해양에서 안전을 확보하기 위해서는 사고 발생 후에 신속하고 효과적인 대처 수단도 중요하지만, 사고를 미연에 방지할 수 있는 기술의 개발이 매우 중요한 요소이다. 사고 발생을 억제하기 위해서는 사고 가능성이 높은 구역, 장비, 장치 등에 대한 실시간 모니터링과 모니터링 결과의 분석을 통한 자동 의사결정을 위한 알고리즘 개발이 필요하다. 또한 선박을 이용하는 승무원과 승객에게 IT 기술을 활용한 맞춤식 정보를 제공함으로서 사고방지는 물론 근무환경과 이용환경의 효율성을 높일 수 있다. 따라서 주력산업인 조선산업과 IT 기술의 융합을 통해 선박의 안전운항을 위한 실시간 자가진단 기술을 개발하는 것은 해양에서의 안전성 확보를 통한 환경과 재산의 보호는 물론, 조선 엔지니어링 기술의 고도화를 가능케 한다는 측면에서도 매우 중요하다. 선원과 승객들에게 첨단 정보환경을 제공하는 ‘유비쿼터스 기반 선박 운용 기술’은 향후 크루즈 여객선 개발의 요소 기술로 사용이 가능하며, 아직 본격적인 기술 개발이 이루어지지 않고 있으므로 시장 선점 효과가 높을 것으로 예상된다.

 유비쿼터스(Ubiquitous)의 어원은 라틴어의 Ubique로, 언제 어디서나 존재한다는 뜻이다. 물이나 공기처럼 우리 주변 환경에 내재되어 모든 사물과 사람이 네트워크로 연결된 새로운 공간을 의미한다. 따라서 네트워크와의 연결과 이동성이 핵심 요소이다. 유비쿼터스 컴퓨팅 개념은 제록스사의 유비쿼터스 컴퓨팅에서 유래되었다. 1988년 미국 제록스의 팔로알토 연구소(PARC)의 연구원인 마크와이저(Mark Wiser)가 차세대 컴퓨팅 비전으로 제시한 쉬운 컴퓨터 연구에서 시작되었다. 현 시대가 정보 기술을 수단으로 사용하기보다는 정보 기술 자체가 목적이 된 것을 비판하며 인간 중심의 사용하기 쉬운 컴퓨터 개념으로써의 유비쿼터스 컴퓨팅 비전을 제시했다. 유비쿼터스는 컴퓨팅에서의 제3의 물결이라고 볼 수 있다. 첫 번째는 메인프레임으로 여러 사람이 공유하는 시스템이었다. 그 다음은 각 개인이 컴퓨터를 사용하는 현재이다. 이후 앞으로 다가올 시대는 유비쿼터스 컴퓨팅의 시대로 정보 기술이 항상 우리 생활의 후면에 자리 잡고 있는 시대이다.

 유비쿼터스 컴퓨팅의 특징으로는 다음과 같은 것이 있다.


 유비쿼터스의 적용 현황을 살펴보면 사용 매체에 따라 크게 RFID와 센서 네트워크로 나누어 볼 수 있다. RFID(Radio Frequency IDentification)는 무선 주파수와 전자 칩을 이용하여 대상물을 인식하고 획득하는 무선 인식 시스템으로 135kHz, 13.56MHz, 433MHz, UHF(869~960MHz), 2.45GHz 대역의 주파수를 사용한다. 구성요소로는 그림 1과 같이 태그, 리더, 안테나, 미들웨어, 그리고 호스트 컴퓨터 등이 있다.
 RFID의 작동원리는 RFID 안테나에서 전파를 발산하고 자료가 저장된 태그가 그 전파의 범위 내에 들어가게 되면 태그가 자료를 안테나로 전송하고 판독기가 태그의 정보를 판독하여 네트워크로 연결된 DB 정보를 교신하는 과정을 통해서 사용자에게 원하는 정보를 제공하게 되는 것이다. 

 RFID에 상응하는 바코드는 단지 하나씩 스캐닝이 가능하고 저장 공간이 한정적이며 바코드 부위가 찢어지거나 훼손되어지기 쉽고 이 같은 경우 판독이 어려운 특성을 가지고 있다. 반면에 그림 1에서와 같이 RFID는 향상되어진 저장능력과 더불어 비접촉식으로 거리가 어느 정도 떨어진 위치에서도 인식이 가능하며 한 번에 대량으로 데이터를 처리할 수 있다는 점 등 바코드가 가진 단점들의 극복이 가능하다는 것을 알 수 있다. 또한 다른 매체와 비교 시에도 인식 속도, 가격, 사용기간 및 재사용 여부 등에서 높은 경쟁력을 가지고 있는 매체이다.

