KR101467115B1 - 빌딩 내 소방방재 시스템 및 방법 - Google Patents

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김형석
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세종대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 빌딩 내 소방 방재 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 빌딩 내 소방 방재 시스템은, 복수의 소방 대원에 각각 대응되고, 주변의 무선 센서 노드들과 네트워크를 형성하여 센싱된 데이터를 송수신하며, ID 또는 위치에 따라 복수의 클러스터로 그룹핑되는 복수의 무선 센서 노드, 그리고 상기 무선 센서 노드로부터 센싱된 센싱 데이터를 수신하여 상기 무선 센서 노드를 제어하는 관리 서버를 포함하며, 동일한 클러스터에 포함된 복수의 무선 센서 노드는 잔존 에너지 및 다른 클러스터에 소속된 이웃하는 무선 센서 노드의 개수를 이용하여 헤드 노드를 선택한다.
본 발명에 따르면, 화재의 악조건 속에서도 화재 진압 및 인명 구조를 위해 빌딩 내 화재 현장에 투입된 소방 대원과 화재 현장 지휘 본부와의 원활한 통신을 통하여 화재 진압 및 인명 구조 작업이 신속하고 정확하게 수행될 수 있다.
또한, 사고 현장에 투입된 소방 대원들의 건강 상태 및 환경적 요소를 감지함에 있어서 무선 통신에서 요구되는 에너지의 소비 효율을 높일 뿐만 아니라 소방 대원들의 안전 사고 예방 효과를 기대할 수 있다.

Description

빌딩 내 소방방재 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR FIREFIGHTING IN A BUILDING}
본 발명은 빌딩 내 소방방재 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화재 진압 및 인명 구조에 투입된 소방관들과 현장 베이스 스테이션 사이의 통신을 위한 애드 혹 네트워크 시스템 및 방법에 관한 것이다.
화재 인명 구조는 중요한 공공 안전 활동 중의 하나이다. 화재 인명 구조 작업은 구조를 기다리는 피해자뿐만 아니라 소방 대원의 생명만큼이나 중요하다. 화재 인명 구조 작업은 현장 출동을 알리는 벨 소리로 시작되고, 소방 대원은 화재 현장에 급파된다. 일반적으로 화재 진압 및 인명 구조를 위해 투입되는 인력 및 장비는 한 명의 현장 지휘관과, 화재 진압용 차량 및 한 무리의 소방 대원들로 구성된다. 한 무리의 소방 대원들은 분대 별로 나뉘고, 각 분대는 분대장이 지휘한다. 사고 현장의 소방 대원들은 고도로 조직화되어 있다. 현장 지휘관은 소방 대원을 위한 실시간의 전략적 결정과 화재 현장 모니터링을 포함하여 전체 화재 진압 및 인명 구조 작업을 책임지게 된다.
화재 진압용 차량은 현장 지휘관과 소방 대원들이 서로 간에 통신할 수 있도록 도와주는 현장 본부와 같은 통신 장비와 현장에서의 소방수 부족시에 소방수를 조달할 수 있는 차량을 포함한다. 일반적으로 소방 대원들로 구성되는 소방 분대는 고도로 조직화되어 있고 현장 지휘관에 의해 지시되는 특수한 임무를 수행한다. 소방 분대를 조직하는 근본 목적은 현장에서 함께 행동하기 위함이다. 분대원 어느 누구도 화재 구조 현장에서 혼자 남겨지면 안되기 때문이다.
최근 첨단의 화재 인명 구조 작업은 화재 현장의 산소 농도, 온도, 소방 대원의 위치 등의 환경적 요소와 소방 대원들의 건강 상태를 감지뿐만 아니라 소방 대원들과 현장 지휘간 사이의 원활한 명령 하달을 위한 통신 기술을 요구하게 되었다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0063823호(2005.06.28)에 기재되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 화재 진압 및 인명 구조를 위해 화재 현장 투입된 소방 대원의 활동 상황을 모니터링 하여 소방 대원의 위험 상황을 감지하여 소방 대원의 안전 사고를 방지하는 통신 기술을 제공하는 것이다.
