요약
드론을 활용한 차량 인터넷 네트워크(IoV) 기술은 도심의 고효율 데이터 전송을 가능하게 합니다. 이 기술은 고유의 커버리지와 빠른 데이터 전달 능력으로 지상 네트워크의 혼잡 문제를 해결하며, 드론 대 차량(D2V)과 드론 대 드론(D2D) 간의 통신을 통해 신뢰성과 전달 효율성을 향상합니다. NS-2 시뮬레이터 기반 실험에서 TPDA-IoV 프로토콜은 기존 솔루션 대비 높은 패킷 전달 비율과 낮은 지연을 보여주었으며, 실시간 트래픽 밀도 정보를 바탕으로 네트워크 효율성을 극대화합니다. 이는 경제적이고 지속 가능한 방식으로 도로 네트워크에서 발생하는 지연과 혼잡을 줄이는 데 기여합니다.
기본 정보
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특허명: 차량 인터넷 네트워크를 위한 라우팅 시스템
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발명자: 전광길 교수
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출원번호: 10-2022-0054862
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등록번호: 10-2707522
상세 정보
배경 기술
배경 설명
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차량 인터넷 네트워크(IoV)는 최근 급격히 증가하며 데이터 전송을 위해 새로운 아키텍처로 전환되는 중임. 이는 네트워크의 혼잡 문제를 야기하고 성능 저하, 연결 끊김, 지연 및 패킷 삭제를 유발함.
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노드의 고유한 기능과 높은 이동성, 동적 토폴로지 및 예측할 수 없는 네트워크 패턴으로 인해 IoV 네트워크는 성능 문제를 겪고 있음.
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혼잡한 교통 패턴과 밀집된 도시 환경에서 지상 기지국이 차량 노드에서 수신되는 모든 통신을 효과적으로 처리하지 못함.
기존 기술의 문제점
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IoV 네트워크에서는 혼잡 문제로 실시간 데이터 수집과 전달에 직접적인 영향을 미치며, 이는 비용 효율적이고 신뢰할 수 있는 라우팅 시스템 개발의 필요성을 증가시킴.
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드론을 활용한 기존의 데이터 통신 전략은 기존 프로토콜의 한계를 극복하고, IoV 네트워크의 지연 및 연결 끊김 문제를 효과적으로 해결함.
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전통적인 Hello 메시지 플러딩 전략은 네트워크 오버헤드를 증가시키고 연결 실패 위험을 높임. 따라서 데이터 전송 효율성을 높일 방안이 필요함.
기술의 필요성
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드론 지원 IoV 네트워크는 혼잡한 네트워크 상황에서 드론 대 드론(D2D) 및 드론 대 차량(D2V) 데이터 통신 솔루션을 통해 패킷 전달 비율 증가, 네트워크 오버헤드 감소 및 종단 간 지연 문제 해결에 기여함.
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드론 기반 솔루션은 장애물 없는 고유의 커버리지 덕분에 고속도로 환경에 더 적합하여 IoV 네트워크의 혼잡 문제를 극복할 수 있음.
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실시간 트래픽 밀도 정보를 활용한 드론의 운영은 네트워크의 신뢰성을 높이며, 비효율성을 최소화하는 데 기여함.
구현 방법
기술의 원리
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드론 지원 차량 인터넷 네트워크에서는 드론을 활용하여 데이터를 전달하고 혼잡한 도로 상에서의 네트워크 성능을 개선할 수 있음. 드론은 지상의 기지국과 통신하며, 특정 도로 세그먼트의 혼잡도를 평가하고, 효율적으로 데이터를 전송하는 역할을 함
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드론 간(D2D) 통신을 통해 요청 패킷(RREQ)과 응답 패킷(RREP)을 교환하여 적절한 라우팅 경로를 결정함. 이는 네트워크 오버헤드를 줄이고, 빠른 데이터 전송을 보장하기 위한 그리디 포워딩 방식을 채택함
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드론은 라우팅 과정에서 배터리 전력을 고려하며, 신뢰성 높은 드론을 선택하여 데이터 전송에 사용함. 이를 통해 전체 네트워크의 데이터 전송 효율성과 신뢰성을 높일 수 있음
구체적인 구현 방법
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차량 인터넷 네트워크에서 드론들은 교차로에 위치한 기지국과 연결되어, 도로 세그먼트의 혼잡도를 평가하고 필요한 데이터 수집 명령을 수행함. 기지국은 드론에게 혼잡 세그먼트의 주소를 제공하여 드론이 적시에 해당 위치로 이동하도록 유도함
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드론은 이웃한 다른 드론 및 차량 노드와 지속적으로 데이터와 제어 메시지를 교환하여 네트워크의 최신 상태를 유지함. 드론은 주기적으로 비행하며 연결을 확인하고 신뢰할 수 있는 데이터 경로를 보장하기 위해 이웃 드론의 신뢰성을 평가함
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드론의 통신 과정에서는 지리적 정보와 자동차 및 도로의 데이터를 사용해 라우팅 테이블을 유지하며, 필요 시 업데이트함. 이는 드론 기반 네트워크에서의 효과적인 데이터 전송을 위한 핵심 요소임
기술의 장점
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드론을 활용한 IoV 네트워크는 기존 네트워크 대비 데이터 전송 효율과 신뢰성을 높일 수 있음. 특히 높은 패킷 전달 비율과 낮은 종단 간 지연을 보여주며, 이는 혼잡한 도시 환경에서 특히 유리함
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드론 기반 솔루션은 네트워크 오버헤드를 줄이고, 신속한 정보 교환을 통해 긴급한 데이터 전달을 보장함. 이는 기존의 Hello 메시지 기반 플러딩 전략보다 더욱 효율적임
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드론을 활용한 시스템은 초기 투자 비용 대비 운영 비용이 낮아 경제적이며, 에너지 효율적임. 이는 장기적으로 지속 가능한 네트워크 운영에 기여함
실험 및 결과
실험의 목적
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TPDA-IoV 프로토콜의 성능을 평가하고 기존의 GPSR 및 MPCA 솔루션과 비교하여 패킷 전달 비율, 종단 간 지연, 네트워크 오버헤드, 악성 노드 탐지 성능을 다양한 네트워크 조건에서 분석하기 위함.
