KR101264545B1 - 검침 데이터의 신뢰성 있는 전송을 보장하는 지능형 원격검침 시스템 및 이를 이용한 지능형 원격검침 방법 - Google Patents

검침 데이터의 신뢰성 있는 전송을 보장하는 지능형 원격검침 시스템 및 이를 이용한 지능형 원격검침 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전송지연에 둔감하고 고 신뢰성을 갖는 지능형 원격검침 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 지능형 원격검침 시스템은, 수용가의 에너지 사용량을 계측하고 저장하기 위한, 슬레이브 통신모뎀이 외장 또는 내장되는 복수의 전자식 계량기, 전자식 계량기의 슬레이브 통신모뎀과 유선 또는 무선 통신을 수행하는 마스터 통신모뎀을 통하여 전자식 계량기로부터 검침 데이터를 수집하는 데이터 집중장치 및 데이터 집중장치로부터 수집된 검침 데이터를 전송받아 관리하는 검침서버를 포함하고, 데이터 집중장치의 마스터 통신모뎀과 전자식 계량기의 슬레이브 통신모뎀은, 네트워크 계층, 검침 프로그램이 구현되는 응용 계층 및 네트워크 계층과 응용 계층 사이에 삽입되어, 마스터 통신모뎀과 슬레이브 통신모뎀 간의 통신 링크 품질을 분석하는 모뎀 성능분석 계층을 포함하는 프로토콜 스택에 의해 상호 통신 인터페이스를 수행한다.

Description

검침 데이터의 신뢰성 있는 전송을 보장하는 지능형 원격검침 시스템 및 이를 이용한 지능형 원격검침 방법{ADVANCED METERING INFRASTRUCTURE SYSTEM TO GURANTEE RELIABLE DELIVERY OF METERING DATA AND METHOD FOR ADVANCED METERING INFRASTRUCTURE THEREOF}
본 발명은 유.무선 통신을 이용하여 원격으로 수용가의 각종 에너지 사용량(전기, 가스, 수도, 열량 등)을 수집하는 원격검침 기술에 관한 것이고, 보다 상세하게는 구축비용이 저렴하고 자가망으로 손쉽게 구축이 가능한 전력선통신(PLC: Power Line Communication), 지그비(ZigBee), 바이너리 씨디엠에이(B-CDMA) 또는 와이파이(WiFi) 등과 같은 기존의 유선 또는 무선 통신방식을 활용하되, 검침 데이터의 신뢰성 있는 전송을 보장하는 지능형 원격검침 시스템 및 이를 이용한 원격검침 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 과학기술이 발전함에 따라 인간이 수행하던 일들을 자동화하거나 기계를 통해 수행하는 현상이 일반화되고 있다. 이중에서, 원격 검침은 각 가정이나 사무실 등에서 사용하는 수도, 전기, 가스 등의 사용량을 검침원을 보내지 않고서도 자동으로 계량하기 위한 지능형 원격검침(AMI: Advanced Metering Infrastructure) 기술을 포함한다.
통상적인 지능형 원격검침 시스템은, 도 1에서와 같이, 각종 에너지 사용량을 측정/계측하고 저장하는 전자식 계량기(전자식 전력량계, 전자식 가스량계, 전자식 수도량계 등)(300)와, 상기 전자식 계량기(300)에 내장 또는 외장할 수 있는 유선 또는 무선 방식의 슬레이브 통신모뎀(310)과, 중앙에서 검침 데이터를 관리하고 검침량에 따라 자동으로 과금하며 고객을 관리하는 검침서버(100)와, 상기 검침서버(100)와 전자식 계량기(300) 중간에 위치하여 상기 전자식 계량기(300)로부터 수용가의 각종 에너지 사용량을 유선 또는 무선 통신방식으로 수집하고, 수집한 에너지 사용량 정보를 상기 검침서버(100)로 전송하는 데이터 집중장치(200)로 이루어진다.
데이터 집중장치(200)와 검침서버(100) 간의 통신방식은 높은 신뢰성이 보장되는 광동축혼합망(HFC: Hybrid Fiber Coax)과 같은 광통신 방식을 이용하거나, 3G/4G와 같은 통신회사의 회선을 임대하여 사용한다. 반면, 데이터 집중장치(200)와 전자식 계량기(300) 간에 사용하는 유선 또는 무선 통신방식으로는 전력선통신(PLC: Power Line Communication), 지그비(ZigBee), 바이너리 씨디엠에이(B-CDMA) 또는 와이파이(WiFi) 등과 같은 협대역 또는 광대역의 유선통신 방식과 비허가 주파수 대역을 사용하는 소출력 무선통신 방식 등이 적용된다.
데이터 집중장치(200)와 전자식 계량기(300) 간의 상기와 같은 무선통신 방식은 모두 비허가 주파수 대역(ISM 밴드)을 사용하므로 사전 신고 없이 허가된 사용 주파수 대역에서 최대 송신 출력만을 준수하면 되므로, 적은 비용으로도 손쉽게 통신망을 구축할 수 있는 장점이 있으나, 잡음 및 외란과 같은 외부 환경변화로 인하여 통신 신뢰성을 보장할 수 없다는 단점이 있다.
