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통신 허브로 기능하는 IoT 게이트웨이
이나리 기자 | 승인 2017.12.15 10:11

[EPNC=이나리 기자] 센서 네트워크용 IoT 게이트웨이는 로컬과 클라우드 모두에 대해 극도로 이질적이고 복잡한 요구 사항들을 충족해야만 한다. IoT 게이트웨이는 모든 통신의 중심 허브가 되기 때문에, 언제든 특정 용도의 요구사항들을 충족할 수 있도록 맞춤형 설계화가 필요하다. 콩가텍은 이를 위해 새로운 클라우드 API(Application Programming Interface)를 개발했다. 솔루션 공급회사들은 자신들의 IoT 센서 네트워크와 클라우드의 특정한 요구에 맞춰 이를 신속하고 유연하게 활용할 수 있다. 

시장조사업체 마켓앤마켓츠(Market and Markets)에 따르면 IoT 게이트웨이 시장은 2016-2022년에 연평균 14.2%의 높은 성장률을 나타낼 것으로 전망했다. 가정이나 사무실의 일반적인 온도 조건에서 동작하는 게이트웨이의 수요가 가장 크고, 다음으로 수요가 큰 시장은 이보다 열악한 조건에서 동작하도록 설계된 산업용 게이트웨이다.

사무용, 가정용 환경의 온도 범위를 벗어나는 애플리케이션 시장을 살펴보면, 이런 산업용 게이트웨이 제품들과 일반 소비자용 제품들을 구분 짓는 결정적인 특성이 무엇인지 쉽게 확인할 수 있다. 여기에는 개발자들이 임베디드 하드웨어 사용을 선호하는 이유 중 하나인 견고성이나 긴 수명 같은 특성과 극히 복잡한 요구조건들까지도 포함된다. 

• 대형 공공건물과 개인소유건물의 옥상이나 지하에 설치되는 시스템들은 난방, 열병합발전, 태양열발전, 엘리베이터, 인터콤 시스템을 통합해 작업자에게 포괄적인 정보를 제공할 수 있어야 한다. 

• 변전소는 종종 여러 에너지원과 스토리지 시스템들로 구성되는 이질적이고 복잡한 마이크로그리드(Heterogeneous Microgrids)를 관리해야 할 필요가 있다.

• 열차, 비행기, 상용차용 시스템은 위치, 내비게이션, 인포테인먼트, 공급망관리(SCM) 기능은 물론 이런 기술들이 제대로 작동하고 있는지를 점검하는 헬스 체크 기능까지 통합하고 있다.

• 물류 애플리케이션은 창고, 운송 차량의 게이트웨이와 관련한 가장 중요한 시장 중의 하나다.

• 정유, 가스 파이프라인은 클라우드 기술을 이용함으로써 보다 효과적인 모니터링을 할 수 있다. 

• 보안 감시 분야 역시 핵심 시장 중 하나로, 주로 비디오 관제와 출입문/창문 센서를 포함한다.

• 산업용 게이트웨이는 폭 넓은 센서 데이터를 제공하며, 산업 애플리케이션을 위한 스마트 노드를 형성한다.

• 스마트 시티 애플리케이션은 주차 안내 시스템, e-모빌리티 충전소, 가로등 제어 시스템 등을 포함한다. 

[그림 1] 핵심 IoT 시장들을 도표화 한 것으로, 산업별/애플리케이션별로 다양한 온도차를 확인할 수 있다. (출처: 2016 포레스터 리서치(Forrester Research))


애플리케이션 계층을 살펴보면, 게이트웨이 로직에 대한 요구사항이 극히 이질적이고 복잡하다는 것을 알 수 있다. 무선 센서 네트워크와 다양한 통신 프로토콜뿐 아니라 클라우드에서 서로 다른 데이터베이스들과의 통신 역시 모두 마찬가지다. 이 게이트웨이는 양방향 노드로 동작하며, 통신과 의사결정에 있어서 진정한 고수임에 틀림 없다. 필요한 것은 센서 데이터를 수집, 분석, 트랜스코딩하고 이런 정보들을 가지고 무엇을 해야 할지를 결정하기 위한 시스템이다. 

또한 이 데이터는 클라우드에 일관된 데이터 구조로 전송될 수 있도록 적절히 처리돼야 한다. 마지막으로, 클라우드 솔루션과의 양방향 통신을 위한 로직이 필요한데, 이 모든 것들은 보안을 위해 엔드투엔드 암호화를 통해 제공돼야 한다. 명심할 것은 애플리케이션 개발자들은 기본적으로 애플리케이션 계층에 집중하기 때문에, 개별 구성성분들을 가지고 완벽한 기능을 수행하는 IoT 솔루션을 개발하려면 ISO/OSI 7-계층 모델에 수 많은 작업들이 추가돼야 한다는 점이다. 

콩가텍 클라우드 API(Congatec Cloud API)는 애플리케이션에 맞게 준비된 소프트웨어 모듈을 제공해 개발자들이 자신들의 애플리케이션 개발을 위한 청사진을 활용할 수 있도록 함으로써 OEM 업체들이 이런 작업을 보다 쉽게 할 수 있도록 한다는 데 목적이 있다. 마치 하드웨어 레벨에서 캐리어 보드 회로도와 같이 말이다. 

