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수색구조 비콘으로 변신한 휴대전화
6G를 대비하면서 생명을 구하다
콜로라도의 험준한 산지에서 길을 잃은 등산객을 찾는 것은 마치 건초더미에서 바늘을 찾는 것과 같습니다. 나무에서 불과 50피트 높이에 헬리콥터가 떠 있다 하더라도 마찬가지입니다. 하지만 Lifeseeker라는 새로운 셀룰러 기반 감지 시스템은 가장 널리 쓰이는 기기 중 하나인 휴대전화를 강력한 위치 탐지 비콘으로 바꿔서 아생 수색구조 작업에 변화를 가져오고 있습니다.
Colorado Highland Helicopters의 응급의학과 의사이자 수색구조 프로그램 코디네이터인 Tim Durkin은 "정말 의미 깊은 일"이라고 말했습니다. "항공기가 협곡에 진입하자마자 곧바로 신호를 수신하게 됩니다. 1분 30초 안에 몇 미터 범위 내에 있는 사람의 위치를 파악할 수 있습니다."
이러한 신속한 위치 파악 기능은 수색구조 기술에 있어서 혁신적인 발전을 의미합니다. 기존의 수색 방법에는 한계가 있습니다. 수색견은 바람과 습도 등 환경적 조건에 크게 의존합니다. 적외선 카메라는 체온을 감지할 수 있지만, 울창한 나무 덮개를 관통해서 감지할 수는 없습니다. 헬리콥터에서 시각적으로 수색하더라도 자연 배경에 흙빛 옷을 입은 사람을 발견하지 못하는 경우가 많습니다.
이 시스템은 본질적으로 구조 헬리콥터를 이동통신 셀 타워로 바꿔줍니다. Lifeseeker의 하드웨어를 설치하면 두 개의 셀룰러 안테나와 하나의 GPS 안테나 등 총 세 개의 안테나에 연결되어 수색 영역에 있는 모든 활성 휴대전화가 연결을 시도하는 신호를 생성합니다. 이 시스템은 다른 모든 휴대전화를 거부하고, 특정하게 수색하는 기기에만 연결하므로, 해당 지역에 있는 다른 휴대전화의 데이터를 보호합니다. 이 시스템은 MATLAB® 기반의 정교한 비행시간 분석 및 신호 처리를 사용해 셀룰러 서비스가 제공되지 않는 지역에서도 실종된 사람의 기기 위치를 빠르게 삼각분할하여 알아낼 수 있습니다.
Lifeseeker는 기술적으로는 정교하지만, 배포하기는 간단합니다. Durkin은 "플러그 앤 플레이 같은 것입니다."라고 말했습니다. 수색구조팀의 구성원이라면 헬리콥터에 전체 시스템을 3~5분 안에 설치할 수 있으며, 4개의 케이블 연결만 필요합니다. 이 인터페이스는 Wi-Fi®를 통해 모든 태블릿에서 실행되어 조종사와 수색팀에게 친숙한 형식으로 데이터를 표시합니다. 긴급 구조대가 실종자의 휴대전화 정보를 제공하면, 구조대는 수색 지역의 다른 셀룰러 신호는 걸러내고 오로지 해당 기기에만 집중하도록 시스템을 프로그래밍할 수 있습니다.
Lifeseeker 기술을 사용한 수색구조 임무. (비디오 출처: CENTUM)
헬리콥터 아래에 설치된 안테나. (이미지 출처: CENTUM)
사용의 간편함과 결과의 신뢰성이 결합되어 Durkin의 업무에서 성공과 가장 어려운 부분의 차이를 의미할 수 있습니다. Durkin은 "가족에게 모든 자원을 다 시도했으며 사랑하는 사람을 찾을 수 없다고 말해야 하는 건 수색구조 작업에서 가장 어려운 대화 중 하나"라고 말한다. "그래서 이 기술이 그렇게 흥미로운 거예요. "이것은 휴대전화를 사용하는 사람들을 찾을 수 있는 또 다른 도구를 제공합니다. 대부분의 사람들이 이미 휴대하고 있는 휴대전화 말입니다."
