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초록
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국가와 도시가 급속히 발전할수록 국민생활에 필요한 기반시설물들과 관리 체계는 날로 복잡해지고, 이를 체계적으로 건설하고 유지하는 비용과 노력이 기하급수적으로 증가한다. 본 연구에서는 국가기반시설물 중 도시지상시설물을 무선 센서 네트워크로 관리하기 위해 센서노드를 설치하는 방법을 제시하였다. 먼저, 1차 분석으로 관리 대상 및 방법을 도출하여 센싱 커버리지를 만든 후, 이를 도시지상시설물에 센서노드 설치에 적용하였다. 그리고 2차 분석을 통하여 중복설치 문제의 해결 방안을 제시하였다. 제시된 방법과 수치지도를 활용하여 GIS 프로그램을 구현하였으며, 항공사진과의 중첩을 통해 관리의 방법에 현실성을 향상시켰다. 개발된 프로그램을 사용하여, 한국건설기술연구원 주변 지형에 대해 센서노드 실험을 실시하였다. 그 결과 중복 설치된 센서노드를 약 50% 제거하였으며, 도로를 따라 센서노드가 골고루 배치된 것을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

As nation and society progresses, urban ground facilities and their management system get more complicated and the cost and effort to control the system efficiently grows exponentially. This study suggests to the deployment method of a sensor node by Wireless Sensor Network for controling the Urban ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러나 센서 배치에서 게이트웨이 또한 하나의 센서노드의 역할에 유선으로 통합관제센터에 데이터 전송하는 역할을 수행하기 때문에 버퍼에 크기만 제한된다. 그러므로 본 연구에서 통합게이트웨이와 센서노드를 기준으로 최적 설치 방법에 대한 연구를 진행하였다.
  • 지상시설물의 종류는 건물, 도로, 교량 등 시설물에서부터 가로등, 가로수 등이 있다. 도시 지상시설물의 경우, 도로를 중심으로 설치되어 있는데, 본 연구에서는 이를 관리하기 위해 그림 1과 같은 센서 배치 방법을 제안하고자 한다.
  • 따라서 최소 개수의 센서로 목표 대상을 효율적으로 탐지할 수 있는 최적의 센서 배치 방법이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 관리가 필요한 도시시설물을 구분하고, 이를 관리할 수 있는 센서를 찾기 위해 분류 작업을 수행하였다. 또한 다양한 센서 종류 중에 주로 사용되는 몇 가지 센서에 대해 논리적인 설치 규칙을 만들고, 이 규칙을 통해 일정 간격으로 센서를 설치하도록 하였다.
  • 그러므로 본 연구에서는 도로레이어를 사용하는 방법과 이를 재배치하는 알고리즘을 이용하여 도로레이어에 최적설치위치를 산정하였다. 또한 도로 코너마다 센서 설치 시작점으로 버퍼를 생성하면 처리시간이 오래 걸리기 때문에, 본 연구에서는 그림 6과 같이 사용자 선택한 지점부터 버퍼를 크기를 일정 간격으로 넓혀 생성하여, 도로레이어와 규칙적으로 만나는 지점에 센서를 설치하는 방법을 제안하고자 한다. 이를 이용하면 정확도는 기존 방법과 유사하지만 처리단계가 간소하여 공간분석 처리속도가 빠르다는 장점이 있다.
  • 또한 본 연구에서는 센서 설치 과정에 현실성을 더하기 위해서 시스템에 항공사진 영상과 수치지도 레이어를 중첩하는 기능을 추가하였다. 그림 8과 같이 Clipping 된 지역에 수치지도 Shape 파일에서 도로 주변에 존재하는 도로의 폴리라인과 건물의 폴리곤 레이어를 추출하고, 그림 9과 같이 항공사진 영상에서 추출된 폴리라인과 건물의 폴리곤 레이어를 함께 도식하여, 현장 답사를 하지 않더라도 의사 결정이 가능하도록 구현하였다.
  • 또한 본 연구에서는 한국건설기술연구원 주변에 대해 실험을 실시하였다. 소규모의 지역에 대해 Clipping을 수행한 결과, 면적은 169,630.
  • 본 연구에서는 국가 인프라 중 하나인 도시 지상시설물 관리를 위한 대규모의 센서노드 배치에 관한 연구를 진행하였다. 최적위치를 선정하기 위하여 도시지상시설물을 조사하고 관리가 필요한 시설물을 선정하였다.
  • 본 연구에서는 도시지상시설물에 대하여 센서 배치 방법과 절차를 설계하고, 이를 기반으로 센서 배치 시스템을 구현하고자 한다. 도시 지상시설물의 경우, 도로 주변에 설치되어 있기 때문에 도로선을 따라 규칙적으로 배치하도록 시스템을 구현하였다.
  • 본 연구에서는 도시지상시설물을 관리하기위한 센서의 최적위치 선정 방안에 대한 연구를 진행하였다. 그러나 센서 배치에서 게이트웨이 또한 하나의 센서노드의 역할에 유선으로 통합관제센터에 데이터 전송하는 역할을 수행하기 때문에 버퍼에 크기만 제한된다.
  • 본 연구에서는 최종적인 목적은 도시시설물 중 지상 시설물을 관리하기 위한 센서 배치 방법을 제안하는데 있다. 이에 대해 국내외에서 진행된 센서 배치에 관한 연구는 자원의 낭비를 줄이기 위한 알고리즘이나 소규모 배치에 대한 연구가 대부분이다.
  • 본 연구의 최종 목적은 센서최적 위치 선정 알고리즘 산출과 프로그램을 구현하는 것이다. 이를 위해 일부지역을 대상으로 테스트를 거쳐 프로그램을 제작하였다.
  • Poduri 등(2006)은 센서 배치를 위해 기본 경계를 2D에서 3D로 바꾸는 방법을 제시하였다. 이 논문은 3D 커버리지 면적을 구하는 방법에 대한 연구하였는데, 현 시점에서는 3D 배치 관련 연구는 많이 발전하지 못하였다. Liu 와 Mahapatra (2005)는 센서 배치 시 고려해야 할 사항으로 센서노드 수명, 전파 반경, 개수를 나누고 적절한 배치를 하는 방법에 대해 연구하였다.
  • 이러한 센서노드 관련 연구 이외에도 넓은 면적의 도시를 관리하기 위해서는 저비용 고효율의 센서노드 배치에 관한 연구가 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 도시시설물 관리 항목 및 커버리지 범위 등을 도출하고, 센서 노드 통신을 고려한 배치와 여러 센싱 항목으로 인해 생기는 중복 현상을 제거하기 위한 방법을 제시한다. 또한 GIS를 이용하여 실제 센서 노드를 배치하여, 본 연구에서 개발된 방법의 타당성을 입증한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
일반적으로 최적의 센서 배치 방법은 무엇에 관한 문제인가? 일반적으로 최적의 센서 배치 방법은 최소 개수의 센서들로 탐지 대상 영역을 만들어 관리 대상 지역을 얼마나 완벽하게 커버할 수 있느냐의 문제이다. 따라서 최소 개수의 센서로 목표 대상을 효율적으로 탐지할 수 있는 최적의 센서 배치 방법이 필요하다.
센서노드 배치나 변수들에 관한 연구 중 Zou와 Chakrabarty는 어떤 개념을 도입했는가? 대부분 센서노드 배치나 변수들에 관한 연구가 많이 진행되었다. Zou 와 Chakrabarty(2003)는 VFA(Virtual Force Algorithm)의 개념을 도입하였는데, 주변 환경 정보를 벡터 형태로 바꾸어 센서 커버리지를 결정하였으며 이를 통해 센서의 최적 위치를 정하였다. 즉, 통신에 장애를 주는 지역에서는더 많은 센서를 배치하고, 평지와 장애물이 없는 지역에서는 적은 센서를 설치하여 전체 영역에 대한 탐지가 최대화 되도록 하였다.
센서노드 관련 연구 이외에 넓은 면적의 도시를 관리하기 위해서는 무엇에 관한 연구가 필요한가? 그러나 대부분 교량이나 터널 등 일부 대형 시설물에 센서를 설치하여 실시간 모니터링 하는 연구가 추진 되고 있으며 넓은 범위의 도시 전체 시설물 관리에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 이러한 센서노드 관련 연구 이외에도 넓은 면적의 도시를 관리하기 위해서는 저비용 고효율의 센서노드 배치에 관한 연구가 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 도시시설물 관리 항목 및 커버리지 범위 등을 도출하고, 센서 노드 통신을 고려한 배치와 여러 센싱 항목으로 인해 생기는 중복 현상을 제거하기 위한 방법을 제시한다.
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참고문헌 (10)

