현장 드론 관제를 위한 고신뢰 통신망 구축 전략
1. 서론: 현장 드론 관제 통신의 현주소와 기술적 난제 분석
1.1 핵심 문제 정의
현대 산업 현장에서 드론의 역할이 확대됨에 따라, 드론 관제 통신은 단순한 원격 조종을 위한 연결성(Connectivity) 확보를 넘어, 임무 수행의 성공을 보장하는 예측 가능성(Predictability)과 신뢰성(Reliability) 확보가 핵심 과제로 부상하였다. 현재 현장에서 보편적으로 사용되는 2.4GHz/5GHz ISM(Industrial, Scientific, and Medical) 대역과 상용 LTE(Long-Term Evolution) 망은 각각 명확한 기술적 한계를 노출하고 있다. 본 서론에서는 이 두 가지 통신 방식의 근본적인 한계를 심층적으로 분석하여, 이후 제시될 다양한 해결책의 기술적 당위성을 확립하고자 한다. 문제의 본질은 특정 기술의 우열을 가리는 것이 아니라, 드론 운용자가 통신 환경에 대한 ’통제권’을 얼마나 확보할 수 있는가에 있다.
1.2 /5GHz ISM 대역의 본질적 한계
1.2.1 대역폭 및 거리 제약
2.4GHz 및 5GHz 대역은 전파법상 별도의 허가나 라이선스 없이 사용할 수 있는 비면허 대역으로, 초기 도입 비용이 낮고 접근성이 뛰어나다는 장점이 있다. 그러나 이는 곧 해당 주파수 대역이 극심한 간섭 환경에 노출되어 있음을 의미한다.1 특히 도심이나 대규모 산업 현장에서는 수많은 Wi-Fi 액세스 포인트(AP), 블루투스 기기, IoT 센서, 심지어 다른 드론까지 동일한 주파수 자원을 공유하기 위해 경쟁한다. 이러한 공유 환경은 통신 채널의 품질을 예측 불가능하게 만들며, 데이터 전송률의 급격한 저하와 통신 두절을 야기한다.
DJI와 같은 상용 드론 제조사가 제시하는 최대 전송 거리(예: 2.4GHz에서 140m, 5.8GHz에서 90m)는 장애물과 전파 간섭이 전혀 없는 이상적인 ‘가시거리(Line-of-Sight, LoS)’ 환경을 가정한 수치이다.3 실제 건물, 수풀, 지형지물 등의 장애물이 존재하는 비가시거리(Non-Line-of-Sight, NLoS) 환경에서는 유효 통신 거리가 수십 미터 수준으로 급격히 감소한다. 이는 광범위한 지역을 감시하거나 장거리 물품을 배송해야 하는 산업용 드론의 운용 범위를 심각하게 제약하는 요인으로 작용한다.
1.2.2 신뢰성 부족
ISM 대역을 사용하는 Wi-Fi 기반 통신은 본질적으로 ‘최선형 전송(Best-Effort)’ 방식으로 동작한다. 이는 네트워크가 데이터 패킷을 전송하기 위해 최선을 다하지만, 전송 성공 여부나 전송 시간, 순서를 보장하지는 않음을 의미한다. 즉, 서비스 품질(Quality of Service, QoS) 보장 기능이 없다. 이러한 특성은 실시간 제어 신호나 고화질 영상 스트리밍과 같이 지연과 손실에 민감한 드론 애플리케이션에 치명적이다.
다수의 드론을 동시에 제어해야 하는 군집 비행이나, 실시간으로 Roll, Pitch, Yaw 값을 전송하여 기체의 자세를 정밀하게 제어해야 하는 상황에서 패킷 손실(Packet Loss)이나 지연 시간 변동(Jitter)이 발생하면, 조종사의 의도와 드론의 실제 움직임 사이에 오차가 발생하여 제어 불능 상태에 빠지거나 충돌 사고로 이어질 수 있다.4 결국 ISM 대역은 낮은 비용과 편의성에도 불구하고, 산업 현장에서 요구하는 미션 크리티컬(Mission-Critical) 수준의 신뢰성을 제공하기에는 근본적인 한계를 가진다.
1.3 상용 LTE망의 양면성: 가능성과 새로운 과제
1.3.1 장점 - 광대한 커버리지
상용 이동통신망인 LTE는 전국에 걸쳐 촘촘하게 구축된 인프라를 바탕으로, 이론적으로는 통신 거리의 제약이 없는 드론 운용을 가능하게 한다.5 이는 비가시권(Beyond Visual Line of Sight, BVLOS) 비행의 핵심 전제조건으로, 드론의 활용 범위를 국지적인 영역에서 광역으로 확장시키는 결정적인 역할을 한다. 실제로 국내 연구에서는 대전에 위치한 조종자가 약 180km 떨어진 강원도 인제의 드론을 평균 50ms 수준의 비교적 낮은 지연 시간으로 실시간 제어하고, 영상과 모션 데이터를 전송받는 데 성공한 사례가 있다.7 이는 상용 LTE망이 장거리 드론 관제를 위한 충분한 잠재력을 가지고 있음을 명확히 보여준다.
1.3.2 단점 1 - 공용 인터넷 경유의 위험성
상용 LTE망을 이용하는 데이터는 드론의 모뎀에서 출발하여 기지국, 통신사의 코어망, 그리고 최종적으로 공용 인터넷을 거쳐 지상관제국(Ground Control Station, GCS)에 도달한다. 이 복잡한 경로상의 모든 구간은 수많은 일반 사용자의 데이터 트래픽과 공유된다. 따라서 네트워크 혼잡도, 라우팅 경로의 비효율성, 중간 경유 서버의 성능 저하 등 운용자가 전혀 통제할 수 없는 외부 요인에 의해 통신 품질이 실시간으로 변동한다.10
이러한 예측 불가능성은 실시간 제어가 필수적인 드론 운용에 치명적인 ‘지터(Jitter)’, 즉 패킷 도착 시간의 불규칙성을 야기한다.10 일관된 지연 시간보다 높은 지터는 제어 시스템의 안정성을 해치고, 최악의 경우 데이터 패킷이 순서 없이 도착하거나 유실되어 심각한 오작동을 초래할 수 있다. 특히 드론은 지상 사용자와 달리 고도 상승에 따라 다수의 기지국에 동시에 노출되는 3차원 이동체라는 특성을 가진다. 이로 인해 기지국 간 ’핸드오버(Handover)’가 지상보다 훨씬 빈번하게 발생하며, 이 과정에서 수십 밀리초(ms) 수준의 추가적인 전송 지연이 발생할 수 있음이 실증 연구를 통해 확인되었다.8 이는 상용 LTE망이 지상의 2차원 사용자 환경에 최적화되어 설계되었으며, 공중을 비행하는 드론 환경에는 완벽하게 부합하지 않음을 시사한다. 드론의 3차원 이동성은 지상 통신망의 설계를 근본적으로 위협하는 새로운 변수인 것이다.
1.3.3 단점 2 - CGNAT(Carrier-Grade NAT) 장벽
현재 국내 이동통신 3사는 심각한 IPv4 주소 고갈 문제에 대응하기 위해 CGNAT(Carrier-Grade Network Address Translation) 기술을 전면적으로 도입하여 사용하고 있다.12 CGNAT는 하나의 공인 IP 주소를 다수의 가입자가 공유하도록 하는 대규모 네트워크 주소 변환 기술이다. 이 기술의 적용으로, 드론에 장착된 LTE 모뎀에는 인터넷에서 직접 접근할 수 있는 공인 IP 주소가 아닌, 통신사 내부 네트워크에서만 유효한 사설 IP 주소(일반적으로 RFC6598에 정의된 100.64.0.0/10 대역)가 할당된다.
