Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering DDNS 를이용한개인에너지관리시스템구현 정낙주 1 이춘희 2 정회경 1* Implementation of Personal Energy Management System Using DDNS Nahk-Ju Jeong 1 Chun-Hee Lee 2 Hoe-Kyung Jung 1* 1 Department of Computer Engineering, Paichai University, Daejeon 302-735, Korea 2 CC&B Co.,Ltd, Daejeon 305-510, Korea 요약 지속적인전력수급의불안과이에따른정부의에너지관리정책의변화로인해효율적인에너지관리를위한에너지관리시스템에대한관심과수요는공공기관이나빌딩뿐만아니라가정에까지확대되고있다. 그러나가정내전기소비장치에대한관리는신규건축물에적용되거나가정내운용제품에기반한별도의서비스제공자를통해서주로운용된다. 본논문에서는가정내인터넷서비스제공을위해설치되어있는유무선공유기와 DDNS(Dynamic Domain Name Service) 를이용하여가정내전기소비장치의원격제어및모니터링을위한 Presonal Energy Management System 을구현하는방법을제안하고자한다. ABSTRACT The amount of smart phones has increased exponentially. Due to the periodic release of high-performance smart phones and upgraded operating system, new smart phones become out-dated over 1 or 2 years. In order to solve environmental constraints of these smart phones, virtualization technology using Thin-Client terminal has been developed. However, in the case of Virtual Machine(VM), the applications associated with sensors and a GPS device can not run because they are not included. In this paper, by implementing the device driver for Android running in a virtual machine in the x86-based systems, it is to provide Android virtualization capabilities such as using the latest smart phones in the virtual machine environment. It would like to propose a method that the virtual device driver receives sensors and GPS information from the old Android smart phones(thin-client) that actually work and run as if the real device exists. 키워드 : 스마트플러그, 에너지관리시스템, 전기소비장치, 전력, DDNS Key word : Smart Plug, EMS(Energy Management System), Electricity Consumption Device, Electric Power, DDNS (Dynamic Domain Name Service) Received 01 May 2015, Revised 30 May 2015, Accepted 08 June 2015 * Corresponding Author Hoe-Kyung Jung(E-mail:hkjung@pcu.ac.kr, Tel:+82-42-520-5640) Department of Computer Engineering, Paichai University, Daejeon 302-735, Korea Open Access http://dx.doi.org/10.6109/jkiice.2015.19.6.1321 print ISSN: 2234-4772 online ISSN: 2288-4165 This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License(http://creativecommons.org/li-censes/ by-nc/3.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Copyright C The Korea Institute of Information and Communication Engineering.
Ⅰ. 서론 2010년부터전기사용량의실제수요가예측수요를 5,000MW 이상상회함으로서전력수급불안이지속적으로발생하고있다. 2011년국내최초의대규모정전사태인블랙아웃사태이후현재우리나라의전력설비예비율은 10% 이하로서전력수급위기는반복되고있다. 그림1은연간전력설비예비율을나타낸다 [1]. 그림 2. 연도별전력수급실적 Fig. 2 Yearly Power Supply Performance 그림 1. 연간전력설비예비율추이 Fig. 1 Annual Power Equipment Reserve Margin Trend 또한, 우리나라의전력수요증가 ( 02~ 11) 는연평균 4.3% 수준으로연평균 12.4% 정도로급증하는중국에비해서는증가율이낮은수준이나연평균 1~2% 증가하는 OECD국가와비교해서는높은수준이다. 발전설비규모면에서는세계 13위수준 ( 10년기준 ) 으로전력수요규모 ( 세계 8위 ) 에비해설비규모가작은편이다. 그림2는연도별전력수급실적을나타낸다. 전력설비용량의확충과더불어, 국내의전기요금체계는생산원가보다낮은수준에머무를뿐만아니라전력생산과정에서발생하는외부성을충분히반영하지못하고있는실정이다 [2]. 위의그림3 에서가정용전기요금은우리나라를 100 으로봤을때, 미국은 140, OECD 평균은 188, 일본이 280 정도이며산업용전기요금도우리나라를 100으로봤을때, 미국은 117, OECD 평균은 184, 일본이 266 정도로우리나라가 OECD 평균에비해서는약 2배, 일본에비해서는약 3배정도가저렴하며, 이에따른전기요금의현실화요구가지속되고있다. 그림 3. OECD 국가전기요금수준비교 Fig. 3 Electricity Price Level Compared To OECD Countries 공급관리측면에서의전기설비의확충및전기요금현실화와더불어, 피크기간및피크시간대전기요금을높여피크시간대전력소비를분산시키거나, 효율적인수요관리를통한안정적인에너지수급을위해정부의에너지관리정책또한효율적인에너지관리로변모하고있다. 이에따라효율적인에너지관리를위한에너지관리시스템에대한관심과수요는공공기관이나빌딩뿐만아니라가정으로까지확대되고있다 [3]. 본논문에서는, 전기소비장치와직접연결된스마트플러그가정내인터넷서비스를위해설치되어있는유무선공유기, DDNS, 스마트폰어플리케이션을이용하여, 원격에서도가정내의전기사용현황을 1322
