KR101047039B1 - Power Control and User Allocation Method in Wireless Mesh Network - Google Patents

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Abstract

복수의 액세스 포인트를 포함하는 무선 메쉬 네트워크에서 송신 전력을 제어하고 사용자를 배분하는 방법에 있어서, (a) 상기 무선 메쉬 네트워크의 각각의 링크 용량 및 각각의 사용자 채널 용량으로부터 제1 제약조건을 산출하는 단계와, (b) 상기 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수로부터 제2 제약조건을 산출하는 단계와, (c) 상기 제1 제약조건 및 상기 제2 제약조건에 기초하여 상기 무선 메쉬 네트워크에서 백홀(backhaul)의 구성에 필요한 필요 송신 전력이 최적화되도록 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력 및 상기 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수를 결정하는 단계를 포함하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 제공한다. 이 방법에 의하면, 무선 메쉬 네트워크에서 사용자 할당과 송신 전력 조절을 통하여 시스템의 전력 효율성을 향상시킬 수 있고, 무선 메쉬 네트워크에서 서비스 품질의 저하 없이 다른 무선 통신망에 미치는 간섭의 영향을 줄일 수 있는 효과가 있다.A method of controlling transmission power and distributing users in a wireless mesh network including a plurality of access points, the method comprising: (a) calculating a first constraint from each link capacity and each user channel capacity of the wireless mesh network; (B) calculating a second constraint from the number of access users of each of the access points, and (c) a backhaul in the wireless mesh network based on the first constraint and the second constraint. And determining the transmission power of each of the access points and the number of access users of each of the access points so that the required transmission power required for the configuration of the C-P is optimized. According to this method, it is possible to improve the power efficiency of the system through user allocation and transmission power control in the wireless mesh network, and to reduce the influence of interference on other wireless communication networks without degrading the quality of service in the wireless mesh network. have.

무선 메쉬 네트워크, 송신 전력 제어, 사용자 배분 Wireless mesh network, transmit power control, user allocation

Description

무선 메쉬 네트워크에서의 전력 제어 및 사용자 배분 방법{Method for Power Control and User Allocation in Wireless Mesh Network}Method for Power Control and User Allocation in Wireless Mesh Network {Method for Power Control and User Allocation in Wireless Mesh Network}

본 발명은 무선 메쉬 네트워크(wireless mesh network)에서의 전력 제어 및 사용자 배분 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 메쉬 네트워크에서 무선 백홀(backhaul)로 연결된 액세스 포인트(Access Point, AP)가 게이트웨이(gateway)까지 데이터를 전달하는 데에 필요한 송신 전력과 각 액세스 포인트에 접속하는 사용자 수를 조절함으로써 백홀을 구성하기 위하여 필요한 전력을 최적화하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a power control and user distribution method in a wireless mesh network, and more particularly, an access point (AP) connected to a wireless backhaul in a wireless mesh network is a gateway. It relates to a technique for optimizing the power required to configure the backhaul by adjusting the transmission power required to transfer data and the number of users connected to each access point.

본 발명은 지식 경제부의 차세대 전술 국방 통신 원천 기술 개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호:N03090062, 과제명: 차세대 전술 국방통신 고속이동성 제공 기술 개발].The present invention is derived from a study performed as part of the next-generation tactical defense communication source technology development project of the Ministry of Knowledge Economy [task management number: N03090062, the task name: development of next-generation tactical defense communication high-speed mobility providing technology].

최근 통신 기술은 무선 통신망에 대한 요구가 급증하면서 일정한 서비스 영역(service coverage)을 가지는 액세스 포인트에 무선으로 접속하는 단말(terminal)을 대상으로 하여 고속의 서비스를 제공하는 방향으로 발전하고 있다. 특히, 무선 랜(Wireless Local Area Network, WLAN), 예컨대 IEEE 802.11 표준을 따르는 무선 랜은 무선 인터넷 접속을 가능하게 하는 무선 통신망으로서 접속 요구가 점점 늘어나고 있는바, 경제적이고 효율적으로 서비스 영역을 확장하는 기술이 관심을 끌고 있다. 무선 메쉬 네트워크는 위와 같은 요구에 대한 해결책의 하나로서, 여러 개의 로컬 네트워크가 결합하여 서비스 영역을 확장하는 데에 사용되며, 무선 통신 환경 및 무선 통신망의 변화에 적응하여 자동설정 및 복원 기능을 가질 수 있다.Recently, communication technology has been developed to provide high-speed services for terminals (wires) wirelessly connected to access points having a certain service coverage as demand for wireless communication networks increases rapidly. In particular, a wireless local area network (WLAN), for example, a wireless LAN that conforms to the IEEE 802.11 standard, is a wireless communication network that enables wireless Internet access. This is attracting attention. The wireless mesh network is one of the solutions to the above needs, and is used to expand the service area by combining several local networks, and have an automatic configuration and restoration function in response to changes in the wireless communication environment and the wireless network. have.

일반적으로 무선 메쉬 네트워크는 복수의 메쉬 노드(mesh node)들을 포함하여 구성된다. 메쉬 노드들 사이는 무선에 의하여 결합된다. 메쉬 노드에는 로컬 네트워크에서 단말이 지엽 노드(leaf node)로 무선 연결될 수 있는데, 이와 같이 단말에게 무선 접속을 제공하는 메쉬 노드는 액세스 포인트라고 일컬을 수 있다. 한편, 외부의 백본망(backbone network)에 대한 접속을 제공하는 역할을 하는 특별한 메쉬 노드가 있을 수 있는데, 이와 같이 무선 메쉬 네트워크와 외부 네트워크의 상호접속점인 메쉬 노드는 게이트웨이(gateway)라고 부를 수 있다. 무선 메쉬 네트워크는 하나 이상의 메쉬 노드가 동작할 수 없는 경우에도 다른 메쉬 노드들은 적절한 경로를 통하여 서로 통신이 가능한바, 신뢰성(reliability)과 용장성(redundancy)을 제공한다. 또한, 무선 메쉬 네트워크는 각각의 메쉬 노드 사이의 상호접속 및 게이트웨이까지의 직접적인 백홀 링크가 필요 없으므로, 용이하게 구성할 수 있다. 예컨대, 무선 랜의 액세스 포인트가 무선으로 연결되어 그물망 형상의 백홀을 구성하고, 게이트웨이를 통하여 인터넷에 연결된 메쉬 무선 네트워크인 인프라 구조(infrastructure)의 메쉬 무선 랜(mesh WLAN)을 구축할 수 있다.In general, a wireless mesh network includes a plurality of mesh nodes. The mesh nodes are coupled by radio. A mesh node may be wirelessly connected to a leaf node by a terminal in a local network. The mesh node providing a wireless connection to the terminal may be referred to as an access point. Meanwhile, there may be a special mesh node that serves to provide access to an external backbone network. As such, a mesh node, which is an interconnection point between a wireless mesh network and an external network, may be called a gateway. . In a wireless mesh network, even when one or more mesh nodes cannot operate, other mesh nodes can communicate with each other through an appropriate path, thereby providing reliability and redundancy. In addition, wireless mesh networks are easy to configure, as there is no need for direct backhaul links to interconnects and gateways between each mesh node. For example, an access point of a wireless LAN may be wirelessly connected to form a mesh backhaul, and a mesh WLAN of an infrastructure, which is a mesh wireless network connected to the Internet through a gateway, may be constructed.

도 1은 무선 메쉬 네트워크의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다. 무선 메쉬 네트워크(100)는 게이트웨이(140), 복수의 액세스 포인트(160, 162, 164) 및 기타 복수의 메쉬 노드(180, 182)를 포함한다. 메쉬 노드(180, 182)와 액세스 포인트(160, 162, 164)는 무선 메쉬 네트워크에서 입력링크로부터 트래픽을 수신하고 출력링크로 트래픽을 포워딩(forwarding)한다. 액세스 포인트(160, 162, 164)와 다른 메쉬 노드(180, 182) 각각은 단일 무선 인터페이스(single radio interface)를 가지는 경우가 있을 수도 있고, 다중 무선 인터페이스(multi radio interface)를 가지는 경우가 있을 수도 있다. 또한, 액세스 포인트(160, 162, 164)는 특정한 범위의 서비스 영역을 커버(cover)하는바, 그 범위 내에 위치한 단말(190, 191, 192, 193, 194, 195, 196)에게 무선 서비스를 제공한다. 예컨대, 액세스 포인트(160, 162, 164)는 각각 자신에게 접속하는 단말(190, 191, 192, 193, 194, 195, 196)과 IEEE 802.11 표준에 따른 인터페이스를 이용하여 통신할 수 있다. 게이트웨이(140)는 인터넷(120)에 대한 접속을 제공하는데, 게이트웨이(140)는 유선으로 인터넷(120)과 연결될 수 있다. 게이트웨이(140)를 포함하는 무선 메쉬 네트워크(100)에서는 외부 네트워크인 인터넷(120)으로 송신되는 트래픽과 인터넷(120)으로부터 수신되는 트래픽은 게이트웨이(140)에 집중된다. 단말(190, 191, 192, 193, 194, 195, 196)에 의하여 발생된 트래픽은 액세스 포인트(160, 162, 164) 및/또는 메쉬 노드(180, 182)를 경유하여 중계됨으로써 다른 액세스 포인트(160, 162, 164) 또는 게이트웨이(140)에 포워딩될 수 있는바, 단말(190, 191, 192, 193, 194, 195, 196)은 서로 간에 통신을 하거나 인터넷(120)으로 접속할 수 있다.1 is a diagram illustrating an exemplary structure of a wireless mesh network. The wireless mesh network 100 includes a gateway 140, a plurality of access points 160, 162, 164, and a plurality of other mesh nodes 180, 182. The mesh nodes 180, 182 and the access points 160, 162, 164 receive traffic from the input link and forward the traffic to the output link in the wireless mesh network. Each of the access points 160, 162 and 164 and the other mesh nodes 180 and 182 may have a single radio interface or may have a multi radio interface. have. In addition, the access points 160, 162, and 164 cover a service area of a specific range, and provide wireless services to the terminals 190, 191, 192, 193, 194, 195, and 196 located within the range. do. For example, the access points 160, 162, and 164 may communicate with terminals 190, 191, 192, 193, 194, 195, and 196, respectively, connected to themselves using an interface according to the IEEE 802.11 standard. The gateway 140 provides access to the Internet 120, which may be connected to the Internet 120 by wire. In the wireless mesh network 100 including the gateway 140, traffic transmitted to the Internet 120, which is an external network, and traffic received from the Internet 120 are concentrated in the gateway 140. Traffic generated by the terminals 190, 191, 192, 193, 194, 195, and 196 may be relayed through the access points 160, 162, and 164 and / or the mesh nodes 180 and 182. 160, 162, 164 or the gateway 140 may be forwarded, and the terminals 190, 191, 192, 193, 194, 195, and 196 may communicate with each other or access the Internet 120.

