Wireless! Industrial Wireless?

산업용 무선 네트워크 시대가 도래한다
산업 자동화 설비에서의 IT 기술 채용이 적극 추진되고 있다. 무선(Wireless)도 그 기술중의 하나다. 각종 제조 공장 및 프로세스 설비관리로부터 SCADA 시스템, 선박/해양 설비, 터널/도로, 수처리 및 물관리 시스템에 이르기까지 무선 기술이 광범위하게 파고 들고 있는 중이다. 그러나 아직까지는 시험대에 불과하다. 무선 기술에 대한 국제적으로 표준화된 스펙이 구성되고, 국제적인 공인기관을 통한 제품 인증이 진행되어 산업 제어에서도 사용가능한 충분한 검증이 이루어진다면 급속도의 시장 확대가 이루어질 전망이다. 더구나 유비쿼터스 센서 네트워크를 통한 언제 어디서나 통하는 무선 네트워크에 대한 수요는 어디서나 (제조, 유통, 서비스, 인프라, 군사, 가전, 개인서비스) 발생할 여지를 남기고 있다.
산업IT분야 전문 리서치 기관인 ARC에 따르면, 프로세스 제조산업에서의 무선 설비 시장이 연간 32%씩 성장하여, 오는 2012년에는 11억 달러까지 성장할 것으로 내다봤다. 특히 자동차 및 우주항공 분야와 같은 디스크리트한 산업분야보다는 광범위한 공장 라인과 시스템 라인 설비를 갖춘 케미컬, 오일&가스, 정유, 전력, 금속&목재 등의 프로세스 설비 분야에서 큰 폭의 성장세가 이루어질 전망이다. 그만큼 유선 설비 대비 무선 설비의 구축으로 인한 장점이 크다는 것이다.
산업용 무선 네트워크는 현재 ISA100과 WirelessHART가 두각을 보이고 있다. 이들 모두는 ZigBee와 같이 동일한 센서 전파 하드웨어에 기반하는 가운데, 독자적인 소프트웨어를 통해 데이터 수집 및 제어 통신을 수행하도록 하고 있다. 또한 무선 LAN에 대한 산업용으로의 도입도 적극 이루어져, 산업전용의 무선 AP 및 안전 솔루션이 서서히 시장에 나서고 있기도 하다. 더 넓은 대역의 IEEE 802.11n 무선 기술에 대한 산업분야 수요자들의 요구도 증가해갈 것으로 기대된다.
글_ 오승모 기자, oseam@icnweb.co.kr
산업에서의 무선(Wireless) 기술이 조용히 문을 열고 있다.
제조산업 및 프로세스 설비의 곳곳에서 무선 솔루션이 새롭게 각광받고 있으며, 기존 IT 무선 기술과 새로운 산업용 무선 기술이 점차 가시화 단계에 들어섰다. 산업용 무선에 대한 국제 표준화 작업도 깊은 안개속을 서서히 빠져나오고 있는 중이다.
특히 기존의 필드버스 및 산업용 이더넷이라는 산업용 네트워크 분야에서 국제 표준은 너무도 어지러운 형국으로 흘러버렸다. 각 프로토콜별 이권과 이해관계속에서 국제적인 시장상황과 주도업체의 힘, 그리고 자본에 의해서 국제 표준이 결정되는 결과를 낳았다.
여기에는 사용자를 위한 배려가 없었다. 그저 공급자 벤더가 주도한 너도 나도 국제표준이라는 이상한 원칙이 척추뼈처럼 강하게 버티고 있었다. 그 동안 사용자들은 “왜 하나의 단일 표준으로 국제표준이 이루어지지 않는 것인가?” 라고 끊임없는 의문의 던졌으나, 국제 표준을 주도하는 인사들은 아랑곳하지 않았다. 그저 이권과 국제시장에서의 시장지배력이라는 권력을 중시해 왔다. 벤더 편의주의가 팽배해 있었던 것이다.
왜, 10여개의 산업용 네트워크가 모두 국제표준인가?
이러한 산업용 네트워크에 대한 국제표준의 진행은 맨 처음 필드버스 표준을 설정하면서부터 첫단추가 잘못 끼워졌다. IEC TC65/SC65C 커미티에서의 IEC 61158 국제표준은 일명 필드버스(Fieldbus)로 우리에게 잘 알려진 산업용 양방향 디지털 통신 표준으로써 당시 다양하게 존재했던 프로토콜들을 벤더들과 벤더협회들에 의해서 채택되었다. 이후 벤더 중심의 국제 표준에 대한 의구심이 증가하게 되면서, 새로운 국제 표준이 진행되었으며, 이것이 IEC 61784 시리즈 국제 표준이다. IEC 61784-1 표준은 2003년 5월에 처음 출판되었으며, 여기에는 Foundation Fieldbus, ControlNet, Profibus, P-Net, WorldFIP, Interbus, SwiftNet 등의 7개 프로파일로 구성되었다. 이후 각 프로토콜별 진화(?)와 상호합류, 그리고 시장에서의 도태 등으로 인해 2008년 출판본에서는 Foundation Fieldbus, CIP, Profibus & Profinet, P-Net, WorldFIP, Interbus, CC-Link, HART, SERCOS 등 9개 프로파일로 다시 정리되기에 이르렀다.
