KR102174445B1 - network self recovery method and multiple drone system thereof - Google Patents

network self recovery method and multiple drone system thereof Download PDF

Info

Publication number
KR102174445B1
KR102174445B1 KR1020190010997A KR20190010997A KR102174445B1 KR 102174445 B1 KR102174445 B1 KR 102174445B1 KR 1020190010997 A KR1020190010997 A KR 1020190010997A KR 20190010997 A KR20190010997 A KR 20190010997A KR 102174445 B1 KR102174445 B1 KR 102174445B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
drone
information
neighbor
hello message
network
Prior art date
Application number
KR1020190010997A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200094241A (en
Inventor
조유제
김건환
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020190010997A priority Critical patent/KR102174445B1/en
Publication of KR20200094241A publication Critical patent/KR20200094241A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102174445B1 publication Critical patent/KR102174445B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/34—Modification of an existing route
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
    • H04L41/06—Management of faults, events, alarms or notifications
    • H04L41/0677—Localisation of faults
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L43/00—Arrangements for monitoring or testing data switching networks
    • H04L43/08—Monitoring or testing based on specific metrics, e.g. QoS, energy consumption or environmental parameters
    • H04L43/0805—Monitoring or testing based on specific metrics, e.g. QoS, energy consumption or environmental parameters by checking availability
    • H04L43/0811—Monitoring or testing based on specific metrics, e.g. QoS, energy consumption or environmental parameters by checking availability by checking connectivity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/02—Topology update or discovery
    • H04L45/026—Details of "hello" or keep-alive messages
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/20—Hop count for routing purposes, e.g. TTL
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/28—Routing or path finding of packets in data switching networks using route fault recovery
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/24—Connectivity information management, e.g. connectivity discovery or connectivity update
    • H04W40/246—Connectivity information discovery
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 다중 드론 시스템 환경에서의 네트워크 자가 복구 방법에 관한 것으로, 다수의 드론 각각은 다른 드론으로부터 헬로 메시지가 수신되면, 자신의 이웃 테이블 정보에 상기 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보를 추출하고, 상기 드론 IP 주소에 대응되는 이웃정보가 존재하는지를 체크하고, 이웃정보가 존재하면, 상기 이웃정보의 위치정보를 상기 헬로 메시지에 포함된 위치정보로 갱신하고 TTL 값을 미리 정해둔 값으로 갱신하고, 상기 이웃 정보가 존재하지 않으면, 상기 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보와 미리 정해둔 값을 이용하여 이웃정보를 생성하여 이웃 테이블 정보에 기록하는 단계; 상기 헬로 메시지가 수신되지 않은 상태에서 이웃 테이블 정보내의 이웃정보들 중 TTL 값이 만료되는 이웃정보가 존재하면, 상기 이웃 테이블 정보내의 이웃정보들 중 TTL 값이 만료되지 않은 이웃 드론의 수가 미리 정해둔 수 이상인지를 체크하고, 상기 TTL 값이 만료되지 않은 이웃 드론의 수가 미리 정해둔 수 이상이면, 상기 드론은 상기 이웃 테이블 정보에서 TTL 값이 만료된 이웃정보를 삭제하는 단계; 및 상기 TTL 값이 만료되지 않은 이웃 드론의 수가 미리 정해둔 수 미만이면, 네트워크 자가 복구 모드를 실행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a network self-recovery method in a multi-drone system environment. When a hello message is received from another drone, each of a plurality of drones stores the drone IP address and location information included in the hello message in its neighbor table information. It extracts, checks whether there is neighbor information corresponding to the drone IP address, and if there is neighbor information, the location information of the neighbor information is updated with the location information included in the hello message, and the TTL value is set to a predetermined value. Updating and, if the neighbor information does not exist, generating neighbor information using the drone IP address and location information included in the hello message and a predetermined value and recording the neighbor information in neighbor table information; If there is neighbor information whose TTL value has expired among neighbor information in the neighbor table information while the hello message is not received, the number of neighboring drones whose TTL value has not expired among neighbor information in the neighbor table information is predetermined. Checking whether the number is greater than or equal to the number, and if the number of neighboring drones whose TTL value has not expired is greater than a predetermined number, the drone deleting neighbor information whose TTL value has expired from the neighbor table information; And if the number of neighboring drones whose TTL value has not expired is less than a predetermined number, executing a network self-recovery mode.

Description

다중 드론 시스템 환경에서의 네트워크 자가 복구 방법 및 그에 따른 다중 드론 시스템{network self recovery method and multiple drone system thereof}Network self-recovery method in a multi-drone system environment and a multi-drone system according thereto

본 발명은 드론 제어 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본 발명은 애드혹 네트워크를 형성하는 다수의 드론이 지상 제어 센터에 의해 제어되는 다중 드론 시스템 환경에서 드론의 네트워크 이탈이 발생하는 경우에 드론을 단계적으로 이동시켜 가면서 네트워크 자가 복구를 이행하여 네트워크 자가 복구에 소요되는 시간과 에너지를 절감시켜 네트워크의 안정성을 높일 수 있는 다중 드론 시스템 환경에서의 네트워크 자가 복구 방법 및 그에 따른 다중 드론 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a drone control technology, and more particularly, the present invention provides a step-by-step process for drones in the case of a drone out of the network in a multi-drone system environment in which multiple drones forming an ad hoc network are controlled by a ground control center. The present invention relates to a network self-recovery method in a multi-drone system environment that can improve network stability by reducing the time and energy required for network self-recovery by performing network self-recovery while moving to, and a multi-drone system accordingly.

드론은 재난 상황에서의 인명구조와 수색, 군사 분야에서의 정찰 임무, 농업 분야에서의 농작물 관리 및 감시와 같은 다양한 활용 분야를 가진다. 이와 같은 폭 넓은 활용 분야를 위해서는 다수의 드론을 운용하는 다중 드론 시스템이 전체 임무의 효율성을 크게 향상시킬 수 있다. 게다가 다수의 드론을 사용하여 다중 홉 통신을 구성하는 경우에는 드론의 활동 영역을 넓힐 수 있다. 다중 드론 시스템에서는 드론과 컨트롤러 사이에 안정된 네트워크를 구성하는 것이 무엇보다 중요하다.Drones have a variety of applications such as lifesaving and search in disaster situations, reconnaissance missions in the military field, crop management and surveillance in the agricultural field. For such a wide range of applications, a multi-drone system that operates multiple drones can greatly improve the efficiency of the entire mission. In addition, if multiple drones are used to configure multi-hop communication, the scope of drone activity can be expanded. In a multi-drone system, it is of utmost importance to establish a stable network between the drone and the controller.

드론과 컨트롤러 사이의 연결이 불안정한 경우에는 임무의 실패뿐만 아니라 드론의 제어가능 범위 이탈로 인한 드론의 추락과 같은 2차 사고가 발생할 수 있다. If the connection between the drone and the controller is unstable, not only a mission failure but also a secondary accident such as a fall of the drone due to the out of control range of the drone may occur.

본 논문은 다중 드론 애드혹 네트워크 환경에서의 자율적인 네트워크 복구 기술을 제안한다. This paper proposes an autonomous network recovery technique in a multi-drone ad hoc network environment.

NS-3를 이용한 시뮬레이션을 통해 제안하는 다중 드론 애드혹 환경에서의 단계적인 자가 복구 기술은 네트워크 비 복구 환경에 비해 패킷 전달률과 평균 네트워크 단절 시간 측면에서 높은 성능 향상을 보였다. Through simulation using NS-3, the step-by-step self-recovery technique in a multi-drone ad-hoc environment showed higher performance in terms of packet delivery rate and average network disconnection time compared to a non-network recovery environment.

드론과 관련된 다양한 연구의 진행에 따라 광범위한 기술적 진보가 이루어졌고 실생활 및 군사 응용 분야에서의 드론 활용이 더욱 다양해지고 있는 추세이다. FANET(FLYING AD HOC NETWORK)에 대한 지금까지의 연구는 비행체간에 데이터를 효율적으로 전달하기 위한 최적의 라우팅 알고리즘과 군집 드론 운용 분야에서의 군집 드론에 대한 경로 계획 방법에 주로 중점을 두어서 진행되었다. With the progress of various research related to drones, a wide range of technological advances have been made, and the use of drones in real life and military applications is becoming more diverse. Until now, research on FANET (FLYING AD HOC NETWORK) has focused mainly on the optimal routing algorithm for efficiently transferring data between aircraft and the route planning method for swarm drones in the field of swarm drone operation.

실제로 드론의 높은 이동성과 급변하는 주변의 환경으로 인해 드론들 사이에 링크 단절이 자주 발생함에도 불구하고, 드론들 간의 네트워크 연결성에 중점을 둔 연구는 많이 진행되지 않았다.In fact, despite the frequent disconnection of links between drones due to the high mobility of drones and rapidly changing surrounding environment, research focusing on network connectivity between drones has not been conducted much.

단일 드론 시스템에서의 네트워크 복구는 드론과 컨트롤러 사이에 연결이 끊어지는 상황이 발생하고 이를 해결하는 과정이다. 이때의 단일 드론 시스템은 하나의 컨트롤러와 하나의 드론으로 구성되는 시스템이다. 단일 드론 시스템에서는 “리턴 투 홈” 기술을 통해 네트워크 복구가 이루어진다. 즉, 드론이 컨트롤러의 제어 가능 범위를 벗어나거나 시야에서 사라지는 경우에 “리턴 투 홈” 버튼을 눌러서 드론의 초기 이륙 지점으로 되돌아오게 한다.Network recovery in a single drone system is the process of solving a situation where the connection between the drone and the controller is lost. The single drone system at this time is a system composed of one controller and one drone. In a single drone system, network recovery is accomplished through “return to home” technology. In other words, when the drone is out of the controllable range of the controller or disappears from the field of view, the “return to home” button is pressed to return to the drone's initial takeoff point.

FANET 환경은 다수의 드론과 하나의 지상 제어 센터를 갖는 다중 드론 시스템이다. 단일 드론 시스템과는 달리, 다중 드론 시스템은 많은 수의 드론을 활용하여 이들의 협업을 통해 더 넓은 작업범위를 갖게 하고 임무수행의 효율성 또한 증가시킨다. 이러한 FANET 환경에 대해서는 I Bekmezci, O K Sahingoz, and S Temel,“Flying ad-hoc networks (FANETs): A survey,” Ad Hoc Networks, vol 11, no 3, pp 1254-1270, 2013에 개시된 바 있다. 상기 드론의 작업범위 확대는 다중 홉 통신을 이용하여 드론 간의 협업을 통해 이루어진다. 다중 홉 통신을 이용하면 특정한 장애물 뒤에 위치한 드론과의 통신도 가능하게 되고 다중 드론을 활용한 분야에서의 활용성을 더욱 확장시킬 수 있다. 이러한 드론의 작업범위 확대는 W Zafar and B M Khan, “Flying ad-hoc networks: Technological and social implications,” IEEE Technol Soc Mag, vol 35, no 2, pp 67-74, Jun 2016에 개시된 바가 있다. The FANET environment is a multi-drone system with multiple drones and one ground control center. Unlike single drone systems, multi-drone systems utilize a large number of drones to have a wider range of work through their collaboration and increase the efficiency of mission performance. The FANET environment was disclosed in I Bekmezci, OK Sahingoz, and S Temel, “Flying ad-hoc networks (FANETs): A survey,” Ad Hoc Networks , vol 11, no 3, pp 1254-1270, 2013. The expansion of the drone's work range is achieved through collaboration between drones using multi-hop communication. Using multi-hop communication, it is possible to communicate with drones located behind specific obstacles, and the utility in the field using multiple drones can be further expanded. The expansion of the scope of the drone's work has been disclosed in W Zafar and BM Khan, “Flying ad-hoc networks: Technological and social implications,” IEEE Technol Soc Mag , vol 35, no 2, pp 67-74, Jun 2016.

상기 단일 드론 시스템에서 사용되는 “리턴 투 홈” 기술이 다중 드론 시스템에서 적용된 상황을 가정해보면 드론의 불필요한 이동을 예상할 수 있다. 드론이 컨트롤러와 연결이 끊어지게 되면 “리턴 투 홈” 동작에 의해 초기 이륙 지점까지 되돌아가야 하고 이는 과도한 배터리의 소모를 초래하고 임무의 효율 또한 저하시킨다.Assuming that the “return to home” technology used in the single drone system is applied in multiple drone systems, unnecessary movement of the drone can be expected. When the drone is disconnected from the controller, it must return to the initial take-off point by a “return to home” operation, which causes excessive battery consumption and lowers the efficiency of the mission.

