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IEEE 1815.1 기반 이기종 프로토콜 변환 게이트웨이 기술 연구
Research on Protocol Conversion Gateway based on IEEE1815.1 원문보기

情報保護學會論文誌 = Journal of the Korea Institute of Information Security and Cryptology, v.26 no.5, 2016년, pp.1201 - 1209  

이석준 (아주대학교 컴퓨터공학과) ,  권성문 (아주대학교 컴퓨터공학과) ,  손태식 (아주대학교 사이버보안학과) ,  박성완 (한전KDN)

초록
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기존의 전력망이 스마트그리드로 진화하면서, 수많은 컴포넌트간의 상호운용을 위해 각종 통신 표준과 기술들이 사용되고 있다. 이러한 실정에, 운영센터에서 외부와의 연계를 위한 다양한 프로토콜 연계방안의 필요성이 대두되었다. 본 논문에서는 국내에 자동화 변전소가 급증하는 실정에 따라, 기존제어센터와 자동화 변전소의 프로토콜 연계인 DNP3와 IEC 61850의 프로토콜 연계 게이트웨이에 대해 연구하였다. 프로토콜 매핑을 위해 IEEE 1815.1 표준을 분석하였으며, 게이트웨이의 개발 방향을 제시하고 프로토타입을 개발해 실현가능성을 검증하였다. 이에 더불어, 발생가능 한 보안 문제를 제기하고 보안기술을 제시한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

