KR100421442B1 - 무선 트래픽 모델링 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복잡한 주변 환경에 크게 영향을 받는 무선 트래픽 모델링을 하는 데에 있어서, 복잡하지 않으면서도 정확한 트래픽을 산정할 수 있는 무선 트래픽 모델링 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 지형정보를 이용하여 무선 트래픽을 모델링하는 방법에 있어서, 지형정보 데이터를 판독하는 제1단계; Bin 단위의 지물 속성 지도를 제작하는 제1단계; 상기에서 제작된 지물 속성 지도에서 지물 속성별 가중치를 산출하는 제3단계; 및 상기 가중치를 이용하여 무선 트래픽을 모델링하는 제4단계를 포함한다.

Description

무선 트래픽 모델링 장치 및 그 방법{An apparatus and method for modeling wireless traffic}

본 발명은 무선 트래픽(traffic) 모델링(modelling) 장치 및 그 방법에 관한것으로서, 더 상세하게 말하자면, 복잡한 주변 환경에 크게 영향을 받는 무선 트래픽 모델링을 하는 데에 있어서, 복잡하지 않으면서도 정확한 트래픽을 산정할 수 있는 무선 트래픽 모델링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

큰 증가를 보이고 있는 무선 가입자에 대한 수용과 다양한 서비스 제공을 위하여 무선망 설계의 최적화와 망성능의 향상의 중요성이 대두되고 있다.

무선망의 설계나 성능 향상, 최적화는 무선망의 특성상 매우 중요한 사항이며, 이를 위해서 가장 기초가 되는 것이 트래픽에 대한 정확한 모델링이라 할 수 있다.

여러 종류의 서비스와 데이터 서비스로 인한 트래픽 자체의 다양성으로 인해 트래픽 모델링이 이런 일련의 과정의 선결 과제가 되고 있다.

무선 트래픽은 유동적인 성격이 강하고, 지형환경에 강하게 영향을 받는데, 특히 도심에서는 건물과 같은 인위적인 지물환경의 영향이 크게 증대하므로 이에 대한 모델링 방법이 필요하게 되었다.

특히, 대형건물이 많은 도심과 같은 곳에서 안정된 통신 서비스를 제공하려면, 무선 자원을 효율적으로 배치해야 하며, 그렇게 하기 위해서는 정확한 트래픽 모델링이 되어야 한다.

그런데, 다량의 트래픽이 집중되는 도심은 인공적인 건물 환경으로 인해 전파환경이 매우 복잡하고 그에 따른 여러 부가적인 요인들로 인하여, 복잡한 도심환경과 가변적 성격의 트래픽 특성상 트래픽 모델링을 정확하고 완벽하게 하기 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 무선망의 성능을 높이고 최적화시키기 위해 필수적으로 필요한 트래픽 모델링을 하는 데에 있어서, 복잡한 주변 환경을 고려하여, 실제상황에 가까우면서도 접근방법이 용이하며 정확한 모델링 결과를 얻을 수 있는 무선 트래픽 모델링 장치 및 그 방법을 제공하는 데에 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 트래픽 모델링 장치를 적용한 블럭도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 트래픽 모델링 방법을 적용한 동작순서도,

도 3은 bin 단위 지물속성 지도를 만드는 과정을 나타낸 도면,

도 4는 bin 중심을 차지하는 지물속성 종류를 판정하는 방법을 나타낸 도면,

도 5는 임의로 설정한 bin 단위 지물 속성 지도,

도 6은 변환되기 전의 벡터형 지물속성 지도,

도 7은 완성된 지물속성 지도,

도 8은 지물속성 지도를 토대로 작성된 각 셀과 속성별 단위면적과 기존의 운용데이타의 기지국 Erlang 정보를 나타낸 표,

도 9는 각 지물 속성별 가중치 값을 나타낸 표이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 무선 트래픽 모델링 장치는,

지형정보를 이용하여 무선 트래픽을 모델링하는 장치에 있어서,

사용자가 명령어 및 데이터를 입력할 수 있는 인터페이스를 제공하는 입력장치;

지형정보 데이터를 제공하는 지형정보 제공장치;

상기 지형정보 제공장치로부터 출력되는 지형정보와 상기 입력장치로부터 출력되는 데이터 등을 이용하여 무선 트래픽 모델링을 하는 중앙처리장치;

상기 중앙처리장치의 동작에 필요한 저장공간을 제공하는 기억장치; 및

상기 중앙처리장치로부터 출력되는 각종 데이터를 사용자가 알 수 있도록 표시하는 출력장치를 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 무선 트래픽 모델링 방법은,

