[논문]블록체인 기반의 전파 공유 기술과 전파 정책

신나연; 남지현; 최예진; 이일구

doi:10.14400/jdc.2019.17.10.013

[국내논문] 블록체인 기반의 전파 공유 기술과 전파 정책
Technology and Policy for Blockchain-based Spectrum Sharing 원문보기

디지털융복합연구 = Journal of digital convergence, v.17 no.10, 2019년, pp.13 - 21

신나연 (성신여자대학교 융합보안공학과) , 남지현 (성균관대학교 전자전기컴퓨터공학과) , 최예진 (성신여자대학교 미래융합기술공학과) , 이일구 (성신여자대학교 융합보안공학과)

초록
AI-Helper

제한된 네트워크 자원과 불균등한 전파 자원 분배로 인해 전파자원 부족 문제와 서비스 품질 열화가 발생하고 있다. 또한, 기존 중앙집중식 전파 공유 방식은 전파 공유 활성화를 위한 근본적인 해결책이 되지 못하고 있으며 비용, 편의성, 보안성 관점에서 비효율적이다. 본 논문에서는 전파자원을 분배하고 공유할 수 있는 저비용, 고신뢰, 고효율 플랫폼으로서 블록체인 기반의 스펙트럼 쉐어링 플랫폼을 제안하고 이를 실현하기 위한 법적 쟁점을 분석하였다. 스펙트럼 쉐어링 플랫폼에서는 와이파이 AP 전파 정보와 LTE 모바일 핫스팟 전파 정보를 블록체인에 등록하고, 전파 공유자와 전파 사용자가 스마트 컨트랙트 통해 개인 간 (P2P) 전파 공유 계약을 빠르고 효율적으로 체결한다. 전파 공유에 대한 대가와 품질 관리에 대한 보상인 암호화폐는 선순환적인 전파 공유 오픈 플랫폼 생태계를 활성화할 것이며, 스펙트럼 쉐어링 플랫폼을 통해 편리하고 효율적인 공공 무선 인프라를 제공할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The restricted network or the unbalanced distribution of spectrum is causing the problems of lack of spectrum resources and deterioration of the service quality. In addition, the existing centralized radio sharing method has not been a fundamental solution for radio sharing and is inefficient in terms of cost, convenience, and security. In this paper, we propose a blockchain-based spectrum sharing as a low-cost, trustworthy, high-efficiency platform that can distribute and share spectrum resources, and propose policies to realize this. In the spectrum sharing platform, spectrum information about Wi-Fi AP and LTE mobile hotspot is registered in the blockchain, and spectrum sharers and users can conclude peer-to-peer spectrum sharing contract quickly and efficiently through smart contract. The pay for the shared spectrum resources and reward for spectrum quality management open platform ecosystem to activate the circulation-sharing and it can provide a convenient and efficient public wireless infrastructure.

Keyword

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Spectrum sharing application service structure
그림 Fig. 2. Dual mode home AP
그림 Fig. 3. Home AP used like public hotspot
그림 Fig. 4. Existing apartments (left) and apartments with spectrum sharing (right)
그림 Fig. 5. Spectrum sharing in mobile Device
그림 Fig. 6. Private short range spectrum and public/ private long range spectrum
그림 Fig. 7. Blockchain based Relay Device Management Process

