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[국내논문] 딥러닝 및 증강현실을 이용한 재난대응 역량 강화를 위한 네트워크 자원 확보 방안
Deployment of Network Resources for Enhancement of Disaster Response Capabilities with Deep Learning and Augmented Reality 원문보기

Journal of Internet Computing and Services = 인터넷정보학회논문지, v.18 no.5, 2017년, pp.69 - 77  

신영환 (School of Electrical and Electronic Engineering, Yonsei University) ,  윤주식 (School of Electrical and Electronic Engineering, Yonsei University) ,  서순호 (School of Electrical and Electronic Engineering, Yonsei University) ,  정종문 (School of Electrical and Electronic Engineering, Yonsei University)

초록
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본 논문에서는 재난상황에서 딥러닝증강현실 기술을 활용한 재난대응 방안과 그에 따른 네트워크 자원 확보 방안을 제안한다. 딥러닝과 증강현실 기술의 특징과 현황을 파악하고, 재난분야와의 연관성에 관하여 설명한다. 딥러닝 기술을 사용하여 재난 상황을 정확하게 인지하고 관련 재난 정보를 증강현실로 구현하여 재난대응 현장 및 통합지원본부, 재난안전대책본부 등에 제공함으로써 재난대응 역량을 강화할 수 있다. 각종 재난사례 중 화재상황을 중점으로, 딥러닝 기반 화재상황 인식 및 증강현실 정보제공을 통해 효과적으로 재난대응 역량을 강화할 수 있는 방안을 제시한다. 마지막으로, 본 논문의 재난대응 방안을 활용하기 위한 네트워크 자원 확보 기법을 제시한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, a disaster response scheme based on deep learning and augmented reality technology is proposed and a network resource reservation scheme is presented accordingly. The features of deep learning, augmented reality technology and its relevance to the disaster areas are explained. Deep le...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 딥러닝 및 증강현실을 위한 재난 통신이 이루어 질 때, 네트워크 관련 정보를 패킷에 실어서 보낸다. 그 정보를 보고, AR 서버에서 최종 결정하여, 백본 네트워크에 있는 라우터들에게 어느 정도의 Forwarding rate 성능을 보장하고 있어야 하는지 알려준다. 라우터들은 재난 상황에서 성능 보장을 위해, 재난 대응과 관련되지 않은 모든 통신 정보 처리를 후순위로 미룬다.
  • 은닉계층의 계층의 숫자나, 노드의 숫자, 가중치의 숫자들은 모두 임의로 조정할 수 있다. 딥러닝의 최종 목적은, 테스트 데이터 (Test Set)를 인공신경망에 통과시켜서 원하는 결과(Output)를 얻는 것이다. 딥러닝에서는 은닉계층에 가중치를 훈련용 데이터 (Training Set)를 이용하여 훈련(Training) 시킨다.
  • 특히, 재난 상황에서는 네트워크 트래픽 량이 폭주하기 때문에 더더욱 힘들어 진다. 본 논문에서는 이문제를 해결할 네트워크 모델 및 해결 방안을 제시한다.
  • 본 논문에서는 재난 상황에서는 다른 통신보다 재난통신이 가장 중요하다는 점에 착안하여, 백본 네트워크에 있는 라우터들에게 일정 이상의 Forwarding rate를 확보하라는 패킷을 보내는 것을 제안한다. 딥러닝 및 증강현실을 위한 재난 통신이 이루어 질 때, 네트워크 관련 정보를 패킷에 실어서 보낸다.
  • 본 논문에서는 재난대응 상황에서 딥러닝 및 증강현실 기술을 이용하여 재난대응 역량을 강화시킬 수 있는 방안을 제시하였다. 또한, 그에 따른 네트워크 성능 확보방안도 제시하였다.
  • 본 논문에서는 최신 딥러닝 및 증강현실 기술을 통한 재난대응 역량을 향상시킬 수 있는 방안과 그에 따른 네트워크 자원 확보 방안을 제시한다. 본 논문의 구성은 다음과 같다.
  • 소방대원의 HMD 장비의 카메라에 의해 현장의 영상 정보를 얻는다. 본 논문에서는 현장의 영상 정보를 딥러닝 과정을 통해 인식하는 방법을 제안한다. 딥러닝을 토대로 얻은 정보는 네트워크를 통해 서버로 전송되고, 서버내의 데이터베이스 (Database) 정보와의 매칭을 통해 관련 증강현실 정보를 현장 대원에게 전달한다.

