KR101546424B1 - 엿듣는 채널에 기반하여 네트워크 코딩 기법을 사용하는 무선 네트워크 - Google Patents

엿듣는 채널에 기반하여 네트워크 코딩 기법을 사용하는 무선 네트워크 Download PDF

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Abstract

네트워크 코딩 기법을 사용하는 무선 네트워크가 개시된다. 무선 네트워크는 적어도 두 개의 소스 노드들, 중계 노드 및 적어도 두 개의 목적 노드들을 포함한다. 두 개의 소스 노드들은 소스 메시지들을 분할하여 부분 소스 메시지들을 중계 노드로 전송하고, 중계 노드는 네트워크 코딩 기법을 이용하여 네트워크 코딩된 메시지를 생성한다. 목적 노드들은 부분 소스 메시지들을 엿듣는 채널(overhearing channel)들을 이용하여 엿듣고, 수신된 네트워크 코딩된 메시지를 기초로 소스 메시지들을 얻을 수 있다.
네트워크 코딩, 엿듣는 채널, overhearing, 부분, partial, 시간, 전송률, rate

Description

엿듣는 채널에 기반하여 네트워크 코딩 기법을 사용하는 무선 네트워크{WIRELESS NETWORK FOR USING NETWORK CODING SCHEME BASED ON OVERHEARING CHANNEL}
본 발명의 실시예들은 네트워크 코딩 기법을 이용하는 무선 네트워크에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 무선 메시(mesh) 네트워크, 무선 애드혹(ad-hoc) 네트워크, 무선 센서 네트워크 등에 적용될 수 있는 기술과 관련된 것이다.
무선 네트워크에 적용되는 다양한 통신 프로토콜들에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 무선 네트워크에 속하는 노드들은 제한된 송신 전력을 가지며, 노드들 사이의 채널들의 상태는 변하므로 무선 네트워크의 성능을 높이는 데에는 어려움이 있다.
최근, 무선 네트워크에 적용될 수 있는 네트워크 코딩 기법에 관한 관심이 증가하고 있다. 네트워크 코딩 기법을 사용하는 무선 네트워크에서, 중계 노드는 적어도 두 개의 노드들에 대응하는 메시지들을 적절히 인코딩하여 네트워크 코딩된 메시지를 생성하고, 네트워크 코딩된 메시지를 상기 적어도 두 개의 노드들로 전달한다. 이 때, 적어도 두 개의 노드들은 네트워크 코딩 메시지를 적절히 디코딩함 으로써, 원하는(desired) 메시지들을 추출할 수 있다.
일반적으로, 네트워크 코딩 기법은 무선 네트워크의 성능(throughput)을 높이기 위하여 사용된다. 그러나, 무선 채널들의 상태는 변하므로, 무선 채널들의 상태에 따라 최적화된 네트워크 코딩 기법을 사용하는 것이 필요하다.
본 발명의 일실시예에 따른 중계 노드의 동작 방법은 제1 소스 노드로부터 제1-1 부분 소스 메시지 및 제1-2 부분 소스 메시지-상기 제1 소스 노드의 제1 소스 메시지는 상기 제1-1 부분 소스 메시지 및 상기 제1-2 부분 소스 메시지를 포함함.-를 수신하는 단계, 제2 소스 노드로부터 제2-1 부분 소스 메시지 및 제2-2 부분 소스 메시지-상기 제2 소스 노드의 제2 소스 메시지는 상기 제2-1 부분 소스 메시지 및 상기 제2-2 부분 소스 메시지를 포함함.-를 수신하는 단계 및 상기 제1 소스 노드에 대응하는 제1 목적 노드 및 상기 제2 소스 노드에 대응하는 제2 목적 노드로 상기 제1-1 부분 소스 메시지 및 상기 제2-1 부분 소스 메시지를 기초로 생성된 네트워크 코딩된 메시지를 전달하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 시간 구간에서 제1 소스 노드로부터 제1-1 부분 소스 메시지 및 제1-2 부분 소스 메시지-상기 제1 소스 노드의 제1 소스 메시지는 상기 제1-1 부분 소스 메시지 및 상기 제1-2 부분 소스 메시지를 포함함.-를 수신하고, 제2 소스 노드로부터 제2-1 부분 소스 메시지 및 제2-2 부분 소스 메시지-상기 제2 소스 노드의 제2 소스 메시지는 상기 제2-1 부분 소스 메시지 및 상기 제2-2 부분 소스 메시지를 포함함.-를 수신하는 단계, 상기 제1 소스 메시지 및 상기 제2 소스 메시지에 대한 디코딩 순서에 따라 순차적 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, SIC) 기법을 이용하여 상기 제1-1 부분 소스 메시지, 상기 제1-2 부분 소스 메시지, 상기 제2-1 부분 소스 메시지 및 상기 제2-2 부분 소스 메시지를 추출하는 단계 및 상기 제1 시간 구간과 구별되는 제2 시간 구간에서 상기 제1 소스 노드에 대응하는 제1 목적 노드 및 상기 제2 소스 노드에 대응하는 제2 목적 노드로 상기 추출된 제1-1 부분 소스 메시지 및 상기 제2-1 부분 소스 메시지를 기초로 생성된 네트워크 코딩된 메시지를 전달하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 제1 소스 메시지가 상기 제2 소스 메시지보다 먼저 디코딩되는 경우에 대하여 상기 제1 시간 구간은 부분 시간 구간(period)들 t11, t12, t13 및 t14을 포함하며, 상기 제2 소스 메시지가 상기 제1 소스 메시지보다 먼저 디코딩되는 경우에 대하여 상기 제1 시간 구간은 부분 시간 구간들 t15, t16, t17 및 t18를 포함하고, 상기 제2 시간 구간은 t21, t22 및 t23을 포함하는 경우, 상기 부분 시간 구간(period)들 t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18, t21, t22 및 t23는 상기 제1 목적 노드 및 상기 제2 목적 노드에 대한 데이터 전송률의 합(sum data rate)을 기초로 최적화될 수 있다.
이 때, 상기 제1 목적 노드 및 상기 제2 목적 노드 각각의 엿듣는 채널의 상태가 기준 레벨보다 좋은 경우, 상기 부분 시간 구간(period)들 t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18, t21, t22 및 t23 중 일부의 부분 시간 구간들은 존재하지 않는 것으로 간주될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 제1 소스 메시지 및 상기 제2 소스 메시지에 대한 디코딩 순서가 결정된 경우, 상기 부분 시간 구간(period)들 t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18, t21, t22 및 t23 중 일부의 부분 시간 구간들은 존재하지 않는 것으로 간주될 수 있다.
