KR101471435B1 - 보로노이 다각형을 이용한 저장고 내부의 센서 배치 방법 - Google Patents

보로노이 다각형을 이용한 저장고 내부의 센서 배치 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온도 급변지점과 같은 저장고 내부의 특정 위치에 센서를 배치한 상태에서 이를 기준으로 보로노이 다이아그램을 적용하여 센싱 범위의 중첩 영역을 가급적 적게 하면서 센서를 확산 배치함으로써 센서를 이동시킬 필요가 없으며 요구되는 센서의 개수를 최소화할 수 있도록 한 보로노이 다각형을 이용한 저장고 내부의 센서 배치 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명은 저장고 내부의 특정 지점을 기준점으로 선정한 후에 저장고 내부의 각 모서리점과 기준점에 센서를 배치하는 (a) 단계; 기준점과 각각의 모서리점을 이용하여 최초 보로노이 다각형을 생성한 후에 최초의 보로노이 다각형의 꼭지점에 센서를 배치하는 (b) 단계; 기준점, 모서리점 또는 최초의 보로노이 다각형의 꼭지점을 이용하여 최초의 보로노이 다각형의 꼭지점을 중심으로 한 다른 보로노이 다각형을 생성하는 (c) 단계; 해당 센서의 센싱 범위와 해당 보로노이 다각형의 중첩 정도를 계산하는 (d) 단계; 상기 중첩 정도에 따라 해당 보로노이 다각형의 분할 필요 여부를 판단하는 (e) 단계 및 상기 (e) 단계에서 분할이 필요하다고 판단된 경우에는 해당 보로노이 다각형의 꼭지점을 이용하여 분할을 수행하고 분할 전의 해당 보로노이 다각형의 꼭지점에 센서를 배치한 후에 상기 (d) 단계로 복귀하는 (f) 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

보로노이 다각형을 이용한 저장고 내부의 센서 배치 방법{A method allocating sensors in a store using Voronoi Polygon}
본 발명은 온도 급변지점과 같은 저장고 내부의 특정 위치에 센서를 배치한 상태에서 이를 기준으로 보로노이 다이아그램을 적용하여 센싱 범위의 중첩 영역을 가급적 적게 하면서 센서를 확산 배치함으로써 센서를 이동시킬 필요가 없으며 요구되는 센서의 개수를 최소화할 수 있도록 한 보로노이 다각형을 이용한 저장고 내부의 센서 배치 방법에 관한 것이다.
일반적으로 생산지에서 재배한 농산물은 APC(Agricultural Products Processing Center: 농산물 거점 산지 유통 센터)로 운송되며, 그곳에서는 각지에 있는 소비자의 기호에 맞도록 선별, 저장, 포장 및 판매가 이루어진다. 이러한 유통과정에서 각 농산물의 신선도 유지를 위해 APC에서는 저온 저장고를 두며, 신속하고 지속적인 관리를 위하여 저장고 내부에 온도, 습도 및 CO2 등의 환경상태 정보를 감지하는 무선 센서를 둔다.
도 1은 종래 저온 저장고의 구성환경을 개략적으로 보인 개략도이다.
도 1을 참고하여 설명하면, 농산물이 저장되는 저장고에는 복수의 센서가 부착되고 부착된 센서를 통해 저장고 내부의 환경상태를 점검한다. 이러한 저장고는 크게 저장고 내부의 환경상태를 측정하고 이를 무선으로 전송하는 무선 센서(10), 저장고 내부 상단에 위치하여 저장고 내부의 냉방을 담당하는 쿨러(20), 농·수산물의 종류에 따라 저장고 내부의 환경상태를 조절하는 게이트 컨트롤러(30), 무선 센서(이하 간단히 '센서'라 한다)(10)에서 측정한 환경상태의 정보를 취합하여 전송하는 센서 허브(40) 및 센서 허브(40)에서 전송한 자료를 수집 및 처리하는 처리부(50)로 이루어질 수 있다.
도 2는 저온 저장고 내부 여러 지점에서의 온도를 측정한 결과를 보인 그래프이다.
