전기전자/정보통신

Nikkei Electronics_2023.5 Emerging Tech (p68-73)

지구를 둘러싼 바다의 통신 기반 '위성 VDES'
경제안전보장을 축으로 일본이 주도

미중 대립의 심화를 계기로 점점 중요해지고 있는 경제안전보장. 그 중에서도 최고는 첨단반도체의 일본내 양산 거점 확립이지만 중요 대상 기술은 그 밖에도 있다. 그 중 하나가 일본 정부가 2022년에 시작한 경제안전보장 중요기술 육성프로그램(K Program)에도 선정된 ‘위성 VDES(VHF Data Exchange System)’이다.

위성 VDES를 단적으로 표현하면 ‘바다의 DX(디지털 트랜스포메이션) 기반 기술’이다. 해양 관련 싱크탱크인 사사카와평화재단 해양정책연구소(OPRI)의 아카마쓰(赤松) 부장은 “바다 세계의 디지털화는 육지보다 2~3배 뒤처져 있다.

육지에서 일어나는 일이 5~10년 늦게 찾아온다. 최근에 바다에서 이루어지는 경제 활동은 증가하고 있는데, 현재 상황은 공통 기반이 없어 IoT(사물인터넷)화가 진행되지 않은 것이 문제다”라고 말한다.

위성 VDES는 VHF대(초단파) 전파를 사용하는 VDES라는 통신방식으로, 지상(배-지상국, 배-배)뿐만 아니라 위성 컨스텔레이션(일군의 인공위성과 시스템)으로 지구 전체를 실시간으로 커버하는 통신네트워크다. 선박의 안전한 운항에 도움이 되는 정보뿐만 아니라 선박/컨테이너의 물류 관리, 선박의 엔진 상태 감시 등 다양한 정보 교환을 예상하고 있다.

앞으로는 선박의 자동운항이나 에너지절약 운항의 기본적인 통신에 필수 존재가 될 가능성이 높다. OPRI의 특별연구원 와타나베(渡辺) 씨는 “인류 공통의 해운 인프라가 될 가능성이 있다”라고 강조한다.

일본은 주위가 바다로 둘러싸인 해양 강국이다. 국토는 세계 61위(중국은 4위)지만 배타적경제수역(EEZ) 면적은 세계 8위(중국은 11위 이하)로 크고, 교역량의 99.7%를 해상운송에 의존하고 있다. 또한 일본의 선박회사가 보유한 실질적인 선복량(일본 선적 및 해외 자회사의 외국 선적 합계)은 세계 2위 규모다.

그렇기 때문에 정부가 일정 조달을 보상하는 ‘앤커 테넌시(Anchor Tenancy)’적인 방법으로 위성 VDES 기술의 우위성 확립을 목표로 한다. 경제산업성 제조산업국 우주산업실은 “위성 VDES는 기반 인프라이기 때문에 기술을 자국에서 보유할 필요가 있다. 정부는 일본이 싸울 수 있는 영역이라는 판단 하에 정부 프로젝트로 채택하게 되었다”라고 배경을 설명한다.

-- 안전보장과 경제활동의 '듀얼 유스' --
이번 K Program에서는 신에너지산업기술종합개발기구(NEDO)가 연구추진법인이 되어 VDES 기능을 탑재한 위성 컨스텔레이션의 기술 및 정보를 집약/공유하기 위한 데이터 플랫폼 기술의 연구개발을 추진한다. 기간은 2022년부터 2029년까지로, 최대 147억엔의 예산을 배정한다. 이미 공모기간(22년 12월 5일~23년 1월 23일)은 끝났으며 23년 3월 하순에는 위탁업체를 발표할 예정이다.

중요한 것은 이 기술이 안전보장과 경제활동의 '듀얼 유스'에 활용될 수 있다는 점이다. 내각부와 경제산업성이 위성 VDES의 연구개발 구상을 정리한 문서에는 다음과 같은 문장이 있다. ‘본 사업에서 연구개발을 실시하는 해양상황파악(MDA)을 위한 위성기술 및 양방향통신에 의한 해사 정보의 집약/공유용 데이터 플랫폼 기술은 일본이 안전보장 활동, 사회경제 활동을 하는데 필수적인 기반 인프라 기술이다’.

