KR101579813B1

KR101579813B1 - 무선 네트워크에서 섹터화된 안테나를 사용하는 토폴로지 제어를 위한 방법

Info

Publication number: KR101579813B1
Application number: KR1020127008862A
Authority: KR
Inventors: 테오도로스 살로니디스; 아난드 수브라마니안; 헨릭 룬드그렌; 돈 토슬리
Original assignee: 톰슨 라이센싱
Priority date: 2009-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2015-12-24
Also published as: JP2013507813A; CN102668403A; JP5769720B2; WO2011042536A1; EP2486667B1; KR20120093198A; US20120202432A1; EP2486667A1; EP2309657A1; CN102668403B; US9281887B2

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 제 2 무선 통신 디바이스(w)를 갖는 무선 네트워크를 형성하는, 제 1 무선 통신 디바이스에 대한 안테나 패턴 할당을 최적화하는 방법에 관한 것인데, 상기 통신 디바이스(u, w) 각각은 다중 섹터 안테나를 구비하고, 안테나 패턴은 상기 안테나 섹터의 결합이고, 상기 통신 디바이스(u, w)는 현재 안테나 패턴 할당을 사용하여 요청을 전송하고, 응답을 수신하기 위해 적응되고, 상기 방법은
- 상기 제 1 통신 디바이스(u)에 의해 제 1 값(S^* _u)을 평가하는 단계,
- 상기 제 1 통신 디바이스(u)에 의해 상기 제 2 통신 디바이스(w)에, 상기 값(S^* _u)을 포함하는 브로드캐스트 요청을 전송하는 단계,
- 상기 제 1 통신 디바이스(u)에 의해, 브로드캐스트 요청을 전송하는 날짜에 따라 제 1 타임아웃을 설정하는 단계,
- 상기 제 1 통신 디바이스(u)에 의해, 상기 브로드캐스트 요청에 대한 응답을 수신하는 단계로서, 상기 응답은 상기 제 2 통신 디바이스(w)에 의해 전송되고, 제 2 값(S^* _w)에 따른 상기 응답은 상기 제 2 디바이스(w)에 의해 평가되는, 수신 단계,
- 상기 응답에 따라, 상기 제 1 통신 디바이스(u)에 의해 새로운 안테나 섹터 할당으로 전환하거나 전환하지 않는 단계를
포함하고, 본 발명에 따라, 제 1 값(S^* _u)은 상기 현재 안테나 패턴 할당을 갖는 상기 제 1 통신 디바이스(u)에 의해 수신된 수신 신호 강도(RSS)에 따라, 제 1 로컬 함수(Su)를 최소화시킴으로써 평가되고, 제 2 값(S^* _w)은 현재 안테나 패턴 할당에 대한 상기 제 2 통신 디바이스(w)에 의해 수신된 수신 신호 강도(RSS)에 따라 제 2 로컬 함수(S_w)를 최소화함으로써 평가된다.

Description

무선 네트워크에서 섹터화된 안테나를 사용하는 토폴로지 제어를 위한 방법{METHOD FOR TOPOLOGY CONTROL USING SECTORIZED ANTENNAS IN WIRELESS NETWORKS}

본 발명은 통신 네트워크 분야에 관한 것이다.

본 발명은 더 구체적으로 무선 네트워크에서 섹터화된 안테나를 사용하는 토폴로지 제어를 위한 방법에 관한 것이다.

최근, 무선(셀룰러, 802.11 무선 LAN 등) 네트워크는 잠정적인 높은 데이터 속도 연결, 매우 낮은 전개 비용, 및 사용자에 대한 무료 또는 저비용의 네트워크 액세스에 기인하여, 상당한 관심을 받아오고 있다. 수개의 기업 및 대학은 다수의 사용자에게 서비스하는 큰 스케일의 무선 네트워크를 전개해 오고 있다.

다수의 도시의 지역은 이미 무선 네트워크의 밀집한 전개로 커버되고, 무선 네트워크를 사용한 커뮤니티 그물형 네트워크를 형성하기 위한 노력은 이미 진행중이다(FON Wifi 커뮤니티, http://www.fon.com/en/.).

하지만, 무선 네트워크 및 특히, IEEE 802.11 네트워크는 무선 매체의 브로드캐스트 성질 및, 허가되지 않은 스펙트럼 대역의 사용에 기인하여, 이들 네트워크의 수용량을 제한하는 심각한 간섭 문제를 겪는다. 섹터화된 안테나는 높은 공간적 재사용을 통해 무선 간섭을 감소시키는 매력적인 솔루션이다. 이들 안테나는 무선 신호 에너지를 전방향 대응부(counterpart)와 같은 모든 방향으로 방사하는 것 대신, 무선 신호 에너지를 특정 방향으로 집중시킬 수 있다. 무선 네트워크에서 방향성 통신을 이용한 2개의 주요 접근법: 방향성 MAC 프로토콜 및 토폴로지 제어 프로토콜이 존재한다. 방향성 MAC 프로토콜{R. Choudhury 및 N.H. Vaidya의 "난청: 방향성 안테나를 사용할 때, Ad Hoc 네트워크에서의 Mac 문제(Deafness: A Mac Problem in Ad Hoc Networks when using Directional Antennas)", In Proc. IEEE ICNP, (2004년 10월) 및, Y. Ko, V. Shankarkumar 및 N.H. Vaidya의 "Ad Hoc 네트워크에서 방향성 안테나를 사용한 매체 액세스 제어 프로토콜(Medium Access Control Protocols Using Directional Antennas in Ad Hoc Networks)", In Proc.IEEE INFOCOM (2000년 3월)}은 매우 고속의(패킷 당) 시간 스케일에서 다른 이웃과 통신하기 위해, 다른 섹터 사이를 전환함으로써 높은 공간 재사용을 달성하려 노력한다. 이들 프로토콜은 또한, 난청(deafness) 및 방향이 감춰진 단말기 문제를 해소하기 위하여 IEEE 802.11 MAC 프로토콜에 대한 수정을 필요로 한다{R. Choudhury, X. Yang, R. Ramanathan, 및 N.H Vaidya의, "Ad Hoc 네트워크에서 매체 액세스 제어를 위한 방향성 안테나의 사용(Using Directional Antennas for Medium Access Control in Ad Hoc Networks)", In Proc. ACM MobiCom, (2002년 9월)}. 다른 한편으로, 토폴로지 제어 프로토콜{Z. Huang, C. Shen, C. Srisathapornphat, 및 C. Jaikaeo의, "방향성 안테나를 구비한 Ad hoc 네트워크를 위한 토폴로지 제어(Topology Control for Ad hoc Networks with Directional Antennas)", In IEEE Int. Conference on Computer Communications and Networks, 2002년, Zhuochuan Huang 및 Chien-Chung Shen의, "Ad Hoc 네트워크를 위한 방향 강도에 대한 다중 빔 안테나 기반의 토폴로지 제어(Multibeam Antenna-based Topology Control with Directional Power Intensity for Ad Hoc Networks)" 5(5), 2006년, U. Kumar, H. Gupta, 및 S.R. Das의 "무선 그물형 네트워크에서 방향성 안테나를 사용하는 것에 대한 토폴로지 제어 접근법(A Topology Control Approach to using Directional Antennas in Wireless Mesh Networks)" In Proc. ICC, 2006년, K. Sundaresan, W. Wang, 및 S. Eidenbenz의 "스마트 안테나를 구비한 Ad-hoc 네트워크에서 통신의 알고리즘 양상(Algorithmic Aspects of Communication in Ad-hoc Networks with Smart Antennas)" In Proc. ACM MobiHoc, 2006년}은 표준 IEEE 802.11 MAC 프로토콜에 대해 복잡한 수정을 요구하지 않고, 성능의 잠정적인 비용으로 느린 시간 스케일(약 1분 이상)로 다중 섹터를 동시에 활성화시킨다.

