KR102252301B1 - A method for operating a disaster management server - Google Patents

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KR102252301B1
KR102252301B1 KR1020190058092A KR20190058092A KR102252301B1 KR 102252301 B1 KR102252301 B1 KR 102252301B1 KR 1020190058092 A KR1020190058092 A KR 1020190058092A KR 20190058092 A KR20190058092 A KR 20190058092A KR 102252301 B1 KR102252301 B1 KR 102252301B1
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node
grid
management server
disaster
coverage hole
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나인호
레진 카바카스
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군산대학교 산학협력단
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Abstract

재난 관리 서버 및 재난 관리 서버의 동작 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 재난 관리 서버의 동작 방법은 관심 영역을 복수 개의 그리드 영역들로 분할하는 단계, 관심 영역에 분포되어 있는 적어도 하나의 센서 노드의 위치 정보를 수신하는 단계, 위치 정보에 기초하여, 센서 노드를 복수개의 그리드 영역들에 매핑하는 단계; 매핑 결과에 기초하여 커버리지 홀을 검출하는 단계, 및 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역의 클러스터 헤드를 결정하는 단계를 포함한다.Disclosed are a disaster management server and a method of operating the disaster management server. A method of operating a disaster management server according to an embodiment includes dividing a region of interest into a plurality of grid regions, receiving location information of at least one sensor node distributed in the region of interest, based on the location information, Mapping the sensor node to a plurality of grid regions; And detecting a coverage hole based on the mapping result, and determining a cluster head of at least one divided grid area included in the plurality of grid areas.

Description

재난 관리 서버의 동작 방법{A METHOD FOR OPERATING A DISASTER MANAGEMENT SERVER}How to operate the disaster management server {A METHOD FOR OPERATING A DISASTER MANAGEMENT SERVER}

아래 실시예들은 재난 관리 서버 및 재난 관리 서버의 동작 방법에 관한 것이다.The following embodiments relate to a disaster management server and a method of operating the disaster management server.

산업의 발달과 기후변화 등으로 인하여 각종 재난 재해 및 안전사고의 발생 가능성이 증가하고 있는 실정이다. 재해 발생 중 또는 재난 이후의 네트워크 인프라 가용성은 통신 및 재난 관리에 중요한 요소일 수 있다. 대부분의 경우 기존 네트워크 인프라는 재난 발생에 따라 파괴될 수 있다. 또한 남은 통신 인프라는 과도한 사용으로 인해 과부하 상태가 될 수 있다.Due to industrial development and climate change, the possibility of various disasters and safety accidents is increasing. Network infrastructure availability during or after a disaster can be an important factor in communications and disaster management. In most cases, the existing network infrastructure can be destroyed in the event of a disaster. In addition, the remaining communication infrastructure can become overloaded due to excessive use.

그러나 정보통신기술의 발달로 인하여 이에 대비할 수 있는 재난재해 모니터링 및 예측 기술도 발전하고 있다. 특히 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network; WSN) 기술은 재난 시나리오에서 응급 통신을 위한 지원 네트워크로 활용되고 있다. 무선 센서 네트워크는 센서를 네트워크로 구성한 것을 말하는 것으로, 위험한 환경에서의 설치의 용이성, 케이블 불필요, 고장 시 수리의 용이성 등의 특성을 갖는다.However, due to the development of information and communication technology, disaster monitoring and prediction technology to prepare for this is also developing. In particular, wireless sensor network (WSN) technology is being used as a support network for emergency communication in a disaster scenario. A wireless sensor network refers to a network of sensors, and has characteristics such as ease of installation in a dangerous environment, no cables required, and ease of repair in case of failure.

하지만 재난이 발생하면 무선 센서 네트워크의 센서 노드도 손상될 수 있고, 이로 인해 네트워크 기능이 상실되는 영역인 커버리지 홀이 발생할 수 있다. 네트워크의 커버리지 홀은 에너지 고갈과 메시지 오버 헤드의 증가와 같은 중요한 네트워크 문제를 야기할 수 있다. 따라서, 최적의 통신 기능을 달성하기 위해 이 커버리지 홀의 탐지 및 복구를 고려하는 것이 중요하다.However, in the event of a disaster, sensor nodes of the wireless sensor network may also be damaged, and a coverage hole, which is an area where network functions are lost, may occur. The coverage hole of the network can cause significant network problems such as energy exhaustion and increased message overhead. Therefore, it is important to consider the detection and recovery of this coverage hole in order to achieve an optimal communication function.

실시예들은 무선 센서 네트워크와 모바일 기회적 네트워크(Mobile Opportunistic Network; MON)를 융합하고자 한다.Embodiments are intended to converge a wireless sensor network and a mobile opportunistic network (MON).

실시예들은 그리드 기반 클러스터링 알고리즘을 통해 커버리지 홀을 검출하고자 한다.Embodiments attempt to detect a coverage hole through a grid-based clustering algorithm.

실시예들은 그리드 기반 클러스터링 알고리즘을 통해 각 그리드 영역의 클러스터링 헤드를 결정하고자 한다.Embodiments attempt to determine the clustering head of each grid region through a grid-based clustering algorithm.

실시예들은 검출된 커버리지 홀에서, 모바일 노드를 클러스터링 헤드로 결정하여 센서 노드와 싱크 노드 사이의 중계를 하고자 한다.Embodiments attempt to relay between a sensor node and a sink node by determining a mobile node as a clustering head in a detected coverage hole.

실시예들은 모바일 노드를 검출된 커버리지 홀로 이동시켜 커버리지 홀을 복구하고자 한다.Embodiments attempt to recover the coverage hole by moving the mobile node to the detected coverage hole.

일 실시예에 따른 재난 관리 서버의 동작 방법은 관심 영역을 복수 개의 그리드 영역들로 분할하는 단계; 상기 관심 영역에 분포되어 있는 적어도 하나의 센서 노드의 위치 정보를 수신하는 단계; 상기 위치 정보에 기초하여, 상기 센서 노드를 상기 복수 개의 그리드 영역들에 매핑하는 단계; 상기 매핑 결과에 기초하여 커버리지 홀을 검출하는 단계; 및 상기 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역의 클러스터 헤드를 결정하는 단계를 포함한다.A method of operating a disaster management server according to an embodiment includes the steps of dividing a region of interest into a plurality of grid regions; Receiving location information of at least one sensor node distributed in the region of interest; Mapping the sensor node to the plurality of grid regions based on the location information; Detecting a coverage hole based on the mapping result; And determining a cluster head of at least one divided grid area included in the plurality of grid areas.

상기 커버리지 홀을 검출하는 단계는 상기 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역 중 상기 센서 노드가 존재하지 않는 그리드 영역을 커버리지 홀로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.The detecting of the coverage hole may include determining a grid area in which the sensor node does not exist among at least one divided grid area included in the plurality of grid areas as a coverage hole.

상기 클러스터 헤드를 결정하는 단계는 상기 커버리지 홀에 모바일 노드가 존재하는 경우, 상기 모바일 노드를 상기 클러스터 헤드로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The determining of the cluster head may further include determining the mobile node as the cluster head when there is a mobile node in the coverage hole.

일 실시예에 따른 재난 관리 서버의 동작 방법은 상기 커버리지 홀에 모바일 노드가 존재하지 않는 경우, 상기 모바일 노드에 상기 커버리지 홀로 이동하라는 신호를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of operating the disaster management server according to an embodiment may further include transmitting a signal to the mobile node to move to the coverage hole when the mobile node does not exist in the coverage hole.

