KR101787284B1 - 데이터 집중 장치, 전력량계 및 이의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 데이터 집중 장치, 전력량계 및 이의 동작 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 HDLC(High-level Data Link Control) 기반 전력량계와, 인터넷 프로토콜 기반 전력량계를 포함하는 전력량계로부터 전력 계량 데이터를 수집하고, 수집한 전력 계량 데이터를 AMI 서버로 전달하는 데이터 집중 장치는 고속 전력선 통신을 위해 미리 설정된 통신 모델에 따라 전력 계량 데이터를 수집하며, 통신 모델은 고속 전력선 통신 MAC 계층, 인터넷 프로토콜 계층 및 상기 고속 전력선 통신 MAC 계층과 인터넷 프로토콜 계층 사이에 구성되어, HDLC 기반 전력량계와 상기 인터넷 프로토콜 기반 전력량계와의 통신을 지원하는 적응 계층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

데이터 집중 장치, 전력량계 및 이의 동작 방법{DATA CONCENTRATION UNIT, ELECTRONIC POWER METER AND METHOD FOR OPERATING THE SAME}
본 발명은 데이터 집중 장치, 전력량계 및 이의 동작 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게 ISO 및 IEC 국제표준 규격인 고속 전력선통신 기술 기반의 AMI 통신망에서 인터넷 프로토콜 통신 방식의 전력계량 데이터를 전송 및 수신할 수 있는 데이터 집중 장치, 전력량계 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
기존에 사용하던 고속 PLC 기반 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 통신망은 고속 전력선통신 모뎀에 HDLC(High-level Data Link Control) 직렬통신 방식 전력량계를 연결하여 이웃망을 구성하는 방식이다(도 1 참조). 즉, 고속 전력선통신 PHY(Physical) 계층과 MAC(Medium Access Control) 계층 위에 HDLC 방식으로 인캡슐레이션 된 계량데이터를 실어서 전달하는 방식이다.
고속 전력선통신(High-Speed Power Line Communication)이란 ISO/IEC 12139-1(2009)에 의해 표준화된 24Mbps의 전력선 통신 기술로서, 국내 저압 원격검침용 이웃망(Neighbourhood networks)의 PHY 계층과 MAC 계층을 구성하는데 사용된다.
전자식 전력량계 및 전력계량에 관한 국제표준은 IEC 62056 DLMS (Device Language Message Specification)으로 국내 모든 저압 전자식 전력량계에 적용된다.
북미나 유럽 등 전력계량 분야 선진각국에서는 미래 AMI 통신망에 인터넷 기술을 적용하기 위해 IP(Internet Protocol) 방식 AMI 통신장치 및 전자식 전력량계의 개발을 진행 중이다. IP 방식을 전력계량 인프라(Infrastructure)에 적용할 경우 기존 인터넷에서 사용되어온 장치 및 기술을 그대로 적용할 수 있어 기기 개발이나 제작의 경제성을 제고할 수 있으며 초고속 AMI 통신 구현이 용이하여 실시간 검침 등 스마트 미터링(Smart Metering) 시스템 구축이 가능하다.
기존의 고속 전력선통신 기반 AMI 통신망은 HDLC(High-level Data Link Control) 통신 방식만을 고속 전력선통신 MAC(Medium Access Control) 계층의 상위 계층 프로토콜로 탑재할 수 있어 IP 방식 전자식 전력량계 및 인터넷 프로토콜 기술의 적용이 불가능하다. 이러한 기술적 제약은 초고속 AMI 통신망 구현, 인터넷 기술 호환성 확보 및 경제적인 전력량계 장치 제작을 어렵게 하는 주요한 요인이 된다.
또한 미래에 IP 방식의 전자식 전력량계가 보급되어 고속 전력선통신망에서 혼용될 경우 HDLC 방식과 IP 방식의 전력계량장치 각각이 공존하여 운전될 수 있는 수단이 현재까지는 개발되어 있지 않은 문제가 있다.
한국등록특허 제1338003호(명칭: 전기자동차 충전을 위한 전력선 통신 모뎀 및 전력선 통신 시스템)
본 발명은 ISO 및 IEC 국제표준 규격인 고속 전력선통신 기술 기반의 AMI 통신망에서 인터넷 프로토콜 통신 방식의 전력계량 데이터를 전송 및 수신할 수 있는 데이터 집중 장치, 전력량계 및 이의 동작 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 집중 장치는, 전력량계로부터 전력 계량 데이터를 수집하고, 수집한 전력 계량 데이터를 AMI 서버로 전달하는 데이터 집중 장치로서, 상기 전력량계는 HDLC(High-level Data Link Control) 기반 전력량계와, 인터넷 프로토콜 기반 전력량계를 포함하고, 상기 데이터 집중 장치는 고속 전력선 통신을 위해 미리 설정된 통신 모델에 따라 전력 계량 데이터를 수집하며, 상기 통신 모델은 '고속 전력선 통신 MAC 계층', '인터넷 프로토콜 계층', 'HDLC 기반 데이터링크 계층' 및, 상기 고속 전력선 통신 MAC 계층의 상위 계층에 상기 인터넷 프로토콜 계층과 상기 HDLC 기반 데이터링크 계층을 탑재할 수 있도록 상기 HDLC 기반 전력량계와 상기 인터넷 프로토콜 기반 전력량계를 하나의 이웃망에서 혼용하여 통신 가능하게 하는 '적응 계층'을 포함하고, 상위 적응 계층은, 상위 계층의 프로토콜을 명시적으로 지정하고, 상기 HDLC 기반 전력량계 또는 상기 인터넷 프로토콜 기반 전력량계로부터 전력 계량 데이터를 수집할 때 상기 지정된 상위 계층의 프로토콜을 판독하여 구분하는 것을 특징으로 한다.