지능형 원격검침에 이용되는 국제규격의 대표적인 통신 프로토콜은 유럽 및 아시아를 중심으로 IEC 62056 규격, 북미의 경우 ANSI C. 12 규격이 있다. IEC 60256 및 ANSI C. 12 규격은 모두 서버-클라이언트(server-client) 구조로서, 이는 데이터 집중장치(클라이언트의 역할) 또는 데이터 집중장치가 없을 경우 검침서버(클라이언트의 역할)가 검침 데이터를 요청하고, 전자식 계량기(서버의 역할)가 이러한 검침 데이터의 요청에만 응답하는 구조이다. 현재 국내에서 운용 중인 데이터 집중장치의 검침엔진은 15분마다 주기적으로 검침 프로세스를 수행하며, 15분의 한 주기 동안 폴링(polling) 방식으로 최대 200대의 전자식 계량기로부터 검침 데이터를 순차적으로 읽어오도록 설계되어 있다. 상기와 같은 검침 프로세스는 클라이언트와 서버 간의 안정성 및 신뢰성이 보장된 통신을 전제로 하고 있는데, 전자식 계량기와 통신하기 위해서 전자식 계량기에 외장 또는 내장되는 슬레이브 통신모뎀(PLC, B-CDMA, ZigBee, WiF 모뎀 등)의 통신 인터페이스는 광 또는 RS-232/485와 같은 유선 방식을 사용하여 신뢰성 있는 통신을 제공하고 있지만, 슬레이브 통신모뎀과 통상적으로 전신주에 설치되는 데이터 집중장치의 마스터 통신모뎀까지의 통신방식은 주로 공유매체(shared media)를 기반으로 하는 전력선통신, 와이파이 등과 같은 통신방식이며, 이러한 통신방식은 각각 전력선과 무선을 통신 매체(communication media)로 사용하기 때문에 외부환경 변화에 민감하여 실시간으로 변화하는 채널환경, 잡음 및 간섭에 취약할 뿐만 아니라, 공유매체상에서 서로 경쟁하는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 프로토콜 방식을 사용하기 때문에, 일시적 데이터의 전송지연과 간헐적인 통신링크 단절이 발생할 수밖에 없는 구조이므로, 안정성과 신뢰성이 크게 부족할 수밖에 없다는 문제가 있다.
일예로서, 현재 한국전력공사(KEPCO)에서 이용하고 있는 전력선통신 방식에 따라 5 내지 50 가구의 전력량계로부터 수집한 15분 한 주기 동안의 LP(Load Profile)데이터의 검침 성공률은 도 2에 나타난 바와 같다. 24시간을 기준으로, 다수의 검침 시도 중에서 한번만 검침에 성공하면 검침 성공으로 판단하는 정기검침 성공률은 전국 평균이 98.9%이며, LP 검침 성공률은 56.9%에 머물고 있다. 특히, 정기검침 또는 현재검침(100Byte 정도 크기)에 비해 LP 검침 성공률이 현저히 낮음을 알 수 있는데, 이는 수십 Kbyte 크기의 LP 데이터 전송 중에 발생할 수 있는 링크 불안정에 따른 전송에러의 발생과 전송에러의 발생에 따른 수 차례의 검침 재시도 등에 의하여 검침 데이터의 수집에 많은 시간을 낭비함으로써, 15분의 기한 내에 기타 하위 수용가의 전력량계로부터 LP 데이터를 수집할 수 없기 때문이다. 또한, 향후에는 수요반응(DR: Demand Response) 서비스를 추진함에 따라, LP 데이터의 수집 시간(기록주기)이 더욱 짧아질 것으로 예상되므로, 이에 대한 근본적인 해결 방법이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 기존의 유선 또는 무선 통신방식을 활용하되, 검침 데이터의 신뢰성 있는 전송을 보장하는 지능형 원격검침 시스템 및 이를 이용한 원격검침 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 지능형 원격검침 시스템에 있어서,
수용가의 에너지 사용량을 계측하고 저장하기 위한, 슬레이브 통신모뎀이 외장 또는 내장되는 복수의 전자식 계량기; 상기 전자식 계량기의 슬레이브 통신모뎀과 유선 또는 무선 통신을 수행하는 마스터 통신모뎀을 통하여 상기 전자식 계량기로부터 검침 데이터를 수집하는 데이터 집중장치; 및 상기 데이터 집중장치로부터 수집된 검침 데이터를 전송받아 관리하는 검침서버를 포함하고, 상기 데이터 집중장치의 마스터 통신모뎀과 상기 전자식 계량기의 슬레이브 통신모뎀은, 네트워크 계층(network layer); 검침 프로그램이 구현되는 응용 계층(application layer); 및 상기 네트워크 계층과 응용 계층 사이에 삽입되어, 상기 마스터 통신모뎀과 슬레이브 통신모뎀 간의 통신 링크 품질(link quality)을 분석하는 모뎀 성능분석 계층을 포함하는 프로토콜 스택(protocol stack)에 의해 상호 통신 인터페이스를 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 응용 계층의 검침 프로그램은, 상기 모뎀 성능분석 계층에서 분석된 통신 링크 품질에 기초하여, 상기 복수의 전자 계량기에 대한 검침 우선순위를 지정하고, 지정된 상기 검침 우선순위에 따라 순서대로 전자 계량기에 대한 검침 프로세스를 수행하는 것을 특징으로 한다.
검침에 실패한 특정한 전자 계량기에 대하여 미리 설정된 횟수만큼 검침을 재시도하는 것을 특징으로 한다.
