KR102207084B1 - Method for Cloud-Based Drone Navigation for Efficient Battery Charging in Drone Networks:CBDN - Google Patents

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KR102207084B1 KR1020190066830A KR20190066830A KR102207084B1 KR 102207084 B1 KR102207084 B1 KR 102207084B1 KR 1020190066830 A KR1020190066830 A KR 1020190066830A KR 20190066830 A KR20190066830 A KR 20190066830A KR 102207084 B1 KR102207084 B1 KR 102207084B1
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김진용
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Abstract

본 명세서는, 드론 네트워크에서, 드론에게 비행경로를 할당해주기 위해 트래픽 제어 장치에서 수행되는 방법은, 비행 경로가 할당된 적어도 하나의 드론들 또는 적어도 하나의 빠른 배터리 충전소(Quick Battery Charging Machine: QCM)들로부터 상기 드론 네트워크상의 트래픽 정보를 획득하는 단계, 상기 트래픽 정보는 상기 드론 네트워크상의 상기 적어도 하나의 드론들의 제 1 정보 또는 상기 적어도 하나의 QCM들의 제2 정보 중 적어도 하나를 포함하고; 상기 트래픽 정보를 바탕으로 상기 적어도 하나의 드론들을 고려한 비행경로 설정을 위한 알고리즘을 이용하여 최적의 비행경로를 결정하는 단계; 및 상기 드론에게 상기 최적의 비행경로를 할당하는 단계, 상기 최적의 비행경로는 상기 드론 네트워크를 구성하는 드론들의 전체 비행시간을 최소화하는 경로인 것을 특징으로 한다.In the present specification, in a drone network, a method performed in a traffic control device to allocate a flight path to a drone is at least one drone to which a flight path is assigned or at least one quick battery charging machine (QCM) Obtaining traffic information on the drone network from the network, the traffic information including at least one of first information of the at least one drone on the drone network or second information of the at least one QCM; Determining an optimal flight path using an algorithm for setting a flight path in consideration of the at least one drone based on the traffic information; And allocating the optimal flight path to the drone, wherein the optimal flight path is a path for minimizing the total flight time of the drones constituting the drone network.

Description

드론 네트워크에서 효율적인 배터리 충전을 위한 클라우드 기반 드론 내비게이션 방법{Method for Cloud-Based Drone Navigation for Efficient Battery Charging in Drone Networks:CBDN}Cloud-Based Drone Navigation for Efficient Battery Charging in Drone Networks:CBDN}

본 발명은 드론 네트워크에서의 드론 네비게이션 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 드론 네트워크에 포함된 드론들의 트래픽 정보를 수집하고, 이를 기초로 배터리 충전을 고려한 최적의 비행경로를 드론들에게 제공함으로써, 전체적인 드론들의 비행시간을 최소화 하는 글로벌 드론 서비스 경로들을 찾는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a drone navigation method in a drone network, and in more detail, by collecting traffic information of drones included in a drone network, and providing the drones with an optimal flight path considering battery charging, the overall drone It is about how to find global drone service routes that minimize the flight time of the people.

최근 드론(drone)을 활용한 다양한 서비스가 등장하고 있다. 드론들과 드론 관리 시스템으로 이루어진 일종의 네트워크를 드론 네트워크라고 한다. 이 드론 네트워크에는 많은 수의 드론들이 포함될 수 있으며, 드론 네트워크에 포함된 많은 수의 드론들을 관리하는 시스템을 드론 네트워크 관리 시스템이라고 한다. 드론 네트워크 관리 시스템은 드론 네트워크에 속한 드론들에게 목적지까지의 비행경로를 할당하여 준다. 이 드론 네트워크에서 서비스 중인 많은 수의 드론들은 제한된 배터리 용량을 가지고 드론 네트워크 관리 시스템으로부터 할당 받은 비행경로를 이용하여 단거리 비행 또는 장거리 비행을 수행하게 된다. 이 때, 특히 드론들이 장거리 비행을 수행하는 경우에, 드론들은 제한된 배터리 용량으로 인해 빠른 배터리 충전소(Quick battery-Charging Machines, QCM)를 경유하여 QCM에서 배터리를 충전함으로써 설정된 목적지에 도달할 수 있다. 그런데 이와 같이 드론이 설정된 목적지 도달을 위해 QCM을 경유해야 하는 경우에서, 종래 기술에 따른 기존의 드론 네트워크 관리 시스템은 다른 드론들의 QCM이용 여부를 고려하지 않고, 목적지까지의 비행경로를 드론들에게 할당해주었다. 이렇게 기존 네트워크 시스템이 다른 드론들의 QCM이용 여부에 대한 고려 없이 드론들에게 배터리 충전을 위한 QCM을 경유하는 비행경로를 할당함으로써, 많은 수의 드론들은 배터리 충전을 위해 특정한 QCM을 이용하게 된다. 상기 특정한 QCM에서는, 드론들의 도착 순서에 따라 늦게 도착한 드론은 배터리 충전을 위해 긴 대기시간이 발생하는 등의 혼잡이 야기 된다. 이러한 특정 QCM에서의 혼잡은 드론 서비스에서의 전체적인 드론들의 비행시간을 증가시켜, 드론 서비스의 효율적인 운영을 어렵게 하는 문제가 있다Recently, various services using drones have appeared. A kind of network consisting of drones and a drone management system is called a drone network. This drone network can include a large number of drones, and a system that manages a large number of drones included in the drone network is called a drone network management system. The drone network management system allocates flight routes to destinations to drones in the drone network. A large number of drones in service in this drone network have a limited battery capacity and perform short-range or long-distance flights using the flight path allocated from the drone network management system. At this time, especially when drones fly long distances, drones can reach the set destination by charging the battery in QCM via Quick Battery-Charging Machines (QCM) due to limited battery capacity. However, in the case where a drone must go through QCM to reach a set destination, the existing drone network management system according to the prior art allocates the flight path to the destination to the drones without considering whether other drones use QCM. I did it. In this way, the existing network system allocates flight paths via QCM for battery charging to drones without considering whether other drones use QCM, so that a large number of drones use a specific QCM for battery charging. In the specific QCM, a drone that arrives late according to the order of arrival of the drones causes congestion, such as a long waiting time for battery charging. Congestion in such a specific QCM increases the flight time of the overall drones in the drone service, making it difficult to efficiently operate the drone service.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The matters described in this background are prepared to enhance an understanding of the background of the invention, and may include matters not known in the prior art to those of ordinary skill in the field to which this technology belongs.

본 명세서는 드론 네트워크에 포함된 비행 중인 드론들에게, 배터리 충전을 고려한 효율적인 드론 서비스 경로를 할당하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.An object of the present specification is to provide a method of allocating an efficient drone service path considering battery charging to drones in flight included in a drone network.

또한, 본 명세서는 드론 네트워크에 포함된 비행 중인 드론들에게, 드론 배터리 충전소에서의 혼잡을 줄임으로써 드론들의 전체적인 비행시간을 단축할 수 있는 글로벌 드론 서비스 경로들을 찾는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.In addition, an object of the present specification is to provide a method for finding global drone service routes that can shorten the overall flight time of drones by reducing congestion at the drone battery charging station to drones in flight included in the drone network.

본 명세서에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved in the present specification are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. I will be able to.

본 명세서는, 드론 네트워크에서, 드론에게 비행경로를 할당해주기 위해 트래픽 제어 장치에서 수행되는 방법은, 비행 경로가 할당된 적어도 하나의 드론들 또는 적어도 하나의 빠른 배터리 충전소(Quick Battery Charging Machine: QCM)들로부터 상기 드론 네트워크상의 트래픽 정보를 획득하는 단계, 상기 트래픽 정보는 상기 드론 네트워크상의 상기 적어도 하나의 드론들의 제 1 정보 또는 상기 적어도 하나의 QCM들의 제2 정보 중 적어도 하나를 포함하고; 상기 트래픽 정보를 바탕으로 상기 적어도 하나의 드론들을 고려한 비행경로 설정을 위한 알고리즘을 이용하여 최적의 비행경로를 결정하는 단계; 및 상기 드론에게 상기 최적의 비행경로를 할당하는 단계, 상기 최적의 비행경로는 상기 드론 네트워크를 구성하는 드론들의 전체 비행시간을 최소화하는 경로인 것을 특징으로 한다.In the present specification, in a drone network, a method performed in a traffic control device to allocate a flight path to a drone is at least one drone to which a flight path is assigned or at least one quick battery charging machine (QCM) Obtaining traffic information on the drone network from the network, the traffic information including at least one of first information of the at least one drone on the drone network or second information of the at least one QCM; Determining an optimal flight path using an algorithm for setting a flight path in consideration of the at least one drone based on the traffic information; And allocating the optimal flight path to the drone, wherein the optimal flight path is a path for minimizing the total flight time of the drones constituting the drone network.

또한 본 명세서에서는, 상기 제1 정보는 상기 적어도 하나의 드론들의 평균속도 정보, 속도 표준편차 정보, 출발지 정보, 목적지 정보, 현재 위치 정보 또는 이동방향 정보 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 정보는 상기 적어도 하나의 QCM들의 현재 상태, 충전예약 정보 또는 충전 대기시간 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In addition, in the present specification, the first information includes at least one of average speed information, speed standard deviation information, departure location information, destination information, current location information, or moving direction information of the at least one drone, and the second information It may include at least one of current state of the at least one QCM, charging reservation information, and charging standby time information.

또한 본 명세서에서는, 최적의 비행경로를 결정하는 단계는, 상기 트래픽 제어 장치의 메모리에 저장된 값을 초기화하는 단계; 상기 드론의 배터리 충전 여부를 판단하는 단계; 상기 드론의 배터리 잔량으로 도달할 수 있는 QCM들의 정보인 QCM 세트를 결정하는 단계; 각 QCM에서 상기 드론의 총 대기 시간의 정보를 나타내는 개별적 대기시간 및 상기 QCM 세트에 기초하여 k개의 제 1 경로들을 결정하는 단계, 상기 제 1 경로들은 상기 개별적 대기시간에 기초하여 경로를 결정한 경우, 최소한의 시간이 소요된 경로이고; 상기 각 QCM에서 상기 개별적 대기시간 및 상기 적어도 하나의 드론들의 총 대기 시간의 합을 나타내는 정보인 전역적 대기시간을 상기 제1 경로들에 적용하여 k개의 경로 별 소요시간을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, in the present specification, the determining of an optimal flight path includes: initializing a value stored in a memory of the traffic control device; Determining whether the drone is charged with a battery; Determining a QCM set, which is information on QCMs that can be reached with the remaining battery capacity of the drone; In each QCM, determining k first paths based on the individual waiting time and the QCM set indicating information on the total waiting time of the drone, wherein the first paths determine a path based on the individual waiting time, It is a route that took the least time; In each of the QCMs, the individual waiting time and the global waiting time, which is information representing the sum of the total waiting time of the at least one drone, is applied to the first routes to calculate the required time for each k routes. can do.

또한 본 명세서에서는, 배터리 충전이 필요하지 않다고 판단된 경우, 최적의 비행경로를 결정하는 단계는; QCM을 경유하지 않는 목적지까지의 가장 짧은 비행경로를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, in the present specification, when it is determined that charging the battery is not necessary, determining an optimal flight path; It may further include the step of determining the shortest flight path to the destination not via the QCM.

또한 본 명세서에서는, 상기 제1 비행 경로들은 비행시간(Flight time) 변수 및 충전시간(Charging time) 변수를 이용하여 결정될 수 있다.In addition, in the present specification, the first flight paths may be determined using a flight time variable and a charging time variable.

또한 본 명세서에서는, 드론에게 비행경로를 할당해주기 위는 트래픽 제어 장치에 있어서, 무선 신호를 송수신하기 RF유닛; 및 RF 유닛과 기능적으로 연결되는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 비행 경로가 할당된 적어도 하나의 드론들 또는 적어도 하나의 빠른 배터리 충전소(Quick Battery Charging Machine: QCM)들로부터 상기 드론 네트워크상의 트래픽 정보를 획득하는 단계, 상기 트래픽 정보는 상기 드론 네트워크상의 상기 적어도 하나의 드론들의 제 1 정보 또는 상기 적어도 하나의 QCM들의 제2 정보 중 적어도 하나를 포함하고; 상기 트래픽 정보를 바탕으로 상기 적어도 하나의 드론들을 고려한 비행경로 설정을 위한 알고리즘을 이용하여 최적의 비행경로를 결정하는 단계; 및 상기 드론에게 상기 최적의 비행경로를 할당하는 단계, 상기 최적의 비행경로는 상기 드론 네트워크를 구성하는 드론들의 전체 비행시간을 최소화하는 경로인 트래픽 제어장치인 것을 특징으로 한다.In addition, in the present specification, there is provided a traffic control device for allocating a flight path to a drone, comprising: an RF unit for transmitting and receiving a radio signal; And a processor functionally connected to the RF unit, wherein the processor includes traffic information on the drone network from at least one drone or at least one quick battery charging machine (QCM) to which a flight path is assigned. Obtaining, the traffic information includes at least one of first information of the at least one drone on the drone network or second information of the at least one QCM; Determining an optimal flight path using an algorithm for setting a flight path in consideration of the at least one drone based on the traffic information; And allocating the optimal flight path to the drone, wherein the optimal flight path is a traffic control device that is a path that minimizes the total flight time of drones constituting the drone network.

본 발명은 드론 네트워크 상의 비행 중인 드론들에게 배터리 충전을 고려한 최적의 서비스 경로를 할당할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of allocating an optimal service path considering battery charging to drones in flight on a drone network.