생명을 구하는 기술
Lifeseeker를 개발한 스페인 회사인 CENTUM은 휴대전화를 비상 비콘으로 바꾸겠다는 선견지명을 가지고 2011년에 이 툴 개발을 시작했습니다. 창립자들은 시장이 공중 수색구조 솔루션에 대한 준비가 되었다고 믿었지만 수색구조 기관들이 아직 셀룰러 기술의 잠재력을 인식하지 못하고 있다는 사실을 발견했습니다.
엄격한 항공 요건을 충족하는 동시에 급속한 셀룰러 진화에 앞서가기 위해, 세 명의 엔지니어가 이 엔지니어드 시스템의 초기 단계 프로토타입을 개발하고 있으며, 다양한 셀룰러 세대와 다양한 지형에서 휴대전화를 감지하고 위치를 파악하는 과제를 극복하기 위해 다양한 시뮬레이션 도구를 사용하고 있습니다.
초기 프로토타입은 또 다른 중요한 과제에 직면했습니다. 바로 셀룰러 기술의 급속한 발전입니다. CENTUM의 초기 시스템은 2G 네트워크용으로 설계되었지만, 3G 네트워크가 보편화되면서 출시 당시에는 거의 구식이 되었습니다. 이 경험은 CENTUM이 헤쳐나가야 할 고유한 과제, 즉 두 개의 매우 다른 기술 세계를 연결하는 과제를 강조했습니다.
CENTUM의 기술 관리자인 Brais Sánchez Rama는 "우리는 매우 빠르게 진화하는 전기통신 부문에 속하지만, 안전이 최우선 과제인 느린 항공 부문에도 속합니다. 이 부문에서는 항공기 제작사와 항공전자 통합자에게 어떤 변화든 시행하는 것이 고통스럽습니다."라고 말합니다.
엄격한 항공 요건을 충족하는 동시에 급속한 셀룰러 진화에 앞서가기 위해, 세 명의 엔지니어가 이 엔지니어드 시스템의 초기 단계 프로토타입을 개발하고 있으며, 다양한 셀룰러 세대와 다양한 지형에서 휴대전화를 감지하고 위치를 파악하는 과제를 극복하기 위해 다양한 시뮬레이션 도구를 사용하고 있습니다. 이 기술은 비상 서비스와 이동통신사의 특정 전화 식별자를 사용하여 수색 지역 내 상업용 이동통신망의 상태를 모니터링합니다. 이러한 식별자가 입력되면 시스템은 대상 휴대전화를 감지하고 셀룰러 신호를 분석하여 사람의 위치를 추정할 수 있습니다. 이 모든 과정은 항공기의 이동 및 속도, 기상 조건, 무선망에서 나오는 라디오 전파 효과와 같은 변수를 고려하여 수행됩니다.
Lifeseeker 지리적 위치 이벤트. (이미지 출처: CENTUM)
실물 프로토타입 단계 전 시뮬레이션
개발 과정은 광범위한 시뮬레이션으로 시작됩니다. 이 팀은 MATLAB 및 Simulink®를 사용해 다양한 환경에서 서로 다른 셀룰러 신호가 어떻게 동작하는지 모델링합니다. 이 가상 테스트장을 통해 설계 오류를 조기에 파악하고 현장 시험으로 넘어가기 전에 지리적 위치 기술을 최적화할 수 있습니다. 가장 큰 기술적 난관 중 하나는 이 시스템이 모든 휴대전화에서 작동할 수 있는지 확인하는 것이었습니다.
"시스템을 먼저 시뮬레이션할 수 있으면 효율성을 높일 수 있습니다. 우리는 기술적 불확실성이 큰 미해결 문제부터 시작해서 시뮬레이션을 통해 범위를 좁힙니다."
