[첨단 헤로티]

ADI, TSN 구현…이노베이직 인수 

엣지 장치를 TSN으로 구현한 신뢰성 높고 융향된 인더스트리 4.0 커넥티드 기업 네트워크에 연결하는 데에는 많은 과제들이 있다. 엣지 장치에서 오늘날의 통신 기술(필드버스, 4~ 20mA 전류 루프 등)은 신뢰성 있게 동작한다. 그러나 이들 데이터를 클라우드(로컬이나 원격)로 전송하는 경우, 공장 플로어에서부터 프런트 오피스까지 많은 통신 레이어에 의해 방해를 받는다.

게이트웨이는 종종 하나의 포맷이나 프로토콜에서 다른 포맷이나 프로토콜로 변환해야 할 필요가 있으며, 데이터는 분석이 실제로 발생하는 곳까지 가는 과정에서 여러 서버에 저장되기도 한다. 데이터를 간단한 센서에서 클라우드까지 옮기는 데 드는 총 소유 비용(TCO)에는 데이터 전송에 필요한 장치뿐만 아니라 그 과정에서 데이터 무결성을 보장하는 데 필요한 소프트웨어, 프로세싱 및 인력에 대한 비용까지 포함된다. 

이더넷을 온도 송신기 같은 단순한 장치에 적용하는 것은 적절하지 않은 것처럼 보일 수도 있지만, 이는 기기의 단순성이나 기기가 생성/소비하는 상대적으로 적은 양의 데이터에 대한 문제가 아니다. 이는 융합 네트워크 상의 기기로부터 데이터를 비용 효율적으로 추출해서 이러한 데이터를 실행 가능한 결과를 얻도록 사용할 수 있느냐의 문제이다.

예를 들어 분산 제어 시스템(DCS)은 온도 송신기의 데이터를 사용하여 공정의 온도를 실시간으로 제어하면서 가동하도록 보장할 수 있다.

또한 특정 온도가 전체 공정에 미치는 영향을 도출할 수도 있다. 온도 송신기가 클라우드에 매끄럽게 연결되어 있다면, 거의 실시간으로 모든 공정 파라미터를 고려하여 분석을 수행함으로써 전체 공정의 실행을 보장할 수 있다. 또한 생산을 최적화하거나 에너지 효율을 증대하기 위해 조정할 수 있다.

ADI는 이러한 과제가 고객의 성공을 달성하는 핵심으로 보고 있으며, 이에 따라 이더넷을 엣지로 적용하는 첨단 기술에 투자하고 있다. 이를 구현하는 핵심 기술 중 하나는, 소위 ‘복잡성이 낮은 이더넷(low complexity Ethernet)’이라고 부르는 기술로, 온도 송신기와 같은 단순한 산업용 기기를 이더넷 네트워크에 직접 적용할 수 있게 해준다.

복잡성이 낮은 이더넷은 데이터를 클라우드로 이동하는데 드는 TCO를 낮출 수 있도록 오늘날의 표준 레이어2 이더넷 구현에 따른 전통적인 크기, 전력, 비용 문제를 해결한다.

융합된 산업용 이더넷 네트워크로 전환하는 데에는 현재 시스템에 내재하는 일부 기능에 일치하는 솔루션을 제공하도록 물리적 계층에서의 혁신이 필요하다. 가장 널리 활용되고 있는 이더넷 물리적 계층 표준의 많은 것들이 100m 케이블 길이로 제한되기 때문에 이 네트워크를 구현하려면 여러 개의 연선 케이블(twisted pair cable)이 필요하다. 이와 달리 기존 공장 자동화 네트워크 인프라에 설치된 많은 것들은 31.25kbps 데이터 속도로 1000m 이상 길이를 확장할 수 있는 단일 연선 케이블 위에 구축돼 있다.

ADI는 이를 해결하기 위해 IEEE의 지원 아래 주요 산업 파트너와 협력하여 새로운 이더넷 표준을 개발하고 있다. ‘10SPE’라고 불리는 이 표준은 단일 연선 케이블에서 동작하며 최대 1000m 길이까지 확장이 가능하고 10Mbps의 데이터 속도를 지원한다. ADI는 이러한 문제를 해결하는 데 협력적인 표준 기반 접근방식을 택함으로써, 새로운 기술 채택에 대한 문턱을 낮추고 공장 전체 융합된 네트워크의 목표를 달성하는 데 드는 시간을 줄일 수 있게 한다.

