KR102345082B1 - 클라우드 기반 iec61850 정보 처리 방법 - Google Patents

클라우드 기반 iec61850 정보 처리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102345082B1
KR102345082B1 KR1020200095937A KR20200095937A KR102345082B1 KR 102345082 B1 KR102345082 B1 KR 102345082B1 KR 1020200095937 A KR1020200095937 A KR 1020200095937A KR 20200095937 A KR20200095937 A KR 20200095937A KR 102345082 B1 KR102345082 B1 KR 102345082B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
information
iec61850
iot
mqtt
database
Prior art date
Application number
KR1020200095937A
Other languages
English (en)
Inventor
송병권
이건희
김승구
Original Assignee
서경대학교 산학협력단
충북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서경대학교 산학협력단, 충북대학교 산학협력단 filed Critical 서경대학교 산학협력단
Priority to KR1020200095937A priority Critical patent/KR102345082B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102345082B1 publication Critical patent/KR102345082B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H04L67/2809—
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/30—Monitoring
    • G06F11/3058—Monitoring arrangements for monitoring environmental properties or parameters of the computing system or of the computing system component, e.g. monitoring of power, currents, temperature, humidity, position, vibrations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/30—Monitoring
    • G06F11/3065—Monitoring arrangements determined by the means or processing involved in reporting the monitored data
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F16/00—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
    • G06F16/20—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor of structured data, e.g. relational data
    • G06F16/22—Indexing; Data structures therefor; Storage structures
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00—Arrangements for program control, e.g. control units
    • G06F9/06—Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/44—Arrangements for executing specific programs
    • G06F9/455—Emulation; Interpretation; Software simulation, e.g. virtualisation or emulation of application or operating system execution engines
    • G06F9/45504—Abstract machines for programme code execution, e.g. Java virtual machine [JVM], interpreters, emulators
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16Y—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY SPECIALLY ADAPTED FOR THE INTERNET OF THINGS [IoT]
    • G16Y20/00—Information sensed or collected by the things
    • G16Y20/10—Information sensed or collected by the things relating to the environment, e.g. temperature; relating to location
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16Y—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY SPECIALLY ADAPTED FOR THE INTERNET OF THINGS [IoT]
    • G16Y40/00—IoT characterised by the purpose of the information processing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/66—Arrangements for connecting between networks having differing types of switching systems, e.g. gateways
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/02—Protocols based on web technology, e.g. hypertext transfer protocol [HTTP]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/12—Protocols specially adapted for proprietary or special-purpose networking environments, e.g. medical networks, sensor networks, networks in vehicles or remote metering networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L69/00—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass
    • H04L69/18—Multiprotocol handlers, e.g. single devices capable of handling multiple protocols

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Computer And Data Communications (AREA)

Abstract

본 발명은 클라우드 기반 IEC61850 정보 처리 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 IoT 디바이스로부터 받은 IoT 정보를 IEC61850 정보 모델로 맵핑하고, 맵핑된 정보를 데이터베이스에 저장하고, 데이터베이스에 저장된 정보를 이용하여 IEC61850 통신을 위한 SCL(Substation Configuration Language) 파일을 구성하고 구축된 SCL 파일을 이용하여 IEC61850 서버와 IEC61850 클라이언트와 통신하는 단계를 포함하는 클라우드 기반 IEC61850 정보 처리 방법이 개시된다.
본 발명에 따른 클라우드 기반 IEC61850 정보 처리 방법에 의해서 Public Key 파일을 이용해 큰 용량의 게이트웨이를 설치하지 않고도 클라우드에 접속하여 IoT 게이트웨이에서 IEC61850의 정보 처리를 할 수 있는 기술을 제공할 수 있게 되었다.

Description

클라우드 기반 IEC61850 정보 처리 방법{CLOUD BASED IEC61850 INFORMATION PROCESSING METHOD}
본 발명은 클라우드 기반 IEC61850 정보 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 별도 하드웨어로 구축된 게이트웨이를 설치하지 않고도 클라우드에 접속하여 IoT 게이트웨이에서 IEC61850의 정보 처리를 하는 클라우드 기반 IEC61850 정보 처리 방법에 관한 것이다.
