KR102271243B1 - Data collecting method using low-power wireless communication and lnker-gateway system - Google Patents

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KR102271243B1 KR1020190179765A KR20190179765A KR102271243B1 KR 102271243 B1 KR102271243 B1 KR 102271243B1 KR 1020190179765 A KR1020190179765 A KR 1020190179765A KR 20190179765 A KR20190179765 A KR 20190179765A KR 102271243 B1 KR102271243 B1 KR 102271243B1
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김영현
박명혜
강동훈
명노길
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한국전력공사
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Abstract

A linker-gateway system of the present invention is a system for collecting data generated by one or more devices by using low power wireless communication. The system comprises: a linker which receives data generated from the devices and transmits it through low power wireless communication; and a gateway that performs data communication with a server-side terminal and receives the data from the linker through the low power wireless communication. When the linker and the gateway perform communication by obtaining a communication resource in units of time slots through allocation, communication can be performed by dividing, in advance, a periodic section for forming a communication channel defined in advance on a regular basis and an on-demand section for forming a communication channel by negotiation during every occurrence.

Description

저전력 무선 통신을 이용한 데이터 수집 방법 및 이를 수행하는 링커-게이트웨이 시스템{DATA COLLECTING METHOD USING LOW-POWER WIRELESS COMMUNICATION AND LNKER-GATEWAY SYSTEM}Data collection method using low-power wireless communication and linker-gateway system for performing the same {DATA COLLECTING METHOD USING LOW-POWER WIRELESS COMMUNICATION AND LNKER-GATEWAY SYSTEM}

본 발명은 저전력 무선 통신에 기반한 머신타입 통신환경에서의 리소스 할당 및 스케줄링 방법으로서, 저전력 무선 통신을 이용한 데이터 수집 방법 및 이를 수행하는 링커-게이트웨이 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a resource allocation and scheduling method in a machine type communication environment based on low power wireless communication, and to a data collection method using low power wireless communication and a linker-gateway system for performing the same.

인터넷은 다양한 서비스를 수용하고 불특정 다수가 사용하는 환경 특성으로 인해 큰 대역폭, 즉 고속의 통신환경을 필요로 하는 반면, 사물인터넷 환경이라고 불리우는 머신타입의 사물인터넷(Internet of Things) 환경은 대역폭이 아닌 다수의 단말이 서로 안정적으로 통신을 할 수 있는 환경제공을 특징으로 하고 있다. The Internet accommodates various services and requires a large bandwidth, that is, a high-speed communication environment due to the environmental characteristics used by unspecified people, whereas the machine-type Internet of Things environment called the Internet of Things environment does not have bandwidth. It is characterized by providing an environment in which a plurality of terminals can communicate stably with each other.

전력망 관리 분야에서 머신타입 환경의 대표시스템으로는 설비를 원격 감시하고 다양한 정보를 주기적으로 수집하는 자동화 시스템을 언급할 수 있으며, 구체적으로는 배전자동화 및 원격검침 시스템이 있다. 배전자동화의 경우 수집되는 정보는 주기성의 상태정보와 사고발생 등의 상황을 알려주기 위한 이벤트 정보로 구분된다. As a representative system of the machine type environment in the field of power grid management, an automation system that remotely monitors facilities and periodically collects various information can be mentioned, and specifically, there are distribution automation and remote meter reading systems. In the case of distribution automation, the collected information is divided into periodic status information and event information to inform the situation such as the occurrence of an accident.

여기서, 주기성의 상태정보는 상전류, 설비의 주변상태를 확인하기 위한 열림, 닫힘, 잠금, 풀림 등의 상태를 나타내는 값(Binary Input), 전력품질을 측정하기 위한 전류, 전압 상태 값(Analog Input), 제어하기 위한 값(Binary Output), 장치의 동작횟수, FI 경험 횟수 등 어떤 상태의 횟수를 나타내는 값(Counter), 연속적인 값으로 최소동작전류, 파라미터 설정, 커브 설정 등의 상태를 설정하기 위해 보내는 값(Analog Output)등으로 구분되며, 상기 정보는 각 정보의 특성에 따라 전송되는 정보량이 고정되어 있으며, 더 나아가 일정 주기에 의해 정보를 전송하는 형태로 운영하고 있다.Here, the state information of the periodicity is a value indicating the state of open, closed, locked, unlocked, etc. to check the phase current, the surrounding state of the facility (Binary Input), and the current and voltage state values for measuring the power quality (Analog Input) , a value to control (Binary Output), a value indicating the number of times of a certain state such as the number of operation times of the device, the number of FI experiences (Counter), and a continuous value to set the state of the minimum operating current, parameter setting, curve setting, etc. It is divided into a sending value (Analog Output), and the amount of information to be transmitted is fixed according to the characteristics of each information, and furthermore, the information is transmitted in a form of transmitting information at a certain period.

현장에서 발생한 주기성 정보를 무선통신망으로 연계할 경우, 통상적으로는 정보를 보내고자 할 때 시간자원(예: time slot)을 할당받고, 할당받은 시간에 해당 정보를 전송하는 형태로 운영하고 있다. 이를 On Demand 방식이라 일컫으며, LTE와 같은 이동통신망인 경우 고속통신이 가능하기 때문에 큰 문제없이 운영이 가능하나, 최근 활발히 논의되고 있는 LPWA(Low Power Wide Area)와 같은 협대역의 저속통신 환경에서는 실시간 On Demand 환경을 이용하기에는 성능에 제약사항 있다. In the case of linking periodicity information generated in the field with a wireless communication network, time resources (eg, time slots) are allocated when information is to be transmitted, and the information is transmitted at the allocated time. This is called the On Demand method, and in the case of a mobile communication network such as LTE, high-speed communication is possible, so it can be operated without major problems. However, in a narrow-band low-speed communication environment such as LPWA (Low Power Wide Area), which is being actively discussed recently, There are performance limitations to use the real-time On Demand environment.

즉, 디바이스에서 생성된 정보를 보내는데에도 많은 시간이 소요되는 환경에서 채널(리소스) 할당 요청, 할당 결과 통지 및 확인 등을 수행할 경우, 실제 보내고자 하는 데이터 전송시간 이외에 추가적인 지연이 발생함으로서 실시간 관점에서의 서비스 제공 불가 등 서비스 품질저하 문제 및 수용할 수 있는 단말 수 제약 등을 야기할 수 있다. In other words, when a channel (resource) allocation request, allocation result notification, and confirmation are performed in an environment where it takes a lot of time to send the information generated by the device, an additional delay occurs in addition to the actual data transmission time to be sent. It may cause problems such as service quality degradation, such as the inability to provide services in , and restrictions on the number of terminals that can be accommodated.

또한, 보내는 시간이 정해져 있음에도 불구하고 매번 동일 시각에 불필요해보이는 자원할당 과정(프로토콜)을 수행해야 하며, 특히 저전력 환경을 요구하는 단말 입장에서는 통신횟수 증가에 의해 소비전력이 증가하는 문제를 야기할 수 있다. 이에 안정적인 서비스를 제공해야 하는 측면에서 보면, 이에 대한 해결책이 필요한 상황이다.In addition, even though the sending time is fixed, it is necessary to perform an unnecessary resource allocation process (protocol) at the same time every time. In particular, from the standpoint of a terminal requiring a low-power environment, power consumption increases due to an increase in the number of communications. can In view of the need to provide stable services, a solution is needed.

대한민국 공개공보 10-2019-0037832호Republic of Korea Publication No. 10-2019-0037832

본 발명은 사물인터넷과 같은 저전력 통신 환경에서 구축된 전력망 관리 시스템에서 효율적인 통신 자원을 할당할 수 있는 저전력 무선 통신을 이용한 데이터 수집 방법 및/또는 링커-게이트웨이 시스템을 제안하고자 한다.An object of the present invention is to propose a data collection method and/or linker-gateway system using low-power wireless communication capable of allocating efficient communication resources in a power grid management system built in a low-power communication environment such as the Internet of Things.

본 발명의 일 측면에 따른 링커-게이트웨이 시스템은, 저전력 무선 통신을 이용하여 하나 이상의 디바이스들이 생성하는 데이터를 수집하는 시스템으로서,A linker-gateway system according to an aspect of the present invention is a system for collecting data generated by one or more devices using low-power wireless communication,

상기 디바이스로부터 생성되는 데이터를 입력받아 저전력 무선 통신으로 전송하는 링커; 및 서버측 터미널과 데이터 통신을 수행하고, 상기 링커로부터 저전력 무선 통신으로 데이터를 전송받는 게이트웨이를 포함하되, a linker that receives data generated from the device and transmits it through low-power wireless communication; and a gateway that performs data communication with a server-side terminal and receives data from the linker through low-power wireless communication,

상기 링커와 상기 게이트웨이는, 타임 슬롯 단위의 통신 자원을 할당받아 통신을 수행함에 있어서, 정기적으로 미리 규정된 통신 채널을 형성하는 피리오딕 구간과, 발생시마다 협상하여 통신 채널을 형성하는 온디멘드 구간을 사전에 구분하여 통신을 수행할 수 있다.When the linker and the gateway perform communication by receiving communication resources allocated in units of time slots, a periodical interval for forming a communication channel defined in advance on a regular basis and an on-demand interval for forming a communication channel by negotiating each time it occurs Communication can be performed by classifying in advance.

여기서, 상기 서버측 터미널과 게이트웨이는 이더넷 방식의 통신을 수행하며, 상기 게이트웨이와 상기 링커는 DLMS 프로토콜에 기반한 통신을 수행하며, 상기 링커와 상기 디바이스는 RS232/485 시리얼 통신을 수행할 수 있다.Here, the server-side terminal and the gateway perform Ethernet-based communication, the gateway and the linker perform communication based on a DLMS protocol, and the linker and the device may perform RS232/485 serial communication.

여기서, 상기 피리오딕 구간에서는, 각 주기적 통신 구간으로서 피리오딕 구간의 길이에 무관하게 각 구간의 시점에서만 동기확보채널(CCH)을 운영하고, 나머지 구간에서는 데이터전송채널(SCH)을 운영할 수 있다.Here, in the periodical section, as each periodic communication section, the synchronization securing channel (CCH) is operated only at the time point of each section regardless of the length of the periodic section, and the data transmission channel (SCH) can be operated in the remaining sections. .

여기서, 상기 온디멘드 구간에서는, 각 구간의 시점에서만 동기확보채널(CCH)을 운영하고, 나머지 구간에서는 데이터전송채널(SCH)을 운영하되, 상기 동기확보채널에 후속되는 데이터전송채널의 길이를 기재할 수 있다.Here, in the on-demand section, the synchronization securing channel (CCH) is operated only at the time of each section, and the data transmission channel (SCH) is operated in the remaining sections, but the length of the data transmission channel following the synchronization securing channel is described can do.

여기서, 상기 게이트웨이는, 상기 하나 이상의 디바이스들에 대하여 각 디바이스에서 생성되는 데이터의 특성이 기재된 리소스 관리 테이블을 포함할 수 있다.Here, the gateway may include a resource management table in which characteristics of data generated by each device are described with respect to the one or more devices.

여기서, 상기 게이트웨이는, 상기 링커가 로그인하면, 상기 리소스 관리 테이블에서 상기 링커에 연결된 디바이스의 데이터 특성을 검색하고, 검색된 데이터 특성에 따라 상기 주기적 통신 구간을 할당할 수 있다.Here, when the linker logs in, the gateway may search for data characteristics of a device connected to the linker from the resource management table, and allocate the periodic communication interval according to the retrieved data characteristics.

여기서, 상기 링커는, 상기 디바이스로부터 전송받은 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하기 전에 일시적으로 저장하는 저장 모듈을 포함할 수 있다.Here, the linker may include a storage module for temporarily storing the data received from the device before transmitting it to the gateway.

