KR101357907B1 - 오버레이 된 2 계층 협력 네트워크에서의 통신 방식 - Google Patents

오버레이 된 2 계층 협력 네트워크에서의 통신 방식 Download PDF

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추은미
방인규
김태훈
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Abstract

일 실시예에 따른 게이트웨이에 기반한 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크는 클러스터 내의 멤버들을 관리하는 클러스터 헤더(Cluster Header)를 기반으로 제1 클러스터 내의 멤버들 간의 클러스터 내(intra-cluster) 통신을 수행하는 제1 계층; 및 적어도 하나의 고정 노드(fixed node) 및 게이트웨이(gateway)를 기반으로 상기 제1 클러스터와 구별되는 제2 클러스터와 상기 제1 클러스터 간의 클러스터 간(inter-cluster) 통신 및 외부망과의 통신을 수행하는 제2 계층을 포함할 수 있다.

Description

오버레이 된 2 계층 협력 네트워크에서의 통신 방식{COMMUNICATION METHOD IN OVERLAYED TWO-LAYER HIERARCHICAL COOPERATION NETWORKS}
아래의 실시예들은 오버레이된 2 계층 협력 네트워크를 위한 게이트웨이, 고정 노드 및 게이트웨이에 기반한 오버레이된 2 계층 협력 네트워크에 관한 것이다.
다중 입출력(MIMO) 전송 시에 클러스터 내의 많은 노드들이 협력하여 통신을 수행할 수 있으며, 이러한 경우, 노드들의 파일럿(pilot) 전송에 따른 오버헤드(overhead)는 증가할 수 있다. 또한, 클러스터 간의 통신 시에 인접 클러스터의 간섭으로 인해 여러 개의 클러스터들이 동시에 통신을 수행하는 데에 어려움이 있다.
본 발명의 일 실시예는 게이트웨이 및 고정 노드에 기반한 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크를 통해 클러스터 내(intra-cluster) 통신, 클러스터 간(inter-cluster) 통신 및 외부망과의 통신을 동시에 원활하게 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 각 클러스터마다 전송되는 패킷의 트래픽 특성을 기초로 클러스터 단위로 트래픽을 스케줄링할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 게이트웨이가 클러스터 내 통신과 클러스터 간 통신을 위해 서로 다른 무선 자원을 할당함으로써 상호 간섭을 줄이고 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 고정 노드에게 수신 파워가 최대이고 간섭이 미리 제거된 빔 패턴을 할당함으로써 상호 간섭을 줄일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 게이트웨이에 기반한 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크는 클러스터 내의 멤버들을 관리하는 클러스터 헤더(Cluster Header)를 기반으로 제1 클러스터 내의 멤버들 간의 클러스터 내(intra-cluster) 통신을 수행하는 제1 계층; 및 적어도 하나의 고정 노드(fixed node) 및 게이트웨이(gateway)를 기반으로 상기 제1 클러스터와 구별되는 제2 클러스터와 상기 제1 클러스터 간의 클러스터 간(inter-cluster) 통신 및 외부망과의 통신을 수행하는 제2 계층을 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 고정 노드는 상기 클러스터 헤더로부터 수신한 상기 제1 클러스터 내의 멤버들의 트래픽을 집적(aggregation)하여 주기적으로 상기 게이트웨이에게 전송할 수 있다.
상기 적어도 하나의 고정 노드는 상기 클러스터 헤더와 협력하여 또는 상기 클러스터 헤더와 독립적으로 상기 클러스터 간(inter-cluster) 통신 및 상기 외부망과의 통신을 수행할 수 있다.
상기 적어도 하나의 고정 노드가 상기 클러스터 헤더와 협력하여 상기 클러스터 간(inter-cluster) 통신 및 상기 외부망과의 통신을 수행하는 경우, 상기 제1 클러스터를 위한 스트림은 상기 적어도 하나의 고정 노드의 개수 +1 개로 분리될 수 있다.
상기 적어도 하나의 고정 노드는 상기 게이트웨이로부터 미리 정해진 빔 패턴, 편파 및 코드워드를 할당받을 수 있다.
상기 적어도 하나의 고정 노드는 상기 클러스터 헤더와 유선 혹은 무선으로 연결될 수 있다.
상기 제1 클러스터 및 상기 제2 클러스터는 동일한 섹터(sector) 내에 포함되거나 서로 다른 섹터에 각각 포함되고, 상기 제1 클러스터 및 상기 제2 클러스터가 상기 동일한 섹터 내에 포함되는 경우, 상기 게이트웨이는 상기 제1 클러스터 및 상기 제2 클러스터에 대해 서로 다른 편파(polarization) 및 서로 다른 코드워드를 할당할 수 있다.
