OPC UA PubSub over TSN (OPC UA-FX)

개요

스마트 제조와 산업 IoT(IIoT) 시대가 본격화됨에 따라, 이기종 장비 간의 실시간 데이터 통신은 산업 자동화 시스템의 핵심 요소로 떠오르고 있습니다. OPC UA PubSub over TSN, 또는 **OPC UA-FX (Field eXchange)**는 OPC UA 기반 퍼블리시/서브스크라이브(PubSub) 모델에 **TSN(Time-Sensitive Networking)**을 결합하여, 결정적이고 예측 가능한 실시간 통신을 가능하게 합니다. 본 글에서는 OPC UA PubSub over TSN의 개념, 기술적 구성, 장점, 활용 사례를 중심으로 최신 산업 네트워크 기술을 자세히 소개합니다.

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1. 개념 및 정의

OPC UA PubSub over TSN은 OPC Foundation이 정의한 차세대 산업 통신 표준으로, OPC UA의 메시지 기반 퍼블리시/서브스크라이브(PubSub) 기능을 TSN 기반 결정성 네트워크와 통합하여, 산업 현장에서의 실시간성, 상호 운용성, 유연성을 동시에 실현합니다.

• OPC UA: 플랫폼 독립적, 확장 가능한 산업용 통신 프로토콜
• PubSub: 브로커 없는 메시지 기반 통신 모델
• TSN: 결정적 이더넷 전송을 위한 IEEE 802.1 기반 기술

OPC UA-FX는 공장 현장의 제어기, 센서, 액추에이터 등 다양한 디바이스 간의 정밀하고 신뢰성 높은 통신을 가능하게 합니다.

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2. 특징

특징	설명	비고
실시간성 확보	TSN의 시간 기반 스케줄링 및 시간 동기화 기술 사용	IEEE 802.1AS, Qbv 등 활용
이기종 장비 연동	제조사와 상관없이 OPC UA PubSub 인터페이스 사용 가능	상호 운용성 극대화
유연한 네트워크 구조	브로커 없는 통신, 멀티캐스트 지원	네트워크 지연 최소화

기존의 클라이언트-서버 방식 대비, PubSub 모델은 높은 스케일과 실시간성 측면에서 유리합니다.

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3. 구성 요소

구성 요소	설명	역할
Publisher / Subscriber	메시지 송신/수신 노드	센서→컨트롤러, PLC→HMI 등 역할 수행
TSN 스위치 및 인프라	시간 동기화와 트래픽 스케줄링 지원	결정적 데이터 흐름 유지
OPC UA FX 프레임워크	OPC UA PubSub 및 모델링 메커니즘 정의	상호 운용 가능한 구조 및 QoS 제공

이러한 구성 요소는 OT와 IT 계층 간 통합을 위한 기반 기술로도 활용됩니다.

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4. 기술 요소

기술	설명	적용 예
IEEE 802.1AS	시간 동기화를 통한 프레임 정렬	공장 내 PLC 간 동기화
IEEE 802.1Qbv	스케줄 기반 트래픽 전송	주기적 제어 명령 우선 처리
UADP (UA Datagram Protocol)	OPC UA PubSub 메시지 형식	IP 멀티캐스트 기반 메시지 송수신

이외에도 JSON 메시지 포맷, DDS 연계, 암호화 및 인증 기술 등이 OPC UA PubSub over TSN에서 활용됩니다.

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5. 장점 및 이점

항목	내용	기대 효과
결정적 통신 보장	TSN 기반으로 실시간 명령 및 데이터 교환 가능	생산 효율 향상 및 품질 안정화
상호 운용성 확보	산업 표준 기반으로 다양한 장비 연결 가능	특정 벤더 종속성 제거
통신 구조 단순화	브로커 없는 경량 통신으로 지연 최소화	설치 및 유지보수 효율 향상

특히 스마트팩토리, 프로세스 자동화, 로봇 통합 분야에서 높은 적용 가능성을 보입니다.

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6. 주요 활용 사례 및 고려사항

사례	내용	고려사항
생산설비 간 제어 통신	컨트롤러, 센서, 액추에이터 간 실시간 명령 전달	TSN 인프라 구성 필요
스마트팩토리 IT/OT 통합	MES, SCADA와 PLC 통합	OPC UA 모델링 표준 준수 필요
프로세스 자동화	지속적 공정 제어 및 모니터링	높은 시간 정밀도 요구

도입 시 OPC UA FX 호환 디바이스, TSN 스위치, UADP 메시지 형식 지원 여부 등을 고려해야 합니다.

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7. 결론

OPC UA PubSub over TSN(OPC UA-FX)은 향후 산업 통신의 새로운 표준으로 자리매김할 기술입니다. 실시간성과 상호 운용성을 모두 확보할 수 있는 이 구조는, 제조 산업의 디지털 전환과 스마트팩토리 구축을 가속화할 핵심 인프라로 기대됩니다. OPC Foundation의 지속적 개발과 IEEE 표준과의 정합성 확보로, 향후 보급이 더욱 확산될 전망입니다.