[논문]스마트 그리드를 위한 블록체인 기반 LoRa 멀티홉 네트워크 설계

전성호; 김승구

doi:10.6109/jkiice.2021.25.3.440

스마트 그리드를 위한 블록체인 기반 LoRa 멀티홉 네트워크 설계
A Design of Blockchain-based LoRa Multi-hop Network for Smart Grid 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.25 no.3, 2021년, pp.440 - 448

전성호 (Department of Electronic Engineering, Chungbuk National University) , 김승구 (Department of Electronic Engineering, Chungbuk National University)

초록
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본 논문은 스마트 그리드 환경에 사용되는 네트워크 기술의 문제점을 제시하고, 이를 해결하기 위해 블록체인 기반의 LoRa 멀티홉 네트워크를 제안하고 구현한다. 스마트 그리드는 다양한 환경에 구축되어 운영되기 때문에 인터넷 인프라 구축이 불가능한 경우가 있다. 저자는 Flooding 라우팅 프로토콜을 사용한 멀티홉으로 LoRa 네트워크를 제안한다. 스마트 그리드 환경은 응용에 따라 다양한 전력망 프로토콜을 사용하는 독립적인 네트워크를 구성한다. 이는 네트워크마다 독립적인 인프라를 구축해야 한다는 문제가 있다. 이를 하나의 게이트웨이 장치가 다중 전력망 프로토콜을 지원하여 네트워크 통합이 가능한 방법을 구현한다. 마지막으로 스마트 그리드 환경에서 데이터의 무결성을 보장하기 위해 하이퍼레저 기반의 블록체인을 LoRa 네트워크에 적용하고 물리적으로 분산하여 보안성을 강화하였다. 세 가지 제안사항을 실제 테스트베드에 구축 후 실험을 통해 네트워크가 정상적으로 동작함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents problems of network technology in smart grid and implements a blockchain-based LoRa multi-hop network to solve them. Since some smart grid applications are operated in harsh environments, it is difficult to establish communication infrastructure. We propose a LoRa network with multi-hop using the Flooding routing protocol. Smart grid environment composes an independent network using various power grid protocols depending on the application. Since this has a problem that an independent infrastructure must be established for each network, a single gateway device supports multiple power grid protocols to implement a method for network integration. Lastly, the author applied Hyperledger-based blockchain to the LoRa network to ensure the integrity of data in a smart grid environment, and strengthened security by physically distributing it. After constructing the three suggestions on the actual test bed, we confirmed that the network operates normally through experiments.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1 Hyperledger Fabric Network Transaction Process
그림 Fig. 2 Blockchain-based LoRa multi-hop network architecture
그림 Fig. 3 Photos of gateway/sensor nodes placed on the campus of Chungbuk National University
표 Table. 1 LoRa Multi-hop Performance Evaluation
그림 Fig. 4 Check received packets with the Blockchain ledger and IEC61850 server
그림 Fig. 5 Send received packets to Mobius
그림 Fig. 6 Decentralized blockchain ledger safe from physical attacks

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 다양한 스마트 그리드 환경에 적용 가능한 블록체인 기반의 LoRa 멀티홉 네트워크를 제안하였다. 기존 스타 토폴로지의 LoRa 네트워크는 인프라구축이 어려운 격오지에 위치한 스마트 그리드 환경에서 통신 거리가 부족할 수 있으므로 LoRa 네트워크를 멀티 홉으로 구현하도록 메쉬 토폴로지의 Flooding 라우팅 알고리즘을 사용하여 통신 거리를 확장하였다.
본 논문에서는 스마트 그리드의 세 가지 이슈를 해결하기 위한 블록체인 기반의 LoRa 멀티홉 네트워크를 제안한다. 2장에서는 관련된 연구들을 서술한다.
본 논문에서는 통신의 경우 기존의 통신 범위보다 원거리 통신이 가능하도록 LPWAN 중 LoRa 네트워크를 멀티 홉으로 구성하여 기존의 통신 거리를 확장하는 방안을 제안한다. 멀티홉 네트워크는 패킷 전송 시 송신 노드에서 직접 최종 수신 노드로 전송하는 기존의 방식이 아닌 1개 이상의 중계 노드를 경유하는 전송방식을 뜻한다.