상기 게이트웨이는 각 클러스터마다 전송되는 패킷의 트래픽 특성을 기초로 클러스터 단위로 스케줄링을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크를 위한 게이트웨이는 복수의 클러스터들을 포함하는 복수의 섹터들 각각을 위한 패킷을 송,수신 하는 송신 안테나 및 수신 안테나; 상기 수신 안테나에 할당된 편파 및 코드워드를 이용하여 상기 복수의 클러스터들 각각에 포함된 적어도 하나의 고정 노드와 패킷의 수신을 위한 빔을 형성하는 입력 인터페이스부; 상기 클러스터들에서 전송된 패킷의 목적 주소를 기반으로 상기 패킷을 분류하는 주소 기반 경로 처리부; 상기 패킷의 트래픽 특성을 기초로 각 클러스터마다의 패킷을 처리하는 스케줄링부; 및 상기 송신 안테나에 할당된 편파 및 코드워드를 이용하여 상기 복수의 클러스터들 각각에 포함된 적어도 하나의 고정 노드와 상기 패킷의 송신을 위한 빔을 형성하는 출력 인터페이스부를 포함할 수 있다.
상기 스케줄링부는 상기 패킷의 트래픽 특성을 기초로, 실시간 처리를 필요로 하는 패킷을 위한 제1 임계치 및 비-실시간 처리를 필요로 하는 패킷을 위한 제2 임계치를 서로 다르게 설정하고, 클러스터마다 각 임계치에 도달한 패킷들을 일괄 처리할 수 있다.
상기 출력 인터페이스부는 동일 섹터 내에 포함된 복수의 클러스터들 중 서로 인접한 클러스터들에게는 서로 다른 편파 및 서로 다른 직교의 코드워드를 할당할 수 있다.
상기 출력 인터페이스부는 상기 복수의 클러스터들마다에 할당되는 직교의 코드워드(orthogonal codeword)들이 부족한 경우, 서로 다른 편파를 함께 이용하여 상기 복수의 클러스터들을 구별할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크를 위한 고정 노드는 제1 클러스터 내의 멤버들 간의 클러스터 내(intra-cluster) 통신에 의해 수신한 상기 멤버들의 트래픽을 집적(aggregation)하여 주기적으로 게이트웨이에게 전송하고, 상기 게이트웨이로부터 미리 할당된 자원을 이용하여 상기 제1 클러스터와 제2 클러스터 간의 클러스터 간(inter-cluster) 통신 및 외부망과의 통신을 수행할 수 있다.
상기 고정 노드는 상기 제1 클러스터 내의 멤버들을 관리하는 클러스터 헤더와 협력하여 또는 상기 클러스터 헤더와 독립적으로 상기 클러스터 간(inter-cluster) 통신 및 상기 외부망과의 통신을 수행할 수 있다.
상기 미리 할당된 자원은 미리 정해진 빔 패턴, 미리 정해진 수직 편파, 미리 정해진 수평 편파 및 미리 정해진 직교의 코드워드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 게이트웨이 및 고정 노드에 기반한 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크를 구성함으로써 클러스터 내(intra-cluster) 통신, 클러스터 간(inter-cluster) 통신 및 외부망과의 통신을 동시에 원활하게 수행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 각 클러스터마다 전송되는 패킷의 트래픽 특성을 기초로 클러스터 단위로 스케줄링을 수행함으로써 전송 효율을 높일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 클러스터 내 통신 및 클러스터 간 통신을 위해 할당된 서로 다른 자원을 이용함으로써 상호 간섭을 줄이고 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 고정 노드에게 수신 파워가 최대이고 간섭이 미리 제거된 빔 패턴을 할당함으로써 상호 간섭을 줄일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 게이트웨이에 기반한 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크의 구성도이다.
도 2는 도 1의 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크의 각 계층을 구분하여 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크를 위한 게이트웨이의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 섹터 안테나들을 포함하는 출력 인터페이스부의 세부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 2계층 협력 네트워크의 클러스터에 포함된 클러스터 헤더 및 고정 노드가 협력하여 통신을 수행하는 경우의 클러스터 및 고정 노드의 안테나 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 2계층 협력 네트워크의 클러스터에 포함된 클러스터 헤더 및 고정 노드가 협력하여 통신을 수행하는 경우의 클러스터 및 고정 노드의 안테나 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 2계층 협력 네트워크의 클러스터에 포함된 클러스터 헤더 및 고정 노드가 독립적으로 통신을 수행하는 경우의 안테나 구성을 나타낸 블록도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크를 위한 게이트웨이에서 클러스터 별 트래픽 특성을 기초로 클러스터 단위로 패킷을 전송하는 것을 나타낸 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 게이트웨이에 기반한 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크에서 클러스터 내(intra-cluster) 통신 및 클러스터 간(inter-cluster) 통신이 동시에 수행되는 것을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 일 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 따른 게이트웨이에 기반한 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 게이트웨이에 기반한 오버레이된 2계층 협력 네트워크에서 별표로 표시된 게이트웨이(Gateway)는 일정 영역을 다수 개의 섹터(Sector)들로 구분할 수 있다. 또한, 각 섹터들은 다수 개의 클러스터들을 포함할 수 있으며, 각 클러스터들은 편파(polarization) 및 코드(즉, 코드워드들(codewords))에 의해 서로 구분될 수 있다.