22년 10월에는 민간 측에서도 큰 움직임이 있었다. 위성 VDES의 보급을 통해 해양 DX의 추진 활동을 위한 단체 '위성 VDES 컨소시엄'이 설립된 것이다. OPRI가 사무국을 맡는다. 발족 멤버로는 IHI, 상선미쓰이테크노트레이드, 후루노전기, ArkEdge Space(도쿄), 도요신호통신사(요코하마시), 니혼무선, 미쓰이물산이 참가하고 있다.

-- 2030년에 100만척에 탑재될까? --
위성 VDES는 ‘차세대 AIS(선박자동식별장치)’라고도 한다. AIS는 국제해사기구(IMO)가 정하는 SOLAS조약(해상인명안전조약)의 2000년 개정에 따라, 모든 여객선과 국제항해에 종사하는 300톤 이상 선박, 국제항해에 종사하지 않는 500톤 이상의 선박이 의무적으로 탑재해야 하는 통신장치다. 정보 이용은 무료다.

AIS는 선박의 식별부호나 종류, 위치, 침로, 속력, 항행 상태 등을 VHF대로 발신한다. 현재, 전 세계적으로 약 25만 척이 탑재하고 있고, 해운 관계자들 사이에서는 ‘성공적인 규격’으로 평가받고 있다.

그러나 AIS는 지금에서는 낡은 기술이고 과제도 많다. 구체적으로는 1) 쌍방향이 아닌 단방향으로 정보를 발신하기 때문에 상대 선박이 수신했는지 확인하기 어렵다, 2) 어선이나 소형 선박에 탑재 의무가 없어 모든 선박에 탑재되는 것은 아니다, 3) 항상 전원 ON이 의무화되어 있지만 OFF도 가능하다(수상한 선박에 많다), 4) 정보는 스푸핑(위장)이 가능하다, 5) 지상해안국으로부터 전파를 수신할 수 있는 범위는 최대 약 20k~50km뿐(EEZ 전역이 커버되지 않는다) 등이다.

반면 위성 VDES는 AIS의 기능을 답습하면서 다음과 같은 확장하고 있다. 1) 쌍방향 통신에 의해 자기 선박의 정보가 상대방에게 전달된 것을 확인할 수 있다, 2) 통신 레이트를 AIS에 대해 최대 32배인 약 300kbps(비트/초)로 고속화, 3. 지상뿐만 아니라 60기 정도의 위성 컨스텔레이션으로 지구 전체를 커버, 4) 데이터의 암호화와 인증 기능에 대응(예정)함으로써 보안을 보장한다.

VDES는 광대역이 아니어서 영상 전송에 적합하지 않지만 선박이나 해양 등 다양한 정보를 디지털 데이터로 자동 송수신하기 위한 IoT 통신 기반으로 유용하다. AIS와 마찬가지로 선박 간 통신은 무료로 사용할 수 있다(위성 경유는 미정).

IMO는 26년에 개정 SOLAS 조약이 실행될 예정이다. 그래서 'AIS 장비 의무'에 VDES가 추가될 전망이다. 즉, “VDES가 AIS와 같은 위치에 있게 된다. 두 개의 제조 비용 차이는 크지 않기 때문에 AIS에 덤으로 매력적인 서비스가 추가되면 자연스럽게 VDES로 이행하게 될 것이다”라고 위성 VDES 컨소시엄의 멤버인 도요신호통신사의 니시무라(西村) CTO(최고기술책임자)는 예측한다.

덴마크의 스타트업 기업 Sternula의 Lars Moltsen CEO는 “위성 VDES를 탑재하는 선박은 26년을 계기로 급속히 늘어나고, 30년에는 AIS와 합쳐 100만 척이 탑재할 것으로 보고 있다. 이 숫자에는 현재 AIS를 탑재하고 있지 않은 어선의 탑재를 포함하고 있다”라고 말한다.

위성 VDES의 용도는 해상교통 안전에 특화돼 있던 AIS와 비교해 크게 확대될 것으로 보인다. “선박의 안전 항행 이용이 첫 번째지만 그 외에도 다양한 유스 케이스가 있다”(OPRI의 와타나베 연구원). 장기적으로는 선박 자동운항의 기본적인 통신에 불가결한 존재가 될 것이다.

