[reinvent 2024] AWS를 활용한 대규모 자연 재해 조기 경보 시스템 구축

들어가며

이번 칼럼에서는 지진 조기경보 시스템과 관련된 세션에 참석하고, 그 과정에서 습득한 신규 기술과 개선된 운영 방식을 공유하고자 합니다. 특히 이번 세션을 신청한 이유는 실시간 데이터 처리, 관측성(Observability) 강화, 그리고 대규모 데이터 아카이빙 전략에 대한 구체적인 접근법을 파악하기 위함인데요. 이를 통해 향후 프로젝트에 적용할 수 있도록 하고자 합니다.

GNSS 데이터를 활용한 신속한 지진 규모 추정

Earthscope Consortium은 전 세계에 분포된 GNSS(Global Navigation Satellite Systems) 관측소에서 실시간으로 데이터를 수집합니다. 이 관측소들은 지속적으로 위성 신호를 수신하며, 지표면의 미세한 움직임을 감지하여 데이터를 클라우드로 전송합니다. 첫 번째 이미지는 이러한 GNSS 관측소들이 지구 전역에 어떻게 배치되어 있는지를 보여주며, 각 관측소가 지진 발생 시 중요한 데이터를 제공합니다.

GNSS(위성 기반 내비게이션 시스템)는 지구 표면의 위치를 실시간으로 측정할 수 있는 기술로, 지진 발생 시 그 규모를 신속하고 정확하게 추정하는 데 활용됩니다. 기존의 지진 경고 시스템이 지진파를 기반으로 지진의 규모를 추정하는 것에 비해, GNSS는 지진이 발생한 직후 몇 초 안에 지구 표면의 변형을 감지하여 지진의 규모를 추정할 수 있는 장점이 있습니다.

지진이 발생하면, 지구의 표면이 급격히 변형 됩니다. 이 변형은 지진파가 지구를 통과하기 전에 이미 발생하는 것으로, 미터 단위로 지표의 위치 변화가 일어납니다. GNSS는 이러한 위치 변화를 실시간으로 측정할 수 있기 때문에, 지진 발생 후 몇 초 내에 지구 표면의 변화 정도를 확인하고 이를 바탕으로 지진 규모를 빠르게 추정할 수 있습니다.

• 실시간 위치 변위 측정: 지진이 발생한 지역에서는 GNSS 수신기가 수집한 데이터를 통해 지구 표면이 얼마나 이동했는지를 파악합니다. 예를 들어, 지진 발생 후 몇 초 내에 위치가 몇 센티미터 혹은 몇 미터 변했는지를 실시간으로 측정할 수 있습니다. 이 측정값을 통해 지진의 규모를 추정할 수 있습니다.
  
  
• 지진 규모 추정: GNSS를 사용하여 얻은 표면 이동 데이터를 분석하면, 지진의 규모를 빠르게 추정할 수 있습니다. 규모는 주로 지표의 이동량에 비례하기 때문에, 이 데이터를 바탕으로 지진의 규모를 계산할 수 있습니다. 기존의 방식에서는 지진파가 전달될 때까지 기다려야 했지만, GNSS는 지진 발생 직후 바로 위치 변화 데이터를 제공할 수 있어 훨씬 빠릅니다.

AWS를 활용한 실시간 GNSS 데이터 처리

지진 조기경보 시스템의 핵심은 지진 발생 시점을 신속하고 정확하게 파악하는 데 있습니다. Earthscope Consortium은 전 세계에 분포된 GNSS(Global Navigation Satellite Systems) 관측소에서 실시간으로 데이터를 수집합니다. 이 관측소들은 지속적으로 위성 신호를 수신하며, 지표면의 미세한 움직임을 감지하여 데이터를 클라우드로 전송합니다.

