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공공안전 서비스 기술 동향

통신 네트워킹 기술 및 차세대 통합무선 재난통신 개념 등 소개 신동훈 기자l승인2016.09.05 10:09:10l수정2016.09.05 10:35

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박세환 Ph.D. 한국과학기술정보연구원 ReSEAT프로그램 전문연구위원

키워드 : 자연재해/긴급 재난, 공공재난경보시스템(PWS), 위성통신 인프라, 통합무선 재난통신, 재난안전통신망, 내진기술, 사고처리 매뉴얼, 위성간 무선연동

개요

대형 사고나 자연재해 등 긴급 재난이 발생했을 때 통신기능은 질서유지, 개인의 생명과 재산 보호 등 중요한 역할을 한다. 그러나 통신 네트워크가 붕괴되거나 일시적으로 교착상태(deadlock)에 빠지게 되면 위험상황에 대한 경보를 전달할 수 없어 더 큰 혼란과 위험에 빠질 수 있다.

특히 일상생활 깊숙이 대중화돼 있는 지상의 유무선 통신 네트워크(이동통신망 등)에 문제가 발생했을 때에는 즉각적으로 위성통신을 이용해 위험상황에 대한 경보를 전달할 수 있는 공공 재난경보 시스템(PWS : Public Warning System)이 필요하다.

PWS는 대형 사고나 자연재해 등 긴급 재난이 발생했을 때 경고상황을 감지해 이동통신용 기지국이나 위성통신용 위성지구국에 실시간으로 경고를 제공하는 경고 메시지 통지(warning notification) 시스템이다.

즉, PWS를 통해 지상의 이동통신용 기지국이나 위성통신용 위성지구국에 실시간으로 경보를 전달할 수 있어야 한다. PWS의 단계적 기능을 <표1>에 나타낸다.

▲ [표 1] PWS 단계적 기능

대규모 재해가 발생했을 때 피해가 예상되는 지역의 주민들에게 신속하게 재해상황을 전달하고 대처정보를 전달함으로써 인명피해와 재산 손실을 최소화할 수 있을 것이다. 과거 아날로그 시대에 사이렌, 라디오, TV 등을 통한 비상상황을 전달방식은 실시간성 정보전달이 어려워 재난대처 방안을 효과적으로 전달하지 못하는 단점이 있었다.

이에 각국에서는 국토 전 영역에 설치돼 있는 이동통신 및 위성통신 인프라를 활용해 재난상황을 전 국민에게 신속하게 알리는 PWS에 관심이 모아지고 있다.

이 연구에서는 공공안전 재난구조 서비스를 위한 통신 네트워킹 기술과 TTA를 중심으로 진행되고 있는 차세대 통합무선 재난통신의 개념과 국내 재난안전통신망 현황 중심의 공공안전과 재난통신 이슈, 한국전자통신연구원의 초소형기지국(VSAT)/ETSI의 TETRA/Motorola의 iDEN 등의 국내외 재난통신 및 재난경보 시스템 개발사례, 재난재해 대응기술 관련 특허출원률 등에 대해 설명한다.

공공안전과 재난통신 이슈

개요 = 공공안전 재난구조(PPDR : Public Protection and Disaster Relief) 서비스를 제공하기 위해 사용되는 연동 융합된 형태의 통신 네트워킹 기술을 의미한다. 즉 사고지역 망(IAN : Incident Area Network, 2km범위 이내로 긴급구성이 가능한 근거리 통신망(LAN)), 관할지역 망(JAN : Jurisdiction Area Network, 20km범위 이내의 행정구역 단위의 도시 통신망(MAN)), 확장지역 망(EAN : Extended Area Network, 지방정부 또는 중앙정부까지 연결할 수 있는 20km 이상의 광역통신망(WAN)) 등의 위성 및 무선통신 기술이 연동 또는 융합된 형태의 정부와 정부간 공공재난 통신을 위한 유비쿼터스 환경을 제공하기 위한 시스템 기술로 정의할 수 있다.

세부적으로는 PP통신과 DR통신으로 PP통신은 대형 사고나 자연재해 등 긴급 재난이 발생했을 때 국민의 생명과 재산을 보호하고 질서유지를 위해 필요한 통신이고 DR통신은 각종사고, 자연재해에 의해 사회의 여러 기능과 인프라가 붕괴되었을 때 필요한 통신이다.

재난통신의 개념 및 역할 = 국내 표준화단체인 한국정보통신기술협회를 중심으로 진행되고 있는 차세대 통합무선 재난통신의 개념도를 [그림1]에 나타낸다.