상기 모뎀성능 분석 계층은, 물리 계층(physical layer) 또는 매체 접근 제어 계층(media access control layer)의 성능 지표를 수집하는 센싱 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 물리 계층 또는 매체 접근 제어 계층의 성능 지표는 비트 오류율(bit error rate), 신호 대 잡음비(signal to noise ratio), 수신 신호 강도(received signal strength) 또는 MAC re-transmission count를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 모뎀성능 분석 계층은, 네트워크 계층의 네트워크 토폴로지 정보를 수집하는 네트워크 모니터링 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 네트워크 계층의 네트워크 토폴로지 정보는 통신대상 단말의 수 또는 네트워크 토폴로지 변화를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 모뎀성능 분석 계층은, 상기 센싱 모듈에 의해 수집된 성능 지표 또는 상기 네트워크 모니터링 모듈에 의해 수집된 네트워크 토폴로지 정보를 이용하여, 통신 링크 품질(link quality)을 분석하는 분석 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
멀티-스레드(multi-thread) 방식에 기초하여, N:N 동시 병렬 검침 프로세스를 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 전자식 계량기의 슬레이브 통신모뎀과 상기 데이터 집중장치의 마스터 통신모뎀 사이에 리피터(repeater)를 사용하는 경우, 상기 모뎀 성능분석 계층은 상기 마스터 통신모뎀과 리피터, 또는 상기 리피터와 슬레이브 통신모뎀, 또는 상기 슬레이브 통신모뎀과 전자식 계량기 사이의 구간 별 통신 링크 품질을 분석하고, 분석된 구간 별 통신 링크 품질에 기초하여 저장 후 전송(store and forwarding) 방식으로 검침 프로세스를 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 원격검침 방법에 있어서,
슬레이브 통신모뎀이 내장 또는 외장된 복수의 전자식 계량기에 의해 수용가의 에너지 사용량을 계측하고 저장하는 단계; 상기 전자식 계량기의 슬레이브 통신모뎀과, 전자식 계량기로부터 검침 데이터를 수집하는 데이터 집중장치의 마스터 통신모뎀 간의 통신 링크 품질을 분석하는 단계; 분석된 통신 링크 품질에 기초하여 상기 전자식 계량기로부터의 검침 데이터를 상기 데이터 집중장치로 전송하는 단계; 및 상기 데이터 집중장치에 의해 수집된 검침 데이터를 검침서버로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전자식 계량기로부터의 검침 데이터를 상기 데이터 집중장치로 전송하는 단계는, 분석된 통신 링크 품질에 기초하여 상기 복수의 전자 계량기에 대한 검침 우선순위를 지정하고, 지정된 상기 검침 우선순위에 따라 순서대로 검침 데이터를 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 전자식 계량기로부터의 검침 데이터를 상기 데이터 집중장치로 전송하는 단계는, 검침에 실패한 특정한 전자식 계량기에 대하여 미리 설정된 횟수만큼 검침을 재시도하는 것을 특징으로 한다.
상기 통신 링크 품질을 분석하는 단계는, 비트 오류율, 신호 대 잡음비, 수신 신호 강도 또는 MAC re-transmission count를 포함하는 성능 지표를 이용하여 상기 전자식 계량기의 슬레이브 통신모뎀과 데이터 집중장치의 마스터 통신모뎀 간의 통신 링크 품질을 분석하는 것을 특징으로 한다.
상기 통신 링크 품질을 분석하는 단계는, 통신대상 단말의 수 또는 네트워크 토폴로지 변화를 포함하는 네트워크 토폴로지 정보를 이용하여 상기 전자식 계량기의 슬레이브 통신모뎀과 데이터 집중장치의 마스터 통신모뎀 간의 통신 링크 품질을 분석하는 것을 특징으로 한다.
상기 전자식 계량기로부터의 검침 데이터를 상기 데이터 집중장치로 전송하는 단계는, 멀티-스레드 방식에 기초한 N:N 동시 병렬 검침 프로세스에 따라 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 전자식 계량기로부터의 검침 데이터를 상기 데이터 집중장치로 전송하는 단계는, 상기 전자식 계량기의 슬레이브 통신모뎀과 상기 데이터 집중장치의 마스터 통신모뎀 사이에 리피터를 사용하는 경우, 상기 마스터 통신모뎀과 리피터, 또는 상기 리피터와 슬레이브 통신모뎀, 또는 상기 슬레이브 통신모뎀과 전자식 계량기 사이의 구간 별 통신 링크 품질을 분석하고, 분석된 구간 별 통신 링크 품질에 기초하여 저장 후 전송 방식에 기초한 검침 프로세스에 따라 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 지능형 원격검침을 위한 데이터 집중장치와 전자식 계량기 구간의 통신을 저렴한 비용의 자가망으로서 손쉽게 구축이 가능한 전력선통신, 지그비, 바이너리 씨디엠에이 또는 와이파이와 같은 기존의 통신방식을 활용하되, 검침 데이터의 신뢰성 있는 전송을 보장할 수 있는 효과가 있다.
특히, 종래의 단순한 단-대-단(end-to-end)의 서버-클라이언트 구조의 폴링 검침 방식에 비하여, 본 발명은 통신 모뎀의 물리 계층(physical layer) 또는 매체 접근 제어 계층(media access control layer)의 비트 오류율(BER: bit error rate), 신호 대 잡음비(SNR: signal to noise ratio), 수신 신호 강도(RSS: received signal strength) 또는 MAC re-transmission count 등과 같은 성능 지표를 수집하는 센싱 모듈과, 통신대상 단말(terminal)의 수, 단일 홉 또는 멀티 홉 구성과 같은 네트워크 토폴로지 정보를 모니터링하는 네트워크 모니터링 모듈과, 상기 센싱 모듈로부터 수집된 성능 지표와 상기 네트워크 모니터링 모듈로부터 수집된 네트워크 토폴로지 정보를 이용하여 통신 링크 품질(link quality)을 분석하는 분석 모듈을 통하여, 응용 계층(application layer) 상에 구현되는 검침 프로그램이 통신 링크 품질을 검침 프로세스에 반영함으로써, 보다 안정적이고 신속한 지능형 원격검침이 수행될 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 독립적으로 검침 프로세스를 수행할 수 있는 2 이상의 서버-클라이언트 구조를 활용한, 저장 후 전송(store and forwarding) 방식 및 멀티-스레드(multi-thread) 기반의 독립병렬 프로세스 방식 등을 조합하여 원격검침을 수행함으로써, 대용량의 검침 데이터를 수집하고자 할 경우에, 병목현상이 방지되고, 검침 성공률 및 검침 속도가 향상됨에 따라 원격검침의 효율성과 신뢰성이 보다 높아질 수 있는 효과가 있다.
