uRLLC

초저지연성은 uRLLC의 가장 핵심적인 특성으로, 데이터 패킷이 송신 지점에서 수신 지점까지 전달되는 데 걸리는 시간이 극도로 짧아야 함을 의미한다. 5G 네트워크의 일반적인 eMBB 서비스가 높은 데이터 전송률에 초점을 맞춘다면, uRLLC는 시간에 민감한 응용 분야를 위해 설계되었다. 이는 단순히 네트워크의 속도를 높이는 것을 넘어, 예측 가능하고 극히 짧은 왕복 지연 시간을 보장하는 것을 목표로 한다.

구체적인 지연 시간 목표는 응용 분야에 따라 다르지만, 일반적으로 1밀리초(millisecond) 이하의 공중망(end-to-end) 지연을 요구한다[2]. 이러한 수준의 지연은 인간의 인지 반응 시간보다 훨씬 빠르며, 실시간으로 제어 신호를 주고받아야 하는 시스템이 원활하게 작동할 수 있는 기반을 제공한다.

초저지연성을 구현하기 위해서는 네트워크의 모든 계층과 요소에서 지연을 최소화하는 기술이 적용된다. 무선 접속 구간에서의 짧은 전송 시간 간격, 에지 컴퓨팅을 통한 데이터 처리 위치의 근접화, 그리고 네트워크 슬라이싱을 통한 전용 자원 할당 등이 종합적으로 활용된다. 또한, 시간 민감형 네트워킹과 같은 기술과의 연동을 통해 지연의 변동성을 줄이고 결정론적인 지연 성능을 보장하는 것이 중요하다.

이러한 초저지연성은 단독으로 구현되는 것이 아니라, 초고신뢰성과 결합되어야만 진정한 uRLLC 서비스가 완성된다. 극히 짧은 시간 안에 데이터가 도착하더라도 전송 실패나 오류가 발생하면 시스템 전체의 안전과 신뢰성이 위협받기 때문이다.

초고신뢰성은 uRLLC의 핵심 요구사항 중 하나로, 통신 서비스가 극히 높은 확률로 성공적으로 전달됨을 보장하는 특성을 의미한다. 이는 단순히 높은 가용성을 넘어, 데이터 패킷이 정해진 극도로 짧은 시간 창 내에 오류 없이 도착할 확률이 99.999% 이상에 달해야 함을 뜻한다[3]. 이러한 수준의 신뢰성은 기존의 음성 통화나 모바일 브로드밴드 서비스에서는 요구되지 않던 척도이다.

이를 달성하기 위해서는 물리층부터 응용층까지 네트워크 전 계층에 걸친 종합적인 설계와 기술적 혁신이 필요하다. 주요 기술적 접근법으로는 강력한 오류 정정 부호 사용, 다중 경로 전송, 예측 가능한 네트워크 슬라이싱 구축, 그리고 실시간 모니터링을 통한 사전 장애 대응 등이 포함된다. 특히 무선 구간의 변동성을 극복하기 위해 다양한 주파수 대역과 안테나 기술을 활용한 다중화 및 다이버시티 기법이 필수적이다.

초고신뢰성의 필요성은 시스템 실패가 심각한 물리적 손실이나 안전 사고로 직결될 수 있는 분야에서 두드러진다. 예를 들어, 산업 자동화에서의 원격 제어 로봇이나 자율주행 차량 간의 통신에서는 단 한 번의 패킷 손실이나 지연도 용납될 수 없다. 따라서 uRLLC 네트워크는 신뢰성을 정량화하고 측정할 수 있는 엄격한 성능 지표를 바탕으로 설계되며, 이는 3GPP 표준에서 명시적으로 정의된다.