일반적으로 드론은 매우 동적인 환경에서 작동하기 때문에 언제든지 통신 단절이 발생할 수 있다. 따라서 다중 드론 시스템으로의 운용 상황에서 드론과 컨트롤러 간의 단절을 고려하지 않는다면, 드론의 분실 및 추락과 같은 사고가 발생할 수 있다. 다중 드론 시스템이 FANET 구조를 지원할 수 있다면 다른 드론과의 지속적인 애드혹 통신을 통해 전체적인 연결성을 유지할 수 있으며, 다중 홉을 거쳐 컨트롤러와도 통신을 할 수 있다. 이러한 연결성은 다중 드론 시스템의 신뢰성을 향상시키고 급변하는 환경에서의 운용에 있어서 예상하기 힘든 상황을 처리할 수 있게 한다. 이러한 연결에 대해서는 E W Frew and T X Brown, “Networking issues for small unmanned aircraft systems,”J Intell Robot Syst., vol 54, no 1, pp 21-37, 2008에 개시되어 있다. In general, drones operate in a very dynamic environment, so communication breakdown can occur at any time. Therefore, if the disconnection between the drone and the controller is not taken into account in the operating situation as a multi-drone system, accidents such as loss and fall of the drone may occur. If the multi-drone system can support the FANET structure, the overall connectivity can be maintained through continuous ad-hoc communication with other drones, and the controller can also communicate with the controller through multiple hops. This connectivity improves the reliability of multi-drone systems and enables them to handle unpredictable situations in operation in rapidly changing environments. This connection is disclosed in EW Frew and TX Brown, “Networking issues for small unmanned aircraft systems,” J Intell Robot Syst ., vol 54, no 1, pp 21-37, 2008.

종래의 애드혹 네트워크의 다중 드론 제어 기술에 대해 설명한다. 대다수의 상업용 드론은 하나의 컨트롤러와 하나의 드론으로 구성되며 이는 단일 드론 시스템으로 구분된다. 단일 드론 시스템에서 드론의 비행은 컨트롤러에 의한 제어를 기반으로 하며 다양한 활용을 위해서는 드론과 컨트롤러 사이의 신뢰성 있는 연결이 매우 중요하다. 하지만 실제 운용에서는 통신 장애 및 주변 환경의 급격한 변화로 인해 컨트롤러와 드론 간의 연결이 자주 끊기는 상황이 발생한다. 이는 O K Sahingoz, “Networking models in flying ad-hoc networks(FANETs): Concepts and challenges,” J Intell Robotic Syst., vol 74, no 1, pp 512-527, 2014에 개시되어 있다. A technology for controlling multiple drones of a conventional ad hoc network will be described. Most commercial drones consist of one controller and one drone, which is divided into a single drone system. In a single drone system, the flight of a drone is based on control by a controller, and for a variety of applications, a reliable connection between the drone and the controller is very important. However, in actual operation, the connection between the controller and the drone is frequently disconnected due to communication failure and rapid changes in the surrounding environment. This is disclosed in OK Sahingoz, “Networking models in flying ad-hoc networks (FANETs): Concepts and challenges,” J Intell Robotic Syst ., vol 74, no 1, pp 512-527, 2014.

다른 제어 기술로는 주로 군사용 목적으로 사용되는 사전에 입력된 데이터에 따른 드론 운용이다. 사전에 입력 및 프로그래밍 된 제어 방법은 이전의 데이터를 기반으로 동작하는 자동 비행을 의미한다. 이러한 방식의 단점으로는 실시간 제어 및 실시간 데이터 전송이 불가능하거나 어려운 점이다. 일반적으로, 사전에 입력된 정보에 따라서 드론이 운용되기 때문에 예정된 임무를 완수할 때까지는 제어가 불가능하다. 이는 S Wilerson, C Korpela, and K Chang, “Aerial swarms as asymmetric threats,” in Proc ICUAS, pp 381-386, Jun 2016에 개시되어 있다. Another control technology is drone operation based on pre-input data, which is mainly used for military purposes. The control method entered and programmed in advance means automatic flight that operates based on previous data. The disadvantage of this method is that real-time control and real-time data transmission is impossible or difficult. In general, since the drone is operated according to the information input in advance, it is impossible to control it until the scheduled mission is completed. It is disclosed in S Wilerson, C Korpela, and K Chang, “Aerial swarms as asymmetric threats,” in Proc ICUAS , pp 381-386, Jun 2016.

더 넓은 분야와 다양한 목적으로의 활용을 위해서는 다수의 드론들을 제어할 수 있어야 한다. 그러므로 드론 간 다중 홉 통신 기술을 적용하게 되면 지상제어 센터와의 직접적인 연결 없이 다중 홉을 통해서 간접적으로 연결을 이룰 수 있고 이를 통해 다수의 드론들이 제어될 수 있다. 뿐만 아니라 임무 수행을 위한 드론의 운용 범위 또한 확대된다. 본 연구를 진행하기에 앞서, FANET을 기반으로 한 다중 드론 실시간 제어 기술에 대해서 제안했으며, 이는 지상제어 센터의 통신 가능 범위를 벗어난 드론을 제어하기 위한 기술이며, G H Kim, J C Nam, I Mahmud, and Y Z Cho, “Multi-drone control and network self-recovery for flying Ad Hoc Networks,” in Proc ICUFN, pp 148-150, 2016에 개시되어 있다. In order to be used in a wider field and for various purposes, it is necessary to be able to control multiple drones. Therefore, if the multi-hop communication technology between drones is applied, a connection can be made indirectly through multiple hops without a direct connection to the ground control center, and multiple drones can be controlled through this. In addition, the range of drones for missions is also expanded. Prior to proceeding with this study, a FANET-based real-time control technology for multiple drones was proposed, which is a technology for controlling drones outside the communication range of the ground control center, GH Kim, JC Nam, I Mahmud, and YZ Cho, “Multi-drone control and network self-recovery for flying Ad Hoc Networks,” in Proc ICUFN , pp 148-150, 2016.

일반적으로 단일 콘트롤러와 다중 드론 제어 시스템에서는, 지상제어센터와 직접적으로 연결된 하나의 드론을 제외한 나머지 드론들은 지상제어센터의 전송 범위 밖에 위치하고 있다. 이때, 전송 범위 밖에 위치한 드론들은 지상제어센터와 직접적으로 연결되지 않았기 때문에 애드혹 네트워크를 사용해 서로 연결을 맺고 다중 홉을 거쳐 지상제어센터와 통신이 가능하게 된다. 이 때, 다중 홉을 거치지 않고 각 드론들이 지상제어센터와 직접 연결을 맺는다면 드론 운용 범위가 크게 줄어드는 문제점이 발생한다. In general, in a single controller and multiple drone control systems, the other drones except for one drone directly connected to the ground control center are located outside the transmission range of the ground control center. At this time, since the drones located outside the transmission range are not directly connected to the ground control center, they connect to each other using an ad-hoc network and communicate with the ground control center through multiple hops. At this time, if the drones directly connect to the ground control center without going through multiple hops, there is a problem that the range of drone operation is greatly reduced.

각각의 드론들은 GPS(Global Positioning System)에서 수집된 위치정보를 지상제어 센터로 전달한다. 지상제어센터는 제어하고자 하는 드론에 대한 제어 메시지를 전송하고, 다른 드론들은 단순히 릴레이 역할을 수행한다.Each drone delivers the location information collected by the GPS (Global Positioning System) to the ground control center. The ground control center transmits a control message for the drone to be controlled, and other drones simply act as relays.

이 제어 메시지에는 각 드론의 IP 주소가 포함되어 있고 이를 바탕으로 자신에 대한 메시지인지 판별한다. This control message contains the IP address of each drone, and based on this, it determines whether the message is for itself.

제어 메시지의 목적지 주소가 자신의 IP 주소와 일치하지 않으면, 메시지를 자신의 1 홉 이웃 드론에게 전달한다. 특정 드론이 자신에 대한 제어 메시지를 받은 경우에는 전달받은 제어 명령에 따라 동작을 수행한다. 따라서 애드혹 네트워크 구성을 통하여 단일 컨트롤러만으로 다수의 드론을 제어할 수 있다.If the destination address of the control message does not match its own IP address, it delivers the message to its 1-hop neighbor drone. When a specific drone receives a control message for itself, it operates according to the received control command. Therefore, it is possible to control multiple drones with only a single controller through the ad hoc network configuration.

단일 드론 시스템에서의 복구 기술에 대해 설명한다. Describes the recovery technology in a single drone system.

종래의 대다수의 상업용 드론은 하나의 드론과 컨트롤러로 구성되는 단일 드론 시스템이며 드론 운용 중 사용자의 시야에서 드론이 사라진 경우, “리턴 투 홈“ 기술을 통해 드론이 비행을 시작한 지점으로 복귀시킨다. 이러한 복귀는 GPS 위치 정보를 이용해 이루어지며 어느 정도의 오차를 가질 수 있다. 따라서 GPS 위치 정보에 셀 분할 알고리즘과 확장 칼만필터를 사용하여 드론의 위치 정보를 이용한 위치 추정 정밀도를 향상시키는 연구가 이루어졌다. 이는 K-J Kim, Y-K Kim, S-H Choi, and J-M Lee, “Outdoor localization for returning of quad-rotor using cell divide algorithm and extended kalman filter,”J IKEEE, vol 17, no 4, pp 440-445, 2013에 개시된 바 있다. Most of the conventional commercial drones are a single drone system consisting of one drone and a controller, and if the drone disappears from the user's view while operating the drone, the “return to home” technology returns the drone to the point where it started flying. This return is made using GPS location information and may have some error. Therefore, a study was conducted to improve the precision of location estimation using the location information of drones by using a cell segmentation algorithm and an extended Kalman filter for GPS location information. This is disclosed in KJ Kim, YK Kim, SH Choi, and JM Lee, “Outdoor localization for returning of quad-rotor using cell divide algorithm and extended kalman filter,” J IKEEE , vol 17, no 4, pp 440-445, 2013. There is a bar.

또한, 단일 드론이 조종 범위를 벗어나게 되면 스스로 이를 인지하고 조종 가능 범위로 다시 돌아오도록 하는 자동 회기 드론 연구가 진행되었다. 자동 회귀 드론은 수행된 이동 명령어의 종류, 명령어 수행 시점의 배터리 잔량을 기억하여 조종 범위를 벗어났을 때 이를 역으로 수행하는 방식이다. 이 방안은 GPS 없이 데이터베이스를 이용한 백트래킹 알고리즘에 초점을 맞추었으며, 퍼지 제어를 통한 보상값으로 신호를 증폭시켜서 오차를 줄이는 방법을 사용하였다. 이는 K M Sun, S J Jang, D S Kwon, and J S Ahn, “Self-Retraceable Drone,” in Proc KICS Fall Conf, pp 463-465, 2015에 개시되어 있다. In addition, when a single drone goes out of the control range, it recognizes it by itself, and a research on an auto-regression drone has been conducted that allows it to return to the controllable range. The auto-regressive drone is a method of performing the reverse operation when it is out of the control range by memorizing the type of movement command executed and the remaining battery capacity at the time of command execution. This method focuses on a backtracking algorithm using a database without GPS, and uses a method to reduce errors by amplifying the signal with a compensation value through fuzzy control. This is disclosed in KM Sun, SJ Jang, DS Kwon, and JS Ahn, “Self-Retraceable Drone,” in Proc KICS Fall Conf , pp 463-465, 2015.

상술한 바와 같이 종래에는 FANET 환경에서 드론의 네트워크 자가 복구 기술이 다양하게 제안되었으나 실제의 드론 운용을 고려한 네트워크 자가 복구 기술의 개발이 절실하게 요망되었다. As described above, conventionally, a variety of network self-recovery techniques for drones have been proposed in a FANET environment, but development of a network self-recovery technique in consideration of actual drone operation has been urgently required.

대한민국 특허공개 제1020180082316호Korean Patent Publication No. 1020180082316 대한민국 특허공개 제1020180120289호Korean Patent Publication No. 1020180120289 대한민국 특허공개 제1020180076582호Korean Patent Publication No. 1020180076582 대한민국 특허공개 제1020180074325호Korean Patent Publication No. 1020180074325

본 발명은 애드혹 네트워크를 형성하는 다수의 드론이 지상 제어 센터에 의해 제어되는 다중 드론 시스템 환경에서 드론의 네트워크 이탈이 발생하는 경우에 드론을 단계적으로 이동시켜 가면서 네트워크 자가 복구를 이행하여 네트워크 자가 복구에 소요되는 시간과 에너지를 절감시켜 네트워크의 안정성을 높일 수 있는 다중 드론 시스템 환경에서의 네트워크 자가 복구 방법 및 그에 따른 다중 드론 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. The present invention provides network self-recovery while moving the drones in stages in the case of a drone's network departure in a multi-drone system environment where a plurality of drones forming an ad hoc network is controlled by a ground control center. Its purpose is to provide a network self-recovery method in a multi-drone system environment that can increase network stability by reducing time and energy required and a multi-drone system accordingly.

