산업용 IoT(사물인터넷)는 제조, 에너지, 운송 시스템의 운영 방식에 분명 혁신을 일으킬 것이다. 하지만 IoT는 복잡하게 상호 연결된 수많은 기술로 구성되어 있기 때문에, 어느 한 기업이 기업용 IIoT 솔루션을 모두 완벽하게 제공할 수는 없다. IIoT 시스템의 아키텍처를 통해 이를 설명하고자 한다. 단순히 ‘스마트’ 장치와 센서의 수를 늘리는 것이 아니라, 방대한 양의 데이터를 에지 노드, 기업 내 IT 및 클라우드가 포함된 분산 네트워크에서 통신하고 관리하는 방법에 관한 내용이다. 

복잡한 통신 인프라 탐색

하지만 여러 공급업체에서 제공하는 하위 시스템들 간의 통신을 관리하는 일은 결코 쉽지 않다. IIC(Industrial Internet Consortium)의 통신 스택 다이어그램이 이를 잘 보여준다. 여러 층의 통신 표준 및 프로토콜을 관리해야 할 뿐만 아니라, 제조나 전력망과 같은 특정 산업의 많은 업체들은 각자 고유한 산업용 프로토콜을 갖고 있다.

▲ 그림 1 이 아키텍처에서는 다양한 하위 시스템과 기술이 모여 하나의 완전한 솔루션을 구축해야 한다. IIoT 솔루션에는

센서 및 액추에이터, 데이터 수집, 임베디드 컴퓨팅, 사이버 보안, 데이터 분석, 머신 러닝, 시각화, 데이터 저장 및 관리 등이 포함된다.

성공의 핵심은 상호 운용성

따라서 어느 한 IIoT 공급업체의 기술을 평가할 때 그 핵심 기준 중 하나는 상호 운용성이며, 이는 해당 기술의 경계 안팎으로 정보를 전달할 때의 용이성을 뜻한다.

정보는 프로토콜, 데이터 파일, 웹 서비스 및 API 등 네 가지 방식으로 전달할 수 있다. IIoT 시스템에서는 시스템의 여러 부분을 위해 다양한 방법이 사용된다. 하지만 그 궁극적인 목표는 하위 시스템 간의 통신을 가능한 한 쉽게 만드는 것이며, 이는 시스템 설계자들이 도구가 유발하는 문제가 아니라 진정한 시스템 문제를 해결하는 데 집중할 수 있도록 한다. 

그렇다면 상호 운용성을 평가할 때 고려해야 할 기준은 무엇인가? 두 가지 기준이 있는데, 바로 개방성과 기술 제휴이다. 

1. 개방성을 위한 선택

개방성은 개발자가 플랫폼을 사용하여 시스템 구축하고 사용자 정의화하는 작업이 얼마나 쉬운지를 나타낸다. 여러 공급업체를 활용하여 IIoT 시스템을 설계할 때, 프로그래머 사용성을 구현할 수 있는 몇 가지 특징은 다음과 같다.

• CAN, 필드버스(Fieldbus), OPC UA, 이더캣(EtherCAT), 모드버스(Modbus) 및 IEC-61850과 같은 다양한 특정 산업 프로토콜을 비롯해 수많은 통신 프로토콜 지원

• 여러 데이터 파일 유형의 지원

• PTC의 씽웍스(ThingWorx) 플랫폼용 SDK와 같은 소프트웨어 개발 키트(SDK) 및 모듈 개발 키트(MDK)

• NI 리눅스 리얼타임과 같은 오픈 소스 실시간 운영체제

• 개방적이고 확장 가능한 API

• 아마존웹서비스용 랩뷰 클라우드 툴킷(LabVIEW Cloud Toolkit for Amazon Web Services)와 같은 플러그인 및 애드온

▲ 그림 2 한 기업이 이러한 기술들을 모두 제공할 수 있는가? 모두 제공 가능한 공급업체는 없다. 시스템 설계자는 품질, 수율, 

효율성, 안전성을 향상시키는 애플리케이션용 시스템을 만들기 위해 여러 공급업체의 기술 요소들을 통합해야 한다.

이와 같은 특징들은 기술 경계 안팎의 데이터 통신을 위해 옵션을 제공하기 때문에, 시스템이 발전하면서 시스템 엔지니어들이 제약을 받게 되는 상황을 방지해 준다. 개방형 플랫폼은 기능이 제한적이거나 매우 협소한 통신 프로토콜을 지원하는 기술로 인해 제약을 받게 될 가능성을 줄여준다.

▲ 그림 3 다양한 독점 프로토콜을 사용하는 기존의 M2M 시스템도 이미 널리 구축되어 있다. 이 또한 시스템에 통합되어야 한다.

IIC에 따르면 “IIoT 세계를 관통하는 몇 개 표준에 맞추는 것이 아니라, 각 레이어에서 복잡하면서 부분적으로 상충하는 프로토콜

및 표준을 신중하게 조율하는 것”이다. 다시 말해, 조화를 이루는 것이다.

2. 기술 제휴 모색

또한, 공급업체 간의 파트너십은 통합 노력을 직접 입증함으로써 인접 기술을 통합할 때의 위험성을 더욱 줄여준다. 

참여 기업들은 IIC 테스트베드와 같은 협력 작업을 통해 여러 분야의 기술을 통합하고, 예측 유지보수와 스마트 그리드 통신 및 제어와 같이 일반적인 IIoT 사용 사례에 대한 참조 아키텍처를 만들고 있다.

이러한 협력 관계의 한 예가 내쇼날인스트루먼트 산업용 IoT 연구소(National Instruments Industrial IoT lab)에서 볼 수 있는 기술 데모이다. 이 데모는 펌프에 대한 자산 상태 모니터링을 수행하며, 다음과 같이 여러 업체의 기술들이 결합됐다.

▲ 그림 4 이러한 협력 덕분에 해당 업체들은 NI의 측정 플랫폼, OSI의 데이터 관리 시스템, PTC 분석 플랫폼과 같은 하위 시스템

간의 통신을 위해 검증된 API를 개발했다. 따라서 유사한 시스템들을 개발하려는 시스템 설계자는 이 하위 시스템 간 상호 운용성

문제의 위험성이 매우 낮다는 사실을 아는 상태에서 작업할 수 있다.

•‌ 플로우서브(Flowserve) - 완벽한 유체 시스템 솔루션

• HPE(Hewlett Packard Enterprise) - 딥 에지 컴퓨팅 및 원격 시스템 관리

• NI - 데이터 수집 및 특징 추출

• PTC - 엔터프라이즈용 분석 및 증강 현실(AR)을 포함한 IoT 플랫폼

• OSI소프트(OSIsoft) - 데이터 관리 및 히스토리언 데이터베이스

▲ 그림 5 플로우서브 - 완전 플로우 시스템 솔루션

비즈니스 리더들은 완전한 IIoT 솔루션을 제공한다고 주장하는 공급업체를 경계해야 한다. 실제로 완전한 IIoT 시스템이란 데이터 획득에서 증강 현실에 이르기까지 수많은 기술 영역의 구성 요소들을 모두 포함하는 것이다. 그 대신 인접 기술과 효과적으로 통합하고 다른 공급업체들과 원만하게 협력하는 일이 중요하다는 점을 잘 인식하고 있는 기술 파트너를 찾아야 한다.  

리아 랭스턴 NI DAQ&컨트롤 프로덕트 마케팅 엔지니어