지형정보를 이용하여 무선 트래픽을 모델링하는 방법에 있어서,

지형정보 데이터를 판독하는 제1단계;

Bin 단위의 지물 속성 지도를 제작하는 제2단계;

상기에서 제작된 지물 속성 지도에서 지물 속성별 가중치를 산출하는 제3단계; 및

상기 가중치를 이용하여 무선 트래픽을 모델링하는 제4단계를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 무선 트래픽 모델링 장치 는,

지형정보를 이용하여 무선 트래픽을 모델링하는 장치에 있어서,

사용자가 명령어 및 데이터를 입력할 수 있는 인터페이스를 제공하는 입력장치(10);

지형정보 데이터를 제공하는 지형정보 제공장치(20);

상기 지형정보 제공장치(20)로부터 출력되는 지형정보와 상기 입력장치(10)로부터 출력되는 데이터 등을 이용하여 무선 트래픽 모델링을 하는 중앙처리장치(30);

상기 중앙처리장치(30)의 동작에 필요한 저장공간을 제공하는 기억장치(40); 및

상기 중앙처리장치(40)로부터 출력되는 각종 데이터를 사용자가 알 수 있도록 표시하는 출력장치(50)를 포함한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 실시예의 동작은 다음과 같다.

중앙처리장치(30)는 먼저, 지형정보 제공장치(20)로부터 지형정보 데이터를 입력받는다(S10).

상기 지형정보 제공장치(20)는, 인공위성을 이용하여 관측한 대상 지역의 지형정보를 제공하여 주는 지아이에스(GIS; Geographic Information System)가 될 수 있으며, 대상 지역의 지형정보를 가공한 타 시스템의 정보를 이용하여도 된다.

그리고 나서, 상기 중앙처리장치(30)는 입력받은 지형정보를 토대로 하여 Bin 단위의 지물 속성 지도를 제작한다(S20).

즉, 도 3에서 보는 바와 같이, 상기 지형정보 제공장치(20)에서 제공하는 지형정보를 가진 지물 속성 지도가 (가)와 같이 나타나는데, 각 지물 속성은 다각형으로 표현되고, 위경도 좌표 또는 상대 좌표로 표현된다.

이와 같은 지형정보를 가지고, (나)와 같은 Bin 단위 지물 속성 지도를 제작하는데, 먼저, 주어진 해상도에 따라 직사각형 모양의 bin으로 영역을 분할하고, 각 bin에 해당하는 지물속성을 표현한다.

상기에서, 각 bin이 어느 지물에 속하는지 판단하는 방법으로는 해당 bin내에 가장 많은 면적을 차지하는 지물속성으로 결정하는 방법과, 해당 bin의 중심점이 포함되어 있는 지물속성으로 결정하는 방법이 있다.

전자의 방법이 정확한 정보 제공을 위해서는 좋을 수도 있으나, 그 결정 방법이 복잡하기 때문에 빠른 결정을 위해서는 후자의 방법을 사용한다.

그리고, 해상도를 높임으로써 후자의 방법에서 발생할 수 있는 오차를 줄이면, 넓은 영역에서 사용하는 경우에 훨씬 강점을 가지게 된다.

도 4는 Bin의 중심점이 어느 지물속성에 포함되어 있는지에 대한 판별 방법을 나타낸 예시로서, 속성의 경계는 다각형으로 표현되는데, 도 4에 도시된 것과 같이, 하나의 다각형과 한 점이 존재할 때, 한 점으로부터 임의의 방향으로의 반직선을 설정한다.

그리고, 반직선과 다각형의 교점의 개수가 홀수이면, 이 점은 다각형 내에 존재하고, 교점의 개수가 짝수이면 이 점은 다각형 밖에 존재한다.

반직선과 다각형간의 교점의 개수를 구하기 위해, 반직선이 다각형을 구성하는 각 선분과 만나는지 여부를 판단해야 한다.

즉, 선분과 반직선의 교점 존재 여부를 구하는 방법이 필요하다.

반직선은 임의의 방향으로 가정하기 때문에 여기서는 계산을 간단히 하기 위해 x축과 평행하고 시작점이인 반직선을 선택한다.

그리고, 다각형 내의 한 선분의 양 끝점이라 할 때, 선분은 수학식 2와 같다.

다음의 세 가지 조건을 만족하는 경우, 상기 반직선과 선분은 교점을 갖는다.

조건 1 :(반직선과 선분이 평행하지 않다.)

조건 2 :(반직선과 선분을 포함하는 직선의 교점이 선분 내에 존재한다.)

