1. 서 론
최근 해상 교통 환경은 선박의 대형화, 고속화 현상과 더불어 e-Navigation 체계의 글로벌 확산 및 자율운항선박(Maritime Autonomous Surface Ships, MASS) 기술의 상용화 추진 등 급격한 패러다임 전환기를 맞이하고 있다. 이러한 디지털 해양 생태계에서 전통적인 시각적, 물리적 항로표지(AtoN, Aids to Navigation)는 태풍, 해무 등 악천후에 의한 시인성 저하나 선박 충돌, 표지 유실, 입수자 발생과 같은 돌발적인 해양사고 발생 시 즉각적인 물리적 설치 및 정보 제공에 근본적인 한계를 지니고 있다. 이러한 물리적 한계를 보완하고 항해 안전 및 정보 제공 기능을 향상시키기 위해, 국제항로표지기구(IALA)는 AIS(Automatic Identification System) 통신 기반의 가상 항로표지(Virtual AtoN) 및 합성 항로표지(Synthetic AtoN)에 대한 운용 지침을 제시하였다(IALA, 2002; IMO, 2001; ITU, 2001). 이와 병행하여 국제수로기구(IHO)는 S-100 기반 범용 수로 데이터 모델(Universal Hydrographic Data Model)을 제정하고, 이를 바탕으로 S-125 항로표지 정보 제품 규격(S-125 Marine Aids to Navigation Product Specification)을 개발하여 차세대 해상교통안전 서비스의 기술적 기준을 마련하고 있다.
가상 항로표지의 유용성에도 불구하고, 이를 실제 해양 안전 인프라에 적용하기 위한 국내 선행 연구 및 시스템 개발은 주로 사용자 인터페이스(UI) 설계나 데이터베이스 구축 등 초기 수준에 집중되어 왔으며, 운영 환경을 고려한 통합적 접근은 제한적으로 이루어졌다. 특히, 해양사고 발생 시 중앙 관제센터에서 생성된 가상 항로표지 객체의 메타데이터를 실제 해역의 무선 송수신기로 지연 없이 전달하기 위한 엣지 디바이스(Edge device) 제어 및 통신 미들웨어 아키텍처에 대한 체계적인 소프트웨어 공학적 연구는 미흡한 실정이다. 또한, 기존 AIS 통신망과 차세대 S-125 표준을 아우르는 디지털 항로표지 정보의 통합 관리 및 배포를 위한 시스템 통합 아키텍처에 관한 연구가 요구되고 있다.
이에 본 연구는 AIS 및 이동통신망(LTE/5G) 등 다양한 해양 통신망 환경을 고려하여, S-125 표준 데이터 활용이 가능한 지능형 ‘가상 항로표지 정보서비스’ 시스템 아키텍처를 설계 및 구현하였다. 본 연구의 구체적인 목적 및 학술적 기여는 다음과 같이 세 가지로 요약된다. 첫째, 중앙 웹 서비스에서 생성된 가상 항로표지 논리 객체를 해상 장비 간 데이터 전송 규격인 IEC 61162-1(NMEA 0183) 기반의 메시지 포맷으로 변환하고, AIS 항로표지 장비 사양인 IEC 62320-2 규격을 준수하여 송출하는 소프트웨어 아키텍처를 개발하였다. 이를 통해 여수 해역 실증에서 해당 시스템의 정상 동작을 검증하였다. 둘째, 개별적으로 개발된 본 서비스를 전자정부 프레임워크(eGovFrame) 기반의 시범 운영시스템에 통합하고, 분산 데이터베이스 환경에서의 정보 일관성 확보를 위한 디지털 결재 프로세스 모델과 표준 API 연동 구조를 제안하였다. 셋째, 본 연구에서 구축된 백엔드 서비스 및 데이터 생성 파이프라인이 S-125 데이터 모델 체계와 갖는 상호운용 가능성을 분석하고, 울산 해역 실증을 통해 그 적용 가능성을 검토하였다. 이를 통해 디지털 전환기에 있는 해양 안전 시스템의 소프트웨어 엔지니어링 관점에서의 설계 방향을 제시하고자 한다.
2. 가상 항로표지 정보서비스 개요
2.1 S-100 기반 디지털 항로표지 기술 개요
해운 물류 산업의 지능화, e-Navigation 시스템의 안착, 자율운항선박 기술의 확산은 선박에 제공되는 항로표지 정보 방식의 근본적인 고도화를 요구하고 있다. 기존 물리적 항로표지의 형상, 등질, 색채 등에 의존하던 시각적 항행 지원 정보를 기계 판독 가능한(Machine-readable) 디지털 데이터 서비스로 전환하는 기술이 국제적으로 활발히 연구되고 있다. IHO가 제정한 S-100 기반 범용 수로 데이터 모델은 ISO 19100 시리즈 지리 공간 정보 표준을 기반으로 설계되어(Kim et al., 2022; Kim et al., 2023), 이러한 해양 항행 정보의 공통 디지털 교환을 위한 핵심 아키텍처로 자리 잡았다.
