사물인터넷(IoT, Internet of Things) 분야는 풍부한 정보를 기반으로 사용자가 쉽게 접근해서 서비스를 창출해야 하나, 전력시스템의 특수성으로 인해 다음의 사항이 IoT 확산에 걸림돌로 작용할 수 있으며 '지능형 전력망 정보의 보호 조치에 관한 지침'에 의거, 전력설비 접근이 용이하지 않고, 특히 AMI(Advanced Metering Infrastructure)분야에 IoT 기술적용시 엄격한 보안 정책이 요구되고 있다. 이로 인해 IoT 기술의 전력시스템에 적용 및 활용에 제약이 발생되는 실정이다. 전력정보통신망은 그간 폐쇄망으로 운영되어 왔으며, 스마트그리드(Smart Grid) 인프라인 지능형 전력망에서도 개방형 양방향 통신을 검토하고 있으나 정보보안 취약성이 높아지고 사고 위험이 증가함에 따라 종합적인 보안정책 및 기술이 요구되고 있다. 본 논문은 IoT 기반 에너지 플랫폼 개발 연구내용의 일부로 전력정보시스템의 IoT 플랫폼아키텍쳐 설계를 목표로 한다. IoT를 기반으로 전력서비스 및 솔루션을 제공하기 위해 '센서-게이트웨이-네트워크-플랫폼-서비스'를 하나로 연결하는 표준 프레임워크를 제정하고자 한다. 프레임워크는 크게 '센서-게이트웨이-플랫폼'을 연계하는 정보모델링 및 연동규약을 다루는 표준과 이를 토대로 다양한 센서를 수용할 수 있는 게이트웨이, 실시간 데이터 수집 분석 제공 역할을 수행하는 플랫폼으로 구분하고 관련 기술을 확보하고자 한다.
사물인터넷(IoT, Internet of Things) 분야는 풍부한 정보를 기반으로 사용자가 쉽게 접근해서 서비스를 창출해야 하나, 전력시스템의 특수성으로 인해 다음의 사항이 IoT 확산에 걸림돌로 작용할 수 있으며 '지능형 전력망 정보의 보호 조치에 관한 지침'에 의거, 전력설비 접근이 용이하지 않고, 특히 AMI(Advanced Metering Infrastructure)분야에 IoT 기술적용시 엄격한 보안 정책이 요구되고 있다. 이로 인해 IoT 기술의 전력시스템에 적용 및 활용에 제약이 발생되는 실정이다. 전력정보통신망은 그간 폐쇄망으로 운영되어 왔으며, 스마트그리드(Smart Grid) 인프라인 지능형 전력망에서도 개방형 양방향 통신을 검토하고 있으나 정보보안 취약성이 높아지고 사고 위험이 증가함에 따라 종합적인 보안정책 및 기술이 요구되고 있다. 본 논문은 IoT 기반 에너지 플랫폼 개발 연구내용의 일부로 전력정보시스템의 IoT 플랫폼 아키텍쳐 설계를 목표로 한다. IoT를 기반으로 전력서비스 및 솔루션을 제공하기 위해 '센서-게이트웨이-네트워크-플랫폼-서비스'를 하나로 연결하는 표준 프레임워크를 제정하고자 한다. 프레임워크는 크게 '센서-게이트웨이-플랫폼'을 연계하는 정보모델링 및 연동규약을 다루는 표준과 이를 토대로 다양한 센서를 수용할 수 있는 게이트웨이, 실시간 데이터 수집 분석 제공 역할을 수행하는 플랫폼으로 구분하고 관련 기술을 확보하고자 한다.
IoT(Internet of Things areas) rich information based on the user easy access to service creation must be one of the power system of specificity due following: The IoT spread obstacle to the act be, and 'Smart Grid information of this is not easy under power plants approach the Directive on the prote...
IoT(Internet of Things areas) rich information based on the user easy access to service creation must be one of the power system of specificity due following: The IoT spread obstacle to the act be, and 'Smart Grid information of this is not easy under power plants approach the Directive on the protection measures, particularly when stringent security policies IoT technologies applied to Advanced Metering Infrastructure sector has been desired. This is a situation that occurs is limited to the application and use of IoT technologies in the power system. Power Information Network is whilst closed network operating is has a smart grid infrastructure, smart grid in an open two-way communication for review and although information security vulnerabilities increased risk of accidents increases as according to comprehensive security policies and technologies are required and can. In this paper, the IoT platform architecture design of information systems as part of the power of research and development IoT-based energy information platform aims. And to establish a standard framework for a connection to one 'Sensor-Gateway-Network-platform sensors Service' to provide power based on the IoT services and solutions. Framework is divided into "sensor-gateway" platform to link information modeling and gateways that can accommodate the interlocking standards and handling protocols variety of sensors Based on this real-time data collection, analysis and delivery platform that performs the role of the relevant and to secure technology.
