Natural or social phenomena can be represented as a network of connected components, including humans and things. The components may be represented by nodes or dots, linked by lines, which represent interconnection. These components have a complicated architecture, whereby one node is connected to other nodes, and a single node may have multiple connections.
Such complicated architectures are called as ‘complex systems’ or ‘complex networks,’ and much effort has been made to interpret them. Some examples of complex systems are the architectures of social network service such as Twitter and Facebook, the architectures of traffic and airline or rail transportation networks, the architectures of various telecommunication networks, the interaction networks between proteins and DNAs, the mechanisms of occurrence and spread of decease, the architectures of business models, the human networks in politics, and the corporate governance network among enterprises.
Since human beings reside in various complex systems or networks, a good interpretation of such networks can provide a means of solving a variety of complicated problems occurring in the natural world. The network theory has been developed in order to solve such problems in complex systems.
In order to analyze and explain complex systems, many theories and models have been proposed and utilized in the natural and human sciences, as well as in engineering. Among these theories and models are the ER Random Network Model, the SIR Model, the Watts-Strogatz Model, the Chung-Lu Model and the Preferential Attachment Model. However, these existing models do not describe complex systems efficiently. These models attempt to interpret complex systems in two dimensions (2D), or at best in three dimensions (3D), to describe only the complicated architecture shape. In other words, the existing models cannot interpret complex systems efficiently, nor are these models intuitive.
For intuitive interpretation and easy understanding, a‘three dimensional network model’ is proposed. This model can be described as a Propagation Communication Board (PCB).
The uniqueness of this proposed model is that it implements the concept of a PCB (Printed Circuit Board) NOTE: “PCB” has been used twice here to refer to two different things.
layer structure, and defines each relative detailed rule or characteristic. In each layer, each information media is presented independently, and forms a small complex system where information propagation can be made. Such layers are gathered and combined so that they may be developed into an architecture that contains a complex media, so that each layer is connected through a mutual organic combination of each node. In this way, information transfer from one layer to another layer can be made. And information transfer between nodes can be made through multiple layers simultaneously by the multi-layer structure.
The proposed 3D network model was designed in two different models, one basic and one extended. In order to facilitate understanding, the basic model simplifies the proposed model and has been implemented to determine how public relations (PR) information in PR media is transferred. In the extended model, in order to make more practical implementation, various rules of the proposed 3D network model are defined, and the model is evaluated by applying three examples of complex systems. Through these cases are in different areas, the proposed model demonstrates how it can be used to describe complex systems efficiently.
인간과 인간, 인간과 사물, 사물과 사물 사이의 자연 현상 또는 사회 현상들은 간결하고 명확하게 설명될 수 없으며 실타래처럼 복잡하게 얽혀있다. 언뜻 보기에 아무 관계가 없을 것으로 보이는 자연 현상이나 사회 현상들을 자세히 살펴보면 복잡계의 구성요소들로 연결되어 있다. 여기서 복잡계의 구성요소로는 노드(Node) 또는 점(Dot)과 같은 대상물과 상호 연결을 뜻하는 링크(Link) 또는 선(Line)들이다. 이들은 하나의 노드에서 다른 노드로 연결되기도 하고, 하나의 노드는 다수의 링크를 가지거나 아무것도 연결되지도 않는 등과 같이 복잡한 구조를 지닌다.
이런 복잡한 구조를 지닌 것들을 복잡계(Complex Systems or Complex Networks)로 일컬어지고 있으며 이를 해석하고자 많은 노력을 경주하고 있다. 복잡계의 사례로는 트위트, 페이스북 등과 같은 소셜네트워크(Social Network Service)의 구성도, 항공기나 기차와 같은 교통/운송 매체 구성도, 각종 통신 선로망 구성도, 단백질/유전자의 상호작용 네트워크, 질병의 발병/전파도, 비즈니스 모델 구성도, 정치권의 인적 네트워크, 기업들간의 지배 구조(출자) 관계망 등이 있다.
인류는 다양한 복잡계(Complex Systems or Complex Networks) 속에서 살아가고 있어서 이를 잘 해석하는 것은 자연계에서의 대두되고 있는 여러 가지 복잡한 문제를 해결하는 실마리를 찾을 수 있는 길이라고 본다. 이 복잡계를 해결하고자 하는 것을 네트워크 이론 또는 네트워크 과학이라고도 한다.