또한, 상기 제1 목적 노드 및 상기 제2 목적 노드 각각의 엿듣는 채널의 상태가 기준 레벨보다 좋고, 상기 제1 소스 노드 및 상기 중계 노드 사이의 채널의 상태와 상기 제2 소스 노드 및 상기 중계 노드의 사이의 채널의 상태가 특정 범위 이내에서 유사한 경우, 상기 부분 시간 구간(period)들 t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18, t21, t22 및 t23 중 일부의 부분 시간 구간들은 존재하지 않는 것으로 간주될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 네트워크 코딩 기법을 적용하기 위하여 소스 메시지들의 부분 메시지들을 사용함으로써, 엿듣는 채널 또는 직접 채널(direct channel) 중 어느 하나의 상태가 좋지 않은 경우에도 데이터 전송률의 감소를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 목적 노드들이 소스 메시지들의 부분 메시지들을 엿듣는 시간 구간의 길이를 최적화함으로써, 무선 네트워크의 성능(throughput)을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 소스 노드들이 동일한 시간 구간에서 부분 메시지들을 전송하고, 중계 노드는 수신된 부분 메시지들을 순차 적 간섭 제거 기법을 이용하여 추출함으로써, 무선 자원(특히, 시간)의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 중계 노드가 순차적 간섭 제거 기법을 사용하는 경우, 순차적 간섭 제거 기법의 적용 순서(즉, 디코딩 순서)를 고려하여 목적 노드들이 소스 메시지들의 부분 메시지들을 엿듣는 시간 구간의 길이 또는 소스 노드들이 중계 노드로만 부분 메시지들을 전송하는 시간 구간의 길이를 최적화할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 제1 소스 노드(S1), 제2 소스 노드(S2), 중계 노드(R), 제1 목적 노드(D1) 및 제2 목적 노드(D2)를 포함한다.
여기서, 제1 소스 노드(S1)로부터 중계 노드(R)로의 채널을 h1R, 제2 소스 노드(S2)로부터 중계 노드(R)로의 채널을 h2R, 중계 노드(R)로부터 제1 목적 노드(D1)로의 채널을 hR1, 중계 노드(R)로부터 제2 목적 노드(D2)로의 채널을 hR2라고 한다. 또한, 제1 소스 노드(S1)로부터 제2 목적 노드(D2)로의 채널을 h12, 제2 소 스 노드(S2)로부터 제1 목적 노드(D1)로의 채널을 h21이라고 한다. 이 때, h1R, h2R은 직접 채널(direct channel)이라고 부르며, h12 및 h21을 엿듣는 채널(overhearing channel)이라고 부르기로 한다.
또한, 제1 소스 노드(S1)는 제1 목적 노드(D1)와 짝(pair)을 이루며, 제1 소스 노드(S1)가 제1 목적 노드(D1)로 전송하고자 하는 메시지를 제1 소스 메시지(M1)라고 가정한다. 또한, 제2 소스 노드(S2)는 제2 목적 노드(D2)와 짝을 이루며, 제2 소스 노드(S2)가 제2 목적 노드(D2)로 전송하고자 하는 메시지를 제2 소스 메시지(M2)라고 가정한다.
도 2는 무선 네트워크의 시간에 따른 동작들을 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 210은 무선 네트워크가 네트워크 코딩 기법을 사용하지 않는 경우, 무선 네트워크의 시간에 따른 동작들을 나타낸다.
무선 네트워크가 네트워크 코딩 기법을 사용하지 않는 경우, 제1 소스 노드(S1)가 제1 소스 메시지(M1)를 제1 목적 노드(D1)로 전송하고, 제2 소스 노드(S2)가 제2 소스 메시지(M2)를 제2 목적 노드(D2)로 전송하기 위해서는 네 개의 시간 구간들이 필요하다.
즉, 제1 소스 노드(S1)는 phase 1에 대응하는 제1 시간 구간에서 중계 노드(R)로 제1 소스 메시지(M1)를 전송한다. 또한, 제2 소스 노드(S2)는 phase 2에 대응하는 제2 시간 구간에서 중계 노드(R)로 제2 소스 메시지(M2)를 전송한다. 이 때, 중계 노드(R)는 제1 소스 메시지(M1) 및 제2 소스 메시지(M2)를 phase 3 및 phase 4에 대응하는 제3 시간 구간 및 제4 시간 구간에서 제1 목적 노드(D1) 및 제2 목적 노드(D2)로 전달한다.
반면에, 도 2의 220은 무선 네트워크가 네트워크 코딩 기법을 사용하는 경우, 무선 네트워크의 시간에 따른 동작들의 일예를 나타낸다. 무선 네트워크가 네트워크 코딩 기법을 사용하는 경우, 제1 소스 노드(S1)가 제1 소스 메시지(M1)를 제1 목적 노드(D1)로 전송하고, 제2 소스 노드(S2)가 제2 소스 메시지(M2)를 제2 목적 노드(D2)로 전송하기 위해서는 3 개의 시간 구간들이 필요하다.
즉, 제1 시간 구간에서, 제1 소스 노드(S1)는 제1 소스 메시지(M1)를 제2 목적 노드(D2) 및 중계 노드(R)로 전송한다. 이 때, 제1 소스 메시지(M1)는 엿듣는 채널(h12)을 통하여 제2 목적 노드(D2)로 전송되며, 직접 채널(h1R)을 통하여 중계 노드(R)로 전송된다.
또한, 제2 시간 구간에서, 제2 소스 노드(S2)는 제2 소스 메시지(M2)를 제1 목적 노드(D1) 및 중계 노드(R)로 전송한다. 이 때, 제2 소스 메시지(M2)는 엿듣는 채널(h21)을 통하여 제2 목적 노드(D1)로 전송되며, 직접 채널(h2R)을 통하여 중계 노드(R)로 전송된다.
이 때, 중계 노드(R)는 제1 시간 구간 및 제2 시간 구간에서 수신된 제1 소스 메시지(M1) 및 제2 소스 메시지(M2)를 네트워크 코딩 기법에 따라 인코딩한다. 예를 들어, 중계 노드(R)는 XOR 연산을 통하여 제1 소스 메시지(M1) 및 제2 소스 메시지(M2)를 인코딩하여 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M1, M2))를 생성할 수 있다.
또한, 제3 시간 구간에서, 중계 노드(R)는 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M1, M2))를 제1 목적 노드(D1) 및 제2 목적 노드(D1)로 전송한다. 이 때, 제1 목적 노드(D1)는 제2 시간 구간에서 엿들은(overheard) 제2 소스 메시지(M2)를 이용하여 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M1, M2))로부터 제1 소스 메시지(M1)를 추출한다. 유사하게, 제2 목적 노드(D2)는 제1 시간 구간에서 엿들은(overheard) 제1 소스 메시지(M1)를 이용하여 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M1, M2))로부터 제2 소스 메시지(M2)를 추출한다.
다만, 무선 네트워크가 도 2의 220에 도시된 바와 같이 동작하는 경우, 여러 문제들이 발생할 수 있다.
일반적으로, 엿듣는 채널들(h12, h21)의 상태는 직접 채널들(h1R, h2R)의 상태보다 좋지 않다. 따라서, 제1 소스 노드(S1) 및 제2 소스 노드(S2)가 제1 시간 구간 및 제2 시간 구간에서 엿듣는 채널들(h12, h21)을 사용하는 경우, 제1 소스 노드(S1) 및 제2 소스 노드(S2)의 적용 가능한 데이터 전송률은 엿듣는 채널들(h12, h21)의 상태에 의해 제한된다. 예를 들어, 제1 소스 노드(S1)가 제1 시간 구간에서 제1 소스 메시지(M1)를 전송하는 경우, 제1 소스 노드(S1)는 중계 노드(R)에 대해서는 높은 데이터 전송률을 적용할 수 있으나, 제2 목적 노드(R1)에 대해서는 낮은 데이터 전송률을 적용해야 하므로, 제1 소스 노드(S1)의 적용 가능한 데이터 전송률이 감소하는 문제가 발생한다.