이들 제안된 토폴로지 제어 솔루션 모두는 단순한 간섭 모델 가정{쌍(pairwise) 간섭과 같은}을 사용하고, 그래프 이론 알고리즘의 적응을 사용한다. 이들 솔루션은 수개의 실제 고려 사항을 무시하고, 시뮬레이션 연구를 통해서만 평가된다. 다른 한편으로, 조밀하게 전개된 IEEE 802.11 네트워크에 대한 최근의 측정 연구{M. Blanco, R. Kokku, K. Ramachandran, S. Rangarajan, 및 K. Sundaresan의 "실내 환경에서 전환된 빔 안테나의 효율성(On the Effectiveness of Switched Beam Antennas in Indoor Environments)", In Proc. Passive and Active Measurements Conference (PAM), 2008년, A. P. Subramanian, H. Lundgren, 및 T. Salonidis의 "밀집한 802.11 무선 그물형 네트워크에서 섹터화된 안테나의 실험에 의거한 특징(Experimental Characterization of Sectorized Antennas in Dense 802.11 Wireless Mesh Networks)", In Proc. ACM MobiHoc, 2009년}는 섹터를 지리학적으로 포인팅하는 것의 사용 및 다중 섹터 활성화에서 섹터의 독립성과 같은 공통 설계 가정이 반사가 많은 밀집한 전개에서 차선이라는 것을 나타낸다. 이들 연구는 또한 방향성이 감춰진 단말기 문제점을 감소시킬 때 물리 계층 캡처의 효과를 조사하였고, 섹터화된 안테나가 높은 공간 재사용 기회를 제공할 수 있다는 것을 나타내었다. 하지만, 이들 연구 관찰은 실제 밀집한 IEEE 802.11 무선 환경에서 안테나 섹터화의 수용량 이득을 추출할 수 있는, 실제 프로토콜로 해석되지 않았다.

IEEE 802.11 기반의 무선 네트워크에서 섹터화된 안테나의 사용 및 토폴로지 제어에 대한 대다수의 과거 연구(work)는 분석 연구 및 프로토콜 설계 및 시물레이션을 통한 평가에 초점을 맞춘다. Kumar, 등(U. Kumar, H. Gupta, 및 S.R. Das 의 "무선 그물형 네트워크에서 방향성 안테나를 사용하는 것에 대한 토폴로지 제어 접근법(A Topology Control Approach to using Directional Antennas in Wireless Mesh Networks)" In Proc. ICC, 2006년)은 다수의 단일-섹터 안테나로 구성된 안테나 모델을 사용하고, 그물형 네트워크에서 최소 차수 신장(spanning) 트리를 구성하기 위해 중앙 집중형(centralized) 알고리즘을 제안한다. Huang, 등 (Z. Huang, C. Shen, C. Srisathapornphat, 및 C. Jaikaeo의 "방향성 안테나를 구비한 Ad hoc 네트워크에 대한 토폴로지 제어(Topology Control for Ad hoc Networks with Directional Antennas)" In IEEE Int. Conference on Computer Communications and Networks (2002년), Zhuochuan Huang 및 Chien-Chung Shen의 "Ad Hoc 네트워크에 대한 방향성 강도를 갖는 다중 빔 안테나 기반의 토폴로지 제어(Multibeam Antenna-based Topology Control with Directional Power Intensity for Ad Hoc Networks)" 5(5), (2006년)}은 송신 전력 조정과 다중 섹터 안테나를 사용하는 2개의 다른 토폴로지 제어 접근법을 제안한다. 단순화된 안테나와 네트워크 간섭 모델을 가정하고, 그래프 채색(coloring) 기반의 접근법을 제안한다. 마지막으로, Sundaresan, 등(K. Sundaresan, W. Wang, 및 S. Eidenbenz. "스마트 안테나를 구비한 Ad-hoc 네트워크에서 통신의 알고리즘 양상(Algorithmic Aspects of Communication in Ad-hoc Networks with Smart Antennas)" In Proc. ACM MobiHoc, 2006년)은 그물형 네트워크에서 노드에 의해 사용될 (안테나) 통신 패턴을 결정하는 문제점을 고려하고, 통신 패턴을, "스마트 안테나(디지털 적응형 어레이)"를 사용할 때 간섭의 최소화로 형식화한다. 토폴로지 제어를 위한 현재 접근법 모두는 이상적인 안테나 모델을 사용하고, 쌍 간섭 모델을 가정하고, 그래프 이론 알고리즘을 기초로 하는 솔루션을 제안하고, 시뮬레이션을 통해서만 평가되었다.

본 발명은 종래 기술의 해결책의 상기 언급된 단점의 해소를 목표로 한다.

이전의 연구와는 대조적으로, 본 발명에서 발명자는 현재 논문에서 실험 연구로부터의 통찰을 기초로, 토폴로지 제어 최적화 문제를 형식화한다. 발명자는 네트워크에서 전체 간섭을 최소화하려 노력한다. 본 발명에서 형식화는 쌍 간섭 모델이 아닌, 측정된 수신 신호 강도 값을 기초로 물리 간섭 모델을 사용한다. 게다가, 발명자는 완벽한 방사 패턴을 갖는 이상적인 안테나 모델에 의존하지 않는다. 그 대신, 발명자는 안테나 섹터를 특징지우기 위한 측정 기반의 접근법을 채택한다. 또한, 발명자는 본 발명에 따른 솔루션을 이전의 연구와 대비시키는데, 왜냐하면 이들이 진보된 안테나 또는 디지털 신호 처리에 의존하지 않고, 대신에 본 발명에 따른 솔루션은 정규 규격(off-the-shelf)의 IEEE 802.11 하드웨어와 함께 쉽게 사용될 수 있는, 단순하고 저렴한 다중 섹터 안테나를 사용할 수 있기 때문이다.

본 발명에서, 무선 네트워크, 특히 IEEE 802.11 무선 네트워크에서 토폴로지 제어를 위한 최적화 프레임워크가 도입되고, 섹터화된 안테나를 사용하는, 실용적이고 효율적인 배포 프로토콜이 개발된다. 본 발명에 따른 토폴로지 제어 접근법과, 앞선 제안 사이의 주요 차이점은, 본 발명이 설계하는데 단순하고, 필수품 무선 하드웨어로 작용할 수 있는 저비용의 섹터화 안테나를 사용하는 토폴로지 제어에 대한 측정 기반의 접근법을 사용한다는 것이다.