  1. 김태영, 최혁재, 이종언, 차시호, 강석주, 조국현, 조민호. 2008. 센서의 성능에 미치는 환경 요소에 기반한 센서 노드 배치 방법. 한국통신학회 논문지 33(10):894-903. 

  2. 김정은, 윤만기, 한정희, 이창건, 하은용. 2008. 유비쿼터스 센싱 인프라 구축을 위한 최적센서 배치 방법. 한국컴퓨터종합학술대회 35(1):313-317. 

  3. 전문장, 심규원, 김 민. 2009. 과수의 생육환경 모니터링을 위한 유비쿼터스 센서 네트워크의적용. 한국지리정보학회지 12(3):56-65. 

  4. 김우승, 김진석. 2008. 대규모 무선 센서 네트워크에서 게이트웨이 배치와 연결성. 한국컴퓨터종합학술대회 논문집 35(1):342-345. 

  5. 김의명, 강민수, 이진영, 김병헌, 김호준, 김인현. 2006. 유비쿼터스 기술을 이용한 시설물 관리. 한국지리정보학회지 9(4):105-118. 

  6. 오동진, 박재현. 2006. SPIN을 이용한 무선 이동 센서 네트워의 배치 알고리즘 검증. 한국정보처리학회지 13(3):391-398. 

  7. Sharp, C., S. Schaffert, A. Woo, N. Sastry, C. Karlof, S. Sastry and D. Culler. 2005. Design and implementation of a sensor network system for vehicle tracking and autonomous interception. IEEE EWSN. 

  8. Poduri S., B. Har-Peled., B, Krishnamachari. and G.S. Sukhatme. 2006. Sensor network cofiguration and the curse of dimensionality, IEEE Workshop on Embeded Networked Sensors, Cambridge, MA. 

  9. Zou. Y. and K. Chakrabarty. 2003. Sensor deployment and target localization based on Virtual Forces, IEEE INFOCOM Conference, pp.1293-1303. 

  10. Liu, X. and P. Mahapatra. 2005. On the deployment of wireless sensor nodes. In Proceedings of the Third International Workshop on Measurement, Modeling, and Performance Analysis of Wireless Sensor Networks, in conjunction with MobiQuitous, ACM Press 

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