본 발명에 따르는 다중 드론 시스템 환경에서의 네트워크 자가 복구 방법은, 다수의 드론 각각은 다른 드론으로부터 헬로 메시지가 수신되면, 상기 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보를 추출하고, 상기 드론 IP 주소에 대응되는 이웃정보가 존재하는지를 체크하고, 이웃정보가 존재하면, 상기 이웃정보의 위치정보를 상기 헬로 메시지에 포함된 위치정보로 갱신하고 TTL 값을 미리 정해둔 값으로 갱신하고, 상기 이웃 정보가 존재하지 않으면, 상기 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보와 미리 정해둔 값을 이용하여 이웃정보를 생성하여 이웃 테이블 정보에 기록하는 단계; 상기 헬로 메시지가 수신되지 않은 상태에서 이웃 테이블 정보내의 이웃정보들 중 TTL 값이 만료되는 이웃정보가 존재하면, 상기 이웃 테이블 정보내의 이웃정보들 중 TTL 값이 만료되지 않은 이웃 드론의 수가 미리 정해둔 수 이상인지를 체크하고, 상기 TTL 값이 만료되지 않은 이웃 드론의 수가 미리 정해둔 수 이상이면, 상기 드론은 상기 이웃 테이블 정보에서 TTL 값이 만료된 이웃정보를 삭제하는 단계; 및 상기 TTL 값이 만료되지 않은 이웃 드론의 수가 미리 정해둔 수 미만이면, 네트워크 자가 복구 모드를 실행하는 단계;를 포함하며, 상기 네트워크 자가 복구 모드를 실행하는 드론은, 자신의 이전 위치로 이동하면서 헬로 메시지가 수신되는지를 체크하고, 헬로 메시지가 수신되면 네트워크 복구로 판단하여 자신의 이웃 테이블에 수신한 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보를 이용하여 이웃정보를 생성하여 이웃 테이블에 기록하며, 상기 이웃정보는 드론 IP 정보에 대응되는 드론 ID, 위치정보, TTL 값으로 구성됨을 특징으로 한다. In the network self-recovery method in a multi-drone system environment according to the present invention, each of a plurality of drones extracts a drone IP address and location information included in the hello message when a hello message is received from another drone, and the drone IP address Checks whether there is neighbor information corresponding to, and if the neighbor information exists, the location information of the neighbor information is updated with the location information included in the hello message, and the TTL value is updated to a predetermined value, and the neighbor information is If not present, generating neighbor information using the drone IP address and location information included in the hello message and a predetermined value and recording the neighbor information in the neighbor table information; If there is neighbor information whose TTL value has expired among neighbor information in the neighbor table information while the hello message is not received, the number of neighboring drones whose TTL value has not expired among neighbor information in the neighbor table information is predetermined. Checking whether the number is greater than or equal to the number, and if the number of neighboring drones whose TTL value has not expired is greater than a predetermined number, the drone deleting neighbor information whose TTL value has expired from the neighbor table information; And if the number of neighboring drones whose TTL value has not expired is less than a predetermined number, executing a network self-recovery mode; wherein the drone executing the network self-recovery mode, while moving to its previous location It checks whether a hello message is received, and when a hello message is received, it is determined as network recovery, and neighbor information is created using the drone IP address and location information included in the hello message received in its neighbor table and recorded in the neighbor table. , The neighbor information is characterized by consisting of a drone ID, location information, and TTL values corresponding to the drone IP information.

본 발명은 애드혹 네트워크를 형성하는 다수의 드론이 지상 제어 센터에 의해 제어되는 다중 드론 시스템 환경에서 드론의 네트워크 이탈이 발생하는 경우에 드론을 단계적으로 이동시켜 가면서 네트워크 자가 복구를 이행하여 네트워크 자가 복구에 소요되는 시간과 에너지를 절감시켜 네트워크의 안정성을 높일 수 있는 효과를 야기한다. The present invention provides network self-recovery while moving the drones in stages in the case of a drone's network departure in a multi-drone system environment where a plurality of drones forming an ad hoc network is controlled by a ground control center. It reduces the time and energy required to increase the stability of the network.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 다중 드론 시스템의 구조도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 이웃 테이블 정보를 예시한 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 다중 드론 시스템 환경에서의 네트워크 자가 복구 방법의 흐름도.
도 5는 이동성 모델에 따른 드론의 이동상태를 예시한 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 E중 드론 시스템 환경에서의 네트워크 자가 복구 시뮬레이션을 위한 파라메터를 예시한 도면.
도 7은 드론 속도에 따른 패킷 전달률을 비교한 도면.
도 8은 드론 속도에 따른 평균 네트워크 단절 시간을 비교한 도면.
도 9는 드론 속도에 따른 패킷 전달률을 비교한 도면.
도 10은 드론 속도에 따른 평균 네트워크 단절 시간을 비교한 도면.
도 11은 TTL 값이 7.5초일때의 드론의 이동경로를 도시한 도면.
도 12는 TTL 값이 75초일때의 드론의 이동경로를 도시한 도면.
도 13은 TTL 값에 따른 패킷 전달률과 정찰된 셀의 개수를 도시한 도면.
도 14는 라우팅 프로토콜에 따른 지연시간을 도시한 도면. 1 is a structural diagram of a multi-drone system according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating neighbor table information according to a preferred embodiment of the present invention.
3 and 4 are flow charts of a network self-healing method in a multi-drone system environment according to a preferred embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a moving state of a drone according to a mobility model.
6 is a diagram illustrating parameters for network self-recovery simulation in an E-drone system environment according to a preferred embodiment of the present invention.
7 is a diagram comparing packet delivery rates according to drone speed.
8 is a diagram comparing average network disconnection time according to drone speed.
9 is a diagram comparing packet delivery rates according to drone speed.
10 is a diagram comparing average network disconnection time according to drone speed.
11 is a diagram showing a movement path of the drone when the TTL value is 7.5 seconds.
12 is a diagram showing a movement path of the drone when the TTL value is 75 seconds.
13 is a diagram illustrating a packet transfer rate according to a TTL value and the number of scouted cells.
14 is a diagram showing a delay time according to a routing protocol.

본 발명은 애드혹 네트워크를 형성하는 다수의 드론이 지상 제어 센터에 의해 제어되는 다중 드론 시스템 환경에서 드론의 네트워크 이탈이 발생하는 경우에 드론을 단계적으로 이동시켜 가면서 네트워크 자가 복구를 이행하여 네트워크 자가 복구에 소요되는 시간과 에너지를 절감시켜 네트워크의 안정성을 높일 수 있다. The present invention provides network self-recovery while moving the drones in stages in the case of a drone's network departure in a multi-drone system environment where a plurality of drones forming an ad hoc network is controlled by a ground control center. It is possible to increase the stability of the network by saving time and energy required.

이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 다중 드론 시스템 환경에서의 네트워크 자가 복구 방법 및 그에 따르는 다중 드론 시스템을 도면을 참조하여 상세히 설명한다. A network self-recovery method in a multi-drone system environment according to a preferred embodiment of the present invention and a multi-drone system corresponding thereto will be described in detail with reference to the drawings.

<다중 드론 시스템의 구성><Composition of multi-drone system>

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 다중 드론 시스템의 구성을 도시한 것이다. 1 shows the configuration of a multi-drone system according to a preferred embodiment of the present invention.

상기 다중 드론 시스템은 지상 제어 센터(100)와 다수의 드론(D1~D8)으로 구성된다. The multi-drone system is composed of a ground control center 100 and a plurality of drones D1 to D8.

상기 지상 제어 센터(100)는 다수의 드론(D1~D8)과 통신하여 상기 다수의 드론(D1~D8)을 제어한다. 특히 상기 지상 제어 센터(100)는 미리 정해진 전송 범위내에 위치하는 드론(D1)과는 직접 통신을 이행하여 제어 메시지를 전송하며, 미리 정해진 전송 범위밖에 위치하는 드론들과는 드론들이 형성하는 애드혹 네트워크를 통해 다중 홉을 거쳐 통신을 이행하여 제어 메시지를 전송한다. 상기 제어 메시지에는 드론 IP 주소가 포함되어, 각 드론은 수신된 제어 메시지가 자신에 대한 제어 메시지이면 이에 대응되는 동작을 수행하고, 자신에 대한 제어 메시지가 아니면 애드혹 네트워크를 통해 다른 드론으로 전달한다. 이와같이 다중 드론 시스템은 애드혹 네트워크를 통해 하나의 지상 제어 센터(100)로 다수의 드론(D1~D8)을 제어할 수 있다. The ground control center 100 controls the plurality of drones D1 to D8 by communicating with the plurality of drones D1 to D8. In particular, the ground control center 100 performs direct communication with the drone D1 located within a predetermined transmission range to transmit a control message, and the drones located outside the predetermined transmission range through an ad hoc network formed by drones. Communication is carried out over multiple hops to transmit control messages. The control message includes a drone IP address, and each drone performs an operation corresponding to the received control message if it is a control message for itself, and transmits the received control message to another drone through an ad-hoc network. In this way, the multi-drone system can control a plurality of drones D1 to D8 with one ground control center 100 through an ad hoc network.

상기 다수의 드론(D1~D8) 각각은 상기 지상 제어 센터(100)에 의한 제어 메시지에 따라 주어진 임무를 수행하기 위해 이동한다. 이러한 다수의 드론(D1~D8) 각각은 애드혹 네트워크를 형성하여 드론들 사이의 통신 및 지상 제어 센터(100)와의 통신을 이행한다. Each of the plurality of drones D1 to D8 moves to perform a given mission according to a control message by the ground control center 100. Each of these drones D1 to D8 forms an ad hoc network to perform communication between drones and communication with the ground control center 100.

또한 상기 다수의 드론(D1~D8) 각각은 자신의 IP 주소와 GPS 위치정보가 포함된 헬로 메시지(HELLO MESSAGE)를 주기적으로 애드혹 네트워크를 통해 브로드캐스팅 전송하고, 헬로 메시지가 수신되면 상기 헬로 메시지에 대응되는 이웃정보를 이웃 테이블 정보에 기록하거나 갱신하고 상기 이웃 테이블 정보에 기록된 이웃정보를 토대로 링크 단절을 감지하여 네트워크 자가 복구를 실행한다. In addition, each of the plurality of drones (D1 to D8) periodically broadcasts a hello message including its IP address and GPS location information through an ad hoc network, and when a hello message is received, the hello message is sent to the hello message. The corresponding neighbor information is recorded or updated in the neighbor table information, and a network self-recovery is performed by detecting a link disconnection based on the neighbor information recorded in the neighbor table information.

<이웃 테이블 정보의 구성><Configuration of neighbor table information>

상기 이웃 테이블 정보의 구성과정을 좀 더 설명한다. The configuration process of the neighbor table information will be further described.

상기 이웃 테이블 정보는 도 2에 도시한 바와 같이 자신의 위치정보와 이웃드론들에 대한 이웃정보들로 구성된다. 상기 이웃정보는 드론 ID 정보, 위치 정보, TTL(TIME TO LIVE) 값으로 구성된다. 상기 드론 ID 정보는 드론의 IP 주소이고, 상기 위치 정보는 위도, 경도 및 고도값으로 구성되는 GPS 위치정보이고, 상기 TTL 값은 이웃정보의 유지시간으로 다운 카운팅된다. As shown in FIG. 2, the neighbor table information is composed of its own location information and neighbor information about neighboring drones. The neighbor information is composed of drone ID information, location information, and TTL (TIME TO LIVE) values. The drone ID information is the IP address of the drone, the location information is GPS location information consisting of latitude, longitude, and altitude values, and the TTL value is down-counted as a retention time of neighbor information.

상기 이웃 드론의 IP 주소 항목은 이웃드론의 식별을 위해 사용된다. 그리고 TTL 값은 헬로 메시지의 전송 주기인 헬로 인터벌의 3배로 설정되며, 이웃 테이블 정보내 이웃정보의 유지 관리를 위해 사용된다. The IP address of the neighboring drone is used to identify the neighboring drone. In addition, the TTL value is set to three times the hello interval, which is the transmission period of the hello message, and is used for maintenance of neighbor information in neighbor table information.

즉 다수의 드론(D1~D8) 중 어느 한 드론이 이웃 드론으로부터 헬로 메시지를 전달받으면, 자신의 이웃 테이블 정보에서 헬로 메시지를 보낸 드론의 IP 주소에 대응되는 드론 ID 정보가 존재하는지를 확인하고, 이전에 헬로 메시지를 보낸 적이 있는 이웃드론이라면 자신의 이웃 테이블 정보내에 이웃정보가 존재할 것이고 그렇지 않다면 이웃 테이블 정보에 해당 이웃정보가 존재하지 않을 것이다. 새로운 이웃드론인 경우에는 상기 헬로 메시지로부터 드론 IP 주소와 위치 정보를 추출하여 이웃 정보를 생성하여 이웃 테이블 정보에 기록한다. 그리고 이웃 테이블에 이미 존재하는 이웃드론으로부터 헬로 메시지를 제공받은 경우에는 해당 이웃드론에 대한 위치정보를 상기 헬로 메시지에 실린 위치정보를 토대로 갱신하고, TTL 값도 헬로 메시지 전송 주기의 3배값으로 갱신한다. 여기서, TTL 값은 시간 경과에 대응되게 다운 카운트되고, 이 TTL 값이 만료되지 않았다면 해당 이웃드론과의 링크가 정상적으로 연결되어 있음을 나타낸다. In other words, if one of the drones (D1~D8) receives a Hello message from a neighboring drone, it checks whether there is drone ID information corresponding to the IP address of the drone that sent the Hello message in its neighbor table information, and transfers Neighboring drones that have sent a hello message to Neighborhood will have neighbor information in their neighbor table information, otherwise, the neighbor information will not exist in the neighbor table information. In the case of a new neighboring drone, the drone IP address and location information are extracted from the hello message, and neighbor information is generated and recorded in the neighbor table information. And, when a hello message is received from a neighboring drone that already exists in the neighbor table, the location information of the neighboring drone is updated based on the location information contained in the hello message, and the TTL value is also updated to a value three times the Hello message transmission period. . Here, the TTL value is counted down to correspond to the elapse of time, and if the TTL value has not expired, it indicates that the link with the neighboring drone is normally connected.

