연재

142 계장기술

2. 스마트 미터링 통신기술 분야

① DLMS/COSEM 표준 기술의 개념

DLMS란 원격검침을 위한 전자식 전력량계 통신 프로토콜

로 IEC 62056 국제표준 및 DLMS UA 단체표준으로 제정되

어 스마트미터링 전반에 걸쳐 널리 활용되고 있다. 위에서 정

의하고 있는 표준기술을 이해하기 위하여 관련 용어에 대하

여 익숙해질 필요가 있다.

스마트 그리드의 대표적인 서비스인 스마트 미터링을

위한 국제표준 프로토콜인 DLMS(Device Language

Message Specification)는 1998년 DLMS UA(User

Association)에서 발간된 이후로 한국을 비롯한 유럽

및 전 세계에서 스마트 미터링 통신 분야의 원격 검침

및 정보 교환을 위하여 가장 많이 적용되고 있다.

전기를 비롯한 가스, 수도 등 스마트 미터링 산업을

이해하고자 DLMS 표준기술의 최신 동향을 소개한다.

스마트 미터링 최신 기술 동향 <2회>

- 스마트 미터링 통신을 위한 DLMS/COSEM 표준기술

양 인 석 팀장 한국기계전기전자시험연구원 계량정보기술평가팀 isyang@ktc.re.kr

1. 스마트 미터링, 이제는 ICT가 대세

2. 스마트 미터링 통신기술 분야

3. 스마트 미터링 보안기술 분야

4. 스마트 미터링 법/제도, 규제기술 분야

5. 국내 스마트 미터링 표준기술 동향

글 싣는 순서

2016. 11 143

스마트 미터링 최신 기술 동향

COSEM1)은 에너지 객체로써 에너지의 계량정보(속성)와

기능(메소드)을 포함하고 있는 독립적인 객체로 표현될 수

있다. DLMS/COSEM 표준에서 정의하고 있는 COSEM은 ①

계량정보를 담는 데이터 저장, ②접근제어 및 관리, ③시간

및 이벤트 관련 제어, ④요금지불에 대한 4가지로 분류할 수

있으며, 계량정보의 경우 전기, 가스, 수도, 온수, 난방 등 여

러 미터링 정보를 분류하고 정의할 수 있다. 이는 의미상으

로 계량기에 해당되며, 위 표준에서는 물리적 디바이스에 복

수개의 논리적 디바이스를 설계할 수 있도록 허용하고 있다.

이는 단일 에너지 계량정보(raw data)를 활용하여 여러 이

해관계자(사업자 및 부가 서비스 사업자 등)에 맞춤화된 정

보를 제공할 수 있는 큰 특징을 갖고 있다.

DLMS2)는 전력선통신(PLC), rF-Mesh 등 여러 통신매체

를 이용하여 COSEM에서 정의한 에너지 객체에 대한 접근

(읽기/쓰기) 및 기능에 대한 실행을 위한 어플리케이션 명령

어를 정의하고 있다. 이는 우리가 사용하는 언어와 흡사하

며, 인터넷, 메신저, 전화기 등 다양한 통신매체를

사용하더라도 정보의 상호 교환을 위해 사용되

는 언어는 동일한 것으로 이해될 수 있다.

DLMS를 이용하여 객체를 호출할 때 OBIS3)는

이들 객체를 구분하기 위한 식별자로 이용된다.

② 스마트 미터의 주요 이슈

최근 스마트 미터는 분산전원, 신재생에너지,

EV 급속충전 등을 위한 DC 미터링과 부하 및 밸

브의 원격 차단 시 고려되어야 할 보안 및 스위

치 과열에 대한 안전성 등 아래와 같은 스마트미

터에 대한 주요 이슈에 대하여 많은 부분에서 검

토되고 있다.