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

그리고 블록체인을 융합 산업 에 적용하기 위한 정책 연구도 진행되었다[12,13]. 이러한 블록체인 기술을 활용하여 본 논문에서는 효과적으로 전파 자원을 분배하고 공유할 수 있는 블록체인 기반의 플랫폼을 제안하고자 한다.
본 연구에서는 중앙집중식 전파 공유를 벗어나 새로운 방식의 탈중앙화 전파 공유 플랫폼을 제시한다. 이는 제한된 전파자원을 효율적으로 활용할 수 있도록해 밀집 네트워크 내에서의 서비스 품질을 향상시킬 수 있으며, 편리하고 효율적인 공공 무선 인프라를 확보할 수 있다.
본 장에서는 전파 공유 시스템의 개념과 특징 그리고 구조 및 동작 원리를 와이파이 AP (Access Point)의 전파 공유 방식인 인터넷 IP 주소 공유 시스템을 예시로 설명하고자 한다. 또한, 다수의 이용자가 동일한 범위의 주파수를 공동으로 사용하는 주파수 공동사용에 대해 설명한다.
본 장에서는 전파 공유 시스템의 개념과 특징 그리고 구조 및 동작 원리를 와이파이 AP (Access Point)의 전파 공유 방식인 인터넷 IP 주소 공유 시스템을 예시로 설명하고자 한다. 또한, 다수의 이용자가 동일한 범위의 주파수를 공동으로 사용하는 주파수 공동사용에 대해 설명한다.
본 연구에서는 블록체인 기반의 스펙트럼 쉐어링 플랫 폼을 활성화하기 위한 관한 주요 쟁점을 분석하였다.
본 연구에서는 블록체인 기반의 스펙트럼 쉐어링과 전파 공유를 활성화 할 수 있는 방안을 제시했다. 스펙트럼 쉐어링은 전파의 배포 및 공유를 활성화하여 언제 어디서나 네트워크에 연결되어야만 하는 현대 사회에 이로운 영향을 미칠 수 있는 기술이 될 것이다.

가설 설정

이를 가로막는 가장 큰 문제는 다음과 같다. 첫째, 주파수의 불균등한 활용이다. 면허 주파수 대역은 주파수 자원이 제한되어있고 이용 시 높은 비용이 소요된다.
둘째, 제공되는 전파 정보가 지엽적이다. 와이파이 이용자는 중계기 종류와 위치 정보 외에 와이파이의 간섭 정도, 전파 품질 정보와 현재 접속한 사용자 수 등 중계기의 상태 정보는 알 수 없다.
셋째, 무결성 보장이다. 스펙트럼 쉐어링은 무결성 보장을 위해 전파 공유 정보 등의 중요 이벤트는 블록체인 에 기록하고 관리한다.

제안 방법

둘째, 가용성 향상이다. 스펙트럼 쉐어링은 가용성 향상을 위해 전파 사용자들의 평판과 서비스 중단 빈도에 따라 공유된 전파의 가용성 등급을 평가한다. 또한, 스펙트럼 쉐어링을 통해 이용 가능한 전파의 수와 범위가 확장되어 가용성이 향상된다.

성능/효과

본 연구에서는 중앙집중식 전파 공유를 벗어나 새로운 방식의 탈중앙화 전파 공유 플랫폼을 제시한다. 이는 제한된 전파자원을 효율적으로 활용할 수 있도록해 밀집 네트워크 내에서의 서비스 품질을 향상시킬 수 있으며, 편리하고 효율적인 공공 무선 인프라를 확보할 수 있다. 본 논문은 다음의 구조로 구성된다.
셋째, 기밀성, 가용성, 무결성 등의 중요 보안성 지표를 판단할 수 없다. 현재 운영되고 있는 공공 와이파이는 1만 2000여 곳[19]이며, 공공와이파이 구축 현황 자료를 분석한 결과에 의하면 이 중 약 40%인 5000여 곳은 암호화 등의 보안 접속 기능이 지원되지 않고 있다[20].
둘째, 가용성 향상이다. 스펙트럼 쉐어링은 가용성 향상을 위해 전파 사용자들의 평판과 서비스 중단 빈도에 따라 공유된 전파의 가용성 등급을 평가한다.
이러한 방식으로 공공 인프라 비용을 획기적으로 줄일 수 있으며 동시에 전체적인 전파자원의 수를 증가시키는 효과를 준다. 또한, 전파 공유자는 전파 공유에 대한 보상 암호화페로 통신비를 지불하고, 전파 사용자는 전파 품질 평가에 대한 보상 암호화페로 통신 비를 지불함으로써 통신비를 절감할 수 있다.
블록체인 기반의 스펙트럼 쉐어링 플랫폼을 활용하면 전파 보안 방식에 따라 보안 등급을 적용하고 블록체인의 비대칭키 알고리즘을 적용함으로써 개인정보 및 영업비밀 정보의 기밀성을 보장할 수 있다. 또한, 중요 이벤트를 블록체인에 기록하고, 탈중앙화된 여러 노드들이 동일한 전파 원장을 소유하고 관리함으로써 무결성을 보장할 수 있다. 그리고 분산 P2P 네트워크 기술을 이용한 분산 원장 방식으로 이용 가능한 전파의 수와 범위가 확장되어 서비스 가용성이 강화될 수 있다[7].
블록체인 기반 전파 공유 공공 인프라인 스펙트럼 쉐어링을 위한 공유/사유 듀얼모드 전파 중계기술을 활용해 공중이 전파 관리와 활용의 주체가 되는 오픈 플랫폼 의 역할을 한다. 또한, 사회적으로 공공 인프라 서비스 품질 및 만족도를 향상시킬 수 있으며 블록체인에 내재된 암호학적, 수학적 정보보증 기법으로 신뢰할 수 있는 공공 인프라 체계를 마련할 수 있다. 이를 통해 스펙트럼 쉐어링은 전파 공유자와 전파 사용자가 자유롭고 투명하 게 전파자원을 활용하고 관리할 수 있는 생태계를 조성할 수 있다.