IoT(Internet of Things areas) rich information based on the user easy access to service creation must be one of the power system of specificity due following: The IoT spread obstacle to the act be, and 'Smart Grid information of this is not easy under power plants approach the Directive on the protection measures, particularly when stringent security policies IoT technologies applied to Advanced Metering Infrastructure sector has been desired. This is a situation that occurs is limited to the application and use of IoT technologies in the power system. Power Information Network is whilst closed network operating is has a smart grid infrastructure, smart grid in an open two-way communication for review and although information security vulnerabilities increased risk of accidents increases as according to comprehensive security policies and technologies are required and can. In this paper, the IoT platform architecture design of information systems as part of the power of research and development IoT-based energy information platform aims. And to establish a standard framework for a connection to one 'Sensor-Gateway-Network-platform sensors Service' to provide power based on the IoT services and solutions. Framework is divided into "sensor-gateway" platform to link information modeling and gateways that can accommodate the interlocking standards and handling protocols variety of sensors Based on this real-time data collection, analysis and delivery platform that performs the role of the relevant and to secure technology.
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문제 정의
본 논문에서는 IoT 플랫폼 Architecture 설계를 목표로 한 전력정보시스템의 플랫폼 설계 연구를 소개한다. 국내외 기술 및 표준화 동향, 전력정보시스템 플랫폼 진화, 새로운 플랫폼에 대한 요구사항을 소개하고 최종적으로 Connectivity/ Governance/EcoSystem 구조의 전력IoT 플랫폼 아키텍쳐과 전력IoT 프로토콜 표준에 대한 표준대상과 프로토콜 동작에 대해 기술한다.
전력IoT 분야 표준정립을 위해 Master Plan 수립, 서비스용 정보모델링, IoT 단말 ID 체계 수립, 전력용 IoT 표준프로토콜 개발 단계별로 추진하고 있다. 본 논문에서는 eIoT(Energy IoT, 전력에너지 분야 사물인터넷 기술) 게이트웨이 규격은 에너지 전력 분야 사물인터넷 표준으로 특히 한국전력 전반에 구축될 eIoT디바이스(센서 및 액츄에이터)를 연결하여 eIoT디바이스의 측정된 정보를 수집하고, 제어할 수 있으며 수집된 측정 데이터를 eIoT플랫폼에 전달할 수 있는 eIoT게이트웨이의 통신 프로토콜을 제정한다. eIoT플랫폼과 인터페이스와 eIoT디바이스와 인터페이스 구간의 eIoT 표준 프로토콜 적용 범위로 한다.
향후 초연결 사회를 지향하는 IoT 기술을 전력시스템에 적용 시 발생될 수 있는 위해성 및 안정성, 신뢰성 침해여부 등에 대한 검토를 통해 IoT 기술을 이용한 전력시스템의 적용대상 정의, 적용 및 운영방법 등에 대한 기본적인 틀 정립이 선행되고 에너지 분야의 IoT 산업은 크게 활성화 될 수 있을 것으로 예상된다. 본 논문에서는 전력연구원에서 수행하고 있는 “IoT 기반 에너지플랫폼 및 게이트웨이 개발” 연구과제의 IoT 플랫폼 Architecture 설계를 목표로 전력정보시스템의 플랫폼 설계 연구를 소개하였다.
상기 언급된 문제를 해결하기 위해 본 과제에서는 IoT를 기반으로 전력서비스 및 솔루션을 제공하기 위해 ‘센서-게이트웨이-네트워크-플랫폼-서비스’를 하나로 연결하는 표준 프레임워크를 제정하고자 한다.
센서 및 전력시스템에서 보유하고 있는 데이터를 손쉽게 활용하기 위한 기반환경 구축을 목표로 한다. 한전에서 보유하고 있는 데이터를 토대로 모델링 및 이를 기반으로 활용 환경을 제공한다.
제안 방법
데이터 동기화 기술 개발을 중심으로 설계하였다. EcoSystem 영역은 전력정보 제공기술 개발을 목표로 오픈 API 기반 전력정보 모델링, Restful기반 오픈 API 제공기술, 매쉬업 기술개발, 상황인지 및 전력정보이용 기술개발을 중심으로 설계하였다.