여기서, 상기 저장 모듈에는 연결된 상기 디바이스로부터 전송받을 데이터의 특성이 기록되며, 상기 링커는, 상기 게이트웨이로부터 상기 디바이스의 데이터 전송을 요청받으면, 상기 기록된 데이터의 특성에 따라 상기 게이트웨이에 통신 자원 할당을 요청함과 동시에, 상기 디바이스에 데이터 전송을 지시할 수 있다.Here, characteristics of data to be transmitted from the connected device are recorded in the storage module, and when the linker receives a request for data transmission of the device from the gateway, it allocates communication resources to the gateway according to the characteristics of the recorded data. Simultaneously with the request, it is possible to instruct the device to transmit data.

본 발명의 다른 측면에 따른 저전력 무선 통신을 이용한 데이터 수집 방법은, 하나 이상의 디바이스들로부터 생성되는 데이터를 입력받아 저전력 무선 통신으로 전송하는 링커; 및 서버측 터미널과 데이터 통신을 수행하고 상기 링커로부터 저전력 무선 통신으로 데이터를 전송받는 게이트웨이를 이용하여, 상기 디바이스들이 생성하는 데이터를 수집하는 방법으로서,A data collection method using low-power wireless communication according to another aspect of the present invention includes: a linker that receives data generated from one or more devices and transmits it through low-power wireless communication; and a method of collecting data generated by the devices by using a gateway that performs data communication with a server-side terminal and receives data from the linker through low-power wireless communication,

주기적 통신 구간으로서 피리오딕 구간과 비주기적 통신 구간으로서 온디멘드 구간을 설정하는 단계; 상기 디바이스로부터 생성되는 데이터를 버퍼링하는 단계; 상기 피리오딕 구간에서는 미리 규정된 대로 통신 채널을 형성하고, 상기 온디멘드 구간에서는 상기 링커와 상기 게이트웨이가 서로 협상을 통해 통신 채널을 형성하는 단계; 형성된 통신 채널을 통해 상기 링커에서 상기 게이트웨이로 버퍼링된 데이터를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.setting a periodical section as a periodic communication section and an on-demand section as an aperiodic communication section; buffering data generated from the device; forming a communication channel as prescribed in the periodical section, and forming a communication channel through negotiation between the linker and the gateway in the on-demand section; It may include transmitting buffered data from the linker to the gateway through the established communication channel.

여기서, 상기 피리오딕 구간에서는, 각 피리오딕 구간의 길이에 무관하게 각 구간의 시점에서만 동기확보채널(CCH)을 운영하고, 나머지 구간에서는 데이터전송채널(SCH)을 운영할 수 있다.Here, in the periodical period, the synchronization securing channel (CCH) may be operated only at the time point of each period irrespective of the length of each periodical period, and the data transmission channel (SCH) may be operated in the remaining periods.

여기서, 상기 온디멘드 구간에서는, 각 구간의 시점에서만 동기확보채널(CCH)을 운영하고, 나머지 구간에서는 데이터전송채널(SCH)을 운영하되, 상기 동기확보채널에 후속되는 데이터전송채널의 길이를 기재할 수 있다.Here, in the on-demand section, the synchronization securing channel (CCH) is operated only at the time of each section, and the data transmission channel (SCH) is operated in the remaining sections, but the length of the data transmission channel following the synchronization securing channel is described can do.

여기서, 상기 통신 구간을 설정하는 단계에서는, 상기 디바이스에서 생성되는 데이터의 특성에 따라 주기적 통신 구간과 비주기적 통신 구간을 할당할 수 있다.Here, in the setting of the communication interval, a periodic communication interval and an aperiodic communication interval may be allocated according to characteristics of data generated by the device.

여기서, 상기 통신 구간을 설정하는 단계는, 상기 링커가 상기 게이트웨이에 접속하면 수행될 수 있다.Here, the setting of the communication section may be performed when the linker accesses the gateway.

여기서, 상기 피리오딕 구간과 온디멘드 구간을 설정하는 단계에서는, 상기 게이트웨이가 보유한 리소스 관리 테이블에서 상기 링커에 연결된 디바이스의 데이터 특성을 검색하고, 검색된 데이터 특성에 따라 상기 피리오딕 구간을 할당할 수 있다.Here, in the step of setting the period and on-demand period, the data characteristic of the device connected to the linker may be searched from the resource management table held by the gateway, and the periodic interval may be allocated according to the retrieved data characteristic. .

여기서, 상기 통신 채널을 형성하는 단계는, 통신 채널을 형성하려는 시점이 피리오딕 구간과 온디멘드 구간 중 어느 것인지 확인하는 단계; 피리오딕 구간이면 미리 할당된 통신 자원을 확인하는 단계; 온디멘드 구간이면 상기 링커와 게이트웨이가 통신 자원 할당에 대한 협상을 수행하는 단계; 및 할당된 통신 자원을 이용하여 상기 링커와 게이트웨이 간에 무선 통신 채널을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Here, the step of forming the communication channel may include: determining whether a time point at which the communication channel is to be formed is between a periodic section and an on-demand section; checking a pre-allocated communication resource if the period is a period; performing, by the linker and the gateway, negotiation for communication resource allocation in the on-demand section; and forming a wireless communication channel between the linker and the gateway using the allocated communication resource.

여기서, 상기 디바이스에서 전송하는 데이터의 양이 커서 상당한 전송 시간이 소요되는 경우, 상기 링커와 게이트웨이가 통신 자원 할당에 대한 협상을 수행하는 단계와 병행하여 상기 데이터를 버퍼링하는 단계가 수행될 수 있다.Here, when the amount of data transmitted from the device is large and it takes a considerable amount of time to transmit, the step of buffering the data may be performed in parallel with the step of the linker and the gateway negotiating communication resource allocation.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 게이트웨이는, 저전력 무선 통신을 이용하여 하나 이상의 디바이스들이 생성하는 데이터를 수집하여 서버측 터미널로 전송하는 게이트웨이로서,A gateway according to another aspect of the present invention is a gateway that collects data generated by one or more devices using low-power wireless communication and transmits it to a server-side terminal,

상기 디바이스들 및 상기 서버측 터미널과 데이터 통신 수행을 위한 물리 계층들 및 하위 계층들을 구비하는 통신 계층 모듈; 저전력 무선 통신 환경에서의 통신 자원 관리를 수행하는 자원 관리부; 및 전력 관련 개별 서비스를 수행하는 서비스 어플리케이션들을 구비하는 어플리케이션 모듈을 포함하되, 상기 자원 관리부는, 디바이스단 패킷을 분석하는 Packet Analyzer와, 디바이스별 자원할당, 스케줄링 등을 수행하는 Policy&Scheduler와, 접속된 상기 디바이스들에 대한 통신 자원 관리 정보들을 저장하는 자원 관리 테이블을 구비할 수 있다.a communication layer module having physical layers and lower layers for performing data communication with the devices and the server-side terminal; a resource management unit for managing communication resources in a low-power wireless communication environment; and an application module including service applications for performing individual power-related services, wherein the resource management unit is connected to a Packet Analyzer for analyzing device-side packets, and Policy&Scheduler for performing resource allocation and scheduling for each device A resource management table for storing communication resource management information for devices may be provided.

상술한 구성에 따른 본 발명의 저전력 무선 통신을 이용한 데이터 수집 방법 및/또는 링커-게이트웨이 시스템을 실시하면, 저전력 무선 통신 환경에서 데이터 취득의 실시간성을 향상할 수 있는 이점이 있다.When the data collection method and/or linker-gateway system using the low-power wireless communication of the present invention according to the above-described configuration is implemented, there is an advantage in that real-time data acquisition can be improved in a low-power wireless communication environment.

본 발명의 데이터 수집 방법 및/또는 링커-게이트웨이 시스템은, 저전력 무선 통신 환경에서 서비스별 자원할당 방식을 제안함으로서 통신 자원 이용을 최적화하고, 서비스 수용능력 증대하는 이점이 있다.The data collection method and/or linker-gateway system of the present invention has the advantage of optimizing communication resource use and increasing service capacity by proposing a resource allocation method for each service in a low-power wireless communication environment.

본 발명의 데이터 수집 방법 및/또는 링커-게이트웨이 시스템은, 제시된 디바이스(Things)의 서비스 특성을 분류하고 이를 통해 사전에 데이터 리소스를 예약/사용하는 스케줄링 기법으로 사전에 할당함으로서, 불필요한 자원을 최소화하여 자원효율성을 개선하고, 전송시간을 최소화 할 수 있는 이점이 있다.The data collection method and/or linker-gateway system of the present invention classifies the service characteristics of the presented devices (Things) and allocates them in advance using a scheduling technique to reserve/use data resources in advance, thereby minimizing unnecessary resources. There are advantages of improving resource efficiency and minimizing transmission time.

본 발명의 데이터 수집 방법 및/또는 링커-게이트웨이 시스템은, 디바이스는 사전에 이를 인지하여 Sleep과 Non-Sleep 구간을 구분하여 할당된 시간에만 디바이스가 동작하고 그 이외의 시간에는 Sleep을 하는 방식 등으로 소모 전력을 절감하는 이점이 있다.In the data collection method and/or linker-gateway system of the present invention, the device recognizes this in advance, divides the Sleep and Non-Sleep sections, operates the device only during the allocated time, and sleeps at other times. There is an advantage of reducing power consumption.

본 발명의 데이터 수집 방법 및/또는 링커-게이트웨이 시스템은, 구축 시스템의 신뢰도를 크게 높이는 이점이 있다.The data collection method and/or linker-gateway system of the present invention has the advantage of greatly increasing the reliability of the construction system.

본 발명의 데이터 수집 방법 및/또는 링커-게이트웨이 시스템은, 협대역 환경에서의 대규모의 디바이스를 안정적으로 수용할 수 있게 됨에 따라 장치들의 구축 및 유지 관리 비용 절감하는 이점이 있다.The data collection method and/or linker-gateway system of the present invention has the advantage of reducing construction and maintenance costs of devices as it can stably accommodate a large-scale device in a narrowband environment.

도 1은 배전자동화 시스템 등 전력 설비에 대한 자동화 시스템에 무선 통신 방식의 디바이스를 이용한 정보 전달 구조를 도시한 개념도.
도 2는 도 1의 데이터 전송 구조에서 일반적인 통신 채널 할당 방법을 적용한 경우의 채널 할당 과정을 도시한 트랜잭션 흐름도.
도 3은 본 발명의 사상에 따른 링커-게이트웨이 시스템을 도시한 시스템 구성도.
도 4는 디바이스단에서의 채널 할당 및 데이터 전송과정을 도시한 데이터 프레임 구성도.
도 5는 주기적인 자원 할당이 요망되는 경우를 위한 채널 구조를 도시한 데이터 프레임 구성도.
도 6은 서비스 특성에 따른 운영 구조 예시(홀수 OnDemand/짝수 Periodic)한 데이터 프레임 구성도.
도 7은 게이트웨이단에서의 채널 할당 및 데이터 전송 과정을 도시한 데이터 프레임 구성도.
도 8은 디바이스 서비스 등록 절차 예시한 트랜잭션 흐름도.
도 9는 본 발명의 사상에 따른 게이트웨이 및 링커의 세부 구성을 도시한 블록도.
도 10은 본 발명의 사상에 따른 저전력 무선 통신을 이용한 데이터 수집 방법을 도시한 흐름도.
도 11은 DLMS(Device Language Message Specification) 원격검침 데이터 수집 과정을 도시한 트랜잭션 흐름도.
도 12는 DLMS 패킷 구조를 도시한 데이터 프레임 구성도.
도 13은 DLMS의 Control field bits 구조를 도시한 비트 테이블.
도 14는 DLMS 서비스 패킷 구성을 예시한 패킷 개념도.
도 15는 주기성 데이터의 Resource 할당 방안을 예시한 데이터 프레임 구성도.
도 16은 배전자동화의 DNP 인터페이스를 도시한 데이터 프레임 구성도.
도 17은 배전자동화 서비스 flow(Request - Response)를 도시한 패킷 개념도.
도 18은 본 발명의 사상에 따른 제안 방식을 활용한 배전자동화 운영 flow를 도시한 트랜잭션 흐름도.
1 is a conceptual diagram illustrating an information transmission structure using a device of a wireless communication method in an automation system for power equipment such as a distribution automation system.
FIG. 2 is a transaction flow diagram illustrating a channel allocation process when a general communication channel allocation method is applied to the data transmission structure of FIG. 1;
3 is a system configuration diagram showing a linker-gateway system according to the spirit of the present invention.
4 is a data frame configuration diagram illustrating a channel allocation and data transmission process at a device end;
5 is a data frame configuration diagram illustrating a channel structure for a case in which periodic resource allocation is desired.
6 is a data frame configuration diagram illustrating an operational structure (odd OnDemand/even periodic) according to service characteristics.
7 is a data frame configuration diagram illustrating a channel assignment and data transmission process at a gateway.
8 is a transaction flow diagram illustrating a device service registration procedure.
9 is a block diagram showing the detailed configuration of a gateway and a linker according to the spirit of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a data collection method using low-power wireless communication according to the spirit of the present invention.
11 is a transaction flow diagram illustrating a DLMS (Device Language Message Specification) remote meter reading data collection process.
12 is a data frame configuration diagram illustrating a DLMS packet structure;
13 is a bit table illustrating a structure of Control field bits of a DLMS;
14 is a packet conceptual diagram illustrating the configuration of a DLMS service packet;
15 is a data frame configuration diagram illustrating a resource allocation scheme of periodic data;
16 is a data frame configuration diagram showing a DNP interface of distribution automation.
17 is a packet conceptual diagram illustrating a distribution automation service flow (Request - Response).
18 is a transaction flow diagram illustrating a distribution automation operation flow using the proposed method according to the spirit of the present invention.

