IIoT 솔루션에서 OPC UA 활용
기존 자동화 시스템과 클라우드 기반 서비스 간의 데이터 교환은 종종 상호운용성과 보안에 대한 우려를 불러일으킵니다. OPC UA는 이러한 우려를 효과적으로 해결하는 데 도움이 되는 보안 기능을 제공합니다.
요약
- 오랫동안 여러 산업 분야에서 표준으로 사용되어 온 OPC(Open Platform Communications)는 간단하고 빠른 구현이 장점이었지만, 확장성과 유연성 측면에서는 한계가 있었습니다.
- 이러한 한계를 개선하기 위해 개발된 OPC UA(Unified Architecture)는 서로 다른 플랫폼에서 자동화 프로세스와 IT 시스템 간의 안전하고 표준화된 통신을 지원합니다.
- 향상된 확장성과 상호운용성을 제공하고 고급 보안 기능을 지원하는 아키텍처로 현대 산업 환경에 적합합니다.
- IIoT 애플리케이션의 경우 OPC UA는 향상된 상호운용성을 통해 다양한 이점을 제공합니다.
OPC UA란 무엇인가요?
2008년에 공개된 OPC UA 프로토콜은 디지털 시스템 간의 상호운용성을 보장하기 위한 주요 표준 중 하나로 자리잡았습니다. 이 솔루션은 IIoT와 같은 개념에도 완전히 부합합니다.
OPC UA의 주요 장점 중 하나는 OPC Classic 및 그 기능과 완전히 호환된다는 점입니다. 다만 OPC Classic은 Windows 시스템에서만 동작하는 반면, OPC UA는 Apple, Android, Linux, Windows를 포함한 다양한 플랫폼을 지원하여 훨씬 광범위한 호환성을 제공합니다.
OPC Classic과 OPC UA는 로컬 및 네트워크 서버 검색, 계층적 데이터 표현, 접근 권한에 기반한 읽기/쓰기 작업 제어와 같은 여러 핵심 기능을 공유합니다. 또한 OPC UA는 기존 컴퓨터, PLC, 마이크로컨트롤러, 클라우드 기반 서버 등 다양한 하드웨어와도 호환됩니다.
OPC UA의 메시지 형식과 보안
OPC UA의 메시지 교환은 Binary UA와 XML이라는 두 가지 주요 형식을 사용하여 계기 레벨과 상위 시스템 레벨 모두에서 일어납니다. 이 형식들은 메시지가 어떻게 인코딩되고 디코딩되는지를 정의합니다.
Binary UA는 필요한 처리 능력은 적으면서 더 높은 성능을 제공하기 때문에 주로 장비 레벨에서 사용됩니다. 이 형식은 속도를 최적화하기 위해 데이터 크기를 고려한 효율적인 인코딩 및 디코딩을 목표로 설계되었습니다.
반면 XML은 상위 레벨의 정보 교환에 사용됩니다. OPC UA 프로토콜을 사용하는 클라이언트는 강력한 직렬화 및 역직렬화 기능을 제공하는 XML 기반 메시지를 해석할 수 있어 XML은 복잡한 데이터 처리에서 더 강력한 성능을 제공합니다.
보안 측면에서 OPC Classic은 Microsoft의 COM 및 DCOM 프로토콜에 의존합니다. 이에 반해 OPC UA는 공개 키 기반 구조(Public Key Infrastructure, PKI)와 산업 표준 x.509 인증서를 통합한 자체적인 포괄적 보안 프레임워크를 사용합니다. 또한 인증, 암호화, 권한 부여 등 다양한 고급 보안 기능을 지원해 데이터 무결성과 기밀성을 보장합니다.
프로토콜 통신
OPC UA는 클라이언트와 서버 간의 통신을 정의하기 위해 OPC TCP와 SOAP/HTTP(s)라는 두 가지 전송 프로토콜을 사용합니다. OPC TCP는 전용 프로토콜로, OPC UA 클라이언트만 전송된 정보를 해석할 수 있습니다. 통신은 클라이언트와 서버 간에 양방향으로 이루어지고 이진 구조로 안전하게 패키징됩니다.
SOAP를 통해 전송되는 메시지는 HTTP(s)를 사용합니다. OPC TCP와 달리 이 방식은 더 광범위한 데이터 해석 가능성을 제공하고 표준 웹 브라우저를 통해서도 접근할 수 있습니다. 이 방법은 산업 환경에서 널리 사용되고 있습니다.
IIoT에서 OPC UA 장점과 활용
OPC UA 프로토콜은 플랫폼 간 상호운용성을 지원하는 동시에 보안성과 확장성을 보장합니다. 이러한 이유로 IIoT 시스템 통합을 달성하기 위한 핵심 표준으로 널리 인식되고 있습니다.
OPC UA를 통한 통신은 투명하게 이루어지며 서로 다른 제조업체 간 통합의 어려움을 크게 줄여줍니다. 그 결과 제조업체들이 이 프로토콜을 사용해 모든 관련 정보를 제공해야 할 필요성이 점점 커지고 있습니다.
Netilion 생태계 - IIoT 아키텍처
OPC UA는 현장 계기의 데이터를 상위 시스템으로 통합하기 위한 명확하고 효율적인 방법을 제공합니다. MQTT(Message Queuing Telemetry Transport) 역시 직접 계기 연결에 널리 사용되지만, 산업 환경에서 구조화되고 안전한 데이터 교환을 위해서는 OPC UA가 여전히 핵심 역할을 합니다.
JavaScript, JSON, REST API와 함께 OPC UA 적용
IIoT에서 주요 과제 중 하나는 수집된 데이터를 분석에 활용해 실행 가능한 정보를 도출하는 것입니다. OPC Foundation은 API와 함께 OPC UA를 적용하는 사례를 제시했으며, Netilion과 같은 IIoT 서비스를 사용해 유사한 접근 방식을 구현할 수 있습니다.
Netilion Connect는 OPC 서버 애드온을 포함한 API 기반 연결 서비스로, OPC UA 클라이언트와의 통합을 간단하게 만듭니다. OPC UA 서버를 통해 데이터를 MES나 SCADA와 같은 다른 솔루션으로 원활하게 통합할 수 있습니다.
OPC UA 서버를 클라이언트 애플리케이션을 위한 연결 계층으로 사용하는 것은 여러 가지 장점을 제공합니다. 로컬 설치가 필요 없어 초기 인프라 비용과 유지보수 부담을 줄일 수 있으며, 인터넷 연결만 있으면 되기 때문에 빠르고 비용 효율적인 배포가 가능합니다.
데이터 수집의 경우 일반적으로 프로그래밍에는 JSON을, 구현에는 JavaScript를 사용합니다. IT와 자동화의 융합이 계속됨에 따라 이러한 프로그래밍 언어들이 산업 환경에서도 점점 더 보편화될 것입니다.
