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연구개발 목표 및 내용
최종 목표
4차 산업혁명의 핵심인 스마트공장(Smart Factory) 구축에 필요한
(1) B5G(Beyond 5G) 선도 핵심 기술 개발 및 5G/B5G 표준화
(2) 5G 기반 산업용 사물네트워크 시스템 개발
전체 내용
[개요]
O 4차 산업혁명의 핵심인 스마트공장 구축에 필요한 셀룰러 기반 산업 자동화 (Industrial Automation) 기술 개발
- 스마트공장은 제품의 기획, 설계, 생산, 유통 및 판매 등 전 생산 과정을 ICT 기술로 통합하여 최소

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
4차 산업혁명의 핵심인 스마트공장(Smart Factory) 구축에 필요한
(1) B5G(Beyond 5G) 선도 핵심 기술 개발 및 5G/B5G 표준화
(2) 5G 기반 산업용 사물네트워크 시스템 개발
전체 내용
[개요]
O 4차 산업혁명의 핵심인 스마트공장 구축에 필요한 셀룰러 기반 산업 자동화 (Industrial Automation) 기술 개발
- 스마트공장은 제품의 기획, 설계, 생산, 유통 및 판매 등 전 생산 과정을 ICT 기술로 통합하여 최소 비용과 시간으로 고객맞춤형 제품을 생산하는 공장을 의미
- 산업 자동화란 제품의 제조를 위해 설계에서부터 생산의 제어시스템, 로봇이나 컴퓨터를 이용한 생산설비 등을 조화롭게 사용하여 사람의 개입을 최소화하고 기계나 컴퓨터에 의해 자동화한 일괄 생산 시스템을 의미
- 본 과제는 5G/B5G 기반의 혁신적인 셀룰러 기술을 활용하여 스마트공장의 생산 과정에 필요한 생산 자동화 솔루션을 구축하는 것이 목표이며, 이를 기반으로 셀룰러 기술을 활용한 스마트공장 전 과정의 산업 자동화 시스템 구축으로 확장 가능
- 생산 자동화를 위해서는 생산 라인 단위의 로봇 초정밀 모션 제어, 공장 단위의 다수의 센서 및 액추에이터를 이용한 생산 공정 모니터링 및 실시간 제어, 원격 로봇을 통한 탐지 및 제어, 공장 내 장비 및 제품의 트래킹 등이 필요하며, 셀룰러 기반의 자동화 시스템 구축을 위해 저지연, 고신뢰, 초연결 통신 기반의 산업용 사물네트워크(IIoT; Industrial IoT) 기술이 필수
- 5G 성능 한계를 넘어서는 저지연, 고신뢰, 초연결 통합 전송 및 접속 기술 개발을 통해, 기존 Fieldbus, Industrial Ethernet, Wireless HART, ISA SP100.11a 등과 같은 유선 및 근거리 무선 기반 생산 자동화 솔루션 대체도 가능

