KR20200055848A - CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 시스템 및 그 방법 - Google Patents

CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 시스템은 ESS(10) 및 클라우드(20)와 통신하는 마이크로그리드 운용 시스템에 있어서, 사용자가 보낸 HTTP요청 메시지를 받아 CoAP메시지(30)로 변환하는 CoAP프록시(100); 상기 CoAP프록시(100)로부터 상기 CoAP메시지(30)를 받아 미리설치된 센서노드로부터 데이터를 수집하여 상기 CoAP프록시(100)로 응답하는 CoAP서버(200) 및 상기 ESS(10)로부터 마이크로그리드 및 신재생 에너지 발전 정보를 수집하기 위한 프로토콜을 지원하는 ESS IO모듈(300)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 시스템 및 그 방법 {Operating System and Method of Microgrid using CoAP}
본 발명은 CoAP(Constrained Application Protocol)를 이용한 마이크로그리드 운용 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스마트기기에서 사용자의 HTTP를 요청을 받아 CoAP프록시를 통해 HTTP메시지를 CoAP메시지를 변환하고, 변환된 CoAP메시지를 통해 센서노드와 ESS(Energy Storage System)의 정보를 받아 CoAP프록시를 통해 HTTP메시지로 변환하여 사용자에게 제공하며, ESS의 정보를 토대로 피크타임에 수용가에 전력을 공급하거나 마이크로그리드를 통해 잉여전력을 판매할 수 있도록 하는 CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
마이크로그리드는 분산 에너지 자원을 수용해서 소규모 단위로 에너지의 공급과 수요를 관리하는 지역전력망이며, 단순히 신재생에너지원뿐 아니라 다양한 분산에너지 자원을 경제적으로 조합해 해당 구역에 필요한 에너지를 경제적으로 조합해 해당 구역에 필요한 에너지를 경제적으로 공급하는 지역적 커뮤니티 그리드이다. 분산 전원 등의 에너지 기술과 ICT 기반의 통신, 제어 기술을 융합해 기존의 전력공급 체계에서 발생하는 전력손실, 발전 설비 입지 확보 등의 문제 해결과 새로운 부가가치를 창출할 수 있는 미래의 전력망이다.
분산자원 연계형 개방형 IoT프레임워크에 대한 기술 개발이 추진되어 왔으며, IBM이 주도하여 개발한 MQTT(Message Queueing Telemetry Tranport)를 기반으로 한 분산자원 정보 수집 및 제어기술이 대표적이며, IBM은 자사의 WebSphere MQTelmetry를 중심으로 일본의 기타큐슈 스마트 전력관리 시스템에 MQTT를 적용하였다.
한편, 국제인터넷표준화기구(IETF, Internet Engineering Task Force)에서 제한된 컴퓨팅 성능을 가진 디바이스들의 통신을 위한 CoAP 표준화를 추진해 왔다. CoAP는 현대의 웹의 장점을 최대한 활용하기 위해 모든 것을 자원으로 보고 그의 활용을 단순화시킨 RESTful 철학을 수용한 것이 가장 큰 특징이며, IEEE802.15.4와 6LoWPAN위의 응용프로토콜로 기존의 WSN(Wireless Sensor Network) 디바이스들이 인터넷상에서 사용자와 통신이 가능하다.
KR 10-2018-0024003 A KR 10-2018-0017954 A
본 발명에 따른 CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 시스템 및 그 방법은 국제인터넷표준화기구의 CoAP를 사용하여 마이크로그리드 운용에 필요한 각 객체간의 통신을 지원하고, 사용자에게 익숙한 웹을 통해 서비스를 제공한다.
또한, 국제인터넷표준화기구의 표준을 따름으로써 기존의 인터넷 네트워크 환경을 그대로 사용하고, WSN과의 연동을 지원함으로써 네트워크의 확장도 용이하며, 웹을 통해 사용자에게 서비스를 제공함으로써 사용자 입장에서 별도의 프로그램 없이 웹브라우저를 사용할 수 있는 디바이스만 있으면 손쉽게 서비스를 이용할 수 있도록 한다.
