KR100650389B1 - 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 시스템 및 방법 - Google Patents

2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 시스템 및 방법 Download PDF

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정윤철
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

모바일 환경에서 수많은 이동 객체들의 정보를 시간 간격에 따라 저장하여 시간에 관련한 질의에 대한 비용을 감소시키는 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 시스템 및 방법에 관한 것으로, 다수의 이동 객체, 상기 다수의 이동 객체의 각각의 위치를 추적하는 위치추적수단, 상기 위치추적수단과 연결되고 이동 객체의 정보를 저장하고 이동 객체에 대한 질의에 응답하며 2D R-트리와 1D R-트리를 포함하는 2차원 구조의 데이터베이스 시스템을 포함하고, 상기 데이터베이스 시스템은, 상기 이동 객체들로부터 이동 객체의 정보를 수신하는 수신수단과 상기 수신된 이동 객체의 정보에 적합한 트리를 검색하는 검색수단을 구비하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 시스템 및 방법을 이용하는 것에 의해, 객체 정보 시분할기법을 사용하여 2차원의 구조를 가지고 시간에 관련된 질의에 효율적으로 대처하여 일정한 네트워크의 공간지역으로부터의 다양한 질의에 효과적으로 적응할 수 있다.
인덱싱 접근 방법, 측위, LBS, 위치정보

Description

2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 시스템 및 방법{INDEXING SYSTEM OF MOVING OBJECTS USING TIME-BASED PARTITIONING WITH SECOND-DIMENSIONAL STRUCTURE AND METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 정보 인덱싱 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법의 구조를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법을 설명하는 흐름도,
도 4는 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법의 1D R-트리의 구조를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법의 1D R-트리의 삽입 및 논리적 삭제 방법을 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법의 삽입 및 논리적 삭제 방법을 컴퓨터프로그램 언어로 나타내는 도면,
도 7은 종래의 인덱싱 방법과 본 발명에 따른 인덱싱 방법에서 시간에 관련한 질의에 대한 성능을 시뮬레이션한 결과를 대비하여 나타내는 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 이동 객체 20: 인공위성
21: 기지국 40: 데이터베이스 시스템
401: 수신수단 402: 검색수단
201: 2D R-트리 202: 1D R-트리
본 발명은 인덱싱 접근 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 모바일(mobile) 환경에서 수많은 이동 객체들의 정보를 시간 간격에 따라 저장하여 시간에 관련한 질의에 대한 비용을 감소시키는 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 시스템 및 방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로 말해서, 종래의 인덱싱 접근 방법과는 달리 무선 네트워크에서 공간의 시간에 따라 이동하는 객체의 이동정보를 인덱싱하기 위한 다양한 질의들의 비용을 절감시키는데 목적을 두고 있다.
최근 GPS(Global Positioning System, 위성항법장치)를 이용한 무선 네트워크의 발달과 휴대 전화, PDA(Personal Digital Assistants, 휴대용 개인정보 단말기)등의 무선 통신장비의 발달로 인하여 사용자의 위치 정보를 근거로 한 다양한 서비스들이 제공되고 있다. 이러한 콘텐츠(contents) 서비스들을 LBS(Location Based Service, 위치기반서비스)라 한다. 즉, LBS는 이동통신망을 기반으로 이동성 이 보장된 기기를 통해 사람이나 사물의 위치를 파악하고 이를 활용하는 서비스이다. 넓은 의미로는 LBS 시스템을 기반으로 위치를 찾고, 이 위치를 활용해 제공할 수 있는 다양한 서비스를 모두 포함한다. 이는 사용자의 위치 측위 기술과 결합하여 네비게이션(navigation) 서비스, 여행안내 서비스, 교통 정보서비스 등의 다양한 서비스를 제공한다. 이러한 다양한 서비스의 요청을 효율적으로 관리하고 갱신하며 찾기 위해 DBMS(Database Management System, 데이터베이스관리시스템)는 수많은 이동 객체의 정보를 효율적으로 제공하기 위한 공간 지각 접근 방법을 사용하고 있다.
이동 객체는 시간이 지남에 따라 연속적으로 이동하기 때문에 이동 객체의 위치에 대한 연구는 활발히 진행되고 있다. 공간 지각 접근 방법의 인덱싱(indexing) 기법에 대한 연구는 크게 미래 위치에 대한 질의와 과거 위치에 대한 질의로 분류된다. 과거 위치에 대한 질의에는 특정 객체의 이동 궤적을 다루는 궤적 질의(trajectory query), 특정 시간이나 시간 간격 동안에 특정한 영역을 지나는 객체에 대한 정보를 제공하는 타임스탬프(timestamp) 질의와 타임인터벌(time interval) 질의가 있다. 타임스탬프 질의는 주어진 시간에 주어진 공간에 속한 모든 객체를 찾으라는 질의이고, 타임인터벌 질의는 주어진 시간 간격 동안 주어진 공간에 속한 모든 객체를 찾으라는 질의이다. 즉, 이 타임스탬프 질의와 타임인터벌 질의는 시간 조건과 공간 조건을 함께 가지고 있다. 예를 들어, "오늘 오전 9시에서 10시 사이에 XX도로를 지나간 차량의 번호는 무엇인가?"와 같은 질의를 들 수 있다.
