KR101333909B1 - 통계적 공생기반 상황인지 릴레이를 위한 네트워크 시스템 및 네트워킹 방법 - Google Patents

통계적 공생기반 상황인지 릴레이를 위한 네트워크 시스템 및 네트워킹 방법 Download PDF

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Abstract

통계적 공생기반 상황인지 릴레이를 위한 네트워크 시스템 및 방법이 개시된다. 상황인지 릴레이(Cognitive Radio relay)를 위한 네트워크 시스템은 상기 네트워크 시스템은 하나 또는 그 이상의 기지국 및 릴레이 단말을 각각 포함하는 1차 망과 2차 망을 포함하고, 상기 2차 망이 상기 1차 망으로부터 수신한 커버리지 정보로부터 획득한 상기 1차 망의 기지국으로부터 상기 2차 망의 릴레이 단말로의 신호 세기 정보를 기초로 각 2차 망의 릴레이 단말 중 릴레이를 수행할 단말을 결정하여 해당하는 릴레이 단말이 릴레이를 수행하도록 할 수 있다.

Description

통계적 공생기반 상황인지 릴레이를 위한 네트워크 시스템 및 네트워킹 방법{NETWORK SYSTEM AND NETWORKING METHOD FOR RELAY IN STATISTICAL SYMBIOTIC COGNITIVE RELAYING}
본 발명의 실시예들은 통계적 공생기반으로 상황에 따라 릴레이를 수행할 수 있는 통계적 공생기반 상황인지 릴레이를 위한 네트워크 시스템 및 네트워킹 방법에 관한 것이다.
상황인지 릴레이(Cognitive Radio relay)는 1차 망(primary network)의 전송 능력을 향상시키기 위하여 2차 망(secondary network)의 단말이 릴레이 기능을 수행함으로써 획득된 자원(시간 또는 주파수)의 감소분을 2차 망의 단말이 사용하도록 하는 기술이다.
전송할 데이터가 있는 2차 망의 단말은 자발적인 릴레이 기능 수행을 통하여 1차 망의 전송 능력 향상에 기여하고, 이를 통해 발생된 여유분의 자원을 할당 받음으로써 보다 자원 활용의 효율성을 증대시킬 수 있다.
이때 망은 기지국 또는 AP(Access Point)와 단말로 이루어지며, 1차 망과 2차 망은 동일한 지역에 오버레이(overlay) 형태로 공존할 수 있다. 일반적으로 1차 망은 허가 받은 스펙트럼 대역을 사용하여 보장된 서비스 품질(Quality of Service)를 제공하며, 2차 망은 1차 망의 서비스에 영향을 미치지 않는 범위에서 1차 망의 자원을 사용하도록 한다. 이러한 방법은 주파수 임대(spectrum leasing)라 불리기도 한다.
이와 같은 상황인지 릴레이에 관한 기술로서 한국공개특허공보 제10-2010-0120820호(공개일 2010년 11월 17일) "무선 자원 할당 방법과 그를 위한 장치, 시스템 및 CR 사용자 단말기"에는 CR 망으로부터 협력 요청을 수신하고, 상기 CR 망과 채널 상태 정보를 교환하며 이를 기초로 여분의 시간 할당이 필요한지 여부를 확인하여 최적의 채널 상태인 단말기에 여분의 시간을 할당하는 것이 기재되어 있다.
그러나, 이와 같은 릴레이를 수행하기 위해서는 2차 망의 단말 중 어떤 단말이 릴레이를 수행해야 하는지 결정하기 위해 1차 망의 기지국과 1차 망의 단말, 1차 망의 기지국과 2차 망의 단말, 2차 망의 기지국과 2차 망의 단말 간에 채널 정보 등 상당한 양의 정보 교환이 필요하다.
또한, 사용 또는 임대 가능한 시간에 대한 정보를 1차 망에서 2차 망으로 알려주어야 하며, 시변하는 이동/무선 채널 환경에서 상당한 오버헤드(overhead)가 발생할 수 있다.
따라서, 공생기반 릴레이에 의해 어느 정도의 이득을 기대할 수 있는 상황에서 오버헤드와 1차 망 및 2차 망 간의 정보 교환을 줄일 수 있는 방법이 요구되고 있다.
