[논문]WBAN과 FANET 융합 기반의 효율적인 신체 데이터 전송 방법 분석

하일규

doi:10.6109/jkiice.2017.21.2.386

WBAN과 FANET 융합 기반의 효율적인 신체 데이터 전송 방법 분석
Analysis of Efficient Health Data Transmission Methods based on the Fusion of WBAN and FANET 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.21 no.2, 2017년, pp.386 - 394

하일규 (Department of Computer Engineering, Kyungil University)

초록
AI-Helper

FANET은 무인 항공기들로 구성된 애드혹 네트워크로서, 무인 항공기 간의 데이터 전달을 위해 3차원 상에 형성된 네트워크이다. 현재까지 이루어진 대부분의 FANET 활용에 대한 연구는 무인항공기에 장착된 카메라 센서를 활용하여 지상으로부터 데이터를 수집하고, 이를 전달하고 처리하여 특정한 목적에 활용하는 것이다. 하지만 인간 신체 영역의 데이터를 수집하고 이를 FANET을 통해 전달하는 WBAN과 FANET의 융합에 관한 연구는 아직 많이 이루어지 않았다. 따라서 본 연구는 데이터 전달을 위한 통신체계가 잘 갖추어져 있지 않은 도서 또는 오지 지역에서 활동하는 사람들의 인체 데이터를 수집하기 위해 WBAN을 구성하고, 수집된 데이터를 FANET을 통해 전달하는 체계를 연구한다. 특히 WBAN과 FANET의 융합 네트워크에서 신체의 응급데이터를 전달하기 위한 가능한 데이터 전달방법을 분석하고, 효율적으로 데이터를 전달할 수 있는 전송 모델을 제안한다.

Abstract ▼ AI-Helper

FANET is an ad hoc network formed among the unmanned aircraft in the three-dimensional space for data transfer. Most of the research on FANET application has focused on the use of the camera sensor mounted on the unmanned aircraft to collect data from the ground, and process and delivery of the data for a specific purpose. However, the research on the fusion of WBAN and FANET that collects the data of the human body and passes through the FANET has not been studied much until now. Therefore, in this study, we study the data transmission system that collects the human body data of people working in the areas that are vulnerable to communication difficulties and passes the collected data through the FANET. In particular we analyze the possible methods to transfer the emergency data of the body in the fusion network of WBAN and FANET and provide a data transfer model that can be transmitted most efficiently.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

하지만, 신체의 영역을 기반으로 구성되는 WBAN으로부터 데이터를 수집하고 수집된 데이터를 FANET을 통해 전달하는 형태의 연구는 아직 많지 않다[20]. 따라서 본 연구는 신체의 특정한 데이터를 수집하기 위해 WBAN을 구성하고 수집된 데이터를 무인항공기를 통해 최적의 에너지 사용으로 전달하는 WBAN과 FANET을 융합한 네트워킹 체계를 연구하고자 하는 것이다.
WBAN과 FANET의 협력 통신 체계를 intra-WBAN, WBAN-FANET, intra-FANET 등 3 영역으로 분류하고, 각 영역에서 가능한 데이터 수집 방법 및 전달 방법을 분석하였다. 또한 각 통신 영역의 에너지 효율성을 측정하기 위한 에너지 모델을 제시하였다.
이러한 상황에서 혹시 일어날 수 있는 비상 상황에 대처하고 인명 재해를 방지하여 안전을 확보하는 일은 매우 중요하다. 본 연구는 WBAN과 FANET의 협력 네트워킹 기술에 관한 연구로서 그림 1과 같이 네트워킹이 취약한 지역에서 활동 중인 근로자나 활동인의 신체 상태를 WBAN을 통해 수집하고 이를 FANET을 통하여 전달하는 체계와 방법을 연구하고자 한다. 특히 WBAN과 FANET의 협력을 기반으로 인체 데이터를 효율적이고 안정적으로 전달할 수 있는 방법을 분석한다.
본 연구에서는 WBAN과 FANET의 협력 네트워킹 기술에 관한 연구로서, 네트워킹이 취약한 지역에서 활동 중인 근로자나 활동인의 신체 상태를 WBAN을 통해 수집하고 이를 FANET을 통해 전달하는 체계와 방법을 연구하며, 특히 WBAN과 FANET의 협력을 기반으로 인체 데이터를 효율적이고 안정적으로 전달하는 체계와 방법을 연구하였다. WBAN과 FANET의 협력 통신 체계를 intra-WBAN, WBAN-FANET, intra-FANET 등 3 영역으로 분류하고, 각 영역에서 가능한 데이터 수집 방법 및 전달 방법을 분석하였다.

