최근 선박 전자 장비들이 디지털 인터페이스 표준을 위해 NMEA(National Marine Electronics Association)에서는 CAN Part B 표준 버스 프로토콜 기반의 네트워크 표준인 NMEA2000 표준을 개정하였다. NMEA2000는 네트워크상에서 PnP 기능을 가지는 멀티토커, 멀티리스너로서 네트워크 관리를 위한 서버가 필요 없는 멀티마스터의 실시간 제어 네트워크이다. 본 연구에서는 NMEA2000 기반의 선박 센서용 프로토콜 변환 알고리즘의 구현과 NMEA2000/CAN/Ethernet/RS422, RS485, RS232 포맷 변환 및 NMEA2000 기반 전용 케이블을 고려한 아날로그 데이터 모듈 외형 설계 및 개발을 목표로 한다. 본 연구를 통해 NMEA2000 핵심 기술의 개발과 적용을 통해 새로운 조선 IT 시장을 선점할 수 있을 것으로 기대된다.
As the number of sensors in a ship has increased, studies have been actively conducted to efficiently manage a large amount of data. Sensors in a ship follow the NMEA (National Marine Electronics Association) data format. In particular, NMEA0183 standardized as IEC 61162-1 and NMEA2000 standardized as IEC 61162-3 are widely used. NMEA0183 is a protocol based on serial communication and NMEA2000 is a protocol based on CAN (Controller Area Network) communication. We implemented a gateway that receives data from NMEA0183 sensors and NMEA2000 sensors and then transmits them to the server on TCP/IP network. By using the NMEA2000 0183/2000 gateway to receive the sensor data and manage it through the ship's preventive maintenance system, the sensor data can be utilized efficiently and promptly. This management can reduce crew's daily tasks and reduce the number of accidents.
최근에는 NMEA 2000 프로토콜이 SOLAS 선박의 실시간 네트워크 장비의 표준으로 인증 된다. 본 논문에서는 항해 필수 장비인 초음파 센서를 이용한 NMEA 2000이 탑재된 2차원 풍향 풍속계를 개발하였다. 개발된 시스템은 NMEA 2000 장비와의 연결을 테스트하기 위해 수심, 속도, GPS 장비로 구성된 NMEA 2000 네트워크에 연결하였으며, 기존에 제작된 타사 풍향 풍속계와 비교하기 위해 기능시험을 수행하였다.
NMEA2000 표준은 선박 내부 센서 및 장비들 간의 실시간 통신을 위해 개발되었다. 본 논문에서는 NMEA2000 네트워크 프로토콜을 분석하여 데이터를 무선으로 서비스하기 위한 게이트웨이 개발에 대해 기술한다. 확장성을 높이기 위해 개발된 게이트웨이는 NMEA2000 네트워크에 직접적으로 참여하지 않고 무선 장비와 NMEA2000 사이에 단순히 데이터를 중계하는 방식을 사용하였다.
본 논문은 NMEA-0183기반의 BNWAS(선교항해당직경보시스템)에 관한 연구이다. 현재 선박내에 사용중인 BNWAS은 시스템의 관리와 모니터링의 어려움이 있었다. 본 논문에서의 NMEA 기반의 BNWAS은 차후 선박내에 NMEA 기반의 장비와 연동이 가능해 BNWAS 모니터링 뿐만 아니라 선박의 모든 NMEA 기반 장비를 통합 관리할 수 있는 시스템으로 발전가능하다 이러한 NMEA-0183 기반의 BNWAS의 모니터링을 통해 선박내의 승무원의 위험이나 비상사태에 보다 효율적으로 대응할 수 있다.
BNWAS의 기능과 동작은 국제 표준을 통해 제안되었으나, 현재 배에 탑재되어 있는 BNWAS는 모니터링하는 것에 많은 어려움을 가지고 있다. NMEA-0183, NMEA-2000과 같은 BNWAS내의 장비에서 생성되는 여러 데이터가 있다. 본 논문에서는 주로 BNWAS에서 사용되어지고 있는 저속 NMEA-0183을 기반으로 한 통신 프로토콜을 이용한 멀티미디어 전송 기법을 제안하였다. NMEA-0183을 통한 저속 멀티미디어 데이터 서비스의 원만한 전송을 위해서는 데이터 압축 기술이 필요하다. 현재 주로 사용되어지고 있는 NMEA-0183 프로토콜이 배의 장비에 주로 사용되어지나, 센서를 통한 BNWAS 장비를 제어하기 위해서는 보다 효율적인 NMEA-0183 프로토콜 전송이 필요할 것이다.
