WirelessHART 프로토콜 소개
WirelessHART 표준
WirelessHART 통신 규격은 2008년 9월 국제전기기술위원회(IEC)에서 공식적으로 인정받아 산업용 무선 통신에 대한 IEC 국제 표준(IEC 62591)이 되었습니다. 이 규격은 공정 산업 분야에서 요구되는 신뢰성, 간섭 방지, 실시간 공장 환경의 보안, 네트워크 유연성 및 호환성을 충족할 수 있습니다.
WirelessHART 네트워크는 다양한 제조업체의 여러 장치를 지원하며, 제품은 5가지 유형으로 분류되어야 합니다.
그림 1. WirelessHART 네트워크 장치 유형
• 현장 장비: 현장에서 감지 또는 실행 기능을 구현하는 기본 장비;
• 어댑터: 기존 HART 현장 장치에 연결하여 무선 통신 기능을 활성화합니다.
• 게이트웨이: 호스트 애플리케이션과 무선 네트워크 구성원인 장치 간의 통신을 가능하게 합니다.
• 네트워크 관리자: 네트워크 구성, 네트워크 장치 간 통신 설정, 라우팅 테이블 관리, 무선 네트워크 상태 모니터링 및 보고를 담당합니다.
• 휴대용 장치: 공장 자산을 구성, 유지 또는 제어하는 데 사용됩니다.
프로토콜 계층
WirelessHART 프로토콜 스택은 OSI 7계층 프로토콜 모델 아키텍처를 따릅니다. 여기에는 물리 계층, 링크 계층, 네트워크 계층, 전송 계층 및 응용 계층이 포함됩니다.
물리 계층
WirelessHART 물리 계층은 기본적으로 IEEE 802.15.4-2006 2.4GHz DSSS를 기반으로 합니다. 이 계층은 신호 패턴, 신호 강도, 장치 감도와 같은 RF 특성을 정의합니다. WirelessHART는 2400~2483.5MHz의 사용 가능한 ISM 주파수 대역에서 작동하며, 데이터 전송 속도는 최대 250kbit/s에 달합니다. 이 주파수 대역은 11번부터 26번까지 총 16개의 채널로 나뉘며, 인접한 두 채널 사이의 주파수 간격은 5MHz입니다.
데이터 링크 계층
WirelessHART 표준의 특징 중 하나는 시간 동기화 기반의 데이터 링크 계층입니다. WirelessHART 데이터 링크 계층의 통신 시간 슬롯은 10ms로 엄격하게 정의되어 있으며, TDMA 기술을 사용하여 충돌 방지 및 결정론적 통신을 지원합니다.
네트워크 계층 및 전송 계층
네트워크 계층과 전송 계층은 함께 작동하여 네트워크 장치 간에 안전하고 안정적인 통신을 제공합니다. 메시 네트워크 구조를 지원하기 위해 각 WirelessHART 장치는 다른 장치로 데이터를 전달해야 합니다.
애플리케이션 계층
무선HART 표준의 최상위 계층인 애플리케이션 계층은 다양한 장치 명령, 응답, 데이터 유형 및 상태 보고서를 정의합니다. 무선HART 표준에서 장치와 게이트웨이 간의 통신은 명령과 응답을 기반으로 합니다. 애플리케이션 계층은 메시지 내용을 분석하고, 명령 번호를 추출하고, 지정된 명령을 실행하고, 응답을 생성하는 역할을 담당합니다.
보안 아키텍처
WirelessHART 네트워크는 안전한 네트워크 시스템입니다. WirelessHART의 MAC 계층과 네트워크 계층 모두 보안 서비스를 제공합니다. MAC 계층은 순환 중복 검사(CRC)와 메시지 무결성 코드(MIC)를 조합하여 홉 간 데이터 무결성 서비스를 제공합니다. 송신자와 수신자 모두 CCM 모드와 AES-128 블록 암호화 알고리즘을 사용하여 MIC를 생성하고 검증합니다. 네트워크 계층은 다양한 키를 사용하여 종단 간 암호화 및 데이터 무결성 서비스를 제공합니다. WirelessHART 보안 시스템은 다음 네 가지 키를 정의합니다.
• 네트워크 키가 없을 경우 공개 키를 사용하여 MAC 계층 MIC를 생성합니다.
• 네트워크 키는 모든 네트워크 장치가 공유하며, 네트워크 장치는 MAC 계층에서 MIC를 생성하는 데 이 키를 사용합니다.
• 네트워크 액세스 키는 각 네트워크 장치마다 고유합니다. 장치가 네트워크에 연결되면 네트워크 관리자는 네트워크 액세스 키를 사용하여 네트워크 액세스를 신청하는 새 장치를 인증합니다.
• 세션 키는 네트워크 관리자에 의해 생성됩니다. 세션 키는 두 네트워크 장치 간의 종단 간 연결에 대해 고유하며, 종단 간 암호화 및 데이터 무결성 서비스를 제공하는 데 사용됩니다. 세션 키는 유니캐스트 키와 브로드캐스트 키로 further 구분될 수 있습니다.
WirelessHART 시리즈 제품
마이크로사이버의 스마트 무선 제품은 공정 자동화에 특화된 WirelessHART 무선 기술을 사용합니다. 자체 구성 네트워크, 자가 복구, 저전력 소비, 데이터 암호화 등의 특징을 갖추고 있어 안정적인 운영과 유연하고 빠른 설치를 보장합니다. 당사의 무선 모듈, 무선 게이트웨이, 무선 어댑터, 무선 온도 트랜스미터 등의 제품을 통해 복잡한 산업 현장에서 데이터 수집, 공정 모니터링, 장비 운영, 유지 보수 및 진단을 신속하게 구현할 수 있습니다. 마이크로사이버의 스마트 무선 제품은 국내 최종 고객에게 선호되는 산업용 무선 통신 솔루션으로 자리매김했으며, 국제적으로 유명한 기업들과도 협력 관계를 구축하여 석유화학, 전력, 야금, 기계 제조 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
산업용 인터넷 접속 지점
마이크로사이버는 산업용 IoT 제품의 연구 개발, 생산, 판매 및 통합 응용에 전념하고 있습니다.
마이크로사이버는 중국 최초이자 세계에서 세 번째로 국제 인증을 통과한 필드버스 프로토콜 스택이며, 중국 최초로 국제 인증을 통과한 필드버스 계측기, 중국 최초로 네트워크 제어 시스템 실증 애플리케이션, 중국 최초로 국제 인증을 통과한 기능, 중국 최초로 국제 인증을 통과한 무선 HART 제품 등입니다.
마이크로사이버는 산업용 사물인터넷 및 산업 자동화 분야의 주요 국가 과학기술 프로젝트를 수행하는 핵심 기업 중 하나입니다. 지난 수년간, 당사는 국가 첨단기술 연구개발 계획(863 계획), 지능형 제조 설비 개발 특별 프로젝트 및 기타 국가 과학기술 계획을 포함한 다수의 주요 국가 과학기술 프로젝트를 수행해 왔습니다.
마이크로사이버는 기술력, 기술적 성과 및 기술력 보유량 측면에서 풍부한 경험을 축적해 왔으며, 강력한 연구 개발팀을 통해 회사 제품의 지속 가능한 발전을 보장하고 있습니다.
