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포커스 IT기획시리즈 최신IT동향 IT Report

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포커스 IT기획시리즈 최신IT동향 IT Report 통권 1581 호 2013. 1. 30. 포커스 1 스마트그리드 유틸리티에서 에너지 계량을 위한 IEC 62056 기술 동향 IT 기획시리즈 14 차세대 동영상 부호화 기술, HEVC 표준화 동향 최신 IT 동향 25 주요 m-VoIP 서비스들의 품질 BMT(2): 통화 품질 IT Report 35 2012 년 IT 수출입 실적 및 2013 년 전망 포커스 포커스 스마트그리드 유틸리티에서 에너지 계량을 위한 IEC 62056 기술 동향 유윤식* 이일우** 기존의 전력망에 정보통신기술을 활용하여 전기 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보 를 교환함으로써 전력 수급 관리 및 에너지 이용의 효율성을 제고하고자 하는 스마트그리드 추 진이 전세계적으로 진행되고 있다. 스마트그리드의 가장 중요한 기술 이슈 중 하나인 전력량계 인프라 구축은 소비자의 전기 사용량을 실시간으로 측정하는 것으로 시작될 수 있다. 국제전기 기술위원회에서는 전력량계 원격 검침을 위한 국제 표준으로 IEC 62056을 정의하였으며, 다양 한 업체에서 이를 지원하는 솔루션을 개발하고 있다. 본 고에서는 전력량계 기술의 근간인 IEC 62056의 구조 및 기술개발 사례를 살펴보았다. I. 서론 IEC 62056 국제 규격을 기반으로 하는 Ⅰ. 서 론 DLMS/COSEM 통신 프로토콜은 차세대 Ⅱ.IEC 62056 표준 및 구조 전력량계 원격검침 통신 프로토콜로 현재 Ⅲ.DLMS/COSEM 기술개발 현황 국내 및 국외에서 각광받고 있다. 향후 이 프로토콜은 전기는 물론 가스와 수도 등에 Ⅳ.결 론 도 적용될 것이며, 전력량계의 표준 프로 토콜로 점차 확대되고 관심이 집중되고 있 는 상황이다. 간단하게 전기 계량기, 수도 계량기, 가스 계량기와 같이 사용량을 측 정하는 계기와 통신하기 위해 만들어진 프 로토콜로서 일반적인 통신 장비와 달리, * ETRI 스마트그리드기술연구팀/선임연구원 통신 하드웨어 사양은 저사양이기 때문에 ** ETRI 스마트그리드기술연구팀/팀장 좀더 간단한 프레임워크 구조를 가지고 효 정보통신산업진흥원 1 주간기술동향 2013. 1. 30. 율적으로 통신하기 위해 만들어진 프로토콜이다. 그러므로 DLMS/COSEM 은 다양한 미 터 계기들과 통신하기 위한 프레임워크와 프로토콜을 정의하고 있다[1]-[5]. 또한 DLMS/COSEM 은 50 여 개국의 130 여 회원사를 가지고 있는 DLMS 사용자 협 회에 의해서 지원된다. DLMS 사용자 협회는 등록 및 관리 기관으로서 활동하며 IEC TC 13 WG 14 에서 공식적인 연락을 관리하고 있다. DLMS 사용자 협회가 제공하는 서비스 로는 OBIS 코드 및 인터페이스 클래스 ID 같은 표준 요소의 등록, 워킹 그룹에 의해 관리 및 개발된 규격의 회원사 공유, 적합성 시험의 규격, 제품 인증, 사용자 지원 등이 있다. 또한 적합성 시험과 제품 인증은 현재까지 100 개 이상의 미터 유형이 인증되었다[12]. 응용 분야로는 로컬 및 원격 데이터 교환을 위한 AMR, AMI 및 홈 오토메이션에 활용 된다. RS-232, 광포트를 경유하여 AMR 로 로컬 데이터 교환을 지원하고, 다양한 매체를 통해 AMR 로 양방향 원격 데이터를 교환하는데 폭넓게 사용된다. COSEM 데이터 모델로 설계된 기능은 모든 AMI 기능을 지원한다. 