UTM과 드론 통신 방식의 진화

 

■ 드론 통신 방식

 

현재 드론 통신 방식은 FC(Flight Controller)_비행조종장치와 GCS(Ground Control System)_지상관제시스템 통신을 위한 1차적 장치와 별도의 영상정보 전송을 위한 장치를 혼용해 사용한다. 그리고 드론은 비행에 필요한 통신을 위해 조종기 및 송신기를 연결하고 드론 내부에는 RC 수신기와 FC를 연결해 사용한다.

 

현재 드론 조종 방식
송출	수신
RC 조종기 / 드론 조종기	RC 수신기
RC 송신기	드론 FC

 

영상 송수신을 위해서는 별도의 통신 장치를 이용해 GCS와 영상 수신 장치를 연결하고 드론 내부에는 카메라와 영상 송신 장치를 연결해 사용한다. 드론 업계에서는 영상 통신 및 드론의 FC와 통신을 모두 일컬어 데이터링크라는 용어를 일반적으로 사용하고 있다.

 

 

 

■ 드론 통신 방법 진화

드론 기술의 발달로 인해 드론의 활용도가 다양해지고, 드론에 필요한 통신 방식 역시 점점 다양해지고 있다. 많은 수의 드론(군집드론)을 효과적으로 관제하며 제어하기 위한 UTM (Unmanned Aircraft System Traffic Management_무인항공시스템교통관리)의 필요성과 드론에 LTE, 5G 등의 통신 방식을 적용하는 사례들도 점차 확산되고 있다.

UTM(무인항공시스템교통관리)을 통해 드론의 우리가 이용하는 일반적인 통신 환경을 구성하면 다수의 드론 운용이 가능하며 다양한 데이터 통신도 가능해진다. 하지만 현재는 드론을 위한 전용 통신 모듈 개발이 부족한 현상이 있는데, 이것은 수요 부족으로 인한 생산포기에 해당한다. 대다수의 기업들이 드론에 필요한 인터페이스 보드 등을 통신 모듈과 결합해 활용하고 있지만, 한국제품보다는 중국제품에 의존하여 활용하고 있는 추세이다.

 

대부분 드론을 제작하는 업체에서 드론을 납품할 때 조립과 제작만 한국인이 하는 것뿐이지, 제작에 사용된 원재료들은 모두 중국산이다. 한국 업체들은 이 부품들을 개발을 못하는 것이 아니다. 수요처가 많지 않기 때문에 시도하지 않는 것뿐이다. 정부 지자체에서는 국산드론을 활용할 수 있도록 적극 지원해야 한다는 것이다.

 

 

 

■ 드론 전용 통신 모듈의 필요성 

 

드론 전용 통신 장치는 최대한 배선이 간결하고 기존 부품들과의 호환성을 확보해야 한다. 배선들이 복잡하거나 기존RC에서 사용하는 부품들과의 호환성이 맞지 않으면 사후처리와 비행제어에 대한 문제가 생긴다.

 

드론에는 FC를 포함하여 ESC(Electornic Speed Control_전력조절장치)와 카메라, 짐벌 등 기타 임무 장치를 사용하기 위한 BEC(Battery Eliminator Circuit_전원공급조절장치), 임무수행에 꼭 필요한 IMU(Inertial Measurement Unit)관성측정장치 등 많은 부품들을 필요로 한다. 다시 말해, 통신 장치의 설치가 복잡하거나 다른 장치와의 간섭이 문제가 되면 유지 보수성에서는 좋지 않다는 것이다.

 

그리고 드론의 임무 수행을 제대로 하기 위해서는 다양한 인터페이스가 필요하다. 예를 들면, 현재 드론의 영상 전송 모듈 대부분은 IP 기반의 RJ45 포트를 지원하는 카메라 종류로 한정되어있는데, 활용도에 따라 USB, HDMI 카메라 등을 사용하기 위해서는 별도의 코덱이나 컨버팅 장치가 필요하다. 즉, 별도의 영상 전송 모듈이 필요하다는 것이다.

현재 납품되는 드론용 통신 장치를 살펴보면 영상 전송 외 1개 내외의 시리얼 통신 장치를 지원한다. 이 시리얼 장치는 일반적으로 FC와 연동해 사용하기 때문에 별도의 추가적인 시리얼 통신은 없어도 된다는 것이 중요하다.

 

 

예시) 아두이노가 만들어낸 데이터를 컴퓨터로 전송하여 화면에 띄우기

위의 코드는 ASCII 코드를 이용한 인식/출력 방식이다.

 

 

현재는 지원하는 시리얼 장치의 인터페이스는 RS232 형태의 포트거나 FC에서 사용하는 커넥터 타입이 아니다. 최근에는 FC와 연동하기 위해서 사용되는 별도 젠더(USB)등을 연결해서 사용하고 있다. 다만, UART통신은 COM포트를 활용해야 통신을 할 수 있기 때문에 USB 신호를 UART신호로 변환할 수 있는(혹은 반대로 가능한) 그런 회로 구성이 필요한데, 최근에 나온 칩셋이 바로 ‘USB to UART Bridge’이다. 기업들은 이 칩셋을 활용하여 통신 인터페이스를 구성한다.