또한, 적응 계층은 IPv4 및 IPv6를 포함하는 인터넷 프로토콜 계층의 프로토콜 데이터에 의해 전달된 전력 계량 데이터를 고속 전력선 통신 MAC 계층과 연결시키는 IP 서비스 지원 적응 부계층(IP Service Specific Adaptation Sublayer)을 포함할 수 있다.
또한, 적응 계층은 IEC 62056-46 HDLC 기반 따른 데이터링크 계층의 프로토콜 데이터를 고속 전력선 통신 MAC 계층과 연결시키는 HDLC 서비스 지원 적응 부계층을 더 포함할 수 있다.
또한, 적응 계층은 상기 인터넷 프로토콜 계층과 상기 IEC 62056-46 HDLC 기반 따른 데이터링크 계층에 공통적으로 지원되는 적응 계층 기능들을 포함하는 공통 부분 적응 부계층을 더 포함할 수 있다.
또한, 공통 부분 적응 부계층(Common Part Adaptation Sublayer)은 IP 서비스 지원 적응 부계층과 HDLC 서비스 지원 적응 부계층 보다 하위 계층일 수 있다.
또한, 공통 부분 적응 부계층에서 이용되는 CPAS 프레임은 헤더부와 SSAS 메시지로 구성되고, CPAS 프레임의 헤더부는 소스 주소 정보 필드, 목적지 주소 정보 필드 및 이더넷 종류 정보 필드를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 이더넷 종류 정보 필드는 IPv4 프로토콜, IPv6 프로토콜 및 HDLC 데이터링크 프로토콜 중 적어도 하나에 대한 정보를 포함할 수 있다.
또한, SSAS 메시지는 SSAS 제어 패킷과 SSAS 데이터 패킷으로 구분되고, 상기 SSAS 제어 패킷은 ARP(Address Resolution Protocol)를 통해 이루어지는 주소 해석 기능을 수행할 수 있다.
또한, SSAS 제어 패킷은 제어 종류 필드, 송신자 IP 주소 필드, 송신자 CPAS 주소 필드, 목적지 IP 주소 필드 및 목적지 CPAS 주소 필드를 포함할 수 있다.
또한, SSAS 데이터 패킷은 패킷 종류 필드, 압축 종류 필드, 데이터의 옥텟 길이 필드 및 데이터 필드를 포함할 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 데이터 집중 장치의 동작 방법은 데이터 집중 장치의 동작 방법으로서, HDLC 기반 전력량계와, 인터넷 프로토콜 기반 전력량계를 포함하는 전력량계로부터 전력 계량 데이터를 수집하는 단계; 및 상기 수집한 전력 계량 데이터를 AMI 서버로 전달하는 단계를 포함하고, 상기 전력 계량 데이터를 수집하는 단계는 고속 전력선 통신을 위해 미리 설정된 통신 모델에 따라 이루어지고, 상기 통신 모델은 '고속 전력선 통신 MAC 계층', '인터넷 프로토콜 계층', 'HDLC 기반 데이터링크 계층' 및, 상기 고속 전력선 통신 MAC 계층의 상위 계층에 상기 인터넷 프로토콜 계층과 상기 HDLC 기반 데이터링크 계층을 탑재할 수 있도록 상기 HDLC 기반 전력량계와 상기 인터넷 프로토콜 기반 전력량계를 하나의 이웃망에서 혼용하여 통신 가능하게 하는 '적응 계층'을 포함하고, 상위 적응 계층은, 상위 계층의 프로토콜을 명시적으로 지정하고, 상기 HDLC 기반 전력량계 또는 상기 인터넷 프로토콜 기반 전력량계로부터 전력 계량 데이터를 수집할 때 상기 지정된 상위 계층의 프로토콜을 판독하여 구분하는 것을 특징으로 한다.
또한, 적응 계층은 IPv4 및 IPv6를 포함하는 인터넷 프로토콜 계층의 프로토콜 데이터에 의해 전달된 전력 계량 데이터를 고속 전력선 통신 MAC 계층과 연결시키는 IP 서비스 지원 적응 부계층을 포함할 수 있다.
