10GigE와 산업용 카메라
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1973년경 개발된 이더넷(Ethernet)은 전송 속도가 현재 널리 사용되는 기가비트(gigabit)의 100분의 1 수준인 초당 10 메가비트(megabit)에 불과하였으나, 그로부터 약 20여 년이 지난 1999년에는 흔히 랜 케이블이라 불리는 UTP(Unshielded Twisted Pair) 케이블을 통해 1초 만에 1기가비트를 전송할 수 있는 IEEE 802.3ab 표준으로 발전하게 되었다.
이후 GigE 혹은 GbE로 불리는 기가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)은 컴퓨터의 발전과 함께 널리 보급되어 개인용 네트워크 통신뿐만 아니라, 산업용 카메라 분야에서도 GigE Vision 표준을 통해 보편적인 인터페이스로 자리 잡게 되었다. 이후 채 10년이 걸리지 않아 기가비트 속도보다 열 배 빠른 10기가비트 이더넷(10GigE) 표준이 등장하였다.
2006년 랜 케이블을 사용하여 10기가비트의 전송 속도를 낼 수 있는 IEEE 802.3an 표준이 등장했고, 컴퓨팅 파워의 발전과 함께 고용량화 되어가는 영상 등의 데이터를 더욱 빠르게 전송할 수 있는 기반이 되었다. 산업용 카메라 분야 역시 10GigE의 상용화에 힘입어 기존 이더넷의 장점들은 유지한 채 높아지는 해상도와 시장에서 요구되는 높은 데이터 전송률을 만족시킴으로써 사용자 선택의 폭을 넓히고 있다.
10기가비트 이더넷의 장점
속도
산업용 카메라에서 높은 전송 속도로 입지를 다지고 있는 CoaXPress의 경우 CXP-6 규격 케이블 한 가닥으로 초당 6.25 기가비트를 전송할 수 있다. 10GigE는 초당 10 기가비트를 전송할 수 있으므로 CXP-6 대비 약 두 배의 높은 전송 속도를 보여준다. 물론 최신의 CXP-12 규격은 CXP-6의 두 배인 12.5 기가비트를 전송할 수 있지만 10GigE 역시 단일 속도로는 이와 견줄 만하다.
케이블 길이
10GigE는 향상된 속도를 제공한다는 점을 제외하면 GigE가 갖는 이점을 그대로 승계한다. 산업용 카메라에는 Camera Link, CoaXPress, USB 3.0 등 다양한 인터페이스가 존재하지만, 이더넷 케이블만큼 긴 거리를 제공하는 인터페이스는 찾기 어렵다.
최대 케이블 길이가 약 60m 정도인 CoaXPress에 반해 10GigE는 표준 규격에 맞는 랜 케이블을 사용할 경우 최대 케이블 길이가 100m에 달한다. 이에 랜 케이블의 저렴한 가격까지 고려한다면 카메라와 PC 간의 케이블링 거리로 고민하는 사용자에게는 상당히 매력적인 선택지임이 분명하다.
짧은 지연 시간
10GigE가 GigE에 비해 향상된 점을 꼽자면 지연 시간(latency)을 이야기할 수 있다. 고속 전송 환경에서 지연 시간은 중요한 요소이기에 더욱 주목할 만한 강점이다. 10GigE의 지연 시간은 5~50 ㎲로 GigE의 지연 시간인 50~125 ㎲보다 최대 10배가량 단축되어 데이터 전송 및 이벤트에 더욱 빠른 응답이 가능하다.
그 밖의 산업용 카메라에 적용된 IEEE 802.3 표준
10GigE와 직접적인 연관은 없지만 산업용 카메라에 적용된 그 외의 IEEE 802.3 표준에 주목할 부분이 있다.
PoE+(802.3at)
GigE 디바이스에 탑재되는 전력 공급 표준인 PoE(Power over Ethernet)도 IEEE 802.3af에서 2009년 IEEE 802.3at로 리비전되었다. 이에 따라 기존 PoE로 불리던 명칭도 802.3at에서는 PoE+(Power over Ethernet Plus)로 변경되었다. 가장 큰 변화는 최대 허용 전력의 상승인데, 디바이스에 공급할 수 있는 전력량이 약 13W에서 25W로 증가하였다.
