Chapter 2

🏗️ UTM 아키텍처: USS와 FIMS

2.1 UTM 아키텍처 개요

UTM(무인기 교통 관리) 시스템은 복잡하고 다층적인 아키텍처를 갖추고 있습니다. 이 아키텍처는 수백만 대의 드론이 동시에 안전하게 운영될 수 있도록 설계되었으며, 다양한 이해관계자들이 협력하여 작동하는 분산형 시스템입니다.

전통적인 항공 교통 관리(ATM)가 중앙 집중식 관제 시스템에 의존하는 것과 달리, UTM은 분산형 아키텍처를 채택합니다. 이는 정부 기관, 민간 기업, 드론 운영자가 각자의 역할을 수행하면서 상호 협력하는 구조입니다.

2.2 UTM의 주요 구성 요소

UTM 생태계는 여러 핵심 구성 요소로 이루어져 있으며, 각 구성 요소는 특정한 역할을 담당합니다:

2.2.1 구성 요소 개요

구성 요소	역할	운영 주체
FIMS (Flight Information Management System)	정부 인터페이스 및 승인 시스템	정부/항공 당국
USS (UAS Service Supplier)	드론 운영자에게 서비스 제공	민간 기업
PSU (Public Safety USS)	공공 안전 및 긴급 대응	정부/공공기관
Remote ID	드론 식별 및 추적	드론 제조사/운영자
드론 운영자	드론 비행 및 임무 수행	개인/기업
기상 서비스	실시간 기상 정보 제공	기상청/민간 기업
지형 데이터베이스	지형, 장애물 정보 제공	정부/민간 기업

2.3 FIMS (Flight Information Management System)

FIMS는 UTM 생태계에서 정부의 역할을 수행하는 핵심 시스템입니다. 항공 당국이 운영하며, 모든 드론 운영을 감독하고 규제를 시행하는 중앙 허브 역할을 합니다.

2.3.1 FIMS의 주요 기능

• 공역 정보 관리: 비행 금지 구역, 제한 구역, 특별 공역 등의 정보를 USS에 제공합니다.
• 비행 승인: 특정 공역이나 특수한 비행 조건에 대한 승인을 처리합니다.
• 규제 시행: 드론 운영이 법규를 준수하는지 모니터링하고 위반 시 조치를 취합니다.
• 유인 항공기 통합: 유인 항공기의 비행 정보를 USS와 공유하여 충돌을 방지합니다.
• 긴급 상황 관리: 국가 안보, 재난 등 긴급 상황 시 공역을 폐쇄하거나 제한합니다.
• 데이터 수집 및 분석: 모든 비행 데이터를 수집하여 정책 개선에 활용합니다.

2.3.2 FIMS와 USS의 상호작용

FIMS는 USS와 표준화된 인터페이스를 통해 통신합니다. 이 인터페이스는 다음과 같은 정보를 교환합니다:

2.3.3 국가별 FIMS 구현 사례

각국은 자국의 항공 규제 체계에 맞춰 FIMS를 구현하고 있습니다:

• 미국: FAA가 운영하는 시스템으로, LAANC(Low Altitude Authorization and Notification Capability)가 FIMS의 역할을 일부 수행합니다.
• 유럽: EASA(European Union Aviation Safety Agency)가 U-space 프레임워크 내에서 Common Information Service(CIS)를 제공합니다.
• 한국: 국토교통부가 운영하는 드론 비행정보관리시스템(K-FIMS)이 있습니다.
• 일본: 국토교통성이 운영하는 DIPS(Drone Information Platform System)가 FIMS 역할을 수행합니다.

2.4 USS (UAS Service Supplier)

USS는 UTM 아키텍처에서 가장 혁신적인 요소 중 하나입니다. 민간 기업이 운영하는 USS는 드론 운영자에게 다양한 서비스를 제공하며, 경쟁적인 시장 환경에서 작동합니다.

2.4.1 USS의 역할과 책임

USS는 드론 운영자와 FIMS 사이의 중개자 역할을 하며, 다음과 같은 서비스를 제공합니다:

1. 비행 계획 관리:
   • 운영자로부터 비행 계획을 접수
   • 비행 경로의 안전성 평가
   • 다른 USS와 조정하여 충돌 회피
   • FIMS에 비행 계획 제출 및 승인 획득
2. 실시간 모니터링:
   • 드론의 위치를 실시간으로 추적
   • 비행 계획 준수 여부 확인
   • 이상 상황 감지 및 경고
3. 충돌 회피 지원:
   • 다른 드론과의 잠재적 충돌 감지
   • 회피 경로 제안
   • 긴급 상황 시 자동 회피 명령
4. 정보 제공:
   • 기상 정보
   • 공역 제한 정보
   • 지형 및 장애물 정보

2.4.2 USS 간 상호작용 (USS-to-USS, U2U)

UTM 생태계에서 여러 USS가 동시에 운영되므로, USS 간의 원활한 통신과 협력이 필수적입니다. 이를 위해 표준화된 USS-to-USS(U2U) 프로토콜이 개발되었습니다.

