 있다. The transmission period is a period in which the ocean search message is transmitted. The monitoring period is a period for monitoring the idle slot. The transmission resource update period is a period in which a transmission resource is randomly selected. The cluster update cycle is a cycle for randomly selecting a slot cluster. Transmission period <= transmission resource update period <= cluster update period < monitoring period size.

해양 탐색 메시지는 복수의 슬롯에 걸쳐 파편화될 수 있다. 파편화는 메시지가 각 슬롯마다 디코딩이 독립적으로 수행될 수 있음을 의미한다. 전송 자원이 4개의 슬롯을 포함하면, 하나의 해양 탐색 메시지는 4개의 파편화된(fragmented) 해양 탐색 메시지를 포함하고, 파편화된 해양 탐색 메시지는 상기 4개의 슬롯에서 각각 전송될 수 있다. The ocean search message may be fragmented over a plurality of slots. Fragmentation means that the message can be decoded independently for each slot. When the transmission resource includes 4 slots, one ocean discovery message includes four fragmented ocean discovery messages, and the fragmented ocean discovery message may be transmitted in each of the four slots.

해양 탐색 메시지는 주기적으로 전송되는 브로트캐스트 메시지이다. 해양 탐색 메시지에 포함되는 정보는 다음 표와 같다. 모든 정보가 필수적인 것은 아니며, 일부 정보는 삭제될 수 있고, 추가 정보가 더 포함될 수 있다. 정보의 명칭은 예시에 불과하다.The maritime discovery message is a broadcast message that is transmitted periodically. The information included in the ocean search message is as follows. Not all information is essential, some information may be deleted, and additional information may be included. The names of information are only examples.

명칭designation 내용Contents 자율운항모드autonomous mode 현재 선박의 자율운항모드를 가리킴Indicates the current ship's autonomous mode. 선박 IDShip ID 선박의 식별자Ship's identifier 위치정보location information 선박의 위치 정보 (예, GPS 정보)Vessel location information (eg GPS information) 선박크기정보Ship size information 선박의 크기 정보vessel size information 방향정보direction information 선박의 현재 진행 방향 정보Information on the ship's current heading 속도정보speed information 선박의 현재 속도 정보Ship's current speed information 주변 환경 정보surrounding environment information 현 위치에서의 파도 높이, 현 위치에서 해류 속도, 현 위치에서 수심 등Wave height at current location, current velocity at current location, depth of water at current location, etc. 경로정보route information 시간에 따른 선박의 예상 경로 정보Ship's estimated route information over time 슬롯 오프셋slot offset 다음 파편화된 해양 탐색 메시지가 전송될 슬롯을 가리키는 오프셋. 예를 들어, 슬롯 오프셋의 값이 0이면, 마지막 파편화된 해양 탐색 메시지임을 가리킴.Offset indicating the slot in which the next fragmented ocean discovery message will be transmitted. For example, if the value of the slot offset is 0, it indicates that it is the last fragmented ocean search message. 다음 전송자원정보Next transmission resource information 다음 해양 탐색 메시지가 전송될 전송 자원에 관한 정보. 전송주기, 전송 클러스터 및/또는 전송 자원에 관한 정보.Information about the transmission resource to which the next maritime discovery message will be transmitted. Information about transmission period, transmission cluster and/or transmission resource.

각 파편화된 해양 탐색 메시지는 파편화 상태를 가리키는 파편 정보를 포함할 수 있다. 파편 정보는 파편화된 메시지의 총 갯수 및 현재 메시지의 파편화 번호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 해양 탐색 메시지가 4개의 파편화된 해양 탐색 메시지로써 전송된다고 할 때, 세번째 파편화된 해양 탐색 메시지는 총 갯수 4, 현재 파편화 번호 3을 가리키는 파편 정보를 포함할 수 있다.Each fragmented ocean search message may include fragment information indicating a fragmentation state. The fragment information may include a total number of fragmented messages and a fragment number of the current message. For example, assuming that the ocean discovery message is transmitted as four fragmented ocean discovery messages, the third fragmented ocean discovery message may include fragment information indicating the total number of 4 and the current fragmentation number 3.

자율운항선박은 일반적으로 자체 길이가 300~400 미터일 수 있다. 따라서, 점 단위 정보인 선박의 위치 정보로만 자율운항선박을 판단하면, 주변 선박이 자율운항선박을 회피하는 데 문제가 발생할 수 있다.Autonomous vessels can generally be 300-400 meters in length. Therefore, if the autonomous vessel is determined only by the position information of the vessel, which is point-by-point information, a problem may arise in that neighboring vessels avoid the autonomous vessel.

도 7은 선박크기정보의 일 예를 보여준다.7 shows an example of vessel size information.