 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network)는 Sensor field와 IPv6기반의 BcN(Broadband Convergence Network)의 결합으로 이루어지는 네트워크이다. 유비쿼터스 센서 네트워크는 여러 개의 센서 네트워크 field가 게이트웨이(gateway)를 통해 외부 네트워크에 연결되는 구조를 갖는다. 센서 노드들은 가까운 Sink 노드로 데이터를 전송하고 Sink 노드로 집적된 데이터는 게이트웨이로 전송된다. 게이트웨이에서 관리자에게 전달되는 데이터는 위성통신, 유무선 인터넷 등을 통해 전송될 수 있으며, 이런 Access 네트워크는 기존의 인프라를 이용한다.

 센서 네트워크는 네트워크를 구성하는 일정 지역에 크기가 작은 노드들을 수 백 개에서 수 천 개까지 설치하여 통신하는 구조를 갖는다. 또한 노드들이 주고받는 데이터는 그 크기도 작고 데이터의 발생 빈도 또한 매우 낮아 통신하는 양은 많지 않을 것으로 가정한다. 센서 노드의 크기가 작은 만큼 그에 따른 제약 조건이 존재한다. 가장 큰 문제는 배터리의 크기이다. 현재 기술력으로 센서 노드에 적용할 수 있는 크기의 배터리로는 가용 에너지가 너무 적다. 따라서 센서 네트워크의 연구는 일차적으로 에너지 효율성을 고려해서 진행되고 있다. 네트워크 분야에서는 두 노드간의 통신이 가장 많은 에너지를 소모한다고 판단하여 가능하면 적은 양의 데이터와 시그널을 주고받는 것이 중요한 이슈가 되고 있다. 노드의 크기가 작은 것은 메모리의 크기에도 한계를 가져온다. 메모리 기술은 상당히 발전하였지만 기본적으로 크기가 너무 작기 때문에 많은 데이터를 저장하고 있을 수 없다. 따라서 네트워크나 라우팅 정보들을 필수적인 것들만 저장하여 이용하도록 간단한 프로토콜이 요구된다. 또 다른 문제로 통신 거리와 방법에 한계가 있다. 센서 노드들은 서로 가까이 존재하여 통신 할 수 있다고 가정하더라도, 원격지에 있는 사용자와 관리자는 센서노드가 직접 통신할 수 없는 거리에 존재하게 된다. 센서 네트워크는 항상 네트워크 field 안에 다른 네트워크와 통신할 수 있는 다른 형태의 노드가 필요하다. 이런 노드를 sink라고 부르며, sink 노드는 크기가 크고 배터리의 한계를 가정하지 않는다. 센서 네트워크 내에서 발생된 데이터는 모두 sink 노드로 집적되어 센서 네트워크와 다른 방식으로 외부 네트워크에 연결된다. 이 방식은 sink 노드의 특성에 따라 위성 통신, 무선랜(Wirelss Local Area Network), 블루투스 (Bluetooth), 지그비 (ZigBee), 유선 인터넷 등의 방식을 가질 수 있다.

 본 연구에서는 컨테이너 박스 3개를 이용하여 선박의 내부 환경을 모사할 수 있는 test bed를 구성하였다. Test bed에는 지그비 시스템, RFID 시스템과 PLC 시스템이 설치되어 있으며 test bed 안에 선박의 적용분야 확대 연구를 위하여 에어컨, 냉장고, 소형 모터, 소형 수조 등을 설치하였다. 또한 RFID를 이용한 출입관리 등의 응용분야 개발을 위하여 900MHz 및 13.56MHz 고정형 리더기와 휴대용 리더기를 testbed에 설치하여 필요한 실험을 수행하고 있다.

 개발 대상 기술은 열악한 해양환경에서 설치·운용되므로 육상의 기술과 비교하여 높은 신뢰성이 요구되며 운용 환경에 많은 제약이 따르는 등 기술적으로 개발 난이도가 매우 높다. 본 기술은 아직 세계적으로도 개발 초기단계에 있으며 기술의 완성도가 낮은 수준에 머물고 있어 미개척 분야라 할 수 있다. 따라서 IT 산업과 조선 및 해운산업과의 융합을 통한 선박의 안전성 향상 및 스마트 운용 기술의 개발, 그리고 수중탐사의 효율성을 획기적으로 향상 시킬 수 있는 협업탐사 기술의 개발은 그 발전 가능성이 매우 크다고 할 수 있겠다.

2007-04-10