상기와 같은 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 시스템은 ESS(10) 및 클라우드(20)와 통신하는 마이크로그리드 운용 시스템에 있어서, 사용자가 보낸 HTTP요청 메시지를 받아 CoAP메시지(30)로 변환하는 CoAP프록시(100); 상기 CoAP프록시(100)로부터 상기 CoAP메시지(30)를 받아 미리설치된 센서노드로부터 데이터를 수집하여 상기 CoAP프록시(100)로 응답하는 CoAP서버(200) 및 상기 ESS(10)로부터 마이크로그리드 및 신재생 에너지 발전 정보를 수집하기 위한 프로토콜을 지원하는 ESS IO모듈(300)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 시스템 및 그 방법은 기존의 국제인터넷표준기구의 인터넷 프로토콜을 따름으로써 현재 인터넷 환경과 호환이 가능하며, 사용자가 별도의 프로그램 설치 없이 웹브라우저만 있으면 서비스를 이용할 수 있어 실제 현장에서의 효용성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 게이트웨이로 사용되는 라즈베리파이와 확장성을 고려하여 사용하는 WSN노드는 설치가 용이하며 비용을 절감하여 적은 비용으로 마이크로그리드 운용을 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 시스템의 CoAP기반의 IoT 통신 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 시스템의 실시예에 따른 CoAP프록시(100)를 통한 메시지 변환과정을 보여준다.
도 4는 본 발명의 CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 방법의 흐름도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "... 부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 구성요소는 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.
그리고 본 명세서에서 모듈이라 함은, 본 발명의 기술적 사상을 수행하기 위한 하드웨어 및 상기 하드웨어를 구동하기 위한 소프트웨어의 기능적, 구조적 결합을 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 모듈은 소정의 코드와 상기 소정의 코드가 수행되기 위한 하드웨어 리소스의 논리적인 단위를 의미할 수 있으며, 반드시 물리적으로 연결된 코드를 의미하거나, 한 종류의 하드웨어를 의미하는 것은 아님은 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가에게는 용이하게 추론될 수 있다.
설명에 앞서 본 명세서에는 다수의 양태 및 실시양태가 기술되며, 이들은 단순히 예시적인 것으로서 한정하는 것이 아니다.
본 명세서를 읽은 후에, 숙련자는 다른 양태 및 실시예가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 가능함을 이해할 것이다.
이하에서 설명되는 실시양태의 상세 사항을 다루기 전에, 몇몇 용어를 정의하거나 또는 명확히 하기로 한다.
CoAP란 Constrained Application Protocol의 약자로 IETF(Internet Engineering Task Force) 내의 CoRE(Constrained RESTful Environments) 워킹그룹에서 6LoWPAN의 상위 애플리케이션 계층 프로토콜을 의미한다.
마이크로그리드란 기존의 광역적 전력시스템으로부터 독립된 분산전원을 중심으로 한 국소적인 전력공급시스템을 의미한다.
게이트웨이란 컴퓨터 네트워크에서 서로 다른 통신망, 프로토콜을 사용하는 네트워크 간의 통신을 가능하게 하는 컴퓨터나 소프트웨어를 두루 일컫는 용어로 즉, 다른 네트워크로 들어가는 입구 역할을 하는 네트워크 포인트를 의미한다.
클라우드란 고유한 기능을 가진 서버의 글로벌 네트워크를 의미한다.
센서노드란 센서를 이용해 주위 환경 정보를 획득(센싱)하는 장치를 의미한다.
ESS란 Energy Storage System의 약자로 심야 등 전기 수요가 적고 전기료가 저렴해지기 때문에 이 시간에 전기를 끌어와 배터리에 저장해 두었다가 전기수요가 급증할 때나 전기료가 상대적으로 비싸질 때 저장했던 전기를 이용할 수 있도록 하는 장치를 의미한다.
CoAP서버(200)는 ESS와 센서노드의 정보를 자원으로 관리하고 사용자의 요청에 따라 응답을 해준다.
CoAP프록시(100)는 HTTP와 CoAP간 메시지 변환을 담당한다.
ESS IO모듈(300)는 게이트웨이와 ESS간 데이터 통신을 담당한다.