이동 객체 정보를 효율적으로 저장하고 관리하기 위한 색인 기법인 R-트리(Tree)는 공간상의 객체 레코드를 가리키는 인덱스 구성 방법이다. R-트리는 데이터의 공간적 위치에 따른 신속한 데이터 검색하고, 데이터 객체를 여러 차원의 구간들에 의해 표현한다. 다양한 기법으로 이동 객체의 색인 방법으로는 3DR-트리(Three Dimensional R-Tree), HR-트리(Historical R-Tree), STR-트리(Spatio Temporal R-Tree), TB-트리(Trajectory Based Tree), MV3R-Tree(Multi-version 3D R-Tree) 등이 있다. 이 기존 인덱싱 기법에 대한 구체적인 설명은 다음과 같다.
우선, 3DR-트리는 시간을 2차원 공간 내의 또 다른 차원으로 간주하여 2차원 영역(region)들과 시간 축을 고려한 3차원 MBR(Minimum Bounding Rectangle, 최소 경계 사각형) 형태로 표현한다. MBR은 검색을 효율적으로 처리하기 위한 분할 영역으로, 다양한 모양, 서로 다른 크기의 데이터로 이루어진 공간 데이터베이스의 전체 공간을 분할한 후 분할된 버킷(bucket) 내에서 데이터의 개수를 표현하여 공간 데이터베이스를 요약 데이터로 유지하게 한다.
또한, 이동 객체가 위치나 모양이 변경될 때마다, 이 시간 동안 변경된 정보를 나타내는 MBR을 3DR-트리에 삽입한다. 시간의 경과에 따라 3DR-트리가 다루는 시간 영역의 범위가 증가하기 때문에, 타임스탬프 질의에 대한 성능은 크게 떨어질 수밖에 없다. 게다가 위치나 모양 변경이 거의 없는 이동 객체들은 3DR-트리에 커다란 빈 공간(dead space)을 제공하며, 빈 공간은 3DR-트리의 성능을 크게 떨어뜨린다. 그러나 3DR-트리는 불필요한 정보가 없기 때문에 색인 크기가 가장 작고, 타임인터벌 질의에 대해서는 좋은 성능을 보인다.
HR-트리는 모든 타임스탬프마다 현재의 상태에 대한 2차원 R-트리를 만들어 유지하는 방법으로, 모든 이전의 상태를 2차원 R-트리로 유지하는 구조로 되어 있으며, 새롭게 생성되는 노드(node)들의 수가 가능한 적게 유지되도록 한다. 또한, 시간의 경과에 따라 변하지 않는 객체들의 정보는 공유해서 연결하고, 변화하는 객체들에 대한 정보만 저장하게 된다. 그러나 HR-트리는 많은 변화가 있는 객체들에서는 많은 저장 공간을 요구하기 때문에 비효율적이고, 실제 응용에는 무리가 따른다. HR-트리는 중복된 정보를 저장하지 않기 위해서 변경된 노드만을 새로 생성하고, 저장하는 구조를 가진다. 타임스탬프 질의는 주어진 시간을 포함하는 하나의 R-트리에서 처리되고, 타임인터벌 질의에 대해서는 주어진 시간 조건과 교차하는 R-트리를 모두 탐색하여야 한다. 이때, 중복되는 노드를 탐색하지 않기 위해서, 탐색한 노드들에 대한 정보를 따로 유지하거나 하위 노드에 대한 포인터에 플래그를 사용한다. 이처럼 중복되는 정보 때문에 HR-트리의 크기는 3DR-트리보다 대략 3~4배 크다. 그러나 타임스탬프 질의에 대해서는 가장 좋은 성능을 보여준다.
STR-트리는 시공간 데이터 특성에 의해 빈번하게 요구되는 시공간 질의인 궤적 질의를 효율적으로 처리하도록 수정된 것으로, 2차원 평면의 공간에 시간 차원을 추가한 3차원 공간상의 이동 점 객체를 다룬다. 또한, 이동 객체의 이동을 라인 세그먼트(segment)로 나타내고, R-트리의 MBR을 시간적으로 확장하여 이를 표현함으로써 이동 객체의 궤적 정보를 저장한다. 단순히 R-트리의 종단(leaf) 노드 구조만 바뀔 경우 공간 낭비가 증가하고 궤적이 보호되지 않는 문제가 발생하기 때문에, R-트리의 삽입과 분할 알고리즘을 수정한 방법이다. STR-트리는 시공간 범위 질의 등과 같은 좌표범위 질의를 위하여 R-트리를 3차원으로 확장한 3DR-트리에 이동 객체의 궤적을 처리하기 위하여 알고리즘을 수정한 것이다. STR-트리는 저장되는 객체의 수가 많아지면, 성능이 저하되고, 궤적에 관련된 질의를 제외하면, 3DR-트리보다 성능이 떨어지게 된다.
