KR101988130B1 - 배전망 및 그리드망에서의 노드관리 게이트웨이 장치 및 그 방법 - Google Patents

배전망 및 그리드망에서의 노드관리 게이트웨이 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지저장 계통이나 태양발전 계통, 풍력발전 계통, 전기차량 계통, 배전 계통, 송전 계통 등의 배전망 네트워크 시스템에서 각 노드에 포함되고, 배전자동화 단말장치(FRTU)를 대체하여, 데이터중심 객체지향 통신(DDS) 프로토콜을 이용하여 RTPS 메시지를 송수신함으로써 게이트웨이 기능을 수행할 수 있도록 하는, 노드관리 게이트웨이 장치 및 그 방법이 개시된다.
개시된 노드관리 게이트웨이 장치가 적용된 배전망 네트워크 시스템은, 데이터중심 객체지향 통신(DDS) 방식을 이용하는 복수의 노드를 포함하는 배전망 네트워크 시스템에 있어서, 상기 복수의 노드는 WAN에 연결된 게이트웨이를 포함하고, 상기 게이트웨이는 전체 노드가 LAN에서 통신하는 것처럼 통신하도록 심플 터널링(Simple Tunneling)을 적용한 RTPS 메시지를 송신 또는 수신하고, 상기 RTPS 메시지는, 게이트웨이 IP 정보와, 게이트웨이 UDP 정보, 매직(Magic) 정보 및 메시지 정보를 포함하며, 상기 매직 정보는 상기 게이트웨이 UDP 정보와 상기 메시지 정보 사이에 위치하여, 참가자의 발신지 IP 정보, 목적지 IP 정보, 목적지 UDP 정보를 포함할 수 있다. 본 발명에 의하면, 분산 에너지 자원 관리 시스템(DERMS)이나 데이터 관리 시스템(DMS) 등에서 각 노드들 간에 빈번하게 발생되는 커넥션과, 노드의 추가 및 삭제 등을 실시간으로 관리할 수 있다.

Description

배전망 및 그리드망에서의 노드관리 게이트웨이 장치 및 그 방법{Node management gateway device based on data distribution service in grid network and distribution network, and method thereof}
본 발명은 노드관리 게이트웨이 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 에너지저장 계통이나 태양발전 계통, 풍력발전 계통, 전기차량 계통에 연결된 분산 에너지 자원 관리 시스템(Distributed Energy Resource Management System; 이하 DERMS)의 계통 연계 차단기와, 배전 계통이나 송전 계통에 연결된 데이터 관리 시스템(Data Management System; 이하 DMS)의 배전자동화 단말장치(Feeder Remote Terminal Unit; 이하 FRTU) 간에 데이터중심 객체지향 통신(Data Distribution Service)의 RTPS(Real-Time Publish-Subscribe) 프로토콜을 이용하여 메시지를 송수신함으로써 노드들 간에 빈번하게 발생되는 커넥션(Connection)과, 노드의 추가 및 삭제에 대한 관리를 실시간으로 할 수 있도록 하는, 노드관리 게이트웨이 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 에너지 저장(ESS) 계통이나 풍력발전 계통, 태양발전 계통, 전기차량 계통 등 신재생 에너지원 계통은 도 1에 도시된 바와 같이 분산 에너지 자원 관리 시스템(DERMS)의 계통 연계 차단기(Switches)를 통해 서로 연계하고 있다.
도 1은 일반적인 배전망과 그리드망에서 DERMS 및 DMS의 네트워크 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 신재생 에너지원 계통에서 생산된 전력은 데이터 관리 시스템(DMS)의 배전자동화 단말장치(FRTU)를 통해 송전 계통이나 배전 계통으로 공급되고 있다.
이러한 분산 에너지 자원 관리 시스템(DERMS)이나 데이터 관리 시스템(DMS) 등은 배전망과 그리드망을 통해 각종 신재생 제어 설비 및 계통 차단기와 실시간 접속 및 제어를 수행하고 있다.
그리드망은 세계적으로 보급되어 사용되고 있는 월드와이드웹(WWW)과 달리 컴퓨터의 처리능력을 한 곳으로 집중시킬 수 있는 인터넷망으로, 집과 공장에 전력을 공급하는 전기 배선(power grid)과 흡사하다고 해서 '격자선'이라는 뜻을 가진 '그리드'라는 이름이 붙여졌다. 즉, 지리적으로 분산된 고성능 컴퓨터, 대용량 데이터베이스(DB), 각종 정보통신 첨단장비 등을 네트워크로 연동, 상호 공유할 수 있도록 하는 것이다. '분산 컴퓨팅(distributed computing)' 또는 '병렬 컴퓨팅(parallel computing)'이라고 불리는 이 기술을 이용할 경우 어려운 각 지역의 슈퍼컴퓨터와 일반컴퓨터를 연결시켜 기존 컴퓨터 기술로는 어려웠던 고속연산과 대량 데이터처리를 할 수 있다.
배전망은 배전용 변전소에서 수용단에 이르는 배전 선로망으로서, 배전용 변전소에서 간선에 이르기까지의 도중에 부하가 접속되어 있지 않는 급전선과, 급전선에 접속하여 분기선을 분기시키는 간선, 적당한 위치에서 간선에서 분기하여 수용단까지 연장되어 있는 분기선으로 구분할 수 있다.
그런데, 분산 에너지 자원 관리 시스템(DERMS)이나 데이터 관리 시스템(DMS) 등은 현재 주로 TCP(Transmission Control Protocol) 소켓 기반 통신을 이용하고 있으므로, 빈번하게 발생되는 각 노드들에 대한 커넥션(Connection)과, 각 노드의 추가 및 삭제에 대한 관리를 실시간으로 하는데 효과적이지 못하는 문제점이 있다.
그리고, TCP/IP 기반 통신 네트워크를 이용하게 됨에 따라 신재생 기반 배전망의 관리 효율을 위한 복잡한 시스템이 필요하고, 이기종 시스템 간의 통신 구현이 복잡하다는 문제점이 있다.
국제공개특허 WO2011-069092 (공개일 : 2011년 09월 06일)
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 에너지저장 계통이나 태양발전 계통, 풍력발전 계통, 전기차량 계통에 연결된 분산 에너지 자원 관리 시스템(DERMS)의 계통 연계 차단기와, 배전 계통이나 송전 계통에 연결된 데이터 관리 시스템(DMS)의 배전자동화 단말장치(FRTU) 간에 데이터중심 객체지향 통신(DDS)의 RTPS 프로토콜을 이용하여 메시지를 송수신함으로써 노드들 간에 빈번하게 발생되는 커넥션과, 노드의 추가 및 삭제에 대한 관리를 실시간으로 할 수 있도록 하는, 노드관리 게이트웨이 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 배전망 네트워크 시스템은, 데이터중심 객체지향 통신(Data Distribution Service) 방식을 이용하는 복수의 노드를 포함하는 배전망 네트워크 시스템에 있어서, 상기 복수의 노드 각각은 WAN(Wide Area Network)에 연결된 게이트웨이를 포함하고, 상기 게이트웨이는 전체 노드가 LAN(Local Area Network)에서 통신하는 것처럼 통신하도록 심플 터널링(Simple Tunneling)을 적용하여 RTPS(Wide Area Network) 프로토콜을 이용한 메시지를 송신 또는 수신하되, 상기 메시지의 헤더에 매직(Magic) 정보를 추가하며, 상기 매직 정보는 상기 메시지의 발신지 IP 정보(ip.source), 목적지 IP 정보(ip.destination), 목적지 UDP 정보(udp.destination)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 게이트웨이는, 상기 메시지의 패킷에서 헤더를 변경하되, 상기 WAN을 통한 사설 네트워크 간의 통신을 위해서 각 노드의 사설 네트워크 대역을 임의의 가상 네트워크 대역으로 매핑하여 변경한 후 상기 WAN에 송신하고, 상기 WAN으로부터 메시지를 수신하면, 수신된 메시지의 가상 네트워크 대역에서 목적지 IP 주소 대역을 수신한 곳의 실제 네트워크 대역으로 변경한 후 목적지 장치에 전달할 수 있다.