이 표는 uRLLC가 요구하는 신뢰성 수준이 기존 서비스와 비교하여 얼마나 엄격한지를 보여준다. 초고신뢰성은 초저지연성과 함께 구현되어야 비로소 uRLLC의 완전한 가치를 실현할 수 있다.

uRLLC는 5G의 세 가지 핵심 서비스 범주 중 하나로, eMBB와 mMTC와는 뚜렷하게 구분되는 특성을 지닌다. eMBB는 주로 고속 데이터 전송에 초점을 맞춰 모바일 브로드밍드와 같은 서비스를 제공하는 반면, mMTC는 대규모 사물 인터넷 기기의 저전력 광역 연결을 목표로 한다. uRLLC는 이들과 달리 속도나 연결 수보다는 지연 시간과 신뢰성이라는 두 가지 품질 지표를 극한으로 끌어올리는 데 중점을 둔다.

다음 표는 세 가지 5G 서비스 범주의 주요 목표를 비교하여 보여준다.

이러한 차별점은 요구되는 네트워크 설계와 기술에 직접적인 영향을 미친다. eMBB는 대역폭 확장과 스펙트럼 효율 향상을, mMTC는 전력 소모 절감과 접속 용량 증대를 위한 기술이 핵심이다. 반면 uRLLC는 에지 컴퓨팅을 통한 처리 지연 최소화, 네트워크 슬라이싱을 통한 전용 자원 보장, 그리고 정밀한 네트워크 동기화와 같은 기술을 필수적으로 요구한다. 결국, uRLLC는 데이터를 '빠르게' 전송하는 것을 넘어, '정확한 시간에' 그리고 '거의 확실하게' 전달하는 것을 보장하는 서비스이다.

uRLLC의 핵심 목표 중 하나인 지연 시간은 단순히 데이터 전송 속도가 아닌, 데이터 패킷이 송신측에서 수신측까지 왕복하는 데 걸리는 총 시간을 의미한다. 이는 레이턴시 또는 지연으로 불리며, 밀리초(ms) 단위로 측정된다. uRLLC는 특히 공장 자동화, 원격 제어, 자율주행과 같은 실시간 응용 분야에서 극도로 짧은 지연 시간을 보장해야 한다.

3GPP 표준에서는 uRLLC의 공중망(망) 지연 목표를 사용자 평면 지연 1ms 미만으로 정의한다[6]. 이는 종단 간 지연의 핵심 구성 요소이다. 그러나 실제 산업 현장에서 요구되는 것은 무선 구간만이 아닌, 애플리케이션 서버부터 제어 대상 장치까지의 전체 종단 간 지연이다. 따라서 에지 컴퓨팅을 활용해 데이터 처리를 사용자 근처에서 수행하고, 네트워크 슬라이싱을 통해 uRLLC 전용 논리적 네트워크를 구성하여 지연을 최소화한다.

다양한 응용 분야별로 요구되는 지연 시간 목표는 상이하다. 다음 표는 주요 분야별 대표적인 지연 요구사항을 보여준다.

이러한 목표를 달성하기 위해서는 무선 접속 기술의 프레임 구조 최적화, 프리엠션 기반의 트래픽 우선순위 제어, 그리고 네트워크 노드 간의 정밀한 시간 동기화가 필수적으로 요구된다.

신뢰성 목표는 uRLLC 서비스가 얼마나 일관되게 정확한 데이터 전송을 보장하는지를 정량화한 지표이다. 일반적으로 99.999% 이상의 매우 높은 성공률을 요구하며, 이는 패킷 손실이나 전송 실패가 거의 발생하지 않아야 함을 의미한다. 이 수치는 기존 이동통신 서비스나 심지어 다른 5G 서비스 대비 훨씬 엄격한 기준이다. 높은 신뢰성은 단순히 데이터가 도착하는 것을 넘어, 정해진 매우 짧은 시간 창 내에 정확하게 도착해야 한다는 조건과 결합된다.

신뢰성은 주로 패킷 전송 성공률 또는 가용성으로 측정된다. 예를 들어, 공장 내 로봇의 정밀한 협업이나 자율주행차의 긴급 제어 신호는 단 한 번의 전송 실패나 지연도 시스템 전체의 오작동이나 심각한 사고로 이어질 수 있다. 따라서 uRLLC는 네트워크 설계 단계부터 잠재적인 실패 지점을 최소화하고, 장애 발생 시 대체 전송 경로를 즉시 확보하는 복원력 있는 구조를 필요로 한다.