O 기술 개발 내용
(1) B5G 선도 핵심 기술 개발 및 5G/B5G 표준화
- 5G 성능 한계 극복 고신뢰 통신 기술 개발(1~3차년도)
- 5G 성능 한계 극복 초연결 통신 기술 개발(1~3차년도)
- B5G 기반 저지연.고신뢰, 초연결 통합 전송 및 접속 기술 개발 (4~5차년도)
- B5G 기반 고신뢰 핵심 기술 검증용 PoC 개발(4~5차년도)
(2) 5G 기반 산업용 사물네트워크 시스템 개발
- Pre-5G (NB-IoT 기반) 초연결 액세스 시스템 개발 (1차년도)
- 3GPP 5G Rel-15 및 16 기반 IIoT PoC 및 시스템 개발 (2~5차년도)
O 주요 성능치
(1) B5G 선도 핵심 기술 개발 및 5G/B5G 표준화
- 무선 구간 전송 신뢰도 (1 - BLER 기준): 1–10^-9 이상
- 단위 면적 당 트래픽 밀도: 1Gbps/km² 이상
(2) 5G 기반 산업용 사물네트워크 시스템 개발
- 무선 구간 전송 신뢰도 (1 - BLER 기준): 1–10^-6 이상
- 단방향 무선 구간 전송 지연: 0.5ms 이하
- 단위 면적 당 연결 밀도: 1개/m² 이상
[연구개발 내용]
(1) B5G 선도 핵심 기술 개발 및 5G/B5G 표준화
O 5G/B5G 셀룰러 기반 산업용 사물네트워크를 위한 표준화
- 5G 기반 스마트공장 서비스 및 시스템 요구사항 표준화
- 5G NR 저지연.고신뢰, 초연결 및 Industrial IoT 기술 표준화
O 5G 성능 한계 극복 고신뢰, 초연결 핵심 기술 개발
- 5G 성능 한계 극복 초연결 핵심 기술 개발
√ 초연결 통신을 위한 새로운 Waveform 설계, 비직교 및 광대역 멀티캐리어 다중 접속 방식, Grant-free 기반 전송 방식 등 무선 전송/접속 방식 고도화
- B5G 초연결 무선 접속 기술 개발
√ B5G M2M 무선 접속 기술, 근거리 자율네트워킹을 이용하는 Direct M2M 통신 기술, 서비스 환경을 고려한 자원 충돌 방지 최적화 스케쥴링 기술 개발 등
- 5G 성능한계 극복 고신뢰 핵심 기술 개발
√ Diversity 기반의 신뢰성 보장 기술, 비면허 대역에서 신뢰성 향상을 위한 광대역 신호전송 기술, 낮은 오류율/저복잡도를 갖는 채널 코딩 기술, 고신뢰.저지연을 위한 상향링크 전송 기술 개발 등
O 차세대 저지연.고신뢰, 초연결 통합 전송 및 접속 기술 개발
- 초연결 중심 고신뢰, 저지연 통합 전송 기술 개발
√ Layered-preamble, Fast retrial, Reserved-preamble 등을 기반으로 하는 Random Access 기술, 셀 경계 없는 masswive MIMO 기술, 저지연을 달성하기 위한 HARQ 피드백 기술, 대규모 장치의 무허가 임의접속 기반 고신뢰/저지연 전송 기술 개발 등
- 저지연 중심 고신뢰, 초연결 통합 전송 기술 개발
√ 고신뢰 선형부호 기술, 비면허 대역 URLLC 전송의 지연 시간 감소를 위한 전송 및 접속 기술, 다중 TRP 기반 고신뢰 저지연 전송 기술, Power-domain NOMA 기술, Code-aided NOMA 기술 개발 등
- 초연결 중심 고신뢰, 저지연 통합 접속 기술 개발
√ Training 기반 채널 추정을 통한 Grant-free 다중 접속 기술, Advanced Direct M2M 통신 기술, 5G 초연결 MTC 단말의 통신 성능 향상 기술 개발 등
- 저지연 중심 고신뢰, 초연결 통합 접속 기술 개발
√ 다양한 IIoT 서비스 요구조건을 반영한 MTC 기술 최적화, IIoT 환경에서 지연 최소화 및 최적의 데이터 수집과 활용을 위한 통합 모델 개발 등
(2) 5G 기반 산업용 사물네트워크 시스템 개발
O Pre-5G 초연결 액세스 시스템 개발 (TRL-6, 1차년도)
- 3GPP Rel-13 NB-IoT 기반 초연결 액세스 시스템 개발
- 3GPP Rel-13 NB-IoT 기반 초연결 액세스 시스템 기능 및 통합 시험
- 공장 환경에서 Pre-5G 초연결 액세스 시스템을 활용한 서비스 검증
O 3GPP Rel-15 5G 기반 산업용 사물네트워크 PoC 개발 (TRL-4, 2~3차년도)
- 3GPP Rel-15 5G NR(New Radio) URLLC(Ultra-high Reliable and Low Latency Communications) 기반 산업용 사물네트워크 PoC 개발
- 3GPP Rel-15 5G NR URLLC 기반 산업용 사물네트워크 PoC 기능 및 통합 시험
- 공장 환경에서 Rel-15 5G NR URLLC 기반 산업용 사물네트워크 PoC를 활용한 서비스 검증
O 3GPP Rel-16 5G 기반 산업용 사물네트워크 시스템 개발 (TRL-6, 4~5차년도)
- 3GPP Rel-16 5G NR URLLC 및 5G NB-IoT 기반 산업용 사물네트워크 시스템 개발
- 3GPP Rel-16 5G NR URLLC 및 5G NB-IoT 기반 산업용 사물네트워크 시스템 기능 및 통합 시험
- 공장 환경에서 Rel-16 5G NR URLLC 및 5G NB-IoT 기반 산업용 사물네트워크 시스템을 활용한 서비스 검증
[과제 수행 방법]
O 5G/B5G 선도기술 개발 및 기술 검증용 PoC 개발과 5G 규격을 준용하여 스마트공장의 생산자동화를 위해 적용될 수 있는 시제품 개발을 병행 추진
O 3GPP를 통한 국제 표준화와 5G 포럼 등 국내 주요단체 활동을 통해, 개발 기술의 국제 표준화 추진과 국내에서의 기술 협력, 교류 활성화
O 기술 검증용 PoC 및 산업 현장에 적용 가능한 시제품 구현을 통한 서비스 검증 및 시연
O 기술 개발 및 서비스 활성화를 위해 이동통신 사업자, 관련 제조업체 및 학계 전문가로 구성된 협의체 구성