TB-트리는 좌표 등의 공간 정보를 고려하지 않고, 단지 이동 객체의 궤적에만 초점을 맞추고 있으며, 색인의 기본 구조는 STR-트리와 유사하다. 하지만, TB-트리는 궤적보호를 특히 중요하게 생각하기 때문에, 시공간 범위 질의에서 STR-트리와 3DR-트리보다 검색 시간이 느리다. TB-트리는 라인 세그먼트를 입력할 때, 동일한 객체의 엔트리는 동일한 노드에 저장하는 기본 정책을 사용한다. 그리고 노드가 가득 찰 경우에는 입력할 수 있는 가장 오른쪽 노드를 찾아 입력하고, 분할을 하지 않는 특징이 있다. 또한, 동일한 객체를 저장한 노드들끼리는 연결 리스트(linked list)로 연결하므로 궤적에 관한 질의 처리에서는 기존의 R-트리나 STR- 트리를 사용한 경우보다 더 좋은 처리 효율을 보여준다. 그러나 TB-트리는 이동 객체 궤적에 대한 질의를 처리할 때는 뛰어난 성능을 보이는 반면, 시간 구간에 대한 질의나 공간 범위에 대한 질의 처리에는 별로 좋지 않은 성능을 보인다. 또한, 이동 객체의 개수가 일정한 수준을 넘어서면, 타임스탬프 질의나 타임인터벌 질의에서 성능이 크게 나빠진다는 단점이 있다.
MV3R-트리는 MVR-트리와 3DR-트리를 결합한 구조이다. MVR-트리는 타임스탬프 질의를 처리할 때 사용되고, 3DR-트리는 타임인터벌 질의를 처리할 때 사용된다. MVR-트리는 2가지 스플릿(split) 방법을 사용한다. 하나는 버전(version) 스플 릿이고, 다른 하나는 키(key) 스플릿이다. 버전 스플릿은 시간축을 기준으로 노드를 자르는 방법이고, 키 스플릿은 시간축을 고려하지 않고 노드를 자르는 방법이다. 버전 스플릿은 살아있는 레코드를 새로운 노드에 복사하는 방법이고, 키 스플릿은 공간 MBR만을 고려해서 스플릿을 하는 방법이다. 3DR-트리의 크기는 MVR-트리의 말단 노드를 사용하기 때문에 매우 작다. 이것은 타임인터벌 질의를 처리하고, R-트리에서 사용되는 다양한 알고리즘, 예를 들어, K-근접 질의, 조인(join) 질의를 수행할 때 효과적으로 사용된다. MV3R-트리에는 몇 가지 단점이 있다. 버전 스플릿에서 발생하는 중복되는 데이터 때문에, MV3R-트리의 크기는 3DR-트리보다 대략 1.5배 정도 크다. 또한, 데이터의 삽입과 논리적 삭제시에, MVR-트리와 3DR-트리를 모두 수정해야 하기 때문에, 변경 비용이 3DR-트리보다 대략 2배가 크다. 타임스탬프 질의를 처리할 경우에, MVR-트리가 관할하는 시간 간격은 HR-트리보다 크기 때문에, 탐색 영역 또한 크게 된다. 그래서 타임스탬프 질의에 대해서 MVR-트리는 HR-트리보다 더 많은 노드에 접근해야 한다.
이와 같이 공간객체에 대한 인덱싱 접근 방법의 일례가 대한민국 특허 공개공보 10-2001-0109945호(비공간검색조건이 포함된 케이-최근접 질의를 위한 알에스트리구조 및 점증적 최근접 방법)에 개시되어 있다.
상기 공보에 개시된 기술은 비공간검색조건이 포함된 데이터베이스의 케이-최근접 질의를 위한 트리구조에 있어서, 상기 트리구조가 R 트리와 S 트리의 조합으로 구성되는 트리구조로서, 상기 R트리는 공간속성에 대한 인덱스로 사용되고, 상기 S트리는 비공간속성에 대한 인덱스로 사용되며, 상기 R트리와 동일한 계층적 구조의 노드집합으로 구성되고, 각 노드는 다수의 엔트리로 구성되며, S트리의 각 노드와 그 노드를 구성하는 엔트리가 각각 R 트리의 노드와 엔트리에 일대일 대응하고, 인덱스노드레벨만을 갖는 것을 특징으로 하는 비공간검색조건이 포함된 비공간검색조건이 포함된 케이-최근접 질의를 위한 알에스트리구조 및 점증적 최근접 방법에 대해 개시되어 있다.
