초록 ▼

연구의 목적 및 내용
재해지역과 같이 지상접근이 어려운 상황에서 신속한 상황파악 및 대처를 위하여 다중 UAV를 이용하는 네트워크 기반 협력적 감시기술을 연구하는 것이 목적임. 연구개발 내용은 특정 지역을 정밀히 감시하기 위한 가상력 기반의 대규모 UAV 감시네트워크 구성 기술 및 최적 UAV 이동 기반 계층적 지역 감시 기술과 UAV 기반 감시시스템에 네트워크 기능을 제공하기 위한 UAV 라우팅 및 연결성 제공 기술을 개발하고 성능 검증을 수행함.

연구결과
○ 대규모 UAV 감시네트워크 구성 및 네트워크 이

연구의 목적 및 내용
재해지역과 같이 지상접근이 어려운 상황에서 신속한 상황파악 및 대처를 위하여 다중 UAV를 이용하는 네트워크 기반 협력적 감시기술을 연구하는 것이 목적임. 연구개발 내용은 특정 지역을 정밀히 감시하기 위한 가상력 기반의 대규모 UAV 감시네트워크 구성 기술 및 최적 UAV 이동 기반 계층적 지역 감시 기술과 UAV 기반 감시시스템에 네트워크 기능을 제공하기 위한 UAV 라우팅 및 연결성 제공 기술을 개발하고 성능 검증을 수행함.

연구결과
○ 대규모 UAV 감시네트워크 구성 및 네트워크 이동을 위한 가상력 기반의 UAV 네트워크제어 알고리즘을 개발하였음.
○ 노드간의 거리 유지를 위한 구성 가상력, 보다 주요한 감시지역으로 네트워크를 이동시키기 위한 관심 가상력, 네트워크 이동 속도 향상 및 커버리지 최대화를 위한 경계 가상력 모델 및 UAV의 원형 형태 감시를 위한 원형 가상력 모델을 개발하였음.
○ UAV 감시 네트워크 구성을 위한 가상력 모델은 노드의 통신 및 센싱 범위와 노드 분포 최적화 및 커버리지 최대화를 고려하여 설계되었음.
○ 넓은 지역에서의 효과적인 재난발생 감시를 위하여 재난 발생 지역의 분산 감시를 위한 이동센서네트워크의 분할 또는 합병 방안을 개발하였음. UAV네트워크의 분할과 합병을 통해 감시네트워크를 재구성할 수 있는 기술을 개발함.
○ 전력 소모 및 데이터전달 지연 최소화를 위한 다중 UAV의 최적 이동 경로 결정 및 스케쥴링 알고리즘을 개발하였음.
○ 노드가 이동하더라도 데이터 중계를 위한 경로 확보가 가능하도록 개발되었으며, 대규모 지역을 효과적으로 감시하르 수 있는 계층적 구조가 고려되었음.
○ ILP 기반의 최적화 문제가 정의되었으며 최적화 문제를 효율적으로 풀기위한 최적의 솔루션과 가까운 성능을 획득하면서도 시간 복잡도는 낮은 휴리스틱 알고리즘을 개발하였음.
○ 가상력 기반의 대규모 UAV 감시네트워크 구성 및 최적 UAV 이동 기반 계층적 지역 감시 및 데이터 수집을 위한 UAV의 이동성을 고려한 데이터 중계 및 연결성 유지 프로토콜을 개발하였음.
○ 특정시간 내에 데이터 전달을 요구하는 중요 데이터의 경우 패킷지연 QoS 제공하기 위한 데이터 중계 기술을 개발하였음.

연구결과의 활용계획
○ 지진이나 산불과 같은 대형 재해 상황 파악에 사용될 수 있도록 하기위하여 본 과제에서 개발한 핵심기술을 활용하여 실제 재해 현장에 적용에 가능한 심화기술을 개발할 계획이며, 재난 관련 연구 기관과 협력연구를 추진하기 위하여 본 과제의 연구결과를 활용할 계획임
○ 본 과제에게 개발한 핵심알고리즘을 활용하고 심화 및 확장하여 군사목적으로 전시에 전장 상황을 대규모의 공중무인기를 이용하여 효과적이고 효율적으로 감시하기 위한 기술을 개발할 계획임.
○ 울산과 같은 석유화학단지 밀접 지구에서 발생할 수 있는 대규모 산업재해 감시 및 초기 대응 기술 개발을 위하여 본 과제의 연구결과를 활용할 계획임.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose& contents
The objective of this research is to develop cooperative monitoring technologies using multiple UAVs for prompt situational understanding and response to an industrial or natural disaster, where only a limited ground-based access is allowed. Specifically, we develop algorithms f

Purpose& contents
The objective of this research is to develop cooperative monitoring technologies using multiple UAVs for prompt situational understanding and response to an industrial or natural disaster, where only a limited ground-based access is allowed. Specifically, we develop algorithms for virtual force-based UAV sensor network formation and movement, for optimal UAV movement-based hierarchical area monitoring and data collection, and for routing and network connectivity provision. The developed algorithms are tested and verified through simulations.

Result
○ Virtual force-based network control algorithms have been developed to form and move a large scale UAV monitoring network.
○ The formation virtual force to keep a distance between nodes, the interest virtual force to move the network toward a more important area, the boundary virtual force to increase the network movement speed and maximize the coverage, and the circular virtual force for circular-movement monitoring have been developed.
○ Nodes’transmission range and node distribution optimization have been taken into account when virtual force models have been designed.
○ In order to effectively monitor events in a large area, the separation and merge algorithms have been developed so that a network can monitor an area in a distributed way. A technology that can reform the network though network separation and merge has been developed.
○ For minimization of power consumption and data transfer delay, optimized path selection and scheduling algorithms have been developed.
○ A data path is provided to moving nodes and a hierarchical network structure has been considered in order to efficiently monitor a large area.
○ An ILP-based optimization problem has been defined. In order to solve the problem efficiently, heuristic algorithms have been developed, which achieve near optimal performances to the optimal solution and show low time-complexity.
○ A data relay algorithms for mobile networks and the network connectivity maintenance algorithm have been developed.
○ Data relay algorithms have been developed in order to provide QoS with respect to packet delay for important data, .

Expected Contribution
○ We plan to develop technologies extending the core algorithms that have been designed through the this study so that those technologies can be applied to a large disaster such as earthquake and massive fire. We plan to use the research results to perform cooperative studies with disaster-related research institutions.
○ In order to monitor battle fields effectively and efficiently using a large number of UAVs, new technologies are planned to be developed based on the algorithms developed in this research.
○ In order to develop technologies to promptly response to the industry disaster that can be occurred in an oil-chemical industrial cluster like Ulsan city, the developed algorithm will be used.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 26
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 28
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 28
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 29
• 8. 참고문헌 ... 29
• 9. 연구성과 ... 30
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 32
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 33
• 12. 기타사항 ... 33
• 별첨1 대 표 연 구 성 과 ... 34
• 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 47
• 끝페이지 ... 54