이를 바탕으로 항로표지 정보를 구체화하기 위한 제품 규격인 S-125가 IALA와의 협력하에 적극적으로 개발되고 있다. S-125 기반 디지털 항로표지 정보서비스는 선박 운항자가 전자해도 표시 및 정보 시스템(ECDIS)을 통해 항로표지의 정확한 위치, 운영 상태, 등화 및 형상 정보 등을 최신 데이터세트(Dataset) 형태로 실시간 제공받을 수 있게 하는 국제 표준 기술이다.
이와 함께 해상 항행 경보 정보를 전송하는 S-124 규격, 해상 안전 규정 정보를 전송하는 S-127 규격 등이 동시다발적으로 개발되어, 과거 종이 해도 및 물리적 표지 인프라에 절대적으로 의존하던 정보를 공간 데이터베이스 기반의 디지털 데이터세트로 제공하는 환경이 완성되어 가고 있다. 이러한 S-100 기반 제품 규격의 도입은 항로표지 정보를 단순히 텍스트 형태로 전송하는 것을 넘어, 위상(Topology) 관계를 포함한 표준화된 객체 형식으로 정의하고 배포할 수 있게 하여 디지털 항로표지 전환의 기술적 기반을 제공한다(Kang et al., 2019; Yeo and Chae, 2021).
2.2 AIS 기반 디지털 항로표지의 정의 및 구분
현행 해상 통신망에서 구동되는 AIS 기반 디지털 항로표지는 데이터의 송출 방식 및 물리적 실체 존재 여부에 따라 가상 항로표지(Virtual AtoN)와 합성 항로표지(Synthetic AtoN)로 명확히 구분된다.
가상 항로표지는 물리적인 실체가 존재하지 않는 특정 지리적 좌표에, 인근 육상 기지국이 해당 위치의 식별 정보가 담긴 AIS 신호(주로 Message 21번: Aids to Navigation Report)를 송출하여 선박의 전자해도상에 렌더링하는 항로표지를 의미한다. 이는 임시 안전 항로의 표시나 새롭게 식별된 수중 위험물(침선, 암초 등)의 위치를 긴급히 경고하기 위해 운용된다. 예를 들어, 부산항 북항 해역의 경우 실제 등부표의 계류 및 설치가 어려운 항로 끝단이나 수심이 불규칙한 구역에 AIS 기반 가상 항로표지를 중앙분리대 역할로 소프트웨어적으로 설정하여 입출항 선박의 안전한 통항 분리를 유도하고 있다. 이처럼 가상 항로표지는 긴급 상황 시 무선 통신만으로 신속한 경고 전달이 가능하며 물리적 인프라 설치가 불가능한 해역의 위험표시 수단으로 뛰어난 공학적 효용성을 지닌다(Di Ciaccio et al., 2019).
반면, 합성 항로표지는 실제 해상에 계류되어 존재하는 물리적 항로표지의 위치를 나타내는 점에서 차이가 있다. 다만, 해당 물리적 등부표나 등대에 AIS 송수신기를 직접 장착하여 전력을 공급하기 어려운 경우, 인근 육상에 위치한 AIS 기지국이 그 물리적 항로표지의 고유 위치 및 속성 정보를 원격으로 패키징하여 송출하는 방식을 사용한다. 이 신호를 수신하는 선박의 항법 시스템 입장에서는 마치 실제 표지 위치에 AIS 송수신기가 설치되어 데이터를 브로드캐스트(Broadcast)하는 것처럼 디코딩하게 된다.
Table 1은 물리적 항로표지, 합성 항로표지, 가상 항로표지의 공학적 속성 및 활용 목적을 비교·분석한 것이다. 가상 및 합성 항로표지 모두 전자해도상의 표시 위치에 실제 통신 장비의 물리적 설치가 불필요하여 자원 할당이 유연하다는 아키텍처 상의 장점이 있다. 하지만 국내에서는 가상·합성 항로표지 객체를 생성하고 생명주기를 통제할 일원화된 데이터 관리 체계나 운영 서비스 시스템이 부재하여, 정보의 무결성 확보, 최신 상태 반영, 타 레거시 시스템과의 연계 등 기술적 요구에 부응하기 어려운 실정이었다. 이러한 미들웨어 및 관리 플랫폼의 공백은 본 연구에서 다루는 통합형 디지털 항로표지 정보서비스 개발의 필요성을 시사한다.
2.3 가상 항로표지 정보서비스의 개념 및 구성
본 연구에서 설계된 가상 항로표지 정보서비스는 물리적 항로표지의 설치가 곤란하거나, 선박 충돌, 침수, 난파 등 돌발적인 해양사고로 인해 신속한 항행 경고가 필요한 해역에 가상 항로표지 또는 합성 항로표지 논리 객체를 소프트웨어적으로 인스턴스화하여, 이를 실시간으로 선박에 배포 및 관리하는 디지털 기반 통합 운영 시스템이다.
