링의 제왕 - 비관리형 이더넷 스위치에서의 링 이중화 구현

하르팅 산업용 이더넷 스위치 Scon 시리즈 링 이중화 솔루션

 

자동화 IT는 기업 작업흐름의 유효성을 강화하는 표준 이더넷 기반 통신플랫폼이다. 사무실부터 작업현장에서 사용하는 애플리케이션 전체 세트는 공통플랫폼에서 실행된다. 하르팅의 비관리형 스위치의 링 이중화 솔루션 및 sCon 시리즈는 이와 같은 복잡한 제어환경을 처리하기 위해 고안된 것이다.

 

글_ 칼스턴 웬트(Carsten Wendt) / Product Manager ICPN, HARTING Technology Group

 

그림 1. 비관리형 이더넷 스위치에서의 이중화 시스템 구현(아래)

비관리형 스위치를 이용한 링 이중화로 산업자동화 네트워트 100% 활용 가능

 

이더넷 기반 자동화 IT는 이산 필드버스 구조보다 복잡하다. 능동 네트워크 장치의 선택 및 구성은 훨씬 정교해야 하기 때문에, 논리적 및 물리적 네트워크 분할은 더 큰 문제이다. 최초로 링을 구성하기 위해 하르팅 sCon 시리즈 비관리형 이더넷 스위치(unmanaged ethernet switches)를 함께 연결함으로써 자동화 IT의 유용성을 높이고 네트워크 구성을 최적화하는 방법을 제공하였다. 이러한 솔루션으로 인해 사용자의 이용이 더 용이해졌다. 산업표준 회복시간은 추가 프로세서를 필요로 하지 않고도 달성할 수 있기 때문에 그로 인해 설치 시 시간을 절감하고 재료비를 줄일 수 있다.

 

관리비용 없음

 

링 토폴로지는 필드버스(fieldbus) 세계에서 차용되었기 때문에 시스템을 제어하기 위해 과거에 필드버스 솔루션이 배치되었던 다수의 애플리케이션에서 정말로 필요한 것이다. 사무환경에서 일반적으로 사용하는 스타 토폴로지는 케이블 요건이 엄청나기 때문에 적합하지 않다. 최소 추가 케이블은 라인 토폴로지를 차단하고 링을 형성하기 위해 필요한 것으로 시스템 유용성을 상당히 높인다. 표준 라인 토폴로지의 경우, 한 장치가 고장나거나 케이블 결함이 발생하면 데이터통신이 완전히 고장난다. 링 토폴로지 및 백업 솔루션은 이 문제를 해결하기 위해 개발되었다. 장점이 알려지기 까지 오랜 시간이 걸렸지만, 지금까지 비관리형 스위치를 위한 간단하면서 비용효과적인 링 이중화 솔루션은 없었다. 래피드 스패닝 트리(RSTP) 프로토콜을 이용한 독점적이거나 또는 IEEE 802.3 기반 솔루션은 관리형 스위치 (managed switches)에서 이용할 수 있다. 장애극복 및 회복 시간은 최근 몇 년에 걸쳐 더욱 감소되고 있다. 이 솔루션은 비용이 너무 비싸서 필드 레벨 애플리케이션의 경우 설치노력이 너무 많이 필요하다.

 

그림 2. 비관리형 이더넷 스위치 sCon 3000 시리즈(아래)

오히려 간단한 링 이중화(redundancy)가 사용자의 요구에 더 적합하다. 이전의 비관리형 및 관리형 솔루션과 관계없이 하르팅 시스템이 설정한 것은 USB 포트 위에 시스템을 구성할 수 있는 능력이다. 스위치 설정은 간단한 사용자 인터페이스를 이용하는 표준 USB 포트를 통해 수정할 수 있다. 이전 솔루션의 경우, 관리형 이더넷 스위치만이 포트 미러링, 포트 이중화, 포트 우선순위 및 링 이중화와 같은 기능을 제공했다. 하르팅 sCon은 개별 애플리케이션의 특정 요건에 적응시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 지역조건이 바뀔 경우, 변화를 반영하기 위해 스위치를 신속하고 용이하게 재구성할 수 있다. 구성은 수 초내에 스위치로 전송되고, 재구성된 스위치는 즉시 작동상태로 돌아간다. 이더넷 스위치가 구성되지 않았을 경우, 표준 매개변수를 이용해 플러그 앤 플레이 스위치로 실행된다.

sCon은 또한 링 이중화를 지원할 뿐 아니라 평행 이중화 기능도 제공한다. 다른 비관리형 스위치와 비교했을때 상기 2가지 기능은 사용자가 정말로 필요로 하는 것을 제공하는 중요한 장점이다. 거의 100%인 시스템 유용성은 현재 업계에서 기대되는 성능표준이 되었다. 고장시간은 최대 1% 이하이거나 1-2% 범위에서만 허용된다. 이런 조건 하에서 몇 초간의 능동링크를 손실하는 것은 허용되지 않는다. sCon 스위치는 링 및 평행 이중화를 제공하기 때문에 이와 같은 위험을 제거한다.

