lonworks란?(시맥엔지니어링 홈피 참조)

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▶ LonWork의 소개 ▶ LonWork의 개요 ▶ LonTalk-LonWork 개방형 프로토콜에 대하여 ▶ LonWork Network의 특징

▒ LonWork의 소개
먼저, 기존의 각 산업분야에서의 제어구조에 대해 살펴보기로 한다. 그림1에서 보는 것과 같이 각각의 노드 (Node ; 또는 Device) 는 각 사이트에 흩어져 있지만, 이들의 제어는 중앙(또는 상부)에 대용량의 컨트롤러 (또는 중앙관제장치 CCMS : Central Control & Monitoring System이라고도 함)가 모니터링하고 제어하는 것이 기존의 자동제어 분야에 널리 알려진 구성이다.  이에 따라, 각각의 제어논리에 적합한 대용량의 컨트롤러를 제작하는 것이 관건으로, 하부 디바이스에서부터 커뮤니케이션, 상부의 MMI(Man Machine Interface)까지를 한 업체가 다 제작을 해야 하기 때문에 자연히, 이러한 제어분야는 기존의 독자적인 솔루션을 가진 업체들에게만 독점되다시피 했다.
[그림1] 기존의 제어구조
그러나, 점차 이러한 기존 구도에 변화가 일어나고 있다. 마치, 컴퓨터 산업이 과거의 메임프레임/터미날 중심에서 현재의 클라이언트/서버 아키텍쳐로 변화되었듯이 현재 자동제어분야에도 이러한 구조조정이 일어나고 있으며 그 중심에 애쉴론(Echelon)사가 발명한 LonWorks기술이 자리 잡고 있다. 기존의 거대하고 복잡한 컨트롤러를 제거하고, 각각의 노드(디바이스)에 분산된 지능을 부여하는 것이다. 각각의 노드 성격(센서, 액추에이터)과 관계없이 표준 프로토콜과 상호 운용 가능한 기능을 갖도록 하는 것이다.
[그림 2] LonWorks를 이용한 제어구조
LonWorks는 오픈 아키텍쳐이며 로열티가 없다. 애쉴론이 1988년에 개발하여 현재 모토로라(Motorola) 와 도시바(Toshiba)가 생산하고 있는 뉴론칩(Neuron Chip; 론칩이라고도 부름)과 개발 장비만 있으면 LonWorks를 구현할 수 있다. LonWorks의 구성 요소는 컴퓨터 분야와 마찬가지로 - CPU에 해당하는 뉴론칩, - 통신을 위한 TCP/IP에 해당하는 LonTalk 프로토콜, - 네트워크 인터페이스 카드(NIC(Network Interface Card)또는 LAN 카드)에 해당하는 각종 트랜시버 또는 어댑터(Media에 따라 Twist Pair, 무선 통신(RF), 전력선, Free Topology TP, Link Power, Fiber Optic, 적외선용이 있슴), - LonWorks Network Service(LNS, PC로 보면 Window NT에 해당)등이 있다. 현재 자동제어 분야전체(건물제어, 공장제어, 유틸리티/에너지 등)에 LonWorks의 적용 영역이 급속도로 확산되고 있으며, 전세계 3,500여 회사가 이를 응용한 제품을 개발, 판매하고 있다. LonWorks의 개념 자체는 애쉴론이 창안한 기술이지만 이 개방된 기술을 습득한 홈오토메이션(Home Automation), 빌딩자동화, 공장자동화, 교통, 철도, 선박, 비행기 등의 관련 업체들이 그 적용과 구현을 이끌어가고 있다는 뜻이기도 하다. 이것은 마치 17년전 IBM이 PC를 발표하고 MS-DOS가 출시되면서 관련 H/W나 S/W를 개발하여 오늘의 인터넷(Internet)까지 오게 되는 과정과 비슷하다고 할 수 있다. 이것은 오픈 아키텍쳐가 갖는 위력이라 할 수 있다. LonWorks의 애플리케이션(Application)에 대해서는 애쉴론의 홈페이지(http://www.echelon.com)나 LonMark 홈페이지(http://www.lonmark.org)를 참조하면 더욱 자세히 알 수 있다. 현재 각 산업분야의 많은 선도 업체들이 LonWorks의 적용에 매우 적극적이다. LonWorks는 반도체 장비 제조 표준인 SEMI에 표준으로 채택되었으며, 미국 CEMA(Consumer Electronics Manufacturer Association)에도 표준으로 채택되었다. 또한 ASHRAE(미국 공조 기술사 협회, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineer)가 지원하는 BacNet의 일부로도 선정되었다. LonWorks가 추구하는 길은 완벽한 Flat Architecture를 갖는 Distributed Intelligency를 구현하여, 그동안 소비자가 시스템 공급자에 의해 끌려 다니던 것을 소비자 중심으로 전환하고자 하는 것이다. 이는 과거 메인 프레임 시절과 현재 LAN환경에서의 멀티 벤더 환경과 유사하다. 더미 터미날이 Intelligent PC로 바뀌면서 각 노드의 단가가 상승되듯이, LonWorks 네트워크도 개별 노드의 가격은 상승할 수 있다. 다만, 고가의 복잡한 중앙제어장치(DDC나 지하실의 중앙 Control 장치)가 필요 없어지므로 전체 비용이 낮아질 뿐만 아니라 서로 다른 서브 시스템간의 연결 및 통합이 용이해진다. 따라서 컴퓨터 산업과 유사하게 LonWorks 세계에서도 시스템 통합 업체들이 생겨나고 있으며(애쉴론에서는 이를 NI, Network Integrator라 칭한다.), 현재 활발히 그 영역을 확대하고 있다.

