위치정보 전달 번역(한국어 원본)최근 몇 년 동안 로봇, 무인 자동차와 무인 비행기에 대한 뉴스가 관심을 끌면서, 현재까지 사람이 힘들게 수행하던 작업들을 로봇들이 자동으로 수행해주는 시대가 도래하여 로봇 청소기, 물품 자동 운반기, 공항안내 로봇과 이족보행 로봇 등이 현재 실용화 되었다. 현재의 연구개발 동향은 로봇과 자동차의 자동주행과 같은 기초 지식을 바탕으로, micro으로 제작하여 비용을 줄이고 보관 및 이동을 용이하게 하기 위한 방법을 모색한다. 이러한 micro 무인 비행체(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)는 disaster information 수집이나 군대에서의 활용을 목적으로 개발되어 왔다. 기존 communication infrastructure가 붕괴된 상황에서 응급 처리를 요하는 환자를 찾거나, 재난 상황을 monitoring 하는 활용과 국방에서의 적의 탐지, 아군끼리의 communication 수단으로 활용하는 수준을 넘어서 스파이 활동, 개인 일상 비서 등의 다양한 응용이 이어질 전망이다.
본 논문에서는 크기 1m이하이고 target 인식에 camera를 사용하며 Wi-Fi로 communication하는 micro UAV를 사용 한다 가정한다. 기존 communication infrastructure가 구축되지 않은 상황에서 UAV group이 지역 내에 존재하는 target을 search하고, search한 target이 멀리 떨어져 있거나 이동시에도 안정적인 communication 연결을 유지하기 위한 communication망 구성 scheme을 제안한다. UAV group이 search area에서 base station으로부터 수평으로 일렬 배치되어 target을 찾는다고 가정한다. target을 먼저 찾은 UAV는 Center Node라 하며, Center Node는 group의 leader가 되어 각 UAV들에게 base station으로의 communication system을 구축하기 위하여 base station 방향으로 이동하라는 명령을 전달한다. UAV들은 Center Node로부터 이동하라는 명령을 받으면 Center Node에서 base station 방향까지의 일직선 거리와, Center Node로부터 base station 방향으로 자신이 몇 번째에 위치해야 할 지점을 계산하고 해당 지점으로 이동한다. 본 논문에서는 target search 완료시 target과 base station간의 communication망 구성을 위해, 빠른 위치선정을 목적으로 하고 이동 간 connectivity를 고려하지 않는 이동 scheme을 수행하는데, 거리에 따라서 이동 중에 잠시 동안 연결이 유지되지 않을 수 있다.
본 논문에서 제시되는 주요 scheme은 위와 같이 target을 찾은 후에 base station까지 UAV들만으로 communication망이 구성된 후 사용될 수 있는 scheme이다. UAV들 간에 communication이 단절된 상황에 도래했을 때 UAV들이 스스로 이동하여 information을 전달하는 이동 scheme인 Store-and-Forward를 target tracking에 적용하여 target이 이동할 때도 UAV들이 target tracking하며 base station과의 connectivity를 유지한다.
target의 information을 base station까지 전달하기 위해서는 모든 UAV들이 base station까지 일직선 방향으로 각자 communication이 가능한 range 안에 배치되어 멀티 홉 communication을 지원해야 한다. 그러나 target을 발견 했을 때 target과 base station과의 거리가 가깝지 않아서 지속적인 connectivity 지원이 안 될 수 있다. 본 논문에서는 원거리에서 target을 발견하여 connectivity가 보장되지 않는 환경에서 UAV들이 다른 UAV의 communication range 내로 이동하여 information을 전달한 후 원래 위치로 복귀하는 scheme을 제안한다. 이동 간에 UAV들은 자신이 이동해야할 경로와 information을 전달해야할 대상을 UAV들 간의 communication과 distributed control system을 통해 결정한다. 그리고 발견된 target이 이동하더라도 UAV들이 base station과의 connectivity를 유지하면서 target을 지속적으로 target tracking할 수 있도록 한 scheme을 제안한다.