도 2에 도시한 바와 같이 저온 저장고의 환경상태는 그 위치에 따라 각각 다르다. 예를 들어 저온 저장고의 온도를 유지하는 쿨러(20)는 낮은 온도의 바람을 생성하는데, 따라서 쿨러(20)에서 생성된 바람이 직접적으로 불어오는 곳은 그렇지 않은 곳보다 상대적으로 온도가 낮으며, 출입이 잦은 입구는 외부 높은 온도의 공기가 유입되어 그 주변의 온도가 상대적으로 높다.
또한, 여러 농산품이 저장고에 있는 경우 각각의 농산품 온도에 따라 위치별로 온도가 상이해진다. 따라서 단순히 임의의 위치에 센서를 부착하는 것으로는 내부 위치별 상이한 온도를 정확하게 알아내지 못하게 되며 결국에는 농산물의 신선도에도 영향을 미치게 된다.
물론 저장고 내부에 센서를 매우 조밀한 간격으로 복수개 설치한다면 저장고 내부의 환경상태를 쉽게 파악할 수 있겠지만, 이는 경제적인 문제를 야기하게 된다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 센서를 정확한 위치에 배치해야 하고 그에 따른 센서의 총 개수파악 역시 필요하다.
센서를 배치하는 방법으로 종래에 사용되던 방식은 격자 설치 방법이다. 격자 설치 방법은 저장고의 가로, 세로, 높이 및 센서가 측정하는 센싱 범위 간의 중첩된 영역을 이용하여, 저장고 내부에 필요한 센서의 총 개수를 구하는 방법인바, 이때 센서의 개수를 결정짓는 가장 큰 요소는 센싱 범위 간의 중첩 영역이라 할 수 있다. 중첩 영역이 클수록 센서의 개수도 많아지기 때문이다.
도 3은 센싱 범위 간 중첩 영역을 계산하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 센서의 센성 범위가 구(求) 또는 원(圓)으로 주어질 때 R은 센싱 반경이며, 두 센싱 범위의 중첩 영역의 폭은 D이다. 따라서 각각의 센서가 서로 인접하여 위치할 경우 센싱 범위가 서로 겹쳐질 수 있다. 중심각인 θ가 커질수록 센싱 범위가 중첩된 중첩 영역의 폭 D는 길어지는데, 중첩 영역의 폭 D는 도 3에 도시한 연산 과정을 거쳐서 구할 수 있다. 이에 대한 구체적인 계산식은 이미 공지되어 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
도 4의 (a) 및 (b)는 격자 형태로 센서를 배치한 상태를 나타낸 도면이다.
도 4의 (a)는 원 형태의 센싱 범위를 가진 센서의 위치 즉, 원의 중심점(센서 위치점)과 두 센싱 범위가 교차하여 형성하는 교차점 사이의 중심각 θ가 120˚인 경우이고, 도 4의 (b)는 중심각 θ가 90˚인 상태를 도시한 것이다. 중심각 θ가 커질수록 센싱 범위 간 중첩 영역의 크기가 커지고, 배치해야 할 센서의 개수도 많아지는데, 이러한 격자 설치 방법에서는 중복된 영역이 작을수록 빈 공간이 많이 생기게 됨을 알 수 있다. 여기에서 중심각 θ를 90˚이상으로 하는 이유는 명목상의 센싱 범위와 실제 센싱 범위가 차이날 수도 있기 때문에 보다 신뢰성이 높은 측정 결과를 얻기 위함이다.
도 5는 저온 저장고의 크기와 중심각에 따른 센서 개수를 비교한 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 저장고의 크기가 커질수록 저장고 내부에 배치해야할 센서는 많아진다. 게다가 센서의 센싱 범위의 중첩 영역이 커질수록 센서 개수는 급증하게 되므로 한정된 비용으로 저장고 내부의 농산물을 관리하고자 한다면 센싱 범위 간의 중첩 영역이 가급적 적어지도록 센서를 효율적으로 배치하는 것이 요구된다.
