[논문 리뷰] On the Usage of Networked Tethered Flying Platforms for Massive Events -- Case Study: Hajj Pilgrimage

Baha Eddine Youcef Belmekki, Mohamed‐Slim Alouini|arXiv (Cornell University)|2021. 11. 01.

Opportunistic and Delay-Tolerant Networks인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 헬리킷, 드론, 블림프를 지상에 터널링하여 연결한 네트워크화된 터널링 비행 플랫폼(NTFP) 시스템을 제안한다. 이는 하자 지심과 같은 대규모 행사 동안의 이동성, 보안, 연결성 문제를 해결하기 위한 것이다. 지속적인 전력 공급과 백홀을 통해 고고도 지속 커버리지가 가능하며, 이는 감시 강화, 교통 조정 개선, 신뢰할 수 있는 연결성 확보에 기여한다. 기존의 탑 기반 안테나에 비해 비용 효율적이고 기상에 강건한 대안으로, 월드컵, 올림픽, 슈퍼볼과 같은 행사에 실제 적용 가능성이 입증되었다.

ABSTRACT

The Hajj is a religious Muslim pilgrimage undertaken annually by 2-3 million people in Makkah. Consequently, several problems arise due to the sheer number of pilgrims, and therefore negatively impact their stay and the conduct of the rituals. During the Hajj, several problems occur related to mobility, security, and connectivity. The current solutions used to deal with these problems have limitations and they usually require a lot of resources with suboptimal results. In this paper, we proposed an aerial-based solution that rely on Networked Tethered Flying Platforms (NTFPs). NTFPs are flying vehicles such as drones, Helikites, and blimps, that are tethered to the ground via a cable that supplies them with constant data and power. NTFPs can fly at high altitude with a great backhaul capacity and large coverage. We show in this paper how NTFP-based solution solve mobility, security, and connectivity problems during the Hajj and the main advantages and benefits as well as the cost-efficiency of such solution. For the sake of completeness, we also present other similar case studies in which NTFPs can be used.

연구 동기 및 목표

• 하자 지심과 같은 대규모 종교적·공적 행사에서 발생하는 대규모 인파로 인한 이동성, 보안, 통신 시스템의 과부하 문제를 해결하기 위한 것이다.
• 기존의 탑 기반 안테나와 같은 기반 시설의 한계를 극복하기 위해 네트워크화된 터널링 비행 플랫폼(NTFP)을 활용한 공중 기반 솔루션을 제안하기 위한 것이다.
• NTFP의 타당성, 이점, 비용 효율성을 평가하여, 고밀도 행사 기간 동안 감시, 교통 관리, 연결성 향상에 기여할 수 있는지를 분석하기 위한 것이다.
• 월드컵, 슈퍼볼, 정치 집회, 음악 페스티벌 등 다양한 대규모 행사에 적용 가능한 NTFP의 확장성과 적응 가능성에 대한 사례를 제시하기 위한 것이다.

제안 방법

• 드론, 헬리킷, 블림프로 구성된 NTFP를 전력 및 데이터 케이블을 통해 지상에 고정하여 지속적인 고고도 커버리지 기능을 제공한다.
• 터널링을 통해 지속적인 전력 공급과 고용량 백홀을 확보하여 안정적이고 장시간 운영이 가능한 환경을 조성한다.
• 고고도 위치를 활용해 광역 감시, 실시간 교통 모니터링, 무선 통신 커버리지 연장 기능을 수행한다.
• 기존의 통신 및 감시 시스템과 NTFP를 통합하여 구조적 대응자 및 행사 관리자 지원을 가능하게 한다.
• 월드컵, 올림픽, 슈퍼볼, 정치 집회, 음악 페스티벌 등 다양한 사례 연구를 통해 NTFP의 다중 행사 적용 가능성을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NTFP는 하자 지심과 같은 대규모 행사 기간 동안 이동성 관리 및 교통 조정을 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 NTFP는 대규모 집회에서 사망 사고나 테러 공격을 방지하기 위해 감시 및 인파 모니터링을 어떻게 강화할 수 있는가?
• RQ3 탑 기반 안테나가 불가능한 환경에서 NTFP는 정점 행사 기간 동안 신뢰할 수 있고 고용량의 연결성을 얼마나 잘 제공할 수 있는가?
• RQ4 대규모 행사 환경에서 기존의 탑 기반 기반 시설에 비해 NTFP의 비용 및 운영 효율성은 어떻게 비교되는가?
• RQ5 극한 기상 조건과 고밀도 환경에서 NTFP의 주요 운영 및 환경적 이점은 무엇인가?

주요 결과

• NTFP는 하자 지심과 같은 행사 기간 동안 대규모 연결 수요를 충족시킬 수 있는 충분한 백홀 용량을 갖춘 지속적인 고고도 커버리지 기능을 제공한다.
• 임시 또는 고정식 탑 기반 안테나에 대한 의존도가 크게 감소하며, 이는 설치에 시간과 비용이 많이 소요되는 문제를 해결한다.
• 실시간 공중 감시 및 인파 모니터링을 통해 2015년 민아 사망 사고를 방지할 잠재력이 있음을 입증했다.
• 이 솔루션은 모바일 애플리케이션을 통한 신뢰할 수 있는 연결성을 제공하여, 텐트 찾기 검색이 4시간 동안 실패했던 지도 앱 장애와 같은 심각한 장애를 방지할 수 있다.
• NTFP는 기상에 강건하며 극한의 온도와 습도 환경에서도 작동 가능하여, 마카한과 같은 혹독한 환경에서도 신뢰성 확보가 가능하다.
• 이 시스템은 확장 가능하며, 월드컵, 올림픽, 슈퍼볼, 음악 페스티벌 등 인파 안전과 연결성이 중요한 다른 대규모 행사에 적용 가능하다.