인터넷 통신망의 발달과 더불어 사물 인터넷(IoT)이 널리 활용되면서 다양한 모니터링이 가능해졌다. IoT는 변전소 모니터링에도 많은 도움을 주고 있다. 한편 IEC61850은 변전소 자동화 통신 프로토콜이다. IEC61850은 변전소 내부와 외부 통신에서 모두 사용할 수 있는 기술로서 변전소의 정보를 논리적인 객체로 표현하며, 표준화된 형태로 데이터 메시지를 정의한다.
IoT는 다양한 프로토콜을 사용하므로 IEC61850과 통신하기 위해서는 데이터 변환이 필요하므로 게이트웨이를 구현하여야 한다. 그런데 이러한 게이트웨이를 별도 하드웨어로 구현할 경우 많은 시간이 소요되고 구현이 어려운 문제점이 있었다.
참고적으로 알려 드리면 본 발명은 다음의 연구 과제와 관련이 있다.
- 다 음 -
사업명: 마이크로그리드 설비관리를 위한 IOT 기반 무선 센서 네트워크 인프라 개발
연구기간: 2017.05.01 ~ 2020.04.30.(3년)
지원부처: 한국전력
연구관리전문기관: 컴퓨터정보통신연구소
연구과제명: 전력산업기초연구
과제고유번호: R17XA05-69
주관기관: 충북대학교 산학협력단
기여율: 100%
대한민국 등록특허 제10-1743904호 (2017.05.31 등록)
본 발명에서는 클라우드 기반 IEC61850 정보 처리 방법을 사용하여 Public Key 파일을 이용해 큰 용량의 하드웨어 게이트웨이를 직접 설치하지 않고도 클라우드에 접속하여 IoT 게이트웨이에서 IEC61850의 정보 처리를 할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는 IEC61850와 IoT 게이트웨이 간의 상호 호환 기술을 설치하지 않고도 인터넷을 통해 게이트웨이의 기능을 사용할 수 있는 클라우드 기반 IEC61850 정보 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 종래 IEC61850이 적용된 변전소 운영 시스템에서 추가로 IoT 표준 프로토콜을 사용하는 전력설비를 설치하기 위해 이미 설치된 시스템을 전반적으로 수정하지 않고 최대한 그대로 유지하며, 클라우드로 접속하여 인프라를 주단위가 아닌 분단위로 Provisioning하여 빠른 적용 및 효율성 또한 인터넷으로 접속하는 확장성 및 편의성을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적은 클라우드 기반 IEC61850 정보 처리 방법으로서, 클라우드 내의 IoT 디바이스로부터 MQTT, CoAP, HTTP 및 Modbus 프로토콜을 포함한 복수 프로토콜을 이용하여 IoT 센서 정보를 수집하는 제1단계와, 제1단계에서 각 프로토콜들로부터 수집한 IoT센서 정보들을 IEC61850 정보 모델로 맵핑하는 제2단계와, 맵핑된 정보를 데이터베이스에 저장하는 제3단계와, 데이터베이스에 저장된 정보를 이용하여 IEC61850 통신을 위한 SCL(Substation Configuration Language) 파일을 구성하는 제4단계 및 구축된 SCL 파일을 이용하여 IEC61850 서버와 IEC61850 클라이언트와 통신하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 제1단계 내지 상기 제4단계는 클라이드 기반 컴퓨팅으로 처리되는 것을 특징으로 하는 클라우드 기반 IEC61850 정보 처리 방법에 의해서 달성 가능하다.
바람직하게는 제1단계는 MQTT 모듈, CoAP 모듈, HTTP 모듈 및 Modbus 모듈을 포함하는 데이터 억세스 레이어에서 수행되며, 상기 MQTT 모듈은 MQTT broker 및 MQTT Subscriber를 포함하는 것이 좋다. 또한, 제2단계는 상기 MQTT의 토픽, 상기 CoAP의 URI, 상기 HTTP의 URI, 상기 Modbus의 Register Address를 Logical Device, Logical Node, Function Code, Data Object, Data Attribute, Timestamp로 매핑하는 데이터 크로스 매핑 레이어에서 수행되는 것이 좋다.