상기 매핑하는 단계는 상기 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역에 그리드 아이디를 할당하는 단계; 및 상기 분할된 그리드 영역에 포함된 멤버 노드에 상기 할당된 그리드 아이디를 전송하는 단계를 포함하고, 상기 멤버 노드는 상기 센서 노드와 모바일 노드를 포함할 수 있다.The mapping may include allocating a grid ID to at least one divided grid region included in the plurality of grid regions; And transmitting the assigned grid ID to a member node included in the divided grid area, wherein the member node may include the sensor node and a mobile node.

상기 클러스터 헤드는 멤버 노드와 싱크 노드 사이의 중계 노드 역할을 하고, 상기 멤버 노드는 상기 센서 노드와 모바일 노드를 포함할 수 있다.The cluster head serves as a relay node between a member node and a sink node, and the member node may include the sensor node and a mobile node.

일 실시예에 따른 싱크 노드의 운용 방법은 상기 멤버 노드로부터 상기 클러스터 헤드를 거쳐 메시지를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 메시지는 상기 멤버 노드가 속해있는 그리드 영역의 그리드 아이디를 포함할 수 있다.The method of operating a sink node according to an embodiment may further include receiving a message from the member node through the cluster head, and the message may include a grid ID of a grid area to which the member node belongs. have.

상기 커버리지 홀을 검출하는 단계는 상기 메시지에 포함된 상기 그리드 아이디에 기초하여 상기 커버리지 홀을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.The detecting of the coverage hole may include detecting the coverage hole based on the grid ID included in the message.

상기 클러스터 헤드를 결정하는 단계는 상기 분할된 그리드 영역에 포함된 적어도 하나의 멤버 노드 중, 다른 멤버 노드와의 거리 합이 가장 적은 멤버 노드를 클러스터 헤드로 결정하는 단계를 포함하고, 상기 멤버 노드는 상기 센서 노드와 모바일 노드를 포함할 수 있다.The determining of the cluster head includes determining a member node having the smallest sum of distances to other member nodes among at least one member node included in the divided grid region as the cluster head, wherein the member node is It may include the sensor node and the mobile node.

멤버 노드는 상기 센서 노드와 모바일 노드를 포함하고, 상기 센서 노드는 미리 정해진 위치에 고정되는 노드를 포함하고, 상기 모바일 노드는 이동 가능한 노드를 포함할 수 있다.A member node may include the sensor node and a mobile node, the sensor node may include a node fixed at a predetermined position, and the mobile node may include a movable node.

일 실시예에 따른 재난 관리 서버는 관심 영역에 분포되어 있는 적어도 하나의 센서 노드의 위치 정보를 수신하는 통신부; 및 상기 관심 영역을 복수 개의 그리드 영역들로 분할하고, 상기 위치 정보에 기초하여, 상기 센서 노드를 상기 복수 개의 그리드 영역들에 매핑하고, 상기 매핑 결과에 기초하여 커버리지 홀을 검출하며, 상기 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역의 클러스터 헤드를 결정하는 프로세서를 포함한다.The disaster management server according to an embodiment includes: a communication unit for receiving location information of at least one sensor node distributed in an ROI; And dividing the region of interest into a plurality of grid regions, mapping the sensor node to the plurality of grid regions based on the location information, and detecting a coverage hole based on the mapping result, And a processor that determines a cluster head of at least one divided grid region included in the grid regions.

상기 프로세서는 상기 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역 중 상기 센서 노드가 존재하지 않는 그리드 영역을 커버리지 홀로 판단할 수 있다.The processor may determine a grid region in which the sensor node does not exist among at least one divided grid region included in the plurality of grid regions as the coverage hole.

상기 프로세서는 상기 커버리지 홀에 모바일 노드가 존재하는 경우, 상기 모바일 노드를 상기 클러스터 헤드로 결정할 수 있다.When there is a mobile node in the coverage hole, the processor may determine the mobile node as the cluster head.

상기 프로세서는 상기 커버리지 홀에 모바일 노드가 존재하지 않는 경우, 상기 모바일 노드에 상기 커버리지 홀로 이동하라는 신호를 전송할 수 있다.When there is no mobile node in the coverage hole, the processor may transmit a signal to the mobile node to move to the coverage hole.

상기 프로세서는 상기 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역 에 그리드 아이디를 할당하고, 상기 통신부는 상기 분할된 그리드 영역에 포함된 멤버 노드에 상기 할당된 그리드 아이디를 전송하며, 상기 멤버 노드는 상기 센서 노드와 모바일 노드를 포함할 수 있다.The processor allocates a grid ID to at least one divided grid area included in the plurality of grid areas, and the communication unit transmits the allocated grid ID to member nodes included in the divided grid area, and the The member node may include the sensor node and the mobile node.

상기 클러스터 헤드는 멤버 노드와 싱크 노드 사이의 중계 노드 역할을 하고, 상기 멤버 노드는 상기 센서 노드와 모바일 노드를 포함할 수 있다.The cluster head serves as a relay node between a member node and a sink node, and the member node may include the sensor node and a mobile node.

상기 통신부는 상기 멤버 노드로부터 상기 클러스터 헤드를 거쳐 메시지를 수신하고, 상기 메시지는 상기 멤버 노드가 속해있는 그리드 영역의 그리드 아이디를 포함할 수 있다.The communication unit may receive a message from the member node through the cluster head, and the message may include a grid ID of a grid area to which the member node belongs.

상기 프로세서는 상기 메시지에 포함된 상기 그리드 아이디에 기초하여 상기 커버리지 홀을 검출할 수 있다.The processor may detect the coverage hole based on the grid ID included in the message.

상기 프로세서는 상기 분할된 그리드 영역에 포함된 적어도 하나의 멤버 노드 중, 다른 멤버 노드와의 거리 합이 가장 적은 멤버 노드를 클러스터 헤드로 결정하고, 상기 멤버 노드는 상기 센서 노드와 모바일 노드를 포함할 수 있다.The processor determines a member node having the smallest sum of distances to other member nodes among at least one member node included in the divided grid area as a cluster head, and the member node includes the sensor node and a mobile node. I can.

멤버 노드는 상기 센서 노드와 모바일 노드를 포함하고, 상기 센서 노드는 미리 정해진 위치에 고정되는 노드를 포함하고, 상기 모바일 노드는 이동 가능한 노드를 포함할 수 있다.A member node may include the sensor node and a mobile node, the sensor node may include a node fixed at a predetermined position, and the mobile node may include a movable node.

실시예들은 무선 센서 네트워크와 모바일 기회적 네트워크(Mobile Opportunistic Network; MON)를 융합할 수 있다.Embodiments may converge a wireless sensor network and a Mobile Opportunistic Network (MON).

실시예들은 그리드 기반 클러스터링 알고리즘을 통해 커버리지 홀을 검출할 수 있다.Embodiments may detect a coverage hole through a grid-based clustering algorithm.

실시예들은 그리드 기반 클러스터링 알고리즘을 통해 각 그리드 영역의 클러스터링 헤드를 결정할 수 있다.Embodiments may determine the clustering head of each grid region through a grid-based clustering algorithm.

실시예들은 검출된 커버리지 홀에서, 모바일 노드를 클러스터링 헤드로 결정하여 센서 노드와 싱크 노드 사이의 중계할 수 있다.Embodiments may relay between the sensor node and the sink node by determining the mobile node as the clustering head in the detected coverage hole.