토폴로지 제어 최적화 문제는 먼저, 전체 네트워크 간섭을 최소화하고, 이를 통해 수용량을 최대화시키기 위해 각 노드 상에서 다수의 섹터를 활성화하는 2차 정수 프로그램으로, 형식화된다. 그런 후에, 발명자는 2차 정수 프로그램을 등가 선형 정수 프로그램으로 감소시키기 위한 기법을 도입한다. 결과적인 선형 정수 프로그램은 표준 선형 프로그래밍(LP) 문제 해결기(solver)를 사용하는 최선의 솔루션에 대한 경계(bound)를 얻기 위해 완화(relax)될 수 있다. 형식화는 다른 섹터 활성의 성능을 충분히 캡처하기 위해 관찰되는 수신된 신호 강도(RSS) 값의 측정을 기초로 물리 간섭 모델을 사용한다. 이러한 형식화는 또한, 어렵고, 최적화 절차에 쉽게 통합될 수 없는 IEEE 802.11 MAC 프로토콜의 세부적 동작의 모델링을 회피한다.

그러면, 본 발명은 인접한 링크 상에서 안테나 패턴의 RSS 값의 로컬 1-홉 측정을 기초로, 토폴로지 제어 최적화 문제를 반복적으로 해결하기 위해, 노드가 그리디 휴러스틱(greedy heuristic)을 사용하는 그리디 배포 토폴로지 제어 프로토콜을 제안한다. 프로토콜은 필수품인 IEEE 802.11 하드웨어를 사용하여 쉽게 구현될 수 있고, 다중 홉 무선 그물형 네트워크에서의 라우팅 프로토콜, 또는 WLAN에서의 관련 메카니즘과 같은, IEEE 802.11 MAC 프로토콜 및 네트워크 계층 링크 선택 기법에 대해 명료하게 동작할 수 있다.

본 발명은, 더 넓은 의미에서, 적어도 하나의 제 2 무선 통신 디바이스(w)를 갖는 무선 네트워크를 형성하는, 제 1 무선 통신 디바이스에 대한 안테나 패턴 할당을 최적화하는 방법으로 한정되는데, 상기 통신 디바이스(u, w) 각각은 다중 섹터 안테나를 구비하고, 안테나 패턴은 상기 안테나 섹터의 결합이고, 상기 통신 디바이스(u, w)는 요청을 전송하고, 현재 안테나 패턴 할당을 사용하여 응답을 수신하기 위해 적응되고, 상기 방법은

- 상기 제 1 통신 디바이스(u)에 의해 제 1 값(S^*u)을 평가하는 단계,

- 상기 제 1 통신 디바이스(u)에 의해 상기 제 2 통신 디바이스(w)에, 상기 값(S^*u)을 포함하는 브로드캐스트 요청을 전송하는 단계,

- 상기 제 1 통신 디바이스(u)에 의해, 브로드캐스트 요청을 전송하는 날짜에 따라 제 1 타임아웃을 설정하는 단계,

- 상기 제 1 통신 디바이스(u)에 의해, 상기 브로드캐스트 요청에 대한 응답을 수신하는 단계로서, 상기 응답은 상기 제 2 통신 디바이스(w)에 의해 전송되고, 제 2 값(S^*w)에 따른 상기 응답은 상기 제 2 디바이스(w)에 의해 평가되는, 수신 단계,

- 상기 응답에 따라, 상기 제 1 통신 디바이스(u)에 의해 새로운 안테나 섹터 할당으로 전환하거나 전환하지 않는 단계를

포함하고, 제 1 값(S^*u)은 상기 현재 안테나 패턴 할당을 갖는 상기 제 1 통신 디바이스(u)에 의해 수신된 수신 신호 강도(RSS)에 따라, 제 1 로컬 함수(Su)를 최소화시킴으로써 평가되고, 제 2 값(S^*w)은 현재 안테나 패턴 할당에 대한 상기 제 2 통신 디바이스(w)에 의해 수신된 수신 신호 강도(RSS)에 따라 제 2 로컬 함수(Sw)를 최소화시킴으로써 평가되는 것을 특징으로 한다.

이롭게, 상기 제 2 통신 디바이스(w)가 S^*u ≥ S^*w라고 결정할 때, 상기 제 1 통신 디바이스(u)에 의해 수신된 응답은 부정이다.

이롭게, 상기 제 2 통신 디바이스(w)가 S^*u < S^*w라고 결정할 때, 상기 제 1 통신 디바이스(u)에 의해 수신된 응답은 긍정이다.

이롭게, 상기 전환 단계는, 상기 제 1 통신 디바이스(u)에 의해, 상기 제 2 통신 디바이스(w)로부터 상기 제 1 타임아웃 내에 수신된 응답이 긍정일 때, 상기 제 1 통신 디바이스(u)에 의해, 현재 안테나 패턴 할당으로부터 새로운 안테나 패턴 할당으로의 전환이다.

이롭게, 방법은 상기 제 2 타임아웃이 만기될 때까지, 또는 상기 제 2 통신 디바이스(w)가 상기 제 2 통신 디바이스(w)에 의해 전송된 응답의 수신을 확인 응답하기 위해 상기 제 1 통신 디바이스(u)로부터 브로드캐스트 확인을 수신할 때, 상기 제 2 통신 디바이스(w)가 현재 안테나 패턴 할당의 수정으로부터 차단되는 추가 단계를 수반한다.

이롭게, 상기 제 1 통신 디바이스(u)는 안테나 패턴 할당(

) 및 대응하는 최선 값(

)을 계산하는데, 이 최선 값은 통신 디바이스(u)의 가능한 모든 안테나 패턴 할당(X_u)에 걸쳐,

[수학식 13]

에 의해 주어진 함수{

}를 최소화하는데, 상기 수학식 13은 제약:

[수학식 14]

을 조건으로 한다. 상기 수학식 13 및 수학식 14에서, E' 는, 데이터가 현재 전송되는 네트워크에서 통신 디바이스(i)를 통신 디바이스(j)에 연결시키는 링크(i, j)의 세트를 나타내고, I(i)는 통신 디바이스(i)에서 간섭을 야기할 수 있는 네트워크에서의 통신 디바이스의 세트를 나타낸다.

통신 디바이스(u)의 1-홉 간섭 이웃

인 통신 디바이스(w) 전체와, 통신 디바이스(u)의 1-홉 통신 이웃

인 통신 디바이스(v) 전체는, 이들의 각 안테나 패턴 할당(

)을 고정된 채 유지한다.

식(

)은 상기 디바이스(i)가 안테나 패턴 할당(x_i)을 사용하여 송신하고, 상기 디바이스(j)가 안테나 패턴 할당(x_j)을 사용하여 수신할 때, 통신 디바이스(i)와 통신 디바이스(j)를 연결시키는, 링크(i, j)를 통해 통신 디바이스(j)에서의 수신된 신호 강도를 나타낸다.

식(

)은, 통신 디바이스(i)가 전방향 안테나 패턴 할당(

)을 사용하여 송신하고, 통신 디바이스(j)가 전방향 안테나 패턴 할당(

)을 사용하여 수신할 때, 통신 디바이스(j)에서 링크(i,j)를 통해 수신된 신호 강도를 나타낸다.

C_th는 임계치 파라미터이다.

이롭게 상기 제 1 통신 디바이스(u)는

에 대한 평가를 수행하는데, 이 평가는

를 평가하기 위해 상기 제 2 통신 디바이스(w)에 의해 수행된 평가와 동일하다.

