항공우주산업기술동향 13권 1호 (2015) pp. 107~117
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기술동향
우주인터넷과 Delay/Disruption Tolerant Netwoking (DTN)
프로토콜 개발 동향
박주호
*, 허윤구*, 채동철*, 김영윤*, 조승원*, 류진영*, 유명종*, 문귀원*1)
Space Internet and Delay/Disruption Tolerant Netwoking
(DTN) Protocol
Park, Joo-Ho
*, Huh, Yun-Goo*, Chae, Dong-Chul*, Kim, Young-Yun*, Cho, Seung-Won*,
Ryu, Jin-Yeong
*, Yu, Myoung-Jong*, Moon, Guee-Won*
ABSTRACT
In the past, just a few advanced countries led in field of space. Recently, however, more and various
countries take part in this field and even many private companies expand their business boundary into
the space. Early this year, Elon Musk, CEO at Space X, announced new project "Space Internet". National
Aeronautics and Space Administration(NASA) and European Space Agency(ESA) also use this term,
somewhat different way, as a network for deep space communication technology. In this paper, Space
Internet of private company and national agency is described. Delay/Disruption Tolerant Networking
(DTN) and related experiments are introduced as well.
초 록
과거 소수 선진국만의 영역으로 여겨졌던 우주개발은 점차 다양한 국가들이 참여하는 양상을 띄고 있으며,
그 경쟁 또한 치열해지고 있다. 게다가, 국가주도의 우주개발 외에 민간기업들의 우주개발이 두드러지면서,
비즈니스 영역으로써 우주를 활용하려는 움직임도 보이고 있다. 최근 우주인터넷이라는 새로운 사업계획을
발표하며 또다시 세상의 주목을 받고 있는 스페이스 엑스(Space X)가 그 대표적인 예이다. 사실, 우주인터넷
이라는 용어는 미국항공우주국(NASA) 및 유럽우주국(ESA)에서 심우주 탐사를 위한 네트워크 개념으로서
이미 사용된 바 있으며, 민간의 우주인터넷과는 개념적으로 다소 차이가 있다. 본 논문에서는 민간에서 추진
중인 우주인터넷 계획과 주요 우주선진국의 우주인터넷 개념을 각각 살펴보았으며, Delay/Disruption
Tolerant Networking (DTN) 기술을 소개하고 그 개발동향을 기술하였다.
Key Words : Space Internet(우주인터넷), Delay/Disruption Tolerant Networking(DTN), NASA(미국항공
우주국), 유럽우주국(ESA), EPOXI, EO-1, METERON
* 한국항공우주연구원 위성연구본부 우주시험실
starpark@kari.re.kr
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박주호 외 / 항공우주산업기술동향 13/1 (2015) pp. 107~117
1. 서 론
1957
년 스푸트니크 1호(Sputnik 1)가 구소련에
의해 성공적으로 발사되었다. 인류최초의 인공위성
으로 기록된 이 발사는 앞으로 도래할 우주시대를 알
리는 신호탄과도 같았다. 1호의 발사가 있고서 고작
한 달 후에는 지구상의 생명체를 우주로 보내려는 인
류최초의 시도가 이어졌다. 바로 스푸트니크 2호
(Sputnik 2)
의 발사이다. 이를 바탕으로 구소련은
1961
년에 인류최초의 우주비행사인 유리 가가린까
지 배출하는 업적을 이룬다. 구소련의 이러한 연이은
우주개발 성공소식은 경쟁관계에 있던 미국을 자극
하기에 충분했다. 결국, 케네디 미국 대통령이 직접
나서 인류를 달에 착륙시키겠다고 선언을 하기에 이
르렀으며, 1969년 비로소 아폴로 11호(Apollo 11)
가 달에 성공적으로 착륙하면서 미국은 구소련으로
부터 우주개발 주도권을 넘겨받게 된다.
당시에는 이처럼 미국과 구소련의 첨예한 대립
을 바탕으로 우주개발이 비약적으로 발전할 수 있
었다. 냉전시대 속에서 우주개발이란 곧, 자국의 안
보와 직결되는 문제로 여겨졌으며 천문학적 자금과
인력이 집중적으로 투입된 결과였다.
하지만 계속될 것만 같았던 두 나라의 우주개발
경쟁은 갑작스런 냉전의 종료와 함께 큰 변화를 맞
이한다. 이후 우주개발은 성장 동력을 잃은 듯, 과
거와 같은 괄목할 만한 성과를 내지는 못하였으며
자연스럽게 사람들의 관심에서도 멀어져 갔다.