계량 측면 : 분산전원, EV 급속충전 등을 위한

DC 미터링

공급 전원 : 배터리로 운영되는 계량기

(설비미터, 가스, 수도 등)

전자파 적합성 : 2-150kHz 범위 내

안전성 : 공급전원/부하 차단 스위치/밸브,

과전류, 스위치 등 화재 등

유즈 케이스 : 수요반응(D/r), ESCO 등

1) COSEM, Companion Specification for Energy Metering - merting applications, Object model to present metering functions through the interfaces

2) DLMS, Device Language Message Specification - application layer protocol specifying services to access COSEM objects

3) OBIS, Object Identificatioin System - Naming system of the objects

그림 1. DLMS/COSEM 표준 용어의 이해

Device Language Message Specification

에너지 객체에 접근하기 위한 프로코톨을 정의

Companion Specification for Energy Metering

에너지 계량정보(속성)와 기증(메소드)을 갖고 있는 에너지 객체

Object Identification System

에너지 객체를 구분하는 식별자(이름)

DLMS

Get/Set/Action

ASN.1 (A-XDR)

계량정보/실행결과

C00102......

COSEM

OBIS

전기

가스

연재

144 계장기술

다음 세 가지 요소들은 스마트 미터링 시스템 구축에 필요

한 새로운 요구사항을 충족하기 위하여 새로운 기능들과 보안

기능, 효율적인 계량정보의 제공이 가능한 DLMS/COSEM에

확장성과 유연성을 제공함으로써 점차 독립적으로 범위가 확

대되었으며, DLMS/COSEM은 서버로서 미터를 모델화하고,

Head End System(HES) 또는 수집기를 클라이언트로서 모

델화하였다. 본 프로토콜은 ISO 및 OSI 표준 모델과 인터넷

관련 표준 프로토콜 규약인 rFC를 준용한다.

또 보안(Security), 효율성(Efficiency), 기능성(Functionality)

분야에서 많은 개선이 이뤄졌던 위 표준기술들은 DLMS UA

단체표준(DLMS UA Green Book 8.1, Blue Book 12.1)으로

최근에 제정되었으며, 이 표준들은 국제표준인 IEC 62056 시

리즈 3판:2016(CDV)으로 금년 하반기 중으로 개정 작업이

마무리될 예정이다.

④ DLMS/COSEM 기능성(Functionality)

순시값, 다구간 등 시간대별 계량 등 에너지 미터링과 제

신규 기능 및 모델링 지원

보안 및 프라이버시 : 시간대별 계량에 대한

개인정보 침해, 계량정보의 위변조 방지,

보안 알고리즘 및 키관리 등

상호 호환성 : 다양한 통신매체(PLC, rF,

공중망 등) 간 정보의 상호 호환

다른 시스템과의 연결성 : IoT 기기의 증가,

EV 충전기, 스마트홈 등

③ 스마트 미터링과 DLMS/COSEM

스마트 미터링 시스템은 계량, 접근제어, 관리

및 다양한 통신매체에서의 데이터 교환 등 다양

한 기능을 요구하고 있으며, DLMS/COSEM은

이런 스마트 미터링 시스템의 유연성과 확장성

을 위하여 다음과 같이 모델링-메시징-전송에

대한 아키텍처를 정의하고 있다.

그림 2. 스마트 미터의 기능 모델

F.3 : Advanced tariffing and payment

Supply network

Supply interface

Connected supply

Metered supply

Delivered supply

Load interfaceF.4 : Remote disablement /

enablement of supply

Delivery function

Metering function

Accounting function

Test function

Tariff control function

Data exchange function

Recording function Display & Keyboard

Time function Security function

F.5 : Provide securi comms

H2M interface

M2M interface

F.1 : Remote reading of metro registers

F.2 : Two-way comms

Meter applicationprocess

Load circuit

스마트 미터링 최신 기술 동향

2016. 11 145

이언트 사용자 확인 절차를 제공한다. 뿐만 아니

라, 물리적 디바이스에 COSEM 에너지 객체별

로 접근권한을 논리적 디바이스를 그룹핑해서

설계할 수 있어, 사용자별 접근권한(rBAC, role

Based Acess Control)을 부여할 수 있다. 그리

고 서버는 그들의 처리 절차를 로그화하고, 클라

어기능은 이미 초창기 DLMS/COSEM 관련 표준을 통해서

모델화 되었다. 새롭게 개정된 표준에서 소개된 스마트 미터

링 시스템에 필요한 제어 및 운영에 대한 주요 기능들은 아

래와 같다.

스마트 미터에 처음 연결하여 COSEM에 접근하기 위한

인증 과정에 필요한 Association 객체의 새로운 버전은 클라

그림 3. DLMS/COSEM 표준 아키텍처

Modeling : COSEM 객체 모델과 OBIS 객체 인식 시스템은

그들의 인터페이스내에서 보여질 수 있는 미터의 기능들을

모델화한다. 본 모델은 모든 에너지 타입과 메시지들이 설계

되고 전송되는 일련의 절차들을 포함한다. 해당 내용은 IEC

62056-61, 62 및 DLMS-UA Blue Book에 기술되어 있다.

Messaging : COSEM 객체에 의해 모델화된 데이터에 접근

하기 위한 메시지를 명시한 DLMS/COSEM Application

layer 프로토콜. 하위 계층 프로토콜에 대하여 IEC 62056-53,

DLMS-UA Greenbook에 명시되어 있다.

Transport : 다양하고 표준화된 통신 미디어에서 DLMS/

COSEM이 어떻게 활용되는지 명시된 DLMS/COSEM 통신

프로파일이다. 이것들은 IEC, CENELEC and CEN을 부분

적으로 따르는 Greenbook에 명시되어 있다.

Security

Symmetrickey security : authenticated encryption AES-GCM Public key security : digital signature ECDSA Key management : AES key wrap, key agreement ECDH End-to-end protection : Third party-client-server xDLMS message protection and COSEM data protection

Efficiency

Push operationCompact data ICCompact array encodingCompressionGeneral block transfer with streaming and blockrecovery

Functionality

ACCESS service : unified GET-SET-ACTIONComposable services encoding-protection-block transferClient user identificationPayment metering ICsParameter monitor ICArbitrator ICSetup ICs for new media : IPv6, Prime PLC, G3-PLC, M-Bus, ZigBee®

XML schema

표 1. DLMS/COSEM 표준기술의 최신 동향

연재

146 계장기술

일을 명시하였으며, 이 시나리오에서는 M-Bus Slave 장치

가 DLMS/COSEM의 서버(Meter)로서 작동한다.

이와 같은 DLMS/COSEM의 기능의 진보는 댁내에 있는

스마트 미터를 활용하여 소비자가 직접 스마트 기기 및 다양

한 표시장치를 통해서 실시간으로 계량정보의 수집을 가능

하게 하여, 태양광 등 신재생에너지의 넷미터링, EV 충전 등

스마트 미터를 이용한 에너지 신산업 활성화에 기여할 것으

로 기대된다.

⑤ DLMS/COSEM 보안 및 프라이버시

(Security and Privacy)

스마트 미터에 대한 개체 인증, 접근 권한 운영과 메시지

암호화 보호를 포함하는 보안 기능은 최근 스마트 미터링 시

스템 구축에 필수적인 부분으로, 최신의 DLMS/COSEM 표

준에서는 이와 관련된 여러 규격을 제시하였다.

또한, 스마트 미터 에너지 객체에 대한 다양한 이해관계자

의 접근 및 전력망과 공중망의 중간 지점에 위치한 스마트

미터는 최신의 보안기술을 적용하여 보호되어야만 하는 중

요한 기반 사업으로서 여겨지고 있다.

이언트 시스템의 사용자를 확인할 수 있다.

스마트 미터링 요금 지불 기능을 담당하는 Acco

unt, Credit, Charge 객체는 IEC 62055-21에

근거하여 모델링되었다. 본 모델은 에너지 또는

통화단위를 활용한 사전 결제 기능 또는 예산 범

위 내에서 미터를 운영하도록 한다. 지불결제 절

차는 미터 안에서 발생하거나 결제시스템 안에

서 일어난다.

