아이씨엔 리포트
www.icnweb.co.kr
산업용 무선 LAN 기술 개발 및 적용 현황
2012. 12. 10.
아이씨엔 리포트
www.icnweb.co.kr
I. 산업용 무선LAN 개발 동향 □ 산업자동화 설비 및 기기와 같은 실시간성과 신뢰성에 대한 사전 검증이 필요한 환경 에서 산업용 무선랜이 채택되어 적용되고 있음 ◦
이러한 환경에도 불구하고 산업용 무선랜이 제조 현장에서 선택되는 배경요인은 간섭에 대한 높은 내성과 검증된 네트워크 신뢰성이 주 요인임
◦
최대 54Mbps에서 100Mbps의 IEEE802.11a/b/g/n 표준에 따른 산업용 무선랜 (IWLAN)이 최근에는 생산라인, 크레인 시스템, 고층 창고, 심지어 지하철 터널에 도 적용되는 추세
□ 산업용 무선 LAN의 이러한 활용도 증가는 일반 무선랜 기기들이 공장 자동화와 발전 소 같은 열악한 설치 환경을 버티지 못하는 상황에서 당연한 수순 ◦
가장 적극적으로 산업용 무선랜 기술 개발과 현장 적용을 추진하고 있는 업체중 하나인 독일 지멘스는 최근 최대 450Mbit/s의 IEEE 802.11n 표준이 적용된 새 로운 모델과, 무선 노드 관리용 중앙 관리 스테이션인 Scalance WLC IWLAN 컨트롤러를 출시함
◦
또한 공장뿐 아니라 소방용 로봇이나 교통 관제 시스템, 철도 및 터널 모니티링 등의 다양한 영역에 그 응용 분야가 확대
□ 무선 통신은 산업 자동화와 이동기기가 많은 물류와 창고 관리 시스템에서 유선 케이 블이 너무 비싸거나 설치하기 어려운 경우 또는 뛰어난 활용성이나 기기와 시스템 컴포넌트의 이동성이 필요한 경우에 사용됨 ◦
이러한 애플리케이션에서는 PLC, 입/출력 모듈, HMI 시스템 간의 직접 통신과 더불어(IWLAN이 기업 네트워크에 연결된 경우) 비디오 전송, 인터넷 데이터 통 신, 음성 통신(Voice over IP) 등의 부가 서비스까지 점진적으로 구현이 요구됨
◦
데이터 속도는 가장 가혹한 산업 환경에서도 효과적인 무선통신을 제공한다. 안 테나 기술과 이중화 기술 등을 통해 넓은 대역폭을 제공할 뿐만 아니라, 여러 경 로를 통한 신호 전파와 더욱 광범위한 서비스로 전송 중에도 신뢰성 가져야 함
- 1 -
아이씨엔 리포트
www.icnweb.co.kr
II. 산업용 무선LAN 개발 사례 □ 유선 필드버스(Fieldbus) 프로토콜은 매체접근제어 방식(Media Access Control, MAC)으로 결정론적인 메커니즘을 사용 ◦
이 메커니즘은 산업용 무선 매체에선 요구사항을 고려하면 적용하기 곤란
◦
반이중 무선 송수신기는 무선통신의 채널 상에서 동시에 송수신할 수 있어야 하 므로 반이중방식의 통신 방법은 부적절
◦
이러한 문제점들을 극복하기 위해서 수년간 무선 기반의 필드버스 적용 방법들이 연구되어 왔음
◦
이러한 연구 개발의 대표적인 사례가 바로 산업용 무선랜 기술임
1. 유무선 혼합 PROFIBUS 통신 기술 □ 유무선 혼합 프로피버스 기술은 산업용 무선통신 기반의 환경설치를 하기 위한 기존 필드버스망과 연동한 무선 기술에 대한 다양한 장점을 제공함 ◦
스테이션들은 기존 케이블에 대한 설치 변경 없이 간단하게 추가와 제거가 가능 함
◦
무선 연결을 이용하면 프로피버스 랜에서 프로피버스 랜으로 스위칭 하는 것이 쉬우므로 고장 나거나 파손되는 케이블이 없어서 생산 공정의 고장 가능성을 크 게 줄여 줌
◦
이것은 바로
무선 제어 기술을 이용함으로써 요구되는 신뢰성을 보강할 수 있다
는 것을 의미함 □ 자동화의 가장 낮은 레벨에선 제어기와 센서 및 구동기 사이의 실시간 통신이 요구되 면서, 이더넷과 같은 무선 네트워크가 관심 있는 해결책으로 제시됨 ◦