조건 3 :( 반직선과의 교점이 반직선의 시작점 뒤에 존재하지 않는다.)

상기와 같이, 반직선과 선분의 교점 여부를 다각형을 구성하는 모든 선분에 적용하면 주어진 점이 다각형 내부에 존재하는지 여부를 판단 할 수 있다.

이러한 과정은 하나의 지물 속성을 나타내는 모든 다각형에 대해 반복 수행하며, 하나 이상의 다각형 내부에 주어진 bin 중심점이 존재함을 확인하면 해당 bin은 해당 지물 속성으로 판단한다.

상기와 같이 한 다음, 상기 중앙처리장치(30)는 트래픽 정보를 분석하고, 지물 속성별 가중치를 산출한다(S30).

즉, 상기에서 만들어진 Bin단위의 지물속성 지도를 이용하면 각 Bin이 어느 셀에 속해 있으며, 어느 지물 속성을 가지고 있는지 알 수 있다.

또한, 셀 및 각 지물속성의 면적은 bin의 개수를 통해 알 수 있다.

E_i= W_i1*A_i1+ W_i2*A_i2+ ?? + W_ij*A_ij

여기서, E_i는 I 기지국 수용 Erlang이고, A_ij: i 셀 내의 속성 j의 면적이며, W_ij는 i 셀 내의 속성 j의 가중치이다.

영역내의 셀의 개수는 i개이고, 지물 속성의 개수는 j개이며, 이 수학식에서의 풀어야 할 미지수는 가중치 W_ij이다.

상기에서 제작된 bin 단위의 지물속성 지도로부터 bin의 크기로 셀의 면적과 속성의 면적은 손쉽게 구 할 수 있으며, 기지국 수용 Erlang은 실제 운용데이타를 참조하거나 가정을 하여 해를 구한다.

이 방정식을 풀기 위해서는 i>=j이어야 한다.

따라서 기본적으로 주어진 가중치의 개수보다 많은 기지국을 산정하여 오차가 최소가 되는 해법을 적용한다.

상기와 같이 산출된 가중치 값을 이용하여, 관심지역의 트래픽을 산정할 수 있다.

관심지역에 대해 알 수 있는 데이터인 전체 면적과 그 지역에 존재하는 지물속성(오피스건물, 아파트, 쇼핑센터, 일반주거지 등등)의 종류와 그 속성이 차지하는 면적, 그리고 본 발명을 이용해서 구한 지물속성별 가중치를 가지고 해당 지역의 트래픽을 산정한다(S40).

도 5에 상기와 같은 방법을 통하여 임의로 작성한 bin 단위 지물 속성 지도 가 도시되어 있는데, 도 5에서 보면 알 수 있듯이, 총 11개의 기지국(11개의 셀)이운용되며, 6개의 지물 속성이 존재하는 지역이다.

각 bin은 일정한 면적을 동일하게 가지고 있기 때문에, 각 지물 속성별 단위면적당 Erlang 용량 가중치를 구하는 과정은 간단하게 된다.

여기서 셀의 개수가 지물 속성의 수보다 많기 때문에 오차를 최소화하는 지물 속성별 단위면적당 Erlang 용량 가중치를 구할 수 있으며, 상기 수학식 2를 통해 구할 수 있다.

또, 도 6에는 변환 될 벡터형 지물속성 지도가 도시되어 있는데, 주어진 영역에서 총 11개의 기지국이 존재하며, 6개의 서로 다른 지물 속성이 혼재되어 있음을 알 수 있다.

도 7은 변환된 지물속성 지도로서, 이것을 통해 각각의 bin과 각 bin이 속한 셀 및 속성을 알 수 있게 된다.

이 지물속성 지도는 각 Bin의 중심점이 어느 건물속성에 존재하는지를 알아내서 중심점에 속한 속성을 해당 Bin의 건물 속성으로 간주한다.

도 8에는 상기 지물속성 지도를 토대로 작성되어진 각 셀과 속성별 단위면적과 기존의 운용데이타의 기지국 Erlang 정보로서, 이를 통하여 각 기지국별로 운용 상황을 적절하게 예측할 수 있다.

도 9는 그간의 데이터를 기반으로 상기 수학식 2를 이용하여 각 지물속성별 가중치 값을 구한 것으로, 방정식을 구하는 과정에서 영역의 제한이 없을 경우는 가중치가 음수로 유효하지 않은 값이 나오기 때문에, 가중치의 영역 값을 두어야 한다.