인문사회 또는 자연과학, 공학 분야 등 전 분야에서 복잡계를 쉽게 분석 또는 설명하고자 ER Random Network Model, SIR Model, Watts-Strogatz Model, Chung-Lu Model, Preferential Attachment Model 등 많은 이론과 모델들이 제안(정의)되어 활용되고 있으나 복잡계를 완전하게 표시하지는 못하고 있다. 기존 모델은 2차원(2D)에서 복잡계를 해석하려고 하거나 3차원(3D)에서 복잡한 구성 형태만 표현하는 정도의 모델만을 제시하였다. 즉, 기존 모델들은 복잡계를 완전하게 해석하지 못하거나 직관적이지 못하는 등의 문제가 발생된다.
이를 직관적으로 해석하고 쉽게 이해할 수 있도록 ‘3차원 네트워크 모델’을 제안하였다. 이 모델을 간단하게 약어로 ‘PCB(Propagation Communication Board; 정보 전파 보드)’ 모델이라 부르면 된다. 이 제안 모델은 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board)의 구성도와 비슷하게 층(Layer) 개념을 도입하여 입체화(3차원) 시킨 것이 특징이고 그에 따른 세부 관련 규칙(특징)을 정의하였다. 각 층(Layer)에는 각각의 정보 전달 매체가 독립적으로 존재하고 정보의 전파가 이루어질 수 있는 하나의 소규모 복잡계를 형성한다. 이 각 층(Layer)들이 여러 개가 모여서 복합 전달 매체를 지닌 구조로 결합되며, 각 층은 노드(Node)와 노드간 상호 유기적인 결합을 통하여 연결된다. 그러므로 하나의 층(Layer)에서 다른 층(Layer)으로 정보 전달이 이루어질 수가 있다.
또한 노드와 노드 사이의 정보의 전달은 다중 층(Multi-Layer)구조의 전달 매체를 통해서 다수의 층(Layer)으로부터 동시에 전달될 수도 있다.
제안한 3차원 네트워크 모델은 더 나아가 시간 개념을 도입하여 시간대별로 변이를 관찰할 수 있도록 하였다(4차원). 또한 복잡계의 분석에 활용할 수 있도록 하기 위해서 수리적 모델링을 하였으며, 사용된 각 파라메터(Parameter)에 가중치 개념을 도입하여 사용하였다.
제안된 3차원 네트워크 모델은 기본 모델과 확장 모델로 구분하여 설계하였으며, 이해를 돕기 위해 기본 모델에서는 제안된 모델을 단순화하여 홍보 매체에서의 홍보용 정보가 어떻게 전달되는지를 적용해 보았다.
그리고 확장 모델에서는 좀 더 현실적으로 적용해 보기 위해서 제안한 3차원 네트워크 모델의 다양한 규칙을 정의하고, 3가지 사례를 들어 복잡계에 적용하여 검증해 보았다.
첫째, 홍보 매체에서의 홍보용 정보가 어떻게 전달되는지를 살펴 보았고, 제안한 3차원 네트워크 모델을 이용하여 효과적인 홍보 방안 수립이나 비용 효과 대비 최적의 홍보 매체 방안 수립, 홍보 전달된 정보에 대한 인지 결과 분석(예를 들어 웹 페이지의 PV; Page view 등), 홍보로 인한 매출 달성도 분석 등에 활용될 수 있다.
둘째, 교통/운송망에 적용하여 정보 전달이 어떻게 이루어지는지 살펴보고, 적용 사례로는 최적 시간 경로(Routing)을 목적으로 하는지, 최소 비용 경로를 목적으로 하는지, 관광 코스를 중시하는 경로를 목적으로 하는지 등에 따른 경로 검색을 할 수 있다. 그리고 특정 교통망의 과부하 또는 사고, 파손 등으로 역할을 못할 경우 우회 교통 매체를 찾는 것에도 활용될 수 있다.
셋째, 마지막으로 유/무선(Wired/Wireless) 통신망에서의 정보 전달과정을 살펴보았다. 활용 사례로는 통신 트래픽(Traffic)의 분산, 효율적인 통신망 설계, 통신망 고장 시 대체 전달매체 검토 등이다.
본 논문에서는 언급하지 않은 질병 또는 전염병의 전달 경로 등 현실세계에서 존재하는 수많이 다른 복잡계에서도 본 제안 모델이 적용 가능하리라고 본다.
본 연구에서 제안한 3차원 네트워크 모델은 수리화 부문에서는 바로 적용하기에는 곤란한 부분이 있으며 체계적으로 연구가 필요하다. 예를 들면 각 층(Layer) 또는 전달 매체간의 정보의 전송능력을 파악하여 수치화할 필요가 있다. 또한 노드(Node)와 링크(Link), 특정 영역(Area) 등과 같은 구성요소에 가중치(Weight)를 적용하기 위해서는 표준화된 정규 데이터를 확보한 후 3차원 네트워크 모델에 적용해야만 정확한 복잡계 해석이 가능하며 가중치에 대한 추가 연구도 필요하다.
