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어드밴텍 올인원 엣지 인텔리전스 시스템 EI-52

2022-01-18
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어떤 IoT 시스템을 구축하든 센서 노드(Note1)와 게이트웨이, 클라우드 등 3가지는 필수 요소입니다. 게이트웨이는 센서 노드와 클라우드 간의 연결을 위한 시스템으로, 정보와 명령을 양방향으로 전송하는 역할을 합니다. 그러나 전송 거리의 한계로 인해 최근 몇 년 동안 관련 업계에서 클라우드의 일부 워크 로드를 공유할 수 있도록 게이트웨이의 기능을 지속적으로 강화해 왔으며, 이러한 제품으로는 가장 많이 알려져 있는 에지 컴퓨팅이 있습니다.  다양한 장치 타입은 각각의 IoT 시스템에서 게이트웨이로서의 역할이 고려되고 있습니다. 예를 들어, 가전 IoT 애플리케이션에서 스마트 스피커 또한 게이트웨이 역할을 할 수 있습니다. 각 노드는 와이파이 또는 블루투스를 통해 스피커에 연결되고 스피커는 정보와 명령을 전송합니다. 또한 공공용 IoT 애플리케이션에서는 기지국이 게이트웨이 역할을 할 수 있으며, 노드들은 4G LTE나 5G로 연결되고, 정보와 명령은 기지국에 의해 전송됩니다. 마찬가지로, 산업용 IoT (IoT) 애플리케이션에서도 게이트웨이의 필요성이 제기되고 있으며, 일반적으로 산업용 컴퓨터가 이러한 역할을 가능하게 합니다.

캡션 : EI-52 엣지 컴퓨터

IIoT 애플리케이션에서도 게이트웨이를 위한 여러 가지 실행 단계가 있습니다. 어떤 상황에서 단순히 라즈베리 파이 싱글 보드 컴퓨터로 게이트웨이 역할을 하고 있지만, 또 다른 경우에는 서버 룸을 이러한 역할로 사용하고  있습니다. 그러나 다양한 실행 단계에서 오직 기본적인 기능만 수행할 수 있고 포괄적인 소프트웨어 및 하드웨어 지원은 부족한 상황입니다. 며칠 전 운이 좋게도 어드밴텍 EI-52 (EI-52-S6A1) 엣지 인텔리전스 시스템을 받았습니다. 포장을 풀고 시스템을 시험해 보니 사용이 상당히 간편하고 IIoT 애플리케이션용 게이트웨이를 설정할 때 고려해야 할 주요 사항과 특징을 소개하는 데 좋은 예시가 될 수 있었습니다.

산업용 등급의 3가지 활용 포인트

IPC의 활용은 일반 가정 및 사무실 컴퓨터와는 매우 다릅니다. 고온 보일러 옆이나 방문자 핫스팟 구역 내 충돌 가능성이 높은 지역에 설치할 수 있습니다. 따라서 IPC의 구조적 디자인은 신뢰성을 대해 좀 더 고려할 필요가 있습니다. EI-52의 구조는 극한의 환경을 위해 설계되었을 뿐만 아니라 산업용 수준의 견고성을 가지고 있으며 -10~ 50 °C의 작동 온도를 지원할 수 있습니다. 또한, EI-52에는 세 가지 주요 어플리케이션이 있습니다. 첫째, 상점, 쇼핑몰, 백화점과 같은 실내 설치 가능합니다. 둘째, 공장 작업 환경에서의 생산 라인 자동화(극단적이지 않음)도 가능합니다. 셋째, 세븐일레븐 ibon과 패밀리마트 FamiPort와 같은 셀프서비스 키오스크 기계입니다.

LTSC를 지원하는 메인스트림 Windows OS

과거 서버 시장에 대한 리서치 결과, 데스크톱 컴퓨터와 비슷한 타워 서버는 항상 소매업계에서 널리 사용되어 왔습니다. 리눅스 OS의 시장 점유율 증가에도 불구하고 윈도우 OS가 소매업계에서 여전히 주류인 것은 매장 관리자나 점원들이 OS에 더 익숙하기 때문입니다. 그들은 윈도우 OS에서 설정을 변경하거나 기본적인 문제를 해결할 수 있습니다. 게다가, EI-52는 윈도우 10 Enterprise 장기 서비스 채널(LTSC)을 사용하여 운영 체제에 익숙할 뿐만 아니라 판매 이후의 서비스를 보장합니다.

캡션 : EI-52는 Windows 10 Enterprise LTSC를 사용합니다.

