KR100968079B1 - 애드-혹 네트워크에서 데이터 전송률과 전송 파워에 대한적응적 제어를 제공하기 위한 시스템과 방법 - Google Patents

애드-혹 네트워크에서 데이터 전송률과 전송 파워에 대한적응적 제어를 제공하기 위한 시스템과 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 링크 내에서의 경로 손실의 변동, 패이딩 조건들, 노이즈 레벨 추정 및 전체 링크 품질과 같은 요인들에 바탕을 둔 무선 애드 혹 통신 네트워크에 있어서, 링크를 통하여 노드들 간에 전송되는 통신 신호를 위한 적절한 전송 파워와 데이터 전송률을 선택하기 위한 시스템과 방법에 관한 것이다. 상기 시스템과 방법은 상기 소오스 노드(102, 106, 107)로부터 상기 목적지 노드(102, 106, 107)로 전송된 메시지의 특성을 근거로 해당 링크에의 경로 손실을 동적으로 계산하고, 상기 계산된 경로 손실과 노이즈 인자를 근거로 해당 경로를 통하여 전송되는 데이터의 전송률과 파워 레벨을 계산한다. 따라서, 상기 시스템과 방법은 상기 소오스 노드에 의해 전송된 데이터를 상기 목적지 노드에서 최소한 90% 의 신뢰도로 수신하는 것을 보장할 수 있도록 데이터 전송률과 전송 파워의 적합한 레벨을 결정할 수 있다.
Figure R1020047014546
애드 혹 네트워크, 경로 손실, 데이터 전송률, 파워 레벨, 소오스, 목적지.

Description

애드-혹 네트워크에서 데이터 전송률과 전송 파워에 대한 적응적 제어를 제공하기 위한 시스템과 방법 {System and Method for Providing Adaptive Control of Transmit Power and Data Rate in AD-HOC Networks}
본 발명은 무선 애드 혹 통신 네트워크에 있어서 노드들(nodes) 간에 전송되는 통신 신호의 전송 파워와 데이터 전송률을 적응적으로 제어하기 위한 시스템과 그 방법에 관한 것이다. 더 상세하게, 본 발명은 링크 내에서의 경로 손실의 변동, 패이딩 조건들, 노이즈 레벨 추정 및 전체 링크 품질과 같은 요인들에 바탕을 둔 무선 애드 혹 통신 네트워크에 있어서, 링크를 통하여 노드들 간에 전송되는 통신 신호를 위한 적절한 전송 파워와 데이터 전송률을 선택하도록 하는 시스템과 방법에 관한 것이다.
최근, "애드호크(ad-hoc)" 네트워크라고 알려진 타입의 이동 통신 네트워크가 개발되고 있다. 이 타입의 네트워크에서는 각 사용자 단말(이하, "이동 노드"라고 부른다)이 나머지 이동 노드에 대한 기지국 또는 라우터로서 작용할 수 있고, 그 결과, 고정 인프라스트럭쳐인 기지국이 필요 없다. 따라서, 발신측 노드에서 착신측 노드로 전송되는 데이터 패킷은 착신측 노드에 도달하기 이전에 다수의 중간 이동 노드를 거쳐서 라우팅되는 것이 통상적이다. 이러한 애드호크 네트워크의 세 부 내용은 Mayor에게 허여된 미국 특허 제5,943,322호에 개시되어 있으며, 이 특허의 전체 내용은 이 명세서에서 참고로서 통합되어 있다.
또한, 더욱 세련된 애드호크 네트워크도 개발되고 있는데, 이 애드호크 네트워크에서는 종래의 애드호크 네트워크에서와 같이 이동 노드들이 서로 간에 통신할 수 있게 하는 것 이외에도, 이 이동 노드들이 고정 네트워크에 더 액세스할 수 있게 하고, 그 결과, 다른 타입의 사용자 단말, 예컨대 공중 교환 통신망(PSTN) 및 인터넷과 같은 다른 통신망 상의 사용자 단말과도 통신할 수 있게 한다. 이들 타입의 애드호크 네트워크에 관한 세부 내용은 2001년 6월 29일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Ad Hoc Peer-to-Peer Mobile Access System Interfaced to the PSTN and Cellular Networks"인 미국 특허 출원 제09/897,790호, 2001년 3월 22일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Time Division Protocol for and Ad-Hoc, Peer-to-Peer Radio Network Having Coordinating Channel Access to Shared Parallel Data Channels with Separate Reservation Channel", 및 2001년 3월 22일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Prioritized-Routing for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer, Mobile Radio Access System"에 개시되어 있으며, 이들 각 특허 출원의 전체 내용은 이 명세서에 참고로 통합되어 있다.
본 발명의 기술분야에서 통상의 기술을 가진자 (이하, "당업자"라고 함)가 인지할 수 있는 바와 같이, 하나의 노드가 패킷화된 데이터를 목적지 노드로 전송할 때, 일반적으로, 그 노드는 자신의 라우팅 테이블을 체크함으로써, 자신의 라우팅 테이블에 상기 목적지 노드가 포함되어 있는지 여부를 확인한다. 만일 상기 노 드 자신의 라우팅 테이블에 상기 목적지 노드가 포함되어 있다면, 상기 데이터는 상기 목적지 노드까지 이르게 하는 경로(path)를 따라 전송된다. 만일 상기 노드의 라우팅 테이블의 리스트에 상기 목적지 노드가 없는 경우, 상기 패킷은 상기 노드의 라우팅 테이블의 리스트에 있는 하나 또는 그 이상의 다른 노드들로 전송되고, 이 다른 노드들은 각각 자신의 라우팅 테이블의 리스트에 상기 목적지 노드가 있는지 여부를 확인한다. 이러한 처리절차는 상기 데이터 패킷이 상기 목적지 노드에 도달할 때까지 계속된다.
이런 타입의 애드-혹 네트워크에 있어서, 하나의 스테이션(station)에서 다른 스테이션으로 전송된 데이터는 장애성 조건들에 의해 영향을 받는다. 이러한 조건들은 상기 목적지 스테이션가 상기 전송된 데이터를 정확하게 수신하는 것을 방해한다. 데이터 전송에서의 높은 신뢰도를 제공하기 위해서는, 전송 파워와 데이터 전송률이 적절한 레벨로 조정되어야만 한다. 높은 전송 파워와 낮은 데이터 전송률이, 수신측 스테이션의 신호 수신에 있어 최대 신뢰도를 보장할 수 있을지라도, 이러한 조건들은 네트워크 동작에서 있어서 마이너스 영향을 유발시킨다. 일 예로, 높은 전송 파워는 송신된 신호가 해당 송신기(transmitter)로부터 멀리 떨어진 곳에서의 수신이 가능하도록 하기 때문에, 그 높은 파워로 전송된 신호의 범위 내에서 다른 스테이션들 간의 다른 연결을 형성하고자 할 때 동일한 주파수 채널을 사용할 수 없게 한다. 더욱이, 낮은 데이터 전송률로의 전송은, 일반적으로, 동일한 양의 데이터를 더 빠르게 전송할 수 있는 더 높은 데이터 전송률의 전송에 비해 더 많은 시간을 요구할 뿐만 아니라, 더 높은 데이터 전송률에 비해 더 많은 에너 지를 사용하게 된다.
따라서, 무선 애드-혹 통신 네트워크에 있어서, 노드들 간의 링크를 통하여 전송되는 통신 신호의 최적 전송 파워 및 데이터 전송률을 선택할 수 있는 시스템과 그 방법이 필요하게 되었다.
