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5G, IoT 그리고 제조

연결은 4차 산업혁명의 핵심 키워드다. 네트워크를 통한 다양한 사물들의 연결은 이미 산업 패러다임을 변화시켰다. 자연스럽게 방대한 데이터를 단시간에 수집하고 전송하는 유·무선 네트워크 확보 여부가 산업 경쟁력을 좌우하는 핵심 요소로 부상했다. 특히 산업용 IoT의 상용화를 가능하게 할 무선 네트워크인 5G 기술은 제조 혁신을 가져올 것으로 주목받고 있다. 5G가 무엇이며, 향후 제조업에 어떤 영향을 줄 것인지 전망해봤다.

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5G는 국제전기통신연합(ITU)에서 정의한 5세대 통신 규격으로, 공식명칭은 IMT-2020이다. 네트워크의 유연성을 기반으로 5G는 ▲초고속·대용량 (Enhanced Mobile Broadband) ▲초연결 (Massive Machine Type Communication) ▲초저지연(Ultra-reliable and Low Latency Communication)으로 정의된다. 5G의 초연결, 초 저지연 서비스는 초고속·대용량 기술에 초점을 맞춰 개발됐던 기존 통신기술과 가장 큰 차별점이다. 다양한 산업과의 융합을 위해 필요한 요구사항을 포함하는 점도 특징이다.

또한, 다른 이동통신에서 사용하지 않았던 고주파  대역을 사용하기에 일찌감치 4차 산업혁명의 인프라로 주목받았다. 2.6GHz를 이용했던 4G와 달리 20~30GHz 주파수 대역까지 이용해 4G에 비해 데이터 전송 속도가 20배 가량 빠르다. 5G가 VR·AR, 자율주행, AI 등의 발전을 가속화할 것으로 예상하는 이유도 여기에 있다.

5G가 산업 경쟁력을 좌우하는 만큼 미국, 유럽, 일본 등 제조강국들은 2020년까지 5G 상용화 계획 실현을 위해 막대한 투자를 하고 있다. 특히 2016년 5G 모뎀을 처음 공개한 미국의 퀼컴은 지난해 10월 5G 데이터 통신 테스트를 성공시키며 5G를 이끄는 리더의 자리를 굳건히 지키고 있다.

5G의 중요성이 커지면서 우리 정부도 2020년 세계 최초로 5G 상용화를 목표로 하는 차세대 네트워크 전략을 세웠다. 평창 동계올림픽에서 초고속·대용량 기술을 시험 운영한 바 있는 정부는 향후 제조업 생산성 혁신에 5G를 활용할 계획을 밝혔다. 정부는 ‘2022 신산업·생활 주파수 공급계획’을 통해 제조 시설 내 효율적 생산 관리와 보안 유지가 가능한 고신뢰 산업용 주파수를 IoT 확산을 위해 대거 공급한다는 방침을 전했다. 네트워크 간 지연 속도 1ms 및 고신뢰성을 포함하는 5G의 초저지연 서비스가 제조 혁신을 가져올 것이라고 예측 때문이다.

뿐만 아니라 5G가 향후 제조업에 미칠 경제적 효과가  3,817조 원에 이를 것이라는 전망도 있다. 영국 시장조사기관 HIS가 지난해 1월 ‘5G로 인한 변화가 국제 경제에 미치는 영향’이라는 보고서를 통해 이같이 언급했다. 5G 원년인 2020년부터 현실화 되는 2035년까지를 설정한 보고서에 따르면 5G로 인한 경제적 효과를 약 1경 3,774조 원 규모로 추산했다. 이중 제조업은 전체 5G 효과 금액 중 28%를 차지하며 가장 높은 경제적 효과를 거둘 것으로 나타났다.

5G가 가져올 제조 혁신

5G가 주목받는 건 4G에서는 활용하기 어려웠던 산업용 무선 통신 기술 상용화의 가능성 때문이다. 이전에도 산업용 무선 통신 기술은 존재했지만, 한 주파수 대역에 여러 다른 서비스들이 공통으로 제공돼 IMS용 애플리케이션을 사용하려 할 때마다 패킷 간 충돌이 불가피했다. 이런 문제를 5G는 독자적인 주파수로 해결했다.

