무전기에서 갑자기 잡음만 들린다고 해 봅시다. 집에서 와이파이가 끊기면 잠깐 불편하고 말지만, 부대와 부대 사이의 연결이 끊기면 명령이 닿지 않고 보고가 올라오지 않습니다.

그래서 군 통신은 "연결은 늘 된다"가 아니라 "언젠가는 끊긴다"를 출발점으로 삼습니다. 끊김을 견디는 공개된 생각은 크게 세 갈래입니다. 길을 여러 개 겹쳐 두기, 끊긴 동안 데이터를 들고 있다가 보내기, 끊겼을 때 할 일을 미리 정해 두기입니다. 끝에서는 레이저 빛으로 잇는 통신이 이 그림에 어떻게 들어오는지 봅니다.

끊김은 예외가 아니다

오늘날 군은 전자기 스펙트럼에 크게 기댑니다. 비행기, 위성, 전차, 함정, 무전기까지 거의 모든 현대 무기 체계가 전자기 스펙트럼을 써야 제 기능을 합니다. 지휘관들도 부대와 거의 바로 통신하는 데 익숙해졌습니다.

전파가 닿는 거리에는 한계가 있습니다. 지상 무전기는 보통 가시선(line of sight)에 묶인 짧은 거리에서 쓰고, 미 의회조사국(CRS) 자료에 따르면 그 거리는 50마일을 넘지 않습니다. 더 먼 곳과는 대체로 위성을 거쳐 통신합니다.

방해도 있습니다. 전자 재머(jammer)는 상대가 스펙트럼을 쓰지 못하게 하려고 쓰이며, 지상과 우주의 통신을 모두 막을 수 있습니다. 미 국방부는 2013년 전략 문서에서 민간의 전파 수요가 늘어나는 상황을 "붐빔(congestion)"으로, 2017년 전략 문서에서 상대가 미국의 스펙트럼 우위에 도전하는 체계를 개발하는 상황을 "다툼(contested)"으로 불렀습니다.

모든 것을 한 망으로 묶으려는 계획일수록 이 물음은 무거워집니다. 미 국방부의 합동 전영역 지휘통제(JADC2)는 모든 군의 센서를 하나의 네트워크로 잇는 개념입니다. 그런데 일부 분석가는 치명적이고 전자전이 심한 환경에서 센서와 무기를 잇고 지휘·통제를 받치는 네트워크를 안전하고 믿을 만하게 갖출 수 있는지를 묻습니다. 이런 물음이 남아 있는 한, 끊김은 예외가 아니라 설계에서 먼저 따질 조건입니다.

한 길만 믿지 않기: 경로를 겹쳐 두기

집 인터넷이 끊기면 휴대폰 데이터로 바꾸고, 그것도 안 되면 전화를 겁니다. 군의 통신 계획에도 이런 생각을 정리해 둔 것이 있습니다. 실제로는 집과 달리, 끊긴 뒤에 다음 수단을 찾는 것이 아니라 미리 순서까지 정해 둡니다.

미 육군의 한 기사는 이런 계획을 PACE라는 이름으로 소개합니다. 주(primary), 보조(alternate), 비상(contingency), 긴급(emergency)의 머리글자로, 한 수송 여단이 다툼이 있거나 붐비는 항구에서도 네트워크가 제 구실을 하도록 네 단계의 예비 수단을 마련하는 계획입니다. 주 체계와 보조 체계가 듣지 않으면 통신을 비상 수단으로 옮기는 식입니다.

