실시간 및 결정적 통신은 산업용 애플리케이션 세계에서 높은 중요성을 지닌다. 많은 솔루션들이 고속화된, 주기적 절차를 기반으로 하고 있다. 또한 물류 내지 운송 등과 같은 영역에서는 100ms 미만의 응답시간에 대한 수요가 나타나고 있다. 이러한 요인들은 네트워크 인터페이스 간의 데이터 교환의 신뢰성과 속도에 영향을 끼치며, 이는 엄격히 한정된 수준의 응답시간에 부합되어야 한다.
글: Mark Freeman, Siemens Automation & Drives, Product Manager
기타 무선 테크놀로지의 영향력
다른 무선 테크놀로지의 영향력을 살펴보면, 매출실적에 따라 시장에서 가장 성공적인 세가지 테크놀로지에 특별히 주목하게 된다. 이는 GSM, 무선랜 그리고 블루투스이다.
GSM은 승인 받은 주파수 대역폭(GSM900: 880..915 MHz and 925..960 MHz, GSM1800: 1710 ~ 1785 MHz and 1805 ~ 1880 MHz)이 일반적 문제점을 야기하지 않기 때문에 무난하다. 뿐만 아니라 사용되는 주파수 대역폭에서, GSM을 제외한 어떠한 다른 서비스도 허용되지 않는다. (무선랜은 2.4 GHz 및 5 GHz 주파수 대역 사용)
무선랜 및 블루투스를 사용하는 환경은 양자 모두 승인절차가 필요 없는 2.4 GHz ISM 대역을 사용하기 때문에 상황이 다르다. 먼저 지적해 둘 점은, 블루투스의 주파수 도약 방식(frequency hopping mechanism, FHSS) 및 직접 확산 방식(direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) 변조 테크닉은 간섭 시에 탄력적이라는 것이다. 주파수 도약은 전송 주파수에서 상당히 빠른 변화를 포함하며, 따라서 특정 주파수에서 발생할 수 있는 간섭에서 피할 수 있다. DSSS방식에서 주파수 스펙트럼의 확산으로 인해 강력한 이중화가 이루어 지며, 이러한 확산이 좁은 대역폭 간섭을 상쇄시킬 것이 기대된다. (주; 전체 주파수 범위에 영향을 미치는 광대역 간섭은 마이크로파에서는 거의 없다.)
블루투스에서 주파수 도약이 이루어지는 동안, 사용되는 주파수 중 하나가 무선랜 대역의 범위 안에 있을 가능성은 충분하다. 그러나 블루투스 장치의 파워가 충분하고, 무선랜의 이중화 메커니즘이 더 이상 오류를 수정할 수 없을 때에만 간섭이 발생된다. 이때 결정적인 요인은 블루투스 송신기와 WLAN 수신기 사이의 물리적 거리이다. 일반 블루투스 클래스의 2/3에 해당하는 1mW 전력의 송신기들은 무선랜 스테이션의 바로 근처에서만 실제 성능 문제를 야기시킨다는 점을 지적해 두고자 한다.
아래에 설명된 바와 같이, 블루투스 네트워크 및 무선랜 양자는 때로 예외 상황에 접할 수 있다. 사용자들은 하나의 테크놀로지에 의한 다수의 애플리케이션들이 다른 한편에 의해 해결될 수 있기 때문에, 중복 투자로 이득을 거의 얻지 못한다. 이 솔루션은 그리 우수한 것은 아니지만 추가되는 값비싼 두 번째 무선 네트워크를 불필요하게 만들기에는 충분할 수 있다. 이는 가령, 액티브 블루투스 인터페이스를 지닌 모바일 전화에 의해 생기는 원치 않는 전파 간섭 문제를 줄여준다.
이때 시스템 운전자 자신은 문제 발생을 피하기 위해 조치를 모색해야 한다. 현대적 설비에서 보는 바와 같이, 제조 부문의 레이아웃 및 케이블 또는 IP 어드레스 지정에 대한 명확한 규칙이 분명히 있어야 하며, 사용된 활성 무선 시스템을 제어하여 추후에 시스템 상의 특정 조합이 서로 교차 설치되지 않도록 하는 것이 필요하다. 두 가지 테크놀로지의 평화로운 공존에 대한 책임이 단순히 사용자에게 전가되지 않는다. 가령 새로운 규격의 블루투스를 위한 긍정적 접근이 필요하다.
이때 이미 사용중인 주파수를 비껴감으로써 무선랜의 간섭을 예방하는 방법들이 구현된다. 블루투스는 주파수 도약 메커니즘에 의해 이들 주파수를 간단히 배제하고, 사용되지 않는 주파수에 집중시키기 때문에 성능 면에서 어떠한 손실도 발생하지 않는다.
