KR101717921B1 - 무선통신 시스템에서 자원할당 스케줄링 장치 및 방법 - Google Patents

무선통신 시스템에서 자원할당 스케줄링 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101717921B1
KR101717921B1 KR1020160010883A KR20160010883A KR101717921B1 KR 101717921 B1 KR101717921 B1 KR 101717921B1 KR 1020160010883 A KR1020160010883 A KR 1020160010883A KR 20160010883 A KR20160010883 A KR 20160010883A KR 101717921 B1 KR101717921 B1 KR 101717921B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
access points
access point
access
scheduled
candidate
Prior art date
Application number
KR1020160010883A
Other languages
English (en)
Inventor
정송
정재환
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020160010883A priority Critical patent/KR101717921B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101717921B1 publication Critical patent/KR101717921B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H04W72/1252—
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02—Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/08—Load balancing or load distribution
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W48/00—Access restriction; Network selection; Access point selection
    • H04W48/20—Selecting an access point
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation
    • H04W72/044—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource
    • H04W72/0473—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource the resource being transmission power
    • H04W72/1278—

Abstract

본 실시예들은 복수개의 액세스포인트로부터 수신된 채널 정보 및 대기 트래픽 양을 이용하여 복수개의 액세스포인트 중에서 하나 이상의 액세스포인트를 선택함으로써, 대기 트래픽 처리량을 극대화하면서 동시에 사용자 간에 대기 트래픽 양을 공평할 수 있는 스케줄링 장치 및 방법을 제공한다.
본 실시예들은 선택된 하나의 액세스포인트를 제외한 나머지 액세스포인트의 채널 정보와 선택된 하나의 액세스포인트의 채널 정보 간의 상관관계를 비교하고, 기 설정된 임계 유사도보다 큰 상관관계를 갖는 액세스포인트 및 선택된 하나의 액세스포인트를 제거함으로써, 낮은 복잡도로 구현할 수 있는 스케줄링 장치 및 방법을 제공한다.