한편, 종래 개방된 공간의 센서 네트워크에서 센서를 배치하는 방법으로 임의의 위치에 무작위로 복수의 센서를 배치한 상태에서 통신이 원활하게 이루어지는지의 여부를 확인한 후에 후술하는 보로노이 다이어그램에 의해 센서를 재배치하거나 추가하는 방법이 알려져 있는바, 실제 필요로 하는 센서의 개수 및 그 정확한 위치를 파악하는데 많은 시간과 노력이 요구되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 온도 급변지점과 같은 저장고 내부의 특정 위치에 센서를 배치한 상태에서 이를 기준으로 보로노이 다이아그램을 적용하여 센싱 범위의 중첩 영역을 가급적 적게 하면서 센서를 확산 배치함으로써 센서를 이동시킬 필요가 없으며 요구되는 센서의 개수를 최소화할 수 있도록 한 보로노이 다각형을 이용한 저장고 내부의 센서 배치 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위해서 본 발명의 보로노이 다각형을 이용한 저장고 내부의 센서 배치 방법은, 저장고 내부의 특정 지점을 기준점으로 선정한 후에 저장고 내부의 각 모서리점과 기준점에 센서를 배치하는 (a) 단계; 기준점과 각각의 모서리점을 이용하여 최초 보로노이 다각형을 생성한 후에 최초의 보로노이 다각형의 꼭지점에 센서를 배치하는 (b) 단계; 기준점, 모서리점 또는 최초의 보로노이 다각형의 꼭지점을 이용하여 최초의 보로노이 다각형의 꼭지점을 중심으로 한 다른 보로노이 다각형을 생성하는 (c) 단계; 해당 센서의 센싱 범위와 해당 보로노이 다각형의 중첩 정도를 계산하는 (d) 단계; 상기 중첩 정도에 따라 해당 보로노이 다각형의 분할 필요 여부를 판단하는 (e) 단계 및 상기 (e) 단계에서 분할이 필요하다고 판단된 경우에는 해당 보로노이 다각형의 꼭지점을 이용하여 분할을 수행하고 분할 전의 해당 보로노이 다각형의 꼭지점에 센서를 배치한 후에 상기 (d) 단계로 복귀하는 (f) 단계를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 중첩 정도는 해당 센서의 센싱 범위와 해당 보로노이 다각형의 중첩 영역의 넓이(OA; Overlapped Area)와 해당 보로노이 다각형의 넓이(PA; Polygon Area) 및 센싱 범위의 넓이(SA; Sensing Aread)를 이용하여 보로노이 다각형의 넓이(PA)에서의 비중첩 영역의 넓이(nPOA; non-Overlapped Area of PA)와 센싱 범위의 넓이(SA)에서의 비중첩 영역의 넓이(nSOA; non-Overlapped Area of SA)를 계산하여 얻어지되,
Figure 112012095942916-pat00001
을 만족하는 경우에는 상기 (e) 단계에서 분할이 필요하다고 판단하고, 만족하지 못하는 경우에는 상기 (e) 단계에서 분할이 불필요하다고 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서는 온도 센서, 습도 센서 또는 CO2 센서인 것을 특징으로 한다.
상기 특정 지점은 저장고 내부의 쿨러 전면벽, 쿨러 후면벽 및 도어 상부를 포함하는 온도 급변 지점 중에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 보로노이 다각형을 이용한 저장고 내부의 센서 배치 방법에 따르면, 온도 급변지점과 같은 저장고 내부의 특정 위치에 센서를 배치한 상태에서 이를 기준으로 보로노이 다이아그램을 적용하여 센싱 범위의 중첩 영역을 가급적 적게 하면서 센서를 확산 배치함으로써 센서를 이동시킬 필요가 없으며 요구되는 센서의 개수를 최소화할 수 있다.
도 1은 종래 저온 저장고의 구성환경을 개략적으로 보인 개략도.
도 2는 저온 저장고 내부 여러 지점에서의 온도를 측정한 결과를 보인 그래프.
