Booil Jung

산업용 이더넷

인더스트리 4.0과 스마트 팩토리의 시대가 도래하면서, 데이터는 생산성의 핵심 자원이자 새로운 가치 창출의 원동력으로 부상했다. 공장 내 모든 장치와 시스템에서 생성되는 데이터를 실시간으로 수집, 분석, 활용하는 능력은 기업의 경쟁력을 좌우하는 결정적 요소가 되었다. 그러나 이러한 디지털 전환의 비전을 현실화하는 과정에서 기존 산업 통신 방식은 근본적인 한계에 부딪혔다. 과거 현장을 지배했던 4-20mA 아날로그 신호나 각기 다른 규격의 필드버스(Fieldbus)는 제한된 속도와 폐쇄적인 구조로 인해 데이터의 자유로운 흐름을 막는 장벽으로 작용했다.1 이처럼 파편화된 통신 환경은 설비 간, 그리고 현장(Operational Technology, OT)과 사무(Information Technology, IT) 환경 간의 데이터 통합을 어렵게 만들어 진정한 의미의 스마트 팩토리 구현을 가로막았다.3

이러한 배경 속에서 IT 세계의 표준 기술인 이더넷(Ethernet)을 산업 현장에 적용하려는 시도가 시작되었다. 이는 단순히 케이블을 교체하는 차원을 넘어, 공장 전체를 하나의 유기적인 정보 시스템으로 통합하려는 필연적인 기술적 진화였다. ‘산업용 이더넷(Industrial Ethernet)’은 바로 이 과정에서 탄생한 새로운 통신 패러다임이다. 본 보고서는 산업 자동화 시스템 아키텍트의 관점에서 산업용 이더넷의 기술적 본질과 역사적 맥락을 깊이 있게 분석하고, 주요 프로토콜의 작동 원리와 시장 동향을 조망하며, 나아가 시간 민감형 네트워킹(Time-Sensitive Networking, TSN)과 OPC UA가 열어갈 미래까지 총체적으로 고찰하고자 한다. 이를 통해 기술적 의사결정에 필요한 깊이 있는 통찰을 제공하는 것을 목표로 한다.

산업용 이더넷은 사무 환경에서 널리 사용되는 표준 이더넷과 동일한 IEEE 802.3 표준을 기반으로 한다.4 그러나 그 이름이 암시하듯, 산업 현장의 특수하고 가혹한 요구사항을 충족시키기 위해 물리적, 논리적 측면에서 근본적인 차이점을 가진다.

산업용 이더넷과 표준 이더넷의 가장 직관적인 차이는 물리적 구성요소의 강건함에서 비롯된다. 공장 환경은 사무실과 비교할 수 없을 정도로 열악한 조건을 가지고 있으며, 통신 시스템은 이러한 환경에서도 안정적인 성능을 유지해야 한다.

• 물리적 강화: 산업 현장은 극한의 온도 변화, 높은 습도, 지속적인 진동과 충격, 그리고 강력한 전자기 노이즈(EMI/RFI)가 상존하는 공간이다.4 산업용 이더넷의 모든 물리적 구성요소는 이러한 가혹한 환경을 견딜 수 있도록 특수 설계된다.
  • 커넥터: 사무 환경의 표준인 RJ45 커넥터는 진동에 취약하고 고정력이 약해 산업 현장에는 부적합하다.4 이를 대체하기 위해 나사 결합 방식으로 강력하게 고정되고, 방수/방진 성능이 뛰어난 M12 또는 M8 커넥터가 널리 사용된다. 이 커넥터들은 최대 IP69K 등급의 보호 성능을 제공하여 고압의 물 분사나 먼지로부터 내부를 완벽하게 보호할 수 있다.4
  • 케이블: 표준 UTP/STP 케이블에 비해 더 두껍고 견고한 재킷(Jacket) 소재를 사용하여 물리적 마모와 화학적 오염에 대한 저항성을 높였다. 또한, 다중 차폐(Shielding) 구조를 강화하여 모터, 인버터 등에서 발생하는 강력한 전자기 간섭(EMI)의 영향을 최소화하고 신호 무결성을 보장한다.7
  • 네트워크 장비: 산업용 이더넷 스위치와 같은 능동 장비는 일반적으로 -40°C에서 +70°C 이상에 이르는 광범위한 작동 온도 범위를 지원하며, 팬이 없는(fanless) 방열 설계를 통해 먼지가 많은 환경에서도 안정적으로 작동한다.7 또한, 폭발 위험이 있는 환경을 위한 방폭(Explosion-proof) 설계 등 산업 안전 규격을 준수하는 특수 제품도 존재한다.9

이러한 물리적 강건성은 단순히 장비의 수명을 늘리기 위한 조치가 아니다. 이는 통신 프로토콜이 상위 계층에서 보장하려는 결정성(Determinism)을 구현하기 위한 가장 기본적인 전제 조건이다. 통신 프로토콜이 아무리 정교하게 실시간성을 보장하려 해도, 물리 계층에서 전자기 노이즈로 인한 데이터 비트 오류나 진동으로 인한 순간적인 연결 끊김이 발생한다면 모든 논리적 메커니즘은 무용지물이 된다. 따라서 산업용 이더넷의 물리적 강화는 선택이 아닌 필수이며, 소프트웨어적인 결정성 확보와 상호 보완적인 관계에 있는 핵심 요소로 이해해야 한다.

물리적 차이보다 더 근본적인 차이는 통신을 처리하는 방식, 즉 통신 철학에 있다. 표준 이더넷이 ‘최대한 노력해서 데이터를 전달하는 것’에 초점을 맞춘다면, 산업용 이더넷은 ‘정해진 시간에 정확하게 데이터를 전달하는 것’을 목표로 한다.

• 표준 이더넷의 한계: 표준 이더넷은 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)라는 매체 접근 제어 방식과 TCP/IP 프로토콜 스택을 기반으로 한다. 이는 ‘최선 노력형(Best Effort)’ 전달 방식으로, 데이터 전송 자체는 TCP를 통해 보장되지만 데이터가 ‘언제’ 도착할지는 보장하지 않는다.6 네트워크에 여러 장치가 동시에 데이터를 보내려 하면 충돌(Collision)이 발생하고, 각 장치는 임의의 시간 동안 대기한 후 재전송을 시도한다. 이 과정에서 발생하는 지연 시간(Latency)은 네트워크 트래픽 양에 따라 변동하므로 예측이 불가능하다.6 사무 환경에서는 이메일이 1초 늦게 도착하거나 웹페이지 로딩이 잠시 지연되어도 큰 문제가 되지 않지만, 수백 개의 모터를 마이크로초 단위로 동기화해야 하는 공장에서는 이러한 예측 불가능성이 치명적인 오류로 이어진다.8
• 산업용 이더넷의 목표: 산업 제어 시스템의 요구사항을 충족시키기 위해 ‘결정성(Determinism)’과 ‘실시간성(Real-time)’을 확보하는 것이 산업용 이더넷의 핵심 목표다.
  • 결정성: 데이터 패킷이 사전에 정의되고 예측 가능한 시간 내에, 데이터 손실이나 순서 뒤바뀜 없이 정확하게 목적지에 도달하는 것을 보장하는 능력을 의미한다.12 이는 ‘아마도 도착할 것’이 아니라 ‘반드시 제시간에 도착할 것’을 보장하는 개념이다.
  • 실시간성: 시스템이 정해진 시간 제약(Deadline) 내에 반드시 응답하는 능력을 말한다. 특히 마감 시간을 어기는 것이 시스템의 심각한 오류나 고장으로 이어지는 ‘하드 리얼타임(Hard Real-time)’은 정밀 모션 제어와 같은 분야에서 필수적이다.14

여기서 중요한 점은 ‘실시간’이 단순히 ‘빠르다’는 의미가 아니라는 것이다. 기술적 본질은 속도가 아니라 예측 가능성에 있다. 예를 들어, 데이터 패킷이 100µs에서 500µs 사이에서 불규칙하게 도착하는 시스템보다, 매번 정확히 1ms 주기로 오차 없이 도착하는 시스템이 제어 관점에서는 훨씬 우수한 ‘실시간’ 시스템이다. 표준 이더넷의 평균 속도는 매우 빠를 수 있지만, 트래픽이 몰렸을 때의 최악 지연 시간(Worst-case latency)을 보장할 수 없다. 반면, 산업용 이더넷은 최악의 상황에서도 데이터가 정해진 시간 안에 도착할 것을 보장(Guarantee of Service)하는 데 모든 기술적 역량을 집중한다.13 따라서 산업 제어에서 중요한 것은 평균 속도가 아니라, 예측 불가능한 지연 시간의 변동, 즉 ‘지터(Jitter)’를 최소화하는 것이며, 이것이 바로 산업용 이더넷 프로토콜의 핵심 설계 목표다.6

다음 표는 표준 이더넷과 산업용 이더넷의 핵심적인 차이점을 요약한 것이다.