설상가상으로, 기존에 운영하던 우주왕복선의 잦
은 고장과 사고 그리고 국가재정의 부담은 우주개
발프로그램의 전면 재검토를 가져왔으며 그 결과,
진행 중이거나 계획 중인 우주프로그램의 일부가
수정 및 폐기되는 사태에까지 이르렀다.
하지만 최근 들어 우주개발 경쟁이 점차 가속화
되고 있다. 우주개발에 뛰어드는 국가도, 과거 주요
우주개발 선진국 중심에서 이제는 신흥 강국인 중
국, 일본, 인도 등이 가세하고 있는 형상이다. 중
국은 경제력을 바탕으로 과감히 우주개발에 투자하
며 차근차근 기술을 쌓아 가고 있다. 일본도 국제
우주정거장 협력을 통해 적극적으로 우주기술을 확
보하고 있으며, 소행성 탐사같은 심우주 프로그램
의 경험도 가지고 있다. 특히, 인도는 첫 시도 만에
화성탐사를 성공시키며 단번에 우주강국의 대열에
합류하려 하고 있으며, 경제성까지 갖춤으로써 특
유의 우주개발경쟁력을 유지하고 있다. 이렇게 수
많은 나라들이 우주개발에 경쟁적으로 뛰어들면서,
그 목표도 달에 국한되지 않고 화성이나 소행성 혹
은 그 너머의 심우주로 향하고 있는 추세다. 근래
우주개발에 있어서 또 다른 특징은 민간업체들의
활발한 참여에 있다. 우주기술이 발달하고 효율적
인 우주개발의 필요성이 제기되면서, 국가우주개발
의 수요를 일정부분 민간이 담당해 가고 있다. 또
한, 민간업체는 우주를 활용한 새로운 비즈니스 모
델까지 제시하며 그 비중을 점차 확대해 나가고 있
다.
최근 한 기업의 최고 경영자가 우주를 활용한
새로운 사업계획을 발표하였다. 바로 우주인터넷
이다. 이미 우주개발에 있어 민간업체로서는 독보
적인 행보를 걷고 있던 터라, 이번 발표역시 주목
을 받았다. 사실, 우주인터넷이라는 용어 자체는
여기서 처음 사용된 것은 아니다. 그 목적과 내용
면에서 차이가 있지만, 주요 우주개발선진국의 우
주개발기구(NASA, ESA 등)에서는 이미 심우주 통
신을 위한 새로운 네트워크 개념으로서 우주인터
넷이란 용어를 사용하고 있다.[15]
본 논문에서는 글로벌 커뮤티케이션 구축을 위
한 민간 우주인터넷 개발 계획과 NASA 및 ESA가
심우주 통신을 위해 추진 중인 우주인터넷 개념을
각각 소개한다. 또한, 관련기술인 Delay/Disruption
Tolerant Networking (DTN)
기술에 대해 알아보고,
개발 진행상황을 살펴본다.
2. 지구상의 글로벌 커뮤니케이션
구축을 위한 우주인터넷
미국항공우주국 나사(NASA)를 대신하여 국제우
주정거장 (ISS : International Space Station)에 우주
인 및 화물의 운송계약을 맺은 민간우주개발 업체,
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바로 스페이스 엑스(Space X)이다. 민간기업으로는
최초로 자체 개발한 우주선(Dragon)을 국제우주정
거장에 보내기도 하였다. ‘민간기업으로서 최초’
라는 타이틀 말고도 이 민간업체의 우주선이 주목
받는 이유는 Dragon이 현재 지구상에서 운용중인
유일한 재사용 우주선이기 때문이다.[1] 이 밖에도
스페이스엑스는 발사체에도 재사용 개념을 도입해
발사단가를 낮추고 상업용 발사체 시장에서의 경쟁
력을 확보하려 하고 있으며, 우주개발의 다양한 분
야에 있어 혁신의 아이콘으로 떠오르고 있다. 2015
년 초, 바로 이 스페이스 엑스의 창업자 엘론 머스
크(Elon Musk)가 또 다시 새로운 계획을 발표 하였
다. 바로 ‘우주 인터넷’이다.
