[논문]해양 DGPS 기준국 시스템의 소프트웨어 RS,IM 통합을 위한 아키텍처 설계

장원석; 김영기; 서기열

doi:10.6109/jkiice.2014.18.2.282

해양 DGPS 기준국 시스템의 소프트웨어 RS,IM 통합을 위한 아키텍처 설계
Architecture Design for Integration of Software RS and IM of Maritime DGPS Reference Station System 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.18 no.2, 2014년, pp.282 - 288

장원석 (GNSS Research Center, Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering, KIOST) , 김영기 (GNSS Research Center, Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering, KIOST) , 서기열 (GNSS Research Center, Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering, KIOST)

초록
AI-Helper

DGPS 기준국은 Differential GPS를 위한 GPS 보정정보를 생성하고 방송하는 역할을 하는 국가 인프라이다. 현재 한국에서는 과거 하드웨어 기반의 DGPS 기준국 시스템을 개선하고 고도화하기 위해 USCG에서 제안한 차세대 표준인 소프트웨어 기반 DGPS 기준국을 도입하여 운영하고 있다. 그러나 USCG에서 제안한 소프트웨어 기반의 DGPS 기준국은 그 형태만 소프트웨어 방식으로 변경되었을 뿐 본질적인 아키텍처는 상당부분 개선되지 않아 소프트웨어 기반으로 변경한 장점을 크게 살리지 못하고 있다. 본 논문에서는 보다 간결화된 구조가 요구되는 DGPS 기준국에서 사용될 수 있는, 기준국 소프트웨어와 감시국 소프트웨어가 통합된 새로운 소프트웨어 기반 해양 DGPS 기준국의 아키텍처를 설계하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The DGPS reference station is a national infrastructure generating GPS correctional information and transmitting the signal for Differential GPS. Currently, Korea has applied and operated the software-based DGPS reference station as a standard of the next generation proposed by the USCG in order to improve the hardware-based DGPS reference system. However, software-based DGPS reference station proposed by USCG was changed in software method, only for form. There is no advantage to changing software-based because the most critical part of architecture has not been improved. In this paper, we have designed a new software-based marine DGPS station architecture that a reference station software and a monitor station were integrated. The new marine DGPS station architecture based on software is a more simplified structure than it used to be and can be utilized in the DGPS reference station.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

[2] USCG에서 제안한 차세대 DGPS 아키텍처의 핵심은 하드웨어 기반으로 동작하는 DGPS RSIM 시스템을 소프트웨어로 구성하여 운영하는 것으로, 이렇게 함으로써 새로운 기술이 대두될 때 빠르게 적용할 수 있도록 하고 구축 비용 역시 감소시킬 수 있도록 하였다. 그러나 차세대 DGPS RSIM 아키텍처에 따라 실제 개발된 소프트웨 어 기반 DGPS RSIM 시스템은 몇가지 문제점을 드러내고 있는데, 본 논문에서는 이렇게 드러난 문제점을 분석하고 이를 해결하기 위한 새로운 소프트웨어기반 DGPS RSIM 시스템의 아키텍처를 제안한다.
본 논문에서는 몇가지 단점을 보이는 소프트웨어 RSIM 시스템 아키텍처를 개선한 새로운 아키텍처를 제안하였다. 제안한 아키텍처를 사용하여 시스템을 구성하였을 경우 다음과 같은 이점을 취할 수 있다.