본 논문은 다음과 같이 구성된다. 2장 관련연구에서는 기존 연구와의 차이점과 본 논문에 필요한 가정을 서술한다. 3장에서는 target tracking의 수행 방법과 base station이 현재 target의 estimate range를 계산하는 방법, range 계산 후 지속적인 target tracking을 가능하게 하기 위한 대처 scheme 등을 제안한다. 4장에서는 시나리오에 대한 simulation의 model링과 result analysis을 보인다. 5장에서는 논문의 conclusion을 맺고 추후에 고려할 연구 과제에 대해서 논한다.
지연 내성망(Delay Tolerant Network)이라고도 하는 DTN[1]은, 소스와 목적지간의 connectivity가 없더라도 데이터를 저장했다가 이동하여 전송함으로서 데이터를 전달하는 network이다. Spyropoulos등[2]-[4]은 이동 노드에 DTN을 사용함으로서 얻는 이점과 효과를 전달 기반 프로토콜과 복제 기반 프로토콜 등 두 가지 주요 프로토콜로 구분하였다.
전달기반 프로토콜은 노드 간 연결이 이루어졌을 때 상대편 노드가 자신이 전달하고자 하는 message를 가지고 있을 경우에만 message를 전달한다. 목적지까지 전달하고자 하는 message를 network상에 한 개만 유지될 수 있도록 하여, 목적지까지의 message 도달 확률은 낮지만 network 자원의 소비 측면에서 높은 효율을 보인다. 복제기반 프로토콜은 노드 간 연결이 이루어졌을 때 상대편 노드가 자신이 전달하고자 하는 message를 이미 가지고 있을 경우에도 message를 복제하여 전달한다. message의 전달확률은 높지만 network 자원의 소비측면에서는 비효율적이다. 본 논문에서의 Store-and-Forward는 DTN의 information전달 방식과 다르게 UAV의 이동 경로가 정해져 있고, information을 전달할 대상이 정해져있어 무분별한 information의 다중 전송을 하지 않는다.
Chen-Mou Cheng 등[5]은 load-carry-and-deliver (LACD) 패러다임(Paradigm)을 UAV들에 적용시켜 Source Ground Node로부터 Destination Ground Node까지 데이터를 저장 후 전달한다. 경험 위주의 simulation 바탕으로 하여 연구 result의 신뢰성을 높였으며, LACD의 information 처리량을 향상시키는 방법은 더 좋은 비행경로 설계를 추가하는 것으로 conclusion을 내렸다. 본 논문은 base station(Destination)과 target(Source) 간 경로 사이를 UAV들이 직접 information을 전달하러 round-trip movement하는 것이 아닌, 작은 communication range를 가진 UAV들을 여러 대 배치하여 communication망을 구성하고 communication망 안에서 UAV들이 서로 간에 communication 가능한 range 안으로 왕래하여 information을 전달한다. Michael Le 등[6]은 AODV프로토콜에서 information 전송을 위한 Routing 경로를 확보하는 동작과, UAV가 임의의 위치로 이동하여 broadcast방식의 information을 전달하는 DTN을 적용시킨 Routing Strategy로서 어떠한 성능을 낼 수 있는지 확인하였다. 저자는 AODV에서 RREQ(Route Request)와 RREP(Route Reply)를 통해 routing 경로를 잡고 CBR(Constant Bit Rate)로 packet을 송수신함으로서 전체적인 노드 간 information 처리량에 그 영향이 크다 하였다. 본 논문에서는 빠른 information 전달이 주 목적이며 UAV간 information 전달이 broadcast방식이 아닌 unicast방식을 사용하기에, AODV와는 다른 프로토콜을 개발하고 UAV에 적용하여 사용하였다. |
위치정보 전달 번역(영어 번역본)In the past few years, media coverage of robots and unmanned cars and planes have drawn public interest. The era in which robots automatically perform difficult duties instead of humans has come to reality, and robot cleaners, automatic product transporters, airport guidance robots, and bipedal robots are now commercialized. Recent trend in robot research uses basic information of robots and autonomous cars to build micro robots in order to reduce costs and facilitate storage and movement. An example is micro unmanned aerial vehicles (micro UAVs), which have been developed for disaster information and military usage. The potential application of micro UAVs are diverse, including identification of patient requiring emergency treatment when existing communication infrastructure is disabled, monitoring disaster status, detection of enemy during military mission, communicating with allies, espionage missions, and personal secretary.