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드론 지원 IoV 네트워크가 높은 트래픽 밀도와 혼잡한 도시 환경에서 효과적인 패킷 전달을 이루는지 확인하고자 함.
실험 방법 및 과정
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NS-2 시뮬레이터와 SUMO 이동성 모델을 사용하여 TPDA-IoV 프로토콜의 성능을 평가함. 다양한 네트워크 시나리오를 설정하고 패킷 전달 비율, 종단 간 지연, 네트워크 오버헤드, 악성 노드 탐지를 주요 평가 기준으로 사용.
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SUMO 이동성 모델은 차량과 드론의 움직임을 시뮬레이션하는 데 사용되며, 드론의 랜덤 워크 이동성을 지원하여 300m 고도에서의 성능 분석이 가능.
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C와 OTcl을 사용해 NS-2 시뮬레이터 내 객체 지향 형태로 실험 환경을 구성하여 시뮬레이션의 유연성과 재현성을 높임.
실험 결과
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TPDA-IoV 프로토콜은 기존의 솔루션에 비해 패킷 전달 비율이 개선됨. 이는 제어 메시지 전략을 통한 효과적인 라우팅 덕분임.
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종단 간 지연이 기존 솔루션보다 감소하여 신속한 메트릭 평가와 효율적인 경로 선택의 결과로 분석됨.
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악성 노드 탐지의 정확도가 향상되어 RMF 모델에 비해 더 높은 성능을 보였으며, 이는 드론 간 신뢰 평가 메커니즘이 발달된 결과임.
활용 방안 및 기대효과
활용 방안
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드론을 활용한 차량 인터넷 네트워크(IoV) 시스템은 데이터 라우팅 과정에서 발생하는 혼잡을 줄이는 데 효과적임. 지상 네트워크의 과부하 조건에서 드론은 드론 대 차량(D2V) 및 드론 대 드론(D2D) 통신을 통해 패킷 전달 성능을 향상시킬 수 있음.
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드론의 장애물 없는 커버리지 특성은 고속도로와 같은 환경에서 IoV 네트워크의 혼잡 문제를 효과적으로 극복하게 함. 이는 교차로에 설치된 기지국의 데이터를 드론이 받아 차량에 분배하는 시스템으로 실제 운용 가능성을 높임.
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드론을 사용하여 실시간 트래픽 밀도 정보를 기반으로 운영하는 것은 네트워크 효율성을 극대화하고, 차량 네트워크의 안정성을 높이는 방향으로 개선될 수 있음. 이는 IoV 시스템의 신뢰성과 데이터 전송의 효율성을 높이는 데 매우 중요함.
기대효과
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드론 지원 IoV 시스템은 높은 트래픽 밀도와 혼잡한 도시 환경에서도 뛰어난 패킷 전달 비율을 유지할 수 있음. 이는 제어 메시지 전략을 사용한 효과적인 라우팅 덕분임.
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드론을 통한 데이터 전송은 기존 시스템보다 종단 간 지연을 줄여 신속한 메트릭 평가와 효율적인 경로 선택으로 성능을 개선할 수 있음. 이는 긴급 메시지 전달의 시간적 효율성을 높이는 데 기여함.
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TPDA-IoV 프로토콜은 기존 솔루션보다 낮은 네트워크 오버헤드를 유지하며, 악성 노드를 효과적으로 탐지하는 신뢰 평가 메커니즘을 탑재함. 이는 전체 시스템의 안전성과 신뢰성을 높이는 데 기여함.
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드론을 활용함으로써 초기 투자 비용 대비 장기적인 운영 비용이 낮아짐. 또한 환경적 측면에서 기존 방식보다 우수하여 에너지 효율성을 높이고 배출 가스를 줄이는데 기여함.
시장 동향
IoV 네트워크 관련 시장 동향 및 연구 동향
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차량 인터넷(IoV) 네트워크는 최근 데이터 전송 증가로 인한 새로운 아키텍처 필요에 따라 혼잡 문제가 발생하고 있음. 이는 네트워크의 성능 저하, 연결 끊김, 지연 및 패킷 손실을 초래함.[웹 출처]
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대표도면
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