-- 물고기의 산지 증명에도 사용할 수 있다 --
예상 용도 중에서 흥미로운 것은 물고기의 산지 증명 용도다. 위성 VDES를 사용하면 선박의 루트 정보를 자동으로 얻을 수 있기 때문에 잡은 물고기의 산지를 증명할 수 있다. 어업인에게 어장은 ‘기업 비밀’이기 때문에 일반적으로 AIS를 탑재하고 싶어하지 않는다.

하지만 보안이 보장되는 VDES라면 사정은 달라진다. 현재 AIS를 탑재하고 있지 않은 어선에게 얼마나 매력적인 서비스를 제공할 수 있을지가 VDES 보급의 열쇠 중 하나가 된다.

동시에 안전보장 분양에서의 해양상황파악(MDA)의 강화에 기여하는 것도 중요하다. 정부는 “해양의 안전보장 환경이 점점 엄혹해지는 가운데 자유롭고 개방적인 ‘인도태평양 구상’을 실현하기 위해 우주를 활용한 일본 주변 해역 및 시 레인(Sea Lane) 주변의 MDA 능력을 강화할 필요가 있다”라고 말한다. 이를 위한 비장의 카드가 위성 VDES다.

-- 규격화 완료는 2026년 무렵? --
현재 위성 VDES는 규격화 작업이 진행되고 있는 중이며, 그와 병행하여 초기 실증도 시작되었다.

VDES에 필요한 주파수 할당은 19년 11월에 있었던 ITU(국제전기통신연합)의 WRC(세계무선통신회의)에서 결정되었다. 그리고 IALA(국제항로표지협회)에서 규격화가 진행되었고, 현재는 IEC(국제전기표준회의)에서 그 초판을 기반으로 통신단말기 개발을 위한 규격화 작업이 이루어지고 있다. 규격 발행의 목표는 개정 SOLAS 조약이 시행되는 26년 무렵으로 보인다.

위성 VDES 개발에 적극적인 곳이 북유럽 국가들이다. 예를 들면, 노르웨이우주센터(NSC)는 ESA(유럽우주기구)의 의뢰를 받아 17년 7월에 세계 최초의 VDES 위성(정확히는 동등한 기능을 가진) ‘Norsat-2’를 발사해 현재도 시험 운용 중이다.

덴마크의 Sternula는 23년 1월에 VDES 위성 초호기를 발사했으며, 24년에는 4기를 추가로 발사할 계획이다. 스웨덴의 Saab, 미국의 Orbcomm, 스웨덴의 AAC Clyde Space 기업연합도 VDES 위성 발사 계획을 발표했다.

북유럽 이외의 지역에서는 상세 내용은 알 수 없지만 중국도 위성 VDES의 실증에 적극적이며, 이미 여러 위성을 발사한 것으로 보인다.

한편 일본에서는 ArkEdge Space가 24년에 초호기를 발사할 계획이다. “자세한 내용은 아직 말할 수 없지만 6U의 위성 버스를 활용한다. 무게는 20kg보다 가벼워진다. VHF용 안테나는 1m 전후로 크기 때문에 수납과 전개 기구에 아이디어가 필요할 것 같다”(ArkEdge Space의 후쿠요(福代) CEO). 참고로 6U는 초소형 위성의 CubeSat 규격으로, 10cm×10cm×10cm 사이즈가 1U이다.

“27년까지는 10~20기를 발사해 실증하고 싶다. 일본에게 중요한 EEZ나 인도 태평양 지역을 커버하려면 30~40기는 필요하다. 컨스텔레이션을 빨리 구축하고 싶다”(후쿠요 CEO).

VDES의 통신 단말은 AIS에서 높은 점유율을 차지하고 있는 후루노전기 등이 개발하고 있다. 후루노전기 선박기기사업부의 오기노(荻野) 실장은 “AIS보다 탑재 대상이 늘어난다는 점에서 사업 기회로 보고 있다. 단말 개발은 장기적으로 VDES로 일원화해 나갈 생각이다”라고 말한다.

