KR100977503B1 - 바이너리 ｃｄｍａ 기술을 이용한 원격 검침 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각 수용가에 형성되는 전력량계와 연결되어 전력 검침 정보를 취득하여 바이너리 CDMA 통신망을 통하여 전송하는 원격검침 단말기; 상기 바이너리 CDMA 통신망 상에 형성되어 상기 원격검침 단말기로부터 전송되는 데이터를 전달하는 중계기; 상기 중계기로부터 전력 검침 정보를 수신하여 취합하고, 저장하며, 저장된 전력 검침 정보를 소정 주기마다 전송하는 수집장치; 상기 수집장치에서 수집된 데이터를 전송하는 유무선 통신망; 및 상기 유무선 통신망으로부터 각각의 전력량계에 대한 전력 사용량 데이터를 수신하여 기록, 보존하며, 해당 전력량계에 대한 전력 사용 요금을 과금하는 검침 서버를 포함하는 상기 원격 검침 시스템에 있어서, 상기 수집장치는 피코넷의 마스터로 동작하고, 상기 원격검침 단말기는 슬레이브로 동작하며, 상기 수집장치 및 원격검침 단말기는 상호 기기를 인증 및 보안하고, 상기 원격검침 단말기와 수집장치 사이를 다중 접속방식으로 연결하여 상기 수집장치에서 동시에 복수의 수용가로부터 전력 검침 정보를 취득하며, 상기 다중 접속방식을 이용하여 상기 수집장치에서 복수의 원격검침 단말기를 동시다발적으로 업그레이드하는 것을 특징으로 하며, 상기 인증 및 보안은 상기 슬레이브가 임의의 피코넷에 접속하도록 하는 합류 절차와, 전력 검침 정보를 전송하고자 하는 슬레이브간 또는 마스터와 슬레이브 간의 전송 권한 및 키 결정을 수행하는 인증 절차와, 최초 보안 네트워크의 성립시와, 새로운 슬레이브의 합류 또는 해제에 따른 보안 네트워크의 성립시마다 인증 및 키분배를 수행하는 키 성립 절차가 수행됨으로써 이루어지고, 상기 원격검침 단말기를 형성하는 바이너리 CDMA 모뎀에 상태표시부가 형성되고, 상기 상태표시부는 상기 원격검침 단말기와 상기 수집장치 사이의 통신상태, 상기 전력량계와 원격검침 단말기 사이의 통신상태를 시험하여 모뎀의 이상 상태 여부를 외부로 표시하는 것을 특징으로 하는 바이너리 CDMA 기술을 이용한 원격 검침 시스템에 관한 것이다.

Description

바이너리 ＣＤＭＡ 기술을 이용한 원격 검침 시스템{Automatic meter reading system using binary CDMA technology}

본 발명은 바이너리 CDMA 기술을 이용한 원격 검침 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전송 속도, 전송 거리 및 데이터 처리 용량 등에 있어 장점을 갖는 바이너리 CDMA 기술을 적용함으로써, 전력량계에 대한 보다 경제적이고 효율적인 원격 검침이 가능하도록 하는 바이너리 CDMA 기술을 이용한 원격 검침 시스템에 관한 것이다.

지능형 원격 검침 분야는 향후 10년 동안 세계 시장 규모가 약 120조원에 이를 것으로 전망되고 있으며, 국내 시장의 경우 1조 3천억원 정도 규모로 추정되고 있다.

이에 따라, 저비용 고성능의 원격 검침 기술 개발은 많은 국가 및 기업들에 있어 큰 이슈 가운데 하나로 각광받고 있는 게 현실이다.

현재 국내에서 제안되거나 실행되고 있는 전력량계에 대한 원격 검침에는 주로 전화선 또는 전력선 통신 방식을 적용한 유선 방식이나 지그비(zigbee) 또는 RF 통신 방식 등의 무선 방식이 시도되고 있다.

하지만, 유선 방식의 경우 속도가 빠르고 데이터 처리 용량이 크기 때문에 부가 서비스 등의 수행이 가능하다는 장점을 갖는 반면, 유선 통신 방식의 설치 운용 편리성의 한계를 갖고 있으며, RF 통신 방식 등과 같은 무선 통신 방식의 경우 전송 속도, 전송 거리 및 데이터 처리 용량 등에 제한을 가지는 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 통상의 통신 방식이 갖는 문제점을 해결할 수 있으면서도, 시스템의 구축 및 운용을 경제적, 효율적으로 수행할 수 있도록 하기 위한 새로운 원격 검침 기술의 개발이 요구되고 있다.

이에 따라 현재 연구 중인 것이 코이노니아(Koinonia)이다. 코이노니아는 고속 무선 개인 네트워크(Wireless Personal Atra Network: WPAN) 기술로 무선으로 근거리 디바이스들을 연결하여 통신을 하기 위해 개발되었다. 코이노니아의 물리계층은 바이너리(binary) CDMA를 기반으로 하고 있으며, 데이터링크 계층은 매체 접근 제어(MAC) 계층과 Adaptation 계층으로 구성된다. 코이노니아의 위상 변조 방식과 멀티 코드 대역 확산 기술을 이용한 물리 계층은 강한 내잡음성과 자유롭게 조정이 가능한 대역폭을 제공해 주며, 이를 이용한 데이터 링크 계층을 각 트래픽 특성에 맞는 서비스 품질을 보장해주므로, 단순 데이터뿐 아니라 음성, 비디오와 같은 멀티미디어 서비스를 지원한다.

코이노니아 표준의 범위는 개인 운용 공간 내부나 그 외부에서 내부로 진입하는 고정, 휴대용, 그리고 이동용 기기들 사이에 고속의 데이터 전송 네트워크를 구축하기 위하여 물리계층(Physical Layer:PHY)과 데이터 링크 계층(Data link layer) 프로토콜의 규격을 정의하는 것이다. POS는 통상적으로 인간이나 물체를 기준으로 사방 10m를 포함하는 공간으로써 정지상태나 이동중인 인간을 포함한다. 코이노니아 표준의 목적은 코이노니아 기기들간의 상호 운용을 보장하기 위하여 필요한 일단의 프로토콜 명세서를 정의하는 것이다.

코이노니아는 네트워크의 인프라 없이도 네트워크를 구성할 수 있는 애드혹 네트워크를 기본으로 하고 있다. 코이노니아 네트워크에 참여한 기기들은 그 역할에 따라 크게 마스터와 슬레이브로 나누어 지지만, 모든 스테이션이 마스터와 슬레이브 역할을 할 수 있고 기기들간에 상황에 따라 마스터를 선출하여 네트워크를 구성하므로 별도의 네트워크 인프라의 도움없이 기기들만으로 자유로운 네트워크 구성이 가능하다.

개인 무선 네트워크에서는 무선 환경에서의 특성상 채널상태와 개인 이동 기기들의 운영특성상 네트워크에 합류한 기기들의 수가 시간에 따라 매우 크게 변한다. 이는 각 기기에게 할당되는 대역폭이나 전달지연시간도 큰 영향을 미치게 되어 일정수준의 서비스 품질의 보장이 필요한 실시간 멀티미디어 트래픽의 서비스의 지원을 어렵게 한다. 코이노니아에서는 네트워크의 한 스테이션이 마스터가 되어 자원을 할당, 관리함으로써 각 트래픽 별로 네트워크 연결품질을 관리할 수 있다.

또한, 코이노니아는 Binary-CDMA 기술을 사용함으로써 내잡음성과 세밀하고 유연한 자원할당 등의 장점을 가지고 있다. 우선, Binary-CDMA는 CDMA 기술 고유의 높은 내잡음성을 가지고 있으며, 이는 유선과 달리 잡음이 매우 많은 무선네트워크 환경에 뛰어난 특징을 나타낼 수 있다. 또한 Binary CDMA의 특성에 따라 대역폭을 코드단위로 조정할 수 있어 유연하고 세밀한 자원할당이 가능하다.

상기 코이노니아를 이용하여 원격검침 시스템을 구성하기 위해서는, 첫째, 무선 통신의 취약점이라 할 수 있는 인증 및 보안 기능이 보강되어야 한다. 종래의 무선통신방식을 이용한 원격검침시스템은 보안에 취약하여 외부네트워크에서 접근이나 정보의 도청 및 훼손이 용이하여 문제가 발생 가능이 많기 때문이다.

둘째, 종래 검침 시스템은 시리얼 방식에 기반하여 계기와 데이터 수집장치가 1:1로 통신하여 데이터를 송수신한다. 하나의 슈퍼프레임이 최대로 이용할 수 있는 용량(capacity)이 65.535ms로 일정하기 때문에 계층에 따라 형성되는 하위 피코넷의 수와 피코넷에 속한 슬레이브 수가 증가함에 따라 이용할 수 있는 용량이 감소하는데, 종래와 같이 시리얼 방식으로 데이터를 송수신할 경우 한 계기와의 통신을 종료하기 전까지 수집장치는 다른 계기의 값을 취득하지 못하며, 특히 통신 과정에서 문제가 발생할 경우 특정 슬레이브로부터 전송이 성공할 때까지 데이터를 재전송받아야 함으로 수집장치에 연결된 모든 계기의 값을 취득하는 시간이 길어질 수 있다. 이는 계기 자료의 취득 주기를 지연시켜 전력 정보 관리의 품질을 떨어뜨리는 요인이 되며, 특히 긴 주기는 특정 계기의 값을 취득하지 못하게 되는 확률을 높일 수 있다.

셋째, 종래 모뎀은 데이터 전달 기능만을 가지며, 오류 검출에 있어서도 하드웨어적인 오류만 표시하는 것이 고작이었다. 그러나, 실제 오류는 하드웨어적 오류보다는 데이터 통신 과정에서 주로 발생하므로 이에 대한 오류 검출 기능 개발이 요구된다.