실시예들은 모바일 노드를 검출된 커버리지 홀로 이동시켜 커버리지 홀을 복구할 수 있다.Embodiments may recover the coverage hole by moving the mobile node to the detected coverage hole.

도 1은 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크와 모바일 기회적 네트워크의 융합 네트워크 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 융합 네트워크 시스템에 있어서, 싱크 노드의 운용 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 재난 요원, 비상 운영 센터가 적용된 재난 관리 시스템의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 재난 관리 서버의 블록도이다.1 is a diagram illustrating a convergence network system of a wireless sensor network and a mobile opportunistic network according to an embodiment.
2 is a flowchart illustrating a method of operating a sink node in a converged network system according to an embodiment.
3 is a diagram illustrating a method of operating a disaster management system to which a disaster agent and an emergency operation center are applied, according to an exemplary embodiment.
4 is a block diagram of a disaster management server according to an embodiment.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.Specific structural or functional descriptions of embodiments according to the concept of the present invention disclosed in the present specification are exemplified only for the purpose of describing embodiments according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention They may be implemented in various forms and are not limited to the embodiments described herein.

본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Since the embodiments according to the concept of the present invention can apply various changes and have various forms, the embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the present specification. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to specific disclosed forms, and includes changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are only for the purpose of distinguishing one component from other components, for example, without departing from the scope of the rights according to the concept of the present invention, the first component may be referred to as the second component, Similarly, the second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 “~사이에”와 “바로~사이에” 또는 “~에 직접 이웃하는” 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When an element is referred to as being “connected” or “connected” to another element, it is understood that it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. It should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle. Expressions that describe the relationship between components, for example, “between” and “just between” or “directly adjacent to” should be interpreted as well.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present specification 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 specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that the specified features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof exist, but one or more other features or numbers, It is to be understood that the presence or addition of steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude the possibility of preliminary exclusion.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein including technical or scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be construed as having a meaning consistent with the meaning of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present specification. Does not.

도 1은 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크와 모바일 기회주의 네트워크의 융합 네트워크 시스템을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram illustrating a convergence network system of a wireless sensor network and a mobile opportunistic network according to an exemplary embodiment.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크와 모바일 기회주의 네트워크의 융합 네트워크 시스템(100)은 멤버 노드(110), 싱크 노드(120), 재난 관리 서버(130), 및 사용자(140)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a fusion network system 100 of a wireless sensor network and a mobile opportunistic network according to an embodiment includes a member node 110, a sink node 120, a disaster management server 130, and a user 140. It may include.

무선 센서 네트워크는 온도, 기압 등과 같은 물리, 환경 조건을 측정하기 위하여 분산 배포된 센서 노드들, 무선을 통해 센서 노드로부터 정보를 수집하여 이를 중앙 서버로 전달하는 싱크 노드와 수집된 정보를 저장, 관리, 분석, 활용하기 위한 사용자를 포함할 수 있다.The wireless sensor network stores and manages distributed sensor nodes to measure physical and environmental conditions such as temperature and air pressure, a sink node that collects information from the sensor node through wireless and delivers it to the central server, and the collected information. , Analysis, may include users for use.

무선 센서 네트워크 기술은 위험한 환경에서의 설치의 용이성, 케이블 불필요, 고장 시 수리의 용이성 등의 특성을 갖기 때문에 재난 시나리오에서 응급 통신을 위한 지원 네트워크로 활용될 수 있지만 재해 발생으로 센서 노드가 손상되는 경우 네트워크 기능이 상실되는 영역인 커버리지 홀이 발생할 수 있다. 네트워크의 커버리지 홀은 에너지 고갈과 메시지 오버 헤드의 증가와 같은 중요한 네트워크 문제를 야기할 수 있다. 이러할 경우, 커버리지 홀을 복구하기 위해서 센서 노드를 재배포하는 방법이 제안되었으나, 대부분의 상황에서 현실적으로 어려울 수 있다.Wireless sensor network technology can be used as a support network for emergency communication in a disaster scenario because it has features such as ease of installation in a dangerous environment, no cables required, and ease of repair in case of failure, but if the sensor node is damaged due to a disaster A coverage hole, which is an area where network functions are lost, may occur. The coverage hole of the network can cause significant network problems such as energy exhaustion and increased message overhead. In this case, a method of redistributing sensor nodes has been proposed to recover the coverage hole, but it may be practically difficult in most situations.

일 실시예에 따르면, 무선 센서 네트워크와 모바일 기회주의 네트워크의 융합 을 통해 위 문제를 해결할 수 있다. 융합 네트워크 시스템(100)의 동작 방법을 설명하기에 앞서, 모바일 기회적 네트워크의 동작을 간략하게 설명한다.According to an embodiment, the above problem can be solved through the fusion of a wireless sensor network and a mobile opportunistic network. Prior to describing the operation method of the converged network system 100, the operation of the mobile opportunistic network will be briefly described.

모바일 기회적 네트워크는 고정된 기반 네트워크의 도움 없이 모바일 노드들 간에 자율적으로 구성되는 네트워크일 수 있다. 모바일 기회적 네트워크는 기존의 유무선 네트워크와는 달리 모바일 노드 간에 자율적이고 즉흥적인 연결 설정을 갖을 수 있다. 모바일 기회적 네트워크의 가장 큰 특성은 네트워크를 구성하는 모바일 노드들에 있다. 모바일 노드는 이동 컴퓨팅 기능을 가진 호스트이자 이동 라우팅 기능을 가진 라우터로 동작할 수 있다. 또한 모바일 기회적 네트워크는 동적인 네트워크 토폴로지를 가질 수 있다. 모바일 기회주의 네트워크는 모바일 노드의 일부 또는 전체가 수시로 네트워크에 나타나거나 사라질 수 있다. 이는 사용자의 이동 패턴과 트래픽 종류 또는 배터리를 사용하는 이동 노드의 에너지 잔량 등에 따라 다양하게 나타날 수 있다.The mobile opportunistic network may be a network that is autonomously configured between mobile nodes without the aid of a fixed underlying network. Unlike existing wired and wireless networks, mobile opportunistic networks can have autonomous and spontaneous connection settings between mobile nodes. The biggest characteristic of a mobile opportunistic network lies in the mobile nodes that make up the network. The mobile node can act as a host with a mobile computing function and a router with a mobile routing function. In addition, mobile opportunistic networks can have a dynamic network topology. In the mobile opportunistic network, some or all of the mobile nodes may appear or disappear from the network from time to time. This may appear in various ways depending on the movement pattern of the user, the type of traffic, or the remaining energy of the mobile node using a battery.

모바일 기회주의 네트워크는 기반 네트워크의 도움 없이 모바일 노드들 간에 자율적으로 구성되기 때문에 재난 상황에 매우 적합할 수 있다. 모바일 노드는 메시지를 저장, 운반 및 전달할 수 있고, 이를 통해 발신자와 수신자의 경로가 동적으로 구축될 수 있다. 모바일 기회주의 네트워크는 지연과 혼란에 대한 내구성을 갖을 수 있다. 다만, 모바일 노드는 전파 도달 거리가 제한되고, 배터리를 사용하므로 에너지 공급이 일정치 않을 수 있다. 또한, 모바일 노드 간의 연결성, 전파 상태, 트래픽 및 사용자 이동 패턴에 따라 네트워크 토폴로지를 계속하여 변화하여야 하기 때문에 네트워크의 구성과 유지가 어렵다는 단점이 있을 수 있다.Mobile opportunistic networks can be very suitable for disaster situations because they are autonomously configured between mobile nodes without the help of the underlying network. Mobile nodes can store, transport, and deliver messages, through which the paths of senders and receivers can be dynamically established. Mobile opportunistic networks can be resistant to delays and confusion. However, since the mobile node has a limited radio wave reach and uses a battery, energy supply may not be constant. In addition, there may be a disadvantage in that it is difficult to configure and maintain a network because the network topology must be continuously changed according to connectivity between mobile nodes, propagation conditions, traffic and user movement patterns.

