KR101650358B1 - Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법 - Google Patents

Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 멀티홉 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서 통신자원(시간 또는 주파수)을 효과적으로 할당하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 네트워크 연결상태가 수시로 변하는 Ad-hoc 중계 통신 상황에서도 통제국이 단말기에 통신자원을 효율적으로 할당하는 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명에 의한 영상정합 방법의 실시예의 일 양태는, 통제국이 업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 임의의 단말기(n)의 UMCS 레벨(UMCS(n)), 대역폭(UBW(n)) 및 영상데이터 전송속도(RN,V)를 소정의 값으로 설정하는 초기화단계; 상기 통제국이 상기 업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 임의의 단말기(n)의 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n))을 소정의 값으로 설정하는 패킷에러율 설정단계; 상기 통제국이 상기 임의의 단말기(n)로부터 데이터 신호를 수신하여, 상기 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n))을 업데이트하고, 상기 업링크 데이터채널(ULDCH)에서의 평균 신호대잡음비(UL_AVG_SNR(n))를 연산하는 데이터수집단계; 상기 통제국이 상기 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n)) 및 상기 평균 신호대잡음비(UL_AVG_SNR(n))를 이용하여, 임의의 단말기(n)의 대역폭(UBW(n))을 재계산하는 통신자원 할당단계; 및 상기 통제국이 상기 재계산된 대역폭(UBW(n))을 이용하여, 상기 설정된 영상데이터 전송속도(RN,V) 및 UMCS 레벨(UMCS(n))을 감소시키는 통신속도 감소단계; 를 포함할 수 있다.
이때, 상기 통신자원 할당단계에서는, 상기 통제국이 상기 업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 각 단말기별로 최소 1개의 통신영역(Region)을 할당하되, 다수의 단말기들 중 통신용량이 큰 단말기부터 순차적으로 통신영역(Region)을 할당하는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법{METHOD OF COUMMUNICATIONS RESOURCES AUTOMATIC ALLOCATION IN Ad-hoc RELAY COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 멀티홉 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서 통신자원(시간 또는 주파수)을 효과적으로 할당하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 네트워크 연결상태가 수시로 변하는 Ad-hoc 중계 통신 상황에서도 통제국이 단말기에 통신자원을 효율적으로 할당하는 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법에 관한 것이다.
일반적으로 통제국과 단말기 사이에 네트워크 연결상태가 수시로 변하는 통신망에서, 안정적으로 통신망을 운용하기 위해서는, 통신 노드 간 시간 또는 주파수 등의 통신자원을 효율적으로 관리하고 할당하는 기술이 필요하다.
특히, 단말기가 탑재된 다수의 무인차량이 운용되는 지상환경에서는, 전파의 반사, 회절, 산란 등의 간섭에 의하여 다중경로 손실이 자주 발생하고 전파 음영 지역이 다수 존재할 수 있다. 즉, 단말기가 탑재된 다수의 무인차량이 운용되는 지상환경에서는, 다수의 무인차량 사이 네트워크 연결상태가 수시로 변하는 Ad-hoc 중계 통신 상황이 발생하게 되는 것이다. 이러한 동적 네트워크 환경에서는, 통제국이 탑재된 지휘통제차량이 한정된 통신자원(시간 또는 주파수)을 다수의 무인차량에 효과적으로 할당·관리 하는 것이 군용 혹은 특수 목적의 무인차량 임무통제에 있어 매우 중요한 요소가 된다. 여기서 통신 노드는, 송수신장치를 가지며 통신망을 구성하는 구성요소로, 예를 들면, 통제국이 탑재된 지휘통제차량, 단말기가 탑재된 무인차량은 각각 하나의 통신 노드일 수 있다.
도 1 은 통제국으로부터 단일 통달범위 내에 있는 경우, Ad-hoc 통신 시스템에서 통신자원 할당을 보인 개념도이고, 도 2 는 본 발명에 의한 중계상황, 트래픽 크기 및 우선순위를 고려한 Ad-hoc 통신 시스템에서 통신자원 할당을 보인 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 통신망을 구성하는 단말기가 탑재된 다수의 무인차량, 즉 다수의 통신 노드(1)(2)(3)(4)가 통제국이 탑재된 지휘통제차량(0)으로부터 단일 통달범위 내에 있는 경우, 상기 지휘통제차량(0)이 한정된 통신자원(시간 또는 주파수)을 상기 다수의 통신 노드에 할당하는 것은 비교적 용이하다. 왜냐하면, 상기 지휘통제차량(0)이 모든 통신 노드(1)(2)(3)(4)에 동일한 통신자원을 할당하면 되기 때문이다.
그러나 Ad-hoc 중계 통신 상황이 발생하는 경우, 지휘통제차량(0)은 전술한 바와 같이 모든 통신 노드(5)(6)(7)(8)에 동일한 통신자원을 할당할 수 없게 된다. 왜냐하면, 각 통신 노드로(7)부터 지휘통제차량(0)까지 여러 단계의 중계 트래픽 중 일부 경로에서 데이터 병목현상이 발생하거나, 다수의 통신 노드로부터의 각 경로에서 통신 트래픽간 불균형이 발생하기 때문이다. 즉, Ad-hoc 중계 통신 상황이 발생하는 경우, 일부 노드가 과다 혹은 과소 통신자원을 사용하므로, 안정적으로 통신망을 형성·유지하기 위하여, 지휘통제차량(0)은 최대 통신자원을 사용하는 통신 노드를 기준으로 모든 노드에 통신자원을 할당할 수 밖에 없게 된다. 따라서, Ad-hoc 중계 통신 상황이 발생하는 경우, 안정적으로 통신망을 형성·유지하기 위하여 과다한 통신자원이 낭비되는 것이다.
