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기술동향 <기술동향: 네트워크> 산업용 사물인터넷 네트워크 기술 동향

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작성자 댓글 0건 조회 6,378회 작성일 21-11-04 13:38

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그림 1. DSME Multi-Superframe 구조 



서론

사물인터넷(IoT: Internet of Things)은 지능사물들이 인터넷에 연결되어 네트워크를 통해 사람과 사물(물리 또는 가상), 사물과 사물 간에 상호 소통하고, 상황 인식 기반의 지식이 결합되어 지능적인 서비스를 제공하는 IT 인프라이며, 스마트 디바이스, 모바일, 클라우드, 빅데이터 기술 등과 융합하여 개방과 공유를 지향하는 4차 산업혁명의 핵심 기술이다(1).


전 세계적으로 2021년까지 250억 개의 장치가 연결되고, 전 세계 IIoT 시장이 연평균 29.4%의 고속 성장을 이어가 2025년에 9,494억 달러(약 1,065조 원) 규모까지 성장할 것이라고 전망된다(2). 국내 스마트공장 시장 규모는 2016년 3조 8천억 원에서 2021년 6조 3천억 원 규모로 전망되고, 산업용 IIoT 네트워크 시장의 경우 2024년 2,085억 원 규모로 전망된다.


산업용 사물인터넷은 지능사물(AIoT), 빅데이터 분석, 디지털 트윈 등의 첨단 산업 기술을 융합하여 원격 계측, 측정, 모니터링에서 제어, 관리 및 예측 유지보수에 이르는 모든 분야를 지원하여, 효율성과 생산성 향상을 목적으로 한다.

산업용 사물인터넷은 산업현장(공장, 연구소, 물류센터, 판매장 등)에서 스마트 센서 정보를 공유할 수 있는 기술로써, 스마트 팩토리 생산 라인의 제조설비 유지관리 및 건전성 모니터링, 산업안전 모니터링, 위험물질 상태 관리, 스마트 미터링, 스마트 시티 및 스마트 에너지 관리 등 IoT 네트워크 시설을 통해 실시간/고신뢰성 모니터링 및 빅데이터화를 통하여 산업 생산성 및 효율성을 제공할 수 있는 기술이다.


일반 사물인터넷 네트워크에 비하여 산업용 사물인터넷 네트워크의 특징은 다음과 같다. 첫 번째는 실시간 데이터 전송 지원, 두 번째는 대규모 네트워크 지원, 세 번째는 10년 이상의 네트워크 수명 지원, 마지막으로 높은 수준의 보안성 지원이다.

본고에서는 산업용 사물인터넷 관련된 IEEE 802.15.4e 표준 기술을 소개하고, 현재 산업현장에서 구축해서 사용하고 있는 최신 산업용 사물인터넷 기술 동향을 소개한다.


IEEE802.15.4e 표준기술 개요

기존의 IEEE802.15.4 기술은 비교적 간단한 서비스를 고려한 표준기술로 산업용 IoT 서비스 적용에 많은 제약 사항이 있었다. 이를 해결하기 위해 IEEE802 WG15 산하 TG4e 표준그룹이 2006년 시작되어 2012년 표준이 제정되었다.


IEEE802.15.4e 표준 기술은 공장자동화, 플랜트 공정 제어 등의 산업용 IoT 서비스를 위한 IEEE802.15.4 MAC Amendment 규격으로, 산업용 IoT 서비스를 위한 높은 신뢰성, 낮은 지연시간, 저전력 성능 등을 위해 다음과 같은 기술이 적용된다.

첫째, 채널 호핑 및 채널 적응으로 이루어진 채널 다이버시티 기술을 적용하여 높은 데이터 전송 신뢰성을 보장한다.

둘째, 멀티홉 TDMA MAC 기반의 타임슬롯 할당방식 전송방법을 제공하여 서비스에서 요구하는 데이터 전송 지연시간을 만족한다.

셋째, 데이터 전송 경로별 타임슬롯을 할당하여 네트워크에 참여하는 모든 디바이스들은 각 노드의 타임슬롯 구조에서 할당된 구간에서만 데이터를 송수신하고, 그 이외의 구간에서는 저전력 모드로 전환하여 네트워크 전체 저전력 성능을 향상시킨다.


IEEE802.15.4e은 크게 DSME 모드, TSCH 모드, LLDN 모드 등의 세부기술로 구성된다.

DSME 기술은 비컨(Beacon) 모드 기반 멀티홉 TDMA MAC 기술로 멀티슈퍼프레임 구조를 지원한다. <그림 1>과 같이 DSME 멀티슈퍼프레임 구조는 DSME-GTS 슬롯(Slot) 확장 구조인 CAP Reduction 옵션 구조를 포함한다. 멀티슈퍼프레임의 구성 parameter는 MO 값으로 표현되며, DSME-GTS 자원의 단위를 의미한다(3).


DSME 기술은 주기적인 비컨 프레임 수신을 통해 멀티홉 시각동기 기능을 지원함으로써 TDMA MAC 기능을 제공한다. 네트워크 채널 정보를 수집하여 채널 호핑 리스트를 생성하고 이를 비컨 프레임을 통해 모든 디바이스가 채널 호핑 기능을 수행한다. 또한 IEEE802.15.4 슈퍼프레임 구조와 호환이 가능하게 설계되어 시스템 확장성 및 재사용성이 용이하다.

TSCH는 Non-beacon 모드 기반 멀티홉 TDMA MAC 기술로 Slotframes 구조를 지원한다. TSCH Slotframes 구조를 <그림 2>와 같이 나타낸다(3).


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그림 2. TSCH Slotframes 구조
 



(후략)



강호용, 박미룡, 이승식 / ETRI 자율형IoT연구실

박찬원 / ETRI 지능화정책연구실

신창섭 / ()올뉴시스템즈

본 기사는 2021년 11월호에 게재되었습니다. 


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