최근 산업용 이더넷이 제조업계에서 최근 빈번하게 회자되는 용어가 되었다. 일반 이더넷과 산업용 이더넷은 비슷하기는 하지만 각각 서로 다른 특성과 장점을 가진다. 이 글을 통해 이더넷과 산업용 이더넷의 정의 및 그 차이점을 알아보자.

이더넷이란 무엇인가?

1970년대에 처음 개발된 이더넷은 이후에 IEEE 802.3으로 표준화되었다. 이더넷은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.3, 즉, 무선 이더넷 매체 접근 제어를 위한 물리 레이어와 데이터 링크 레이어를 정의하는 IEEE 표준을 준수하는 근거리 통신망(LAN) 제품을 말한다¹. 이러한 표준은 이더넷 네트워크의 구성 규칙과 네트워크 요소들의 상호 작용 방식도 규정한다².



컴퓨터는 이더넷을 통해 하나의 네트워크를 제어한다. 이더넷이 없었다면 지금의 세계에서 장치들 간의 통신이 이루어지지 않았을 것이다. 이더넷은 여러 대의 컴퓨터와 장치, 기기 등을 단체의 단일 네트워크에서 결합하여 모든 컴퓨터 사이에 통신이 이루어질 수 있도록 하기 위한 유선 및 케이블 시스템에 사용하는 국제 표준이다. 처음에는 하나의 케이블에서 시작해 여러 장치가 하나의 네트워크에서 서로 연결되도록 했지만, 현재는 이더넷 네트워크가 필요에 따라 새로운 장치로 확대될 수 있다. 이더넷은 현재 세계에서 가장 선호되는 동시에 널리 사용되는 네트워크 기술이다³.

이더넷의 원리

최신 기술은 산업 환경에서 특정 제조 데이터가 정확히 송수신되도록 하는 데 필요하다. 병을 채우는 공장을 예로 들면, 산업용 이더넷 자동화 기술을 사용해 네트워크로 관련 데이터를 전송하면 원하는 대로 병을 채울 수 있다.

이더넷에서 데이터 스트림은 잘게 분리(프레임화)되어서 각각이 데이터의 출발과 도착 등의 특정 정보를 담는다. 그러한 데이터는 네트워크가 필요할 때마다 데이터를 주고 받는데 필요하다.

이더넷 기술에서 사용되는 기타 용어에는 다음과 같은 것들이 있다.

• 매체(medium): 데이터 이동 경로를 제공하기 위해 이더넷 장치 연결에 필요한 이선식 동축 케이블이나 광섬유 케이블
• 세그먼트(segment): 공유되는 매체 하나
• 노드(node): 세그먼트에 연결되는 장치

표준 이더넷은 10 ~ 100Mbps의 속도로 데이터를 전송할 수 있다. 기가비트 이더넷은 IEEE 802.3 표준에서 1Gbps의 속도로 데이터를 전송한다. 기가비트 이더넷은 처음에는 기간망 전송과 고성능 또는 고용량 서버에 일반적으로 사용되지만, 시간이 지남에 따라 데스크톱 연결과 PC에서도 기가비트 이더넷를 지원하게 되었다.



이더넷에 대한 사실

이더넷은 Wi-Fi와 다르다. PC매거진 설명에 따르면 이더넷은 케이블을 사용해 컴퓨터와 장치를 연결하는데⁴ 네트워크나 LAN 연결은 거의 대부분 이더넷으로 구성된다.

산업용 이더넷이란 무엇인가?

산업용 이더넷은 보통 더 튼튼한 커넥터와 케이블이 요구되며, 무엇보다 결정성(determinism, 네크워크를 통해 전송되는 메세지가 성공적으로 도달했는지를 규정)이 향상되어야 한다. 산업용 이더넷은 이 결정성을 높이기 위해서 특수한 프로토콜도 함께 사용한다. 더 많이 사용되는 산업용 이더넷 프로토콜에는 PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT, SERCOS III, POWERLINK가 있다.

산업용 이더넷의 경우 데이터 전송 속도가 10Mbps ~ 1Gbps다. 그러나 산업용 이더넷 애플리케이션에서는 100Mbps의 속도가 가장 흔히 사용된다⁵.

산업용 이더넷의 경우 고려해야 할 사항이 사무실에서 사용하는 일반 이더넷에 비해 많다. 공장에 설치한 제조 장비가 노출되는 온도, 진동, 방해가 되는 진동 수준 등 여러 요소들이 있다.



