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지상에 위치하는 다수의 지상 터미널과 FSO 통신을 수행하는 UAV 개수를 기지정된 초기값부터 상기 지상 터미널의 개수까지 증가시키면서, 다수의 지상 터미널을 증가되는 개수의 UAV에 분할 할당하고, 각 UAV의 할당된 지상 터미널에 대한 경유 순서를 결정하며, UAV의 개수에 따른 전체 에너지 대비 할당된 지상 터미널과 FSO 통신을 위해 이용할 수 있는 근사 서비스 시간이 최대화되는 UAV 개수를 계산하여 선택하는 UAV 개수 결정부; 및 선택된 개수의 UAV 각각이 할당된 지상 터미널을 지정된 순서로 경유할 때, 각 지상 터미널의 기지정된 FSO 통신 영역 밖에서 이동하는 동안 소모하는 경유 에너지가 최소가 되도록 하는 경유 궤도를 추출하여 설정하고, 각 UAV가 각 지상 터미널의 기지정된 FSO 통신 영역 내로 진입하면, 각 UAV의 전체 에너지에서 경유 에너지를 차감한 잔여 에너지 대비, 지상 터미널과의 통신 가능 시간인 서비스 시간이 최대가 되도록 하는 통신 궤도를 추출하여 설정하는 UAV 궤도 최적화부를 포함하는 UAV 궤도 최적화 장치
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제1항에 있어서, 상기 UAV 개수 결정부는 상기 UAV 개수를 기지정된 초기 개수로부터 상기 지상 터미널의 개수까지 순차적으로 증가시켜 설정하는 UAV 개수 조절부; 그래프 분할 방식을 적용하여 현재 설정된 UAV 개수에 따라 다수의 지상 터미널이 배치된 네트워크 영역을 다수의 섹터로 구분하고, 구분된 섹터에 포함된 지상 터미널들을 각 UAV에 할당하는 지상 터미널 할당부; 외판원 기법을 적용하여 각 UAV가 할당된 지상 터미널을 경유할 순서를 결정하는 경유 순서 결정부; 다수의 UAV 각각이 할당된 지상 터미널을 지정된 순서에 따라 경유하는 경로 거리를 추정하는 경로 거리 추정부; 추정된 경로 거리와 미리 획득된 최대 거리 속도에 따라 다수의 UAV가 경로 거리를 이동하는 동안 소모하는 근사 경로 에너지를 계산하고, 다수의 UAV의 전체 에너지에서 근사 경로 에너지를 차감하여 근사 서비스 에너지를 추정하는 서비스 에너지 추정부; 상기 근사 서비스 에너지와 미리 획득된 최대 지구력 속도로부터 지상 터미널과 FSO 통신을 수행할 수 있는 평균 시간인 상기 근사 서비스 시간을 추정하는 서비스 시간 추정부; 및 상기 다수의 UAV의 전체 에너지 대비 상기 근사 서비스 시간을 최대로 하는 UAV 개수를 계산하여 최적 UAV 개수로 설정하는 최적 UAV 개수 설정부를 포함하는 UAV 궤도 최적화 장치
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제2항에 있어서, 상기 경로 거리 추정부는 상기 UAV 각각의 경로 거리()를 수학식 (여기서 는 M개의 UAV 중 제m UAV(UAVm)에 할당된 km 개의 지상 터미널(GT) 중 i번째 지상 터미널(GTi)에서 i+1번째 지상 터미널(GTi+1)로 이동하는 거리를 나타내고, wm,i 는 제m UAV(UAVm)에 할당된 i번째 지상 터미널(GTi)의 위치 벡터, dh 는 지상 터미널(GT)의 통신 반경을 나타낸다
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제3항에 있어서, 상기 서비스 에너지 추정부는 상기 근사 서비스 에너지()를 각 UAV의 총 에너지(Etotal)와 최대 거리 속도(vmr) 및 최대 거리 속도(vmr)에서의 UAV의 추진 파워(P(vmr))를 이용하여 수학식 에 따라 계산하며, 상기 서비스 시간 추정부는 상기 근사 서비스 시간()을 수학식 (여기서 K는 지상 터미널(GT)의 총 개수, P(vme)는 최대 지구력 속도(vme)에서의 UAV의 추진 파워)에 따라 계산하는 UAV 궤도 최적화 장치
