IIoT 게이트웨이를 선택할 때 알아야 할 10가지

Industry 4.0 시대가 열리면서 갈수록 많은 기업들이 IIoT(Industrial Internet of Things, 산업용 사물인터넷) 애플리케이션을 개발하고 있으며, 이에 따라 IIoT 게이트웨이에 대한 수요 또한 증가하고 있다. 이러한 추세에 발맞춰 산업 자동화 애플리케이션에서 사용 가능한 다양한 유형의 IIoT 게이트웨이가 개발되고 있다.

IIoT 애플리케이션을 효율적이고 경제적으로 가동하기 위해서는 전체적인 솔루션의 일부로 적합한 IIoT 게이트웨이를 선택해야 한다. IIoT 게이트웨이에 관한 가장 자주 묻는 10가지 질문(FAQ)과 그에 대한 답변, IIoT 프로젝트 라이프사이클 전반에 걸쳐 고려해야 할 사항에 대해 소개하고자 한다.

IIoT 게이트웨이의 정의

Q1. IIoT 애플리케이션을 위한 IIoT 게이트웨이가 왜 필요한가?

A. 최근 산업용 애플리케이션의 데이터 흐름 양상이 크게 변화하고 있다. 기존 OT(Operational Technology, 제조운용기술) 자동화 시스템 내 데이터 흐름은 PLC(Power Line Communication, 전력선 통신)또는  RTU(Remote Terminal Unit, 원격 단말 장치) 및 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition, 중앙 제어 시스템) 시스템과 같은 컨트롤러 사이의 통신을 안정되게 하기 위해, 상대적으로 느리고 신뢰할 만하다.

그런데 OT에서 IT(Information Technology, 정보기술) 시스템으로 데이터를 전송해야 하는 IIoT 애플리케이션의 경우에는 양쪽 네트워크로 연결되는 장치들 사이에 지연시간을 최소화하거나 아예 없애야 한다. OT에서 IT 시스템으로 대량의 데이터를 전송하는데 많은 시간이 걸리므로, IIoT 애플리케이션에 대한 데이터 흐름에는 작업자가 정확한 데이터를 바탕으로 의사결정을 내릴 수 있게 실시간으로 데이터를 받아볼 수 있는 보다 빠른 솔루션이 필요하다.

또한 데이터를 대량으로 전송하려면 설치비용이 증가한다. 종종 처리량이 많은 새 와이어를 구매 및 구축하거나, 네트워크를 무선 기술을 사용해 구축하는 경우 통신비용이 증가할 수 있기 때문이다. 그러므로 전송되는 데이터의 양을 줄이고 비용을 절감할 수 있는 가장 효과적인 방법은 실제로 필요한 데이터만 전송되도록 하는 것이다.

IIoT 게이트웨이는 OT와 IT 사이의 다리 역할을 한다. IIoT 게이트웨이의 이점은, 다수의 주요 장치들을 결합하고 데이터를 필터링해서 실제 필요한 데이터만 추출, 처리, 전송되도록 함으로써, 전송되는 양이 줄어 비용이 절감된다는 것이다. IIoT 게이트웨이를 사용하면 IIoT 애플리케이션을 더 빠르게 구축하고 운영 효율을 높일 수 있으므로, IIoT 애플리케이션에 꼭 필요한 요소이다.

Q2. IIoT 게이트웨이의 기본적인 요구사항은 무엇인가?

A. IIoT 애플리케이션의 효율을 극대화하기 위해 IIoT 게이트웨이는 기본적으로 3가지 요구사항을 충족해야 한다. 첫째, IIoT 게이트웨이가 데이터를 수집할 수 있어야 한다. IIoT 게이트웨이가 OT에 사용되는 인터페이스 및 프로토콜들과 호환 가능해야 한다. 그래야 현장으로부터 빠르게 데이터를 수집하고 실시간으로 전송해야 하는 데이터를 지연시간 없이 전송할 수 있다.

