조아라
(Ocean System Engineering Research Division, KRISO)
,
윤창호
(Ocean System Engineering Research Division, KRISO)
,
임용곤
(Ocean System Engineering Research Division, KRISO)
,
최영철
(Ocean System Engineering Research Division, KRISO)
디지털 통신 기술이 발전하면서, 기존의 전통적인 해상 통신 기술뿐만 아니라 디지털 초단파(VHF) 통신 시스템 및 LTE-M 등과 같은 새로운 해상 통신 기술의 등장으로, 해상에서는 통신 방법의 다양성이 증대되고 있다. 바다에서는 모든 통신 방법이 사용가능 할 수도 있지만, 위치에 따라서 일부 통신 방법만이 사용가능 할 수도 있다. 본 논문에서는 가용한 여러 해상 통신 대역 중에서 네트워크 환경 및 사용자의 요구 조건에 따라 최적의 통신대역을 결정하고 통신대역을 전환하여 단절 없는 통신서비스를 제공할 수 있는 멀티대역 네트워크 선택기 (MNS) 시스템을 제안한다. 제안하는 멀티대역 네트워크 선택기 시스템은 미들웨어 계층의 클라이언트와 서버 통신방식을 취하며, ITU-R M. 1842-1의 Annex1 및 Annex4 규격을 만족하는 2-종의 디지털 초단파 통신 시스템과 LTE 및 단파 통신 (HF) 시스템이 인터페이스 될 수 있도록 구성되고, 각 통신 대역에 우선순위를 부여하여 최적 통신 대역 결정 알고리즘을 설계한다.
디지털 통신 기술이 발전하면서, 기존의 전통적인 해상 통신 기술뿐만 아니라 디지털 초단파(VHF) 통신 시스템 및 LTE-M 등과 같은 새로운 해상 통신 기술의 등장으로, 해상에서는 통신 방법의 다양성이 증대되고 있다. 바다에서는 모든 통신 방법이 사용가능 할 수도 있지만, 위치에 따라서 일부 통신 방법만이 사용가능 할 수도 있다. 본 논문에서는 가용한 여러 해상 통신 대역 중에서 네트워크 환경 및 사용자의 요구 조건에 따라 최적의 통신대역을 결정하고 통신대역을 전환하여 단절 없는 통신서비스를 제공할 수 있는 멀티대역 네트워크 선택기 (MNS) 시스템을 제안한다. 제안하는 멀티대역 네트워크 선택기 시스템은 미들웨어 계층의 클라이언트와 서버 통신방식을 취하며, ITU-R M. 1842-1의 Annex1 및 Annex4 규격을 만족하는 2-종의 디지털 초단파 통신 시스템과 LTE 및 단파 통신 (HF) 시스템이 인터페이스 될 수 있도록 구성되고, 각 통신 대역에 우선순위를 부여하여 최적 통신 대역 결정 알고리즘을 설계한다.
As digital communication technology evolves, the diversity of maritime communication methods has benn increasing due to the emergence of new maritime communication technologies such as digital very high frequency (VHF) communication systems and LTE-M as well as traditional conventional maritime comm...
As digital communication technology evolves, the diversity of maritime communication methods has benn increasing due to the emergence of new maritime communication technologies such as digital very high frequency (VHF) communication systems and LTE-M as well as traditional conventional maritime communication systems. At sea, all maritime communication methods may be available, but only some communication methods may be available depending on the location. In this paper, we propose a multi-band network selection (MNS) system that can provide seamless maritime communication service by switching to an optimal communication band among available communication systems, depending on network environment and user requirements. The proposed MNS system in the middleware layer is designed to be able to interface with two types of digital VHF communication systems that satisfy Annex 1 and Annex 4 of ITU-R M. 1842-1, LTE, and high frequency (HF) communication systems. We assign priority to each communication band, and design an optimal communication band determination algorithm based on this priority.
As digital communication technology evolves, the diversity of maritime communication methods has benn increasing due to the emergence of new maritime communication technologies such as digital very high frequency (VHF) communication systems and LTE-M as well as traditional conventional maritime communication systems. At sea, all maritime communication methods may be available, but only some communication methods may be available depending on the location. In this paper, we propose a multi-band network selection (MNS) system that can provide seamless maritime communication service by switching to an optimal communication band among available communication systems, depending on network environment and user requirements. The proposed MNS system in the middleware layer is designed to be able to interface with two types of digital VHF communication systems that satisfy Annex 1 and Annex 4 of ITU-R M. 1842-1, LTE, and high frequency (HF) communication systems. We assign priority to each communication band, and design an optimal communication band determination algorithm based on this priority.