<TTL 값에 따른 링크 단절 감지><Detect link disconnection according to TTL value>

이제 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 이웃 테이블 정보의 TTL 값을 토대로 링크 단절을 감지하는 과정을 좀더 설명한다. Now, a process of detecting link disconnection based on the TTL value of neighbor table information according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.

다수의 드론(D1~D8) 각각은 주위가 급변하고 장애물이 존재하는 환경에서 자신에게 주어진 임무를 수행하기 위해 계속 이동하므로, 실제 운용시에는 장애물이나 날씨와 같은 주변 영향으로 인해 드론 사이의 연결이 약해지거나 단절되는 상황이 발생할 수 있다. 또한 통신 가능 범위를 고려하지 않은 조종으로 인해 드론의 네트워크 이탈도 발생할 수 있다. Each of the multiple drones (D1~D8) continuously moves to perform its assigned mission in an environment where the surroundings change rapidly and obstacles exist.In actual operation, the connection between the drones is difficult due to surrounding influences such as obstacles or weather. Situation of weakness or disconnection may occur. In addition, drones may deviate from the network due to control that does not take into account the communication range.

본 발명은 어느 한 드론이 이웃드론과의 전송 범위를 벗어나 서로 간에 헬로 메시지를 주고받을 수 없게 되면 해당 이웃드론과의 링크는 단절된 것으로 간주한다. 이는 네트워크에서 이탈된 드론의 이웃 테이블에 저장되어 있던 이웃드론의 TTL 값은 다운카운팅되어 만료되었는지 여부를 토대로 검출된다. 즉, 헬로 메시지 전송주기의 3배로 TTL 값이 설정되므로, 3번의 헬로 메시지를 전달받지 못하여 TTL 값이 만료되었다면 해당 드론과는 링크가 단절된 것이다. In the present invention, if a drone is out of a transmission range with a neighboring drone and cannot exchange hello messages with each other, the link with the neighboring drone is considered to be disconnected. This is detected based on whether the TTL value of the neighboring drone stored in the neighboring table of the drone that has left the network has been downcounted and expired. In other words, since the TTL value is set at three times the transmission period of the hello message, if the TTL value has expired due to not receiving the three hello messages, the link with the drone is disconnected.

이에 본 발명은 상기 다수의 드론(D1~D8) 각각이 이웃 테이블 정보의 어느 한 이웃정보에 대한 TTL 값이 만료되면, 상기 이웃 테이블 정보내에 다른 이웃정보가 존재하는지를 확인하고, 이웃 테이블 정보 내에 다른 이웃정보가 존재하면 해당 이웃드론과의 링크는 단절되었으나 다른 이웃드론과의 링크는 연결된 상태이므로 TTL 값이 만료된 이웃드론에 대한 이웃정보를 삭제한다. 이와 달리 이웃 테이블 정보내에 다른 이웃정보가 존재하지 않으면 자신이 네트워크로부터 이탈된 상태로 판단하여 네트워크 자가 복구 모드를 실행한다. Accordingly, in the present invention, when the TTL value for any one of the neighboring table information of each of the plurality of drones D1 to D8 expires, it checks whether other neighbor information exists in the neighbor table information, and If the neighbor information exists, the link with the neighboring drone is disconnected, but the link with other neighboring drones is connected, so the neighboring information of the neighboring drone whose TTL value has expired is deleted. On the contrary, if there is no other neighbor information in the neighbor table information, the network self-recovery mode is executed by determining that it is disconnected from the network.

<네트워크 자가 복구 절차><Network self-recovery procedure>

이제 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 네트워크 자가 복구 절차에 대해 설명한다. Now, a network self-recovery procedure according to a preferred embodiment of the present invention will be described.

다수의 드론(D1~D8) 각각은 주어진 임무 수행을 위해 계속해서 이동을 하다 보면 네트워크의 말단에 위치할 수 있으며, 이 경우 지상 제어 센터(100) 쪽으로의 네트워크를 유지해주는 이웃 드론과 반대의 방향으로 이동을 수행하게 되면 네트워크로부터 이탈되게 된다. 이외에도 주변 장애물에 의해 일시적으로 통신환경이 악화되는 상황에서도 네트워크 이탈 상태가 유발될 수 있다. Each of the plurality of drones (D1 to D8) can be located at the end of the network if it continues to move for a given mission, in this case, in the opposite direction to the neighboring drones that maintain the network toward the ground control center 100 If you move to, you will be disconnected from the network. In addition, network deviation may be caused even in a situation in which the communication environment is temporarily deteriorated by surrounding obstacles.

이러한 이유로 다수의 드론(D1~D8) 각각은 자신의 이웃 테이블에 오직 하나의 이웃드론에 대한 이웃정보만 남아있던 상태에서, 그 이웃정보의 TTL 값이 만료되면 네트워크에서 이탈된 상태로 판단하고, 네트워크 자가 복구 절차를 시작한다. For this reason, each of the plurality of drones (D1 to D8) is in a state in which only one neighboring drone remains in its neighbor table, and when the TTL value of the neighbor information expires, it is determined to be out of the network. Initiate the network self-healing procedure.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 네트워크 자가 복구 절차는 3단계로 구성되며, 이를 단계별로 나누어 설명한다. The network self-recovery procedure according to a preferred embodiment of the present invention consists of three steps, which will be described in steps.

- 1단계: 네트워크 자가 복구 절차의 첫번째 단계는 이웃 테이블 정보의 최상단에 저장된 자신의 이전 위치로의 이동이다. 다수의 드론(D1~D8) 각각은 현재 위치에서 지상 제어 센터로부터의 명령에 따라 이동을 시작하게 되면 자신의 현재 GPS 위치정보를 이웃 테이블 정보에 자신의 이전 위치 정보로 저장하며, 이러한 자신의 이전 위치 정보는 드론이 다른 위치로 이동할 때마다 갱신된다. 이에 상기 다수의 드론(D1~D8) 각각은 네트워크로부터의 이탈이 발생하게 되면 이웃 테이블 정보에 저장된 자신의 이전 위치 정보를 독출하여 그 위치로의 이동을 수행한다. 이러한 이동중에 다른 드론으로부터 헬로 메시지를 전달받으면 해당 드론은 네트워크 복구가 성공한 것으로 판단하여 복구과정을 중단하고 상기 헬로 메시지에 따르는 이웃정보를 이웃테이블에 기록하고 TTL값이 만료된 이웃노드의 이웃정보는 삭제한 후에, 그 위치에서부터 다시 계획된 임무를 다시 수행한다. 그러나 자신의 이전 위치에 도달할 때까지 다른 드론으로부터 헬로 메시지를 전달받지 못하면 1단계는 실패한 것으로 간주하고 2단계를 시작한다.-Step 1: The first step in the network self-recovery procedure is moving to its previous location stored at the top of the neighbor table information. Each of the multiple drones (D1~D8) stores its current GPS location information as its previous location information in the neighbor table information when it starts moving according to a command from the ground control center from its current location. Location information is updated each time the drone moves to another location. Accordingly, when a departure from the network occurs, each of the plurality of drones D1 to D8 reads its previous location information stored in the neighbor table information and moves to the location. If a hello message is received from another drone during such a movement, the drone determines that network recovery has been successful, stops the recovery process, records the neighbor information according to the hello message in the neighbor table, and the neighbor information of the neighbor node whose TTL value has expired is After deletion, the planned mission from that location is performed again. However, if the Hello message is not delivered from another drone until it reaches its previous location, step 1 is regarded as failed and step 2 begins.

- 2단계 : 네트워크 자가 복구 절차의 두번째 단계는 이웃 테이블 정보에 마지막으로 남아있던 이웃정보의 위치 정보로의 이동을 수행하는 것이며, 상기 이웃 정보의 위치 정보로의 이동을 수행하는 동안에 다른 드론으로부터 헬로 메시지를 전달받으면 해당 드론은 네트워크 복구가 성공한 것으로 판단하여 복구과정을 중단하고 상기 헬로 메시지에 따르는 이웃정보를 이웃테이블에 기록하고 TTL 값이 만료된 이웃노드의 이웃정보는 삭제한 후에, 그 위치에서부터 다시 계획된 임무를 다시 수행한다. 그러나 이웃드론의 위치에 도달할 때까지 다른 드론으로부터 헬로 메시지를 전달받지 못하면 2단계는 실패한 것으로 간주하고 3단계를 시작한다.-Step 2: The second step of the network self-recovery procedure is to move the neighbor information last remaining in the neighbor table information to the location information. Upon receiving the message, the drone determines that network recovery has been successful, stops the recovery process, records the neighbor information according to the Hello message in the neighbor table, deletes the neighbor information of the neighbor node whose TTL value has expired, and then starts from the location. Perform the planned mission again. However, if the Hello message is not received from other drones until the neighboring drone's location is reached, step 2 is considered to have failed and step 3 starts.

- 3 단계 : 네트워크 자가 복구 절차의 세번째 단계는 드론이 비행을 시작한 초기의 위치, 즉 지상 제어 센터의 위치로의 이동을 수행하는 것이며, 상기 지상 제어 센터에 대한 위치정보는 초기에 기록된다. 상기 지상 제어 센터로의 이동을 수행하는 동안에 다른 드론으로부터 헬로 메시지를 전달받으면 해당 드론은 네트워크 복구가 성공한 것으로 판단하여 복구과정을 중단하고 상기 헬로 메시지에 따르는 이웃정보를 이웃테이블에 기록하고 TTL 값이 만료된 이웃노드의 이웃정보는 삭제한 후에, 그 위치에서부터 다시 계획된 임무를 다시 수행한다. -Step 3: The third step of the network self-recovery procedure is to move to the initial position where the drone started flying, that is, the position of the ground control center, and the location information for the ground control center is initially recorded. If a hello message is received from another drone while moving to the ground control center, the drone determines that network recovery has been successful, stops the recovery process, records the neighbor information according to the hello message in the neighbor table, and the TTL value is After the neighbor information of the expired neighbor node is deleted, the planned mission is again performed from that location.

<다중 드론 시스템 환경에서의 네트워크 자가 복구 방법의 절차><Procedure of network self-recovery method in multi-drone system environment>

상기한 다중 드론 시스템에 적용 가능한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 네트워크 자가 복구 방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다. A network self-healing method according to a preferred embodiment of the present invention applicable to the above-described multi-drone system will be described in detail with reference to the drawings.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 네트워크 자가 복구 방법의 전체적인 흐름도이다. 3 is an overall flowchart of a network self-healing method according to a preferred embodiment of the present invention.

다중 드론 시스템 환경에 구비되는 다수의 드론(D1~D8) 각각은 헬로 메시지가 수신되거나 이웃 테이블내의 이웃정보들 중 TTL 값이 만료되는 이웃정보가 존재하는지를 체크한다(200단계). Each of the plurality of drones (D1 to D8) provided in the multi-drone system environment checks whether a hello message is received or neighbor information whose TTL value expires among neighbor information in the neighbor table exists (step 200).

상기 헬로 메시지가 수신되면, 해당 드론은 수신한 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보를 추출하고, 상기 드론 IP 주소에 대응되는 드론 ID를 포함하는 이웃정보가 이웃 테이블 정보에 존재하는지를 체크한다(202단계). When the hello message is received, the drone extracts the drone IP address and location information included in the received hello message, and checks whether neighbor information including the drone ID corresponding to the drone IP address exists in the neighbor table information. (Step 202).

상기 이웃 테이블 정보에 해당 이웃 정보가 존재하면, 상기 드론은 이웃 테이블 정보에서 해당 드론 ID에 대응되는 이웃정보의 위치정보를 상기 헬로 메시지에 포함된 위치정보로 갱신함과 아울러 TTL 값을 헬로 메시지 전송 주기의 3배값으로 갱신한다(204단계). If corresponding neighbor information exists in the neighbor table information, the drone updates the location information of the neighbor information corresponding to the drone ID in the neighbor table information to the location information included in the hello message and transmits a Hello message to the TTL value. It is updated to a value three times the period (step 204).

이와 달리 상기 이웃 테이블 정보에 상기 이웃 정보가 존재하지 않으면, 상기 드론은 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보를 이용하여 이웃정보를 생성하여 이웃 테이블 정보에 기록한다(206단계). 즉 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보와 헬로 메시지 전송 주기의 3배값을 드론 ID 정보와 위치정보와 TTL 값으로 구성하여 이웃정보로 구성한다. In contrast, if the neighbor information does not exist in the neighbor table information, the drone generates neighbor information using the drone IP address and location information included in the hello message and records it in the neighbor table information (step 206). That is, the drone IP address and location information included in the Hello message, and three times the Hello message transmission period are composed of drone ID information, location information, and TTL values, and are composed of neighbor information.

그리고 상기 헬로 메시지가 수신되지 않은 상태에서 이웃 테이블 정보내의 이웃정보들 중 TTL 값이 만료되는 이웃정보가 존재하면, 해당 드론은 이웃 테이블 정보의 이웃정보들 중 TTL 값이 만료되지 않은 이웃정보의 수가 1이상인지를 체크한다(208단계). And, if there is neighbor information whose TTL value has expired among neighbor information in the neighbor table information while the hello message is not received, the drone will have the number of neighbor information whose TTL value has not expired among neighbor information in the neighbor table information. It is checked if it is 1 or more (step 208).

