5.3 평가 반영 및 항해시스템플랫폼 적용
5.3.3 항해시스템플랫폼 적용
(2) 선교 배치 변화
항해시스템플랫폼의 통합 디스플레이와 컨트롤러 제공으로 각 항해장비들의 콘솔 배치가 요구되지 않는다. 현재 항해시스템을 배치하는 선교의 많은 공간 은 항해장비들의 콘솔들이 차지하는데, 플랫폼 적용을 통해 공간적 제약이 개 선된다. 또한 디스플레이와 인디케이터가 감소하고 원하는 정보를 한곳에서 확 인하면 사용자 편의성도 향상된다. 디스플레이 또는 인디케이터와 같은 표시장 치들은 크기와 형태는 다르지만 주요 항해장비
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에 모두 구성되어 있으며, ECDIS(
), GNSS 수신기(
), 레이더(
)는 추가 배치된다. 이 경우 주요 항해장비만 18개 디스플레이나 표시장치가 구성되는데, 플랫폼의 통합 디스플레이를 3개로 구성 하면 15개의 디스플레이 감소가 가능하다. 컨트롤러는
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의 장비에서 추가 배치까지 12개이며, 통합 컨트롤러 플랫폼 2개로 대체되면 10개가 감소된다. 항해시스템플랫폼의 디스플레이와 컨트롤러의 크기 는 정의되지 않았으나 Fig. 40과 같이 선교 배치가 변화된다.자율도에 따라 선교의 공간은 제한되거나 필요하지 않을 수 있으며, Fig. 39 하단의 항해시스템플랫폼 적용 선교배치는 원격운항 수준에서 선내 선원이 승 선하는 경우를 가정한 것이다. 자율운항선박 자율도 3이상에서는 선내 통합 디 스플레이와 컨트롤러가 완전히 요구되지 않거나 유지 보수 등을 위해서만 간소 화하여 구성될 수 있다.
(3) 데이터베이스 기반의 서비스 확장
항해장비들의 데이터를 플랫폼이 데이터베이스로 수집하여, 빠른 정보 이용 과 VDR로의 항해정보 기록뿐만 아니라, 다양한 서비스를 개발 적용하게 된다.
현재 항해시스템에는 항해장비들과 연결하여 정보를 표시하는 기능의 장비만 있어, 선상정보 기반의 정보융합이나 빅 데이터 분석 및 예측을 위해서는 추가 적인 장비나 컴퓨터의 설치 또는 육상으로의 정보 전달을 통해 분석된 결과를 이용해야 한다. 이로 인한 시간지연이나 추가 장비들로 인한 공간제약, 통신용
량 등 문제들을 항해시스템플랫폼 데이터베이스를 이용하여 정보융합 및 빅 데 이터 분석을 처리할 수 있다. 선박의 개별 장치들은 성능상 한계가 있기 때문 에, 항해시스템플랫폼의 데이터베이스에 수집된 정보들을 융합해 새로운 가치 의 정보로 전환하게 되면 향상된 결과와 성능상의 한계를 개선할 수 있다. 선 내 데이터베이스 이용은 빠른 처리가 가능해, 충돌회피와 같은 시간적 제약이 관련되는 기능에 적합하다. 이 외에 Route management 기능 및 의사결정 지원 등 다양한 서비스들이 항해시스템플랫폼 데이터베이스를 기반으로 확장된다.
Fig. 40 Changes in Bridge Navigational Equipment Arrangement
(4) 항해장비 개발환경 전환
항해시스템플랫폼의 표준화를 통해 항해장비 제조사들은 센서 및 안테나, 디 스플레이와 컨트롤러, 처리장치, 통신장치 등 콘솔형태의 종합적인 하드웨어 개 발에서 센서와 처리장치 같은 핵심기술의 하드웨어 개발로 전환된다. 현재 항 해장비들은 기능변경이나 확장이 필요한 경우에 센서부터 선교의 콘솔까지 전 체적인 교체가 이루어져야 하지만, 항해시스템플랫폼의 적용 선박은 확장이 필 요한 센서나 처리장치만을 교체하거나 기능변경 및 확장을 위한 S/W의 업그레 이드만으로 가능하다. 항해장비 제조사는 이를 통해 센서 및 핵심기술 개발에 전념할 수 있고, 사용적인 편의성 향상을 S/W 업그레이드를 통해 제공할 수 있 다. 항해장비들도 전용장비들로 구성되거나 사용이 가능한 것이 아니라 다양한 제조사와 제품을 항해시스템플랫폼과 연결하여 범용적으로 사용 가능하다.