이동/무선 채널 환경에서 공생기반 릴레이 수행 시 오버헤드 및 정보 교환의 양을 감소시킬 수 있는 통계적 공생기반 상황인지 릴레이를 위한 네트워크 시스템 및 네트워킹 방법을 제공한다.
피드백과 오버헤드 정보의 양 및 복잡도를 최소화하여 망 전체 주파수 효율을 극대화할 수 있는 통계적 공생기반 상황인지 릴레이를 위한 네트워크 시스템 및 네트워킹 방법을 제공한다.
상황인지 릴레이(Cognitive Radio relay)를 위한 네트워크 시스템은 상기 네트워크 시스템은 하나 또는 그 이상의 기지국 및 릴레이 단말을 각각 포함하는 1차 망과 2차 망을 포함하고, 상기 2차 망이 상기 1차 망으로부터 수신한 커버리지 정보로부터 획득한 상기 1차 망의 기지국으로부터 상기 2차 망의 릴레이 단말로의 신호 세기 정보를 기초로 각 2차 망의 릴레이 단말 중 릴레이를 수행할 단말을 결정하여 해당하는 릴레이 단말이 릴레이를 수행하도록 할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 2차 망은 상기 1차 망으로부터 상기 1차 망의 전체 자원 중 사용 가능한 양의 비율을 나타내는 비율 정보를 수신하고 이를 기초로 각 2차 망의 릴레이 단말이 릴레이 동작을 수행하도록 상기 1차 망의 자원을 사용할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 2차 망의 기지국 및 상기 2차 망의 릴레이 단말 중 적어도 하나는 상기 1차 망의 기지국으로부터의 신호 세기 정보 및 상기 2차 망의 기지국으로부터의 신호 세기를 기초로 상기 자원을 사용할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 1차 망은 상기 2차 망에 의한 간섭이 기설정된 범위를 초과하는 경우 상기 2차 망으로부터의 자원 접속을 제한할 수 있다.
하나 또는 그 이상의 기지국 및 릴레이 단말을 각각 포함하는 1차 망과 2차 망간의 상황인지 릴레이(Cognitive Radio relay)를 위한 네트워킹 방법은 상기 2차 망이 상기 1차 망으로부터 커버리지 정보를 수신하는 단계, 상기 2차 망이 상기 수신한 커버리지 정보로부터 상기 1차 망의 기지국으로부터 상기 2차 망의 릴레이 단말로의 신호 세기 정보를 획득하는 단계, 상기 2차 망이 획득한 신호 세기 정보를 기초로 각 2차 망의 릴레이 단말 중 릴레이를 수행할 단말을 결정하는 단계 및 상기 결정된 릴레이 단말이 릴레이를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
1차 망으로부터 수신한 커버리지 정보로부터 획득한 신호 세기 정보를 기초로 각 2차 망의 릴레이 단말 중 릴레이를 수행할 단말을 결정함으로써 공생기반 릴레이 수행 시 오버헤드 및 정보 교환의 양을 감소시킬 수 있다.
1차 망과 2차 망 간에 커버리지 정보 및 각 망의 전체 자원 중 사용 가능한 양에 대한 비율 정보만을 교환하므로 피드백과 오버헤드 정보의 양 및 복잡도를 최소화하여 망 전체 주파수 효율을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 상황인지 릴레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 상황인지 릴레이가 수행되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 상황인지 릴레이를 위한 네트워킹 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 상황인지 릴레이를 설명하기 위한 도면이다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 1차 망과 2차 망의 기지국 및 릴레이 단말이 각각 하나로 표시되어 있으나, 본 발명에 따른 상황인지 릴레이(Cognitive Radio relay)를 위한 네트워크 시스템은 1차 망과 2차 망이 각각 하나 또는 그 이상의 기지국 및 릴레이 단말을 포함할 수 있다.
도면을 참조하면 1차 망과 2차 망은 동일한 지역에 오버레이 형태로 공존할 수 있다. 1차 망의 릴레이 단말(112)은 1차 망의 기지국(110)과 데이터를 송수신하고 2차 망의 릴레이 단말(122)은 2차 망의 기지국(120)과 데이터를 송수신한다. 그러나, 1차 망의 릴레이 단말(112)이 1차 망의 기지국(110)으로부터 먼 거리에 위치할 경우 2차 망의 릴레이 단말(122)이 릴레이 기능을 수행함으로써 1차 망의 릴레이 단말(112)은 2차 망의 릴레이 단말(122)을 통하여 1차 망의 기지국(110)과 데이터를 송수신할 수 있게 된다.
