2020.08.14

이더넷의 진화는 계속된다··· 산업용 EoTP 표준 및 TSN-무선 결합 움직임 ‘눈길’

Michael Cooney | Network World
이더넷 얼라이언스(EA)와 아브뉴 얼라이언스(Avnue Alliance: AA)가 각기 다른 방식으로 이더넷의 진화를 꾀하고 있다. EA는 트위스티드-페어 이더넷(twisted-pair Ethernet)용 규격을 준비하고 있으며, AA는 이더넷으로 무선 시간 민감형 네트워킹을 구현하려는 시도를 진행 중이다. 
 
ⓒ Andrew Hart (CC BY-SA 2.0)

이더넷(Ethernet) 기반 네트워크의 발전이 계속되는 가운데, 최근 산업 단체 두 곳에서 이를 한 단계 더 발전시킨다는 계획을 발표해 눈길을 끈다. 각각 이더넷 기술을 산업용 OT(운영 기술) 및 무선 시간 민감(time-sensitive) 통신용으로 확장한다는 계획이다.

이더넷 얼라이언스(Ethernet Alliance: EA)는 이번 주, 건물이나 산업 자동화 환경에서 흔히 찾아볼 수 있는 OT 네트워크에 좀더 빠르고 간단한 통신 기능을 제공하기 위한 작업을 추진 중이라고 밝혔다. EA에는 브로드컴(Broadcom), 시스코(Cisco), 델(Dell), 주니퍼(Juniper), 인텔(Intel) 등 다양한 통신업체를 비롯해 대학교 및 업계 기업들이 가입되어 있다.

이 단체가 이번 계획을 발표한 배경에는 최근 IEEE에서 제정된 802.3cg규격이 있다. 이 규격은 SPE(Single-Pair Ethernet)의 사용을 여러 상황에서 규정한다. RS-485 연선(TP) 케이블, RG-6 동축 케이블, 기기장치 케이블 등 광범위한 필드버스 케이블과는 거리가 있는 규격인 셈이다 

EoTP(Ethernet over twisted-pair)
OT 네트워크는 그동안 이더넷 기반 IT 네트워크와 동떨어진 존재였다. 시스코 소속 저명한 엔지니어이기도 한 EA 회장 피터 존스는 “이처럼 이더넷 기반 IT 네트워크와 떨어져 있는 OT 네트워크는 오늘날 효과적으로 작동하기는 하지만 별도의 구식 네트워크 프로토콜을 사용한다. 속도는 보통 31.2kb/초로 느린 데다가 필요한 데이터를 이더넷으로 변환하려면 변환 게이트웨이가 있어야 한다. OP 네트워크의 토폴로지 문제 등을 해결할 목적으로 개발된 것이 바로 SPE다”라고 설명했다.

그는 이어 “2020년에 공개된 IEEE 802.3cg 사양은 그동안 OT 네트워크에 필요했던 표준”이라고 덧붙였다. 

EA는 OT 네트워크 가치를 높이고 업무 성과를 개선할 수 있도록 이 표준의 활용을 돕는다는 방침이다. 궁극적인 목표는 IT의 필요와 OT의 필요를 모두 충족하는 전사적 단일 프로토콜 네트워크이다.

“IT 네트워크와 OT 네트워크의 통합은 4차산업혁명 목표 달성의 관건이다”라고 그는 말했다.

IEEE 802.3cg 전담반은 ‘cg’ 표준을 만드는 과정에서 OT 네트워크의 여러 니즈를 면밀히 살폈다. 여러 전매 버전(proprietary implementations )이 공통적인 요소들을 가지고 있었다. 대부분 RS-485와 전기적으로 호환되고, 2개의 기본 토폴로지가 있으며, 공통 물리적 계층 연선 케이블 한 개를 공유한다. 

팬듀이트(Pnduit) 수석 엔지니어이기도 한 SPE 분과위원장 밥 보스는 SPE가 이더넷과 그 장점 전부를 차용할 수단을 만들어내는 과정에서 이러한 공통 요소를 활용하기 때문에 “이미 있는 것을 다시 만드느라 시간을 낭비하지” 않는다고 말했다.