또, 공간객체에 대한 인덱싱 접근 방법의 일례가 대한민국 특허 공개공보 10-2004-0066942호(R-트리 기반 색인을 위한 추출 연산 기법)에 개시되어 있다.
상기 공보에 개시된 기술은 R-트리에 기반한 대부분의 트리에서 검색 성능 향상 및 저장 공간의 효율을 위해 각 노드의 하위 노드들을 각 축에 대해 순서대로 정렬하고 특정 범위마다 그에 해당하는 하위 노드들을 따로 저장하는 추출 연산을 활용하는 방법에 관한 것으로, R-트리 기반 색인에서 데이터를 입력할 때, 각 노드의 하위 노드들을 모든 축에 대해 순서대로 정렬한 후, 각 축마다 공통된 경계를 갖는 하위 노드들을 저장하는 프로젝션(Projection)을 두어 하위 노드의 포인터를 순서대로 저장하여, 정보를 검색할 때 질의 창과 겹치는 노드의 모든 하위 노드를 검색하지 않고 질의 창과 겹치는 노드 중 단지 프로젝션에 속하는 하위 노드들을 검색하게 되어 오버랩 및 데드 스페이스에 대한 불필요한 검색을 줄이고, 추출 연산을 활용한 트리는 모든 노드가 특정 축에 정렬된 상태이기 때문에 분할이 용이하며, 똑같은 정보를 입력한 R-트리보다 적은 저장공간을 가질 수 있게 하는 R-트리 기반 색인을 위한 추출 연산 기법에 대해 개시되어 있다.
그러나 상기 공보에 개시된 기술을 비롯한 종래의 공간지각적인 접근방법에 있어서는 하나의 인덱싱 구조를 사용하여 전체의 네트워크를 관리하고 있기 때문에, 인덱싱 시간이 지속될수록 이동 객체의 위치 정보들이 무수하게 쌓이게 되고, 이들을 찾고 갱신하고 수정하는 성능은 낮아지고 비용이 많이 소요되는 문제가 있었다.
또, 타임스탬프나 타임인터벌과 같은 시간에 따른 이동 객체의 이동정보에 관한 질의에 효과적으로 적응하지 못하는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, R-트리에 2차원의 구조를 가진 객체 위치 정보의 시분할기법을 적용하여 무선 네트워크의 공간지역의 위치 이동 정보를 시간 따라 저장하여 시간에 관련한 질의에 유연하게 대처할 수 있는 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수많은 이동 정도를 효율적으로 관리하기 위해 2차원의 구조를 가지고 시간에 관련된 질의에 효율적으로 대처하기 위해 객체 정보 시분할기법을 사용하여 일정한 네트워크의 공간지역으로부터의 다양한 질의에 효과적으로 적응할 수 있도록 하는 2차원 구조 시분할 이동 객체 인덱싱 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 시스템은 다수의 이동 객체, 상기 다수의 이동 객체의 각각의 위치를 추적하는 위치추적수단, 상기 위치추적수단과 연결되고 이동 객체의 정보를 저장하고 이동 객체에 대한 질의에 응답하며 2D R-트리와 1D R-트리를 포함하는 2차원 구조의 데이터베이스 시스템을 포함하고, 상기 데이터베이스 시스템은, 상기 이동 객체들로부터 이동 객체의 정보를 수신하는 수신수단과 상기 수신된 이동 객체의 정보에 적합한 트리를 검색하는 검색수단을 구비하고, 상기 데이터베이스 시스템은 상기 이동 객체의 정보를 적합한 시간 영역과 공간 지역을 담당하고 있는 트리를 시분할하여 저장하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 시스템에 있어서, 상기 2D R-트리와 1D R-트리를 포함하는 2차원 구조는 이동 객체의 공간적 지역 객체 정보를 인덱싱하는 하나의 2D R-트리와 이동 객체의 시간간격정보를 인덱싱하는 다수의 1D R-트리로 구성하며, 각각의 2D R-트리의 종단 노드들은 해당 지역의 1D R-트리의 루트 노드를 가리키는 포인터를 가지고 1D R-트리에 반응하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 시스템에 있어서, 상기 1D R-트리의 종단 노드에 상기 이동 객체의 정보가 저장되며, 상기 1D R-트리의 종단 노드가 가지는 속성값은 이동 객체의 고유한 식별자, 자식 노드들을 관리할 수 있는 MBR, 이동 객체의 정보가 삽입되는 시간, 이동 객체의 정보가 삭제되는 시간을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법은 다수의 이동 객체들과, 상기 다수의 이동 객체의 각각의 위치를 추적하는 위치추적수단과, 상기 위치추적수단과 연결되고 이동 객체의 정보를 저장하고 이동 객체에 대한 질의에 응답하며 2D R-트리와 1D R-트리를 포함하는 2차원 구조의 데이터베이스 시스템을 포함하는 이동 객체 인덱싱 방법에 있어서, 상기 이동 객체들로부터 이동 객체의 정보를 수신하는 단계, 상기 수신된 이동 객체의 공간적 지역 객체 정보에 일치하는 2D R-트리를 검색하는 단계, 상기 검색된 2D R-트리에 연결된 ID R-트리 중에서 상기 수신된 이동 객체의 시간간격정보에 