무선랜에서도 그와 유사한 메커니즘들이 IEEE 802.11h 표준규격에서 구현된다. 이는 무선 네트워크가 전송 시작에 앞서, 기존 송신기에 대해 전체 주파수 영역을 스캔하여야 한다는 것을 명시하고 있다(Dynamic Frequency Selection, DFS). 또한 송신기는 이의 전력 출력을 제어하여(Transmit Power Control, TPC), 강력한 신호에 의해 스테이션이 다운되는 것을 방지 해야 한다. 블루투스와의 충돌을 피하고자 하는 무선랜을 구축하기 위한 가장 간단한 방법은 5 GHz 대역을 사용하는 것이다. 이 대역에 해당하는 블루투스 장치는 없다.
애플리케이션
이동성 및 유연성이 액면 이상의 가치를 기록하는 곳에서는 언제나 애플리케이션들을 찾을 수 있다. 이러한 경우는 이동이 포함된 모든 공정에 해당한다. 이 같은 이동성은 작업 공정들을 재형성(reshape)하고 혁신적인 솔루션 개발을 가능하게 한다. 유선 케이블을 간편한 교체하는 것은 일반적으로 케이블 도관(ducts)과 랙(racks)을 세팅하는 상당한 노력이 포함되는 신설 설치작업 내지 임시 설치를 제외하고는 충분한 이점을 의미하지는 않는다. 전형적인 애플리케이션들은 이동성과 유연성을 요구한다;
무인 운송 시스템
모노레일 시스템
이동식 테이블
이동 및 회전식 기계: 드래그 체인, 슬립 접촉기 및 슬립 링에 대한 대용
크레인
컨베이어 시스템
휴대 및 랩톱을 수반한 모바일 서비스/진단
모바일 운용 및 모니터링
시운전 중 개별 제조 부문/별도로 분리된 기계 그룹들의 신속한 네트워킹
매장 및 물류 시스템 상의 모바일 데이터 획득
또한 개별 스테이션들 간의 무선 통신은 사용자에게 추가적인 이점을 제공하는 자동화 분야에 많은 애플리케이션들도 있다.
모바일 스테이션, 모바일 데이터 획득을 수반한 통신
사용자는 모바일, 산업용 인터넷 패드에 의해 모든 제조 및 저장 영역에서 데이터를 수집하여, 중앙 데이터 처리를 위해 이를 전송할 수 있다. 사용되는 휴대용 모바일 제품은 특정 기계 내지 공정이 아니라 사용자에게 맞춘 것이다. 장치 수의 관점에서 보면 요구되는 조건이 상당히 줄어들었다.
많은 시간을 소모하는 서류상의 데이터를 중앙 데이터베이스로 전송하는 작업과 그와 관련된 잠재적 오류가 제거되었다. 데이터 획득을 위한 완전히 통합된 컨셉을 사용함으로써, 하나의 프로세스 단계에서 다음 단계로 데이터를 전송하는 인터페이스에 특히 상당한 비용이 절감되었다
모바일 서비스 및 진단기능
장애가 발생할 경우 서비스 직원은 문제점을 현장에서 분석할 수 있으며, 또한 문제를 신속하게 해결하기 위한 정보를 무선 인터넷 패드를 통해 얻을 수 있다. 창고에 저장된 교체 부품의 가용성이 즉시 점검되며 필요한 경우 온라인 상에서 주문할 수 있다. 그러나 진단기능은 장애 상황에만 관련된 것이 아니다. 기계에 설정되는 수준 내지 부하와 같은 운용 데이터는 직원에 의해 신속하고 신뢰성 있게 처리될 수 있다.
모바일 스테이션 및 모바일 커미셔닝을 통한 통신
모바일 통신을 사용하는 것은 커미셔닝 단계를 상당히 간소화할 뿐 아니라 이를 가속화시키며, 상당한 비용 절감으로 이어질 수 있다. 유지보수 엔지니어는 기계 설정을 자신의 무선 서비스 장치를 통해 직접 모니터링 할 수 있으며, 문제 발생시에 즉각적으로 개입할 수 있다. 해당 직원은 자신의 표준화된 인터페이스(PCMCIA/PC Card 무선 어댑터)를 지닌 덕분에 무선 네트워크에 들 수 있기 때문에 필드 PG와 같은 친숙한 장치를 사용할 수 있다.
아이씨엔 매거진 2007년 01월호
무선 LAN 솔루션, 산업 설비에 들어오다(2)
아이씨엔매거진
