KR101783070B1 - 무선 유휴 대역 네트워크에서의 데이터 전송 기법 - Google Patents

무선 유휴 대역 네트워크에서의 데이터 전송 기법 Download PDF

Info

Publication number
KR101783070B1
KR101783070B1 KR1020127032165A KR20127032165A KR101783070B1 KR 101783070 B1 KR101783070 B1 KR 101783070B1 KR 1020127032165 A KR1020127032165 A KR 1020127032165A KR 20127032165 A KR20127032165 A KR 20127032165A KR 101783070 B1 KR101783070 B1 KR 101783070B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
channel
idle band
mobile client
client device
idle
Prior art date
Application number
KR1020127032165A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130120986A (ko
Inventor
란비어 찬드라
토마스 모스키브로다
시아오후이 왕
Original Assignee
마이크로소프트 테크놀로지 라이센싱, 엘엘씨
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 마이크로소프트 테크놀로지 라이센싱, 엘엘씨 filed Critical 마이크로소프트 테크놀로지 라이센싱, 엘엘씨
Publication of KR20130120986A publication Critical patent/KR20130120986A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101783070B1 publication Critical patent/KR101783070B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/14—Spectrum sharing arrangements between different networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J11/00—Orthogonal multiplex systems, e.g. using WALSH codes
    • H04J11/0023—Interference mitigation or co-ordination
    • H04J11/005—Interference mitigation or co-ordination of intercell interference
    • H04J11/0056—Inter-base station aspects
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/0006—Assessment of spectral gaps suitable for allocating digitally modulated signals, e.g. for carrier allocation in cognitive radio
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/51—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on terminal or device properties
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B2201/00—Indexing scheme relating to details of transmission systems not covered by a single group of H04B3/00 - H04B13/00
    • H04B2201/69—Orthogonal indexing scheme relating to spread spectrum techniques in general
    • H04B2201/692—Cognitive radio
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/0001—Arrangements for dividing the transmission path
    • H04L5/0003—Two-dimensional division
    • H04L5/0005—Time-frequency
    • H04L5/0007—Time-frequency the frequencies being orthogonal, e.g. OFDM(A), DMT
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • 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
    • H04W72/0453—Resources in frequency domain, e.g. a carrier in FDMA

Abstract

유휴 대역을 이용하여 무선 네트워크를 통해 데이터를 전송하는 컴퓨터 구현 방법이 제공된다. 모바일 클라이언트 장치들과 통신하기 위한 제1유휴 대역 전송 채널이 결정된다. 무선 통신은 제1유휴 대역 전송 채널을 통해 모바일 클라이언트 장치들과 함께 일어난다. 제1유휴 대역 전송 채널 상의 일차 사용자의 존재로 인해 제1유휴 대역 전송 채널이 모바일 클라이언트 장치들 중 하나에 대해 사용 불가능하게 되면, 영향을 받는 모바일 클라이언트 장치와의 통신을 위해 다른 유휴 대역 전송 채널이 결정된다. 이후, 영향을 받지 않는 장치들이 제1유휴 대역 전송 채널 상에서 통신을 계속하는 동안 영향을 받는 무선 장치와의 통신이 그 다른 유휴 대역 전송 채널 상에서 일어난다.

Description

무선 유휴 대역 네트워크에서의 데이터 전송 기법{TRANSMITTING DATA IN A WIRELESS WHITE SPACE NETWORK}
2008년에, 미 연방통신위원회(Federal Communications Commission(FCC))에 의한 결정이 사용 무선 네트워킹 제품들이 유휴 대역들(white spaces)을 통해 동작하기 위한 길을 열어 주었다. 유휴 대역들은 VHF 및 UHF 주파수 스펙트럼 내 빈 채널들이다. 성숙한 무선 네트워킹 프로토콜들(예컨대, WiFi 네트워킹)에 대해 이용 가능한 주파수 스펙트럼과는 달리, 유휴 대역 네트워크들에 대해 이용가능한 스펙트럼은 상대적으로 넓은 영역을 커버하는데 매우 적합하다. 예를 들어, 유휴 대역 네트워크는 기업이나 대학 캠퍼스 환경 안에서 채용되어 많은 수의 사용자들이 수백 평방 피트부터 1 평방 마일 이상까지의 영역 상의 여러 빌딩들에 걸친 일반적 네트워크에 액세스하게 할 수 있다.
유휴 대역 무선 장치들의 생성을 허가했던 FCC의 결정은 또한 도시에 있는 캠퍼스 환경 내 유휴 대역 네트워크들의 구현을 보다 어렵게 만들 수 있는 몇 가지 규칙들을 설정하였다. 예를 들어, FCC 결정의 필요조건은 새로운 유휴 대역 무선 장치들이 기본 사용자들이나 현존 장치들과 간섭하는 것을 피하는 것이다. 기본 사용자들과 현존 장치들에는 TV 송신기들 및 무선 마이크로폰들이 포함된다. 게다가, 새로운 유휴 대역 장치들은 기본 사용자들(예컨대, UHF TV 대역들에서는 텔레비전 방송국들 및 미인가 무선 마이크로폰들)이 유휴 대역 장치 다음에 방송을 시작하더라도 1차 사용자들에 의해 사용되고 있는 채널들 상에서 전송하는 것이 허용되지 않는다.
많은 기존의 무선 통신 프로토콜들(WiFi 프로토콜과 같은 것)에서, 기지국 및 모든 연결된 클라이언트 장치들은 프로토콜이 올바르게 작용하도록 하기 위해 동일한 채널 상에 있어야 한다. 유휴 대역 네트워크 장치들이 동일한 전략을 따랐으면(즉, 동일한 기지국에 연결된 모든 클라이언트 장치들이 틀림없이 동일한 채널에 있다면), 여러 무선 클라이언트들과 통신하고 있는 무선 기지국은 무선 마이크로폰과 같은 1차 사용자가 무선 기지국에 의해 사용되고 있는 채널 상에서 식별될 때 모든 연결된 클라이언트 장치들로부터 연결해제되어야 하거나 채널들을 이용가능한 채널로 변경해야 할 것이다. 이러한 규칙은 유휴 대역 네트워크들의 처리율에 대해 매우 치명적인 영향을 미치게 될 것이다. 게다가, 관련된 클라이언트들 중 하나만이 그 채널을 이용가능하게 된 것으로 파악하더라도, 그 클라이언트가 연결해제되거나, 그와 달리 기지국 및 모든 다른 관련 클라이언트들이 모든 클라이언트들뿐 아니라 기지국에서 이용 가능한 새 채널로 스위칭 해야 할 수 있다. 이것은 모든 관련 클라이언트 장치들뿐 아니라 기지국 상에서 이용 가능한 채널은 존재하지 않을 수 있기 때문에 문제가 된다. 그러한 공통적으로 이용 가능한 채널이 존재하더라도, 하나의 클라이언트에서 채널이 사용 불가능하게 될 때마다 모든 클라이언트들과 기지국이 스위칭을 행한다는 것은 큰 부담을 야기시킬 수 있다. 도시 환경에서 그러한 시나리오(즉, 하나 혹은 몇몇 클라이언트들만이 어떤 채널을 이용불가하다고 간주하는 시나리오)는 무선 마이크로폰들의 존재로 인해 빈번하게 일어날 가능성이 있다.
이하에서는 여기에 기술되는 일부 양태들에 대한 기초적 이해를 제공하기 위해 본 발명의 간략한 요약을 제시한다. 이 요약은 청구된 발명의 주제에 대한 포괄적인 개요가 아니다. 그것은 청구된 대상의 주요하거나 결정적 구성요소들을 식별하거나 발명의 대상의 범위를 정확히 서술하도록 의도된 것이 아니다. 그 유일한 목적은 나중에 제시되는 보다 상세한 설명에 대한 서두로서 청구된 발명의 주제에 대한 몇몇 개념들을 단순화된 형식으로 제시하는 데 있다.
본 발명은 유휴 대역 네트워크들을 통한 무선 통신과 관련이 있다. 한 예시적인 방법에서, 모바일 클라이언트 장치들과 통신하기 위한 제1유휴 대역 전송 채널이 결정된다. 모바일 클라이언트 장치들과의 무선 통신이 제1유휴 대역 전송 채널을 통해 일어난다. 제1유휴 대역 전송 채널 상의 일차 사용자의 존재로 인해 제1유휴 대역 전송 채널이 모바일 클라이언트 장치들 중 하나에 대해 사용 불가능하게 되면, 영향을 받는 모바일 클라이언트 장치와의 통신을 위해 다른 유휴 대역 전송 채널이 결정된다. 예컨대 1차 사용자가 영향을 받는 클라이언트 장치에 근접하여 제1유휴 대역 전송 채널 이용을 시작하거나 그 클라이언트 장치가 활동중인 1차 사용자의 범위 안으로 이동한 경우, 제1유휴 대역 전송 채널이 그 영향을 받는 모바일 클라이언트 장치에 대해 이용불가능하게 될 수 있다. 기본 사용자는 무선 마이크로폰이나 TV 방송국일 수 있다. 이후, 영향을 받지 않는 클라이언트 장치들이 제1유휴 대역 전송 채널 상에서 통신을 계속하는 동안 영향을 받는 모바일 클라이언트 장치와의 통신이 그 다른 유휴 대역 전송 채널 상에서 일어난다.
본 발명에 따른 무선 기지국은 다양한 모바일 클라이언트 장치들이 사용할 수 있는 스펙트럼에 따라 다양한 채널들을 통해 무선 클라이언트들과 통신한다. 예를 들어, 제1유휴 대역 통신 채널이 한 개 이상의 모바일 클라이언트 장치들에 대해 사용 가능한 경우, 그 클라이언트 장치들은 제1유휴 대역 통신 채널을 통해 무선 기지국과 통신할 수 있다. 무선 기지국은 제1유휴 대역 통신 채널이 다른 모바일 클라이언트 장치들에 대해 이용불가능한 경우 제2유휴 대역 통신 채널을 통해 다른 모바일 클라이언트 장치들과 통신할 수 있다. 예를 들어, 다른 모바일 클라이언트 장치들은 제1유휴 대역 통신 채널을 통해 통신 중인 1차 사용자의 현존에 따라 제1유휴 대역 통신 채널 사용이 금지될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예들은 유휴 대역 네트워크들에서 로컬 스펙트럼 비대칭 상황을 다룬다.
본 발명에 따른 모바일 클라이언트 장치는 유휴 대역을 통해 데이터를 송수신한다. 모바일 클라이언트 장치는 제1유휴 대역 통신 채널이 1차 사용자에 의해 사용되고 있지 않을 때 제1유휴 대역 통신 채널을 통해 무선 기지국과 통신한다. 무선 기지국과의 통신은 제1유휴 대역 통신 채널이 1차 사용자에 의해 사용되고 있을 때 제2유휴 대역 통신 채널을 통해 일어난다.
이하의 내용 및 첨부된 도면들은 청구된 발명의 대상에 대한 소정의 예시적 양태들을 상세히 개시한다. 이러한 양태들은 단지, 본 발명에 대한 원리들이 활용될 수 있는 다양한 방식들 중 일부를 나타낸 것으로, 청구된 발명 대상은 이러한 모든 양태들 및 그들의 균등물들을 포함하는 것으로 의도되어 있다. 도면과 연계하여 고려되는 본 발명에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 청구된 발명의 대상에 대한 기타의 이점 및 신규한 특징이 자명하게 드러날 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 동작할 수 있는 무선 유휴 대역 네트워크의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 채널 선택 알고리즘의 동작을 설명하는데 유용한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따라 유휴 대역 네트워킹을 수행하도록 구성되는 네트워킹 스택의 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따라 유휴 대역들을 이용하여 무선 네트워크를 통해 데이터를 전송하는 컴퓨터 구현 방법의 처리 흐름도이다.
지금부터 도면을 참조하여 청구된 발명 대상이 설명되며, 이때 유사한 참조 부호는 전체적으로 유사한 구성요소들을 지시하기 위해 사용된다. 이하의 설명에서, 설명의 목적상 본 발명에 대한 철저한 이해를 제공하기 위해 수많은 특정 세부사항들이 언급된다. 그러나 청구된 발명 대상은 이러한 세부사항들 없이도 실시될 수 있다. 다른 예에서 잘 알려진 구조와 장치들이 본 발명에 대한 설명을 돕기 위해 블록도의 형태로 도시된다.
여기에 사용되는 "구성요소(component)", "무선 기지국(wireless base station)", "무선 클라이언트(wireless client)", "유휴 대역 네트워크(white space network)" 등의 용어들은 컴퓨터 관련 개체, 하드웨어, 소프트웨어(가령, 실행 시), 및/또는 펌웨어를 지칭하도록 의도된다. 예를 들어, 구성요소는 프로세서 상에서 실행되는 프로세스, 프로세서, 오브젝트, 실행파일, 프로그램, 함수, 라이브러리, 서브루틴, 및/또는 컴퓨터나 소프트웨어 및 하드웨어의 조합일 수 있다. 예로서 서버 상에서 실행되는 애플리케잉션 및 서버 둘 모두가 구성요소가 될 수 있다. 한 개 이상의 구성요소가 프로세스 안에 상주할 수 있고, 하나의 구성요소가 한 개의 컴퓨터 상에 국지화되고/되거나 둘 이상의 시스템들 사이에 분산될 수 있다.
또한, 청구된 발명 대상은 컴퓨터가 개시된 발명의 주제를 구현하도록 제어하는 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합을 생성하는 표준 프로그래밍 및/또는 엔지니어링 기법들을 이용하는 방법, 장치, 또는 제품으로서 구현될 수 있다. 여기 사용된 것과 같은 "제조물(article of manufacture)"이라는 용어는 일시적이지 않은 어떤 컴퓨터 판독가능 장치나 매체로부터 액세스할 수 있는 컴퓨터 프로그램을 포괄하도록 되어 있다. 일시적이지 않은 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 자기적 저장 장치들(가령, 다른 무엇보다 하드 디스크, 플로피 디스크, 및 자기 스트립), 광 디스크(가령, 다른 무엇보다 컴팩트 디스크(CD), 및 DVD, 스마트 카드, 플래시 메모리 장치들(가령, 다른 무엇보다 카드, 스틱, 및 키 드라이브)를 포함할 수 있으나 그에 국한되지 않는다. 당연히 이 기술분야에서 숙련된 이들은 청구된 발명의 주제의 범위나 개념으로부터 벗어나지 않고 이 구성에 대한 많은 변형이 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "예시적인(exemplary)"이라는 말은 여기에서 예, 경우, 또는 예시로서 기능한다는 것을 의미하기 위해 사용된다. 여기에 "예시적인(exemplary)" 것이라고 기술된 어떤 양태나 디자인이 반드시 다른 양태들이나 디자인들에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 간주되는 것은 아니다.
본 발명은 유휴 대역 네트워크를 통한 무선 통신과 관련하여 일어나는 문제들을 다룬다. 특히, 무선 클라이언트는 자신이 이용할 수 없는 유휴 대역 통신 채널을 통해 다른 무선 클라이언트들과 이미 관계되어 있는 무선 기지국과의 통신에 참가하고 싶어할 수 있다. 이러한 상황을 다루기 위해, 본 발명의 한 예시적 실시예는 개별 클라이언트의 가용 유휴 대역 스펙트럼을 고려하여, 기지국이 스펙트럼 상의 여러 부분들 상에서 동시에 여러 클라이언트들을 서비스할 수 있게 하는 프로토콜들을 제공할 수 있다. 본 발명의 한 예시적 실시예는 최적에 가까운 처리율을 달성하면서 스위칭 부담 역시 최소화하도록 구성될 수 있다. 스위칭 부담은 기지국이 한 채널(이 채널을 통한 클라이언트들에 대한 서비스)로부터 다른 채널로 스위칭할 때마다 일어난다.
