KR20190070687A - LoRaWAN 기반 스마트 미터 원격 검침 시스템 - Google Patents

LoRaWAN 기반 스마트 미터 원격 검침 시스템

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KR20190070687A
KR20190070687A KR1020170171455A KR20170171455A KR20190070687A KR 20190070687 A KR20190070687 A KR 20190070687A KR 1020170171455 A KR1020170171455 A KR 1020170171455A KR 20170171455 A KR20170171455 A KR 20170171455A KR 20190070687 A KR20190070687 A KR 20190070687A
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이승우
이상신
권영민
송민환
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전자부품연구원
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Abstract

LoRaWAN 기반 스마트 미터 원격 검침 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 원격 검침 방법은, 스마트 미터가 이동통신망을 통해 네트워크 서버로 검침 데이터를 전송하고, 네트워크 서버는 수집한 검침 데이터를 M2M 플랫폼으로 전달한다. 이에 의해, 저전력 무선 모듈 기반의 LoRaWAN 시스템 도입을 통해, 무선 원격 검침 시스탬에 적용하여, 효율적인 검침 인프라를 구축가능하게 한다.

Description

LoRaWAN 기반 스마트 미터 원격 검침 시스템{Advanced Metering Infrastructure System for LoRaWAN based Smart Meter}
본 발명은 스마트 미터 검침 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LoRa(Long Range) 무선 모듈을 활용한 스마트 미터 검침을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
기존의 가스 계량기의 검침 시스템은 검침원이 정기적으로 주택을 방문해서 계량기의 눈금을 수기로 기록하여 사업자에게 전달하거나, 공동주택에서 유선기반으로 검침이 이루어지고 있다.
하지만, 검침원의 방문에 의한 검침은 검침원의 불편함과 거주자의 프라이버시 침해 등의 문제를 유발한다.
게다가, 가스와 같은 계량기의 경우, 댁내가 아닌 외부에 설치되기 때문에 상시 전력이 공급하기 어렵고, 이에 따라 PLC(Power Line Communication)과 같은 유선 기반 통신도 이루어지기 어렵다.
무선 통신을 적용하는 경우, 설치 문제에서 벗어날 수 있지만, 무선 통신은 수신기 까지의 송신 거리 문제와 배터리 소모 문제를 고려해야 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 양방향 무선 통신 기능을 갖춘 LoRa 모듈 기반의 스마트 미터를 사용하여, 무선 검침 및 데이터 수집을 위한 스마트 미터링 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 원격 검침 방법은, 스마트 미터가, 이동통신망을 통해 네트워크 서버로 검침 데이터를 전송하는 단계; 및 네트워크 서버가, 수집한 검침 데이터를 M2M 플랫폼으로 전달하는 단계;를 포함한다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 원격 검침 방법은, 네트워크 서버가, 수집한 검침 데이터를 변환하는 단계;를 더 포함하고, 전달 단계는, 변환된 데이터를 M2M 플랫폼으로 전달할 수 있다.
또한, 변환 단계는, 검침 데이터를 파싱한 데이터와 디바이스 주소를 M2M 리소스 형식으로 변환할 수 있다.
그리고, 전달 단계는, Open API를 이용하여 M2M 표준 형식으로 구조화된 데이터를 M2M 플랫폼으로 전달할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 원격 검침 방법은, 스마트 미터가, 네트워크 서버에 조인 요청 메시지를 전송하는 단계; 및 네트워크 서버가, 조인 요청 메시지에 대한 응답으로 스마트 미터에 어드레스를 할당하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 전송 단계는, 검침 데이터를 주기적으로 전송할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 원격 검침 방법은, 스마트 미터가, 상태 이상 알림을 위한 알람 메시지를 네트워크 서버에 전송하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 원격 검침 시스템은, 이동통신망을 통해 네트워크 서버로 검침 데이터를 전송하는 스마트 미터; 및 스마트 미터로부터 수집한 검침 데이터를 M2M 플랫폼으로 전달하는 네트워크 서버;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 저전력 무선 모듈 기반의 LoRaWAN 시스템 도입을 통해, 무선 원격 검침 시스탬에 적용하여, 효율적인 검침 인프라를 구축가능하게 한다.
