E-navigation과 해양 사물인터넷(IoT)의 국제표준 및 기술동향

1. e-navigation

가. 진행현황

e-navigation은 2005년 11월 영국의 교통부장관에 의해 도입의 필요성이 제기 된 후, 2015년 12월 일본, 마샬제도, 네덜란드, 노르웨이, 싱가폴, 영국, 미국 등이 참여한 IMO MSC 81차 회의에서 work program으로 승인되어, 2014년까지 e-navigation 전략이행계획(SIP: Strategic Implementation Plan)을 완성하도록 하고, e-navigation 이행계획을 (그림 1)과 같이 발표하였다[1][7].

(그림 1)

e-navigation 이행절차

e-navigation 이행계획에 따라 2009년 사용자 요구사항에 대한 분석을 완료하였으며, 2012년에는 gap analysis와 solutions을, 2013년에는 risk control option을 완성하였다. 그리고, 2014년에는 전략이행계획을 완성하고, MSC(Maritime Safety Committee)에 제출하여 현재 승인을 기다리고 있다[7].

나. 정의 및 구조

국제해사기구에서는 e-navigation을 “the harmonized collection, integration, exchange and analysis of marine information on board and ashore by electronic means to enhance berth to berth navigation and related services for safety and security at sea and protection of the marine environment”라고 정의하고 있다[3][8].

이를 위한 e-navigation 구조는 (그림 2)와 같이 정의되고 있다.

(그림 2)

e-navigation 구조

(그림 2)에서와 같이 e-navigation은 선박의 출항부터 입항까지 전 과정의 안전과 보안을 위한 관련 서비스 및 해양환경보호 증진을 위해 전자적인 방법으로, 선박과 육상 관련 정보의 수집, 통합, 교환, 표현 및 분석을 융합하고 통일하여 수행하는 체계이며 국제해사기구를 중심으로 실현계획을 수립 중에 있다.

다. NCSR 1차 회의 결과

지난 2014년 7월에 런던에서 있었던 NCSR(Navigation, Communication and Search and Rescue) 1차 회의에서는 e-navigation 전략이행 보고서에 대한 논의가 있었다. E-navigation 작업반에서 제출한 전략이행계획(SIP)는 MSC 94차(2014.11.)회의에서 승인 받기 위해 상정하기로 결정되었다. NCSR에 제출된 문서들은 다음과 같다[7].

NCSR 회의에서의 주요 결정사항들로는, 4개의 지침(인간중심설계(HCD: Human Centered Design), 사용성 평가(U-TEA), 소프트웨어 품질보증(SQA: Software Quality Assurance), 시범사업 결과보고(Testbeds))들은 이견없이 승인되었다. 그리고, 시범사업결과보고를 제외한 3개 지침을 통합할 필요가 있다는 의견이 제안되어 통신작업반을 구성하여 통합작업을 진행하기로 하였다.특히, 통신작업반(의장 호주 해사안전청닉레먼)은 내년 NCSR 2차 회의에서 통합지침을 제출할 예정이며, 통합지침(Consolidated guideline)은 회람문서로 향후 발행될 예정이다.

2. e-navigation 기술

e-navigation 실현을 위한 기술은 크게 선상 관련 기술, 육상 관련 기술 그리고 통신기술로 (그림 3)과 같이 분류할 수 있다. 또한, 해상관계자들이 정보의 수집, 교환, 통합을 자동화하기 위한 공통자료모델 기술도 포함된다.

(그림 3)

e-navigation 요소 기술

가. 선상 기술(Shipborad)

선박 자체 센서, 정보 지원, 사용자 간 표준 인터페이스 및 가드존과 경보관리를 위한 포괄적 시스템의 통합을 통한 항해시스템을 핵심요소로써, 항해정보의 산만함과 선원의 과로를 방지해 항해절차에 있어 항해자가 가장 효율적인 방법으로 당직을 수행하기 위한 기술을 말한다. 세부기술로는 다음과 같다[9].