그리고, 상기 게이트웨이는, 전력분야 프로토콜을 탑재할 수 있다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 노드관리 게이트웨이 장치는, 데이터중심 객체지향 통신(Data Distribution Service) 방식을 이용하는 노드에 포함되고, WAN(Wide Area Network)에 연결된 다른 게이트웨이 장치들과 통신하는 노드관리 게이트웨이 장치로서, 상기 다른 게이트웨이 장치들과 상기 데이터중심 객체지향 통신(DDS)의 RTPS(Real-Time Publish-Subscribe) 프로토콜을 이용하여 메시지를 송신 또는 수신하되, 상기 메시지의 헤더에 매직(Magic) 정보를 추가하여 상기 WAN에 송신하는 RTPS 처리부; 및 상기 RTPS 처리부의 동작 실행을 위해 상기 다른 게이트웨이 장치와의 네트워크 연결을 실행하는 네트워크 연결부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 매직 정보는 상기 메시지의 발신지 IP 정보(ip.source), 목적지 IP 정보(ip.destination), 목적지 UDP 정보(udp.destination)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 RTPS 처리부는, 주소 변환기(Network Address Translator: NAT)를 사용하지 않는 경우에, 수신측 장치가 동일 서브넷에 있지 않고 상기 수신측 장치의 맥(MAC) 주소를 모르면 ARP(Address Resolution Protocol) 요청(Request)을 상기 WAN에 브로드캐스트하여, ARP 응답이 있는 게이트웨이 장치로 상기 메시지를 송신하되, 상기 메시지의 헤더에 상기 매직 정보를 추가하여 상기 ARP 응답이 있는 게이트웨이 장치로 송신할 수 있다.
또한, 상기 RTPS 처리부는, 주소 변환기(NAT)를 사용하는 경우에 헤더에 상기 매직(Magic) 정보를 추가한 메시지를 상기 WAN에 송신하고, 상기 WAN으로부터 수신된 메시지에서 고정 서브넷 매핑(Fixed Subnet Mapping)에 근거해 IP 대역을 원래대로 변환하여 상기 수신측 장치에 전달할 수 있다.
또한, 상기 노드관리 게이트웨이 장치가 상기 수신측 장치에 연결된 경우에, 상기 RTPS 처리부는 상기 수신측 장치의 맥(MAC) 주소를 모르는 경우에, 상기 수신측 장치에 ARP 요청 패킷을 송신하여 ARP 응답 패킷을 수신하고, 이에 근거해 상기 메시지를 상기 수신측 장치에 전송할 수 있다.
또한, 상기 RTPS 처리부는, 상기 메시지의 헤더에 매직(Magic) 정보를 추가하여 상기 WAN에 아웃 바운드(Outbound) 할 때, 상기 매직 정보의 발신지 IP 정보(ip.source)에서 가장 하위 바이트만 취하고 이를 상기 매직 정보의 시작 부분에 추가하고, 상기 발신지 IP 정보(ip.source)의 다음 위치에 목적지 IP 정보(ip.destination)를 추가하며, 상기 목적지 IP 정보(ip.destination)의 다음 위치에 목적지 UDP 정보(udp.destination)를 추가하며, 발신지 IP 정보(ip.source)를 자신의 게이트웨이 IP로 설정하고 상기 목적지 IP 정보(ip.destination)를 상대 게이트웨이 IP로 설정할 수 있다.
또한, 상기 RTPS 처리부는, 상기 메시지를 상기 WAN으로부터 인바운드(Inbound) 할 때, 자신의 게이트웨이 IP를 키(Key)로 사용하여 가상 서브넷 매핑을 참조하여, 상기 메시지의 헤더에 추가된 매직 정보에서 IP를 송신 참가자가 수신 참가자에게 보내는 것으로 변경하고, UDP도 송신 참가자가 수신 참가자에게 보내는 것으로 변경하며, 상기 매직 정보를 참조하여 상기 메시지를 상기 수신측 장치에 전송할 수 있다.
또한, 상기 RTPS 처리부는, 주소 변환기(NAT)를 사용하는 경우에, 상기 메시지의 헤더에 상기 매직(Magic) 정보를 추가하여 상기 WAN에 아웃 바운드(Outbound) 할 때, 아웃 바운드 샘플 메시지 중에 신뢰(Reliable) QoS(Quality of Service)에 해당하는 샘플 메시지를 복제해 상기 WAN에 2번 송신할 수 있다.
그리고, 상기 RTPS 처리부는, 아웃 바운드 샘플 메시지 중에 신뢰(Reliable) QoS(Quality of Service)에 해당하는 샘플 메시지에 대해, 다른 게이트웨이 장치들 간에 EDP(Endpoint Discovery Protocol) 메시지를 송신하거나 수신하는 중에 데이터라이터(DataWriter)의 정보를 담고 있는 아웃바운드 메시지를 스니핑(Sniffing)하고, 해당 아웃바운드 메시지에서 QoS 설정을 스니핑하며, 상기 메시지 헤더의 GUID와 엔티티(Entity) ID를 조합해 해당 메시지의 GUID(Globally Unique Identifier)를 키(Key)로 설정하고 QoS를 값(Value)으로 설정하여, QoS가 일정 이상이 되는 상기 신뢰 QoS에 해당하는 샘플 메시지를 복제하며, 복제한 샘플 메시지를 상기 WAN에 2번 송신할 수 있다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 게이트웨이 장치의 노드 관리 방법은, 발신측 장치에 연결되고, 수신측 장치에 연결된 수신 게이트웨이 장치와 WAN(Wide Area Network)을 통해 통신하는 게이트웨이 장치의 노드 관리 방법에 있어서, 상기 게이트웨이 장치가 ARP(Address Resolution Protocol) 요청(Request) 패킷을 상기 WAN에 브로드캐스트하는 단계; 및 상기 게이트웨이 장치가 ART 응답 패킷을 송출한 다른 게이트웨이 장치에 메시지를 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 메시지를 송신하는 단계는, 상기 게이트웨이 장치가 상기 메시지의 헤더에 매직(Magic) 정보를 추가하여 송신하며, 상기 매직 정보는 상기 메시지의 발신지 IP 정보(ip.source), 목적지 IP 정보(ip.destination), 목적지 UDP 정보(udp.destination)를 포함할 수 있다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 게이트웨이 장치의 노드 관리 방법은, 발신측 장치에 연결되고, 수신측 장치에 연결된 수신 게이트웨이 장치와 WAN(Wide Area Network)을 통해 통신하는 게이트웨이 장치의 노드 관리 방법에 있어서, 상기 게이트웨이 장치가 상기 WAN으로부터 상기 수신 게이트웨이 장치의 실제 네트워크 IP 정보가 포함된 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 게이트웨이 장치가 상기 실제 네트워크 IP 정보를 수신자 정보로 하고 자신의 IP 정보를 발신자 정보로 하는 메시지를 상기 WAN에 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 WAN에 송신하는 단계는, 상기 메시지의 헤더에 매직(Magic) 정보를 추가하여 송신하며, 상기 매직 정보는 상기 메시지의 발신지 IP 정보(ip.source), 목적지 IP 정보(ip.destination), 목적지 UDP 정보(udp.destination)를 포함할 수 있다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 게이트웨이 장치의 노드 관리 방법은, 수신측 장치에 연결되고, 발신측 장치에 연결된 발신 게이트웨이 장치와 WAN(Wide Area Network)을 통해 통신하는 게이트웨이 장치의 노드 관리 방법에 있어서, 상기 게이트웨이 장치가 상기 수신측 장치(P1)로부터 IP 정보가 포함된 메시지를 수신하는 단계; 상기 게이트웨이 장치가 상기 수신된 메시지에서 상기 IP 정보를 실제 네트워크 IP 정보로 변환하여 가상 서브넷 매핑 테이블에 저장하는 단계; 상기 게이트웨이 장치가 상기 실제 네트워크 IP 정보가 포함된 메시지를 상기 WAN에 송신하는 단계; 상기 게이트웨이 장치가 상기 WAN으로부터 응답 메시지를 수신하는 단계; 상기 게이트웨이 장치가 상기 수신된 응답 메시지에서, 상기 가상 서브넷 매핑 테이블에 근거해 상기 실제 네트워크 IP 정보를 원래대로 상기 IP 정보로 변환하는 단계; 및 상기 게이트웨이 장치가 상기 실제 네트워크 IP 정보가 원래대로 상기 IP 정보로 변환된 응답 메시지를 상기 수신측 장치에 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 WAN에 송신하는 단계는, 상기 게이트웨이 장치가 상기 메시지의 헤더에 상기 매직(Magic) 정보를 추가하여 상기 WAN에 아웃 바운드(Outbound)하되, 상기 매직 정보의 발신자 IP 정보(ip.source)에서 가장 하위 바이트만 취하고 이를 상기 매직 정보의 시작 부분에 추가하고, 상기 발신자 IP 정보(ip.source)의 다음 위치에 목적지 IP 정보(ip.destination)를 추가하며, 상기 목적지 IP 정보(ip.destination)의 다음 위치에 목적지 UDP 정보(udp.destination)를 추가하며, 상기 발신자 IP 정보를 자신의 게이트웨이 IP로 설정하고 상기 목적지 IP 정보를 상대측 게이트웨이 IP로 설정할 수 있다.
