KR20110033555A - 다중대역 통신시스템과 방법, 이를 이용한 실시간 해양 물류 위치 추적 방법 및 해양 네트워크 - Google Patents

다중대역 통신시스템과 방법, 이를 이용한 실시간 해양 물류 위치 추적 방법 및 해양 네트워크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중대역 통신시스템과 방법, 이를 이용한 실시간 해양 물류 위치 추적 방법 및 해양 네트워크에 관한 것이다.
본 발명에 따른 해양 네트워크를 위한 다중대역 통신 시스템의 일례는 통신 모드에 따른 통신 비용을 나타내는 코스트 매트릭스(Cost-Matrix)에 따라 고주파(High Frequency;HF) 대역 통신, 초고주파(Very High Frequency;VHF) 대역 통신 또는 위성 통신 중 어느 하나로 선택된 통신 모드에 따라 통신 모드 전환동작을 수행하며, 전환된 통신 모드에 따라 IP(Internet protocol)에 기반한 백본(Backbone) 네트워크에 연결된 지상기지국과 데이터 정보를 송수신하는 물리적 계층; 코스트 매트릭스(Matrix)에 따라 어느 하나의 통신 모드를 선택하고, 물리적 계층이 선택된 통신 모드로 전환동작을 수행하도록 제어하는 데이터 링크 계층; 및 데이터 링크 계층이 초고주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선택한 경우, 이웃하는 선박을 통하여 지상기지국과 초고주파(VHF) 대역 통신을 수행하기 위한 최단 경로를 검색하는 네트워크 계층;을 포함한다.
통신 시스템, 해양, 다중대역, 네트워크, 선박

Description

다중대역 통신시스템과 방법, 이를 이용한 실시간 해양 물류 위치 추적 방법 및 해양 네트워크{Multiband communication system and method, Real-time maritime logistics location tracking method and maritime network using these}
본 발명은 다중대역 통신시스템과 방법, 이를 이용한 실시간 해양 물류 위치 추적 방법 및 해양 네트워크에 관한 것이다.
지금까지, 해양 통신 서비스는 세계 해상조난 안전 시스템(via global maritime distress and safety system; GMDSS) 및 선박 자동 식별시스템(automatic identification system ;AIS)을 통하여 주로 선박 보안 (예를 들어, 선박의 위치 추적, 선박 식별, 및 선박 감시)을 지원해 왔다.
협대역직접인쇄(narrow band direct printing ;NBDP) 또는 해상교통문자전송(navigational telex ;NAVTEX)을 이용한 작은 사이즈의 문자 메시지가 사용되어 왔음에도, 해양 통신은 항해 선박에 멀티 서비스를 제공함에 있어서 여전히 미숙하게 여겨져 왔기 때문에 육상 통신과 비교하여 여전히 서비스의 다양성이 부족한 것이 현실이다.
그러나, 선박 보안, 주문형 비디오(video on demand;VoD), 인터넷 서비스 대 신에 전이중 디지털 데이터 전송을 포함하는 해양 통신 서비스의 다양성은 최근에 육지와 바다 사이에 통신 비일관성을 극복하기 위하여 선박들에 점진적으로 요구된다.
이와 같은 해양 멀티미디어 서비스는 항해 선박에 적용가능하며, 데이터의 형태는 다양하고, 데이터의 크기는 무수히 증가할 있다. 증가하는 데이터 형태와 트래픽을 관리하기 위해, 인공위성 통신은 바다에서 신뢰성을 가지며 고속 데이터 전송을 지원하기 때문에 좋은 후보자들 가운데 하나가 될 수 있다. 그러나, 인공위성 통신은 지나치게 높은 비용으로 인해 선박 서비스 가입자들에게 부담이 되는 단점이 있다.
따라서, 해양 멀티미디어 서비스 비용을 효과적으로 줄이면서 항해 선박에 제공될 다른 무선 주파수 대역에서 사용할 새로운 시스템과 네트워크를 설계할 필요가 있다.
세계 전파 통신 회의를 통한 현재의 표준화 활동에 기초하여, 고주파(high frequency ;HF) 대역 및 초고주파(very high frequency ;VHF) 대역에서의 해양통신은 인공위성 통신의 좋은 대체 수단이 될 수 있다.
이와 같은 고주파(HF) 및 초고주파(VHF) 대역을 이용한 여러 해양 통신 서비스는 국제 통신 연합 권고(International Telecommunication Union- Radiocommunication recommendation; ITU-R)에서 예증된다. 그러나, 고주파(HF) 및 초고주파(VHF) 대역을 각각 독립적으로 사용하는 하나의 주파수 대역만을 이용하는 독립형 통신은 해양 멀티미디어 서비스 목표를 지원하지 못하는 문제점이 있다. 이 는 해양 멀티미디어 서비스는 통신 범위, 대역폭, 데이터 전송 속도가 주파수 대역에 따라 다양화될 수 있기 때문이다.
예를 들어 고주파(HF) 대역 통신은 해양에서 낮은 데이터 전송률의 멀티미디어 서비스를 제공하는데 유용할 수 있다. 초고주파(VHF) 대역 통신은 해안이나 바다 근처에서 애드혹 네트워크 토폴로지(ad-hoc network topology)하에서 비교적 고속 데이터 전송률의 멀티미디어 서비스를 지원하는데 적용될 수 있다. 인공위성 통신은 긴급한 경우나 고주파(HF)나 초고주파(VHF) 대역 통신이 적용될 수 없는 경우에 여전히 이용될 수 있다.
이와 같은 고주파(HF), 초고주파(VHF) 및 인공위성 통신의 표준과 기술 경향 및 초고주파(VHF) 대역 통신에 적용될 수 있는 이동 애드혹 네트워크(mobile Ad-hoc network ;MANET)에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
(1) 고주파(HF) 대역 통신
고주파(HF) 대역에서 해양 이동 통신에 대해 새로운 디지털 기술을 적용하는 목적에 대해, 국제전기통신 연합(ITU)의 무선 규칙(RRs) 부록 17은 (세계전파통신회의) 결의안 351에 따라 수정되었다. 게다가, 미국과 노르웨이와 같은 몇 개의 국가는 고주파(HF)를 이용하는 디지털 통신 시스템을 이미 개발하고, 무선 규칙 부록 17이 수정됨에 따라 상응하는 서비스를 다양화하기 위한 노력을 하고 있다.
추가로, 해양 디지털 데이터 통신 시스템에 대한 고주파(HF) 대역 모뎀과 프로토콜은 흔히 1MHz 내지 30MHz의 주파수를 이용하고, 많은 회사에 의해 개발되었 다. 특히, 독일회사인 SCS는 큰 용량의 이진 데이터 파일을 전송하고, 인터넷 E-mail이 가능한 해양 네트워크를 목표로 하는 PACTOR 프로토콜과 PTC-II MODEM을 제공하여 왔다. 특히, PACTOR 프로토콜은 ITU-R에 의해 해양 고주파(HF) 대역 디지털 데이터 서비스를 제공하는 통신 프로토콜로서 표준화되었다.
(2) 초고주파(VHF) 대역 통신
해양 통신 서비스에서 새로운 디지털 기술이 요구됨에 따라, 156 to 174 MHz 사이 대역에서 초고주파(VHF) 대역 통신은 ITU-R 결의안 342에서 할당되었다.
ITU-R 연구그룹8(SG8)은 초고주파(VHF) 대역에서 디지털 데이터 및 e-mail을 전송하는 기술을 연구해왔다. 2007년 ITU-R 연구그룹8(SG8)은 초고주파(VHF) 대역에서 디지털 데이터 및 e-mail을 전송하는 기술에 관한 새로운 드래프트 Rec. ITU-R M을 제안하였다.
