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ETRI, 280km 원격 제어 스마트공장 기술 개발

- 5G 유무선 네트워크로 실시간 공장 원격 관제 시연

- 공장 내 3밀리초, 원격 10밀리초 이내 왕복 통신

국내 연구진이 5G와 유선 네트워크를 이용해 수백km 거리에 있는 스마트공장(Model Factory)을 원격에서 실시간으로 제어할 수 있는 기술을 개발했다. 이로써 국내 기술력으로 5G 기반 스마트공장을 구현하고 제조 산업 경쟁력을 강화하는 데도 큰 도움이 될 전망이다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 대전 ETRI 본원 11동 실험실과 경북 경산시 하양읍에 있는 한국생산기술연구원 스마트공장을 연결하여,‘초저지연·고신뢰 5G 유무선 네트워크 기반 원격 산업용 사물인터넷 서비스 시연’에 성공했다고 밝혔다.

스마트공장은 사람 대신 로봇을 이용해 작업을 자동화하거나 현장에 있지 않아도 다양한 공정을 제어할 수 있는 지능형 공장을 의미한다. 원격에서 명령을 내릴 때 공정 오류로 인한 피해가 발생하지 않으려면, 마치 현장에서 명령을 내리는 것처럼 통신 지연이 적고 데이터 손실이 발생하지 않음을 보장해야 한다.

기존에도 스마트공장을 시연하기 위해 5G를 활용한 사례가 있지만, 외산 장비나 기술을 활용하였으며 주로 공장 내에서만 실시간으로 제조설비 제어하는 수준에 그쳤다.

ETRI는 자체 개발한 5G 무선이동통신 기술과 유선 네트워크 기술을 융합해 공장 내 설비를 연결할 뿐 아니라 수백km 떨어진 원격지 관제센터를 통해서도 공장 현장처럼 설비를 실시간으로 제어할 수 있음을 보였다.

시연한 서비스는 ▲원격 실시간 생산 관리 시스템 ▲원격 실시간 생산 로봇 제어 ▲원격 터치 패널을 이용한 실시간 생산 설비 제어 및 관리 ▲원격 VR 장비를 이용한 실시간 공정 상황 감시 ▲무선 센서를 통한 원격 공정 감시 등이다.

기술 검증을 위해 연구진은 최신 5G 표준 규격 기반 산업용 사물인터넷 시스템(IIoT)을 경산 스마트공장과 대전 ETRI 관제센터에 각각 설치하였다. 시스템 사이 구간은 코렌(KOREN) 망에 연구진이 개발한 유선 네트워크 기술을 접목하여 시연을 진행하였다. <참고 1>

이를 통해 경산 스마트공장 내에서는 3밀리초, 대전과 경산 간 5G 산업용 단말 사이는 10밀리초 이내의 왕복 통신에 성공하여 실시간 원격 스마트제조 서비스가 가능함을 국내 최초로 선보였다.

기존 실증 사례들이 공장 내에서 10밀리초 이내의 왕복 통신 성능을 보여준 것과 비교할 때 본 기술은 본격적인 원격 스마트제조 서비스의 시작을 알릴 것으로 기대된다. 특히, 제조 산업 생태계에 효율을 대폭 높이고 코로나 등으로 인해 확대된 사회적 비대면 활동 요구에 부응할 수 있어 국내 통신 및 제조 관련 중소기업들의 기술력을 대폭 높일 수 있을 전망이다.

ETRI 방승찬 통신미디어연구소장은“본 기술은 제조 산업 전반에 걸쳐 5G 스마트공장 활성화를 위한 혁신적인 도구로 활용될 것으로 기대한다. 특히, 중소기업과 협력하여 관련 기술 조기 국산화하고 활성화할 수 있도록 최선을 다하겠다.”라고 말했다.

ETRI는 2017년부터 KT, 한국생산기술연구원, 오픈오브젝트, 큐셀네트웍스, 클레버로직, 숭실대학교 등과 협력하여 5G 표준 규격에 따른 단말, 기지국, 코어 장비, 모바일 엣지 컴퓨팅(MEC) 플랫폼 등 산업용 사물인터넷 시스템을 개발하고 서비스 적용 가능성을 검증하여 본 성과를 낼 수 있었다고 밝혔다.

이를 통해 2017년에는 국내 최초로 협대역 사물인터넷(NarrowBand–IoT) 단말과 생산 설비 곳곳에 부착된 무선 센서들을 연결해 공정별 환경 모니터링, 이상 상황 감지, 생산량 파악 등 관제 서비스를 검증한 바 있다.