무선 메쉬 네트워크에서 그물망 형상의 백홀을 구성하기 위해서는, 액세스 포인트를 포함하는 메쉬 노드가 인입된 트래픽을 송출하는 데에 필요한 송신 전력이 소모된다. 여기서, 무선 메쉬 네트워크에서 백홀의 구성에 요구되는 필요 송신 전력을 어떻게 최적화할 것인지 문제된다. 예컨대, 주파수 효율성을 높이기 위하여 동일한 주파수 대역을 다수의 무선 접속 기술(Radio Access Technology, RAT)들이 공유하는 무선 통신 시스템을 구성하는 경우, 무선 메쉬 네트워크에서 백홀을 구성하는 데 필요한 송신 전력은 동일한 주파수 대역을 공유하는 다른 무선 통신망에 대하여 간섭으로 작용하게 되는바, 이러한 간섭을 최소화하기 위하여 무선 메쉬 네트워크에서 백홀의 구성에 필요한 송신 전력을 최소화할 필요가 있다.In order to configure a mesh-like backhaul in a wireless mesh network, transmission power required to transmit incoming traffic by a mesh node including an access point is consumed. Here, the problem is how to optimize the required transmit power required for the configuration of the backhaul in the wireless mesh network. For example, when constructing a wireless communication system in which multiple radio access technologies (RATs) share the same frequency band in order to increase frequency efficiency, the transmission power required to construct a backhaul in a wireless mesh network is the same frequency band. Since it acts as interference to other wireless communication networks sharing the network, it is necessary to minimize the transmission power required to configure the backhaul in the wireless mesh network in order to minimize such interference.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 인식한 것으로서, 무선 메쉬 네트워크에서 무선 백홀로 연결된 액세스 포인트(Access Point, AP)가 게이트웨이(gateway)까지 데이터를 전달하는 데에 필요한 송신 전력과 각 액세스 포인트에 접속하는 사용자 수를 조절함으로써 백홀의 구성에 요구되는 필요 송신 전력을 최적화할 수 있는 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.The present invention is to recognize the above problems, the access point (AP) connected to the wireless backhaul in the wireless mesh network is connected to each access point and the transmission power required to transfer data to the gateway (gateway) It is an object of the present invention to provide a method for optimizing the required transmit power required for the backhaul configuration by adjusting the number of users.

나아가, 무선 메쉬 네트워크와 다른 무선 통신망이 동일한 주파수 대역을 공유하는 무선 통신 시스템을 구성하는 경우에 무선 메쉬 네트워크에서 백홀의 구성에 요구되는 필요 송신 전력을 최소화함으로써, 다른 무선 접속 방식을 같은 주파 수 대역을 이용하여 서비스하는 무선 통신망에 대한 간섭을 최소화할 수 있는 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.Furthermore, when the wireless mesh network and the other wireless communication network form a wireless communication system sharing the same frequency band, different wireless access schemes may be used in the same frequency band by minimizing the required transmission power required for the backhaul in the wireless mesh network. It is an object of the present invention to provide a method for minimizing interference to a wireless communication network that is serviced using a.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, and other objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 액세스 포인트를 포함하는 무선 메쉬 네트워크에서 송신 전력을 제어하고 사용자를 배분하는 방법에 있어서, (a) 상기 무선 메쉬 네트워크의 각각의 링크 용량 및 각각의 사용자 채널 용량으로부터 제1 제약조건을 산출하는 단계와, (b) 상기 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수로부터 제2 제약조건을 산출하는 단계와, (c) 상기 제1 제약조건 및 상기 제2 제약조건에 기초하여 상기 무선 메쉬 네트워크에서 백홀(backhaul)의 구성에 필요한 필요 송신 전력이 최적화되도록 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력 및 상기 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수를 결정하는 단계를 포함하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, in a method for controlling transmission power and distributing users in a wireless mesh network including a plurality of access points, (a) each of the wireless mesh network Calculating a first constraint from the link capacity and each user channel capacity of the processor; (b) calculating a second constraint from the number of connected users of each of the access points; and (c) the first constraint. And determining the transmit power of each of the access points and the number of access users of each of the access points so that the necessary transmit power required for the configuration of a backhaul in the wireless mesh network is optimized based on the second constraint. A transmission power control and a user distribution method are provided.

또한, 상기 (c) 단계에서 상기 필요 송신 전력은 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력의 합인 총 송신 전력인 것을 특징으로 하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 제공한다.Further, in the step (c), the required transmission power is a total transmission power that is the sum of the transmission powers of each of the access points.

또한, 상기 (c) 단계는 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력의 합인 총 송신 전력인 목적함수가 상기 제1 제약조건 및 상기 제2 제약조건을 만족하면서 최소 값을 가지도록 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력 및 상기 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수를 결정하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 제공한다.In addition, the step (c) is the transmit power of each of the access points such that the objective function, which is the total transmit power that is the sum of the transmit powers of the access points, has a minimum value while satisfying the first and second constraints. And a transmission power control and user distribution method for determining the number of access users of each of the access points.

또한, 상기 (a) 단계에서 상기 제1 제약조건은 상기 액세스 포인트 각각에 대하여 출력링크의 링크 용량이 입력링크의 링크 용량의 합 및 상기 액세스 포인트의 접속 사용자의 사용자 채널 용량의 합을 합한 값 이상인 것을 특징으로 하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 제공한다.Further, in the step (a), the first constraint is that for each of the access points, the link capacity of the output link is equal to or greater than the sum of the sum of the link capacity of the input link and the user channel capacity of the access user of the access point. A transmission power control and user distribution method is provided.

또한, 상기 (b) 단계에서 상기 제2 제약조건은 상기 무선 메쉬 네트워크 내의 총 접속 사용자 수가 일정한 것을 특징으로 하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 제공한다.Further, in the step (b), the second constraint provides a transmission power control and user distribution method, wherein the total number of connected users in the wireless mesh network is constant.

또한, 상기 (c) 단계는 상기 목적함수, 상기 제1 제약조건 및 상기 제2 제약조건으로부터 라그랑쥬 함수(Lagrangian function)를 구하는 단계를 포함하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 제공한다.In addition, step (c) provides a transmission power control and user distribution method comprising the step of obtaining a Lagrangian function from the objective function, the first constraint and the second constraint.

또한, 상기 (c) 단계는 상기 라그랑쥬 함수가 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력에 관한 함수인 제1 함수와 상기 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수에 관한 함수인 제2 함수로 구분되는 경우, 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력을 결정하는 단계와, 상기 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수를 결정하는 단계를 포함하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 제공한다.In addition, in the step (c), if the Lagrange function is divided into a first function that is a function of transmission power of each of the access points and a second function that is a function of the number of access users of each of the access points, the access A transmission power control and user distribution method is provided that includes determining transmission power of each point and determining the number of access users of each of the access points.

또한, 상기 (c) 단계는 상기 목적함수, 상기 제1 제약조건 및 상기 제2 제약조건으로부터 라그랑쥬 듀얼 함수(Lagrangian dual function)를 구하는 단계를 포함하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 제공한다.In addition, the step (c) provides a transmission power control and user distribution method comprising the step of obtaining a Lagrangian dual function from the objective function, the first constraint and the second constraint.

또한, 상기 (c) 단계는 상기 라그랑쥬 듀얼 함수가 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력에 관한 함수인 제1 함수와 상기 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수에 관한 함수인 제2 함수로 구분되는 경우, 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력을 결정하는 단계와, 상기 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수를 결정하는 단계를 포함하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 제공한다.In addition, when the Lagrange dual function is divided into a first function, which is a function of transmission power of each of the access points, and a second function, which is a function of the number of access users of each of the access points, A transmission power control and user distribution method is provided that includes determining transmission power of each of the access points and determining the number of access users of each of the access points.

또한, 상기 (c) 단계에서 컨벡스(convex) 최적화 해법을 이용하여 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력을 결정하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 제공한다.In addition, in step (c), a transmission power control and user distribution method for determining transmission power of each of the access points using a convex optimization solution is provided.

또한, 상기 컨벡스 최적화 해법은 인테리어 포인트 방법(interior point method)인 것을 특징으로 하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 제공한다.In addition, the convex optimization solution provides a transmission power control and user distribution method, characterized in that the interior point method (interior point method).

또한, 상기 (c) 단계에서 상기 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수를 결정하는 단계는 상기 복수의 액세스 포인트 중 하나의 액세스 포인트의 접속 사용자 수를 감소시키고 상기 감소된 수만큼 다른 하나의 액세스 포인트의 접속 사용자 수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Further, in the step (c), determining the number of access users of each of the access points may reduce the number of access users of one of the plurality of access points and access the other access points by the reduced number. A transmission power control and user distribution method characterized by increasing the number of users.

또한, 상기 (c) 단계는 상기 제1 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자(Lagrangian multiplier)인 제1 승산자를 갱신하는 단계를 포함하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 제공한다.In addition, step (c) provides a transmission power control and user distribution method comprising the step of updating a first multiplier which is a Lagrangian multiplier associated with the first constraint.

또한, 상기 제1 승산자는 상기 제1 승산자에 대한 상기 라그랑쥬 듀얼 함수의 서브그래디언트(subgradient)를 이용하여 갱신하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 제공한다.In addition, the first multiplier provides a transmission power control and user distribution method for updating by using a subgradient of the Lagrange dual function for the first multiplier.

또한, 상기 (c) 단계는 상기 제2 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자인 제2 승산자를 갱신하는 단계를 포함하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 제공한다.In addition, step (c) provides a method for controlling transmission power and transmitting power, including updating a second multiplier that is a Lagrange multiplier associated with the second constraint.

또한, 상기 제2 승산자는 상기 제2 승산자에 대한 상기 라그랑쥬 듀얼 함수의 서브그래디언트를 이용하여 갱신하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 제공한다.In addition, the second multiplier provides a transmission power control and user distribution method for updating by using the sub-gradient of the Lagrange dual function for the second multiplier.