이에 본 발명에서는, 무인차량 내의 각 통신 단말기 사이 Ad-hoc 중계 통신 상황이 발생한 경우, 안정적인 통신자원 할당이 이루어질 수 있도록 네트워크 토폴로지 변화, 트래픽 크기 및 우선순위를 고려한 통신자원 자동할당 방법을 제안한다.
본 발명은, 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, Ad-hoc 중계 통신 시스템, 특히 많은 통신자원이 필요한 업링크 데이터채널에서, 통제국이 다수의 단말기의 통신용량에 따라, 통신자원을 효율적으로 할당·관리하는 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은, Ad-hoc 중계 통신 시스템, 특히 많은 통신자원이 필요한 업링크 데이터채널에서, 통제국이 단말기의 통신 트래픽 상황에 따라, 우선순위를 부여하여 통신영역(Region)을 할당함으로써, 통신자원을 효율적으로 관리하는 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신영역 자동할당 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 통제국이 주파수 혹은 시간과 같은 통신자원을 각 통신 노드에 효율적으로 할당하는 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법의 실시예의 일 양태는, 통제국이 업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 임의의 단말기(n)의 UMCS 레벨(UMCS(n)), 대역폭(UBW(n)) 및 영상데이터 전송속도(RN,V)를 소정의 값으로 설정하는 초기화단계; 상기 통제국이 상기 업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 임의의 단말기(n)의 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n))을 소정의 값으로 설정하는 패킷에러율 설정단계; 상기 통제국이 상기 임의의 단말기(n)로부터 데이터 신호를 수신하여, 상기 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n))을 업데이트하고, 상기 업링크 데이터채널(ULDCH)에서의 평균 신호대잡음비(UL_AVG_SNR(n))를 연산하는 데이터수집단계; 상기 통제국이 상기 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n)) 및 상기 평균 신호대잡음비(UL_AVG_SNR(n))를 이용하여, 임의의 단말기(n)의 대역폭(UBW(n))을 재계산하는 통신자원 할당단계; 및 상기 통제국이 상기 재계산된 대역폭(UBW(n))을 이용하여, 상기 설정된 영상데이터 전송속도(RN ,V) 및 UMCS 레벨(UMCS(n))을 감소시키는 통신속도 감소단계; 를 포함할 수 있다.
이때, 상기 통신자원 할당단계에서는, 상기 통제국이 상기 업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 각 단말기별로 최소 1개의 통신영역(Region)을 할당하되, 다수의 단말기들 중 통신용량이 큰 단말기부터 순차적으로 통신영역(Region)을 할당하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법에 따르면, Ad-hoc 중계 통신 상황이 발생하는 경우, 통제국은 단말기의 통신용량을 고려하여, 다수의 단말기에 통신자원을 효율적으로 할당할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의한 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신영역 자동할당 방법에 따르면, Ad-hoc 중계 통신 상황이 발생하는 경우, 통제국은 트레픽 크기 및 트래픽 우선순위를 고려하여, 다수의 단말기에 통신영역(Region)을 효율적으로 할당할 수 있게 된다.
도 1 은 종래 통신 시스템에서의 통신자원 할당을 보인 개념도.
도 2 는 본 발명에 의한 중계상황, 트래픽 크기 및 우선순위를 고려한 Ad-hoc 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당을 보인 개념도.
도 3 은 Ad-hoc 통신 프레임 구조를 보인 개념도.
도 4 는 본 발명에 의한 Ad-hoc 통신 시스템에서 신호대잡음비(SNR) 데이터의 전송 메카니즘을 보인 개념도.
도 5 는 본 발명에 의한 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법의 실시예에 보인 개념도.
도 6 은 본 발명에 의한 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법 전반부의 실시예에 보인 흐름도.
도 7 은 본 발명에 의한 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법 후반부의 실시예에 보인 흐름도.
본 발명은 다양하게 변경할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 도면에 예시하고 상세한 설명에서 구체적으로 설명하고자 한다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위하여 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적이거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것은 아니며, 본 명세서에 개시된 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경·균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래 통신 시스템에서의 통신자원 할당을 보인 개념도이고, 도 2는 본 발명에 의한 중계상황, 트래픽 크기 및 우선순위를 고려한 Ad-hoc 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당을 보인 개념도이며, 도 3은 Ad-hoc 통신 프레임 구조를 보인 개념도이다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 통제국이 탑재된 지휘통제차량(0)으로부터 단말기가 탑재된 다수의 무인차량(1)(2)(3)(4)이 단일 통달범위 내에 있는 경우, 지휘통제차량(0)은 다수의 무인차량(1)(2)(3)(4)에 동일한 크기의 통신자원, 특히 시간을 할당할 수 있다. 즉, 상기 지휘통제차량(0)은, 상기 다수의 무인차량(1)(2)(3)(4)에 동일한 시간을 할당할 수 있는 것이다.