이롭게, 상기 제 1 통신 디바이스(u)는 전방향 안테나 패턴을 사용하여 브로드캐스트 요청을 전송한다.

이롭게, 상기 제 1 통신 디바이스(u)는 전방향 안테나 패턴을 사용하여 확인 브로드캐스트를 제 2 통신 디바이스(w)에 전송하고, 새로운 패턴 할당으로

를 선택한다.

이롭게, 상기 제 1 통신 디바이스(u)가 상기 제 2 통신 디바이스(w)로부터 긍정 응답을 수신할 때, 상기 제 2 통신 디바이스(w)는 제 2 타임아웃을 설정하고, 상기 제 2 타임 아웃이 만기될 때, 또는 상기 제 2 통신 디바이스(w)가 상기 제 1 통신 디바이스(u)로부터 상기 브로드캐스트 확인 패킷을 수신할 때, 상기 제 2 통신 디바이스(w)는 현재 안테나 패턴 할당을 조정하도록 허용된다.

무선 네트워크는 복수의 통신 디바이스를 포함한다. 이롭게, 상기 복수의 통신 디바이스의 각 통신 디바이스는 제 1 통신 디바이스(u)로서 연속적으로 작용하고, 브로드캐스트 요청은 상기 복수의 통신 디바이스의 다른 모든 통신 디바이스에 전송된다.

본 발명에 의한 장점은 아래와 같다:

본 발명은 섹터화된 안테나를 사용하여 무선 네트워크에서 간섭의 최소화의 문제점을 해결한다.

제안된 토폴로지 제어 프로토콜은 기존의 프로토콜에 대한 수정을 요구하지 않거나, 또는 MAC 프로토콜 스택의 하위 계층에 액세스하지 않는다. 이 프로토콜은 필수품 하드웨어에 의해 이미 제공된 RSS 측정을 요구한다. 또한, 특정 안테나 섹터 결합으로 송신 또는 수신을 위한 각 노드를 전환하는 제어 논리를 요구한다. 토폴로지 제어가 MAC 프로토콜 동작보다 더 긴 시간 스케일에서 동작하기에, 이러한 제어 논리는 MAC 프로토콜을 수정하는 것 없이 상부 계층에서 구현될 수 있다. 마지막으로, 토폴로지 프로토콜 제어 메세지는 브로드캐스트 또는 유니캐스트 네트워크 계층의 패킷을 사용하여 MAC 프로토콜보다 상부 계층에서 구현될 수 있다. 그러므로, 제안된 프로토콜은 임의의 기존의 무선 네트워크에 대해 최소의 노력으로 광범위하게 전개될 수 있다.

제안된 프로토콜이 배포되고, 다중-홉 무선 네트워크 또는 단일-홉 무선 네트워크(WLAN)에 적용할 수 있다. 프로토콜은 링크 선택 메카니즘(다중-홉 무선 네트워크에서의 라우팅 메카니즘 또는 WLAN에서의 관련 메카니즘)과 병행하여 동작될 수 있다.

수개의 애플리케이션 중, 제안된 프로토콜은 무선 네트워크의 간섭 완화, 수용량 증가 및 토폴로지 최적화에 적용될 수 있다.

도면으로, 다음의 상세한 서술은 더 잘 이해될 것이다.

본 발명은 섹터화된 안테나를 사용하여 무선 네트워크에서 간섭의 최소화 문제를 해결한다.

도 1은 본 발명에 따른 방법을 나타내는 흐름도.

본 발명에 2개의 요소가 존재한다:

· 최선의 솔루션의 하부 경계(lower bound)를 얻기 위한 토폴로지 제어 최적화 문제 및 선형 프로그래밍(LP) 기법의 형식화.

· 반복적인 방식으로 최적화 문제를 해결하려고 시도하는 배포된 토폴로지 제어 프로토콜.

1. 모델 및 최적화 문제의 형식화

이 섹션에서, 시스템 모델이 제시되고, 토폴로지 제어 문제는 결합의 최적화 문제로서 다중 섹터 안테나를 사용하여 형식화된다.

1.1 네트워크 모델

네트워크는 방향이 정해진 그래프 G=(V,E)로 나타나는데, 여기서 V는 네트워크에서 n개의 노드의 세트이고,

는 노드의 쌍 사이의 링크의 세트이다. 더 정확하게, 링크가 기초가 되는 물리 계층에 의해 지원되는 최저 비트율로 동작할 때, 데이터가 임계치(PRR_thresh) 이상의 전달률로 u에서 v로 전달된다면, 링크

는 노드 쌍(u 및 v) 사이에 존재한다. 이는 네트워크에서의 각 링크가 가능한 비트 속도 중 적어도 하나를 사용하여 데이터를 전달할 수 있다는 것을 보장한다.

링크

는, 데이터 트래픽을 전달하도록 선택된다면, 활성화 상태라고 여겨진다. 링크 선택은 WLAN에서 AP와 클라이언트 사이의 결합 메카니즘과 같은 네트워크 계층 프로토콜, 또는 그물형 네트워크에서 다중-홉 라우팅 프로토콜에 의해 수행된다. 본 발명에서, 링크 선택 절차 자체를 고려하진 않지만, 단순히 이러한 메카니즘의 존재를 가정한다.

가 네트워크에서 활성화 링크의 세트를 나타낸다고 하자. 세트(E')는 토폴로지 제어 최적화 문제에 대한 입력 파라미터이다.

1.2 안테나 모델

네트워크에서 각 노드는 s개의 섹터로 구성된 다중-섹터 안테나를 구비한다는 것을 가정한다. 안테나 패턴은 이들 s개의 섹터의 임의의 결합을 활성화시킴으로써 형성된다.

형성될 수 있는 안테나 패턴의 전체 개수는 k≤2^s-1이다.

K={0.1.....k-1}은 각 노드에서 이용가능한 안테나 패턴의 세트를 나타낸다고 하자. 여기서, 안테나 패턴(0)은 s개의 섹터 모두가 인에이블되는 전방향 모드를 나타낸다. Gⁱ ^θ는 방향(θ)을 따라 안테나 패턴(i)을 사용할 때, 안테나의 이득(단위 dBi)을 나타낸다고 하자. 이상적인 조건하에, 다중 경로 반사의 부재시, 노드(v)에서 노드(u)로부터 수신된 신호 강도(RSS)는 노드(u)가 패킷을 송신하기 위해 안테나 패턴(i)을 사용하고, 노드(v)가 패킷을 수신하기 위해 안테나 패턴(j)을 사용할 때,

로 주어지는데, 여기서

는 노드(u)에서의 송신 전력이고, θ_uv는 노드(u)에서 노드 (v)로의 방향이고, d_uv는 u와 v사이의 거리이고, α는 경로 손실 계수이다. 실제로, RSS는 패킷 수신 동안 수신기에서의 신호 에너지 레벨의 추정치이고, PLCP 패킷 헤더를 수신할 때 측정된다. 새로운 안테나 패턴이 선택될 때마다, 안테나 이득은 수신기에서 에너지 레벨의 결과적인 변화에 따라 변한다. 따라서, RSS는 이러한 변화에 의해 영향을 받는 기본 물리 계층의 양이다. 상품 IEEE 802.11 무선 카드를 사용하면, 임의의 링크(u,v)의 RSS는 각 수신된 패킷에 추가되는 프로토콜 헤더 필드(예를 들어, 프리즘 모니터링 헤더)로부터 직접적으로 획득될 수 있다. 이전의 연구에서, RSS가 링크의 패킷 전달률과 데이터 속도와 같은 상부 계층의 측정지표(metrics)와 충분히 상관된다고 나타난다. 또한, RSS는 물리 간섭 모델의 기초를 형성한다. 다음의 섹션에서, 네트워크에서의 모델 간섭에 대해 링크 RSS를 어떻게 사용하고, 토폴로지 제어 최적화 문제의 목적 함수를 어떻게 한정하는 지를 논의한다.

