이 원고는 일본 《電氣現場技術》誌에서 번역 전재한 것입니다.IP를 이용한 자동검침용 통신단말장치 개발츄우부전력에서는 계약전력 500kW이상의 고객을 대상으로 자동검침 시스템을 도입하고 있다. 현행 시스템은 회선교환방식을 적용해 고객에 대한 액세스 수단으로 광케이블 및 메탈케이블을 이용하고 있다.최근, 통신네트워크 IP화가 진보되고 있고 자동검침시스템도 IP화됨에 따라 통신 네트워크 전체의 슬림화가 가능해 졌다. 이에 따라 IP를 이용한 자동검침시스템을 검토해 이에 대응하는 통신 단말 장치를 개발했다.현재 상태의 문제점현행 자동검침시스템은 계약전력 500kW이상의 고객을 대상으로 한 시스템이지만, 전력자유화의 진전에 따라 앞으로 적용범위의 확대가 예상되고 있다. 현행시스템에서는 전화회선을 이용하고 있기 때문에 한정된 시간 내에 처리하기가 곤란해 질 것으로 예상된다.또한 교환기나 광통신장치는 최근 열화시기를 맞이해 차세대 통신 단말 장치의 개발이 필요해졌다. 이러한 문제를 해소하기 위해 IP 네트워크에 맞는 다수의 고객 데이터를 원활하게 처리할 수 있는 시스템을 개발하게 된 것이다.시스템 검토1. 개발 개념현재 상태의 문제점을 해소하기 위해 새롭게 개발한 자동검침 시스템의 개념을 아래에 서술했다.① 다수의 자유화 고객을 대상으로 한다는 점에서 IP기술을 이용한 염가 통신 단말 장치를 개발한다.② 공급전원의 제약에 따라 저소비 전력화를 꾀한다.③ 검침 데이터는 중요한 고객정보로 취급되기 때문에 부정액세스나 데이터 악용행위에 대한 보안에 만전을 기한다.
2. 기본사양의 검토① 통신방식시스템 개발에 앞서 IP 네트워크와 친화성이 높은 광화이버를 이용한다는 점이나 기존의 광화이버 인프라가 유효활용이 가능하다는 이유에서 EPON시스템을 채용한다.EPON시스템은 Ether와 PON의 이점을 융합시킨 광엑세스 시스템이며 집선국과 가입자를 연결하는 광전송로에 PDS방식에 따라 1심 싱글모드 광화이버를 최대 32분기한 광 데이터 회선을 구축할 수 있는 시스템이다. 또한 하위 측 E-WHM과의 인터페이스는 기존장치와의 정합을 고려해 커렌트루프방식으로 한다.② 네트워크 구성네트워크는 가능한 한 심플한 스타일이 바람직하며 또한 통신사업자와의 공용을 고려한 것으로 한다.③ 보완 대책종래의 보완 기술은 특정 유저가 이용하고 있는 전용선 네트워크를 대상으로 한 안전성을 확보한 기술로서 인정, 암호화, 액세스 제어와 같은 유저정보를 누설시키지 않는 기술이 중점적으로 개발되고 있었다.그러나 통신 사업자에 의한 서비스의 급속한 보급으로 더욱 진전되고 있는 인터넷에서는 불특정 다수의 사용자가 네트워크를 이용하게 되면서, 종래의 보완 대책이 목적이었던 정보누설방지 이외에 네트워크에 과잉부하를 주어 서비스를 정지시키는 것을 목적으로 한 DoS공격 등이 발생하고 있다. 따라서 이들 공격에 대한 방어수단을 검토할 필요가 있다.또한, 고객측 통신단말장치의 보완대책으로 악의성 유저로부터 침입경로가 되지 않도록 telnet접속을 불가능하게 하는 것이 요구된다.④ 통신단말장치의 IP어드레스 분배 방식개별설정방식과 DHCP방식이 있는데 운용 관리 면과 장해 대응 시 등을 고려해 개별설정방식으로 한다.⑤ 사용 프로토콜IP네트워크의 통신에는 TCP와 UDP와 같은 프로토콜을 사용하는 통신이 대표적이지만 시스템 확대에 견딜 수 있는 것이 중요하다. 또한 종래부터 채용하고 있는 무선방식을 이용한 자동검침 시스템의 기본사양을 답습해 사용프로토콜은 UDP로 한다.네트워크 설계검토자동검침 시스템과 FTTH를 공용화한 경우의 시스템 구성도를 나타냈다<그림2>.이 시스템의 네트워크는 IP 네트워크지역, PON 네트워크지역 및 커렌트 루프지역의 3지역에서 구성되어 각 지역에 네트워크 설계방침, 보완대책을 아래와 같이 나타냈다.