표 1: 표준 이더넷 vs. 산업용 이더넷 비교

구분	표준 이더넷	산업용 이더넷
기반 표준	IEEE 802.3	IEEE 802.3
주요 적용 분야	사무/가정 환경, IT 인프라	공장/공정 자동화, 제어 시스템
통신 철학	최선 노력형 (Best Effort)	결정론적 (Deterministic)
데이터 전송 보장	전송 자체는 보장 (TCP)	전송 시간 및 주기 보장
핵심 프로토콜	TCP/IP, UDP/IP	PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT 등 (TCP/IP 우회 또는 변형)
지연/지터 관리	관리하지 않음, 예측 불가	마이크로초 단위의 엄격한 제어
물리적 구성요소	RJ45 커넥터, UTP/STP 케이블	M12/M8 커넥터, 강화된 차폐 케이블, 산업용 스위치
환경 내성	낮음 (온도, 진동, 노이즈)	높음 (광범위한 온도, 내진동, EMI/RFI 내성)
네트워크 토폴로지	주로 스타형	스타, 라인, 링 등 다양한 토폴로지 및 이중화 지원

산업용 이더넷이 어떻게 표준 이더넷의 한계를 극복하고 결정성을 확보하는지 이해하기 위해서는 지연 시간(Latency)과 지터(Jitter)의 제어 원리, 그리고 이를 구현하는 프로토콜의 역할을 깊이 있게 살펴볼 필요가 있다.

결정론적 통신 시스템을 평가하는 핵심 지표는 지연 시간과 지터다.

• 지연 시간 (Latency): 데이터 패킷이 송신 노드에서 출발하여 수신 노드에 도착하기까지 걸리는 총 시간을 의미한다. 이 시간은 이더넷 프레임이 케이블을 통해 전달되는 전파 지연(Propagation Delay), 프레임 전체를 전송하는 데 걸리는 전송 지연(Transmission Delay), 그리고 네트워크 스위치 내부에서 프레임을 처리하는 데 걸리는 처리 지연(Processing Delay) 등으로 구성된다.6
• 지터 (Jitter): 지연 시간의 변동성을 나타내는 지표로, 매번 전송되는 패킷들의 지연 시간이 얼마나 달라지는지를 의미한다.6 예를 들어, 제어기가 1ms 주기로 서보 드라이브에 위치 명령을 보낼 때, 어떤 패킷은 0.9ms 만에 도착하고 다른 패킷은 1.1ms 만에 도착한다면 지터가 크다고 할 수 있다. 주기적인 제어 신호에서 지터가 크면 제어 루프의 안정성이 깨지고 정밀도가 심각하게 저하되므로, 산업 제어에서는 지터를 최소화하는 것이 매우 중요하다.16

수학적으로 $n$번째 패킷의 지연 시간을 $L_n$이라 할 때, 지터 $J$는 특정 시간 동안 측정된 지연 시간의 표준 편차($\sigma_L$)나 최대값과 최소값의 차이($L_{max} - L_{min}$) 등으로 표현할 수 있다. \(J = L_{max} - L_{min}\) 산업용 이더넷의 성능을 평가할 때, IT 네트워크에서 중요한 기가비트 단위의 대역폭(Bandwidth)이나 평균 처리량(Throughput)은 부차적인 지표가 된다. 실제로 많은 산업용 이더넷 애플리케이션에서는 100Mbps 속도가 여전히 가장 널리 사용된다.8 이는 제어 데이터의 크기 자체가 수 바이트에서 수십 바이트로 비교적 작기 때문이기도 하지만 5, 더 근본적으로는 대역폭보다 시간적 정밀성이 훨씬 중요하기 때문이다. 수백 개의 서보 모터를 정밀하게 동기화하는 모션 제어 시스템에서 중요한 것은 얼마나 많은 데이터를 한 번에 보내느냐가 아니라, 모든 모터에 제어 명령이 1 마이크로초($\mu s$) 이내의 오차로 동시에 전달되느냐이다.18 따라서 산업용 이더넷 프로토콜의 성능 벤치마크는 평균 처리량이 아니라 최대 지터(Max Jitter)와 최소 사이클 타임(Min Cycle Time)이 되어야 한다. 기술을 선택하고 평가하는 기준 자체가 근본적으로 다른 것이다.

표준 이더넷이 사용하는 TCP/IP 프로토콜 스택은 OSI 7계층 모델을 기반으로 한다. 데이터가 애플리케이션 계층에서 물리 계층으로 내려가면서 각 계층은 고유의 헤더 정보를 추가(Encapsulation)하고, 수신 측에서는 다시 헤더를 제거(Decapsulation)하며 상위 계층으로 데이터를 올린다. 이 과정은 유연하고 확장성이 높지만, 각 계층을 거치는 처리 시간으로 인해 예측 불가능한 지연을 유발한다.19

산업용 이더넷 프로토콜은 이 문제를 해결하기 위해 TCP/IP 스택의 일부 또는 전체를 우회하는 혁신적인 접근 방식을 채택한다.

• TCP/IP 스택 우회 (Bypass): 실시간성이 가장 중요한 주기적 데이터(예: I/O 데이터, 모션 제어 명령)는 OSI 3계층(네트워크 계층)과 4계층(전송 계층)을 완전히 건너뛴다. 대신, OSI 2계층의 표준 이더넷 프레임 내부에 직접 독자적인 실시간 프로토콜 데이터를 실어 전송한다. 이를 위해 각 프로토콜은 IEEE에 등록된 고유한 EtherType 값을 사용한다. 예를 들어, EtherCAT은 0x88A4를, PROFINET RT/IRT는 0x8892를 사용하여 자신들의 프레임을 식별한다.6 이렇게 함으로써 TCP/IP 스택 처리로 인한 지연을 원천적으로 제거하고, 하드웨어 레벨에서 직접 데이터를 처리하여 성능을 극대화할 수 있다.
• TCP/IP와의 공존 (Coexistence): 산업용 이더넷의 또 다른 중요한 특징은 실시간 통신과 비실시간 통신이 동일한 물리적 케이블에서 공존할 수 있다는 점이다. 장비 설정, 파라미터 다운로드, 진단 정보 조회, HMI와의 통신 등 실시간성이 상대적으로 덜 중요한 데이터는 표준 TCP/IP 또는 UDP/IP를 통해 전송된다.6

이러한 구조는 산업용 이더넷이 ‘하나의 물리적 네트워크, 두 개의 논리적 채널’이라는 이중적 특성을 갖게 함을 의미한다. 실시간 데이터는 ‘고속 전용차선(실시간 채널)’을 통해 지연 없이 PLC와 장치 간에 교환되고, 동시에 일반 IT 데이터는 ‘일반 차선(TCP/IP 채널)’을 통해 MES, SCADA, 또는 클라우드 시스템과 통신한다. 이는 과거 필드버스와 상위 IT 네트워크 간에 반드시 게이트웨이가 필요했던 구조를 근본적으로 바꾼 혁신이며, IT와 OT의 진정한 융합을 기술적으로 가능하게 하는 핵심 열쇠다.

산업용 이더넷의 등장을 이해하기 위해서는 그 전신인 필드버스(Fieldbus)의 역사와 그 유산, 그리고 한계를 먼저 살펴봐야 한다. 산업용 이더넷은 필드버스가 이루지 못한 과제를 해결하기 위해 등장한 자연스러운 기술 진화의 산물이다.

1980년대 후반, 산업 현장은 복잡한 배선 문제로 골머리를 앓고 있었다. 센서, 액추에이터 등 현장의 모든 장치는 제어기(PLC)까지 개별적인 4-20mA 아날로그 신호선이나 디지털 I/O 케이블로 연결되는 점대점(Point-to-Point) 방식을 사용했다.24 이 방식은 배선 비용과 설치 공수를 증가시킬 뿐만 아니라, 장치의 상태를 파악할 수 있는 진단 기능이 전무했다.

이러한 문제를 해결하기 위해 디지털 직렬 통신 방식인 ‘필드버스(Fieldbus)’가 등장했다.25 필드버스는 단일 통신 케이블에 여러 장치를 연결(Bus)하여 배선을 획기적으로 줄였고, 장치의 상태 정보나 파라미터를 디지털 데이터로 주고받을 수 있게 했다. PROFIBUS, DeviceNet, Modbus RTU, CC-Link 등 주요 자동화 기업들이 주도하는 다양한 필드버스 프로토콜이 시장에 등장하며 자동화 기술의 발전을 이끌었다.25

그러나 필드버스 시대는 몇 가지 명확한 한계를 안고 있었다.