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문제 정의
본 논문에서는 이와 같은 해상 멀티대역 네트워크 전환을 위한 시스템 요건을 고려하여 미들웨어 계층을 제공하는 MNS 시스템을 제안하고 자세한 내용은 다음 소절에서 논하도록 한다.
본 논문에서는 해상멀티대역 네트워크를 위한 미들웨어 계층의 MNS 시스템을 제안한다. 미들웨어는 이기종 구성요소의 차이점과 상관없이 구성요소간 통신을 가능하게 하는 계층으로 이기종 구성요소를 통합하는 가장 쉬운 방법이며, 선박의 통신 시스템 교체나 추가적인 네트워크 적용 구성이 용이하다.
본 논문에서는 해상의 여러 통신대역 중 최적의 통신 대역을 결정하고, 사용자와 네트워크 환경에 따라 통신 대역을 전환하여 끊김 없는 통신 서비스를 제공하는 멀티대역 네트워크 선택기(MNS) 시스템을 제안하였다. MNS 시스템은 여러 통신대역의 네트워크와 통합·연동하기 쉬운 미들웨어 계층의 통신시스템으로 각 통신대역 시스템이 클라이언트가 되어 네트워크 상태 정보를 MNS 서버에서 주기적으로 모니터링하여 통신가용상태를 갱신하고 네트워크 상태 정보테이블(NST)를 기반으로 최적의 통신대역을 결정한다.
본 소절에서는 해상 멀티대역 네트워크 환경에서 MNS를 실제 적용하기 위한 시스템 요건에 대하 논한다.
제안 방법
MNS 시스템은 ITU-R M. 1842-1의 Annex1 및 Annex4 규격을 만족하는 2-종의 디지털 초단파 통신 시스템과 LTE 및 단파통신 시스템과 연동하며 상·하향링크에 링크에 따른 동작 절차를 소개하였다.
[9, 10]에서 제안된 MNS 구조는 데이터 링크 계층과 네트워크 계층사이에 존재하여 수직핸드오버를 실시한다. 데이터링크 계층의 정보를 적용하여 통신대역을 전환하기 위해서는 각 통신대역마다 달리 적용된 통신프로토콜과 메시지 형식을 분석하는데 많은 수고와 비용이 발생하게 된다.
제안하는 MNS 시스템은 MNS 서버와 MNS 사용자 또는 여러 통신 대역의 모뎀이 클라이언트가 되어 통신을 하며, MNS 서버가 각 통신대역의 상태를 모니터링하여 사용자의 요구와 네트워크 상태에 따라 최적의 통신대역을 결정하고 통신대역을 전환하여 통신하는 시스템이다. 또한,MNS 서버의 구성모듈을 기능별로 정의하고, 각 통신 대역의 네트워크 상태 정보테이블 (NST: Network Status information Table) 기반의 통신대역 전환 알고리즘을 제안한다.
미들웨어는 이기종 구성요소의 차이점과 상관없이 구성요소간 통신을 가능하게 하는 계층으로 이기종 구성요소를 통합하는 가장 쉬운 방법이며, 선박의 통신 시스템 교체나 추가적인 네트워크 적용 구성이 용이하다. 제안하는 MNS 시스템은 MNS 서버와 MNS 사용자 또는 여러 통신 대역의 모뎀이 클라이언트가 되어 통신을 하며, MNS 서버가 각 통신대역의 상태를 모니터링하여 사용자의 요구와 네트워크 상태에 따라 최적의 통신대역을 결정하고 통신대역을 전환하여 통신하는 시스템이다. 또한,MNS 서버의 구성모듈을 기능별로 정의하고, 각 통신 대역의 네트워크 상태 정보테이블 (NST: Network Status information Table) 기반의 통신대역 전환 알고리즘을 제안한다.
Ship-to-ship 통신은 선박국간 해상의 가용통신대역을 이용하여 자유로이 애드혹 통신망을 구성할 수 있다.특히, VHF 대역의 새로운 해상 데이터 교환 (VDE:VHF Data Exchange)을 위한 선박용 애드혹 네트워크(SANET: Shipborne Ad-hoc Network) [13-15] 기술을 적용하여 해상에서도 이웃선박국을 통한 다중 홉 통신을 이용하여 직접통신이 불가한 육상국과의 통신을 수행한다. VHF통신 대역에서 이웃선박국이 존재하지 않거나 육상국과의 라우팅 형성되지 않으면, 가용한 다른통신대역으로 전환하여 통신한다.