둘째, 수집된 데이터를 필터링하고 필요한 데이터를 추려냄으로써 데이터 전송에 소요되는 시간과 비용을 줄이고, 또한 해당 데이터만 전송해 데이터 분석의 정확성을 높일 수 있다.

셋째, IIoT 게이트웨이가 자동으로 또는 작업자의 작업을 최소화하면서 IT 시스템과 클라우드 플랫폼으로 데이터를 전송할 수 있어야 한다. 이러한 3가지 요구사항 중에서 하나라도 충족되지 못한다면, IIoT 애플리케이션 의 이점을 최대한으로 실현해내기 어렵다.

프로젝트 라이프 사이클 - 개발 단계

Q3. IIoT 게이트웨이가 데이터 수집을 하기 위해서는 어떤 특성을 갖춰야 하는가?

A. 다중 OT 통신 프로토콜을 지원하는 IIoT 게이트웨이는 데이터 수집을 훨씬 더 빠르게 한다. OT 디바이스는 대개 특정한 산업용 애플리케이션에서 사용하도록 설계됐으며, 상호간에 또는 IT 애플리케이션과 통신할 수 있도록 설계되지는 않았다. 그러므로 다중 OT 시스템을 서로 연결해야 할 때는 몇 가지 난관들이 존재한다.

Modbus나 이더넷/IP 같이 주로 사용되는 OT 프로토콜을 지원하는 IIoT 게이트웨이는 각기 다른 프로토콜을 사용하는 다양한 필드 디바이스로부터 데이터를 수집하는 데 걸리는 노력을 크게 줄일 수 있다. 다양한 OT 프로토콜들 간에 통신을 가능하게 할 뿐만 아니라, 데이터 수집을 보다 빠르게 하려면 IIoT 게이트웨이가 IT 애플리케이션에 사용되는 프로토콜들과도 호환이 가능해야 한다. 또한 OT에서 IT 디바이스로의 데이터 수집과 전송을 간소화하는 편리한 UI를 사용하는 것도 OT와 IT 애플리케이션에서 빠르게 데이터 포착을 할 수 있는 좋은 방법 중의 하나다.

Q4. IIoT 게이트웨이에서 로컬 인텔리전스를 사용하는데 필요한 툴이 있는가?

A. 엣지 디바이스에서 데이터를 수집하고 이러한 원시 데이터를 곧바로 클라우드 서버로 전송하는 게이트웨이 대신, 로컬 인텔리전스를 사용하면 초기 데이터 처리 단계에서 두 가지 이점이 제공된다. 작업자는 원격지에서 발생되는 이벤트에 더 빠르게 대응하고, 에지 디바이스와 클라우드 서버 사이에 지연시간을 최소화할 수 있다.

엣지 디바이스에서 수집되는 원시 데이터를 필터링함으로써 OT 엔지니어들은 자신들에게 주어지는 데이터에 대해 훨씬 더 쉽고 빠르게 대응할 수 있으므로, 현장에서의 가동을 최적화할 수 있다. 또 데이터가 IT 애플리케이션으로 전송되기에 앞서 필터링 됨으로써 전송 시간을 단축하고, 작업자는 해당 데이터만 제공받으므로 더 정확한 데이터 분석을 할 수 있다. 이를 위해 IIoT 게이트웨이는 강력한 프로그래밍 기능을 갖추고 있어야 에지 상에서 원활한 데이터 프로세싱이 가능해진다. 또한 로컬 인텔리전스를 사용해 데이터를 처리하기 위해서는 C와 Python API 같은 유연한 애플리케이션 프로그래밍 솔루션을 갖춰야 한다.

Q5. IIoT 게이트웨이가 IT 시스템으로 데이터를 전송하는 것이 왜 중요한가?

