ETG, Martin Rostan, 4차 산업혁명 시대에 부상하는 TSN 기술 [월간CONTROL 2018/8]

4차 산업혁명 시대에 부상하는 TSN 기술

EtherCAT은 TSN을 안정적으로 유지하고

변화없이 동시에 사용할 수 있는 방법을 고안했다

Martin Rostan Executive Director / ETG 그룹

Q. TSN이 많이 부상하고 있는데 Industry 4.0과 IIoT와 관련해 TSN이 부상하고 있는 이유가 무엇이라고 보는가.

A. 제가 보기에는 TSN과 4차 산업혁명은 현실로, 이 두가지가 동시에 발전하고 있기 때문에 같이 얘기되고 있을 뿐 특별히 연결이 되어 있지는 않다. 그리고 IIoT나 Industry 4.0을 보면 지금 성능 향상을 꾀하고 있는 시기이다. 그래서 미래에 가능하다고 보는 TSN과 IIoT가 필요로 하는 실시간 통신이 잘 어울린다는 생각에서 같이 이야기 되고 있는 것 같다. 현재 실시간이 가능한 영역을 기계에서 기계와 클라우드까지의 연결로 확장하고자 하는 생각들이 있기 때문으로 생각된다. 일부 애플리케이션에 있어서는 이 두가지가 좋은 조합이 될 수는 있겠지만 우리가 기계 네트워크에서 보는 실시간 같은 기능은 구현하기 어렵지 않을까 생각한다. 우리가 보기에는 한가지 컨피그레이션으로 클라우드에서 센서로 연결하기는 불가능하다고 보고 있다.

Q. TSN이 매스 커스터마이제이션에 어떻게 기여할 수 있는가.

A. 대량 맞춤화에 가장 큰 도전과제는 아주 빠르게 정보를 기계로 전달하는데 있다. 그래서 더 많은 데이터를 더 빠르게 기계에 전달할 수 있으면 대량 맞춤화가 용이해진다. 원리만 보면 실시간 통신이 가능해지면 대량 맞춤화가 더 쉬워 보인다. 그렇지만 기존 네트워크 성능만으로도 이와 같은 정보를 기계로 전달하는데 충분하다고 생각한다. 왜냐하면 맞춤 제품이라 하더라도 제품 하나가 하나의 공식을 사용할텐데 그 공식을 다운로드 받는 시간과 그 제품을 제조하는 시간을 비교했을 때, 제조하는 시간이 다운로드 시간보다 더 오래 걸리면 지금의 네트워크로도 충분하다는 이야기 이다. 그래서 정보를 기계까지 가져가는 것이 병목현상을 일으키지는 않을 것이라고 생각한다. 그렇지만 미래의 TSN 기반의 네트워크들은 새로운 아키텍처들을 탄생시킬 것이라고 생각한다. 하나의 사례를 말하겠다. 지금 성능이 좋은 PC들을 공장이 있는 서버룸에서 사용할 수 있다. 그리고 이 서버룸에서 여러기계들을 한꺼번에 통제할 수 있다.

기술적으로 TSN이 있으면 이것이 가능할 것이다. 그렇지만 그것이 꼭 필요한지를 생각해봐야 한다. 아마도 그렇지는 않을 것으로 생각한다. 동시에 여러 기계를 한꺼번에 통제하다 보면 하나씩 순차적으로 사용할 수 없기 때문에 현실적으로 적용해보면 오히려 다른 문제점들이 생기기 마련이다. 그렇지만 아직은 개발 초기 단계이기 때문에 앞으로 어떻게 진화할지는 두고 봐야 할 것 같다.

Q. EtherCAT이 어떻게 이질감 없이 TSN과 공유할 수 있는가.

A. 사실 이 기술의 핵심은 이 두가지 기술이 같은 환경에서 이음새 없이 존재할 수 있다는 것이다. 다시 말하면 TSN이 원래 목표로 했던 기능을 그대로 사용하는 것이 우리의 접근이다. 그리고 TSN의 원래 의도는 모든 센서에 TSN이 다 들어가는 것이 아니다. 그리고 우리의 네트워크를 완전히 바꿔야만 TSN을 사용하는 것도 아니다. 그럼에도 불구하고 이 미래의 기술로부터 많은 효과를 얻을 수 있다. 아주 간단한 방식이다. 강조할 것은 EtherCAT의 경우에는 기능적 원리에 따라 세그먼트당 프레임 하나만 있으면 되며, 한 사이클당 수천개 프레임을 필요로 하는 기술이 아니어서 TSN 입장에서도 부하가 굉장히 가볍다고 볼 수 있다. 그러한 측면에서 EtherCAT과 TSN이 잘 어울린다고 생각한다.