물론 계기와 모뎀 간 통신 상태나 수집장치와 모뎀 간 통신 상태에 대하여 현재는 수집장치 단에서 시험 패킷 테스트를 통해 관리할 수 있으나 수집장치와 모뎀의 거리가 일반적으로 원거리이고 수집장치의 설치 위치 또한 산 정상과 같이 접근이 용이치 않은 곳이라 각각의 모뎀 설치시마다 수집장치에 접근하여 데이터 송수신 상태를 점검하는 것은 용이치 않다.

넷째, 데이터 송수신 속도 및 데이터 처리량이 증가함에 따라 계기에 인접 설치되는 모뎀의 버전을 수시로 업그레이드해야 할 필요성이 있다. 그러나, 수많은 모뎀을 일일이 업그레이드하기 위해서는 막대한 인력 및 유지 보수 비용이 소요된다. 때문에 마스터와 슬레이브 사이에 형성되는 무선통신망을 이용하여 각 모뎀의 버전을 동시다발적으로 처리할 수 있는 방법의 개발이 요구된다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전송 속도, 전송 거리 및 데이터 처리 용량 등에 있어 장점을 갖는 바이너리 CDMA 기술을 원격검침에 적용함으로써, 전력량계에 대한 보다 경제적이고 효율적인 원격 검침이 가능하도록 하는 바이너리 CDMA 기술을 이용한 원격 검침 시스템을 제공하는 것이다.

더 나아가, 첫째, 종래의 무선통신방식을 이용한 원격검침시스템은 보안에 취약하여 외부네트워크에서 접근이나 정보의 도청 및 훼손이 용이하다는 문제점을 가지고 있다. 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하여 보안 및 인증을 강화한 무선원격검침 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

둘째, 종래 검침 시스템은 시리얼 방식에 기반하여 계기와 데이터 수집장치가 1:1로 통신하여 데이터를 송수신하므로 마스터가 다수의 슬레이브와 데이터를 송수신하는 시간이 증가하여 정확도가 떨어진다는 문제점을 가지고 있다. 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다중 접속방식의 원격검침 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

셋째, 종래 모뎀은 데이터 전달 기능만을 가지며, 데이터 송수신 과정에 있어 오류 검출에 취약하였다. 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 모뎀에 통신 시험 및 표시 기능을 장착하여 오류 정보를 용이하게 검출할 수 있는 원격검침 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

넷째, 종래 모뎀의 버전을 업그레이드하기 위해서는 수많은 모뎀을 일일이 업그레이드해야만 하기 때문에 막대한 인력 및 유지 보수 비용이 소요된다. 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 마스터와 슬레이브 사이에 형성되는 무선통신망을 이용하여 각 모뎀의 버전을 동시다발적으로 처리할 수 있는 원격검침 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 각 수용가에 형성되는 전력량계와 연결되어 전력 검침 정보를 취득하여 바이너리 CDMA 통신망을 통하여 전송하는 원격검침 단말기; 상기 바이너리 CDMA 통신망 상에 형성되어 상기 원격검침 단말기로부터 전송되는 데이터를 전달하는 중계기; 상기 중계기로부터 전력 검침 정보를 수신하여 취합하고, 저장하며, 저장된 전력 검침 정보를 소정 주기마다 전송하는 수집장치; 상기 수집장치에서 수집된 데이터를 전송하는 유무선 통신망; 및 상기 유무선 통신망으로부터 각각의 전력량계에 대한 전력 사용량 데이터를 수신하여 기록, 보존하며, 해당 전력량계에 대한 전력 사용 요금을 과금하는 검침 서버를 포함하는 상기 원격 검침 시스템에 있어서, 상기 수집장치는 피코넷의 마스터로 동작하고, 상기 원격검침 단말기는 슬레이브로 동작하며, 상기 수집장치 및 원격검침 단말기는 상호 기기를 인증 및 보안하고, 상기 원격검침 단말기와 수집장치 사이를 다중 접속방식으로 연결하여 상기 수집장치에서 동시에 복수의 수용가로부터 전력 검침 정보를 취득하며, 상기 다중 접속방식을 이용하여 상기 수집장치에서 복수의 원격검침 단말기를 동시다발적으로 업그레이드하는 것을 특징으로 하며, 상기 인증 및 보안은 상기 슬레이브가 임의의 피코넷에 접속하도록 하는 합류 절차와, 전력 검침 정보를 전송하고자 하는 슬레이브간 또는 마스터와 슬레이브 간의 전송 권한 및 키 결정을 수행하는 인증 절차와, 최초 보안 네트워크의 성립시와, 새로운 슬레이브의 합류 또는 해제에 따른 보안 네트워크의 성립시마다 인증 및 키분배를 수행하는 키 성립 절차가 수행됨으로써 이루어지고, 상기 원격검침 단말기를 형성하는 바이너리 CDMA 모뎀에 상태표시부가 형성되고, 상기 상태표시부는 상기 원격검침 단말기와 상기 수집장치 사이의 통신상태, 상기 전력량계와 원격검침 단말기 사이의 통신상태를 시험하여 모뎀의 이상 상태 여부를 외부로 표시하는 것을 특징으로 하는 바이너리 CDMA 기술을 이용한 원격 검침 시스템에 관한 것이다.

바람직하게는, 상기 합류 절차는, 미합류 슬레이브가 임의의 피코넷의 마스터로부터 비콘 신호를 수신하는 단계; 상기 미합류 슬레이브가 수신된 비콘 신호의 피코넷 ID와 채널을 확인한 후, 상기 마스터로 합류요청 명령 블록을 전송하는 단계; 상기 합류요청 명령 블록을 수신한 상기 마스터가 상기 미합류 슬레이브의 MAC을 확인한 후, 합류응답 명령 블록을 전송하는 단계; 및 상기 합류응답 명령 블록에 포함된 이유 정보가 “성공”이면 상기 슬레이브가 상기 마스터로 합류하는 단계를 포함하고, 상기 인증 절차는, 피코넷에 접속된 슬레이브가 보안 매니저에 인증요청 명령 블록을 전송하는 단계; 상기 인증요청 명령을 수신한 보안 매니저가 상기 접속된 슬레이브로 매니지먼트 키를 포함한 도전요청 명령 블록을 전송하는 단계; 상기 접속된 슬레이브가 상기 매니지먼트 키를 공유키로 암호화하여 보안 매니저로 도전응답 명령 블록을 전송하는 단계; 및 상기 보안 매니저가 수신한 상기 도전응답 명령 블록을 공유키로 복호화하여 상기 매니지먼트 키와 동일한지 확인한 후 인증에 대한 권한부여를 결정하여 인증응답 명령 블록을 상기 슬레이브로 전송하는 단계를 포함하는 인증 및 도전 프로토콜을 포함하고, 상기 키 성립 절차는, 보안 매니저가 슬레이브로 공유키 및 보안세션 ID를 포함한 분배요청 명령 블록을 주기적으로 전송하는 단계; 및 상기 슬레이브가 수신된 상기 분배요청 명령 블록에서 그룹 멤버 및 피어 투 피어 키 성립을 확인한 후 분배응답 명령 블록을 상기 보안 매니저로 전송하는 단계를 포함하는 키 분배 프로토콜과, 슬레이브가 공유키 사용을 위해 키요청 명령 블록을 보안 매니저로 전송하는 단계; 및 상기 보안 매니저가 상기 키요청 명령 블록을 확인한 후 공유키를 포함한 키응답 명령 블록을 슬레이브로 전송하는 단계를 포함하는 키 요청 프로토콜을 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 매니지먼트 키 및 피어 투 피어 키는, 랜덤 발생 함수로 비트 열을 선택하여 118 비트를 생성하는 단계; 이를 7비트씩 나열하는 단계; 패리티 비트를 취해서 8 비트 열을 만드는 단계; 및 1행부터 순서를 취해서 128비트 키를 생성하는 단계로 생성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 다중 접속방식은, 상기 수집장치에 복수의 바이너리 CDMA 모뎀이 형성되고, 상기 복수의 바이너리 CDMA 모뎀과 상기 원격검침 단말기에 형성되는 바이너리 CDMA 모뎀이 바이너리 CDMA 통신망을 통하여 일대일 대응으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다중 접속방식은, 상기 수집장치에 형성되는 바이너리 CDMA 모뎀에 멀티포트가 형성되고, 상기 바이너리 CDMA 모뎀과, 상기 원격검침 단말기에 형성되는 바이너리 CDMA 모뎀이 바이너리 CDMA 통신망을 통하여 일대다 대응으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 통신상태 시험은 상기 원격검침 단말기에 형성되는 바이너리 CDMA 모뎀을 전력량계 및 수집장치와 연동할 수 있도록 형성하는 단계; 상기 바이너리 CDMA 모뎀에서 전력량계로 시험 패킷을 송수신하는 단계; 기준회 이상 반복 후 오류 상태 또는 정상 상태를 결정하는 단계; 상기 바이너리 CDMA 모뎀에서 상기 수집장치에 형성되는 바이너리 CDMA 모뎀으로 시험 패킷을 송수신하는 단계; 기준회 이상 반복 후 오류 상태 또는 정상 상태를 결정하는 단계; 및 오류 상태가 존재할 경우 상태표시부에 오류 발생 및 발생원인을 표시하는 단계가 수행되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 업그레이드는 슬레이브 형태의 에뮬레이터를 마스터의 RF 채널과 PNID 설정하여 마스터와 동기화하는 단계; 상기 에뮬레이터가 마스터와 동기화되면 상기 에뮬레이터에서 슬레이브에 업그레이드할 펌웨어를 마스터에 RF를 통하여 전송하는 단계; 상기 마스터에서 수신한 데이터를 마스터의 외부 메모리에 시리얼로 저장하고, 저장된 상기 데이터를 상기 슬레이브에 RF를 통하여 일대일로 전송하는 단계; 상기 슬레이브에서 수신된 데이터를 자체 외부 메모리에 시리얼로 저장하는 단계; 상기 슬레이브에서 외부 메모리에 기저장된 데이터를 부트 코드를 사용하여 플래쉬 메모리에 업로드하는 단계; 상기 슬레이브에서 새로운 펌웨어로 업데이트한 뒤 리셋을 시도하여 액티브 상태로 전이하여 상기 마스터와 동기화하는 단계; 상기 슬레이브에서 새로 업그레이드된 펌웨어 버전을 상기 마스터에 송신하는 단계; 상기 마스터에서 수신된 슬레이브의 MAC 주소와 펌웨어 버전을 에뮬레이터에 송신하는 단계를 수행함으로써 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 첫째, 보안에 취약한 종래의 무선통신방식을 개선하여 보안 및 인증을 강화한 무선원격검침 시스템을 제공한다.