도 1은, 종래의 지능형 원격검침 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 전력선통신 방식에 따라 검침 대상 가구의 전력량계로부터 수집한 LP(Load Profile) 데이터의 검침 성공률을 나타내는 표이다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 따른 지능형 원격검침 시스템의 통신모뎀 간 통신 인터페이스를 수행하기 위한 프로토콜 스택(protocol stack)을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 도 3에 도시한 모뎀 성능분석 계층에서 분석한 통신 링크 품질을 반영한 검침 프로세스를 나타내는 순서도이다.
도 5는, N(클라이언트) : N(서버) 구조의 멀티-스레드(multi-thread) 방식을 적용한, 본 발명에 따른 지능형 원격검침 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은, 리피터를 마스터 통신모뎀과 슬레이브 통신모뎀 사이에 구성한, 본 발명에 따른 지능형 원격검침 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은, 저장 후 전송(store-and-forwarding) 방식을 적용한, 본 발명에 따른 지능형 원격검침 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은, 통신 링크 품질을 반영하고, 저장 후 전송 방식 및 N(클라이언트) : N(서버)의 멀티-스레드 방식의 동시 병렬 검침 프로세스가 적용되는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 원격검침 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는, 저장 후 전송 기능을 수행하는 클라이언트/서버 검침 프로토콜이 내장된 단말을 기준으로, 상위 통신링크 구간에는 통신 링크 품질 기반의 우선순위 검침 방식을 적용하고, 하위 통신링크에는 멀티-스레드 기반의 동시 병렬 검침 방식을 적용한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지능형 원격 검침 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 따른 지능형 원격검침 시스템의 통신모뎀 간 통신 인터페이스를 수행하기 위한 프로토콜 스택(protocol stack)을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 지능형 원격검침 시스템에서의 검침 프로토콜 스택(protocol stack)은 물리 계층(physical layer)(400), 매체 접근 제어 계층(media access control layer)(500), 네트워크 계층(network layer)(600) 및 검침 프로그램이 구현되어 있는 응용 계층(application layer)(800) 뿐만 아니라, 상기 네트워크 계층(600)과 응용 계층(800)의 중간에 위치되어, 데이터 집중장치(200)의 마스터 통신모뎀(220)과 전자식 계량기(300)의 슬레이브 통신모뎀(310) 간의 통신 링크 품질(link quality)을 분석하는 모뎀 성능분석 계층(700)을 더 포함한다. 여기서, 상기 모뎀 성능분석 계층(700)은 센싱 모듈(710), 네트워크 모니터링 모듈(720) 및 분석 모듈(730)로 구성된다. 상기 모뎀 성능분석 계층(700)을 구성하는 각 모듈에 대하여 보다 구체적으로 살펴보면, 먼저 센싱 모듈(710)은 통신모뎀들 간의 물리 계층(400) 또는 매체 접근 제어 계층(500)에 대한 성능 지표로서, 비트 오류율(BER: bit error rate), 신호 대 잡음비(SNR: signal to noise ratio), 수신 신호 강도(RSS: received signal strength) 또는 MAC re-transmission count 등과 같은 성능 지표를 수집하고, 네트워크 모니터링 모듈(720)은 주변의 통신대상 단말(terminal)의 수 및 단일 홉(hop) 또는 다중 홉의 구성과 같은 네트워크 토폴로지(topology)의 변화 등을 상시 모니터링하여, 네트워크 계층(600)에 대한 네트워크 토폴로지 정보를 수집한다. 그리고, 분석 모듈(730)은 상기 센싱 모듈(710)에 의해 수집된 물리 계층(400) 또는 매체 접근 제어 계층(500)에 대한 성능 지표를 분석하거나, 상기 네트워크 모니터링 모듈(720)에 의해 수집된 네트워크 계층(600)에 대한 네트워크 토폴로지 정보를 분석하여, 응용 계층(800)의 검침 프로그램으로 하여금 최적의 통신 링크 품질(link quality)을 갖는 통신모뎀부터 우선적으로 검침 프로세스를 수행하도록 하기 위한 정보를 제공한다.
예를 들어, 센싱 모듈(710)에 의해 수집된 특정 통신모뎀의 수신 신호 강도가 간섭(interference) 또는 페이딩(fading) 등에 의해 통신 가능한 최소 기준점인 임계치(threshold)보다 낮아 통신이 불가능하다고 판단되면, 그 특정 통신모뎀과 연결된 전자식 계량기(300)를 현재의 검침 대상 항목에서 제외할 수 있다. 또한, 어떤 특정 통신모뎀에 대하여 MAC re-transmission count가 증가한다면, 이 또한 간섭 또는 페이딩 등에 의해 통신 채널이 불안정한 상태라고 유추할 수 있으며, 그 특정 통신모뎀과 연결된 전자식 계량기(300)를 검침 대상 항목에서 제외하거나 검침 순서를 뒤로 함으로써, 검침의 효율성을 높일 수 있다.