In this paper, micro UAV is assumed to be smaller than 1m, uses camera for target identification, and communicates via Wi-Fi. A scheme is proposed for searching a target in the area using UAV group and establishing communication network to enable stable communication even when the located target is far away or the UAVs are moving. It is assumed that the UAVs are positioned linearly and parallel to the base station to locate the target. The UAV that first detects the target is referred to as the center node. It acts as the leader of the group and commands other UAVs to move toward the base station in order to establish a communication system to the base station. When the UAVs receive the command from the center node, they calculate the straight line distance from the center node to the base station. Each UAV calculates the order in which it should be positioned in the line from the center node to the base station and then moves to that position. Upon completing target search, the scheme discussed in this paper aims at fast positioning to establish communication network between the target and the base station, and does not take into account the connectivity during moving. Therefore, connection may be temporarily lost during movement depending on the distance.
The main scheme proposed in this paper can be used after locating the target and establishing the communication network with the base station using only UAVs, as explained above. Store-and-forward scheme, in which the UAVs themselves move to deliver information when communication among UAVs is disabled, is applied to target tracking in order to enable target tracking by UAVs when the target is moving and to maintain connection to the base station at the same time.
In order to deliver information of the target to the base station, all UAVs must be positioned in a line extending toward the base station, and the interval between each UAV must be within the communication range to support multi-hop communication range. However, distance between the target and the base station may be too great at the time of discovering the target, and continuous connectivity support may not be possible. We herein propose a scheme for use in an environment where target is detected at a far distance and connectivity is not guaranteed. In this scheme, the UAVs move within the communication range of other UAVs to transmit information and returning to the original position. During movement, UAVs determine their paths and information receivers by communication among UAVs and distributed control system. Even when the target moves, UAVs can maintain connectivity with the base station and continuously track the target.
This paper is organized as follows. In Section 2: Backgrounds, difference between the current study and previous research is explained and assumptions necessary for the proposed scheme are described. In Section 3: Target tracking, calculation of target’s estimate range by the base station, and scheme for continuous target tracking after range calculation are presented. In Section 4,
target tracking simulation and result analysis are performed. Section 5 concludes the paper and presents discussion of future research topics.
Delay Tolerant Network (DTN) [1] is a network in which the source stores the data when there is no connectivity between the source and the destination and transmits the data by moving. Spyropoulos et al. [2]-[4] have classified the
DTN for moving nodes into delivery-based protocol and copy-based protocol.
In delivery-based protocol, a node only delivers the message when the other node being connected has the message that the node wants to deliver. By maintaining only a single message to be delivered to the destination in the network, the message has low probability of reaching the destination but is efficient in terms of network resources. In copy-based protocol, a node copies the message to a connected node even when that node already possesses the same message. Probability of message delivery is high for this protocol, but it is inefficient in terms of network resource consumption. Store-and-Forward method in this paper is different from information delivery in DTN, as UAV paths are determined and recipients of messages are determined such that indiscriminate transmission of multiple copies of information is avoided.
Cheng et al. [5] applied the Load-Carry-and-Deliver (LACD) paradigm to UAVs, and stored and delivered the data from the source ground node to the destination ground node. Empirical simulation enhanced the reliability of study results, and they concluded that information throughput of LACD can be improved by better flight path. In this study, UAVs do not make round-trip movements to directly delivery information between the target (source) and the base station (destination). Instead, multiple UAVs with limited communication range are positioned to establish a communication network, and the UAVs travel between each other’s communication range to deliver information. Le et al. [6] tested the performance of routing strategy incorporating Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) protocol for securing the routing path for information transmission with DTN for information delivery by moving UAV to certain location to deliver information by broadcasting. The authors concluded that AODV significantly affects overall information throughput between the nodes by using AODV’s route request (RREQ) and RREP (route reply) to determine routing path and transmit and receive packets at constant bit rate (CBR). In this paper, fast information delivery is the goal and unicast method is used instead of broadcast method; therefore, a protocol different from AODV was developed and applied to UAVs. |
