■ 본 이전기술은 산업 현장에서 다수의 대표적 프로토콜을 사용하는 필드 장치들과 통신할 수 있는 엣지 게이트웨이 플랫폼의 하드웨어와 소프트웨어 설계 기술로서, 모듈의 탈부착을 통하여 필드 장치의 수용량을 용이하게 조절함으로써 산업 현장의 상황에 적절하게 대응할 수 있는 기술임
■ 본 이전기술은 다양한 필드 장치를 통해 산업 현장의 데이터를 취득하기 위한 통신과 상위 서버와의 통신에서 통신계위의 하위층 처리를 수행하는 엣지 게이트웨이 하드웨어 기술과 취득한 데이터를 공통의 규격화된 데이터로 변환하고, 로컬에 저장하거나 분석하며, 취득 데이터 및 장치 상태를 모니터링하기 위한 데이터 시각화 및 소프트웨어 이미지 배포 기능을 지원하는 엣지게이트웨이 소프트웨어 기술로 구성됨
■ 건물 분산사업장 현장실증용 엣지게이트웨이 하드웨어는 호스트 컨트롤러 모듈 과 필드 정합 I/O 인터페이스 모듈로 구성됨. 호스트 컨트롤러 모듈에는 Nvidia의 Jetson Xavier 기반의 데이터 처리 엔진을 장착하여 현장에서 요구하는 실시간 데이터 처리에 필요한 컴퓨팅 파워를 제공함. 호스트 컨트롤러는 최대 2개의 필드정합 I/O 인터페이스 모듈을 연결할 수 있는 구조를 가지고 있으며, 상위 서버와의 연결을 위한 이더넷 인터페이스를 제공함. 필드 정합 I/O 인터페이스 모듈은 ModbusTCP, RS232, RS485, CAN, Analog, Bluetooth, Wi-Fi 등 산업 현장의 대표적 레거시 필드 장치를 수용할 수 있는 인터페이스를 제공함.
■ 건물 분산사업장 현장실증용 엣지게이트웨이 소프트웨어는 오픈소스인 EdgeX 기반으로 전체 서비스 설정 관리를 위한 consul, 다양한 프로토콜 기반 데이터 수집을 위한 디바이스 서비스, 데이터 파싱과 저장을 위한 core-data, core-metadata, core-command, redis database, 상태 알림과 스케줄링을 위한 support-notification, support-scheduler, 규칙 기반 룰 엔진 역할의 kuiper 등의 마이크로서비스와 마이크로서비스 전체의 관리를 위한 system management, 그리고 취득 데이터 시각화 및 외부 서버 및 클라우드로의 데이터 전달을 위한 InfluxDB, data exporter 등의 마이크로서비스로 구성됨
■ IoT 기기 수 증가로 인한 방대한 데이터양과 실시간 처리 속도의 중요도가 높아지면서 엣지 단에서 데이터를 수집함과 동시에 수집한 데이터를 처리할 수있는 엣지 컴퓨팅 기술이 최근 중요한 기술로 대두됨. 이에 따라 현장에서 취득한 모든 데이터를 클라우드로 보내지 않고, 엣지 게이트웨이 플랫폼이 탑재한 컴퓨팅 능력를 이용하여 데이터를 취득하는 엣지 단에서 즉시 분석하고 필요한 대응을 할
수 있는 엣지 게이트웨이 플랫폼 기술이 필요함
■ 현재 우리나라 총에너지 사용량의 21%를 건물이 차지하고, 이 비율은 국가경제가선진화될수록 높아지는데 이미 일부 선진국에서는 그 비율이 40%에 이른 것으로파악되고 있음. 구내외 사례를 분석할
때, BEMS를 설치·가동하는 경우 건물 에너지 소비량이 평균 10%대, 최대 30%까지 감축되는 것으로 조사됨
■ 가트너에 따르면 2022년에는 75% 이상의 기업 데이터가 엣지에서 생성될 것으로 전망되며, IDC는 2022년까지 세계 엣지컴퓨팅 시장이 35.4%의 연평균 성장률을 보여 약 7조 5000억원 규모에 달할 것으로 전망하고 있음
■ FEMS 및 BEMS 등을 위해 사설 클라우드 서비스를 사용하는 경우, 기업 데이터 보호 문제가 야기될 수 있으며, 센서 수 증가에 따른 대용량 데이터 전송으로 인한 클라우드 사용료 및 통신 비용 증가, 클라우드에서의 데이터 처리 및 분석에 의한 지연시간 증가로 실시간 대응이 불가능한 문제가 발생함. 위의 나열한 문제점들을 해결하고, 점차 증가하고 있는 현장의 실시간 대응 요구를 만족시키기 위해서는 엣지컴퓨팅이 가능한 엣지게이트웨이 플랫폼 기술이 필요함