또한, 제1 소스 메시지(M1)의 플로우에 대응하는 채널들(h1R, h12)의 상태와 제2 소스 메시지(M2)의 플로우에 대응하는 채널들(h2R, h21)의 상태가 크게 다른 경우, 제1 소스 메시지(M1) 전체와 제2 소스 메시지(M2) 전체에 대해 네트워크 코딩 기법을 적용하는 것은 문제가 있다. 즉, 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M1, M2))의 품질은 제1 소스 메시지(M1)의 플로우에 대응하는 채널들(h1R, h12) 및 제2 소스 메시지(M2)의 플로우에 대응하는 채널들(h2R, h21) 중 나쁜 상태를 갖는 채널들에 의해 결정되기 때문이다.
다만, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 제1 소스 메시지(M1) 및 제2 소스 메시지(M2) 각각을 적어도 두 개의 부분 소스 메시지들로 분할함으로써, 엿듣는 채널들(h12, h21)에 대한 의존도를 줄일 수 있다. 예를 들어, h12의 상태가 h1R의 상태보다 크게 나쁜 경우, 제1 소스 노드(S1)는 제1 소스 메시지의 일부를 제2 목적 노드(D2)가 적절히 디코딩을 수행할 수 있도록 낮은 데이터 전송률로 중계 노드(R) 및 제2 목적 노드(D2)로 전송하고, 제1 소스 메시지의 나머지 부분을 높은 데이터 전송률로 중계 노드(R)로만 전송할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 제1 소스 메시지(M1) 및 제2 소스 메시지(M2)의 플로우들을 위한 시간 구간의 길이를 적절히 조절함으로써, 무선 네트워크의 성능(throughput)을 극대화할 수 있다.
본 발명의 무선 네트워크의 동작에 대해서는 도 3 내지 도 5와 관련하여 상 세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 세 개의 시간 구간들에서 부분 소스 메시지들을 이용하는 무선 네트워크의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
제1 소스 노드(S1)의 제1 소스 메시지(M1)는 제1-1 부분 소스 메시지(M11) 및 제1-2 부분 소스 메시지(M12)로 분류되고, 제2 소스 노드(S2)의 제2 소스 메시지(M2)는 제2-1 부분 소스 메시지(M21) 및 제2-2 부분 소스 메시지(M22)로 분류된다.
도 3을 참조하면, phase 1에 대응하는 제1 시간 구간은 두 개의 periods로 구분될 수 있다. 제1 시간 구간의 첫 번째 period에서 제1 소스 노드(S1)는 제1-1 부분 소스 메시지(M11)를 제2 목적 노드(D2) 및 중계 노드(R)로 전송한다. 이 때, 제1-1 부분 소스 메시지(M11)에 대해 적용되는 데이터 전송률(R11)은 엿듣는 채널(h12)의 상태와 직접 채널(h1R)의 상태에 따라 결정될 수 있다. 일반적으로, 직접 채널(h1R)의 상태가 엿듣는 채널(h12)의 상태보다 좋으므로, 제2 목적 노드(D2) 및 중계 노드(R)가 성공적으로 디코딩을 수행하기 위하여 제1-1 부분 소스 메시지(M11)에 대해 적용되는 데이터 전송률(R11)은 엿듣는 채널(h12)의 상태에 따라 결정된다.
또한, 제1 시간 구간의 두 번째 period에서, 제1 소스 노드(S1)는 제1-2 부분 소스 메시지(M12)를 중계 노드(R)로 전송한다. 이 때, 제1 소스 노드(S1)는 중계 노드(R)가 성공적으로 디코딩을 수행할 수 있도록 직접 채널(h1R)의 상태를 고려 하여 제1-2 부분 소스 메시지(M12)에 대한 데이터 전송률(R12)을 결정할 수 있다. 일반적으로, 엿듣는 채널(h12)의 상태보다 직접 채널(h1R)의 상태가 좋으므로, 데이터 전송률(R12)이 데이터 전송률(R11)보다 높게 결정될 수 있다.
결국, 제1-1 부분 소스 메시지는 제2 목적 노드 및 중계 노드가 성공적으로 디코딩할 수 있도록 제1 소스 노드에 의해 전송되고, 제1-2 부분 소스 메시지는 중계 노드가 성공적으로 디코딩할 수 있도록 전송된다.
또한, phase 2에 대응하는 제2 시간 구간에서, 제2 소스 노드(S2)는 제2 소스 메시지(M2)의 부분 메시지들(M21, M22)을 전송한다.
제2 시간 구간의 첫 번째 period에서, 제2 소스 노드(S2)는 제2-1 부분 소스 메시지를 제1 목적 노드(D1) 및 중계 노드(R)로 전송한다. 이 때, 제2-1 부분 소스 메시지(M21)에 대해 적용되는 데이터 전송률(R21)은 엿듣는 채널(h21)의 상태와 직접 채널(h2R)의 상태에 따라 결정된다.
또한, 제2 시간 구간의 두 번째 period에서, 제2 소스 노드(S2)는 제2-2 부분 소스 메시지(M22)를 중계 노드(R)로 전송한다. 이 때, 제2 소스 노드(S2)는 중계 직접 채널(h1R)의 상태를 고려하여 제2-2 부분 소스 메시지(M12)에 대한 데이터 전송률(R22)을 결정한다. 일반적으로, 엿듣는 채널(h21)의 상태보다 직접 채널(h2R)의 상태가 좋으므로, 데이터 전송률(R22)이 데이터 전송률(R21)보다 높게 결정될 수 있다.
결국, 제2-1 부분 소스 메시지는 제1 목적 노드 및 중계 노드가 성공적으로 디코딩할 수 있도록 전송되고, 제2-2 부분 소스 메시지는 중계 노드가 성공적으로 디코딩할 수 있도록 전송된다.
그리고, 중계 노드(R)는 제1-1 부분 소스 메시지(M11)과 제2-1 부분 소스 메시지(M21)에 대해 네트워크 코딩 기법을 적용하여 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M11, M21))를 생성한다.
이 때, 중계 노드(R)는 phase 3에 대응하는 제3 시간 구간의 첫 번째 period에서 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M11, M21))를 제1 목적 노드(D1) 및 제2 목적 노드(D2)로 전달한다. 그리고, 중계 노드(R)는 두 번째 period에서 제1 목적 노드(D1)로 제1-2 부분 소스 메시지(M12)를 전달하고, 세 번째 period에서 제2 목적 노드(D2)로 제2-2 부분 소스 메시지(M22)를 전달한다.
제1 목적 노드(D1)는 엿들은 제2-1 부분 소스 메시지(M21)를 이용하여 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M11, M21))를 디코딩하여 제1-1 부분 소스 메시지(M11)를 추출한다. 마찬가지로, 제2 목적 노드(D2)는 엿들은 제1-1 부분 소스 메시지(M11)를 이용하여 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M11, M21))로부터 제2-1 부분 소스 메시지(M21)를 추출한다.
결국, 엿듣는 채널들(h12, h21)이 상태가 좋지 않은 경우에도, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 부분 소스 메시지들을 이용함으로써, 엿듣는 채널들(h12, h21)에 대한 의존도를 적절히 제어할 수 있다.
