전기전자/정보통신

Telecommunication_2018.5 특집요약 (p10, 19-21)

5G의 최대 핵심, URLLC의 세계
기업의 디지털 변혁을 지원하는 초 고신뢰 모바일

앞으로 더욱 진화할 모바일 통신은 다음은 어디에서 혁명을 일으킬 것인가? 가장 유력한 후보는 엔터테인먼트다. 제조, 운수, 에너지, 건설, 의료 등 컨슈머와는 비교도 안될 정도의 고품질이 요구되는 엔터프라이즈의 세계. 그 디지털화를 지원하는 2개의 테크놀로지가 등장하기 때문이다. 하나는 Carrier Grade의 자영 무선망을 실현할 수 있는 ‘프라이빗 LTE’. 다른 하나는 5G, 중에서도 고신뢰∙저지연 통신을 가능하게 하는 ‘URLLC’다. 엔터프라이즈의 세계에 혁명을 초래하는 프라이빗 LTE와 5G URLLC(Ultra-Reliable and Low Latency Communications)의 전모를 철저하게 해설한다.

Part 2. 5G의 최대 핵심인 ‘URLLC’란?
디지털 변혁의 기폭제

미션 크리티컬한 영역에서 모바일 네트워크를 활용하고 싶다. 이에 응답하는 것이 ‘5G URLLC’다. LTE나 Wi-Fi 등 기존의 무선통신과는 일선을 긋는 성능과 품질을 통해 무엇이 가능해질까?

미션 크리티컬한 용도에 사용할 수 있는 모바일 네트워크. 그 ‘궁극의 모습’이 5G의 요건 중에 하나인 ‘URLLC’로 초 고신뢰∙저지연의 무선통신을 실현하는 것이다. 5G에는 이 URLLC와 함께 초고속대용량의 ‘eMBB(enhanced Mobile Broadband)’, 대량단말접속의 ‘mMTC(massive Machine Type Communication)’의 3개의 요건이 있다. 표준화는 eMBB가 앞서고 있으며 상용화도 우선은 고속대용량 서비스부터 시작된다.

그러나 모바일 네트워크의 이용 저변을 넓힌다는 5G 본래의 목적에서 보면 URLLC는 ‘5G의 핵심’이라고 할 수 있다. 고속대용량 통신과는 다른 새로운 활용사례를 개척할 수 있기 때문이다. 모바일 네트워크의 약점이었던 신뢰성과 응답 시간이 극적으로 개선되면 활용범위는 한층 넓어진다.

-- ‘코어망 내에서 완결’ --
5G URLLC로 실제로 어떤 일이 가능할까? 그 전에 URLLC란 무엇인지에 확인해 보자.

표준화 단체인 3GPP 및 ITU-R은 URLLC의 조건에 대해 ‘32바이트 이상의 패키지 데이터양의 99.999% 이상의 송신 성공률’과 ‘무선구간 1밀리초(ms) 이하의 지연’을 동시에 충족하는 것이라고 정하고 있다. 2017년 11월에 URLLC의 옥외 실증실험을 세계에서 처음으로 성공시킨 NTT도코모와 화웨이에 따르면, LTE로 5G와 동등한 송신 성공률을 달성하기 위해서는 무선구간에서 5ms 이상의 지연 시간이 필요하고 한다. 5G에서는 그것이 5분의 1 이하로 단축 가능하다.

단, 이 ‘1ms’는 어디까지나 무선구간의 지연이며, 어플리케이션 전체의 설계에 있어서는 모바일 백홀(유선구간)의 전송 지연이나 인터넷 지연, 어플리케이션 서버의 처리 지연 등의 영향이 훨씬 크다. 신뢰성의 관점에서도 마찬가지로 무선 전송 이외의 영향을 고려할 필요가 있다.

그 때문에 URLLC의 특성을 활용하기 위해서는 디바이스에 가까운 장소, 예를 들면 무선 기지국의 배후나 코어 네트워크 내에 어플리케이션 처리계를 두고, 짧은 경로로 응답하는 ‘엣지 컴퓨팅’을 조합할 필요가 있다. 코어 측의 구조도 함께 엔드투엔드의 지연을 단축하여 신뢰성을 높이는 것이다.

지연이나 신뢰성의 컨트롤이 불가능한 인터넷과 클라우드는 사용하지 않고 어플리케이션 처리까지 코어 네트워크 안에서 완결시키는 것이 URLLC의 대전제가 된다.

-- 인간의 응답 속도를 능가 --
이 URLLC와 엣지 컴퓨팅의 포텐셜을 나타내는 흥미로운 실험이 있다. 에릭슨과 버라이즌이 실시한 ‘블랙아웃’ 테스트다.

블랙아웃 테스트는 자동차의 창문을 전부 덮고 운전자가 차량탑재 카메라의 영상을 VR 안경으로 보면서 운전하는 것이다. 카메라의 영상은 5G 통신으로 서킷 내의 엣지 서버에 전송되어 VR 영상화 처리를 거친 후에 운전자의 VR 안경으로 보낸다. 이 실험은 28GHz대를 이용하여 실시, 영상 데이터의 전송 속도는 약 6Gbps, 지연은 비디오의 코딩/디코딩을 포함하여 왕복 50ms 정도라고 한다.