또한, 본 발명은 드론 네트워크 상의 비행 중인 드론들에게 배터리 충전을 고려한 효율적인 서비스 경로들을 드론들에게 할당하여 전체적인 드론들의 평균 비행시간을 최소화할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of minimizing the average flight time of the overall drones by allocating efficient service paths considering battery charging to drones in flight on a drone network.

본 명세서에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present specification are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description. will be.

도 1은 본 명세서에서 제안하는 드론 네트워크 아키텍쳐의 일례를 나타낸 도이다.
도 2는 본 명세서에서 제안하는 서비스 중인 다른 드론들을 고려하지 않고 오직 자신의 배터리 충전만을 고려한 로컬 QCM 최적화 기법을 보여주는 일례를 나타낸 도이다.
도 3은 본 명세서에서 제안하는 드론 네트워크에 포함된 다른 드론들도 함께 고려하는 글로벌 QCM 선택 최적화 기법의 일례를 나타낸 도이다.
도 4는 본 명세서에서 제안하는 드론이 출발지에서 목적지까지의 비행을 위하여 다양한 경로를 얻을 수 있음을 보여주는 일례를 나타낸 도이다.
도 5는 본 명세서에서 제안하는 드론이 출발지에서 배터리 잔량으로 도달할 수 있는 QCM 집합을 나타내는 그래프를 나타낸 도이다.
도 6은 본 명세서에서 제안하는 전역적 대기시간을 계산하는 방법의 이해를 돕기 위한 일례를 나타낸 도이다.
도 7은 본 명세서에서 제안하는 다른 드론들을 고려한 최적의 비행경로할당 알고리즘의 순서도를 나타낸 도이다.
도 8은, 본 명세서에서 제안하는 비행경로 할당 알고리즘에 따라 할당된 경로를 따라 비행할 때 소요되는 드론의 총 비행시간을 나타낸 도이다.
도 9는, 본 명세서에서 제안하는 비행경로 할당 알고리즘에 따라 할당된 경로를 따라 비행할 때 소요되는, 드론 네트워크상의 다른 드론들의 추가적인 대기시간을 고려한 총 비행시간을 나타낸 도이다.
도 10은 본 명세서에서 제안하는 드론 네트워크 시뮬레이션 스냅샷을 나타낸 도이다.
도 11은 본 명세서에서 제안하는 드론 네트워크에서 각 알고리즘 별 QCM 사용률에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도이다.
도 12는 본 명세서에서 제안하는 드론 수에 따른 본 발명 성능의 영향에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도이다.
도 13은 본 명세서에서 제안하는 드론 속력에 따른 본 발명 성능의 영향에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도이다.
도 14는 본 명세서에서 제안하는 드론 속력의 표준편차 크기에 따른 본 발명 성능의 영향에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도이다.
도 15는 본 명세서에서 제안하는 QCM 수에 따른 본 발명 성능의 영향에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도이다.
도 16은 본 명세서에서 제안하는 QCM의 성능에 따른 본 발명 성능의 영향에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도이다
도 17은 본 명세서에서 제안하는 배송 물품의 무게에 따른 따른 본 발명 성능의 영향에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도이다
도 18은 본 명세서에서 제안하는 클라우드 기반 내비게이션 트래픽 제어 센터(Traffic Control Center: TTC) 동작의 일례를 나타낸 도이다.
도 19는 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 트래픽 제어 장치의 블록 구성도를 예시한다.
1 is a diagram showing an example of a drone network architecture proposed in the present specification.
2 is a diagram showing an example of a local QCM optimization technique that only considers charging its own battery without considering other drones in service proposed in the present specification.
3 is a diagram showing an example of a global QCM selection optimization technique that also considers other drones included in the drone network proposed in the present specification.
4 is a diagram showing an example showing that the drone proposed in the present specification can obtain various routes for flying from a departure point to a destination.
5 is a diagram showing a graph showing a set of QCMs that a drone proposed in the present specification can reach as a remaining battery capacity at a starting point.
6 is a diagram showing an example for aiding understanding of a method of calculating a global waiting time proposed in the present specification.
7 is a diagram showing a flow chart of an optimal flight path allocation algorithm in consideration of other drones proposed in the present specification.
8 is a diagram showing the total flight time of a drone required when flying along a path allocated according to a flight path allocation algorithm proposed in the present specification.
9 is a diagram showing the total flight time in consideration of the additional waiting time of other drones on the drone network, which is required when flying along a path allocated according to the flight path allocation algorithm proposed in the present specification.
10 is a diagram showing a drone network simulation snapshot proposed in the present specification.
11 is a diagram showing a simulation result of QCM usage rate for each algorithm in the drone network proposed in the present specification.
12 is a diagram showing a simulation result on the effect of the performance of the present invention according to the number of drones proposed in the present specification.
13 is a diagram showing a simulation result for the effect of the performance of the present invention according to the speed of the drone proposed in the present specification.
14 is a diagram showing a simulation result for the effect of the performance of the present invention according to the standard deviation of the speed of the drone proposed in the present specification.
15 is a diagram showing a simulation result on the effect of the performance of the present invention according to the number of QCMs proposed in the present specification.
16 is a diagram showing a simulation result for the effect of the performance of the present invention according to the performance of the QCM proposed in the present specification
17 is a diagram showing a simulation result of the effect of the performance of the present invention according to the weight of a delivery article proposed in the present specification
18 is a diagram showing an example of an operation of a cloud-based navigation traffic control center (TTC) proposed in the present specification.
19 illustrates a block diagram of a traffic control apparatus to which the methods proposed in the present specification can be applied.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. However, this is not intended to be limited to a specific embodiment of the present invention, it is to be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

드론 네트워크 아키텍쳐Drone network architecture

도 1은 드론(Drone) 네트워크 아키텍쳐의 일례를 나타낸다. 도 1을 살펴보면, 트래픽 제어 센터(Traffic Control Center: TTC이하 TTC라고 한다.)(101), 빠른 배터리 충전소(Quick Battery Charging Machine: QCM, 이하 QCM이라 한다.)(102) 및 출발지에서 출발하는 드론(103)으로 구성되는 드론 네트워크 아키텍쳐와 출발지(104), 목적지(105)가 나타나있다. 1 shows an example of a drone network architecture. Referring to FIG. 1, a Traffic Control Center (TTC, hereinafter referred to as TTC) 101, a Quick Battery Charging Machine (QCM, hereinafter referred to as QCM) 102, and a drone departing from the starting point. A drone network architecture composed of 103, a starting point 104, and a destination 105 are shown.

구체적으로, 드론 클라우드의 핵심 컴퓨팅(computing) 및 저장(storage) 노드인TTC(101)는 위치 관리를 위하여 드론(103) 및 QCM(102) 의 상태를 유지 관리하는 클라우드 기반 관리 시스템이다. TCC(101)는 드론(103) 및 QCM(102)의 최신 트래픽 통계 정보를 제공한다. 드론의 트래픽 통계 정보는 출발지(104), 목적지(105), 현재 위치 및 이동방향에 따른 드론(103)의 평균속력, 드론(103) 속력의 표준편차 등의 정보를 포함하고, QCM(102)의 트래픽 통계 정보는 현재QCM(102) 상태, 충전 예약 정보, 충전 대기시간 등의 정보를 포함한다.Specifically, the TTC 101, a core computing and storage node of the drone cloud, is a cloud-based management system that maintains the state of the drone 103 and the QCM 102 for location management. The TCC 101 provides the latest traffic statistics information of the drone 103 and QCM 102. The traffic statistics information of the drone includes information such as the starting point 104, the destination 105, the average speed of the drone 103 according to the current location and direction of movement, and the standard deviation of the speed of the drone 103, and the QCM 102 The traffic statistics information of the QCM 102 includes information such as current QCM 102 status, charging reservation information, and charging standby time.

QCM(102)은 드론(103)의 배터리를 충전해주는 충전 스테이션이다. QCM(102)은 TCC(101)에게 주기적으로 현재 QCM(102) 상태, 충전 예약 정보, 충전 대기시간 정보 등을 보고한다. QCM(102)은 드론(103) 네트워크 전역에 걸쳐 임의적으로 배치된다.The QCM 102 is a charging station that charges the battery of the drone 103. The QCM 102 periodically reports the current QCM 102 status, charge reservation information, charge standby time information, and the like to the TCC 101. The QCM 102 is randomly deployed throughout the drone 103 network.

드론(103)은 출발지로부터 목적지까지 비행하는 무인 비행 장치(Unmanned Aerial Vehicle: UAV)이다. 드론(103)은 각 QCM(102)에서의 배터리 충전을 위한 대기시간 지연을 TCC(101)와의 통신을 통해 알 수 있다. TCC(101)와의 잦은 통신으로 인한 배터리 소모를 감소시키기 위해서, 드론(103)은 비상시를 제외하고 출발지(104)에서 단 한 번만 TCC(101)와 통신한다. The drone 103 is an unmanned aerial vehicle (UAV) that flies from a departure point to a destination. The drone 103 can know the delay of the waiting time for charging the battery in each QCM 102 through communication with the TCC 101. In order to reduce battery consumption due to frequent communication with the TCC 101, the drone 103 communicates with the TCC 101 only once at the starting point 104, except in an emergency.

도 1과 같이 드론(103)들은 배터리의 용량에 제한이 있어 서비스 도중에 배터리 충전이 필요한 경우, QCM(102)에서 배터리 충전함으로써 서비스를 계속 제공할 수 있다. 드론 서비스는 드론(103)을 이용한 배송 서비스, 알람 서비스, 또는 살충제 살포 서비스 등 물건 및 정보를 목적지(105)까지 전달하기 위한 다양한 서비스를 의미할 수 있다. 이하에서도 이와 같은 의미로 사용된다.As shown in FIG. 1, when the battery capacity is limited and the battery needs to be charged during service, the QCM 102 may charge the battery to continue providing the service. The drone service may refer to various services for delivering goods and information to the destination 105, such as a delivery service using the drone 103, an alarm service, or a pesticide spraying service. Hereinafter, it is used in the same sense.

클라우드 기반 드론 내비게이션의 개념The concept of cloud-based drone navigation

이하에서 클라우드 기반 드론 내비게이션(Cloud-Based Drone Navigation: CBDN)의 개념에 대해서 설명한다. 클라우드 기반 드론 내비게이션은 각 QCM에서 충전 예약시스템을 이용한다. 클라우드 기반 드론 내비게이션은 드론 네트워크상의 드론들의 총 비행시간을 줄이는 것을 목표로 한다. 총 비행시간은 QCM에서의 대기시간, QCM에서의 충전시간 및 출발지에서 목적지까지의 비행시간의 합으로 계산된다.Hereinafter, the concept of Cloud-Based Drone Navigation (CBDN) will be described. Cloud-based drone navigation uses a charging reservation system in each QCM. Cloud-based drone navigation aims to reduce the total flight time of drones on the drone network. The total flight time is calculated as the sum of the waiting time in QCM, charging time in QCM and flight time from origin to destination.

클라우드 기반 드론 내비게이션은 개별 드론 수준에서의 비행경로를 제공하지 않고, TCC가 제공하는 드론 네트워크 수준에서의 최적 비행경로를 드론에게 제공한다. 즉, 드론 네트워크상의 다른 드론들을 고려한 비행경로를 할당한다. 이를 글로벌 QCM 최적화 기법이라고 한다.Cloud-based drone navigation does not provide flight paths at the level of individual drones, but provides drones with optimal flight paths at the level of drone networks provided by TCC. In other words, it allocates flight paths taking into account other drones on the drone network. This is called a global QCM optimization technique.

도 2는 드론 서비스 중인 다른 드론들을 고려하지 않고 오직 자신의 배터리 충전만을 고려하여 비행경로를 할당하는 기법인 로컬 QCM 최적화 기법을 보여주는 일례이다. 도 2에서, 서비스 중인 드론은 d1~d8으로 표시하였고, 서비스 중인 드론들이 이용할 수 있는 QCM은 q1~q7으로 표시하였다. 설명의 편의를 위해서, 다섯 대의 드론(d1~d5)들에 한정하여 본 발명을 설명하도록 한다. 도 2를 참조하면, 서비스 중인 드론들에게 인접한 다른 드론들의 경로를 고려하지 않고 QCM을 할당하는 경우, 인접한 다른들에게 할당된 QCM에서 많은 수의 드론들로 인한 혼잡이 발생하게 된다. FIG. 2 is an example showing a local QCM optimization technique, which is a technique of allocating flight paths by considering only their own battery charge without considering other drones in drone service. In FIG. 2, drones in service are indicated as d1 to d8, and QCMs available to drones in service are indicated as q1 to q7. For convenience of explanation, the present invention is limited to five drones d1 to d5. Referring to FIG. 2, when QCM is allocated to drones in service without considering the paths of other drones adjacent to it, congestion occurs due to a large number of drones in QCMs allocated to other adjacent drones.

이때, 이 드론들의(d1~d5) 출발지와 목적지는 모두 다를 수 있다.At this time, the origin and destination of these drones (d1 to d5) may be different.

각 드론들은 목적지까지 도달하기 위해서 순차적으로 또는 서로 다른 시점에 출발지에서 출발하고, 결정된 경로 상의 q1 내지q5중 하나의 QCM을 선택하여 배터리를 선택하여 배터리를 충전할 수 있다. In order to reach the destination, each drone may start from the starting point sequentially or at different times, select one QCM from q1 to q5 on the determined route, select a battery, and charge the battery.

설명의 편의를 위해, 드론들이(d1~d5) 출발지에서 목적지까지 도달하는 경로상에서 배터리 충전이 필요한 경우로 한정한다. 드론들은 목적지까지 비행하는 경로상에서 배터리 충전을 위해 QCM을 경유하게 된다. 드론들은(d1~d5) 드론 서비스를 위해, d1, d2, d3, d4, d5 순서로 순차적으로 출발지에서 출발하였다고 가정한다. For convenience of explanation, it is limited to the case where the drones (d1 to d5) need to charge the battery on the route from the origin to the destination. Drones go through the QCM to charge the battery along the way to the destination. Drones (d1~d5) are assumed to have departed from the starting point in order of d1, d2, d3, d4, d5 for drone service.