산업 현장에서의 무선 통신 상용화는 기계간 커뮤니케이션, 즉 산업용 IoT를 지원할 수 있게 한다. 데이터 노트 이동 속도가 1/1,000,000초(μs) 단위로 돌아가는 제조 현장에 5G가 들어오면 엄청난 양의 데이터를 빠른 시간 내에, 회선이 단절돼도 데이터 전송을 할 수 있게 된다. 전문가들은 5G 도입 시 사이클 타임(Cycle Time)은 1ms(250 μs … 31.25 μs), 반응 시간과 업데이트 시간을 …100μs로 보고 있다. 제조업계 관계자와 전문가들은 5G에서 제공하는 스펙이라면 기계와 기계간 무선 연결이 가능할 것으로 예상한다. 한국전자통신연구원 백승권 네트워크연구실장은 “5G에서 고려하는 핵심은 공정 처리를 위한 제어·측정 트래픽을 제한된 시간에 높은 신뢰성을 보장하면서 전송하는 기술이 될 것”이라고 설명한다.

무엇보다 5G가 도입될 경우 자본력에 상관없이 누구나 산업용 IoT 기술을 사용할 수 있다. 한양대학교 전자공학부 홍승호 교수는 “5G 기술이야 말로 제조 중소기업을 위한 것”이라고 말한다. 유선 통신을 활용한 현재의 공장 자동화 통신망 기술은 대기업에서만 감당할 수 있는 기술이었다. 통신 시스템 설치부터 유지 인력 인건비, 특정 회사 제품에 종속된 관련 솔루션까지 모두 가져와야 하는 등 막대한 비용이소요됐다. 반면 5G가 상용화되면 어떤 회사에서 만든 기계라도 5G칩을 TCP/IP에 연결해 산업용 IoT 환경을 만들 수 있다. TCP/IP는 현재 무료로 제공되고 있고, 실제로 데이터를 주고 받는 프로토콜도 5G로 대체하면 되기에 유선보다 비용 부담도 현저하게 줄어든다.

이미 국내에서도 산업용 IoT 서비스를 위한 무선 전송 기술에 대한 연구가 진행 중이다. 한국전자통신연구원은 지난해부터 ‘셀룰러 기반 산업 자동화 시스템 구축을 위한 5G 성능 한계 극복 저지연·고신뢰·초연결 통합 핵심기술’ 연구과제를 진행하고 있다. 산업용 IoT 관련 5G/B5G 표준화와 시스템 개발, 스마트 공장 환경 적용 등에 관한 연구다. 백승권 네트워크연구실장은 “5G 통신 기술은 제조의 모든 단계를 IT 기술로 통합해 제조업의 생산성을 향상시킬 것”이라고 말했다. 이어 “기존 유선 기반의 장비 연결을 무선으로 대체함으로써 공장 설비와 설치를 빠르게 쉽게 만드는 것도 장점”이라고 설명했다.

한양대학교 전자공학부 홍승호 교수
한양대학교 전자공학부 홍승호 교수

5G, 문제는…

5G가 도입되면 지금보다 스마트공장이 더욱 확산될 것이라는 전망이 우세하다. 공장자동화와 같은 3차 산업의 고도화가 아닌, 제조업에 혁신을 일으키는 스마트공장을 이룰 수 있다는 기대감이 크다. 문제는 5G가 생각만큼 빠른 시일 내에 상용화되지 못한다는 점이다. 기계와 기계를 연결하기 위한 통신 장비의 규격이 필요하지만, 아직 5G 통신 시스템에 대한 규격화 작업이 진행 중이다.

더욱이 산업용 IoT를 위한 5G 상용화를 위해서는 통신 장비 규격 및 표준화와 더불어 테스트베드를 통해 개발된 기술 및 규격의 실제 적용 가능성에 대해 실증해야 한다. 상용화 시 발생할 수 있는 문제를 파악하고 보완하는 작업이 필요하기 때문이다. 하지만 규격화가 되지 않았기에 실제 제조 현장에서 어떤 서비스가 가능한지 연구 자체가 불가능한 상황이다. 그렇다보니 5G가 제조 현장에 제공할 것으로 예상되는 서비스 자체에 회의적인 의견도 있다.

한양대학교 전자공학부 홍승호 교수는 “5G 기술이 금방 들어올 것이라 생각하지만 생각보다 시간이 걸릴 것”이라며 “하지만 5G 규격이 완성되고 난 뒤엔 각각의 기계가 스스로 생각하는 능력을 갖고, 기계들이 서로 커뮤니케이션하면서 상황을 풀어나가는 스마트제조가 실현될 것”이라고 설명했다.

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