도 4는, 도 3에 도시한 모뎀 성능분석 계층(700)에서 분석한 통신 링크 품질을 반영한 검침 프로세스를 나타내는 순서도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 검침 프로세스는, 우선 모뎀 성능분석 계층(700)에서 실시간으로 주변의 통신모뎀들에 대한 통신 링크 품질을 분석(S100)하고, 그 다음으로 데이터 집중장치(200)의 검침엔진(210)이 모뎀 성능분석 계층(700)에서 분석한 통신 링크 품질을 기초로 검침 대상이 되는 전자식 계량기(300)들의 검침 우선순위를 지정(S200)하며, 지정된 검침 우선순위에 따라 전자식 계량기(300)를 통한 검침을 수행(S300)한다.
S300 단계에서의 검침 수행 결과, 검침 대상 전자식 계량기(300)를 통한 검침이 모두 성공하는 경우에는, 검침을 종료(S400)한다.
한편, S300 단계에서의 검침 수행 결과, 실시간 통신 링크 품질을 반영하더라도 예측할 수 없는 상황에 따라 특정한 전자식 계량기(300)에 대하여 검침을 실패한 경우에는, 사전에 설정한 재시도 횟수만큼 검침에 실패한 상기 특정한 전자식 계량기(300)에 대한 검침을 재시도(S500)한다. S500 단계에서의 검침 재시도 결과, 상기 특정한 전자식 계량기(300)에 대한 검침을 성공한다면, 이후의 검침 우선순위에 따라 계속적으로 검침을 진행(S300)하나, 일정 횟수만큼의 검침 재시도에도 불구하고 상기 특정한 전자식 계량기(300)로부터 검침을 수행할 수 없는 경우에는, 검침에 실패한 상기 전자식 계량기(300)를 제외한 나머지 검침 미완료된 전자식 계량기(300)와 연계된 통신모뎀에 대하여 실시간으로 통신 링크 품질을 재분석하며, 재분석된 통신 링크 품질을 바탕으로 검침 미완료된 전자식 계량기(300)에 대한 검침 우선순위를 재지정(S600)하여 검침 프로세스를 다시 진행한다.
상기와 같은 검침 프로세스는 검침 주기 내에서 모든 검침 대상 전자식 계량기(300)에 대하여 검침을 완료할 때까지 수행되며, 검침 주기 내에 검침을 수행할 수 없는 전자식 계량기(300)에 대해서는 통신 또는 계량기 자체의 문제점이 있는지 확인하는 것이 바람직하다.
이상에서는 1(클라이언트) : N(서버) 구조의 폴링(polling) 방식에 따르는 지능형 원격검침 시스템에 대하여 설명하였으나, 이에 의하면 모뎀 성능 분석 계층을 통하여 실시간 통신 링크 품질을 반영하여 검침을 수행하더라도, 검침 대상 전자식 계량기 하나당 최소한의 검침 시간이 소요되어 실시간으로 제공된 통신 링크 품질을 바로 사용할 수 없다. 상기와 같은 폴링 방식의 단점을 해결하여 검침 속도를 향상시키고 검침 성공률을 보다 높일 수 있도록, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 검침 프로세스를 이용하는 지능형 원격검침 시스템에 다수의 독립된 서버-클라이언트 구조의 검침을 동시 병렬적으로 수행할 수 있도록 하는 N(클라이언트) : N(서버) 구조의 멀티-스레드(multi-thread) 방식을 또한 적용할 수 있다. 이 경우, 통신 단말을 구동하는 MCU(micro controller unit)의 연산속도와 메모리 환경을 파악하여 적정한 수의 서버-클라이언트로 설정하는 것이 바람직하다. 통신 링크 품질을 반영한 멀티-스레드 방식 기반의 검침 프로세스에 따라, 총 10대의 검침 대상 전자식 계량기에 대하여 5개의 서버-클라이언트 검침 프로그램을 운용한다고 가정하면, 우선 모뎀 성능분석 계층에서 분석한 통신 링크 품질을 기초로 검침 우선순위를 지정한 후, 통신 링크 품질이 높은 상위 5개의 전자식 계량기를 대상으로 먼저 동시 병렬로 검침을 수행하고, 이어서 통신 링크 품질이 낮은 하위 5개의 전자식 계량기에 대하여 동시 병렬로 검침을 수행하는 것이 바람직하다.
도 6은, 통상 변압기 전주에 설치되는 데이터 집중장치(200)의 마스터 통신모뎀(220)과 수용가 측에 설치되는 전자식 계량기(300)의 슬레이브 통신모뎀(310) 간의 거리가 멀어서 직접적인 통신이 불가능할 경우 보다 안정적인 검침 통신망을 구축하기 위해, 하나 이상의 리피터(900)를 마스터 통신모뎀(220)과 슬레이브 통신모뎀(310) 사이에 구성한 본 발명에 따른 지능형 원격검침 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
이상에서의 검침 방법은, 검침엔진(클라이언트)과 계량기(서버) 간의 단-대-단(end-to-end) 방식으로 A+B+C의 전체 통신구간을 단일의 통신 채널로 인식하여 통신 링크 품질을 분석하였다. 그러나, 통신 링크 품질은 A, B, C의 각 통신구간마다 서로 상이하기 때문에, 단-대-단 방식의 서버-클라이언트로 검침을 수행하기 보다는 각 통신구간(A, B, C) 별로 독립된 서버-클라이언트에 의해 검침을 수행한다면, 각 통신구간(A, B, C) 별 통신 링크 품질을 반영하여 보다 세분화되고 최적화된 검침이 수행될 수 있다. 여기서, 본 발명에서의 모뎀 성능분석 계층(700)의 네트워크 모니터링 모듈(720)은 리피터(900)의 사용과 같은 네트워크 토폴로지 환경을 확인하고, 분석 모듈(730)은 이를 기초로 분석한 각 통신구간(A, B, C) 별 통신 링크 품질 정보를 검침엔진(210)에 전달하게 된다.