인터넷이 처음 대중에 보급된지 벌써 수십 년이
지났다. 그동안 인터넷은 우리의 삶 깊숙이 파고들
어 각종 생활 편의는 물론 금융 및 산업 전반에 다
양하게 활용되고 있다. 이러한 중요성 때문에 가정
및 직장에서의 인터넷 접속은 물론, 길을 걷거나
대중교통을 이용할 때도 인터넷을 접속할 수 있는
세상이 되었다. 언제 어디서든 인터넷을 사용할 수
있는 시대에 살고 있는 것이다.
한국
네덜란드
아이슬란드
노르웨이
스웨덴
룩셈브루크
덴마크
핀란드
독일
83.3
84.2
90.1
90.6
90.6
92.2
92.6
93.6
97.2
그림 1. 2011년 OECD 회원국의 가구 인터넷 보급률
(단위 : %)
그림 1에서 보는 바와 같이 우리나라의 인터넷
보급률은 2011년 기준 97.2 % 로 세계에서 가장
높은 것으로 조사되었다. 그 뒤에 주요 국가들도
93.6 %, 92.6 %
순으로 꽤나 높은 보급률을 보이
고 있다.[11] 하지만 시선을 전 세계로 돌리게 되
면 상황은 완전히 달라진다. 현재 지구상에는 인
터넷으로부터 소외된 인구가 약 30억 명으로 추
산되고 있다. 단말기 자체가 없어 인터넷에 접근
하지 못하는 경우도 있겠지만, 오지에 있거나 인
구밀도가 적어 경제성이 맞지 않는 다는 이유로
인터넷 인프라가 구축되지 않는 경우도 있다.
엘론 머스크의 우주 인터넷 계획은 인터넷으로
부터 소외된 이 30억 명의 사람들을 글로벌 커뮤니
케이션 구축을 통해 끌어안는데 그 목적이 있다.
그림 2. Space X의 우주인터넷 구상
특히, 이 우주인터넷의 중심에는 인공위성이 존
재한다. 계획에 따르면 수백 개의 위성을 지구 저
궤도 1,200 km에 띄운다. 통신을 위해 쏘아올리는
기존의 정지궤도위성이 고도 36,000 km 에 위치하
는 것과 비교했을 때, 이 위성들은 지표면에 매우
가까운 편이다. 고도가 낮은 인공위성은 지상과의
거리가 그만큼 가깝다는 것을 의미하므로 주고받
는 신호의 이동거리 역시 짧아진다. 또한, 빛의 속
도는 광섬유에서 보다 우주의 진공상태에서 약
40%
더 빠르기 때문에, 기존 지상의 네트워크와
다수의 라우터를 거치는 과정을 우주상의 위성과
위성이 대신하여 목적지 근처로 신호를 직접 전달
하게 된다면 결과적으로 우주인터넷은 더 빠른 속
도의 인터넷을 제공가능하다는 말이 된다.
앞서 말했듯, 이 도전적인 과제에는 지구의 자전
속도에 맞춰 함께 회전하는 기존의 정지궤도 위성
이 아닌, 저궤도 위성이 사용된다. 저궤도 위성의
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특성상 이를 이용해 끊김없는 통신서비스를 제공하
려면 수많은 위성을 필요로하며, 비용은 약 100억
달러, 시간은 5년 이상이 걸릴 것으로 추정하고 있
다. [12, 13]
한 국가에서 광대역 커버리지가 10 % 넓어질 때
마다 해당국가의 국내총생산(GDP)는 약 1.4 % 증
가한다는 연구결과를 감안할 때, 이 계획이 성공한
다면 글로벌 경제에는 물론, 투자액을 훨씬 뛰어넘
는 긍정적인 효과를 가져다 줄 것으로 예측하고 있
다.
참고로, 위성으로 전 지구적인 네트워크를 구성
하려는 우주인터넷 개념은 과거에도 있었다. 하지
만, 당시에는 위성의 대당 발사비용이 상당히 높은
수준이었으며 이를 이용한 통신 속도도 지상에서의
광섬유와 비교하였을 경우 터무니없이 낮은 수준이
었다. 그러나 현대에 들어서 눈부신 기술의 발전에
따라 다시금 실현 가능성이 재조명되고 있다. 위성
을 쏘아 올리는 수단인 발사체는 경쟁을 통해 선택
의 폭이 넓어지고 비용이 상대적으로 저렴해 졌다.
뛰어난 성능의 소형위성이 발달하여 한 번의 발사
에도 여러 대를 쏘아 올리는 것이 가능해 졌으며
통신기술의 발달도 큰 몫을 하였다.
