6-二次函數與二次不等式(乙)

Download (0)

全文

(1)

2016 년 12 월 16ZI2200-01-3080P

지역 광부품 고도화를 위한

광융합 기술개발

Optical Convergence Technology for Regional Optical

Components Enhancement

100

(2)
(3)

- 3 -

인 사 말 씀

본 보고서는 광부품 산업체의 기술 고도화를 위하여, 사물인지 영상관제용 광융합 광학엔진 기술과 광분배망 관리용 스마트 광원격노드 기술을 개발하고, 연구결과물의 테스트베드 실증 적용을 목표로, 한국전자통신연구원 호남권연구센터가 2014 년부터 2016 년까지 수행하는 “지역 광부품 고도화를 위한 광융합 기술개발 사업”의 최종년도 연구결과 보고서입니다. 최신 연구 일선에서는 광학기술과 ICT 기술을 융합하여 영상정보 처리 단위를 bit (비트)에서 optical wave (광파)로 고도화한 전산광학 (Computational Photography) 분야를 열어가고 있으며, 광융합 이미징을 적용한 다양한 센서 제품을 선보이고 있습니다. 또한, 광가입자망의 광대역화-장거리화를 위해 다량으로 포설된 고분기 대용량 광분배망에 광포트 전자태깅 기술과 광선로 감시 기술을 적용하여 체계적으로 관리하는 추세입니다. 이러한 광융합 영상관제 분야와 스마트 광분배망 관리 분야에서 요구되는 요소 기술은 광이미징 센서 기술 및 스마트 광원격노드 기술과 같은 광융합 기술이며, 여기에 적용되는 광융합 영상처리 기술 및 스마트 광분배망 관리 기술이 전 세계적으로 연구개발 활성화 단계에 있습니다. 한편, 광통신 서비스의 전국적인 보급에 힘입어 성장하던 광부품 산업은, 국내 기업체의 과다 공급 및 중국 등 후발 기업체의 급속한 신장으로 가격 경쟁력이 하락하여 급격한 매출 정체 또는 감소를 겪고 있는 실정입니다. 이에 대한 돌파구로 각 기업체마다 보유하고 있는 광부품 기술을 바탕으로 기술 경쟁력을 강화하여 사물인터넷 센서 시장, 광융합 단말 시장 등 새로운 시장 개척이 절실한 상황입니다. 현 시점에서, 최신 연구 일선에서 급부상하고 있는 광이미징 센서 기술 및 스마트 광원격노드 기술로 광부품 산업체의 기술 경쟁력을 강화하고, 테스트베드 실증 적용 등을 통하여 차세대 사물인지 영상관제 시장 및 차세대 대용량 광분배망 플랫폼 시장에

(4)

진출할 수 있도록 연구개발 역량을 집중하는 것이 필요한 시점이라고 판단됩니다. 이러한 국가적-산업적 필요성에 대응하고자 정부에서는 광융합 기술을 기반으로 광부품 산업체의 국제 경쟁력을 높일 수 있는 “지역 광부품 고도화를 위한 광융합 기술개발 사업”을 광주광역시의 광산업클러스터 특화 전략과 연계하여 추진하고 있습니다. 본 사업에서 추진하는 광부품 광융합 핵심기술을 바탕으로 국내 광부품 산업체가 차세대 영상관제 및 차세대 광통신 시장에서 글로벌 경쟁력을 확보해 나가며, 미래 광학기술과 ICT 기술 융합을 선도해 나갈 수 있을 것으로 기대합니다. 끝으로 본 연구사업을 위하여 아낌없는 협조와 지원을 해주신 미래창조과학부, 광주광역시 관계자 여러분께 깊이 감사를 드리며, 본 연구에 참여한 연구원들의 노고를 진심으로 치하하는 바입니다.

2016. 12. 31.

한국전자통신연구원 원장 이 상 훈

(5)

- 5 -

제 출 문

본 연구보고서는 "지역 광부품 고도화를 위한 광융합 기술 개발"의 결과로서, 본 과제에 참여한 아래의 연구팀이 작성한 것입니다. 2016 년 12 월 31 일 <2016년도> 사업(실행1) 책임자: 이 병 탁 (2016.01. ~2016.12.) 실행2 책임자: 김 성 창 (2016.01. ~2016.08.) 실행2 책임자: 유 학 (2016.09. ~2016.12.) 이 동 수(2016.01. ~2016.12.) 김 영 선(2016.01. ~2016.09.) 오 문 균(2016.01. ~2016.12.) 김 성 창(2016.09. ~2016.12.) 유 학(2016.01. ~2016.08.) 김 근 용(2016.01. ~2016.12.) 이 세 형(2016.03. ~2016.12.) 이 문 섭(2016.01. ~2016.12.) 윤 심 권(2016.01. ~2016.12.) 오 승 훈(2016.01. ~2016.12.) 김 낙 우(2016.01. ~2016.12.) <2015녇도> 사업(실행1) 책임자: 이 병 탁 (2015.01. ~2015.12.) 실행2 책임자: 김 성 창 (2015.01. ~2015.12.) 김 영 선(2015.01. ~2015.12.) 오 문 균(2015.01. ~2015.12.) 이 동 수(2015.01. ~2015.12.) 유 학(2015.01. ~2015.12.) 김 근 용(2015.01. ~2015.12.) 이 문 섭(2015.01. ~2015.12.) 윤 심 권(2015.01. ~2015.12.) 오 승 훈(2015.01. ~2015.12.) 김 낙 우(2015.01. ~2015.12.) 고 석 갑(2015.01. ~2015.12.) 김 희 도(2015.01. ~2015.12.) 손 승 철(2015.01. ~2015.12.) 유 용 석(2015.01. ~2015.08.) <2014년도> 사업(실행1) 책임자: 이병탁 (2014.01. ~2014.12.) 실행2 책임자: 김 성 창 (2014.01. ~2014.12.) 김 영 선(2014.01. ~2014.12.) 오 문 균(2014.03. ~2014.12.) 이 동 수(2014.01. ~2014.12.) 유 학(2014.01. ~2014.12.) 김 근 용(2014.01. ~2014.12.) 이 문 섭(2014.01. ~2014.12.) 윤 심 권(2014.01. ~2014.12.) 오 승 훈(2014.01. ~2014.12.) 김 낙 우(2014.01. ~2014.12.) 고 석 갑(2014.01. ~2014.12.) 김 희 도(2014.01. ~2014.12.) 유 홍 연(2014.01. ~2014.12.) 손 승 철(2014.01. ~2014.12.)

(6)

고 석 갑(2016.01. ~2016.12.) 김 재 인(2016.01. ~2016.12.) 이 현 용(2016.03. ~2016.12.) 김 희 도(2016.01. ~2016.12.) 손 승 철(2016.01. ~2016.12.) 민 기 현(2016.01. ~2016.12.) 이 형 옥(2016.03. ~2016.12.) 손 병 희(2016.01. ~2016.12.) 윤 기 하(2016.01. ~2016.02.) 김 종 덕(2016.07. ~2016.12.) 김 민 택(2016.01. ~2016.02.) 이 석 진(2016.01. ~2016.02.) 김 은 옥(2016.02. ~2016.12.) 박 장 현(2016.10. ~2016.12.) 박 성 천(2016.05. ~2016.12.) 민 기 현(2015.01. ~2015.12.) 이 종 진(2015.01. ~2015.12.) 윤 기 하(2015.01. ~2015.12.) 김 재 인(2015.01. ~2015.12.) 유 태 환(2015.01. ~2015.12.) 윤 성 임(2015.01. ~2015.12.) 김 봉 태(2015.01. ~2015.12.) 이 석 진(2015.01. ~2015.12.) 권 율(2015.01. ~2015.12.) 김 민 택(2015.01. ~2015.12.) 유 용 석(2014.06. ~2014.12.) 민 기 현(2014.03. ~2014.12.) 최 지 은(2014.01. ~2014.03.) 윤 기 하(2014.03. ~2014.12.) 김 재 인(2014.01. ~2014.12.)

