M2M 기반 스마트 그리드 적용 사례 및 서비스 요구사항에 관한 연구: 공공빌딩 에너지 관리 Smart Grid Use Case and Service Requirement Based on M2M: Energy Management System for Public Buildings원문보기
전 세계적인 에너지 절감 문제는 공공빌딩의 에너지 관리를 위한 주요 요소와 서비스 요구사항에 대한 연구를 요구하게 되었다. 본 논문에서는 이러한 M2M 기반의 스마트 그리드 서비스 적용 사례 및 서비스 요구사항에 대하여 연구를 수행하고자 하였다. 그 결과 에너지 관리를 위한 장치들의 운용, 네트워크, 그리고 에너지 효율화를 위한 다양한 응용 서비스에 대한 요구사항들을 프로파일 형태로 규정 하였다. 본 연구는 공공기관, 대학 및 학교, 대형 빌딩 등에서 활용 가능한 M2M 기반 스마트 그리드 시스템의 선행 연구로 제공될 수 있다.
전 세계적인 에너지 절감 문제는 공공빌딩의 에너지 관리를 위한 주요 요소와 서비스 요구사항에 대한 연구를 요구하게 되었다. 본 논문에서는 이러한 M2M 기반의 스마트 그리드 서비스 적용 사례 및 서비스 요구사항에 대하여 연구를 수행하고자 하였다. 그 결과 에너지 관리를 위한 장치들의 운용, 네트워크, 그리고 에너지 효율화를 위한 다양한 응용 서비스에 대한 요구사항들을 프로파일 형태로 규정 하였다. 본 연구는 공공기관, 대학 및 학교, 대형 빌딩 등에서 활용 가능한 M2M 기반 스마트 그리드 시스템의 선행 연구로 제공될 수 있다.
Problem of energy worldwide reduction had to research on the requirements of services and an important element for the energy management of public buildings and facilities. In this paper, we research the SmartGrid case studies and services requirements based on M2M service. As a result, operation of...
Problem of energy worldwide reduction had to research on the requirements of services and an important element for the energy management of public buildings and facilities. In this paper, we research the SmartGrid case studies and services requirements based on M2M service. As a result, operation of devices for energy management, network, and application services for a variety of energy-efficiency requirements for the profile was defined. In this study is possible to provide in survey of the smart grid system of M2M-based in public institutions, schools and universities, and large buildings.
Problem of energy worldwide reduction had to research on the requirements of services and an important element for the energy management of public buildings and facilities. In this paper, we research the SmartGrid case studies and services requirements based on M2M service. As a result, operation of devices for energy management, network, and application services for a variety of energy-efficiency requirements for the profile was defined. In this study is possible to provide in survey of the smart grid system of M2M-based in public institutions, schools and universities, and large buildings.
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문제 정의
본 논문에서는 공공 빌딩의 효율적인 에너지 관리를 위한 M2M 기반의 스마트 그리드 기술 적용 사례와 서비스 요구사항에 대하여 알아보았다.
본 논문에서는 이러한 M2M 기반 스마트 그리드 서비스의 시험/검증을 위한 표준 프로파일에 대한 사전 연구까지 진행하였다. M2M 서비스 요구사항에 대한 정량적 평가로는 기기 신뢰성 및 통신 안정성 등에 대한 평가방법이 있으며, 현재는 이동통신사의 망 적합성 인증 시험 등을 통하여 정량적인 평가를 하고 있다.
본 논문에서는 이러한 공공빌딩의 에너지 사용량과 각종 정보를 습득하여 이를 유무선 네트워크를 통해 근거리 또는 원격지에 있는 관리 시스템으로 제공하며, 이 정보를 바탕으로 통계, 분석하고 에너지 사용량을 관리, 제어할 수 있는 M2M 기반의 스마트 그리드 서비스 적용 사례를 기술한다.
본 논문은 이러한 M2M 기반의 스마트 그리드 서 비스, 특히 공공빌딩의 에너지 관리에 적용하기 위한 사례들을 살펴보았으며, 이를 통하여 M2M 스마트 그리드 적용을 위한 서비스 시나리오, 서비스 요구사항 들을 도출해 보았다. 해외 표준연구기관에서는 수년전부터 이와 관련된 연구 및 산업계의 사례와 요구사항들을 수집하여 표준기술 제안 및 산업화에 적용하고 있으나 국내는 최근에 관련 연구를 활발히 진행 중이다.