그러나 Ad-hoc 중계 통신 상황이 발생되는 경우, 즉 무인차량(7)이 중계 무인차량(6)(5)을 거쳐 지휘통제차량(0)에 데이터 신호를 전송하는 경우, 전술한 바와 같이 동일한 크기의 통신자원, 특히 시간을 할당한다면, 중계 무인차량(6)은 기존 통신자원의 2배, 또 다른 중계 무인차량(5)은 기존 통신자원의 3배의 통신자원이 필요하게 된다. 즉, 동일한 크기의 통신자원을 사용하는 다수의 무인차량 사이에서 Ad-hoc 중계 통신 상황이 발생하는 경우, 원활한 Ad-hoc 통신망 유지를 위하여, 지휘통제차량(0)은 통신자원 사용량, 특히 시간 사용량(트래픽 크기)이 가장 큰 무인차량(5)의 통신자원 사용량(트래픽 크기)을 기준으로, 모든 무인차량(5)(6)(7)(8)에 통신자원을 할당하여야 하므로, 통신자원 낭비가 가중된다. 더군다나, 할당된 통신자원에 비하여, 각 무인차량(5)(6)(7)(8) 별로 통신자원 사용량이 다를 수 있으므로, 통신자원 낭비는 더욱 가중된다. 따라서 다수의 무인차량이 사용하는 통신자원 사용량, 중계상황 및 우선순위를 고려한 통신자원 할당 기술이 필요하다.
도 3을 참조하면, Ad-hoc 중계 통신 시스템에서, 하나의 슈퍼프레임(100)은 13개의 통신 프레임(10)을 포함한다. 그리고 하나의 통신 프레임(10)는, 다운링크 제어채널(20), 업링크 데이터채널(30) 및 애드혹 제어채널(40)을 포함한다. 상기 통신 프레임(10) 구조는, 통제국이 단말기 사용자에게 멀티미디어 서비스를 제공하는 상용 통신과 달리, 다운링크 제어채널(20)보다 업링크 데이터채널(30)에 더 많은 시간 및 주파수 자원이 할당된다. 여기서, 채널은, 데이터 신호가 송수신되는 통로를 의미하며, 채널의 기능에 따라 통제국에서 단말기로 데이터를 전송하는 하향통로는 다운링크 제어채널(20), 단말기에서 통제국으로 데이터를 전송하는 상향통로는 업링크 데이터채널(30) 및 통제국과 단말기 혹은 단말기와 단말기 사이에 데이터를 전송하는 양방향통로는 애드혹 제어채널(40)로 구분할 수 있다.
다운링크 제어채널(DLCCH : Down-Link Control CHannel)(20)에서는, 6개의 직교 주파수 분할 다중화(OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심벌(60)이 존재하며, 통제국(0)에서 단말기(5)(8)로 혹은 단말기(5)(6)에서 다른 단말기(6)(7)로, 통신 파라미터 설정정보, 전체 프레임 할당 계획정보 및 로봇 제어정보 등이 송수신된다. 여기서 상기 통신 프레임(10) 구조의 세로축인 서브캐리어(Subcarriers)는 주파수를, 가로축인 심벌(Symbol)은 시간을 의미한다. 즉, 다운링크 제어채널(20), 업링크 데이터채널(30), 애드혹 제어채널(40)은 각각 동일한 주파수 영역을 가지고 다른 시간에 데이터 신호를 송수신하는 통로를 의미한다.
업링크 데이터채널(ULDCH : Up-Link Data CHannel)(30)에서는, 4개의 직교 주파수 분할 다중화 심벌(60)을 포함하는 7개의 통신 영역(Region)(50)으로, 즉 총 28개의 심벌(60)이 존재하며, 단말기(8)에서 통제국(0)으로 혹은 통제국과 2홉 이상 떨어진 단말기(6)(7)에서 중계 단말기(5)(6)로 혹은 중계 단말기(5)에서 통제국(0)으로, 로봇 상태정보, 대용량 동영상 데이터 및 토폴로지 정보 등이 송신된다. 업링크 데이터채널(30)은, 단말기가 시간 및 주파수 자원을 통제국으로부터 할당받아 운용된다.
4개의 직교 주파수 분할 다중화 심벌(60)을 가지는 애드혹 제어채널(AHCCH : Ad-hoc Control CHannel)(40)에서는, 통제국(0)과 단말기(5)(6)(7)(8) 사이 혹은 단말기(5)(6)(7)(8)와 다른 단말기(5)(6)(7)(8) 사이에서 양방향성을 가지고, 망가입 관련 제어정보, 링크 품질 측정을 위한 제어정보 및 송수신 시간 동기화를 위한 reference 신호정보 등이 송수신된다. 애드혹 제어채널(40)에서는, 단말기는 통제국의 자원할당 알고리즘에 따라 정해진 순서로 시간 및 주파수 자원을 할당받아 송신 기회를 부여받는다.