각 클러스터와 외부 백본망의 통신 시에 게이트웨이는 다른 클러스터로 가는 패킷과 외부 백본망으로 가는 패킷을 분류하여 교환 처리할 수 있다. 게이트웨이는 백본망으로 가는 패킷을 유선 혹은 무선 백홀(backhaul)을 통해 바로 전송할 수 있다.
또한, 클러스터 내에 고정 노드(Fixed Node)(예를 들어, 고정 중계 노드)가 여러 개 존재하는 경우, 게이트웨이는 가상 MIMO(virtual Multi-Input and Multi-Output) 채널을 형성할 수 있다.
게이트웨이는 수신한 패킷들을 클러스터 단위로 묶어서 한꺼번에 수신 클러스터로 전송할 수 있다.
게이트웨이는 지역별 섹터링(sectoring)을 할 수 있는 섹터 안테나(sector antenna)를 이용하여 서로 다른 섹터 간 간섭을 줄일 수 있다.
또한, 게이트웨이는 편파와 코드(워드)로 클러스터 간 간섭을 회피할 수 있다. 즉, 게이트웨이는 같은 섹터 내에 여러 개의 클러스터들이 존재하는 경우에 인접 클러스터에게 다른 편파, 코드(워드)를 할당하여 인접 클러스터 간 간섭을 제거할 수 있다. 여기서, 편파는 예를 들어, 수평 편파 및 수직 편파를 포함할 수 있다.
이 밖에도, 게이트웨이는 최상의 위치에 설치된 고정 중계 노드들에게 수신 파워를 최대화 하기 위한 빔포밍 형성할 수 있다. 이때, 고정 중계 노드들은 고정된 위치에 있으므로 미리 정해져 있는 빔 패턴을 할당함으로써 이용하게 빔 패턴을 형성할 수 있다.
게이트웨이와 외부 코어 네트워크(Core Network)와는 광 케이블(optical cable)을 통해 연결될 수 있다.
이때, 각 클러스터들은 클러스터 헤더(cluster header), 클러스터 멤버(cluster member)들 및 클러스터 간 통신을 도와주는 고정 노드(Fixed Node)들로 구성될 수 있다.
클러스터 헤더(cluster header)는 하나의 클러스터 내의 모든 클러스터 멤버(즉, 노드(Node))들의 트래픽 스케줄(traffic schedule)을 관리하며, 클러스터 간(inter-cluster) 통신 시에는 하나의 고정 중계 노드 역할을 수행할 수 있다. 클러스터 헤더는 클러스터 내(intra-cluster) 통신을 위한 액세스 포인트(Access Point) 역할을 수행할 수 있다.
클러스터 멤버(cluster member)들은 이동 단말 사용자 등과 같은 실제 사용자, 노드를 의미하며, 클러스터 내 통신을 위한 최소한의 기능만을 구비할 수 있다.
고정(Fixed Node)들은 그 역할에 따라 고정 전송 노드 혹은 고정 중계 노드(fixed relay node)로 동작할 수 있다. 고정 노드들은 클러스터 헤더와 협력하여 또는 클러스터 헤더와 독립적으로 클러스터 간(inter-cluster) 통신 및 외부망과의 통신을 수행할 수 있다.
고정 노드는 제1 클러스터 내의 멤버들 간의 클러스터 내(intra-cluster) 통신에 의해 수신한 멤버들의 트래픽을 집적(aggregation)하여 주기적으로 게이트웨이에게 전송할 수 있다. 그리고, 고정 노드는 게이트웨이로부터 미리 할당된 (무선) 자원을 이용하여 제1 클러스터와 제2 클러스터 간의 클러스터 간(inter-cluster) 통신 및 외부망과의 통신을 수행할 수 있다.
여기서, 미리 할당된 (무선) 자원은 미리 정해진 빔 패턴, 미리 정해진 수직 편파, 미리 정해진 수평 편파 및 미리 정해진 직교의 코드워드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 미리 정해진 빔 패턴은 간섭이 제거되도록 미리 설계된 빔 패턴일 수 있다.
