출처: https://spectrum.ieee.org/tech-talk/telecom/wireless/darpas-ai-spectrum-management-challenge-completes-its-first-round

In a room at Johns Hopkins University in Baltimore, Md., banks of radios and racks of servers simulate the complicated, noisy environment of radio transmissions. The room, nicknamed the Colosseum, is the arena for the U.S. Defense Advanced Research Projects Agency’s latest challenge. DARPA wants to solve the problem of utilizing the finite amount of radio spectrum available in the most efficient way possible, using machine intelligence.

발티모어에 위치한 존스홉킨스대학교의 어느 방에서 라디오 장비들과 일련의 서버들이 복잡하고도 소음이 심한 라디오 통신환경을 모방하고 있다. 콜로세움이라 명명된 이 방은 미국 달빠(DARPA)에서 주최하는 대회의 마지막 단계가 진행되고 있다. 달빠는 기계지능을 사용하여 한정된 무선통신 스펙트럼(주파수대역)을 가장 효율적으로 사용하는 방법을 연구 중이다.

“Our demands for spectrum are going up and up exponentially,” says Paul Tilghman, project manager for the Spectrum Collaboration Challenge. DARPA is hoping the challenge inspires teams to find methods that will let devices manage their use of the spectrum autonomously in the face of those exponentially growing concerns.

"스펙트럼의 수요는 폭발적으로 증가하고 있습니다"라고 스펙트럼 콜라보레이션 챌린지의 프로젝트 매니저 폴 틸만이 말했다. 달빠는 해당 대회를 통하여 스펙트럼 부족 문제가 갈수록 심화되는 상황에서 통신장비들이 자율적으로 스펙트럼을 관리할 수 있게 되기를 기대하고 있다.

The traditional methods of spectrum management, where radio frequency ranges are chopped into sections and set aside for specific uses, isn’t enough to keep up with the number of devices sending signals these days. We need active spectrum management, says Tilghman. The best way to accomplish that is to find a way for devices to manage their transmissions on their own.

기존의 스펙트럼 관리방식에서는 무선통신 주파수대역을 많은 부분으로 쪼개어 특정 목적에 배분하는데, 이런 방식으로는 오늘날 존재하는 장치들을 감당할 수가 없다. "우리는 능동적으로 스펙트럼을 관리해야 합니다"라고 틸만은 말했다. 이를 달성할 수 있는 가장 좋은 방법은 장치들이 스스로 송수신을 관리하도록 만드는 것이다.

The problem is that radios can’t broadcast at the same time—at least, not on the same frequency. If they do, their signals jumble together or cancel each other out. But it’s theoretically possible to get more radio transmissions in the same amount of spectrum.

하지만 문제는 무선통신장치들이 동시에 똑같은 주파수로 송출을 할 수가 없다는데 있다. 만일 이렇게 되면 무선통신장치들이 보내는 신호가 서로 뒤섞여서 상쇄된다. 그러나 이론적으로는 동일한 양의 스펙트럼을 가지고 송출량을 더 늘리는 것이 가능하다.  

When a radio transmits, it goes deaf. Tilghman says it’s like plugging your ears every time you shout—for radios, this means they can’t hear another transmission coming in while they’re transmitting out. If another radio decides to transmit at the same frequency at the same time, the signals will interfere, and the radios will be none the wiser, because neither could hear the other radio.

무선통신장치는 신호를 송출할 때 귀머거리가 된다. 틸만의 설명에 따르면, 이건 마치 당신이 소리를 지를 때마다 귀에 마개를 꽂는 것에 비유할 수 있다. 무선통신장치도 신호를 바깥으로 송출할 시에는 외부에서 오는 신호를 수신할 수 없다. 만일 다른 무선통신장치가 똑같은 주파수로 똑같은 시간에 신호를 송출한다면, 신호들이 서로 간섭하여 그 어느 무선통신장치도 서로를 들을 수 없게 된다.

Autonomous management by the transmitting devices will hopefully solve this problem, by training machines to listen for open frequencies in the constant noise of transmissions all around them and only sending their own signals when a window opens up. The hard part is writing the algorithms that will teach those machines.

무선통신장치들의 자율적인 스펙트럼 관리는 위에서 언급한 문제를 해결해줄 것이며, 이를 위해서는 사방에서 지속적으로 송출되는 소음 하에서 공개된 주파수만 수신한 다음, 주파수 창이 열릴 때에만 자신만의 고유 신호를 송출하도록 기계를 훈련시키면 된다. 여기서 가장 어려운 부분은 장치들을 훈련시키는데 필요한 알고리즘을 어떻게 짜느냐이다.

Enter the Colosseum. In the room, 128 functioning radios are clustered together, stripped of their antennas and broadcasting their signals directly into cables that feed directly into a 22-server emulator of real-world scenarios. The Colosseum can run hundreds of scenarios in a row to figure out which spectrum management algorithms work best. Teams competing from around the world have been able to send their algorithms in to be tested without ever having to worry about traveling back and forth themselves. Until earlier this month, that is.

콜로세움 안으로 들어가 보자. 콜로세움 안에는 128개의 무선통신장치가 한 곳에 모여져 안테나가 제거된 채 케이블선을 통하여 22개의 서버로 구성된 실제 시나리오 에뮬레이터로 신호를 송출하고 있다. 콜로세움은 수 백개의 시나리오를 통해 어떤 스펙트럼 관리 알고리즘이 가장 좋은지 평가한다. 세계 곳곳에서 모인 참가팀은 자신들이 개발한 알고리즘을 여기저기 옮겨다니지 않고 테스트할 수 있다. 최소한 이번 달 초까지는 그랬다.

