KR102551919B1 - Smart grid terminal with security module applied and data transmission method for using the same - Google Patents

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Abstract

AMI(Advanced Metering Infrastructure) 서버와 연동하여 전력 정보를 전달하는 스마트 그리드 단말로서, 댁내에서 발생하는 적어도 하나의 검침 데이터를 수집하는 스마트 미터기와, 스마트 미터기가 수집하여 암호화한 적어도 하나의 검침 데이터를 수신하고, 수신한 검침 데이터를 상기 AMI 서버로 전송하는 전력 정보 처리기를 포함한다. 스마트 미터기와 전력 정보 처리기 사이에는 HLS/LEA(High Level Security authentication/Lightweight Encryption Algorithm) 보안이 적용되어 있다.A smart grid terminal that transmits power information in conjunction with an AMI (Advanced Metering Infrastructure) server, and receives at least one meter reading data collected and encrypted by the smart meter and a smart meter that collects at least one meter reading data generated in the house and a power information processor for transmitting the received inspection data to the AMI server. HLS/LEA (High Level Security authentication/Lightweight Encryption Algorithm) security is applied between the smart meter and the power information processor.

Description

보안 모듈이 적용된 스마트 그리드 단말 및 이를 이용한 데이터 전송 방법{Smart grid terminal with security module applied and data transmission method for using the same}Smart grid terminal with security module applied and data transmission method for using the same}

본 발명은 보안 모듈이 적용된 스마트 그리드 단말 및 이를 이용한 데이터 전송 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a smart grid terminal to which a security module is applied and a data transmission method using the same.

스마트 그리드(smart grid)는 지능형 전력망으로, 기존의 전력망에 IT 기술을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환하는 전력망을 의미한다. 스마트 그리드의 가장 큰 장점은 에너지를 효율적으로 사용할 수 있고, 스마트 그리드의 목적은 전력 소비가 많아지는 피크 시간에 소비 가격을 달리 책정하여, 에너지 소비를 줄이거나 효율적인 사용을 유도한다.A smart grid is an intelligent power grid, and means a power grid in which power suppliers and consumers exchange real-time information in both directions by combining IT technology with an existing power grid. The biggest advantage of the smart grid is that energy can be used efficiently, and the purpose of the smart grid is to reduce energy consumption or induce efficient use by setting different consumption prices during peak hours when power consumption is high.

이때, 스마트 그리드를 구성하는 스마트 미터기에는 암호 모듈이 적용되어 있지 않아, 해킹으로 인하여 개인 정보가 누출됨은 물론 프라이버시 침해 등의 위험성이 높다는 문제점이 있다.At this time, there is a problem in that the cryptographic module is not applied to the smart meters constituting the smart grid, so that personal information is leaked due to hacking and there is a high risk of invasion of privacy.

따라서, 본 발명은 NB-IoT 기반으로 물리적 보안 취약점을 개선한 스마트 그리드 단말 및 이를 이용한 서비스 제공 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a smart grid terminal with improved physical security vulnerabilities based on NB-IoT and a service providing method using the same.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 서버와 연동하여 전력 정보를 전달하는 스마트 그리드 단말로서,As a smart grid terminal that transmits power information in conjunction with an Advanced Metering Infrastructure (AMI) server, which is one feature of the present invention for achieving the technical problem of the present invention,

댁내에서 사용되는 적어도 하나의 검침 데이터를 수집하는 스마트 미터기, 그리고 상기 스마트 미터기가 수집하여 암호화한 적어도 하나의 검침 데이터를 수신하고, 수신한 검침 데이터를 상기 AMI 서버로 전송하는 전력 정보 처리기를 포함하고, 상기 스마트 미터기와 전력 정보 처리기 사이에는 보안이 적용되어 있다.A smart meter that collects at least one meter reading data used in the house, and a power information processor that receives at least one meter reading data collected and encrypted by the smart meter and transmits the received meter reading data to the AMI server, , Security is applied between the smart meter and the power information processor.

상기 전력 정보 처리기는, 상기 전력 정보 처리기는, 상기 스마트 미터기와 연동하며, 상기 스마트 미터기로부터 암호화된 적어도 하나의 검침 데이터를 수신하는 연결 모듈, 상기 암호화된 적어도 하나의 검침 데이터를 복호화하고, 상기 복호화한 적어도 하나의 검침 데이터를 전력 정보로 생성한 후 암호화하여 암호화된 전력 정보로 생성하는 보안 모듈, 그리고 NB-IoT 통신을 위한 통신망을 인증하고, 인증한 통신망을 이용하여 상기 암호화된 전력 정보를 상기 AMI 서버로 전송하는 통신 모듈을 포함할 수 있다.The power information processor includes a connection module that interworks with the smart meter and receives at least one encrypted meter reading data from the smart meter, decrypts the encrypted at least one meter reading data, and performs the decryption. A security module that generates at least one meter reading data as power information and then encrypts it to generate encrypted power information, authenticates a communication network for NB-IoT communication, and uses the authenticated communication network to transmit the encrypted power information It may include a communication module that transmits to the AMI server.