개발자는 IoT 게이트웨이를 위한 새로운 콩가텍 클라우드 API를 어떠한 로컬 센서 네트워크와도 통합할 수 있다. 이는 어떤 유형의 로컬 센서들과 통신할 수 있고 수집한 데이터를 처리, 변환할 수 있다. 또 IoT 클라우드에 대한 트래픽 부담을 줄이고 응답속도를 높일 수 있도록 로컬에서 의사결정을 내릴 수 있는 룰 엔진(Rule engine)을 사용해 그 데이터들을 분석할 수도 있다.

클라우드와의 양방향 데이터 교환은 TLS(Transport Layer Security) 보안처리된 MQTT 프로토콜을 사용해 이뤄지기 때문에, IoT 클라우드 자체는 물론 프로토콜도 호환성을 갖게 된다. 임베디드월드(Embedded World) 전시회에서, 콩가텍은 마이크로소프트 애저(Microsoft Azure) 클라우드를 사용해 최고의 설계 사례를 보여줬다. 개발자들은 HTTPS를 통해 관리자 모드나 사용자 모드에서 클라우드 애플리케이션에 접속할 수 있다. 

C++로 프로그램 되는 콩가텍 클라우드 API 기능 모듈의 이점은 블루투스 LE 센서 네트워크에 연결해 보면 확실히 알 수 있다. 지그비(ZigBee)나 로라(LoRa) 같은 다른 무선 센서 네트워크는 물론 건물과 산업 자동화용 유선 솔루션을 위한 레퍼런스 디자인 역시 구현할 수 있다. 대규모 시설에서 추가적인 게이트웨이와의 통신이나 이질적이고 복잡한 구성(Heterogeneous Configurations) 역시 가능성 있는 시장들이다.

이들 분야는 로컬에서 데이터 교환이 실시간으로 신속하게 이뤄져야 하는 것이 관건이기 때문이다. 이런 시장의 대표적인 사례로, 수 많은 기계와 시스템이 연결되는 인더스트리 4.0을 들 수 있다. 전시회 당시 데모 시스템에서 클라우드 API는 콩가텍 IoT 게이트웨이에 통합됐는데, 이 게이트웨이는 Qseven 모듈로 확장할 수 있으며, 고객 맞춤형으로 구성할 수 있는 수 많은 확장 옵션을 제공한다. 

애플리케이션에 즉시 활용할 수 있는 이 솔루션에는 콩가텍 클라우드 API 기능 모듈은 물론 공급업체와 무관하게 사용할 수 있는 IoT 클라우드용 데모와 테스트 모듈이 핵심 소프트웨어 구성성분으로 포함돼 있다. 클라우드 API 소프트웨어 모듈은 센서 엔진을 사용함으로써, 센서와 액추에이터의 통신을 프로토콜이나 디바이스와 무관하게 이뤄질 수 있도록 하고 있다.

뿐만 아니라 저장된 데이터를 정의할 수 있는 물리적 장치에 정상화하고 일관성 여부를 점검한다. 콩가텍 운영체제(CGOS) 라이브러리는 CPU의 업무 부하, CPU와 보드의 온도, 침입 탐지, 하드디스크 상태, 와치독 타이머 등 게이트웨이 시스템과 관련한 모든 파라미터를 통합하고 있다. 룰 엔진(Role engine)은 로컬 게이트웨이가 연결 상태에 관계 없이 즉각적인 메시지와 동작을 정의할 수 있게 하며, 통신 엔진은 유무선 인터넷 연결에서 공급자와 무관하고 암호화된 클라우드 통신을 표준화한다. 

개발자는 IoT 클라우드를 위한 데모 모듈과 테스트 모듈을 이용해 클라우드에 연결된 데이터 스토리지를 정의할 수 있다. 나아가 이들은 IoT 애플리케이션을 제어하기 위한 핵심 메시지와 규칙을 생성하고, 추가적인 확장 시나리오를 정의하며, 원격 클라이언트에게 대시보드를 제공할 수도 있다.

하지만 핵심 기능은 클라우드 API에 남아 있는데, 여기에는 IoT 게이트웨이, 그에 연결된 센서 네트워크에 대한 접근이 포함된다. 이는 각각의 솔루션 공급업체들이 고객맞춤형 클라우드와 데이터베이스 연결을 필요로 하고, 실제로도 현장의 통신을 처리하기 위해 애플리케이션에 바로 활용할 수 있는 기능 모듈을 요구한다는 콩가텍의 가정에서 비롯한 것이다.

 

임베디드월드 전시회 기간 동안 콩가텍 부스에서 시연한 콩가텍 클라우드 API의 레퍼런스 디자인에서는 대량의 물리적 데이터가 블루투스 LE 센서를 통해 수집됐다. 그 후 이들 데이터는 IoT 게이트웨이에서 예컨대 CPU 온도 같은 게이트웨이 상태 데이터와 함께 처리 및 암호화 되고, 데이터들이 합해지는 클라우드로 전송된 후, 온라인 대시보드 상에 표시됐다.

자료제공: 콩가텍

#통신#IoT#게이트웨이#congatec

이나리 기자  narilee@epnc.co.kr

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