둘째, 종래 검침 시스템에 있어 마스터가 다수의 슬레이브와 시리얼 방식으로 데이터를 송수신함으로써 데이터 전송 시간이 증가하여 정확도가 떨어진다는 문제점을 개선하여 다중 접속방식의 원격검침 시스템을 제공한다.

셋째, 데이터 송수신 과정에 있어 오류 검출에 취약한 종래 모뎀을 개선하여 모뎀에 통신 시험 및 표시 기능을 장착하여 오류 정보를 용이하게 검출할 수 있는 원격검침 시스템을 제공한다.

넷째, 막대한 인력 및 유지 보수 비용이 소요되는 종래 모뎀의 업그레이드 방법을 개선하여 마스터와 슬레이브 사이에 형성되는 무선통신망을 이용하여 각 모뎀의 버전을 동시다발적으로 처리할 수 있는 원격검침 시스템을 제공한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 바이너리 CDMA 기술을 이용한 원격 검침 시스템에 따르면, 전송 속도, 전송 거리 및 데이터 처리 용량 등의 다양한 항목에 있어 종래 일반적으로 사용되던 유무선 통신 방식에 비해 상대적인 장점을 갖는 바이너리 CDMA 기술을 원격 검침 분야에 적용할 수 있다.

이에 따라, 보다 경제적이고 효율적인 원격 검침 시스템의 구현이 가능하며, 이로 인해 국내 및 해외의 원격 검침 분야 시장 선점 및 다양한 부가 서비스를 통한 신규 사업 창출이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코이노니아를 구성하는 요소들을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 코이노니아의 슈퍼 프레임의 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이너리 CDMA 기술을 이용한 원격 검침 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격검침 단말기의 내부 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수집장치의 내부 구성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 보안 절차 중 합류 절차를 나타낸 플로우 차트.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인증 및 키 성립 절차 중 인증 및 도전 프로토콜을 나타낸 플로우 차트.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인증 및 키 성립 절차 중 키 분배 프로토콜을 나타낸 플로우 차트.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 인증 및 키 성립 절차 중 키 요청 프로토콜을 나타낸 플로우 차트.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 모뎀을 연결하는 수집장치 구조를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포트를 지원하는 모뎀을 구비한 수집장치 구조를 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격검침 단말기의 데이터 송수신 상태를 점검하는 과정을 도시한 플로우 차트.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 및 슬레이브 모뎀의 업그레이드 방법을 도시한 도면.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬레이브 모뎀의 업그레이드 방법을 도시한 도면.

본 발명과 본 발명의 동작성의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코이노니아를 구성하는 요소들을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 코이노니아에서 기본적이 되는 요소는 스테이션이다. 스테이션은 그 역할에 따라 마스터(Master)와 슬레이브(Slave)로 나누어진다. 마스터는 코이노니아 네트워크 전체를 관리하고 하나의 네트워크 안에서 오직 하나만 존재할 수 있다. 마스터는 비콘을 브로드캐스팅함으로 해서 슬레이브를 제어한다. 슬레이브는 마스터의 통제에 따라 데이터를 송/수신할 수 있다. 또한, 슬레이브는 경쟁 구간에서 자신의 요구사항을 마스터에게 요청할 수 있다.

보다 상세히, 마스터는 비콘을 전송하므로 해서 코이노니아의 슈퍼프레임(Superframe)의 타이밍을 제공한다. 또한, 서비스 품질 및 전력을 관리하거나 보안 인증 역할 등을 담당한다. 코이노니아는 개인 활동 영역 내에서 동일한 무선 주파수 채널상에서 동작하고 있는 두 개 이상의 스테이션이 존재할 때 구성된다.

한편, 피코넷(piconet)은 하나의 마스터(master)와 하나 이상의 슬레이브(slave)로 구성되며, 다중 피코넷(multi-piconet)은 처음 구성된 피코넷(최상위피코넷: parent piconet)과 이를 기반으로 형성된 하위 피코넷(child piconet)으로 구성된다. 이와 같은 하위 피코넷은 상위 피코넷에서 슬레이브 역할과 하위 피코넷에서 마스터 역할을 하는 하위 마스터(child master)와 슬레이브로 구성된다.

코이노니아에서 활용할 있는 자원은 코드 분할 다중 접속(CDMA) 방식에서의 코드 채널(Code Channel)과 시간 분할 다중 접속(TDMA) 방식에서의 시간 슬롯(Time Slot)이다. 코드 분할 접속 방식의 경우, 동시에 많은 채널을 사용하면, 전송율이 증가하나, 에러율이 역시 함께 증가하는 특성을 가지고 있다. 따라서, 채널 상황에 따라 데이터를 전송하는 코드 채널의 수를 변경하여 채널 환경에 능동적으로 대처할 수 있다. 코드 채널은 채널 상황이 좋은 경우에는 모든 코드 채널을 사용하여 데이터를 전송하고 채널 환경이 좋지 않은 경우에는 소수의 채널을 사용하여 데이터를 전송한다. 시간 슬롯은 코이노니아의 중요한 자원으로서 마스터에 의해 관리되며, 슬레이브들의 요청과 마스터의 판단에 의해 분배된다.

코이노니아의 매체접근제어계층은 네트워크 동기, 데이터 전송, 기기 인증, 전력 관리, 마스터 변경과 같은 기능을 제공한다.

1. 네트워크 동기

코이노니아 네트워크는 마스터가 비콘 패킷을 전송함으로써 시작된다. 비콘 패킷은 네트워크에 대한 기준 정보를 가지고 있으며, 코이노니아 네트워크 내의 모든 슬레이브들은 비콘 패킷 내의 기준 정보들을 사용하여 네트워크 동기를 맞춘다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 코이노니아의 슈퍼 프레임의 구조를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 코이노니아의 슈퍼 프레임은 크게 3부분으로 구성되며, 각 구간의 길이는 가변적이다. (할당구간의 경우는 시간슬롯 길이의 배수만 될 수 있다.)

(1) 비콘 구간: 마스터가 슬레이브들에게 네트워크 기준정보를 가지고 있는 비콘 패킷을 전송한다.

(2) 경쟁 구간: 슬레이브와 마스터가 네트워크 합류요청/분리요청/허용, 자원할당 요청/허용, 연결 요청/허용, 인증 요청/허용 등의 명령 패킷을 임의 접근 방식으로 전송한다.

(3) 할당 구간: 여러 개의 시간 슬롯으로 나누어지며, 각각의 스테이션에게 시간 슬롯단위로 할당된다. 시간슬롯을 할당받은 스테이션은 해당 슬롯동안 동기/비동기 데이터와 명령 패킷을 전송한다.

2. 데이터 전송

데이터를 전송하기 위해 코이노니아는 동기와 비동기 두 가지 형태의 연결을 제공한다. 연결생성시의 부하는 적으나 대역폭이 보장되지 않는 비동기 연결은 시간 지연에 비교적 민감하지 않은 일반 데이터를 전송하는데 주로 사용되며, 연결 생성시의 부하는 크나 대역폭이 보장되는 동기 연결은 오디오, 비디오 등의 실시간 서비스에 가까운 데이터를 전송하는데 사용된다.

3. 인증

코이노니아 네트워크에 합류하려는 스테이션들은 먼저 마스터로부터 인증 과정을 거친 후 네트워크에 합류하게 된다.

4. 서비스 품질 보장

동기·비동기 데이터 패킷은 할당 구간을 통해 전송된다. 마스터는 스테이션들이 필요로 하는 서비스 품질을 만족하도록 필요한 자원을 할당하고, 각 스테이션은 할당된 자원을 이용하여 데이터를 송/수신하게 된다.

5. 전력 관리

이동형 기기를 지원하는 코이노니아에서는 효율적인 전원 관리가 무엇보다 중요하다. 각 스테이션은 비콘 패킷을 통해 해당 슈퍼 프레임 동안 자신에게 전송될 데이터의 유무와 시기를 알 수 있고, 수신 또는 송신할 때를 제외하고는 물리계층을 비활성화함으로써 전력 소비를 줄일 수 있다. 해당 슈퍼프레임 구간 동안 데이터를 수신하지 않는 스테이션은 다음 슈퍼 프레임이 시작될 때까지 비활성화된다. 수신할 데이터가 있는 스테이션은 비콘 구간과 자신에게 수신되는 프레임이 있는 구간만 활성화된다. 데이터를 송신하거나 나 명령을 요청할 필요가 있는 스테이션은 전송할 데이터가 있는 구간 동안 활성화한다.

6. 마스터 변경

마스터는 각 스테이션의 능력에 대한 정보를 바탕으로 다른 슬레이브가 마스터 역할을 수행하는 것이 타당한지 결정할 수 있다. 새로 접속한 스테이션이 마스터의 기능을 보다 잘 수행할 수 있다고 판단되면 마스터 기능을 양도하는 과정을 수행할 수 있다. 또한 Ad hoc 네트워크의 특성상, 마스터가 예고 없이 동작을 멈추거나 기존의 형성된 서비스 영역을 벗어날 수 있다. 이런 경우에는 남아있는 슬레이브 중에서 마스터 역할에 가장 합당한 슬레이브가 마스터가 되어 네트워크를 관리하게 된다.

앞서 살펴본 바와 같이 코이노니아에서 슈퍼 프레임은 비콘 구간, 경쟁 구간, 할당 구간으로 나뉘며 스테이션은 각 구간별로 다른 방식으로 동작한다.