그러나 이러한 기술의 도입은 이미 적용된 필드버스와 호환성에서 많은 문제점 노출됨
- 2 -
아이씨엔 리포트
◦
www.icnweb.co.kr
따라서 이의 해결 방안으로 프로피버스 DP 필드버스 프로토콜을 고려하여 이더 넷과 무선랜/블루투스를 각각 기반으로 하는 하이브리드 유/무선 네트워크를 적 용하는 기술들이 널리 사용됨
지멘스의 산업용 무선랜 제품군 - 이더넷 스위치로부터 AP, 무선랜컨트롤러, 안테나, 무선유량계까지 다양하다
2. 사례 1: 지멘스 산업용 무선랜 □ 지멘스의 산업용 무선랜은 IEEE 802. 11의 WLAN 무선 전파표준을 기초로 하고 있 으며 산업용 무선랜(IWLAN: Industrial Wirless LAN)이라는 용어를 처음 사용함 ◦
지멘스의 산업용 무선랜은 IEEE 802. 11의 WLAN 무선 전파표준을 기초로 개 발되어 생산 현장의 설비들을 무선으로 제어함
◦
산업용 애플리케이션의 특수한 요구조건을 충족하기 위해 WLAN 표준에 더하여 부가기능을 갖추고 있는데 바로 iFeatures라는 특수 사양으로 실시간성이 요구되 는 명령 수행을 위한 전용 데이터 전송 속도나 고속 로밍 등이 이에 포함됨
- 3 -
아이씨엔 리포트
◦
www.icnweb.co.kr
지멘스는 무선 긴급차단(wireless emergency shutdown) 기능을 포함한 산업용 무선랜 기능을 제공
◦
종래에는 긴급차단 기능을 구현하기 위해 별도의 배선이 필요했지만 iFeatures를 적용하여 긴급차단 기능을 무선으로 구현한 최초의 업체임
◦
지멘스 테크놀로지의 우수성은 도요타뿐만 아니라, 이 시스템을 채택한 아우디와 폭스바겐 등 유수의 자동차 회사들을 통해서도 입증
자동차 라인에 구축된 무선 긴급차단 기능을 제공하는 산업용 무선랜 솔루션 □ 도요타는 지멘스의 산업용 무선랜에 기반한 컨트롤 시스템을 채용하여 생산성을 대폭 향상시킴 ◦
산업용 무선랜은 생산공정 각 단계의 로봇마다 일일이 각각의 제어장치를 연결했 던 것을 휴대장치 하나당 최대 8대까지의 로봇을 함께 연결함으로써, 현장 시스 템 운영자의 업무 효율을 대폭 증대시킴
◦
현장 인원이 제어 패널을 로봇에 연결하기 위해 최대 30 미터 길이의 케이블을 풀었다 되감는 시간 낭비와 수고스러움을 덜 수 있어, 유연성과 효율성 측면에서 실질적인 혜택을 제공했다는 평가를 받음
□ 최신 개발된 산업용 무선랜의 포트폴리오는 분산 스테이션과 iHOP 기능을 포함
- 4 -
아이씨엔 리포트
◦
www.icnweb.co.kr
특히 iHOP 기능은 해당 구역에 무선 전파간섭이 있는 경우, 이때 해당 액세스 포인트와 그 액세스 포인트와 접속된 무선 리시버에 안정적인 무선 채널로 자동 으로 변경하는 기술임
◦
개방형 산업통신인 프로피넷, 고장 안전 감시 시스템, 무선 네트워크 등이 통합적 으로 구동되는 네트워크를 구축하고 있음
□ 산업용 무선 LAN의 적용분야가 점차 확대되고 있는 추세임 ◦
생산라인을 넘어 크레인, 자동창고, 지하철 터널에 이르기까지 다양한 분야에서 산업용 무선 LAN이 주목받고 있음
◦
산업용 솔루션이 고속성을 제공하면서도 에러 없는 정보전달을 통해 시스템의 안 정성을 확대해 주기 때문
◦
지멘스는 회전하는 모터에 적용하는 애플리케이션, 자동차 제조 라인를 비롯하여, 특히 항만 컨테이너 자동화 솔루션에서 산업용 무선랜의 가치를 강조함
□ Simatic Microbox 하드웨어를 기반으로 한 이 중앙 스테이션은 최대 32개 액세스 포인트를 지원하며, 중앙 위치에서 이들을 구성, 모니터링 및 제어를 수행 ◦