Description

무선통신 시스템에서 자원할당 스케줄링 장치 및 방법 {Method and Apparatus for Scheduling Resource Allocation for Wireless Communication System}
본 실시예가 속하는 기술 분야는 무선통신 시스템에서 무선자원을 할당하는 스케줄링 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
무선통신 시스템에서는 제한된 무선자원을 복수의 사용자에게 효율적으로 할당하기 위한 스케줄링 장치가 필요하다. 자원할당 스케줄링 장치는 무한대의 백로그(Backlog)를 가정한 스케줄링 방식과 유한한 백로그를 가정한 스케줄링 방식으로 구분된다. 여기서 백로그는 무선통신장비에서 대기 중인 트래픽 양을 나타내는 정보이다.
무한대의 백로그를 가정한 스케줄링 방식에는 대표적으로 세 개의 방식이 있다.
첫 번째 방식은 맥스 민 페어니스(Max Min Fairness) 스케줄링 방식이다. 이 방식의 목적은 사용자 간의 전송률(Data Rate)을 공평하게 하는 것이다. 이 방식은 타 스케줄링 방식과 비교하여 사용자의 전송률을 가장 공평하게 한다. 예를 들면, 사용자마다 처리할 데이터 양이 같다면 맥스 민 페어니스 스케줄링 방식은 순차적으로 스케줄링하는 라운드로빈(Round Robin) 스케줄링 방식이 된다.
두 번째 방식은 프로포셔널 페어니스(Proportional Fairness) 스케줄링 방식이다. 이 방식의 목적은 전체 네트워크의 전송률을 극대화하면서 동시에 사용자 간의 전송률을 공평하게 하는 것이다.
세 번째 방식은 맥스 레이트(Max Rate) 스케줄링 방식이다. 이 방식의 목적은 전체 네트워크의 전송률을 극대화하는 것이다. 이 방식은 현재 처리 가능한 최대의 전송률을 고려하는 방식이다.
무한대의 백로그를 가정한 스케줄링 방식은 서비스를 받을 사용자가 원하는 트래픽을 무한대로 가정하고 있기 때문에, 사용자가 전송할 트래픽이 실질적으로 존재하지 않는 경우에도 스케줄링을 수행하는 문제가 있다. 따라서 이 스케줄링 방식은 무선자원을 낭비하는 결과를 초래한다. 각각의 사용자들이 발생시키는 트래픽 양의 규모가 비슷한 경우에는 무한대의 백로그를 가정한 스케줄링 방식이 큰 문제가 되지 않을 수 있다. 하지만 다수의 사용자들이 발생시키는 트래픽 양의 편차가 큰 경우에는 낭비되는 무선자원의 규모가 심각한 수준이 되는 문제가 있다. 게다가 이 스케줄링 방식은 트래픽이 임의의 도착과정(Arrival Process)을 거치면 대기 트래픽을 저장하기 위한 버퍼에 데이터가 불안정하게 채워질 수 있는 문제가 있다.
유한한 백로그를 가정한 스케줄링 방식으로는 맥스 웨이트(Max Weight) 스케줄링 방식이 있다. 이 방식은 사용자마다 가지고 있는 대기 트래픽을 행렬로 모델링하여 반영하고, 사용자 집합 중에서 전송률이 가장 높은 사용자의 집합을 선택한다. 맥스 웨이트 스케줄링 방식은 사용자 집합을 매 스케줄링 시간 슬롯마다 찾기 때문에 복잡도가 지수적으로 증가하는 문제가 있다.
이상에서 언급한 문제점들을 해결한 무선통신 시스템에서 자원할당 스케줄링 장치 및 방법은 아직 구현되지 못한 실정이다.
Taesang Yoo and Andrea Goldsmith,"On the Optimality of Multiantenna Broadcast Scheduling using Zero-Forcing Beamforming." IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 24, No. 3, Mar, 2006. R. Jain, The art of computer systems performance analysis, John Wiley and Sons, 1991.
본 발명의 발명자는 초광역 무선통신 시스템에서 시간의 흐름 또는 공간의 규모에 따라 비대칭적으로 트래픽 양이 발생하는 점을 인식하여, 자원할당 스케줄링 장치가 대기 트래픽 처리량을 극대화하고 사용자 간에 대기 트래픽 양을 공평하게 하면서 낮은 복잡도로 구현하고자 한다.
본 발명의 실시예들은 복수개의 액세스포인트로부터 수신된 채널 정보 및 대기 트래픽 양을 이용하여 복수개의 액세스포인트 중에서 하나 이상의 액세스포인트를 선택함으로써, 대기 트래픽 처리량을 극대화하면서 동시에 사용자 간에 대기 트래픽 양을 공평하게 하는 데 발명의 주된 목적이 있다.
본 발명의 실시예들은 선택된 하나의 액세스포인트를 제외한 나머지 액세스포인트의 채널 정보와 선택된 하나의 액세스포인트의 채널 정보 간의 상관관계를 비교하고, 기 설정된 임계 유사도보다 큰 상관관계를 갖는 액세스포인트 및 선택된 하나의 액세스포인트를 제거함으로써, 스케줄링 방식을 낮은 복잡도로 구현하는 데 발명의 다른 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 무선통신 시스템에서 무선자원을 할당하는 스케줄링 장치에 있어서, 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트로부터 채널 정보 및 대기 트래픽 양을 수신하는 액세스포인트 정보 수신부(Access Point Information Receiving Unit), 및 상기 채널 정보 및 상기 대기 트래픽 양을 이용하여 상기 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중에서 하나 이상의 액세스포인트를 선택하는 액세스포인트 선택부(Access Point Selecting Unit)를 포함하는 자원할당 스케줄링 장치를 제공한다.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 무선통신 시스템에서 자원할당 스케줄링 장치가 스케줄링하는 방법에 있어서, 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트로부터 채널 정보 및 대기 트래픽 양을 수신하는 과정, 및 상기 채널 정보 및 상기 대기 트래픽 양을 이용하여 상기 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중에서 하나 이상의 액세스포인트를 선택하는 과정을 포함하는 자원할당 스케줄링 방법을 제공한다.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 무선통신 시스템의 기지국에 있어서, 무선신호를 송수신하는 하나 이상의 안테나, 및 상기 하나 이상의 안테나를 이용하여 무선자원을 할당하는 스케줄링 장치를 포함하며, 상기 스케줄링 장치는, 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트로부터 채널 정보 및 대기 트래픽 양을 수신하는 액세스포인트 정보 수신부(Access Point Information Receiving Unit), 및 상기 채널 정보 및 상기 대기 트래픽 양을 이용하여 상기 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중에서 하나 이상의 액세스포인트를 선택하는 액세스포인트 선택부(Access Point Selecting Unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 복수개의 액세스포인트로부터 수신된 채널 정보 및 대기 트래픽 양을 이용하여 복수개의 액세스포인트 중에서 하나 이상의 액세스포인트를 선택함으로써, 대기 트래픽 처리량을 극대화하면서 동시에 사용자 간에 대기 트래픽 양을 공평하게 배분할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 선택된 하나의 액세스포인트를 제외한 나머지 액세스포인트의 채널 정보와 선택된 하나의 액세스포인트의 채널 정보 간의 상관관계를 비교하고, 기 설정된 임계 유사도보다 큰 상관관계를 갖는 액세스포인트 및 선택된 하나의 액세스포인트를 제거함으로써, 스케줄링 방식을 낮은 복잡도로 구현할 수 있는 효과가 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 무선통신 시스템을 예시한 도면이다.
도 2는 초광역 무선통신 시스템에서 시간에 따른 트래픽 요구량을 예시한 도면이다.
도 3은 초광역 무선통신 시스템에서 지역에 따른 트래픽 요구량을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원할당 스케줄링 장치를 예시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원할당 스케줄링 장치의 동작을 예시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자원할당 스케줄링 장치의 시뮬레이션 환경을 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자원할당 스케줄링 장치의 데이터 처리량을 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자원할당 스케줄링 장치의 대기 트래픽 양에 대한 공평성을 예시한 도면이다.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
본 명세서에 기재된 실시예들은 무선통신 시스템에 적용될 수 있다.
무선통신 시스템은 적어도 하나의 기지국(Base Station, BS)과 적어도 하나의 단말기(User Equipment, UE)을 포함한다. 각 기지국은 특정한 지리적 영역인 셀(Cell)에 대해 통신 서비스를 제공한다. 셀은 다시 다수의 영역인 섹터(Sector)로 나뉠 수 있다. 기지국에서 단말로의 통신을 하향링크라고 하고, 단말에서 기지국으로의 통신을 상향링크라고 한다.
단말기는 통신 네트워크와 통신하는 장치로서, 이동국(Mobile Station, MS), 이동단말기(Mobile Terminal), 사용자단말기(User Terminal, UT), 가입자지국(Subscriber Station, SS), 무선기기(Wireless Device), 휴대정보단말기(Personal Digital Assistant, PDA), 무선 모뎀(Wireless Modem), 휴대기기(Handheld Device) 등의 다른 명칭으로 지칭될 수 있다.
무선통신 시스템에는 다양한 다중접속(Multiple Access) 전송기술이 적용될 수 있다. 다중접속은 코드, 주파수, 시간, 및 공간 등을 여러 사용자가 공동으로 사용하기 위한 기술이다. 다중접속은 고정할당 접근방식과 동적할당 접근방식으로 나뉜다.
고정할당 접근방식의 예로는 코드분할다중접속(Code Division Multiple Access, CDMA) 방식, 주파수분할다중접속(Frequency Division Multiple Access, FDMA) 방식, 시분할다중접속(Time Division Multiple Access, TDMA) 방식, 공간분할다중접속(Spatial Division Multiple Access, SDMA) 방식, 직교주파수분할다중접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA) 방식 또는 이들의 조합 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 동적할당 접근방식의 예로는 반송파감지다중접속(Carrier Sense Multiple Access, CSMA) 방식 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
무선통신 시스템에는 양방향 통신을 위한 다양한 이중화(Duplexing) 기술이 적용될 수 있다. 이중화 기술의 예로는 주파수분할듀플렉싱(Frequency Division Duplexing, FDD), 시분할듀플렉싱(Time Division Duplexing, TDD) 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