본 서비스는 물리 계층의 AIS 네트워크(VHF Data Link)를 활용하여 선박의 전자항법장치(ECDIS, GPS Plotter 등) 상에 해당 표지 심볼을 오버레이함으로써 선박 운항자의 상황 인지 능력을 대폭 향상시킨다. 기존의 단편적인 AIS 데이터 송출 기능을 넘어, 해양사고 대응에 특화된 신속한 공간 데이터 생성 및 배포 파이프라인을 핵심적으로 수행한다.
특히 단순 메시지 생성을 넘어, ‘스마트 항로표지 정보관리시스템(해양수산부)’과 RESTful API로 연동함으로써 가상·합성 항로표지 객체의 신설, 변경, 폐지 등 상태 천이를 포함한 통합 운영 데이터 관리 아키텍처를 구현하였다(Yeo et al., 2015; Yeo et al., 2017). 예를 들어, 태풍으로 인한 물리적 항로표지 유실과 같은 긴급 상황 이벤트가 발생했을 때, 관제자가 시스템에 정보를 입력하면 해당 데이터는 AIS 메시지(IEC 62320-2) 또는 S-125 표준 기반의 데이터세트로 변환되어, 각각 AIS(VHF Data Link) 또는 광대역 이동통신망(LTE/5G)을 통해 선박으로 실시간(Real-time) 전달된다. 이러한 항로표지 객체를 단위별로 통합 관리하는 구조는 운항자 관점에서 항행 지원 정보를 지연 없이 일관되게 수신하도록 보장함으로써 해상교통 안전성 향상에 기여할 수 있다.
본 서비스는 기존의 AIS 메시지 21번 규격과 차세대 S-125 디지털 항로표지 기술을 동시에 수용하여 하위 호환성을 확보하였다. 특히 해양 디지털 항로표지 정보협력시스템(現항로표지 정보서비스 운영시스템)의 서비스로 설계되어, S-125 데이터 모델 기반의 통합 아키텍처를 구현하였다. 이를 통해 단일 백엔드에서 레거시 AIS 장비와 차세대 S-100 클라이언트를 동시에 제어할 수 있는 하이브리드 운영 환경을 구축하였다. Fig. 2는 가상 항로표지 정보서비스의 개념과 주요 구성 요소(스마트 항로표지 정보관리시스템, 사용자 단말) 간 연계를 나타낸다.
2.4 관련 연구 현황
IALA는 권고서 R0143 및 관련 지침 G1081을 통해 물리적 설치가 곤란하거나 긴급한 위험 정보 제공이 필요한 해역에 가상 및 합성 항로표지를 도입할 것을 권고하며, 이에 대한 통신 구조의 표준화를 제시하였다.
기존 국내 선행 연구는 크게 두 갈래로 진행되어 왔다. 첫째, Yeo and Chae(2021)와 Oh(2021)는 S-201 기반 항로표지 관리 서비스의 개념 모델과 표준 소프트웨어 설계를 정립하였으나, 해상 통신 장비와의 실제 연동이나 현장 송출 검증은 다루지 않았다. 둘째, Chae et al.(2024), Kim et al.(2023), Park et al.(2024)은 가상 항로표지의 프론트엔드·인터페이스 설계 및 현장 검증 계획(안)을 제시하였으나, 백엔드 통신 미들웨어의 구현이나 국가 운영시스템으로의 실제 통합 단계에는 이르지 못하였다. 즉, 선행 연구는 개념 및 사용자 인터페이스 설계 수준에 머물러 레거시 AIS 장비와 차세대 S-125 표준을 단일 백엔드에서 함께 다루는 구현이 부재하였으며, 분산 운영 환경에서 가상 항로표지의 생명주기(신설·변경·폐지)를 관리하는 데이터 정합 절차 또한 제시되지 않았다는 한계가 있었다.
본 연구는 이러한 공백을 메우기 위해, 개념·설계 단계를 넘어 첫째, IEC 61162-1 및 IEC 62320-2 규격을 준수하는 통신 미들웨어를 직접 구현하고, 둘째, 이를 여수 실해역에 적용하여 동작을 확인하였으며, 셋째, 국가 항로표지 정보서비스 운영시스템에 소스코드 수준으로 통합하고 상태 매핑 워크플로우 기반의 디지털 결재 프로세스를 설계·적용한 점에서 선행 연구와 구별된다. 구체적으로 TCP/RS-232 비동기 통신 미들웨어 설계, 분산 시스템 간 상태 매핑 워크플로우 구현, 실제 해역에서의 NMEA 0183 데이터 패킷 송수신 검증, 그리고 국가 단위 운영시스템으로의 소스코드 레벨 통합을 달성하였다.