더욱 바람직하게는 제3단계에서 상기 데이터베이스는 Database Index 0에는 Logical Node 정보가 담겨져 있으며 Key값은 정보를 가지고 있던 상기 IoT 디바이스의 MAC 주소가 되며 내부 값들은 상기 IoT 디바이스의 IP 주소값과 상기 IoT 디바이스가 가지고 있는 센서의 ID, Logical Node를 가지고 있고 Logical Node는 상기 데이터베이스의 Index 1로 정의되며, 상기 Index 1은 맵핑된 정보를 저장하며 Key값은 Logical Device와 Logical Node를 합친 값으로 사용하며 내부의 값들은 실제 정보의 값과 정보가 취득된 시간, 해당 디바이스에서 이전까지 취득한 모든 정보를 담고 있는 Index 2를 가지고 있으며, 상기 Index 2는 Key값으로 LogKey를 이용하며 내부에 정보를 취득한 시간 별로 각 정보들을 저장하는 구조를 갖는 것이 좋다.
본 발명에 따른 클라우드 기반 IEC61850 정보 처리 방법에 의해서 Public Key 파일을 이용해 큰 용량의 게이트웨이를 설치하지 않고도 클라우드에 접속하여 IoT 게이트웨이에서 IEC61850의 정보 처리를 할 수 있는 기술을 제공할 수 있게 되었다.
본 발명에 따른 클라우드 기반 IEC61850 정보 처리 방법에 의하면 IEC61850와 IoT 게이트웨이 간의 상호 호환 기술을 설치하지 않고도 인터넷을 통해 게이트웨이의 기능을 사용할 수 있게 되었다.
또한, 본 발명에 따른 클라우드 기반 IEC61850 정보 처리 방법에 의하면 종래 IEC61850이 적용된 변전소 운영 시스템에서 추가로 IoT 표준 프로토콜을 사용하는 전력설비를 설치하기 위해 이미 설치된 시스템을 전반적으로 수정하지 않고 최대한 그대로 유지하면서 클라우드로 접속하여 인프라를 주단위가 아닌 분단위로 Provisioning하여 빠른 적용 및 효율성 또한 인터넷으로 접속하는 확장성 및 편의성을 제공할 수 있게 되었다.
본 발명에 따른 클라우드 기반 IEC61850 정보 처리 방법에 의하면 IoT 표준 프로토콜을 Gateway를 통해 IEC61850 시스템으로 변환한다. 이에 대하여 클라우드는 물리적인 하드웨어를 직접 관리하지 않아도 되기 때문에 하드웨어 장애가 발생하더라도 데이터 손실을 방지 할 수 있으며, 서버 및 기타 장비에 필요한 비용을 절감할 수 있다. 서비스 제공업체는 사용자에게 최신 기술을 제공하기 위해 정기적으로 업데이트 하기 때문에 더욱 향상된 시스템 사용이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 클라우드 내부에서 동작하는 IEC61850과 IoT 게이트웨이의 상호 연동이 적용된 구조를 도시한 구조도.
도 2는 MQTT 퍼브리셔(publisher) 및 MQTT 모듈의 정보 구성도
도 3은 MQTT 퍼브리셔, 브로커 및 가입자(subscriber) 사이의 시퀀스 다이어그램.
도 4는 CoAP URI 및 정보 구성도.
도 5는 CoAP 정보 교환 시퀀스 다이어그램.
도 6은 HTTP URI 및 정보 구성도.
도 7은 HTTP 정보 교환 시퀀스 다이어그램.
도 8은 Modbus Register Address및 정보 구성도.
도 9는 Modbus 정보 교환 시퀀스 다이어그램.
도 10은 본 발명에 따른 일 실시예의 Data Access Layer의 구성과 각 프로토콜 스택 구성도.
도 11은 본 발명에 따른 일 실시예의 Data Cross-Mapping Layer 구성도.
도 12는 본 발명에 따른 일 실시예의 Database 구성도.
도 13은 센서 정보를 IEC61850 정보 모델로 변환하여 SCL를 구성하는 일 예시도.
본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
Amazon Web Services(AWS) Elastic Compute Cloud(EC2)는 안전하고 크기 조정이 가능한 컴퓨팅 파워를 클라우드에서 제공하는 서비스이다. AWS EC2는 웹 서비스 인터페이스를 사용해 다양한 운영체제로 인스턴스를 시작하고, 이를 사용자 정의 애플리케이션 환경으로 로드하며, 네트워크의 액세스 권한을 관리하고, 원하는 수의 시스템을 사용해 이미지를 실행할 수 있다.