도 1은 본 발명의 CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 방법의 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명의 CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 시스템의 CoAP기반의 IoT 통신 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 시스템의 실시예에 따른 CoAP프록시(100)를 통한 메시지 변환과정을 보여주고, 도 4는 본 발명의 CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 방법의 흐름도이다.
본 발명에 따른 CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 시스템은 ESS(10) 및 클라우드(20)와 통신하는 마이크로그리드 운용 시스템에 있어서, 사용자가 보낸 HTTP요청 메시지를 받아 CoAP메시지(30)로 변환하는 CoAP프록시(100); 상기 CoAP프록시(100)로부터 상기 CoAP메시지(30)를 받아 미리설치된 센서노드로부터 데이터를 수집하여 상기 CoAP프록시(100)로 응답하는 CoAP서버(200) 및 상기 ESS(10)로부터 마이크로그리드 및 신재생 에너지 발전 정보를 수집하기 위한 프로토콜을 지원하는 ESS IO모듈(300)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 CoAP서버(200)는 상기 ESS(10)와 통신할 수 있는 메시지 프로토콜로 변환하여 요청메시지를 보내고 응답을 받아 상기 CoAP프록시(100)로 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 시스템을 이용한 마이크로그리드 운영 방법에 있어서, 상기 CoAP프록시(100)가 HTTP요청 메시지를 받아 CoAP메시지(10)로 변환하여 상기 CoAP서버(200)에 전송하는 단계(S100); 상기 CoAP서버(200)가 상기 CoAP프록시(100)로부터 상기 CoAP메시지(10)를 받아 데이터를 수집하여 상기 CoAP프록시(100)로 응답하거나, ESS와 통신할 수 있는 메시지 프로토콜로 변환하여 상기 ESS IO모듈(300)로 UDP를 통해 요청메시지를 보내 응답을 받아 상기 CoAP프록시(100)로 전송하는 단계(S200) 및 상기 ESS IO모듈(300)이 마이크로그리드, 신재생 에너지 발전 정보를 수집하는 단계(S300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예를 통해 CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 시스템 및 그 방법에 대해 좀 더 상세히 설명하자면 기존의 인터넷 환경과 WSN환경 그리고 마이크로그리드 사이에서 작동하는 것으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 사용자가 웹을 통해 요청한 HTTP메시지를 받아 CoAP메시지로 변환하는 CoAP프록시(100)와, CoAP프록시(100)로부터 변환된 CoAP요청메시지를 받아 처리하는 CoAP서버(200)와, CoAP서버(200)로부터 UDP통신을 통해 요청 메시지를 받아 처리하는 ESS IO모듈(300)과 CoAP프록시(100), CoAP서버(200), ESS IO모듈(300)을 포함하고 실제 인터넷과 WSN, 마이크로그리드와 연결되어 있는 ESS간 통신을 책임지는 게이트웨이를 포함한다.
도 2를 참조하면, 사용자가 웹 환경에서 요청을 하면 HTTP요청 메시지가 게이트웨이에 포함되어 있는 CoAP프록시(100)로 전달되고, HTTP요청 메시지를 수신한 CoAP프록시(100)는 사용자가 원하는 자원을 요청하는 CoAP_GET메시지로 변환하여 해당 정보를 가지고 있는 CoAP서버(200)에게 전송하고 요청메시지에 해당하는 응답을 받아 HTTP응답메시지로 변환하여 사용자에게 제공한다. 사용자가 원하는 정보가 센서노드의 센서값(환경정보, 수용가의 가전제품 정보 등)일 경우, CoAP서버(200)는 센서노드가 센서값을 수집하여 CoAP_ACK 메시지로 CoAP프록시(100)에게 응답을 보낸다. 사용자가 원하는 정보가 ESS나 마이크로그리드, 신재생에너지 발정 정보 등 일 경우, CoAP서버(200)는 ESS IO모듈(300)에게 정보를 요청하기 위해 프로토콜 메시지를 변환하여 ESS IO모듈(300)에게 UDP를 통해 전송을 하여 응답을 받는다. ESS IO모듈(300)은 ESS와 RS-232로 통신을 하며 ESS는 수용가, 마이크로그리드 신재생에너지 발전 정보 등을 데이터 통신을 통해 수집하고 장비들을 제어할 수 있다.