또한, 원활한 화재 진압 및 인명 구조를 위해 화재 현장이라는 악조건 속에서도 화재 진압 현장 지휘부와 빌딩 내에 투입된 소방 대원들 간에 원활한 통신을 할 수 있는 네트워크 시스템에서 통신 프로토콜에 관한 기술을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 실시예에 따른 빌딩 내 소방 방재 시스템은, 복수의 소방 대원에 각각 대응되고, 주변의 무선 센서 노드들과 네트워크를 형성하여 센싱된 데이터를 송수신하며, ID 또는 위치에 따라 복수의 클러스터로 그룹핑되는 복수의 무선 센서 노드, 그리고 상기 무선 센서 노드로부터 센싱된 센싱 데이터를 수신하여 상기 무선 센서 노드를 제어하는 관리 서버를 포함하며, 동일한 클러스터에 포함된 복수의 무선 센서 노드는 잔존 에너지 및 다른 클러스터에 소속된 이웃하는 무선 센서 노드의 개수를 이용하여 헤드 노드를 선택한다.
또한, 상기 복수의 무선 센서 노드는, 상기 소방 대원의 체온, 심박수, 주변 온도 및 현재 위치 중에서 적어도 하나를 센싱하고, 센싱된 데이터를 상기 헤드 노드로 전송할 수 있다.
또한, 상기 헤드 노드는, 자신의 ID를 동일 클러스터에 포함된 무선 센서 노드로 알리고, 동일한 클러스터에 포함된 무선 센서 노드들의 센싱 데이터를 수집하여, 다른 클러스터에 포함되는 무선 센서 노드를 통하여 상기 관리 서버로 전송할 수 있다.
또한, 상기 복수의 무선 센서 노드는, 주변의 무선 센서와 라우트 메시지 교환을 통하여 상기 관리 서버에 연결되기 위한 홉(hop)의 개수에 대한 라우팅 테이블을 생성할 수 있다.
또한, 상기 헤드 노드는, 상기 주변의 무선 센서 노드의 잔존 에너지, 상기 관리 서버에 연결되기 위한 홉의 개수, 다른 클러스터에 소속된 이웃하는 무선 센서 노드의 개수를 이용하여 상기 관리 서버로 센싱된 데이터를 전송하기 위한 경로를 선택하고, 선택된 경로에 따라 상기 센싱된 데이터를 상기 관리 서버로 전송할 수 있다.
또한, 상기 헤드 노드는, 아래 수식을 이용하여 상기 관리 서버로 센싱된 데이터를 전송하기 위한 경로를 선택할 수 있다.
경로 선택 변수(Path Selection Variable) = α*E(잔존 에너지)+β*H-1(관리 서버에 연결되기 위한 홉의 개수)+γ*C(다른 클러스터에 소속된 이웃하는 무선 센서 노드의 개수)
여기서, α, β 및 γ는 가중치에 해당한다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 빌딩 내 소방 방재 방법은, 빌딩 내 소방 방재 시스템을 이용한 소방 방재 방법에 있어서, 복수의 소방 대원에 각각 대응되고, 주변의 무선 센서 노드들과 네트워크를 형성하는 복수의 무선 센서 노드들에 대하여 ID 또는 위치에 따라 복수의 클러스터로 그룹핑하는 단계, 동일한 클러스터에 포함된 복수의 무선 센서 노드는 잔존 에너지 및 다른 클러스터에 소속된 이웃하는 무선 센서 노드의 개수를 이용하여 헤드 노드를 선택하는 단계, 그리고 상기 복수의 무선 센서 노드들은 데이터를 센싱하여 상기 헤드 노드를 통하여 관리 서버로 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명인 빌딩 내 소방 방재 시스템 및 방법에 따르면, 화재의 악조건 속에서도 화재 진압 및 인명 구조를 위해 빌딩 내 화재 현장에 투입된 소방 대원과 화재 현장 지휘 본부와의 원활한 통신을 통하여 화재 진압 및 인명 구조 작업이 신속하고 정확하게 수행될 수 있다.
또한, 사고 현장에 투입된 소방 대원들의 건강 상태 및 환경적 요소를 감지함에 있어서 무선 통신에서 요구되는 에너지의 소비 효율을 높일 뿐만 아니라 소방 대원들의 안전 사고 예방 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 화재 현장에 투입되는 소방 대원의 조직 형태를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 계층적 클러스터에 기반한 빌딩 내 소방 방재 시스템의 네트워크 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 빌딩 내 소방 방재 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 노드 선택을 위한 알고리즘에 관한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 라우트 광고 알고리즘에 관한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 라우팅 알고리즘에 관한 순서도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
먼저 본 발명의 빌딩 내 소방 방재 시스템에 대해여 설명한다.
