전 세계적으로 자율운항선박 기술개발을 추진 중이며, 자율운항선박 핵심 기술뿐 아니라, 상용화의 기틀을 마련하는 평가·검증 관련한 연구도 활발히 수행되고 있다. 이에 따라 자율운항선박의 핵심 기술과 주요 장비의 성능검증을 위한 테스트베드의 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 국내외 자율운항선박 기술개발 현황과 자율운항선박의 시뮬레이션 기반 테스트베드가 갖춰야 할 요구사항을 분석하였으며, 자율운항선박의 특수성이 반영된 동역학 모델 기반의 조종 시뮬레이션 테스트베드에서의 성능검증을 위한 기능 분석 및 세분화를 통해 플랫폼 운영에 효과적인 기술들을 제안한다.
전 세계적으로 자율운항선박 관련 연구가 활발히 수행되고 있으며, 자율운항선박 관련 개발 기술에 대한 시험평가 기술의 개발도 그 필요성이 부각되고 있다. 이와 같은 자율운항선박 관련 개발 기술에 대한 시험평가와 관련하여 현재 다부처사업으로 진행 중인 자율운항선박 기술개발사업에서는 자율운항선박에 탑재되는 장비 또는 알고리즘의 성능을 검증하기 위한 플랫폼으로 시뮬레이션 기반 테스트베드(Simulation-based testbed for autonomous ship, S-TAS)를 개발하고 있다. 본 연구에서는 시뮬레이션 기반 테스트베드의 활용을 위하여 자율운항시스템 구성요소 중 안전운항시스템과 경제운항시스템을 검증하기 위한 시뮬레이션 기반 시나리오 운용기능을 설계하였으며, 향후 개발되는 자율운항시스템을 위한 시나리오 운용 기술의 개발 및 연구를 수행할 예정이다.
WSN(Wireless Sensor Network)를 활용하는 범위가 점차 확대 되면서 TCP/IP 기반의 공용 네트워크에서 WSN에 접근하고자 하는 요구가 증가 하였고, 이로 인해 이 네트워크 환경 모델을 테스트하기 위한 연구가 꾸준히 진행 되었다. 하지만 다수의 센서 노드들을 필요로 하는 WSN을 위한 테스트 베드를 구축하는 것은 매우 어려운 일이다. 본 논문에서는 이러한 네트워크 환경 모델을 테스트베드와 NS-3를 통합한 테스트 시뮬레이션 환경을 제공한다. 뿐만아니라 테스트베드의 시뮬레이션 시간도 NS-3의 리얼타임 스케줄러를 이용하여 통합할 수 있는 시뮬레이션 환경을 제공한다.
생체모방로봇은 조류나 곤충과 같은 생체의 특성을 모방하여 미래 전장에서 은밀한 감시와 정찰 작업에 큰 역할을 할 것으로 기대된다. 이 로봇들의 효과적인 활용을 위해서는 새의 날갯짓이나 바퀴벌레의 움직임 등을 모방하는 기술이 중요하지만, 이를 지원하는 하드웨어 확보와 소프트웨어 개발 및 검증 과정의 복잡성으로 인해 어려움이 따른다. 본 논문에서는 모델링 및 시뮬레이션(M&S) 기술을 적용한 다중 HILS 기반 생체모방로봇 소프트웨어 검증 테스트베드를 설계하고 구현한 결과를 소개한다. 테스트베드를 사용함으로써 개발자들은 하드웨어 부재 문제를 극복하고, 미래 전장 시나리오를 시뮬레이션하며 소프트웨어 개발과 테스트를 수행할 수 있다. 그러나, 다중 HILS 기반 테스트베드는 테스트 대상 로봇 수의 증가에 따른 장치 간 연동 지연 문제를 경험할 수 있으며, 이는 시뮬레이션 결과의 신뢰도에 크게 영향을 미칠 수 있다. 이를 해결하기 위해, 우리는 우선순위 기반 미들웨어인 data distribution service prority (DDSP)를 추가로 제안한다. DDSP는 기존 DDS 대비 1.95 ms의 평균 지연 감소 효과를 보이며, 테스트베드에서 요구되는 데이터 전송 품질을 보장할 수 있음을 입증하였다.
자율운항선박기술의 상용화를 위하여 개발되는 요소 및 통합기술의 성능시험과 실증은 필수적이며, 이를 위한 테스트베드 개발이 병행되어야 한다. 현재 국내에서는 자율운항선박 기술개발사업을 통해서 개발되는 기술의 성능검증을 위하여 울산시 고늘지구 인근에 성능실증센터가 구축되고 있으며, 성능실증센터는 시뮬레이션 기반 테스트베드를 비롯한 육상테스트베드와 시험해역과 시험선을 포함한 해상테스트베드로 구성된다. 해상테스트베드 시험선은 설계 단계에서부터 자율운항기술의 해상 실증 및 성능시험을 고려하여 건조되었으며, 본 논문을 통해 해상테스트베드 시험선의 기능과 구성요소에 대해 소개하고자 한다.