본 논문에서는 IoT 플랫폼 Architecture 설계를 목표로 한 전력정보시스템의 플랫폼 설계 연구를 소개한다. 국내외 기술 및 표준화 동향, 전력정보시스템 플랫폼 진화, 새로운 플랫폼에 대한 요구사항을 소개하고 최종적으로 Connectivity/ Governance/EcoSystem 구조의 전력IoT 플랫폼 아키텍쳐과 전력IoT 프로토콜 표준에 대한 표준대상과 프로토콜 동작에 대해 기술한다.
0, COAP, LWM2M 등), 실시간 데이터 처리 분석기술 개발. 데이터 동기화 기술 개발을 중심으로 설계하였다. EcoSystem 영역은 전력정보 제공기술 개발을 목표로 오픈 API 기반 전력정보 모델링, Restful기반 오픈 API 제공기술, 매쉬업 기술개발, 상황인지 및 전력정보이용 기술개발을 중심으로 설계하였다.
에너지 IoT 시스템에서 보안은 End-to-End 보안이 보장 되는 것을 원칙으로 하나, 현실적인 기술을 반영하여 이에 준하는 보안을 보장할 수 있는 기법을 적용하도록 한다. End-to-end 보안 수준에 유사한 보안 수준을 보장하기 위해서는 중간에 위치한 Gateway 장치의 안정성 보장 수준을 높이는 방안이 중요하다.
oneM2M 기반으로 기술되는 리소스 모델에는 리소스의 특징을 설명할 수 있는 의미소를 포함하지 못한다. 이를 위해서 본 규격서에서는 리소스의 특징을 기술할 수 있는 ID를 OID체계로 기술하여 oneM2M 기반의 리소스 모델에서 포함하도록 한다.
대상 데이터
한전에서 보유하고 있는 데이터를 토대로 모델링 및 이를 기반으로 활용 환경을 제공한다. 데이터는 Data Governance 분야에서 처리되는 데이터를 기준으로 하며, MashUp 서비스를 위해 외부정보 연계 시 이를 포함하여 설계를 수행한다.
이론/모형
데이터 암호화 알고리즘으로 AES를 사용하며 무결성 보장을 위해, SHA1를 사용한다. eIoT게이트웨이와 eIoT다비이스 사이의 비밀키 관리는 공인된 KDC(Key Distribution Center)를 기반으로 분배 관리하는 것이 바람직하나, 현실적으로 에너지IoT 현장에 설치될 eIoT디바이스 장치의 하드웨어 성능 및 네트워크 상황을 고려했을 때 KDC 기반의 보안키 관리 기법은 적용하기 힘들다.
eIoT게이트웨이와 eIoT다비이스 사이의 비밀키 관리는 공인된 KDC(Key Distribution Center)를 기반으로 분배 관리하는 것이 바람직하나, 현실적으로 에너지IoT 현장에 설치될 eIoT디바이스 장치의 하드웨어 성능 및 네트워크 상황을 고려했을 때 KDC 기반의 보안키 관리 기법은 적용하기 힘들다. 이런 이유에서 기본적으로 미리 사전에 보안성이 보장된 방법을 통해서 대칭키를 교환하는 PSK(Pre-Shared Key) 방식을 적용한다.
후속연구
그러나 기존의 에너지관리 기술은 on/off 방식의 단순제어로 사용자 쾌적함을 제공하지 못하였으며, 적용기기 제약(비표준화), 구축비용 고가 등의 문제로 기술의 확산에 제약을 갖고 있다. ICT 기술 발달로 개별에너지 사용량 제공을 통해 구체적 에너지 절감방안을 제시할 수 있는 환경이 구축됨에 따라, 공급자 중심의 에너지정보체계를 수요자 중심의 에너지정보체계로 개편한다면, 자발적인 수요관리 환경 및 관련 시장 형성이 될 수 있을 것이다.
앞으로 본 연구에서는 전력IoT 플랫폼 아키텍쳐를 기반으로 IoT 플랫폼을 개발하고 개발된 플랫폼을 oneM2M 기반 국제표준과의 상호운용성 시험․검증을 거쳐 Open API 제공을 통해 전력산업분야의 IoT 생태계 조성에 활용할 계획이다.
향후 초연결 사회를 지향하는 IoT 기술을 전력시스템에 적용 시 발생될 수 있는 위해성 및 안정성, 신뢰성 침해여부 등에 대한 검토를 통해 IoT 기술을 이용한 전력시스템의 적용대상 정의, 적용 및 운영방법 등에 대한 기본적인 틀 정립이 선행되고 에너지 분야의 IoT 산업은 크게 활성화 될 수 있을 것으로 예상된다. 본 논문에서는 전력연구원에서 수행하고 있는 “IoT 기반 에너지플랫폼 및 게이트웨이 개발” 연구과제의 IoT 플랫폼 Architecture 설계를 목표로 전력정보시스템의 플랫폼 설계 연구를 소개하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
IoT 시장을 선점하기 위해 글로벌 기업들은 어떠한 움직임을 보이고 있는가?