IEC61850은 변전소 자동화 프로토콜의 표준이다. IEC61850은 IED(Intelligent Electronic Device)들 간의 효율적인 통신을 목표로 하고 있으며, 전력 시스템 내의 모든 IED를 추상화하여 모델링한 후 정보를 처리한다.
클라우드 내 IoT 게이트웨이는 다수의 IoT 디바이스로부터 정보를 수집하며, 수집되는 정보는 HTTP, MQTT, CoAP, Modbus 프로토콜에 담아 전송한다. IoT 게이트웨이로부터 수집된 정보는 IEC61850의 정보모델로 변환되어 데이터베이스에 저장되며, IEC61850 Server에서 변환된 정보를 읽어와 IEC61850 Client와 통신하게 된다. 도 1은 본 발명에 따른 클라우드 내부에서 동작하는 IEC61850과 IoT 게이트웨이의 상호 연동이 적용된 구조를 도시한 구조도이다.
MQTT(Message Queue Telementry Transport)는 IBM(International Business Machines)에서 개발한 IoT와 M2M을 위한 프로토콜이다. TCP/IP 통신을 이용하지만 Broker를 기반으로 데이터를 교환하기 때문에 데이터를 발행하는 Publisher와 데이터를 구독하는 Subscriber는 Broker와의 연결 설정만으로 데이터를 주고받을 수 있다.
Broker는 토픽을 이용하여 데이터를 관리하는데 Publisher가 특정 토픽과 함께 데이터를 보내면 Broker는 해당 토픽에 대한 Message Queue를 만들고 데이터를 저장한다. 이후 Subscriber가 해당 토픽에 대한 구독을 신청하면 Broker는 해당 토픽에 대한 Message Queue에서 데이터를 꺼내 Subscriber에게 전송한다. MQTT의 토픽은 계층구조로 설정할 수 있으며 각 계층을 구분할 때는 ‘/’를 이용한다.
CoAP(Constrained Application Protocol)는 간단한 전자 기기들의 인터넷 통신을 사용하기 위해 만들어졌다. UDP/IP 통신을 이용하며 기본적으로는 일대일 통신을 이용하지만 UDP/IP 멀티캐스트를 이용하여 일대다 통신을 사용할 수 있다. 4Byte의 고정 헤더와 가변길이의 optional 필드로 구성된 간단한 헤더를 이용하기 때문에 메시지 길이가 짧고 헤더를 분석하는데 소요되는 시간이 짧다. CoAP는 HTTP와 호완가능하게 만들어졌기 때문에 데이터는 URI를 이용하여 구분한다.
HTTP(HyperText Transport Protocol)는 TCP/IP와 UDP/IP 둘 모두를 사용할 수 있다. HTTP의 가장 큰 특징은 연결 상태를 지속적으로 유지하지 않는 것이다. Client가 데이터를 얻기 위해 Server에 데이터를 요청하면 Server는 해당 데이터를 전송한 후 연결을 닫는다. 연결을 유지하지 않기 때문에 네트워크 자원을 적게 소모한다는 장점이 있다.
Modbus는 PLCs(Programmable Logic Controllers)에 사용하기 위해 만들어졌다. 직렬 통신 프로토콜이며 다양한 연결방식을 제공한다. 마스터 슬레이브 유형 시스템에는 슬레이브 노드중 하나에 명시적인 명령을 내리고 응답을 처리하는 마스터 노드가 한 개 있다. 슬레이브 노드는 일반적으로 마스터 노드의 요청없이 데이터를 전송하지 않으며, 다른 슬레이브와 통신하지 않으며 Modbus는 Register Address로 데이터를 구분한다.
IEC61850의 정보 모델은 IEC61850-4의 데이터 모델과 IEC61850-2의 ACSI(Abstract Communication Service Interface)로 구성되어 있다. IEC61850 기본 정보 모델은 Server Class > Logical Device Class > Logical Node Class > Data Class > DataAttribute Class 구조로 되어 있으며, 상위 구조는 하위 구조를 포함한다. IEC61850 Client는 IEC61850 Server에게 데이터를 요청할 때 위의 구조 경로를 문자열 형태로 작성하여 사용한다. 이러한 정보 모델은 SCL(Substation Configuration Language)에 정보 모델을 작성하여 IEC61850 Server를 구성할 수 있다.