이것이 GCS와 드론 간의 안정적인 양방향 통신 채널 구축을 원천적으로 불가능하게 만드는 핵심적인 장벽이다. GCS가 드론의 상태를 확인하거나 명령을 보내기 위해 드론의 IP 주소로 직접 접속(Inbound Connection)을 시도해도, CGNAT 게이트웨이에서 해당 요청을 전달할 내부 경로를 찾지 못하고 차단해버리기 때문이다. 이는 마치 발신자 정보가 없는 편지를 보내는 것과 같아서, 드론이 GCS로 데이터를 보내는 단방향 통신은 가능하지만, GCS가 먼저 드론에게 말을 거는 양방향 통신은 불가능하게 만든다. 이 문제를 해결하지 않고서는 신뢰성 있는 원격 관제 시스템을 구축할 수 없다.
결론적으로, 현장 드론 관제 통신이 직면한 문제는 단순히 Wi-Fi와 LTE 중 어느 것이 더 나은가를 선택하는 차원의 문제가 아니다. 두 기술 모두 ’공용 자원’이라는 태생적 한계에서 비롯된 ’예측 불가능성’과 ’통제 불가능성’이라는 근본적인 과제를 안고 있다. ISM 대역은 주파수 자원의 공용화로 인한 간섭 문제이며, 상용 LTE는 네트워크 인프라의 공용화로 인한 지연 및 IP 주소 문제이다. 따라서 진정한 해결책은 단순히 다른 통신 기술로 전환하는 것이 아니라, ’어떻게 통제 가능한 전용 네트워크 환경을 확보할 것인가’라는 문제로 귀결된다. 본 안내서는 이 문제에 대한 단계별, 상황별 해법을 심도 있게 제시할 것이다.
2. 상용 LTE망의 한계 극복을 위한 즉시 적용 가능 해결책
상용 LTE망이 가진 광대한 커버리지는 포기할 수 없는 장점이다. 따라서 전용망 구축과 같은 대규모 투자가 선행되기 전에, 현재의 상용망 인프라 위에서 CGNAT와 신뢰성 문제를 해결할 수 있는 즉각적인 방안을 모색하는 것이 현실적인 접근법이다. 제1부에서는 VPN, 고정 IP 서비스, 다중 경로 전송 기술 등 현장에서 즉시 적용하여 통신 채널의 가용성과 안정성을 획기적으로 개선할 수 있는 구체적인 기술적 해결책을 제시한다.
2.1 장: CGNAT 환경에서의 통신 채널 확보 전략: VPN 및 고정 IP
CGNAT 환경의 핵심 문제는 외부(GCS)에서 내부(드론)로의 직접적인 인바운드 연결이 차단된다는 점이다. 이를 해결하기 위한 전략의 핵심은 연결의 시작 방향을 역전시키는 것, 즉 드론이 먼저 외부의 특정 지점으로 아웃바운드 연결을 생성하고, GCS는 이 생성된 통로를 통해 드론과 통신하는 것이다. VPN과 고정 IP 서비스는 이러한 원리를 각기 다른 방식으로 구현한 대표적인 해결책이다.
2.1.1 CGNAT 우회 메커니즘 분석
VPN(Virtual Private Network) 터널링은 CGNAT 문제를 해결하는 가장 보편적이고 유연한 방법이다. 그 원리는 다음과 같다.
- 아웃바운드 연결 생성: 드론에 탑재된 LTE 라우터(VPN 클라이언트)가 부팅과 동시에 인터넷상의 공인 IP 주소를 가진 VPN 서버로 접속을 시도한다. 이 연결은 드론에서 시작된 ‘아웃바운드(Outbound)’ 트래픽이므로 CGNAT 게이트웨이를 아무런 제약 없이 통과한다.
- 암호화된 터널 형성: 드론과 VPN 서버 간에 인증 절차가 완료되면, 둘 사이에 암호화된 가상의 터널이 생성된다. 이 터널을 통해 두 장치는 마치 동일한 로컬 네트워크에 있는 것처럼 통신할 수 있게 된다.
- 양방향 통신 채널 확보: GCS 역시 동일한 VPN 서버에 접속하거나, VPN 서버의 공인 IP 주소와 특정 포트를 통해 드론에 할당된 가상 IP 주소로 데이터를 전송한다. 이 데이터는 VPN 서버를 통해 이미 생성된 터널을 타고 드론에게 안전하게 전달된다.
결과적으로, GCS가 직접 드론에 접속하는 것이 아니라 VPN 서버라는 중계지를 통해 통신함으로써 CGNAT의 인바운드 차단 정책을 효과적으로 우회하게 된다.14 이 방식은 이미 특허 기술로도 제안된 바 있으며, 거리에 제약받지 않는 지능형 객체 추적 드론 시스템 구현에 활용될 수 있다.18
2.1.2 솔루션 1: 산업용 LTE 라우터와 상용 VPN 서비스 활용
이 방식을 구현하기 위해서는 드론에 탑재할 하드웨어와 외부에서 운영될 VPN 서비스가 필요하다.
- 장비 선정: 일반적인 USB 동글형 LTE 모뎀은 VPN 클라이언트 기능이 없는 경우가 많다. 따라서 SSL/TLS 또는 WireGuard, OpenVPN 등 표준 VPN 프로토콜을 지원하는 클라이언트 기능이 내장된 ’산업용 LTE 라우터’를 선택하는 것이 필수적이다. 이러한 라우터는 넓은 범위의 전원 입력을 지원하고, 진동과 온도 변화 등 열악한 비행 환경에서도 안정적으로 동작하도록 설계되어 있다.19
- 서비스 선택 및 비용: 자체적으로 VPN 서버를 구축하고 운영할 기술력이 부족한 경우, 전문 VPN 서비스 제공업체의 기업용 플랜을 이용하는 것이 효율적이다. ExpressVPN, NordVPN, CyberGhost 등 다수의 글로벌 업체와 국내 전문 업체들이 관련 서비스를 제공한다.21 서비스 선택 시에는 다음과 같은 사항을 종합적으로 고려해야 한다.
- 서버 위치: GCS와 드론, VPN 서버 간의 물리적 거리는 지연 시간에 직접적인 영향을 미친다. 국내에 서버를 운영하는 업체를 선택하는 것이 지연 시간을 최소화하는 데 유리하다.
- 고정 IP 제공 여부: 일부 VPN 서비스는 사용자에게 고유한 공인 고정 IP를 할당해주는 옵션을 제공한다. 이는 GCS가 항상 동일한 주소로 드론에 접속할 수 있게 하여 운영 편의성을 높인다.
- 보안 및 프로토콜: 강력한 암호화 표준과 최신 보안 프로토콜(예: WireGuard)을 지원하는지 확인해야 한다.
- 비용: 서비스 플랜에 따라 월 수천 원에서 수만 원대의 비용이 발생하며, 일반적으로 장기 계약 시 할인율이 높다.
2.1.3 솔루션 2: 통신사 M2M/IoT 전용 고정 IP 요금제
가장 직접적이고 간편한 해결책은 통신사로부터 드론의 LTE 회선에 공인 고정 IP 주소를 직접 할당받는 것이다. 국내 통신사들은 CCTV, 원격 검침, 차량 관제 등 M2M(Machine-to-Machine) 및 IoT(Internet of Things) 기기를 위해 이러한 서비스를 제공하고 있다.27
- 개요 및 장점: 이 방식은 별도의 VPN 서버 구축이나 관리 없이, 드론 자체가 공인 IP를 가지게 되므로 GCS에서 드론으로의 직접 접속이 가능해진다. 구조가 단순하여 잠재적인 장애 지점이 적고, VPN을 경유할 때 발생하는 약간의 지연 시간 오버헤드가 없다는 장점이 있다.