또한, 상기 WAN으로부터 응답 메시지를 수신하는 단계는, 상기 게이트웨이 장치가 상기 WAN으로부터 상기 응답 메시지를 인바운드(Inbound) 할 때, 자신의 게이트웨이 IP를 키(Key)로 사용하여 가상 서브넷 매핑 테이블을 참조하여, 상기 응답 메시지에 포함된 매직 정보에서 IP를 송신 참가자가 수신 참가자에게 보내는 것으로 변경하고, UDP도 송신 참가자가 수신 참가자에게 보내는 것으로 변경할 수 있다.
또한, 상기 게이트웨이 장치가, 상기 메시지의 헤더에 상기 매직(Magic) 정보를 추가하여 상기 WAN에 아웃 바운드(Outbound) 할 때, 아웃 바운드 샘플 메시지 중에 신뢰(Reliable) QoS(Quality of Service)에 해당하는 샘플 메시지를 복제해 상기 WAN에 2번 송신할 수 있다.
그리고, 상기 게이트웨이 장치가, 상기 아웃 바운드 샘플 메시지 중에 신뢰(Reliable) QoS(Quality of Service)에 해당하는 샘플 메시지에 대해, 다른 게이트웨이 장치들 간에 EDP(Endpoint Discovery Protocol) 메시지를 송신하거나 수신하는 중에 데이터라이터(DataWriter)의 정보를 담고 있는 아웃바운드 메시지를 스니핑(Sniffing)하고, 해당 아웃바운드 메시지에서 QoS 설정을 스니핑하며, 상기 메시지 헤더의 GUID와 엔티티(Entity) ID를 조합해 해당 메시지의 GUID(Globally Unique Identifier)를 키(Key)로 설정하고 QoS를 값(Value)으로 설정하여, QoS가 일정 이상이 되는 상기 신뢰 QoS에 해당하는 샘플 메시지를 복제하며, 복제한 샘플 메시지를 상기 WAN에 2번 송신할 수 있다.
본 발명의 다른 양상들, 장점들 및 특징들은 다음의 섹션들: 도면의 간단한 설명, 상세한 설명 및 청구범위를 포함하는 전체 출원 명세서에 기재된 내용에 기초하여 보다 명백해질 것이다.
본 발명에 의하면, 분산 에너지 자원 관리 시스템(DERMS)이나 데이터 관리 시스템(DMS) 등의 각 노드들 간에 빈번하게 발생되는 커넥션과, 노드의 추가 및 삭제 등을 DDS 통신 미들웨어 기반 게이트웨이를 통해 실시간으로 관리할 수 있다.
또한, DDS 통신 미들웨어 기반으로 RTPS 메시지를 송수신함에 따라 상대방 연결 정보를 알 수 없어도 각 노드들 간의 연결을 실시간으로 실행할 수 있다.
또한, DDS 기반에 따라 모든 하드웨어(HW), OS(Operating System), 프로그래밍 언어에 대해 동일한 API를 사용하므로, 어느 시스템과도 연동이 가능하고, 추가적인 엔지니어링도 최소화 할 수 있다.
또한, 데이터 중심 통신으로 확장성이 우수하여 노드의 추가 및 삭제시 실시간 이벤트 관리가 가능하다는 장점이 있다.
또한, QoS 정책으로 통신 품질 보장을 통한 신뢰성을 유지할 수 있다.
또한, DDS 기반 통신을 이용하게 됨에 따라 신재생 기반의 배전망 관리를 효율적으로 실시할 수 있고, 이를 위한 복잡한 시스템이 필요하지 않으며, 이기종 시스템 간의 통신도 용이하게 실시할 수 있다.
그리고, 데이터 관리 시스템(DMS)의 FRTU를 동작하는 통신 방식도 대규모 디바이스 간 실시간 통신이 가능하므로, FRTU 간 직접 통신을 통한 정전 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 배전망과 그리드망에서 DERMS 및 DMS의 네트워크 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 노드관리 게이트웨이 장치가 적용된 배전망 네트워크 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 RTPS 프로토콜을 이용하여 전송되는 메시지의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 노드관리 게이트웨이 장치의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 노드관리 게이트웨이 장치의 패킷 전송 경로를 설명하기 위한 각 노드의 IP 정보를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 노드관리 게이트웨이 장치가 주소 변환기(NAT)를 사용하지 않는 경우에 패킷 전송 경로를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 노드관리 게이트웨이 장치가 주소 변환기(NAT)를 사용하는 경우에 패킷 전송 경로를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용 중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 노드관리 게이트웨이 장치가 적용된 배전망 네트워크 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배전망 네트워크 시스템은, 에너지저장(Energy Storage System, ESS) 계통, 태양발전 계통, 풍력발전 계통, 전기차량 계통의 연계를 관리하는 분산에너지 자원관리 시스템(DERMS)의 각 노드에 노드관리 게이트웨이 장치(110~113)가 포함되고, 송전 계통과 배전 계통의 연계를 관리하는 데이터 관리 시스템(DMS)의 각 노드에도 노드관리 게이트웨이 장치(114~120)가 포함된다.
복수의 노드는 데이터중심 객체지향 통신(Data Distribution Service) 방식을 이용하여 통신하고, 각각의 노드는 WAN(Wide Area Network)에 연결된 노드관리 게이트웨이 장치(110~120)를 포함할 수 있다.
여기서, 각 노드는 에너지 저장 계통, 태양발전 계통, 풍력발전 계통, 전기차량 계통 등에서 에너지를 생산하는 생산 장치(P1), 에너지를 소비하는 수요 장치(P2), 에너지를 저장하는 저장 장치(P4), 각 장치를 관리하는 서버 장치(P3) 등의 각 장치(P1, P2, , Pn)와, 이러한 각 장치(P1, P2, , Pn)에 연결된 노드관리 게이트웨이 장치(GW1, GW2, , GWn)(110~120)를 포함하여 구성될 수 있다.
