조선 IT 융합을위한신기술개발이필요한,

국내조선산업은 1990년대부터막강한투자와기술

집약건조방식을도입해기술경쟁력이요구되는고부가

가치실현의선박건조추진으로 2002년이후 1위의일본

을추월하여 1980년대및 1990년대에걸쳐수출주력산

업으로성장하였으며현재까지도수출및생산비중이

지속적으로상승하는추세에있다. [1] 이러한조선산업

은해운과수산, 해양방위, 해양자원개발등에필요한각

종선박과수중장비및해양구조물등의개발과생산을

포괄적으로수행하는기간산업이며, 대부분주문에의

해생산하는수출전략형산업이다. 즉, 조선산업은해운

산업, 수산업, 철강, 기계, 전기, 전자, 화학및소재등의

관련산업에미치는파급효과가크며, 노동집약적이이면

서기술집약적인성격을동시에지니는전통산업으로

현재까지대한민국의고부가가치산업으로각광을받고

있다. 그러나 1995년까지세계시장의 2.1%에불과하던

중국은정부의과감한투자와확보된지하자원, 저렴한

노동력등을무기로 2005년한국, 일본에이어조선업계

3위로부상하였으며, 일본은한국견제를위해기술경

쟁력이떨어지는분야를중국에과감히공개, 한국과중

국간의경쟁을유도하고있다.

조선산업은미래를위한차세대기술개발보다생산성

향상이나단기애로기술에중점을두고있다. 이러한조

선분야에서는2007년6,033만CGT로선박수주량1위및

2007년1,138만CGT로선박건조량1위를유지하고있는

호황기에도불구하고 R&D투자가미약하여현재조선

업계의매출액대비R&D투자비중은1%이하수준에머

물고있다고한다 [1]. 우리나라는기술적으로보면선박

건조강국이고, IT분야에서도강국인데비하여향후미

래산업으로전망되는조선 IT융합산업분야는약소국

수준을벗어나지못하고있다. 특히 2009년하반기부터

중소조선소는세계경제의하락으로도산하고있으며,

지속적인선박건조수주가하락되고있다. 이러한시기

에새로운선박산업의성장동력을위한아이템이필요

한시점이다. 최근들어대한민국교육정책의키워드는

융합이강조되고있는데, 그이유는기존에발생하였던

점진적융합과는달리급격한속도와광범위한영역에

서일어나는혁신적, 광역적융합의성격을띠고있다. 이

러한맥락에서 IT기반의융합산업이산업및경제에중

심으로대두되고있다. 특히, 조선산업은현재세계최고

의경쟁력을갖추고있는것으로나타나고있으나, IT와

의접목은상대적으로느리게진행되고있는분야라고

54·공학교육

Part 3 우수 연구실 소개공학교육의 현장

조선 IT 융합을 통한 새로운 선박 내 통신방식 개발

배 진 호

제주대학교해양시스템공학과교수baejh@jejunu.ac.kr

KAIST 전자전산학과 박사대양전기공업(주) 실장

현) 제주대학교 해양시스템공학과 부교수 관심분야: 광신호처리, 선체통신, 레이더 소나 신호처리, 인쇄전자

지적하고있으며, 현재세계경제의하락과동시에조선

IT융합은지지부진하고있는상태이다.

현재, 조선 IT융합을활성화시키기위한방안으로는

Digital선박개념진화, SuperSeaCat과같은초대형선박

등장및선박내통신등많은새로운기술의수요가요구

되고되고있다. 우리나라는세계 1위의조선강국이고,

일반선박은 90%이상의국산화율을유지하고있지만,

최근수주되고있는LNG선, 호화여객선, 석유시추선및

쉐이빙선등의고부가가치선박의경우60%이하의낮은

국산화율을유지하고있는편이다 [1]. 그리고앞으로 IT

융합장비의비중은선박가격대비15%까지증가할것으

로예상되고있다. 따라서세계 1위조선강국의위상을

유지하기위해서는선도적 IT융합기술주도형으로패

러다임의변화를요구하고있다. 이러한요구에따라항

법장치의주사용자인항해사의인적과실에의한해양

사고예방을위해첨단 IT기술기반의다양한항법보조

장치의통합과사용자의편의를위한통합항법장치의

국제표준화의필요성이대두되어왔으며, 2005년 12월

IMO MSC 81차 회의에서 영·미·일 등 7개국이 e-

Navigation의표준화를제안하였다. 해상에서의안전과

보안및해양환경을보호하기위해운항과전자적방법

에의해선박과육상의해상정보의조화로운수집, 통합,

교환, 표현및분석을제공을위한e-Navigation의핵심목

표중에선박내의각종센서정보를집중/통합표시및

활용을가능케하자는내용과그에필요한통신시스템

이들어가있다. e-Navigation전체개념은아래그림 1과

같다.