게다가, SG8은 새로운 제안에서 복수의 어플리케이션을 소개함으로써, 초고주파(VHF) 데이터 시스템의 새로운 드래프트 표준을 제안하였다. 선박 자동 식별시스템(automatic identification system ;AIS)은 현재 표준화된 해양 초고주파(VHF) 대역 통신 시스템 중 하나이다.
선박 자동 식별시스템(automatic identification system ;AIS)은 선상 방송 시스템으로, 선박을 추적하고, 시분할 다중 접근(time-division multiple access ; TDMA) 하에서 선박의 위치를 식별하는 기능을 한다. 2007년 초, AIS 지상기지국에 대한 새로운 세계 표준이 IEC에 의해 승인되었다.
(3) 인공위성 통신
고속 통신 비용에 무관하게, 인공위성 통신은 해상에서 프리미엄 멀티미디어 서비스를 제공하는 긴급 메시지 전송 또는 고속 데이터 전송을 지원하는 경우에 있어서 항해 선박에 필수적이다. 가장 전형적인 해상 인공위성 중의 하나는 국제해사인공위성기구(International Maritime Satellite Organization;Inmarsat)이다. INMARSAT은 선박의 조난, 안전과 관리 어플리케이션을 위한 인공위성 통신을 개발함으로써, 해양 산업을 서비스하기 위해 1979년에 설립되었다.
오늘날, INMARSAT은 해양, 대륙과 항공 가입자를 위한 세계 인공위성 통신망을 동작시킨다. INMARSAT 네트워크는 음성과 멀티미디어를 포함하는 통신 범위를 제공하는 독립적인 대륙 지상국 오퍼레이터를 통하여 접근 가능하다. 상업용 서비스를 제외하고, INMARSAT은 공익적 서비스로서, 비용 부담없이 세계 해상조난 안전 시스템(via global maritime distress and safety system; GMDSS)을 선박과 항공기에 제공한다.
(4) 운송 수단을 위한 이동 애드혹 네트워크(Mobile Ad-hoc network(MANET) for vehicles)
이동 애드혹 네트워크(Mobile Ad-hoc network;MANET)는 지상기지국이나 접근 포인트와 같은 어떤 하부구조도 필요로 하지 않는 동적이고, 자기 구성(self-configuring)이 가능한 멀티 홉(Multi hop) 네트워크이다.
운송 수단의 애드 혹 네트워크(vehicular Ad-Hoc Networks ;VANET)는 이동 애드혹 네트워크(Mobile Ad-hoc network;MANET)의 어플리케이션으로, 운송 수단의 움직임 패턴을 고려하여 로드 트래픽을 제어하는 것에 초점을 맞추고 있다. VANET의 물리적, 데이터 링크 계층 문제는 운송환경에서 무선 접근(wireless access in vehicular environments ;WAVE) 표준인 IEEE 802.11p 에서 표준화되어 왔다.
도로 상의 여러 대의 자동차는 해양 상에서 선박과 대응될 수 있다. 해양 네트워크에서 멀티 홉 초고주파(VHF) 대역 통신은 VANET과 WAVE를 참조할 수 있다.
이와 같이 주파수 대역에 따른 고주파(HF), 초고주파(VHF) 대역 통신 및 인공위성 통신은 각각의 주파수 대역과 용도가 상이함을 알 수 있다.
이와 같은 점을 고려하면, 선박은 다중대역 통신 시스템으로 언급되는 고주파(HF), 초고주파(VHF) 및 인공위성 주파수 대역을 모두 커버하는 새로운 통신 시스템이 요구되나, 해상 멀티미디어 서비스를 위한 다중대역 통신 시스템의 발전과 상응하는 네트워크의 발전은 아직 개념화되지 않은 문제점이 있다.
본 발명은 채널 환경, 데이터 전송률 등이 포함된 통신 비용 효율을 고려하여 고주파(High Frequency;HF) 대역 통신, 초고주파(Very High Frequency;VHF) 대역 통신 또는 위성 통신 중 최적화된 통신 모드를 선택하여 항해 중인 선박이 지상기지국과 통신할 수 있도록 하는 다중대역 통신 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 다중대역 통신시스템이 장착된 선박과 지상기지국을 포함하는 해양 네트워크의 기본 구조를 제공하며, 다중대역 통신시스템을 이용한 실시간 해양 물류 위치 추적 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 해양 네트워크를 위한 다중대역 통신 시스템의 일례는 통신 모드에 따른 통신 비용을 나타내는 코스트 매트릭스(Cost-Matrix)에 따라 고주파(High Frequency;HF) 대역 통신, 초고주파(Very High Frequency;VHF) 대역 통신 또는 위성 통신 중 어느 하나로 선택된 통신 모드에 따라 통신 모드 전환동작을 수행하며, 전환된 통신 모드에 따라 IP(Internet protocol)에 기반한 백본(Backbone) 네트워크에 연결된 지상기지국과 데이터 정보를 송수신하는 물리적 계층; 코스트 매트릭스(Matrix)에 따라 어느 하나의 통신 모드를 선택하고, 물리적 계층이 선택된 통신 모드로 전환동작을 수행하도록 제어하는 데이터 링크 계층; 및 데이터 링크 계층이 초고주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선택한 경우, 이웃하는 선박을 통하여 지상기지국과 초고주파(VHF) 대역 통신을 수행하기 위한 최단 경로를 검색하는 네트워크 계층;을 포함한다.
여기서, 데이터 링크 계층이 고주파(HF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하는 경우, 물리적 계층은 지상기지국과 직접 고주파(HF) 대역 통신을 수행하며, 데이터 링크 계층이 초고주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하는 경우, 물리적 계층은 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Network) 방법을 이용하여 이웃하는 선박을 통해 지상기지국과 초고주파(VHF) 대역 통신을 수행하며, 데이터 링크 계층이 위성 통신을 통신 모드로 선택하는 경우, 물리적 계층은 인공 위성을 통하여 지상기지국과 위성 통신을 수행할 수 있다.
여기서, 데이터 링크 계층은 코스트 매트릭스에 따라 어느 하나의 통신 모드를 선택하여 선택된 통신 모드의 주파수 대역에 따라 프레임을 변환하고, 맥 프로토콜을 설정하는 맥 컨트롤러;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 코스트 매트릭스(Matrix)는 이웃하는 선박의 유무를 포함하며, 데이터 전송률, 서비스품질(QoS), 송수신 신호의 전력 레벨 또는 서비스 비용 중 적어도 하나의 코스트 파라미터를 포함할 수 있다.
또한, 코스트 매트릭스에 포함되는 각각의 코스트 파라미터에 대한 가중치가 부여되며, 맥 컨트롤러는 코스트 매트릭스가 최소가 되는 모드를 어느 하나의 통신 모드로 선택할 수 있다.
또한, 물리적 계층은 이웃하는 선박의 유무를 탐지하며, 데이터 링크 계층은 이웃하는 선박이 있는 경우, 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Network) 방법을 이용하여 이웃하는 선박을 통해 지상기지국과 통신할 수 있도록 초고주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하고, 이웃하는 선박이 없는 경우, 지상기지국과 직접 통신을 할 수 있도록 고주파(HF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하고, 초고주파(VHF) 대역 통신이나 고주파(HF) 대역 통신을 통신 모드로 선택할 수 없는 경우 위성 통신을 통신 모드로 선택할 수 있다.
또한, 물리적 계층은 이웃하는 다른 선박으로부터 데이터 정보를 수신받는 경우, 데이터 링크 계층에 의해 선택된 어느 하나의 통신 모드를 통해 수신받은 데이터 정보를 릴레이 하기 위해 지상기지국과 통신을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일례에 따른 다중대역 통신 방법은 통신 모드에 따른 통신 비용을 나타내는 코스트 매트릭스(Cost-Matrix)에 따라 고주파(HF) 대역 통신, 초고주파(VHF) 대역 통신 또는 위성 통신 중 어느 하나의 통신 모드를 선택하는 모드 선택 단계; 및 모드 선택 단계에서 선택된 통신 모드에 따라 통신 모드 전환동작을 수행하며, 전환된 통신 모드에 따라 IP(Internet protocol)에 기반한 백본(Backbone) 네트워크에 연결된 지상기지국과 데이터 정보를 송수신하는 통신 단계;을 포함한다.