도 1은 화재 현장에 투입되는 소방 대원의 팀 형태를 나타내는 도면이다.
도 1에서, 화재 현장에서 소방 대원들은 팀(Team) 형태로 투입된다. 여기서 하나의 팀을 분대(Cluster)로 지칭하기로 한다. 각 분대는 분대장(Cluster Head)을 포함하는데, 각 분대장은 자신의 분대를 지휘한다. 화재 현장에서 화재 진압을 위한 전체 지휘를 하는 곳을 BS(Base Station)라고 한다. BS는 대체적으로 화재 현장에 출동한 소방차에 마련되는 경우가 많다. BS에서 화재 현장에 투입된 소방 분대들을 전체적으로 지휘하는 사람이 있는데, 이를 현장대장(Incident Commander)이라 칭한다. 현장대장은 화재 현장에서 화재 진압 및 인명 구조 활동에 관한 전략적인 결정을 하달하기 위하여 화재 현장의 전체적인 진행 상황을 통찰해야 한다. 화재 현장에 투입된 소방대원들은 데이터 수집을 하는 센서를 부착하고 있는데, 상기 센서가 현장대장으로 하여금 전체적인 화재 진압 및 인명 구조 활동에 대한 정보를 수집하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 계층적 클러스터에 기반한 빌딩 내 소방 방재 시스템의 네트워크 구성도이다.
여기서 분대를 클러스터(Cluster)라고 칭하기로 하고, 통신 네트워크 내에서의 맡은 임무와 관련하여 분대원을 무선 센서 노드로, 분대장을 헤드 노드로 그리고 BS 또는 현장대장을 관리 서버로 칭하기로 한다.
도 2에서, 화재 현장에 투입된 분대원인 무선 센서 노드, 분대장인 헤드 노드 및 BS인 관리 서버가 표시되어 있다. 작은 원은 무선 센서 노드를 표시하고, 빗금친 원은 헤드 노드를 표시하며 큰 원은 관리 서버를 표시한다. 그리고 실선은 클러스터 내의 통신을 표시하고 파선은 복수의 클러스터와 관리 서버 간의 통신을 표시한다.
도 2에서, 본 발명의 빌딩 내 소방 방재 시스템은 복수의 무선 센서 노드(110) 그리고 관리 서버(120)를 포함한다. 복수의 무선 센서 노드(110)는 복수의 소방 대원에 각각 대응되고, 주변의 다른 무선 센서 노드들과 네트워크를 형성하여 센싱된 데이터를 송수신하며, ID 또는 위치에 따라 복수의 클러스터로 그룹핑된다. 관리 서버(120)는 무선 센서 노드로부터 센싱된 데이터를 수신하여 무선 센서 노드(110)를 제어한다. 또한, 동일한 클러스터에 포함된 복수의 무선 센서 노드(110)는 잔존 에너지 및 다른 클러스터에 소속된 이웃하는 무선 센서 노드의 개수를 이용하여 헤드 노드(111)를 선택한다.
복수의 무선 센서 노드(110)는 소방 대원의 체온, 심박수, 주변 온도 및 현재 위치 중에서 적어도 하나를 센싱하고, 센싱된 데이터를 헤드 노드로 전송한다.
복수의 무선 센서 노드(110)가 전송하는 센싱된 데이터는 소방 대원의 ID, 위치, 맥박, 혈압, 체온, 산소탱크의 압력과 같이 소방 대원들의 임무에 도움이 되는 데이터를 포함한다. 즉, 센싱된 테이터는 소방 대원에 관한 데이터로서 소방 대원의 이름, ID, 위치, 맥박, 혈압, 체온에 관한 데이터를 포함하고, 환경적 데이터로서 화재 현장의 온도, 습도, 연기 밀도 및 풍속에 관한 데이터를 포함하고 그리고 특별한 데이터로서 사망한 소방대원 및 현장의 급격한 변화에 대한 데이터를 포함한다.