2.5 국내·외 서비스 사례 및 기술 동향
국내에서는 해양수산부 주도로 ‘항로표지 정보서비스 운영시스템’의 개발 및 고도화가 추진되고 있다. 그 대표적 성과로 2025년 부산항에서 IALA 이사진 및 미국, 영국 등 17개국 해양 전문가가 참관한 가운데, ‘디지털 항로표지 정보서비스’의 종합 해상 실증이 성공적으로 수행된 바 있다. 해당 실증은 물리적 항로표지의 속성 정보를 S-125 표준 기반 데이터세트로 규격화하여, LTE 통신망을 통해 선박의 ECDIS로 실시간 전송 및 표출함으로써 기술의 상용화 가능성을 확인하였다.
국제적으로는 IALA 및 IHO를 중심으로 항로표지 정보의 디지털 교환을 위한 S-200 시리즈 제품 규격 개발이 가속화되고 있다. 특히 자율운항선박 도입에 대비하여 기계 판독 가능한 형태의 데이터 표준화가 핵심 과제로 부상함에 따라, 유럽 및 북미권을 중심으로 S-100 데이터 모델 기반의 차세대 항행지원 서비스(Maritime Service Portfolio, MSP) 기술 검증이 활발하다.
이러한 글로벌 기술 흐름은 항로표지 도메인이 물리적 하드웨어 시설 관리 중심에서 클라우드 및 무선 광대역 통신을 기반으로 하는 데이터 중심의 통합 운영 환경으로 전환되고 있음을 시사한다. 이러한 변화에 대응하기 위해, 본 연구와 같이 국제 표준을 준수하는 플랫폼 백엔드 기술 확보 및 실해역 검증은 항로표지 정보 체계의 디지털 전환을 위한 주요 과제의 하나이다.
3. AIS 기반 가상 항로표지 정보서비스의 실해역 실증 시험
본 장에서는 AIS 기반 가상 항로표지 정보서비스의 실해역 실증을 위해 수행된 통신 미들웨어 소프트웨어 개발 및 현장 실증 시험 결과를 기술한다. 웹 환경에서 생성된 가상 항로표지 정보를 AIS 규격 메시지로 변환하여 전송하는 시스템을 구축하였으며, 이를 실제 해상 환경에서 검증하였다. 특히 긴급 상황 시 관리자가 신속하게 가상 항로표지를 설치 및 전송하여 주변 선박의 전자해도상에 표출함으로써, 항해 안전성을 확보하는 것을 목표로 하였다.
3.1 AIS 기반 가상 항로표지 정보서비스 실해역 실증 시험용 소프트웨어 개발
웹 기반 가상 항로표지 정보서비스를 실제 해양 인프라에서 검증하기 위해서는, 운영 서버 환경에서 생성된 논리 객체 메타데이터를 기반으로 AIS 21번 메시지를 생성하여 실제 물리적 AIS 송수신 장비로 전송하는 연동 체계가 요구된다. 그러나 현재 국내의 AIS 데이터 인프라는 선박이나 해상 표지에서 송출된 VHF 신호가 육상 기지국을 거친 후 해양수산부 해양안전종합정보시스템(General Information Center on Maritime Safety and Security, GICOMS)을 통해 국립해양측위정보원의 TASG(Total AIS Service Gateway)로 수렴되는 데이터 수집 중심 단방향 체계로 운영되고 있다. 반면, 중앙 서버에서 생성한 항로표지 데이터를 특정 해역의 AIS 장비로 전달하여 무선으로 송출하는 하향식 데이터 처리 체계는 부재한 상황이다.
이러한 네트워크 인프라의 제약을 극복하고 실증 시험을 수행하기 위해, 본 연구에서는 웹 기반 가상 항로표지 서비스와 물리적 AIS 송수신기 간의 프로토콜 불일치를 해결하는 전용 통신 미들웨어 소프트웨어를 설계 및 개발하였다. 이 미들웨어의 소프트웨어 아키텍처는 데이터 파이프라인 관점에서 다음과 같이 구성된다.
첫째, TCP 소켓 통신 기반 수신 및 파서 모듈(TcpServer Class & Converter Class)이다. 사용자가 웹 인터페이스에서 가상 항로표지 생성 API를 호출하면, 운영 서버는 데이터를 TCP 패킷 스트림으로 미들웨어에 전송한다. 파서 모듈은 이 페이로드를 수신하여 MMSI(해상이동업무식별번호), 위경도 좌표, 표지 유형 등의 핵심 메타데이터를 추출한다.