2.4.3 USS의 비즈니스 모델

USS는 민간 기업이 운영하므로, 다양한 비즈니스 모델이 가능합니다:

비즈니스 모델	설명	예시
구독 모델	월간 또는 연간 구독료	개인 드론 조종사용 기본 패키지
종량제	비행 시간 또는 거리에 따라 과금	상업용 배송 드론 운영
프리미엄 서비스	고급 기능(우선 공역 예약 등)에 추가 요금	긴급 의료 배송 등 중요 임무
통합 솔루션	드론 하드웨어 + USS 서비스 번들	드론 제조사와 파트너십
데이터 판매	비행 데이터 분석 및 판매	도시 계획, 교통 분석 등

2.4.4 주요 USS 제공 업체

현재 전 세계적으로 다양한 USS 제공 업체가 활동하고 있습니다:

• AirMap: 미국 기반의 USS로, 전 세계적으로 서비스를 제공하며 많은 드론 제조사와 파트너십을 맺고 있습니다.
• Altitude Angel: 영국 기반의 USS로, U-space 프로젝트에 적극 참여하고 있습니다.
• OneSky: 미국 항공 산업 컨소시엄이 개발한 비영리 USS입니다.
• Unifly: 벨기에 기반으로 유럽과 미국에서 서비스를 제공합니다.
• Skyward (Verizon): Verizon이 인수한 USS로, 통신 네트워크와 통합된 서비스를 제공합니다.

2.5 PSU (Public Safety USS)

PSU는 공공 안전과 긴급 대응을 전담하는 특수한 USS입니다. 일반 USS와 유사한 기능을 제공하지만, 긴급 상황에서 우선권을 가지며 추가적인 권한을 보유합니다.

2.5.1 PSU의 특수 기능

• 긴급 공역 확보: 화재, 수색 구조, 범죄 대응 등 긴급 상황 시 필요한 공역을 즉시 확보할 수 있습니다.
• 우선순위 부여: 긴급 드론에게 최우선 비행 권한을 부여하고, 다른 드론에게 회피를 요청할 수 있습니다.
• 실시간 감시: 공공 안전에 위협이 되는 드론을 실시간으로 감시하고 추적합니다.
• 강제 착륙 권한: 승인받지 않았거나 위험한 드론에 대해 강제 착륙 명령을 내릴 수 있습니다.
• 정보 공유: 법 집행 기관 및 긴급 대응 팀과 실시간으로 정보를 공유합니다.

2.5.2 PSU의 운영 시나리오

2.6 UTM 아키텍처의 데이터 흐름

UTM 시스템에서 데이터는 다양한 경로를 통해 흐릅니다. 이해를 돕기 위해 일반적인 드론 비행의 데이터 흐름을 살펴보겠습니다:

2.6.1 비행 계획 단계

1. 드론 운영자가 USS에 비행 계획 제출
2. USS가 비행 계획의 타당성 검증:
   • 기상 조건 확인
   • 공역 제한 확인
   • 지형 및 장애물 확인
3. USS가 다른 USS와 통신하여 충돌 가능성 확인
4. USS가 FIMS에 비행 계획 제출
5. FIMS가 규제 준수 확인 후 승인 또는 거부
6. USS가 운영자에게 결과 통보

2.6.2 비행 중 모니터링

1. 드론이 Remote ID를 통해 실시간 위치 송신
2. USS가 드론 위치를 추적하고 비행 계획 준수 여부 확인
3. USS가 주기적으로 FIMS에 위치 보고
4. 이상 감지 시(경로 이탈, 통신 두절 등):
   • USS가 운영자에게 경고
   • 필요시 다른 USS에 알림
   • 심각한 경우 FIMS 및 PSU에 보고

2.6.3 비행 완료 및 사후 처리

1. 드론이 목적지 도착 또는 귀환
2. USS가 비행 완료 기록
3. USS가 비행 데이터를 분석하여 보고서 생성
4. FIMS에 완료 보고 및 데이터 전송
5. 공역 예약 해제

2.7 UTM 아키텍처의 확장성

UTM 아키텍처는 드론 산업의 성장에 맞춰 확장될 수 있도록 설계되었습니다. 다음은 확장성을 보장하기 위한 주요 설계 요소입니다:

2.7.1 수평적 확장

• 다중 USS 지원: 새로운 USS를 시스템에 쉽게 추가할 수 있어, 사용자가 증가해도 부하를 분산시킬 수 있습니다.
• 지역별 USS: 지역마다 특화된 USS를 운영하여 로컬 지식을 활용하고 응답 시간을 단축할 수 있습니다.
• 산업별 USS: 농업, 물류, 공공안전 등 특정 산업에 특화된 USS를 운영할 수 있습니다.

2.7.2 클라우드 기반 인프라

대부분의 USS와 FIMS는 클라우드 인프라를 활용하여 다음과 같은 이점을 얻습니다:

• 수요에 따른 자동 스케일링
• 전 세계 어디서나 접근 가능
• 고가용성 및 재해 복구
• 빅데이터 분석 및 AI/ML 활용

2.7.3 표준 프로토콜과 API

ASTM International, RTCA, ISO 등 국제 표준화 기구는 UTM 관련 표준을 개발하고 있으며, 이를 통해 다양한 시스템 간의 상호운용성을 보장합니다.

2.8 요약

이 장에서는 UTM 아키텍처의 핵심 구성 요소인 FIMS와 USS에 대해 살펴보았습니다. FIMS는 정부가 운영하는 규제 및 승인 시스템이며, USS는 민간 기업이 드론 운영자에게 제공하는 서비스입니다. 이 두 요소가 표준화된 인터페이스를 통해 협력함으로써, 확장 가능하고 안전한 드론 교통 관리 생태계가 구축됩니다.

다음 장에서는 UTM의 중요한 기술 요소인 Remote ID(드론 식별 시스템)에 대해 자세히 알아보겠습니다.