자율운항선박의 위치 정보는 GPS 정보로, 위도, 경도, 높이를 포함할 수 있다. GPS 정보는 GPS 수신기를 갖는 자율운항선박의 제어기의 위치 또는 함교의 위치에 대응할 수 있다.The location information of the autonomous ship is GPS information, and may include latitude, longitude, and height. The GPS information may correspond to a location of a controller of an autonomous ship having a GPS receiver or a location of a bridge.

자율운항선박의 선박크기정보는 GPS 정보로부터 선수까지의 수평거리(710)와 GPS 정보로부터 선미까지의 수평거리(720)를 포함할 수 있다. 상기 선박크기정보는 자율운항선박의 최대 폭에 관한 정보를 더 포함할 수 있다.The vessel size information of the autonomous vessel may include a horizontal distance 710 from the GPS information to the bow and a horizontal distance 720 from the GPS information to the stern. The vessel size information may further include information about the maximum width of the autonomously operated vessel.

도 8은 해양 탐색 메시지를 이용하여 자율운항선박이 동작하는 일 예를 보여준다.8 shows an example in which an autonomous ship operates using a marine search message.

제1 선박(810)과 제2 선박(820)은 자율운항모드에서 동작하고, 주기적으로 해양 탐색 메시지를 전송한다. 제1 선박(810)은 대형 선박이고, 제2 선박(820)은 소형 선박이다. 제1 선박(810)은 더 큰 파워를 통해 해양 탐색 메시지를 전송할 수 있으므로, 해양 탐색 메시지의 커버리지(즉, 해양 탐색 메시지의 수신이 가능한 범위)는 제1 선박(810)의 커버리지(810a)가 제2 선박(820)의 커버리지(820a) 보다 크다. The first vessel 810 and the second vessel 820 operate in an autonomous mode, and periodically transmit a marine search message. The first vessel 810 is a large vessel, and the second vessel 820 is a small vessel. Since the first vessel 810 can transmit the marine discovery message through greater power, the coverage of the marine discovery message (that is, the range in which the reception of the marine discovery message is possible) is the same as the coverage 810a of the first vessel 810 It is greater than the coverage (820a) of the second vessel (820).

따라서, 특정 구간에서 제1 선박(810)은 제2 선박(820)의 해양 탐색 메시지를 수신할 수 없지만, 제2 선박(820)은 제1 선박(810)의 해양 탐색 메시지를 수신할 수 있다. 제2 선박(820)은 제1 선박(810)의 해양 탐색 메시지를 통해 제1 선박(810)의 경로를 예측하여 미리 자신의 경로를 변경하여 충돌을 미리 회피할 수 있다.Accordingly, in a specific section, the first vessel 810 may not receive the marine discovery message of the second vessel 820 , but the second vessel 820 may receive the marine discovery message of the first vessel 810 . . The second vessel 820 may predict the path of the first vessel 810 through the marine search message of the first vessel 810 and change its path in advance to avoid collision in advance.

상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the exemplary system described above, the methods are described on the basis of a flowchart as a series of steps or blocks, but the present invention is not limited to the order of steps, and some steps may occur in a different order or concurrently with other steps as described above. can In addition, those skilled in the art will understand that the steps shown in the flowchart are not exhaustive and that other steps may be included or that one or more steps of the flowchart may be deleted without affecting the scope of the present invention.

Claims (5)