이러한 목표를 달성하기 위한 핵심 기술적 접근법은 다중화와 중복 전송이다. 데이터 패킷을 여러 독립적인 경로(예: 다른 주파수 대역, 다른 기지국)를 통해 동시에 또는 순차적으로 전송하여, 한 경로에서의 장애가 전체 통신 실패로 이어지지 않도록 보장한다. 또한, 에지 컴퓨팅을 통해 데이터 처리 지점을 사용자 근처로 이동시켜 중앙 코어 네트워크까지의 홉 수를 줄임으로써, 전송 경로상의 잠재적 실패 요소를 감소시킨다.

이 표에서 보듯, uRLLC의 신뢰성 목표는 극한의 수준을 요구한다. 이는 물리적 계층의 강력한 코딩 기법, 네트워크 계층의 효율적 라우팅 프로토콜, 그리고 애플리케이션 계층의 오류 복구 메커니즘 등 전 계층에 걸친 종합적인 최적화를 통해 구현된다.

uRLLC를 지원하기 위한 네트워크 아키텍처는 기존의 중앙 집중식 코어 네트워크 중심 구조에서 탈피하여, 지연 시간을 극단적으로 단축하고 신뢰성을 높이는 분산형 구조로 진화한다. 핵심은 에지 컴퓨팅과 네트워크 슬라이싱의 도입이다. 에지 컴퓨팅은 데이터 처리와 애플리케이션 실행을 사용자와 가까운 네트워크 엣지(예: 기지국 근처)로 이동시켜, 데이터가 먼 코어 네트워크까지 왕복하는 시간을 제거한다. 이는 지연 시간을 1ms 미만의 수준으로 낮추는 데 결정적 역할을 한다.

네트워크 기능의 가상화와 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN)은 uRLLC 서비스를 위한 전용 논리적 네트워크인 네트워크 슬라이싱을 가능하게 한다. 하나의 물리적 인프라 위에 독립된 성능 보장을 가진 여러 개의 가상 네트워크 조각(슬라이스)을 생성하여, uRLLC 트래픽이 다른 서비스(예: eMBB)의 트래픽 변동에 영향을 받지 않도록 보호한다. 각 슬라이스는 엄격한 서비스 수준 협약(SLA)에 따라 자원이 할당 및 격리된다.

아키텍처의 신뢰성 향상을 위해 중복화와 빠른 장애 복구 메커니즘이 필수적이다. 이는 다중 연결(예: 듀얼 커넥티비티)과 무선/유선 구간의 경로 이중화를 통해 구현된다. 또한, 시간 민감형 네트워킹(TSN) 표준과의 융합은 산업 환경에서 요구되는 결정론적이고 시간 동기화된 패킷 전달을 보장한다. 이러한 아키텍처 변화는 네트워크의 제어 기능을 더욱 분산시키고, 실시간으로 네트워크 상태를 모니터링하여 경로를 최적화하는 지능형 제어를 요구한다.

산업 자동화 및 제조 분야는 uRLLC의 가장 대표적인 응용처 중 하나이다. 스마트 팩토리와 공장 자동화의 고도화는 기존 유선 네트워크의 한계를 극복하고 무선화, 유연성을 확보하는 데 uRLLC의 초저지연성과 초고신뢰성이 핵심 요구사항으로 작용한다.

주요 응용 시나리오로는 무선 로봇 제어, 협동 로봇(코봇) 간의 실시간 협업, 증강 현실(AR)을 활용한 원격 유지보수 및 작업 지시, 그리고 PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러)의 무선화가 있다. 예를 들어, 이동하는 AGV(자동 유도 차량)이 생산 라인 사이를 빠르게 이동하며 물류를 처리하거나, 정밀한 조립 작업을 수행하는 로봇 팔이 1밀리초(ms) 미만의 지연으로 제어 명령을 받아야 할 때 uRLLC 네트워크가 필수적이다. 이는 생산 효율성을 극대화하고 라인 재구성의 유연성을 제공한다.