이론/모형
MNS 시스템 운영상의 편의성과 효율적인 네트워크관리를 위해 네트워크 정보테이블 (NST)기반의 통신대역 선택알고리즘을 적용한다. NST는 각통신대역의 네트워크 상태 정보 나타내며, 각 통신대역의 가용여부및 데이터통신을 위해 이용 중인 통신대역의 네트워크상태정보를 포함한다.
성능/효과
향후 연구에서는MNS 시스템을 구축하고, 실내 기능시험을 통한 실증연구를 진행할 예정이다. 제안된 MNS 시스템은 해상의 통신장벽을 해소하고, 다양한 통신 서비스를 효율적으로 제공할 수 있다. 특히, e-navigation에서 해상의 여러 통신대역을 운용하기 위한 주요 통신 인프라로 활용될 수 있을 것이다.
후속연구
특히, e-navigation에서 해상의 여러 통신대역을 운용하기 위한 주요 통신 인프라로 활용될 수 있을 것이다. 또한 해양의 통신 방식 변화나 새로운 통신방식의 시스템이 적용될 시 유연하게 대처할 수 있을 것이다.
제안된 MNS 시스템은 해상의 통신장벽을 해소하고, 다양한 통신 서비스를 효율적으로 제공할 수 있다. 특히, e-navigation에서 해상의 여러 통신대역을 운용하기 위한 주요 통신 인프라로 활용될 수 있을 것이다. 또한 해양의 통신 방식 변화나 새로운 통신방식의 시스템이 적용될 시 유연하게 대처할 수 있을 것이다.
향후 연구에서는MNS 시스템을 구축하고, 실내 기능시험을 통한 실증연구를 진행할 예정이다. 제안된 MNS 시스템은 해상의 통신장벽을 해소하고, 다양한 통신 서비스를 효율적으로 제공할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
위성 통신의 한계점은?
LTE 통신대역의 경우 통신속도가 높고 비용이 합리적이지만 통신범위가 수km 정도로 제한적이다. 반면 VHF/HF 통신대역은 통신 범위가 수십~수백 km 이지만 통신속도가 LTE 통신에 비해 현저히 낮으며, 위성 통신은 통신속도는 비교적 높은 편이지만 통신비용이 매우 높다는 한계가 있다. 이처럼 해상의 여러 통신대역의 네트워크를 효율적으로 사용하기 위해서, 요구되는 통신 서비스에 따라 통신비용과 무선네트워크 특성을 고려하여 가장 적합한 통신대역을 결정하여 최적의 때에 통신대역을 전환하는 통신 기술이 필수적이다.
미들웨어의 장점은?
본 논문에서는 해상멀티대역 네트워크를 위한 미들웨어 계층의 MNS 시스템을 제안한다. 미들웨어는 이기종 구성요소의 차이점과 상관없이 구성요소간 통신을 가능하게 하는 계층으로 이기종 구성요소를 통합하는 가장 쉬운 방법이며, 선박의 통신 시스템 교체나 추가적인 네트워크 적용 구성이 용이하다. 제안하는 MNS 시스템은 MNS 서버와 MNS 사용자 또는 여러 통신 대역의 모뎀이 클라이언트가 되어 통신을 하며, MNS 서버가 각 통신대역의 상태를 모니터링하여 사용자의 요구와 네트워크 상태에 따라 최적의 통신대역을 결정하고 통신대역을 전환하여 통신하는 시스템이다.
해상멀티대역 네트워크를 위한 미들웨어 계층의 MNS 시스템이란?
미들웨어는 이기종 구성요소의 차이점과 상관없이 구성요소간 통신을 가능하게 하는 계층으로 이기종 구성요소를 통합하는 가장 쉬운 방법이며, 선박의 통신 시스템 교체나 추가적인 네트워크 적용 구성이 용이하다. 제안하는 MNS 시스템은 MNS 서버와 MNS 사용자 또는 여러 통신 대역의 모뎀이 클라이언트가 되어 통신을 하며, MNS 서버가 각 통신대역의 상태를 모니터링하여 사용자의 요구와 네트워크 상태에 따라 최적의 통신대역을 결정하고 통신대역을 전환하여 통신하는 시스템이다. 또한,MNS 서버의 구성모듈을 기능별로 정의하고, 각 통신 대역의 네트워크 상태 정보테이블 (NST: Network Status information Table) 기반의 통신대역 전환 알고리즘을 제안한다.
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