이 때, 본 발명에 따른 무선 네트워크는 후술하는 내용을 통하여 제1 목적 노드(D1) 및 제2 목적 노드(D2)에 대한 데이터 전송률의 합(sum data rate)가 최대화되도록 제1 시간 구간, 제2 시간 구간 및 제3 시간 구간에 속하는 periods의 길이를 최적화할 수 있다. 여기서, '데이터 전송률의 합(sum data rate)'은 제1 목적 노드(D1)의 데이터 전송률과 특정 가중치를 곱하여 도출된 값과 제2 목적 노드(D2)의 데이터 전송률에 다른 특정 가중치를 곱하여 도출된 값을 더하여 생성된 weighted sum data rate를 포함하는 개념이다. 물론, '데이터 전송률의 합(sum data rate)'은 제1 목적 노드(D1)의 데이터 전송률과 제2 목적 노드(D2)의 데이터 전송률을 단순히 더하여 생성된 값을 포함한다.
여기서, 하기 수학식 1을 가정한다.
Figure 112009039118511-pat00001
여기서,
yR(t): 중계 노드(R)의 수신 신호,
x1(t): 제1 소스 노드(S1)의 전송 신호,
x2(t): 제2 소스 노드(S2)의 전송 신호,
nR, n21, n22, n11, n12: 잡음
y21: 제2 목적 노드(D2)가 x1(t)에 대해 엿들은 수신 신호,
n21: 제2 목적 노드(D2)에서의 잡음
xR: 중계 노드(R)의 전송 신호
y22: xR에 대한 제2 목적 노드(D2)의 수신 신호
y11: 제1 목적 노드(D1)가 x2(t)에 대해 엿들은 수신 신호,
y12: xR에 대한 제1 목적 노드(D1)의 수신 신호
또한, nR, n21, n22, n11, n12의 variance가 모두 1, 모든 채널들이 slow fading channel이고, 채널들 각각에서 적용 가능한 데이터 전송률을 C라고 가정한다. 여기서, C=0.5log2(1+SNR)이고, SNR은 신호 대 잡음 비이다.
그리고, i 번째 시간 구간의 j 번째 period의 길이를 tij, tij에서 적용 가능한 데이터 전송률을 Rij라고 할 때, Rij는 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, N은 잡음이고, P는 모든 노드들의 송신 파워이다.
Figure 112009039118511-pat00002
이 때, 제1 목적 노드(D1) 및 제2 목적 노드(D2)에 대한 데이터 전송률의 합(sum data rate)은 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009039118511-pat00003
sum data rate =
이 때, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 하기 수학식 3의 sum data rate가 극대화되도록 tij의 길이를 결정할 수 있다. 여기서, 하기 수학식 4와 같은 제한(constraint)이 사용될 수 있다. 여기서, tij의 합은 '1'이 되도록 규준화되었다.
Figure 112009039118511-pat00004
결국, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 상기 수학식 1 내지 수학식 4를 이용하여 sum data rate가 극대화되도록 제1-1 부분 시간 구간(t11), 제1-2 부분 시간 구간(t12), 제2-1 부분 시간 구간(t21), 제2-2 부분 시간 구간(t22), 제3-1 부분 시간 구간(t31), 제3-2 부분 시간 구간(t32) 및 제3-3 부분 시간 구간(t33)의 길이를 최적화할 수 있다.
다만, 도 3을 참조하면, 제1 소스 노드(S1)이 제1 소스 메시지(M1)을 전송하는 제1 시간 구간에서, 제2 소스 노드(S2)는 제2 소스 메시지(M2)를 전송하지 않음을 알 수 있다. 만약, 중계 노드(R)가 순차적 간섭 제거 기법(Successive Interference Cancellation, SIC)을 사용할 수 있다면, 제1 소스 노드(S1) 및 제2 소스 노드(S2)는 동시에(simultaneously) 제1 소스 메시지(M1) 및 제2 소스 메시지(M2)를 전송할 수 있다. 제1 소스 노드(S1) 및 제2 소스 노드(S2)는 동시에(simultaneously) 제1 소스 메시지(M1) 및 제2 소스 메시지(M2)를 전송하는 경우, 시간 구간들의 개수는 세 개에서 두 개로 감소할 수 있다. 이에 대해서는 도 4 내지 도 5와 관련하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 두 개의 시간 구간들에서 부분 소스 메시지들을 이용하는 무선 네트워크의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 무선 네트워크의 동작과 관련하여 중계 노드의 디코딩 순서에 따른 periods의 길이, 제1 소스 메시지의 플로우에 대한 데이터 전송률 및 제2 소스 메시지에 대한 데이터 전송률을 나타낸 도표이다.
도 4의 하단을 참조하면, 제1 소스 메시지(M1)는 제1-1 부분 소스 메시지(M11) 및 제1-2 부분 소스 메시지(M12)로 분류될 수 있고, 제2 소스 메시지(M2)는 제2-1 부분 소스 메시지(M21) 및 제2-2 부분 소스 메시지(M22)로 분류될 수 있다. 또한, 제1-1 부분 소스 메시지(M11)는 M11-1 및 M11-2로, 제1-2 부분 소스 메시지(M12)는 M12-1 및 M12-2로 분류될 수 있다. 그리고, 제2-1 부분 소스 메시지(M21)는 M21-1 및 M21-2로, 제2-2 부분 소스 메시지(M22)는 M22-1 및 M22-2로 분류될 수 있다.
phase 1에 대응하는 제1 시간 구간의 첫 번째 period에서, 제1 소스 노드(S1)는 M11-1을 제2 목적 노드(D2) 및 중계 노드(R)로 전송한다. 동시에, 제2 소스 노드(S2)도 M21-1을 제1 목적 노드(D1) 및 중계 노드(R)로 전송한다.
또한, 제1 시간 구간의 두 번째 period에서, 제1 소스 노드(S1)는 M11-2을 제2 목적 노드(D2) 및 중계 노드(R)로 전송하고, 제2 소스 노드(S2)도 M22-1을 중계 노드(R)로 전송한다.
또한, 제1 시간 구간의 세 번째 period에서, 제1 소스 노드(S1)는 M12-1을 중계 노드(R)로 전송하고, 제2 소스 노드(S2)도 M21-2을 제1 목적 노드(D1) 및 중 계 노드(R)로 전송한다.
또한, 제1 시간 구간의 네 번째 period에서, 제1 소스 노드(S1)는 M12-2을 중계 노드(R)로 전송하고, 제2 소스 노드(S2)도 M22-2을 중계 노드(R)로 전송한다.
여기서, 중계 노드(R)는 제1 소스 메시지(M1)의 플로우와 제2 소스 메시지(M2)의 플로우를 구별할 수 있는 순차적 간섭 제거 기법을 사용한다고 가정한다.
이 때, 중계 노드(R)는 제1 시간 구간의 첫 번째 period 및 두 번째 period에서 수신된 M11과 첫 번째 period 및 세 번째 period에서 수신된 M21을 이용하여 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M11, M21))를 생성한다.
그리고, 중계 노드(R)는 phase 2에 대응하는 제2 시간 구간의 첫 번째 period에서 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M11, M21))를 제1 목적 노드(D1) 및 제2 목적 노드(D2)로 전송한다. 또한, 중계 노드(R)는 제2 시간 구간의 두 번째 period에서 M12를 제1 목적 노드(D1)로 전송하고, 제2 시간 구간의 세 번째 period에서 M22를 제2 목적 노드(D2)로 전송한다.
