퍼듀대학교 : 무인항공기/비상용 통신 웹 애플리케이션 개발 : 인트라넷 네트워크
● 개요
[요약]
2022년 통가 화산 폭발과 2005년 허리케인 카트리나처럼 재난 상황에서는 통신망 붕괴로 인해 피해 파악과 대응이 어려워질 수 있다. 이에 따라 위성 통신, 계류형 풍선 기반 공중 기지국(ABS), 이동식 기지국(CoW) 등 다양한 비상 통신망 복구 기술이 연구되고 있다. 각각 장점이 있지만 비용, 장비, 환경 제약 등의 한계도 존재한다.
본 연구는 재난 지역에서 사람들에게 효과적인 통신 수단을 제공하고, 정보를 전달할 수 있는 웹 애플리케이션을 함께 개발하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 통신망 구축과 웹 서비스 개발 두 부분으로 나뉘어 진행되며, 실제 환경에서의 실용성 테스트도 함께 수행된다.
[원문]
2022년 1월, 통가에서 발생한 화산 폭발로 인해 해저 통신 케이블이 절단되었다. CNN 뉴스에 따르면, 2월이 되어서야 통신 복구 작업이 시작될 수 있었고, 완전한 복구까지는 최소 2주 이상의 시간이 더 필요했다 [1]. 또한 미국은 2005년 허리케인 카트리나로 인한 참사를 겪었다 [2]. 허위 정보와 추측, 신뢰할 수 있는 정보의 부족으로 인해 통신망이 제대로 작동하지 않았고, 공공 질서가 혼란에 빠졌다. 카트리나 이후 미국 하원의 보고서에서는 재난 상황에서 피해를 파악하고 적절한 대응 조치를 취하는 데 있어 통신이 매우 중요한 요소라고 밝혔다 [3]. 통신은 구호 지휘 체계를 구축할 수 있게 하며, 피해자들에게 정확한 정보를 제공함으로써 공황 상태를 예방할 수 있게 해준다 [3].
재난 상황에서 통신망을 복구하기 위한 다양한 기술들이 연구되고 있다. 그 중 하나의 효과적인 방법은 위성 통신을 활용하는 것이다. 위성 네트워크는 긴 거리와 넓은 범위를 커버할 수 있다는 장점이 있다 [4]. 실제로 2020년 워싱턴 주에서 발생한 산불 당시, 위성 인터넷 서비스를 제공하는 민간 기업인 스타링크(Starlink)가 화재 진압에 도움을 주었다 [5]. 하지만 위성 통신은 발사 비용이 높고, 통신 지연과 특수 장비 사용이 필요하다는 단점이 있다. 따라서 일반인들이 별도의 장비 없이 위성 통신 서비스를 이용하기는 어렵다. 공중 기지국(ABS: Aerial Base Station)을 활용한 네트워크 구축 또한 연구되고 있다. 계류형(줄에 매달린) 풍선을 사용하는 ABS는 장기간 사용이 가능하고 비교적 넓은 범위를 커버할 수 있다는 장점이 있다 [6]. 그러나 계류형 풍선은 공중에 띄운 후에는 이동을 제어할 수 없고, 바람과 같은 외부 환경 요인에 영향을 크게 받기 때문에 통신망 구축에 어려움이 있으며, 특정 지점에 안정적으로 고정하기 어렵다. 이동 차량을 이용한 이동식 기지국(CoW: Cell on Wheel)을 이용하여 통신망을 구축하는 방법도 있다 [7]. CoW는 배치가 용이하고 장기간 통신망 제공이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 도심처럼 많은 구조물이 밀집된 환경에서는 통신망의 커버리지가 급격히 줄어드는 단점이 있다.
본 연구의 목적은 재난 지역의 사람들에게 효과적인 비상 통신망과 정보 전달용 웹 애플리케이션을 제공하는 것이다. 따라서 본 연구는 크게 두 부분으로 나뉜다: 통신망 구축과 웹 애플리케이션 개발이다. 개발된 통신망과 웹 애플리케이션은 외부 환경 테스트를 통해 실용성을 검증한다.
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● 기능
팀프로젝트로 진행했으며, 구현한 전체 내용은 다음과 같습니다.
(애플리케이션)
1) 웹 서버: node.js의 express.js 프레임워크
2) 채팅: TCP 연결 양방향 통신 위해 WebSocket 프로토콜 기반 Socket.io 라이브러리
3) 영상 통화: Peer JS 라이브러리와 WebRTC API 사용
4) 지도: Leaflet 라이브러리
5) 데이터베이스: SQLite 라이브러리
(네트워크)
1) 공중: AP, 안테나
2) 지상: 라우터, 스위치, DNS서버, 웹서버, 스위치
(테스트)
1) 패킷 수집 및 분석: Wireshark
● 동영상
[동영상 1] 애플리케이션 영상 통화 화면
[동영상 2] 드론
● 자료