둘째, 데이터 변환 및 하드웨어 제어 명령 생성 모듈(Manager Class)이다. 추출된 논리 데이터는 해상 장비 간 데이터 전송 규격인 IEC 61162-1(NMEA 0183) 기반의 메시지 포맷으로 변환되며(IEC, 2024), 가상 항로표지 송출을 위한 제어 사양은 AIS 항로표지 장비 표준인 IEC 62320-2 규격을 준수하여 구현하였다(IEC, 2016). 가상 항로표지를 물리적 장비에 등록하고 송출을 지시하기 위해 미들웨어는 IEC 62320-2에서 정의한 4단계 프로토콜 시퀀스를 순차적으로 생성한다. 구체적으로, 대상 장비 및 가상 객체의 MMSI를 바인딩하는 AID 명령어(MMSI Identification Configuration Command), 표지의 상태 및 동작 방식을 제어하는 ACE 명령어(Extended General AtoN Station Configuration Command), 좌표·전력·무선 채널을 할당하는 ACF 명령어(General AtoN Station Configuration Command), 그리고 데이터 브로드캐스트 스케줄을 정의하는 AAR 명령어(Configuration Broadcast Rates for AtoN Station Message Command)을 생성한다. 전송 오류 검출(Error Detection)을 위해 각 문장 끝단에 XOR 논리 연산 기반의 체크섬(Checksum)을 동적으로 계산하여 추가한다. 이 체크섬은 IEC 61162-1(NMEA 0183) 규격에 따라 문장 내 해당 구간의 모든 문자에 대한 8비트 XOR 값으로 산출되며, 수신 측이 동일 연산을 재수행하여 전송 중 손상 여부를 판별한다.
셋째, 직렬 통신 송수신 제어 및 데이터 기록 모듈(RS-232 Serial Port & SQLite DB)이다. 변환이 완료된 제어 문장들은 115,200 bps의 전송 속도로 설정된 RS-232 인터페이스를 통해 AIS 장비로 전송된다. 이때 송수신 스레드를 독립적으로 운영하는 비동기 멀티스레딩 아키텍처를 적용하여 통신 지연을 최소화하였으며, 장비로부터 반환되는 상태 확인 응답을 실시간으로 디코딩하여 트랜잭션 성공 여부를 판별한다. 또한 네트워크 단절이나 장비 타임아웃 발생 시 자동으로 재연결을 시도하는 예외 처리 로직을 구현하였고, 모든 송수신 패킷 기록은 내장형 데이터베이스인 SQLite에 저장하여 로그 추적 및 성능 프로파일링이 가능하도록 설계하였다.
실해역 적용에 앞서, 개발된 미들웨어의 기술적 유효성을 검증하기 위해 실험실 환경에서 실제 AIS 송수신 장비 및 안테나를 직접 연결하여 루프백(Loop-back) 테스트를 수행하였다. 해당 시험에서는 의도적인 페이로드 변조 및 직렬 포트 연결 해제 등 다양한 예외 상황을 주입하여 오류 복구 로직의 안정성(Stability)을 검증하였으며, 송신된 메시지가 AIS 수신기 및 GPS 플로터를 통해 정상적으로 표출됨을 최종 확인하였다. 이러한 일련의 하드웨어 기반 검증 과정을 거친 소프트웨어 아키텍처는, 이후 수행된 여수 해역 실증의 핵심 기반으로서 안정적인 데이터 전송 성능을 보장하였다.
3.2 AIS 기반 가상 항로표지 정보서비스 실해역 실증
본 연구에서는 개발된 통신 미들웨어가 실제 해상 환경에서 전송 안정성을 보장하는지 검증하기 위해 전라남도 여수 나진리 인근 해역에서 실해역 실증 시험을 수행하였다. 본 시험의 목적은 운영 서버 환경에서 생성된 논리 객체 정보가 육상의 AIS 송수신 장비를 거쳐, 해상 시험 선박의 GPS 플로터에 이르기까지 정확하게 전달되고 표출되는지 검증하는 데 있다.
실증 환경은 육상 송출 노드와 해상 수신 노드로 구축하였으며, 단말과 운영 서버 간 연계는 유선 인터넷망을 통해 이루어졌다. 육상 노드는 가상 항로표지 정보서비스가 구동되는 운영 서버 환경의 운용 단말, 개발된 통신 미들웨어, RS-232 인터페이스로 연결된 AIS 송수신 장비로 구성하였다. 해상 노드는 13개의 경로점으로 설정된 테스트 항로를 따라 운항하는 선박에 탑재된 AIS 수신기 및 GPS 플로터로 구성하였다. 시험은 기존 등부표의 정보를 활용하는 경우(합성 항로표지)와 임의 좌표에 가상 객체를 생성하는 경우(가상 항로표지)로 구성 및 진행하였다.
데이터 전송 과정에서 통신 미들웨어는 운영 서버 환경으로부터 인입된 가상 객체 정보를 IEC 61162-1 규격의 제어 문장으로 동적 변환하였다. 변환된 제어 문장은 RS-232 인터페이스를 통해 AIS 송수신 장비의 버퍼로 입력되었으며, 해당 장비는 수신한 명령을 바탕으로 VHF(AIS) 무선 신호를 송출하였다. 이 과정에서 미들웨어는 송수신 스레드를 분리하여 운용함으로써 효율적인 데이터 처리를 수행하였고, 장비로부터 반환되는 상태 확인 응답을 실시간으로 확인하여 전송 성공 여부를 파악하였다.