일 실시예에서는 여러 개의 클러스터들 간 통신을 동시에 수행하기 위해 도 1과 같이 게이트웨이(Gateway) 중심의 2 계층 협력 네트워크 구조를 구성할 수 있다. 여기서, 2 계층 협력 네트워크란 후술하는 도 2와 같이 클러스터 내(intra-cluster) 통신을 위한 1계층과 클러스터 간(inter-cluster) 통신 및 외부망과의 통신을 위한 2계층으로 구성될 수 있다.
일 실시예와 같이 2 계층 협력 네트워크 구조를 구성함으로써 통신에 대한 오버헤드를 감소시키는 한편, 게이트웨이를 중심으로 다양한 무선 자원을 재활용하여 통신 용량을 증대시킬 수 있다. 이 밖에도, 개별 패킷을 전달함에 있어 클러스터 단위의 다수개의 통합된 패킷 전달 처리에 의해 효율성을 증가시킬 수 있다.
이하, 도 2를 통해 일 실시예에 따른 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크 구조에 대해 구체적으로 살펴본다.
도 2는 일 실시예에 따른 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크의 각 계층을 구분하여 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 게이트웨이에 기반한 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크는 클러스터 간(inter-cluster) 통신 및 외부망과의 통신을 수행하는 제2 계층(210) 및 클러스터 내(intra-cluster) 통신을 수행하는 제1 계층(230)으로 구분될 수 있다.
제1 계층(230)은 클러스터 내의 멤버들을 관리하는 클러스터 헤더(Cluster Header)를 기반으로 제1 클러스터 내의 멤버들 간의 클러스터 내(intra-cluster) 통신을 수행할 수 있다.
이때, 하나의 클러스터 내(intra-cluster) 통신은 각종 다양한 WPAN, WLAN 기반 통신 기술을 이용할 수 있다.
제1 계층(230)에서는 클러스터 헤더를 중심으로 네트워크 관리 및 조율이 수행될 수 있다. 즉, 클러스터 헤더는 액세스 포인트의 역할을 수행할 수 있다. 같은 클러스터 내의 멤버 간 통신은 하나의 멤버가 액세스 포인트로 패킷을 전송한 후, 액세스 포인트가 다른 멤버에게 이를 전달하는 방식으로 이루어질 수 있다.
제2 계층(210)은 적어도 하나의 고정 노드(fixed node) 및 게이트웨이(gateway)를 기반으로 제2 클러스터와 제1 클러스터 간의 클러스터 간(inter-cluster) 통신 및 외부망과의 통신을 수행할 수 있다.
여기서, 제1 클러스터와 제2 클러스터는 서로 구별되는 클러스터로서 동일한 섹터(sector) 내에 포함되거나 서로 다른 섹터에 각각 포함될 수 있다.
제2 계층(210)은 같은 클러스터 내에서의 클러스터 멤버들 간의 통신, 및 서로 다른 클러스터에 속한 클러스터 멤버들 간의 통신을 수행할 수 있다.
서로 다른 클러스터에 속한 클러스터 멤버들 간의 통신을 위해 패킷을 송신하고자 하는 클러스터 멤버는 클러스터 헤더에게 패킷을 전달할 수 있다. 그러면, 클러스터 헤더는 고정 중계 노드와 협력 MIMO를 형성하여 게이트웨이에게 패킷을 전송할 수 있다. 이때, 클러스터 헤더는 고정 중계 노드들과 트래픽을 균등하게 나누어서 협력 MIMO를 통해 게이트웨이에게 전송할 수 있다.
클러스터 헤더는 고정 중계 노드의 도움없이 단독으로 게이트웨이에게 패킷을 MIMO 안테나를 통하여 전송할 수도 있다. 게이트웨이는 패킷을 클러스터 단위로 모아서 해당 수신 클러스터에게 포워딩(forwarding)할 수 있다.
제2 계층(210)에서는 게이트웨이를 중심으로 클러스터 간(inter-cluster) 통신 및 외부망과의 통신을 위한 관리 및 조율이 수행될 수 있다. 이때, 클러스터 내의 유동 노드가 아닌 고정 노드만이 2계층 전송에 참여할 수 있다.
고정 전송 노드가 한 개인 경우, 고정 전송 노드와 게이트웨이 간에는 SIMO(Single Input Multi Output)가 형성될 수 있다. 그리고, 고정 전송 노드가 복수 개인 경우, 고정 전송 노드와 게이트웨이 간에는 MIMO(Multi-Input Multi-Output)가 형성될 수 있다.
이때, 고정 중계 노드는 편파, 코드워드들(codewords) 및 미리 정해진 빔 패턴 등을 게이트웨이로부터 미리 할당 받을 수 있다. 여기서, 미리 정해진 빔 패턴이란 간섭이 제거되도록 미리 설계된 빔 패턴으로 이해할 수 있다.
게이트웨이는 각 섹터 별 편파 및 빔 패턴을 형성하는 안테나, 즉 섹터 안테나들을 포함할 수 있으며, 클러스터마다의 트래픽 특성 별 스케줄링을 수행할 수 있다.