각 노드관리 게이트웨이 장치(110~120)는 모두 WAN에 연결되어 있지만 전체 노드가 LAN(Local Area Network)에서 통신하는 것처럼 통신하도록 심플 터널링(Simple Tunneling)을 적용하여 RTPS(Real-Time Publish-Subscribe) 프로토콜을 이용하여 메시지를 송신 또는 수신할 수 있다.
여기서, 메시지는, 도 3에 도시된 바와 같이 게이트웨이 IP 정보와, 게이트웨이 UDP 정보, 매직(Magic) 정보 및 메시지 정보를 포함하는 구성을 가질 수 있다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 RTPS 프로토콜을 이용하여 전송되는 메시지의 구조를 나타낸 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 메시지는 매직(MAGIC) 정보와 메시지(RTPS Message) 정보로 구성되고, 매직 정보는 심플 터널링(Simple Tunneling)을 위한 패킷으로서, 발신 참가자(Participant)에 관한 발신지 IP 정보(ip.source), 목적지 IP 정보(ip.destination), 목적지 UDP 정보(udp.destination)를 포함할 수 있다. 여기서, 발신지 IP 정보는 1 바이트(1 Byte)이고, 목적지 IP 정보는 1 바이트이며, 목적지 UDP 정보는 2 바이트로 할 수 있다.
즉, 기존의 배전망 네트워크에서는 발신 참가자 노드에서 발신 메시지를 발간(Publish)하여 WAN에 멀티캐스트하고, 착신 참가자 노드에서 발신 메시지를 구독(Subscribe)하여 이에 대한 응답(Reply) 메시지를 발신 참가자 노드로 전송함으로써 IP 터널링이 이루어지지만, 본 발명에 따른 심플 터널링은 메시지에 포함된 매직 정보를 참고해 참가자 발신 노드(Participant IP.src)로부터 참가자 착신 노드(Participant IP.dst)로 직접 터널링을 생성함으로써 여러 과정을 거치지 않고 심플한 터널링을 이룰 수 있게 되는 것이다.
배전망 네트워크 시스템에서 각 노드관리 게이트웨이 장치(110~120)는 메시지를 송수신할 때, 메시지의 패킷에서 헤더를 변경하되, WAN을 통한 사설 네트워크 간의 통신을 위해서 컨피규레이션(Configuration) 파일을 이용해 각 노드의 사설 네트워크 대역을 임의의 가상 네트워크 대역으로 매핑하여 변경한 후 WAN에 송신하고, WAN으로부터 RTPS 패킷을 수신하면, 가상 네트워크 대역에서 목적지 IP 주소 대역을 수신한 곳의 실제 네트워크 대역으로 변경한 후 수신측 장치에 전달하게 되는 것이다.
이때, 각 노드관리 게이트웨이 장치(110~120)는 DNP, IEC61850, IEC61970 등의 전력분야 프로토콜(Protocol)을 탑재한 게이트웨이 역할을 수행할 수 있다.
배전망 네트워크에서 분산에너지 자원관리 시스템(DERMS)은 각 계통 간의 연계를 계통 연계 스위치를 통해 실행하고, 데이터 관리 시스템(DMS)은 각 계통 간의 연계를 배전자동화 단말장치(FRTU)를 통해 실행할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 노드관리 게이트웨이 장치(110~120)는, 계통 연계 스위치 장치의 내부에 포함되는 형태로 구성될 수 있고, 별도의 독립된 장치로서 계통 연계 스위치에 유선으로 연결되는 형태로도 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 노드관리 게이트웨이 장치(110~120)는, 배전자동화 단말장치(FRTU)의 내부에 포함되는 형태로 구성될 수 있고, 별도의 독립된 장치로서 FRTU에 시리얼(Serial) 통신 등 유선으로 연결되는 형태로 구성될 수도 있다. 즉, 본 발명에 따른 노드관리 게이트웨이 장치(110~120)는 FRTU를 대체하는 게이트웨이 역할을 수행하는 것이다.
따라서, 데이터중심 객체지향 통신(DDS)의 RTPS 프로토콜을 이용하는 다수의 노드관리 게이트웨이 장치(110~120) 간에는 WAN을 통해 연결되지만, 전체 노드가 각 노드관리 게이트웨이 장치(110~120)를 통한 심플 터널링을 통해 LAN(Local Area Network)에서 통신하는 것처럼 메시지를 송수신할 수 있다.
또한, 노드관리 게이트웨이 장치(111)가 에너지 저장(ESS) 계통에 유선으로 연결되는 경우에, 노드관리 게이트웨이 장치(111)는 예컨대, 에너지 저장 장치에 연결된 게이트웨이 장치로서 게이트웨이 기능을 실행함과 더불어 실시간으로 노드 관리를 실행할 수 있다.
또한, 노드관리 게이트웨이 장치(113)가 태양발전 계통에 유선으로 연결되는 경우에도, 노드관리 게이트웨이 장치(113)는 예컨대, 태양발전 장치에 연결된 게이트웨이 장치로서 게이트웨이 기능을 실행함과 더불어 실시간으로 노드 관리를 실행할 수 있다.
또한, 노드관리 게이트웨이 장치(112)가 풍력발전 계통에 유선으로 연결되는 경우에, 노드관리 게이트웨이 장치(112)는 예컨대, 풍력발전 장치에 연결된 게이트웨이 장치로서 게이트웨이 기능을 실행함과 더불어 실시간으로 노드 관리를 실행할 수 있다.
또한, 노드관리 게이트웨이 장치(110)가 전기차량 계통에 유선으로 연결되는 경우에, 노드관리 게이트웨이 장치(110)는 예컨대, 전기차량 충전장치에 연결된 게이트웨이 장치로서 게이트웨이 기능을 실행함과 더불어 실시간으로 노드 관리를 실행할 수 있다.
또한, 노드관리 게이트웨이 장치(114)가 송전 계통에 유선으로 연결되는 경우에는, 노드관리 게이트웨이 장치(114)는 예컨대, 송전 장치에 연결된 게이트웨이 장치로서 게이트웨이 기능을 실행함과 더불어 실시간으로 노드 관리를 실행할 수 있다.
그리고, 노드관리 게이트웨이 장치(120)가 배전 계통에 유선으로 연결되는 경우에는 노드관리 게이트웨이 장치(114)는 예컨대 배전 장치에 연결된 게이트웨이 장치로서 게이트웨이 기능을 실행함과 더불어 실시간으로 노드 관리를 실행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 노드관리 게이트웨이 장치의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 노드관리 게이트웨이 장치(110~120)는, 데이터중심 객체지향 통신(Data Distribution Service) 방식을 이용하는 노드에 포함되고, WAN(Wide Area Network)에 연결된 다른 게이트웨이 장치들과 통신하기 위해, RTPS 처리부(210)와 네트워크 연결부(220)를 포함할 수 있다.
RTPS 처리부(210)는 데이터중심 객체지향 통신(DDS)의 RTPS(Real-Time Publish-Subscribe) 프로토콜을 이용하여 메시지를 송신 또는 수신하되, 메시지의 헤더에 매직(Magic) 정보를 추가하여 WAN에 송신 또는 수신함으로써, 각 노드들 간의 연결(Connection)과, 각 노드의 추가 및 삭제에 대한 관리를 실시간으로 실행할 수 있다. 여기서, 매직 정보는 메시지의 발신지 IP 정보(ip.source), 목적지 IP 정보(ip.destination), 목적지 UDP 정보(udp.destination)를 포함하는 구성을 가질 수 있다.
