KOSEN 한인과학기술자네트워크

무인기의 활용 분야와 비행시간이 크게 늘어남에 따라, 무인기 기반의 IoT 네트워크로부터의 데이터 수집 및 분배 기술이 크게 주목 받고 있다. 특히, 무인기와 IoT 네트워크 간의 통신 효율성을 위해서는 클러스터 구조의 채용이 필요하며, 클러스터 구조 하에서 핵심적인 역할을 수행하는 클러스터 헤드들을 선출하는데 있어서 무인기를 이용하는 프레임워크들이 소개되고 있다. 본 고에서는 이러한 무인기 기반 클러스터 헤드 선출 프레임워크들을 위한 기반 기술들을 소개하고, 기존에 소개된 프레임워크들에 대해 살펴본다. 또한, 무인기 기반 클러스터 헤드 선출 프레임워크들의 장단점을 비교하고, 이들의 활용 방안을 제시한다.

I. 서론

드론으로 불리는 무인기는 군사정찰, 수색, 관심영역 촬영 및 정밀 타격과 같은 군사용으 로 주로 사용되어 왔으나, 최근에는 무인 배달, 3차원 지도 생성, 과학 조사, 정밀 농업 및 임업, 정밀 수산업, 재난 예측 및 대응과 같은 민간 영역에서의 활용이 크게 늘어나고 있다. 한편, 무선 통신 기술, 임베디드시스템, 그리고 엣지 컴퓨팅 기술의 발전은 무인기가 지원하 는 통신 영역 확장, 무인기가 지원하는 통신 중계, 그리고 무인기가 지원하는 데이터 수집 및 분배와 같은 무인기 지원 무선 통신 서비스 제공을 가능하게 하고 있다[1]. 특히, 무인기가 지원하는 데이터 수집 및 분배는 무인기 기반의 IoT 네트워크의 형태로 구현되고 있다[2].

 무인기 기반의 IoT 네트워크에서 무인기들은 공중 정지 비행을 하면서 임무 영역에 배치 되어 있는 IoT 장치들과 접촉하고, 그들로부터 데이터를 수집하거나 그들에게 필요한 정보 를 분배하게 된다. 이러한 형태의 네트워크 통신에서, IoT 장치들의 수는 무인기들에 비해 훨씬 많으며, 무인기들은 공중에서 비행을 하면서 여러 대의 IoT 장치들과 동시에 통신할 수 있는 특징을 가진다. 따라서, 임의의 무인기와 IoT 장치들은 멀티캐스트 혹은 브로드캐스 트의 형태로 통신하는 것이 효율적이다. 만일, IoT 장치들을 클러스터라는 논리적 그룹으로 묶은 후에 무인기가 그룹 리더들과만 통신한다면 해당 IoT 네트워크의 수명 연장과 통신 효율성 측면에서 아주 유리하다. [그림 1]은 일반적인 IoT 네트워크에서의 데이터 수집 방법 (a)과 무인기를 이용한 IoT 네트워크에서의 데이터 수집 방법(b)을 보여 준다.

 IoT 장치들의 네트워크를 클러스터들의 모음으로 변환하는 것을 클러스터링이라 칭한다. 클러스터링은 클러스터 생성과 클러스터 헤드 선출로 나뉘며, 클러스터 생성은 인접한 노드 들을 클러스터라 불리는 논리적 그룹으로 묶는 것을 의미하며, 클러스터 헤드(Cluster Head: CH) 선출은 그 클러스터의 리더를 선출하는 것을 의미한다. 클러스터 생성과 CH 선출은 서로에 앞서 선행할 수 있으며, 이때 앞선 쪽은 클러스터링에 대한 준비를, 뒤선 쪽은 클러스터링에 대한 마무리를 한다. CH들이 먼저 선언을 하고나서 멤버쉽을 구성하는 방법을 CH 우선 방법이라고 하며, 클러스터를 먼저 생성하고 각 클러스터를 위한 리더를 나중에 선출하는 방법을 클러스터 우선 방법이라고 한다. 만일, 임의의 오염노드가 CH가 되면, 정상 적인 멤버들로부터 데이터를 불법적으로 수집할 수 있고 싱크로 전달되는 데이터를 위조할 수 있다. 그래서 모든 CH들이 오염된 노드들로 채워진다면, 전체 네트워크가 오염노드들을 조종하는 공격자의 손에 놓이게 된다[3]. 따라서, 임의의 클러스터링된 IoT 네트워크에서 안전한 CH 선출은 필수적이다.

 지금까지 일반적인 IoT 및 센서 네트워크에서 CH 선출 보안과 관련된 연구들이 진행되어 왔으나, 그 연구들은 무인기를 데이터의 수집자 혹은 분배자로 이용하지 않았다. 따라서 임 의의 IoT 네트워크에서 무인기를 이용한다면, 그 무인기는 CH들로부터 중요한 데이터를 수집하여 싱크에 전달할 수 있다. 이후에 싱크는 수집된 데이터를 이용해서 적합한 CH 후보 들 혹은 부적합한 CH 후보들의 리스트를 생성할 수 있다. 다음으로, 적합한 CH 후보들 혹은 부적합 CH 후보들이 무인기에 의해 노드들에게 전달되면 IoT 혹은 센서노드들의 에너 지 소모를 더욱 더 줄일 수 있다. 이러한 이점들로 인해서, 일부 무인기 기반의 CH 선출 프레임워크들이 IoT 네트워크의 데이터 수집 및 분배 효율성을 위해 제안되어 왔다.

 본 고에서는 먼저 II장에서 일반적인 CH 선출 프레임워크와 무인기 기반 CH 선출 프레임 워크의 차이점을 살펴보고, 무인기 기반의 CH 선출 프레임워크를 위한 기반 기술에 대해 살펴본다. III장에서는 기 개발된 무인기 기반 CH 선출 프레임워크 기술들을 설명한다. 마지 막으로 IV장에서는 본 고의 결론을 제시한다.


목차

I. 서론
II. 무인기 기반 CH 선출 프레임워크를 위한 기반 기술
III. 무인기 기반 CH 선출 프레임워크 기술 동향
IV. 결론