Amazon EC2는 IaaS(Infrastructure as a Service)로 인프라 스트럭처를 제공한다. 가상 서버 또는 스토리지, 가상 네트워크 등의 리소스를 서비스 형태로 제공하며, 사용자는 물리적인 하드웨어를 직접 관리할 필요가 없으며, 직접적으로 서비스 이용을 통해 즉시 리소스가 가능하다. 분단위로 Provisioning하여 IoT 디바이스와 IEC61850가 통신하는 IEC61850 and IoT Gateway Interworking System을 구성할 수 있다.
본 발명은 위와 같은 특성을 이용하여 클라우드 내의 IEC61850과 IoT 게이트웨이 간의 상호 호환성을 구현하도록 구성한다. 먼저, 클라우드 내의 IoT 디바이스가 센서로부터 정보를 수집하여 MQTT나 CoAP, HTTP, Modubs를 이용하여 data cross mapping layer로 전달한다. 해당 system의 Data Access Layer에서는 IoT 디바이스가 사용한 프로토콜에 따라 각 모듈을 이용하여 데이터를 취득한다. 취득된 정보는 Data Cross-Mapping Layer로 전달되고 해당 layer에서는 IEC61850 정보 모델을 참조하여 생성된 데이터베이스의 구성에 맞게 취득된 정보와 토픽, URI를 분석하여 데이터베이스에 정보를 저장한다. IEC61850 Server는 데이터베이스에 접근하여 저장된 정보를 가져오고 해당 정보를 이용하여 IEC61850 Client에게 정보들을 전송한다.
IoT 디바이스에서 MQTT Publisher를 이용하여 토픽과 정보를 전송한다. 도 2와 같이 토픽은 LD(Logical Device)와 LN(Logical Node), FC(Function Code), DO(Data Object), DA(Data Attribute)로 구성한다. 정보는 IoT Device에서 수집한 정보를 보낸다. 해당 정보는 data access layer 내부의 MQTT Module의 MQTT Broker에게 전송되고 MQTT Broker는 MQTT Subscriber에게 해당 값을 전달한다. 도 2는 MQTT 퍼브리셔(publisher) 및 MQTT 모듈의 정보 구성도를 도시하며, 도 3은 MQTT 퍼브리셔, 브로커 및 가입자(subscriber) 사이의 시퀀스 다이어그램을 나타낸다.
CoAP의 URI는 도 4와 같이 ‘coap://LD/LN/FC/DO/DA’로 나타낸다. IoT 디바이스의 CoAP Server에서 URI를 이용하여 IoT 디바이스에서 수집한 정보를 저장하고 있다. data access layer 내부의 CoAP Module에서 URI를 이용하여 정보를 요청하면 CoAP Server에서는 해당 URI에 맞는 정보를 전달한다. 도 4는 CoAP URI 및 정보 구성도이며, 도 5는 CoAP 정보 교환 시퀀스 다이어그램을 나타낸다.
HTTP는 URI를 이용하여 정보를 구분한다. URI는 도 6돠 같이 ‘http://LD/LN/FC/DO/DA’로 나타낸다. IoT 디바이스의 HTTP Server에서 URI를 이용하여 IoT 디바이스에서 수집한 정보를 저장하고 있다. data access layer 내부의 HTTP Module에서 URI를 이용하여 정보를 요청하면 HTTP Server에서는 해당 URI에 맞는 정보를 전달한다. 도 6은 HTTP URI 및 정보 구성도이며, 도 7은 HTTP 정보 교환 시퀀스 다이어그램을 나타낸다.
Modbus는 Register Address를 이용하여 정보를 구분한다. Register Address는 도 8과 같이 'LD/LN/FC/DO/DA’로 매핑되어 나타낸다. IoT 디바이스의 Modbus Slave에서 Register Address를 이용하여 IoT 디바이스에서 수집한 정보를 저장하고 있다. data access layer 내부의 Modbus Module에서 Register Address를 이용하여 정보를 요청하면 Modbus Slave에서는 해당 Register Address에 저장되어있는 정보를 전달한다. 도 8은 Modbus Register Address및 정보 구성도이며, 도 9는 Modbus 정보 교환 시퀀스 다이어그램을 나타낸다.