이 때, 제1 목적 노드(D1)는 제1 시간 구간의 첫 번째 period 및 세 번째 period에서 엿들은 M21을 이용하여 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M11, M21))를 디코딩하여 M11을 추출한다. 마찬가지로, 제2 목적 노드(D2)도 제1 시간 구간의 첫 번째 period 및 두 번째 period에서 엿들은 M11을 이용하여 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M11, M21))로부터 M21을 추출한다.
결국, 제1 목적 노드(D1)는 성공적으로 M11 및 M12를 추출할 수 있고, 제2 목적 노드(D2) 역시 성공적으로 M21 및 M22를 추출할 수 있다.
다만, 중계 노드(R)가 수신 신호로부터 간섭을 제거하는 순서 또는 디코딩 순서에 따라 periods 각각에서 적용 가능한 데이터 전송률이 달라진다.
예를 들어, 중계 노드(R)가 순차적 간섭 제거 기법에 따라 제1 소스 메시지의 플로우를 먼저 디코딩하는 경우, 제2 소스 메시지의 플로우는 제1 소스 메시지의 플로우에 대해 간섭으로 작용하므로, 제1 소스 메시지의 플로우에 대한 데이터 전송률은 제2 소스 메시지의 플로우로 인한 간섭의 영향을 받는다. 반면에, 중계 노드(R)가 제1 소스 메시지의 플로우를 먼저 디코딩하는 경우, 제1 소스 메시지의 플로우는 수신 신호로부터 제거되므로, 제1 소스 메시지의 플로우는 제2 메시지의 플로우에 대해 간섭으로 작용하지 않는다. 이러한 경우, 제2 소스 메시지의 플로우에 대한 데이터 전송률은 제1 소스 메시지의 플로우의 영향을 받지 않는다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 중계 노드가 제1 소스 메시지의 플로우 및 제2 소스 메시지의 플로우에 대한 디코딩 순서를 고려하여 periods 각각에서 적용 가능한 데이터 전송률을 계산할 수 있다. 게다가, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 디코딩 순서를 고려하여 계산된 periods 각각에서 적용 가능한 데이터 전송률을 기초로 periods 각각의 길이를 최적화할 수 있다.
도 5를 참조하면, 중계 노드(R)가 순차적 간섭 제거 기법을 이용하여 제1 소스 메시지의 플로우를 제2 소스 메시지의 플로우보다 먼저 디코딩하는 경우, phase 1에 대응하는 제1 시간 구간은 t11, t12, t13, t14와 같은 periods를 포함한다. 반대 로, 중계 노드(R)가 제1 소스 메시지의 플로우를 제2 소스 메시지의 플로우보다 나중에 디코딩하는 경우, 제1 시간 구간은 t15, t16, t17, t18와 같은 periods들을 포함한다. 그리고, YR은 제1 시간 구간에서 중계 노드의 수신 신호, Y11은 제1 시간 구간에서 제1 목적 노드의 수신 신호, Y21은 제1 시간 구간에서 제2 목적 노드의 수신 신호이다. 또한, Y12는 제2 시간 구간에서 제1 목적 노드의 수신 신호이며, Y22은 제2 시간 구간에서 제2 목적 노드의 수신 신호이다.
이 때, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 디코딩 순서를 고려하여 11 개의 periods(t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18 t21, t22, 및 t23) 각각에서 제1 소스 메시지의 플로우에 대한 데이터 전송률 및 제2 소스 메시지의 플로우에 대한 데이터 전송률을 하기 수학식 5와 같이 계산할 수 있다.
Figure 112009039118511-pat00005
Figure 112009039118511-pat00006
R15 =
Figure 112009039118511-pat00007
R25 =
Figure 112009039118511-pat00008
R16 =
Figure 112009039118511-pat00009
R26 =
Figure 112009039118511-pat00010
Figure 112009039118511-pat00011
Figure 112009039118511-pat00012
이 때, 제1 목적 노드(D1) 및 제2 목적 노드(D2)에 대한 데이터 전송률의 합(sum data rate)은 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
sum data rate =2t21R15 + t22R16 + t23R26
이 때, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 제1 목적 노드(D1) 및 제2 목적 노드(D2)에 대한 데이터 전송률의 합(sum data rate)이 극대화될 수 있도록 하기 수학식 7을 이용하여 11 개의 periods(t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18, t21, t22 및 t23) 각각의 길이를 결정할 수 있다.
Figure 112009039118511-pat00013
Figure 112009039118511-pat00014
결국, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 디코딩 순서를 고려하여 11 개의 periods(t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18, t21, t22 및 t23) 각각에서의 데이터 전송률을 계산할 수 있고, 계산된 11 개의 periods(t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18, t21, t22 및 t23) 각각에서의 데이터 전송률을 기초로 11 개의 periods(t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18, t21, t22 및 t23) 각각의 길이를 최적화할 수 있다. 특히, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 제1 목적 노드(D1) 및 제2 목적 노드(D2)에 대한 데이터 전송률의 합(sum data rate)이 극대화될 수 있도록 최적화 된 periods(t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18, t21, t22 및 t23) 각각의 길이를 결정할 수 있다.
도 6은 도 4에 도시된 무선 네트워크의 동작과 관련하여 중계 노드의 디코딩 순서에 따른 시간 구간들의 길이, 제1 소스 메시지의 플로우에 대한 데이터 전송률 및 제2 소스 메시지에 대한 데이터 전송률을 나타낸 도표로서, 도 6에 도시된 도표를 보다 쉽게 파악할 수 기재한 것이다.
도 6을 참조하면, 도 5를 통해 설명한 바와 같이 중계 노드가 제1 소스 메시지의 플로우를 제2 소스 메시지의 플로우보다 먼저 디코딩하는 경우, phase 1에 대응하는 제1 시간 구간은 t11, t12, t13, t14와 같은 부분 시간 구간들(periods)를 포함한다. t11, t12에서 M11은 R11의 데이터 전송률로 전송되고, t11에서 M21은 R21의 데이터 전송률로 전송되며, t12에서 M22는 R22의 데이터 전송률로 전송된다. 그리고, M12는 t13, t14에서 R12의 데이터 전송률로 전송되며, M21은 t13에서 R21의 데이터 전송률로 전송되며, M22는 t14에서 R22의 데이터 전송률로 전송된다.
또한, 중계 노드가 제1 소스 메시지의 플로우를 제2 소스 메시지의 플로우보다 나중에 디코딩하는 경우, 제1 시간 구간은 t15, t16, t17, t18와 같은 periods들을 포함한다. 그리고, phase 2에 대응하는 제2 시간 구간은 t21, t22, t23와 같은 부분 시간 구간들(periods)를 포함한다. t15, t16, t17, t18 및 t21, t22, t23에 대한 구체적 인 설명은 생략한다.
11 개의 periods(t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18, t21, t22 및 t23) 각각에서 적용되는 데이터 전송률이 수학식 5를 통하여 모두 계산된 경우, 11 개의 periods(t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18, t21, t22 및 t23)의 길이들 각각은 상기 수학식 6 및 상기 수학식 7을 기초로 계산될 수 있다.