현재 홈 오토메이션은 DLMS/COSEM 으로 지 원되지 않는다. 그러나, DLMS/COSEM 장치들은 홈 오토메이션 시스템에 대한 게이트웨 이 역할을 하기 때문에 COSEM 모델의 원리는 홈 오토메이션 기능을 하는 것이 적합하다. II. IEC 62056 표준 및 구조 IEC 62056 은 전력 미터링을 위한 IEC 표준으로서, 미터 검침, 세율, 부하 제어를 위 한 데이터 교환 내용을 다룬다. IEC 62056 표준은 DLMS/COSEM 규격의 국제 표준 버 전이다. DLMS(Device Language Message Specification)는 DLMS 사용자 협회에 의해서 개발되고 유지되는 표준의 집합이고, IEC 62056 표준 시리즈로 IEC TC13 WG14 에서 공 동으로 채택되었다. DLMS 사용자 협회는 미터 데이터 교환과 IEC 62056 시리즈의 설립 을 위해 국제 표준을 책임지는 IEC TC13 WG14 를 설립했다. 이러한 역할로 인해 DLMS 사용자 협회는 IEC 62056 DLMS/COSEM 을 위해서 유지, 등록 및 적합성 테스트서비스를 제공한다. COSEM(Companion Specification for Energy Metering)은 DLMS 프로토콜의 전 송과 응용 계층을 정의하는 규격의 집합을 포함한다. DLMS 사용자 협회는 Green Book, Yellow Book, Blue Book 그리고 White Book 이라는 4 가지 규격 문서의 집합에 관한 프 로토콜을 정의한다. Blue Book 은 COSEM 미터 객체 모델과 객체 식별 시스템을 묘사하 고, Green Book 은 구조와 프로토콜을, Yellow Book 은 적합성 테스트에 관련된 모든 질 2 www.nipa.kr 포커스 문을 다루고, White Book 은 용어집을 포함한다. 만약에 제품이 DLMS Yellow Book 을 준수 한다면, 자동적으로 IEC 62056 표준 집합에 적합하다는 것을 의미한다. IEC TC13 WG14 는 DLMS 규격을 “전력 미터링–미터 검침, 세율 그리고 부하 제어를 위한 데이터 교환”이라는 공통 제목으로 분류한다. DLMS 프로토콜 집합은 전력 미터링에 특정되지는 않는다. IEC 62056 과 연관된 표준은 <표 1>과 같다. <표 1> IEC 62056 과 연관된 표준 주요 사항 내용 IEC 62056-21 직접 로컬 데이터 교환은 로컬 포트상에서 COSEM 을 어떻게 사용하는지를 기술 IEC 62056-42 연결 지향적인 비동기 데이터 교환을 위한 물리 계층 서비스와 절차 IEC 62056-46 HDLC 프로토콜을 사용한 데이터 링크 계층 IEC 62056-47 IPv4 네트워크를 위한 COSEM 전송 계층 IEC 62056-53 COSEM 응용 계층 IEC 62056-61 객체 식별 시스템(OBIS) IEC 62056-62 인터페이스 클래스 IEC 62056 해당 표준의 내용을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. ① IEC 62056-53: COSEM 응용 계층 COSEM(Companion Specification for Energy Metering)은 미터 데이터를 다루고 미터에서 데이터 Set/Get/Action 운영의 기본 기능을 수행하는 응용 계층 프로토콜 을 의미한다. 