1.3 간섭 모델 및 목표 함수

토폴로지 제어에 대한 명백한 접근법은 네트워크 수용량을 직접 최대화하는 것이다. 시분할 다중 액세스(TDMA) MAC 프로토콜을 사용하는 무선 네트워크에서, 수용량 최대화를 수행하는 최적화 문제를 형식화하는 것이 가능하다. 하지만, 우리는 주로, 캐리어 감지 다중 액세스(CSMA) MAC 프로토콜을 사용하는 IEEE 802.11 네트워크에서 토폴로지 제어에 관심을 갖는다. TDMA와는 다르게, CSMA 네트워크의 네트워크 수용량의 모델링은 어렵다. 최근에, CSMA에 대한 수개의 측정 기반의 수용량 모델이 제안되었다[9], [13]. 하지만, 이들 모델은 복잡하고, 최적화 프레임워크에 쉽게 통합되지 않는다. 토폴로지 제어에 대한 우리의 접근법은 네트워크에서 전체 간섭을 최소화하는 것이다. 이러한 접근법은 네트워크 수용량을 최적화시키기 위한 간접 방식으로 사용된다[8]. CSMA 기반의 무선 네트워크에서, 송신은 전송 측 및 수신 측 모두에서 간섭을 겪는다. 노드(u)에서 노드(v)로의 송신을 고려하자. 전송 측에서, u는 다음의 상태가 만족될 때만, 매체가 사용 가능하다고 감지한다.

[수학식 1]

여기서, RSS_wu는 노드(u)에서 노드(w)로부터 수신된 신호 강도이고, I(u)는 노드(u)에서 간섭(간섭 세트로 표기되는)을 야기할 수 있는 노드의 세트이며, CS_thres는 캐리어 감지 임계치이다. 수신 측에서, v에서 u로 송신된 패킷은, 오직 다음의 조건이 만족되는 경우에만 성공적으로 수신된다.

[수학식 2]

여기서, N은 배경 잡음이고, β는 수신 임계치이다. 다음과 같이 노드(u)에 대한 간섭 세트{I(u)}를 한정한다. 노드

. 이는 네트워크 계층의 프로토콜에 의해 선택된 링크에 따라 노드(u)에 송신 또는, 노드(u)로부터 수신하지 않는 네트워크에서의 모든 노드가 간섭 세트의 일부라는 것을 나타낸다. 그러면 노드(u)에서의 간섭은

이다. 이는 노드(u)가 링크의 전송 노드(수학식 1) 또는 링크의 수신 노드(수학식 2)일 때, 노드(u)에 영향을 미친다.

접근법의 초점은 네트워크에서 전체 간섭을 최소화하는 것인데, 이는 아래에 한정된다:

[수학식 3]

.

1.4 최적화 프레임워크

비공식적으로, 토폴로지 제어에 대한 접근법은, 연결 제약을 겪는 각 노드에 적합한 안테나 패턴을 할당함으로써, 수학식 3에 한정된 것처럼, 네트워크에서 전체 간섭을 최소화하는 것이다. 연결 제약은 다음과 같이, E'에서 각 링크(데이터 트래픽을 전달하는 링크)에 대해 한정된다. 세트(E')에서 각 링크(u,v)에 대해, 안테나 패턴 할당 이후의 링크의 RSS는, 노드(u)와 노드(v) 모두가 전방향 모드를 사용할 때 링크의 RSS에 필적해야 한다(수 dB의 임계치 내에서). 아래와 같이 공식적으로 최적화 문제를 한정한다.

X_ui를 안테나 패턴(i)이 노드(u)에 할당되는지를 표기하는 결정 변수라고 하자. 안테나 패턴(i)이 노드(u)에 할당된다면, X_ui = 1이고, 그렇지 않다면 X_ui = 0이다. 세트(E')에서 각 링크(u,v)에 대해, C_uvij는 안테나 패턴(i)을 노드(u)에, j를 노드(v)에 할당하는 것이 연결 제약을 만족하는 지를 나타내는 것이라고 하자.

여기서, RSS_uv00는 두 노드 모두가 전방향 모드를 사용할 때의 링크(u,v)의 RSS를 나타내고, RSS_uvij는 노드(u)가 안테나 패턴(i)을 사용하고, 노드(v)가 안테나 패턴(j)을 사용할 때의 RSS를 나타낸다. C_th는 약 수 dB로 선택되는 임계치이다. C_uvij = 1이, 링크(u,v)의 데이터 속도가 안테나 패턴 할당에 기인하여 손상되지 않는 것을 보장하도록, 안테나 패턴(i 및 j)을 선택하자.

OPT_TOPOCONTROL라는 명칭의 토폴로지 제어 문제는 다음과 같이 한정된다

[수학식 4 내지 6]

수학식 4는 네트워크에서의 각 노드가 정확히 하나의 안테나 패턴에 할당되는 것을 보장한다. 수학식 5는 할당된 안테나 패턴을 사용하여, 데이터 트래픽을 전달하는 각 링크의 RSS가 전방향 모드를 사용할 때, RSS의 C_th 내에 있다는 것을 보장한다. 마지막으로 수학식 6은

가 값(0 또는 1)을 취한다는 것을 보장한다.

상기 최적화 문제는 2차로 제한된 2차 양자화 문제이고, NP-하드(hard)로 추측된다. 다음 섹션에서, 최적의 솔루션에 대한 하부 경계를 얻기 위해, 이러한 문제를 정수 선형 프로그램으로 감소시키고, 그런 후에, 정수 선형 프로그램을 선형 프로그램으로 완화시킨다.

1.5 선형 프로그램 형식화

이 섹션에서의 목표는 OPT_TOPOCONTROL 형식화에서 2차 목표 및 2차 제약을 선형 목표 및 제약으로 대체시키는 것이다. 목표 함수가 세트(E')에 속하지 않는 링크만을 포함하고, 제약(5)은 세트(E')에만 속하는 링크에만 적용한다는 것을 주목하자. 링크의 이들 2개의 세트는 디스조인트(disjoint)이다. 수학식(5)에서 곱(X_uiX_vj)을 새로운 변수(Z_uvij)로 대체시키고, 2개의 새로운 제약을 도입한다.

