분산화 토폴로지 채용 … 도시를 유연하고 스마트하게
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오늘날, 세계 인구의 절반 이상이 도시 지역에서 거주하고 있으며, 이 비중은 2050년에 이르면 거의 70%에 육박할 것으로 전망된다. 도시는 이미 세계 총 에너지 사용량의 75%를 차지하며, 전체 온실 가스 배출량의 절반 이상을 유발하고 있다. 따라서 앞으로 심화될 인구 증가는 더욱 심각한 결과를 초래할 것이다.
이에 따라 통합 에너지 관리가 미래의 도시 문제 해결을 위한 최선의 방안으로 여겨지고 있다. 이를 통해 대도시 지역의 에너지 소비를 최적화시켜 기후 변화에 대처하고, 화석 연료 비축량이 급격히 고갈되지 않도록 하며, 환경에 끼치는 영향을 억제하려는 노력이 이루어지고 있다. 이는 차세대 기술의 즉각적 실행을 필요로 한다.
인터넷을 통한 소매 거래, 스마트폰 단말기를 통한 정보 접근, 첨단 운전자 보조 시스템을 통한 도로 안전성 향상 등 일상생활의 여러 요소들이 최근의 전자 하드웨어를 통해 바뀌었지만, 일과 생활 공간 간의 소통 방식은 그리 크게 바뀌지 않았다.
우리는 여전히 난방, 조명, 온도 조절 시스템을 가동한다. 그러나 입주자들이 구조물과 접목된 기술과 소통해 원하는 대로 매개 변수를 조절하거나 변경하기 위해서는 건물이 더욱 스마트해질 필요가 있다. 주택과 건물 자동화 시스템이 점점 확산됨에 따라 이러한 시스템을 기반으로 하는 각종 통신 플랫폼을 고찰해 볼 필요가 있다.
지능형 버스 시스템을 활용하면 주택 및 건물 자동화의 비용 대비 효과 가치가 대폭 상승해 큰 금전적 투자 없이도 운영 효율이 높아지게 된다.
모든 통신 장비를 단일 버스와 연결함으로써 설계 및 설치 시간이 대폭 단축될 뿐 아니라, 초기 실행과 관련된 비용도 절감될 것이다. 유지보수 및 기타 운영비를 최소한으로 억제할 수도 있다. 이 모든 것들이 기초로 삼아야 할 버스 시스템을 KNX라고 한다.
KNX 개요
KNX 표준은 구체적으로 건물 내 전기 설비 필요성을 충족시키기 위해 개발됐다. 이 기술은 건물 설비 부문의 메이저 기업들이 지속적으로 널리 상용하고 있는 멀티 PHY 통신 매체를 엔지니어들에게 제공한다. KNX 기반 주택·건물 제어 시스템을 적용한 성공 사례로는 빌딩 내 전체 에너지 소비의 절반 감소 등을 예로 들 수 있다.
재래식 건물 제어 시스템 설비의 경우, 설치 작업에 앞서 미리 네트워크에 배치할 장비 또는 기기의 품목과 제어 방법을 지정해야 한다.
그러나 KNX 설비는 필요에 따라 기능을 변경하거나 늘릴 수 있으므로 훨씬 높은 유연성을 제공한다. KNX 네트워크 인프라의 주요 속성 중 하나는 분산화된 토폴로지이다. 시스템의 지능이 기본적으로 모든 부속 기기에 걸쳐 분산되므로, 중앙 컨트롤 허브를 구축할 필요가 아예 없어진다. 따라서 특정 기기가 고장 나더라도 네트워크의 다른 기기가 정상적으로 기능을 계속 수행하게 된다.
KNX는 전 세계적으로 광범위하게 채택되고 있다. 공인된 국제 표준(ISO/IEC 14543-3)일 뿐 아니라, 유럽에서 CENELEC EN 50090, CEN EN 13321-1 및 13321-2 승인을 받았고, 미국에서 ANSI/ASHRAE 135 승인을 받았으며, 캐나다의 CSA-ISO/IEC 14543-3 승인과 중국의 GB/T 20965 승인까지 취득했다.
뿐만 아니라 KNX 기기의 가격대도 꾸준히 하락하는 추세에 있어 가능성도 얼마든지 열려 있다. 신규 칩 공급자들이 이 시장에 계속 진출함에 따라, 가격상의 이점도 더욱 커지고 있다.
