[뉴스비전e 김호성 기자] 드론의 통신방식으로 블루투스, Wi-Fi, 위성통신, 셀룰러시스템 등이 사용되어 왔다.

대다수 드론은 저전력 통신을 제공하는 블루투스를 사용했다. Wi-F와 위성통신, 셀룰러시스템은 장점보다는 문제 점이 많아 사용에 제약이 많았다.

최근 들어, LTE와 5G 이동통신이 부각되고 있다. LTE 통신은 비 행거리가 늘어나고 실시간 영상 스티리밍과 고용량 데이터 송수신이 가능하나 규제가 많아 법안을 개정해야 상용화를 할 수 있다.

5G 이동통신은 빠른 통신과 주변의 여러 사물과의 실시간 통신이 가능하나 아직 5G 이동통신 표준이 확정되지 않아 상용화에 상당한 시일이 소요될 전망이다.

◆다양해지는 드론 무선통신 방식

현재 드론의 무선통신 방식으로 블루투스, Wi-Fi, 위성통신, 셀룰러시스템이 사용되고 있으며, 최근 들어 LTE 와 5G 이동통신이 부상하고 있다.

블루투스는 근거리 무선기술 표준으로 전송속도가 Wi-Fi 에 비해 느리고, 사진이나 동영상 등 고용량 자료전송이 곤란하다는 단점에도 불구하고 저전력 통신을 제공하여 가장 보편적으로 사용된다.

Wi-Fi 는 Hi-Fi 에 무선기술을 접목한 것으로 LAN 을 무선화한 것이다. 고속으로 데이터와 영 상을 전송할 수 있고, 노트북이나 스마트폰과 연결할 수 있다.

그러나 출력이 제한되어 드론을 제어하는 통신범위가 제한되며 통신범위가 넓어지면 기기들과 간섭문제가 발생한다. 위성통신은 인공위성을 통해 통신신호를 중계한다.

셀룰러, Wi-Fi 환경과 달리 재해나 전시 등에도 사용할 수 있다. 그러나 위성발사 및 기지국 건설에 막대한 비용이 소요되며, 위성 수명 이 짧고, 지상과 교신 시 시간지연 발생 등의 문제점이 많다.

셀룰러시스템(3G)은 이동 무선통신에서 기지국이 넓은 영역을 셀이라 불리는 구역으로 나누 어 통신 서비스를 제공한다. 문자, 음성, 영상, 인터넷 등을 송출할 수 있다. 그러나 공중에 셀 룰러 망이 개설되어 있지 않기 때문에 고도에 제한을 받는다

LTE 통신기술은 대단위로 망이 구축되어 있어 무인택배 등에 유용하다. 배터리만 충분하다 면 비행거리가 무제한으로 늘어나 실시간 영상 스트리밍, 고용량 데이터 송수신이 가능하다. 그 러나 사고 위험과 테러, 범죄에 악용될 수 있는게 단점으로 꼽힌다. 

5G 드론은 무인비행을 해야 하는 특성상 5G 이동통신의 빠른 통신을 활용하고 여러 사물과 실시간으로 통신할 수 있다는 장점이 있다. 현재 구글, 인텔, 차이나모바일 등이 5G 를 적용한 드론을 개발하고 있다.

◆글로벌 ICT 기업들, 기술 축적중

드론 전문업체 외에도 구글, 페이스북, 아마존 같은 글로벌 IT 기업들도 새로운 드론기술을 개발하고 전문업체를 인수하여 기술을 축적하고 있다.

아마존은 2013 년 12 월 택배직원이 필요 없는 드론 배달 서비스인 ‘ 프라임에어 ’ 라는 배송 시스템을 공개했다. 구글은 드론으로 무선인터 넷을 보급할 예정이다.

페이스북은 2,000 만 달러를 들여 어센타를 인수했으며, 1만1,000 여대 의 드론을 중계기로 활용하여 개도국에 인터넷 기술을 보급할 계획이다.,

1. 미국 국방고등연구계획국(DARPA), 연결성 고도화 추진

DARPA(미 국방고등연구계획국)는 2014 년 오지에서 군 부대가 드론을 이용하여 데이터를 전 송할 수 있도록 하는 ‘ Mobile Hotspots 프로그램 ’ 을 연구중이다. DARAP 는 모바일 핫스팟 사업의 일환으로 군용통신전문업체인 L-3 Communications Systems-WEST 사와 2014 년 3 월 1,550 만 달러의 계약을 체결했다.

L3 는 확장식, 이동식, 밀리미터파 통신기간망(communications backbone) 을 개발할 예정이며, 전방에 위치한 이동식 핫스팟에 고도의 연결성을 제공하기 위한 첨단 지 시·획득·추적(PAT) 기술을 개발하고 있다. 첨단 PAT 기술은 드론에 연결성을 제공하는 핵심 기술로서 드론이 이동식 고속 기간망 상에 비행하는 노드로서 기능을 발휘하도록 지원한다.

2. 구글, 드론 통한 무선인터넷 보급망 확장 도모

구글은 드론 제작업체인 ‘ 타이탄 에어로스페이스’ 사를 인수해 드론을 통한 무선인터넷 보급 망 확장을 도모하고 있다.