또한, 상기 목적함수는

Figure 112009060736779-pat00001
이고, 상기 제1 제약조건은
Figure 112009060736779-pat00002
이며,상기 제2 제약조건은
Figure 112009060736779-pat00003
이되, K는 상기 복수의 액세스 포인트의 총수, Pi는 상기 복수의 액세스 포인트 중 i 번째 액세스 포인트의 송신 전력, A는 상기 무선 메쉬 네트워크의 복수의 링크 중 m 번째 링크가 상기 복수의 액세스 포인트 중 k 번째 액세스 포인트의 출력링크인 경우에는 m 번째 열의 엘리먼트 akm이 1이고, 상기 무선 메쉬 네트워크의 복수의 링크 중 m 번째 링크가 상기 복수의 액세스 포인트 중 k 번째 액세스 포인트의 입력링크인 경우에는 akm이 -1이며, 그 외의 경우에는 akm이 0인 행렬, b는, Cij가 i 번째 액세스 포인트에서 j 번째 액세스 포인트로의 링크의 링크 용량이고, P(i)가 i 번째 액세스 포인트의 부모(parent) 액세스 포인트들의 집합이며, B가 게이트웨이에 연결된 외부 네트워크의 용량일 때,
Figure 112009060736779-pat00004
인 벡터, C는 상기 사용자 채널 각각의 사용자 채널 용량, nj는 상기 복수의 액세스 포인트 중 j 번째 액세스 포인트의 접속 사용자 수, n은
Figure 112009060736779-pat00005
인 벡터, N은 상기 무선 메쉬 네트워크의 총 접속 사용자 수인 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 제공한다.In addition, the objective function is
Figure 112009060736779-pat00001
Wherein the first constraint is
Figure 112009060736779-pat00002
The second constraint is
Figure 112009060736779-pat00003
Where K is the total number of the plurality of access points, P i is the transmit power of the i th access point of the plurality of access points, and A is the m th link among the plurality of links of the wireless mesh network. In the case of the output link of the k-th access point, when the element a km of the m-th column is 1, and the m-th link of the plurality of links of the wireless mesh network is the input link of the k-th access point of the plurality of access points, a a km -1, and the other cases, a km of zero matrix, b is a, C ij is the i link capacity of the link to the second access point to the second access point j, P (i) is the i-th access point A set of parent access points, where B is the capacity of an external network connected to the gateway,
Figure 112009060736779-pat00004
Is a vector, C is the user channel capacity of each of the user channels, n j is the number of access users of the j-th access point of the plurality of access points, n is
Figure 112009060736779-pat00005
In vector, N provides a transmission power control and user distribution method, which is the total number of connected users of the wireless mesh network.

또한, 상기 (c) 단계에서 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력은

Figure 112009060736779-pat00006
의 해로부터 결정하되, P는
Figure 112009060736779-pat00007
인 벡터이고,
Figure 112009060736779-pat00008
가 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력의 최대값일 때, Pi
Figure 112009060736779-pat00009
를 만족하며,
Figure 112009060736779-pat00010
는 상기 제1 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자인 제1 승산자인 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 제공한다.Further, in step (c), the transmit power of each of the access points is
Figure 112009060736779-pat00006
Is determined from the solution of
Figure 112009060736779-pat00007
Is a vector
Figure 112009060736779-pat00008
When P is the maximum value of the transmit power of each of the access points, P i is
Figure 112009060736779-pat00009
Satisfying
Figure 112009060736779-pat00010
Provides a transmit power control and user distribution method that is a first multiplier that is a Lagrange multiplier associated with the first constraint.

또한, 상기 (c) 단계에서 상기 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수를 결정하는 단계는

Figure 112009060736779-pat00011
,
Figure 112009060736779-pat00012
에 의하여 n을 갱신하는 단계를 포함하되, u는
Figure 112009060736779-pat00013
벡터의 엘리먼트 중에서 최대값인 엘리먼트의 인수이고, v는
Figure 112009060736779-pat00014
벡터의 엘리먼트 중에서 최소값인 엘리먼트의 인수이며,
Figure 112009060736779-pat00015
은 모든 엘리먼트가 1인 벡터이고,
Figure 112009060736779-pat00016
는 상기 제1 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자인 제1 승산자이고,
Figure 112009060736779-pat00017
는 상기 제2 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자인 제2 승산자인 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 제공한다.Also, in the step (c), determining the number of access users of each of the access points
Figure 112009060736779-pat00011
,
Figure 112009060736779-pat00012
By updating n, wherein u is
Figure 112009060736779-pat00013
Is the argument of the largest element of the vector, and v is
Figure 112009060736779-pat00014
Is the argument of the minimum element among the elements of the vector,
Figure 112009060736779-pat00015
Is a vector with all elements 1
Figure 112009060736779-pat00016
Is a first multiplier that is a Lagrange multiplier associated with the first constraint,
Figure 112009060736779-pat00017
Provides a transmit power control and user distribution method that is a second multiplier that is a Lagrange multiplier associated with the second constraint.

또한, 상기 (c) 단계는 상기 제1 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자인 제1 승산자 및 상기 제2 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자인 제2 승산자를

Figure 112009060736779-pat00018
에 의하여 갱신하되,
Figure 112009060736779-pat00019
는 상기 제1 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자인 제1 승산자,
Figure 112009060736779-pat00020
는 상기 제2 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자인 제2 승산자,
Figure 112009060736779-pat00021
은 상기 제1 승산자를 갱신한 값,
Figure 112009060736779-pat00022
은 상기 제2 승산자를 갱신한 값,
Figure 112009060736779-pat00023
는 상기 제1 승산자를 갱신하기 위한 스텝 사이즈(step size),
Figure 112009060736779-pat00024
는 상기 제2 승산자를 갱신하기 위한 스텝 사이즈인 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 제공한다.Further, the step (c) may include a first multiplier that is a Lagrange multiplier associated with the first constraint and a second multiplier that is a Lagrange multiplier associated with the second constraint.
Figure 112009060736779-pat00018
Updated by
Figure 112009060736779-pat00019
Is a first multiplier that is a Lagrange multiplier associated with the first constraint,
Figure 112009060736779-pat00020
Is a second multiplier that is a Lagrange multiplier associated with the second constraint,
Figure 112009060736779-pat00021
Is a value of updating the first multiplier,
Figure 112009060736779-pat00022
Is a value of updating the second multiplier,
Figure 112009060736779-pat00023
Is a step size for updating the first multiplier,
Figure 112009060736779-pat00024
Provides a transmission power control and user distribution method that is a step size for updating the second multiplier.

본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 구체적인 사항들은 이하의 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details according to still another embodiment of the present invention are included in the following description and drawings.

본 발명의 실시예에 따르면, 무선 메쉬 네트워크에서 사용자 할당과 송신 전력 조절을 통하여 시스템의 전력 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, there is an effect of improving the power efficiency of the system through user allocation and transmission power adjustment in a wireless mesh network.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 무선 메쉬 네트워크에서 서비스 품질의 저하 없이 다른 무선 통신망크에 미치는 간섭의 영향을 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, there is an effect that can reduce the effect of interference on other wireless communication networks in the wireless mesh network without deterioration of service quality.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 실시예들은 단지 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. It is provided to fully inform the scope of the invention, and the invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout. In addition, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described embodiments of the present invention;

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating a configuration of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.

무선 통신 시스템(200)은 다수의 무선 접속 방식을 동일한 주파수 대역을 이용하여 서비스하는 시스템으로서, 도 1에 도시된 바를 참조하면 셀룰라 네트워크와 같은 WAN(wide area network)과 무선 랜과 같은 LAN(local area network)이 공존할 수 있다. 이와 같은 경우, WAN은 상대적으로 넓은 서비스 영역을 커버하는 WAN 기지국(220)을 통하여 WAN에 접속하는 단말에 기본 서비스, 예컨대 음성 및 저속 데이터 통신을 언제 어디서나 제공하는 기본적 네트워크로서 역할을 하고, LAN은 액세스 포인트(260, 261, 262, 263, 264, 265, 266)을 이용하여 서비스가 가능한 영역에서 또는 서비스가 요구되는 지역에 액세스 포인트(260, 261, 262, 263, 264, 265, 266)를 각각 용이하게 설치하여 LAN에 접속하는 단말에 고속 데이터 통신 서비스를 제공하는 선택적 네트워크의 역할을 수행할 수 있다. 이 때, LAN의 액세스 포인트(260, 261, 262, 263, 264, 265, 266)들은 비용 내지 유지보수 측면에서 서로 무선으로 연결하여 메쉬 구조의 무선 백홀을 구성하되, 액세스 포인트(260, 261, 262, 263, 264, 265, 266)을 통해 중계되는 모든 트래픽을 게이트웨이(240)에 전달하도록 할 수 있다. 한편, 게이트웨이(240)는 외부 네트워크, 예를 들면 인터넷에 대한 접속을 제공할 수 있다. 게이트웨이(240)는 예컨대 유선에 의하여 인터넷과 연결될 수 있다. 또한, 게이트웨이(240)에 무선으로 단말이 접속하는 경우에는 외부 네트워크와의 인터페이스를 가지는 특별한 액세스 포인트라고 볼 수도 있다. 이 때, 무선 메쉬 네트워크를 이루는 LAN의 액세스 포인트(260, 261, 262, 264, 265, 266)에 접속한 단말에 의하여 발생한 트래픽을 게이트웨이(240)까지 전달하는바, LAN와 WAN 사이에는 주파수 공유에 따른 간섭이 생길 수 있다.The wireless communication system 200 is a system that services a plurality of wireless access methods using the same frequency band. Referring to FIG. 1, a wide area network (WAN) such as a cellular network and a local area network (LAN) such as a wireless LAN are provided. area networks can coexist. In such a case, the WAN serves as a basic network providing basic services, such as voice and low-speed data communication, anytime and anywhere to a terminal connecting to the WAN through a WAN base station 220 covering a relatively wide service area, and the LAN is Access points 260, 261, 262, 263, 264, 265, and 266 may be used in serviceable areas or areas where service is required. Each may be easily installed to serve as an optional network for providing a high speed data communication service to a terminal connected to a LAN. At this time, the access points (260, 261, 262, 263, 264, 265, 266) of the LAN are wirelessly connected to each other in terms of cost or maintenance to form a wireless network backhaul, but the access point (260, 261, All traffic relayed through 262, 263, 264, 265, and 266 may be delivered to the gateway 240. Meanwhile, the gateway 240 may provide a connection to an external network, for example, the Internet. The gateway 240 may be connected to the Internet, for example, by wire. In addition, when the terminal is wirelessly connected to the gateway 240, it may be regarded as a special access point having an interface with an external network. At this time, the traffic generated by the terminal connected to the access point (260, 261, 262, 264, 265, 266) of the LAN constituting the wireless mesh network to the gateway 240, the frequency sharing between the LAN and WAN Interference may occur.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 무선 메쉬 네트워크에서 백홀의 구성에 필요한 송신 전력을 최적화할 수 있도록 하고, 또한 LAN과 WAN 간의 간섭의 영향을 감소시킬 수 있도록 한다. 특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 무선 메쉬 네트워크의 액세스 포인트 각각에 접속할 수 있는 사용자 수와 무선 메쉬 네트워크의 액세스 포인트 각각에서 백홀을 위하여 필요한 송신 전력을 함께 조절함으로써, 무선 메쉬 네트워크에서 백홀의 구성에 요구되는 필요 송신 전력을 최적화하는 방법이 제공된다.Accordingly, the embodiment of the present invention enables to optimize the transmission power required for the configuration of the backhaul in the wireless mesh network and to reduce the influence of interference between the LAN and the WAN. In particular, according to an embodiment of the present invention, by configuring the backhaul in the wireless mesh network by adjusting the number of users that can access each access point of the wireless mesh network and the transmission power required for the backhaul at each access point of the wireless mesh network A method is provided for optimizing the required transmit power required by.