제안 방법

그림 3은 본 논문에서 제안하는 통합 소프트웨어 DGPS RSIM의 모듈 구성을 나타낸다. GNSS Receiver Libarary에서 수신기의 Raw measurement 데이터를 파싱하여 필요한 데이터를 추출하고 이 데이터의 문제점 여부를 즉시 판별한다. 이후 RS와 IM의 스레드에서 보정정보 생성 및 검사의 과정을 거친 후 RTCM Library를 이용하여 RTCM 메시지를 생성하고 방송하게 된다.
RS의 핵심기능은 GPS의 보정정보를 생성하는 것이고, IM은 RS에서 생성한 GPS 보정정보의 품질을 검사하고 문제가 발생할 경우 RS로 피드백을 하는 것이다. GPS 보정정보를 생성하고 이 품질을 검사, 피드백하는 일련의 과정을 구현하기 위해 통합 DGPS RSIM 아키텍처에서는 RS의 역할과 IM의 역할을 하는 두 개의 쓰레드를 포함한다.
그림 4는 통합 소프트웨어 DGPS RSIM 시스템의 동작 순서이다. GPS 수신기로부터 Raw measurement 데이터를 수신하면 가장 먼저 RS 에서 사용되는 데이터인지 IM에서 사용되는 데이터인지를 검사한다. 그 후 GPS 보정정보(PRC, RRC)를 계산하고 이를 이용해 즉시 측위를 해본 후 오류의 정도를 검사하게 된다.
RS와 IM 두 개로 나뉘어져 동작하도록 구성되어 있는 기존의 아키텍처에서 벗어나 RS와 IM의 기능이 하나의 소프트웨어 내에서 동작하도록 아키텍처를 설계하였다.
따라서, 구현 단계에서부터 테스트단계까지 위의 요구조건을 충족하는지 지속적으로 테스트하며 시스템을 구현하였다.
따라서, 이러한 단점을 제거하여 소프트웨어 기반의 DGPS RSIM의 시스템이 가지는 신기술과 새로운 요구 사항의 빠른 적용, 기능의 쉬운 변경과 관리 효율 향상 이라는 장점을 극대화할 수 있도록 새로운 아키텍처를 제작하였다.
또한 RS와 IM을 GPS 수신기에서 분리하여 별도의 소프트웨어로 구성함으로써 소프트웨어로서의 장점을 활용할 수 있게 하였다. RS와 IM이 소프트웨어의 형태이므로 신기술의 적용이 필요해 졌을 때 값비싼 하드웨어를 교체하여 적용할 필요 없이 RS와 IM 소프트웨어의 수정만으로 간단히 신기술을 적용할 수 있도록 하였다.
이 장에서는 USCG에서 제안한 차세대 DGPS 기준 국의 아키텍처에 따라 개발된 기존의 소프트웨어 DGPS RSIM 시스템을 소개하고 이 시스템이 가진 문제점을 분석한다. 기존의 소프트웨어 기반 DGPS RSIM 시스템은 그림 1과 같이 구성되어 있다.
GNSS Receiver Libarary에서 수신기의 Raw measurement 데이터를 파싱하여 필요한 데이터를 추출하고 이 데이터의 문제점 여부를 즉시 판별한다. 이후 RS와 IM의 스레드에서 보정정보 생성 및 검사의 과정을 거친 후 RTCM Library를 이용하여 RTCM 메시지를 생성하고 방송하게 된다.

성능/효과

IM 기능 역시 IM이 수행해야 하는 모든 검사를 수행할 수 있음을 확인하였으며, 특정 검사의 경우 기존의 분리된 IM 시스템보다 우수한 성능을 보였다.
또한 RS와 IM을 GPS 수신기에서 분리하여 별도의 소프트웨어로 구성함으로써 소프트웨어로서의 장점을 활용할 수 있게 하였다. RS와 IM이 소프트웨어의 형태이므로 신기술의 적용이 필요해 졌을 때 값비싼 하드웨어를 교체하여 적용할 필요 없이 RS와 IM 소프트웨어의 수정만으로 간단히 신기술을 적용할 수 있도록 하였다. 이 외에도 RS와 IM 시스템이 소프트웨어로 구성되어 얻게 된 장점이 다수 존재하지만 이러한 장점을 상쇄시키는 단점이 실제 운영상 발견되었다.
하드웨어 기반 RS와 IM은 그러나 높은 구축 비용과 신기술 적용의 어려움과 같은 문제를 갖고 있어 미국의 USCG(US Coast Guard, 미 해안경비대)에서는 하드웨어 기반 RSIM 구조를 탈피하고 보다 개선된 차세대 DGPS RSIM 아키텍처를 제안하였다.[2] USCG에서 제안한 차세대 DGPS 아키텍처의 핵심은 하드웨어 기반으로 동작하는 DGPS RSIM 시스템을 소프트웨어로 구성하여 운영하는 것으로, 이렇게 함으로써 새로운 기술이 대두될 때 빠르게 적용할 수 있도록 하고 구축 비용 역시 감소시킬 수 있도록 하였다. 그러나 차세대 DGPS RSIM 아키텍처에 따라 실제 개발된 소프트웨 어 기반 DGPS RSIM 시스템은 몇가지 문제점을 드러내고 있는데, 본 논문에서는 이렇게 드러난 문제점을 분석하고 이를 해결하기 위한 새로운 소프트웨어기반 DGPS RSIM 시스템의 아키텍처를 제안한다.
25초를 넘기지 말아야 함을 나타내고 있다. 본 논문에서 제안하는 아키텍처에 따라 구현되는 통합 소프트웨어 RSIM 시스템은 위의 성능 요구조건을 모두 충족해야 한다.
그림 5는 테스트용으로 구현된 통합 소프트웨어 DGPS RSIM 시스템의 GUI이다. 아키텍처에서 보인 것처럼 하나의 소프트웨어에서 RS와 IM의 기능을 모두 수행하며 무리없이 동작함을 확인하였다. 테스트용 프로그램의 구현목적은 RS 와 IM 시스템이 하나의 소프트웨어서 동작되어도 무리없이 DGPS 기준국으로서의 기능을 수행할 수 있는지의 여부를 테스트하기 위한 것으로, PRC latency는 raw measurement를 전송받는 즉시 생성되었으며 생성후 방송까지의 시간도 시간 측정의 의미가 없을 만큼 극히 짧았다.
아키텍처에서 보인 것처럼 하나의 소프트웨어에서 RS와 IM의 기능을 모두 수행하며 무리없이 동작함을 확인하였다. 테스트용 프로그램의 구현목적은 RS 와 IM 시스템이 하나의 소프트웨어서 동작되어도 무리없이 DGPS 기준국으로서의 기능을 수행할 수 있는지의 여부를 테스트하기 위한 것으로, PRC latency는 raw measurement를 전송받는 즉시 생성되었으며 생성후 방송까지의 시간도 시간 측정의 의미가 없을 만큼 극히 짧았다.