추가적으로 COSEM 은 접근 권한, 클라이언트-서버 연결 처리, COSEM 클래스 인스턴스로의 미터 데이터 추상화, 데이터를 COSEM 패킷으로 프레이밍 처리, 데이터의 상위 수준 세분화의 블록화를 다룬다. ② IEC 62056-46: HDLC 데이터링크 계층 HDLC 는 하위 수준 어드레싱, 데이터 무결성 검사, 데이터 시퀀싱, 분할 및 동화, 링 크 수준 핸드쉐이킹, 데이터 흐름 제어의 기능을 수행하는 표준 데이터링크 계층을 의미한다. ③ IEC 62056-42: 물리 계층 데이터 통신을 위한 물리 계층을 정의한다. ④ IEC 62056-21: 직접 로컬 데이터 교환 대체 ASCII 기반의 프로토콜 스택으로 모든 통신이 COSEM/HDLC 프로토콜 스택 정보통신산업진흥원 3 주간기술동향 2013. 1. 30. 을 사용할 클라이언트가 COSEM/HDLC 와 교환하는 것을 협상하도록 한다. ⑤ IEC 62056-61: OBIS 객체 식별 시스템(OBIS)은 각 객체를 위한 6 문자 코드의 형태로 미터 데이터 객체 식별자들의 표준 리스트를 의미한다. DLMS 사용자 협회가 이 리스트를 관리한다. ⑥ IEC 62056-62: 인터페이스 클래스 가능한 모든 종류의 미터 데이터를 표현하는데 사용될 수 있는 표준 인터페이스 클 래스를 의미한다. 이 규격을 이용하여 미터 데이터는 상위 수준 객체로 추상화 된 다. 그리고 상위 수준 객체는 프로토콜 스택에 의해서 운영될 수 있다. DLMS/COSEM 통신 프레임워크를 살펴보면, COSEM 인터페이스 객체 모델을 사용하 COSEM Application Process COSEM Application layer Connection manager ACSE xDLMS Security ASE Supp. layer layer Supp. layer Supp. AL Wrapper TCP Appl. layer Appl. layer Appl. layer IPv4 LLC layer Connectionless LLC layer (Protocol selection) (Protocol selection) LLC layer HDLC Supporting IEC 61334-4-32 HDLC layers Phy layer MAC +Phy layer IEC 6133-5-1 S-FSK 3-layers CO TCP-UDP/IP IEC 61334-5-1 S-FSK PLC profiles HDLC <자료>: IEC 62056 (그림 1) DLMS/COSEM 통신 프로파일 4 www.nipa.kr 포커스 는 데이터 수집과 미터링 장비 간의 데이터 교환은 클라이언트/서버 패러다임을 기본으로 한다. 미터링 장비는 서버 역할을 하고, 프로토콜 스택, 즉, 통신 프로파일을 통해 메시지 를 교환한다. (그림 1)과 같이 DLMS/COSEM 통신 프로파일을 정의할 수 있다. ① 3-계층, 연결 지향적인 HDLC 기반 프로파일: 연결 지향적인 비동기 데이터 교환을 위 해서 COSEM 응용계층, HDLC 기반 데이터링크 계층, 물리 계층으로 구성되어 있다. ② TCP-UDP/IP 기반 통신 프로파일: 이더넷, GPRS, PPP 를 사용하는 PSTN 또는 GSM 같은 다양한 물리 매체를 통해서 인터넷으로 데이터 교환을 지원한다. 이런 프로파 일에 Wrapper 와 인터넷 TCP 또는 UDP 프로토콜로 구성된 COSEM 전송 계층이 COSEM 응용 계층을 지원한다. ③ S-FSK PLC 기반 통신 프로파일: S-FSK 변조를 사용하는 전력선으로 데이터를 교 환한다. 비연결지향적인 LLC 부계층 또는 HDLC 프로토콜에 기반한 데이터링크 계 층을 사용하는 LLC 부계층이 COSEM 응용 계층을 지원한다. 다음은 MAC 부계층을 위한 프로토콜 규격을 알아본다. (그림 2)와 같이 MAC 프로토 콜 데이터 유닛(PDU)은 HDLC 프레임 포맷 타입 3 을 사용한다. 