또한, 네트워크 연결부(220)는 RTPS 처리부(210)의 동작 실행을 위해 각 노드와의 네트워크 연결을 실행할 수 있다. 즉, 네트워크 연결부(220)는 OSI(Open System Interconnection) 7 계층에서 물리 계층(Physical Layer)으로부터 세션 계층(Session Layer)까지 또는 전송 계층(Transport Layer)까지를 포함할 수 있다.
여기서, RTPS 처리부(210)는, OSI 7 계층에서 표현 계층(Presentation Layer)과 응용 계층(Application Layer) 사이에 위치하여, 각 노드들 간의 연결과, 각 노드의 추가 및 삭제에 대한 관리를 실시간으로 실행할 수 있다.
또한, RTPS 처리부(210)는, 주소 변환기(Network Address Translator: NAT)를 사용하지 않는 경우에 ARP(Address Resolution Protocol) 요청(Request) 패킷을 WAN에 브로드캐스트(Broadcast)하여 응답하는 게이트웨이로 메시지를 송신하며, 주소 변환기(NAT)를 사용하는 경우에는 메시지의 헤더에 매직(Magic) 정보를 추가하여 WAN에 송신하고, WAN으로부터 수신된 메시지에서 고정 서브넷 매핑(Fixed Subnet Mapping) 테이블에 근거해 IP 대역을 원래대로 변환하고, IP 대역이 원래대로 변환된 메시지를 수신측 장치에 전달할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 노드관리 게이트웨이 장치의 패킷 전송 경로를 설명하기 위한 각 노드의 IP 정보를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에서는 발신측 노드에 있는 제3 장치(P3)에서 수신측 노드에 있는 제1 장치(P1)로 메시지를 전송하는 것으로 가정하여 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 발신측 노드는 제3 지대(Region 3)에 위치하는 제3 장치(P3)와, 제3 장치(P3)에 연결된 제3 게이트웨이(GW3)를 포함한다.
제3 장치(P3)는 IP 주소가 192.168.2.2이고, 제3 지대(Region 3)의 IP 정보는 192.168.2.0/24이다. 제3 게이트웨이 장치(GW3)의 IP 정보는 70.211.7.200 / 192.168.2.1을 갖는다.
수신측 노드는 제1 지대(Region 1)에 위치하는 제1 장치(P1)와, 제1 장치(P1)에 연결된 제1 게이트웨이 장치(GW1)를 포함한다.
제1 장치(P1)는 IP 주소가 192.168.0.2이고, 제1 지대(Region 1)의 IP 정보는 192.168.0.0/24이다. 제1 게이트웨이 장치(GW1)의 IP 정보는 203.252.74.1 / 192.168.0.1이다.
제3 장치(P3)에 이웃하는 제4 장치(P4)는 IP 주소가 192.168.3.2이고, 제4 지대(Region 4)에 위치해 있으며, 제4 지대는 IP 정보가 192.168.3.0/24이다. 제4 장치(P4)에 연결된 제4 게이트웨이(GW4)의 IP 정보는 171.119.132.148 / 192.168.3.1이다.
수신측 노드에 있는 제1 장치(P1)에 이웃하는 제2 장치(P2)는 IP 주소가 192.168.1.2이고, 제2 지대(Region 2)에 위치해 있으며, 제2 지대는 192.168.1.0/24에 해당하는 IP 정보를 갖는다.
제1 게이트웨이(GW1)와 제2 게이트웨이(GW2), 제3 게이트웨이(GW3) 및 제4 게이트웨이(GW4)는 모두 광대역망(WAN)에 연결되어 있으며, RTPS 프로토콜을 이용하여 메시지의 전송 시에 IP 터널링(Tunneling)이 이루어질 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 노드관리 게이트웨이 장치가 주소 변환기(NAT)를 사용하지 않는 경우에 패킷 전송 경로를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 노드관리 게이트웨이 장치(113)는, 태양발전 계통의 제3지대(Region3)에 있는 제3 장치(P3)에 연결된 제3 게이트웨이 장치(GW3)를 예로 들어 설명할 수 있다.
도 5에서, 제3 게이트웨이 장치(GW3)는 IP 주소가 192.168.2.1이고, WAN에 연결되어 있으며, 제3 장치(P3)에 연결되어 있다.
본 발명의 실시 예에서는 도 5에 도시된 바와 같이 발신측 노드에 있는 제3 장치(P3)에서 수신(착신)측 노드에 있는 제1 장치(P1)로 RTPS 프로토콜을 이용하여 메시지를 전송하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 노드관리 게이트웨이 장치(113)는, RTPS 처리부(210)가 주소 변환기(NAT)를 사용하지 않는 경우에, 수신측 노드에 있는 제1 장치(P1)가 동일 서브넷에 있지 않고 제1 장치(P1)에 연결된 제1 게이트웨이(GW1)(111)에 이웃하는 제2 게이트웨이(GW2)(112)의 IP 주소(192.168.1.1)를 알고 있지만 맥(MAC) 주소를 모르면, 제2 게이트웨이(GW2)의 맥(MAC) 주소를 알기 위해 ARP 요청 패킷을 WAN에 브로드캐스트한다(S610).
이때, 제1 장치(P1)에 이웃하는 제2 장치(P2)에 연결된 제2 게이트웨이 장치(GW2)(112)가 ARP 응답 패킷을 발신측 노드에 있는 제3 장치(P3)에 연결된 제3 게이트웨이 장치(GW3)(113)에 송신한다(S620).
이에, 제3 게이트웨이 장치(GW3)(113)는, 제2 게이트웨이(GW2)(112)로부터 ARP 응답 패킷을 수신하면, 제2 게이트웨이(GW2)(112)로 발신 메시지를 유니캐스트(Unicast) 방식으로 송신한다(S630). 제2 게이트웨이(GW2)(112)는 제3 게이트웨이 장치(GW3)(113)로부터 발신 메시지를 수신하면, 수신된 발신 메시지를 WAN에 브로드캐스트한다(S630).
이어, 제1 게이트웨이(GW1)(111)는 WAN을 통해 발신 메시지를 수신하여 구독(Subcribe)한다(S640).
이때, 제1 게이트웨이(GW1)(111)는 발신 메시지를 자신에게 연결된 제1 장치(P1)(192.168.0.2)에 전송해 주려고 시도하지만 맥(MAC) 주소를 모르는 경우에, 제1 장치(P1)에 ARP 요청 패킷을 송신하며, 제1 장치(P1)는 맥(MAC) 주소가 포함된 ARP 응답 패킷을 제1 게이트웨이 장치(GW1)(111)에 전송한다(S650).
이어, 제1 게이트웨이 장치(GW1)(111)는 제1 장치(P1)로부터 맥(MAC) 주소가 포함된 ARP 응답 패킷을 수신하면, 맥(MAC) 주소에 근거해 발신 메시지를 맥(MAC) 주소를 갖는 제1 장치(P1)로 전달한다(S660).
따라서, 발신측 노드에 있는 제3 장치(P3)에서 발신 메시지가 제3 게이트웨이(GW3)(113)와 제2 게이트웨이(GW2) 및 제1 게이트웨이(GW1)를 경유해 수신(착신)측 노드에 있는 제1 장치(P1)로 전송되는 것이다. 제1 장치(P1)는 수신한 발신 메시지에 대한 처리를 실행할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 노드관리 게이트웨이 장치(113)는, 주소 변환기(NAT)를 사용하지 않으므로, 주소 변환을 전혀 하지 않게 됨에 따라, 같은 대역을 갖는 LAN이 존재해서는 안되는 한계점을 해결할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 노드관리 게이트웨이 장치가 주소 변환기(NAT)를 사용하는 경우에 패킷 전송 경로를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 5 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 노드관리 게이트웨이 장치(113)는, 태양발전 계통의 제3 지대(Region3)에 있는 제3 장치(P3)에 연결된 제3 게이트웨이 장치(GW3)를 예로 들어 설명할 수 있다.