(5) 항해시스템플랫폼 중심의 사이버 보안 강화
장비와 장비간의 데이터 전송 및 선내 네트워크 취약으로 인해 현재의 항해 시스템은 사이버 보안강화가 요구된다. 그러나 항해장비들의 사이버 보안이 개 별적으로 강화된다면, 각기 다른 방법의 보안수단과 수준 등으로 인해 일괄적 인 관리가 어려워진다. 항해시스템플랫폼에 항해장비들을 연결하고, 각 장비들 의 보안특성을 고려한 연결 Adaptor와 게이트웨이 배치를 통해 장비에 대한 물 리적 차단, 전원정지 및 통신 중지가 가능하다. 플랫폼을 중심으로 장비들의 보 안수단과 수준 등을 정의하고, 데이터베이스 접근자에 대한 인증을 통해 S/W적 인 대응도 가능하며, 전체 시스템 보안도 항해시스템플랫폼 중심으로 관리 유 지된다.
제 6 장 결론
본 연구는 자율운항선박의 연결성 향상과 원격운항 및 새로운 서비스 제공을 위한 개발환경 구성의 필요성을 배경으로, 선내 개별 장치들을 하나로 연결하 고, 수집된 정보기반의 서비스와 응용시스템 제공 및 보안 관리가 가능한 플랫 폼 아키텍처 개발을 수행하였다. 독립된 시스템과 장비들로 구성된 현재의 선 박을 원격으로 조종하거나 필요한 정보를 육상에서 확인하기 위해서는 플랫폼 을 이용한 선내 장비와 시스템, 네트워크 통합이 필요하다. 때문에 국내외 다양 한 자율운항선박 프로젝트들이 선박용 플랫폼을 개발하였거나 개발 중이지만, 국제적으로 표준화된 플랫폼은 없으며, 개발을 위한 기술적 접근방법도 제시되 어 있지 않다.
선박 플랫폼과 관련된 선행연구 및 프로젝트들을 분석한 결과, 특정해역에서 만 운항되거나, 프로젝트 개발 컨셉에 따라 자율운항선박 기능들이 다양하게 구현되어 국제적 표준화가 어렵고, 개발과정과 사용자의 요구반영 및 전체적인 플랫폼에 대한 상세정보가 부재한 것을 확인하였다. 따라서 자율운항선박을 개 발하는 다양한 프로젝트와 개발자들은 참조할 수 있는 플랫폼이나 정보가 부재 하고, 사용자들이 요구하는 기능과 성능에 대한 기준이 제각기 달라, 불필요하 거나 성능 및 품질이 낮은 기능들로 플랫폼이 구성되는 문제점이 있다. 플랫폼 개발 이후에는 간단한 기능이나 성능의 변경에도 많은 비용과 시간이 소모되기 때문에, 사용자들의 요구는 개발초기에 반영될 필요성이 있다.
선행연구의 문제점을 개선하기 위해 본 논문은 자율운항선박 플랫폼의 상용 화와 표준화를 위한 기술적 접근방법을 제시하고, 사용자 관점이 플랫폼 개발 에 반영될 수 있도록 S/W 아키텍처 이론을 적용한 개방형 플랫폼 아키텍처 개 발을 목적으로 하였다. 자율운항선박의 전체 플랫폼 개발은 사용자 관점이 광 범위하고, 관련된 선내 시스템과 장비들도 다수이므로 사용자 요구반영을 위한 S/W 아키텍처 이론 적용에 적정한 항해시스템플랫폼으로 대상을 한정하였다.
항해시스템은 인적요소가 구성 장비 및 시스템들을 연결하고 있어, 사용자들의 기능과 성능에 대한 요구반영이 가장 필요한 시스템으로 분석되었고, 기존 선
박 플랫폼들과의 차별되는 설계요소로 원격운항을 위한 아키텍처를 개발하고 평가하도록 연구범위를 설정하였다.
항해시스템플랫폼 아키텍처 개발을 위한 연구방법은 S/W 아키텍처 설계 이 론 중, 이해관계자 중심의 품질속성 워크숍(QAW; Quality Attribute Workshop) 과 아키텍처 트레이드오프 분석기법(ATAM; Architecture Tradeoff Analysis Method)을 적용하였다. QAW는 아키텍처 개발을 위한 요구분석에 사용되었고, ATAM은 개발된 아키텍처의 평가과정에서 수행하였으며, 연구방법이 적용된 과 정과 도출된 내용은 다음과 같다.