또한, 적응 계층은 IEC 62056-46 HDLC 기반 따른 데이터링크 계층의 프로토콜 데이터를 고속 전력선 통신 MAC 계층과 연결시키는 HDLC 서비스 지원 적응 부계층을 더 포함할 수 있다.
또한, 적응 계층은 상기 인터넷 프로토콜 계층과 IEC 62056-46 HDLC 기반 따른 데이터링크 계층에 공통적으로 지원되는 적응 계층 기능들을 포함하는 공통 부분 적응 부계층을 더 포함할 수 있다.
또한, 공통 부분 적응 부계층은 IP 서비스 지원 적응 부계층과 HDLC 서비스 지원 적응 부계층 보다 하위 계층일 수 있다.
또한, 공통 부분 적응 부계층에서 이용되는 CPAS 프레임은 헤더부와 SSAS 메시지로 구성되고, CPAS 프레임의 헤더부는 소스 주소 정보, 목적지 주소 정보 및 이더넷 종류 정보를 포함할 수 있다.
또한, 이더넷 종류 정보 필드는 IPv4 프로토콜, IPv6 프로토콜 및 HDLC 데이터링크 프로토콜 중 적어도 하나에 대한 정보를 포함할 수 있다.
또한, SSAS 메시지는 SSAS 제어 패킷과 SSAS 데이터 패킷으로 구분되고, 상기 SSAS 제어 패킷은 ARP를 통해 이루어지는 주소 해석 기능을 수행할 수 있다.
또한, SSAS 제어 패킷은 제어 종류 필드, 송신자 IP 주소 필드, 송신자 CPAS 주소 필드, 목적지 IP 주소 필드 및 목적지 CPAS 주소 필드를 포함할 수 있다.
또한, SSAS 데이터 패킷은 패킷 종류 필드, 압축 종류 필드, 데이터의 옥텟 길이 필드 및 데이터 필드를 포함할 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전력량계는, 수용가에 대한 전력 계량 데이터를 생성하고, 내장된 또는 외부에 연결된 통신부를 통해 상기 전력 계량 데이터를 데이터 집중 장치로 전달하는 전력량계로서, 상기 전력량계는 HDLC 기반 전력량계와, 인터넷 프로토콜 기반 전력량계 중하나의 전력량계이고, 고속 전력선 통신을 위해 미리 설정된 통신 모델에 따라 상기 전력 계량 데이터를 상기 데이터 집중 장치로 송신하며, 상기 통신 모델은 '고속 전력선 통신 MAC 계층', '인터넷 프로토콜 계층', 'HDLC 기반 데이터링크 계층' 및, 상기 고속 전력선 통신 MAC 계층의 상위 계층에 상기 인터넷 프로토콜 계층과 상기 HDLC 기반 데이터링크 계층을 탑재할 수 있도록 상기 HDLC 기반 전력량계와 상기 인터넷 프로토콜 기반 전력량계를 하나의 이웃망에서 혼용하여 통신 가능하게 하는 '적응 계층'을 포함하고, 상위 적응 계층은, 상위 계층의 프로토콜을 명시적으로 지정하고, 상기 HDLC 기반 전력량계 또는 상기 인터넷 프로토콜 기반 전력량계로부터 전력 계량 데이터를 수집할 때 상기 지정된 상위 계층의 프로토콜을 판독하여 구분하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 집중 장치, 전력량계 및 이의 동작 방법은 AMI 통신 속도를 개선시킬 수 있는 장점이 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 집중 장치, 전력량계 및 이의 동작 방법에 따르면, 고속 전력선 통신망에 IP(Internet Protocol) 기술을 적용함으로써, 기존 HDLC 직렬통신 방식 고유의 속성에 기인한 데이터 전송속도 제한을 극복할 수 있다. 즉, 고속 전력선통신망에서 계량데이터 전송 속도의 획기적 개선 및 향상으로 AMI 시스템의 궁극적 목표인 실시간 검침을 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 집중 장치, 전력량계 및 이의 동작 방법에 따르면, IP 방식 전자식 전력량계 적용으로 호환성 및 경제성을 제고할 수 있는 장점이 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 집중 장치, 전력량계 및 이의 동작 방법에 따르면, IP 방식의 전자식 전력량계를 고속 전력선 통신 기반 AMI 통신망에서 사용할 수 있게 되고, 전자식 전력량계와 검침서버(Head End System)간 계량 데이터의 전송에 인터넷 프로토콜을 적용함으로써 외부의 인터넷 기반 정보 통신 시스템과의 호환성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, IP 방식의 전력량계 채택과 외부 시스템 연계 호환성 제고는 AMI 인프라의 경제적 구축의 기술적 토대가 될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 집중 장치, 전력량계 및 이의 동작 방법은 기존 HDLC 통신방식 장치와의 상호 공존 기술을 제공할 수 있다. 즉, 본 발명은 기존 전력계량 장치의 변경이나 개선 없이도 HDLC 방식 및 IP 방식의 계량 데이터가 하나의 고속 전력선통신 이웃망 MAC 계층 상에서 공존할 수 있도록 한다.