도 5에서, 제3 게이트웨이 장치(GW3)는 IP 주소가 192.168.2.1이고, WAN에 연결되어 있으며, 제3 장치(P3)에 연결되어 있다.
도 7에 따른 본 발명의 실시 예에서는 발신측 노드에 있는 제3 장치(P3)에서 수신(착신)측 노드에 있는 제1 장치(P1)로 RTPS 프로토콜을 이용하여 메시지를 전송하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
먼저, 수신측 노드에 있는 제1 장치(P1)는 자신의 참여자 IP 정보(192.168.0.2:7410)를 멀티캐스트로 공개하기 위해 제1 게이트웨이(GW1)(111)로 전달하면(S710), 제1 게이트웨이(GW1)(111)는 자신의 실제 IP 정보(192.168.0.1)로 변환하고(S720) 도 3에 도시된 바와 같이 매직 정보를 추가하여 발신 메시지로 이웃하는 제2 게이트웨이(GW2)(112)로 전송한다(S730).
이때, 제1 장치(P1)가 가지는 IP 주소(192.168.0.2)는 가상 IP 주소이므로, 제1 게이트웨이(GW1)(111)는 가상 IP 주소를 자신의 실제 IP 주소(192.168.0.1)로 변경하고, 여기에 도 3에 도시된 매직 정보, 즉, 발신지(Source) IP와 목적지(Destination) IP 및 목적지 UDP를 추가한 발신 메시지를 생성하고, 생성한 발신 메시지를 제2 게이트웨이(GW2)(112)로 전달하는 것이다. 제1 게이트웨이(GW1)(111)는 이렇게 변환된 IP 정보를 가상 고정 서브넷 매핑(Fixed Subnet Mapping) 테이블에 저장해 놓는다.
즉, 본 발명에 따른 DDS 게이트웨이(G/W)는 LAN(Local Area Network)에서의 동작을 대상으로 하는 DDS 프로토콜을 WAN(Wide Area Network)에서 동작하도록 하기 위해서 패킷의 프로토콜 헤더를 조작하는 것이다.
또한, 본 발명은 WAN을 통한 사설 네트워크 간의 통신을 위해서 Configuration 파일을 이용해 원격지들의 사설 네트워크 대역을 임의의 가상 네트워크 대역으로 맵핑하는 것이다.
이어, 제2 게이트웨이(GW2)(112)는 발신 메시지를 WAN에 멀티캐스트한다(S740).
이에, 본 발명에 따른 노드관리 게이트웨이 장치(113)는 제2 게이트웨이(GW2)(112)로부터 멀티캐스트된 발신 메시지를 수신하여 구독한다(S750).
본 발명의 Smart Gateway에서 DDS G/W는 IoT Framework에서 네트워크 인터페이스로 내보낸 패킷을 메모리 통신을 통해서 가져올 수 있다.
또한, 본 발명의 노드관리 게이트웨이 장치(110~120)는 패킷의 헤더를 검사해 ARP와 같이 네트워크 통신을 하기 위해 필요한 프로토콜 이외의 패킷은 모두 DDS G/W를 통과시키고, DDS 패킷에 대해서만 처리를 진행할 수 있다.
이어, 노드관리 게이트웨이 장치(113)는, 발신 메시지에 포함된 매직 정보에 근거해 목적지(dst) 주소 정보와 자신의(src) 주소 정보가 포함된 발신 메시지를 생성하여 제2 게이트웨이(GW2)(112)로 유니캐스트 방식으로 전송할 수 있다(S750).
이어, 제2 게이트웨이(GW2)(112)는 발신 메시지를 수신하여 목적지 정보에 근거해 제1 게이트웨이(GW1)(111)로 전송한다(S760).
제1 게이트웨이(GW1)(111)는 발신 메시지에서 가상 고정 서브넷 매핑 테이블에 근거해 IP 대역을 원래대로 변환하고, IP 대역이 원래대로 변환된 발신 메시지를 자신에게 연결된 제1 장치(P1)에 전달한다(S770). 즉, 제1 게이트웨이(GW1)(111)는 제1 장치(P1)로부터 메시지의 전송을 요청받을 때, 참여자 IP 정보를 자신의 실제 IP 주소로 변환하여 가상 고정 서브넷 매핑 테이블에 저장해 두었던 정보에 근거해 발신 메시지에서 IP 대역을 원래대로 복원한 후 제1 장치(P1)에 전달해 주는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 RTPS 처리부(210)는, 발신 메시지에 매직(Magic) 정보를 추가하여 WAN에 아웃 바운드(Outbound) 할 때, 도 3에 도시된 바와 같이 매직 정보의 발신자 IP 정보(ip.source)에서 가장 하위 바이트만 취하고 이를 매직 정보의 시작 부분에 추가하고, 발신자 IP 정보(ip.source)의 다음 위치에 목적지 IP 정보(ip.destination)를 추가하며, 목적지 IP 정보(ip.destination)의 다음 위치에 목적지 UDP 정보(udp.destination)를 추가하며, 발신자 IP 정보를 자신의 게이트웨이 IP로 설정하고 목적지 IP 정보를 상대측 게이트웨이 IP로 설정할 수 있다. 여기서, 아웃바운드는 자신의 리전(Region)에 있는 참가자가 DDS 메시지를 송신했다는 것에 해당하므로, 메시지를 WAN에 송신하기 전에 도 3에 도시된 바와 같이 메시지에 매직 패킷을 추가하여 심플 터널링을 적용하는 것이다.
또한, RTPS 처리부(210)는, 발신 메시지를 WAN으로부터 인바운드(Inbound) 할 때, 자신의 게이트웨이 IP를 키(Key)로 사용하여 고정(가상) 서브넷 매핑 테이블(vSubnet lookup Table)을 참조하여, 발신 메시지에 포함된 매직 정보에서 IP를 송신 참가자가 수신 참가자에게 보내는 것으로 변경하고, UDP도 송신 참가자가 수신 참가자에게 보내는 것으로 변경하며, 매직 정보를 참조하여 발신 메시지를 수신측 장치에 전송할 수 있다.
또한, RTPS 처리부(210)는, 주소 변환기(NAT)를 사용하는 경우에, 발신 메시지에 매직(Magic) 정보를 추가하여 WAN에 아웃 바운드(Outbound) 할 때, 아웃 바운드 샘플 메시지 중에 신뢰(Reliable) QoS(Quality of Service)에 해당하는 샘플 메시지를 복제해, 원래 메시지와 복제한 메시지를 WAN에 2번 송신할 수 있다. 이때, 두 번째 메시지(패킷)는 약간의 인터벌(Interval)을 두고 송신하는데, 인터벌은 사용자가 게이트웨이 설정 파일을 사용해 지정하도록 할 수 있다.
