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산업용 IoT의 감지 및 측정: 에지 노드

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글/이안 비버스(Ian Beavers), 아나로그 디바이스

산업용 사물인터넷(IoT)의 영역에서는 연결된 기기(connected machines)들 간의 편재형 센싱(pervasive sensing)이 단순히 경쟁 우위가 아닌 필수적이고 기본적인 서비스로 자리매김할 수 있도록 하는 광범위한 변화가 이루어지고 있다. 산업용 IoT는 에지 노드에서부터 시작하며, 이는 감지와 측정으로 가는 출발점이 된다. 에지 노드는 물리 세계와 컴퓨터 데이터 분석 간의 상호 작용이 이루어지는 곳이기도 하다. 온라인으로 연결된 산업 기기들은 중요한 결정을 내리는 데 사용되는 광범위한 정보를 감지할 수 있다. 이러한 에지 센서는 기존의 분석을 저장하고 있는 클라우드 서버로부터 멀리 떨어져 있을 가능성이 높다. 이상적인 환경에서라면 에지 센서 노드는 소형 공칭 폼 팩터 내에서 그다지 눈에 띄지 않기 때문에 공간 제약을 받는 환경에서 쉽게 설치가 가능하다.
감지, 측정, 해석, 연결
산업용 IoT 시리즈 중 첫 번째인 이 글에서는 에지 노드 감지 및 측정 성능이 지니는 기본적인 측면과, 전력 관리 및 보안 요소를 추가적으로 고려했을 때의 데이터 감지, 측정, 해석 및 연결 문제를 보다 큰 IoT 틀에서 분석하고 살펴본다. 또한 각 사안에 해당하는 어려운 문제점을 제시한다. 경우에 따라 초저전력(ULP)이 가장 중요한 성능 기준이 되기도 한다. 잠재 데이터의 대부분은 센서가 주요 이벤트로 인해 대기 모드에서 깨어나는 순간 필터링될 수 있다.
센서는 산업용 IoT 전자 생태계에서 입력단을 구성한다. 측정은 센서로 감지된 정보를 압력, 변위, 회전 같은 정량화할 수 있는 유의미한 값으로 변환하는 과정을 말한다. 해석 단계에서는 에지 분석 및 처리를 통해 측정된 데이터가 작동을 활성화시키는 이벤트로 바뀐다.1 가장 가치 있는 정보만이 노드를 지나 예측이나 기록 처리를 위한 클라우드에 연결되어야 한다. 신호 체인에서 데이터는 수용 가능한 최초 범위를 바탕으로 제거되거나 필터링될 수 있다. 이상적인 상황에서라면, 센서 노드는 반드시 필요한 정보만을 전송하며, 핵심 데이터를 사용할 수 있게 되는 즉시 중요한 결정이 이루어져야 한다.
에지 노드는 유선, 또는 무선 센서 노드(wireless sensor node, WSN)를 통해 외부 네트워크와 연결되어야 한다. 데이터 무결성(data integrity)은 이러한 신호 체인 블록에서 주요한 요소이다. 최적으로 감지 및 측정된 데이터라도 통신이 일정하게 유지되지 않거나 유실되거나 통신에 오류가 생긴다면 쓸모 없는 것이 되고 만다. 통신 과정에서 사라지는 데이터는 고려할 여지가 없다. 전기적으로 잡음이 많이 발생하는 산업 환경은 금속을 많이 사용하는 장치의 무선 주파수 통신에 있어 특히 가혹할 수 있다. 따라서 시스템 아키텍처 설계 시 사전에 통신 프로토콜을 견고하게 설계해야 한다.
ULP 시스템의 전력 관리는 최대 효율을 달성할 수 있도록 전압조정기 부품을 선택하는 것에서부터 시작한다. 그러나 에지 노드의 대기 모드와 작동 모드 전환 주기를 빠르게 하는 방법도 있기 때문에, 시동 및 정지 시간 역시 무시할 수 없다. 외부 트리거나 웨이크업 명령은 데이터 감지와 측정을 시작하도록 에지 노드를 빠르게 깨우는 데 도움이 된다.
데이터 보안 역시 산업용 IoT 시스템에서 반드시 고려해야 하는 사항이다. 에지 내에서의 데이터 보호에 보안이 이루어져야 할 뿐 아니라, 네트워크 게이트웨이에 대한 접근 역시 악의적인 공격으로부터 보호되어야 한다. 범죄 행위를 목적으로 네트워크에 접근하는 스푸핑이 에지 노드에서 발생해서는 안 된다...(중략)