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기획특집 5G 특화망 소개

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 706회 작성일 23-02-14 15:49

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인공지능, 데이터의 활용, 디지털 트윈 등 새로운 기술의 등장은 사회와 산업 전반의 4차 산업혁명을 견인하고 있다. 국가 간 패권 경쟁과 산업에서의 시장 경쟁은 보다 높은 생산성과 신사업의 발굴을 필요로 하고 있다.

5G는 태생부터 산업의 변화와 디지털화를 지원하기 위한 목적으로 개발되었다. 스마트 제조와 스마트 시티, 교통 및 자동차, 유틸리티(에너지), 농업, 어업 등 대부분의 산업에서 5G는 이동성과 디지털화를 지원한다. 몇 가지 예를 들면 스마트 제조 공장에서는 AGV/AMR의 적용을 통해 생산라인에 유연성을 제공할 수 있고, 기존의 유선 통신(Industrial Ethernet)은 무선통신으로 대체되어 제조 공정의 재구성을 쉽게 만든다. 차량 간 통신(C-V 2X)은 도시 내 교통의 안전과 편의를 향상시키고, 차량에서 레이다, 라이다, 비디오 센서를 통해 수집된 데이터는 클라우드에 전송되고, 실시간 고해상도 지도(HD 3D map)로 재구성되어 운전자 경고, 자율주행 자동차의 운행에 활용된다.
다양한 산업에서 다양한 유스케이스는 스마트폰 통신과는 다른 복잡한 요구사항을 가진다. 요구사항을 만족하기 위해 5G는 10년 이상 배터리 교체가 없는 센서용 통신 기술(mMTC), 초고속 데이터 통신을 가능하게 하는 통신 기술(eMBB), 데이터 전송 지연을 최소화하고, 극도의 안정성을 제공하는 통신 기술(URLLC)을 지원한다. 또한 산업에서의 5G 활용도를 높이기 위해 가상의 산업 전용망을 구성하는 네트워크 슬라이스(Network slicing) 기술, 인공지능이나 자동화 시스템에서 API를 통해 5G 네트워크에 대한 상태 모니터링 및 제어가 가능한 네트워크 익스포저(Network exposure), 산업 사이트에 네트워크 기능을 분산 배치하는 에지 컴퓨팅(Edge com puting) 등 사업 지원 기술들을 제공한다.
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5G는 이동성과 연결성에 기반한 다양한 서비스를 제공해 산업의 규모를 키울 것이다. 5G가 산업을 디지털화하면서 얻는 매출 규모는 2026년 약 1,233억 달러에 이를 것으로 전망된다. 구체적으로 에너지 및 공공 분야(20 %), 스마트공장(19%), 자동차/교통(20%), 재난안전(13 %) 등으로 구성된다.[1] 에릭슨의 최신 보고서에서는 스마트공장의 대표적인 5G 유스케이스로 AMR, 코봇(Co bot), 디지털트윈, 자산 모니터링, AR이 제시되었다. 유럽의 전형적인 자동차 부품 공장에 유스케이스들을 적용했을 때 5년간 약 116%의 ROI를 달성할 수 있는 것으로 분석되었다. 이 조사에서 AMR, 코봇, 디지털 트윈, 자산 모니터링, AR의 ROI 기여율은 각각 26%, 25%, 24%, 15%, 10%로 나타났다.[2] Boliden의 Open-Pit 탄광에서 보여준 바와 같이 드릴 작업의 자동화 도입만으로 생산성 40% 증가를 이룰 수 있으며, 추가로 운영 비용의 감소, 안전 향상 및 작업자의 작업 환경 개선 효과를 확인하였다. 이태리 Livorno 항만과 중국 Qingdao 항만의 경우 5G를 적용한 자동화를 통해 70%의 노동력 감소 효과가 있음을 확인한 바 있다.

산업 현장에서 직접 설치, 운영하는 5G 특화망(이음 5G)

