분산형 애플리케이션이 최첨단 IIoT(Industrial Internet of Things, 산업용 사물인터넷)를 선도하고 있다. 분산형 IIoT 애플리케이션은 최신 엣지 컴퓨팅 기술을 통해 중요 정보를 클라우드로 전송하기 전에 여러 필드 위치에 분산된 수많은 센서와 장치들로부터 데이터를 수집하고, 사전에 처리할 수 있도록 엣지 게이트웨이를 구축함으로써 전세계 모든 곳에 IoT의 이점을 제공할 수 있다.

분산형 IIoT 애플리케이션에 사용되는 엣지 게이트웨이는 산업 등급의 하드웨어 사양을 충족하는 것은 물론, 맞춤형 IIoT 애플리케이션을 개발할 수 있도록 고도의 사용자 설정이 가능한 운영체제가 필요하다.

이번 글을 통해 분산형 IIoT 애플리케이션에서 엣지 컴퓨팅의 역할을 설명하고, 분산형 IIoT 애플리케이션을 구현하기 위한 주요 과제들에 대한 분석과 함께, 산업용 리눅스(Linux) 운영체제를 적용해 어떻게 이런 문제를 해결할 수 있는지 알아 보자.

IIoT의 엣지

최근 몇 년간 산업 분야에 대한 투자가 증가하면서 ‘IoT(Internet of Things, 사물인터넷)’ 애플리케이션 개발이 급속히 확대됐다. 실제로 2019년 이클립스 재단(Eclipse Foundation)이 추진하는 연구사업 설문조사에 참여한 개발자의 3분의 2는 자신이 속한 기업이 이미 IoT 솔루션을 개발·구축하고 있거나 향후 18개월 이내에 이를 수행할 계획이라고 밝혔다.

보다 구체적으로 살펴보면, 엣지 시스템과 클라우드 사이에 배치되는 IoT 게이트웨이 글로벌 시장은 2021년에 14억 달러에 달할 것으로 예상되고 있으며, 2025년까지 11조 1000억 달러 규모로 증가할 것으로 전망되고 있다.

IIoT는 상호 연결된 스마트 센서와 산업용 장비, 분석 툴의 데이터를 활용해 생산 프로세스를 개선함으로써 글로벌 제조 혁신을 가져올 것이다. 많은 IIoT 애플리케이션이 통신 장치를 중앙 노드와 연결하는 중앙집중형 아키텍처를 채택하고 있지만(예를 들어, 모든 PLC와 액추에이터와 기타 산업용 장비를 통신 게이트웨이, 산업용 이더넷 스위치를 통해 중앙 SCADA 시스템과 연결하는 스마트 팩토리), 분산형 IIoT 애플리케이션 또한 증가하고 있다.

분산형 IIoT 애플리케이션은 넓은 영역에 걸쳐 구축된 센서와 장비들이 네트워크 전반에 배치된 여러 엣지 게이트웨이 중 하나와 연결된다. 각 엣지 게이트웨이는 연결된 모든 센서와 장비를 위한 데이터 집배기, 프로토콜 변환기, 데이터 사전처리 장치 역할을 수행한다.

그런 다음 엣지 게이트웨이는 엣지 시스템(게이트웨이와 연결된 센서와 장비로 구성)에서 사전 처리된 모든 정보를 빅데이터 분석을 위해 퍼블릭 또는 프라이빗 클라우드로 전송한다. 대표적인 분산형 IIoT 애플리케이션으로는 스마트시티(스마트 계량기, 가로등 관리 등), 재생 에너지(태양광 또는 풍력발전소 모니터링), 석유, 가스 등이 있다.

분산형 IIoT 애플리케이션에서 엣지 게이트웨이가 제공하는 핵심 역할은 근본적으로 클라우드에서 네트워크 엣지로 IoT 데이터 처리와 작동을 이동시키는 엣지 컴퓨팅의 중요성을 잘 보여준다.

엣지 컴퓨팅은 데이터 사전 처리를 위해 IoT 기기(엣지 시스템)와 클라우드 사이에 게이트웨이 레이어를 적용함으로써 실시간 애플리케이션의 지연시간을 줄이고, 대역폭과 스토리지 리소스를 효율적으로 활용하며, 확장성을 향상하고, 비용과 에너지 소비를 줄이는 것은 물론, 개인정보보호 전략을 개선시킬 수도 있다.

분산형 IIoT 애플리케이션의 엣지 게이트웨이는 충분한 프로세싱 성능과 산업용 등급의 하드웨어 요건 외에도 견고하고 안전한 운영체제가 필요하다. 특히 IoT 개발자들에게는 범용 기능을 갖춘 운영체제가 중요하며, 이는 비즈니스 성과에 집중할 수 있도록 해준다. 2019년 IoT 게이트웨이를 위해 가장 많이 사용된 OS는 리눅스다.

IoT 개발자의 76%가 엣지 시스템 개발을 위해 리눅스 배포판을 사용하고 있으며, 윈도우7 플랫폼을 사용한 IoT 개발자는 52%에 머물렀다. 리눅스 배포판이 IoT 엣지 게이트웨이에 가장 많이 채택된 이유를 이해하기 위해서는 일반적인 IIoT 애플리케이션이 직면한 특정 문제들과 엣지 게이트웨이 OS가 어떻게 도움을 줄 수 있는지 살펴봐야 한다.

 

유전을 통해 살펴보는 분산형 IIoT의 과제

분산형 IIoT 애플리케이션은 엣지 게이트웨이를 위한 개발 플랫폼을 선택할 때 고려해야 할 고유의 도전과제들이 있다. 일반적으로 도심에서 멀리 떨어져 있고, 수천 에이커에 달하는 넓은 영역에 흩어져 있는 수많은 지하 유정에서 석유를 지표면으로 펌핑해야 하는 전형적인 디지털 유전 사례를 살펴보자. 디지털 유전 애플리케이션의 예측 유지보수와 실시간 모니터링, 경보 알림, 혹은 기타 부가가치 서비스를 제공하려면 빅데이터 분석을 위해 수많은 유정과 파이프라인, 기타 프로세싱 설비의 모든 정보를 수집해 클라우드 서버로 전송해야 한다.

또한 유전 애플리케이션의 원격·분산처리 특성으로 인해 유선 통신은 구축과 유지관리 측면에서 어려운 경우가 많다. 따라서 디지털 유전은 각각의 원격 현장에 I/O, PLC, 기타 장치들과 함께 엣지 게이트웨이를 방폭 캐비닛 안에 설치해 셀룰러 통신이나 다른 무선 기술을 이용하는 경우가 많다. 또한 혹독한 유전 환경에서 신뢰성을 보장하기 위해 이런 게이트웨이는 넓은 동작온도 범위와 방폭 인증을 획득해야 한다.

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산업용 리눅스를 이용한 분산형 IIoT 애플리케이션 구현 방법 ②

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