여기서, 다중대역 통신 방법은 모드 선택 단계에서 초고주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선택된 경우, 통신 단계 이전에 이웃하는 선박을 통하여 지상기지국과 초고주파(VHF) 대역 통신을 수행하기 위한 최단 경로를 검색하는 최단 경로 검색 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 코스트 매트릭스(Matrix)는 이웃하는 선박의 유무를 포함하며, 데이터 전송률, 서비스품질(QoS), 송수신 신호의 전력 레벨 또는 서비스 비용 중 적어도 하나의 코스트 파라미터를 포함할 수 있다.
또한, 모드 선택 단계는 이웃하는 선박이 있는 경우, 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Network) 방법을 이용하여 이웃하는 선박을 통해 지상기지국과 통신할 수 있도록 초고주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하거나, 이웃하는 선박이 없는 경우, 지상기지국과 직접 통신을 할 수 있도록 고주파(HF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하거나, 초고주파(VHF) 대역 통신이나 고주파(HF) 대역 통신을 통신 모드로 선택할 수 없는 경우 위성 통신을 통신 모드로 선택할 수 잇다.
또한, 본 발명에 따른 해양 네트워크의 일례는 이웃하는 선박의 유무, 채널 환경, 데이터 전송률 및 서비스품질(QoS)을 포함하는 코스트 매트릭스(Matrix)에 따라 고주파(HF) 대역 통신, 초고주파(VHF) 대역 통신 또는 위성 통신 중 어느 하나의 통신 모드를 선택하여 데이터 정보를 송수신하는 다중대역 통신시스템을 구비한 항해 선박; 및 IP(Internet protocol)에 기반한 백본(Backbone) 네트워크에 연결되며, 항해 선박과 송수신하는 데이터 정보를 백본(Backbone) 네트워크로 중개하는 지상기지국;을 포함한다.
여기서, 다중대역 통신시스템은 선택된 통신 모드에 따라 통신 모드 전환동작을 수행하며, 전환된 통신 모드에 따라 지상기지국과 데이터 정보를 송수신하는 물리적 계층; 코스트 매트릭스(Matrix)에 따라 고주파(HF) 대역 통신, 초고주파(VHF) 대역 통신 또는 위성 통신 중 어느 하나의 통신 모드를 선택하고, 물리적 계층이 선택된 통신 모드로 전환동작을 수행하도록 제어하는 데이터 링크 계층; 및 데이터 링크 계층에서 초고주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선택된 경우, 이웃하는 선박들을 통하여 지상기지국과 초고주파(VHF) 대역 통신을 수행하기 위한 최단 경로를 검색하는 네트워크 계층;을 포함할 수 있다.
또한, 다중대역 통신시스템이 고주파(HF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하는 경우, 항해 선박은 지상기지국과 직접 고주파(HF) 대역 통신을 수행하며, 다중대역 통신시스템이 초고주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하는 경우, 항해 선박은 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Network) 방법을 이용하여 이웃하는 선박을 통하여 지상기지국과 초고주파(VHF) 대역 통신을 수행하며, 다중대역 통신시스템이 위성 통신을 통신 모드로 선택하는 경우, 항해 선박은 인공 위성을 통하여 지상기지국과 위성 통신을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다중대역 통신시스템을 이용한 실시간 해양 물류 위치 추적 방법의 일례는 (a) 전술한 다중대역 통신시스템을 구비한 항해 선박이 IP(Internet protocol)에 기반한 백본(Backbone) 네트워크에 연결되며, 항해 선박과 송수신하는 데이터 정보를 백본(Backbone) 네트워크로 중개하는 지상기지국으로부터 위치 추적을 원하는 컨테이너의 위치와 결함 여부에 대한 정보를 요청받는 단계; (b) 항해 선박이 유비쿼터스 네트워크(Ubiquitous Sensor Network;USN) 또는 전자태크(Radio-Frequency IDentification;RFID)를 이용하여 컨테이너가 항해 선박에 선적되어 있는지 검색하고, 컨테이너가 선적되어 있는 경우 컨테이너의 결함 여부를 탐지하는 단계; 및 (c) 항해 선박이 다중대역 통신시스템을 이용하여 (b) 단 계의 결과에 대한 데이터 정보를 코스트 매트릭스(Matrix)에 따라 어느 하나의 통신 모드를 선택하여 회신하는 단계;를 포함한다.
여기서, (c) 단계는 항해 선박과 이웃하는 선박이 있는 경우 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Network) 방법을 이용하여 이웃하는 선박을 통해 지상기지국과 초고주파(VHF) 대역 통신을 하거나, 이웃하는 선박이 없는 경우 지상기지국과 직접 고주파(HF) 대역 통신을 하거나, 초고주파(VHF) 대역 통신이나 고주파(HF) 대역 통신이 불가능한 경우 인공위성을 통해 지상기지국과 위성 통신을 할 수 있다.
본 발명에 따른 다중대역 통신 시스템 및 방법은 데이터 링크 계층이 통신 비용 효율을 고려하여 고주파(High Frequency;HF) 대역 통신, 초고주파(Very High Frequency;VHF) 대역 통신 또는 위성 통신 중 최적화된 통신 모드를 선택하고, 물리적 계층이 선택된 통신 모드에 따라 통신을 수행하도록 함으로써 항해 중인 선박에 최적화된 통신 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 이와 같은 다중대역 통신 시스템 및 방법을 이용하여 다중대역 통신시스템이 장착된 선박과 지상기지국을 포함하는 해양 네트워크의 기본 구조를 제공하고, 다중대역 통신시스템을 이용한 실시간 해양 물류 위치 추적 방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명 한다.
우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 다중대역 통신 시스템을 이용한 해양 네트워크 구조의 일례를 설명하기 위한 도이다.
해양 네트워크는 도 1에 도시된 바와 같이, 다중대역 통신 시스템을 장착한 항해 선박(100), 지상기지국(200)을 포함하며, 인공위성(300)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 부표와 같은 중계국은 관리의 어려움과 공동 어업권에 대한 복귀 때문에 고려되지 않았을 수 있다. 한편, 지상기지국(200)과 항해 선박(100) 각각은 다른 역할을 갖는다.
여기서, 다중대역 통신시스템은 물리적 계층, 데이터 링크 계층, 네트워크 계층이 포함된다. 이와 같은 다중대역 통신시스템의 구성에 대한 보다 상세한 설명 은 도 4를 통하여 설명한다.
항해 선박(100)은 다중대역 통신시스템을 구비하며, 다중대역 통신시스템을 통하여 통신 모드에 따른 통신 비용을 나타내는 코스트 매트릭스(Matrix)에 따라 고주파(HF) 대역 통신, 초고주파(VHF) 대역 통신 또는 인공위성(300) 통신 중 어느 하나의 통신 모드를 선택하여 데이터 정보를 송수신하는 기능을 한다.
보다 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 항해 선박(100)에 구비된 다중대역 통신시스템이 (1) 고주파(HF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하는 경우, 항해 선박(100)은 지상기지국(200)과 직접 고주파(HF) 대역 통신을 수행할 수 있으며, (2) 다중대역 통신시스템이 초고주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하는 경우, 항해 선박(100)은 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Network) 방법을 이용하여 항해 선박(100)과 이웃하는 선박(400)을 통하여 지상기지국(200)과 초고주파(VHF) 대역 통신을 수행할 수 있으며, (3) 다중대역 통신시스템이 인공위성(300) 통신을 통신 모드로 선택하는 경우, 항해 선박(100)은 인공위성(300)을 통하여 지상기지국(200)과 인공위성(300) 통신을 수행할 수 있는 것이다.