일 실시예에 따른 융합 네트워크 시스템(100)은 무선 센서 네트워크와 모바일 기회주의 네트워크를 융합하여 각 네트워크의 장점만을 취하여 재난 상황에서의 비상 네트워크로 활용될 수 있다. 융합 네트워크 시스템(100)의 멤버 노드(110)는 무선 센서 네트워크의 센서 노드 또는 모바일 기회적 네트워크의 모바일 노드 중 어느 하나일 수 있다. 센서 노드는 무선 센서 네트워크의 미리 정해진 위치에 고정되는 노드일 수 있고, 모바일 노드는 모바일 기회적 네트워크의 이동 가능한 노드일 수 있다.The convergence network system 100 according to an embodiment may be utilized as an emergency network in a disaster situation by taking advantage of each network by fusing a wireless sensor network and a mobile opportunistic network. The member node 110 of the fusion network system 100 may be either a sensor node of a wireless sensor network or a mobile node of a mobile opportunistic network. The sensor node may be a node fixed to a predetermined location of the wireless sensor network, and the mobile node may be a movable node of the mobile opportunistic network.

싱크 노드(120)는 멤버 노드(110)에서 감지된 센싱 정보를 취합하여 재난 관리 서버(130)에 전달하는 기능을 수행하며, 게이트웨이 또는 베이스 스테이션이라고도 부를 수도 있다.The sink node 120 performs a function of collecting sensing information detected by the member node 110 and transmitting it to the disaster management server 130, and may also be referred to as a gateway or a base station.

멤버 노드(110) 각각이 싱크 노드(120)와 통신할 수도 있으나, 멤버 노드(110)를 복수 개의 집합(111, 112, 113)으로 나누고 각 집합에서 클러스터 헤드(114)를 선정하고, 클러스터 헤드(114)가 일반 멤버 노드(115)로부터 센싱 정보를 포함하는 메시지를 취합하여 싱크 노드(120)와 통신할 수 있다.Each of the member nodes 110 may communicate with the sink node 120, but the member node 110 is divided into a plurality of sets 111, 112, 113, and the cluster head 114 is selected from each set, and the cluster head 114 may collect a message including sensing information from the general member node 115 and communicate with the sink node 120.

재난이 발생하면 멤버 노드(110)가 손상될 수 있고, 이로 인해 네트워크 기능이 상실되는 영역인 커버리지 홀(150)이 발생할 수 있다. 예를 들어, 재난 발생으로 집합(112)에 포함되는 멤버 노드들이 손상될 수 있고, 이로 인해 집합(112)에 대응하는 영역의 네트워크 기능이 상실되는 커버리지 홀(150)이 발생할 수 있다. 커버리지 홀(150)은 에너지 고갈과 메시지 오버 헤드의 증가와 같은 중요한 네트워크 문제를 야기할 수 있다.When a disaster occurs, the member node 110 may be damaged, and thus, a coverage hole 150, which is an area in which network functions are lost, may occur. For example, member nodes included in the set 112 may be damaged due to a disaster, and thus, a coverage hole 150 may occur in which a network function of an area corresponding to the set 112 is lost. The coverage hole 150 can cause significant network problems such as energy depletion and increased message overhead.

재난 관리 서버(130)는 그리드 기반 클러스터링 알고리즘을 통해 커버리지 홀(150)을 검출할 수 있고, 검출된 커버리지 홀(150)에서, 모바일 노드를 클러스터링 헤드(114)로 결정하여 센서 노드와 싱크 노드(120) 사이를 중계할 수 있으며, 모바일 노드를 검출된 커버리지 홀(150)로 이동시켜 커버리지 홀(150)을 복구할 수 있다.The disaster management server 130 may detect the coverage hole 150 through a grid-based clustering algorithm, and in the detected coverage hole 150, determine the mobile node as the clustering head 114, and the sensor node and the sink node ( 120) may be relayed, and the coverage hole 150 may be restored by moving the mobile node to the detected coverage hole 150.

도 2는 일 실시예에 따른 융합 네트워크 시스템에 있어서, 싱크 노드의 운용 방법을 설명하기 위한 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method of operating a sink node in a converged network system according to an embodiment.

도 2를 참조하면, 단계들(210 내지 250)은 재난 관리 서버에 의해 수행될 수 있다. 재난 관리 서버는 도 1을 참조하여 설명된 재난 관리 서버(130)일 수 있고, 하나 또는 그 이상의 하드웨어 모듈, 하나 또는 그 이상의 소프트웨어 모듈, 또는 이들의 다양한 조합에 의하여 구현될 수 있다.Referring to FIG. 2, steps 210 to 250 may be performed by a disaster management server. The disaster management server may be the disaster management server 130 described with reference to FIG. 1, and may be implemented by one or more hardware modules, one or more software modules, or various combinations thereof.

단계(210)에서, 재난 관리 서버는 관심 영역을 복수 개의 그리드 영역들로 분할한다. 관심 영역은 융합 네트워크 시스템이 커버하고자 하는 영역으로, 예를 들어 재난 발생 지역일 수 있다. 그리드 영역들은 모두 같은 크기일 수 있다. 그리드 영역의 너비(GW)와 높이(Gh)는 관심 영역의 높이(Fh)와 너비(Fw) 및 관심 영역의 차원(M)에 기초할 수 있다. 그리드 영역의 너비(GW)와 높이(Gh)는 수학식 1과 같이 구해질 수 있다.In step 210, the disaster management server divides the region of interest into a plurality of grid regions. The region of interest is an area to be covered by the converged network system, and may be, for example, a disaster occurrence area. All of the grid areas can be of the same size. The width (G W ) and height (G h ) of the grid region may be based on the height (F h ) and width (F w ) of the region of interest, and the dimension (M) of the region of interest. The width (G W ) and height (G h ) of the grid area can be obtained as in Equation 1.

Figure 112019050648849-pat00001
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단계(220)에서, 재난 관리 서버는 관심 영역에 분포되어 있는 적어도 하나의 멤버 노드의 위치 정보를 수신한다. 멤버 노드는 무선 센서 네트워크의 센서 노드 또는 모바일 기회주의 네트워크의 모바일 노드 중 어느 하나일 수 있다. 센서 노드는 미리 정해진 위치에 고정된 노드일 수 있고, 모바일 노드는 이동 가능한 노드일 수 있다. 멤버 노드는 자신들의 위치 정보를 알 수 있고. 이를 싱크 노드를 통해 재난 관리 서버에 전달할 수 있다.In step 220, the disaster management server receives location information of at least one member node distributed in the region of interest. The member node may be either a sensor node of a wireless sensor network or a mobile node of a mobile opportunistic network. The sensor node may be a node fixed at a predetermined location, and the mobile node may be a movable node. Member nodes can know their location information. This can be delivered to the disaster management server through the sink node.

단계(230)에서, 재난 관리 서버는 위치 정보에 기초하여, 멤버 노드를 복수 개의 그리드 영역들에 매핑한다. 재난 관리 서버는 아래 알고리즘1에 기초하여 각 그리드 영역의 수를 인식할 수 있다.In step 230, the disaster management server maps the member node to a plurality of grid regions based on the location information. The disaster management server can recognize the number of each grid area based on Algorithm 1 below.

Figure 112019050648849-pat00002
Figure 112019050648849-pat00002

그리드 영역을 생성한 재난 관리 서버는 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역에 그리드 아이디를 할당할 수 있다. 또한, 재난 관리 서버는 분할된 그리드 영역에 포함된 멤버 노드에, 할당된 그리드 아이디를 전송할 수 있다. 멤버 노드는 자신이 포함된 그리드 영역의 그리드 아이디를 인지할 수 있다.The disaster management server that has created the grid area may allocate a grid ID to at least one divided grid area included in the plurality of grid areas. In addition, the disaster management server may transmit the assigned grid ID to member nodes included in the divided grid area. The member node can recognize the grid ID of the grid area in which it is included.

단계(240)에서, 재난 관리 서버는 매핑 결과에 기초하여 커버리지 홀을 검출한다. 재난 관리 서버는 매핑 결과에 기초하여 각 그리드 영역에 포함된 멤버 노드들의 수를 계산하여 그리드 영역의 밀도(density)를 계산할 수 있다. 그리드 영역의 밀도 계산을 통해 밀도가 높은 그리드 영역(dense grid area)의 오버헤드 문제를 해결할 수 있고, 데이터 전송의 정확도가 낮을 수 있는 밀도가 낮은 영역(sparse grid area)을 기록할 수 있다. 그리드 영역의 밀도는 수학식 2와 같이 표준편차에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 그리드 영역에 포함된 멤버 노드들의 수가 표준편차보다 큰 경우, 해당 그리드 영역은 밀도가 높은 그리드 영역으로 결정할 수 있다. 반대로 그리드 영역에 포함된 멤버 노드들의 수가 표준편차보다 작거나 같은 경우, 해당 그리드 영역은 밀도가 낮은 그리드 영역으로 결정할 수 있다. 이와 같이 그리드 영역을 클러스터링을 통해, 토폴로지에 의해 생성된 메시지의 오버 헤드를 최소화하고 에너지 소비를 줄일 수 있다.In step 240, the disaster management server detects a coverage hole based on the mapping result. The disaster management server may calculate the density of the grid area by calculating the number of member nodes included in each grid area based on the mapping result. The overhead problem of a dense grid area can be solved by calculating the density of the grid area, and a sparse grid area can be recorded, which may have low accuracy of data transmission. The density of the grid region may be determined based on the standard deviation as shown in Equation 2. For example, when the number of member nodes included in the grid area is greater than the standard deviation, the corresponding grid area may be determined as a grid area having a high density. Conversely, when the number of member nodes included in the grid region is less than or equal to the standard deviation, the corresponding grid region may be determined as a grid region with a low density. By clustering the grid area in this way, it is possible to minimize the overhead of messages generated by the topology and reduce energy consumption.

재난 관리 서버는 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역 중 센서 노드가 존재하지 않는 그리드 영역을 커버리지 홀로 판단할 수 있다. 배포 단계에서만 작동하는 대부분의 홀 검출 알고리즘과 달리 일 실시예에 따른 홀 검출 알고리즘에 따르면, 재난 관리 서버가 각 그리드의 멤버 노드를 매핑하고 그리드 영역의 밀도를 계산하기 때문에, 배포 단계 뿐만 아니라, 네트워크 기능 동작 중에도 커버리지 홀을 검출 할 수 있다.The disaster management server may determine a grid area in which no sensor node exists among at least one divided grid area included in the plurality of grid areas as the coverage hole. Unlike most hole detection algorithms that operate only in the distribution stage, according to the hole detection algorithm according to an embodiment, the disaster management server maps member nodes of each grid and calculates the density of the grid area. Coverage holes can be detected even during function operation.

단계(250)에서, 재난 관리 서버는 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역의 클러스터 헤드를 결정할 수 있다. 클러스터 헤드는 멤버 노드와 싱크 노드 사이의 중계 노드 역할을 하는 노드일 수 있다. 재난 관리 서버는 분할된 그리드 영역에 포함된 적어도 하나의 멤버 노드 중, 다른 멤버 노드와의 거리 합이 가장 적은 멤버 노드를 클러스터 헤드로 결정할 수 있다. 또는, 재난 관리 서버는 잔류 에너지가 임계 에너지 이상인 멤버 노드 중, 다른 멤버 노드와의 거리 합이 가장 적은 멤버 노드를 클러스터 헤드로 결정할 수 있다. 일 실시예에 따른 융합 네트워크 시스템의 멤버 노드는 센서 노드 뿐만 아니라 모바일 노드 또한 포함하기 때문에, 모바일 노드도 클러스터 헤드로 선출될 수 있다. 따라서, 센서 노드가 클러스터 헤드가 되어 에너지를 절약할 부담이 없을 수 있다. 재난 관리 서버는 아래 알고리즘2에 기초하여 각 그리드 영역의 클러스터 헤드를 결정할 수 있다.In step 250, the disaster management server may determine a cluster head of at least one divided grid area included in the plurality of grid areas. The cluster head may be a node serving as a relay node between a member node and a sink node. The disaster management server may determine, as the cluster head, a member node having the smallest sum of distances to other member nodes among at least one member node included in the divided grid area. Alternatively, the disaster management server may determine, as the cluster head, a member node having the smallest sum of distances to other member nodes among member nodes having residual energy equal to or greater than the threshold energy. Since the member node of the fusion network system according to the embodiment includes not only a sensor node but also a mobile node, a mobile node may be elected as a cluster head. Therefore, the sensor node becomes a cluster head and there is no burden of saving energy. The disaster management server may determine the cluster head of each grid area based on Algorithm 2 below.

Figure 112019050648849-pat00003
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일 실시예에 따른 재난 관리 서버는 커버리지 홀에 모바일 노드가 존재하는 경우, 모바일 노드를 클러스터 헤드로 결정할 수 있다. 클러스터 헤드로 결정된 모바일 노드를 통해 커버리지 홀을 복구할 수 있다. 커버리지 홀에 모바일 노드가 존재하지 않는 경우, 재난 관리 서버는 모바일 노드에 커버리지 홀로 이동하라는 신호를 전송할 수 있다.The disaster management server according to an embodiment may determine the mobile node as the cluster head when there is a mobile node in the coverage hole. The coverage hole can be recovered through the mobile node determined as the cluster head. If the mobile node does not exist in the coverage hole, the disaster management server may transmit a signal to the mobile node to move to the coverage hole.

일 실시예에 따른 데이터 통신 그리드 내(intra-grid) 및 그리드 간(inter-grid)통신 두 단계로 구분될 수 있다. 싱크 노드를 통해 재난 관리 서버가 각 멤버 노드에 해당하는 그리드 아이디를 전송할 때 그리드 내 통신 단계가 시작되고, 각 그리드는 알고리즘2을 사용하여 클러스터 헤드를 선택할 수 있다. 이 단계에서 멤버 노드(모바일 노드와 센서 노드)는 로컬 데이터를 해당 그리드의 클러스터 헤드로 전송할 수 있다. 클러스터 헤드는 멤버 노드로부터 메시지를 수집하고 데이터를 단일 메시지로 통합할 수 있다. 비-클러스터 헤드 라디오(Non-CH radios)는 다른 멤버 노드가 전송 시간을 할당 할 때까지 꺼질 수 있다. 그리드 영역 내의 멤버 노드로부터 모든 데이터를 수신하기 위해서는 클러스터 헤드의 수신기를 켜야 할 수 있다. 그리드 간 통신 단계는 클러스터 헤드가 자신의 메시지를 다른 클러스터 헤드로 전송하여 데이터를 싱크 노드에 전송하는 것일 수 있다.According to an embodiment, data communication may be divided into two stages: intra-grid and inter-grid communication. When the disaster management server transmits the grid ID corresponding to each member node through the sink node, the intra-grid communication phase starts, and each grid can select a cluster head using Algorithm 2. In this step, member nodes (mobile nodes and sensor nodes) can transmit local data to the cluster head of the grid. The cluster head can collect messages from member nodes and aggregate data into a single message. Non-CH radios can be turned off until another member node allocates the transmission time. In order to receive all data from member nodes in the grid area, it may be necessary to turn on the receiver of the cluster head. The inter-grid communication step may be that the cluster head transmits its own message to another cluster head and transmits data to the sink node.