가설 설정

실험은 1번 게이트웨이가 물리적인 공격으로 전원이 꺼짐을 가정한다. 그림 6과 같이 1번 게이트웨이에서 수신했던 데이터가 3번 게이트웨이의 원장에서 정상적으로 남아있어 물리적으로 분산화된 블록체인이 물리적 공격에 우수함을 알 수 있다.

제안 방법

012mW를 사용하였다. LoRa의 데이터 링크 계층의 MAC 프로토콜은 CSMA/CA를 사용하고 네트워크 계층의 라우팅 프로토콜은 Flooding을 사용하였다. 사용 OS는 블록체인 플랫폼인 하이퍼레저 패브릭의 사양을 맞추기 위해 Raspberry Pi OS 64bit를 사용하였다.
IEC₆₁850은 프로토콜의 목적 자체가 다양한 형태의 디바이스와 통신할 수 있게 하는 것이 목표이므로 전달하고자 하는 데이터의 자료형(int, float, char 등)을서버와 클라이언트 모두 맞춰주어야 한다. 게이트웨이 내에 IEC₆₁850 클라이언트를 구현하여 모니터링 서버로 송신할 수 있도록 구현하였다. oneM2Me 오픈소스로 제공하는 Mobius 플랫폼을 사용했다.
다음은 구축한 테스트베드에서 센서 노드와 게이트웨이 간의 LoRa 네트워크를 확인한다. 게이트웨이에서 수신한 패킷이 블록체인 네트워크에서 분산되어 저장되는지 확인하고 IEC₆₁850과 oneM2M 프로토콜을 통해 서버로 전송되는지 확인한다. 먼저 각 센서 노드에서 LoRa로 패킷을 송신한다.
게이트웨이의 위의 두 가지 클라이언트에 LoRa 통신으로부터 전송받은 데이터를 전달하는 방법으로 게이트웨이 내부의 LoRa 컨트롤러와 두 개의 클라이언트 간의 프로세스 간 통신을 사용하였다. LoRa 컨트롤러와 IEC₆₁850 클라이언트는 동일한 C++ 언어 프로그램이므로 데이터 공유 방식을 사용하였다.
js로 구현되어 있어서 이종 언어 간의 통신을 위해 메시지 교환 방식인 Unix domain socket을 사용하였다. 그러므로 LoRa 컨트롤러에서 데이터를 데이터 공유 방식과 Socket 통신방식을 모두 사용하도록 구현하였고 각각 클라이언트에서 데이터를 정상적으로 받아오도록 프로그래밍하였다.
기존 스타 토폴로지의 LoRa 네트워크는 인프라구축이 어려운 격오지에 위치한 스마트 그리드 환경에서 통신 거리가 부족할 수 있으므로 LoRa 네트워크를 멀티 홉으로 구현하도록 메쉬 토폴로지의 Flooding 라우팅 알고리즘을 사용하여 통신 거리를 확장하였다. 이렇게 받은 데이터는 다양한 전력망 프로토콜을 따라 각각 구현된 게이트웨이로 보내지는 기존의 방식에서 게이트웨이를 통한 멀티 프로토콜로 구현하여 하나의 게이트웨이에서 각 서버로 보내는 방식으로 네트워크를 설계하였다.
또한, 게이트웨이 해킹으로 데이터의 변조가 가능하므로 데이터 무결성을 보장하기 위해 블록체인 네트워크를 구성하여 블록 내의 원장에 기록하여 관리하였다. 기존의 서버에 구현되어 논리적으로 분산된 블록체인 네트워크는 물리적인 공격에 취약하다는 점을 지적하고 이를 개선하기 위해 물리적으로 분산화한 게이트웨이를 제안하여 물리적인 공격에도 데이터의 안전을 보장할 수 있도록 구현하였다. 구현한 네트워크로 테스트베드를 구축하여 정상적으로 네트워크가 동작함을 확인했다.