- 신청 및 설정: 각 통신사의 B2B(기업 고객) 부서를 통해 ‘IoT’ 또는 ‘M2M’ 전용 요금제에 가입하고, 부가 서비스 형태로 ‘고정 IP’ 옵션을 신청하면 된다. 개통 시 통신사에서 지정하는 APN(Access Point Name) 값을 라우터에 설정해야 할 수 있다.32 일부 전문 업체는 LGU+ 망을 이용하여 고정 IP가 사전에 펌웨어에 설정된 산업용 라우터를 패키지 형태로 판매하기도 하여, 사용자는 장비 전원만 연결하면 즉시 고정 IP를 사용할 수 있다.20
- 비용: 일반적으로 사용하는 데이터 요금제 월 기본료에 약 10,000원에서 11,000원(VAT 별도)의 고정 IP 서비스 이용료가 추가되는 방식이다.27
선택에 앞서 주의해야 할 점은, ’고정 IP’가 ’저지연’이나 ’고품질’을 자동으로 보장하지는 않는다는 사실이다. 고정 IP 서비스는 단지 CGNAT의 주소 변환 문제를 해결하여 ’접속 가능성’을 열어주는 것일 뿐, 데이터 패킷은 여전히 수많은 사용자가 공유하는 혼잡한 공용 인터넷망을 통과한다. 따라서 고정 IP를 사용하더라도 네트워크 상황에 따른 지연 시간 증가나 지터 문제는 여전히 발생할 수 있다. 이는 사용자가 고정 IP 서비스 도입만으로 모든 통신 문제가 해결될 것이라는 오해를 하지 않도록 명확히 인지해야 할 중요한 지점이며, 근본적인 성능 개선을 위해서는 결국 제2부에서 다룰 사설망 구축이 필요함을 시사한다.
또한, 솔루션 선택은 조직의 보안 정책과도 직결된다. 상용 VPN 서비스를 이용하는 것은 드론의 모든 제어 및 영상 데이터를 제3자인 VPN 서비스 제공업체의 서버를 경유시키는 것을 의미한다. 이는 데이터 암호화를 통해 기술적으로는 안전하다고 하지만, 잠재적인 데이터 유출이나 감청의 위험을 내포하며, 민감한 데이터를 다루는 임무에는 적합하지 않을 수 있다. 반면, 통신사 고정 IP는 이러한 중간 경유지가 없는 대신 공용 인터넷에 드론의 통신 포트가 직접 노출되므로, GCS와 드론 양단에 강력한 방화벽 정책과 침입 탐지 시스템 등 자체적인 보안 대책을 더욱 철저히 수립해야 한다. 따라서 어떤 솔루션을 선택할 것인가는 단순히 기술적 편의성을 넘어, 조직의 데이터 보안 정책 및 거버넌스와 깊이 연관된 전략적 의사결정이다.
2.1.4 표 1: 국내 통신사별 드론용 M2M/IoT 고정 IP 요금제 비교
사용자가 각 통신사의 고정 IP 옵션을 비용, 데이터 제공량, 속도 제한 정책 측면에서 명확하게 비교하여 가장 적합한 서비스를 선택할 수 있도록 실질적인 정보를 제공하기 위해 아래와 같이 정리하였다.
| 통신사 | 요금제명 예시 | 월 기본료 (고정 IP, VAT 포함) | 기본 제공 데이터 (일 기준) | 기본 속도 | 소진 후 속도 제한 | 비고 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| LGU+ | IoT LTE MOF | 38,500원 | 500MB | 4Mbps | 400Kbps | 유동 IP 요금제(27,500원)에 11,000원 추가 28 |
| IoT LTE MOF 385 | 49,500원 | 1GB | 4Mbps | 1Mbps | 3년 약정 시 요금 할인 제공 28 | |
| IoT LTE MOF 539 | 64,900원 | 2GB | 제한 없음 | 4Mbps | 데이터 사용량에 따라 QoS 차등 적용 28 | |
| KT | 오피스넷 고정IP 슬림 | 41,800원 (3년 약정) | - | 최대 100Mbps | - | 유선 인터넷 기반 상품으로, LTE 라우터 연동 방식은 별도 확인 필요 29 |
| SKT | IoT 요금제 | 10,000원(VAT별도) 추가 | 요금제별 상이 | 요금제별 상이 | 요금제별 상이 | 다양한 데이터 용량의 IoT 요금제에 고정 IP 부가서비스 형태로 제공 30 |
주: 위 표는 공개된 자료를 바탕으로 한 예시이며, 실제 요금 및 조건은 통신사 정책에 따라 변동될 수 있으므로 가입 시점에 반드시 해당 통신사를 통해 재확인해야 한다.
2.2 장: 통신 신뢰성 강화를 위한 다중 경로 전송 기술
단일 LTE 링크는 아무리 품질이 좋아도 기지국 핸드오버, 일시적인 전파 음영, 장비 장애 등 예측 불가능한 요인으로 인해 순간적인 통신 두절이 발생할 위험을 항상 내포하고 있다.8 드론 관제에서 제어 신호의 1초 미만 단절은 기체 추락과 같은 치명적인 사고로 이어질 수 있다. 따라서 미션 크리티컬 임무에서는 통신 경로의 이중화(Redundancy)를 통해 단일 장애점(Single Point of Failure)을 제거하는 것이 필수적이다.
2.2.1 Multipath TCP (MPTCP) 기술
Multipath TCP(MPTCP)는 이러한 문제를 해결하기 위해 IETF(Internet Engineering Task Force)에서 표준화한 TCP의 확장 기술이다. MPTCP는 애플리케이션이 인지하는 단일 TCP 연결을 내부적으로 다수의 하위 흐름(Subflow)으로 분할하여, 기기가 가진 여러 네트워크 인터페이스를 통해 데이터를 동시에 전송할 수 있게 한다.37 예를 들어, 드론에 서로 다른 통신사(예: SKT, KT)의 LTE 모뎀을 2개 장착하거나, LTE 모뎀과 Wi-Fi, 위성 통신 모뎀을 함께 장착한 후 MPTCP를 적용하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
- 원활한 장애 극복 (Seamless Failover): MPTCP의 가장 중요한 기능은 활성화된 경로 중 하나에 문제가 발생했을 때, 애플리케이션의 중단 없이 나머지 정상적인 경로로 모든 트래픽을 자동으로 이전하는 것이다. 예를 들어, SKT 망의 품질이 저하되면 모든 데이터는 즉시 KT 망을 통해 전송된다. 이 과정은 TCP 계층에서 투명하게 처리되므로, 상위의 드론 제어 애플리케이션은 통신 두절을 전혀 인지하지 못하고 안정적으로 동작을 계속할 수 있다.37
- 회선 집성 (Link Aggregation): 장애 상황이 아닐 때, MPTCP는 사용 가능한 모든 경로의 대역폭을 통합하여 데이터를 병렬로 전송함으로써 전체 전송 속도를 극대화할 수 있다.38 이는 4K/8K 고화질 영상을 원활하게 스트리밍해야 할 때 매우 유용하다.
MPTCP의 진정한 가치는 단순히 장애 발생 시에만 나타나는 것이 아니다. 평상시에도 각 경로의 지연 시간(Latency), 대역폭(Bandwidth), 패킷 손실률(Packet Loss Rate) 등 네트워크 상태를 지속적으로 측정하고 분석하여, 트래픽을 가장 최적의 경로로 동적으로 분배하는 ‘능동적 성능 최적화’ 도구로서의 역할이 더 중요하다. 예를 들어, MPTCP 스케줄러를 드론 환경에 맞게 최적화하면, 지연에 민감한 제어 신호와 텔레메트리 패킷은 현재 가장 지연 시간이 짧고 안정적인 경로로 우선적으로 전송하고, 대역폭을 많이 차지하는 영상 데이터는 나머지 경로들의 가용 대역폭을 최대한 활용하여 전송하도록 지능적으로 제어할 수 있다.39 이는 단일 경로 통신에서는 결코 달성할 수 없는 높은 수준의 QoS와 신뢰성을 동시에 확보하는 핵심 전략이다.
2.2.2 하이브리드 통신 및 자동 장애 극복
MPTCP가 동일 계층(예: LTE + LTE)의 링크를 묶는 데 효과적이라면, 하이브리드 통신은 서로 다른 물리적 특성을 가진 이종(Heterogeneous) 통신 방식을 결합하여 신뢰성을 극대화하는 전략이다. 통신 방식의 이질성이 클수록, 하나의 원인으로 모든 통신이 두절될 확률은 기하급수적으로 낮아진다.
