스마트 팩토리

무선 연결 팩터리에서 모바일 네트워크를 위한 핵심 KPI

특히 무선 기술로 연결된 스마트 팩토리는 사물 연결성 및 안정성 뿐만 아니라 데이터 보안과 사람의 안전에 대한 엄격한 요구사항까지 충족해야 합니다.

이중화는 안정성을 높이기 위한 검증된 방식입니다. 스마트 팩토리 내의 모든 위치는 네 개 이상의 무선 액세스 포인트로 연결되어야 합니다. 구조적 변경은 전파가 전달되는 조건에 영향을 미칠 수 있습니다. 설치시 뿐만 아니라 설비 재구성을 마친 경우 또는 건물 배치를 변경한 경우에도, 현장 테스트를 통해 이러한 무선 접속이 검증되어야만 합니다.

오류 없는 작동을 위해서는 신뢰할 수 있는 유비쿼터스 무선 접속이 필요하지만 이것만으로 충분하지는 않습니다. 적합한 성능 측정에서는 달성 가능한 데이터 전송 속도 뿐만이 아니라 지연시간, 다시 말해 신호가 시스템을 통과하는 데 필요한 시간이 더욱 중요한 경우가 많습니다. 4G를 포함한 이전 이동통신 기술의 지연 시간은 실시간 제어 요구사항을 충족할 수 있을 만큼 빠르지 않았습니다. 그러나 5G의 지연 시간은 몇 밀리초에 불과합니다.

지연시간은 왕복 시간과 일방 지연시간의 두 가지 방식으로 측정합니다(그림 1). 예를 들어 AR/VR 안경을 착용한 사람이 머리를 움직일 때와 같은 증강 현실 또는 가상 현실 사용 사례에서는 이미지 콘텐츠를 매우 빠르게 업데이트해야 병합된 데이터를 실시간 이미지와 일관적으로 유지할 수 있으므로 왕복 지연 시간이 짧아야 합니다. 반면 연결된 기계를 실시간으로 제어할 때에는 짧은 일방 지연시간이 요구됩니다. 예를 들어 로봇에 대한 정지 명령과 같은 제어 명령은 즉각적으로 실행되어야 합니다.

네트워크 테스트의 다섯 단계

스마트 팩토리의 전체적인 계획을 위해서 5단계 테스트 계획에 따라 무선 네트워크를 단계적으로 구현합니다. 그림 2는 네트워크가 엄격한 안정성 및 성능 요구사항을 충족함을 검증하기 위한 1 - 4 단계를 보여줍니다.

1단계: 구축 준비

독일과 기타 일부 국가에서 5G 주파수는 캠퍼스 네트워크 또는 사설 네트워크용으로 예약되어 있으며 운영자는 이러한 주파수 사용을 신청할 수 있습니다. 네트워크 셋업 및 운영을 내부적으로 처리할 수도 있지만 서비스 제공업체에 의뢰하는 것이 일반적입니다. 전용 캠퍼스 주파수가 없는 국가에서 팩토리 연결을 구축할 경우에는 주요 네트워크 사업자측에 리소스를 예약해야 합니다. 그런 다음 해당 네트워크 사업자는 요구사항을 충족할 수 있도록 팩토리 주변에 자사 네트워크를 통합하거나 팩토리에 추가 기지국을 설치합니다.

네트워크가 캠퍼스 주파수 대역을 사용할 경우 해당 대역은 간섭 여부를 확인하기 위한 초기 점검을 실시해야 합니다. 신규 할당 대역 또는 이전 사용 이력이 없는 대역인 경우에도 간섭이 종종 발생하므로 초기 점검을 간과하지 않아야 합니다. R&S®TSMx6 Network Scanner, R&S®FPH/R&S®FSH Handheld Spectrum Analyzer, R&S®MNT100/R&S®PR200 Portable Test Receiver로 필요한 측정을 수행할 수 있습니다.

2단계: 현장 인수 테스트

2단계에서는 신규 구축된 기지국을 테스트 및 검증합니다. 예를 들어 다운로드/업로드 테스트, 왕복 지연시간 측정, OTA(Over-the-Air) RF 스펙트럼 분석, 신호 디코딩과 같은 간단한 기능 테스트를 수행하여 5G 및 LTE 고정 신호에 대한 PCI, SSB, SIB 데이터를 검증합니다.