상기 TTL 값이 만료되지 않은 이웃정보의 수가 1이상이면, 상기 드론은 이웃 테이블 정보에서 TTL 값이 만료된 이웃정보를 삭제한다(210단계). If the number of neighbor information whose TTL value has not expired is 1 or more, the drone deletes neighbor information whose TTL value has expired from the neighbor table information (step 210).

이와 달리 TTL 값이 만료되지 않은 이웃정보의 수가 1미만이면, 상기 드론은 네트워크 자가 복구 모드를 실행한다(212단계). In contrast, if the number of neighbor information whose TTL value has not expired is less than 1, the drone executes a network self-recovery mode (step 212).

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 네트워크 자가 복구 모드의 절차도이다. 4 is a flowchart of a network self-healing mode according to a preferred embodiment of the present invention.

드론은 네트워크 자가 복구 모드가 실행되면 이웃 테이블 정보에 기록해둔 자신의 이전 위치정보에 따르는 위치로 이동한다(300단계). 상기 자신의 이전 위치정보에 따르는 위치로의 이동중에 상기 드론은 다른 드론으로부터의 헬로 메시지가 수신되거나 이전 위치로의 이동이 완료되는지를 체크한다(302단계). When the network self-recovery mode is executed, the drone moves to a location according to its previous location information recorded in the neighbor table information (step 300). While moving to a location according to its own previous location information, the drone checks whether a hello message from another drone is received or the movement to the previous location is completed (step 302).

상기 이전 위치로의 이동중에 다른 드론으로부터의 헬로 메시지가 수신되면, 상기 드론은 네트워크 복구가 성공한 것으로 판단하여 헬로 메시지를 수신한 위치에서 정지하고(304단계), 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보와 헬로 메시지 전송 주기의 3배값을 이용하여 이웃정보를 생성하고, 이 생성된 이웃정보를 이웃 테이블 정보에 기록하고(306단계), TTL 값이 만료된 이웃정보를 이웃 테이블 정보에서 삭제하고 다시 계획된 임무를 다시 수행한다(308단계).If a hello message from another drone is received while moving to the previous location, the drone determines that network recovery has been successful and stops at the location where the hello message was received (step 304), and the drone IP address included in the hello message Neighbor information is generated using location information and three times the Hello message transmission period, the generated neighbor information is recorded in the neighbor table information (step 306), and the neighbor information whose TTL value has expired is deleted from the neighbor table information. Perform the planned mission again (step 308).

상기한 바와 다르게 드론이 자신의 이전 위치로의 이동을 완료할 때까지도 헬로 메시지를 수신받지 못하면, 상기 드론은 TTL 값이 만료된 이웃정보에 기록된 이웃 노드의 위치정보에 따르는 위치로 이동을 수행한다(310단계). Unlike above, if the drone does not receive the hello message until it completes its movement to its previous location, the drone moves to the location according to the location information of the neighboring node recorded in the neighbor information whose TTL value has expired. Do (step 310).

이후 상기 드론은 TTL 값이 만료된 이웃정보에 기록된 이웃 노드의 위치정보에 따르는 위치로 이동하는 중에 다른 드론으로부터의 헬로 메시지가 수신되거나 TTL 값이 만료된 이웃정보에 기록된 이웃 노드의 위치정보에 따르는 위치로의 이동이 완료되는지를 체크한다(312단계). Thereafter, the drone receives a hello message from another drone while moving to the location according to the location information of the neighboring node recorded in the neighbor information whose TTL value has expired, or the location information of the neighboring node recorded in the neighbor information whose TTL value has expired. It is checked whether the movement to the location according to is completed (step 312).

상기 TTL 값이 만료된 이웃정보에 기록된 이웃 노드의 위치정보에 따르는 위치로 이동하는 중에 헬로 메시지가 수신되면, 상기 드론은 네트워크 복구가 성공한 것으로 판단하여 헬로 메시지를 수신한 위치에서 정지하고(304단계), 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보와 헬로 메시지 전송 주기의 3배값을 이용하여 이웃정보를 생성하고, 이 생성된 이웃정보를 이웃 테이블 정보에 기록하고(306단계), TTL 값이 만료된 이웃정보를 이웃 테이블 정보에서 삭제하고 다시 계획된 임무를 다시 수행한다(308단계).When a hello message is received while moving to a location according to the location information of a neighbor node recorded in the neighbor information whose TTL value has expired, the drone determines that network recovery has been successful, and stops at the location where the hello message was received (304 Step), the drone IP address and location information included in the Hello message and the three times the Hello message transmission period are used to generate neighbor information, and the generated neighbor information is recorded in the neighbor table information (step 306), and the TTL value The expired neighbor information is deleted from the neighbor table information, and the planned task is again performed (step 308).

상기한 바와 다르게 TTL 값이 만료된 드론의 위치로의 이동을 완료할 때까지도 헬로 메시지를 수신받지 못하면, 상기 드론은 미리 기록된 지상 제어 센터의 위치로 복귀한다(314단계). 이러한 지상 제어 센터의 위치로 복귀하는 중에도 헬로 메시지가 수신되면, 상기 드론은 네트워크 복구가 성공한 것으로 판단하여 헬로 메시지를 수신한 위치에서 정지하고, 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보와 헬로 메시지 전송 주기의 3배값을 이용하여 이웃정보를 생성하고, 이 생성된 이웃정보를 이웃 테이블 정보에 기록하고, TTL 값이 만료된 이웃정보를 이웃 테이블 정보에서 삭제하고 다시 계획된 임무를 다시 수행한다.Unlike the above, if the hello message is not received until the movement to the location of the drone whose TTL value has expired is completed, the drone returns to the previously recorded location of the ground control center (step 314). If a hello message is received while returning to the location of such a ground control center, the drone determines that network recovery has been successful and stops at the location where the hello message was received, and the drone IP address and location information included in the hello message and the hello message Neighbor information is generated using three times the transmission period, the generated neighbor information is recorded in the neighbor table information, the neighbor information whose TTL value has expired is deleted from the neighbor table information, and the planned task is again performed.

<성능분석><Performance Analysis>

상기한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 다중 드론 시스템 환경에서의 네트워크 자가 복구 방법을 평가하기 위해 시뮬레이션 툴로서 NS-3(Network Simulator 3)[10]를 사용하였고, 패킷 전달률과 평균 네트워크 단절 시간을 성능 평가 지표로 활용하였다. 또한, 이웃 테이블의 엔트리 관리를 위해 사용되는 TTL값의 변화에 대한 정찰 범위의 영향을 확인하기 위해 정찰된 셀의 개수를 지표로 활용하였다. 본 발명에 따르는 네트워크 자가 복구 기술과 네트워크 복구 절차를 수행하지 않는 네트워크 비 복구 기술과의 성능 비교 시뮬레이션을 수행했다.In order to evaluate the network self-recovery method in the multi-drone system environment according to the preferred embodiment of the present invention, NS-3 (Network Simulator 3) [10] was used as a simulation tool, and the packet delivery rate and the average network disconnection time were determined. It was used as a performance evaluation index. In addition, the number of scouted cells was used as an index to determine the effect of the scouting range on the change of the TTL value used for entry management of the neighboring table. A performance comparison simulation between a network self-recovery technique according to the present invention and a network non-recovery technique that does not perform a network recovery procedure was performed.

먼저 시뮬레이션 환경에 대해 설명한다. First, the simulation environment will be described.

시뮬레이션 시나리오에서는 네 대의 드론이 대각으로 배치되어 서로의 전송 범위 내에 고정되어 있으며 한 대의 드론만 시뮬레이션 영역 내에서 정의된 이동성 모델에 따라 이동한다. 시뮬레이션 영역은 5,000m × 5,000m이고 모든 드론 및 지상제어 센터의 통신거리는 1,000m로 설정되었다.In the simulation scenario, four drones are arranged diagonally and fixed within each other's transmission range, and only one drone moves according to the mobility model defined within the simulation area. The simulation area is 5,000m × 5,000m, and the communication distance of all drones and ground control centers is set to 1,000m.

본 시뮬레이션에서의 각 드론은 Random Waypoint Mobility Model[11]에 따라 움직이게 되는데, 드론은 다음으로 이동할 웨이포인트를 무작위로 선택하고 설정된 일정한 속력으로 이동하게 된다.Each drone in this simulation moves according to the Random Waypoint Mobility Model [11]. The drone randomly selects the next waypoint to move and moves at a set constant speed.

도 5는 상기 시뮬레이션을 위한 이동성 모델에 따른 드론의 이동을 나타낸다. 전체 시뮬레이션 영역은 500m ×500m 크기의 셀로 나누어지고 각 셀의 중심은 드론이 이동하는 웨이포인트로 설정되었다. 따라서 본 시뮬레이션에서는 총 100개의 셀이 존재하며 드론이 특정 셀의 웨이포인트에 위치한 경우에는 해당 셀의 전체영역을 정찰한 것으로 가정한다. 5 shows the movement of the drone according to the mobility model for the simulation. The entire simulation area is divided into 500m × 500m cells, and the center of each cell is set as a waypoint to which the drone moves. Therefore, in this simulation, there are a total of 100 cells, and if the drone is located at a waypoint of a specific cell, it is assumed that the entire area of the cell has been reconnaissance.

상기 도 5에서 중심 셀에 위치한 드론은 둘러싼 8개의 셀 중에서 임의로 하나의 웨이포인트를 다음 목적지로 선정하여 이동한다.In FIG. 5, the drone located in the center cell moves by randomly selecting one waypoint from among the eight surrounding cells as the next destination.

네트워크 비 복구 기술의 경우에는 시뮬레이션 동안 계속해서 무작위로의 이동을 수행하는 반면, 본 발명의 네트워크 자가 복구 기술의 경우에는 네트워크 이탈이 발생하지 않은 상태일 때에만 무작위로의 이동을 한다. 네트워크 이탈이 발생하면, 본 발명의 네트워크 자가 복구 기술에 따라 복구 절차를 수행한다. 시뮬레이션에서 이동성 드론의 속력은 5, 15, 25, 35, 45, 55 m/s로 바꾸어가며 비교하였다. 지상 제어 센터와 나머지 드론은 (0, 0), (500, 500), (1,000, 1,000), (1,500, 1,500) 지점에 대각선 형태로 고정되었다. (0, 0)에 위치한 지상 제어 센터는 매 초 1,000 bytes의 패킷을 전송하며 이 패킷은 고정된 드론들을 거쳐 이동성 드론에게 전달된다. 라우팅 프로토콜로는 OLSR과 AODV를 고려했다. 동일한 상황에서 본 발명의 네트워크 자가 복구 동작을 수행하는 경우와 그렇지 않은 경우에 대한 패킷 전달률과 평균 네트워크 단절 시간을 비교하였다. 시뮬레이션에 적용된 파라미터는 도 6에 도시하였다. In the case of the network non-recovery technology, random movement is continuously performed during the simulation, whereas in the case of the network self-recovery technology of the present invention, the random movement is performed only when there is no network departure. When network departure occurs, a recovery procedure is performed according to the network self-recovery technique of the present invention. In the simulation, the speeds of mobile drones were compared by changing them to 5, 15, 25, 35, 45, and 55 m/s. The ground control center and the rest of the drones were fixed diagonally at (0, 0), (500, 500), (1,000, 1,000), and (1,500, 1,500) points. The ground control center located at (0, 0) transmits a packet of 1,000 bytes every second, and this packet is delivered to the mobile drone via fixed drones. OLSR and AODV were considered as routing protocols. In the same situation, the packet transmission rate and the average network disconnection time were compared for the case where the network self-recovery operation of the present invention is performed and the case where it is not. The parameters applied to the simulation are shown in FIG. 6.

그리고 시뮬레이션을 통한 제안 기술의 성능을 비교하기 위해 아래의 네 가지 메트릭을 사용하였다.And to compare the performance of the proposed technology through simulation, the following four metrics were used.

먼저 패킷 전달률은 지상제어 센터에서 전송된 패킷 중에 목적지인 이동 드론에게 성공적으로 전달된 패킷의 수의 비로 정의된다. First, the packet delivery rate is defined as the ratio of the number of packets successfully delivered to the destination mobile drone among the packets transmitted from the ground control center.

그리고 평균 네트워크 단절 시간은 어떤 드론이 이동으로 인해 네트워크에서 이탈한 시간에 대한 평균값으로 정의된다.And the average network disconnection time is defined as the average value of the time that a drone leaves the network due to movement.

그리고 정찰된 셀의 개수는 전체 시뮬레이션 영역을 이루는 셀 중에 드론이 한 번이라도 이동한 셀들의 합으로 정의된다. 하나의 셀은 500m × 500m의 크기를 가지며 셀의 중심인 웨이포인트까지 도달한 경우에 해당 셀을 정찰한 것으로 간주한다. 이 메트릭은 시뮬레이션에서 사용된다.And the number of scouted cells is defined as the sum of the cells that the drone has moved at least once among the cells that make up the entire simulation area. One cell has a size of 500m × 500m, and when it reaches the waypoint, which is the center of the cell, the cell is considered to be reconnaissance. This metric is used in the simulation.