두 칸 도표. 왼쪽은 A와 B 사이에 길이 하나뿐이라 한 곳이 끊기면 연결이 모두 끊긴다. 오른쪽은 주(Primary), 보조(Alternate), 비상(Contingency), 긴급(Emergency) 네 길이 겹쳐 있고, 앞의 두 길이 끊겨 셋째 길을 쓰는 모습이다. 장비·주파수·실제 계획이 없는 개념 그림이라는 메모가 있다
길이 하나일 때와 여러 길을 순서대로 겹쳐 둘 때. 오른쪽은 PACE 계획의 생각만 옮긴 개념 그림입니다 (도표)(도표)

그 부대는 훈련으로 체계가 멈췄을 때 대응하는 능력을 확인했습니다. 통신 체계의 복원력을 꾸준히 키우며 대비하는 위협으로는 사이버, 전자기, 디지털 위협과 함께 자연재해를 들었습니다. 끊김의 원인이 상대의 방해만은 아니라는 뜻입니다.

위성망도 겹침을 염두에 두고 그립니다. 미 우주개발청(SDA)이 구상하는 전송 계층(Transport Layer)은 보장되고 복원력 있는 연결을 목표로 합니다. 별자리가 다 갖춰지면 지구 위 장소의 95%에서 언제나 위성이 적어도 둘, 99%에서 적어도 하나 보이게 하는 것이 목표입니다. 망도 고장에 견디도록(fault tolerance) 동적으로 연결합니다.

끊겨도 잃지 않기: 저장했다가 보내기

길을 여러 개 두어도 모든 길이 잠시 막히는 때가 있습니다. 그동안 보내던 데이터는 어떻게 될까요?

우주 통신은 이 문제를 늘 안고 삽니다. 우주에서는 지연이 잦고, 보내는 쪽에서 받는 쪽까지 끝까지 이어진 링크가 없을 때가 많습니다. NASA가 쓰는 지연·두절 허용 네트워킹(Delay/Disruption Tolerant Networking, DTN)은 이 문제를 저장 후 전달(store-and-forward) 방식으로 넘습니다.

중간 지점 사이의 연결이 끊기면, 각 지점은 다음 지점과 다시 이어질 때까지 데이터를 저장해 둡니다. 인터넷이 연결될 때까지 보낼 편지함에서 기다리는 이메일과 비슷합니다. 실제로는 이메일 한 통과 달리 여러 지점을 차례로 거치고, DTN은 여러 경로와 여러 제공자를 써서 데이터를 보낼 수도 있습니다.

두 단계 도표. 1단계에서 데이터가 출발지에서 중간 지점까지 왔지만 다음 링크가 끊겨 중간 지점이 데이터를 저장한다. 2단계에서 링크가 다시 이어지자 중간 지점이 저장한 데이터를 목적지로 넘긴다. 보낼 편지함에서 기다리는 이메일과 같다는 메모가 있다
저장 후 전달: 다음 연결이 열릴 때까지 중간 지점이 데이터를 들고 있다가 넘깁니다 (도표)(도표)

이 방식은 이미 쓰이고 있습니다. NASA의 DTN 사업이 마무리되면서 DTN은 근우주망과 심우주망의 정식 서비스가 됐습니다. 한 과학 위성에서는 계획에 없던 끊김이 생겨도 링크가 다시 열리면 내려보내기를 이어 가는 식으로 처리했습니다. 민간 우주 통신의 예이지만, 끊김을 정상 상태의 하나로 보고 설계한다는 점에서 군 통신과 같은 물음을 다룹니다.

연결이 끊긴 기계는 무엇을 하나

조종사가 탄 비행기와 원격으로 조종하는 무인기는 연결이 끊겼을 때 사정이 다릅니다. 2012년 CRS 보고서의 한 각주는 F-16이 지상과 통신 없이도 비행을 이어 갈 가능성은 비교적 높지만, 무인기는 지상 운용자와의 통신이 없으면 그 가능성이 낮다고 견줍니다. 몇 안 되는 자율 비행 기종을 빼면, 무인기는 지상 인원이 끊임없이 개입하고 조종해야 합니다.