일치하는 1D R-트리를 검색하는 단계, 상기 검색된 1D R-트리에 상기 이동 객체의 정보를 시분할하여 저장하는 단계를 포함하고, 상기 이동 객체의 정보를 적합한 시간 영역과 공간 지역을 담당하고 있는 트리에 시분할하여 저장하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법에 있어서, 상기 2D R-트리와 1D R-트리를 포함하는 2차원 구조는 이동 객체의 공간적 지역 객체 정보를 인덱싱하는 하나의 2D R-트리와 이동 객체의 시간간격정보를 인덱싱하는 다수의 1D R-트리로 구성하며, 각각의 2D R-트리의 종단 노드들은 해당 지역의 1D R-트리의 루트 노드를 가리키는 포인터를 가지고 1D R-트리에 반응하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법에 있어서, 상기 검색된 1D R-트리에 상기 이동 객체의 정보를 시분할하여 저장하는 단계는, 상기 수신된 이동 객체의 시간간격이 시작하는 시간 지역에 상기 이동 객체의 정보 를 삽입하는 단계, 상기 수신된 이동 객체의 시간간격이 종료하는 시간 지역에 상기 이동 객체의 정보를 논리적으로 삭제하는 단계를 더 포함하고, 상기 이동 객체의 정보는 상기 삽입단계부터 삭제단계 사이의 시간간격의 유효영역을 포함하는 속성값을 가지는 1D R-트리의 종단 노드에 저장하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법에 있어서, 상기 1D R-트리의 종단 노드가 가지는 속성값은 이동 객체의 고유한 식별자, 자식 노드들을 관리할 수 있는 MBR, 이동 객체의 정보가 삽입되는 시간, 이동 객체의 정보가 삭제되는 시간을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법에 있어서, 시간간격 사이에서 상호 교차하고 있는 이동 객체의 정보가 존재할 경우 각각의 정보는 적합한 시간 간격의 영역을 포함하고 있는 1D R-트리에서 데이터 단편화 정책에 의해 각각의 정보를 분할하여 저장하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 또한, 본 발명의 설명에 있어서는 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 정보를 인덱싱하는 시스템에 대해 도 1 및 도 2에 따라 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 정보를 인덱싱하는 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법의 구조를 도시한 도면이다.
도 1에서 도시하는 바와 같이, 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 정보를 인덱싱하는 시스템은 이동통신망을 기반으로 이동성이 보장된 통신기기인 이동 객체(10), 이동 객체(10)의 위치를 추적하는 위치추적수단인 인공위성(20)과 기지국(21), 인공위성(20) 또는 기지국(21)에서 추적된 이동객체(10)의 데이터를 전달받아 이동 객체(10)의 정보를 저장하고 이동 객체에 대한 질의에 응답하는 데이터베이스 시스템(40)을 구비한다.
도 1에 도시된 데이터베이스 시스템(40)은 이동 객체(10)들로부터 이동 객체(10)의 정보를 수신하는 수신수단(401), 수신된 이동 객체(10)의 정보에 적합한 트리를 검색하는 검색수단(402)을 구비한다. 데이터베이스 시스템(40)은 이동 객체(10)의 정보를 적합한 시간 영역과 공간 지역을 담당하고 있는 트리를 시분할하여 저장한다.
데이터베이스 시스템(40)은 도 2에서 도시하는 바와 같이 2D R-트리(201)와 1D R-트리(202)를 포함하는 2차원 구조를 갖으며, 2차원으로 된 하나의 2D R-트리(201)와 1차원으로 된 다수의 1D R-트리(202)로 구성된다. 2D R-트리(201)는 이동 객체의 공간적 지역 객체 정보를 인덱싱하기 위해 사용된다. 이는 일반적으로 널리 사용되고 있는 R-트리의 구조와 유사하며, 본 분야에서 통상으로 사용되는 공지 기술이므로 구체적 설시는 생략한다.
또, 1D R-트리(202)는 이동 객체의 시간간격정보를 인덱싱하며, 이들 각각의 종단 노드는 주어진 지역의 공간 데이터를 관리하는 1D R-트리(202)의 루트 노드를 가리키는 포인터를 가진다. 결과적으로 각각의 2D R-트리(201)의 종단 노드들은 해당 지역의 1D R-트리(202)에 반응하도록 구성된다. 이동 객체(10의 정보는 이 1D R-트리의 종단 노드에 저장되며, 1D R-트리의 종단 노드가 가지는 속성값은 이동 객체의 고유한 식별자, 자식 노드들을 관리할 수 있는 MBR, 이동 객체의 정보가 삽입되는 시간, 이동 객체의 정보가 삭제되는 시간을 포함한다. 이에 대한 자세한 설명은 도 4에 따라 추후에 설명한다.