산업용 이더넷의 원리

PROFINET이나 EtherCAT 같은 산업용 이더넷용 프로토콜은 표준 이더넷을 변경해 특정 제조 데이터를 정확히 주고 받을 수 있을 뿐 아니라 특정한 조작을 수행하는 데 필요한 데이터를 제때 주고 받을 수도 있도록 해 준다. 예를 들어, 병의 속을 채우는 공장의 경우 산업용 이더넷 자동화 기술로 해당 데이터를 네트워크로 전송해서 원하는 대로 병을 채울 수 있다. 리얼 타임 오토메이션(Real Time Automation) 보고서에 따르면 병이 가득 찼을 때는 네트워크를 통해 중단명령이 전송된다⁶.

사실 사무실에서는 그런 메시지가 크게 중요하지 않다. 홈페이지를 찾을 수 없다는 화면이 뜨면 사용자는 그냥 새로고침 버튼을 누르면 된다. 그러나 공장에서는 사소한 일이 큰 문제가 될 수도 있다. 기업은 누군가가 그러한 오류를 발견해 직접 버튼을 누를 때까지 기다릴 수 있는 시간적 여유가 없다. 산업용 이더넷 자동화 네트워크는 병을 채우는 과정에서 발생하는 오류를 감지 및 자동으로 해당 공정을 중단시켜 시간, 제품, 비용의 낭비를 막는다.

일반 이더넷과 산업용 이더넷의 차이

리얼 타임 오토메이션 보고서는 이더넷이 산업 환경보다는 사무실에서 더 많이 사용될 수 있다고 말한다. 사무실용 이더넷은 기본적인 사용 수준을 고려해 설계되는 반면, 산업용 이더넷은 다층적인 부분을 고려해 훨씬 더 험준한 업무 환경에 적용될 수 있다.

산업용 이더넷은 공장 소음, 공정에서 필요한 사항, 더 험준한 환경을 처리하는 데 적합하며, 현장에서 데이터 충돌이 발생했을 때 더 적절히 대응할 수 있다.

산업용 이더넷 기술에서 사용되는 케이블과 커넥터는 일반 이더넷과 다를 수도 있다. 리얼 타임 오토메이션 보고서는 예를 들어 산업 환경에서 사용되는 커넥터는 끼워 결합시키는(snap-in lock) 기본적인 방식이 아니라고 말한다. 산업 환경에서는 더 확실한 잠금 방식이 필요하다. 험준한 환경에서 사용되는 애플리케이션의 경우 밀폐식 커넥터를 필요로 하는 경우가 많다.

케이블의 경우도 상업용이나 사무실용 이더넷과 산업용 이더넷이 서로 다를 수 있다. 비교적 안정적인 환경의 산업용 이더넷이라 하더라도 케이블의 피복 품질이 일반 이더넷 케이블보다 뛰어날 수도 있다. 또, 예상하는 것처럼 험준한 환경에서 사용되는 산업용 이더넷의 경우는 피복과 사용되는 금속의 품질을 높여 내구성을 향상시킨다.

결정성은 산업용 이더넷을 정의하고 일반 이더넷과 구별할 때 중요한 요인이다. 표준 이더넷은 그 자체로 결정성을 가지지 않지만7, 산업 환경에서는 결정성이 요구된다. 산업용 이더넷은 데이터 패킷을 정해진 시간에 전송하고 수신해야 하며, 데이터가 매번 전송될 것임을 보장할 수 있어야 한다.

그렇지 않고 산업 환경에서 장치 간에 데이터가 손실되거나 데이터 전송이 지연되면 제조 공정에서 커다란 결함이 발생한 것과 같은 수준의 심각한 문제가 될 수 있다. 이러한 실시간 정보 전송은 기업이 설치할 이더넷 솔루션 유형을 선택할 때 중요한 요인이 되는 경우가 많다. 기업은 구체적인 요건을 평가한 뒤 최적의 이더넷 솔루션을 결정해야 한다.

참고문헌
1 ANSI/IEE 802.3-2002-IEEE Standard for IT-Telecommunications and Information Exchange Between Systems-LAN/MAN-Specific Requirements-Part 3: CSMA/CD Access Method and Physical Layer Specifications-Maintenance Revision #6. IEEE, 2002.
2 Ethernet Tutorial-Part 1: Networking Basics. Lantronix.
3 Nick Pidgeon. “How Ethernet Works.” HowStuffWorks, April 2000.
4 Definition of: Ethernet. PC Magazine.
5 Everything About Industrial Ethernet. Hirschmann.
6 What Is Industrial Ethernet. Real Time Automation.
7 “Understanding Ethernet Speed and