2021년 11월부터 대한민국 정부는 5G 특화망 정책을 시작하였고, 4.7GHz에서 100MHz(4.72-4.82GHz) 대역폭과 28GHz에서 600MHz(28.9-29.5GHz) 대역폭을 할당하였다. 5G 특화망은 기존의 사업자(SKT, KT, LGU+) 전국망 서비스와는 달리, 토지/건물 등 한정된 구역에서 소규모 네트워크를 구축 운영할 수 있는 제도로, 자신의 업무용으로 사용할 경우 자가망으로 무선국을 설치하는 주파수 지정 방식과 기간통신사업자로 등록하고, 5G 특화망을 구축할 경우 주파수 할당 방식으로 주파수를 받을 수 있다, 주파수 할당 대가와 주파수 사용료를 기존 사업자 대비 현저히 낮은 가격으로 책정하고, 주파수 할당 심사 기준과 할당 심사 절차도 간소화하며, 2022년에는 과기정통부에서 시행하는 5G 산업융합 사업을 모두 5G 특화망으로 진행하는 등 보급 확산에 노력하고 있다. 이 같은 5G 특화망 정책은 독일과 일본을 시작으로 전 세계로 확대되는 추세로 3.5GHz, 4.8GHz 등 미드 밴드 주파수와 26GHz, 28GHz 등 mmWave 주파수를 함께 할당하고 있으며, 미국에서는 CBRS 주파수가 5G 특화망 역할을 하고 있다.

주파수는 낮은 대역 주파수, 중간 대역 주파수, mm Wave 고주파 대역 주파수를 들 수 있으며, 특화망에 할당된 4.7GHz는 중간 대역 주파수, 28GHz는 mmWave 고주파 대역 주파수에 해당한다. 일반적으로 낮은 주파수 대역일수록 전파 도달 거리가 길고, 커버리지 확보가 용이하다. 반면 고주파 대역에서는 넓은 대역폭을 확보할 수 있고, 대용량 데이터를 고속으로 전송하는 데 유리하다. 이러한 특성 때문에 한정된 지역에서 운영되는 공장·행사장·사무실은 주파수가 높을수록 유리하고, 자동차·열차·에너지·드론처럼 넓은 지역의 경우 주파수가 낮을수록 유리하다.

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사용료 부담 없이 자신만의 방식과 기술을 사용하여 산업 현장에서 5G를 활용할 수 있는 이점으로 공장, 물류 등 한정된 공간인 산업 현장에서 활용도가 높아졌다. 국내에서는 네이버, SK 네트워크 서비스, LG CNS, CJ ONS 등 지난 1년 동안 다수의 기업에서 주파수를 신청하였다.

해외에서는 독일·일본·영국·프랑스 등에서 5G 특화망 사용이 시작되었으며, 특히 독일과 일본에서 활발하게 적용하고 있다. 5G 특화망 주파수 활용을 예고한 나라들도 많으며, 대만의 경우 시험 운용을 진행하고 있다. 독일의 메르세데스 벤츠 Factory 56은 5G 특화망 주파수와 이동통신사업자의 LTE 네트워크 주파수를 모두 활용하고, 5G NSA 방식의 독자망을 구성하여 S-클래스와 전기자동차 생산 현장에 적용하였다. 설치, 운용은 이동통신 사업자에 의뢰하여 운영하는 것으로 알려져 있다. 최근에는 산업 현장을 지원할 수 있는 소형의 코어 네트워크 구성이 가능하다. 독일의 e-Go 전기자동차 생산 현장에도 소형 코어 제품을 활용한 비슷한 구성이 적용되었다. 스페인에서는 SA 형식으로 Ford 자동차 회사의 공장에 구성한 사례를 볼 수 있다. Lufthansa는 같은 지역의 두 개 정비 공장에 SA 기반의 5G 특화망을 구성하면서 한 곳은 네트워크 장비 업체에, 한 곳은 이동통신 사업자에 구성과 운영을 맡기는 시도를 진행하였다. 대만에서는 Inventec의 공장에 SA 방식의 5G 특화망이 시도되었다.
5G 산업융합 시장은 초기 이동통신사 주도의 시장에서 2032년부터 특화망을 활용하는 시장이 이동통신사 주도 시장을 추월할 것으로 예상되며, 2035년부터는 사람들에게 제공하는 통신 서비스 시장규모보다 산업용 이동통신 서비스 시장규모가 더 커질 것으로 예측된다.[3] 또 5G 특화망을 구성하는 방식은 사업장의 상황에 따라 다양하다. 크게 사업장에 독립적인 5G 네트워크를 구성하는 5G 독립 구축 모델과, 사업장에서 필요로 하는 5G 네트워크의 일부를 외부에 두고 서로 다른 사업장에서 공동으로 사용하는 5G 코어 일부 혹은 전부 공유 모델이 있다.[4] 5G 독립 구축 모델은 비교적 사업장의 규모가 큰 경우 그리고 5G 네트워크에 대한 사업장의 독립적인 요구사항에 따라 5G 네트워크의 기능 관리, 진화 관리, 데이터 관리 등을 독자적으로 수행하는 기업에 적합하다.

