[논문]민간항공용 데이터링크 기술동향

배중원; 김태식; 전향식; 남기욱

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국제민간항공기구(ICAO)의 차세대 항행시스템(new CNS/ATM) 전환계획에 따라 전 세계적으로 항공통신, 항법, 감시 및 항공교통관리 분야의 항행안전시설과 대응되는 항공기 탑재시스템의 변화가 진행되고 있다. 특히 항공통신과 감시 분야에서는 공대지 데이터링크 기술을 활용한 새로운 항공교통서비스(CPDLC, ADS, ADS-B, FIS-B, TIS-B)가 도입되어 공역 처리능력을 제고하고 항공운항 안전에 기여하며 조종사와 관제사의 편의성을 대폭 향상시킬 것으로 기대되고 있다. 현재 민간항공에서 활발히 이용되고 있는 대표적인 데이터링크 기술인 ACARS 시스템은 국제민간항공기구가 표준화하여 제정한 VDL 기술로 대체되고 있으며 HFDL, Mode S, AMSS, UAT 등이 현재 가용한 데이터링크 기술로 개발되어 활용되고 있다. 미국과 유럽을 중심으로 관련 기술에 대한 검증과 시범 운용 사업이 활발하게 진행되고 있으며 2020년 이후를 대비한 미래 항공통신 신기술 연구에도 세계가 매진하고 있다. 본 논문에서는 현재까지 개발된 공대지 데이터링크 기술의 특성을 개관하고 관련 응용기술 구현 현황과 데이터링크 관련 세계의 미래 통신기술 연구 동향을 제시하고자 한다.

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문제 정의

본문에서는 민간항공의 통신 및 감시 응용 분야에 활용 가능한 데이터링크 기술의 특성과 관련 기술개발 동향에 관해 기술한다.
이 공동연구에서는 차세대 항공교통서비스 애플리케이션을 인터넷 프로토콜(IP) 기반으로 하는 것을 검토하고 그 실현가능성을 평 가하는 것을 목표로 삼고 있다. 평가의 기준으로는 상용제품 및 기술의 안전성, 성능, 효율성, 커버리지, 비용 및 가용성 등을 포함한다.
전환을 위한 3단계 전략이다. 이 전략은 유럽과 북미대륙, 북대서양 지역에서의 모든 운용 요구사항을 완전히 충족하는 미 래 단일 솔루션 개 발을 목표로 하고 있다. 이 미래 데이터링크 시스템은 현존하고 있는 기술의 파생형이 될 수도 있고 추가적인 미래요구사항을 지원하는 완전히 새로운 기술도 고려하고 있으며 이에 대한 정의 작업이 현재 진행 중이다.

제안 방법

VDL Mode 3 는 Mode 2와 동일한 물리계층을 사용하지만 TDMA 방식을 채택하고 있다. 25kHz 단위의 채널을 사용하며 한 프레임을 4개 혹은 3개의 슬롯으로 분할하여 vocoder를 이용한 디지털 음성과 데이터를 동시에 사용할 수 있도록 고안되었다. 다른 VDL 기술과 마찬가지로 ATN과 호환되는 서브 네트워크이며 2001년 11월 ICAO 표준안이 공표되었다.
5kbps이며 D8PSK 변조 방식을 채택하고 있다. ATN 호환의 비트 기반 프로토콜로 ACARS와의 하위 호환성을 유지하기 위하여 ATN 비호환 인프라에서 사용되는 문자 기반 메시지를 처리하는 방식(AOA)을 제공한다. 그러나 CSMA 채널접속을 사용하고 있기 때문에 교통량이 많은 공역에서 time critical 한 애플리케이션을 지원하는 데에 한계가 있으며 메시지 우선순위 처리나 전송 시간을 완벽히 보장할 수 없는 것이 단점으로 지적되고 있다.
문제로 대두되었다. SP COM/OPS/95 회의에서 유럽지역 VHF 통신의 혼잡을 완화시키기 위한 단기 해법으로 8.33 kHz로의 채널 간격 축소를 결정하였다. 이 해법은 ICAO의 항공 이동통신기술패널인 AMCP(현재는 ACP로 변경)에서 개발되어 1996년부터 적용되었다.
UAT는 UHF 주파수 대역인 960-1215MHz 범위에서 운용되도록 설계되었다. 개발 초기에는 966 MHz의 실험 주파수를 사용하여 운용시험을 수행하였고 알래스카 지역에서의 시범 운용에서는 한때 981MHz를 사용하기도 하였으나 현재는 978MHz 를 사용하는 것으로 정해져 있다.
위한 방법을 강구하였다. 군용 기술로 출발한 HF Data Link (HFDL)를 민간항공용으로 사용하기 위해 기술을 개선하고 HF 음성통신에서와 같은 주파수와 장비를 이용할 수 있게 하였다. HFDLe SSB 디지털 변조 방식으로 3kHz 채널 단위로 운용되며 2.