(7)

- i -

요 약 문

I. 제 목

지역 광부품 고도화를 위한 광융합 기술개발

II. 연구목적 및 중요성

최신 연구 일선에서는 광학기술과 ICT 기술을 융합하여 영상정보 처리 단위를 bit (비트)에서 optical wave (광파)로 고도화한 전산광학 (Computational Photography) 분야를 열어가고 있으며, 광융합 이미징을 적용한 다양한 센서 제품을 선보이고 있다. 또한, 광가입자망의 광대역화-장거리화를 위해 다량으로 포설된 고분기 대용량 광분배망에 광포트 전자태깅 기술과 광선로 감시 기술을 적용하여 체계적으로 관리하고자 하는 추세이다. 위와같은 광융합 영상관제 분야와 스마트 광분배망 관리 분야에서 요구되는 요소 기술은 광이미징 센서 기술 및 스마트 광원격노드 기술과 같은 광융합 기술이며, 여기에 적용되는 광융합 영상처리 기술 및 스마트 광분배망 관리 기술이 전 세계적인 연구개발 활성화 단계에 있다. 이러한 연구 개발 동향은 앞으로 도래할 차세대 영상관제 시장과 차세대 광통신 시장의 특징으로 예상되고 있다. 한편, 광통신 서비스의 전국적인 보급에 힘입어 성장하던 광부품 산업은, 국내 기업체의 과다 공급 및 중국 등 후발 기업체의 급속한 신장으로 가격 경쟁력이 하락하여 급격한 매출 정체 또는 감소를 겪고 있는 실정이다. 이에 대한 돌파구로 각 기업체마다 보유하고 있는 광부품 기술을 바탕으로 기술 경쟁력을 강화하여 사물인터넷 센서 시장, 광융합 단말 시장 등 새로운 시장 개척이 절실한 상황이다. 현 시점에서, 최신 연구 일선에서 급부상하고 있는 광이미징 센서 기술 및 스마트 광원격노드 기술로 광부품

(8)

산업체의 기술 경쟁력을 강화하고, 테스트베드 실증 적용 등을 통하여 차세대 사물인지 영상관제 시장 및 차세대 대용량 광분배망 플랫폼 시장에 진출할 수 있도록 연구개발 역량을 집중하는 것이 필요하다. 본 연구개발 사업은 국가적-산업적 측면의 중요성에 입각하여 광융합 광학엔진과 광신호처리 기술 및 스마트 광원격노드와 국제표준 관리플랫폼 기술을 연구개발하고, 타 상용급 시범사업 또는 광주시 구축 테스트베드에 시범 적용함으로써, 국내 광부품 산업, 광센서 산업, 영상관제 산업, 광통신 산업을 육성하고, 특히, 광산업클러스터 산업체의 글로벌 경쟁력 확보를 목표로 하고 있다. 본 연구개발사업은 2014 년부터 2016 년까지 총 3 개년으로 계획되었으며, 최종 연구 내용 및 결과는 다음과 같다.

III. 연구내용 및 범위

□ 광학엔진 기술 개발 ○ 모듈형 광학엔진 시제품 개발 ○ 박막형 광학엔진 시제품 개발 □ 광이미징 영상처리 기술 개발 ○ 패시브 슐리렌 기반 광이미징 영상처리 기술 개발 ○ 액티브 슐리렌 기반 광이미징 영상처리 기술 개발 ○ 광스캐닝 홀로그램 기반 광이미징 영상처리 기술 개발 ○ 헤테로다인 광스캐닝 홀로그래피 기술 개발 ○ 구조광 기반 광이미징 영상처리 기술 개발 ○ 머신러닝 응용 광이미징 영상처리 기술 개발

(9)

- iii -

□ 융합관제 솔루션 및 시범서비스 적용

○ 광이미징기반 원격 수위센서 개발

○ 광이미징기반 디지털광펜스용 센서 개발

○ IoT 센서 표준프로토콜 개발 (IETF CoAP, LWM2M, oneM2M ASN)

○ IoT 센서 표준기기관리 서버플랫폼 개발 ○ KT-양평교통병원 영상관제 시범사업 참여 (1 차년도) ○ 광주광역시 CCTV 통합관제센터 시범사업 참여 (2 차년도) ○ 한전 전력 IoT 테스트베드 시범사업 참여 (3 차년도) □ 스마트 광원격노드 기술 개발 ○ 장거리 고분기 PON 망을 위한 장애감시 기술 연구 ○ 장거리 고분기 PON 망을 위한 스마트 광원격노드 감시부 구현 ○ 공심선 감지를 위한 스마트 광단자함 개발 ○ 탈착형 전자태그 기반의 스마트 광 인프라 자동 인식 기술 개발 ○ 부착형 전자태그 기반 스마트 광 인프라 자동 인식 기술 개발 ○ 부착형 전자태그 기반 스마트 광단자함 개발

○ 10G/1G 다기능 PON Power Meter 상용화 기술 개발

□ 광분배망 통합관리 플랫폼 기술 개발

○ 국제표준 기반 광분배망 통합관리 플랫폼 구조 설계

○ Work Order 기반 스마트 광원격노드 연동 기술 개발

○ 외부 웹 서비스를 위한 웹 API 기술 개발

(10)

○ 광분배망 통합관리 모바일 플랫폼 기술 개발

□ 스마트 광분배망 통합관리 테스트베드 구축

○ ETRI FTTH 망 연동 테스트베드 구축 (1 차년도)

○ CMB FTTH 망 연동 실증 테스트베드 구축 (2 차년도)

(11)

- v -

IV. 연구결과

□ 광학엔진 기술 개발 ○ 모듈형 광학엔진은 영상관제 솔루션을 위한 28cc 급 초소형 구조광 생성장치로서, 한 개의 고출력 레이저다이오드(LD) 및 MEMS(Micro-electro-mechanical systems) 미러기술을 기반으로 제작된 초소형 광학엔진임. 모듈형 광학엔진의 광파워는 최대 110mW, 스폿크기는 30m 에서 2cm2, 프레임레이트는 15Hz 이고, 광패턴 크기는 30m 에서 1m x 5m, FoV 는 수직 9.5o/수평 1.9 o 을 가짐. 제작된 모듈형 광학엔진을 기반으로 야외 환경하에서 광패턴 이미지를 실시간으로 처리, 자동으로 원격계측, 영상관제 등이 가능함 ○ 박막형 광학엔진은 영상관제 솔루션을 위한 IR 대역 10cc 급 초소형 구조광 생성장치로서, 한 개의 고출력 레이저다이오드(LD) 및 회절광학소자(DOE) 설계기술을 적용하여 제작된 초소형 광학엔진으로 모듈형 광학엔진과 달리 패시브 광원으로 동작하도록 구현. 박막형 광학엔진의 출력광파워는 40mW, 10m 의 투사거리, 5m 에서 2.0m x 2.0m 의 투광면적, 10x10x2mm (0.2cc)의 박막형 광소자, 패턴수는 랜덤형태의 10,000 이상의 패턴을 가지며, 이를 기반으로 광학적 디지털 펜스의 응용으로 적용함 □ 광이미징 영상처리 기술 개발

○ Passive schlieren imaging 기술로써, Background oriented schlieren 이미징

영상관제 시스템, Natural background oriented schlieren 이미징 영상관제 시스템을 구현하였으며, Active schlieren imaging 기술로써, Knife-edge 기반 schlieren 이미징 영상관제 시스템, 랜덤 패턴 광원 기반 영상관제 시스템, 템, DOE 기반 영상관제 시스템을 구현하였고, 약 2 m 거리까지 동작 가능한 active 이미징 시스템을 구현하였음.

○ 총 26 가지 (헬륨가스, 히터, 양초, 드라이기, 라이터, 매직기, 성냥, 커피포트,

water flow, plano-convex lens, 프레넬 렌즈, 에어파스, 냄비, 라디에이터, glass, glass 위에 흐르는 물방울, torch, 스파클라 폭죽, 가스렌지, 핫팩, 납땜기, 다리미, 물 속의 각설탕, 물 속의 꿀, 설탕물, 물 속의 구슬)의 schlieren

(12)

이미지를 획득함 ○ 홀로그램 기반 광이미징 영상처리 기술은 헤테로다인 간섭광을 물체에 2 차원 스캐닝함으로써 물체의 복소홀로그램을 생성하고 복원하는 기술로서, 본 연구에서는 광학적 거리측정을 이용하여 홀로그램의 빠른 복원을 수행하는 기술과 헤테로다인 복조(Demodulation)방법을 통한 홀로그램 생성에 수치적 2 차원 복소홀로그램 생성, 실시간 복원처리를 수행하는 기술을 개발하였음. 또한 이의 응용 및 소형화 위해 MEMS 미러를 기반으로 FOV(H/W) 12.5O, 파장 VIS/NIR, 왜곡보상 알고리즘을 갖는 2 차원 스캐닝 미러의 구동부를 설계/제작하였음 ○ 구조광 기반 광이미징 처리기술은 참조용 광패턴을 능동적으로 피측정 대상물에 조사하고, 카메라 장치로 조사된 참조용 광패턴과 주변 제반 환경을 동시에 촬영하여, 입력된 영상을 처리∙분석 후 자동 수위측정 및 대상물과의 거리 측정을 수행하는 기술임 ○ 구조광 조사를 위한 광학장치는 단순한 구조 및 저가격 제품을 목표로 참조용 광패턴은 원형의 단일 패턴으로 구성하며, MEMS 모듈을 이용하여 타원형 또는 둥근 직사각형 모양으로 대상물에 조사함. 광학장치는 LD, Collimator, MEMS 모듈, control 보드, PicoAmp 등으로 구성됨