• 제한된 속도와 대역폭: 대부분의 필드버스는 최대 수 Mbps 수준의 통신 속도를 제공했다. 이는 간단한 I/O 신호나 제어 명령을 전달하기에는 충분했지만, 비전 카메라의 이미지 데이터, 대용량 파라미터 파일, 상세한 진단 로그 등 대용량 데이터를 전송하기에는 역부족이었다.
• 네트워크 파편화와 상호운용성 부재: 각 필드버스 프로토콜은 서로 다른 물리 계층과 프로토콜 스택을 사용하여 호환이 불가능했다. 지멘스 PLC는 PROFIBUS를, 로크웰 PLC는 DeviceNet을 사용하는 등, 특정 공급업체에 종속되는 ‘섬(Island)’ 형태의 자동화 시스템이 구축되었다. 이로 인해 서로 다른 시스템을 통합하기 위해서는 복잡하고 비싼 게이트웨이가 필수적이었으며, 이는 ‘필드버스 전쟁(Fieldbus Wars)’이라 불릴 만큼 치열한 표준화 경쟁과 시장 분열을 낳았다.28
• 수직적 통합의 어려움: 공장 현장의 필드버스 네트워크와 사무실의 이더넷 기반 IT 네트워크는 완전히 다른 기술이었기 때문에, 현장 데이터를 상위 MES나 ERP 시스템으로 직접 전달하는 것이 불가능했다. 모든 데이터는 PLC나 DCS를 거쳐 여러 단계의 변환과 게이트웨이를 통과해야만 했다.26

이러한 한계에도 불구하고, 산업용 이더넷은 필드버스의 핵심 개념을 계승하고 발전시켰다. 컨트롤러-디바이스(과거의 마스터-슬레이브) 구조, 주기적인 데이터 교환 방식, 장치의 기능과 데이터를 표준화하는 장치 프로파일(Device Profile) 개념 등은 모두 필드버스에서 정립된 중요한 유산이다. 실제로 주요 산업용 이더넷 프로토콜 개발사들은 대부분 기존 필드버스의 강자들이었다 (PROFIBUS –» PROFINET, DeviceNet –» EtherNet/IP, CC-Link –» CC-Link IE).30 이런 관점에서 산업용 이더넷은 필드버스의 실패가 아닌, 이더넷이라는 더 빠르고 개방적이며 확장성 있는 기술 플랫폼 위에서 필드버스의 이상을 성공적으로 재해석하고 진화시킨 결과물로 보는 것이 타당하다.

필드버스의 한계가 명확해지면서, 산업계는 새로운 통신 솔루션을 모색하기 시작했고, 그 해답은 이미 IT 세계를 평정한 이더넷에 있었다. 산업용 이더넷으로의 전환을 이끈 핵심 동인은 다음과 같다.

• 더 높은 대역폭에 대한 요구: 고해상도 비전 시스템, 다축 로봇, 고성능 서보 드라이브 등 데이터 집약적인 애플리케이션이 확산되면서 필드버스의 대역폭은 한계에 부딪혔다. 산업용 이더넷은 기본적으로 100Mbps, 나아가 1Gbps 이상의 속도를 제공하여 이러한 대용량 데이터 전송 요구를 충족시켰다.6
• 수직적 통합(Vertical Integration)의 필요성: 공장 현장(OT)에서부터 기업 자원 관리(ERP) 시스템(IT)까지 단일 네트워크 기술로 완벽하게 통합하려는 요구가 커졌다. 이더넷을 기반으로 함으로써, 현장 장치에서 생성된 데이터를 별도의 게이트웨이 없이 상위 시스템으로 직접 전달할 수 있게 되었고, 이는 데이터의 투명성을 획기적으로 높였다.10
• 표준 기술(COTS) 활용의 이점: 이더넷은 상용 기성품(Commercial-Off-The-Shelf, COTS) 기술이다. 따라서 저렴하고 구하기 쉬운 케이블, 스위치, 네트워크 인터페이스 카드(NIC) 등 방대한 IT 하드웨어 생태계를 활용할 수 있다. 또한, 이더넷과 TCP/IP에 익숙한 수많은 IT 엔지니어들의 지식과 기술을 산업 현장에 접목할 수 있게 되었다.5
• 유연한 네트워크 토폴로지: 필드버스가 주로 버스(Bus)나 트리(Tree) 형태의 경직된 토폴로지를 가졌던 반면, 이더넷은 스위치를 중심으로 하는 스타(Star) 토폴로지를 기본으로 라인(Line), 링(Ring) 등 다양한 네트워크 구성을 자유롭게 할 수 있다. 이는 설비의 설계, 설치, 확장을 훨씬 유연하고 용이하게 만들었다.6

산업용 이더넷은 단일 프로토콜이 아니다. 여러 단체와 기업들이 각자의 철학과 기술적 접근법에 따라 다양한 프로토콜을 개발했으며, 이들이 시장에서 경쟁하고 있다. 그 중 가장 대표적인 PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT의 기술적 특징을 심층적으로 분석한다.