도 1은 AMI 통신망을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 집중 장치를 포함하는 AMI 시스템에 대한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 전력선 통신을 위해 미리 설정된 통신 모델에 대한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 CPAS 프레임의 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 집중 장치의 동작 방법에 대한 흐름도이다.
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.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 데이터 집중 장치, 전력량계 및 이의 동작 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 집중 장치(100)를 포함하는 AMI 시스템(1000)에 대한 블록도이다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 집중 장치(100)는 ISO 및 IEC 국제표준 규격인 고속 전력선통신 기술 기반의 AMI 통신망에서 인터넷 프로토콜 통신 방식의 전력계량 데이터를 전송 및 수신할 수 있는 것을 특징으로 한다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 집중 장치(100)는 HDLC 기반 전력량계를 나타내는 제 1 전자식 전력량계(40) 뿐만 아니라, 인터넷 프로토콜 기반 전력량계를 나타내는 제 2 전자식 전력량계(50)로부터 전력 계량 데이터를 수집하고, 이를 AMI 서버(10)에 전달할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 집중 장치(100)는 고속 전력선 통신 MAC(Medium Access Control) 계층의 상위에 인터넷 프로토콜을 탑재할 수 있도록 적응계층(Adaptation layer)을 설계함으로써 상기 목적을 달성한 것을 특징으로 한다. 본 발명이 제시하는 적응 계층은 3개의 적응-부계층(Adaptation sublayer)으로 구성되며 적응계층 내의 각 부계층 프로토콜들은 아래와 같은 기능을 제공한다.
1) 고속 전력선통신 MAC과 인터넷 프로토콜의 연계
2) 동일 통신망에서 HDLC 방식 상위계층과 IP 방식 상위계층의 공존
3) 기지의 IP 주소를 통한 고속 전력선통신 스테이션 주소(CPAS Address) 획득
4) IP 헤더 압축 방법의 지정 및 헤더 압축되거나 압축되지 않은 IP 패킷의 식별.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 전력선 통신을 위해 미리 설정된 통신 모델에 대한 개념도이다. 이제, 도 3을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 모델에 대한 설명이 이루어진다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 집중 장치(100)는 HDLC 방식 전력량계 뿐만 아니라, IP 방식 전력량계에서 검침된 전력계량 데이터를 함께 수집할 수 있는 것을 특징으로 한다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 집중 장치(100)는 도 3에 도시된 구조를 갖는 통신 모델을 이용하여 통신을 수행하는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 통신 모델은 전력 계량 데이터를 포함하는 IP 패킷을 고속 전력선 통신망을 경유하여 전달하도록 TCP/IP 프로토콜의 인터넷 프로토콜 계층(130)과 고속 전력선 통신 MAC(Medium Access Control) 계층(120) 사이에 적응 계층을 추가한 것을 특징으로 한다.
정리하면, 통신 모델은 고속 전력선 통신 MAC 계층(120), 인터넷 프로토콜 계층(130) 및 상기 고속 전력선 통신 MAC 계층(120)과 인터넷 프로토콜 계층(130) 사이에 구성되어, 상기 HDLC 기반 전력량계와 상기 인터넷 프로토콜 기반 전력량계와의 통신을 지원하는 적응 계층(110)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 목적을 달성하기 위해, 적응 계층(110)은 HDLC 서비스 지원 적응 부계층(111), IP 서비스 지원 적응 부계층(112) 및 공통 부분 적응 부계층(113)을 포함할 수 있다.
HDLC 서비스 지원 적응 부계층(111, HDLC SSAS: High-level Data Link Control Service Specific Adaptation Sublayer)은 IEC 62056-46 HDLC 기반 따른 데이터링크 계층(140)의 프로토콜 데이터를 고속 전력선 통신 MAC 계층(120)과 연결시키는 기능을 한다.
IP 서비스 지원 적응 부계층(112, IP SSAS: IP Service Specific Adaptation Sublayer)은 IPv4 및 IPv6를 포함하는 인터넷 프로토콜 계층(130)의 프로토콜 데이터에 의해 전달된 전력 계량 데이터를 고속 전력선 통신 MAC 계층(120)과 연결시키는 기능을 한다.