이렇게 받은 데이터는 다양한 전력망 프로토콜을 따라 각각 구현된 게이트웨이로 보내지는 기존의 방식에서 게이트웨이를 통한 멀티 프로토콜로 구현하여 하나의 게이트웨이에서 각 서버로 보내는 방식으로 네트워크를 설계하였다. 다양한 전력망 프로토콜 중 IEC₆₁850과 oneM2M을 사용하였고 각 클라이언트를 라즈베리 파이 게이트웨이 통합하여 IEC₆₁850 서버와 oneM2M 플랫폼인 모비우스 서버로 연동되도록 구현하였다. 또한, 게이트웨이 해킹으로 데이터의 변조가 가능하므로 데이터 무결성을 보장하기 위해 블록체인 네트워크를 구성하여 블록 내의 원장에 기록하여 관리하였다.
세 번째는 스마트 그리드의 데이터 보안 문제이다. 데이터를 블록체인 네트워크의 원장에 기록하여 데이터의 무결성을 보장하는 방법을 제안한다. 특히 물리적인 공격에도 데이터의 손실을 막기 위해 기존의 서버에 논리적으로 분산화된 블록체인이 아닌 각 게이트웨이를 블록체인 네트워크로 연결하여 물리적으로 분산된 블록체인 네트워크를 제안한다.
그 결과 각 노드의 통신 거리를 중계 노드 수만큼 더하여 통신 거리를 늘릴 수 있다. 독립적인 네트워크 경우 기존의 파편화된 전력망 네트워크를 통합한 멀티 전력망 게이트웨이를 제안한다. 하나의 데이터를 각 전력망 서버로 연결해주도록 게이트웨이 내에 각 프로토콜에 맞는 클라이언트를 통합 구현하여 서버와 연동한다.
다양한 전력망 프로토콜 중 IEC₆₁850과 oneM2M을 사용하였고 각 클라이언트를 라즈베리 파이 게이트웨이 통합하여 IEC₆₁850 서버와 oneM2M 플랫폼인 모비우스 서버로 연동되도록 구현하였다. 또한, 게이트웨이 해킹으로 데이터의 변조가 가능하므로 데이터 무결성을 보장하기 위해 블록체인 네트워크를 구성하여 블록 내의 원장에 기록하여 관리하였다. 기존의 서버에 구현되어 논리적으로 분산된 블록체인 네트워크는 물리적인 공격에 취약하다는 점을 지적하고 이를 개선하기 위해 물리적으로 분산화한 게이트웨이를 제안하여 물리적인 공격에도 데이터의 안전을 보장할 수 있도록 구현하였다.
또한, 패킷 내 데이터를 IEC₆₁850 클라이언트와 메모리 공유 방식으로 데이터를 전달하여 전력망 프로토콜로 통신을 확인하였다. 그림 4의 (c)와 같이 IEC₆₁850 서버에서 데이터가 정상적으로 서버에 출력됨을 확인하였다.
마지막으로 네트워크 동작 중 블록체인 네트워크를 형성한 게이트웨이에 물리적인 공격 발생 시에도 타 게이트웨이에서 분산원장으로 데이터가 유지되는지 확인한다. 실험은 1번 게이트웨이가 물리적인 공격으로 전원이 꺼짐을 가정한다.
총 세 가지를 확인한다. 먼저 1홉으로 구성한 LoRa 네트워크와 2홉으로 구성한 LoRa 멀티홉 네트워크의 성능을 비교한다. 표 1의 Latency는 1홉의 네트워크 지연시간과 2홉의 네트워크 지연시간을 비교한 결과이다.
하지만 라즈베리 파이는 하이퍼레저 패브릭이 지원하지 않는 ARM 아키텍처를 기반이기 때문에 라즈베리 파이에서 동작할 수 있게 컨테이너 기반의 오픈소스 가상화 플랫폼인 도커(Docker)를 사용하여 설치한다. 먼저 기존의 하이퍼레저 패브릭 코드를 수정하여 ARM 아키텍처에서 동작할 수 있게끔 설계한다. 수정한 파일과 설정값들을 컨테이너로 저장하여 도커 이미지로 관리한다.
본 장에서는 스마트 그리드 환경에서 새로운 블록체인 기반 LoRa 멀티홉 네트워크를 제안한다.