Q. TSN 관련 Liaison 관계라고 했는데 EtherCAT 이외 다른 필드버스는 이런 경우가 없나. 또 하나 앞으로 협력 관계를 어떻게 가져갈 것인가.

A. 저희가 유일하지는 않다고 알고 있다. 다른 기관도 Liaison 관계를 맺고 있다. 그렇게 되면서 IEEE와 필드버스 기관들과의 상호 작용이 더 개선될 것이라고 생각한다. 우리가 알기로는 O P C가 아직은 Liaison이 되지는 못했지만 더 열심히 노력 중에 있는 것으로 알고 있다. 생각해보면 산업용 이더넷 기술에 있어 TSN의 적용 방법은 다양하게 나타나는데 EtherCAT은 안정적으로 유지하고 변화없이 TSN을 같이 사용할 수 있는 방법을 고안했지만 다른 산업용 이더넷 기관들은 TSN을 사용하기 위해서는 다른 버전이 있어야 하지 않을까라고 생각하고 있다.

Q. TSN 관련 테스트 베드가 2개가 있는데 각각 다른 기관에서 주도하고 있다.

A. 여러 기관들의 역할이 다르다. IEEE는 표준을 담당하고 있다. OPC가 IEEE와 상호 작용을 해서 필요한 것은 specification이다. 지금은 IIC 외에도 여러 기관들이 TSN 테스트베드가 되기 위해 노력하고 있다. 우리는 독일의 테스트베드에 참여하고 있다. IIC 등 여러 기관들이 현재 가장 중요한 TSN 테스트 베드가 되기 위해 노력하고 있다. 테스트베드의 전쟁에서 승자는 누가될지 불명확한 상황이다. 내가 OPC 재단을 대변할 수 있는 사람은 아니지만 ETG가 OPC 재단과 협력을 위한 MOU를 체결했기 때문에 우리도 OPC 재단 발전에 기여하고 있다. 지금 현재로서는 OPC UA나 TSN을 위한 specification은 없는 상황으로 지금 진행 중에 있다.

Q. EtherCAT과 TSN 미래 시나리오와 관련해 가상환경이 현실 환경과 차이가 있을 것 같은데.

A. 사실 제가 보여드렸던 공정은 지금까지 우리가 수많은 기계 네트워크를 경험하면서 아주 전형적인 네트워크를 보여줬다고 생각한다. 그리고 EtherCAT 제품 제조업체들과도 논의한 것이다. 예를 들어 모든 상황과 공정을 아주 전형적으로 소형, 중형, 대형에 적용해 만든 시나리오이다. 그래서 일부 과학논문들을 보면 실제 현장에 대한 지식이나 자료가 없기 때문에 굉장히 비현실적인 시나리오을 토대로 논문을 작성하는 것에 반해 우리 같은 경우는 실제 경험과 공장들과의 협력을 통해 진행했기 때문에 훨씬 현실적인 수치들을 보여줬다고 생각한다. 그렇지만 시나리오에 따라 얼마든지 TSN이 EtherCAT에 비해 빨라 보일 수 있다. 어떤 시나리오를 보면 드라이브 하나당 사이클 1개에 64 바이트를 사용한다는 시나리오도 있었다. 하지만 실제로 64바이트를 사이클당 사용하는 기계를 본 적이 없다. 보통은 4바이트 정도고 아주 크면 8~12바이트 정도이다. EtherCAT의 가장 유리한 시나리오를 만들려면 4바이트를 선택했을 것이다. 그렇지만 우리가 가장 현실적으로 만들기 위해서 EtherCAT에서 가장 불리한 12바이트를 기준으로 했다. 이 안에도 특정 성능이 적용되어야 시나리오가 제대로 활용되는데 여기에 보면 슬랫 프로세싱을 위해서 아주 빠른 로컬 버스가 있다는 것을 가정했고, 또 확장 버스도 굉장히 빠른 네트워크가 있다고 가정했다. 200 마이크로 세컨드라는 아주 좋은 조건의 속도를 설정했다. 그렇지만 사실 오늘날의 제품은 2.5 밀리 세컨드를 요구하는 제품들도 있다. 빠른 것은 1밀리 세컨드까지도 내려간다. 그런데 공정성을 위해서 200 밀리 마이크로세컨드로 가정했다.

