시간 민감형 네트워킹(TSN): IEEE 표준이 인더스트리 4.0에 기여하는 5가지 방법
2021-06-29
글: 조든 우즈(Jordon Woods), 확정적 이더넷 기술(DET) 그룹 이사 / 아나로그디바이스(Analog Devices, Inc.)
전 세계 많은 기업들이 인더스트리 4.0 실현을 위해서 막대한 투자를 계속하고 있다. 연결성을 가속화하는 이 새로운 패러다임은 유수의 자동차 회사들부터 신생 기업에 이르기까지 제조 분야 전반에 걸쳐 변화를 가져오고 있다. 이러한 전환이 기업의 생산성과 효율은 물론 적응성, 수익성을 높일 것으로 기대되며, 그 혜택은 기업뿐 아니라 직원, 주주, 고객에까지 돌아갈 것이다.
인더스트리 4.0은 이전에는 꿈꿀 수 없던 유연성을 가져다 줄 것이다. 예컨대 제조사들은 계절에 따른 변화 수요에 대해 민첩하게 생산량을 조절할 수 있다. 또한 가동 시간을 늘리고, 자원과 시간과 인력을 효율적으로 활용하고, 기업에 대한 평판과 고객의 신뢰를 높일 수 있다. 이 모든 것들은 4차 산업 혁명의 성과로서 기대되는 것들의 일부에 불과하다.
이러한 것들을 실현하기 위해서는 데이터를 포착, 교환, 분석하는 작업이 필요하다. 데이터와 이 데이터로부터 도출해 낸 통찰은 이 모든 향상을 얻는 데 필요한 화폐와 같은 것이다. 하지만 오늘날의 공장에서는 데이터가 쌓여만 있을 뿐 충분히 활용되고 있지는 못하다. 수년 전부터 제조회사들은 이 문제를 해결하기 위해 노력해 왔다.
시간 민감형 네트워킹(time sensitive networking, TSN)은 일련의 IEEE 이더넷 표준들로서, 인더스트리 4.0이 약속하는 것들을 실현할 수 있는 토대를 제공한다. TSN을 도입함으로써 공장 현장과 서버, 본사, 그 사이의 모든 곳을 포함한 기업 조직 전체에 걸쳐서 모든 데이터가 공존하고 통신할 수 있다. TSN은 산업 현장에서 통신을 방해하는 장벽들을 제거하고, 의사결정에 유용한 데이터들에 대해 보편적인 접속이 가능하게 한다. TSN은 다음과 같은 다섯 가지 측면에서 인더스트리 4.0의 실현에 기여할 것이며, 그 근간은 데이터에 대한 접근성을 보다 높여주는 것이다.
▶ 공통의 언어 제공 - TSN은 시간을 동기화하고 모든 데이터 패킷과 정보를 일관되게 취급함으로써 데이터들을 공통의 언어로 소통할 수 있게 한다. 장비 상호운영성 문제는 여전할 수 있겠지만, 제조회사들이 동일한 이더넷 경로에서 공존하는 데이터로부터 더 많은 가치를 도출할 수 있을 것이다.
▶ 확장성과 민첩성 제고 - TSN은 이더넷을 통한 데이터 전송 시 모든 우선순위 수준에서 데이터 쓰루풋을 최대한 활용할 수 있도록 다양한 전송 속도를 관리할 수 있게 해준다. 궁극적으로 기업들은 용량을 보다 쉽게 늘리거나 줄일 수 있으며, 고객의 변화하는 우선순위와 요구사항들에 대해 민첩하게 대응할 수 있다.
▶ 보다 신뢰할 수 있는 자동화 달성 - TSN은 정확도와 정밀성을 위해 요구되는 실시간 확정적 데이터를 제공한다. 데이터 포인트(예를 들면 신호)의 타이밍이 어떤 식으로든 지연되거나 끊기면, 기계 장비가 적절히 동작하지 못하고 가동 중단이 발생함으로써 생산성을 떨어뜨리고 결국 매출 손실로 이어질 것이다. 일례로 로봇이 사람과 협업할 수 있으려면 정밀 동작이 요구된다. 로봇의 움직임이 정해진 범위를 조금이라도 벗어난다면 작업자의 안전을 위협할 수 있다. TSN은 이러한 애플리케이션에서 즉각적인 통신이 가능하게 하므로 안전성과 품질을 높일 수 있다.