실증 결과, 육상에서 송출한 AIS 21번 메시지는 시험 선박의 수신 노드에 정상적으로 수신되었다. 수신된 정보는 GPS 플로터의 디코더를 거쳐 전자해도상의 실험자가 지정한 위경도 좌표에 표준 V-AIS 심볼로 안정적으로 표출됨을 확인하였다. 구체적으로, 기존 실표지 정보를 활용한 합성 항로표지(TC-01)와 임의 좌표에 생성한 가상 항로표지(TC-02)의 두 시험 사례 모두 시험 선박 수신 노드에 수신되어 지정 좌표에 심볼로 표출됨을 확인하였다(성공 2/2건, 실패 0건; Table 3 참조). 이는 물리적 인프라 설치가 어려운 환경에서 본 시스템을 통해 항행 지원 정보를 신속하고 정확하게 제공할 수 있음을 의미한다. 결과적으로 본 연구에서 개발된 통신 미들웨어는 기존 AIS 통신 환경과 운영 서버 서비스 간의 데이터 연동을 안정적으로 수행할 수 있음을 확인하였다.
4. S-125 기반 가상 항로표지 정보서비스의 실해역 실증 시험
3장에서는 AIS 기반 통신 미들웨어를 개발하고 실해역 검증을 수행함으로써, 가상 항로표지 정보 전송 파이프라인의 기초적인 유효성을 확인하였다. 4장에서는 본 연구에서 개발한 가상 항로표지 정보서비스 모듈이 국가연구개발과제의 일환으로 구축된 '항로표지 정보서비스 운영시스템'에 통합된 환경에서, 차세대 해양 디지털 표준인 S-125 데이터세트의 실제 운용성을 실증한 결과를 기술한다. 본 실증은 육상 운영 서버 환경에서 생성된 S-125 표준 데이터가 LTE/5G 이동통신망을 거쳐 선박 내 'S-100 뷰어(S-100 Viewer, 국립해양조사원)'에 이르기까지 데이터 손실 없이 상호운용되는 과정을 분석하여, 시스템의 실질적인 서비스 운용 가능성을 확인하는 데 그 중점을 두었다.
4.1 S-125 기반 가상 항로표지 정보서비스 실증 환경 구성
S-125 기반 가상 항로표지 정보서비스의 실증 시험은 울산 자율운항실증센터 테스트베드 및 인근 해역에서 수행되었다. 육상 플랫폼은 S-125 규격을 준수하는 본 연구의 정보서비스 모듈, 스마트 항로표지 정보관리시스템, 그리고 국제 표준 인터페이스인 IEC 63173-2 SECOM(Secure Communication between Ship and Shore)을 준수하는 항로표지 정보서비스 운영시스템으로 통합 구성되었다(IEC, 2022). 선박 시스템은 자율운항 해상 테스트베드 시험선을 활용하였으며, 선내에는 S-100 뷰어를 탑재하여 표준 데이터의 처리 및 시각화 환경을 확보하였다.
시험 절차는 선박이 설정된 경로점을 따라 운항하며 육상 플랫폼에 서비스를 요청하면, 육상 시스템이 S-125 데이터세트를 생성하여 응답하는 방식으로 진행되었다. 본 서비스가 응답하는 S-125 데이터세트는 IHO S-100 범용 수로 데이터 모델 체계를 따르며, 가상·합성 항로표지를 지형지물(Feature)과 속성(Attribute)으로 구조화한다. 각 지형지물은 식별자, 위치(경위도), 표지 유형, 운영 상태 등의 속성을 가지며, S-100 지형지물 목록(Feature Catalogue)에 정의된 객체 형식으로 매핑된다. 데이터세트는 S-100 GML(Geography Markup Language) 인코딩 형식으로 생성되어, 선박 측 S-100 뷰어가 표준 표현(Portrayal) 규칙에 따라 객체를 해석·표출한다. 서비스 요청 시 육상 플랫폼은 사용자 단말이 설정한 항로 완충(Buffer) 영역을 기준으로 공간 질의를 수행하여, 완충 영역 내부의 유효 객체만 데이터세트에 포함하고 외부 객체는 제외한다. 본 실증 시험은 연구과제 주관기관의 총괄 관리하에 수행되었으며, 본 연구자는 시스템의 코어 서비스 모듈 개발 및 현장 기술 지원을 통해 데이터 생성 파이프라인의 표준 준수 여부를 검증하였다.
4.2 가상 항로표지 정보서비스 실증 결과 분석
실증 결과, 육상 운영 서버 환경에서 생성된 S-125 데이터세트는 LTE/5G 무선 통신망을 통해 선박 클라이언트로 안정적으로 전송되었다. 실시간 로그 분석 결과, 육상 플랫폼의 공간 질의(Spatial Query) 로직은 사용자 단말에서 설정한 지리적 완충 영역에 따라 유효 객체를 정상적으로 필터링하여 생성하였으며, 네트워크 라우팅 과정을 거쳐 선박 내 클라이언트로 데이터가 안정적으로 전송됨을 확인하였다.
