졸업논문 발표자료

1. Development of micro grid
integrated multi-platform using
DDS and verification of
communication performance
DDS를 사용한 마이크로그리드 통합 멀
티플랫폼 개발과 통신성능검증
이 동 진
Sejong Univ. NGNlab.
Computer Engineering

2. I. 연구의 배경 및 목적
II. 마이크로그리드 통신구조
III. 사물인터넷 기반 멀티플랫폼 개발
IV. 성능분석
V. 실험결과 및 결론
INDEX

3. 마이크로그리드 도전과제
 독립형 마이크로그리드는 지역적으로
분산된 환경에 분포되어 운영
 효율적인 배전망 관리를 위해
마이크로그리드간의 연계필요
 마이크로그리간 연계를 위한 뚜렷한
프로토콜 필요
 계통간 상호운용성 보장을 위한
메시지포맷 정의 필요
 IoT프로토콜을 사용하여 공용인터넷망
환경에서 통신가능한 MGMS (Micro Grid
Management System) 멀티플랫폼 개발
및 통신성능검증 진행
3
1. 연구의 배경 및 목적

4. 4
1. 연구의 배경 및 목적

5. 5
2. 마이크로그리드 통신구조
다수의 MGMS로부터
데이터 취득필요
Publish/Subscribe
통신방식
높은 신뢰성과
확장성을 보유한
DDS
MMS
MGMS

6. 6
3. 사물인터넷 기반 멀티플랫폼 개발 - DDS
 7개의 통신개체와 22가지 QoS 보유
 Publish/Subscribe 방식
 UDP 기반
 수신 받기를 원하는 Topic을
Subscriber가 등록함으로써 데이터
수신
 Non-broker 방식의 통신방식 
Single Point Failure 가 발생하지
않음
DDS

7. 3. 사물인터넷 기반 멀티플랫폼 개발 - DDS
 Governance 파일에 Serialized Payload, SubMessage, RTPSMessage 별로 보안적용유무 결정
 CryptoHeader와 CryptoFooter, SecurePrefix와 SecurePostfix 를 통해 메시지 보호
• CryptoHeader: 암호화의 종류, 암호식별자, 암호화 추가정보 등 암호화변환에 대한 내용
• CryptoFooter: 암호화변환 결과
 본 연구개발에서는 AES-256방식의 암호키 전달 후 전달된 암호키로 암/복호화 수행
DDS-보안

8. 8
3. 사물인터넷 기반 멀티플랫폼 개발 - 메시지포맷
IEC61850-8-2 message format
Message
body

9. 9
3. 사물인터넷 기반 멀티플랫폼 개발 - 메시지포맷
IEC61850-8-2 message format
<?xml version='1.0' encoding='UTF-8'?>
<DDS_request>
<confirmed-RequestPDU>
<Read>
<variableAccessSpecification>
<listOfVariable>
<sequence>
<name>
<domain-specific>
<domainId>PV_Module01</domainId>
<itemId>MMDC1$MX$Watt$mag$f</itemId>
<itemId>MMET1$MX$EnvTmp$mag$f</itemId>
</domain-specific>
</name>
</sequence>
</listOfVariable>
</variableAccessSpecification>
</Read>
</confirmed-RequestPDU>
</DDS_request>

10. 10
3. 사물인터넷 기반 멀티플랫폼 개발 – 프로토콜스택

11. 11
4. 성능분석 - 실험환경
실험 시나리오
 실험 시나리오: DMS가 DDS를 사용해
MGMS에게로 태양광발전기의 전압, 전류의
계측데이터를 요청 후, MGMS가 태양광 IED
서버로부터 얻은 계측데이터를 DMS에게로
응답
• 트래픽발생 시나리오: FTP로 512KB
전송속도 제한을 두어 파일전송 중 실험
진행
 변수: Reliability QoS, Security 적용유무
• Reliability: 패킷손실이 발생하는 경우,
재전송 유무 결정
• RELIABLE: 손실발생 시 재전송
• BEST_EFFORT: 재전송하지 않음
 주기: 100ms 간격으로 50만 번 시도
 비교항목: RTT (Round Trip Time), IAT (Inter-
Arrival Time) 데이터의 평균, 최댓값, 분산,
표준편차, 손실률, DeadLine QoS 위반율
기능 실험장치 사양
PV
태양광패널
최대출력: 20W, 최대전압: 18.6V, 최대
전류: 1.23A
RaspberryPi3
운영체제: Rasbian v4.9, CPU: 1.2GHz,
메모리: 1GB LPDDR2, SoC: BCM2837
MGMS 노트북PC
운영체제: Ubuntu 16.04 LTS, CPU: Int
el Core i7-4710HQ 2.50GHz, 메모리:
8GB, 저장소: SSD 256GB
DMS PC
운영체제: Ubuntu 16.04 LTS, CPU:
Intel Core2 2.66GHz, 메모리: 4GB, 저
장소: HDD 512GB

