물류 가시성의 숨은 조력자 'Smart Container'

스마트 컨테이너

Smart Container 상용화를 위한 방안 및 적용사례

1. 'Smart Container'란?

인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 클라우드 컴퓨팅, 빅데이터 등의 지능정보기술을 기반으로 한 4차 산업혁명이 도래하는 지금, 해운 산업에도 정보기술을 활용하여 서비스 질을 향상시키기 위한 움직임이 일어나고 있다. 그 한가지 예로, 주요 운송 용기인 컨테이너에 IoT 기술을 접목하여 지능을 더하는 작업, 이른바 Smart Container 프로젝트가 추진되고 있다.
Smart Container란, 컨테이너의 위치, 화물의 상태 정보 등을 사람의 손으로 기록, 관리하던 기존의 패턴에서 벗어나 IoT 장비를 활용하여 화물의 실시간 위치 추적, 상태 모니터링 자동화와 함께, 컨테이너 자산관리 및 효율적 재배치를 통한 수익 창출과 서비스 경쟁력을 향상시키기 위한 솔루션이다.
Smart Container를 통한 기대효과는 다음 4가지로 요약할 수 있으며 이를 기반으로 한 기업의 영속성 확보에 그 목적이 있다.

  - End-to-end 가시성 확보
  - 화물에 대한 고객 신뢰 확보
  - 운송 전반에 대한 통제력 확보
  - 수익성 및 경쟁력 제고

Smart Container 도입의 기대효과로 End-to-end 가시성 확보, 화물에 대한 고객 신뢰 확보, 운송 전반에 대한 통제력 확보, 수익성 및 경쟁력 제고 그림 1. Smart Container 도입의 기대효과

2. 기반 기술의 발전 및 선결 과제

Smart Container 기반 기술의 발전

앞서 기술한 Smart Container 도입 효과 중 위치추적 부문은 DTG1) 또는 GPS 단말기를 기반으로 이미 오래 전부터 제공되고 있었다. 때문에 Smart Container 만의 차별성으로 느껴지지 않을 수 있다. 하지만, 기존 서비스와 구별할 수 있는 가장 큰 특징은 전원 공급과 통신이 비교적 용이한 차량(Vehicle)을 대상으로 이루어지던 Tracking 서비스가 상대적으로 제약이 많은 Container를 대상으로 이루어 진다는 것이며, 여러 운송 수단을 통해 이루어지는 Multimodal 환경에서도 일관되게 서비스를 이어갈 수 있다는 점에서 그 의의를 찾아볼 수 있다.
그렇다면 이러한 변화가 가능하게 된 이유는 무엇일까? 그 이유는 다음의 세가지 기반 기술의 진보에서 찾아볼 수 있다.

1) 소물 인터넷(IoST2))의 출현 및 발전
첫 번째는 통신기술의 발달을 들 수 있다. 아날로그 기반의 1세대부터 현재의 4.5세대에 이르기까지 무선통신 기술은 급속한 발전을 거듭하고 있으며, 이 중 저전력 광역 무선 네트워크(Low Power Wide Area Network, LPWAN)를 바탕으로 한 소물 인터넷의 출현이 눈에 띈다.
대표 소물 인터넷 통신기술인 LoRa, SigFox, NB-IoT3) 등을 통해 저전력, 저비용, 광대역 통신이 가능하게 되어 해운산업에 적합한 통신 솔루션을 제시하고 있다.

2) 센서 기술의 발전과 비용 하락 추세
두 번째는 센서 기술의 발전과 센서 단가의 하락세를 들 수 있다. 우리가 사용하는 스마트폰에도 GPS, 가속도, 동작인식, 지문인식, 홍채인식 등 약 15개 이상의 센서가 내장되어 있다. 이는 센서 기술의 발전으로 인한 센서 소형화와 비용 하락으로 가능해진 것이다. 이러한 추세는 Smart Container에도 적용 가능한 다양한 옵션을 제공한다.

3) Big Data와 Cloud 환경을 기반으로 한 플랫폼 서비스 시장의 대두
마지막으로, IoT로 인해 막대한 양의 데이터가 수집되는 환경에서 이를 효과적으로 처리할 수 있는 플랫폼의 필요성이 대두되는데, 빅데이터 기술과 클라우드 시장의 성숙이 이에 대한 해결점을 제시하고 있다. 즉, 전세계 수 많은 컨테이너로부터 수집되는 정보를 단시간 내에 분석하고 다양한 정보를 적시에 제공할 수 있는 플랫폼 구축이 용이해짐을 의미한다.

Smart Container 상용화를 위한 선결 과제

통신, 센서 및 플랫폼 기술의 발전은 Smart Container의 활성화를 앞당기고 있음에 틀림 없다. 그럼에도 불구하고 아직까지는 산업 전반에 확산되지 못하고 대부분 Pilot Test 수준에 그치고 있다. 그 이유는 IoT 장비의 배터리 지속시간(서비스 지속성), 터미널/선박 내 다단 적재 시 통신 음영으로 인한 문제, 물류비 대비 장비의 상대적 고비용(경제성) 및 유지보수 문제 등이 해결해야 할 과제로 남아있기 때문이다.