예를 들어, 리피터(900) 또는 슬레이브 통신모뎀(310)에 검침 프로토콜 스택을 구현하고, 모뎀 성능분석 계층(700)의 분석 모듈(730)을 통해 B+C 통신구간에는 통신 링크 품질이 양호하나, A 통신구간에는 통신 링크 품질이 불량하다는 상황을 인지하게 된다면, 도 7에 도시된 바와 같이, 리피터(900)가 전자식 계량기(300)로부터 검침 데이터를 수집하여 저장하고 있다가, 이후 A 통신구간의 통신 링크 품질이 개선되어 검침엔진(210)이 검침 데이터를 요청하면 전자식 계량기(300)에서 검침 데이터를 전송하는 것이 아닌, 리피터(900)에서 저장하고 있던 검침 데이터를 데이터 집중장치(200)로 송신한다. 이러한 저장 후 전송(store-and-forwarding) 구조는 독립적인 서버-클라이언트 통신구간을 최소화함으로써, 검침 데이터의 획득에 대한 신뢰성을 높일 수 있다. 저장 후 전송 방식은 별도의 하드웨어 추가 없이, 리피터(900) 또는 슬레이브 통신모뎀(310)에서 사용하는 MCU와 메모리를 이용하게 되면, 검침 프로토콜 스택이 용이하게 구현될 수 있다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 원격검침 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 8에 도시한 바와 같이, 데이터 집중장치(200)의 마스터 통신모뎀(220)과 전자식 계량기(300)의 슬레이브 통신모뎀(310) 간의 통신방식은 mesh AP(920a 및 920b)를 사용하는 WiFi-mesh 네트워크를 기반으로 하고, 통신 링크 품질을 반영하는 한편, 저장 후 전송 방식 및 N(클라이언트) : N(서버)의 멀티-스레드 방식의 동시 병렬 검침 프로세스가 적용되는 지능형 원격검침 시스템이 구성될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, mesh 및 AP(Access Point) 기능을 갖는 데이터 집중장치(200)의 마스터 통신모뎀(220)에서부터 슬레이브 통신모뎀(310)까지의 거리가 단거리일 경우에는, WiFi 무선통신으로 직접적인 통신링크{마스터 통신모뎀(220)과 슬레이브 통신모뎀(6)(310f) 간의 통신링크}를 구성할 수 있으며, 원거리의 경우에는, AP 기능이 없이 mesh 기능만을 갖는 하나 이상의 mesh station을 사용하여 통신링크를 연장 구성할 수 있다. 도 8에서는 마스터 통신모뎀(220)과 mesh AP(1)(920a) 사이에 보다 안정된 통신망을 구성하기 위해 mesh station(1)(910)이 사용되었으나, 상황에 따라서 하나 이상의 또 다른 mesh station이 추가로 사용될 수 있음은 당연하다. Mesh station을 사용하는 다중 통신링크의 경우, mesh AP를 전자식 계량기에 외장 또는 내장되는 슬레이브 통신모뎀(310)의 근처에 설치함으로써, 안정적인 통신링크를 구성하는 것이 바람직하다.
Mesh AP(920a 및 920b) 또는 슬레이브 통신모뎀(6)(310f)는 데이터 집중장치(200)와는 독립적으로 전자식 계량기(300a 내지 300f)와 통신하며 검침 데이터를 수집할 수 있다. 이 경우, 클라이언트인 mesh AP(920a 및 920b) 또는 슬레이브 통신모뎀(6)(310f)은 mesh AP(920a 및 920b) 또는 슬레이브 통신모뎀(6)(310f) 이하의 통신 링크 품질이 양호하면, 서버인 전자식 계량기(300a 내지 300f)로부터 먼저 검침 데이터를 수집하여 저장하고, 이 후 클라이언트인 데이터 집중장치(200)의 검침엔진(210)이 검침 데이터를 요청하게 되면, mesh AP(920a 및 920b) 또는 슬레이브 통신모뎀(6)(310f)은 저장하고 있던 검침 데이터를 중간에서 전달하는 서버로서의 역할을 수행하게 된다. 또한, 전자식 계량기(300a 내지 300f)와 통신하여 검침 데이터의 수집을 완료한 mesh AP(920a 및 920b) 또는 슬레이브 통신모뎀(6)(310f)은 검침 데이터의 요청/응답 방식이 아닌, 통지 메시지(notification message)를 통해 클라이언트인 데이터 집중장치(200) 에 검침 완료 상황을 통보할 수 있으며, 데이터 집중장치(200)는 이러한 정보를 추가적으로 반영하여 검침 우선순위를 지정할 수도 있다. 즉, 저장 후 전송 기능을 수행하는 클라이언트/서버 검침 프로토콜이 내장된 단말{도 8의 경우, mesh AP(1)(920a), mesh AP(2)(920b) 및 WiFi 슬레이브 통신 모뎀(6)(310f)}을 기준으로, 상위 통신링크 구간(D 구간)과 하위 통신링크 구간(E 구간)에서 독립적이며 병렬적으로 동작하는 서버-클라이언트 통신구간을 최소화하는 것이 바람직하다.
