글: 워렌 쿠리수(Warren Kurisu), 멘토 그래픽스

사물인터넷(IoT)의 발전 속도가 점점 더 빨라짐에 따라 인터넷 연결 기능을 갖춘 가정과 직장의 장치들에서 수많은 가능성들이 실현되고 있다. 한 업계 보고서에 따르면, 2020년경에는 500억 개에 달하는 지능형 장치들이 인터넷에 연결될 것이라고 한다. 이러한 인터넷 연결 장치들이 어떻게 우리의 삶을 영구적으로 변화시킬 것인지에 많은 관심이 쏠리고 있는 가운데, IoT와 그에 따른 사물들의 연결로 인해 엄청난 변화의 문턱에 서게 된 산업 분야가 하나 있다. 바로 산업 자동화이다.

“산업 4.0” 시대의 도래

산업자동화는 수년 전부터 급격한 기술적 변화를 겪어왔다. 사실, 산업 자동화는 수십 년 전의 M2M(machine-to-machine) 기술 초기부터 꾸준히 발전해왔지만, 이는 주로 생산현장의 기본적인 통신 부문으로만 국한되었었다.

그러나 주로 산업용 사물인터넷(IIoT: Industrial Internet of Things)이나 “산업 4.0(Industry 4.0)”이라고 불리는 이 새로운 산업 자동화의 물결이 도래하면서 지멘스 및 제너럴 일렉트릭(GE)사와 같은 주요 산업 자동화 제조업체들은 장치들 간은 물론 개방된 원격지의 설비와 작업들 간에도 상호운용성을 실현하고 있다.

산업 4.0은 단지 서로 떨어져 있는 몇 개의 장치들이 어떻게 인프라에 연결되느냐에 그치지 않고 이들이 어떻게 연결되느냐 또한 중요한 것이다. 이 새로운 물결로 인해 작업현장의 최종 노드(센서, 액츄에이터, 애그리게이터 등)로부터 IoT 기업 전반에 걸쳐 그리고 궁극적으로는 클라우드 내의 데이터센터에까지 데이터를 전송하는 등 산업 공급망 전면에 걸쳐 더 많은 상호작용과 데이터 교환이 이루어지고 있다. 클라우드가 산업 4.0에서 맡고 있는 역할이 갈수록 더 중요해짐에 따라 사이버 보안의 중요성 역시 증가하고 있다는 점도 잊어서는 안 된다.

지속적인 해결과제들

두 말할 것도 없이 IoT와 산업 자동화는 이제까지 커다란 발전을 이루어왔다. 많은 업체들이 데이터 수집 및 작업 간소화 기술을 터득함으로써 비용 효율성을 개선하였으며 폼팩터와 에너지 소모를 줄였다. 그러나 산업 4.0에 이르러 임베디드 시스템의 복잡성이 증가하고 보다 정교한 시스템온칩(SoC) 아키텍처가 등장함에 따라 우리는 이제 중대한 갈림길에 서 있다.

산업 자동화 제조업체들이 경쟁력을 유지하기 위해서는 다음 사항들을 해결하지 않으면 안 된다:

• 글로벌 시장: 글로벌 시장에서의 경쟁은 자본비용과 운영비용의 절감에 집중하도록 만들고 있다.

• 보안 문제: 장치들과 근거리통신망(LAN) 간의 연결성이 높아지고 교환되는 데이터의 가치 또한 증가함에 따라 사이버 테러는 매우 현실적인 우려사항이 되었으며, 이로 인해 다양한 보안 문제들에 관심이 집중되고 있다.

• 안전성 요건: 산업 자동화 환경에서 발생할 수 있는 부상 관련 비용으로 인해 안전요건을 강화해야 한다는 요구가 증가하고 있다

문제의 해결

산업 자동화 시스템을 위한 신뢰성 있는 솔루션은 앞서 언급된 동향들을 다룰 뿐만 아니라 산업 자동화 제조업체들이 자사 제품의 경쟁력을 높이고 제품 개발 시간을 앞당기는 것은 물론 IIoT 시스템을 가동시키기 위한 노력과 경비를 최소화 할 수 있도록 해줘야만 한다.