여기서는, 유효영역제한을 0.2 ~ 2.0으로 두고 방정식을 풀었으며, 이 가중치 값을 이용하여, 관심지역의 트래픽을 산정할 수 있다.

즉, 관심지역에 대해 알 수 있는 데이터인 전체 면적과 그 지역에 존재하는 지물속성(오피스건물, 아파트, 쇼핑센터, 일반주거지 등등)의 종류와 그 속성이 차지하는 면적, 그리고 본 발명을 이용해서 구한 지물속성별 가중치를 가지고 해당 지역의 트래픽을 산정할 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 기지국 위치와 인접 기지국간의 거리등을 통해 면적을 구하며, 각 지역에 존재하는 지물속성에 적절한 가중치를 두었으며, 면적, 지물속성, 가중치들을 파라미터로 하는 트래픽 방정식을 세우고 그 해를 구하는 알고리즘을 통하여 트래픽을 구하였다.

그리고, 본 발명은 프로그램이 가능한 PC이상의 하드웨어 상에 구현이 가능하며, 트래픽에 대한 모델링을 보임으로 성능개선이나 최적화 등에 사용되어질 수 있다.

상기에서 보면, 지물속성을 세분화하고 여러 지역에 대한 모델링을 통해 지물속성별 가중치가 나오면, 비교적 손쉽게 관심지역에 존재하는 지물들의 종류와 면적만으로 해당지역의 트래픽을 산정할 수 있음을 알 수 있다.

따라서, 상기와 같이 동작하는 본 발명은, 지물 속성별 트래픽 밀도를 설정 방법을 통해, 복잡하지 않으면서도 비교적 정확한 트래픽을 산정할 수 있는 효과가 있다.

또한 모델링 과정에서 실제 운용데이타를 기반으로 함으로써, 실제 상황을 잘 반영한 지물속성별 가중치를 구할 수 있고, 이것을 시간대 별로 분류하여 모델링하여 모델링의 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 지형정보를 이용하여 무선 트래픽을 모델링하는 장치에 있어서,

   사용자가 명령어 및 데이터를 입력할 수 있는 인터페이스를 제공하는 입력장치;

   지형정보 데이터를 제공하는 지형정보 제공장치;

   상기 지형정보 제공장치로부터 출력되는 지형정보와 상기 입력장치로부터 출력되는 데이터 등을 이용하여 무선 트래픽 모델링을 하는 중앙처리장치;

   상기 중앙처리장치의 동작에 필요한 저장공간을 제공하는 기억장치; 및

   상기 중앙처리장치로부터 출력되는 각종 데이터를 사용자가 알 수 있도록 표시하는 출력장치를 포함하는 무선 트래픽 모델링 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 지형정보 제공장치는,

   지아이에스인 것을 특징으로 하는 무선 트래픽 모델링 장치.
3. 지형정보를 이용하여 무선 트래픽을 모델링하는 방법에 있어서,

   지형정보 데이터를 판독하는 제1단계;

   Bin 단위의 지물 속성 지도를 제작하는 제2단계;

   상기에서 제작된 지물 속성 지도에서 지물 속성별 가중치를 산출하는 제3단계; 및

   상기 가중치를 이용하여 무선 트래픽을 모델링하는 제4단계를 포함하는 무선 트래픽 모델링 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1단계는,

   지아이에스를 통해서 지형정보를 데이터를 입력받는 무선 트래픽 모델링 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 제2단계는,

   주어진 해상도에 따라 직사각형의 bin 영역을 분할하는 a단계;

   각 bin에 해당하는 지물속성을 결정하는 b단계를 포함하는 무선 트래픽 모델링 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 제b단계는,

   해당 bin의 중심점이 포함되어 있는 지물속성으로 결정하는 무선 트래픽 모델링 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 중심점 포함 여부를 판단하는 방법은,

   한 점으로부터 임의의 방향으로 반직선을 설정하여, 반직선과 다각형의 교점의 수에 따라 판단하는 무선 트래픽 모델링 방법.
8. 제3항에 있어서, 상기 제3단계는, 가중치를 구하는 데에 있어서, 아래의 수학식을 이용하는 무선 트래픽 모델링 방법.

   여기서, E_i는 I 기지국 수용 Erlang이고, A_ij: i 셀 내의 속성 j의 면적이며, W_ij는 i 셀 내의 속성 j의 가중치이다.
9. 제3항에 있어서, 상기 제4단계는,

   전체 면적, 그 면적에 존재하는 지물속성, 그 속성이 차지하는 면적, 및 지물 속성별 가중치를 이용하여 트래픽을 산정하는 무선 트래픽 모델링 방법.