• 주관 단체 및 철학: PROFIBUS & PROFINET International (PI)에서 관리하며, PROFIBUS의 성공 신화를 이더넷 환경에서 이어가는 것을 목표로 한다.33 PROFINET의 핵심 철학은 ‘유연성’이다. 하나의 네트워크에서 일반적인 공장 자동화부터 초정밀 모션 제어까지 다양한 수준의 실시간 요구사항을 모두 만족시키고, 표준 IT 통신과의 완벽한 공존을 추구한다.23
• 기술적 구현: PROFINET은 애플리케이션의 실시간 요구 수준에 따라 세 가지 통신 채널을 제공한다.
  • NRT (Non-Real-Time): 표준 TCP/IP 및 UDP/IP를 사용하는 비실시간 통신 채널이다. 장치 설정, 진단 데이터 전송, 웹 서버 접근 등 시간 제약이 없는 일반적인 IT 통신에 사용된다.20
  • RT (Real-Time): PROFINET의 기본 실시간 통신 채널이다. TCP/IP 스택을 우회하고, 이더넷 프레임(EtherType 0x8892)에 직접 제어 데이터를 실어 전송한다. IEEE 802.1p 표준에 정의된 VLAN 우선순위 태그(Priority Tag)를 사용하여 PROFINET RT 프레임에 높은 우선순위를 부여함으로써, 일반 트래픽보다 먼저 처리되도록 한다. 이는 소프트웨어 기반으로 구현 가능하며, 1ms에서 10ms 사이의 사이클 타임을 요구하는 일반적인 공장 자동화(FA) 애플리케이션에 널리 사용된다.15
  • IRT (Isochronous Real-Time): 가장 높은 수준의 결정성을 요구하는 동기 모션 제어 애플리케이션을 위한 채널이다. IRT는 하드웨어 지원(전용 ASIC이 내장된 스위치)이 필수적이다. TDMA(Time-Division Multiple Access) 방식을 도입하여 네트워크 대역폭을 시간 단위로 정밀하게 분할하고 예약한다.
    • 적색 위상 (Red Phase): IRT 통신을 위해 예약된 시간 슬롯이다. 이 구간 동안에는 오직 사전에 스케줄링된 동기 IRT 프레임만이 네트워크 전송을 허용된다. 다른 모든 트래픽(RT, NRT)은 완벽히 차단되므로, 지터(Jitter)를 1$\mu s$ 미만으로 극소화할 수 있다.15
    • 녹색 위상 (Green Phase): 예약되지 않은 나머지 시간으로, 이 구간에서는 RT 및 NRT 트래픽이 자유롭게 전송된다.35
    • 이러한 방식을 통해 PROFINET IRT는 최소 31.25$\mu s$라는 초고속 사이클 타임을 달성할 수 있으며, 다축 로봇 제어나 정밀 인쇄기 등 고성능 동기화가 필수적인 분야에서 사용된다.15
• 주요 기능 및 응용:
  • 이중화(Redundancy): 링 토폴로지에서 네트워크 장애 발생 시 신속한 경로 전환을 위해 MRP(Media Redundancy Protocol, IEC 62439-2)를 지원한다. MRP는 50ms(또는 고속 버전에서 10ms) 이내의 복구 시간을 보장하여 통신 두절을 최소화한다.36
  • 애플리케이션 프로파일: PROFIdrive(드라이브 제어), PROFIsafe(안전 통신), PROFIenergy(에너지 관리) 등 표준화된 프로파일을 통해 다양한 제조사의 장치 간에도 원활한 상호운용성을 제공한다.36
• 주관 단체 및 철학: ODVA(Open DeviceNet Vendors Association)에서 관리하며, 북미 시장의 강자인 로크웰 오토메이션(Rockwell Automation)이 주도한다.41 EtherNet/IP의 핵심 철학은 ‘개방성’과 ‘IT 친화성’이다. 표준 이더넷(IEEE 802.3)과 TCP/IP 기술을 수정 없이 그대로 활용하여 기존 IT 인프라 및 기술과의 호환성을 극대화하는 것을 목표로 한다.32
• 기술적 구현:
  • CIP (Common Industrial Protocol): EtherNet/IP의 본질은 ‘CIP on Ethernet’이다. 즉, DeviceNet, ControlNet과 같은 이전 세대 네트워크에서 사용되던 상위 애플리케이션 프로토콜인 CIP를 표준 이더넷 기술 위에서 동작하도록 만든 것이다.41 CIP는 모든 장치를 객체(Object), 클래스(Class), 인스턴스(Instance), 속성(Attribute)의 논리적이고 계층적인 구조로 표현하여 데이터 접근을 표준화한다.44
  • 통신 방식:
    • Implicit Messaging (I/O 메시지): 주기적으로 교환되는 시간 민감형 제어 데이터다. 표준 UDP/IP를 통해 전송되며, 생산자-소비자(Producer-Consumer) 모델을 기반으로 한 IP 멀티캐스트를 사용하여 하나의 데이터 패킷을 여러 장치에 효율적으로 전달한다.25
    • Explicit Messaging (정보 메시지): 비주기적으로 요청/응답 방식으로 교환되는 설정 및 진단 데이터다. 표준 TCP/IP를 사용하여 안정적이고 신뢰성 있는 점대점 통신을 보장한다.32
  • 결정성 확보: EtherNet/IP는 프로토콜 자체에 PROFINET IRT나 EtherCAT과 같은 하드웨어 기반의 하드 리얼타임 메커니즘을 내장하고 있지 않다. 이 때문에 때로 ‘비결정적’이라는 평가를 받기도 한다.46 대신, EtherNet/IP는 지능형 관리형 스위치(Managed Switch)를 활용한 신중한 네트워크 설계를 통해 결정성을 확보한다.
    • QoS (Quality of Service): IP 헤더의 DSCP 필드나 이더넷 프레임의 802.1p 우선순위 값을 사용하여 I/O 메시지에 높은 우선순위를 부여, 스위치에서 우선적으로 처리되도록 한다.
    • IGMP Snooping: 스위치가 멀티캐스트 그룹을 학습하여, 특정 멀티캐스트 데이터가 필요한 포트로만 트래픽을 전달하고 불필요한 전파를 막아 네트워크 부하를 줄인다.25
    • CIP Sync & CIP Motion: IEEE 1588 PTP(Precision Time Protocol)를 활용한 CIP Sync를 통해 네트워크의 모든 노드 간 시간을 마이크로초 단위로 정밀하게 동기화한다. 이를 기반으로 다축 모션 제어를 위한 CIP Motion 프로파일을 구현하여 결정론적 모션 제어를 실현한다.14
• 주요 기능 및 응용:
  • 이중화(Redundancy): DLR(Device Level Ring) 프로토콜을 사용하여 링 토폴로지에서 빠른 장애 복구를 지원한다. DLR 기능이 내장된 장치나 전용 스위치가 필요하다.43
  • 응용 분야: 북미 시장을 중심으로 공정 자동화(Process Automation) 분야에서 강점을 보인다. HART, IO-Link와 같은 다른 프로토콜과의 통합이 용이하며, 차세대 물리 계층인 Ethernet-APL(Advanced Physical Layer)을 지원하여 방폭 지역의 필드 기기까지 이더넷 연결을 확장하고 있다.49
• 주관 단체 및 철학: 독일의 Beckhoff Automation에서 개발하고 EtherCAT Technology Group(ETG)에서 관리한다.21 EtherCAT의 철학은 명확하다: ‘최고의 성능’. 통신 처리 방식을 근본적으로 혁신하여 타의 추종을 불허하는 속도와 정밀도를 달성하는 데 초점을 맞춘다.
• 기술적 구현:
  • Processing on the fly: EtherCAT의 성능을 뒷받침하는 독창적이고 핵심적인 원리다. 기존 이더넷 방식에서는 각 노드가 자신에게 온 프레임을 수신, 복사, 처리한 후 다음 노드로 전달하는 ‘Store-and-Forward’ 방식을 사용한다. 이와 달리 EtherCAT에서는 마스터가 보낸 단 하나의 이더넷 프레임(EtherType 0x88A4)이 각 슬레이브 노드를 고속으로 ‘통과(pass-through)’한다. 슬레이브는 프레임이 통과하는 그 순간, 하드웨어적으로 자신에게 할당된 데이터를 읽고(read) 자신의 데이터를 프레임의 빈 공간에 기록(write)한다.21 프레임이 멈추지 않기 때문에 노드당 처리 지연이 수백 나노초(ns)에 불과하다.
  • ESC (EtherCAT Slave Controller): 모든 슬레이브 장치에는 이 ‘on-the-fly’ 처리를 전담하는 전용 하드웨어 칩(ASIC 또는 FPGA)인 ESC가 내장되어 있다. 모든 시간 민감형 통신 처리가 슬레이브의 주 CPU와 무관하게 ESC 하드웨어에서 직접 이루어지므로, CPU 부하에 관계없이 일관되고 예측 가능한 초고속 성능이 보장된다.21
  • 유연한 토폴로지: EtherCAT은 별도의 네트워크 스위치가 필요 없다. 각 슬레이브의 ESC가 2개 이상의 포트를 가지고 있어 그 자체가 스위치 역할을 수행하기 때문이다. 이로 인해 장치들을 직렬로 연결하는 라인(Line), 분기하는 트리(Tree), 또는 스타(Star) 등 거의 무한대에 가까운 자유로운 토폴로지 구성이 가능하다.53
  • 압도적 성능: 이러한 구조 덕분에 EtherCAT은 1,000개의 분산 디지털 I/O를 처리하는 데 약 30$\mu s$, 100개의 서보 축을 10kHz(100$\mu s$)의 주기로 업데이트하는 경이적인 성능을 보여준다. 사이클 타임은 수십 $\mu s$, 지터는 1$\mu s$ 미만으로, 다른 프로토콜들을 성능 면에서 압도한다.21
  • 정밀 동기화: 분산 클록(Distributed Clocks, DC) 메커니즘을 사용하여 모든 슬레이브 노드의 내부 클록을 마스터 클록에 나노초(ns) 단위의 정밀도로 동기화한다. 이를 통해 네트워크 전체에서 완벽에 가까운 동시 동작을 구현할 수 있다.55

• 응용 사례: 반도체 제조 장비, 고속 패키징 머신, 다관절 로봇, CNC 공작기계 등 마이크로초 단위의 정밀한 동기화와 초고속 응답성이 요구되는 하이엔드 모션 제어 분야에서 절대적인 강점을 보인다.59

• Modbus TCP: 1979년에 개발된 시리얼 기반 Modbus 프로토콜을 TCP/IP 상에서 사용할 수 있도록 한 것이다. 구현이 매우 간단하고 로열티가 없어 가장 보편적으로 사용되는 프로토콜 중 하나다.63 하지만 표준 자체는 실시간성을 보장하지 않기 때문에, 주로 간단한 데이터 모니터링이나 시간 제약이 엄격하지 않은 제어 애플리케이션에 사용된다.25
• POWERLINK: B&R Automation에서 개발했으며, SCNM(Slot Communication Network Management)이라는 시분할 다중 접속(TDMA) 방식을 사용하여 결정성을 확보한다. 통신 사이클을 동기 구간(isochronous phase)과 비동기 구간(asynchronous phase)으로 나누어 관리하는 등 PROFINET IRT와 유사한 개념을 공유한다. 오픈 소스 스택을 제공하여 개방성을 강조하는 것이 특징이다.66
• CC-Link IE: 미쓰비시 전기가 주도하는 CLPA(CC-Link Partner Association)에서 관리하며, 특히 아시아 시장에서 높은 점유율을 보인다.25 기가비트 대역폭을 기반으로 하며, TSN(Time-Sensitive Networking) 기술을 가장 먼저 통합한 프로토콜 중 하나인 CC-Link IE TSN을 통해 차세대 시장을 공략하고 있다.68

산업용 이더넷 시장은 기술적 우위뿐만 아니라, 각 기술을 지지하는 기업들의 생태계 전략과 시장의 요구에 따라 역동적으로 변화하고 있다.