이더넷 융합을 구현하기 위해 개발된 신기술 외에도, 이미 100Mbps로 확정적 이더넷을 사용하는 다른 애플리케이션들 역시 대역폭과 성능 한계를 넓히고 있다. 로봇공학과 같은 애플리케이션은 이전 그 어느 때보다 더욱 정밀하게 제어되는 상호 조정이 가능한 축을 점점 더 많이 필요로 한다. 제어 네트워크가 기가비트 속도로 전환됨에 따라 이러한 요구사항을 만족하기가 더 쉬워지고 있으며, 이는 산업 이더넷 시장에서 또 다른 주요 동향으로 나타나고 있다.

이더넷의 급속한 성공은 종종 이더넷 기술 사용자들에게 해당 애플리케이션과 관련하여 해결해야 할 보안상의 과제를 안겨준다. 산업용 네트워크 엣지에서의 데이터 및 센싱에 대해 예상되는 수요 증가는 보안성에 대한 우려로 인해 위축될 수 있다. 뿐만 아니라 산업 제어 애플리케이션에서 낮은 지연과 지터에 대한 요구는 보안 요구와 직접적인 갈등을 일으킬 수 있다. 이러한 애플리케이션에서 성능 및 보안 관련 문제를 해결하는 일은 진작에 이러한 기술 사용자들의 몫으로 넘겨졌다.

그림 1. 단일 칩과 다수의 이더넷 프로토콜1

네트워크 엣지에서의 안전한 연결

산업 분야에서 사이버 보안 위험은 매일 점점 더 많은 주목을 받고 있다. 인더스트리 4.0과 산업용 사물 인터넷(IIoT)이 등장하면서, 산업 분야는 새로운 기능을 제공하는 환경 전반에 걸쳐 광범위하게 분산된 기기, 다이나믹한 정보 흐름, 연결성에 의해 새롭게 정의되고 있다. 하지만 새로운 기능의 등장과 함께 과거에는 전혀 생각지도 못했던 어느 때보다 더 현실적이고 새로운 보안 위협이 등장했다. 이는 전혀 놀라운 일이 아니다.

네트워크에 안전하게 연결해야 하는 기기들의 엄청난 수를 생각하면, 확실히 이러한 기기에 대한 식별 체계를 구축할 필요가 있다. 물리적으로 분산된 공유 암호화 키는 실용성이 급격히 떨어지고, 인증서 교환 관리는 물류 부문에서 악몽이 되고 있다.

따라서 신뢰할 수 있는 인더스트리 4.0 기업이라는 비전을 실현하려면 키를 사용하지 않는 식별 시스템 구축이 반드시 필요하다. 마찬가지로 네트워크 엣지에서 고도로 제한적인 기기를 안전하게 연결하기 위해서는 고정된 낮은 지연을 갖는 가벼운 암호화 기술과 소형 하드웨어 및 소프트웨어 풋프린트가 필요하다. ADI는 이처럼 중요한 문제를 해결하기 위해 자원이 제한된 기기와 가벼운 블록 암호화를 위한 식별 인증 및 보안 솔루션과 같은 기술에 많은 투자를 하고 있다.

그림 2. 신뢰성 높은 자동화 구현을 위한 ADI의 핵심 기술들

결론

ADI의 산업 자동화 그룹은 산업용 네트워크 엣지에서의 센싱, 제어, 모니터링, 견고한 실시간 통신 시스템 부문에 솔루션을 제공한다. ADI는 보안 및 인증, 기능적 및 내재적 안전성, 멀티프로토콜 지원을 비롯한 다양한 분야에서 전문 지식을 개발하고 축적해 왔다. 강력하고 긴밀한 협력을 통해 ADI는 센서에서 클라우드까지 신뢰받는 IIoT 커넥티드 기업으로의 전환을 빠르게 실현할 수 있게 돕고 있다.

글 / 브렌든 오도우드(Brendan O’Dowd) 아나로그디바이스 산업 자동화 사업부의 총괄 책임