1. HSE 시스템 지원용 유무선 통신 최적화 기술
가. Private LoRa망 구축을 위한 LoRa Gateway와 Network Server 개발
1) 개요
조선 및 플랜트 산업 현장과 같이 밀폐공간이 산재한 고위험 작업 장에서의 질식 및 폭발 사고는 매년 꾸준히 발생하고 있으며, 사망 사 고 및 산업재해를 방지하기 위한 안전재해관리 요구도 급격히 증가하 고 있다. 이러한 산업계의 요구를 반영하여, IoT 융합 기술을 적용한 산업재해 및 안전사고 방지 시스템 구축 연구가 진행되고 있다. 특히 밀폐공간에서의 안전사고 예방 및 피해 최소화를 위해서 밀폐공간 안 전관리시스템에서는 유무선 통신기술을 활용하여 고정된 공간뿐만 아 니라 작업자의 이동 환경에서도 원활한 안전관리를 위한 연구가 진행 되고 있다. 사고예방 및 사고 발생 시 피해 최소화를 위해서는 작업 현장의 수집된 정보가 통합관제센터로 전달될 수 있도록 네트워크의 안정성이 보장되어야 한다. 고정된 유선망을 통한 정보 전달은 통신의 안정성을 보장할 수 있지만 구조의 잦은 변동으로 전력 및 통신 배선 작업의 어려움과 이동성이 높은 작업자를 고려하면 산업 현장에서 유 선망의 활용은 한계를 가진다. 이러한 산업 현장의 요구에 맞추어 저 전력 장거리 통신기술인 LPWAN(Low Power Wide Area Network)이 설치 및 운용 측면에서 WLAN, BLE 등과 함께 산업 현장에서 활용될 수 있는
기술로서 주목받고 있다. LPWAN 기술은 NB-IoT(NarrowBand IoT)와 같 이 주파수 면허대역에서 사용되는 기술과 LoRa와 같이 비면허대역에서 사용되는 기술이 활발히 연구되고 있다. 특히 LoRa와 같은 경우 비면 허대역에서 동작함으로써 네트워크를 독자적으로 운용할 수 있다는 장 점을 가지고 있다. LoRaWAN은 LoRa 운용을 위한 공개 표준으로 아래 그림과 같이 센서 데이터 수집 및 전송을 위한 단말(End Device), 수 집된 데이터를 모으는 게이트웨이(Gateway), 네트워크 서버(Network Server)로 이루어져 있다.
최근 높은 수신 감도를 활용하여 장거리의 실외 데이터 수집뿐만 아니라 Pierre와 같이 실내 환경에서의 LoRa를 이용하려는 연구도 활 발히 진행되고 있다. 하지만 LoRa는 밀폐공간과 같은 통신음영지역에 서의 통신을 보장하고자 하는 목적으로 개발된 것이 아니므로 조선 및 플랜트 건설 현장과 같은 철제 구조물로 이루어진 실내 밀폐공간에서 안전관리 시스템 운용을 위해서는 추가적인 기능 및 관련 성능분석이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 HSE 시스템 지원용 유무선 통신 최적
그림 1-1 LoRaWAN 구성
화 기술의 일환으로 LoRa 표준을 기반으로 현재 LoRa에서는 지원하지 않은 릴레이 통신 기능 등을 추가함으로써 기존 LoRa 통신 시스템과 호환성을 유지하면서 밀폐공간에서의 안전관리 시스템 운용에 활용할 수 있는 고위험 작업장용 LoRa 통신 시스템 개발을 목표로 연구를 수 행중이다.
2) Private LoRa Network 구축 필요성 및 설계 개념 가) Private LoRa Network 구축의 필요성
현재 LoRa는 SKT에서 상용망을 구축하고 그 서비스를 제공하고 있 으며 SKT에서 제시한 LoRa의 서비스에서 단말 및 어플리케이션의 개발 은 일반 유저에게 허용하고 있지만 Gateway 및 Network Server는 그렇 지 않으며 SKT가 구축해 놓은 상용망의 Gateway와 Network Server를 사용하도록 제한하고 있다. 또한 일반 유저가 만든 단말이 상용 LoRa 망에 접속하여 다양한 어플리케이션을 수행하고자 할 경우 LoRa 망의 안정성을 보장하기 위해 단말 및 어플리케이션의 동작 및 서비스에 대 한 자세한 내용을 SKT에 공개하고 LoRa 표준, SKT 망 운영 기준 등에 적합할 경우 상용 LoRa망을 사용한 서비스를 허락하고 있다. 따라서 밀폐공간에서 안전관리 시스템 운용을 위해 LoRa 표준을 확장하여 기 능을 추가한 어플리케이션을 상용 LoRa 망을 통해 사용하는 것은 불가 능하다. 또한 상용 LoRa 망을 사용할 경우 단말로부터 수집된 정보가 반드시 상용 Network Server를 경유하게 되는 문제가 있어 보안이 중 요한 조선 및 플랜트 건설현장에서 상용 LoRa 망을 활용한 서비스를
수행하기는 현실적으로 무리가 존재한다. 그러므로 본 연구에서 목표 로 하는 고위험 작업장용 LoRa 통신 시스템 개발에 있어 LoRa의 단말, Gateway, Network Server를 포함하는 전체적인 Private LoRa 망 구축 이 필수적이다. 따라서 올해의 연구목표를 Private LoRa망 구축을 위 한 LoRa Gateway와 Network Server 개발로 잡고 관련 연구를 수행하였 다.