한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 실제적인 무선 통신 환경에 따라 무선 메 쉬 네트워크에 존재하는 여러 가지 제약을 고려하여 백홀의 구성에 필요한 송신 전력을 최적화한다. 예컨대, 액세스 포인트 각각에 접속하는 사용자 수에 제한이 있을 수 있는데, 이는 각각의 액세스 포인트의 접속 사용자 수에 상한 또는 하한이 존재하는 경우일 수도 있고, 각각의 액세스 포인트의 접속 사용자 수의 총합, 즉 무선 메쉬 네트워크 내의 총 접속 사용자 수에 상한 또는 하한이 존재하는 경우일 수도 있고, 무선 메쉬 네트워크 내의 총 사용자 수가 일정한 경우일 수도 있다. 또한, 각각의 액세스 포인트의 송신 전력에 대하여 상한이 존재할 수 있다. 또한, 무선 메쉬네트워크에서 백홀에 의하여 데이터를 전송하는 데 제약이 있을 수 있는데, 예컨대 액세스 포인트 각각의 출력링크의 용량은 하나 이상의 입력링크 각각의 용량과 해당 액세스 포인트에 접속한 하나 이상의 단말이 데이터를 전송하는 사용자 채널 각각의 용량의 합 이상이어야 한다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, the transmission power required for the configuration of the backhaul is optimized in consideration of various restrictions existing in the wireless mesh network according to the actual wireless communication environment. For example, there may be a limit on the number of users connecting to each of the access points, which may be the case where there is an upper limit or a lower limit on the number of access users of each access point, that is, the sum of the number of access users of each access point, i.e. There may be a case where an upper limit or a lower limit exists in the total number of connected users in the wireless mesh network, or the total number of users in the wireless mesh network may be constant. In addition, an upper limit may exist for the transmit power of each access point. In addition, there may be a limitation in transmitting data by the backhaul in the wireless mesh network. For example, the capacity of each output link of the access point may be determined by the capacity of each of the one or more input links and one or more terminals connected to the access point. It must be at least the sum of the capacities of each transmitting user channel.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크에서 액세스 포인트의 출력링크의 용량에 대한 제약을 도시하는 도면이다.3 is a diagram illustrating a restriction on the capacity of an output link of an access point in a wireless mesh network according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 무선 메쉬 네트워크에서 j 번째 액세스 포인트(300)는 i 번째 액세스 포인트(320)와 i'번째 액세스 포인트(322)로부터 트래픽이 인입되고, nj 명의 사용자의 단말(340)이 각각의 사용자 채널을 통하여 데이터를 전송하며, k 번째 액세스 포인트(360)로 트래픽을 전달한다. 예컨대, 도 3에 도시된 바에 따르면, i 번째 액세스 포인트(320)와 i'번째 액세스 포인트(322)가 j 번째 액세스 포인트(300)에게 전달하는 트래픽의 최대값은 j 번째 액세스 포인트(300)의 입력링크 들 각각의 링크 용량인 Cij와 Ci'j이고, nj 명의 사용자의 단말(340)이 j 번째 액세스 포인트(300)에게 데이터를 전송하는 사용자 채널의 용량은 모두 C인 경우, j 번째 액세스 포인트(300)에서 k 번째 액세스 포인트(360)로의 출력링크의 링크 용량 Cjk는 다음의 수학식을 만족한다.Referring to FIG. 3, in the wireless mesh network, the j th access point 300 receives traffic from the i th access point 320 and the i ′ th access point 322, and the terminal j 340 of n j users is connected. It transmits data through each user channel and forwards traffic to the kth access point 360. For example, as shown in FIG. 3, the maximum value of the traffic that the i th access point 320 and the i ′ th access point 322 delivers to the j th access point 300 is determined by the j th access point 300. If the capacity of the user channel for transmitting the data to the j th access point 300, the terminal capacity of each of the input links C ij and C i'j , n j user terminals 340, j The link capacity C jk of the output link from the first access point 300 to the k th access point 360 satisfies the following equation.

Figure 112009060736779-pat00025
Figure 112009060736779-pat00025

무선 메쉬 네트워크에서 각각의 링크 용량과 각각의 사용자 채널 용량은 채널의 특성에 따라 구할 수 있다. 예컨대, Shannon의 채널 용량 식을 이용할 수도 있고, 각각의 링크를 위하여 사용되는 변조 방식 및 부호율에 따라 주어지는 MCS(Modulation Coding Set)를 이용할 수도 있는데, 이러한 경우 신호 대 잡음비도 채널의 특성에 따라 달라진다. 예컨대, 무방향성 안테나를 사용하는 경우에는 어떤 링크에 대하여 다른 링크의 송신 신호가 간섭으로 작용하므로, 신호 대 잡음 더하기 간섭비로서

Figure 112009060736779-pat00026
를 이용할 수 있고, 지향성 안테나를 사용하여 백홀을 구성하는 경우에는 단순한 신호 대 잡음비로서
Figure 112009060736779-pat00027
를 이용할 수 있다. 여기서, hm은 m 번째 링크의 송신단에 해당하는 액세스 포인트 및 수신단에 해당하는 액세스 포인트 사이의 채널 이득이고, hnm은 n 번째 링크의 송신단에 해당하는 액세스 포인트와 m 번째 링크의 수신단에 해당하는 액세스 포인트 사이의 간섭 채널 이득이며, σ2는 잡음 전력이다. 한편,
Figure 112009060736779-pat00028
은 m 번째 링크의 송신단에 해당하는 액세스 포인트의 송신 전력으로서, 예컨대 무선 메쉬 네트워크를 이루는 각각의 액세스 포인트에 대하여
Figure 112009060736779-pat00029
라는 제한이 있을 수 있다.In the wireless mesh network, each link capacity and each user channel capacity may be obtained according to channel characteristics. For example, Shannon's channel capacity equation can be used, or a modulation coding set (MCS) given according to the modulation scheme and code rate used for each link, in which case the signal-to-noise ratio also depends on the characteristics of the channel. . For example, when a non-directional antenna is used, since a transmission signal of another link acts as interference with respect to one link, as a signal-to-noise plus interference ratio,
Figure 112009060736779-pat00026
If the backhaul is formed using a directional antenna, the signal to noise ratio
Figure 112009060736779-pat00027
Can be used. Where h m is the channel gain between the access point corresponding to the transmitting end of the m th link and the access point corresponding to the receiving end, and h nm is the access point corresponding to the transmitting end of the n th link and the receiving end of the m th link. The interference channel gain between access points, sigma 2 is the noise power. Meanwhile,
Figure 112009060736779-pat00028
Is the transmission power of the access point corresponding to the transmitting end of the mth link, for example, for each of the access points forming the wireless mesh network.
Figure 112009060736779-pat00029
There may be a limit.

더욱 일반적으로, 본 발명의 실시예에 따르면, 무선 메쉬 네트워크에서 j 번째 액세스 포인트로 트래픽을 전달하는 액세스 포인트인 자식(child) 액세스 포인트의 집합을 C(j)라고 하고, j 번째 액세스 포인트가 트래픽을 전송하는 액세스 포인트인 부모(parent) 액세스 포인트의 집합을 P(j)라고 할 때, j 번째 액세스 포인트에 접속하는 단말과 j 번째 액세스 포인트 간의 사용자 채널 각각의 채널 용량이 C인 이상, 출력링크에 대한 제약은 다음의 수학식과 같이 기재할 수 있다.More generally, according to an embodiment of the present invention, a set of child access points, which are access points that forward traffic to a j th access point in a wireless mesh network, is referred to as C (j), and the j th access point is referred to as traffic. When a set of a parent access point that is an access point transmitting P is called P (j), as long as the channel capacity of each user channel between the terminal accessing the j th access point and the j th access point is C, the output link Constraints on can be described as in the following equation.

Figure 112009060736779-pat00030
Figure 112009060736779-pat00030

한편, j 번째 액세스 포인트가 최말단에 있는 메쉬 노드인 경우 인입되는 트래픽은 없고 출력링크만 존재하는바, 출력링크에 대한 제약은 다음의 수학식으로 표현할 수 있다.On the other hand, when the j-th access point is the mesh node at the end, there is no incoming traffic and only the output link, the constraint on the output link can be expressed by the following equation.

Figure 112009060736779-pat00031
Figure 112009060736779-pat00031

또 다른 한편으로, 게이트웨이는 외부 네트워크로 트래픽을 전달하는 기능을 하고, 접속 사용자 수의 영향을 받지 않는다고 볼 수 있다. 따라서, j 번째 액세스 포인트가 외부 네트워크에 대한 인터페이스를 가지는 게이트웨이인 경우, 게이트웨이에 연결된 외부 네트워크의 용량을 B라고 할 때, 다음의 수학식을 얻을 수 있다.On the other hand, the gateway functions to forward traffic to the external network and is not affected by the number of access users. Therefore, when the j th access point is a gateway having an interface to an external network, when the capacity of the external network connected to the gateway is B, the following equation may be obtained.

