KR102256170B1 - 소프트웨어 플랫폼이 적용된 통합 스마트 계량 시스템 - Google Patents

소프트웨어 플랫폼이 적용된 통합 스마트 계량 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수도, 가스, 온수, 열량 등 에너지 미터기로부터 직류전력선 통신(DC-PLC: Direct Current-Power Line Communication), Zigbee, BlueTooth 등 근거리 유무선 통신을 사용하여 에너지 데이터를 수신하고, 그 에너지 데이터를 관리 및 연산, 누적 등의 기능을 하는 어플리케이션, 각종 데이터와 명령어 등을 원격서버로 송수신할 수 있는 통신수단(PLC, 이더넷, WIFI, 3G LTE, WI_SUN, NB-IOT, LoRA 등), 또한, 각 어플리케이션이 실행 가능하도록 하는 소프트웨어 플랫폼이 적용된 통합 스마트 계량 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 다양한 어플리케이션을 설치, 제거, 갱신 등 이 편리하며 앱 구동부와 계량부의 이원화를 통한 계량기능의 안정화 및 다양성을 실현할 수 있다.

Description

소프트웨어 플랫폼이 적용된 통합 스마트 계량 시스템{Integrated Smart Meter System equipped Software Platform}
본 발명은 소프트웨어 플랫폼이 적용된 통합 스마트 계량 시스템에 관한 것으로서, 전기, 수도, 가스, 온수, 열량 등 에너지 미터기, 이들로부터 직류전력선 통신(DC-PLC: Direct Current-Power Line Communication), Zigbee, BlueTooth 등 근거리 유무선 통신을 사용하여 에너지 데이터를 수신하고, 수신된 데이터를 누적, 연산, 관리하는 어플리케이션, 각종 데이터와 명령어 등을 원격 서버로 송수신할 수 있는 통신수단(PLC, 이더넷, WIFI, 3G, LTE, WI-SUN, NB-IOT, LoRA 등), 또한 각 어플리케이션이 실행 가능하도록 하는 플랫폼을 탑재하여 기능 확장이 가능한 스마트 에너지 게이트웨이, 그리고 이와 연동되는 각종 서버로 이루어진 통합 스마트 계량 시스템에 관한 것이다.
최근 전력산업은 원격검침인프라(AMI: Advanced Metering Infrastructure)의 확산으로 통신망을 통한 양방향 통신이 가능하게 되었고 종래의 검침원이 가정을 직접 방문해서 검침하던 것을 원격 검침이 가능하도록 발전하고 있다. 그로 인해 전기뿐만 아니라 가스, 수도 등 에너지 업계에서 원격검침이 가능한 전자식 미터기를 도입하고 있고 통합 원격검침시스템도 많은 개발이 이루어지고 있다. 하지만 종래의 통합 원격검침시스템은 최초에 프로그램된 특정 기능만 수행하고 그 기능이 추가되거나 변경이 매우 어렵고 새롭게 수정하기 위해서는 제조사별 전력량계에 탑재된 펌웨어(firmware)라 불리는 시스템을 이해해야 그 기능을 구현할 수 있으나 그 과정이 복잡하고 검증 기간도 많이 걸려 상당한 시간과 인력을 투입해야 하는 문제가 있다. 예를 들어, 통합 원격검침시스템에서 가스미터기의 데이터에 새로운 기능 또는 프로토콜이 추가되거나 변경되더라도 통합 원격검침시스템의 펌웨어 전체를 업그레이드를 해야 하고 그 과정 또한 상술한 바와 같이 간단한 일이 아니다. 또한, 종단간 보안 기능 탑재 및 네트워크 기능 추가 등의 하드웨어 및 소프트웨어 비용 등도 부담이 된다.
상기와 같이 기존의 통합 원격검침시스템은 각 미터기로부터 받은 데이터를 통신부를 통해 서버로 보내는 일종의 게이트웨이 역할밖에 할 수 없는 제한적인 기능이 전부이고 이후 기능을 추가, 삭제 등 업데이트가 불가능한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 각 미터기에는 최소한의 계량 기능을 탑재하고 스마트 에너지 게이트웨이와 로컬 연결을 위한 통신수단만으로 구성하며, 스마트 에너지 게이트 웨이에 플랫폼(Platform)과 각 미터기별 필요한 기능을 수행하는 응용프로그램(Application)을 탑재하여 각 에너지 사업자별 검침 된 데이터를 연산, 누적, 통합 관리 하고, 서버 등으로 전송하여 통합 검침 및 데이터를 활용 가능하게 하는 데 있다. 이때 어플리케이션에서 서버까지 종단간 보안 서비스를 지원할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 플랫폼에서 실행 가능한 응용프로그램 개발이 용이하도록 소프트웨어 개발 킷(SDK: Software Development Kit)를 제공하여 필요한 기능을 하는 응용프로그램을 쉽게 제작할 수 있는 환경을 제공하는 것이다.