본 발명에 따른 하나의 실시예로서 빌딩 내 소방 방재 시스템 및 방법은 Ad-Hoc 네트워크 시스템을 사용하여 구현이 가능하다. 본 발명에서 Ad-Hoc 네트워크의 호스트에 해당하는 무선 센서 노드는 라우터의 기능을 수행하며 라우팅 프로토콜은 무선 센서 노드의 라우팅 테이블에 일어나는 변화를 관리한다. 이하 빌딩 내 소방 방재 방법 및 하나의 실시예로서 라우팅 프로토콜의 알고리즘에 대해서 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 빌딩 내 소방 방재 방법의 순서도이다.
빌딩 내 소방 방재 시스템을 이용한 소방 방재 방법에 있어서, 복수의 소방 대원에 각각 대응되고, 주변의 무선 센서 노드들과 네트워크를 형성하는 복수의 무선 센서 노드들에 대하여 ID 또는 위치에 따라 복수의 클러스터로 그룹핑이 이루어진다(S310).
무선 센서 노드(110)는 화재 현장에 투입된 소방 대원에 대응되는데, 구체적으로 무선 센서 노드(110)는 무선 송수신 장치가 포함된 센서로 구현될 수 있다. 투입된 각 센서 노드에 해당되는 소방 대원은 클러스터(분대) 별로 구성될 수 있으며 각 클러스터는 전체 소방 대원의 ID 또는 건물 내에서의 위치에 따라 그룹핑된다. 또한, 실시예에 따라서는 처음 그룹핑 된 클러스터의 구성 맴버들이 고정적일 수도 있으나, 각 맴버의 건물 내 위치에 따라서 멤버가 변동될 수 있다.
그리고, 동일한 클러스터에 포함된 복수의 무선 센서 노드(110)는 잔존 에너지 및 다른 클러스터에 소속된 이웃하는 무선 센서 노드의 개수를 이용하여 헤드 노드(111)를 선택한다(S320). 이하에서는 도 4를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 헤드 노드 선택을 위한 알고리즘에 관하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 노드 선택을 위한 순서도이다.
먼저, 헤드 노드 선택 변수(CSV: Cluster head Selection Varialbe)를 정의하는데, CSV는 무선 센서 노드(110)의 잔존 에너지 및 다른 클러스터에 소속된 이웃하는 무선 센서 노드의 개수와 관련이 있다. 즉, CSV는 다음 수학식으로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
CSV=X*(잔존 에너지)+Y*(다른 클러스터에 소속된 이웃하는 무선 센서 노드의 개수)
여기서, X 및 Y 값은 무선 센서 노드의 종류에 따른 가중치이다.
상기 수학식 1에서 잔존 에너지(Residual Energy Level)는 클러스터 내의 각각의 무선 센서 노드가 가지고 있는 에너지를 뜻한다. 상기 다른 클러스터에 소속된 이웃하는 무선 센서 노드의 개수(No. of one-hop Neighbors belonging to other clusters)는 클러스터 내의 어느 하나의 무선 센서 노드 주변의 다른 노드의 개수를 뜻하는데, 여기서 다른 노드란 상기 무선 센서가 소속된 클러스터 이외의 다른 클러스터 소속으로서 상기 무선 센서와는 하나의 홉 거리에 있는 주변의 무선 센서 노드를 뜻한다.
도 4에 의한 헤드 노드 선택에 관한 하나의 실시예에서, 무선 센서 노드(110)가 현재 헤드 노드(CHn: Cluster Head Now)의 헤드 노드 선택 변수(CSVCHn: Cluster head Selection Varialbe)를 수신하는 것으로 가정한다.
도 4에서, 무선 센서 노드(110)가 현재 헤드 노드의 CSVCHn값을 현재의 헤드 노드(CHn)로부터 수신하면, 기 수신하여 저장된 이전 헤드 노드(CHp: Cluster Head Previous)의 CSVCHp값 및 자신의 CSVj값을 비교한다(S321). 즉, 이전의 CSVCHp값이 현재의 CSVCHn값보다 크고 자신의 CSVj값이 현재의 CSVCHn값보다 크면, 자신이 새로운 헤드 노드에 해당하는지 체크한다. 여기서 이전의 CSVCHp값이 현재의 CSVCHn값보다 커야한다는 조건은 현재의 CSVCHn값이 이전의 CSVCHp값 미만으로 떨어지는 경우에만 헤드 노드를 교체하기 위함인데, 이는 빈번한 헤드 노드의 교체에 따른 에너지 소모를 방지하기 위함이다.