강력한 기술 생태계를 갖춘 EdgeX Foundry

실질적으로 게이트웨이는 다양한 통신 기술을 활용해 여러 센서 노드에 연결하고 클라우드와 통신하려면 다양한 통신 프로토콜을 사용해야 합니다. 그러므로, 게이트웨이는 다양한 통신 모듈들을 실행할 수 있어야 하고, 그에 따라 다양한 유틸리티와 응용 프로그램, 그리고 그에 맞는 드라이버를 보유하고 있어야 합니다. 만약 각 소프트웨어 제공자들이 각자의 프로그램을 개발한다면, 그것 또한 혼란을 야기할 것입니다. 

 또한, 리눅스 재단은 2017년에 게이트웨이용 오픈 소스 플랫폼을 구축하는 것뿐만 아니라, 게이트웨이용 소프트웨어를 다시 개발해야 하는 상황을 줄이고 소프트웨어의 사용을 향상시키고자 EdgeX Foundry를 시작했습니다. 또한 EI-52는 EdgeX Foundry를 채택하지만, 리눅스가 EdgeX Foundry를 사용하는 주류이기 때문에 EI-52는 도커 컨테이너 기술을 사용하여 EdgeX Foundry를 실행합니다.

2018년 EdgeX Foundry의 Go Lang을 통한 주요 업그레이드로 보안 인프라가 강화되고 컴퓨팅 리소스 요구사항이 낮아졌습니다. 또한, 하이퍼바이저(VM, 가상 머신) 대신 도커를 사용하여 더 가볍고 다른 목적의 사용과 향후 사용 확장을 위해 하드웨어 리소스를 충분히 보유하고 있습니다.

제품의 경량화 및 리소스 최소화를 위해서, 컨테이너를 포함한 구 버전의 EdgeX는 519MB의 저장 공간이 필요하지만 새 버전에는 오직 68MB만 필요합니다. 노드 100개 작동을 시뮬레이션하는 경우 이전 버전은 1302MB 램이 필요했지만 새 버전은 오직 27MB만 필요합니다. 또한, 게이트웨이 서비스 프로그램 초기화가 가속화 됨에 따라 각 서비스의 속도는 약 35초에서 1초 미만으로 단축됩니다. 실제로 EI-52의 사전 설치된 모든 소프트웨어에서 사용하는 저장 공간을 확인하였을 때 용량은 운영 체제, EdgeX Foundry 및 모든 관련 소프트웨어 프로그램을 포함하여 오직 38GB에 불과했습니다.

EdgeX Foundry는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 공급업체의 지원으로 인해 강력한 기술 생태계를 보유하고 있습니다. 또한, 다양한 내장 통신 프로토콜, 여러 센서 노드용 드라이버 (카메라, 바코드 리더 등) 및 샘플 코드가 포함되어 있습니다. 관련 문서 및 이슈사항에 대한 기록, 문제에 대한 논의 내용도 매우 포괄적이고 풍부합니다. EdgeX Foundry는 IIoT 애플리케이션 개발을 실제로 단순화시키고 가속화합니다.

EdgeX 파운드리 콘솔 대시보드

WISE-DeviceOn, 시간 절약형의 백엔드 관리 소프트웨어

EI-52는 EdgeX Foundry를 사용합니다. 또한 게이트웨이 운영 외에도 EdgeX Foundry에는 노드 관리를 위한 세분화된 서비스도 있습니다. 노드뿐만 아니라 EdgeX는 게이트웨이도 관리해야 합니다. 그래서 어드밴텍은 장치 관리 솔루션인 WISE-DeviceOn을 개발했습니다. 

 WISE-DeviceOn은 두 부분으로 나뉘는데, 하나는 관리할 장치에 설치되는 WISE-agent(여기서 EI-52)이고, 다른 하나는 일반적으로 백엔드로 알려진 어드밴텍에 의해 구축되고 운영되는 WISE-DeviceOn 클라우드 서비스입니다. WISE-agent는 관리되는 장치의 정보를 수집하여 백엔드로 전송하는 동시에 클라우드에서 장치를 제어하는 명령을 수신하는 역할을 담당합니다.

백엔드 부분에서, 관리자는 네트워크 연결 상태와 비정상 이벤트 같은 다양한 게이트웨이(EI-52)의 실시간 상태를 확인할 수 있습니다. 비정상적인 이벤트가 발생이 된 경우, 원격에서 추가 진단을 진행할 수 있습니다. 반면에 예측 관리를 위해 장치 데이터를 추가로 분석할 수 있습니다. 

또한, 관리자는 공중파에서 모든 게이트웨이(EI-52)의 펌웨어를 업데이트하고 전원 스위치를 원격으로 제어하고 알림 조건을 확인할 수 있습니다. 더 중요한 것은 WISE-DeviceOn을 통해 여러 게이트웨이(장치 그룹)를 그룹화할 수 있기에 배치 작업을 통해 시간과 노력을 눈에 띄게 절약할 수 있습니다.

