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NI 오픈소스 SDR로 상용 드론 위협 무력화한 스카이세이프

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글/스캇 토보그(Scott Torborg), 스카이세이프 CTO

과제

고성능의 저가 드론이 공급되기 시작하면서 드론을 악용하여 사회 질서에 지장을 주는 행위가 쉽게 가능해졌다. 예컨대 최근 유럽에서는 드론의 공항 무단 진입 사례가 보도된 바 있다. 더욱 정교한 드론 위협이 증가함에 따라 이에 신속히 대응할 수 있는 드론 방어 시스템의 필요성이 부각되고 있다.

솔루션

스카이세이프(SkySafe)는 날로 증가하는 저가형 드론의 위협에 대응할 수 있도록 유연한 개방형 Ettus Research USRP X310에서 작동하는 최첨단 SDR(software defined radio) 기반 기능을 개발했다. NI USRP SDR 디바이스를 활용해 신속하게 프로토타이핑 및 배포를 진행함으로써, 스카이세이프는 현장에는 보다 빨리, 정부기관에는 훨씬 저렴한 비용으로 업계 선두 기술을 제공할 수 있었다.
요즘 기술 뉴스에서 드론에 관한 기사는 거의 빠짐없이 등장한다. 아마존(Amazon)이 물품배송에 드론을 어떻게 적용할지를 상세히 다룬 기사부터 올림픽 스노보드 선수의 활주를 따라가며 공중에서 자동 촬영하는 놀라운 드론 기술까지, 상용 드론에 관한 기사는 어디서나 쉽게 접할 수 있다. 스포츠 방송이나 야생동물 보호구역 조사 등의 다양한 분야에도 드론이 활용된다. 강력한 지능형 소프트웨어 탑재는 물론이고, 가격 안정화, 작동 범위 확대 및 간단해진 조종법 등을 바탕으로 시장을 확대하고 있다.
다른 파괴적인 기술과 마찬가지로 이러한 드론의 혁신적인 기능을 악용하려는 사람들이 생겨나고 있다. 최근에 무인 항공기를 무단 감시에 악용하거나 영국에서처럼 민간 항공기용 공역을 침해하는 등의 사례가 보도된 바 있다.
다행히 이러한 악용 사례를 막기 위해 드론 방어 시스템을 구축하려는 노력 또한 진행되고 있다. 대부분의 드론 방어 시스템은 기술을 활용해서 위협을 탐지하고 무력화한다. 이러한 시스템은 능동형 및 수동형 레이더를 모두 사용하고, 광학 검증을 활용하는 경우도 많다. 무력화 방법은 비파괴 통신 차단 및 GPS 방해에서부터 무기나 유도 고전력 레이저 등을 이용한 파괴적인 대응 방법에 이르기까지 다양하다.

드론 방어 시스템 기술의 주요 과제

매년 더욱 지능화된 상용 드론 신제품들이 한층 정교해진 명령 및 컨트롤(C2)과 내비게이션 시스템을 장착하고 출시된다. 요즘은 웬만한 드론 제품은 능동형 물체회피 기능이나 자율 모드를 지원한다. 드론을 조종사가 직접 제어하지 않는 경우 C2 대응이 쉽지 않다. 그래서 위장이나 전파방해로 GPS를 방해하거나 거부하는 일이 흔히 발생한다. 능동형 원격 조종 기능이 탑재된 드론은 기본 아날로그 변조에서부터 암호화된 명령을 통한 높은 보안 수준의 디지털 링크에 이르는 다양한 통신 방식을 제공한다. 고전적인 전파 방해(Jamming) 기술을 사용하는 방안을 고려할 수도 있는데, 이는 국가별 규제로 제약을 받는 문제는 말할 것도 없고, 우호 세력에게 큰 혼란을 주고 스텔스 운영에도 지장을 줄 수 있다. 광범위한 C2 방해 방식에 대응할 단일 방어 시스템을 구축하기란 여간 어려운 일이 아니다.
첫째는 어떻게 기술 진화에 발 빠르게 대응하고 새로운 위협 대책을 신속하게 수립할 수 있을까 하는 문제다. 기존 장기간의 국방부(DoD) 프로그램 개발주기와는 잘 맞지 않을 수 있기 때문에 다수의 시스템이 빠른 배포가 가능한 상용 기술 쪽으로 넘어갔다. 이는 시스템 설계자가 하드웨어 구현 대신 위협 자체에 집중하기 위한 선택이었다.
둘째는 이동성 문제이다. 기본적인 보호도 중요하지만 군대에는 원거리 차량에도 배포할 수 있는 효과적인 대책 솔루션이 필요한다. 대부분 군용 차량의 경우, 카메라와 혁신 기능을 내장한 레이더 시스템 일체를 장착할 공간이 충분하지 않다. 모바일 시스템 임무 수행에서 스텔스 기능과 긴 운영 수명 유지는 반드시 필요한다. 결국 SWaP(Size, Weight and Power)으로 귀결되는 것이다. 이러한 이유로 프로토타이핑에서 배포까지 지원하고, SWaP 및 무선 성능 표준에 부합하는 플랫폼을 선택하는 것이 관건이다.

