성공적 IIoT 솔루션 구축을 위한 IIC 테스트베드

[테크월드=김경한 기자] 본지는 IIC(Industrial Internet Consortium) 한국 담당 파트너인 한국인더스트리4.0협회와 함께 제4차 산업혁명 시대에 대한민국 기업이 기술혁신을 이뤄내고 기술경쟁력을 확보할 수 있도록 지원하기 위해 협력하기로 해다. 이에 IIC가 최근 발표한 ‘IIoT 솔루션 과제를 위한 우수 사례와 학습’ 보고서를 소개한다. 보고서에서는 IIC 테스트베드를 소개하고, 이를 활용해 발견한 산업용 사물인터넷(IIoT) 솔루션의 각종 난제 도출 후 이에 대한 해결책을 제시하며, IIC 테스트 분석 결과를 공개함으로써 이와 관련된 시사점을 공개하고 있다.

상호운용성과 파트너십 강화 위한 IIC 테스트베드

“IIC 테스트베드는 기존에 테스트되지 않은 방식으로 기술(신기술, 혹은 기존기술)이 통합된 솔류션을 배치하고 테스트 해봄으로써 타당성을 인증하는 플랫폼이다. 이를 통해 새로운 제품, 서비스, 비즈니스 모델 창출을 위한 파트너십 가능성이 탐색되고, 도출된 표준 요구 사항 공유를 통한 원활한 글로벌 표준화가 이뤄지게 한다.”

‘IIoT 솔루션 과제를 위한 우수 사례와 학습’ 보고서의 공동저자인 임채성 한국IIC위원회 위원장(한국인더스트리4.0협회 공동창립자)은 IIC 테스트베드를 이와 같이 설명했다.

전 세계는 지금 커넥티드 시대라고 할 만큼 수많은 가전제품과 산업용 기기들이 연결되면서 IIoT가 주목받고 있다. 하지만 정작 관련 제품을 제작하는 기업들은 타사 제품과의 연결성은 간과한 채 판매에만 열을 올리고 있다. 그러다 보니 IIoT 기기 간 데이터 전송이 안 되는 경우가 비일비재하다. IIC 테스트베드는 이처럼 상호 운용성이 미비했던 IIoT 기기들의 연결성을 강화하고 파트너로서의 시너지를 발휘할 수 있는 기반을 조성해 준다. 

IIC는 IIoT 관련 세계 표준을 제정하는 조직으로, IIoT의 모범 사례를 발굴·배치·테스트·홍보함으로써 산업용 인터넷의 성장을 가속화하는 데 필요한 조직과 기술을 집중하고 있다. 그런 의미에서 ‘IIoT 솔루션 과제를 위한 우수 사례와 학습’ 보고서는 최근 스마트 팩토리 구축이 점점 늘고 있는 한국 기업의 성공적 IIoT 기기 활용을 위한 이정표인 셈이다. 

IIoT 생태계 테스트베드가 주는 효과

보고서에 따르면, IIoT 생태계 내에서의 테스트베드는 단순히 새로운 기술이나 제품의 성능과 효과를 시험하는 수준을 뛰어넘어야 한다. 시장 진출 전, 실현 가능성을 확인하기 위해 혁신하고 테스트하며, 운영 기술(OT)와 정보 기술(IT)의 융합에 따른 비즈니스 관행의 변화를 평가하고, 기업이 즉시 안심하고 인터넷에 연결할 수 있도록 기존 장비를 개조해야 한다. 

이를 위해 IIC 테스트베드는 표준 기구에 대한 요구사항과 우선순위를 생성하고, 상호운영성 문제를 해결하며, 새로운 제품·서비스와 개선된 프로세스를 창출한다. 예를 들어, TSN(시간 민감 네트워킹) 테스트베드는 IEEE(미국 전기전자기술자협회)와 공동 작업으로 IEEE 802.1과 IEEE 802.3 표준 규격에 영향력을 미쳤으며, 통신&마이크로그리드제어 테스트베드는 OFMB 표준에 영향력을 행사했고, 스마트 팩토리 웹 테스트베드는 OPC-UA와 AutomationML, OGC, IETF, DIN SPEC 16592 표준 규격에 기여했다. 

실제적으로 IIC 테스트베드는 제조품질관리 테스트베드를 통해 중국 내 2개 공장 라인에 구축해 합격 장비를 긍정적으로 식별하는 정확도를 95%에서 99%, 불합격 장비를 긍정적으로 식별하는 정확도를 50%에서 95%로 향상시킬 수 있었다. 지능도시 상수도 급수 테스트베드를 통해서는 각 수질 측정 계측기별 비용의 87%, 파이프라인 망 전체 비용의 90%를 절감할 수 있었다. 

IIoT 솔루션 구축 시 고려해야 할 난제와 해법

보고서는 IIC 테스트베드를 활용해 IIoT 솔루션을 점검해본 결과 다음과 같은 난제를 발견했다. 