본 발명의 목적은 무선 애드-혹 통신 네트워크에서 노드들 간에 전송되는 통신 신호의 전송 파워 및 데이터 전송률을 적응적으로 제어할 수 있는 시스템과 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 링크 내에서의 경로 손실의 변동, 패이딩 조건들, 노이즈 레벨 추정 및 전체 링크 품질과 같은 요인들에 바탕을 둔 무선 애드 혹 통신 네트워크에 있어서, 링크를 통하여 노드들 간에 전송되는 통신 신호를 위한 적절한 전송 파워와 데이터 전송률을 선택할 수 있는 시스템과 그 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적들은 무선 애드-훅 통신 네트워크에서 소오스 와 목적지 노드들 간의 링크를 통하여 전송되는 데이터의 전송률과 파워 레벨를 결정하는 방법과 시스템에 의해 실질적으로 달성된다. 상기 시스템과 방법은 상기 목적지 노드가 수신하도록 상기 소오드 노드에 의해 전송된 메시지의 특성에 따라, 상기 목적지 노드로부터 상기 소오스 노드로 제공된 정보를 근거로 상기 링크에서의 경로 손실을 계산하는 과정과; 상기 목적지 노드에서의 노이즈에 대한 노이즈 인자 표본을 결정하는 과정; 그리고, 상기 경로 손실과 상기 노이즈 인자를 근거로, 상기 소오스 노 드로부터 상기 목적지 노드까지 상기 링크를 통하여 전송된 상기 데이터의 상기전송률과 상기 파워 레벨중 적어도 한가지를 계산하는 과정을 수행한다. 더 상세하게, 상기 계산하는 과정에서는, 상기 경로 손실과 상기 노이즈 인자를 근거로 상기 파워 레벨을 계산하고, 상기 계산된 파워 레벨을 근거로 상기 전송률을 결정한다. 또한, 상기 경로 손실은 시간에 따른 상기 링크 변화의 상태에 따라 동적으로 계산된다.
본 발명 및 그 잇점을 더 완전한 이해를 위하여, 이하에서는 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들이 상세한 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 노드들 간 링크들의 통합성(integrity)을 추정하기 위한 위한 시스템과 방법을 고용하는 애드-혹 무선 통신 네트워크의 일 예를 나타내는 개념 블록도;
도 2는 도 1에 도시된 네트워크에 포함된 구성요소들의 일 예를 나타내는 블록도;
도 3은 도 1에 도시된 네트워크 내에서 소오스 노드로부터 목적지 노드로 전송되는 신호에 영향을 끼칠 수 있는 여러 종류의 간섭들의 일 예를 나타내는 개념 블록도;
도 4는 수신된 신호 세기 표시기(RSSI)와 포스트 검출 신호의 품질(PDSQ)을 생성하는 도 2에 도시된 목적지 노드의 송수신기의 구성요소들을 나타내는 개념 블록도;
도 5는 목적지 노드에서의 노이즈 레벨을 추정하기 위해, 소오스 노드에서 전송 파워에 대한 적응적 제어(ATP) 알고리즘에 의해 수행된 동작들의 일 예를 나타내는 흐름도;
도 6은 도 5의 흐름도에 나타난 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 추정 기술을 사용하여 계산되었을 때, 도 1에 도시된 네트워크 내에서 평가된 노이즈에 대응되는 목적지 노드로부터 소오스 노드로 전송된 메시지들의 갯수의 일 예를 나타내는 그래프; 그리고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 계산되었을 때, 도 1에 도시된 네트워크의 소오스 노드와 목적지 노드 간의 링크의 품질을 나타내는 다양한 링크 품질 값들의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 애드-혹 패킷 교환 무선 통신 네트워크 (ad-hoc packet-switched wireless communication network)(100) 의 일 예를 도시한 블록도이다. 특별히, 상기 네트워크(100)은, 다수의 이동 무선 사용자 단말들 (102-1 ~ 102-n) (이하, 노드들(102) 또는 이동 노드들(102)와 같은 의미로 사용 됨)과, 다수의 접속점들 (106-1 ~ 106-n) (이하, 노드들(106) 또는 접속점들(106)과 같은 의미로 사용 됨)을 갖는 고정 네트워크(104)을 포함하며, 상기 노드들(102)가 상기 고정 네트워크(104)에 접속할 수 있도록 구성된다. 일 예로, 상기 고정 네트워크(104)은 core LAN (local access network) 및 다수의 서버들과 게이트웨이 라우터들을 포함함으로써, 상기 노드들(102)이 다른 애드-혹 네트워크들, 일반 전화 교환망(PSTN) 및 인터넷 등의 다른 네트워크에 접속할 수 있도록 구성된다. 상기 네트워크(100)은 또한, 다른 노드들(102, 106 또는 107) 간에 데이터 패킷을 라우팅하기 위한 다수의 고정 라우터들 (107-1 ~107-n) (이하, 노드들(107) 또는 고정 라우터들(107)과 같은 의미로 사용됨)를 더 포함한다.
당업자에 의해 인지될 수 있으며 또한 상술한 미국 특허 5,943,322 호 (to the Mayor)와 미국 특허 출원 09/897.790 호, 09/815,157호 및 09/815,164에 기술되어 있는 바와 같이, 상기 노드들(102)(106)(107)은, 서로간에 직접 통신할 수도 있으며, 또한 노드들(102) 간에 전송된 데이터 패킷들을 위한 라우터로서 동작하는 하나 또는 그 이상의 노드들(102)(106)(107)을 경유하여 통신할 수도 있다. 특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 노드들(102)(106)(107)은 안테나(110)와 결합된 송수신기(108)를 포함하며, 컨트롤러(112)의 제어 하에서 각 노드(102, 106 또는 107)와 패킷화된 데이터 신호들 등을 송수신할 수 있다. 상기 패킷화된 데이터 신호들로서는, 일 예로, 음성, 데이터 또는 멀티미디어 등을 포함할 수 있다.
상기 각 노드(102)(106)(107)는 또한, 네트워크(100) 내에서 다른 것들 중에서 자신과 다른 노드(102, 106 또는 107)에 관련된 라우팅 정보를 저장할 수 있는 램(RAM) 같은 메모리(114)를 더 포함한다.
상기 노드들(102)(106)(107)은 라우팅 광고들이나 라우팅 테이블 정보와 관련된 그들 각각의 라우팅 정보를 방송 메커니즘을 통하여 주기적으로 상호 교환하며, 이러한 라우팅 정보 교환은, 예로서, 새로운 노드(102)가 상기 네트워크(100)으로 진입하였을 때, 또는 네트워크(100) 내에 존재하던 노드(102)가 이동하였을 때 수행된다. 어떤 노드(102, 106 또는 107)가 자신의 라우팅 테이블 업데이트를 송출할 것이고, 상기 송출 노드(102, 106 또는 107)의 송신 영역(예컨데, 무선 주파수(RF) 영역) 내에 존재하는 근처의 다른 노드들(102, 106 또는 107)만이 상기 송출된 라우팅 테이블 업데이트를 수신하게 될 것이다. 일 예로, 노드들 (102-1)(102-2)(102-7)이 노드(102-6)의 RF 송출 영역 내에 있다고 가정한 경우, 노드(102-6)가 자신의 라우팅 테이블 정보를 송출하였을 때, 상기 노드들 (102-1)(102-2)(102-7)이 그 송출된 정보를 수신하게 된다. 이 경우, 만일 노드들(102-3)(102-4)(102-5 ~ 102-n)이 상기 송출 영역 밖에 존재한다면, 이 노드들(102-3)(102-4)(102-5 ~ 102-n)중 어느 것도 상기 노드(102-6)으로부터 송출된 라우팅 테이블 정보를 수신할 수 없게 된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따라, 하나의 노드(102, 106 또는 107)가 다른 노드(102, 106 또는 107)로 향하여 전송하는 데이터 패킷들의 전송을 제어하는 방법이 설명될 것이다. 특히, 하나의 노드(102, 106 또는 107)가 데이터 패킷들을 다른 노드로 전송하고자 할 때, 전송하는 노드(102, 106 또는 107)의 컨트롤러(112)가 상기 송수신기(108)를 제어함으로써 특별한 전송 파워 및 데이터 전송률로 데이터 패킷들을 전송하도록 할 것이다.