Sánchez Rama는 "각 셀룰러 세대는 서로 다른 파형, 프로토콜, 신호 구조를 사용합니다."라고 말했습니다. "실종자가 2G, 3G, 4G, 5G 중 어떤 휴대전화를 사용하는지 알 수 없기 때문에 우리 시스템은 모든 이동통신 세대에서 작동해야 합니다."
이동통신 서비스 제공업체는 국가마다 네트워크를 다르게 구축하여 복잡성을 한층 더 가중시킵니다. CENTUM이 처음으로 미국에서 시스템을 테스트했을 때, 예상대로 작동하지 않았습니다. 유럽 이동통신망에 최적화되어 있었기 때문입니다. 다양한 네트워크 구성을 시뮬레이션하는 기능을 통해 CENTUM은 위치에 관계없이 작동하는 솔루션을 개발할 수 있습니다.
이 팀은 개발 전반에 걸쳐 Communications Toolbox™, LTE Toolbox™ 및 5G Toolbox™를 비롯해 12개 이상의 특화된 툴박스를 활용하여 여러 세대에 걸친 신호를 생성하고 수정하며 디코딩합니다. Signal Processing Toolbox™ 및 Radar Toolbox를 통해 처리 방법을 최적화할 수 있습니다. RF Toolbox™, Antenna Toolbox™ 및 Phased Array System Toolbox™를 통해 신호 처리 체인에 대한 하드웨어 효과를 모방할 수 있는데, 이는 물리적 요인이 감지 기능에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 데 중요합니다.
Mapping Toolbox™ 및 Navigation Toolbox™는 지도에서 실종자의 위치를 정확하게 찾아내는 지리적 위치 알고리즘을 개발하는 데 중요합니다. MATLAB를 활용한 시스템 시뮬레이션 단계에서 얻은 지식과 솔루션은 향후 프로덕션 단계로 이전됩니다. 이 시스템을 사용하면 수색구조 팀이 태블릿이나 노트북에서 쉽게 작동하는 웹 기반 인터페이스를 사용할 수 있습니다.
Lifeseeker에 업데이트를 배포하기 전에 팀은 소프트웨어 정의 라디오 기기를 사용하여 실험실에서 알고리즘을 검증합니다. Communications Toolbox를 통해 제어되는 이러한 하드웨어 부품은 시뮬레이션과 실제 성능 간의 격차를 메워줍니다.
태블릿에 Lifeseeker 기술을 적용해 사람을 찾는 모습. (이미지 출처: CENTUM)
다양한 셀룰러 환경과 프로토콜을 시뮬레이션함으로써 CENTUM은 끊임없이 발전하는 전기통신 기술에 적응할 수 있습니다. 기존 방식에서는 종이에 솔루션을 스케치하고, 이를 소프트웨어에 직접 구현하고, 하드웨어 컴포넌트를 구축하고, 각 반복 작업에 대한 비행 테스트를 실시해야 했습니다. 이는 훨씬 더 많은 비용과 시간이 소요되는 접근 방식이었습니다.
Sánchez Rama는 "시스템을 먼저 시뮬레이션할 수 있기 때문에 효율성을 높일 수 있다"고 말했다. "우리는 기술적 불확실성이 큰 미해결 문제부터 시작해서 시뮬레이션을 통해 범위를 좁혀갑니다." 연구팀은 이 접근 방식을 사용하면 기존 방식에 비해 설계 시간이 1/3에서 1/2로 단축될 것으로 추정했습니다.
현장 테스트에서 새로운 과제가 발견되면 실험실에서 임무 데이터를 수집하고, 신호 구조와 프로토콜 문제를 분석하고, 시뮬레이션을 통해 더욱 강력한 솔루션을 개발할 수 있습니다. 이러한 체계적인 접근 방식은 국가별 구현에서 전 세계의 다양한 네트워크 배포에서 작동하는 보다 독립적인 시스템으로 발전하는 데 도움이 되었습니다.