사물인터넷(IoT) 환경에서 적용되는 에너지

기기와 연결되기 위한 IPv6, 전력선통신(PLC)

방식, rF-Mesh(ZigBee, Wi-SUN 등) 및 인터

넷(공중망) 등 다양한 통신 환경에서 연결 및 데

이터 교환을 위한 Setup, XLM Schema 등을 제

공한다. 이 가운데 COSEM의 XML Schema는 전

력배전의 자동화를 위한 IEC 61968, CIM 표준과

연동이 가능한 맵핑 테이블을 제공할 수 있다.

또한, 유럽 등 스마트홈의 설비미터(가스, 수

도, 난방 등)에서 많이 사용되는 M-Bus에 대한

DLMS/COSEM을 적용하는 새로운 통신 프로파

그림 4. COSEM - CIM 연동 규격(IEC 61968-9)

CIM

CIM Message

UML

XSD Elements

Data TypesVerbs

Translation barrier

62056 series

Data Elements

61968-11

61968-9

OBIS Codes

ASN.1

DLMS Services COSEM Objects

스마트 미터링 최신 기술 동향

2016. 11 147

및 데이터 상에서의 오버헤드를 최소화한다.

즉, 같은 목적을 달성하기 위하여 더 짧은 메

시지를 사용하고, 더 적은 수의 메시지를 교환하

는 것이다.

Push Setup 객체를 사용하고 Data Notification

서비스를 사용하는 Push 메커니즘은 미리 요청을

보내지 않아도 미터(계량기)에서 HES로 기존에

정의해 둔 데이터 집합을 전송할 수 있도록 한다.

Compact data 객체는 COSEM 객체 속성의 식

별자 및 데이터 형식을 포함하는 템플릿을 정의하

도록 해준다. 일단 이러한 템플릿이 데이터 수집

시스템에게 알려지면, 가공되지 않은 데이터(raw

데이터)만을 전송한다. 이렇게 함으로써, 데이터

오버헤드는 거의 완벽하게 해소될 수 있다.

ACCESS 서비스는 다중의 COSEM 객체 속성

과 단일 요청에 대한 방법론에 대한 접근을 허용

해주는 통합된 서비스이다. 결과 또한 단일 응답

으로 제공된다. 응답이 속성 및 메소드(COSEM

객체의 기능)에 대한 결과까지도 포함하고 있다

는 의미에서 Self-descriptive 하다고 할 수 있

다. 이는 독립된 개체로 다루어질 수도 있다.

최신 DLMS/COSEM은 접근 시 사용자에 대한 인증 및 통

신 구간에 대한 기밀성, 무결성 뿐만 아니라 AES key

WrAP을 통한 보안키 전송, 메시지 통합과 암호 해석을 위

한 인증을 제공하는 대칭 키 및 공개 키 기반의 암호 알고리

즘을 제시하였다. (주 : 보안에 대한 내용은 다음 호에 보다

자세히 소개함)

또한, 다양한 통신 방식을 사용하는 환경에서 계량정보의

보호는 미터와 제3자(3rd Party) 혹은 미터와 HES4) 사이에

서 DLMS 메시지와 COSEM 데이터 안에서 보호되는 데이터

및 수준에 따라, 다양한 표준 보안기술이 적용될 수 있도록

설계되었다.

⑥ DLMS/COSEM 효율성(Efficiency)

최근, 가스, 수도 등 설비미터 외에도 사물인터넷 기기의 증

가로 인하여 배터리로 구동 및 낮은 대역폭 등 통신이 원활하지

않은 사용 환경에서 에너지 관리 및 효율화를 위하여 DLMS/

COSEM의 수요가 증가하고 있다. 이와 같은 사용 환경에서 교

환되는 메시지 수의 절감(예 : Pulling → Push, ACCESS 등)

그림 5. DLMS/COSEM 종단간 보안(E2E Security)

4) HES, Head End System - 데이터 전송구간의 최상위 목적지, 보통 MDMS(Meter Data Management System)와 같이 쓰임

Market participants

system (DLMS/COSEM

aware)

DLMS/COSEM client (broker) HES, NNAP

Protected message between market participant and DLMS/COSEM client

Protected DLMS/COSEM message with protection applied between DLMS/

COSEM client / server

Application Association

DLMS/COSEM server (meter, LNAP)

COSEM objects

연재

148 계장기술

운용성은

각자 다른 수준으로 다루어질 수 있다.