다음에 본 발명의 실시예에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법에 대해 도 3 내지 도 6에 따라 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3에서 도시하는 바와 같이, 이동 객체(10)가 위치추적수단(20, 21)로부터 수신한 이동 정보를 수신수단(401)이 이동 객체(10)들로부터 수신한다(ST 3010). 이는 본 분야에서 통상으로 사용되는 공지 기술이므로 구체적 설시는 생략한다. 다음으로 검색수단(402)이 수신된 이동 객체의 공간적 지역 객체 정보에 일치하는 2D R-트리(201)를 검색한다(ST 3020). 검색된 2D R-트리(202)의 종단 노드에는 주어진 지역의 공간 데이터를 관리하는 1D R-트리(202)의 루트 노드를 가리키는 포인터가 있으므로 이 포인터가 가리키는 1D R-트리(202)를 확인한다(ST 2030). 검색된 2D R-트리와 연결된 1D R-트리 중에서 수신된 이동 객체의 시간간격정보에 일치하는 1D R-트리(202)를 검색한다(ST 3040).
다음으로, 검색된 1D R-트리(202)에 이동 객체의 정보를 시분할하여 저장한다(ST 3050). 즉, 수신된 이동 객체의 시간간격이 시작하는 시간 지역에 이동 객체의 정보를 삽입하고, 수신된 이동 객체의 시간간격이 종료하는 시간 지역에 상기 이동 객체의 정보를 논리적으로 삭제한다. 이동 객체(10)의 정보는 상기 삽입단계부터 삭제단계 사이의 시간간격의 유효영역을 포함하는 속성값을 가지는 1D R-트리의 종단 노드에 저장한다. 1D R-트리(202)는 이러한 시분할 기법을 사용하여 이동 객체의 위치 정보에 관한 시간의 관련된 질의에 효율적으로 대처하기 위한 구조를 가진다. 이는 일정한 시간 간격에 따라 각각 트리가 생성되며, 일정한 주기 안에 생성된 이동 객체의 위치 정보는 시간에 따라 저장되어 시간에 관련한 이동 객체 위치 정보의 질의에 대하여 효율적으로 대처할 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법의 1D R-트리의 구조를 도시한 도면이다.
도 4에서 도시하는 바와 같이, 1D R-트리(201)의 종단 노드가 가지는 속성값은 이동 객체의 고유한 식별자, 자식 노드들을 관리할 수 있는 MBR, 이동 객체의 정보가 삽입되는 시간, 이동 객체의 정보가 삭제되는 시간을 포함한다.
1차원으로 된 1D R-트리의 종단 노드의 속성값은 <ID, MBR, (t시작, t종료)>로 구성된다. 여기서 ID는 객체의 고유한 식별자이고, MBR은 자식 노드들을 관리할 수 있는 최소 공간적 지역을 의미한다. 그리고 (t시작, t종료)는 객체 이동정보의 레코드가 각각 삽입되고 삭제되는 시간을 나타낸다. 이는 도 4에서 도시하는 바와 같이 만약 어떠한 속성값이 논리적으로 삭제되지 않았다면, 일정한 시간의 경계를 나타내는 t종료는 “*”로 표시된다. 여기서 시간 지역 경계영역은 각각의 1D R-트리의 레코드 값의 영역으로 표시되며, L1과 L2 그리고 Li은 R1과 R2 그리고 Ri의 시간의 간격을 나타낸다. 도 4에서 도시하는 바와 같이 1차원의 1D R-트리에 시간 간격에 따라 트리가 생성되는 시분할 기법을 사용한다. 결과적으로 2D R-트리는 주어진 MBR에 다수의 1D R-트리가 있는 2차원의 구조로 구성된다. 따라서 본 발명에 따른 접근 방법은 시간 간격에 따라서 효율적으로 적응할 수 있도록 되어 있으며, 시간 따라 이동하는 객체의 정보들에 대한 질의들에 동적으로 지원할 수 있도록 되어 있다. 여기서 1D R-트리의 구조는 MV3R-트리와 유사하지만 본 발명에 따른 방법은 버전 스플릿 방법과 공유 노드들을 갖지 않는다.
도 5는 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법의 1D R-트리의 삽입 및 논리적 삭제 방법을 도시한 도면이다.
도 5에서 도시하는 바와 같이 R1은 시간 간격 t2에서 시간영역에 생성됨에 의해 논리적으로 삭제되었으며, L1과 L2는 각각 R1과 R2의 지역적 MBR을 나타내고, [t1,t2], [t1,*]는 각각 R1과 R2의 시간 간격의 유효 영역을 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법의 삽입 및 논리적 삭제 방법을 컴퓨터프로그램 언어로 나타내는 도면이다.
