[삼성 SDS 인사이트] 5G 특화망 기반 스마트팩토리 혁신

7alswn 2023. 3. 16. 20:49

https://www.samsungsds.com/kr/insights/5g_smart_factory.html

5G 특화망이란?

5G 특화망: 3GPP 기술(이동통신사 및 셀룰러 기술)인 5G를 이용하여 구축되는 기업 전용망으로서 기업/기관에 속한 단말이나 디바이스에만 폐쇄적인 접속을 허용하고 이들에게 필요한 맞춤형 B2B 서비스를 제공하는 사설 통신망

5G는 산업 현장이 요구하는 초고속(eMBB, enhanced Mobile Broadband), 저지연(URLLC, Ultra-Reliable Low Latency Communication), 초연결(mMTC, massive Machine Type Communications) 등의 특징들을 가지고 있으며 용이한 커스터마이징, 높은 신뢰성 및 보안성도 확보할 수 있다.

5G는 단독모드(SA, Standalone)와 비단독 모드(NSA, Non-Standalone)로 나뉜다. SA는 제어 및 데이터 채널 모두 5G 단독 자체 구조를 사용하지만, NSA는 기존 4G LTE망을 활용하면서 데이터 트래픽을 5G망으로 주고받는 형식을 띄고 있다.

SA의 통신은 LTE망과 연동이 필요 없기 때문에 NSA 대비 2배 빠르고 데이터 효율은 약 3배 높기 때문에 스마트팩토리, AR, VR, 자율주행 등 5G 기반 산업 및 차세대 서비스에 모두 활용할 수 있으며 기존 5G는 3.5㎓ 주파수 대역을 활용하는데, 특화망은 28㎓ 사용이 기본이다.

주파수는 대역이 낮을수록 회절성이 좋아 장애물을 잘 피해 가는 장점이 있다. 3.5㎓는 이런 특성으로 광범위한 지역에서 서비스가 가능하지만, 데이터 속도는 28㎓ 주파수 대역보다 느려지게 된다. 따라서 28㎓ 주파수를 활용하면 3.5㎓에 비해 두세 배 빠른 5G 서비스가 가능한 것이다. 즉, 5G 특화망은 4G 및 5G NSA 구조보다 5G SA 구조와 28㎓ 주파수 대역 사용이 기본이다.

진행 현황

해외에서는 ‘19년도부터 5G 특화망 서비스 개발과 상용화가 독일, 일본, 영국 등 주요 제조 강국들 위주로 활발하게 진행되고 있다. 독일은 유럽 내 최초로 5G 특화망을 제도화하고 이를 위해 주파수를 배분하는 정책을 실시하였고, 이를 통해 메르세데스 벤츠, 보쉬, 지멘스 등 주요 제조업체들이 사용 면허를 발급받아 사용 중이다.

메르세데스 벤츠:

이동통신사 텔레포니카(Telefonica) 및 네트워크 공급업체 에릭슨(Ericsson)과 협력하여 벤츠 팩토리에 5G 특화망을 구축하고 생산 시스템과 네트워크를 연결하여 생산 라인을 지능화하는 프로젝트 추진

-> 공장 내 모든 설비가 100% 클라우드에서 연결되어 공유되고 있으며, 작업자는 모니터와 스마트폰을 사용해서 작업하고 있다. 해당 공장에서는 ‘20년도부터 배터리 전기차 EQ와 차세대 S클래스 및 자율주행 택시를 생산 중이다.

네트워크 공급업체 노키아(Nokia):

21년 독일의 선도적인 산업용 로봇 제조업체 KUKA의 스마트 생산 및 개발 센터에 Nokia 5G 특화망 네트워크를 구축 KUKA는 지능형 로봇 공학 및 자동화 솔루션에 Nokia DAC(디지털 자동화 클라우드) 플랫폼의 안정적인 고대역폭, 저지연 사설 네트워킹, 로컬 엣지 컴퓨팅 기능 등을 활용한다.

일본:

19년 다양한 민간 주체가 5G를 자체적으로 구축할 수 있도록 일본 총무성이 ‘로컬 5G’ 제도 도입

도입 초에는 설비투자 비용의 부담이 커 보급이 원활하게 이루어지지 않았으나, SI 업체와 관련 스타트업 등도 사업에 참여하면서 초기 도입 비용 절감을 위한 저가의 5G 설비 등장하는 등 서비스 도입 비용이 점차 낮아지고 있으며 관련 기술도 지속적으로 발전 중이다.

우리나라:

세계 최초로 상용화한 5G 일반 서비스와 달리 특화망 사업에서 상대적 후발주자로 꼽히는 우리나라는 초고속(eMBB), 초저지연(URLLC), 초연결(mMTC)의 앞 글자를 합한 ‘이음(e-Um) 5G’ 사업을 과학기술정보통신부가 비통신 사업자 대상으로 진행 중이다. 주파수 이용 유형에 따라 할당 및 지정으로 나뉘는데 할당은 특정한 주파수를 이용할 수 있는 권리를 주는 것이며, 지정은 허가나 신고로 개설하는 무선국에서 이용할 특정한 주파수를 지정하는 방식이다.

현재까지 이음5G 주파수 할당받은 사업자는 총 8개(네이버클라우드, LG CNS, SK네트웍스서비스, 네이블 커뮤니케이션즈, CJ올리브네트웍스, KT MOS북부, 세종텔레콤, 위즈코어)이고, 이음5G 주파수 지정은 총 4개로 해군, 한국전력, KT, 한국수자원공사가 있다.