본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. In describing the present invention, terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components may not be limited by the terms. The terms are only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.When a component is referred to as being connected or connected to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it can be understood that other components may exist in between. .

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression may include the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다. In this specification, the terms include or include are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and includes one or more other features or numbers, It may be understood that the existence or addition of steps, operations, components, parts or combinations thereof is not precluded in advance.

또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.In addition, shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer description.

도 1은 배전자동화 시스템 등 전력 설비에 대한 자동화 시스템에 무선 통신 방식의 디바이스를 이용한 정보 전달 구조를 도시한 것으로, 배전자동화 시스템으로 구체화하여 보다 상세하게 설명하기 위함이다. 1 is a diagram illustrating an information transmission structure using a device of a wireless communication method in an automation system for power equipment such as a distribution automation system, and is intended to be detailed as a distribution automation system.

도 1에서와 같이 배전자동화 운영시스템을 기준으로 현장에는 변대주에 디바이스(FRTU)가 설치되어, 주기적으로 현장의 정보를 취득하는 시스템으로 구성되어 운영되고 있다. 이때 통신망은 COT(Center Office Terminal)-RT(Remote Terminal)로 구성되어 있는 유선기반의 광통신과 인접 광회선이 포설되어 있지 않은 구간을 위해 무선기술을 이용, 인접 디바이스와 디바이스간 통신망을 구성하여 서비스를 확장하고 있다. As shown in FIG. 1, based on the distribution automation operating system, a device (FRTU) is installed on a substation at the site, and it is configured and operated as a system that periodically acquires site information. At this time, the communication network uses wireless technology for wire-based optical communication composed of COT (Center Office Terminal)-RT (Remote Terminal) and for the section where adjacent optical lines are not installed, and configures the communication network between adjacent devices and provides service. is expanding

예컨대, 도시한 구성에서 무선모뎀과 무선모뎀은 전력제어망의 신뢰성과 안정성, 보안성을 위해 380㎒대역의 협대역 통신망을 사용할 수 있다.For example, in the illustrated configuration, the wireless modem and the wireless modem may use a 380 MHz band narrowband network for reliability, stability, and security of the power control network.

배전자동화와 같은 자동화 시스템에서는 데이터의 실시간성이 매우 중요하나, RT와 무선모뎀간, 무선모뎀과 디바이스간에는 9.6kbps의 시리얼 통신으로 데이터를 주고 받기 때문에 협대역 무선통신구간 뿐만 아니라 시리얼 통신 구간에서의 지연 또한 시스템 성능에 크게 영향을 미치는 요소로 작용한다.In automation systems such as distribution automation, real-time data is very important, but since data is exchanged between RT and wireless modem and between wireless modem and device by 9.6kbps serial communication, it can be used not only in the narrowband wireless communication section but also in the serial communication section. Latency also acts as a factor that greatly affects system performance.

도 2는 도 1의 데이터 전송 구조에서 일반적인 통신 채널 할당 방법을 적용한 경우의 채널 할당 과정을 도시한 것이다.FIG. 2 illustrates a channel allocation process when a general communication channel allocation method is applied to the data transmission structure of FIG. 1 .

예컨대, 도 2에 도시한 바와 같이 계측정보를 요청할 경우, RT단에서는 50bytes의 Request 패킷을 디바이스단으로 전송하며, 디바이스는 이에 대한 응답으로 280bytes의 Response 패킷을 RT로 전송하게 된다. 이 경우 각 구간별 전송시간을 볼 것 같으면, A구간(50ms, 시리얼 통신구간에 따른 전송지연), B구간(50ms, 채널할당), C구간(50ms, 데이터전송), D구간(50ms, 시리얼 통신구간에 따른 전송지연), E구간(270ms, 시리얼 통신구간에 따른 전송지연), F구간(200ms ~ 1,000ms, 채널할당), G구간(100ms, 데이터전송), H구간(270ms, 시리얼 통신구간에 따른 전송지연)로 총 1,040ms ~ 1,840ms의 시간이 소요된다. For example, when requesting measurement information as shown in FIG. 2 , the RT terminal transmits a request packet of 50 bytes to the device terminal, and the device transmits a response packet of 280 bytes to the RT in response. In this case, if you look at the transmission time for each section, section A (50ms, transmission delay according to serial communication section), section B (50ms, channel assignment), section C (50ms, data transmission), section D (50ms, serial Transmission delay according to communication section), E section (270ms, transmission delay according to serial communication section), F section (200ms ~ 1,000ms, channel assignment), G section (100ms, data transmission), H section (270ms, serial communication) Transmission delay depending on the section) takes a total of 1,040ms to 1,840ms.

특히, 시리얼 통신구간에서 640ms의 지연이 발생하여 Air Interface 구간대비 상대적으로 큰 비중을 차지하게 된다. 이로 인해 실시간성을 중요시하는 배전자동화 시스템에서의 적합성이 저하된다.In particular, a delay of 640 ms occurs in the serial communication section, which occupies a relatively large proportion compared to the air interface section. As a result, suitability in the distribution automation system that values real-time performance is reduced.

도 3은 본 발명의 사상에 따라 저전력 무선 통신 환경에서 정보 수집의 실시간성을 향상시키는 본 발명의 일 실시예에 따른 링커-게이트웨이 시스템의 구성을 도시한 것이다. FIG. 3 shows the configuration of a linker-gateway system according to an embodiment of the present invention for improving real-time information collection in a low-power wireless communication environment according to the spirit of the present invention.

도시한 링커-게이트웨이 시스템은 다양한 디바이스들이 링커(200)를 통해 게이트웨이(300)에 연결되고 게이트웨이(300)는 플랫폼(400, AS)에 연결되는 형태를 가진다.The illustrated linker-gateway system has a form in which various devices are connected to the gateway 300 through the linker 200 and the gateway 300 is connected to the platform 400 (AS).

다수의 디바이스들을 이용해서 물리적인 공간의 다양한 정보를 계측하면 게이트웨이(300)는 이 정보를 수집하여 플랫폼(400)(즉, 해당 서비스의 서버측)에 전달한다. 해당 서비스의 사용자 또는 관리자는 플랫폼(400)을 통해서 게이트웨이(300) 혹은 디바이스들의 정보를 조회할 수 있으며, 경우에 따라서 게이트웨이(300) 및 디바이스를 제어할 수 있다. When various information of a physical space is measured using a plurality of devices, the gateway 300 collects this information and delivers it to the platform 400 (ie, the server side of the corresponding service). A user or manager of the corresponding service may inquire information on the gateway 300 or devices through the platform 400 , and may control the gateway 300 and devices in some cases.

일반적으로 플랫폼(400)과 게이트웨이(300)는 유선을 통해 전압을 공급받는 반면, 디바이스는 설치상황에 따라 배터리를 기반으로 동작된다. 링커(200)의 경우 설치상황에 따라 배터리로 기반하거나 유선 공급 전력을 기반으로 동작된다. 구현에 따라, 플랫폼(400)과 게이트웨이(300) 사이, 디바이스와 링커(200) 사이 통신연결은 유선 무선 모두 가능하다. 다만, 게이트웨이(300)와 링커(300)는 본 발명의 사상에 따라 저전력 무선 통신을 사용한다. 특히 머신타입 환경의 특성상 디바이스들은 저전력으로 동작하고 통신 대역폭 또한 매우 작은 통신 기술을 사용하여 게이트웨이(300)와 통신을 수행한다.In general, the platform 400 and the gateway 300 are supplied with voltage through a wire, whereas the device is operated based on a battery according to an installation situation. In the case of the linker 200, it is operated based on a battery or wired power supply depending on the installation situation. Depending on the implementation, the communication connection between the platform 400 and the gateway 300 and between the device and the linker 200 may be wired or wireless. However, the gateway 300 and the linker 300 use low-power wireless communication according to the spirit of the present invention. In particular, due to the nature of the machine type environment, devices operate with low power and communicate with the gateway 300 using a communication technology with a very small communication bandwidth.

도시한 링커-게이트웨이 시스템은, 저전력 무선 통신을 이용하여 하나 이상의 디바이스들이 생성하는 데이터를 수집하는 일종의 통신 연계 장치이다.The illustrated linker-gateway system is a kind of communication linkage device that collects data generated by one or more devices using low-power wireless communication.

도시한 링커-게이트웨이 시스템은, 상기 디바이스로부터 생성되는 데이터를 입력받아 저전력 무선 통신으로 전송하는 센서측 무선 모뎀부로서 링커(200); 및 서버측(리모트) 터미널과 데이터 통신을 수행하고, 상기 제1 무선 모뎀부로부터 저전력 무선 통신으로 데이터를 전송받는 서버측 무선 모뎀부로서 게이트웨이(300)를 포함하되, 상기 링커(제1 무선 모뎀부)와 게이트웨이(제2 무선 모뎀부)는, 타임 슬롯 단위의 통신 자원을 할당받아 통신을 수행함에 있어서, 정기적으로 미리 규정된 통신 채널을 형성하는 피리오딕(주기적 통신) 구간과, 발생시마다 협상하여 통신 채널을 형성하는 온디멘드(비주기적 통신) 구간을 사전에 구분하여 수행한다. The illustrated linker-gateway system includes a linker 200 as a sensor-side wireless modem unit that receives data generated from the device and transmits it through low-power wireless communication; and a gateway 300 as a server-side wireless modem unit that performs data communication with a server-side (remote) terminal and receives data through low-power wireless communication from the first wireless modem unit, wherein the linker (first wireless modem) unit) and the gateway (second wireless modem unit), when performing communication by receiving communication resources allocated in units of time slots, periodically negotiate a periodical (periodic communication) section that forms a predefined communication channel, and negotiation every time it occurs Thus, the on-demand (aperiodic communication) section forming the communication channel is divided and performed in advance.

