기업 IoT 분석에 활용되는 엣지 컴퓨팅

Network World
IoT에는 엣지 컴퓨팅이 필요하다. 시장조사 업체 IDC에 따르면 2025년에는 416억 개의 연결된 IoT 디바이스가 79.4제타바이트의 데이터를 생성하게 된다. 이 데이터를 최대한 활용하기 위해 기업은 IoT 게이트웨이와 하이퍼컨버지드 인프라를 비롯한 엣지의 컴퓨팅, 스토리지, 네트워킹 장비에 투자하고 있다.
 
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프로세싱과 분석 기능을 엣지로 옮기면 핵심 애플리케이션의 지연을 줄이고 경보 속도를 높이면서 네트워크 부하를 낮춰 새로운 IoT 기능을 실현할 수 있다.

Networkworld는 3개 산업 분야에서 여러 IoT 얼리 어댑터를 대상으로 어떤 방법으로 엣지 컴퓨팅 인프라를 구축해서 IoT 환경을 발전시키고 있는지를 조사했다. 
 

매니지드 서비스, 엣지 컴퓨팅의 장점과 IT 부담 감소 효과 제공

슈가크릭(SugarCreek)은 고화질 카메라와 분석 기능을 결합해 오염 및 기타 가공 문제를 신속하게 억제하는 차세대 식품 제조 환경을 준비 중이다. 슈가크릭 CIO 토드 퓨에 따르면 이 자동화를 적시에 처리할 수 있는 유일한 방법은 엣지 컴퓨팅을 강화하는 것이다.

퓨는 “엣지에 분석, 서버 및 스토리지를 배치해서 장비의 카메라와 IoT 센서가 데이터를 처리하도록 하면 명령과 제어를 클라우드 또는 중앙 데이터센터로 보낼 필요가 없어진다. 한 지점에서 다른 지점으로의 전송에는 40ms가 걸릴 수 있다. 프로덕션에 영향을 주지 않으면서 데이터를 해석한 다음 조치를 취하기에는 너무 긴 시간이다. 이와 같은 의사 결정은 실시간으로 이뤄져야 한다”고 말했다. 

그러나 리소스가 여러 사이트에 분산되는 엣지 컴퓨팅은 IT 부서에 부담이 될 수 있다. 슈가크릭의 경우 6개 제조 공장이 미국 중서부 곳곳에 위치한다. 슈가크릭은 내부에서 관리하는 레노버 엣지 컴퓨팅 인프라를 최근 출시된 매니지드 서비스인 VM웨어 클라우드 온 델 EMC(VMware Cloud on Dell EMC)로 옮길 계획이다. 슈가크릭은 이 서비스가 프로젝트 디멘션(Project Demension)이라는 코드명으로 추진될 당시부터 베타 테스트를 진행했다.

슈가크릭은 파일 및 인쇄 서비스, 마이크로소프트 액티브 디렉터리의 로컬 액세스와 내외부 감시 카메라 영상 저장, 시스템 운용 상태를 파악하기 위한 온도 및 습도 센서 데이터 집계에 이미 엣지 컴퓨팅을 사용 중이다.

이 데이터를 실시간으로 데이터센터로 보내고 받는 대신 엣지에 두면 전체적인 대역폭 요구사항이 줄어든다. 예를 들어 슈가크릭은 제한된 대역폭을 점유하지 않고도 30일 분량의 고화질 영상을 저장할 수 있다. 센서에 의해 생성되는 데이터와 같은 다른 데이터는 수집된 다음 주기적인 간격에 따라 데이터센터로 전송된다.

매니지드 서비스는 슈가크릭에서 더 진보된 감시 및 분석을 계획하기 위한 준비 단계다. VM웨어 클라우드 온 델 EMC에는 온프레미스 델 EMC Vx레일 하이퍼컨버지드 인프라, VM웨어 v스피어, vSAN, NSX SD-WAN이 포함된다.

퓨는 “클라우드 서비스는 VM웨어에서 전적으로 관리하며, 하드 드라이브에 장애가 발생하면 델이 알아서 해결한다. 각 사이트에 전문 IT 인력을 두거나 문제가 발생할 때 IT 팀원을 파견할 필요가 없으므로 빠듯한 리소스로 운영할 때 도움이 된다”고 말했다.

또한 이 방식으로 엣지 컴퓨팅을 구현하면 주 데이터센터에서 할 수 있는 모든 일을 엣지에서 할 수 있게 된다. 퓨는 “엣지를 보호하고, 마이크로세그멘테이션을 통해 또 다른 데이터센터처럼 다룰 수 있다. 엣지를 매니지드 서비스로 전환함으로써 회사 인력은 컴퓨팅 성능과 유지보수에 대해 걱정할 필요 없이 베이컨을 더 빠르고 더 맛있게 만드는 데 집중할 수 있다”고 말했다.
 