지상기지국(200)은 항해 선박(100)과 통신을 위한 다중대역 통신시스템을 구비하며, 이와 같은 다중대역 통신시스템은 IP(Internet protocol)에 기반한 백본(Backbone) 네트워크에 연결되어 항해 선박(100)과 송수신하는 데이터 정보를 백본(Backbone) 네트워크로 중개하는 기능을 한다. 즉, 지상기지국(200)은 내장하고 있는 어플리케이션 서버들을 동작시킴으로써 항해 선박(100)에 다양한 해양 멀티미디어 서비스를 제공할 수 있다. 게다가, IP에 기반한 백본 네트워크(backbone network)에 연결된 지상기지국(200)은 항해 선박(100)에 IP 기반 멀티미디어 서비스를 가능하게 하는 기능을 제공한다.
만약 복수의 항해 선박(100)들이 특정 주파수 대역 통신을 사용하고 있는 지상기지국(200)에 연결하기 위해 경쟁하는 경우, 이와 같은 경쟁은 다중대역 통신시스템에 포함되는 데이터 링크 계층에서 효율적인 채널 접근 기술로 해결할 수 있다.
이와 같이 다중대역 통신을 달성하기 위해서는 지상기지국(200)과 항해 선박(100)뿐만 아니라 해양 네트워크를 구성하는 모든 노드에 다중대역 통신 시스템을 장착할 것이 요구된다. 따라서, 앞에서 언급하지는 않았지만, 항해 선박(100)에 이웃하는 선박(400)과 인공위성(300)도 다중대역 통신시스템이 장착된 것을 전제로 한다.
또한, 해양 네크워크의 토폴로지(topology)는 고정되어 있지 않다. 이는 해상의 모든 항해 선박(100) 중 비록 몇몇의 항해 선박(100)들이 특정 육지 루트를 따라 항해한다고 할지라도, 서로 다른 방향과 속도를 가지고 그들의 목적지를 향하여 항해하고 있기 때문이다.
따라서, 이와 같이 주어진 네트워크 토폴로지 환경 하에서, 항해 선박(100)은 주파수 대역의 측면에서 지상기지국(200)에 연결성을 가지고 있다. 즉, 항해 선박(100)은 대략 수천 km에 이르는 긴 전송 거리 때문에 고주파(HF) 대역 통신을 이용함으로써 직접적인 방법으로 지상기지국(200)에 접근할 수 있다.
또한, 항해 선박(100)은 대양의 어느 곳을 항해하더라도 인공위성(300)을 통 하여 지상기지국(200)과 통신할 수 있다. 그러나, 초고주파(VHF) 대역 통신의 전송 거리는 수십 km 보다 짧다. 그래서 초고주파(VHF) 대역 통신을 이용하기 위한 항해 선박(100)은 직접적으로 지상기지국(200)에 초고주파(VHF) 대역 통신을 이용하여 접근할 수 없는 너무 먼 원해에 위치하는 경우, 항해 선박(100)은 최종적으로 지상기지국(200)에 접근하기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이, 애드 혹 (Ad-hoc) 방법으로 이웃하는 선박(400)을 통하여 데이터를 전송할 수 있는 것이다.
이와 같이 항해 선박(100)이 지상의 기지국과 통신할 수 있는 고주파(HF) 대역 통신, 초고주파(VHF) 대역 통신 및 위성 통신 중 어느 하나의 통신 모드를 선택하는 것은 코스트 매트릭스(Matrix)에 따라 정해진다.
여기서, 코스트 매트릭스(Matrix)는 통신 모드에 따른 통신 비용을 나타내는 매트릭스로, 이웃하는 선박의 유무를 포함하며, 데이터 전송률, 서비스품질(QoS), 송수신 신호의 전력 레벨 또는 서비스 비용 중 적어도 하나의 코스트 파라미터(Cost Parameter)를 포함할 수 있다.
여기서, 각각의 코스트 파라미터에 대해서는 각각의 가중치가 부여되며, 각각의 가중치는 서로 다른 값을 가질 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 다중대역 통신시스템은 다양한 코스트 파라미터(Cost Parameter)를 고려하여 최적화된 통신 모드를 결정할 수 있는 것이다.
도 2a 및 2b는 본 발명에 따른 다중대역 통신시스템을 이용한 실시간 해양 물류 위치 추적 방법의 일례를 설명하기 위한 도이다.
본 발명에 따른 실시간 해양 물류 위치 추적(real-time maritime logistics location tracking ;RML2T) 방법은 항해중의 테러에 의해 위협을 받는 항해 선박(100) 물류에 대해 원격 제어와 감시의 필요성에 의해 동기가 부여된다.
이와 같은 실시간 해양 물류 위치 추적을 위해 무선 주파수 식별(Radio-Frequency IDentification ;RFID)을 위한 전자 태그가 각 컨테이터의 위치를 추적하기 위하여 각각의 컨테이너에 부착되는 것을 전제로 한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 컨테이너가 많은 항구의 경우, 유비쿼터스 센서 네트워크(ubiquitous sensor network ;USN)와 RFID와 같은 무선 토폴로지의 도움으로, 특정 컨테이너의 위치는 항구에서 검출될 수 있다(S0).
그러나, 위치 추적을 원하는 컨테이너가 선박에 선적되어 항구로부터 멀리 떨어진 경우에도, 본 발명에 따른 실시간 해양 물류 위치 추적 방법은 지상기지국(200)을 통하여 컨테이너가 선적된 해당 항해 선박(100)에 정보를 요청하고, 해당 항해 선박(100)으로부터 그 결과를 회신받음으로써 특정 컨테이너의 위치와 안전성을 지속적으로 추적할 수 있는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 실시간 해양 물류 위치 추적 방법은 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 항해 선박(100)이 지상기지국(200)으로부터 위치 추적을 원하는 컨테이너의 위치와 결함 여부에 대한 정보를 요청받으면(S1), 항해 선박(100)은 유비쿼터스 네트워크(USN) 또는 전자태크(RFID)를 이용하여 컨테이너가 항해 선박(100)에 선적되어 있는지 검색하고, 컨테이너가 선적되어 있는 경우 컨테이너의 결함 여부를 탐지하여 해당 컨테이너의 상태를 조사한다(S2).
한편, S1 단계에 대해 도 2a에서는 고주파(HF) 대역 통신으로 정보 요청을 받는 것을 일례로 도시하였지만, 이와 다르게 초고주파(VHF) 대역 통신이나 위성 통신으로 정보 요청을 받을 수도 있다.
S2 단계가 끝나면, 항해 선박(100)은 S2 단계의 결과에 대한 데이터 정보를 코스트 매트릭스(Matrix)에 따라 고주파(HF) 대역 통신, 초고주파(VHF) 대역 통신 또는 위성 통신 중 어느 하나의 통신 모드를 선택하여 지상기지국(200)으로 회신하는 하게 된다(S3). 따라서, 만약 항해 선박(100)이 컨테이너의 어떤 결함이나 사고를 발견한 경우, 해당 항해 선박(100)은 역방향으로 결함 정보를 지상기지국(200)에 알릴 수 있는 것이다.
항해 선박(100)과 지상기지국(200) 사이에서 회신 단계(S3)의 데이터 정보는 다음의 룰의 일례에 의해 전송될 수 있다.
먼저, 항해 선박(100)은 전술한 정보를 전송하기 위하여 이웃하는 선박(400)을 탐지하여 이웃하는 선박(400)이 있는 경우, 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Network) 방법을 이용하여 이웃하는 선박(400)을 통해 지상기지국(200)과 초고주파(VHF) 대역 통신을 시도한다(S3(1)). 따라서, 예를 들어 항해 선박이 해안가나 근해에 있는 경우 항해 선박은 초고주파(VHF) 애드 혹 네트워크를 이용하여 회신 데이터 정보를 제공할 수 있다.
