5G는 IoT/IIoT를 위해 무엇을 할 것인가?

5G 모바일 광대역 서비스가 IoT/IIoT에 미치는 영향에 대해 알아보기 위해 저는 Oracle IoT 및 블록체인 애플리케이션 개발 담당 부사장 Jai Suri와 항공우주 산업 컨설턴트이자 Embedded Systems Architect인 Mike Anderson을 인터뷰했습니다. 나는 그들에게 5G를 업계에 도입하는 데 가까워지고 있는지 또는 다른 애플리케이션이 우선적으로 나올지 물었습니다. 둘 다 복잡하다고 합니다.

“5G는 IoT 사용 사례를 핵심으로 설계되었지만 4G 및 이전 표준은 주로 음성 및 데이터 전송을 위해 설계되었습니다. 4G/LTE를 사용하면 빠른 데이터 다운로드로 콘텐츠 스트리밍이 가능하며 5G는 초고속, 저지연 통신 및 평방 킬로미터당 수백만 개의 장치를 처리할 수 있는 기능을 제공할 것입니다.”라고 Suri가 말했습니다.

몇 가지 설명으로 시작하는 것이 중요합니다. 5G라는 용어는 주파수를 의미하는 것이 아니라 단순히 5세대 무선 모바일 광대역 통신을 의미합니다("5G 셀룰러의 의미 이해", Sensor Technology, 2020년 3월 참조). 그리고 1개의 주파수가 아니라 3가지를 다룹니다. 밴드:

• 저대역은 600~850MHz입니다. 이는 현재 사용 가능한 4G보다 많지 않습니다.

• 중간 대역은 2.5~3.7GHz 범위를 커버합니다.

• 고대역은 25 – 39GHz에서 작동합니다. 이 주파수 범위의 신호는 일반적으로 밀리미터파라고 하며 많은 사람들이 5G를 생각할 때 생각하는 극한의 성능을 제공합니다.

IIoT의 5G

3GPP(Third Generation Partnership Project)는 이동 전화용 프로토콜을 개발하는 국제 표준 기구입니다. 릴리스 15는 소비자를 위한 5G에 중점을 둔 반면, 현재 릴리스 16은 소비자에서 IIoT 및 기타 산업 시장으로 초점을 이동합니다. 그들의 의도는 시간이 지남에 따라 증가하는 5G 애플리케이션을 개발하고 구현하기 위한 표준을 발표하는 것입니다.

밀리미터파 5G의 뛰어난 이점은 고속, 짧은 대기 시간, 많은 수의 연결 장치 및 높은 안정성입니다. 5G 밀리미터 무선 연결을 사용하면 유선 링크에서 기대할 수 있는 종류의 성능을 얻을 수 있습니다. 그리고 높은 주파수 범위 때문에 일반적으로 근처 장비의 전기 간섭에 취약하지 않습니다.

하지만 큰 문제는 밀리미터파 5G가 창으로 차단될 수 있어 멀리까지 침투하지 못한다는 점이다. 즉, 5G를 활용하려면 많은 5G 셀이 있어야 합니다. Anderson에 따르면 적당한 크기의 공장 바닥에서는 기본 작업실 천장에 20~30개의 라디오가 필요할 것입니다.

산업용 애플리케이션은 일반적으로 높은 신뢰성을 요구하며 5G는 이를 확실히 제공할 수 있습니다. Anderson이 설명했듯이 “현재 4G 네트워크 신뢰성은 99.8%입니다. 0.2%의 통화 끊김 비율은 매우 안정적인 캐리어급 이동 전화 네트워크로 간주됩니다. 그러나 산업용 애플리케이션의 신뢰성 요구 사항은 일반적으로 99.9999%입니다. 5G 네트워크는 셀 복제, 무선 스펙트럼의 현명한 사용, 대규모 MIMO(다중 입력, 다중 출력) 안테나를 사용하여 이러한 수준의 안정성을 제공할 수 있습니다.”

통신사의 5G 신호를 공장으로 가져오려면 건물 내부에 소형 기지국 같은 안테나를 설치해야 한다. 이것을 산업용 애플리케이션에서 사용하려면 건물 내부에 훨씬 더 큰 인프라가 필요합니다. 단순히 건물을 관통하는 것만으로는 끝이 아닙니다. 훨씬 더 복잡합니다. 주파수 범위에 따라 건물 반대편의 신호조차 볼 수 없을 수도 있습니다. 신호를 흡수하는 대들보와 모든 종류의 것들이 있습니다. 따라서 여러 개의 안테나가 필요합니다. 공장을 세우는 사람은 누구든지 해당 안테나가 건물 내부에 적절하게 적용되고 사각지대가 없는지 확인해야 합니다.