그리고 지연 시간은 지상 제어 센터에서 전송된 패킷이 목적지인 이동성 드론에게 전달되기까지 걸린 시간으로 정의된다.In addition, the delay time is defined as the time it takes for the packet transmitted from the ground control center to be delivered to the destination, the mobile drone.

이제 시뮬레이션 결과를 설명한다. Now the simulation results are explained.

도 7은 OLSR 라우팅 프로토콜로 동작하는 드론의 속도 변화에 따른 패킷 전달률을 나타낸다. 드론의 속도가 5m/s일 때는 비 복구 기술의 패킷 전달률이 약 70%로 나타났고 각 드론들의 통신범위에 비해 드론 자체의 속도가 매우 낮았기 때문에 상대적으로 높은 패킷 전달률을 보였다. 드론의 속도가 증가함에 따라서 패킷 전달률은 감소하는 모습을 확인할 수 있다. 속도가 15m/s가 되었을 때 약 50%의 패킷 전달률을 보였고, 최대 속도인 55m/s일 때는 불과 20%의 패킷 전달률을 보였다.7 shows a packet delivery rate according to a speed change of a drone operating with an OLSR routing protocol. When the speed of the drone was 5m/s, the packet delivery rate of the non-recovery technology was about 70%, and because the speed of the drone itself was very low compared to the communication range of each drone, it showed a relatively high packet delivery rate. As the drone speed increases, the packet delivery rate decreases. When the speed was 15m/s, the packet delivery rate was about 50%, and at the maximum speed of 55m/s, the packet delivery rate was only 20%.

그러나 본 발명에 따르는 네트워크 복구 기술의 경우, 드론의 속도가 5m/s일 때의 패킷 전달률은 90%로 나타났다. 뿐만 아니라, 드론의 속도가 증가함에 따라 패킷 전달률은 감소했지만 그 감소폭은 네트워크 비 복구 기술에 비해 현저히 낮았다. 속도가 15m/s일 때 약 80%의 패킷 전달률, 최대 속도인 55m/s일 때 60%정도의 패킷 전달률을 보였다. However, in the case of the network recovery technology according to the present invention, when the speed of the drone is 5m/s, the packet delivery rate is 90%. In addition, as the speed of the drone increased, the packet delivery rate decreased, but the reduction was significantly lower than that of the network non-recovery technology. When the speed was 15m/s, the packet delivery rate was about 80%, and when the maximum speed was 55m/s, the packet delivery rate was about 60%.

따라서 네트워크 복구 기술은 네트워크 비 복구 기술보다 저속에서는 약 20%, 고속에서는 약 40% 더 높은 패킷 전달률을 가졌다.Therefore, the network recovery technology has a packet transfer rate that is about 20% higher at low speed and 40% at high speed than the network non-recovery technology.

도 8은 드론의 속도 변화에 따른 평균 네트워크 단절 시간을 나타낸다. 드론의 속도와 상관없이, 네트워크 비 복구 기술은 네트워크 복구 기술보다 훨씬 긴 네트워크 단절 시간을 보였다. 이는 네트워크 비 복구기술의 경우, 드론이 무작위로 이동하기 때문에 드론의 속도와는 무관하게 긴 시간 동안 네트워크와 단절되는 상황이 자주 발생하여 전체적으로 긴 시간의 네트워크 단절 시간을 나타냈다. 다만, 비 복구 상태로 동작하는 상황에서 관찰할 수 있는 사실은 드론의 속도가 최저일 때는 드론의 느린 속도로 인해 네트워크 단절 시간의 편차가 컸으며 최대 단절 시간이 높은 쪽으로 치중되어 있었다. 반면, 드론이 최대 속도일 때는 네트워크 단절 시간의 편차는 작으나 그 횟수가 더 많았기 때문에 높은 평균 네트워크 단절 시간을 확인할 수 있었다.8 shows the average network disconnection time according to the speed change of the drone. Regardless of the speed of the drone, network non-recovery technology showed much longer network disconnection time than network recovery technology. In the case of the network non-recovery technology, since the drone moves randomly, disconnection from the network frequently occurs for a long time regardless of the speed of the drone, indicating a long network disconnection time overall. However, the fact that can be observed in the non-recovery state is that when the speed of the drone was at the lowest, the deviation of the network disconnection time was large due to the slow speed of the drone, and the maximum disconnection time was focused on the higher side. On the other hand, when the drone is at the maximum speed, the deviation of the network disconnection time was small, but the number of times was greater, so a high average network disconnection time could be confirmed.

이어서 본 발명에 따르는 네트워크 복구 기술의 경우에는 드론의 속도에 따라 약간의 차이를 보였다. 드론의 속도가 느릴 때는 약 40초의 평균 네트워크 단절 시간을 보였으나 최고 속도인 55m/s가 되었을 때, 25초 정도의 네트워크 평균 단절 시간을 보였다. 드론의 속도가 느릴 때는 네트워크 단절을 인지하고 복구를 위한 이동을 수행하는 것이 속도가 느리기 때문에 긴 시간이 걸리는 반면, 속도가 빠를 때는 복구를 위한 이동에 걸리는 시간이 줄어들기 때문에 단절 시간이 짧게 나타났다. 따라서 속도가 증가함에 따라 평균 네트워크 단절 시간은 조금씩 감소하는 것을 확인했다.Subsequently, in the case of the network recovery technology according to the present invention, there was a slight difference depending on the speed of the drone. When the drone was slow, it showed an average network disconnection time of about 40 seconds, but at the maximum speed of 55m/s, it showed an average network disconnection time of about 25 seconds. When the speed of the drone is slow, it takes a long time to recognize the network disconnection and perform the movement for recovery because the speed is slow, whereas when the speed is high, the disconnection time is short because the time it takes to travel for recovery is reduced. Therefore, it was confirmed that the average network disconnection time gradually decreased as the speed increased.

도 9는 AODV 라우팅 프로토콜로 동작하는 드론의 속도 변화에 따른 패킷 전달률을 나타낸다. 드론의 속도가 5m/s일 때는 비 복구 기술의 패킷 전달률이 약 75%로 나타났고 OLSR 라우팅 프로토콜로 동작할 때와 마찬가지로 각 드론들의 통신범위에 비해 드론 자체의 속도가 매우 낮았기 때문에 상대적으로 높은 패킷 전달률을 보였다. 속도가 15m/s가 되었을때 약 60%의 패킷 전달률을 보였고, 최대 속도인 55m/s일 때는 30%의 패킷 전달률을 보였다.9 shows the packet delivery rate according to the speed change of a drone operating with the AODV routing protocol. When the speed of the drone is 5m/s, the packet delivery rate of the non-recovery technology is about 75%. Like when operating with the OLSR routing protocol, the speed of the drone itself was very low compared to the communication range of each drone. The packet delivery rate was shown. When the speed was 15m/s, the packet delivery rate was about 60%, and at the maximum speed of 55m/s, the packet delivery rate was 30%.

AODV 라우팅 프로토콜이 적용된 네트워크 복구 기술의 경우, 드론의 속도가 5m/s일 때의 패킷 전달률은 대략 90%로 나타났다. 드론의 속도가 증가함에 따라 패킷 전달률은 감소했지만 그 감소폭은 네트워크 비 복구 기술에 비해 현저히 낮았다. 속도가 35m/s일때 약 80%의 패킷 전달률, 최대 속도인 55m/s일 때 77%정도의 높은 패킷 전달률을 보였다. 따라서 AODV 라우팅 프로토콜이 적용된 본 발명의 네트워크 복구 기술은 네트워크 비 복구 기술보다 저속에서는 약 15%, 고속에서는 약 47% 더 높은 패킷 전달률을 가졌다.In the case of network recovery technology to which the AODV routing protocol is applied, the packet delivery rate when the speed of the drone is 5m/s is approximately 90%. As the speed of the drone increased, the packet delivery rate decreased, but the reduction was significantly lower than that of the network non-recovery technology. When the speed was 35m/s, the packet delivery rate was about 80%, and when the maximum speed was 55m/s, the packet delivery rate was as high as 77%. Therefore, the network recovery technology of the present invention to which the AODV routing protocol is applied has a packet transfer rate that is about 15% higher at a low speed and about 47% at a high speed than the network recovery technology.

도 10은 AODV 라우팅 프로토콜로 동작하는 드론의 속도 변화에 따른 평균 네트워크 단절 시간을 나타낸다. 네트워크 비 복구 기술은 네트워크 복구 기술보다 훨씬 긴 네트워크 단절 시간을 보였다. 네트워크 비 복구 기술은 드론이 무작위로 이동하기 때문에 드론의 속도와는 무관하게 긴 시간동안 네트워크와 단절되는 상황이 발생했다. OLSR 라우팅 프로토콜이 적용된 경우와 마찬가지로, 드론의 속도가 최저일 때 느린 속도로 인해 네트워크 단절 시간의 편차가 컸으며 단절 시간의 최댓값이 높은 쪽으로 치중되어 있었다. 반면 드론이 최대 속도일 때는 네트워크 단절 시간의 편차는 속도가 느릴 때에 비해서는 작으나 그 횟수가 더 많았기 때문에 높은 평균 네트워크 단절 시간을 보였다.10 shows the average network disconnection time according to the speed change of the drone operating with the AODV routing protocol. Network non-recovery technology showed much longer network disconnection time than network recovery technology. In the network non-recovery technology, since the drone moves randomly, there was a situation where the network was disconnected for a long time regardless of the speed of the drone. As in the case where the OLSR routing protocol was applied, when the speed of the drone was at the lowest, the deviation of the network disconnection time was large due to the slow speed, and the maximum value of the disconnection time was focused on the higher side. On the other hand, when the drone was at its maximum speed, the deviation of the network disconnection time was smaller than that of the slower speed, but the number of times was higher, so the average network disconnection time was high.

반면에 AODV 라우팅 프로토콜로 동작하는 본 발명에 따르는 네트워크 복구 기술은 드론의 속도에 따라 차이를 보였다. 드론의 속도가 낮을 때는 약 100초의 평균 네트워크 단절 시간을 가졌으나 최고 속도인 55m/s가 되었을때, 25초 정도의 평균 단절 시간을 가졌다. 드론의 속도가 낮을 때는 네트워크 단절을 인지하고 복구를 위한 이동을 수행하는 것이 오래 걸리는 반면, 속도가 빠를 때는 복구를 위한 이동에 걸리는 시간이 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 속도가 증가함에 따라 평균 네트워크 단절 시간이 감소하는 것을 확인했다.On the other hand, the network recovery technology according to the present invention operating with the AODV routing protocol showed a difference according to the speed of the drone. When the drone's speed was low, it had an average network disconnection time of about 100 seconds, but at the maximum speed of 55m/s, it had an average disconnection time of about 25 seconds. When the speed of the drone is low, it takes a long time to recognize the network disconnection and perform the movement for recovery, whereas when the speed is high, the time it takes to move for recovery was reduced. Therefore, it was confirmed that the average network disconnection time decreased as the speed increased.

각 라우팅 프로토콜에 대한 패킷 전달률에는 약간의 차이가 있었다. 드론이 저속으로 동작하는 경우에는 거의 비슷한 값을 가졌다. 하지만 드론의 속도가 증가함에 따라서 AODV 라우팅 프로토콜은 OLSR 라우팅 프로토콜보다 약 19% 더 높은 패킷 전달률을 보였다. 드론의 속도가 저속에서 고속으로 증가함에 따라 점차 패킷 전달률도 차이가 커지는 것을 확인할 수 있었다. 결국, 저속 환경에서는 AODV와 OLSR이 유사한 성능을 보였지만 고속 환경에서는 AODV가 더 높은 패킷 전달률을 가지는 것을 확인할 수 있었다.There were slight differences in the packet delivery rates for each routing protocol. When the drone operates at low speed, it has almost the same value. However, as the speed of drones increased, the AODV routing protocol showed about 19% higher packet delivery rate than the OLSR routing protocol. As the drone speed increases from low to high, it can be seen that the difference in packet transfer rate gradually increases. In the end, it was confirmed that AODV and OLSR showed similar performance in a low speed environment, but AODV had a higher packet transfer rate in a high speed environment.

이제 TTL 값에 따른 정찰 범위의 변화를 설명한다. 이웃 테이블 정보의 이웃정보인 엔트리 관리를 위해 사용되는 TTL 값의 변화에 따른 정찰 범위의 영향을 확인하기 위한 시뮬레이션을 수행했다. 시뮬레이션을 위한 대부분의 파라미터는 도 6의 표와 동일하지만, 라우팅 프로토콜은 AODV, 드론의 속력은 55m/s로 고정되었고 TTL 값은 기존 값에서 25, 5, 75, 10배로 증가시키며 비교하였다.Now, the change of the reconnaissance range according to the TTL value will be described. A simulation was performed to check the influence of the reconnaissance range according to the change of the TTL value used for the management of the entry, which is the neighbor information of the neighbor table information. Most of the parameters for the simulation are the same as in the table of Fig. 6, but the routing protocol is AODV, the speed of the drone is fixed at 55m/s, and the TTL value is increased to 25, 5, 75, and 10 times from the previous value and compared.