이와 같은 상황인지 릴레이 시 본 발명에 따른 네트워크 시스템은 2차 망이 1차 망으로부터 커버리지(coverage) 정보를 수신하고 수신한 커버리지 정보로부터 획득한 상기 1차 망의 기지국(110)으로부터 상기 2차 망의 릴레이 단말(122)로의 신호 세기 정보를 기초로 각 2차 망의 릴레이 단말 중 릴레이를 수행할 단말을 결정하여 해당하는 릴레이 단말(122)이 릴레이를 수행하도록 한다.
기존의 릴레이 방법은 상당한 채널 정보가 1차 망과 2 차 망 간에 교환되어야 하고, 2차 망이 사용할 수 있는 가용 자원(시간 및 주파수)에 대한 정보를 1차 망이 2차 망에 알려주어야 한다. 특히, 시변하는 채널 및 사용자의 위치 등에 따라 릴레이에 의한 효과가 달라지기 때문에 이러한 채널 정보 및 가용 자원에 대한 정보는 지속적으로 정확하게 교환되어야 한다.
이와 같은 1차 망 및 2차 망 간의 지속적인 채널 정보 및 가용 자원에 대한 정보 교환은 망의 성능 저하의 원인이 된다. 따라서, 본 발명에 따른 상황인지 릴레이를 위한 네트워크 시스템은 단순히 1차 망의 기지국(110)으로부터 각 2차 망의 릴레이 단말(122)로의 신호 세기 정보를 통해 릴레이로 동작할 지 여부를 결정할 수 있기 때문에 피드백과 오버헤드 정보 양을 줄일 수 있으며 복잡도를 최소화할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 상황인지 릴레이가 수행되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
일반적으로 릴레이는 송신기와 수신기 사이의 중간에 위치할 때 최대 성능을 기대할 수 있다. 또한, 릴레이를 통해 큰 이득을 얻는 단말은 기지국으로부터 멀리 떨어진 경우이다. 따라서, 2차 망의 기지국(120)은 현재 속한 1차 망의 기지국(110)으로부터 커버리지 정보를 획득하면, 단순히 1차 망의 기지국(110)으로부터 각 2차 망의 릴레이 단말로의 신호 세기 정보를 기초로 각 2차 망의 릴레이 단말 중 릴레이를 수행할 단말(122)을 결정할 수 있다.
릴레이를 수행할 단말이 결정되면, 해당 릴레이 단말(122)은 1차 망의 기지국(110)을 통해 1차 망의 가용 자원을 할당 받아 사용할 수 있다.
한편, 2차 망은 1차 망으로부터 1차 망의 전체 자원 중 사용 가능한 양의 비율을 나타내는 비율 정보를 수신하여 이를 기초로 각 2차 망의 릴레이 단말이 릴레이 동작을 수행하도록 1차 망의 자원을 사용할 수 있다.
1차 망의 기지국(110)은 1차 망의 단말에 대한 현황을 알고 있으므로, 2차 망의 릴레이 단말의 릴레이를 통한 성능 향상 정도를 인지할 수 있다. 따라서, 2차 망에게 1차 망의 자원을 일정 부분 사용하도록 허용할 수 있다. 이를 위하여 1차 망의 기지국(110)은 특정 시간 구간이나 자원 구간을 지정하는 것이 아니라, 시간이나 자원의 전체 양 중 사용할 수 있는 양의 비율 정도를 나타내는 비율 정보를 2차 망의 기지국(120)으로 전송함으로써 많은 정보를 정확하게 교환해야 하는 문제를 경감시킬 수 있다.
이때, 2차 망의 기지국(120) 및 2차 망의 릴레이 단말(122)은 1차 망의 기지국으로부터의 신호 세기 정보 및 상기 2차 망의 기지국으로부터의 신호 세기를 기초로 1차 망의 자원을 사용할 수 있다.