만약, 항해 선박(100)이 이웃하는 선박(400)이 없어, 초고주파(VHF) 대역 통신에 실패를 경험하면, 지상기지국(200)과 인공위성(300) 통신보다는 상대적으로 비용이 적게 드는 고주파(HF) 대역 통신을 직접 시도한다(S3(2)).
그리고, 마지막으로 인공위성(300) 통신은 초고주파(VHF) 대역 통신이나 고주파(HF) 대역 통신이 불가능한 경우에 이용된다. 또는 인공위성(300) 통신은 테러나 사고와 같이 긴급 상황을 지상기지국(200)에 알리는 경우에 이용될 수 있다.(S3(3))
여기의 도 2a 및 2b에서는 회신 단계(S3)에서 일례로 초고주파(VHF) 대역 통신 -> 고주파(HF) 대역 통신 -> 위성 통신 순으로 통신을 시도하는 것을 일례로 하였으나, 이와 다른 순서로, 다중대역 통신시스템의 코스트 매트릭스(Cost-Matrix)에 따라 최적의 통신 모드로 수행될 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 다중대역 통신방법이 적용될 수 있는 선박 멀티미디어 서비스(Ship Multimedia Service ;SMS)의 일례를 설명하기 위한 도이다.
선박 멀티미디어 서비스(SMS)는 지상의 유선과 무선 네트워크와 같이 항해 중인 선박에 비용 효율을 추구하여 다양한 멀티미디어 서비스를 제공하기 위함이다. 이와 같은, 선박 멀티미디어 서비스(SMS)는 멀티미디어 서비스에 따라 항해 선박(100)의 서비스 품질(QoS)과 비용부과 정책을 제공함으로써 항해 선박(100)의 위치와 무관하게 서비스 일관성을 지원하는 것을 목표로 한다.
항해 선박(100)의 서비스 품질(QoS)은 지상기지국(200) 핸드 오버 기술(handover)로 보장될 수 있다. 따라서, 항해 선박(100)이 다중대역 통신 시스템을 장착함에 따라, 항해 선박(100)은 원하는 멀티미디어 서비스에 따라 통신 모드의 형태를 효과적으로 선택할 수 있다.
이와 같은 선박 멀티미디어 서비스(SMS)는 다중대역 통신방법이 적용되며, 다중대역 통신방법은 도 4에 도시된 다중대역 통신시스템에 의해 실현될 수 있다.
여기서 다중대역 통신 방법은 모드 선택 단계 및 통신 단계를 포함하며, 최단 경로 검색 단계를 더 포함할 수 있다.
모드 선택 단계는 통신 모드에 따른 통신 비용을 나타내는 코스트 매트릭스(Cost-Matrix)에 따라 고주파(HF) 대역 통신, 초고주파(VHF) 대역 통신 또는 위성 통신 중 어느 하나의 통신 모드를 선택하는 기능을 한다. 이와 같은 모드 선택 단계를 통하여 선박 멀티미디어 서비스는 선박의 위치와 무관하게 최적의 통신 모드로 서비스를 지원함으로써 일관된 서비스를 지원할 수 있는 것이다.
이와 같은 모드 선택 단계는 일례로, 이웃하는 선박(400)이 있는 경우, 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Network) 방법을 이용하여 이웃하는 선박(400)을 통해 지상기지국(200)과 통신할 수 있도록 초고주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하거나, 이웃하는 선박(400)이 없는 경우, 지상기지국(200)과 직접 통신을 할 수 있도록 고주파(HF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하거나, 초고주파(VHF) 대역 통신이나 고주파(HF) 대역 통신을 통신 모드로 선택할 수 없는 경우 위성 통신을 통신 모드로 선택할 수 있는 것이다.
통신 단계는 모드 선택 단계에서 선택된 통신 모드에 따라 통신 모드 전환동작을 수행하며, 전환된 통신 모드에 따라 IP(Internet protocol)에 기반한 백본(Backbone) 네트워크에 연결된 지상기지국(200)과 데이터 정보를 송수신하는 기능을 한다. 여기서, 선택된 통신 모드에 따라 송수신 될 수 있는 데이터 정보로는 예를 들어 이메일(e-mail), 텍스트(Text) 또는 용량이 작은 데이터 등이 포함될 수 있다.
최단 경로 검색 단계는 모드 선택 단계에서 초고주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선택된 경우, 통신 단계 이전에 이웃하는 선박(400)을 통하여 지상기지국(200)과 초고주파(VHF) 대역 통신을 수행하기 위한 최단 경로를 검색하는 기능을 한다.
다음은 전술한 바와 같은 다중대역 통신 방법이 적용되는 선박 멀티미디어 서비스(SMS)가 지원할 수 있는 서비스의 일례를 설명한다.
(1) 선박 멀티미디어 서비스(SMS)는 항해 선박(100)dl 정박해 있을 때 무선 광대역(Wibro), Wi-Fi, USN 또는 RFID와 같은 상업 통신 서비스의 도움으로 지상 기지국만큼 동등하게 IP에 기반을 둔 멀티미디어 서비스를 이용할 수 있다.
(2) 또한, 선박 멀티미디어 서비스(SMS)는 항해 선박(100)이 낮은 데이터 전송률의 데이터 전송(예를 들면, 이메일, 본문 메시지 등)을 사용하는 고주파(HF) 대역 통신을 사용할 수 있도록 하거나, 바다 어디에서도 이메일을 보낼 수 있도록 지원할 수 있다.
(3) 또한, 선박 멀티미디어 서비스(SMS)는 항해 선박(100)이 애드 혹(Ad-hoc) 네트워킹이 가능한 해안선이나 근해에서 비교적 높은 데이터 전송률과 IP기반 멀티미디어 서비스를 채용하여 초고주파(VHF) 대역 통신을 이용할 수 있도록 지원할 수 있다. 만약 항해 선박(100)이 더 이상 애드 혹(Ad-hoc) 네트워킹 환경하에서 초고주파(VHF) 대역 통신을 이용할 수 없는 경우, 고주파(HF) 대역 통신 또는 인공 위성(300) 통신의 통신 모드로 신속히 변환할 수 있도록 할 수 있다.
(4) 또한, 선박 멀티미디어 서비스(SMS)에서 이용 가능한 인공위성(300) 통신은 고비용이긴 하지만, 항해 선박(100)에 고속 데이터 전송률과 지연 허용 편차(delay-tolerance)를 가진 가장 신뢰할 무선 링크로 제공될 수 있다. 그래서, 항해 선박(100)은 인공위성(300) 통신을 긴급 상황이나 양호한 서비스 품질(QoS)이 요구되는 지역에서 이용할 수 있는 것이다.
다음, 도 4는 본 발명에 따라 해양 네트워크의 노드를 구성하며, 실시간 해양 물류 위치 추적 방법(RML2T)이나 선박 멀티미디어 서비스(SMS)를 구현하는 다중대역 통신시스템의 일례를 설명하기 위한 도이다.
본 발명에 따른 다중대역 통신 시스템(500)은 각 주파수 대역의 통신이 독립적으로 실행되지 아니하고, 원하는 멀티미디어 서비스에 관하여 적절한 통신 모드를 선택하여 비용 효율을 좋게 하기 위한 것이다.
이와 같은 다중대역 통신 시스템(500)은 도 4에 도시된 바와 같이 물리적 계층(510), 데이터 링크 계층(520) 및 네트워크 계층(530)을 포함할 수 있다.