상기 전력 정보 처리기는, 상기 제어 모듈과 통신 모듈에 전원을 공급하는 전원 공급 모듈, 그리고 상기 연결 모듈, 보안 모듈, 통신 모듈, 그리고 전원 공급 모듈을 제어하는 제어 모듈을 더 포함할 수 있다.The power information processor may further include a power supply module that supplies power to the control module and the communication module, and a control module that controls the connection module, the security module, the communication module, and the power supply module.

상기 스마트 미터기는, 댁내에 구비된 적어도 하나의 장치로부터 검침 데이터를 수집하는 전력 정보 수집 모듈, 그리고 상기 전력 정보 수집 모듈이 수집한 적어도 하나의 검침 데이터를 암호화하고, 암호화된 적어도 하나의 검침 데이터를 상기 통신 모듈로 전송하는 암호화 모듈을 포함하며, 상기 암호화 모듈과 상기 통신 모듈 사이에는 HLS/LEA(High Level Security authentication/Lightweight Encryption Algorithm) 보안이 적용될 수 있다.The smart meter includes a power information collection module that collects meter reading data from at least one device provided in the home, and encrypts at least one meter reading data collected by the power information collection module and converts the at least one encrypted meter reading data An encryption module transmitted to the communication module is included, and HLS/LEA (High Level Security authentication/Lightweight Encryption Algorithm) security may be applied between the encryption module and the communication module.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 전력 정보 처리기가 연동한 AMI 서버로 전력 정보를 전달하는 방법으로서,As another feature of the present invention for achieving the technical problem of the present invention, a method for transmitting power information to an AMI server linked with a power information processor,

상기 전력 정보 처리기는 스마트 미터기와 일체형으로 스마트 그리드 단말에 포함되어 있으며, 상기 스마트 미터기와 연결 후 인증을 수행하는 단계, 상기 스마트 미터기로 검침 데이터를 요청하고, 상기 스마트 미터기가 수집한 적어도 하나의 암호화된 검침 데이터를 수신하여 복호화하는 단계, 상기 복호화한 적어도 하나의 검침 데이터를 하나의 암호화된 전력 정보로 생성하는 단계, 그리고 생성한 암호화된 전력 정보를 상기 AMI 서버로 전송하는 단계를 포함하고, 상기 스마트 미터기와 전력 정보 처리기는 상기 암호화된 전력 정보는 상기 AMI 서버로 NB-IoT 통신으로 전송한다.The power information processor is included in a smart grid terminal integrally with a smart meter, and performing authentication after connecting to the smart meter, requesting meter reading data to the smart meter, and at least one encryption data collected by the smart meter Receiving and decrypting the decrypted meter reading data, generating one encrypted power information from the decrypted at least one meter reading data, and transmitting the generated encrypted power information to the AMI server, wherein the The smart meter and the power information processor transmit the encrypted power information to the AMI server through NB-IoT communication.

상기 인증을 수행하는 단계는, 상기 스마트 미터기와 프로토콜을 통해 연결을 시도하는 단계, 연결이 완료된 상기 스마트 미터기로 인증을 요청하는 단계, 그리고 상기 스마트 미터기로부터 인증 확인 신호를 수신하면 상기 AMI 서버로 스마트 그리드 단말의 인증을 요청하는 단계를 포함할 수 있다.The step of performing the authentication includes attempting to connect to the smart meter through a protocol, requesting authentication to the smart meter that has been connected, and receiving an authentication confirmation signal from the smart meter to the AMI server. A step of requesting authentication of grid terminals may be included.

상기 인증을 수행하는 단계는, 상기 AMI 서버와 NB-IoT 통신으로 연결을 시도하는 단계, 그리고 연결된 상기 AMI 서버와의 인증 및 보안 절차를 실행하는 단계를 포함할 수 있다. Performing the authentication may include attempting to connect with the AMI server through NB-IoT communication, and executing authentication and security procedures with the connected AMI server.

본 발명에 따르면 스마트 미터기에 보안 모듈을 적용하여, 스마트 미터기에 대한 보안성을 향상시킬 수 있으며, 자유로운 보안 모듈을 탑재할 수 있어 보안 모듈의 업그레이드가 용이하다.According to the present invention, the security of the smart meter can be improved by applying the security module to the smart meter, and the security module can be easily upgraded because the security module can be installed freely.