나. 육상 기술(Shore)

보완된 규정, 협조 및 포괄적 데이터 형식의 교환을 통해 육상으로부터 선박의 안전 및 효율성을 지원할 수 있도록 선박관제 및 관련 서비스의 관리를 수행하는 기술이다.

다. 육상 기술(Communication)

선상, 선박 간, 선상과 육상 간, 육상 기관 대 다른 대상에 인증되고 통일된 정보의 전달을 통해 잘못된 판단을 줄이도록 하는 통신정보 제공 인프라 개념

라. 공통 해상 데이터 구조

국제수로기구(IHO: International Hydrographic Organization)에서는 기존 전자해도 교환 표준인 S-57의 한계를 벗어나 실시간 해양환경 정보, 3D 공간 정보와 다양한 부가정보를 통합할 수 있는 객체지향 데이터 모델인 S-100을 UHDM으로 정했으며, IMO는 해사 정보 표준화를 위해 작업하고 있던 CMDS(Common Maritime Data Structure)로 IHO의 S-100을 활용하기로 결의하였다. 또한 국제항로표지협회(IALA: International Association of Marine Aids to Navigation and Light House Authorities)에서도 항로표지분야 표준 데이터 표준을 위해 작업하고 있던 IHDM(IALA Harmonized Data Model)를 위해 S-100을 활용하기 위한 작업을 진행 중에 있다. 이는 궁극적으로 e-Navigation 실현을 위한 핵심요소로 공통 데이터 모델이 필요함을 뜻하는 것이며, 해사 관련 국제기구에서 상호보완 및 협력을 통해 표준작업을 진행 중에 있다.

1. 구성

IALA에서는 국제해사기구의 e-navigation을 위한 구조를 주로 담당하고 있으며, IALA에 의해 국제해사기구의 e-navigation 통신작업반을 통하여 IMO NAV회의에 상정되어 확정하게 된다.

IALA의 eNAV에는 모두 6개의 WG이 있다. WG1은 운용과 전략, WG2는 PNT(Position, Navigation, Time), WG3는 AIS(Automatic Identification System), WG4는 통신, WG5는 기술적 구조, WG6에서는 정보의 표현에 대해 정의하고 있다[3].

다음 절에서는 IALA에서 정의하고 있는 e-navigation 스택(stack)과 CSSA(Common Shore based System Architecture)에 대해서 살펴보고자 한다.

2. IALA e-navigation 스택

IALA에서 정의한 e-navigation 구현을 위한 구조는 (그림 4)와 같다[3].

(그림 4)

IALA e-navigation 스택

3. IALA CSSA

IALA에서는 IALA의 요구사항에 맞는 육상의 e-navigation 구조에 대해 정의하고 있다. 이를 위한 구조는 (그림 5)와 같다[12][13].

(그림 5)에서와 같이 IALA의 e-navigation 구조에서는 다음과 같은 것을 정리하고 있다.

(그림 5)

IALA e-navigation 구조

IALA에서는 상기와 같은 e-navigation 기능을 지원할 수 있는 공통 육상 시스템 구조를 정의하고 있다. 이를 위한 구조는 (그림 6)과 같다.

각 구성요소별 기능을 정리하면 아래와 같다.

(그림 6)

IALA CSSA architecture

1. 국제수로국(IHO)

국제수로기구(IHO)의 S-100 표준은 전자해도를 비롯한 선박의 안전운항을 위한 관련 해양 정보의 교환/활용 체계에 관한 표준이다.

IHO S-100 표준은 ISO 19100 시리즈 표준을 기반으로 만들어졌다. ISO 19100 시리즈 표준은 지리공간 정보 및 관련 데이터에 관한 표현과 정보교환, 활용을 위한 표준으로, 해양분야의 지리공간 정보 및 관련 데이터를 다루는 S-100 표준의 기반으로 사용되었다((그림 7) 참조).

