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안드로이드 기반 산업용 가스터빈 원격 모니터링 시스템 구현
Android-based Implementation of Remote Monitoring System for Industrial Gas Turbines 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.13 no.2, 2018년, pp.369 - 376  

최준혁 (경북대학교 전자공학부) ,  이동익 (경북대학교 전자공학부)

초록
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본 논문은 안드로이드 기반으로 구현된 실시간 원격 모니터링 시스템을 제안한다. 원격 모니터링 기술은 모니터링에 필요한 비용의 절감과 비정상 상태의 빠른 발견에 이점이 있다. 제안된 모니터링 시스템은 민감한 정보를 보호하기 위해 RSA(Rivest Shamir Adleman) 알고리즘을 이용하는 보안 통신을 사용한다. 가스터빈의 이상 상황이 발생하였을 때, 원격 모니터링 시스템은 사용자의 주의를 끌기 위해 푸시 메시지를 이용한 경고를 한다. 제안된 시스템은 가상 데이터 발생기를 포함하는 실험 환경에서의 실험으로 검증되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents an android-based implementation of real-time remote monitoring system for industrial gas turbines. The use of remote monitoring techniques can be beneficial in terms of not only the reduction of monitoring cost but also the earlier detection of abnormal status. In order to achiev...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • RSA 알고리즘의 안정성은 십여 년 이상을 통해 다양한 검증이 이루어졌으므로[11-12], 본 논문에서는 개인 스마트 단말기에 적용하여 실시간 처리가 가능한지에 대한 검증을 수행하였다. 본 실험에서는, 실시간 상태 데이터의 업데이트 주기를 0.
  • 그러나 앞서 언급한 바와 같이, 본 연구에서는 데이터 송신 및 수신을 실시간으로 구현하기 위해 암호화에 소요되는 시간을 줄여야 할 필요가 있기 때문에 불가피하게 512비트 합성수를 사용하여 RSA 암호화 알고리즘을 구현하였다. 따라서 이로 인해 발생하는 보안 강도 취약점을 보완하고자, 본 논문에서는 가스 터빈 모니터링 시스템의 특성을 기반으로, 주요 데이터의 노출빈도를 줄이고 개별 데이터의 중요도를 분산시키는 방법을 동시에 적용하였다.
  • 본 논문에서는 24시간 운용되는 산업용 가스 터빈의 상태를 발전소 외부에서 실시간으로 감시할 수 있는 원격 모니터링 시스템을 구현하고, 실험을 통해 효용성과 타당성을 검증하였다. 제안한 시스템은 안드로이드 기반의 개인용 스마트 단말기와 무선 통신을 이용하며, 이로 인한 보안 취약성을 해결하기 위해 RSA 알고리즘을 이용한 실시간 보안 기법을 함께 적용하였다.
  • 본 논문에서는, 관리자들이 발전소 중앙 감시 시설에 상주하지 않더라도 가스 터빈의 주요 상태변수를 상시적으로 모니터링 할 수 있는 안드로이드 기반 원격 모니터 시스템을 구현한다. 제안한 시스템에서는 외부 해킹에 의한 가스 터빈 데이터의 유출 위험을 최소화할 수 있도록 3가지 기법을 복합적으로 적용한다.