다음으로 도 4에서, 무선 센서 노드(110)는 같은 클러스터 멤버의 무선 센서 노드(110)의 CSVi값을 수신한다(S322). 그리고 자신의 CSVj값과 타 멤버의 CSVi값을 비교하여(S323) 자신의 CSVj값이 타 멤버의 CSVi값보다 큰 경우, 모든 멤버(엔트리)의 CSVj를 스캔하여 비교한다(S324). 자신의 CSVj가 타 멤버의 CSVi보다 크면, 자신은 새로운 헤드 노드로 선택되고(S325), 헤드 노드 선택과정은 종료된다. 만약에 자신의 CSVj값이 타 멤버의 CSVi값보다 작으면, 헤드 노드 선택과정은 단순 종료된다. 상기와 같이 하나의 클러스터 내의 무선 센서 노드 중에서, 잔존 에너지가 높고 타 클러스터와의 연결 관계가 좋은 무선 센서 노드가 헤드 노드로 선택될 수 있다.
다시 도 3에 대해 설명하면, 복수의 무선 센서 노드들(110)은 데이터를 센싱하여 헤드 노드(111)를 통하여 관리 서버로 전송한다(S330). 하나의 클러스터는 무선 센서 노드(110)와 하나의 헤드 노드(111)로 구성된다. 무선 센서 노드(110)는 체온, 심박수와 같은 소방 대원에 관한 데이터와 주변 온도, 현재 위치와 같은 환경적 데이터를 센싱한다. 헤드 노드도 무선 센서 노드에 해당하므로 헤드 노드 역시 데이터를 센싱한다. 그리고 무선 센서 노드에 의해 센싱된 데이터는 클러스터 내의 헤드 노드(111)로 전송된다. 이러한 데이터의 전송 및 수신을 up-link 및 down-link라고 하는데, 각 무선 센서 노드가 센싱한 데이터를 클러스터 내의 헤드 노드가 down-link하는 이유는 각 센서 노드가 가지고 있는 에너지를 효율적으로 관리하기 위함이다.
즉, 상기 복수의 무선 센서 노드는 상기 소방 대원의 체온, 심박수, 주변 온도 및 현재 위치 중에서 적어도 하나를 센싱하고, 센싱된 데이터를 상기 헤드 노드로 전송한다.
상기 헤드 노드(111)는 자신의 ID를 동일 클러스터에 포함된 무선 센서 노드(110)로 알리고, 동일한 클러스터에 포함된 무선 센서 노드들의 센싱 데이터를 수집하여, 다른 클러스터에 포함되는 무선 센서 노드를 통하여 상기 관리 서버(120)로 전송한다. 헤드 노드(111)는 새로운 헤드 노드 선택 또는 센싱된 데이터 수신을 위하여 동일 클러스터에 포함된 무선 센서 노드(110)에 자신의 ID를 알린다. 그리고 헤드 노드는 동일 클러스터 내의 무선 센서 노드가 센싱하여 전송한 데이터를 수신하여 관리 서버(120)로 전송한다.
헤드 노드(111)는 다른 클러스터의 헤드 노드를 넥스트 홉으로 하여 상기 수신한 넨싱된 데이터를 전송하는 것을 원칙으로 한다. 그러나 헤드 노드(111)가 상기 다른 클러스터의 헤드 노드를 찾지 못하는 경우, 헤드 노드(111)는 주변 클러서터의 맴버 노드에게 전송할 수 있으면, 상기 주변 클러서터의 맴버 노드는 자신의 헤드 노드에게 이어서 포워드 한다.
이하 헤드 노드 및 상기 클러스터의 맴버 노드(이하 복수의 무선 센서 노드)가 수집된 데이터의 전송에 참여하는 과정에 대해서 설명한다.
복수의 무선 센서 노드(110)는 주변의 무선 센서 노드와 라우트 메시지 교환을 통하여 상기 관리 서버에 연결되기 위한 홉(hop)의 개수에 대한 라우팅 테이블을 생성한다. 여기서, 라우트 메시지는 라우트 광고(route advertisement)에 따른 패킷에 해당하며, 라우트 메시지를 교환하는 노드의 ID, 잔존 에너지, 다른 클러스터에 소속된 이웃하는 무선 센서 노드의 개수(연결 링크 개수) 및 관리 서버에 연결되기 위한 홉의 개수를 포함한다.