본 발명의 한 예시적 실시예는 또한 유휴 대역 네트워크들에서의 스위칭 부담을 줄일 수 있다. 기지국이 다운링크 슬롯을 통해 클라이언트들에게 전송하는 순서 및/또는 클라이언트들이 업링크 슬롯을 통해 기지국으로 전송하는 순서를 결정하기 위한 알고리즘이 여기 구체적으로 기술된다. 전송 순서를 결정하는 것과 더불어, 각각의 클라이언트가 송신 및/또는 수신하는 스펙트럼의 일부(즉, 채널) 또한 네트워크 처리율을 최적화한다는 목적으로 결정된다. 게다가, 본 발명은 도시의 유휴 대역 네트워크들에서 개선된 전반적 네트워크 처리율 및 용량을 제공할 수 있다. 본 발명은 동일한 유휴 대역 네트워크 내에서 여러 개의 중복되는(그리하여 간섭 가능성이 있는) 액세스 포인트들 사이의 협력 방법을 제공할 수 있다.
2008년도의 FCC 결정에 이어서, TV 유휴 대역들을 통한 네트워킹과 관련된 막대한 동요가 일어났다. 미인가 장치들이 비점유 TV 대역들에서 동작할 수 있게 하는 이 규칙은 루럴 광대역 접속(rural broadband connectivity)으로부터 가정 내에서의 보다 빠르고 안정적인 접속까지 여러 새로운 네트워킹 기회들을 열어주었다. 반도체 판매자들을 포함하는 여러 기술 회사들, 하드웨어 제조자들 및 소프트웨어 회사들은 이러한 스펙트럼 부분을 효율적으로 이용하기 위한 기술들을 개발함으로써 이 기회를 이용하고자 노력하고 있다.
TV 유휴 대역들의 이용은 다른 주파수 스펙트럼 대비 장점을 제공할 수 있다. 첫째, 그것은 훨씬 더 많은 스펙트럼이 무선 네트워킹에 사용될 수 있게 한다. 지역에 따라, 최대 300 MHz까지가 사용될 수도 있다. 둘째, 이 유휴 대역들은 매우 양호한 전파 특성을 가지는 저주파수대에 존재한다. 이것은 미인가 장치들에게 넓은 대역폭과 무리없이 높은 전송 전력으로 그러한 저주파수대들에서 동작하게 하는 기회를 제공한 최초의 일이다. 저주파수대 및 보다 많은 스펙트럼의 이러한 조합은 새로운 서비스를 창출하고, 기술적인 이유나 경제적 이유로 인해 이전에는 가능하지 않았던 네트워킹 상황들을 가능하게 하는 기회를 제공한다.
본 발명의 예시적 실시예들은 대규모 대학이나 공장 캠퍼스의 모든 옥외 영역들에서 네트워크 접속을 제공하는 시나리오에 관한 것이다. WiFi는 그 제한된 범위 및 매우 손실이 많은 경향 탓에 이러한 시나리오에 그다지 효과적이지 못하다는 것을 보여 주었다. 모든 이층 캠퍼스 빌딩의 옥상에 서너개의 WiFi 액세스 포인트들을 배치하더라도 여전히 네트워크 내에 적용범위의 여러 틈새들이 생겨난다. 대안적인 제안은 캠퍼스 셔틀들 안에 인터넷 접속을 지원하는 셀룰라 기술들을 이용하자는 것이다. 그러한 접근방식은 값이 비싸면서 낮은 대역폭을 제공한다. 또한, 셀룰라 기술의 이용은 클라이언트 장치들이 회사 네트워트에 더 이상 직접적으로 접속되지 않는다는 것을 의미하며, 이는 추가적 부담을 야기함으로써, 성능을 떨어뜨린다. 이에 비해, 유휴 대역들은 캠퍼스의 모든 부분들에 있는 학생들이나 직원들에게 더 많은 대역폭을 제공하면서 대학이나 고용주의 IT 부서에 의해 직접적인 네트워크 자원 통제를 유지할 수 있게 하는 보다 값싼 대안을 제공한다.
그러나, 캠퍼스 전역에 유휴 대역 네트워크를 구축하는 것은 몇 가지 난제를 야기한다. 첫째, 유휴 대역 네트워크들에 의해 인가된 전송 전력 레벨로 지원되는 적용범위(coverage)가 알려져 있지 않다. 여기서 보인 바와 같이, 기존의 전파 모델들을 이용하는 것은 그러한 낮은 전송 전력값들에서 상당한 과대평가로 이어질 수 있다. 둘째, FCC가 무선 마이크로폰들에 대해 -114dBm의 감지 임계치를 명령했다는 것을 생각할 때, 유휴 대역 네트워크들을 구축하는데 사용 가능한 채널들의 개수가 상대적으로 적다. 하나의 무선 마이크로폰이 전체 캠퍼스가 특성 유휴 대역 통신 채널을 사용하는 것을 막을 수 있다는 것이 이론적으로 가능해 보인다. 마지막으로, 일부 채널들만이 캠퍼스에서 공통적으로 사용가능한 경우, 기존의 유휴 대역 프로토콜들을 이용한 시스템 처리율은 매우 낮을 가능성이 있다.
여기에 설명하는 바와 같이, 기업 캠퍼스 환경에서 본 발명의 예시적 실시예들이 알맞게 사용되었고 그 결과들이 측정되었다. 이러한 배치는 UHF 및 VHF 주파수 스펙트럼에서 작용할 수 있는 전파들을 포함하였으며, FCC에 의해 승인된 전송 전력 레벨을 이용하였다. 획득된 결과들은 두 개의 기지국들이 일 평방 마일 캠퍼스 내 모든 구역들을 커버하기 충분하다는 것을 나타냈다. 또한, 무선 마이크로폰들의 영향은 국소적임이 보여졌다.
현존 무선 마이크로폰들의 존재 탓에, 유휴 대역 네트워크들 안의 기지국들과 클라이언트들은 전송에 이용 가능한 상이한 주파수 부분들을 가질 수 있다. 유휴 대역 네트워크 내 기지국에 비하여 무선 클라이언트들이 전송에 사용 가능한 주파수 스펙트럼의 상이한 부분들을 가지는 현상을 여기서는 로컬 스펙트럼 비대칭(LSA)이라 부른다. 게다가, 무선 마이크로폰들의 존재로 인해 캠퍼스 환경 내 LSA 현상의 발생은 상대적으로 일반적이라는 것이 알려졌다. 여기에 설명되는 바와 같이, 기지국 및 클라이언트들에서 공통적으로 사용 가능한 채널의 사용을 제안하는 네트워킹 프로토콜들은 그러한 환경에서 매우 열악하게 수행된다. 본 발명의 예시적 실시예들은 시스템 용량을 향상시키는 방식으로 여러 채널들에 걸쳐 클라이언트들을 클러스터링하는 알고리즘(여기서 "클라이언트 할당 알고리즘(client allocation alorithm)"함)에 관한 것이다. 컴퓨터 과학 용어에서, 본 발명에 따른 클라이언트 할당 알고리즘은 "탐욕(greedy)" 알고리즘이라 칭해질 수 있는데, 이는 그것이 반복적인 방식으로 클라이언트들을 체계적으로 할당하여 클라이언트가 어떤 주어진 반복 시기에 어떤 채널에 할당되어야 하는지에 관한 결정을 내리기 때문이다. 탐욕 알고리즘은 최종 출력에서 반드시 최적이 되는 것은 아닌데, 이는 할당이 주어진 반복시기의 현재 조건을 기준으로 일어나기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 탐욕 알고리즘이 통상적으로 대략 최적의 해법들에 가깝다. 여기에서 상세한 시뮬레이션 및 실제 구현예의 평가와 관련하여 예시적인 클라이언트 할당 알고리즘의 성능이 설명된다. 예시적 구현예는 기업 캠퍼스 환경 내 어떤 빌딩의 옥상에 탑재되는 기지국을 포함한다. IEEE 802.16d WiMax 프로토콜을 이용하여 이용가능한 유휴 대역들에서 동작하도록 구성되는 무선 클라이언트를 포함하도록 셔틀 버스가 갖추어져 있었다. 또한 유휴 대역 네트워크의 예시적 실시예들이 도 1을 참조하여 설명된다.
도 1은 본 발명에 따라 동작할 수 있는 무선 유휴 대역 네트워크의 블록도이다; 유휴 대역 네트워크(100)는 기지국(102) 및 복수의 모바일 클라이언트 장치들(104a, 104b, 104n)을 포함한다. 기지국(102)은 유휴 대역 주파수 스펙트럼을 통해 모바일 클라이언트 장치들(104a, 104b, 104n)과 무선으로 통신하도록 구성될 수 있다.
유휴 대역 네트워크들의 동작의 비효율성에 대한 가능성이 유휴 대역 장치들이 1차 사용자들(무선 마이크로폰들 및 TV 송신들 모두)을 방해하는 것이 허락되지 않는다는 FCC 규정이다. FCC 규정들은 또한, 지리적 위치 데이터베이스를 감지하거나 조사함으로써 1차 사용자들이 식별될 수 있도록 강제한다. 그러한 방법들에 의해 1차 사용자들이 검출되면, 1차 사용자 장치들에 의해 사용되고 있는 유휴 대역 주파수 스펙트럼의 부분은 유휴 대역 네트워킹 장치에 의해 사용되어서는 안 된다. 결과적으로, 서로 통신하고자하는 두 개의 유휴 대역 장치들은 동일한 가용 스펙트럼을 가질 수 없다. 두 노드들 중 하나는 소정 채널을 이용할 수 있고, 반면 다른 하나는 그럴 수 없다.
이러한 공간 스펙트럼 변동 현상은 빌딩들 안의 무선 마이크로폰들의 존재로 인해, 특히 캠퍼스 네트워크들이나 도시 환경들에서 매우 빈번히 발생한다. 빌딩들은 마이크로폰들의 송신을 보호하는 경향이 있으므로, 마이크로폰의 트랜시버의 방출 범위를 단지 빌딩에 근접한 곳까지 크게 낮출 수 있다. 따라서 활성 마이크로폰을 포함한 빌딩에 가까이 있는 클라이언트는 마이크로폰이 1차 사용자로 간주되기 때문에 마이크로폰 채널의 동일 채널을 사용하는 것이 허용되지 않을 가능성이 매우 높다. 이것은 특정 클라이언트가 연결되는 기지국이 그 주어진 채널이 자유로운 상태라고 간주하고(예컨대 마이크로폰으로부터 더 먼 위치때문에), 이 기지국과 연관된 모든 다른 클라이언트들(빌딩에 가까이 위치될 수 있는 클라이언트들) 또한 그 채널을 자유로운 상태로 간주할 때 문제가 된다. 무선 모바일 클라이언트에 근접한 1차 사용자의 존재로 인해 기지국이 한 개 이상의 무선 모바일 클라이언트 장치들과 통신할 수 없는 것이 LSA 상황의 한 예이다. 측정 결과들은 LSA 상황이 캠퍼스나 도시 환경에서 빈번히 일어남을 보여 왔다. 따라서 LSA는 도시의 유휴 대역 네트워크 배치에 대한 과제를 내포한다.
본 발명이 다루고자 하는 LSA 상황의 특정 예가 도 1에 도시된다. 모바일 클라이언트 장치(104b)가 도 1에 도시된 바와 같이 빌딩(106) 안에 위치한다고 가정한다. 빌딩(106) 안에 위치하는 것은 또한 이 예의 목적 상 1차 사용자에 해당하는 무선 마이크로폰(108)이다. LSA 상황을 예시하기 위해, 무선 마이크로폰(108)은 기지국(102)과 동일한 채널 상에서 동작하고 있다고 가정한다. 무선 마이크로폰(108)에 의해 사용되고 있는 채널이 기지국(102)과 동일하기 때문에 모바일 클라이언트 장치(104b)는 그 채널을 통해 기지국(102)과 통신하는 것이 허용되지 않는다. 기지국(102)이 무선 마이크로폰(108)의 범위에서 벗어날 수 있으므로, 기지기국(102)은 무선 마이크로폰(108)에 의해 사용된 동일 채널을 통해 모바일 클라이언트 장치(104a) 및 모바일 클라이언트 장치(104b)와 통신할 수 있다. 또한, 무선 마이크로폰(108)의 전송 범위는 빌딩(106)의 내부 및 바로 주변 영역으로 실질적으로 한정될 수 있다.
도 1에 예시된 LSA 상황에 대한 두 가지 잠정적 해법들은 모든 모바일 클라이언트 장치들이 기지국으로부터 연결 해제되게 강제하거나 기지국(102) 및 모바일 클라이언트 장치들(104a 및 104n)이 모바일 클라이언트 장치(104b) 역시 이용가능한 채널로 스위칭하도록 강제하는 것이다. 이러한 해법들은 그러나, 단지 몇 가지 예들로서 네트워크 스위칭, 스펙트럼 이용 및/또는 네트워크 용량/처리율과 관련된 부담을 고려할 때 매우 바람직하지 못할 수 있다. 또한 제어 채널 기반 접근방식(CMAC 같은 방식을 이용하여 유휴 대역 네트워크(100)를 운영하는 것이 바람직하지 않을 수 있다.
여기에 설명한 바와 같이, 본 발명의 예시적 실시예는 기지국(102)이 제1유휴 대역 통신 채널을 통해 모바일 클라이언트 장치들(104a, 104n)과 통신하고 제2유휴 대역 통신 채널을 통해 모바일 클라이언트 장치(104b)와 통신할 수 있다는 것을 제안한다. 이런 방식으로, 기지국(102)은 모바일 클라이언트 장치들(104a, 104n)로부터 연결 해제하고 모바일 클라이언트 장치(104b) 역시 이용가능한 다른 유휴 대역 통신 채널을 통해 그들과의 통신을 재설정하는 비효율성을 덜게 된다.
캠퍼스 전역 네트워크 적용성. 본 발명의 예시적 실시예들은 대규모 캠퍼스들(기업 캠퍼스들, 대학들, 병원들 등)에서 무선 네트워크 적용성을 제공하는 것에 관한 것이다. 그러한 네트워크의 설계와 관련된 그러한 캠퍼스들의 몇 가지 공통적 특징이 있다. 첫째, 기존의 밀집된 WiFi 배치들은 빌딩들 안에서 통상적으로 이미 양호한 적용성을 제공한다. 반면 빌딩들 밖에서는 적용성이 열악하거나 아예 존재하지도 않는다. 둘째, 이러한 캠퍼스들은 이동성을 특징으로 한다. 대부분의 네트워크 액세스가 빌딩들 안이나 빌딩들 가까이에서 일어나겠지만, 사람들은 종종 예컨대 차를 이용하거나 걸어서 빌딩들 사이를 이동한다. 예를 들어, 여기에 기술된 유휴 대역 네트워크 배치 내에서 실험을 수행하는 데 사용되는 기존의 캠퍼스 환경에서는 캠퍼스 내 한 빌딩에서 다른 빌딩까지 직원들을 나르는 많은 수의 셔틀 버스들이 존재한다.
WiFi 네트워크를 이용하여, 캠퍼스 안에서 온전하고 간섭받지 않는 네트워크 적용성을 제공하는 것은 간단치 않은 일이다. 예를 들어, 기업 캠퍼스 환경에서, 통화자들이 빌딩을 떠나거나, 빌딩들 사이를 이동하거나, 캠퍼스에서 셔틀을 탈 때 내부 VoIP 콜들이 방해없이 유지될 수 있다는 것은 통상적으로 가능하지 않다. 본 발명의 예시적 실시예는 기존의 옥내 WiFi 배치를 가지는 캠퍼스 환경에서 옥외 적용성의 틈새들을 정량화하는 것에 관한 것이다. 여기에 설명되는 바와 같이, 유휴 대역들에 대한 네트워크가 현재 양호한 네트워크 적용성을 결여하는 영역들에서 네트워크 접속성을 제공하는데 사용될 수 있다.
유휴 대역들에 대한 적용범위. 발달한 네트워킹 프로토콜들에 비해 그들의 상대적으로 낮은 주파수대로 인해, UHF 및 VHF 스펙트럼 대역들이 WiFi의 ISM 대역들보다 개선된 신호 전파 특성들을 제공할 것이라는 것이 예상된다. 예를 들어, 동일한 전송 전력에 있어서, 프리스(Friis) 공식은 2.4GHz WiFi에 대해 600MHz 범위의 네 배를 예상한다. 관심 문제는 장애물, 빌딩들 등을 가진 캠퍼스 유사 환경 내에서 사용될 때 이렇게 이론적으로 예측되는 범위가 실제로 네트워크 적용범위의 상응하는 증가로 전환되는지 여부이다.