멤버 노드에서 나오고 결국 클러스터 헤드를 통해 싱크 노드로 보내지는 모든 노드 메시지는 그리드 ID를 포함할 수 있고, 재난 관리 서버는 각 메시지에서 각 그리드 아이디를 추적하고 누락 된 경우 Reconfiguration_Msg를 전송할 수 있다. 이를 통해 재난 관리 서버는 메시지에 포함된 그리드 아이디에 기초하여 커버리지 홀을 검출할 수 있다.All node messages coming from the member node and eventually sent to the sink node through the cluster head can include the grid ID, and the disaster management server can track each grid ID in each message and send Reconfiguration_Msg if it is missing. Through this, the disaster management server may detect the coverage hole based on the grid ID included in the message.

도 3은 일 실시예에 따른 재난 요원, 비상 운영 센터가 적용된 재난 관리 시스템의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram illustrating a method of operating a disaster management system to which a disaster agent and an emergency operation center are applied, according to an exemplary embodiment.

도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 재난 관리 시스템은 비상 운영 센터(310), 재난 요원(320), 재난 관리 서버(330) 및 싱크 노드(340)를 포함할 수 있다. 재난 관리 서버(330)는 비상 운영 센터(310), 재난 요원(320) 및 싱크 노드(340)와 통신할 수 있고, 이를 통해 커버리지 홀을 검출 및 복구할 수 있다.Referring to FIG. 3, a disaster management system according to an embodiment may include an emergency operation center 310, a disaster agent 320, a disaster management server 330, and a sink node 340. The disaster management server 330 may communicate with the emergency operation center 310, the disaster personnel 320, and the sink node 340, through which the coverage hole may be detected and recovered.

재난 관리 서버(330)는 관심 영역(350)을 복수 개의 그리드 영역들로 분할할 수 있다. 예를 들어 관심 영역(350)은 100*100 사이즈일 수 있고, 그리드 영역은 20*20 사이즈일 수 있다. 재난 관리 서버는 관심 영역에 분포되어 있는 적어도 하나의 멤버 노드의 위치 정보를 수신하고, 위치 정보에 기초하여, 멤버 노드를 복수 개의 그리드 영역들에 매핑할 수 있다. 재난 관리 서버(330)는 매핑 결과를 비상 운영 센터(310), 재난 요원(320)과 공유할 수 있다. 재난 관리 서버(330)는 매핑 결과에 기초하여 커버리지 홀(360)을 검출할 수 있다. 예를 들어, 재난 관리 서버(330)는 그리드 영역 중 센서 노드가 존재하지 않는 그리드 영역을 커버리지 홀(360)로 판단할 수 있다.The disaster management server 330 may divide the region of interest 350 into a plurality of grid regions. For example, the ROI 350 may have a size of 100*100, and the grid area may have a size of 20*20. The disaster management server may receive location information of at least one member node distributed in the ROI, and map the member node to a plurality of grid areas based on the location information. The disaster management server 330 may share the mapping result with the emergency operation center 310 and the disaster personnel 320. The disaster management server 330 may detect the coverage hole 360 based on the mapping result. For example, the disaster management server 330 may determine a grid area in which no sensor node exists among the grid areas as the coverage hole 360.

재난 관리 서버(330)는 커버리지 홀(360)에 모바일 노드가 존재하는 경우, 모바일 노드를 클러스터 헤드로 결정할 수 있다. 커버리지 홀(360)에 모바일 노드가 존재하지 않는 경우, 재난 관리 서버(330)는 모바일 노드에 커버리지 홀(360)로 이동하라는 신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 모바일 노드는 비상 운영 센터(310)의 응급 차량 또는 재난 요원(320)과 함께 이동할 수 있다. 검출된 커버리지 홀(360)에 파견된 비상 운영 센터(310)의 응급 차량 또는 재난 요원(320)을 통해 커버리지 홀(360)이 복구될 수 있다.When a mobile node exists in the coverage hole 360, the disaster management server 330 may determine the mobile node as a cluster head. When there is no mobile node in the coverage hole 360, the disaster management server 330 may transmit a signal to the mobile node to move to the coverage hole 360. For example, the mobile node may move together with the emergency vehicle or disaster personnel 320 of the emergency operation center 310. The coverage hole 360 may be restored through the emergency vehicle or disaster personnel 320 of the emergency operation center 310 dispatched to the detected coverage hole 360.

도 4는 일 실시예에 따른 재난 관리 서버의 블록도이다.4 is a block diagram of a disaster management server according to an embodiment.

도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 재난 관리 서버(400)는 프로세서(410)를 포함한다. 재난 관리 서버(400)는 메모리(430), 통신부(420)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(410), 메모리(430), 통신부(420)는 통신 버스(405)를 통해 서로 통신할 수 있다.Referring to FIG. 4, the disaster management server 400 according to an embodiment includes a processor 410. The disaster management server 400 may further include a memory 430 and a communication unit 420. The processor 410, the memory 430, and the communication unit 420 may communicate with each other through a communication bus 405.

프로세서(410)는 관심 영역을 복수 개의 그리드 영역들로 분할하고, 위치 정보에 기초하여, 멤버 노드를 복수 개의 그리드 영역들에 매핑하고, 매핑 결과에 기초하여 커버리지 홀을 검출하며, 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역의 클러스터 헤드를 결정한다.The processor 410 divides the region of interest into a plurality of grid regions, maps a member node to a plurality of grid regions based on location information, detects a coverage hole based on the mapping result, and detects a plurality of grid regions. The cluster head of at least one divided grid area included in the fields is determined.

통신부(420)는 관심 영역에 분포되어 있는 적어도 하나의 멤버 노드의 위치 정보를 수신할 수 있다. 통신부(420)는 멤버 노드로부터 클러스터 헤드를 거쳐 메시지를 수신할 수 있다. 메시지는 멤버 노드가 속해있는 그리드 영역의 그리드 아이디를 포함할 수 있다.The communication unit 420 may receive location information of at least one member node distributed in the region of interest. The communication unit 420 may receive a message from a member node through a cluster head. The message may include the grid ID of the grid area to which the member node belongs.

메모리(430)는 멤버 노드의 위치 정보 및 매핑 결과를 저장할 수 있다. 메모리(430)는 휘발성 메모리 또는 비 휘발성 메모리일 수 있다.The memory 430 may store location information of a member node and a mapping result. The memory 430 may be a volatile memory or a non-volatile memory.