도 11은 TTL 값이 7.5초일 때의 드론의 이동 경로를 나타내며, 드론 이동 경로는 (1,500, 1,500) 지점에 위치한 드론을 중심으로 왼쪽위로 밀집되어 있음을 확인할 수 있다. TTL 값이 최소일 때, 드론은 먼 거리를 이동하지 못한 채 네트워크 자가 복구를 시작하기 때문에 비교적 좁은 범위의 지역에서만 이동을 한다.FIG. 11 shows the movement path of the drone when the TTL value is 7.5 seconds, and it can be seen that the drone movement path is concentrated in the upper left corner of the drone located at (1,500, 1,500). When the TTL value is minimum, the drone starts self-repairing the network without moving a long distance, so it moves only in a relatively narrow range.

도 12는 기존의 TTL 값인 7.5초의 10배인 75초일 때의 드론의 이동 경로를 나타낸다. 도 11에서는 (3,000, 3,250) 영역 내에서만 이동이 이루어졌지만, 도 12에서는 (4,500, 5,000)까지의 범위 내에서 이동 한것을 알 수 있다. TTL 값이 증가했기 때문에 드론은 이전보다 더 먼 거리를 이동하게 되고 네트워크로부터의 이탈 이후 뒤늦게 복구 동작을 시작한다. 네트워크 이탈을 뒤늦게 감지하기 때문에 네트워크 단절 시간은 증가하게 되지만 더 넓은 영역에서의 임무수행이 가능하다.12 shows the movement path of the drone at 75 seconds, which is 10 times the existing TTL value of 7.5 seconds. In FIG. 11, the movement was performed only within the (3,000, 3,250) area, but in FIG. 12, it can be seen that the movement was performed within the range up to (4,500, 5,000). Due to the increase in the TTL value, the drone moves a longer distance than before, and it starts to recover later after it leaves the network. The network disconnection time is increased because it detects network departure late, but missions can be performed in a wider area.

도 13은 TTL 값에 따른 패킷 전달률과 드론에 의해 정찰된 셀의 개수를 나타낸다. 전체 100개의 셀 중에서 TTL이 7.5초일 때는 약 47개의 셀을 정찰했으며 75초일 때는 약 65개의 셀을 정찰하였다. 이로부터 이웃 테이블 정보의 이웃정보인 엔트리를 관리하는 TTL 값이 증가함에 따라 드론이 정찰한 셀의 수는 증가하는 것을 알수 있다. 하지만 TTL 값이 증가함에 따라 네트워크로부터의 단절된 시간이 증가하므로 패킷 전달률은 점차 감소하게 된다. TTL 값이 7.5초인 경우에는 약 80%의 패킷 전달률을 보였지만 75초일 때는 20% 감소된 60%의 패킷 전달률을 보였다. 따라서 TTL 값의 증가에 따라서 패킷 전달률은 감소하지만, 더 넓은 범위로의 정찰이 가능해진다. 또한, 두 그래프가 교차하는 지점으로부터 최적의 TTL 값을 얻을 수 있다.13 shows a packet transfer rate according to a TTL value and the number of cells scouted by a drone. Of the 100 cells, about 47 cells were scouted when the TTL was 7.5 seconds, and about 65 cells were scouted when the TTL was 75 seconds. From this, it can be seen that the number of cells scouted by the drone increases as the TTL value for managing the entry, which is the neighbor information of the neighbor table information, increases. However, as the TTL value increases, the disconnection time from the network increases, so the packet delivery rate gradually decreases. When the TTL value was 7.5 seconds, the packet delivery rate was about 80%, but when the TTL value was 75 seconds, the packet delivery rate was reduced by 20% and 60%. Therefore, as the TTL value increases, the packet transfer rate decreases, but reconnaissance to a wider range becomes possible. In addition, an optimal TTL value can be obtained from the point where the two graphs intersect.

이제 라우팅 프로토콜에 따르는 지연시간에 대해 설명한다. Now, the delay time according to the routing protocol will be described.

드론 애드혹 네트워크에서는 지상 제어 센터로부터의 제어 메시지의 신속한 전달이 무엇보다 중요하기 때문에 각 라우팅 프로토콜에 따른 지상 제어 센터로부터 이동 드론까지의 지연시간에 대한 성능 비교를 수행했다.In a drone ad-hoc network, since rapid delivery of control messages from the ground control center is of paramount importance, performance comparisons were performed on the delay time from the ground control center to the mobile drone according to each routing protocol.

도 14는 이동성 드론의 속력 변화에 따른 AODV와 OLSR의 지연시간을 나타낸다. 정적 라우팅 프로토콜인 OLSR의 경우에는 동적 라우팅 프로토콜인 AODV보다 낮은 지연시간을 보였다. 두 가지의 라우팅 프로토콜 모두, 드론의 속력이 증가함에 따라 지연시간이 점차 감소했지만 약간의 변동을 나타냈다. AODV의 경우에는 드론의 속력이 15m/s에서 25m/s로 증가할 때 지연시간의 큰 변화폭을 보였으며 25m/s 이후에는 근사한 값의 지연시간을 보였다.14 shows the delay time of AODV and OLSR according to the speed change of the mobile drone. OLSR, a static routing protocol, showed lower latency than AODV, a dynamic routing protocol. In both routing protocols, as the speed of the drone increased, the latency gradually decreased, but showed slight fluctuations. In the case of AODV, when the speed of the drone increased from 15m/s to 25m/s, the delay time showed a large variation, and after 25m/s, the delay time was approximate.

OLSR의 경우, AODV와는 다르게 저속과 고속상황에서의 지연시간 변동 폭이 크지 않았으며 드론의 속력이 증가함에 따라 지연시간의 표준편차가 점차 줄어들었다. 하지만 AODV는 속력의 변화와는 무관하게 일정하지 않은 지연시간의 표준편차를 보였다. 결론적으로 지연시간 측면에서는 정적 라우팅 프로토콜인 OLSR이 더 나은 성능을 보였다.In the case of OLSR, unlike AODV, the variation of the delay time in low and high speed situations was not large, and the standard deviation of the delay time gradually decreased as the speed of the drone increased. However, AODV showed an inconsistent standard deviation of the delay time regardless of the change in speed. In conclusion, OLSR, a static routing protocol, showed better performance in terms of latency.

상기한 본 발명은 다중 드론 시스템 환경에서 드론의 네트워크 이탈이 발생하는 경우, 이웃 위치를 기반으로 한 단계적 자가 복구 기술에 대해 제안하였다. 시뮬레이션 결과는 다중 드론 네트워크 환경에서 본 발명이 네트워크 비 복구 기술보다 낮은 평균 네트워크 단절 시간과 높은 패킷 전달률을 보였다. 또한 본 발명은 드론의 속도가 증가함에 따라 패킷 전달률이 조금 감소했지만, 네트워크 비 복구 기술보다는 훨씬 높은 성능을 보였다. 또한, 평균 네트워크 단절 시간 측면에서는 약 200초정도 더 낮은 단절 시간을 보였다. 또한 AODV와 OLSR 라우팅 프로토콜의 적용에 따른 비교로는 AODV 라우팅 프로토콜의 경우에 고속 환경에서 더 높은 패킷 전달률을 가졌고 저속 환경에서는 높은 지연시간을 보였다. OLSR 라우팅 프로토콜의 경우는 저속 환경에서 더 낮은 평균 네트워크 단절 시간을 보였으며 전반적으로 AODV 라우팅 프로토콜에 비해 낮은 지연시간을 보였다. 또한, TTL 값이 정찰된 셀의 개수와 패킷 전달률에 미치는 영향을 살펴보았으며, TTL 값이 증가함에 따라 패킷 전달률은 감소했지만 정찰된 셀의 개수는 증가하는 것을 확인했다.The above-described present invention proposes a step-by-step self-recovery technology based on a neighboring location when a drone out of the network occurs in a multi-drone system environment. Simulation results show that the present invention has a lower average network disconnection time and a higher packet delivery rate than the network non-recovery technology in a multi-drone network environment. In addition, the present invention slightly decreased the packet delivery rate as the speed of the drone increased, but showed much higher performance than the network non-recovery technology. In addition, in terms of the average network disconnection time, the disconnection time was about 200 seconds lower. In addition, in comparison with the application of the AODV and OLSR routing protocols, the AODV routing protocol has a higher packet transfer rate in a high-speed environment and a high latency in a low-speed environment. In the case of the OLSR routing protocol, the average network disconnection time was lower in the low speed environment, and the overall latency was lower than that of the AODV routing protocol. In addition, the effect of the TTL value on the number of scouted cells and the packet forwarding rate was examined. As the TTL value increased, the packet forwarding rate decreased, but the number of scouted cells increased.

100 : 지상 제어 센터
D1~D8 : 다수의 드론100: ground control center
D1~D8: Multiple drones

Claims (14)

