지금까지 바닷속은 무선 통신 음영지역으로 남아 있었다. 전파, 광파 등을 사용하는 지상과는 달리 물 속에서는 음파 만을 사용해 제한적으로 통신을 주고받을 수 있기 때문이다.

최근 ▲해일•해저 지진 등 재난 상황 대응 ▲어족 자원•해양 생태계 모니터링 ▲수중•항만 방어 체계 구축 등의 중요성이 커져가면서 바닷속 통신에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

데이터 기반 시장 조사 기관 HTF 마켓 인텔리전스 컨설팅의 리포트에 따르면 2016년부터 2022년까지 수중 무선 통신 시장은 연평균 성장률이 18.5%에 달한다. 특히, 수중 무선통신 분야에서 연구 개발과 해양 산업 시장은 각각 2022년까지 10억 880만 달러와 5억 7,730만 달러로 성장할 전망이다. 미국이 수중 무선통신 시장을 선도하고 있으며, 유럽•중국 등이 그 뒤를 잇고 있다.

미국과 이탈리아, 포르투갈, 영국 등 유럽 국가들이 컨소시엄을 이뤄 2013년부터 추진하고 있는 선라이즈(Sunrise)프로젝트는 수중 사물인터넷(IoUT, Internet of Underwater Things) 환경 구축을 목표로 하고 있다. 무인 수중 탐사 로봇용 지능형 센서 개발, 수중 센서, 수중 네트워크 구조 및 수중 내비게이션 개발 연구 등을 진행 중이다.

중국은 2000년대 초반부터 국가 주도로 수중 음향 센서 및 네트워크 관련 연구에 많은 자원과 인력을 투자하고 있다. 특히, NSFC(Natural Science Foundation of China)의 지원을 통해 각 대학 및 연구소에서 수중 통신망에 대한 연구가 활발히 이루어 지고 있다.

캐나다는 세계 곳곳의 관측소에서 유선망을 기반으로 한 센서를 통해 수집한 데이터를 실시간으로 관측하는 오션 네트웍스 캐나다(Ocean Networks Canada)를 구축했다.

수중 기지국 기반 실시간 해수 오염 탐지 개념

SK텔레콤은 지난 2015년부터 호서대, 한국원자력연구원, 전자기술연구원, 경북대, 중앙대, 인하대, 상명대, 한양대, 국민대 등과 수중 통신망 핵심 기술인 ‘분산형 수중 관측•제어망’을 개발하고 있다. ‘분산형 수중 관측•제어망’은 순수 국내 기술로 개발한 한국형 수중 통신망이다.

분산형 수중 관측•제어망은 수중 센서노드를 통해 바닷속 정보를 수집하고 이를 수중 기지국으로 전송, 수중 기지국 컨트롤러를 거쳐 지상으로 보내는 구조다. 특히, 분산형 수중 관측•제어망은 수중 센서노드들의 위치와 커버리지 등을 정하는 것이 중요하다. SKT는 2017년 한국 해안선과 해저 지형정보 그리고 수중 음파 전파 모델 등을 기반으로 수중 기지국 컨트롤러(해상부이), 수중 기지국, 수중 센서노드를 적재적소에 배치할 수 있는 수중통신망 설계 기술을 확보했다.

SKT, 호서대 등은 2017년 5월 서해안에 수중 통신망 테스트 베드를 구축해 수중 센서와 수중 기지국 통신 기술 고도화는 물론 수중망과 기존 육상망의 연동 기술도 개발해 왔다. 2018년 10월에는 부산에서 열린 IEC* 총회에서 수중통신망과 IoT 망을 연동하는 기술을 시연하기도 했다.
*IEC(International Electrotechnical Commission) : 전기 기술에 관한 국제 표준 개발을 목적으로 1906년 설립된 ‘국제전기기술위원회’. 2018년 부산에서 열린 제 82차 총회에는 전 세계 85개국에서 3000여명이 참여했음