무인기에는 연결이 끊긴 상황을 가리키는 이름이 따로 있습니다. 미 연방항공청(FAA) 용어집은 통제 링크가 끊기거나 조종사가 기체를 조종할 수 없게 되어, 무인기가 예측 가능하거나 계획된 기동을 하는 상황을 통제 링크 두절(lost link)이라고 정의합니다. 링크는 명령을 올려 보내는 링크(uplink)와 기체 상태를 내려보내 조종사에게 상황을 알려 주는 링크(downlink) 두 가지입니다.

여기서 눈여겨볼 낱말은 "미리"입니다. 통제 링크 두절 절차는 링크가 끊겨도 무인기가 안전하게 운용을 이어 가도록 미리 프로그램하거나 미리 정해 둔 완화 조치입니다. 끊긴 뒤에 무엇을 할지 고민하지 않고 끊기기 전에 정해 둔다는 점에서, 앞의 PACE 계획과 같은 생각입니다.

레이저와 맞닿는 점: 빛으로 잇는 통신

군 통신은 대부분 전파와 마이크로파를 쓰지만, 새로 나오는 통신 기술은 전파 대신 레이저 빛을 안테나 사이로 보냅니다. 군은 위성과 통신하는 데에도 레이저를 쓰기 시작했습니다. SDA의 위성들도 위성 사이 광 링크(Optical Inter-Satellite Link, OISL)로 서로 이어지는데, 지금의 무선 위성 간 링크보다 성능이 크게 높은 링크입니다.

빛을 쓰는 까닭은 데이터 양에 있습니다. NASA의 임무에서는 무선 주파수로 더 높은 데이터 속도를 내려면 안테나를 키우거나 송신 출력을 올리는 수밖에 없습니다. NASA가 꼽는 광통신의 이점은 넷입니다. 더 빠르고, 더 안전하고, 더 가볍고, 더 유연합니다.

"더 안전하다"에는 까닭이 있습니다. 광통신 단말은 무선 체계보다 빔 폭이 좁아, 빛이 비추는 자리가 작습니다. 그만큼 링크를 가로채거나 받을 수 있는 지역이 크게 줄어듭니다. 단말이 작고 가볍고 전력을 덜 써서 크기·무게·전력(size, weight and power, SWaP)도 줄어듭니다.

두 칸 도표. 왼쪽 무선 링크는 넓은 빔으로 땅의 넓은 지역을 덮어 링크를 받을 수 있는 지역이 크다. 오른쪽 레이저 링크는 좁은 빔을 수신기 하나에 겨눠 그 지역이 작지만, 정확히 겨눠야 하고 구름과 안개가 빛을 막을 수 있으며 빔도 조금은 퍼진다. 축척과 값이 없다
넓게 퍼지는 전파와 좁게 겨누는 레이저 빛. 좁은 빔은 가로챌 수 있는 지역을 줄이지만 정확한 겨눔이 필요합니다 (도표)(도표)

좁은 빔은 한계도 함께 가져옵니다. 넓게 퍼뜨리는 전파와 달리 빛은 수신기를 곧장 겨눠야 하고, 수천~수백만 마일 밖에서 보낼 때는 1도의 아주 작은 일부만 어긋나도 레이저가 수신기를 놓칠 수 있습니다. 우주의 레이저 빔도 지상의 레이저처럼 퍼지며, 빔이 벌어지는 각을 발산각(beam divergence)이라고 합니다. 빔이 퍼질수록 빛이 옅어져 데이터를 되찾기 어려워지고, 구름과 안개는 빛을 아예 끊을 수 있습니다.

해법은 이 글의 앞부분과 닮았습니다. NASA는 지상국을 여러 곳에 두어, 한 곳이 흐리면 다른 지상국으로 돌리는 방법을 듭니다. 지연·두절 허용 네트워킹과 위성 배열도 함께 살피는 방법입니다. 레이저 링크도 결국 길을 겹쳐 두고 끊김을 견디는 설계와 함께 쓰이는 셈입니다.

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