[수학식 7 및 8]

원래의 최적 형식화에서, X_ui 및 X_vj 모두가 1일 때, X_uiX_vj = 1이고, 그렇지 않다면, 0이다. 수학식 7 및 수학식 8은 Z_uvij가 X_ui 및 X_vj 모두보다 낮다는 것을 보장한다. 따라서, X_ui 및 X_vj 모두가 1일 때의 경우를 제외하고, Z_uvij는 0이어야 한다. 나머지 경우에서, Z_uvij는 0 또는 1일 수 있다. 수학식(5)의 왼쪽 식이 1보다 커야하기 때문에, Z_uvij 중 적어도 하나는 1로 제한될 것이다. 이는 연결 제약이 데이터를 전달하는 매 링크에 대해 만족한다는 것을 보장한다. 목표 함수에서 변수(Y_uvij)로 곱(X_uiX_vj)을 대체하고, 다음의 추가적인 제약을 추가한다.

[수학식 9]

원래의 최적 형식화에서, X_ui 및 X_vj 모두가 1일 때, 목표 함수에서 X_uiX_vj = 1이고, 그렇지 않다면, 0이다. 수학식 9는 X_ui 및 X_vj 모두가 1일 때, Y_uvij가 1로 제한된다는 것을 보장한다. 나머지 경우에서, Y_uvij는 0 또는 1일 수 있다. 양자화 문제가 목표의 최소화를 하려 노력하기에, 변수(Y_uvij)에 대한 0 또는 1의 선택이 주어질 때, 0이 선택된다. 위에 언급된 축소 식을 사용하면, 원래의 2차로 제한된 2차 최적화 문제는 다음의 정수 선형 프로그램으로 변한다.

그러므로, CPLEX와 같은 표준 문제 해결기를 사용하는 상기 정수 선형 프로그램에서 완전성(integrality) 제약을 완화시킴으로써[2], 다항 시간에서 원래의 토폴로지 제어 최적화 문제(OPT_TOPOCONTROL)의 최적의 솔루션에 대한 하부 경계를 얻을 수 있다.

2. 그리디 배포 토폴로지 제어 프로토콜

이제, 토폴로지 제어 최적화 문제(OPT_TOPOCONTROL)를 해결하는 것을 목표로 하는, 배포된 토폴로지 제어 프로토콜을 제시한다. 이러한 프로토콜은 기존의 링크 선택 프로토콜(그물형 네트워크의 경우 AODV 및 DSR과 같은 라우팅 프로토콜 또는, WLAN의 경우 결합 메카니즘)에 대해 명료하게 동작하고, 필수품 IEEE 802.11 무선 하드웨어를 사용하여 IEEE 802.11 MAC 프로토콜의 상부에서 쉽게 구현될 수 있다. 프로토콜은 입력으로, 링크 선택 프로토콜로부터 활성 링크(E') 및, 동시에 동작하는 별도의 배포된 측정 프로토콜로부터 RSS_uvij 값을 사용한다. 토폴로지 제어 프로토콜동작을 더 충분히 이해시키기 위해, 먼저, 이 동작하의 메인 아이디어를 포함하는 알고리즘을 제시한다.

2.1 배포된 반복 알고리즘

토폴로지 제어 최적화 문제는 심지어 중앙 집중된 정보로 해결하는데에도 상당히 복잡하다. 로컬 정보만을 사용하여 이 문제를 반복적으로 해결하는 것을 목표로 하는 배포된 휴러스틱 알고리즘을 제시한다.

가 네트워크에서 각 노드(u)에 할당되는 안테나 패턴을 한정하는 임의의 할당을 고려하자. 이 할당에 대해, 목표 함수는:

[수학식 10]

로 주어진다.

이 목표 함수는 또한

로 기재될 수 있고, 여기서,

[수학식 11]

이다.

S_u의 제 1 항은, 다른 노드가 노드(u)에 야기하는 간섭에 대응하고, 제 2 항은 다른 노드에 야기하는 간섭 노드(u)에 대응한다. 반복 알고리즘은 각 S_u의 반복의 최소화를 통해 목표 함수의 최소화를 목표로 한다.

알고리즘은 다음과 같이 동작한다.

이 반복(n)에서 안테나 패턴 할당을 나타낸다고 하자. 각 반복에서, 노드(u)는 노드의 안테나 패턴 할당을 수정하기 위해 선택되는 반면, 네트워크에서 노드의 나머지는 이들 할당을 고정된 채 유지한다. 노드 선택 순서는 다른 기준에 대해 이루어질 수 있지만, 단순함을 위해, 이 순서를 임의적으로 간주한다.

먼저, 노드(u)는 COMPUTE_OWN_BEST_SECTOR라 불리는 로컬 계산을 수행한다. 더 구체적으로, 노드(u)는 수학식 11에서

를 최소화하는 섹터(

)를 계산하는데, 이 수학식 11은 1-홉 이웃[

] 모두가 이들의 안테나 패턴 할당{

및

}을 고정된 채 유지하고, 다음의 제약

을 조건으로 한다고 간주한다.

이러한 최소화는 (i) 세트(E')에서 링크(u,v)의 연결 제약을 만족하는, 즉

인, 안테나 패턴(x_u) 모두를 선택하는 것, 그리고 (ii) 이들 x_u에 대해, 수학식 11을 기초로 S_u에 대해 대응하는 값을 계산하고 비교하는 것을 포함한다. 둘째, 노드(u)는 노드의 새로운 안테나 패턴 할당으로

를 선택한다.

초기 상태에 관계없이 한정된 횟수의 반복 이후, 수학식 10의 목표 함수의 국부적인 최소값으로 수렴하기 위해 상기 알고리즘이 보장된다는 것을 나타내는 것은 쉽다. 그 이유는 각 반복 동안, 목표 함수가 감소하고, 네트워크에서 한정된 수의 안테나 패턴 결합이 존재하기 때문이다.

2.2 그리디 배포 프로토콜

이제, 그리디 버전의 배포 반복 알고리즘을 실현하는 배포 프로토콜을 제공한다. 프로토콜은 각 노드(u)에서 지속적으로 그리고 비동기식으로 실행되고, 로컬 계산 및 1-홉 메세지 교환에만 의존한다. 이 프로토콜은 IEEE 802.11 MAC 프로토콜의 상부에서 동작하고, 메세지는 브로드캐스트 또는 유니캐스트 네트워크 계층 패킷으로 구현된다. 아래에 서술되는 것처럼, 프로토콜의 모든 제어 메세지는 각각 적용 범위 및 신뢰도를 증가시키기 위해, 최저 데이터 속도(IEEE 802.11a 구현에서 6Mbps)로, 전방향 안테나 패턴을 사용하여 전송된다. 적용 범위 및 신뢰도를 더 증가시키기 위해, 제어 메세지는 이웃 노드 사이의 표준 시간 동기화 또는 랑데뷰(rendez-vous) 방법을 사용하거나, 또는 별도의 무선 및 주파수 채널을 사용하여, 데이터 패킷과 동일한 채널 상에 전송될 수 있다.

각 노드(u)는 (i) 현재 안테나 패턴(x_w) 및, (ii) 링크(u,w)에서 모든 안테나 섹터에 대해, 별도의 측정 프로토콜에 의해 측정된

값을 포함하는 각 이웃(w)에 대한 테이블을 유지한다. 각 노드(u)는, 이웃이 이웃의 테이블을 갱신하도록, 노드의 현재 안테나 패턴 할당(x_u)을 포함하는 랜덤 간격으로 브로드캐스트 패킷을 전송한다.