본 논문에서는 다중 PLUTO SDR 플랫폼을 활용하여 전력 송수신단이 서로의 위치 정보를 모르는 상황에서 타겟 디바이스(전력 수신단)의 위치 정보를 계산하여 수신단에 대한 빔 정렬이가능한 빔포밍 무선전력전송 테스트베드를 구현하였다. 구축한 테스트 베드를 기반으로 실험실 환경에서 실험을 진행하였으며 실험결과를 시뮬레이션 결과와 비교 분석하여 테스트베드가 효과적으로 구성되었는지 그리고 테스트베드의 성능 유효성을 확인하였다.
본 논문에서는 위성망을 이용한 파워 그리드의 위기관리 시스템을 검증하기 위한 테스트베드 시스템을 제안하였다. 위기관리 시스템의 검증을 위해, 제안된 테스트베드는 위성통신의 통신품질을 기상상황에 맞추어 시뮬레이션 하였으며, 파워 그리드의 동작과 이상상황에 대한 정확한 재현을 위해 FPGA 기반의 Phase Measurement Unit(PMU) 에뮬레이터를 구현하였다. 제안된 위성통신 시뮬레이터는 전국 각 지역의 순간 강수량 및 최대 강수량 데이터를 데이터베이스화하여, 습도와 강수량에 기반을 둔 위성통신의 신뢰성을 모델링 하였으며, 인터넷을 통한 실시간 순간 강수량 데이터를 이용해 실시간 위성통신 신뢰도 맵을 구현하였다. 또한 PMU 에뮬레이터는 FPGA 를 이용한 하드웨어 기반의 에뮬레이터 구현을 통해 동작의 신뢰도를 높였다. 본 논문에서 제안한 테스트베드 시스템은 위성망을 이용한 파워 그리드 위기관리 시스템의 검증과 운영에 적용하였다.
무선 메쉬 네트워크는 네트워크 구성의 용이성과 비용적인 장점으로 각광받고 있는 무선 백본 네트워크 기술이다. 최근 상용화된 제품이 출시되고 있지만, 대부분의 기존 연구 기술은 시뮬레이션을 통해 성능을 분석하였다. 본 논문에서는 실제 상황을 고려하여 무선 메쉬 네트워크 테스트베드를 구축하였다. 본 테스트 베드는 무선 분산 시스템(Wireless Distribution System)과 브릿지를 응용하여 멀티 채널 멀티 인터페이스와 동적인 위치기반 라우팅 프로토콜을 지원한다. 위치기반 라우팅 프로토콜은 링크 채널 변화와 물리적 거리를 고려한 메트릭을 이용하여 무선 간섭에 강하게 설계하였다. 그리고 메쉬 클라이언트들은 중앙 집중 주소 관리 서버를 통해 주소를 할당 받아 통신하며, 간이 망 네트워크 관리 프로토콜을 통해 망을 관리하도록 설계 및 구현하였다.
산업계를 중심으로 최근에는 위치에 구애받지 않고 다양한 서비스를 자유롭게 이용하고자 하는 수요가 급증하면서, 비용 효율적이고 구축이 용이한 wireless mesh network (WMN) 솔루션이 다시 주목받고 있다. 본 논문에서는 3차원 WMN을 위한 라우팅 솔루션인 Autonomous Load-balancing Field-based Anycast routing+ (ALFA++)의 구현 이슈를 심도 있게 살펴본다. 이후에는 저가 상용 장치를 활용하여 구축한 대학 캠퍼스 건물 내 802.11 기반 3차원 WMN 테스트베드에서 ALFA+의 성능을 평가하고 이를 통해 궁극적으로 ALFA+의 실제 활용 가능성을 검증한다. 기존 대부분의 연구는 가상환경 기반 시뮬레이션을 통한 성능평가를 한 반면, 본 연구에서는 실환경 테스트베드에서 상용 장치를 활용한 성능평가 수행을 위해 필요한 구현 관련 상세정보를 소개하고 실환경 테스트베드에서의 결과를 기반으로 ALFA+의 실질적인 가치를 평가했다는 점에서 큰 의미가 있다.
본 논문에서는 실거주 환경과 같이 구축된 테스트베드에 온도 센서를 설치하여 최적의 온도 계측 위치를 설정하는 방법을 제안한다. 테스트베드를 CFD(Computational Fluid Dynamics) 방법으로 온도 변화를 시뮬레이션하고, 온도변화와 기류 변화를 확인하여 최적 센싱 위치를 선정한다. 실제 공간에 30개의 온도센서를 설치하여 실제 온도 변화를 측정하여 시뮬레이션과 비교하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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