스마트 팩토리 무선 프로토콜

무선 프로토콜

종류

1. MQTT ( Message Queuing Telemetry Transport )

• 특징

  • 경량화된 발행-구독 메시징 프로토콜
  • IoT 장치 간 통신에 적합, 낮은 대역폭 환경에서도 효율적
  • TLS 암호화와 OAuth 등의 인증 프로토콜을 지원

• 원리
  발행자(Publisher)가 특정 주제(Topic)로 메시지를 발행 > 독자(Subscriber)가 관심 있는 주제를 구독 > MQTT 브로커가 발행된 메시지를 해당 주제의 구독자들에게 전달

2. OPC UA ( Open Platform Communications Unified Architecture )

• 특징

  1. 산업 자동화를 위한 머신 간 통신 프로토콜
  2. 플랫폼 독립적이며 보안 기능이 강화되어 있습니다.
  3. 기존 OPC(OPC Classic)의 후속 버전
  4. 데이터 모델링: 복잡한 시스템과 프로세스를 상세히 모델링
  5. 보안: 강력한 인증, 암호화, 데이터 무결성 검사를 제공
  6. 확장성: 단순한 장치부터 복잡한 시스템까지 다양한 규모의 애플리케이션에 적용 가능 및 SCADA시스템과의 통합을 용이하게 합니다.
  7. 서비스 지향 아키텍처: 다양한 서비스를 제공하여 유연한 시스템 구축이 가능
  8. 단순한 모델에서 복잡한 모델로 확장 가능한 구조
  9. 통합 아키텍처 : DA(Data Access), HDA(Historical Data Access), A&E(Alarms & Events) 등 기존 OPC의 여러 사양을 통합

• 방식 : 클라이언트-서버 모델을 기반, 서버는 데이터 모델과 서비스를 제공, 클라이언트는 서버에 연결하여 데이터를 읽거나 쓰고, 메소드를 호출

3. MQTT와 OPC UA의 비교

- 통신 모델
MQTT: 발행-구독 모델 vs OPC UA: 클라이언트-서버 모델 (발행-구독도 지원)

- 데이터 모델
MQTT: 단순한 주제 기반 구조 vs OPC UA: 복잡한 객체 지향 데이터 모델

- 적합도
MQTT: 주로 경량 IoT 장치와 센서 네트워크 vs OPC UA: 복잡한 산업 자동화 시스템과 프로세스 제어

- 확장성
MQTT: 대규모 IoT 네트워크에 적합 vs OPC UA: 복잡한 산업 시스템에 더 적합

- 보안
MQTT: 기본적인 보안 기능 제공 vs OPC UA: 더 강력하고 포괄적인 보안 기능 제공

- 복잡성
MQTT: 상대적으로 단순하고 구현이 쉬움 vs OPC UA: 더 복잡하지만 기능이 풍부함

4. 정리

OPC UA의 표준화된 통신 프로토콜과 데이터 모델을 통하여 SCADA 시스템의 장점인 다양한 산업 장비와 시스템으로부터 데이터를 쉽게 수집하고 제어할 수 있습니다.
이는 공장 자동화, 에너지 관리, 빌딩 자동화 등 다양한 분야에서 SCADA 시스템의 효율성과 유연성을 크게 향상시킵니다.

5. OPC UA와 Akpache Kafka 함께하는 구조

Apache Kafka이란?

• 여러 서버에 걸쳐 데이터를 분산 저장하고 처리

• 실시간 대량의 데이터를 실시간으로 수집, 저장, 처리

• 데이터 생산자(Producer)와 소비자(Consumer) 간의 중개 역할

• 디스크에 데이터를 저장하여 장기간 보존

• 하루에 수조 건의 메시지를 처리

• 다양한 데이터 소스와 목적지 간의 데이터 이동을 지원

• 데이터 손실 방지와 순서 보장

• 정리

  Apache Kafka는 대규모 데이터를 실시간으로 처리해야 하는 현대적인 데이터 아키텍처에서 중요한 역할을 하는 강력한 도구입니다.

Apache Kafka의 역할

• Kafka는 OPC UA와 함께 사용되어 데이터 처리와 분배를 담당
• 데이터 수집: OPC UA를 통해 수집된 제조 설비의 데이터를 Kafka로 전송
• 실시간 스트리밍: 대용량의 센서 데이터와 생산 데이터를 실시간으로 처리
• 데이터 버퍼링: 네트워크 불안정이나 시스템 장애 시 데이터 손실 방지
• 데이터 분배: 수집된 데이터를 다양한 분석 시스템, 모니터링 도구, 저장소 등으로 분배
• 확장성 제공: 데이터 처리량 증가에 따른 수평적 확장 지원

통합 아키텍처 절차

OPC UA 서버가 제조 설비로부터 데이터를 수집
OPC UA 클라이언트가 서버로부터 데이터를 읽어 Kafka 프로듀서로 전송
Kafka가 데이터를 토픽별로 저장하고 관리
다양한 Kafka 컨슈머가 필요한 데이터를 실시간으로 소비하여 처리