1. 비콘 구간에서의 브로드캐스팅

비콘 구간에서는 마스터가 전체 슬레이브에게로 비콘 패킷을 브로드캐스팅한다. 비콘 패킷에는 네트워크 기준정보와 자원할당 정보가 포함되어 있으며, 비콘 패킷을 수신한 슬레이브들은 이를 토대로 해당 슈퍼 프레임의 형식 및 할당된 자원을 확인한다. 마스터가 슬레이브 전체에 네트워크 기준정보를 비콘 패킷에 담아 전송한다.

2. 경쟁 구간에서의 임의 접근

경쟁 구간 동안은 슬레이브와 마스터가 CSMA/CA 방법을 사용하여 통신한다. 네트워크 합류 요청 및 자원 할당 요청과 같은 명령 패킷이 이 구간을 통해 마스터에게 전송되며, 마스터는 이에 대한 수신 확인 및 응답 패킷을 전송한다.

3. 할당 구간에서의 독점적 접근

할당 구간 동안은 마스터로부터 허가받은 스테이션들만이 비콘 패킷을 통해 각자에게 할당된 시간슬롯과 코드를 사용하여 통신한다. 마스터는 스테이션들로부터 요청받은 서비스 품질에 대하여 현재 가용한 자원을 평가한 후 그 요청에 대한 수락 여부와 할당할 자원을 결정한다. 비동기 연결을 이용하는 데이터 서비스는 송신한 프레임에 대하여 기본적으로 수신확인을 받게 되고, 동기 연결은 선택적으로 수신확인을 받게 된다.

코이노니아의 스테이션은 네트워크 형성, 네트워크 합류, 데이터 전송, 마스터 변경, 네트워크 분리, 네트워크 해제의 동작 상태를 가진다.

1. 네트워크 형성

마스터가 슈퍼프레임, 경쟁구간, 할당구간의 길이 등의 네트워크 동기정보를 비콘 패킷에 담아 전송함으로써 네트워크를 형성한다. 비콘 패킷에는 네트워크 동기정보 외에도 코이노니아 네트워크의 ID 정보를 포함하고 있어, 스테이션이 접속할 네트워크를 식별할 수 있게 한다.

2. 네트워크 합류

코이노니아 네트워크에 합류하려는 스테이션은 마스터가 비콘 패킷을 듣기 위하여 각 주파수 채널을 주기적으로 수신하게 된다. 수신된 패킷이 원하는 네트워크의 비콘 패킷이라면 해당 네트워크의 마스터와 합류 절차를 시작하고, 이를 성공적으로 수행하면, 네트워크에 합류에 합류하게 된다.

스테이션이 네트워크에 합류할 때는 자신의 능력 정보를 마스터에 전송한다. 이 능력 정보에는 지원 가능한 물리계층데이터 전송 속도, 전력 관리 상태, 마스터 기능 수행 가능 여부, 그리고 기억 장소 크기 등의 해당 스테이션의 능력에 대한 정보가 담겨 있으며, 이 정보에 기반한 마스터의 판단에 따라 마스터 변경 과정을 시작할 수도 있다.

3. 데이터 전송

데이터 전송을 원하는 슬레이브는 경쟁 구간에서 마스터에게 데이터 전송을 위한 자원 할당을 요구하고, 마스터로부터 자원을 할당받으면, 할당된 자원을 이용하여 데이터를 전송하게 된다. 데이터 전송은 마스터, 슬레이브간 뿐 아니라 슬레이브, 슬레이브 등 어떤 스테이션 간에도 이루어질 수 있으며, 초기 자원 할당 시에만 마스터가 관여하게 되고, 자원이 할당된 이후에는 스테이션 사이에서 데이터 전송이 이루어진다.

4. 마스터 변경

애드혹 네트워크의 특성상 마스터가 매우 자주 변경될 있다. 가장 가능성 있는 두 가지는 다음과 같다.

(1) 현재의 마스터가 요청받은 서비스를 수행할 수 없음(예를 들면, 요청받은 서비스 품질을 보장할 수 없음)

(2) 마스터의 갑자기 사라짐(전원이 꺼지거나, POS 밖으로 이동함)

5. 네트워크 분리

코이노니아에 합류한 스테이션은 자발적으로 또는 마스터의 명령에 따라 네트워크에서 분리될 수 있다. 자발적인 분리의 경우는 분리를 원하는 스테이션이 마스터에게 분리요청 명령을 보냄으로써 이루어진다. 마스터가 자발적인 분리를 원하는 경우에는 분리를 하기 전에 슬레이브 중 가장 유능한 스테이션에게 마스터 기능을 양도한 후 분리할 수 있다. 마스터가 현재의 네트워크 사정상 서비스하기 어려운 슬레이브에게 분리 명령을 보냄으로써 강제적으로 분리시킬 수 있다.

6. 네트워크 해제

코이노니아 네트워크의 해제는 스테이션의 요청에 의한 정상적인 해제와 돌발적인 상황에 따라서 발생하는 비정상적 해제의 두 가지로 구분할 수 있다. 정상적인 해제는 슬레이브의 요청에 받아 마스터가 해제 여부를 결정하여 이를 전체 슬레이브에게 통보함으로써 네트워크를 해제하는 것을 말한다. 마스터 자신이 네트워크 해제를 요청함으로써 이 과정을 시작할 수도 있다. 비정상적인 네트워크 해제는 네트워크에 참여한 전체 스테이션의 한꺼번에 전원이 꺼진다거나 개인활동 영역 밖으로 나감으로써 네트워크가 해제되는 경우를 의미하나, 그 가능성은 매우 가능성이 희박하다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이너리 CDMA 기술을 이용한 원격 검침 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이너리 CDMA 기술을 이용한 원격 검침 시스템은 수용가(100)에 형성되는 전력량계(110)에 연결되어 전력 검침 정보를 전송하는 원격검침 단말기(120), 상기 원격검침 단말기(120)로부터 전송되는 데이터를 바이너리 CDMA 통신망(200)을 이용하여 전달하는 중계기(300), 상기 중계기(300)로부터 전력 검침 정보를 수신하여 수집하는 수집장치(400), 상기 수집장치(400)에서 수집된 데이터를 전송하는 유무선 통신망(500), 상기 유무선 통신망(500)으로부터 데이터를 수신하여 저장 및 가공하는 검침 서버(600), 상기 검침 서버(600)에 수집된 데이터 및 가공된 데이터를 저장하는 DB(610), 및 FEP(620)를 포함한다.

상기 원격 검침 시스템에 있어서, 수집장치(400)는 코이노니아 네트워크의 마스터로 동작할 수 있으며, 각 수용가의 전력량계(110)에 형성되는 원격검침 단말기(120)는 슬레이브로 동작할 수 있다. 물론 데이터의 송수신이나, 바이너리 CDMA 통신망의 상태에 따라서는 원격검침 단말기(120) 중 어느 하나가 마스터 역할을 담당할 수도 있다.

상기 원격검침 단말기(120)는 상기 전력량계(110)에 장착되어 해당 전력량계의 전력 사용량 데이터를 측정, 기록하며, 이를 바이너리 CDMA 통신 방식을 통해 전송한다. 상기 원격검침 단말기(120)는 사용 전력량을 감지 또는 판독하기 위한 센서부, 메모리 및 바이너리 CDMA 통신용 모뎀 등을 구비하도록 구성될 수 있으며, 바람직하기로는 원격검침이 가능한 전력량계일 수 있다. 즉, 상기 각각의 원격검침 단말기가 구비되는 전력량계는 아날로그 방식보다는 전자식 전력량계인 것이 바람직하다. 상기 원격검침 단말기(120)의 상세 구성은 이하 도 4를 참조하여 보다 상세히 기술하도록 한다.

상기 중계기(300)는 상기 원격검침 단말기(120)와 수집장치(400) 사이에 이루어지는 바이너리 CDMA 통신 방식에 따른 전송 데이터를 중계하기 위하여 바이너리 CDMA 통신망(200) 사이에 복수로 형성될 수 있다.

상기 수집장치(400)는 상기 원격검침 단말기로부터 바이너리 CDMA 통신 방식을 통해 전송된 전력 사용량 데이터를 수집, 저장한다.

상기 검침 서버(600)는 복수의 상기 수집장치(400)로부터 전달되는 각각의 전력량계에 대한 전력 사용량 데이터를 기록, 보존하며, 필요에 따라 이에 대응되도록 해당 전력량계에 대한 전력 사용 요금을 과금한다.

상기 수집장치(400)와 검침 서버(600) 사이의 데이터 전송은 바이너리 CDMA, TRS, 이더넷 또는 광통신을 포함하는 통상의 다양한 유무선 통신 방식 가운데 어느 하나의 통신 방식에 의해 이루어지질 수 있는데, 이 경우 상기 수집장치(400)에 구비되는 통신용 모뎀은, 상기 전력량계(110) 및 상기 검침 서버(600)와의 사이에 이루어지는 데이터 전송을 위한 모든 통신 방식의 수행이 가능한 통합 모뎀인 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격검침 단말기의 내부 구성을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 원격검침 단말기(120)는 전력량계(110)와 연결되는 전력량계 인터페이스(121), 상기 원격검침 단말기(120)의 각부를 제어하는 제어부(122), 상기 제어부(122)의 제어신호에 따라 전력량계(110)로부터 검침된 전력 정보를 바이너리 CDMA 통신망을 이용하여 송신하는 바이너리 CDMA 모뎀(123), 안테나와 상기 바이너리 CDMA 모뎀(123) 사이에 개재되어 형성되는 RF 모듈(124), 상기 제어부(122)와 바이너리 CDMA 모뎀(123) 사이에 연결된 한 쌍의 SDRAM(125), 상기 제어부(122)와 바이너리 CDMA 모뎀(123) 사이에 연결된 플래쉬 메모리(126), 및 RS232C 드라이버(127)를 포함한다.

상기 전력량계 인터페이스(121)는 전력량계(110)와 상호 연동하여 전력량계(110)에 형성된 메모리에 기저장된 전력 검침 정보를 수신한다. 상기 전력 검침 정보는 전력량계(110)에 형성된 전류검출부를 통하여 계측된 전류데이터와, 전압검출부를 통하여 계측된 전압데이터일 수 있다.