본 발명에 의한 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법에 따르면, 다운링크 제어채널(DLCCH) 및 애드혹 제어채널(AHCCH)에서는, 안정적인 네트워크 운용을 위하여 낮은 차수의 고정형 변복조를 적용한 알고리즘이 이용될 수 있다. 그러나, 사용자 트레픽이 가장 많은 업링크 데이터채널(ULDCH)에 한하여, 효율적인 통신자원 활용을 위하여 각 통신 링크 간 무선채널 상태에 따라 적응형 변복조를 적용한 알고리즘이 이용된다. 즉, 본 발명은, 이러한 적용형 변복조를 적용한 자원할당 알고리즘을 제안한 것이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법의 실시예을 보다 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 Ad-hoc 통신 시스템에서 신호대잡음비(SNR) 데이터의 전송 메카니즘을 보인 개념도이고, 도 5 는 본 발명에 의한 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법의 실시예에 보인 개념도이며, 도 6 은 본 발명에 의한 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법 전반부의 실시예에 보인 흐름도이고, 도 7 은 본 발명에 의한 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법 후반부의 실시예에 보인 흐름도이다.
도 4 내지 도 7 을 참조하면, 본 발명에 의한 Ad-hoc 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법의 일실시예는, 초기화단계(S100), 패킷에러율 설정단계(S200), 데이터수집단계(S300), 통신자원 할당단계(S400) 및 통신속도 감소단계(S500)를 포함한다.
상기 초기화단계(S100)에서는, 통제국이 업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 임의의 단말기(n)의 UMCS 레벨(UMCS(n)), 임의의 단말기(n)의 대역폭(UBW(n)) 및 임의의 단말기(n)의 영상데이터 전송속도(RN ,V)를 소정의 값으로 설정한다. 또한, 상기 초기화단계(S100)에서는, 통제국이 임의의 단말기(n)의 MCS 레벨(MCS(n)), 임의의 단말기(n)의 대역폭(BW(n)) 및 임의의 단말기(n)의 데이터 전송속도(Rn)를 소정의 값으로 설정할 수 있다. 더욱 상세하게는, 임의의 단말기(n)의 UMCS 레벨(UMCS(n))이 변경됨에 따라, 임의의 단말기가 업링크 데이터채널(ULDCH)을 점유하는 시간이 변경될 수 있다. 즉, UMCS 레벨(UMCS(n))이 따라, 임의의 단말기(n)에 할당되는 통신자원, 즉 할당시간이 변경될 수 있는 것이다. 상기 UMCS 레벨(UMCS(n))과 통신자원, 특히 할당시간과의 관계는 소정의 값을 따를 수 있다.
여기서, 상기 MCS 레벨(MCS(n))은, 무선 채널환경에 따른 채널 코딩 방식 및 변조 방식을 의미하는 것으로, 상기 UMCS 레벌(UMCS(n))은, 업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 임의의 단말기(n)의 MCS 레벨을 의미한다. 또한, 상기 대역폭(BW(n))은 Ad-hoc 통신 시스템에서 주파수 대역폭을 의미하는 것으로, 상기 대역폭(UBW(n))은, 업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 임의의 단말기(n)의 대역폭을 의미한다. 또한, 상기 데이터 전송속도(Rn)는, Ad-hoc 통신 시스템에서 통제국과 단말기 사이 데이터를 전송하는 속도를 의미하는 것으로, 영상데이터 전송속도(RN ,V), 상태데이터 전송속도(Rn ,S), 제어데이터 전송속도(Rn ,T)를 포함할 수 있다. 추가적으로, 대부분의 용량을 차지하는 영상데이터의 전송속도가 전체 데이터 전송속도를 결정할 수 있다.
상기 패킷에러율 설정단계(S200)에서는, 통제국이 업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 임의의 단말기(n)의 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n))을 소정의 값으로 설정한다. 또한 상기 패킷에러율 설정단계(S200)에서는, 통제국이 임의의 단말기(n)의 평균 패킷에러율(AVG_PER(n))을 소정의 값으로 설정할 수 있다. 또한, 패킷에러율 설정단계(S200)에서는, 통신자원 할당단계(S400) 및 통신속도 감소단계(S500) 수행 이후, 변경된 조건을 반영하거나 동일한 조건에서, 임의의 단말기(n)의 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n))을 소정의 값으로 다시 설정할 수 있다. 여기서, 상기 패킷에러율(AVG_PER(n))은, 수신노드가 수신한 패킷(데이터 단위)의 에러 비율을 의미하는 것이다.
상기 데이터수집단계(S300)에서는, 통제국이 상기 임의의 단말기(n)로부터 데이터 신호를 수신하여, 업링크 데이터채널(ULDCH)에서의 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n))을 업데이트하고, 업링크 데이터채널(ULDCH)에서의 평균 신호대잡음비(UL_AVG_SNR(n))를 연산한다. 또한, 상기 데이터수집단계(S300)에서는, 통제국이 임의의 단말기(n)로부터 데이터 신호를 수신하여, 평균 패킷에러율(AVG_PER(n))을 업데이트하고, 평균 신호대잡음비(AVG_SNR(n))를 연산할 수 있다. 여기서, 상기 평균 신호대잡음비(AVG_SNR(n))는, 수신노드가 수신한 데이터신호 대비 데이터신호 이외의 신호 비율을 의미하는 것이다.
한편, 상기 통제국(0)이 각 단말기(n)의 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n)) 데이터를 수집하는 방법은 도 4, 즉 다음과 같다. 우선, 단말기 6(6)은 단말기 7(7)로부터 데이터 신호를 수신한다. 이때, 상기 단말기 6(6)은, 수신된 단말기 7(7)의 데이터 신호를 이용하여, 업링크 데이터채널에서, 단말기 7(7)의 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(7))을 계산한다. 그 후, 단말기 6(6)은, 상기 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(7))이 포함된 데이터 신호를 송신한다.
