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해양관측을 위한 다중 홉 릴레이 네트워크 기반의 부이 시스템 구현
Implementation of a Buoy System Based on Multi-Hop Relay Networks for Ocean Observation 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.20 no.3 = no.78, 2016년, pp.182 - 189  

이운현 (한국해양대학교 전자전기정보공학부) ,  권혁진 (한국해양대학교 전자전기정보공학부) ,  김시문 (한국해양대학교 전자전기정보공학부) ,  정성훈 (한국해양대학교 산업기술연구소) ,  김정창 (한국해양대학교 전자전기정보공학부)

초록
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본 논문에서는 해양관측을 위한 멀티 홉 릴레이 네트워크 기반의 부이 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 다양한 센서 모듈과 게이트웨이, 무선 통신부, 원격 모니터링부로 구성된다. 센서 모듈은 다양한 통신 인터페이스와 통합되고 CAN 버스 기반의 단일화된 프로토콜을 통하여 제안하는 부이 시스템의 게이트웨이와 연결된다. 제안한 시스템은 원격 모니터링 사이트와 무선으로 데이터를 주고 받으며 통신 커버리지를 더욱 확대하기 위하여 LTE 통신 및 XBee 메쉬 네트워크 모듈을 사용한다. 필드 테스트를 통하여 제안하는 다중 홉 릴레이 네트워크 기반의 부이 시스템이 다중 홉을 이용하여 부이의 통신 도달 거리를 더욱 확장할 수 있음을 확인할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a buoy system based on multi-hop relay networks for ocean observation. The proposed system consists of various sensor modules, a gateway, wireless communication modules, and a remote monitoring site. The sensor modules are integrated with various communication interfaces an...

주제어

#Buoy   #Control area network bus   #Multi-hop relay network   #Ocean observation   #Sensor  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 오픈 플랫폼을 기반으로 하여 제안하는 부이 시스템을 구현하고 실험실 및 해상에서 동작을 테스트하였다.
  • 본 논문에서는 해양 관측을 위한 다중 홉 릴레이 네트워크 기반의 부이 시스템을 제안했다. 센서 모듈은 센서들의 다양한 통신 인터페이스를 하나의 인터페이스 규격으로 통합하여 데이터를 수집하고 CAN 버스 기반의 단일화된 프로토콜을 통하여 게이트웨이로 전송하고, 게이트웨이에서 수신한 데이터는 원격지의 모니터링 시스템으로 전송되어 DB 서버에 저장되고 모니터링된다.
  • 이와 같은 문제점을 극복하기 위해 본 논문에서는 다중 홉 릴레이 네트워크 (multi-hop relay network) 기반의 부이 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 센서 유닛을 포함한 센서 모듈 (sensor module), 센서로부터 측정된 데이터를 전달받는 게이트웨이 (gateway), 원격지에서 부이의 관측 데이터를 모니터링하기 위한 원격 모니터링 사이트 (remote monitoring site)로 구성 된다.

가설 설정

  • 그림 1(b)의 릴레이 부이는 LTE 통신 커버리지의 바깥에서 원격지 모니터링 사이트로 데이터를 전송 하기 위하여 인접 부이들과 Ad-hoc 네트워크를 구성할 수 있는 XBee 모듈을 내장한다. 그림 1(a)와 그림 1(b)의 부이 시스템에서 센서 모듈 및 게이트웨이는 동일한 구성을 가지며 부이 게이트웨이에서 LTE 라우터의 사용 여부만 차이가 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
해양 분야에서 사물인터넷 기술을 접목하여 서비스를 구현하기 어려운 이유는 무엇인가? 사물인터넷 기술은 헬스케어, 스마트카, 스마트 공장, 스마트 홈, 스마트 시티와 같이 우리 실생활에 매우 밀접한 다양한 서비스에 적용되고 있다. 한편, 해양 분야 에서는 통신 가능 거리, 전원 공급, 시스템의 유지 및 보수 등 여러 가지 환경적인 제약으로 인하여 사물인터넷 기술을 접목하여 서비스를 구현하기가 쉽지 않다. 하지만, 최근 해양에서 발생한 지진, 쓰나미와 같은 자연 재해로 인하여 수많은 인명 피해가 야기되고 있어 이러한 자연 재해를 사전에 예측하기 위한 정보를 수집하기 위하여 해양 관측이 매우 중요해지고 있다.
해양 관측을 위해 어떤 수단을 사용하는가? 현재 해양 관측을 위해서 해양 관측 부이 (buoy), 기상 관측 위성 등 다양한 수단들이 사용되고 있다. 특히, 해양 관측 부이는 다양한 해양 정보를 측정할 수 있는 센서 유닛 (sensor unit) 들을 탑재하여 직접적으로 해양 정보를 측정할 수 있어 전세계 적으로 널리 활용되고 있다.
부이 시스템을 설계하고 구현함에 있어 어떤 한계가 있는가? 부이 시스템을 설계하고 구현함에 있어서 고려해야 할 요소들 중의 하나는 해양 관측용 부이는 다양한 해양 관측용 센서 유닛들을 탑재하고 있다는 점이다. 특히, 해양 관측 센서는 제조사 혹은 종류에 따라 별도의 입출력 (I/O; input/output) 인터 페이스를 지원하고 있으므로 센서 유닛의 측정 데이터를 수집 하는 부이 시스템은 사용되는 센서 유닛에 따라 해당 I/O 인터 페이스를 지원할 수 있도록 구현해야 한다. 따라서, 사용되는 센서 유닛의 종류 및 인터페이스 방식의 변경이 발생할 경우 부이 메인 시스템의 하드웨어도 변경되어야 하므로 부이 시스템의 설계와 유지 및 보수가 용이하지 못하다.
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참고문헌 (7)

  1. National Weather Service. Monitoring Tsunamis [Internet]. Available: http://www.srh.noaa.gov/jetstream/tsunami/dart.htm. 

  2. Mooring Systems, Inc. Surface Buoy Systems [Internet]. Available: http://www.mooringsystems.com/surface.htm. 

  3. S. Kim, W. H. Lee, H. J. Kwon, and J. Kim, "Design and preliminary implementation of an IoT-based system for ocean observation buoys," in To be presented in Proceeding of International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications (ITC-CSCC), Okinawa: Japan, pp.1-3, July 2016. 

  4. International Organization for Standardization, "Roadvehicles - Controller area network (CAN) - Part 1: Data link layer and physical signaling," ISO 11898-1:2003, Nov. 2003. 

  5. J. Sommer and R. Blind, "Optimized resource dimensioning in an embedded CAN-CAN gateway," in Proceeding of International Symposium on Industrial Embedded Systems, Lisbon: Portugal, pp. 55-62, July 2007. 

  6. J. S. Yang, S. Lee, K. C. Lee, and M. H. Kim "Design of FlexRay-CAN gateway using node mapping method for in-vehicle networking systems," in Proceeding of International Conference on Control, Automation and Systems (ICCAS), Gyeonggi-do: Korea, pp. 146-148, Oct. 2011. 

  7. C. Watterson, "Controller area network (CAN) implementation guide," AN-1123, http://www.analog.com/static/importedfiles/application_notes/AN-1123.pdf 

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