현재 산업용 네트워크 시장에서 이슈로써 부각되고 있는 산업용 이더넷 관련 국제표준은 IEC 61784-2 표준에서 다루어지고 있다. 산업용 이더넷 관련 국제 표준은 ISO/IEC 8802.3 기반의 산업용 네트워크 통신망으로 IEC 61784-2 표준으로 정리되었다. 여기에는 CIP, Profibus & Profnet, P-Net, Interbus, Vnet/IP, TCnet, ETherCAT, Ethernet Powerlink, EPA, Modbus-RTPS, SERCOS 등 11개 프로파일로 구성되었다. 이들 11개 프로파일이 모두 국제적인 산업용 이더넷 표준이라는 것이다. 여기에 더하여 국내 LS산전의 RAPIEnet과 일본 미쓰비시 주도의 CC-Link IE도 국제 표준으로 추가될 가능성이 높다.
그러면 13개의 산업용 이더넷 프로토콜들이 모두 자기가 국제적인 개방형의 산업용 이더넷 표준이라고 소리높여 외치고 있다. 국제시장에서의 시장지배력을 더욱 확대하기 위한 하나의 조건으로 국제표준을 이용하고 있는 것인지도 모른다. 다시 말해서, 산업용 이더넷이라는 국제표준이 각 벤더 업체 또는 조직들에 의한 국제적인 시장 지배력 유지와 확장을 위한 도구로써의 의미가 가장 큰 것일 수도 있다는 얘기다.
현재까지 산업용 네트워크에서의 소위 국제 표준 규격은 이렇게 흘러가고 있다. 아직도 많은 사용자들은 왜 너도 나도 국제표준이라고 외치면서, 내가 사용하는 제품들 상호간에는 호환이 전혀 이루어지지 못하는 것인지에 대해 알지 못하고 있다. 국제표준의 제품들을 사용하고 있음에도, 상호 호환이 되지 않는다면 국제표준 제품을 사용하는 이유가 없어지는 것 아닐까? 결국 국제표준이라는 존재 가치가 상실될 우려도 발생한다고 볼 수 있다.
그러나, 처음 시장지배적인 다수의 프로토콜들을 필드버스 통신망 국제표준으로 상정하면서부터 첫단추는 잘못 끼워졌다. 아무리 벤더중심에서 유저중심으로 국제표준을 변경하였더라도, 별반 달라질 수가 없었다. 벤더중심의 국제표준에서 벤더들 독자적인 유일한 표준을 제시하기에는 기술적으로나, 자금적으로나, 그리고 필드버스 사용자로써의 기술 관심도를 높이 가져갈 수 있는 상황이 못되었다.
산업용 무선 국제 표준은 어디로!
산업용 무선 통신망도 많은 우여곡절을 겪어왔다. 그러나 무선에서만은 사용자 중심의 국제표준이 우월한 지위를 확보하고 있다. 시대의 요구가 벤더들의 목소리와 힘 보다는 사용자들의 요구과 힘이 중시되는 시대로 변화해 버린 것이다.
산업용 무선 통신분야에서 공식적으로 큰 관심을 가져온 업체 또는 단체들로는 HART Communication Foundation(이하, HCF)와 지멘스, 그리고 사용자 중심의 국제 단체인 ISA(International Standard Association)를 들 수 있다. HCF는 기존의 HART 프로토콜에 대한 협회격의 조직으로 처음에는 4-20mA를 디지털 필드버스 통신으로 대체하는 변환기적인 프로토콜의 스펙을 결정해 왔다. 특히 프로세스 계기들에 대한 통신망을 주로 다루어왔다. 지멘스는 Profibus와 Profinet이라는 필드버스와 산업용 이더넷 프로토콜을 주도하고 있는 독일의 산업자동화 업체로써 IT분야에서 큰 폭으로 성장하고 있는 무선랜(Wireless LAN)을 산업용으로 적극 도입하고자 노력해 왔다.