DDNS 를이용한개인에너지관리시스템구현 제어, 모니터링할수있는개인화된에너지관리시스템을제안하고테스트환경구축과구현방법을제안한다. Ⅱ. 관련연구현재가정내전기절감을위한소비장치의관리는사용자개인에의해수동으로제어하거나개별 On-Off 가가능한제품을주로사용하고있으며, 에너지사용량을모니터링하고. 에너지사용량통계정보를제공함으로서효율적인에너지를관리할수있게하는에너지관리시스템 (Energy Manage System) 은주로신규아파트나건축물에적용, 구축되고있다. 또는가정내설치된제품에기반하여별도의서비스제공자를통해서주로운용이된다 [4-6]. 그림 4는현재상용서비스로제공되고있는가정내보일러의원격제어서비스인스마트톡서비스구조도이다 [4]. Ⅲ. 시스템설계 본논문에서는전기소비장치와직접연결된스마트플러그 (Smart Plug) 를이용하여가정내인터넷서비스를위해설치되어있는유무선공유기에 DDNS 설정하며, 원격제어가가능한스마트폰어플리케이션을구현한다. 스마트플러그는다음조건을만족하는하드웨어인터페이스와소프트웨어기능을제공한다. 표 1은스마트플러그지원기능을나타낸다. 본논문에서는개발되어있는제품의스마트플러그의하드웨어를이용하여소프트웨어적인제어요소를개발한다. 표 1. 스마트플러그지원기능 Table. 1 Smart Plug Support Functions H W S W Communication Load Control Measurement Communication Message On/Off Usage Status Wifi Electricity-consuming devices connected to the load Hardware design for on-off control Support for the use of the power measurement circuit TCP Server implemented On/Off Control message Electricity usage measruement Status information of the plug 그림 4. 스마트톡서비스구조도 Fig. 4 Smart Talk Service Structure 그림 4의서비스는외부에서가정내의보일러를원격으로제어하는스마트홈시스템으로, 홈내에있는온도조절기메인패널이와이파이연결기능을가지고있어서집안내 AP(Access Point) 와연결되며원격지에서제어하는어플리케이션과별도의 IP를가진서버로운영하는시스템이며, 스마트폰어플리케이션의등록은미리등록된보일러의 Unique ID를등록하여구별한다. 인터넷서비스제공을위해가정내설치되어있는유무선공유기는 DDNS를설정하고, DDNS 서비스사업자를연동할수있어야한다. 본구현에서는자체적인 DDNS 서비스를제공하는상용유무선공유기인 iptime 의 N6004 모델을이용한다. 스마트폰어플리케이션은스마트폰내의 Wifi 인터페이스를통해가정내의스마트플러그와정보를송수신하고제어할수있는표 2의기능이구현되어야한다. 표 2. 스마트폰어플리케이션지원기능 Table. 2 Smart Application Support Function S W Communication Message On/Off Usage Status TCP Client implemented On/Off Control message Electricity usage measruement Status information of the plug 1323
본논문에서구축하는테스트시스템형상과플로우는다음과같다. -DDNS 서비스에가입하여 Home 의 URL을등록하여야한다. -Home 내의 DDNS Client 는주기적으로 Home 의 Public IP를 DDNS 서버에업데이트하여야한다. - 스마트어플케이션은 Home에서등록된 DDNS 의 URL 과 Port를이용하여접속한다. - DDNS Server 에서는스마트폰어플리케이션이요청한 DDNS URL 의정보를확인하여, 현재의주소정보를리턴한다. - 스마트폰어플리케이션은 Home 의주소정보를이용하여에너지사용량정보및제어정보를요청한다. - 요청을수신한 Home 내의유무선공유기는 Port 포워딩을하여홈내의스마트플러그에정보를전송한다. - 스마트플러그는요청받은정보 ( 에너지사용량, 제어 ) 에대한응답을전송한다. 같다. 표 3. 스마트플러그펌웨어개발환경 Table. 3 Development Environment For Smart Plug FW OS Development Environment Language Window Series Eclipse C - 스마트폰어플리케이션 TCP 클라이언트로동작하여야하며, 정의된메시지를송수신하고, Home 내의스마트플러그의정보를요청할수있어야한다. 개발환경은표 4와같다. 표 4. 스마트폰어플리케이션개발환경 Table. 4 Development Environment For Smart Application OS Development Environment Language Window Series Android ADT, Eclipse, JDK JAVA 스마트플러그와스마트폰어플리케이션상호정보전송을위한정의메시지는표 5와같다. 표 5. 송수신메시지정의 Table. 5 Define For Send And Receive Messages 그림 5. 서비스구성도 Fig. 5 Configuration For Service Ⅳ. 시스템구현및성능평가 본논문에서소프트웨어적으로구현해야할시스템은다음과같다. - 스마트플러그통신소프트웨어 TCP 서버로동작하여야하며, 정의된메시지를송수신하고, 스마트플러그에연결된전기소비장치의전기사용량을획득할수있어야한다. 