단말기 5(5)는, 상기 단말기 6(6)로부터 상기 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(7))이 포함된 데이터 신호를 수신한다. 상기 단말기 5(5)는, 수신된 단말기 6(6)의 데이터 신호를 이용하여, 업링크 데이터채널에서, 단말기 6(6)의 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(6))을 계산한다. 그 후, 상기 단말기 5(5)는, 단말기 6의 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(6)) 및 단말기 6(6)으로부터 수신한 단말기 7의 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(7))이 포함된 데이터 신호를 송신한다.
통제국(0)은, 상기 단말기5(5)로부터 단말기 6(6)의 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(6)) 및 단말기 7(7)의 평균 패킷에러율(AVG_PER(7))이 포함된 데이터 신호를 수신한다. 또한, 통제국(0)은 단말기 8로부터 데이터 신호를 수신한다. 이때, 상기 통제국(0)은 수신된 단말기 5(5) 및 단말기 8(8)의 데이터 신호를 이용하여, 업링크 데이터채널에서 단말기 5(5)의 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(5)) 및 단말기 8(8)의 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(8))을 계산한다. 이와 같은 방법으로, 통제국(0)은 임의의 단말기(5)(6)(7)(8)에 대한 평균 신호대잡음비(UL_AVG_SNR(n)) 데이터를 수집할 수도 있다.
상기 통신자원 할당단계(S400)에서는, 통제국이 상기 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n)) 및 상기 평균 신호대잡음비(UL_AVG_SNR(n))를 이용하여, 임의의 단말기(n)의 대역폭(UBW(n))을 재계산한다. 더욱 상세하게는, 상기 통신자원 할당단계(S400)는, 접속상태 양호판단단계(S410), 접속상태 불량판단단계(S420) 및 대역폭 재계산단계(S430)를 포함할 수 있다.
상기 접속상태 양호판단단계(S410)에서는, 상기 평균 패킷에러율 (UL_AVG_PER(n)) 이 0 % 인 경우, 업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 임의의 단말기(n)의 접속상태가 양호한지 여부를 판단한다. 더욱 상세하게는, 상기 접속상태 양호판단단계(S410)는, 상기 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n)) 이 0 % 이고, 상기 평균 신호대잡음비(UL_AVG_SNR(n))가 소정의 값을 초과하는 경우, 통신 접속상태를 양호상태로 인식하여, UMCS 레벨(UMCS(n))을 한 단계 증가시키는 접속상태 양호단계(S411)를 포함할 수 있다. 더불어 상기 접속상태 양호판단단계(S410)는, 상기 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n)) 이 0 % 이고, 상기 평균 신호대잡음비(UL_AVG_SNR(n))가 소정의 값을 초과하지 아니하는 경우, 통신 접속상태를 정상상태로 인식하여, 상기 패킷에러율 설정단계(S200)를 다시 수행할 수 있다.
상기 접속상태 불량판단단계(S420)에서는, 상기 평균 패킷에러율 (UL_AVG_PER(n))이 0 % 가 아닌 경우, 업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 임의의 단말기(n)의 접속상태가 불량한지 여부를 판단한다. 더욱 상세하게는, 상기 접속상태 불량판단단계(S420)는, 상기 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n))이 0 % 가 아니고, 상기 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n))이 10%를 초과하는 경우 또는 상기 평균 신호대잡음비(UL_AVG_SNR(n))가 소정의 값 미만인 경우, 통신 접속상태를 불량상태로 인식하여, 상기 UMCS 레벨(UMCS(n))을 한 단계 감소시키는 결정을 하는 접속상태 불량결정단계(S421)를 포함할 수 있다. 더불어 상기 접속상태 불량판단단계(S420)는, 상기 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n))이 0 % 가 아니고, 상기 평균 패킷에러율(AVG_PER(n))이 10%이하이고 상기 평균 신호대잡음비(AVG_SNR(n))가 소정의 값 이상인 경우, 상기 패킷에러율 설정단계를 다시 수행할 수 있다. 여기서, 상기 통신 접속상태가 불량상태란 것은, 패킷에러(PER(n))가 높거나 수신 데이터 신호에 잡음은 많아 통신 접속상태가 불량하다는 의미이다. 따라서 통제국은, 임의의 단말기(n)의 UMCS 레벨(UMCS(n))을 낮춰, 채널 코딩 방식, 변조 방식을 변경하여 통신 접속상태를 개선할 수 있다.
여기서, 업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 임의의 단말기(n)의 접속상태 양호조건은 패킷에러율(UL_AVG_PER(n)) = 0% 이고, 접속상태 정상조건은 0%〈 패킷에러율(UL_AVG_PER(n))〈 10% 이며, 접속상태 불량조건은 패킷에러율(UL_AVG_PER(n)) ≥ 10% 일 수 있다.