도 3은 센싱 범위 간 중첩 영역을 계산하는 방법을 설명하기 위한 모식도.
도 4의 (a) 및 (b)는 격자 형태로 센서를 배치한 상태를 나타낸 도면.
도 5는 저온 저장고의 크기와 중심각에 따른 센서 개수를 비교한 그래프.
도 6은 보로노이 다각형의 생성 원리를 보여주는 도면.
도 7a는 사각형의 각 모서리점과 사각형 내부의 특정 기준점을 이용하여 보로노이 다각형을 생성하는 방법을 보인 도면.
도 7b는 기준점을 중심으로 하여 도 7a에서 생성된 보로노이 다각형을 재차 분할한 상태를 보인 도면.
7c는 도 7b에서 형성된 보로노이 다각형의 꼭지점을 기준점으로 하여 그에 따른 보로노이 다각형을 생성하는 방법을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 보로노이 다각형을 이용한 저장고 내부의 센서 배치 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 9는 표 2의 중첩 영역 계산 알고리즘을 재구성한 흐름도.
도 10은 표 3의 분할결정 임계값 계산 알고리즘을 재구성한 흐름도.
도 11은 저장고 내부에 센서를 격자 형태로 설치했을 때와 본 발명과 같이 보노로이 다각형을 이용하여 설치했을 때에 따른 센서 개수를 비교한 그래프.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
보로노이(Voronoi) 다이어그램은 유클리디언 공간상에 많은 정점들이 존재해 있을 때 각각의 정점에서 같은 거리에 떨어진 지점들을 기준으로 공간을 분할하는 방법이다.
도 6은 보로노이 다각형의 생성 원리를 보여주는 도면으로서, 보로노이 다각형은 임의의 정점을 기준으로 한 다각형으로 이루어진다. 이때 각각의 보로노이 다각형에서는 내부의 점들에 대해 다른 보로노이 다각형의 기준점에서의 거리보다 자신이 속한 다각형의 기준점까지의 거리가 항상 가까운데, 이러한 보로노이 다각형은 기준점과 인접한 정점과의 수직이등분선들이 만나서 형성되는 다각형으로 정해진다. 도 6에서는 편의상 1개의 정점에 대한 보로노이 다각형을 도시하고 있다.
이와 같은 보로노이 다각형을 형성하는 보로노이 다이어그램은 건축이나 미술 등과 같은 여러분야(참고논문 [2])에서 사용되고 있는데, 무선 센서 네트워크에서도 이 기법이 사용된다. 무선 센서 네트워크는 기본적으로 센서, 게이트웨이, 베이스 스테이션 및 서버 등으로 구성되는데, 이때 센서는 측정 범위, 배터리 소비량 등에 따라 놓이는 위치 및 개수가 달라진다. 따라서 네트워크를 효율적으로 구성하기 위한 여러 가지 방법들이 제시되었다.
도 7a는 사각형의 각 모서리점과 사각형 내부의 특정 기준점을 이용하여 보로노이 다각형을 생성하는 방법을 보인 도면이고, 도 7b는 기준점을 중심으로 하여 도 7a에서 생성된 보로노이 다각형을 재차 분할한 상태를 보인 도면이며, 7c는 도 7b에서 형성된 보로노이 다각형의 꼭지점을 기준점으로 하여 그에 따른 보로노이 다각형을 생성하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 7a 내지 도 7c에서 알 수 있는 바와 같이, 사각형 내부의 특정 지점, 예를 들어 저장고 내부의 특정 지점을 기준점(RP; Reference Point)으로 정하고 이렇게 정해진 기준점(RP)과 사각형의 각 모서리점을 이용하여 보로노이 다각형(VP1)을 생성한다.