공통 부분 적응 부계층(113, Common Part Adaptation Sublayer)은 인터넷 프로토콜 계층(130)과 상기 IEC 62056-46 HDLC 기반 따른 데이터링크 계층(140)에 공통적으로 지원되는 적응 계층 기능들을 포함하여, 그 기능을 수행한다. 또한, 공통 부분 적응 부계층(113)은 상기 기능을 구현하기 위해, 도 3에 도시된 것처럼, HDLC 서비스 지원 적응 부계층(111)과, IP 서비스 지원 적응 부계층(112)보다 하위 계층에 위치할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 모델은 공통 부분 적응 부계층(113)을 통해 지원되는 CPAS 프레임 중 이더넷 종류 정보 필드 값 설정을 통해 상위 프로토콜을 명시적으로 지정할 수 있다. 일반적으로, 이더넷 종류 필드의 경우 원래의 이더넷에도 존재하는 항목이나, 고속 PLC 기술의 경우 애초 개발시부터 이더넷과의 호환성을 고려하였고, 이더넷 고유의 기술적 장점을 활용하도록 설계되었다. 이에 따라, 고속 PLC 기술은 PHY/MAC위에 탑재되는 페이로드의 형태를 Ethernet과 유사하게 만든 것을 특징으로 한다. 다만, 이러한 이더넷 종류 필드는 이더넷과의 호환성을 고려한 점에 기인하여, 실제로는 이더넷 MAC이 전송하는 상위계층 페이로드 데이터의 종류를 결정하는 기능을 한다. 이에 따라, 본 발명은 이더넷 종류 필드를 재정의함으로써 SSAS 메시지의 종류를 식별하는 것을 특징으로 한다.
또한, 도 4에 도시된 것처럼 CPAS 프레임은 헤더부와 SSAS 메시지로 구성될 수 있다. 또한, CPAS 프레임의 헤더부는 크게 3개의 필드로 구분될 수 있고, 각 필드에는 고속 전력선 통신 목적지 주소를 지정하기 위한 목적지 주소 정보, 소스 주소 정보, 그리고 이더넷 종류 정보를 포함할 수 있다. 또한, SSAS 메시지는 HDLC 서비스 지원 적응 부계층(111) 또는 IP 서비스 지원 적응 부계층(112)의 프로토콜 데이터 유닛으로, 각각의 SSAS 계층 헤더와 페이로드 데이터로 구성된다.
또한, CPAS 프레임의 헤더부에 포함된 이더넷 종류 정보를 포함하는 이더넷 종류 정보 필드의 기능은 다음과 같다. 고속 전력선 통신 기반 AMI 통신망은 고속 전력선 통신 MAC 계층(120)의 상위에 전력 계량 데이터를 포함하는 HDLC 데이터링크 프로토콜 또는 IP 프로토콜을 탑재함으로써 구현된다. 본 발명의 일 실시예에서는 하나의 이웃망에서 HDLC 통신방식을 사용하는 전력 계량 장치 및 IP 통신방식을 사용하는 전력계량장치를 혼용하여 사용할 수 있도록 이더넷 종류 정보 필드의 값을 판독하여 상위 계층의 프로토콜을 명시적으로 구분하는 방법을 제시한다. 이에 따라, CPAS 프레임의 헤더부에 포함된 이더넷 종류 정보 필드의 값은 IPv4 프로토콜, IPv6 프로토콜 및 HDLC 데이터링크 프로토콜 등에 대해 명시적으로 구분되어 사전에 지정되어야 한다.
또한, SSAS 메시지는 SSAS 제어 패킷과 SSAS 데이터 패킷으로 구분될 수 있다. 이제, 인터넷 프로토콜 계층(130)을 통해 전력 계량 데이터가 수집된 상황을 가정하여, 설명이 이루어진다. 상술한 것처럼 SSAS 메시지는 SSAS 제어 패킷을 포함하여 구성될 수 있는데, IP SSAS 메시지의 경우, IP SSAS 메시지에 포함된 제어 패킷을 이용하여, 상술한 CPAS 주소 해석 기능을 수행할 수 있다. 즉, IP SSAS 데이터 패킷은 전력계량 데이터가 포함된 IP 데이터 전송과 IP 프로토콜 헤더압축 기능을 제공한다. 반면 IP SSAS 제어 패킷은 인터넷 프로토콜 스택에서 ARP(Address Resolution Protocol)이 수행하는 주소해석(Address Resolution)과 동일한 기능을 고속 전력선통신 MAC(Medium Access Control) 기반의 AMI 통신환경에서 제공할 수 있다.
여기서, IP SSAS 메시지에 포함된 제어 패킷은 아래의 표 1과 같은 구조를 가질 수 있고, CPAS 주소 해석의 원리는 아래의 표 2에 도시된다.
Figure 112016098369635-pat00001
Figure 112016098369635-pat00002
예를 들어, 주소 해석(Address Resolution)을 요청할 경우 CTR_Type 필드의 값은 0x00으로 지정된다. 반면 요청에 대한 응답 상황인 경우 CTR_Type 필드의 값은 0x01로 설정된다. 발신자 노드가 목적지의 IP 주소는 알고 있으나 CPAS 주소를 모를 경우 발신자 및 목적지의 IP주소와 IP주소 길이 정보를 포함하는 AR_Request_CMD 요청 패킷을 생성하여 AR_Request_CMD 패킷을 전송한다. 이때 요청 패킷의 Target_CPAS_ADDR 필드는 일련의 OxFF(All bit-1s)로 채워진다.
AR_Request_CMD 패킷을 수신한 목적지 노드는 자신의 CPAS 주소를 Target_CPAS_ADDR에 넣고 나머지 필드는 AR_Request_CMD 패킷의 대응하는 필드에서 복사하여 AR_Response_CMD 패킷을 생성하여 발신자에게 전송한다. 이때 AR_Request_CMD 패킷은 브로드캐스트 모드로 전송되며, AR_Response_CMD 패킷은 유니캐스트 모드로 전송되어야 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 모델은 다양한 IP 헤더 압축 방식을 수용할 수 있는 것을 특징으로 한다. 상술한 것처럼, IP SSAS 패킷은 IP SSAS 데이터 패킷과 IP SSAS 제어 패킷으로 구분될 수 있고, IP SSAS 데이터 패킷은 전력 계량 데이터가 포함된 IP 데이터 전송과 IP 프로토콜 헤더압축 기능을 제공하기 위해 표 3과 같은 포맷으로 정의될 수 있고, 각 포맷에 대한 설명은 표 4에 도시된다.
Figure 112016098369635-pat00003
Figure 112016098369635-pat00004
표 3 및 표 4에서, Packet_Type는 패킷 종류 필드를 나타내고, Comp_Type는 압축 종류 필드를 나타나고, IP_Data_Len은 데이터의 옥텟 길이를 나타내며, IP_Data는 데이터 필드를 나타낸다. 전기 및 전자분야 국제표준화 기구인 IEC(International Electrotechnical Commission)의 전력계량분야 기술위원회인 Technical Committee 13에서는 효율적인 AMI 통신망 구현을 위해 IP 헤더 압축 기능의 구현을 권고하고 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 IP SSAS 데이터 패킷 헤더부의 Comp_Type 필드의 값 설정을 통해 3가지의 IP 헤더 압축 기능의 적용을 가능하게 하며, 또한 압축되거나 압축되지 않은 IP 프로토콜 패킷 데이터가 동일한 AMI 통신망에서 공존할 수 있게 한다. 즉, 수신된 IP SSAS 데이터 패킷의 Comp_Type 필드를 읽어 판독함으로써 헤더 압축되지 않은 IPv4 패킷, 헤더 압축되지 않은 IPv6 패킷, IETF RFC 1144 방식으로 헤더 압축된 IPv4 패킷, RFC 2508 방식으로 헤더 압축된 IP 패킷, IETF RFC 3095 방식으로 헤더 압축된 IP 패킷 등 5 종의 IP 패킷 헤더 형태를 식별할 수 있다. 각각의 식별된 압축방식 또는 규격에 따라 수신된 IP 헤더는 압축전의 데이터로 신장되어 복구될 수 있다.
또한 수신된 IP 패킷의 Packet_Type 필드를 읽음으로써 IP 패킷의 버전(Version) 정보를 명시적으로 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 집중 장치의 동작 방법에 대한 흐름도이다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 집중 장치의 동작 방법은 ISO 및 IEC 국제표준 규격인 고속 전력선통신 기술 기반의 AMI 통신망에서 인터넷 프로토콜 통신 방식의 전력계량 데이터를 전송 및 수신할 수 있는 것을 특징으로 한다.
S110 단계는 HDLC 기반 전력량계를 나타내는 제 1 전자식 전력량계와, 인터넷 프로토콜 기반 전력량계를 나타내는 제 2 전자식 전력량계로부터 전력 계량 데이터를 수집하는 단계이다.
S120 단계는 S110 단계를 통해 수집한 전력 계량 데이터를 AMI 서버로 전달하는 단계이다.
상술한 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 집중 장치의 동작 방법은 고속 전력선 통신 MAC 계층과, 인터넷 프로토콜 계층 사이에 HDLC 및 IP 기반 전력량계와의 통신을 지원할 수 있도록 적응 계층을 추가함으로써, S110 단계 및 S120 단계를 통해 이루어지는 데이터의 수집 및 전달 과정이 가능한 것을 특징으로 한다. 여기서, 적응 계층을 포함하는 통신 모델에 대한 설명과, 적응 계층에 포함된 부계층들, 그리고 부계층에서 전달되는 프레임 및 이의 구조 등에 대한 설명은 위에서 상세히 언급하였으므로, 이에 대한 설명은 생략된다.
또한, 위의 설명에서 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 집중 장치의 동작 방법은 전력량계로부터 데이터를 수집하여, 이를 AMI 서버에 전달하는 것만으로 설명되었으나, 이는 예시일 뿐이고 AMI 서버에서 생성된 제어 신호를 전력량계에 전달하는 것도 가능하다.