암호화 키는 Join Server에서 관리하지만 동일한 서버에 구현한 프라이빗 블록체인 인프라에 저장된다. 스마트 계약을 통해 LoRaWAN 환경에서의 키 관리를 블록체인 네트워크에서 담당하며 최종 장치의 인증 및 통신에 사용되는 보안 키의 가용성을 보장하는 안전한 분산 스토리지를 구성했다. Zakaria Abou El Houda 등은 안전한 스마트 그리드를 위해 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 아키텍처에서 블록체인 기반의 접근 제어 방식을 제안하였다[5].
실험은 멀티홉 네트워크의 성능평가, 물리적 공격 후 블록체인 네트워크 확인, 테스트베드 내에서 네트워크 확인까지 총 세 가지를 확인한다. 먼저 1홉으로 구성한 LoRa 네트워크와 2홉으로 구성한 LoRa 멀티홉 네트워크의 성능을 비교한다.
클라이언트로부터 받은 트랜잭션을 검증하고 응답하여 오더러가 합의 과정 하도록 하여 합의가 된 트랜잭션에 대해서는 원장에 기록하여 갱신한다. 엔도저 피어는 체인코드가 설치된 피어로 트랜잭션 제안을 받아 체인코드로 시뮬레이션을 한 후 거래가 온전한지 확인한다. 앵커(Anchor) 피어는 같은 채널의 피어를 연결해주는 노드이며 트랜잭션을 다른 피어들에 전달한다.
이렇게 두 가지 전력망 프로토콜을 적용한 게이트웨이를 LoRa 모듈을 연결한 라즈베리 파이에 구현한다. 먼저 IEC₆₁850은 모든 장비와의 연결을 위해 세부 규칙까지 규격을 정해야 하므로 장비 내에 포함하여 솔루션으로 제공하는 경우가 대부분이다.
기존 스타 토폴로지의 LoRa 네트워크는 인프라구축이 어려운 격오지에 위치한 스마트 그리드 환경에서 통신 거리가 부족할 수 있으므로 LoRa 네트워크를 멀티 홉으로 구현하도록 메쉬 토폴로지의 Flooding 라우팅 알고리즘을 사용하여 통신 거리를 확장하였다. 이렇게 받은 데이터는 다양한 전력망 프로토콜을 따라 각각 구현된 게이트웨이로 보내지는 기존의 방식에서 게이트웨이를 통한 멀티 프로토콜로 구현하여 하나의 게이트웨이에서 각 서버로 보내는 방식으로 네트워크를 설계하였다. 다양한 전력망 프로토콜 중 IEC₆₁850과 oneM2M을 사용하였고 각 클라이언트를 라즈베리 파이 게이트웨이 통합하여 IEC₆₁850 서버와 oneM2M 플랫폼인 모비우스 서버로 연동되도록 구현하였다.
오더러는 1번 게이트웨이에 구성하여 블록생성을 관장하고 나머지 게이트웨이에는 하나의 피어를 구성하여 애플리케이션으로부터 블록체인 네트워크 접근 요청에 따라 트랜잭션을 과정을 거치게 한다. 클라이언트 애플리케이션은 node.js로 구현하였으며 LoRa 패킷으로부터 데이터를 전달 받기 위해 메시지 전달 방식인 Unix domain socket으로 구현했다. 전달받은 데이터는 트랜잭션 과정을 거쳐 각 피어의 원장에 분산되어 기록된다.
데이터를 블록체인 네트워크의 원장에 기록하여 데이터의 무결성을 보장하는 방법을 제안한다. 특히 물리적인 공격에도 데이터의 손실을 막기 위해 기존의 서버에 논리적으로 분산화된 블록체인이 아닌 각 게이트웨이를 블록체인 네트워크로 연결하여 물리적으로 분산된 블록체인 네트워크를 제안한다. 이는 해킹으로부터 데이터의 무결성을 보장하고, 물리적인 공격에서도 데이터의 손실을 막을 수 있다.

