산업 통신망 프로토콜 구현에서의 XML 적용 기술(1)

XML은 언어 자체의 특성상 플랫폼에 독립적이며, 정보의 표현 및 확장이 용이하여 분산된 필드상의 디바이스 정보들을 쉽게 통합할 수 있다. 데이터구조와 스타일 정보가 분리되어 있어 통신 네트워크상의 기기들에 대한 DD 정보제공은 물론 웹 기반 어플리케이션에서도 동시에 활용 가능한 최적의 DD 언어로서 평가되어지고 있다. < 편집자 주>

글: 문용선, 순천대학교 정보통신공학부
이영필, 레드원테크놀러지(주) 부설 로봇연구소

표준 산업 통신망을 기반으로 하는 제어 시스템에는 다양한 애플리케이션을 수행하는 필드 기기들이 존재한다. 이러한 분산된 필드 상에 위치하는 필드 기기들을 시스템으로 통합하고 운용하기 위해서는 필드기기들에 대한 고유 논리적 구조 및 기능 등의 기기 정보를 기술하는 DD(Device Description)를 제어시스템에 제공해야 한다. DD는 C 언어 기반의 DDL(Device Description Language) 형태로 기술되어지며 현재는 국제 표준인 IEC 61084-Part 2로 채택되어 있다.

DD 기술을 사용하는 표준 산업 통신망 프로토콜에는 Profibus, Foundation Fieldbus, CANopen, DeviceNet 등이 있다. 통신망 프로토콜에서의 DD은 필드기기의 자체 기능 및 파라미터의 정보를 제어시스템에 제공해 줄 수 있어 기능적 분산을 가능하게 하였지만 해당 통신망 기술에 종속된 구조로 인하여 서로 다른 통신 네트워크상에 구성된 필드기기들을 단일 제어시스템으로 통합할 수 없다는 문제점이 발생한다. 따라서 필드기기의 자체 기능 및 파라미터를 표현하는 DD 기술을 필드버스에 종속적이지 않으면서 산업 통신망 프로토콜에 적합한 데이터 형식이 필요하게 되었다.

따라서 이러한 문제점들을 해결하기 위해 새롭게 제시된 방식이 XML 언어를 이용한 DD 기술방식이다. XML은 언어 자체의 특성상 플랫폼에 독립적이며, 정보의 표현 및 확장이 용이하여 분산된 필드상의 디바이스 정보들을 쉽게 통합할 수 있다. 또한 데이터구조와 스타일 정보가 분리되어 있어 통신 네트워크상의 기기들에 대한 DD 정보제공은 물론 웹 기반 어플리케이션에서도 동시에 활용 가능한 최적의 DD 언어로서 평가되어지고 있다. 현재 산업용 이더넷 네트워크를 중심으로 몇몇 프로토콜들이 이러한 XML DD 기술을 사용하고 있다.

본 문서에서는 XML 기본적 기술을 살펴보고, XML 데이터의 처리 구조 및 데이터 기술 방식 등이 산업용 이더넷 네트워크중의 하나인 EtherCAT에서 어떻게 활용되고 있는지에 대해 소개하고자 한다.

XML(eXtensible Markup Language) 기술

XML 기본
XML 이란 Extensible Markup Language의 약자로써 www에 의해 제안된 마크 업 언어이다. XML 웹 애플리케이션을 위한 새로운 기술로써 HTML의 한계를 극복하기 위하여 만들어졌으며 기본적인 특징으로는 미리 정의된 태그 요소가 없이 사용자가 정의하는 방식으로 되어 있다는 점과 정의된 태그는 독자적인 의미가 부여되며 기존의 HTML의 태그 개념과는 달리 컴퓨터 시스템에서도 이러한 태그를 인식 및 식별할 수 있다는 것이다. 또한 스타일정보와 데이터 구조를 분리하여 전송함으로써 데이터베이스의 정렬과 데이터 전송을 쉽고 빠르게 할 수 있다는 장점 등을 가지고 있다.

XML 문서의 구성
XML 문서는 기본적으로 문서의 구조 및 기술형식에 따라 다음과 같은 2가지 문서로서 구성이 된다.
– XML Document(Document instance)
XML 스키마 구조를 기반으로 하는 Instance 문서를 말하며 구조화된 문서 적용 룰에 따라 유효한(Valid) 문서와 유효하지 않는(Invalid) 문서 등으로서 구분이 된다.
– XML 스키마(Schema)
XML 문서를 구조화 하기위한 문서로서 DTD의 문제점, XML 문법을 따르지 않고 독자적인 문법을 가지고 있고 다양한 종류의 데이터 타입을 지원하지 못하며, XML에서 기본이 되는 이름공간(Namespace)을 지원하는 못하는 것을 해결하기 위해서 제안되었다. XML 스키마는 자기 기술적(Self-Describing)이어야 하고 또한 관련된 W3C 규격(XML Information Set, Links, Namespaces, Pointers, Style and Syntax, DOM, HTML, and RDF Schema)과 조화를 이루도록 정의되어야 한다.