▒ LonWorks란?
LonWorks는 각종 디바이스들이 통신 수단을 공유하며, peer-to-peer방식으로 통신하며 각자 맡은 일을 수행할 수 있도록 하는 제어 기술이다. LonWorks는 시스템 확장이 매우 용이하여, 필요한 지점에 노드를 추가하고 가장 가까운 곳에서 연결만 시키면 된다. 이에 따라 기존의 마스터/슬레이브 방식의 프로그래밍이 필요하지 않다. 또한, 지난 8년간 그 신뢰성이 입증된 LonTalk 프로토콜을 지원하는 뉴론칩을 사용하기 때문에 사용자가 디바이스를 위한 별도의 독자적인 커뮤니케이션 시스템을 개발할 필요가 없다. LonWorks의 토탈 시스템 솔루션은 OSI 표준 모델인 7개의 계층을 지원함은 물론 다양한 매체, 라우터, 게이트웨이, 네트워크 서비스 툴 등 이미 그 기술을 구현하기 위한 모든 체제가 구비되어 있다. 이와같은 표준 데이터 타입과 개방적인 기술이 각종 장비 간의 상호운용가능(Interoperability) 기능을 구현하여, 여러 장비 제조업체들의 장비나 단말들을 같이 사용할 수 있게 해준다.

▒ LonTalk-LonWorks Protocol

LonWorks가 모든 자동제어 관련분야에서 중요한 역할을 할 수 있는 요소는 바로 LonTalk라는 견고하고 빠른
개방형 네트워크 프로토콜 때문이다. LonTalk의 개방형 프로토콜은 뉴론칩에 구현된 로열티가 없고, 라이센스에 제한이 없다. 그 규격과 매뉴얼은 애쉴론으로 부터 구입할 수 있다. LonTalk는 OSI 표준 7개 계층과 대응되는
서비스 구조을 가지고 있으며 표1과 같이 제어분야에 알맞게 최적화된 특징을 갖는다.

Immunity to Overloads	- Predictive media access
High Throughput	- 최대 초당 1,000 packet
Multiple Media	- Twist Pair, Radio Frequency, Power Line
Error Detection on Each Frame	- 16-bit CRC
Large Address Space	- 2**48 networks; >32K nodes/network
Several Addressing Modes	- 1 to 1 and 1 to many, with or w/o ACKs
Transparent Routing	- Automatically configured routers
Tunable performance	- Configurable retry counts and timers
Deterministic Performance	- Optional priority
Fast Response Time	- Application-to-application response <    7*ms
Security	- Optional authentication
Interoperability	- Standardized data types and objects

<표 1> LonTalk의 특징

▒ Free Topology와 FTT-10A

애쉴론의 Free topology인 FTT-10A는 그림3과 같은 네트워크 형상을 지원함은 물론, 이들의 복합적인 구성도
가능하게 한다.