도 2에 도시된 바와 같이, 다른 드론들을 고려하지 않은 로컬 QCM 선택 최적화 기법에 따를 때, 각 드론들은(d1~d5) q1으로 표시된 QCM을 경유하여 배터리를 충전하고 목적지에 도달하는 경로가 가장 빠른 경로에 해당할 수 있다. As shown in FIG. 2, when the local QCM selection optimization technique does not take into account other drones, each of the drones (d1 to d5) charges the battery via the QCM indicated by q1, and the route to the destination is the fastest. May correspond to the path.

이 경우, 드론들이(d1~d5) 출발순서와는 반대로 d5, d4, d3, d2, d1순서로 QCM q1에 도착한다면, 출발시점에 각 드론들은(d1~d5) 로컬 QCM 선택 최적화 기법에 따라 QCM q1을 경유하는 목적지까지의 경로가 가장 빠른 비행경로로 선택되었음에도 불구하고, 가장 먼저 도착한 드론 d5를 제외한 나머지 d1~d4드론들은 제일 빠른 비행경로가 아닐 수 있다. In this case, if the drones (d1~d5) arrive at QCM q1 in the order of d5, d4, d3, d2, d1 in the opposite order of departure, each drone at the time of departure (d1~d5) depends on the local QCM selection optimization technique. Although the route to the destination via QCM q1 was selected as the fastest flight route, the remaining d1-d4 drones except for the first drone d5, may not be the fastest flight route.

즉, 뒤늦게 출발한 드론들이(예를 들어, d2~d5) 출발시점에 로컬 QCM 선택 최적화 기법을 적용하여 목적지까지의 경로상에서 경유하여 배터리를 충전할 QCM을 선택(및 예약)할 때, 먼저 출발하여 QCM을 선택(및 예약)한 다른 드론은 고려하지 않고 오직 자신의 배터리 충전만을 고려하여 최적 경로를 할당 받았기 때문이다. 이러한 최적 경로 계산방법은 QCM q1에서의 배터리 충전을 위한 대기시간으로 인한 혼잡을 발생시키게 된다. In other words, when drones departing late (e.g., d2~d5) select (and reserve) the QCM to charge the battery via the route to the destination by applying a local QCM selection optimization technique at the point of departure, they start first. This is because other drones that have chosen (and reserved) QCM are not considered, and have been assigned the optimal route by considering only their own battery charge. This optimal path calculation method causes congestion due to the waiting time for charging the battery in QCM q1.

QCM q1에 가장 먼저 도착한 드론 d5는 배터리 충전을 위한 대기시간이 발생하지 않으므로, QCM q1에 도착하자 마자 배터리 충전을 할 수 있고, 배터리 충전이 완료되면 목적지까지의 설정된 최적의 경로(즉, 가장 적은 시간이 필요한)를 따라서 비행할 수 있다. The drone d5 that arrives first at QCM q1 does not have a waiting time for battery charging, so it can charge the battery as soon as it arrives at QCM q1, and when the battery charge is complete, the set optimal route to the destination (i.e., the least You can fly along the time required).

이 경로는 QCM q1에서의 대기시간이 발생하지 않은 경로이므로 실제로도 최적의 경로에 해당하게 된다. 그러나 q1에 뒤늦게 도착한 드론들은(d1~d4) q1에 도착한 시점에서, 먼저 QCM q1에 도착하여 배터리 충전을 하였으나 아직 배터리 충전이 끝나지 않은 드론이 있는 경우에 배터리 충전을 위한 대기시간이 발생하게 된다. This path is actually the optimal path because there is no waiting time in QCM q1. However, the drones arriving late at q1 (d1~d4), when they arrive at q1, first arrive at QCM q1 to charge the battery, but if there is a drone that has not yet finished charging the battery, a waiting time for battery charging occurs.

따라서 출발시점에는 q1에서 배터리를 충전하고 목적지까지 비행하는 경로가 최적의 경로인 것으로 계산되었지만, 실제로는 배터리 충전을 위한 대기시간의 발생으로 인하여 계산된 최적의 경로가 실제로는 최적의 경로가 아닐 수 있다. 또한 여기서 QCM에 늦게 도착한 드론들(d1~d4)에게 추가적으로 발생한 대기시간은 드론 네트워크에 포함된 드론들의 전체적인 비행시간을 증가시키게 된다.Therefore, at the time of departure, the route from q1 to charging the battery and flying to the destination was calculated as the optimal route, but in reality, the calculated optimal route may not be the best route due to the occurrence of waiting time for battery charging. have. In addition, the additional waiting time for the drones (d1 to d4) arriving late at QCM here increases the overall flight time of the drones included in the drone network.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 서비스 중인 다른 드론들도 함께 고려하는 글로벌 QCM 선택 최적화 기법을 통하여 비행경로를 할당하는 클라우드 기반 드론 내비게이션 시스템을 제안한다.In order to solve this problem, the present invention proposes a cloud-based drone navigation system that allocates flight paths through a global QCM selection optimization technique that also considers other drones in service.

도 3은 드론 네트워크에 포함된 다른 드론들도 함께 고려하는 글로벌 QCM 선택 최적화 기법의 일례를 보여준다. 글로벌 QCM 선택 최적화 기법은 클라우드 기반 드론 네트워크 관리 시스템을 활용하여 드론들 및 QCM들의 트래픽 정보를 수집하고, 수집한 트래픽 정보를 바탕으로 효율적인 배터리 충전을 고려한 비행경로를 드론들에게 할당하는 기법이다. 위의 정보수집 및 비행경로 할당은 클라우드 기반 드론 네트워크 시스템의 TCC에서 수행된다.3 shows an example of a global QCM selection optimization technique that also considers other drones included in the drone network. The global QCM selection optimization technique is a technique that collects traffic information of drones and QCMs using a cloud-based drone network management system, and allocates flight paths considering efficient battery charging to drones based on the collected traffic information. The above information collection and flight path assignment are performed in the TCC of the cloud-based drone network system.

상기 드론들의 트래픽 정보는 드론의 속도 정보, 속도 표준편차 정보, 출발지 정보, 목적지 정보, 현재 위치정보, 이동방향 정보 등의 정보를 포함한다. The traffic information of the drones includes information such as drone speed information, speed standard deviation information, departure location information, destination information, current location information, and movement direction information.

상기 QCM의 트래픽 정보는 현재 QCM의 상태, QCM에서의 충전 예약정보, QCM에서의 충전 대기시간 정보 등을 포함할 수 있다. The traffic information of the QCM may include current QCM status, charging reservation information in QCM, charging waiting time information in QCM, and the like.

보다 자세하게, 글로벌 QCM 선택 최적화 기법은, 어떤 특정한 드론의 배터리 충전으로 인해 발생할 수 있는 다른 드론들의 추가적인 대기시간 및 다른 QCM을 이용하는 우회 경로와 비교하여 보다 더 빠른 경로를 이용하는 기법이다. 도 3에서 서비스 중인 드론은 d1~d8로 표시되었고, QCM은 q1~q7로 표시되었다. In more detail, the global QCM selection optimization technique is a technique that uses a faster path compared to the additional waiting time of other drones that may occur due to battery charging of a specific drone and the bypass path using other QCMs. In FIG. 3, drones in service are indicated by d1 to d8, and QCM is indicated by q1 to q7.

설명의 편의를 위해, d1~d5의 드론에 한정하여 설명한다. 각 드론들(d1~d5)은 d1, d2, d3, d4, d5순서로 출발지에서 출발하게 된다. 도 2의 로컬 QCM선택 최적화 기법이 적용되는 경우와는 다르게, 도 3의 드론들은(d1~d5) 출발시점에서 다른 드론들을 고려한 비행경로를 클라우드 기반 드론 네트워크 관리 시스템의 TCC로부터 할당 받게 된다. For convenience of explanation, the description is limited to drones of d1 to d5. Each of the drones (d1~d5) starts from the starting point in the order d1, d2, d3, d4, d5. Unlike the case where the local QCM selection optimization technique of FIG. 2 is applied, the drones of FIG. 3 (d1 to d5) receive a flight path considering other drones at the start point from the TCC of the cloud-based drone network management system.

이러한 방법을 통해 비행경로를 할당 받은 결과, 드론들이(d1~d5) 목적지까지의 비행경로 상에서 경유하게 되는 QCM은 각각의 드론별로 상이하게 설정될 수 있다. 예를 들면, 도3에서와 같이 드론 d1, d5는 q1을 할당 받고, 드론 d3는 q2를 할당 받으며, 드론 d2, d4는 q3을 할당 받게 된다. As a result of receiving the flight path through this method, the QCM that the drones (d1 to d5) pass through on the flight path to the destination may be set differently for each drone. For example, as shown in FIG. 3, drones d1 and d5 are assigned q1, drone d3 is assigned q2, and drones d2 and d4 are assigned q3.

드론 별로 상이한 QCM을 할당 받게 됨으로써, 특정 QCM에 늦게 도착한 드론이 먼저 도착한 드론들의 배터리 충전 완료 시까지의 대기를 위해 필요한 시간이 크게 줄어들거나, 아예 발생하지 않게 될 수 있다. As each drone is assigned a different QCM, the time required for waiting until the battery charge of the drones that arrive late at a specific QCM to complete charging of the batteries can be greatly reduced or may not occur at all.

위와 같이, 글로벌 QCM 선택 최적화 기법을 적용하면 특정 QCM에서의 대기 시간으로 인한 혼잡이 발생하지 않게 되고, 드론 네트워크에 포함된 드론들의 전체적인 비행시간을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.As described above, applying the global QCM selection optimization technique does not cause congestion due to waiting time in a specific QCM, and has the effect of minimizing the overall flight time of drones included in the drone network.

즉, 글로벌 QCM 선택 최적화 기법을 통하여 과도한 숫자의 드론이 특정한 하나의 QCM을 경유하는 것을 피할 수 있고, 이에 따라 해당 QCM에서 배터리 충전을 위한 대기시간으로 인한 혼잡이 발생하지 않게 된다. 이는 드론 네트워크에 포함된 전체 드론들의 비행시간을 최소화 할 수 있는 효과로 이어진다.That is, through the global QCM selection optimization technique, an excessive number of drones can be avoided from passing through a specific QCM, and congestion due to the waiting time for battery charging in the corresponding QCM is not caused. This leads to the effect of minimizing the flight time of all drones included in the drone network.

다만 각 드론의 개별적인 입장에서 보았을 때, 글로벌 QCM 선택 최적화 기법을 따르게 되면 특정 QCM에서의 혼잡을 피하기 위해 자신이 이용할 수 있는 최적의 경로를 포기하게 되는 문제점이 생길 수 있다.However, from the individual point of view of each drone, if the global QCM selection optimization technique is followed, there may be a problem of giving up the optimal route that can be used by each drone to avoid congestion in a specific QCM.

예를 들면, 어느 드론(드론 1)의 목적지까지 도달하는 여러 가지 경로 중, 목적지에 도달하기 위해 가장 적은 시간을 필요로 하는 최적의 경로(경로1)가 있다고 하자. 이 경로 1에는 드론 1이 배터리 충전을 위하여 경유하여야 할 QCM(QCM1) 이 있으나, 다수의 다른 드론들도 이 QCM1을 선택한 상황이 발생할 수 있다. 글로벌 QCM 선택 최적화 기법에 따르면, 드론 1이 할당 받은 QCM1에서 다른 드론들과의 혼잡이 예상되고, 이러한 혼잡을 피하기 위해 다른 QCM(QCM2)으로 우회하는 경로(경로2)를 드론1에게 할당하게 될 것이다. 새로운 경로인 경로2를 할당 받은 드론1은 목적지까지의 최적의 경로였던 경로1을 이용하지 못하고, 더 긴 이동시간을 필요로 하는 새롭게 할당된 경로2를 택하게 된다. For example, suppose there is an optimal route (Route 1) that takes the least amount of time to reach the destination among various routes to reach the destination of a drone (Drone 1). In this route 1, there is a QCM (QCM1) that drone 1 must pass through to charge the battery, but many other drones may also choose this QCM1. According to the global QCM selection optimization technique, congestion with other drones is expected in QCM1 to which drone 1 is assigned, and to avoid such congestion, a route (path 2) that bypasses to another QCM (QCM2) will be assigned to drone 1. will be. Drone 1, which has been assigned the new route 2, cannot use route 1, which was the optimal route to the destination, and chooses the newly allocated route 2, which requires a longer travel time.

즉, 각 개별적인 드론의 입장에서는 네트워크에 포함된 드론들의 전체적인 비행시간 감소라는 목적을 위해, 자신에게 최선이었던 경로를 포기해야 하는 상황이 발생할 수 있다.하지만, 전체적인 드론 네트워크 측면에서 보면 개별적인 드론들이 자신의 최적의 경로를 포기함으로써 해당 드론 네트워크를 이용하는 드론들의 전체적인 비행시간이 감소할 수 있고, 이는 효율적인 전체 드론 네트워크의 운용을 가능하게 한다. In other words, from the standpoint of each individual drone, for the purpose of reducing the overall flight time of the drones included in the network, there may be a situation in which they must give up the route that was best for them. However, in terms of the overall drone network, individual drones may have their own. By abandoning the optimal route of the drones, the overall flight time of drones using the drone network can be reduced, which enables efficient operation of the entire drone network.