 

현재 드론에 환경 센서,LIDAR 센서, 열화상카메라 등을 부착하여 환경과 시설을 모니터링하여 기타 외부 장치를 활용하는 사례가 많기 때문에 영상 및 FC 데이터 이외에 별도의 통신 인터페이스가 반드시 필요하다.

 

 

정리하면, 드론이 찍은 영상이 1차적으로 GCS(지상관제시스템)에 송신되기 위해서는 데이터링크를 활용하여 전송되어야 하고 그 밖에 인터페이스를 제공해줄 수 있는 관련 포트와 통신 인터페이스가 필요하다.

 

따라서 이 시스템을 구축할 때 가장 중요한 것은, 드론 전용 통신장치는 필요로 하는 다양한 데이터 통신 방식을 지원해야하고, 그 활용을 최대한으로 끌어올릴 수 있도록 여러 인터페이스가 제공되어야 하며, 국내 전파법을 준수하면서도 통신 거리를 최대화할 수 있어야 한다.

 

  

 

■ 드론 전파법

 

한국에는 이런 기능을 제공하는 드론 전용 데이터링크 제품은 찾기 어려우며 대부분이 해외제품이다. 드론 전용이라고 출시되는 제품 역시 다양한 인터페이스를 제공하지는 않고 일반적인 인터페이스만 제공한다. 해외제품의 경우 우리나라와 전파법과는 차이가 있어 통신 장치의 하드웨어 특성이나 성능이 국내에서는 불법인 경우도 많다.

 

국내 전파법 개정 목소리가 높지만 개정 여부는 미지수다. 드론의 활용 때문에 어떤 것도 고려하지 않고 개정에만 신경 쓴다면 더 큰 피해를 야기 시킬 것이다. 최근 전파법 개정(안)이 국회에서 통과되어 많은 기대를 하고 있다.

결론적으로, 이 시스템을 구축할 때 가장 중요한 것은, 드론 전용 통신장치는 필요로 하는 다양한 데이터 통신 방식을 지원해야하고, 그 활용을 최대한으로 끌어올릴 수 있도록 여러 인터페이스가 제공되어야 하며, 국내 전파법을 준수하면서도 통신 거리를 최대화할 수 있어야 한다.

 

 

 

■ 프리뉴, 드론 전용 ‘D-DL’ 개발

프리뉴도 초기에는 외산 통신 장치를 사용해 드론을 납품해 왔다. 그러나 드론과 접목에 많은 불편함을 겪으면서 드론 전용 데이터링크 개발의 필요성을 절감하면서 ‘D-DL’을 개발하게 됐다. 프리뉴 ‘D-DL’의 하드웨어적인 주요 기능은 다음과 같다.

● 2.4GHz와 5GHz 대역과 4개 이상의 시리얼 통신 지원
● 다양한 형태의 카메라 적용이 가능한 USB 통신 지원
● FC와 결합이 간편한 FC 전용 커넥터 지원
● 타사에서도 추가 기능 개발이 용이하도록 오픈WRT 기반 개발
● 손쉬운 전원 입력 방식 (USB-C 타입, DC 잭, BEC 전용 커넥터)
● 20MHz 채널 대역폭 사용 시 199mW 송신 출력으로 국내 전파법 준수는 물론 프리뉴 전용 안테나

로 LoS(Line of Sight) 기준 5Km 통신 거리 보장
● KCMVP(Korea Cryptographic Module Validation Program)암호화 모듈장착 위한 전용 커넥터 적용

- 암호모듈검증
● PCI-E 타입 LTE 모듈 지원으로 드론 내부 탑재 시 드론 전용 커넥터로만 구성돼 적용 및 조립이

간편하고 유지보수성이 우수
● AP·클라이언트·브릿지·메쉬 연결 지원 등 드론에 특화된 통신

 

 

기본적으로 구성된 프리뉴의 지상관제시스템

 

 

프리뉴의 지상관제시스템 시리얼 연동방식

 

프리뉴의 지상관제시스템 통신 구성

 

 

 

■ 국내에서 개발된 첫 드론 전용 통신장치

 

프리뉴 D-DL은 국내에서 개발된 최초의 드론 전용 통신장치이다. 기존 국산 통신장치들에 비해 긴 거리인 최대 5Km 이상이 보장되고 드론의 활용 및 조립에 매우 용이한 인터페이스를 제공한다. 특히 드론에 특화된 FC 전용 커넥터로 드론과 FC간 데이터 연동을 간편하게 할 수 있으며, BEC 전용 포트로 배선도 간결한 것이 장점이다.

프리뉴 D-DL은 내부의 간단한 스위치 동작으로 설정 가능한 KCMVP 암호화 모듈 인터페이스를 포함하고 있기 때문에 보안이 요구되는 군이나 관공서 등 공공기관의 활용도 기대할 수 있다. 국내 첫 사례를 발판으로 다양한 드론 전용 통신장치들이 개발되어 여러 분야에 특화된 통신장치들이 활용될 수 있기를 바란다.