기지국(102)으로부터 상이한 거리에 있는 모바일 셔틀(예컨대, 모바일 클라이언트 장치(104n))에서 미가공(raw) 수신 전력을 나타내는 실험적 데이터가 획득되었다. 그러한 하나의 실험에서, 스펙트럼의 1.75MHz를 통해 전송할 때 수신 전파의 잡음 바닥은 -105dB이었다. 이러한 상황에서, UHF 및 VHF 스펙트럼 둘 모두 탁월한 전파 특성을 제공하는 것으로 검증되었다.
예시적 시스템에서, 기지국(102)으로부터 거리에 따라 수신 신호 세기의 변경을 보이는 계측치들이 얻어졌다. 그에 따른 결과 데이터에 따르면, 거리가 증가할 때 신호는 평균적으로 더 약해진다. 그러나, 같은 거리의 수신 전력에서 상당한 변경이 관찰되었다. 이러한 변경은 경로 상의 장애물들의 개수에 기인할 수 있다. 예를 들어, 모바일 셔틀은 고속도로의 상대편에 있는 빌딩에서, 고속도로와 같은 쪽에 있는 기지국으로부터 비슷한 거리에 있는 다른 빌딩에 가까운 어느 위치와 비교할 때 10dB 더 강한 신호를 수신하는 것으로 관찰되었다. 둘째, VHF 신호들은 장애물들에 의해 훨씬 덜 영향을 받는 것으로 관찰되었다. VHF 신호들은 UHF 신호들보다 훨씬 완만한 하락을 하는 것으로 추가 관찰되었다. 실제로, 신호전파는 프리스 공식을 예상한 것보다 큰 것으로 관찰되었다. 그 공식에 따르면, 518MHz의 신호들은 177MHz(VHF)보다 대략 10dB 더 많은 감쇠를 경험한다. 보다 짧은 거리들에서 비슷한 감쇠가 관찰되었지만, 감쇠는 거리가 늘어나면서 훨씬 더 커진다. 마지막으로, UHF 주파수대는 -105dBm의 예시적 계측 시스템의 잡음 바닥을 치기 전에 700 미터 더 전파될 수 있다는 것을 알아야 한다. 따라서, 유휴 대역 주파수대의 전파 특성은 넓은 캠퍼스들 내에서의 네트워크 적용성을 지원하는 데 유리한 것으로 보인다.
무선 마이크로폰들의 영향. 통상적 캠퍼스 환경은 여러 무선 마이크로폰들을 가질 가능성이 있다. 빌딩들 안에서 때로는 둘 이상의 강의들이 이뤄지며, 캠퍼스들은 보통 여러 다른 이벤트들을 또한 주최한다. FCC 규정은 유휴 대역 장치들이 무선 마이크로폰들에 의해 사용 중인 TV 채널들 상에서 동작하는 것을 허용하지 않으므로, 많은 수의 유휴 대역 통신 채널들은 그들에 의해 사용 불가 상태에 놓여질 것이다. 유휴 대역 네트워킹 동작에 대한 무선 마이크로폰들의 영향이 여기에서 검토될 것이다. 또한, 기존 캠퍼스 상에서의 마이크로폰들의 대중성 역시 그들이 사용하는 채널들과 함께 고려된다. 동작 중인 마이크로폰에 의해 차단되는 영역이 고려되며, 차단되는 구간의 크기에 영향을 미치는 요인들에 대한 고려가 주어진다.
캠퍼스 환경 내 마이크로폰들. 도시 캠퍼스 환경에서, 무선 마이크로폰들은 이용 가능한 TV 주파수 스펙트럼의 거의 모든 채널에서 작동한다. 기존 캠퍼스 내 두 개의 다른 빌딩들--백화점 및 회의 센터--에서의 마이크로폰 사용과 관련하여 실험이 이루어졌다. 보통의 부문 빌딩은 그 빌딩 내 여덟 개의 다른 위치들에 무선 마이크로폰들을 가지는 것으로 관측되었다. 부문 빌딩 내 총 32 개의 마이크로폰들에 대해, 위치 마다, 셋, 넷, 또는 여덟개의 (대형 회의실) 무선 마이크로폰들이 각기 존재하였다. 각각의 마이크로폰은 상이한 마이크로폰 채널에서 동작하도록 튜닝될 수 있고, 집합적으로 32 개의 마이크로폰들이 12 개의 서로 다른 TV 채널들에서 동작하는 것으로 관측되었다. 회의 빌딩들은 16 개의 TV 채널들에 걸쳐 분산되었던 모든 서로 다른 마이크로폰 채널들 상에서 정상 사용할 80 개의 무선 마이크로폰들을 가지는 것으로 관측되었다. 통상적으로, 모든 마이크로폰들이 다 동시에 사용되는 것은 아니다. 심지어 같은 위치에 대해, 마이크로폰 운영자들은 보통, 남은 배터리 수명에 따라 어떤 이벤트에 어느 마이크로폰들을 사용할지를 결정한다.
마이크로폰들에 의해 차단되는 구간. 단일 무선 마이크로폰은 넓은 영역 내에서 유휴 대역 네트워크 액세스와 관련하여 어떤 온전한 TV 채널을 차단할 가능성이 있다고 일반적으로 믿어지고 있다. 예를 들어, 간단한 자유 공간 경로 손실 모델은 14dBm로 송신하는 마이크로폰이 그 마이크로폰 주변으로 대략 2.5 킬로미터 범위의 영역 내 채널을 -114dBm의 FCC 권고 센싱 임계치에서 차단할 수 있다고 예상한다(4처럼 높은 경로 손실 지수에 대해서도). 에글리(Egli) 모델과 같은 보다 보수적 전파 모델조차 1.3 킬로미터 범위 내에서 채널이 차단되는 것으로 예상한다. 그러므로, 이론적 모델들은 기존 캠퍼스의 센터에 가까이 위치된 한 개의 무선 마이크로폰 조차 전체 TV 채널을 실질적으로 차단하여 캠퍼스 전체에 걸친 유휴 대역 네트워크 액세스에 대해 그것이 사용 불가한 상태가 되게 한다는 것을 예상한다.
실제로 무선 마이크로폰이 캠퍼스 상의 전체 TV 채널에 대한 유휴 대역 네트워크 액세스를 차단하면, 이는 시스템 용량에 있어 큰 문제를 야기할 것인 바, 이는 많은 무선 마이크로폰들을 가진 영역들 안에서는 매우 소수의 가용 TV 채널들만이 남게 될 것이기 때문이다. 다행히, 이 경우는 그런 경우가 아니다. 그 이유는 무선 마이크로폰들이 통상적으로 옥내, 예컨대 회의실에서 사용된다는 것이다. 실험적 계측치들은 회의실들 내 마이크로폰들로부터의 신호 방출이 외부로부터 상당히 차폐되어, 빌딩 밖으로 새어 나가는 남은 신호 세기가 낮아진다는 것을 보여주었다.
빌딩들 밖의 무선 마이크로폰 신호들의 누설과 관련한 실험적 데이터가 획득되었다. 그렇게 할 때, 518 MHz의 4W 송신기가 두 개의 빌딩 내부에 위치되었으며, 셔틀 루트 주변의 수신 신호 세기가 계측되었다. 이 실험 데이터는 빌딩 내 무선 마이크로폰에 의해 유휴 대역 액세스가 차단되는 구간이 상대적으로 적다는 것을 보인다. 또한 차단 구간은 기지국의 전체 적용범위와 비교하여 영역의 일부만을 포함할 수 있다(즉, 모바일 클라이언트가 클라이언트는 100mW로 송신하고 기지국은 4W로 송신하도록 제한하는 FCC 전력 제한 규정하에서 동작할 때 기지국을 성공적으로 핑(ping)할 수 있는 위치들). 한 추정에 따르면, 무선 마이크로폰은 주로 그 주위의 300 미터 미만을 차단하는 것으로 판단되었다.
옥내 마이크로폰으로부터의 옥외 누설. 실험 관찰은 빌딩 내 무선 마이크로폰으로부터의 신호가 빌딩에 가까운 곳 안에서만 유휴 대역 사용을 위해 채널이 차단되게 하기 충분할 정도로 감쇠됨을 나타낸다. 실험적으로 관찰된 강한 감쇠는 우연한 것이 아니며, 일반적으로 많은 캠퍼스들 및 도시 지역들의 특징이라고 생각된다. 하나의 기여 요인은 현대의 빌딩들이 에너지 절감을 위해 소위 Low-E(low emissive, 낮은 방출) 창문들과 문들을 사용하여 열이 창문을 통해 나가는 것을 방지한다는 것이다. 창문들은 통상적으로 열과 UV를 가져오는 장파장 빛들을 반사하는 금속 코팅을 통해 Low-E를 달성한다.
유휴 대역 네트워킹과 관련하여, Low-E 코팅된 창들은 무선 마이크로폰에 의해 방출되는 신호들의 감쇠에 상당히 기여한다. 그러나 이 분야의 숙련자들이라면 차폐 및 감쇠와 관련하여 여러 빌딩들이 완전히 상이하게 작용할 수 있고 이러한 것이 실제 계측을 수행하지 않고는 주어진 시나리오 상에서 무선 마이크로폰의 영향을 예상 가능하게 모델링하기 어렵게 한다는 것을 알 수 있을 것이다. 실제로는, 여러 빌딩들과 창문들마다 감쇠가 크게 다를 수 있다.
캠퍼스 상의 빌딩 문들에 의해 야기되는 감쇠의 영향을 정량화하기 위한 추가 실험이 수행되었다. 그 값들은 문과 벽들의 구조에 따라, 또한 Low-E 창들이 사용되는지 여부에 따라 극적으로 달라진다.
이러한 효과를 정량화하기 위해, 다양한 종류의 (이중 및 단일 문) 앞문들과 옆문들을 포함하는 기존 캠퍼스와 아파트 집들의 30 개의 빌딩 문들의 감쇠가 계측되었다. 구체적으로 UHF TV 대역들에서 동작하는 무선 마이크로폰이 빌딩 안에 위치하였다. 빌딩 밖에 놓여진 스펙트럼 분석기를 이용하여, 문이 열려진 상태와 닫혀진 상태 모두에 대해 마이크로폰의 채널 전력이 계측되었다. 그 결과는 일부 문들은 4 또는 5dBm 정도로 적은 감쇠를 보인 반면, 다른 문들은 25dBm 만큼이나 많이 보인 것이다. 게다가, 이러한 두 극단적 예들 사이에 있는 거의 모든 값이 관찰되었다.
이 결과들은 옥내 마이크로폰 신호에 의해 대면되는 특정 감쇠가 정밀한 위치 및 빌딩 구조에 따라 극적으로 가변될 수 있지만 빌딩에 의해 야기되는 감쇠는 통상적으로 높다는 것을 내포한다. 그러므로, 수많은 회의실을 가진 분주한 캠퍼스 상에서 조차 무선 마이크로폰들로 인해 누락되는 유휴 대역들의 양은 상대적으로 적다고 결론내릴 수 있을 것이다. 한편, 마이크로폰들은 캠퍼스 안이나 도시 환경 내 유휴 대역 네트워크의 설계에 영향을 줄 수 있는 LSA 문제들의 원인이 된다.
로컬 스펙트럼 비대칭. 여기에 설명한 바와 같이, 유휴 대역 네트워크들은 장치들이 1차 사용자들의 존재로 인해 스펙트럼의 소정 부분들을 이용하는 것이 허용되지 않는 한계를 가진다. 결과적으로, 통신하고자하는 두 개의 유휴 대역 장치들은 동일한 가용 스펙트럼을 가질 수 없다. 이러한 유휴 대역 고유 현상이 공간 스펙트럼 변동이라 불려졌으며, 여기에서는 LSA라 불린다. 실험 데이터는 LSA가 일반적으로 캠퍼스 및 도시 환경들에 있는 동일한 네트워크 안에서 발생한다는 것을 나타낸다. 또한 LSA는 서로 연결된 두 개의 유휴 대역 장치들(가령, 기지국(102) 및 모바일 클라이언트 장치(104b))이 동일한 스펙트럼 가용성 맵을 보지 않는다는 효과를 가진다.
LSA는 기지국 및 그것의 모든 클라이언트들에서 공통적으로 이용가능한 단일 채널 상에서 동작하는 WiFi, White-Fi, IEEE 802.22, 또는 CogNeA와 같은 기존 프로토콜들 하에서 동작하는 유휴 대역 시스템들의 성능을 저하시킬 가능성이 있다. 그러한 프로토콜들에서, 심지어 하나의 클라이언트가 LSA 상황을 대면하자 마자, 기지국 및 다른 모든 관련 클라이언트들이 다른 채널 조차 이용 가능하다고 가정하여 그 다른 채널로 이동한다. 모바일 클라이언트(예를 들어, 셔틀 버스 상의 모바일 클라이언트)는 많은 채널 스위치를 야기하는 많은 마이크로폰들을 빈번히 지나칠 수 있다.
LSA의 영향. 기지국 및 모든 모바일 클라이언트 장치들이 단일 채널을 통해 통신하는 유휴 대역 네트워킹 프로토콜들은 "AOOC 프로토콜들"이라 단축하여 칭하는 "한 채널 상의 전체(all-on-one-channel)" 프로토콜들이라 불린다. 간단한 수학적 모델을 이용할 때, 여기에서는 그러한 어떤 AOOC 프로토콜이 상당한 내재적 성능 손실을 일으킨다는 것을 보이는 데 이는 그것이 가용 유휴 대역들의 상당 크기를 소비하기 때문이다. 이하의 논의는 간단한 이론적 모델을 사용한 다양한 시스템 메트릭들에 대한 LSA의 영향에 관한 것이다.
LSA 모델에 대한 이하의 논의에서, 각각 m개의 클라이언트들을 가지는 n 개의 기지국들이 있다고 가정한다. 또한, C 개의 사용가능 채널들이 존재한다고 가정한다(무선 마이크로폰들의 검출에 앞서). 각각의 채널 상에서, 확률 q의 마이크로폰이 존재하고, 마이크로폰이 클라이언트가 확률 p를 가진 이 채널을 이용하는 것을 막는다고 가정한다. (집합적으로, q 및 p는 그에 따라 모바일 클라이언트들이 LSA 상황을 마주하는 것이 얼마나 가능한가를 파악하게 한다).
또한 여기에 기술되는 것은 다양한 마이크로폰들 사이에서 지리적 종속성들을 고려한 LSA*라 칭하는 보다 복잡한 모델이다. LSA* 모델은 또한 특정 수의 마이크로폰들을 고려하며, 이들 중 몇 개는 동일한 채널 상에 있을 수 있다.
유휴 대역 가용성에 대한 영향. LSA는 시스템 용량을 저하시키며, AOOC 프로토콜들에 대해서는 시스템 용량을 훨씬 더 심각하게 저하시킨다. AOOC나 최적 프로토콜(여기서는 "OPT"로 축약)을 사용할 때, 클라이언트가 사용할 수 있는 유휴 대역 채널들 S의 기대 개수가 각각 EA[S] 및 EO[S]라고 하자. 이 값들은 다음과 같이 계산될 수 있다:
EA[S] = C[(1 - q) + q(1- p)m]
E0[S] = C[(1 - q) + q(1 - p)].
그러므로, 유휴 대역 채널들의 개수가 최적 프로토콜의 p에서 선형적으로 감소할 때, AOOC 프로토콜들은 훨씬 더 빠르게 저하한다. 예를 들어,
Figure 112012101903944-pct00001
의 경우, AOOC 프로토콜들은 총 이용 가능 유휴 대역 스펙트럼의 (1-p)m 비율만을 이용하며; 나머지는 낭비한다. 이것은 기지국 당 클라이언트들의 개수의 기하급수임을 알아야 한다.