○ 머신러닝 기술을 통해 적외선 정보 기반 객체 분류기(Classifier)를 이용하여, 입력된 영상에 대한 객체의 종류를 예측하는 객체 인식 시스템을 구성함 ○ 10 여종의 IR 기반 데이터베이스를 통해 IR 영상은 일반적인 컬러영상이나 그레이영상과는 다른 종류의 특징 추출 기법이 적용된다는 사실을 확인함 □ 융합관제 솔루션 및 시범서비스 적용 ○ 640nm 파장의 광소스로부터 단일 형상의 광패턴을 생성하고, 이를 피측정 대상물에 조사한 후, 카메라 장치를 통해 조사된 참조용 광패턴을 촬영하여 입력된 광패턴 이미지를 실시간으로 처리, 자동으로 원격 수위 측정을 수행하는 S/W 솔루션을 제작함 ○ 융합관제 원격수위 센서의 H/W 는 카메라 제어 장치, 적외선 조명 장치,

(13)

- vii - 충방전 제어기, 원격 전원 제어 장치, 무선 음향 알람 장치 등으로 구성되며, 방수, 방진, 부식에 강건한 하우징을 제작함 ○ 광이미징기반 디지털광펜스용 센서는 외부 침입 및 범죄 행위 등 각종 위험 요소로부터 사전 범죄 예방 효과를 갖고 있으며, 기존의 펜스부착형이나 구조물설치식과 달리 IR 기반 광센서를 활용한 기계학습기반 영상처리기술을 통해 추가적인 구조물 설치 없이 포터블 형태로 외부 침입 모니터링이 가능하도록 한 기술임 ○ 딥러닝 기반으로 디지털광펜스용 S/W 를 구현함으로, 침입 객체의 인식 분류 성능을 높이고, IR 소스 사용을 통해 야간이나 저조도 환경에서도 충분한 성능 목표를 달성할 수 있도록 개발함

○ IoT 센서 표준 프로토콜인 IETF CoAP, OMA LWM2M, oneM2M 규격을

다양한 플랫폼에 적용할 수 있는 소프트웨어로 구현. IETF Plugtest, OMA Testfest, oneM2M TTA Verfied, TTA ION 등 국내외 상호운용성 시험 개최 및 인증시험에 참여하여 우수성을 검증 받음 ○ OMA LWM2M 기기를 통합관리할 수 있는 기기관리 서버플랫폼을 개발. 여기에는 LWM2M 프로토콜, 데이터베이스 연동, 웹 API, 서버 소프트웨어 아키텍처 기술이 포함. 구현한 결과물을 OMA TestFest 상호운용성 시험 행사에 참석하여 검증 ○ 1 차년도 KT-양평교통병원 영상관제 시스템 구축 시범 사업에 참여. IoT 센서 표준 프로토콜 기반으로 환자 위치 추적 및 긴급 호출, CCTV 연동 기능을 구현함 ○ 2 차년도 광주광역시 CCTV 통합관제센터에 참여. 영상기반 차번 인식 장비에 IoT 센서 프로토콜을 탑재하여 관제센터와 연동되는 시스템을 개발함 ○ 3 차년도 한전 전력 IoT 테스트베드 시범사업에 참여. 전신주에 IoT 게이트웨이와 센서를 설치하고 IoT 센서 표준 프로토콜로 전력설비를 관리하여 고장예방을 할 수 있는 시스템을 구축함

(14)

□ 스마트 광원격노드 기술 개발 ○ 광 가입자 망인 PON 망에서는 점대 다점 방식의 통신 토폴로지의 구성으로 인하여 일반적인 OTDR 의 원리를 이용한 선로 감시에 어려움이 있음. 분배지점에서의 감시광 감쇠로 인하여 가입자 구간의 반사광 획득에 어려움이 있으며, 특히 각 가입자의 ONU 가 동일 거리에 위치하게 되는 경우, 가입자를 구분하는 것은 불가능함. 본 과제에서는 광스위치 및 감시광 분석 모듈을 포함하는 장애 감시 기술을 개발하였고 PON 망에서의 장애 감시 문제점을 해결하였음 ○ 장거리(60km), 고분기(128 분기) PON 망에서 실시간 장애감시가 가능하도록 스마트 광원격노드 광계층 감시부 시스템을 개발하였음. OTDR 기능이 스플리터에 내장된 스마트 광원격노드 감시부 시스템은 기존 OTDR 의 문제점인 스플리터 감쇠현상을 최소화하고 동일거리 ONU 에 대한 감시가 가능하도록 개발한 시스템임. 감시부는 스플리터, 감시광 필터, ODTR, 광스위치, 및 운용 H/W, S/W 로 구성되어 있음. 감시부의 장애 감시 데이터는 광분배망 통합관리 플랫폼의 Work Order 시스템과 연동되어 E-FIMS 로 전송됨 ○ 공심선은 가입자가 연결되어 있지 않은 선로를 가리키며, 통신 인프라 관리 관점에서 공심선을 감지하는 기술은 인프라 관리 비용 절감 차원에서 매우 중요함. 본 과제에서는 수동형 광분배함에서 공심선을 감지할 수 있는 공심선 감지 모듈을 개발하였으며, 현장 작업자의 단말장치(스마트폰)를 연동하여 이를 운용할 수 있는 기술을 개발하였음 ○ 공심선을 감지하기 위하여, 가입자의 단말로부터 송신되는 상향 신호를 분석하는 알고리즘을 개발하였음. 스마트 광분배함은 2 차 RN 의 역할을 수행하며 스마트 광분배함으로 유입되는 상향 신호의 세기는 0dBm 에 가깝고, 국사의 OLT 로부터 유입되는 하향 신호는 그보다 훨씬 작기 때문에(일반적으로 -7dBm 미만) 이러한 차이를 이용하여 공심선을 감지하는 알고리즘을 개발하고 이를 운용하는 소프트웨어를 개발함 ○ 스마트 광원격노드 인식부는 광포트의 접속상태를 모니터링하고 work order

(15)

- ix -

와 연동하는 LED 표시 기능을 제공하는 시스템으로 스마트 광 패치패널 (SOPP; Smart Optical Patch Panel) 및 모바일 광 인프라 자동인식 시스템 (Mobile Optical-infra Auto-recognition System)과 전자태그로 이루어져 있음. SOPP 는 광포트의 접속여부를 인식하여 MOAS 로 결과를 송신하거나, MOAS 로부터 제어신호를 수신하여 LED 를 통해 포트의 상태표시나 work order 에 대한 결과를 표시하는 역할을 수행함. MOAS 는 SOPP 를 제어하여 광포트의 접속여부에 따라 전자태그에 저장된 데이터를 E-FIMS 로 송신하거나, E-FIMS 로부터 work order 를 수신하여 수행함

○ 공심선감지 스마트광단자함은 기존 광단자함에 부착형전자태그기반의 광커넥터를 수용할 수 있는 스마트 광어댑터 및 태그인식 보드와 광심선의 광신호세기를 측정할 수 있는 장치를 구비한 장치이며 태그인식 및 제어에 기반한 단자함 내부의 광포트 관리기능과 가입자라인의 상향 광신호 세기 감지에 기반한 가입자라인 유휴상태 감지 기능인 공심선 감지 기능을 수행함. 전자 태그 부착형 광포트 기반 스마트광분배함은 전자태그 부착형 광커넥터를 수용할 수 있는 스마트 광어댑터 48 개와 태그인식보드로 구성되는 스마트 패치패널 그리고 패치패널을 제어관리하는 패널콘트롤러로 구성되어 하나의 패널콘트롤러로 최대 8 단의 패치패널에 장착된 개 광포트를 관리할 수 있음 ○ 탈착형 전자태그는 광케이블에 어댑터 형태로 장착되어 케이블의 ID 등의 정보를 기록/보관하는 장치임. 탈착형 전자태그는 ID 전달을 위해 SOPP 와 결속하는 수용부와 MOAS 로부터 받은 데이터를 보관하는 EEPROM 으로 구성되어 있음. 부착형 전자태그는 탈착형과 달리 광커넥터 하단에 EEPROM 이 부착된 형태로 제작되어 케이블의 ID 와 같은 정보를 기록/보관하는 장치임. 부착형 전자태그는 스마트 광분배함과 결속하여 사용되며, 접속정보는 E-FIMS 로 전달됨 ○ 지속적으로 증가하는 광 가입자망 기반의 네트워크에서 빠르고 신뢰성있는 서비스를 제공하기 위한 망 관리 기능의 강화는 필수적임. 특히, 광 선로의 신호유무 및 세기를 측정하는 광 파워미터는 신규 가입자의 서비스 개통시 또는 장애 신고로 인한 사고 현장 출동시 엔지니어가 필수 적으로 지참해야