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제2항에 있어서, 상기 UAV 궤도 최적화부는 선택된 개수의 UAV 각각이 UAV 개수 결정부에 의해 할당된 지상 터미널을 지정된 순서로 경유할 때, 이전 경유하는 지상 터미널의 FSO 통신 영역 밖으로 이탈하는 시간에서 다음 경유하는 지상 터미널의 FSO 통신 영역으로 진입할 때까지의 위치별로 이동하는 동안 소모하는 경유 에너지를 계산하고, 계산된 경유 에너지가 최소가 되도록 하는 경유 궤도를 추출하여 설정하는 경유 궤도 최적화부; 및 각 UAV의 전체 에너지에서 상기 경유 에너지를 차감한 잔여 에너지를 기지정된 방식으로 할당된 지상 터미널에 분배하고, 각 지상 터미널에 분배된 에너지에 따라 각 UAV가 할당된 지상 터미널 각각과 FSO 통신을 수행할 수 있는 서비스 시간이 최대가 되도록 하는 통신 궤도를 추출하여 설정하는 통신 궤도 최적화부를 포함하는 UAV 궤도 최적화 장치
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제5항에 있어서, 상기 경유 궤도 최적화부는 타임 스텝(n)에 따른 UAV의 위치 벡터(qm[n])와 지상 터미널의 위치 벡터(wm,i) 사이의 거리가 지상 터미널의 기지정된 통신 반경(dh) 이내인지 여부에 따라 UAV가 지상 터미널의 통신 영역 내로 진입하거나 이탈하는지 여부를 판별하고, UAV(UVAm)가 할당된 km 개의 지상 터미널(GT) 중 i번째 지상 터미널(GTi)에서 i+1번째 지상 터미널(GTi+1)로 이동할 때 소비되는 지상 터미널간 경유 에너지(Emove,i)를 수학식 에 따라 계산하여, 수학식 를 만족하는 UAV의 위치 벡터(qm[n])를 추출하여 상기 경유 궤도를 설정하는 UAV 궤도 최적화 장치
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제6항에 있어서, 상기 통신 궤도 최적화부는 각 UAV의 전체 에너지에서 상기 경유 에너지를 차감한 상기 잔여 에너지(Erem)를 수학식 에 따라 계산하고, 상기 잔여 에너지(Erem)를 할당된 지상 터미널에 기지정된 방식으로 분배하며, 분배된 잔여 에너지(Erem
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제7항에 있어서, 상기 통신 궤도 최적화부는 상기 잔여 에너지(Erem)를 할당된 지상 터미널 각각에 연결된 IoT 기기의 수, IoT 데이터의 종류 및 특성, 저장된 데이터의 양 중 적어도 하나에 따라 서로 다른 가중치(αi)를 적용하여, 수학식으로 분배하는 UAV 궤도 최적화 장치
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제8항에 있어서, 상기 UAV 궤도 최적화부는 상기 경유 궤도 및 상기 통신 궤도를 설정할 때, 동일 타임 스텝(n)에서의 서로 다른 UAV의 위치 벡터가 기지정된 최소 거리 이상이 되도록 추가적으로 설정되는 UAV 궤도 최적화 장치
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제8항에 있어서, 상기 UAV 궤도 최적화 장치는 UAV 관제 센터로부터 각각 할당된 지상 터미널로 이동하는 다수의 UAV 가 상호 충돌하지 않도록, UAV 사이의 기지정된 최소 거리에 대응하는 시간 간격을 계산하고, 계산된 시간 간격에 따라 다수의 UAV가 상기 UAV 관제 센터에서 순차 출발하는 출발 순서 및 출발 시간을 지정하는 충돌 회피 지연부를 더 포함하는 UAV 궤도 최적화 장치