네트워크 상호운용성은 하위 프로토콜 계층 표준의

범위이다.

구문(Syntactic)에 대한 상호운용성은 데이터 구조 및 형

식의 표준화를 통해 달성된다. DLMS/COSEM에서는

ASN.1 구조를 사용하는 어플리케이션 계층 프로토콜의

일부분으로써 명시되어 있다.

의미론적인 상호운용성은 데이터 교환이 명확한, 공유되

는 의미를 가진다는 뜻이다. 이것은 데이터에 대한 데이터

를 추가함으로써 달성된다(Metadata). COSEM의 경우에

는 OBIS 코드, 데이터 자료형 및 다른 구성요소가 된다.

기능적 상호운용성은 다른 실행에 대해 같은 결과를 얻는 것

을 말한다. 이것은 시스템을 새롭게 정의되는 COSEM 규격

에 따라 구성하여 달성될 수 있으며, DLMS/COSEM 표준에

GBT(General block transfer) 메커니즘은 양

방향 블록 전송, 스트리밍 및 손실 블록 복구 등

을 지원함으로써 효율성을 높였으며, 새로운 표

준에서는 Compact array 인코딩 메커니즘 및

압축을 명시하고 있다.

기능성과 효율성을 동시에 증가시키기 위해서,

새로운 표준에서는 메시지 단계별로 구성이 가능

한 어플리케이션 메시지의 개념을 도입했다. 이

개념은 메시지의 암호화/복호화, 보호/비보호, 그

리고 블록에서의 긴 메시지 전송과 같은 과정들을

구분하였으며, 이를 통해 General-protection과

General-block transfer 메시지 전송이 가능하다.

⑦ DLMS/COSEM 상호운용성(Interoperability)

일반적으로 스마트 미터링 시스템에서의 상호

그림 6. DLMS/COSEM 표준화 프레임워크(IEC 62056 1-0)

기능 : 데이터 모델, 액세스 서비스, 보안

IEC 62056-6-1 : COSEM 객체 식별 시스템(OBIS) 신규 식별자

IEC 62056-6-2 : COSEM 인터페이스 클래스 신규 클래스

IEC 62056-5-3 : DLMS/COSEM 어플레케이션 계층 신규 서비스

통신 : 서로 다른 미디어를 사용하는 신뢰성 데이터 교환을 위한 프로토콜과 메소드

IEC 6

2056

-3-1

: 반

송과

시그

널링

을

갖는

트위

스트

페어

상의

근거

리

통신

망(L

AN)의

사용

IEC 6

2056

-42

: 연

결 지

향 비

동기

데이

터 교

환을

위한

물리

계층

서비

스와

절차

IEC 6

2056

-46

: HDLC

프로

토콜

을

사용

하는

데이

터 링

크 계

층

IEC 6

2056

-7-6

: 3

계층

연결

지향

HDLC

기반

통신

프로

파일

IEC 6

2056

-8-3

: 인

접

네트

워크

에 대

한 P

LC S

-FSK

통신

프로

코콜

IEC 1718/14

IEC 6

2056

-9-7

: T

CP/

UDP/

IP에

대한

통신

프로

파일

IEC 6

2056

-a-b

: 신

규 기

술에

대한

통신

프로

파일

IEC

6133

4-5-

1 :

하위

계층

프로

파일

- 확

산 주

파수

편이

변조

(S-F

SK)

프로

파일

IEC 6

1334

-4-3

2 :