전송 파워에 대한 적응적 제어(Adaptive Control of the Transmit Power: ATP)는, 가능한 적은 에너지를 사용하면서 대응하는 사이트에서의 최대 수신 신뢰도를 보장할 수 있도록 전송 파워 및 데이터 전송률을 확인할 책임이 있는 상기 전송 노드(102, 106 또는 107)의 컨트롤러(112)에 의해 수행되는 알고리즘이며, 이 알고리즘에 대하여 아래 설명된다.
일 예로서, 도 3은 애드-혹 환경에서 소오스 단말과 목적지 단말로서 간주된 두개의 스테이션들(예컨데, 도 1에 도시된 노드들(102, 106 또는 107)) 간의 전형적인 데이터 전달을 도시하고 있다. 연결의 각 단부에서의 수신은 방해적인 조건에 의해 영향을 받을 수 있다. 상기 소오스 단말과 상기 목적지 단말 사이에서, 신호의 세기는 전파적 손실 (즉, 자유 공간 손실) 및 환경 흡수 (즉, 초목, 빌딩, 고정된 물체 및 이동 물체)에 의한 손실을 겪게 된다. 더욱이, 수신된 신호와 동일한 주파수 대역의 노이즈나 전자기적으로 방사된 전송 신호들의 소오스들은 상기 수신된 신호에 방해적인 영향을 줄 수 있다. 또한, 상시 수신된 신호는 둘 이상의 경로를 통하여 수신될 수 있으며, 이러한 경우 신호 패이딩(fading)이 발생될 수 있다. 요약하면, 전송된 메시지가 정확하게 수신되는 것이 여러 조건들에 의해 방해받을 수 있다.
당업자에게 잘 알려져 있는 바와 같이, 상기 소오스 단말이 상기 목적지 단말로 전송할 어떤 데이터를 가지고 있을 때, 상기 소오스 단말는, 도 3에 도시된 바와 같이, RTS (Ready to Send) 메시지를 전송한다. 만일 상기 목적지 단말이 상기 데이터를 받을 준비가 되어 있으면, 상기 목적지 단말은 CTS (Clear to Send) 메시지로서 응답한다. 반면에, 이때 이용할 수 있는 데이터 채널이 없다면, 상기 목적지 단말은 NCTS (Not Clear to Send) 메시지로서 응답한다. 더욱이, 상기 목적지 단말이 상기 RTS 메시지를 수신하지 못한 경우, 예컨데, 상기 목적지 단말이 다른 데이터를 송수신하기에는 현재상황이 너무 바쁘거나 또는 상기 목적지 단말에 서의 간섭이 너무 심한 경우, 상기 목적지 단말이 상기 RTS 요청에 대한 응답을 하지 않을 수도 있다. 이러한 경우, 상기 소오스 단말은 임의의 시간이 경과된 후, 상기 RTS 메시지를 재송신한다.
만일 상기 목적지 단말이 CTS 메시지로서 응답하였다면, 상기 소오스 단말은 데이터 채널을 턴 온 시키고 데이터 전송을 시작한다. 이 연결의 다른 한쪽 끝에서는, 상기 목적지 단말이 동일한 데이터 채널을 턴 온 시키고 전송된 데이터의 수신을 시작한다.
상기 데이터의 전송이 완료되었을 때, 만일 상기 목적지 단말이 상기 데이터를 정확하게 수신하였다면 상기 목적지 단말은 ACK (Acknowledgement) 메시지를 보내 응답하며, 만일 상기 데이터중 어떤 부분에서 에러가 발생된 상태로 수신되었다면 상기 목적지 단말은 NACK (Not Acknowledgement) 메시지를 보낸다. 이 두 메시지들은, 수신된 신호 세기 표시기(Received Signal Strength Indicator: RSSI), 포스트 검출 신호 품질(Post Detection Signal Quality: PDSQ), 비트 에러율(Bit Error Rate: BER) 및 다중 경로 숫자(multipath count: MPC) 등의 수신된 메시지의 품질에 관한 정보가 포함된다. 그러나, RTS 메시지와 CTS 메시지를 성공적으로 교환한 후, 다른 이웃으로부터의 강력한 간섭이나 동기 시퀀스의 수신동안의 신호 패이딩 등을 인해 상기 목적지 단말이 어떤 신호도 수신할 수 없는 경우, 상기 목적지 단말은 전송된 신호와 동기를 설정할 수 없으며, 따라서 상기 목적지 단말은 ACK 메시지 또는 NACK 메시지를 상기 소오스 단말로 보내 응답할 수도 없다. 일정시간을 기다린 후, 상기 소오스 단말이 상기 목적지 단말로부터 어떤 응답도 없다 고 판단하면 (즉,"무응답" 상태 라면), 상기 소오스 단말은 임의의 시간동안 기다린 후 상기 RTS 메시지를 재전송한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전송 파워에 대한 적응적 제어(ATP)의 역할은, 상기 소오스 단말로부터 상기 목적지 단말로 데이터를 전송할 때 그 데이터 전송률과 전송 파워를 제어하는 것이며, 이때, 가능한 최대 데이터 전송률과 최소의 에너지가 사용되고 이러한 데이터 전송률과 전송 파워는 상기 목적지 단말이 상기 메시지를 정확하게 수신할 수 있는 확률을 90%까지 보장하도록 계산된다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 100%의 신뢰도 (즉, 수신되는 데이터를 정확하게 수신하는 확률)는 무한한 에너지를 사용할 때에만 비로서 성취될 수 있는 것이며, 이는 곧, 100%의 신뢰도는 실현될 수 없는 것임을 의미한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 파워에 대한 적응적 제어에 있어서는, 각 개별 전송을 대해 90% 이상의 신뢰도를 성취하기 위해 필요한 만큼의 에너지가 사용된다. 본 실시예에서는, 데이터 패킷이 상기 목적지 단말에 의해 수신되지 못하였을 때, 동일한 데이터 패킷이 다섯번까지 재전송하도록 구성되며, 이러한 경우, 상기 데이터 패킷이 상기 목적지 단말에 의해 정확하게 수신될 수 있는 확률을 약 99.999% 까지 실현할 수 있게 된다.
적합한 전송 에너지를 결정하기 위하여, 상기 전송 파워에 대한 적응적 제어(ATP)에서는, 수신된 신호의 품질에 관련된 요소들, 즉, 경로 손실의 동적인 변화, 그리고 목적지 단말에서의 패이딩 범위(fading span) 및 노이즈 레벨을 계산 또는 추정하며, 이하 이러한 계산 및 추정에 관하여 설명한다.
경로 손실(Path Loss)
본 발명의 일 실시예에 따라, 경로 손실은 수신된 신호의 파워 레벨과 그 수신된 신호를 전송하기 위해 사용한 파워 레벨 간의 차이로서 계산된다. 상기 메시지를 전송하기 위해 사용된 파워는 목적지 단말과 관련된 기록사항에 의해 알 수 있으며, 상기 목적지 단말에서의 신호 세기는 상기 수신된 신호 세기 표시기(RSSI), 포스트 검출 신호 품질(PDSQ) 및 다중 경로 숫자(MPC)에 의해 추정될 수 있다. 상기 목적지 단말은 상기 소오스 단말로 전송한 상기 ACK 메시지 또는 NACK 메시지 내에 상기 수신된 신호 세기 표시기, 포스트 검출 신호 품질 및 다중 경로 숫자에 관한 정보를 포함시키고 있다.
