Efficient Allocation and Connection of Concentrators and Repeaters Using Approximate Steiner Minimum Tree in Automatic Meter Reading System

원격 검침 시스템에서 근사 최소 스타이너 트리를 이용한 집중기 및 중계기의 효율적인 배치와 연결

  • Published : 2009.10.31

Abstract

For Automatic Meter Reading System, good topology of check machines, concentrators, and repeaters in client field is important. Steiner Minimum Tree is a minimum cost tree connecting all given nodes with introducing Steiner points. In this paper, an efficient mechanism allocating and connecting check machines, concentrators and repeaters which are essential elements in automatic meter reading system is proposed, which conducts repeated applications of building approximate Minimum Steiner Trees. In the mechanism, input nodes and Steiner points might correspond to check machine, concentrators or repeaters and edges might do to the connections between them. Therefore, through suitable conversions and processes of them, an efficient network for automatic meter reading system with both wired and wireless communication techniques could be constructed. In our experiment, for 1000 input nodes and 200 max connections per node, the proposed mechanism shortened the length of produced network by 19.1% comparing with the length of Minimum Spanning Tree built by Prim's algorithm.

원격 검침 시스템의 수용가에서는 검침기, 집중기, 중계기 등의 효율적인 구성이 필요하다. 최소 스타이너 트리는 스타이너 포인트를 도입하여 최소 비용으로 모든 입력 노드들을 연결한다. 본 논문에서는 반복적으로 생성된 근사 최소 스타이너 트리를 활용하여, 원격 검침 시스템의 검침기, 집중기, 중계기를 효율적으로 배치하고 연결하는 방법을 제안한다. 이 방법에서 입력 노드와 스타이너 포인트는 원격 검침시스템의 검침기, 집중기, 중계기로, 선분은 이들 사이의 연결로 대응되며, 이들의 적절한 처리를 통해 유 무선 방식의 원격 검침 시스템을 위한 효율적인 네트워크를 구축할 수 있다. 본 연구의 실험에서, 1000개의 입력 노드와 200개의 한 노드 당 최대 연결인 환경에서, 제안된 방법에 의해 생성된 원격 검침 시스템 네트워크는 최소 신장 트리로 생성된 네트워크와 비교하여 약 19.1%의 네트워크 길이의 절감율을 보였다.

Keywords

References

  1. 누리텔레콤, '원격 검침 시스템', http://www.nuritelecom.co.kr, 2009
  2. 한산에이엠에스텍크, '원격 검침 시스템', http://www.amstech.co.kr/kor/pro9.htm, 2009
  3. 고종민, 진성일, 유인협, 정남준, 김선익, '실시간 양방향 New Automatic Meter Reading Infrastructure 구축방안 연구', 한국컴퓨터종합학술대회논문집 Vol. 34, No. 1, pp. 137-140, 2007
  4. 정점수, 이흥호, 'AMR과 DAS의 인터페이스 구현', Journal of KIIEE, Vol, 22, No. 10, pp. 126-133, 2008 https://doi.org/10.5207/JIEIE.2008.22.10.126
  5. 최문석, 주성호, 임용훈, 'PLC 기반의 통합원격 검침 시스템의 설계', 대한전기학회 하계 학술대회논문집 pp. 596-597, 2007
  6. T.H. Cormen, C.E. Leiserson, R.L. Rivest and C. Stein, Introduction to Algorithm, 2ndEd., MIT Press, 2001
  7. J.M. Ho, D.T. Lee, C.H. Chang, and C.K. Wong, 'Minimum Diameter Spanning Trees and Related Problems', SIAM Journal on Computing Vol. 20, No. 5, pp. 987-997, 1991 https://doi.org/10.1137/0220060
  8. J. Gudmundsson, H. Haverkort, S.M. Park, C.S. Shin and A. Wolff, 'Approximating the Geometric Minimum-Diameter Spanning Tree', APPROX 2002, Springer LNCS 2462, pp. 146-160, 2002
  9. C. Monmna and S. Suri, 'Transitions in Geometric Spanning Trees,' Transitions in Geometric Spanning Trees Vol. 8, No. 1, pp. 265-293, Dec 1992 https://doi.org/10.1007/BF02293049
  10. K.M. Chandy and T. Lo, 'The Capacitated minimum spanning tree', Networks Vol. 3, pp. 173-182, 1973 https://doi.org/10.1002/net.3230030204
  11. M. Sanchez, P. Manzoni and Z.J. Hass, 'Determination of Critical Transmission Ranges in Ad Hoc Network,' Proceedings of MMT, Oct 1999
  12. J. Li, D. Cordes and J. Zhang, 'Power-aware Routing Protocols in Ad Hoc Wireless Sensor Networks,' Wireless Communications, IEEE Vol. 12, No. 6, pp. 69-81, Dec 2005 https://doi.org/10.1109/MWC.2005.1561947
  13. A. Agrawal, P. Klein and R. Ravi, 'When Tree Collide: An Approximation Algorithm for the Generalized Steiner Problem on Networks', SIAM Journal on Computing, Vol. 24, pp. 440-456, 1995 https://doi.org/10.1137/S0097539792236237
  14. A. Hayrapetyan, C. Swamy and E. Tardos, 'Network Design for Information Networks', Proceedings of the Sixteenth Annual ACM-SIAM Symposium on Discrete Algorithms, pp. 933-942, 2005
  15. F.K. Hwang, D.S. Richards and P. Winter, 'The Steiner Tree Problem,' Annals of Discrete Mathematics, Vol. 53, North-Holland, 1992
  16. W. Shi and C. Su, 'The Rectilinear Steiner Arborescence Problem is NP-Complete,' Proceedings of the Eleventh Annual ACM-SIAM Symposium on Discrete Algorithms, pp. 780-787, 2000
  17. J. Kim, M. Cardei, I. Cardei and X. Jia, 'A Polynomial Time Approximation Scheme for the Grade of Services Steiner Minimum Tree Problem'. Journal of Global Optimization, Vol.24, pp. 437-448, 2002 https://doi.org/10.1023/A:1021298822593
  18. B. Bell, 'Steiner Minimal Tree Problem,' http://www.css.taylor.edu/~bbell/steiner/, January 1999