후속연구

스펙트럼 쉐어링은 가용성 향상을 위해 전파 사용자들의 평판과 서비스 중단 빈도에 따라 공유된 전파의 가용성 등급을 평가한다. 또한, 스펙트럼 쉐어링을 통해 이용 가능한 전파의 수와 범위가 확장되어 가용성이 향상된다.
중앙집중식 전파 활용‧관리는 복잡한 구조, 부족한 융통성과 적응성으로 비효율적일 수밖에 없었다. 스펙트럼 쉐어링은 분산 방식으로 P2P 거래가 가능하고 공중의 평가가 가능한 오픈 플랫폼이기 때문에 처리속도 및 효율성의 획기적인 향상과 시장 확장이 가능할 것이다.
이와 같이 스펙트럼 쉐어링 상에서는 각각 통신서비스 제공업체, 전파 공유자, 전파 사용자로 대응된다. 이처럼 민법상의 전대차 관련 법령을 참고하여 전파법에 전파 전대차에 관한 법령이 추가된다면 스펙트럼 쉐어링을 통한 전파 공유가 활성화되어 전파를 보다 효율적으로 이용할 수 있고, 더 나아가 새로운 기술 및 서비스 개발에 도움이 될 것이다.
플로리다주와 테네시주 또한 스마트 컨트랙트의 법적 효력을 인정하고 있다[29]. 국내에서도 스마트 컨트랙트의 법적 효력이 진행된다면, 스펙트럼 쉐어링 계약을 효율적으로 진행 할 수 있으며, 다양한 분야에서 비용 절감 및 수요 창출 효과를 얻을 수 있을 것이다.
스펙트럼 쉐어링을 활성화하기 위해서는 크게 전파법상 제2차 임대와 스마트 컨트랙트에 대한 법‧정책적 변화가 있어야 할 것이다. 이와 같은 조건이 충족된다면 스펙트럼 쉐어링 플랫폼의 이용을 통해 비면허 주파수의 활용도가 높아지는 효과를 볼 수 있으며 동시에 잉여 LTE 데이터와 같은 면허 주파수를 더욱 가치 있게 활용할 수 있을 것이다. 또한, 계약을 효율적으로 체결 할 수 있으며, 다양한 분야에서 비용을 절감하고 수요창출을 할 것으로 예상한다.
이와 같은 조건이 충족된다면 스펙트럼 쉐어링 플랫폼의 이용을 통해 비면허 주파수의 활용도가 높아지는 효과를 볼 수 있으며 동시에 잉여 LTE 데이터와 같은 면허 주파수를 더욱 가치 있게 활용할 수 있을 것이다. 또한, 계약을 효율적으로 체결 할 수 있으며, 다양한 분야에서 비용을 절감하고 수요창출을 할 것으로 예상한다.
사물인터넷과 빅데이터 시대에는 데이터가 제 2의 오일이 될 것이다. 따라서 공중이 편리하고 값싸게 접근할 수 있는 공공 전파 인프라가 구축되면 데이터 생태계가 활성화되고, 결과적으로 ICT와 국가 경제 발전으로 이어질 것으로 기대된다. 후속 연구로서 본 연구에서 제시한 스펙트럼 쉐어링의 프로토타입을 구현하고 확장성, 효율성, 편의성, 안전성을 실험할 예정이다.
따라서 공중이 편리하고 값싸게 접근할 수 있는 공공 전파 인프라가 구축되면 데이터 생태계가 활성화되고, 결과적으로 ICT와 국가 경제 발전으로 이어질 것으로 기대된다. 후속 연구로서 본 연구에서 제시한 스펙트럼 쉐어링의 프로토타입을 구현하고 확장성, 효율성, 편의성, 안전성을 실험할 예정이다. 또한 스펙트럼 쉐어링을 이용시 발생하는 전파 커버리지의 확산으로 인한 간섭에 대해 해결방안을 제시하고, 이동성을 고려한 스펙트럼 쉐어링 효율성 향상 방법 및 정책에 대한 연구를 진행할 계획이다.