(그림 7)

ISO 19000 시리즈 기반 S-100 구성체계

IHO S-100 표준의 구성을 살펴보면, ISO 19100 지리정보 표준으로부터 유도된 여러 부분으로 구성되어 있다. S-100 표준에서 메타데이터는 ISO 19115 메타데이터 표준을 기반으로 해양분야의 지리정보 및 관련 데이터의 명세에 필요한 메타데이터를 정의하였다. 다음은 두 표준을 기반으로 한 프로파일이다.

S-100 표준의 개념 모델은 UML (Unified Modeling Language)를 이용하여 일관된 방법으로 정의되어 있다. UML은 데이터 모델링을 위한 언어이다. S-100 표준 문서는 UML 클래스, 속성, 클래스 다이어그램으로 일관된 형식으로 표준의 내용을 기술하고 있다.

IHO S-100 표준은 S-10x 시리즈의 기반 표준으로 IHO에서는 2015년 안에 차세대 전자해도 표준인 S-101을 개발하기 위해 노력 중이며, 향후에 해저지형 그리드 데이터 표준(S-102), 전자 서지 표준 등 해사 관련 표준들을 점차적으로 확대해 나갈 계획이다[14].

2. 국제전기협회(IEC)

가. IEC TC 80 현황

IEC TC 80은 국제해사기구에서 요구한 항해 통신장치들에 대한 국제기술표준을 제정하는 기구로 e-navigation을 위한 선상장비들의 기능과 성능에 대한 중요한 표준을 제정할 것으로 기대되고 있다. IEC TC 80에서는 2011년에 제정된 IEC 61162-450 표준을 포함하여 총 38종의 국제표준을 제정하였으며, ETRI에서 제안한 IEC 61162-460을 포함하여 4종에 대한 신규 표준을 제정 중에 있으며, 5종은 개정 중이다. 현재 제정 또는 개정 중인 표준들을 정리하면 <표 1>과 같다[2][15].

<표 1>

IEC TC 80 제정/개정 중인 표준

나. IEC TC 80과 e-navigation

IEC TC 80에서는 국제해사기구에서 선상장비와 관련된 e-navigation 요구사항이 규정되지 않았기 때문에 이에 대한 구체적인 작업을 진행하고 있지는 않다. 하지만, 이를 위한 다양한 표준들을 제정 중이며, 준비 중에 있다. 이를 위한 표준들을 정리하면 다음과 같다.

1) IEC 61162-450[16]

IEC 61162-450은 이더넷 기반의 선박 네트워크 인터페이스 표준으로써 2011년에 Ed. 1.0이 발표되었다. 기존의 선박정보 통합을 위한 표준이 일부 발표되었으나[17], 선박에서 e-navigation을 위해 증가된 데이터들을 처리하고, 다양한 정보들을 쉽게 교환함으로써, 선상장비들 간의 정보의 수집과 통합을 가능하도록 정의한 이더넷 기반의 네트워크 인터페이스 표준이 IEC 61162-450 표준이다[18]. 국내에서는 ETRI에서 SAN(Ship Area Network) 기술을 IEC 61162-450 표준에 제안하여 채택되었다.

2) IEC 61162-460[19]

IEC 61162-460은 선박 통합 네트워크 구성 시, 특히 이더넷 기반의 선박장치들을 통해 선박장치 간 또는 이종 시스템 간의 통합 시스템 구성 시에 발생하는 안전성과 보안을 보장하기 위한 기본 요구사항을 정의한 표준이다. 특히, e-navigation에서 요구하는 선박과 육상 간 통신을 위한 선박 네트워크 구조와 이를 위한 요구사항들을 정의하고 있다.

본 표준은 ETRI에서 프로젝트 리더로서 활동하고 있으며, 지난 2014년 6월 스톡홀름회의에서 CDV 초안 문서를 작성하였으며, 2016년 초에 국제표준으로 채택될 예정이다.