그리고, RTPS 처리부(210)는, 다른 게이트웨이들 간에 EDP(Endpoint Discovery Protocol) 메시지를 송신하거나 수신하는 중에 데이터라이터(DataWriter)의 정보를 담고 있는 아웃바운드 메시지를 스니핑(Sniffing)하고, 해당 아웃바운드 메시지에서 QoS 설정도 스니핑하며, RTPS 헤더의 GUID와 엔티티(Entity) ID를 조합해 해당 메시지의 GUID(Globally Unique Identifier)를 키(Key)로 설정하고 QoS를 값(Value)으로 설정하여, QoS가 일정 이상이 되는 신뢰 QoS에 해당하는 샘플 메시지를 복제하며, 복제한 샘플 메시지를 WAN에 2번 송신할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 에너지저장 계통이나 태양발전 계통, 풍력발전 계통, 전기차량 계통에 연결된 분산 에너지 자원 관리 시스템(DERMS)의 계통 연계 차단기와, 배전 계통이나 송전 계통에 연결된 데이터 관리 시스템(DMS)의 배전자동화 단말장치(FRTU) 간에 데이터중심 객체지향 통신(DDS)의 RTPS 프로토콜을 이용하여 메시지를 송수신함으로써 노드들 간에 빈번하게 발생되는 커넥션과, 노드의 추가 및 삭제에 대한 관리를 실시간으로 할 수 있도록 하는, 노드관리 게이트웨이 장치 및 그 방법을 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 ~ 120 : 노드관리 게이트웨이 장치
210 : RTPS 처리부
220 : 네트워크 연결부
GW1 ~ GW4 : 게이트웨이 장치
P1 ~ P4 : 각 노드의 해당 장치

Claims (16)

  1. 데이터중심 객체지향 통신(Data Distribution Service) 방식을 이용하는 복수의 노드를 포함하는 배전망 네트워크 시스템에 있어서,
    상기 복수의 노드 각각은 WAN(Wide Area Network)에 연결된 게이트웨이를 포함하고,
    상기 게이트웨이는 전체 노드가 LAN(Local Area Network)에서 통신하는 것처럼 통신하도록 심플 터널링(Simple Tunneling)을 적용한 RTPS(Wide Area Network) 프로토콜을 이용하여 메시지를 송신 또는 수신하되,
    상기 메시지의 헤더에 매직(Magic) 정보를 추가하며,
    상기 매직 정보는 상기 메시지의 발신지 IP 정보(ip.source), 목적지 IP 정보(ip.destination), 목적지 UDP 정보(udp.destination)를 포함하고,
    상기 게이트웨이는, 상기 메시지의 헤더에 매직(Magic) 정보를 추가하여 상기 WAN에 아웃 바운드(Outbound) 할 때, 상기 매직 정보의 발신지 IP 정보(ip.source)에서 가장 하위 바이트만 취하고 이를 상기 매직 정보의 시작 부분에 추가하고, 상기 발신지 IP 정보(ip.source)의 다음 위치에 목적지 IP 정보(ip.destination)를 추가하며, 상기 목적지 IP 정보(ip.destination)의 다음 위치에 목적지 UDP 정보(udp.destination)를 추가하며, 발신지 IP 정보(ip.source)를 자신의 게이트웨이 IP로 설정하고 상기 목적지 IP 정보(ip.destination)를 상대 게이트웨이 IP로 설정하는, 배전망 네트워크 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트웨이는, 전력분야 프로토콜을 탑재하는,
    배전망 네트워크 시스템.
  3. 데이터중심 객체지향 통신(Data Distribution Service) 방식을 이용하는 노드에 포함되고, WAN(Wide Area Network)에 연결된 다른 게이트웨이 장치들과 통신하는 노드관리 게이트웨이 장치로서,
    상기 다른 게이트웨이 장치들과 상기 데이터중심 객체지향 통신(DDS)의 RTPS(Real-Time Publish-Subscribe) 프로토콜을 이용하여 메시지를 송신 또는 수신하되, 상기 메시지의 헤더에 매직(Magic) 정보를 추가하여 상기 WAN에 송신하는 RTPS 처리부; 및
    상기 RTPS 처리부의 동작 실행을 위해 상기 다른 게이트웨이 장치와의 네트워크 연결을 실행하는 네트워크 연결부를 포함하고,
    상기 매직 정보는 상기 메시지의 발신지 IP 정보(ip.source), 목적지 IP 정보(ip.destination), 목적지 UDP 정보(udp.destination)를 포함하고,
    상기 RTPS 처리부는, 상기 메시지의 헤더에 매직(Magic) 정보를 추가하여 상기 WAN에 아웃 바운드(Outbound) 할 때, 상기 매직 정보의 발신지 IP 정보(ip.source)에서 가장 하위 바이트만 취하고 이를 상기 매직 정보의 시작 부분에 추가하고, 상기 발신지 IP 정보(ip.source)의 다음 위치에 목적지 IP 정보(ip.destination)를 추가하며, 상기 목적지 IP 정보(ip.destination)의 다음 위치에 목적지 UDP 정보(udp.destination)를 추가하며, 발신지 IP 정보(ip.source)를 자신의 게이트웨이 IP로 설정하고 상기 목적지 IP 정보(ip.destination)를 상대 게이트웨이 IP로 설정하는, 노드관리 게이트웨이 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 RTPS 처리부는,
    주소 변환기(Network Address Translator: NAT)를 사용하지 않는 경우에, 수신측 장치가 동일 서브넷에 있지 않고 상기 수신측 장치의 맥(MAC) 주소를 모르면 ARP(Address Resolution Protocol) 요청(Request)을 상기 WAN에 브로드캐스트하여, ARP 응답이 있는 게이트웨이 장치로 상기 메시지를 송신하되, 상기 메시지의 헤더에 상기 매직 정보를 추가하여 상기 ARP 응답이 있는 게이트웨이 장치로 송신하며,
    주소 변환기(NAT)를 사용하는 경우에 헤더에 상기 매직(Magic) 정보를 추가한 메시지를 상기 WAN에 송신하고, 상기 WAN으로부터 수신된 메시지에서 고정 서브넷 매핑(Fixed Subnet Mapping)에 근거해 IP 대역을 원래대로 변환하여 상기 수신측 장치에 전달하는,
    노드관리 게이트웨이 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 노드관리 게이트웨이 장치가 상기 수신측 장치에 연결된 상태에서, 상기 RTPS 처리부는 상기 수신측 장치의 맥(MAC) 주소를 모르는 경우에, 상기 수신측 장치에 ARP 요청 패킷을 송신하여 ARP 응답 패킷을 수신하고, 이에 근거해 상기 메시지를 상기 수신측 장치에 전송하는, 노드관리 게이트웨이 장치.
  6. 삭제
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 RTPS 처리부는, 상기 메시지를 상기 WAN으로부터 인바운드(Inbound) 할 때, 자신의 게이트웨이 IP를 키(Key)로 사용하여 가상 서브넷 매핑을 참조하여, 상기 메시지의 헤더에 추가된 매직 정보에서 IP를 송신 참가자가 수신 참가자에게 보내는 것으로 변경하고, UDP도 송신 참가자가 수신 참가자에게 보내는 것으로 변경하며, 상기 매직 정보를 참조하여 상기 메시지를 상기 수신측 장치에 전송하는, 노드관리 게이트웨이 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 RTPS 처리부는, 주소 변환기(NAT)를 사용하는 경우에, 상기 메시지의 헤더에 상기 매직(Magic) 정보를 추가하여 상기 WAN에 아웃 바운드(Outbound) 할 때, 아웃 바운드 샘플 메시지 중에 신뢰(Reliable) QoS(Quality of Service)에 해당하는 샘플 메시지를 복제해 상기 WAN에 2번 송신하는, 노드관리 게이트웨이 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 RTPS 처리부는, 아웃 바운드 샘플 메시지 중에 신뢰(Reliable) QoS(Quality of Service)에 해당하는 샘플 메시지에 대해, 다른 게이트웨이 장치들 간에 EDP(Endpoint Discovery Protocol) 메시지를 송신하거나 수신하는 중에 데이터라이터(DataWriter)의 정보를 담고 있는 아웃바운드 메시지를 스니핑(Sniffing)하고, 해당 아웃바운드 메시지에서 QoS 설정을 스니핑하며, 상기 메시지의 헤더의 GUID와 엔티티(Entity) ID를 조합해 해당 메시지의 GUID(Globally Unique Identifier)를 키(Key)로 설정하고 QoS를 값(Value)으로 설정하여, QoS가 일정 이상이 되는 상기 신뢰 QoS에 해당하는 샘플 메시지를 복제하며, 복제한 샘플 메시지를 상기 WAN에 2번 송신하는, 노드관리 게이트웨이 장치.