상기 수신된 신호의 레벨은 수신된 신호 세기 표시기 및 포스트 검출 신호 품질의 측정을 근거로 계산된다. 이 두 측정은 상기 목적지 단말의 송수신기(108)(도 4 참조)내에 구비된 A/D 컨버터들에 의해 읽혀지는 것이며, 본 실시예에서 이 두 측정은 [0-31]의 범위로서 스케일링 된다. 즉, 본 실시예에서, 상기 ACK 메시지와 상기 NACK 메시지 각각은 수신된 신호 세기 표시기와 포스트 검출 신호 품질의 측정을 위해 5 비트를 예비하고 있으며, 이는 "00000(십진수 '0')"부터 "11111(십진수 '31')까지 32 가지의 서로 다른 값들의 표현을 가능하게 한다. 상기 수신된 신호의 세기는 선형 근사(linear approximations)를 사용하여 추정되고, 수신된 신호 세기 표시기(RSSI)가 큰 값을 가질 때에만 수신된 신호 세기 표시기(RSSI) 데이터로부터 계산된다. 특히, 당업자에게 공지되어 있고 또한 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 수신된 신호 세기 표시기의 계산은 상기 수신된 신호의 RF 증폭을 제어하는 자동이득제어(AGC) 신호의 측정이다.
특히, 상기 자동이득제어(AGC)는 검출/복조시에 상기 수신된 신호를 가능한 일정하게 유지시킨다. 제1 A/D 컨버터는 자동이득제어(AGC)의 값를 숫자로 표현한 값이며, 이 값이 수신된 신호 세기 표시기의 값이다. 검출부(DET)를 통과한 신호의 레벨이 또한 제2 A/D 컨버터에 의해 샘플링되며, 이에 따라 포스트 검출 신호 품질이 제공된다. 상기 수신된 신호가 충분히 강한 동안은 포스트 검출 신호 품질은 일정하거나 또는 상대적으로 인정하게 된다. 수신된 신호가 강할수록 AGC 및 RSS 가 더 크게 된다. 그러나, 수신된 신호가 약한 경우, AGC 및 RSS 는 '0'이 되고, 포스트 검출 신호 품질은 강한 신호의 수신을 특징짓는 상기 일정한 값보다 작은 값을 갖게 된다. 따라서, 수신된 신호 세기 표시기가 작은 값들을 갖는 경우, 수신된 신호 세기 표시기 대신에 포스트 검출 신호 품질을 이용하여 수신된 신호의 세기를 계산한다.
경로 손실의 동적인 변화(Dynamic Variation of the Path Loss)
상기 소오스 단말과 상기 목적지 단말 간의 순간적인 경로 손실은 상기 소오스 단말에 의해 전송된 신호의 전송 파워와 상기 목적지 단말에 의해 수신된 상기 전송된 신호의 신호 세기 간의 차이로서 계산된다. 상기 신호 세기는 상기 목적지 단말에 의해 전송된 ACK 또는 NACK 메시지 내에서 있는 상기 소오스 단말로 제공된 정보를 근거로 평가된다. 상기 전송 파워의 레벨에서 수신된 신호의 세기를 뺀 값이 경로 손실의 값이며, 상술한 바와 같이, 이 경로 손실의 값에는 매체에 의해 발생된 흡수 뿐만 아니라 자유 공간 손실도 포함된다.
이동적 환경에서, 상기 소오스 단말와 상기 목적지 단말 간의 거리는 계속적으로 변하게 되며, 이는 경로 손실 또한 변하게 됨을 의미한다. 전송 파워에 대한 적응적 제어(ATP)에 따르면, 아래 수학식 1의 계수들을 추정함으로써 제때에 경로 손실의 변동을 예측한다.
Figure 112004041920644-pct00001
여기서, t0는 첫번째 메시지가 상기 목적지 단말로 전송된 시간이고, t는 현재의 메시지가 전송되려는 시간이다. 이 함수에서 계수 f0 와 f1 은 본 발명의 기술분야에서 공지된 최소 스퀘어 방식(Least Square Method: LSM)을 이용하여 계산되며, 그 외에도 임의의 선형 또는 비선형 모델이 사용될 수 있다. 이 방법은, 하기 수학식 2가 최소값(시그마의 최소 제곱값)을 가지도록 하는 상기 두개의 매개 변수 f0 와 f1의 값들을 찾기 위한 범위를 가진다.
Figure 112004041920644-pct00002
여기서, f0 와 f1에 관한 도함수가 '0'일 때, 상기 시그마의 최소값이 얻어진다. 이러한 조건은 아래 설명된 미지의 변수 f0 와 f1 를 갖는 2개의 연립방정식을 제공한다. 이 연립방정식을 푸는 것으로서 2개의 매개 변수 f0 와 f1의 값들을 제공받을 수 있다.
만일 두개의 이웃한 노드들 (예컨데, 상기 소오스 단말와 상기 목적지 단말) 간의 연결이 오랫동안 활성화 상태이라면, 상기 최소 스퀘어 방식(LSM) 매트릭스의 요소들(elements)이 매우 큰 값을 갖을 수 있으며, 이는 새로운 데이터에 대한 고려를 상대적으로 불가능하게 만들 수 있다. 다른 한편으로는, 오래된 데이터가 꼭 정확할 필요도 없으며, 그 오래된 데이터가 현재의 결정을 내리기 위해 사용되지 않아야 한다. 이에 따라, 상기 전송 파워에 대한 적응적 제어(ATP)에서는, 시간 경과에 따라 감소되는 가변 가중치를 각 측정에 제공하여 줌으로써 ATP 알고리즘이 어떤 기준시간보다 더 오래 전에 수집된 정보를 버리도록 하는 "망각 요소(forget factor)"를 고용하며, 이에 대하여 이하에서 상세히 설명된다.
시간 tn 에서 순간 경로 손실은 pln 이다. 이 순간에, 상기 최소 스퀘어 방식(LSM) 매트릭스는 4개의 요소
Figure 112004041920644-pct00003
및 2개의 오른쪽 항들
Figure 112004041920644-pct00004
를 갖는다.
n 개의 측정치들을 수신한 후, 각 측정치에 가중치를 주기 위해 "0 < w < 1"특징의 망각 요소 "w"를 사용하는 최소 스퀘어 방식(LSM)에 대한 매트릭스는 하기의 수학식 3와 같다.
Figure 112004041920644-pct00005
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어떤 새로운 세트의 데이터를 수신하였을 때, 이 과정은 계속적으로 진행되고 상기 매트릭스가 업데이트되어야 한다. 또한, 위의 방정식들에 대한 순환적 형태는 하기의 수학식 4와 같다.
Figure 112004041920644-pct00010
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Figure 112004041920644-pct00014
일반적인 경우에 있어서, 상기 LSM 매트릭스중 a1.1 요소의 값은 계산상에서 고려된 측정치의 개수와 같다. 그러나, 본 실시 예에서, 'n'번째 단계에서의 a1.1 의 값은
Figure 112004041920644-pct00015
와 같다. 'n'의 값이 매우 큰 경우, 'w < 1'이기 때문에 요소 a1.1 의 값은 거의
Figure 112004041920644-pct00016
로서 표현될 수 있다. 이것은, 여기에 제시된 "망각하는(forgetting)"절차가 상기 LSM을 "s = 1/(1-w)" 크기의 신축 윈도(sliding window)에 관련 데이터에 적용하는 것과 거의 동일한 효과를 갖게 한다는 것을 의미한다.