그는 이어 “SPE는 사용자가 아는 가장 효과적인 방식으로 OT 네트워크용 시설을 설립하게 해준다. SPE는 검증된 토폴로지를 지원하도록 설계되어 있고 비슷한 물리적 계층을 사용하기까지 한다. 많은 SPE 전문가들은 케이블 상태가 양호하면 현재 OT 네트워크의 물리적 계층 요소 재사용이 가능하다고 보고 있다”라고 덧붙였다.

과거에는 OT 네트워크에 이더넷을 적용하려면 정상 BASE-T 이더넷과 연동되도록 네트워크 조정 작업이 필요했다. 효과는 있었지만 장벽이 발생해 채택이 제한됐었다. SPE는 그 장벽을 허문다고 보스는 설명하며, 다음과 같이 말했다. 

“또한, 현재 상용 OT 프로토콜의 문제점 가운데 하나는 앞으로 발생할 기술 간극이다. 이런 중요한 네트워크를 지원하는 내부 지식이 이제 은퇴할 나이가 된 사람들의 머릿속에 갇혀 있다. 따라서, 업무 연속성 측면에서 엄청난 위험이 발생한다. 게다가, 각 기업은 좀더 쾌적하고 생산성 높은 작업장을 만들기 위해 보다 스마트한 건물을 원하는 상황이기 때문에, 지금보다 고도의 기능성이 OT 네트워크에 필요하며 이를 가능하게 하는 핵심 요소는 이더넷이다.”

무선 TSN(Time-sensitive networking over wireless)
5G의 증가와 802.11 개발을 계기로 이더넷의 TSN 기술을 무선으로 확장시키려는 관심이 태동했다. 무선과 이더넷 TSN의 결합을 추진 중인 단체는 아브뉴 얼라이언스(Avnue Alliance: AA)이다. 자동차 업계 및 AV 업체, 이더넷 실리콘 공급 업체 중 95% 이상이 회원인 단체다. 

AA의 관련사로는 시스코, 인텔, 보스(Bose), 보쉬(Bosch), 익스트림(Extreme) 등이 있다. AA는 상호운용성 요건을 규정하고, TSN 인증기관으로서 상호운용 제품 인증 서비스를 제공한다. 단 제품의 실제 물리적 테스트는 AA에서 하지 않고 공인 테스트 시설 조직에서 처리한다. 예를 들면, 뉴햄프셔 대학교 상호운용성 연구소(University of New Hampshire InterOperability Laboratory)가 공인 테스트 시설 중 한 곳이다.

TSN은 IEEE 802.1 TSN 작업 그룹이 개발한 표준 모음이다. TSN 작업 그룹은 다른 유형의 (best-effort) 애플리케이션들과 공유된 랜 내에서 시간 민감형 데이터에 대해 시간 동기화 및 타임라인(결정론적 데이터 전달)을 제공하기 위한 신규 메커니즘 세트를 규정한다고 인텔 수석 엔지니어이자 AA 무선 TSN 작업그룹 의장인 데이브 카발칸티는 설명했다. 

TSN 표준은 802 기반 LAN을 위한 새로운 기능(예: 트래픽 셰이핑, 프레임 선취, 트래픽 스케줄링, 수신 폴리싱, 원활한 이중화)을 규정한다. 네트워크의 모든 부분이 동일한 레퍼런스 시간을 염두에 두고 실행되면 시간 인지 일정에 따라 트래픽을 조율할 수 있다. 시간이 매우 중요한 트래픽의 지연 관리를 개선할 수 있는 한 가지 방법이다. 카발칸티는 이러한 새로운 기능을 통해 이더넷에 대한 트래픽 관리에 완전히 새로운 제어 계층이 제공된다고 말했다.

카발칸티에 따르면, IEEE 802.1 TSN 표준은 지난 3~5년간 특히 산업 시장에서 많이 성장했다. 실제로 TSN을 사용하는 무선 통신의 경우 이동성이 가능해질 뿐만 아니라 유연하고 배선 비용이 줄어든다.

카발칸티는 “무선 TSN 기능의 장점을 예로 들면, 제조업체들의 산업 자동화 및 제어 시스템 재구성이 쉬워지고 모바일 로봇과 자동 안내 차량의 최적화된 경로 설정과 활용도 가능해진다”고 설명했다. 산업 자동화 시스템과 모바일 로봇은 중요한 사용 사례이다. 작업 및 경로의 재구성 가능성과 유연성 및 이동성에 무선이 필수적이기 때문이다.