대상 데이터

LoRa 주파수 대역은 국내에서 사용 가능한 ISM 대역인 920MHz 주파수 채널에서 실험하였다. 충북대학교 내에서 멀티홉 네트워크를 구성하기 위해 전송범위를 줄여서 실험하였고 LoRa의 매개변수는 SF 8, Bandwidth 500kHz, Coding Rate 4/5, Tx power 5.
게이트웨이 내에 IEC₆₁850 클라이언트를 구현하여 모니터링 서버로 송신할 수 있도록 구현하였다. oneM2Me 오픈소스로 제공하는 Mobius 플랫폼을 사용했다. Mobius는 IoT 디바이스 정보를 관리하고 접근 제어, 인증, 사용자 관리, 복수의 IoT 서비스 조합을 제공하는 애플리케이션을 통한 서비스 플랫폼이다[9].
도시 환경에서 LoRa 게이트웨이의 적용 범위를 측정하였고 실외 시나리오에서 1, 850m의 통신 거리를 측정하게 되었다. 이는 기존의 LoRaWAN의 사양에서 도시 상황에서 이론적으로 측정 가능한 2~5km의 통신 범위보다 훨씬 적은 범위의 커버리지이다.
본 논문에서 사용한 프로토콜은 전력설비 감시, 계측, 제어, 보호를 위한 통신 프로토콜인 IEC₆₁850과 전력 에너지 분야 사물인터넷 규격인 e-IoT 서비스 제공을 위한 공통 플랫폼인 oneM2M을 사용한다. IEC₆₁850은 전력 유틸리티 자동화를 위한 통신 네트워크와 시스템에 관한 표준으로 통신 프로토콜에 관한 내용을 포함해 애플리케이션에 초점을 맞춘 아키텍처를 정의하고 있다.
블록체인 플랫폼은 하이퍼레저 패브릭(Hyperledger Fabric)을 사용한다. 하이퍼레저 패브릭은 IBM에서 개발한 허가형 프라이빗 블록체인으로 그림 1과 같이 클라이언트(Client), 피어(Peer), 오더러(Orderer) 이렇게 세 가지 구조로 볼 수 있다[11].
LoRa의 데이터 링크 계층의 MAC 프로토콜은 CSMA/CA를 사용하고 네트워크 계층의 라우팅 프로토콜은 Flooding을 사용하였다. 사용 OS는 블록체인 플랫폼인 하이퍼레저 패브릭의 사양을 맞추기 위해 Raspberry Pi OS 64bit를 사용하였다.
4를 Docker 이미지로 구현하여 ARM 환경에서 동작하게 하였다. 실험은 충청북도 청주시 충북대학교 내에 구축한 테스트베드에서 진행하였다. 그림 3과 같이 3개의 게이트웨이와 4개의 센서 노드를 사용하여 네트워크를 구축하였다.
LoRa 주파수 대역은 국내에서 사용 가능한 ISM 대역인 920MHz 주파수 채널에서 실험하였다. 충북대학교 내에서 멀티홉 네트워크를 구성하기 위해 전송범위를 줄여서 실험하였고 LoRa의 매개변수는 SF 8, Bandwidth 500kHz, Coding Rate 4/5, Tx power 5.012mW를 사용하였다. LoRa의 데이터 링크 계층의 MAC 프로토콜은 CSMA/CA를 사용하고 네트워크 계층의 라우팅 프로토콜은 Flooding을 사용하였다.