수신된 정보는 S-100 뷰어 엔진을 통해 해석되어, 전자해도상의 실험자가 지정한 위경도 좌표에 표준 S-125 심볼로 안정적으로 표출되었다. 구체적으로, 가상 항로표지 정보서비스 시험에서 항로 완충 영역 내부의 유효 객체 2건(가상·합성 항로표지 각 1건)이 패킷 손실 없이 전송·표출되었고, 완충 영역 외부의 대조 객체 1건은 의도대로 수신에서 배제되어, 공간 필터링 로직이 설계 의도와 일치하게 동작함을 확인하였다(Table 4 참조). 이는 본 연구에서 개발한 가상 항로표지 정보서비스 모듈이 항로표지 정보서비스 운영시스템의 핵심 구성요소로서 상호운용성을 확보하고 있음을 의미한다. 결과적으로 본 실증을 통해 본 연구에서 제안한 시스템 아키텍처가 국가 항로표지 정보체계의 디지털 전환을 위한 핵심 백엔드 기술로 적용 가능함을 확인하였다.
4.3 실증 결과의 의의 및 향후 가능성
본 연구의 실증 결과는 다음의 세 가지 함의를 갖는다. 첫째, 과도기적 항행 안전 수단으로서의 실용성이다. 물리적 항로표지의 설치·복구가 지연되는 상황(태풍 유실, 신규 위험물 발견 등)에서 육상 관제만으로 신속하게 항행 경고를 생성·전파할 수 있음을 확인한 것은, 물리 인프라 도입 이전까지의 공백을 메우는 운용 대안으로서 의미가 있다. 둘째, 레거시-차세대 표준의 동시 수용 가능성이다. 동일 백엔드에서 AIS Message 21(레거시)과 S-125(차세대)를 함께 처리할 수 있음을 확인함으로써, S-100 체계로의 점진적 전환기에 두 체계를 병행 운용하는 현실적 이행 경로를 제시한다. 셋째, 국가 운영시스템 통합의 관리적 함의이다. 상태 매핑 워크플로우 기반의 디지털 결재 프로세스는 가상 항로표지의 생명주기 관리를 행정 절차와 연계함으로써, 단순 기술 실증을 넘어 제도적 운영 가능성을 보였다.
다만 본 연구의 실증은 제한된 수의 시험 사례에 대한 기능적 동작 확인(Functional Verification) 수준에서 수행되었으며, 전송 지연시간(Latency), 위치 표출 오차(Positional Error), 다회 반복 시행 기반의 통계적 전송 성공률(Packet Success Rate)과 같은 정량 성능 지표는 측정 범위에 포함되지 않았다. 이는 본 연구가 운영 인프라의 제약 하에서 시스템의 구현 가능성과 표준 정합성 검증에 초점을 두었기 때문이다. 향후 연구에서는 반복 시행을 통한 전송 성공률, 종단 간 지연시간, 위치 오차의 정량 측정을 통해 서비스 품질(QoS)을 정량적으로 평가하고, 다양한 해역·기상·교통 조건에서의 검증으로 일반화 가능성을 높일 필요가 있다.
5. 가상 항로표지 정보서비스의 시스템 통합 및 운영 고도화
본 연구에서 개발한 가상 항로표지 정보서비스는 독립된 프로토타입 환경을 넘어, 국가 항로표지 정보서비스 운영시스템의 핵심 컴포넌트로 통합되었다. 본 장에서는 전자정부 프레임워크 및 시큐어 코딩 가이드라인을 적용한 시스템 통합 아키텍처와, 분산 데이터베이스 환경에서의 무결성 확보 기술 성과를 기술한다.
5.1 전자정부 프레임워크 기반의 시스템 통합 아키텍처
본 연구에서 고도화된 시스템은 국가 항로표지 운영 표준 환경으로의 안정적인 이관을 위해 통합 아키텍처를 재설계하였다. 기존의 개별적인 서비스 단위 아키텍처를 MVC(Model-View-Controller) 패턴 기반의 표준 소프트웨어 아키텍처로 개편하였으며, 국립해양측위정보원 및 유관 시스템과의 데이터 연계를 위해 시큐어 코딩(Secure Coding) 준수 및 중앙 통합 인증 모듈(SSO) 체계를 적용하였다.
Fig. 9는 통합 아키텍처를 기반으로 구현된 가상 항로표지 정보서비스의 사용자 인터페이스를 나타낸다. 본 화면은 전자해도와 시스템의 데이터베이스가 실시간으로 연동되어 가상 항로표지의 위치 정보를 심볼로 시각화하며, 우측의 정보 목록을 통해 관리자가 실시간으로 결재 상태를 조회하고 설치·변경·폐지 업무를 수행할 수 있도록 설계되었다.
이와 같은 통합 아키텍처 및 인터페이스 고도화를 통해 본 시스템은 이기종 시스템 간 발생하는 데이터 단편화(Fragmentation) 문제를 효과적으로 해결하였다. 특히, 사용자 중심의 직관적인 UI 설계는 결재 프로세스의 가독성을 높여, 긴급 상황 시 관리자의 신속한 의사결정을 지원하는 데 중점을 두었다(Kim et al., 2024; Lee et al., 2025). 결과적으로 본 시스템은 국가 정보시스템 표준을 준수하면서도, 가상 항로표지의 생명주기 관리 효율성을 극대화하는 운영 아키텍처로서의 안정성을 확보하였다.