(16)

할 휴대용 계측기기임

○ 10G/1G 다기능 PON Power Meter 는 ITU-T 및 IEEE 표준을 만족하는

10G/1G 급 PON 을 동시에 지원하는 장점을 가짐. 개발된 PON Power Meter 는 자동으로 10G 및 1G 파장을 감지하며 가입자 네트워크 품질 (대역폭, 지연시간) 측정을 동시에 수행가능함. 또한 추가 R&D 지원사업을 통해 광파워 측정범위를 상향 10G PON 신호까지 확장하였으며, ONT 접속상태 감지기능 등을 추가로 구현하였음 □ 광분배망 통합관리 플랫폼 기술 ○ BBF 의 TR-311 표준은 광 스플리터와 같은 PON 노드에 각 포트 정보와 포트에 결합된 광 커넥터의 정보를 수집하여 중앙의 광분배망 관리 서버로 전달하는 Fiber Infrastructure Management System 의 구조 및 요구사항을 정의하고 있음. 본 과제에서 개발하는 광분배망 통합관리 플랫폼 기술은 TR-311 에서 제안하는 시스템 구조 및 중요 요구사항을 수용하고 있으며, 향후 BBF 및 ITU-T 에서 논의되는 추가적인 기능을 수용할 수 있도록 개발되었음

○ E-FIMS 는 TR-311 의 중요 요구사항의 하나인 Work Order 시스템을 포함하고

있음. Work Order 시스템은 FIMS 의 관리자가 현장의 작업을 관리하는 시스템으로, 현장에서의 케이블 체결, 제거의 작업을 보조하는 기능을 제공함. 본 과제에서는 스마트 광원격노드 및 광분배망 통합관리 모바일 플랫폼과 연동되는 Work Order 시스템을 개발하였음. 또한 Work Order 시스템을 기반으로 스마트 광원격노드의 수동 제어 및 이벤트 감지를 수행함

○ 광분배망 통합관리 웹 플랫폼(webFIMS)은 E-FIMS 의 웹 API 를 기반으로

작성된 웹 어플리케이션으로 광분배망의 관리자를 위한 GUI 를 제공함. 각종 자원의 정보를 조회할 수 있으며, 스마트 광원격노드의 연결 정보 및 현황을 시각적으로 확인할 수 있음. 또한 직관적인 GUI 를 통해서 효과적으로 Work Order 를 생성하고 관리할 수 있음 ○ E-FIMS 는 웹 API 제공을 통해 유연한 확장성을 제공하고 있음. 즉, 통신 사업자의 BSS/OSS 와의 유연한 연동이 가능하며, 웹 API 를 이용하여 자체적인 통합관리 어플리케이션 개발이 용이함. 또한 모바일 플랫폼에서도 사용가능

(17)

- xi -

하기 때문에 웹을 기반으로 하는 모바일 어플리케이션 개발에도 활용될 수 있음. 광분배망 통합관리 플랫폼의 웹 API 의 주요 기능으로는 각 자원 정보 조회 기능, Work Order 생성 기능, Work Order 수행 기능, Report 관리 기능이 있음

○ 광분배망 통합관리 플랫폼 상용화 기술은 광 인프라를 관리하는 E-FIMS 및

다수의 관리자 client 를 제공하기 위한 EMS 로 구성되어 있음. E-FIMS 의 웹 API 를 통하여 EMS 가 운용되며, 실제 통신사업자가 사용하는 프레임 워크를 및 GUI 로 구성되어 있음. 스마트 광단자함의 포트 상태에 대한 시각화 기능 및 이벤트 출력, Work Order 관리 기능이 포함되어 있음

○ 광분배망 통합관리 모바일 플랫폼(mFIMS : mobile FIMS)은 E-FIMS 의 웹

API 를 기반으로 작성된 모바일 어플리케이션으로, E-FIMS 및 스마트 광원격노드와 Work Order 시스템으로 연동됨. 본 과제에서는 안드로이드 OS, iOS 를 위한 mFIMS 어플리케이션 2 종을 개발 완료하였음.

○ mFIMS 의 Work Order 수행 GUI 는 현장 작업자의 작업의 신속성, 정확성을

위하여 ‘대화형’ 방식을 설계, 구현하였음. 또한 현장에서 수행되는 11 가지 종류의 작업 시나리오를 개발하여 이를 Work Order 시스템에 적용함. 작업중에 발견되는 각종 이슈를 실시간으로 보고할 수 있는 GUI 를 포함하고 있으며 광분배망의 현황 정보를 조회할 수 있는 기능을 포함하고 있음 ○ 광분배망 통합관리 플랫폼은 스마트 광원격노드로부터 발생되는 이벤트 정보를 웹 API 를 통하여 전달 받음. 실시간 이벤트 정보에는 광 케이블의 분리, 미체결, 오체결, 광 선로의 물리적인 절단, 벤딩 등의 이벤트가 있으며 비실시간 이벤트 정보에는 공심선 감지 이벤트가 있음. Online 으로 연결되는 스마트 광원격노드의 경우 실시간 이벤트를 광원격노드가 직접 전송하고, Offline 의 스마트 광원격노드의 경우 현장 작업자의 단말장치의 mFIMS 를 통해서 전송됨. 또한 mFIMS 의 GUI 를 통하여 관리자에게 필요한 현장의 각종 리포트를 생성하고 전달할 수 있는 시스템을 개발하였음 □ 스마트 광분배망 테스트베드 구축 ○ 1 차년도에는 스마트 광원격노드 및 관리 플랫폼 기술 개발을 통하여

(18)

개발하는 고분기, 장거리 PON 망에서의 실시간 장애 감시 기술, 전자태그 기반 광분배망 자동인식 기능 및 응용기술을 시험 검증할 수 있는 테스트베드를 ETRI 호남권연구센터 내부의 FTTH 망에 적용하였음. 테스트베드 운용을 통하여 간선망의 장애 탐지, 인식부 기능 시험, 통합관리 플랫폼의 소프트웨어 기능 시험을 진행함 ○ 2 차년도 광분배망 통합관리 플랫폼 시제품으로 광주지역의 케이블 통신 사업자인 CMB 에서 제공하는 FTTH 망에 테스트베드를 구축하였음. 구축된 테스트베드는 개발 기술의 요구사항 검증 및 기술이전을 위한 시제품 시험의 성능 검증, 망연동 안정성 테스트를 목적으로 운용하였음. CMB 방송국-ETRI 호남권연구센터-방송국-ETRI 기숙사간의 20Km 구간의 PON 망에서의 간선망 장애 탐지, 인식부 기능 시험, 통합관리 플랫폼의 소프트웨어 기능 시험 및 Work Order 지원 시스템의 기능을 검증하였음 ○ 3 차년도 광분배망 통합관리 플랫폼 시제품으로 전자태그 일체형 광포트 및 광 커넥터를 개발하였고 이를 기반으로하는 스마트 광단자함을 개발하였음. 개발 시제품 3 SET 를 한국전력공사 광주전남지역본부(광주광역시 오치동 소재)의 ICT 센터와 순천지부 ICT 센터에 설치하고 6 개월간의 테스트베드를 운용하기로 하였음(2016.12. ~ 2017.06.). ETRI 의 스마트 광분배망 통합관리 플랫폼 기술이 한전 자가망 인프라 관리에 정확성 및 효율성을 높일 것으로 기대하고 있으며, 향후 공동 이슈 발굴 등의 협력을 진행하기로 하였음

(19)

- xiii -

V. 연구개발결과의 활용계획

본 “지역 광부품 고도화를 위한 광융합 기술개발 사업”의 성공적인 수행을 통하여 광융합 광학엔진 기술, 광 이미징 영상처리 및 광융합 센서 기술, 스마트 광원격노드 기술, 스마트 광분배망 통합관리 플랫폼 기술 등이 개발되었다. 연구실적으로는 SCI 논문 5 편 게재, 기술이전 16 건 달성, 관련 특허 40 건을 출원하였다. 개발 기술의 기업체 이전을 통해 보안, 방법, 방재, 국방 등의 영상관제 분야와 유무선 통신망, 지자체/기업체 자가망의 광통신 인프라 지능형 관리분야에 적용이 가능하고 이를 통해 지역 광부품 기업체의 기술 고도화와 신규 시장 개척에 활용가능하다. 광융합 광학엔진 및 광이미징 분석기술은 2016 년 9 월 지역연구개발특구의 우수기술 선정의 성과를 바탕으로 사업화를 위한 상용화 개발과제를 2017 년부터 상반기에 추진할 예정이며, 개발된 융합관제 솔루션 기술은 한전 에너지 IoT 표준 기반 플랫폼 구축에 적용 중에 있으며 해당 부품 기술 및 칩 모듈의 기술 사업화를 추진하고 있다. 또한, 한전 지중전력구 로봇에 광이미징 센서 적용하는 방안을 2017 년도 신규과제로 기획 중에 있다. 스마트 광분배망 관리플랫폼은 2016 년 하반기부터 시제품 결과물을 활용한 한전 자가망 테스트베드 및 통신사업자 시범적용을 통해 실적용을 위한 수요자 맞춤형 요구사항 반영을 위한 상용화 추가 개발 이슈를 도출하여 2018 년 상용제품의 출시 및 시장 적용을 목표로 하고 있다. 한전 광통신망에 시범 적용 중에 있으며, 이를 바탕으로 스마트 광분배망 기술사업화를 촉진할 예정이다.

(20)

VI. 기대성과 및 건의

본 “지역 광부품 고도화를 위한 광융합 기술개발 사업”의 성공적인 수행을 통하여 다양한 경제적, 산업적, 기술적, 사회적 기대 성과가 예상된다. 우선, 광부품 관련 산업의 육성으로 정보통신 1 등 국가 위상이 제고되며, 새롭게 성장하고 있는 사물인지 영상관제 및 초광대역 광가입자망 분야에서 글로벌 시장 선점 및 국가 신성장 동력화가 가능할 것으로 기대된다. 또한 본 사업을 통해 구축되는 연구장비 및 테스트베드의 산학연 공동활용으로 제품의 조기 상용화를 유도하고 관련 산업의 연구 개발 활성화가 가능할 것으로 전망된다. 또한, 연구결과물의 테스트베드 실증 적용으로 관련 산업체의 글로벌 경쟁력을 향상시키고 이를 통해 매출 증대를 통한 국부 창출이 가능할 것으로 보인다. 또한, 정부에서 추진하고 있는 15 대 미래 서비스 (만리안 서비스, 하이퍼넷 서비스 등) 비전을 조기에 달성하고 과학기술과 ICT 기술 융합을 통한 신산업-신수요 창출에 기여할 것으로 기대한다. 특히, 차세대 사물인지 영상관제 기술을 통해 안전한 도시 환경 구축에 기여하고, 차세대 대용량 광분배망 기술을 통해 세계 최고 수준 기가인터넷 구축에 기여하는 등 대국민 서비스 제공과 선순환적 산업 발전에 기여할 할 수 있다.

(21)
(22)

SUMMARY

I. TITLE

Optical Convergence Technology for Regional Optical Components Enhancement

II. THE OBJECTIVES

There is an increasing demand for the convergence of optical and ICT technologies. This new trend includes the paradigm shift of information processing from bit level to optical wave domain, holographic optical imaging technologies for object recognition in extreme conditions, and spectroscopic optical imaging technologies for monitoring leakage of noxious chemicals. Another trend in broadband communications is that optical distribution networks are to serve a greater number of users in wider areas. Thus, there is an urgent need for efficient management of complex optical distribution networks. The key technological enablers for these new trends are 3D optical engine and smart optical remote node, which have attracted much attention recently not only from research labs but also from markets.

However, the optical component industry in Korea is facing a sever challenge. It had enjoyed a strong growth due to the nation-wide installment of broadband networks until excess supply and competition curtailed the revenue. Thus, it is important to develop new technology to lead the existing market and explore a new

(23)

- xvii -

one. Therefore, the research should focus on advancing 3D optical chip and smart optical remote node technologies, creating a new market with object-recognition based optical monitoring systems, and upgrading optical distribution network platforms.

Based on this urgent need, the goal of this project is to research on the convergence of 3D optical engine, optical signal processing, and the smart optical remote node system. In tandem with other national projects and the test-bed in the city of Gwangju, this project aims to strengthen the optical component, optical monitoring, and optical communication industries in Korea. The regional members of Optical Industry Cluster will also benefit from the results. This research is performed for three years from 2014 to 2016. The contents and scopes of this project are as follows.

III. THE CONTENTS AND SCOPE OF THE STUDY

□ Development of optical engine technology

○ Development of modular optical engine prototype ○ Development of thin film optical engine prototype

□ Development of optical imaging image processing technology

○ Development of optical imaging image processing technology based on

passive schlieren

○ Development of optical imaging image processing technology based on

active schlieren

(24)

technology

○ Development of optical image processing technology for machine

learning application

□ Application of convergence control solution and pilot service

○ Development of remote level sensor technology based on optical

convergence CCTV

○ Development of sensor for digital optical fence based on optical imaging ○ Development of IoT sensor standard protocols technology

○ Development of IoT standard based device management server platform ○ KT-Yangpyung Traffic Hospital video control pilot project (1st year) ○ Gwangju Metropolitan City CCTV Integrated control pilot project (2nd year) ○ KEPCO Power IoT Testbed Demonstration Project (3rd year)

□ Development of smart optical remote node technology

○ Study of fault detection technology for long distance, high split PON ○ Implementation of smart optical remote node for optical layer monitoring ○ Development of smart optical termination panel for verifying idle line ○ Development of automatic recognition technology of optical

infrastructure based on a detachable electronic tag

○ Development of automatic recognition technology of optical

infrastructure based on an attached electronic tag

○ Development of smart optical termination panel based on an attached

electronic tag

(25)

- xix - commercialization technology

□ Development of integrated management platform for optical distribution network

○ Design of integrated management platform of optical distribution network

based on international standards

○ Development of Smart Optical Remote Node Interworking Technology

based on Work Order

○ Development of Web API technology for external web services

○ Development of commercialization technology of optical distribution

network integrated management platform

○ Development of mobile platform technology for integrated management

of optical distribution network

□ Testbeds for integrated management of smart optical distribution network

○ Testbed construction with internal ETRI FTTH networks for integrated

management of ODN (1st year)

○ Construction of demonstration testbed with external CMB FTTH networks

(2nd year)

○ Testbed Construction with KEPCO Gwangju Jeonnam Regional

Headquarters self-forming networks (3rd year)

IV. RESULTS

□ Development of optical engine technology

(26)

with 28cc volume for imaging sensor solution. It is a compact optical engine based on one high power laser diode (LD) and micro-electro-mechanical systems (MEMS) mirror technology. The optical power of the modular optical engine is 110mW maximum, the spot size is 2cm2 at 30m, the frame rate is 15Hz, the light pattern size is 1m x 5m at 30m, and FoV is 9.5o vertical / 1.9o horizontal. Based on the modular optical engine manufactured, it can process optical pattern images in real time, automatically remote measurement, image control, etc.

○ The thin optical engine is an ultra-compact optical engine with 10 cc

volume for imaging sensor solution. It is a compact optical engine manufactured by applying one high power laser diode (LD) and DOE (Diffraction Optical Element) unlike the modular optical engine and can operate as a passive light source. The output optical power of the thin optical engine has a projection distance of 10m, a light transmitting area of 2.0 m × 2.0 m at 5 m, a thin film optical device of 10 × 10 × 2 mm (< 10cc). It has some application for optical digital fence.

□ Development of optical imaging image processing technology

○ We developed passive and active schlieren imaging systems. As the

passive imaging methods, a background oriented schlieren (BOS) imaging system, a natural-background oriented schlieren (N-BOS) imaging system are constructed and the active schlieren imaging methods such as a Knife-edge based schlieren imaging system, a random pattern light based remote imaging system, a DOE based remote schlieren imaging system are implemented.

○ A total of 26 objects such as helium gas, a heater, a candle, a dryer, a

lighter, a straightener, a matchstick, a tea kettle, water flow, a plano-convex lens, a Fresnel lens, a pain relief medication, a pot, a radiator, a piece of glass, water drop on a glass plate, torch, a sparkling firecracker, a gas range, hot pack, a soldering iron, an iron, cube sugar in water, honey

(27)

- xxi -

in water, sugared water in a bottle of pure water, and a bead in a bottle of pure water were optically imaged.

○ Hologram-based optical imaging technology is based on generating and

restoring complex holograms of an object by scanning heterodyne interfering light on an object in two-dimensional scanning. In this research, it shows the result to perform numerical two-dimensional complex hologram generation and real-time reconstruction processing in hologram generation through heterodyne demodulation method. In order to miniaturize the optical path and system size, we designed and manufactured a 2-dimensional scanning mirror and driving circuit with FOV (H / W) 12.5O, wavelength VIS / NIR based on MEMS mirror.

○ Structural light-based optical imaging processing technology actively

irradiates a reference light pattern to a measured object, and simultaneously captures a reference light pattern irradiated by the camera device and surrounding environment. In addition, it is a technology to perform automatic level measurement and distance measurement to an object after processing and analyzing input image.

○ Optical device for structural light irradiation aims at a simple structure

and low price product, and the reference light pattern is composed of a single circular pattern. The MEMS module is used to irradiate the object with an elliptical or round rectangular shape. The optical device consists of LD, Collimator, MEMS module, control board, PicoAmp, etc.

○ An object recognition system that predicts the types of objects for input

images is constructed by using an infrared information-based object classifier through machine learning technology.

○ Through the IR-based database of 10 types, it is confirmed that the IR

image is applied to the feature extraction technique different from the general color image or gray image.

(28)

□ Application of convergence control solution and pilot service

○ A light pattern of a single shape is generated from a light source having

a wavelength of 640 nm, irradiated to the object to be measured, and then the irradiated reference light pattern is photographed through a camera device. We produce S / W solutions that process input optical pattern images in real time and automatically perform remote level measurement.

○ H/W of a convergence control remote water level sensor consists of

camera control device, infrared light device, charge / discharge controller, remote power control device, wireless sound alarm device, etc., and housing which is resistant to waterproof, dustproof and corrosion.

○ Optical imaging-based digital optical fence has preventive crime

prevention effect from various risk factors such as external intrusion and criminal act. Unlike conventional fence attachment type or structure installation type, it is based on machine learning based image processing technology using IR-based optical sensor. This is a technology that enables external intrusion monitoring in a portable form without installing additional structure.

○ By implementing S / W for digital optical fence based on deep learning,

it has been developed to improve recognition performance of intruding objects and to achieve sufficient performance goal in night or low light environment by using IR source.

○ We implemented IOT sensor standard protocols IETF CoAP, OMA LWM2M,

and oneM2M as software that can be applied to various platforms. We participated in IETF Plugtest, OMA Testfest, oneM2M TTA Verified and TTA ION event to verify our results.

○ We developed a device management server platform that can manage

(29)

- xxiii -

integration, Web API, and server software architecture technologies. Verified by attending the OMA TestFest interoperability testing event.

○ We participated in pilot project of KT-Yangpyeong Traffic Hospital video

control system establishment in the first year. Based on IoT sensor standard protocol, patient location tracking, emergency call, and CCTV interworking function implemented.

○ We participated in pilot project of Gwangju metropolitan city CCTV

integrated control center in second year. IoT sensor protocol is installed in the image-based car identification system and developed a system that works with the control center.

○ We participated in KEPCO electricity IoT Testbed pilot project. IoT gateway

and sensors are installed in the poles, and IoT sensor standard protocol is used to manage electric power facilities to prevent malfunctions. □ Development of smart optical remote node technology

○ In the PON network which has a network topology of point-to-multipoint,

it is very difficult to detect a fault of optical layer by using general OTDR technologies. The monitoring pulse of OTDR can be attenuated considerably on the optical remote node such as optical power splitters. Also, it is very difficult to distinguish each optical terminals which are placed equidistantly. In this study, we have developed a fault detection technology using an optical switch and a monitoring pulse analyzer.

○ Monitoring system of smart optical remote node, which is capable of real

time fault monitoring has been developed for long reach (128km), high split ratio (1x128) PON network. Smart optical remote node system which has OTDR function can resolve legacy OTDR problems such as attenuation of power splitter and ambiguous of equal distance ONU. Monitoring system consist of splitter, pulse filter, OTDR, optical switch, and operation software. Monitored data have gathered by Work Order system of mFIMS

(30)

and processed in E-FIMS.

○ An idle line of ODN means an optical fiber, which is not connected with

any ONU or ONT. It is very important to find the idle line of ODN to reduce the optical infrastructure management costs. In this study, we have developed a module to find an idle line and an operation solution, which can be interworked with field engineer’s terminal such as a smart phone.

○ We have developed an efficient algorithm to find an idle line. It receives

upstream signal from ONU/ONT to OLT and analyses that. The main idea of the algorithm is optical power gap of upstream signal and downstream signal. In general, in the 2nd RN of ODN, upstream signal shows very strong optical power (about 0 dBm). On the other hand, downstream signals from OLT shows weak optical power (about below -7dBm). We used this power gap to develop the algorithm to find an idle line and developed a software to manage it.

○ The Smart Optical Remote Node Recognition module monitors the

connection status of the optical port and provides the LED display function in conjunction with the work order. It is composed of Smart Optical Patch Panel (SOPP) and Mobile Optical-Infra Auto-recognition System(MOAS) and electronic tags. The SOPP recognizes whether the optical port is connected and sends the result to the MOAS, receives the control signal from the MOAS, and displays the result of the port status or work order through the LED. The MOAS controls the SOPP to transmit the data stored in the electronic tag to the E-FIMS or receive the work order from the E-FIMS according to whether the optical port is connected or not.

○ The Idle line detecting Smart Optical Terminal box is a device that adds

a smart optical adapter capable of accommodating an tag-attached optical connector, a tag recognition board and a device capable of measuring the intensity of the optical signal out of the optical fiber to an

(31)

- xxv -

existing optical terminal box. It performs the optical port management function using tag-read/write operation and the idle line detection function which determines the state of subscriber line based on the upstream optical signal strength. The tag attachable optical port based smart optical distribution frame is a device which consists of a patch-pannel including 48 smart optical adapters capable of accommodating a tag-attached optical connector and a tag recognition board, and a patch controller for controlling and managing the patch panel. The patch controller is able to manage up to 512 optical ports on up to 8 patch panels.

○ The detachable electronic tag is an adapter for recording / storing

information such as the ID of a cable mounted on an optical cable. The detachable electronic tag consists of an acceptance unit that is bound to the SOPP for ID transfer and an EEPROM that stores data received from the MOAS. Unlike the detachable type, the attachment type tag is manufactured by attaching the EEPROM to the bottom of the optical connector and recording / storing information such as the ID of the cable. Attachment type electronic tags are used in conjunction with a smart optical distribution frame, and the connection information is transmitted to the E-FIMS.

○ The importance of optical network management is increasing significantly

due to the fact that FTTH network infra grows rapidly these days. Especially, the PON Power Meter that measures down/up optical signal power is essential handheld device for establishing the new subscriber line.

○ The 10G / 1G multi-function PON Power Meter has the advantage of

simultaneously supporting 10G / 1G PON that meets ITU-T and IEEE standards. The developed PON Power Meter automatically detects 10G and 1G wavelengths and can simultaneously measure the network quality

(32)

(bandwidth and latency) of the subscriber. In addition, the optical power measurement range has been expanded to the upward 10G PON signal through additional R & D support projects, and the ONT connection status detection function has been further implemented.

□ Development of integrated management platform for optical distribution network

○ In the TR-311 document of BBF, the architecture and requirements of

Intelligent ODN System are defined. Main function of the intelligent ODN system is collecting connectivity information about Node's ports with optical connectors and sending it to the FIMS. In this project, we applied requirements and system architecture of TR-311’s recommendation into E-FIMS.

○ E-FIMS includes Work Order support system, which is proposed in TR-311

recommendation. The Work Order support system is used to support of various field’s works such as an insertion and ejection of patch code. In this study, we have developed a Work Order system, which can interwork with E-FIMS and mFIMS. It can be also used to control smart remote nodes and detect various events.