또한, NB-IoT 통신 모듈을 통합형으로 설계하여 유선 환경 구성이 어려운 지역에서도 원격으로 검침할 수 있으며, NB-IoT 망을 활용하여 저렴한 가격으로 검침 서비스를 제공할 수 있다.In addition, by designing the NB-IoT communication module as an integrated type, it is possible to remotely read the meter even in areas where it is difficult to configure a wired environment, and to provide meter reading service at a low price by utilizing the NB-IoT network.

도 1은 일반적인 스마트 그리드 환경을 나타낸 예시도이다.
도 2는 일반적인 스마트 그리드 단말의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보안 모듈이 적용된 스마트 그리드 환경을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 그리드 단말의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 그리드 단말의 구조도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 그리드 환경에서 데이터를 전송하는 방법에 대한 흐름도이다.1 is an exemplary view showing a general smart grid environment.
2 is an exemplary diagram of a general smart grid terminal.
3 is an exemplary diagram illustrating a smart grid environment to which a security module according to an embodiment of the present invention is applied.
4 is an exemplary diagram of a smart grid terminal according to an embodiment of the present invention.
5 is a structural diagram of a smart grid terminal according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart of a method for transmitting data in a smart grid environment according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 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. Throughout the specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 단말(terminal)은, 이동국(Mobile Station, MS), 이동 단말(Mobile Terminal, MT), 가입자국(Subscriber Station, SS), 휴대 가입자국(Portable Subscriber Station, PSS), 사용자 장치(User Equipment, UE), 접근 단말(Access Terminal, AT) 등을 지칭할 수도 있고, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.In the present specification, a terminal includes a mobile station (MS), a mobile terminal (MT), a subscriber station (SS), a portable subscriber station (PSS), and a user device (User Equipment, UE), Access Terminal (AT), etc., and may include all or some functions of mobile terminals, subscriber stations, mobile subscriber stations, user devices, and the like.

본 명세서에서 기지국(Base Station, BS)은 접근점(Access Point, AP), 무선 접근국(Radio Access Station, RAS), 노드B(Node B), 송수신 기지국(Base Transceiver Station, BTS), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 접근점, 무선 접근국, 노드B, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.In the present specification, a base station (BS) includes an access point (AP), a radio access station (RAS), a node B, a base transceiver station (BTS), and MMR ( Mobile Multihop Relay)-BS, etc., and may include all or some functions of an access point, wireless access station, Node B, transmission/reception base station, MMR-BS, etc.

이하, 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 보안 모듈이 적용된 스마트 그리드 단말 및 이를 이용한 데이터 전송 방법에 대해 설명한다. 본 발명의 실시예에 대해 설명하기 앞서, 일반적인 스마트 그리드 환경과 스마트 그리드 단말에 대해 도 1 및 도 2를 참조로 먼저 설명한다.Hereinafter, a smart grid terminal to which a security module according to an embodiment of the present invention is applied and a data transmission method using the same will be described with reference to the drawings. Prior to describing an embodiment of the present invention, a general smart grid environment and a smart grid terminal will be first described with reference to FIGS. 1 and 2 .

도 1은 일반적인 스마트 그리드 환경을 나타낸 예시도이고, 도 2는 일반적인 스마트 그리드 단말의 예시도이다.1 is an exemplary diagram showing a general smart grid environment, and FIG. 2 is an exemplary diagram of a general smart grid terminal.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 스마트 그리드 환경은 각 댁내에 설치되어 있는 스마트 미터기(10) 내부에 PLC(Power Line Communication) 모뎀(20)이 탑재되어 있다. 그리고 PLC 모뎀(20)은 DCU(Data Collecting Unit)(30)와 연동하고, DCU(30)는 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 서버(40)와 연동한다.As shown in FIGS. 1 and 2 , in a smart grid environment, a PLC (Power Line Communication) modem 20 is mounted inside a smart meter 10 installed in each house. Also, the PLC modem 20 interworks with a Data Collecting Unit (DCU) 30, and the DCU 30 interworks with an Advanced Metering Infrastructure (AMI) server 40.

댁내에 설치되어 있는 스마트 미터기(10)는 전력 검침계로 댁내의 전력 소비 정보를 모아 PLC 모뎀(20)을 통해 DCU(30)로 전달한다. 스마트 미터기(10)에는 안전한 키 저장과 암호 알고리즘을 수행하기 위한 TPM(Trusted Platform Module)이 설치되어 있다.The smart meter 10 installed in the house collects power consumption information in the house with a power meter and transmits it to the DCU 30 through the PLC modem 20. The smart meter 10 has a Trusted Platform Module (TPM) installed to perform secure key storage and encryption algorithms.