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지상에 위치하는 다수의 지상 터미널과 FSO 통신을 수행하는 UAV의 개수 및 궤도를 최적화하는 UAV 궤도 최적화 방법에 있어서, 상가 AUV의 개수를 기지정된 초기값부터 상기 지상 터미널의 개수까지 증가시키면서, 다수의 지상 터미널을 증가되는 개수의 UAV에 분할 할당하고, 각 UAV의 할당된 지상 터미널에 대한 경유 순서를 결정하며, UAV의 개수에 따른 전체 에너지 대비 할당된 지상 터미널과 FSO 통신을 위해 이용할 수 있는 근사 서비스 시간이 최대화되는 UAV 개수를 선택하는 단계; 및 선택된 개수의 UAV 각각이 할당된 지상 터미널을 지정된 순서로 경유할 때, 각 지상 터미널의 기지정된 FSO 통신 영역 밖에서 이동하는 동안 소모하는 경유 에너지가 최소가 되도록 하는 경유 궤도를 추출하여 설정하고, 각 UAV가 각 지상 터미널의 기지정된 FSO 통신 영역 내로 진입하면, 각 UAV의 전체 에너지에서 경유 에너지를 차감한 잔여 에너지 대비, 지상 터미널과의 통신 가능 시간인 서비스 시간이 최대가 되도록 하는 통신 궤도를 추출하여 UAV의 이동 궤도를 설정하는 단계를 포함하는 UAV 궤도 최적화 방법
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제11항에 있어서, 상기 UAV 개수를 선택하는 단계는 상기 UAV 개수를 기지정된 초기 개수로부터 상기 지상 터미널의 개수까지 순차적으로 증가시켜 설정하는 단계; 그래프 분할 방식을 적용하여 현재 설정된 UAV 개수에 따라 다수의 지상 터미널이 배치된 네트워크 영역을 다수의 섹터로 구분하고, 구분된 섹터에 포함된 지상 터미널들을 각 UAV에 할당하는 단계; 외판원 기법을 적용하여 각 UAV가 할당된 지상 터미널을 경유할 순서를 결정하는 단계; 다수의 UAV 각각이 할당된 지상 터미널을 지정된 순서에 따라 경유하는 경로 거리를 추정하는 단계; 추정된 경로 거리와 미리 획득된 최대 거리 속도에 따라 다수의 UAV가 경로 거리를 이동하는 동안 소모하는 근사 경로 에너지를 계산하고, 다수의 UAV의 전체 에너지에서 근사 경로 에너지를 차감하여 근사 서비스 에너지를 추정하는 단계; 상기 근사 서비스 에너지와 미리 획득된 최대 지구력 속도로부터 지상 터미널과 FSO 통신을 수행할 수 있는 평균 시간인 상기 근사 서비스 시간을 추정하는 단계; 및 상기 다수의 UAV의 전체 에너지 대비 상기 근사 서비스 시간을 최대로 하는 UAV 개수를 계산하여 최적 UAV 개수로 설정하는 단계를 포함하는 UAV 궤도 최적화 방법
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제12항에 있어서, 상기 경로 거리를 추정하는 단계는 상기 UAV 각각의 경로 거리()를 수학식 (여기서 는 M개의 UAV 중 제m UAV(UAVm)에 할당된 km 개의 지상 터미널(GT) 중 i번째 지상 터미널(GTi)에서 i+1번째 지상 터미널(GTi+1)로 이동하는 거리를 나타내고, wm,i 는 제m UAV(UAVm)에 할당된 i번째 지상 터미널(GTi)의 위치 벡터, dh 는 지상 터미널(GT)의 통신 반경을 나타낸다
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제13항에 있어서, 상기 근사 서비스 에너지를 추정하는 단계는 상기 근사 서비스 에너지()를 각 UAV의 총 에너지(Etotal)와 최대 거리 속도(vmr) 및 최대 거리 속도(vmr)에서의 UAV의 추진 파워(P(vmr))를 이용하여 수학식 에 따라 계산하며, 상기 근사 서비스 시간을 추정하는 단계는 상기 근사 서비스 시간()을 수학식 (여기서 K는 지상 터미널(GT)의 총 개수, P(vme)는 최대 지구력 속도(vme)에서의 UAV의 추진 파워)에 따라 계산하는 UAV 궤도 최적화 방법