가설 설정

  • 일반적으로 시스템공학 분야에서 다루는 고장에 따른 위험도(risk)는 고장발생 빈도와 고장에 따른 결과의 중대성에 비례하는 것으로 나타낸다[9]. 동일한 개념을 데이터 보안에 적용하면, 데이터 보안의 취약성(R)은 데이터 노출 빈도(P)와 노출된 데이터의 중요도(S)에 비례하는 것으로 가정할 수 있으며, 본 논문에서는 이러한 가정에 기초하여 실시간 처리가 가능한 보안 기법을 설계하였다.
  • 이때 생성되는 데이터 A, B, … , N은 N개의 센서값 또는 상태 데이터로 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
원격 모니터링 어플리케이션은 어떤 기능을 제공하는가? 원격 모니터링 어플리케이션은 발전소의 기존 설비 (가스 터빈 상태 데이터 획득 장치 및 중앙 모니터링/제어 시스템)와 연동되어, 관리자가 가스 터빈 상태정보에 접근할 수 있는 기능을 제공한다. 이를 위해 그림3과 같이 원격 모니터링 어플리케이션의 주화면 및 세부화면 등 다양한 사용자 인터페이스를 구성하였다.
발전 시설은 무엇이 요구되는가? 발전 시설은 국가 산업 및 국민 삶의 기반이 되므로 높은 수준의 안정성이 요구된다. 체르노빌과 후쿠시마 원자력 발전소 사고 사례에서 볼 수 있는 것처럼 발전 시설의 오작동에 따른 사고 발생시 막대한 경제적, 환경적 손실 뿐 아니라 인명손상까지 초래할 수 있다[1].
GCM 서비스에서 정상 데이터에서 이상 데이터로 변경되는 시점의 에지(edge)값을 기준으로 푸쉬 메시지를 송신하도록 설계한 이유는? 본 논문에서는 GCM(: Google cloud message)기반의 푸쉬 메시지(push message)를 통해 이상 상태 발생을 알려주는 기능을 구현하였으며, 이를 위한 핵심 알고리즘은 그림4와 같다. GCM 서비스를 제어하는 서버에서 발전 시설의 이상 데이터 발생을 감지하는데, 이상 데이터가 발생할 때마다 푸쉬 메시지를 송신할 경우 중복 송신의 우려가 있다. 따라서 정상 데이터에서 이상 데이터로 변경되는 시점의 에지(edge)값을 기준으로 푸쉬 메시지를 송신하도록 설계하였다.
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참고문헌 (12)

  1. J. Cho and K. Jeong, "Remote Controlled Robots Used for the Mitigation of the Fukushima Nuclear Power Plant Accident," J. of Institute of Control, Robotics and Systems, vol. 2011, no. 12, 2011, pp. 148-151. 

  2. X. Hao and C. Kim, "Design and Implementation of a Smart Home Cloud Control System Using Bridge based on IoT," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 12, no. 5, 2017, pp. 865-872. 

  3. H. Ko and H. Kim, "A Study on Vulnerability Analysis and Incident Response Methodology based on the Penetration Test of the Power Plant's Main Control Systems," J. of the Korea Institute of Information Security and Cryptology, vol. 24, no. 2, 2014, pp. 295-310. 

  4. S. Park, W. Choi, B. Chung, J. N. Kim, and J. M. Kim, "The Study on the Cyber Security Requirements of Cyber-Physical Systems for Cyber Security Frameworks," J. of Institute of Embedded Engineering of Korea, vol. 7, no. 5, 2012, pp. 255-265. 

  5. T. H. Cormen, Algorithms Unlocked. London: MIT Press, 2013. 

  6. Y. Jang, "Analysis of Concentration-Related EEG Component Due to SmartPhone," J. of the KIECS, vol. 11, no. 7, 2016, pp. 712-722. 

  7. Y. Shin and J. Ryu, "Study on Adoption of Suitable Encryption Scheme According to Data Properties on MySQL Database," Proc. Korea Computer Congress 2010, Jeju island, South Korea, June, 2010. 

  8. R. D. Silverman, "A Cost-Based Security Analysis of Symmetric and Asymmetric Key Lengths," Bulletin of RSA Laboratories, no. 13, April, 2000. 

  9. B. S. Dhillon, Engineering Safety. Singapore: World Scientific, 2003. 

  10. C. Kong and L. Semyeong, "A Study of Inverse Modeling from Micro Gas Turbine Experimental Test Data," J. of Korean Society of Propulsion Engineers, vol. 13, no. 6, 2009, pp. 1-7. 

  11. A. Selby and C. Mitchel, "Algorithms for Software Implementations of RSA," IEE Proc. E - Computer and Digital Techniques, vol. 136, no. 3, 1989, pp. 166-170. 

  12. T. Fujita, K. Kogiso, K. Sawada, and S. Shin, "Security Enhancement of Networked Control Systems Using RSA Public-key Cryptosystem," Proc. 10th Asian Control Conf., Kota Kinabalu, Malaysia, May, 2015. 

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