A. 스마트 IIoT 게이트웨이는 OT와 IT, 에지 디바이스와 클라우드 서버를 연결할 수 있어야 한다. 대량의 데이터를 여러 현장에서 IT 시스템으로 전송하기 위해서는 4G LTE 표준의 셀룰러 통신을 사용하는 것이 권장된다.

데이터를 IT 시스템으로 매끄럽게 전송하기 위해서는 IIoT 게이트웨이가 MQTT 같은 IT 프로토콜을 지원해야 한다.

또한 각각의 IIoT 클라우드 플랫폼이나 SCADA 시스템에 따라 사용자가 고유의 SDK(Software Development Kit, 소프트웨어 개발 키트) 또는 클라이언트를 사용해야 한다. 이 작업을 간소화하기 위해서는 작업자가 프로그래밍에 시간을 들이지 않고도 데이터를 수집 및 전송할 수 있는 구성 가능한 UI를 사용하는 것이 매우 유용하다. 결론적으로 에지에서 IIoT 애플리케이션으로의 데이터 전송을 간소화하는 IIoT 게이트웨이를 선택해야 한다.

Q6. IIoT 게이트웨이가 써드파티 클라우드 플랫폼과 호환 가능해야 하는가?

A. 이 문제에 대한 대답은 IIoT 애플리케이션의 목적과 용도에 따라 달라진다. 일부 대기업들은 자체 사설 클라우드 서버를 개발하고 있기 때문에, 써드파티 클라우드 플랫폼과의 호환성이 필요하지 않다. 하지만 대부분의 기업들은 자체 종합적인 IIoT 솔루션의 일부로 공용 클라우드 플랫폼을 사용한다.

그런데 만약 IIoT 게이트웨이가 써드파티 클라우드 플랫폼과 호환되지 않다면, 게이트웨이 업체는 SDK를 사용해 게이트웨이에서의 데이터를 클라우드로 전송할 수 있게 해야 한다. 그러려면 프로젝트 개발 일정이 지체될 것이다. 현재 아마존 웹 서비스(Amazon Web Services, AWS), 마이크로소프트 애저(Microsoft Azure), 구글 클라우드(Google Cloud)를 비롯한 IIoT 애플리케이션용으로 다수의 클라우드 플랫폼이 나와 있다. IIoT 애플리케이션을 빠르게 구축하고 가동하기 위해서는 이러한 플랫폼들과 호환 가능한 IIoT 게이트웨이를 선택하는 것이 좋다.

프로젝트 라이프 사이클 - 구축 단계

Q7. 구축을 쉽게 하기 위해서는 어떤 IIoT 게이트웨이를 선택해야 하는가?

A. IIoT 프로젝트는 대개 넓은 지역에 걸쳐 여러 곳의 현장으로 수백 개의 게이트웨이를 구축해야 하므로 대규모 구축을 간소화하는 IIoT 게이트웨이를 선택하는 것이 여러 면에서 유리하다. IIoT 게이트웨이는 에지 디바이스와 클라우드 서버 사이의 미들웨어이므로, IP 설정, 데이터 수집 설정, 클라우드 서버 연결 설정 같은 기능들을 지원해야 한다.

OT 엔지니어가 수백 혹은 수천 개의 IIoT 게이트웨이 설정을 하기란 결코 만만치 않은 일이다. 대량으로 구성 가능하고 편리한 게이트웨이를 사용하는 것이 데이터를 수작업으로 입력하는 것보다 구축 작업을 훨씬 더 빠르게 할뿐만 아니라 사람의 실수를 줄일 수 있다. 수백 개의 IIoT 게이트웨이를 일일이 수작업으로 데이터를 입력하다 보면 실수가 발생하는 것은 당연한 일일 수 있기 때문이다.

프로젝트 라이프 사이클 - 가동 단계

Q8. 선택한 IIoT 게이트웨이 솔루션이 데이터 보호에 있어서 충분히 보안적인가?