- LTE + 위성 통신 조합: LTE 커버리지가 닿지 않는 산악, 해상 지역이나, 재난 상황으로 인해 지상 기지국이 파괴된 경우를 대비하여 위성 통신(예: 이리듐, 스타링크)을 백업 링크로 구성하는 것은 가장 확실한 BVLOS 통신 이중화 방안이다. 평상시에는 비용 효율적인 LTE를 사용하다가, LTE 신호 강도가 일정 수준 이하로 떨어지면 자동으로 위성 통신 링크로 절체(Failover)되는 시스템을 구현할 수 있다.
- LTE + 장거리 RF 조합: LoRa(Long Range)와 같은 저전력 장거리(LPWA) 통신 기술은 비록 데이터 전송률은 매우 낮지만(수 kbps), 수 km 이상의 통신 거리를 제공하며 전파의 회절성이 뛰어나다.40 이를 LTE 통신망이 완전히 두절되는 최악의 비상 상황을 대비한 ’최후의 제어 채널(Lifeline)’로 활용할 수 있다. LTE망이 마비되더라도 LoRa 채널을 통해 ’자동 복귀(Return-to-Home)’나 ’비상 착륙’과 같은 최소한의 필수 명령을 전송하여 기체의 유실을 막는 것이다. 이러한 저속 통신은 속도를 희생하는 대신 협대역과 확산 스펙트럼 기술을 통해 신호의 강건성(Robustness)을 확보하기에, 광대역 통신이 간섭으로 불안정해지는 환경에서 오히려 더 높은 신뢰도를 제공할 수 있다.
이처럼 드론 통신 시스템 설계 시에는 모든 채널을 고속화하려는 단일 차원적 접근에서 벗어나, 임무의 중요도와 데이터의 특성에 따라 통신 채널을 계층화(Layering)하고, 서로 다른 물리적 특성을 가진 기술을 결합하여 리스크를 분산하는 다차원적인 아키텍처를 구상하는 것이 핵심이다.
3. 고신뢰·초저지연 통신을 위한 차세대 네트워크 아키텍처
제1부에서 제시된 해결책들이 상용망의 제약을 ’우회’하거나 ’보완’하는 데 초점을 맞추었다면, 제2부에서는 통신망 자체를 드론 운용 목적에 맞게 ’설계’하고 ’통제’하는 근본적인 접근법을 다룬다. 사설 5G(이음5G) 네트워크는 통신 인프라에 대한 완전한 소유권과 통제권을 제공하며, 네트워크 슬라이싱과 모바일 엣지 컴퓨팅(MEC)은 이 인프라 위에서 드론 애플리케이션의 성능을 극대화하는 핵심 기술이다.
3장: 사설 5G(이음5G) 네트워크: 완벽한 통제와 최적의 성능 구현
3.0.1 사설 5G의 개념과 장점
사설 5G(Private 5G)란, 이동통신 사업자가 제공하는 공용(Public) 5G망과 별개로, 특정 기업이나 기관이 자신들의 특정 구역(예: 공장, 물류센터, 항만, 건설현장) 내에서 독점적으로 사용하기 위해 정부로부터 직접 주파수를 할당받아 구축하는 맞춤형 5G 네트워크를 의미한다. 국내에서는 ’이음5G’라는 정책 브랜드로 추진되고 있다.42 이는 상용망과 물리적으로, 혹은 논리적으로 완벽하게 분리된 ’우리 회사만의 전용 통신 고속도로’를 구축하는 것과 같다.
사설 5G가 드론 관제에 최적화된 통신 인프라로 평가받는 이유는 다음과 같다.
- 초저지연 (Ultra-Low Latency): 드론과 GCS, 그리고 데이터 처리 서버 간의 모든 통신이 외부 인터넷을 경유하지 않고 내부망에서 완결된다. 이는 데이터의 이동 경로를 극단적으로 단축시켜, 5G의 핵심 기술 중 하나인 URLLC(Ultra-Reliable and Low-Latency Communications)를 통해 1밀리초(ms) 수준의 이론적인 초저지연 통신을 가능하게 한다.44 이는 드론의 실시간 정밀 제어, 원격 수술, 자율주행 로봇 협응 등 즉각적인 반응이 요구되는 미션 크리티컬 애플리케이션의 필수 조건이다.
- 높은 신뢰성과 예측 가능성: 외부 네트워크의 트래픽 폭주나 장애 상황으로부터 완전히 독립되어 있으므로, 항상 일관되고 예측 가능한 통신 품질을 유지할 수 있다. 이는 상용망의 가장 큰 문제였던 ’예측 불가능성’을 근본적으로 해결한다.
- 강화된 보안: 데이터가 외부로 유출될 경로가 원천적으로 차단되므로 매우 높은 수준의 보안을 보장한다. 이는 군사 작전, 국가 기간시설 감시, 기업의 민감한 데이터 수집 등 보안이 최우선으로 요구되는 드론 임무에 필수적이다.44
- 맞춤형 성능 설계 (Customization): 네트워크 운영 주체가 기업 자신이므로, 드론의 제어 신호, 4K/8K 고화질 영상, 다수 IoT 센서 데이터 등 다양한 트래픽의 특성에 맞춰 대역폭, 우선순위, 지연시간 등 QoS 정책을 자유롭게 설계하고 적용할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호에는 최고의 우선순위를 부여하여 어떠한 상황에서도 지연되지 않도록 보장할 수 있다.44
3.0.2 국내 이음5G 정책 및 주파수 할당
과학기술정보통신부는 기업의 디지털 전환(DX)과 신산업 창출을 가속화하기 위한 핵심 인프라로서 ‘이음5G’ 활성화 정책을 적극적으로 추진하고 있다.42
- 할당 주파수: 현재 이음5G 전용으로 4.7GHz 대역(4.72-4.82GHz, 100MHz 폭)과 28GHz 대역(28.9-29.5GHz, 600MHz 폭)이 공급되고 있다.47 4.7GHz 대역은 비교적 넓은 커버리지를 확보하는 데 유리하고, 28GHz 대역은 초고속·대용량 데이터 전송에 강점이 있어 용도에 맞게 선택하거나 조합하여 사용할 수 있다.
- 신청 절차 및 법규: 이음5G를 구축하려는 기업은 전파법 및 전기통신사업법에 따라 과기정통부에 ‘주파수 할당’ 신청과 ’기간통신사업자 등록’을 해야 한다. 이 과정에서 사업 계획, 재정 및 기술적 능력, 이용자 보호 계획 등을 담은 서류를 제출하고 심사를 받게 된다.47 정부는 이음5G 도입의 초기 부담을 줄여주고 성공 사례를 발굴하기 위해, 다양한 산업 분야를 대상으로 실증사업을 공모하고 구축 비용의 일부를 지원하는 정책을 병행하고 있다.43
3.0.3 국내외 구축 사례 분석
이음5G는 더 이상 이론적인 개념이 아니며, 국내외 다양한 산업 현장에서 구체적인 가치를 창출하고 있다.