최근 선박용 전자, 통신 장비들이 다양하고 복잡해짐에 따라 새로운 통신 프로토콜을 적용하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 그중에서도 CAN(Controller Area Network)통신 프로토콜을 기반으로 하는 NMEA(National Marine Electronics Association)2000 프로토콜은 대표적인 차세대 선박용 프로토콜로 표준화와 더불어 선박에 적용되고 있다. NMEA2000은 선박에서 사용되는 다양한 데이터들을 다른 전자장비로 통신하기 위한 표준으로 네트워크 관리를 위한 서버가 필요 없는 멀티마스터의 실시간 제어 네트워크이다. 본 연구에서는 NMEA 2000 기반의 선박 센서용 프로토콜 변환 알고리즘의 구현과 NMEA2000/CAN/Ethernet/RS232 등의 데이터 포맷 변환 및 NMEA2000 기반 전용 케이블을 고려한 아날로그 데이터 모듈의 개발을 목표로 한다. 본 연구에서 NMEA2000 핵심 기술의 개발과 적용으로 다양한 통신 프로토콜을 지원함으로써 사용자 기반의 데이터 모니터링 시스템을 설계하고 구현하였다.
현재 국내에서는 NMEA 멀티플렉서를 개발한 사례 띤 제품이 몇몇 업체가 있으나, 외국 제품보다 인지도 및 제품판매의 실적이 미비하다. 그러므로 외국의 고비용 장비를 수입하여 사용하거나, 멀티 포트를 이용하여 NMEA 신호를 전송하는 프로그램을 소프트웨어적으로 구현하여 사용하고 있다. 그러므로 고비용이 지출되거나, 각 응용프로그램마다 별도의 처리 부분을 작성해야하는 문제점이 있다. 또한, NMEA 신호를 출력하는 각각의 장비들은 제조회사 및 플랫폼이 다르므로 이중의 자원낭비 및 손실 등을 초래할 수 있다. 본 논문에서는 경제적으로 NMEA 멀티플렉서 모듈을 구현하기 위하여 가상 시스템을 구성하여 실험을 실시하였다. NMEA 신호를 입력하기 위해 각 장비들은 가상의 데이터를 가진 노드로 대치하여 멀티플렉서 구현을 위한 가상의 시스템을 구성하고, 여러 문제들을 보완하기 위하여 신뢰성 있는 처리방법과 고성능의 단일 하드웨어 모듈로서 독립적으로 동작할 수 있다. 최적화된 큐의 설계를 이용하여 모듈의 메모리 효율을 높이며, 주요 항해 장비인 자이로콤파스, 에코 사운드, GPS 등과 실시간으로 RS232 멀티포트를 통하여 입력되는 신호를 실제 PC에서 출력하여 통신의 정확성을 유지할 수 있는 NMEA 멀티플렉서의 설계 및 구현에 대하여 제안하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제34권4호
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pp.522-531
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2010
선박에서 발생되는 다양한 형태의 디지털 정보를 그 특성에 따라 적절하게 처리하기 위해서는 용도에 적합한 네트워크의 구성이 필요하다. 이러한 필요성에 부합하는 표준으로 NMEA 2000과 IEC 61162-4가 있다. NMEA 2000은 실시간 데이터의 처리에 적합한 표준이고, IEC 61162-4는 데이터의 통합 관리에 적합한 표준이다. 따라서, NMEA 2000 데이터를 통합하여 관리하기 위해서는 IEC 61162-4 포맷으로 변환하여야 한다. 본 논문에서는 이러한 변환을 위한 참조화일 및 알고리즘을 제시하고 그 구현 결과를 기술한다.
이 연구에서는 안드로이드의 GPS 원시데이터를 이용한 의사거리 기반 GPS 성능을 자체 계산된 NMEA와 비교했다. 원시데이터를 이용한 GPS와 NMEA간의 성능 비교를 위해 Nexus 9 태블릿을 사용하고, 구글에서 제공하는 GNSS logger 어플리케이션을 이용하여 원시데이터와 NMEA를 수집하였다. 산출된 최종좌표의 성능을 검증하기 위해 VRS를 기준 좌표로 사용하고, 동시간 NMEA 결과와 비교하였다. 원시데이터의 의사거리를 이용한 GPS의 정확도는 수평 RMS 3.05 m, 수직 RMS 3.82 m, 3차원 RMS 4.97 m로 NMEA 대비 수평 32 %, 수직 65 %, 3차원 49 %의 성능 향상을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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