기존에는 1차 망의 기지국(110)이 특정 시간 구간이나 자원 구간을 지정함으로써 2차 망에서 1차 망의 자원을 사용할 수 있도록 하지만, 본 발명에 따른 상황인지 릴레이를 위한 네트워크 시스템은 2차 망이 1차 망으로부터 1차 망의 전체 자원 중 사용 가능한 양의 비율을 나타내는 비율 정보를 수신하기 때문에 2차 망의 기지국(120) 및 2차 망의 릴레이 단말(122)은 1차 망의 기지국(110)으로부터의 신호 세기 정보 및 2차 망의 기지국(120)으로부터의 신호 세기를 기반으로 1차 망의 자원을 임의로 사용할 수 있다. 이때, 얼마나 사용할 지는 1차 망으로부터 전달된 비율 정보를 기반으로 할 수 있다.
한편, 2차 망이 사용하는 자원으로 인해 순간적으로 1차 망에 간섭이 발생함으로써 해당 부분에 대한 1차 망의 사용에 제한이 가해져 1차 망의 성능이 저하될 수 있다. 그러나 1차 망은 적절한 스케줄링에 의해 동작되므로, 이는 2차 망의 릴레이를 통해 향상된 부분에 의해 통계적으로 상쇄될 수 있다.
그러나, 2차 망에 의한 간섭이 기설정된 범위를 넘어선다고 판단되면, 1차 망의 기지국(110)은 2차 망의 기지국(120)에게 2차 망의 1차 망의 자원을 사용하는 것을 제한할 수 있다. 이러한 문제는 2차 망이 사용할 수 있는 자원의 비율을 보수적으로 선택함으로써 방지할 수 있다.
한편, 1차 망 및 2차 망의 전체 수율을 최대화하기 위해서는 다소 공격적으로 사용할 수 있는 자원의 비율을 정하고, 2차 망에 의한 간섭이 기설정된 범위를 초과하는 경우 자원 사용을 제한할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 상황인지 릴레이를 위한 네트워킹 방법을 나타내는 흐름도이다.
먼저 상황인지 릴레이를 위하여 2차 망은 상기 1차 망으로부터 커버리지 정보를 수신한다(S310). 그리고, 1차 망으로부터 수신한 커버리지 정보를 기초로 1차 망의 기지국으로부터 2차 망의 릴레이 단말로의 신호 세기 정보를 획득한다(S320).
이후, 2차 망은 신호 세기 정보를 기초로 각 2차 망의 릴레이 단말 중 릴레이를 수행할 단말을 결정하고(S330), 결정된 릴레이 단말은 릴레이를 수행한다(S340).
이때, 2차 망은 1차 망으로부터 1차 망의 전체 자원 중 사용 가능한 양의 비율을 나타내는 비율 정보를 수신하고, 상기 비율 정보를 기초로 각 2차 망의 릴레이 단말이 릴레이 동작을 수행하도록 상기 1차 망의 자원을 사용할 수 있다.
이 경우, 2차 망의 기지국 및 상기 2차 망의 릴레이 단말 중 적어도 하나는 1차 망의 기지국으로부터의 신호 세기 정보 및 상기 2차 망의 기지국으로부터의 신호 세기를 기초로 상기 자원을 사용할 수 있다.