- 국내 사례:
- 네이버 제2사옥 ‘1784’ (1호 사업자): 세계 최초로 이음5G와 클라우드를 결합하여 수백 대의 자율주행 로봇 ’루키’를 운영하는 ’테크 컨버전스 빌딩’을 구현했다. 로봇의 복잡한 연산과 경로 제어는 클라우드 기반의 ’두뇌’가 담당하고, 이음5G는 이 두뇌와 로봇 간의 통신을 초저지연·실시간으로 연결하는 신경망 역할을 한다. 이는 드론 군집 비행, 다수 드론의 협력적 임무 수행 등 복잡한 드론 관제 시나리오에 직접적으로 적용 가능한 선도적인 모델이다.55
- 호반건설 건설현장: 네이버클라우드는 자사의 이음5G 솔루션을 활용하여 호반건설의 아파트 건설 현장에 통신망을 구축했다. 이를 통해 인터넷 인프라가 미비한 공사 초기 단계부터 자율주행 드론을 이용한 공정 관리, 고화질 무선 CCTV를 통한 안전 감시, IoT 센서를 활용한 구조물 상태 모니터링 등을 실증하여 건설 현장의 생산성과 안전성을 동시에 높일 수 있음을 입증했다.55
- 현대오토에버 의왕연구소: 자동차 생산 공정의 성능 시험장에 이음5G를 도입하여, 자율이동로봇(AMR)과 무인운반차(AGV)의 이동 경로를 정밀하게 제어하고 생산 라인의 자동화 수준을 고도화하고 있다.60
- 공주시 드론 테스트베드: 한국전자통신연구원(ETRI)과 협력하여 드론이 수집한 대용량 데이터를 이음5G망을 통해 실시간으로 전송하고, AI 서버에서 즉시 분석하여 활용하는 플랫폼 기술 개발을 위한 테스트베드를 구축 중이다.63
- 해외 사례: 해외에서는 항만(Port), 광산(Mine), 스마트 공장(Smart Factory) 등에서 사설 5G 도입이 더욱 활발하다. 유럽의 항만들은 5G 기반 드론을 활용해 보안 감시, 시설물 점검, 화물 추적 등의 업무 효율을 높이고 있으며 64, 광산에서는 위험한 작업 환경에 사람 대신 드론과 자율주행 굴착기를 투입하여 안전성을 확보하고 있다.44
이러한 사례들은 사설 5G가 단순히 통신 속도를 높이는 것을 넘어, 드론, 로봇, AI, 디지털 트윈 등 첨단 기술들을 현장에 통합하고 시너지를 창출하는 핵심 인프라, 즉 ’산업 현장의 운영체제(OS)’로 기능하고 있음을 보여준다. 이 관점에서 드론 관제는 이 OS 위에서 실행되는 하나의 중요한 ’애플리케이션’이 되며, 사설 5G 도입의 투자 대비 효과(ROI)는 드론 운용 효율화뿐만 아니라 현장 전체의 디지털 전환 가속화라는 더 큰 틀에서 평가되어야 한다.
3.0.4 구축 비용 및 고려사항
사설 5G 구축은 상당한 초기 투자를 필요로 한다. 비용은 크게 주파수 이용대가, 네트워크 장비(코어, 기지국), 소프트웨어, 시스템 통합(SI) 및 운영 인력 비용으로 구성된다.
- 비용 추정: 캠퍼스 규모의 전체 사이트를 구축하는 데 수억 원 이상의 비용이 발생할 수 있다.66 5G 기지국(gNB) 장비는 개당 수천만 원에서 1억 원 수준이며 67, 코어망 장비와 라이선스 비용이 추가된다. 과거 이통3사가 전국 LTE망 구축에 수십조 원을 투자한 것을 감안하면 68, 규모는 작지만 사설망 역시 상당한 자본 지출(CapEx)을 요구한다.
- 비용 절감 요인: 다행히 정부는 이음5G 활성화를 위해 주파수 이용대가를 전국망 사업자에 비해 매우 저렴하게 산정하고 있다.43 또한, 정부가 주도하는 ‘이음5G 테스트베드’ 70나 ‘실증사업’ 43에 참여하면, 자체 망을 직접 구축하기 전에 기술의 효용성을 검증하고 운영 노하우를 축적하며 초기 투자 리스크를 크게 줄일 수 있다. 이는 ’선투자 후검증’의 높은 리스크를 ‘선검증 후투자’ 방식으로 전환시켜 주는 중요한 정책적 지원이다.
3.0.5 표 2: 이음5G 솔루션 제공업체 및 주요 특징
이음5G 구축은 단일 기업의 역량만으로는 어렵고, 전문 기술을 보유한 파트너와의 협력이 필수적이다. 국내에서 이음5G 사업을 추진할 때 고려할 수 있는 주요 기술 공급업체 및 시스템 통합(SI) 업체는 다음과 같다.
| 업체명 | 솔루션 유형 | 주요 특징 및 강점 | 국내 파트너/SI 사례 |
|---|---|---|---|
| 삼성전자 | End-to-End (코어, 기지국, 단말) | 컴팩트 코어(Compact Core) 솔루션, 국내 최다 이음5G 구축 레퍼런스 보유, 업로드 특화 설계 가능 | 네이버클라우드, 현대오토에버, KT 등 57 |
| Nokia | End-to-End (코어, 기지국) | 모듈형 사설 무선(MPW) 솔루션, 글로벌 스마트 공장 및 산업 현장 적용 사례 다수 | 국내 SI 업체들과 협력 73 |
| Ericsson | End-to-End (코어, 기지국) | 항만, 공항 등 특정 산업 분야에 특화된 솔루션, BT(British Telecom)와 협력하여 항만 드론 관제 실증 64 | 국내 SI 업체들과 협력 |
| 네이버클라우드 | 플랫폼 및 SI (국내 1호 사업자) | 이음5G 주파수 신청/운영 대행, 클라우드 플랫폼과 융합 서비스 제공, ‘1784’ 운영 노하우 | 삼성전자, 호반건설 등 55 |
| KT, SK네트웍스서비스 등 | SI 및 운영 | 자사 또는 고객사의 특정 요구에 맞는 이음5G망 설계, 구축, 운영 서비스 제공 | 자체 망 구축 및 고객사 대상 서비스 제공 43 |
3.1 장: 5G 네트워크 슬라이싱과 모바일 엣지 컴퓨팅(MEC) 활용
사설 5G라는 강력한 인프라가 구축되었다면, 그 위에서 드론 애플리케이션의 성능을 극한까지 끌어올리기 위한 소프트웨어 기술이 바로 네트워크 슬라이싱과 모바일 엣지 컴퓨팅(MEC)이다. 이 두 기술은 5G가 이전 세대 통신 기술과 차별화되는 핵심 기능이며, 서로 결합했을 때 강력한 시너지를 발휘한다.
3.1.1 네트워크 슬라이싱: 드론 임무별 맞춤형 가상 네트워크
네트워크 슬라이싱(Network Slicing)은 하나의 물리적인 5G 네트워크 인프라를, 마치 서버 가상화 기술처럼, 다수의 독립적인 논리적 가상 네트워크(슬라이스)로 분할하여 사용하는 기술이다.74 각 슬라이스는 특정 서비스나 애플리케이션의 요구사항에 맞춰 지연시간, 대역폭, 신뢰도, 보안 수준 등을 완전히 맞춤형으로 제공할 수 있다.
드론 관제 시나리오에 네트워크 슬라이싱을 적용하면 다음과 같은 구성이 가능하다.
- URLLC (초고신뢰·초저지연 통신) 슬라이스: 드론의 조종 및 제어(C2) 신호와 같이 1ms 이하의 초저지연과 99.999% 이상의 극도로 높은 신뢰도가 요구되는 트래픽을 위해 전용으로 할당된다. 이 슬라이스는 다른 어떤 트래픽에도 방해받지 않는 최우선 통신 경로를 보장한다.75
- eMBB (초고속 모바일 광대역) 슬라이스: 4K/8K 고화질 실시간 영상 스트리밍과 같이 수백 Mbps 이상의 초광대역 데이터 전송이 필요한 트래픽을 위해 할당된다. 대역폭 보장을 최우선으로 설정한다.75
- mMTC (대규모 사물 통신) 슬라이스: 드론에 부착된 다수의 IoT 센서(온도, 습도, 가스 등)로부터 주기적으로 수집되는 소량의 데이터를 처리하기 위해 할당된다. 대규모 연결성을 지원하는 데 초점을 맞춘다.75
이 기술의 핵심 가치는 ’격리(Isolation)’에 있다. 즉, eMBB 슬라이스에서 아무리 많은 영상 데이터를 전송하더라도, URLLC 슬라이스를 통해 전달되는 제어 신호의 지연 시간과 신뢰도에는 전혀 영향을 미치지 않는다. 이는 상용망에서 고화질 영상 전송이 제어 신호의 품질을 저하시키던 고질적인 문제를 원천적으로 해결하며, 드론 통신 시스템의 안정성과 예측 가능성을 극대화한다.78
3.1.2 모바일 엣지 컴퓨팅(MEC): 현장에서 끝내는 데이터 처리
모바일 엣지 컴퓨팅(Mobile Edge Computing, MEC)은 데이터 처리와 연산 기능을 사용자와 데이터가 생성되는 현장에서 가장 가까운 네트워크의 ‘엣지(Edge)’ 단으로 전진 배치하는 기술이다.81 기존의 클라우드 컴퓨팅이 모든 데이터를 수백, 수천 km 떨어진 중앙 데이터센터로 보내 처리하는 방식이라면, MEC는 기지국이나 사설망 내부에 소규모 데이터센터(MEC 서버)를 두어 현장에서 즉시 데이터를 처리한다.