수집된 GNSS 데이터는 AWS의 Managed Streaming for Kafka(MSK)를 통해 스트림으로 전송됩니다. 두 번째 이미지는 GNSS 데이터가 MSK를 통해 AWS 클라우드 내에서 어떻게 흐르는지를 시각화한 다이어그램입니다. 이 데이터 흐름은 실시간으로 데이터를 처리하기 위한 기반을 마련하며, 지진 발생 순간부터 몇 초 내에 데이터를 분석할 수 있도록 합니다. MSK는 데이터의 신뢰성과 가용성을 보장하며, 대규모 데이터를 효율적으로 관리할 수 있게 해줍니다.

Amazon Elastic Container Service(ECS)를 활용한 스트림 처리 애플리케이션의 아키텍처를 보여줍니다. ECS는 컨테이너화된 애플리케이션을 관리하고 확장하는 데 사용되며, 실시간으로 수신된 GNSS 데이터를 분석하여 정밀점위치(Precise Point Position, PPP)를 계산합니다. PPP는 지표면의 변위를 센티미터 단위로 정확히 측정할 수 있어, 대규모 지진 시 발생하는 변위를 신속하게 감지할 수 있습니다. 이 아키텍처는 높은 확장성과 내결함성을 제공하여, 대규모 데이터 처리에도 안정적인 운영을 보장합니다.

지구물리 데이터는 수십 년간 축적된 방대한 양의 정보를 포함하고 있어, 효율적이고 안정적인 장기 보관이 필요합니다.

Earthscope는 Amazon S3의 Intelligent-Tiering을 활용하여 데이터를 비용 효율적으로 저장하면서도 필요한 경우 즉시 접근할 수 있도록 합니다. 이 솔루션은 데이터의 접근 빈도에 따라 자동으로 스토리지 계층을 조정하여 비용을 절감하고, 11 nines의 내구성을 통해 데이터의 안전한 보관을 보장합니다. 또한, 연구자들은 S3에 저장된 데이터를 쉽게 접근하고 분석할 수 있어, 대규모 연구와 기계학습 프로젝트에 유용하게 활용할 수 있습니다.

AWS를 통한 조직적 성공

Earthscope Consortium은 AWS의 Managed Services를 활용하여 기술적 도전 과제를 효과적으로 해결하고 있습니다. 이를 통해 수집되는 방대한 데이터의 영향을 받지 않고 안정적으로 데이터를 저장하고 분석하며, 실시간에 가까운 지진 데이터의 조기 경보를 구축할 수 있었습니다.

AWS의 Well-Architected Framework를 적용하여 운영 우수성, 보안, 신뢰성, 성능 효율성, 비용 최적화, 지속 가능성 등 6가지 원칙을 충실히 따르고 있습니다. 이를 통해 Earthscope는 더욱 빠르고 안정적인 시스템 구축이 가능해졌으며, 조직 전체의 효율성과 생산성을 크게 향상시킬 수 있었습니다.

결론

Earthscope Consortium이 AWS의 다양한 클라우드 서비스를 활용하여 지진 조기경보 시스템을 어떻게 혁신적으로 구축하고 있는지 살펴보았습니다. 지진 발생 시 신속하고 정확한 규모 추정을 가능하게 하는 GNSS 데이터 처리부터, 실시간 데이터의 관측성과 장기 아카이빙에 이르기까지, Earthscope의 접근 방식은 매우 인상적이었습니다.

이번 사례를 통해 클라우드 기반의 관리형 서비스를 활용하면 복잡한 데이터 처리와 아카이빙을 효율적으로 관리할 수 있다는 점을 깨달았습니다. 특히, AWS의 MSK와 ECS의 결합은 실시간 스트림 처리의 확장성과 내결함성을 보장하며, Fargate를 통한 서버리스 운영은 인프라 관리의 부담을 덜어줍니다. 또한, Amazon Timestream과 S3를 활용한 데이터 시각화 및 아카이빙은 대규모 데이터를 효율적으로 관리하고 연구에 필요한 인사이트를 제공하는 데 큰 도움이 되었습니다.