최근 국제표준화기구*에서 해양•수중 사물인터넷 분야를 국제표준화 과제로 채택해 국제 표준 경쟁이 치열해질 전망이다. 국민대 등 국내 연구팀은 ‘기지국 기반 수중 무선음향 네트워크(B-UWAN; Base-station based Underwater Wireless Acoustic Network)’라는 표준명으로 2022년 국제 표준 제정을 기대하고 있다.
*ISO/IEC JTC1/SC41: 국제표준화기구(ISO)/국제전기기술위원회(IEC) 합동기술위원회(JTC1) 산하에 사물인터넷 분야 국제표준을 담당하는 분과위원회로 최근 해양/수중 사물인터넷 분야 작업반이 신설

[부산 수중 통신망 실험팀과 일문일답]

 

■ 부산 수중 통신망 실험에서 설치된 관측 센서는 어떤 종류인가? 또, 센서로 측정한 정보는 어떻게 확인하는가?
부산 수중 통신망 실험에는 수온 센서와 원자력연구원에서 개발한 해양 오염 탐지 센서가 활용되었다. 센서로 수집된 바닷속 수온, 해양 오염 정보는 음파 통신과 해상 IoT 통신 등을 통해 10분 마다 지상에 있는 서버로 전달된다. 지상으로 전달된 정보는 수중 데이터 관리 플랫폼을 통해 웹과 문자 등으로 손쉽게 확인할 수 있다.

 

이번 실험에 사용된 센서 외에도 염도∙산성도(pH)∙용존산소량∙풍량∙풍속∙파고∙소음 등을 측정할 수 있는 다양한 센서가 있다. 수중 통신망이 고도화되면 이러한 센서를 활용해 수중환경 및 해양오염 감지를 할 수 있다. 이 센서들은 수중 센서노드 뿐만 아니라 수중 기지국, 수중 기지국 컨트롤러(해상부이)에도 부착이 가능해 바닷속과 해상 모두를 관측할 수 있다.

 

■ 수중 통신망 연구에 가장 어려운 점은 무엇인가?
수중 통신은 해저 지형, 지질, 수심, 온도, 염도, 해류 등의 영향으로 지상 통신과 달리 신호의 예측이 매우 어렵다.

 

이 때문에 통신 시스템 설계 시 지상보다 많은 외부 환경 변수를 고려해야 한다. 또, 수중 실험은 날씨 등 제약 사항 때문에 지상 통신망 실험 대비 오랜 시간과 많은 비용을 필요로 한다. 예를 들어, 이번 부산 실험에서도 태풍으로 인해 통신 장비 설치, 운용 등에 어려움이 있었다.

 

또한, 수중 통신에 활용되는 장비들은 완벽한 방수 처리가 필요해 기기별로 별도의 방수 설계가 필요하다.

 

■ 분산형 수중 관측•제어망 개발 배경은?
수중 통신망은 해양오염 및 환경 감시, 해양방위, 해양기후 관측, 쓰나미 및 지진 등의 해양재해 감시, 해양플랜트 감시 등 다양한 목적으로 중요성이 커져가고 있다.

 

기존 수중 통신망은 무전기와 같은 1:1 통신이나 센서 통신 기술에 국한해 연구되어 왔는데, 육상의 셀룰러 통신망과 같이 기지국 기반 수중 통신망을 개발하게 되면 통신 효율을 크게 높일 수 있을 뿐만 아니라 비용도 절감할 수 있다.

 

■ 수중 기지국 최초 개발의 의미는 무엇인가?
최근 수중환경을 실시간∙장시간 모니터링하는 것이 점점 중요해지고 있다. 이와 더불어 수중 사물인터넷(IoUT) 시장도 커져가고 있다. 미래에는 수중에서도 육상과 같이 기지국 기반의 중앙 집중형 통신망이 필요할 것으로 예상된다.

 

중앙 집중형 통신망이 구축되면 저가형, 소형 수중 센서로도 효율적인 데이터 수집이 가능해진다. 또, 수중 기지국을 통해 수중 센서를 효율적으로 관리할 수도 있다.

 

한국이 이러한 장점이 있는 수중 기지국을 최초 개발한 것은 향후 글로벌 수중 통신망 시장을 한국이 선도할 수 있는 가능성을 높였다는 데 의의가 있다.