또한, 본 발명의 실시예들에 제시된 LoRaWAN 기반 스마트 미터 원격 검침 시스템 및 방법은, 전기, 수도, 가스, 난방 등 계량 뿐만 아니라, 시설물 관리에도 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LoRaWAN 기반의 스마트 미터링 시스템의 구성도,
도 2는 LoRaWAN 기반 스마트 미터의 상향 데이터들을 나타낸 테이블,
도 3은 LoRaWAN 기반 스마트 미터의 하향(Downlink) 데이터들을 나타낸 테이블,
도 4는 스마트 미터가 LoRaWAN 게이트웨이에 전송하는 검침 데이터의 메시지 형식의 설명에 제공되는 테이블,
도 5는 스마트 미터가 LoRaWAN 게이트웨이에 전송하는 상태 이상 알림(Alarm)의 메시지 형식의 설명에 제공되는 테이블,
도 6은 AMI 공통 플랫폼으로 데이터 전송을 위한 처리 과정을 나타낸 흐름도,
도 7은 스마트 미터가 부팅한 후에 LoRaWAN 게이트웨이를 통해 LoRaWAN 네트워크 서버에 연결하는 과정의 설명에 제공되는 순서도,
도 8은 스마트 미터가 LoRaWAN 네트워크 서버에 주기적으로 검침 데이터를 전송하는 과정의 설명에 제공되는 순서도, 그리고,
도 9는 스마트 미터가 상태 이상 알림을 위해 알람 메시지를 LoRaWAN 네트워크 서버에 전송하는 과정의 설명에 제공되는 순서도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에서는, LoRaWAN 기반 스마트 미터에 대한 원격 검침 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 원격 검침 시스템 및 방법에서는, 저전력 장거리 통신이 가능한 LoRa 모듈을 적용하여 무선 기반의 검침 시스템을 구현하고, LoRaWAN 표준을 활용하여 스마트 미터 검침 시스템에 적용하고, 기존 사물통신 플랫폼인 oneM2M과의 연동 방법을 제시한다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에서는, LoRa 무선 모듈을 활용한 스마트 미터의 검침을 위한 시스템으로, LoRaWAN을 활용하여 무선 스마트 미터링 시스템을 구축하는 경우에 필요한 데이터 구조, 통신 방법 및 검침 데이터 수집방법을 규정한다.
LoRaWAN은 LoRa Alliance가 기술개발을 주도하고 있는 무선 통신기술로, 저전력 장거리 통신에 장점을 두고 있다. LoRa는 통신범위를 증가시키기 위해 저전력 특성을 가지는 CSS(Chirp Spread Spectrum) 변조 방식을 사용한다. 상위 계층에서는 Battery Lifetime과 Capacity, QoS 등을 결정짓는 프로토콜과 아키텍처를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LoRaWAN 기반의 스마트 미터링 시스템의 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 스마트 미터링 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 스마트 미터(110), LoRaWAN 게이트웨이(120), LoRaWAN 네트워크 서버(130) 및 oneM2M 플랫폼(140)이 계층적으로 연결되어 구축된다.
무선 통신 모듈이 탑재된 스마트 미터(110)는 LoRaWAN 게이트웨이(120)와 연결되고, LoRaWAN 게이트웨이(120)는 LoRa 통신 처리를 위한 LoRaWAN 네트워크 서버(130)와 TCP로 연결되어 있다. LoRaWAN 네트워크 서버(130)의 어플리케이션은 디바이스에 대한 데이터 관리를 위한 사물통신 표준이 적용된 oneM2M 플랫폼(140)과 연동한다.
도 2는 LoRaWAN 기반 스마트 미터(110)의 상향(Uplink) 데이터들을 나타낸 테이블이다. 도시된 테이블에 나타난 바와 같이, 스마트 미터(110)의 상향 데이터에는, devaddr(동작 노드의 디바이스 주소), appargs(사용 어플리케이션의 인수), port[LoRaWAN 포트 번호(Class C에서 필수 항목)], fcnt(수신된 프레임의 일렬번호), data(어플리케이션의 Raw 데이터 페이로드), fields[Json형식의 오브젝트 데이터(Optional)], shall_reply(어플리케이션에서의 추가 전송 데이터 확인 여부), last_lost[downlink 시간 요청(Class C 에서만 사용)]가 포함된다.
도 3은 LoRaWAN 기반 스마트 미터(110)의 하향(Downlink) 데이터들을 나타낸 테이블이다. 도시된 테이블에 나타난 바와 같이, 스마트 미터(110)의 하향 데이터에는, deveui[디바이스의 DevEUI (OTAA 방식 사용시 사용)], devaddr(동작 노드의 디바이스 주소), port[LoRaWAN 포트 번호(Class C에서 필수 항목)], data(어플리케이션의 Raw 데이터 페이로드), fields[Json형식의 오브젝트 데이터(Optional)], confirmed(메시지의 전송의 확인 여부), pending(어플리케이션에서의 추가 전송 데이터 확인 여부), time{downlink 시간 요청(Class C 에서만 사용)}이 포함된다.