DCU(30)는 작은 지역별 혹은 아파트 단지별로 설치되어 있으며, 하나의 DCU(30)에는 200개 내지 300개의 스마트 미터기(10)가 연결되어 있다. 스마트 미터기(10)들로부터 전력 소비 정보를 수집한 DCU(30)는 AMI 서버(40)로 전력 소비 정보를 전달하여, 사용자 별로 요금을 청구하거나 실시간 요금 정산 및 미래 수요 예측을 하는데 사용하도록 한다.DCUs 30 are installed by small regions or apartment complexes, and 200 to 300 smart meters 10 are connected to one DCU 30 . The DCU 30 that collects power consumption information from the smart meters 10 transmits the power consumption information to the AMI server 40 so that it can be used for billing for each user or for real-time rate settlement and future demand forecasting.

이때, AMI 서버(40)와 DCU(30) 사이에는 TLS(Transport Layer Security)가 적용되고, DCU(30)와 스마트 미터기(10) 사이에는 양방향 원격 검침을 지원하는 프로토콜인 DLMS/COSEM(Device Language Message Specification/COmpanion Specification for Energy Metering) 프로토콜이 적용되어 있어, 전기 계량값 교환을 위해 데이터 접근을 위한 보안 규약과 데이터 전송 과정에서의 보안 규약도 함께 정의되어 있다. At this time, TLS (Transport Layer Security) is applied between the AMI server 40 and the DCU 30, and DLMS/COSEM (Device Language Message Specification/Companion Specification for Energy Metering) protocol is applied, so security rules for data access and security rules in the data transmission process are also defined for the exchange of electricity metering values.

그러나, PLC 모뎀(20)과 스마트 미터기(10) 사이에는 암호 모듈이 적용되어 있지 않아 보안이 취약한 구간이다. 이 구간은 해킹으로 인하여 개인 정보가 누출됨은 물론 프라이버시 침해 등의 위험성이 높다.However, since no encryption module is applied between the PLC modem 20 and the smart meter 10, the security is weak. In this section, there is a high risk of leakage of personal information due to hacking and invasion of privacy.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 보안 모듈이 적용된 NB-IoT 기반의 스마트 그리드 단말을 통해, PLC 기반의 AMI 구조의 물리적 보안 취약점을 개선하고자 한다. 본 발명의 실시예에 따른 보안 모듈이 적용된 스마트 그리드 환경과 스마트 그리드 단말에 대해 도 3 및 도 4를 참조로 설명한다.Therefore, in the embodiment of the present invention, it is intended to improve the physical security vulnerability of the PLC-based AMI structure through the NB-IoT-based smart grid terminal to which the security module is applied. A smart grid environment and a smart grid terminal to which a security module according to an embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 3 and 4 .

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보안 모듈이 적용된 스마트 그리드 환경을 나타낸 예시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 그리드 단말의 예시도이다.3 is an exemplary view showing a smart grid environment to which a security module according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 4 is an exemplary view of a smart grid terminal according to an embodiment of the present invention.

도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 각 댁내에는 스마트 그리드 단말(100)이 설치되어 있다. 스마트 그리드 단말(100)은 NB-IoT 기반의 통신 모듈과 스마트 미터기, 그리고 MCU(Macro Controller Unit)가 하나의 단말에 통합 형태로 삽입되어 있다. 그리고 스마트 그리드 단말(100)과 AMI 서버(200) 사이에 전력 소비 정보는 NB-IoT 망을 이용한 TCP/IP 통신 규약으로 송수신된다. As shown in FIGS. 3 and 4 , a smart grid terminal 100 is installed in each house. In the smart grid terminal 100, an NB-IoT-based communication module, a smart meter, and a macro controller unit (MCU) are integrated into one terminal. In addition, power consumption information between the smart grid terminal 100 and the AMI server 200 is transmitted and received according to the TCP/IP communication protocol using the NB-IoT network.

스마트 그리드 단말(100)은 다양한 보안 알고리즘이 적용되어 있다. 본 발명의 실시예에서는 스마트 미터기와 전력 정보 처리기(120) 사이에 HLS/LEA(High Level Security authentication/Lightweight Encryption Algorithm) 보안 알고리즘이 적용되어 있는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.The smart grid terminal 100 is applied with various security algorithms. In the embodiment of the present invention, it is described as an example that a high level security authentication / lightweight encryption algorithm (HLS / LEA) security algorithm is applied between the smart meter and the power information processor 120, but is not necessarily limited thereto.

스마트 그리드 단말(100)에는 전력 정보를 수집하는 스마트 미터기(110)와, 스마트 미터기(110)가 수집한 전력 정보를 보안 처리하는 전력 정보 처리기(120)를 포함한다. 스마트 미터기(110)와 전력 정보 처리기(120) 사이에는 HLS/LEA 보안이 적용되어 있고, 전력 정보 처리기(120)와 AMI 서버(200) 사이에는 TLS 보안이 적용되어 있는 것을 예로 하여 설명한다. The smart grid terminal 100 includes a smart meter 110 that collects power information and a power information processor 120 that securely processes the power information collected by the smart meter 110 . As an example, HLS/LEA security is applied between the smart meter 110 and the power information processor 120, and TLS security is applied between the power information processor 120 and the AMI server 200.