▲ [그림 1] 차세대 통합무선 재난통신의 개념도

이러한 차세대 통합무선 재난통신 시스템을 통해 재난을 당한 사용자가 사용주파수 대역에 구애됨 없이 사용할 수 있는 광대역 무선 공공재난 통신기술로서 공공안전 재난구조 서비스(개인 또는 공중의 생명, 건강 또는 안전, 재산, 환경 등에 대한 직접적인 위험뿐만 아니라 국가 관련 기관에 의해 위험하다고 판단되는 상황에 대해 빠르고 즉각적인 지원이 제공되는 서비스를 의미한다. 공공재난통신으로 약칭하기도 함)를 제공하고자 한다.

국내 재난안전통신망 현황 = 미래창조과학부가 발표한 2016년 6월 기준 무선가입자 통계에 따르면 국내 이동통신 가입자수는 6081만2207명(이동전화 6010만9029명+와이브로 70만3178명)을 기록하고 있다.

재난통신망 이용기관별 단말기수요 현황을 보면 경찰이 12만7295개로 가장 많이 보유하고 있으며 소방 3만2995개로 2위, 해양경찰과 지자체가 각각 1만8150개로 3위를 기록하고 있다.

이 수치를 보면 재난통신망 이용기관은 주로 경찰, 소방 및 해양경찰이 주로 이용하고 있음을 알 수 있다. 여기에서 전기(2707개)와 가스(92개) 부문의 수요가 매우 취약하게 나타나 있다.

그러나 이 부문에서 안전사고가 끊임없이 발생하고 있어 이 분야에 대한 재난통신망 이용률을 향상시킬 수 있는 정책적 방안이 필요하다. 재난통신망 이용기관별 단말기수요 현황을 <표2>에 나타낸다.

▲ [표 2] <자료 : 재난안전통신망 구축사업 공청회 자료종합(국민안전처, 2015. 2. 24)/재구성>

재난통신 및 재난경보 시스템 개발 이슈

국내사례 = 최근 한국전자통신연구원에서는 넷커스터마이즈와 공동으로 지상통신망 붕괴시 이를 대체할 수 있는 위성통신의 핵심모뎀 기술을 개발한바 있다. 이 기술은 20Mbps급 초소형기지국(VSAT)과 단말기가 통합된 위성시스템이다.

한국전자통신연구원은 통신모뎀과 접속절차 핵심기술을 개발하고 넷커스터마이즈는 상용급 초소형기지국(VSAT) 시스템 제품을 개발했다.

ETRI 연구진은 넷커스터마이즈와 공동으로 2016년 4월7일부터 10일까지 20~30㎓ 대역의 주파수로 위성통신에 사용되는 Ka 대역 천리안 위성을 이용해 캠코더 영상 및 CCTV 등 영상전송 시험과 인터넷 전화, 인터넷 접속 등 다양한 위성전송 시험을 통해 기술을 검증한바 있다.

ERTI의 VSAT 시스템을 이용한 재난통신 시스템을 [그림2]에 나타낸다.

▲ [그림 2] ERTI의 VSAT 시스템을 이용한 재난통신 시스템

이 시스템은 날씨에 따라 전송방식과 전송속도를 변경할 수 있어 위성통신의 효율성과 안전성을 향상시킨 것으로 평가받고 있다.

이 시스템은 날씨가 좋을 때, 구름이 끼었을 때, 비가 올 때 등 기상상황에 따라 전송속도와 전송방식을 바꿀 수 있다. 또 위성통신 신호가 끊김 없이 안정적으로 서비스할 수 있으며 Ka대역(20~30㎓ 대역)에서도 날씨와 상관없이 연간 위성서비스 가용률을 99.9% 이상 향상시킬 수 있다.

특히 전송속도 면에서 1세대 위성통신의 최대 전송속도인 4Mbps를 20Mbps 급으로 업그레이드 시켰다. 이 전송속도는 10MB 용량의 동영상을 4초에 전송할 수 있는 속도다. 아울러 통신방식으로 시분할 다중접속(TDMA) 방식을 이용함으로써 한 가지 전송방식 밖에 없던 1세대 위성통신 규격(DVB-RCS)과 달리 기상상황에 따라 전송속도와 전송방식을 적절히 변경할 수 있게 설계됐다. 이에 따라 국내 차세대 VSAT 시장에서 위성통신 시스템의 국산화 인프라를 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

국외사례 : 테트라(TETRA) = 테트라(TETRA, Terrestrial Trucked Radio)는 ETSI(European Telecommunications Standards Institute : 유럽통신표준기구)에서 개발한 표준기술로서 다수의 가입자가 일정한 주파수를 공유해 상대방과 다양한 형태의 통신을 할 수 있는 기술이다.