상기 MQTT Module, CoAP Module, HTTP Module, 및 Modbus Module을 하나로 묶어서 Data Access Layer를 구성한다. Data Access Layer의 역할은 MQTT Publisher와 CoAP Server, HTTP Server, Modbus Slave가 획득한 정보를 각각의 Module을 이용하여 받고 이렇게 획득한 정보를 Data Cross-Mapping Data로 전달한다. 각 프로토콜의 스택은 도 10과 같다. 도 10은 Data Access Layer의 구성과 각 프로토콜 스택을 도시한다.
Data Cross-Mapping Layer는 각 프로토콜들로부터 취득한 정보들을 IEC61850 정보 모델로 맵핑하여 데이터베이스에 저장을 요청하는 역할을 수행한다. Data Cross-Mapping Layer는 IoT 프로토콜과 IEC61850 프로토콜에 대하여 상호간 통신이 가능하도록 변환해 주는 층이다. Data Cross-Mapping Layer를 구성하는 LD, LN Table Manger는 LD, LN정보를 가지고 있는 Database의 DB table을 생성한다. DB table에는 Logical Device와 Logical Node의 이름으로 정의 되어있으며 Logical Node가 소유하고 있는 Data를 로우 키로 하여 IoT Devie로 부터 전송된 Value를 저장헌다.
Data store & Management Layer를 구성하는 Query Engine은 데이터베이스B에 정보를 요청하는 엔진이며, IEC61850 서버를 구성하는 IEC61850 Data Handler는 정보를 요청하고 받은 데이터를 IEC61850에 맞게 처리하기 위한 Handle이다.
MQTT의 토픽, Coap와 HTTP의 URI, Modbus에선 Register Address를 도 11과 같이 Logical Device와 Logical Node, Function Code, Data Object, Data Attribute, Timestamp로 분리하여 각각의 값을 데이터베이스에 전달한다. 이렇게 저장된 정보는 IEC61850 Server가 데이터베이스에서 각각의 값들을 가져가고, 이를 이용하여 IEC61850 Client에게 해당 값들을 전달한다.
도 12는 본 발명에 따른 일 실시예의 Database 구성도이다. Database Index 0에는 Logical Node 정보가 담겨져 있으며 Key값은 정보를 가지고 있던 IoT 디바이스의 MAC 주소가 된다. 내부의 값들은 해당 디바이스의 IP 주소값과 디바이스가 가지고 있는 센서의 ID, Logical Node를 가지고 있다. Logical Node는 Database의 Index 1로 정의된다.
Index 1은 맵핑된 정보를 저장하며 Key값은 Logical Device와 Logical Node를 합친 값으로 사용한다. 내부의 값들은 실제 정보의 값과 정보가 취득된 시간, 해당 디바이스에서 이전까지 취득한 모든 정보를 담고 있는 Index 2를 가지고 있다. Index 2는 Key값으로 LogKey를 이용하며 내부에 정보를 취득한 시간 별로 각 정보들을 저장하고 있다.
