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5G시대 혁신 아이콘
IIoT와 스몰셀 기술
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스마트팩토리 산업
이끄는 5G -
과학기술정보통신부에서는 작년 4월 세계 최초 5G 상용화와 함께 ‘5G+ 전략’을 발표하며 5G 기술 기반 스마트팩토리 고도화 및 확산에 노력을 기울이고 있다. 특히, 정부는 오는 2022년까지 중소, 중견기업 공장에 ‘5G 스마트팩토리 솔루션’ 1,000개를 보급해나갈 예정이다. 이런 흐름에 따라 ETRI는 자체 5G 기술을 개발하며 스마트팩토리 산업 혁신을 이끌고 있다.
고도의 자동화 시스템이 갖춰진 스마트 팩토리에서는 사람들을 대신해 이동형 로봇이 일을 한다. 이 로봇들은 다변화된 공정에 맞춰 패널, 컨트롤러를 이용해 생산 라인을 변경하거나 이동하는 유연한 대응 능력이 필요하다. 이것을 가능케 하는 것이 바로 5G 이동통신기술이다.
4G 시대에서도 스마트팩토리를 구현하는 시도는 여럿 있었다. 그러나, 저지연, 초연결 등에서 온전한 성능을 보장하지 못했다는 문제점이 있었다. 때문에 스마트팩토리의 요소 기술을 도입하기 위해 제조업에 많은 통신 장비가 유선을 기반으로 구축되었다. 하지만 이동통신 기술이 점점 발전하고 5G 시대에 이르러 무선을 기반으로도 스마트팩토리를 보다 효율적으로 운영할 수 있는 방안이 무르익게 된 것이다.
5G 기술은 다양한 분야의 타 산업에서 고신뢰·저지연·초연결을 요구하는 새로운 애플리케이션과 연계한 비즈니스 모델을 발전시키기에 충분하다. 또한, 산업과 융합을 통해 산업 네트워크의 패러다임을 바꿀 수 있을 만큼 산업에 혁신적인 서비스를 가능케 한다. 특히, 고객들의 다양한 요구가 이전처럼 공급자 중심의 대량 생산을 하는 일반 공장에선 충족시킬 수 없는 시대가 도래했다. 이에 다양한 산업 분야에서 스마트팩토리로의 변화를 필수 과제로 받아들이고 있으며, 첨단 기술을 접목해 점차 진화된 형태로 발전하고 있다.
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ETRI 연구진이 VR 장비를 이용해 국산 5G 기술 기반
스마트공장 내 공정 상황을 모니터링하는 모습02
ETRI 연구진이 스마트공장내 자동화 설비를 5G 무선
통신을 이용해 원격으로 제어하는 모습
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ETRI,
IIoT 기술시연 성공 -
지난 2017년 말, 국내 연구진이 협대역 사물인터넷 기술을 활용해 무선으로 센서들을 연결하고, 수집된 정보로 공장의 공정 상태를 점검하는 서비스 시연에 성공한 소식이 있었다. 연구진은 그때부터 차근차근 축적해온 원천기술을 바탕으로 최근 스마트팩토리에 적합한 산업용 사물인터넷(IIoT) 서비스를 가능케하는 기술개발에 성공했다.
ETRI는 지난 7월 28일, 경북 경산시 하양읍에 위치한 한국생산기술연구원 스마트팩토리에서 자체 개발한 5G 표준 규격(Rel-15)기반 산업용 사물인터넷 제어를 시연했다. KT, 한국생산기술연구원, 오픈오브젝트, 큐셀네트웍스, 클레버로직, 숭실대학교 등 국내 산학연이 힘을 합쳐 5G 표준 규격에 따른 산업용 네트워크 테스트베드를 개발하고 스마트팩토리에 우선 필요한 IIoT를 선보인 것이다.
연구진은 이 날 실시간 이동형 로봇 제어, 휴대형 터치 패널을 이용한 생산 설비 상태 감시 및 조작, HMD 등 휴대형 VR 장비를 이용한 공정 상황 감시, 유연하게 생산 라인을 변경하는데 필요한 PLC 간 무선 통신 등 서비스를 시연했다.
국내 연구진이 자체 개발한 5G IIoT 시스템은 제조 전반에 걸쳐 공장 설비들을 5G를 통해 실시간 관리하고 제어할 수 있어 스마트팩토리를 활성화하고 혁신을 이루는 데 큰 도움이 될 전망이다.
연구진은 내년 말까지 차기 5G 표준 규격에 준용할 만큼 시스템을 향상시켜 대전의 ETRI 연구실과 경산 스마트팩토리를 저지연 고신뢰 네트워크로 연결해 원격으로 설비들을 실시간 관리하고 제어하는 서비스를 시연할 계획이다. 2022년에는 공동연구를 진행 중인 핀란드 오울루(Oulu)대학과 고성능 네트워크를 연결해 해외에서도 경산 스마트팩토리를 원격 관리하는 것이 가능하도록 준비 중이다. 아울러, 중소기업과 지속적인 협력을 통해 관련 기술 국산화를 위한 노력도 이어갈 예정이다.
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28GHz 5G
스몰셀SW 개발 -
이처럼 5G 서비스가 다양한 분야에서 획기적으로 쓰일 수 있지만, 아직까지 외산기술에 의존하거나 고비용이 드는 등 상용화에 부담이 되는 요소들이 있다. 특히, 5G 이동통신 중 초고주파 대역은 파장이 짧아 도달하는 범위가 적다는 특성이 있다. 게다가 대기 중 산소, 수증기의 영향을 받아 신호 감쇄도 심해 다른 대역을 이용한 이전 세대 이동통신 기술보다 기지국이 월등히 많이 필요하다. 그렇다고 대형 철탑 기지국을 여럿 세우기에는 구축 비용이 많이 들고 매번 발전하는 기지국용 모뎀 칩셋에 맞는 SW를 따로 개발해야 해서 이를 유지 보수하는 것도 만만치 않은 일이다.
이러한 상황에 대응하기 위해 ETRI는 초고주파(mmWave, 28GHz) 대역에서 쓰이는 ‘작은 기지국(스몰셀, Small Cell) SW 기술’을 개발했다. 스몰셀 SW기술은 5G 통신 음영지역이나 인구 밀집 지역 등에서 사용자의 전송용량을 키우며 체감 통신 속도를 높일 수 있는 기술이다. 연구진은 외산 장비에 뒤지지 않는 성능을 구현하면서도 저렴하게 장비를 개발해 우리나라 중소, 중견기업의 5G 스몰셀 국산화 및 상용화에 큰 도움이 될 것으로 기대하고 있다.
연구진은 본 기술을 활용해 5G 스마트 학교 상황을 가정한 시연도 진행했다. 학생들이 5G 단말과 연결된 증강현실(AR) 글래스를 착용해 원격 수업을 생생하게 들을 수 있는 모습을 보인 것이다. 연구진은 이번 시연에서 28GHz 대역에 할당된 800MHz 대역폭 중 일부인 100MHz를 대상으로 여러 대의 상용 단말이 동시에 접속할 수 있음을 보여주었다. 향후 연구진은 빔포밍 기술, 반송파 집성 기술 등을 결합, 전체 800MHz 대역폭을 대상으로 통신이 가능함을 선보일 예정이다. 나아가 5G 규격을 넘어 차세대 규격에 맞는 지능형, 개방형 인터페이스를 추가 개발해 스몰셀 기지국을 상용화 수준으로 끌어올릴 계획이다.
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ETRI 연구진이 스마트공장 내 이동형 로봇을 국산
5G 기술을 이용해 실시간으로 제어하는 모습 