다시 말해, 경로 손실을 계산하기 위해 "s"의 크기를 갖는 신축 윈도가 사용된다면, "망각 요소"의 값은 "w = (s-1)/s"의 크기를 갖는 윈도(window) 값과 동일하여야만 한다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 기술은 상기 신축 윈도에서와 동일한 결과를 제공하며, 그 처리속도가 더 빠르고, 오래된 데이터의 저장을 요구하지 않는다. 뿐만 아니라, 2개의 매개 변수 f0 와 f1의 값들을 계산함에 있어서, 가장 최근에 수집된 데이터가 오래된 데이터보다 더 높은 가중치를 갖게 된다. 앞서 언급된 바와 같이, 상기 "망각 요소"는 "1"보다 작은 양수로서 "1"에 매우 가까운 값을 갖는다. 1000번 측정에 대한 윈도의 경우, "망각 요소"의 크기는 "w = (1000-1)/1000 = 0.999"로서 나타난다.
단기 패이딩의 구간 (The Span of Short Term Fading)
매 측정마다, 경로 손실은 현저한 변동을 나타낸다. 특히, 당업자에게 공지된 바와 같이, 이러한 변동들은, 상기 소오스 단말와 상기 목적지 단말 간의 거리의 변화 속도, 상기 소오스 단말와 상기 목적지 단말 사이에서 움직이는 다수의 물 체들의 속도 등, 여러 요소들에 의해 발행된다. 상기 변동은 무질서한 특성을 갖으나, 그것의 표준 편차는 긴 시간동안 상대적으로 일정한 값을 갖는다.
상술한 방식으로 매개 변수 f0 와 f1을 계산한 후, 상기 수학식 1에 의해 게산된 경로 손실과, 상기 목적지 단말에 의해 제공된 피드백 (즉, 수신된 신호 세기 표시기와 포스트 검출 신호 품질)으로부터 계산된 경로 손실과의 차이로서 표시되는 가장 최근의 에러를 확인한 다음, 그 에러에 대한 표준 편차를 계산한다.
상기 신호 기간의 크기는, 갑작스런 상승을 변동을 방지하기 위해, 무한 입력 필터(Infinite Input Filter: IIF)로 필터링된 각 측정치들의 표준 표차로부터 계산된다.
노이즈 레벨 추정
만일 상기 목적지 단말이 어떤 노이즈 발생체 근처에 있다면, 수신된 신호는 다음 2가지 방식으로 영향 받을 수 있다: 첫째, 메시지의 모든 비트들이 정확하게 수신되지 않으며, 둘째, 높은 레벨의 전자기적 방사 때문에 상기 수신된 신호 세기 표시기의 값이 정상적인 경우보다 더 크게 된다. 이하, 도 5의 흐름도 및 도 6의 그래프에 관하여 설명한다. 전송 파워에 대한 적응적 제어(ATP) 알고리즘은, 상술한 바와 같은 "ACK" 경우에 반대되는 "NACK"또는 "무응답"경우의 주파수를 근거로, 상기 목적지 단말에서의 노이즈 레벨의 추정을 시도한다.
상기 흐름도의 1000 단계에 기재된 바와 같이, 새로운 데이터가 수신될 때마다 그 값이 변하는 3개의 변수들을 사용하여 상기 노이즈가 추정된다. 이 변수들 은 노이즈 레벨, 상향 수정(upward correction), 및 하향 수정(downward correction)을 포함한다.
상기 노이즈 레벨 변수는 현재 추정된 노이즈 레벨을 나타낸다. 상기 추정된 노이즈 레벨은 실제 노이즈 레벨보다 클 수도, 작을 수도 있으며, 또한 실제 노이즈 레벨과 동일할 수도 있다. 상기 상향 수정 및 하향 수정에서는 각각의 하한값이 제한된다. 예컨데, 상향 수정의 하한값은 0.1 dB 이고, 하향 수정의 하한값은 0.0001 dB 일 수 있다. 본 실시예에서, 상기 노이즈 레벨의 변수는 '0'에서부터 시작된다.
이 변수들의 값들은 상기 추정된 노이즈 레벨과 실제 노이즈 레벨 간의 관계를 나타내는 것들이다. 언제든지 이 변수들중 단지 하나의 변수만이 해당 하한값보다 클 수 있다. 상기 상향 수정이 그것의 하한값보다 클 때, 십중팔구 상기 추정된 노이즈 레벨이 실제 노이즈 레벨보다 작다. 그러나, 상기 하향 수정이 그것의 하한값보다 클 때, 십중팔구 상기 추정된 노이즈 레벨이 실제 노이즈 레벨보다 크다. 상기 두개의 변수가 모두 각각의 하한값에 있을 때, 대응하는 지점(site)에서 고려할 만한 노이즈가 없는 것을 나타낸다. 상기 수정의 값들은 이하에서 설명되는 바와 같이 발생되는 상황(유리한 또는 불리한) 상태에 따라 계속하여 변하게 된다.
1010 단계에서, 유리한 상황 (예컨데, 상기 소오스 단말이 ACK 메시지를 수신 함)이 발생되면, 상기 소오스 단말의 컨트롤러(112)가 취하는 동작은 상향 수정의 값에 따라 달라진다. 1020 단계에서, 만일 상기 상향 수정이 그것의 하한값( 즉, 0.1)보다 크다면 판단되면 상기 상향 수정의 값을 반값으로 (또는 다른 적당한 인자에 의해) 감소하고, 10430 단계에서 상기 노이즈 레벨에서 상기 반 값으로 감소된 상향 수정값을 뺀다. 1040 단계에서는, 상기 1030 단계에서 계산된 노이즈 레벨이 음수(-) 라면 상기 노이즈 레벨을 '0'으로 지정하고, 상기 1030 단계에서 계산된 노이즈 레벨이 양수(+) 라면 노이즈 레벨을 상기 1030 단계에서 계산된 노이즈 레벨로 지정한다. 그러나, 상기 노이즈 레벨은 음수(-)가 될 수 없고, 50 dB 같은 적절하게 선택된 최대 노이즈 레벨 (MAX_NOISE)을 결코 초과해서는 안된다. 이러한 조건은 1040 단계의 함수 "max(0, min(noise, MAX_NOISE)에 포함되어 있다. 만일 1020 단계에서 상기 상향 수정이 그것의 하한값보다 작다고 판단되면, 1050 단계에서 상기 상향 수정은 "0.1"로서 설정되고, 노이즈 레벨은 하향 수정에 의해 감소되며, 하향 수정은 10% 또는 다른 적절한 요인만큼 증가된다. 그다음, 1040단계서 상기 노이즈 값이 선택되고, 1060 단계에서 상기 전송 파워에 대한 적응적 제어(ATP) 알고리즘은 다른 메시지를 기다린다. 다른 메시지가 수신되면, 상기 처리절차는 1010 단계로 되돌아가 상기 절차를 반복한다.
반면에, 1010 단계에서 불리한 상황이 발생되었을 때 (예컨데, 상기 소오스 단말이 NACK 메시지를 수신하거나 또는 '무응답'으로 검출된 경우), 상기 절차는 1070 단계로 진행된다. 상기 1070 단계에서는, 상기 상향 수정의 값이 두배가 되고 (또는 적당한 인자에 의해 증가되고), 이어서 그 두배가 된 상향 수정값이 상기 노이즈 레벨에 더해지며, 이때 상기 하향 수정은 그것의 하한값인 '0.0001'로 재설정된다. 그 다음, 그 절차가 1040 단계로 진행되어 상술한 바와 같은 방식으로 노 이즈 레벨을 결정한 후, 1060 단계로 진행되어 다른 메시지의 수신을 기다린다.
이러한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 알고리즘은 2 승(2 제곱)으로 지수적으로 증가하는 단계들(또는 그외 적당한 인자)을 이용하여 노이즈 레벨의 추정치를 탐색한다. 따라서, 일련의 불리한 상황이 발생되었을 때 상기 노이즈 레벨을 빠르게 파악될 수 있다.