Sánchez Rama는 "기술적 불확실성이 높을수록 첫 번째 설계 반복에서 어떤 식으로든 실패할 가능성이 커집니다."라고 말했습니다. "프로토타입 제작 없이도 조기에 실패할 수 있는 능력은 효율적인 엔지니어링 라이프사이클을 위해 중요합니다."
미래를 준비하며 생명을 구하다
작년에 220건 이상의 성공적인 임무가 보고되었고, 개인정보 보호 제한으로 인해 보고되지 않은 임무도 훨씬 더 많은 가운데, Lifeseeker는 이미 20개국 이상에서 40명 이상의 고객에게 영향을 미쳤습니다. 스위스와 리히텐슈타인의 항공 구조 서비스인 Rega가 수행한 한 가지 임무는 특히 시스템의 생명 구조 능력을 잘 보여줍니다.
“AI는 6G의 기본이 될 것입니다. 무선 시스템은 서로와 주변 환경으로부터 학습할 수 있는 능력을 갖춰야 합니다."
어느 날 이른 아침, Rega는 전날부터 차량을 몰고 다니던 노인 한 명이 실종되었다는 신고를 받았습니다. Rega는 경찰과 협력하여 그 사람의 전화가 연결되었던 마지막 셀 타워를 찾아냈고, 여전히 엄청나게 넓은 수색 구역이 남아 있었습니다. 오전 3시에 Rega 헬리콥터가 Lifeseeker를 태우고 이륙했습니다.
약 10분 후, 운전자의 휴대전화가 Lifeseeker 시스템에 연결되었습니다. 몇 분 후, 구조대원들은 전화기를 정확히 찾아냈습니다. 차량은 제방을 넘어 아래 숲에 추락했습니다. 충격으로 운전자는 차량 내부에 갇혔고, 그녀의 휴대전화는 잔해 속 어딘가에서 손이 닿지 않는 곳에 있었습니다. Lifeseeker 덕분에 그들은 잔해를 제때 찾아 피해자를 병원으로 이송할 수 있었고, 피해자는 병원에서 성공적으로 회복할 수 있었습니다.
CENTUM은 미래를 바라보며 차세대 셀룰러 기술을 준비하고 있습니다. 6G는 특히 인공 지능과의 통합을 통해 새로운 도전과 기회를 가져올 것입니다. Sánchez Rama는 "AI는 6G의 기본이 될 것"이라고 말했습니다. "무선 시스템은 서로와 주변 환경으로부터 학습할 수 있는 능력을 갖춰야 합니다." 해당 팀은 Deep Learning Toolbox™를 사용하여 이 새로운 AI 기반 패러다임에 맞게 시스템을 조정할 것으로 예상합니다.
공중 전화 위치 시스템을 사용하여 수색구조를 실시합니다. (비디오 출처: CENTUM)
CENTUM은 향후 이동통신 표준이 지상 기반 타워와 위성 기반 스테이션을 통합하여 지상 및 우주 기반 통신 간에 원활한 커버리지를 제공할 수 있도록 발전함에 따라 비지상망과의 통합도 모색하고 있습니다. 한편, 안테나 배열을 사용하여 신호 방향을 전자적으로 제어하는 빔포밍 기술은 위치 정확도를 높이는 또 다른 유망한 방안을 제공합니다.
셀룰러 기술이 계속해서 빠르게 발전함에 따라, CENTUM은 일상적으로 사용하는 휴대전화를 잠재적인 생명의 은인으로 전환한다는 핵심 사명에 계속 집중하고 있습니다. 급속한 기술 변화와 엄격한 항공 안전 요건 사이의 균형을 맞추는 개발 접근 방식은 한 번에 하나의 임무를 수행하면서 전 세계적으로 수색구조 역량을 지속적으로 발전시키고 있습니다.