다음으로 도 7a에서 생성된 보로노이 다각형(VP1)의 크기와 기준점(RP)을 중심으로 형성된 센서의 센싱 범위(SR; Sensing Range)와 비교하여 추가적인 분할 여부를 결정하는데, 예를 들어 도 7b에 도시한 바와 같이, 보로노이 다각형(VP1)이 센싱 범위(SR)를 온전히 포함할 정도로 큰 경우에 해당 보로노이 다각형(VP1)의 각 꼭지점과 기준점(RP)을 이용하여 해당 보로노이 다각형(VP1)을 보다 작은 보로노이 다각형(VP2)으로 분할하게 된다.
이와 같은 방식으로 해당 보로노이 다각형(VP2)이 센싱 범위(SR)를 포괄하는지의 여부를 비교하면서 분할을 계속한 후에 분할을 멈추면 최초 생성된 보로노이 다각형(VP1)의 꼭지점에 대해서도 전술한 과정을 반복하는데, 분할 조건에 대해서는 후술한다. 도 7c는 도 7a에서 생성된 보로노이 다각형(VP1)의 각 꼭지점을 기준점으로 해당 보로노이 다각형을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 7a 내지 도 7c에서 사각형의 점은 센서를 나타낸다.
아래의 표 1은 본 발명의 보로노이 다각형을 이용한 저장고 내부의 센서 배치 방법을 설명하기 위한 알고리즘이고, 도 8은 본 발명의 보로노이 다각형을 이용한 저장고 내부의 센서 배치 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
Figure 112012095942916-pat00002
전술한 표 1의 알고리즘 및 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 보로노이 다각형을 이용한 저장고 내부의 센서 배치 방법에 따르면, 먼저 단계 S100에서는 저장고 내부의 특정 위치, 예를 들어 사각 저장고 내부의 쿨러 전면벽, 쿨러가 설치된 후면벽 또는 정문 상부 등 온도가 급변하는 온도 급변 지점을 센서가 배치되는 기준점(RP)으로 선택하는데, 이와 같이 본 발명의 방법에서는 온도 급변 지점과 같이 의미가 있는 특정 기준점(RP)을 중심으로 하여 보로노이 다각형을 생성한 후에 후술하는 분할 조건에 따라 다각형의 꼭지점에 센서를 배치할 지의 여부를 결정함으로써 향후 센서를 이동 또는 재배치하지 않아도 된다.
다음으로 단계 S110에서는 해당 정점(최초에는 기준점(RP)이 됨)과 저장고 내부 각 모서리점(EP: Edge Point)과의 수직이등분선(PB: Perpendicular Bisector)을 생성하고, 이어지는 단계 S120에서는 수직이등분선(PB)들 끼리 만나는 점 또는 수직이등분선(PB)과 사각형의 변(side of square)이 만나는 점을 연결하여 해당 정점에 대한 보로노이 다각형(VP)을 생성하는데, 전술한 기준점(RP)과 각 모서리점(EP) 및 이렇게 최초 생성된 보로노이 다각형(VP)의 각 모서리점(이하 이를 특히 '꼭지점'(VERTEV)라 한다)에는 센서가 우선 배치된다(도 7 참조, 이하 같다).
다음으로 단계 S130에서는 해당 정점과 보로노이 다각형(VP)의 변 사이의 거리인 DSIDE 또는 해당 정점과 보로노이 다각형(VP)의 꼭지점 사이의 거리인 DVERTEX를 측정한다. 이후 단계 S200에서는 앞서 측정된 거리인 DSIDE 또는 DVERTEX 및 미리 반경을 알고 있는 센싱 범위(SR)에 의거하여 보로노이 다각형(VP)의 분할 조건을 계산, 즉 해당 보로노이 다각형(VP)의 내부에 추가로 센서를 배치해야 하는지의 여부를 계산한다.
단계 S210에서는 보로노이 다각형(VP)이 센싱 범위(SR; 원의 반경으로 표현됨)를 온전히 포함하는지를 확인한다. 단계 S210에서의 확인 결과, 해당 보로노이 다각형(VP)이 센싱 범위(SR)를 온전히 포함, 즉 DSIDE > SR 및 DVERTEX > SR이면 단계 S215로 진행하여 해당 보로노이 다각형(VP)을 더 작은 보로노이 다각형(VP)으로 분할한다(도 7b 참조).