반면, 5G 코어 일부 혹은 전부 공유 모델은 5G 네트워크의 일부를 여러 사업장이 공동으로 사용함으로써 5G 네트워크에 대한 설치, 유지/보수/관리 비용을 절감하면서 5G의 우수성을 활용할 수 있는 방법이다. 공유 모델에는 사업장에 설치되는 5G 네트워크의 범위에 따라 코어 네트워크의 제어부 중 일부와 데이터부를 사업장에 설치하는 분산 코어 네트워크, 제어부를 모두 공유하고 코어 네트워크의 데이터부를 사업장에 설치하는(데이터 네트워크만 구축하는) 방식 그리고 코어 네트워크의 제어부와 데이터부 모두를 공유하는(무선 네트워크만 구축하는) 방식이 있다. 공유하는 부분이 많을수록 비용 측면에서 유리하지만, 사업장에서의 데이터가 외부로 공유되지 않는 것을 선호하는 사업장에서는 데이터부를 사업장에 설치할 수 있으며, 사업장에서의 고유 요구사항을 만족하기 위해 필요한 제어부만 사업장에 설치할 수 있다. 또한 코어 공유 방식에서는 사업장과 코어가 공유되는 지점 간에 유선 연결이 필요하며, 유선 연결을 위해 전용선이 필요한지 여부와 비용도 고려하여 구성 방식 선정이 이루어져야 한다.

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산업 현장에서 필요로 하는 5G

에릭슨이 200개 이상의 다양한 산업에서 다양한 서비스의 구현에 5G를 적용하는 과정에서 발견한 기존의 이동통신사와 다른 산업 현장에서의 5G 요구사항 차이점은 5G 특화망의 산업 적용과 관련해 중요한 의미가 있다.

첫 번째는 쉬운 설치, 운영, 관리 방법이 필요하다는 것이다. 5G 전문성을 가진 이동통신사업자와 달리 산업 현장의 혁신 도구로서 5G를 사용하는 산업 고객에 쉬운 설치, 운영, 관리 방법은 필수적이다.

두 번째는 산업 현장의 인공지능이나 자동화 시스템과의 연결성이다. 5G는 산업 현장의 기존 ICT 장비와 일체화되어 자동으로 동작, 운영되어야 한다. 예를 들어  공장 내 자동화 설비는 혁신 도구 중 하나인 5G에 대해 상태를 모니터링하고, 통신 품질 제어를 수행한다.

세 번째는 산업 현장마다 가지는 고유한 특성을 고려하여 최적의 네트워크 구성이 가능해야 한다. 이를 위해 코어 네트워크를 다른 기업과 공용으로 사용하여 비용을 최적화하거나, 주변의 협력 기업 혹은 전국(혹은 전 세계)에 분포하는 계열사와의 네트워크 공용화를 필요로 하고, 어떤 산업 현장(예, 원자력 발전소)에서는 외부와 철저히 차단되어 독자 네트워크 구성이 가능해야 한다.
마지막으로 외부의 전원, 인터넷 공급이 끊긴 상황에서도 산업 현장의 5G는 계속 동작하는 생존성, 서비스 종류의 다양성 지원, 극도로 높은 신뢰성과 안정성, 보안과 프라이버시 제공 등이 산업 현장에서 발견된 요구사항이다.

5G 특화망은 지난 1년 간의 정부 주도 활성화 정책으로 공공부문에서의 선도적인 적용과 민간에서의 활발한 사업화가 진행되고 있다. 이미 기간통신사업자 면허를 취득한 기업들은 자신의 ICT 솔루션(예 : 네이버의 클라우드 및 로봇, 위즈코어의 스마트 제조 솔루션)과 결합된 형태로 시장을 확대해 가고 있다. 독일, 일본에 비해 2년여 늦게 시작된 5G 특화망이 시장에 자리잡았고, 산업 혁신 도구로 활용되기 위해서는 생태계 조성, 대표 유스케이스 보급 확산 등 정부의 지속적인 지원이 필요하다.

[참조문헌]
[1] Ericsson and A.D.Little, “The 5G business potential second edition”, 2019
[2] Ericsson, Hexagon, “Connected Manufacturing: A guide to industry 4.0 transformation with private cellular technology”, 2020
[3] 5G포럼 생태계전략위원회, “5G 특화망 백서”, 2022
[4] 한국방송통신전파진흥원, “5G 특화망 가이드라인”, 2021

dongjoo.park@ericsson.com 

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