또한, 본 발명의 실시예에서는 전력 정보 처리기(120)와 AMI 서버(200) 사이의 NB-IoT 교환기(300) 장비가 구비되어 있다. NB-IoT 교환기(300)와 전력 정보 처리기(120) 사이에는 전력 정보를 안전하게 전송하기 위해 다양한 형태의 보안이 적용되어 있다. 본 발명의 실시예에서는 EPS-AKA 방식의 LTE 인증과 무선구간 보안(Ciphering)이 적용되어 있는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.In addition, in the embodiment of the present invention, the NB-IoT exchange 300 equipment between the power information processor 120 and the AMI server 200 is provided. Various types of security are applied between the NB-IoT exchange 300 and the power information processor 120 to safely transmit power information. In the embodiment of the present invention, it is described as an example in which EPS-AKA method LTE authentication and radio section security (Ciphering) are applied, but it is not necessarily limited thereto.

이러한 환경에서 댁내의 전력 소비 정보를 모아 AMI 서버(200)로 전송하는 스마트 그리드 단말(100)의 구조에 대해 도 5를 참조로 설명한다.In this environment, the structure of the smart grid terminal 100 that collects and transmits power consumption information in the home to the AMI server 200 will be described with reference to FIG. 5 .

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 그리드 단말의 구조도이다.5 is a structural diagram of a smart grid terminal according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 스마트 그리드 단말(100)은 스마트 미터기(110)와 전력 정보 처리기(120)를 포함한다. 본 발명의 실시예에서는 스마트 미터기(110)와 전력 정보 처리기(120) 사이에는 HLS/LEA 보안이 적용되어 있는 것을 예로 하여 설명한다.As shown in FIG. 5 , the smart grid terminal 100 includes a smart meter 110 and a power information processor 120 . In the embodiment of the present invention, an example in which HLS/LEA security is applied between the smart meter 110 and the power information processor 120 will be described.

스마트 미터기(110)의 전력 정보 수집 모듈(111)은 댁내에서 사용되는 DLMS/COSEM 검침 데이터를 전력 정보로 수집한다. 스마트 미터기(110)가 전력 정보를 수집하는 방법은 다양한 방법으로 실행할 수 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략한다.The power information collection module 111 of the smart meter 110 collects DLMS/COSEM meter reading data used in the house as power information. Since the smart meter 110 can collect power information in various ways, a detailed description is omitted in the embodiment of the present invention.

암호화 모듈(112)은 전력 정보 수집 모듈(111)이 수집한 전력 정보를 취합하여 암호화한 후, 연동한 전력 정보 처리기(120)의 연결 모듈(124)로 전달한다. 여기서 암호화 모듈(112)이 전력 정보를 암호화하는 방법은 다양하므로, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 방법으로 한정하지 않는다. The encryption module 112 collects and encrypts the power information collected by the power information collection module 111, and then transfers it to the connection module 124 of the interlocked power information processor 120. Here, since the encryption module 112 encrypts the power information in various ways, the embodiment of the present invention is not limited to any one method.

전력 정보 처리기(120)는 연결 모듈(124)을 통해 스마트 미터기(110)와 연결된다. 보안 모듈(125)은 스마트 미터기(110)로부터 전송 받은 암호화된 전력 정보를 복호화한다. The power information processor 120 is connected to the smart meter 110 through a connection module 124. The security module 125 decrypts the encrypted power information transmitted from the smart meter 110.

제어 모듈(122)은 보안 모듈(125)에서 암호화된 전력 정보를 통신 모듈(121)을 통해 AMI 서버(200)로 무선 전송한다. 이때, 통신 모듈(121)은 AMI 서버(200)로 NB-IoT 통신 기술을 이용하여 암호화된 전력 정보를 전송하기 위하여, 보안 모듈(125)이 전력 정보를 암호화한다. The control module 122 wirelessly transmits the power information encrypted in the security module 125 to the AMI server 200 through the communication module 121 . At this time, the communication module 121 encrypts the power information to transmit the encrypted power information to the AMI server 200 using NB-IoT communication technology, the security module 125.

통신 모듈(121)은 암호화된 전력 정보를 송수신하기 위하여 NB-IoT 통신망을 인증한다. 통신 모듈(121)이 NB-IoT 통신망을 인증하는 방법은 다양한 방법으로 실행할 수 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 방법으로 한정하지 않는다. 여기서, 통신 모듈(121)은 eSIM(embedded Subscriber Identification Module) 기반으로 전력 정보 처리기(120)에 삽입되는 것을 예로 하여 설명한다.The communication module 121 authenticates the NB-IoT communication network to transmit and receive encrypted power information. Since the communication module 121 can perform a method of authenticating the NB-IoT communication network in various ways, the embodiment of the present invention is not limited to any one method. Here, the communication module 121 will be described as being inserted into the power information processor 120 based on an embedded subscriber identification module (eSIM) as an example.