본 발명의 목적은, ESS와 센서노드의 정보를 자원으로 관리하고 사용자의 요청에 따라 응답을 해줄 CoAP서버(200); HTTP와 CoAP간 메시지 변환을 담당하는 CoAP프록시(100); 게이트웨이와 ESS간 데이터 통신을 담당하는 ESS IO모듈(300); CoAP서버(200)와 CoAP프록시(100) 그리고 ESS IO모듈(300)을 포함하는 게이트웨이;로 구성되는 CoAP를 이용한 마이크로그리드 운영 방법에 의해 달성 될 수 있다.
본 발명은, 사용자의 HTTP요청을 CoAP프록시(100)를 통해 CoAP메시지로 변환하여 각 모듈간 CoAP기반의 통신을 지원하는 것을 특징으로 한다.
게이트웨이는 라즈베리파이3를 사용하며 CoAP프록시(100), CoAP서버(200), ESS IO모듈(300)을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
CoAP프록시(100)는 사용자가 웹을 통해 송신하는 HTTP 요청메시지를 파싱하여 CoAP메시지로 변환하여 CoAP서버(200)로 전송하고, CoAP서버(200)로부터 CoAP메시지 응답을 받아 HTTP메시지로 변환하여 사용자에게 제공하는 것을 특징으로 한다.
CoAP서버(200)는 CoAP프록시(100)로부터 메시지를 수신하면 ESS와 통신할 수 있는 메시지프로토콜로 변환하여 ESS IO모듈(300)에 UDP를 통해 전송하고, ESS IO모듈(300)로부터 받은 응답을 CoAP프록시(100)에게 전송하며, 확장성을 고려하여 설치한 RE-Mote의 경우 CoAP프록시(100)의 요청메시지에 따라 수집한 정보를 제공하는 것을 특징으로 한다.
ESS IO모듈(300)은 ESS 및 마이크그리드, 신재생에너지 발전 정보 등을 수집하기 위한 통신 프로토콜을 지원하는 것을 특징으로 한다.
이상 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
10 : ESS
20 : 클라우드
30 : CoAP메시지
100 : CoAP프록시(100)
200 : CoAP서버(200)
300 : ESS IO모듈(300)

Claims (3)

  1. ESS(10) 및 클라우드(20)와 통신하는 마이크로그리드 운용 시스템에 있어서,
    사용자가 보낸 HTTP요청 메시지를 받아 CoAP메시지(30)로 변환하는 CoAP프록시(100);
    상기 CoAP프록시(100)로부터 상기 CoAP메시지(30)를 받아 미리설치된 센서노드로부터 데이터를 수집하여 상기 CoAP프록시(100)로 응답하는 CoAP서버(200) 및
    상기 ESS(10)로부터 마이크로그리드 및 신재생 에너지 발전 정보를 수집하기 위한 프로토콜을 지원하는 ESS IO모듈(300)을 포함하는 것을 특징으로 하는 CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 CoAP서버(200)는,
    상기 ESS(10)와 통신할 수 있는 메시지 프로토콜로 변환하여 요청메시지를 보내고 응답을 받아 상기 CoAP프록시(100)로 전송하는 것을 특징으로 하는 CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 시스템.
  3. 청구항 1의 CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 시스템을 이용한 마이크로그리드 운영 방법에 있어서,
    상기 CoAP프록시(100)가 HTTP요청 메시지를 받아 CoAP메시지(10)로 변환하여 상기 CoAP서버(200)에 전송하는 단계(S100);
    상기 CoAP서버(200)가 상기 CoAP프록시(100)로부터 상기 CoAP메시지(10)를 받아 데이터를 수집하여 상기 CoAP프록시(100)로 응답하거나, ESS와 통신할 수 있는 메시지 프로토콜로 변환하여 상기 ESS IO모듈(300)로 UDP를 통해 요청메시지를 보내 응답을 받아 상기 CoAP프록시(100)로 전송하는 단계(S200) 및
    상기 ESS IO모듈(300)이 마이크로그리드, 신재생 에너지 발전 정보를 수집하는 단계(S300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 CoAP를 이용한 마이크로그리드 운용 방법.
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