1. IP 네트워크지역전력IP 네트워크를 이용한 IP 패킷에 의한 루팅 네트워크이며, 타 시스템 운용형태에 영향을 주지 않도록 IP 패킷을 송수신한다.2. PON 네트워크지역FTTH 네트워크와 혼재하기 때문에 보완 대책으로 이하 방법을 검토한다.① EPON-P 장치에 있어서 자동검침단말과 FTTH 단말을 수용하는 PON 인터페이스를 분리하는 대책② 전력IP 네트워크와 EPON-P 장치 사이에 파이어윌을 설치하는 대책③ EPON-P 장치에서 TagVLAN 기능을 이용하는 대책이상 3안 중 비용 대비 효과의 관점에서 ③의 TagVLAN 기능에 의해 합리적으로 네트워크를 분리함으로써 보안을 확보한다.TagVLAN 기능의 상세설명은 뒤에서 다루기로 한다.또한 EPON-P 장치의 보안 대책으로 이하의 기능을 갖는다.·telnet 접속제한기능·telnet 접속이력등을 들 수 있다.3. 커렌트 루프지역자동검침단말 설치방법 및 설치개소는 고객 구내의 기둥 위나 큐비클에 설치하고 바구니에 개봉 흔적을 확인할 수 있는 대책을 세움으로써 EPON-T장치에 PC단말 등이 접속될 가능성은 매우 낮다고 볼 수 있다.EPON-P1. 전송방식EPON시스템의 상향채널(EPON-T장치-EPON-P장치)인 광역분배방식은 DBA(동적광역분배)방식과 SBA(정적광역분배)방식이 있다. 양쪽 모두 전문데이터 통신시 회선광역 분배되기 때문에 전문데이터는 상시 송신가능하다.한편, 하향채널(EPON-P장치쭭EPON-T장치)은 베스트에포트 방식이기 때문에, 회선 사용상황에 따라서는 전문데이터의 지연이나 결핍이 발생할 가능성이 있다.이 과제에 대해서는 전문데이터를 일반 유저 데이터보다 최우선으로 처리하는 우선제어기능을 적용함으로 대응한다.2. 우선제어기능EPON-P 장치는 4개의 우선큐를 갖고 있으며 VLAN 태그 헤더에 포함되는 우선도 비트(Priority bit)에 의해 최대 4단계 우선제어가 가능하다.3. TagVLAN 기능본 EPON시스템은 IEEE802.1q에 준거한 TagVLAN 기능을 서포트하고 있으며, VLAN 태그헤더를 갖고 있는 VLAN 패킷을 수신한 경우 그 태그(VID)값을 추출해, 같은 VLAN 그룹으로 설정되어 있는 포트내에서 스위칭처리가 이루어진다.본기능은 수신한 패킷에 나타나 있는 VLAN 그룹에 따른 그룹화이므로 하나의 물리 포트에 복수의 가상그룹 설정이 가능하며, EPON-P 장치내의 영역2 스위치와 다른 VLAN 그룹 사이에서는 스위칭할 수 없다.또한 IEEE802.1q에서 규정된 VLAN태그에는 VLAN 그룹번호 외에 우선도(Priority값=0~7)도 규정하고 있다.EPON-T장치1. 장치구성도본장치의 장치구성을 <그림3>에, 각부의 기능 및 감시방법을 이하에 나타냈다.