전원 공급 모듈(123)은 전력 정보 처리기(120)에 전원을 공급한다. 본 발명의 실시예에서는, 전원 공급 모듈(123)은 SMPS(Switching Mode Power Supply)(도면 미도시)로부터 받은 직류 전원을 제어 모듈(122)과 통신 모듈(121)로 공급하는 것을 예로 하여 설명한다.The power supply module 123 supplies power to the power information processor 120 . In the embodiment of the present invention, the power supply module 123 supplies DC power received from a switching mode power supply (SMPS) (not shown) to the control module 122 and the communication module 121. .

이와 같이 스마트 미터기(110)와 보안 모듈(125) 사이에 서버-클라이언트 인증 방식인 HLS 보안과 LEA 보안을 적용하고, NB-IoT 기반의 통신 모듈(121)과 스마트 미터기(110)가 통합형으로 구성된 스마트 그리드 단말(100)을 이용하여 데이터를 전송하는 방법에 대해 도 6을 참조로 설명한다.As such, HLS security and LEA security, which are server-client authentication methods, are applied between the smart meter 110 and the security module 125, and the NB-IoT-based communication module 121 and the smart meter 110 are integrated. A method of transmitting data using the smart grid terminal 100 will be described with reference to FIG. 6 .

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 그리드 환경에서 데이터를 전송하는 방법에 대한 흐름도이다.6 is a flowchart of a method for transmitting data in a smart grid environment according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이, 스마트 미터기(110)와 전력 정보 처리기(120)는 DLMS/COSEM 프로토콜을 이용하여 상호 연결을 시도한다(S100). 이와 동시에 전력 정보 처리기(120)는 AMI 서버(200)와 NB-IoT 망을 이용하여 TCP/IP 통신 규약으로 연결을 시도한다(S101). S100 단계와 S101 단계에서 연결을 시도하는 절차에 대해서는 이미 알려진 사항으로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략한다.As shown in FIG. 6, the smart meter 110 and the power information processor 120 attempt mutual connection using the DLMS/COSEM protocol (S100). At the same time, the power information processor 120 attempts a connection using the AMI server 200 and the NB-IoT network using the TCP/IP communication protocol (S101). The procedure for attempting connection in steps S100 and S101 is already known, and a detailed description thereof is omitted in the embodiment of the present invention.

스마트 미터기(110)와 전력 정보 처리기(120), 그리고 스마트 그리드 단말(100)과 AMI 서버(200)가 연결되면, 각각 인증과 보안 절차를 수행한다(S102, S103). 스마트 미터기(110)와 전력 정보 처리기(120) 사이에는 HLS 인증 방법과 LEA 보안 방법을 통해 인증과 보안 절차를 수행한다. 스마트 그리드 단말(100)과 AMI 서버(200) 사이에는 TLS 인증 방법과 ARIA128 보안 방법으로 인증과 보안 절차를 수행한다. When the smart meter 110 and the power information processor 120 and the smart grid terminal 100 and the AMI server 200 are connected, authentication and security procedures are performed respectively (S102 and S103). Authentication and security procedures are performed between the smart meter 110 and the power information processor 120 through the HLS authentication method and the LEA security method. Authentication and security procedures are performed between the smart grid terminal 100 and the AMI server 200 using the TLS authentication method and the ARIA128 security method.

여기서, 각각의 인증 절차와 보안 절차는 이미 알려진 사항으로 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략한다. 그리고 인증 절차와 보안 절차를 반드시 HLS, LEA, TLS 또는 ARIA218로 한정하지 않는다.Here, since each authentication procedure and security procedure are already known, a detailed description thereof will be omitted in the embodiment of the present invention. And the authentication procedure and security procedure are not necessarily limited to HLS, LEA, TLS or ARIA218.

전력 정보 처리기(120)와 스마트 미터기(110)는 연결 후 스마트 미터기(110)에 대한 인증 절차를 수행한다(S104, S105). 이와 마찬가지로 전력 정보 처리기(120)와 AMI 서버(200) 사이에도 인증 절차가 진행된다(S106, S107). HLS가 적용된 인증 절차나 TLS가 적용된 인증 절차는 이미 알려진 사항으로 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략한다.After the power information processor 120 and the smart meter 110 are connected, an authentication procedure for the smart meter 110 is performed (S104 and S105). Similarly, an authentication procedure is performed between the power information processor 120 and the AMI server 200 (S106 and S107). An authentication procedure applied with HLS or an authentication procedure with TLS is already known, and a detailed description thereof is omitted in an embodiment of the present invention.