위와 같이, 드론들의 전체적인 비행시간의 큰 상승을 가져올 수 있는 로컬 QCM 선택 최적화 기법에 비하여, 클라우드 기반 관리 시스템을 활용한 드론 글로벌 QCM 선택 최적화 기법이 명백히 유리한 효과를 가진다고 볼 수 있다. As shown above, compared to the local QCM selection optimization technique that can bring about a large increase in the overall flight time of drones, the drone global QCM selection optimization technique using a cloud-based management system can be seen to have a clear advantage.

이하에서, 클라우드 기반 드론 네트워크 관리 시스템을 활용한 글로벌 QCM 선택 최적화 기법의 적용 알고리즘, 즉 클라우드 기반 드론 내비게이션의 알고리즘을 더 구체적으로 살펴본다.In the following, an algorithm applied to a global QCM selection optimization technique using a cloud-based drone network management system, that is, an algorithm for cloud-based drone navigation, will be described in more detail.

클라우드 기반 드론 내비게이션의 구체적인 디자인Specific design of cloud-based drone navigation

도 4는 드론이 출발지에서 목적지까지의 비행을 위하여 다양한 경로를 얻을 수 있음을 보여주는 일례를 나타낸 도이다. 도 4를 보면 드론이 얻을 수 있는 경로는 4가지가 있다. 도 4에서와 같이, 드론은 다양한 경로를 통하여 목적지까지 도달할 수 있다.4 is a diagram showing an example showing that a drone can obtain various routes for flying from a departure point to a destination. 4, there are 4 routes that a drone can obtain. As shown in Fig. 4, the drone can reach its destination through various routes.

따라서, 클라우드 기반 내비게이션 시스템을 활용하여 이러한 다양한 경로들 중에서 가장 적합한 경로를 드론에게 할당하여 주는 것은 효율적인 드론 네트워크 운영 및 드론 네트워크에 속한 개별 드론들의 배터리 절약 측면에서 중요성을 갖는다.Therefore, using a cloud-based navigation system to allocate the most suitable route among these various routes to a drone is of importance in terms of efficient drone network operation and battery saving of individual drones in the drone network.

이하에서 클라우드 기반 드론 내비게이션의 시스템의 구체적인 디자인을 위한 알고리즘을 살펴보기에 앞서, 전역적 대기시간(global waiting time)을 계산하는 방법에 대하여 먼저 살펴본다. 전역적 대기시간은 현재 클라우드 기반 관리 시스템으로부터 비행경로를 할당 받는 드론 자신의 배터리 충전을 위한 대기시간뿐만 아니라, 현재 비행경로를 할당 받는 드론으로 인하여 발생하는 다른 드론들의 배터리 충전을 위한 대기시간까지 고려한 시간 값이다. In the following, before looking at an algorithm for a specific design of a cloud-based drone navigation system, a method of calculating a global waiting time will be first described. The global standby time takes into account not only the waiting time for charging the battery of the drone that is currently assigned a flight path from the cloud-based management system, but also the waiting time for charging the battery of other drones caused by the drone that is currently assigned the flight path. It's a time value.

구체적으로, 만약 현재 드론 1이 QCM 1을 경유하는 비행경로를 클라우드 기반 드론 내비게이션으로부터 할당 받는다고 하자. QCM 1에는 다른 드론들(예를 들어 드론2 및 드론3)의 배터리 충전이 예약되어 있다. 드론들은 QCM 1에 드론 2, 드론 1, 드론 3 순서로 도착한다. 현재 QCM 1에서 드론 2가 배터리 충전을 하고 있다. 드론 1이 QCM 1을 경유하는 비행경로를 할당 받기 전에는, 드론 2가 배터리 충전을 마치면 드론 3이 배터리 충전을 하려고 했다. 그런데 드론 1이 드론 3보다 먼저 도착하게 됨으로써, 드론 3은 드론 2의 배터리 충전이 끝났음에도, 드론1의 배터리 충전이 완료될 때까지 대기해야 한다. 이렇게, 드론 1의 배터리 충전을 위한 대기시간(즉, 드론 2가 충전을 마칠 때까지 대기하는 시간)과 드론 3에게 추가적으로 발생한 대기시간(즉, 드론 1이 드론 3보다 먼저 도착함으로써 드론 3이 배터리 충전을 위해 추가적으로 대기해야 하는 시간)을 더한 시간이 전역적 대기시간에 해당한다.Specifically, suppose that the current drone 1 is assigned a flight path via QCM 1 from cloud-based drone navigation. QCM 1 is reserved for battery charging for other drones (e.g., Drone 2 and Drone 3). Drones arrive at QCM 1 in the order of drone 2, drone 1, and drone 3. Drone 2 is currently charging the battery in QCM 1. Before drone 1 was assigned a flight route via QCM 1, when drone 2 finished charging the battery, drone 3 tried to charge the battery. However, since Drone 1 arrives before Drone 3, Drone 3 has to wait until the battery of Drone 1 is fully charged, even though the battery of Drone 2 is completely charged. In this way, the waiting time for drone 1's battery charging (i.e., the waiting time for drone 2 to finish charging) and the additional waiting time for drone 3 (i.e., drone 1 arriving before drone 3, drone 3 The time plus the time to wait for additional charging) corresponds to the global standby time.

전역적 대기시간을 계산하는 수식은 아래와 같이 주어진다. 도 5는 전역적 대기시간을 계산하는 방법의 이해를 돕기 위한 일례를 나타낸 도이다. 도 5에서 시간의 단위는 분(min)단위를 따른다.The formula for calculating the global waiting time is given below. 5 is a diagram illustrating an example for helping understanding a method of calculating a global waiting time. In FIG. 5, the unit of time follows the unit of minute (min).

Figure 112019057986548-pat00001
Figure 112019057986548-pat00001

위의 수식의 의미를 살펴본다. Wg는 구하고자 하는 전역적 대기시간을 나타낸다. Wi는 현재 비행경로를 할당 받는 드론의 QCM에서의 개별적인 대기시간(individual waiting time)을 나타낸다. 커는 도 5의 j번째 존(zone)에 있는 드론의 수를 나타낸다. Wo는 현재 QCM에 예약되어있는 드론의 충전시간과 늦게 도착한 드론의 충전시간이 겹치는(overlapped) 시간을 나타낸다. Gi는 QCM에 충전하는 드론이 없는 구간의 인덱스를 나타낸다. 위의 수식 1 및 도 5의 일례를 통하여 전역적 대기시간을 계산하는 방법은 다음과 같이 설명될 수 있다. Look at the meaning of the above formula. Wg represents the global waiting time you want to find. Wi represents the individual waiting time in QCM of a drone that is currently assigned a flight path. Kerr represents the number of drones in the j-th zone of FIG. 5. Wo represents the overlapped time between the charging time of the drone currently reserved in QCM and the charging time of a late arrival drone. Gi represents the index of the section where there is no drone charging in QCM. A method of calculating the global waiting time through the example of Equation 1 and FIG. 5 may be described as follows.

QCM의 첫 번째 영역(영역1)(541)에서 발생하는 대기시간을 살펴보면, 5분부터 230분 구간까지 4대의 드론(511, 512, 513, 514)의 충전이 예약되어 있다. 15분에 새로운 드론이(501) QCM에 도착하고, 15분에 도착한 이 드론은(501) 먼저 충전하고 있던 드론의(511) 충전이 65분에 끝나는 65분부터 배터리 충전을 할 수 있다. 여기서 15분에 도착한 드론에게(501) 50분이라는 개별적인 대기시간(individual waiting time)이 발생한다. Looking at the waiting time occurring in the first area (area 1) 541 of the QCM, charging of the four drones 511, 512, 513, and 514 is reserved from 5 minutes to 230 minutes. A new drone arrives at QCM at 15 minutes (501), and the drone that arrives at 15 minutes (501) can charge the battery from 65 minutes, when the charging of the drone (511) that was being charged first ends at 65 minutes. Here, an individual waiting time of 50 minutes occurs for the drone arriving at 15 minutes (501).

먼저 도착한 드론의(511) 충전이 65분에 끝나면, 15분에 도착한 드론은(501) 65분부터 75분 동안의 배터리 충전을 시작한다. 15분에 도착한 드론이(501) 충전을 시작하게 되면서 65분부터 배터리 충전을 하기로 예약한 드론(512), 110분부터 배터리 충전을 하기로 예약한 드론(513), 230분부터 배터리 충전을 하기로 예약한 드론(514)들의 충전시간은 각각 75분씩 늦춰진다. 15분에 도착한 드론의(501) 충전으로 인하여, 총 225(3*75)분의 드론 네트워크 전체 비행시간의 증가를 가져온다.When the charging of the drone 511 that arrived first ends in 65 minutes, the drone that arrived at 15 minutes 501 starts charging the battery for 75 minutes from 65 minutes. The drone (501), which arrived at 15 minutes, starts charging, and the drone (512), which is scheduled to charge the battery from 65 minutes, the drone (513), which is scheduled to charge the battery from 110 minutes, and the battery is charged from 230 minutes. The charging time of the drones 514 reserved for the following is delayed by 75 minutes each. Due to the 501 charging of the drone that arrived in 15 minutes, the total flight time of the drone network was increased by 225 (3*75) minutes.

두 번째 영역(영역2)(542)에서 발생하는 대기시간을 살펴본다. 첫 번째 영역(541)에서의 모든 드론들의 충전이 끝나는 시간은 305(230+75)분이 된다. 두 번째 영역(542)의 예상 충전시작시간은 260분 이었지만, 실제 충전 시작 시간은 45분이 늦춰진 305분이 된다. 이로 인하여, 260분부터 배터리 충전을 하기로 예약한 드론(521)과, 305분부터 배터리 충전을 하기로 예약한 드론(522)들의 충전은 각각 45분씩 늦춰지게 된다. 첫 번째 영역에서 지연된 시간으로 인하여, 총 90(45*2)분의 드론 네트워크 전체 비행시간의 증가를 더 가져온다. The waiting time occurring in the second area (area 2) 542 is examined. The time to finish charging of all drones in the first area 541 is 305 (230+75) minutes. The expected charging start time of the second area 542 is 260 minutes, but the actual charging start time is 305 minutes after 45 minutes. Accordingly, the charging of the drone 521 scheduled to charge the battery from 260 minutes and the drone 522 scheduled to charge the battery from 305 minutes are delayed by 45 minutes, respectively. Due to the delayed time in the first area, it further increases the total flight time of the drone network by 90 (45 * 2) minutes.

세 번째 영역(영역3)(543)에서 발생하는 대기시간을 살펴본다. 두 번째 영역(542)에서의 모든 드론들의 충전이 끝나는 시간은 425(380+45)분이 된다. 따라서, 세 번째 영역(543)의 예상 충전시작시간은 420분 이었지만, 실제 충전 시작 시간은 5분이 늦춰진 425분이 된다. 이로 인하여, 420분부터 배터리 충전을 하기로 예약한 드론(531)과, 495분부터 배터리 충전을 하기로 예약한 드론(532)들의 충전은 각각 5분씩 늦춰지게 된다. 두 번째 존(542)에서 지연된 시간으로 인하여, 총 10(5*2)의 드론 네트워크 전체 비행시간의 증가를 더 가져온다.The waiting time occurring in the third area (area 3) 543 is examined. The time to finish charging of all drones in the second area 542 is 425 (380+45) minutes. Accordingly, the expected charging start time of the third area 543 was 420 minutes, but the actual charging start time is 425 minutes, which is delayed by 5 minutes. Accordingly, charging of the drone 531 scheduled to charge the battery from 420 minutes and the drone 532 reserved to charge the battery from 495 minutes are delayed by 5 minutes, respectively. Due to the delay in the second zone 542, the total flight time of the drone network is further increased by 10 (5 * 2).

위와 같이 첫 번째 내지 세 번째 영역에서 발생한 모든 추가적인 대기시간의 합인 전역적 대기시간은 375분이 된다. 수식1은 이와 같은 방식으로 전역적 대기시간이 계산됨을 표현한 것이다.As above, the global waiting time, which is the sum of all additional waiting times occurring in the first to third areas, is 375 minutes. Equation 1 expresses that the global waiting time is calculated in this way.

이하에서 클라우드 기반 드론 네트워크 내비게이션 동작의 구체적인 알고리즘에 대해서 살펴본다. 아래의 표는 클라우드 기반 드론 네트워크의 알고리즘이다.Hereinafter, a detailed algorithm of a cloud-based drone network navigation operation will be described. The table below is the algorithm of a cloud-based drone network.

Figure 112019057986548-pat00002
Figure 112019057986548-pat00002

이하에서 위 표1에 나타난 알고리즘의 변수들의 의미와 각 line 이 나타내는 의미를 설명한다.Hereinafter, the meaning of the algorithm variables shown in Table 1 and the meaning of each line will be described.

Dcur: 출발지에서 출발하는 드론을 나타낸다.Dcur: It represents a drone departing from the starting point.

Cbattery: 출발지에서 출발하는 드론의 출발시의 배터리 잔량을 나타낸다.Cbattery: Shows the remaining battery capacity of the drone departing from the starting point.

Bw: 출발지에서 출발하는 드론의 운반물의 무게를 나타낸다.Bw: Indicates the weight of the drone's package departing from the starting point.

Qall: 드론 네트워크상의 모든 QCM 세트(set)를 나타낸다.Qall: Represents all QCM sets on the drone network.

Gu,v: 출발지 u에서 목적지 v까지의 경로상에서 현재의 배터리로 도달할 수 있는 QCM을 나타낸 그래프이다.Gu,v: This is a graph showing the QCM that can be reached with the current battery on the path from the origin u to the destination v.

u: 출발지(source)의 위치를 나타낸다.u: indicates the location of the source.

v: 목적지(destination)의 위치를 나타낸다.v: indicates the location of the destination.

Pu,v: 출발지 u 에서 목적지 v까지의 경로를 나타낸다.Pu,v: represents the route from the origin u to the destination v.