물리적 계층(510)(Physical Layer)은 기본적으로 고주파(High Frequency;HF) 대역 통신, 초고주파(Very High Frequency;VHF) 대역 통신 또는 위성 통신 중 어느 하나로 선택된 통신 모드에 따라 통신 모드 전환동작을 수행하며, 전환된 통신 모드에 따라 IP(Internet protocol)에 기반한 백본(Backbone) 네트워크에 연결된 지상기지국(200)과 데이터 정보를 송수신하는 기능을 하며, 전술한 통신 모드 중 우 선적으로 초고주파(VHF) 통신을 사용하기 위해서 이웃하는 선박(400)을 탐지할 수 있다.
이와 같은 물리적 계층(510)에는 선택된 통신 모드에 따라 초고주파(VHF) 대역 통신, 고주파(HF) 대역 통신 및 위성 통신 각각을 수행하기 위한 초고주파(VHF) 통신 장치(511), 고주파(HF) 통신 장치(512) 및 위성 통신 장치(513)가 포함된다.
이와 같은, 물리적 계층(510)에서는 우선적으로 초고주파(VHF) 통신을 사용하기 위해서 신호를 감지하여 이웃하는 선박(400)을 탐지하고, 이때, 이웃하는 선박(400)이 있으면, 이웃하는 선박(400)에게 초고주파(VHF) 통신을 사용하여 통신을 시도할 수 있다. 그러나, 만약 이웃하는 선박(400)들이 없으면 데이터 링크 계층(520)에 포함되는 맥 컨트롤러(525)에 의해 고주파(HF) 대역 통신이나 인공위성(300) 통신으로 전환된 통신 모드에 따라 고주파(HF) 대역 통신이나 인공위성(300) 통신을 수행하는 것이다.
또한, 물리적 계층(510)에서는 이웃하는 다른 선박으로부터 데이터 정보를 수신받는 경우, 맥 컨트롤러(525)를 통해 어느 하나의 통신 모드를 선택하고, 선택된 통신 모드를 통해 수신받은 데이터 정보를 릴레이 하기 위해 지상기지국(200)과 통신을 수행할 수 있다. 이는 초고주파(VHF) 통신을 사용할 때 각 항해 선박(100)들이 릴레이 역할을 수행하여 이웃하는 선박(400)에게 받은 데이터 정보를 수신하여, 육상 지상기지국(200)과 보다 가까운 다른 선박들에게 전달하여 최종적으로 육상 지상기지국(200)으로 데이터를 전송하기 위해서이다.
이와 같은 물리적 계층(510)은 다음의 사항들을 고려하여 설계될 수 있다.
첫 번째로, (1) 다중경로 페이딩, 신호 감쇄, 신호 굴절을 고려하는 채널 모델링, (2) 전송 범위, (3) 적절한 커리어 주파수와 대역폭, (3) 변조 및 복조 기술, (4) 다중화 및 역다중화 기술, (5) 목표 데이터 전송률, (6) 송신 및 수신 전력 레벨, (7) 송신 및 수신 스위칭 타임, (8) 전력 공급기, (9) 비트에러율(bit error rate ;BER)과 같은 목표 성능, (10) 디지털 신호 처리(DSP) 기술, (11) 빔형성 및 다중 입력 다중 출력(multiple input multiple output ;MIMO) 기술, (12) 데이터 인터페이스
두 번째로, ITU, 국제 해양 조직(international maritime organization ;IMO), 국제 전기 표준화 회의(international electrotechnical commission ;IEC) 또는 유럽 전기 통신 표준화 협회(european telecommunications standards institute ; ETSI)와 같은 현재의 표준을 조사할 필요가 있다.
세 번째로, 통신 및 안테나 모듈을 포함하는 복수의 모듈, 다중대역 통신 시스템(500)의 구성을 조사할 필요가 있다. 최종적으로, 기본적인 시스템 구조가 실제적으로 설계될 필요가 있다. 기본적인 시스템 구조는 복수 개의 모듈의 통합을 포함하고, 통신 인터페이스를 정의하여, 따라서 통신 시스템 플랫폼을 전술한 사항을 고려하여 설계할 수 있다.
다음, 데이터 링크 계층(520)(Data-link layer)은 기본적으로 코스트 매트릭스(Matrix)에 따라 고주파(HF) 대역 통신, 초고주파(VHF) 대역 통신 또는 위성 통신 중 어느 하나의 통신 모드를 선택함으로써 최적화된 통신 모드를 결정하고, 물 리적 계층(510)이 선택된 통신 모드로 전환동작을 수행하도록 제어하는 기능을 하며, 주파수 대역에 따른 맥(Medium Access Control; MAC) 프로토콜(521, 522, 523)을 이용하여 복수의 선박 사이에서 통신 채널에 대한 접속을 관리할 수 있다. 여기서, 코스트 매트릭스(Matrix)는 도 1에서 전술한 바와 같이 다양한 코스트 파라미터를 포함할 수 있으며, 각각의 코스트 파라미터는 가중치를 가질 수 있다.
이와 같은 데이터 링크 계층(520)에는 도시된 바와 같이 맥 컨트롤러(525) 및 각각의 통신 모드에 따른 맥 프로토콜(521, 522, 523)을 포함할 수 있다.
맥 컨트롤러(525)는 복수의 선박 사이에서 통신 채널에 접속하기 위하여 코스트 매트릭스에 따라 어느 하나의 통신 모드를 선택하여 선택된 통신 모드의 주파수 대역에 따라 프레임을 변환하고, 선택된 통신 모드에 따른 맥 프로토콜을 설정하는 기능을 한다.
보다 구체적으로 맥 컨트롤러(525)는 최적화된 통신 모드를 선택하기 위하여 선박들의 분포 여부, 채널 환경, 데이터 전송률 및 서비스품질(QoS)을 포함하며, 각각에 대한 가중치가 부여된 코스트 메트릭스가 최소가 되는 모드를 통신 모드로 선택하고, 선택된 통신 모드의 주파수 대역에 따라 데이터 정보의 프레임 포맷을 변환하고, 물리적 계층(510)에 포함되는 각 통신 장치(511, 512, 513)가 동작되도록 맥 프로토콜(521, 522, 523)을 설정하는 기능을 하는 것이다.
각각의 맥 프로토콜(521, 522, 523)은 맥 컨트롤러(525)의 설정에 따라 물리적 계층(510)의 각 통신 장치(511, 512, 513) 중 선택된 통신 모드에 대응하는 통신 장치가 동작되도록 제어하는 기능을 한다. 예를 들어, 맥 컨트롤러(525)가 초고 주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하고, 데이터 정보의 프레임 포맷을 초고주파(VHF) 대역 통신이 가능하도록 VHF 맥 프로토콜(521)에 맞게 변환하면, VHF 맥 프로토콜(521)은 물리적 계층(510)에서 동작할 통신 장치가 초고주파(VHF) 대역 통신 장치로 전환되도록 제어하고, 프레임 포맷이 변환된 데이터 정보가 초고주파(VHF) 대역 통신 장치(511)를 통하여 송신될 수 있도록 물리적 계층(510)을 제어하는 기능을 하는 것이다.
이와 같은 방법으로 데이터 링크 계층(520)이 고주파(HF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하는 경우, 물리적 계층(510)은 지상기지국(200)과 직접 고주파(HF) 대역 통신을 수행하며, 데이터 링크 계층(520)이 초고주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하는 경우, 물리적 계층(510)은 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Network) 방법을 이용하여 이웃하는 선박(400)을 통해 지상기지국(200)과 초고주파(VHF) 대역 통신을 수행하며, 데이터 링크 계층(520)이 위성 통신을 통신 모드로 선택하는 경우, 물리적 계층(510)은 인공 위성을 통하여 지상기지국(200)과 위성 통신을 수행할 수 있는 것이다.