인증 절차가 완료된 후, 전력 정보 처리기(120)는 스마트 미터기(110)로 검침 데이터를 요청한다(S108). 스마트 미터기(110)는 자신이 수집한 검침 데이터를 암호화하여 전력 정보 처리기(120)로 전달한다(S109). 전력 정보 처리기(120)는 암호화된 검침 데이터를 복호화한 후, 복수의 검침 데이터를 하나의 전력 정보로 생성한 후 암호화한 전력 정보를 생성한다(S110). 여기서, 전력 정보는 스마트 미터기(110)가 검침한 검침량, 측정 시간 그리고 전력 정보 처리기(120)가 스마트 미터기(110)로 검침 데이터를 요청한 요청 시간을 포함한다.After the authentication procedure is completed, the power information processor 120 requests meter reading data from the smart meter 110 (S108). The smart meter 110 encrypts the meter reading data it has collected and transmits it to the power information processor 120 (S109). The power information processor 120 decrypts the encrypted meter reading data, generates a plurality of meter reading data into one power information, and then generates encrypted power information (S110). Here, the power information includes the meter reading amount read by the smart meter 110, the measurement time, and the request time when the power information processor 120 requests meter reading data from the smart meter 110.

전력 정보 처리기(120)는 암호화된 전력 정보를 AMI 서버(200)로 NB-IoT 통신 모듈을 이용하여 전송한다(S111). 이러한 절차를 통해 스마트 그리드 단말(100)과 AMI 서버(200) 사이에 NB-IoT 통신으로 전력 정보가 송수신되고, 기존에 스마트 미터기와 PLC 모뎀, DCU 사이에 연결된 유선을 통신 모듈과 제어 모듈을 스마트 미터기(110)와 함께 일체형 단말로 개발함으로써, 보안 취약 사항을 해결할 수 있다.The power information processor 120 transmits the encrypted power information to the AMI server 200 using the NB-IoT communication module (S111). Through this procedure, power information is transmitted and received by NB-IoT communication between the smart grid terminal 100 and the AMI server 200, and the wire connected between the smart meter, the PLC modem, and the DCU is converted into a smart communication module and a control module. By developing an integrated terminal together with the meter 110, it is possible to solve security vulnerabilities.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also included in the scope of the present invention. that fall within the scope of the right.

Claims (10)

