스마트 그리드는 IT 기술을 전력망에 도입함으로써 전력 인프라의 신뢰성, 효율성, 안전성 등을 향상 시키고 공급자와 소비자 간의 양방향 통신을 가능하게 하여 전력 선택 범위를 넓히고 전력 인프라의 효율성을 향상시키는 차세대 지능형 전력망이다. 그러나 스마트 그리드의 효과적인 운용을 보장하기 위한 보안서비스 제공을 위해서는 전력망 내의 통신환경에 대한 특성 파악과 보안 서비스가 전력 통신망에 끼치는 영향을 파악하여야 한다. 본 연구에서는 보안 서비스와 네트워크 부하가 전력 통신망에 어떠한 영향을 주는지 실험을 통해서 분석한다.
본 논문에서는 전력망 연계형 마이크로그리드의 분산에너지자원을 위한 에너지관리시스템의 구조에 대해 서술한다. 전력망 연계형 마이크로그리드의 분산에너지자원 에너지관리시스템은 분산에너지자원들의 상태나 시간대별 차등요금제와 같은 마이크로그리드 내외의 각종 정보들을 다양한 프로토콜들을 통해 수집한다. 에너지관리시스템은 수집한 정보들을 바탕으로 예측과 최적화 계산을 수행하고, 전기요금 절감이라는 마이크로그리드 최적운영 목표를 달성할 수 있도록 분산에너지자원들의 운전 스케줄을 도출한다. 최적운영 달성을 위하여 에너지관리시스템은 내부적으로 효과적 스케줄 도출을 위한 알고리즘을 포함하고 있어야하며, 도출한 스케줄을 외부의 분산에너지자원에 전달할 수 있는 프로토콜을 갖추어야 한다. 예측 과정에서 발생하는 실제와의 오차를 줄이기 위하여 에너지관리시스템은 rolling horizon controller로 작동한다. 도출된 운전 스케줄은 국제표준프로토콜을 통하여 실시간으로 분산에너지자원에 전달되어 마이크로그리드 최적운영을 가능하도록 한다.
무선 센서 네트워크(WSNs)로부터 유비쿼터스 센서 네트워크(USNs)으로 향한 진화를 위해서는 보다 많은 데이터-트래픽 전송량, 많은 수의 사용자 지원, 강화된 내부연산 능력, 그리고 보다 긴 수명에 대한 요구가 강해지고 있다. 그리하여 효율적으로 통신 시간을 동등하게 제어하는 기술과 적은 소비 전력이 USN 미디엄 엑세스 제어(MAC) 프로토콜에 있어서 가장 중요한 디자인 목표가 되어 몇 가지의 다중시간분할방식(TDM) MAC 프로토콜들이 제시 되었다. 하지만 존재하는 프로토콜들의 장점과 단점을 분석하는 것은 쉽지 않기 때문에 보다 발전된 MAC 프로토콜을 만드는 것은 도전적인 과제이다. 이러한 목적으로 본 논문에서는 기존의 에드혹 망 다중시간분할방식 프로토콜들의 복잡도를 유도하였고 비교 분석한 결과를 제시한다. 프로토콜의 복잡도는 전력 소비량과 직접적인 관계를 갖기 때문에 에드혹 망의 MAC 프로토콜의 효율성을 평가하는 데에 많은 연관성을 가진다.
무선 센서 네트워크의 설계에 있어서 전력 소모는 중요 요소이다. 본 논문은 AODV (Ad-hoc On-demand Distance Vector) 라우팅 프로토콜을 센서 네트워크에 적용하여 망 전체의 전력 소모를 최소화하고 수명 시간을 연장하려 한다. 이를 위해 전송 경로 탐색시 필요한 경로 요구 메시지(RREQ:Route Request)에 불응답 필드(No Reply Field)와 데이터 필드(Data Field)를 추가, 확장하여 전송 경로 탐색과 데이터 전송이 동시에 수행되어져 각종 제어 메시지(경로 응답, 경로 에러, 헬로 메시지)를 감소시키는 것을 제안한다. 이는 싱크 노드에 최종 데이터가 전송되는 시간이 기존 대비 20% 연장되고 노드 이동성에 따른 망의 토폴로지의 변화에도 강한 경향을 나타낸다.
스마트그리드에서 가장 중요한 것 중 하나로 제어센터를 뽑을 수 있다. 이러한 제어센터에서 사용되는 대표적인 프로토콜은 ICCP가 있다. ICCP는 제어센터 사이의 데이터 통신에 적합한 프로토콜로써 전력망 전체의 정보들을 다룰 수 있도록 설계되었다. 하지만 해당 프로토콜은 데이터에 대한 접근제어만을 보안요소로 가지고 있기 때문에 매우 취약한 프로토콜이다. 일반적인 ICCP는 보안이 취약하기 때문에 실제 제품들 중 일부는 Secure ICCP를 제공한다. Secure ICCP는 ICCP가 가지고 있는 보안위협에 대한 대응책으로 암호화와 인증을 제공한다. 하지만 Secure ICCP는 한계점이 존재하고, 실제 대부분의 ICCP 서버에서는 기존 ICCP만 사용하고 않기 때문에 전력제어센터 사이에 주고받는 데이터는 여전히 취약하다. 따라서 ICCP 서버에서 Secure ICCP의 사용을 권장하고, Secure ICCP가 해결하지 못하는 문제점에 대한 연구가 추가적으로 필요하다.
