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자연계 동조 현상의 이해와 공학적 활용 방안 원문보기

정보와 통신 : 한국통신학회지 = Information & communications magazine, v.31 no.1, 2013년, pp.71 - 81  

최현호 (국립한경대학교)

초록
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본고에서는 자연계에 존재하는 동조 현상을 이해하고 공학적으로 활용하기 위하여 동조 현상에 관한 대표적인 수학적 모델을 살펴보고 동조의 원리를 분석한다. 또한 동조 현상을 공학적으로 활용한 주요 사례를 살펴봄으로써 자연계를 모방한 동기화 방식의 장단점을 분석하고 자연계 모방 기술의 필요성을 역설한다. 아울러 동조 현상을 공학적으로 활용하는데 필요한 향후 연구 이슈를 제시한다.

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자연계의 다양한 동조 현상은 많은 관심을 받으며 이론적인 연구와 함께 여러 공학 분야로 적용된 예로 어떤 것들이 있는가? 지금까지 자연계의 다양한 동조 현상은 많은 관심을 받으며 이론적인 연구와 함께 여러 공학 분야로 적용되어왔다[4][5][6]. 대규모 분산 네트워크에서의 시간 동기화 및 스케줄링, 센서 네트워크에서의 분산 퓨전(fusion), 다양한 네트워크 토폴로지를 고려한 신속한 컨센서스(consensus)의 도출, 멀티 비히클(multi-vehicle)의 분산 대형(formation) 제어, 비선형 최적화 문제의 풀이 등이 그 예이다. 최근 수년간의 통신 기술의 발달로 인해 네트워킹이 가능한 노드 수가 급격히 증가함에 따라 노드간 협력을 통해 공동의 목적을 달성하고자 하는 응용이 늘어나고 있다.
컨센서스 알고리즘이란 무엇인가? 컨센서스는 각 에이전트의 상태에 의존하는 어떠한 값이 서로 일치함을 의미한다. 컨센서스 알고리즘은 컨센서스를 위해 각 에이전트가 행동하는 규칙을 일컫는데, 일반화된 컨센서스 알고리즘은 선형 시스템의 형태로 연속시간과 이산시간에 따라 다음과 같이 표현된다.
Kuramoto는 반딧불이의 동조 현상을 모델링은 어떤 가정을 바탕으로 하였는가? Kuramoto는 동일한 진동자들이 서로 약하게 연결되어 있으며 진동자들의 상호작용이 위상 차이의 사인함수에 의존한다고 가정하여 반딧불이의 동조 현상을 다음과 같이 모델링 하였다 [11][12][13].
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참고문헌 (45)

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  3. S. H. Strogatz, "Sync: How Order Emerges From Chaos In the Universe, Nature, and Daily Life," Hyperion, Apr 2004. 

  4. F. Dressler, O. B. Akan, "A Survey on Bio-inspired Networking," Computer Networks Journal (Elsevier), vol. 54, no. 6, pp. 881-900, April 2010. 

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  5. Z. Zhang, K. Long, J. Wang, and F. Dressler, "On Swarm Intelligence Inspired Self-Organized Networking: Its Bionic Mechanisms, Designing Principles and Optimization Approaches," IEEE Communications Surveys & Tutorials, no. 99, pp. 1-25, July 2013. 

  6. C. Zheng and D. C. Sicker, "A Survey on Biologically Inspired Algorithms for Computer Networking," IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 15, no. 3, pp. 1160-1191, Third Quarter 2013. 

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  10. U. Ernst, K. Pawelzik, and T. Geisel, "ynchronization Induced by Temporal Delays in Pulse-Coupled Oscillators,"Phys. Rev. Lett., vol. 74, no. 9, pp. 1570-573, Feb. 1995. 

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  11. Y. Kuramoto and H. Araki, ed., "ecture Notes in Physics, International Symposium on Mathematical Problems in Theoretical Physics,"Springer-Verlag, New York, 1975. 

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  13. J. A. Acebron, L. L. Bonilla, C. J. Perez-Vicente, F. Ritort, and R. Spigler, "The Kuramoto Model: A Simple Paradigm for Synchronization Phenomena," Rev. Mod. Phys., vol. 77, pp. 137-185, 2005. 

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