KR101285389B1 - 지향성 빔을 이용한 무선통신 네트워크에서의 자원 할당 방법 및 그 장치 - Google Patents

지향성 빔을 이용한 무선통신 네트워크에서의 자원 할당 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

지향성 빔을 이용한 무선통신 네트워크에서의 자원 할당 방법 및 그 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 코디네이터 장치는 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우별 전송시간 및 동시전송 가능 개수를 산출하여 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화하고, 그룹화된 적어도 하나의 플로우를 각 노드가 그룹별로 동시전송하도록 각 노드에 자원을 할당한다. 이에 따라 전체 동시 전송량을 최대화할 수 있다.
지향성, 밀리미터 파

Description

지향성 빔을 이용한 무선통신 네트워크에서의 자원 할당 방법 및 그 장치 {Method and apparatus for allocating resource in wireless communication network using directional beam}

본 발명의 일 양상은 무선통신 네트워크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지향성 빔을 이용한 무선통신 네트워크에서의 자원 할당 기술에 관한 것이다.

개인영역 무선통신 네트워크(Wireless Personal Area Network:이하 WPAN)는 짧은 거리 내에 존재하는 디바이스들이 저전력으로 데이터 통신을 수행하는 무선 네트워크이다. WPAN에서는 시분할 다중접속(Time Division Multiple Access:TDMA) 방식을 사용하여 데이터 통신이 수행된다. 특히 WPAN은 초고속 통신을 보장하는 밀리미터 파(millimeter wave: mmWave)를 이용할 수 있다. 밀리미터 파 대역(57-66GHz)은 주파수 자원의 부족을 해결하기 위한 방안으로, 이 대역이 비허가 대역으로 할당되면서 관심이 집중되고 있다.

특히, 높은 전송률을 필요로 하는 무선 어플리케이션, 예를 들면, 무선 고해상도 멀티미디어 인터페이스(wireless high-definition multimedia interface: HDMI), 무선 USB, IPTV/VoD, 3D 게임 및 지능 수송 시스템(intelligent transportation system) 등이 증가함에 따라 초광대역인 밀리미터 파 대역의 활용도가 커지고 있다.

한편, 밀리미터 파를 이용하는 무선 통신 네트워크에서 자원의 효율적 사용의 중요성이 증대되고 있다. 즉, 처리해야 하는 데이터 양이 적은 경우는 자원 스케쥴링에 어려움이 없으나, 데이터 양이 증가하면 어느 표준에서든 자원 스케쥴링에 따라 사용자가 느끼는 전송 지연의 차가 크게 되므로 자원의 효율적 사용이 요구된다. 특히 지향성 안테나를 이용하는 무선 통신 네트워크에서 자원의 효율적 사용의 필요성은 더 크다.

일 양상에 따라, 지향성 빔을 이용한 무선통신 네트워크에서 자원을 효율적으로 할당할 수 있는 기술을 제안한다.

일 양상에 따른 지향성 빔을 이용한 무선통신 네트워크에서 코디네이터 장치가 복수의 노드에 자원을 할당하는 방법은, 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우별 전송시간 및 서로 다른 플로우를 동시에 전송할 수 있는 동시전송 가능 개수를 산출하여 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화하는 단계 및 그룹화된 적어도 하나의 플로우를 각 노드가 그룹별로 동시전송하도록 각 노드에 자원을 할당하는 단계를 포함한다.

이때 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화하는 단계는, 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우별로 동시전송 가능 개수를 산출하는 단계 및 플로우별 동시전송 가능 개수 및 플로우별 전송시간을 이용하여 플로우들에 대한 우선순위를 설정하고 우선순위에 따라 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 양상에 따른 지향성 빔을 이용한 무선통신 네트워크에서 복수의 노드 간 데이터 통신 방법은, 복수의 노드 간에 형성될 플로우를 코디네이터 장치에 요청하는 단계, 요청에 따라 코디네이터 장치가 플로우별 전송시간 및 서로 다른 플로우를 동시에 전송할 수 있는 동시전송 가능 개수를 산출하여 플로우들을 동시전 송 가능한 플로우별로 그룹화하면, 코디네이터 장치로부터 그룹화된 적어도 하나의 플로우를 그룹별로 동시전송할 수 있는 자원을 할당받는 단계 및 할당받은 자원을 이용하여 복수의 노드 간에 데이터 통신을 수행하는 단계를 포함한다.

한편 또 다른 양상에 따른 지향성 빔을 이용한 무선통신 네트워크에서 복수의 노드에 자원을 할당하는 코디네이터 장치는, 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우별 전송시간 및 서로 다른 플로우를 동시에 전송할 수 있는 동시전송 가능 개수를 산출하여 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화하는 플로우 그룹핑부 및 그룹화된 적어도 하나의 플로우를 각 노드가 그룹별로 동시전송하도록 각 노드에 자원을 할당하는 자원 할당부를 포함한다.

이때 플로우 그룹핑부는, 플로우별 전송시간 및 플로우별 동시전송 가능 개수를 이용하여 일부 플로우들을 그룹화하며, 나머지 플로우들을 이전에 생성된 그룹에 추가하고 플로우별 전송시간 및 플로우별 동시전송 가능 개수를 이용하여 다시 그룹화할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 밀리미터파 대역과 같이 무선 통신이 지향성 빔을 통해 동일 채널에서 동시에 여러 플로우를 전송하는 환경에서 동시 전송 가능한 그룹으로 그룹화하여 노드 간 플로우 동시 전송을 제어할 수 있다. 나아가 랜덤하게 그룹을 생성하는 방법에 비하여 동일한 시간에 전송되는 전체 전송량을 최대화하고 전송 복잡도를 줄일 수 있다. 나아가 그룹 간에 동등하게 자원을 할당받을 기회를 부여할 수 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은 무선통신 네트워크 환경에서 고려된다. 특히 본 발명은 무선개인영역 네트워크(Wireless Personal Area Network:WPAN)에서 적용될 수 있는데, WPAN은 짧은 거리 내에 존재하는 노드들이 저전력으로 데이터 통신을 수행하는 무선 네트워크이다. WPAN에서는 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식을 사용하여 노드 간 데이터 통신이 수행된다. 따라서, 데이터 통신을 수행하려는 노드들은 코디네이터 장치(Piconet Coordinator:PNC)라고 불리는 노드로부터 할당받은 시간 동안 채널을 독점하고 데이터 통신을 수행한다. WPAN에 관한 보다 상세한 설명은 IEEE 802.15 계열의 표준 문서에 기술되어 있으므로 여기서는 생략한다.

한편, 본 발명은 무선통신 시 밀리미터 파(millimeter wave:mmWave)를 이용할 수 있다. 밀리미터 파는 산소분자에 의한 흡수 및 강우에 의한 감쇄 현상으로 인해 전파거리가 짧고, 직진성이 강해 가시거리(line of sight)가 확보되어야 한다. 따라서, 본 발명은 높은 이득(high gain)을 갖는 지향성 안테나(directional antenna)를 사용한다. 지향성 안테나는 전송 에너지를 원하는 방향으로만 방사하 므로 전파거리가 늘어나 높은 이득을 얻을 수 있다. 또한 지향성 안테나의 사용은 공간을 재활용함으로써 동일한 영역 내에 있는 여러 명의 사용자가 동시에 통신할 수 있게 하여 통신 가능한 데이터 용량을 증가시킬 수 있다. 이하 도면들을 통해 지향성 안테나를 이용한 무선통신 네트워크 환경에서의 자원 할당 기술에 대해 상세히 후술한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 IEEE 802.15.3c의 슈퍼 프레임 구조도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명은 지향성 안테나를 이용한 무선통신 네트워크에서 적용된다. 도 1에서는 무선통신 네트워크 표준 규격 중 하나인 IEEE 802.15.3c의 슈퍼프레임(superframe)을 예로 들었으나, 적용 가능한 네트워크 표준은 이에 한정되지 않으며 다른 무선통신 네트워크에서도 적용될 수 있다. IEEE 802.15.3c의 슈퍼프레임은 도 1에 도시된 바와 같이 제어정보가 기술되는 비컨(Beacon), 랜덤 액세스 제어가 실행되는 접속경합구간(Contention acess period:CTA), 그리고 데이터가 수납되는 채널타임할당구간(Channel time allocation period:CTAP)이라는 세 종류의 블록으로 구성된다.

IEEE 802.15.3c에 따르면, 각 노드들이 코디네이터 장치(Piconet Coordinator:PNC)에 자원 할당을 요청하면 코디네이터 장치가 자원 스케쥴링을 통해 각 노드들에게 무선 자원을 할당한다. 이때 각 노드들은 할당된 자원을 이용하여 노드들 간 데이터 전송을 수행한다.

도 1을 참조하면, 코디네이터 장치는 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 각 노드들 간에 데이터 전송이 가능한 채널타임할당구간(Channel time allocation period:CTAP)의 CTA(Channel Time Allocation) 내에서 각 노드가 여러 플로우를 동시 전송할 수 있도록 채널 시간을 할당한다. 예를 들면, 슈퍼프레임의 CTA 내에서는 코디네이터 장치가 빔 포밍 등의 지향성 안테나 기술을 사용할 수 있으므로 공간 재활용이 가능하여 상호 간섭을 주지 않는 플로우들의 동시전송이 가능하다. 이때 코디네이터 장치는 각 노드들 간의 플로우가 서로 영향을 주지 않고 채널을 효율적으로 사용할 수 있도록 채널 시간을 스케쥴링한다. 동시전송은 슈퍼프레임 구조의 접속경합구간(Contention acess period:CTA) 또는 채널타임할당구간(Channel time allocation period:CTAP) 내에서 모두 가능하나, 본 발명에서는 채널타임할당구간에서의 동시전송을 중심으로 설명한다.

도 1에 도시된 IEEE 802.15.3c의 슈퍼프레임 구조 하에서 코디네이터 장치는 미리 설정된 채널타임할당구간 내에서 각 노드들이 요청한 플로우를 전송한다. 이때, 요청 플로우 수가 많고 전송 시간이 크면 하나의 슈퍼프레임 내에 모든 플로우의 전송이 완료되지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우 각 노드들은 전송되지 못하고 남겨진 플로우를 폐기하거나 다음 슈퍼프레임에서 플로우를 다시 요청하게 된다. IEEE 802.15.3c에서 슈퍼프레임의 최대 길이는 65,536 usec이고 그 길이는 코디네이터 장치에서 조절가능하다. 본 발명은 슈퍼프레임이 65,536 usec로 고정되어 있고 현재 슈퍼프레임에서 전송되지 못하는 플로우들은 폐기된다고 가정한다.

본 발명에 따르면, 코디네이터 장치는 노드들의 요청 플로우들에 대해 우선 순위, 채널 효율성 및 공정성(fairness)을 고려하여 자원 스케쥴링을 수행한다. 특히 코디네이터 장치는 지향성 빔을 이용하는 무선 네트워크에서와 같이 동일 채널에서 동시전송이 가능한 환경에서 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들을 그룹화하다. 여기서, 코디네이터 장치는 플로우별 전송시간 및 동시전송 가능 개수를 산출하여 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화한다. 플로우별 전송시간은 각 플로우들의 전송율을 1Gbps로 고정할 경우 전송 시간은 곧 전송량 또는 로드량과 일치한다. 동시전송 가능 개수는 서로 다른 플로우를 동시에 전송할 수 있는 개수이다. 이어서, 코디네이터 장치는 그룹화된 적어도 하나의 플로우를 각 노드가 그룹별로 동시전송하도록 각 노드에 채널 시간을 할당한다. 이에 따라, 전체 동시 전송량(Throughput)(전송량/시간)을 최대화할 수 있다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 지향성 안테나를 이용한 배타영역(ER)을 도시한 참조도이다.

도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 지향성 안테나를 이용한 배타영역(ER)은 수학식 1을 통해 산출될 수 있다.

Figure 112009073769117-pat00001

수학식 1에서 G r (j)G R (i)는 각각 j 플로우의 송신노드(transmitter) 및 I 플로우의 수신노드(receiver)의 안테나 이득이고, r ji 는 송신노드 및 수신노드간의 거리이다. 또한 k 1 은 전파길이에 따른 상수이며,

Figure 112009073769117-pat00002
는 전파(propagation) 환경에 의존하는 경로손실지수(path loss exponent)이고, P r (j)j 플로우의 송신 전력, G o j,w 플로우 간의 상관계수이다.

수학식 1을 이용하여 수신노드 및 간섭노드(interferer)의 위치를 고려하면 도 2에 도시된 바와 같이, 4가지 경우의 배타영역(ER)이 결정된다. 즉, 배타영역은 수신노드와 간섭노드가 서로 각각의 메인로브(Main Lobe)에 위치한 경우(도 2a), 수신노드의 메인로브와 간섭노드의 사이드로브(Side Lobe)에 위치한 경우(도 2b), 수신노드의 사이드로브와 간섭노드의 메인로브에 위치한 경우(도 2c), 그리고 수신노드와 간섭노드가 서로 각각 사이드로브에 위치한 경우(도 2d)이다. 본 발명에 따르면 전술한 경우별로 결정된 배타영역을 기준으로 피코넷에 위치하는 송신노드 및 수신노드 쌍들을 공간을 활용하여 한 개의 채널을 동시에 사용할 수 있는 여러 개의 그룹으로 나눌 수 있다.

도 3은 공간상의 플로우 좌표 및 각 플로우별 전송 시간(CTA)을 나타내는 테이블이다.

도 3을 참조하면, 공간상의 플로우 좌표는 배타영역을 기준으로 피코넷의 송신노드 및 수신노드 쌍들의 위치에 관한 것으로 복소수로 표시할 수 있다. 이때 모든 플로우는 동일한 데이터 전송률(data rate)로 송수신된다고 가정한다.

본 발명은 동시 전송을 위한 그룹을 생성하기 위한 방법으로 각 플로우 별 전송시간과 각 플로우들의 동시 전송 가능성 수를 고려한다. 이때, 본 발명의 이해를 돕기 위해 도 3에 도시된 바와 같이 20개의 노드가 10개의 플로우를 생성하는 경우를 예로 들어 설명한다.

도 4는 도 3의 플로우들에 대한 분포를 도시한 참조도이다.

도 4를 참조하면, 도 3에 도시된 각 플로우를 좌표 상에 나타낼 수 있다. 도 4에서 직선 형태의 사각형 내의 숫자는 플로우 번호를 나타내고 점선 형태의 사각형 내의 숫자는 해당 플로우의 전송시간(CTA)를 나타낸다.

이때, 안테나 빔을 이용한 무선통신 네트워크 환경에서 20개의 노드에 의해 10개의 플로우가 생성되어 전송되는 경우를 가정한다. 그리고, 20개의 노드는 전파 도달 거리를 최대 10m로 가정하여 대각선의 길이가 10m가 되는 방 내에 존재한다고 가정한다. 또한 각 노드에서 패킷 발생은 포아송 분포를 따른다고 가정한다. 여기서 수학식 2를 통해 패킷 발생확률(Ptx)을 구할 수 있다. lambda는 msec당 패킷 발생 빈도를 나타내는 arrival rate이다. superframe_length는 msec 단위이다. 포아송 분포에서 패킷이 발생하지 않을 확률을 빼주면 패킷이 발생할 확률이 구해진다.

Ptx = 1 - exp(-param.lambda×param.superframe_length)

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코디네이터 장치의 자원할당 방법을 도시한 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 코디네이터 장치는 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우별 전송시간 및 서로 다른 플로우를 동시에 전송할 수 있는 동시전송 가능 개수를 산출한다(500). 이어서, 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화한다(520). 여기서 코디네이터 장치는 플로우들에 대한 우선순위를 설정(510)하여 우선순위에 따라 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화할 수 있다(520). 이어서, 코디네이터 장치는 그룹화된 적어도 하나의 플로우를 각 노드가 그룹별로 동시전송하도록 각 노드에 자원을 할당한다(540). 이하 전술한 코디네이터 장치의 그룹 생성 및 동시전송 스케쥴링 알고리즘을 FGCT(Fair Group Concurrent Transmissions) 알고리즘이라고 명한다.

동시전송 스케쥴링 알고리즘 중 하나인 RANCT(RANdom Concurrent Transmissions) 방법은 모든 플로우에 대해 처음부터 하나씩 동시 전송 그룹을 생성하는 방식이다. 즉, 임의의 한 플로우로부터 시작하여 모든 플로우에 대해서 동시 전송 가능한 하나의 그룹을 생성하고 다시 남은 플로우에 대해서 다른 동시 전송 그룹을 생성한다. 전술한 방법을 사용하여 그룹을 생성하게 되면 처음 몇 개의 그룹에 동시전송 플로우들이 몰리고 나머지 그룹들에는 적은 수의 플로우만 포함될 확률이 크다. 왜냐하면 첫 번째 그룹에서는 모든 플로우에 대해 동시전송 가능 여부를 확인하게 되지만 그룹이 뒤에 위치할수록 이미 앞쪽 그룹에 속한 플로우들을 배제하고 나머지 플로우들에 대해서만 동시 전송 가능 여부를 파악할 수 있기 때문이다. 이는 그룹간 기회의 불균형을 초래하게 된다. 특히 하나의 그룹 내에서도 다양한 전송시간을 가지는 플로우들로 구성된 경우 비슷한 전송시간을 가진 동시전송 플로우들로 구성되는 경우보다 채널 효율이 낮아지게 된다.

그러나, 본 발명에 따른 FGCT 방식은 전술한 문제를 해결하기 위해 그룹을 재배치하여 공정성(fairness)과 채널 효율을 높일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 코디네이터 장치는 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우간 동시전송 가능 여부를 나타내는 동시전송 테이블을 생성한다. 이하 동시전송 테이블을 REX_table이라 명한다. REX_table은 플로우별로 다른 플로우들과의 동시전송 가능 여부를 나타내는 행렬 형태이다.

이어서, 코디네이터 장치는 REX_Table로부터 각 플로우의 동시전송 가능 개수를 산출하고, 각 플로우의 동시전송 가능 개수로부터 평균 동시전송가능성 개수를 산출한다. 동시전송 가능 개수는 플로우당 서로 다른 플로우를 동시에 전송할 수 있는 개수를 말한다. 이때 동시전송 가능 개수는 REX_Table의 행 별로 동시전송 가능 여부를 나타내는 값을 더한 값일 수 있다. 또한, 코디네이터 장치는 모든 플로우가 가지는 전송시간의 합으로부터 평균 전송시간을 산출할 수 있다.

이어서, 코디네이터 장치는 플로우들에 대한 우선순위를 설정하여 우선순위에 따라 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화할 수 있다. 여기서, 코디네이터 장치는 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우별 평균 전송시간보다 크거나 동일한 플로우들에 대해 우선순위를 부여할 수 있다. 그리고, 나머지 플로우들에 대해 플로우별 평균 전송시간보다 크거나 동일한 플로우들을 이전에 생성된 그룹에 추가하여 다시 그룹화할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 코디네이터 장치는 플로우별로 평균 동시전송 가능 개수보다 동시전송 가능 개수가 크거나 동일한 플로우들에 대해 우선순위를 부여하여 그룹화한다. 그리고, 나머지 플로우들에 대해 플로우별로 평균 동시전송 가능 개수보다 동시전송 가능 개수가 크거나 동일한 플로우들을 이전에 생성된 그룹에 추가하여 다시 그룹화한다.

다른 실시예에 따르면, 코디네이터 장치는 플로우별로 평균 전송시간보다 전송시간이 크거나 동일한 플로우들에 대해 우선순위를 부여하여 그룹화한다. 그리고, 나머지 플로우들에 대해 플로우별로 평균 전송시간보다 전송시간이 크거나 동일한 플로우들을 이전에 생성된 그룹에 추가하여 다시 그룹화한다.

또 다른 실시예에 따르면, 코디네이터 장치는 플로우별로 평균 전송시간보다 전송시간이 크거나 동일한 플로우들에 대해 우선순위를 부여하여 그룹화한다. 그리고, 나머지 플로우들에 대해 플로우별로 평균 동시전송 가능 개수보다 동시전송 가능 개수가 크거나 동일한 플로우들을 이전에 생성된 그룹에 추가하여 다시 그룹화한다. 여기서 나머지 플로우들에 대해서는 전술한 과정을 교차 반복하여 그룹을 생성하거나 복잡성을 줄이기 위해 차례대로 REX를 확인하여 추가할 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 코디네이터 장치는 플로우별로 평균 동시전송 가능 개수보다 동시전송 가능 개수가 크거나 동일한 플로우들에 대해 우선순위를 부여하여 그룹화한다. 그리고, 나머지 플로우들에 대해 플로우별로 평균 전송시간보다 전송시간이 크거나 동일한 플로우들을 이전에 생성된 그룹에 추가하여 다시 그룹화한다. 여기서 나머지 플로우들에 대해서는 전술한 과정을 교차 반복하여 그룹을 생성하거나 복잡성을 줄이기 위해 차례대로 REX를 확인하여 추가할 수 있다.

이어서, 코디네이터 장치는 그룹화된 적어도 하나의 플로우를 각 노드가 그 룹별로 동시전송하도록 각 노드에 채널 시간을 할당한다. 이때 코디네이터 장치는 미리 설정된 전송 프레임의 채널 타임 할당 구간 내에서 그룹별로 동일한 채널 타임을 할당할 수 있다.

한편, 지향성 빔을 이용한 무선통신 네트워크에서 전술한 코디네이터 장치의 자원 할당에 따라 복수의 노드 간 데이터 통신 방법에 대해 후술한다. 우선, 복수의 노드는 복수의 노드 간에 형성될 플로우를 코디네이터 장치에 요청한다. 그러면, 코디네이터 장치가 요청에 따라 플로우별 전송시간 및 서로 다른 플로우를 동시에 전송할 수 있는 동시전송 가능 개수를 산출하여 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화한다. 이때 복수의 노드는 코디네이터 장치로부터 그룹화된 적어도 하나의 플로우를 그룹별로 동시전송할 수 있는 자원을 할당받는다. 이어서, 자원을 할당받은 각 노드는 할당받은 자원을 이용하여 복수의 노드 간에 데이터 통신을 수행한다.

이하 도면들을 통해 전술한 본 발명의 FGCT 알고리즘을 적용한 실시예들에 대해 상세히 후술한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우별 전송시간(CTA)을 이용한 동시전송 그룹의 행렬을 도시한 참조도이다.

도 6을 참조하면, 코디네이터 장치는 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우별로 평균 전송시간보다 전송시간이 크거나 동일한 플로우들에 대해 우선순위를 부여하여 그룹화한다.

예를 들면, 도 3에 도시된 각 플로우들에 대한 플로우별 전송시간(CTA)은 아 래와 같다.

CTA = [5 7 16 6 22 4 6 29 29 19]

이때 플로우들의 평균 전송시간은 14.3(msec)임을 알 수 있다. 따라서 코디네이터 장치는 도 6에 도시된 바와 같이, 평균 전송시간인 14.3(msec)보다 전송시간이 크거나 동일한 8, 9, 5, 3, 10 플로우 순으로 우선적으로 그룹을 생성한다. 이때, 도 6의 S_Fgroup는 플루우별 전송시간을 이용한 동시전송그룹의 인덱스 행렬이고, S_CTA_Fgroup은 S_Fgroup 플로우에 대한 전송시간 행렬을 나타낸다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 동시전송 테이블을 도시한 참조도이다.

도 7을 참조하면, 코디네이터 장치는 동시전송 테이블인 REX_Table을 생성한다. REX_Table은 각 플로우 간에 서로 동시 전송 가능 여부를 알려주는 테이블로서, 도 3에 도시된 각 플로우들에 대해 REX를 수행하여 얻은 값이다.

도 7에 도시된 바와 같이, REX_Table의 행과 열은 모두 플로우 번호를 나타낸다. 행을 기준으로 살펴보면 첫 번째 행은 1번 플로우와 다른 플로우들과의 동시 전송 가능 여부를 표시한다. 0은 동시 전송이 불가능함을 의미하고 1은 동시전송이 가능함을 의미한다. REX_Table은 대각선을 기준으로 서로 대칭인 행렬이 된다. 물론 이것은 동일 행에 있는 모든 플로우가 모두 존재하는 경우를 가정하는 것이 아니다.

이어서, 코디네이터 장치는 REX_Table의 각 행을 더하여 동시 전송 가능 플로우 수를 산출하고 산출값을 자원 스케쥴링을 위한 요소로 사용한다. 즉, REX_Table의 각 행을 더한 값을 플로우별 동시전송가능성 개수로 표현하면 도 3에 도시된 각 플로우별 동시전송가능성 개수는 아래와 같다.

[5 6 6 2 9 6 5 7 7 3]

예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이 1번 플로우에 해당되는 제 1행의 동시 전송 가능성 개수는 5 (0+1+1+0+1+0+1+0+1+0)임을 확인할 수 있다.

그리고, 전술한 플로우별 동시전송가능성 개수들의 평균값을 avg_rex_flows라고 명하면 avg_rex_flows는 5.6(5+6+6+2+9+6+5+7+7+3)이 된다. 즉, 평균적으로 각 플로우는 5.6개의 플로우와 서로 간섭을 받지 않고 동시 전송 가능하다는 것을 알 수 있다. 이때 코디네이터 장치는 각 플로우별 동시전송가능성 평균 개수와 각 플로우의 동시전송가능성 개수를 비교하여 평균보다 큰 플로우에 대해 우선적으로 그룹을 생성한다.

그러나 모든 플로우가 동일한 전송시간을 가진다고 가정한 경우에는 동시전송가능성 개수만을 이용해도 스케쥴링이 가능하지만, 각 플로우가 서로 다른 전송시간을 가지는 경우에는 동시전송가능성 개수뿐만 아니라 전송 시간도 고려해야 한다.

따라서 본 발명의 FGCT 알고리즘에 의하면 코디네이터 장치는 도 6에 전술한 바와 같이, 전체 플로우에 대한 평균전송 시간 및 각 플로우의 전송시간을 비교하여 평균전송 시간보다 큰 전송시간을 갖는 플로우에 대해 우선적으로 그룹을 생성하고, 나머지 플로우에 대해 플로우별 동시전송 가능성 개수를 이용하여 그룹을 추가한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우별 동시전송 가능성 개수를 이용 한 동시전송 그룹의 행렬을 도시한 참조도이다.

도 8을 참조하면, FGCT 알고리즘을 이용하는 코디네이터 장치는 동시전송가능성 평균 개수와 평균 전송 시간(각 플로우들의 전송율을 1Gbps로 고정할 경우 전송 시간은 곧 전송량 또는 로드량과 일치함)이 모두 동시전송가능성 평균 개수 및 평균 전송 시간보다 큰 개수 및 시간을 갖는 플로우들에 대해 동시전송그룹을 생성한다. 그리고, 나머지 플로우들을 이전에 형성된 그룹에 추가적으로 REX 알고리즘을 사용하여 할당한다. 만약 나머지 플로우들이 모두 기존 그룹에 추가되지 못하는 경우에는 별도의 추가적인 그룹을 생성한다. 요약해서 말하면, 본 발명의 FGCT 알고리즘은 플로우들의 우선순위를 나누어 우선순위가 높은 플로우들에 대해 우선적으로 그룹을 만들고 우선순위가 낮은 플로우들을 이전에 생성된 그룹에 추가하여 다시 그룹화하는 방식이라고 할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 전술한 FGCT 알고리즘을 이용하면 플로우들은 그룹 내에서 동시전송가능성 개수 값이 큰 순으로 정렬(sorting)될 수 있다. 예를 들면, 도 6에 도시된 동시전송그룹 행렬에서의 8,9,5,3,10번째 플로우를 제외한 플로우들 중에서 플로우별 동시전송가능성 개수들의 평균값인 5.6보다 큰 2,10 플로우를 도 8에 도시된 바와 같이 도 6에 도시된 동시전송그룹 행렬에 추가할 수 있다. 이때, New_Fgroup는 플로우별 동시전송가능성 개수를 반영한 새로운 동시전송그룹의 인덱스 행렬이고, New_CTA_Fgroup은 New_Fgroup 플로우에 대한 전송시간 행렬을 나타낸다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 나머지 플로우에 대해 그룹화를 수행한 동시전송그룹 행렬을 도시한 참조도이다.

도 9를 참조하면, 코디네이터 장치는 FGCT 알고리즘을 이용하여 나머지 플로우에 대해 그룹화를 수행하여 도 8의 동시 전송그룹 행렬에 추가한다. 여기서, Final_Fgroup와 Final_CTA_Fgroup는 각각 FGCT 알고리즘을 통해 최종적으로 구성된 동시전송그룹 인덱스 행렬과 동시전송그룹 전송시간 행렬을 나타낸다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이 제1 그룹은 8,9,5,3,2 플로우이며, 제2 그룹은 10,6 플로우이고, 제3 그룹은 7,1 플로우이며, 제4 그룹은 4 플로우임을 알 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 코디네이터 장치의 자원 할당 시의 슈퍼프레임 내 전송 상황을 도시한 참조도이다.

도 10를 참조하면, 슈퍼프레임의 길이가 64.97468 msec일 때, 제1 그룹에 해당되는 8,9,5,3,2 플로우가 29 msec 동안 동시 전송되고, 제2 그룹에 해당되는 10,6 플로우가 19 msec 동안 동시 전송된다. 이어서 제3 그룹에 해당되는 7,1 플로우가 6 msec 동안 동시 전송되고, 제4 그룹에 해당되는 4 플로우가 6 msec 동안 동시 전송된다. 이때 제1 그룹 내지 제 4그룹에 해당되는 플로우가 전송되기 위한 슈퍼프레임의 길이는 64 msec로 미리 설정된 슈퍼프레임 길이인 64.97468 msec을 충족하게 된다.

도 10에 도시된 바와 같이 본 발명의 FGCT 알고리즘을 이용한 경우 미리 설정된 슈퍼프레임 구간 내에서 채널 타임을 할당할 수 있는 그룹의 수는 총 4개이다. 따라서 랜덤하게 그룹을 생성하는 RANCT 알고리즘을 이용한 경우(3개)보다 더 많은 그룹을 생성할 수 있다. 나아가, 본 발명의 FGCT 알고리즘을 이용한 경우 미 리 설정된 슈퍼프레임 구간 내에서 낭비되는 수퍼프레임 시간은 0.97468 msec이다. 따라서, RANCT 알고리즘을 이용한 경우보다 낭비 시간이 훨씬 적음을 확인할 수 있다. 한편 도 6 내지 도 10에서 전술한 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예일 뿐 이 외의 다양한 실시예가 가능함은 당업자에 있어서 자명하다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 코디네이터 장치(1000)의 구성도이다.

도 11을 참조하면, 코디네이터 장치(1000)는 플로우 그룹핑부(1010) 및 자원 할당부(1020)를 포함하며, 플로우 그룹핑부(1010)는 동시전송 테이블 생성부(1012), 동시전송 가능성 산출부(1014) 및 우선순위 설정부(1016)를 포함할 수 있다.

코디네이터 장치(1000)는 지향성 빔을 이용한 무선통신 네트워크에서 복수의 노드에 자원을 할당하는데, 플로우 그룹핑부(1010)는 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우별 전송시간 및 서로 다른 플로우를 동시에 전송할 수 있는 동시전송 가능 개수를 산출하여 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화한다. 이때, 플로우 그룹핑부(1010)는 플로우별 전송시간 및 플로우별 동시전송 가능 개수를 이용하여 일부 플로우들을 그룹화하며, 나머지 플로우들을 이전에 생성된 그룹에 추가하고 플로우별 전송시간 및 플로우별 동시전송 가능 개수를 이용하여 다시 그룹화할 수 있다. 또한 플로우 그룹핑부(1010)는 그룹화된 적어도 하나의 플로우를 미리 설정된 전송 프레임의 동일한 채널 타임 할당 구간 내에서 동시전송할 수 있다.

한편, 플로우 그룹핑부(1010)의 구성을 세부적으로 설명하면 동시전송 테이 블 생성부(1012)는 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우 동시전송 가능 여부를 나타내는 동시전송 테이블을 생성한다. 동시전송 가능성 산출부(1014)는 동시전송 테이블을 이용하여 플로우별로 동시전송 가능 개수를 산출한다.

우선순위 설정부(1016)는 플로우별 동시전송 가능 개수 및 플로우별 전송시간을 이용하여 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화하기 위한 우선순위를 설정한다. 이때 우선순위 설정부(1016)는 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우별 평균 전송시간 또는 플로우별 평균 동시전송 가능 개수보다 크거나 동일한 플로우들에 대해 우선순위를 부여할 수 있다.

한편, 자원 할당부(1020)는 그룹화된 적어도 하나의 플로우를 각 노드가 그룹별로 동시전송하도록 각 노드에 자원을 할당한다. 여기서 자원 할당부(1020)는 자원 할당 시에 미리 설정된 전송 프레임의 채널 타임 할당 구간 내에서 그룹별로 동일한 채널 타임을 할당할 수 있다.

이제까지 본 발명에 대해 그 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 IEEE802.15.3c의 슈퍼 프레임 구조도,

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 지향성 안테나를 이용한 배타영역(ER)을 도시한 참조도,

도 3은 공간상의 플로우 좌표 및 각 플로우별 전송 시간을 나타내는 테이블,

도 4는 도 3의 플로우들에 대한 분포를 도시한 참조도,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코디네이터 장치의 자원할당 방법을 도시한 흐름도,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우별 전송시간을 이용한 동시전송 그룹의 행렬을 도시한 참조도,

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 동시전송 테이블을 도시한 참조도,

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우별 동시전송 가능성 개수를 이용한 동시전송 그룹의 행렬을 도시한 참조도,

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 나머지 플로우에 대해 그룹화를 수행한 동시전송그룹 행렬을 도시한 참조도,

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 코디네이터 장치의 자원 할당 시의 슈퍼프레임 내 전송 상황을 도시한 참조도,

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 코디네이터 장치의 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1000 : 코디네이터 장치 1010 : 플로우 그룹핑부

1012 : 동시전송 테이블 생성부 1014 : 동시전송 가능성 산출부

1016 : 우선순위 설정부 1020 : 자원 할당부

Claims (20)

  1. 지향성 빔을 이용한 무선통신 네트워크에서 코디네이터 장치가 복수의 노드에 자원을 할당하는 방법에 있어서,
    전송효율 및 공정성을 위하여 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우별 전송시간 및 서로 다른 플로우를 동시에 전송할 수 있는 동시전송 가능 개수를 산출하고, 산출 결과를 이용하여 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화하는 단계; 및
    그룹화된 적어도 하나의 플로우를 각 노드가 그룹별로 동시전송하도록 상기 각 노드에 자원을 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원할당 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화하는 단계는,
    상기 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우별로 상기 동시전송 가능 개수를 산출하는 단계; 및
    플로우별 동시전송 가능 개수 및 플로우별 전송시간을 이용하여 플로우들에 대한 우선순위를 설정하고 우선순위에 따라 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원할당 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 우선순위에 따라 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화하는 단계는,
    상기 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우별로 평균 전송시간보다 전송시간이 크거나 동일한 플로우들에 대해 우선순위를 부여하여 그룹화하는 단계; 및
    나머지 플로우들에 대해 플로우별로 평균 전송시간보다 전송시간이 크거나 동일한 플로우들을 이전에 생성된 그룹에 추가하여 다시 그룹화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원할당 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 우선순위에 따라 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화하는 단계는,
    상기 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우별로 평균 동시전송 가능 개수보다 동시전송 가능 개수가 크거나 동일한 플로우들에 대해 우선순위를 부여하여 그룹화하는 단계; 및
    나머지 플로우들에 대해 플로우별로 평균 동시전송 가능 개수보다 동시전송 가능 개수가 크거나 동일한 플로우들을 이전에 생성된 그룹에 추가하여 다시 그룹화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원할당 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 우선순위에 따라 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화하는 단계는,
    상기 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우별로 평균 전송시간보다 전송시간이 크거나 동일한 플로우들에 대해 우선순위를 부여하여 그룹화하는 단계; 및
    나머지 플로우들에 대해 플로우별로 평균 동시전송 가능 개수보다 동시전송 가능 개수가 크거나 동일한 플로우들을 이전에 생성된 그룹에 추가하여 다시 그룹화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원할당 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 우선순위에 따라 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화하는 단계는,
    상기 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우별로 평균 동시전송 가능 개수보다 동시전송 가능 개수가 크거나 동일한 플로우들에 대해 우선순위를 부여하여 그룹화하는 단계; 및
    나머지 플로우들에 대해 플로우별로 평균 전송시간보다 전송시간이 크거나 동일한 플로우들을 이전에 생성된 그룹에 추가하여 다시 그룹화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원할당 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화하는 단계는,
    상기 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우간 동시전송 가능 여부를 나타내는 동시전송 테이블을 생성하고 상기 동시전송 테이블을 이용하여 상기 동시전송 가능 개수를 산출하는 것을 특징으로 하는 자원할당 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 동시전송 테이블은 플로우별로 다른 플로우들과의 동시전송 가능 여부를 나타내는 행렬 형태이고,
    상기 동시전송 가능 개수는 상기 동시전송 테이블의 행 별로 동시전송 가능 여부를 나타내는 값을 더한 값인 것을 특징으로 하는 자원할당 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선통신 네트워크에서의 무선통신은 밀리미터 파를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 자원할당 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 그룹화된 적어도 하나의 플로우를 각 노드가 그룹별로 동시전송하도록 상기 각 노드에 자원을 할당하는 단계는,
    자원 할당 시에 미리 설정된 전송 프레임의 채널 타임 할당 구간 내에서 그룹별로 동일한 채널 타임을 할당하는 것을 특징으로 하는 자원할당 방법.
  11. 지향성 빔을 이용한 무선통신 네트워크에서 복수의 노드 간 데이터 통신 방법에 있어서,
    복수의 노드 간에 형성될 플로우를 코디네이터 장치에 요청하는 단계;
    상기 요청에 따라 상기 코디네이터 장치가 전송효율 및 공정성을 위하여 플로우별 전송시간 및 서로 다른 플로우를 동시에 전송할 수 있는 동시전송 가능 개수를 산출하고 산출 결과를 이용하여 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화하면, 상기 코디네이터 장치로부터 그룹화된 적어도 하나의 플로우를 그룹별로 동시전송할 수 있는 자원을 할당받는 단계; 및
    상기 할당받은 자원을 이용하여 복수의 노드 간에 데이터 통신을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 무선통신 네트워크에서의 무선통신은 밀리미터 파를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 코디네이터 장치로부터 그룹화된 적어도 하나의 플로우를 그룹별로 동시전송할 수 있는 자원을 할당받는 단계는,
    미리 설정된 전송 프레임의 채널 타임 할당 구간 내에서 그룹별로 동일한 채널 타임을 할당받는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 방법.
  14. 지향성 빔을 이용한 무선통신 네트워크에서 복수의 노드에 자원을 할당하는 코디네이터 장치에 있어서,
    전송효율 및 공정성을 위하여 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우별 전송시간 및 서로 다른 플로우를 동시에 전송할 수 있는 동시전송 가능 개수를 산출하고 산출 결과를 이용하여 플로우들을 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화하는 플로우 그룹핑부; 및
    그룹화된 적어도 하나의 플로우를 각 노드가 그룹별로 동시전송하도록 상기 각 노드에 자원을 할당하는 자원 할당부를 포함하는 것을 특징으로 하는 코디네이터 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 플로우 그룹핑부는,
    플로우별 전송시간 및 플로우별 동시전송 가능 개수를 이용하여 일부 플로우들을 그룹화하며, 나머지 플로우들을 이전에 생성된 그룹에 추가하고 상기 플로우별 전송시간 및 플로우별 동시전송 가능 개수를 이용하여 다시 그룹화하는 것을 특징으로 하는 코디네이터 장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 플로우 그룹핑부는,
    상기 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우별로 상기 동시전송 가능 개수를 산출하는 동시전송 가능성 산출부; 및
    플로우별 동시전송 가능 개수 및 플로우별 전송시간을 이용하여 동시전송 가능한 플로우별로 그룹화하기 위한 우선순위를 설정하는 우선순위 설정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 코디네이터 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 우선순위 설정부는,
    상기 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우별로 평균 전송시간보다 전송시간이 크거나 동일한 플로우 또는 플로우별로 평균 동시전송 가능 개수보다 동시전송 가능 개수가 크거나 동일한 플로우들에 대해 우선순위를 부여하는 것을 특징으로 하는 코디네이터 장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 플로우 그룹핑부는,
    상기 복수의 노드 간에 형성되는 플로우들에 대해 플로우 동시전송 가능 여부를 나타내는 동시전송 테이블을 생성하는 동시전송 테이블 생성부를 더 포함하며,
    상기 동시전송 가능성 산출부는 상기 동시전송 테이블을 이용하여 플로우별로 상기 동시전송 가능 개수를 산출하는 것을 특징으로 하는 코디네이터 장치.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 자원 할당부는,
    자원 할당 시에 미리 설정된 전송 프레임의 채널 타임 할당 구간 내에서 그룹별로 동일한 채널 타임을 할당하는 것을 특징으로 하는 코디네이터 장치.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 무선통신 네트워크에서의 무선통신은 밀리미터 파를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 코디네이터 장치.
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Lin X. Cai, et al. "Efficient Resource Management for mmWave WPANs,"WCNC 2007 proceedings, IEEE Communications Society, 2007. *
Lin X. Cai, et al. "Efficient Resource Management for mmWave WPANs,"WCNC 2007 proceedings, IEEE Communications Society, 2007.*

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