[논문]군 무인 체계 통신기술

변승완

문제 정의

여기에 최신 통신 기술이 뒷받침되어 최상의 무인체계를 운용할 수 있도록 통신 기술을 서비스하여야 한다. 본 고에서는 무인 체계 운용 개념에 영향을 미칠 만한 기술적 발전 방향을 살펴보고자 한다.

제안 방법

견마로봇 시스템은 다수의 로봇을 원격통제하는 다중 제어 구조를 기반으로 여러 대의 로봇으로부터 실시간 영상 스트리밍 및 데이터를 수신하는 기능을 갖고 있다. 로봇 단말 내에는 전후방 영상 감시 카메라가 실장 되는 영상 획득 장礼 CCD 및 IR 카메라가 장착되는 안정화 장礼 그리고 지형 감지 장치가 있으며 획득한 영상 정보를 JPEG 2000 또는 H.264 등의 영상 압축 모듈을 이용하여 압축 가공처리 한다. 가공처리된 영상 정보는 통합처리 장치의 통제를 받아 통신 단말장치에 영상 및 제어 데이터를 전송한다.
16e 표준)을 응용하여 Modified WiBro의 구조로 설계되었다. 이러한 견마로봇 시스템은 대용량의 데이터 전송 및 다중 접속을 지원하기 위하여 OFDMA 전송 방식을 채택하였으며, 고속의 이동성(mobility)을 지원하기 위한 구조로 설계되어 운용성 및 안정성을 크게향상시켰다.
이에 국방과학연구소에서 개발한 자율 주행 로봇의 경우 원격 제어 시스템과 주행 무인 로봇간에 최초로 휴대 인터넷 기술을 적용하였고, 최근 민군 겸용 과제인 A11-IP 네트워크 기반 견마로봇 시스템은 순수 국내 기술인 WiBro 통신기술(IEEE 802.16e 표준)을 응용하여 Modified WiBro의 구조로 설계되었다. 이러한 견마로봇 시스템은 대용량의 데이터 전송 및 다중 접속을 지원하기 위하여 OFDMA 전송 방식을 채택하였으며, 고속의 이동성(mobility)을 지원하기 위한 구조로 설계되어 운용성 및 안정성을 크게향상시켰다.

성능/효과

22)은 종래의 기술과는 달리 SDR (Software Defined Radio)기 반의 가용 주파수 센싱 및 확보를 통해 무선 채널을 적응적으로 확보하여 통신하는 기술이다. 전자전 상황에서 무인 로봇의 제어 채널에 강한 jamming 신호가 들어올 경우 무선 인지 기술을 이용하여 jamming 신호가 없는 가용 주파수 대역을 무인 로봇이 스스로 탐지, 확보하여 새로운 제어 채널을 통해 안정적 운용을 보장함으로써 무인 로봇 제어의 높은 신뢰성을 확보할 수 있다. 그러나 이러한 무선 인지 기술은 다양한 대역의 통신 시스템을 SDR 기반으로 구현해야 하는 어려움과 대역별 RF단을 추가적으로 구성해야 하는등 풀어야 하는 숙제가 아직 산재해 있다.
비해 다양한 장점을 가질 수 있다. 첫째로 상용 네크워크과 상이한 구조를 가지고 있는 무인 로봇 통신 네트워크 환경의 경우 상향 및 하향 링크의 비대칭 구조에서 발생하는 다양한 설계의 문제점을 TDD (Time Division Duplexing) 기술을 적용함으로써 효과적으로 해결할 수 있고, 상황에 따라 링크 비율의 가변적 운용을 통해 보다 유연한 통신 환경의 구축이 가능하다. 둘째로 무인 로봇의 안정적 제어를 위한 하향 링크에서는 오류 정정 성능이 뛰어난 CTC(Con- volutional Turbo Code)의 적용 및 H-ARQ(Hybrid ARQ) 기술을 이용한 패킷 오류에 적응적 재전송 기술을 이용하여 강인한 무선 링크 성능을 보장할 수 있다》 또한, mobile WiMAX 표준에는 다양한 대역폭 규격을 제공하고 있어, 무인 로봇의 운용 환경 및 용도에 따라 유동성 있는 규격의 적용이 가능하며, 차후 무인 로봇 체계 주파수 정책 변화에 효과적으로 대처할 수 있다.