부하 및 연결해제에 대한 영향. "잃은" 유휴 대역들의 결과로서, AOOC 프로토콜들의 기지국들은 모든 클라이언트들에서 공통으로 사용 가능한 소수 채널들로 몰리는 경향이 있다. 이것은 그러한 채널들에 대해 증가되는 부하 및 그에 따라 증가되는 간섭에서 분명히 드러난다. 구체적으로, 채널의 부하는 이 채널을 공유하는 것으로 예상되는 클라이언트들의 개수라고 정의하고, EA[L]과 E0[L]은 과중한 부하의 채널(마이크로폰이 없는 채널) 상의 예상 부하를 나타낸다고 하자. LSA 모델에서, 이러한 표현들은 다음과 같이 도출될 수 있다:
Figure 112012101903944-pct00002
AOOC 프로토콜 하에서 동작하는 LSA* 모델(30 개의 예상 마이크로폰들)에 대해 획득된 실험 데이터는 30 개만큼의 클라이언트들(전체 시스템에서 60%의 클라이언트들)이 하나의 단일 채널에 몰려 있음을 보인다. 반대로, 최적 프로토콜은 분할된 스펙트럼의 사용을 개선시키고 평균적으로, 가장 많은 부하가 걸린 채널이 기껏해야 10 개의 클라이언트들을 가지는 부하 균형을 이룬다. 30 개의 마이크로폰들을 넘어서면 AOOC의 부하는 줄어드는데, 이는 이 지점에서 연결 해제의 개수가 빠르게 늘어나기 시작히기 때문이다. 즉, 점점 더 많은 클라이언트들이 전혀 연결할 수 없으며, 이는 당연히 부하를 감소시킨다. AOOC 프로토콜들은 높은 부하 및 필요한 연결 해제들에 기인하는 훨씬 더 많은 간섭을 가진다고 결론내릴 수 있다.
채널 폭에 대한 영향. 유휴 대역 스펙트럼은 (1차 사용자들의 존재 탓에) 단편화되고 서로 다른 크기의 스펙트럼 부분들을 포함한다. 따라서 채널 폭을 적응적으로 조정하는 것이 그러한 네트워크들 내 성능을 극대화하기 위한 유용한 툴이 된다. LRA 모델에서, 클라이언트가 X 개의 인접한 TV 채널들로 이루어진 특정 채널을 찾을 가능성(채널들이 마이크로폰들에 대한 것이 아닌 경우 이용가능하다고 가정)은 (1-pq)X이다. 그러나, AOOC 프로토콜에서, 이러한 넓은 채널이 실제로 사용될 수 있는 확률은 (1-pq)mX이다. 따라서, AOOC 프로토콜들은 유효하게 이용 가능한 클라이언트들의 채널 폭을 크게 감소시킨다.
이동성을 가진 LSA . 본 발명의 예시적 실시예는 캠퍼스 내 셔틀들에 대한 연결을 끊김없이 제공하도록 시도한다. 그러한 이동성의 경우, LSA 문제의 결론은 상대적으로 분열적인 것이 된다. 예를 들어, 어떤 셔틀이 빌딩들에 충분히 가깝게 접근하여 지나갈 때, 이 셔틀 안에서의 수신은 빌딩들 내에서의 무선 마이크로폰들의 존재로 인해 연결해제나 채널 스위치를 강제함으로써 두절될 수 있다.
인접 채널들을 이용한 LSA . FCC의 결정은 인접 채널들이 자유인지 아닌지 여부에 따라 기지국들에 대한 상이한 최대 전력 레벨들을 명령한다. 실제로, 이것은 가용 채널들의 집합을 두 가지 카테고리로 나눈다: 보다 낮은 최대 전력을 가진 일반 채널들; 및 기지국들이 보다 높은 전송 전력을 사용할 수 있는 소수의 디럭스 채널들. 한 기존 캠퍼스 상에, 그러한 하나의 디럭스 채널이 존재한다. 일반 및 디럭스 채널의 존재는 AOOC 프로토콜들에 대한 LSA 문제를 더욱 악화시킨다. 이러한 프로토콜들은 모든 클라이언트들이 전송할 수 있는 소수 채널들을 가질 뿐 아니라, 훨씬 더 적은 디럭스 채널들을 찾을 것이다.
요약. AOOC 프로토콜을 이용하는 유휴 대역 네트워크들의 분석은 그러한 네트워크들이 많은 옥내 마이크로폰들을 가진 도시 환경들에 본질적으로 비효율적임을 보인다. 한 가지 예상결과는 모든 노드들이 동일한 채널 상에서 동작하는 프로토콜들(캐리어 맥락에 대한 충돌 메커니즘들)이 캠퍼스 상의 유휴 대역 네트워크들에 효율적이지 못하다는 것이다.
다중 채널 해법. AOOC 프로토콜들은 잘 알려져 있는 WiFi 원리를 따르므로 상대적으로 간단하다. 동일 채널 상에 모든 클라이언트를 가지는 것이 충돌 해소 메커니즘들을 포함하는 효율적 MAC 계층 프로토콜들(적응적 TDMA 타입 프로토콜들, TRS-CTS 핸드셰이크, 등)의 사용을 가능하게 한다. 한편, LSA에 아랑곳 없이 그러한 프로토콜들을 이용하는 것과 관련되는 상당한 내재적 비용이 존재한다는 것이 보여져 왔다. 무선 마이크로폰들이 많을수록, LSA는 보다 빈번히 발생할 것이고 그러한 프로토콜들은 보다 비효율적인 것으로 된다.
본 발명의 예시적 실시예들은 기지국이 자신들의 클라이언트들을 서비스하기 위해 여러 채널들을 이용하고 채널들 사이를 적절히 스위칭하는 유휴 대역 네트워킹 프로토콜에 관한 것이다. 한 예시적 실시예에서, 기지국(102)이 단일 채널을 통해 통신하도록 그룹화된 클라이언트들의 업로드 트래픽을 위해 클라이언트들에 타임 슬롯들을 할당하는 TDMA(time division multiple access) 기반 접근방식이 사용된다. 다운로드 트래픽 역시 TDMA를 사용하거나, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access)에 기반할 수 있다. 서로 다른 클라이언트들이 서로 다른 유휴 대역 TV 채널들을 통해 (자신들의 타임슬롯 중에) 전송을 행할 수 있다. 기지국은 각각의 타임 슬롯에서 어떤 클라이언트 어느 채널로 전송하는지를 알고, 그에 따라 자신의 무선 주파수를 다음 타임 슬롯들 사이에서 스위칭할 수 있다.
클라이언트 주도 알고리즘. 클라이언트 장치들을 채널들에 할당하는 하나의 잠정적 알고리즘이 여기서는 클라이언트 주도 알고리즘(client-driven algorithm)으로 지칭된다. 클라이언트 주도 알고리즘에서는 각각의 클라이언트가 그 자신의 통신 채널을 선택한다. 클라이언트들은 아마도 클라이언트 위치 및 기지국 양쪽 모두에서 이용 가능한 가장 선호하는 전송 특성들(예컨대 최소 잡음을 가진 채널)에 따라 이용 가능 채널을 선택할 것이다. 클라이언트 주도 알고리즘을 이용하는 모든 클라이언트가 전송할 채널을 자유롭게 선택할 수 있기 때문에, 기지국은 그에 따라 단순히 스위칭을 행한다.
완전한 클라이언트 주도 알고리즘의 잠정적 문제는 많은 실제적 경우들에서 그러한 시나리오가 가능하지도 바람직하지도 않을 것이라는 것이다. 그 이유가 기지국에서의 하드웨어적 스위칭 오버헤드이다. 수 MHz까지의 동일한 너비의 채널 안에서 주파수들을 스위칭하는 다른 FDMA(frequency division multiple access) 프로토콜들(OFDMA 포함)에서는 이러한 오버헤드가 보통 별로 크지 않다는 것을 알아야 한다. 여기서, 512MHz에서 698MHz 사이의 어디엔가 있을 수 있는 여러 TV 채널들(그 각각은 6MHz 너비를 가짐)에 걸쳐 스위칭을 하는 것이 유용할 수 있으며, 그것은 스위칭 오버헤드를 피하는 것을 어렵게 할 것이다.
스위칭 오버헤드의 결과는 네트워크 처리율과 관련하여 모든 클라이언트가 자체의 상이한 채널 상에 있게 하는 것이 실용적이지 않다는 것이다. 바람직한 것은, 많은 모바일 클라이언트들이 동일한 채널 상에 함께 묶여져서 스위칭에 대한 오버헤드가 이러한 모든 모바일 클라이언트들에 걸쳐 청산되도록 하는 것이다. 한편, 모바일 클라이언트들을 하나의 채널들 상에 강제하는 것은 LSA 문제로 인해 문제를 지니며 비효율적이다. 그러므로, 한편으로 많은 채널들을 이용하고 클라이언트가 그들 사이에서 선택을 행하게 하는 것과, 소수의 채널들을 이용하고 그에 따라 클라이언트들을 그 소수 채널들 상에 함께 몰아 넣는 것 사이에 타협점이 존재한다. 많은 채널들을 사용하여 그들 사이에 스위칭을 행하는 것의 한 가지 장점은 채널 다양성이라는 이점을 활용하기 위해 보다 많은 기회들이 이용가능하다는 것이다. 또 다른 장점은 LSA 상황에서 문제가 더 적다는 것이다(예컨대 접속해제가 보다 덜 일어날 것이다). 또한, 클라이언트 주도 방식의 단점은 많은 클라이언트들이 서로 다른 채널들 상에 있을 때 적응적 TDMA 방식을 구현하는 것이 어려울 수 있다는 것이다. 즉, 채널 마다 적응적 TDMA 방식을 사용하는 효율성이 낮아진다. 또 하나의 단점은 채널 스위칭 오버헤드가 높아지고, 이것이 전반적 처리율에 부정적 영향을 미친다는 것이다. 본 발명의 예시적 실시예들은 이러한 상반된 목적들 사이에 바람직한 균형을 취하는 알고리즘을 제공하고자 시도한다.
클라이언트 할당 알고리즘. 이하의 논의는 본 발명에 따라 모바일 클라이언트 장치들을 유휴 대역 네트워크의 채널들에 할당하기 위한 알고리즘에 관한 것이다. 본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 모든 클라이언트들이 동일한 채널 상에 있는 것은 바람직하지 않다. 또한, 기지국이 가능한 드물게 채널들 사이를 스위칭하는 것이 바람직하다. 예시적 알고리즘은 모바일 클라이언트 장치가 각각의 채널들을 선택할 수 있게 하는 것과 모든 장치들이 동일 채널 상에서 통신하게 하는 것 사이에 어떤 최적의 절충 지점을 찾고자 시도한다. 또한, 예시적 클라이언트 할당 알고리즘은 그것이 사용하는 채널 수에 있어 융통성이 있으며, 십중팔구 효율적 성능을 달성한다. 특히,본 발명에 따른 알고리즘은 기지국(102)의 모바일 클라이언트들 중 다수가 여러 무선 마이크로폰들에 근접하여 위치하더라도 LSA 상황에 맞춰 적응할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 채널 선택 알고리즘의 동작을 설명하는데 유용한 그래프(200)이다. 그래프(200)는 기지국에 의한 채널들의 여덟 개 모바일 클라이언트들 {C1, ..., C8 }로의 할당을 보인다. 채널들은 y 축 상에서 보여지고 타임 슬롯들은 x 축 상에 보여진다. 1차 사용자(즉, TV 방송국과 같은 1차 사용자)의 존재에 의해 채널 4가 모든 장치들에 대해 차단된다. 두 마이크로폰들 M1 및 M2가 클라이언트들 {C4, C5, C6}이 채널 1을 사용하는 것을 막고 클라이언트들 {C7, C8}이 채널 3을 사용하는 것을 막도록 위치한다. 도 2에 도시된 채널들의 할당이 최적이며, 채널 5가 클라이언트들 {C7, C8}에 대해 최고 채널 품질을 가진다고 추정된다.
본 발명의 예시적 실시예들은 모든 모바일 클라이언트가 자신의 타임 슬롯 중에 전송을 행하는 TDMA 기반 방식을 이용한다. 모든 모바일 클라이언트가 동일 채널 상에서 동작하는 것은 아니며(즉, 기지국이 채널들 사이를 스위칭한다), 동일 채널 상에서 전송을 행하는 모든 클라이언트들이 통신 프레임 내 규정된 타임 슬롯들을 통해 연속적으로 서비스된다. 이것은 기지국이 채널을 스위칭해야 하는 횟수를 줄이므로, 스위칭 오버헤드를 줄이게 된다. 따라서 주요 알고리즘적 문제는 통신 프레임 안에서 어떤 클라이언트가 어떤 채널로 전송을 행하는지를 결정하는 일이다. 이 문제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 클라이언트 알고리즘이 모든 클라이언트들이 잘 서비스 받게 하는 소수의 비용 효율적 채널들을 선택하기 위해 사용된다. 여기 도시된 것과 같이 처리율을 극대화함에 있어 적응적 채널 폭을 포함하는 것이 유용하므로, 클라이언트 할당 알고리즘은 여러 TV 채널들에 걸치는 채널들을 사용하도록 허용될 수 있다. 한 예시적 채널 선택 및 할당 알고리즘이 표 1에 도시된다:
Figure 112012101903944-pct00003
표 1에 도시된 클라이언트 할당 알고리즘의 각 라운드에서, 알고리즘은 클라이언트 마다 최대 스펙트럼 효율성을 가진 채널을 선택한다. 채널 D를 사용할 때 예상 처리율을 파악하게 하는 채널 D 상의 클라이언트 vi의 스펙트럼 효율 Si(D)이 계측된다. 이 계측은 D의 채널 품질뿐 아니라 채널 스위칭 오버헤드, 그리고 채널 D에 역시 할당되는 다른 클라이언트들의 개수에 좌우된다. 직관적으로, 더 많은 클라이언트들이 공통 채널 D를 사용할수록, 클라이언트 당 더 많은 채널 스위칭 비용이 상각된다.
예시의 목적으로 기지국과 연관된 클라이언트들의 집합을 V={v1, ... vn}이라 한다. 기지국에서의 TV 채널들의 집합을 C라 표시하고, 그러한 채널들의 인접한 부분집합들의 집합을 D라 한다. 예를 들어 TV 채널들 21, 22, 23 및 26이 이용 가능하면, 집합 D는 채널들 [21], [22], [23], [26], [21-22], [22-23], [21-23]이 될 것이다. 예시적 실시예는 적응적 채널 폭 및 통계적 채널 폭을 지원한다. 고정 폭의 통계적 채널들을 지원하는 예시적 실시예에서, 집합 D는 집합 C와 동일할 것이다. 알고리즘의 나머지는 바뀌지 않을 것이다. 어떤 채널
Figure 112012101903944-pct00004
에 있어서, V(D)는 기지국으로의 전송을 위해 이 채널을 사용할 수 있는 클라이언트들ㅇl 집합이다(즉, LSA 상황에서, 클라이언트는 더 이상 V(D) 내에 있지 않다). 마지막으로 qi(D)를 채널 품질이라 하며, 이것은 클라이언트 vi가 기지국에 연결하기 위해 채널 D를 사용할 경우 Hz 당 예상 처리율을 파악하게 하는 계측치이다. 실제로, 여러 TV 채널들에 걸친 채널들 D에 대한 값 qi(D)는 이러한 개별 TV 채널들 qi(C)에 대한 채널 품질 추정치들에 기반하는 여러 방식으로 산출될 수 있다. 간단하지만 무리없이 정밀한 방식은 품질 qi(D)를 어떤 서브 채널의 최소 채널 품질, 즉
Figure 112012101903944-pct00005
으로 결정하는 것이다.
알고리즘의 각 반복 시기 중에, 어떤 채널을 선택하고 클라이언트들을 그것에 할당하는 것이 요망된다. 구체적으로, 최대 클라이언트 당 스펙트럼 효율을 가지는, 즉 클라이언트 당 스펙트럼 사용을 최적화하는 채널과 클라이언트들을 찾는 것이 바람직하다.
Figure 112012101903944-pct00006
를 어떤 채널 D를 사용하는 클라이언트들의 집합이라 한다. 클라이언트 당 스펙트럼 효율 Sw(D)는 클라이언트가 이 채널을 이용할 때 달성하는 유효 예상 처리율이다.