이론/모형

프로세스 간 통신을 사용하였다. LoRa 컨트롤러와 IEC₆₁850 클라이언트는 동일한 C++ 언어 프로그램이므로 데이터 공유 방식을 사용하였다. LoRa 컨트롤러와 oneM2M 클라이언트는 Mobius가 Javascript 기반의 node.
LoRa 컨트롤러와 IEC₆₁850 클라이언트는 동일한 C++ 언어 프로그램이므로 데이터 공유 방식을 사용하였다. LoRa 컨트롤러와 oneM2M 클라이언트는 Mobius가 Javascript 기반의 node.js로 구현되어 있어서 이종 언어 간의 통신을 위해 메시지 교환 방식인 Unix domain socket을 사용하였다. 그러므로 LoRa 컨트롤러에서 데이터를 데이터 공유 방식과 Socket 통신방식을 모두 사용하도록 구현하였고 각각 클라이언트에서 데이터를 정상적으로 받아오도록 프로그래밍하였다.
본 논문에서는 메쉬 토폴로지 네트워크를 Flooding 라우팅 방식을 사용하여 구현하였다. Floodinge 특정 노드에서 수신한 패킷을 해당 노드의 통신 반경 내에 있는 모든 노드에 전달하는 방식으로 동작한다.
쉽게 자료를 저장하고 복사할 수 있는 디지털 환경에서는 복사된 자료와 원본 간의 품질 차이가 나지 않는데 이는 누군가가 악의를 가지고 기록을 조작하거나 잘못된 기록을 남겨도 수정된 사본과 원본 간에 차이가 구분되지 않음을 보여준다. 이러한 문제를 해결하기 위해 블록체인은 국립표준기술연구소에 의해 공표된 표준 해시 알고리즘인 SHA-256 기반의 해시 함수를 암호로 사용한다. 해시 함수란 다양한 길이를 가진 데이터를 고정된 길이를 가진 데이터로 매핑하는 알고리즘으로 각각의 데이터를 텍스트로 표시할 경우 그 길이가 다를 수 있지만 해시 함수로 변환하면 항상 일정한 길이의 해시값이 나오게 된다.
먼저 IEC₆₁850은 모든 장비와의 연결을 위해 세부 규칙까지 규격을 정해야 하므로 장비 내에 포함하여 솔루션으로 제공하는 경우가 대부분이다. 이를 개발하기 위해 오픈소스로 제공하는 libIEC₆₁850을 이용하여 구현했다[8]. IEC₆₁850은 프로토콜의 목적 자체가 다양한 형태의 디바이스와 통신할 수 있게 하는 것이 목표이므로 전달하고자 하는 데이터의 자료형(int, float, char 등)을서버와 클라이언트 모두 맞춰주어야 한다.
순환중복검사 오류는 데이터 전송 시 순환중복검사를 사용하여 대기 순서표를 삽입하는데 이 순서대로 데이터가 들어오지 않을 때 발생하는 오류이다. 이를 줄이기 위해 LoRa 매체 접근 방식을 CSMA/CA 방식으로 구현하였다. CSMA/CA는 채널의 유휴상태를 판단하기 위해 채널의 에너지값을 확인한다.

성능/효과

34km로 나타났다. LoRa MAC 실험 성능에서 Payload 길이가 길어질수록, 패킷 전송 주기가 짧아질수록 패킷 전달률이 줄어드는 것을 확인했다. 이를 통해 다양한 SF 값으로 신뢰성 있는 최대 통신 범위를 최대 630m~1344m로 계산하였다.
기존의 서버에 구현되어 논리적으로 분산된 블록체인 네트워크는 물리적인 공격에 취약하다는 점을 지적하고 이를 개선하기 위해 물리적으로 분산화한 게이트웨이를 제안하여 물리적인 공격에도 데이터의 안전을 보장할 수 있도록 구현하였다. 구현한 네트워크로 테스트베드를 구축하여 정상적으로 네트워크가 동작함을 확인했다. 블록체인 기반의 LoRa 멀티홉 네트워크는 다양한 스마트 그리드 환경에 적용할 수 있고 데이터의 무결성을 보장하기 때문에 넓은 범위의 통신이 필요한 전력 네트워크를 구성할 때 유용하게 사용이 가능할 것으로 기대한다.
기존의 접근 제어 방식은 홈 네트워크 내부에서 악성코드를 원격으로 실행시켰을 때 외부에서 스마트 미터로 직접 접근이 가능해지므로 DDoS (Distributed Denial of Service) 공격이 가능해짐을 지적하고 이를 블록체인을 활용하여 스마트계약을 사용한 접근 제어로 관리하여 인증된 주체들만 리소스에 접근할 수 있게 구현했다. 보안에 관련한 블록체인 연구를 통해 스마트 계약과 분산 네트워크로 보안성을 높일 수 있음을 보았다. 하지만 기존의 연구들은 하나의 서버에 논리적으로 분산된 블록체인 네트워크를 구성하여 이를 구현했다.
김동훈 등은 국내 스마트 에너지 캠퍼스 테스트베드에서 LoRa 네트워크를 구축할 때 복합 실내 및 실외 환경에서의 LoRa 통신 범위 측정할 때 LoRa PHY에 단순화된 경로손실 모델을 설정하고 통신 범위 계산과 응용 프로그램 매개변수가 MAC 성능에 미치는 영향 등을 비교하였다 [3]. 복합적인 실내 및 실외 환경에서 단순화된 경로 손실 모델로 최대 통신 거리에서 통신 신뢰성을 분석한 최대 범위는 1.34km로 나타났다. LoRa MAC 실험 성능에서 Payload 길이가 길어질수록, 패킷 전송 주기가 짧아질수록 패킷 전달률이 줄어드는 것을 확인했다.
마지막으로 Mobius 서버에 전송받은 데이터는 리소스 모니터링 웹서버에서 게이트웨이별로 확인할 수 있다. 이를 통해 제안한 네트워크가 테스트베드에서 정상적으로 동작함을 확인하였다.
주파수 대역은 ISM(Inderstrial, Scientific and Medical) 대역에서 사용되며 국내에서는 920~925MHz 대역을 사용한다. 최대 데이터 속도는 5.47kbps로 소량의 데이터를 장시간 동안 통신하는데 적합하게 설계되었다. 또한, 배터리 수명이 10년 이상이기 때문에 한 번 설치해두면 약 10년간 센서 노드로 사용할 수 있다.