* 사업자별 주요 진행 현황

출처: 과학기술정통부 홈페이지 보도자료 리스트 및 리서치 추가 가공 / 삼성 SDS 인사이트

국내 2호 이음5G 사업자 LG CNS:

‘22년 LG이노텍 구미2공장에 AI, 빅데이터, IoT 등 IT 신기술을 탑재한 자사 스마트팩토리 플랫폼 ‘팩토바(Factova)’와 5G 특화망을 적용해 공장 지능화 기반으로 5G 기술을 융합하여 기존 무선통신 환경의 한계를 극복한 고도화된 서비스를 제공하고 있다. AI 머신 비전 카메라를 활용한 불량품 검사, 공장 내 주변 환경 정보를 수집해 목적지를 찾아가는 무인운반차량(AGV) 운용, 작업자에게 VR/AR 기반 도면 제공 등의 서비스가 대표적. 이를 통해 AI가 불량품을 찾아내고 무인운반 차량이 정확한 위치로 물건을 옮기는 지능형 공장으로 완성될 예정이다.

SK네트웍스서비스:

자동차 부품 중견기업인 센트랄 창원 공장에 5G 특화망을 구축하고 디지털트윈 기반 관제 서비스를 구축해 제조 공정을 실시간으로 모니터링하고 시뮬레이션하는 시스템을 구축하였고, 제조OS의 데이터 연동을 통한 자율이동로봇(AMR) 운용으로 공장물류도 자동화할 수 있는 기반을 마련했다. 인프라가 갖춰진 대기업이 아닌 중견기업에서 실증을 진행했다는 점에서 직접 네트워크 설계와 구축, 운영 등을 진행하기 위한 인력과 예산이 충분하지 않은 중견/중소기업에 5G 특화망 도입하기 위한 발판을 마련했다는 점에서 큰 의미가 있다.

-> 우리나라는 아직 5G 특화망의 도입 및 실증 단계지만, 정부가 480억 원 규모로 진행되는 이음5G 실증 사업을 진행하는 등 올해부터 본격적으로 이음5G 확산을 추진하였고, 주요 IT 및 SI 사업자들도 이음5G 사업에 관심을 보이고 있다.

적용 기술

진행 현황에서 살펴본 바에 의하면 AI, 빅데이터, AR/VR 등 다양한 기술들이 아래와 같이 다방면의 제조 공정에서 5G 특화망과 결합하여 활용되고 있다.

신기술 - MEC

5G 특화망 서비스를 위한 기술로써 MEC(다중 엣지 컴퓨팅, Multi-access Edge Computing)가 주목 받고 있다. MEC란 데이터를 처리하기 위해 중앙 클라우드로 전송하는 대신 데이터가 발생한 현장과 가까운 서버에서 데이터를 분석, 처리 및 저장함으로써 데이터 처리 과정이 줄어들어 속도가 더 빨라지고 동시다발적으로 많은 데이터가 발생해도 과부하나 오류 없이 원활하고 빠르게 처리할 수 있다.

산업 현장에서는 기기의 오작동이나 화재 등 돌발 상황이 발생하더라도 현장 근처의 엣지 서버를 통해 신속한 대응을 할 수 있어, 산업 안전 재해 방지를 위해서도 필요한 기술입니다. 또한 전용 서버를 통해 더욱 원활하고 빠른 시스템 사용이 가능하며, 외부에서 기업 데이터 접근이 전혀 불가능하여 보안성 또한 우수하다.

결론

국내외 활용 사례로 미루어 볼 때 5G 특화망은 주로 제조업 분야, 특히 스마트팩토리 구현에서 그 활용도가 높았으며, 개별 기업의 인프라 사양에 맞춰 커스터마이징할 수 있는 5G 특화망 기반 네트워크는 제조 공정에서 요구되는 실시간 대용량 데이터 처리와 보안 신뢰성을 만족할 수 있는 제조혁신 모델이다. 또한 자율 운송 로봇(AMR), 무인운반 차량(AGV) 등 물류 관련 신기술도 5G 특화망과 같이 활용되는 점에서 타 산업과 융합을 통한 신규 비즈니스 모델로서 급변하는 산업 환경 속에서 기업 경쟁력 강화를 위한 좋은 수단이 될 것이다.

향후 산업 목적에 맞는 다양한 형태로 구축된 5G 특화망을 통해 다양한 Use-case가 점진적으로 파생되고, 정부의 정책도 뒷받침되어 스마트팩토리뿐만 아니라 스마트시티, 자율주행, 원격의료 등 다양한 분야에서 서비스가 적용될 것으로 보인다. 제조업의 경쟁력 위기, 다품종 복합생산 같은 제조업 패러다임으로의 변화 등으로 인해 기업의 제조 환경은 혁신이 필요한 상황이며 이를 위한 방법 중 하나는 ICT와의 융합을 통해 유연한 생산체계를 구축하는 것이다.

5G 특화망 기반으로 기존 엔지니어링 기술(제어/자동화, 제조 운영 기술 등)과 ICT 기술(빅데이터, 클라우드, VR/AR, AI 등)을 융합하여 고도화된 스마트팩토리를 구현하고, 이를 통해 새로운 사업 기회를 모색할 수 있으며 더 나아가 장기적으로 인프라 비용 절감을 위한 좋은 수단이 될 수 있다.