5G의 주요 후보

디지털 트윈

디지털 트윈은 물리적 시스템의 실시간 동적 표현입니다. 예를 들어, 항공 우주 산업은 다소 정기적으로 디지털 트윈을 사용하고 있습니다. 많은 기술을 인공위성에 투입하여 지구 저궤도에 보내려면 서비스가 필요할 것입니다. 소프트웨어 업데이트가 있는 경우 업로드하기 전에 먼저 디지털 트윈(위성의 실시간 디지털 대응)에서 지구에서 테스트할 수 있습니다. 디지털 트윈이 최신 상태를 유지하려면 대량의 데이터를 고속으로 전송해야 하므로 5G에 적합합니다.

가상 및 증강 현실

가상 현실의 경우 감지 가능한 대기 시간은 허용되지 않습니다. 따라서 5G의 높은 대역폭, 높은 처리량 및 낮은 지연 시간이 완벽하게 맞습니다. 가상 현실이 단순한 재미가 아니라 유용한 한 가지 응용 프로그램은 시뮬레이터가 문제가 발생하면 치명적일 수 있는 시스템 운영자를 훈련시키는 것입니다. 예를 들어, 항공기, 철도 또는 선박 운영자, 그리고 가장 확실한 원자로 운영자입니다.

“저는 빈 벽만 보이는 배의 훈련실에 있었습니다. 하지만 가상 현실 고글을 착용하면 일반적으로 배에서 볼 것으로 예상되는 모든 컨트롤을 볼 수 있습니다. 시뮬레이터가 디지털 트윈인 경우 이러한 가상 제어 장치는 실제 선박에서 수행할 작업을 수행합니다.”라고 Anderson은 말했습니다.

“또 다른 증강 현실 응용 프로그램은 서비스 기술자, 특히 타사 기술자가 고품질 수리 작업을 수행할 수 있도록 하는 것입니다. 증강 현실은 문제를 정확히 찾아내기 위한 처방적 유지 관리 모델을 제공하고 라이브 비디오 피드에 3D 애니메이션을 시각적으로 오버레이하여 수행할 단계의 순서를 보여줌으로써 전체 수리 프로세스를 안내할 수 있습니다.”라고 Suri가 말했습니다.

예측 유지보수

5G는 추적 및 분석하려는 스트리밍 데이터가 많은 애플리케이션이 있는 경우 예측 유지 관리에도 유용합니다.

중요한 애플리케이션은 고장이 발생하거나 발전과 같은 중요한 서비스를 중단할 수 있는 경우 심각한 손상을 일으킬 수 있는 초대형 모터 또는 발전기용입니다. Suri에 따르면 석유 및 가스 산업의 가스 압축기 모니터링과 같은 원격 장비에 대한 실시간 모니터링은 또 다른 중요한 사용 사례입니다.

또 다른 예는 옥상 장치를 판매하는 HVAC 회사인 경우 유지 관리뿐만 아니라 사용에 대한 데이터를 수집하려는 경우입니다. “4G 네트워크를 사용하여 유용한 데이터를 수집하는 데 드는 비용은 한 달에 약 3~5달러입니다. 따라서 옥상 HVAC를 판매하는 회사가 있고 100,000개의 장치가 배치되어 있다면 비용이 매우 커질 것입니다. 그리고 유용한 정보를 얻기 위해 모든 데이터를 처리하는 것은 운영 비용을 더욱 증가시킵니다.”라고 수리가 말했습니다. “조직이 고객에게 전력 소비와 안락함 수준에 대한 통찰력을 제공할 수 있다면 해당 데이터를 사용하여 보다 효율적인 장치를 판매할 수 있습니다. 실행 중이었습니다.”

에지 컴퓨팅

짧은 대기 시간, 고속 및 높은 안정성을 약속하는 5G는 향상된 에지 컴퓨팅을 통해 엔지니어에게 네트워크 설계를 위한 확장된 도구 상자를 제공할 수 있습니다.

에지 컴퓨팅은 다음과 같은 여러 면에서 유익합니다.

• 5G를 사용하면 "로컬 클라우드"를 포함하도록 에지를 재정의할 수 있으므로 에지에서 더 많은 컴퓨팅을 수행할 수 있습니다. 이전에는 대기 시간이 짧은 계산을 각 센서 노드에서 수행해야 했지만 시간에 덜 민감한 컴퓨팅은 엔터프라이즈 수준 네트워크나 공용 클라우드에 할당할 수 있었습니다. 그러나 센서 노드에서 수행할 수 있는 컴퓨팅의 양은 물리적 크기와 전력 소비에 대한 실질적인 제한으로 인해 극히 제한적이었습니다.