게이트웨이(300)와 디바이스간 통신을 수행하기 위해서는 통신 자원을 요청, 요청된 정보에 의해 통신 자원을 할당하고 할당된 통신 자원에 데이터를 전송하는 형태로 운영된다. 이러한 기능을 수행하기 위해 전달하고자 하는 서비스 및 데이터 특성을 분류하고 이를 토대로 효과적으로 자원할당, 세션연결 및 관리 등의 역할을 수행하는 것을 제안한다. 이를 위해 디바이스측 통신 모듈인 링커(200)에서는 CNL(Clink Network Layer), 서버측 통신 모듈인 게이트웨이(300)에서는 CNM(Clink Network Management)을 정의한다. 상기 과정을 통해 생성된 정보는 Clink를 통해 송수신을 수행하게 된다. In order to perform communication between the gateway 300 and the device, a communication resource is requested, the communication resource is allocated according to the requested information, and data is transmitted to the allocated communication resource. In order to perform these functions, it is proposed to classify the characteristics of the service and data to be delivered, and to effectively allocate resources, connect and manage sessions based on this. To this end, the linker 200, which is a device-side communication module, defines a Clink Network Layer (CNL), and the gateway 300 that is a server-side communication module defines Clink Network Management (CNM). The information generated through the above process is transmitted/received through Clink.

이하, 상기 링크와 게이트웨이가 DLMS 방식에 기반한 저전력 무선 통신을 본 발명의 사상에 따라 수행하는 경우로 구체화하여 설명하겠다.Hereinafter, a case in which the link and the gateway perform low-power wireless communication based on the DLMS method according to the spirit of the present invention will be described in detail.

통신 자원의 최소 단위를 Cell로 정의하며, Cell은 보내고자 하는 정보에 따라 동기를 확보하기 위한 채널(CCH)과 데이터를 전송하기 위한 채널(SCH)로 구성할 수 있다. 여기서 CCH 채널에서는 단말ID 정보와 할당된 리소스 블록 위치정보를 정의하며, SCH 채널은 보내고자 하는 정보량에 따라 다수의 Cell로 조합된다. 일반적으로 CCH 채널 하나와 SCH 채널 4개로 구성하며, 이를 하나의 슬롯(slot)으로 구성한다. 상향, 하향 채널간 자원(리소스) 할당 과정에서의 지연문제를 해결하기 위해 슬롯(slot)은 2개를 묶어 서브프레임(subframe) 형태로 구성하여 운영할 수 있다.The minimum unit of communication resource is defined as a Cell, and the Cell can be composed of a channel (CCH) for securing synchronization according to information to be transmitted and a channel (SCH) for transmitting data. Here, in the CCH channel, terminal ID information and allocated resource block location information are defined, and the SCH channel is combined into a plurality of cells according to the amount of information to be transmitted. In general, one CCH channel and four SCH channels are configured, and this is configured as one slot. In order to solve the delay problem in the resource (resource) allocation process between uplink and downlink channels, two slots can be bundled to form a subframe and can be operated.

도 4는 초기 디바이스단 링커에서 게이트웨이로의 접속시 채널 할당 및 데이터 전송 과정에서 이용되는 서브프레임을 도시한다. 도시한 과정은 본 발명의 경우 온디멘드(비주기적 통신) 구간의 시점에서 발생될 수 있다.4 shows a subframe used in the channel allocation and data transmission process when the initial device-side linker connects to the gateway. The illustrated process may occur at the time of the on-demand (aperiodic communication) section in the case of the present invention.

도시한 바와 같이 온디멘드(On Demand) 형태의 데이터 전송이 필요한 경우, 디바이스측 링커(200)는 게이트웨이(300)에 CCH 채널을 이용하여 디바이스의 리소스(통신 자원)를 요청하며, 게이트웨이는 요청정보를 토대로 CCH 채널을 통해 디바이스측 링커(200)에 SCH 리소스를 할당하며, CCH 채널에는 할당된 리소스 블록 정보를 전송한다. 디바이스측 링커(200)는 CCH 채널을 통해 지정된 리소스 시간대에 SCH 채널을 이용 정보를 전송하게 된다. 게이트웨이(300)는 정상적으로 데이터가 수신되면, 기존 CCH 채널을 통해 정상적으로 수신되었는지를 확인메시지를 보내게 된다. 서비스에 따라 보내고자 하는 패킷 사이즈가 상이할 수 있으며, 이 경우 크기에 따라 할당 채널크기를 조정할 수 있다.As shown in the figure, when on-demand type data transmission is required, the device-side linker 200 requests a device resource (communication resource) to the gateway 300 using a CCH channel, and the gateway sends the request information. Based on the CCH channel, the SCH resource is allocated to the device-side linker 200 through the CCH channel, and the allocated resource block information is transmitted to the CCH channel. The device-side linker 200 transmits usage information on the SCH channel in a designated resource time zone through the CCH channel. When data is normally received, the gateway 300 sends a confirmation message whether it has been normally received through the existing CCH channel. The size of a packet to be transmitted may be different depending on the service, and in this case, the size of the allocated channel may be adjusted according to the size.

앞서 문제점으로 지적한 바와 같이 고속의 이동통신 시스템과는 다르게 협대역 환경에서는 다수의 단말을 온디멘드(On Demand) 형태로 운영하기에는 매 순간 CCH 채널을 이용하여 자원을 할당하여야 하며, 이 경우 이용 효율관점에서 보면 최대 20% 손실이 발생하게 된다. As pointed out above as a problem, unlike the high-speed mobile communication system, in a narrowband environment, in order to operate a plurality of terminals in an on-demand form, resources must be allocated using the CCH channel at every moment, and in this case, from the viewpoint of utilization efficiency In this case, a loss of up to 20% will occur.

도 5는 주기적 통신이 요망되는 경우 본 발명의 사상에 따른 자원 할당을 위한 채널 구조를 도시한 데이터 프레임 구성도이다.5 is a data frame configuration diagram illustrating a channel structure for resource allocation according to the spirit of the present invention when periodic communication is desired.

도 6은 서비스 특성에 따른 운영 구조 예시(홀수 OnDemand/짝수 Periodic)한 데이터 프레임 구성도이다.6 is a data frame configuration diagram illustrating an operation structure according to service characteristics (odd OnDemand/even periodic).

상술하였던 성능열화 문제를 보완하기 위해 도 5에서와 같이 기존 CCH 채널과 SCH 채널로 구성된 slot을 CCH 채널을 제외하고 오직 SCH 채널로 구성함으로서 피리오딕(Periodic) 정보를 전송하기 위한 전용 슬롯(slot)으로 구성할 수 있다. 이 경우, 단말입장에서는 CCH 채널의 기능이 사라졌기 때문에 상향(Uplink) 전송효율은 크게 개선될 수 있다. In order to compensate for the above-described performance degradation problem, as shown in FIG. 5, a slot composed of an existing CCH channel and an SCH channel is configured only with an SCH channel except for the CCH channel. A dedicated slot for transmitting periodic information. can be configured as In this case, since the function of the CCH channel is lost from the viewpoint of the terminal, the uplink transmission efficiency can be greatly improved.

온디멘드(On Demand)와 피리오딕(Periodic) 구조는 게이트웨이(300)에 연결되어 있는 디바이스의 수, 채널 이용환경, 단말에서의 보내고자 하는 주기성 데이터 특징, 정보량 등을 고려하여 프레임 구조를 구성/ 운영할 수 있다. 예컨대, 실시간성을 요하는 서비스의 경우 도 6에 도시한 바와 같이 On Demand slot / Periodic Slot / On Demand slot ... 형태로 구현가능하며, 구현 편의성을 강화한 측면에서는 도 5에 도시한 바와 같이, 5개의 On Demand slot - 5개의 Periodic slot 형태의 프레임 구조로 설계가 가능하다. 이처럼 정의된 프레임 구조는 CCH 채널을 통해 해당 디바이스측 링커(200)에 그 구조 정보를 전달할 수 있다.The On Demand and Periodic structure configures the frame structure in consideration of the number of devices connected to the gateway 300, the channel usage environment, periodic data characteristics to be sent from the terminal, the amount of information, etc. can operate For example, in the case of a service requiring real-time performance, it can be implemented in the form of On Demand slot / Periodic Slot / On Demand slot ... as shown in FIG. 6, and in terms of enhancing implementation convenience, as shown in FIG. 5, 5 On Demand slots - It is possible to design a frame structure in the form of 5 periodic slots. The frame structure defined in this way may deliver the structure information to the device-side linker 200 through the CCH channel.

상술한 구조 정보에 따라, 상기 링커(200)와 게이트웨이(300)가 타임 슬롯 단위의 리소스(통신 자원)를 할당받아 통신을 수행함에 있어서, 정기적으로 미리 규정된 통신 채널을 형성하는 피리오딕(주기적 통신) 구간과, 발생시마다 협상하여 통신 채널을 형성하는 온디멘드(비주기적 통신) 구간을 사전에 구분하여 수행하게 된다. According to the above-described structure information, when the linker 200 and the gateway 300 are allocated resources (communication resources) in units of time slots to perform communication, periodical (periodic) forming a communication channel defined in advance on a regular basis. communication) section and an on-demand (aperiodic communication) section that forms a communication channel by negotiating each time it occurs, and performing it in advance.

도 7은 게이트웨이단에서의 채널 할당 및 데이터 전송 과정을 도시한 데이터 프레임 구성도이다.7 is a data frame configuration diagram illustrating a channel assignment and data transmission process at the gateway end.

도 8은 디바이스 서비스 등록 절차 예시한 트랜잭션 흐름도이다.8 is a transaction flow diagram illustrating a device service registration procedure.

도 9는 본 발명의 사상에 따른 게이트웨이 및 링커의 세부 구성을 도시한 블록도이다. 9 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a gateway and a linker according to the spirit of the present invention.

먼저, 상술한 바와 같은 서비스에 따라 CNM는 주기성데이터와 비주기성데이터를 판별하고 이에 따라 리소스를 할당하고자 하는 스케줄링을 수행하게 된다. 스케줄링이 결정되면, 이를 단말에 채널별 할당을 하게 되며, 이를 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.First, according to the above-described service, the CNM determines periodic data and aperiodic data and performs scheduling to allocate resources accordingly. When scheduling is determined, it is allocated to the terminal for each channel, which will be described with reference to FIGS. 7 to 9 as follows.

주기적(Periodic) 환경에서는 디바이스측 링커(200)가 게이트웨이(300)에 접속하는 단계에서 해당 디바이스에 대하여 사용할 수 있는 리소스 블록위치가 지정된다. 이를 위해 디바이스/링커(200)가 현장에 설치, 전원이 인가되면 게이트웨이에 초기 접속하여 디바이스를 등록할 때 디바이스의 종류, 전송되는 특징을 전송할 수 있다. 이를 토대로 리소스 블록 할당을 수행하며, 이를 위해 게이트웨이(구체적으로 자원 관리부)는 다음과 같은 리소스 관리 테이블(346)을 운영할 수 있다. In a periodic environment, a resource block location that can be used for the device is designated when the device-side linker 200 accesses the gateway 300 . To this end, when the device/linker 200 is installed in the field and power is applied, the device type and transmitted characteristics can be transmitted when initially connecting to the gateway and registering the device. Based on this, resource block allocation is performed, and for this purpose, the gateway (specifically, the resource management unit) may operate the following resource management table 346 .

상기 리소스 관리 테이블(346)에는 단말ID, 주소(출발지, 목적지)를 포함하며, 주기성 데이터의 특징을 파악하기 위해 Service ID와 Standard ID, 반복주기를 정의하며 현장의 디바이스/링커(200)가 게이트웨이(300)에 접속할 때 상기 정보를 수집할 수 있다. 구현에 따라, 상기 게이트웨이에 기록된 관리 테이블의 전부 또는 일부가 링커(200)에도 테이블(246)로 기록될 수 있다. The resource management table 346 includes a terminal ID and an address (source, destination), and defines a service ID, a standard ID, and a repetition period to identify the characteristics of periodic data, and the device/linker 200 in the field is a gateway The information may be collected when accessing 300 . Depending on the implementation, all or part of the management table recorded in the gateway may also be recorded in the linker 200 as the table 246 .