우리나라는조선 IT융합의흐름에따라부산을중심

으로조선기자재산업을위한조선IT융합과제들이만

들어지고있다. 또한한국전자통신연구원은선박의유

무선네트워크 (WLAN/ZigBee/RFID/PLC/광/케이블/이

더넷등) 기술개발을위한SAN(Ship Area Network)이라

는과제를수행해오고있다. 그러나선박은철선으로무

선의경우 skin효과로철판을통과하는통신네트워크

제 20권 제 1호·55

조선 IT 융합을 통한 새로운 선박 내 통신방식 개발

그림 1. e-Navigation 개념도 [2]

의구축이매우어렵다. 그러므로선박내에서통신은대

부분무선보다유선에의존할수밖에없고유무선중계

기가설치되어있지않은영역에서는무선단말기의효

용가치가매우떨어진다. 이러한유무선연동에서전자

기파를사용하는연구개발은매우더디게진행될수밖

에없는형편이다. 즉, 다양한연구기관이선박내통신

방식의한테마인 SAN을연구하고있으나이것은전자

기파의한계때문에선박내에서는오픈된영역만커버

를할수있는point area또는 room area통신이라고말할

수밖에없다. 이러한전파통신의한계를극복하고자본

필자의연구진은초음파라는가청주파수이상의음파

를사용하여매질의고유전파속도에따라구조물을통

해빠르게파가전달되어반사, 간섭, 회절이일어나는선

박과같은구조물을이용한통신인“선체통신”을제안하

였으며, 이는복잡한선체가서로연결되어있는구조물

을 하나의 통신용 전송 매질로 정의하여 선박의

Shipboard네트워크로통신이어려운영역을통신하는

기능을수행하고, 조선소의야드에서블록단위의밀폐

구역작업에안전관리및모니터링에적용이가능한신

개념의통신방식이다 [3]. 아래그림 2는선체통신망및

밀폐구역의안전관리및모니터링을위한개념도이다.

제안된선체통신은제주대학교해양시스템공학과에

56·공학교육

Part 3 우수 연구실 소개공학교육의 현장

(a) 선체통신망의 개념도. (b) 밀폐구역의 안전 및 환경 모니터링.그림 2. 선체통신의 개념도.

그림 3. 제주대학교 해양시스템공학과 연구실.

서시도하고있는조선과 IT학문융합의산물이라말할

수있다. 해양시스템공학과는미래신성장동력분야인

선박, 해양시스템의핵심기술개발과전문인력양성을

목표로 1998년해양계측공학과로시작되어 2009년해

양시스템공학과학과명이변경되어선박구조및의장,

조선기자재 (항해및통신장비중심), 수중음향장비에대

해조선, 전자, 음향의서로다른전공을가진 5명의교수

진이학문간융합교육을실시하였다. 그리고그림 3과

간이학과내해양공학실험실과해양정보시스템실험실

두개의실험실을공동운영하여학생들이학문간융합

연구를자연스럽게유도하였다. 이러한노력으로선체

를매질로이용한선체통신아이디어가도출되었다.

이런학문간융합을통해도출된선체통신아이디어를

현실화하는데는많은어려움이있었다. 특히, 많은기관

에과제를제안을하였으나이이디어가너무독창적이

고현실화가능성이낮다는이유

로과제심사에서탈락되었다.

그러나 5명의교수들이지속적

으로노력을한끝에제주대학교

해양시스템공학과교수진 (배진

호(연구책임자), 이종현, 팽동국,

유원선, 조일형)은 대우조선해

양 중앙연구소 정보기술팀과

“선체통신망구축을위한초음

파통신기술연구”라는제목으

로 6개월동안연구를수행하게

되었다. 과제의목표는아래그

림 4와같이블록단위의통신을

성공하여선체통신망의개발가

능성을제시하는것으로선박의

shell에서 100m이상의 거리를

1~2kbps로통신성공이었다.

본연구는그림 5와같이초음

파신호를철판에가진하여음파가철판의내부에서가

이드파 (Guided Wave)인판파 (Lamb Wave)를만들어

공기중보다적은손실인 3000m/s ~ 6000m/s의속도로

신호가전송되는특성을이용하여통신하는것으로최

근가이드파를이용하여다양한구조물의 Health모니

터링이핵심연구주제로서많은연구가진행되고있기

는하지만, 현재까지선체모니터링및선체를통해통신

에관한연구사례는아직까지보고된바없었다 [4,5]. 여

기서가이드파는경계표면의작용에의해그표면을따

르도록하여전파하는파동이라고정의한다.

본연구는신호처리와통신을연구하는배진호, 이종

현교수, 구조물을연구하는조일형, 유원선교수, 음파

를연구하는팽동국교수, 학과대학원생인이재일, 김주

호, 이혜빈, 김창수학생들과학부생인김한수, 윤창기,

이효건학생들이 6개월간밤낮으로아이디어의현실화

제 20권 제 1호·57

조선 IT 융합을 통한 새로운 선박 내 통신방식 개발

그림 4. 선체통신 가능성 제시를 위한 실험 개념도.