Figure 112009060736779-pat00032
Figure 112009060736779-pat00032

이와 같은 경우, K×M 행렬인 인시던스 행렬(incidence matrix) A의 k번째 행, m번째 열의 엘리먼트(element) akm을 다음의 수학식과 같이 정의하면, 출력링크에 대한 제약을 모든 액세스 포인트에 대하여 용이하게 표현할 수 있다. 여기서, K는 무선 메쉬 네트워크에서 게이트웨이를 포함하는 액세스 포인트들의 총수이고, L은 이와 같은 액세스 포인트들을 연결하는 링크의 총수이다.In this case, if the element a km of the kth row and the mth column of the incidence matrix A, which is the K × M matrix, is defined by the following equation, the constraint on the output link is defined for all access points. It can be easily expressed. Where K is the total number of access points including gateways in the wireless mesh network, and L is the total number of links connecting such access points.

Figure 112009060736779-pat00033
Figure 112009060736779-pat00033

따라서, 위 인시던스 행렬 A를 이용하면 무선 메쉬 네트워크의 각각의 링크 용량 및 각각의 사용자 채널 용량으로부터 다음의 수학식과 같은 제약조건을 산출할 수 있다.Therefore, using the above incidence matrix A, a constraint such as the following equation can be calculated from each link capacity and each user channel capacity of the wireless mesh network.

Figure 112009060736779-pat00034
Figure 112009060736779-pat00034

여기서,

Figure 112009060736779-pat00035
이고,
Figure 112009060736779-pat00036
이다.here,
Figure 112009060736779-pat00035
ego,
Figure 112009060736779-pat00036
to be.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 무선 메쉬 네트워크에서 각각의 액세스 포인트의 접속 사용자 수의 총합이 일정한 경우 다음의 수학식으로 표현할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the total number of access users of each access point in the wireless mesh network is constant, the following equation may be expressed.

Figure 112009060736779-pat00037
Figure 112009060736779-pat00037

여기서,

Figure 112009060736779-pat00038
은 모든 엘리먼트가 1인 벡터를 나타내고, N은 무선 메쉬 네트워크 내의 총 접속 사용자 수를 나타낸다. 한편, 각각의 액세스 포인트에는 최소한의 접속 사용자 수가 존재할 수 있는데, 접속 사용자 수의 최소값을 Nmin이라 할 때,
Figure 112009060736779-pat00039
이라는 제한이 있게 된다.here,
Figure 112009060736779-pat00038
Denotes a vector where all elements are 1, and N denotes the total number of connected users in the wireless mesh network. Meanwhile, each access point may have a minimum number of access users. When the minimum value of the access users is N min ,
Figure 112009060736779-pat00039
There is a restriction.

전술한 바와 같이 무선 메쉬 네트워크에 제약조건들이 존재하는 경우, 본 발명의 실시예에 따르면, 무선 네트워크에서 백홀의 구성에 필요한 필요 송신 전력을 최적화하기 위하여 위 제약조건들을 기초로 무선 메쉬 네트워크에 포함되는 액세스 포인트 각각의 송신 전력의 합인 총 송신 전력을 최소화한다. Pi를 i 번째 액세스 포인트의 송신 전력이라 하고

Figure 112009060736779-pat00040
이라 할 때, 이를 다음의 수학식으로 표현할 수 있다.As described above, when constraints exist in the wireless mesh network, according to an embodiment of the present invention, the wireless mesh network is included in the wireless mesh network based on the above constraints in order to optimize the necessary transmission power required for the backhaul configuration in the wireless network. Minimize the total transmit power, which is the sum of the transmit powers of each of the access points. P i is called the transmit power of the i th access point
Figure 112009060736779-pat00040
This can be expressed as the following equation.

Figure 112009060736779-pat00041
Figure 112009060736779-pat00041

전술한 바와 마찬가지로, 본 발명의 실시예에 따르면, 무선 메쉬 네트워크의 각각의 링크 용량 및 각각의 사용자 채널 용량으로부터 산출되는 제약조건인 제1 제약조건과 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수로부터 산출되는 제약조건인 제2 제약조건을 만족하면서 액세스 포인트 각각의 송신 전력의 합인 총 송신 전력을 목적함수로 하여 이 목적함수가 최소값을 가지도록 액세스 포인트 각각의 송신 전력 및 접속 사용자 수를 조절함으로써, 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 데에 필요한 송신 전력의 최적화할 수 있다. 예를 들어, 수학식 8을 위 수학식 6 및 위 수학식 7에 기초하여 수치적으로 풀어서 P와 n을 구할 수 있는바, 이를 통하여 액세스 포인트 각각의 송신 전력 및 접속 사용자 수를 결정할 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, the first constraint, which is a constraint calculated from each link capacity and each user channel capacity of the wireless mesh network, and the constraint calculated from the number of access users of each access point, respectively. The wireless mesh network is adjusted by adjusting the transmit power of each access point and the number of access users such that the objective function has a minimum value, with the total transmit power being the sum of the transmit powers of each of the access points while satisfying the second constraint. The transmission power required to configure can be optimized. For example, P and n can be obtained by numerically solving Equation 8 based on Equation 6 and Equation 7 above, thereby determining the transmission power and the number of access users of each access point.

한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 위 목적함수와 제1 제약조건 및 제2 제약조건으로부터 라그랑쥬 함수(Lagrangian function)를 구하여 무선 메쉬 네트워크에서 액세스 포인트들의 송신 전력을 제어하고 사용자를 배분할 수 있다. 이와 같은 라그랑쥬 함수에는 제1 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자(Lagrangian multiplier)인 제1 승산자와 제2 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자인 제2 승산자가 포함된다. 예를 들어, 제1 제약조건은 위 수학식 6에서 주어지고 제2 제약조건은 위 수학식 7에서 주어지는 경우, 위 수학식 8과 같이 무선 메쉬 네트워크의 총 송신 전력을 최소화하기 위하여, 다음의 수학식과 같은 라그랑쥬 함수를 구할 수 있다.Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, a Lagrangian function may be obtained from the above objective function, the first constraint, and the second constraint to control the transmission power of the access points in the wireless mesh network and to allocate users. . Such Lagrange functions include a first multiplier that is a Lagrangian multiplier associated with a first constraint and a second multiplier that is a Lagrange multiplier associated with a second constraint. For example, when the first constraint is given by Equation 6 above and the second constraint is given by Equation 7, in order to minimize the total transmit power of the wireless mesh network as shown in Equation 8 above, We can get Lagrange functions like the expression.

Figure 112009060736779-pat00042
Figure 112009060736779-pat00042

Figure 112009060736779-pat00043
Figure 112009060736779-pat00043

이 때, 본 발명의 실시예에 따르면, 전술한 바와 같은 최적화 문제는 두 가지 최적화 문제로 분해할 수 있다. 예컨대 위 수학식 9에서 송신 전력에 해당하는 P만의 함수인

Figure 112009060736779-pat00044
를 제1 함수로 놓고 사용자 배분에 해당하는 n만의 함수인
Figure 112009060736779-pat00045
를 제2 함수로 놓으면, 제1 함수에서 P에 대한 최적화 문제는 송신 전력 제어에 관한 것이고, 제2 함수에서 n의 최적화 문제는 사용자 배분에 관한 것이다. 이와 같이 라그랑쥬 함수가 제1 함수 및 제2 함수로 구분되는 경우에는 전체 최적화 문제를 액세스 포인트 각각의 송신 전력을 결정하는 부분과 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수를 결정하는 부분으로 나눌 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 함수에 관한 송신 전력 최적화 문제는 컨벡스(convex) 최적화 문제에 해당하므로, 일반적인 컨벡스 최적화 해법, 예컨대 인테리어 포인트 방법(interior point method)을 이용하여 P를 최적화할 수 있다. 제2 함수에 관한 사용자 배분 최적화 문제는 제1 함수에 관한 송신 전력 최적화 문제와 분리하여 풀 수 있다. 여기서, 위 두 가지 최적화 문제에 공통적으로 존재하는 변수인
Figure 112009060736779-pat00046
는 제1 제약조건과 연관된 제1 승산자로서 위 두 문제를 연결하는 파라미터(parameter)라고 해석할 수 있다.At this time, according to the embodiment of the present invention, the optimization problem as described above can be decomposed into two optimization problems. For example, in Equation 9 above, P is a function of only the transmit power.
Figure 112009060736779-pat00044
Is the first function, and n is the only function
Figure 112009060736779-pat00045
With the second function, the optimization problem for P in the first function relates to transmit power control, and the optimization problem for n in the second function relates to user allocation. As described above, when the Lagrange function is divided into a first function and a second function, the overall optimization problem may be divided into a part for determining transmission power of each access point and a part for determining the number of access users of each access point. According to the embodiment of the present invention, since the transmission power optimization problem related to the first function corresponds to a convex optimization problem, P can be optimized using a general convex optimization solution, for example, an interior point method. have. The user allocation optimization problem for the second function can be solved separately from the transmission power optimization problem for the first function. Here, a variable that is common to the two optimization problems
Figure 112009060736779-pat00046
Can be interpreted as a parameter connecting the above two problems as the first multiplier associated with the first constraint.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크에서의 송신 전력 제어 및 사용자 배분에 관한 최적화 문제를 두 부분으로 분해하는 개념을 도시하는 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating a concept of decomposing an optimization problem regarding transmission power control and user allocation in two parts in a wireless mesh network according to an embodiment of the present invention.

일반적으로 무선 메쉬 네트워크에서 액세스 포인트 각각의 송신 전력을 결정하기 위하여 P를 구하는 송신 전력 제어(400)는 물리 계층에서 이루어지고 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수를 결정하기 위하여 n을 구하는 사용자 배분(420)은 MAC 계층에서 이루어지는바, 전술한 바와 같이 두 개의 최적화 문제로 분해하는 것은 무선 통신 시스템의 전체적인 효율성 측면에서 유리하다.In general, transmission power control 400 for obtaining P to determine transmission power of each access point in a wireless mesh network is performed at the physical layer, and user allocation 420 for obtaining n to determine the number of access users of each access point. This is done at the MAC layer, so breaking up into two optimization problems as described above is advantageous in terms of overall efficiency of the wireless communication system.