또한, 어플리케이션 관리 시스템(AMS: Application Management System)에 의해서 새로운 어플리케이션을 설치, 삭제, 업데이트도 손쉽게 할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
위와 같이 스마트 에너지 게이트웨이를 독립적으로 구성할 수 있으나 경우에 따라서 에너지 미터기 중 하나에 부가적인 기능으로 추가할 수 있다.
전력량계의 경우 항상 전원에 연결이 되어 있고 가장 일반적으로 많이 사용되기 때문에 고유의 전력 계량의 기능에 스마트 에너지 게이트웨이로의 기능을 추가해서 사용할 수 있는데 이를 통합 전력 스마트 미터기라 한다. 또한 경우에 따라서 다른 미터기가 스마트 에너지 게이트웨이로 사용될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 소프트웨어 플랫폼이 적용된 통합 스마트 계량 시스템은 각 세대의 전기, 가스, 수도, 온수, 난방 중 어느 하나의 사용량을 계량하여 검침 정보를 생성하는 적어도 하나 이상의 계량기와, 계량기와 유무선 통신으로 연결되어 고유의 프로토콜을 탑재하고 검침 데이터를 수집 가공 처리하는 어플리케이션 및 원하는 서버로 전달하는 기능 및 각 에너지 미터 제어 기능을 갖는 스마트 게이트웨이의 역할하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다른예로는 소프트웨어 플랫폼이 적용된 통합 전력스마트 미터기로서 상기 통합 게이트웨이 역할과 전력 사용량을 계량하는 전력량계를 포함할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시 예에서, 상기 어플리케이션은, 상기 플랫폼에서 제공하는 소프트웨어 개발 킷을 활용하여 하드웨어 독립적으로 개발이 가능; 하고 전력 앱, 가스 앱 , 수도 앱, 온수 앱, 열량 앱 등 기본 계량 어플리케이션, 과금(선불형 요금제, 계시별 요금제 등)어플리케이션, 수요반응(DR:Demand Response)어플리케이션, 에너지 관리 시스템(EMS: Energy Monitoring System)어플리케이션 등 다양한 기능을 하는 응용프로그램으로써 어플리케이션 관리 시스템에 의해 설치, 삭제, 업데이트 등이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 플랫폼은, 하드웨어에 종속되지 않고 어플리케이션을 쉽게 개발할 수 있는 환경을 제공하는 소프트웨어 개발 킷을 제공하고 계량된 데이터를 수집 및 관리하는 데이터 수집부; 계량기의 동작을 제어하는 제어부; 서버와 통신을 하는 통신부; 서버와의 인증 및 암호화 통신을 위한 보안부; 하드웨어 독립적으로 운용 가능하도록 하는 하드웨어 추상화 계층(HAL: Hardware Abstraction Layer)를 포함한다.
본 발명에서 상기 서버는, 원격 검침 서버, 어플리케이션 관리 시스템(AMS: Application Management System), 전력량계와 원격통신하는 상위장치, 인증 및 보안 서버의 기능을 포함하며 상기 플랫폼의 통신부와 암호화를 통해 데이터 송수신에 대한 기밀성을 충족시킬 수 있다.
본 발명에 따른 소프트웨어 플랫폼이 적용된 통합 스마트 계량 시스템은 탑재된 플랫폼의 특성상 하드웨어의 특성이나 구조를 알지 못하더라도 제공되는 소프트웨어 개발 킷을 이용하여 응용프로그램을 쉽게 개발할 수 있는 환경을 제공함에 따라 서비스 업체의 시장참여를 더욱 쉽게 할 수 있다.
또한, 전기, 수도, 가스, 온수, 열량 등 사용하는 에너지별 필요한 어플리케이션에 대해 설치 및 삭제가 가능하며 미터기별로 수신된 에너지 데이터를 해당 응용프로그램에서 원하는 데이터로 변경 가능하고 업그레이드도 용이하게 할 수 있다.
또한, 전기, 수도, 가스, 온수, 열량 등 사용하는 에너지별 법정계량기능(OIML)은 한번 정해지면 바뀌지 아니하며 바꿔서도 안 되므로 따로 업그레이드가 필요 없으므로 수명이 다할 때까지 사용이 가능하며 사업자별 필요한 기능추가, 수정 및 세팅값 변경 등은 각 사업자별로 응용프로그램을 수정 후 통합 스마트 계량 시스템에서 설치, 삭제 및 업그레이드를 통해 용이하게 할 수 있다.
도면 1은 통합 스마트 계량 시스템의 전체 시스템 구성도이다.