그림 5. 동영상 1. 철판에서 초음파가 가이드 파로 진행하는 현상임. (철판은 가로(x)×세로(y)×두께(d) = 1m×1m×1.9cm에서 공진 주파수 90KHz의 초음파의 판파의 진행을SoundSim이라는 소프트웨어로 시뮬레이션한 내용임.)

를위해연구를진행하였고, 아래그림 6과같이 3주간의

실선을실험을통해얻은수많은데이터를분석하였다.

그래서본연구진은상용 Ship-

board Network혹은전파를이용

을해도통신이불가능한통신음

영구역에서선체구조물을이용

하여통신을할수있음을세계최

초로실제선박실험을통해증명

하였다. 연구결과그림 7과같이

실험을수행하여, 선체구조물에

공진 주파수 53KHz, 63KHz,

70KHz, 81KHz등의초음파센서

를이용하여구성된송수신시스

템으로외판을통해거리가 100m

이상되는지점에서대우조선해

양에서건조중인선박의외판에

판파를생성하여오류없이문자,

영상데이터를 1~2kbps로송수신

성공하였다. 그림 8은성공한데

이터송수신실험결과및개발된

소프트웨어를보여준다. 이러한

결과는그림 9와같이많은언론

에보도되었다. 제주대학교해양

시스템공학과교수진은또한해

양시스템공학과 실험실에서 철

판 (두께 1.9cm, 가로 245cm, 세

로 122cm)에서 10kbps까지도통

신이됨을검증하였다.

이러한연구결과를통해본연

구진은선체통신에관련하여두

건의국내원천특허를보유하고

있으며, 두건의국내특허및해

외 PCT를출원하였다. 현재까지

연구결과는무선통신발전의관점에서본다면아직까지

무전기수준의초기단계이지만, 향후통신이안되는밀

58·공학교육

Part 3 우수 연구실 소개공학교육의 현장

그림 7. 선박 외판을 통한 통신 실험 사진과 실험 시나리오.

그림 6. 실선 실험.

폐구간간의통신을담당할보조통신시스템으로새로

운조선 IT산업선도아이템으로각광을받을뿐만아니

라재난통신에중요한역할을담당할것으로예상된다.

그리고본연구의또다른가능

성으로선체통신망 (SBAN; Ship

Body Area Network)의연구가

완성되는 단계가 되면 선체의

구조물상태를실시간으로모니

터링할수있을것이다. 예로선

박이건조되어폐선이될때까

지선체구조물변화를모니터

링하여최적의선체설계및선

체구조물의생애주기관리등

의다양한시스템에적용가능

할것으로예측된다.

해양시스템공학과는선박구

조, 통신및신호처리, 음향기술

에대한다양한융합을위한노

력의시도하였다. 특히, 2000년

후반부터융합학과의중요성인

식으로전국에많은융합학과

들이만들어졌으나융합학과는

서로다른상이한전공을교육

해야한다는문제점이대두되었

고, 예를들어해양시스템공학

과교수진의전공은조선, 기계,

음향, 통신, 신호처리이고, 학과

에소속된학생들은다양한교

과목을모두배워야하는문제

가있다. 그리고학과의교육목

적인 다양한 전공을 연계하여

해양환경조사와이용, 그리고

해양시스템 운용과 개발 등에

필요한인재양성이라는목적을달성하기위해서는이러

한상이한전공들을효과적인교육해야한다. 그래서본

학과는이러한교육목적을달성하기위해상이한전공

제 20권 제 1호·59

조선 IT 융합을 통한 새로운 선박 내 통신방식 개발

그림 9. 언론 보도 자료.

그림 8. 데이터 전송 성공 사진.

에서사용되는기초수학및물리학이론에대한응용의

공유및통합화를하고, 사용되는변수등을표준화하여

학생들이상이한전공의기본개념을쉽게이해하고나

아가모든전공이융합된해양시스템의분석및설계를

할수있는능력을키우는교육방법을개발하였다. 이러

한융합교육에대한학과의노력을발판으로응용융합

분야인선체통신에대해아이디어단계부터현실화까지

성공할수있었고, 제주대학교해양시스템공학과는앞

으로도다양한조선 IT융합을시도할것이다.

[1] 김재명, 2008, "IT 기반 선박 토탈 솔루션 기술 개발과 추진 방향," IT SocMagazine, pp440-447.

[2] 한국정보통신기술협회, ICT Standardization Roadmap 2009.[3] 배진호 외, 2011, "초음파를 이용한 선박의 선체 통신망 및 그 통신 방법,"

10-1027540.[4] Saulnier G. S., et al., 2006, "Through-wall communication of

low-rate digital data using ultrasouund," 2006 IEEE UltrasonicSymposium, pp1385-1389.

[5] Joseph L. Rose, 1999, Ultrasonic Waves in Solid Medea,Cambridge University.

참고문헌

60·공학교육

Part 3 우수 연구실 소개공학교육의 현장