3. 심우주탐사를 위한 우주인터넷
3.1 Delay/Disruption Tolerant Networking
(DTN)
미국항공우주국의 심우주 탐사선, 보이저 1호
(Voyager 1)
가 1977년 성공적으로 발사되었다. 그로
부터 36년의 시간이 흘러 2013년, 보이저 1호는 태
양계 밖을 벗어 난 것으로 추정되며 현재도 비행을
계속 하고 있다.
이처럼 인류는 이미 달을 넘어 다양한 심우주
탐사를 수행하고 있다. 수성, 금성, 화성, 목성 등
의 태양계 행성은 물론이고, 소행성과 태양계 밖으
로도 그 영역을 넓혀 가고 있다. 인류의 탐사 범위
가 광범위해지면서 심우주탐사를 위한 새로운 통신
프로토콜의 필요성이 대두되고 있다.
우리가
흔히
사용하는
지구상의
인터넷
(Terrestrial Internet)
은 언제나 네트워크상에 접속
이 되어 있으며 (Always-on), 지연이 매우 적은 연
결(Low-latency connectivity) 이 당연하다고 여겨진
다. 실제로 인터넷은 TCP/IP (Transmission Control
Protocol/Internet Protocol)
프로토콜을 기반으로 하
며, 이 프로토콜은 끊김없이 연속된 연결을 전제로
한다. 그렇기 때문에 낮은 BER (Bit Error Rate)특
성을 지니며 Acknowledgements를 수신하고 안정적
으로 통신하며 데이터를 전달하게 된다. 하지만 안
타깝게도 이 프로토콜을 행성간의 심우주 통신인
우주인터넷(Interplanetary Space Internet)에 그대로
적용하기에는 무리가 있다. 우주에서의 통신 환경
은 지구에서의 상황과 전혀 다르기 때문이다.
그림 3. Space Internet – Interplanetary
Communication Links
지구와 달 사이를 빛의 속도로 이동한다면 약
1.7
초의 시간이 걸린다. 지구와 화성의 경우, 빛의
속도로 이동하여 도달하기까지는 약 8분이 걸린
다. 지구상의 통신에서는 생각할 수도 없는 이렇
게 먼 거리의 우주통신은, 거리상의 문제로 인해
필연적으로 지연(Latency)이 발생할 수밖에 없다.
더군다나, 상대적으로 가까운 거리의 우주통신이
라 할지라도 지연을 발생시키는 또 다른 장애요
인들이 존재한다. 우선, 태양복사에 의해 신호의
간섭이 발생할 수 있다. 또한 천체들의 운동에 의
해 통신의 경로가 차단된다던지, 통신하려는 우주
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선 자체가 이동하여 생기는 송수신 장애도 발생
할 수 있다. 그러므로 우주인터넷은 통신의 지연,
간섭 및 두절의 상황을 ‘항상’ 염두에 두어야
하며 그에 따라 기존과는 다른 새로운 프로토콜
기술을 필요로 하고 있다.[9, 15]
이를 위하여 현재 DTN (Delay/Disruption Tolerant
Network)
이라고 부르는 프로토콜 기술이 주목받고
있다.
DTN
프로토콜은 구글의 부사장이자 인터넷의
아버지라 불리는 빈트 서프(Vinton Gray Cerf)와 미
국항공우주국이 1999년에 공동으로 개발한 기술이
다. 이 새로운 프로토콜은 지구상의 인터넷에서 쓰
이고 있는 TCP/IP 프로토콜과 달리 연속적인
end-to-end
연결을 가정하지 않고 있다.[3] 그림 4
에서 보는 바와 같이 데이터의 출발지와 목적지의
접속이 불분명하여 경로가 확실하지 않더라도 데이
터는 중간에 손실되지 않는다. 대신, 네트워크상의
각 노드에서는 정보를 간직하고 있다가 다음 노드
와의 통신이 이루어질 때 전달을 계속한다.
그림 4. TCP/IP와 DTN 프로토콜의 방식 비교
이러한 방법을 Store-and-Forward 라고 한다. 농
구경기를 예로 들어, 상대편의 골대까지 공을 가지
고 가야 하는 상황이라면 공을 빼앗기지 않고 근처
의 동료들에게 패스하여 결국 목적지에 도달하는
것과 같은 방식이다. 이렇게 하면, 비록 접속이 원
활하지 않아 목적지까지의 경로가 즉각적으로 생기
지 않더라도 정보를 잃어버리지 않고 최종 목적지
까지 가져갈 수 있다.