도면 2는 통합 전력 스마트 미터기로 구성한 전체 시스템 구성도 이다.
도면 3은 소프트웨어 플랫폼이 적용된 스마트 에너지 게이트웨이의 소프트웨어 구성도이다.
도면 4는 소프트웨어 플랫폼이 적용된 통합 전력 스마트 미터기의 소프트웨어 구성도이다.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시로 하므로 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만, 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하고 서버는 원격 검침 서버(300)에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트웨어 플랫폼이 적용된 통합 스마트 계량 시스템의 구성을 설명하기 위한 예시도 이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 통합 스마트 계량 시스템은 원격 검침 서버(300)와 어플리케이션 관리 시스템(400)을 포함할 수 있다.
도 1의 에너지 미터기(100)는 전력량계(101), 가스미터(102), 수도미터(103), 온수미터(104), 열량계(105) 등 유무선 통신을 할 수 있는 전자식 미터기를 나타낸다.
도 1의 원격 검침 서버(300)는 통합 스마트 미터기(200)와 계량 및 검침 데이터를 송수신하며 어플리케이션 관리 시스템(400)은 어플리케이션의 설치 및 업데이트 파일 등을 송수신할 수 있다. 원격 검침 서버(300)는 하나의 일실시예로 미터기와 원격통신하는 상위장치, 인증 및 보안 서버 등이 포함될 수 있다.
도 1의 스마트 에너지 게이트웨이(200)는 기본적으로 하드웨어(250)을 포함하며 운영체제(230), 플랫폼(220), 어플리케이션(210)이 구동될 수 있는 최소한에 사양을 지원하여야 한다. 또한 하드웨어(250)에는 스마트카드, USB토큰 등의 보안토큰(HSM: Hardware Security Module)을 지원할 수 있다.
도 2의 통합 전력 스마트 미터기(200a)는 기본적으로 전력을 계측하는 전력 검침부(240) 및 하드웨어(250)을 포함하며 운영체제(230), 플랫폼(220), 어플리케이션(210)이 구동될 수 있는 최소한에 사양을 지원하여야 한다. 또한 하드웨어(250)에는 스마트카드, USB토큰 등의 보안토큰(HSM: Hardware Security Module)을 지원할 수 있다.
도 3의 어플리케이션(210)은 플랫폼(220)에서 제공하는 소프트웨어 개발 킷(SDK)(221)를 활용하여 해당 미터기의 어플리케이션을 개발할 수 있으며, 전력 앱, 가스 앱, 수도 앱, 온수 앱, 열량 앱 등 미터기별 필요한 기능을 하는 수행하는 어플리케이션 뿐만 아니라 검침(Billing), 에너지 관리 시스템(EMS: Energy management System), 수요관리(DR:Demand Response), 에너지 컨설팅 등 특화된 기능을 하는 확장 앱도 탑재할 수 있다.
플랫폼(220)은 어플리케이션(210)이 실행할 수 있는 환경을 제공해 주며 소프트웨어 개발 킷(221)을 활용하여 개발한 어플리케이션(210)은 보안부(225)의 인증을 통해 설치, 삭제, 업데이트 가능하도록 할 수 있다.
소프트웨어 개발 킷(221)은 어플리케이션(210) 개발을 수월하게 할 수 있도록 DLMS/COSEM 62056 통신규격 프로토콜을 담당하는 DLMS/COSEM(221a)를 제공하고, 미터기의 측정주기, 검침주기, 미터기의 상태, 미터기 설정 등 미터기 제어를 위한 Meter Control API(221b), 기본 기능 이외에 확장된 기능을 위한 기타 API(221c)를 제공할 수 있다.
플랫폼(220)의 제어부(222)는 Meter Control API(221b)로부터 들어오는 명령에 대해 미터기를 제어하는 부분으로 부하 On/Off, 데이터 측정 주기, 설정값 등을 설정 할 수 있다.
데이터 수집부(223)는 제어부(222)에서 설정된 주기에 따라 통신부(224)를 거처 미터기로 부터 수신된 데이터를 관리하고, 일단위, 월단위, 분기 단위 등 기간별로 값을 누적하고 저장고 각 앱들 사이에 데이터 무결성을 보장할 수 있다.
통신부(224)는 전자식 미터기(100)와 직류전력선 통신(DC-PLC: Direct Current-Power Line Communication), Zigbee, 무선통신 등 근거리 유무선 통신을 지원하며, 원격 검침 서버(300)와 NB-IOT, TCP-IP 등 유무선 통신을 지원할 수 있고 보안부(225)에서 지원하는 보안 방식으로 암호화 통신을 할 수 있다.
