터널내 지반 압력이나 하중, 응력, 노후화 등의 변화에 의한 구조의 변형을 가장 효율적이고 정확하게 측정하기 위해서는 변위 센서를 기반으로 무선 센서 네트워크 기술을 활용하여 센싱 정보를 실시간으로 수집하여 지반 변위 정보를 분석하고 관리하는 것이 필요하다. 이와같이 터널 환경에서 지반 변위 정보를 관리시스템으로 전달하기 위해서는 무선 센서 네트워크에서의 고신뢰 원격 무선 전송 기술이 요구된다. 본 기술은 Sub GHz 대역을 통한 무선 전송 거리의 확장과 전송 오류 정정 등을 통하여 터널내 고신뢰 무선 전송 기술을 제공한다.
본 기술이전의 목적은 지반변위 상태의 실시간 모니터링이 요구되는 응용 산업 분야에 이전하여 조기 상용화를 지원하고 국내 무선센서네트워크 기반의 원격 전송 기술을 공공 및 재난/안전 산업에 확장하고 나아가서는 IoT 기반의 재난 예측 및 예방에 기여하는 것이다.
- 터널 공사를 진행할 때, 암반을 굴착을 위하여 발파 작업이 주로 사용되고 있으며. 발파 작업을 수행한 일정시간 이후에 터널 상부의 지반 변위 상태를 모니터링 하기 위하여 사람에 의한 수동적 방법으로 터널 상부의 지반 변위 상태를 계측하는 것을 터널의 지반 변위를 언제든지 실시간으로 모니터링이 가능하게 함.
- 터널내 지반 변위 상태를 실시간 모니터링 하는 기술을 산지환경의 산사태 재해 등과 같은 재난/재해의 토사 또는 지반 변위의 상태를 감지하여 원격 전송하여 실시간 모니터링 하는 응용에도 적용 가능함.
- 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서노드가 비면허 주파수 대역인 900MHz 대역에서 사용가능하므로 야외환경의 소출력 장거리 전송이 요구되는 다양한 응용에 적용 가능함.
- 소출력 장거리 전송 기술에 무선 전송의 무결성 검출 및 전송 오류에 대한 복구 기능을 제공함으로써 센서네트워크의 무선 전송의 신뢰성을 제공함.
- 터널 등 야외 환경에 설치되는 센서노드가 자체 장애에 의해 비정상적인 동작을 감지하면 자체적으로 시스템 리셋 및 자동 복구 기능을 수행하므로써 원격에서 장기간 동안 안정적인 동작이 가능함.
- 지반 변위 원격 전송 기술은 지반변위 실시간 모니터링 분석 기술과 통합하여 장기간의 빅데이타 분석이 가능하고, 이를 통한 재난 예측, 재난 예방이 가능하여 사회적 재난 관리 시스템으로 활용 가능함.
본 기술은 터널내 무선 센서네트워크 기반의 원격 데이터 전송에 적용되는 다양한 요소 기술 중에서 다음의 기능을 지원하는 것을 목적으로 한다.
- 터널내에서의 센서 모듈로부터 지반변위 센싱 데이터 수집
- 900MHz 비면허 주파수 대역 기반의 소출력 장거리 무선 전송 지원
- 터널내 장거리 전송 기반의 Star Topology 또는 2차원 선형 멀티홉 지원
- 센서 모듈의 전원 소모의 효율적 사용을 위한 센서노드로부터의 전원 단속 제어
- 센서노드의 비정상 동작으로 인한 시스템 오동작으로부터의 자동 복구 및 재시동 지원
- 장거리 전송 에러 검출 및 에러 복구 지원
- 센서노드의 소형화 및 저전력, 저가화
본 기술은 터널내 지반변위 상태를 실시간으로 모니터링 하기 위한 “터널내 무선 센서네트워크 기반 지반변위 데이터 원격 전송 기술”로써 다음의 기술 사양을 지원한다.
● 코디네이터 노드 및 센서노드간 무선 센서네트워크 연동 기능
● 센서노드의 저전력 LPL(Low-Power-Listening)MAC 제어 기능
● 지반 변위 센서 모듈의 전력 소모 제어를 위한 전원 ON/OFF 단속 기능
● 900MHz 비면허 주파수 대역 장거리 무선 전송 기능
● 센서노드 비정상 동작 검출 및 재시동 복구 기능
● 지반변위 센서 모듈 인터페이스 기능
● 장거리 전송 코디네이터 및 센서노드 모듈 설계 기술
● 터널내 지반변위 데이터 수집 및 원격 무선 전송 센서노드 소프트웨어
● 터널내 센서노드 연동 장거리 통신 지원 코디네이터 소프트웨어
● 사용자 및 시스템 요구사항 정의서
● 시험 절차서/시험 결과서
● 터널내 지반 변위 데이터 전송 센서노드 상세 설계서
● 지반변위 센서노드 모듈 회로도
● 지반변위 코디네이터 모듈 회로도
본 기술은 야외 환경에서 비면허 주파수 대역을 활용한 장거리 무선 통신 기술을 필요로 하는 지반변위 실시간 모니터링 시스템, 원격 검침 시스템, 공장내 무선 기반 시설물 상태 모니터링 등 다양한 응용의 기초 기술로 사용된다.
● 기술/시장 경쟁력 확보
- 비면허 주파수 대역 국제표준기술에 기반한 소출력 장거리 무선 통신 기술 선점 및 조기 상용화 적용으로 국내외 시장 경쟁력 강화
● 시장 규모
- 2016년 센서노드 국내 시장 규모: 500억원 예상
- 2016년 센서노드 국외 시장 규모: 7.7억불 예상
● IoT 센서노드 시스템 및 부품 관련 산업의 내수 창출, 수출 촉진
● 소출력 장거리 통신 기반의 다양한 서비스에 적용 가능.
- 터널내 지반 변화 및 산사태 지반 변화 등 토수분, 함수비, 기울기 센서 등을 활용한 재난/재해 데이터 수집, 분석, 예방을 위한 실시간 상태 모니터링 시스템
- 댁내 가스 원격 검침 및 전력량계 원격 검침을 위한 고신뢰 장거리 통신 기술 활용
- 움직이는 사물 및 이동 시설물에 대한 트래킹이 요구되는 분야
● IoT를 위한 장거리 사물통신 기술로 활용
- 급속한 확산되고 있는 IoT 기반 센서네트워크 장거리 통신 핵심 요소 기술로 활용 가능