1. 개 요

스마트 제조와 디지털 전환에 에지 지능을 결합함으로써 제조회사들이 생산성을 높이고, 중단시간을 줄이고, 품질을 높일 수 있다. 이러한 전환을 위해서 중요한 역할을 할 수 있는 것이 지능적인 에지 컴퓨팅 솔루션이다. 이러한 솔루션을 사용함으로써 OT와 IT의 간극을 메울 수 있다. 본고에서는 제조 회사들이 IIoT를 어떻게 활용할 수 있으며, 새로운 세대의 IIoT 게이트웨이가 IIoT의 잠재력을 실현하도록 어떤 역할을 할 수 있는지 설명한다.
 
1) 지연시간 단축
제조업체들은 빠르게 고객들의 요구에 대응하고, 세계 곳곳의 고객들에게 맞춤화된 제품과 서비스를 제공해야 한다. 시간적으로 민감한 애플리케이션으로 디바이스 데이터를 신속하게 처리하고, 즉시 조치를 취하고, 의사결정을 할 수 있어야 한다. 에지 지능을 활용함으로써 모든 디바이스 데이터를 에지에서 클라우드로 전송할 필요 없이 현장에서 빠르게 의사결정을 할 수 있다.
2) 독립적인 원격 동작
에지 컴퓨팅 플랫폼을 활용함으로써 원격지에서 중단시간을 줄이고, 중앙의 시스템에 접근할 수 없더라도 독립적으로 가동할 수 있다. 예를 들어서, 네트워크 장애가 발생되어서 클라우드 시스템으로 연결이 끊어졌을 때 필드 사이트에서 로컬 컴퓨팅 성능을 사용해서 데이터를 처리하고 분석할 수 있다. 이렇게 처리된 데이터를 나중에 연결이 복구되었을 때 클라우드로 보내서 장기적인 저장을 할 수 있다.

3) 데이터 전송 비용 절감
다량의 데이터를 에지에서 클라우드 서버로 전송하기 위해서는 엄청난 비용이 들어간다. 이러한 데이터를 매일매일 전송해야 하므로 장기적으로 통신 비용을 계산해 보면 어마어마한 수준이 될 것이다.
제조업체들은 산업 자동화 애플리케이션용으로 최적화된 컴퓨팅 솔루션을 찾고 있다. 센서와 필드 모니터링 장치들로부터 수신된 다량의 데이터를 지능적으로 처리하고, 중요한 데이터나 요약 데이터만 클라우드로 전송할 수 있기를 원하고 있다. 이러한 솔루션의 핵심적 요소로서 낮은 전력을 소모하도록 설계되었으면서 크기가 콤팩트하고, 견고한 산업용 Arm 기반 컴퓨터를 사용해서 신뢰할 수 있고 경제성 뛰어난 에지 컴퓨팅을 구현할 수 있다.
 
4) 데이터 보안
민감한 가동 데이터를 에지에서 클라우드로 전송하기 위해서는 데이터와 에지 디바이스가 위험에 노출될 수 있다. 에지 디바이스에서 클라우드로 데이터를 보안적으로 전송하기 위해서는 다층적인 보안을 구축해야 한다. 에지 상에서 데이터를 처리함으로써 데이터 침해를 차단할 뿐만 아니라 더 빠르게 대응할 수 있다.

2. Arm 기반 리눅스 IIoT 게이트웨이 솔루션의 이점

Arm 기반 리눅스 IIoT 게이트웨이 솔루션은 산업용급 보안, 관리 용이성, 성능, 신뢰성을 제공할 뿐만 아니라 확장성 또한 뛰어나다. 다음과 같이 하드웨어, OS, 소프트웨어 기능을 결합함으로써 IIoT 애플리케이션용으로 최적화된 에지 컴퓨팅 솔루션을 달성할 수 있다.

① 장기적 수명 : 산업용 제품은 수명이 10년에서 15년까지도 될 수 있다. 이러한 요구를 충족하기 위해 Arm 기반 CPU는 최소 수명이 15년이다. Arm이 장기적 지원을 제공하고, 계속적인 향상을 하고 있다는 점 또한 Arm 기반 솔루션을 산업용 애플리케이션에 적합하도록 한다.
 