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제12항에 있어서, 상기 UAV의 이동 궤도를 설정하는 단계는 선택된 개수의 UAV 각각이 UAV 개수 결정부에 의해 할당된 지상 터미널을 지정된 순서로 경유할 때, 이전 경유하는 지상 터미널의 FSO 통신 영역 밖으로 이탈하는 시간에서 다음 경유하는 지상 터미널의 FSO 통신 영역으로 진입할 때까지의 위치별로 이동하는 동안 소모하는 경유 에너지를 계산하고, 계산된 경유 에너지가 최소가 되도록 하는 경유 궤도를 추출하여 설정하는 단계; 및 각 UAV의 전체 에너지에서 상기 경유 에너지를 차감한 잔여 에너지를 기지정된 방식으로 할당된 지상 터미널에 분배하고, 각 지상 터미널에 분배된 에너지에 따라 각 UAV가 할당된 지상 터미널 각각과 FSO 통신을 수행할 수 있는 서비스 시간이 최대가 되도록 하는 통신 궤도를 추출하여 설정하는 단계를 포함하는 통신 궤도 최적화부를 포함하는 UAV 궤도 최적화 방법
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제15항에 있어서, 상기 경유 궤도를 추출하여 설정하는 단계는 타임 스텝(n)에 따른 UAV의 위치 벡터(qm[n])와 지상 터미널의 위치 벡터(wm,i) 사이의 거리가 지상 터미널의 기지정된 통신 반경(dh) 이내인지 여부에 따라 UAV가 지상 터미널의 통신 영역 내로 진입하거나 이탈하는지 여부를 판별하고, UAV(UVAm)가 할당된 km 개의 지상 터미널(GT) 중 i번째 지상 터미널(GTi)에서 i+1번째 지상 터미널(GTi+1)로 이동할 때 소비되는 지상 터미널간 경유 에너지(Emove,i)를 수학식 에 따라 계산하여, 수학식 를 만족하는 UAV의 위치 벡터(qm[n])를 추출하여 상기 경유 궤도를 설정하는 UAV 궤도 최적화 방법
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제16항에 있어서, 상기 통신 궤도 추출하여 설정하는 단계는 각 UAV의 전체 에너지에서 상기 경유 에너지를 차감한 상기 잔여 에너지(Erem)를 수학식 에 따라 계산하고, 상기 잔여 에너지(Erem)를 할당된 지상 터미널에 기지정된 방식으로 분배하며, 분배된 잔여 에너지(Erem
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제17항에 있어서, 상기 통신 궤도 추출하여 설정하는 단계는 상기 잔여 에너지(Erem)를 할당된 지상 터미널 각각에 연결된 IoT 기기의 수, IoT 데이터의 종류 및 특성, 저장된 데이터의 양 중 적어도 하나에 따라 서로 다른 가중치(αi)를 적용하여, 수학식으로 분배하는 UAV 궤도 최적화 방법
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제18항에 있어서, 상기 UAV의 이동 궤도를 설정하는 단계는 상기 경유 궤도 및 상기 통신 궤도를 설정할 때, 동일 타임 스텝(n)에서의 서로 다른 UAV의 위치 벡터가 기지정된 최소 거리 이상이 되도록 추가적으로 설정되는 UAV 궤도 최적화 방법
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제18항에 있어서, 상기 UAV 궤도 최적화 방법은 UAV 관제 센터로부터 각각 할당된 지상 터미널로 이동하는 다수의 UAV 가 상호 충돌하지 않도록, UAV 사이의 기지정된 최소 거리에 대응하는 시간 간격을 계산하고, 계산된 시간 간격에 따라 다수의 UAV가 상기 UAV 관제 센터에서 순차 출발하는 출발 순서 및 출발 시간을 지정하는 충돌 회피 지연부를 더 포함하는 UAV 궤도 최적화 방법
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