한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 라그랑쥬 듀얼 함수(Lagrangian dual function)을 이용하여 무선 메쉬 네트워크에 존재하는 제약조건을 고려하면서 무선 메쉬 네트워크에서의 송신 전력 제어 및 사용자 배분을 수행할 수 있다. 예를 들어, 위 제1 제약조건과 위 제2 제약조건을 만족하면서 무선 메쉬 네트워크의 총 송신 전력을 최소화하기 위하여, 다음의 수학식과 같은 라그랑쥬 듀얼 함수를 구할 수 있다.Meanwhile, according to an exemplary embodiment of the present invention, transmission power control and user distribution in a wireless mesh network may be performed using a Lagrangian dual function while considering constraints existing in the wireless mesh network. For example, in order to minimize the total transmission power of the wireless mesh network while satisfying the first and second constraints, a Lagrange dual function may be obtained as shown in the following equation.

Figure 112009060736779-pat00047
Figure 112009060736779-pat00047

여기서, 전술한 최적화 문제는 다음의 수학식으로 정의되는 듀얼 최적화 문제를 풀이함으로써 해결할 수 있게 된다. 전술한 바와 마찬가지로, 본 발명의 실시예에 따르면, 라그랑쥬 듀얼 함수가 송신 전력에 해당하는 P만의 함수와 사용자 배분에 해당하는 n만의 함수로 구분되는 경우에는 듀얼 최적화 문제는 액세스 포인트 각각의 송신 전력의 최적화 문제와 사용자 배분의 최적화 문제로 분해될 수 있다.Here, the above-described optimization problem can be solved by solving the dual optimization problem defined by the following equation. As described above, according to an embodiment of the present invention, when the Lagrange dual function is divided into a function of only P corresponding to transmit power and a function of only n corresponding to user allocation, the dual optimization problem is the transmit power of each access point. It can be decomposed into an optimization problem of and an optimization problem of user allocation.

Figure 112009060736779-pat00048
Figure 112009060736779-pat00048

본 발명의 실시예에 따르면, 제1 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자인 제1 승산자

Figure 112009060736779-pat00049
와 제2 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자인 제2 승산자
Figure 112009060736779-pat00050
를 갱신해 가면서 액세스 포인트 각각의 송신 전력과 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수를 결정하되 이와 같은 과정을 특정 범위 내에서 수렴할 때까지 수행함으로써 최종적으로 P와 n을 결정할 수 있다. 예컨대, 제1 승산자는 제1 승산자에 대한 라그랑쥬 듀얼 함수의 서브그래디언트(subgradient)를 이용하여 갱신할 수 있으며, 마찬가지로 제2 승산자는 제2 승산자에 대한 라그랑쥬 듀얼 함수의 서브그래디언트를 이용하여 갱신할 수 있다. 또한, 위와 같이 제1 승산자 및 제2 승산자를 갱신하면서 주어진 제1 승산자 및 제2 승산자에 대하여 P와 n을 구하는 과정은, 전술한 바와 마찬가지로 송신 전력 제어 문제와 사용자 배분 문제로 분리하여 수행될 수 있다.According to an embodiment of the invention, a first multiplier that is a Lagrange multiplier associated with a first constraint
Figure 112009060736779-pat00049
Second multiplier, which is a Lagrange multiplier associated with the second constraint.
Figure 112009060736779-pat00050
While updating, the transmission power of each access point and the number of access users of each access point are determined, and the same process is performed until convergence within a specific range can finally determine P and n. For example, the first multiplier may be updated using a subgradient of the Lagrange dual function for the first multiplier, and the second multiplier may use a subgradient of the Lagrange dual function for the second multiplier. Can be updated. In addition, the process of obtaining P and n for a given first multiplier and a second multiplier while updating the first multiplier and the second multiplier as described above may be divided into a transmission power control problem and a user allocation problem as described above. Can be performed.

위와 같은 분석을 토대로 하여, 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크에서의 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법을 도 5를 참조하여 설명 한다.Based on the above analysis, the following describes a transmission power control and user distribution method in a wireless mesh network according to an embodiment of the present invention with reference to FIG.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 무선 메쉬 네트워크에서 송신 전력을 제어하고 사용자를 배분하는 과정을 도시한 플로우차트이다.5 is a flowchart illustrating a process of controlling transmission power and distributing users in a wireless mesh network according to an embodiment of the present invention.

도 5에서는, 제1 제약조건이 위 수학식 6으로부터 주어지고 제2 제약조건이 위 수학식 7로부터 주어지는 경우, 무선 메쉬 네트워크의 총 송신 전력을 최소화하기 위한 라그랑쥬 함수는 위 수학식 9로 주어지는바, 그에 대응하는 라그랑쥬 듀얼 함수에 대하여 액세스 포인트 각각의 송신 전력 및 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수를 결정하는 과정을 도시한다. 이와 같은 경우, 총 송신 전력의 최적화 문제는 송신 전력의 최적화 및 사용자 배분의 최적화로 분해하여 수행될 수 있다.In FIG. 5, when the first constraint is given from Equation 6 above and the second constraint is given from Equation 7, the Lagrange function for minimizing the total transmit power of the wireless mesh network is given by Equation 9 above. The process of determining the transmit power of each of the access points and the number of access users of each of the access points is shown for the corresponding Lagrange dual function. In such a case, the problem of optimizing the total transmit power may be solved by decomposing the optimization of the transmit power and the optimization of user allocation.

도 5를 참조하면, 먼저 초기화 단계(t=0)로서 제1 제약조건과 연관된 제1 승산자 및 제2 제약조건과 연관된 제2 승산자의 초기값을 설정하고 사용자는 무선 메쉬 네트워크를 이루는 액세스 포인트 모두에 균일하게 배분되도록 n의 초기값을 설정한다(S500).Referring to FIG. 5, first, as an initialization step (t = 0), initial values of a first multiplier associated with a first constraint and a second multiplier associated with a second constraint are set, and a user forms an access point forming a wireless mesh network. An initial value of n is set to be uniformly distributed to all (S500).

이어서, 주어진 제1 승산자에 대하여 송신 전력을 최적화한다(S510). 위 수학식 9로부터 전술한 바와 같이 구할 수 있는 제1 함수를 참조하면, 송신 전력의 최적화 문제는 다음의 수학식으로 표현할 수 있다. 여기서, 액세스 포인트 각각의 송신 전력에 제한이 있는 경우를 고려한다.Subsequently, the transmission power is optimized for the given first multiplier (S510). Referring to the first function obtained as described above from Equation 9, the optimization problem of the transmission power can be expressed by the following equation. Here, the case where there is a limit in the transmission power of each of the access points is considered.

Figure 112009060736779-pat00051
Figure 112009060736779-pat00051

Figure 112009060736779-pat00052
Figure 112009060736779-pat00052

한편, 위와 같은 문제는 컨벡스 최적화 문제에 해당하는바, 예컨대 인테리어 포인트 방법을 이용하여 주어진 제1 승산자인

Figure 112009060736779-pat00053
에 대한 최적의 송신 전력인 P를 구할 수 있다.On the other hand, the above problem corresponds to the convex optimization problem, i.e., the first multiplier given using the interior point method.
Figure 112009060736779-pat00053
P, which is the optimal transmit power for, can be obtained.

다음으로, 주어진 제1 승산자 및 제2 승산자에 대하여 사용자 배분을 최적화한다(S520). 여기서, 예컨대 주어진 제1 승산자인

Figure 112009060736779-pat00054
및 주어진 제2 승산자인
Figure 112009060736779-pat00055
에 대하여
Figure 112009060736779-pat00056
벡터의 엘리먼트 중에서 최대값인 엘리먼트의 인수를 u라고 하고 최소값인 엘리먼트의 인수를 v라고 할 때, 다음의 수학식과 같이 u 번째 액세스 포인트의 접속 사용자 수와 v 번째 액세스 포인트의 접속 사용자 수를 갱신할 수 있다. Next, the user distribution is optimized for the given first multiplier and the second multiplier (S520). Where, for example, a given first multiplier
Figure 112009060736779-pat00054
And given second multiplier
Figure 112009060736779-pat00055
about
Figure 112009060736779-pat00056
When the argument of the maximum element among the elements of the vector is u and the argument of the minimum element is v, the number of access users of the u th access point and the access user of the v th access point are updated as shown in the following equation. Can be.

Figure 112009060736779-pat00057
Figure 112009060736779-pat00057

Figure 112009060736779-pat00058
Figure 112009060736779-pat00058

이와 같이 각각의 액세스 포인트의 접속 사용자 수에 해당하는 n을 갱신해 나아감으로써, 위 수학식 9로부터 전술한 바와 같이 구할 수 있는 제2 함수에 해당하는 부분의 값을 최소화하는 방향으로 사용자를 배분할 수 있다.In this way, by updating n corresponding to the number of connected users of each access point, the users can be distributed in the direction of minimizing the value of the portion corresponding to the second function obtained from Equation 9 above. have.

이어서, 제1 승산자와 제2 승산자를 갱신한다(S540). 여기서, 제1 승산자와 제2 승산자는 각각 라그랑쥬 듀얼 함수의 서브그래디언트를 이용하여 갱신할 수 있다. 주어진 제1 승산자

Figure 112009060736779-pat00059
와 제2 승산자
Figure 112009060736779-pat00060
에 대하여 최적의 송신 전력 P* 및 사용자 배분 n*을 구하면 다음의 수학식과 같이 표현할 수 있다.Next, the first multiplier and the second multiplier are updated (S540). Here, the first multiplier and the second multiplier may be updated using sub-gradients of the Lagrange dual function, respectively. Given first multiplier
Figure 112009060736779-pat00059
And second multiplier
Figure 112009060736779-pat00060
The optimal transmission power P * and the user allocation n * can be expressed by the following equation.

Figure 112009060736779-pat00061
Figure 112009060736779-pat00061

여기서, 제2 승산자는 동일한 값을 가지되 제1 승산자는 다른 값인

Figure 112009060736779-pat00062
으로 주어진다면, 다음의 수학식을 얻을 수 있다.Here, the second multiplier has the same value, but the first multiplier is different value
Figure 112009060736779-pat00062
Given by, we can get

Figure 112009060736779-pat00063
Figure 112009060736779-pat00063

따라서, 위 수학식 14 및 위 수학식 15로부터 다음의 수학식과 같은 관계를 얻을 수 있다.Therefore, the following relationship can be obtained from the above equations (14) and (15).