이와 같은 방법으로 자원을 사용하는 중 1차 망에 대한 2차 망에 의한 간섭이 기설정된 범위를 초과하는 경우 1차 망은 2차 망으로부터의 자원 접속을 제한함으로써 1차 망의 성능 저하를 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 통계적 공생기반 상황인지 릴레이를 위한 네트워크 시스템 및 네트워킹 방법은 1차 망으로부터 수신한 커버리지 정보로부터 획득한 신호 세기 정보를 기초로 각 2차 망의 릴레이 단말 중 릴레이를 수행할 단말을 결정하기 때문에 공생기반 릴레이 수행 시 오버헤드 및 정보 교환의 양을 감소시킬 수 있고, 1차 망과 2차 망 간에 커버리지 정보 및 각 망의 전체 자원 중 사용 가능한 양에 대한 비율 정보를 교환하므로 피드백과 오버헤드 정보의 양 및 복잡도를 최소화를 통하여 망 전체 주파수 효율을 극대화할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 1차 망의 기지국
112: 1차 망의 릴레이 단말
120: 2차 망의 기지국
122: 2차 망의 릴레이 단말

Claims (8)

  1. 상황인지 릴레이(Cognitive Radio relay)를 위한 네트워크 시스템에 있어서,
    상기 네트워크 시스템은 하나 또는 그 이상의 기지국 및 릴레이 단말을 각각 포함하는 1차 망과 2차 망을 포함하고,
    상기 2차 망에 포함된 기지국 또는 릴레이 단말 중 적어도 하나는 상기 1차 망으로부터 수신한 커버리지 정보로부터 획득한 상기 1차 망의 기지국으로부터 상기 2차 망의 릴레이 단말로의 신호 세기 정보를 기초로 각 2차 망의 릴레이 단말 중 릴레이를 수행할 단말을 결정하여 해당하는 릴레이 단말이 릴레이를 수행하도록 하며,
    상기 2차 망에 포함된 기지국 또는 릴레이 단말 중 적어도 하나는
    상기 1차 망으로부터 상기 1차 망의 전체 자원 중 사용 가능한 양의 비율을 나타내는 비율 정보를 수신하고 이를 기초로 각 2차 망의 릴레이 단말이 릴레이 동작을 수행하도록 상기 1차 망의 자원을 사용하는 것을 특징으로 하는 상황인지 릴레이를 위한 네트워크 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 2차 망의 기지국 및 상기 2차 망의 릴레이 단말 중 적어도 하나는,
    상기 1차 망의 기지국으로부터의 신호 세기 정보 및 상기 2차 망의 기지국으로부터의 신호 세기를 기초로 상기 자원을 사용하는 것을 특징으로 하는 상황인지 릴레이를 위한 네트워크 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 1차 망에 포함된 기지국 또는 릴레이 단말 중 적어도 하나는,
    상기 2차 망에 의한 간섭이 기설정된 범위를 초과하는 경우 상기 2차 망으로부터의 자원 접속을 제한하는 것을 특징으로 하는 상황인지 릴레이를 위한 네트워크 시스템.
  5. 하나 또는 그 이상의 기지국 및 릴레이 단말을 각각 포함하는 1차 망과 2차 망간의 상황인지 릴레이(Cognitive Radio relay)를 위한 네트워킹 방법에 있어서,
    상기 2차 망에 포함된 기지국 또는 릴레이 단말 중 적어도 하나가 상기 1차 망으로부터 커버리지 정보를 수신하는 단계;
    상기 2차 망에 포함된 기지국 또는 릴레이 단말 중 적어도 하나가 상기 수신한 커버리지 정보로부터 상기 1차 망의 기지국으로부터 상기 2차 망의 릴레이 단말로의 신호 세기 정보를 획득하는 단계;
    상기 2차 망에 포함된 기지국 또는 릴레이 단말 중 적어도 하나가 획득한 신호 세기 정보를 기초로 각 2차 망의 릴레이 단말 중 릴레이를 수행할 단말을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 릴레이 단말이 릴레이를 수행하는 단계
    를 포함하고,
    상기 결정된 릴레이 단말이 릴레이를 수행하는 단계는
    상기 2차 망에 포함된 기지국 또는 릴레이 단말 중 적어도 하나가 상기 1차 망으로부터 상기 1차 망의 전체 자원 중 사용 가능한 양의 비율을 나타내는 비율 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 2차 망에 포함된 기지국 또는 릴레이 단말 중 적어도 하나가 상기 비율 정보를 기초로 각 2차 망의 릴레이 단말이 릴레이 동작을 수행하도록 상기 1차 망의 자원을 사용하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 상황인지 릴레이를 위한 네트워킹 방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 자원을 사용하는 단계는,
    상기 2차 망의 기지국 및 상기 2차 망의 릴레이 단말 중 적어도 하나가 상기 1차 망의 기지국으로부터의 신호 세기 정보 및 상기 2차 망의 기지국으로부터의 신호 세기를 기초로 상기 자원을 사용하는 단계인 것을 특징으로 하는 상황인지 릴레이를 위한 네트워킹 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 결정된 릴레이 단말이 릴레이를 수행하는 단계 이전에, 상기 1차 망에 포함된 기지국 또는 릴레이 단말 중 적어도 하나가 상기 2차 망에 의한 간섭이 기설정된 범위를 초과하는 경우 상기 2차 망으로부터의 자원 접속을 제한하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상황인지 릴레이를 위한 네트워킹 방법.
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