상기 제어부(122)는 상기 전력량계(110)를 통하여 계측된 수용가에 공급되는 전력의 사용량을 가공하고, 저장 관리하며, 바이너리 CDMA 모뎀(123)을 이용한 데이터 통신 과정을 제어한다. 상기 제어부(122)는 상기 전류검출부를 통하여 계측된 전류데이터와, 상기 전압검출부를 통하여 계측된 전압데이터를 이용하여 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력, 역률 등을 산출할 수 있다. 경우에 따라서는 이를 이용하여 수용가에서 전력 회사에 납부해야 할 전력 사용 요금을 산정할 수 있다. 전력 사용 요금 산정 방법은 계측된 전력 사용량에 전력량별 부과되는 기준요금을 곱하여 계산될 수 있다. 상기 기준요금 정보는 상기 SDRAM(125) 또는 플래쉬 메모리(126)와 같은 메모리부에 저장시켜 사용할 수 있다. 또한, 상기 제어부(122)는 계측 데이터를 시간대별, 일별, 주간별, 월별, 야간별, 날짜별로 구분하여 통계치를 생성할 수 있다.

또한, 상기 검출된 전류와 전압 및 상기 산출된 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력, 역률, 전력 사용 요금 등의 계측 데이터를 누적 산출하여 상기 SDRAM(125) 또는 플래쉬 메모리(126)와 같은 메모리부에 저장하고 수집장치(400)로부터의 전송 요청에 따라 상기 저장된 데이터를 바이너리 CDMA 모뎀(123)으로 전송하는 과정을 제어한다. 이밖에 상기 제어부(122)는 RF 모듈(124)의 동작을 제어하고, SDRAM(125) 및 플래쉬 메모리(126)의 데이터 입출력 과정을 제어하며, RS232C 드라이버(127)의 동작을 제어한다.

상기 바이너리 CDMA 모뎀(123)은 상기 제어부(122)의 제어 신호에 따라 상기 SDRAM(125) 또는 플래쉬 메모리(126)에 적재되어 있는 전력 검침 정보를 바이너리 CDMA 통신망(200)을 통하여 수집장치(400)로 전송한다. 상기 바이너리 CDMA 모뎀(123)은 2.4㎓부터 2.485㎓까지 별도의 인가가 필요 없는 ISM 대역에서 운용될 수 있으며, WPAN에 사용되기 위해 5.625Mbps까지의 데이터율을 제공할 수 있고, 데이터를 정진폭 부호화기를 거쳐 패킷을 구성한 후 Q-QPSK 변조를 통해 신호를 전송하게 된다.

상기 RF 모듈(124)은 저소비전력이고 저가로 구현가능한 예를 들면 지그비(ZigBee) 규격을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 SDRAM(125) 또는 플래쉬 메모리(126)에는 상기 전력량계로부터 전송된 전압, 전류 정보 및 제어부를 통하여 가공된 전력 검침 정보가 시간대별, 일별, 주간별, 월별, 야간별, 날짜별 등으로 분류되어 실시간으로 저장될 수 있다.

보다 상세히, 상기 SDRAM(125) 또는 플래쉬 메모리(126)는 프로그램 저장 영역과 데이터 저장 영역으로 구분되어 있을 수 있다. 상기 프로그램 저장 영역에는 제어부(122)에 의하여 사용되는 응용 프로그램이 저장되며, 데이터 저장영역에는 검출된 전류 및 전압 데이터와 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력, 역률, 전력 사용 요금 등의 계측 데이터와, 통신모듈 사이의 통신망 연결상태, 데이터 송수신 완료 상태 등을 포함하는 전력 검침 정보가 저장될 수 있다.

상기 프로그램 저장 영역에 저장되는 응용 프로그램으로서는, 제어부(122)에서 검출된 전류와 전압을 이용하여 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력, 역률, 전력 사용 요금 등의 계측 데이터를 산출하기 위한 산출 프로그램과, 상기 검출된 전류 및 전압과 산출 프로그램을 이용하여 산출된 계측 데이터를 메모리에 저장 관리하기 위한 저장 관리 프로그램과, 바이너리 CDMA 모뎀(123)을 통하여 수집장치(400)와의 통신을 위한 통신프로그램과, 검출된 전력 정보를 기초로 전력 사용 요금을 산정하는 프로그램 등을 포함할 수 있다.

이와 같은 구성을 포함하는 상기 원격검침 단말기(120)는 각 수용가에 형성되는 상기 전력량계(110)와 인접 설치되어 상기 전력량계(110)로부터 전력 검침 정보를 취득하여 바이너리 CDMA 통신망(200)을 이용하여 수집장치(400)로 이를 전송한다. 상기 원격검침 단말기(120)와 상기 수집장치(400) 사이의 거리에 따라 바이너리 CDMA 통신망상에 형성되는 다수의 중계기를 이용하여 데이터를 전송할 수도 있다. 한편, 상기 수집장치(400)와 각 수용가에 형성되는 원격검침 단말기(120)는 각각 마스터와 슬레이브로 동작할 수 있으며, 상호 데이터 통신 과정을 원활히 하기 위하여 각 기기를 인증 및 보안할 수 있다. 또한, 데이터 전송 속도를 향상시키기 위하여 상호 멀티커넥션으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 멀티 커넥션을 이용하여 상기 수집장치(400)에서 복수의 원격검침 단말기(120)를 한번에 업그레이드시킬 수 있다. 이러한 기능은 이하 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수집장치의 내부 구성을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 상기 수집장치(400)는 상기 수집장치(400)의 각부를 제어하는 제어부(401), RS232C 드라이버(402), 상기 제어부(401)의 제어신호에 따라 원격검침 단말기(120)로부터 전력 정보를 바이너리 CDMA 통신망을 이용하여 수신하는 바이너리 CDMA 모뎀(403), 안테나와 상기 바이너리 CDMA 모뎀(403) 사이에 개재되어 형성되는 RF 모듈(404), 상기 제어부(401)와 바이너리 CDMA 모뎀(403) 사이에 연결된 한 쌍의 SDRAM(405), 상기 제어부(401)와 바이너리 CDMA 모뎀(403) 사이에 연결된 플래쉬 메모리(406), 상기 제어부(401)와 연결된 RJ45 랜커넥터(407), 및 상기 제어부(401)와 연결된 PHY 칩(408)을 포함한다.

상기 제어부(401)는 각 수용가에 형성된 원격검침 단말기(120)로부터 각 전력량계(110)를 통하여 검침된 데이터를 수신하여 취합하고, 저장 관리하며, 바이너리 CDMA 모뎀(403)을 이용한 데이터 통신 과정을 제어한다. 일 실시예에 따르면, 상기 제어부(401)는 상기 원격검침 단말기(120)를 통하여 전류 및 전압 데이터만을 수신하고, 이를 이용하여 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력, 역률 등을 산출할 수 있다. 경우에 따라서는 이를 이용하여 수용가에서 전력 회사에 납부해야 할 전력 사용 요금을 산정할 수 있다. 전력 사용 요금 산정 방법은 계측된 전력 사용량에 전력량별 부과되는 기준요금을 곱하여 계산될 수 있다. 상기 기준요금 정보는 상기 SDRAM(405) 또는 플래쉬 메모리(406)와 같은 메모리부에 저장시켜 사용할 수 있다. 또한, 상기 제어부(401)는 계측 데이터를 시간대별, 일별, 주간별, 월별, 야간별, 날짜별로 구분하여 통계치를 생성할 수 있다.

또한, 상기 검출된 전류와 전압 및 상기 산출된 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력, 역률, 전력 사용 요금 등의 계측 데이터를 누적 산출하여 상기 SDRAM(405) 또는 플래쉬 메모리(406)에 저장하고 검침서버(600)로부터의 전송 요청에 따라 상기 저장된 데이터를 검침서버(600)로 전송하는 과정을 제어한다. 이밖에 상기 제어부(401)는 RF 모듈(404)의 동작을 제어하고, SDRAM(405) 및 플래쉬 메모리(406)의 데이터 입출력 과정을 제어하며, RS232C 드라이버(402), RJ45 랜커넥터(407), 및 PHY 칩(408)의 동작을 제어한다.

상기 바이너리 CDMA 모뎀(403)은 상기 제어부(401)의 제어 신호에 따라 원격검침 단말기(120)로부터 수신된 전력 검침 정보를 수신하고 이를 상기 SDRAM(405) 또는 플래쉬 메모리(406)에 적재한다. 또한, 검침서버(600)의 요청에 따라 SDRAM(405) 또는 플래쉬 메모리(406)에 저장되어 있는 전력 검침 정보를 유무선 통신망(500)을 통하여 검침서버(600)로 전송한다.

다시 말해, 단위 구역 등의 일정 블록 내에 위치된 다수의 원격검침 단말기(120)가 각각 해당 전력량계(110)의 전력 사용량 데이터를 전송하면, 수집장치(400)는 이를 수신하여 취합 정리한 후 소정의 주기 마다 검침서버(600)로 전송하는 기능을 수행하게 된다.

이때, 상기 각각의 원격검침 단말기(120)와 수집장치(400) 사이의 거리가 직접적인 데이터의 전송이 어려울 정도의 간격인 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 이들의 사이에 전송되는 데이터의 중계를 위한 다수의 중계기(300)가 추가로 형성될 수 있다.

상기 RF 모듈(404)은 저소비전력이고 저가로 구현가능한 예를 들면 지그비(ZigBee) 규격을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 SDRAM(405) 또는 플래쉬 메모리(406)에는 상기 원격검침 단말기(120)로부터 전송된 전압, 전류 정보 및 전력 검침 정보가 시간대별, 일별, 주간별, 월별, 야간별, 날짜별 등으로 분류되어 실시간으로 저장될 수 있다.