② 낮은 전력 소모 : 장비가 과열되고 손상을 입지 않도록 하기 위해서는 저전력 프로세싱이 요구된다. 산업용 환경에서 먼지의 영향을 완화하기 위해서는 팬리스 장비가 선호된다. Arm® Cortex®-A 프로세서는 성능과 전력 효율 면에서 뛰어나다.
③ 확장성 : 리눅스는 확장성이 뛰어나기로 잘 알려져 있으며, 다양한 플랫폼으로 실행될 수 있다. 명령 라인 툴, 구성, 코드 같은 리눅스 플랫폼의 기본적인 요소들을 어떠한 리눅스 기반 디바이스 하고 호환 가능하다. 이러한 유연성에 의해서 업그레이드를 손쉽게 할 수 있으며, 각기 다른 시스템들 간에 호환이 가능하다.
 
④ 보안의 향상 : 제조업체들은 디지털화의 혜택을 입고 있기도 하지만, 데이터 보안 위험성과 소프트웨어 무결성 문제에 노출되고 있기도 하다. TPM(Trusted Platform Module)을 사용해서 에지 디바이스의 물리적 보안을 보장할 수 있다. Arm의 TrustZone을 사용해서 격리된 보안 영역을 구축할 수 있다. 그럼으로써 에지 컴퓨팅 솔루션의 보안을 향상시키고, 무결성을 유지할 수 있다.

3. 새로운 세대의 IIoT 게이트웨이 솔루션

산업용 애플리케이션용으로 최적화된 새로운 세대의 IIoT 게이트웨이가 나옴으로써 제조 분야를 혁신하고 있다. 공개식 리눅스 플랫폼을 기반으로 한 이러한 IIoT 게이트웨이는 보안적인 산업용급 컴퓨팅 플랫폼을 제공할 뿐만 아니라 다중의 통신 인터페이스를 지원하고 낮은 전력으로 실행된다.

1) 산업용급 리눅스
고성능 산업용급 리눅스 배포판을 포함하고, 장기적 지원을 제공하는 IIoT 게이트웨이 솔루션은 갈수록 높아지는 제조업체의 요구를 더 잘 충족할 수 있다. 현재 리눅스 커널로 제공되는 장기적 지원(LTS)은 5년이다. 에너지, 수도, 교통, 통신 같은 중요한 시스템들로 소프트웨어 시스템을 매 5년마다 업데이트한다는 것이 현실적으로 쉽지 않다. 소프트웨어 업체들은 리눅스 플랫폼을 장기적으로 유지관리해야 한다. 보안 패치와 버그 교정을 포함해서 리눅스 커널을 장기적으로 지원함으로써(10년 혹은 그 이상) 산업 자동화 애플리케이션에 사용되는 컴퓨팅 시스템의 긴 수명 동안에 필요한 요구들을 충족하고 보안을 유지할 수 있다. CIP(Civil Infrastructure Platform)는 리눅스 기반 민간 인프라 시스템을 빠르게 구현할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 기존의 오픈 소스 토대와 전문성을 바탕으로 사실상의 표준으로 자리잡고 있다. CIP의 커널은 리눅스 커널 4.4를 기반으로 하며, 새로운 커널로부터의 보안 패치와 기능들을 포함한다.
CIP에는 Codethink, Hitachi, Plat’Home, Renesas, Siemens, Moxa, Toshiba를 비롯해서 민간 인프라 시스템 분야의 세계 주요 회사들이 참여하고 있다. 이 프로젝트는 리눅스 재단에서 주관하는 것으로서, IoT가 가능한 민간 인프라를 관리 및 모니터링하고, 안전성·보안성·신뢰성·확장성·지속가능성을 달성하기 위한 오픈 소스 플랫폼을 구축하는 것을 취지로 한다.
 
2) 낮은 전력 소모
저전력 시스템과 관련해서는 Arm 기반 시스템을 당연히 선택해야 하는 것으로 잘 알려져 있다. x86 기반 IIoT 게이트웨이는 평균적으로 30W의 전력을 소모하는 반면에, Arm® Cortex®-A 프로세서를 기반으로 한 게이트웨이는 10W 미만의 전력 예산으로 산업용급 성능을 제공할 수 있다. 저전력 컴퓨터와 디바이스를 사용하면 가동 비용을 크게 절감할 수 있다. 더 적은 전력을 소모하므로 더 적은 열을 발생시키고, 필요한 냉각 시스템을 줄일 수 있다.

