[편집자주] 5G는 헬스케어·스마트 시티 등 다양한 활용 분야에서 몸을 부풀리고 있다. 그 중 5G만의 특징(URLLC, mMTC, eMBB)으로 경쟁력 있는 서비스 시장은 단연 제조와 물류라고 말할 수 있다. 5G는 제조 현장에서 실시간 제어, 고용량 데이터 전송 등을 동시에 처리한다. 기존 유선 네트워크 환경을 5G 무선으로 대체를 했을 때, 가장 중요한 사항은 유선처럼 빠르고 안정적인 통신을 지원하고, 전체 공정에 오류의 발생이 없도록 하는 것이다. ETRI(한국전자통신연구원)는 이를 해결하기 위해 5G 기술 및 자체 시스템 개발과 서비스 검증에 힘쓰고 있다. 본지는 ETRI 신재승 책임연구원을 만나 ETRI의 국내외 원격 제어 감시 서비스 검증 현황 현황에 대해 들어봤다. ■ 스마트 팩토리 구현을 가능케 하는 5G 특성은 무엇인가
 
LTE(4세대 이동통신)까지는 주로 휴대폰을 이용해 음성통화, 영상통화, 인터넷 접속을 통한 고품질 멀티미디어 서비스 등을 제공하기 위한 대용량 데이터 전송 기술이 중심이 되어 왔다.
 
5G(5세대 이동통신)에 들어서면서 보다 향상된 대용량 데이터 전송뿐만 아니라 마치 유선으로 연결된 것처럼 데이터를 빠르고 안전하게 전송할 수 있는 저지연·고신뢰 통신 기술이 개발됐다. 또한 휴대폰뿐만 아니라 다양한 사물에도 이동통신 기능이 탑재돼 무선으로 자유롭게 상호 통신이 가능하게 하는 초연결 기술도 개발됐다.
 
이에 따라 5G 적용 분야도 확장돼 스마트 제조, 스마트홈, 스마트 시티, 자동차, 의료, 에너지, 국방 등 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있게 됐다.
 
스마트팩토리 구현을 위해 5G 기술을 활용하기 위해서는 생산 과정에서 AI·빅데이터·AR·VR 등의 새로운 IT 기술과 접목이 필요하며, 이를 위해 5G의 대용량 전송 기술, 무선 연결, 저지연·고신뢰 통신 기술이 제공될 수 있다.
 
■ ETRI에서 진행되고 있는 5G 기반 산업용 사물인터넷(IIoT) 연구는
 
ETRI는 지난 2017년부터 21년까지 5G 기반 산업용 사물인터넷(IIoT) 기술 개발 과제를 진행해 왔다. 주요 개발 시스템은 저지연과 고신뢰 및 초연결 통신 기술에 중점을 두었다.
 
제공 성능은 5G 단말에서 무선 기지국까지의 단방향 전송 지연이 1만 분의 5초 이내, 무선 구간에서는 100~1,000만개 정도의 데이터를 전송할 때 한 개 이하 정도의 오류가 발생하는 신뢰도를 제공할 수 있음을 내부적으로 또는 외부 공인기관을 통해서 확인했다.
 
이러한 시스템 적용을 통해 공장 내에서 무선이지만 마치 유선으로 연결된 것과 가까운 지연과 신뢰도를 제공할 수 있다.
 
한편 공장 내 실시간 서비스는 무선 구간의 지연을 감소시키는 것뿐만 아니라 공장 내 설비와 제어 감시 시스템의 왕복 서비스 지연을 줄이는 것도 중요하다. 연구를 통해 왕복 서비스 지연이 1천 분의 3초 정도로 제공됨에 따라 초당 300회 이상의 반복 제어 감시가 필요한 이런 설비에도 5G 기술이 적용될 수 있음을 확인했다.
 
그리고 무선 연결은 하나의 기지국을 통해서 제곱미터당 평균 1개 이상, 즉 약 30mX30m 정도의 공장 공간을 가정했을 때, 하나의 기지국으로 적어도 1천 개 이상의 단말이 연결될 수 있음을 확인했다.
 
■ ETRI가 수행한 실시간 국내외 원격 제어/감시 서비스 검증 사례와 진행 현황을 소개 부탁드린다
 
ETRI가 수행한 실시간 서비스 검증 1차 목표는 빠르고 안정된 5G 산업용 사물인터넷 시스템을 이용해 공장 내에서는 무선으로 자유롭게 연결하지만 마치 유선으로 연결된 것과 유사한 실시간 로컬 제어 감시가 가능함을 보이는 것이다. 2차는 원격지에서의 수행 결과를 본다.
 
