애로우 제공
LTE-M, NB-IoT 및 5G와 같은 새로운 저전력 광역 표준을 갖춘 4세대 및 5세대 셀룰러 연결이 도입되면서 21세기는 공장에서 대부분의 기계 및 기타 자산을 쉽게 연결할 수 있게 되었습니다. 게다가, 개인 네트워크를 사용하면 셀룰러 연결의 보안, 개인 정보 보호 및 신뢰성을 보장할 수 있습니다.
Ericsson에서 발간한 연구 보고서 “더 스마트하고 유연하고 생산적인 직원의 등장”에 따르면 10년 내에 대부분의 제조 기업에 최소 80%의 자동화가 이루어질 것으로 예상되며, 많은 기업들은 향후 5년 내에 ICT 지원 도구의 사용이 최소 2배 증가할 것으로 기대하고 있습니다.
특히 TSN(Time-Sensitive Networking)과 같은 유선 연결은 시간이 중요한 데이터에 대한 최고의 우선 순위 경로를 제공하나 공장에서는 여러 장치, 기계 및 기타 자산을 가장 빨리 연결할 때 무선 통신을 선호합니다.
1991년에 2세대 셀룰러 네트워크인 GSM이 등장한 이후, 업계에서는 기계, 모니터링 시스템, 알람 및 기타 시스템을 연결하기 위해 이를 채택하고 있습니다. GSM은 GPRS/EDGE 및 SMS의 기본 데이터 전송 기능을 갖추고 있습니다.
10년 후, 3세대(3G)에는 더 빠른 데이터 전송, 더 넓은 주파수 및 글로벌 표준이 지원되었습니다. 회원들에게 3GPP 기술이 정의된 보고서와 시방서를 확립하는 안정된 환경을 제공하기 위해 새로운 산업 표준 기구인 3세대 파트너십 프로젝트(3GPP)가 설립되었습니다. 원래의 이름을 유지하는 3GPP는 오늘날 모든 세대를 아우르는 셀룰러 네트워크 시방서를 정의합니다.
2G 및 3G 셀룰러 네트워크를 더 이상 사용하지 않는 셀룰러 서비스 제공업체(CSP)
지난 30년 동안 2G 네트워크를 사용하는 수십만 개의 기계 간 통신(M2M) 기기가 설치되었습니다. SMS와 GPRS/EDGE를 사용하여 통신하는 작동기, 환경 센서, 공공시설 계량기, 경보 시스템 및 기타 센서 같은 기기가 있습니다.
IoT용 4G 및 5G 연결에 투자하는 한 가지 이유는 전 세계적으로 레거시 2G 및 3G 네트워크를 사용하지 않고 있기 때문입니다. 기존 장치는 당분간 레거시 네트워크에서 계속 작동할 수 있지만, 지원이 단계적으로 중단되고 통신사는 새로운 2G 장치를 더 이상 활성화하지 않습니다. 기존의 연결은 이제 근근이 그 명맥을 유지하고 있습니다.
2G와 마찬가지로, 많은 통신사들은 오래된 3G 네트워크를 그만 사용하고 4G LTE 및 5G를 지원하도록 주파수를 회수하기를 바라고 있습니다. 새로운 장치에는 보다 빠른 속도가 필요하며, 3G는 약 3Mbps의 속도로 작동합니다. 4G LTE는 더 빠를 뿐만 아니라 효율적으로, 다양한 장치에서 채널을 공유할 수 있고 LTE Cat-M 및 NB-IoT와 같은 대규모 IoT 기술을 특징으로 합니다.
GSMA Intelligence에 따르면 사업자들이 4G와 5G의 작업 및 비용 최적화와 주파수 회수를 모색함에 따라 2020년까지 이미 종료된 43개의 네트워크 외에도 2021년에서 2025년 사이에 최소 64개의 네트워크가 추가로 종료될 예정입니다.