12. 12
4. 성능분석 – 일반적인 환경
10.654
10.741
10.854
11.009
11.196
163.513
11.094
190.871
0
50
100
150
200
250
지연시간(단위:ms)
평균 RTT
일반적인 환경 트래픽이 발생하는 환경

13. 13
4. 성능분석 – 트래픽이 발생하는 환경

14. 14
4. 성능분석
QoS
관측값
BEST_
EFFORT
RELIABLE
BEST_
EFFOR_
security
RELIABLE_
seccurity
평균(ms) 10.654 10.741 10.854 11.009
최댓값(ms) 61 1653 52 1699
표준편차(ms) 0.885 9.794 0.939 10.351
분산(ms2) 0.783 95.917 0.882 107.135
손실률(%) 0.0008 0 0.0014 0
1 초 이 상 의
응답률(%)
0 0.0038 0 0.0038
QoS
관측값
BEST_
EFFORT
RELIABLE
BEST_
EFFOR_
security
RELIABLE_
security
평균(ms) 99.966 99.967 99.989 99.983
최댓값(ms) 200 1742 201 1787
표준편차(ms) 0.944 4.559 0.919 4.683
분산(ms2) 0.89 20.78 0.845 21.93
손실률(%) 0.0008 0 0.0006 0
Deadline 위반율 0 0.001 0 0.0006
QoS
관측값
BEST_
EFFORT
RELIABLE
BEST_
EFFOR_
security
RELIABLE_
security
평균(ms) 99.535 99.719 99.819 99.766
최댓값(ms) 200 1743 212 1787
표준편차(ms) 1.197 4.761 1.238 4.76
분산(ms2) 1.433 22.668 1.534 22.655
손실률(%) 0.0008 0 0.0014 0
Deadline 위반율 0 0.001 0 0.0006
RTT MGMS측 IAT DMS측 IAT
QoS
관측값
BEST_
EFFORT
RELIABLE
BEST_
EFFOR_
security
RELIABLE_
security
평균(ms) 11.196 163.513 11.094 190.871
최댓값(ms) 704 4269 53 3529
표준편차(ms) 4.4 364.565 2.788 384.596
분산(ms2) 19.364 132907 7.771 147914
손실률(%) 1.263 0 2.212 0
1 초 이 상 의
응답률(%)
0 5.693 0 6.6338
QoS
관측값
BEST_
EFFORT
RELIABLE
BEST_
EFFOR_
security
RELIABLE_
security
평균(ms) 100.034 99.963 99.999 99.98
최댓값(ms) 208 3783 220 1498
표준편차(ms) 2.167 72.781 1.57 3.569
분산(ms2) 4.697 5297.062 2.463 12.74
손실률(%) 0.039 0 0.008 0
Deadline 위반율 0 0.24 0 0
QoS
관측값
BEST_
EFFORT
RELIABLE
BEST_
EFFOR_
security
RELIABLE_
security
평균(ms) 101.232 99.91 102.226 100.036
최댓값(ms) 793 3783 320 3618
표준편차(ms) 12.284 171.43 15.316 187.36
분산(ms2) 150.888 29388 234.568 35103
손실률(%) 1.263 0 2.212 0
Deadline 위반율 0 1.281 0 1.538

15. 15
5. 실험결과 및 결론
 IEC61850 표준을 준수하여 다른 계통 간
의 상호운용성을 보장하고 공용인터넷망
환경에서 통신하는 멀티플랫폼을 개발
 개발된 멀티플랫폼을 사용하여 DDS QoS
와 네트워크 트래픽을 변수로 두어 성능
검증 실험을 수행
 실험결과, DDS는 일반적인 환경에서
Reliability QoS를 RELIABLE로 설정한 경
우 최대 1,700ms 이상의 RTT와 0%의 손
실률, 0.004%의 1초 이상 응답률을 보였
고, BEST_EFFORT로 설정한 경우의 최대
61ms의 RTT와 0.001%의 손실률을 보임
 네트워크의 부하가 주어진 환경에서
RELIABLE은 최대 4.2초의 RTT와 0%의 손
실, 6.6%의 1초 이상 응답률을 보였고,
BEST_EFFORT는 최대 704ms 지연시간과
2.2%의 손실률을 보임.
 BEST_EFFORT를 사용하여 지연시간을 줄
이고, 일정 시간 내에 수신되지 않으면 관
리자에게 메시지가 전달되지 않았음을
알리는 것이 적당할 것
 향후 개발된 멀티플랫폼을 사용하여 대
규모로 분산된 모의마이크로그리드환경
에서 안정적인 통신이 가능한 네트워크
환경을 구축  실증적인 마이크로그리
드 통신에서 안정성과 보안성이 향상될
것으로 기대

16. 감사합니다
이 동 진
Sejong Univ. NGNlab.
Computer Engineering