• 그러나 5G 연결을 사용하면 원격 센서의 데이터를 기성 컴퓨터로 구성된 '로컬 클라우드'로 무선으로 전송할 수 있습니다. 이러한 클라우드는 지연 시간이 짧은 컴퓨팅을 수행하여 의사 결정을 데이터 소스에 더 가깝게 이동할 수 있습니다. 원시 데이터가 아닌 의미 있는 정보 패키지는 시간에 덜 민감한 처리 및 저장을 위해 엔터프라이즈 클라우드와 공용 클라우드 모두에 보낼 수 있습니다.

• 또한 조직은 공개 노출로부터 민감한 데이터를 보호하는 기능을 원할 수 있습니다. 에지 시스템은 소스에서 데이터를 처리하고 추가 처리를 위해 익명화되고 요약된 통찰력만 클라우드로 보낼 수 있습니다.

자율주행 차량

Anderson은 "5G를 킬러 앱으로 볼 수 있는 곳은 자율주행 차량입니다. “그들은 라이더, 레이더, 카메라와 같은 많은 센서를 가지고 있습니다. 이들은 모두 많은 양의 데이터를 생성하며 매우 짧은 대기 시간과 함께 매우 빠른 응답 시간이 필요합니다. 자율 주행 차량은 주변 환경에 대한 대량의 데이터를 실시간으로 동화하고 신속하게 대응해야 합니다.”

보행자, 다른 자동차 및 신호등을 포함하여 차량과 주변의 모든 것 사이의 통신을 V2X라고 합니다. 이 기술을 통해 차량은 충돌 방지를 위해 서로 직접 통신할 수 있습니다. 또한 자동차가 교차로에 접근하고 신호등이 있고 둘 다 5G로 연결되어 있으면 자동차가 신호등과 직접 통신하여 현재 상태를 파악할 수 있습니다.

Anderson은 "자율 차량용 5G를 구현하기 위해 State Highway Department는 통신 사업자(통신 사업자) 제공업체에 계약을 체결할 것입니다. “높은 데이터 속도와 낮은 지연 시간을 위해서는 최소 1GHz의 대역폭이 필요합니다. 그리고 정말로 짧은 대기 시간을 원한다면 이제 25 ~ 27GHz(밀리미터 범위)에서 말하는 것입니다. 즉, 도시의 모든 블록에 기지국이 필요합니다. 시골 지역에서는 타워 사이에서 약 5km를 이동할 수 있습니다.”

현재 통신 기지국은 약 20마일 떨어져 있기 때문에 많은 새 기지국을 세워야 합니다. 5G 밀리미터파는 일반 주파수 범위보다 약 5배 많은 셀이 필요합니다. 25GHz 기지국의 크기가 기존 통신사 기지국보다 훨씬 작은 것이 장점입니다.

“현실은 처음에는 밀리미터파 대역이 사람들의 개인 용도를 목표로 하므로 어쨌든 기반 시설이 마련될 것입니다. 그런 다음 초과 용량은 자율 차량과 함께 사용하기 위해 시 또는 주에 판매될 것입니다.”라고 Anderson은 말했습니다.

물류

물류는 실시간으로 많은 수의 차량을 추적하고 찾을 수 있다는 이점을 누릴 수 있습니다. 이것은 함대 관리자에게 큰 기쁨이 될 것입니다. 종종 패키지 추적은 데이터 로거에서 소급하여 정보를 검색하는 것과 같습니다. 그러나 실시간 차량 추적 시스템은 GPS 및 셀룰러 데이터를 사용하여 위치 및 이동 방향에 대한 정보를 제어 스테이션에 전송합니다. 이 데이터는 경로 문제를 해결하거나 물류 운영을 최적화하는 데 사용할 수 있습니다. 차량 추적 시스템은 연료 수준, 타이어 공기압, 점화 상태, 엔진 온도와 같은 차량에 대한 작동 정보를 보내 유지 관리 일정을 잡을 수도 있습니다. 이러한 종류의 애플리케이션에서 5G를 사용하는 것도 킬러 앱이 될 수 있습니다.

결론

결론은 5G가 IoT와 IIoT 모두에 상당한 영향을 미칠 것이지만 일부 부문은 더 일찍, 일부는 나중에 천천히 발전할 것이라는 점입니다. 전반적으로 IoT/IIoT 애플리케이션에 5G를 통합하기 위한 일정은 5~10년 정도입니다.

이 기사는 Sensor Technology의 편집자인 Ed Brown이 작성했습니다. 자세한 내용은 Ed에게 문의하십시오. 이 이메일 주소는 스팸봇으로부터 보호됩니다. 그것을 보려면 JavaScript가 활성화되어 있어야 합니다. 또는 여기를 방문하십시오. .