무선 통신 시스템에는 다중안테나 기술이 적용될 수 있다. 다중안테나는 안테나의 구성을 기준으로 단일 전송 안테나 단일 수신 안테나(Single Input Single Output, SISO), 단일 전송 안테나 다중 수신 안테나(Single Input Multiple Output, SIMO), 다중 전송 안테나 단일 수신 안테나(Multiple Input Single Output, MISO), 및 다중 전송 안테나 다중 수신 안테나(Multiple Input Multiple Output, MIMO)로 나뉜다. 전송 안테나는 하나의 신호 또는 스트림을 전송하는 데 사용되는 물리적 또는 논리적 안테나를 의미하고, 수신 안테나는 하나의 신호 또는 스트림을 수신하는 데 사용되는 물리적 또는 논리적 안테나를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 무선통신 시스템을 예시한 도면이다. 도 1에 예시한 무선통신 시스템은 무선 백홀 시스템을 포함하는 개념이다. 백홀(Backhaul)은 무선 접속 네트워크(Radio Access Network)와 코어 네트워크(Core Network) 간의 연결체계를 가리킨다. 소형셀(Small Cell)이 확대되면서 각 셀을 연결하는 방식으로 무선 백홀 기술이 제안된다. 여기서 소형셀은 저전력 무선 접속 기지국을 가리킨다. 소형셀의 개수가 많아지면 모든 소형셀 기지국을 유선으로 연결하는 데 한계가 있고, 무선 백홀 기술은 유선에 비해 구축비용이 저렴하기 때문이다.
도 1을 참조하면, 무선통신 시스템은 다수의 정보 스트림을 복수의 안테나를 이용하여 여러 공간 스트림으로 분리시켜 전송하는 것을 도시하고 있다. 시스템은 공간분할다중접속(SDMA) 방식을 사용하나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1에 도시한 바와 같이, 무선통신 시스템은 기지국(Base Staion, BS, 10)과 액세스포인트(Access Point, AP, 21 내지 26)를 포함한다.
기지국(10)은 액세스포인트와 통신하는 지점(Station)으로서, 대형 어레이(Array) 안테나를 포함한다. 기지국(10)은 스위치(Switch), 릴레이 노드(Relay Node) 등의 다른 명칭으로 지칭될 수 있다.
액세스포인트(21 내지 26)는 기지국과 통신하는 노드(Node)로서, 하나 이상의 안테나를 포함한다. 액세스포인트(21 내지 26)는 복수의 단말기와도 통신할 수 있다. 액세스포인트의 종류로는 고정 액세스포인트(21, 25)와 이동 액세스포인트(22, 23, 24, 26)가 있다. 이동 액세스포인트(22, 23, 24, 26)는 차량 등에 탑재되어 복수개의 안테나를 포함하며 송수신 빔포밍 기능을 수행한다.
무선통신 시스템은 MIMO 다중이득(Multiplexing Gain)을 얻기 위해 DPC(Dirty Paper Coding), ORBF(Orthogonal Random Beam Forming), 및 제로포싱 프리코딩(Zero Forcing Precoding) 기법을 사용할 수 있다. 제로포싱 프리코딩 기법은 다중사용자(Multiuser) MIMO 하향링크 채널 환경에서 시스템 용량을 향상시키는 효과가 있다. DPC는 MIMO에서 시스템 용량의 최적값을 달성할 수 있으나 복잡도가 매우 높아 시스템이 감당할 수 없고, ORBF는 복잡도가 낮지만 성능이 낮기 때문에, 제로포싱 프리코딩을 사용하는 것이 바람직하다.
도 2는 초광역 무선통신 시스템에서 시간에 따른 트래픽 요구량을 예시한 도면이고, 도 3은 초광역 무선통신 시스템에서 지역에 따른 트래픽 요구량을 예시한 도면이다. 초광역 무선통신 시스템은 하나의 무선 백홀 기지국이 예컨대 10 km2 이상의 넓은 지역을 커버하고, 하나 이상의 안테나를 탑재한 복수의 액세스포인트에 서비스하는 시스템이다.
도 2를 참조하면, 트래픽 요구량이 시간에 따라 비대칭적으로 발생하는 것을 쉽게 파악할 수 있다. 마찬가지로 도 3을 참조하면, 도심밀집지역(Dense Urban)에서 도심외각지역(Rural)으로 멀어질수록 트래픽 요구량이 비대칭적으로 발생하는 것을 쉽게 파악할 수 있다.
따라서 발명자는 시간의 흐름 또는 공간의 규모에 따라 비대칭적으로 트래픽 양이 발생하는 점을 인식하여, 무선통신 시스템에서는 제한된 무선자원을 복수의 사용자에게 효율적으로 할당하기 위한 스케줄링 장치를 제안한다. 스케줄링 방식은 크게 무한대의 백로그를 가정한 스케줄링 방식과 유한한 백로그를 가정한 스케줄링 방식으로 구분된다.
무한대의 백로그를 가정한 스케줄링 방식인 Max Min Fairness 스케줄링 방식, Proportional Fairness 스케줄링 방식, 및 Max Rate 스케줄링 방식은 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112016009601085-pat00001
수학식 1에서
Figure 112016009601085-pat00002
는 유틸리티 함수이고,
Figure 112016009601085-pat00003
는 사용자 k의 데이터 전송률(Data Rate)이고, a는 사용자 간의 공정성(Fairness)을 결정하는 파라미터이다. a가 무한대이면 Max Min Fairness 스케줄링 방식이 되고, a가 1이면 Proportional Fairness 스케줄링 방식이 되고, a가 0이면 Max Rate 스케줄링 방식이 된다. 앞서 살펴본 바와 같이, 초광역 무선통신 시스템에서는 무한대의 백로그를 가정한 스케줄링 방식은 무선자원을 낭비하는 결과를 초래한다.
유한한 백로그를 가정한 스케줄링 방식인 Max Weight 스케줄링 방식은 수학식 2와 같이 표현된다.
Figure 112016009601085-pat00004
수학식 2에서 Um는 전체 사용자 집합이고, Sm은 스케줄링 시간 슬롯 t에서 스케줄링이 된 사용자 집합이고,
Figure 112016009601085-pat00005
은 사용자 집합(Sm)에 속한 사용자 k에 할당된 전력이고,
Figure 112016009601085-pat00006
은 무선통신 시스템이 가진 전체 전력의 제약조건이고,
Figure 112016009601085-pat00007
은 사용자 집합(Sm)에 속한 사용자 k가 가지고 있는 대기 트래픽 양이고,
Figure 112016009601085-pat00008
은 스케줄링이 된 사용자 k가 전력
Figure 112016009601085-pat00009
을 할당 받았고 Sm에 대하여 제로 포싱을 하였을 때 달성할 수 있는 데이터 전송률이다. 앞서 살펴본 바와 같이, Max Weight 스케줄링 방식은 사용자 집합을 매 스케줄링 시간 슬롯마다 찾기 때문에 복잡도가 지수적으로 증가하므로 구현하기가 쉽지 않다.
이하에서는 대기 트래픽 처리량을 극대화하고 사용자 간에 대기 트래픽 양을 공평하게 하면서 낮은 복잡도로 구현할 수 있는 자원할당 스케줄링 장치를 설명한다. 여기서 자원할당 스케줄링 장치는 기지국의 일부로 구현될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원할당 스케줄링 장치를 예시한 블록도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 자원할당 스케줄링 장치(100)는 액세스포인트 정보 수신부(Access Point Information Receiving Unit, 110), 장치(100), 액세스포인트 선택부(Access Point Selecting Unit, 120), 및 전력 할당부(Power Allocation Unit, 130)를 전부 또는 일부 포함한다. 자원할당 스케줄링 장치(100)는 도 1에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.
액세스포인트 정보 수신부(110)는 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트(20)로부터 채널 정보 및 대기 트래픽 양을 수신한다. 도 4에서는 설명의 편의를 위해, 복수개의 액세스포인트(20)를 세 개로 도시하였으나 액세스포인트의 개수는 두 개 이상을 의미한다. 액세스포인트(21, 22, 23)는 단일 안테나 또는 복수의 안테나를 갖는다. 설명의 편의를 위해 단일 안테나를 갖는 복수의 액세스포인트에 대한 스케줄링을 설명하기로 한다.
채널 정보는 채널 벡터 또는 채널 행렬 등으로 구현될 수 있다. 대기 트래픽 양은 수학식 3과 같이 표현된다.
Figure 112016009601085-pat00010
수학식 3은 임의의 액세스포인트 k가 시간 슬롯 (t+1)에서 가지는 대기 트래픽을 나타낸다. 시간 슬롯 (t+1)에서의 대기 트래픽은 (i) 시간 슬롯 t에서의 대기 트래픽에서 그 때의 액세스포인트의 데이터 전송률(Data Rate)을 빼준 값과 (i) O 간에 큰 값을 취하고, 여기에 새로 들어온 트래픽
Figure 112016009601085-pat00011
을 더한 값이 된다. 그리고 각 액세스포인트들이 평균적으로 요구하는 트래픽들은 시스템의 처리범위(Capacity Region) 내에 존재한다.
액세스포인트 선택부(120)는 채널 정보 및 대기 트래픽 양을 이용하여 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중에서 하나 이상의 액세스포인트를 선택한다. 액세스포인트 선택부(120)는 (i) 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트에 동일한 파워를 할당하고, (ii) 채널 정보 및 대기 트래픽 양을 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 간에 비교하여, (iii) 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중에서 하나 이상의 액세스포인트를 선택할 수 있다.
액세스포인트 선택부(120)는 후보 액세스포인트의 집합(U) 및 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)을 생성한다.
후보 액세스포인트의 집합(U)은 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중 K(K는 0보다 크거나 같은 정수)개의 액세스포인트를 포함한다. 예컨대,
Figure 112016009601085-pat00012
와 같이 표현된다.
스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)은 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중 M(M은 0보다 크거나 같은 정수)개의 액세스포인트를 포함한다. 예컨대,
Figure 112016009601085-pat00013
또는
Figure 112016009601085-pat00014
와 같이 표현된다.
액세스포인트 선택부(120)가 처음에 선택한 하나의 액세스포인트
Figure 112016009601085-pat00015
은 수학식 4와 같이 표현된다.
Figure 112016009601085-pat00016
수학식 4에서 i는 인덱스이고,
Figure 112016009601085-pat00017
는 채널 벡터이고,
Figure 112016009601085-pat00018
는 대기 트래픽 양이다. 채널 벡터에 놈(Norm)을 취하고, 1을 더한 후, 밑이 2인 로그를 적용한다. 그리고 이에 대기 트래픽 양을 곱한 후, 후보 액세스포인트의 집합(U)에서 수학식 4의 최대값을 만족하는 액세스포인트를 선택한다.