각 노드(u)는 토폴로지 제어 프로토콜로의 참여에 대해 2개의 상태 내에 있다. 안테나 패턴 수정 동안, 각 노드는 BUSY이고, 전방향 안테나 패턴을 사용하여 전송하고, 다른 상태로서, 각 노드는 FREE이고, 할당된 안테나 패턴(x_u)을 사용하여 전송한다.

BUSY 상태 동안, 노드는 안테나 패턴 할당의 수정을 시도한다. 노드들 사이의 시도가 동기화되지 않았기에, 다수의 노드는 노드들의 안테나 패턴의 수정을 동시에 시도할 수 있다. 배포된 알고리즘의 각 반복은, 노드가 노드의 할당을 수정하게 하는 반면, 이웃은 이웃의 할당을 고정된 채 유지한다, 이러한 문제는 아래의 단계(1 내지 4)에 서술된 배포 라킹(locking) 메카니즘을 사용하여 언급된다.

이제, 노드(u)의 시도 동안, 프로토콜 행위를 서술한다. 다음의 서술에서, 노드(u)(또는 w)가 BUSY 로 될 때, 프로토콜은 다음의 행위: (i) BUSY 상태로 전환, (ⅱ), 전방향 안테나 패턴(0)으로 전환, 및 (ⅲ) 노드가 각 시도에 참여하는 최대 지속 기간인 BUSY TIMEOUT과 동일한 타임아웃의 설정을 수행한다. 노드(u)(또는 w)가 중단될 때, 노드는 다음의 행위:(i) FREE 상태로 전환 및, (ⅱ) 안테나 패턴 할당(x_u)(또는 x_w)으로 반환을 수행한다.

단계 1. 먼저, 노드(u)는 BUSY 로 되고, 그런 후에 로컬 테이블에서 x_w 값을 기초로 수학식 11에서 S_u를 최소화하고, 최소값(

) 및 대응하는 할당(

)을 획득한다. 그런 후에, 노드(u)는

를 포함하는 브로드캐스트 TOPO REQ 패킷을 전송한다. 또한, 노드(u)는 노드가 모든 이웃으로부터 TOPO REQ ACK 응답을 기다리는 타임 아웃(TOPO REQ TIMEOUT)을 설정한다. TOPO REQ 패킷은 이웃으로부터, 이웃의 안테나 패턴 할당을 고정하도록 요청한다.

단계 2. 노드(w)가 u로부터 TOPO REQ를 수신할 때, 노드(w)는, 노드가 BUSY이거나,

라면, u에 TOPO REQ NACK 패킷을 반환한다. 그렇지 않고, 노드(w)가 FREE이고,

라면, 노드(w)는 BUSY가 되고, u에 TOPO REQ ACK 패킷을 반환한다.

와

사이의 비교는 관계(tie)를 끊고, 1홉 이웃 내의 최소값(

)을 갖는 노드가 섹터 할당을 수정하는 그리디 반복을 구현하도록 작용한다. 이는 각 1-홉 이웃 내의 전역 목표에서 최대 감소를 초래한다.

단계 3. 노드(u)가 적어도 하나의 TOPO REQ NACK을 수신하거나, 또는 TOPO REQ TIMEOUT이 만기 되면, 노드(u)는 TOPO CANCEL 패킷을 브로드캐스트하고, 중단된다. 그렇지 않고, 노드(u)가 TOPO REQ TIMEOUT 내에 모든 이웃으로부터 TOPO REQ ACK를 수신한다면, 노드(u)는 TOPO CONFIRM 패킷을 브로드캐스팅한다. 그런 후에, 노드(u)는 FREE 상태로 전환되고, 새로운 안테나 패턴 할당(

)으로 전환된다.

단계 4. 노드(w)가 u로부터 TOPO CONFIRM 패킷 할당을 수신한다면, 노드(w)는 FREE 상태로 전환되고, 다시 안테나 패턴 할당(x_w)으로 전환된다. 이 시점에, 노드(u)에서 안테나 패턴 재할당이 완료된다. 상기 단계 동안, 임의의 BUSY 노드의 BUSY TIMEOUT이 만기되면, 이 노드는 중단된다.

상기 명세서, 예시 및 도면은, 본 발명에 따른 방법의 완전한 설명을 제공한다. 본 발명의 다수의 실시예는 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 이루어질 수 있고, 본 발명은 본 명세서에서 아래에 첨부된 청구항에 속한다.

