에너지 IoT 환경을 위한 MQTT 기반의 Lightweight 수요 반응 프로토콜 구현 및 분석

Abstract

OpenADR 수요 반응 프로토콜은 스마트 그리드 환경에서 에너지의 효율적 사용과 지능화 된 수요자원관리 서비스를 제공하기 위하여 개발되었다. HTTP/XML기반의 OpenADR 수요 반응 프로토콜은 데이터 트래픽의 오버헤드가 크기 때문에 가정, 빌딩 내의 제약된 환경을 가진 경량 디바이스에서 사용하기 어렵다. 최근 스마트 홈 에너지 IoT 환경에서는 가정 내의 초경량 디바이스들을 위한 경량 에너지 수요 반응 프로토콜이 요구되고 있다. 본논문에서는 IoT 환경에서 많이 사용되는 MQTT기반의 경량 에너지 수요 반응 OpenADR 2.0b 프로토콜을 제안하고 평가한다. 우선 제안된 프로토콜을 구현하고 테스트베드를 통해 HTTP/XML 기반의 OpenADR 프로토콜과의호환성을 검증한다. 다음은 테스트베드 실험을 통해 구현된 MQTT의 특징인 Broker 기반의 게시(Publish)/구독(Subscribe) 기능을 이용하여 Push 기반의 실시간 이벤트 전달 메커니즘의 성능을 분석한다. 실험 결과를 통해HTTP/XML기반의 OpenADR과의 성능을 비교하여 제안된 MQTT/JSON기반의 OpenADR 프로토콜이 데이터 트래픽 측면에서 1/3로 줄어들고 실시간 이벤트 전달측면에서 VEN 개수나 Polling주기와 무관하게 0.01초 이내 빠른 응답속도를 제공함을 증명한다.

OpenADR protocol was developed to provide efficient use of energy and intelligent demand resource management services in a smart grid environment. The OpenADR demand response protocol based on HTTP/XML is difficult to use in lightweight devices with limited environments in homes and buildings because of the high overhead of data traffic. Recently, in the smart home energy IoT environment, a lightweight energy demand response protocol for ultra-lightweight devices is required. In this paper, we propose and evaluate a lightweight OpenADR 2.0b protocol based MQTT. First, we implement the proposed protocol, and validate the compatibility with the existing HTTP/XML based OpenADR protocol through the testbed. Next, we analyze a push-based real-time event delivery mechanism using the publish/subscribe feature of MQTT through the experimental evaluation. From experiment results, we validate that the proposed MQTT based OpenADR protocol not only reduced by 1/3 in terms of data traffic, but also supported a response time within 0.01 seconds regardless of the number of VENs and polling intervals in real-time event delivery.