Pi: k-shortest path 함수를 통해서 도출된 k개의 출발지에서 목적지까지의 경로 중, 출발지에서 목적지까지의 비행거리와 Gu,v의 그래프상에 있는 QCM까지의 거리를 더한 거리가 i번째로 짧은 경로를 나타낸다. 예를 들어, 7개의 경로 중, 3번째로 짧은 거리의 경로는 P3으로 나타낸다.Pi: Of the k paths from the origin to the destination derived through the k-shortest path function, the i-th shortest path is the sum of the flight distance from the origin to the destination and the distance to the QCM in the graph of Gu and v Represents. For example, out of seven routes, the route of the third shortest distance is denoted by P3.

Ti:Pi 경로의 예상 총 비행시간을 나타낸다(비행시간, 충전시간, 개별 충전대기시간 및 전역적 충전 대기시간의 합).Represents the estimated total flight time of the Ti:Pi route (flight time, charge time, individual charge wait time and global charge wait time sum).

Tu,v: 출발지 u에서 목적지 v까지의 총 비행시간을 나타낸다.Tu,v: represents the total flight time from the origin u to the destination v.

Fi: 출발지에서 목적지까지의 예상되는 비행시간을 나타낸다.Fi: Shows the expected flight time from the origin to the destination.

Ci: Pi경로에 포함되는 QCM들에서의 예상되는 충전시간의 합을 나타낸다.Ci: represents the sum of the expected charging times in QCMs included in the Pi path.

Wi: Pi 경로에서 포함되는 QCM들에서의 예상 전역적 대기시간의 합을 나타낸다.Wi: This represents the sum of the expected global waiting times in QCMs included in the Pi path.

이하에서 각 line의 의미에 대해 설명한다.Hereinafter, the meaning of each line will be described.

1: 클라우드 기반 드론 내비게이션 시스템의 TCC(Traffic control center)는 현재 드론 서비스 시작을 위한 드론들의 정보를 받아 배터리 충전 스케쥴링을 실행한다.1: The traffic control center (TCC) of the cloud-based drone navigation system receives information from drones for starting the current drone service and performs battery charging scheduling.

2.: 변수들을 초기화 한다. 이 때, 앞서 설명한 변수들이 초기화된다. 3: 드론이 비행하여야 할 목적지까지의 거리가 배터리 충전을 필요로 하는 거리인지를 판단하는 단계. 이 때, 드론의 비행 가능한 시간은 드론이 목적지까지 운반해야하는 운반물의 무게에 따라 달라지게 된다.2.: Initialize variables. At this time, the variables described above are initialized. 3: The step of determining whether the distance to the destination where the drone should fly is the distance that requires battery charging. At this time, the flight time of the drone depends on the weight of the package that the drone has to carry to its destination.

4: line3에서 드론이 비행하여야 할 목적지까지의 거리가 배터리 충전 없이 갈 수 있는 경로라고 판단한 경우, Pu,v 변수값에 출발지에서 목적지까지 배터리 충전 없이 갈 수 있는 경로를 나타내는 Pdirect값을 입력한다. 여기서 u는 출발지를 나타내고 v는 목적지를 나타낸다. 또한, Pu,v 는 출발지 u에서 목적지 v까지의 경로를 나타내는 변수이다. 4: If it is determined that the distance from line3 to the destination the drone should fly is a route that can be taken without charging the battery, enter the Pdirect value representing the route from the departure point to the destination without charging the battery in the value of the Pu,v variable. Where u is the starting point and v is the destination. In addition, Pu,v is a variable representing the path from the origin u to the destination v.

5: Pdirect값이 입력된 Pu,v 값을 반환한다. 5: Returns the Pu,v value of which the Pdirect value is input.

6~8: line 3 에서 드론이 목적지까지 비행하여야 하는 거리가 배터리 충전을 필요로 하는 거리라면, 효율적인 배터리 충전 할당을 위해 해당 배터리로 도달할 수 있는 QCM들의 집합을 구한다.6-8: If the distance that the drone must fly to its destination in line 3 is the distance that requires battery charging, the set of QCMs that can be reached with the battery is obtained for efficient battery charging allocation.

9: line 6-8에서 구한 집합을 이용하여 그래프를 만든다. 예를 들면, 이 그래프는 출발지가 u 이고 목적지가 v인 특정 드론이 현재 배터리로 도달할 수 있는 QCM의 집합을 나타낸 그래프일 수 있다. 9: Create a graph using the set obtained in lines 6-8. For example, this graph may be a graph showing the set of QCMs that a specific drone with a starting point u and a destination v can reach with the current battery.

도 6은 도출된 QCM 집합을 이용하여 그려진 그래프는 나타낸 도이다.6 is a diagram illustrating a graph drawn using the derived QCM set.

10: line 9에서 만들어진 그래프에 k-Shortest-path 알고리즘을 사용하여 가장 효율적인 경로 순으로, k개 만큼의 목적지까지의 경로를 얻는다. K-Shortest-Path 알고리즘은 두 가지 변수를 사용할 수 있다. 예를 들어, 드론이 출발지에서 QCM까지의 경로를 이동하는 데에 걸리는 시간(시간1) 및 드론이 QCM에서 목적지까지의 경로를 이동하는 데에 걸리는 시간(시간2)의 합인 flight time(시간1+시간2)변수와 QCM에서의 충전시간인 charging time 변수를 이용할 수 있다. 이 가능한 두 가지의 변수의 합이 작은 순서로 k개의 경로를 도출한다. 도출된 k개의 경로들은 각각 1부터 k까지의 인덱스가 부여될 수 있다. 10: Use the k-Shortest-path algorithm on the graph created in line 9 to obtain k paths to destinations in the order of the most efficient paths. The K-Shortest-Path algorithm can use two variables. For example, flight time (time1), which is the sum of the time it takes the drone to travel its route from its origin to QCM (time1) and the time it takes the drone to travel its route from QCM to its destination (time2). You can use the +time2) variable and the charging time variable, which is the charging time in QCM. The sum of these two possible variables derives k paths in small order. Each of the derived k paths may be given an index from 1 to k.

11-12: k개의 경로들은 {P1, P2, P3??Pk} 와 같이 변수로 표시될 수 있다. Line 12의Compute_Travel_Time_of_Path(P_i)는 P1부터 Pk까지 각 경로 별로 소요되는 시간(Ti)을 계산하는 함수를 나타낸다. i번째 경로Pi에서 소요되는 시간을 나타내는 변수 Ti는 세가지 변수의 합으로 나타낼 수 있다. 세가지 변수는, 드론이 출발지에서 QCM까지의 경로를 이동하는 데에 걸리는 시간(시간1) 및 드론이 QCM에서 목적지까지의 경로를 이동하는 데에 걸리는 시간(시간2)의 합인 flight time(시간1+시간2)변수와 QCM에서의 충전시간인 charging time 변수를 이용할 수 있고, 또한 네트워크에 포함된 다른 드론들을 고려한 QCM에서의 대기시간인 전역적 대기시간 변수가 될 수 있다. 그리고 이 세가지 변수 flight time, charging time 및 전역적 대기시간을 합함으로써 i번째 경로 Pi에서 소요되는 시간 Ti-를 구할 수 있다.11-12: k paths can be represented as variables such as {P1, P2, P3??Pk}. Compute_Travel_Time_of_Path(P_i) of Line 12 represents a function that calculates the time (Ti) required for each path from P1 to Pk. The variable Ti representing the time spent on the i-th path Pi can be expressed as the sum of three variables. The three variables are flight time (time1), which is the sum of the time it takes the drone to travel the route from the origin to the QCM (time1) and the time it takes the drone to travel the route from the QCM to the destination (time2). The +time2) variable and the charging time variable, which is the charging time in QCM, can be used, and it can also be a global waiting time variable, which is the waiting time in QCM considering other drones included in the network. And by summing these three variables flight time, charging time, and global waiting time, the time Ti- spent on the i-th path Pi can be obtained.

13: 출발지 u에서 목적지 v까지 소요되는 시간을 나타내는 변수 Tu,v와 line 12에서 도출된 경로 Pi에서 소요되는 시간 Ti를 비교한다. 이 때, 위 line 2에서 모든 변수를 초기화하며, 초기값으로 모든 변수들에게 무한대의 값을 입력하였는바, 초기 비교단계, 즉 경로 P1에서의 전역적 대기시간을 고려한 소요시간인 T1값과 초기값이 설정된 Tu,v의 비교단계에서는 아래의 line 14에서 Tu,v값에 T1값이 메모리에 입력 될 것이다.13: Compare the variable Tu,v representing the time taken from the origin u to the destination v, and the time Ti taken in the route Pi derived in line 12. At this time, in line 2 above, all variables are initialized, and infinite values are input to all variables as initial values.In this case, the initial comparison step, that is, the T1 value and the initial time taken considering the global waiting time in the path P1 In the step of comparing Tu,v where the value is set, the T1 value will be input to the memory as the Tu,v value in line 14 below.

14: T1가 Tu,v 보다 작은 경우, Ti값을 Tu,v에 입력한다. 예를 들어, 경로 P2에서의 소요시간 T2가 Tu,v에 저장되어 있고, 경로 P3에서의 소요시간 T3와 Tu,v 를 비교하는 경우에, 만약 T3의 값이 Tu,v보다 작다면, Tu,v값에 T3값이 입력될 것이다. 반대로 T3의 값이 Tu,v 보다 크다면, Tu,v에 메모리에 저장된 값은 변경되지 않을 것이다.14: When T1 is smaller than Tu,v, the Ti value is input to Tu,v. For example, if the required time T2 in the route P2 is stored in Tu,v and the required time T3 in the route P3 is compared with Tu,v, if the value of T3 is less than Tu,v, Tu The value of T3 will be entered in the ,v value. Conversely, if the value of T3 is greater than Tu,v, the value stored in the memory in Tu,v will not be changed.

15: Tu,v 값과 비교하였을 때, 소요되는 시간이 더 적었던 Ti의 경로인 Pi 경로를 출발지 u에서 목적지 v까지의 경로로 수정한다.15: Compared with the values of Tu,v, the Pi path, which is the path of Ti, which takes less time, is modified to the path from the origin u to the destination v

16-19: 최종적으로 선택 된 경로인 Pu,v 값을 반환한다. 최종적으로 설정된 Pu,v 는 드론의 비행시간, QCM에서의 충전시간 및 global waiting 타임을 고려한 최적의 경로에 해당하게 된다.16-19: Returns the last selected path, Pu,v. The finally set Pu,v corresponds to the optimal route considering the flight time of the drone, charging time in QCM, and global waiting time.

20: 알고리즘을 종료한다.20: End the algorithm.

도 7는 앞서 살펴본 알고리즘을 나타낸 순서도의 일례이다. 글로벌 QCM 선택 최적화 기법의 적용을 위해, 모든 변수를 초기화한다(S7010).7 is an example of a flowchart showing the above-described algorithm. To apply the global QCM selection optimization technique, all variables are initialized (S7010).

이 때, 모든 변수는 도6의 단계 1에서 언급한 변수들을 포함한다.At this time, all variables include the variables mentioned in step 1 of FIG.

다음 단계에서, 목적지 u까지 가기 위해 드론 배터리의 충전이 필요한지 여부를 판단한다(S7020). 배터리 충전이 필요하지 않다면 출발지 u에서 목적지 v까지 가는 경로 Pu,v에 Pdirect값을 입력하고(S7032), 절차를 종료한다(S7091). In the next step, it is determined whether or not the drone battery needs to be charged to reach the destination u (S7020). If battery charging is not required, the Pdirect value is input into the route Pu,v from the source u to the destination v (S7032), and the procedure ends (S7091).

배터리 충전이 필요한 경우, 다음 단계에서 현재 드론의 배터리 잔량으로 도달할 수 있는QCM의 집합인 Qset을 도출하고, 도출한 Qset을 이용하여 그래프를 작성한다(S7031). When battery charging is required, in the next step, a Qset, a set of QCMs that can be reached with the remaining battery capacity of the drone, is derived, and a graph is created using the derived Qset (S7031).

다음, 출발지에서 QCM을 경유하여 목적지까지 가는 k개의 경로를 도출한다(S7040). Next, k paths from the departure point to the destination via QCM are derived (S7040).

전역적 대기시간을 고려하여 i번째 경로 Pi를 따라가는 경우 소요되는 시간 Ti를 계산한다(S70570).In consideration of the global waiting time, the time Ti required when following the i-th path Pi is calculated (S70570).

경로 Pi를 따라가는 경우 소요되는 시간 Ti가 현재 설정된 Tu,v보다 작은지 비교하는 절차를 수행한다(S7060). When following the path Pi, a procedure for comparing whether the time required Ti is less than the currently set Tu,v is performed (S7060).

Ti가 Tu,v보다 작은 경우, Pu,v에 Pi 값을 입력한다(S7071). If Ti is less than Tu,v, a Pi value is input to Pu,v (S7071).

Ti가 Tu,v보다 큰 경우 Pu,v 값은 변경되지 않는다(S7072). When Ti is greater than Tu,v, the value of Pu,v is not changed (S7072).

다음 단계에서, i의 값이 k와 같은지를 판단한다(S7080). In the next step, it is determined whether the value of i is equal to k (S7080).

k값이 i값과 같다면 절차를 종료한다(S7091). If the k value is equal to the i value, the procedure ends (S7091).

k값이 i값보다 크다면 현재 i값에 1을 더해주고(S7092), S7050절차로 되돌아가서 S7050부터 그 이후의 절차들을 위에서 설명한 내용과 같이 다시 반복하게 된다.If the value of k is greater than the value of i, 1 is added to the current value of i (S7092), and the process returns to the S7050 procedure, and the subsequent procedures from S7050 are repeated as described above.

클라우드 기반 드론 내비게이션은 TCC가 비행 중인 다른 드론들과 QCM의 트래픽 정보를 수집하고, 수집한 정보를 바탕으로 앞서 살핀 클라우드 기반 드론 내비게이션 알고리즘(즉, 글로벌 QCM 선택 최적화 기법 적용 알고리즘)을 통해 드론 네트워크의 전체적인 비행시간을 최소화할 수 있는 경로를 할당해주는 방법을 구현하는 시스템이다.Cloud-based drone navigation collects traffic information of QCM with other drones in flight by TCC, and based on the collected information, the drone network's drone network's drone network is based on the previously salpin cloud-based drone navigation algorithm (i.e., the global QCM selection optimization technique applied algorithm). It is a system that implements a method of allocating routes that can minimize the overall flight time.

QCM 선택 및 비행 경로 할당을 위한 다른 알고리즘들과의 비교Comparison with other algorithms for QCM selection and flight path assignment

앞에 살핀 도 4의 4가지 경로(401 내지 404)는, 각각 다른 알고리즘을 통하여 선택된 경로이다. 위 도 4의 4가지 경로를 할당하는 데에 사용된 알고리즘은 다음과 같다. The four paths 401 to 404 shown in FIG. 4 are selected through different algorithms. The algorithm used to allocate the four paths of FIG. 4 is as follows.

(1)Shortest-Flight-Wait-Time(SFWT)(경로 1), (2)Shortest-Flight-Time(SFT)(경로 2), (3) Individual Reservation Navigation(IRN)(경로 3), (4)Cloud-Based Drone Navigation(CBDN)(경로 4)이 사용되었다. (1)Shortest-Flight-Wait-Time(SFWT)(Route 1), (2)Shortest-Flight-Time(SFT)(Route 2), (3) Individual Reservation Navigation(IRN)(Route 3), (4) ) Cloud-Based Drone Navigation (CBDN) (Route 4) was used.

보다 상세하게, 도 4의 경로 1(401)을 할당하는 데에 사용된 (1)Shortest-Flight-Wait-Time(SFWT) 알고리즘은, QCM에서 드론의 배터리 충전을 위한 통계적인 대기시간을 활용한 알고리즘이다. In more detail, the (1)Shortest-Flight-Wait-Time (SFWT) algorithm used to allocate the route 1 401 of FIG. 4 is used in QCM to utilize the statistical waiting time for charging the drone's battery. Algorithm.

도 4의 경로 2(402)를 할당하는 데에 사용된 (2) Shortest-Flight-Time(SFT) 알고리즘은, 오직 드론들의 비행시간만을 고려한 알고리즘이다. The (2) Shortest-Flight-Time (SFT) algorithm used to allocate the route 2 402 of FIG. 4 is an algorithm considering only the flight time of drones.

도 4의 경로 3(403)(3) Individual Reservation Navigation(IRN) 알고리즘은, QCM에서 오직 자신의(즉, 현재 비행경로를 할당 받는 드론) 배터리 충전을 위한 대기시간만을 고려한 QCM 예약 시스템 알고리즘이다. The route 3 (403) (3) Individual Reservation Navigation (IRN) algorithm of FIG. 4 is a QCM reservation system algorithm that considers only the waiting time for charging its own (ie, a drone currently assigned a flight route) battery in QCM.

도 4의 경로 4(404)를 할당하는 데에 사용된 (4) Cloud-Based Drone Navigation(CBDN) 알고리즘은, QCM에서 자신의 배터리 충전 대기시간뿐만 아니라, 다른 드론들의 충전 대기시간을 함께 고려한 예약 시스템 알고리즘이다.The (4) Cloud-Based Drone Navigation (CBDN) algorithm used to allocate route 4 (404) in FIG. It is a system algorithm.

도 8은, 앞서 살펴본 알고리즘에 따라 할당된 경로를 따라 비행할 때 소요되는 드론의 총 비행시간을 각각(8010내지 8040) 나타낸 도이다. 8 is a diagram showing the total flight time (8010 to 8040) of the drone required when flying along a path allocated according to the previously described algorithm.

보다 상세하게, 도 8의 도는 다른 드론들의 추가적인 대기시간은 고려하지 않고(즉, 전역적 대기시간을 고려하지 않고), 오직 자신(즉, 경로를 할당 받은 드론)의 배터리 충전을 위한 대기시간만을 고려한 비행시간을 나타낸 도이다. In more detail, Figure 8 does not take into account the additional waiting time of other drones (i.e., does not take into account the global waiting time), and only the waiting time for charging the battery of itself (i.e., a drone assigned a route). It is a diagram showing the considered flight time.

구체적으로, 도 8의 전체적인 결과를 보면, 오직 자신의 대기시간만을 고려한 경우 IRN 시스템 알고리즘을 적용하여 비행경로를 설정할 때, 개별적인 드론 입장에서는 최적의 비행경로를 할당 받을 수 있다는 것을 알 수 있다. Specifically, looking at the overall result of FIG. 8, it can be seen that when only the own waiting time is considered, when setting the flight path by applying the IRN system algorithm, the optimum flight path can be allocated from the standpoint of an individual drone.

이러한 결과는 개별적인 드론으로 인하여, 다른 드론들의 QCM에서의 대기시간이 늘어날 수 있다는 것을 고려하지 않은 결과이다. 따라서 전체 드론 네트워크의 입장에서는, 현재 비행경로를 할당받는 드론이 IRN알고리즘을 통한 비행경로를 할당 받음으로써, 네트워크에 포함된 모든 드론들의 전체적인 비행시간은 늘어나게 되는 결과를 초래할 수있다. 이는 전체 드론 네트워크의 효율적인 운영측면에서 좋지 못한 결과이다. This result is a result of not considering that the waiting time in QCM of other drones may increase due to individual drones. Therefore, from the perspective of the entire drone network, the drones currently assigned the flight paths are assigned the flight paths through the IRN algorithm, resulting in an increase in the overall flight time of all drones in the network. This is a bad result in terms of efficient operation of the entire drone network.

따라서, 드론 네트워크의 효율적인 운영을 위해서는, 전체 드론 네트워크의 총 비행시간을 감소하는 방법이 적합하다. 이하에서 드론 자신의 대기시간뿐만 아니라, 다른 드론들의 배터리 충전 대기시간까지 고려한 전역적 대기시간을 적용한 경우의 결과에 대해서 살펴본다. Therefore, for efficient operation of the drone network, a method of reducing the total flight time of the entire drone network is suitable. Hereinafter, the result of applying the global waiting time considering not only the waiting time of the drone itself, but also the battery charging waiting time of other drones will be described.

도 9는, 앞서 살펴본 알고리즘에 따라 할당된 경로를 따라 비행할 때 소요되는 드론의 총 비행시간을 각각(9010내지 9040)나타낸 도이다. 보다 상세하게, 도 9의 도는 다른 드론들의 추가적인 대기시간을 고려한(즉, 전역적 대기시간을 고려한) 총 비행시간을 나타낸 도이다. 9 is a diagram showing the total flight time (9010 to 9040) of the drone required when flying along a path allocated according to the above-described algorithm. In more detail, FIG. 9 is a diagram showing the total flight time in consideration of the additional waiting time of other drones (ie, taking into account the global waiting time).

구체적으로, 도 9의 전체적인 결과를 보면, 다른 드론들의 대기시간도 함께 고려한CBDN 시스템 알고리즘을 적용하여 비행경로를 설정할 때, 전체 드론 네트워크의 입장에서 가장 효율적인 네트워크 운영이 가능해 진다. Specifically, looking at the overall result of FIG. 9, when the flight path is set by applying the CBDN system algorithm taking into account the waiting times of other drones, the most efficient network operation is possible from the perspective of the entire drone network.

예를 들어, 현재 드론 네트워크에 3대의 드론이(드론 A 내지 드론 C)비행 중이고, 드론들이 이용가능한 QCM이 2곳(QCM A 및 QCM B) 있다고 가정한다. 각 드론들의 목적지는 상이하나, 목적지까지 도달하기 위해서 3대의 드론 모두 QCM A를 경유하여 배터리충전을 1회 하여야 한다고 가정한다. For example, assume that there are currently 3 drones (Drones A to C) flying in the drone network, and there are 2 QCMs available for drones (QCM A and QCM B). Although the destination of each drone is different, it is assumed that all three drones must recharge the battery once via QCM A to reach the destination.

현재, 드론 A 내지 드론 C의 목적지까지의 비행시간을 각각 Ta, Tb, Tc라고 하면, 현재 네트워크상의 모든 드론들의 총 비행시간(즉, 출발지에서 목적지까지의 순수 비행시간, 충전 대기시간 및 충전시간을 모두 더한 시간)을 더한 네트워크 전체 비행시간 T=Ta+Tb+Tc가 된다. Currently, if the flight times of drones A to C are respectively Ta, Tb, and Tc, the total flight time of all drones on the current network (i.e., net flight time from departure to destination, charging standby time, and charging time) The total flight time of the network is T=Ta+Tb+Tc.

현재, 새롭게 목적지로 향하는 드론 D가 출발지점에서 비행경로를 할당 받는다. 드론 D가 QCM A를 경유하는 경우와, QCM B를 경유하는 경우에서 충전대기시간을 제외하면 출발지에서 목적지까지 소요되는 시간은 두 경우가 60분으로 동일하다고 한다.Currently, drone D heading to its destination is assigned a flight path at the starting point. Excluding the waiting time for charging in the case where drone D passes through QCM A and when passing through QCM B, it is said that the time required from the departure point to the destination is the same as 60 minutes in both cases.

즉, 출발지에서 QCM까지의 이동에 소요되는 시간(20분), QCM에서의 충전시간(20분) 및 QCM에서 목적지까지의 이동에 소요되는 시간(20)의 합이 동일하다. That is, the sum of the time required to move from the origin to the QCM (20 minutes), the charging time in the QCM (20 minutes), and the time required to move from the QCM to the destination (20) is the same.

드론 D의 QCM A에서의 대기시간은 20분이고, QCM B에서의 대기시간은 30분이라고 가정한다. 드론 D의 비행시간을 Td라고 한다. It is assumed that the waiting time in QCM A of drone D is 20 minutes, and the waiting time in QCM B is 30 minutes. The flight time of drone D is called Td.

이하에서, 드론 네트워크 전체 비행시간을 살펴본다. 드론 D의 입장에서, 자신의 충전 대기시간만을 고려한다면, 대기시간이 더 적은 QCM A를 경유해서 목적지로 가는 경로가 가장 적합한 경로일 것이다. 이 때 드론 D의 비행시간 Td는 80(20+20+20+20)분이 된다. Below, we look at the overall flight time of the drone network. From the perspective of drone D, if you consider only its own charging wait time, the route to the destination via QCM A, which has less waiting time, will be the most suitable route. At this time, the flight time Td of drone D is 80 (20+20+20+20) minutes.

그런데 드론 D가 QCM A를 이용하는 경우, 드론 A 내지 드론 C의 대기시간이 20분씩 늘어난다고 하자. 그렇게 되면 전역적 대기시간은 총 60분이 증가하게 된다. 이 경우에서 네트워크의 전체 비행시간 T(T1)=Ta+Tb+Tc+80(Td)+60(전역적 대기시간)이 된다. However, suppose that if drone D uses QCM A, the waiting time of drones A to C increases by 20 minutes. This will increase the global waiting time by 60 minutes. In this case, the total flight time of the network T(T1)=Ta+Tb+Tc+80(Td)+60 (global waiting time).

반대로, 드론 D가 다른 드론들의 대기시간까지 고려한 경로를 할당 받아서 QCM B를 이용하면, 이 때 드론 D의 비행시간 Td는 90분이 된다(20+20+20+30). 드론 D의 비행시간은 늘어났지만, 다른 드론들은 QCM B를 이용하지 않고 오직 QCM A만을 이용하므로 드론 A 내지 C의 비행시간은 늘어나지 않게 된다. 즉, 전역적 대기시간이 0이 된다. 이 경우에서 네트워크의 전체 비행시간T(T2)=Ta+Tb+Tc+90(Td)+0(전역적 대기시간)이 된다. Conversely, if drone D is assigned a route that considers the waiting time of other drones and uses QCM B, the flight time Td of drone D at this time is 90 minutes (20+20+20+30). The flight time of drone D has been increased, but the flight time of drones A to C does not increase because other drones do not use QCM B and only use QCM A. In other words, the global waiting time is zero. In this case, the total flight time of the network T(T2)=Ta+Tb+Tc+90(Td)+0 (global waiting time).

CBDN 시스템 알고리즘을 적용한 결과 네트워크 전체의 비행시간이 총 50분이 감소하게 된다. 따라서 CBDN 알고리즘 시스템을 활용하여 비행경로를 할당하는 것은, 개별적인 드론에게는 더 긴 비행경로를 할당하여 줄 수도 있지만, 네트워크는 전체적인 비행시간을 최소화할 수 있는 효과가 있음을 확인할 수 있다. As a result of applying the CBDN system algorithm, the total flight time of the network is reduced by 50 minutes. Therefore, allocation of flight paths using the CBDN algorithm system may assign longer flight paths to individual drones, but it can be seen that the network has the effect of minimizing the overall flight time.

이와 같이 클라우드 기반 드론 내비게이션(CBDN)은 오직 자신의 최적 경로를 찾는 것이 아니라 전체적인 드론들의 평균 비행시간을 최소화할 수 있는 최적의 경로를 찾는 기법이다.As described above, cloud-based drone navigation (CBDN) is a technique that finds the optimal path that can minimize the average flight time of the overall drones, rather than finding its own optimal path.