XML 문서의 구조 및 문법
XML 문서의 기본적인 구조는 XML 문서의 선언 및 구조화된 문서를 선언을 실시하는 서두(Prolog) 부분, 메인 엘리먼트들이 정의되는 본문(Body) 마지막으로 XML 문서 처리 정보 및 주석 등의 내용을 기술하는 Misc 3가지로 구분이 된다. 이러한 XML 문서의 구조에 대한 세부적인 내용은 다음의 표 1과 같다.
– 요소(Element)
각각의 XML 문서는 하나 또는 그 이상의 엘리먼트들을 담고 있다. 기본적인 문법의 구성은 시작태그, 마침태그, 그 사이의 내용(Content)으로 구성되어 진다. 이러한 엘리먼트에 대한 기본적인 규칙은 다음과 같다.

– 시작 태그 문법 –
: < 태그이름 속성이름=" 값" 속성이름=" 값">, 예) :

– 마침 태그 문법 –
: , 예) :

– 태그 naming 규칙
: ‘문자’, ‘_’, ‘:’ , ‘.’ , ‘-‘
: ‘/’는 사용할 수 없다.
: ‘문자’, ‘_’, ‘:’ 로 시작할 수 있다.
: 숫자는 처음에 올 수 없다.

– 대소문자를 구분한다.
– 엘리먼트는 적합하게 중첩될 수 있다.

– 속성(Attribute)
속성은 엘리먼트의 특성을 표현하기 위해서 쓰여 지는 정보로서 엘리먼트가 특성을 포함할 때 속성이라 하며 세부적인 규칙은 다음과 같다.

– DTD 안에 엘리먼트를 생성할 때, 속성과 속성 값에 대해서도 정의해 주어야 한다.
– 속성의 순서는 상관이 없다.
– 데이터 자체는 엘리먼트에 저장되어야 한다.
– 데이터에 관한 정보(메타데이터)는 속성에 저장되어야 한다.
– 확실한 판단이 서지 않을 때는, 엘리먼트에 정보를 저장하도록 한다.
– 엘리먼트는 나중의 변화를 생각할 때 더 확장성이 있다.

XML 문서의 구분
XML 문서는 문서의 작성 방법 및 룰 적용에 따라 다음과 같이 3가지 타입의 문서로서 구분이 된다.
– 잘 구성된 문서(Well-formed Document)
XML 태그 룰을 따른 문서이나 스키마가 포함되지 않은 문서이다.
– 유효한 문서(Valid Document)
기본 XML 태그 작성 룰과 정의된 스키마의 구조화된 룰을 잘 따른 문서이다.
– 유효하지 않은 문서(Invalid Document)
태그 룰을 따르지 않은 문서 또는 스키마에 정의된 룰을 따르지 않은 문서이다.

XML 스키마

XML 스키마는 XML 문서를 구조화하기 위한 기술로서 기존의 XML 문서의 구조화 기술인 DTD에서 문제점으로 지적 되었던 부분들을 상당 부분 개선하여 XML 문서 구조화를 위한 중요한 기술로 인식되고 있다. 이러한 XML 스키마에 구조에 대한 기본적인 개념은 그림 1과 같다.

XML 스키마 기본 구조
XML 스키마 문서는 XML 문법 규칙을 준수하기 때문에 일종의 XML 문서라고 할 수 있다 따라서 XML 문서와 마치가리로 스키마 문서를 구성하는 기본 단위를 엘리먼트와 속성이다.
– 엘리먼트/속성 정의 및 형식
XML 스키마 문서 내에서 엘리먼트를 선언할 때에는 엘리먼트를 사용한다. 이 때 엘리먼트는 크게 두 가지 부류의 정보를 나타내게 되는데 첫 번째는 선언하고자 하는 엘리먼트의 이름을 지정하는 것이고 다음으로는 선언하고자하는 엘리먼트에 대한 정보 그룹을 나타내는 것이다. 기본적인 엘리먼트 선언 형식은 다음과 같다.

위의 내용을 통하여 알 수 있듯이 하나의 엘리먼트는 동시에 다양한 속성을 가질 수 있다. 각각의 속성에 대한 세부적인 내용은 다음의 표 2와 같다.
XML 스키마의 엘리먼트 및 속성에 대한 정의 및 규칙에 대한 이해는 반드시 필요하다. 이유는 추후에 언급할 산업 통신 프로토콜에서의 XML DD 파일의 구조는 모두 XML 스키마 기반의 유효한 XML 문서를 사용하고 있기 때문에 기본적인 스키마 문법을 이해하지 못하면 그에 따른 유효한 XML 문서를 만들 수가 없기 때문이다.

아이씨엔 매거진 2006년 10월호