도 4는 스마트 미터(110)가 LoRaWAN 게이트웨이(120)에 전송하는 검침 데이터의 메시지 형식의 설명에 제공되는 테이블이다. 도시된 테이블에 나타난 바와 같이, 검침 데이터에는, 디바이스 주소, 측정일시, 유량정보, 상태정보, 압력정보, 알람 코드, 디바이스 ID, 스마트 미터 시작 시간, 데이터 전송 주기, 제어 명령이 포함된다.
도 5는 스마트 미터(110)가 LoRaWAN 게이트웨이(120)에 전송하는 상태 이상 알림(Alarm)의 메시지 형식의 설명에 제공되는 테이블이다. 도시된 테이블에 나타난 바와 같이, 상태 이상 알림에는, 배터리 이상(메인 배터리 저전압, 밸브 배터리 저전압, 모뎀 배터리 저전압), 통신 이상(통신 불량), 다기능 이상(테스트 차단, 복귀 안전 성능 차단, 합계 유량 차단, 증가 유량 차단, 연속사용시간 차단, 미소누출 감지 경고, 압력저하 차단, 압력상승 차단, CO 누설 감지기 차단, 가스누설 감지기 차단, 지진센서 감지 차단), 누출점검용 이상(미사용 중 수시 점검시 누설 경고, 사용중 미소유량 누설 경고, 사용중 대유량 누설 경고, 압력저하 경고, 압력상승 경고), 불량 이상(불회전 감지, 역회전 감지, 부정사용 감지, 펄스불량 감지)가 포함된다.
스마트 미터(110)와 LoRaWAN 네트워크 서버(130) 사이의 통신 인터페이스는 LoRa를 이용한 송수신 방식을 이용한다. LoRaWAN 네트워크 서버(130)의 수신 데이터는 가공되지 않은 Json 형태의 데이터로 되어 있으므로, AMI 공통 플랫폼으로 전송을 위한 TAS(Thing Adaptation Software)를 통한 데이터 변환이 필요하다.
도 6은 AMI 공통 플랫폼으로 데이터 전송을 위한 처리 과정을 나타낸 흐름도이다.
데이터 처리를 위해, 도 6에 도시된 바와 같이, LoRaWAN 네트워크 서버(130)가 어플리케이션을 이용하여 LoRaWAN 게이트웨이(120)를 통해 스마트 미터(110)로부터 데이터를 수신하고, 수신된 Json 형식의 데이터를 파싱한다.
다음, LoRaWAN 네트워크 서버(130)는 파싱 데이터와 디바이스 주소를 oneM2M 리소스 형식으로 변환하고, Open API를 이용하여 oneM2M 표준 형식으로 구조화된 데이터를 oneM2M 플랫폼(140)으로 전송한다.
이하에서는, 스마트 미터링 네트워크 동작 과정에 대해 도 7 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.
도 7은 스마트 미터(110)가 부팅한 후에 LoRaWAN 게이트웨이(120)를 통해 LoRaWAN 네트워크 서버(130)에 연결하는 과정의 설명에 제공되는 순서도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 스마트 미터(110)는 디바이스 EUI, 어플리케이션 EUI 및 어플리케이션 키가 수록된 조인 요청 메시지를 LoRaWAN 네트워크 서버(130)에 전송하여, 디바이스 어드레스를 할당받는다.
다음, 스마트 미터(110)는 다운링크 시간을 LoRaWAN 네트워크 서버(130)에 요청하여, 다운링크 시간을 할당받는다.
도 8은 스마트 미터(110)가 LoRaWAN 네트워크 서버(130)에 주기적으로 검침 데이터를 전송하는 과정의 설명에 제공되는 순서도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 스마트 미터(110)는 devaddr(동작 노드의 디바이스 주소), data(어플리케이션의 Raw 데이터 페이로드), confirmed(메시지의 전송의 확인 여부)가 수록된 검침 데이터를 LoRaWAN 네트워크 서버(130)에 전송한다.
도 9는 스마트 미터(110)가 상태 이상 알림을 위해 알람 메시지를 LoRaWAN 네트워크 서버(130)에 전송하는 과정의 설명에 제공되는 순서도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 스마트 미터(110)는 디바이스의 어드레스, 이상 내용 및 confirmed(메시지의 전송의 확인 여부)가 수록된 알람 메시지를 LoRaWAN 네트워크 서버(130)에 전송한다.
지금까지, LoRaWAN 기반 스마트 미터 원격 검침 시스템에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.
본 발명의 실시예들에서는, 양방향 무선 통신 기능을 갖춘 LoRa 모듈 기반 스마트 미터를 사용하여, 무선 검침 및 데이터 수집을 위한 스마트 미터링 아키텍처를 정의하고 역할을 정의 하였다.
이를 통해, 저전력 무선 모듈 기반의 LoRaWAN 시스템 도입을 통해, 무선 원격 검침 시스탬에 적용하여, 효율적인 검침 인프라를 구축가능한데, 전기, 수도, 가스, 난방 등 계량 분야 뿐만 아니라, 시설물 관리 분야에도 적용이 가능하다.
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110 : 스마트 미터
120 : LoRaWAN 게이트웨이
130 : LoRaWAN 네트워크 서버
140 : oneM2M 플랫폼

