[논문 리뷰] Blockchain for Decentralized Multi-Drone to Combat COVID-19

Saeed Hamood Alsamhi, Brian Lee외 4명|arXiv (Cornell University)|2021. 02. 01.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 63인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 코로나19 퇴치를 위한 협업을 향상시키기 위해 블록체인 기술을 기반으로 한 탈중앙화된 다중 드론 시스템을 제안한다. 위치, 배송 데이터, 이웃 관계와 같은 드론 상태를 안전하고 변경 불가능한 방식으로 기록하기 위해 블록체인을 활용함으로써 신뢰할 수 없는 조율이 가능해지고, 통신 오버헤드가 감소하며, 대규모 유행병 대응 임무에서의 확장성과 내구성이 향상된다.

ABSTRACT

Currently, drones represent a promising technology for combating Coronavirus disease 2019 (COVID-19) due to the transport of goods, medical supplies to a given target location in the quarantine areas experiencing an epidemic outbreak. Drone missions will increasingly rely on drone collaboration, which requires the drones to reduce communication complexity and be controlled in a decentralized fashion. Blockchain technology becomes a must in industrial applications because it provides decentralized data, accessibility, immutability, and irreversibility. Therefore, Blockchain makes data public for all drones and enables drones to log information concerning world states, time, location, resources, delivery data, and drone relation to all neighbors drones. This paper introduces decentralized independent multi-drones to accomplish the task collaboratively. Improving blockchain with a consensus algorithm can improve network partitioning and scalability in order to combat COVID-19. The multi-drones task is to combat COVID-19 via monitoring and detecting, social distancing, sanitization, data analysis, delivering goods and medical supplies, and announcement while avoiding collisions with one another. We discuss End to End (E2E) delivery application of combination blockchain and multi-drone in combating COVID-19 and beyond future pandemics. Furthermore, the challenges and opportunities of our proposed framework are highlighted.

연구 동기 및 목표

• 유행병 발생 기간 동안 드론 간의 확장성 있고 내구성 있으며 안전한 조율 수요를 해결한다.
• 특히 고위험 격리 지역에서 다중 드론 시스템의 중심 집중식 제어의 한계를 극복한다.
• 블록체인을 사용해 드론 상태(위치, 자원, 배송 상태 등)의 실시간 탈중앙화 로깅을 가능하게 한다.
• 대규모 비상 상황, 예를 들어 유행병 동안 드론 네트워크의 내구성과 확장성을 향상시킨다.
• 의료 물자 운반, 사회적 거리 두기 준수, 소독 등의 종단 간 배송 및 모니터링 작업을 탈중앙화된 신뢰 메커니즘을 통해 지원한다.

제안 방법

• 탈중앙화된 방식으로 드론 상호작용, 상태 및 임무 데이터를 기록하고 검증하기 위해 블록체인 기반 레거를 구현한다.
• 네트워크 분할 상황에서도 데이터 일관성과 장애 내성 보장을 위해 공식 알고리즘을 사용한다.
• 드론 통신 프로토콜과 블록체인을 통합하여 위치, 자원 사용량 및 이웃 관계에 대한 타임스탬프 데이터를 기록한다.
• 중앙 기관 없이도 드론이 공유된 블록체인 상태를 기반으로 자율적으로 조율할 수 있는 탈중앙화 아키텍처를 설계한다.
• 감사 가능성과 변경 불가능성을 확보하기 위해 블록체인에 배송 메타데이터를 저장함으로써 종단 간(End-to-End, E2E) 배송 추적을 실현한다.
• 블록체인 레저를 통한 실시간 상태 동기화를 통해 충돌 회피 및 동적 작업 할당을 지원한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 블록체인 기술이 유행병 기간 동안 다수의 드론 간에 탈중앙화되고 신뢰할 수 없는 조율을 어떻게 가능하게 하는가?
• RQ2 다이나믹하고 고속 이동성이 높은 드론 네트워크에서 확장성과 내구성을 보장할 수 있는 공식 알고리즘은 무엇인가?
• RQ3 블록체인은 격리 지역 및 유행병 지역에서 드론 임무 데이터의 보안성, 변경 불가능성 및 추적 가능성에 어떻게 기여하는가?
• RQ4 블록체인은 협업적 다중 드론 운영에서의 통신 복잡성을 어떻게 줄일 수 있는가?
• RQ5 제안된 프레임워크는 의료 물자 배송 및 사회적 거리 두기 모니터링과 같은 핵심 유행병 대응 임무를 얼마나 효과적으로 지원하는가?

주요 결과

• 제안된 블록체인 통합 다중 드론 시스템은 중심 제어에 의존하지 않고도 탈중앙화되고 안전하며 감사 가능한 조율을 가능하게 한다.
• 블록체인은 위치, 배송 기록, 피어 관계와 같은 드론 상태 데이터의 변경 불가능성과 무결성을 보장한다.
• 비상 상황에서 네트워크 분할을 지원하는 공식 알고리즘을 사용함으로써 시스템은 확장성과 장애 내성을 향상시킨다.
• 감사 가능성과 변경 불가능성을 확보하기 위해 블록체인에 기록된 메타데이터를 통해 종단 간 배송 추적을 실현함으로써 의료 물자 배송의 투명성과 책임성 향상이 이루어진다.
• 탈중앙화된 조율을 통해 모니터링, 사회적 거리 두기 준수, 소독, 물자 배송 등의 다양한 유행병 대응 임무를 지원한다.
• 블록체인 통합으로 드론 간 신뢰할 수 있는 데이터 공유가 가능해져 중복 신호 전송을 최소화함으로써 통신 오버헤드가 감소한다.