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재난 지역 비상 통신망으로 부상하는 '드론 기지국'노스 텍사스대 ‘카메쉬 나무두리' 교수,IEEE 스펙트럼에 기고
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승인 2017.08.31  15:14:05
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▲ 허리케인 하비로 피해를 입은 휴스턴(사진=NBC뉴스 필 맥코스랜드 기자 트위터)
휴스턴 등 미국 텍사스 지역에 불어닥친 강력 허리케인 ‘하비(Harvey)’의 영향으로 텍사스 남부 지역이 극심한 피해를 입고 있다. 구조대원들이 재난 지역에 급히 들어가 인명구조 활동에 나서고 있으나 일부 지역은 통신망이 붕괴돼 이재민의 구조 요청과 구조대원간 긴급 통신이 원활하게 이뤄지지 못하는 것으로 나타났다.

미 연방 통신위원회(FCC)에 따르면 지난 토요일 현재 재난 지역 중 한곳인 ‘애런사스 카운티’는 19개의 이동통신 기지국 가운데 1개만 정상 작동하고 있다. FCC는 재난 지역 이동통신 기지국의 5% 정도가 제대로 기능을 하지 못하고 있다고 공식 발표했다. 미국 국립기상국(National Weather Service)도 러프지오, 캘훈 카운티 등 지역의 이동통신 기지국 85%가 작동 중단 상태라고 밝혔다.

재난 지역에서 통신망이 불능 상태에 놓이면 재난 구조 활동이 심각한 위기에 처할 수밖에 없다. 전문가들은 드론을 활용한 이동통신 기지국이 재난 상황에서 임시 통신네트워크로 활용될 수 있을 것으로 보고 관련 기술 개발에 적극 나서고 있다. 노스텍사스대학의 ‘카메쉬 나무두리(Kamesh Namuduri)’ 교수는 ‘IEEE 스펙트럼‘에 기고한 글을 통해 현재 연구 중인 드론 이동통신 기지국 기술에 대해 소개하고 있다.

노스 텍사스대, MIT 링컨연구소등과 협력 연구 추진

나무두리 노스 텍사스대학(University of North Texas) 교수는 지난 2013년부터 MIT 링컨연구소(Lincoln Laboratory), 펜실바니아대학 등과 공동으로 드론 이통 기지국 기술 개발을 추진해오고 있다. 소방차나 앰블란스 보관소에 함께 보관할 수 있는 시스템이다.

연구팀은 우선 구조대원들이 재난 지역에서 커뮤니케이션할 수 있는 시스템 개발을 염두에 두고 있다. 현재 미국 재난안전 당국은 미국 전역에서 1만여개에 달하는 무선 통신망을 운영하고 있는데 서로 분리 운영되고 있다. 통신망이 분리되면서 폐해도 나타나고 있는데 지난 2001년 9.11 테러 당시 극명하게 드러났다. 당시 뉴욕시는 세계무역센터(WTC) 빌딩이 붕괴되기 21분전에 경찰관과 소방관들에게 긴급 대피 명령을 내렸으나 통신망이 달라 소방관들이 큰 피해를 입었다. 경찰관들은 바로 대피했으나 다른 무선 주파수를 사용하고 있는 소방관들은 대피 명령을 듣지못했다. 10년후 일본에서 진도 9.0의 강력한 지진이 엄습했을 때도 NTT그룹의 통신망이 제기능을 하지 못했다. NTT 기지국 장비 6700개가 피해를 입었고, 6만5천개에 달하는 통신용 전봇대가 파괴됐다.

이 같은 대형 재난 사태가 발생하면 통신업체 직원들은 임시 기지국 장비가 설치된 트럭을 현장에 긴급 파견하지만, 많은 수의 트럭을 유지하는데 드는 비용이 만만치 않다. 트럭을 운영하더라도 도로 시설이 파괴되거나 접근 자체가 힘들면 무용지물이 될 수 있다. 기존의 이동통신 기지국처럼 전파가 잘 송출되는 높은 지역에 기지국을 운용하는 것도 용이하지 않다.

노스 텍사스대학 연구팀은 지난 2013년부터 재난 안전당국이 공유할 수 있는 주파수 채널을 활용해 간단하게 휴대할 수 있는 드론 기지국 개발을 지속적으로 추진해왔다. 첫번째 과제는 드론이 기지국 장비와 배터리의 무게를 감당해야 한다는 것이다. FCC 규정을 준수하려면 드론의 무게가 25kg 미만이어야하고, 페이로드(payroad)는 2kg을 넘을 수 없다. 배터리와 기지국의 무게가 2kg 이하여야 드론이 정상적으로 비행할 수 있다.

기지국의 무게를 최소한으로 줄이기 위해 연구팀은 버지니아주에 있는 스타트업인 ‘버추얼 네트워크 커뮤니케이션(Virtual Network Communications)’의 피코셀(picocell) LTE 기지국 장비 ‘그린셀(GreenCell)’을 채택했다. 그린셀은 기존 통신 네트워크를 확장할 수 있을 뿐 아니라 독자적인 통신망 구축도 가능하다.

이 기지국 장비는 두개의 안테나와 LTE 기반 임시 통신망 구축부품인 '마이크로 코어망 교환기(Micro Evolved Packet Core)’를 탑재 ‘E-UTRA(Evolved Universal Terrestrial Radio Access) 노드 B’ 무선통신을 지원한다. 이를 통해 기존의 이동통신망과 접속 가능하다. 드론 기지국 2km 이내의 지역에서 최대 128명의 사용자가 동시 접속할 수 있다. 무게도 2kg 미만이어서 쉽게 드론에 탑재할 수 있다.

독일 에어로봇사의 드론 활용

다음 도전과제는 드론의 비행 시간이다. 현재 상업용 드론은 배터리의 문제로 45분 이상 공중에 머물기 힘들다. 연구팀은 처음에 ‘사이파이웍스(CyPhy Works)’사의 드론을 검토했다. 이 회사 드론은 150m의 선으로 발전기나 전원공급장치에 직접 연결할 수 있다. 전력을 지상에서 공급받기 때문에 비행 시간에 제한이 없다. 다만 문제점은 드론과 전원공급장치를 밴(VAN)에 싣고 다녀야하는데 도로가 망실된 재난 지역에선 운용하는 게 어렵다. 연구팀은 드론 대신에 풍선을 활용하는 방안도 검토했으나 풍선은 위치를 바꾸거나 위치를 고정하는 게 쉽지 않다는 문제가 있었다.

▲ AR 200드론에 그린셀을 탑재한 모습(사진=IEEE 스펙트럼)
연구팀이 찾은 대안은 독일 에어로봇(AirRobot)사의 ‘AR 200 드론’이다. AR 200 드론은 6개의 로터(회전자)를 갖고 있으며 배터리를 동력으로 하고 있다. 기존 드론보다는 비행 시간이 길다. 하지만 드론에 탑재된 배터리를 이용해 기지국 장비까지 전력을 공급하려면 비행 시간이 30분 정도 줄어드는 문제가 발생했다. 연구팀은 이를 막기 위해 그린셀에 별도의 배터리를 탑재했다.

드론 기지국을 동작하기 위해 연구팀은 미 상무성 산하기관인 ‘퍼스트넷(FirstNet)’에서 관리하는 ‘밴드 14’라는 주파수 대역을 활용했다. 밴드 14는 700~800MHz 대역의 주파수를 사용하며, 미국 정부에서 공공안전 커뮤니케이션 용도로 주파수를 운용하고 있다. 1920MHz 대역 LTE 주파수에 비해 파장이 길고 언덕 등 지형 지물을 우회할 수 있다. 연구팀은 퍼스트넷으로부터 주파수 사용 허가를 받고 ‘소님 테크놀로지스(Sonim Technologies)’로부터 밴드 14를 지원하는 스마트폰을 공급받았다.

MIT 링컨연구소 'NICS' 활용

하드웨어 문제가 어느 정도 해결되자 연구팀은 2009년 ‘MIT 링컨연구소’가 개발한 ‘NICS(Next-Generation Incident Command System)'라는 도구를 적용했다. NICS는 재난 상황에서 구조대원들의 상황 인식을 돕고 의사 결정자들이 자원을 쉽게 배분할 수 있도록 지원한다. 현재 미국내 450여개에 달하는 공공안전그룹이 NICS를 활용하고 있다고 한다. 연구팀은 링컨연구소측과 협력해 NICS를 드론 기지국 시스템에 통합하는 작업을 추진했다. 이를 통해 이동통신망을 복구하고 사진과 비디오 등의 정보를 공유할 수 있도록 했다. NICS는 GPS를 활용해 사용자들의 위치 정보를 수집할 수 있기 때문에 재난 지역내 구조대원들의 상황을 통합적으로 파악해 명령을 하달할 수 있다.

연구팀은 올해 3월 에어로봇사의 드론에 그린셀 기지국을 탑재 이동통신망과 접속하는 테스트를 진행했다.이와 함께 헬륨 가스를 넣은 풍선을 이용한 기지국 테스트도 진행했다. 소님 테크놀로지스사의 스마트폰을 이용해 통신망에 성공적으로 접속했다. 송신전력은 250밀리와트이며 드론은 120m 상공을 비행했다. 비행하면서 2km의 이동통신망 커버리지를 제공한다. 그린셀의 송신 전력을 높이면 2km 이상의 지역을 커버하는 게 가능하다고 한다.

나무두리 교수는 드론 이동기지국 구축에는 많은 비용이 들어가기 때문에 제조업체들이나 통신 사업자들이 수익성 있는 사업으로 이를 인식하지 못하는 게 현재 상황이라고 지적했다. 하지만 페이스북이 재난지역에서 와이파이 서비스를 제공하는 유선 드론(tethered drone) 개발을 추진하고 있으며 벨기에 겐트대학 연구팀이 노스텍사스대학과 유사한 개념의 드론 기지국을 제안하고 있는 게 긍정적인 요인이라고 지적했다.

장길수  ksjang@irobotnews.com
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