고정 노드, 특히 고정 중계 노드는 클러스터 내(1 계층) 통신 및 클러스터 간(2 계층) 통신을 수행할 수 있으며, 패킷 집적(aggregation) 기능 및 협력(cooperation) 기능을 구비할 수 있다. 즉, 고정 노드는 클러스터 헤더들로부터 멤버들의 트래픽을 수신한 후, 패킷을 집적(Aggregation)을 하여 주기적으로 게이트웨이에게 전송할 수 있다.
이러한 고정 노드는 분산 MIMO 전송을 위한 여러 개의 고정 전송 노드가 설치 될 수 있으며, 망운영자는 클러스터 간(2 계층) 통신을 위해 고정 노드를 최상의 장소에 설치할 수 있다.
여러 개의 고정 노드가 설치가 될 경우 가상(virtual) MIMO가 형성될 수 있으며, 여러 개의 고정 노드가 패킷을 배분하여 전송함으로써 공간 다이버시티(spatial diversity)를 얻을 수 있다.
다른 섹터에 있는 클러스터와의 통신 및 동일 섹터 내의 인접한 클러스터들과의 통신을 할 때, 각 클러스터는 서로 다른 편파와 다른 코드워드 확산을 통하여 패킷을 동시에 게이트웨이를 경유하여 목적지 클러스터 방향으로 전달할 수 있다. 하나의 클러스터에서는 섹터 안테나(Sector antenna)와 MIMO 안테나(MIMO antenna)가 통합되어 사용될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크를 위한 게이트웨이의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크를 위한 게이트웨이(300)는 수신 안테나(310), 입력 인터페이스부(320), 주소 기반 경로 처리부(330), 스케줄링부(340), 출력 인터페이스부(350) 및 송신 안테나(360)를 포함할 수 있다.
수신 안테나(310)는 복수의 클러스터들을 포함하는 복수의 섹터들 각각을 위한 패킷을 수신할 수 있다.
입력 인터페이스부(320)는 수신 안테나(310)에 할당된 편파 및 코드워드를 이용하여 복수의 클러스터들 각각에 포함된 적어도 하나의 고정 노드와 패킷의 수신을 위한 빔을 형성할 수 있다. 이에 앞서, 인터페이스부(320)는 일정 영역을 섹터(Sector) 모듈들로 구성한 후, 각 섹터에 할당된 편파, 코드워드를 통해 클러스터의 고정 전송 노드들과 빔을 형성할 수 있다. 입력 인터페이스부(320)는 다수 개의 섹터 안테나(Sector Antenna)들을 포함할 수 있다.
주소 기반 경로 처리부(330)는 클러스터들에서 전송된 패킷의 목적 주소(Destination Address)를 기반으로 패킷을 분류할 수 있다. 즉, 주소 기반 경로 처리부(330)는 클러스터들에서 전송된 패킷의 목적 주소를 기반으로 해당 패킷이 다른 클러스터로 전달되어야 할 지, 아니면 유선 백본망으로 전달되어야 할 지를 분류할 수 있다.
이때, 주소 기반 경로 처리부(330)는 해당 패킷이 다른 클러스터로 전달되어야 하는 경우에는 해당 패킷을 스케줄링부(340)로 전달하고, 해당 패킷이 유선 백본망으로 전달되어야 하는 경우에는 코어 네트워크로 전달할 수 있다.
스케줄링부(340)는 패킷의 트래픽 특성을 기초로 각 클러스터마다의 패킷을 처리할 수 있다. 스케줄링부(340)는 각 클러스터마다의 패킷을 일괄 처리할 수 있다. 이때, 스케줄링부(340)는 패킷의 트래픽 특성을 기초로, 실시간 처리를 필요로 하는 패킷을 위한 제1 임계치 및 비-실시간 처리를 필요로 하는 패킷을 위한 제2 임계치를 서로 다르게 설정하고, 클러스터마다 각 임계치에 도달한 패킷들을 일괄 처리할 수 있다. 여기서, 실시간 처리를 필요로 하는 패킷으로는 VoIP 패킷을 예로 들 수 있고, 비-실시간 처리를 필요로 하는 패킷으로는 Data 패킷을 예로 들 수 있다.
출력 인터페이스부(350)는 송신 안테나(360)에 할당된 편파 및 코드워드를 이용하여 복수의 클러스터들 각각에 포함된 적어도 하나의 고정 노드와 패킷의 송신을 위한 빔을 형성할 수 있다. 출력 인터페이스부(350)는 다수 개의 섹터 각각을 위한 패킷을 송신하는 송신 안테나들(360), 즉 섹터 안테나(Sector Antenna)들을 포함할 수 있다.
