로봇 관제 시스템 구조 개선과 Port Mirroring 기술을 활용한 지연시간 감소 연구

국문 초록 (Abstract)

최근 다양한 관제 시스템이 제안 및 고도화 되고 있으며, 통신 기술의 발전으로 기존의 소규모/지역 기반 관제 시스템을 넘어 대규모/네트워크 기반 관제 시스템이 도입되고 있다. 다양한 형태의 관제 시스템이 있으며 각각의 관제 시스템이 요구받는 정확성 및 속도는 차이가 있으나, 로봇 관제 분야는 정확하고 빠른 대응이 필수적이다. 해당 요구사항을 만족시키기 위해 로봇의 HW 및 SW의 성능 향상도 필수적이지만 시스템 요소들의 배치 및 통신방식 또한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 기존 로봇 관제 시스템의 구조 및 연결 방식을 분석한 후, 지연시간을 감소시키기 위해 시스템 구성요소들의 조정과 연결 방식의 개선을 통한 시스템 구조 및 통신방식의 변화를 제안한다. 이를 위하여 기존 로봇 관제 시스템의 구성요소와 통신방식들을 조사하고 로봇 관제 시스템이 필요로 하는 기능들을 도출하고, 이들을 연결하는데 필요한 통신방식의 특징을 도출하였다. 이러한 내용을 기반으로 로봇 관제 시스템의 기능들의 배치를 조정하고 통신방식을 개선하고자 한다.
본 논문에서 중앙집중형과 클라이언트 업무분담형 두 개의 모델을 제안하였으며, 각 모델의 네트워크 연결에는 Port Mirroring 기술을 도입하였다. 또한, 기준 모델을 포함한 세 개의 모델에서 로봇에서 생성된 데이터가 클라이언트까지 전달되는 시간, 사용자 명령이 로봇까지 도달하는데 소모되는 시간, 로봇의 데이터가 중앙 서버에 저장되는데 소모되는 시간을 시뮬레이션을 통해 계산하였다.
이를 통해 로봇 관제 시스템에서의 지연시간을 감소할 수 있는 방법을 제시하고자 한다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제2장 관련 연구 3
• 제1절 기존 로봇 관제 시스템 샘플 및 개략적인 구조 분석 3
• Ⅰ. 식물 관리 로봇 관제 시스템 3
• Ⅱ. 가정용 대인 서비스 로봇 관제 시스템 4
• Ⅲ. 자율 주행 자동차 관제 시스템 5
• Ⅳ. UAV(Unmanned Aerial Vehicle) 관제 시스템 7
• Ⅴ. 물류 배달 로봇 관제 시스템 8
• 제2절 무선 통신 기술 10
• Ⅰ. Wi-Fi, Zigbee, Bluetooth, LoRa, 5G 10
• Ⅱ. MIMO 11
• 제3절 유선 통신 기술 13
• Ⅰ. Ethernet 13
• Ⅱ. EtherCAT 13
• Ⅲ. Port Mirroring 17
• 제3장 실시간 로봇 관제 시스템의 지연시간 감소 연구 19
• 제1절 시스템 구조 개선을 통한 지연시간 감소 21
• Ⅰ. 기준 로봇 관제 시스템 21
• Ⅱ. 중앙집중형 로봇 관제 시스템 25
• Ⅲ. 클라이언트 업무분담형 로봇 관제 시스템 30
• 제2절 Port Mirroring과 MIMO 도입을 통한 지연시간 감소 35
• Ⅰ. Port Mirroring을 적용한 기준 로봇 관제 시스템 35
• Ⅱ. Port Mirroring을 적용한 중앙집중형 로봇 관제 시스템 39
• Ⅲ. Port Mirroring을 적용한 클라이언트 업무분담형 로봇 관제 시스템 39
• Ⅳ. MIMO 적용한 로봇 관제 시스템 43
• 제4장 성능 분석 45
• 제1절 로봇의 데이터가 클라이언트까지 도달하는데 소모되는 시간 분석 48
• Ⅰ. 기준 로봇 관제 시스템 48
• Ⅱ. 중앙집중형 로봇 관제 시스템 50
• Ⅲ. 클라이언트 업무분담형 로봇 관제 시스템 52
• 제2절 사용자 명령이 로봇까지 도달하는데 소모되는 시간 분석 55
• Ⅰ. 기준 로봇 관제 시스템 55
• Ⅱ. 중앙집중형 로봇 관제 시스템 56
• Ⅲ. 클라이언트 업무분담형 로봇 관제 시스템 56
• 제3절 로봇의 데이터가 중앙 서버에 저장되는데 소모되는 시간 분석 58
• Ⅰ. 기준 로봇 관제 시스템 58
• Ⅱ. 중앙집중형 로봇 관제 시스템 60
• Ⅲ. 클라이언트 업무분담형 로봇 관제 시스템 61
• 제5장 결론 64

참고문헌 (Reference)

1. 물류 로봇(AGV) 동향,, 장형준, 이연주, The Korean Institute of Electrical Engineers,

2. 물류로봇 기술동향 및 향후전망,, 김경훈, 최영호, 김재홍, , 2017

3. IPv6 기반센서 네트워크(6LoWPAN)을 위한 라우팅 프로토콜 기술,, 임채성, , 2006