Q. 4차 산업혁명에서는 노드수가 증가할 수밖에 없는데 TSN은 노드수의 제한은 없는가.

A. 현시점에서는 이론적인 제한이 있다고 생각하지 않는다. 그러나 실제 적용해보면 분명히 제한은 있을 것이다. IEEE 내에서 TSN 위원회가 논의하고 있는 부분 중 하나이다. 우리가 네트워크의 세그멘테이션을 주장하고 있다. 그래서 처리 가능한 규모로 유지하기 위해 노력하고 있다. 그렇지만 일부 기관에서는 전체 공장을 한번에 컨피그레이션 할 수 있다고 접근하는 기관도 있다. 그런데 이러한 기관들에게 예를 들어 자동차 공장의 파워 트레인을 제조하는 공장을 설명을 해주면 그 구조 자체를 보고 놀라는 경우가 많다. 그 구조에 대한 지식이 없이 컨피그레이션을 했고, 실제구조를 보여주면 굉장히 놀라는 경우가 많다. 또 말했다시피 해당 위원회의 위원 60명 중 55명은 산업자 동화 전문가가 아니다.

Q. 스위치 업체들이 EtherCAT을 지원하겠다고 했는데 아직 제품이 나오지는 않은 건가.

A. 제품 없이 표명이 맞다. 그렇지만 지금 현재는 TSN 자체가 제품 없는 표명이다.

Q. EtherCAT 협회 일정에서는 테스트베드 참여일정이 어떻게 되는가.

A. 우리가 올해 초부터 독일에서 진행되고 있는 테스트베드에 참여하고 있다. ETG가 TSN 스위치를 제조하고 있지는 않기 때문에 현재 사용할 수 있는 시중에 나와 있는 스위치들을 사용하고 있다. 그래서 우리가 프로토타입에는 오픈 모드 디바이스로서 Stream adaptation을 사용하고 있다. 지금 현재 테스트베드 환경 속에서 실제 사용하고 있다. TSN을 위해 제품을 가지고 있는 업체들은 없기 때문에 우리 또한 프로토타입 형태로 여러개의 Stream adaptation 기기들을 하노버에서 데모를 한 바 있다. TSN에 있어서 현재의 가장 큰 도전 과제는 컨피그레이션이고, 우리가 이 컨피그레이션 개발에 기여하고 있다. 그 문제를 해결되지 않는 한 TSN을 폭넓게 적용하기는 어려울 것이다. 예상할 때 실제 현실 속에서 TSN 애플리케이션을 보려면 최소 2~3년은 있어야 할 것 같다.

Q. EtherCAT이 아시아 시장에서 인기 있는 이유는.

A. 세가지 이유가 있다고 생각한다. 첫 번째이자 가장 중요한 이유는 그 기술 자체가 설득력이 있다고 생각한다. 엔지니어 입장에서는 아주 독특하면서도 신뢰 가능한 기능을 좋아하는 것 같다. 그리고 이를 통해 이익에 대해 잘 이해하고 있다. 두 번째는 EtherCAT은 진정한 의미의 오픈 기술이기 때문이다. 대부분의 필드버스 네트워크들이 스스로 개방형이라고 말하지만 실제 사용해보면 원하는 정보를 다 얻는 경우는 없다. 예를 들어 EtherCAT의 경우 우리 스펙 자체를 한국어, 일본어, 중국어로 번역해 보급하고 있다. 그리고 아시아에서 우리 팀 자체가 이 기술에 대해 정말 열정적으로 좋아하고 중요하다고 생각하는 좋은 팀원들이 있기 때문이다. 엔지니어들의 피드백을 받아보면 아시아뿐만 아니라 전 세계에 있는 우리 팀들이 아주 열정적으로 이 기술에 대해 정보를 제공하고 있고 도움을 제공받고 있다고 말한다.

Q. 작년에 Beckhhof가 프로세스 오토메이션 분야 강화를 위한 조직을 만들었다. EtherCAT의 PA 분야에서의 경쟁력은 어떤가.

A. EtherCAT은 이미 다양한 PA 애플리케이션에서 사용되고 있다. 그렇지만 강화해야 하는 것은 물리적 레이어 중에 완전히 EtherCAT을 사용하기에 안정적인 레이어는 없다. 따라서 대부분 산업용 이더넷 제품의 경우 PA에 적용하기 전에 별도의 인터페이스를 사용하고 있다. 그렇지만 PA가 늘 내재적 안정성을 필요로 하는 것은 아니다. 대부분의 경우에는 내재적 안정성 보다는 유연한 토폴리지나 장거리에서 사용할 수 있는 기능, 가용성이 높은 것을 요한다. 그리고 노드수가 많아지기 때문에 컨피그레이션이 간단해야 한다. EtherCAT은 이와 같은 기능을 모두 지원하고 있다. 따라서 프로세스 중심의 애플리케이션에서 EtherCAT을 많이 찾아 볼 수 있다. 채광, 식품 가공, 폐수처리 분야 등에서 EtherCAT을 많이 찾아볼 수 있다. 지금 IEC에서 여러 개발 중인 것 중에 보다 적합한 물리적 레이어가 탄생할 수도 있을 것으로 보인다. EtherCAT은 이 부분에 기여하고 있다.