VDES(VHF Data Exchange System)를 기반으로 한 선박의 메시지 전송 방법에 있어서,
자율운항모드에서 동작하는 선박이 VDES 표준 스펙에 따른 VDE 채널을 모니터링하여 하나 또는 그이상의 TDMA(time division multiple access) 프레임에 걸쳐 복수의 아이들 슬롯을 탐색하고;
상기 선박이 상기 복수의 아이들 슬롯으로부터 랜덤하게 해양 탐색 메시지를 위한 전송 자원을 결정하고; 및
상기 선박이 상기 전송 자원을 통해 해양 탐색 메시지를 전송 주기 마다 주기적으로 전송하는 것을 포함하되,
상기 해양 탐색 메시지는 상기 자율운항모드, 상기 선박의 위치, 상기 선박의 속도 및 상기 선박의 예상 경로에 관한 정보를 포함하고,
상기 복수의 아이들 슬롯으로부터 랜덤하게 상기 해양 탐색 메시지를 위한 상기 전송 자원을 결정하는 것은:
클러스터 업데이트 주기 마다 상기 복수의 아이들 슬롯을 기반으로 랜덤하게 슬롯 클러스터를 결정하되, 상기 슬롯 클러스터는 상기 복수의 아이들 슬롯 중 선택된 복수의 아이들 슬롯을 포함하며, 및
전송 자원 업데이트 주기 마다 상기 슬롯 클러스터 내 복수의 아이들 슬롯 중 적어도 하나의 아이들 슬롯을 랜덤하게 상기 전송 자원으로써 결정하는 것을 포함하고,
상기 전송 자원 업데이트 주기는 상기 전송 주기 보다 길거나 같고, 상기 클러스터 업데이트 주기는 상기 전송 자원 업데이트 주기보다 긴 것을 특징으로 하는 메시지 전송 방법.In the message transmission method of a ship based on VDES (VHF Data Exchange System),
a vessel operating in an autonomous mode monitors a VDE channel according to a VDES standard specification to discover a plurality of idle slots over one or more time division multiple access (TDMA) frames;
the vessel randomly determines a transmission resource for an ocean search message from the plurality of idle slots; and
Comprising that the ship periodically transmits a marine discovery message every transmission period through the transmission resource,
The ocean search message includes information about the autonomous navigation mode, the location of the ship, the speed of the ship, and the expected route of the ship,
Determining the transmission resource for the ocean discovery message randomly from the plurality of idle slots includes:
A slot cluster is randomly determined based on the plurality of idle slots every cluster update period, wherein the slot cluster includes a plurality of idle slots selected from among the plurality of idle slots, and
It includes randomly determining at least one idle slot among a plurality of idle slots in the slot cluster as the transmission resource every transmission resource update period,
The transmission resource update period is longer than or equal to the transmission period, and the cluster update period is longer than the transmission resource update period. 제 1 항에 있어서,
상기 해양 탐색 메시지는 다음 해양 탐색 메시지가 전송될 자원에 관한 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메시지 전송 방법.The method of claim 1,
The ocean discovery message further includes information on a resource to which the next ocean discovery message will be transmitted. 자율운항모드에서 동작하는 자율운항선박의 제어 장치에 있어서,
VDES(VHF Data Exchange System)를 기반으로 한 통신 프로토콜을 제공하는 무선 모뎀; 및
프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는
VDES 표준 스펙에 따른 VDE 채널을 모니터링하여 하나 또는 그이상의 TDMA(time division multiple access) 프레임에 걸쳐 복수의 아이들 슬롯을 탐색하고;
상기 복수의 아이들 슬롯으로부터 랜덤하게 해양 탐색 메시지를 위한 전송 자원을 결정하고; 및
상기 전송 자원을 통해 해양 탐색 메시지를 전송 주기 마다 주기적으로 전송하되,
상기 해양 탐색 메시지는 상기 자율운항모드, 상기 자율운항선박의 위치, 상기 자율운항선박의 속도 및 상기 자율운항선박의 예상 경로에 관한 정보를 포함하고,
상기 복수의 아이들 슬롯으로부터 랜덤하게 상기 해양 탐색 메시지를 위한 상기 전송 자원을 결정하는 것은:
클러스터 업데이트 주기 마다 상기 복수의 아이들 슬롯을 기반으로 랜덤하게 슬롯 클러스터를 결정하되, 상기 슬롯 클러스터는 상기 복수의 아이들 슬롯 중 선택된 복수의 아이들 슬롯을 포함하며, 및
전송 자원 업데이트 주기 마다 상기 슬롯 클러스터 내 복수의 아이들 슬롯 중 적어도 하나의 아이들 슬롯을 랜덤하게 상기 전송 자원으로써 결정하는 것을 포함하고,
상기 전송 자원 업데이트 주기는 상기 전송 주기 보다 길거나 같고, 상기 클러스터 업데이트 주기는 상기 전송 자원 업데이트 주기보다 긴 것을 특징으로 하는 자율운항선박의 제어 장치.In the control apparatus of an autonomously operated ship operating in an autonomous mode,
a wireless modem providing a communication protocol based on VDES (VHF Data Exchange System); and
A processor, comprising:
monitoring a VDE channel according to the VDES standard specification to discover a plurality of idle slots over one or more time division multiple access (TDMA) frames;
randomly determine a transmission resource for a marine discovery message from the plurality of idle slots; and
A marine discovery message is periodically transmitted every transmission cycle through the transmission resource,
The maritime search message includes information on the autonomous navigation mode, the location of the autonomously operated vessel, the speed of the autonomously operated vessel, and the expected path of the autonomously operated vessel,
Determining the transmission resource for the ocean discovery message randomly from the plurality of idle slots includes:
A slot cluster is randomly determined based on the plurality of idle slots every cluster update period, wherein the slot cluster includes a plurality of idle slots selected from among the plurality of idle slots, and
It includes randomly determining at least one idle slot among a plurality of idle slots in the slot cluster as the transmission resource every transmission resource update period,
The transmission resource update period is longer than or equal to the transmission period, and the cluster update period is longer than the transmission resource update period. 삭제delete 삭제delete
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