이와 같은 맥 프로토콜은 주파수 대역의 측면을 적절하게 고려하여 설계될 필요가 있으며, 인공위성(300) 통신과 고주파(HF) 대역 통신을 위한 맥 프로토콜로 표준화되거나 연구된 맥 프로토콜로부터 직접적으로 채용할 수 있다. 또한, 맥 프로토콜의 설계는 애드 혹(Ad-hoc) 방식 하의 멀티 홉(multi-hop) 통신환경 때문에 초고주파(VHF) 대역 통신을 위한 맥 프로토콜을 설계하는데 주로 집중할 필요가 있다.
이와 같은 초고주파(VHF) 대역 통신을 위한 프로토콜은 두 가지 후보가 있다. 하나는 반송파 감지 다중 엑세스 / 충돌 회피(carrier sense multiple access/ collision avoidance ;CSMA/ CA)인 IEEE 802.11이다. 다른 하나는 ITU-R 반송파 감지-시분할 다중 접속(carrier sense- time division multiple access ;CS-TDMA)이다. 이와 같은 맥 프로토콜 각각은 장단점(pros and cons)이 있다. CSMA/ CA는 지상의 애드 혹 네트워크를 목표로 하는 MAC 프로토콜인 장점이 있지만, 해양 네트워크에 대한 MAC 프로토콜로서 입증되지 않았다.
또한, CSMA/ CA는 숨겨진 터미널 문제가 여전히 노출된다. 반면, CS-TDMA는 ITU-R에 의해 해양 초고주파(VHF) 대역 통신에 대한 맥 프로토콜로서 인식되어 왔다. 그러나, CS-TDMA는 바다에 항해 선박(100)이 드문드문하게 전개될 때, 심각한 저사용률(under-utilization)을 초래할 수 있다. 이점에 대한 초고주파(VHF) 대역 통신에 대한 맥 프로토콜은 그 장단점을 고려하여 목표 멀티미디어 서비스 측면에서 두 가지의 맥 프로토콜 타입을 결정할 필요가 있는 것이다.
다음, 네트워크 계층(530)은 애드 혹 네트워킹 방식에서 멀티 홉(Multi Hop) 통신을 하는 초고주파(VHF) 대역 통신을 위하여 항해 선박(100)과 지상기지국(200) 사이에 적절한 통신을 결정하기 위한 라우팅 프로토콜의 역할을 한다. 보다 구체적으로 네트워크 계층(530)은 데이터 링크 계층(520)이 초고주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선택한 경우, 이웃하는 선박(400)을 통하여 지상기지국(200)과 초고주파(VHF) 대역 통신을 수행하기 위한 최단 경로를 검색하는 기능을 수행함으로써, 물리적 계층(510)에서 송신할 데이터 정보의 최적 경로를 제공하게 된다.
여기서, 라우팅 프로토콜은 두 개의 카테고리로 구분될 수 있다.
하나는 경로 생성과 관리를 구동 메시지와 이벤트 구동 메시지 모두를 통하여 주기적으로 수행하는 순방향 라우팅(Proactive(table-driven) routing) 프로토콜이 있다. 이와 같은 순방향 라우팅 프로토콜에는 DSDV(Destination-sequenced distance-vector), 무선 라우팅 프로토콜(wireless routing protocol ;WRP), CGSR(cluster-head gateway switching routing) 등이 포함된다.
다른 하나는 요구할 때에만 두 항해 선박(100) 사이의 경로 정보를 제공하는 리액티브 라우팅(Reactive(on demand) routing) 프로토콜이 있다. 이와 같은 리액티브 라우팅(on-demand) 프로토콜에는 AODV(Ad-hoc on-demand distance vecto) 라우팅 프로토콜과 동적 소스 라우팅(dynamic source routing ;DSR) 등이 포함될 수 있다.
이와 같이 두 개의 카테고리로 구분되는 라우팅 프로토콜 중 네트워크 계층(530)은 AODV 라우팅 프로토콜 또는 동적 소스 라우팅(DSR)을 포함하는 리액티브 라우팅 프로토콜을 이용하여 최소 경로를 검색할 수 있는 것이다. 이는 항해 선박(100)이 랜덤하게 전개되며, 토폴로지가 동적이므로 순방향 라우팅 프로토콜로는 라우팅 데이블의 유지하여 해양 네트워크를 달성하는 것이 어렵기 때문이다.
따라서, 해양 네트워크에 대한 라우팅 프로토콜은 멀티미디어 서비스 시나리오와 네트워크 환경을 반영하여 리액티브 라우팅 프로토콜로 설계될 필요가 있는 것이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 다중대역 통신 시스템은 실시간 해양 물류 위치 추적 방법이나 선박 멀티미디어 서비스에 구현할 수 있도록 하며, 해양 네트워크의 노드를 구성하는 기능을 한다. 이와 같은 다중대역 통신 시스템에 의하면, 다중대역 중 코스트 매트릭스를 고려하여 최적의 통신 모드로 통신할 수 있도록 함으로써 비용 효율이 양호한 통신 서비스를 제공할 수 있는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 다중대역 통신 시스템을 이용한 해양 네트워크 구조의 일례를 설명하기 위한 도.
도 2a 및 2b는 본 발명에 따른 다중대역 통신시스템을 이용한 실시간 해양 물류 위치 추적 방법의 일례를 설명하기 위한 도.
도 3은 본 발명에 따른 다중대역 통신방법이 적용될 수 있는 선박 멀티미디어 서비스(Ship Multimedia Service ;SMS)의 일례를 설명하기 위한 도.
도 4는 본 발명에 따라 해양 네트워크의 노드를 구성하며, 실시간 해양 물류 위치 추적 방법(RML2T)이나 선박 멀티미디어 서비스(SMS)를 구현하는 다중대역 통신시스템의 일례를 설명하기 위한 도.

Claims (16)

  1. 통신 모드에 따른 통신 비용을 나타내는 코스트 매트릭스(Cost-Matrix)에 따라 고주파(High Frequency;HF) 대역 통신, 초고주파(Very High Frequency;VHF) 대역 통신 또는 위성 통신 중 어느 하나로 선택된 통신 모드에 따라 통신 모드 전환동작을 수행하며, 상기 전환된 통신 모드에 따라 IP(Internet protocol)에 기반한 백본(Backbone) 네트워크에 연결된 지상기지국과 데이터 정보를 송수신하는 물리적 계층;
    상기 코스트 매트릭스(Matrix)에 따라 상기 어느 하나의 통신 모드를 선택하고, 상기 물리적 계층이 상기 선택된 통신 모드로 전환동작을 수행하도록 제어하는 데이터 링크 계층; 및
    상기 데이터 링크 계층이 상기 초고주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선택한 경우, 이웃하는 선박을 통하여 상기 지상기지국과 초고주파(VHF) 대역 통신을 수행하기 위한 최단 경로를 검색하는 네트워크 계층;
    을 포함하는 해양 네트워크를 위한 다중대역 통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 링크 계층이 상기 고주파(HF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하는 경우, 상기 물리적 계층은 상기 지상기지국과 직접 고주파(HF) 대역 통신을 수행하며,
    상기 데이터 링크 계층이 상기 초고주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하는 경우, 상기 물리적 계층은 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Network) 방법을 이용하여 상기 이웃하는 선박을 통해 상기 지상기지국과 상기 초고주파(VHF) 대역 통신을 수행하며,
    상기 데이터 링크 계층이 상기 위성 통신을 통신 모드로 선택하는 경우, 상기 물리적 계층은 인공 위성을 통하여 상기 지상기지국과 위성 통신을 수행하는 것
    을 특징으로 하는 해양 네트워크를 위한 다중대역 통신 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    데이터 링크 계층은
    상기 코스트 매트릭스에 따라 상기 어느 하나의 통신 모드를 선택하여 선택된 통신 모드의 주파수 대역에 따라 프레임을 변환하고, 맥 프로토콜을 설정하는 맥 컨트롤러;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 네트워크를 위한 다중대역 통신 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 코스트 매트릭스(Matrix)는
    이웃하는 선박의 유무를 포함하며, 데이터 전송률, 서비스품질(QoS), 송수신 신호의 전력 레벨 또는 서비스 비용 중 적어도 하나의 코스트 파라미터를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 해양 네트워크를 위한 다중대역 통신 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 코스트 매트릭스에 포함되는 각각의 코스트 파라미터에 대한 가중치가 부여되며, 상기 맥 컨트롤러는 상기 코스트 매트릭스가 최소가 되는 모드를 상기 어느 하나의 통신 모드로 선택하는 것
    을 특징으로 하는 해양 네트워크를 위한 다중대역 통신 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 물리적 계층은 상기 이웃하는 선박의 유무를 탐지하며,
    상기 데이터 링크 계층은 상기 이웃하는 선박이 있는 경우, 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Network) 방법을 이용하여 상기 이웃하는 선박을 통해 상기 지상기지국과 통신할 수 있도록 상기 초고주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하고,
    상기 이웃하는 선박이 없는 경우, 상기 지상기지국과 직접 통신을 할 수 있도록 상기 고주파(HF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하고,
    상기 초고주파(VHF) 대역 통신이나 고주파(HF) 대역 통신을 통신 모드로 선택할 수 없는 경우 상기 위성 통신을 통신 모드로 선택하는 것
    을 특징으로 하는 해양 네트워크를 위한 다중대역 통신 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 물리적 계층은
    이웃하는 다른 선박으로부터 데이터 정보를 수신받는 경우, 상기 데이터 링크 계층에 의해 상기 선택된 어느 하나의 통신 모드를 통해 상기 수신받은 데이터 정보를 릴레이 하기 위해 상기 지상기지국과 통신을 수행하는 것
    을 특징으로 하는 해양 네트워크를 위한 다중대역 통신 시스템.