스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)에 처음에 선택한 하나의 액세스포인트를 추가한다. 예컨대,
Figure 112016009601085-pat00019
이 된다.
후보 액세스포인트의 집합(U)에서 처음에 선택된 액세스포인트 및 이와 유사한 액세스포인트를 제거한다. 후보 액세스포인트의 집합(U)에서 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 하나 이상의 액세스포인트를 제거하는 과정은 수학식 5와 같이 표현된다.
Figure 112016009601085-pat00020
수학식 5에서
Figure 112016009601085-pat00021
은 처음에 선택된 액세스포인트이고,
Figure 112016009601085-pat00022
및
Figure 112016009601085-pat00023
는 채널 벡터이고, α는 기 설정된 임계 유사도이다. 여기서 임계 유사도는 임계 유사도는 사전에 설정되고 변경이 가능하다. 임계 유사도는 데이터 처리량에 기반하여 추정된 임의의 수치, 통계적으로 산출된 수치, 또는 기술규정에 따른 수치일 수 있다. 예컨대, 0.4 내지 0.6 사이의 값을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
액세스포인트 선택부(120)는 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)에 포함된 M개의 액세스포인트의 채널 벡터에 대하여 각각 직교하는 제1직교성분을 산출할 수 있다.
제1직교성분은 수학식 6과 같이 표현된다.
Figure 112016009601085-pat00024
수학식 6에서 j는 인덱스이고,
Figure 112016009601085-pat00025
는 제1직교성분이고,
Figure 112016009601085-pat00026
, 및
Figure 112016009601085-pat00027
는 채널 벡터이다.
설명의 편의를 위하여, 알파벳 c는 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 K개의 액세스포인트 중에서 임시 선택된 액세스포인트이고, 알파벳 d는 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)에 포함되도록 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 K개의 액세스포인트 중에서 최종 선택된 액세스포인트를 지칭하기로 한다.
액세스포인트 선택부(120)는 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 K개의 액세스포인트 중에서 하나의 액세스포인트(c)를 임시 선택한다. 액세스포인트 선택부(120)는 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)에 포함된 M개의 액세스포인트의 채널 벡터 및 임시 선택된 하나의 액세스포인트(c)의 채널 벡터에 대하여 각각 직교하는 제2직교성분을 산출한다.
제2직교성분은 수학식 7과 같이 표현된다.
Figure 112016009601085-pat00028
수학식 7에서 j는 인덱스이고,
Figure 112016009601085-pat00029
는 제2직교성분이고,
Figure 112016009601085-pat00030
,
Figure 112016009601085-pat00031
, 및
Figure 112016009601085-pat00032
는 채널 벡터이다.
액세스포인트 선택부(120)는 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 K개의 액세스포인트를 상호 비교하여, 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 K개의 액세스포인트 중에서 제1직교성분, 제2직교성분, 및 대기 트래픽을 포함하는 관계식의 최적값을 만족하는 하나의 액세스포인트(d)를 선택할 수 있다.
액세스포인트 선택부(120)가 i번째에서 선택하는 하나의 액세스포인트
Figure 112016009601085-pat00033
는 수학식 8과 같이 표현된다.
Figure 112016009601085-pat00034
는 인덱스를 나타내기 위한 기호인 i를 함께 표시하였고, 앞서 설명한 알파벳 d가 지칭하는 선택된 액세스포인트를 의미한다.
Figure 112016009601085-pat00035
수학식 8에서
Figure 112016009601085-pat00036
및
Figure 112016009601085-pat00037
는 대기 트래픽 양이고,
Figure 112016009601085-pat00038
는 제1직교성분이고,
Figure 112016009601085-pat00039
는 제2직교성분이다. 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)에 포함된 M개의 액세스포인트의 채널 벡터에 대하여 제2직교성분을 구한다. 제1직교성분 및 제2직교성분 각각에 놈(Norm)을 취하고, 1을 더하고, 밑이 2인 로그를 적용하고, 대기 트래픽 양을 곱하고 누적한다. 후보 액세스포인트의 집합(U)에서 수학식 8의 최대값을 만족하는 액세스포인트를 선택한다.
제1직교성분은, 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)에 액세스포인트 k를 추가했을 때, 액세스포인트 k로 인한 수학식 8의 증가량을 파악하기 위한 것이다. 반면 제2직교성분은, 액세스포인트 k를 추가한다는 가정하에서, 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)에 포함된 액세스포인트 m으로 인한 수학식 8의 증가량을 파악하기 위한 것이다.
자원할당 스케줄링 장치(100)는 복수개의 액세스포인트로부터 수신된 채널 정보(제1직교성분, 제2직교성분) 및 대기 트래픽 양을 이용하여 복수개의 액세스포인트 중에서 하나 이상의 액세스포인트를 선택함으로써, 대기 트래픽 처리량을 극대화하면서 동시에 사용자 간에 대기 트래픽 양을 공평할 수 있는 효과가 있다.
액세스포인트 선택부(120)는 (i) 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 K개의 액세스포인트 중에서 선택된 하나의 액세스포인트(d)를 제외한 나머지 액세스포인트의 채널 벡터와 (ii) 선택된 하나의 액세스포인트(d)의 채널 벡터 간의 상관관계를 비교한다. 액세스포인트 선택부(120)는 후보 액세스포인트의 집합(U)에서 (i) 기 설정된 임계 유사도보다 큰 상관관계(Correlation)를 갖는 액세스포인트 및 (ii) 선택된 하나의 액세스포인트(d)를 제거한다.
액세스포인트 선택부(120)가 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 액세스포인트의 개수를 줄이는 과정은 수학식 9과 같이 표현된다.
Figure 112016009601085-pat00040
수학식 9에서
Figure 112016009601085-pat00041
는 선택된 액세스포인트(d)이고,
Figure 112016009601085-pat00042
및
Figure 112016009601085-pat00043
는 채널 벡터이고, α는 기 설정된 임계 유사도이다. 수학식 5에서 처음 선택된 액세스포인트를 기준으로 비교하는 점과 달리, 수학식 9는 i번째 선택된 액세스포인트를 기준으로 비교하는 점에서 차이가 있다. 여기서 임계 유사도는 사전에 설정되고 변경이 가능하다. 임계 유사도는 데이터 처리량에 기반하여 추정된 임의의 수치, 통계적으로 산출된 수치, 또는 기술규정에 따른 수치일 수 있다. 예컨대, 0.4 내지 0.6 사이의 값을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
발명자는 제로포싱 프리코딩 기법이 사용자 간의 채널의 직교성분이 클수록 다중이득(Multiplexing Gain)이 높아지고, 반대로 사용자 간의 채널의 상관관계(Correlation)가 커질수록 다중이득이 급격하게 낮아진다는 특성을 고려하였다. 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 액세스포인트의 개수를 줄이는 과정을 인하여, 다중이득이 급격하게 낮아지는 문제를 미연에 방지하고 복잡도를 낮추는 효과가 있다. 스케줄링되는 사용자의 수를 송신 안테나의 개수만큼 무조건 선택하는 것이 아니라 채널의 유사도가 높은 사용자들을 후보에서 제외시킴으로써, 매 순간 변하는 채널 상황을 고려하여 최적의 서비스를 할 수 있는 효과가 있다.
도 4를 다시 참조하면, 액세스포인트(21, 22, 23)는 복수의 안테나를 가질 수 있다. 복수의 안테나를 갖는 액세스포인트에 대한 스케줄링을 설명하기로 한다.
액세스포인트 정보 수신부(120)는 스케줄링이 되지 않은 X(X는 2이상의 자연수)개의 액세스포인트 중에서 적어도 하나의 액세스포인트가 Y(Y는 2이상의 자연수)개의 안테나를 가질 수 있다. 이 경우 액세스포인트 정보 수신부(120)는 적어도 하나의 액세스포인트가 갖는 Y개의 안테나의 개수를 액세스포인트의 개수로 취급한다. 다시 말해, 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트의 개수가 (X+Y-1)이 된다.
스케줄링이 될 액세스포인트의 개수에 안테나의 개수를 고려하지 않으면 다중사용자 다이버시티 이득(Multiuser Diversity Gain)을 얻기 힘들다. 이유는 액세스포인트가 자신의 복수의 안테나를 모두 사용하는 경우 액세스포인트가 하나의 안테나를 사용하는 것에 비하여 스케줄링이 될 액세스포인트의 전체 개수가 상대적으로 적을 수 있다. 따라서 각각의 안테나를 하나의 액세스포인트로 취급하면, 스케줄링되는 후보가 늘어나고 더 좋은 채널을 고를 수 있는 선택의 폭이 넓어지게 되는 효과가 있다.
자원할당 스케줄링 장치(100)는 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)이 결정되면 액세스포인트에 전력을 할당한다. 전력 할당부(130)는 액세스포인트 선택부(120)가 선택한 하나 이상의 액세스포인트에 대하여 전력을 할당한다.
전력 할당부(130)가 전력을 할당하는 동작은 수학식 10과 같이 표현된다.
Figure 112016009601085-pat00044
수학식 10에서
Figure 112016009601085-pat00045
는 프리코딩(Precoding) 벡터이고,
Figure 112016009601085-pat00046
는 하나의 액세스포인트(k)에 할당되는 전력이고,
Figure 112016009601085-pat00047
은 무선통신 시스템이 가진 전체 전력이다.
제로포싱 프리코딩 기법은 서로 간에 간섭이 없으므로 수학식 10은 볼록함수(Convex Function)이고 제약조건(Constraint)도 볼록함수(Convex Function)이다. 전력 할당부(130)는 워터필링(Water Filling) 방식에 의해 낮은 복잡도로 최적의 전력 할당이 가능하다. 워터필링 방식은 워터의 고정량을 불규칙한 바닥을 갖는 용기에 주입(Pouring)하는 원리를 이용한 방식이다.
워터필링 방식으로 최적의 전력 할당하는 과정은 수학식 11 및 수학식 12와 같이 표현된다.
Figure 112016009601085-pat00048
Figure 112016009601085-pat00049
수학식 11을 만족하는
Figure 112016009601085-pat00050
을 이진탐색(Bisection Search)을 이용하여 찾는다. 그리고 수학식 12를 계산하여 액세스포인트 k에 전력을 할당하면 주어진 전력 제한조건 하에서 수학식 10을 만족하는 최적값(Optimal Value)을 달성한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원할당 스케줄링 장치의 동작을 예시한 흐름도이다.
자원할당 스케줄링 장치(100)의 동작은 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트로부터 채널 벡터 및 대기 트래픽 양을 수신하는 과정(S510), 및 채널 정보 및 대기 트래픽 양을 이용하여 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중에서 하나 이상의 액세스포인트를 선택하는 과정을 포함한다. 채널 정보는 채널 벡터 또는 채널 행렬 등으로 구현될 수 있다.
과정 S520에서 자원할당 스케줄링 장치(100)는 후보 액세스포인트의 집합(U) 및 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)을 생성한다. 후보 액세스포인트의 집합(U)은 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중 K(K는 0보다 크거나 같은 정수)개의 액세스포인트를 포함한다. 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)은 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중 M(M은 0보다 크거나 같은 정수)개의 액세스포인트를 포함한다.
과정 S530에서 자원할당 스케줄링 장치(100)는 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)에 포함된 M개의 액세스포인트의 채널 벡터에 대하여 각각 직교하는 제1직교성분을 산출한다.
과정 S540에서 자원할당 스케줄링 장치(100)는 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 K개의 액세스포인트 중에서 하나의 액세스포인트(c)를 임시 선택한다. 과정 S540에서 자원할당 스케줄링 장치(100)는 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)에 포함된 M개의 액세스포인트의 채널 벡터 및 임시 선택된 하나의 액세스포인트(c)의 채널 벡터에 대하여 각각 직교하는 제2직교성분을 산출한다.
과정 S550에서 자원할당 스케줄링 장치(100)는 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 K개의 액세스포인트를 상호 비교한다. 과정 S550에서 자원할당 스케줄링 장치(100)는 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 K개의 액세스포인트 중에서 제1직교성분, 제2직교성분, 및 대기 트래픽을 포함하는 관계식의 최적값을 만족하는 하나의 액세스포인트(d)를 선택한다.
과정 S530 내지 과정 S550에서 복수개의 액세스포인트로부터 수신된 채널 정보 및 대기 트래픽 양을 이용하여 복수개의 액세스포인트 중에서 하나 이상의 액세스포인트를 선택함으로써, 대기 트래픽 처리량을 극대화하면서 동시에 사용자 간에 대기 트래픽 양을 공평할 수 있는 효과가 있다.
과정 S560에서 자원할당 스케줄링 장치(100)는 (i) 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 K개의 액세스포인트 중에서 선택된 하나의 액세스포인트(d)를 제외한 나머지 액세스포인트의 채널 벡터와 (ii) 선택된 하나의 액세스포인트(d)의 채널 벡터 간의 상관관계를 비교한다. 과정 S560에서 자원할당 스케줄링 장치(100)는 후보 액세스포인트의 집합(U)에서 (i) 기 설정된 임계 유사도보다 큰 상관관계를 갖는 액세스포인트 및 (ii) 상기 선택된 하나의 액세스포인트(d)를 제거한다.
과정 S560에서 후보 액세스포인트의 집합(U)에서 기 설정된 임계 유사도보다 큰 상관관계를 갖는 액세스포인트 및 선택된 하나의 액세스포인트를 제거함으로써, 스케줄링 방식을 낮은 복잡도로 구현할 수 있는 효과가 있다.
과정 S570에서 자원할당 스케줄링 장치(100)는 (i) 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 액세스포인트의 개수가 0보다 크고 (ii) 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)에 포함된 액세스포인트의 개수가 상기 무선통신 시스템에서 기지국의 송신안테나의 개수보다 작으면, 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중에서 하나 이상의 액세스포인트를 선택하는 과정(S530 내지 S560)을 반복한다. 다시 말해, 후보 액세스포인트의 집합(U)가 공집합이거나 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)이 결정되면, 선택하는 과정을 종료한다.
발명자는 본 발명의 실시예들에 따른 자원할당 스케줄링 장치 및 방법이 효과가 있는지를 확인하기 위해 시뮬레이션을 한 결과, 대기 트래픽 처리량을 극대화하고 사용자 간에 대기 트래픽 양을 공평하게 하면서 낮은 복잡도로 구현할 수 있음을 확인하였다.
도 6은 본 발명의 본 실시예에 따른 자원할당 스케줄링 장치의 시뮬레이션 환경을 예시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자원할당 스케줄링 장치의 데이터 처리량을 예시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자원할당 스케줄링 장치의 대기 트래픽 양에 대한 공평성을 예시한 도면이다.
복잡도를 계산하기 위해서는 과정 S560에 관한 확률적 해석이 요구된다. 확률적 해석을 하기 위하여 각 액세스포인트의 채널 성분의 이득(Gain)은 원형 대칭 복소 가우시안 확률 변수(Circularly Symmetric Complex Gaussian Random Variable)로 가정한다. 이러한 가정은 초광역 무선 백홀 시스템이 도심지에서 구현될 때 합리적이다. 이유는 도심지에서는 수 많은 건물들로 인하여 비가시선(Non-Line Of Sight, NLOS) 리치 스캐터링(Rich Scattering) 환경으로 간주될 수 있기 때문이다.
본 실시예에 따른 자원할당 스케줄링 장치가 수행하는 스케줄링 방식(Queue Stability Zero Forcing, QSZF)의 복잡도는
Figure 112016009601085-pat00051
와 같이 표현된다. 여기서 C는 채널 벡터의 내적 연산의 복잡도이고, K는 시스템에서 전체 액세스 포인트의 개수이고, M은 시스템에서 제공할 수 있는 최대 스트림 개수이다.
도 6을 참조하면, 시뮬레이션 환경은 10 km2의 지역을 담당하는 하나의 무선 백홀망이 존재하고 커버리지 내에 존재하는 액세스 포인트의 수는 90개이다. 총 커버리지는 9개의 지역으로 나뉘게 되고 각 지역마다 최대 보낼 수 있는 스트림은 40개, 지역마다 전력 예산은 40 와트(W)로 지정하였다. 시스템은 5 GHz 대역에서 200 MHz 대역폭을 가지고 액세스 포인트와 무선 백홀망이 통신을 하는 구조이다. 경로 손실(Path Loss)과 쉐도잉 파라미터(Shadowing Parameter)는 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 도시외각의 매크로 셀(Rural Macro Cell)을 참고하였다. 각 액세스 포인트들이 원하는 트래픽 양은 실제 서울시 트래픽을 기반으로 하였고 시뮬레이션은 총 500 타임 슬롯(Time Slot)을 진행하였다.
도 6에 도시한 바와 같이, 커버리지 내의 90개의 액세스 포인트의 위치는 균등 랜덤(Uniform Random)하게 배치하였고 정 가운데에 지상에서 300 미터(m) 위에서 무선 백홀망이 존재한다. 성능 평가 지표로는 총 두 가지를 확인하였다. 첫째는 전체 네트워크 용량의 향상이고, 둘째는 각 액세스 포인트들이 가지고 있는 평균적인 대기트래픽 양에 대한 공평성이다.
설명의 편의를 위해, 비특허문헌 1에서 제시한 반직각 사용자 선택(Semiorthogonal User Selection, SUS) 방식을 SUS-MR(Semiorthogonal User Selection - Max Rate)라고 지칭하고, SUS 방식을 이용하여 공평성도 보는 방식을 SUS-PF(Semiorthogonal User Selection - Proportional Fair)로 지칭하기로 한다.
도 7을 참조하면, Y축은 전체 시간 동안 처리한 데이터의 양을 본 실시예에 따른 QSZF 방식으로 정규화하였다. SUS-MR 방식은 QSZF 방식의 성능의 42 %, SUS-PF 방식은 QSZF 방식의 성능의 66 % 달성하였다. 이러한 큰 차이점을 보이는 것은 본 실시예에서 제시한 QSZF 방식이 각 액세스 포인트가 가지고 있는 대기 트래픽 양에 대한 정보를 가지고 스케줄링 및 자원 할당을 더욱 효율적으로 했기 때문이다.
도 8을 참조하면, 공평성의 척도로서 비특허문헌 2에서 제시한 제인스 페어니스 인덱스(Jain's Fairness Index, JFI)를 사용하였다. JFI의 파라미터(Parameter)로 대기 트래픽 양을 사용하였다. JFI는 파라미터에 대한 공평성을 보는 지표로 공평할수록 1에 가까워지고 불공평할수록 0에 가까워진다. QSZF 방식은 0.94, SUS-MR 방식은 0.49, SUS-PF 방식은 0.37을 산출하였다. 도 8에 도시된 바와 같이, 대기 트래픽 양에 대한 공평성은 QSZF 방식이 월등하게 높다는 것을 쉽게 파악할 수 있다.
본 실시예들에 따른 장치는 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신장치, 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다. 여기서 장치는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 로직회로 내에서 구현될 수 있고, 범용 또는 특정 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수도 있다. 장치는 고정배선형(Hardwired) 기기, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 장치는 하나 이상의 프로세서 및 컨트롤러를 포함한 시스템온칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다.
본 실시예들에 따른 장치의 동작은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는 데 참여한 임의의 매체를 나타낸다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자기 매체, 광기록 매체, 메모리 등이 있으며, 전송되는 신호파(Signal Wave) 형태로도 구체화(Embody)될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functioinal) 프로그램, 코드, 및 코드 세그먼트들은 본 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.
본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 복수개의 안테나를 갖는 기지국 20: 복수개의 액세스포인트
21 내지 26: 액세스포인트 100: 자원할당 스케줄링 장치
110: 액세스포인트 정보 수신부 120: 액세스포인트 선택부
130: 전력 할당부

Claims (20)

  1. 무선통신 시스템에서 무선자원을 할당하는 스케줄링 장치에 있어서,
    스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트로부터 채널 정보 및 대기 트래픽 양을 수신하는 액세스포인트 정보 수신부(Access Point Information Receiving Unit); 및
    상기 채널 정보 및 상기 대기 트래픽 양을 이용하여 상기 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중에서 하나 이상의 액세스포인트를 선택하는 액세스포인트 선택부(Access Point Selecting Unit)를 포함하며,
    상기 액세스포인트 선택부는, 후보 액세스포인트의 집합(U) 및 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)을 생성하며, (i) 상기 후보 액세스포인트의 집합(U)은 상기 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중 K(K는 0보다 크거나 같은 정수)개의 액세스포인트를 포함하고, (ii) 상기 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)은 상기 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중 M(M은 0보다 크거나 같은 정수)개의 액세스포인트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원할당 스케줄링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액세스포인트 정보 수신부는,
    상기 스케줄링이 되지 않은 X(X는 2이상의 자연수)개의 액세스포인트 중에서 적어도 하나의 액세스포인트가 Y(Y는 2이상의 자연수)개의 안테나를 가지면, 상기 적어도 하나의 액세스포인트가 갖는 Y개의 안테나의 개수를 액세스포인트의 개수로 취급하여, 상기 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트의 개수가 (X+Y-1)인 것을 특징으로 하는 자원할당 스케줄링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액세스포인트 선택부는,
    (i) 상기 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트에 동일한 파워를 할당하고, (ii) 상기 채널 정보 및 상기 대기 트래픽 양을 상기 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 간에 비교하여, (iii) 상기 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중에서 하나 이상의 액세스포인트를 선택하는 것을 특징으로 하는 자원할당 스케줄링 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액세스포인트 선택부는,
    상기 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)에 포함된 M개의 액세스포인트의 채널 벡터에 대하여 각각 직교하는 제1직교성분을 산출하는 것을 특징으로 하는 자원할당 스케줄링 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 액세스포인트 선택부는,
    Figure 112016076526850-pat00052

    의 식에 의하고, 상기 식은 현재까지 선택된 스케줄링 액세스포인트 집합(S)에 속한 채널들에 대해 직교성분을 추출한 것을 의미하고, j는 인덱스이고,
    Figure 112016076526850-pat00053
    는 상기 직교성분이고,
    Figure 112016076526850-pat00054
    , 및
    Figure 112016076526850-pat00055
    는 채널 벡터인 것을 특징으로 하는 자원할당 스케줄링 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 액세스포인트 선택부는,
    상기 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 K개의 액세스포인트 중에서 하나의 액세스포인트(c)를 임시 선택하고,
    상기 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)에 포함된 M개의 액세스포인트의 채널 벡터 및 상기 임시 선택된 하나의 액세스포인트(c)의 채널 벡터에 대하여 각각 직교하는 제2직교성분을 산출하는 것을 특징으로 하는 자원할당 스케줄링 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 액세스포인트 선택부는,
    Figure 112016076526850-pat00056

    의 식에 의하고, 상기 식은 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)에 속한 임의의 액세스포인트(m)이 있을 때, 새로운 후보 액세스포인트(k)의 채널과 상기 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)에서 상기 임의의 액세스포인트(m)을 제외한 채널들에 대해 직교성분을 추출하는 것을 의미하고, m 및 j는 인덱스이고,
    Figure 112016076526850-pat00057
    는 상기 직교성분이고,
    Figure 112016076526850-pat00058
    ,
    Figure 112016076526850-pat00059
    , 및
    Figure 112016076526850-pat00060
    는 채널 벡터인 것을 특징으로 하는 자원할당 스케줄링 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 액세스포인트 선택부는,
    (i) 상기 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)에 포함된 M개의 액세스포인트의 채널 벡터에 대하여 각각 직교하는 제1직교성분을 산출하고,
    (ii) 상기 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 K개의 액세스포인트 중에서 하나의 액세스포인트(c)를 임시 선택하고, 상기 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)에 포함된 M개의 액세스포인트의 채널 벡터 및 상기 임시 선택된 하나의 액세스포인트(c)의 채널 벡터에 대하여 각각 직교하는 제2직교성분을 산출하고,
    (iii) 상기 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 K개의 액세스포인트를 상호 비교하여, 상기 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 K개의 액세스포인트 중에서 상기 제1직교성분, 상기 제2직교성분, 및 상기 대기 트래픽을 포함하는 관계식의 최적값을 만족하는 하나의 액세스포인트(d)를 선택하는 것을 특징으로 하는 자원할당 스케줄링 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 액세스포인트 선택부는,
    Figure 112016076526850-pat00061

    의 식에 의하며, 상기 식은 동일한 전력을 할당했을 때, 가장 높은 값을 달성하게 해주는 스케줄링 후보를 선택하는 것을 의미하고,
    Figure 112016076526850-pat00062
    는 액세스포인트이고,
    Figure 112016076526850-pat00063
    및
    Figure 112016076526850-pat00064
    는 대기 트래픽 양이고,
    Figure 112016076526850-pat00065
    및
    Figure 112016076526850-pat00066
    는 직교성분인 것을 특징으로 하는 자원할당 스케줄링 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 액세스포인트 선택부는,
    (i) 상기 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 K개의 액세스포인트 중에서 선택된 하나의 액세스포인트(d)를 제외한 나머지 액세스포인트의 채널 벡터와 (ii) 상기 선택된 하나의 액세스포인트(d)의 채널 벡터 간의 상관관계를 비교하고,
    상기 후보 액세스포인트의 집합(U)에서 (i) 기 설정된 임계 유사도보다 큰 상관관계를 갖는 액세스포인트 및 (ii) 상기 선택된 하나의 액세스포인트(d)를 제거하는 것을 특징으로 하는 자원할당 스케줄링 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 액세스포인트 선택부는,
    Figure 112016076526850-pat00067

    의 식에 의하고, 상기 식은 채널 간의 유사여부를 판단하여 계속 스케줄링 후보에 남길지 또는 후보에서 제거할 지 여부를 결정하는 식으로,
    Figure 112016076526850-pat00068
    는 액세스포인트이고,
    Figure 112016076526850-pat00069
    및
    Figure 112016076526850-pat00070
    는 채널 벡터이고, α는 기 설정된 임계 유사도인 것을 특징으로 하는 자원할당 스케줄링 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 액세스포인트 선택부가 선택한 하나 이상의 액세스포인트에 대하여 전력을 할당하는 전력 할당부(Power Allocation Unit)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자원할당 스케줄링 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전력 할당부는,
    Figure 112016009601085-pat00071

    의 식에 의하고,
    Figure 112016009601085-pat00072
    는 프리코딩(Precoding) 벡터이고,
    Figure 112016009601085-pat00073
    는 하나의 액세스포인트(k)에 할당되는 전력이고,
    Figure 112016009601085-pat00074
    은 상기 무선통신 시스템이 가진 전체 전력의 제약조건인 것을 특징으로 하는 자원할당 스케줄링 장치.
  15. 무선통신 시스템에서 자원할당 스케줄링 장치가 스케줄링하는 방법에 있어서,
    스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트로부터 채널 정보 및 대기 트래픽 양을 수신하는 과정; 및
    상기 채널 정보 및 상기 대기 트래픽 양을 이용하여 상기 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중에서 하나 이상의 액세스포인트를 선택하는 과정을 포함하며,
    상기 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중에서 하나 이상의 액세스포인트를 선택하는 과정은, 후보 액세스포인트의 집합(U) 및 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)을 생성하며, (i) 상기 후보 액세스포인트의 집합(U)은 상기 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중 K(K는 0보다 크거나 같은 정수)개의 액세스포인트를 포함하고, (ii) 상기 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)은 상기 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중 M(M은 0보다 크거나 같은 정수)개의 액세스포인트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원할당 스케줄링 방법.
  16. 삭제
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중에서 하나 이상의 액세스포인트를 선택하는 과정은,
    (i) 상기 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)에 포함된 M개의 액세스포인트의 채널 벡터에 대하여 각각 직교하는 제1직교성분을 산출하고,
    (ii) 상기 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 K개의 액세스포인트 중에서 하나의 액세스포인트(c)를 임시 선택하고, 상기 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)에 포함된 M개의 액세스포인트의 채널 벡터 및 상기 임시 선택된 하나의 액세스포인트(c)의 채널 벡터에 대하여 각각 직교하는 제2직교성분을 산출하고,
    (iii) 상기 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 K개의 액세스포인트를 상호 비교하여, 상기 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 K개의 액세스포인트 중에서 상기 제1직교성분, 상기 제2직교성분, 및 상기 대기 트래픽을 포함하는 관계식의 최적값을 만족하는 하나의 액세스포인트(d)를 선택하는 것을 특징으로 하는 자원할당 스케줄링 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중에서 하나 이상의 액세스포인트를 선택하는 과정은,
    (i) 상기 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 K개의 액세스포인트 중에서 선택된 하나의 액세스포인트(d)를 제외한 나머지 액세스포인트의 채널 벡터와 (ii) 상기 선택된 하나의 액세스포인트(d)의 채널 벡터 간의 상관관계(Correlation)를 비교하고,
    상기 후보 액세스포인트의 집합(U)에서 (i) 기 설정된 임계 유사도보다 큰 상관관계를 갖는 액세스포인트 및 (ii) 상기 선택된 하나의 액세스포인트(d)를 제거하는 것을 특징으로 하는 자원할당 스케줄링 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    (i) 상기 후보 액세스포인트의 집합(U)에 포함된 액세스포인트의 개수가 0보다 크고 (ii) 상기 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)에 포함된 액세스포인트의 개수가 상기 무선통신 시스템에서 기지국의 송신안테나의 개수보다 작으면,
    상기 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중에서 하나 이상의 액세스포인트를 선택하는 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 자원할당 스케줄링 방법.
  20. 무선통신 시스템의 기지국에 있어서,
    무선신호를 송수신하는 하나 이상의 안테나; 및
    상기 하나 이상의 안테나를 이용하여 무선자원을 할당하는 스케줄링 장치를 포함하며,
    상기 스케줄링 장치는, 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트로부터 채널 정보 및 대기 트래픽 양을 수신하는 액세스포인트 정보 수신부(Access Point Information Receiving Unit); 및
    상기 채널 정보 및 상기 대기 트래픽 양을 이용하여 상기 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중에서 하나 이상의 액세스포인트를 선택하는 액세스포인트 선택부(Access Point Selecting Unit)를 포함하며,
    상기 액세스포인트 선택부는, 후보 액세스포인트의 집합(U) 및 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)을 생성하며, (i) 상기 후보 액세스포인트의 집합(U)은 상기 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중 K(K는 0보다 크거나 같은 정수)개의 액세스포인트를 포함하고, (ii) 상기 스케줄링된 액세스포인트의 집합(S)은 상기 스케줄링이 되지 않은 복수개의 액세스포인트 중 M(M은 0보다 크거나 같은 정수)개의 액세스포인트를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
KR1020160010883A 2016-01-28 2016-01-28 무선통신 시스템에서 자원할당 스케줄링 장치 및 방법 KR101717921B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160010883A KR101717921B1 (ko) 2016-01-28 2016-01-28 무선통신 시스템에서 자원할당 스케줄링 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160010883A KR101717921B1 (ko) 2016-01-28 2016-01-28 무선통신 시스템에서 자원할당 스케줄링 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101717921B1 true KR101717921B1 (ko) 2017-03-21

Family

ID=58502289

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160010883A KR101717921B1 (ko) 2016-01-28 2016-01-28 무선통신 시스템에서 자원할당 스케줄링 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101717921B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102474083B1 (ko) 2021-06-22 2022-12-05 국방과학연구소 Sdma 기반 공중 통신의 다중 빔 스케줄링 방법, 이를 실행하기 위한 프로그램이 저장된 기록매체와 이를 실행하기 위해 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100044064A (ko) * 2008-10-21 2010-04-29 엘지전자 주식회사 중계기를 포함하는 무선통신 시스템에서 스케줄링 방법
KR20120128035A (ko) * 2011-05-16 2012-11-26 중앙대학교 산학협력단 기지국, 중계기 및 중계기의 전송전력 할당방법
JP2012249336A (ja) * 2006-04-20 2012-12-13 Alcatel-Lucent Usa Inc 無線ローカル・エリア・ネットワークにおいてアクセス・ポイントにかかる負荷を平衡化するための方法及びデバイス
JP2013093708A (ja) * 2011-10-25 2013-05-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 無線通信システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012249336A (ja) * 2006-04-20 2012-12-13 Alcatel-Lucent Usa Inc 無線ローカル・エリア・ネットワークにおいてアクセス・ポイントにかかる負荷を平衡化するための方法及びデバイス
KR20100044064A (ko) * 2008-10-21 2010-04-29 엘지전자 주식회사 중계기를 포함하는 무선통신 시스템에서 스케줄링 방법
KR20120128035A (ko) * 2011-05-16 2012-11-26 중앙대학교 산학협력단 기지국, 중계기 및 중계기의 전송전력 할당방법
JP2013093708A (ja) * 2011-10-25 2013-05-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 無線通信システム

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
R. Jain, The art of computer systems performance analysis, John Wiley and Sons, 1991.
Taesang Yoo and Andrea Goldsmith,"On the Optimality of Multiantenna Broadcast Scheduling using Zero-Forcing Beamforming." IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 24, No. 3, Mar, 2006.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102474083B1 (ko) 2021-06-22 2022-12-05 국방과학연구소 Sdma 기반 공중 통신의 다중 빔 스케줄링 방법, 이를 실행하기 위한 프로그램이 저장된 기록매체와 이를 실행하기 위해 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhong et al. Traffic matching in 5G ultra-dense networks
KR102208117B1 (ko) 무선 자원 관리 방법 및 이를 위한 장치
CN104854935B (zh) 分配设备到设备通信资源的方法和装置
US8964867B2 (en) LTE scheduling
CN108112076A (zh) 配置上行信号的方法及装置
KR101909968B1 (ko) 자원 스케줄링 방법 및 장치
CN110800359B (zh) 蜂窝网络中的中继站操作
CN113411105B (zh) 一种无小区大规模天线系统的ap选择方法
JP2011146882A (ja) 無線通信装置、リモート局装置、基地局装置
KR102298698B1 (ko) 에지 컴퓨팅 네트워크에서의 서비스 캐싱 방법 및 장치
JP5307904B2 (ja) リソーススケジューリング方法、スケジューラ、および基地局
Li et al. Joint mode selection and resource allocation for D2D communications under queueing constraints
US10123326B2 (en) Method and apparatus for resource allocation and for scheduling cellular and coordinated multipoint transmissions in heterogeneous wireless networks
EP3193463B1 (en) User pairing processing method, device and base station
KR101964349B1 (ko) 통신 시스템에서 자원 할당 장치 및 방법
CN109788485A (zh) 用于帮助解决通信系统中的边界问题的集群优化的方法
CN108777857B (zh) 一种URLLC和mMTC共存场景下的接入控制方法及系统
KR101717921B1 (ko) 무선통신 시스템에서 자원할당 스케줄링 장치 및 방법
Ferreira et al. Power and delay optimization based uplink resource allocation for wireless networks with device-to-device communications
Kishimoto et al. Reinforcement learning for joint channel/subframe selection of LTE in the unlicensed spectrum
Tsai et al. Downlink radio resource allocation with Carrier Aggregation in MIMO LTE-advanced systems
Zhao et al. Semi-distributed clustering method for CoMP with limited backhaul data transfer
Barri et al. A Mechanism for Improving the Spectral Efficiency in mu-MIMO for 5G and Beyond Networks
WO2010051828A1 (en) Relayed transmission in communication system
Ali et al. Resource sharing for D2D communication in multi small cell networks

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200302

Year of fee payment: 4