개발한경은표 3과 Message plug_info_req plug_info_rsp plug_status_req plug_status_rsp plug_control_req plug_control_rsp plug_usage_power_req plug_usage_power_rsp plug_interval_setting_req plug_interval_setting_rsp plug_power_usage_not Description Plug Info. request Plug Infi. response Plug status request Plug status response Plug On/Off control request Plug On/Off control response Plug electricity usage request Plug electricity usage response Plug reporting period setting request Plug reporting period setting response Periodic report Plug electricity usage 1324
DDNS 를이용한개인에너지관리시스템구현 구현될스마트플러그와스마트폰어플리케이션의원격통신을위해서는 DDNS 서비스의가입과스마트플러그의 Port 설정이필요하다. 본구현에서는 iptime 의 N6004 모델을이용한설정사례이다. 서비스공급자는 iptime DDNS를선택하고, 호스트이름과사용자계정을입력하여등록한다. 호스트이름은스마트폰어플리케이션에서연결한 URL로사용된다. 그림 6은 iptime DDNS 설정을나타낸다. 마지막으로내부에서동작하고있는스마트플러그와의통신을위해서스마트플러그의통신포트로포워딩을설정해야한다. 스마트폰어플리케이션에서접속하는외부포트와스마트플러그가 TCP 서버로운용중인내부포트를매핑하여등록한다. 그림 8은포트포워딩을설정하는것을나타낸다. 그림 6. iptime DDNS 설정 Fig. 6 Iptime DDNS Settings 댁내의공유기접속을위한 Port를설정해야한다. 보완기능의공유기접속관리를통해외부에서접근하기위한포트를설정한다. 그림 7은공유기접속포트설정방법을보여준다. 그림 8. 포트포워딩설정 Fig. 8 Port Forwarding Settings 스마트폰어플리케이션은그림6에서등록된호스트이름 (plug.iptime.org) 과그림7에서설정된포트주소 (5555) 를사용하여 TCP 통신을시도하며, 공유기는요청된정보를내부에서 5000 포트를사용중인스마트플러그에포워딩하게된다. Ⅴ. 결론및향후연구과제 그림 7. 공유기접속포트설정 Fig. 7 Router Connected Port Settings 본논문에서제안하는방식은별도의외부서버없이스마트플러그와스마트폰어플리케이션만으로댁내의전기소비장치를원격으로제어하고모니터링할수있는장점이있으나본구현에서는장비제조사에서제공하는자체서비스를사용하였으나 DDNS 서비스가입이라는별도의절차가필요하다. 향후는원격제어및접속에대한사용자의설정을최소화할수있는방안에대한추가적인연구가필요하며, 허브의구성을추가하여댁내의여러스마트플러그에대한관리원격제어에대한연구가필요하다. 1325
ACKNOWLEDGMENTS This work (Grants No.C021813) was supported by Business for Cooperative R&D between Industry, Academy, and Research Institute funded Korea Small and Medium Business Administration in 2014. REFERENCES [1] Kim, C. S., Jo, M., & Koo, Y. (2014). Ex-ante Evaluation of Economic Costs from Power Grid Blackout in South Korea. Journal of Electrical Engineering & Technology, 9(3), 796-802. [2] http://www.oecd-ilibrary.org/ [3] Rotering, N., & Ilic, M. Optimal charge control of plug-in hybrid electric vehicles in deregulated electricity markets. Power Systems, IEEE Transactions on, 26(3), 1021-1029, 2011. [4] Tie, S. F., & Tan, C. W. A review of energy sources and energy management system in electric vehicles. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 20, 82-102, 2013. [5] Zhou, H., Bhattacharya, T., Tran, D., Siew, T. S. T., & Khambadkone, A. M. Composite energy storage system involving battery and ultracapacitor with dynamic energy management in microgrid applications. Power Electronics, IEEE Transactions on, 26(3), 923-930, 2011 [6] http://www.kdnavien.co.kr 정낙주 (Nahk-Ju Jeong) 1992 년충남대학교컴퓨터공학과 ( 공학사 ) 1995 년충남대학교컴퓨터공학과 ( 공학석사 ) 2015 년 ~ 현재배재대학교컴퓨터공학과 ( 박사과정 ) 2014 년 ~ 현재 한백전자기술연구소소장 관심분야 : 임베디드시스템, IoT, 모바일보안 이춘희 (Chun-Hee Lee) 1994 년목포대학교전산통계학과 ( 이학사 ) 1994 년 ~ 1999 년정보처리직업훈련전문교사 2001 년 ~ 2013 년 ( 주 ) 가인정보기술부장 2014 년 ~ 현재 ( 주 ) 씨씨앤비개발이사 관심분야 : SmartGrid, Smart Plug, 모바일서비스, 통신프로토콜 정회경 (Hoe-Kyung Jung) 1985 년광운대학교컴퓨터공학과 ( 공학사 ) 1987 년광운대학교컴퓨터공학과 ( 공학석사 ) 1993 년광운대학교컴퓨터공학과 ( 공학박사 ) 1994 년 ~ 현재배재대학교컴퓨터공학과교수 관심분야 : 멀티미디어문서정보처리, XML, SVG, Web Services, Semantic Web, MPEG-21, Ubiquitous Computing, USN 1326