카발칸티는 “무선 TSN 사용의 또 다른 흥미로운 사례는 전력망 시스템이다. 도달 범위가 지역(예: 변전소)에서 광역(배전과 송전)에 이르기까지 다양하기 때문이다. 산업용 제어 시스템에도 무선 연결이 도움이 될 수 있다. 단 이를 위해서 최고 수준의 결정성(determinism)과 신뢰성이 요구되며 무선 링크에 대한 시간 인지(IEEE 802.1Qbv) 스케줄링에 전적으로 의존하게 된다”라고 덧붙였다.

무선 TSN 확장 실행에는 몇 가지 과제가 있다.

대표적으로 ‘간섭’이 가장 큰 우려 사항이다. 카발칸티는 악의적인 전파 방해에 대한 예민성 역시 우려 사항으로 자주 제기된다고 말했다. 

“위협의 규모는 각각의 특정한 배치 및 애플리케이션에서 고려해야 하지만, 무선 TSN 영역에서 (악의성 여부를 불문하고) 간섭으로 인한 피해 가능성을 완화할 수 있는 도구를 갖추는 것이 중요하다. TSN의 기반은 이더넷 및 무선 표준(IEEE 802.11/와이파이 및 5G)이기 때문에, 이더넷, 802.11, 3GPP 시스템용으로 개발된 표준과 보안 모범 사례를 네트워크에 활용할 수 있다”라고 그는 설명했다.

TSN를 위한 추가 보안 계층도 추가할 수 있다. 이때 사용되는 정밀 타이밍 메커니즘은 IEEE 802.1Qci 사양에 규정된 네트워크 침해의 조기 탐지를 활용한다.  802.1Qci 기능은 시간 민감형 스트림을 식별하고 타이밍 및 일정 정보를 활용하여 패킷을 접수하거나 폐기한다. 맞는 패킷이 맞는 포트로 맞는 시간대에 도착해야 접수된다. 카발칸디는 이 기능을 무선 네트워크에도 확장해야 한다고 강조했다.

카발칸티는 이어 “마지막으로 언급할 부분이 있다. 모든 무선 기술이 현재 TSN 기능을 지원하지도 못하고 지원해서도 안된다. 예를 들어, 와이파이 및 5G에서의 현재 무선 기술과 향후 등장할 무선 기술을 감안할 때, 광역에 걸쳐 고속 이동성이 요구되는 용례는 아직 무선 TSN급 성능에 현실적이지 않은 것으로 보인다”라고 말했다.

TSN은 여러 기본 데이터 통신 기술(예: 이더넷, 802.11/와이파이, 그리고 결국에는 5G)을 활용하는 네트워킹 계층이다. 따라서, TSN는 다른 종류의 연결 기술에 걸쳐 작동하고 이들 기술을 통합할 가능성이 있는 통일 계층으로 볼 수 있다. TSN의 역할은 결정론적으로 엔드투엔드 데이터 제공을 확보하는 것이라고 카발칸티는 설명했다.

그는 이어 “개별 연결 기술이 각각 고유 기능을 실행하여 TSN 목표 달성을 도울 수도 있겠지만, TSN은 그 어떤 특정 연결 기술보다 넓은 범위를 갖고 있다”라고 말했다.

업계 내 다른 단체의 진전과 탄력에도 불구하고, 무선 TSN 기능 출시에는 더 많은 작업이 필요하다. 예를 들면, 무선 전용 TSN 구성 인터페이스, 매개변수, 테스트 절차를 개발해야 한다고 카발칸티는 강조했다. 