MEC가 드론 애플리케이션과 결합했을 때의 장점은 명확하다.
- 초저지연 실시간 반응: 드론이 촬영한 고화질 영상을 분석하여 실종자를 식별하거나, 교량의 미세 균열을 탐지하는 AI 연산이 필요하다고 가정해보자. 기존 방식으로는 이 영상을 중앙 클라우드까지 전송하고, 분석 결과를 다시 받아오는 데 수백 ms에서 수 초의 시간이 걸린다. MEC를 활용하면, 영상이 촬영된 현장의 MEC 서버에서 즉시 AI 분석이 수행되고, 그 결과(예: “좌표 (x,y)에 실종자 추정 인물 발견”)가 수 ms 내에 GCS나 드론에게 전달된다. 이는 물리적인 데이터 전송 거리를 극단적으로 줄여 전체 반응 시간을 획기적으로 단축시킨다.83
- 네트워크 대역폭 부담 완화: 모든 원본 영상 데이터를 중앙 서버로 전송할 필요 없이, 엣지에서 분석된 핵심적인 메타데이터나 이벤트 정보만을 전송하게 된다. 이는 통신망의 백홀(Backhaul) 구간에 가해지는 부하를 크게 줄여, 더 많은 드론을 동시에 운용하거나 통신 비용을 절감하는 효과를 가져온다.
- 드론의 경량화 및 운용 효율 증대: 드론 자체에 무겁고 전력 소모가 많은 고성능 AI 프로세서(GPU 등)를 탑재하는 대신, 연산 집약적인 작업은 모두 MEC 서버로 ’오프로딩(Offloading)’할 수 있다. 이는 드론의 탑재체 무게와 비용, 그리고 배터리 소모를 줄여 비행 시간을 연장하고, 드론의 활용 가능성을 높이는 데 직접적으로 기여한다.85
네트워크 슬라이싱과 MEC는 단순히 개별 기술로 존재하는 것이 아니라, 서로를 보완하며 미래의 ’자율 드론’을 위한 필수 아키텍처를 구성한다. 현재의 원격 ‘조종’ 드론은 대부분의 판단을 지상의 인간 조종사에게 의존한다. 하지만 진정한 의미의 ‘자율’ 드론은 스스로 실시간으로 주변 환경을 정밀하게 인식하고(Sense), 상황을 판단하며(Think), 최적의 행동을 결정(Act)해야 한다. 이 ‘Sense-Think-Act’ 루프는 초저지연·고신뢰 통신과 막대한 실시간 연산 능력을 동시에 요구한다. 여기서 네트워크 슬라이싱은 ’Sense’와 ’Act’에 필요한 통신 품질을 보장하는 혈관 역할을, MEC는 ’Think’에 필요한 연산 능력을 제공하는 두뇌 역할을 수행한다. 이 두 기술의 유기적인 결합 없이는 복잡하고 예측 불가능한 환경에서 드론이 실시간으로 자율적인 임무를 수행하는 것은 불가능하다. 즉, 이 아키텍처는 드론을 단순한 원격 조종 기체에서 지능을 갖춘 자율 에이전트(Autonomous Agent)로 진화시키는 핵심 기반 기술이다.
더 나아가, MEC는 새로운 서비스 모델과 비즈니스 생태계를 창출할 잠재력을 가지고 있다. MEC 서버는 단순히 범용 연산 능력만 제공하는 것이 아니라, 특정 산업 분야에 특화된 AI 모델(예: 건설 현장용 안전모 미착용 감지 모델, 농업용 병충해 자동 진단 모델, 물류 창고용 재고 자동 파악 모델)을 서비스형 소프트웨어(SaaS) 형태로 제공하는 플랫폼이 될 수 있다.88 이는 통신 사업자나 사설망 운영자가 단순한 연결성 제공자를 넘어, 각 산업에 특화된 ‘엣지 AI 솔루션’ 제공자로 비즈니스 모델을 확장할 수 있음을 의미한다. 드론 서비스 운영자는 필요한 AI 기능을 구독 형태로 손쉽게 사용하여, 자체적인 AI 모델 개발 부담 없이 고도의 지능형 임무를 수행할 수 있게 된다. 이는 드론 서비스 시장의 성장을 촉진하고 고부가가치를 창출하는 중요한 동력이 될 것이다.
4. 특수 목적 및 비가시권(BVLOS) 운용을 위한 통신 솔루션
상용 LTE나 사설 5G가 도달하지 않는 지역, 또는 주 통신망의 장애에 대비한 비상 통신 수단이 필요한 특수 목적의 임무를 위해서는 대안적인 통신 솔루션을 고려해야 한다. 제3부에서는 비면허 대역을 활용한 장거리 RF 통신과 통신 음영 지역을 근본적으로 해소하는 위성 통신 기술을 심층적으로 분석하여, 진정한 의미의 비가시권(BVLOS) 운용을 위한 통신 포트폴리오를 제시한다.
4.1 장: 비면허 대역 장거리 RF 통신
고대역폭 데이터 전송보다는 제어 신호의 안정적인 도달이 더 중요한 특정 시나리오에서는, 비면허 대역을 활용하는 저전력 장거리(LPWA) 기술이 효과적인 대안이 될 수 있다.
4.1.1 LoRa 통신: 저전력 장거리 제어 채널
- 기술 특성: LoRa(Long Range)는 주로 900MHz 대역(국내 할당 대역 915-923.5MHz)을 사용하는 대표적인 LPWA 기술이다. 이 기술은 처프 확산 스펙트럼(Chirp Spread Spectrum) 변조 방식을 사용하여, 매우 낮은 신호 대 잡음비(SNR) 환경에서도 신호를 복원할 수 있는 능력이 뛰어나다. 이로 인해 데이터 전송 속도는 수 kbps 수준으로 매우 낮지만, 통신 거리는 도심에서 수 km, 개활지에서는 최대 수십 km에 달한다.40
- 드론 적용 시나리오: LoRa는 4K 영상 스트리밍과 같은 고대역폭 애플리케이션에는 전혀 적합하지 않다. 하지만 그 진가는 주 통신망(LTE/5G)이 두절되는 비상 상황에서 발휘된다. LoRa를 드론의 텔레메트리 데이터(GPS 위치, 고도, 속도, 배터리 잔량 등) 전송 및 비상 제어 신호(예: 강제 자동 복귀, 비상 착륙 명령) 수신을 위한 백업 통신 채널로 활용할 수 있다. 이는 주 통신망이 재난이나 전파 방해로 완전히 마비되는 최악의 상황에서도 드론의 상태를 최소한으로 파악하고 제어권을 유지하여 기체의 유실을 막는 강력한 ‘생명줄(Lifeline)’ 역할을 수행한다.41
- 장비 및 비용: LoRa 통신 모듈과 안테나는 크기가 작고 가벼우며, 가격이 비교적 저렴하여 소형 드론에 탑재하기에도 부담이 적다.91
LoRa의 사례는 통신 기술에서 속도, 거리, 신뢰도가 상충 관계(trade-off)에 있음을 명확히 보여준다. LoRa는 데이터 전송 속도를 극단적으로 낮추는 대신, 협대역(narrowband) 통신과 독특한 변조 방식을 통해 신호의 도달 거리와 간섭에 대한 강건성(robustness)을 확보했다. 이는 광대역 통신이 간섭이나 신호 약화로 인해 불안정해지는 환경에서, 역설적으로 ‘저속’ 통신이 오히려 더 ’높은 신뢰성’을 담보할 수 있음을 의미한다. 따라서 견고한 드론 통신 시스템을 설계할 때는 모든 채널을 고속화하려는 단일 차원적 접근에서 벗어나, 임무의 중요도와 데이터의 특성에 따라 통신 채널을 계층화(Layering)하는 다각적인 전략이 반드시 필요하다.