보다 상세히, 상기 SDRAM(405) 또는 플래쉬 메모리(406)는 프로그램 저장 영역과 데이터 저장 영역으로 구분되어 있을 수 있다. 상기 프로그램 저장 영역에는 제어부(401)에 의하여 사용되는 응용 프로그램이 저장되며, 데이터 저장영역에는 검출된 전류 및 전압 데이터와 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력, 역률, 전력 사용 요금 등의 계측 데이터와, 통신모듈 사이의 통신망 연결상태, 데이터 송수신 완료 상태 등을 포함하는 전력 검침 정보가 저장될 수 있다.

상기 프로그램 저장 영역에 저장되는 응용 프로그램으로서는, 제어부(401)에서 수신된 전류와 전압을 이용하여 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력, 역률, 전력 사용 요금 등의 계측 데이터를 산출하기 위한 산출 프로그램과, 상기 검출된 전류 및 전압과 산출 프로그램을 이용하여 산출된 계측 데이터를 메모리에 저장 관리하기 위한 저장 관리 프로그램과, 바이너리 CDMA 모뎀(403)을 통하여 원격검침 단말기(120) 또는 검침서버(600)와의 통신을 위한 통신프로그램과, 수신된 전력 정보를 기초로 전력 사용 요금을 산정하는 프로그램 등을 포함할 수 있다.

한편, 상기 원격검침 단말기(120)와 수집장치(400) 사이에서 전력 검침 정보를 보다 안전하고, 정확하게 송수신하기 위해서는 인증 및 보안 기능의 강화가 절실하다. 즉, 종래 무선통신방식을 이용한 원격검침시스템은 보안에 취약하여 외부네트워크에서 접근이나 정보의 도청 및 훼손이 용이하여 문제가 발생할 가능이 많았다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 바이너리 CDMA 통신방식을 이용한 원격검침시스템의 보안상 취약점을 개선하기 위해 하기 절차를 추가로 포함한다. 하기 보안 절차에는 암호화된 알고리즘(CCM모드)과, Key 생성/선택의 보안 알고리즘(AES)이 사용된다.

보안 네트워크의 형성순서는 다음과 같다.

1. 마스터 결정

2. 각 슬레이브들이 마스터에 합류하여 네트워킹 형성

3. 각 슬레이브들이 마스터의 비콘에 의해 할당받은 슬롯을 사용하여 데이터 전송

4. 보안 관리자와 인증 절차를 통해 약속된 키에 의해 통신 가능한 보안 네트워크 형성

5. 임의의 두 슬레이브 간에 통신하는 peer-to-peer 보안 네트워크 형성

크게 나누면, 보안을 위한 절차는, 마스터가 운영하여 슬레이브의 임의의 피코넷에 접속하도록 하는 합류(Association) 절차와, 보안 관리자(Security Manager:SM)가 운영하여 전송하고자 하는 슬레이브간 또는 마스터-슬레이브 간의 전송 권한(프리이버스 성립) 및 키 결정을 수행하는 인증(Authentication) 절차와, 처음 보안 네트워크가 성립될 때와 새로운 슬레이브의 합류/해제에 따른 보안 네트워크의 성립시마다 인증 및 키분배를 수행하는 키 성립 프로토콜 절차가 포함된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 보안 절차 중 합류 절차를 나타낸 플로우 차트이다.

도 6을 참조하면, 먼저 미합류 슬레이브가 임의의 피코넷의 마스터로부터 비콘 신호를 수신한다(S100). 미합류 슬레이브는 수신된 비콘 신호의 피코넷 ID와 채널(Channel)을 확인한 후, 마스터로 합류요청 명령 블록을 전송한다(S110). 합류요청 명령 블록을 수신한 마스터는 슬레이브의 MAC을 확인한 후, 합류응답 명령 블록을 전송한다(S120). 합류응답 명령 블록에 포함된 이유 정보가 “성공”이면 마스터에 합류가 완료된다(S130).

합류 절차가 완료되면, 인증 및 키 성립 절차가 진행된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인증 및 키 성립 절차 중 인증 및 도전 프로토콜을 나타낸 플로우 차트이다.

인증 및 도전 프로토콜은 보안 관리자가 피코넷에 접속하는 슬레이브를 각각 인증하고 공동 키를 분배해주는 과정이다.

도 7을 참조하면, 먼저 피코넷에 접속된 슬레이브는 보안 매니저(Manager)에 인증 요청 명령 블록을 전송한다(S200). 인증권한 요청에 대해 보안 매니저는 권한 부여를 결정하여(S210), 매니지먼트 키(Management Key)를 포함한 도전(Challenge) 요청 명령블록을 전송한다(S220). 슬레이브는 매니지먼트 키를 공유키로 암호화하여 보안 매니저에 도전 응답 명령블록을 전송한다(S230). 보안 매니저는 받은 데이터를 공유키로 복호화하여 매니지먼트 키와 같은지 확인한 후(S240) 인증에 대한 권한부여를 결정하여 인증 응답 명령블록을 슬레이브에 전송한다(S250). 인증응답 명령블록을 확인한 후 매니지먼트 키로 사용한다(S260).

인증 및 도전 프로토콜이 완료되면, 키 분배 및 키 요청 프로토콜이 진행된다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인증 및 키 성립 절차 중 키 분배 프로토콜을 나타낸 플로우 차트이다.

키 분배 프로토콜은 주기적으로 보안 관리자가 피코넷의 각 슬레이브에게 갱신된 암호화할 키를 배분해주는 과정이다.

도 8을 참조하면, 먼저 보안 매니저는 공유키 및 보안세션 ID를 포함한 분배요청 명령블록을 주기적으로 슬레이브에 전송한다(S300).

각 슬레이브는 수신된 분배요청 명령블록에서 그룹 멤버(Group member) 및 피어 투 피어 키(Peer to Peer Key) 성립을 확인한 후(S310), 분배 응답 명령블록을 보안 매니저에 전송한다(S320).

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 인증 및 키 성립 절차 중 키 요청 프로토콜을 나타낸 플로우 차트이다.

키 요청 프로토콜은 임의의 슬레이브가 갱신된 키를 받지 못했을 때 보안 관리자에게 현재의 암호화할 키를 요청주는 과정이다.

도 9를 참조하면, 먼저 슬레이브가 공유키 사용을 위해 키요청 명령 블록을 보안 매니저에게 전송한다(S400). 보안 매니저는 확인 후 공유키를 포함한 키응답명령블록을 슬레이브에 전송한다(S410).

상기 인증 또는 보안 절차를 수행함에 있어서는 인증 및 도전 프로토콜에 의해 결정되며, 키 분배 및 키 요청 프로토콜에 사용되는 명령블록의 키를 암호화하는데 사용되는 매니지먼트 키와, 한 피코넷에서 사용되며 데이터를 암호화하는데 사용되는 피코넷 그룹 데이터 키(Piconet Group data Key), 및 임의의 슬레이브 사이의 통신에서 데이터를 암호화하는데 사용되는 피어 투 피어 키(Peer-to-peer data Key)가 사용될 수 있다.

이때 상기 키가 생성되는 순서는,

1단계: Random generation 함수로 비트 열 선택: 118 비트 생성

2단계: 7비트씩 나열

3단계: 패리티 비트를 취해서 8 비트 열을 만듦

4단계: 1행부터 순서를 취해서 128비트 키를 만듦

일 수 있다.

한편, 무결성-암호화 메커니즘으로 사용되는 CCM모드는 데이터암호화에 CTR모드를 사용하고, 데이터 무결성 검사로 CBC -MAC을 사용한다. 여기에 AES라는 대칭형 블록 암호화 알고리즘을 이용한다.

한편, 상기 원격검침 단말기(120)와 수집장치(400) 사이의 통신 방식은 1대1 대응을 기초로 하는 시리얼 방식에서 벗어나지 못하고 있다. 이 때문에 한 계기와의 통신을 종료하기 전까지 수집장치는 다른 계기의 값을 취득하지 못하며, 특히 통신에서 문제가 생길 경우 재전송 등으로 인하여 수집장치에 연결된 모든 계기의 값을 취득하는 시간이 길어진다는 문제점이 있다. 이는 계기 자료의 취득 주기를 길게 하여 전력 정보 관리의 품질을 떨어뜨리는 요인이 되며, 특히 긴 주기는 특정 계기의 값을 취득하지 못하게 되는 확률을 높이는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 상기 원격검침 단말기(120)와 수집장치(400) 사이를 다중 접속방식을 채용함으로써, 수집장치(400)에서 동시에 복수의 수용가로부터 전력 검침 정보를 취득하며 이로 인해 취득 주기를 줄여 전력관리 품질을 높이고 데이터의 소실 확률을 줄일 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 모뎀을 연결하는 수집장치 구조를 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, 수집장치(400)는 수용가(100)에 설치되는 복수의 원격검침 단말기(120)를 형성하는 바이너리 CDMA 모뎀(123)과 다중연결된다. 보다 상세히, 상기 수집장치(400)에는 복수의 바이너리 CDMA 모뎀(403)이 형성되고, 상기 수집장치(400)와 복수의 바이너리 CDMA 모뎀(403)은 다중연결된다. 또한, 상기 복수의 바이너리 CDMA 모뎀(403)은 상기 원격검침 단말기(120)를 구성하는 바이너리 CDMA 모뎀(123)과 바이너리 CDMA 통신망(200)을 통하여 연결된다. 이와 같은 구조를 통하여 상기 수집장치(400)는 복수의 모뎀으로부터 동시에 해당 수용가에 형성된 전력량계의 전력 검침 정보를 동시에 수신할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포트를 지원하는 모뎀을 구비한 수집장치 구조를 도시한 도면이다.

도 11을 참조하면, 수집장치(400)는 수용가(100)에 형성되는 복수의 원격검침 단말기(120)를 구성하는 바이너리 CDMA 모뎀(123)과 다중연결된다. 보다 상세히, 상기 수집장치(400)를 구성하는 바이너리 CDMA 모뎀(403)은 멀티포트를 지원함으로써 상기 원격검침 단말기(120)를 구성하는 바이너리 CDMA 모뎀(123)과 바이너리 CDMA 통신망(200)을 통하여 다중 연결된다. 또한, 상기 바이너리 CDMA 모뎀(123)과 수집장치(400) 사이는 병렬 시리얼 통신방식이나 이더넷 방식을 이용하여 데이터를 송수신할 수 있다. 이와 같은 구조를 통하여, 상기 수집장치(400)는 복수의 모뎀으로부터 동시에 해당 수용가에 형성된 전력량계의 전력 검침 정보를 수신할 수 있다.