또는, 게이트웨이(300)(또는 링커(200))는 하위 디바이스가 어떠한 표준과 서비스에 연계되는지를 사전에 입력받아 관리할 수도 있다. 여기서 Service ID라 함은 배전자동화, 원격검침, 항공장애등감시 등과 같은 특정 서비스를 의미하며, Standard ID는 서비스를 구성함에 있어 사용된 표준, 일례로 DNP, DLMS, LwM2M 등과 같은 표준을 의미한다. 더 나아가 기본으로 표준에 따라 상위단에서 단말로 보내고자 하는 메시지 타입을 구분할 수 있는 인자, 리소스 블록의 사용상태를 확인할 수 있는 인자 및 단말의 채널상태를 확인할 수 있는 RSSI 등의 정보를 관리할 수 있다. 이와 같이 정의된 정보는 Air Interface단 리소스를 할당하는데 사용될 수 있으며, 손쉽게 구현하기 위해 표준특성에 따른 서비스별 패킷사이즈, 순서에 대한 정보를 별도 관리할 수 있다. 이를 예시하면 하기 표 1 내지 표 3과 같다.Alternatively, the gateway 300 (or the linker 200) may receive and manage in advance which standard and service the lower device is associated with. Here, Service ID means a specific service such as distribution automation, remote meter reading, and flight failure monitoring, etc., and Standard ID means a standard used in configuring the service, for example, a standard such as DNP, DLMS, LwM2M. Furthermore, based on the standard, information such as a factor to classify the message type to be sent from the upper stage to the terminal, a factor to check the resource block usage status, and RSSI to check the channel status of the terminal can be managed. have. The information defined in this way can be used to allocate air interface-side resources, and information on packet size and order for each service according to standard characteristics can be separately managed for easy implementation. Examples of this are shown in Tables 1 to 3 below.

Figure 112019136209500-pat00001
Figure 112019136209500-pat00001

Figure 112019136209500-pat00002
Figure 112019136209500-pat00002

Figure 112019136209500-pat00003
Figure 112019136209500-pat00003

앞서 정의된 관리 정보는 Session Context Information이라 정의하고, 리소스 할당 요청시 관련 정보를 보낼 수 있다. 좀 더 구체적으로는 디바이스 측면에서 주기성 데이터에 대한 리소스 블록 할당을 위해서는 다음과 같은 절차에 의해 리소스 관리 테이블(346)에 필요한 정보를 제공하게 된다. The previously defined management information is defined as Session Context Information, and related information can be sent when requesting resource allocation. More specifically, in order to allocate a resource block for periodic data from the device side, information necessary for the resource management table 346 is provided by the following procedure.

디바이스측 링커(200)는 서비스 등록을 위해 Session Creation Request를 게이트웨이(300)에 전송하며, 이때, Standard ID, Service ID, Source IP Address, Source Protocol Port, Destination IP Address, Destination Protocol Port 등을 포함하여 전송한다. 게이트웨이(300)는 Session Creation Request 수신 후 디바이스에 대한 Session Context Information을 생성하여 관리 테이블(346)에 저장한 후, Session 생성 결과를 포함하여 Session Creation Answer 메시지를 통해 디바이스측 링커(200)에 전송한다. The device-side linker 200 transmits a Session Creation Request to the gateway 300 for service registration, at this time, including Standard ID, Service ID, Source IP Address, Source Protocol Port, Destination IP Address, Destination Protocol Port, etc. send. After receiving the Session Creation Request, the gateway 300 generates Session Context Information for the device, stores it in the management table 346, and transmits it to the device-side linker 200 through a Session Creation Answer message including the Session creation result. .

이를 표현하면 LwM2M 방식으로 구현한다면 다음과 같이 표현할 수 있다. 이를 통해 표준과 서비스 종류를 확인할 수 있으며, 주기적 데이터인 경우, 앞서 정의된 바와 같이 주기성 데이터 특성에 맞게 리소스를 할당하고 이를 토대로 주기적인 자원을 할당하게 된다. 비주기적(1회성)인 경우, CCH 자원을 통해 요청한 자원의 크기만큼을 할당하고 이에 대한 할당정보를 디바이스측 링커(200)에 전달하여 데이터를 전송할 수 있게 할 수 있다. If this is expressed in the LwM2M method, it can be expressed as follows. Through this, standards and service types can be checked, and in the case of periodic data, resources are allocated according to the periodicity data characteristics as defined above, and periodic resources are allocated based on this. In the case of aperiodic (one-time), it is possible to allocate as much as the size of the requested resource through the CCH resource and transmit the allocation information thereto to the device-side linker 200 to transmit data.

상기의 과정을 통해 전송된 정보를 토대로 리소스 블록 할당방법에 대해 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Based on the information transmitted through the above process, the resource block allocation method will be described in more detail as follows.

배전자동화 시스템인 경우, 전송하는 정보특징에 따라 AI, AO, BI, Counter 형태로 구분할 수 있으며, 각 보내고자 하는 정보는 445bytes, 186bytes, 426bytes, 104bytes로 30초, 15초, 1초, 1분의 주기로 정보를 전송하게 된다. 배전자동화 단말(디바이스)이 등록될 경우, 게이트웨이(300)는 등록 디바이스의 리소스 블록을 데이터 특성에 의해 할당하여 운영할 수 있다. In the case of a distribution automation system, it can be divided into AI, AO, BI, and Counter types according to the characteristics of the information to be transmitted. The information to be sent is 445bytes, 186bytes, 426bytes, 104bytes for 30 seconds, 15 seconds, 1 second, 1 minute. information is transmitted in a cycle of When the distribution automation terminal (device) is registered, the gateway 300 may allocate and operate the resource block of the registration device according to data characteristics.

주기적 데이터 처리의 블록 할당을 용이하게 하기 위해 서브프레임(subframe)은 100ms, 10개의 서브프레임을 하나의 프레임으로 정의함으로서 총 1,000ms의 구간으로 구성 운영할 수 있다. 긴 주기적 데이터를 보내는 경우 프레임은 60개의 프레임을 묶어 슈퍼 프레임(superframe)을 구성할 수 있으며, 이러한 구조에서, 상기 정의된 정보전송주기 특징에 따라 카운터(Counter) 정보를 보내기 위해서는 매 프레임의 첫번째 리소스 블럭을 디바이스에 할당하고, AO 정보를 보내는 경우 15번째 프레임과 30번째 프레임에 리소스 블록을 할당할 수 있다. In order to facilitate block allocation of periodic data processing, a subframe is 100ms and 10 subframes are defined as one frame, so that a total of 1,000ms can be configured and operated. In the case of sending long periodic data, a frame can form a superframe by bundling 60 frames. In this structure, in order to send counter information according to the information transmission period defined above, the first resource of every frame When a block is allocated to a device and AO information is transmitted, a resource block can be allocated to the 15th frame and the 30th frame.

SCH 채널은 디바이스의 채널 상태(RSSI, 속도)와 보내고자 하는 데이터양에 따라 리소스 블록의 크기를 결정하며, AO 정보 186bytes를 보내고자 할 경우, 5개의 리소스블록으로 구성된 SCH 채널 중 1개의 리소스 블록을 할당해서 운영할 수 있다. 또한 테이블에 정의된 QoS Level에 따라 리소스 할당 시간 및 우선순위를 조정할 수 있으며, 특히 자동화 시스템의 중요 데이터의 경우 통신 성공율을 높이기 위해 Repetition 기능을 구현할 수 있으며, QoS에서 Repetition이 표기될 경우, 기존 할당된 리소스 이외에 추가적으로 재전송을 위한 리소스 블록을 할당, 재전송을 할 수 있다. The SCH channel determines the size of the resource block according to the device's channel state (RSSI, speed) and the amount of data to be transmitted. In the case of sending 186 bytes of AO information, one resource block among the SCH channels composed of 5 resource blocks. can be assigned and operated. In addition, the resource allocation time and priority can be adjusted according to the QoS Level defined in the table. In particular, in the case of important data in the automation system, the Repetition function can be implemented to increase the communication success rate. In addition to the allocated resources, resource blocks for retransmission may be additionally allocated and retransmission may be performed.

도 10은 상술한 기능들을 수행하기 위한 게이트웨이(300) 및 링커(200)의 세부 구성을 도시한 블록도이다. 하드웨어적 관점에서는 상기 게이트웨이(300) 및 링커(200) 모두 연산을 수행하는 CPU, RAM 등 메인 메모리, 보조 저장장치, 유/무선 통신 모듈 등을 구비함은 물론이다. 다만, 도 10에서는 본 발명의 사상의 설명에 필요한 기능 블록으로만 표현하였다.10 is a block diagram illustrating the detailed configuration of the gateway 300 and the linker 200 for performing the above-described functions. From a hardware point of view, both the gateway 300 and the linker 200 are provided with a main memory such as a CPU and RAM, auxiliary storage devices, and wired/wireless communication modules for performing calculations. However, in FIG. 10, only functional blocks necessary for the description of the inventive concept are expressed.

도시한 게이트웨이(300)는, 외부 기기들과 데이터 통신 수행을 위한 물리 계층들 및 하위 계층들을 구비하는 통신 계층 모듈(320); 본 발명의 사상에 따른 저전력 무선 통신 환경에서의 통신 자원 관리를 수행하는 자원 관리부(340); 및 전력 관련 개별 서비스를 수행하는 서비스 어플리케이션들을 구비하는 어플리케이션 모듈(360)을 포함할 수 있다.The illustrated gateway 300 includes a communication layer module 320 having physical layers and lower layers for performing data communication with external devices; a resource management unit 340 for managing communication resources in a low-power wireless communication environment according to the spirit of the present invention; and an application module 360 having service applications for performing individual power-related services.

도시한 링커(200)는, 외부 기기들과 데이터 통신 수행을 위한 물리 계층들 및 하위 계층들을 구비하는 통신 계층 모듈(220); 및 본 발명의 사상에 따른 저전력 무선 통신 환경에서의 통신 자원 관리를 수행하는데 필요한 정보를 저장하고, 디바이스로부터 전송되는 데이터를 버퍼링하는 저장 모듈(240)을 포함할 수 있다. The illustrated linker 200 includes a communication layer module 220 having physical layers and lower layers for performing data communication with external devices; and a storage module 240 for storing information necessary for performing communication resource management in a low-power wireless communication environment according to the spirit of the present invention and for buffering data transmitted from the device.

도시한 링커(200)의 통신 계층 모듈(220)은, 상기 게이트웨이(300)와 무선 통신 채널을 형성하는 저전력 무선 통신 모듈(222); 및 상기 디바이스(100)와 데이터 통신 채널을 형성하는 디바이스 통신 모듈(221)을 포함할 수 있다. 상기 저전력 무선 통신 모듈(222)은 앞서 설명한 게이트웨이(300)의 CNM과 대응되는 작업을 수행하는 CNL일 수 있으며, 상기 디바이스 통신 모듈(221)은 RS232/485 시리얼 통신 모듈일 수 있다.The communication layer module 220 of the illustrated linker 200 includes a low-power wireless communication module 222 for forming a wireless communication channel with the gateway 300; and a device communication module 221 forming a data communication channel with the device 100 . The low-power wireless communication module 222 may be a CNL that performs an operation corresponding to the CNM of the gateway 300 described above, and the device communication module 221 may be an RS232/485 serial communication module.

도시한 저장 모듈(240)은, 테이블 형태로 저전력 무선 통신 환경에서의 통신 자원 관리를 수행하는데 필요한 정보를 기록하는 링커측 테이블(246); 및 디바이스로부터 전송되는 데이터를 버퍼링하는 버퍼(240)를 포함할 수 있다.The illustrated storage module 240 includes: a linker-side table 246 for recording information necessary for performing communication resource management in a low-power wireless communication environment in the form of a table; and a buffer 240 for buffering data transmitted from the device.