스웨덴의 산업용 통신 전문 기업인 HMS Networks가 매년 발표하는 시장 분석 자료는 업계 동향을 파악하는 중요한 지표다. 2024년 발표된 자료에 따르면 시장의 몇 가지 중요한 흐름이 관찰된다.69

• 이더넷의 지배력 강화: 2024년 신규 설치된 산업용 네트워크 노드 중 산업용 이더넷이 차지하는 비중은 76%에 달하며, 이는 전년의 71%에서 더욱 상승한 수치다. 반면, 전통적인 필드버스의 점유율은 22%에서 17%로 감소하며 하락세가 뚜렷해지고 있다. 이는 산업계의 통신 인프라가 이더넷 중심으로 빠르게 재편되고 있음을 명확히 보여준다.69
• 프로토콜별 점유율 (2024년 기준):
  1. PROFINET: 27% (전년 23%에서 4%p 상승하며 1위 자리를 굳혔다.)
  2. EtherNet/IP: 23% (전년 21%에서 2%p 상승하며 꾸준한 성장세를 보였다.)
  3. EtherCAT: 17% (전년 16%에서 1%p 상승하며 3위 자리를 지켰다.)
  4. Modbus-TCP: 4% (안정적인 점유율을 유지하고 있다.) 69
• 지역별 특성: 프로토콜의 인기는 지역별로 뚜렷한 차이를 보인다.
  • 유럽: 지멘스(Siemens)의 영향력이 강한 유럽 시장에서는 PROFINET이 압도적인 강세를 보이며, 고성능 모션 제어 분야에서는 Beckhoff의 EtherCAT이 높은 채택률을 보인다.
  • 북미: 로크웰 오토메이션(Rockwell Automation)의 본거지인 북미 시장에서는 EtherNet/IP가 시장을 주도하고 있다.
  • 아시아: PROFINET과 EtherCAT이 빠르게 성장하며 영향력을 확대하는 가운데, 미쓰비시 전기(Mitsubishi Electric)가 주도하는 CC-Link IE가 강력한 지역적 기반을 유지하고 있다.69
• 무선 기술 동향: 무선 기술은 전체 시장의 7%를 차지하며 안정적인 점유율을 유지하고 있다. 주로 AGV(Automated Guided Vehicle), 모바일 로봇, 케이블 설치가 어려운 구간의 데이터 수집 등 유선 네트워크를 보완하는 역할에 집중된다. 산업용 5G는 낮은 지연 시간과 대규모 연결성이라는 잠재력에도 불구하고, 높은 인프라 구축 비용과 기술적 복잡성으로 인해 아직 본격적인 도입은 더딘 상황이다.69

이러한 시장 데이터는 몇 가지 중요한 점을 시사한다. 첫째, 시장은 PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT의 ‘3강 체제’로 명확하게 재편되고 있다. 이 세 프로토콜의 합산 점유율은 67%에 달하며, 모두 성장세를 보이고 있어 군소 프로토콜들의 입지는 더욱 좁아질 것으로 예상된다. 둘째, 프로토콜의 선택은 순수한 기술적 우위만으로 결정되지 않는다. 각 기술을 주도하는 글로벌 기업(지멘스, 로크웰, 벡호프)의 시장 지배력, 기존에 구축된 설비와의 호환성, 엔지니어의 기술 숙련도, 지역별 기술 지원 체계 등 비기술적 요인이 프로토콜 채택에 매우 큰 영향을 미치며, 이는 현재의 3강 구도와 지역별 강세를 더욱 공고히 하는 요인으로 작용한다.

시스템 설계자가 특정 애플리케이션에 가장 적합한 프로토콜을 선택하기 위해서는 각 프로토콜의 기술적 특성을 객관적으로 비교하는 것이 중요하다.

표 2: 주요 산업용 이더넷 프로토콜 종합 비교

항목	PROFINET	EtherNet/IP	EtherCAT
주관 단체	PI (PROFIBUS & PROFINET Int’l)	ODVA	ETG (EtherCAT Technology Group)
핵심 철학	유연성 및 확장성	표준 IT 기술 활용 및 개방성	절대적인 성능 및 효율성
결정성 확보 방식	RT: QoS (802.1p) 우선순위 IRT: TDMA (시분할)	QoS, IGMP Snooping CIP Sync (IEEE 1588 PTP)	Processing on the fly (하드웨어 처리)
TCP/IP 관계	공존 (RT/IRT는 스택 우회)	표준 TCP/UDP/IP 기반	공존 (IP 트래픽 터널링)
최소 사이클 타임	IRT: 31.25$\mu s$ RT: ~250$\mu s$	수 ms (CIP Motion: ~500$\mu s$)	~12.5$\mu s$ (1000 I/O: ~30$\mu s$)
지터 (Jitter)	IRT: < 1$\mu s$	수십 $\mu s$ (네트워크 설계 의존)	< 1$\mu s$ (DC 사용 시 ns 단위)
하드웨어 의존성	IRT: 전용 ASIC 내장 스위치 필요	표준 NIC + 관리형 스위치	모든 슬레이브에 전용 ESC (ASIC/FPGA) 필요
주요 토폴로지	스타, 라인, 링	스타, DLR 링	라인, 트리, 스타 등 자유로운 조합
이중화 방식	MRP, 시스템 이중화	DLR, PRP	케이블 이중화 (논리적 링)
IT 통합 용이성	높음 (NRT 채널)	매우 높음 (표준 IP 기반)	중간 (별도 IP 터널링 필요)
적합 애플리케이션	복합 자동화, 일반/고성능 모션	공정 자동화, 분산 제어	고속/고정밀 동기 모션 제어

산업용 이더넷 시장은 지난 20년간 눈부신 발전을 이루었지만, 프로토콜 간의 비호환성이라는 근본적인 문제를 남겼다. 이는 마치 각기 다른 언어를 사용하는 국가들처럼, 서로 다른 프로토콜을 사용하는 장비들 간의 원활한 소통을 가로막는 장벽이 되었다.73 이러한 파편화된 시장을 통일하고 진정한 상호운용성을 구현하기 위한 차세대 기술로 시간 민감형 네트워킹(Time-Sensitive Networking, TSN)과 OPC UA가 주목받고 있다.

• 문제의식: PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT 등은 각자의 방식으로 결정성을 구현했지만, 이는 결국 서로 다른 ‘기술적 섬(Island of Automation)’을 만들었다. 이로 인해 최종 사용자는 특정 공급업체의 기술에 종속될 수밖에 없었고, 이기종 시스템을 통합하기 위한 비용과 복잡성은 여전히 높은 수준에 머물렀다.54
• TSN의 목표: 이러한 문제를 근본적으로 해결하기 위해, 특정 기업이 아닌 국제 표준화 기구인 IEEE 802.1 워킹그룹이 주도하여 표준 이더넷 자체에 결정론적 통신 기능을 추가하는 작업을 시작했다. 이것이 바로 TSN이다. TSN의 목표는 특정 공급업체나 프로토콜에 종속되지 않는, 진정한 의미의 개방형 실시간 이더넷 표준을 만드는 것이다.75
• 핵심 가치:
  • 컨버전스 (Convergence): TSN은 마이크로초 단위의 정밀한 제어 트래픽(OT)부터 기가비트급의 비디오 스트리밍이나 빅데이터 전송(IT)에 이르기까지, 모든 종류의 데이터를 단일 표준 네트워크에서 완벽하게 공존시킬 수 있다. 이는 과거에는 상상할 수 없었던 OT와 IT의 완벽한 융합을 의미한다.77
  • 상호운용성 (Interoperability): TSN을 지원하는 모든 장치와 프로토콜은 동일한 네트워크 인프라(TSN 스위치)를 공유하고, 표준화된 시간 동기화 및 트래픽 스케줄링 메커니즘을 통해 서로 간섭 없이 통신할 수 있다.76

TSN을 ‘또 하나의 새로운 산업용 이더넷 프로토콜’로 오해해서는 안 된다. TSN의 본질은 OSI 7계층 모델의 2계층(데이터 링크 계층)을 표준화하여, 그 위에서 PROFINET, EtherNet/IP, OPC UA 등 다양한 상위 애플리케이션 프로토콜들이 시간 보장을 받으며 함께 달릴 수 있도록 하는 ‘기반 기술(Enabling Technology)’이다.76 비유하자면, 기존 산업용 이더넷 프로토콜들이 각자 비포장도로에 자신만의 전용차선을 만들었다면, TSN은 모두가 함께 사용할 수 있는 잘 닦인 다차선 아스팔트 고속도로를 까는 것과 같다. 따라서 미래의 산업용 이더넷 시장은 ‘TSN 위에서 동작하는 PROFINET’, ‘TSN 위에서 동작하는 EtherNet/IP’와 같은 형태로 진화할 것이며, 이는 사용자에게 더 넓은 선택권과 유연성을 제공하게 될 것이다.

TSN은 단일 기술이 아닌, 결정론적 통신을 구현하기 위한 여러 IEEE 802.1 표준들의 집합체, 즉 ‘기술 도구상자(Toolbox)’다.75 주요 기술은 다음과 같다.

• 시간 동기화 (Time Synchronization - IEEE 802.1AS-Rev): gPTP(generalized Precision Time Protocol)라고도 불린다. 네트워크에 연결된 모든 장치(스위치, 컨트롤러, 필드 디바이스)가 나노초(ns) 수준의 정밀도로 공통된 마스터 클록에 시간을 동기화하도록 한다. 이 공유된 시간 정보는 모든 트래픽 스케줄링과 제어 동작의 기준이 된다.80
• 시간 인식 셰이퍼 (Time-Aware Shaper - IEEE 802.1Qbv): TSN의 핵심적인 트래픽 스케줄링 메커니즘이다. TDMA 방식을 사용하여 통신 시간을 반복되는 주기(Cycle)로 나누고, 각 주기 내에 특정 트래픽 클래스(예: 모션 제어 트래픽)를 위한 전용 ‘시간 창(Time Window)’을 할당한다. 스위치의 각 포트는 이 스케줄에 따라 정해진 시간에만 특정 큐(Queue)의 게이트(Gate)를 열어 해당 트래픽을 전송한다. 이를 통해 긴급한 고순위 트래픽이 우선순위가 낮은 트래픽에 의해 지연되는 현상을 원천적으로 차단하고, 예측 가능한 지연 시간을 보장한다.83
• 프레임 선점 (Frame Preemption - IEEE 802.1Qbu & 802.3br): 네트워크 효율성을 높이기 위한 기술이다. 예를 들어, 긴 저순위 프레임(예: 비디오 데이터)이 전송되고 있는 도중에 짧지만 긴급한 고순위 프레임(예: 안전 신호)이 도착하면, 저순위 프레임의 전송을 잠시 중단(preempt)하고 고순위 프레임을 먼저 보낸다. 고순위 프레임 전송이 끝나면, 중단되었던 저순위 프레임의 나머지 부분을 이어서 전송한다. 이를 통해 고순위 트래픽의 대기 시간을 최소화하면서도 전체적인 대역폭 활용도를 높일 수 있다.83
• 이중화 (Redundancy - IEEE 802.1CB): 최고 수준의 가용성을 보장하기 위한 기술이다. 송신 측에서 중요한 프레임을 복제하여 두 개 이상의 독립적인 물리적 경로로 동시에 전송하고, 수신 측에서는 먼저 도착한 프레임을 사용하고 나중에 도착한 중복 프레임은 폐기한다. 이를 통해 케이블 단선이나 스위치 고장과 같은 단일 경로 장애가 발생하더라도 데이터 손실이나 지연 없이(bumpless) 통신을 완벽하게 유지할 수 있다.75

TSN이 통신의 ‘방법’을 표준화했다면, OPC UA(Open Platform Communications Unified Architecture)는 전달되는 데이터의 ‘내용’과 ‘의미’를 표준화한다. 이 두 기술의 결합, 즉 ‘OPC UA over TSN’은 미래 산업 자동화 통신의 궁극적인 형태로 평가받는다.

• 두 기술의 완벽한 시너지:
  • TSN (OSI 1~2계층): ‘데이터를 어떻게 제시간에 확실히 전달할 것인가’의 문제를 해결한다. 즉, 결정론적 통신을 위한 고속도로 역할을 한다.79
  • OPC UA (OSI 5~7계층): ‘전달된 데이터가 무엇을 의미하며, 어떻게 접근하고, 얼마나 안전한가’의 문제를 해결한다. 플랫폼 독립적인 정보 모델을 통해 데이터에 의미(Semantics)를 부여하고, 강력한 인증/암호화 메커니즘으로 보안을 책임진다.79
• OPC UA Pub/Sub 모델: 전통적인 OPC UA의 클라이언트/서버 모델은 일대일 요청/응답 방식이라 실시간 제어에는 한계가 있었다. 이를 보완하기 위해 도입된 발행/구독(Publish/Subscribe) 모델은 하나의 발행자(Publisher)가 보낸 데이터를 다수의 구독자(Subscriber)가 동시에 수신할 수 있게 한다. 이 Pub/Sub 모델이 TSN의 결정론적 네트워크 위에서 동작함으로써, 컨트롤러와 필드 디바이스 간의 실시간 통신이 가능해진다.74
• 기대 효과: OPC UA over TSN은 센서 레벨부터 MES/ERP를 거쳐 클라우드에 이르기까지, 단일 표준 기술로 모든 수직적/수평적 통신을 끊김 없이(seamless) 연결한다. 이는 특정 공급업체에 종속되지 않는 진정한 의미의 개방형 자동화 아키텍처를 구현할 수 있음을 의미하며, 기계를 모듈처럼 자유롭게 조합하고(Plug-and-Produce), AI가 공장 전체의 데이터를 실시간으로 분석하여 자율적으로 생산을 최적화하는 미래 스마트 팩토리의 기술적 기반이 된다.87 이는 더 이상 단순한 ‘통신 프로토콜’이 아니라, 미래 공장의 ‘자동화 아키텍처’ 그 자체를 정의하는 표준이라 할 수 있다.

산업용 이더넷 기술의 발전은 단순히 공장의 케이블을 바꾸는 것을 넘어, 기업의 생산 방식과 조직 구조, 그리고 경쟁 전략에까지 깊은 영향을 미치고 있다.

IT(정보 기술)와 OT(운영 기술)의 융합은 스마트 팩토리의 핵심 전제 조건이다. IT의 데이터 분석 능력과 OT의 현장 제어 기술이 결합될 때, 생산 효율성 증대, 예지 보전을 통한 비용 절감, 데이터 기반의 신속한 의사결정 등 막대한 시너지가 발생한다.3 산업용 이더넷, 특히 TSN은 IT와 OT가 공통으로 이해하고 사용할 수 있는 표준 네트워크 인프라를 제공함으로써 이들 사이의 기술적 장벽을 허무는 결정적인 역할을 한다. 지멘스의 암베르크 공장이나 리탈의 하이거 공장과 같은 선도적인 스마트 팩토리 사례들은 모두 산업용 이더넷과 IIoT 기술을 기반으로 어떻게 데이터의 수직적 통합을 이루고 생산성을 획기적으로 향상시켰는지를 명확히 보여준다.2

그러나 성공적인 IT/OT 융합은 기술 도입만으로 이루어지지 않는다. 더 큰 장벽은 조직 문화와 프로세스에 있다. IT 부서는 데이터 보안, 표준화, 변화 관리에 우선순위를 두는 반면, OT 부서는 24시간 무중단 가동, 설비의 안정성, 안전을 최우선으로 여긴다. 이 두 조직 간의 문화적 차이, 서로 다른 용어와 업무 프로세스는 기술적 통합보다 더 어려운 과제일 수 있다.92

따라서 진정한 IT/OT 융합과 스마트 팩토리 구현을 위해서는 기술적 접근과 함께 조직적 변화가 병행되어야 한다. 최고 경영진의 강력한 리더십 하에 IT와 OT 전문가로 구성된 융합 팀을 구성하고, 보안 정책, 데이터 거버넌스, 시스템 유지보수에 대한 공동의 목표와 표준화된 프로세스를 수립해야 한다. 기술은 융합을 위한 도구일 뿐, 그 성공의 열쇠는 결국 사람과 조직의 변화에 달려있다.

산업용 이더넷은 파편화된 경쟁의 시대를 지나, 통일된 표준 위에서 상호운용성과 지능화를 추구하는 새로운 시대로 진입하고 있다.

• 단기 전망 (3~5년): 기존의 3강 체제(PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT)는 당분간 유지될 것이다. 각 프로토콜 진영은 TSN 기술을 자신들의 기존 아키텍처에 통합하여 ‘TSN 지원’을 강화하는 데 주력할 것이다. TSN의 초기 도입은 자동차 제조 라인과 같이 높은 투자 여력과 고성능 동기화 요구를 동시에 가진 특정 산업 분야를 중심으로 점진적으로 이루어질 것이다.
• 중장기 전망 (5~10년 이상): OPC UA over TSN 기술이 성숙하고 이를 지원하는 표준 제품들이 시장에 확산되면서, 신규 설비 구축 시 특정 공급업체에 종속되지 않는 개방형 아키텍처를 채택하는 사례가 점차 증가할 것이다. 동시에, 산업용 5G 기술이 성숙함에 따라 AGV, 모바일 로봇, 광범위한 지역에 분산된 센서 네트워크 등에서 유선 이더넷을 보완하거나 일부 대체하며, 유선과 무선이 결합된 하이브리드 네트워크 아키텍처가 보편화될 것이다.94

결론적으로, 산업용 이더넷은 지난 수십 년간 산업 자동화의 신경망 역할을 충실히 수행해왔으며, 이제 TSN과 OPC UA라는 날개를 달고 또 한 번의 도약을 준비하고 있다. 이는 단순히 더 빠르고 정확한 통신을 넘어, 공장 내 모든 사물과 시스템, 그리고 사람이 데이터를 통해 유기적으로 연결되고, 인공지능이 생산 활동을 자율적으로 최적화하는 진정한 의미의 ‘스마트 팩토리’를 구현하는 핵심 동력이 될 것이다. 따라서 오늘날 어떤 산업용 이더넷 기술을 선택하고 어떻게 아키텍처를 설계하는가는 단기적인 생산성 문제를 넘어, 기업의 미래 경쟁력을 결정하는 중요한 전략적 선택이라 할 수 있다.