○ Smart Optical Distribution Network WEB Management Platform (webFIMS)

is a web application based on E-FIMS WEB APIs and used as a GUI for the network administrator. The users of webFIMS can query infrastructure of ODN and see the visualized information of connectivity on ports and cables. In addition, they can manage Work Order by intuitive GUI.

○ E-FIMS provides WEB APIs for expandability on various web applications.

For example, E-FIMS can be connected with OSS/BSS of external network service providers and other management applications. In addition, it can be interworked with mobile platform. Therefore, mobile applications for ODN management can be developed using E-FIMS WEB APIs. E-FIMS WEB

(33)

- xxvii -

API supports querying ODN infrastructure information, creating Work Order, processing Work Order, and managing of reports.

○ The commercialization technology is composed of E-FIMS and EMS. The

EMS has a connection to E-FIMS using WEB APIs of E-FIMS. Moreover it has a framework and GUI that is used in various commercialized networking management clients. It also provides visualized functions for optical ports of a smart remote node, events, and Work Order management.

○ Smart Optical Distribution Network Mobile Management Platform (mFIMS)

is a mobile application based on E-FIMS WEB APIs and interworks with smart optical remote nodes by Work Order. In this project, we developed 2 types of mFIMS for Android OS and iOS.

○ Work Order processing procedure of mFIMS has been developed as an

interactive structure for immediacy and accuracy of field’s works. We developed 11 types of work scenario and applied into Work Order system. In addtion, it includes a real-time reporting function for field’s various issues.

○ The Integrated management platform of optical distribution network

receives events from smart remote nodes to use E-FIMS WEB APIs. There are real time events such as unexpected ejection, abnormal insertion, cutting, and bending of optical fibers. And there is non-real time event is detection of an idle line. In the online smart remote node, smart remote nodes send the event information directly. On the other hand, in the offline smart remote, the event information is sent by mFIMS. Field engineers can also report various situation of field in real time to use mFIMS’s GUI.

□ Testbeds for integrated management of smart optical distribution network

(34)

and verify real-time fault monitoring technology in long reach (128km), high split ratio (1x128) PON network is developed in the FTTH networks of ETRI Honam Research Center. Through the testbed operation, fault detection of network, recognition function test, software function test of integrated management platform are conducted.

○ In the second year, in order to conduct of field-test which includes

monitoring optical layer and infrastructure recognition of long reach, high split ratio PON, integrated ODN testbed was constructed on ETRI-CMB FTTH network. This testbed is used to confirm the performance, interoperability and functions of integrated management platform.

○ In the third year, we have developed an optical port and connector

attached electronic tag, and a smart optical termination panel. For testbed, three SETs of smart optical termination panels are installed in the ICT Center of KEPCO Gwangju Jeonman Regional Headquarters. The KEPCO testbed will be operated from DEC 2016 to JUNE 2017. We hope to improve the infrastructure management efficiency of KEPCO ICT Center by ETRI’s solution and have discussed to cooperate in extracting issues and R&D about FIMS.

V. EXPECTED RESULT & PROPOSITION

“Optical Convergence Technology for Regional Optical Components Enhancement“ project will impact first Gwangju and then Korea in technological, economical, industrial perspectives. Equipping optical components industry with state-of-the-art technologies will allow Korea to lead the global ICT market as well as open a new market in recognition based monitoring and broadband network management. In addition, academic institutes and industries can use these research facilities and experimental equipment to expedite the growth of ICT industry.

(35)

- xxix -

Research results and testbeds will strengthen the industry and increase the revenue. Furthermore, this project will accelerate the Korean government’s drive for the 15 Future Services and encourage convergence between ICT and other industries. Specifically, the recognition based monitoring technology will provide safer cities and smart optical remote nodes technologies will aid the world-best broadband network infrastructure of Korea, which will play a key role in industrial development as well as improvement of the quality of life.

(36)

CONTENTS

Chapter Ⅰ Introdcution ... 1

Section1 Objectives of Research and Development ... 3 Section 2 Necessity of Research and Development... 4 1. Needs of government policy ... 4 2. Needs of regional specialized technology ... 5 3 . Industrial importance ... 5 4 . Social and economic importance ... 6 Section 3 Contents and Scope of Research and Development ... 8 1. Scope of research and development ... 8 2. Contents of research and development ... 9 Section 4 Research Process and Report Organization ... 13 1. Research promotion and process ... 13 2. Report organization ... 15

Chapter Ⅱ Summary of Research and Development ... 17

Section 1 Objective of Research and Development ... 19 1. Contents of key research ... 20 2. Results of research (2014 ~ 2016) ... 21 Section 2 Contents of research and development ... 22 Section 3 Summary of outcome indicator ... 23

Chapter Ⅲ Optical Convergence based Video Monitoring and Contol Solution Technology ... 28

Section 1 Scope of research and development ... 30 1. The present state of foreign technology ... 30 2. The present state of domestic technology ... 32

(37)

- xxxi -

3. The present state of domestic and international standardization ... 36 4. Technology development level of this project ... 38 Section 2 Optical Engine Technology ... 41 1. Prototype development of modular optical engine ... 41 2. Prototype development of thin optical engine오류! 책갈피가 정의되어

있지 않습니다.

Section 3 Optical Image Processing Technology ... 50 1. Schlieren image processing methods ... 50 2. Optical image process technology based on holographic imaging ... 69 3. Structured light based optical imaging image processing technology . 79 4. Machine learning application based optical imaging Image processing technology ... 89 Section 4 Convergence monitoring and control solution and pilot service application ... 96 1. Development of remote water level sensor based on optical imaging…

... 96 2. Development of optical imaging-based digital optical fence ... 101 3. IoT sensor standard protocol development ... 107 4. IoT sensor standard device management server platform development ... ..130 5. Yangpyeong Traffic Hospital video management pilot project ... 134 6. Gwangu Metropolitan City CCTV converged management center pilot project ... 141 7. Kepco electric IoT testbet pilot porject ... 149

Chapter IⅤ Smart Optical Distribution Network Management Technology ….160

Section 1 Scope of research and development ... 162 1. The present state of foreign technology ... 162 2. The present state of domestic technology ... 164 3. The present state of domestic and international standardization ... 166

(38)

4. Technology development level of this project ... 169 Section 2 Smart Optical Remote Node Technology ... 171 1. Smart Optical Remote Node Technology and Its Standardization ... 171 2. Monitoring Technoloy for PON ODN of Smart Optical Remote Node

... 178 3. Recognition Technology for connection point of Smart Optical Remote Node ... 191 4. Measuring Technology for 10G/1G PON Power Meter with

Multi-Function ... 206 Section 3 Smart Optical Distribution Networ Management Technology ... 218 1. Smart ODN Management Platform Architecture ... 218 2. Smart ODN Management WEB Platform Technology ... 229 3. Smart ODN Management Mobile Platform Technology ... 242 4. Commecialization of Smart Optical Distribution Network Management

Technology………. 250

Section 4 Test site Establishment for Smart Optical Distribution Network Management ... 255 1. Test site establishment associated with ETRI local Network ... 255 2. Test site establishment associated with CMB FTTH Network ... 259 3. Test site establishment associated with KEPCO local Network ... 261

Chapter Ⅴ Application Plan of Research and Development Results ...265

Section 1 Summary of research and development results ... 267 1. Paper (SCI-indexed) ... 267 2. Technology transfer and related patent ... 268 Section 2 Ripple effect of research and development results ... 272 1. Superiority of research and development results ... 272 2. Technical ripple effect... 274 3. Industrial ripple effect ... 275

(39)

- xxxiii -

4. Economic ripple effect ... 276 Section 3 Application possibility of research and development results ... 278 1. Superiority of research and development results ... 278 2. Plan of commercialization after completion of project ... 281 3. Plan of subsequence project after completion of project ... 282

Chapter ⅤI Conclusion ...285

Chapter ⅤII Status of Research Facilities and Equipment ...297

Abbreviation ... 304 Appendix ... 311

(40)

List of Tables

(Table 3-3-1) Comparison of recosnstruction time according to the algorithms .... 76 (Table 3-3-2) Classifier classification performance based on training image characteristics ... 92 (Table 3-3-3) Performance analysis of infrared image object classifier by artificial random pattern learning ... 95 (Table 3-4-1) Types of the sensors applied for energy IoT pilot service ... 151 (Table 3-4-2) Comparison between polling and pushing message ... 152 (Table 4-2-1) Standardization plan of FIMS solution ... 174 (Table 4-2-2) Functions of PCBs on idle line detecting module ... 187 (Table 4-3-1) File list of E-FIMS WEB platform... 230 (Table 4-3-2) List of E-FIMS WEB API ... 233

(41)

- xxxv -

List of Figures

(Figure 1-4-1) Methodology for research ... 14 (Figure 2-1-1) Optical convergence technology for regional optical components enhancement, Conceptual diagram ... 19 (Figure 2-2-1) Research result materials ... 22 (Figure 3-2-1) Overveiw of remote water-level sensor based on imaging processing

... 41 (Figure 3-2-2) Structure of module type optical engine오류! 책갈피가 정의되어 있지

않습니다.