5.2 상태 동기화 알고리즘 기반 디지털 결재 프로세스
본 통합 시스템의 핵심 공학적 성과는 가상 항로표지 정보서비스와 스마트 항로표지 정보관리시스템 간의 데이터 정합성을 보장하는 디지털 결재 프로세스 모델의 구현이다. 가상·합성 항로표지의 생명주기(신설, 갱신, 폐지) 관리 과정에서 발생하는 이기종 시스템 간 데이터 충돌을 방지하기 위해, 본 연구에서는 상태 매핑 워크플로우(State-mapping Workflow)를 설계하여 적용하였다. 이는 표준 분산 합의 알고리즘을 차용한 것이 아니라, 가상 항로표지 정보서비스의 결재 상태(Approval State) 분류 체계와 스마트 항로표지 정보관리시스템의 항로표지 상태 코드(AtoN State Code) 분류 체계가 서로 상이한 문제를 해결하기 위해, 두 체계를 1:1로 대응시키는 매핑 규칙과 절차로 구성된다.
스마트 항로표지 정보관리시스템의 항로표지 상태 코드(AtoN State Code)와 가상 항로표지 정보서비스의 결재 상태(Approval State) 간 1:1 매핑 로직 및 이에 따른 결재 프로세스는 Fig. 10과 같다. 이러한 상태 매핑 기제는 가상·합성 항로표지의 생명주기 전 과정에서 시스템 간 데이터 일관성을 보장하며, 통합 운영 환경 내에서 데이터 정합성을 유지하는 핵심적인 역할을 수행한다.
지방청 클라이언트에서 트리거된 트랜잭션이 중앙 승인 대기열(Approval Queue)을 거쳐 중앙 데이터베이스(스마트 항로표지 정보관리시스템)로 확정(Commit)되는 처리 파이프라인을 구축하였다. 이 과정에서 백엔드 미들웨어는 RESTful API를 통해 결재 상태 코드와 표지 상태 코드를 1:1로 매핑하며, 트랜잭션의 원자성(Atomicity)을 보장하는 연동 구조를 완성하였다. 이는 분산 운영 환경에서 발생할 수 있는 데이터 불일치 문제를 기술적으로 해결하고, 국가 항로표지 정보서비스의 통합 운영 안정성을 확보한 결과이다(Chae et al., 2023).
6. 결 론
본 연구에서는 해상 교통 환경의 디지털 전환에 대응하고 해양 안전을 확보하기 위해, 국제 표준인 AIS 및 S-100 체계를 기반으로 하는 가상 항로표지 정보서비스를 구현하고 실해역 검증 및 시스템 통합을 수행하였다. 본 연구를 통해 도출된 결론은 다음과 같다.
첫째, AIS 기반 가상 항로표지 정보서비스의 실해역 운용 가능성을 확인하였다. 여수 해역에서의 실증 시험을 통해, 물리적 시설의 설치가 제한되는 상황에서 육상 관제만으로 항로표지 정보를 생성하고 주변 선박에 AIS(VHF) 무선으로 전파하는 기능을 검증하였다. 이는 관련 인프라 도입 전까지 과도기적 기술로써 활용될 수 있음을 보여준다.
둘째, 차세대 S-125 규격 기반 디지털 항로표지 서비스의 기술적 구현을 확인하였다. 울산 해역에서의 시험 결과, 선박의 운항 경로 및 위치에 맞춘 S-125 데이터세트가 LTE/5G 이동통신망을 통해 전송되고, S-100 뷰어에 국제 표준 심볼로 표출됨을 확인하였다. 이는 차세대 항행 지원 플랫폼으로서의 기술적 기초를 확보한 것이다.
셋째, 독립적으로 개발된 가상 항로표지 정보서비스를 국가 항로표지 정보서비스 운영시스템에 통합하였다. 전자정부 프레임워크 기반의 아키텍처를 적용하여 시스템 간 데이터 단편화 문제를 개선하였으며, 상태 매핑 워크플로우를 적용한 디지털 결재 프로세스를 통해 분산 데이터베이스 환경에서의 정보 일관성을 유지하였다. 이는 행정 절차와 데이터 관리의 연계성을 확보하였다는 데 의의가 있다.
향후 연구에서는 통합된 시스템의 장기간 운영을 통해 서비스의 안정성을 보완하고, 실제 현장에서 발생할 수 있는 변수들을 식별하여 시스템을 최적화할 필요가 있다. 아울러, 전송 성공률·지연시간·위치 오차 등 정량적 성능 지표에 대한 반복 측정을 통해 서비스 품질을 정량적으로 평가하는 후속 연구가 요구된다. 본 연구 결과가 디지털 항로표지 기술의 표준화 및 실무 적용을 위한 기초 자료로 활용되기를 기대한다.
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