3) 보안적인 플랫폼
운영 네트워크는 애초에 인터넷/클라우드로 연결할 수 있도록 설계된 것이 아니다. 이러한 네트워크가 주안점을 두는 것은 산업용 프로세스로 데이터를 빠르게 사용할 수 있도록 하는 것이다. 제조 회사들은 다중의 보안 층을 구현하기 위해서는 상당한 네트워크 자원을 잡아먹고, 생산성에 영향을 미칠 것으로 생각하고 있다. 하지만 IIoT가 가속화되고 에지 디바이스로 연결성이 높아짐에 따라서 악의적인 공격 위험성 또한 날로 높아지고 있다. 보안 위협은 저수준 디바이스로까지 미칠 수 있다. 사이버 공격자들은 인터넷으로 노출되는 어느 것이든 공격 대상으로 삼을 수 있다. 여기에는 현장에 설치되어 있는 온도조절기에서부터 무선 디바이스에 이르기까지 모든 것을 포함한다. 제조 회사들은 더 이상 이러한 위협을 가볍게 넘길 수 없게 되었다. 정보 보안, 시스템 하드닝, 보안 교정, 소프트웨어를 변경할 필요 없이 기존 코어로 백포트를 하는 것과 같은 다양한 기법들을 사용해서 사이버 공격에 대처할 수 있다.
예를 들어서, TPM v2.0을 지원하는 Arm 기반 컴퓨터라고 하자. TPM과 Arm 기반 컴퓨터를 결합함으로써 시스템 통합회사들과 산업용 엔지니어들이 보안을 위한 강력한 툴을 가질 수 있다. 각기 디바이스로 특정한 암호 키를 생성하고 이것을 플랫폼 자체 내에서 하드코드화함으로써 컴퓨팅 시스템으로 저장된 데이터를 허가되지 않은 공격자가 읽지 못하도록 안전하게 지킬 수 있다. 또 시스템 상의 OS를 겹쳐쓰지 못하도록 록을 걸어서 분산적으로 설치되어 있는 에지 디바이스와 데이터를 보호할 수 있다. 또 보안 유틸리티와 툴을 사용해서 사이버 보안 요구를 충족하도록 소프트웨어 플랫폼으로 보호 메커니즘을 구축하는 것도 산업용 시스템 보안을 위한 또 다른 방법이다.

4) 다중의 인터페이스와 프로토콜 지원
IIoT 에지 게이트웨이는 직렬, CAN, 이더넷, 와이파이, 4G LTE 같은 다중의 인터페이스를 지원해야 한다. 통신회사(Verizon/AT&T) 인증이나 산업용급 CE/FCC/UL 인증을 취득한 IIoT 게이트웨이는 에지 디바이스로 신뢰할 수 있는 연결성을 제공한다. 다수의 디바이스들을 빠르게 구성하고, 디바이스 관리를 용이하게 하고, 데이터 포착을 할 수 있는 에지 측 소프트웨어를 사용함으로써 시스템 구축 작업을 단축할 수 있다. 데이터 포착을 위한 Modbus 커넥티비티와 경량 에지-대-코어 데이터 전송을 위한 MQTT 지원을 활용함으로써 개발 작업을 줄일 수 있다. 게이트웨이 소프트웨어 기능을 구현하기 위한 RESTful API와 Modbus API를 사용해서 기존 시스템 및 차세대 IIoT 애플리케이션으로 손쉽게 통합할 수 있다.

5) 클라우드로 손쉬운 연결
에지 지능과 클라우드로 연결은 동전의 양면과 같은 것이다. IIoT 애플리케이션에 따라서 사설 클라우드나, 공용 클라우드나, 또는 이 둘 다 연결하는 것이 필요할 수 있다. 클라우드 연결과 에지 지능을 위해서는 범용적인 Modbus와 이더넷/IP 프로토콜 지원, MQTT/HTTPS 및 RESTful/C/Python API 지원이 필요하다. 또 해당 IIoT 애플리케이션으로 필요로 하는 클라우드 서비스에 따라서 AWS, Azure, Ignition Edge(Sparkplug), Wonder ware Online 서비스용으로 클라이언트가 필요할 수 있다.

4. 활용 사례

그러면 어떻게 새로운 세대의 IIoT 게이트웨이를 사용해서 IIoT를 빠르게 구축하고, 필드 데이터를 활용해서 가동을 혁신할 수 있는지 두 가지 사례를 보자.
 