대상 데이터

운용 주파수로 UHF 대역의 고정주파수 채널을 이용하며, 업링크(지상에서 항공기)로는 1030MHz, 다운링크(항공기에서 지상)로는 1090MHz를 사용한다. 확장 스퀴터(Extended Squitter)는 자동종속감시기능(ADS-B)을 지원하고 ACAS를 강화하기 위해 설계된 Mode S 시스템의 추가적인 기능 확장으로 볼 수 있다.
S 확장 스퀴터 포맷으로 구성된다. 확장 스퀴터 메시지는 112 비트 길이이며 이 중 24 비트는 패리티로 사용된다. 채널 접속방식은 랜덤하게 이루어지며 데이터 전송률은 약 1 Mbit/set이다.

성능/효과

평가결과 ATC 시스템 처 리용량의 확대와 지 연 시간의 감소 효과를 확인하였으나 FAA의 결정으로 CPDLC Build/A 계획이 이후 계속 추진되지 못하고 공대지 데이터링크를 포함한 기술 재검토에 착수하여 데이터링크 관련 기술 구현 전략과 로드맵을 새로이 작성할 계획으로 알려지고 있다.

후속연구

데이터링크를 사용하는 지상 시스템의 변화에 발맞춰 항공기 탑재시스템의 변화도 예견되며, 데이터링크를 통한 용이 한 조종사 및 관제사의 정보 교환과 공유를 통해 새로운 개념의 항공교통서비스 기술이 개발되고 개선될 것으로 전망된다.
계획이다. 또한 현재의 서브네트워크 기술(예를 들어 Mode S 1090 ES, VDL Mode 4)에 깊이 종속된 방송 데이터 서비스(ADS-B, TIS-B)에 IPS 프로토콜을 채택할 때어떤 이익이 있는지에 대한 조사도 포함될 것이다.
연구 분야에는 지상 IP 네트워크와의 연결 부분도 포함되어 있으며, IP 기반으로 CNS/ATM 애플리케이션 구현시 예상되는 한계점들도 고려할 계획이다. 또한 현재의 서브네트워크 기술(예를 들어 Mode S 1090 ES, VDL Mode 4)에 깊이 종속된 방송 데이터 서비스(ADS-B, TIS-B)에 IPS 프로토콜을 채택할 때어떤 이익이 있는지에 대한 조사도 포함될 것이다.
확실시 된다. 이를 통해 조종사와 관제사, 조종사와 항공사 오퍼레이터의 업무 부담을 해소하고 각자의 업무에 유용한 보다 많은 정보를 제공하여 안전운항과 경제성 향상에 기여할 것으로 예상된다.
지니고 있다. 전술한 바와 같이 각 모드별 데이터링크는 용도에 따라 다르게 고안된 기술이며 구축을 원하는 CNS/ATM 애플리케이션에 따라 적합한 링크의 선정이 이루어져야 할 것으로 판단된다.
이 결과에 따르면 지대지 간통 신에서 TCP/IP가 충분히 사용될 수 있으며 적절한 해법이 될 수 있다고 보고하고 있다. 하지만 공대지 통신의 경우, IP 이동성 과 보안성을 포함한 일부 분야에 대한 추가 검 토가 필요한 것으로 결론 맺고 있다.

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