DTN
프로토콜
기술의
핵심은
Bundle
Protocol(BP)
에 있다.[15] 이것은 TCP/IP에서의
Internet Protocol(IP)
과 유사한 개념이지만, TCP/IP
가 연속적인 End-to-End 연결을 필요로 하는 반면
BP
는 Store-and-Forward 방식으로 통신의 지연과
끊김에 대응한다는 큰 차이점이 있다. DTN 프로토
콜 구조에서 BP 는 그림 5를 보면 알 수 있다.
그림 5. DTN Architecture
3.2 EPOXI Experiment
- NASA’s First Successful Space Internet
with DTN Technology
우주공간에서의 DTN 프로토콜 실험은 EPOXI
탐사선을 이용하여 2008년 10월에 처음으로 성공
을 거두었다.[9] Jet Propulsion Laboratory (JPL)
과 University of Maryland는 협업을 통해 일주일
에 두 번씩 Deep Space Network (DSN)을 이용하
여 네트워크를 구현하고 시험을 수행하였다. 이
번
실험을
위해서는
EPOXI
탐사선에
Interplanetary Overlay Network (ION)
라고 불리우
는 DTN 소프트웨어를 업로드 해야 했다. 그리고
탐사선의 백업 Flight 컴퓨터에서 소프트웨어를 활
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성화시켰다. Deep Impact Network (DINET) 에서
는 위성으로부터 무엇을 보내거나 받을 때, 네트
워크 트래픽을 모니터링 하도록 했다.
그림 6. Deep Impact – EPOXI Spacecraft
이렇게 구성한 행성간 네트워크, 일명 우주인터
넷을 통해 지구에서 빛의 속도로 80초가 걸리는
EPOXI
위성으로부터 여러 개의 이미지를 수신하는
데 성공했다. 이 이미지들은 약 3시간 전에 같은
네트워크를 통하여 EPOXI 탐사선에 전달한 것과
같은 이미지들이었다. 다음으로는 264,046 바이트
의 이미지 5개가 성공적으로 전달되었다. 모든 네
트워크는 성공적이었으며 DINET 소프트웨어로부
터 어떠한 이상도 보고되지 않았다. 5번째의 시험
에서는 추가적으로 1,587,420 바이트의 35개의
이미지가 우주인터넷을 통해 성공적으로 전송되었
다.
3.3 EO-1 Experiment
EO-1
탐사선은 Multispectral Land Imaging
instrument
를 싣고 있는 지구관측용 탐사선이다.
EO-1
에 장착된 Imaging Instrument는 Landsat 7의
ETM+ instrument
보다 더 뛰어난 성능을 가지고
있으며 훌륭히 임무를 수행하였다.[14]
미국항공우주국, 나사는 EO-1 탐사선의 임무 종
료일이 임박하자 이 탐사선에게 새로운 임무를 부
여했다. 바로 새로운 기술을 시험하기 위한
Testbed
로써의 임무이다. 현재 EO-1 위성은 지상
국과의 정해진 접속시간에 따라 운영하고, Space
Link
를 통해 데이터를 전송하고 있었다. 그리고 이
것은 매번 수동적인 조종을 통하여 이루어졌다. 하
지만 DTN 프로토콜은 위성의 정보를 Persistent
Storage
에 저장한 후, 지상국과 접속할 때 자동으
로 내려보내 주는 것이 가능할 것이라 기대되었
다.[2] 또한, 보통 위성의 Hyperspectral Data는 그
큰 크기 때문에 매우 높은 속도의 Downlink를 이용
하여 지상으로 전송한다. 그리고 이러한 데이터는
지상네트워크 혹은 다른 물리적 저장매체를 통해
사용자에게 전달될 때까지 저장된다. 이러한 지상
시스템에도 DTN 프로토콜 기술을 적용하게 된다
면, 중간에 추가적인 작업을 수행하지 않더라도
Link
가 허용되는 한 사용자에게 자동으로 전달될
수도 있다.
