● 상시전원이 없는 환경에서 철도 배전선로 센서데이터를 빠르고 안정적으로 전송하기위해 LPWAN(Low Power Wide Area Network)기반의 무선통신을 사용한다. LPWAN은 다수의 IoT 디바이스와 센서들를 이용하여 저전력으로 넓은 지역에서 센서 데이터를 전송하고, 통신하기 위한 무선 네트워크 기술이다. 일반적으로 센서 설치 지점에는 상시전원이 없으므로 센서와 디바이스는 저전력으로 동작하며 주로 건전지를 전원으로 사용한다.
● 저전력으로 동작하는 LPWAN의 특성상 센싱 데이터 전송 소요시간은 네트워크 설계에 있어 중요한 고려사항이다. 특히, 선형 네트워크의 경우 센싱 데이터를 릴레이하는 디바이스의 수가 증가할수록 전송 소요시간이 기하급수로 증가하므로 송신기측에서 수행하는 computing power를 최소화하는 것이 매우 중요하다.
● 본 이전기술은 이러한 저전력 안전감시 센서 내에서 최소한의 리소스로 수행되는 low-level 형태의 데이터를 암호화하는 기술이다.
● 본 과제인 “철도시설물 전력설비 배전선로에 대한 무전원·무선 안점감시 기술 개발” 과제에서는 그림 1과 같이 철도 배전선로 안전감시 센서에서 수집되는 배전선로 안전감시 데이터를 무전원, 무선으로 전송하고 데이터 융합 분석을 통한 고장 예측 및 실시간 고장 대응 서비스를 개발하고 있다.
● 배전선로 안전감시 데이터는 저전력 무선통신 네트워크를 통해 안전감시 서버로 전송되며, 저전력 무선통신 모듈은 약 500m 간격으로 철로변에 설치된다. 철도 배전선로 접속점에 상시전원이 없기 때문에 저전력 무선통신 방식을 사용하며, 저전력 무선통신 방식의 후보기술로는 LoRa, Wi-Fi HaLow, FLRC 등이 있다. 전송채널은 900MHz, 2.4GHz 등 비면허 대역을 사용한다.
● 저전력 무선통신 방식은 상시전원이 없는 철도 배전선로 접속점에서 운용하기 적합하나 매우 작은 데이터를 전송하는 것을 목적으로 설계되어 상대적으로 데이터의 크기가 큰 배전선로 안전감시 데이터를 전송하는 데에는 한계가 있다.
● 전송할 데이터가 크기가 클수록 전송 소요시간과 디바이스의 동작시간이 길어지며, 그에 따라 전력 소모량 또한 커지게 되어 저전력 네트워크 운용에 어려움이 따른다. 추가적으로 기존 상용 암호화 알고리즘을 적용시 높은 복잡도로 인해 추가적인 전력소모가 발생함에 따라 이를 극복하기 위해 철도 배전선로 안전감시에 특화된 저전력 무선통신 암호화 모듈 기술이 필요하다.
● 본 이전기술은 철도 배전선로 센서데이터에 특화된 암호화 기술로써 철도 배전선로 센서데이터의 헤더(80bytes) 및 페이로드(보급형: 50400bytes, 정밀형 72,000bytes)를 무선 전송 실패로 인한 데이터 손실률을 최소화하는 단위로 나누어 암호화 하는 알고리즘이 포함되어 있다.
● 또한 철도 배전선로 무선통신 송신모듈의 전력소비 최대치인 250mW이내에서 동작하며 무선통신 릴레이를 고려해 10초 이내에 암호화를 수행할 수 있다.
철도 배전선로 안전감시 보급형/정밀형 센서 데이터 암호화 및 복호화에 해당한다.
- 철도 배전선로 무선통신 기술개발 시스템 요구사항정의서 중 SNR-PFM-005, SNR-PFM-006, SNR-PFM-07, SNR-PFM-08 요구사항에 해당하는 내용이다.
- 철도 배전선로 안전감시 센서 데이터 암호화 모듈 기술 시험절차및결과서 중 T-PFM-001, T-PFM-002, T-PFM-003, T-PFM-004의 시험케이스에 해당하는 내용이다.
- 소스코드
● 철도 배전선로 안전감시 보급형/정밀형 센서 데이터 암호화 및 복호화 소스코드(C)
- 관련 기술문서
● 철도 배전선로 무선통신 기술개발 시스템 요구사항정의서
● 철도 배전선로 안전감시 센서 데이터 암호화 모듈 기술 시험절차및결과서
ㅇ 철도 시설물 관리 분야: 철도시설물 전력설비 배전선로에 대한 무전원·무선 안전감시 기술
- 철도시설물 전력설비 배전선로의 지능형 통합 안전 및 유지보수 시스템 개발을 통한 선제적 유지보수 등 정확한 예지정비 기반 마련
- 철도 배전선로의 교체주기를 장기화하여 시설물 투자비용 절감
ㅇ 철도 유지보수 위탁 분야 철도시설물 전력설비 배전선로에 대한 무전원·무선 안전감시 기술
- 철도시설물 전력설비 장애 30% 저감을 통한 철도교통 안전 확보
- 철도 배전선로의 안전감시·유지보수 통합관리시스템 체계적·효율적 유지보수