LTE-M 및 NB-IoT를 갖춘 4G LTE의 장점
4세대 셀룰러 네트워크(LTE 또는 4G)가 도입되면서 산업 응용 분야에서 셀룰러 무선이 작동하는 방식이 크게 개선되었습니다. 대규모 사물 인터넷(IoT) 연결을 처리하도록 새로운 무선 통신이 처음 설계되었을 뿐만 아니라, 새로운 릴리스가 제공됨에 따라 신규 애플리케이션과 소형 기기에 새로운 저전력 표준이 허용되었습니다.
다음 두 가지 IoT 표준은 4G 및 5G 네트워크에서 작동합니다. LTE-M(Long Term Evolution for Machine) 및 NB-IoT(Narrow-Band IoT)는 셀룰러 네트워크에서 새로운 저전력 광역 연결을 제공합니다. 특히 산업 및 농업용으로 대규모 IoT 애플리케이션을 배치할 수 있었습니다. 수년 동안 LTE-M은 미국에서 큰 인기를 얻었고, NB-IoT는 아시아와 유럽에서 선호되는 표준이 되었습니다.
셀룰러 네트워크의 보안 및 가용성과 낮은 전력 소비를 요구하는 대부분의 대규모 IoT 애플리케이션의 경우, NB-IoT 및 LTE-M이 선호됩니다. 둘 다 수천 개의 연결에서 대규모 IoT 배포를 지원하지만, 몇 가지 차이점이 있습니다. 적은 전력과 더 작은 모뎀이 필요한 NB-IoT는 배터리로 실행되는 소형 장치에 적합하지만 SMS(아직) 또는 음성을 지원하지 않습니다. LTE-M은 더 많은 전력을 필요로 하지만, SMS 및 제한된 음성 통신을 지원합니다.
셀룰러 서비스 제공업체의 관점과 수익성 면에서 LTE-M은 소프트웨어 업데이트로 기존 4G 네트워크에서 서비스를 지원할 수 있는 반면, NB-IoT에는 추가 하드웨어가 필요합니다.
5G 네트워크가 등장하면서 시방서의 일부인 LTE-M과 NB-IoT 모두 직접 지원됩니다. 전체 네트워크 기능이 아닌 더 많은 광역폭이 필요한 IoT 애플리케이션의 경우에는 5G NR-REDCAP가 있으며, sub-GHz 주파수에서 LTE와 유사한 성능을 갖추고 있습니다.
임베디드 SIM(eSIM)이 등장하면서 Infineon, STMicroelectronics 및 Sony Semiconductors와 같은 일부 회사는 셀룰러 연결 시 더 작은 칩셋을 사용하고 있습니다.
새로운 무선 통신, 5G Advanced 및 5G Redcap
여전히 모든 곳에서 5G의 전체 시방서를 이용할 수 있어야 합니다. 전 세계 대부분의 5G 네트워크는 3GPP 릴리스 15를 비자립형으로 사용합니다. 이 네트워크에는 기존 4G LTE 인프라가 지원되어야 합니다.
독립형 5G(3GPP 릴리스 16 이상)는 필수 데이터를 교환하는 데 필요한 전력만을 사용하여 대규모 IoT 연결을 허용합니다. IoT 기기는 즉시 연결하여 그에 따라 전력 출력을 조정할 수 있습니다.
또한 로봇 공학 및 원격 작업과 같은 중요한 IoT 애플리케이션의 경우, 5G 네트워크는 필요한 신뢰성, 초저지연성 및 낮은 전력 소비를 제공합니다.
더 많은 주파수에서 전력 소비가 더 낮은 4G 속도를 제공하는 NR-REDCAP와 같은 5G 새로운 무선 기능이 도입된 5G는 높은 보안과 손상되지 않은 연결이 필요한 많은 사용자에게 적합한 옵션일 것입니다. 작고, 저렴한 새로운 칩셋 및 iSIM으로 BOM 비용과 전력 사용을 줄일 수 있습니다.
Ericsson에 따르면, “기능 축소 NR 장치를 지원하는 3GPP 릴리스 17 작업은 자체 주소가 있는 5G NR 시장을 확장하기 위한 중요한 단계입니다. 이를 통해 모든 NR 주파수 대역에서 기능 축소 장치를 작동할 수 있습니다.”