융합망에 사용되는 D-MAC 프로토콜은 사물간 무선링크를 연결하기 위해 설계된 프로토콜이다. 이 프로토콜은 이웃 노드 가운데 로컬 데이터 교환과 수집을 위해 제공되고, 싱크로부터 센서 노드로 제어패킷과 관심 패킷이 분배된다. 본 논문에서는 융합망의 D-MAC 보안 인증 적용 여부에 따른 전력소모 효율성에 대해 분석하였다. 인증기법이 MAC 통신에 적용될 경우, 인증처리 유무에 따라 프리앰블의 에너지 소비 여부가 연관이 된다. 인증이 적용될 경우 서비스 공격에 대응하여 에너지 소비가 감소된다. 향후 보안 인증기법에 관련한 연구를 수행할 계획이다.
스마트 그리드는 전력망에 정보기술을 접목하여, 전력 유틸리티와 사용자가 양방향으로 실시간 정보를 교환하여 에너지 효율을 최적화하고, 전력 전송과 분배에 있어 신뢰성과 기반시설 보호를 유지할 수 있도록 구조화 된 지능형 전력망이다. 하지만 스마트 그리드는 기존 전력망에 IT 기술을 도입하여 시스템을 개선함으로써 에너지의 효율성을 높이려는 연구에서 파생되어 시작되었기 때문에 기존 사이버범죄의 가능성이 존재하며 보안에 취약하다. 본 논문에서는 스마트 그리드의 보안 서비스 제공을 위해, 각 통신망 환경별 보안 서비스가 네트워크에 미치는 영향을 파악하고 응용계층에서 동작하는 보안 프로토콜의 시뮬레이션을 통해, 보안 서비스와 네트워크 부하가 전력 통신망에 미치는 영향을 분석한다. 본 연구의 결과는 진보된 스마트 그리드 보안 서비스 개발에 기여할 것이다.
현재 서부아프리카 지역의 경우, 대부분의 발전원은 수력과 화력에 의존하고 있으며 서부 아프리카경제공동체(ECOWAS) 15개 회원국의 전력수급률은 매우 낮은 수준일 뿐만 아니라 국가별 에너지 불균형 또한 심한 상태이다. 이에 서부 아프리카 전력공동체(WAPP)는 지역 간 에너지 불균형 해소 및 국가 간 전력망 연계를 위한 전력거래센터(ICC)의 구축을 추진하고 있다. 본 논문은 향후 WAPP ICC에서 본격적인 전력거래기능을 수행하기에 앞서 각 지역제어센터(CAC)의 전력 정보 수집, 분석 및 공유를 위한 자료연계 방안에 대해 서술하였으며 센터간의 자료연계를 위한 통신 프로토콜은 IEC 60870-6(ICCP) 프로토콜을 이용하였다.
Ad Hoc 네트워크를 구성하는 노드들은 대부분 소형의 휴대용 기기이며 축전지를 전원으로 사용함에 따라 가용 전력에 한계를 가지고 있다. 따라서 축전지의 사용방법에 따라 망의 성능과 노드의 이동성이 영향을 받게 되므로 전력의 관리는 매우 중요한 이슈이다. 본 논문에서는 전력관리 방안을 그 접근방법에 따라 하드웨어와 네트워킹 프로토콜 측면으로 나누어 분석하였다 하드웨어 측면에서는 Ad Hoc을 구성하는 장치들의 전력사용 형태와 전력관리 기술, 사용되는 축전지의 성능에 대하여 기술하였으며 네트워킹 프로토콜 측면에서는 계층별 적용 가능한 전력관리 기술을 논의하고 향후 연구되어야 할 과제와 발전방향을 결론으로 제시하였다.
스마트 그리드 네트워크(Smart Grid Networks)는 기존의 전력망에 정보기술(IT)을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 차세대 지능형 전력망이다. 고압 전력망과 IT 영역에서 응용되고 있는 스마트 그리드 네트워크(Smart Grid Networks)는 정보의 도청이나, 비정상적 패킷의 유통, 메시지의 재사용등 데이터의 위 변조와같은외부의공격에쉽게노출되는환경에서동작함으로보안은필수적으로갖추어져야 하는 중요한 기능이다. 저전력, 초소형 저비용 장점을 갖는 Zigbee는 스마트 그리드 네트워크를 구현하는 최적의 기술로 주목 받고 있다. 그러나 Zigbee 보안 시스템에는 심각한 문제점들을 가지고 있다. 본 논문에서는 스마트 그리드의 Zigbee 보안 시스템이 가지고 있는 문제점들을 자세히 분석하고, 이를 해결하여 스마트 그리드에 적합한 보안 프로토콜을 새롭게 제안하고 그 효율성을 비교 분석한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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