고화질 영상의 처리에서 수십 ms의 지연이 발생하지만 총 50ms의 응답속도는 운전에 지장이 없는 레벨이다. 인간의 반응속도는 일반적으로 0.2~0.3초(200~300ms)라고 한다. 원격운전이나 드론 제어에서는 보통 엔드투엔드의 지연이 50ms를 넘지 않아야 하는 것이 요건이다.

이 테스트에서는 운전자가 직접 운전하고 있지만 핸들이나 브레이크 조작의 제어 정보도 송신함으로써 다른 장소에서 원격운전을 하는 것도 가능하다. 실제로 에릭슨은 버스와 트럭을 생산하는 스카이나(스웨덴)와 공동으로 버스의 원격운전 실험에도 성공하였다.

-- ‘원격조작’은 가장 유력한 후보 --
이와 같은 고화질 영상을 이용한 ‘원격조작’은 URLLC의 활용사례의 유력 후보다. 원격운전이 실용화되면 운전자는 실제로 이동하지 않고 각지의 차량을 리모트로 운행할 수 있다. 노동력 부족 문제의 해소, 운송회사나 버스회사의 수익 개선으로 이어진다.

또한, 원격운전과 마찬가지로 기대를 받고 있는 것은 트럭의 대열주행이다. 유인 운전의 선두 차량과 무인 주행하는 후속 차량을 무선통신으로 연결하여 대열을 유지하면서 주행시키는 것이다. 이 ‘무선연결’에도 당연히 고신뢰∙저지연의 통신서비스가 필요하다.

대열주행은 스카이나와 에릭슨은 물론 국내에서도 소프트뱅크와 화웨이가 5G를 사용한 실험을 실시하였다. 혼자서 운행할 수 있는 차량 수가 증가하는데다 후속 차량의 공기저항이 줄면서 연비도 향상. 또한 차간거리를 좁히기 때문에 정체도 해소되는 등 다양한 효과가 기대된다.

원격조작은 건설기계나 로봇에서도 필요성이 증가하고 있다. NTT도코모는 2017년부터 고마쓰와 공동으로 건설기계의 리모트 조작실험을 계속하고 있다. NTT도코모의 선진기술 연구소 5G추진실의 나카무라(中村) 실장은 “URLLC에 대한 기대는 상당히 높다”라고 말한다.

올해 1월에는 도쿄 도내의 도코모본사와 가나가와현에 있는 고마쓰의 시험장을 연결하여 원격조작을 실시. 2K사이즈, 5장의 이미지로 현장의 모습을 보면서 건설기계를 조작하였다. “건설기계의 원격조작에는 고화질 영상을 보내는 고속대용량과 제어를 위한 저지연이 모두 필요하다. eMBB와 URLLC를 조합함으로써 활용사례가 확대된다”라고 나카무라 씨는 말한다.

-- 제조업, 전력업계도 주목 --
도코모는 신닛테쓰스미킨 솔루션즈와 로봇을 사용한 원격조작지원시스템도 개발하고 있다. 로봇에 탑재한 카메라 영상을 헤드마운트디스플레이로 보면서 조작하는 것으로 이것도 eMBB와 URLLC의 조합이다. 공장이나 제철소 내의 열악한 환경에서 로봇을 조작하여 작업하는 것을 상정하고 있다.

공장 내에서의 활용에서는 기존의 제조기계를 진화시키기 위해 URLLC를 사용하려는 움직임도 있다.

이탈리아의 산업용 로봇기업 코마우(COMAU)는 에릭슨과 공동으로 복수의 제조 로봇을 협조 동작시키는데 URLLC를 활용하려 하고 있다. 복수 대의 로봇이 연동하여 작업을 추진할 때에 그것들을 하나의 엣지 서버에서 제어하여 협조 동작을 하도록 하여 작업 효율을 높이는 것이 목적이다.

코마우는 이미 LTE를 사용하여 이 협조 제어를 시행하고 있다. 에릭슨재팬의 후지오카(藤岡) CTO에 따르면 “LTE로 30ms 정도였던 지연이 5G에서 수 ms로 축소되면 현격하게 효율이 높아진다는 것이 코마우의 견해다. 기대는 높다”라고 한다. 이 외에도 URLLC의 활용이 기대되는 분야는 많다.

에너지 분야에서는 전력계통에 발생한 사고∙장해를 신속하게 검출하여 전원설비 등의 손상을 줄이는 전력계통 보호∙제어시스템(텔레프로텍션)에 사용하려는 움직임이 있다. 뿐만 아니라 금융업계의 트레이딩, 재해대책, 원격의료∙진단 등 다양한 활용사례가 검토되고 있다.

URLLC는 다양한 업계에 있어서 디지털 변혁을 지원하는 기폭제가 될 가능성이 있다.

  -- 끝 --