ETRI는 한국생산기술연구원과 협력해 과제를 진행했다. 한국생산기술연구원은 경북 경산에 ‘쿠카’ 모바일 로봇을 이용한 11개 공정을 통해 실제 손가락 정도 크기의 소형 모터를 생산할 수 있는 스마트팩토리를 운영하고 있다.
 
이러한 모델 팩토리 환경에서 쿠카 모바일 로봇 및 각 공정 모듈의 plc, 대시보드와 같은 생산 설비들과 생산 관리 시스템(MES), 쿠카 모바일 로봇의 제어 서버, 무선 SCADA 판넬 등 실시간 공정 제어 감시 시스템들을 5G 산업용 사물 인터넷으로 무선으로 연결했을 때, 기존의 유선으로 연결된 환경처럼 실시간 제어 감시가 가능함을 전체 공정이 정상적으로 돌아가는 것을 시연하고 검증했다.
 
특히 생산 설비는 아니지만 인버티드 팬들럼이라고 하는 초당 300회 이상의 반복 제어를 통해서만 안정적으로 가능한 이런 데모 장비를 5G 연결을 통해서도 가능하다는 것을 확인했다.
 
두 번째는 국내 원격 실시간 서비스 제어 검증 사례로, 경산 모델 팩토리와 지리적으로는 약 150Km 떨어져 있지만 선로로는 약 280Km의 선로로 연결되는 대전 ETRI를 KOREN(연구학술망)을 기반으로 연결했다.
 
경산에 기존에 설치돼 있던 실시간 제어 감시 시스템들을 모두 대전 ETRI로 이동 설치를 했다. 각각 공장 내부를 코렌 기반의 유선 네트워크 인프라로 연결을 했을 때, 실시간 제어 감시가 가능함을 검증했다. 또한 대전-경산 간, 약 100분의 1초 정도의 왕복 서비스 지연을 보장했다.
 
마지막으로 해외의 핀란드 올루 대학과 협력해 일부 실시간 제어 감시 시스템을 핀란드 올루 대학으로 옮겼다. 핀란드에서도 팩토리를 실시간으로 제어하고 감시가 가능했다.
 
■ 이번 e4ds news 개최 ‘2023 IIoT 이노베이션 데이’에서 발표하는 내용을 소개 부탁드린다
 
이번 발표에서는 ETRI의 시스템 개발 상황과 로컬 및 국내외 원격 실시간 제어·감시 서비스 검증 사례에 대해 말씀을 드리고, 참석자 분들의 귀한 의견을 듣는 시간을 갖고자 한다.
 
■ 2023년 업계 전망과, 향후 주목할 만한 관련 기술이 있다면
 
최근 5G 기반의 스마트 팩토리는 국내에서 이음 5G라고도 불리는 5G 단독/특화망을 기반으로 이동통신사업자 망에 종속되지 않고 완전하게 또는 일부 독립적으로 공장 내에 5G 망을 제조업체가 단독적으로 구축할 수 있는 모델로 발전하고 있다.
 
특화망 주파수 지원이 가능한 시스템 솔루션이 제품화 될 것으로 기대되며, ETRI도 현재 개발한 시스템을 기술 이전 업체와 협력을 통해 특화망 주파수가 지원이 가능한 시스템으로 업그레이드 하고 있다.
 
아직 국내에서도 5G가 100% 전국망을 커버리지를 가지지 못한 상태며, 공장들도 전국에 변두리 지역 등 상대적으로 커버리지 밖에 있는 공장들도 많다. 이러한 여러 공장들이 5G 특화망 기반의 모델을 통해 실제적으로 스마트팩토리로 활성화될 것이라 전망된다. 관련 정부와 민간의 정책 및 사업이 빠르게 활성화될 수 있기를 기대한다.
 
감사합니다

※ e4ds news는 오는 3월 10일(금) 코엑스 컨퍼런스룸(북) 1층 그랜드볼룸 103호에서 '2023 IIoT 이노베이션 데이'를 개최한다. 이번 행사는 최신 스마트팩토리 및 스마트 제조산업 동향과 전망, 제조 현장에서의 5G를 이용한 산업용 어플리케이션 개발 사례, 5G 특화망 생태계와 구축 방안을 살펴보는 자리를 마련했다.