우선, 물리적 통합과 관련한 연결성 난제가 있다. 오늘날의 이산 제조 시스템은 일반적으로 엄격하게 계층구조로 구성돼 가장 하위 층에 센서와 액츄에이터가 구성된다. 문제는 기업 IT 시스템에서 분석을 수행하려면 대량의 데이터가 필요하므로 정상 운영을 방해하지 않고 센서 데이터를 최상위 층까지 전송해야 한다는 데 있다. 

이에 대해 보고서는 상위 층의 IT 시스템에 제공되는 센서 데이터는 관할 제어장치(PLC)를 통과해야 하며, 기존 시설에서 그런 PLC는 종종 현재적인 것과는 거리가 멀고 작동 목적에 맞게 프로그래밍된 원래의 자동화 기능 외에 추가적인 계산 작업을 수행할 수 없다고 지적했다. 

이와 같은 문제점은 첫 번째 통합 레벨에서 추가적인 통신을 통합하는 테스트베드를 활용함으로써 해결할 수 있다. 이는 무선 또는 유선 통신을 이더넷에 연결한 후, 연결된 센서로부터의 데이터 정합을 포함해 전 처리 역량을 가능한 한 통합하고, 개조 가능 솔루션(Y-게이트웨이)으로 기존의 I/O 모듈을 대체하고 기존 케이블을 활용하는 것이다. 

또한, 기기 간 서로 다른 규칙으로 인해 발생하는 상호운용성 난제를 들 수 있다. 현재 IIoT는 센서에 대한 표준 데이터 모델이 없어 기업(Enterprise) IT 시스템 내에 센서 데이터를 통합하기 위해서는 많은 노력을 기울여야 한다. 더불어 플러그 앤 플레이 솔루션은 표준화된 규칙(Semantics)를 필요로 한다. 

이를 해결하기 위해서는 별도의 데이터 모델이 필요하다. 센서에서 정보를 취합하려면 제조 업체에서 제공한 사양이나 구성 파일을 적용해 측정값을 실제 데이터로 변환해야 한다. 모든 레벨에서 상호운용성을 제공하는 공통 규칙의 부족으로 인해 이 변환 작업은 센서 유형별로 수행할 필요가 있다. 

실제적인 해결 방법은 통신 표준인 OPC UA의 정보 모델 정의, 구현, 표준화함으로써 확장할 수 있다. 추가적인 통신은 OPC UA(TCP/IP)를 통해 데이터를 공급하며, IO-Link 센서는 IO-Link 기기 설명 파일과 함께 공급된다. IODD 파일은 원래 구성이 목적이지만 일관된 IODD/OPC UA 변환을 가능하게 한다. 

마지막으로 보고서는 실시간 실행, 보안, 플랫폼 통합의 기술적 난제가 있다고 설명하고 있다. 실시간 실행을 위해서는 데이터 흐름과 IO-Link/OPC UA 변환이 정상 작동에 영향을 미치지 않아야 한다. 보안적 측면에서는 추가적 통신 경로를 통해 무단 접근과 사이버 공격의 문이 열리지 않도록 해야 한다. 플랫폼 통합을 위해서는 표준화된 데이터 모델을 구현하고, 데이터 소스와 일관된 인터페이스를 갖춰야 한다. 

IIC는 연결성 난제, 상호운용성 난제, 기술적 난제에 대한 해결책을 통합해 다음과 같이 정리했다. 

먼저, 센서와 IT 시스템의 연결이 필요하다. 개조 가능 장치(Y-게이트웨이)로 제어 층과 기업 IT 시스템을 추가 연결하고, 사용 가능한 인프라(케이블)를 재사용하는 것이다. 단, 실시간 운영이 방해되지 않도록 해야 한다. 

둘째, 센서 데이터와 IT의 용이한 통합이 이뤄져야 한다. 센서 데이터/구성을 일반 데이터 모델로 일관되게 변환하며, 규칙을 보존해서 센서에서 IT로 전달되는 규칙 상호운용성을 보존하는 통신을 갖춰야 한다. 

셋째, 표준화된 센서 데이터로 변환해야 한다. 가용한 스마트 센서와 통신 표준을 적용해야 하며, 일관된 센서 데이터 변환의 표준화를 주도해야 한다. 

한국기업에 주는 시사점

이번 보고서를 통해 얻은 IIC 테스트베드 분석 결과는 한국 기업에 시사하는 바가 크다. 연결성은 등한시한 채 제품이나 서비스 판매에만 집중했던 기업 관계자에게 공통적 문제를 해결하기 위해서는 글로벌 협력이 중요하다는 사실을 알렸기 때문이다. 이런 글로벌 파트너십을 통해 테스트베드는 글로벌 시장 확보에 도움을 줄 수 있다. 결국 테스트베드는 소프트웨어 업체만을 위한 것이 것이 아니라, 제조업체와 다른 산업체도 위한 것임을 알 수 있다. 

한편, 한국 인더스트리 4.0 협회는 IIC가 발표한 ‘성공적인 IIoT 과제를 위한 가이드라인’ 보고서 번역 작업 준비 중에 있다. 이 번역본은 IIC가 축적해 온 과거의 테스트베드 분석 결과를 제시함으로써 한국 기업의 시행착오를 줄이고 새로운 학습 기회를 제공할 것으로 보인다.