Figure 112009060736779-pat00064
Figure 112009060736779-pat00064

이와 같은 경우, 제1 승산자

Figure 112009060736779-pat00065
에 대한 라그랑쥬 듀얼 함수의 서브그래디언트는
Figure 112009060736779-pat00066
로 놓을 수 있다. 전술한 바와 유사하게, 제2 승산자에 대하여 다음의 수학식과 같은 관계를 얻을 수 있다.In this case, the first multiplier
Figure 112009060736779-pat00065
The sub-gradient of the Lagrange dual function for
Figure 112009060736779-pat00066
Can be set as Similarly to the above, the following equation can be obtained for the second multiplier.

Figure 112009060736779-pat00067
Figure 112009060736779-pat00067

이와 같은 경우, 제2 승산자

Figure 112009060736779-pat00068
에 대한 라그랑쥬 듀얼 함수의 서브그래디언트는
Figure 112009060736779-pat00069
로 놓을 수 있다. 그러므로, 제1 승산자 및 제2 승산자는 전술한 바와 같이 이전의 두 단계(S510, S520)에서 각각 구한 P와 n을 이용하여 다음의 수학식과 같이 갱신할 수 있다.In this case, the second multiplier
Figure 112009060736779-pat00068
The sub-gradient of the Lagrange dual function for
Figure 112009060736779-pat00069
Can be set as Therefore, as described above, the first multiplier and the second multiplier may be updated by using P and n obtained in the previous two steps S510 and S520 as shown in the following equation.

Figure 112009060736779-pat00070
Figure 112009060736779-pat00070

Figure 112009060736779-pat00071
Figure 112009060736779-pat00071

여기서,

Figure 112009060736779-pat00072
는 제1 승산자를 갱신하기 위한 스텝 사이즈(step size)이고,
Figure 112009060736779-pat00073
는 제2 승산자를 갱신하기 위한 스텝 사이즈이다. 예컨대,
Figure 112009060736779-pat00074
Figure 112009060736779-pat00075
이고,
Figure 112009060736779-pat00076
이며,
Figure 112009060736779-pat00077
를 만족하는 스텝 사이즈일 수 있으며,
Figure 112009060736779-pat00078
도 유사한 스텝 사이즈일 수 있다. 또는, 스텝 사이즈는 각각 스텝의 경과와 무관하게 일정한 값으로 유지되는 값일 수 있다.here,
Figure 112009060736779-pat00072
Is a step size for updating the first multiplier,
Figure 112009060736779-pat00073
Is the step size for updating the second multiplier. for example,
Figure 112009060736779-pat00074
Is
Figure 112009060736779-pat00075
ego,
Figure 112009060736779-pat00076
Is,
Figure 112009060736779-pat00077
May be a step size satisfying
Figure 112009060736779-pat00078
Similar step size can be. Alternatively, the step size may be a value maintained at a constant value regardless of the progress of each step.

이어서, 다음 스텝으로 넘어간다(S540).Subsequently, the process proceeds to the next step (S540).

만일 이와 같은 과정을 진행한 결과 특정 범위 내에서 수렴한다고 판정할 수 있는지 여부를 체크한다(S550). 체크 결과, 수렴한다고 판단되면 최종적으로 P와 n이 결정되는바, 무선 메쉬 네트워크에서의 총 송신 전력 및 사용자 배분이 결정된다. 만약 수렴한 상태가 아닌 한, 갱신된 제1 승산자 및 갱신된 제2 승산자에 대하여 위 단계들(S510, S520, S530, S540, S550)을 반복한다.If the process proceeds as above, it is checked whether it can be determined that convergence within a specific range (S550). As a result of the check, if it is determined that convergence, P and n are finally determined, so that the total transmission power and user allocation in the wireless mesh network are determined. If not, the above steps (S510, S520, S530, S540, S550) are repeated for the updated first multiplier and the updated second multiplier.

한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 무선 메쉬 네트워크에서 각각의 액세스 포인트에 접속하는 사용자의 단말이 접속한 액세스 포인트와 통신하는 사용자 채널의 상태에 따라 사용자 채널 용량이 달라지는 경우, 예컨대 j 번째 액세스 포인트에 접속하는 q 번째 사용자의 단말에 대한 사용자 채널 용량을

Figure 112009060736779-pat00079
인 경우, 위 수학식 6을 다음의 수학식과 같이 변경하여 제1 제약조건을 산출할 수 있으며, 그에 따라 무선 메쉬 네트워크에서 백홀의 구성에 필요한 필요 송신 전력을 최적화할 수 있다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, when the user channel capacity is changed according to the state of the user channel communicating with the access point connected to the access point connected to the user terminal in the wireless mesh network, for example, j j access point User channel capacity for the terminal of the q th user accessing
Figure 112009060736779-pat00079
In this case, the first constraint may be calculated by changing Equation 6 to the following Equation, thereby optimizing the necessary transmission power required for the backhaul configuration in the wireless mesh network.

Figure 112009060736779-pat00080
Figure 112009060736779-pat00080

한편, 사용자 채널 용량에 따른 제약조건을 산출하는 데에는, j 번째 액세스 포인트의 모든 사용자 채널의 상태를 파악하는 대신에 평균 트래픽을 이용할 수도 있다.On the other hand, in calculating the constraints according to the user channel capacity, the average traffic may be used instead of grasping the state of all user channels of the j th access point.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크의 성능 향상 효과를 도시하는 도면이다.6 is a diagram illustrating a performance improvement effect of a wireless mesh network according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따라 무선 메쉬 네트워크에서의 총 송신 전력 및 사용자 배분을 통하여, 사용자 배분을 균일하게 한 경우보다 총 송신 전력이 전체적으로 감소하였음을 알 수 있다. 도 6을 참조하면, 균일하게 사용자를 배분하고 총 송신 전력만 조절하는 경우에는 총 접속 사용자 수가 증가함에 따라 총 송신 전력이 지수적으로 증가하나, 본 발명의 실시예에 따르면 총 접속 사용자 수가 증가함에 따라 총 송신 전력이 선형적으로 증가한다. According to an embodiment of the present invention, it can be seen that total transmission power is reduced as compared with the case where the user distribution is uniform through total transmission power and user distribution in the wireless mesh network. Referring to FIG. 6, in the case of uniformly distributing users and adjusting only the total transmit power, the total transmit power increases exponentially as the total number of connected users increases, but according to the embodiment of the present invention, the total number of connected users increases. Thus, the total transmit power increases linearly.

본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독할 수 있는 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.Embodiments of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic-optical media such as floppy disks. magneto-optical media and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. The medium may be a transmission medium such as an optical or metal line, a wave guide, or the like, including a carrier wave for transmitting a signal designating a program command, a data structure, or the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것으로 이해해서는 안 된다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. I can understand that. Therefore, the embodiments described above are illustrative in all respects and should not be understood as limiting.

도 1은 무선 메쉬 네트워크의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating an exemplary structure of a wireless mesh network.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating a configuration of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크에서 액세스 포인트의 출력링크의 용량에 대한 제약을 도시하는 도면이다.3 is a diagram illustrating a restriction on the capacity of an output link of an access point in a wireless mesh network according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크에서의 송신 전력 제어 및 사용자 배분에 관한 최적화 문제를 두 부분으로 분해하는 개념을 도시하는 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating a concept of decomposing an optimization problem regarding transmission power control and user allocation in two parts in a wireless mesh network according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 무선 메쉬 네트워크에서 송신 전력을 제어하고 사용자를 배분하는 과정을 도시한 플로우차트이다.5 is a flowchart illustrating a process of controlling transmission power and distributing users in a wireless mesh network according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크의 성능 향상 효과를 도시하는 도면이다.6 is a diagram illustrating a performance improvement effect of a wireless mesh network according to an embodiment of the present invention.

Claims (20)