출력 인터페이스부(350)는 동일 섹터 내에 포함된 복수의 클러스터들 중 서로 인접한 클러스터들에게는 서로 다른 편파 및 서로 다른 직교의 코드워드를 할당할 수 있다. 출력 인터페이스부(350)는 복수의 클러스터들마다에 할당되는 직교의 코드워드(orthogonal codeword)들이 부족한 경우, 서로 다른 편파를 함께 이용하여 복수의 클러스터들을 구별할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 섹터 안테나들을 포함하는 출력 인터페이스부의 세부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3의 출력 인터페이스부(350)는 편파와 코드워드를 통해 클러스터 간 간섭을 회피할 수 있다. 즉, 같은 섹터 내에 여러 개의 클러스터가 존재 시에 인접 클러스터에게 다른 편파, 코드를 할당하여 인접 클러스터 간 간섭을 제거할 수 있다. 또한, 출력 인터페이스부(350)는 다수 개의 섹터들 각각을 위한 패킷을 송신하는 송신 안테나들, 즉 섹터 안테나부(Sector Antenna)(400)들(Sector #1, #2, #3, #4)을 포함할 수 있다.
섹터 안테나부(400)는 해당 섹터 안에 포함된 각 클러스터들을 위한 베이스밴드 신호부(410), 수직 편파부(Horizontal Polarization State)(430), 수평 편파부(Vertical Polarization State)(450) 및 편파 다중화(Polarization Mux)부(470)를 포함할 수 있다.
베이스밴드 신호부(410)는 각 클러스터가 전송하고자 하는 정보(혹은 데이터)를 k개의 스트림(stream)들로 나눌 수 있다. 나누어진 k개의 스트림들은 클러스터 내의 k 개의 고정 노드, 즉 고정 중계 노드와 협력 MIMO를 통해 목적 주소로 전달될 수 있다. 이때, 클러스터 헤더가 고정 중계 노드들과 함께 협력 MIMO를 수행할 경우, 베이스밴드 신호부(410)는 스트림을 k+1개로 나눌 수 있다.
클러스터 헤더가 고정 중계 노드들과 함께 협력 MIMO를 수행할 경우의 송신 안테나 구성은 도 5 및 도 6을 통해 살펴볼 수 있다.
만약, 클러스터 헤더만이 클러스터 간 통신을 수행하는 경우, 베이스밴드 신호부(410)는 스트림을 나누지 않고, 그대로 전송할 수 있다. 클러스터 헤더만이 클러스터 간 통신을 수행하는 경우의 송신 안테나 구성은 도 7을 통해 살펴볼 수 있다.
베이스밴드 신호부(410)를 통해 전달되는 스트림들 혹은 정보는 각 클러스터 별로 할당되는 직교의 코드워드와 결합된 후, 필요에 따라 수평 편파부(430) 혹은 수평 편파부(450)로 전달될 수 있다.
수평 편파부(430)는 각 클러스터를 위한 수평 편파를 할당할 수 있다.
수직 편파부(450)는 각 클러스터를 위한 수직 편파를 할당할 수 있다.
만약, 하나의 섹터 내에서 클러스터 별로 직교의 코드워드(orthogonal codeword)가 충분히 할당이 되면, 수평 편파 혹은 수직 편파 없이 코드워드만을 사용할 수 있다. 즉, 수평 편파부(430) 및 수직 편파부(450)는 오프(OFF)시킬 수 있다.
반면에, 넓은 섹터에서 많은 클러스터들을 수용하게 되어 코드워드가 부족하게 되면, 수평 편파부(430) 및/또는 수직 편파부(450)를 온(ON)시켜 편파(polarization)도 함께 사용하여 많은 클러스터를 구별할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 2계층 협력 네트워크의 클러스터에 포함된 클러스터 헤더 및 고정 노드가 협력하여 통신을 수행하는 경우의 클러스터 및 고정 노드의 안테나 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 클러스터 간 통신을 위해 클러스터 헤더와 고정 중계 노드들이 협력하는 경우의 송신 안테나 구성을 살펴볼 수 있다. 여기서, 클러스터 헤더와 k 개의 고정 중계 노드(들)은 제1 클러스터에 포함될 수 있으며, 게이트웨이로부터 제1 클러스터를 위한 수평 편파(Horizontal Polarization) 및 직교의 코드워드를 할당 받았다고 하자.
클러스터 헤더와 고정 중계 노드(들)은 게이트웨이로부터 미리 편파와 직교의 코드워드를 할당받아 협력 MIMO 전송을 수행할 수 있다. 이때, 협력 노드들, 즉 클러스터 헤더와 고정 중계 노드(들)은 전송해야 될 스트림(들)을 k+1 개로 나누어 전송할 수 있다. k+1 개로 나누어진 스트림(들)은 클러스터 헤더와 고정 중계 노드(들) 각각을 위한 클러스터 안테나를 통해 전송될 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 2계층 협력 네트워크의 클러스터에 포함된 클러스터 헤더 및 고정 노드가 협력하여 통신을 수행하는 경우의 클러스터 및 고정 노드의 안테나 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6을 참조하면, 클러스터 간 통신을 위해 클러스터 헤더와 고정 중계 노드들이 협력하는 다른 실시예에 따른 송신 안테나 구성을 살펴볼 수 있다.