  10. 발신측 장치에 연결되고, 수신측 장치에 연결된 수신 게이트웨이 장치와 WAN(Wide Area Network)을 통해 통신하는 게이트웨이 장치의 노드 관리 방법에 있어서,
    상기 게이트웨이 장치가 ARP(Address Resolution Protocol) 요청(Request) 패킷을 상기 WAN에 브로드캐스트하는 단계; 및
    상기 게이트웨이 장치가 ARP 응답 패킷을 송출한 다른 게이트웨이 장치에 메시지를 송신하는 단계;
    상기 메시지를 송신하는 단계는,
    상기 게이트웨이 장치가 상기 메시지의 헤더에 매직(Magic) 정보를 추가하여 송신하며,
    상기 매직 정보는 상기 메시지의 발신지 IP 정보(ip.source), 목적지 IP 정보(ip.destination), 목적지 UDP 정보(udp.destination)를 포함하고,
    상기 WAN에 송신하는 단계는,
    상기 게이트웨이 장치가 상기 메시지의 헤더에 상기 매직(Magic) 정보를 추가하여 상기 WAN에 아웃 바운드(Outbound)하되, 상기 매직 정보의 발신자 IP 정보(ip.source)에서 가장 하위 바이트만 취하고 이를 상기 매직 정보의 시작 부분에 추가하고, 상기 발신자 IP 정보(ip.source)의 다음 위치에 목적지 IP 정보(ip.destination)를 추가하며, 상기 목적지 IP 정보(ip.destination)의 다음 위치에 목적지 UDP 정보(udp.destination)를 추가하며, 상기 발신자 IP 정보를 자신의 게이트웨이 IP로 설정하고 상기 목적지 IP 정보를 상대측 게이트웨이 IP로 설정하는, 게이트웨이 장치의 노드 관리 방법.
  11. 발신측 장치에 연결되고, 수신측 장치에 연결된 수신 게이트웨이 장치와 WAN(Wide Area Network)을 통해 통신하는 게이트웨이 장치의 노드 관리 방법에 있어서,
    상기 게이트웨이 장치가 상기 WAN으로부터 상기 수신 게이트웨이 장치의 실제 네트워크 IP 정보가 포함된 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 게이트웨이 장치가 상기 실제 네트워크 IP 정보를 수신자 정보로 하고 자신의 IP 정보를 발신자 정보로 하는 메시지를 상기 WAN에 송신하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 WAN에 송신하는 단계는, 상기 메시지의 헤더에 매직(Magic) 정보를 추가하여 송신하며,
    상기 매직 정보는 상기 메시지의 발신지 IP 정보(ip.source), 목적지 IP 정보(ip.destination), 목적지 UDP 정보(udp.destination)를 포함하고,
    상기 WAN에 송신하는 단계는,
    상기 게이트웨이 장치가 상기 메시지의 헤더에 상기 매직(Magic) 정보를 추가하여 상기 WAN에 아웃 바운드(Outbound)하되, 상기 매직 정보의 발신자 IP 정보(ip.source)에서 가장 하위 바이트만 취하고 이를 상기 매직 정보의 시작 부분에 추가하고, 상기 발신자 IP 정보(ip.source)의 다음 위치에 목적지 IP 정보(ip.destination)를 추가하며, 상기 목적지 IP 정보(ip.destination)의 다음 위치에 목적지 UDP 정보(udp.destination)를 추가하며, 상기 발신자 IP 정보를 자신의 게이트웨이 IP로 설정하고 상기 목적지 IP 정보를 상대측 게이트웨이 IP로 설정하는, 게이트웨이 장치의 노드 관리 방법.
  12. 수신측 장치에 연결되고, 발신측 장치에 연결된 발신 게이트웨이 장치와 WAN(Wide Area Network)을 통해 통신하는 게이트웨이 장치의 노드 관리 방법에 있어서,
    상기 게이트웨이 장치가 상기 수신측 장치(P1)로부터 IP 정보가 포함된 메시지를 수신하는 단계;
    상기 게이트웨이 장치가 상기 수신된 메시지에서 상기 IP 정보를 실제 네트워크 IP 정보로 변환하여 가상 서브넷 매핑 테이블에 저장하는 단계; 및
    상기 게이트웨이 장치가 상기 실제 네트워크 IP 정보가 포함된 메시지를 상기 WAN에 송신하는 단계;
    상기 게이트웨이 장치가 상기 WAN으로부터 응답 메시지를 수신하는 단계;
    상기 게이트웨이 장치가 상기 수신된 응답 메시지에서, 상기 가상 서브넷 매핑 테이블에 근거해 상기 실제 네트워크 IP 정보를 원래대로 상기 IP 정보로 변환하는 단계; 및
    상기 게이트웨이 장치가 상기 실제 네트워크 IP 정보가 원래대로 상기 IP 정보로 변환된 응답 메시지를 상기 수신측 장치에 전달하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 WAN에 송신하는 단계는,
    상기 게이트웨이 장치가 상기 메시지의 헤더에 매직(Magic) 정보를 추가하여 상기 WAN에 아웃 바운드(Outbound)하되, 상기 매직 정보의 발신자 IP 정보(ip.source)에서 가장 하위 바이트만 취하고 이를 상기 매직 정보의 시작 부분에 추가하고, 상기 발신자 IP 정보(ip.source)의 다음 위치에 목적지 IP 정보(ip.destination)를 추가하며, 상기 목적지 IP 정보(ip.destination)의 다음 위치에 목적지 UDP 정보(udp.destination)를 추가하며, 상기 발신자 IP 정보를 자신의 게이트웨이 IP로 설정하고 상기 목적지 IP 정보를 상대측 게이트웨이 IP로 설정하는, 게이트웨이 장치의 노드 관리 방법.
  13. 삭제
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 WAN으로부터 응답 메시지를 수신하는 단계는,
    상기 게이트웨이 장치가 상기 WAN으로부터 상기 응답 메시지를 인바운드(Inbound) 할 때, 자신의 게이트웨이 IP를 키(Key)로 사용하여 가상 서브넷 매핑 테이블을 참조하여, 상기 응답 메시지에 포함된 매직 정보에서 IP를 송신 참가자가 수신 참가자에게 보내는 것으로 변경하고, UDP도 송신 참가자가 수신 참가자에게 보내는 것으로 변경하는, 게이트웨이 장치의 노드 관리 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 게이트웨이 장치가, 상기 메시지의 헤더에 상기 매직(Magic) 정보를 추가하여 상기 WAN에 아웃 바운드(Outbound) 할 때, 아웃 바운드 샘플 메시지 중에 신뢰(Reliable) QoS(Quality of Service)에 해당하는 샘플 메시지를 복제해 상기 WAN에 2번 송신하는, 게이트웨이 장치의 노드 관리 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 게이트웨이 장치가, 상기 아웃 바운드 샘플 메시지 중에 신뢰(Reliable) QoS(Quality of Service)에 해당하는 샘플 메시지에 대해, 다른 게이트웨이 장치들 간에 EDP(Endpoint Discovery Protocol) 메시지를 송신하거나 수신하는 중에 데이터라이터(DataWriter)의 정보를 담고 있는 아웃바운드 메시지를 스니핑(Sniffing)하고, 해당 아웃바운드 메시지에서 QoS 설정을 스니핑하며, 상기 메시지의 헤더의 GUID와 엔티티(Entity) ID를 조합해 해당 메시지의 GUID(Globally Unique Identifier)를 키(Key)로 설정하고 QoS를 값(Value)으로 설정하여, QoS가 일정 이상이 되는 상기 신뢰 QoS에 해당하는 샘플 메시지를 복제하며, 복제한 샘플 메시지를 상기 WAN에 2번 송신하는, 게이트웨이 장치의 노드 관리 방법.
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