자체 하이퍼컨버지드 인프라로 IoT 시스템 순항

웹텍(Wabtec Corp)은 1만 8,000대의 기관차 운용에 엣지 컴퓨팅을 활용한다.

IoT 센서와 20대 이상의 컴퓨터에 탑재된 소프트웨어 네트워크가 기관차를 제어하는 데 사용되며, 인간/기계 인터페이스는 데이터 수집, 알고리즘, 저장을 처리하는 온보드 “미니 데이터센터”로 정보를 전송한다. 웹텍 글로벌 서비스의 사전 진단 책임자인 글렌 섀퍼에 따르면 각 기관차에서 보내는 수많은 메시지는 “발생하는 장애의 80%를 미리 파악하고 대비”하는 데 도움이 된다. 섀퍼는 이를 “진단 유토피아”로 표현했다.

최근 GE 트랜스포테이션(GE Transportation)과 합병된 웹텍은 무선 센서를 사용한 데이터 집계를 예전부터 사용해왔다. 철도 수송 회사인 웹텍은 IoT라는 명칭이 탄생하기 이전인 2000년대에 이미 기관차에 IoT를 사용하기 시작했지만, 높은 위성 통신 비용으로 인해 활용에 제약이 컸다. 당시에는 정보를 데이터센터로 보내고 받기 위해서는 위성 통신이 유일한 수단이었다. 또한 기차가 다양한 기후와 지형을 통과하고 터널과 같은 장애물도 거치는 만큼 연결이 불안정할 수밖에 없었다.

그러나 이제 엣지 컴퓨팅을 통해 정보를 기관차 내에서 온보드로 분석해 대응하고 저장할 수 있으므로 값비싼 대역폭을 낭비할 일이 없다. 웹텍이 자체 개발한 견고한 미니 데이터센터는 심각한 장애를 감지하고 실시간으로 대응할 수 있다.

웹텍 화물 글로벌 서비스 부문 CIO인 존 리스에 따르면, 예를 들어 실린더와 같은 부품을 모니터링하고 마모도를 측정해서 이를 가파른 경사면과 같은 향후 운행 지형과 대조해 해당 부품의 고장 발생 가능성이 높아지기 전에 정비 일정을 예약한다.

마찬가지로, 차축이 잠기기 시작했다는 경보가 온보드 미니 데이터센터에 수신되면 토크가 다른 차축으로 자동으로 재분배되어 파손을 방지한다. 차축이 파손되는 경우 크레인을 동원해서 차량을 옮겨야 하므로 많은 비용이 들 수 있다. 리스는 “기관차에서는 일부 부품이 조기에 고장 나므로 ms 수준의 의사 결정이 필요하고, 따라서 신속한 행동이 필요하다”고 말했다.

엣지 컴퓨팅은 이런 “빠른 고장”에 잘 맞지만 웹텍은 기관차 환경에 대한 더욱 포괄적인 모니터링을 위해 클라우드 리소스도 사용한다. 예를 들어 고장이 난 부품이 온보드에서 감지되고 완화 대책이 실행되면 엣지에 연결된 셀 모뎀을 통해 정비 부서에 알림이 전달되어 부품을 주문하고 작업을 수행할 수 있는 적절한 기술자를 준비할 수 있게 해준다. 물류 팀도 알림을 받고 고객에게 지연을 미리 알리고 경로를 수정하거나 대체 기관차를 할당할 수 있다.


섀퍼는 정비 부서도 웹텍 엣지 컴퓨팅 전략의 일부로 본다. 정비 부서에도 컴퓨팅 용량이 배치되고, 전체 데이터 업로드를 위한 전초 기지로서도 효과적이기 때문이다. 기관차가 입고되면 기술 인력이 고속 연결을 통해 미니 데이터센터를 클라우드에 연결하고 저장된 모든 데이터를 업로드한다. 이 데이터는 연료 성능 분석, 수명 주기 관리를 수행하고 빅 데이터 플랫폼을 통해 선제적/규범적 분석을 개발하는 데 사용된다.