지멘스는 이를 IWLAN(Industrial Wireless LAN)이라고 부르고 있다. ISA는 IAS SP-100 표준화 커미티를 조직하면서, 산업용 무선 네트워크에 대한 관심과 국제표준을 주도하기 위한 노력을 강하게 피력해 왔다. 특히 프로세스 산업분야에서 산업용 무선 네트워크에 대한 수요가 폭발적으로 증가할 것이라는 전망들과 함께 프로세스 분야에서의 국제표준에 우선적으로 큰 관심을 표명하고 있다.
현재까지 프로세스 자동화 분야에서는 심심찮게 무선 계기기들이 사용되고 있는 것을 볼 수 있다. 그러나 이들 무선 계기들은 모두 벤더-독점적인 자체 네트워크 규격으로 사용되고 있다. 어떠한 표준도 따르지 않고 있다. 따라서 각각의 무선 계기들은 상호 호환이 되지 않는다. 각자가 독립적으로 시스템에 구축되어 있는 상황이다. 이러한 이유로 프로세스 현장에는 수 많은 무선들이 사용되고 있음에도, 상호 데이터에 대한 통합과 관리에서 큰 어려움을 겪고 있다.
또한 각 무선 계기별도 독립적인 무선망을 사용함으로써 무선 전파의 충돌을 야기하고 있기까지 한 실정이다. 따라서 각각의 네트워크들은 OPC, Modbus 또는 이와 유사한 프로토콜을 사용하는 호스트 시스템과의 표준 기반 인터페이스를 통해서 구성되고 있다. 무선 계기를 공급하는 벤더들은 거의 모든 호스트와 연결성을 제공하는 오픈 프로토콜을 제공하고 있다고 제시한다. 그러나 실제로 사용자들은 호스트 시스템과의 더욱 통합된 단순하게 통일된 표준에 의한 접근방법을 원하고 있다.
이러한 사용자들의 요구를 결합하여 탄생한 것이 ISA SP-100 표준 커미티이다. SP-100은 2005년에 처음 공식적으로 조직되었다. 이 커미티는 ISA100.11a라는 첫번째 표준 스펙을 개발했으며, 이는 2007년초부터 실제적인 문서 작업이 이루어졌다. 첫번째 표준 드래프트는 2008년 11월에 완성될 예정이다. ISA SP-100 커미티에 따르면, ISA100.11a는 프로세스 산업에서 요구되는 데이터 수집 및 제어를 제공하는 것을 목표로 한다. 빠르면 2008년말에는 시장에서 ISA100.11a 표준의 무선 계기 제품을 만나볼 수 있을 것이라는 분석이다. 2009년부터는 이 표준에 따른 인증제품들이 출현할 예정이다.
지멘스는 이미 IWLAN 제품들을 다수 출시했다. 지난 aimex 2008 종합자동화전에서 지멘스는 부품입고로부터 조립, 포장, 출고에 이르는 전체 제조 공장 라인에 대한 데모를 선보인 바 있다. 각각의 제조 공정별도 독립적인 시스템으로 구성되면서, 이들 독립적인 라인들을 다시 하나의 통합 시스템으로 모니터링하고 제어하는 구조이다. 여기서 각각의 독립적인 라인을 라인 상호간, 독립 제조 공정과 통합 제어실간을 무선 AP(Access Point)를 통한 완전 무선 시스템으로 구성하였다. 산업용 무선 LAN(IWLAN)의 상용화를 제시하는 데모라인이었다. 그만큼 산업용으로서의 안정성과 제어성능이 검증되었다는 것을 말해준다. 물론 긴급 안전을 위한 Fail Safety까지도 무선 LAN 속에서 실현함으로써, 많은 자동화 업체들로부터 큰 관심을 일으키기에 충분했다. 특히 자동차 제조 메이커들의 관심이 지대했던 것으로 나타났다.
HCF에서는 다른 산업용 네트워크 조직들보다 발빠르게 무선분야에 집중하는 모습을 보이고 있다. 이미 2005년부터 WirelessHART라는 개념을 제시하였다. WirelessHART는 프로세스 산업에서의 데이터 수집 및 제어 성능의 제공을 목표로 한다. HCF는 2004년말에 IEEE 802.15.4와 센서 매쉬 네트워크에 대한 새로운 무선 기술을 도입할 필요성을 요청했다. 2005년초에 HART 7.0 버전에 대한 스펙을 협의하면서 WirelessHART를 7.0 스펙으로 책정하기 위한 움직임을 보였다. 2007년 6월에는 WirelessHART 스펙이 HCF 회원사들에게 공개되었다. 약 3개월간의 릴리스를 거친 후 같은해 10월에는 HCF 이사회에서 공식 출시를 알렸다.
