엣지 IIoT 게이트웨이(Edge IIoT Gateway) ?

게이트웨이? 알지...근데 IoT는 알겠는데 IIoT는 또 뭐지?

그리고 요즘 엣지라는 말을 많이 쓰던데 뭐 모서리 그런말 아닌가?

 

엣지 IIoT 게이트웨이(Edge IIoT Gateway)를 쉽게 말하면,

공장이나 현장에 있는 센서·장비의 데이터를 모아서, 필요한 처리를 한 뒤 서버나 클라우드로 보내주는 중간 장치를 말합니다.

여기서 핵심은 Edge + IIoT + Gateway 세 단어입니다.

 

1. IIoT란?

IIoT = Industrial Internet of Things, 즉 산업용 사물인터넷입니다.

예를 들어 공장에 다음과 같은 장비가 있다고 해보겠습니다.

• 온도 센서
• 습도 센서
• 압력 센서
• 모터
• 펌프
• PLC
• 인버터
• 전력계
• 생산설비

이러한 장비들이 발생시키는 데이터를 네트워크를 통해 수집하고 활용하는 것이 IIoT입니다.

 

2. Gateway란?

게이트웨이는 말 그대로 서로 다른 세계를 연결하는 문입니다.

예를 들어:

이 그림과 같이 게이트웨이는  현장 장비와 인터넷/서버 사이에서 통신 규격을 연결해주는 역할을 합니다.

예를 들어 현장에서는

• RS-485 / Modbus RTU / CAN / UART / PLC 통신

등을 사용하고,

상위 시스템에서는

• Ethernet, MQTT,  HTTP/HTTPS, OPC UA, TCP/IP

등을 사용할 수 있습니다.

이 게이트웨이가 이 둘을 연결합니다.

 

3. 그런데 왜 "Edge"인가?

여기가 엣지 게이트웨이의 중요한 특징입니다.

기존 방식은 모든 데이터를 서버로 보내서 처리하는 경우가 많았습니다.

센서 → 게이트웨이 → 서버 → 데이터 분석

Edge 방식은 현장 가까이에 있는 게이트웨이에서 일부 데이터를 직접 처리합니다.

예를 들어 모터의 진동 센서가 1초에 1,000개의 데이터를 발생한다고 해보죠.

그 데이터를 모두 클라우드로 보낼 필요가 없다면 Edge Gateway에서

"진동값이 정상 범위를 벗어났다."

라고 판단한 뒤 이상 발생 데이터만 서버로 전송할 수 있습니다.

그래서

• 통신량 감소
• 응답속도 향상
• 서버 부하 감소
• 인터넷이 끊겨도 일정 부분 독립 동작
• 현장에서 실시간 제어 가능

등의 장점이 있습니다.

 

4. 실제 제품은 어떤 모습인가?

산업용 Edge IIoT Gateway는 보통 다음의 그림과 같은 시스템 구조를 가지고 있습니다.

  그리고 하드웨어를 다시 보면 다음과 같은 구성을 가지고 있습니다.

시중에 나와 있는 제품도 있습니다.

5. 게이트웨이에 들어가는 CPU도 다양합니다

단순한 제품은 MCU를 사용할 수도 있고, 좀 복잡한 제품은 Linux를 돌리는 MPU를 사용합니다.

저사양

예를 들어

• STM32
• Nuvoton
• ESP32
• Renesas MCU

등을 사용해서

센서 → 데이터 수집 → RS-485/Ethernet → 서버

정도의 기능을 수행할 수 있습니다.

중·고사양

• ARM Cortex-A 계열
• Raspberry Pi 계열 SoC
• NXP i.MX
• Rockchip
• TI Sitara

등을 사용하고 Linux를 구동합니다.

이 경우에는

• MQTT
• Docker
• Node-RED
• Python
• 데이터베이스
• OPC UA
• AI 추론

등까지 수행할 수 있습니다.

 

Edge IIoT Gateway의 동작을 다시한번 예를 들어 설명하자면

6. 예를 들어 이런 제품을 생각하면 쉽습니다

공장에 펌프 20대가 있다고 해보겠습니다.

각 펌프에

• 온도센서
• 압력센서
• 전류센서
• 진동센서

가 붙어 있습니다.

게이트웨이는 계속 데이터를 수집하면서

펌프 7의 전류가 평소보다 증가하고 있다.

펌프 12의 진동이 갑자기 증가했다.

같은 것을 현장에서 판단할 수도 있습니다.

이것이 예지보전(Predictive Maintenance) 같은 IIoT의 대표적인 활용 방법입니다.

한마디로 정리하면

일반적인 IoT 게이트웨이

"센서의 데이터를 인터넷으로 전달하는 장치"

라면,

Edge IIoT Gateway

"산업 현장의 각종 장비와 센서 데이터를 수집하고, 현장에서 1차 분석·판단·제어까지 한 후 필요한 데이터만 서버나 클라우드로 전달하는 산업용 컴퓨터"

라고 이해하시면 가장 정확합니다.

그리고 MCU 어플리케이션을 직접 개발하는 입장에서는 Edge IIoT Gateway를 크게 ① 현장 장비와 통신하는 부분 + ② 데이터를 처리하는 CPU/MCU + ③ Ethernet/5G/Wi-Fi 등의 상위 통신 + ④ MQTT/OPC UA 등의 IIoT 프로토콜로 나누어 생각하면 이해하기 쉽습니다.