SKT·호서대, 해양 데이터 낚는 ‘수중통신’ 기술 공개 (출처 : 블로터)

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지구 표면의 약 71%를 차지하는 바다. 바다는 지구의 마지막 통신 음영지역이다. 세계 각국은 바닷속에 통신망을 구축하기 위한 수중통신 기술 경쟁에 열을 올리고 있다. 우리 정부도 지난 2015년 ‘기지국 기반 수중통신 기술(분산형 수중 관측·제어망)’을 국책 연구과제로 선정하고 300억원 규모의 예산을 편성했다. 해양수산부가 주관하고 SK텔레콤과 호서대학교가 산·학·연 컨소시엄을 주도하는 7년짜리 연구과제다. SK텔레콤과 호서대학교는 5월30일, 1-3차년도 연구성과로 바닷속 통신 기지국을 만들기 위한 수중통신 기술을 공개했다.

수중 통신으로 사진·문자·데이터 송수신 시연

SK텔레콤과 호서대(이하 ‘연구진’)는 이날 인천 바다에 각각 송신, 수신 역할을 맡은 배 두 척을 띄웠다. 그리고 음파(3-70KHz)에 LTE 주파수를 얹은 방식을 활용해 문자, 컬러 사진, 데이터를 송수신하는 기술을 시연했다. 바닷속에 수중 기지국을 만드는 수중통신 방식을 실증한 것은 전 세계에서 처음이다.

▲수중통신 기술 시연. (출처=호서대학교 해양IT융합기술연구소)

송신 역할을 맡은 배에서 문자와 사진을 전송하자 다른 배에 설치된 모니터 위에 수신됐다. 연구진은 또 향후 바닷속 기지국이 구축됐을 때를 가정해 수온 등 센싱 데이터와 지진파를 수신하는 것을 시연했다.

▲공동연구팀이 수중통신에서 데이터를 수신하는 역할을 하는 하이드로폰(음파수신기) 장비를 바닷속으로 내리고 있는 모습. (출처=SK텔레콤)

▲공동연구팀이 수중 통신으로 전달된 가상의 지진 경보를 특수 장비를 통해 확인하고 있다. 만약 지진파가 일정 수치를 넘으면 바로 경보를 울린다. (출처=SK텔레콤)

바닷속 통신 고속도로, 수중 기지국

수중 기지국 기반 통신망은 크게 ‘수중 센서-수중 기지국-해상 통신 부표’로 구성된다. 센서에서 수집된 정보는 기지국을 거쳐 해상 통신 부표로 전달되고, 이 데이터가 다시 위성·LTE 등 통신망을 거쳐 지상으로 전송되는 구조다. 물속에서는 음파를, 공기 중에서는 전파를 이용해 데이터를 전송한다.

▲수중통신망 구조도. (출처=SK텔레콤)

이런 방식은 기존 음파를 활용한 일대일 통신과 비교해 변동성이 심한 수중통신 환경을 극복하고 실시간·장시간 수중 관측이 가능하다. 또 바닷속 유선 통신망에 비해 훨씬 적은 비용으로 구축·운용할 수 있다. 조용호 호서대 해양수산IT융합기술연구소 조교수는 “일본은 해상 지진에 대처하기 위해 유선으로 지진파를 송·수신하는데, 이 경우 유지·보수 비용이 많이 든다”라며 “무선 송수신 방식은 유지·보수가 간단하고 센서를 설치함에 따라 더 먼 바다에서 데이터를 받아볼 수 있다”라고 말하기도 했다.

수중 기지국의 위치 및 커버리지를 정하는 것은 해저 통신망 사업의 핵심이다. 연구진은 서해에 기지국을 설치할 예정이라고 밝혔다. 기지국 하나의 커버리지는 직경 10km 정도가 될 것으로 예상했다. 고학림 호서대 해양IT융합기술연구소 연구책임 교수는 “필요한 위치에 분산형으로 기지국을 설치하고, 이 기지국을 해상부이에서 통제할 것”이라고 설명했다. 또 “서해는 조류가 심하고 갯벌이 있어 전 세계적으로 통신이 어려운 바다”라면서 “서해 환경에서 (수중 통신이) 잘 되면 지구 어디에서라도 된다고 보면 된다”라고 말했다. 연구진은 현재 다양한 수중환경에 지능적으로 대처하는 적용형 수중 통신 모뎀을 개발 중이다.

환경에서 국방까지, 다방면 활용

▲수중통신망 활용 방안. (출처=SK텔레콤)

수중통신 기술은 다양한 분야에서 활용 가능하다. 먼저 환경 분야에서 바닷속 석유 파이프나 이산화탄소(CO2) 지중 저장 시스템 등 누출이 일어나선 안 될 곳에 누출이 발생했는지 여부를 감시하는 데 활용할 수 있다. 해양 안전 분야에서는 해류, 파고, 조위 등 다양한 해양 정보를 실시간으로 전송해 선박 안전 운항에 활용할 수 있다. 쓰나미나 해저 지진 등 재난 사고를 조기에 감지하는 것도 가능하다.

국방 분야에서도 활용도가 높다. 수중에서 잠수함 부이 없이 저전력으로 수중 기지국과 기밀 통신을 할 수 있으며 수중 소음 센서를 이용해 잠수함을 탐지·식별할 수도 있다. 이외에도 수산자원 보호 분야, 해양 연구 분야 등에서 활용할 수 있다.

뜨거운 글로벌 수중통신망 경쟁

활용 가능한 분야가 많은 만큼 전 세계적으로 수중통신망 연구 경쟁이 뜨겁다. 유럽 국가들과 미국 등 선진국들은 1990년대부터 바닷속 통신 기술을 확보해 해양 무선 네트워크를 구축해왔다. 최근 사물인터넷(IoT)과 빅데이터에 대한 관심이 고조되며 수중통신망 연구에 더욱 박차를 가하고 있다. 바다에서 발생하는 빅데이터가 국가 경쟁력의 주요 요소로 떠오르고 있기 때문이다.

유럽연합(EU)은 유·무선 방식을 혼용한 ‘썬라이즈 프로젝트’를 진행하고 있다. 캐나다에서는 빅토리아대학에서 시작된 비영리단체 ‘오션 네트웍스 캐나다’가 운용되고 있다. 오션 네트웍스 캐나다는 세계 곳곳의 관측소에서 유선망 기반 센서를 통해 수집한 데이터를 실시간으로 원격 관측하는 시스템을 구축하기 위해 활동하고 있다. 매일 해양의 물리적, 화학적, 생물학적, 지질학적 측면의 수중 데이터 200Gb 이상이 오션 네트웍스 캐나다에 수집되고 있다.

연구진은 기지국 기반의 실험망은 우리나라가 처음이어서 해외로부터 관심을 받고 있는 상황이라고 설명했다. 연구진은 올 10월쯤 서해안에 실험망 구축에 착수할 계획이다. 또 2020-2021년 실험망을 최종적으로 완성한다는 로드맵을 설정했다.