이러한 구현을 통해 제조 현장은 고정된 유선 연결에서 벗어나 모듈식이고 재구성 가능한 생산 라인을 구축할 수 있다. 이는 대량 맞춤 생산(매스 커스터마이제이션) 시대에 필수적인 유연한 생산 시스템의 기반이 된다. 또한, 무선화는 설치 및 유지보수 비용을 절감하고 설비 배치의 자유도를 높이는 효과를 가져온다[8].

uRLLC의 초저지연성과 초고신뢰성은 원격 의료 분야에 혁신적인 가능성을 열어준다. 특히 외과의가 환자와 물리적으로 떨어진 곳에서 수술을 수행하는 원격 수술의 실현을 위한 핵심 인프라로 주목받는다. 기존 네트워크에서는 불가능했던 실시간 쌍방향 고화질 영상 전송과 정밀한 수술 기구 제어가 요구되며, 이는 1밀리초 미만의 지연과 99.999% 이상의 신뢰성을 보장하는 uRLLC에서만 가능한 서비스이다.

원격 수술 시스템은 일반적으로 수술 현장의 고해상도 3D 영상과 촉각(힘 피드백) 데이터를 외과의가 위치한 원격지로 실시간 전송한다. 외과의는 이 데이터를 바탕으로 전용 콘솔을 조작하면, 그 명령이 다시 수술 현장의 로봇 팔에 지연 없이 정확히 전달되어 수술이 수행된다. 네트워크 지연이나 데이터 손실은 수술의 정확성을 심각하게 해치고 환자 안전에 직접적인 위협이 될 수 있으므로, uRLLC의 기술적 요구사항은 생명을 다루는 이 응용 분야에 필수적이다.

주요 응용 시나리오는 다음과 같이 구분할 수 있다.

이러한 기술의 보급은 의료 자원의 불균형 해소에 기여할 것으로 기대된다. 전문의가 부족한 지방이나 도서 지역, 전쟁 지역, 우주 공간[9]에서도 고품질의 수술 서비스를 제공받을 수 있는 토대를 마련한다. 또한, 숙련된 외과의가 여러 병원의 수술에 원격으로 참여하는 등 의료 효율성을 극대화할 수 있다. 그러나 구현에는 기술적 성능 확보 외에도 법적/윤리적 책임 소재, 표준화된 프로토콜, 강력한 사이버 보안 체계 등 해결해야 할 과제들이 남아 있다.

uRLLC는 스마트 그리드와 에너지 관리 시스템에 있어 혁신적인 변화를 가져올 핵심 기술이다. 전력망의 디지털화와 분산화가 가속화되면서, 실시간으로 대량의 데이터를 초저지연·초고신뢰성으로 교환할 수 있는 통신 인프라의 필요성이 급증하고 있다. uRLLC는 이러한 요구를 충족시켜 보다 안정적이고 효율적이며 탄력적인 에너지 시스템 구축을 가능하게 한다.

주요 응용 사례로는 실시간 전력망 모니터링과 제어, 분산 에너지 자원(DER) 관리, 그리고 수요 반응(DR) 프로그램의 고도화를 들 수 있다. 예를 들어, 수천 개의 태양광 발전 설비나 풍력 발전 설비, 전기차 충전소와 같은 분산 자원을 하나의 가상 발전소(VPP)로 통합하여 운영하려면, 각 자원의 상태 정보를 수 밀리초(ms) 단위로 수집하고 제어 명령을 전달해야 한다. uRLLC 네트워크는 이러한 극한의 지연과 신뢰성 요구사항을 충족시켜, 전력 공급과 수요를 실시간으로 균형 맞추는 것을 가능하게 한다.

또한, uRLLC는 전력 품질 관리와 고장 탐지 및 복구에도 중요한 역할을 한다. 전력망에서 순간적인 전압 강하나 고조파와 같은 사건은 수 밀리초 내에 발생하고 확산된다. uRLLC를 통해 이러한 미세한 이상 신호를 실시간으로 감지하고, 자동화 스위치나 인버터에 즉각적인 보정 명령을 내려 대규모 정전을 예방할 수 있다. 이는 전력 공급의 신뢰성을 획기적으로 높인다.

