BACnet MS/TP 프로토콜을 위한 에이전트 기반 네트워크 관리 시스템

Abstract

사무환경 및 주거환경이 단순 거주의 개념을 넘어 편익의 개념으로 발전함에 따라 다양한 사용자들의 요구사항들을 만족시키기 위하여 공기조화, 냉난방, 방범, 방재, 출입통제, 수송, 주차, 통신 등의 다양한 설비들을 자동으로 관리하기 위한 첨단의 빌딩 자동제어 시스템에 대한 요구가 증가하고 있다. 이러한 요구사항의 증가로 인하여 마이크로 프로세서 기반의 디지털 분산 제어 시스템이 널리 보급되고 있으며, 많은 업체들이 다양한 네트워크 기술을 이용해 독자적인 빌딩 자동화 시스템을 개발, 공급하고 있다. 그러나 기존의 빌딩 자동제어 시스템의 경우 각 업체마다 적용하는 통신망 기술이 서로 달라 상호운용성(Interoperability)이 보장되지 않음으로써 사용자로 하여금 공급업체에 기술적으로 종속되도록 하고 있다. 이러한 문제점을 해결하고, 빌딩 자동화 시스템을 사용자 중심의 기술로 발전시키기 위해서 1980년대 중반부터 빌딩 자동화 네트워크 통신 프로토콜의 표준 제정에 대한 필요성이 제기되었으며, 2001년 ISO(International Standard Organization)는 빌딩 자동화 및 제어용 통신망 프로토콜로서 BACnet(Building Automation and Control network)을 채택하였다. BACnet은 다양한 통신매체를 수용하기 위하여 데이터링크 계층 프로토콜로서 Ethernet, ARCnet, PTP, MS/TP, LonTalk, BACnet/IP 등 다양한 선택사항을 채택함으로써 네트워크의 확장성 및 유연성을 보장하고 있다. 그러나 이렇게 다양한 네트워크 구성과 성능을 관리하기 위한 네트워크 관리 계층(Management Layer) 또는 네트워크 관리 기능을 별도로 규정하고 있지 않고 있어 시스템 운영자 또는 네트워크 사용자로 하여금 현재 시스템의 상태를 감시하거나 분석하여 관리할 수 없는 한계점을 가지고 있다. 또한 빌딩 자동제어 시스템에서 네트워크 시스템의 성능은 네트워크를 통해 연결되는 각 장비의 운용상태와 각 제어기에 탑재된 응용 프로그램의 동작상태에 따라 시시각각 변하므로 네트워크 운영자가 이렇게 시시각각 변하는 네트워크의 상태를 감시하여 수동으로 네트워크의 성능을 관리한다는 것은 거의 불가능한 일이다. 따라서 본 연구에서는 BACnet 네트워크 시스템을 위한 에이전트 기반의 네트워크 관리 시스템 모델을 제안하고, 이를 통해 네트워크의 운용상태와 성능을 감시하고, 나아가 자동으로 네트워크의 자원을 관리함으로써 네트워크 시스템의 성능을 효율적으로 유지하고 관리하기 위한 네트워크 자원관리 알고리즘을 제안하고자 한다. 또한 본 네트워크 관리 모델을 실제 BACnet MS/TP 네트워크 시스템의 실험 모델에 적용하여 실험적으로 그 성능을 분석함으로써 본 연구의 결과와 효용성에 대해 실증적으로 검증하고자 한다. 본 논문에서 제시하는 에이전트 기반의 네트워크 관리 시스템 및 네트워크 자원관리 알고리즘은 기존의 BACnet MS/TP 프로토콜과의 호환성을 유지하면서도, 네트워크 시스템의 운용상태에 따라 네트워크 사용권한에 대한 자원을 자동으로 조정하여 네트워크의 성능을 안정적으로 유지함으로써 네트워크의 성능관리 및 성능향상뿐만 아니라 전체 시스템의 운용 측면에서도 매우 유용하게 활용될 수 있을 것이다.; Modern office and residence buildings provide a comfortable environment for the occupants using various automated facilities such as heating, ventilation and air-conditioning (HVAC), lighting, fire alarm, life safety, and security systems. Advanced building automation and control systems require real-time monitoring and control of building facilities, and as the demands on automated building facilities and services have increased, the use of distributed, network-based control systems have become widespread. Network-based control not only provides real-time control and monitoring of building facilities but also efficiently manages the building systems by gathering, analyzing, and storing building-related information. Thus, networking is one of the core technologies enabling the realization of advanced building automation systems. Many vendors provide various products and solutions using their own networking technologies. The vendor-dependent proprietary technologies, however, have become major barriers to integrating those building automation systems supplied by different vendors, resulting in a lack of the flexibility and expandability that building owners want. In order to solve these problems, the American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) developed BACnet, the only communication protocol standard specifically designed to meet the needs of building automation and control systems. In order to provide various transmission technologies, BACnet defines six options for its data link layer protocol: Ethernet, ARCnet, MS/TP (Master-Slave/Token-Passing), PTP (Point-To-Point), LonTalk and BACnet/IP. In spite of these various options for network configuration, BACnet does not define network management layer or network management functions to efficiently manage the network performance. Moreover, network performance can be changed abruptly by the system configuration, device operation and by the application program. Therefore, it is almost impossible for system operators to monitor and control the instantly changing network performance. The objective of this study is to provide (i)a reference model of an agent-based network management system(NMS) for BACnet and (ii)an automatic network resource management algorithm to stably maintain the network perfomance. In order to evaluate the feasibility and validity of proposed NMS and resource management algorithm, the NMS and the algorithm are applied to a real experimental model of BACnet MS/TP network system. The NMS and network resource management algorithm proposed in this study gaurantee the conformance with standard BACnet protocol. Their functions are implemented in software without addtional hardware modification so that they can be applied not only to newly installed BACnet systems but also to already installed BACnet systems by their software upgrade. The agent-based network management system and network resource management algorithm can be practically used in BACnet-based automation systems. This paper consists of seven chapters. Chapter 2 briefly describes the BACnet and MS/TP protocols and general network management system features. Chapter 3 presents the experimental model of the BACnet MS/TP network system developed in this study. Chapter 4 presents the agent-based network management system for BACnet which is proposed in this study. Chapter 5 evaluates the performance of the BACnet MS/TP protocol using the results obtained from the experimental model. Chapter 6 presents the resource management algorithm and its experimental results. Finally, conclusions and future research works are presented in chapter 7.