금속 표면파 통신 기술의 선박 적용에 대한 테스트베드 운영 결과
Long-Term Operational Results of a Testbed for Implementing Metal Surface Wave Communication Technology in Maritime Vessels
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초록
금속 구조물이 지배적인 선박 내부에서는 전자기파 기반 무선통신이 반사·간섭·회절로 인해 안정적 구축이 어렵다. 본 연구는 비전자기파 방식인 금속 표면 자기장 기반 표면파 통신을 활용하여 선박 내 무선 네트워크 구현 가능성을 실증하였다. 2025년 4월부터 7월까지 실제 연안여객선에 테스트베드를 구축하여 11,211개의 유효 데이터를 수집하였다. 총 7개 측정 지점에 표면파 통신 장비를 배치하고, Ping/TCP/UDP 기반의 다계층 측정 도구로 지연시간, 대역폭, 패킷손실을 30분 간격으로 측정·수집하였다. 통계 분석은 혼합효과모형(Mixed Effects Model)과 AR(1) 상관구조를 적용하여 환경요인의 순수효과를 추정하였다. 연구 결과, 금속 밀집·수밀 격벽·곡면 구조 등 전통 무선이 취약한 선박 환경에서 신뢰성 있는 무선 백본/국소망으로 기능할 잠재력을 지니며, 환경 요인이 통신 성능에 미치는 영향은 예측 가능하고 관리 가능하다는 점을 실증하였다.
Abstract
Maintaining stable radio links inside ships, which are primarily composed of metallic structures, is challenging due to reflections, interference, and diffraction that lead to significant multipath issues. This study explores the viability of an onboard wireless network utilizing a metal-surface wave communication approach. We implemented a testbed on a coastal passenger vessel, establishing two core nodes as the backbone and installing devices at seven measurement points. A multilayer measurement toolkit, including Ping, TCP, and UDP via iperf3, collected data on latency, throughput, and packet loss at 30-minute intervals over an extended period. We conducted a statistical analysis using mixed-effects models with an AR(1) correlation structure to assess the net effects of environmental factors. The results demonstrate that in shipboard environments characterized by dense metal, watertight bulkheads, and curved structures—where traditional wireless methods struggle—the proposed technique can effectively serve as a reliable wireless backbone and local network. Additionally, the influence of environmental conditions on performance was found to be both predictable and manageable, facilitating adaptive operation for robust networking aboard ships.