결론적으로, uRLLC는 단순한 통신 기술을 넘어 미래 지능형 에너지 인프라의 신경망 역할을 한다. 이를 통해 에너지의 생산, 저장, 소비가 유기적으로 연결되고 최적화되는 진정한 의미의 스마트 그리드 구현이 한 단계 가까워질 것이다.

uRLLC는 자율주행 차량과 V2X 통신의 실현을 위한 핵심 인프라이다. 자율주행 시스템은 차량의 센서(라이다, 레이더, 카메라) 데이터만으로는 주변 환경을 완벽하게 인식하는 데 한계가 있다. uRLLC는 차량과 차량(V2V), 차량과 인프라(V2I), 차량과 보행자(V2P), 차량과 네트워크(V2N) 간에 초저지연성과 초고신뢰성을 갖춘 통신을 제공하여 이러한 '협력 인지'를 가능하게 한다. 이를 통해 차량은 시야 밖의 위험, 교통 상황 변화, 신호등 정보 등을 실시간으로 공유받아 더 안전하고 효율적인 주행 결정을 내릴 수 있다.

구체적인 응용 사례로는 협동 충돌 회피, 플래토닝, 원격 운전, 교차로 안전 지원 등이 있다. 예를 들어, 긴급 제동 메시지나 갑작스러운 장애물 정보를 수 밀리초 내에 주변 차량에 전파하여 사고를 예방할 수 있다. 또한, 고정밀 지도 데이터의 실시간 업데이트나 신호등의 위상 정보를 사전에 받아 최적의 속도를 유지하는 '그린 라이트 최적 속도 권고' 서비스도 uRLLC를 기반으로 한다.

uRLLC의 요구사항은 자율주행의 등급에 따라 달라진다. 완전 자율주행(레벨 4-5)을 위해서는 특히 신뢰성 측면에서 매우 엄격한 조건이 필요하다.

이러한 서비스를 구현하기 위해서는 에지 컴퓨팅을 통한 데이터 처리의 분산화와, 교통 안전 서비스에 특화된 독립적인 네트워크 슬라이싱이 필수적이다. 또한, 산업 이더넷에서 발전한 시간 민감형 네트워킹 기술과 5G uRLLC의 융합을 통해 더욱 예측 가능하고 정확한 지연 시간 제어가 이루어지고 있다[10].

에지 컴퓨팅은 uRLLC의 초저지연성과 초고신뢰성 요구사항을 충족시키기 위한 핵심 구현 기술이다. 이는 데이터 처리와 애플리케이션 서비스를 클라우드 데이터 센터가 아닌 네트워크의 가장자리, 즉 사용자나 데이터 생성원과 물리적으로 가까운 곳에서 수행하는 분산 컴퓨팅 패러다임이다. 중앙 집중식 클라우드로 모든 데이터를 전송하여 처리할 경우 발생하는 네트워크 홉과 전송 지연을 크게 줄일 수 있다.

uRLLC 서비스에서 에지 컴퓨팅의 역할은 결정적이다. 예를 들어, 산업 자동화에서 로봇 팔의 실시간 제어나 원격 수술에서 의사의 조작 신호 전달과 같은 경우, 몇 밀리초의 지연도 허용되지 않는다. 에지 서버 또는 에지 노드에서 데이터를 즉시 처리하고 응답을 생성함으로써, 종단 간 지연 시간을 1ms 미만으로 낮추는 것이 가능해진다. 또한, 중요한 제어 명령을 로컬에서 처리하면 광역 네트워크 구간의 장애나 혼잡에 영향을 받지 않는 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.

에지 컴퓨팅의 구현은 일반적으로 멀티액세스 에지 컴퓨팅(MEC) 형태를 따른다. MEC는 에지 컴퓨팅 기능을 기지국, 라우터, 교환기와 같은 네트워크 인프라에 통합한다. 이를 통해 uRLLC 애플리케이션은 네트워크 에지에 배포된 가상화된 컴퓨팅 리소스를 활용할 수 있다. 주요 이점은 다음과 같이 정리할 수 있다.