프레임 포맷은 추가적인 오류 보호, 소스와 목적지의 확인, 긴 프레임 크기가 필요한 환경에서 사용된다. 타입 3 은 세분화 부필드의 사용, 길이 필드를 11 비트로 줄이는 것을 요구한다. 정보 필드가 없는 프레임은 헤더 체크 시퀀스(HCS)와 프레임 체크 시퀀스(FCS)를 포함하지 않고, 오직 FCS 만 포함한다. Flag Frame Dest. Src. Control HCS Information FCS Flag format address address <자료>: IEC 62056 (그림 2) MAC 부계층 프레임 포맷 III. DLMS/COSEM 기술개발 현황 1. Kalkitech Kalkitech 은 DLMS/COSEM 규격을 포함한 솔루션의 완성품을 제공해왔다. DLMS 협 력체(Companion) 표준의 운영위원회뿐만 아니라 DLMS 사용자 협회의 활발한 회원으로 정보통신산업진흥원 5 주간기술동향 2013. 1. 30. <자료>: Kalkitech (그림 3) DLMS 기반 MIC 하드웨어 모듈 솔루션은 20 개국 이상의 60 여개 회사에서 구현되어 왔다. Kalkitech 은 유럽의 19 곳과 남미의 16 곳을 포함하여 22 개의 DLMS 사용자 협회가 인증된 미터 모델을 가지고 있다. Kalkitech 의 DLMS 하드웨어 제품들은 두 가지 핵심 기술 영역이 융합되어 있으며, 즉, 프로토콜 라이브러리와 견고하고 안전한 신뢰성 있는 하드웨어 장치가 구현되어 있다. DLMS-SCADA 게이트웨이는 30 여개국 이상에서 사용되고 있고, 데이터 집중기와 미터 데이터 수집 시스템은 다수의 AMR/AMI 프로젝트에서 사용된다. (그림 3)과 같이 미터 인터페이스 카드(MIC)와 미터 인터페이스 유닛(MIU)은 사용자 정의 솔루션을 통해 아키 텍처 요구사항을 준수하기 위해서 비 DLMS 미터들을 사용할 수 있도록 하는 또 하나의 주요 제품이다[6]. Kalkitech 의 일부 DLMS 하드웨어 제품은 다음과 같은 기능을 제공한다. ① DLMS-SCADA 프로토콜 게이트웨이/프로토콜 변환기: 변전소와 다른 위치의 에너 지 미터에서 SCADA 시스템으로 전송되는 데이터를 통합하는 응용으로 널리 사용 되었다. ② DLMS 기반 MIC: 임베디드 솔루션을 통해 DLMS 뿐만 아니라 미터, 데이터 집중 기 및 릴레이를 포함하는 모든 하드웨어 플랫폼에서 구현될 수 있는 모든 변전소 프로토콜을 제공한다. ③ DLMS/COSEM 을 위한 DCU 와 MIU: 미터 데이터 집중과 다른 유사 응용을 위한 고성능 프론트 엔드 게이트웨이이다. 이런 제품들은 상하향 통신을 위한 RS232/ 485/PSTN, RF/Zigbee, PLC, GSM/CDMA/GPRS 를 지원할 수 있다. ④ 미터 데이터 수집 시스템: 수천 개의 미터들로부터 미터 데이터를 통합할 수 있고, 이렇게 통합된 정보는 개방형 표준 기반의 인터페이스 상에서 미터링 헤드 시스템 으로 제공할 수 있다. 6 www.nipa.kr 포커스 2. Redpine Signals Redpine Signals 는 차세대 무선 응용을 위한 최저전력 및 고성능 제품을 개발하는 무 선 기술에 중점을 두고 있다. 특히 Wi-Fi 와 하이 엔드 소비자 같은 특정 시장에 집중하 는 모듈 및 서브 시스템을 주로 담당하고 있다. 그 중에서 스마트 그리드 통신을 위한 저 전력 미터링 및 통신 모듈을 개발하여 제품으로 출시하고 있다[7]. 특히 (그림 4)와 같이 저전력 미터링 및 통신 모듈은 향상된 수도 및 가스 미터 응용을 위한 IEEE 802.11 bgn Wi-Fi 모듈이다.
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