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[국내논문] 감시정찰 센서 네트워크를 위한 자원예약 기반 이미지 데이터 전송 기법
Resource Reservation Based Image Data Transmission Scheme for Surveillance Sensor Networks 원문보기

한국통신학회논문지. The Journal of Korea Information and Communications Society. 통신이론 및 시스템, v.39C no.11, 2014년, pp.1104 - 1113  

송운섭 (Ajou University, Department of NCW) ,  정우성 (Ajou University, Department of Computer Engineering) ,  고영배 (Ajou University, Department of Computer Engineering)

초록
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미래전은 Sensor-to-Shooter 개념에 기반한 네트워크 중심전(NCW : Network Centric Warfare) 양상을 지닌다. 이러한 NCW의 핵심적인 요소들 중 하나로 무선 비디오 센서 네트워킹 기술이 군 감시정찰용으로 활발히 적용되고 있다. 감시정찰 센서 네트워크에서는 침입탐지 및 추적정보의 신뢰성 향상을 위하여 이미지 센서가 결합된 복합 센서가 사용되고 있으나 대용량의 네트워크 자원 및 에너지 소비를 요구하는 문제가 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해서 자원 예약을 통한 이미지 데이터 전송 기법을 제안한다. 제안 기법은 네트워크 자원가용성을 고려하여 이미지 데이터 해상도 및 압축률 조정을 시도하는 동시에 다중 인터페이스의 적절한 선택을 통하여 안정적인 이미지 데이터 전송을 가능토록 한다. NS-3 시뮬레이션 기반의 성능분석을 통해서 제안기법의 전송 안정성 및 에너지 효율성의 증가를 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Future combat systems can be represented as the NCW (Network Centric Warefare), which is based on the concept of Sensor-to-Shooter. A wireless video sensor networking technology, one of the core components of NCW, has been actively applied for the purpose of tactical surveillance. In such a surveill...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 이미지 센서가 포함된 복합 센서로 구성된 감시정찰 센서 네트워크에서 에너지 효율적이면서도 군 지휘통제소로 전달되는 탐지정보의 신뢰성 향상이 가능하도록 효율적인 이미지 데이터 전송을 위한 자원 예약 및 인터페이스 선택 알고리즘을 제안한다. 제안 기법을 통하여, 안정적인 데이터 전송 및 에너지 효율 증대로 인한 네트워크 라이프 타임 증가를 기대할 수 있을 것이다.
  • [12]는 Diffserve의 대표적인 스케쥴링 기법인 PQ(Priority Queue), WRR(Weight Round Robin)의 단점을 보완하는 자원할당 알고리즘을 제안하였다. 유동적으로 변화하는 각 클래스의 큐 상태를 체크하여 큐의 상태에 따라 각 클래스의 가중치를 동적으로 할당함으로써 보다 효율적인 서비스가 가능토록 한다. 그러나 우선순위가 동일한 데이터의 경우 효과가 없다.
  • 본 논문은 전체 센서 네트워크의 라이프 타임을 향상시키기 위하여 그림 2와 같은 네트워크 형태를 구성하고 일반정보와 긴급 정보로 구분하여 데이터를 전송한다. 클러스터 구성은 싱크가 정해진 경로를 이동하면서 비콘 메시지를 전송하면 비콘 메시지를 수신한 노드는 클러스터 헤더 후보가 되고 후보 노드는 타이머를 동작시켜 가장 먼저 타이머가 종료된 노드가 클러스터 헤더가 되어 2홉 거리의 클러스터(최상위 클러스터)를 구성한다.
  • 자원 예약은 음향 센서 등의 센서가 이벤트를 탐지한 후 이벤트 트리거 신호가 네트워크 자원 예약모듈로 전송된 후 네트워크 자원 예약모듈에서 수행하며 해당 클러스터 헤더에게 사전 정의된 기본 품질의 이미지 데이터를 전송하기 위한 자원할당을 요청한다. 이를 수신한 클러스터 헤더는 할당 가능여부를 판단 후 자원할당을 요청한 센서에게 자원을 할당하며 동시에 라우팅 경로상의 클러스터 헤더에게 자원할당 결과를 통보하여 기본 품질의 이미지 데이터가 전송 가능한지 판단토록 한다. 라우팅 경로상의 각 CH는 필요한 자원 할당을 요청하며 각각의 CH에서 자원할당 가능여부를 판단토록 한다.
  • 본 논문에서는 이미지 센서가 포함된 복합 센서로 구성된 감시정찰 센서 네트워크에서 에너지 효율적이면서도 군 지휘통제소로 전달되는 탐지정보의 신뢰성을 향상시키기 위하여 감시정찰 센서 노드 시스템 및 네트워크 모델, 자원예약 메시지 및 포맷, 자원예약 절차, 자원할당 및 인터페이스 선택 알고리즘을 제안하였다. 시뮬레이션 결과 제안기법은 이미지 데이터를 전송하기 위해 자원을 예약하고 네트워크 자원 가용성을 고려한 해상도 및 압축률 조정, 다중 인터페이스를 사용하도록 하여 대부분의 이미지 데이터가 허용 지연시간 내에 들어오는 결과를 보여 주었다.