또한, 위의 설명에서 통신 모델은 데이터 집중 장치에 적용되는 것으로 설명되었다. 다만 이는 예시일 뿐이고, 상술한 통신 모델은 전력량계에도 동일하게 적용되어 데이터 집중 장치와의 통신에 이용될 수 있다. 즉, 전력량계의 경우 전력량계에 내장된 또는 외부에 위치한 통신부(즉, 모뎀)를 통해 데이터 집중 장치로 전력 계량 데이터를 송신하는데, 상술한 통신 모델을 이용하는 것도 가능하다. 여기서, 전력량계에 적용되는 통신 모델은 데이터 집중 장치에 적용되는 통신 모델과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 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.
10 : AMI 서버 20 : 고속 전력선 통신 슬레이브 모뎀
40 : 제 1 전자식 전력량계 50 : 제 2 전자식 전력량계
100 : 데이터 집중 장치

Claims (21)

  1. 전력량계로부터 전력 계량 데이터를 수집하고, 수집한 전력 계량 데이터를 AMI 서버로 전달하는 데이터 집중 장치로서,
    상기 전력량계는 HDLC(High-level Data Link Control) 기반 전력량계와, 인터넷 프로토콜 기반 전력량계를 포함하고, 상기 데이터 집중 장치는 고속 전력선 통신을 위해 미리 설정된 통신 모델에 따라 전력 계량 데이터를 수집하며,
    상기 통신 모델은 '고속 전력선 통신 MAC 계층', '인터넷 프로토콜 계층', 'HDLC 기반 데이터링크 계층' 및, 상기 고속 전력선 통신 MAC 계층의 상위 계층에 상기 인터넷 프로토콜 계층과 상기 HDLC 기반 데이터링크 계층을 탑재할 수 있도록 상기 HDLC 기반 전력량계와 상기 인터넷 프로토콜 기반 전력량계를 하나의 이웃망에서 혼용하여 통신 가능하게 하는 '적응 계층'을 포함하고,
    상위 적응 계층은, 상위 계층의 프로토콜을 명시적으로 지정하고, 상기 HDLC 기반 전력량계 또는 상기 인터넷 프로토콜 기반 전력량계로부터 전력 계량 데이터를 수집할 때 상기 지정된 상위 계층의 프로토콜을 판독하여 구분하는 것을 특징으로 하는 데이터 집중 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적응 계층은 IPv4 및 IPv6를 포함하는 인터넷 프로토콜 계층의 프로토콜 데이터에 의해 전달된 전력 계량 데이터를 고속 전력선 통신 MAC 계층과 연결시키는 IP 서비스 지원 적응 부계층(IP Service Specific Adaptation Sublayer)을 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 데이터 집중 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적응 계층은 IEC 62056-46 HDLC 기반 따른 데이터링크 계층의 프로토콜 데이터를 고속 전력선 통신 MAC 계층과 연결시키는 HDLC 서비스 지원 적응 부계층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 데이터 집중 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적응 계층은 상기 인터넷 프로토콜 계층과 상기 IEC 62056-46 HDLC 기반 따른 데이터링크 계층에 공통적으로 지원되는 적응 계층 기능들을 포함하는 공통 부분 적응 부계층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 집중 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공통 부분 적응 부계층(Common Part Adaptation Sublayer)은 상기 IP 서비스 지원 적응 부계층과 상기 HDLC 서비스 지원 적응 부계층 보다 하위 계층인 것을 특징으로 하는 데이터 집중 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 공통 부분 적응 부계층에서 이용되는 CPAS 프레임은 헤더부와 SSAS 메시지로 구성되고, 상기 CPAS 프레임의 헤더부는 소스 주소 정보 필드, 목적지 주소 정보 필드 및 이더넷 종류 정보 필드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 데이터 집중 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이더넷 종류 정보 필드는 IPv4 프로토콜, IPv6 프로토콜 및 HDLC 데이터링크 프로토콜 중 적어도 하나에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 집중 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 SSAS 메시지는 SSAS 제어 패킷과 SSAS 데이터 패킷으로 구분되고, 상기 SSAS 제어 패킷은 ARP(Address Resolution Protocol)를 통해 이루어지는 주소 해석 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 데이터 집중 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 SSAS 제어 패킷은 제어 종류 필드, 송신자 IP 주소 필드, 송신자 CPAS 주소 필드, 목적지 IP 주소 필드 및 목적지 CPAS 주소 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 집중 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 SSAS 데이터 패킷은 패킷 종류 필드, 압축 종류 필드, 데이터의 옥텟 길이 필드 및 데이터 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 집중 장치.