4.1.2 국내 주파수 규정 및 출력 기준
비면허 대역을 사용하더라도 국내 전파법 및 관련 기술 기준 고시를 반드시 준수해야 한다.94
- 비면허 ISM 대역 출력: 국내에서 2.4GHz(2400-2483.5MHz) 및 5.8GHz(5725-5875MHz) 대역을 사용하는 드론 및 조종기의 최대 허용 송신 출력은 1와트(W)이다.97 이는 유럽(CE 인증 기준 0.1W)보다는 높지만 미국(FCC 인증 기준 4W)보다는 낮은 수준이다.99 일각에서는 이 출력 기준이 낮아 장거리 비행에 제약이 된다는 주장이 있었으나, DJI와 같은 주요 제조사들은 1W 미만의 출력으로도 최장 7km까지 비행이 가능한 제품을 개발 및 판매하고 있어, 현재의 출력 기준이 산업 발전의 결정적인 장애 요인이라고 보기는 어렵다는 분석도 있다.100
- 드론 전용 주파수: 정부는 드론의 안전한 운용을 위해 별도의 전용 주파수 대역(예: 5030-5091MHz)을 확보하여 분배하고 있다. 하지만 이 주파수를 사용하기 위해서는 과학기술정보통신부의 무선국 허가를 받아야 하며, 그 절차와 조건이 까다로워 주로 공공기관이나 대형 기체를 운용하는 전문 업체에서 제한적으로 사용되고 있다.101
4.2 장: 위성 통신: 통신 음영 지역 해소와 진정한 BVLOS의 실현
산악, 해상, 사막과 같이 지상 통신 인프라가 전혀 구축되어 있지 않은 지역에서의 드론 운용이나, 국가적 재난 상황으로 인해 지상 통신망 전체가 파괴된 최악의 시나리오에서 통신을 유지하기 위한 유일한 해결책은 위성 통신(Satellite Communication, SatCom)이다.
4.2.1 저궤도(LEO) 위성 네트워크 비교 분석
과거 정지궤도(GEO) 위성 통신은 수만 km 상공의 위성을 이용하기 때문에 높은 지연 시간(수백 ms)과 낮은 속도, 고가의 단말기 문제로 실시간 드론 제어에는 부적합했다. 그러나 최근 수백~수천 km의 저궤도(Low Earth Orbit, LEO)에 수많은 소형 위성을 띄워 군집(Constellation) 형태로 운영하는 차세대 LEO 위성 네트워크가 등장하면서 상황이 급변하고 있다.103
- 이리듐 (Iridium): 66개의 위성으로 전 세계(양 극지방 포함)를 완벽하게 커버하는 유일한 네트워크이다. 데이터 속도는 Iridium Certus 서비스를 통해 수십~수백 kbps 수준으로 비교적 낮지만, 매우 높은 통신 신뢰성과 LEO 위성의 특성상 상대적으로 낮은 지연 시간을 제공한다. 이는 드론의 C2(Command and Control) 신호 전송 및 핵심 텔레메트리 데이터 수신과 같이 데이터 양은 적지만 신뢰성이 절대적으로 중요한 통신에 매우 적합하다.105 드론 탑재용 소형 단말기 가격은 1,000~2,000달러 수준이며, 별도의 월간 또는 데이터 기반 요금제 가입이 필요하다.107
- 스타링크 (Starlink): 스페이스X가 운영하는 LEO 군집 위성망으로, 수천 개의 위성을 통해 수십~수백 Mbps급의 광대역 인터넷 서비스를 제공하는 것을 목표로 한다. 이는 드론에서 촬영하는 고화질 영상을 실시간으로 스트리밍하는 것을 가능하게 하여, 원격지 실시간 감시 및 정찰 임무의 패러다임을 바꿀 수 있는 잠재력을 가졌다. 다만, 아직 전 세계 모든 지역을 완벽하게 커버하지는 못하며, 사용자 단말기(안테나)가 이리듐에 비해 상대적으로 크고 전력 소모가 많아 소형 드론에 탑재하기에는 물리적인 제약이 따른다. 항공기 및 선박용 요금제(Aviation/Maritime)는 데이터 사용량에 따라 월 수백 달러에서 수만 달러에 이르는 고가 정책을 가지고 있다.110
이러한 LEO 위성 인터넷 서비스의 등장은 BVLOS 드론 서비스의 ’단위 경제성(Unit Economics)’을 근본적으로 바꾸고 있다. 과거에는 통신 제약으로 인해 드론이 한 번의 비행으로 수행할 수 있는 임무의 범위와 수집할 수 있는 데이터의 품질에 명확한 한계가 있었다. 이는 ’비행당 창출 가치’를 제한했다. 하지만 스타링크와 같은 서비스는 드론이 한 번의 비행으로 광활한 지역을 커버하며 고해상도 3D 매핑 데이터나 실시간 4K 감시 영상과 같은 고품질 데이터를 수집하는 것을 가능하게 한다. 이는 ’비행당 수익’을 극대화하여, 과거에는 경제성이 없어 시도조차 못 했던 다양한 BVLOS 서비스(예: 대규모 농경지 정밀 모니터링, 수백 km에 달하는 송유관·송전선로 검사, 광역 해양 환경 감시)를 비로소 사업화 가능한 영역으로 이끌고 있다.
4.2.2 국내 규제 및 서비스 동향
드론에 위성 통신 단말기를 탑재하여 운용하기 위해서는 국내의 항공 및 전파 관련 법규를 철저히 준수해야 한다.
- 항공안전법 등 관련 법규: 사업용으로 사용되거나 최대이륙중량 2kg을 초과하는 비사업용 드론은 반드시 국토교통부에 장치를 신고해야 한다. 또한 비행금지구역, 관제권 등에서의 비행, 150m 이상 고도에서의 비행, 야간 비행, 비가시권 비행 등은 사전에 지방항공청의 특별 비행 승인을 받아야 한다. 조종자는 해당 기체에 맞는 자격 증명을 취득해야 하며, 사업용 드론은 의무적으로 보험에 가입해야 한다.114
- 국내 서비스 동향: 스타링크코리아가 국내 기간통신사업자로 등록하고 서비스 개시를 준비하고 있어, 국내에서도 고속 위성 인터넷 서비스의 접근성이 높아질 전망이다. 한화시스템은 군의 통신 역량 강화를 위해 독자적인 저궤도 통신위성 체계 개발에 투자하고 있으며, 이는 향후 민간 분야로 기술이 확산될 가능성을 시사한다.119 아리온통신과 같은 국내 전문 업체들은 이리듐, 인마샛 등 다양한 글로벌 위성 통신사의 단말기를 국내에 공급하고, 관련 서비스 가입 및 기술 지원을 제공하고 있다.121
앞으로의 통신 환경은 지상망과 비지상망(Non-Terrestrial Networks, NTN)이 분리된 형태가 아닌, 하나의 네트워크로 완벽하게 통합되는 방향으로 진화할 것이다. 이미 5G 고도화 및 6G 표준화 논의에서 NTN 통합은 핵심 아키텍처로 다루어지고 있다.74 이는 위성 통신이 더 이상 지상망의 ’대체재’나 ’백업’이 아닌, 기본 통신 인프라의 한 축으로 자리 잡게 됨을 의미한다. 미래의 드론은 도심에서는 5G망에 접속하여 초저지연으로 임무를 수행하다가, 교외나 해상으로 이동하면 사용자도 모르게 위성망으로 자동으로 핸드오버하여 끊김 없는(Seamless) 연결을 유지하게 될 것이다. 이는 미래 드론 통신 시스템을 설계하고 장기적인 기술 로드맵을 수립할 때 반드시 고려해야 할 거시적인 기술 트렌드이다.
5. 결론: 상황별 최적 통신 방식 선정 가이드 및 미래 전망
지금까지 분석한 다양한 드론 통신 기술들은 각각의 장단점과 적용 가능한 시나리오가 명확하다. 따라서 ’모든 상황에 완벽한 단 하나의 기술’은 존재하지 않는다. 성공적인 드론 운용의 핵심은 주어진 임무의 특성과 운용 환경, 예산 제약을 종합적으로 고려하여 최적의 기술 포트폴리오를 구성하는 데 있다.