가설 설정

  • 그림 3은 제안기법의 자원예약 및 할당 예를 보여준다. 본 동작 예에서 Zigbee 인터페이스는 최대 200kbps까지 자원할당이 가능하고 사용자가 권장하는 해상도의 이미지를 전송하기 위해서는 100kbps가 필요하며 사용자가 요구하는 최소의 해상도로 이미지 데이터를 전송하기 위해서는 60kbps가 요구되는 것으로 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
감시정찰 센서 네트워크의 문제점? 이러한 NCW의 핵심적인 요소들 중 하나로 무선 비디오 센서 네트워킹 기술이 군 감시정찰용으로 활발히 적용되고 있다. 감시정찰 센서 네트워크에서는 침입탐지 및 추적정보의 신뢰성 향상을 위하여 이미지 센서가 결합된 복합 센서가 사용되고 있으나 대용량의 네트워크 자원 및 에너지 소비를 요구하는 문제가 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해서 자원 예약을 통한 이미지 데이터 전송 기법을 제안한다.
미래전은 어떤 양상을 보이는가? 미래전은 다양한 센서들로부터 수집된 디지털 전술정보(예: 표적, 항적, 위치정보, 피아식별 및 명령 등)를 가공하여 곧바로 타격하는 Sensor-to-Shooter 개념의 네트워크 중심전(NCW : Network Centric Warfare)양상을 지닌다. NCW의 핵심적인 요소들 중 하나로 무선 센서 네트워킹 기술이 대두되고 있으며, 특히 감시정찰용 센서 네트워크는 아군이 접근하기 힘든 지역 또는 기존 플랫폼 중심 감시체계에서 감지할 수 없는 각종 전술정보를 수집함으로써 군사작전의 효율성을 제고한다.
무선 센서 네트워크 기술을 군에 적용하려는 사례로는 어떤 것들이 있을까? 네트워크 중심작전 환경 구축의 일환으로 국·내외에서 무선 센서 네트워크 기술을 군에 적용하려는 많은 시도를 하고 있다. 국외사례를 살펴보면, UC Berkeley와 MLB Company가 수행한 SensIt (Sensor Information Technology) 프로젝트, 오하이오 주립대학 등이 미국 DARPA의 지원으로 수행한 A Line in Sand 프로젝트, 2003년부터 추진 중인 미 육군의 FCS(Future Combat System) 프로젝트 등이 있으며,[3] 국내에서는 기존 상용 센서 네트워크 기술을 군에 적용하려는 U-Army 실험사업 추진, 국방부(ADD)-지경부(ETRI)간 공동 연구개발 사업으로 감시정찰 센서 네트워크 시스템 기술개발을 진행하였다.
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참고문헌 (14)

  1. S. Park, H. Park, and Y. H. Ham, "Key elements of the defense sensor network technology," J. KICS, vol. 25 no. 10, pp. 42-49, Sept. 2008. 

  2. M. Islam, Y. Jang, S. Choi, and S. Park, "Key Technology Issues for Military Sensor Networks," J. KICS, vol. 26 no. 3, pp. 41-51, Feb. 2009. 

  3. Development of surveillance sensor networks Report, Electronics and Telecommunications Research Institute, Oct. 2009. 

  4. M. D. Street and F. Szczucki, "Wireless communications architecture(land) : Scenarios, requirements and operational view," NATO C3 Agency, Tech. Note 1246, Dec. 2006. 

  5. W. Song, W. Jung, Y. Seo, and Y.-B. Ko, "Efficient clustering and data transmission for service-centric data gathering in surveillance sensor networks," J. Korea Inst. Military Sci. Technol., vol. 16, no. 3, pp. 304-313, Jun. 2013. 

  6. S. S. Lee, J. H. Kim, K. H. Won, and J. H. Kim, "An efficient image information transfer system for wireless image sensor network environments," J. KIISE : Inf. Netw., vol. 35, no. 3, pp. 207-214, Jun. 2008. 

  7. K. Hong, P. Yan, P. Chen, and S. Sastry, "Multihop routing in camera networks : An experimental study," in Proc. Int. Conf. Inf. Process. Sensor Netw.(IPSN), pp. 381-382, San Francisco, USA, Apr. 2009. 

  8. T. Watteyne, F. Chraim, N. Sarmicanic, C. Jian, and K. S. J. Pister, "Video transmission over a standard-based wireless multi-hop sensor network," IEEE COMSOC MMTC E-Lett., vol. 5, no. 3, pp. 22-27, May 2010. 

  9. H. S. Kim, "Frame/slot allocation method for real-time traffic in IEEE 802.15.4 wireless sensor networks," J. IEEK, vol. 44, no. 3(WN. 315), pp. 49-56, May 2007. 

  10. T. Winkler and B. Rinner, "Pervasive smart camera networks exploiting heterogeneous wireless channels," 7th Annu. IEEE Int. Conf. Pervasive Comput. Commun. (PerCom), pp. 296-299, Texas, Mar. 2009. 

  11. Y. C. Cho, S. J. Yoon, and Y. B. Ko, "IEEE 802.11 MAC based milti-hop reservation and backoff scheme in MIMC tactical ad hoc networks," J. Korea Inst. Military Sci. Technol., vol. 15, no. 1, pp. 16-27, Feb. 2012. 

  12. J. Hwang and J. Cho, "An efficient resource allocation algorithm for ubiquitous sensor networks," J. KIICE, vol. 17, no. 12, pp. 2769-2774, Dec. 2013. 

  13. CC2420 2.4GHz IEEE 802.15.4 RF Transceiver data sheet from http://www.ti.com 

  14. BCM4330 single chip IEEE 802.11 Transceiver data sheet from http://www.broadcom.com 

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