[테크월드=신동윤 기자] TSN(Time Sensitive Networking)은 이더넷을 통해 결정성 있는 통신 기능을 제공함으로써 지정된 속도를 준수할 수 있게 해 준다.
TSN이 지속적으로 발전함에 따라 IEEE 802.1과 IEEE 802.3 표준이 대폭적으로 업데이트됐다. 이번 업데이트에서 가장 큰 변화는 확정적 이더넷(Deterministic Ethernet)을 지원하도록 확장된 것이다. TSN은 AVB(Audio Video Bridging)을 확장한 기술로, 이 IEEE 프로젝트는 초기에는 전문적인 오디오와 비디오 환경(라이브 DJ 세트 등)에서 실시간 미디어 스트리밍을 지원하기 위해 설계됐었다.
자동차 제조업체들이 AVB에 관심을 보이기 시작하면서 TSN이 다시 부각되기 시작했다. 미래의 자동차는 오랫동안 고속 IP 네트워크 커넥티비티, 지능적이고 자율적인 운전자 지원/제동 시스템, 인포테인먼트 포털, 간소화된 내부 배선 등을 탑재하면서도 무게는 더욱 가벼운 세련된 첨단 자동차라고 상상해 왔다. 그리고 이런 방향으로 나가기 위한 움직임은 산업자동화 분야에도 부가적인 혜택을 주고 있다.
자동차 AVB에서 IIoT를 위한 네트워크로
미래의 자동차를 위한 이런 비전을 현실화하기 위한 가장 효과적인 방법은 이더넷을 기반으로 융합된 IEEE 802 규격을 새롭게 만드는 것이다. 구체적으로 말하면, 자동차 분야에서는 확정적 이더넷을 사용해 제한된 차량내 대역폭을 해결할 수 있게 됐을 뿐 아니라, 이로 인해 지금까지 자동차 내부에서 다양한 시스템을 서로 연결하기 위해 사용하던 FlexRay, LIN, MOST와 같은 번거로운 레거시 네트워킹 프로토콜에 의존해야 할 필요가 없어졌다.
여기서 자동차와 관련된 특정 프로토콜 등만 제외하고 볼 경우, IIoT(Industrial Internet of Things, 또는 인더스트리 4.0)가 대두됨으로써 겪고 있는 문제에 대한 해결 방안또한 쉽게 확인할 수 있을 것이다.
다음은 IIoT를 지원하는 TSN의 5가지 특성이다.
① 혼합 트래픽 지원
이더넷은 차량 내부의 서로 다른 도메인 아키텍처를 능률적으로 다룰 수 있는 일종의 범용 자동차 네트워크로 제시돼 왔다. TSN을 통해 이더넷은 산업용 네트워크에서도 자동화와 제어 시스템, 전력 유틸리티, 풍력 터빈, 인쇄 기계 등에서 혼합된 트래픽을 처리함으로써 이와 유사한 역할을 할 수 있다.
TSN은 한 네트워크 내에서 어떤 트래픽이 최선노력(Best-effort) 성능으로 전송되고 있는 것에 관계없이 타임 스탬프 되고 지연에 민감한 데이터를 전송할 수 있다. 이런 특성은 실시간 데이터만 전송할 뿐, 다양한 혼합 포로토콜은 전송하지 못했던 이전의 자동화 네트워크에 비해 훨씬 복잡하고 다양한 종류의 트래픽을 지원하는 이더넷에게 있어서는 기본적인 사항이다.
TSN은 다양한 트래픽 유형을 처리하도록 설계됐다.
② 상호운용성 제공
IIoT에서는 대량으로 생산되는 표준 부품의 사용이 필수적이다. 이는 규모와 비용이라는 근본적인 문제 때문이며, 이는 현재 수많은 네트워킹 방법들이 안고 있는 문제이기도 하다.
특별한 ASIC 기반 산업용 이더넷 구현이나 자동차에 사용되는 CAN과 같은 표준을 포함한 다양한 레거시 필드버스에 의존하는 방식은 단순히 상용 실리콘을 사용하는 것에 비해 확장성이나 비용 효율이 낮다. 상용 실리콘은 여전히 정규 HTTP 인터페이스, 웹 서비스와 진단 기능을 지원할 수 있다. 반면 TSN은 비용을 낮추도록 도와주고 열린 구조로 미래의 확장 가능성을 열어준다.
③ 엄격한 동기화 보장
AVB는 첨단 운전자 지원 시스템과 같은 특히 민감한 애플리케이션을 위해 TSN으로 발전했다. ADAS는 제동 거리와 사람의 반응 시간을 고려해, 다양한 시스템이 조화를 이루면서 매끄럽게 작동하도록 요구한다.
TSN은 IIoT와 같은 유사한 환경에서 이와 같은 확정적인 성능을 보장하기 위해 다음과 같은 다양한 기능을 포함하고 있다.