여기서, WiFi-mesh 통신방식은 PLC, ZigBee 또는 B-CDMA 등의 다른 통신방식으로 대체 가능하다. 또한, 검침 환경에 따라, 저장 후 전송 기능을 수행하는 클라이언트/서버 검침 프로토콜이 내장된 단말을 기준으로 상위 통신링크 구간(D 구간)과 하위 통신링크(E 구간)에 대하여, 통신 링크 품질 기반의 우선순위 검침 방식과 멀티-스레드 기반의 동시 병렬 검침 방식을 각 구간 별로 서로 다르게 적용하거나, 또는 동일한 구간에 양 검침 방식을 동시에 적용할 수 있음은 당연하다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 저장 후 전송 기능을 수행하는 클라이언트/서버 검침 프로토콜이 내장된 단말을 기준으로, 상위 통신링크 구간에는 통신 링크 품질 기반의 우선순위 검침 방식을 적용하고, 하위 통신링크에는 멀티-스레드 기반의 동시 병렬 검침 방식을 적용한 지능형 원격 검침 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 통상적으로 mesh AP(920a 및 920b) 또는 슬레이브 통신모뎀(1)(310)은 전자식 계량기(300)와의 통신 링크 품질을 최대한 높일 수 있도록 전자식 계량기(300)의 주변에 설치되기 때문에 통신 링크 품질을 반영한 검침 우선순위의 지정이 불필요할 수 있는 반면, 클라이언트인 mesh AP(920a 및 920b)는 서버로 동작하는 최대 10 내지 20개의 수용가 측 전자식 계량기(300)로부터 최단시간 내에 검침 데이터를 수집해야 하므로, 전자식 계량기(300)와 mesh AP(920a 및 920b) 또는 슬레이브 통신모뎀(1)(310) 간의 검침 수행은 멀티-스레드 기반의 동시 병렬 검침 방식을 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 서버인 mesh AP(920a 및 920b)는 전자식 계량기(300)로부터 검침 데이터의 수집을 완료한 후, 통지 메시지를 통해 클라이언트인 데이터 집중장치(200)에 검침 완료 상황을 통보하고, 데이터 집중장치(200)는 mesh AP(920a 및 920b) 또는 슬레이브 통신모뎀(310)과의 통신 링크 품질 정보를 실시간으로 수집하여, 수집된 실시간 통신 링크 품질 정보와 mesh AP(920a 및 920b)로부터 전송된 검침 완료 정보를 반영하여 검침 우선순서를 지정함에 따라 검침 프로세스를 진행할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 통신 링크 품질 반영, 저장 후 전송 및 멀티-스레드 기반의 N:N 동시 병렬 검침 프로세스 방식을 각 통신구간에 어떻게 적용할지에 대하여 설명하였으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 적용 방식의 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 또한, 통신구간을 데이터 집중장치와 슬레이브 통신모뎀 또는 전자식 계량기로 국한하여 설명하였으나, 검침서버와 데이터 집중장치 간의 통신구간 또는 검침서버와 전자식 계량기까지의 통신구간에도 적용할 수 있음이 자명하다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 검침서버
200: 데이터 집중장치
210: 검침엔진
220: 마스터 통신모뎀
300: 전자식 계량기
310: 슬레이브 통신모뎀
400: 물리 계층
500: 매체 접근제어 계층
600: 네트워크 계층
700: 모뎀 성능분석 계층
710: 센싱 모듈
720: 네트워크 모니터링 모듈
730: 분석 모듈
800: 응용 계층
900: 리피터
910: mesh station
920: mesh AP

Claims (17)

  1. 수용가의 에너지 사용량을 계측하고 저장하기 위한, 슬레이브 통신모뎀이 외장 또는 내장되는 복수의 전자식 계량기;
    상기 전자식 계량기의 슬레이브 통신모뎀과 유선 또는 무선 통신을 수행하는 마스터 통신모뎀을 통하여 상기 전자식 계량기로부터 검침 데이터를 수집하는 데이터 집중장치; 및
    상기 데이터 집중장치로부터 수집된 검침 데이터를 전송받아 관리하는 검침서버를 포함하는 지능형 원격검침 시스템에 있어서,
    상기 데이터 집중장치의 마스터 통신모뎀과 상기 전자식 계량기의 슬레이브 통신모뎀은,
    네트워크 계층(network layer);
    검침 프로그램이 구현되는 응용 계층(application layer); 및
    상기 네트워크 계층과 응용 계층 사이에 삽입되어, 상기 마스터 통신모뎀과 슬레이브 통신모뎀 간의 통신 링크 품질(link quality)을 분석하는 모뎀 성능분석 계층
    을 포함하는 프로토콜 스택(protocol stack)에 의해 상호 통신 인터페이스를 수행하는 것을 특징으로 하는, 지능형 원격검침 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 응용 계층의 검침 프로그램은, 상기 모뎀 성능분석 계층에서 분석된 통신 링크 품질에 기초하여, 상기 복수의 전자식 계량기에 대한 검침 우선순위를 지정하고, 지정된 상기 검침 우선순위에 따라 순서대로 전자식 계량기에 대한 검침 프로세스를 수행하는 것을 특징으로 하는, 지능형 원격 검침 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    검침에 실패한 특정한 전자식 계량기에 대하여 미리 설정된 횟수만큼 검침을 재시도하는 것을 특징으로 하는, 지능형 원격 검침 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 모뎀성능 분석 계층은, 물리 계층(physical layer) 또는 매체 접근 제어 계층(media access control layer)의 성능 지표를 수집하는 센싱 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 지능형 원격검침 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 물리 계층 또는 매체 접근 제어 