[그림 3] FTT-10A의 네트워크 지원 모습

이러한 Free topology는 다음과 같은 장점을 갖는다.
- 새로운 노드의 추가 설치시 많은 비용이 요구되지 않음.
- 재설치 작업의 단순함. (0.5mm, 24AWG부터 1.3mm, 16AWG사이의 케이블을 사용할 수 있고, category 5, systimax structured cabling을 모두 지원) 또한 shielded cabling이 필요없슴. FTT-10A Free Topology 트랜시버Tranceiver)에는 디지털 신호 처리 엔진이 통합된 절연 트랜스포머(isolation transformer)가 포함되어 있고, 78kbps의 맨체스터 코드 통신 방식의 (differential manchester coded communication) 트랜시버이다.
따라서 FTT-10A 트랜시버는 고속(78kbp 전송속도)이면서도 설치/유지/보수 비용이 저렴하고, 원거리 네트워크
상의 노드 개수를 늘리는 데에도 물리적인 리피터만 필요하다. 또한 애쉴론의 Link Power와도 호환이 보장되어 전원을 포함하는 Link Power(LPT-10)와 그렇지 않은 FTT-10A를 혼합하여 사용하고자 할 때 편리하다. 그러면,
그 동안 자동 제어 분야에서 널리 사용되던 통신 수단인 RS-485와 FTT-10A를 비교해 보자. 먼저, RS-485의 버스 토폴로지(Bus Topology)는 케이블 단선(cable fault)이 발생하였을 때, 그림 4와 전체 통신흐름이 정지된다. 이에 반해 FTT-10A의 링 토폴로지(Ring Topology)는 이러한 케이블의 단절에도 작업 수행에 전혀 지장이 없다.
RS-485의 경우, 같은 형상의 네트워킹을 이중으로 엮어 중복 네트워킹(Redundancy Networking)으로 케이블
단선에서 발생되는 전체 시스템 다운이라는 최악의 상황을 피해 보려고 하지만, 견고한 FTT-10A의 경우는
이러한 불안감을 해소할 수 있다. 또한, 표2와 같이, FTT-10A는 보다 나은 절연 기능을 제공한다. 또한,
Shield되지 않고, 극성에 덜 민감한 트위스트 페어(Twist Pair)의 사용이 가능하다.

[그림 4] RS-485 버스 토폴로지와 FTT-10A 링 토폴로지의 비교

Item	RS-485	FTT-10A
ISOLATION : Electrical isolation between network wiring and I/O connectors, i.e., lighting, induced hum from nearby AC lines, etc	0	277 VRMS
COMMON MODE Protection against differences in ground potential between points on the Network that result in high voltage on the network wiring	-7 to 12V	277 VRMS
ELECTROSTATIC DISCHARGE Protection against damage caused by Electrostatic discharge to the network connector	>= 15,000V no errors	>= 15,000V no errors

<표 2> FTT-10A의 절연기능

Shield되지 않은 FTT-10A 케이블은 Shield된 케이블만 사용해야 하는 RS-485보다 비용 측면에서 보다 나은 경쟁력을 갖게 된다. 단적인 예로, 스타 토폴로지(Star Topology)를 위한 케이블링에 있어서 허브로부터 15m정도 떨어진 16개의 노드를 갖는 RS-485 시스템을 구축하려면 약 480M 길이의 케이블이 소요되는데 반해 FTT-10A로 구축하게 되면 그의 절반인 240m정도만 있으면 된다. <표3>은 FTT-10A가 갖는 이점을 제시하고 있다.

Functions	FTT-10A Transceiver	RS-485
Number of nodes	64	32
Total wiring	500 meters free topology,2,700 meters doubly terminated bus	1,200 meters doubly terminated bus only
Stub length	No restriction	No stubs permitted-wiring must enter and Exist  directly at the transceiver
Addition of nodes	New nodes maybe located anywhere on the cable with two wires	Network cable must loop through each new node
Repeater	Built-in-each repeater doubles the Amount Of wiring and number of nodes	Customer must device
Isolation	Transformer 277 Vrms	None
Termination	Single or Double	Double

<표 3> FTT-10A의 이점

LonWorks와 같은 개방된 표준형 기술을 효율적으로 활용하여, 새로운 기술 세계를 열어줄 수 있는 길은 바로 응용 분야의 개발에 달려 있다. LonWorks에 대한 이해를 통해, 각종 장비를 생산하여 해외시장을 개척하거나, 각종 장비를 생산하기 보다 이미 시장에 많이 나와 있는 제품을 통합하여 고객에게 소개하는 SI사업자는 보다 효율적으로 사업을 펼쳐 나갈 수 있다. 17년전 퍼스날 컴퓨터가 처음 등장했을 때, 어느 누구도 현재와 같이 각 가정에 PC가 보급되어 전 세계가 하나의 사이버 스페이스(Cyber Space)로 연결되리라 예상하지 못하였듯이 자동제어기술에 있어 LonWorks가 적용될 수 있는 분야와 산업은 그야말로 무궁무진하다.

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