Extreme Cold-region Network Design and Reliable Operations Scenarios for Limited Power-based Extreme Environment Data Collection

Abstract

Today, polar regions such as the Arctic and Antarctic collect a wealth of data on climate, geology, oceanography, ecology, and more, and are utilized in a variety of studies. These data can be collected directly by researchers or transmitted via satellite communication, but there are many limitations due to the characteristics of extreme environments such as snowfall and strong winds. In this paper, we derive the requirements for building and operating network infrastructure in extreme environments, analyze the components and interfaces that meet them, and propose operational scenarios for stable data transmission. We also propose a simulation model that can calculate the traffic and data loss rates that may occur when operating a network in extreme environments, and analyze the traffic and data loss rates in each operational scenario. We propose a reliable data transmission scenario that considers network lifetime, traffic generation, and data loss rate in extreme environments.

오늘날 북극, 남극과 같은 극한지에서는 기후, 지질, 해양, 생태 환경 등 여러 분야에서 많은 데이터를 수집하여 다양한 연구에 활용하고 있다. 이러한 데이터는 연구자가 직접 회수하거나 위성 통신을 통해 데이터 전송이 가능하지만, 강설, 강풍 등 극한 환경의 특성으로 인해 많은 제약사항이 있다. 또한 네트워크 인프라가 충분히 구축된 지역에서 데이터를 회수하는 방식보다 안정적으로 데이터를 전송받지 못한다. 따라서 본 논문에서는 극한지에서 네트워크 인프라를 구축하고 운영하기 위한 요구사항을 도출하고, 이를 충족하는 구성 개체 및 인터페이스를 분석하여 안정적인 데이터 전송을 위한 운용 시나리오를 제안한다. 또한 극한지 네트워크 운용 시 발생할 수 있는 트래픽과 데이터 유실율을 계산할 수 있는 시뮬레이션 모델을 제안하고, 이를 통해 각 운용 시나리오에서의 트래픽 및 데이터 유실율을 분석한다. 그리고 극한 환경에서의 네트워크 수명, 트래픽 발생량, 데이터 유실율을 고려한 안정적인 데이터 전송 시나리오를 제안한다.