다만, 상기 수학식 6 및 상기 수학식 7을 통하여 11 개의 periods(t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18, t21, t22 및 t23)의 길이들 각각을 최적화하는 것은 상대적으로 많은 계산량을 요구할 수 있다. 따라서, 비교적 적은 계산량으로 최적화 문제를 해결할 필요가 있다.
네트워크 코딩 기법을 사용하여 어느 정도 성능을 달성하기 위해서는 엿듣는 채널들의 상태가 지나치게 나쁘지 않아야 한다. 제1 목적 노드 및 제2 목적 노드의 엿듣는 채널들의 상태가 지나치게 나쁘지 않은 경우(또는, 엿듣는 채널들 각각의 SNR이 기준 레벨보다 높은 경우), 하기 수학식 8의 가정이 허용된다.
Figure 112009039118511-pat00015
상기 수학식 8의 가정이 허용되는 경우, 제1 소스 노드는 M12를 전송하는 것보다 M11을 전송하는 것을 선호한다. 즉, 제1 소스 노드는 M12에 대해 네트워크 코딩 기법을 적용할 수 있으므로, M12를 전송하는 것보다 M11을 전송함으로써 보다 높은 성능을 낼 수 있다. 이 때, 부분 시간 구간(period)들 t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18, t21, t22 및 t23 중 일부가 생략될 수 있으며, 보다 구체적으로, 도 6에서 t13=t14=t16=t18=0이 되더라도, 성능이 거의 저하되지 않는다.
도 7은 보다 적은 계산량으로 최적화 문제를 해결하기 위해 사용되는 도표의 예이다.
상기 수학식 8의 가정이 허용되는 경우, 도 6에서 t13=t14=t16=t18=0이 되더라도, 성능이 거의 저하되지 않음을 상술한 바 있다. t13=t14=t16=t18=0인 경우, 도 6의 테이블은 도 7과 같이 간략화된다.
도 7의 테이블에서 변수들은 11 개의 periods(t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18, t21, t22 및 t23) 중 7 개의 periods만이다. 따라서, 변수들의 개수가 11개에서 7개로 줄었으므로, 최적화 문제를 해결하기 위해 요구되는 계산량은 상대적으로 감소함이 예측된다.
보다 구체적으로, 상기 수학식 7의 최적화 문제는 하기 수학식 9와 같이 간략화된다.
Figure 112009039118511-pat00016
subject to
Figure 112009039118511-pat00017
Figure 112009039118511-pat00018
Figure 112009039118511-pat00019
Figure 112009039118511-pat00020
Figure 112009039118511-pat00021
Figure 112009039118511-pat00022
상기 수학식 9를 참조하면, 최적화 문제는 상대적으로 간략화되었음을 알 수 있다. 즉, 상기 수학식 8의 가정이 허용되는 경우, 11 개의 변수들이 7개의 변수 들로 감소된다.
이 때, 도 7에 도시된 테이블은 더욱 간략화될 수 있다. 이에 대해서는 도 8과 관련하여 설명한다.
도 8은 보다 적은 계산량으로 최적화 문제를 해결하기 위하여 도 7에 도시된 도표를 더욱 간략화한 도표들이다.
도 8의 최적화 테이블 1(810) 및 최적화 테이블 2(820)은 제1 소스 메시지에 대응하는 플로우 1 및 제2 소스 메시지에 대응하는 플로우 2에 대한 디코딩 순서가 결정된 경우, 사용되는 테이블들이다. 보다 구체적으로, 최적화 테이블 1(810)은 중계 노드가 플로우 2를 플로우 1보다 먼저 디코딩하는 경우에 대한 것이고, 최적화 테이블 2(820)은 중계 노드가 플로우 1을 플로우 2보다 먼저 디코딩하는 경우에 대한 것이다.
도 7의 테이블과 함께 최적화 테이블 1(810)을 참조하면, 최적화 문제는 4 개의 periods(t15, t17, t21, t22)의 길이들을 최적화하는 것으로 귀결된다. 즉, 중계 노드가 플로우 2를 플로우 1보다 먼저 디코딩하는 것으로 결정된 경우, t11=t12=0이므로, 본 발명의 실시예는 4 개의 periods(t15, t17, t21, t22)의 길이들만을 도출함으로써 최적화 문제를 해결할 수 있으므로, 요구되는 계산량을 감소할 수 있다.
유사하게, 도 7의 테이블과 함께 최적화 테이블 2(820)를 참조하면, 최적화 문제는 4 개의 periods(t11, t12, t21, t22)의 길이들을 최적화하는 것으로 귀결된다. 즉, 중계 노드가 플로우 1을 플로우 2보다 먼저 디코딩하는 것으로 결정된 경우, t15=t17=0이므로, 본 발명의 실시예는 4 개의 periods(t11, t12, t21, t22)의 길이들만을 도출함으로써 최적화 문제를 해결할 수 있으므로, 요구되는 계산량을 감소할 수 있다.
또한, 최적화 테이블 1은 플로우 1의 채널(즉, 플로우 1에 대응하는 직접 채널)의 상태가 플로우 2의 채널(즉, 플로우 2에 대응하는 직접 채널)의 상태보다 월등히 좋은 경우에 보다 잘 적용된다. 예를 들어, 최적화 테이블 1은 플로우 1의 채널의 SNR이 플로우 2의 채널의 SNR과 H(양수로서 미리 정해진 값)의 합보다 큰 경우 잘 적용될 수 있다. 반면에, 최적화 테이블 2는 플로우 2의 채널의 상태가 플로우 2의 채널의 상태보다 월등히 좋은 경우에 보다 잘 적용된다. 예를 들어, 최적화 테이블 2는 플로우 2의 채널의 SNR이 플로우 1의 채널의 SNR과 H(양수로서 미리 정해진 값)의 합보다 큰 경우 잘 적용될 수 있다.
또한, 최적화 테이블 3(830)은 플로우 1의 채널의 상태와 플로우 2의 채널의 상태가 유사하고, 엿듣는 채널들의 상태가 기준 레벨보다 좋은 경우 잘 작용될 수 있다. 여기서, 플로우 1의 채널의 상태와 플로우 2의 채널의 상태가 유사하다고 함은 플로우 1의 채널의 상태와 플로우 2의 채널의 상태 사이의 차이가 특정 범위 내에 존재함을 의미한다. 최적화 테이블 3(830)을 참조하면, 중계 노드는 네트워크 코딩된 메시지만을 전송함을 알 수 있다.
최적화 테이블 3(830)은 3 개의 periods(t11, t15, t21)만을 포함하므로, 본 발명의 실시예는 보다 적은 계산량으로도 최적화 문제를 풀 수 있다.
결국, 최적화 테이블 1, 2, 3(810, 820, 830)을 참조하면, 도 7의 테이블에 포함된 7 개의 periods이 감소함을 알 수 있다. 따라서, 최적화 문제를 해결하기 위해 요구되는 계산량은 상대적으로 감소할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 최적화 문제를 해결하기 위하여 적절한 최적화 테이블을 선택 및 사용하는 과정을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예는 플로우 1의 채널(직접 채널)의 상태 및 플로우 2의 채널(직접 채널)의 상태를 기초로 적절한 최적화 테이블을 선택한다(910).