도시한 게이트웨이(300)의 통신 계층 모듈(320)은, 유선 또는 무선으로 이더넷 통신을 수행하는 이더넷 모듈(326); 상기 링커(200)와 저전력 무선 통신을 수행하기 위한 물리적 통신 계층(322); 상기 링커(200)와 데이터 통신 채널을 형성하는 CLink 통신 모듈(324)을 구비한다.The communication layer module 320 of the illustrated gateway 300 includes an Ethernet module 326 for performing Ethernet communication by wire or wirelessly; a physical communication layer 322 for performing low-power wireless communication with the linker 200; and a CLink communication module 324 for forming a data communication channel with the linker 200 .

상술한 바와 같은 기능을 수행하기 위해 도시한 게이트웨이(300)는 서비스별 자원할당을 수행하는 CNM(Communication Network Manager, 디바이스단에서의 CNL과 대응하여 작업 수행)으로서 자원 관리부(340)를 구비한다. In order to perform the above-described functions, the illustrated gateway 300 includes a resource management unit 340 as a communication network manager (CNM, performing a task corresponding to CNL at the device end) that allocates resources for each service.

도시한 자원 관리부(340)는, 크게 서비스단(디바이스단) 패킷을 분석하는 Packet Analyzer(342)와, 서비스별(디바이스별) 자원할당, 스케줄링 등을 수행하는 Policy&Scheduler(344)를 구비하며, 접속된 다수의 디바이스들에 대한 리소스(통신 자원) 관리 정보들을 저장하는 자원(리소스) 관리 테이블(346)을 보유한다.The illustrated resource management unit 340 largely includes a Packet Analyzer 342 that analyzes service-end (device-side) packets, and a Policy&Scheduler 344 that performs resource allocation and scheduling for each service (by device), and access. It holds a resource (resource) management table 346 for storing resource (communication resource) management information for a plurality of devices.

게이트웨이단에서의 상기 자원 관리부(340)(CNM)는 Session Context Information을 기반으로 관리 테이블(346)을 생성할 수 있다. 서비스가 필요한 디바이스 개수 만큼 Session Context Information을 관리한다. 관리정보는 앞서 정의된 내용과 동일할 수 있다. 또한 디바이스가 해제 된 경우 Session Context Information는 삭제될 수 있다.The resource management unit 340 (CNM) at the gateway side may create a management table 346 based on Session Context Information. Manage Session Context Information as much as the number of devices that require service. Management information may be the same as previously defined. Also, when the device is released, Session Context Information may be deleted.

도 10은 도 9의 링커-게이트웨이 시스템에서 본 발명의 사상에 따른 저전력 무선 통신을 이용한 데이터 수집 방법을 도시한 흐름도이다.FIG. 10 is a flowchart illustrating a data collection method using low-power wireless communication according to the spirit of the present invention in the linker-gateway system of FIG. 9 .

도시한 저전력 무선 통신을 이용하여 하나 이상의 디바이스들이 생성하는 데이터를 수집하는 방법은, 피리오딕(주기적 통신) 구간과 온디멘드(비주기적 통신) 구간을 설정하는 단계(S100); 링커가 상기 디바이스에서 생성되는 데이터를 버퍼링하는 단계(S200); 주기적 통신 구간에서는 미리 규정된 대로 통신 채널을 형성하고, 비주기적 통신 구간에서는 링커(디바이스측 무선 모뎀)와 게이트웨이(서버측 무선 모뎀)가 서로 협상을 통해 통신 채널을 형성하는 단계(S300); 및 형성된 통신 채널을 통해 상기 링커에서 상기 게이트웨이로 버퍼링된 데이터를 전송하는 단계(S400)를 포함한다.The method of collecting data generated by one or more devices using the illustrated low-power wireless communication includes the steps of setting a periodical (periodic communication) period and an on-demand (aperiodic communication) period (S100); a linker buffering data generated in the device (S200); forming a communication channel as prescribed in the periodic communication section, and forming a communication channel through negotiation between the linker (device-side wireless modem) and the gateway (server-side wireless modem) in the aperiodic communication section (S300); and transmitting buffered data from the linker to the gateway through the established communication channel (S400).

앞서 설명한 바와 같이, 상기 피리오딕(주기적 통신) 구간에서는, 각 피리오딕(주기적 통신) 구간의 길이에 무관하게 각 구간의 시점에서만 동기확보채널(CCH)을 운영하고, 나머지 구간에서는 데이터전송채널(SCH)을 운영할 수 있다.As described above, in the periodical (periodic communication) section, the synchronization securing channel (CCH) is operated only at the time point of each section regardless of the length of each periodic (periodic communication) section, and in the remaining sections, the data transmission channel ( SCH) can be operated.

구현에 따라서는 상기 온디멘드(비주기적 통신) 구간에서도, 각 구간의 시점에서만 동기확보채널(CCH)을 운영하고, 나머지 구간에서는 데이터전송채널(SCH)을 운영할 수 있는데, 이를 위해서는 상기 동기확보채널에 후속되는 데이터전송채널(SCH)의 길이를 기재하여야 한다.Depending on the implementation, even in the on-demand (aperiodic communication) section, the synchronization securing channel (CCH) may be operated only at the time point of each section, and the data transmission channel (SCH) may be operated in the remaining sections. The length of the data transmission channel (SCH) following the channel should be described.

상기 통신 구간을 설정하는 단계(S100)에서는, 상술한 바와 같이 상기 디바이스에서 생성되는 데이터의 특성에 따라 피리오딕(주기적 통신) 구간과 온디멘드(비주기적 통신) 구간을 할당할 수 있으며, 디바이스 및/또는 링커가 새로 설치되거나 재부팅으로, 상기 링커가 상기 게이트웨이로 접속(로그인)하면 수행될 수 있다.In the step of setting the communication section (S100), as described above, a periodic (periodic communication) section and an on-demand (aperiodic communication) section can be allocated according to the characteristics of data generated by the device, and the device and / or when the linker is newly installed or rebooted, and the linker connects (logins) to the gateway.

도시한 바와 같이, 상기 통신 채널을 형성하는 단계(S300)는, 통신 채널을 형성하려는 시점이 피리오딕(주기적 통신) 구간과 온디멘드(비주기적 통신) 구간 중 어느 것인지 확인하는 단계(S310); 피리오딕 구간이면 상기 S100 단계에서 미리 할당된 리소스(통신 자원)를 확인하는 단계(S320); 온디멘드 구간이면 상기 링커와 게이트웨이가 통신 자원 할당에 대한 협상을 수행하는 단계(S340); 및 할당된 통신 자원을 이용하여 상기 링커와 게이트웨이 간에 무선 통신 채널을 형성하는 단계(S360)를 포함할 수 있다. As shown, the step of forming the communication channel (S300) includes the steps of determining whether a time point for forming the communication channel is between a periodic (periodic communication) section and an on-demand (aperiodic communication) section (S310); If the period is a period, the step of checking the resource (communication resource) pre-allocated in the step S100 (S320); performing a negotiation on communication resource allocation between the linker and the gateway in case of an on-demand section (S340); and forming a wireless communication channel between the linker and the gateway using the allocated communication resource (S360).

상기 데이터를 버퍼링하는 단계(S200)는 상기 통신 채널을 형성하는 단계(S300)와 병행하여 수행되는데, 센서 등 디바이스에서 데이터를 생성하는 시점과 상기 자원 할당에 따른 무선 통신 채널이 형성되는 시점이 100% 일치하지 않는 경우를 위한 것이다. 예컨대, 디바이스에서 데이터를 생성하는대로 링커는 생성된 데이터를 버퍼링하였다가, 바로 개시되는 피리오딕 구간의 무선 통신 채널을 통해 게이트웨이로 전송할 수 있다. The step of buffering the data (S200) is performed in parallel with the step (S300) of forming the communication channel. The time point at which data is generated by a device such as a sensor and the time point at which the wireless communication channel is formed according to the resource allocation are 100 % This is for case of mismatch. For example, as soon as the device generates data, the linker may buffer the generated data and transmit it to the gateway through the wireless communication channel of the period immediately started.

한편, 온디멘드(비주기적 통신) 구간에서도 특히, 디바이스에서 전송하는 데이터의 양이 커서 상당한 전송 시간이 소요되는 경우, 상기 링커와 게이트웨이가 통신 자원 할당에 대한 협상을 수행하는 단계(S340)와 병행하여 상기 데이터를 버퍼링하는 단계(S200)를 수행할 수 있다. 이 경우, 통신 자원 할당 협상시 해당 디바이스에서 전송될 데이터 용량을 예측하여 해당 용량에 충분한 통신 자원(리소스)를 한번에 할당받을 수 있다.On the other hand, even in the on-demand (aperiodic communication) section, especially when the amount of data transmitted from the device is large and it takes a considerable amount of time to transmit, the linker and the gateway perform a negotiation on the allocation of communication resources (S340) in parallel Thus, the step of buffering the data (S200) may be performed. In this case, a communication resource (resource) sufficient for the corresponding capacity may be allocated at once by predicting the data capacity to be transmitted from the corresponding device during communication resource allocation negotiation.

상술한 방안들은 머신타입 통신 환경으로 구축된 원격 검침 시스템에서 유용하게 사용될 수 있다. 이하에서는 원격 검침 시스템으로 구체화한 구현을 설명하겠다. 즉, 앞서 제안한 피리오딕(주기적 통신) 구간의 데이터 전송 및 리소스 할당 방법을 토대로 MTC 대표 시스템으로 언급되고 있는 AMI(원격검침 시스템)을 기반으로 설명하고자 한다.The above-described methods may be usefully used in a remote meter reading system built in a machine type communication environment. Hereinafter, an implementation embodied as a remote meter reading system will be described. That is, based on the previously proposed method of data transmission and resource allocation in the periodical (periodic communication) section, the description will be made based on the AMI (Remote Meter Reading System), which is referred to as the MTC representative system.

도 11은 DLMS 원격검침 데이터 수집 과정을 도시한 트랜잭션 흐름도이고, 도 12는 DLMS 패킷 구조를 도시한 데이터 프레임 구성도이다.11 is a transaction flow diagram illustrating a DLMS remote meter reading data collection process, and FIG. 12 is a data frame configuration diagram illustrating a DLMS packet structure.

도 13은 DLMS의 Control field bits 구조를 도시한 비트 테이블이고, 도 14는 DLMS 서비스 패킷 구성을 예시한 패킷 개념도이며, 도 15는 주기성 데이터의 Resource 할당 방안을 예시한 데이터 프레임 구성도이다.13 is a bit table illustrating the structure of control field bits of DLMS, FIG. 14 is a packet conceptual diagram illustrating a DLMS service packet configuration, and FIG. 15 is a data frame configuration diagram illustrating a resource allocation scheme of periodic data.

원격검침 시스템은 크게 전력량계(디바이스에 해당), 모뎀(링커에 해당), 게이트웨이(또는 DCU), 검침서버로 구성되며, 전력량계 인터페이스 표준으로 DLMS(IEC62056) 표준을 기반으로 도 11과 같이 운영되고 있다. 전력사용정보를 취득하기 위해서는 상위단에서 전력량계와 통신을 수행하며, 이 때 DLMS 표준을 근간으로 상호간 접속, 필요정보 요청, 수신, 접속해제의 순서로 정보수집 과정을 수행한다. 하나의 검침 정보를 획득하기 위해서는 도시한 바와 같이 총 10회의 정보전달 절차가 요구되며, 각 과정별, 필요정보에 따라 주고받는 정보는 고정되어 상호간 통신을 수행하게 된다. The remote meter reading system is largely composed of a watt-hour meter (corresponding to a device), a modem (corresponding to a linker), a gateway (or DCU), and a meter reading server, and is operated as shown in FIG. 11 based on the DLMS (IEC62056) standard as a watt-hour meter interface standard. . To acquire power usage information, the upper stage communicates with the watt-hour meter, and at this time, based on the DLMS standard, the information collection process is performed in the order of mutual connection, request for necessary information, reception, and disconnection. In order to acquire one piece of meter reading information, a total of 10 information transfer procedures are required as shown, and information exchanged according to each process and required information is fixed and mutual communication is performed.