KNX 프로토콜
KNX는 여러 가지 핵심 통신 매체를 통한 건물 자동화 제어 시스템의 실행에 유연성을 부여한다. 따라서 정해진 특정 기술 요구 사항을 기반으로 올바른 목표 시장을 공략하는 데 도움이 된다. KNX 프로토콜은 다음과 같다.
KNX TP(KNX Twisted Pair) 프로토콜은 개별 버스 케이블 기반 계층 구조에 걸쳐 KNX 신호를 전송할 수 있다. 대부분의 응용 분야에서 버스를 통해 전력이 공급되면 네트워크 연결된 기기의 메인 연결 필요성이 분산된다. Twisted Pair 토폴로지는 선형, 별, 또는 트리 기반(또는 이것들의 조합)이 될 수 있으므로 매우 다양하다. 장거리 기반에서도 하나의 버스에 256개의 노드를 추가할 수 있다.
KNX PL(PowerLine KNX) 프로토콜은 이미 건물 내에 구축돼 있는 배전 인프라를 활용한다. 따라서 Twisted Pair 배선이 여의치 않은 상황에서 매우 효과적이다. 그러나 데이터 전송 능력이 확연하게 떨어진다는 단점이 있어서 Twisted Pair 배선을 활용해 달성할 수 있는 수준 중 겨우 8번째에 불과하다.
단방향 또는 양방향 운용을 지원하는 무선 주파수 프로토콜(KNX RF)은 KNX TP 프로토콜을 보완해 주고 있다. Twisted Pair 배선에 비해 데이터 전송 능력이 높으므로 유선 KNX 인프라의 범위를 확장시킬 방법으로는 상당한 가치를 지니는 편이다.
마지막 옵션으로 KNX IP/Ethernet(KNX over Internet Protocol or Ethernet)의 활용을 들 수 있다. 이는 최근에야 KNX 매체로 지정됐지만 향후 전체적인 표준의 성장을 위해 매우 중요해질 가능성이 있다.
이 솔루션은 통신, 데이터 통신 및 멀티미디어 용도로 활용되는 건물 내 통신 인프라를 보다 고차원적으로 활용하도록 해 주는 동시에, IP 프레임 안에 둘러싸여져 왔던 KNX 신호의 터널링과 라우팅을 가능하게 하는 표준 게이트웨이를 구축할 것이다.
KNX이 건물 자동화 애플리케이션에서 효과가 가장 뛰어난 버스 시스템이라는 것이 입증되면서, 이에 부응해 반도체 벤더들도 점첨단 IC 솔루션들을 앞다투어 출시하는 추세에 있다.
온세미컨덕터의 NCN5120, NCN5121, NCN5110 및 NCN5130은 Twisted Pair 네트워크 용도로 설계된 최첨단 KNX 트랜시버 IC 시리즈이다.
이 제품군은 업계 최고의 신호 무결성과 함께 동일한 버스에서의 전력 공급 가능을 갖추고 데이터 송수신을 처리할 수 있다.
모든 모델들은 20볼트(V) 선형 전압 조정기와 2개의 고효율 DC-DC 변압기를 집적시켜 넓은 전압 범위를 커버한다(하나는 3.3V 고정식, 다른 하나는 1.8V와 21V 조절 가능).
이 소자들은 네트워크의 각 노드에서 요구되는 통신 및 전력 공급 부품들을 관할하므로, 이 기술이 가지고 있는 에너지 효율 및 다양성이 십분 활용될 수 있는 중앙 집중형 스마트 KNX 건물 자동화 시스템을 촉진시킨다.
이 기술을 채택하면 모든 애플리케이션과 기기가 하나의 공통 언어를 통해 소통하는 지능형 컨트롤 시스템을 구축할 수 있다.
따라서 컨트롤 센터를 추가할 필요 없이 하나의 통일된 아키텍처 시스템을 활용해 주택·건물 자동화 기능을 제어, 모니터링 할 수 있다. 또한 냉방, 조명 및 출입 통제 메커니즘을 포함한 수많은 기능도 실행할 수 있다.
Frederic Valentin _ 온세미컨덕터