이로써 시운전과 작동을 크게 단순화하고 비용 효율성을 높이는 것이 가능
◦
2개의 컨트롤러를 사용하는 이중화 동작에서는 컨트롤러당 액세스 포인트를 64 개까지 지원할 수 있기 때문에 네트워크 가용성이 더욱 향상됨
◦
이와 같은 개선으로 산업용 무선랜은 점점 증가하는 네트워크 요구사항을 만족하 고 항상 절대적으로 믿을 수 있는 통신을 보장함
3. 사례 2: 삼성전자, 산업용 무선랜 장비 독자 개발 □ 삼성전자가 네트워크 사업의 경쟁력을 강화하기 위해 독자적으로 산업용 무선랜
액
세스포인트(AP)를 개발 ◦
산업용 무선랜 AP는 가정용 제품과는 달리 커버리지가 넓고 접속 수용 인원도
- 5 -
아이씨엔 리포트
www.icnweb.co.kr
많은 것이 특징 ◦
관리 용이성을 확보하기 위해 여러 AP를 하나로 묶어 조작하고 제어하는 무선 컨트롤러(APC)가 포함되는 것도 특징
□ 삼성전자 네트워크 사업부가 이 같은 산업용 무선랜 AP를 독자 개발하는 이유는 기 업과 공공기관이 모바일 오피스 환경의 필요성을 인식함에 따라 유무선통합(FMC Fixced Mobile Convergence) 인프라 구축 시장이 활기를 띠고 있기 때문 ◦
FMC 인프라를 구축하면 사내에서는 무선랜 AP를 통해 무료로 인터넷전화(VoIP) 및 무선 인터넷 사용이 가능
◦
FMC 인프라를 기반으로 스마트폰과 태블릿 등 모바일 기기에서 다양한 업무를 보는 모바일 오피스 환경 구현도 가능
◦
삼성전자는 인터넷프로토콜(IP) 사설교환기(PBX)와 IP폰, 갤럭시 시리즈 스마트 폰·태블릿, 통합커뮤니케이션(UC) 솔루션 등 FMC 인프라 구축 및 모바일 오피스 구현에 관한 일체의 장비 및 기술을 보유하고 있으나, 안정적인 무선랜 AP가 없 어 FMC 구축 프로젝트에서 어려움을 겪어 왔음
III. 표준화와 향후 과제 □ 산업용 이더넷 네트워크 통신 기술과 함께 산업용 무선랜 기술이 인더스트리 제조 현 장에서 영향력을 확대함 ◦
10Gbps까지 확대되고 있는 산업용 이더넷 기술과 함께 산업용 무선랜 기술이 산업전반에서 사용되리라는 것은 2012년에 독일에서 개최된 IEEE workshop on Factory Communication System의 논문 리스트에서도 예측해 볼 수 있음
◦
이 분야에 연구들을 확인할 수 있는 대표적인 국제학회들은 앞서 소개한 WFCS 와 함께 IEEE가 주관하는 ETFA, INDIN 등이 있음
◦
금오공대 김동성 교수는 “이들 학회들은 특히 필드버스 및 관련된 유무선 제어 기술에 대한 학계와 산업계의 논문들이 집중적으로 발표되므로 관련 업체들이 차 세대 제품을 설계할 시에 꼭 참고해야할 부문”이라고 제안 - 6 -
아이씨엔 리포트
www.icnweb.co.kr
□ 산업용 무선랜 관련 기술개발 추진을 위한 고려사항 ◦
국내 업체의 경우 산업용 무선랜 시장을 겨냥한 AP와 부가 장치를 개발하기 위 해서는 Access Point 모드에서 동작 시 WiFi 네트워크의 기본 Unit으로 동작과 더불어 MODBUS/TCP 및 CAN 계열 프로토콜 같은 유선 필드버스를 지원할 수 있는 브리지 등의 기능이 필요
◦
또한 기존 유선망과 연동 시 신뢰성을 증가시킬 수 있는 이중화 및 경로 라우팅 기법들과, 물리적 오류가 발생 시 무결점 동작성과 신뢰성 향상 기법 등이 중요 한 설계 기준이 됨
[참고 자료] * 고속 산업용 무선랜 기술, 자동화기술 * 산업용 무선랜 기술, Siemens * 아이씨엔웹 www.icnweb.kr
- 7 -