도 10 또는 11에 도시된 구조를 이용하여, 복수의 원격검침 단말기(120)로부터 전력 검침 정보를 수신하는 속도를 현격히 향상시킬 수 있으며, 제한 시간 내에 보다 많은 수용가의 전력 검침 정보를 수신할 수 있어 정확도를 향상시킬 수 있다.

보다 상세히, 데이터 통신에 소요되는 시간을 예시하면 아래 표 1과 같다.

	1회 통신시간	n회 재시도	m개 계기 통신시 총 소요시간
기존 방식	t	t x n	t x n x m
제시 방식	t	t x n	t x n x m /l

l:멀티 커넥션 수

즉, m개 원격검침 단말기(120)와 통신하고, 그 중 데이터 전송 상 오류로 인하여 소정 원격검침 단말기(120)와 n회 데이터를 재전송한다고 가정할 때, 소요되는 시간은 종래 소요시간을 멀티 커넥션 수로 나눈 시간으로 줄어들게 된다.

한편, 상기 원격검침 단말기(120)에 형성되는 바이너리 CDMA 모뎀(123)은 종래 데이터 전송 기능만을 가지며, 오류 탐지와 관련해서는 하드웨어적인 오류만을 검출하는데 그쳤다. 즉, 원격검침 단말기(120)와 수집장치(400) 사이의 데이터 송수신 상태를 점검하기 위해서는 종래 수집장치(400) 단에서 시험 패킷을 원격검침 단말기(120)로 전송하는 테스트를 수행할 수밖에 없었다. 그러나, 일반적으로 수집장치(400)와 원격검침 단말기(120)의 거리가 원거리이고, 수집장치(400)의 설치 위치가 지형이 험준한 지역일 경우가 많아 테스트 수행이 쉽지 않다. 또한, 수많은 원격검침 단말기(120) 설치시마다 상기 수집장치(400)에 접근하여 데이터의 송수신 상태를 점검한다는 것도 물리적으로 불가능하다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 원격검침 단말기(120)의 바이너리 CDMA 모뎀(123)에 상태표시부가 형성되어 통신 시험 및 표시 기능을 수행할 수 있다. 보다 상세히, 상기 상태표시부는 상기 원격검침 단말기(120)와 상기 수집장치(400)의 모뎀 간 통신상태, 전력량계와 원격검침 단말기(120)의 모뎀 간 통신상태를 자체 시험하여 모뎀의 이상 상태 여부를 외부로 표시한다. 이를 통해 데이터 통신 구간의 문제를 원격검침 단말기(120)의 현장 설치 즉시 확인 가능하여 설치 및 유지보수 시간 및 비용을 단축시킬 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격검침 단말기의 데이터 송수신 상태를 점검하는 과정을 도시한 플로우 차트이다.

도 12를 참조하면, 먼저 원격검침 단말기(120)를 설치하고, 바이너리 CDMA 모뎀(123)을 전력량계(110) 및 수집장치(400)와 연동할 수 있도록 형성한다(S500). 원격검침 단말기(120)의 바이너리 CDMA 모뎀(123)에서 전력량계(110)로 시험 패킷을 송수신한다(S510). 기준회 이상 반복 후 오류 상태 또는 정상 상태를 결정한다(S520). 원격검침 단말기(120)의 바이너리 CDMA 모뎀(123)에서 수집장치(400)의 바이너리 CDMA 모뎀(403)으로 시험 패킷을 송수신한다(S530). 기준회 이상 반복 후 오류 상태 또는 정상 상태를 결정한다(S540). 하나 이상의 오류 상태가 존재할 경우 상태표시부에 오류 발생 및 발생원인을 표시한다(S550).

한편, 상기 원격검침 단말기(120)와 수집장치(400) 사이의 데이터 송수신 속도 및 데이터 처리량이 증가함에 따라 전력량계에 인접 설치되는 모뎀의 버전을 수시로 업그레이드해야 할 필요성이 있다. 그러나, 종래 모뎀의 버전을 업그레이드하기 위해서는 수많은 모뎀을 일일이 업그레이드해야만 하기 때문에 막대한 인력 및 유지 보수 비용이 소요된다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 수집장치(400)와 원격검침 단말기(120) 사이에 형성되는 무선통신망을 이용하여 상기 원격검침 단말기(120)에 형성되는 각 모뎀의 버전을 동시다발적으로 업그레이드할 수 있는 원격검침 시스템을 제공한다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 및 슬레이브 모뎀의 업그레이드 방법을 도시한 도면이다.

도 13을 참조하면, 마스터 모뎀의 업그레이드 방법은 먼저 슬레이브 형태의 에뮬레이터(Emulator)를 마스터의 RF 채널과 PNID 설정하여 마스터와 동기(sync)화 한다. 상기 마스터는 수집장치(400)일 수 있다. 하나의 피코넷에 참여하고 있는 모든 스테이션들은 마스터의 비콘 프레임에 의해 동기된다. 매 슈퍼프레임의 비콘 구간에 전송되는 비콘 프레임에는 피코넷에 참여한 스테이션들의 클록을 동기 시킬 수 있는 정보가 포함되어 있다.

마스터의 비콘 프레임의 수신시간과 비콘 프레임 내의 내용을 참고하여 슬레이브들은 마스터가 정한 슈퍼 프레임에 동기화한다. 슈퍼 프레임의 길이는 슈퍼프레임길이로 정해져 그 시간주기마다 비콘이 반복되며, 할당구간의 길이는 가변적이나 슬롯 길이의 정수 배여야 한다. 비콘 프레임과 할당구간의 사이가 경쟁구간으로 사용된다. 경쟁구간의 길이는 경쟁구간 최소길이 이상이어야 한다. 비콘 패킷에는 할당구간의 시작시간이 들어있으며, 이 시작시간과 비콘의 수신시각을 토대로 피코넷 내의 슬레이브들은 슈퍼 프레임 내의 각 구간의 시작과 끝을 알아낸다.

마스터는 비콘 프레임에 할당구간의 시작 오프셋 값과 할당구간의 시간슬롯 할당상황을 기록하여 전송한다.

슬레이브들은 비콘 내의 할당구간의 시작 오프셋 값으로부터 경쟁구간과 할당구간의 경계를 구별해내고, 시간슬롯 할당상황으로부터 자신에게 할당된 시간슬롯의 시작시간과 끝 시간을 알아낸다.

피코넷의 모든 스테이션들은 마스터로부터의 비콘 패킷을 수신하여 동기화한다. 피코넷에 합류하지 않은 스테이션은 수동 스캐닝을 사용하여 비콘 패킷을 듣고 동기화한다. 그러므로, 피코넷에 합류하려는 스테이션은 피코넷에 합류하기 전 최소한 한번 이상 비콘 프레임을 들어야 한다. 피코넷에 합류한 스테이션은 비콘 프레임을 듣지 못하면, 다음 비콘 프레임이 전송될 때까지 기다려 비콘 패킷을 듣고 동기화한다. 연결종료시간 동안 비콘 프레임을 듣지 못한 경우에는 데이터전송을 중단하며, 비콘 패킷을 듣기 위해 기다린다.

에뮬레이터가 마스터와 동기화되면 에뮬레이터에서 마스터에 업그레이드할 펌웨어(Firmware)를 RF를 통하여 전송한다. 마스터에서는, 수신된 데이터를 마스터의 외부 메모리(external Memory)에 시리얼로 저장한다. 마스터는 자체 리셋(reset)을 하여 외부 메모리에 저장한 데이터를 부트 코드(boot-code)를 사용하여 플래쉬 메모리에 업로드(up-load) 한다. 상기 마스터는 새로운 펌웨어로 업데이트한 뒤 리셋을 시도하여 엑티브(Active) 상태가 되어 자체 하위단의 슬레이브들과 동기화(sync) 한다. 마스터는 새로 업그레이드된 펌웨어(Firmware) 버전 정보를 에뮬레이터에 전송한다. 중계장치의 R-마스터도 ‘나’의 에뮬레이터를 사용하여 같은 방식으로 펌웨어를 업그레이드한다.

한편, 슬레이브 모뎀의 업그레이드 방법은 먼저 슬레이브 형태의 에뮬레이터(Emulator)를 마스터의 RF 채널과 PNID 설정하여 마스터와 동기(sync)화 한다. 상기 슬레이브는 원격검침 단말기(120)의 모뎀일 수 있다. 상기 에뮬레이터가 마스터와 동기화되면 에뮬레이터에서 슬레이브에 업그레이드할 펌웨어(Firmware)를 RF를 통하여 마스터에 전송한다. 마스터에서는, 수신된 데이터를 마스터의 외부 메모리(external Memory)에 시리얼로 저장한다. 마스터는 외부 메모리에 저장한 데이터를 슬레이브에 RF를 통하여 1:1로 전송한다. 슬레이브에서는 수신된 데이터를 자체 외부 메모리에 시리얼로 저장한다. 슬레이브는 자체 리셋을 하여 외부 메모리에 저장한 데이터를 부트 코드를 사용하여 플래쉬 메모리에 업로드 한다. 새로운 펌웨어로 업데이트한 뒤 리셋을 시도하여 액티브 상태가 되어 자체 상위의 마스터와 동기화(sync) 한다. 슬레이브는 새로 업그레이드된 펌웨어 버전을 마스터에 보내고 마스터는 수신된 슬레이브의 MAC 주소와 펌웨어 버전을 에뮬레이터에 송신한다. 중계장치의 R-슬레이브도 같은 방식을 사용하여 펌웨어를 업그레이드한다.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬레이브 모뎀의 업그레이드 방법을 도시한 도면이다.