실시예에 따라서, 프로세서(410)는 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역 중 센서 노드가 존재하지 않는 그리드 영역을 커버리지 홀로 판단할 수 있다. 프로세서(410)는 커버리지 홀에 모바일 노드가 존재하는 경우, 모바일 노드를 클러스터 헤드로 결정할 수 있다. 프로세서(410)는 커버리지 홀에 모바일 노드가 존재하지 않는 경우, 모바일 노드에 커버리지 홀로 이동하라는 신호를 전송할 수 있다. 프로세서(410)는 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역 에 그리드 아이디를 할당할 수 있다. 프로세서(410)는 메시지에 포함된 그리드 아이디에 기초하여 커버리지 홀을 검출할 수 있다. 프로세서(410)는 분할된 그리드 영역에 포함된 적어도 하나의 멤버 노드 중, 다른 멤버 노드와의 거리 합이 가장 적은 멤버 노드를 클러스터 헤드로 결정할 수 있다.According to an embodiment, the processor 410 may determine a grid area in which no sensor node exists among at least one divided grid area included in the plurality of grid areas as the coverage hole. When the mobile node exists in the coverage hole, the processor 410 may determine the mobile node as the cluster head. If the mobile node does not exist in the coverage hole, the processor 410 may transmit a signal to the mobile node to move to the coverage hole. The processor 410 may allocate a grid ID to at least one divided grid area included in the plurality of grid areas. The processor 410 may detect the coverage hole based on the grid ID included in the message. The processor 410 may determine, as a cluster head, a member node having the smallest sum of distances to other member nodes among at least one member node included in the divided grid area.

이 밖에도, 프로세서(410)는 도 1 내지 도 3을 통해 전술한 적어도 하나의 방법 또는 적어도 하나의 방법에 대응되는 알고리즘을 수행할 수 있다. 프로세서(410)는 프로그램을 실행하고, 재난 관리 서버(400)를 제어할 수 있다. 프로세서(410)에 의하여 실행되는 프로그램 코드는 메모리(430)에 저장될 수 있다. 재난 관리 서버(400)는 입출력 장치(미도시)를 통하여 외부 장치(예를 들어, 퍼스널 컴퓨터 또는 네트워크)에 연결되고, 데이터를 교환할 수 있다.In addition, the processor 410 may perform at least one method or an algorithm corresponding to at least one method described above with reference to FIGS. 1 to 3. The processor 410 may execute a program and control the disaster management server 400. The program code executed by the processor 410 may be stored in the memory 430. The disaster management server 400 is connected to an external device (eg, a personal computer or a network) through an input/output device (not shown), and may exchange data.

이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The embodiments described above may be implemented as a hardware component, a software component, and/or a combination of a hardware component and a software component. For example, the devices, methods, and components described in the embodiments are, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate (FPGA). array), programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications executed on the operating system. Further, the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software. For the convenience of understanding, although it is sometimes described that one processing device is used, one of ordinary skill in the art, the processing device is a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. In addition, other processing configurations are possible, such as a parallel processor.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, configuring the processing unit to operate as desired or processed independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be interpreted by a processing device or, to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. , Or may be permanently or temporarily embodyed in a transmitted signal wave. The software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operation of the embodiment, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited drawings, a person of ordinary skill in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as systems, structures, devices, circuits, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and those equivalent to the claims also fall within the scope of the claims to be described later.

Claims (21)