이 기술은 기존에 구성된 통신 인프라를 활용할 수 있어 단기간 내에 공공안전 무선통신망을 구축할 수 있는 장점이 있다. 반면 느린 전송속도로 인해 멀티미디어 신호 전송에 어려움이 있으며 개발 기업의 기술독점으로 인해 호환성이 결여돼 있는 단점이 있다.

국외사례 : 아이덴(iDEN) = 아이덴(iDEN, Integrated Digital Enhanced Network) 기술은 미국 모토토라가 개발한 재난통신 표준기술로서 무전통화, 디지털 휴대전화, 패킷데이터 기능을 단일 통신 네트워크에 결합시켜 구현한 것이다.

이 기술은 평상시에는 업무용으로 사용하다가 비상상황 발생시 공공안전 통신망으로 활용할 수 있지만 낮은 개방성과 네트워크 확장성이 낮은 제약조건이 있으며 단말기간의 직접 통화시간이 다소 긴 한계점이 있다.

국외사례 : 기타 = 기타 위성통신기술(위성통신 기술은 군사용, 재난용, 원격교육용, 의료용 및 인터넷 서비스(도서지역이나 인프라 취약지역 등) 등 공공성과 광대역 통신서비스의 보편화를 추구할 수 있는 큰 의미가 있음)을 이용한 날씨 적응형 재난통신 기술로서 미국의 아이다이렉트(iDirect)와 유럽의 뉴텍(Newtec) 등이 글로벌 기술시장에 진출하고 있다. 특히 이들 기업들은 기술이전 대신 시스템(솔루션)을 직접 판매하려 하고 있어 국내 위성 산업체는 신규 위성통신 글로벌 시장진입에 어려움을 겪고 있다.

재난재해 대응 특허출원 이슈

2011년 3월11일 일본 동북부 부근 해저에서 리히터 규모 9.0의 강진과 해저지진이 발생했다. 이러 인해 수많은 인명과 재산피해가 발생했으며 발생한지 6년5개월이 지난 현재까지도 그때의 악몽과 같은 상처가 치유되지 못하고 있다.

한국의 경우 1997~2007년 사이 연평균 41회의 지진이 발생한 것으로 나타났다. 초고층건물 등의 대형구조물들이 급속도로 증가하면서 빈번한 지진 발생에 대응하기 위한 특허출원이 2006년 44건에서 연평균 24%의 증가세를 지속해 2010년에는 105건을 기록했다.

특히 특허 해저지진 경보 및 관측기술, 해저지진으로부터 구조물을 보호하는 기술 등 해저지진 관련 출원도 최근 5년간 총 31건이 출원됐다. 2006~2010년 동안 국내 내진기술(구조물이 지진하중에 대해 견딜 수 있도록 하는 기술) 관련 특허출원을 세부기술 분야별로 보면 내진기술 179건(52%), 면진(免震)기술 129건(37%), 제진(制震)기술 39건(11%)으로 나타났으며 내진에 대한 출원이 50% 이상을 차지하고 있어 지진과 해저지진에 대한 안전대책을 소홀히 할 수 없는 상황임을 시사하고 있다. 내진기술 관련 세부기술 분야별 특허출원 점유율을 <표3>에 나타낸다.

▲ [표 3] 내진기술 관련 세부기술 분야별 특허출원 점유율

2006~2010년 동안 국내 내진기술 관련 메이저 특허 출원인으로는 포항산업과학연구원이 17건으로 가장 많으며 한국건설기술연구원이 14건으로 2위를 차지했다. 한편 지진이 매우 자주 발생하는 일본의 경우 2004~2008년 동안 내진기술 관련 특허출원이 연평균 360건 넘게 출원되고 있다.

특히 해저지진 관련 기술은 동일 기간 동안 총 86건이 출원돼 지진재해에 대비하기 위한 기술개발에 꾸준한 투자가 이뤄지고 있음을 알 수 있다.

결언

근래 들어 육상과 해양에서 자연재해와 인위적인 실수로 인한 재해가 빈번하게 발생하면서 전 세계적으로 재난재해 경보시스템에 대한 기술개발과 아울로 대응시스템(사고처리 매뉴얼, 가이드라인 등) 개발에 행정력을 집중하고 있다.

특히 대형 재난재해는 치명적인 인명피해를 불러올 수 있어 이에 대한 대응책 마련은 무엇보다 중요하다.

이에 보다 안정적인(신뢰성이 있는) 공공안전 통신망을 구축하기 위해서는 생존·신뢰성(정전과 같은 비상상황에서도 통신이 가능해야 하며 장애발생 시 신속히 복구할 수 있어야 함), 재난 대응성(다양한 재난상황에서도 대응이 가능해 재난발생 시에도 원활한 통신이 가능해야 함), 보안성(도청 및 감청으로 인한 정보유출이 공공안전 관리에 저해요소가 될 수 있으므로 승인된 사용자에게만 정보를 전달해야 함), 상호운용성 및 운영효율성(같은 기종은 물론 서로 다른 기종간에도 상호연동이 돼 통신이 가능해야 하며 넓은 영역에서 최소 비용으로 최대의 효과를 얻을 수 있도록 효율적인 운영이 필요함) 등과 같은 필요조건들을 수용할 수 있어야 한다.

ETRI 연구진이 개발한 초소형기지국(VSAT)을 이용한 재난통신 시스템은 향후 관련기관 및 통신사, 위성통신 장비 제조업체 등에 파급돼 위성통신 국산화를 통해 국내 재난안전망 구죽에 기여할 수 있을 것으로 전망된다.

아울러 해외의존도가 높은 국내 위성 초소형기지국(VSAT) 시장에서 위성통신 시스템 전체를 100% 국산화할 수 있는 인프라를 확보할 수 있을 것이다. 향후에는 위성 간 무선연동 및 단말 대 단말 간 통신기능 보완, 주파수대역 효율화, 대역확산 기술 등에 대한 후속 연구가 필요하다.

공공안전(Public Safety) 통신 네트워크(법과 질서유지, 개인의 생명과 재산보호와 긴급한 상황을 책임지는 기관에서 사용하는 전파통신 네트워크를 의미함)는 국민의 생명과 재산을 보호하기 위해 반드시 필요한 기본적인 인프라다.

그러나 현재의 공공안전 통신망은 상용 이동통신망에 비해 기술이나 서비스 수준이 매우 뒤떨어지는 수준이다. 따라서 기존 음성 및 저속 데이터 서비스 위주의 방식에서 벗어나 LTE급의 기술도입을 통한 획기적인 개선이 필요하다.

이를 위해 기술 발굴 및 상용화, 신뢰성 확보, 표준화가 필요하다. 아울러 경제적 타당성을 증대시킬 수 있는 중장기 계획수립이 이뤄져야 한다. 이를 통해 국내 공공안전 통신기술력의 글로벌 시장진출을 위한 기반을 마련할 필요가 있다.

한국의 내진기술과 해저지진 관련 기술에 대한 연구개발은 특허출원현황(2006~2010년 동안 총 347건)으로 보면 일본(2004~2008년 동안 내진기술 360건 이상, 해저지진기술 86건)에 비하면 턱없이 부족한 수준이다.

일본 대지진 발생의 영향과 대형구조물의 건설이 빠르게 증가하고 있어 내진기술에 대한 연구개발과 아울러 특허출원도 증가할 것으로 예상된다. 신속한 실시간성 재난경보의 중요성은 곧 관련 기술개발로 이어져 대형 사고나 자연재해 등 긴급 재난 발생시 질서유지 및 개인의 생명과 재산보호 등 중요한 역할을 수행하는 위한 통신기능도 발전할 것으로 기대하고 있다.

◈ 참고문헌

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☞ ‘차세대 통합무선 재난통신’, 정보통신 중점기술 표준화로드맵 Ver. 2010, 한국정보통신기술협회, 2010.

☞ www.tta.or.kr/data/reportDown.jsp?news_num=2673

☞ 2016년 6월 유무선 통신서비스 가입자 통계(미래창조과학부, 2016. 8).

☞ 김사혁, ‘재난안전통신망 구축 주요 논쟁 이슈에 대한 소고, 초점, 제27권 17호, 정보통신정책연구원, 2015. 9. 16.

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☞ 이상윤, ‘해외 광대역 PPDR 동향과 도입을 위한 고려사항’, 정보통신정책, 제25권 20호, 정보통신정책연구원, 2013. 11.

☞ ‘지진과 쓰나미의 공포, 특허가 잠재운다’, 뉴스와이어, 2011. 3. 28.

신동훈 기자  sharksin@cctvnews.co.kr
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