다양한 변수 및 다른 알고리즘 적용에 따른 실험예들Experimental examples according to application of various variables and other algorithms

이하에서, 앞서 살핀 본 발명의 방법에 다양한 환경과 여러 변수들이 적용 될 경우 본 발명 방법의 성능이 어떠한 영향을 받는 지에 대한 성능평가를 실시한 실험 예들을 살펴본다. Hereinafter, when various environments and various variables are applied to the method of the present invention, examples of experiments in which performance evaluation is performed on how the performance of the method of the present invention are affected will be described.

앞서 살핀 다른 알고리즘들에 대비한 본 발명의 유리한 효과를 명확히 드러내기 위해, 다른 알고리즘 시스템과의 비교를 통해 살펴본다.In order to clearly reveal the advantageous effects of the present invention over other algorithms examined above, a comparison with other algorithm systems will be described.

본 발명의 성능을 평가하기 위하여 OMNeT++ 시뮬레이션을 사용하여 실험을 하였고, 드론 시뮬레이션을 위하여 DJI사에서 개발한 Matrice 200 Series의 드론 스펙을 이용하였다. 사용된 시뮬레이션 설정 값은 아래의 표 2과 같다. In order to evaluate the performance of the present invention, an experiment was conducted using OMNeT++ simulation, and the drone specification of the Matrice 200 Series developed by DJI was used for drone simulation. The simulation setting values used are shown in Table 2 below.

Figure 112019057986548-pat00003
Figure 112019057986548-pat00003

본 방법의 성능평가 실험은 표 2의 시뮬레이션 설정 값을 바탕으로 하였다. 도 10은 드론 네트워크 시뮬레이션 스냅샷을 나타내는 도이다. 도 11은 본 실험에서, 적용된 각 알고리즘 별 QCM 사용률을 보여준다. 도 10의(d)는 본 발명인 CBDN 시스템 알고리즘의 결과를 보여준다. CBDN 시스템 알고리즘은, QCM에서의 혼잡을 피해 드론들에게 효율적인 배터리 충전을 고려하여 QCM을 할당해준다. 따라서, 각 QCM별 사용률이 고르게 분포되어 있음을 알 수 있고, CBDN 시스템 알고리즘의 특징 및 드론 네트워크상의 QCM을 균형적이고 효율적으로 사용할 수 있는 유리한 효과가 잘 드러난다.The performance evaluation experiment of this method was based on the simulation settings in Table 2. 10 is a diagram showing a drone network simulation snapshot. 11 shows the QCM usage rate for each applied algorithm in this experiment. Figure 10 (d) shows the result of the CBDN system algorithm of the present invention. The CBDN system algorithm allocates QCM to drones in consideration of efficient battery charging to avoid congestion in QCM. Therefore, it can be seen that the usage rate of each QCM is evenly distributed, and the advantageous effect of using the CBDN system algorithm and the QCM on the drone network in a balanced and efficient manner is well revealed.

이하에서 다양한 환경에서 여러 변수에 따른 실험예를 살펴본다. 이하 도면 12내지 17의 그래프에서, 도 12내지 17의 (a) 그래프의 y축은 드론 네트워크상에 포함된 드론들의 평균적인 비행시간을 나타내고, 도 12내지 17의 (b)그래프의 y축은 평균적인 QCM 사용률을 나타낸다. 이하 설명의 편의를 위해, 도면 12내지 17의 (a), (b) 그래프의 y축에 대한 설명을 생략한다.Hereinafter, experimental examples according to various variables in various environments will be described. In the graphs of Figs. 12 to 17 below, the y-axis of the graph (a) of Figs. 12 to 17 represents the average flight time of the drones included in the drone network, and the y-axis of the graph (b) of Figs. 12 to 17 is an average Shows the QCM usage rate. Hereinafter, for convenience of explanation, descriptions of the y-axis of the graphs (a) and (b) of FIGS. 12 to 17 are omitted.

(1)드론의 수에 따른 영향(1) Effect of the number of drones

도12은 드론 수에 따른 본 발명 성능의 영향을 나타낸 도이다. 도 12의 (a) 및 (b) 그래프의 x축은 드론 네트워크상에 포함된 드론의 수를 나타낸다. 도 12의 (a)그래프의 결과를 분석하면, CBDN 시스템 알고리즘의 경우, 드론들의 평균적인 비행시간이 다른 알고리즘과 비교하였을 때 가장 짧음을 확인할 수 있다. 또한, 다른 시스템과 달리 드론의 숫자가 증가함에도 불구하고, 그에 따라서 드론 네트워크상의 드론들의 비행시간은 크게 변하지 않음을 알 수 있다. 또한, 도 12의 (b) 그래프의 결과를 분석하면, CBDN의 경우 다른 알고리즘과 비교하였을 때 QCM 평균 사용률이 가장 높다. 또한, 드론의 수가 늘어남에 따라, 평균적인 QCM 사용률이 높아지고, 그 증가폭도 다른 알고리즘과 비교하였을 때 가장 크다는 것을 알 수 있다.12 is a diagram showing the effect of the performance of the present invention according to the number of drones. The x-axis of the graphs (a) and (b) of FIG. 12 represents the number of drones included in the drone network. Analyzing the results of the graph (a) of FIG. 12, it can be seen that in the case of the CBDN system algorithm, the average flight time of drones is the shortest when compared with other algorithms. In addition, unlike other systems, despite the increase in the number of drones, it can be seen that the flight time of drones on the drone network does not change significantly accordingly. In addition, when analyzing the results of the graph of FIG. 12 (b), CBDN has the highest QCM average usage rate when compared with other algorithms. In addition, it can be seen that as the number of drones increases, the average QCM usage rate increases, and the increase is the largest compared to other algorithms.

(2)드론의 속력에 따른 영향(2) Influence of drone speed

도 13는 드론 속력에 따른 본 발명 성능의 영향을 나타낸 도이다. 도 13의 (a) 및 (b) 그래프의 x축은 드론의 속력을 나타낸다. 도 13의 (a)그래프의 결과를 분석하면, CBDN 시스템 알고리즘의 경우, 드론들의 평균적인 비행시간이 다른 알고리즘과 비교하였을 때 가장 짧음을 확인할 수 있다. 또한, 도 13의 (b) 그래프의 결과를 분석하면, CBDN의 경우 다른 알고리즘과 비교하였을 때 QCM 평균 사용률이 가장 높다. 또한, 드론의 속력이 커짐에 따라, 평균적인 QCM 사용률이 높아지고, 그 증가폭도 다른 알고리즘과 비교하였을 때 가장 크다는 것을 알 수 있다.13 is a diagram showing the effect of the performance of the present invention according to the speed of the drone. The x-axis of the graphs (a) and (b) of FIG. 13 represents the speed of the drone. Analyzing the results of the graph (a) of FIG. 13, it can be seen that in the case of the CBDN system algorithm, the average flight time of drones is the shortest when compared with other algorithms. In addition, analyzing the results of the graph of FIG. 13 (b), CBDN has the highest QCM average usage rate when compared with other algorithms. In addition, it can be seen that as the speed of the drone increases, the average QCM usage rate increases, and the increase is the largest compared to other algorithms.

(3)드론의 속력 표준 편차 크기에 따른 영향(3) The effect of the standard deviation of the speed of the drone

도 14은 드론 속력의 표준편차 크기에 따른 본 발명 성능의 영향을 나타낸 도이다. 도 14의 (a) 및 (b) 그래프의 x축은 드론 속력의 표준편차 크기를 나타낸다. 도 14의 (a)그래프의 결과를 분석하면, CBDN 시스템 알고리즘의 경우, 드론들의 평균적인 비행시간이 다른 알고리즘과 비교하였을 때 가장 짧음을 확인할 수 있다. 또한, 도 14의 (b) 그래프의 결과를 분석하면, CBDN의 경우 다른 알고리즘과 비교하였을 때 QCM 평균 사용률이 가장 높다. 14 is a diagram showing the effect of the performance of the present invention according to the size of the standard deviation of the speed of the drone. The x-axis in the graphs (a) and (b) of FIG. 14 represents the magnitude of the standard deviation of the speed of the drone. When analyzing the results of the graph of FIG. 14 (a), it can be seen that in the case of the CBDN system algorithm, the average flight time of drones is the shortest when compared with other algorithms. In addition, when analyzing the result of the graph of FIG. 14 (b), CBDN has the highest QCM average usage rate when compared with other algorithms.

(4)QCM의 수에 따른 영향(4) Impact of the number of QCMs

도 15는 QCM 수에 따른 본 발명 성능의 영향을 나타낸 도이다. 도 15의 (a) 및 (b) 그래프의 x축은 드론 네트워크상에 포함된 QCM의 수를 나타낸다. 도 15의 (a)그래프의 결과를 분석하면, CBDN 시스템 알고리즘의 경우, 드론들의 평균적인 비행시간이 다른 알고리즘과 비교하였을 때 가장 짧음을 확인할 수 있다. 또한, 도 15의 (b) 그래프의 결과를 분석하면, CBDN의 경우 다른 알고리즘과 비교하였을 때 QCM 평균 사용률이 가장 높다. 또한, 드론의 수가 늘어남에 따라, 평균적인 QCM 사용률이 낮아지고, 그 감소폭도 다른 알고리즘과 비교하였을 때 가장 크다는 것을 알 수 있다. QCM수 증가에 따른 QCM평균 사용률의 감소폭이 크다는 것은 드론들이 많은 수의 QCM을 고르게 이용하고 있다는 것을 의미하므로, 이 결과는 CBDN 시스템 알고리즘의 유리한 효과를 잘 드러내주는 실험 결과이다. 15 is a diagram showing the effect of the performance of the present invention according to the number of QCMs. The x-axis of the graphs (a) and (b) of FIG. 15 represents the number of QCMs included in the drone network. Analyzing the results of the graph (a) of FIG. 15, it can be seen that in the case of the CBDN system algorithm, the average flight time of drones is the shortest when compared with other algorithms. In addition, analyzing the results of the graph of FIG. 15B, CBDN has the highest QCM average usage rate when compared with other algorithms. In addition, it can be seen that as the number of drones increases, the average QCM usage rate decreases, and the reduction is the largest compared to other algorithms. The fact that the decrease in the QCM average usage rate according to the increase in the number of QCMs is large means that the drones are using a large number of QCMs evenly, so this result is an experimental result that shows the advantageous effects of the CBDN system algorithm.

(5)QCM의 성능에 따른 영향(5) Impact of QCM performance

도 16는 QCM의 성능에 따른 본 발명 성능의 영향을 나타낸 도이다. 도 16의 (a) 및 (b) 그래프의 x축은 QCM의 성능(즉, 드론의 배터리가 방전된 상태에서 완전 충전 상태까지 충전하는 데 걸리는 시간)을 나타낸다. 도 16의 (a)그래프의 결과를 분석하면, CBDN 시스템 알고리즘의 경우, 드론들의 평균적인 비행시간이 다른 알고리즘과 비교하였을 때 가장 짧음을 확인할 수 있다. 또한, 도 16의 (b) 그래프의 결과를 분석하면, CBDN의 경우 다른 알고리즘과 비교하였을 때 QCM 평균 사용률이 가장 높다. 16 is a diagram showing the effect of the performance of the present invention according to the performance of the QCM. The x-axis of the graphs (a) and (b) of FIG. 16 represents the performance of QCM (ie, the time taken to charge the drone's battery from a discharged state to a fully charged state). Analyzing the results of the graph (a) of FIG. 16, it can be seen that in the case of the CBDN system algorithm, the average flight time of drones is the shortest compared to other algorithms. In addition, when analyzing the results of the graph of FIG. 16 (b), CBDN has the highest QCM average usage rate when compared with other algorithms.

(6)배송 물품의 무게에 따른 영향(6) Effect of the weight of the delivered item

도 17은 배송 물품의 무게에 따른 본 발명 성능의 영향을 나타낸 도이다. 도 17의 (a) 및 (b) 그래프의 x축은 배송물의 무게를 나타낸다. 도 17의 (a)그래프의 결과를 분석하면, CBDN 시스템 알고리즘의 경우, 드론들의 평균적인 비행시간이 다른 알고리즘과 비교하였을 때 가장 짧음을 확인할 수 있다. 또한, 도 17의 (b) 그래프의 결과를 분석하면, CBDN의 경우 다른 알고리즘과 비교하였을 때 QCM 평균 사용률이 가장 높다. 17 is a diagram showing the effect of the performance of the present invention according to the weight of the delivered article. The x-axis of the graphs (a) and (b) of FIG. 17 represents the weight of the shipment. Analyzing the results of the graph of FIG. 17 (a), it can be seen that in the case of the CBDN system algorithm, the average flight time of drones is the shortest when compared with other algorithms. In addition, when analyzing the result of the graph of FIG. 17 (b), CBDN has the highest QCM average usage rate when compared with other algorithms.

도 18은 클라우드 기반 내비게이션에서 트래픽 제어 센터(Traffic Control Center: TCC) 의 동작을 나타낸 일례이다. 즉, 드론 네트워크에서, 드론에게 비행경로를 할당해주기 위해 트래픽 제어 장치에서 수행되는 방법은, 18 is an example showing an operation of a traffic control center (TCC) in cloud-based navigation. That is, in the drone network, the method performed by the traffic control device to allocate flight paths to the drones,

비행 경로가 할당된 적어도 하나의 드론들 또는 적어도 하나의 빠른 배터리 충전소(Quick Battery Charging Machine: QCM)들로부터 상기 드론 네트워크상의 트래픽 정보를 획득하는 단계를 수행한다(S1810).A step of acquiring traffic information on the drone network from at least one drone or at least one quick battery charging machine (QCM) to which a flight path is assigned is performed (S1810).

상기 트래픽 정보는 상기 드론 네트워크상의 상기 적어도 하나의 드론들의 제 1 정보 또는 상기 적어도 하나의 QCM들의 제2 정보 중 적어도 하나를 포함 수 있다.The traffic information may include at least one of first information of the at least one drone on the drone network or second information of the at least one QCM.