일단 상기 노이즈 레벨이 확정되면, 상기 알고리즘은 상기 노이즈 레벨의 추정값을 한동안 일정하게 유지한다. 이 후에, 상기 알고리즘은, 상기 노이즈 발생체가 아직도 활성상태인지 여부를 확인하고, 그렇지 않다면 상기 추정된 노이즈 레벨을 조금씩 감소시키는 시도를 시작한다. 만일 이러한 시도가 성공적으로 이행되면, 새로운 노이즈 레벨이 발견되거나 또는 상기 평가된 노이즈 레벨이 "0"이 될 때까지, 상기 감소 속도는 증가된다.
분명히, 매 단계마다 상기 2개의 수정값들중 한 개 수정값이 이전 노이즈 레벨값에 대해 더해지거나 빼지기 때문에, 상기 노이즈 레벨값의 추정은 계속적으로 변하게 된다. 사실, 상기 2개의 수정값들은 지수적 변이를 갖으며, 상기 노이즈 레벨이 정확하게 확정되었을 때 이 수정값들은 매우 작은 값을 갖게 된다. 따라서, 상기 노이즈 레벨이 정확하게 확정되었을 때, 상기 노이즈 레벨에 적용된 상기 수정값들은 매우 작으므로 실질적으로 별 의미가 없게 된다.
도 6은 도 5를 참조하여 상술된 상기 노이즈 검출 과정이 노이즈 레벨의 다이나믹한 추정하기 위해 사용되는 방식의 일 예를 보인 그래프이다. 일 예로, 첫번째 메시지에 대하여, 상기 목적지 단말에서의 실제 노이즈 때문에 상기 목적지 단말이 상기 소오스 단말로 NACK 메시지를 전송할 수 있다. 이때, 1070 단계에서 상향 수정이 '0.1 * 2' 또는 0.2로 설정되며, 이 값이 최초로 추정된 노이즈 레벨값 '0'에 더해짐으로써 상기 노이즈 값이 0.2가 된다. 그 다음, 상기 소오스 단말이 두번째 메시지를 전송할 때, 상기 소오스 단말은 하기에 설명될 "파워 계산"부분에서 설명되는 바와 같이 전송 파워를 조정한다. 그러나, 상기 실제 노이즈는 여전히, 상기 목적지 단말이 상기 소오스 단말로 NACK 메시지를 전송하도록 할 수 있다. 그 다음, 1070 단계에서 상기 상향 수정값은 '0.2 * 2' 또는 0.4로 설정되며, 이 값은 상기 이전 메시지를 위해 계산된 노이즈 값 '0.2'에 더해짐으로써 새로운 노이즈 값은 0.6이 된다.
상기 파워 레벨이 상기 목적지 단말이 상기 소오스 단말로 ACK 메시지를 전송하게 되는 그 레벨로 (즉, 본 실시예의 경우 +12 dB의 실제 노이즈 레벨을 보상할 수 있는 레벨로) 조정될 때까지, 상술한 과정이 반복된다. 본 실시예에서, 이러한 상황은 6번째 메시지가 전송된 때 발생되며, 이때, 상술한 계산에 따라 12.6 dB의 추정된 노이즈 값을 얻게 된다. 따라서, 7번째 메시지가 전송될 때, 그 파워 레벨은 충분히 높아 상기 목적지 단말이 ACK 메시지를 전송하게 된다. 그 결과, 도 5에 도시된 절차는 1010 단계에서 1020 단계로 진행하게 되며, 이때 상기 상향 수정값은 6.4 까지 증가되어 0.1보다 큰 값을 갖게 되므로 상기 절차는 1020 단계에서 1030 단계로 진행하게 된다. 이때, 상기 상향 수정값은 반으로 감소되어 3.2가 되고, 상기 노이즈 값으로부터 상기 반으로 감소된 상향 수정값을 뺌으로써, 노이즈 값은 '12.6 - 3.2' 또는 9.4가 된다. 이때, 상기 파워 레벨은 8번째 메시지 를 보냄에 따라 감소된다. 그러나, 상기 파워 레벨이 너무 낮은 값을 갖고 있는 상태이기 때문에, 상기 목적지 단말이 NACK 메시지를 전송하게 될 것이다. 그 결과, 상기 절차는 1070 단계로 진행하여 상향 수정값이 두배가 되어 6.4가 되고, 그 두배가 된 상향 수정값이 상기 노이즈 레벨 '9.4'에 더해짐으로써, 노이즈 레벨이 15.8이 된다.
그 결과 상기 파워가 9번째 메시지를 보내기 위해 증가되었을 때, 그 파워 레벨이 충분히 높은 값을 갖게 되므로 상기 목적지 단말이 해당 메시지를 수신하고 ACK 메시지를 상기 소오스 단말로 전송하게 된다. 따라서, 상기 절차는 1010 단계에서 1020 단계로 이어서 1030 단계로 진행하게 되며, 이에 따라 6.4 이던 상향 수정값이 3.2로 반감되고, 상기 노이즈 값 '15.8'로부터 상기 반감된 상향 수정값을 빼게 되므로, 노이즈 값은 12.6이 되게 된다. 다음번 메시지를 위한 파워 레벨도 아직 ACK 메시지를 수신을 유도할 수 있음 알 수 있다. 그러나, 상기 다음번 메시지에 대해, 상기 절차는 1010 단계에서 1020 단계로 이어서 1030 단계로 진행하게 되며, 이에 따라 이에 따라 3.2 이던 상향 수정값은 다시 반감되어 1.6이 되고, 상기 노이즈 레벨로부터 상기 반감된 상향 수정값을 빼게 되며, 그 결과 노이즈 값은 11.0으로 감소하게 된다. 그러나, 도 6의 그래프 및 도 5의 흐름도를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 상기 추정된 노이즈 값은 실제 노이즈 값에서 안정될 것이며, 본 실시예에서 그 실제 노이즈 값은 +12 dB이다. 상기 상향 수정값이 충분히 여러 번 반감되어 하한값 '0.1'이하의 값이 된 상태에서, 1020 단계에 도달하였을 때, 그 절차는 1050 단계를 진행되며, 이 1050 단계에서 상기 하향 수정이 사용되어 상 기 노이즈 값을 훨씬 적은 양 만큼씩 감소시키게 된다.
상술한 바와 같이, 노이즈 발생체의 갑작스런 활성화는 초기 10개중 7개의 메시지들이 상기 목적지 단말에 의해 수신되는 것을 방해하였다.
그 순간부터, 그 신뢰도가 90% 이상까지 증가 되었다. 도 6에 도시된 바와 같이, 초기 50개의 메시지들을 송신하는 동안 수신기의 감도보다 큰 +12 dB의 노이즈가 상기 목적지 단말에서 수신된다. 그외의 시간에서는 노이즈가 나타나지 않는다. 즉, 본 실시예에서, 50번째 메시지가 전송되었을 때 목적지 단말에서의 노이즈가 사라지게 된다. 50번째 메시지가 전송되었을 때 노이즈가 없어진다고 할지라도, 도 5의 흐름도에 도시된 바와 같은 노이즈 평가 주체(evaluator)의 특성에 따라, 단지 30개의 메시지를 어떤 영향도 받지않고 성공적으로 수신한 후부터, 즉, 80번째 메시지로부터 추정된 노이즈 레벨을 현저하게 낮추기 시작하며, 이러한 현상은 작은 하향 수정값과 이 하향 수정값에 의해 매 메시지 마다 발생된 소량(즉, 10%)의 증가로 인해 발생된다.
파워 계산
상기 전송 파워에 대한 적응적 제어(ATP) 알고리즘은, 추정된 노이즈 레벨(10% 만큼 증가된), 특정 시간에서의 경로 손실, 최대 데이터 전송률에서의 수신기 감도 (즉, 노이즈 플로워(noise floor)), 및 2배의 패이딩 구간을 합계값으로 이론적인 전송 파워를 계산한다.