보안부(225)는 소프트웨어 또는 하드웨어 보안 방식을 적용하여 SSL(Secure Socket Layer)/TLS(Transport Layer Security)과 같은 통신 암호화를 사용하여 강력한 암호화를 통해 통신 세션을 안전하게 보호할 수 있다.
추상화 계층(226)은 하드웨어(250)과 인터페이스를 맞추어 어플리케이션(210)에서는 하드웨어와는 상관없이 플랫폼 환경에 맞게 개발 가능하며, 어떤 하드웨어(240)든지 플랫폼(220)만 탑재가 된다면 응용 프로그램(210)은 정상적으로 실행할 수 있다.
운영체제(230)는 리눅스, Win CE, 안드로이드, RTOS 등의 운영체제에 해당될 수 있다.
전력 검침부(240)은 전력 미터기의 역할을 하며 계량된 전기 에너지, 순시 데이터 등을 계량하여 데이터 수집부(223)으로 데이터를 보내는 역할을 할 수 있다.
하드웨어(250)는 운영체제(230), 플랫폼(220), 어플리케이션(210)이 정상적으로 동작할 수 있는 최소한의 사양을 갖추는 기기와 HSM(Hardware Security Module)등을 포함할 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 전자식 미터기 101: 전력량계
102: 가스미터 103: 수도미터
104: 온수미터 105: 열량계
200: 스마트 에너지 게이트웨이
200a: 통합 전력 스마트 미터기
210: 어플리케이션 220: 플랫폼
221: 소프트웨어 개발 킷
221a: DLMS/COSEM 221b: Meter Control API
221c: 기타 API 222: 제어부
223: 데이터 수집부 224: 통신부
225: 보안부 226: 추상화 계층
230: 운영체제 240: 전력 검침부
250: 하드웨어 300: 원격 검침 서버
400: 어플리케이션 관리 시스템

Claims (7)

  1. 각 세대의 전기, 수도, 가스, 온수, 열량 중 적어도 하나의 사용량을 계량하여 사용량에 따른 계량 및 제어 신호를 송수신하는 계량기;
    상기 계량기에 통신 접속되어, 검침 데이터를 수집 가공 처리하는 스마트 에너지 게이트웨이; 및
    상기 스마트 에너지 게이트웨이와 연동되는 서버를 포함하되,
    상기 스마트 에너지 게이트웨이는 어플리케이션, 소프트웨어 개발 킷 및 보안부를 포함하고, 상기 어플리케이션은 운영체제와 독립적으로 실행되는 플랫폼에서 제공하는 상기 소프트웨어 개발 킷을 이용하여 하드웨어와 독립적인 상기 계량기를 위한 새로운 어플리케이션을 개발 가능하며, 상기 개발된 어플리케이션은 어플리케이션 관리 시스템에 의해 관리되고, 상기 개발된 어플리케이션은 상기 보안부의 인증을 통하여 설치, 삭제 및 업데이트가 가능하며,
    상기 소프트웨어 개발 킷은 에너지 관련 어플리케이션의 개발이 가능하도록 DLMS/COSEM을 제공하는 통합 스마트 계량 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 계량기는 세대별로 설치되어 세대 내의 전력, 가스, 수도, 온수, 열량의 사용량을 계량하고 상기 스마트 에너지 게이트웨이로의 통신 수단을 탑재한 통합 스마트 계량 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 스마트 에너지 게이트웨이가 상기 계량기에 통신 접속되어, 고유의 프로토콜을 탑재하고 검침 데이터를 수집 가공 처리하는 어플리케이션 및 상기 어플리케이션이 운영체제와 하드웨어에 독립적으로 실행될 수 있도록 하는 소프트웨어 플랫폼 및 상기 서버로 전달하는 기능 및 각 에너지 미터 제어 기능을 갖는 통합 스마트 계량 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 스마트 에너지 게이트웨이는 전력량계의 기능을 포함한 통합 스마트 계량 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 소프트웨어 플랫폼은 하드웨어에 종속되지 않고 어플리케이션을 쉽게 개발할 수 있는 환경을 제공하는 상기 소프트웨어 개발 킷; 계량된 데이터를 수집 및 관리하는 데이터 수집부; 계량기의 동작을 제어하는 제어부; 운용 서버와 통신을 하는 통신부; 서버와의 인증 및 암호화 통신을 위한 상기 보안부; 및 하드웨어 독립적으로 운용 가능하도록 하는 하드웨어 추상화 계층(HAL: Hardware Abstraction Layer)를 포함하는 통합 스마트 계량 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 서버는 원격 검침 서버, 어플리케이션 관리 시스템(AMS: Application Management System), 전력량계와 원격통신하는 상위장치, 인증 및 보안 서버의 기능을 포함하는 통합 스마트 계량 시스템.

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