1) 기계장비 제조회사에서 PLC를 통한 머신 데이터 포착
전통적인 기계장비 제조 회사들이 자사 제품의 가치를 높이고, 머신 상태 데이터를 포착해서 사후적인 영업 관리나 서비스에 활용하기 위해서 IIoT에 투자하고 있다.
데이터 포착 시스템은 각기 다른 자체적인 프로토콜을 사용하는 각기 다른 브랜드의 PLC로부터 데이터를 포착하고, 후위 제어 서버로 데이터를 전송하고, 원격으로 대시보드로 데이터를 표시할 수 있어야 한다. 기계 구조를 변경하지 않고서 데이터 포착을 할 수 있는 콤팩트하면서 신뢰할 수 있는 디바이스가 필요하다. 다시 말해서, 기존의 제어 캐비닛 내로 집어넣을 수 있을 만큼 시스템이 작아야 한다.

2) 인공 채유 모니터링 시스템의 예방적 유지보수
잘 알려진 석유가스 서비스 회사가 자사 고객들이 유전 현장에서 인공 채유 장비의 매끄러운 가동과 예방적 유지보수를 할 수 있도록 텔레매틱스 솔루션을 구축하고 있다. 유전 현장에서 디지털화가 가속화하는 추세에 따라서 텔레매틱스를 사용해서 장비 상태를 파악하고, 고장을 미연에 방지할 수 있다. 이것을 예방적 유지보수라고 한다. 이를 위해서 중요한 것이 가동 시에 장비에 대해서 생성된 데이터이다. 그러기 위해서 이 석유가스 서비스 회사는 필요한 데이터를 제어 센터로 가져와서 분석을 할 수 있도록 하기 위해서 신뢰할 수 있고 보안적인 솔루션을 필요로 한다.
보안적인 IIoT 게이트웨이로서 무선이 가능한 Arm 기반 오픈 컴퓨팅 플랫폼을 사용함으로써 석유 회사들이 펌핑 시스템과 관련해서 VSD(Variable Speed Drive)와 PLC로부터 데이터를 수집하고, 이 데이터를 LTE 통신을 통해서 제어 센터로 전송할 수 있다.
IIoT 게이트웨이로 TPM(Trusted Platform Module)을 채택해서 각기 디바이스를 암호 키를 사용해서 하드코드화할 수 있다. 그러면 허가된 당사자만 데이터를 액세스할 수 있다.

5. Moxa의 무선 가능 IIoT 게이트웨이 솔루션

Moxa의 UC 시리즈 IIoT 에지 게이트웨이는 산업용급 무선 가능 Arm 기반 컴퓨팅 플랫폼으로서, -40℃~85℃의 넓은 온도 범위로 신뢰하게 동작하도록 설계되었다. 이들 게이트웨이 제품은 Arm® Cortex®-A 프로세서를 기반으로 하며, Moxa Industrial Linux(MIL)를 지원하므로 태양광/풍력 발전, 상하수도, 석유가스, 교통, 공장 자동화 같은 분야에 사용되는 컴퓨팅 시스템으로 긴 수명 동안에 필요한 요구들을 충족할 수 있다.

이들 게이트웨이 제품은 다음과 같은 특징이 있다.
산업용급 리눅스
낮은 전력 소모
보안적인 플랫폼
다중의 인터페이스와 프로토콜 지원
에지에서 클라우드로 손쉬운 연결

www.moxa.com

Moxa 소개 : 자동화 분야의 신뢰할 수 있는 파트너
Moxa는 산업용 사물인터넷의 커넥티비티를 가능하게 하는 에지 커넥티비티, 산업용 컴퓨팅 및 네트워크 인프라 솔루션 분야의 선도 업체로 30년 이상의 업계 경력을 통해 전 세계 5,000만 개 이상의 디바이스를 연결하고 있으며, 70개국 이상에서 유통망과 고객 서비스 네트워크를 운영하고 있다. Moxa는 신뢰할 수 있는 네트워크와 진정한 서비스를 제공함으로써 산업용 협력사들에게 지속적인 비즈니스 가치를 제공하고 있다. Moxa의 다양한 솔루션은 홈페이지(www.moxa.com)에서 확인할 수 있으며, Moxa 제품에 대한 문의는 이메일(korea@moxa.com)을 통해 가능하다.