가설 설정

  • 그리고 AR 정보량을 IAR 로 정의한다. AR 정보를 받아 다시 유저에게 돌아가는 과정 및 시간은 이 전과 같다고 가정한다. 모델과 관련된 파라미터들은 표 3에 정리되어 있다.
  • 또한 라우터에서 그리고 백본네트워크에 있는 마지막 라우터에서 AR서버 및 DB까지 걸리는 시간은 TRA이다. AR서버와 AR DB는 같은 장소에 있어서 통신시간이 없다고 가정한다. AR서버에서는 딥러닝 연산 결과를 받고 AR 관련 정보를 DB에서 찾아서 관련 정보를 내보낸다.
  • 또한, 인간이 증강현실을 체험할 때 어지러움을 느끼지 않는 지연시간이 13ms 이므로 Tth 는 13ms로 설정하였다. IAR 은 1M bit, IDL 은 2M bit, IInput 은 5M bit로 가정하였다. 총 라우터의 개수 N은 5개로 가정하였다.
  • TUM , TMR , TRA 와 같은 통신 속도와 관련된 파라미터들은 1ms로 가정하였다. 라우터들의 거리는 매우 가까우므로 TRouters 는 0.
  • 따라서, 본 네트워크 모델에서는 MEC 서버가 딥러닝 연산능력이 있다고 가정한다. MEC서버에서의 딥러닝 계산 속도는 CDL 로 정의한다.
  • MEC서버에서의 딥러닝 계산 속도는 CDL 로 정의한다. 또한, MEC 서버는 사전에 충분한 딥러닝 훈련이 되어있다고 가정하여, 테스트(test) 과정을 수행한다고 가정한다. 딥러닝 연산 결과 IDL 의 정보량이 나오며, 이 연산 결과를 AR 서버에 전송하여, 관련 정보를 획득하고자 한다.
  • MEC 서버에서 백본 네트워크에 있는 첫 번 째 라우터까지 걸리는 시간을 TMR 로 정의한다. 또한, 백본 네트워크에는 총 N 개의 라우터가 존재하고 그 중 M 개의 라우터를 사용한다고 가정한다. 또한, 라우터 간 통신 속도는 TRouters라고 정의한다.
  • 와 같은 통신 속도와 관련된 파라미터들은 1ms로 가정하였다. 라우터들의 거리는 매우 가까우므로 TRouters 는 0.1ms로 가정하였다. 또한, 인간이 증강현실을 체험할 때 어지러움을 느끼지 않는 지연시간이 13ms 이므로 Tth 는 13ms로 설정하였다.
  • 딥러닝 연산 결과 IDL 의 정보량이 나오며, 이 연산 결과를 AR 서버에 전송하여, 관련 정보를 획득하고자 한다. 이 때, AR 서버를 항상 근처에 두고 관련 DB를 확보하는 것은 힘들기 때문에 AR 서버와 DB (DataBase)는 재난 현장과 거리가 떨어져 있다고 가정한다. 따라서 AR서버에 접근하기 위해선 백본 네트워크 (Backbone Network)를 거치게 된다.
  • IAR 은 1M bit, IDL 은 2M bit, IInput 은 5M bit로 가정하였다. 총 라우터의 개수 N은 5개로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
재난대응의 성패는 어떠한 요소에 의해 좌우되는가? 재난대응의 성패는 크게 두 가지 요소에 달려있다. 첫 번째는 초동 대응의 속도이고, 두 번째는 초동 대응의 정확성이다. 앞서 언급했듯이, 재난 발생 시 인간이 바로 재난 상황을 포착하여 정확히 인지하기에는 큰 어려움이 있다.
머신러닝이란 무엇인가? 딥러닝 (Deep Learning)은 머신러닝 (Machine Learning)의 한 분야이다. 머신러닝은 컴퓨터에게 문제를 해결할 수 있는 정확한 알고리즘을 제공하지 않고, 문제 해결능력을 배우게 하는 방법이다. 딥러닝에서는 컴퓨터가 인공신경망 (Artificial Neural Network)을 사용하여 문제 해결능력을 배운다.
재난대응의 목표는 무엇인가? 최근 산불 및 화학물질 유출사고, 화재 등과 같이 전 국가적으로 다양한 유형의 사건, 사고가 발생하면서 재난 대응에 대한 관심이 집중되고 있다. 재난대응의 목표는 재난상황을 빠르게 인지하고 정확한 행동매뉴얼을 적용함으로써, 추가적인 인적 및 물적 피해를 최소화하는 것이다. 그러나 재난상황을 빠르게 인식하고 정확한 행동매뉴얼을 적용함에 있어서, 인간이 모든 과정을 정확히 이행하기에는 한계가 있다.
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참고문헌 (17)

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