Claims

다수의 섹터를 포함하는 다중-섹터 안테나를 구비한 통신 디바이스에 대한 안테나 패턴 할당을 위한 방법으로서,
다중-섹터 안테나는, 다중-섹터 안테나가 복수의 안테나 패턴 할당으로 사용되는 것을 허용하도록 구성되고, 상기 방법은:
다수의 섹터 중 하나 이상의 섹터를 포함하는 복수의 안테나 패턴 할당 중 하나의 안테나 패턴 할당을 사용하여 브로드캐스트 요청을, 통신 디바이스에 의해, 전송하는 단계;
브로드캐스트 요청에 대한 응답을, 통신 디바이스에 의해, 수신하는 단계;
응답에 기초하여, 복수의 안테나 패턴 할당 중 새로운 안테나 패턴 할당으로, 통신 디바이스에 의해, 전환하는 단계; 및
브로드캐스트 요청을 전송하는 날짜에 따라 타임아웃을, 통신 디바이스에 의해, 설정하는 단계를
포함하고, 전환하는 단계는, 타임 아웃 내로 통신 디바이스에 의해 수신된 응답이 긍정인 경우, 새로운 안테나 패턴 할당으로, 통신 디바이스에 의해, 전환하는 단계를 포함하는, 통신 디바이스에 대한 안테나 패턴 할당을 위한 방법.
제1항에 있어서, 브로드캐스트 요청은 제 2 통신 디바이스에 전송되고, 응답은 제 2 통신 디바이스로부터 수신되는, 통신 디바이스에 대한 안테나 패턴 할당을 위한 방법.
제2항에 있어서, 응답을 수신하는 단계는, 제 2 통신 디바이스에서 수신된 신호 강도 및 통신 디바이스에서 수신된 신호 강도에 기초하는 제 2 통신 디바이스로부터의 응답을 수신하는 단계를 포함하는, 통신 디바이스에 대한 안테나 패턴 할당을 위한 방법.
제1항에 있어서, 브로드캐스트 요청은 제 1 값을 포함하는, 통신 디바이스에 대한 안테나 패턴 할당을 위한 방법.
제4항에 있어서, 제 1 값은 안테나 패턴 할당을 사용하여 통신 디바이스에 의해 수신된, 수신된 신호 강도에 기초하여 결정되는, 통신 디바이스에 대한 안테나 패턴 할당을 위한 방법.
제1항에 있어서, 통신 디바이스에 의해 새로운 안테나 패턴 할당으로 전환하는 단계는, 응답이 안테나 패턴 할당이 전환될 것임을 표시하는 긍정적인 응답인 경우, 수행되는, 통신 디바이스에 대한 안테나 패턴 할당을 위한 방법.
다수의 섹터를 포함하는 다중-섹터 안테나를 구비한 통신 디바이스에 대한 안테나 패턴 할당을 위한 방법으로서,
다중-섹터 안테나는, 다중-섹터 안테나가 복수의 안테나 패턴 할당으로 사용되는 것을 허용하도록 구성되고, 상기 방법은:
다수의 섹터 중 하나 이상의 섹터를 포함하는 복수의 안테나 패턴 할당 중 하나의 안테나 패턴 할당을 사용하여 제 1 값을 포함하는 브로드캐스트 요청을, 통신 디바이스에 의해, 수신하는 단계;
안테나 패턴 할당을 사용하여 통신 디바이스에 의해 수신된, 수신된 신호 강도에 기초하여 제 2 값을, 통신 디바이스에 의해, 결정하는 단계;
제 1 값 및 제 2 값의 비교에 기초하여 브로드캐스트 요청에 대한 응답을, 통신 디바이스에 의해, 결정하는 단계; 및
응답을, 통신 디바이스에 의해, 전송하는 단계를
포함하고, 제 1 값 및 제 2 값은 통신 디바이스에서의 간섭의 양을 나타내는, 통신 디바이스에 대한 안테나 패턴 할당을 위한 방법.
제7항에 있어서, 응답을 결정하는 단계는 안테나 패턴 할당이 전환될 것인지의 여부를 표시하는 응답을 결정하는 단계를 포함하는, 통신 디바이스에 대한 안테나 패턴 할당을 위한 방법.
제7항에 있어서,
브로드캐스트 요청을 수신하는 단계는 별도의 통신 디바이스로부터 브로드캐스트 요청을 수신하는 단계를 포함하고,
제 1 값은 별도의 통신 디바이스에서 수신된 신호 강도에 기초하는, 통신 디바이스에 대한 안테나 패턴 할당을 위한 방법.
제7항에 있어서, 통신 디바이스에 의해 전송된 응답은 통신 디바이스가 제 1 값이 제 2 값 미만임을 결정하는 경우 긍정적인, 통신 디바이스에 대한 안테나 패턴 할당을 위한 방법.
제7항에 있어서,
복수의 안테나 패턴 할당 중 현재 안테나 패턴 할당을 사용하여 별도의 브로드캐스트 요청을, 통신 디바이스에 의해, 전송하는 단계;
별도의 브로드캐스트 요청에 대한 별도의 응답을, 통신 디바이스에 의해, 수신하는 단계; 및
수신된 별도의 응답에 기초하여 복수의 안테나 패턴 할당 중 새로운 안테나 패턴 할당으로, 통신 디바이스에 의해, 전환하는 단계를
더 포함하는, 통신 디바이스에 대한 안테나 패턴 할당을 위한 방법.
통신 디바이스로서,
다수의 섹터를 포함하는 다중-섹터 안테나를 포함하고, 다중-섹터 안테나는, 다중-섹터 안테나가 복수의 안테나 패턴 할당으로 사용되는 것을 허용하도록 구성되고, 통신 디바이스는 적어도:
다수의 섹터 중 하나 이상의 섹터를 포함하는 복수의 안테나 패턴 할당 중 하나의 안테나 패턴 할당을 사용하여 브로드캐스트 요청을 전송하는 것과;
브로드캐스트 요청에 대한 응답을 수신하는 것과;
응답에 기초하여, 복수의 안테나 패턴 할당 중 새로운 안테나 패턴 할당으로 전환하는 것을
수행하도록 구성되고, 통신 디바이스는:
브로드캐스트 요청을 전송하는 날짜에 따라 타임아웃을 설정하고,
타임 아웃 내로 통신 디바이스에 의해 수신된 응답이 긍정인 경우, 새로운 안테나 패턴 할당으로 전환하도록
더 구성되는, 통신 디바이스.
제12항에 있어서,
통신 디바이스는 브로드캐스트 요청을 제 2 통신 디바이스에 전송하도록 구성되고,
통신 디바이스는 제 2 통신 디바이스로부터 응답을 수신하도록 구성되는, 통신 디바이스.
제13항에 있어서, 응답을 수신하는 것은 제 2 통신 디바이스에서 수신된 신호 강도 및 통신 디바이스에서 수신된 신호 강도에 기초하는 제 2 통신 디바이스로부터의 응답을 수신하는 것을 포함하는, 통신 디바이스.
제12항에 있어서, 통신 디바이스는 브로드캐스트 요청 내에 제 1 값을 포함하도록 구성되는, 통신 디바이스.
제15항에 있어서, 통신 디바이스는 안테나 패턴 할당을 사용하여 통신 디바이스에 의해 수신된, 수신된 신호 강도에 기초하여 제 1 값을 결정하도록 더 구성되는, 통신 디바이스.
제12항에 있어서, 통신 디바이스는, 응답이 안테나 패턴 할당이 전환될 것임을 표시하는 긍정적인 응답인 경우, 새로운 안테나 패턴 할당으로 전환하도록 구성되는, 통신 디바이스.
통신 디바이스로서,
다수의 섹터를 포함하는 다중-섹터 안테나를 포함하고, 다중-섹터 안테나는, 다중-섹터 안테나가 복수의 안테나 패턴 할당으로 사용되는 것을 허용하도록 구성되고, 통신 디바이스는 적어도:
다수의 섹터 중 하나 이상의 섹터를 포함하는 복수의 안테나 패턴 할당 중 하나의 안테나 패턴 할당을 사용하여 제 1 값을 포함하는 브로드캐스트 요청을 수신하는 것과;
안테나 패턴 할당을 사용하여 통신 디바이스에 의해 수신된, 수신된 신호 강도에 기초하여 제 2 값을 결정하는 것과;
제 1 값 및 제 2 값의 비교에 기초하여 브로드캐스트 요청에 대한 응답을 결정하는 것과;
응답을 전송하는 것을
수행하도록 구성되고, 제 1 값 및 제 2 값은 통신 디바이스에서의 간섭의 양을 나타내는, 통신 디바이스.
제18항에 있어서, 응답을 결정하는 것은 안테나 패턴 할당이 전환될 것인지의 여부를 표시하는 응답을 결정하는 것을 포함하는, 통신 디바이스.
제18항에 있어서,
브로드캐스트 요청을 수신하는 것은 별도의 통신 디바이스로부터 브로드캐스트 요청을 수신하는 것을 포함하고,
제 1 값은 별도의 통신 디바이스에서 수신된 신호 강도에 기초하는, 통신 디바이스.
제18항에 있어서, 통신 디바이스에 의해 전송된 응답은 통신 디바이스가 제 1 값이 제 2 값 미만임을 결정하는 경우 긍정적인, 통신 디바이스.
제18항에 있어서, 통신 디바이스는 적어도:
복수의 안테나 패턴 할당 중 현재 안테나 패턴 할당을 사용하여 별도의 브로드캐스트 요청을, 통신 디바이스에 의해, 전송하는 것과;
별도의 브로드캐스트 요청에 대한 별도의 응답을, 통신 디바이스에 의해, 수신하는 것과;
수신된 별도의 응답에 기초하여 복수의 안테나 패턴 할당 중 새로운 안테나 패턴 할당으로, 통신 디바이스에 의해, 전환하는 것을
수행하도록 더 구성되는, 통신 디바이스.