KR20200132484A - 재난 관리 서버의 동작 방법 - Google Patents

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군산대학교산학협력단
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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.

Description

재난 관리 서버의 동작 방법{A METHOD FOR OPERATING A DISASTER MANAGEMENT SERVER}
아래 실시예들은 재난 관리 서버 및 재난 관리 서버의 동작 방법에 관한 것이다.
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.
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.
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.
실시예들은 무선 센서 네트워크와 모바일 기회적 네트워크(Mobile Opportunistic Network; MON)를 융합하고자 한다.
실시예들은 그리드 기반 클러스터링 알고리즘을 통해 커버리지 홀을 검출하고자 한다.
실시예들은 그리드 기반 클러스터링 알고리즘을 통해 각 그리드 영역의 클러스터링 헤드를 결정하고자 한다.
실시예들은 검출된 커버리지 홀에서, 모바일 노드를 클러스터링 헤드로 결정하여 센서 노드와 싱크 노드 사이의 중계를 하고자 한다.
실시예들은 모바일 노드를 검출된 커버리지 홀로 이동시켜 커버리지 홀을 복구하고자 한다.
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.
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.
상기 클러스터 헤드를 결정하는 단계는 상기 커버리지 홀에 모바일 노드가 존재하는 경우, 상기 모바일 노드를 상기 클러스터 헤드로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
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.
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.
상기 클러스터 헤드는 멤버 노드와 싱크 노드 사이의 중계 노드 역할을 하고, 상기 멤버 노드는 상기 센서 노드와 모바일 노드를 포함할 수 있다.
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.
상기 커버리지 홀을 검출하는 단계는 상기 메시지에 포함된 상기 그리드 아이디에 기초하여 상기 커버리지 홀을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
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.
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.
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.
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.
상기 프로세서는 상기 커버리지 홀에 모바일 노드가 존재하는 경우, 상기 모바일 노드를 상기 클러스터 헤드로 결정할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 커버리지 홀에 모바일 노드가 존재하지 않는 경우, 상기 모바일 노드에 상기 커버리지 홀로 이동하라는 신호를 전송할 수 있다.
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.
상기 클러스터 헤드는 멤버 노드와 싱크 노드 사이의 중계 노드 역할을 하고, 상기 멤버 노드는 상기 센서 노드와 모바일 노드를 포함할 수 있다.
상기 통신부는 상기 멤버 노드로부터 상기 클러스터 헤드를 거쳐 메시지를 수신하고, 상기 메시지는 상기 멤버 노드가 속해있는 그리드 영역의 그리드 아이디를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 메시지에 포함된 상기 그리드 아이디에 기초하여 상기 커버리지 홀을 검출할 수 있다.
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.
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.
실시예들은 무선 센서 네트워크와 모바일 기회적 네트워크(Mobile Opportunistic Network; MON)를 융합할 수 있다.
실시예들은 그리드 기반 클러스터링 알고리즘을 통해 커버리지 홀을 검출할 수 있다.
실시예들은 그리드 기반 클러스터링 알고리즘을 통해 각 그리드 영역의 클러스터링 헤드를 결정할 수 있다.
실시예들은 검출된 커버리지 홀에서, 모바일 노드를 클러스터링 헤드로 결정하여 센서 노드와 싱크 노드 사이의 중계할 수 있다.
실시예들은 모바일 노드를 검출된 커버리지 홀로 이동시켜 커버리지 홀을 복구할 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크와 모바일 기회주의 네트워크의 융합 네트워크 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
도 2는 일 실시예에 따른 융합 네트워크 시스템에 있어서, 싱크 노드의 운용 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
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.
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.
Figure pat00001
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.
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.
Figure 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.
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.
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.
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.
Figure pat00003
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.
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.
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.
도 3은 일 실시예에 따른 재난 요원, 비상 운영 센터가 적용된 재난 관리 시스템의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
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.
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.
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.
도 4는 일 실시예에 따른 재난 관리 서버의 블록도이다.
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.
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.
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.
메모리(430)는 멤버 노드의 위치 정보 및 매핑 결과를 저장할 수 있다. 메모리(430)는 휘발성 메모리 또는 비 휘발성 메모리일 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (21)

  1. 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 커버리지 홀을 검출하는 단계; 및
    상기 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역의 클러스터 헤드를 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 멤버 노드는
    센서 노드와 모바일 노드를 포함하는 재난 관리 서버의 동작 방법.
  2. 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.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 클러스터 헤드를 결정하는 단계는
    상기 커버리지 홀에 상기 모바일 노드가 존재하는 경우, 상기 모바일 노드를 상기 클러스터 헤드로 결정하는 단계
    를 포함하는, 재난 관리 서버의 동작 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 커버리지 홀에 상기 모바일 노드가 존재하지 않는 경우, 상기 모바일 노드에 상기 커버리지 홀로 이동하라는 신호를 전송하는 단계
    를 더 포함하는, 재난 관리 서버의 동작 방법.
  5. 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.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 클러스터 헤드는
    상기 멤버 노드와 싱크 노드 사이의 중계 노드 역할을 하는, 재난 관리 서버의 동작 방법.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 센서 노드는 미리 정해진 위치에 고정되는 노드를 포함하고,
    상기 모바일 노드는 이동 가능한 노드를 포함하는, 재난 관리 서버의 동작 방법.
  11. 하드웨어와 결합되어 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  12. 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 커버리지 홀을 검출하며, 상기 복수 개의 그리드 영역들에 포함되는 적어도 하나의 분할된 그리드 영역의 클러스터 헤드를 결정하는 프로세서를 포함하고,
    상기 멤버 노드는 센서 노드와 모바일 노드를 포함하는 재난 관리 서버.
  13. 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.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 커버리지 홀에 상기 모바일 노드가 존재하는 경우, 상기 모바일 노드를 상기 클러스터 헤드로 결정하는, 재난 관리 서버.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 커버리지 홀에 상기 모바일 노드가 존재하지 않는 경우, 상기 모바일 노드에 상기 커버리지 홀로 이동하라는 신호를 전송하는, 재난 관리 서버.
  16. 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.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 클러스터 헤드는
    상기 멤버 노드와 싱크 노드 사이의 중계 노드 역할을 하는, 재난 관리 서버.
  18. 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.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 메시지에 포함된 상기 그리드 아이디에 기초하여 상기 커버리지 홀을 검출하는, 재난 관리 서버.
  20. 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.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 센서 노드는 미리 정해진 위치에 고정되는 노드를 포함하고,
    상기 모바일 노드는 이동 가능한 노드를 포함하는, 재난 관리 서버.

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