AMI(Advanced Metering Infrastructure) 서버와 연동하여 전력 정보를 전달하는 스마트 그리드 단말로서,
댁내에서 사용되는 적어도 하나의 검침 데이터를 수집하는 스마트 미터기, 그리고
상기 스마트 미터기가 수집하여 암호화한 적어도 하나의 검침 데이터를 수신하고, 수신한 검침 데이터를 상기 AMI 서버로 전송하는 전력 정보 처리기
를 포함하고,
상기 스마트 미터기와 전력 정보 처리기 사이에는 보안이 적용되어 있는 스마트 그리드 단말.As a smart grid terminal that transmits power information in conjunction with an AMI (Advanced Metering Infrastructure) server,
A smart meter that collects at least one meter reading data used in the house, and
A power information processor that receives at least one meter reading data collected and encrypted by the smart meter and transmits the received meter reading data to the AMI server
including,
A smart grid terminal in which security is applied between the smart meter and the power information processor. 제1항에 있어서,
상기 전력 정보 처리기는,
상기 스마트 미터기와 연동하며, 상기 스마트 미터기로부터 암호화된 적어도 하나의 검침 데이터를 수신하는 연결 모듈,
상기 암호화된 적어도 하나의 검침 데이터를 복호화하고, 상기 복호화한 적어도 하나의 검침 데이터를 전력 정보로 생성한 후 암호화하여 암호화된 전력 정보로 생성하는 보안 모듈, 그리고
통신망을 인증하고, 인증한 통신망을 이용하여 상기 암호화된 전력 정보를 상기 AMI 서버로 전송하는 통신 모듈
을 포함하는 스마트 그리드 단말.According to claim 1,
The power information processor,
A connection module that interworks with the smart meter and receives at least one meter reading data encrypted from the smart meter;
A security module that decrypts the encrypted at least one meter reading data, generates power information from the decrypted at least one meter reading data, and encrypts it to generate encrypted power information; and
A communication module for authenticating a communication network and transmitting the encrypted power information to the AMI server using the authenticated communication network
A smart grid terminal comprising a. 제2항에 있어서,
상기 통신 모듈은 NB-IoT 통신으로 상기 암호화된 전력 정보를 전송하는 스마트 그리드 단말.According to claim 2,
The communication module is a smart grid terminal for transmitting the encrypted power information through NB-IoT communication. 제3항에 있어서,
상기 전력 정보 처리기는,
상기 연결 모듈, 보안 모듈, 그리고 통신 모듈을 제어하는 제어 모듈, 그리고
상기 제어 모듈과 통신 모듈에 전원을 공급하는 전원 공급 모듈
을 더 포함하고,
상기 제어 모듈은 상기 전원 공급 모듈을 제어하는, 스마트 그리드 단말.According to claim 3,
The power information processor,
A control module for controlling the connection module, the security module, and the communication module, and
A power supply module for supplying power to the control module and the communication module
Including more,
The control module controls the power supply module, smart grid terminal. 제4항에 있어서,
상기 통신 모듈은 eSIM(embedded Subscriber Identification Module) 형태로 상기 전력 정보 처리기에 구비되는 스마트 그리드 단말.According to claim 4,
The communication module is a smart grid terminal provided in the power information processor in the form of an embedded subscriber identification module (eSIM). 제5항에 있어서,
상기 스마트 미터기는,
댁내에 구비된 적어도 하나의 장치로부터 검침 데이터를 수집하는 전력 정보 수집 모듈, 그리고
상기 전력 정보 수집 모듈이 수집한 적어도 하나의 검침 데이터를 암호화하고, 암호화된 적어도 하나의 검침 데이터를 상기 통신 모듈로 전송하는 암호화 모듈
을 포함하며,
상기 암호화 모듈과 상기 보안 모듈 사이에는 HLS/LEA(High Level Security authentication/Lightweight Encryption Algorithm) 보안이 적용되어 있는 스마트 그리드 단말.According to claim 5,
The smart meter,
A power information collection module for collecting meter reading data from at least one device provided in the premises, and
An encryption module for encrypting at least one meter reading data collected by the power information collection module and transmitting the at least one encrypted meter reading data to the communication module.
Including,
A smart grid terminal in which HLS/LEA (High Level Security authentication/Lightweight Encryption Algorithm) security is applied between the encryption module and the security module. 전력 정보 처리기가 연동한 AMI 서버로 전력 정보를 전달하는 방법으로서,
상기 전력 정보 처리기는 스마트 미터기와 일체형으로 스마트 그리드 단말에 포함되어 있으며,
상기 스마트 미터기와 연결 후 인증을 수행하는 단계,
상기 스마트 미터기로 검침 데이터를 요청하고, 상기 스마트 미터기가 수집한 적어도 하나의 암호화된 검침 데이터를 수신하여 복호화하는 단계,
상기 복호화한 적어도 하나의 검침 데이터를 하나의 암호화된 전력 정보로 생성하는 단계, 그리고
생성한 암호화된 전력 정보를 상기 AMI 서버로 전송하는 단계
를 포함하고,
상기 스마트 미터기와 전력 정보 처리기는 상기 암호화된 전력 정보는 상기 AMI 서버로 NB-IoT 통신으로 전송하는 데이터 전송 방법.As a method of transmitting power information to an AMI server linked by a power information processor,
The power information processor is included in the smart grid terminal integrally with the smart meter,
Performing authentication after connecting with the smart meter;
Requesting meter reading data from the smart meter, receiving and decrypting at least one encrypted meter reading data collected by the smart meter;
Generating the decrypted at least one meter reading data into one piece of encrypted power information; and
Transmitting the generated encrypted power information to the AMI server
including,
The smart meter and the power information processor transmits the encrypted power information to the AMI server through NB-IoT communication. 제7항에 있어서,
상기 인증을 수행하는 단계는,
상기 스마트 미터기와 프로토콜을 통해 연결을 시도하는 단계,
연결이 완료된 상기 스마트 미터기로 인증을 요청하는 단계, 그리고
상기 스마트 미터기로부터 인증 확인 신호를 수신하면 상기 AMI 서버로 스마트 그리드 단말의 인증을 요청하는 단계
를 포함하는 데이터 전송 방법.According to claim 7,
The step of performing the authentication is,
Attempting a connection with the smart meter through a protocol;
requesting authentication from the smart meter to which the connection is completed; and
Requesting authentication of the smart grid terminal to the AMI server when an authentication confirmation signal is received from the smart meter
Data transmission method comprising a. 제8항에 있어서,
상기 인증을 수행하는 단계는,
상기 AMI 서버와 NB-IoT 통신으로 연결을 시도하는 단계, 그리고
연결된 상기 AMI 서버와의 인증 및 보안 절차를 실행하는 단계
를 포함하는 데이터 전송 방법.According to claim 8,
The step of performing the authentication is,
Attempting to connect with the AMI server through NB-IoT communication, and
Executing authentication and security procedures with the connected AMI server
Data transmission method comprising a. 제9항에 있어서,
상기 암호화된 전력 정보는 상기 스마트 미터기가 검침한 검침량, 측정 시간 그리고 상기 전력 정보 처리기가 상기 스마트 미터기로 검침 데이터를 요청한 요청 시간을 포함하는 데이터 전송 방법.According to claim 9,
The encrypted power information includes a reading amount and a measurement time that the smart meter reads, and a request time at which the power information processor requests meter reading data from the smart meter.
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