(Figure 3-2-3) Block and circuit diagram of driver board for module type optical engine ... 오류! 책갈피가 정의되어 있지 않습니다. (Figure 3-2-4) Picture of implemented driver board오류! 책갈피가 정의되어 있지

않습니다.

(Figure 3-2-5) Picture of module type optical enginge (a) optical engine (b) operation (c) Optical pattern properties .... 오류! 책갈피가 정의되어 있지 않습니다.

(Figure 3-2-6) Overview of thin optical engine오류! 책갈피가 정의되어 있지

않습니다.

(Figure 3-2-7) Structure of thin optical engine ... 47 (Figure 3-2-8) Designed DOE pattern (left) and result (right)오류! 책갈피가 정의되어

있지 않습니다.

(Figure 3-2-9) Design and result of optical element for beam projection ... 오류!

책갈피가 정의되어 있지 않습니다.

(Figure 3-2-10) Instrumental design of thin optical element오류! 책갈피가 정의되어

있지 않습니다.

(Figure 3-2-11) Result of thin optical element (a) microscopic image of implemented DOE (b) pattern output at 5m (c) The shape of thin optical engine ... 50 (Figure 3-3-1) Background oriented schlieren (BOS) imaging system ... 52 (Figure 3-3-2) BOS image of Heilum gas, (a) CCTV image of Heilum gas, (b) schlieren image of Heilum gas, (c) compose of the CCTV image and the schlieren

(42)

image, (d) Magnitude of displacement vectors... 53 (Figure 3-3-3) BOS image of a heater, (a) CCTV image of the heater, (b) schlieren image of the heater, (c) compose of the CCTV image and the schlieren image, (d) magnitude of displacement vectors ... 53 (Figure 3-3-4) BOS image of a candle, (a) CCTV image of the candle, (b) schlieren image of the candle, (c) compose of the CCTV image and the schlieren image, (d) magnitude of displacement vectors ... 53 (Figure 3-3-5) BOS image of a dryer, (a) CCTV image of the dryer, (b) Schlieren image of the dryer, (c) compose of the CCTV image and the schlieren image, (d) magnitude of displacement vectors ... 53 (Figure 3-3-6) BOS image of a lighter, (a) CCTV image of the lighter, (b) schlieren image of the lighter, (c) compose of the CCTV image and the schlieren image, (d) magnitude of displacement vectors ... 54 (Figure 3-3-7) BOS image of a straightener, (a) CCTV image of the straightener, (b) schlieren image of the straightener, (c) compose of the CCTV image and the schlieren image, (d) magnitude of displacement vectors ... 54 (Figure 3-3-8) BOS iamge of water flow, (a) CCTV image of water flow, (b) schlieren image of water flow, (c) compose of the CCTV image and the schlieren image, (d) magnitude of displacement vectors ... 54 (Figure 3-3-9) BOS image of a pain relief medication, (a) CCTV image of the pain relief medication, (b) schlieren image of the pain relief medication, (c) compose of the CCTV image and the schlieren image, (d) magnitude of displacement vectors ... 54 (Figure 3-3-10) BOS image of a plano-convex lens (f=1000 mm, dia.=1 inch), (a) CCTV image of the convex lens, (b) schlieren image of the plano-convex lens, (c) wavefront of the plano-plano-convex lens, (d) magnitude of displacement vectors... 55 (Figure 3-3-11) Cross sections (black line) and a semi-circle fit (red line) of the wavefront along the line s(x) and (y) ... 56 (Figure 3-3-12) BOS image of a Fresnel lens (f=304.8 mm), (a) CCTV image of the Fresnel, (b) schlieren image of the Fresnel, (c) wavefront of the Fresnel,

(43)

- xxxvii -

(d) magnitude of displacement vectors ... 57 (Figure 3-3-13) Cross sections (black line) and a semi-circle fit (red line) of the wavefront along the line s(x) and (y) ... 58 (Figure 3-3-14) (a) Natural background image, (b) schlieren image of the burning candle by using the natural background schlieren imaging ... 59 (Figure 3-3-15) Configuration of the knige edge based schlieren imaging system . 60 (Figure 3-3-16) Schlieren image of a heated pin ... 60 (Figure 3-3-17) Schlieren images of a candle ... 61 (Figure 3-3-18) Point cloud illumination based schlieren imaging system configuration ... 62 (Figure 3-3-19) (a) Reflected CCTV image of a matchsticke (b) reflected schlieren image of the matchstick, (c) compose of the CCTV image and the schlieren image, (d) magnitude of displacement vectors ... 62 (Figure 3-3-20) (a) Reflected CCTV image of a pot, (b) reflected schlieren image of the pot, (c) compose of the CCTV image and the schlieren image, (d) magnitude of displacement vectors ... 62 (Figure 3-3-21) (a) Reflected CCTV image of a radiator, (b) reflected schlieren image of the radiator, (c) compose of the CCTV image and the schlieren image, (d) magnitude of displacement vectors ... 63 (Figure 3-3-22) (a) Reflected CCTV image of a candle, (b) reflected schlieren image of the candle, (c) compose of the CCTV image and the schlieren image, (d) magnitude of displacement vectors ... 63 (Figure 3-3-23) (a) DOE illumination based schlieren imaging system configuration, (b) illumination setup and detector setup adapted with a DOE, LD: fiber pigtailed laser diode, C: collimater, L: lens (f=1000 mm), D: Diffractive optical elements (DOE)... 64 (Figure 3-3-24) (a) Reflected CCTV image of a candle, (b) reflected schlieren image of the candle, (c) compose of the CCTV image and the schlieren image, (d) magnitude of displacement vectors ... 64 (Figure 3-3-25) (a) Reflected CCTV image of a glass plate, (b) compose of the CCTV image and the schlieren image of the glass plate, (c) magnitude of

(44)

displacement vectors, (d) phase image ... 65 (Figure 3-3-26) (a) CCTV image of water drops on a glass plate, (b) compose of the CCTV image and the schlieren image of water drops on a glass plate, (c) magnitude of displacement vectors, (d) phase image ... 65 (Figure 3-3-27) (a) Random dot pattern passing through a lens, (b) reconstructed wavefront, (c) and (d) cross sections of the x and y axis of the wavefront and semi-circle fits ... 66 (Figure 3-3-28) (a) Reflected CCTV image of a torch, (b) compose of the CCTV image and the schlieren image of the torch, (c) magnitude of displacement vectors, (d) phase image ... 67 (Figure 3-3-29) (a) Reflected CCTV image of a sparking firecracker, (b) compose of the CCTV image and the schlieren image of the sparking firecracker, (c) magnitude of displacement vectors, (d) phase image ... 67 (Figure 3-3-30) (a) Reflected CCTV image of a gas range, (b) compose of the CCTV image and the schlieren image of the gas range, (c) magnitude of displacement vectors, (d) phase image ... 67 (Figure 3-3-31) (a) Reflected CCTV image of a hot pack, (b) compose of the CCTV image and the schlieren image of the hot pack, (c) magnitude of displacement vectors, (d) phase image ... 67 (Figure 3-3-32) (a) Reflected CCTV image of a soldering iron, (b) compose of the CCTV image and the schlieren image of the soldering iron, (c) magnitude of displacement vectors, (d) phase image ... 68 (Figure 3-3-33) (a) Reflected CCTV image of a iron, (b) compose of the CCTV image and the schlieren image of the iron, (c) magnitude of displacement vectors, (d) phase image ... 68 (Figure 3-3-34) (a) Reflected CCTV image of a cube sugar in a water bottle, (b) compose of the CCTV image and the schlieren image of the cube sugar in a water bottle, (c) magnitude of displacement vectors, (d) phase image ... 68 (Figure 3-3-35) (a) Reflected CCTV image of a drop of honey in an water bottle, (b) compose of the CCTV image and the schlieren image of a drop of

數據

Updating...

參考文獻

相關主題 :