캡션: 어드밴텍 WISE-DeviceOn 대시보드

공용 클라우드 지원

EI-52로 현장에서 정보를 수집을 한 후, 정보는 클라우드에 업로드되어야 합니다. 이론적으로는, 데이터 형식과 프로토콜이 클라우드 서비스 기준에 맞게 올바르게 구성되어 있다면 어떤 클라우드 서비스도 사용 가능합니다. 하지만 대부분의 사람들은 Microsoft Azure등 많이 알려져 있는 클라우드 서비스를 선택하고 애저 IoT 허브와 같은 IoT 애플리케이션 중심의 서비스를 이용하고 있습니다. 

위에서 언급했듯이 클라우드는 IoT 운영 전반에 없어서는 안 될 부분입니다. 관리자는 클라우드에서 데이터 수집을 통해 현장에 설치된 장치의 전반적인 변동 사항을 인지하고 수집된 데이터 분석을 통해 미세한 패턴을 발견하고 후속 조치로 예측과 대응을 할 수 있습니다.

캡션: Microsoft Azure IoT Hub 연결된 EI-52

두가지 옵션 기능 : 추론 가속화 및 백업          

EI-52는 에지 컴퓨팅을 반영하고 로컬에서 AI 추론을 수행할 수 있습니다. 추론에 해당하는 워크로드를 공유함에 따라, 적시에 맞게 전력 절약하고 데이터 전송 비용을 절감합니다. (공용 클라우드 서비스는 일반적으로 데이터 사용량에 따라 요금이 부과됩니다.) 

이와 관련해서, EI-52의 11세대 Intel® Core™ i5/i3/Celeron 프로세서는 AVX-512 VNNI 명령어 세트가 내장되어 있어 하드웨어 회로를 활용한 INT8 추론(최근 AI 추론 벤치마크)을 가속화할 수 있습니다. 또한 2 Intel® Movidius™ Miriod™ X VPU를 포함하는 미니 PCI 폼팩터인 EI-52에 어드밴텍의 VEGA-330 AI 모듈을 추가하여 비디오 스트림의 추론 속도를 높일 수 있습니다.

엣지 AI 모듈 외에도, EI-52는 어드밴텍의 5G와 와이파이 모듈을 장착하여 클라우드와 센서에 다양한 통신 요구사항을 충족할 수 있습니다. 이 모듈은 안정적인 작동을 위해 호환성, 성능 및 열 테스트를 모두 거쳤습니다.

뿐만 아니라 클라우드 서버가 대부분 견고한 모니터와 여러 보호 계층으로 구성되어 있기 때문에 게이트웨이는 센서 노드와 클라우드보다 높은 정보 보안 대책 기준을 요구합니다. 반면 게이트웨이와 센서 노드는 대부분 개방된 환경과 공용 공간에 배치되어 완벽한 보안이 어렵습니다.

센서 한 개가 공격받으면 작은 손상만 야기하고 이웃 노드들이 워크 로드를 쉽게 복구할 수 있습니다. 그러나 게이트웨이가 한 번 공격받으면 그 영향이 전체 영역으로 확대되어 다시 복구하기 어려워 질 수 있습니다. 

따라서 EI-52에는 안티 바이러스와 데이터 백업 및 복구 소프트웨어 유틸리티를 선택적으로 설치할 수 있습니다. 어드밴텍은 소프트웨어 공급업체와 협력하여 McAfee 안티바이러스 소프트웨어와 Acronis 데이터 백업 및 복구 소프트웨어를 사용하고 EI-52에 보호 및 보안 조치를 제공할 수 있는지 테스트하고 검증했습니다.

소프트웨어 유틸리티 외에도 EI-52는 하드웨어 칩(인피니온 SLB9670XQ2.0)을 갖추고 있어 데이터 조작 방지를 위해 TPM 2.0 보안 관련 기능을 제공하고, 그와 동시에 데이터를 분산 방식으로 저장하여 해커가 전체 EI-52를 제거하더라도 키 확인이 되지 않으면 데이터를 올바르게 디코딩 할 수 없게 합니다.

캡션: EI-52 솔루션 다이어그램

결론

지금까지의 사용 경험으로 볼 때, 단순하고 기본적인 일반 게이트웨이 솔루션은 적당하고 충분한 기능을 제공하지만 장기적으로 안정적이고 신뢰할 수 있는 작동을 위해서는 종합적인 엣지 인텔리전스 솔루션이 필수라는 결론을 낼 수 있습니다. 이러한 솔루션은 튼튼한 구조적 디자인, 뛰어난 대응 서비스, 소프트웨어 개발자를 위한 강력한 생태계 구성, 원격 진단/펌웨어 업데이트/배치 운영, 추론 가속화 및 데이터 보안과 보호의 요소를 가지고 있어야 합니다. EI-52는 이러한 주요 사항에 초점을 맞추고 있으며 IIoT 분야에서 발전적인 역할을 기대하고 있습니다.

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