Claims (8)

  1. 스마트 미터가, 이동통신망을 통해 네트워크 서버로 검침 데이터를 전송하는 단계; 및
    네트워크 서버가, 수집한 검침 데이터를 M2M 플랫폼으로 전달하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    네트워크 서버가, 수집한 검침 데이터를 변환하는 단계;를 더 포함하고,
    전달 단계는,
    변환된 데이터를 M2M 플랫폼으로 전달하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    변환 단계는,
    검침 데이터를 파싱한 데이터와 디바이스 주소를 M2M 리소스 형식으로 변환하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    전달 단계는,
    Open API를 이용하여 M2M 표준 형식으로 구조화된 데이터를 M2M 플랫폼으로 전달하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    스마트 미터가, 네트워크 서버에 조인 요청 메시지를 전송하는 단계; 및
    네트워크 서버가, 조인 요청 메시지에 대한 응답으로 스마트 미터에 어드레스를 할당하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    전송 단계는,
    검침 데이터를 주기적으로 전송하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    스마트 미터가, 상태 이상 알림을 위한 알람 메시지를 네트워크 서버에 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 방법.
  8. 이동통신망을 통해 네트워크 서버로 검침 데이터를 전송하는 스마트 미터; 및
    스마트 미터로부터 수집한 검침 데이터를 M2M 플랫폼으로 전달하는 네트워크 서버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 시스템.
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