5.1 의사결정 매트릭스: 임무별 최적 통신 솔루션
사용자의 합리적인 의사결정을 돕기 위해, 주요 임무 시나리오별로 권장되는 통신 솔루션 조합을 매트릭스 형태로 제시한다.
| 임무 시나리오 | 핵심 요구사항 | 1차 통신 (Primary) | 2차 통신 (Secondary/Backup) | 데이터 처리 | 권장 솔루션 조합 |
|---|---|---|---|---|---|
| 도심 내 시설물 정밀 점검 | 초저지연, 고해상도 영상, 높은 보안 | 사설 5G (이음5G) | 상용 LTE (타사망) | MEC 기반 실시간 AI 분석 | 이음5G + MEC + MPTCP |
| 광역 인프라 감시 (송전선 등) | 장거리 BVLOS, 고화질 영상 | Starlink (위성) | 상용 LTE | 클라우드 기반 후처리 | Starlink + LTE (Failover) |
| 산간/해상 실종자 수색 | 통신 음영지역 극복, C2 신뢰성 | Iridium (위성) | LoRa | GCS 직접 분석 | Iridium (C2) + Starlink (영상) + LoRa (비상) |
| 농업 정밀 방제/모니터링 | 중거리 통신, 비용 효율성 | 상용 LTE (고정 IP) | 2.4/5GHz Wi-Fi (근거리) | 드론 내장 또는 GCS 분석 | LTE (고정 IP) + Wi-Fi |
| 다수 드론 군집 비행 (드론쇼 등) | 동시 제어, 저지연 동기화 | 사설 5G + 네트워크 슬라이싱 | - | 중앙 관제 시스템 (MEC) | 이음5G + URLLC 슬라이스 + MEC |
5.2 보안: 간과해서는 안 될 핵심 요소
드론이 사회 인프라의 중요한 일부가 되어감에 따라, 통신 링크에 대한 사이버 보안 위협은 단순한 데이터 유출을 넘어 물리적인 파괴나 사회적 혼란을 야기할 수 있는 심각한 문제로 대두되고 있다. 모든 무선 통신은 본질적으로 재밍(Jamming, 전파 방해), 스푸핑(Spoofing, 신호 기만), 하이재킹(Hijacking, 탈취) 등의 공격에 노출되어 있다.124 따라서 통신 시스템 구축 초기 단계부터 보안을 내재화(Security-by-Design)하는 접근이 필수적이다.
- 암호화 (Encryption): 드론과 GCS 간에 교환되는 모든 제어 신호와 데이터는 AES-256과 같은 강력한 표준 암호화 알고리즘을 통해 암호화되어야 한다. 이는 통신 내용이 중간에 가로채지더라도 공격자가 그 내용을 해독할 수 없도록 하여 데이터의 기밀성(Confidentiality)과 무결성(Integrity)을 보장한다.
- 인증 (Authentication): 통신을 시작하기 전에 드론과 GCS가 서로가 정당한 통신 상대방임을 디지털 인증서 등을 통해 상호 확인하는 절차를 거쳐야 한다. 이는 공격자가 GCS나 드론을 사칭하여 시스템에 침투하는 것을 방지한다.
- 재밍/스푸핑 대응 (Anti-Jamming/Anti-Spoofing):
- 재밍 대응: 주파수 호핑 확산 스펙트럼(Frequency-Hopping Spread Spectrum, FHSS) 기술을 사용하여 통신 주파수를 매우 짧은 시간 간격으로 계속 변경함으로써 특정 주파수에 대한 재밍 공격을 무력화할 수 있다. 또한, 다중 경로 통신을 사용하여 하나의 링크가 재밍되더라도 다른 링크로 통신을 유지할 수 있다.128
- 스푸핑 대응: GPS 스푸핑은 드론에게 거짓 위치 정보를 주입하여 경로를 이탈시키거나 납치하는 치명적인 공격이다. 이에 대응하기 위해 GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou 등 여러 위성 항법 시스템(GNSS)의 신호를 동시에 수신하여 상호 검증하거나, 군용으로 사용되는 암호화된 GPS 신호(M-Code) 수신기를 사용할 수 있다. 또한, GNSS 신호가 비정상적일 때 이를 탐지하고, 관성항법장치(Inertial Navigation System, INS)나 지자기 센서, 비전 센서 등 외부 신호에 의존하지 않는 센서 데이터에 기반하여 비행을 지속하는 기술이 중요하다.129
5.3 미래 전망: 6G와 지능형 통신
드론 통신 기술은 6G 시대를 맞이하여 또 한 번의 혁신을 예고하고 있다. 6G는 단순히 5G보다 빠른 속도를 의미하는 것을 넘어, 통신과 컴퓨팅, AI가 완벽하게 융합된 새로운 차원의 네트워크를 지향한다.
- 3차원 통합 네트워크: 6G 시대에는 지상 이동통신망, 저궤도 위성망, 그리고 성층권에 비행선을 띄우는 HAPS(High-Altitude Platform Station)까지 모두가 하나의 네트워크로 통합되어, 하늘, 땅, 바다 어디에서든 끊김 없는 3차원 커버리지를 제공하게 될 것이다.123 이는 도심항공모빌리티(Urban Air Mobility, UAM)와 같은 차세대 항공 교통 시스템이 안전하게 운행되기 위한 필수적인 인프라가 될 것이다.135
- AI 기반 자율 네트워크: 네트워크 자체가 AI를 통해 실시간으로 전파 환경을 분석하고, 트래픽을 예측하며, 스스로 자원을 최적 배분하고 장애를 복구하는 ’지능형 자율 네트워크’로 진화할 것이다. 이를 통해 드론은 현재보다 훨씬 더 복잡하고 동적인 환경에서도 최고의 통신 품질을 안정적으로 보장받게 된다.
- 국내 기술 개발 동향: 한국전자통신연구원(ETRI)을 비롯한 국내 연구 기관들은 이러한 미래 통신 환경에 대비하여, 드론 간 직접 통신(Ad-hoc) 네트워크 표준 개발, 다중 센서 융합 기반의 초정밀 측위 기술, AI 기반 자율비행 경로 계획 기술 등 핵심 원천 기술 개발을 활발히 진행하며 미래 드론 시대를 준비하고 있다.138
5.4 최종 제언
현장에서 드론 관제 통신의 한계에 직면한 운용 주체는 다음의 전략적 방향성을 가지고 단계적인 해결책을 모색해야 한다.
- 하이브리드 다중 경로 전략 채택: 단일 통신 기술에 대한 맹신을 버리고, 임무의 중요도와 운용 환경의 특성을 분석하여 여러 통신 기술을 상호 보완적으로 결합하는 ‘하이브리드 다중 경로(Hybrid Multipath)’ 아키텍처를 기본 전략으로 채택하라. 이는 시스템의 신뢰성을 극대화하고 단일 장애점을 제거하는 가장 효과적인 방법이다.
- 단계적 투자 및 확장: 단기적으로는 VPN 또는 통신사의 고정 IP 서비스를 활용하여 상용 LTE망의 CGNAT 문제를 즉시 해결하고, MPTCP와 같은 소프트웨어적 기법을 도입하여 신뢰성을 보강하라. 이후, 핵심적인 운용 거점이나 특정 고부가가치 임무 지역을 중심으로 중장기적인 관점에서 사설 5G(이음5G) 도입을 적극 검토하여 통신 인프라에 대한 완전한 통제권을 확보하는 방향으로 나아가라.
- 보안 우선 원칙 견지: 통신 시스템의 설계, 구축, 운영 전 과정에서 보안을 최우선 고려사항으로 삼아라. 기술 도입의 편의성이나 비용 절감을 위해 보안을 타협하는 것은 미래에 더 큰 위협으로 돌아올 수 있다. 지금 바로 조직의 드론 운용 보안 정책을 점검하고 강화하라.
이러한 전략적 접근을 통해, 현재의 통신 제약을 극복하고 미래의 기회를 선점함으로써, 드론이 가진 잠재력을 산업 현장에서 완벽하게 실현할 수 있을 것이다.
6. 참고 자료
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