비지상 네트워크(Non-Terrestrial Networks)는 전통적인 기지국이나 광섬유 케이블과 같은 지상 기반 인프라에 의존하지 않는 통신 네트워크를 의미합니다. 비지상 네트워크는 지상 기반 통신 인프라 대신 통신위성(communications satellite, 고고도 통신 시스템(High-Altitude Platforms) 등과 같이 다양한 비지상 통신 기술과 플랫폼을 활용하여 연결성을 제공합니다. 기존에는 4G, 5G로 대표되는 이동 통신망과 위성 통신이 독자적으로 발전 및 활용되었습니다. 최근에는 위성 네트워크 등 비지상 네트워크와 5G 통신 서비스와의 통합 또는 연계 논의가 진행 중에 있어 미래 통신 환경으로 주목받고 있습니다.

비지상 네트워크의 대표적인 구성 요소



[그림 1. 비지상 네트워크 아키텍처 (출처:EE Times Asia)]

- 위성 네트워크(Satellite Networks): 비지상 네트워크의 가장 일반적인 형태 중 하나는 위성 통신입니다. 지구 정지궤도(geostationary orbit)나 저궤도(lower Earth orbits)의 위성은 원격 지역 및 서비스가 부족한 지역에 인터넷 액세스, 통신 서비스 및 데이터 연결을 제공할 수 있습니다.

- 고고도 통신 시스템(High-Altitude Platforms): 고고도 통신 시스템은 대기권 기구(balloon)나 태양 전원 드론(solar-powered drone)과 같이 대기 중고도에 떠 있는 플랫폼을 통한 통신 시스템입니다. 고고도 통신 시스템은 무선 통신 및 인터넷 액세스를 위한 중계 스테이션으로 작동할 수 있습니다.

- 공중 플랫폼(Aerial Platforms): 통신 장비가 장착된 드론이나 무인항공기(Unmanned Aerial Vehicle) 등을 활용하여 임시 통신 네트워크를 구축합니다. 특히 재난 지역이나 전통적인 육상 기반 통신 인프라가 충분하지 않은 환경에 사용될 수 있습니다.

- 수중 통신 네트워크(Underwater Communication Networks): 일반적으로 비지상 네트워크에 포함되지는 않지만 수중 통신 네트워크는 비지상 네트워크의 구성 요소 중 하나로 볼 수 있습니다. 해양학적 연구, 수중 감시 및 해상 에너지 운영과 같은 응용 분야에 사용됩니다.

- 하이브리드 접근법: 일부 비지상 네트워크는 위성과 고고도 통신 플랫폼의 조합과 같이 다양한 기술들을 결합하여 네트워크 커버리지를 확장하고 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.

비지상 네트워크의 활용 사례

[그림 2. 비지상 네트워크 활용 사례 (출처: Non-Terrestrial Networks in 5G & Beyond: A Survey, IEEE Access, 2020.09)]

- 지상 네트워크의 확대: 5G와 비지상 네트워크와의 통합 또는 연계를 통해 기존 이동통신이 제공하는 통신 범위의 한계를 보완하고 통신사업자가 많은 비용을 들이지 않고도 위성 트래픽을 개선할 수 있도록 지원합니다. 또한 비지상 네트워크는 네트워크 복원력을 개선해 서비스의 가용성을 높이고 사용 중단을 방지합니다. 뿐만 아니라 통신사업자들이 자연 재해의 영향을 받은 지역의 서비스를 빠르게 복구할 수 있도록 지원합니다.

- 통신 범위의 동적 지원: 네트워크 통신량이 변화하는 상황에 맞추어 동적으로 통신 범위를 개선하는 데에도 비지상 네트워크를 활용할 수 있습니다. 예를 들어, 지상 네트워크만 사용해서 중요한 스포츠 경기를 중계할 경우, 수많은 게시물과 스트리밍으로 인해 대역폭과 연결에 문제가 발생할 수 있습니다. 또한 일시적인 통신 용량 증설을 위한 기지국 설치는 비용이 많이 요구된다는 단점이 존재합니다. 그러나 비지상 네트워크를 활용하면 드론을 경기장 위를 날아다니는 기지국으로 활용해 일시적으로 연결 용량을 늘리고 대역폭을 높여 스포츠 경기 중 원활한 통신 경험을 사용자들에게 제공할 수 있습니다.

- 전 세계 연결: 비지상 네트워크 구축 및 활용이 보편화되면 사막, 산악, 해상과 같이 고립된 지역을 포함해 글로벌 광대역 연결이 가능해질 것입니다. 산악이나 산림 등과 같이 지상 기반 통신 인프라를 구축하는 것이 경제적으로 현실성이 없거나 물리적으로 기지국 설치가 불가능해 인터넷 서비스 접근이 불가능한 곳까지 일관되게 고속 서비스를 제공할 수 있습니다.

SOS 메시징 기능 지원: SOS 메시징 기능을 활용해서 오지의 산악 지역과 같이 통신 인프라가 구축되지 않은 지역에서 구조를 위한 응급 메시지를 전달할 수 있습니다. 비지상 네트워크를 도입하면 이러한 기능의 지원 범위가 확장되며 항해, 캠핑, 등산 및 기타 오지 활동 시의 연결 문제가 해소됩니다. 또한 항공우주 및 방위 분야를 비롯해 지리적으로 고립된 지역에서 운영되는 부문에서도 큰 의미를 갖게 될 것입니다. 현재 삼성의 갤럭시, 애플의 아이폰, 화웨이 메이트 최신 시리즈에서는 비지상 네트워크 기반 긴급구조 통신 기능을 적용하고 있습니다.

원격 파이프라인 모니터링: 비지상 네트워크의 고속 데이터 전송 기능은 원격 모니터링, 감시, 자율 주행 차량(AV) 등 실시간 데이터 처리가 요구되는 분야에서 상당한 이점을 제공합니다. 비지상 네트워크는 지상 네트워크를 강화할 뿐만 아니라 혼잡하거나 전력의 공급이 중단된 상황에서, 그리고 연결이 잘 되지 않는 곳에서 차량의 안전을 보장할 수 있습니다. 또한 기술이 성숙해지면서 해양 석유 플랫폼과 지상 인프라 없이 외딴 지역에서 운영되는 기업들은 운영 상태와 장비를 더 긴밀하게 모니터링할 수 있게 됩니다.