제안 방법
M2M 기반 공공빌딩 에너지 관리를 위한 서비스 플랫폼 표준화를 위하여 기존 이동통신사의 M2M 서비스 플랫폼을 개선하였다. 이동통신사 M2M 서비스 플랫폼 기능 중 공공빌딩 에너지 관리를 위한 서비스 기능 구현 위주로 구성하였으며, 일부 기능은 삭제 또는 추가되었다.
개선된 M2M 서비스 플랫폼은 네트워크 연계 부분, 서비스 제공, 서비스 지원, 운영/관리 기능으로 구분되어 있으며, 특히 M2M 서비스 부분에서 공공빌딩 에너지 관리를 위하여 빌딩 에너지 관리 시스템으로 널리 서비스되고 있는 BEMS 서비스를 연계하였다.
일반적인 공기조화기 시스템의 구동 원리는 코일을 통과하는 냉수 흐름을 부하의 변화에 맞추어 조절하는 것으로, 이를 위해 공급공기 관 안의 정지압력을 감시하고 팬의 속도를 다양화하여 정지 압력을 고정된 수치로 유지하여 작동한다. 공기조화기 시스템에 설치되어 있는 각종 센서로부터 전력, 팬 속도, 압력, 온습도 등의 정보를 받아 M2M 게이트웨이를 통하여 관리시스템으로 전송하며, 관리 시스템에서는 공기조화기 에너지 효율 및 제어를 위하여 On/Off, 흐름량, 속도, 온습도 등의 제어 정보를 전송한다. 이러한 시스템으로 관리자는 공기조화기 에너지 관리를 위한 상태정보, 전력, 온습도, 공기 흐름량, 압력 등의 정보 제공 서비스가 가능하다.
공공빌딩에 설치되는 냉각기의 기본 제어방법은 압축기로 가는 냉매 흐름을 냉방부하의 변화에 맞게 조절하여 냉수 공급 온도를 유지하는 것이며, 충분한 냉수와 응결기의 물 흐름을 보장해주는 흐름감지기로 효율적 냉수 공급을 유지한다. 냉각기 시스템에 설치되어 있는 각종 센서에서 전력, 유량, 수온 등의 정보를 받아 M2M 게이트웨이를 통하여 관리시스템으로 전송하며, 관리 시스템에서는 냉각기 에너지 효율 및 제어를 위하여 On/Off, 유량률, 부하율 등의 제어 정보를 전송한다. 이러한 시스템을 통해 관리자는 냉각기 에너지 관리를 위한 상태정보, 전력, 온도, 유량률, 시스템 효율 등의 정보를 서비스 할 수 있다.
또한 에너지 관리 주요 요소와 정보들을 파악하고 M2M 기반의 공공빌딩의 에너지 관리 시스템을 위한서비스 요구사항들을 제안함으로써, 에너지 관리를 위한 센서 및 제어 장치들의 운용과 활용, 네트워크 기술, 그리고 에너지 효율화를 위한 다양한 응용 서비스에 대한 요구사항들을 프로파일 형태로 규정한다.
본 논문에서 제안하는 M2M 기반 공공빌딩 에너지 관리 서비스 요구사항은 일반 요구사항, 기능 요구사항, 보안 요구사항으로 구분된다. 일반 요구사항은 에너지 관리 서비스를 위한 사업 지원, 서비스 계획, 서비스 확장 및 기술 지원 방안에 대한 요구사항을 정의하며, 기능 요구사항은 디바이스, 네트워크, 서비스 도메인 영역에서의 서비스 요구사항으로 구성되어 있다.