개발대상 플랫폼의 기능 정의를 위해 선행연구 및 기술동향, 항해시스템 분 석을 통해 아키텍처 개발을 위한 필수 기능요구사항을 도출하였다. 먼저, 항해 시스템 개선요소로 항해장비들의 시간 동기화, 통합 전원관리, 네트워크 구조개 선과 디스플레이와 컨트롤러의 플랫폼 통합이 식별되었다. 기존 선박 플랫폼과 차별성 및 항해시스템플랫폼의 필수 기능으로 연결성, 디지털화, 표준화, 통합, 확장성, 보안의 여섯 가지 항목을 정의 하였다.
항해시스템플랫폼의 사용자, 운항자의 기능요구사항과 비기능 요구사항의 설 계요인 도출을 위해 QAW를 실시하였다. 운항자 관점의 요구를 설계에 반영하 기 위해 8인의 선박운항 경력이 있는 각 분야 이해관계자가 참여하여 32개 비 기능 요구사항을 도출하였다. 개발에 가장 우선적으로 반영이 필요한 비기능 요구사항을 중요도와 구현성에 따라 우선순위화 하여 12개 중요 품질속성(QA, Quality attribute)으로 정의하였다. 다음으로, 항해시스템플랫폼 아키텍처에 중 요 QA들과 관련되는 항해장비들의 데이터 입력방식, 기능, 관련 항해업무에 대 한 정보를 제공할 수 있도록 각 분류별로 코드화하였다. QAW를 통해 자율운항 선박 항해시스템플랫폼의 기능요구사항과 비기능 요구사항을 시간과 수치로 정 의하였으며, 이해관계자 간 협의를 통해 구체적 결과를 도출하였다.
QAW 결과와 항해장비 코드화를 중요 QA에 반영하여 항해시스템플랫폼 아키 텍처 모듈을 설계하였다. 아키텍처 모듈 설계서에는 항해시스템플랫폼의 구성 모듈에 성능을 수치와 시간으로 제시하고 아키텍처 설계에 필요한 근거를 포함
한다. 구성 모듈의 요구성능을 적용하여 항해시스템플랫폼의 유스케이스 뷰와 배치 뷰 아키텍처를 개발하였다.
항해시스템플랫폼 아키텍처의 평가는 QAW와 동일하게 8명의 평가자가 참여 하여 ATAM 절차에 따라 실시하였다. 평가의 대상은 QAW에서 도출된 비기능 요구사항들의 우선순위화 결과와 모듈 설계서, 항해시스템플랫폼의 유스케이스 뷰와 배치 뷰 아키텍처이며, 그 결과가 유틸리티 트리와 수정된 모듈 설계서 및 아키텍처 수정요구사항으로 제시되었다. 품질속성 시나리오에 포함된 항해 장비 코드화 정보는, ATAM 과정에서 참여자들이 내용을 더욱 명확하게 이해하 고 문제점을 식별하는 근거로 이용 되었다. ATAM을 통해 아키텍처에서 발생할 수 있는 문제점이나 위험요소를 파악하기 위한 시나리오와 설계 접근방법을 평 가하였으며, 개선사항을 적용해 최종적인 항해시스템플랫폼 아키텍처가 개발되 었다. 표준화가 가능하다는 전제에서 개발된 항해시스템플랫폼 적용의 장점 및 변화는 다음과 같다.
첫째, 장비와 장비 간 연결방식에서 장비와 플랫폼의 연결을 통해 관리 및 연결성이 향상된다. 독립된 항해장비들이 플랫폼을 중심으로 연결됨으로서 정 보통합과 전원, 시간동기화 및 사이버 보안 등 다양한 관리가 일원화된다.
둘째, 콘솔 없이 항해장비들을 이용하게 된다. 항해시스템플랫폼에 항해장비 들과 센서가 연결되고 통합된 디스플레이와 컨트롤러를 이용하여, 정보를 모니 터링하거나 선박조종이 가능해지므로 항해장비별 콘솔이 필요하지 않다.
셋째, 항해시스템플랫폼 데이터베이스를 이용한 다양한 기능 및 서비스 확장 이 가능하다. 항해장비들의 정보를 데이터베이스에 수집하고, 이를 기반으로 충 돌회피, 최적항로, 의사결정 지원 등 인공지능 및 빅 데이터 기반의 다양한 기 능과 서비스를 구성하여 제공할 수 있다.
항해시스템플랫폼의 국제 표준화와 적용은 자율운항선박 구현의 과정에서 원 격운항을 위한 기능들을 제공하고, 선교의 공간적 제약 및 향상된 센서와 장비 확장에 필수적이다. 자율운항선박에 특정 항해장비가 요구되지 않고, 개방적인 플랫폼 구성을 기반으로 범용적인 모델과 제품을 연결하여 사용할 수 있다. 결