“기술적으로는 위성에서 나오는 신호가 미약해 노이즈에 파묻힌 신호를 캐치하는 부분이 어렵지만 현행 AIS와 특별히 크게 변하는 요소는 없다”(후루노전기의 오기노 실장).

무엇보다 현재 상황은 “통신인프라 부분은 정해져 있지만 그것을 어떻게 사용할지 등 결정되지 않은 부분이 아직 많다”라고 위성 VDES 컨소시엄의 대표 간사이자 IHI 항공/우주/방위사업영역 우주개발사업추진부의 시사(志佐) 그룹장은 지적한다. 예를 들면, 위성에서 볼 때 해상에 배가 많이 있어 혼잡할 때 개별 통신 대역을 어떻게 좁히는지, 통신 순서를 어떻게 정하는지 등은 아직 아무도 실증하지 못했다고 한다.

현재 보안의 경우는 MCP(Maritime Connectivity Platform)라는 컨소시엄에서 VDES 상에서의 전송에 적합한 공개키 기반(PKI) 규격화를 진행하고 있는 단계다. 시사 그룹장은 “(VDES라는 인프라 활용 방법에 대해) 현재는 곳곳에서 영역 확보 경쟁이 벌어지고 있다. 지금까지 해양 세계에서 룰을 만들어 온 일본에게는 좋은 기회가 도래하고 있다”라고 말한다.

최근 몇 년간 미국 스페이스X의 ‘Starlink’ 등 위성 광대역이 선박용 통신서비스로도 주목을 받고 있다. 이쪽은 이론 상의 통신속도가 다운로드 350 Mbps, 업로드 130 Mbps로 VDES와 비교해 압도적으로 빠르다. 앞으로 전 지구 커버도 목표로 하고 있다.

-- Starlink와는 구별하다 --
실제 위성 광대역은 선원들이 오프 시간에 유튜브 등을 보며 즐기거나 가족과 영상통화를 하기 위한 통신인프라로 니즈가 높아지고 있다고 한다. 그러나 위성 VDES는 그와는 이질적인 존재로서 공존해 나갈 것 같다. “블루투스와 5G가 공존하고 있듯이 해양 분야에서는 아마 위성 VDES와 위성 광대역으로 양극화해 나갈 것 같다”(.ArkEdge Space의 후쿠요 CEO).

그 이유는 위성 VDES가 1) 전 세계 해역에서 사용할 수 있는 업무용 통신의 국제표준 규격이다, 2) IMO에 의한 탑재 의무화로 AIS를 자연스럽게 대체해 나간다, 3) 위성 광대역보다 보안이 높다는 점에 있다. 예를 들면, 위성 VDES에는 충돌 회피를 위해 상대 선박과 양방향 통신을 하는 구조가 표준으로 구현될 것으로 보이지만 위성 광대역에 그러한 기능은 표준으로 구현되지 않는다.

-- 열쇠는 킬러 콘텐츠 --
위성 VDES는 AIS의 확장판으로, 안테나를 그대로 사용할 수 있는 등 비용 상승 요인도 적기 때문에 장기적인 보급이 거의 확실시되고 있다. 정부용 안전보장 관련 사업도 견실하다.

단, 해상교통 안전만이 아니라 다양한 용도로 전개하기 위해서는 매력적인 서비스나 지속 가능한 비즈니스 모델을 구축해야 한다. 수십 기의 위성 콘스텔레이션을 구축하고, 그것을 정상적으로 운용해 가기 위해서는 나름대로 비용이 든다. “지금은 어느 나라나 정부가 보조금을 내고 있지만 이래서는 지속성이 없다. 때문에 사업으로 굴러가기 위한 에코시스템을 만들어야 한다”(OPRI의 아카마쓰 부장).

역시 관건은 ‘킬러 컨텐츠’다. 예를 들면, 블랙박스를 설치하면 할인 요금으로 가입할 수 있는 자동차 보험이 장치 보급을 뒷받침한 것처럼, VDES 단말을 탑재하면 보험료가 싸지는 서비스가 있다면 의무 탑재가 아닌 어선이나 소형 선박에도 보급될지도 모른다. 위성 VDES 컨소시엄에서는 앞으로 유스 케이스 검토에 주력해, 서비스 실증을 통해 유저에게 제안해 나갈 계획이라고 한다.

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