헤드 노드는(111), 상기 주변의 무선 센서 노드의 잔존 에너지, 상기 관리 서버에 연결되기 위한 홉의 개수, 다른 클러스터에 소속된 이웃하는 무선 센서 노드의 개수를 이용하여 상기 관리 서버로 센싱된 데이터를 전송하기 위한 경로를 선택하고, 선택된 경로에 따라 상기 센싱된 데이터를 상기 관리 서버(120)로 전송한다.
더욱 구체적으로, 헤드 노드(111)는, 라우팅 테이블(routing table)에 의한 경로 결정의 기준이 될 수 있는 경로 선택 변수(PSV: Path Selection Variable)를 이용하여 상기 관리 서버로 센싱된 데이터를 전송하기 위한 경로를 선택한다.
경로 선택변수(Path Selection Variable, PSV)는 다음의 수학식 2에 의해 정의된다.
[수학식 2]
경로 선택 변수(PSV)=α*E(잔존 에너지)+β*H-1(관리 서버에 연결되기 위한 홉의 개수)+γ*C(다른 클러스터에 속하는 원 홉 거리의 주변 노드 개수)
상기 CSV 변수에서 설명하였듯이, 무선 센서 노드의 E(residual Energy, 잔존 에너지) 값과 C(number of one-hop neighbors belonging to other Cluster, 다른 클러스터에 속하는 원 홉 거리의 주변 노드 개수) 값은 PSV 변수에서도 중요한 인자로 작용한다. 그리고, 상기 [수학식 1]의 다른 클러스터에 소속된 이웃하는 무선 센서 노드의 개수는 [수학식 2] 다른 클러스터에 속하는 원 홉 거리의 주변 노드 개수와 같은 의미이다.
여기서, α, β 및 γ는 가중치로서 무선 센서 노드의 종류에 따라 책정되는데 실제로는 소방 대원이 착용한 통신 장비에 따라 책정될 수 있다. 예를 들면, α 및 γ 값은 0.4, 그리고 β 값은 0.2로 책정될 수 있다. 이하에서는 도 5를 통하여 S330과 관련하여 PSV와 관련된 라우트 광고 알고리즘(route advertisement algorithm)에 대해서 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 라우트 광고 알고리즘(route advertisement algorithm)에 관한 순서도이다. 무선 센서 노드는 상기 라우트 광고 알고리즘을 통하여 라우트 메시지(광고)를 처리한다.
도 5에서 각 무선 센서 노드(110)는 관리 서버로 데이터를 전송하기 위해 라우팅 테이블에서 노드를 찾는다(S510). 라우팅 테이블에서 경로를 찾은 경우, 무선 센서 노드는 라우팅 테이블의 넥스트 홉과 라우트 광고의 넥스트 홉의 동일성을 비교한다(S530). 그리고 각 무선 센서 노드는 상기 라우팅 테이블의 넥스트 홉에 대한 Ci, Ei, Hi 값 및 라우트 광고의 넥스트 홉에 대한 Cj, Ej, Hj 값을 수신한다(S540).
그리고 상기 수학식 2를 이용하여 라우트 메시지의 각 무선 센서 노드의 PSVi와 라우팅 테이블의 PSVj를 연산한다(S550). 연산 결과, PSVi 및 PSVj의 크기를 비교하여(S560), 라우트 메시지의 PSVi 값이 기존의 PSVj 값을 초과하면 새로운 노드 정보를 라우팅 테이블에 복사한다(S570). 그리고 라우트 메시지의 PSVi 값이 기존의 PSVj 값을 초과하지 못하면 라우팅 테이블의 추가 노드 정보가 존재하는 지를 판단하여(S580), 추가 노드 정보가 존재하면 상기 S510 과정을 다시 반복한다.
이하에서는 도 6을 통하여 도 3 내지 도 5의 과정에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 라우팅 알고리즘에 관한 순서도이다.
이하 도 5에서 작성된 라우팅 테이블을 이용하여 목적지(destination)인 관리 서버(120)로 가는 경로를 선택하는 라우팅 알고리즘에 대하여 설명한다.
먼저 무선 센서 노드(110)는 주변 노드를 검색하는데(S610), 라우트 메시지를 송신 및 수신하면서 라우트 메시지를 교환한다(S620). 그리고 무선 센서 노드(110)는 라우트 메시지를 처리한다(S630). 상기 라우트 메시지 처리 과정은 도 5에서 설명하였으므로 중복되는 설명은 생략한다.