비상 운영 센터와 통신하는 재난 관리 서버의 동작 방법에 있어서,
재난 발생 지역에 해당하는 관심 영역을 복수 개의 그리드 영역들로 분할하는 단계;
상기 관심 영역에 분포되어 있는 적어도 하나의 멤버 노드의 위치 정보를 수신하는 단계;
상기 위치 정보에 기초하여, 상기 멤버 노드를 상기 복수 개의 그리드 영역들에 매핑하는 단계;
상기 매핑 결과에 기초하여 상기 그리드 영역들 각각에 포함된 멤버 노드의 수에 따른 밀도를 계산함으로써, 커버리지 홀을 검출하는 단계;
상기 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역의 클러스터 헤드를 결정하는 단계; 및
상기 클러스터 헤드를 이용하여 상기 커버리지 홀을 복구하는 단계
를 포함하고,
상기 멤버 노드는 센서 노드와 모바일 노드를 포함하고,
상기 모바일 노드는 이동할 수 있는 거리가 고정되지 않고, 상기 센서 노드는 미리 정해진 위치에 고정된 노드이며,
상기 클러스터 헤드를 결정하는 단계는
상기 커버리지 홀에 상기 비상 운영 센터의 응급 차량 또는 재난 요원과 함께 이동하는 모바일 노드가 존재하는 경우, 상기 비상 운영 센터의 응급 차량 또는 재난 요원과 함께 이동하는 모바일 노드를 상기 클러스터 헤드로 결정하는 단계; 및
상기 커버리지 홀에 상기 비상 운영 센터의 응급 차량 또는 재난 요원과 함께 이동하는 모바일 노드가 존재하지 않는 경우, 상기 비상 운영 센터의 응급 차량 또는 재난 요원과 함께 이동하는 모바일 노드에 상기 커버리지 홀로 이동하라는 신호를 전송하는 단계
를 포함하는 재난 관리 서버의 동작 방법.
In the operating method of the disaster management server communicating with the emergency operation center,
Dividing the region of interest corresponding to the disaster occurrence region into a plurality of grid regions;
Receiving location information of at least one member node distributed in the region of interest;
Mapping the member node to the plurality of grid regions based on the location information;
Detecting a coverage hole by calculating a density according to the number of member nodes included in each of the grid regions based on the mapping result;
Determining a cluster head of at least one divided grid area included in the plurality of grid areas; And
Restoring the coverage hole using the cluster head
Including,
The member node includes a sensor node and a mobile node,
The mobile node does not have a fixed distance to move, and the sensor node is a node fixed at a predetermined position,
Determining the cluster head
Determining, as the cluster head, a mobile node moving together with the emergency vehicle or the disaster agent of the emergency operation center when there is a mobile node moving together with the emergency vehicle or the disaster agent of the emergency operation center in the coverage hole; And
When there is no mobile node moving together with the emergency vehicle or disaster agent of the emergency operation center in the coverage hole, a signal to move to the coverage hole is sent to the mobile node moving together with the emergency vehicle or disaster agent of the emergency operation center. Steps to transfer
The operating method of the disaster management server comprising a.
 제1항에 있어서,
상기 커버리지 홀을 검출하는 단계는
상기 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역 중 상기 센서 노드가 존재하지 않는 그리드 영역을 커버리지 홀로 판단하는 단계
를 포함하는, 재난 관리 서버의 동작 방법.
The method of claim 1,
The step of detecting the coverage hole
Determining a grid region in which the sensor node does not exist among at least one divided grid region included in the plurality of grid regions as a coverage hole
Including, the operating method of the disaster management server.
 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 매핑하는 단계는
상기 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역 에 그리드 아이디를 할당하는 단계; 및
상기 분할된 그리드 영역에 포함된 상기 멤버 노드에 상기 할당된 그리드 아이디를 전송하는 단계를 포함하는, 재난 관리 서버의 동작 방법.
The method of claim 1,
The mapping step
Allocating a grid ID to at least one divided grid area included in the plurality of grid areas; And
And transmitting the assigned grid ID to the member nodes included in the divided grid area.
 제1항에 있어서,
상기 클러스터 헤드는
상기 멤버 노드와 싱크 노드 사이의 중계 노드 역할을 하는, 재난 관리 서버의 동작 방법.
The method of claim 1,
The cluster head
A method of operating a disaster management server serving as a relay node between the member node and the sink node.
 제6항에 있어서,
상기 멤버 노드로부터 상기 클러스터 헤드를 거쳐 메시지를 수신하는 단계
를 더 포함하고,
상기 메시지는 상기 멤버 노드가 속해있는 그리드 영역의 그리드 아이디를 포함하는, 재난 관리 서버의 동작 방법.
The method of claim 6,
Receiving a message from the member node via the cluster head
Including more,
The message includes a grid ID of a grid area to which the member node belongs.
 제7항에 있어서,
상기 커버리지 홀을 검출하는 단계는
상기 메시지에 포함된 상기 그리드 아이디에 기초하여 상기 커버리지 홀을 검출하는 단계
를 포함하는, 재난 관리 서버의 동작 방법.
The method of claim 7,
The step of detecting the coverage hole
Detecting the coverage hole based on the grid ID included in the message
Including, the operating method of the disaster management server.
 제1항에 있어서,
상기 클러스터 헤드를 결정하는 단계는
상기 분할된 그리드 영역에 포함된 적어도 하나의 상기 멤버 노드 중, 다른 멤버 노드와의 거리 합이 가장 적은 멤버 노드를 클러스터 헤드로 결정하는 단계
를 포함하는, 재난 관리 서버의 동작 방법.
The method of claim 1,
The step of determining the cluster head
Determining, as a cluster head, a member node having the smallest sum of distances to other member nodes among at least one member node included in the divided grid area.
Including, the operating method of the disaster management server.
 제1항에 있어서,
상기 센서 노드는 미리 정해진 위치에 고정되는 노드를 포함하고,
상기 모바일 노드는 이동 가능한 노드를 포함하는, 재난 관리 서버의 동작 방법.
The method of claim 1,
The sensor node includes a node fixed at a predetermined position,
The mobile node comprises a movable node, a method of operating a disaster management server.
 하드웨어와 결합되어 제1항 내지 제2항 및 제5항 내지 제10항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
A computer program stored in a medium for executing the method of any one of claims 1 to 2 and 5 to 10 in combination with hardware.
 비상 운영 센터와 통신하는 재난 관리 서버에 있어서,
재난 발생 지역에 해당하는 관심 영역에 분포되어 있는 적어도 하나의 멤버 노드의 위치 정보를 수신하는 통신부; 및
상기 관심 영역을 복수 개의 그리드 영역들로 분할하고, 상기 위치 정보에 기초하여, 상기 멤버 노드를 상기 복수 개의 그리드 영역들에 매핑하고, 상기 매핑 결과에 기초하여 상기 그리드 영역들 각각에 포함된 멤버 노드의 수에 따른 밀도를 계산함으로써 커버리지 홀을 검출하며, 상기 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역의 클러스터 헤드를 결정하고, 상기 클러스터 헤드를 이용하여 상기 커버리지 홀을 복구하는 프로세서를 포함하고,
상기 멤버 노드는 센서 노드와 모바일 노드를 포함하고,
상기 모바일 노드는 이동할 수 있는 거리가 고정되지 않고, 상기 센서 노드는 미리 정해진 위치에 고정된 노드이며,
상기 프로세서는
상기 커버리지 홀에 상기 비상 운영 센터의 응급 차량 또는 재난 요원과 함께 이동하는 모바일 노드가 존재하는 경우, 상기 비상 운영 센터의 응급 차량 또는 재난 요원과 함께 이동하는 모바일 노드를 상기 클러스터 헤드로 결정하고, 상기 커버리지 홀에 상기 비상 운영 센터의 응급 차량 또는 재난 요원과 함께 이동하는 모바일 노드가 존재하지 않는 경우, 상기 비상 운영 센터의 응급 차량 또는 재난 요원과 함께 이동하는 모바일 노드에 상기 커버리지 홀로 이동하라는 신호를 전송하는 재난 관리 서버.
In the disaster management server that communicates with the emergency operation center,
A communication unit for receiving location information of at least one member node distributed in an ROI corresponding to a disaster occurrence area; And
The ROI is divided into a plurality of grid areas, the member node is mapped to the plurality of grid areas based on the location information, and a member node included in each of the grid areas based on the mapping result A processor that detects a coverage hole by calculating a density according to the number of, determines a cluster head of at least one divided grid area included in the plurality of grid areas, and recovers the coverage hole using the cluster head Including,
The member node includes a sensor node and a mobile node,
The mobile node does not have a fixed distance to move, and the sensor node is a node fixed at a predetermined position,
The processor is
If there is a mobile node moving together with the emergency vehicle or the disaster agent of the emergency operation center in the coverage hole, the mobile node moving together with the emergency vehicle or the disaster agent of the emergency operation center is determined as the cluster head, and the When there is no mobile node moving with the emergency vehicle or disaster personnel of the emergency operation center in the coverage hole, a signal to move to the coverage hole is transmitted to the mobile node moving with the emergency vehicle or disaster personnel of the emergency operation center. Disaster management server.
 제12항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역 중 상기 센서 노드가 존재하지 않는 그리드 영역을 커버리지 홀로 판단하는, 재난 관리 서버.
The method of claim 12,
The processor is
The disaster management server for determining a grid area in which the sensor node does not exist among at least one divided grid area included in the plurality of grid areas as a coverage hole.
 삭제delete 삭제delete 제12항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역 에 그리드 아이디를 할당하고,
상기 통신부는
상기 분할된 그리드 영역에 포함된 상기 멤버 노드에 상기 할당된 그리드 아이디를 전송하는, 재난 관리 서버.
The method of claim 12,
The processor is
Allocating a grid ID to at least one divided grid area included in the plurality of grid areas,
The communication unit
Disaster management server for transmitting the allocated grid ID to the member nodes included in the divided grid area.
 제12항에 있어서,
상기 클러스터 헤드는
상기 멤버 노드와 싱크 노드 사이의 중계 노드 역할을 하는, 재난 관리 서버.
The method of claim 12,
The cluster head
A disaster management server serving as a relay node between the member node and the sink node.
 제17항에 있어서,
상기 통신부는
상기 멤버 노드로부터 상기 클러스터 헤드를 거쳐 메시지를 수신하고,
상기 메시지는 상기 멤버 노드가 속해있는 그리드 영역의 그리드 아이디를 포함하는, 재난 관리 서버.
The method of claim 17,
The communication unit
Receive a message from the member node via the cluster head,
The message includes a grid ID of a grid area to which the member node belongs.
 제18항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 메시지에 포함된 상기 그리드 아이디에 기초하여 상기 커버리지 홀을 검출하는, 재난 관리 서버.
The method of claim 18,
The processor is
The disaster management server for detecting the coverage hole based on the grid ID included in the message.
 제18항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 분할된 그리드 영역에 포함된 적어도 하나의 상기 멤버 노드 중, 다른 멤버 노드와의 거리 합이 가장 적은 멤버 노드를 클러스터 헤드로 결정하고,
상기 멤버 노드는
상기 센서 노드와 모바일 노드를 포함하는, 재난 관리 서버.
The method of claim 18,
The processor is
Among at least one member node included in the divided grid area, a member node having the smallest sum of distances to other member nodes is determined as a cluster head,
The member node is
Disaster management server comprising the sensor node and a mobile node.
 제12항에 있어서,
상기 센서 노드는 미리 정해진 위치에 고정되는 노드를 포함하고,
상기 모바일 노드는 이동 가능한 노드를 포함하는, 재난 관리 서버.

The method of claim 12,
The sensor node includes a node fixed at a predetermined position,
The mobile node comprises a mobile node, disaster management server.
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