이러한 목표가 달성된다면 궁극적으로 보다 빠르고 효율적인 타임투마켓이 실현될 것이다. 또한 업체들은 레거시 시스템으로부터 IIoT로 전환할 때 자신들이 현재 보유하고 있는 임베디드 디자인들을 통합함으로써 소프트웨어 재사용을 최적화하고 산업용 제품라인을 확장하는 한편으로 크기와 전력소비는 줄이고자 한다.


그림 1: 오늘날의 IoT를 위한 산업 자동화 솔루션은 여러 운영체제 환경들의 조합에서 동작할 수 있어야만 한다. 오픈소스 소프트웨어(임베디드 리눅스와 안드로이드)와 상용 실시간 운영체제(RTOS)가 여기에 포함될 수 있으며, 아무런 운영체제도 없이 베어메탈로 동작할 수도 있다. 상용 RTOS가 선택될 경우에는 최신 안전성 인증도 포함되어야 한다.

상용 RTOS의 선택 요건

산업 자동화 솔루션의 핵심부분이 상용 실시간 운영체제(RTOS) 상에서 실행될 예정이라면, 확장 가능하고 완전히 최적화되어 있으며 일련의 산업 자동화 장치 및 시스템에 매우 적합한 RTOS를 선택하는 것이 바람직하다. 좋은 RTOS는 애플리케이션을 분리시키기 위한 사용자 공간 프로세스 모델을 포함하고 있어야 좀더 높은 보안성이 요구될 수도 있는 특정 애플리케이션들을 분리할 수 있다.

또한 RTOS는 최신 안전성 인증을 포함하는 폭 넓은 연결성 및 보안 옵션들도 갖춰야 하며, 최소한 IEC 61508 인증은 갖춰야 한다. 이러한 맥락에서 RTOS가 다른 유형의 통신 인증과도 호환되도록 함으로써 사이버 보안을 위한 산업 통제력을 구축할 것을 권장한다.

RTOS를 사용할 경우에 중요한 또 다른 측면은 RTOS가 크로스 플랫폼 오픈소스 사용자 인터페이스(UI) 개발 프레임워크 상에서 실행될 수 있도록 해야 한다는 것이다. 오늘날 널리 사용되고 있는 UI 개발 플랫폼은 Qt 플랫폼이다. Qt는 시각적 디스플레이 아이템의 라이브러리를 제공하며, 개발자들이 고성능에 풋프린트도 최소화된 RTOS 뿐만 아니라 보다 로컬화되고 사용자 친화적인 UI 그래픽까지 구축할 수 있는 기회를 제공한다.

오픈소스 소프트웨어의 필요성

리눅스와 같은 오픈소스 소프트웨어(OSS) 플랫폼을 선택할 경우, 해당 리눅스 커널은 반드시 상업적으로 지원되며 확장 가능하고 맞춤화 가능한 플랫폼이어야만 한다. Yocto 프로젝트는 사용자들이 독자적인 리눅스 프로젝트에 착수할 수 있도록 도와주는 리눅스 개발 커뮤니티의 예 중 하나이다.

이와 같은 리눅스 플랫폼은 프로젝트 팀들이 신속하고도 효율적으로 생산 단계로 확장해나갈 수 있도록 해준다. 산업 자동화 제품의 경우, 리눅스는 실시간 동작을 위한 PREEMPT_RT와 보안성을 위한 SELinux 같은 첨단 툴 및 지원 기능들에 통합되어야 한다. 선택하는 리눅스는 빠른 부팅 기술, 툴 계측 및 멀티코어 지원 기능(멀티코어 아키텍처의 개발을 가능케 해주는)을 비롯한 독점적 역량들이 보완되어야 한다.