○ IBM : Smarter Planet + IBM은 ‘똑똑한 지구(Smarter Planet)’라는 새로운 혁신 프로젝트를 전개, 모든 자연과 사람을 연결해 기능화·지능화 에너지·교통·금융·유통·제조·공공안 전·도시관리 등 다양한 분야에 똑똑한 시스템을 만들자는 것이 핵심. 세상의 수많은 디바이스와 소프트웨어가 네트워킹이 가능하도록 하는 IT기술의 확장을 통해 관련 사물인터넷 (IoT) 전 분야를 IBM의 시장영역으로 만들기 위한 전략을 추진 중임.
○ CISCO : ‘Smart + Connected Communities’라는 혁신 프로젝트를 추진 중에 있으며, 네트워크로 연결·통합된 커뮤니티와 도시활동을 통해 지속적 경제성장과 자원관리, 운영 효율을 통한 환경보전을 가능하게 하고 삶의 질 향상을 위한 솔루션으로 제시. ‘Community+Connect’ 솔루션을 통해 집, 학교, 교통분야에서 삶의 질을 향상시킬 수 있는 정보와 서비스를 시민에게 제공. ‘Community+Exchange’ 솔루션을 통해서는 정부 및 지역 파트너들이 해당 시민들에게 자유롭게 거주하며 일하고 삶을 즐길 수 있는 안전한 커뮤니티를 제공.
○ GE : GE는 항공기에 수백개의 각종 센서를 부착하고, 비행기가 움직이는 순간마다 연료 소비에 관한 방대한 분량의 정보(빅데이터)를 수집하고 이를 분석하여 시스템에 적용 중임. 착륙 시 항공기 날개 위치 및 하강 속도에 따른 연료 절감 패턴 등을 분석 중에 있음.
국내 IoT 시장의 전망은 어떠한가?
국내 IoT 시장은 2013년 2조 2,827억원에서 2022년 22조 8,200억원 규모로 연평균 약 29% 성장할 것으로 전망됨. 구체적으로 알아볼 것 같으면, 칩셋을 포함한 제품기기 시장이 10조 2,200억원으로 전체시장에서 44.8%, 애플리케이션서 비스 시장이 7조 5,400억원으로 33% 차지할 것으로 전망되고 있다. 글로벌 기업들은 IoT 시장을 선점하기 위해 기술개발과 자사 중심의 생태계 조성에 적극나서는 등 활발한 움직임을 보이고 있다.
IoT 기술의 전력시스템에 적용 및 활용에 제약이 발생되는 이유는 무엇인가?
사물인터넷(IoT, Internet of Things) 분야는 풍부한 정보를 기반으로 사용자가 쉽게 접근해서 서비스를 창출해야 하나, 전력시스템의 특수성으로 인해 다음의 사항이 IoT 확산에 걸림돌로 작용할 수 있으며 '지능형 전력망 정보의 보호 조치에 관한 지침'에 의거, 전력설비 접근이 용이하지 않고, 특히 AMI(Advanced Metering Infrastructure)분야에 IoT 기술적용시 엄격한 보안 정책이 요구되고 있다. 이로 인해 IoT 기술의 전력시스템에 적용 및 활용에 제약이 발생되는 실정이다.
참고문헌 (8)
Ko Yun Seung, "Study of Policies of Major Countries on Internet of Things and Market Forecast," International Commerce and Information Review, Vol.16, pp.27-47, 2014.
IETF RFC 7252: "The Constrained Application Protocol (CoAP)."
Lightweight Machine to Machine Technical Specification Draft version 1.0 - 10 Sep., 2015.
Kim Gyun-tak Lee Gye-san, Lee Gyu-jin, "IoT devices based on the platform of wearable technology trends," Korea Contents Association, pp.25-30, 2015.
Myung Hye Park, Young Hyun Kim, and Seung Bae Lee, "Internet-based Power Information Network Design Study," 2015 KICS Conference, pp.228-230, 2015. 11.
Yoo Jae-hak, "IoT IoT platform technology trends taking into account the various environmental," IITP, No.1715, 2015. 9
Rose Yu, "Wireless mesh network selection protocol for use in industrial IoT," Semiconductor Network, pp.64-69, 2015. 3.
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