  8. 통신 모드에 따른 통신 비용을 나타내는 코스트 매트릭스(Cost-Matrix)에 따라 고주파(HF) 대역 통신, 초고주파(VHF) 대역 통신 또는 위성 통신 중 어느 하나의 통신 모드를 선택하는 모드 선택 단계; 및
    상기 모드 선택 단계에서 선택된 통신 모드에 따라 통신 모드 전환동작을 수행하며, 상기 전환된 통신 모드에 따라 IP(Internet protocol)에 기반한 백본(Backbone) 네트워크에 연결된 지상기지국과 데이터 정보를 송수신하는 통신 단계;
    을 포함하는 다중대역 통신 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 다중대역 통신 방법은
    상기 모드 선택 단계에서 상기 초고주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선택된 경우, 상기 통신 단계 이전에 상기 이웃하는 선박을 통하여 상기 지상기지국과 초고주파(VHF) 대역 통신을 수행하기 위한 최단 경로를 검색하는 최단 경로 검색 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중대역 통신 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 코스트 매트릭스(Matrix)는
    이웃하는 선박의 유무를 포함하며, 데이터 전송률, 서비스품질(QoS), 송수신 신호의 전력 레벨 또는 서비스 비용 중 적어도 하나의 코스트 파라미터를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 해양 네트워크를 위한 다중대역 통신 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 모드 선택 단계는
    상기 이웃하는 선박이 있는 경우, 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Network) 방법을 이용하여 상기 이웃하는 선박을 통해 상기 지상기지국과 통신할 수 있도록 상기 초고주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하거나,
    상기 이웃하는 선박이 없는 경우, 상기 지상기지국과 직접 통신을 할 수 있도록 상기 고주파(HF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하거나,
    상기 초고주파(VHF) 대역 통신이나 고주파(HF) 대역 통신을 통신 모드로 선택할 수 없는 경우 상기 위성 통신을 통신 모드로 선택하는 것
    을 특징으로 하는 다중대역 통신 방법.
  12. 통신 모드에 따른 통신 비용을 나타내는 코스트 매트릭스(Matrix)에 따라 고주파(HF) 대역 통신, 초고주파(VHF) 대역 통신 또는 위성 통신 중 어느 하나의 통신 모드를 선택하여 데이터 정보를 송수신하는 다중대역 통신시스템을 구비한 항해 선박; 및
    IP(Internet protocol)에 기반한 백본(Backbone) 네트워크에 연결되며, 상기 항해 선박과 송수신하는 데이터 정보를 상기 백본(Backbone) 네트워크로 중개하는 지상기지국;
    을 포함하는 해양 네트워크.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 다중대역 통신시스템은
    상기 선택된 통신 모드에 따라 통신 모드 전환동작을 수행하며, 상기 전환된 통신 모드에 따라 상기 지상기지국과 상기 데이터 정보를 송수신하는 물리적 계층;
    상기 코스트 매트릭스(Matrix)에 따라 고주파(HF) 대역 통신, 초고주파(VHF) 대역 통신 또는 위성 통신 중 어느 하나의 통신 모드를 선택하고, 상기 물리적 계층이 상기 선택된 통신 모드로 전환동작을 수행하도록 제어하는 데이터 링크 계층; 및
    상기 데이터 링크 계층에서 상기 초고주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선 택된 경우, 상기 이웃하는 선박들을 통하여 상기 지상기지국과 초고주파(VHF) 대역 통신을 수행하기 위한 최단 경로를 검색하는 네트워크 계층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 네트워크.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 다중대역 통신시스템이 상기 고주파(HF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하는 경우, 상기 항해 선박은 상기 지상기지국과 직접 고주파(HF) 대역 통신을 수행하며,
    상기 다중대역 통신시스템이 상기 초고주파(VHF) 대역 통신을 통신 모드로 선택하는 경우, 상기 항해 선박은 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Network) 방법을 이용하여 상기 이웃하는 선박을 통하여 상기 지상기지국과 상기 초고주파(VHF) 대역 통신을 수행하며,
    상기 다중대역 통신시스템이 상기 위성 통신을 통신 모드로 선택하는 경우, 상기 항해 선박은 인공 위성을 통하여 상기 지상기지국과 위성 통신을 수행하는 것
    을 특징으로 하는 해양 네트워크.
  15. (a) 제 1 항 내지 제 7 항의 다중대역 통신시스템을 구비한 항해 선박이 IP(Internet protocol)에 기반한 백본(Backbone) 네트워크에 연결되며, 상기 항해 선박과 송수신하는 데이터 정보를 상기 백본(Backbone) 네트워크로 중개하는 지상기지국으로부터 위치 추적을 원하는 컨테이너의 위치와 결함 여부에 대한 정보를 요청받는 단계;
    (b) 상기 항해 선박이 유비쿼터스 네트워크(Ubiquitous Sensor Network;USN) 또는 전자태크(Radio-Frequency IDentification;RFID)를 이용하여 상기 컨테이너가 상기 항해 선박에 선적되어 있는지 검색하고, 상기 컨테이너가 선적되어 있는 경우 상기 컨테이너의 결함 여부를 탐지하는 단계; 및
    (c) 상기 항해 선박이 상기 다중대역 통신시스템을 이용하여 상기 (b) 단계의 결과에 대한 데이터 정보를 상기 코스트 매트릭스(Matrix)에 따라 상기 어느 하나의 통신 모드를 선택하여 회신하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중대역 통신시스템을 이용한 실시간 해양 물류 위치 추적 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    상기 항해 선박과 이웃하는 선박이 있는 경우 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Network) 방법을 이용하여 상기 이웃하는 선박을 통해 상기 지상기지국과 상기 초고주파(VHF) 대역 통신을 하거나, 상기 이웃하는 선박이 없는 경우 상기 지상기지국과 직접 고주파(HF) 대역 통신을 하거나, 상기 초고주파(VHF) 대역 통신이나 고주파(HF) 대역 통신이 불가능한 경우 인공위성을 통해 상기 지상기지국과 위성 통신을 하는 것
    을 특징으로 하는 다중대역 통신시스템을 이용한 실시간 해양 물류 위치 추 적 방법.
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