연구개발성과
[주요 연구 개발 성과]
(1) B5G 선도 핵심 기술 개발 및 5G/B5G 표준화
- 5G 성능 한계 극복 고신뢰, 초연결 핵심 기술
- B5G 기반 저지연, 고신뢰, 초연결 통합 전송 및 접속 기술
- B5G 기반 고신뢰 핵심 기술 검증용 PoC (TRL 4, 5차년도)
- 3GPP 5G/B5G 표준 기고 (기고서 제출/기고서 채택/표준안 채택): 128/16/24
(2) 5G 기반 산업용 사물네트워크 시스템 개발
- Pre-5G 초연결 액세스 시스템 (TRL 6, 1차년도)
- 3GPP Rel-15 5G 기반 산업용 사물네트워크 PoC (TRL 4, 3차년도)
- 3GPP Rel-16 5G 기반 산업용 사물네트워크 시스템 (TRL 6, 5차년도)

연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
[활용 계획]
- 다양한 스마트공장 환경에서의 시스템 결과물 적용 및 사업화
- 표준특허 발굴을 통해 정부 R&D ROI 증대
- 관련 업체로의 기술이전 (5G/B5G 단말 및 기지국 모뎀, 프로토콜 설계 및 구현 기술) 추진
- 5G/B5G 이동통신 원천 기술 선점을 통한 핵심 특허 확보 및 국제 표준화
[기대 효과]
- 스마트공장 기반의 공정 자동화, 생산성 향상, 신제품 출시 기간 단축을 통하여 제조업 분야의 전체 생산비 절감에 크게 기여할 것으로 전망
- ’20년 이후, 1조 달러 이상 예상(source: Postscapes.com, 2015)되는 Industrial IoT 분야 시장 진출을 위한 기반 마련
- 제조업 분야의 Industrial IoT 확산은 각 업체의 사업 및 성장기회를 확대시킬 수 있으며, 해외 생산 공장을 다시 국내로 불러오기 위한 기반으로 활용
- 정부의 ‘제조업 혁신 3.0 전략’에 기여함으로써 제조업 전반의 스마트 생산방식 확산
- 설치 및 운영 비용 절감, 커버리지, 유용성, 유동성, 이동성 등에 강점을 가진 셀룰러 기반의 생산 자동화 기술 확보 및 제조 분야 경쟁력 향상

(출처 : 요약문 10p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 최종보고서 ... 2
• 요 약 문 ... 10
• 목차 ... 14
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 15
• 1) 개발 대상 기술·제품의 개요 ... 15
• 2) 개발 대상 기술․제품의 필요성 ... 16
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 19
• 1) 과제 목표 및 추진 전략 ... 19
• 2) 주요 개발 내용 ... 19
• 3) 추진 일정 ... 21
• 4) 추진 체계 ... 22
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 23
• 1) 연구수행 결과 ... 23
• 2) 목표 달성 수준 ... 231
• 4. 목표 미달 또는 미흡한 사항에 대한 분석 ... 235
• 1) 목표 미달 또는 미흡한 연구결과에 대한 원인(사유) 자체분석 내용 ... 235
• 2) 미달 또는 미흡한 결과물에 대한 보완 활동 ... 235
• 3) 연구개발 과정의 성실성 ... 235
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 241
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 242
• 1) 향후 5년간 성과활용·확산 활용방안 및 계획(활동계획) ... 242
• 2) 주요 성과활용 (기대)성과목표 ... 243
• 3) 성과활용·관리 추진체계 ... 244
• 4) 기타 ... 244
• 7. 연구개발성과에 대한 후속연구 및 추가 개발 계획 ... 245
• 8. 연구개발비 사용실적 ... 246
• 1) 연구개발비 사용명세서 ... 246
• 2) 발생이자 사용명세서 ... 246
• 3) 반납액 명세서 ... 246
• 붙임1. 사업화대상기술별 기술명세서 ... 247
• 붙임2. 자체 보안관리 진단표 ... 254
• 붙임3. 공개 SW 요약서 (공개SW과제만 작성) ... 256
• 끝페이지 ... 257