후속연구

향후, 이 아키텍처를 도입한 소프트웨어 RSIM 시스템을 보다 높은 완성도로 구현하고 실제 DGPS 기준에 설치, 테스트하여 발견되는 단점을 보완한다면 차세대 DGPS 기준국에서 갖고자 하는 장점을 모두 가지고 RTCM에서 요구하는 사항[2] 역시 만족하는 시스템으로써 한국의 DGPS 기준국을 더욱 발전시킬 수 있을 것이라 본다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	DGPS 기준국은 무엇인가?	DGPS 기준국은 Differential GPS를 위한 GPS 보정정보를 생성하고 방송하는 역할을 하는 국가 인프라이다. 현재 한국에서는 과거 하드웨어 기반의 DGPS 기준국 시스템을 개선하고 고도화하기 위해 USCG에서 제안한 차세대 표준인 소프트웨어 기반 DGPS 기준국을 도입하여 운영하고 있다.
	USCG에서 제안한 차세대 DGPS 아키텍처는 무엇이며 어떤 장점을 가지는가?	하드웨어 기반 RS와 IM은 그러나 높은 구축 비용과 신기술 적용의 어려움과 같은 문제를 갖고 있어 미국 의 USCG(US Coast Guard, 미 해안경비대)에서는 하드 웨어 기반 RSIM 구조를 탈피하고 보다 개선된 차세대 DGPS RSIM 아키텍처를 제안하였다.[2] USCG에서 제안한 차세대 DGPS 아키텍처의 핵심은 하드웨어 기 반으로 동작하는 DGPS RSIM 시스템을 소프트웨어로 구성하여 운영하는 것으로, 이렇게 함으로써 새로운 기술이 대두될 때 빠르게 적용할 수 있도록 하고 구축 비용 역시 감소시킬 수 있도록 하였다. 그러나 차세대 DGPS RSIM 아키텍처에 따라 실제 개발된 소프트웨 어 기반 DGPS RSIM 시스템은 몇가지 문제점을 드러 내고 있는데, 본 논문에서는 이렇게 드러난 문제점을 분석하고 이를 해결하기 위한 새로운 소프트웨어기반 DGPS RSIM 시스템의 아키텍처를 제안한다.
	비용을 절감하기 위해 대두된 소프트웨어 DGPS RSIM 시스템은 왜 오히려 비용이 증가하게 되는가?	설치 및 운영상의 비용을 감소시키기 위해 대두된 소프트웨어기반 DGPS RSIM 아키텍처가 오히려 설치및 운영비용을 증가시키고 있다. 하드웨어 기반의 DGPS RSIM 아키텍처에 비해 소프트웨어 기반 DGPS RSIM 아키텍처는 구성요소가 오히려 늘어나 있다. GPS 수신기의 가격은 저렴해 졌으나 RS와 IM이라는 구성요소가 더해짐으로써 그 장점이 상쇄된 것이다. 또한 소프트웨어 구성요소가 늘어난 이유로 운영자가 관리해야 할 장비가 늘어난 결과를 가져오게 되어 운영의 복잡도 역시 증가하였다. 기존의 하드웨어 기반 DGPS RSIM 시스템은 Control Station이라는 RS와 IM을 제 어하고 모니터링할 수 있는 소프트웨어 하나만을 이용 하면 운영에 무리가 없었으나, RS와 IM이 소프트웨어 로 변경되면서 운영자가 지켜봐야할 UI가 세 개로 늘 어나게 되었다.

참고문헌 (6)

GNSS Central Office(http://www.ndgps.go.kr)
USCoastGuard(USCG)Navigation Center (http://www.navcen.uscg.go/?Doconstellationstatus)
Kendall Ferguson, Michael Albright and Dr. Benjamin W. Remondi, "NDGPS Reference Station and Integrity Monitor Architecture Modernization"
Radio Technical Commission for Maritime Services, Special Committee No. 104, "RTCM Recommended Standards for Differential GNSS (Global Navigation Satellite Systems) Service, Version 2.3", August 20, 2001.
Radio Technical Commission for Maritime Services, Special Committee No. 104, RTCM Recommended Standards for Differential NAVSTAR GPS Reference Stations and Integrity Monitors (RSIM), Version 1.1, August 20, 2001.
S.H. Park, D.J. Cho, K.Y. Seo, and S.H. Suh (2009), "Requirements Analysis and Testing for Maritime Differential GPS RSIM," Institute of Navigation ITM 2009, pp.993-998.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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