애드혹 네트워크를 형성하는 다수의 드론이 지상 제어 센터에 의해 제어되는 다중 드론 시스템 환경에서의 네트워크 자가 복구 방법에 있어서,
다수의 드론 각각은 다른 드론으로부터 헬로 메시지가 수신되면, 상기 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보를 추출하고, 상기 드론 IP 주소에 대응되는 이웃정보가 존재하는지를 체크하고, 이웃정보가 존재하면, 상기 이웃정보의 위치정보를 상기 헬로 메시지에 포함된 위치정보로 갱신하고 TTL 값을 미리 정해둔 값으로 갱신하고, 상기 이웃 정보가 존재하지 않으면, 상기 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보와 미리 정해둔 값을 이용하여 이웃정보를 생성하여 이웃 테이블 정보에 기록하는 단계;
상기 헬로 메시지가 수신되지 않은 상태에서 이웃 테이블 정보내의 이웃정보들 중 TTL 값이 만료되는 이웃정보가 존재하면, 상기 이웃 테이블 정보내의 이웃정보들 중 TTL 값이 만료되지 않은 이웃 드론의 수가 미리 정해둔 수 이상인지를 체크하고, 상기 TTL 값이 만료되지 않은 이웃 드론의 수가 미리 정해둔 수 이상이면, 상기 드론은 상기 이웃 테이블 정보에서 TTL 값이 만료된 이웃정보를 삭제하는 단계; 및
상기 TTL 값이 만료되지 않은 이웃 드론의 수가 미리 정해둔 수 미만이면, 네트워크 자가 복구 모드를 실행하는 단계;를 포함하며,
상기 네트워크 자가 복구 모드를 실행하는 드론은,
자신의 이전 위치로 이동하면서 헬로 메시지가 수신되는지를 체크하고, 헬로 메시지가 수신되면 네트워크 복구로 판단하여 자신의 이웃 테이블에 수신한 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보를 이용하여 이웃정보를 생성하여 이웃 테이블에 기록하고,
자신의 이전 위치로 이동한 후에도 헬로 메시지가 수신되지 않으면, TTL 값이 만료된 이웃정보에 기록된 위치정보의 위치로 이동하면서 헬로 메시지가 수신되는지를 체크하고, 헬로 메시지가 수신되면 네트워크 복구로 판단하여 자신의 이웃 테이블에 수신한 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보를 이용하여 이웃정보를 생성하여 이웃 테이블에 기록하며,
TTL 값이 만료된 이웃정보에 기록된 위치정보의 위치로 이동한 후에도 헬로 메시지가 수신되지 않으면, 미리 저장된 지상 제어 센터의 위치정보의 위치로 이동하면서 헬로 메시지가 수신되는지를 체크하고, 헬로 메시지가 수신되면 네트워크 복구로 판단하여 자신의 이웃 테이블에 수신한 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보를 이용하여 이웃정보를 생성하여 이웃 테이블에 기록하며,
상기 네트워크 자가 복구 모드에서 상기 드론은, 상기 네트워크 복구 판단하면 TTL 값이 만료된 이웃정보를 상기 이웃 테이블에서 삭제하고, 상기 네트워크 복구 판단하면 이동을 중지하고 미리 계획된 임무를 수행하며,
상기 이웃정보는 드론 IP 정보에 대응되는 드론 ID, 위치정보, TTL 값으로 구성되며, 상기 TTL 값은 패킷 전달률과 드론에 의해 정찰된 셀의 개수가 교차되는 지점값인 것을 특징으로 하는 다중 드론 시스템 환경에서의 네트워크 자가 복구 방법.In the network self-recovery method in a multi-drone system environment in which a plurality of drones forming an ad hoc network are controlled by a ground control center,
Each of the plurality of drones extracts the drone IP address and location information included in the hello message when a hello message is received from another drone, checks whether neighbor information corresponding to the drone IP address exists, and if neighbor information exists. , The location information of the neighbor information is updated with the location information included in the hello message, and the TTL value is updated to a predetermined value, and if the neighbor information does not exist, the drone IP address and location information included in the hello message And generating neighbor information using a predetermined value and recording the neighbor table information;
If there is neighbor information whose TTL value has expired among neighbor information in the neighbor table information while the hello message is not received, the number of neighboring drones whose TTL value has not expired among neighbor information in the neighbor table information is predetermined. Checking whether the number is greater than or equal to the number, and if the number of neighboring drones whose TTL value has not expired is greater than a predetermined number, the drone deleting neighbor information whose TTL value has expired from the neighbor table information; And
If the number of neighboring drones whose TTL value has not expired is less than a predetermined number, executing a network self-recovery mode; includes,
The drone executing the network self-healing mode,
It checks whether a hello message is received while moving to its previous location, and when a hello message is received, it is determined as network recovery, and the neighbor information is retrieved using the drone IP address and location information included in the hello message received in the neighbor table. Create and write to the neighbor table,
If the Hello message is not received even after moving to the previous location, it moves to the location of the location information recorded in the neighbor information whose TTL value has expired and checks whether the Hello message is received, and if the Hello message is received, it is determined as network recovery. By using the drone IP address and location information included in the Hello message received in its neighbor table, neighbor information is created and recorded in the neighbor table.
If the hello message is not received even after moving to the location of the location information recorded in the neighbor information whose TTL value has expired, it moves to the location of the location information stored in the ground control center and checks whether the hello message is received, and the hello message is sent. When received, it is determined as network recovery, and neighbor information is generated using the drone IP address and location information included in the Hello message received in its neighbor table and recorded in the neighbor table.
In the network self-recovery mode, the drone deletes neighbor information whose TTL value has expired from the neighbor table when it is determined to recover the network, stops the movement and performs a pre-planned task when it is determined to recover the network,
The neighbor information is composed of a drone ID, location information, and TTL values corresponding to drone IP information, and the TTL value is a point value at which a packet transmission rate and the number of cells scouted by the drone intersect. Network self-healing method in the environment. 제1항에 있어서,
상기 미리 정해둔 수는 1임을 특징으로 하는 다중 드론 시스템 환경에서의 네트워크 자가 복구 방법.The method of claim 1,
The network self-recovery method in a multi-drone system environment, characterized in that the predetermined number is 1. 제1항에 있어서,
상기 미리 정해둔 값은 상기 헬로 메시지 전송 주기의 3배임을 특징으로 하는 다중 드론 시스템 환경에서의 네트워크 자가 복구 방법.The method of claim 1,
The network self-recovery method in a multi-drone system environment, characterized in that the predetermined value is three times the transmission period of the hello message. 다중 드론 시스템에 있어서,
애드혹 네트워크를 형성하는 다수의 드론과,
전송범위내에 위치하는 드론을 통해 상기 다수의 드론으로 제어 메시지를 전송하여 상기 다수의 드론을 제어하는 지상 제어 센터로 구성되며,
상기 다수의 드론 각각은 다른 드론으로부터 헬로 메시지가 수신되면, 상기 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보를 추출하고, 상기 드론 IP 주소에 대응되는 이웃정보가 존재하는지를 체크하고, 이웃정보가 존재하면, 상기 이웃정보의 위치정보를 상기 헬로 메시지에 포함된 위치정보로 갱신하고 TTL 값을 미리 정해둔 값으로 갱신하고, 상기 이웃 정보가 존재하지 않으면, 상기 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보와 미리 정해둔 값을 이용하여 이웃정보를 생성하여 이웃 테이블 정보에 기록하고,
상기 헬로 메시지가 수신되지 않은 상태에서 이웃 테이블 정보내의 이웃정보들 중 TTL 값이 만료되는 이웃정보가 존재하면, 상기 이웃 테이블 정보내의 이웃정보들 중 TTL 값이 만료되지 않은 이웃 드론의 수가 미리 정해둔 수 이상인지를 체크하고, 상기 TTL 값이 만료되지 않은 이웃 드론의 수가 미리 정해둔 수 이상이면, 상기 드론은 상기 이웃 테이블 정보에서 TTL 값이 만료된 이웃정보를 삭제하고,
상기 TTL 값이 만료되지 않은 이웃 드론의 수가 미리 정해둔 수 미만이면, 네트워크 자가 복구 모드를 실행하며,
상기 네트워크 자가 복구 모드를 실행하는 드론은, 자신의 이전 위치로 이동하면서 헬로 메시지가 수신되는지를 체크하고, 헬로 메시지가 수신되면 네트워크 복구로 판단하여 자신의 이웃 테이블에 수신한 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보를 이용하여 이웃정보를 생성하여 이웃 테이블에 기록하며,
상기 네트워크 자가 복구 모드를 실행하는 드론은,
자신의 이전 위치로 이동하면서 헬로 메시지가 수신되는지를 체크하고, 헬로 메시지가 수신되면 네트워크 복구로 판단하여 자신의 이웃 테이블에 수신한 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보를 이용하여 이웃정보를 생성하여 이웃 테이블에 기록하고,
자신의 이전 위치로 이동한 후에도 헬로 메시지가 수신되지 않으면, TTL 값이 만료된 이웃정보에 기록된 위치정보의 위치로 이동하면서 헬로 메시지가 수신되는지를 체크하고, 헬로 메시지가 수신되면 네트워크 복구로 판단하여 자신의 이웃 테이블에 수신한 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보를 이용하여 이웃정보를 생성하여 이웃 테이블에 기록하며,
TTL 값이 만료된 이웃정보에 기록된 위치정보의 위치로 이동한 후에도 헬로 메시지가 수신되지 않으면, 미리 저장된 지상 제어 센터의 위치정보의 위치로 이동하면서 헬로 메시지가 수신되는지를 체크하고, 헬로 메시지가 수신되면 네트워크 복구로 판단하여 자신의 이웃 테이블에 수신한 헬로 메시지에 포함된 드론 IP 주소와 위치정보를 이용하여 이웃정보를 생성하여 이웃 테이블에 기록하며,
상기 네트워크 자가 복구 모드에서 상기 드론은, 상기 네트워크 복구 판단하면 TTL 값이 만료된 이웃정보를 상기 이웃 테이블에서 삭제하고, 상기 네트워크 복구 판단하면 이동을 중지하고 미리 계획된 임무를 수행하며,
상기 이웃정보는 드론 IP 정보에 대응되는 드론 ID, 위치정보, TTL 값으로 구성되고, 상기 TTL 값은 패킷 전달률과 드론에 의해 정찰된 셀의 개수가 교차되는 지점값인 것을 특징으로 하는 다중 드론 시스템.In a multiple drone system,
Multiple drones forming an ad hoc network,
It is composed of a ground control center that controls the plurality of drones by transmitting control messages to the plurality of drones through drones located within the transmission range,
When a hello message is received from another drone, each of the plurality of drones extracts the drone IP address and location information included in the hello message, checks whether neighbor information corresponding to the drone IP address exists, and neighbor information exists. Then, the location information of the neighbor information is updated with the location information included in the hello message, and the TTL value is updated to a predetermined value. If the neighbor information does not exist, the drone IP address and location included in the hello message The neighbor information is generated using the information and the predetermined value and recorded in the neighbor table information,
If there is neighbor information whose TTL value has expired among neighbor information in the neighbor table information while the hello message is not received, the number of neighboring drones whose TTL value has not expired among neighbor information in the neighbor table information is predetermined. Check if the number is greater than the number, and if the number of neighboring drones whose TTL value has not expired is greater than a predetermined number, the drone deletes neighbor information whose TTL value has expired from the neighbor table information,
If the number of neighboring drones whose TTL value has not expired is less than a predetermined number, the network performs self-recovery mode,
The drone running the network self-recovery mode checks whether a hello message is received while moving to its previous location, and when the hello message is received, it is determined as network recovery and the drone included in the hello message received in its neighbor table Neighbor information is generated using IP address and location information and recorded in the neighbor table,
The drone executing the network self-healing mode,
It checks whether a hello message is received while moving to its previous location, and when a hello message is received, it is determined as network recovery, and the neighbor information is retrieved using the drone IP address and location information included in the hello message received in the neighbor table. Create and write to the neighbor table,
If the Hello message is not received even after moving to the previous location, it moves to the location of the location information recorded in the neighbor information whose TTL value has expired and checks whether the Hello message is received, and if the Hello message is received, it is determined as network recovery. By using the drone IP address and location information included in the Hello message received in its neighbor table, neighbor information is created and recorded in the neighbor table.
If the hello message is not received even after moving to the location of the location information recorded in the neighbor information whose TTL value has expired, it moves to the location of the location information stored in the ground control center and checks whether the hello message is received, and the hello message is sent. When received, it is determined as network recovery, and neighbor information is generated using the drone IP address and location information included in the Hello message received in its neighbor table and recorded in the neighbor table.
In the network self-recovery mode, the drone deletes neighbor information whose TTL value has expired from the neighbor table when it is determined to recover the network, stops the movement and performs a pre-planned task when it is determined to recover the network,
The neighbor information is composed of a drone ID, location information, and TTL value corresponding to the drone IP information, and the TTL value is a point value at which a packet delivery rate and the number of cells scouted by the drone intersect. . 제4항에 있어서,
상기 미리 정해둔 수는 1임을 특징으로 하는 다중 드론 시스템.The method of claim 4,
The multiple drone system, characterized in that the predetermined number is 1. 제4항에 있어서,
상기 미리 정해둔 값은 상기 헬로 메시지 전송 주기의 3배임을 특징으로 하는 다중 드론 시스템.The method of claim 4,
The predetermined value is a multiple drone system, characterized in that three times the transmission period of the hello message. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020190010997A 2019-01-29 2019-01-29 network self recovery method and multiple drone system thereof KR102174445B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190010997A KR102174445B1 (en) 2019-01-29 2019-01-29 network self recovery method and multiple drone system thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190010997A KR102174445B1 (en) 2019-01-29 2019-01-29 network self recovery method and multiple drone system thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200094241A KR20200094241A (en) 2020-08-07
KR102174445B1 true KR102174445B1 (en) 2020-11-05

Family

ID=72049799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190010997A KR102174445B1 (en) 2019-01-29 2019-01-29 network self recovery method and multiple drone system thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102174445B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114339668A (en) * 2022-01-10 2022-04-12 重庆邮电大学 OLSR routing protocol based on multidimensional measurement criterion

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015179439A1 (en) * 2014-05-19 2015-11-26 EpiSys Science, Inc. Method and apparatus for control of multiple autonomous mobile nodes based on dynamic situational awareness data
KR20180074325A (en) 2016-12-23 2018-07-03 삼성전자주식회사 Electronic apparatus for controlling a plurality of drones and method for controlling thereof
KR20180076582A (en) 2016-12-28 2018-07-06 주식회사 인포웍스 System that control operation command and operation status of multiple unmanned aerial vehicles
KR102339925B1 (en) 2017-01-10 2021-12-16 한국전자통신연구원 Apparatus for controlling multi-drone networks and method for the same
KR20180120289A (en) 2017-04-26 2018-11-06 (주)동연시스템 Multi-vehicle control system using single regulator

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
G.-H. Kim et al., Multi-Drone Control and Network Self-Recovery for Flying Ad Hoc Networks, Proceedings of 8th International Conference on Ubiquitous and Future Networks (ICUFN), pp. 148-150, 2016.07.
G.-H. Kim et al., Self-Recovery Scheme Using Neighbor Information for Multi-drone Ad Hoc Networks, Proceedings of 23rd Asia-Pacific Conference on Communications (APCC), 2017.12.*
김건환 외 3명, 드론 기반 애드혹 네트워크를 위한 이웃정보 기반 자가 복구 기술, 한국통신학회 동계종합학술발표회 논문집, p. 1149, 2017.01.
남재충 외 2명, 이웃 드론 위치 정보 기반의 자율망 복원 알고리즘, 한국통신학회 하계종합학술발표회 논문집, pp. 746-747, 2016.06.

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200094241A (en) 2020-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Arafat et al. Routing protocols for unmanned aerial vehicle networks: A survey
Nayyar Flying adhoc network (FANETs): simulation based performance comparison of routing protocols: AODV, DSDV, DSR, OLSR, AOMDV and HWMP
CN110149671B (en) Routing method of unmanned aerial vehicle swarm network
Tareque et al. On the routing in flying ad hoc networks
Yassein et al. Flying ad-hoc networks: Routing protocols, mobility models, issues
US7742425B2 (en) Neural network-based mobility management for mobile ad hoc radio networks
US9832705B1 (en) Methods, systems, and computer readable media for topology management and geographic routing in mobile ad-hoc networks
Lee et al. Constructing a reliable and fast recoverable network for drones
Brust et al. Target tracking optimization of UAV swarms based on dual-pheromone clustering
Du et al. A routing protocol for UAV-assisted vehicular delay tolerant networks
CN113115399B (en) Route optimization method for self-organizing network of heterogeneous unmanned aerial vehicle
Shirani Reactive-greedy-reactive in unmanned aeronautical ad-hoc networks: A combinational routing mechanism
Kim et al. Self-recovery scheme using neighbor information for multi-drone ad hoc networks
Xiaowei et al. Multi-UAVs cooperative control in communication relay
CN112929940A (en) Unmanned aerial vehicle ad hoc network multicast routing protocol based on link survival time prediction
KR102174445B1 (en) network self recovery method and multiple drone system thereof
Waheed et al. Laod: Link aware on demand routing in flying ad-hoc networks
Zhao et al. Sarsa-based trajectory planning of multi-uavs in dense mesh router networks
Harounabadi et al. TAG: Trajectory aware geographical routing in cognitive radio ad hoc networks with UAV nodes
CN113411118A (en) Mesh-based virtual routing method for unmanned aerial vehicle ad hoc network
CN108832995B (en) Unmanned aerial vehicle cooperative message transmission method based on dynamic programming
Raj et al. Fanets: current trends and challenges
US10813033B1 (en) Partitioned network routing
KR102368357B1 (en) Multicast Routing Method based on Predictive Location of Unmanned Vehicle
CN113271642B (en) Method and device for realizing self-organizing network routing protocol of multi-agent system

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant