KR101136641B1 - 클러스터 헤드를 위한 주파수 채널 할당 방법 - Google Patents

클러스터 헤드를 위한 주파수 채널 할당 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 클러스터 헤드를 위한 주파수 채널 할당 방법에 관한 것으로, 간섭을 회피할 수 있는 채널만으로 리스트를 생성함으로써 클러스터 헤드에 채널을 할당하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명은, 주파수 채널 할당 방법에 있어서, 주파수 채널 할당 장치가 제 1 무선망 및 제 2 무선망의 주파수 공용환경에서, 상기 제2무선망의 주파수 채널 분포에 따른 채널 그룹이 설정된, 상기 제1무선망에 대한 논리적 채널 리스트를 생성하고, 상기 채널 그룹의 중심 주파수에 따라 상기 논리적 채널 리스트로부터 제 1 검색채널을 선택하는 제 1 선택 단계; 상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 제 1 검색채널에 대해 에너지 검출 및 반송파 감지를 수행하여 상기 제 2 무선망에 의한 간섭이 있는지를 확인하는 제 1 확인 단계; 상기 제 1 확인 단계의 확인 결과에 따라, 상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 논리적 채널 리스트에서 상기 제 1 검색채널을 제외시킬지를 결정하여 상기 논리적 채널 리스트를 갱신하는 제 1 갱신 단계; 및 상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 갱신한 논리적 채널 리스트를 이용하여 자신의 주파수 채널을 할당하는 제 1 채널 할당 단계를 포함한다.
주파수 공용환경, 무선 개인망, 무선 지역망, 클러스터 헤드, 액세스 포인 트, 에너지 검출, 반송파 감지

Description

클러스터 헤드를 위한 주파수 채널 할당 방법{METHOD FOR ALLOCATING A FREQUENCY CHANNEL TO A CLUSTER HEAD}
본 발명은 클러스터 헤드를 위한 주파수 채널 할당 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 개인망(WPAN) 등의 클러스터 헤드에서 이종망(즉, 무선 지역망의 액세스 포인트) 및 동종망(즉, 무선 개인망의 인접 클러스터 헤드)에 의한 간섭이 있는지를 확인하여 간섭이 있는 채널을 제외시켜 간섭을 회피할 수 있는 채널만으로 리스트를 생성함으로써, 클러스터 헤드에 채널을 할당할 수 있도록 하기 위한, 클러스터 헤드를 위한 주파수 채널 할당 방법에 관한 것이다.
IEEE 802 계열의 표준들은 800㎒ 대역, 900㎒ 대역, 2.4㎓ 대역(ISM 대역)을 사용할 수 있으나, 주로 2.4㎓ 대역을 사용하기 위한 연구가 진행되어 왔다. 여기서, IEEE 802 계열의 표준에는 IEEE 802.11b 표준, IEEE 802.15.1 표준, IEEE 802.15.4 표준 등이 있다.
특히, IEEE 802.15.4 표준에서는 저속의 무선 개인망(Wireless Personal Area Network, WPAN)을 설계하기 위한 무선채널과 이에 맞는 통신 접속 제어 계층에 대해 다루고 있으며, 주로 무선 센서 네트워크에 적용하기 위한 연구가 진행되었다.
한편, IEEE 802 계열의 표준에서 주파수대역 공용환경의 간섭 회피에 대한 연구는, 주로 블루투스(bluetooth)라 불리는 IEEE 802.15.1 표준에 대해 중점적으로 수행되어 왔으며, IEEE 802.15.4 표준에 있어서는 희박한 실정이다.
그런데, 종래의 IEEE 802.15.4 표준에서는 주로 인접 클러스터(cluster)와의 간섭에 대한 회피를 위해 하기와 같은 방식이 제안되었다.
우선, '비컨 스케줄링을 통한 간섭 제거 방식'은 IEEE 802.15.4 표준의 활동/비활동 구간의 특성을 이용하여 슈퍼프레임 구조의 시작에 사용되는 비컨의 시간적인 스케줄링을 인접 클러스터 간에 적용시킴으로써 서로 간의 간섭을 피하는 방식이다. 여기서, '비컨 스케줄링을 통한 간섭 제거 방식'은 스케줄링을 통해 감당할 수 있는 노드의 밀도가 한정되어 있기 때문에, IEEE 802.15.4 장치가 고밀도로 분포되어 있는 환경에서 적용되기 어려운 한계가 있다.
또한, '분산 채널 할당 방식'은 연결도(connectivity)로부터 계산된 중요도에 따라 인접 클러스터들 중 그 중요도가 가장 큰 클러스터 헤드(cluster head)부터 채널을 결정한 후 인접 노드 또는 클러스터에 알려주면, 인접 클러스터들 중 중요도가 낮은 클러스터 헤드가 그보다 더 큰 클러스터 헤드로부터 전달된 채널정보를 참고하여 서로 간의 간섭을 회피할 수 있는 다른 채널을 선택하도록 하는 방식이다. 여기서, '분산 채널 할당 방식'은 채널 할당을 위해 주고받는 메시지의 수가 많기 때문에, 실제 데이터를 주고받는 통신에 비해 높은 밀도에서 채널 할당에 사용되는 통신의 비율이 높게 차지하기 때문에 효율적인 면에서 한계가 있다.
그리고 '비컨 기반 간섭 감지 방식'은 클러스터 헤드로부터 전달된 비컨이 수신에 성공했는지 실패했는지에 따라 간섭을 감지한 후 간섭을 회피하는 방식이다. 여기서, '비컨 기반 간섭 감지 방식은 간섭원에서 비컨신호를 전송하는 경우에 한정하여 사용됨으로써, 이종망의 간섭의 경우에 전혀 고려 대상이 될 수 없다.
또한, '확인 패킷(ACK/NACK) 기반 간섭 감지 방식'은 송신데이터의 확인 패킷을 통해 송신데이터가 수신에 성공(ACK)했는지 실패(NACK)했는지에 따라 간섭을 감지한 후 간섭을 회피하는 방식이고, '시험 패킷 기반 간섭 감지 방식'은 주기적으로 시험 패킷을 전송할 때, 시험 패킷이 제대로 전달되지 않은 경우에 간섭을 감지한 후 간섭을 회피하는 방식이며, '그룹 형성 방식'은 간섭원이 일정 노드들의 범위에 있을 때, 그 범위에 해당하는 노드들만 이전에 사용하던 채널과 다른 채널을 사용하여 간섭을 회피하는 방식이다.
여기서, '확인 패킷(ACK/NACK) 기반 간섭 감지 방식', '시험 패킷 기반 간섭 감지 방식' 및 '그룹 형성 방식'은, 무선통신 네트워크를 사용하는 간섭원의 특성(즉, 무선통신이 짧은 시간구간에서 매우 유동적으로 변하지만 이를 현실적으로 모두 반영하기 어려운 특성)상 모든 간섭원의 변화에 반응하기보다 소정의 시간구간을 정해 그 시간구간에서 일어나는 간섭의 통계적인 특성에 따라 채널할당 정책을 수립해야 함에도, 이를 정확히 반영하지 않아 효율성이 떨어지는 한계가 있다.
한편, 일반적으로 현재 사용하고 있는 채널 할당 방식에서는, 주어진 채널 리스트가 고정되어 있다. 이는 매번 모든 채널을 대상으로 평가에 따른 채널검색을 수행하는데, 다수의 간섭원이 있는 환경하에서 검색하는 시간에 있어서 매우 비효율적이다.
다음으로, IEEE 802.11b 표준과 주파수 공용환경에서 주파수대역이 겹치지 않는 가드-밴드 채널들만을 사용하는 방식이 있는데, 이는 현재 IEEE 802.15.4 표준에서 이론적으로 주어진 채널의 개수가 16개이고 가드-밴드 채널의 개수가 4개인 것을 감안할 때, 무선 자원 관리가 매우 비효율적임을 알 수 있다.
따라서 종래의 방식에서는 무선통신 네트워크를 사용하는 장치의 특성을 고려하여, IEEE 802.15.4 표준의 클러스터가 고밀도로 분포되어 있는 환경에서 이종망(특히, IEEE 802.11b)의 간섭을 회피할 수 있는 방식이 제안될 필요성이 있다. 즉, 종래의 방식에서는 IEEE 802.15.4 표준의 클러스터 헤드가 이종망(특히, IEEE 802.11b 표준)과 주파수 공용환경에서 간섭을 회피하여 사용자에 대한 서비스 품질(Quality of Service)을 보장할 수 있는 채널 할당 방식이 제안될 필요가 있다.
따라서 본 발명은 무선 개인망(WPAN) 등의 클러스터 헤드에서 이종망 및 동종망에 의한 간섭이 있는지를 확인하여 간섭이 있는 채널을 제외시켜 간섭을 회피할 수 있는 채널만으로 리스트를 생성함으로써, 클러스터 헤드에 채널을 할당할 수 있도록 하기 위한, 클러스터 헤드를 위한 주파수 채널 할당 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 주파수 채널 할당 방법에 있어서, 주파수 채널 할당 장치가 제 1 무선망 및 제 2 무선망의 주파수 공용환경에서, 상기 제2무선망의 주파수 채널 분포에 따른 채널 그룹이 설정된, 상기 제1무선망에 대한 논리적 채널 리스트를 생성하고, 상기 채널 그룹의 중심 주파수에 따라 상기 논리적 채널 리스트로부터 제 1 검색채널을 선택하는 제 1 선택 단계; 상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 제 1 검색채널에 대해 에너지 검출 및 반송파 감지를 수행하여 상기 제 2 무선망에 의한 간섭이 있는지를 확인하는 제 1 확인 단계; 상기 제 1 확인 단계의 확인 결과에 따라, 상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 논리적 채널 리스트에서 상기 제 1 검색채널을 제외시킬지를 결정하여 상기 논리적 채널 리스트를 갱신하는 제 1 갱신 단계; 및 상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 갱신한 논리적 채널 리스트를 이용하여 자신의 주파수 채널을 할당하는 제 1 채널 할당 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은, 상기 제 1 채널 할당 단계 이후에, 상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 갱신한 논리적 채널 리스트에 포함된 주파수 채널에 대해 에너지 검출을 수행하여 인접 제 1 무선망에 의한 간섭이 있는지를 확인하는 제 2 확인 단계; 상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 제 2 확인 단계의 확인 결과에 따라 상기 갱신한 논리적 채널 리스트를 재갱신하는 제 2 갱신 단계; 및 상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 재갱신한 논리적 채널 리스트를 이용하여 자신의 주파수 채널을 할당하는 제 2 채널 할당 단계를 더 포함한다.
또한, 본 발명은, 주파수 채널 할당 방법에 있어서, 주파수 채널 할당 장치가 제 1 무선망 및 인접 제 1 무선망의 주파수 공용환경에서 논리적 채널에 대한 논리적 채널 리스트를 생성하고, 상기 논리적 채널 리스트에 포함된 주파수 채널에 대해 에너지 검출을 수행하여 기 설정된 동종망 임계값에 따라 상기 인접 제 1 무선망에 의한 간섭이 있는지를 확인하는 확인 단계; 상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 확인 결과에 따라 상기 논리적 채널 리스트에서 상기 주파수 채널을 제외시킬지를 결정하여 상기 논리적 채널 리스트를 갱신하는 갱신 단계; 및 상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 갱신한 논리적 채널 리스트를 이용하여 자신의 주파수 채널을 할당하는 채널 할당 단계를 포함한다.
이러한 본 발명은, 무선 개인망 등의 클러스터 헤드에서 이종망 및 동종망에 의한 간섭을 회피하여 채널을 할당할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 주파수 공용환경에서 간섭을 회피함으로써, 효과적으로 간섭을 제어하고 시스템의 성능을 최적화시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 주파수 공용환경에서 사용할 수 있는 채널수를 최대화함으로써 무선자원에 대한 활용도를 최적화할 수 있는 효과가 있다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 임의의 이종망 간 주파수대역을 공용하는 환경에서 하나의 네트워 크가 타 네트워크로부터 오는 간섭신호를 회피하여 채널을 할당하는 경우에 적용할 수 있다.
다만, 본 발명에서는 편의상 이종망으로서 '무선 지역망(WLAN)' 및 '무선 개인망(WPAN)' 간에 주파수대역을 공용하는 환경을 중심으로, 무선 개인망 사용자가 서비스 품질(QoS)을 보장받을 수 있는 채널을 할당받는 경우에 대하여 설명하나, 이에 한정되지 않음을 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
이때, 본 발명에서는 무선 개인망에서 사용자의 서비스 품질에 대한 성능을 측정하기 위해, 채널환경에 따른 패킷 오류 확률(Packet Error Probability, PEP)을 이용한다(후술할 도 4 참조).
이하, 채널환경에 따른 패킷 오류 확률의 고려사항에 대해 간략히 설명한다.
우선, 본 발명의 무선 개인망에서는 페이딩이 존재하는 채널환경을 가정한다. 이때, 본 발명에서는 상기와 같은 채널환경에 맞는 신호 대 잡음 비(Signal-to-Noise Ratio)에 대한 수식을 구축한다.
잡음에는 '동종망에서 같은 채널을 사용하는 인접 클러스터 헤드의 신호' 및 '이종망에서 중첩된 주파수대역을 사용하는 액세스 포인터의 신호'에 해당하는 간섭원들의 간섭 신호가 포함된다.
특히, 신호 대 잡음 비에 대한 수식에는 간섭원들 중 이종망에서 중첩된 주파수대역을 사용하는 장치(여기서는 무선 지역망의 액세스 포인트)의 신호가 무선 개인망에서 사용하는 주파수와의 차이에 따라 해당 간섭 신호의 영향력이 달라지므로, '간섭원 신호의 중심주파수 축' 및 '무선 개인망에서 현재 사용하고 있는 중심 주파수 축'의 차이 즉, 주파수 편이에 따른 간섭원 신호의 세기가 반영된다.
한편, 신호 대 잡음 비에 대한 수식을 바탕으로, 본 발명에서는 무선 개인망의 성능 측정을 위한 패킷 오류 확률을 채널 환경에 맞게 구축하며, 이를 통해 무선 개인망의 수신환경에서 동종망인 무선 개인망을 사용하는 다른 장치로부터 오는 간섭에 대한 회피는 물론, 이종망인 무선 지역망을 사용하는 장치로부터 오는 간섭에 대한 회피도 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 주파수 공용환경에 대한 설명도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 주파수 공용환경은, 무선 지역망(WLAN)의 셀(cell) 및 무선 개인망(WPAN)의 클러스터(cluster)가 고밀도로 배치되어 서로 겹쳐있는 실내환경에서 주파수대역을 공용하는 경우를 가정하여 설명하기로 한다.
이는 주파수 공용환경을 가정함으로써, 동일 주파수대역을 사용하는 무선장치들(즉, 무선 지역망의 액세스 포인트 및 무선 개인망의 클러스터 헤드) 간 공존에 의한 영향을 알아보기 위함이다.
이때, 무선 개인망의 클러스터는 일반적으로 무선 지역망의 셀보다 낮은 신호세기를 가지기 때문에, 무선 지역망의 셀로부터 오는 신호에 의한 간섭이 쉽게 발생할 수 있다.
이러한 주파수 공용환경은 일례로 댁내에 있는 사용자가 무선 지역망을 통해 웹서핑을 하거나 이메일을 확인하면서, 무선 개인망을 통한 홈 자동화 시스템(예: 조명제어, 온도제어, 무인경비 등)을 이용하는 경우와 같이, 무선 지역망 및 무선 개인망에서 동일 주파수대역을 공용하더라도 본 발명에 따른 주파수 채널 할당을 통해 각각의 망 특성에 따른 서비스를 제공할 수 있는 환경을 나타낸다.
본 발명의 무선 지역망 및 무선 개인망에서는, 800㎒ 대역, 900㎒ 대역, 2.4㎓ 대역(즉, ISM 대역) 중 하나의 주파수 대역을 선택적으로 적용할 수 있으나, 바람직하게 2.4㎓ 대역을 공용하는 경우를 가정하여 설명하기로 한다. 이때, 본 발명에서는 2.4㎓ 대역에서 사용하는 16개의 채널만을 가정하여 설명한다.
즉, 무선 개인망의 클러스터 헤드(Cluster Head: CH)(110)는 2.4㎓ 대역을 이용하여 클러스터(cluster)를 관할하고, 무선 지역망의 액세스 포인트(Access Point: AP)(120)도 2.4㎓ 대역을 이용하여 셀(cell)을 관할한다.
이하, 무선 개인망 및 무선 지역망에 대해 설명한다.
우선, 무선 개인망은 해당 무선통신 규격(일례로, IEEE 802.15.4 표준)에 따라 클러스터 트리 구조로 형성되어, 실내환경을 포괄할 수 있는 넓은 공간적 범위에서 동작하는 것으로 가정한다. 이때, 다수의 클러스터 노드들 중 하나의 노드가 클러스터 헤드(110)로 결정되고, 클러스터 헤드(110)와 통신거리에 있는 주변 노드들이 클러스터 멤버로 결정됨에 따라 하나의 클러스터가 형성된다. 이는 각 노드들 간의 연결도(connectivity)에 의한 분산 클러스터 형성 방식이다.
이때, '클러스터 헤드가 되려는 노드'는 통신거리에 있는 '주변 노드들'에게 자신의 존재를 알린 후, 자신이 '주변 노드들'과 비교하여 최상위 계층의 노드로 판단하면(일례로, 각 노드의 ID값을 비교함), 자신을 클러스터 헤드(110)로 정의하여 이를 '주변 노드들'에 알려준다. 그리고 '주변 노드들'은 클러스터 헤드(110)에 대해 자신을 클러스터 멤버로 정의한다. 이에 따라, 노드들은 각각 클러스터 헤드(110) 및 클러스터 멤버로 정의되어 하나의 클러스터를 형성하게 된다.
하나의 클러스터는 클러스터 헤드(110)를 중심으로 1홉(hop) 거리에 있는 노드들(즉, 클러스터 멤버)로 구성되며, 하나의 채널을 통해 클러스터 헤드(110) 및 클러스터 멤버 간에 데이터 통신이 이루어진다. 여기서, 클러스터 헤드(110)는 해당 클러스터에서 코디네이터(coordinator) 기능을 수행한다. 이때, 클러스터 헤드(110)는 인접 클러스터 헤드와 동등한 관계 또는 상하 관계를 가지며, 최상위 계층에 해당되는 경우에 전체 무선 개인망의 코디네이터(즉, PAN coordinator) 기능을 담당한다.
한편, 클러스터 헤드(110)는 클러스터를 형성할 때, 어떤 채널을 사용할지를 선택해야 한다. 즉, 클러스터 헤드(110)는 '최초로 망을 형성할 때'와 '동작중인 네트워크에서 임의의 시간에 나타난 간섭을 회피하기 위해 채널을 변경해야 할 때'에 채널 할당 과정을 수행한다. 즉, 본 발명에서는 클러스터 헤드(110)가 무선 지역망의 액세스 포인트(120)에 의한 간섭을 회피한 후, 인접 클러스터 헤드에 의한 간섭을 회피하여 주파수 채널 할당을 수행한다(후술할 도 2a 및 도 3a 참조).
특히, 클러스터 헤드(110)는 데이터 전송을 위한 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)의 CCA(Clear Channel Assessment)를 수행할 때, 주파수 채널이 사용하고 있는지를 판별하는 과정[CCA mode 1: 에너지 검출(Energy Detection)]뿐만 아니라, 주파수 채널을 사용하고 있는 네트워크가 동종망인지 이종망인지를 판별하는 과정[CCA mode 2: 반송파 감지(Carrier Sense)]을 수행한다.
한편, 클러스터 헤드(110)는 자신의 클러스터를 위한 채널을 할당한 후, 자신이 속한 클러스터의 클러스터 멤버하고만 통신한다. 이때, 클러스터 헤드(110)는 각 클러스터 멤버들로부터 1홉 통신을 통해 데이터를 수집한 후, 인접 클러스터 헤드로 멀티홉 통신을 통해 목적지로 전송한다. 이는 상향링크의 경우에 데이터 전송에 해당하고, 하향링크의 경우에 상향링크와 반대로 데이터를 전송한다.
구체적으로, 클러스터 헤드(110)는 클러스터 멤버 및 인접 클러스터 헤드와 하기와 같은 방식을 적용하여 통신할 수 있다.
먼저, 클러스터 헤드(110)는 클러스터 멤버로부터 수집한 데이터를 인접 클러스터 헤드로 전송하기 위해, 인접 클러스터 헤드가 현재 사용하고 있는 채널로 해당 데이터를 전송한다(즉, 클러스터 릴레잉 방식).
이와 달리, 클러스터 헤드(110)는 클러스터 멤버와 통신하기 위한 채널(인트라 클러스터 채널)과 인접 클러스터 헤드와 통신하기 위한 채널(인터 클러스터 채널)을 각각 다르게 설정하여 통신한다(즉, 전용채널 설정 방식). 이를 위해, 클러스터 헤드(110)는 동시 또는 시분할된 영역에서 서로 다른 채널을 통해 통신할 수 있어야 하며, 적어도 두 개 이상의 RF 수신기를 갖거나 동작 주파수를 임의로 변화시키는 주파수 스위칭 기능을 가져야 한다.
다음으로, 무선 지역망은 해당 무선통신 규격(일례로, IEEE 802.11b)에 따라 무선 인터넷이 형성된다. 이러한 무선 지역망은 복잡한 배선이 필요없는 통신환경을 구축하여 초고속 인터넷 서비스를 사용자에게 제공하는데, 단말기별로 NIC(Network Interface Card)가 구비되어야 한다. 여기서, 무선 지역망은 액세스 포인트(120)를 유선망과 연결된 기반구조인 인프라스트럭처(infrastructure) 구조를 가정하며, 이는 당업자라면 쉽게 이해할 수 있으므로 자세한 설명을 생략하기로 한다.
이하, 클러스터 헤드(110)가 주파수 공존환경에서 원하는 성능을 얻어내거나 간섭을 회피하기 위해 선택할 수 있는 채널 리스트를 만드는 과정에 대해 도 2a 내지 도 3b를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2a는 본 발명에 따른 클러스터 헤드 및 인접 클러스터 헤드 간 주파수 채널 할당에 대한 예시도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 클러스터 헤드 및 인접 클러스터 헤드 간 주파수 채널 할당 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 클러스터 헤드(110)는 클러스터 기반 네트워크를 형성할 때, 인접 클러스터 헤드에 의해 사용되고 있는 주파수 채널에 대한 간섭을 회피하여 주파수 채널을 할당한다(즉, 동종망 간의 채널에 대한 간섭을 회피하여 채널을 할당하는 과정임). 이때, 클러스터 헤드(110)는 PHY 계층에 다른 공지의 여러 기능 블록과 함께 주파수 채널 할당 기능 블록을 포함하며, 이 주파수 채널 할당 기능 블록을 주파수 채널 할당 장치라 할 수 있으며, 본 발명의 주파수 채널 할당 방법이 상기 주파수 채널 할당 장치에 의해 수행된다.
먼저, 본 발명에서는 클러스터 헤드(110)가 인접 클러스터 헤드에 의해 사용되고 있는 채널을 회피하여 채널을 할당하기 위한 초기값을 하기와 같이 설정한다(S201).
먼저, 본 발명에서는 서로 인접한 클러스터들이 채널을 선택할 때, 동일 채널을 사용하더라도 간섭을 회피할 수 있는 최소거리 즉, 채널 재사용 최소거리를 'd(min)＝8m'로 가정한다. 이는 일반적으로 클러스터 헤드(110)가 가시거리(LOS: Line Of Sight)로 반경 8m 이내에 있는 클러스터 멤버와 통신할 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명에서는 클러스터 헤드(110)의 송신전력을 '0dBm'로 가정한다. 이때, 클러스터 멤버는 클러스터 헤드(110)의 송신전력을 초과하지 않는다. 여기서, 클러스터 헤드(110)의 송신전력은 사용자에 의해 실제로 구현되는 전력크기를 적용할 수 있다.
다음으로, 본 발명에서는 클러스터 헤드(110)에서 소정의 주파수 채널이 자신과 동종망인 무선 개인망의 인접 클러스터 헤드에 의한 간섭이 있는지를 판단할 수 있는 임계값(이하 "동종망 임계값"이라 함)을 설정한다.
여기서, 동종망 임계값은 클러스터 헤드(110)의 송신전력에 통상의 거리손실 모델을 적용시켜 설정된다. 일반적으로, 모든 송신신호는 거리가 멀어짐에 따라 채널환경에 맞는 거리손실 모델에 따라 신호가 감쇄한다. 이에 본 발명에서 거리손실 모델을 적용하는 것은, 미리 정해진 클러스터 헤드(110)의 송신전력에 따른 소정의 거리에서의 수신전력을 정확히 예측하기 위함이다.
따라서 동종망 임계값은 클러스터 헤드(110)의 송신전력, 채널 재사용 최소거리 및 거리손실 모델이 동시에 적용됨에 따라, 인접 클러스터 헤드에 의한 간섭이 있는지를 판단할 수 있도록 설정한다. 구체적으로, 동종망 임계값은 '동종망 임계값(㏈)＝클러스터 헤드(110)의 송신전력(㏈)－거리손실(㏈)'과 같고, 거리손실 모델에 적용되는 거리는 채널 재사용 최소거리인 'd(min)＝8m'와 같다.
이하, 상기와 같이 초기값을 설정한 후(S201), 클러스터 헤드(110)가 인접 클러스터 헤드에 대한 간섭을 회피하여 주파수 채널을 할당하는 과정에 대해 상세 히 설명한다.
우선, 클러스터 헤드(110)는 각각의 클러스터 멤버에 대해 존재할 수 있는 논리적 채널(logical channel)을 모두 확인하여, 인접 클러스터 헤드에 의한 간섭이 있는지를 판단할 대상이 되는 채널 리스트를 생성한다(S202).
이후, 클러스터 헤드(110)는 상기와 같이 생성한 채널 리스트에 속한 해당 채널에 대해 에너지 검출 과정을 수행한다(S203). 이때, 클러스터 헤드(110)는 채널 리스트에 속한 해당 채널을 선택할 때, 채널 리스트에 속한 해당 채널에 대해 첫 번째 채널부터 마지막 채널까지 순차적으로 선택하거나, 채널 리스트에 속한 해당 채널에 대해 임의의 순서로 선택할 수 있다.
다음으로, 클러스터 헤드(110)는 '에너지 검출 결과값' 및 '동종망 임계값'을 서로 비교하여 해당 채널이 인접 클러스터 헤드에 의한 간섭이 있는지를 판단한다(S204). 즉, 클러스터 헤드(110)는 에너지 검출 결과값이 동종망 임계값보다 크면(S204), 해당 채널이 인접 클러스터 헤드에 의한 간섭이 있는 것으로 판단하여 해당 채널을 채널 리스트에서 제외시킨다(S205). 반면에, 클러스터 헤드(110)는 에너지 검출 결과값이 동종망 임계값보다 작으면(S204), 해당 채널이 인접 클러스터 헤드에 의한 간섭이 없는 것으로 판단하여 해당 채널을 채널 리스트에 그대로 유지시킨다(S206).
그런 후, 클러스터 헤드(110)는 채널 리스트에 속한 해당 채널이 에너지 검출을 수행할 마지막 채널인 경우에 최적 채널을 선택하여 채널 할당하여 종료하고(S209)(후술할 수학식 1 및 수학식 2 참조), 그렇지 않으면 채널 리스트에 속한 다른 채널을 선택하여 상기와 같은 과정을 반복한다(S207, S208).
이와 같이, 클러스터 헤드(110)는 채널 리스트에 속한 각각의 채널에 대해 에너지 검출을 수행하여, 인접 클러스터 헤드와 간섭이 발생할 수 있는 채널을 제외시키고 인접 클러스터 헤드와 간섭을 회피할 수 있는 채널을 그대로 유지시킴으로써, 궁극적으로 인접 클러스터 헤드와의 간섭을 회피할 수 있는 채널만으로 이루어진 채널 리스트를 획득할 수 있다.
다시 말하면, 클러스터 헤드(110)는 인접 클러스터 헤드에 의한 간섭이 있는지에 대한 에너지 검출을 통해 채널 리스트에 속한 각각의 채널을 채널 리스트에서 제외시킬지 유지시킬지를 판단하는 갱신과정을 통해, 최종적으로 획득한 채널 리스트에서 어떠한 채널을 선택하더라도 인접 클러스터 헤드에 의해 간섭이 발생할 수 있는 채널을 회피할 수 있게 된다.
도 3a는 본 발명에 따른 클러스터 헤드 및 액세스 포인트 간 주파수 채널 할당에 대한 예시도이고, 도 3b는 본 발명에 따른 클러스터 헤드 및 액세스 포인트 간 주파수 채널 할당 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 클러스터 헤드(110)에서는 이종망의 액세스 포인트(120)에 의해 사용되는 주파수 대역이 자신이 사용하고 있는 주파수 대역과 서로 겹쳤을 때, 액세스 포인트(120)로부터 오는 신호가 가장 큰 종류의 간섭이 된다.
이때, 클러스터 헤드(110)에서는 액세스 포인트(120)에 의해 사용되고 있는 채널에 대한 간섭을 회피하여 채널을 할당하는데, 우선 액세스 포인트(120)와의 채 널에 대한 간섭을 회피한 후, 도 2a 및 도 2b에 언급한 인접 클러스터 헤드와의 채널에 대한 간섭을 회피하여 채널을 할당한다(즉, 이종망 간의 채널에 대한 간섭을 회피하여 채널을 할당하는 과정임).
도 2a 및 도 2b와 마찬가지로, 본 발명에서는 클러스터 헤드(110)가 액세스 포인트(120)에 의해 사용되고 있는 채널을 회피하여 채널을 할당하기 위한 초기값을 하기와 같이 설정한다(S301).
먼저, 도 3a 및 도 3b에서도 채널 재사용 최소거리를 'd(min)＝8m'로 가정한다.
또한, 여기서는 이종망 간의 간섭 즉, 클러스터 헤드(110)에서 액세스 포인트(120)의 신호에 대한 간섭을 회피하여 채널 할당을 설명하고 있으므로, 클러스터 헤드(110)의 송신전력뿐만 아니라 액세스 포인트(120)의 송신전력에 대한 정보가 필요하다. 즉, 클러스터 헤드(110)의 송신전력을 '0dBm', 액세스 포인트(120)의 송신전력을 '14dBm'로 가정한다. 여기서, 클러스터 헤드(110) 및 액세스 포인트(120)의 송신전력은 사용자에 의해 재설정될 수 있다.
특히, 여기서는 앞서 언급한 '동종망 임계값'과 함께 다른 임계값을 더 설정한다. 즉, 클러스터 헤드(110)에서 소정의 채널이 자신(110)과 이종망인 액세스 포인트(120)에 의한 간섭이 있는지를 판단할 수 있는 임계값(이하 "이종망 임계값"이라 함)을 더 설정한다.
이때, 이종망 임계값은 무선 지역망의 전력 스펙트럼 밀도 함수(Power Spectrum Density function)를 고려하여 설정하는데, 첫 번째 사이드로브(side lobe)의 전송 마스크(transmission mask)에 해당하는 '30dBr'을 반영하여 액세스 포인트(120)에서 오는 신호가 메인로브(main lobe)에서 오는 것인지를 판단하도록 한다.
여기서, 전력 스펙트럼 밀도 함수는 무선 지역망의 액세스 포인트(120)의 전력방출이 주파수 영역에서 균일하지 않기 때문에, 액세스 포인트(120)의 전송 마스크에 맞게 조정된다.
전력 스펙트럼 밀도 함수는 클러스터 헤드(110)에서 액세스 포인트(120)로부터 전송되는 신호의 주파수 편이(즉, 서로 간의 채널이 주파수 축에 겹쳐있는 정도를 나타냄)에 따른 간섭 정도를 정확히 계산하기 위해 이용된다. 이때, 전력 스펙트럼 밀도 함수는 중심주파수에서 멀어질수록 그 값이 감소한다.
이는 액세스 포인트(120)에서 전송되는 신호가 클러스터 헤드(110)에 간섭 신호로 작용하는 경우에, 클러스터 헤드(110)의 성능을 주파수 편이에 의한 것으로 평가할 수 있음을 의미한다.
다시 말해, 액세스 포인트(120)의 신호가 클러스터 헤드(110)의 신호에 비해 상당히 크기 때문에, 클러스터 헤드(110)는 액세스 포인트(120)와 중심주파수에 대한 주파수 편이가 작은 경우에 만족할 만한 성능을 기대하기 힘들다는 것을 의미한다.
따라서 클러스터 헤드(110)는 각 채널에 대해 간섭원 즉, 액세스 포인트(120)의 간섭 신호의 세기가 이종망 임계값 이상이어서 만족할 만한 성능을 나타내기 어렵다고 판단되면, 해당 채널을 할당하지 않고 다른 채널에 대한 평가를 재 수행하게 된다.
이에 따라, 클러스터 헤드(110)는 사용할 수 있는 모든 채널에 대해 채널 평가를 마친 후, 남은 간섭을 완벽히 피할 수 있는 채널들 중 하나를 선택함으로써 효율적인 간섭 회피를 이루어낸다.
또한, 이종망 임계값은 액세스 포인트(120)의 송신전력에 통상의 거리손실 모델(즉, IEEE 802.11b 표준에 따른 거리손실 모델)을 적용시켜 설정된다. 구체적으로, 이종망 임계값은 '이종망 임계값(dB)＝액세스 포인트(120)의 송신전력(㏈)－30dBr－거리손실(㏈)'과 같다.
한편, 동종망 임계값은 앞서 언급한 바와 동일하게 설정하므로 자세한 설명을 생략하나, 구체적으로, 동종망 임계값은 '동종망 임계값(dB)＝클러스터 헤드(110)의 송신전력(㏈)－거리손실(㏈)'과 같다.
부가적으로, 두 개 이상의 이종망간의 간섭을 고려하는 경우에는, 해당 장치별로 송신전력에 대한 정보, 해당 장치별로 거리손실 모델에 따른 이종망 임계값 등을 전술한 액세스 포인트(120)의 경우와 같이 반영해야 한다.
이하, 상기와 같이 초기값을 설정한 후(S301), 클러스터 헤드(110)가 액세스 포인트(120)에 대한 간섭을 회피한 후, 인접 클러스터 헤드에 대한 간섭을 회피하여 주파수 채널을 할당하는 과정에 대해 상세히 설명한다.
우선, 클러스터 헤드(110)는 각각의 클러스터 멤버에 대해 존재할 수 있는 논리적 채널을 모두 확인하여, 액세스 포인트(120)의 주파수 채널 분포에 따라 채널그룹을 설정한다(S302).
여기서는 일반적으로 '액세스 포인트(120)에 의해 사용되는 하나의 채널에 대한 주파수 범위'가 클러스터 헤드(110)에 의해 사용되는 4개의 채널에 대한 주파수 범위에 해당하므로, 이에 따라 설명하기로 한다.
부가적으로, '클러스터 헤드(110)에 의해 사용되는 하나의 채널에 대한 주파수 범위'가 '액세스 포인트(120)에 의해 사용되는 하나의 채널에 대한 주파수 범위'보다 큰 경우에, 클러스터 헤드(110)에 의해 사용되는 하나의 채널이 하나의 그룹으로 설정된다. 반면, '클러스터 헤드(110)에 의해 사용되는 하나의 채널에 대한 주파수 범위'가 '액세스 포인트(120)에 의해 사용되는 하나의 채널에 대한 주파수 범위'보다 작은 경우에, 액세스 포인트(120)에 의해 사용되는 하나의 채널에 대한 주파수 범위에 따라 하나의 그룹이 설정된다(즉, 본 발명에 해당되는 경우).
구체적으로, 본 발명에서는 클러스터 헤드(110)에서 채널그룹을 다음과 같이 설정한다.
도 3a에서 논리적 채널 넘버 '11'번부터 '26'번까지 총 16개의 논리적 채널이 있을 때, 4개의 논리적 채널을 묶어 하나의 그룹으로 설정한다.
먼저, '클러스터 헤드(110)에 의해 사용되는 채널' 및 '액세스 포인트(120)에 의해 사용되는 채널'이 서로 겹치는 경우로서, '11번부터 14번까지의 논리적 채널의 그룹'(이하 "제 1 채널그룹"이라 함), '16번부터 19번까지의 논리적 채널의 그룹'(이하 "제 2 그룹"이라 함) 및 '21번부터 24번까지의 논리적 채널의 그룹'(이하 "제3 그룹"이라 함)을 설정한다.
다음으로, '클러스터 헤드(110)에 의해 사용되는 채널' 및 '액세스 포인 트(120)에 의해 사용되는 채널'이 서로 겹치지 않는 경우로서, '15번, 20번, 25번 및 26번'의 논리적 채널의 그룹'(이하 "가드밴드 채널그룹'이라 함)을 설정한다.
여기서, 제 1 채널그룹 내지 제3 채널그룹, 가드밴드 채널그룹에 속하는 모든 채널 즉, 총 16개의 논리적 채널에 대한 리스트를 이하 "논리적 채널 리스트"라 하자.
이후, 클러스터 헤드(110)는 가드밴드 채널그룹을 제외한 각각의 채널그룹에 속하는 채널 중 '대표채널'을 선택하여, 액세스 포인트(120)에 의한 간섭이 있는지를 판단할 대상이 되는 채널 리스트(이하 "검색용 채널 리스트"라 함)를 생성한다(S303).
여기서, '대표채널'은 해당 채널그룹(즉, 가드밴드 채널그룹을 제외한 채널그룹)의 중심주파수 축에 있어서 가장 적은 주파수 편이를 갖는 채널로서, 액세스 포인트(120)에 사용되는 하나의 채널(즉, 하나의 채널그룹의 주파수 범위에 해당함)에서 중심주파수 축에 근접한 채널을 의미한다.
이에 따라, 클러스터 헤드(110)는 해당 채널그룹의 대표채널로서, 채널그룹에서 2번째 채널 혹은 3번째 채널을 선택하게 된다. 예를 들어, 클러스터 헤드(110)는 제 1 채널그룹(11번부터 14번까지의 채널그룹)에서, 2번째 채널인 '12번 채널' 혹은 3번째 채널인 '13번 채널'을 대표채널로 선택한다.
한편, 클러스터 헤드(110)는 검색용 채널 리스트에 속하는 해당 대표채널에 대해 '에너지 검출' 및 '반송파 감지'를 수행한다(S304). 이는 클러스터 헤드(110)가 해당 채널그룹의 대표채널에 대해서만 액세스 포인트(120)에 의한 간섭이 있는 지를 판단하지만, 해당 채널그룹에 속하는 모든 채널이 액세스 포인트(120)에 의한 간섭이 있는지를 판단하는 과정이라 할 수 있다.
구체적으로, 클러스터 헤드(110)는 해당 검색용 채널 리스트에 속한 대표채널에 대해 '에너지 검출 결과값'이 이종망 임계값보다 크고 '반송파 감지'를 실패하면(S305), 액세스 포인트(120)에 의해 해당 채널이 속한 그룹이 간섭받고 있는 것으로 판단하여 해당 그룹을 논리적 채널 리스트에서 제외시킨다(S306).
반면에, 클러스터 헤드(110)는 해당 검색용 채널 리스트에 속한 대표채널에 대해 '에너지 검출 결과값'이 이종망 임계값보다 크고 '반송파 감지'를 실패하는 조건을 만족하지 못하면(S305), 액세스 포인트(120)에 의해 해당 채널이 속한 그룹이 간섭받고 있지 않은 것으로 판단하여 해당 그룹을 논리적 채널 리스트에서 유지시킨다(S307).
이후, 클러스터 헤드(110)는 검색용 채널 리스트에 속한 대표채널이 마지막 대표채널이 아닌 경우에, 검색용 채널 리스트에 속한 다른 대표채널을 선택하여 상기와 같은 과정을 반복한다(S308, S309).
그렇지 않으면, 클러스터 헤드(110)는 도 2a 및 도 2b에 전술한 인접 클러스터 헤드에 의한 간섭이 있는지를 확인하여 채널 할당을 수행한다(S310). 이에 대한 자세한 설명은 전술한 도 2a 및 도 2b에 대한 설명을 준용하기로 한다.
다만, 클러스터 헤드(110)는 검색용 채널 리스트의 대표채널에 대한 간섭이 있는지에 대한 판단을 통해 간섭이 있는 채널을 제외한 논리적 채널 리스트에 속한 채널을 대상으로 인접 클러스터 헤드에 의한 간섭이 있는지를 확인한다.
예를 들어, 클러스터 헤드(110)는 제 1 채널그룹의 대표채널 '12번' 채널에 의해 간섭이 있는 것으로 판단되면, 제 1 채널그룹에 속한 채널 즉, '11번부터 14번까지의 채널'을 제외시킨 논리적 채널 리스트를 대상으로 인접 클러스터 헤드에 의한 간섭이 있는지를 확인한다.
따라서 클러스터 헤드(110)는 액세스 포인트(120)에 의한 간섭을 회피한 후, 인접 클러스터 헤드에 의한 간섭을 회피하여, 최종적으로 클러스터에 채널을 할당한다.
부가적으로, 본 발명에서는 클러스터 헤드(110)가 채널 리스트에 있는 채널들 중 하나의 채널을 선택할 때 임의로 선택할 수도 있으나, 바람직하게 전체 네트워크 성능을 최적화하기 위해 채널 리스트에서 하나의 최적 채널을 하기 [수학식 1] 및 하기 [수학식 2]와 같이 선택한다.
Figure 112008063967777-pat00001
여기서, 상기 [수학식 1]의 'j'는 각각의 클러스터를 나타내고, 목적 함수는 신호 대 잡음 비(SNR)에 대한 수치를 바탕으로 전체 네트워크의 성능을 최적화한다는 의미를 나타낸다. 구체적인 구현을 위해 상기 [수학식 1]은 하기 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008063967777-pat00002
여기서, 상기 [수학식 2]의 'ED()'는 해당 채널에 대한 에너지 검출(Energy Detection)을 나타낸다.
따라서 본 발명에서는 상기 [수학식 1] 및 상기 [수학식 2]를 통해, 전체 네트워크의 성능을 최적화시킬 수 있는 채널을 할당할 수 있다.
이를 통해, 당업자는 도 3a 및 도 3b를 통해 본 발명의 무선 개인망의 주파수 채널 할당 방법에 대해 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 클러스터 밀도에 따른 평균 패킷 오류 확률에 대한 실험결과를 나타낸 도면이다.
클러스터 헤드(110)는 무선 지역망 및 무선 개인망이 서로 중첩되어 있는 다중 셀 환경에 있어, 무선 지역망 및 무선 개인망에 의한 두 가지의 간섭신호를 받는다. 이를 위해, 본 발명에서는 클러스터 헤드(110)가 무선 지역망 및 무선 개인망에 의해 받는 간섭 정도를 검증하기 위해 '평균 패킷 오류 확률(PPEP)'을 적용한다.
여기서, '평균 패킷 오류 확률(PPEP)'은 '심벌 오류 비율(Ps)' 및 '비트 오류 비율(Pb)'을 통해 계산할 수 있다.
본 발명에서는 주파수 공용환경을 이동성이 낮은 실내 환경에 구현하는 것으로 가정하므로, 신호 페이딩이 낮은 페이딩을 나타냄에 따라 하나의 패킷 지속시간 동안 상수로 유지되는 것으로 가정할 수 있다.
또한, 무선 개인망의 클러스터 헤드(110)는 2.4㎓ 대역에서 반파 사인(half-sine) 모양의 O-QPSK(Offset Qaudrature Phase Shift Keying)로 변조한다. 이에 따라, 페이딩 채널에서의 심벌 오류 비율은 하기 [수학식 3]과 같다.
Figure 112008063967777-pat00003
여기서, 'Es/N0'는 심벌 노이즈 밀도를 나타내고, M은 16개 심벌의 코드북이다. K는 라이스 팩터(Rice factor)를 나타내는데, 다중경로 채널에서 '간접파 성분 크기(전력)에 대한 직접파 성분 크기(전력)의 비'를 나타낸다. 이때, 칩 비율과 비트 비율, 비트 오류 비율 대 심벌 오류 비율의 비를 이용하면 하기 [수학식 4]와 같이 '비트 오류 비율'을 구할 수 있다.
Figure 112008063967777-pat00004
한편, 느린 페이딩 채널과 독립적인 잡음 오류를 가정하면, 길이가 L비트인 '평균 패킷 오류 확률'은 하기 [수학식 5]와 같이 구할 수 있다.
Figure 112008063967777-pat00005
도 4에서는 노드의 밀도를 반영할 수 있도록 무선 개인망의 클러스터 반경을 변화시키면서 클러스터 헤드(110)에 대한 평균 패킷 오류 확률을 계산하고, 무선 개인망의 각 클러스터 및 무선 지역망의 각 셀의 채널 선택에 대한 확률 분포는 균일한(uniform) 분포를 가정한다.
도 4의 실험에서는 송신기인 무선 지역망의 액세스 포인트(120) 및 수신기인 무선 개인망의 클러스터 헤드(110)를 약 2m정도로 가깝게 설정하였기 때문에, 주파수 편이가 작은 구간(즉, 0㎒～12㎒)에서는 무선 지역망의 액세스 포인트(120)의 간섭이 두드러지는 경향을 알 수 있고, 주파수 편이가 큰 구간(즉, 12㎒ 이상)에서는 노드의 밀도, 즉 클러스터의 반경이 줄어감에 따라 각 클러스터에서 오는 간섭이 시스템 성능에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다.
그런데, 클러스터 헤드(110)의 송신전력을 0dBm으로 가정하였기 때문에, 노드의 밀도가 높아짐에 따른 간섭의 영향은 클러스터의 반경이 약 8m이내일 때로 한정됨을 볼 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능 하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
도 1은 본 발명이 적용되는 주파수 공용환경에 대한 설명도,
도 2a는 본 발명에 따른 클러스터 헤드 및 인접 클러스터 헤드 간 주파수 채널 할당에 대한 예시도,
도 2b는 본 발명에 따른 클러스터 헤드 및 인접 클러스터 헤드 간 주파수 채널 할당 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 3a는 본 발명에 따른 클러스터 헤드 및 액세스 포인트 간 주파수 채널 할당에 대한 예시도,
도 3b는 본 발명에 따른 클러스터 헤드 및 액세스 포인트 간 주파수 채널 할당 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 4는 본 발명에 따른 클러스터 밀도에 따른 평균 패킷 오류 확률에 대한 실험결과를 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
110 : 클러스터 헤드
120 : 액세스 포인트

Claims (17)

  1. 주파수 채널 할당 방법에 있어서,
    주파수 채널 할당 장치가 제 1 무선망 및 제 2 무선망의 주파수 공용환경에서, 상기 제2무선망의 주파수 채널 분포에 따른 채널 그룹이 설정된, 상기 제1무선망에 대한 논리적 채널 리스트를 생성하고, 상기 채널 그룹의 중심 주파수에 따라 상기 논리적 채널 리스트로부터 제 1 검색채널을 선택하는 제 1 선택 단계;
    상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 제 1 검색채널에 대해 에너지 검출 및 반송파 감지를 수행하여 상기 제 2 무선망에 의한 간섭이 있는지를 확인하는 제 1 확인 단계;
    상기 제 1 확인 단계의 확인 결과에 따라, 상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 논리적 채널 리스트에서 상기 제 1 검색채널을 제외시킬지를 결정하여 상기 논리적 채널 리스트를 갱신하는 제 1 갱신 단계; 및
    상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 갱신한 논리적 채널 리스트를 이용하여 자신의 주파수 채널을 할당하는 제 1 채널 할당 단계
    를 포함하는 주파수 채널 할당 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 선택 단계는,
    상기 논리적 채널 리스트에서 '상기 제 2 무선망에 의해 사용되는 하나의 채널에 대한 주파수범위'에 해당되는 채널을 상기 채널그룹으로 설정하고, 상기 설정한 채널그룹별로 상기 중심주파수 축에 있어 가장 적은 주파수편이를 갖는 두 채널 중 어느 하나의 채널을 상기 제 1 검색채널로 선택하는, 주파수 채널 할당 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 확인 단계는,
    상기 제 1 검색채널의 에너지 검출 결과값이 기 설정된 이종망 임계값보다 크고 반송파 감지에 실패할 때, 상기 제 1 검색채널에 상기 제 2 무선망에 의한 간섭이 있는 것으로 확인하는, 주파수 채널 할당 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 이종망 임계값은,
    상기 제 2 무선망의 송신전력, 전력 스펙트럼 밀도 함수 및 거리손실 모델을 고려하여 기 설정된 것을 특징으로 하는 주파수 채널 할당 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 채널 할당 단계 이후에,
    상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 갱신한 논리적 채널 리스트에 포함된 주파수 채널에 대해 에너지 검출을 수행하여 인접 제 1 무선망에 의한 간섭이 있는지를 확인하는 제 2 확인 단계;
    상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 제 2 확인 단계의 확인 결과에 따라 상기 갱신한 논리적 채널 리스트를 재갱신하는 제 2 갱신 단계; 및
    상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 재갱신한 논리적 채널 리스트를 이용하여 자신의 주파수 채널을 할당하는 제 2 채널 할당 단계
    를 더 포함하는 주파수 채널 할당 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 확인 단계는,
    상기 갱신한 논리적 채널 리스트에 속한 모든 주파수 채널에 대해 간섭을 확인하는, 주파수 채널 할당 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 확인 단계는,
    상기 에너지 검출 결과값이 기 설정된 동종망 임계값보다 클 때, 상기 인접 제 1 무선망에 의한 간섭이 있는 것으로 확인하는, 주파수 채널 할당 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 동종망 임계값은,
    상기 인접 제 1 무선망의 송신전력 및 거리손실 모델을 고려하여 기 설정된 것을 특징으로 하는 주파수 채널 할당 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 주파수 공용환경은,
    페이딩 채널을 고려한 신호 환경인 것을 특징으로 하는 주파수 채널 할당 방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 채널 할당 단계는,
    상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 재갱신 논리 채널 리스트의 각 채널 중에서 신호 대 잡음비(SNR)에 대한 수치를 바탕으로 전체 네트워크의 성능을 최적화하는 주파수 채널을 자신의 주파수 채널로 할당하는, 주파수 채널 할당 방법.
  11. 주파수 채널 할당 방법에 있어서,
    주파수 채널 할당 장치가 제 1 무선망 및 인접 제 1 무선망의 주파수 공용환경에서 논리적 채널에 대한 논리적 채널 리스트를 생성하고, 상기 논리적 채널 리스트에 포함된 주파수 채널에 대해 에너지 검출을 수행하여 기 설정된 동종망 임계값에 따라 상기 인접 제 1 무선망에 의한 간섭이 있는지를 확인하는 확인 단계;
    상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 확인 결과에 따라 상기 논리적 채널 리스트에서 상기 주파수 채널을 제외시킬지를 결정하여 상기 논리적 채널 리스트를 갱신하는 갱신 단계; 및
    상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 갱신한 논리적 채널 리스트를 이용하여 자신의 주파수 채널을 할당하는 채널 할당 단계
    를 포함하는 주파수 채널 할당 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 확인 단계는,
    상기 논리적 채널 리스트에 속한 모든 주파수 채널에 대해 간섭을 확인하는, 주파수 채널 할당 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 확인 단계는,
    상기 에너지 검출 결과값이 상기 동종망 임계값보다 클 때, 상기 인접 제 1 무선망에 의한 간섭이 있는 것으로 확인하는, 주파수 채널 할당 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 동종망 임계값은,
    상기 인접 제 1 무선망의 송신전력 및 거리손실 모델을 고려하여 기 설정된 것을 특징으로 하는 주파수 채널 할당 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 채널 할당 단계는,
    상기 주파수 채널 할당 장치가 상기 갱신한 논리 채널 리스트의 각 채널 중에서 신호 대 잡음비(SNR)에 대한 수치를 바탕으로 전체 네트워크의 성능을 최적화하는 주파수 채널을 자신의 주파수 채널로 할당하는, 주파수 채널 할당 방법.
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