여기서, 클러스터 헤더와 k 개의 고정 중계 노드(들)은 제1 클러스터에 포함될 수 있으며, 게이트웨이로부터 제1 클러스터를 위한 수평 편파(Horizontal Polarization) 및 직교의 코드워드를 할당 받았다고 하자.
클러스터 헤더와 고정 중계 노드(들)은 게이트웨이로부터 미리 편파와 직교의 코드워드를 할당받아 협력 MIMO 전송을 수행할 수 있다. 이때, 클러스터 헤더는 전송해야 될 스트림(들)을 k개로 나누어 k개의 협력 노드들, 즉 k 개의 고정 중계 노드(들)에게 나누어 전송할 수 있다. k 개로 나누어진 스트림(들)은 고정 중계 노드(들) 각각을 위한 클러스터 안테나를 통해 전송될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 2계층 협력 네트워크의 클러스터에 포함된 클러스터 헤더 및 고정 노드가 독립적으로 통신을 수행하는 경우의 안테나 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7을 참조하면, 클러스터 헤더만이 클러스터 간 통신을 수행하는 경우의 송신 안테나 구성을 살펴볼 수 있다. 이 경우, 전송해야 될 스트림은 도 5와 같이 나누어 지지 않고, 클러스터 헤더에 의해 전부 전송할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크를 위한 게이트웨이에서 클러스터 별 트래픽 특성을 기초로 클러스터 단위로 패킷을 전송하는 것을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 게이트웨이는 클러스터 별 트래픽을 그 (트래픽) 특성에 따라 분류한 후, 클러스터 단위로 일괄적으로 처리하는 방식, 즉 벌크(bulk) 패킷 서비스를 제공할 수 있다.
즉, 게이트웨이는 트래픽 특성 별로 서로 다른 임계치를 설정하고, 클러스터의 그룹별로 해당 임계치에 도달 시에 해당 클러스터의 패킷을 일괄로 서비스할 수 있다.
예를 들어, 도 7에서 제1 섹터 및 제3 섹터에 포함된 클러스터들의 그룹이 실시간 처리 및 비 실시간 처리를 필요로 하는 경우, 게이트웨이는 실시간 처리를 필요로 하는 클러스터들의 그룹과 비 실시간 처리를 필요로 하는 클러스터의 그룹 별 트래픽을 일괄적으로 처리할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 게이트웨이에 기반한 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크에서 클러스터 내(Intra cluster) 통신 및 클러스터 간(Inter cluster) 통신이 동시에 수행되는 것을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 일 실시예에서는 클러스터 내 통신(Intra cluster communication)과 클러스터 간 통신(Inter cluster communication)이 동시에 수행될 수 있다.
이때, 클러스터 내 통신과 클러스터 간 통신에는 서로 다른 주파수가 사용되어 상호 간의 간섭이 제거될 수 있으며, 이로 인하여 효율성 또한 증가될 수 있다.
즉, 클러스터 간 통신을 수행하는 인접한 두 클러스터들은 서로 상이한 코드워드 및 서로 상이한 편파를 할당받아 사용할 수 있다.
클러스터 간 통신에는 클러스터 내의 고정 노드, 예를 들어, 고정 중계 노드들만이 참여하게 되고, 클러스터 내의 클러스터 멤버들은 최소의 기능만을 가지고 클러스터 헤더를 통해 클러스터 내 통신을 수행할 수 있다. 이때, 클러스터 헤더는 액세스 포인트의 역할을 수행할 수 있다.