제안 방법

Intra-WBAN 영역에서의 에너지 소모 실험을 진행하 였다. 에너지 모델은 식(1)을 사용하였고, 인체 내의 라우팅 방법은 [21]의 EECBSR 방법을 이용하였다.
본 연구에서는 WBAN과 FANET의 협력 네트워킹 기술에 관한 연구로서, 네트워킹이 취약한 지역에서 활동 중인 근로자나 활동인의 신체 상태를 WBAN을 통해 수집하고 이를 FANET을 통해 전달하는 체계와 방법을 연구하며, 특히 WBAN과 FANET의 협력을 기반으로 인체 데이터를 효율적이고 안정적으로 전달하는 체계와 방법을 연구하였다. WBAN과 FANET의 협력 통신 체계를 intra-WBAN, WBAN-FANET, intra-FANET 등 3 영역으로 분류하고, 각 영역에서 가능한 데이터 수집 방법 및 전달 방법을 분석하였다. 또한 각 통신 영역의 에너지 효율성을 측정하기 위한 에너지 모델을 제시하였다.
에너지 모델은 식(1)을 사용하였고, 인체 내의 라우팅 방법은 [21]의 EECBSR 방법을 이용하였다. 일반 적인 EECBSR 방법과 Selection 전송방법, Periodic 전송방법을 비교하여 실험하였다. 주요 실험환경은 표 5 와 같다.
본 연구는 WBAN과 FANET의 협력 네트워킹 기술에 관한 연구로서 그림 1과 같이 네트워킹이 취약한 지역에서 활동 중인 근로자나 활동인의 신체 상태를 WBAN을 통해 수집하고 이를 FANET을 통하여 전달하는 체계와 방법을 연구하고자 한다. 특히 WBAN과 FANET의 협력을 기반으로 인체 데이터를 효율적이고 안정적으로 전달할 수 있는 방법을 분석한다.

데이터처리

제시된 에너지 모델에 따라서 각 영역에서 가능한 데이터 전달 방법과 수집 방법의 에너지 효율이 계산된다. Intra-WBAN 영역에서는 선별전달 방법과 일정주기전달 방법이 비교되고, WBAN-FANET 영역에서는 직접 전송 방법과 CH이용 방법이 비교된다.

이론/모형

식 (2)로 표현되는 EM2 에너지 모델은 송신노드와 수신노드의 거리가 d이고 k비트를 전송하는 경우 소비되는 에너지를 나타내는 식이다. 송신 거리 d가 임계값 d₀ 보다 작으면 자유공간 채널모델(Free Channel Model), 임계값보다 크면 다중경로 채널모델(Multipath Fading Channel Model)을 사용한다. E_Tx (k,d)는 d의 거리에 있는 수신기에 k비트의 데이터를 전송하는 송신기의 에너지 사용량을 말하고, E_Rx (k)는 k비트의 데이터를 수신하는 수신노드의 에너지 소비를 말한다.
Intra-WBAN 영역에서의 에너지 소모 실험을 진행하 였다. 에너지 모델은 식(1)을 사용하였고, 인체 내의 라우팅 방법은 [21]의 EECBSR 방법을 이용하였다. 일반 적인 EECBSR 방법과 Selection 전송방법, Periodic 전송방법을 비교하여 실험하였다.

성능/효과

그림 6과 같이 일반적인 라우팅 방법보다 주기적인 샘플링에 의한 Periodic 전송방법과 문턱값 이상의 값만을 전송하는 Selection 전송방법의 데이터 전달이 매우 적은 것으로 나타났다. 따라서 그림 7과 같이 에너지효율 측면에서 Periodic 전송방법과 Selection 전송방법이 유리한 것으로 나타났다.

후속연구

추후 제안된 각 영역에서의 데이터 수집 및 전송 방법의 효율성을 제시된 에너지 모델을 이용하여 실험을 통하여 검증할 예정이다. 나아가 신체 데이터를 안정적으로 전달할 수 있는 각 영역에서의 데이터 전달 방법을 결정하고 WBAN과 FANET의 융합을 위한 효율적인 데이터 전달 모델을 제시할 계획이다.
추후 제안된 각 영역에서의 데이터 수집 및 전송 방법의 효율성을 제시된 에너지 모델을 이용하여 실험을 통하여 검증할 예정이다. 나아가 신체 데이터를 안정적으로 전달할 수 있는 각 영역에서의 데이터 전달 방법을 결정하고 WBAN과 FANET의 융합을 위한 효율적인 데이터 전달 모델을 제시할 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	FANET이란 무엇인가?	FANET은 무인 항공기들로 구성된 애드혹 네트워크로서, 무인 항공기 간의 데이터 전달을 위해 3차원 상에 형성된 네트워크이다. 현재까지 이루어진 대부분의 FANET 활용에 대한 연구는 무인항공기에 장착된 카메라 센서를 활용하여 지상으로부터 데이터를 수집하고, 이를 전달하고 처리하여 특정한 목적에 활용하는 것이다.
	WBAN는 무엇을 위해 구성된 네트워크 인가?	WBAN은 신체의 정보를 송수신하기 위해 구성된 네트워크이다. 그 응용분야는 데이터를 수집하기 위한 센서를 신체의 어디에 부착하는가에 따라 in-body(신체내부) 응용, on-body(신체표면) 응용, on-body 비의료 응용 등으로 구분한다 [1, 4, 5].
	WBAN의 응용분야는 어떻게 구분할 수 있나?	WBAN은 신체의 정보를 송수신하기 위해 구성된 네트워크이다. 그 응용분야는 데이터를 수집하기 위한 센서를 신체의 어디에 부착하는가에 따라 in-body(신체내부) 응용, on-body(신체표면) 응용, on-body 비의료 응용 등으로 구분한다 [1, 4, 5].

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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