1. Industrial Automation Architecture

   by Rizky Pratama

   Jun, 2025 - Medium, 8월 14, 2025에 액세스, https://medium.com/@rasyapratama286/industrial-automation-architecture-af8b030a35d8

2. The Smart Factory and the Internet of Things – An Industry 4.0 Case Study, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.industrial-devops.org/en/the-smart-factory-and-the-internet-of-things-an-industry-4-0-case-study/
3. What is IT/OT Convergence? Exploring Benefits, Challenges and Future Innovations, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.opswat.com/blog/what-is-it-ot-convergence
4. Industrial Ethernet - 산업용 이더넷 프로토콜 - Leuze, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.leuze.com/ko-kr/focus-topics/technologies/industrial-ethernet
5. Industrial Ethernet - Wikipedia, 8월 14, 2025에 액세스, https://en.wikipedia.org/wiki/Industrial_Ethernet
6. Industrial ethernet explained - Eaton, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.eaton.com/us/en-us/products/backup-power-ups-surge-it-power-distribution/industrial-solutions-hub/industrial-ethernet-explained.html
7. 이더넷과 산업용 이더넷의 차이점 - NewLinko, 8월 14, 2025에 액세스, https://newlinko.com/ko/difference-ethernet-and-industrial-ethernet/
8. What Is the Difference Between Ethernet and Industrial Ethernet …, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.analog.com/en/resources/technical-articles/what-is-the-difference-between-ethernet-and-industrial-ethernet.html
9. 이더넷과 산업용 이더넷의 차이점은 무엇입니까? - Fiberroad, 8월 14, 2025에 액세스, https://fiberroad.com/ko/difference-between-ethernet-and-industrial-ethernet/
10. [산업용 이더넷] 산업용 이더넷 네트워크 - 헬로티, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.hellot.net/news/article.html?no=17723
11. 산업용 이더넷 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전, 8월 14, 2025에 액세스, https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%82%B0%EC%97%85%EC%9A%A9_%EC%9D%B4%EB%8D%94%EB%84%B7
12. 일반 이더넷과 산업용 이더넷의 정의와 차이점 - 모션컨트롤, 8월 14, 2025에 액세스, https://motioncontrol.co.kr/issue-news?tpf=board/view&board_code=3&code=4635
13. Deterministic Ethernet - TTTECH, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.tttech.com/explore/deterministic-ethernet
14. 산업용 이더넷 – now0930 일지, 8월 14, 2025에 액세스, https://now0930.pe.kr/wordpress/?p=6729
15. Looking Inside Real-Time Ethernet - Analog Devices, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.analog.com/en/resources/analog-dialogue/articles/looking-inside-real-time-ethernet.html
16. New Simple Open Real-time Ethernet (SORTE) Protocol Supports 4µs Cycle Time - Texas Instruments, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.ti.com/document-viewer/lit/html/SSZTAL5
17. 일반 이더넷과 산업용 이더넷의 차이점 - elec4, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.elec4.co.kr/article/articleView.asp?idx=20218
18. Introduction to Real-Time Ethernet II - Contemporary Controls, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.ccontrols.com/pdf/Extv5n4.pdf
19. PROFINET vs EtherNet/IP: The Similarities and Differences - Procentec, 8월 14, 2025에 액세스, https://procentec.com/content/profinet-vs-ethernetip-the-similarities-and-differences/
20. PROFINET Communication Channels, 8월 14, 2025에 액세스, https://profinetuniversity.com/profinet-basics/profinet-communication-channels/
21. EtherCAT - Wikipedia, 8월 14, 2025에 액세스, https://en.wikipedia.org/wiki/EtherCAT
22. (PDF) Ethernet-based real-time communications with PROFINET IO - ResearchGate, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.researchgate.net/publication/241909069_Ethernet-based_real-time_communications_with_PROFINET_IO
23. PROFINET Technology - PI North America, 8월 14, 2025에 액세스, https://us.profinet.com/technology/profinet/
24. Chapter 1 Introduction to Fieldbus Systems, 8월 14, 2025에 액세스, http://dl.icdst.org/pdfs/files/f5003ba7743cd8001663d6783bc6e2e1.pdf
25. 산업용 통신 프로토콜에 대하여 - 조이 컨트롤, 8월 14, 2025에 액세스, https://joycontrol1234.tistory.com/83
26. 필드버스를 넘어 산업용 Ethernet으로 - 계장기술, 8월 14, 2025에 액세스, http://procon.co.kr/pdf/2006%2012/%EA%B8%B0%ED%9A%8D%ED%8A%B9%EC%A7%91/%EB%B0%94%EC%9D%B4%EB%93%9C%EB%AE%AC%EB%9F%AC.pdf
27. Eight Popular Open Architecture Fieldbuses and Industrial Ethernet, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.ien.com/operations/article/21098228/eight-popular-open-architecture-fieldbuses-and-industrial-ethernet
28. (PDF) The fieldbus standards: History and structures - ResearchGate, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.researchgate.net/publication/228733981_The_fieldbus_standards_History_and_structures

29. 산업용 통신 – fieldbus에서 산업용 Ethernet까지

    Phoenix Contact, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.phoenixcontact.com/ko-kr/products/industrial-communication

30. 자동화 찐기초 시리즈 - Ep13. 필드버스 통신 - YouTube, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.youtube.com/watch?v=h9Mzr6NAr6o
31. A History of Industrial Ethernet Protocols and Their Benefits - Texas Instruments, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.ti.com/document-viewer/lit/html/SSZT275
32. CIP on Ethernet Technology - ODVA, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.odva.org/wp-content/uploads/2024/04/PUB00138R8_Ethernet.pdf
33. PI Organization - Community for Standardization - PROFINET, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.profinet.com/about-us
34. PI - Industry Standards - www.profibus.com, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.profibus.com/
35. Certified PROFINET IRT v2.3 Device With 1-GHz ARM Application Processor - Texas Instruments, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.ti.com/lit/pdf/tiduak0
36. Profinet - Wikipedia, 8월 14, 2025에 액세스, https://en.wikipedia.org/wiki/Profinet

37. Ring Protocol MRP (IEC 62439-2)

    Media Redundancy Protocol - Perle, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.perle.com/supportfiles/mrp.shtml

38. Profinet Media Redundancy Protocol (MRP) - PLCnext Engineer Online Help, 8월 14, 2025에 액세스, https://engineer.plcnext.help/latest/PN_Redundancy_MRP.htm
39. Drives and Motion with PROFINET - PI North America, 8월 14, 2025에 액세스, https://us.profinet.com/white-papers/drives-and-motion-with-profinet/
40. PROFIdrive Application Class 4 - PROFINET University, 8월 14, 2025에 액세스, https://profinetuniversity.com/application-profiles/profidrive-application-class-4/
41. EtherNet/IP - Wikipedia, 8월 14, 2025에 액세스, https://en.wikipedia.org/wiki/EtherNet/IP

42. ODVA

    Industrial Automation

    Technologies and Standards, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.odva.org/

43. EtherNet/IP™

    ODVA Technologies

    Industrial Automation, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.odva.org/technology-standards/key-technologies/ethernet-ip/

44. EtherNet/IP Protocol Overview - Real Time Automation, Inc., 8월 14, 2025에 액세스, https://www.rtautomation.com/technologies/ethernetip/
45. The case for Industrial Ethernet III: EtherNet/IP™ - Novanta IMS, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.novantaims.com/technology-blog/the-case-for-industrial-ethernet-iii-ethernetip/
46. EtherNet/IP와 PROFINET 비교, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.digikey.kr/ko/articles/ethernet-ip-versus-profinet

47. PROFINET MRP takes 5 seconds to recover from break

    PLCtalk - Interactive Q & A, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.plctalk.net/forums/threads/profinet-mrp-takes-5-seconds-to-recover-from-break.102109/