태양 빛을 동력으로 사용하는 ‘ 솔라 드론'을 사용해 5G 인터넷 연결 사업 ‘ 스카이벤더 ’ (Skybender)를 추진하고 있다.

드론을 이용하여 밀리미터 파를 사용한 데이터 전송 시험을 하고 있다[8]. 비행 중 드론에서 밀리미터파를 일으키기 위해 구글 Titan 에서 만든 드론 외에 Centaur 라는 새로운 태양열 드론을 사용하여 위상 배열(phased array)을 이용한 데이터 전송기술을 테스트하고 있다.

밀리미터파 기술 표준을 정의하는 기관인 ETSI(European Telecommunications Standards Institute)에 따르면 이 기술을 이용하면 사용 가능 한 주파수 대역을 훨씬 더 많이 확보할 수 있다.

그러나 ETSI 는 국가별로 크게 다른 규정, 높은 장비 비용으로 이어지는 주요 구성요소 부족, 주파수 대역을 사용하는 장비 및 응용 프로그램 유 형의 다양성 등이 주파수 사용에 장벽으로 작용하며 기술에 대한 신뢰가 부족하다고 지적했다.

3. 페이스북, 커넥티비랩 설립...'아퀼라' 시험비행 성공

페이스북은 2014년 드론 전문업체 ‘ 어센타'를 인수하고 ‘ 커넥티비티 랩'을 설립했다. 이어, 2016 년 6월 개발도상국 오지에 인터넷통신을 연결하기 위한 드론 ‘ 아퀼라(Aquila) ’ 의 시험비행에 성공했다.

라틴어로 ‘독수리'를 뜻하는 아퀼라는 인터넷이 보급되지 않은 개발도상국 지역 상공을 날아다니면서 인터넷 연결신호를 전달하도록 설계된 비행체다. 날개 너비는 42m 로 보잉 737기와 비슷하며, 실제로 배치되면 2만m 상공에 3개월간 더 있도록 개발되고 있다.

아퀼라는 50km 반경에 인터넷망을 만들어 90 일 동안 인터넷 신호를 공급한다. 날개는 일체형이고, 탄소섬유로만들어졌다. 아퀼라는 고도 6만~ 9만 피트 사이에서 비행한다.

비행기 항로보다 더 높은 곳에서 날고, 날씨의 영향도 받지 않으며, 낮에는 태양열로 충전하기 위해서 9만 피트까지 상승하고, 밤에는 중력위치 에너지를 적게 소모하기 위해 6만 피트에서 비행한다.

전력 공급은 날개에 설치될 태양광 패널이 담당하며, 아퀼라의 설계는 질량을 최소한으로 줄이는데 최적화되어 있어 전통적인 이륙기어와 착륙기어가 달려 있지 않다.

따라서 연구팀은 아퀼라를 줄 네 가닥으로 바퀴 달린 짐 수레에 연결하여 이를 가속화시키고, 최적 속도에 이르면 줄을 절단하는 방식으로 이륙시켰다. 연구팀은 실험 전에 공기역학, 기계공학 이론과 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 어떤 각도와 속도로 이륙시키면 되는지 계산했고, 자동운행 기술을 이용하여 실제 시험에서 이를 확인했다.

아퀼라는 이번 첫 시험비행에서 시속 40km 의 저속으로 2,000 와트 미만의 전력을 사용했으며 이는 연구팀이 예측한 것과 일치했다. 아킬라는 시험비행 중에 공기 역학 처리에 서 구조적 생존 능력에 이르기까지 항공기의 설계 및 작동에 대한 중요한 정보를 수집했다.

4. 인텔, 드론 집단 비행으로 5G 시대 개막

인텔은 2016 년 6 월 8일  시드니 오페라하우스 하늘에서 100 대의 드론이 일제히 날아오르는 집단 비행을 시연하여 드론으로 5G 시대 개막을 알렸다.

인텔은 AT&T 와 LTE 를 이용한 드론을 개발하고 있으며, 자율비행 드론을 농업에서 상품 배송까지 잠재적 활용 가능성이 있는 차세대 기술로 간주하고 있다.

5. AT&T, LTE 통신 기능 탑재한 드론 개발위해 인텔과 협력

AT&T 는 인텔과 손잡고 LTE 통신 기능을 내장한 드론을 개발 중이다. 양사 는 LTE 통신망과 자율비행 드론을 결합하는 등 다양한 서비스 개발을 목표로 하고 있다

6. 차이나모바일-에릭슨, '5G 드론의 필드 테스트' 실시... 네트워크 지연 최소화

세계 최대 이동통신업체인 차이나모바일(China Mobile)과 스웨덴의 에릭슨(Ericsson)은 2016 년 8 월 세계 최초로 ‘ 5G ’ 드론의 필드 테스트를 실시했다.

이를 통해, 휴대전화 사용자가 실제환경에서 성능을 시연하기 위해 동시에 사용하는 여러 셀 인용을 통해 드론을 제어할 수 있음을 보여줬다.

종단간(end-to-end) 네트워크 지연을 최소화하기 위한 기지국 전환 기능, 드론과 휴대폰이 기지국을 공유하는 기능을 검증했다.

목표는 위험지역에서 업무용 비상 시 사용 사례에 대한 대기시간을 향상시키는 것으로 알려진다.