① 전송로I/F부<기능>EPON-P 장치에서 수신한 EPON 패킷에서 VLAN 태그가 부착된 패킷을 추출하고 Un-Tag 처리해 IP 패킷으로 변환해 전문데이터 변환부로 전송한다.전문데이터 변환부에서 수신한 Ethernet 패킷(IP패킷)에 IEEE802.1q에 준거한 VLAN 태그부착 패킷으로 변환하고 EPON 패킷 전송헤더를 부여해 EPON-P 장치로 전송한다.<감시방법>전송로 I/F 부는 EPON-P 장치에서 루프백 기능을 이용해 상태를 확인한다.또한 메터 I/F 부와의 접속 상태는 EPON-P 장치의 링크상태 확인기능을 사용해 접속 상태를 확인한다.② 전문데이터변환부<기능>전송로 I/F 부에서 수신한 Ethernet 프레임을 전문으로 변환해 커렌트 루프 I/F 부로 전송한다.커렌트 루프 I/F 부에서 수신한 전문을 Ethernet프레임으로 변환해 전송로 I/F 부로 전송한다.<감시방법>전문데이터 변환 부 및 커렌트 루프 I/F 부에서 구성된 메터 I/F 부의 상태확인은 원격 감시 장치 등에서 ping 요청을 하고 ping 리플라이 유무로 상태를 확인한다.③ 커렌트 루프 I/F 부[기능]E-WHM과 커렌트 루프로 접속해 전문요구의 송신 및 응답전문을 수신한다.2. 장치사양상기의 시스템 검토 및 네트워크 설계검토에서 EPON-T 장치사양을 나타냈다<표1>.운용방법1. EPON-T장치 운용EPON-T 장치를 신설한 경우 EPON-P 장치의 등록방법으로 수동등록과 자동등록의 2가지가 있으며 공사, 보호, 운용 면을 고려하면 자동등록이 바람직하다.2. 네트워크 감시EPON-P 장치의 감시방법은 상위 네트워크 전송로 업링크(UP1)포트를 전문데이터와 감시/제어 데이터로 공용하는 인밴드 감시방법과, 전문데이터를 UP1포트로 전송하고 감시/제어데이터를 보호(MAINTE)포트로 전송하는 아웃밴드 방식의 2가지가 있다.후자의 경우 전문데이터와 감시/제어데이터를 각 포트에서 송수신하므로 전문데이터를 송수신하고 있는 UP1포트에 장해가 발생해도, EPON-P 장치가 검출한 회선장해정보를 MAINTE 포트를 경유해 감시장치로 통지가능하다는 점에서 아웃밴드방식을 채용했다.3. 보호장치 기능본 시스템을 운용하는데 있어 SNMP 매니저에 의한 네트워크감시에서도 장해구명이 불가능한 통신 단말 장치 주위의 접속불가와 E-WHM 건전성을 확인할 수 있는 보호기능은 필수이다.이 기능을 EPON-T 장치본체에 탑재하는 일은 코스트업이 불가피하기 때문에 전용 보호 단말을 개발하기로 했다. 탑재기능은 모의전문응답동작확인, ping응답확인 등 최소한으로 함으로써 비용상승을 억제했다.평가1. 평가시험평가시험으로 보완대책, 과잉 트래픽 대책 및 운용감시에 관해 검토한 내용을 바탕으로 시험항목을 추출했다. 또한 EPON-T장치 사양을 토대로 개발한 장치에 있어서 환경시험, 전기적 특성시험을 실시함으로써 개발내용에 관한 평가를 실시했다.2. 시험결과자동검침 네트워크 보완은 FTTH 사업네트워크에 대한 정보누설이 없어 FTTH 유저가 가장해 단말을 접속한 경우라도 침입할 수 없다는 것을 시험결과에서 확인할 수 있어 보완레벨은 극히 강하다고 할 수 있다.또한 FTTH 유저가 공용회선을 고 트래픽 상태로 하고 있어도 우선제어로 인해 자동검침 네트워크로 송수신하는 검침데이터가 우선 처리되기 때문에 정상적인 자동검침이 가능하다는 것을 확인할 수 있었다. 더욱이 개발개념으로 게재한 염가화 및 저소비 전력화에 관해서도 만족할 만한 결과를 얻을 수 있었다. EPON-T장치의 외관을 <그림4>에 나타냈다.
IP기술을 이용한 차세대 자동검침시스템에 관해서 종래 회선 교환 망을 이용한 방식에서 IP방식으로 이행함으로써 전력IP 네트워크와의 친화성이 향상됨과 더불어 통신 고속화 및 전력자유화 확대에 유연하게 대응 가능한 자동검침 네트워크를 구축할 수 있다.게다가 자동검침 및 통신 사업망과의 공용에 관해서 보완 시스템이 실현가능하다는 것을 확인했다.본 시스템 개발에 있어서는 구축한 시스템의 유효활용과 부가가치 창조로 고객과 IP를 이용해 정보 연계하는 수단으로 장래성을 기대할 수 있다. 더구나 본 시스템은 2004년 하반기부터 차례로 도입을 진행하고 있다. * 용어설명NCU (Network Control Unit)MOD (Modem)E-WHM (Electric-Watt Hour Meters)EPON-P (Ethernet Passive Optical Network-Parent)EPON-T (Ethernet Passive Optical Network-Terminal)DoS (Denial of Service)DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)TCP (Transmission Control Protocol)UDP (User Datagram Protocol)FTTH (Fiber To The Home)VCT (Voltage Current Transformer)본 원고에 관한 문의처 : 전우문화사 월간전기 편집부
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