이와 같은 절차 수행시 DLMS에서는 도 12와 같은 인터페이스 포맷을 정의하고, Frame 포맷에 따라 각 수행과정을 구분할 수 있게 되어 있다. 또한 수집이 필요한 정보는 information 파트의 obis code를 이용하여 현재시간, LP, 순시값, 순방향 전력량, 정전 및 복전 등에 관한 정보를 정의하고 이에 해당하는 정보를 수집하는 형태로 운영하고 있다. When performing such a procedure, the DLMS defines an interface format as shown in FIG. 12, and can classify each execution process according to a frame format. In addition, the information required to be collected uses the obis code of the information part to define information on the current time, LP, instantaneous value, forward wattage, power outage and restoration, etc. and operates in the form of collecting the corresponding information.

이를 토대로 본 발명의 실시 예를 볼 것 같으면, Application단에서 서비스가 enable 되면, CNM과 CNL은 인가된 프로토콜 정보를 토대로 스케줄링 절차를 수립한다. 이 때 AMI를 예로 들자면, Service ID 6(AMI), Standard ID 0(DLMS)로 정의하며, 입력되는 패킷의 Control 정보를 읽어 어떤 수집과정과 자원이 필요한지를 확인하게 된다. 일례로 Packet Analyzer는 그림 13에서 정의된 바와 같이 Control field bits 정보를 분석하여, UA 서비스인 경우 전송되는 데이터가 총 35bytes를 확인한다. Based on this, in the embodiment of the present invention, if the service is enabled at the application stage, the CNM and CNL establish a scheduling procedure based on the authorized protocol information. At this time, taking the AMI as an example, it is defined as Service ID 6 (AMI) and Standard ID 0 (DLMS), and what collection process and resources are required by reading the control information of the input packet. For example, Packet Analyzer analyzes the control field bits information as defined in Figure 13, and in the case of UA service, the transmitted data checks a total of 35 bytes.

이를 토대로 Scheduler는 1개의 SCH가 100bytes를 전송할 수 있다고 가정할 경우, 1개의 SCH를 할당하게 된다. 이처럼 할당하는 방식에 있어서는 디바이스와 게이트웨이 구간에서의 MCS(속도)에 따라 보낼 수 있는 정보량이 상이함에 따라 MCS 값을 참조할 수 있다. Based on this, the Scheduler allocates one SCH when it is assumed that one SCH can transmit 100 bytes. In this allocation method, the MCS value can be referred to as the amount of information that can be transmitted is different depending on the MCS (speed) between the device and the gateway section.

더 나아가 연속된 절차에 따라 데이터를 주고 받는 시스템인 경우 기 정의된 Service ID와 Standard ID를 토대로 자원을 사전에 할당 할 수 있다. 일례로 1개의 SCH블록이 100bytes를 전송가능하다고 가정하고 아래와 같은 subframe 구조를 가지고 있다면, DLMS 서비스 흐름에 따라 도 13과 같이 사전에 자원을 할당할 수 있다. Furthermore, in the case of a system that exchanges data according to a continuous procedure, resources can be allocated in advance based on the predefined Service ID and Standard ID. For example, if it is assumed that one SCH block can transmit 100 bytes and has the following subframe structure, resources may be allocated in advance as shown in FIG. 13 according to the DLMS service flow.

또한 DLMS의 AARE와 GET-RES 패킷의 경우, 보내고자 하는 OBIS 정보에 따라 정보량이 상이할 수 있다. 이를 위해 Manager는 Control 정보뿐만 아니라 도 15 및 하기 표 4의 xDLMS Service를 확인하기 위한 Tag 정보, OBIS 정보를 확인하여 전송될 데이터량을 유추하고 이를 토대로 리소스를 할당하게 된다. In addition, in the case of AARE and GET-RES packets of DLMS, the amount of information may be different depending on the OBIS information to be sent. To this end, the Manager infers the amount of data to be transmitted by checking the tag information and OBIS information for checking the xDLMS Service of FIG. 15 and Table 4 as well as the Control information, and allocates resources based on this.

Figure 112019136209500-pat00004
Figure 112019136209500-pat00004

도 16은 배전자동화의 DNP 인터페이스를 도시한 데이터 프레임 구성도이다.16 is a data frame configuration diagram illustrating a DNP interface of distribution automation.

도 17은 배전자동화 서비스 flow(Request - Response)를 도시한 패킷 개념도이다.17 is a packet conceptual diagram illustrating a distribution automation service flow (Request - Response).

상술한 방안들은 머신타입 통신 환경으로 구축된 배전 자동화 시스템에도 유용하게 사용될 수 있다. 그런데, 배전 자동화 시스템에서는 관리자의 요청에 따라(즉, 비주기적 상황), 특정 디바이스로부터의 상당한 용량의 데이터가 전송될 수 있다. 이러한 경우를 대비하여, 다음과 같은 처리 방안을 제안한다. 상기 제안방식을 토대로 배전자동화 시스템에도 적용하여 활용할 수 있다. 특히 디바이스(디바이스)에서 측정된 정보를 수집하는 과정에서 활용될 수 있다.The above-described methods may also be usefully used in a distribution automation system built in a machine type communication environment. However, in the distribution automation system, according to a request of an administrator (ie, an aperiodic situation), a significant amount of data from a specific device may be transmitted. In preparation for such a case, the following treatment method is proposed. Based on the proposed method, it can be applied to and utilized in the distribution automation system. In particular, it can be utilized in the process of collecting information measured by the device (device).

서버단에서는 계측정보를 수집하기 위해 디바이스에 Request 정보를 전송하고 이를 수신한 디바이스는 이에 대한 응답패킷으로 Response 정보를 전송한다. 패킷은 도 16과 같이 Start Byte(0564), Length, Control, Address, CRC, Data의 프레임 포맷으로 구성되며, Control Byte에서는 프레임의 특징을 구별할 수 있는 정보가 정의되어 있다. Data에서는 DI, DO, AI, AO 등의 특성정보가 Object의 Group, Variation 필드에 정의된다. 즉, DNP 데이터는 Control 정보와 Data의 Object 정보만을 가지고 운영 flow 및 패킷 사이즈를 예측할 수 있다. The server side sends request information to the device to collect measurement information, and the device that receives it sends response information as a response packet. As shown in FIG. 16, the packet is composed of a frame format of Start Byte (0564), Length, Control, Address, CRC, and Data, and information for distinguishing the characteristics of the frame is defined in the Control Byte. In Data, characteristic information such as DI, DO, AI, and AO is defined in the Group and Variation fields of Object. That is, the DNP data can predict the operation flow and packet size using only the control information and the object information of the data.

이에 본 발명에서 제안한 방식을 이용하면 다음과 같이 구현 가능하다. 어플리케이션(Application)단에서 서비스가 인에이블(enable) 되면, CNM과 CNL은 인가된 프로토콜 정보를 토대로 스케줄링 절차를 수립한다. 이 때 DAS를 예로 들자면, Service ID 1(DAS), Standard ID 2(DNP)로 정의하며, 입력되는 패킷의 Control 정보와 Data 단의 Object 정보를 읽어 어떤 수집과정과 자원이 필요한지를 확인하게 된다.Accordingly, using the method proposed in the present invention, it can be implemented as follows. When a service is enabled at the application end, the CNM and CNL establish a scheduling procedure based on the authorized protocol information. At this time, taking DAS as an example, it is defined as Service ID 1 (DAS) and Standard ID 2 (DNP), and it reads the control information of the input packet and the object information of the data stage to check what collection process and resources are required.

일례로 하기 표 5(가공 개폐기의 DNP 정의)에 따른 DNP 환경에서는 Control field bits 정보를 이용, PRM 정보가 1인 경우 Request, 0인 경우 Response 이며, Data 프레임에서 Object 정보는 다음의 표와 같이 정의되어 운영되고 있다. 이와 같은 정보는 기 정의된 Table을 이용 저장, 관리할 수 있다. For example, in the DNP environment according to Table 5 (DNP definition of processing switch), control field bits information is used. If PRM information is 1, it is Request, if it is 0, it is Response. Object information in the data frame is defined as in the table below. and is in operation. Such information can be stored and managed using a predefined table.

Figure 112019136209500-pat00005
Figure 112019136209500-pat00005

앞서 언급한 바와 같이 전체 계측을 요하는 AI Object Group의 Request 정보가 요청되면, 디바이스단에서는 280Bytes 정보가 전송되며, 이 때 총 지연시간은 총 1,040 ~ 1,640ms가 발생한다. 특히 배전자동화 환경에서는 링커 - 디바이스 구간의 시리얼 통신 수행에 따른 지연시간이 큰 비중을 차지하는 것을 확인할 수 있었으며, 본 발명에서는 링커 자체의 Packet Analyzer 기능과 Scheduler 기능에 의해 데이터 버퍼링과 리소스 할당 협상을 동시에 병행 수행함으로써 시리얼 구간의 통신지연시간을 최소화할 수 있다. 즉, 이 경우의 링커는 상술한 CNL 기능 뿐만 아니라, Packet Analyzer 기능과 Scheduler 기능을 수행하는, 게이트웨이의 CNM과 유사한 내부 모듈을 구비할 수 있다.As mentioned above, when the request information of the AI Object Group that requires the entire measurement is requested, 280Bytes information is transmitted from the device side, and the total delay time is 1,040 ~ 1,640ms. In particular, in the distribution automation environment, it was confirmed that the delay time due to the serial communication between the linker-device section occupies a large proportion. By doing so, the communication delay time of the serial section can be minimized. That is, in this case, the linker may include an internal module similar to the CNM of the gateway, which performs not only the above-described CNL function, but also a packet analyzer function and a scheduler function.

좀 더 구체적으로 설명하면 링커 내에 구현된 Packet Analyzer는 수신된 정보를 분석하여, 계측정보를 요청하는 패킷임을 인지하고, 링커 내 Scheduler는 디바이스에 상기 계측정보에 대한 Request 정보를 전송함과 동시에 게이트웨이에 300Byte 정보를 전송하기 위한 리소스(통신 자원) 블록 요청을 수행하게 된다. 특히, 상기 링커 내 Scheduler는 무선모뎀과 디바이스간 통신방식 및 속도, 패킷사이즈에 따른 지연시간을 사전에 확인하여 자원을 요청함으로서 지연시간을 최소화 할 수 있다. 이를 통해 무선모뎀 - 디바이스간 데이터 전송하는 시간에 자원을 사전에 할당받을 수 있다. More specifically, the Packet Analyzer implemented in the linker analyzes the received information and recognizes that it is a packet requesting measurement information, and the Scheduler in the linker transmits the request information for the measurement information to the device and at the same time sends the request information to the gateway. A resource (communication resource) block request for transmitting 300 bytes of information is performed. In particular, the scheduler in the linker can minimize the delay time by requesting resources by checking the delay time according to the communication method, speed, and packet size between the wireless modem and the device in advance. Through this, resources can be allocated in advance at the time of data transmission between the wireless modem and the device.

게이트웨이는 할당요청에 대해 리소스 블록을 할당하며, 무선모뎀은 디바이스로부터 기 요청된 정보에 대한 Response 정보를 수신한다. 이 때 기 요청된 자원은 사전에 할당이 됨에 따라 지연없이 수신 데이터를 바로 전송할 수 있다. The gateway allocates a resource block to the allocation request, and the wireless modem receives response information to the previously requested information from the device. At this time, as the previously requested resource is allocated in advance, the received data can be directly transmitted without delay.