상술한 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 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 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가지 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
210: 제2 계층
230: 제1 계층

Claims (15)

  1. 클러스터 내의 멤버들을 관리하는 클러스터 헤더(Cluster Header)를 기반으로 제1 클러스터 내의 멤버들 간의 클러스터 내(intra-cluster) 통신을 수행하는 제1 계층; 및
    적어도 하나의 고정 노드(fixed node) 및 게이트웨이(gateway)를 기반으로 상기 제1 클러스터와 구별되는 제2 클러스터와 상기 제1 클러스터 간의 클러스터 간(inter-cluster) 통신 및 외부망과의 통신을 수행하는 제2 계층
    을 포함하는 게이트웨이에 기반한 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고정 노드는
    상기 클러스터 헤더로부터 수신한 상기 제1 클러스터 내의 멤버들의 트래픽을 집적(aggregation)하여 주기적으로 상기 게이트웨이에게 전송하는 게이트웨이에 기반한 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고정 노드는
    상기 클러스터 헤더와 협력하여 또는 상기 클러스터 헤더와 독립적으로 상기 클러스터 간(inter-cluster) 통신 및 상기 외부망과의 통신을 수행하는 게이트웨이에 기반한 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고정 노드가 상기 클러스터 헤더와 협력하여 상기 클러스터 간(inter-cluster) 통신 및 상기 외부망과의 통신을 수행하는 경우, 상기 제1 클러스터를 위한 스트림은 상기 적어도 하나의 고정 노드의 개수 +1 개로 분리되는 게이트웨이에 기반한 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고정 노드는
    상기 게이트웨이로부터 미리 정해진 빔 패턴, 편파 및 코드워드를 할당받는 게이트웨이에 기반한 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고정 노드는
    상기 클러스터 헤더와 유선 혹은 무선으로 연결되는 게이트웨이에 기반한 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 클러스터 및 상기 제2 클러스터는
    동일한 섹터(sector) 내에 포함되거나 서로 다른 섹터에 각각 포함되고,
    상기 제1 클러스터 및 상기 제2 클러스터가 상기 동일한 섹터 내에 포함되는 경우, 상기 게이트웨이는
    상기 제1 클러스터 및 상기 제2 클러스터에 대해 서로 다른 편파(polarization) 및 서로 다른 코드워드를 할당하는 게이트웨이에 기반한 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 게이트웨이는
    각 클러스터마다 전송되는 패킷의 트래픽 특성을 기초로 클러스터 단위로 스케줄링을 수행하는 게이트웨이에 기반한 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크.
  9. 복수의 클러스터들을 포함하는 복수의 섹터들 각각을 위한 패킷을 송,수신 하는 송신 안테나 및 수신 안테나;
    상기 수신 안테나에 할당된 편파 및 코드워드를 이용하여 상기 복수의 클러스터들 각각에 포함된 적어도 하나의 고정 노드와 패킷의 수신을 위한 빔을 형성하는 입력 인터페이스부;
    상기 클러스터들에서 전송된 패킷의 목적 주소를 기반으로 상기 패킷을 분류하는 주소 기반 경로 처리부;
    상기 패킷의 트래픽 특성을 기초로 각 클러스터마다의 패킷을 처리하는 스케줄링부; 및
    상기 송신 안테나에 할당된 편파 및 코드워드를 이용하여 상기 복수의 클러스터들 각각에 포함된 적어도 하나의 고정 노드와 상기 패킷의 송신을 위한 빔을 형성하는 출력 인터페이스부
    를 포함하는 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크를 위한 게이트웨이.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 스케줄링부는
    상기 패킷의 트래픽 특성을 기초로, 실시간 처리를 필요로 하는 패킷을 위한 제1 임계치 및 비-실시간 처리를 필요로 하는 패킷을 위한 제2 임계치를 서로 다르게 설정하고, 클러스터마다 각 임계치에 도달한 패킷들을 일괄 처리하는 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크를 위한 게이트웨이.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 출력 인터페이스부는
    동일 섹터 내에 포함된 복수의 클러스터들 중 서로 인접한 클러스터들에게는 서로 다른 편파 및 서로 다른 직교의 코드워드를 할당하는 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크를 위한 게이트웨이.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 출력 인터페이스부는
    상기 복수의 클러스터들마다에 할당되는 직교의 코드워드(orthogonal codeword)들이 부족한 경우, 서로 다른 편파를 함께 이용하여 상기 복수의 클러스터들을 구별하는 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크를 위한 게이트웨이.
  13. 제1 클러스터 내의 멤버들 간의 클러스터 내(intra-cluster) 통신에 의해 수신한 상기 멤버들의 트래픽을 집적(aggregation)하여 주기적으로 게이트웨이에게 전송하고,
    상기 게이트웨이로부터 미리 할당된 자원을 이용하여 상기 제1 클러스터와 제2 클러스터 간의 클러스터 간(inter-cluster) 통신 및 외부망과의 통신을 수행하는 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크를 위한 고정 노드.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 고정 노드는
    상기 제1 클러스터 내의 멤버들을 관리하는 클러스터 헤더와 협력하여 또는 상기 클러스터 헤더와 독립적으로 상기 클러스터 간(inter-cluster) 통신 및 상기 외부망과의 통신을 수행하는 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크를 위한 고정 노드.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 미리 할당된 자원은
    미리 정해진 빔 패턴, 미리 정해진 수직 편파, 미리 정해진 수평 편파 및 미리 정해진 직교의 코드워드 중 적어도 하나를 포함하는 오버레이(overlay)된 2 계층 협력 네트워크를 위한 고정 노드.
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