19 teams qualified to compete in the first, year-long round of the challenge, which will ultimately last for two more years. Last January, DARPA opened the doors for the competition, inviting any applications from teams who thought they were up to the task. Thirty teams qualified and have had access to the Colosseum for the past year. They’ve gone head to head in round-robin style scrimmages each month to narrow the field to the 19 that competed in the last series of contests that ended on 13 December.

총 19개팀이 이번 챌린지의 첫 라운드(1년간 진행된다)에 선정되었으며, 챌린지 자체는 총 3년에 걸쳐 진행된다. 작년 1월에 달빠는 대회를 개최하고 자신이 문제를 해결할 수 있다고 생각하는 팀이라면 누구든지 신청서를 접수했다. 그 결과 총 30개팀이 선정되어 작년 동안 콜로세움를 사용할 수 있게 되었다. 참가팀들은 매월 라운드-로빈 방식으로 진행되는 경기에서 치열하게 경쟁했으며, 이 과정에서 19개팀이 12월 13일에 종료된 마지막 경기에서 합격했다.

Of those 19 teams, the 10 with the algorithms that best managed the crowded spectrum each won $750,000 to continue develop their solutions. But Tilghman says everyone is free to continue into the next round of the competition—the prize money is meant to function as seed money to help foster the most promising designs.

상기 19개팀 중에서 스펙트럼을 가장 효율적으로 관리한 10개팀은 750,000 달러의 상금을 수여받아 자신들의 알고리즘을 계속해서 개발할 수 있게 되었다. 하지만 틸만은 그 어느 팀이라도 자유롭게 다음 라운드에 계속 참여할 수 있다고 말했다. 상금은 그저 가장 잠재력이 높은 알고리즘을 촉진하기 위한 종자금일 뿐이다.

The 10 best teams came not just from universities­—Vanderbilt, Northeastern, and a joint group from Purdue and Texas A&M, to name three—but defense companies BAE Systems and Northrop Grumman. Two of the teams consisted of independent engineers and software developers.

상금을 수여받은 10개팀은 단순히 밴더빌트, 노스이스턴, 퍼듀 및 텍사스 A&M 대학교 뿐만 아니라 국방업체인 BAE 시스템즈와 노스롭그루먼도 포함되어 있다. 나머지 2개팀은 독립적인 엔지니어 및 소프트웨어 개발자로 구성되어 있다.

One of DARPA’s previous competitions, the Grand Challenge, similarly tackled another massive problem—figuring out how to design an autonomous car. The Grand Challenge was instrumental in kicking off the self-driving vehicle industry into the massive unertaking it is today.

달빠에서 예전에 주최했던 경기들 중 하나인 그랜드 챌린지의 경우 자율주행차 디자인이라는 거시적인 주제를 다루었다. 그랜드챌린지는 자율주행차 산업에 큰 촉진제가 되어 지금과 같이 빠르게 성장하는데 기여했다.

But getting autonomous radios to govern themselves in an ad hoc fashion is much a more difficult nut to crack than getting cars to autonomously identify and respond to their surroundings. The radio spectrum is a noisier environment than roads and highways, and it’s a lot less orderly. The rules of the road are well laid-out, and when one car hits another, it’s relatively easy to track what happened. There’s no real equivalent set of rules for spectrum management. And because radios become deaf when they transmit, it can be a lot more difficult to track what happened.

하지만 자율적인 무선통신장치가 적지적소에 알맞는 방식으로 스스로를 관리하도록 만드는 것은 자율주행차가 주변환경을 인식하고 그에 반응하도록 만드는 것보다 더욱 어렵다. 무선통신 스펙트럼은 일반도로나 고속도로보다 잡음이 더욱 많은 환경이며 더욱 무질서하다. 교통규칙의 경우에는 꽤 잘 조직되어 있으며, 어떤 차가 다른 차와 부딪혔을 경우에는 무슨 일이 벌어졌는지 추적하는 것이 상대적으로 쉽다. 하지만 무선통신 스펙트럼에서는 그런 규칙이 존재하지 않는다. 게다가 무선통신장치는 신호를 송출할 때 귀머거리가 되므로 무슨 일이 벌어졌는지 추적하기가 더욱 어렵다.

“We’re on a long road to radio autonomy,” says Tilghman, noting that DARPA has been tackling some version of this problem for a decade and a half. And solving the technical problem is only half the challenge—there is a tremendous amount of national and international policy questions to answer as well. But Tilghman hopes that by keeping the policy people in the loop as the technology develops, it won’t be long until autonomously-managed spectrum becomes available.

"자율무선통신까지는 갈 길이 멉니다"라고 틸만은 말했다. 그는 달빠가 이와 유사한 문제를 지난 15년 동안 해결하기 위해 노력해왔다고 강조했다. 그리고 기술적인 과제를 해결하는 것은 시작에 불과하며, 이 후에는 엄청난 양의 국가적/국제적 정책 과제를 해결해야 한다. 그러나 틸만은 기술이 발전함에 따라 해당 루프에 정책입안자들을 지속적으로 참여시킨다면 멀지 않은 미래에는 무선통신 주파수대역의 자율적 관리가 가능해질 것으로 기대하고 있다.