• 정밀 시간 프로토콜 향상
• 모든 데이터 스트림에 중복 경로 제공
• 이더넷 네트워크에서 감소된 대역폭으로 TSN에 서비스 품질 융합(실시간 보장 영향 없음)
• 대역폭 예약(확정적 성능을 보장하기 위해 AVB에서 가져 온 핵심 기능)
④ 충분한 대역폭의 제공
이더넷이 PROFIBUS에서부터 Modbus에 이르는 레거시 직렬 필드버스에 대해 갖는 결정적인 장점 중 하나는 모든 종류의 애플리케이션에 훨씬 많은 대역폭을 제공할 수 있다는 점이다. 특히 자동차에서 CAN은 제한된 데이터 속도와 용량으로 차세대 차량 내 애플리케이션에 충분하지 못했으며, 이로 인해 이더넷에(AVB의 형태로) 대한 관심이 증폭되는 이유가 됐다.
또한 제어 시스템에 여전히 사용되고 있는 많은 필드버스 또한 마찬가지다. 머신 비전과 3D 스캐닝 같은 점점 더 중요성이 높아지고 있는 애플리케이션은 많은 대역폭을 요구하며, 이더넷을 통한 TSN이 바로 이런 문제를 해결할 수 있는 방법을 제시한다.
⑤ 네트워크 인프라를 간소화
TSN은 확정적 이더넷 네트워킹을 위한 통합되고 사용하기 쉬운 접근 방법으로 개발됐다. 서로 다른 유형의 트래픽을 처리하기 위해 다양한 인프라에 의존하는 대신 모든 트래픽을 이더넷을 통해 전달할 수 있다.
오토메이션 월드(Automation World)의 데이빗 그린필드(David Greenfield)는 2015년 팟캐스트에서 특별히 TSN을 언급하지는 않았지만, 이더넷이 필드버스에 대해 갖는 일반적인 장점을 잘 설명했다. 게스트로 나온 EPSG(Ethernet POWERLINK Standardization Group)의 사리 게르마노스(Sari Germanos)는 앞서 언급한 복잡한 애플리케이션들이 어떻게 레거시 네트워크 아키텍처의 한계를 직면하게 만드는지 지적했다.
이더넷은 TSN의 형태로 이미 자동차의 이런 문제들을 해결하고 있다. 최신 ‘EE Times’ 기사에서는 레거시 기술을 지원할 필요가 없다
면, 차량의 도메인 아키텍처가 어떻게 재편될 수 있는지 전망했다. 이더넷은 ‘다양한 애플리케이션 도메인을 연결하는 백본 버스’ 역할을 함으로써 대역폭을 더 잘 활용할 수 있게 될 것이며, IIoT에도 똑같이 적용할 수 있다.
NI, 애브뉴연합(AVnu Alliance) 산업 부문 회장인 토드 월터(Todd Walter)는 ‘디자인 월드(Design World) 기사에서 “(산업용) IoT가 지속적으로 도입됨에 따라 증가하는 데이터 양, 광범위하게 분산되는 네트워크는 중요한 정보를 공유하고 전달하기 위해 새로운 표준을 필요로 할 것”이라며, “응급 상황에서 구급차나 소방차가 다른 교통 차량에 대해 우선권을 부여받듯이, TSN 표준은 시간에 민감한 중요한 데이터가 표준 네트워크 인프라에서 적시에 제공되도록 보장한다”고 말했다.
새로운 TSN 개발
TSN은 단순히 이상적인 프로젝트를 넘어 산업 그룹에 의해 인증 받고 광범위하게 사용되는 표준이 되고 있으며, 앞에서 살펴본 사항들은 TSN이 이미 강력한 기술 기반을 갖추고 있다는 것을 보여준다. 이제 주목해야 할 부분은 바로 테스트와 도입이 어떻게 이뤄지고 있는 가이다.
2016년 2월 말 보쉬 렉스로스(Bosch Rexroth)와 슈나이더일렉트릭(Schneider Electric), 내셔널인스트루먼트(National Instruments), 쿠카(Kuka) 등의 업체들이 모여 세계 최초로 TSN 테스트베드를 위한 공동 협력을 발표했다. 이 테스트베드는 이더넷 네트워크에서 TSN을 통해 다양한 트래픽 흐름을 결합하도록 설계돼, TSN의 멀티벤더 상호운용성뿐 아니라 보안 기능과 성능, 지연, 클라우드 기반 제어 시스템과의 통합 등을 테스트했다.
테스트베드를 주관한 NI의 임원인 에릭 스타크로프(Eric Starkloff)는 TSN이 ‘IIoT의 미래에 필수’라고 말하면서, 이더넷은 기반가 되는 전문적인 오디오, 비디오 기술로부터 발전된 확정적인 방식으로 변화했다고 설명했다. IIoT의 영역은 방대하지만, 많은 기업들은 IIoT의 이점을 이해하고 활용하는 측면과 관련해 여전히 방법을 강구하고 있으며, 성숙하고 광범위하게 채택되는 TSN는 이를 달성하도록 도와줄 것이다.
자료: 아나로그디바이스
그래도 삭제하시겠습니까?