도 14를 참조하면, 슬레이브 모뎀의 업그레이드 방법은 먼저 슬레이브 형태의 에뮬레이터(Emulator)를 마스터의 RF 채널과 PNID 설정하여 마스터와 동기(sync)화 한다. 상기 슬레이브는 원격검침 단말기(120)의 모뎀일 수 있다. 상기 에뮬레이터가 마스터와 동기화되면 에뮬레이터에서 슬레이브에 업그레이드할 펌웨어(Firmware)를 RF를 통하여 마스터에 전송한다. 마스터에서는, 수신된 데이터를 마스터의 외부 메모리(external Memory)에 시리얼로 저장한다. 마스터는 외부 메모리에 저장한 데이터를 동기화(sync)되어 있는 슬레이브들에 RF 병열 전송한다. 슬레이브에서는 수신된 데이터를 자체 외부 메모리에 시리얼로 저장한다. 슬레이브는 자체 리셋을 하여 외부 메모리에 저장한 데이터를 부트 코드를 사용하여 플래쉬 메모리에 업로드 한다. 새로운 펌웨어로 업데이트한 뒤 리셋을 시도하여 액티브 상태가 되어 자체 상위의 마스터와 동기화(sync) 한다. 슬레이브는 새로 업그레이드된 펌웨어 버전을 마스터에 보내고 마스터는 수신된 슬레이브의 MAC 주소와 펌웨어 버전을 에뮬레이터에 송신한다. 중계장치의 R-슬레이브도 같은 방식을 사용하여 펌웨어를 업그레이드한다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 수용가 110 : 전력량계
120 : 원격검침 단말기 200 : 바이너리 CDMA 통신망
300 : 중계기 400 : 수집장치
500 : 유무선 통신망 600 : 검침 서버
610 : DB 620 : FEP

Claims (7)

1. 각 수용가에 형성되는 전력량계와 연결되어 전력 검침 정보를 취득하여 바이너리 CDMA 통신망을 통하여 전송하는 원격검침 단말기;
   상기 바이너리 CDMA 통신망 상에 형성되어 상기 원격검침 단말기로부터 전송되는 데이터를 전달하는 중계기;
   상기 중계기로부터 전력 검침 정보를 수신하여 취합하고, 저장하며, 저장된 전력 검침 정보를 소정 주기마다 전송하는 수집장치;
   상기 수집장치에서 수집된 데이터를 전송하는 유무선 통신망; 및
   상기 유무선 통신망으로부터 각각의 전력량계에 대한 전력 사용량 데이터를 수신하여 기록, 보존하며, 해당 전력량계에 대한 전력 사용 요금을 과금하는 검침 서버를 포함하는 상기 원격 검침 시스템에 있어서,
   상기 수집장치는 피코넷의 마스터로 동작하고, 상기 원격검침 단말기는 슬레이브로 동작하며,
   상기 수집장치 및 원격검침 단말기는 상호 기기를 인증 및 보안하고, 상기 원격검침 단말기와 수집장치 사이를 다중 접속방식으로 연결하여 상기 수집장치에서 동시에 복수의 수용가로부터 전력 검침 정보를 취득하며, 상기 다중 접속방식을 이용하여 상기 수집장치에서 복수의 원격검침 단말기를 동시다발적으로 업그레이드하는 것을 특징으로 하며,
   상기 인증 및 보안은 상기 슬레이브가 임의의 피코넷에 접속하도록 하는 합류 절차와, 전력 검침 정보를 전송하고자 하는 슬레이브간 또는 마스터와 슬레이브 간의 전송 권한 및 키 결정을 수행하는 인증 절차와, 최초 보안 네트워크의 성립시와, 새로운 슬레이브의 합류 또는 해제에 따른 보안 네트워크의 성립시마다 인증 및 키분배를 수행하는 키 성립 절차가 수행됨으로써 이루어지고,
   상기 원격검침 단말기를 형성하는 바이너리 CDMA 모뎀에 상태표시부가 형성되고, 상기 상태표시부는 상기 원격검침 단말기와 상기 수집장치 사이의 통신상태, 상기 전력량계와 원격검침 단말기 사이의 통신상태를 시험하여 모뎀의 이상 상태 여부를 외부로 표시하는 것을 특징으로 하며,
   상기 통신상태 시험은 상기 원격검침 단말기에 형성되는 바이너리 CDMA 모뎀을 전력량계 및 수집장치와 연동할 수 있도록 형성하는 단계, 상기 바이너리 CDMA 모뎀에서 전력량계로 시험 패킷을 송수신하는 단계, 기준회 이상 반복 후 오류 상태 또는 정상 상태를 결정하는 단계, 상기 바이너리 CDMA 모뎀에서 상기 수집장치에 형성되는 바이너리 CDMA 모뎀으로 시험 패킷을 송수신하는 단계, 기준회 이상 반복 후 오류 상태 또는 정상 상태를 결정하는 단계, 및 오류 상태가 존재할 경우 상태표시부에 오류 발생 및 발생원인을 표시하는 단계가 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 바이너리 CDMA 기술을 이용한 원격 검침 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 합류 절차는, 미합류 슬레이브가 임의의 피코넷의 마스터로부터 비콘 신호를 수신하는 단계;
   상기 미합류 슬레이브가 수신된 비콘 신호의 피코넷 ID와 채널을 확인한 후, 상기 마스터로 합류요청 명령 블록을 전송하는 단계;
   상기 합류요청 명령 블록을 수신한 상기 마스터가 상기 미합류 슬레이브의 MAC을 확인한 후, 합류응답 명령 블록을 전송하는 단계; 및
   상기 합류응답 명령 블록에 포함된 이유 정보가 “성공”이면 상기 슬레이브가 상기 마스터로 합류하는 단계를 포함하고,
   상기 인증 절차는, 피코넷에 접속된 슬레이브가 보안 매니저에 인증요청 명령 블록을 전송하는 단계;
   상기 인증요청 명령을 수신한 보안 매니저가 상기 접속된 슬레이브로 매니지먼트 키를 포함한 도전요청 명령 블록을 전송하는 단계;
   상기 접속된 슬레이브가 상기 매니지먼트 키를 공유키로 암호화하여 보안 매니저로 도전응답 명령 블록을 전송하는 단계; 및
   상기 보안 매니저가 수신한 상기 도전응답 명령 블록을 공유키로 복호화하여 상기 매니지먼트 키와 동일한지 확인한 후 인증에 대한 권한부여를 결정하여 인증응답 명령 블록을 상기 슬레이브로 전송하는 단계를 포함하는 인증 및 도전 프로토콜을 포함하고,
   상기 키 성립 절차는, 보안 매니저가 슬레이브로 공유키 및 보안세션 ID를 포함한 분배요청 명령 블록을 주기적으로 전송하는 단계; 및
   상기 슬레이브가 수신된 상기 분배요청 명령 블록에서 그룹 멤버 및 피어 투 피어 키 성립을 확인한 후 분배응답 명령 블록을 상기 보안 매니저로 전송하는 단계를 포함하는 키 분배 프로토콜과,
   슬레이브가 공유키 사용을 위해 키요청 명령 블록을 보안 매니저로 전송하는 단계; 및
   상기 보안 매니저가 상기 키요청 명령 블록을 확인한 후 공유키를 포함한 키응답 명령 블록을 슬레이브로 전송하는 단계를 포함하는 키 요청 프로토콜을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이너리 CDMA 기술을 이용한 원격 검침 시스템.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 매니지먼트 키 및 피어 투 피어 키는,
   랜덤 발생 함수로 비트 열을 선택하여 118 비트를 생성하는 단계;
   이를 7비트씩 나열하는 단계;
   패리티 비트를 취해서 8 비트 열을 만드는 단계; 및
   1행부터 순서를 취해서 128비트 키를 생성하는 단계로 생성되는 것을 특징으로 하는 바이너리 CDMA 기술을 이용한 원격 검침 시스템.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 다중 접속방식은,
   상기 수집장치에 복수의 바이너리 CDMA 모뎀이 형성되고,
   상기 복수의 바이너리 CDMA 모뎀과 상기 원격검침 단말기에 형성되는 바이너리 CDMA 모뎀이 바이너리 CDMA 통신망을 통하여 일대일 대응으로 연결되는 것을 특징으로 하는 바이너리 CDMA 기술을 이용한 원격 검침 시스템.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 다중 접속방식은,
   상기 수집장치에 형성되는 바이너리 CDMA 모뎀에 멀티포트가 형성되고,
   상기 바이너리 CDMA 모뎀과, 상기 원격검침 단말기에 형성되는 바이너리 CDMA 모뎀이 바이너리 CDMA 통신망을 통하여 일대다 대응으로 연결되는 것을 특징으로 하는 바이너리 CDMA 기술을 이용한 원격 검침 시스템.
   
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   상기 업그레이드는
   슬레이브 형태의 에뮬레이터를 마스터의 RF 채널과 PNID 설정하여 마스터와 동기화하는 단계;
   상기 에뮬레이터가 마스터와 동기화되면 상기 에뮬레이터에서 슬레이브에 업그레이드할 펌웨어를 마스터에 RF를 통하여 전송하는 단계;
   상기 마스터에서 수신한 데이터를 마스터의 외부 메모리에 시리얼로 저장하고, 저장된 상기 데이터를 상기 슬레이브에 RF를 통하여 일대일로 전송하는 단계;
   상기 슬레이브에서 수신된 데이터를 자체 외부 메모리에 시리얼로 저장하는 단계;
   상기 슬레이브에서 외부 메모리에 기저장된 데이터를 부트 코드를 사용하여 플래쉬 메모리에 업로드하는 단계;
   상기 슬레이브에서 새로운 펌웨어로 업데이트한 뒤 리셋을 시도하여 액티브 상태로 전이하여 상기 마스터와 동기화하는 단계;
   상기 슬레이브에서 새로 업그레이드된 펌웨어 버전을 상기 마스터에 송신하는 단계;
   상기 마스터에서 수신된 슬레이브의 MAC 주소와 펌웨어 버전을 에뮬레이터에 송신하는 단계를 수행함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이너리 CDMA 기술을 이용한 원격 검침 시스템.

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