도 13은 IoT 디바이스로부터 수집된 센서 정보를 IEC61850 정보 모델로 변환하며, 변환된 정보를 바탕으로 SCL(Substation Configuration Language)을 구성하는 예시이다. SCL은 변전소 환경을 구성하기 위한 언어로 IEC61850 통신을 위해 IEC61850 정보 모델을 구성하기 위해 사용되며, 수집된 센서 정보를 SCL에 맞게 맵핑하는 과정이 필요하다. 수집된 온도 센서 정보는 IEC61850의 온도 센서 관련 LN(Logical Node)으로 사용되는 STMP(Temperature supervision)로 맵핑되며, 온도 센서의 세부 정보에 따라 DO(Data Object)와 CDC(Common Data Class)를 구성한다. 각각 맵핑된 정보는 SCL 파일에 기술하여 IEC61850 통신 환경 구성을 완료한다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
IoT: Internet of Things

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 클라우드 기반 IEC61850 정보 처리 방법으로서,
    클라우드 내의 IoT 디바이스로부터 MQTT, CoAP, HTTP 및 Modbus 프로토콜을 포함한 복수 프로토콜을 이용하여 IoT 센서 정보를 수집하는 제1단계와,
    상기 제1단계에서 각 프로토콜들로부터 수집한 IoT센서 정보들을 IEC61850 정보 모델로 맵핑하는 제2단계와,
    상기 맵핑된 정보를 데이터베이스에 저장하는 제3단계와,
    상기 데이터베이스에 저장된 정보를 이용하여 IEC61850 통신을 위한 SCL(Substation Configuration Language) 파일을 구성하는 제4단계 및
    구축된 상기 SCL 파일을 이용하여 IEC61850 서버와 IEC61850 클라이언트와 통신하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 제1단계 내지 상기 제4단계는 클라이드 기반 컴퓨팅으로 처리되는 것을 특징으로 하고,
    상기 제1단계는 MQTT 모듈, CoAP 모듈, HTTP 모듈 및 Modbus 모듈을 포함하는 데이터 억세스 레이어에서 수행되며, 상기 MQTT 모듈은 MQTT broker 및 MQTT Subscriber를 포함하는 것을 특징으로 하며,
    상기 제2단계는 상기 MQTT의 토픽, 상기 CoAP의 URI, 상기 HTTP의 URI, 상기 Modbus의 Register Address를 Logical Device, Logical Node, Function Code, Data Object, Data Attribute, Timestamp로 매핑하는 데이터 크로스 매핑 레이어에서 수행되는 것을 특징으로 하며,
    상기 제3단계에서 상기 데이터베이스는 Database Index 0에는 Logical Node 정보가 담겨져 있으며 Key값은 정보를 가지고 있던 상기 IoT 디바이스의 MAC 주소가 되며 내부 값들은 상기 IoT 디바이스의 IP 주소값과 상기 IoT 디바이스가 가지고 있는 센서의 ID, Logical Node를 가지고 있고 Logical Node는 상기 데이터베이스의 Index 1로 정의되며, 상기 Index 1은 맵핑된 정보를 저장하며 Key값은 Logical Device와 Logical Node를 합친 값으로 사용하며 내부의 값들은 실제 정보의 값과 정보가 취득된 시간, 해당 디바이스에서 이전까지 취득한 모든 정보를 담고 있는 Index 2를 가지고 있으며, 상기 Index 2는 Key값으로 LogKey를 이용하며 내부에 정보를 취득한 시간 별로 각 정보들을 저장하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 클라우드 기반 IEC61850 정보 처리 방법.
KR1020200095937A 2020-07-31 2020-07-31 클라우드 기반 iec61850 정보 처리 방법 KR102345082B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200095937A KR102345082B1 (ko) 2020-07-31 2020-07-31 클라우드 기반 iec61850 정보 처리 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200095937A KR102345082B1 (ko) 2020-07-31 2020-07-31 클라우드 기반 iec61850 정보 처리 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102345082B1 true KR102345082B1 (ko) 2021-12-31

Family

ID=79177521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200095937A KR102345082B1 (ko) 2020-07-31 2020-07-31 클라우드 기반 iec61850 정보 처리 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102345082B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114422610A (zh) * 2022-01-11 2022-04-29 国电南瑞南京控制系统有限公司 一种即插即用的规约模型转换装置及转换方法
CN114629967A (zh) * 2022-03-10 2022-06-14 湖南大学 通信转化方法、装置、电子设备和存储介质
CN114884769A (zh) * 2022-06-14 2022-08-09 南京南瑞水利水电科技有限公司 一种双通信协议冗余通信系统
KR102675964B1 (ko) * 2023-02-06 2024-06-19 주식회사 융창 다양한 프로토콜을 갖는 사물인터넷(IoT) 디바이스와 IoT 게이트웨이의 통신 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110066695A (ko) * 2009-12-11 2011-06-17 한전케이디엔주식회사 전력정보 제공용 다기능 게이트웨이 시스템
KR101743904B1 (ko) 2016-04-06 2017-06-07 서경대학교 산학협력단 Iec61850과 dnp3.0 변환용 게이트웨이 및 iec61850 클라이언트에서 dnp3.0 슬레이브에 요청하는 서비스를 처리하는 방법