그림 7. EO-1을 이용한 시험 Configuration
2010
년 12월, 2011년 2월 Goddard Space Flight
Center (GSFC)
에서는 Earth Observer-1 (EO-1)
우주선을 이용하여 On-orbit DTN 노드를 묘사하고
시험하는데 성공하였다. 이번 시험의 목표는 지구
관측 임무 및 다른 저궤도 위성의 임무에서 DTN
프로토콜 기술을 검증하는데 있었다.
l
시험 수행에 따른 위성과 지상시스템의 영향
분석
l DTN
프로토콜의 기술적 이점에 대한 시험 수행
l DTN
프로토콜 기술에 대한 새로운 접근방법을
발견하고 시험함
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특히, EO-1 위성으로서는 이번 시험은 특별한 의
미를 가지고 있었다. 바로 2006년 하드웨어의 문제
로
인하여
실시간
텔레메트리(Real-time
Housekeeping)
를 제대로 수신하지 못하였기 때문이
다. 이번 시험에서는 정상 수신할 수 있을 것으로 기
대되었다.
EO-1
탐사선을 이용한 DTN 프로토콜 시험에
서는 모든 네트워크 노드들이 Bundle Protocol
(BP)
을 사용하였다. 그러나 Transport Layer는 다
르게 사용되었다. EO-1과 Mission Operation
Center (MOC)
사이의 Space to Ground Link에서
는 Licklider Transport Protocol (LTP)가 사용되었
다. LTP는 EO-1 탐사선의 DTN 노드와 MOC의
DTN
노드, 두 포인트 간의 신뢰성 있는 데이터
전달을 담당한다. LTP Segments는 EO-1 의 Data
Link Layer Unit
인 Consultative Committee for
Space Data Systems (CCSDS) Advanced Orbiting
Systems (AOS)
프레임 사이즈에 맞게 다운링크
된다. 업링크에서는 LTP Segments들은 CCSDS 커
맨드 패킷 데이터 필드에 적절히 삽입되어 전달
된다. 프로토콜 구조는 그림 8에 나타나 있다.
그림 8. EO-1 Protocol 구조
시험의 1단계를 통해 통신 링크에 대한 검증을
할 수 있었으며 , 더불어 DTN 프로토콜의 기능도
함께 확인할 수 있었다. 지상의 커맨드, Text
Strings,
파일 이 EO-1 탐사선 노드와 Mission
Operation Center
사이에서 성공적으로 전송되었
다. 특히, 실험에서 LTP segment가 16-20 % 밖에
MOC DTN
노드로 전달되지 않았는데도 불구하고
파일이 성공적으로 수신되었다. DTN 프로토콜을
사용하지 않았을 경우와 파일전송이 완료되지 못
하였던 것과 비교해서 이것은 DTN 프로토콜의
이점을 보여주기에 충분한 결과였다.
2
단계에서는 DTN 프로토콜 Store-and-Forward
기능을 이용하여 Housekeeping 데이터 전송 시험
을 수행하였다. 이러한 기능을 통해, 개념적으로는
우주선에 있는 Housekeeping 데이터의 물리 저장
장치 필요성을 제거할 수 있다. 왜냐하면 데이터는
지속적으로 저장되어 있다가 다음 DTN 노드가 수
신이 가능하면 계속적으로 전달하기 때문이다.
2
단계에서 DTN 프로토콜의 기능을 검증하고자
하는 것은 다음과 같다.
스케줄과 무관한 텔레메트리/커맨드 전송 – SOC와
EO-1
탐사선이 서로 교신가능한 스케줄을 파악하
여, 반대로 교신이 불가능한 시점에 SOC에서
EO-1
탐사선으로 데이터를 업링크 하였다. 이러한
전송은 중간에 추가적인 조작없이, 그리고 지상
SOC
와 EO-1 탐사선과의 연결이 불가능할 때 수행
되었다. 다운링크는 EO-1의 데이터가 지상의
MOC
에 전송되도록 하였는데, 이 역시 다운링크된
데이터가 EO-1 탐사선과 MOC 간에 접속이 불가
능한 기간에 수행되었으며 추가적인 제어가 필요
하지 않았다.
다음으로는 수신되는 다운링크 데이터에 우선순
위를 주어 실시간 데이터에 대한 전송을 보장하는
기능을 검증하였다. 지상국과 EO-1탐사선이 교
신이 가능할 때 생성되는 데이터를 실시간 데이터
라고 정의한다. 왜냐하면, 탐사선과 지상국 간에 통
신이 가능한 기간에 생성된 데이터는 생성 후 바로
전달 및 수신이 가능해 실시간의 정보를 반영하고
있기 때문이다. 바로 이 실시간 데이터에 높은 우선
순위(High Priority)를 주고 접속이 불가능할 때
수신되는 데이터에 대해서는 상대적으로 낮은 우
선순위(Low Priority)를 줌으로써 DTN 데이터에
대한 각각의 우선순위를 할당하고 데이터 전송을
보장한다.
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3.4 Multi-purpose End-To-End Robotics
Operations
Network
(METERON)
Experiment
그림 9. METERON Project 로고
우주는 인류에게 매우 가혹한 환경이다. 그래서
혹독한 환경의 태양계 행성들을 탐사할 때는, 사람
대신 탐사로봇을 보내어 물의 존재여부를 포함한
다양한 자료를 수집하게 된다. 만약, 인간을 직접
행성탐사에 보내야 한다면 로봇의 경우와 달리 음
식, 연료, 장비 등이 추가로 필요하게 될 것이며,
임무를 마친 후 다시 돌아오기 위한 방법도 강구해
야할 것이다.
심지어 지구로의 귀환이 필요 없는, 외계행성에
식민지를 건설하여 정착하는 임무라 할지라도 사람
을 보내기 전에 로봇을 먼저 보내어 행성탐사를 시
작하는 것은 안전성이나 효율성면에서 의심할 여지
가 없다.
이렇듯, 로봇은 현재에나 미래에도 우주개발
및 탐사역역에서 다양하게 사용될 것임이 틀림없
다. 멀리 떨어진 심우주 행성에 탐사로봇을 보내
고 이를 직접 원격조종할 수만 있다면, 예기치
못한 상황에도 유연하게 대응하며 임무를 무사히
완수할 수 있을 것이다.
우리가 통신을 위해 주로 사용하는 고주파 신호
는(Radio Signal) 지구에서 화성까지 약 12분 가량
걸린다. 화성에 있는 원격로봇을 지구에서 직접 조
종한다고 가정한다면, 지구에서 로봇의 움직임을
보면서 판단하고 새로운 명령을 주기까지 고주파
신호의 왕복시간인 24분이 걸릴 것으로 예상된다.
이를 극복하기 위해 유럽우주국(European Space
Agency, ESA)
은 새로운 계획을 준비 중에 있다. 탐
사하려는 행성의 궤도상에 우주선을 띄우고, 그 우
주선 안에 있는 우주인이 행성표면에 있는 로봇을
직접 제어하는 것이다. 바로 Multi-purpose
End-To-End Robotics
Operations Network
(METERON)
계획이다.
그림 10. METERON Project 심우주 활용 계획
METERON
계획을 위해 우주상에서의 원거리 통
신네트워크, 로봇 인터페이스 및 하드웨어 등을 개발
하고 있으며 국제우주정거장 (International Space
Station, ISS)
을 테스트베드로서 사용하고 있다. 우
주로부터 로봇을 원격제어하기 위한 이 프로젝트는
커맨드를 보내고 로봇정보를 다시 받아올 수 있는
우주인터넷 구축이 우선적으로 요구된다. 이러한 우
주인터넷을 구성하기 위해서는 우주통신에서의 특
성상 기존과 다른 새로운 통신기술이 필요하였으며,
이를 위해 DTN 프로토콜이 사용되었다. 이 프로토
콜은 통신이 끊기면 정보를 저장했다가 연결이 회복
되면 다시 전달하는 방식(Store-and-Forward) 을
사용하여 먼 거리의 통신에 적합하다.
박주호 외 / 항공우주산업기술동향 13/1 (2015) pp. 107~117
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METERON
계획의 일부로서 DTN 프로토콜을 위
한 컴퓨터가 국제우주정거장의 컬럼버스(Columbus)
모듈 안에 설치되었다. ISS에 상주하고 있는 우주인
에 의해 상태를 점검하였다.
그림 11. LEGO Robots for METERON Project
2012
년, 국제우주정거장에 있는 우주인이 DTN
프로토콜을 이용하여 독일에 위치한 European
Space Operation Centre
안에 작은 LEGO 로봇을
움직이는데 성공한데 이어 2014년에는 마찬가지로
국제우주정거장에 있는 우주인이 DTN 프로토콜을
이용하여 지상에 있는 ESA의 Eurobot을 조종하는
데 성공하였다. 특히, 2014년의 실험에서는 2012년
도의 시험에 비해 여러 가지 복잡하고 섬세한 동작
들이 포함되어 있었다. 90여 분간의 실시간 연결
동안에 국제우주정거장에 있는 우주인은 비디오와
데이터 피드백을 기반으로 로봇을 조종하였다. 국
제우주정거장이 지구상으로부터 400 km 상공에 떠
있으며 시속 약 28,000 km/h 로 이동하는 것을 생
각한다면 이러한 원격시험의 성공은 매우 놀라운 성
과가 아닐 수 없다.[10]
그림 12. 시험에 사용된 Eurobot
3.5 DTN 프로토콜을 이용한 우주인의 이메일
챌린지
국제우주정거장에 있는 우주인들은 최근 이메일
을 보내거나 받기위해 마이크로소프트 아웃룩
(Microsoft Outlook)
프로그램을 사용하였다. 이 프
로그램은 지상에 있는 마이크로소프트 익스체인지
서버(Microsoft Exchange Server)에 연결되어 있으
며, 이를 통해 국제우주정거장으로부터 이메일을 받
거나 혹은 보낼 수 있다. 하지만, 현재의 시스템은
TCP/IP
기반으로 동작하기 때문에 잦은 지연과 끊
김이 발생한다. 지연과 끊김 현상은 마이크로소프트
아웃룩 프로그램에 문제를 일으키는 주된 원인이며
때로는 프로그램이 아예 쓸모없어 지기도 한다. 특
히, 이러한 문제는 사진이나 영상 같은 큰 파일을 첨
부하고 메일을 전송할 때 일어났다.[9]
미국항공우주국은 이와 같은 문제를 해결하기 위
해 DTN 프로토콜을 이용하고자 하고 있으며, 일반인
이 참여하는 일종의 컨테스트를 진행하였다. 이를 위
해서는 아웃룩이나 익스체인지 서버 프로그램의
Plug-in/Extension
를 개발하여야 하며, 대신 DTN
Bundle Protocol
을 이용하여야 한다. 이밖에 다양한
조건을 NASA 토너먼트 랩에서 확인할 수 있다.[8]
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박주호 외 / 항공우주산업기술동향 13/1 (2015) pp. 107~117
그림 13. NASA Astronaut Email Chal enge
우주기술의 개발 및 개선을 위하여 일반인의 참
여를 권장하고 아이디어나 기술을 공유하려는 시도
가 새롭다.
4. 결 론
올해로 탄생 100주년을 맞이하는 미국항공우주
국 (NASA : National Aeronautics and Space
Administration)
이 인류의 삶에 영향을 끼친 기술
들을 발표하였다. 그 수는 대략 1800여 가지에 이
르며 현재 일상생활에 밀접한 관계가 있는 것들도
적지 않다. 대표적인 예가 메모리폼이다. 우주선이
대기권을 벗어날 때, 안에 있는 우주비행사들의 충
격을 완화시키기 위해 메모리폼이 개발되었다. 밀
도는 높지만 탄성이 낮아서 우주비행사들의 목과
척추를 보호해주는 용도로 사용되었으며, 현재는
일반인들에게도 널리 사용되고 있다. 또한, 최근 들
어 유행처럼 번지는 시력교정수술인, 일명 라식/라
섹 또한 우주기술에서 파생된 기술을 바탕으로 한
다. 우주선의 도킹을 위해 개발된 추적시스템이 수
술 중 안구의 움직임을 파악하도록 응용된 것이다.
먼 미래의 일로만 보였던 많은 것들이 현실화
되고 있으며, 그 속도 또한 매우 빨라지고 있다. 현
재 진행되고 있는 다양한 우주기술 역시, 언제 우
리의 삶에 깊이 파고들어 영향을 주게 될지 모르는
일이다.
본 논문에서 언급한 우주인터넷도 마찬가지다.
이미 그 가능성이 다양한 분야에서 기대되고 있다.
그 예로, 지진이나 산불로 인한 자연재해가 발생했
을 경우 인명을 구조하는데 사용될 수 있다. 재난
지역에서의 통신은 매우 불안정한 상황이기 때문이
다. 그 밖에도 원자력발전소 사고의 현장에 사람을
대신하여 원격로봇이 투입되는 경우나, 아직 미지
의 영역으로 남아 있는 심해탐사에서도 이 기술이
응용될 수 있다.
우리나라의 달탐사 과제에서도 우주인터넷
(DTN)
개발 계획이 언급되고 있다. 우리나라의 우
주개발에서 파생된 기술이 대한민국을 넘어 전
인류의 삶에 공헌하는 날을 기대해 본다.
참고문헌
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2012
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5. Jim Schier, Chad Edwards, "NASA's Mars
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and Human Mission Needs", power point
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Space Internet”, IEEE COMMUNICATIONS
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