그러므로 Sw(D)는 수학식 1과 같이 규정될 수 있다.
Figure 112012101903944-pct00007
CW(D)는 D의 채널 폭(즉, D를 이루는 TV 채널들의 개수)이며, Δ는 프레임 내 슬롯 타임의 일부로서 표현되는 채널 스위칭 타임이다.
최초의 두 항들은 실질적으로, 이 채널 상으로 전송을 행하는 클라이언트들이 얼마나 많은 총 처리율을 가지는지를 표현한다. 수학식 1의 마지막 항은 채널 D를 통해 클라이언트들 W에게 서비스한 후 기지국이 다른 채널로 스위칭해야 한다는 사실을 고려한 것이다. 가능한 예외는 모든 클라이언트들이 하나의 채널을 통해 서비스를 받을 수 있는 경우로서, 이것은 모든 클라이언트들이 연관되어 있다고 추정하는 각각의 채널의 효율성을 체크함으로써 알고리즘에 의해 개별적으로 용이하게 처리될 수 있는 코너 케이스(corner case)이다. 그러므로, 선택된 채널의 클라이언트 당 스펙트럼 효율성은 스위칭에 소비된 시간만큼 감소될 수 있다:
Figure 112012101903944-pct00008
.
이제 알고리즘은 단계별로 진행된다. 각각의 단계에서, 그것은 채널과 클라이언트들의 집합을 탐욕적으로(greedily) 선택하며 그 클라이언트들을 그 채널에 결부시킨다. 한 클라이언트가 "서비스되었으면(served)", 그것은 알고리즘의 후속 반복 시기 중에 더 이상 고려되지 않는다. 각각의 단계의 목적은 클라이언트 당 스펙트럼 효율성을 극대화하는 채널 및 서비스되지 않은 클라이언트 부분집합을 선택하는 것이다(표 1의 라인 11 참조).
알고리즘은 동일한 채널을 수차례(여러 클라이언트과 함께) 선택할 수 있다. 명확히, 기지국은 연속하여 이 클라이언트들 모두를 서비스할 수 있으며, 이들 사이를 스위칭하지 않아도 되므로 한 채널 스위치를 제거할 수 있다. 그러므로, 채널의 클라이언트 당 스펙트럼 효율성을 계산할 때 이미 선택되었던 어떤 채널로부터 채널 스위칭 오버헤드를 무시하는 것이 바람직하다. 수학식 1은 그러한 채널들에 대해 적합하게 조정됨이 바람직하다. 구체적으로, D가 이미 선택된 경우, 다음과 같이 조정된다:
Figure 112012101903944-pct00009
채널 스위칭 오버헤드를 무시하는 것은 알고리즘이 채널 상의 클라이언트들 중 적어도 일부에 서비스하기로 결정했을 때, 그 기존 채널에 추가 클라이언트들을 더하는 것이 손쉬운 것이 되게 하는 결과를 가지며, 이것은 스위칭 비용을 상각하는 효과를 가진다. 그에 따라 이 알고리즘은 클라이언트들을 채널들 상으로 클러스터링하는 자연스러운 경향을 가진다(당연히, 이것이 LSA로 인해 가능하지 않거나 채널 다양성이 너무 커서 새 채널을 시작하는 것이 보다 스펙트럼 효율적이 되는 경우가 아니라면)
각각의 채널마다, 알고리즘은 모든 클라이언트들 사이에서 이 채널 V(D) 상에 전송할 수 있고 아직 서비스되지 않은 가장 스펙트럼 효율적인 클라이언트들 W*의 부분집합을 찾는다(표 1의 라인 6, 8 참조). 지수함수적으로 많은 그러한 집합들 W=2V이 존재함에도 불구하고, 최적의 부분집합은 그들의 채널 품질 qi(D)에 따른 클라이언트들을 한 개씩 고려함으로써 다항적 시간을 통해 쉽게 찾아질 수 있다. 예시적 알고리즘은 각각의 클라이언트가 기지국과 공통적인 적어도 한 개의 TV 채널을 가지는 한 모든 클라이언트들에 적용된다.
그 알고리즘의 목적은 LSA 상황, 채널 품질, 및 채널 스위칭 오버헤드를 고려함으로써 총 처리율을 최적화하는 것이다. 이 알고리즘은 이론적으로 분석될 수 있다. 구체적으로, 이 알고리즘이 최악의 시나리오들에서도 최적에 가까운 종합 처리율을 달성하도록 관리함을 보이는 이하의 정리가 적용가능한 것으로 보여질 수 있다.
정리 1: 예시적 알고리즘에 의해 각각의 프레임 안에서 달성되는 종합 처리율이 최적 채널 할당의 1-1/e의 인수 안에 있는 것으로 한다.
그 증명은 k 히트(hitting) 집합 문제로의 근사 보존 감소(approximation-preserving reduction)에 기반한다. 실제로 이 알고리즘은 여기 보여진 바와 같이 이론적으로 최악의 경우에 매어 있을 때 보다 효과적으로 수행된다.
다중 기지국 경우로의 일반화. 이하에 개시되는 바와 같이, 예시적 실시예(클라이언트 주도, 및 예시적 클라이언트 할당 알고리즘 둘 모두)는 여러 개의 간섭할 수 있고 중첩되는 기지국들이 존해하는 경우 계속 효율적으로 작동하도록 적응될 수 있다. 채널 할당에 대한 클라이언트 주도 알고리즘 및 클라이언트 할당 알고리즘 모두가 최소의 변경으로 다중 기지국들을 가진 시나리오들에 사용될 수 있다는 것이 밝혀졌다.
간섭 완화. 다중 기지국 시나리오 상에서 가능한 문제가 이웃하는 기지국들(및 그와 연관된 클라이언트들)이 서로 간섭할 수 있다는 것이다. 다중 기지국 간섭 최소화 문제를 캠퍼스 상의 어떤 중앙 서버에서 해소될 수 있는 복잡한 조합적 최적화 문제로 공식화하는 것이 가능하다. 그러면 그 서버가 각각의 기지국에 대해 어떤 채널들이 어떤 클라이언트들을 서비스하는 데 사용되는지에 대한 것뿐 아니라, 간섭을 피하기 위한 각각의 프레임 안에서의 타임 슬롯들의 타이밍을 결정할 수 있다. 이것이 가능하고 효율적 스케줄로 이어질 수 있지만, 그것은 현재의 캠퍼스 상의 배치에 적합해 보이지 않는 높은 오버헤드 해법이기도 하다.
대신, 게임 이론적 접근방식이 선택될 수 있는데, 여기서는 각각의 기지국(그 관련 클라이언트들과 함께)이 높은 간섭 채널들을 피함으로써 자체 성능을 최적화하는 것을 국지적으로 모색한다. 구체적으로 단일 기지국 알고리즘들이 두 가지 방식으로 조정될 수 있다.
두 알고리즘들은 기지국/클라이언트들이 다른 채널들에 의해 사용 중인 채널들을 선택하는 것을 본질적으로 단념시키게 하는 경향이 있다. 채널 품질 qi(D)(이 채널을 사용할 때의 예상 처리율을 파악하게 하는 계측치)은 다른 기지국들이나 클라이언트들이 이 채널을 통해 전송을 행할 때 떨어질 것이다. 예시적 실시예에서, 이러한 양태는 패킷들이 충돌로 인해 누락되었던 어떤 채널 D에 대한 값들 qi(D)을 낮춤으로써 지원된다. 이것은 이웃하는 기지국들이 중복 채널들을 피하게 하여 개선된 부하 균형을 낳는다. 중복을 피할 수 없는 경우, 기지국들은 간섭을 최소화하기 위해 최소한, 동일 프레임 안에서 중복 타임 슬롯들을 할당하지 않는 것이 바람직할 수 있다(기지국들은 프레임-바운더리들에 동기될 수 있다). 이것은 중복되는 기지국들에서 그러한 기지국들이 자신들의 채널들을 서로 다른 순서로 서비스하게 하는 서로 다른 채널 순서를 가짐으로써 상당 부분 달성될 수 있다. 이러한 접근 방식이 패킷 충돌의 최소화를 돕는다.
본 발명의 예시적 실시예들은 두 기지국들이 동일 채널들을 이용하여 서로를 찾고 그런 다음 다른 채널로 스위칭한 결과 다시 서로 간섭하는 자신들을 발견하게 되는 고전적인 대칭 파괴 문제를 다룬다. 특히, 예시적 실시예는 두 이웃하는 기지국들이 결정을 같은 시간대로 받아들이도록 각각의 기지국에 대한 결정 시점을 시간 이동한다. 한 예시적 실시예에서, 모바일 클라이언트는 최대 RSSI 값을 가진 기지국과 연관될 수 있다.
실험 결과. 본 발명의 예시적 실시예에 대한 실험 데이터를 획득하는 프로세스에서, 유휴 대역 지리 데이터베이스가 FCC에 의해 권고된 바와 같이 구현되었다. 지리 데이터베이스는 NASA 웹 사이트로부터 나온 지형 데이터 및 FCC 데이터베이스로부터 나온 TV 타워들의 위치를 이용한다. 지리 데이터베이스는 주어진 위치에서 이용 가능한 유휴 대역들을 결정하는 롱글리-라이스(Longley-Rice) 전파 모델을 이용한다. 이 데이터베이스는 캠퍼스 구현예에서 이용가능한 유휴 대역들을 결정하는 데 사용되었다.
한 예시적 실시예는 여기 기술된 라디오들을 이용하는 세 개의 노드 네트워크를 활용한다. 한 라디오는 캠퍼스 상의 한 빌딩 옥상에 있는 기지국으로서 설정된다. 또 하나의 라디오는 정상 루트를 따라 캠퍼스 주변을 순회하는 셔틀 버스 내 모바일 클라이언트로서 사용된다. 세 번째 라디오는 캠퍼스의 다른 부분으로 이동한 이동형 모바일 클라이언트로서 배치된다.
모바일 클라이언트들로서 배치된 유휴 대역 라디오들을 제어할 수 있는 PC가 주기적으로 기지국에 클라이언트의 위치를 전송하고 그런 다음 지리 데이터베이스에 이용가능한 채널들을 조회한다. 감지를 위해, FCC에 의해 부과된 낮은 임계치들에서 감지할 수 있는 USRP 기반 스캐너가 사용될 수 있다. 또한, 무선 마이크로폰 운영자들 역시 그들이 유휴 대역 네트워크로부터의 간섭을 조우하는 경우 지리 위치 데이터베이스를 업데이트하기 위한 웹 API를 가진다.
한 예시적 실시예에서, 셔틀 안에서 유휴 대역 라디오를 운영하는 PC가 그 라디오를 WiFi 액세스 포인트로서 운영할 수 있다. 이것은 사용자들이 유휴 대역 스펙트럼을 통해 무료로 인터넷을 액세스할 수 있게 함으로써 이익을 얻게 한다.
실험적 네트워크에서 기지국은 4W EIRP로 전송을 행한다. 모바일 클라이언트들은 전송 전력 제어를 이용하고 최대 100mW EIRP를 사용한다. 기지국 및 모바일 클라이언트들에서 BPSK 변조를 이용하고 상기 설정사항들을 이용하여, 기지국은 VHF를 통해 셔틀 내 모든 포인트들로부터 핑될 수 있었다. UHF에서 적용성은 결과로서 생기는 적용성의 볼록 선체(convex hull of coverage)와 함께 더욱 제한적이다.
셔틀이 이동 중일 때 그 안에서 연속적인 적용성을 지원하기 위해, VHF 유휴 대역들이 사용되었다. 이것은 부분적으로 VHF 무선 마이크로폰들이 인기가 없기 때문으로, 그에 따라 VHF TV 채널이 LSA를 조우할 가능성이 적다. 또한 VHF는 양호한 전파 특성을 가진다. 게다가 예시적 실시예는 클라이언트 장치들이 이동 중일 때(예컨대, 셔틀로 이동 중일 때) 클라이언트 장치들을 VHF 채널들에 할당하도록 구성될 수 있다. 그러나, 셔틀이 이동하고 있지 않을 때에는 UHF 채널들로 스위칭하는 것이 바람직할 수 있는데, 이는 단 일곱 개의 VHF 채널들과 비교하여 30 개의 가용 UHF 채널들이 존재하기 때문이다.
채널 할당 알고리즘 구현. 예시적 유휴 대역 네트워크는 여기 기술되는 예시적 클라이언트 할당 알고리즘을 구현하엿다. 이 구현예는 WiMax 프로토콜이 여러 비인접 채널들에 걸친 프레임들을 지원하지 않는다는 것을 고려한다. 따라서, 구현예는 여러 채널들 상의 여러 클라이언트들이 동일한 기지국에 의해 서비스될 수 있게 한다. 채널 스위칭 및 상응하는 관련 오버헤드를 상각하기 위해 기존 라디오들이 200ms 타임 슬롯들을 할당하도록 변경되었다. 타임 슬롯을 스위칭할 때, 필요할 경우 다른 주파수 채널로의 스위칭이 이루어질 수 있다. 또한 새로운 클라이언트 집합을 서비스하기 위해 프레임이 변경될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따라 유휴 대역 네트워킹을 수행하도록 구성되는 네트워크 스택(300)의 블록도이다. 네트워크 스택(300)은 유휴 대역들을 지원하기 위해 기지국들과 모바일 클라이언트들 상에서 채용될 수 있는 변경된 윈도우즈® 네트워크 스택을 나타낸다. 네트워크 스택(300)은 사용자 모드 공간(302) 및 커널 모드 공간(304)을 포함한다. 커널 모드 공간(304)에서의 변경사항들이 상이한 대역폭들에 대한 지원을 제공하면서 대부분의 구성요소들이 사용자 모드 공간(302) 안에 상주하면서 1차 사용자들의 존재로 인해 주파수대를 스위칭한다.
이더넷 형태의 인터페이스를 상위 계층들에 노출시키는 WiFi 및 다른 무선 프로토콜들과는 달리, 유휴 대역 라디오들에 관한 FCC 규정은 스펙트럼 가용성에 대한 판단을 지원한다. 이러한 판단은 IP를 통해 지리적 위치 서비스와 통신하고 라디오로부터 감지를 수행함으로써 이루어질 수 있다. 이 기능은 네트워크 스택(300) 안에서 지원된다.
도 3에 도시된 예시적 실시예에서, 사용자 모드 공간(302)은 스펙트럼 액세스 제어 모듈(306)을 포함한다. 스펙특럼 액세스 제어 모듈(306)은 장치에 의해 사용될 수 있는 유휴 대역을 결정하는 사용자 레벨 서비스이다. 그것은 (i) 지리적 위치 서비스 모듈(318)과 통신하거나(위치를 필요로 함), (ii) TV들 및 무선 마이크로폰들을 위한 스펙트럼을 감지하거나, (iii) 인근 노드들로부터의 스펙트럼 보고서들을 이용함으로써 수행된다. 또한, 사용될 수 있는 스펙트럼은 국가나 지방의 정책에 좌우된다. 이것은 스펙트럼 액세스 제어 모듈(306)의 정책 모듈(328)에 의해 고려될 수 있다. 스펙트럼 액세스 제어 모듈(306)에 의해 노출되는 주요 API는 장치에 의해 사용될 수 있는 채널들의 집합이다.
스펙트럼 액세스 제어 모듈(306)은 유휴 대역 확장 모듈(310)을 포함하는 WLAN 서비스 모듈(308)을 간섭한다. WLAN 서비스 모듈(308)은 WiFi 네트워크들로의 액세스를 지원할 수 있는 무선 네트워킹 카드의 연계를 관리한다. 유휴 대역 확장 모듈(310)은 WiFi 네트워크가 사용 불가일 때 유휴 대역 네트워크로 전환하기 위해 WLAN 서비스 모듈(308)에 의해 지원되는 서비스를 향상시킨다. WLAN 서비스 모듈(308)은 또한 스펙트럼 액세스 제어 모듈(306)이 현 채널이 사용 불가하다는 것을 신호하는 경우 스펙트럼의 다른 부분으로 스위칭하는 것을 담당한다.