데이

터 링

크

계층

- 논

리 링

크 제

어(L

LC)Z

IEC 6

2056

-4-7

: IP

v4/v

6

네트

워크

에 대

한 C

OSE

M 전

송계

층

IEC 6

2056

-x-y

: 신

규 통

신 기

술

프로파일 : COSEM 객체로 모델링된 데이터를 액세스하고 교환하기 위한 통신 프로코톨과 메소드의 효율적인 사용을 정의함

스마트 미터링 최신 기술 동향

2016. 11 149

DLMS UA는 기존에 표준화된 작업의 결과를

국제표준에 가능한 한 빠른 시간 내에 도입하는

것을 목표로, DLMS UA에서 개정된 표준안들은

DLMS/COSEM 응용 계층 표준 IEC 62056-5-3,

COSEM 인터페이스 클래스 표준 IEC 62056-

6-2, OBIS 코드 표준 IEC 62056-6-1에 반영

되어 IEC 62056 제3판으로 2016년도에 출판될

예정이다.

지금까지 DLMS/COSEM 표준 개발 동향에 대

하여 짧은 지면을 활용하여 소개하였다. 아무쪼록

국내 관련 업계의 최신 표준에 대한 이해를 돕고,

스마트 미터링 보안기술 개발에 도움을 드리고자

한다. 최근 국내외 스마트 미터링 관련 프로젝트에

서 보안은 필수 규격으로 자리매김하였고, 내년부

터 적용되는 CTT 3.x에는 DLMS/COSEM의 최신

보안기술이 적용된다.

다음 호에는 스마트 미터링 보안기술 분야에 대

하여 다룰 예정이다.

서 제공되는 4가지 분류 중 유즈 케이스에 맞게 선택적으로

해당되는 클래스 및 옵션을 선택할 수 있다. 이는 DLMS/

COSEM 규격을 이용하여 프로젝트에 맞게 계획되거나 국가

에서 명시한 문서가 된다. 예를 들면 네덜란드에서는

DSMr, 프랑스에서는 Linky, 스페인에서는 CS, 유럽에서는

GBCS, IDIS 등이 있으며, 인도 한국 사우디아라비아에서

도 국가 명시 문서로서 COSEM 규격이 존재한다.

구문 및 의미론적 상호운용성을 검증하기 위해서 DLMS

UA에서는 Conformance Test Tool(CTT) (적합성 테스트

도구)를 제공하며, DLMS/UA 인증기관으로 제3자 시험

기관을 운영하고 있다. 오늘날까지 80개 이상의 제조사에

서 500건 이상의 미터(계량기) 통신이 DLMS/COSEM에

적합함이 인증되었다. 금년 말까지 2.7 버전의 CTT를 이

용한 인증시험이 유효하며, 내년부터는 3.x 버전 이상의

CTT 시험 결과만이 인증시험으로 유효하다.

⑧ DLMS/COSEM 표준화 프레임워크

최근 Wi-SUN, Lora 등 스마트 미터링 분야에 저전력 무

선 전송 기술을 적용한 새로운 통신 표준들이 DLMS/COSEM

표준화 프레임워크에 따라 새로운 스마트 미터링 통신 표준 프

로파일(Profile)을 개발하고 있다.

월간 계장기술이 참신한 원고를 받습니다. 소장하고 계신

원고나, 평소에 소개됐으면 하는 내용을 기사로 작성하여 보내

주시면 감사하겠습니다. (특별기고 기술정보 연재 산업동향

& 전망 / 자세한 사항은 본지 참조)

▶ 원고 게재 분양 및 내용 FA와 PA 분야의 주요 품목인 DCS, PLC, 센서, 유량계, 인버터, 컨트롤 밸브, 필드버스(산업통신망), 계측 및 계장기기, 중전기기 및 발전 플랜트와 이를 활용한 기술 및 산업 전망 계측 제어 자동화 설비(플랜트) 분야의 산업 트렌드와 시장 전망

▶ 원고 분량 및 발송A4지 4~10매(연재는 편집부와 협의)이며, E-mail로 보내

시면 됩니다. E-mail이 어려운 원고와 첨부자료(카탈로그와 제품사진 등)는 우편발송하시면 됩니다.

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