단계 S210에서의 확인 결과, 해당 보로노이 다각형(VP)이 센싱 범위(SR)를 온전히 포함하지 않는 경우에는 단계 S220으로 진행하여 전술한 단계 S210과는 반대로 센싱 범위(SR)가 보로노이 해당 다각형(VP)을 온전히 포함하는지를 확인한다.
단계 S220에서의 확인 결과, 센싱 범위(SR)가 해당 보로노이 다각형(VP)을 온전히 포함하는 경우, 즉 DSIDE < SR 및 DVERTEX < SR인 경우에는 해당 정점에 대한 최종 분할이 완료된 경우에 해당하므로 더 이상의 분할을 중지하고 단계 S250을 수행한다.
반면에 단계 S210에서의 확인 결과, 해당 보로노이 다각형(VP)이 센싱 범위(SR)를 온전히 포함하지 않고 또한 단계 S220에서 센싱 범위(SR)가 해당 보로노이 다각형(VP)을 온전히 포함하지도 않는 경우에는 단계 S230으로 진행하여 센싱 범위(SR)과 해당 보로노이 다각형(VP)의 중첩 영역의 비열에 따라 추가 분할 여부를 결정하게 되는데, 이에 대해서는 후술한다.
단계 S240에서는 해당 정점에 대한 보로노이 다각형의 분할이 완료되었는지를 판단하는데, 완료되지 않은 경우에는 단계 S110으로 복귀하는 반면에 완료된 경우에는 다시 다른 모든 정점에 대한 분할이 완료되었는지를 판단한다. 단계 S250에서의 판단 결과, 모든 정점에 대한 분할이 완료되지 않은 경우에는 단계 S110으로 복귀하는 반면에 완료된 경우에는 프로그램(알고리즘)을 종료한다.
한편, 도 7b 참조하여 분할 과정을 설명하면, 기준점(RP)에 대해 최초 생성된 보로노이 다각형(VP1)을 1차 분할하여 보로노이 다각형(VP2)를 생성한 후에 최초 생성된 보로노이 다각형(VP1)의 각 꼭지점(VT1 - VT5)에 대해서 순서대로 1차 분할을 수행한 후에 다시 이렇게 1차 분할에 의해 생성된 보로노이 다각형에 대해 다음 차수의 분할을 순서대로 수행하거나 최초 생성된 보로노이 다각형(VP1)에 대해 N차까지의 분할을 완료한 후에 다시 최초 생성된 보로노이 다각형(VP1)의 각 꼭지점(VT1 - VT5)에 대해 N차 분할을 수행하는 방식으로 이루어질 수 있을 것이다.
전술한 표 1의 최적화 알고리즘에서 중요한 것은 보로노이 다각형(VP)과 센싱 범위(SR) 사이의 중첩 영역을 얼마만큼 허용하여 분할 여부를 결정하는 가이다. 이를 위해 두 가지 알고리즘이 필요한데, 첫 번째 알고리즘은 상기한 중첩 영역을 구하는 아래 표 2의 중첩 영역 계산 알고리즘이다.
Figure 112012095942916-pat00003
도 9는 표 2의 중첩 영역 계산 알고리즘을 재구성한 흐름도이다. 표 2 및 도 9에 도시한 바와 같이, 단계 S300에서는 먼저 보로노이 다각형(VP)의 각 변에 대해 해당 변을 구성하는 수직이등분선(PB)과 센싱 범위(SR)인 원의 접점의 개수가 2개 이상인지를 판단한다. 단계 S300에서의 판단 결과, 수직이등분선(PB)과 센싱 범위(SR)인 원의 접점의 개수가 2개 미만, 즉 없거나 하나인 경우에는 센싱 범위(SR)가 보로노이 다각형(VP)의 해당 변을 벋어나지 않은 경우에 해당하므로 단계 S320으로 직행하는 반면에 2개 이상인 경우에는 단계 S310으로 진행하여 센성 범위(SR)인 원의 반경, 해당 정점과 보로노이 다각형(VP)의 해당 변인 수직이등분선(PB)과의 거리(DPB) 및 끼인 각(IA; Included Angle)을 이용하여 삼각형의 넓이(TA)를 계산한 후에 단계 S320을 수행한다.