상기 패이딩 구간은 경로 손실의 표준 편차와 동일하거나 또는 실질적으로 동일하므로, 하기 수학식 5에 보여진 바와 같이, 패이딩 구간의 2배 값을 사용하는 것은 수신기 감도보다 더 높은 레벨에서 메시지들중 95.4%가 수신되는 확실성을 제공한다.
Figure 112004041920644-pct00017
상기 이론적인 전송 파워는 상기 송신기가 제공할 수 있는 최대 파워보다 클수도 있고 작은 수도 있다. 하기 수학식 6에 나타난 바와 같이, 만일 계산된 전송 파워(TxP(t))가 송신기가 제공할 수 있는 파워 영역범위 내에 있다면, 상기 계산된 전송 파워(TxP(t))는 이론적인 전송 파워와 같은 값을 갖게 된다.
Figure 112004041920644-pct00018
상기 계산된 전송 파워(TxP)와 이전 전송에서 사용된 필터링된 전송 파워(pFTxP) 간의 관계에 따라, 현재 필터링된 전송 파워(FTxP)은, 경로 손실 변동의 속도에 연관된 무한 입력 필터(IIF)를 사용하여 상기 전송 파워로부터 계산되거나, 또는 필터링된 전송 파워(FTxP) 그 자체로서 간주된다. 이 비대칭 필터는 방해적 환경이 갑작스럽게 발생되었을 때에도 높은 신뢰도를 유지시켜 주는 기능을 한다.
데이터 전송률 계산
만일 상기 이론적인 전송 파워가 상기 최대 전송 파워보다 작다면, 상기 최대 데이터 전송률이 사용되고, 상기 이론적인 전송 파워는 상기 필터링된 전송 파워(FTxP)와 동일하게 된다. 그러나, 상기 이론적인 전송 파워(TTxP)가 상기 송신기가 제공할 수 있는 최대 파워보다 크다면, 하기 수학식 7에 나타난 바와 같이 데이터 전송률(DR)을 낮춤으로써 파워 초과량이 보상된다.
Figure 112004041920644-pct00019
함수"RateIndex"의 리턴값들은 각 데이터 전송률에서 비트당 전송 에너지의 변환으로부터 얻어진다. 전송률 인덱스'6'에 대한 데이터 전송률은 6 MBPS이고 참고로서 사용된다. 전송률 인덱스'5'에 대한 데이터 전송률은 4 MBPS 의 데이터 전송률과 관련된다. 4 MBPS의 전송률에서 상대 에너지는 "10*log10(6/4) = 1.760913 dB"이다. 다른 값들은 전송률 인덱스'4'에 대하여는 3 MBPS 및 전송률 인덱스'3'에 대하여는 1.5 MBPS에 대응된다. 더 낮은 데이터 전송률들은, 단지 제어 메시지 를 위해서만 사용되고, 데이터 전송을 위해서는 사용되지 않는다.
하기의 수학식 8에 나타난 바와 같이, 수학식 7에 따라 계산된 데이터 전송률이, 경로 손실 변화의 속도에 따라 특징적 매개 변수들을 갖는 무한 입력 필터를 사용하여 필터링 됨을 알 수 있다.
Figure 112004041920644-pct00020
여기서, 상기 전송된 데이터 전송률은 필터링된 데이터 전송률(FDR)의 상한값이다. 상기에서는 저속 및 고속의 경우들을 일 실시예로서 설명하였으나, 상기 매개 변수들의 계산은 각각의 단계에서 다른 값을 갖을 수 있을 뿐만 아니라 계속적으로 변화될 수 있음을 유념해야 한다.
파워 및 데이터 전송률 필터링
상기 계산된 파워 및 데이터 전송률은 그 값들의 부드러운 변화를 보장하기 위하여 무한 입력 필터를 사용하여 필터링된다. 데이터 전송률 필터는 대칭적이나 파워 필터는 비대칭적으로 구성됨으로써, 느린 회복과 함께 주변 환경의 갑작스러운 방해요인 변화에 대해 빠른 대응을 보장하며, 이에 따라 연결 신뢰도를 최소 90%까지 유지할 수 있게 된다.
고속 및 저속 이동
상술한 바와 같이, 상기 전송 파워에 대한 적응적 제어 알고리즘은, 전송 파워와 데이터 전송률을 필터링하기 위해 2세트의 매개 변수들을 이용한다. 적당한 세트의 매개 변수들을 선택하는 것은 상술한 바와 같이 경로 손실의 변동을 나타내는 f1의 값에 의존된다. 만일
Figure 112004041920644-pct00021
이라면, 경로 손실 변동이 고속 주행중인 차량에 의해 발생된 것으로 간주되다. '고속'과 '저속' 간의 구별은 상기 제어의 전체적인 품질을 향상시킨다.
링크 품질
상술한 바와 같이 상기 전송 파워 레벨과 데이터 전송률을 결정하는 것뿐만 아니라, 상기 전송 파워에 대한 적응적 제어 알고리즘은, 상기 소오스 단말과 상기 목적지 단말 간의 링크 품질에 관한 정보를 더 제공한다. 이러한 정보는, 다음 몇초동안 활성 링크의 작용을 예측하기 위해 사용되거나 또는 그 링크가 통신 루트에 참여하는 것에 대해 고려할 때 사용된다.
상기 링크 품질의 인덱스(ILQ)는 다음 같이 정의된다.
Figure 112004041920644-pct00022
도 7의 그래프에 나타난 바와 같이, 상기 링크 품질의 인덱스는, 6.02 (최소 데이터 전송률을 사용하기 위한 이득)를 최대 파워에 더한 값에서, 실제 사용된 전송 파워와 dB단위로 변환된 실제 이득을 뺀 값과 같다. 상기 링크 품질의 인덱스는 해당 링크에서 사용되지 않은 이론적인 파워의 양을 나타낸다. 이러한 측정은, 현재 사용된 에너지를 측정한 링크 저항을 보완해 준다.
1초 예측된 링크 품질(PLQ1)은, 또한 도 7의 그래프에 나타나 있으며, 다음과 같이 계산된다.
Figure 112004041920644-pct00023
여기서, f1 항은 dM/ms 단위로 측정된 경로 손실의 변동을 나타낸다.
5초 예측된 링크 품질(PLQ5)이, 또한 도 7의 그래프에 나타나 있으며, 다음과 같이 계산된다.
Figure 112004041920644-pct00024
여기서, 링크 품질의 변동은 도 7에서 dB 단위 대신에 8 비트 숫자로 표현 가능한 측정 척도로서 나타난다.
상기 링크 품질 인덱스는 해당 링크의 현제 저항을 판단하는데 유용하다. 상기 링크 품질 인덱스의 작은 값들은 해당 링크가 실질적인 저항을 갖고 있으며 언젠가는 끊어질 수도 있음을 나타낸다. 이러한 경우, 상기 링크 품질에 대한 1초 예측이 더 많은 정보를 제공한다.
특히, 1초 예측된 링크 품질의 값이 상기 링크 품질 인덱스보다 더 작은 경우, 이것은 해당 링크가 조만간 더 약해질 수 있음을 나타낸다. 상기 1초 예측된 링크 품질의 값이 음수(-)인 경우, 이것은 해당 링크와 그 링크를 사용하는 루트를 1초 후에 사용할 수 없게 될 수도 있으며, 만일 이런 상황의 발생시 재 라우팅 수행되어야만 한다는 것을 나타낸다. 반면에, 1초 예측된 링크 품질의 값이 상기 링 크 품질 인덱스보다 더 큰 경우, 이것은 해당 링크 품질이 향상되고 있으며, 현재 그 품질이 좋지 않을 지라도 1초 후 더 좋아지게 될 것이라는 것을 나타낸다.