Smart Container 상용화 이슈사항 - 서비스 지속성, 통신간섭 제어, 경제성, 효율적 유지보수 그림 3. Smart Container 상용화 이슈사항

3. Smart Container 상용화를 위한 과제 해결 방안

기술은 끊임없이 진보하고 있지만, 현재의 기술과 인프라 수준에서 Smart Container의 상용화를 위한 방안은 없는가? 본 장에서는 이에 대해 논의해 보고자 한다.

서비스 지속성 확보 – 전력 소비 최소화 알고리즘 적용

저전력 광역 통신기술(LPWA)은 배터리 수명 10년, 기기당 5달러 이하의 가격을 기본 조건으로 내세우고 있다. 통신 기술은 상용화가 추진되고 있는 반면 IoT 장비는 이에 미치지 못하고 있으며, 특히 통신 횟수 한정, 네트워크를 넘어가는 Handover 기술 지원 미비 등의 취약점으로 이동성 지원이 필요한 물류환경에 적용하기까지는 장비의 개선과 연구 개발이 이루어져야 한다.
컨테이너 운송은 해상구간 외에 공장(창고)과 터미널의 적치 기간 및 내륙운송을 고려하면 최장 90일 이상이 소요될 수 있다. 즉, IoT 장비의 서비스 기간이 이를 지원해야 한다는 의미이다. 현재의 기술로 지원 가능한 기간은 실시간 데이터 송수신을 전제로 최대 1~2주에 그친다. 따라서 다음과 같은 전력소모 최소화 알고리즘 적용을 고려해볼 수 있다.

전력 소비 최소화 방안 -진동 센서를 활용한 제어, battery 용량에 따른 신호 주기 자동 제어, geofence와 연동한 센서모듈 제어, 공해상 AIS 정보 연동 그림 4. 전력 소비 최소화 방안

1) 진동 센서(Accelerometer4) , Vibration Sensor5))를 활용한 제어
첫 번째는 진동센서를 활용하는 방안으로, 진동이 발생되는 운송 중에는 주기적으로 위치 정보와 화물의 상태를 전송하도록 하고, 일정시간 이상 정지 상태인 경우 Sleep Mode로 전환하여 전력 소모를 최소화하는 방법이다.

2) 배터리 용량에 따른 신호 주기 자동 조절 기능
두 번째는 배터리 잔여 용량을 감지해 신호주기를 자동 제어하는 방법으로, 예상 도착 시간(Estimated Time of Arrival, ETA)을 기준으로 잔여 운송기간 대비 Battery 소모량을 계산하여 최종목적지 도착까지 서비스가 유지될 수 있도록 플랫폼에서 장비의 신호 전송 주기를 조절하도록 제어하는 기술이다.

3) Geofence와 연동한 센서 모듈 자동 제어
세 번째는 운송모드별로 센서 활성화를 제어하는 기술이다. 내륙과 해상의 경계가 되는 Port의 Geofence를 활용하여 내륙 구간은 진동센서, 통신모듈, GPS 모듈 등 모든 모듈을 동작시키고, 선박에 선적 후 Port를 벗어날 때에는 필요한 모듈만 동작하도록 제어하여 전력 소모를 최소화하는 기술이다.

4) 공해상 AIS6) 정보 연동 운영
마지막으로, 공해상에서의 데이터 송수신 방법은 위성통신을 통해서만 가능하므로, 화물에 대한 센싱 정보는 장비 내부에 저장하고 다음 Port에 도착하여 Cellular 통신 재개시 일괄 전송토록 하며, 공해상 위치는 AIS 정보를 활용하는 방안도 고려해 볼 수 있다. 이 경우 비교적 전력소모가 큰 GPS와 통신 모듈을 비활성화 함으로써 전력소비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

삼성SDS는 진동센서를 활용한 통신 모듈 제어 소프트웨어(Firmware) 개발을 추진하고 있으며, 기존에 운영 중인 AIS와 Geofence 활용 기술을 IoT 플랫폼에 접목하여 기능 고도화를 시도하고 있다. 즉, 진동의 유무에 따라 장비 자체적으로 통신 모듈을 제어하는 방법과 운송 모드에 따라 플랫폼 기반으로 신호주기 및 통신 모듈을 제어하는 방법을 동시에 추진하고 있다. 이를 통해 배터리 지속시간을 극대화여 장거리 해상 운송에 대한 End-to-end 서비스 커버리지를 확보할 수 있으리라 기대하고 있다.

통신간섭 제어 – Mesh Network 활용

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오경일 수석
오경일 수석 물류서비스 전문가
삼성SDS 물류사업부문

삼성SDS 수석컨설턴트로 신규 서비스 및 솔루션 기획을 하고 있습니다.
주요 수행 프로젝트는 해운물류 Schedule & Visibility EDI 시스템 구축, Cello CYM(Container Yard Management) 구축,Cello Smart IoT 플랫폼 구축 및 사업화가 있습니다.

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