후속연구

그러나 이러한 중고도 무인 항공기를 이용한 공중 제어국/중계국은 무인 항공기에 실장되어야 하는 제어국/중계국의 통신 장비 무게, 고속으로 비행하는 무인 항공기와 지상 무인 로봇간 무선 링크 구현 및 장기간 작전 수행이 가능하기 위한 제어국/중계국의 저전력 설계 등 계속적인 연구가 필요하다.
제어국과 로봇간 통신 분야와 같이 상용 이동 통신 기술이 적용되는 분야에 대해 장기적인 개발 노력이 더해지면, 로봇에 적용되는 단말 통신 기술을 표준화하여 다양한 무인 로봇에 적용할 수 있고, 저전력 설계로 무인 로봇 자체의 운용성을 높이는데 기여할 수 있다. 나아가 로봇간의 통신 기술은 Ad-hoc 네트워크 및 Mobile IP, IPv6 등 진정 한 Ubiquitous를 추구하는 상용 통신 기술과 함께 개발, 적용될 수 있을 것이다. 지상 무인 체계 제어 센터와 중고도 무인 항공기와 같은 타 무인체계, 또는 군 통합 네트워크와의 연동 등, 군의 타 통신 체계 분야의 연동 문제는 군 작전 운용 개념과 함께 고려되어 라우팅 정책, 보안, 암호 체계와 함께 개발되어져야 할 것이다.
첫째로 상용 네크워크과 상이한 구조를 가지고 있는 무인 로봇 통신 네트워크 환경의 경우 상향 및 하향 링크의 비대칭 구조에서 발생하는 다양한 설계의 문제점을 TDD (Time Division Duplexing) 기술을 적용함으로써 효과적으로 해결할 수 있고, 상황에 따라 링크 비율의 가변적 운용을 통해 보다 유연한 통신 환경의 구축이 가능하다. 둘째로 무인 로봇의 안정적 제어를 위한 하향 링크에서는 오류 정정 성능이 뛰어난 CTC(Con- volutional Turbo Code)의 적용 및 H-ARQ(Hybrid ARQ) 기술을 이용한 패킷 오류에 적응적 재전송 기술을 이용하여 강인한 무선 링크 성능을 보장할 수 있다》 또한, mobile WiMAX 표준에는 다양한 대역폭 규격을 제공하고 있어, 무인 로봇의 운용 환경 및 용도에 따라 유동성 있는 규격의 적용이 가능하며, 차후 무인 로봇 체계 주파수 정책 변화에 효과적으로 대처할 수 있다.
무인 체계 통신 시스템은 향후에는 멀티 셀로의 확장을 통하여 지역적인 배치를 고려한 보다 많은 시스템의 운용이 필요하다. 확장된 통달거리로 인하여 단말의 출력은 높아졌으며, 멀티 셀을 고려한 주파수 운용 방안은 그만큼 많은 자원과 간섭 방지에 대한 설계 요소가 필요해진다.
해외에서도 무인 체계 로봇의 경우 무선 랜과 같은 근거리 무선 통신이 주를 이루고 있고, 오히려 국내에서 해외보다 앞서서, 견마 로봇 통신 시스템과 같이 최신 이동 통신 기술을 적용하여 원거리, 대용량 데이터 서비스가 가능하게 되었다. 앞으로는 장기적 개발 로드맵을 갖고 제어국 와 무인 로봇간 통신 기술, 로봇과 로봇간 통신 기술, 제어국과 군 전술 통합 네트워크와의 통신 기술을 구분하여 개발 계획을 세울 필요가 있다. 제어국과 로봇간 통신 분야와 같이 상용 이동 통신 기술이 적용되는 분야에 대해 장기적인 개발 노력이 더해지면, 로봇에 적용되는 단말 통신 기술을 표준화하여 다양한 무인 로봇에 적용할 수 있고, 저전력 설계로 무인 로봇 자체의 운용성을 높이는데 기여할 수 있다.
군 통신망 개발의 방향도 다양한 이종 통신망들의 기반 네트워크들의 통합을 통해 상호 연동(interpretable)이 가능하고 유연한 정보 교환을 통해 정보의 수집, 분석, 지휘 체계의 효율성을 극대 화 하는 통합 네트워크 구축의 방향으로 발전하고 있다. 이러한 흐름에 발맞추어 지상 무인체계 통신 시스템 또한 A11-IP 기반의 통신 기술을 적용함으로써 향후 군 통합 네트워크에 효과적인 상호 연동이 지원되어야 하며, 이종의 무선 전송 기술을 사용하는 통신 체계 및 상용 네트워크와도 IP 기반의 연동을 통해 통합 작전 환경의 구축이 용이 한 방향으로 개발이 진행되어야 한다.
즉, 영상 정보 처리를 위한 영상 압축 알고리즘과 무선 통신 구간의 채널 환경이 반영된 광대역 전송 기술이 종합 제어가 되지 않고 있다. 향후, 영상 정보 처리와 광대역 무선 전송을 동시에 고려한 Cross-Layer 최적 화를 통해 영상 및 지형 정보 획득, 획득한 정보의 고속 처리 및 광대역 전송 기술을 이용한 전송까지 통합 제어하는 효율적 구조를 설계하여 적용할 경우, 무인 체계 시스템의 전체적인 성능 향상이 가능할 것이다.

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