계층의 성능 지표는 비트 오류율(bit error rate), 신호 대 잡음비(signal to noise ratio), 수신 신호 강도(received signal strength) 또는 MAC re-transmission count를 포함하는 것을 특징으로 하는, 지능형 원격검침 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 모뎀성능 분석 계층은, 네트워크 계층의 네트워크 토폴로지 정보를 수집하는 네트워크 모니터링 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 지능형 원격검침 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 네트워크 계층의 네트워크 토폴로지 정보는 통신대상 단말(terminal)의 수 또는 네트워크 토폴로지 변화를 포함하는 것을 특징으로 하는, 지능형 원격검침 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 모뎀성능 분석 계층은,
    물리 계층 또는 매체 접근 제어 계층의 성능 지표를 수집하는 센싱 모듈;
    네트워크 계층의 네트워크 토폴로지 정보를 수집하는 네트워크 모니터링 모듈; 및
    상기 센싱 모듈에 의해 수집된 성능 지표 또는 상기 네트워크 모니터링 모듈에 의해 수집된 네트워크 토폴로지 정보를 이용하여, 통신 링크 품질(link quality)을 분석하는 분석 모듈
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 지능형 원격검침 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 데이터 집중장치는,
    멀티-스레드(multi-thread) 방식에 기초한 N:N 동시 병렬 검침 프로세스를 수행하여, 상기 전자식 계량기로부터 상기 검침 데이터를 수집하는 것을 특징으로 하는, 지능형 원격검침 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자식 계량기의 슬레이브 통신모뎀과 상기 데이터 집중장치의 마스터 통신모뎀 사이에 리피터(repeater)를 사용하는 경우, 상기 모뎀 성능분석 계층은 상기 마스터 통신모뎀과 리피터, 또는 상기 리피터와 슬레이브 통신모뎀, 또는 상기 슬레이브 통신모뎀과 전자식 계량기 사이의 구간 별 통신 링크 품질을 분석하고, 분석된 구간 별 통신 링크 품질에 기초하여 저장 후 전송(store and forwarding) 방식으로 검침 프로세스를 수행하는 것을 특징으로 하는, 지능형 원격검침 시스템.
  11. 슬레이브 통신모뎀이 내장 또는 외장된 복수의 전자식 계량기에 의해 수용가의 에너지 사용량을 계측하고 저장하는 단계;
    상기 전자식 계량기의 슬레이브 통신모뎀과, 전자식 계량기로부터 검침 데이터를 수집하는 데이터 집중장치의 마스터 통신모뎀 간의 통신 링크 품질을 분석하는 단계;
    분석된 통신 링크 품질에 기초하여 상기 전자식 계량기로부터의 검침 데이터를 상기 데이터 집중장치로 전송하는 단계; 및
    상기 데이터 집중장치에 의해 수집된 검침 데이터를 검침서버로 전송하는 단계
    를 포함하는, 지능형 원격검침 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 전자식 계량기로부터의 검침 데이터를 상기 데이터 집중장치로 전송하는 단계는, 분석된 통신 링크 품질에 기초하여 상기 복수의 전자식 계량기에 대한 검침 우선순위를 지정하고, 지정된 상기 검침 우선순위에 따라 순서대로 검침 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는, 지능형 원격검침 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 전자식 계량기로부터의 검침 데이터를 상기 데이터 집중장치로 전송하는 단계는, 검침에 실패한 특정한 전자식 계량기에 대하여 미리 설정된 횟수만큼 검침을 재시도하는 것을 특징으로 하는, 지능형 원격검침 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 통신 링크 품질을 분석하는 단계는, 비트 오류율, 신호 대 잡음비, 수신 신호 강도 또는 MAC re-transmission count를 포함하는 성능 지표를 이용하여 상기 전자식 계량기의 슬레이브 통신모뎀과 데이터 집중장치의 마스터 통신모뎀 간의 통신 링크 품질을 분석하는 것을 특징으로 하는, 지능형 원격검침 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 통신 링크 품질을 분석하는 단계는, 통신대상 단말의 수 또는 네트워크 토폴로지 변화를 포함하는 네트워크 토폴로지 정보를 이용하여 상기 전자식 계량기의 슬레이브 통신모뎀과 데이터 집중장치의 마스터 통신모뎀 간의 통신 링크 품질을 분석하는 것을 특징으로 하는, 지능형 원격검침 방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 전자식 계량기로부터의 검침 데이터를 상기 데이터 집중장치로 전송하는 단계는, 멀티-스레드 방식에 기초한 N:N 동시 병렬 검침 프로세스에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는, 지능형 원격검침 방법.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 전자식 계량기로부터의 검침 데이터를 상기 데이터 집중장치로 전송하는 단계는, 상기 전자식 계량기의 슬레이브 통신모뎀과 상기 데이터 집중장치의 마스터 통신모뎀 사이에 리피터를 사용하는 경우, 상기 마스터 통신모뎀과 리피터, 또는 상기 리피터와 슬레이브 통신모뎀, 또는 상기 슬레이브 통신모뎀과 전자식 계량기 사이의 구간 별 통신 링크 품질을 분석하고, 분석된 구간 별 통신 링크 품질에 기초하여 저장 후 전송 방식에 기초한 검침 프로세스에 따라 수행하는 것을 특징으로 하는, 지능형 원격검침 방법.
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