만약, 플로우 1의 채널의 상태(예를 들어, SNR)가 플로우 2의 채널의 상태(예를 들어, SNR) 및 H(미리 설정된 양의 값)보다 크다면, 최적화 테이블 1이 선택된다. 반대로, 플로우 2의 채널의 상태(예를 들어, SNR)가 플로우 1의 채널의 상태(예를 들어, SNR) 및 H(미리 설정된 양의 값)보다 크다면, 최적화 테이블 2가 선택된다. 또한, 그 외의 경우에는 950이 수행된다.
도 8의 최적화 테이블 1이 선택된다면, 970에서 본 발명의 실시예는 도 8의 최적화 테이블 1을 이용하여 최적화를 수행하며, 4 개의 periods(t15, t17, t21, t22)의 길이들을 최적화한다.
또한, 최적화 테이블 2가 선택된다면, 970에서 본 발명의 실시예는 도 8의 최적화 테이블 2를 이용하여 최적화를 수행하며, 4 개의 periods(t11, t12, t21, t22)의 길이들을 최적화한다.
또한, 플로우 1의 채널의 상태와 플로우 2의 채널의 상태가 특정 범위 이내에서 유사한 경우, 본 발명의 실시예는 엿듣는 채널들의 상태가 기준 레벨보다 좋은지 여부를 판단한다(950).
만약, 플로우 1의 채널의 상태와 플로우 2의 채널의 상태가 특정 범위 이내에서 유사하고, 엿듣는 채널들의 상태가 기준 레벨보다 크다면, 본 발명의 실시예는 최적화 테이블 3을 선택한다(940). 이 때, 최적화 테이블 4를 이용하여 최적화가 수행되며, 최적화된 3 개의 periods(t11, t15, t21)의 길이들이 계산된다(970).
반대로, 플로우 1의 채널의 상태와 플로우 2의 채널의 상태가 특정 범위 이내에서 유사하고, 엿듣는 채널들의 상태가 기준 레벨보다 크지 않다면, 본 발명의 실시예는 도 7의 테이블, 도 3의 최적화 테이블 1, 2, 3 중 어느 하나를 선택한다(960). 그리고, 선택된 최적화 테이블에 따라 최적화가 수행된다(970).
적절한 최적한 테이블을 이용하여 최적화된 periods의 길이들이 모두 계산된 경우, 본 발명의 실시예는 최적화된 periods의 길이들에 대한 정보를 공유한다(980). 즉, 제1 소스 노드, 제2 소스 노드, 중계 노드, 제1 목적 노드 및 제2 목적 노드는 최적화된 periods의 길이들에 대한 정보를 공유한다.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 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 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.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크를 도시한 도면이다.
도 2는 무선 네트워크의 시간에 따른 동작들을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 세 개의 시간 구간들에서 부분 소스 메시지들을 이용하는 무선 네트워크의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 두 개의 시간 구간들에서 부분 소스 메시지들을 이용하는 무선 네트워크의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 무선 네트워크의 동작과 관련하여 중계 노드의 디코딩 순서에 따른 시간 구간들의 길이, 제1 소스 메시지의 플로우에 대한 데이터 전송률 및 제2 소스 메시지에 대한 데이터 전송률을 나타낸 도표이다.
도 6은 도 4에 도시된 무선 네트워크의 동작과 관련하여 중계 노드의 디코딩 순서에 따른 시간 구간들의 길이, 제1 소스 메시지의 플로우에 대한 데이터 전송률 및 제2 소스 메시지에 대한 데이터 전송률을 나타낸 도표로서, 도 6에 도시된 도표를 보다 쉽게 파악할 수 기재한 것이다.
도 7은 보다 적은 계산량으로 최적화 문제를 해결하기 위해 사용되는 도표의 예이다.
도 8은 보다 적은 계산량으로 최적화 문제를 해결하기 위하여 도 7에 도시된 도표를 더욱 간략화한 도표들이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 최적화 문제를 해결하기 위하여 적절한 최적화 테이블을 선택 및 사용하는 과정을 나타낸 동작 흐름도이다.

Claims (25)

  1. 제1 소스 노드로부터 제1-1 부분 소스 메시지 및 제1-2 부분 소스 메시지-상기 제1 소스 노드의 제1 소스 메시지는 상기 제1-1 부분 소스 메시지 및 상기 제1-2 부분 소스 메시지를 포함함.-를 수신하는 단계;
    제2 소스 노드로부터 제2-1 부분 소스 메시지 및 제2-2 부분 소스 메시지-상기 제2 소스 노드의 제2 소스 메시지는 상기 제2-1 부분 소스 메시지 및 상기 제2-2 부분 소스 메시지를 포함함.-를 수신하는 단계;
    상기 제1-1 부분 소스 메시지 및 상기 제2-1 부분 소스 메시지에 논리적 연산을 적용하여 네트워크 코딩된 메시지를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 소스 노드에 대응하는 제1 목적 노드 및 상기 제2 소스 노드에 대응하는 제2 목적 노드로 상기 네트워크 코딩된 메시지를 전달하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 목적 노드는 상기 제2-1 부분 소스 메시지를 엿듣고(overhear), 상기 제2 목적 노드는 상기 제1-1 부분 소스 메시지를 엿듣는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 목적 노드는 상기 엿들은(overheard) 제2-1 부분 소스 메시지를 기 초로 상기 네트워크 코딩된 메시지를 디코딩하고, 상기 제2 목적 노드는 상기 엿들은 제1-1 부분 소스 메시지를 기초로 상기 네트워크 코딩된 메시지를 디코딩하는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 네트워크 코딩된 메시지를 전달하는 단계는
    상기 제1 목적 노드로 상기 제1-2 부분 소스 메시지를 전달하는 단계; 및
    상기 제2 목적 노드로 상기 제2-2 부분 소스 메시지를 전달하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1-1 부분 소스 메시지 및 상기 제1-2 부분 소스 메시지는 상기 제1 목적 노드 및 상기 제2 목적 노드에 대한 데이터 전송률의 합(sum data rate)을 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1-1 부분 소스 메시지는 상기 제2 목적 노드 및 상기 중계 노드가 성공적으로 디코딩할 수 있도록 전송되거나,
    상기 제1-2 부분 소스 메시지는 적어도 상기 중계 노드가 성공적으로 디코딩할 수 있도록 전송되거나,
    상기 제2-1 부분 소스 메시지는 상기 제1 목적 노드 및 상기 중계 노드가 성공적으로 디코딩할 수 있도록 전송되거나,
    상기 제2-2 부분 소스 메시지는 적어도 상기 중계 노드가 성공적으로 디코딩할 수 있도록 전송되는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2-1 부분 소스 메시지 및 상기 제2-2 부분 소스 메시지의 크기는 상기 제1 목적 노드 및 상기 제2 목적 노드에 대한 데이터 전송률의 합(sum data rate)을 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1-1 부분 소스 메시지 및 상기 제1-2 부분 소스 메시지를 수신하는 단계는
    제1-1 부분 시간 구간에서 상기 제1-1 부분 소스 메시지를 수신하고, 상기 제1-1 부분 시간 구간과 구별되는 제1-2 부분 시간 구간에서 상기 제1-2 부분 소스 메시지를 수신하는 단계인 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1-1 부분 시간 구간 및 상기 제1-2 부분 시간 구간의 길이는 상기 제1 목적 노드 및 상기 제2 목적 노드에 대한 데이터 전송률의 합(sum data rate)을 고려하여 적응적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2-1 부분 소스 메시지 및 상기 제2-2 부분 소스 메시지를 수신하는 단계는