  11. 데이터 집중 장치의 동작 방법으로서,
    HDLC 기반 전력량계와, 인터넷 프로토콜 기반 전력량계를 포함하는 전력량계로부터 전력 계량 데이터를 수집하는 단계; 및
    상기 수집한 전력 계량 데이터를 AMI 서버로 전달하는 단계를 포함하고,
    상기 전력 계량 데이터를 수집하는 단계는 고속 전력선 통신을 위해 미리 설정된 통신 모델에 따라 이루어지고,
    상기 통신 모델은 '고속 전력선 통신 MAC 계층', '인터넷 프로토콜 계층', 'HDLC 기반 데이터링크 계층' 및, 상기 고속 전력선 통신 MAC 계층의 상위 계층에 상기 인터넷 프로토콜 계층과 상기 HDLC 기반 데이터링크 계층을 탑재할 수 있도록 상기 HDLC 기반 전력량계와 상기 인터넷 프로토콜 기반 전력량계를 하나의 이웃망에서 혼용하여 통신 가능하게 하는 '적응 계층'을 포함하고,
    상위 적응 계층은, 상위 계층의 프로토콜을 명시적으로 지정하고, 상기 HDLC 기반 전력량계 또는 상기 인터넷 프로토콜 기반 전력량계로부터 전력 계량 데이터를 수집할 때 상기 지정된 상위 계층의 프로토콜을 판독하여 구분하는 것을 특징으로 하는 데이터 집중 장치의 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적응 계층은 IPv4 및 IPv6를 포함하는 인터넷 프로토콜 계층의 프로토콜 데이터에 의해 전달된 전력 계량 데이터를 고속 전력선 통신 MAC 계층과 연결시키는 IP 서비스 지원 적응 부계층을 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 데이터 집중 장치의 동작 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 적응 계층은 IEC 62056-46 HDLC 기반 따른 데이터링크 계층의 프로토콜 데이터를 고속 전력선 통신 MAC 계층과 연결시키는 HDLC 서비스 지원 적응 부계층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 데이터 집중 장치의 동작 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 적응 계층은 상기 인터넷 프로토콜 계층과 상기 IEC 62056-46 HDLC 기반 따른 데이터링크 계층에 공통적으로 지원되는 적응 계층 기능들을 포함하는 공통 부분 적응 부계층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 집중 장치의 동작 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 공통 부분 적응 부계층은 상기 IP 서비스 지원 적응 부계층과 상기 HDLC 서비스 지원 적응 부계층 보다 하위 계층인 것을 특징으로 하는 데이터 집중 장치의 동작 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 공통 부분 적응 부계층에서 이용되는 CPAS 프레임은 헤더부와 SSAS 메시지로 구성되고, 상기 CPAS 프레임의 헤더부는 소스 주소 정보, 목적지 주소 정보 및 이더넷 종류 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 집중 장치의 동작 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 이더넷 종류 정보 필드는 IPv4 프로토콜, IPv6 프로토콜 및 HDLC 데이터링크 프로토콜 중 적어도 하나에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 집중 장치의 동작 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 SSAS 메시지는 SSAS 제어 패킷과 SSAS 데이터 패킷으로 구분되고, 상기 SSAS 제어 패킷은 ARP를 통해 이루어지는 주소 해석 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 데이터 집중 장치의 동작 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 SSAS 제어 패킷은 제어 종류 필드, 송신자 IP 주소 필드, 송신자 CPAS 주소 필드, 목적지 IP 주소 필드 및 목적지 CPAS 주소 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 집중 장치의 동작 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 SSAS 데이터 패킷은 패킷 종류 필드, 압축 종류 필드, 데이터의 옥텟 길이 필드 및 데이터 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 집중 장치의 동작 방법.
  21. 수용가에 대한 전력 계량 데이터를 생성하고, 내장된 또는 외부에 연결된 통신부를 통해 상기 전력 계량 데이터를 데이터 집중 장치로 전달하는 전력량계로서,
    상기 전력량계는 HDLC 기반 전력량계와, 인터넷 프로토콜 기반 전력량계 중하나의 전력량계이고, 고속 전력선 통신을 위해 미리 설정된 통신 모델에 따라 상기 전력 계량 데이터를 상기 데이터 집중 장치로 송신하며,
    상기 통신 모델은 '고속 전력선 통신 MAC 계층', '인터넷 프로토콜 계층', 'HDLC 기반 데이터링크 계층' 및, 상기 고속 전력선 통신 MAC 계층의 상위 계층에 상기 인터넷 프로토콜 계층과 상기 HDLC 기반 데이터링크 계층을 탑재할 수 있도록 상기 HDLC 기반 전력량계와 상기 인터넷 프로토콜 기반 전력량계를 하나의 이웃망에서 혼용하여 통신 가능하게 하는 '적응 계층'을 포함하고,
    상위 적응 계층은, 상위 계층의 프로토콜을 명시적으로 지정하고, 상기 HDLC 기반 전력량계 또는 상기 인터넷 프로토콜 기반 전력량계로부터 전력 계량 데이터를 수집할 때 상기 지정된 상위 계층의 프로토콜을 판독하여 구분하는 것을 특징으로 하는 전력량계.
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