2020년에는 유선으로 연결이 어려운 이동형 생산 로봇, 휴대형 제어 패널, VR 장비, 그리고 공정별 PLC 등에 5G 단말을 연결하여, 공장 내에서 무선으로 실시간 공정 및 생산 설비 관제 서비스가 가능함을 검증하였다.

향후 연구진은 후속 연구를 통해 2022년 초에는 국내 원격 연결을 넘어 핀란드 오울루(Oulu) 대학과 경산 스마트공장을 연결하여 해외에서도 원격 감시, 제어 서비스가 가능함을 보이는 시연을 추진 중이다.

아울러 5G 스마트제조 생태계 활성화를 위해 국내 중소기업과 기술 이전 및 협력을 통한 5G 산업용 단말 칩셋, 모듈, 기지국 등의 상용화도 추진하고 있다.

본 기술은 2017년 3월부터 수행 중인 과학기술정보통신부와 IITP의“셀룰러 기반 산업 자동화 시스템 구축을 위한 5G 성능 한계 극복 저지연, 고신뢰, 초연결 통합 핵심기술”과제, 2017년 1월부터 수행 중인 ETRI지원사업“안전한 무인이동체를 위한 ICT 기반 기술 개발”과제의 네트워크 실행과제, 2019년 4월부터 수행 중인 과학기술정보통신부와 IITP의“B5G 광액세스 고속화 및 슬라이싱 기술”과제 간 협력을 통해 진행되었다. <보도자료 본문 끝>

참고1

5G 유무선 네트워크 기반 산업용 사물인터넷 시스템 구성

연구진은 시간확정형 네트워킹 기술과 슬라이싱 기반 초저지연 광액세스 기술을 접목한 유선 네트워크로 본 성과를 낼 수 있었다.

시간확정형 네트워킹 기술은 네트워크에 트래픽이 폭주하는 상황에서도 제어를 통해 특정 서비스 트래픽 전달 지연 시간을 요구사항에 맞게 보장하고 트래픽을 여러 경로로 복제 전송하면서 네트워크에 장애가 발생해도 목적지까지 정보를 손실 없이 전달하는 기술이다. 본 기술은 국제표준화 기구인 IETF에서 논의 중인 DetNet(Deterministic Networking) 기술로 아직 구체적인 메커니즘에 대한 표준화가 완료되지 않은 상태다.

ETRI는 2020년, 세계 최초로 관련 핵심 기술을 개발하고 이번 시연에 적용하면서 종단 간(End to End) 최대 40기가 속도를 기록했다. 연구진은 향후 본 기술을 100기가급으로 고도화하고 22년 말까지 ㈜우리넷, 코위버㈜와 공동 개발 중인 16테라(Tera)급 패킷광 통합 전달망 시스템에도 적용할 예정이다.

초저지연 광액세스 기술은 광액세스망 자원을 논리적으로 구분하는 슬라이싱 기법을 도입하여 일반 가입자 서비스와 초저지연 버티컬 서비스를 동시에 수용하는 수동형 광가입자망 기술이다. 슬라이싱 기반 초저지연 광액세스 기술은 ETRI만의 차별화된 방식을 적용하여 개발되었다.

참고2

Rel 15 & Rel 16

5G는 크게 2단계의 표준 규격으로 구성된다. 1단계인 Rel-15 규격에서는 이전 이동통신의 발전 방향과 같이 대표적으로 대용량 전송 중심으로 NR(New Radio)이라는 혁신적인 무선 전송의 기틀을 마련했다.

2단계인 Rel-16 규격에서는 Rel-15의 틀을 기반으로 URLLC(Ultra-Reliable and Low Latency Communications)라는 저지연·고신뢰 전송 방식과 이를 이용한 공장 자동화, 자율 자동차 등 타 산업과 융합을 위한 IIoT(Industrial IoT) 및 V2X(Vehicle to Everything) 등의 표준화가 진행되었다. 따라서, 궁극적으로 5G 기반 스마트공장을 위한 표준은 Rel-16이라고 할 수 있다.

참고3

시험 환경 현장 모습

<경산 스마트공장(Model Factory)의 5G 산업용 사물인터넷 시스템 구축 현황>

<대전 ETRI 관제센터>

참고4

원격 스마트제조 서비스 시연

< 원격 생산 관리 시스템 및

원격 터치 패널을 이용한 실시간 생산 설비 제어 및 관리 >

< NB-IoT 기반 무선 센서를 통한 원격 공정 감시 >

< PLC 간 무선 통신 >

< 원격 실시간 생산 로봇 제어 및 VR 장비를 이용한 원격 실시간 공정 상황 감시 >