    제2-1 부분 시간 구간에서 상기 제2-1 부분 소스 메시지를 수신하고, 상기 제2-1 부분 시간 구간과 구별되는 제2-2 부분 시간 구간에서 상기 제2-2 부분 소스 메시지를 수신하는 단계인 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2-1 부분 시간 구간 및 상기 제2-2 부분 시간 구간의 길이는 상기 제1 목적 노드 및 상기 제2 목적 노드에 대한 데이터 전송률의 합(sum data rate)을 고려하여 적응적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 소스 노드는 제1 시간 구간에서 상기 제1-1 부분 소스 메시지 및 상기 제1-2 부분 소스 메시지를 전송하고, 상기 제2 소스 노드는 상기 제1 시간 구간과 구별되는 제2 시간 구간에서 상기 제2-1 부분 소스 메시지 및 상기 제2-2 부분 소스 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 네트워크 코딩된 메시지를 전달하는 단계는
    상기 제1 시간 구간 및 상기 제2 시간 구간과 구별되는 제3 시간 구간에서 상기 네트워크 코딩된 메시지를 전달하는 단계인 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  14. 제1 시간 구간에서 제1 소스 노드로부터 제1-1 부분 소스 메시지 및 제1-2 부분 소스 메시지-상기 제1 소스 노드의 제1 소스 메시지는 상기 제1-1 부분 소스 메시지 및 상기 제1-2 부분 소스 메시지를 포함함.-를 수신하고, 제2 소스 노드로부터 제2-1 부분 소스 메시지 및 제2-2 부분 소스 메시지-상기 제2 소스 노드의 제2 소스 메시지는 상기 제2-1 부분 소스 메시지 및 상기 제2-2 부분 소스 메시지를 포함함.-를 수신하는 단계;
    상기 제1 소스 메시지 및 상기 제2 소스 메시지에 대한 디코딩 순서에 따라 순차적 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, SIC) 기법을 이용하여 상기 제1-1 부분 소스 메시지, 상기 제1-2 부분 소스 메시지, 상기 제2-1 부분 소스 메시지 및 상기 제2-2 부분 소스 메시지를 추출하는 단계; 및
    상기 제1 시간 구간과 구별되는 제2 시간 구간에서 상기 제1 소스 노드에 대응하는 제1 목적 노드 및 상기 제2 소스 노드에 대응하는 제2 목적 노드로 상기 추출된 제1-1 부분 소스 메시지 및 상기 제2-1 부분 소스 메시지를 기초로 생성된 네트워크 코딩된 메시지를 전달하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 목적 노드는 상기 제2-1 부분 소스 메시지를 엿듣고(overhear), 상기 제2 목적 노드는 상기 제1-1 부분 소스 메시지를 엿듣는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1-1 부분 소스 메시지는 상기 제2 목적 노드 및 상기 중계 노드가 성공적으로 디코딩할 수 있도록 전송되거나,
    상기 제1-2 부분 소스 메시지는 적어도 상기 중계 노드가 성공적으로 디코딩할 수 있도록 전송되거나,
    상기 제2-1 부분 소스 메시지는 상기 제1 목적 노드 및 상기 중계 노드가 성공적으로 디코딩할 수 있도록 전송되거나,
    상기 제2-2 부분 소스 메시지는 적어도 상기 중계 노드가 성공적으로 디코딩할 수 있도록 전송되는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제1 목적 노드가 상기 제2-1 부분 소스 메시지를 엿듣는 시간 구간의 길이 또는 상기 제2 목적 노드가 상기 제1-1 부분 소스 메시지를 엿듣는 시간 구간 의 길이는 상기 제1 목적 노드 및 상기 제2 목적 노드에 대한 데이터 전송률의 합(sum data rate) 또는 상기 디코딩 순서를 고려하여 적응적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제1 소스 노드는 상기 디코딩 순서를 고려하여 상기 제1 소스 노드가 상기 제1-1 부분 소스 메시지 및 상기 제1-2 부분 소스 메시지에 대해 적용 가능한 데이터 전송률을 인지하거나,
    상기 제2 소스 노드는 상기 디코딩 순서를 고려하여 상기 제2 소스 노드가 상기 제2-1 부분 소스 메시지 및 상기 제2-2 부분 소스 메시지에 대해 적용 가능한 데이터 전송률을 인지하는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 제1 목적 노드는 상기 엿들은(overheard) 제2-1 부분 소스 메시지를 기초로 상기 네트워크 코딩된 메시지를 디코딩하고, 상기 제2 목적 노드는 상기 엿들은 제1-1 부분 소스 메시지를 기초로 상기 네트워크 코딩된 메시지를 디코딩하는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 네트워크 코딩된 메시지를 전달하는 단계는
    상기 제1 목적 노드로 상기 제1-2 부분 소스 메시지를 전달하는 단계; 및
    상기 제2 목적 노드로 상기 제2-2 부분 소스 메시지를 전달하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 제1 소스 메시지가 상기 제2 소스 메시지보다 먼저 디코딩되는 경우에 대하여 상기 제1 시간 구간은 부분 시간 구간(period)들 t11, t12, t13 및 t14을 포함하며, 상기 제2 소스 메시지가 상기 제1 소스 메시지보다 먼저 디코딩되는 경우에 대하여 상기 제1 시간 구간은 부분 시간 구간들 t15, t16, t17 및 t18를 포함하고, 상기 제2 시간 구간은 t21, t22 및 t23을 포함하는 경우,
    상기 부분 시간 구간(period)들 t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18, t21, t22 및 t23는 상기 제1 목적 노드 및 상기 제2 목적 노드에 대한 데이터 전송률의 합(sum data rate)을 기초로 최적화되는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 목적 노드 및 상기 제2 목적 노드 각각의 엿듣는 채널의 상태가 기준 레벨보다 좋은 경우,
    상기 부분 시간 구간(period)들 t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18, t21, t22 및 t23 중 일부의 부분 시간 구간들은 존재하지 않는 것으로 간주되는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 제1 소스 메시지 및 상기 제2 소스 메시지에 대한 디코딩 순서가 결정된 경우,
    상기 부분 시간 구간(period)들 t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18, t21, t22 및 t23 중 일부의 부분 시간 구간들은 존재하지 않는 것으로 간주되는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 제1 목적 노드 및 상기 제2 목적 노드 각각의 엿듣는 채널의 상태가 기준 레벨보다 좋고, 상기 제1 소스 노드 및 상기 중계 노드 사이의 채널의 상태와 상기 제2 소스 노드 및 상기 중계 노드의 사이의 채널의 상태가 특정 범위 이내에서 유사한 경우,
    상기 부분 시간 구간(period)들 t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18, t21, t22 및 t23 중 일부의 부분 시간 구간들은 존재하지 않는 것으로 간주되는 것을 특징으 로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
KR1020090057835A 2008-09-25 2009-06-26 엿듣는 채널에 기반하여 네트워크 코딩 기법을 사용하는 무선 네트워크 KR101546424B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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