스펙트럼 액세스 제어 모듈(306)은 위치 API(312)로부터 포지셔닝 데이터를 수신한다. 위치 API(312)는 GPS 모듈(314) 및/또는 WiFi 모듈(316)을 포함하는 광범위한 소스들로부터 포지셔닝 정보를 수신할 수 있다. 스펙트럼 액세스 제어 모듈(306)은 또한 지리 위치 서비스 모듈I(318)로부터 데이터를 수신한다.
커널 모드 공간(304)은 TCP/IP 모듈(320), 네이티브 WiFi 필터 드라이버(322) 및 무선 카드 드라이버(324)를 포함한다. 유휴 대역 드라이버(326)는 주파수 및 대역폭 제어를 지원하도록 구현될 수 있다. 또한 네트워크들 및 채널들에 걸친 스위칭 시, 패킷들이 버퍼링될 수 있다. 유휴 대역 드라이버(326)는 또한 스펙트럼 센싱을 지원할 수도 있다.
실험 및 시뮬레이션 데이터의 평가. 본 발명의 구현에 관한 실험적 데이터를 획득하는 것에 더하여, 예시적 채널 할당 알고리즘에 관하여 시뮬레이션들이 수행되었다. 이하의 논의는 실험적 네트워크 구현으로부터 얻어진 데이터 및 시뮬레이션에 의해 얻어진 데이터를 평가하는 것에 관한 것이다.
본 발명에 따른 채널 할당 알고리즘의 성능이 단일 기지국 네트워크 및 다중 기지국 네트워크와 관련하여 평가될 수 있다. 단일 기지국 평가는 다양한 알고리즘들이 각종 시스템 파라미터들의 변경에 대해 어떻게 반응하는지를 보이는 마이크로 벤치마크들에 대해 의도된다. 다중 기지국들의 경우, 기존 캠퍼스 환경이 모델링된다.
셋업. QualNet으로의 유휴 대역 확장이 구현되었다. 특히, 모델링된 양태들은 TV 채널들의 가용성 및 비가용성, 단편화, 적응적 채널폭 등을 포함한다. 무선 마이크로폰들은 활성화 또는 비활성화에 대한 소정 확률을 이용하는 Markov 프로세스들로서 모델링되었다. 그들은 무작위 TV 채널 상에서 동작하는 것으로 추정되며, 이것은 잠정적으로 실제 캠퍼스 환경을 반영한 것이다. 단일 기지국의 경우, 무선 마이크로폰들이 평면 내에 무작위로 위치된다. 다중 기지국의 경우, 마이크로폰들은 기존 캠퍼스 안에서 회의실들을 가진 실제 빌딩들에 해당하는 위치들에 자리한다.
알고리즘들. 본 발명의 한 구현예에서, 사용된 프로토콜들은 TDMA를 기반으로 하였다(업링크 및 다운링크 모두). 충돌 오버헤드는 AOOC 베이스라인 프로토콜들에 대해 모델링되지 않는다. 이것은 비교를 좀 더 보수적으로 수행함으로써 AOOC 베이스라인 프로토콜들의 성능을 향상시키는 효과를 가진다. 세 개의 프레임 할당 알고리즘들이 구현되었다: 여기 기술된 모든 모바일 클라이언트가 기지국과 동일 채널 상에 있는 포괄적 AOOC 프로토콜, 클라이언트 주도 알고리즘, 및 클라이언트 할당 알고리즘. 클라이언트 주도 및 클라이언트 할당 알고리즘들에 있어서, 채널 스위칭 시간은 스위칭이 일어나기 전에 타임 슬롯으로부터 제하여 진다. 프레임 중에 기지국이 동일 채널을 통해 여러 클라이언트들을 서비스하는 경우, 이 클라이언트들의 슬롯들은 불필요한 채널 스위칭을 피하기 위해 번들화된다. 그러므로, 클라이언트 주도 알고리즘은 채널들을 불필요하게 스위칭하지 않을 것이다.
당해 파라미터들. 시뮬레이션 셋업은 모델 동향과 관련된 큰 파라미터들의 집합을 자연스럽게 포함한다. 표 2는 (구현예나 문헌자료에 기반하여 가능할 때마다) 그러한 파라미터들의 디폴트 값들을 보인다. 시스템 성능에 대한 각종 파라미터들의 영향을 평가하기 위해 이러한 디폴트 설정과 관련하여 다양한 파라미터들이 가변된다. 다르게 기술하지 않는다면, 그러한 모든 민감도 분석은 디폴트 구성과 관련하여 수행된다.
(무선 마이크로폰들에 앞서) 스펙트럼 가용성은 구현된 네트워크에 대한 실제 채널 가용성 맵을 기반으로 한다. 마이크로폰들은 캠퍼스 상의 회의 빌딩들 안에 위치하는 것으로 알려진다. 시뮬레이션에서, 50 개의 마이크로폰들이 분산되어 있으며, 각각의 마이크로폰은 0.5의 확률로 켜진다.
시뮬레이션은 평균 약 25 개의 마이크로폰들이 켜져 있는 것을 모델링한다. 이것은 조심스러운 추정일 가능성이 크다. 일화적 증거는 그 날의 피크 시간대에 50 내지 60 개 만큼의 마이크로폰들이 동시에 동작하는 것을 제시하였다. 디폴트 설정은 50%의 높은 평균 패킷 손실 및 상대적으로 적은 채널 다양성(std=0.5)을 가진다. 이것은 두 가지 이유로 의식적 선택이 된다. 첫째, 모든 채널들에 걸쳐 평균이 취해지고, 많은 채널들이 잡음으로 인해 매우 열악할 수 있다. 둘째, 평가는 높은 패킷 손실율과 상대적으로 적은 채널 다양성이 AOOC 알고리즘들 대비 본 발명에 대한 간단치 않은 시나리오임을 보여준다.
Figure 112012101903944-pct00010
시뮬레이션 결과. 다양한 알고리즘들의 성능을 비교할 때, AOOC 알고리즘의 성능을 나타내는 기준에 대해 결과들이 정규화된다. 50 회의 시뮬레이션 수행에 걸쳐서 데이터 포인트들의 평균을 낸다.
이하의 논의는 총 시스템 처리율에 대한 다양한 관련 파라미터들의 영향에 대한 연구에 관한 것이다. 각각의 파라미터에 대한 적응적 채널 폭 및 비적응적 채널 폭의 경우들. 특히, 본 발명에 따른 예시적 알고리즘들 및 AOOC 알고리즘들이 한 개의 TV 채널(단일 채널) 만을 사용하는 것으로 국한되는 경우; 및 두 기준 AOOC 및 예시적 실시예들 모두가 가능한 경우 보다 넓은 채널들(적응적 채널들)을 사용할 수 있는 경우를 시뮬레이션한다. 논의되는 첫 번째 경우가 단일 채널의 경우이다.
채널 스위칭 시간의 영향. 여러 채널들을 통해 클라이언트들을 서비스하기 위해, 본 발명(특히 클라이언트 주도 접근방식)에 따른 예시적 다중 채널 접근방식들에서 기지국들은 채널 스위칭에 여분의 시간을 소비한다. 반대로, AOOC 프로토콜들에서는 아무 채널 스위칭도 필요로 되지 않는다. 그러므로, 채널 스위칭 시간이 증가할 때, 클라이언트 주도 접근 방식에 비해 AOOC가 상대적으로 보다 높은 성능을 제공할 것이다. 예시적 클라이언트 할당 알고리즘은 매우 적은 채널 스위칭 시간에 대해서는 클라이언트 주도 접근방식과 같이 동작하고 그런 다음 스위칭 오버헤드가 늘수록 점차 AOOC에 더 비슷하게 동작하기 시작하는 것이 바람직할 것이다. 즉, 어떤 채널 스위칭 시간에 대해, 클라이언트 애플리케이션 알고리즘은 두 극단 사이에서 안성맞춤인 상황을 찾아냄이 바람직하다.
관측 증거는 이러한 예상 양태가 발생한다는 사실을 확인해준다. 채널 스위칭 시간이 1ms에서 10ms까지(풀 슬롯 타임) 가변될 때, AOOC 알고리즘의 처리율은 일정하게 유지되고 클라이언트 주도 접근방식은 선형적으로 저하된다. 클라이언트 애플리케이션 알고리즘은 약 2ms까지 그러한 저하를 따르지만, 그것을 넘어서면 소수 채널들 상의 클라이언트들을 보다 효율적으로 클러스터링하기 시작함으로써 AOOC 및 클라이언트 주도 방식 둘 모두를 훨씬 능가하는 성능을 보일 수 있다. 매우 큰 채널 스위칭 시간들에 대해 클라이언트 할당 알고리즘의 처리율은 AOOC 보다 약 20% 더 높다. 이것은 그러한 높은 스위칭 오버헤드에서도 클라이언트 할당 알고리즘이 예컨대 다른 경우 기본 채널에서 매우 열악한 채널 품질을 가졌을 채널 상의 두 클라이언트들을 번들화함으로써 채널 다양성의 극단적 형태를 종종 피할 수 있다.
채널 품질/다양성의 영향. 채널 품질은 평균 패킷 손실율에 해당하는 측정치이며, 그에 따라 시스템 처리율은 평균 채널 품질에 있어서 실질적으로 선형적이다. 채널 다양성과 관련하여, 채널 품질들이 점점 더 다양화될 때(표준편차가 증가할 때), 다채널 알고리즘들은 서로 다른 채널들에 서로 다른 채널들을 할당할 수 있을 때 이러한 다양성을 보다 잘 활용할 수 있다고 예상된다. 따라서, 다양성이 높아질수록 이 알고리즘들이 채널 스위칭 오버헤드를 보다 효율적으로 상각시킬 수 있다.
관찰 증거에 따르면, AOOC 성능은 채널 품질 다양성이 증가할 때 평균이 동일하게 유지되는 한 단지 소폭으로 향상될 뿐이다. 그 이유는 이러한 알고리즘들이 단지 공통적으로 이용가능한 채널들만을 선택할 수 있기 때문이다. 그러므로, 상대적으로 소수의 채널들이 사용 가능하게 된다. 반대로 다중 채널 알고리즘은 증가된 채널 다양성과 함께 그들의 성능을 크게 향상시킨다. 예를 들어, 동일 채널들(std=0)에서 완전히 다양한 채널들(std=1)로 가는 총 성능 증가가 AOOC에 대해 겨우 약 10%인 반면, 클라이언트 주도 및 클라이언트 애플리케이션 알고리즘들은 각기 33% 및 32%씩 향상된다.
마이크로폰들/ LSA 의 영향. 무선 마이크로폰들로 인한 LSA 문제들의 발생은 유휴 대역 네트워크들에서 관련된 판별 제약이 된다. 아무 무선 마이크로폰들도 부재할 경우, 세 알고리즘들 모두 채널 다양성을 활용하는 가능성에서 비롯되는 작은 차이만을 가진 채 거의 동일하게 기능한다. 그러나 마이크로폰들의 개수가 증가하고 LSA가 빈번해질수록, 적응적 다중 채널 알고리즘들 및 AOOC 알고리즘들 사이의 주요한 차이는 극적인 것이 된다. 다중 채널 성능이 (클라이언트 할당 및 클라이언트 주도 알고리즘들 모두에서) 온건하게 떨어지는 반면, AOOC 프로토콜들의 성능은 적은 수의 마이크로폰들(예컨대, 15 또는 20가 넘는 마이크로폰들)에 조차도 극적으로 감소된다. 이것은 예상과 부합된다. 이는 다중 채널 프로토콜들만이 시스템 처리율의 상당한 저하 없이 마이크로폰들의 존재를 견딜 수 있다는 것을 의미한다.
적응적 채널들. 여기에 설명한 바와 같이, 채널들을 번들화할 가능성은 AOOC 프로토콜들 보다 다중 채널 프로토콜들을 더 선호한다. 이것은 본 발명에 관한 관측사항들에 의해서도 보여진다. 앞서 기술된 단일 채널 플롯들에 상응하는 적응적 채널 폭 플롯들은 질적으로 유사하지만 질적으로 더 극단적 양태를 보여준다. 단일 채널의 경우와 비교하여, AOOC 프로토콜의 성능 저하는 훨씬 더 빠르다. 반면, 단일 채널의 경우 AOOC는 약 10 개까지의 마이크로폰들에 대해 잘 기능하지만, 그성능은 마이크로폰이 없는 상황과 비교할 때 약 25% 이미 저하된 것이다.
다중 기지국들. 지금까지 기술된 결과들은 단일 기지국 네트워크들에 관한 것이다. 이하의 내용은 다중 기지국의 경우 다양한 알고리즘들의 성능에 관한 것이다. 언급한 바와 같이, 기지국들과 마이크로폰들은 실제 구현예에서 기지국들에 해당하는 실제 물리적 위치들뿐 아니라 마이크로폰들을 가지는 회의실들에 위치된다. 클라이언트들은 가장 가까운 기지국과 연관된 것으로 추정된다.
관찰 증거는 두 다중 채널 알고리즘들(즉, 클라이언트 주도 및 클라이언트 할당 알고리즘들)이 모든 클라이언트들이 동일 채널 상에 있는 AOOC 기반 접근방식에 비해 더 효과적으로 기능한다는 것을 제시한다. 단일 기지국이 사용되는 경우(가령, 적용될 캠퍼스의 크기 탓에), 기지국이 사용할 공통 가용 채널들이 없을 가능성이 있다. 모바일 클라이언트들이 연결해제 되어야 할 수 있다. 기지국 밀도가 증가할 때, 그러나 AOOC 기반 프로토콜들의 성능 또한 향상된다. 이것은 국지성(locality) 때문이다. 주어진 캠퍼스를 커버하는 둘 이상의 기지국들을 사용할 때, 각각의 관련 클라이언트에 대한 평균 거리가 감소된다. 마이크로폰들의 개수가 일정하다고 하면, LSA의 발생 가능성 역시 줄어든다. 그러므로, 더 많은 채널들이 사용가능하게 된다. 다중 채널 해법들의 성능이 향상된다는 것이 보여질 수 있다(예컨대, 두 기지국들에 대한 처리율의 두 배). 기지국들의 개수가 늘어나면, 다중 채널 및 AOOC 사이의 차이가 줄어든다. 이것 역시 LAS가 감소되기 때문에 예상된다.
유효성 검사 테스트 베드 . 두 클라이언트 노드들이 유휴 대역 기지국과 통신하도록 설정되었다. 기지국으로부터 클라이언트들까지 다운스트림 iperf TCP 세션들이 개시되었고 채널 상황들이 바뀌었다. 3/4 코딩의 QPSK가 1.75MHz 채널 상에서 사용되었고, 구현예의 두 양태들을 증명하기 위해 맞춤 시나리오가 검토되었다. 이들 두 양태들은 그 구현예가 예상된 바와 같이 작동한다는 것과 채널 스위칭 비용이 낮아진다는 것이다.
세 개의 TV 채널들--21, 22 및 26로서 특정 캠퍼스 환경에서 모두 이용 가능함--을 사용하여 맞춤 설정이 수행되었다. 클라이언트 1에 대해, 채널 21이 초기에 사용될 수 있고, 채널 22는 마이크로폰을 가지며, 채널 26은 열악한 품질을 가진다. 클라이언트 2에 대해, 채널 21과 22는 사용가능하고 26은 열악한 품질을 가진다. 이것은 본 발명의 평가와 관련된 많은 시나리오들을 포괄한다.
초기에 채널 21이 두 클라이언트들에서 사용가능할 때, 기지국은 동일한 채널을 이용한다. 25초 후, 마이크로폰이 클라이언트 2를 위한 채널 21로 도입되었고, 이것은 기지국이 두 채널들--21 및 22-- 사이를 스위칭하게 하였다. 다시, 시작에서 50초 뒤에, 채널 21은 노드 1에서 역시 차단되었고, 이 경우 채널 26의 품질이 상대적으로 나빠도 채널 26으로 스위칭해야 한다. 75초 시점에, 마이크로폰이 클라이언트 1에 대한 채널 21로부터 제거된다. 100초 시점에 초기 조건들이 다시 부과된다. 관측 데이터에 따르면, 이 구현예는 예상된 바와 같이 기능한다. 또한 25초와 50초 사이의 시점들에서 강조된 채널 스위칭 오버헤드는 그다지 높지 않다.