복수의 액세스 포인트를 포함하는 무선 메쉬 네트워크에서 송신 전력을 제어하고 사용자를 배분하는 방법에 있어서,A method for controlling transmission power and distributing users in a wireless mesh network including a plurality of access points, the method comprising: (a) 상기 무선 메쉬 네트워크의 각각의 링크 용량 및 각각의 사용자 채널 용량으로부터 제1 제약조건을 산출하는 단계와,(a) calculating a first constraint from each link capacity and each user channel capacity of the wireless mesh network; (b) 상기 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수로부터 제2 제약조건을 산출하는 단계와,(b) calculating a second constraint from the number of access users of each of the access points; (c) 상기 제1 제약조건 및 상기 제2 제약조건에 기초하여 상기 무선 메쉬 네트워크에서 백홀(backhaul)의 구성에 필요한 필요 송신 전력이 최적화되도록 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력 및 상기 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수를 결정하는 단계(c) the transmission power of each of the access points and the connection of each of the access points such that the necessary transmission power required for the configuration of a backhaul in the wireless mesh network is optimized based on the first and second constraints. Steps to determine the number of users 를 포함하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Transmission power control and user distribution method comprising a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (c) 단계에서In the step (c) 상기 필요 송신 전력은 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력의 합인 총 송신 전력인 것을 특징으로 하는The required transmit power is a total transmit power which is a sum of transmit powers of each of the access points. 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Transmission power control and user distribution method. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (c) 단계는Step (c) is 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력의 합인 총 송신 전력인 목적함수가 상기 제1 제약조건 및 상기 제2 제약조건을 만족하면서 최소값을 가지도록 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력 및 상기 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수를 결정하는The transmission power of each of the access points and the number of access users of each of the access points such that an objective function, which is the total transmission power that is the sum of the transmission powers of each of the access points, has a minimum while satisfying the first and second constraints. To determine 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Transmission power control and user distribution method. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 (a) 단계에서In the step (a) 상기 제1 제약조건은 상기 액세스 포인트 각각에 대하여 출력링크의 링크 용량이 입력링크의 링크 용량의 합 및 상기 액세스 포인트의 접속 사용자의 사용자 채널 용량의 합을 합한 값 이상인 것을 특징으로 하는The first constraint is characterized in that for each of the access points, the link capacity of the output link is equal to or greater than the sum of the sum of the link capacity of the input link and the user channel capacity of the access user of the access point. 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Transmission power control and user distribution method. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 (b) 단계에서In step (b) 상기 제2 제약조건은 상기 무선 메쉬 네트워크 내의 총 접속 사용자 수가 일정한 것을 특징으로 하는The second constraint is characterized in that the total number of connected users in the wireless mesh network is constant. 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Transmission power control and user distribution method. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 (c) 단계는Step (c) is 상기 목적함수, 상기 제1 제약조건 및 상기 제2 제약조건으로부터 라그랑쥬 함수(Lagrangian function)를 구하는 단계Obtaining a Lagrangian function from the objective function, the first constraint and the second constraint 를 포함하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Transmission power control and user distribution method comprising a. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 (c) 단계는Step (c) is 상기 라그랑쥬 함수가 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력에 관한 함수인 제1 함수와 상기 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수에 관한 함수인 제2 함수로 구분되는 경우,When the Lagrange function is divided into a first function that is a function of the transmission power of each of the access points and a second function that is a function of the number of access users of each of the access points, 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력을 결정하는 단계와,Determining transmit power of each of the access points; 상기 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수를 결정하는 단계Determining the number of access users of each of the access points 를 포함하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Transmission power control and user distribution method comprising a. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 (c) 단계는Step (c) is 상기 목적함수, 상기 제1 제약조건 및 상기 제2 제약조건으로부터 라그랑쥬 듀얼 함수(Lagrangian dual function)를 구하는 단계Obtaining a Lagrangian dual function from the objective function, the first constraint and the second constraint 를 포함하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Transmission power control and user distribution method comprising a. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 (c) 단계는Step (c) is 상기 라그랑쥬 듀얼 함수가 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력에 관한 함수인 제1 함수와 상기 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수에 관한 함수인 제2 함수로 구분되는 경우,When the Lagrange dual function is divided into a first function that is a function of the transmission power of each of the access points and a second function that is a function of the number of access users of each of the access points, 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력을 결정하는 단계와,Determining transmit power of each of the access points; 상기 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수를 결정하는 단계Determining the number of access users of each of the access points 를 포함하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Transmission power control and user distribution method comprising a. 제 7항 또는 제 9항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 7 to 9, 상기 (c) 단계에서In the step (c) 컨벡스(convex) 최적화 해법을 이용하여 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력을 결정하는Determining transmit power of each of the access points using a convex optimization solution. 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Transmission power control and user distribution method. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 컨벡스 최적화 해법은 인테리어 포인트 방법(interior point method)인 것을 특징으로 하는The convex optimization solution is characterized in that the interior point method (interior point method) 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Transmission power control and user distribution method. 제 7항 또는 제 9항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 7 to 9, 상기 (c) 단계에서In the step (c) 상기 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수를 결정하는 단계는 상기 복수의 액세스 포인트 중 하나의 액세스 포인트의 접속 사용자 수를 감소시키고 상기 감소된 수만큼 다른 하나의 액세스 포인트의 접속 사용자 수를 증가시키는 것을 특징으로 하는The determining of the number of access users of each of the access points may include reducing the number of access users of one of the access points and increasing the number of access users of another access point by the reduced number. doing 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Transmission power control and user distribution method. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 (c) 단계는Step (c) is 상기 제1 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자(Lagrangian multiplier)인 제1 승산자를 갱신하는 단계Updating a first multiplier that is a Lagrangian multiplier associated with the first constraint 를 포함하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Transmission power control and user distribution method comprising a. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 제1 승산자는 상기 제1 승산자에 대한 상기 라그랑쥬 듀얼 함수의 서브그래디언트(subgradient)를 이용하여 갱신하는The first multiplier is updated by using a subgradient of the Lagrange dual function for the first multiplier. 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Transmission power control and user distribution method. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 (c) 단계는Step (c) is 상기 제2 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자인 제2 승산자를 갱신하는 단계Updating a second multiplier that is a Lagrange multiplier associated with the second constraint 를 포함하는 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Transmission power control and user distribution method comprising a. 제 15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 제2 승산자는 상기 제2 승산자에 대한 상기 라그랑쥬 듀얼 함수의 서브그래디언트를 이용하여 갱신하는The second multiplier updates using a subgradient of the Lagrange dual function for the second multiplier. 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Transmission power control and user distribution method. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 목적함수는
Figure 112009060736779-pat00081
이고,
The objective function is
Figure 112009060736779-pat00081
ego,
상기 제1 제약조건은
Figure 112009060736779-pat00082
이며,
The first constraint is
Figure 112009060736779-pat00082
Is,
상기 제2 제약조건은
Figure 112009060736779-pat00083
이되,
The second constraint is
Figure 112009060736779-pat00083
This,
K는 상기 복수의 액세스 포인트의 총수,K is the total number of the plurality of access points, Pi는 상기 복수의 액세스 포인트 중 i 번째 액세스 포인트의 송신 전력,P i is the transmit power of the i th access point of the plurality of access points, A는 상기 무선 메쉬 네트워크의 복수의 링크 중 m 번째 링크가 상기 복수의 액세스 포인트 중 k 번째 액세스 포인트의 출력링크인 경우에는 m 번째 열의 엘리먼트 akm이 1이고, 상기 무선 메쉬 네트워크의 복수의 링크 중 m 번째 링크가 상기 복수의 액세스 포인트 중 k 번째 액세스 포인트의 입력링크인 경우에는 akm이 -1이며, 그 외의 경우에는 akm이 0인 행렬,A is an element a km in the mth column when the mth link of the plurality of links of the wireless mesh network is an output link of the kth access point of the plurality of access points, and A is one of the plurality of links of the wireless mesh network. If the m-th k-th access link type link points of the plurality of access points is a km -1, and the other cases, a km of zero matrix, b는, Cij가 i 번째 액세스 포인트에서 j 번째 액세스 포인트로의 링크의 링크 용량이고 P(i)가 i 번째 액세스 포인트의 부모(parent) 액세스 포인트들의 집합이며 B가 게이트웨이에 연결된 외부 네트워크의 용량일 때,
Figure 112009060736779-pat00084
인 벡터,
b is, C ij is the capacity of the i th access point link capacity of the link to the j-th access point in a P (i) is the set of i-th Access Point parent (parent) access points and the external network B is connected to gateway when,
Figure 112009060736779-pat00084
Vector,
C는 상기 사용자 채널 각각의 사용자 채널 용량,C is the user channel capacity of each of the user channels, nj는 상기 복수의 액세스 포인트 중 j 번째 액세스 포인트의 접속 사용자 수,n j is the number of access users of the j th access point of the plurality of access points, n은
Figure 112009060736779-pat00085
인 벡터,
n is
Figure 112009060736779-pat00085
Vector,
N은 상기 무선 메쉬 네트워크의 총 접속 사용자 수인N is the total number of connected users of the wireless mesh network 송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Transmission power control and user distribution method.
제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 (c) 단계에서In the step (c) 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력은The transmit power of each of the access points is
Figure 112009060736779-pat00086
Figure 112009060736779-pat00086
의 해로부터 결정하되,Determined from year, P는
Figure 112009060736779-pat00087
인 벡터이고,
P is
Figure 112009060736779-pat00087
Is a vector
Figure 112009060736779-pat00088
가 상기 액세스 포인트 각각의 송신 전력의 최대값일 때, Pi
Figure 112009060736779-pat00089
를 만족하며,
Figure 112009060736779-pat00088
When P is the maximum value of the transmit power of each of the access points, P i is
Figure 112009060736779-pat00089
Satisfying
Figure 112009060736779-pat00090
는 상기 제1 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자인 제1 승산자인
Figure 112009060736779-pat00090
Is a Lagrange multiplier associated with the first constraint and is a first multiplier
송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Transmission power control and user distribution method.
제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 (c) 단계에서In the step (c) 상기 액세스 포인트 각각의 접속 사용자 수를 결정하는 단계는Determining the number of access users of each of the access point is
Figure 112009060736779-pat00091
Figure 112009060736779-pat00091
Figure 112009060736779-pat00092
Figure 112009060736779-pat00092
에 의하여 n을 갱신하는 단계를 포함하되,Updating n by u는
Figure 112009060736779-pat00093
벡터의 엘리먼트 중에서 최대값인 엘리먼트의 인수이고,
u is
Figure 112009060736779-pat00093
Is an argument of the largest element of a vector,
v는
Figure 112009060736779-pat00094
벡터의 엘리먼트 중에서 최소값인 엘리먼트의 인수이며,
v is
Figure 112009060736779-pat00094
Is the argument of the minimum element among the elements of the vector,
Figure 112009060736779-pat00095
은 모든 엘리먼트가 1인 벡터이고,
Figure 112009060736779-pat00095
Is a vector with all elements 1
Figure 112009060736779-pat00096
는 상기 제1 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자인 제1 승산자이고,
Figure 112009060736779-pat00096
Is a first multiplier that is a Lagrange multiplier associated with the first constraint,
Figure 112009060736779-pat00097
는 상기 제2 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자인 제2 승산자인
Figure 112009060736779-pat00097
Is a Lagrange multiplier associated with the second constraint and is a second multiplier
송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Transmission power control and user distribution method.
제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 (c) 단계는Step (c) is 상기 제1 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자인 제1 승산자 및 상기 제2 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자인 제2 승산자를A first multiplier that is a Lagrange multiplier associated with the first constraint and a second multiplier that is a Lagrange multiplier associated with the second constraint
Figure 112009060736779-pat00098
Figure 112009060736779-pat00098
Figure 112009060736779-pat00099
Figure 112009060736779-pat00099
에 의하여 갱신하되,Updated by
Figure 112009060736779-pat00100
는 상기 제1 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자인 제1 승산자,
Figure 112009060736779-pat00100
Is a first multiplier that is a Lagrange multiplier associated with the first constraint,
Figure 112009060736779-pat00101
는 상기 제2 제약조건과 연관된 라그랑쥬 승산자인 제2 승산자,
Figure 112009060736779-pat00101
Is a second multiplier that is a Lagrange multiplier associated with the second constraint,
Figure 112009060736779-pat00102
은 상기 제1 승산자를 갱신한 값,
Figure 112009060736779-pat00102
Is a value of updating the first multiplier,
Figure 112009060736779-pat00103
은 상기 제2 승산자를 갱신한 값,
Figure 112009060736779-pat00103
Is a value of updating the second multiplier,
Figure 112009060736779-pat00104
는 상기 제1 승산자를 갱신하기 위한 스텝 사이즈(step size),
Figure 112009060736779-pat00104
Is a step size for updating the first multiplier,
Figure 112009060736779-pat00105
는 상기 제2 승산자를 갱신하기 위한 스텝 사이즈인
Figure 112009060736779-pat00105
Is a step size for updating the second multiplier
송신 전력 제어 및 사용자 배분 방법.Transmission power control and user distribution method.
KR1020090094108A 2009-10-01 2009-10-01 Power Control and User Allocation Method in Wireless Mesh Network KR101047039B1 (en)

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