힐셔, SPS 2019에서 TSN 기반 OPC UA Pub/Sub 모델 성능 입증


Last updated on 2020-03-05

힐셔는 SPS2019에서 TSN 기반 OPC UA Pub/Sub 데모를 진행했다
힐셔는 SPS2019에서 TSN 기반 OPC UA Pub/Sub 데모를 진행했다

시간민감네트워크인 TSN(Time-Sensitive Networking)은 산업용사물인터넷(IIoT) 제조 장비 네트워크 연결에서 필수요소가 되고 있다. 최소한 향후 도래하게 될 미래 제조 장비 및 플랜트 엔지니어링에서 장애없는 지속적인 통신을 가능하게 할 수 있다. 업계의 통신 프로토콜 전문가들은 인더스트리 4.0(Industry 4.0) 및 산업용사물인터넷(IIoT)를 위한 기술로 TSN 기반 OPC UA를 주목하고 있다.

산업용 통신 솔루션 선도업체인 힐셔(Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH)는 자사의 최신 멀티프로토콜 SoC인 netX90 디바이스를 기반으로 100Mbit/s TSN(Time-Sensitive Networking) 표준 구현을 완료하고, 모든 관련 테스트베드에 적극 참여하면서 장치 제조업체들이 향후 통신 작업에 대비할 수 있도록 지원하고 있다고 밝혔다.

힐셔는 이미 지난 11월 독일 뉘른버그에서 열린 SPS 2019에서 스케쥴링된 트래픽의 개선(이전의 IEEE 802.1Qbv), 프레임 선점(이전의 IEEE 802.1Qbu), 시간에 민감한 애플리케이션을 위한 타이밍 및 동기화(IEEE 802.1AS)와 같은 TSN의 주요 표준과 함께 OPC UA Pub/Sub 데모를 선보였다.

기존의 네트워크 프로토콜은 Server/Client (서버/클라이언트) 모델 구조를 가진다. 클라이언트의 요청에 서버가 응답하는 방식이다. 이는 구조적으로 동시에 여러 메시지를 다중적으로 완벽하게 처리하는 것이 불가능하다. 

이에 OPC UA는 이러한 서버/클라이언트 구조를 Pub/Sub (발행자/구독자)로 변경했다. 이는 발행자(서버)가 데이터를 네트워크로 보내고 모든 구독자(클라이언트)가 이 데이터를 수신하는 구조를 적용한 것으로 이해할 수 있다. 동적으로 시스템을 확장하거나 변경 가능하게 하는 Pub/Sub (Publisher/Subscriber) 모델을 개발하게 된 것이다. Pub/Sub 모델 구조를 통해서 1:N 및 N:N 통신이 가능해졌다.

OPC UA Pub/Sub과 TSN 기술을 활용하게 되면 산업용사물인터넷 및 Industry 4.0의 요구 사항을 충족하는 종단간 네트워킹을 보장하는 스마트 머신 및 기기의 제작과 활용이 가능하다. 제조산업 분야에서 클라우드, 빅데이터, AR/VR 등과 연계한 다양한 비즈니스 모델과 애플리케이션으로의 확장도 가능하다.

OPC UA Pub/Sub 모델 구조를 개발하고 국제 표준을 진행한 OPC 파운데이션에 따르면, Pub/Sub를 사용하면 OPC UA를 2가지 중요한 방식으로 통합 할 수 있다. 첫 번째는 전자 하드웨어가 로컬 네트워크에서 저전력 및 대기시간이 짧은 통신이 필요한 작업장 필드레벨의 가장 아래 수준이다. 두 번째 애플리케이션은 확장 가능한 클라우드 기반 애플리케이션에 OPC UA를 통합하는 것이다.

작업장의 가장 아래 수준에서 OPC UA를 통합하는 경우 2KB SRAM을 사용하는 8 비트 컨트롤러를 내장 장치에 통합 할 수 있다. 이를 통해 고성능 데이터 교환 및 통신 네트워크가 유지된다. 또한 OPC UA를 1:N, 1:1 및 N:N 구성으로 통합하는 경로를 만든다. 이는 성능 향상을 위해 데이터 송수신이 필요한 확장성이 뛰어난 클라우드 기반 아키텍처에서 수행 할 수 있다.

Pub/Sub의 또 다른 중요한 측면은 인터넷이나 클라우드를 통해 OPC UA를 직접 사용할 수 있다는 것이다. 이는 MQTT (Message Queue Telemetry Transport) 및 AMQP (Advanced Message Queuing Protocol)와 같은 널리 사용되는 데이터 전송 메시징 미들웨어를 사용해 수행할 수 있다. OPC UA가 성공적으로 구현되면 이기종 디바이스와 응용 프로그램 간의 상호 운용성 및 데이터 공유가 용이해진다.

이러한 Pub/Sub 사양의 중요성은 현장에 적용될 때에 쉽게 이해될 수 있다.  Pub/Sub의 중요성의 예는 실시간성을 보증하면서 데이터를 전송하는 능력에 있다. 이는 실시간 데이터 전송이 통합된 자동화 프레임워크의 작동 방식을 결정할 때 특히 중요하다.

Pub/Sub 모델은 또한 OPC UA 구현에서 직면하는 많은 제한에 대한 솔루션으로도 사용 가능하다. 예를 들어 OPC UA와 관련된 하나의 클라이언트 대 하나의 서버 (1:1) 기능을 제거하는 것이다. Pub/Sub는 1:N 또는 N:N 구성이 가능하도록 한다. 이를 통해 OPC UA는 사물인터넷(IoT) 및 산업용사물인터넷(IIoT) 응용 프로그램과 호환된다. Pub/Sub를 구현하면 여러 클라이언트 또는 구독자가 메시지 지향 미들웨어에 공개된 데이터에 액세스 할 수 있다. 그러면 가입자는 어떤 유형의 게시자가 있는지 몰라도 특정 유형의 데이터에 액세스 할 수 있다. 이를 달성하면 제조 과정에서 산업용사물인터넷(IIoT)의 통합을 가속화 할 수 있다.