KR101813066B1 (ko) * 2017-09-06 2017-12-28 홍석민 Dnp3.0과 iec 61850을 수용하기 위한 스카다 게이트웨이 장치 및 그의 프로토콜 변환방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110066695A (ko) * 2009-12-11 2011-06-17 한전케이디엔주식회사 전력정보 제공용 다기능 게이트웨이 시스템
KR101743904B1 (ko) 2016-04-06 2017-06-07 서경대학교 산학협력단 Iec61850과 dnp3.0 변환용 게이트웨이 및 iec61850 클라이언트에서 dnp3.0 슬레이브에 요청하는 서비스를 처리하는 방법
KR101813066B1 (ko) * 2017-09-06 2017-12-28 홍석민 Dnp3.0과 iec 61850을 수용하기 위한 스카다 게이트웨이 장치 및 그의 프로토콜 변환방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
서강대학교 석사학위논문, 박지원, 마이크로그리드 운영 시스템 연계를 위한 IEC61850 기반 IoT 게이트웨이 플랫폼, 2017.02* *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114422610A (zh) * 2022-01-11 2022-04-29 国电南瑞南京控制系统有限公司 一种即插即用的规约模型转换装置及转换方法
CN114629967A (zh) * 2022-03-10 2022-06-14 湖南大学 通信转化方法、装置、电子设备和存储介质
CN114629967B (zh) * 2022-03-10 2023-09-26 湖南大学 通信转化方法、装置、电子设备和存储介质
CN114884769A (zh) * 2022-06-14 2022-08-09 南京南瑞水利水电科技有限公司 一种双通信协议冗余通信系统
KR102675964B1 (ko) * 2023-02-06 2024-06-19 주식회사 융창 다양한 프로토콜을 갖는 사물인터넷(IoT) 디바이스와 IoT 게이트웨이의 통신 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102345082B1 (ko) 클라우드 기반 iec61850 정보 처리 방법
US11411897B2 (en) Communication method and communication apparatus for message queue telemetry transport
Malik et al. Cloud computing and internet of things integration: Architecture, applications, issues, and challenges
Emeakaroha et al. A cloud-based iot data gathering and processing platform
Rouached et al. RESTful sensor web enablement services for wireless sensor networks
KR20040103980A (ko) 컨텐츠 전송 네트워크(ｃｄｎ) 인터네트워킹, 각각의네트워크 및 인터페이스 구성요소를 실행하는 방법
Yim et al. Description and classification for facilitating interoperability of heterogeneous data/events/services in the Internet of Things
CN103207920A (zh) 一种元数据并行采集系统
CN102932431A (zh) 一种基于消息路由的状态监测数据接口配置方法
CN109672668B (zh) 一种gda接口与opc ua服务的映射方法
Rodríguez-Molina et al. Middleware architectures for the smart grid: A survey on the state-of-the-art, taxonomy and main open issues
Iglesias-Urkia et al. Validation of a CoAP to IEC 61850 Mapping and Benchmarking vs HTTP-REST and WS-SOAP
Chen Design of computer big data processing system based on genetic algorithm
CN114390033A (zh) 基于可扩展通信协议的回路状态巡检仪采集系统及方法
KR20210060223A (ko) IEC61850 연동을 위한 다중 IoT 프로토콜 변환 방법
Cai et al. A multi-source data collection and information fusion method for distribution network based on IOT protocol
Zhang et al. Efficient online surveillance video processing based on spark framework
Le et al. A unified and semantic data model for fog computing
Mazur et al. Analysis and overview of message queueing telemetry transport (mqtt) as applied to forest products applications
Bao et al. A method and framework for quality of cloud services measurement
Benedick et al. O-mi/o-df vs. mqtt: A performance analysis
US10740348B2 (en) Application programming interface and hypergraph transfer protocol supporting a global hypergraph approach to reducing complexity for accelerated multi-disciplinary scientific discovery
Moons et al. Decentralized linked open data in constrained wireless sensor networks
CN104572859A (zh) 一种分布式复杂事件处理系统
Sharma et al. A Comprehensive Survey on Application Layer Protocols in the Internet of Things

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant