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SK텔레콤-호서대, 기지국기반 수중통신망 연구성과 공개

2017.05.31 FacebookTwitterNaver

1I 공동연구팀이 수중 통신에서 데이터를 수신하는 역할을 하는 하이드로폰(음파수신기) 장비를 바닷 속으로 내리고 있는 모습

지구의 마지막 통신 음영지역 ‘바다’. 세계에서 처음으로 추진되고 있는 ‘바닷속 통신 기지국’을 만들기 위한 수중 통신기술이 공개됐습니다.

수중 통신기술은 국토의 삼면이 바다인 우리나라에서 ▲잠수함 탐지 등 국방용 수요는 물론 ▲수산 먹거리 안전을 위한 방사능·패류 독소 감시 및 적조 모니터링 ▲쓰나미·해저 지진 조기 경보 등 필요성이 더욱 강조되고 있으며, 전세계 국가간 경쟁도 치열해지고 있습니다.기지국 기반 수중 통신기술* 연구를 주도하고 있는 SK텔레콤(대표이사 사장 박정호, www.sktelecom.com)과 호서대(연구책임자 고학림 교수)는 인천 남항 서쪽 10km 해상, 수심 약 25m 깊이, 송수신 거리 약 800m 환경에서 LTE 방식을 활용해 바닷속 통신기술 시험에 성공했다고 31일 밝혔습니다.

기지국 기반 수중 통신기술(분산형 수중 관측·제어망) : 국책 연구과제로 ‘15년~’21년까지 수행, 호서대(주관 연구기관)와 SK텔레콤외 13개 연구기관 참여

 

2I공동연구팀이 바닷 속에서 전달되는 데이터를 수신하기 위한 하이드로폰(음파수신기)를 준비하고 있는 모습. 맞은 편 배에 탑승한 연구팀은 수중 데이터 송신을 위한 트랜스듀서(음파송신기)를 바닷 속으로 내리고 있다.

호서대와 SK텔레콤은 이날 바닷속 수온과 염도·조류속도 등 10여가지의 정보를 측정, 이를 음파(3~70KHz)에 LTE(OFDM 변조) 주파수를 얹는 방식을 활용해 문자(Text)와 사진 데이터를 20초 간격으로 연속 송수신하는데 성공했습니다.

연구진은 이날 기술시연에서 문자와 사진 데이터의 실시간 사진 전송을 선보여 향후 수중망에서 다양한 센서를 통해 수집된 정보들이 수중기지국에 집적된 뒤 해상부이를 통해 육상으로 안정적으로 전달될 수 있음을 실증했습니다.서해 인천 앞바다는 특히 바닷물의 혼탁도가 심하고 수심이 얕아 수중 통신에 부적합한 환경으로, 이번 시연은 악조건에도 불구하고 수중 통신망의 안정적인 성능을 보여줬다는 평가입니다.

호서대 고학림 교수는 “바닷속에 수중 기지국을 만드는 수중통신 방식 실증은 우리나라가 처음”이라며 “이번 시연을 통해서 수중기지국에 집적된 각종 데이터가 수중 통신을 통해 해상부표 전달에 성공, 수중 기지국 테스트베드 조성을 위한 핵심 연구 단계를 넘어섰다”고 평가했습니다.

 

수중통신 ‘고속도로’ 닦아 바닷속 정보 퍼올린다

 

수중 기지국 기반 통신망은 크게 <수중 센서-수중 기지국-해상 통신 부표>로 구성됩니다. 센서에서 수집된 정보는 기지국을 거쳐 해상 통신 부표로 전달되고, 이 데이터가 다시 위성·LTE 등 통신망을 거쳐 지상으로 전송되는 구조입니다. 물 속에서는 음파를, 공기 중에서는 전파를 이용해 데이터를 전송합니다.

 

이미지I 수중 통신망 구조도

수중 기지국은 ‘바닷속 통신 고속도로’에 비유됩니다. 수중 기지국을 설치해 지름 20~30km 지역내에서 수중 정보를 수집하는 센서와 통신하면, 간섭을 최소화하고 저전력으로 관리할 수 있는 장점이 있습니다.기존 음파를 활용한 1:1 통신과 비교할 때 변동성이 심한 수중 통신 환경을 극복하고 저전력·체계적 운용이 가능해 실시간·장시간 수중 관측이 가능합니다.또 바닷속 유선통신망과 비교할 때, 훨씬 적은 비용으로 구축·운용할 수 있다는 것도 커다란 장점입니다.

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수중통신기술을 활용하면 기지국 주변 수중 소음 센서를 이용, 잠수함 등을 탐지하고 식별하는 국방용으로 이용 가능하며, 해양 선박 사고 발생시에는 수중 기지국을 사고 위치에 설치해 잠수부나 수중 로봇과의 통신에 활용할 수 있습니다. 또 기지국 주변에서 바다물의 해류/수온/염도/조류 속도/PH(수소이온농도) 등의 빅데이터를 확보해 수자원 보호 및 해양 환경 연구 등에서도 획기적인 계기가 될 전망입니다. 이에 따라 수중 통신기술은 4차 산업혁명의 수중 확대를 위한 핵심 요소로 평가됩니다.

 

서해 바닷속 기지국 설치 망설계(Cell Planning) 기술 첫 공개

4I 수중으로 전송된 데이터가 특수 장비(오실로스코프)를 통해 그래프 형태로 보여지고 있는 모습. 뒷편으로 호서대 고학림 교수가 수중통신망 사업 개요를 관계자들에게 설명하고 있다.

호서대와 SK텔레콤은 기지국 기반 수중통신망 연구를 위해 올 10월께 서해안에 실험망(테스트베드) 구축에 착수한다는 계획이며, 2020~2021년 실험망을 최종 완성한다는 로드맵을 설정했습니다.

양측은 오는 10월 수중 실험망의 기지국~해상부이간 통신망(백본망) 구축을 목표로 ▲7월까지 실해역 측정 ▲9월 실증 시험 작업을 완료한다는 계획입니다. 또 내년에는 수중기지국과 수중센서간 통신시스템 개발을 완료할 계획입니다. 또 SK텔레콤은 이날 수집중인 수중 실측 데이터를 기반으로 바닷속 수중 기지국 건설을 위한 해저 망 설계기술 연구 현황을 공개했습니다.

 

수중 통신망 연차별 연구 개발 일정

이미지 1I수중 통신망 설계 기술은 바닷속 해저 기지국의 위치 및 커버리지 등을 정하는 것으로, 해저 통신망 사업의 핵심입니다.

그간 지상에서는 오랜 시간동안 전파예측 모델 연구가 체계적으로 진행돼 왔지만, 바닷속은 이제 시작 단계라고 할 수 있습니다. SK텔레콤은 기지국 기반의 수중 통신망 연구를 위해 한국의 해안선과 해저 지형정보에 적합한 한국형 수중 통신망 설계 기술을 확보하고, 수중망과 기존 육상망의 연동 기술 개발에 적극 나서고 있습니다.  특히 이번 연구에서는 바닷속에서 LTE 기반의 변조방식(OFDM)을 활용, 향후 육상망 연계를 더욱 효율적으로 할 수 있는 기반을 닦았다는 평가입니다.

SK텔레콤 박진효 네트워크기술원장은 “SK텔레콤은 현재 재난망(PS-LTE), 철도망(LTE-R), 해상망(LTE-M) 및 수중망(DUMCN)에 대한 독립적 설계 및 연동 설계 기술 능력을 국내 유일하게 보유하고 있다”며 “센싱 기반의 IoT 망 설계 최적화 경험을 최대한 활용해 수중 통신망의 설계에 나선다는 계획”이라고 설명했습니다.

SK텔레콤은 수중망 설계 기술을 확보하기 위해 2015년부터 호서대 · 한국해양과학기술원 부설 선박해양플랜트 연구소 · 한국원자력연구원 · 경북대 · 인하대 · 중앙대 · 상명대 · 한양대 등과 공동으로 ‘기지국 기반 수중통신망 개발’ 사업에 참여해 왔습니다.

 

글로벌 수중통신망 연구 경쟁 불붙는다

3I공동연구팀이 수중 통신으로 전달된 가상의 지진 경보를 특수 장비를 통해 확인하고 있다.

해외에서는 미국과 유럽·중국 등이 해양환경 관측 및 연안감시, 수중 이동체 통신 등을 위한 국가 주도의 유/무선 기반의 수중 통신망 기술을 연구하고 있으며, 기지국 기반의 실험망은 우리나라가 처음이어서 해외로부터 비상한 관심을 받고 있는 상황입니다.

EU는 유무선 방식을 혼용한 방식을 활용하고 있으며, 수중망과 육상망을 통합 운영하고 수중 사물인터넷 지원을 위한 SUNRISE(썬 라이즈) 프로젝트를 수행 중입니다.

캐나다는 세계 곳곳의 관측소에서 유선망 기반 센서를 통해 수집한 데이터를 실시간 원격 관측 시스템을 구축하는 ‘Ocean Networks Canada’(오션 네트웍스 캐나다)를 구축해 운용 중입니다. 특히 ‘Oceans Networks Canada’는 캐나다 빅토리아 대학에서 시작돼 다수의 수중망을 관리 분석하고 있는 비영리 단체이며 매일 수중데이터 200Gb 이상이 수집되고 있습니다.

미국·유럽 등 선진국들은 90년대부터 바닷속 통신 기술을 확보해 해양 무선 네트워크를 구축해 활용하고 있으며, 이를 바다 환경 변화 모니터링·국방 분야 등에 활용하고 있습니다.

최근에는 전세계적으로 사물인터넷과 빅데이터에 대한 관심이 고조되면서 해양에서 발생하는 빅데이터 역시 국가 경쟁력의 중요 포인트가 되고 있습니다.

  • 미국 : SeaWeb, Ocean-TUNE, Underwater Internet 등 다양한 수중통신망 프로젝트 진행 중
  • 일본 : 지진 및 쓰나미 관측을 위한 수중 통신망 연구를 진행  중
  • 유럽 : GEOSTAR, UAN, SUNRISE 등 수중 사물인터넷 통신망 관련 프로젝트 진행 중
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