따라서, 에지 컴퓨팅은 uRLLC가 요구하는 극한의 성능 목표를 실현하기 위한 필수 인프라로 자리 잡았다. 이는 단순히 지연을 줄이는 기술을 넘어, 실시간 시스템이 요구하는 예측 가능하고 결정적인 응답을 보장하는 기반이 된다.

네트워크 슬라이싱은 단일 물리적 네트워크 인프라를 여러 개의 독립적이고 논리적인 가상 네트워크로 분할하는 기술이다. 각각의 네트워크 슬라이스는 특정 서비스 유형이나 고객 그룹의 요구사항에 맞춰 구성되며, 마치 전용 네트워크처럼 운영된다. 이는 5G 네트워크의 핵심 기술 중 하나로, eMBB, mMTC, uRLLC와 같이 상이한 성능 요구사항을 가진 서비스들이 동일한 인프라 위에서 효율적으로 공존할 수 있게 한다.

uRLLC 서비스를 위한 네트워크 슬라이스는 초저지연과 초고신뢰성이라는 엄격한 성능 목표를 보장해야 한다. 이를 위해 해당 슬라이스는 네트워크 자원(예: 대역폭, 컴퓨팅 자원), 네트워크 토폴로지, 라우팅 정책, 보안 수준 등을 독립적으로 할당 및 관리한다. 예를 들어, 산업 자동화를 위한 uRLLC 슬라이스는 데이터 처리 지점을 사용자 근처로 끌어오는 에지 컴퓨팅 노드와 강력하게 결합되고, 예측 가능한 지연 시간을 보장하기 위해 시간 민감형 네트워킹 원칙이 적용된다.

구현 관점에서, 네트워크 슬라이싱은 소프트웨어 정의 네트워킹과 네트워크 기능 가상화 기술을 기반으로 한다. SDN을 통해 네트워크 제어 기능을 중앙에서 프로그래밍 가능하게 관리하고, NFV를 통해 네트워크 기능(예: 라우터, 방화벽)을 표준 서버에서 운영되는 소프트웨어로 구현한다. 이를 통해 네트워크 운영자는 소프트웨어 수준에서 각 슬라이스의 생성, 수정, 종료를 신속하게 수행할 수 있다.

이러한 슬라이싱은 uRLLC 서비스의 상용화에 필수적이다. 서로 다른 산업 영역(예: 제조, 의료, 교통)은 각기 다른 수준의 지연, 신뢰성, 보안, 처리량을 요구한다. 네트워크 슬라이싱을 통해 이동통신 사업자는 하나의 물리적 네트워크로 다양한 산업 고객에게 맞춤형 서비스 수준 계약을 제공하는 것이 가능해진다.

시간 민감형 네트워킹은 이더넷 기반의 유선 네트워크에서 시간에 민감한 데이터의 정확한 전송과 낮은 지연을 보장하기 위해 개발된 IEEE 802.1 태스크 그룹의 표준 모음이다. 이 기술은 특히 산업 자동화, 자동차, 오디오/비디오 브리징 분야에서 정밀한 시간 동기화와 예측 가능한 대기 시간, 높은 신뢰성을 요구하는 애플리케이션을 지원하기 위해 설계되었다. uRLLC와의 융합은 무선 영역에서도 유선 네트워크 수준의 결정론적 성능을 달성하려는 시도이다.

TSN의 핵심 기능은 다음과 같은 표준들로 구현된다.

• 시간 동기화 (IEEE 802.1AS-Rev): 네트워크 내 모든 장치가 나노초 단위로 정확하게 동일한 시간 기준을 공유하도록 한다.

• 예약 및 스케줄링 (IEEE 802.1Qbv): 시간 트리거드 트래픽을 위한 시간 인식형 차단 기능을 제공하여, 중요한 데이터가 특정 시간 창에 네트워크를 독점적으로 사용할 수 있게 보장한다.

• 프레임 복제 및 제거 (IEEE 802.1CB): 동일한 데이터 프레임을 병렬 경로로 전송하고 수신 측에서 먼저 도착한 프레임만 선택함으로써 패킷 손실 없이 매우 높은 신뢰성을 달성한다.

• 경로 제어 및 예약 (IEEE 802.1Qca): 대역폭 예약과 함께 데이터 흐름의 최적 경로를 설정한다.