다음으로 단계 S320에서는 보로노이 다각형(VP)의 각 변을 구성하는 모든 수직이등분선(PB)에 대한 체크가 완료되었는지를 판단하는데, 완료되지 않은 경우에는 단계 S300으로 복귀하는 반면에 완료된 경우에는 센성 범위(SR)를 나타내는 원의 반경, 해당 변인 수직이등분선(PB)과의 거리(DPB) 및 끼인 각(IA; Included Angle)을 이용하여 호 영역(AA; Arc Area)를 계산한 후에 프로그램(알고리즘)을 종료한다. 중첩 영역 계산 원리는 도 3에 도시한 바와 같다.
두 번째 알고리즘은 전술한 첫 번째 알고리즘에서 계산한 보로노이 다각형(VP)과 센싱 범위(SR)인 원 사이의 중첩 영역 분할기준을 구하는 분할결정 임계값 계산 알고리즘이다.
Figure 112012095942916-pat00004
도 10은 표 3의 분할결정 임계값 계산 알고리즘을 재구성한 흐름도이다. 표 3 및 도 10을 참조하여 설명하면, 단계 S400에서는 중첩 영역의 넓이(OA; Overlapped Area)와 보로노이 다각형(VP)의 넓이(PA; Polygon Area) 및 센싱 범위의 넓이(SA)를 이용하여 보로노이 다각형의 넓이(PA)에서의 중첩되지 않은 영역의 넓이(nPOA; non-Overlapped Area of PA)와 센싱 범위의 넓이(SA)에서의 중첩되지 않은 영역의 넓이(nSOA; non-Overlapped Area of SA)를 계산한다.
다음으로 단계 S410에서는 각각의 중첩 영역과 비 중첩 영역의 넓이의 비율, 즉 OA/nPOA 및 OA/nSOA을 계산한다.
마지막으로 단계 S420에서는 단계 S410에서 계산된 비율에 대해 아래의 수학식 1을 적용하여 참(True, 즉 DFlag = 1)인 경우에는 분할을 수행(단계 S430)하는 반면에 거짓(False, 즉 DFlag = 0)인 경우에는 분할을 중지한다.
Figure 112012095942916-pat00005
위의 알고리즘에서 알 수 있는 바와 같이, 보로노이 다각형 또는 센싱 범위인 원의 중첩 영역에 대한 비중첩 영역의 비율에 따라 분할 여부가 결정, 즉 비중첩 영역이 적을수록 센서의 센싱 범위가 보로노이 다각형을 거의 포함한다는 뜻이기 때문에 이때눈 분할이 이루어지지 않으며 그 반대는 분할이 이루어진다.
결국 위에서 제시한 알고리즘들을 바탕으로 센서의 개수를 유추하고자 한다면 먼저 각 도형의 넓이를 고려하여야 한다.
분할하기 전 센서의 개수는 N0개이다. 그리고 1차 분할에서는 고정 센서, 즉 기준점(RP) 및 각 모서리점(EP)를 포함하여 최대 NMAX1개 최소 NMIN1개의 센서가 필요하다. 이것은 수직이등분선(PB)들끼리의 접점 개수와 사각형의 네 변과 수직 이등분선의 접점 개수의 합으로서 최대 개수는 전자 및 후자 모두에서 접점이 생성될 때이고 최소 개수는 전자 또는 후자에서만 접점이 생성될 때이다.
2차 분할에서는 고정 센서를 제외한 수의 두 배가 필요하게 되며 마지막 N차 분할에서는 최대 센서 값(
Figure 112012095942916-pat00006
)과 최소 센서 값(
Figure 112012095942916-pat00007
)이 필요하다. 이것을 넓이 공식으로 바꾸어 표현하면 아래 수학식 2와 같다.