도 4는 유휴 대역들을 이용하여 무선 네트워크를 통해 데이터를 전송하는 컴퓨터 구현 방법의 처리 흐름도이다. 이 방법(400)은 본 발명에 따른 유휴 대역 네트워크 내 모바일 클라이언트 장치들 및 한 개 이상의 무선 기지국들 사이의 통신을 위한 채널들의 할당을 지원한다. 블록 402에서, 제1모바일 클라이언트 장치 및 제2모바일 클라이언트 장치와 통신하기 위한 제1유휴 대역 전송 채널이 결정된다. 블록 404에 도시된 바와 같이 제1유휴 대역 전송 채널을 통해 제1모바일 클라이언트 장치 및 제2모바일 클라이언트 장치와의 통신이 일어난다.
이 방법(400)은 유휴 대역 네트워크들에 있어서의 LSA 문제들을 다룬다. 블록 406에 도시된 바와 같이, 제1유휴 대역 전송 채널이 그 제1유휴 대역 전송 채널 상의 1차 사용자의 존재로 인해 제2모바일 클라이언트 장치에 대해 사용 불가능할 때, 제2모바일 클라이언트 장치와의 통신을 위해 제1유휴 대역 전송 채널과 다른 제2유휴 대역 전송 채널이 결정된다. 제1유휴 대역 채널의 사용 불가능은 제2모바일 클라이언트 장치 근처에서 제1유휴 대역 전송 채널 상에 1차 사용자가 존재하기 때문에 제2모바일 클라이언트 장치에 대해 발생할 수 있다. 예를 들어, 무선 마이크로폰이 제2모바일 클라이언트 장치가 위치하는 빌딩 내 제1유휴 대역 전송 채널의 사용을 시작할 수 있다. 블록 408에서, 제1유휴 대역 전송 채널 상에서 제1모바일 클라이언트 장치와의 통신이 발생하는 같은 시간에 제2유휴 대역 전송 채널 상에서 제2무선 장치와의 통신이 발생한다.
본 발명의 예시적 실시예는 FCC에 의해 개시된 전력 제한사항을 준수하면서 유휴 대역 네트워크의 계측치들을 낳았다. 또한, 규격 설계시 고려되는 것이 바람직한 유휴 대역 네트워크들의 특성들이나 유휴 대역들에 대한 빌딩 네트워크들이 여기에서 기술된다.
본 발명의 예시적 실시예들은 캠퍼스 네트워크 내 옥외 적용성을 제공하는 것에 관한 것이다. 실험 데이터를 통해, 유휴 대역들의 보다 낮은 주파수들이 아주 소수의 기지국들을 이용하여 전체 캠퍼스를 커버하는 데 있어 양호한 전파 특성을 가진다는 점이 밝혀졌다. 그러나, 캠퍼스 상의 무선 마이크로폰들의 만연한 사용이 도전을 제기한다. 무선 마이크로폰의 적용 영역이 여기에서 분석되며, 빌딩들 안에서 일반적으로 사용되는 차폐 물질이 무선 마이크로폰들의 신호를 감쇠시키며 그에 따라 마이크로폰에 의해 영향을 받는 구간을 제한할 수 있다는 것이 알려졌다. 이것은 여기서 LSA라고 불리는 도시의 유휴 대역 네트워크들의 특성으로 이어지며, 그 특성 안에서 채널은 모바일 클라이언트에 대해 사용불능하지만 기지국에 대해서는 그렇지 않다. 여기에서는 기지국이 단일 채널 상에서 모든 모바일 클라이언트들과 통신하는 프로토콜들이 상당한 성능 저하를 낳는다는 것이 보여진다. 이러한 문제를 다루기 위해 여기서 한 예시적인 채널 선택 알고리즘이 제안된다. 이 예시적 알고리즘의 성능은 프로토타입 배치를 참조하여 기술된다. 실험 결과는 이 예시적 알고리즘이 일반적으로 사용 가능한 채널 상에서 동작하는 프로토콜 대비 크게 향상된 성능을 제공한다는 것을 보여준다.
계측 방법론. 본 발명의 예시적 구현예는 25 내지 1500MHz VHF/UHF 안테나가 부착된 모바일 셔틀을 이용한다. 그 안테나는 RG-8 케일블을 이용하여 셔틀의 라디오에 연결된다. 유휴 대역 라디오와 연결된 PC가 셔틀이 캠퍼스 전역을 이동할 때의 신호 세기를 계측하는데 사용될 수 있다. 한 예시적 실시예에서, PC는 윈도우즈 7과 같은 윈도우즈® 운영체계를 사용하여 작동한다. PC는 네트워크 활동에 대한 계측치들(예컨대 신호 세기)을 기록하고 그 활동 데이터를 GPS 판독을 통해 지리적인 꼬리표를 다는 데 사용될 수 있다.
WiMax IEEE 802.16d 칩셋이 무선 네트워킹 프로토콜을 이용하는 통신을 제공하는 데 사용될 수 있다. 그러한 칩셋은 1GHz 미만에서 동작할 수 있다. 특정 동작 주파수대가 정책 파일을 통해 정해질 수 있다. 한 예시적 실시예에서, 동작 범위는 상위 VHF 및 UHF 유휴 대역 주파수대, 예컨대 174MHz 내지 216MHz 및 512MHz 내지 698MHz 상에 있을 수 있다. 하드웨어는 최대 10W에서 송신하도록 구성될 수 있으나, 이 전력 레벨은 FCC 실험 인가를 통해 허용된 주파수 위에 있을 수 있다.
한 예시적 실시예에서, 1 마일 x 0.75 마일에 걸친 캠퍼스 안에서 계측을 위한 두 기지국 노드들이 배치된다. 2dBi 이득을 가진 25-1500MHz 디스콘(discone) 안테나가 4층짜리 빌딩 옥상에 놓여졌다. 100 풋(foot) RG-8 케이블이 안테나를, 빌딩의 이층에 있는 서버 룸에 자리하는 라디오에 연결하는데 사용되었다. RF 케이블은 안테나의 이득만큼 상쇄되는 2dB 감쇠를 더하였다.
캠퍼스 셔틀은 유휴 대역들에서 동작되도록 변형되었다. 라디오는 셔틀 배터리에 연결되었고, 시스템은 셔틀의 연결부에 부착되는 두 개의 다른 안테나를 이용하여 테스트되었다. 보다 작은 안테나의 성능은 UHF 스펙트럼에서 양호하였으며, 보다 큰 안테나는 UHF 및 VHF 대역들에서 잘 동작하였다. 518MHz의 주파수가 유휴 대역 적용성을 테스트하는데 사용되었고, 177MHz의 주파수가 VHF 주파수들에 대한 적용성을 테스트하는데 사용되었다. 해당하는 두 TV 채널들은 그 캠퍼스 위치에서 사용 가능하였다.
한 예시적 실시예에서, 각각의 라디오가 역시 GPS 유닛이 부착된 PC를 사용하여 제어된다. 예를 들어 GlobalSat의 BU-353 GPS는 SiRF Start III 칩셋에 기반하고 그 위치 정확성은 3 미터 안에서 시간의 95%가 된다. PC는 일정한 간격, 예컨대 매 초에 한 번씩 GPS 위치를 기록하는데 사용될 수 있다. 셔틀에서 커버에 15분이 걸리는 예시적 경로에 있어서, 약 2500 내지 3000 개의 데이터 포인트들이 매 구성마다 기록될 수 있다(초 당 한 번 판독).
예시적 시스템이 캠퍼스 환경 내 모든 유휴 대역들 상에서의 동작을 허용했던 FCC로부터의 실험적 면허에 따라 동작되었다. 그 면허는 고정 노드들로부터 4W EIRP로의 전송, 모바일 노드들로부터 100mW EIRP의 전송을 허용한다. 그 면허는 또한 UHF 주파수 대역(512MHz 내지 698MHz) 및 VHF 주파수 대역(174MHz 내지 216MHz)에서 모바일 노드들로부터의 전송을 허용한다.
기존 WiFi 배치를 이용할 때의 적용 홀들, 여기 설명된 바와 같이 기존 WiFi 배치들은 옥외에서 상대적으로 제한된 적용성을 가진다. 한 예시적 실시예가 기존 캠퍼스 상의 다양한 셔틀 루트들을 드라이브하면서 빌딩들 근처에서 속도를 줄임으로써 적용성을 정량화하는 데 사용되었다. 아세로스(Atheros) 칩셋을 가진 랩탑 PC가 차 안에서 구동되었다. 외부 안테나를 사용하여 캠퍼스 상의 WiFi 액세스 포인트들로부터 비콘들의 수신 신호 세기 지시자(RSSI)가 계측되었다. WiFi 카드는 130ms의 체류 시간으로 112.4GHz WiFi 채널들 모두를 스캐닝하고 있었다. 기록된 결과들은 2 초 간격으로 나누어졌다. 매 간격마다, 최대 수신 RSSI 비콘이 기록되었고, 모든 타임 슬롯들에 걸쳐 누적 분산 함수(cumulative distribution function, CDF)가 그려졌다. 표시를 용이하게 하기 위해, 그러한 결과들을 보인 그래프는 RSSI의 절대값을 나타내기 위해 X 좌표를 사용할 수 있다. 사용되었던 WiFi 칩셋의 잡음 바닥은 -95dBm이다. 시간의 60% 이상 랩탑 PC가 WiFi 적용성을 가지지 못했다는 것을 결과가 보여주었다. 적용이 되었을 때에도(가령, 캠퍼스 빌딩들에 근접할 때), RSSI는 극히 낮았다.
다른 실험은 한 개 이상(최대 4 개)의 WiFi 액세스 포인트를 모든 캠퍼스 빌딩 안에 놓음으로써 차량들을 통한 옥외 WiFi 적용성을 개선하도록 시도하였다. 그러나, WiFi의 보다 높은 주파수들(2.4GHz)은 매우 열악한 전파 특성을 가졌고 여러 적용 구멍들로 이어졌다. 또한, 캠퍼스의 많은 부분들(빌딩들 사이 등)이 전혀 커버되지 않았다.
결론. 위에서 기술된 내용은 본 발명의 예들을 포함한다. 당연히 청구된 본 발명의 대상을 기술할 목적으로 구성요소들 및/또는 방법들의 모든 인지가능한 조합을 기술하는 것은 불가능하지만, 당업자는 본 발명에 대한 많은 추가적인 조합과 치환이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 청구된 대상은 첨부된 청구범위의 개념과 범위 안에 들어오는 그러한 모든 변형, 수정 및 변경들을 포괄하도록 의도된다.
특히 상술한 구성요소들, 장치들, 회로들, 시스템들 등에 의해 수행되는 다양한 기능들과 관련하여, 그러한 구성요소들을 기술하기 위해 사용된 용어들("수단"에 대한 언급을 포함함)은 달리 나타내지 않는다면, 이 개시물의 예시된 구현예들에서 그 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 동일하지 않다고 하더라도, 기술된 구성요소의 특정 기능을 수행하는 어떤 구성요소(가령, 기능적 균등물)에 해당하는 것으로 의도된다. 이와 관련하여, 본 발명은 시스템뿐 아니라 청구된 주제의 다양한 방법들에 대한 행위들 및/또는 이벤트들을 수행하기 위한 컴퓨터 실행가능 명령어들을 가지는 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명을 구현하는 여러 방식들, 예컨대 애플리케이션들과 서비스들이 여기에 기술된 기법들을 사용할 수 있게 하는 적절한 API, 툴 키트, 드라이버 코드, 운영시스템, 콘트롤, 단독형 혹은 다운로드형 소프트웨어 오브젝트 등이 있다. 청구된 주제는 API(또는 다른 소프트웨어 오브젝트)의 관점 및 여기 개시된 기법들에 따라 동작하는 소프트웨어나 하드웨어 오브젝트로부터 그 사용을 고려한다. 따라서, 여기 기술된 본 발명에 대한 다양한 구현예들은 전체가 하드웨어에 있거나, 일부는 하드웨어 일부는 소프트웨어에 있거나, 소프트웨어 안에 양태들을 가질 수 있다.
상술한 시스템들은 여러 구성요소들 간 상호작용과 관련하여 기술되었다. 그러한 시스템들과 구성요소들은 상기 내용의 다양한 치환 및 조합에 따라 그러한 구성요소들이나 특정 서브 구성요소들, 특정 구성요소들이나 서브 구성요소들의 일부, 및/또는 추가 구성요소들을 포함할 수 있다. 서브 구성요소들은 또한 부모 구성요소들 안에 포함되기 보다 다른 구성요소들과 통신 가능하게 연결되는 (계층적) 구성요소들로서 구현될 수 있다. 또한, 한 개 이상의 구성요소들이 종합적 기능을 제공하는 단일 구성요소 안에 결합되거나 여러 개의 개별 서브 구성요소들로 분할될 수 있고, 관리 계층과 같은 어떤 한 개 이상의 중간 계층들이 통합적 기능을 제공하기 위해 그러한 서브 구성요소들에 통신가능하게 결합하도록 제공될 수 있다. 여기 기술된 모든 구성요소들은 여기에 특별히 기술되지는 않았지만 당업자라면 일반적으로 알 수 있는 한 개 이상의 다른 구성요소들과 상호작용할 수도 있다.
또한, 본 발명의 특정한 특징이 여러 구현예들 중 단지 한 개와 관련하에 개시되었을 수 있으나, 그 특징은 어떤 주어지거나 특정한 응용예에 대해 바람직하며 유리한 대로 다른 구현예들의 한 개 이상의 다른 특징들과 결합될 수 있다. 또한, "포함한다(includes)", "포함하는(including)", "가진다(has)", "함유한다(contains)", 그들의 파생어, 그리고 다른 비슷한 용어들이 상세한 설명이나 청구범위에 사용되는 한도까지, 이 용어들은 어떤 추가적이거나 다른 요소들을 배제하지 않으면서 개방형 전이어(open transition word)로서 "구비한다(comprising)"는 말과 유사한 방식에 따라 포괄적이도록 의도된다.

Claims (19)

  1. 컴퓨터로 구현되는, 유휴 대역(white space)을 사용하는 무선 네트워크를 통해 데이터를 전송하는 방법으로서,
    유휴 대역 전송 채널의 품질, 상기 유휴 대역 전송 채널 상에서 복수의 모바일 클라이언트 장치를 서비스하는 것과 연관된 채널 스위칭 오버헤드, 및 상기 모바일 클라이언트 장치가 차량 상에서 이동 중인지의 여부에 기초하여, 상기 복수의 모바일 클라이언트 장치와 통신하기 위한 하나 이상의 유휴 대역 전송 채널을 결정하는 단계와,
    제1 유휴 대역 전송 채널 또는 제2 유휴 대역 전송 채널을 통해 상기 복수의 모바일 클라이언트 장치와 통신하는 단계 -상기 제1 유휴 대역 전송 채널은 상기 모바일 클라이언트 장치가 상기 차량 상에서 이동 중인 경우에 데이터를 전송하는데 사용되는 VHF(very high frequency) 채널이고, 상기 제2 유휴 대역 전송 채널은 상기 모바일 클라이언트 장치가 상기 차량 상에서 이동 중이지 않은 경우에 데이터를 전송하는데 사용되는 UHF(ultra-high frequency) 채널임-
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    데이터를 전송하고 있는 상기 유휴 대역 전송 채널에서 다른 모바일 클라이언트 장치가 현재 서비스 중이면 상기 채널 스위칭 오버헤드는 무시되는
    방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유휴 대역 전송 채널은 LSA(local spectrum asymmetry) 상황에 기초하여 결정되는
    방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모바일 클라이언트 장치와의 통신은 통신 프레임의 특정 타임 슬롯 동안 행해지는
    방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 특정 타임 슬롯은 TDMA(time division multiple access) 프로토콜을 이용하여 식별되는
    방법.