특정한 공간 지역에서 삽입 요청이 일어났을 때 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법은 다음과 같은 절차에 따라 실행된다. 첫 번째 단계는 2D R-트리에서 특정한 지역을 담당하는 해당 종단 노드의 MBR에 삽입하기 위해서 2D R-트리의 삽입 알고리즘이 실행된다. 그 후 1D R-트리에서 포인터로 가리키고 있는 해당 시간 간격 [T시작, T종료]에 일치하는 1D R-트리를 검색한다. 여기에서 2D R-트리의 공간 지역 인덱싱 방법은 일반적으로 사용되고 있는 R-트리의 알고리즘을 사용한다. 다음으로, 도 6에 도시된 1D R-트리의 삽입, 삭제 알고리즘이 실행된다.
도 6에서 도시된 1D R-트리 알고리즘은 시간 경계 개념을 사용하였다. 따라서 만약 어떤 이동 객체의 위치정보의 삽입 요청이 일어나면, 시간 경계 정책에 따라 이러한 정보는 적합한 시간 영역을 포함하고, 그 이동 객체의 공간적 지역을 담당하고 있는 트리에 저장된다. 또한, 시간 간격 사이에서 상호 교차하고 있는 이동 객체의 위치 정보가 존재하게 되면, 각각의 정보 레코드는 적합한 시간 간격의 영역을 포함하고 있는 1D R-트리에서 데이터 단편화 정책에 의해서 각각의 정보 레코드는 분할되어 저장된다.
도 7은 종래의 인덱싱 방법과 본 발명에 따른 인덱싱 방법에서 시간에 관련한 질의에 대한 성능을 시뮬레이션한 결과를 대비하여 나타내는 그래프이다.
도 7에 도시된 시뮬레이션에서는 1GB의 메인 메모리를 가진 2.4GHz 펜티엄(Pentium) IV의 컴퓨터를 사용하였고, 실제 환경과 유사한 객체의 이동 정보를 얻기 위해 GSTD(Generate Spatio Temporal Data, 시공 데이터 발생)에 의해 생성된 실제와 유사한 데이터를 사용하여 실험하였다. 이동 객체의 수는 1,000개이며, 전체 공간지역에 1%, 3%, 5%, 7%, 그리고 9%에 해당하는 지역에 타임스탬프 질의와 타임인터벌 질의를 결합하여 질의를 요청하였다. 본 실험에서는 타임인터벌과 타임스탬프를 결합한 질의에 대하여 각각의 노드 접근의 수로 성능을 측정하였다. 본 실험은 이동 객체 인덱싱 접근 방법인 MV3R-트리, 3DR-트리, 그리고 본 발명에 따른 인덱싱 접근 방법을 비교하였으며, 실험 결과는 아래와 같다.
도 7에서 도시하는 바와 같이, 3DR-트리는 타임스탬프 질의에 대한 성능이 떨어진다. 이는 3DR-트리의 전체 시간 영역을 하나의 독립된 구조를 사용하여 시간이 경과에 따라 무수한 객체의 위치 이동정보가 쌓이기 때문이다. 하지만, 본 발명에서는 2차원의 구조를 사용하고 있고, 시간에 따라 생성되는 이동정보를 시분할 기법을 사용하여 시간에 따른 객체의 이동정보들을 효율적으로 저장, 관리하므로 요청하는 시간 영역 안에 복합적인 질의에 대하여 효과적으로 적응하고 있음을 이 시뮬레이션에서 보여 주고 있다.
본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법은 위치정보를 이용한 긴급구조, 재난재해 처리 등 공공안전 서비스 시스템, 실시간 교통정보를 제공하는 ITS(Intelligent Transport Systems, 지능형 교통정보 시스템)와 결합한 텔레매틱스, 물류, 모바일 결재 등의 모바일 상거래와 결합한 위치기반 전자상거래, 실시간 위치정보를 이용한 온라인 게임과 다양한 정보서비스를 제공하는 서비스 등에 적용할 수 있다. 현재의 위치 측위 기술은 무선 네트워크를 이용한 e-비즈니스 기업, e-커머스(commerce), 전자상거래 시장에서 적용되고 있으며, 점차 이를 이용한 시장이 확대될 것으로 예상된다.