“그래서 AA 내부에 무선 TSN 작업 그룹을 만든 것이다. 유무선 기술을 위한 일관된 TSN 인터페이스, 상호운용성 테스트, 인증 노력과 같은 주제에 대한 논의를 일찍 시작하여 조율하는 것이 중요하다는 점이 무선 TSN 작업 그룹의 작업을 통해 부각됐다”라고 그는 말했다. ciokr@idg.co.kr



2020.08.14

이더넷의 진화는 계속된다··· 산업용 EoTP 표준 및 TSN-무선 결합 움직임 ‘눈길’

Michael Cooney | Network World
이더넷 얼라이언스(EA)와 아브뉴 얼라이언스(Avnue Alliance: AA)가 각기 다른 방식으로 이더넷의 진화를 꾀하고 있다. EA는 트위스티드-페어 이더넷(twisted-pair Ethernet)용 규격을 준비하고 있으며, AA는 이더넷으로 무선 시간 민감형 네트워킹을 구현하려는 시도를 진행 중이다. 
 
ⓒ Andrew Hart (CC BY-SA 2.0)

이더넷(Ethernet) 기반 네트워크의 발전이 계속되는 가운데, 최근 산업 단체 두 곳에서 이를 한 단계 더 발전시킨다는 계획을 발표해 눈길을 끈다. 각각 이더넷 기술을 산업용 OT(운영 기술) 및 무선 시간 민감(time-sensitive) 통신용으로 확장한다는 계획이다.

이더넷 얼라이언스(Ethernet Alliance: EA)는 이번 주, 건물이나 산업 자동화 환경에서 흔히 찾아볼 수 있는 OT 네트워크에 좀더 빠르고 간단한 통신 기능을 제공하기 위한 작업을 추진 중이라고 밝혔다. EA에는 브로드컴(Broadcom), 시스코(Cisco), 델(Dell), 주니퍼(Juniper), 인텔(Intel) 등 다양한 통신업체를 비롯해 대학교 및 업계 기업들이 가입되어 있다.

이 단체가 이번 계획을 발표한 배경에는 최근 IEEE에서 제정된 802.3cg규격이 있다. 이 규격은 SPE(Single-Pair Ethernet)의 사용을 여러 상황에서 규정한다. RS-485 연선(TP) 케이블, RG-6 동축 케이블, 기기장치 케이블 등 광범위한 필드버스 케이블과는 거리가 있는 규격인 셈이다 

EoTP(Ethernet over twisted-pair)
OT 네트워크는 그동안 이더넷 기반 IT 네트워크와 동떨어진 존재였다. 시스코 소속 저명한 엔지니어이기도 한 EA 회장 피터 존스는 “이처럼 이더넷 기반 IT 네트워크와 떨어져 있는 OT 네트워크는 오늘날 효과적으로 작동하기는 하지만 별도의 구식 네트워크 프로토콜을 사용한다. 속도는 보통 31.2kb/초로 느린 데다가 필요한 데이터를 이더넷으로 변환하려면 변환 게이트웨이가 있어야 한다. OP 네트워크의 토폴로지 문제 등을 해결할 목적으로 개발된 것이 바로 SPE다”라고 설명했다.

그는 이어 “2020년에 공개된 IEEE 802.3cg 사양은 그동안 OT 네트워크에 필요했던 표준”이라고 덧붙였다. 

EA는 OT 네트워크 가치를 높이고 업무 성과를 개선할 수 있도록 이 표준의 활용을 돕는다는 방침이다. 궁극적인 목표는 IT의 필요와 OT의 필요를 모두 충족하는 전사적 단일 프로토콜 네트워크이다.

“IT 네트워크와 OT 네트워크의 통합은 4차산업혁명 목표 달성의 관건이다”라고 그는 말했다.

IEEE 802.3cg 전담반은 ‘cg’ 표준을 만드는 과정에서 OT 네트워크의 여러 니즈를 면밀히 살폈다. 여러 전매 버전(proprietary implementations )이 공통적인 요소들을 가지고 있었다. 대부분 RS-485와 전기적으로 호환되고, 2개의 기본 토폴로지가 있으며, 공통 물리적 계층 연선 케이블 한 개를 공유한다. 

팬듀이트(Pnduit) 수석 엔지니어이기도 한 SPE 분과위원장 밥 보스는 SPE가 이더넷과 그 장점 전부를 차용할 수단을 만들어내는 과정에서 이러한 공통 요소를 활용하기 때문에 “이미 있는 것을 다시 만드느라 시간을 낭비하지” 않는다고 말했다.