3) 항해 통신장치를 위한 S-100 인터페이스

국제해사기구에서 선박과 육상 간 정보교환을 위한 공통 해사 데이터 모델을 정의하고 있기 때문에, 선박에서 이를 처리하고 제공하기 위한 인터페이스 표준의 필요성이 제기되었다. 따라서, 2013년 9월 미국 샌디에이고에서 열린 IEC TC 80 총회에서 선박 항해 통신장치들에 대한 S-100 인터페이스 표준에 대한 신규 표준 항목으로 채택되었으며, 이를 위한 신규 국제표준 초안 작업을 준비 중에 있다.

2014년 6월 스웨덴 스톡홀름에서 열린 WG 6(디지털 인터페이스 워킹그룹)에서는 대표적인 선박 인터페이스인 IEC 61162-1에 대한 Product Specification 작업을 진행하기로 결정하였다.

1. Maritime Internet of Things

최근 ICT 분야의 핫 이슈인 IoT(Internet of Things)을 해양 분야 비즈니스에 활용하기 위한 키워드로 IoMT(Internet of Maritime Things) 또는 해양 산업인터넷(Maritime Industrial Internet)에 대한 접근이 이뤄지고 있다. 해양 IoT에서는 선박과 해양에 존재하는 다양한 센서 장치들로부터 정보를 자동으로 받아들여, 선박의 운영과 유지보수를 최적화하기 위해 적용되고 있다. 해양 IoT는 다양한 해야 분야에서 적용되어, 최적의 의사결정을 도와줄 것으로 기대되고 있다[5][6].

2. 적용분야[6]

가. 컨테이너 선박

컨테이너 선박의 경우 IoT를 장비들의 신뢰성을 증가시킴으로써 일정의 신뢰성을 증가시고, 이를 통해 보다 나은 배달(delivery)을 제공할 수 있다. 또한, 선상의 장비들을 보다 효과적으로 운용함으로써 배들을 효율적으로 관리하도록 할 수 있다. 마지막으로, 선박의 속도와 전체 연료 소비량을 최소화 함으로써 비용을 절감시킬 수 있다.

나. 어선

엔진, 제너레이터, 기어 그리고 냉장고 장비들로부터 수집된 정보들을 통하여 연료 소비량을 최소화하고, 시장에 최적화된 상태로 채취물 보관을 가능하게 한다. 이를 통해 어획된 수산물들을 안전하게 저장하고, 연료와 유지보수 비용을 절감할 수 있도록 한다.

다. Off-shore

Off-shore 산업에서 장애가 발생하면, 엄청난 금전적 손실이 발생한다. 따라서, 실제 장애 전에 장애를 미리 알려주거나 다른 방식으로 변경이 가능하다면 수백만 달러의 비용을 절감할 수 있다. 따라서, IoT를 통해 운영시간의 증가를 가져올 수 있다.

또한, OSV(Off-shore Supply Vessel) 운영자에게도 IoT는 유용하다. 운영자는 단순히 유지보수와 운영비용 절감 효과 외에도 장비들의 상태와 조건에 대해서 고객들에게 정확히 알려 줄 수 있고, 고객들은 이들 정보를 통해 최적의 의사결정을 지원할 수 있다.

3. 활용방안

세계 최고의 클래스를 차지하고 있는 국내 조선소들은 좀 더 진화된 스마트 선박 건조를 위해 선내/외 유무선 통신 인프라 기반에 선박 기자재와 센서 기술이 접목하려고 하고 있으며, 해양분야에도 자연재해/재난 예방 및 사후처리 등을 위해 각종 센서 장비들의 개발이 이뤄지고 있다. 또한 향후 선박 IoT 기자재와 해양 센서 장비로부터 수집된 대량의 데이터를 안전/경제운항을 위한 해양 빅데이터 기술로의 연계에 관해서도 관심이 높은 상황이다.