이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 시스템 및 방법에 의하면, 무선 네트워크 환경에서 지속적으로 이동하는 객체의 이동정보를 검색, 수정, 그리고 갱신하기 위한 다양한 질의의 비용을 절감시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 시스템 및 방법에 의하면, 객체 정보 시분할기법을 사용하여 2차원의 구조를 가지고 시간에 관련된 질의에 효율적으로 대처하여 일정한 네트워크의 공간지역으로부터의 다양한 질 의에 효과적으로 적응할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 시스템 및 방법에 의하면, 유비쿼터스 LBS 서비스, 텔레매틱스(Telematics) 서비스, 그리고 모바일 전자상거래 등 다양한 무선 네트워크 분야에서의 다양한 서비스들을 효과적으로 제공할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Claims (8)

  1. 다수의 이동 객체,
    상기 다수의 이동 객체의 각각의 위치를 추적하는 위치추적수단,
    상기 위치추적수단과 연결되고 이동 객체의 정보를 저장하고 이동 객체에 대한 질의에 응답하며 2D R-트리와 1D R-트리를 포함하는 2차원 구조의 데이터베이스 시스템을 포함하고,
    상기 데이터베이스 시스템은,
    상기 이동 객체들로부터 이동 객체의 정보를 수신하는 수신수단과 상기 수신된 이동 객체의 정보에 적합한 트리를 검색하는 검색수단을 구비하고,
    상기 데이터베이스 시스템은 상기 이동 객체의 정보를 적합한 시간 영역과 공간 지역을 담당하고 있는 트리를 시분할하여 저장하는 것을 특징으로 하는 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 2D R-트리와 1D R-트리를 포함하는 2차원 구조는 이동 객체의 공간적 지역 객체 정보를 인덱싱하는 하나의 2D R-트리와 이동 객체의 시간간격정보를 인덱싱하는 다수의 1D R-트리로 구성하며,
    각각의 2D R-트리의 종단 노드들은 해당 지역의 1D R-트리의 루트 노드를 가리키는 포인터를 가지고 1D R-트리에 반응하는 것을 특징으로 하는 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 1D R-트리의 종단 노드에 상기 이동 객체의 정보가 저장되며, 상기 1D R-트리의 종단 노드가 가지는 속성값은 이동 객체의 고유한 식별자, 자식 노드들을 관리할 수 있는 MBR, 이동 객체의 정보가 삽입되는 시간, 이동 객체의 정보가 삭제되는 시간을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 시스템.
  4. 다수의 이동 객체들과, 상기 다수의 이동 객체의 각각의 위치를 추적하는 위치추적수단과, 상기 위치추적수단과 연결되고 이동 객체의 정보를 저장하고 이동 객체에 대한 질의에 응답하며 2D R-트리와 1D R-트리를 포함하는 2차원 구조의 데이터베이스 시스템을 포함하는 이동 객체 인덱싱 방법에 있어서,
    상기 이동 객체들로부터 이동 객체의 정보를 수신하는 단계,
    상기 수신된 이동 객체의 공간적 지역 객체 정보에 일치하는 2D R-트리를 검색하는 단계,
    상기 검색된 2D R-트리에 연결된 ID R-트리 중에서 상기 수신된 이동 객체의 시간간격정보에 일치하는 1D R-트리를 검색하는 단계,
    상기 검색된 1D R-트리에 상기 이동 객체의 정보를 시분할하여 저장하는 단계를 포함하고,
    상기 이동 객체의 정보를 적합한 시간 영역과 공간 지역을 담당하고 있는 트리에 시분할하여 저장하는 것을 특징으로 하는 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 2D R-트리와 1D R-트리를 포함하는 2차원 구조는 이동 객체의 공간적 지역 객체 정보를 인덱싱하는 하나의 2D R-트리와 이동 객체의 시간간격정보를 인덱싱하는 다수의 1D R-트리로 구성하며,
    각각의 2D R-트리의 종단 노드들은 해당 지역의 1D R-트리의 루트 노드를 가리키는 포인터를 가지고 1D R-트리에 반응하는 것을 특징으로 하는 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 검색된 1D R-트리에 상기 이동 객체의 정보를 시분할하여 저장하는 단계는,
    상기 수신된 이동 객체의 시간간격이 시작하는 시간 지역에 상기 이동 객체의 정보를 삽입하는 단계,
    상기 수신된 이동 객체의 시간간격이 종료하는 시간 지역에 상기 이동 객체의 정보를 논리적으로 삭제하는 단계를 더 포함하고,
    상기 이동 객체의 정보는 상기 삽입단계부터 삭제단계 사이의 시간간격의 유 효영역을 포함하는 속성값을 가지는 1D R-트리의 종단 노드에 저장하는 것을 특징으로 하는 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 1D R-트리의 종단 노드가 가지는 속성값은 이동 객체의 고유한 식별자, 자식 노드들을 관리할 수 있는 MBR, 이동 객체의 정보가 삽입되는 시간, 이동 객체의 정보가 삭제되는 시간을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    시간간격 사이에서 상호 교차하고 있는 이동 객체의 정보가 존재할 경우 각각의 정보는 적합한 시간 간격의 영역을 포함하고 있는 1D R-트리에서 데이터 단편화 정책에 의해 각각의 정보를 분할하여 저장하는 것을 특징으로 하는 2차원 구조의 시분할 이동 객체 인덱싱 방법.
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