그는 이어 “SPE는 사용자가 아는 가장 효과적인 방식으로 OT 네트워크용 시설을 설립하게 해준다. SPE는 검증된 토폴로지를 지원하도록 설계되어 있고 비슷한 물리적 계층을 사용하기까지 한다. 많은 SPE 전문가들은 케이블 상태가 양호하면 현재 OT 네트워크의 물리적 계층 요소 재사용이 가능하다고 보고 있다”라고 덧붙였다.

과거에는 OT 네트워크에 이더넷을 적용하려면 정상 BASE-T 이더넷과 연동되도록 네트워크 조정 작업이 필요했다. 효과는 있었지만 장벽이 발생해 채택이 제한됐었다. SPE는 그 장벽을 허문다고 보스는 설명하며, 다음과 같이 말했다. 

“또한, 현재 상용 OT 프로토콜의 문제점 가운데 하나는 앞으로 발생할 기술 간극이다. 이런 중요한 네트워크를 지원하는 내부 지식이 이제 은퇴할 나이가 된 사람들의 머릿속에 갇혀 있다. 따라서, 업무 연속성 측면에서 엄청난 위험이 발생한다. 게다가, 각 기업은 좀더 쾌적하고 생산성 높은 작업장을 만들기 위해 보다 스마트한 건물을 원하는 상황이기 때문에, 지금보다 고도의 기능성이 OT 네트워크에 필요하며 이를 가능하게 하는 핵심 요소는 이더넷이다.”

무선 TSN(Time-sensitive networking over wireless)
5G의 증가와 802.11 개발을 계기로 이더넷의 TSN 기술을 무선으로 확장시키려는 관심이 태동했다. 무선과 이더넷 TSN의 결합을 추진 중인 단체는 아브뉴 얼라이언스(Avnue Alliance: AA)이다. 자동차 업계 및 AV 업체, 이더넷 실리콘 공급 업체 중 95% 이상이 회원인 단체다. 

AA의 관련사로는 시스코, 인텔, 보스(Bose), 보쉬(Bosch), 익스트림(Extreme) 등이 있다. AA는 상호운용성 요건을 규정하고, TSN 인증기관으로서 상호운용 제품 인증 서비스를 제공한다. 단 제품의 실제 물리적 테스트는 AA에서 하지 않고 공인 테스트 시설 조직에서 처리한다. 예를 들면, 뉴햄프셔 대학교 상호운용성 연구소(University of New Hampshire InterOperability Laboratory)가 공인 테스트 시설 중 한 곳이다.

TSN은 IEEE 802.1 TSN 작업 그룹이 개발한 표준 모음이다. TSN 작업 그룹은 다른 유형의 (best-effort) 애플리케이션들과 공유된 랜 내에서 시간 민감형 데이터에 대해 시간 동기화 및 타임라인(결정론적 데이터 전달)을 제공하기 위한 신규 메커니즘 세트를 규정한다고 인텔 수석 엔지니어이자 AA 무선 TSN 작업그룹 의장인 데이브 카발칸티는 설명했다. 

TSN 표준은 802 기반 LAN을 위한 새로운 기능(예: 트래픽 셰이핑, 프레임 선취, 트래픽 스케줄링, 수신 폴리싱, 원활한 이중화)을 규정한다. 네트워크의 모든 부분이 동일한 레퍼런스 시간을 염두에 두고 실행되면 시간 인지 일정에 따라 트래픽을 조율할 수 있다. 시간이 매우 중요한 트래픽의 지연 관리를 개선할 수 있는 한 가지 방법이다. 카발칸티는 이러한 새로운 기능을 통해 이더넷에 대한 트래픽 관리에 완전히 새로운 제어 계층이 제공된다고 말했다.

카발칸티에 따르면, IEEE 802.1 TSN 표준은 지난 3~5년간 특히 산업 시장에서 많이 성장했다. 실제로 TSN을 사용하는 무선 통신의 경우 이동성이 가능해질 뿐만 아니라 유연하고 배선 비용이 줄어든다.

카발칸티는 “무선 TSN 기능의 장점을 예로 들면, 제조업체들의 산업 자동화 및 제어 시스템 재구성이 쉬워지고 모바일 로봇과 자동 안내 차량의 최적화된 경로 설정과 활용도 가능해진다”고 설명했다. 산업 자동화 시스템과 모바일 로봇은 중요한 사용 사례이다. 작업 및 경로의 재구성 가능성과 유연성 및 이동성에 무선이 필수적이기 때문이다.