웹텍 팀은 온보드 시스템에 불필요한 데이터를 과도하게 저장하지 않도록 주의를 기울이는 한편, 센서의 수를 최소화하고 윈드실드 와이퍼 상태와 같은 일부 부품의 상태는 인력에 맡긴다. 5G 무선 연결이 현실화되고 자율 열차가 등장하고 있지만 리스는 센서의 배치 위치, 온보드에 수집되는 데이터, 엣지에서 이 데이터를 처리하는 방법에 주의를 기울이는 것이 중요하다고 말했다. 리스는 IT가 이미 현재 컴퓨팅 성능의 10배를 기준으로 업데이트하고 있지만 그렇게 해도 빠른 속도로 구식이 된다”고 말했다. 리스는 스토리지도 마찬가지라면서 “경로 전체에 걸쳐 연결의 안정성이 100%가 될 수는 없고, 이로 인해 의사 결정이 이뤄지는 엣지 시스템 속도가 저하되는 위험이 있다”고 덧붙였다.

엣지 컴퓨팅으로 퍼블릭 클라우드 리소스 보완

필수 수처리 솔루션을 제공하는 에보쿠아 워터 테크놀로지(Evoqua Water Technologies)는 IoT 기술에 관한한 베테랑이다. 이 회사는 10년 이상 장비에 연결되거나 내장된 센서에 의존해서 원격으로 정수 및 여과 시스템을 모니터링하고 데이터를 수집한 다음 이렇게 얻은 통찰력을 내외부적으로 고객을 위해 활용해왔다.

에보쿠아의 디지털 솔루션 선임 관리자인 스콧 브래넘은 “데이터 전송에 너무 많은 비용이 소비되기 때문에 중요한 데이터만 전송한다”고 말했다. 장비가 정상적으로 작동하는 동안에는 하루에 한 번 정도만 센서의 데이터를 전송하고 경보가 발령되는 경우에만 모든 관련 데이터를 데이터센터로 전달한다. 에보쿠아는 이 방법으로 셀룰러 비용을 관리했다.

최근에는 엣지 컴퓨팅으로 전환하면서 디지 인터내셔널(Digi International)의 소형 리눅스 기반 게이트웨이 디바이스를 수처리 시스템에 내장했다. 센서 및 기타 입력단에서 생성되는 데이터가 셀룰러 연결을 통해 컴퓨팅 및 스토리지 게이트웨이에서 클라우드에 위치한 마이크로소프트 애저의 데이터 처리 플랫폼으로 전송되는 흐름은 동일하지만 일부 비즈니스 로직이 엣지에서 실행된다.

브래넘은 “필요에 따라 비즈니스 규칙을 트리거할 수 있도록 다양한 데이터 포인트를 취해 독자적인 알고리즘을 통해 집계한다”고 말했다. 예를 들어 대형 사고가 감지되면 엣지의 분석 기능이 시스템에 사전 정의된 규칙에 따라 종료를 지시한다. 브래넘은 “조치를 취할 시간적 여유가 없을 때는 몇 가지 작업이 자동으로 수행된다. 하루에 한 번만 데이터가 전송되고 분석할 수 있으므로 그 때까지 기다릴 수 없는 상황이 있다”고 말했다.

또한 엣지 컴퓨팅 시스템은 프로그램에 따라 데이터센터의 개입 없이 장비 성능 측면의 이상을 탐지하고 문제의 원인을 찾고 외부 기술 팀에 경보를 발령한다. 브래넘은 “단순히 인력을 보내 이런저런 장비를 점검하는 것이 아니라, 특정 펌프에서 감지된 진동과 가능한 해결책을 제시하는 비즈니스 인텔리전스를 얻는다”고 말했다. 덕분에 기술 인력은 더 부가가치가 높은 활동에 시간을 투자할 수 있고, 회사는 당면한 문제에 맞는 적절한 기술진을 보낼 수 있다.

브래넘의 팀은 오경보를 피하기 위해 입력을 주시하고 센서 데이터를 세밀하게 튜닝한다. 브래넘은 “프런트엔드에서 엣지를 사용할 방법을 생각하는 데 많은 시간을 사용한다. 지금까지 구축된 모든 시스템이 이 과정에 따라 개선됐다. 시장, 즉 고객에게 가치를 제공하지 않는 특정 기능에서 성가신 경보만 발생한다면 그 부분을 변경한다”고 말했다.

엣지에서 이뤄져야 하는 즉각적인 의사 결정 외에, 데이터는 비용 효과 보고서, 수명 주기 계획과 같은 더 심층적인 분석을 위해 데이터센터로 전송된다. 브래넘은 자체 데이터센터 대신 퍼블릭 클라우드를 사용함으로써 개발 비용을 낮추고 보안에 관한 업계 표준에 보조를 맞출 수 있다면서 “디지 인터내셔널과 함께 엣지를 설계하고 애저를 사용해 향후 확장이 가능한 중앙 데이터 처리 플랫폼을 설계하고 있다”고 말했다.  editor@itworld.co.kr