멀티코어 지원의 중요성

모든 산업 자동화 솔루션의 핵심요소 중 하나는 운영체제가 멀티코어 개발을 지원하도록 하는 것이다. 멀티코어 지원 기능은 개발자들이 여러 동종 및 이종 프로세스들 전반에 걸쳐 다수의 운영체제와 애플리케이션들을 구성, 배치 및 관리할 수 있도록 해준다. 멀티코어 개발 지원 기능은 프로세스 간의 통신, 자원 관리/공유 그리고 이종 멀티코어 환경 내의 코어 관리와 관련된 많은 문제들을 관리하는 데 도움을 준다. 신뢰성은 산업 자동화의 모든 면에서 강조되므로, 이종 아키텍처 내에서 작업하는 소프트웨어 개발자는 서브시스템이 고장을 일으키더라도 해당 시스템의 다른 부분들(또는 전체 시스템)이 고장 나거나 성능이 저하되는 일은 없도록 해야 한다.

내장된 연결성과 미들웨어

모든 산업 자동화 솔루션에 있어서 극히 중요한 또 다른 요소는 연결성과 미들웨어의 가용성이다. 적합한 플랫폼은 풍부한 기능을 갖춘 산업 자동화 시스템을 구축하기 위해 수많은 연결성 및 미들웨어 기능들을 포함해야 한다. 이 플랫폼은 또한 OEM사의 클라우드 전략을 지원하기 위한 IoT 기술들도 포함해야 한다. 이러한 기술들로는 CoAP, RESTful API 지원 기능, MQTT 등과 같은 프로토콜 지원 기능이 있다.


그림 2: 전형적인 멀티플랫폼 솔루션은 최종 노드(공급 펌프, 압력 센서, 릴리프 밸브 등)로부터 기업, 그리고 궁극적으로는 클라우드에 이르기까지 산업 자동화를 가능케 해준다

결론

IIoT 솔루션의 구현을 고려하고 있는 산업 소프트웨어 엔지니어나 회사의 CFO에게 있어서 이러한 상황이 의미하는 바는 무엇일까?

첫째, 기업들은 수렴을 통해 보다 높은 수익성을 올릴 수 있다. 산업 자동화에 적합한 IIoT 솔루션은 테스트와 검증을 거친 수많은 기술적 수렴사항들로 이루어져 있다. 이를 통해 가동 시간이 보다 빨라지면서도 취약성은 줄어든다.

이런 종류의 접근 방법은 기업들이 자신들의 제품이나 시장을 차별화하는 데 더 많은 시간을 집중할 수 있도록 해준다. 즉, 전략과 경쟁력을 차별화하는데 집중할 수 있게 되는 것이다.

끝으로, 다수의 런타임 환경과 통합 툴 및 써드파티 기술들을 갖춘 플랫폼을 선택함으로써 손쉽게 새로운 제품 라인이나 기능들을 추가하고, 제품 수명주기를 연장하며, 제품 폼팩터를 축소시키고, 전력소비를 줄일 수 있는 산업 자동화 솔루션을 구축할 수 있다.

자사의 레거시 시스템을 이용하되 위험을 최소화 하고자 하는 산업 자동화 시스템의 임베디드 개발자들에게 있어서는 바로 지금이야말로 IoT와 산업 4.0의 실현 능력을 이용할 때이다.


### 저자 약력:
워렌 쿠리스 씨는 멘토 그래픽스 임베디드 시스템 사업부(ESD)의 제품관리 디렉터로서, Nucleus, Mentor Embedded Linux, Automotive Technology Platform, AUTOSAR 및 가상화 기술을 위한 임베디드 런타임 플랫폼 사업을 관장하고 있다. 항공우주, 네트워킹, 산업, 의료, 자동차 및 컨슈머 분야를 비롯한 다양한 임베디드 산업 분야에서 임베디드 개발자로서 그리고 경영인으로서 30년 가까이 일해온 워렌 쿠리스 씨는 서던 캘리포니아(USC) 대학교에서 전기공학 석사 학위를, 캘리포니아 대학 버클리 캠퍼스에서 경영학 석사(MBA) 학위를 받았다.