라우티 테이블의 성숙 여부를 판단하여(S640), 라우팅 테이블이 성숙된(mature) 경우, 클러스터 내에서 헤드 노드를 선택하는 과정(S650)이 진행되는데, 이는 도 4를 통하여 설명하였으므로 중복되는 설명은 생략한다.
무선 센서 노드는 자신이 헤드 노드에 해당하는지 여부를 판단하여(S660) 헤드 노드(120)가 아니라고 판단되면, 자신의 센서 데이터를 주기적으로 수집하여 자신이 속한 클러스터의 헤드 노드(120)로 전송한다(S661). 무선 센서 노드가 헤드 노드인 경우에는, 헤드 노드는 자신의 ID 및 CSV 값을 브로드캐스트한다(S662). 그리고 헤드 노드는 클러스터 내의 무선 센서 노드로부터 데이터를 수신하고(S663) 클러스터 내의 모든 멤버의 데이터를 대표값으로 근사화하여 넥스트 홉에 포워드한다(S664). 여기서 근사화의 예를 들면, 만약 화재 현장에서 서로 가까이 위치한 무선 센서 노드의 센싱 온도가 1200도씨 및 1250도씨인 경우, 대표값인 1200도씨로 근사화하는 것이다. 이는 전송되는 데이터 량을 줄이기 위함이다. 그리고 마지막으로 헤드 노드는 자신의 CSV 값을 다시 브로드캐스트한다(S665).
위의 과정이 반복되면서, 새로운 헤드 노드가 선택되고 선택된 헤드 노드는 같은 클러스터 멤버인 무선 센서 노드로부터 수신한 데이터를 종합하여 넥스트 홉에 포워드함으로써 종합된 데이터는 목적지인 관리 서버(120)로 전송되게 된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 빌딩 내 소방 방재 시스템 및 방법에 따르면, 화재의 악조건 속에서도 화재 진압 및 인명 구조를 위해 빌딩 내 화재 현장에 투입된 소방 대원과 화재 현장 지휘 본부와의 원활한 통신을 통하여 화재 진압 및 인명 구조 작업이 신속하고 정확하게 수행될 수 있다.
또한, 사고 현장에 투입된 소방 대원들의 건강 상태 및 환경적 요소를 감지함에 있어서 무선 통신에서 요구되는 에너지의 소비 효율을 높일 뿐만 아니라 소방 대원들의 안전 사고 예방 효과를 기대할 수 있다.
한편 본 발명의 실시예는 주로 빌딩 내 소방 방재 시스템에 적용하여 설명하였으나, 빌딩 외에서의 각종 구조 시스템이나 위험 감시 시스템, 예를 들면 산림 감시 시스템, 해양 잠수 구조 시스템, 인명 구조 시스템 등에도 적용이 가능하다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
100: 빌딩 내 소방 방재 시스템
110: 무선 센서 노드
111: 헤드 노드
120: 관리 서버

Claims (12)

  1. 복수의 소방 대원에 각각 대응되고, 주변의 무선 센서 노드들과 네트워크를 형성하여 센싱된 데이터를 송수신하며, ID 또는 위치에 따라 복수의 클러스터로 그룹핑되는 복수의 무선 센서 노드, 그리고
    상기 무선 센서 노드로부터 센싱된 센싱 데이터를 수신하여 상기 무선 센서 노드를 제어하는 관리 서버를 포함하며,
    동일한 클러스터에 포함된 복수의 무선 센서 노드는 잔존 에너지 및 다른 클러스터에 소속된 이웃하는 무선 센서 노드의 개수를 이용하여 헤드 노드를 선택하고,
    상기 헤드 노드는,
    상기 주변의 무선 센서 노드의 잔존 에너지, 상기 관리 서버에 연결되기 위한 홉의 개수, 다른 클러스터에 소속된 이웃하는 무선 센서 노드의 개수를 이용하여 상기 관리 서버로 센싱된 데이터를 전송하기 위한 경로를 선택하고, 선택된 경로에 따라 상기 센싱된 데이터를 상기 관리 서버로 전송하는 빌딩 내 소방 방재 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 무선 센서 노드는,
    상기 소방 대원의 체온, 심박수, 주변 온도 및 현재 위치 중에서 적어도 하나를 센싱하고, 센싱된 데이터를 상기 헤드 노드로 전송하는 빌딩 내 소방 방재 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 헤드 노드는,
    자신의 ID를 동일 클러스터에 포함된 무선 센서 노드로 알리고, 동일한 클러스터에 포함된 무선 센서 노드들의 센싱 데이터를 수집하여, 다른 클러스터에 포함되는 무선 센서 노드를 통하여 상기 관리 서버로 전송하는 빌딩 내 소방 방재 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 무선 센서 노드는,
    주변의 무선 센서 노드와 라우트 메시지 교환을 통하여 상기 관리 서버에 연결되기 위한 홉(hop)의 개수에 대한 라우팅 테이블을 생성하는 빌딩 내 소방 방재 시스템.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 헤드 노드는,
    아래 수식을 이용하여 상기 관리 서버로 센싱된 데이터를 전송하기 위한 경로를 선택하는 빌딩 내 소방 방재 시스템:
    경로 선택 변수(Path Selection Variable) = α*E(잔존 에너지)+β*H-1(관리 서버에 연결되기 위한 홉의 수)+γ*C(다른 클러스터에 소속된 이웃하는 무선 센서 노드의 개수)
    여기서, α, β 및 γ는 무선 센서 노드의 종류에 따라 책정되는 가중치에 해당한다.