상기 링크 품질에 대한 5초 예측은, 링크가 어떤 링크에 참여하도록 선택되는 것에 대해 고려할 때 유용하다. 상기 5초 예측된 링크 품질이 큰 값을 갖는 것은, 해당 링크가 지금부터 최소한 5초 동안 튼튼하므로 링크에 참여하도록 선택될 수 있음을 나타낸다. 상기 5초 예측된 링크 품질이 상대적으로 작은 값 또는 음수(-)를 갖는 것 경우, 이것은 해당 링크가 5초 이내에 약해지거나 사용할 수 없게 되므로 새로운 루트에 진입하는 것을 고려하지 말아야 한다는 것을 나타낸다.
상기 전송 파워에 대한 적응적 제어(ATP) 알고리즘은 상기 소오스 단말과 상기 목적지 단말 간의 전송을 제어하며, 이것은 데이터의 최초 발생지로부터 최종 목적지까지를 연결하는 루트인 체인중, 단지 하나의 링크에 해당됨을 또한 유념해야 할 것이다. 상기 링크 품질은, 단말들로 구성된 시스템인 네트워크의 높은 신뢰도를 보장하기 위해, 상기 전송 파워에 대한 적응적 제어 알고리즘이 단말의 다른 소프트웨어 성분들에게 제공하는 정보 세트이다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명에 따르면, 상기 소오스 노드로부터 상기 목적지 노드로 전송된 메시 지의 특성을 근거로 해당 링크의 경로 손실을 동적으로 계산하고, 상기 계산된 경로 손실과 노이즈 인자를 근거로 해당 경로를 통하여 전송되는 데이터의 전송률과 파워 레벨을 계산한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 상기 소오스 노드에 의해 전송된 데이터를 상기 목적지 노드에서 최소한 90% 의 신뢰도로 수신하는 것을 보장할 수 있도록 데이터 전송률과 전송 파워의 적합한 레벨을 결정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 시스템과 그 방법은 무선 애드 혹 통신 네트워크에 있어서 노드들(nodes) 간에 전송되는 통신 신호의 전송 파워와 데이터 전송률을 적응적으로 제어하기 위하여 사용된다.

Claims (32)

  1. 무선 애드-혹 통신 네트워크에서 소스 노드들과 목적지 노드들 간의 링크를 통해 전송되는 데이터의 전송률과 파워 레벨 중 적어도 하나를 결정하는 방법에 있어서,
    상기 목적지 노드에서 상기 소스 노드로 제공된 신호 세기 정보를 기초로 시간 함수로써 상기 링크에서의 경로 손실을 예측하고, 여기서 상기 목적지 노드로의 수신을 위해 상기 소스 노드에서 전송된 적어도 두 개의 메시지의 신호 세기는 RSSI(Received Signal Strength Indicator), PDSQ(Post Detection Signal Quality) 및 MPC(MultiPath Count)에 의해 특징 되는 과정과;
    상기 목적지 노드에서 노이즈에 대한 노이즈 인자를 결정하는 과정; 및
    상기 경로 손실과 상기 노이즈 인자를 기초로 상기 소스 노드에서 상기 목적지 노드로 상기 링크를 통해 전송된 상기 데이터의 전송률과 상기 파워 레벨 중 적어도 하나를 계산하는 과정을 포함하며,
    상기 계산하는 과정은, 적어도 상기 경로 손실, 상기 노이즈 인자, 상기 메시지와 상기 목적지 노드의 수신기 감도에 의해 경험된 단 기간 페이딩을 기초로 상기 데이터의 전송률 및 상기 파워 레벨 중 적어도 하나를 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 계산하는 과정은,
    상기 경로 손실과 상기 노이즈 인자를 기초로 상기 파워 레벨을 계산하고, 상기 계산된 파워 레벨을 근거로 상기 데이터의 전송률을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 노이즈 인자를 결정하는 과정은,
    상기 소스 노드에 의해 전송된 상기 적어도 두 개의 메시지 각각에 대응하여 상기 목적지 노드로부터 상기 소스 노드로 전송된 각각의 메시지 정보에 기반하여 상기 노이즈 인자를 동적으로 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 노이즈 인자를 결정하는 과정은,
    상기 적어도 두 개의 메시지에 대한 상기 각각의 메시지 정보를 기반하여 추정된 노이즈 인자를 증가시키거나 감소시킴으로써 상기 노이즈 인자를 구현하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 목적지 노드의 상기 수신기에 의해 수신된 상기 메시지의 세기에 대한 표준 편차를 기반하여 상기 단 기간 페이딩을 계산하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    특정한 데이터 전송률로 상기 메시지의 정보 비트를 전송하기 위해 상기 소스 노드의 송신기에 의해 사용된 에너지를 기초로 상기 수신기의 감도를 계산하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 노이즈 인자를 결정하는 과정은,
    상기 목적지 노드의 수신기가 상기 메시지를 수신하는 정확도 레벨을 기반하여 상기 노이즈 인자를 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 계산된 파워 레벨 및 상기 데이터의 전송률을 기초로 상기 소스 노드로부터 상기 목적지 노드로 전송된 상기 메시지가 통과하는 링크의 품질을 계산하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 계산하는 과정은,
    상기 메시지의 정보 비트를 전송하기 위해 상기 소스 노드의 송신기에 의해 사용된 에너지의 양을 기초로 상기 데이터의 전송률을 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 컴퓨터 가동 중에 청구항 1의 방법을 수행하도록 구성된 명령들을 포함하는 컴퓨터 기록 매체.
  14. 삭제
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  25. 무선 애드-혹 통신 네트워크에서 소스 노드들과 목적지 노드들 간의 링크를 통해 전송되는 데이터의 전송률과 파워 레벨 중 적어도 하나를 결정하는 방법에 있어서,
    상기 목적지 노드에서 상기 소스 노드로 제공된 신호 세기 정보를 기초로 상기 링크에서의 경로 손실을 예측하고, 여기서 상기 목적지 노드로의 수신을 위해 상기 소스 노드에서 전송된 메시지의 신호 세기는 RSSI(Received Signal Strength Indicator), PDSQ(Post Detection Signal Quality) 및 MPC(MultiPath Count)에 의해 특징 되는 과정과;
    상기 목적지 노드에서 노이즈에 대한 노이즈 인자를 결정하는 과정; 및
    적어도 상기 경로 손실, 상기 노이즈 인자, 상기 메시지와 상기 목적지 노드의 수신기 감도에 의해 경험된 단 기간 페이딩을 기초로 상기 데이터의 전송률 및 상기 파워 레벨 중 적어도 하나를 계산하는 과정을 포함하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 목적지 노드의 수신기에 의해 수신된 상기 메시지의 세기에 대한 표준 편차를 기초로 상기 단 기간 페이딩을 계산하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    특정한 데이터 전송률로 상기 메시지의 정보 비트를 전송하기 위해 상기 소스 노드의 송신기에 의해 사용된 에너지를 기초로 상기 수신기의 감도를 계산하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 컴퓨터 가동 중에 청구항 25의 방법을 수행하도록 구성된 명령들을 포함하는 컴퓨터 기록 매체.
  29. 제 1 항에 있어서, 상기 예측 과정은,
    상기 경로 손실을 예측하는데 있어서 새로운 신호 세기 정보보다 오래된 신호 세기 정보에 적은 가중치를 할당하는 망각 요소(forget factor)를 반복적으로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 계산 과정은,
    상기 망각 요소의 값을 각 메시지의 특성을 나타내는 신호 세기 정보 각각에 적용하여, 상기 경로 손실을 계산하는 과정에서 상기 신호 세기 정보에 가중치를 부여하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 망각 요소의 값은 0과 1 사이의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 1 항에 있어서, 상기 계산하는 과정은,
    상기 링크를 통해 상기 데이터를 전송하기 위해 사용되는 에너지의 양을 최소화하도록 상기 파워 레벨 및 상기 데이터의 전송률을 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
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