While the legacy electric grid evolving into the smart grid, various communication standards have been used for interoperability between many components. In this situation, the needs emerged for protocol conversion and mapping method for connecting the outside components to the operation center. In ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서 제안하는 바는 Use case (a1)인 Greenfield의 프로토콜 변환 게이트웨이를 개발하기 위해서는 우선 새로운 자동화변전소를 설정하고, 기존에 사용하던 DNP3 프로토콜의 Capabilities를 확보한다. 위 과정의 방법론은 표준에 정의되어 있지는 않고, 프로토콜 매핑을 위해서 필수로 수반되어야 하는 과정이다.
  • 본 논문에서는 국내 제어센터와 자동화 변전소 간 통신에서 IEEE1815.1 표준을 기반으로 DNP3와 IEC61850 간 이기종 프로토콜 변환 게이트웨이 구조를 제안하고, 검증 단계 수준에서 프로토콜 변환 게이트웨이를 구현하였다. DNP3와 IEC61850를 라이브러리를 활용해 동작시키고, 그 사이에서 실제 DNP3메시지와 IEC61850의 MMS메시지 간 데이터가 성공적으로 전송되는 것을 확인하였고, IEEE1815.
  • 본 논문에서는 국내 환경에 적합한 IEC61850-DNP3 간 프로토콜 변환 게이트웨이 전체적인 시스템 아키텍처를 Fig. 4.와 같이 정의하고, 이를 바탕으로 제어메시지 매핑 게이트웨이의 이기종 간 메시지 송수신에 대해 통신기능이 정상적으로 동작할 수 있는지를 검증하기 위한 모듈을 연구하였다. 게이트웨이를 구현함에 있어서 IEEE1815.
  • 본 논문에서는 신규 디지털 변전소가 구축되고 있는 국내 운영 현황에 적합한 IEEE1815.1 매핑 모델인 Use case(a1): Greenfield 모델을 우선적으로 반영할 것이다.
  • 본 논문은 변전소와 제어센터에서 DNP3 프로토콜[2]과 IEC61850 프로토콜[3]을 사용하게 되는 환경에서 IEEE1815.1의 표준[4]에 정의된 내용을 기반으로 프로토콜 매핑을 수행하고, 이 때, 발생할 수 있는 보안 문제를 제기하고자 한다. 본 논문에서는 DNP3 모듈로는 TurnerTech의 DNP3 protocol[5]을 이용하였으며, IEC61850 모듈로는 SISCO사의 MMS-EASE lite[6]를 사용하였고, Ubuntu14.
  • 본 장에서는 IEEE1815.1에서 기술하고 있는 DNP3와 IEC61850 매핑의 유즈케이스와 매핑기술을 파악하고 국내환경에 적용가능 한 이기종 프로토콜 변환 게이트웨이 모델을 제안한다. 이와 더불어 보안성 제공을 위해 필요한 기술을 제안한다.
  • 1에서 기술하고 있는 DNP3와 IEC61850 매핑의 유즈케이스와 매핑기술을 파악하고 국내환경에 적용가능 한 이기종 프로토콜 변환 게이트웨이 모델을 제안한다. 이와 더불어 보안성 제공을 위해 필요한 기술을 제안한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스마트그리드는 어떤 시스템인가? 스마트그리드는 발전-송·변전-배전에 이르는 지능형 전력 시스템으로, 수많은 구성 컴포넌트들 간의 연계를 위해 각종 통신 표준과 기술들을 사용하고 있다. 스마트그리드 운영센터는 외부 시스템과 연계를 위해 IEC61970/61968의 CIM(Common Interface Model)을 사용하고 있으며, 변전소 등 하위 시스템에서는 간 직접적인 매핑을 통한 프로토콜 연계 방안이 요구되기도 한다.
DNP3와 IEC61850 연계의 두 유즈 케이스의 차이는 무엇인가? 두 유즈 케이스는 매핑 자체를 수행하기 위한 기본 요소는 유사하나 그 의미와 입출력 데이터에 차이가 있다. 가장 큰 의미상의 차이는 Use case(a)는 제어센터와 변전소간 통신에서 제어센터가 DNP3 프로토콜을 유지하고, 변전소가 IEC61850 기반으로 교체되거나 새로 구축되는 경우이며, Use case(b)는 제어센터가 IEC61850 기반으로 교체되는 경우 기존에 DNP3 기반으로 동작하던 변전소를 수용하는 경우를 뜻한다.
스마트그리드 운영센터는 외부 시스템과 연계를 위해 무엇을 사용하는가? 스마트그리드는 발전-송·변전-배전에 이르는 지능형 전력 시스템으로, 수많은 구성 컴포넌트들 간의 연계를 위해 각종 통신 표준과 기술들을 사용하고 있다. 스마트그리드 운영센터는 외부 시스템과 연계를 위해 IEC61970/61968의 CIM(Common Interface Model)을 사용하고 있으며, 변전소 등 하위 시스템에서는 간 직접적인 매핑을 통한 프로토콜 연계 방안이 요구되기도 한다. 이러한 실정에, 국내 전력망 운영 면에서는 CIM, OPC UA(Open Platform Communications Unified Architecture) 등을 이용한 중앙 SCADA, K-EMS (Energy Management System), 차세대 EMS, 그리고 자동화 변전소 등 주요 전력 IT 시스템의 연계를 고려하고 있다.
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참고문헌 (8)

  1. The World Market for Substation Automation and Integration Programs in Electric Utilities 2005-2007, Newton-Evans Research Company, Sep. 2005. 

  2. IEEE1815-2012(DNP3), IEEE Standard Association, https://standards.ieee.org/findstds/standard/1815-2012.html, Oct. 2012 

  3. IEC61850 Series (Part7-3:2010), International Electrotechnical Commission, http://www.iec.ch/smartgrid/standards/, Dec. 2010 

  4. IEEE1815.1-2015 Standard, IEEE Stand ards Association, http://standards.ieee.org/findstds/standard/1815.1-2015.html, May. 2016 

  5. DNP3 protocol, TurnerTech(sparky1194), https://sourceforge.net/projects/dnp/, Apr. 2013 

  6. MMS LITE-EASE, SISCO, http://www.sisconet.com/products/mms-lite/ 

  7. Ubuntu 14.04, http://releases.ubuntu.com/14.04/, Feb. 2016 

  8. Byung-Kwen Song, Geonung Kim, "Design of the Gateway Function for DNP3.0 and IEC61850", Journal of IKEEE, 12(3), pp.151-157, Sep. 2008 

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