 

  

 

■ 드론과 관제시스템, 그리고 폐쇄망

 

드론은 1차적인 관제시스템에 명령받아 움직이는데, RC조종기를 의미한다. 즉, 드론이 조종되기 위해서는 조종기를 통해 제어가 필요하다. 드론이 촬영한 영상들이 실시간으로 전송되려면 데이터링크(Datalink)라는 통신 모듈이 필요하다. 송/수신을 통해 보통 2.4/5.8Ghz를 기반의 통신데이터로 전송되어 영상을 받아 디스플레이를 한다. 데이터 수신양은 대체적으로 주파수 수치에 따라 달라진다.

 

일반적으로 2.4Ghz로 통신을 할 경우에는 영상 데이터의 많은 양을 전송받지는 못하지만 전송거리가 길다는 점, 5.8Ghz의 경우에는 데이터 패킷의 양을 많이 받을 수 있기 때문에 고화질을 송출하기에는 좋지만 전송거리가 짧다는 점이 있다.

 

폐쇄망에서 운용할 수 있느냐 없느냐에 대한 문제로 이슈되고 있는데, 보안이 필요한 기관에 공개적인 통신 모듈이 아닌 폐쇄적인 방식으로 비행을 제어나 디스플레이가 가능 할까?

 

이것에 대한 답은, 현재 드론은 주파수를 활용하여 조종은 가능하지만, 통신 데이터링크 없이는 영상을 송출하거나 수신 받지 못한다. 하지만 이 마저도 주파수 간섭 및 해킹 위협에 대한 우려가 따른다. 다시 말해 드론의 영상을 실시간으로 디스플레이 하기 위해서는 1차적으로 영상을 통신모듈로 받을 수 있는 장비가 필요하다. 쉽게 말해 통신을 하지 못하게 차단한다면 비행을 할 수 있지만 영상은 송출/수신되지 못한다. 따라서 SD카드를 꼽아놓아도 영상 데이터 로그가 저장되지 못할 것이다.

 

그렇다면 드론 비행과 제어를 위해 제한적으로 내부 망을 사용할 수 있도록 하여 1차적으로는 GCS에 영상을 전송받을 수 있도록 하고, GCS에서 보안 내부 모니터링시스템에 최종적으로 디스플레이 해주기 위해서 보안포트(이더넷)을 활용하여 사용이 가능할까?

 

이것에 대한 답은, 제한적 내부망을 활용하여 드론으로부터 GCS에 전송된 영상 데이터가 이더넷으로 전송되게만 해줄 수 있다면, GCS(지상관제시스템)에는 KCMVP(암호검증모듈)가 들어가 있기 때문에 이론적으로는 전혀 문제가 없을 것으로 보이지만 작업이 쉽지 않다.

 

내부망/폐쇄망을 통한 드론활용 및 모니터링 예시

 

드론의 대표주자인 중국의 DJI드론은 영상 데이터에 대한 자료가 통신데이터링크로 인해 중국 서버에 무조건 갔다가 다시 넘어온다는 말이 있는데, DJI측에서는 이의를 제기한 적이 있었고 미국에서는 DJI드론은 사지 않겠다며 일종의 무역전쟁을 펼친바 있다.

 

미국에 있는 ZOOM(화상회의프로그램) 본사에 있는 데이터센터가 중국서버에 갔다가 온다는 말이 있는 것처럼 이런 이슈들이 나돌면 보안 관련 기관이나 업체에서는 DJI드론을 사용하는 것이 매우 꺼려진다. 즉, 이제는 한국형 드론 전용 통신장치가 필수로 사용되어야 할 때라는 것이다.

 

 

 

■ 결론

 

UTM(무인항공시스템교통관리)이 발전하여 성장 하게 되면, 원활한 디스플레이를 위해 관제모니터링시스템 또한 발전해야 한다. 이런 것들이 성장하다 보면 안정된 기체를 만들기 위해 타 제품을 활용하여 제작한 한국 드론이 아닌 부품 자체의 국산화 양산이 필요할 때가 올 것이다. 앞으로 드론은 뗄레야 뗄 수 없는 존재가 될 확률이 매우 높으며 사람이 직접 조종하는 것이 아닌 사람이 총 책임을 지고 드론이 시스템에 의해 자동적으로 운용되는 진짜 무인항공시스템이 민간에 정착하게 될 것이다.

 

다만, 그 시스템을 이해하고 비상 상황 시 수동조종으로 대응할 수 있는 책임자이자 조종자는 꼭 필요하며 조종 능력을 나이대로 나눌 수는 없겠지만, 아무래도 젊은 층의 조종자들이 훨씬 더 나은 기량을 발휘할 것이고 청년층은 판단력이 앞설 수 있다.

 

드론은 활용 측면에 따라서 주가 될 수도 있고, 부가 될 수도 있다. 어떻게 운용하고 싶은지에 대해서는 연구하면서 필요한 드론 관련 인력을 구성하여 체계적으로 갖춰나가 대한민국이 드론 시장의 중심이 되기를 바란다.

 

 

 

사진, 글/주드론

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