도 18은 상술한 데이터 버퍼링과 리소스 할당 협상을 동시에 병행 수행하는 방식을 활용한 배전자동화 운영 흐름(flow)을 도시한 트랜잭션 흐름도이다.18 is a transaction flow diagram illustrating a distribution automation operation flow utilizing the method of concurrently performing the above-described data buffering and resource allocation negotiation.

도시한 과정을 수행하는 링커(200)는, 게이트웨이(300)로부터 연결된 디바이스의 데이터 전송을 요청받으면, 저장 모듈(240)에 기록된 상기 디바이스에서 생성되는 데이터의 특성에 따라 상기 게이트웨이(200)에 통신 자원 할당을 요청함과 동시에, 상기 디바이스에 데이터 전송을 지시한다. When the linker 200 performing the illustrated process receives a request for data transmission of the connected device from the gateway 300 , the linker 200 sends the data to the gateway 200 according to the characteristics of the data generated by the device recorded in the storage module 240 . At the same time as requesting communication resource allocation, it instructs data transmission to the device.

도 18에 도시한 방안을 통한 총 지연시간은, 상기 도 2의 E 구간과 F 구간을 동시에 처리함으로서 최대 840ms가 소요되며, 도 2의 방안 대비 최대 1,000ms을 단축시킴으로서 자동화의 요구사항인 실시간성을 만족시킬 수 있다.The total delay time through the method shown in FIG. 18 takes a maximum of 840 ms by processing the sections E and F of FIG. 2 at the same time, and by shortening the maximum of 1,000 ms compared to the method of FIG. 2, real-time, which is a requirement of automation can satisfy

본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains should understand that the present invention can be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential characteristics thereof, so the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. only do The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. .

100 : 디바이스(단말)
200 : 링커
220 : 통신 계층 모듈
240 : 저장 모듈
300 : 게이트웨이
320 : 통신 계층 모듈
340 : 자원 관리부
360 : 어플리케이션 모듈
400 : 플랫폼
100: device (terminal)
200: linker
220: communication layer module
240: storage module
300 : gateway
320: communication layer module
340: resource management department
360: application module
400: platform

Claims (17)

저전력 무선 통신을 이용하여 하나 이상의 디바이스들이 생성하는 데이터를 수집하는 시스템으로서,
상기 디바이스로부터 생성되는 데이터를 입력받아 저전력 무선 통신으로 전송하는 링커; 및
서버측 터미널과 데이터 통신을 수행하고, 상기 링커로부터 저전력 무선 통신으로 데이터를 전송받는 게이트웨이를 포함하되,
상기 링커와 상기 게이트웨이는, 타임 슬롯 단위의 통신 자원을 할당받아 통신을 수행함에 있어서, 정기적으로 미리 규정된 통신 채널을 형성하는 피리오딕 구간과, 발생시마다 협상하여 통신 채널을 형성하는 온디멘드 구간을 사전에 구분하여 통신을 수행하고,
상기 피리오딕 구간에서는, 각 주기적 통신 구간으로서 피리오딕 구간의 길이에 무관하게 각 구간의 시점에서만 동기확보채널(CCH)을 운영하고, 나머지 구간에서는 데이터전송채널(SCH)을 운영하며,
상기 게이트웨이는,
상기 하나 이상의 디바이스들에 대하여 각 디바이스에서 생성되는 데이터의 특성이 기재된 리소스 관리 테이블을 포함하고,
상기 링커가 로그인하면, 상기 리소스 관리 테이블에서 상기 링커에 연결된 디바이스의 데이터 특성을 검색하고, 검색된 데이터 특성에 따라 상기 주기적 통신 구간을 할당하는 링커-게이트웨이 시스템.
A system for collecting data generated by one or more devices using low-power wireless communication, comprising:
a linker that receives data generated from the device and transmits it through low-power wireless communication; and
A gateway that performs data communication with a server-side terminal and receives data from the linker through low-power wireless communication,
When the linker and the gateway perform communication by receiving communication resources allocated in units of time slots, a periodical interval for forming a communication channel defined in advance on a regular basis and an on-demand interval for forming a communication channel by negotiating each time it occurs Perform communication by classifying in advance,
In the periodical section, as each periodic communication section, the synchronization securing channel (CCH) is operated only at the time point of each section regardless of the length of the periodic section, and the data transmission channel (SCH) is operated in the remaining sections,
The gateway is
and a resource management table in which characteristics of data generated in each device are described with respect to the one or more devices,
When the linker logs in, the linker-gateway system searches for data characteristics of a device connected to the linker in the resource management table and allocates the periodic communication section according to the retrieved data characteristics.
제1항에 있어서,
상기 서버측 터미널과 게이트웨이는 이더넷 방식의 통신을 수행하며,
상기 게이트웨이와 상기 링커는 DLMS 프로토콜에 기반한 통신을 수행하며,
상기 링커와 상기 디바이스는 RS232/485 시리얼 통신을 수행하는 링커-게이트웨이 시스템.
According to claim 1,
The server-side terminal and the gateway perform Ethernet-type communication,
The gateway and the linker perform communication based on a DLMS protocol,
The linker and the device are linker-gateway system for performing RS232/485 serial communication.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 온디멘드 구간에서는,
각 구간의 시점에서만 동기확보채널(CCH)을 운영하고, 나머지 구간에서는 데이터전송채널(SCH)을 운영하되, 상기 동기확보채널에 후속되는 데이터전송채널의 길이를 기재하는 링커-게이트웨이 시스템.
According to claim 1,
In the on-demand section,
A linker-gateway system in which a synchronization securing channel (CCH) is operated only at the time point of each section and a data transmission channel (SCH) is operated in the remaining sections, but the length of a data transmission channel following the synchronization securing channel is described.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 링커는,
상기 디바이스로부터 전송받은 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하기 전에 일시적으로 저장하는 저장 모듈을 포함하는 링커-게이트웨이 시스템.
According to claim 1,
The linker is
Linker-gateway system including a storage module for temporarily storing the data received from the device before transmitting to the gateway.
제7항에 있어서,
상기 저장 모듈에는 연결된 상기 디바이스로부터 전송받을 데이터의 특성이 기록되며,
상기 링커는, 상기 게이트웨이로부터 상기 디바이스의 데이터 전송을 요청받으면, 상기 기록된 데이터의 특성에 따라 상기 게이트웨이에 통신 자원 할당을 요청함과 동시에, 상기 디바이스에 데이터 전송을 지시하는 링커-게이트웨이 시스템.
8. The method of claim 7,
The storage module records the characteristics of data to be transmitted from the connected device,
When the linker receives a request for data transmission of the device from the gateway, the linker requests the gateway to allocate communication resources according to the characteristics of the recorded data and at the same time instructs the device to transmit data.
하나 이상의 디바이스들로부터 생성되는 데이터를 입력받아 저전력 무선 통신으로 전송하는 링커; 및
서버측 터미널과 데이터 통신을 수행하고 상기 링커로부터 저전력 무선 통신으로 데이터를 전송받는 게이트웨이를 이용하여, 상기 디바이스들이 생성하는 데이터를 수집하는 방법으로서,
주기적 통신 구간으로서 피리오딕 구간과 비주기적 통신 구간으로서 온디멘드 구간을 설정하는 단계;
상기 디바이스로부터 생성되는 데이터를 버퍼링하는 단계;
상기 피리오딕 구간에서는 미리 규정된 대로 통신 채널을 형성하고, 상기 온디멘드 구간에서는 상기 링커와 상기 게이트웨이가 서로 협상을 통해 통신 채널을 형성하는 단계;
형성된 통신 채널을 통해 상기 링커에서 상기 게이트웨이로 버퍼링된 데이터를 전송하는 단계
를 포함하되,
상기 피리오딕 구간에서는, 각 주기적 통신 구간으로서 피리오딕 구간의 길이에 무관하게 각 구간의 시점에서만 동기확보채널(CCH)을 운영하고, 나머지 구간에서는 데이터전송채널(SCH)을 운영하며,
상기 게이트웨이는, 상기 하나 이상의 디바이스들에 대하여 각 디바이스에서 생성되는 데이터의 특성이 기재된 리소스 관리 테이블을 포함하고,
상기 주기적 통신 구간으로서 피리오딕 구간과 비주기적 통신 구간으로서 온디멘드 구간을 설정하는 단계에서는,
상기 링커가 로그인하면, 상기 리소스 관리 테이블에서 상기 링커에 연결된 디바이스의 데이터 특성을 검색하고, 검색된 데이터 특성에 따라 상기 주기적 통신 구간을 할당하는 저전력 무선 통신을 이용한 데이터 수집 방법.
a linker that receives data generated from one or more devices and transmits it through low-power wireless communication; and
A method of collecting data generated by the devices using a gateway that performs data communication with a server-side terminal and receives data from the linker through low-power wireless communication, comprising:
setting a periodical section as a periodic communication section and an on-demand section as an aperiodic communication section;
buffering data generated from the device;
forming a communication channel as prescribed in the periodical section, and forming a communication channel through negotiation between the linker and the gateway in the on-demand section;
transmitting buffered data from the linker to the gateway through an established communication channel;
including,
In the periodical section, as each periodic communication section, the synchronization securing channel (CCH) is operated only at the time point of each section regardless of the length of the periodic section, and the data transmission channel (SCH) is operated in the remaining sections,
The gateway includes a resource management table in which characteristics of data generated by each device are described with respect to the one or more devices,
In the step of setting the periodical section as the periodic communication section and the on-demand section as the aperiodic communication section,
When the linker logs in, a data collection method using low power wireless communication for searching for data characteristics of a device connected to the linker from the resource management table and allocating the periodic communication section according to the retrieved data characteristics.
삭제delete 제9항에 있어서,
상기 온디멘드 구간에서는,
각 구간의 시점에서만 동기확보채널(CCH)을 운영하고, 나머지 구간에서는 데이터전송채널(SCH)을 운영하되, 상기 동기확보채널에 후속되는 데이터전송채널의 길이를 기재하는 저전력 무선 통신을 이용한 데이터 수집 방법.
10. The method of claim 9,
In the on-demand section,
The synchronization securing channel (CCH) is operated only at the time of each section, and the data transmission channel (SCH) is operated in the remaining sections, but data collection using low-power wireless communication describing the length of the data transmission channel following the synchronization securing channel Way.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제9항에 있어서,
상기 통신 채널을 형성하는 단계는,
통신 채널을 형성하려는 시점이 피리오딕 구간과 온디멘드 구간 중 어느 것인지 확인하는 단계;
피리오딕 구간이면 미리 할당된 통신 자원을 확인하는 단계;
온디멘드 구간이면 상기 링커와 게이트웨이가 통신 자원 할당에 대한 협상을 수행하는 단계; 및
할당된 통신 자원을 이용하여 상기 링커와 게이트웨이 간에 무선 통신 채널을 형성하는 단계
를 포함하는 저전력 무선 통신을 이용한 데이터 수집 방법.
10. The method of claim 9,
Forming the communication channel comprises:
determining whether a time point at which a communication channel is to be formed is between a periodic period and an on-demand period;
checking a pre-allocated communication resource if the period is a period;
performing, by the linker and the gateway, negotiation for communication resource allocation in the on-demand section; and
Forming a wireless communication channel between the linker and the gateway using the allocated communication resources
Data collection method using low-power wireless communication comprising a.
제15항에 있어서, 상기 디바이스에서 전송하는 데이터의 양이 커서 상당한 전송 시간이 소요되는 경우,
상기 링커와 게이트웨이가 통신 자원 할당에 대한 협상을 수행하는 단계와 병행하여 상기 데이터를 버퍼링하는 단계가 수행되는 저전력 무선 통신을 이용한 데이터 수집 방법.
16. The method of claim 15, wherein when the amount of data transmitted by the device is large and a significant transmission time is required,
A data collection method using low-power wireless communication, wherein the step of buffering the data is performed in parallel with the step of the linker and the gateway negotiating communication resource allocation.
삭제delete
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