드론무선통신 기법 및 장단점

이동형 드론 플랫폼 출처 :국토메일

본 블로그에서는  최근 각광받고 있는 무인 항공기 (UAV , Unmanned Aerial Vehicle) 시스템인 드론(Drone)에 관하여 살펴본다. 드론은 군사적 목적으로 시작하였지만 현재는 오픈소스 드론의 영향으로 방송촬영, 통신중계, 농업, 정찰, 배송, 레저 등의 산업 및 민간 분야로 시장을 급속도로 넓혀나가고 있다. 드론은 그 자체만으로도 전도유망한 분야이지만 기존 서비스와의 창조적 융합을 통해 새로운 블루오션 마켓의 발생 또한 매우 기대된다. 드론에 관련된 다양한 기술, 연구, 이슈 등 많은 주제 중 본고에서는 특히 드론 시스템의 무선통신 시스템을 살펴보도록 한다. 또한 드론 제어 전용 주파수할당 현황 관련 이슈를 소개한다.  드론이 주어진 임무를 성공적으로 완수하기 위해서는 드론 자체와 지상 관제 시스템의 중요성도 크지만, 무선 통신 시스템의 역할이 매우 중요하다. 무선 통신을 통해 원격 조종기나 지상 관제 시스템이 드론을 제어하고 통제하는 명령을 내릴 수 있기 때문이다. 따라서 드론 무선 통신에 대한 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있으며, 이 글에서는 드론 무선 통신의 이슈와 관련 연구들을 살펴본다.

드론 무선통신 기법

드론의 미션을 수행하기 위해서는  원격조정 및 자동조정등이 필요하다. 이에 필요한 무선통신 기술은 몇 가지로 분류된다.
드론 무선통신에 사용되는 대표적인 블루투스, 셀룰러시스템, 와이파이, 및 위성통신에 대하여 간략히 알아보도록 한다.

1. 블루투스 

블루투스는 짧은 거리의 무선 통신에 주로 사용되는 기술입니다. 드론 분야에서는 주로 작은 크기의 드론이나 실내에서 사용되는 드론에 활용됩니다. 블루투스 기반의 드론은 일반적으로 100m 이내의 비교적 짧은 거리에서만 제어가 가능합니다.
블루투스를 이용한 드론 제어의 장점과 단점을 살펴보면 다음과 같습니다.

장점:
저전력 소모: 블루투스는 저전력 기술로 설계되었기 때문에, 드론의 배터리 수명에 큰 영향을 주지 않습니다.
셋업이 쉽다: 블루투스 기기 간의 페어링은 매우 간단하며, 스마트폰과 같은 일반적인 기기와의 연결도 용이합니다.
효율적 비용: 블루투스 모듈은 상대적으로 저렴하며, ISM 대역을 사용하기 때문에 추가적인 라이선스 비용이 발생하지 않습니다.

단점:
제한된 거리: 블루투스는 일반적으로 약 100m의 거리까지만 통신이 가능합니다. 따라서 블루투스를 이용한 드론은 비교적 가까운 거리에서만 제어할 수 있습니다.
데이터 전송 속도 제한: 블루투스는 데이터 전송 속도가 비교적 제한적입니다. 따라서 고해상도의 실시간 비디오 스트리밍 등 대용량 데이터를 전송하는 데는 다소 제한적일 수 있습니다.
간섭 문제: 2.4GHz 주파수 대역은 Wi-Fi, 마이크로파 오븐, 일부 무선 전화 등 다른 많은 기기들과 공유하고 있어, 간섭 문제가 발생할 수 있습니다.

2. 셀룰러 시스템

셀룰러 시스템은 휴대폰에서 사용되는 기술로, 이동통신사의 기지국을 통해 데이터를 전송합니다. LTE나 5G와 같은 셀룰러 네트워크를 활용한 드론은 장거리 통신이 가능하며, 실시간 영상 전송 등 데이터를 많이 요구하는 작업에 적합합니다.
셀룰러 시스템을 이용한 드론 제어의 장점과 단점은 다음과 같습니다.

장점:
넓은 범위의 통신: 셀룰러 시스템은 이동통신사의 기지국 네트워크를 활용하므로, 기지국이 커버하는 범위 내에서는 거리에 상관없이 드론을 제어할 수 있습니다.
고속 데이터 전송: LTE나 5G와 같은 고속 셀룰러 네트워크를 활용하면, 고해상도 영상을 실시간으로 전송하는 등의 대용량 데이터 전송이 가능합니다.
실시간 제어: 셀룰러 시스템을 통한 빠른 데이터 전송 능력으로 인해, 드론을 실시간으로 제어하고 상황에 따라 즉시 대응하는 것이 가능합니다.

 

단점:
네트워크 가용성: 셀룰러 시스템은 기지국의 커버리지에 따라 가용성이 결정됩니다. 즉, 기지국의 신호가 약한 지역이나 기지국이 전혀 없는 지역에서는 사용이 어려울 수 있습니다.
추가 데이터 요금: 셀룰러 시스템을 사용하려면 이동통신사와의 데이터 요금 계약이 필요하며, 이에 따른 추가 비용이 발생할 수 있습니다.
Latency(통신지연): 셀룰러 네트워크의 Latency는 Wi-Fi나 블루투스에 비해 높을 수 있습니다. 이는 실시간 제어에 영향을 줄 수 있습니다.

3. Wi-Fi

Wi-Fi는 중간 거리의 무선 통신에 주로 사용되는 기술로, 일반적으로 100m에서 200m 거리까지 통신이 가능합니다. Wi-Fi 기반의 드론은 실내외에서 사용할 수 있으며, 영상 전송 등의 데이터 통신에 활용됩니다.
Wi-Fi를 이용한 드론 제어의 장점과 단점을 살펴보면 다음과 같습니다.

장점:
비교적 빠른 데이터 전송 속도: Wi-Fi는 블루투스보다 빠른 데이터 전송 속도를 제공하므로, 실시간 영상 전송 등의 데이터 통신에 적합합니다.
적당한 커버리지: Wi-Fi는 짧은 거리의 블루투스와 달리 100m에서 200m까지의 범위를 커버할 수 있어, 중간 거리의 드론 제어에 적합합니다.
접근성: 대부분의 스마트폰이나 태블릿 등의 기기가 Wi-Fi를 지원하므로, 이러한 기기를 이용한 드론 제어가 가능합니다

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단점:
간섭 문제: Wi-Fi는 2.4 GHz 또는 5 GHz 주파수 대역을 사용하는데, 이 주파수 대역은 블루투스나 다른 Wi-Fi 네트워크, 마이크로파 오븐 등과 공유하므로 간섭 문제가 발생할 수 있습니다.
범위 제한: Wi-Fi의 범위는 일반적으로 100m에서 200m까지로 제한되므로, 장거리의 드론 제어에는 적합하지 않습니다.
전력 소모: Wi-Fi는 블루투스보다 많은 전력을 소모하므로, 드론의 배터리 수명에 영향을 줄 수 있습니다.


4. 위성통신

위성통신은 GPS와 같은 글로벌 내비게이션 위성 시스템을 활용하여 드론의 위치 정보를 얻는 데 사용됩니다. 이를 통해 드론은 정확한 위치 정보를 얻어 자율 비행이 가능하게 됩니다. 또한, 위성을 활용한 통신 시스템을 통해 대규모 지역을 커버하거나 해저와 같이 일반적인 통신이 어려운 지역에서도 통신이 가능합니다.
위성통신을 활용한 드론 제어의 장점과 단점은 다음과 같습니다.

 

장점
넓은 커버리지: 위성통신은 전 세계 어디서든 사용할 수 있으므로, 지리적 제한 없이 드론을 제어할 수 있습니다.
정확한 위치 정보: GPS와 같은 위성 네비게이션 시스템을 통해 드론은 정확한 위치 정보를 얻을 수 있습니다. 이는 자율 비행과 같은 고급 기능에 필수적입니다.
장거리 통신 가능: 위성통신은 지구상 어디서든 통신이 가능하므로, 장거리 비행이 필요한 드론에 적합합니다.

단점

고비용: 위성통신은 일반적으로 비용이 많이 드는 편입니다. 위성통신 장비의 가격과 서비스 이용료 등이 추가될 수 있습니다.
Latency(지연): 위성과 지구 사이의 거리로 인해 발생하는 시간 지연이 있을 수 있습니다. 이로 인해 실시간 제어에 어려움이 생길 수 있습니다.
날씨 영향: 나쁜 날씨 조건은 위성 신호를 약화시키거나 방해할 수 있습니다. 이는 통신의 신뢰성을 저하시킬 수 있습니다.

마무리하며 

각 통신 방식은 독특한 장단점을 가지고 있어, 용도에 따라 적합한 통신 방식을 선택하는 것이 중요합니다.
블루투스는 저전력 소모와 쉬운 셋업, 비용 효율성을 자랑하지만 제한된 거리와 데이터 전송 속도, 그리고 간섭 문제로 인해 제한적인 경우에 사용됩니다. 셀룰러 시스템은 넓은 범위의 통신과 고속 데이터 전송, 실시간 제어 가능성을 제공하지만 네트워크 가용성, 데이터 요금, 그리고 Latency 등의 이슈를 갖고 있습니다. Wi-Fi는 빠른 데이터 전송 속도와 적당한 커버리지, 그리고 접근성을 제공하지만 간섭 문제, 범위 제한, 그리고 전력 소모 등의 단점을 가지고 있습니다. 마지막으로 위성통신은 전 세계 범위의 통신과 정확한 위치 정보 제공, 그리고 장거리 통신 가능성을 제공하지만 비용, Latency, 그리고 날씨 영향 등의 문제가 있습니다.

드론을 어떤 용도로, 어떤 환경에서 사용하느냐에 따라 적절한 통신 방식을 선택하는 것이 중요합니다. 이를 통해 최적의 드론 운용 성능을 달성할 수 있을 것입니다. 효율적인 드론 운영을 위해 각 무선통신 기술의 특성을 잘 이해하고 적절히 활용하는 것이 중요합니다.