기존 PoE를 통해 공급하던 전력대비 더 많은 전력을 공급할 수 있게 된 만큼 기존에 소비전력이 사양 기준을 초과하여 PoE를 사용할 수 없었던 디바이스 역시 별도의 전력원 없이 구동할 수 있게 되었다. 실제 뷰웍스에서 개발한 10GigE 카메라인 VC-25M10G 제품은 PoE+를 지원하여 소비전력 전체를 별도의 전원없이 렌 케이블만으로 공급받아 구동할 수 있다.
NBASE-T(802.3bz)
10GigE 표준 이후에 개발된 NBASE-T는 속도 향상을 목적으로 만들어진 표준은 아니다. GigE와 10GigE의 표준에 대한 약칭이 각각 1000BASE-T, 10GBASE-T라는 것을 생각해보면 NBASE-T 앞에 붙는 N의 의미를 유추할 수 있다. 정해지지 않은 부정 정수를 의미하는 N이 시사하듯 NBASE-T는 속도가 고정되어 있지 않다는 것이다.
만약 NBASE-T 지원 환경에서 10GigE 디바이스가 케이블 노이즈 등으로 인해 신호가 감쇄된다면 연결이 해제되거나 1 기가비트로 연결되는 것이 아니라 환경 상황에 맞게 5 기가비트 혹은 2.5 기가비트로 연결되도록 다운쉬프트(downshift)하게 된다. 이 기능을 통해 10 기가비트에서 1 기가비트로의 급격한 속도 저하를 방지할 수 있게 된다.
물론 5 기가비트는 10 기가비트에 비해 절반 수준에 불과하지만 1 기가비트와 비교하면 무려 다섯 배나 빠른 속도이므로 디바이스가 환경에 더욱 유연하게 대응할 수 있다. 뷰웍스의 VC-25M10G 카메라 역시 NBASE-T를 지원하므로 환경에 따라 5 기가비트 혹은 2.5 기가비트의 속도로 다운쉬프트하여 급격한 전송능력 저하를 막고 주어진 환경에 맞는 최대 속도로의 연결을 제공한다.
호환성
이더넷 표준은 하위 호환을 지원하므로 10GigE 환경에서 GigE 디바이스를 그대로 사용할 수도 있으며 산업용 카메라의 이더넷 표준인 GigE Vision 표준을 10GigE 환경에서 그대로 사용할 수 있다. 따라서 GigE Vision을 고려하여 개발된 S/W를 사용 중이라면 추가적인 수정 작업 없이 10GigE 카메라를 사용하여 GigE 카메라 대비 더 높은 해상도 혹은 향상된 프레임 전송 속도를 얻을 수 있다.
뷰웍스의 10GigE 카메라
뷰웍스의 VC-25M10G 카메라는 Gpixel 사의 최신 CMOS 글로벌 셔터 영상 센서(GMAX0505)를 사용하여 5120 x 5120 픽셀 해상도에서 최대 41.7 fps의 속도로 영상을 획득할 수 있다. 10GigE 인터페이스를 채택하여 앞서 설명한 다른 인터페이스 대비 긴 케이블 길이와 저렴한 구성 비용 등 GigE의 장점을 그대로 누릴 수 있다.
더불어 랜 케이블을 통해 카메라로 전력을 공급할 수 있는 PoE+를 지원함으로써 카메라 본체에 별도의 전원 입력없이 원거리에서 카메라 구동이 가능하다.
이렇듯 10GigE의 기존 대비 10배 빠른 속도와 높은 하위 호환성을 고려하면 기존에 GigE 인터페이스를 사용 중인 환경에서 보다 높은 영상 획득 속도를 제공하는 좋은 선택지가 될 수 있다. 뿐만 아니라 균일도가 우수한 영상 품질은 FPD, PCB 및 반도체 검사 등 까다로운 어플리케이션에도 적합하다.
저자: Application Engineer 엄재성
자료 제공: Vieworks(vision.vieworks.com)