5G가 아직 개발 중이지만 6G가 곧 출시될 예정
다음과 같은 셀룰러 무선 연결 표준에 대한 연구 및 개발이 진행 중입니다.
여러 회사와 연구 시설에서 3GPP와 협력하여 곧 출시될 네트워크 혁신인 6G의 실현 가능성을 정의하고 테스트하고 있습니다. 6G는 최종 사용자에게 1-100Gbps의 속도와 종속적으로 변조된 100-1,000개빔의 다중 MIMO 기능을 제공하여 초당 10테라바이트의 속도를 효과적으로 지원할 것으로 기대됩니다.
GPS를 보완하는 6G 영상 기술은 1인치의 정밀한 위치 파악 외에도, 사람이나 움직이는 물체를 식별할 수 있습니다. 이러한 몰입적인 지능형 인프라는 대기 시간이 짧은 가상 현실(VR), 증강 현실(AR) 및 원활한 원격 현실을 지원할 수 있습니다.
사설 무선 네트워크의 등장
유선 및 무선 개인 네트워크는 수년 동안 사용되어져 왔습니다. 많은 산업에서는 유선 이더넷과 Wi-Fi를 함께 사용하여 기계, 센서, 게이트웨이 및 기타 자산을 연결하고 있습니다.
셀룰러 네트워크는 새로운 보안 및 가용성 계층을 제공하지만, 일부 산업에서는 온-프레미스 연결과 데이터 및 작업을 로컬에서 보호할 수 있는 가능성을 필요로 합니다. LTE 및 5G에는 특정 위치 및 애플리케이션에 사설 셀룰러 네트워크를 배치할 수 있는 옵션이 있습니다.
일부 개인 네트워크는 기존 공용 인프라에서 작동하는 가상 조각일 뿐입니다. 산업 고객을 위해 일부 주파수 또는 일부 셀을 할당하는 셀룰러 서비스 제공업체에서 이러한 네트워크를 실행합니다.
오늘날 일부 셀룰러 인프라 공급업체는 CSP 도메인 외부에 개인 네트워크를 제공하기도 합니다. Cisco, Samsung, Huawei, Nokia, Ericsson과 같은 회사들은 이제 대형 산업 고객들에게 직접 솔루션을 제공하고 있습니다.
Ookla의 엔터프라이즈 수석 산업 분석가인 Sylwia Kechiche에 의하면 “업계는 규제 기관에서 개인 네트워크를 확보할 수 있는 경우 자체 엔터프라이즈 주파수를 사용하여 해당 네트워크를 구축하거나 통신사에서 임대할 수 있습니다. 따라서 기업이 원하는 제어 수준과 가상 개인 네트워크를 원하는지 여부에 따라 기업에서 다양한 방법을 사용할 수 있습니다.”
Juniper Research는 Nokia와 Ericson을 개인 셀룰러 사업의 선두 주자로 생각했습니다. 회사에 따르면, “당사의 연구를 통해 기존의 셀룰러 네트워크 통신사들이 종종 개인 네트워크 기능의 출시에서 뒤쳐져 다른 제공업체들이 그 자리를 대신한다는 것을 알게 되었습니다. 여기서 가장 성공적인 업체는 시장 진입에 사용할 수 있는 장비 채널을 보유한 네트워크 공급업체입니다. 5G의 유연한 특성으로 인해 새로운 많은 통신사들이 개인 셀룰러 서비스를 제공할 수 있게 되었으며, 특히 규제로 인해 5G 주파수의 비인가 사용이 허용되는 경우에는 더욱 그렇습니다.”
기술적으로 유용한 CSP는 여전히 업계 고객의 요구 사항을 해결하도록 영업 직원을 교육해야 합니다. 대부분 은퇴를 앞둔 영업 사원들은 음성 및 데이터와 같은 레거시 서비스를 홍보합니다.
EY의 글로벌 통신 리더인 Tom Loozen은 IoT Times에서 셀룰러 통신사들이 개인 네트워크 솔루션을 제공하기 위해 노력해야 한다고 말했습니다. 그렇지 않으면 더 공격적인 시스템 통합업체들이 그 자리를 차지할 것이라고 주장했습니다.