▶ 정보기술(IT)과 운용기술(OT) 전문가들 사이의 간극을 좁힘 – TSN은 양쪽 진영에 공통의 툴을 제공하므로 IT 팀과 OT 팀의 상충되는 요구들을 충족할 수 있다. 두 팀이 협력할 수 있는 공통의 프레임워크와 공통의 언어를 제공한다. 한편, 많은 OT 경력자들이 은퇴할 연령대에 도달하면서, 필드 버스와 관련해 지금까지 축적된 전문성 또한 이들과 함께 사라지게 되었다. TSN은 향후 이러한 전문 인력의 부족 문제 또한 해결할 수 있다. IT 전문가가 산업용 이더넷을 지원할 수 있도록 하는 공통 프레임워크를 제공하기 때문이다. 이는 자원을 절약하고 생산성을 높일 수 있다.
▶ 기업의 R&D 예산을 다른 곳으로 전용 가능 - TSN이 대역폭 제약을 해결하므로, 기업들은 대역폭 용량을 확장 또는 추가하고자 할 때 더 이상 설비를 새롭게 구축할 필요가 없게 되었다. 지금까지는 기업들이 인프라에 수천만 달러씩 투자한지 불과 십여 년도 지나지 않아 장비가 금세 시대에 뒤떨어지게 되거나 비효율적이게 되는 것을 많이 봐왔다. TSN을 도입하면 설비를 신규로 구축해야 하는 필요성을 크게 줄일 수 있으며, 이로 인해서 가능해진 투자 여력으로 자동화 수준을 높이기 위한 기술에 좀더 투자할 수 있다. 예컨대 복잡한 로봇 시스템을 관리하고 가동하기 위한 직원 교육에 자금을 더 투자할 수 있다.
그림 1: 시간 민감형 네트워크(TSN)는 시간, 트래픽 형성, 동기화, 제한된 지연시간이라는 네 가지 핵심 요구를 충족한다.
그림 2: 시간 민감형 네트워크의 이점
아나로그디바이스(Analog Devices)는 인더스트리 4.0 혁신을 위한 포괄적인 TSN 이더넷 솔루션 포트폴리오를 제공한다. analog.com/chronous에 접속하면 ADI의 Chronous™ 제품이 실시간 산업용 이더넷 네트워크로 신속히 전환할 수 있도록 어떻게 지원하는지 확인할 수 있다.
맺음말
TSN 표준은 인더스트리 4.0을 실현하고 제조 환경에 근본적인 변화들을 가져오는데 필요한 토대 역할을 할 것이다. 하지만 이는 4차 산업 혁명을 실현하기 위해서 필요한 전체 에코시스템 중의 하나에 불과하다. 이 에코시스템을 완성하기 위해서는 소프트웨어, 미들웨어, 향상된 실리콘 부품, 유능한 개발자와 엔지니어, 숙련된 기술자와 작업자, 교육, 시간 같은 것들이 필요하다. 이러한 새로운 기술들은 엄청난 잠재력을 품고 있으며 무수히 많은 기회와 가능성들을 가져다 줄 것이다.
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저자 소개
조든 우즈(Jordon Woods)는 아나로그디바이스(Analog Devices)의 확정적 이더넷 기술(DET) 그룹 이사이다. (DET 그룹은 산업용 IoT 전반에 걸쳐서 고객의 제품을 매끄럽고도 보안상 안전하게 연결할 수 있도록 돕는 역할을 한다.) 반도체 업계에 35년 넘게 몸 담고 있으며, PROFINET과 이더넷/IP, IEEE 표준 802.1AS, 새롭게 부상하는 TSN 표준 같은 다양한 이더넷 기반 산업용 프로토콜과 관련하여 풍부한 경험과 전문성을 갖고 있다. 시간 민감형 네트워크에 관한 새로운 이더넷 표준을 정의하기 위한 IEEE 802 워킹 그룹의 의결 위원이기도 하다. 문의: jordon.woods@analog.com