이런 구조는 대부분의 시스템에서 널리 사용되고 있는 구조로 신뢰성과 효용성에 대해 많은 검증이 이루어진 바 있다. 본 논문에서 제안하는 M2M 기반 공공빌딩 에너지 관리를 위한 시스템 역시 ETSI의 표준안을 준용하여 구성되어 있으며, 에너지 계측을 위한 장비 연계와 제어, 이동통신사 네트워크와 M2M 서비스 플랫폼을 이용함에 따른 과금 처리, 장애 관리, 부하 제어 등의 서비스를 제공할 수 있도록 구성하였다. 또한 스마트 그리드 운영을 위하여 에너지 정보의 분석을 통한 통계, 절감 방안, 이벤트 검출, 스케줄, 운영관리 등의 서비스 제공이 가능한 기존 BEMS의 솔루션 기능을 서비스할 수 있게 하였다.
이론/모형
디바이스 도메인 측면에서의 기능 요구사항은 에너지 계측 장비와 M2M 장비와의 연결 및 제어를 위한 기능 요구사항이다. 본 논문에서 명시하지 않은 일반적인 요구사항은 ETSI 디바이스 도메인의 기능 요구사항을 준용한다. 그리고 전력, 온습도, 유량 등 공공빌딩 및 시설물의 에너지 계측을 위한 센서 기능 요구사항은 산업 표준을 준용하며 본 논문에서는 따로 정의하지 않는다
네트워크 도메인의 기능 요구사항은 M2M 디바이스와 서비스 제공 시스템 또는 M2M 게이트웨이와 서비스 제공 시스템간의 네트워크 연결을 위한 영역의 기능 요구사항으로 이동통신사의 네트워크를 주로 활용한다. 본 논문에서 언급하지 않은 기능 요구사항은 ETSI 네트워크 도메인의 기능 요구사항을 준용한다.
성능/효과
본 논문에서 제안하는 M2M 기반 공공빌딩 에너지 관리를 위한 시스템 역시 ETSI의 표준안을 준용하여 구성되어 있으며, 에너지 계측을 위한 장비 연계와 제어, 이동통신사 네트워크와 M2M 서비스 플랫폼을 이용함에 따른 과금 처리, 장애 관리, 부하 제어 등의 서비스를 제공할 수 있도록 구성하였다. 또한 스마트 그리드 운영을 위하여 에너지 정보의 분석을 통한 통계, 절감 방안, 이벤트 검출, 스케줄, 운영관리 등의 서비스 제공이 가능한 기존 BEMS의 솔루션 기능을 서비스할 수 있게 하였다.
마지막으로, 보안 요구사항은 디바이스들의 인증과데이터 전송시 암호화 등의 보안 알고리즘 적용, 네트워크에서 발생하는 각종 트래픽과 서비스 거부 공격에 대한 대처, 데이터 무결성 보장, 개인 정보보호를 위한 기능을 제공하여야 한다. M2M 서비스 플랫폼의 네트워크 도메인 계층과 M2M 디바이스 혹은 M2M 게이트웨이간의 상호 인증을 지원해야 한다.
본 논문에서 제안하는 M2M 기반 공공빌딩 에너지 관리 시스템은 위의 서비스 요구사항을 수용할 수 있는 구조로 ETSI M2M 스마트 그리드 표준의 Energy 계층은 디바이스 도메인으로, Control & Communications 계층은 네트워크 도메인으로, Service 계층은 서비스 도메인으로 비교될 수 있다.
후속연구
M2M 서비스 요구사항에 대한 정량적 평가로는 기기 신뢰성 및 통신 안정성 등에 대한 평가방법이 있으며, 현재는 이동통신사의 망 적합성 인증 시험 등을 통하여 정량적인 평가를 하고 있다. 그러나 M2M 기반의 스마트 그리드 서비스를 위한 각 요구사항에 대한 평가항목과 평가방법 등에 대한 연구는 추후 활발한 연구가 필요한 상황이다.
기존 이동통신사에서 보유하고 있는 M2M 서비스 플랫폼은 M2M 디바이스와 게이트웨이, 유무선 네트워크, 미들웨어, 어플리케이션 서비스 제공을 위해 디바이스/게이트웨이 제조사, 통신사업자, 플랫폼 사업자, 서비스 제공자 등의 다수의 공급자가 상호 협력할수 있도록 구성되어 있다. 본 논문에서 제안하는 M2M 기반의 공공빌딩 에너지 관리를 위해서는 현 ETSI M2M 서비스 플랫폼에서 권장하는 서비스 기능을 준용하면서, 기존 건물 또는 새로이 건설하는 건물의 효율적인 에너지 관리를 위한 특징적인 서비스 기능이 추가로 요구된다.