상기 대역폭 재계산단계(S430)에서는, 상기 접속상태가 양호이거나 또는 상기 접속상태가 불량인 경우, 임의의 단말기(n)의 대역폭을 재계산한다. 즉, 상기 대역폭 재계산단계(S430)에서는, 변경된 UMCS 레벨(UMCS(n))을 반영하여, 임의의 단말기(n)의 대역폭(UBW(n))을 재계산할 수 있는 것이다. 더욱 상세하게는, 상기 대역폭 재계산단계(S430)에서는, 상기 접속상태 양호단계(S411) 이후, 한 단계 증가된 UMCS 레벨(UMCS(n))을 고려하여 대역폭(UBW(n))을 재계산할 수 있다. 또한, 상기 대역폭 재계산단계(S430)에서는, 상기 접속상태 불량결정단계(S421) 이후, 한 단계 감소결정된 UMCS 레벨(UMCS(n))을 고려하여 대역폭(UBW(n))을 재계산할 수 있다. 여기서, 임의의 단말기(n)의 UMCS 레벨(UMCS(n))이 변경됨에 따라, 임의의 단말기(n)가 업링크 데이터채널(ULDCH)을 점유하는 시간이 변경될 수 있다.
특히, 상기 UMCS 레벨(UMCS(n)) 따라, 임의의 단말기(n)가 업링크 데이터채널(ULDCH)을 점유하는 시간을 결정하는 자원할당비율(An)은 다음 식과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112014036261344-pat00001
여기서, Fn 은 UMCS 레벨(UMCS(n))에 따른 업링크 데이터채널(ULDCH) 점유시간이고, m은 자기 노드 및 슬레이브 노드의 노드번호이며, N 은 슬레이브 노드의 개수이고, αm 은 노드 m의 업링크 데이터채널에서의 트래픽 가중치를 나타낸다.
또한, 상기 노드 m의 업링크 데이터채널의 트래픽 가중치(αm)는 다음 식과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112014036261344-pat00002
여기서, Km 은 노드 m의 영상 채널수이며, Pm ,k 는 노드 m의 k 번째 영상 채널의 우선순위에 따른 가중치이고, β는 영상정보의 오버슈트 오차 값으로 0.1 ~ 0.3 의 값을 가질 수 있다.
상기 영상 채널의 우선순위에 따른 가중치(Pm ,k)는, 영상을 운용하지 아니하는 경우 0 , 저화질 영상을 운용하는 경우 0.5 , 평균화질 영상을 운용하는 경우 1.0이고, 고화질 영상을 운용하는 경우 1.5 로 설정될 수 있다.
한편, 업링크 데이터채널(ULDCH)에서 통신 프레임(10) 할당 순서는 다음과 같다. 통제국은 슈퍼 프레임(100) 내 업링크 데이터채널(ULDCH)(30)에서, 각 통신 노드에 최소 1 개의 통신영역(Region)(60)을 할당한다. 그 후, 통제국은 잔여 통신용량이 큰 단말기부터 순차적으로 통신영역(Region)(60)을 할당하여, 단말기의 잔여 통신용량을 통신영역(Region) 단위로 하나씩 감소시킨다. 이와 같이, 통제국은 통신망 내에 존재하는 모든 단말기에 통신영역(Region)(60)을 할당할 수 있다.
여기서 통신 노드는, 송수신장치를 가지며 통신망을 구성하는 구성요소로, 예를 들면, 통제국이 탑재된 지휘통제차량, 단말기가 탑재된 무인차량은 각각 하나의 통신 노드일 수 있다. 또한, 상기 통신영역(Region)(60)은 통제국이 단말기에 할당하는 시간 또는 데이터 신호를 송수신할 수 있는 통로를 의미할 수 있다. 또한 상기 통신용량은 단말기가 송수신해야하는 데이터 용량을 의미할 수 있다.
상기 통신속도 감소단계(S500)에서는, 통제국이 상기 재계산된 대역폭(UBW(n) 이용하여, 상기 설정된 영상데이터 전송속도(RN ,V) 및 UMCS 레벨(UMCS(n))을 감소시킨다. 더욱 상세하게는, 상기 통신속도 감소단계(S500)는, 전송속도 재계산단계(S510), 전송속도 감소단계(S520) 및 UMCS 레벨 감소단계(S530)를 포함할 수 있다.
상기 전송속도 재계산단계(S510)에서는, 상기 초기화단계(S100)에서 설정된 대역폭과 상기 대역폭 재계산단계(S430)에서 재계산된 대역폭을 비교하여 상기 재계산된 대역폭이 감소한 경우, 통제국은 상기 대역폭 감소를 반영하여 영상데이터 전송속도(RN ,V)를 재계산한다.
한편, 상기 통신자원 할당단계(S400)에서, 업링크 데이터채널(ULDCH)에서의 통신자원(Region) 할당이 완료되면, 업링크 데이터채널에서(ULDCH), 임의의 단말기(n)의 데이터 전송속도(Rn)는 다음과 같이 도출된다.
[수학식 3]
Figure 112014036261344-pat00003
여기서, L 은 결정된 변복조에 따른 할당 통신영역(Region) 당 전송속도이며, M 은 할당 통신영역(Region)수, SMG 는 공간다중화 게인, η 는 각 노드당 할당 통신영역(Region) 수를 나타낸다.
상기 [수학식 3]에 따르면, 임의의 단말기(n)의 상태데이터 전송속도(Rn ,S) 및 임의의 단말기(n)의 제어데이터 전송속도(Rn ,T)는 다음과 같이 도출된다.
[수학식 4]
Figure 112014036261344-pat00004
[수학식 5]
Figure 112014036261344-pat00005
여기서, Nslave는 노드 n의 슬레이브 노드 개수이다.
그렇다면, 업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 상기 데이터 전송속도(Rn)는 영상데이터 전송속도(RN ,V), 상태데이터 전송속도(Rn ,S), 네트워크 제어데이터 전송속도(Rn ,T) 및 MAC 헤더의 크기(RHDR)의 합이다. 따라서, 업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 임의의 단말기(n)의 영상데이터 전송속도(RN ,V)는 다음과 같이 도출된다.
[수학식 6]
Figure 112014036261344-pat00006
여기서, 상태데이터 전송속도(Rn ,S), 네트워크 제어데이터 전송속도(Rn ,T) 및 MAC 헤더의 크기(RHDR )는 상수 값이다.
추가적으로, 임의의 단말기(n)의 영상채널 k 의 전송속도는 다음식과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112014036261344-pat00007
여기서, ｒ는 영상데이터 점유율로서 0.9로 설정된다. 이는 전체 활용가능 자원 중 10%는 비주기 정보 및 중계 Hop간의 전송 크기 불일치 보상을 위해 예비해 놓은 것이다.
상기 전송속도 감소단계(S520)에서는, 상기 재계산된 영상데이터 전송속도와 비교하여, 상기 설정된 영상데이터 전송속도를 감소시킬 필요가 있는 경우, 통제국은 상기 영상데이터 전송속도(RN ,V)를 소정의 값으로 감소시킨다. 또한, 상기 전송속도 감소단계(S520)에서는, 상기 재계산된 영상데이터 전송속도와 비교하여, 상기 설정된 영상데이터 전송속도를 감소시킬 필요가 있는 경우, 통제국은 상기 영상데이터 전송속도(RN ,V)를 상기 재계산된 영상데이터 전송속도로 감소시킬 수 있다.
상기 UMCS 레벨 감소단계(S530)에서는, 상기 접속상태 불량결정단계(S421)에서의 UMCS 레벨 감소결정에 따라, UMCS 레벨(UMCS(n))을 한 단계 감소시킨다. 즉, 상기 UMCS 레벨 감소단계(S530)에서는, 상기 설정된 영상데이터 전송속도의 감소 필요 여부와 관계없이, UMCS 레벨(UMCS(n))을 한 단계 감소시키는 것이다.
상기 UMCS 레벨 감소단계(S530) 이후, 통제국은 상기 감소된 UMCS 레벨을 적용하여, 상기 패킷에러율 리셋단계(S200)를 다시 수행할 수 있다.
0 : 통제국이 탑재된 지휘통제차량 1 : 단말기가 탑재된 무인차량 1
2 : 단말기가 탑재된 무인차량 2 3 : 단말기가 탑재된 무인차량 3
4 : 단말기가 탑재된 무인차량 4 5 : 단말기가 탑재된 무인차량 5
6 : 단말기가 탑재된 무인차량 6 7 : 단말기가 탑재된 무인차량 7
8 : 단말기가 탑재된 무인차량 8
10 : 통신 프레임 20 : 다운로드 제어채널(DLCCH)
30 : 업링크 데이터채널(ULDCH) 40 : 애드혹 제어채널(AHCCH)
50 : 통신영역(Region) 60 : 심벌(Symbol)
100 : 슈퍼 프레임

Claims (14)

  1. 통신자원(Resources) 자동할당 방법에 있어서,
    통제국이 업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 임의의 단말기(n)의 UMCS 레벨(UMCS(n)), 대역폭(UBW(n)) 및 영상데이터 전송속도(RN ,V)를 소정의 값으로 설정하는 초기화단계;
    상기 통제국이 상기 업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 임의의 단말기(n)의 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n))을 소정의 값으로 설정하는 패킷에러율 설정단계;
    상기 통제국이 상기 임의의 단말기(n)로부터 데이터 신호를 수신하여, 상기 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n))을 업데이트하고, 상기 업링크 데이터채널(ULDCH)에서의 평균 신호대잡음비(UL_AVG_SNR(n))를 연산하는 데이터수집단계;
    상기 통제국이 상기 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n)) 및 상기 평균 신호대잡음비(UL_AVG_SNR(n))를 이용하여, 임의의 단말기(n)의 대역폭(UBW(n))을 재계산하는 통신자원 할당단계; 및
    상기 통제국이 상기 재계산된 대역폭(UBW(n))을 이용하여, 상기 설정된 영상데이터 전송속도(RN ,V) 및 UMCS 레벨(UMCS(n))을 감소시키는 통신속도 감소단계; 를 포함하는 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신자원 할당단계는,
    상기 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n)) 이 0 % 인 경우, 업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 임의의 단말기(n)의 접속상태가 양호한지 여부를 판단하는 접속상태 양호판단단계;
    상기 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n))이 0 % 가 아닌 경우, 업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 임의의 단말기(n)의 접속상태가 불량인지 여부를 판단하는 접속상태 불량판단단계; 및
    상기 접속상태가 양호 또는 불량인 경우, 임의의 단말기(n)의 대역폭을 재계산하는 대역폭 재계산단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 임의의 단말기(n)의
    접속상태 양호조건은, 패킷에러율(UL_AVG_PER(n)) = 0% 이고,
    접속상태 불량조건은, 패킷에러율(UL_AVG_PER(n)) ≥ 10% 인 것을 특징으로 하는 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 접속상태 양호판단단계는,
    상기 평균 신호대잡음비(UL_AVG_SNR(n))가 소정의 값을 초과하는 경우, UMCS 레벨(UMCS(n))을 한 단계 증가시키는 접속상태 양호단계; 를 포함하되,
    상기 평균 신호대잡음비(UL_AVG_SNR(n))가 소정의 값을 초과하지 아니하는 경우, 상기 패킷에러율 설정단계를 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 접속상태 불량판단단계는,
    상기 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n))이 10%를 초과하는 경우 또는 상기 평균 신호대잡음비(UL_AVG_SNR(n))가 소정의 값 미만인 경우, 상기 UMCS 레벨(UMCS(n))을 한 단계 감소시키는 결정을 하는 접속상태 불량결정단계; 를 포함하되,
    상기 평균 패킷에러율(UL_AVG_PER(n))이 10%이하이고 상기 평균 신호대잡음비(UL_AVG_SNR(n))가 소정의 값 이상인 경우, 상기 패킷에러율 설정단계를 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 대역폭 재계산단계에서는,
    상기 UMCS 레벨(UMCS(n))의 변경을 반영하여, 임의의 단말기(n)의 대역폭(UBW(n))을 재계산하는 것을 특징으로 하는 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신속도 감소단계는,
    상기 설정된 대역폭과 비교하여 상기 재계산된 대역폭이 감소한 경우, 상기 대역폭 감소를 반영하여 영상데이터 전송속도(RN,V)를 재계산하는 전송속도 재계산단계;
    상기 재계산된 영상데이터 전송속도와 비교하여, 상기 설정된 영상데이터 전송속도를 감소시킬 필요가 있는 경우, 영상데이터 전송속도(RN,V)를 소정의 값으로 감소시키는 전송속도 감소단계; 및
    접속상태 불량결정단계에서의 UMCS 레벨 감소결정에 따라, UMCS 레벨(UMCS(n))을 한 단계 감소시키는 UMCS 레벨 감소단계;를 포함하되,
    상기 통제국은 상기 감소된 UMCS 레벨은 적용하여, 상기 패킷에러율 설정단계를 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 UMCS 레벨(UMCS(n))에 따라, 임의의 단말기(n)가 업링크 데이터채널(ULDCH)을 점유하는 시간을 결정하는 자원할당비율(An)이 변경되는 것을 특징으로 하는 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 자원할당비율(An)은 다음식,
    Figure 112015030245611-pat00008

    (여기서, Fn 은 UMCS 레벨(UMCS(n))에 따른 업링크 데이터채널(ULDCH) 점유시간이고, m은 자기 노드 및 슬레이브 노드의 노드번호이며, N 은 슬레이브 노드의 개수이고, αm 은 노드 m의 업링크 데이터채널에서의 트래픽 가중치임) 에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 노드 m의 업링크 데이터채널의 트래픽 가중치(αm)는 다음식,
    Figure 112015030245611-pat00009

    (여기서, Km 은 노드 m의 영상 채널수이며, Pm,k 는 노드 m의 k 번째 영상 채널의 우선순위에 따른 가중치이고, β는 영상정보의 오버슈트 오차 값임)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 영상 채널의 우선순위에 따른 가중치(Pm ,k)는, 영상을 운용하지 아니하는 경우 0이며, 저화질 영상을 운용하는 경우 0.5 이고, 평균화질 영상을 운용하는 경우 1.0이고, 고화질 영상을 운용하는 경우 1.5 인 것을 특징으로 하는 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신자원 할당단계에서는,
    상기 통제국이 상기 업링크 데이터채널(ULDCH)에서, 각 단말기별로 최소 1개의 통신영역(Region)을 할당하되, 다수의 단말기들 중 통신용량이 큰 단말기부터 순차적으로 통신영역(Region)을 할당하는 것을 특징으로 하는 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 설정된 영상데이터 전송속도(RN ,V)는 다음 식,
    Figure 112014036261344-pat00010

    (여기서, RN ,V 은 임의의 단말기(n)의 영상데이터 전송속도이고, Rn 은 데이터 전송속도이며, Rn ,S 은 상태데이터 전송속도이고, Rn ,T 는 네트워크 제어데이터 전송속도이며, RHDR 은 MAC 헤더의 크기임) 에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 임의의 단말기(n)의 데이터 전송속도(Rn)는 다음식,
    Figure 112014036261344-pat00011

    (여기서, L 은 결정된 변복조에 따른 Region 당 전송속도이며, M 은 할당 Region 수, SMG 는 공간다중화 게인, η 는 각 노드당 할당 Region 수임) 에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 Ad-hoc 중계 통신 시스템에서의 통신자원 자동할당 방법.
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KR100962153B1 (ko) 2001-12-05 2010-06-10 퀄컴 인코포레이티드 통신 시스템에서 서비스 품질을 조정하기 위한 시스템 및방법

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이동호 외, "멀티홉 무선 네트워크에서 QoS 지원을 위한 동적 우선순위 설정 기법", 한국통신학회 2011년도 동계종합학술발표회

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