48. Is Ethernet/IP more stable than Devicenet : r/PLC - Reddit, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.reddit.com/r/PLC/comments/qcjohe/is_ethernetip_more_stable_than_devicenet/
49. EtherNet/IP Network Specification Complete for Ethernet-APL Physical Layer for Process Automation - ODVA, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.odva.org/news/ethernet-ip-network-specification-complete-for-ethernet-apl-physical-layer-for-process-automation/
50. Process Automation: EtherNet/IP at the Field Device Level - ODVA, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.odva.org/wp-content/uploads/2023/07/PUB00349R0_Process-Automation.pdf
51. Using EtherNet/IP in process automation instead of fieldbus - Control Engineering, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.controleng.com/using-ethernet-ip-in-process-automation-instead-of-fieldbus/
52. EtherCAT Technology Group - Space Tech Expo USA, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.spacetechexpo.com/exhibitor-list/exhibitor/?boothid=a3R4V000001Lwfz
53. EtherCAT Protocol Overview - Real Time Automation, Inc., 8월 14, 2025에 액세스, https://www.rtautomation.com/technologies/ethercat/
54. A history of industrial Ethernet protocols and their benefits - Texas Instruments, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.ti.com/lit/pdf/sszt275
55. the Ethernet Fieldbus - EtherCAT Technology Group, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.ethercat.org/en/technology.html

56. EtherCAT

    Beckhoff USA, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.beckhoff.com/en-us/products/i-o/ethercat/

57. kingstar.com, 8월 14, 2025에 액세스, https://kingstar.com/wp-content/uploads/2016/03/KingStar_White-Paper_D11.pdf
58. What are the differences between two popular industrial real-time Ethernet networks: EtherCAT and Profinet? - Tujian Automation Technology_Photovoltaic_Semiconductor, 8월 14, 2025에 액세스, http://en.tujiantech.com/news_1/7.html
59. What Is EtherCAT Protocol and How Does It Work? - Dewesoft, 8월 14, 2025에 액세스, https://dewesoft.com/blog/what-is-ethercat-protocol
60. Case Study - Semiconductor Wafer Metrology Tool, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.roboticsys.com/case-studies/semiconductor-wafer-metrology-tool
61. Advantech’s EtherCAT Solution for the Integrated IC Packaging Machine, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.advantech.com/en/resources/case-study/b1f29cbf-c1c9-4a7a-9ad6-2f58ed5d2c90
62. [Blog] Unlocking Industry 4.0: Integrating EtherCAT and Lattice FPGAs for Advanced Automation, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.latticesemi.com/en/Blog/2025/05/15/09/56/Unlocking-Industry-4-0-Integrating-EtherCAT-and-Lattice-FPGAs-for-Advanced-Automation

63. Modbus FAQ: About The Modbus Organization

    PDF

    Computers - Scribd, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.scribd.com/doc/241410589/Modbus-FAQ

64. What is Modbus?

    Open Automation Software, 8월 14, 2025에 액세스, https://openautomationsoftware.com/blog/what-is-modbus/

65. What is the Modbus Protocol & How Does It Work? - NI - National Instruments, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.ni.com/en/shop/seamlessly-connect-to-third-party-devices-and-supervisory-system/the-modbus-protocol-in-depth.html
66. Ethernet POWERLINK - Ethernet Standards - Throughput Technologies, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.throughput.co.za/ethernet-standards/ethernet-powerlink.html
67. Ethernet Powerlink - Wikipedia, 8월 14, 2025에 액세스, https://en.wikipedia.org/wiki/Ethernet_Powerlink
68. CC-Link Partner Association, CLPA: CC-Link - Open-architecture, high speed, high performance Integrated Automation Networks for Industrial Automation, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.cc-link.org/
69. Annual HMS Networks report confirms growing dominance of Industrial Ethernet, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.hms-networks.com/news/news-details/27-05-2025-hms-networks-report-industrial-trends-2025
70. New industrial networking installations fell by 11% in 2024 - Drives&Controls, 8월 14, 2025에 액세스, https://drivesncontrols.com/new-industrial-networking-installations-fell-by-10-11-in-2024/
71. Annual Analysis Reveals Steady Growth in Industrial Network Market, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.hms-networks.com/news/news-details/17-06-2024-annual-analysis-reveals-steady-growth-in-industrial-network-market
72. Industrial Ethernet maintains its relentless rise - Drives&Controls - Drives & Controls, 8월 14, 2025에 액세스, https://drivesncontrols.com/industrial-ethernet-maintains-its-relentless-rise/
73. 산업용 네트워크의 성장에서 본 산업용 이더넷과 실시간 모션 시스템 - 모션컨트롤, 8월 14, 2025에 액세스, https://motioncontrol.co.kr/issue-news?tpf=board/view&board_code=3&code=1747
74. What Is OPC UA TSN for Industrial Networking? - ARC Advisory Group, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.arcweb.com/industry-best-practices/what-opc-ua-tsn-industrial-networking
75. Time Sensitive Networking for Industrial Automation (Rev. C) - Texas Instruments, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.ti.com/lit/spry316
76. Time-Sensitive Networking in automation - ISA, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.isa.org/intech-home/2018/november-december/features/time-sensitive-networking-in-automation

77. Time sensitive networking: Revolutionizing industrial automation and automotive systems -

    World Journal of Advanced Research and Reviews, 8월 14, 2025에 액세스, https://journalwjarr.com/sites/default/files/fulltext_pdf/WJARR-2025-1594.pdf

78. Time-Sensitive Network (TSN): Revolutionising Industrial Automation, 8월 14, 2025에 액세스, https://emea.mitsubishielectric.com/fa/news/blog/time-sensitive-network-tsn-revolutionising-industrial-automation
79. FREQUENTLY ASKED QUESTIONS ABOUT OPC UA OVER TSN - B&R Industrial Automation, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.br-automation.com/downloads_br_productcatalogue/assets/1570369250338-en-original-1.1.pdf
80. Precision Time Protocol - Wikipedia, 8월 14, 2025에 액세스, https://en.wikipedia.org/wiki/Precision_Time_Protocol
81. What is gPTP? - Meinberg Blog, 8월 14, 2025에 액세스, https://blog.meinbergglobal.com/2024/03/27/what-is-gptp/
82. Overview of IEEE 802.1AS Generalized Precision Time Protocol (gPTP), 8월 14, 2025에 액세스, https://eci.intel.com/docs/3.3/development/performance/tsnrefsw/tsn-overview.html
83. Time-Sensitive Networking (TSN), 8월 14, 2025에 액세스, https://tsn-network.com/
84. Time-Aware Shaping - INET Framework - OMNeT++, 8월 14, 2025에 액세스, https://inet.omnetpp.org/docs/showcases/tsn/trafficshaping/timeawareshaper/doc/index.html
85. TSN Qbv and Schedule Generation Approaches - Chair of Network Architectures and Services, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.net.in.tum.de/fileadmin/TUM/NET/NET-2023-06-1/NET-2023-06-1_06.pdf
86. AM243x MCU+ SDK: Enet EST/TAS Support, 8월 14, 2025에 액세스, https://software-dl.ti.com/mcu-plus-sdk/esd/AM243X/latest/exports/docs/api_guide_am243x/enet_tas_top.html
87. OPC UA over TSN: Frequently Asked Questions - Industrial Ethernet Book, 8월 14, 2025에 액세스, https://iebmedia.com/technology/tsn/opc-ua-over-tsn-frequently-asked-questions/
88. OPC UA Over TSN (Time Sensitive Network) for Vertical and Machine to Machine Communication - ResearchGate, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.researchgate.net/publication/375828875_OPC_UA_Over_TSN_Time_Sensitive_Network_for_Vertical_and_Machine_to_Machine_Communication
89. What Is IT/OT Convergence? - Palo Alto Networks, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.paloaltonetworks.com/cyberpedia/what-is-it-ot-convergence
90. Modernized Siemens Industrial Network virtually eliminates downtime while providing a backbone for digitalization, 8월 14, 2025에 액세스, https://assets.new.siemens.com/siemens/assets/api/uuid:00b9d690-ff59-4489-b374-b554b9dfbf59/di-pa-ci-siemens-grand-prairie-casestudy-en.pdf
91. Industrial IoT Success: Real Case Studies - SmartTek Solutions, 8월 14, 2025에 액세스, https://smarttek.solutions/blog/industrial-iot-success-real-case-studies/
92. IT/OT Convergence: Benefits, Risks, and Protection Tips - TXOne Networks, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.txone.com/blog/the-it-ot-convergence/
93. Bridging the Gap: The Challenges of IT and OT Convergence - MixMode AI, 8월 14, 2025에 액세스, https://mixmode.ai/blog/bridging-the-gap-the-challenges-of-it-and-ot-convergence/
94. 5G and Its Impact on Industrial Automation - aurotek corp, 8월 14, 2025에 액세스, https://aurotekcorp.com/5g-and-its-impact-on-industrial-automation/
95. Unlocking Real-Time Operations: The Game-Changing Power of 5G in Manufacturing, 8월 14, 2025에 액세스, https://www.automate.org/news/unlocking-real-time-operations-the-game-changing-power-of-5g-in-manufacturing-84