  7. 빌딩 내 소방 방재 시스템을 이용한 소방 방재 방법에 있어서,
    복수의 소방 대원에 각각 대응되고, 주변의 무선 센서 노드들과 네트워크를 형성하는 복수의 무선 센서 노드들에 대하여 ID 또는 위치에 따라 복수의 클러스터로 그룹핑하는 단계,
    동일한 클러스터에 포함된 복수의 무선 센서 노드는 잔존 에너지 및 다른 클러스터에 소속된 이웃하는 무선 센서 노드의 개수를 이용하여 헤드 노드를 선택하는 단계, 그리고
    상기 복수의 무선 센서 노드들은 데이터를 센싱하여 상기 헤드 노드를 통하여 관리 서버로 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 헤드 노드는,
    상기 주변의 무선 센서 노드의 잔존 에너지, 상기 관리 서버에 연결되기 위한 홉의 개수, 다른 클러스터에 소속된 이웃하는 무선 센서 노드의 개수를 이용하여 상기 관리 서버로 센싱된 데이터를 전송하기 위한 경로를 선택하고, 선택된 경로에 따라 상기 센싱된 데이터를 상기 관리 서버로 전송하는 빌딩 내 소방 방재 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 무선 센서 노드는,
    상기 소방 대원의 체온, 심박수, 주변 온도 및 현재 위치 중에서 적어도 하나를 센싱하고, 센싱된 데이터를 상기 헤드 노드로 전송하는 빌딩 내 소방 방재 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 헤드 노드는,
    자신의 ID를 동일 클러스터에 포함된 무선 센서 노드로 알리고, 동일한 클러스터에 포함된 무선 센서 노드들의 센싱 데이터를 수집하여, 다른 클러스터에 포함되는 무선 센서 노드를 통하여 상기 관리 서버로 전송하는 빌딩 내 소방 방재 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 무선 센서 노드는,
    주변의 무선 센서 노드와 라우트 메시지 교환을 통하여 상기 관리 서버에 연결되기 위한 홉(hop)의 개수에 대한 라우팅 테이블을 생성하는 빌딩 내 소방 방재 방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 헤드 노드는,
    아래 수식을 이용하여 상기 관리 서버로 센싱된 데이터를 전송하기 위한 경로를 선택하는 빌딩 내 소방 방재 방법:
    경로 선택 변수(Path Selection Variable) = α*E(잔존 에너지)+β*H-1(관리 서버에 연결되기 위한 홉의 개수)+γ*C(다른 클러스터에 소속된 이웃하는 무선 센서 노드의 개수)
    여기서, α, β 및 γ는 무선 센서 노드의 종류에 따라 책정되는 가중치에 해당한다.
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전재필, u-safe 재난대응지원 시스템에 관한 연구, 박사학위논문, 호서대학교 벤처전문대학원 컴퓨터응용기술학과, 2009.02. *
전재필, u-safe 재난대응지원 시스템에 관한 연구, 박사학위논문, 호서대학교 벤처전문대학원 컴퓨터응용기술학과, 2009.02.*

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