[그림 1] USRP X310으로 드론 테스트

스카이세이프의 드론 방어 솔루션

스카이세이프는 미국에 본사를 둔 혁신기업으로, 세계적인 비파괴 드론 방어 및 공역 통제 솔루션을 제공하겠다는 사명으로 매진하고 있다. 선진화된 무선 엔니지어링과 심층 위협 분석을 적용하여, 군대, 공공 안전 및 민간 고객을 위한 종합적인 공역 인식 및 제어 솔루션을 제공한다. 스카이세이프 솔루션은 여러 공통적인 위협의 C2 및 내비게이션 시스템을 방해하는 방식으로 비파괴적인 대응을 사용한다. 또한 스카이세이프 소프트웨어는 내비게이션 다운링크 보고서를 가로채고 드론의 위치를 실시간으로 운영자에게 보여준다. 규제 공간이 변화함에 따라 스카이세이프는 군용 드론 방어 어플리케이션 개발에 집중하여, 현재 미 국방부와 계약을 맺고 솔루션을 제공하고 있다.

[그림 2] NI USRP X310이 장착된 스카이세이프의 견고한 드론 방어 인클로저

기술 진화에 대응하고 SWaP 문제를 해결하기 위해 스카이세이프는 NI의 상용 SDR 기술을 활용하여 시스템을 구축했다. NI SDR과 오픈소스 소프트웨어를 결합함으로써 손쉽게 새로운 알고리즘을 배포하고 새로운 위협에 신속하게 대응할 수 있게 됐다. 즉, 새로운 기능을 배포하는데 드는 시간과 비용을 절감할 수 있게 된 것이다. 이러한 스카이세이프 솔루션의 핵심은 스카이세이프 고유의 혁신적인 소프트웨어 라디오 알고리즘이다.?
스카이세이프 드론 방어 시스템은 NI 브랜드인 Ettus Research USRP X310 SDR (GNU Radio 오픈소스 소프트웨어 커뮤니티)과 RFNoC(유연한 FPGA 프레임워크)를 사용한다. USRP X310은 적응성을 고려하여 설계되었으므로 빠르게 개발된 높은 적응성의 저전력 모바일 애플리케이션용으로 완벽한 제품이다. 스카이세이프의 스캇 토보그(Scott Torborg) CTO는 "내쇼날인스트루먼트의 Ettus Research USRP X310은 빠르게 진화하는 드론 위협의 니즈를 충족할 수 있도록 개방형 RF 및 DSP 기능을 갖춘 유일한 상용 SDR"이라고 말했다.
폼 팩터 및 견고성 문제를 해결하기 위해 스카이세이프 솔루션은 USRP X310을 견고한 차량 장착형 인클로저로 재포장한다(그림 2). 스카이세이프는 초창기부터 환경 보호 및 시스템 강화를 설계에 반영하였고, USRP X310 적용시 NI의 지원은 스카이세이프가 환경 요건을 충족하는데 핵심적인 역할을 했다.

[그림 3]. 군용 차량에 탑재된 스카이세이프 드론 방어 시스템

결론

드론은 재미있고 유용한 기술이다. 그러나 이렇게 혁신적인 기술을 악용하려는 사람들이 있다. 이러한 위협에 대응하기 위해서는 기술 및 규제 관련 문제들을 해결해야 한다. 규제가 진화함에 따라, 대부분의 드론 방어기술은 군용 애플리케이션에 맞게 개발되고 있다. USRP X310 및 오픈 소스 소프트웨어를 통해, 점점 더 고도화하는 위협 및 폼 팩터 요구사항에 모두 대응할 수 있는 능력이 입증된 NI SDR 기술을 활용함으로써 스카이세이프는 고도의 기능을 갖춘 시스템을 제공한다.

[참고] 이 사례 연구에서 사용된 제품
(1)Ettus Research USRP X310
(2)Ettus Research UBX RF 도터보드
(3)RFNoC (RF Network on Chip) FPGA 맞춤형 프레임워크