후속연구

구현한 네트워크로 테스트베드를 구축하여 정상적으로 네트워크가 동작함을 확인했다. 블록체인 기반의 LoRa 멀티홉 네트워크는 다양한 스마트 그리드 환경에 적용할 수 있고 데이터의 무결성을 보장하기 때문에 넓은 범위의 통신이 필요한 전력 네트워크를 구성할 때 유용하게 사용이 가능할 것으로 기대한다.

참고문헌 (12)

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M. M. Erbati, G. Schiele, and G. Batke, "Analysis of LoRaWAN technology in an Outdoor and an Indoor Scenario in Duisburg-Germany," 2018 3rd International Conference on Computer and Communication Systems, Nagoya, pp. 273-277, 2018.
D. H. Kim, E. K. Lee, and J. H. Kim, "Experiencing LoRa Network Establishment on a Smart Energy Campus Testbed," Sustainability, vol. 11, no. 7, pp. 1917, 2019. DOI: https://doi.org/10.3390/su11071917.

상세보기
V. Ribeiro, R. Holanda, A. Ramos, and J. J. P. C. Rodrigues, "Enhancing Key Management in LoRaWAN with Permissioned Blockchain," Sensors, vol. 20, no. 11, pp. 3068, 2020. DOI: https://doi.org/10.3390/s20113068.

상세보기
Z. A. E. Houda, A. Hafid, and L. Khoukhi, "Blockchain Meets AMI: Towards Secure Advanced Metering Infrastructures," ICC 2020 - 2020 IEEE International Conference on Communications (ICC), Dublin, Ireland, pp. 1-6, 2020.
IEC61850-7 Communication networks and systems for power utility automation - Part 7-3: Basic communication structure for substation and feeder equipment - Common data classes Edition [Internet]. Available: https://joinup.ec.europa.eu/collection/ict-standards-procurement/solution/iec-61850-7-32010-communication-networks-and-systems-power-utility-automation-part-7-3-basic.
oneM2M. oneM2M Release 2 Technical Specifications [Internet]. Available: https://www.onem2m.org/technical/published-drafts/release-2.
libIEC61850. libIEC61850 open source libraries for IEC 61850 [Internet]. Available: http://libiec61850.com/libiec61850.
Mobius. Installation Guide Mobius_v2 [Internet]. Available: https://github.com/IoTKETI/Mobius/wiki.
Mobius. User guide nCube Thyme for node.js v2 [Internet]. Available: https://github.com/IoTKETI/nCube-Thyme-Nodejs/wiki.
E. Androulaki, A. Barger, V. Bortnikov, C. Cachin, K. Christidis, A. D. Caro, D. Enyeart, C. Ferris, G. Laventman, Y. Manevich, S. Muralidharan, C. Murthy, B. Nguyen, M. Sethi, G. Singh, K. Smith, A. Sorniotti, C. Stathakopoulou, M. Vukolic, S. W. Cocco, and J. Yellick, "Hyperledger fabric: a distributed operating system for permissioned blockchains," in Proceedings of the Thirteenth EuroSys Conference, New York: NY, pp. 1-15, 2018.
Semtech, SX1272/3 Datasheet [Internet]. Available: https://www.semtech.com/products/wireless-rf/lora-transceivers/sx1272.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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