카발칸티는 “무선 TSN 사용의 또 다른 흥미로운 사례는 전력망 시스템이다. 도달 범위가 지역(예: 변전소)에서 광역(배전과 송전)에 이르기까지 다양하기 때문이다. 산업용 제어 시스템에도 무선 연결이 도움이 될 수 있다. 단 이를 위해서 최고 수준의 결정성(determinism)과 신뢰성이 요구되며 무선 링크에 대한 시간 인지(IEEE 802.1Qbv) 스케줄링에 전적으로 의존하게 된다”라고 덧붙였다.

무선 TSN 확장 실행에는 몇 가지 과제가 있다.

대표적으로 ‘간섭’이 가장 큰 우려 사항이다. 카발칸티는 악의적인 전파 방해에 대한 예민성 역시 우려 사항으로 자주 제기된다고 말했다. 

“위협의 규모는 각각의 특정한 배치 및 애플리케이션에서 고려해야 하지만, 무선 TSN 영역에서 (악의성 여부를 불문하고) 간섭으로 인한 피해 가능성을 완화할 수 있는 도구를 갖추는 것이 중요하다. TSN의 기반은 이더넷 및 무선 표준(IEEE 802.11/와이파이 및 5G)이기 때문에, 이더넷, 802.11, 3GPP 시스템용으로 개발된 표준과 보안 모범 사례를 네트워크에 활용할 수 있다”라고 그는 설명했다.

TSN를 위한 추가 보안 계층도 추가할 수 있다. 이때 사용되는 정밀 타이밍 메커니즘은 IEEE 802.1Qci 사양에 규정된 네트워크 침해의 조기 탐지를 활용한다.  802.1Qci 기능은 시간 민감형 스트림을 식별하고 타이밍 및 일정 정보를 활용하여 패킷을 접수하거나 폐기한다. 맞는 패킷이 맞는 포트로 맞는 시간대에 도착해야 접수된다. 카발칸디는 이 기능을 무선 네트워크에도 확장해야 한다고 강조했다.

카발칸티는 이어 “마지막으로 언급할 부분이 있다. 모든 무선 기술이 현재 TSN 기능을 지원하지도 못하고 지원해서도 안된다. 예를 들어, 와이파이 및 5G에서의 현재 무선 기술과 향후 등장할 무선 기술을 감안할 때, 광역에 걸쳐 고속 이동성이 요구되는 용례는 아직 무선 TSN급 성능에 현실적이지 않은 것으로 보인다”라고 말했다.

TSN은 여러 기본 데이터 통신 기술(예: 이더넷, 802.11/와이파이, 그리고 결국에는 5G)을 활용하는 네트워킹 계층이다. 따라서, TSN는 다른 종류의 연결 기술에 걸쳐 작동하고 이들 기술을 통합할 가능성이 있는 통일 계층으로 볼 수 있다. TSN의 역할은 결정론적으로 엔드투엔드 데이터 제공을 확보하는 것이라고 카발칸티는 설명했다.

그는 이어 “개별 연결 기술이 각각 고유 기능을 실행하여 TSN 목표 달성을 도울 수도 있겠지만, TSN은 그 어떤 특정 연결 기술보다 넓은 범위를 갖고 있다”라고 말했다.

업계 내 다른 단체의 진전과 탄력에도 불구하고, 무선 TSN 기능 출시에는 더 많은 작업이 필요하다. 예를 들면, 무선 전용 TSN 구성 인터페이스, 매개변수, 테스트 절차를 개발해야 한다고 카발칸티는 강조했다. 

“그래서 AA 내부에 무선 TSN 작업 그룹을 만든 것이다. 유무선 기술을 위한 일관된 TSN 인터페이스, 상호운용성 테스트, 인증 노력과 같은 주제에 대한 논의를 일찍 시작하여 조율하는 것이 중요하다는 점이 무선 TSN 작업 그룹의 작업을 통해 부각됐다”라고 그는 말했다. ciokr@idg.co.kr

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