A. IIoT 게이트웨이는 대부분의 최신 IIoT 애플리케이션에서 필수적인 역할을 하므로, 에지에서 클라우드에 이르기까지 데이터를 보호할 수 있는 IIoT 게이트웨이를 선택하는 것이 중요하다. 첫째, 디바이스 자체를 충분히 보호할 수 있어야 한다.

TPM(Trusted Platform Module, 신뢰 플랫폼 모듈) 표준을 충족하는 IIoT 게이트웨이는 IIoT 애플리케이션에 요구되는 수준의 시스템 보안을 제공하는 EAL4+를 준수한다.

둘째, 전송 동안에 데이터를 보호해야 한다. IIoT 게이트웨이가 인터넷을 통해 데이터를 전송할 때는 VPN 사용이 권장된다. 셋째, IIoT 게이트웨이에서 RESTful API(Application programming interface, 응용 프로그램프로그래밍 인터페이스)를 사용하는 애플리케이션을 개발할 때는 데이터 보호를 위해 접근 제어 메커니즘을 적용하는 것이 좋다.

허가된 사용자 또는 외부 시스템만이 IIoT 게이트웨이의 API를 사용하도록 API 토큰 관리와 같은 인증 시스템 사용이 바람직하다. 산업용 네트워크에 사용하기에 적합한 IIoT 게이트웨이가 되려면 프로젝트 라이프 사이클 전반에 걸친 모든 단계에서 신뢰할 수 있는 데이터 보호를 충족해야 한다.

Q9. 혹독한 환경에서 동작할 수 있게 견고성이 충분히 우수한가?

A. IIoT 게이트웨이가 혹독한 환경에서 동작하려면 극단적인 온도나 전기적 간섭 같은 혹독한 조건을 견딜 수 있도록 설계해야 한다. 이러한 환경에서 작동하려면 해당 산업 표준을 충족해야 한다. 모든 경우들이 각기 다르므로 구축하는 장소나 애플리케이션에 따라 세부적인 사양은 달라질 것이다.

예를 들어 IIoT 게이트웨이를 옥외에 설치해야 하는 경우에는, 극단적인 온도를 견딜 수 있도록 -40~75℃ 온도 범위로 동작해야 한다. 또한 산업용 애플리케이션은 수년에 이르는 설치 기간 내내 신뢰할 수 있게 동작해야 한다. 그러므로 IIoT 게이트웨이에 대해 지속적인 기술 지원을 하고 하드웨어 및 소프트웨어에 대해 보증하는 업체를 선택하는 것이 좋다.

프로젝트 라이프 사이클 - 유지보수 단계

Q10. 간편하게 원격 유지관리를 할 수 있는가?

A. 여러 장소에 설치된 다수의 IIoT 게이트웨이를 유지·관리하는 일을 간소화하기 위해서는 맞춤화된 관리 서버를 사용함으로써 소요되는 작업자의 시간과 노력을 줄일 수 있다. 예를 들어 이러한 관리 서버의 이상적인 기능 중 하나는 IIoT 게이트웨이의 위치를 식별하는 것이다.

IIoT 게이트웨이의 정확한 위치를 지도상에 표시함으로써, 전 세계 여러 장소에 설치된 수백 개의 게이트웨이 중 어떤 게이트웨이에서 문제가 발생되었는지를 파악할 수 있다. 정확한 위치를 식별한 다음에는, 원격으로 조치를 취할 수 있어야 한다. 관리 서버가 다중 IIoT 게이트웨이에서 펌웨어 업그레이드와 같은 원격 조치를 수행할 수 있다면 문제 해결을 위해 현장으로 파견해야 하는 일을 대폭 줄일 수 있다. 일반적으로 원격 유지관리가 가능한 IIoT 게이트웨이는 지속적인 유지관리를 간소화할 수 있는 매우 효과적인 방법이다.

출처 : MOXA(www.moxa.com)