앞으로 M2M 서비스 시장의 성장을 위하여 홈/가전, 사회/안전, 의료, 건설, 교통/물류, 에너지 등 전산업 분야에 걸쳐 다양한 형태의 정부 지원과 시범사업이 요구되며, 동시에 관련 기술 표준 제정을 위한 oneM2M 등 국제 표준 단체들과 유기적인 협력 하에 국내 기술이 표준에 반영될 수 있도록 적극적인 연구 및 표준화 활동이 수행되어야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
M2M 기반 공공빌딩의 에너지 관리 시스템이 구성은?
M2M 기반 공공빌딩의 에너지 관리 시스템은 디바이스, 네트워크, 서비스 도메인의 3개 영역으로 구성되어 있다. 아래 그림은 공공빌딩의 에너지 관리 시스템의 일반적인 구성을 나타낸다.
디바이스 도메인의 구성은?
디바이스 도메인은 공공빌딩에서의 에너지 사용을 실제 계측하는 센서와 기기들 그리고 이를 유무선 네트워크와 연결하기 위한 M2M 게이트웨이로 구성된다. 이러한 디바이스는 ETSI TS 102 689[6], “M2M High Level System”에서의 디바이스 도메인과 유사한 구성을 가지게 된다.
공공빌딩에서 사용되는 냉각기 시스템은 구조와 용량에 따라 다양한 요소들을 구성되는 데 이들 요소들의 목적은?
공공빌딩에서 사용되는 냉각기 시스템은 보통 냉각기, 펌프, 냉각탑들로 구성되어 있으며, 구조와 용량에 따라 다양한 요소들을 가지고 있다. 이러한 요소에는 냉각기 모터 전력, 냉수 공급과 반환 온도, 응결기 물 공급과 반환 온도, 유량률, 냉방 부하율, 냉각기 효율(kW/RT) 등이 있으며, 냉각기 시스템 모든 장치들의 상태를 모니터링하고, 작동을 조작하며, 최적의 효율을 제공하도록 운영 및 배열하는 것이 주요 목표이다. 냉각기 시스템의 효율적 운영을 위한 주요 기능으로 계측 정보, 냉수와 응결기의 물 온도 재조정, 물 흐름량 균형 유지 등이 있으며, 제공해야 하는 정보들은 모터 전력, 냉수 온도, 반환 온도, 유량률, 냉방 부하율 등이 있다.
참고문헌 (11)
ETSI, Machine-to-Machine communications (M2M);Smart Metering Use Cases, ETSI TR 102 691 V1.1.1, 2010.
ETSI, Machine-to-Machine Communications (M2M); Use cases of M2M applications for eHealth, ETSI TR 102 732 V0.4.1, 2011.
ETSI, Machine-to-Machine Communications (M2M); Use cases of M2M applications for Connected Consumer, ETSI TR 102 857 V0.3.0, 2010.
ETSI, Machine-to-Machine Applicability of M2M architecture to Smart Grid Networks Impact of Smart Grids on M2M platform, ETSI TR 102 935 V0.1.3, 2010.
ETSI, Machine-to-Machine Communications (M2M); Interworking between the M2M Architecture and M2M Area Network technologies, ETSI TR 102 966 V0.1.3, 2012.
ETSI, Machine-to-Machine communications (M2M); M2M service requirements, ETSI TS 102 689 V1.1.1, 2010.
ETSI, Machine-to-Machine communications (M2M); mIa, dIa and mId interfaces, ETSI TS 102 921 V1.1.1, 2012.
D. Yousef, N. Dmitry, and S. Manfred, "M2M standards: possible extensions for open API from ETSI," European J. Sci. Research, vol. 72, no. 4, pp. 628-637, 2012.
I. J. Choi, B. S. Park, H. Y. Choi, N. G. Myung, and S. Y. Lee, "Case study on auto meter reading protocol certificate system for smart grid and standardization," J. Korea Inform. Commun. Soc. (KICS), vol. 37B, no. 1, pp. 75-85, Jan. 2012.
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