그러나 이는 기존의 HART에 기반한다는 고질적인 문제점을 안고 출발했다. WirelessHART 스펙 자체가 기존의 필드버스인 HART에 기반하고 있기 때문이다. 지금까지 HART는 2천6백만 노드 이상이 프로세스 현장에 깔려있다. 이는 기반으로하여 WirelessHART가 충분한 시장성이 있다고 HCF는 생각했는지 모른다. 이렇게 해서 WirelessHART는 기존의 HART 기반의 프로세스 제어 시스템에서 별도의 디지털 변환기에 대한 추가작업 없이도 디지털 데이터를 무선통신으로 접속할 수 있는 산업용 무선 프로토콜로 탄생되었다. 이미 WirelessHART는 제품이 시장에 출시되고 있는 중이기도 하다.
시장에서의 사용자 요구는?
프로세스 산업 시장만을 놓고 볼 때, 무선 솔루션 시장은 그리 크다고 할 수만은 없다. 그럼에도 WirelessHART와 ISA100.11a는 IEEE 802.15.4라는 동일한 무선 규격에 기반하는 거의 흡사한 프로토콜에 다름 아니다. 이에 많은 사용자들과 일부 벤더들조차 하나의 표준으로 통합할 필요성이 있다고 제기했다. 공교롭게도 HCF의 대다수 회원사들이 ISA100.11a 표준을 위한 커미티에서도 활동하고 있는 중이다. 주도권을 쥔 멤버가 양 조직을 모두 이끌고 있는 모습이, 외부적으로 비치는 현실이기도 하다. 때문에 양대 표준이 하나로 통합될 것을 요구하는 사용자 및 개발자들의 목소리가 놓아졌다.
여기에 하니웰이 가세했다. 지난 6월 HCF 이사회에서 HART 7.0 스펙을 심의하면서 WirelessHART를 제외해야 한다고 강력하게 반발하고 나선 것이다. 하니웰은 WirelessHART를 HART 7.0 스펙으로 함께 릴리스 할 경우, WirelessHART는 HART 시스템에 영원히 종속되는 결과를 낳을 것이라고 주장했다. 또한 다른 여타의 프로토콜, 예를들어 Profibus 및 Foundation Fieldbus 등과 같은 프로세스 산업에서 큰 영향력을 가지고 있는 산업용 디지털 네트워크들을 포용하지 못하게 되며, 이는 결국 WirelessHART를 불과 하나의 협회가 주도하는 표준으로 전략할 것이라고 경고했다. 기존의 필드버스와 산업용이더넷이 걸었던 복수 표준이라는 길을 걷게 될 것이며, 이는 프로세스 산업의 작은 시장속에서 시장 및 기술의 성장에 큰 장해물이 될 것이라는 우려였다. 그러나, HCF 이사회는 WirelessHART가 포함된 HART 7.0 스펙을 공식 릴리스하기로 결정했다.
그럼에도 시장에서의 요구는 간과할 수 없는 시대가 되었다. 그 와중에도 ISA100 커미티와 HART는 JAT(Joint Analysis Team)을 구성했다. 상호 표준 스펙에 대한 공동 연구와 지원을 통해 향후 표준에 대한 통합작업을 위한 토대를 마련하고 있는 중이다. 또한 HCF는 Foundation Fieldbus와 Profibus 진영을 하나로 묶는 WirelessHART가 되기를 희망하고 있다. 그러나 이러한 HCF의 희망은 희망(?)에 그칠 수도 있다. ISA100.11a와의 통합을 통한 단일한 국제표준안이 나오지 않는 한은 그렇다. 이미 Foundation Fieldbus와 Profibus를 주관하고 있는 단체인 Fieldbus Foundation과 PI는 프로세스 산업을 위한 무선 네트워크를 위한 협력방안을 추진하고 있는 중이기 때문이다.
시장은 긍정적으로 흐르고 있다. 시대의 요구, 단일 표준에 대한 요구는 채택될 것이라는 낙관론이 아직은 우세하다. 세부적인 기술에 대한 논의에서도 JAT 팀을 통해 유지되고 있다. 이로써 산업용 무선 네트워크에서의 단일한 국제 표준이 탄생하기 위한 진통이 지속되고 있는 것이다.
물론, 현재에도 블루투스나 ZigBee, Wireless LAN이 산업 현장에서도 많이 사용되고 있으며, 다양한 애플리케이션으로 구축되고 있다. 그러나 국제적인 산업용 무선에 대한 표준안은 적극 추진될 필요성이 있다. 산업표준이 완료된 이후에 블루투스와 ZigBee 등을 산업적인 안정성을 확보하는 가운데, 표준속으로 끌어들이는 노력은 더욱 자연스러워질 것으로 보이기 때문이다.
아이씨엔 매거진 2008년 07~08월호