후속 연구로서 본 연구에서 제시한 스펙트럼 쉐어링의 프로토타입을 구현하고 확장성, 효율성, 편의성, 안전성을 실험할 예정이다. 또한 스펙트럼 쉐어링을 이용시 발생하는 전파 커버리지의 확산으로 인한 간섭에 대해 해결방안을 제시하고, 이동성을 고려한 스펙트럼 쉐어링 효율성 향상 방법 및 정책에 대한 연구를 진행할 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	블록체인이란 무엇인가?	본 연구의 스펙트럼 쉐어링 (Spectrum Sharing)은 블록체인 기반의 전파 공유 플랫폼 (Blockchain-based Spectrum Sharing Platform)이다. 블록체인이란 신뢰 할 수 있는 중앙 시스템 없이 분산 네트워크에서 수학적· 암호학적인 검증을 통해 안전하게 데이터를 공유하고 분 산 데이터베이스에 저장해 위변조 가능성을 줄일 수 있는 기술이다[7]. 따라서 스펙트럼 쉐어링은 분산 데이터베이스를 기반으로 독립적이며 개방된 공통 전파 활용‧관리 플랫폼으로 정의할 수 있다.
	블록체인 기술의 어떠한 장점을 가지고 있는가?	사토시 나카모토의 비트코인 논문[7]으로 많은 관심을 받게 된 블록체인 기술은 분산형 데이터베이스 관리 시스템을 기반으로 수학과 암호학에 기초하여, 높은 기밀 성, 가용성, 무결성을 제공하면서 기존의 중앙관리식 시스템의 문제를 해결할 수 있는 기술로 평가받고 있다 [8,9]. 블록체인 기술을 활용해 사물인터넷들 간에 신뢰성을 보장하며 인증하는 연구가 진행되었고[10], 블록체인 환경에서 프라이버시와 익명성을 강화하는 기법에 대 한 연구가 진행되었다[11].
	전파 활용‧관리 플랫폼 개발에 방해 요인은 무엇인가?	이를 가로막는 가장 큰 문제는 다음과 같다. 첫째, 주파수의 불균등한 활용이다. 면허 주파수 대역은 주파수 자원이 제한되어있고 이용 시 높은 비용이 소요된다. 비 면허 주파수 대역은 면허 주파수 대역보다 저렴하지만 활용할 수 있는 지역이 매우 적다. 정부 주도로 비면허주파수 중계기를 확충하기 위한 노력을 하고 있지만, 인프라 구축비용 문제와 유지보수 및 관리 비용으로 많은 어려움을 겪고 있다[3]. 둘째, 사물인터넷의 보편화와 밀집화로 인한 품질저하 문제이다. 밀집 사물 관계망의 규모가 점점 더 커지고 있는 상황에서 시시각각 변하는 관계망 토폴로지와 트래픽에 대해 중앙집중 방식은 효과적인 품질 보장에 어려움 이 있다. 시시각각 변하는 대규모의 관계망에서 고품질을 보장하기 위해서는 참여자의 자발적인 참여로 인한 자정 작용이 가능해야 한다[4]. 셋째, 불투명한 주파수 플랫폼이다. 주파수 사용자는 사용한 만큼의 합리적인 통신비용을 지급하고, 네트워크의 발전과 수익 창출에 기여한 경우에는 수익을 분배받거나 이를 고려해 좀 더 저렴한 통신비용을 산정 받아야 한다. 그러나 현재는 일방적인 통신비용 산정만 존재하고 네트워크 발전에 참여 및 보상을 받을 수 있는 환경이 조 성되어있지 않아 빅데이터와 사물인터넷 시대의 성장을 가로막는 요인이 된다[3].

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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