특히, OPC UA Pub/Sub은 시간민감네트워크(TSN) 기술을 수용해 제조현장에서 시간이 중요한 애플리케이션 프로그램을 구동하게 된다. 각종 장비에서 아주 빠른 실시간성의 사이클타임을 가속화한다. 이를 통해 장비는 데이터의 병목 현상없이 시간이 중요한 응용 프로그램을 실시간으로 처리 할 수 ​​있는 것이다.

힐셔의 netRAPID 90 또는 netX90과 같은 여러 OPC-UA 지원 디바이스들은 네트워크 시나리오에서 발행자(Publisher) 및 구독자(Subscriber) 역할을 동시에 수행할 수 있다. 힐셔가 구현한 OPC UA Pub/Sub 데모는 발행자와 구독자 사이의 일정한 전송 시간 및 발행자의 시간-트리거형 프레임 투입의 정확도뿐만 아니라 OPC UA 통신을 입증하는데 성공했다. 또한 이 데모를 통해 TSN 기능의 영향과 장점을 평가할 수 있는 기반을 제공했다.

힐셔코리아 원일민 대표는 “힐셔는 실시간 이더넷 통신을 가능하게 하는 TSN 솔루션 개발을 적극적으로 주도하고 있다.”고 밝히고, “이번에 발표한 OPC UA Pub/Sub 데모를 통해 다시 한번 TSN 표준에 대한 힐셔의 기술력을 입증한 것은 물론, 미래의 완전한 인더스트리 4.0(Industry 4.0) 및 IIoT로 나아가는 중요한 이정표를 수립하게 됐다.”고 말했다.

 

TSN

TSN 기술의 배경

지난 몇 년 동안 산업용 네트워크의 실시간 성능에 대한 요구가 크게 증가했다. 지금까지 IEEE 외부의 네트워크 표준은 공장 자동화부터 모션 제어에 이르기까지 모든 요건을 충족시키는 실시간 성능을 보장하는 독점적 메커니즘에 의해 확장되어 왔다. 이러한 변화는 기존 표준 및 메커니즘으로는 모든 애플리케이션을 완벽하게 충족시키지 못한다는 사실을 반영하는 것이다. 이로 인해 많은 기업들이 IEEE 내에 그룹을 결성하고, 네트워크 표준의 실시간 성능을 향상시키기 위해 힘을 모으고 있다. 이 그룹이 바로 ‘TSN Task 그룹(Time-Sensitive Networking Task Group)’이다. TSN은 여러 표준이 조합된 것으로 총칭하여 TSN이라고 부른다. 이는 표준 이더넷을 확장한 것으로 대부분의 공장 자동화 적용사례를 포괄할 수 있는 여러 메커니즘을 정의하고 있다. 따라서 TSN은 툴 세트와 같은 개념이며, 애플리케이션은 이들 기능 중 어떤 것을 사용할 것인지를 정의한다.

TSN의 가장 중요한 기능은 상호 운용성이어야 하며, 이 때문에 IEEE와 IEC가 결합된 워킹그룹은 다수의 대기업과 함께 설립되었다 (산업 자동화를 위한 IEC/IEEE 60802 TSN 프로파일). 이 워킹그룹은 산업 자동화 요건을 포괄할 수 있는 프로파일을 정의하는데 중점을 두고 있다. 추후 버전에 TSN을 해당 프로토콜의 전송 메커니즘으로 정의하는 모든 필드버스 협회들은 IEC/IEEE 60802 워킹 그룹의 결과를 기본으로 사용하게 된다. 그런 다음 자체 요건 및 수량 구조를 이 프로파일 위에 추가하게 된다.

반면 2021년 공개 예정인 TSN 프로파일이 아직 공식화되지 않았지만, 일부 기업들은 TSN 지원 제품을 이미 발표하고 있다. 힐셔 또한 향후 SoC에서 지원해야 할 모든 요구사항을 지속적으로 수집하고 있다. 힐셔는 차세대 netX를 통해 몇 년 안에 출시될 모든 TSN 관련 제품과의 액세스를 제공하는 것은 물론, 다른 한편으로는 기존의 RTE 시스템에 대한 지원을 이어가고 있다. 또한 힐셔는 이 기술을 이용해 브라운필드(Brownfield) 및 그린필드(Greenfield) 시나리오를 위한 솔루션도 제공할 수 있다. 차세대 게이트웨이 및 TSN 분석 제품은 조만간 현실화되어 시장에 출시될 것이다.

 

 


AS-Interface

[아이씨엔매거진]

아이씨엔 매거진은 산업용사물인터넷(IIoT) 및 디지털화(Digitalization), 디지털전환(Digital Transformation) 애널리틱스를 제공하는 IT 네트워크 기반의 산업 기술 매거진입니다.

산업용사물인터넷(IIoT)와 가상물리시스템(CPS)을 통해 디지털화를 추구함으로써 제조 산업 및 플랜트를 제조활동 전반에 걸친 스마트제조를 구현하고자 합니다.

아이씨엔 매거진은 이러한 디지털화를 구축함으로써 새로운 비즈니스 전략을 도출하는 디지털전환을 위한 관련 리서치 및 애널리틱스를 제공합니다.

https://icnweb.kr


0 Comments

댓글 남기기

Send this to a friend