신호 디코딩은 문제 또는 예기치 않은 결과가 발생한 경우 특정 파라미터를 해결하는 데 활용됩니다. 로데슈바르즈 제품 포트폴리오에는 이러한 작업에 최적인 기기가 포함되어 있습니다. 스마트폰 기반 측정 소프트웨어인 QualiPoc Android는 기능 테스트(DL, UL, ping/TWAMP)를 통해 사용자의 관점에서 모바일 네트워크 서비스를 평가합니다. R&S®Spectrum Rider FPH Handheld Spectrum Analyzer는 OTA 스펙트럼 측정에 적합하며 R&S®5G Site Testing Solution은 모바일 네트워크 상황을 포괄적으로 제공하여 모든 취약점 또는 문제 영역을 빠르게 식별할 수 있습니다.

3단계: 커버리지 및 성능 테스트

이제 실제 테스트를 실시할 단계입니다. 목표는 네트워크가 전체 팩토리에서 요구 성능을 달성하도록 보장하는 것입니다. R&S®TSMx6 Network Scanner는 전체 팩토리 사이트에서 측정을 수행하여 각 위치에서 양호한 RSRP(Reference Signal Received Power) 및 우수한 품질(예: SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio))을 가진 개별 네트워크 액세스 포인트가 몇 개인가를 파악합니다. 앞에서 언급한 바와 같이 네 배 이상의 이중화가 바람직합니다. QualiPoc Android는 단일 상호호환성 테스트에서 에뮬레이션된 트래픽 프로필, 지연 측정, 전송 품질을 결합하여 연결의 실시간 성능을 테스트할 수 있습니다(그림 4 및 5 참조). R&S®SmartONE Real-time Optimization Software에서는 측정 결과와 문제 영역의 목표 개선 상황을 즉시 시각화할 수 있습니다.

4단계: 서비스 품질 모니터링

4단계 측정은 오작동 시 대규모 이익 및 생산성 손실로 이어질 수 있는 환경 또는 무선 네트워크가 핵심 인프라인 스마트 팩토리에 필수적입니다. 즉, 스마트 팩토리 소유자는 네트워크 사업자와 명확히 정의된 SLA(서비스 수준 계약)를 체결하고 SLA 준수 여부를 지속적으로 점검할 수 있어야 합니다. 사용자 정의 RF 센서를 스마트 팩토리 전역, AGV(무인운반차), AMR(자율이동로봇)에 분산 설치합니다. 해당 센서가 전 위치에서 지연을 포함한 연결 품질을 주기적으로 측정하고 결과를 모니터링 센터(SmartMonitor)로 보고하면 실시간 대시보드에 시각화되어 표시됩니다. SmartAnalytics와 같은 툴은 더욱 자세한 오프라인 데이터 분석 기능을 제공합니다. 이 소프트웨어는 실제 문제 상황이 발생하기 전 예방 조치를 수행할 수 있도록 머신 러닝을 통해 추세와 이상 현상을 식별하고 변칙적 상황을 즉시 나타냅니다.

5단계: 외부 환경과의 지정 호환성 검증

4단계를 마치면 셋업 프로세스가 완료된 것이며 네트워크를 운영할 수 있는 상태입니다. 최종 작업은 신청한 커버리지 영역 밖의 누설 신호가 정의된 한도 미만으로 유지되도록 지정하는 5G 특화망 관련 면허 조건을 준수하는지 여부를 확인하는 것입니다. 이 과정을 통해 동일 주파수 대역 또는 인접 주파수 대역을 사용하는 이웃과의 간섭을 방지할 수 있습니다. 스마트 팩토리 소유자는 준수 여부를 확인할 것을 권장합니다. R&S®Freerider4와 같은 보행 테스트 솔루션으로 확인 가능하며 드론에 네트워크 스캐너를 장착하여 확인할 수도 있습니다(그림 3).

요약

일부 업계는 현재 팩토리를 스마트 팩토리로 전환해야 할 필요가 있습니다. 기존 운영 방식은 유연성과 비용 이점을 갖춘 최신 팩토리와 경쟁이 어려워질 것입니다. 예를 들어 저지연 (5G) 무선 통신이 가능한 장비로 완벽한 연결을 구축할 수 있습니다. 올바른 측정 솔루션은 네트워크 셋업과 운용을 더욱 쉽게 만듭니다. 로데슈바르즈 제품 포트폴리오에는 네트워크 사업자와 스마트 팩토리에 필요한 모든 기기와 소프트웨어가 있습니다.