Figure 112012095942916-pat00008
∝는 위의 수학식 2에서 중첩 영역을 나타내는 변수로서, 도 3의 계산 원리에 의해 센서의 총 개수를 도출할 수 있다.
도 11은 저장고 내부에 센서를 격자 형태로 설치했을 때와 본 발명과 같이 보노로이 다각형을 이용하여 설치했을 때에 따른 센서 개수를 비교한 그래프이다. 도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 중심각이 커지면 커질수록 격자 형태로 센서를 설치한 기법이 2차 함수 형태의 곡선을 나타내어 중심각 θ가 150˚일 때 약 1300개의 센서가 필요한 반면에 본 발명의 보로노이 다각형을 이용한 설치 방법에 따르면 센서 개수 그래프가 1차 함수 형태로 나타나는바, 중심각 θ가 격자 형태 설치와 똑같이 150˚일 때 본 발명에 따르면 센서 개수가 100개 가량이 필요하여 격자 형태 설치시보다 대략 1/10로 줄어듦을 알 수가 있다.
본 발명의 보로노이 다각형을 이용한 저장고 내부의 센서 배치 방법은 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형될 수 있을 것이다.
[8] X. Li, H. Frey, N. Santoro, and I. Stojmenovic, "Focused-Coverageby Mobile Sensor Networks", In Proc. IEEE Int. Conf. on Mobile Ad Hocand Sensor Systems, pp.466-475, 2009.

Claims (4)

  1. 저장고 내부의 특정 지점을 기준점으로 선정한 후에 저장고 내부의 각 모서리점과 기준점에 센서를 배치하는 (a) 단계;
    기준점과 각각의 모서리점을 이용하여 최초 보로노이 다각형을 생성한 후에 최초의 보로노이 다각형의 꼭지점에 센서를 배치하는 (b) 단계;
    기준점, 모서리점 또는 최초의 보로노이 다각형의 꼭지점을 이용하여 최초의 보로노이 다각형의 꼭지점을 중심으로 한 다른 보로노이 다각형을 생성하는 (c) 단계;
    해당 센서의 센싱 범위와 해당 보로노이 다각형의 중첩 정도를 계산하는 (d) 단계;
    상기 중첩 정도에 따라 해당 보로노이 다각형의 분할 필요 여부를 판단하는 (e) 단계; 및
    상기 (e) 단계에서 분할이 필요하다고 판단된 경우에는 해당 보로노이 다각형의 꼭지점을 이용하여 분할을 수행하고 분할 전의 해당 보로노이 다각형의 꼭지점에 센서를 배치한 후에 상기 (d) 단계로 복귀하는 (f) 단계를 포함하고,
    상기 중첩 정도는, 해당 센서의 센싱 범위와 해당 보로노이 다각형의 중첩 영역의 넓이(OA; Overlapped Area)와 해당 보로노이 다각형의 넓이(PA; Polygon Area) 및 센싱 범위의 넓이(SA; Sensing Aread)를 이용하여 보로노이 다각형의 넓이(PA)에서의 비중첩 영역의 넓이(nPOA; non-Overlapped Area of PA)와 센싱 범위의 넓이(SA)에서의 비중첩 영역의 넓이(nSOA; non-Overlapped Area of SA)를 계산하여 얻어지되,
    Figure 112014041958613-pat00023
    을 만족하는 경우에는 상기 (e) 단계에서 분할이 필요하다고 판단하고, 만족하지 못하는 경우에는 상기 (e) 단계에서 분할이 불필요하다고 판단하는 것을 특징으로 하는 보로노이 다각형을 이용한 저장고 내부의 센서 배치 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서는 온도 센서, 습도 센서 또는 CO2 센서인 것을 특징으로 하는 보로노이 다각형을 이용한 저장고 내부의 센서 배치 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 특정 지점은 저장고 내부의 쿨러 전면벽, 쿨러 후면벽 및 도어 상부를 포함하는 온도 급변 지점 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 보로노이 다각형을 이용한 저장고 내부의 센서 배치 방법.
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