5G uRLLC 네트워크가 산업 현장의 무선화를 추구할 때, 기존 유선 TSN 네트워크와의 원활한 상호 운용성은 필수적이다. 3GPP는 릴리스 16 및 17에서 5G 시스템을 하나의 TSN 브리지로 통합하는 표준화를 진행했다[11]. 이를 통해 5G 네트워크는 TSN 컨트롤러의 관리 하에 놓이고, TSN의 시간 동기화, 예약 메커니즘, 품질 보장을 무선 구간까지 확장할 수 있다. 이 융합은 무선의 유연성과 유선의 결정론적 신뢰성을 결합하여 진정한 유무선 통합 산업 4.0 인프라의 기반을 마련한다.

3GPP는 uRLLC를 포함한 5G 및 그 이후의 이동통신 기술에 대한 글로벌 표준을 제정하는 핵심 표준화 기구이다. uRLLC에 대한 표준화 작업은 주로 3GPP 릴리즈 15에서 시작되어 릴리즈 16과 17을 거쳐 지속적으로 진화하고 세분화되었다.

uRLLC의 핵심 성능 요구사항은 3GPP 기술 보고서 TR 22.862에 정의되어 있다. 여기서는 1ms 미만의 공중 인터페이스 지연과 99.999%의 신뢰성을 목표로 설정했다[12]. 이러한 엄격한 목표를 달성하기 위해, 3GPP는 물리층, 미디어 접근 제어층, 무선 자원 관리 등 여러 프로토콜 계층에 걸쳐 새로운 기술 사양을 도입했다. 주요 기술 요소로는 더 짧은 전송 시간 간격, 보다 신속한 HARQ 피드백, 신뢰성을 높이기 위한 제어 채널의 견고한 설계, 그리고 그랜트 프리 스케줄링 등이 포함된다.

표준화는 네트워크 슬라이싱, 에지 컴퓨팅과의 연동, 그리고 V2X 통신과 같은 수직 산업 적용을 위한 엔드투엔드 시스템 아키텍처까지 포괄한다. 특히 릴리즈 16에서는 공장 자동화와 같은 산업용 사물인터넷 시나리오에 초점을 맞춰 표준을 한층 강화했다. 이러한 지속적인 표준화 노력은 uRLLC 서비스가 다양한 산업 전반에 걸쳐 상호운용성을 보장하며 안정적으로 배포될 수 있는 기반을 마련한다.

uRLLC 서비스의 성능을 정량적으로 정의하고 측정하기 위해 3GPP와 같은 표준화 기구에서는 몇 가지 핵심 성능 지표를 규정한다. 이 지표들은 네트워크 설계, 배포 및 운영의 목표치를 제공하며, 서비스 수준 협약의 기준이 된다.

가장 중요한 KPI는 지연 시간과 신뢰성이다. uRLLC의 지연 시간 목표는 일반적으로 사용자 평면 지연 1밀리초 미만을 목표로 한다. 이는 종단 간 지연으로, 데이터 패킷이 송신 장치에서 수신 장치에 도달하는 데 걸리는 총 시간을 의미한다. 신뢰성은 99.999% 이상의 패킷 전송 성공률로 정의되며, 이는 100,000번의 전송 시도 중 실패가 1번 미만임을 의미한다. 일부 극한의 산업용 시나리오에서는 99.9999%의 신뢰성을 요구하기도 한다[13].

이 외에도 다음과 같은 KPI들이 중요하게 고려된다.

이러한 KPI들은 서로 상충 관계에 있을 수 있어, 모든 지표를 동시에 극한으로 만족시키는 것은 기술적 도전 과제이다. 예를 들어, 지연 시간을 줄이기 위해 재전송 횟수를 제한하면 일시적인 패킷 손실률이 높아질 수 있다. 따라서 실제 네트워크 설계와 네트워크 슬라이싱 정책 수립 시에는 특정 응용 분야의 요구사항에 따라 KPI 목표의 우선순위를 조정한다.

네트워크 동기화는 uRLLC 서비스의 핵심 요구사항 중 하나로, 네트워크 내 모든 요소가 극도로 정밀한 시간 기준에 맞춰 동작하도록 보장하는 것을 의미한다. 특히 1밀리초 미만의 초저지연 통신과 마이크로초 단위의 정밀한 제어가 필요한 응용 분야, 예를 들어 산업 자동화의 협동 로봇이나 자율주행 차량 간 통신에서는 절대적인 시간 동기화가 필수적이다. 네트워크의 각 노드(기지국, 스위치, 단말기 등)가 서로 다른 시간을 참조하면 데이터 전송과 처리가 지연되거나 충돌하여 신뢰성을 크게 떨어뜨릴 수 있다.

이를 위해 5G 네트워크는 GPS나 글로벌 내비게이션 위성 시스템(GNSS)과 같은 외부 정밀 시간원을 주 기준으로 활용한다. 또한, IEEE 1588 PTP(Precision Time Protocol)와 같은 네트워크 기반의 시간 동기화 프로토콜을 광범위하게 적용하여 백홀 네트워크를 통해 각 기지국에 정밀한 시간 정보를 분배한다. 특히 에지 컴퓨팅 환경에서는 중앙 집중식 클라우드와의 거리 감소로 인한 지연 이점을 살리기 위해, 에지 노드 간의 고도로 동기화된 협력이 요구된다.

이러한 동기화는 물리적 계층부터 상위 프로토콜 계층까지 종합적으로 구현되어야 한다. 네트워크 슬라이싱을 통해 uRLLC 전용 슬라이스에는 가장 엄격한 동기화 정책과 리소스가 할당된다. 동기화 정밀도가 떨어지거나 실패할 경우, 원격 수술의 로봇 팔 제어 오류나 스마트 그리드의 보호 계전기 오동작과 같은 심각한 결과를 초래할 수 있기 때문에, 고가용성과 장애 조치 메커니즘도 함께 고려되어야 한다[14].

uRLLC 서비스의 특성상 보안은 단순한 데이터 보호를 넘어 생명과 안전, 그리고 중요한 산업 프로세스와 직결된 문제이다. 따라서 기존 이동통신 보안보다 훨씬 강화되고 특화된 요구사항을 가진다.

첫째, 극단적으로 짧은 지연 시간 내에 보안 처리를 완료해야 한다. 강력한 암호화와 인증은 필수적이지만, 이러한 프로세스로 인해 통신 지연이 발생해서는 안 된다. 따라서 경량화된 보안 프로토콜과 저지연 암호화 알고리즘의 개발이 필요하다. 둘째, 신뢰성 요구사항은 물리적 보안까지 확장된다. 에지 컴퓨팅 노드나 산업 현장의 센서/액추에이터와 같은 네트워크 말단 장치가 물리적으로 탬퍼링(변조)되거나 악성 코드에 감염되는 것을 방지해야 한다. 이를 위해 하드웨어 기반 신뢰 루트(Trusted Root)와 장치 무결성 검증 기술이 중요해진다.

셋째, uRLLC가 적용되는 산업 자동화나 원격 의료 같은 영역은 사이버 공격이 직접적으로 물리적 피해로 이어질 수 있다. 예를 들어, 제조 라인의 로봇 제어 신호를 조작하거나 원격 수술 장비를 마비시키는 공격은 치명적이다. 따라서 네트워크 트래픽의 이상 징후를 실시간으로 탐지하고 차단하는 침입 방지 시스템(IPS)이 매우 정교해야 한다. 또한, 네트워크 슬라이싱을 통해 uRLLC 슬라이스를 논리적으로 격리하고, 각 슬라이스별로 차별화된 보안 정책을 적용하는 것이 핵심 구현 기술이다.

결국, uRLLC 보안은 초저지연과 초고신뢰성이라는 근본 목표와 상충되지 않으면서, 시스템 전체의 회복탄력성(Resilience)을 보장하는 통합적 접근이 필요하다. 이는 단일 기술이 아닌, 암호화, 네트워크 보안, 장치 보안, 운영 보안이 조화를 이룬 다층적 방어 체계를 의미한다.