■ 탈부착 가능한 인터페이스 모듈 구조로 필드 장치 수용량 조절이 용이하여 현장의 다양한 비즈니스 시나리오에 유연하게 대응이 가능
■ RS232/485, ModbusTCP, CAN, Analog, Bluetooth, Wi-Fi 인터페이스가 가능한 필드 정합 I/O 인터페이스 모듈을 최대 2개까지 동시에 장착할 수 있음
■ IIoT 게이트웨이 정합을 위한 공통 포맷의 하드웨어 모듈 정합 구조
■ IIoT/Edge 게이트웨이 구현을 위한 EdgeX 기반 소프트웨어 프레임워크
■ 대량의 엣지 시스템을 위한 Kubernetes 기반의 유연한 마이크로서비스 관리
■ 시계열 DB인 InfluxDB 및 이에 포함된 시각화 도구에 기반한 엣지 시스템 모니터링 및 데이터 시각화
■ 대용량의 고속 데이터 처리를 위한 규칙 기반 데이터 처리 마이크로서비스
■ 호스트컨트롤러 모듈 H/W 설계 기술
- Nvidia Jetson Xavier NX SoC를 이용한 보드 설계 기술
- L2 이더넷 스위칭 칩을 통한 호스트 컨트롤러 모듈과 필드 정합 I/O 인터페이스 모듈 연결 설계 기술
- 다수 인터페이스 모듈에 안정적 전원 공급을 위한 전원부 설계 기술
■ 필드 정합 I/O 인터페이스 모듈 H/W 설계 기술
- Raspberry Pi CM4를 이용한 보드 설계 기술
- RS232/485 필드 정합 인터페이스 설계 기술
- ModbusTCP 필드 정합 인터페이스 설계 기술
- CAN 필드 정합 인터페이스 설계 기술
- Analog 필드 정합 인터페이스 설계 기술
- Bluetooth 필드 정합 인터페이스 설계 기술
- 모듈 전원부 설계 기술
■ EdgeX 기반 엣지게이트웨이 플랫폼 소프트웨어 포팅
- EdgeX Jakarta 버전 기반 Core 마이크로서비스 포팅
- RedisDB, Consul 등 핵심 부가 서비스 포팅 및 경량화 기술
- 시계열 DB 연동 마이크로서비스, 관리 플랫폼 연동 마이크로서비스 구현
■ InfluxDB 기반 엣지게이트웨이 플랫폼 시각화
- Tedge 플랫폼에서 수집되는 장치/센서 데이터 시각화 기술
- Tedge 플랫폼이 구동되는 H/W의 상태 정보 시각화 기술
- Tedge 플랫폼의 마이크로서비스 상태 정보 시각화 기술
■ 건물 분산사업장 현장실증용 엣지게이트웨이 하드웨어 및 소프트웨어 기술 시험절차결과서 포함 기술문서 11건
■ 호스트컨트롤러 회로도 및 거버파일 (회로도, BOM, 거버)
■ 필드정합 인터페이스 모듈 회로도 및 거버파일 (회로도, BOM, 거버)
■ RS232/485, ModBusTCP, CAN, Analog, BLE, Wi-Fi 인터페이스 제어 리눅스 예제 코드
■ “모드버스티씨피/알에스232/알에스485 인터페이스 기반 센서 데이터 수집을 위한 고언어 기반 디바이스 서비스” 등 소스 코드 3건
■ “마이크로서비스 기반의 기기 제어 인터페이스 제공 시스템 및 그 방법” 등 4건 특허 실시권
■ ARM 64-bit CPU에 최적화된 이미지 생성을 위한 Docker file과 docker-compose file (Tedge 포팅 및 운용 매뉴얼에 설명 포함)
■ 본 이전기술은 배전 지능망 및 에너지 신산업계의 신재생 에너지 저장 장치 및 배전 관련 장치들로부터 필드 데이터를 실시간으로 취합하고 관리하고
분석하는하는 엣지 컴퓨팅 솔루션 개발에 적용될 수 있음
■ 본 이전기술은 스마트 공장, 스마트 빌딩 등에서 전력 계측을 위해 활용되는 전력 센서 또는 에너지 미터로부터 데이터를 수집하는 분전반 내의 전력 데이터 취득 및 전달 장치에 적용될 수 있으며, 빌딩의 설비 자동화 관리를 위하여 층별로 설치되는 플로어 게이트웨이에도 적용이 가능함
■ 본 이전기술은 에너지 수요관리 사업자, 스마트 공장 설비 사업자, 스마트 빌딩 설비사업자의 스마트 공장, 스마트 빌딩의 FEMS, BEMS 등 에너지 관리 솔루션을 위한 인프라 설비 등에 적용이 가능함
■ 한국전력의 배전지능망 및 에너지 신산업계의 신재생 에너지 저장 장치 및 배전 관련 장치들로부터 필드 데이터를 실시간으로 취합하여 관리하는 엣지 컴퓨팅 솔루션 개발에 적용될 수 있음