 

더블 이중화는 고장에 대한 최대 보호기능을 제공한다

 

스위치가 구성되고 나면, 스위치는 2개의 포트가 연결되었는지를 자동으로 탐지하고 링크 중 하나를 해제한다. 단지 수 밀리초(a few milliseconds) 간격으로, 스위치는 능동 링크가 여전히 작동하는지를 검증한다. 능동 링크가 케이블 결함이나 기타 연결문제로 손실될 경우, 손실이 즉시 탐지되고 수동 포트가 수 밀리초 이내에 작동한다. 정상적으로 백업의 차단과 작동 사이에 40ms 정도가 경과한다. 관리형 이더넷 스위치 및 래피트 스패닝 트리 기능을 이용해 네트워크를 재구성하는 시간보다도 2차 링크를 작동하는데 걸리는 시간이 더 짧다.
평행 이중화(Parallel redundancy)는 2개 포트 또는 스위치간 연결로 제한되지 않는다. 2개 스위치에 있는 최대 4개의 포트는 이 기능을 이용해 구성할 수 있다. 이 기능을 이용하면, 최대 신뢰성을 보장하기 위해 sCon 스위치를 이용해 중복된 라인 토폴로지를 배치할 수 있다.

 

그림 3. sCon 링과 평행 이중화의 결합(아래)

 

sCon 링을 이용한 무한한 가능성

 

평행 이중화는 솔루션 범위를 확장하는 기능만 제공하는게 아니다. sCon 링 이중화는 애플리케이션 인벨롭을 확장하기도 한다. 일부 비관리형 이더넷 스위치는 링 이중화를 이용해 구리 또는 광섬유 링에 연결할 수 있다. 공학솔루션은 스위치간 기술을 기반으로 하기때문에 sCon 링의 노드 수를 제한할 필요가 없다. 10개의 노드를 이용한 링 설치의 회복 시간은 스위치 당 40ms이다. sCon 링의 설계 및 작동모드 때문에 이더넷 스위치의 수는 상기 수치에 최소의 영향을 미친다. 추가적인 이더넷 스위치는 회복 시간을 40ms까지만 높일 뿐이다. sCon 링의 장애극복 시간은 기존 솔루션과 유사하다. 네트워크 성능은 sCon 링의 추가 프레임 또는 와치독에 의해 떨어지지 않는다.

sCon 링의 운용은 매우 간단하게 유지되었다. 사용자는 링의 한 스위치를 마스터 스위치로 구성하고 다른 모든 스위치를 슬레이브 스위치로 선언하기만 하면 된다. 심도있는 네트워크 기술은 구성하는데 아무런 필요가 없다. 비용집약적 직원교육도 필요없다. 새로운 sCon 솔루션을 이용하면 사용자가 운용하는 소규모 네트워크는 저비용 링 토폴로지를 형성할 수 있다. sCon 링은 다중 생산셀을 갖는 생산 아일랜드에 네트워크 접근을 제공한다. 비관리형 스위치의 사용자는 이제 이전에는 관리형 스위치의 독점적 영역이었던 성능레벨을 통해 이익을 얻을 수 있다.
새로운 솔루션은 유용성을 높이기 위해서만 정상적으로 설치된 관리형 스위치의 단점을 없앤다. 이중화는 실제로 약간 거리가 있지만 사용자는 상당한 추가 노력에 직면한다. 실질적으로 네트워크 하드웨어의 비용이 높은 것 이외에 소프트웨어 관리툴을 다루기 위해서도 추가적인 기술을 필요로 한다. 하르팅 sCon을 이용하면 이런 수준의 기술이 필요가 없다.

 

새로운 영역 계획

 

하르팅은 비관리형 플러그 앤 플레이 스위치가 계획 및 운용 관점에서 최고의 성능을 제공하는 네트워크 애플리케이션에 이중화를 도입하고 있다. 이 솔루션은 타협하지 않는 기능성을 제공하며, 네트워크가 점점 복잡해질수록 기술은 특히 자동화 애플리케이션을 위해 최적화되고 있다. 목표는 사용자 친화적인 형태에서 합리적인 비용으로 충분한 성능 및 기능을 이용하도록 하는 것이다.하르팅 sCon은 관리형 스위치의 독점영역으로 사용되던 토폴로지를 고르게 지원하여 사무 IT와 산업자동화간의 간격을 좁힌다. 자동화 IT는 두 세계 사이의 집중성이 한 단계 가까워지도록 하는 통신플랫폼인 것이다.

 

그림 4. sCon 회복시간(아래)

sCon 스위치를 이용하면, 기업전체 플랫폼으로의 고른 통합을 이루기 위해 관리기능으로 이중화를 보충할 특정 애플리케이션이 필요한 경우 업그레이드는 문제가 되지 않는다. 이것은 mCon으로의 작은 도약일 뿐이다. 사용자는 여전히 비관리형 스위치를 이용해 얻은 정보를 적용할 수 있을 것이고 물리적 치수 및 설치 방법은 변경되지 않은 상태를 유지한다.

 

# 저자소개 ; 칼스턴 웬트(Carsten Wendt) / carsten.wendt@HARTING.com

 

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