다음, 상기 트래픽 정보를 바탕으로 상기 적어도 하나의 드론들을 고려한 비행경로 설정을 위한 알고리즘을 이용하여 최적의 비행경로를 결정하는 단계를 수행한다(S1820).Next, based on the traffic information, a step of determining an optimal flight path is performed using an algorithm for setting a flight path in consideration of the at least one drone (S1820).

다음, 상기 드론에게 상기 최적의 비행경로를 할당하는 단계를 수행한다(S1830).Next, the step of allocating the optimal flight path to the drone is performed (S1830).

상기 최적의 비행경로는 상기 드론 네트워크를 구성하는 드론들의 전체 비행시간을 최소화하는 경로이다.The optimal flight path is a path that minimizes the total flight time of the drones constituting the drone network.

도 19는 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 트래픽 제어 장치의 블록 구성도를 예시한다.19 illustrates a block diagram of a traffic control apparatus to which the methods proposed in the present specification can be applied.

도 19를 참조하면,트래픽 제어 장치는 프로세서(1910), 메모리(1920), RF유닛(1930) 및 제어부(1940)를 포함한다.Referring to FIG. 19, the traffic control apparatus includes a processor 1910, a memory 1920, an RF unit 1930, and a control unit 1940.

프로세서(1910)는 앞서 도1내지 도 18에서 제안된 기능 , 과정 및/또는 방법을 구현한다. 메모리(1920)는 프로세서와 연결되어 프로세서를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF유닛(1930)은 프로세서와 연결되어 드론들 및 QCM들로부터의 정보를 송/수신한다. 제어부는(1940)는 트래픽 제어 장치의 동작을 제어한다.The processor 1910 implements the functions, processes and/or methods proposed in FIGS. 1 to 18 above. The memory 1920 is connected to the processor and stores various information for driving the processor. The RF unit 1930 is connected to the processor and transmits/receives information from drones and QCMs. The control unit 1940 controls the operation of the traffic control device.

나아가, 설명의 편의를 위하여 각 도면을 나누어 설명하였으나, 각 도면에 서술되어 있는 실시 예들을 병합하여 새로운 실시 예를 구현하도록 설계하는 것도 가능하다. 그리고, 당업자의 필요에 따라, 이전에 설명된 실시 예들을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체를 설계하는 것도 본 발명의 권리범위에 속한다.Furthermore, although each drawing has been described separately for convenience of description, it is also possible to design a new embodiment by merging the embodiments described in each drawing. In addition, designing a computer-readable recording medium in which a program for executing the previously described embodiments is recorded is within the scope of the present invention according to the needs of those skilled in the art.

본 명세서에 따른 방향 기반 기기 검색 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The direction-based device search method according to the present specification is not limitedly applicable to the configuration and method of the embodiments described as described above, but the embodiments are all or part of each embodiment so that various modifications can be made. It may be configured in combination.

한편, 본 명세서의 방향 기반 기기 검색 방법은 네트워크 디바이스에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.Meanwhile, the direction-based device search method of the present specification may be implemented as a code that can be read by a processor in a recording medium that can be read by a processor provided in a network device. The processor-readable recording medium includes all types of recording devices that store data that can be read by the processor. Examples of recording media that can be read by the processor include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, etc., and also include those implemented in the form of carrier waves such as transmission through the Internet. . Further, the processor-readable recording medium is distributed over a computer system connected through a network, so that the processor-readable code can be stored and executed in a distributed manner.

또한, 이상에서는 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 명세서는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.In addition, although the preferred embodiments of the present specification have been illustrated and described above, the present specification is not limited to the specific embodiments described above, and the technical field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. In addition, various modifications can be implemented by those of ordinary skill in the art, and these modifications should not be understood individually from the technical spirit or prospect of the present invention.

그리고, 당해 명세서에서는 물건 발명과 방법 발명이 모두 설명되고 있으며, 필요에 따라 양 발명의 설명은 보충적으로 적용될 수가 있다.In addition, in this specification, both the product invention and the method invention are described, and the description of both inventions may be supplementally applied as necessary.

Claims (10)

드론 네트워크에서, 드론에게 비행경로를 할당해주기 위해 트래픽 제어 장치에서 수행되는 방법은,
비행 경로가 할당된 적어도 하나의 드론들 또는 적어도 하나의 빠른 배터리 충전소(Quick Battery Charging Machine: QCM)들로부터 상기 드론 네트워크상의 트래픽 정보를 획득하는 단계,
상기 트래픽 정보는 상기 드론 네트워크상의 상기 적어도 하나의 드론들의 제 1 정보 또는 상기 적어도 하나의 QCM들의 제2 정보 중 적어도 하나를 포함하고;
상기 트래픽 정보를 바탕으로 상기 적어도 하나의 드론들을 고려한 비행경로 설정을 위한 알고리즘을 이용하여 최적의 비행경로를 결정하는 단계; 및
상기 드론에게 상기 최적의 비행경로를 할당하는 단계; 를 포함하고
상기 최적의 비행경로는 상기 드론 네트워크를 구성하는 드론들의 전체 비행시간을 최소화하는 경로이며,
최적의 비행경로를 결정하는 단계는,
상기 트래픽 제어 장치의 메모리에 저장된 값을 초기화하는 단계;
상기 드론의 배터리 충전 여부를 판단하는 단계;
상기 드론의 배터리 잔량으로 도달할 수 있는 QCM들의 정보인 QCM 세트를 결정하는 단계;
각 QCM에서 상기 드론의 총 대기 시간의 정보를 나타내는 개별적 대기시간 및 상기 QCM 세트에 기초하여 k개의 제 1 경로들을 결정하는 단계,
상기 제 1 경로들은 상기 개별적 대기시간에 기초하여 경로를 결정한 경우, 최소한의 시간이 소요된 경로이고; 및
전역적 대기시간을 상기 제1 경로들에 적용하여 k개의 경로 별 소요시간을 계산하는 단계;
를 포함하며,
상기 전역적 대기시간은 1) 상기 각 QCM에서의 상기 개별적 대기시간 및 2) 상기 각 QCM에 예약되어있는 드론의 충전시간과 상기 각 QCM에 늦게 도착한 드론의 충전시간이 겹치는 시간에 근거하여, 상기 적어도 하나의 드론들 전체의 대기 시간을 나타내는, 방법.
In a drone network, the method performed by a traffic control device to assign a flight path to a drone is:
Obtaining traffic information on the drone network from at least one drone or at least one quick battery charging machine (QCM) to which a flight path is assigned,
The traffic information includes at least one of first information of the at least one drone on the drone network or second information of the at least one QCM;
Determining an optimal flight path using an algorithm for setting a flight path in consideration of the at least one drone based on the traffic information; And
Allocating the optimal flight path to the drone; Including
The optimal flight path is a path that minimizes the total flight time of the drones constituting the drone network,
The steps to determine the optimal flight path are:
Initializing a value stored in a memory of the traffic control device;
Determining whether the drone is charged with a battery;
Determining a QCM set, which is information on QCMs that can be reached with the remaining battery capacity of the drone;
Determining k first paths based on the individual waiting time and the QCM set indicating information on the total waiting time of the drone in each QCM,
The first paths are paths that take a minimum amount of time when a path is determined based on the individual waiting time; And
Calculating a required time for each k paths by applying a global waiting time to the first paths;
Including,
The global waiting time is based on 1) the individual waiting time in each of the QCMs and 2) the charging time of the drones reserved for each QCM and the charging time of the drones arriving late at each of the QCMs. Indicating the waiting time of the entire at least one drone, method.
제 1항에 있어서, 상기 제1 정보는 상기 적어도 하나의 드론들의 평균속도 정보, 속도 표준편차 정보, 출발지 정보, 목적지 정보, 현재 위치 정보 또는 이동방향 정보 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 제2 정보는 상기 적어도 하나의 QCM들의 현재 상태, 충전예약 정보 또는 충전 대기시간 정보 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
The method of claim 1, wherein the first information includes at least one of average speed information, speed standard deviation information, departure location information, destination information, current location information, or movement direction information of the at least one drone,
The second information includes at least one of a current state of the at least one QCM, charging reservation information, and charging standby time information.
삭제delete 제 1항에 있어서,
배터리 충전이 필요하지 않다고 판단된 경우, 최적의 비행경로를 결정하는 단계는,
QCM을 경유하지 않는 목적지까지의 가장 짧은 비행경로를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
The method of claim 1,
If it is determined that charging the battery is not necessary, the step of determining the optimal flight path is:
The method further comprising the step of determining the shortest flight path to the destination not via the QCM.
제 1항에 있어서,
상기 제1 경로들은 비행시간(Flight time) 변수 및 충전시간(Charging time) 변수를 이용하여 결정되는 방법.
The method of claim 1,
The first paths are determined using a flight time variable and a charging time variable.
드론 네트워크에서, 드론에게 비행경로를 할당해주기 위는 트래픽 제어 장치에 있어서,
무선 신호를 송수신하기 RF유닛; 및
RF 유닛과 기능적으로 연결되는 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는, 비행 경로가 할당된 적어도 하나의 드론들 또는 적어도 하나의 빠른 배터리 충전소(Quick Battery Charging Machine: QCM)들로부터 상기 드론 네트워크상의 트래픽 정보를 획득하고,
상기 트래픽 정보는 상기 드론 네트워크상의 상기 적어도 하나의 드론들의 제 1 정보 또는 상기 적어도 하나의 QCM들의 제2 정보 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 트래픽 정보를 바탕으로 상기 적어도 하나의 드론들을 고려한 비행경로 설정을 위한 알고리즘을 이용하여 최적의 비행경로를 결정하고,
상기 드론에게 상기 최적의 비행경로를 할당하고,
상기 최적의 비행경로는 상기 드론 네트워크를 구성하는 드론들의 전체 비행시간을 최소화하는 경로이며,
최적의 비행경로를 결정하기 위해,
상기 트래픽 제어 장치의 메모리에 저장된 값을 초기화하고,
상기 드론의 배터리 충전 여부를 판단하며,
상기 드론의 배터리 잔량으로 도달할 수 있는 QCM들의 정보인 QCM 세트를 결정하고,
각 QCM에서 상기 드론의 총 대기 시간의 정보를 나타내는 개별적 대기시간 및 상기 QCM 세트에 기초하여 k개의 제 1 경로들을 결정하며,
상기 제 1 경로들은 상기 개별적 대기시간에 기초하여 경로를 결정한 경우, 최소한의 시간이 소요된 경로이고,
전역적 대기시간을 상기 제1 경로들에 적용하여 k개의 경로 별 소요시간을 계산하며,
상기 전역적 대기시간은 1) 상기 각 QCM에서의 상기 개별적 대기시간 및 2) 상기 각 QCM에 예약되어있는 드론의 충전시간과 상기 각 QCM에 늦게 도착한 드론의 충전시간이 겹치는 시간에 근거하여, 상기 적어도 하나의 드론들 전체의 대기 시간을 나타내는, 트래픽 제어 장치.
In a drone network, in a traffic control device to allocate a flight path to a drone,
An RF unit for transmitting and receiving wireless signals; And
Including a processor functionally connected to the RF unit,
The processor obtains traffic information on the drone network from at least one drone or at least one quick battery charging machine (QCM) to which a flight path is allocated,
The traffic information includes at least one of first information of the at least one drone on the drone network or second information of the at least one QCM,
Based on the traffic information, an optimal flight path is determined using an algorithm for setting a flight path in consideration of the at least one drone,
Allocating the optimal flight path to the drone,
The optimal flight path is a path that minimizes the total flight time of the drones constituting the drone network,
To determine the optimal flight path,
Initialize the value stored in the memory of the traffic control device,
Determine whether the drone is charged with the battery,
Determine a QCM set, which is information of QCMs that can be reached with the remaining battery capacity of the drone,
In each QCM, k first paths are determined based on the individual waiting time and the QCM set indicating information on the total waiting time of the drone,
The first routes are routes that take a minimum amount of time when a route is determined based on the individual waiting time,
Applying the global waiting time to the first routes to calculate the required time for each k routes,
The global waiting time is based on 1) the individual waiting time in each of the QCMs and 2) the charging time of the drones reserved for each QCM and the charging time of the drones arriving late at each of the QCMs. Traffic control device indicating the waiting time of the entire at least one drone.
제6항에 있어서,
상기 제1 정보는 상기 적어도 하나의 드론들의 평균속도 정보, 속도 표준편차 정보, 출발지 정보, 목적지 정보, 현재 위치 정보 또는 이동방향 정보 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 제2 정보는 상기 적어도 하나의 QCM들의 현재 상태, 충전예약 정보 또는 충전 대기시간 정보 중 적어도 하나를 포함하는 트래픽 제어장치.
The method of claim 6,
The first information includes at least one of average speed information, speed standard deviation information, departure location information, destination information, current location information, or movement direction information of the at least one drone,
The second information includes at least one of a current state of the at least one QCM, charging reservation information, and charging waiting time information.
삭제delete 제 6항에 있어서,
상기 프로세서는, 배터리 충전이 필요하지 않다고 판단된 경우 최적의 비행경로를 결정하기 위해,
QCM을 경유하지 않는 목적지까지의 가장 짧은 비행경로를 결정하는 트래픽 제어장치.
The method of claim 6,
The processor, in order to determine an optimal flight path when it is determined that battery charging is not required,
A traffic control device that determines the shortest flight path to a destination not via QCM.
제 6항에 있어서,
상기 제1 경로들은 비행시간(Flight time) 변수 및 충전시간(Charging time) 변수를 이용하여 결정되는 트래픽 제어장치.
The method of claim 6,
The first routes are determined by using a flight time variable and a charging time variable.
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