  6. 컴퓨터로 구현되는, 유휴 대역을 사용하는 무선 네트워크를 통해 데이터를 전송하는 방법으로서,
    유휴 대역 전송 채널의 품질, 상기 유휴 대역 전송 채널 상에서 복수의 모바일 클라이언트 장치를 서비스하는 것과 연관된 채널 스위칭 오버헤드, 및 상기 모바일 클라이언트 장치가 차량 상에서 이동 중인지의 여부에 기초하여, 상기 복수의 모바일 클라이언트 장치와 통신하기 위한 하나 이상의 유휴 대역 전송 채널을 결정하는 단계와,
    상기 복수의 유휴 대역 전송 채널의 상이한 채널 상에서 제1 모바일 클라이언트 장치 및 제2 모바일 클라이언트 장치와 통신하는 단계 -상기 제1 모바일 클라이언트 장치가 상기 차량 상에서 이동 중인 경우에 제1 유휴 대역 전송 채널이 VHF(very high frequency) 채널이고, 상기 제1 모바일 클라이언트 장치가 상기 차량 상에서 이동 중이지 않은 경우에는 상기 제1 유휴 대역 전송 채널이 UHF(ultra-high frequency) 채널임-
    를 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유휴 대역 전송 채널들 중 한 채널의 폭을 선택하는 단계를 포함하되, 상기 폭은 복수의 텔레비전 채널에 걸쳐 있는(spanning)
    방법.
  8. 제1항에 있어서,
    지리적 위치 서비스(geo-location service)로부터 수신된 데이터에 부분적으로 기초하여 상기 유휴 대역 전송 채널들을 선택하는 단계를 포함하는
    방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 모바일 클라이언트 장치에 대한 최대 스펙트럼 효율(maximum spectrum efficiency)에 부분적으로 기초하여 상기 유휴 대역 전송 채널들을 선택하는 단계를 포함하는
    방법.
  10. 유휴 대역을 사용하여 데이터를 송신하고 수신하는 무선 기지국으로서,
    상기 무선 기지국은 컴퓨터 프로세서를 포함하고,
    상기 컴퓨터 프로세서는 유휴 대역 통신 채널들을 통해 모바일 클라이언트 장치와 통신하도록 구성되며,
    상기 모바일 클라이언트 장치가 차량 상에서 이동 중인 경우에 제1 유휴 대역 전송 채널이 VHF(very high frequency) 채널이고, 상기 모바일 클라이언트 장치가 상기 차량 상에서 이동 중이지 않은 경우에 제2 유휴 대역 전송 채널이 UHF(ultra-high frequency) 채널이며,
    상기 유휴 대역 통신 채널들은
    상기 모바일 클라이언트 장치가 차량 상에서 이동 중인지의 여부,
    상기 유휴 대역 통신 채널들의 품질, 및
    상기 유휴 대역 통신 채널들 상에서 상기 모바일 클라이언트 장치를 서비스하는 것과 연관된 채널 스위칭 오버헤드
    에 기초하여 상기 무선 기지국에 의해 선택되는
    무선 기지국.
  11. 컴퓨터 프로세서를 포함하는 모바일 클라이언트 장치로서,
    상기 모바일 클라이언트 장치는 유휴 대역을 이용하여 데이터를 송수신하도록 구성되어 있고,
    상기 모바일 클라이언트 장치는 제1 유휴 대역 통신 채널이 1차 사용자에 의해 사용되고 있지 않은 경우에 상기 제1 유휴 대역 통신 채널을 통해 무선 기지국과 통신하고, 상기 제1 유휴 대역 통신 채널이 상기 1차 사용자에 의해 사용되는 경우에 제2 유휴 대역 통신 채널을 통해 상기 무선 기지국과 통신하며,
    상기 제1 유휴 대역 통신 채널 또는 상기 제2 유휴 대역 통신 채널은 상기 모바일 클라이언트 장치가 차량 상에서 이동 중인 경우에 VHF(very high frequency) 채널이고, 상기 제1 유휴 대역 통신 채널 또는 상기 제2 유휴 대역 통신 채널은 상기 모바일 클라이언트 장치가 상기 차량 상에서 이동 중이지 않은 경우에 UHF(ultra-high frequency) 채널이며,
    상기 제1 유휴 대역 통신 채널 및 상기 제2 유휴 대역 통신 채널은
    상기 유휴 대역 통신 채널들의 품질,
    상기 유휴 대역 통신 채널들 상에서 상기 모바일 클라이언트 장치를 서비스하는 것과 연관된 채널 스위칭 오버헤드,
    상기 모바일 클라이언트 장치가 차량 상에서 이동 중인지의 여부, 및
    상기 모바일 클라이언트 장치가 로컬 무선 장치와 LSA(local spectrum asymmetry) 상황에 있는지 여부
    에 기초하여 상기 모바일 클라이언트 장치에 의해 선택되는
    모바일 클라이언트 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 1차 사용자는 상기 1차 사용자의 범위 밖에 위치된 제2 모바일 클라이언트 장치에 의한 상기 제1 유휴 대역 통신 채널 상에서의 통신과 간섭하지 않는
    모바일 클라이언트 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 로컬 무선 장치는 무선 마이크로폰을 포함하는
    모바일 클라이언트 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 모바일 클라이언트 장치는 동일한 통신 프레임의 연속적인 타임 슬롯 동안 상기 무선 기지국과 통신하고 있는 다른 모바일 클라이언트 장치와 동일한 유휴 대역 통신 채널 상에서 상기 무선 기지국에 의해 서비스되는
    모바일 클라이언트 장치
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1 유휴 대역 통신 채널의 폭은 적응적으로 선택되며,
    상기 제1 유휴 대역 통신 채널은 복수의 텔레비전 채널을 포함하는
    모바일 클라이언트 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    다른 모바일 클라이언트 장치가 특정 유휴 대역 통신 채널 상에서 현재 서비스되면 상기 채널 스위칭 오버헤드는 무시되는
    무선 기지국.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 유휴 대역 통신 채널들 각각의 폭은 적응적으로 선택되며,
    상기 유휴 대역 통신 채널들의 폭은 복수의 텔레비전 채널에 걸쳐 있는
    무선 기지국.
  18. 제10항에 있어서,
    동일한 유휴 대역 통신 채널 상에서 서비스되는 모든 모바일 클라이언트 장치는 정의된 타임 슬롯 동안 통신 프레임 내에서 연속적으로 서비스되는
    무선 기지국.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 모바일 클라이언트 장치는 TDMA(time division multiple access) 방식에 따라 상기 데이터를 전송하는
    모바일 클라이언트 장치.
KR1020127032165A 2010-06-09 2011-05-20 무선 유휴 대역 네트워크에서의 데이터 전송 기법 KR101783070B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/796,683 US9094837B2 (en) 2010-06-09 2010-06-09 Transmitting data in a wireless white space network
US12/796,683 2010-06-09
PCT/US2011/037427 WO2011156114A2 (en) 2010-06-09 2011-05-20 Transmitting data in a wireless white space network

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130120986A KR20130120986A (ko) 2013-11-05
KR101783070B1 true KR101783070B1 (ko) 2017-09-28

Family

ID=45096634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127032165A KR101783070B1 (ko) 2010-06-09 2011-05-20 무선 유휴 대역 네트워크에서의 데이터 전송 기법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9094837B2 (ko)
EP (1) EP2580877B1 (ko)
JP (1) JP5823509B2 (ko)
KR (1) KR101783070B1 (ko)
CN (1) CN102934375B (ko)
HK (1) HK1180117A1 (ko)
WO (1) WO2011156114A2 (ko)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8321542B1 (en) 2000-05-05 2012-11-27 Ipr Licensing, Inc. Wireless channel allocation in a base station processor
US8811903B2 (en) 2009-05-28 2014-08-19 Microsoft Corporation Spectrum assignment for networks over white spaces and other portions of the spectrum
KR20140015154A (ko) * 2009-12-14 2014-02-06 톰슨 라이센싱 유휴 대역 디바이스를 위한 송신기를 검출하는 방법 및 장치
CA2788756C (en) * 2010-02-02 2016-01-26 Lg Electronics Inc. Method and apparatus of transmit power control in wireless local area network
US9094837B2 (en) * 2010-06-09 2015-07-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Transmitting data in a wireless white space network
US20120108282A1 (en) * 2010-08-25 2012-05-03 Qualcomm Incorporated Methods and apparatus for power control and interference management in wireless microphone transmission systems
JP5487366B1 (ja) * 2011-03-22 2014-05-07 エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー Ｔｖホワイトスペースにおける緊急用アドホックネットワークのための沈黙期間管理
US8849215B2 (en) 2011-03-30 2014-09-30 Amazon Technologies, Inc. Reducing rate of detection cycles and measurement cycles in a discontinuous reception (DRX) mode
US9420396B2 (en) * 2011-07-29 2016-08-16 Blackberry Limited System and method for determining a location for a device in a communication network
KR101600418B1 (ko) * 2011-11-01 2016-03-09 주식회사 케이티 화이트 스페이스 대역을 이용한 스마트 미터링 시스템 및 이를 이용한 스마트 미터링 방법
WO2013071506A1 (en) * 2011-11-17 2013-05-23 Renesas Mobile Corporation Methods and apparatuses for provision of reference signal design for downlink tracking in occupied shared band
WO2013085481A1 (en) * 2011-12-05 2013-06-13 Intel Corporation Techniques for managing the transfer of a wireless connection between wireless networks, channels or bands
KR101826361B1 (ko) * 2011-12-15 2018-03-23 한국전자통신연구원 접속 인지 신호를 이용하는 유휴 대역 활용 시스템
US20130172032A1 (en) * 2011-12-29 2013-07-04 International Business Machines Corporation Controlling Communication Between Whitespace Devices
US8862067B2 (en) * 2012-03-27 2014-10-14 Microsoft Corporation Proximate beacon identification
US9279878B2 (en) 2012-03-27 2016-03-08 Microsoft Technology Licensing, Llc Locating a mobile device
US9544777B2 (en) 2012-06-18 2017-01-10 Microsoft Technology Licensing, Llc White space utilization
US9288681B2 (en) 2012-06-18 2016-03-15 Microsoft Technology Licensing, Llc White space utilization
US9094834B2 (en) 2012-09-11 2015-07-28 Microsoft Technology Licensing, Llc White space utilization
US9612121B2 (en) 2012-12-06 2017-04-04 Microsoft Technology Licensing, Llc Locating position within enclosure
EP2770789B1 (en) 2013-02-21 2016-09-07 Deutsche Telekom AG Contextual and predictive prioritization of spectrum access
US9288682B2 (en) 2013-02-22 2016-03-15 Microsoft Technology Licensing, Llc White space utilization
US9854501B2 (en) 2013-03-14 2017-12-26 Microsoft Technology Licensing, Llc Radio spectrum utilization
CN104219681B (zh) 2013-06-03 2020-05-05 索尼公司 无线通信系统中的装置和方法
US8971555B2 (en) 2013-06-13 2015-03-03 Koss Corporation Multi-mode, wearable, wireless microphone
EP2905984B1 (en) * 2014-02-06 2019-12-25 Nokia Solutions and Networks Oy Interference reduction
US9391839B2 (en) * 2014-06-11 2016-07-12 Amplisine Labs, LLC Ad hoc wireless mesh network
US10045237B2 (en) 2015-04-09 2018-08-07 Hong Kong Applied Science And Technology Research Institute Co., Ltd. Systems and methods for using high probability area and availability probability determinations for white space channel identification
CN105007327B (zh) * 2015-07-28 2018-08-14 北京邮电大学 一种基于sdr的新型云计算网络系统及其方法
WO2018028838A1 (en) 2016-08-12 2018-02-15 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Technique for determining a channel width of a channel used in a wireless communication network
US11540141B2 (en) 2020-05-15 2022-12-27 Microsoft Technology Licensing, Llc Channel control for communication using dynamic spectrum access
US11632762B2 (en) 2020-05-15 2023-04-18 Microsoft Technology Licensing, Llc Communication using dynamic spectrum access based on channel selection

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7245634B2 (en) * 2000-09-27 2007-07-17 Yen Robert C Wireless internet access with enhanced bandwidth capabilities
US7349436B2 (en) * 2003-09-30 2008-03-25 Intel Corporation Systems and methods for high-throughput wideband wireless local area network communications
US8385937B2 (en) * 2004-07-07 2013-02-26 Toshiba America Research Inc. Load equalizing antennas
JP2006108799A (ja) 2004-09-30 2006-04-20 Toshiba Corp 移動物体管理システム、移動端末、移動物体管理方法
ES2313246T3 (es) * 2005-07-04 2009-03-01 Motorola Inc. Aparato y metodo para compartir recursos entre una pluralidad de redes de comunicaciones.
KR101385677B1 (ko) * 2006-01-11 2014-04-15 톰슨 라이센싱 무선 네트워크에서 채널 스위칭을 제어하는 장치 및 방법
JP2007300421A (ja) 2006-04-28 2007-11-15 Toshiba Corp 無線局、無線通信システム及び無線通信方法
US7876786B2 (en) * 2006-12-01 2011-01-25 Microsoft Corporation Dynamic time-spectrum block allocation for cognitive radio networks
US8879573B2 (en) 2006-12-01 2014-11-04 Microsoft Corporation Media access control (MAC) protocol for cognitive wireless networks
KR101316621B1 (ko) * 2007-01-11 2013-10-15 인하대학교 산학협력단 Ｃｒ이 적용된 분산 네트워크 시스템의 통신 방법 및 그장치
US8041380B2 (en) * 2007-04-26 2011-10-18 Lingna Holdings Pte., Llc Power control in cognitive radio systems based on spectrum sensing side information
CN101299875A (zh) * 2007-04-30 2008-11-05 世意法（北京）半导体研发有限责任公司 查询数据库以解决与受保护服务冲突的盲基站操作的问题
JP4806660B2 (ja) * 2007-06-11 2011-11-02 日本電信電話株式会社 無線通信システムとその通信方法
KR101371148B1 (ko) * 2007-08-27 2014-03-10 삼성전자주식회사 무선 통신을 수행하는 기지국과 이동국 및 그 제어 방법
TWI444010B (zh) 2007-12-06 2014-07-01 Koninkl Philips Electronics Nv 分散式頻譜認知無線電網路中的頻道管理方法
KR101109577B1 (ko) 2007-12-28 2012-01-31 더 유니버서티 오브 일렉트로-커뮤니케이션즈 무선기, 무선통신시스템 및 무선전파의 검출방법
KR101444324B1 (ko) 2008-02-12 2014-09-25 삼성전자주식회사 무선통신시스템에서 간섭의 영향을 제어하기 위한 장치 및방법
US20090252102A1 (en) 2008-02-27 2009-10-08 Seidel Scott Y Methods and systems for a mobile, broadband, routable internet
JP5093671B2 (ja) * 2008-03-31 2012-12-12 独立行政法人情報通信研究機構 通信ネットワークシステム及びネットワーク通信方法、通信管理装置
US7995526B2 (en) * 2008-04-23 2011-08-09 Honeywell International Inc. Apparatus and method for medium access control in wireless communication networks
US20110069655A1 (en) * 2008-05-29 2011-03-24 Tetsu Ikeda Relay station apparatus, multihop system and relaying method
US8699424B2 (en) * 2008-06-27 2014-04-15 Microsoft Corporation Adapting channel width for improving the performance of wireless networks
JP2010068277A (ja) 2008-09-11 2010-03-25 Hitachi Ltd 無線通信システムおよび基地局
US8699430B2 (en) * 2008-10-10 2014-04-15 The Trustees Of The Stevens Institute Of Technology Method and apparatus for dynamic spectrum access
JP5181206B2 (ja) 2008-10-14 2013-04-10 独立行政法人情報通信研究機構 センサー制御機能を有するコグニティブエンジン及びコグニティブ無線通信システム
US8107391B2 (en) * 2008-11-19 2012-01-31 Wi-Lan, Inc. Systems and etiquette for home gateways using white space
US8577377B2 (en) * 2009-01-22 2013-11-05 Qualcomm Incorporated Methods and apparatus for providing a wireless expansion network
US8290503B2 (en) * 2009-02-01 2012-10-16 Qualcomm Incorporated Multichannel dynamic frequency selection
US8937872B2 (en) * 2009-06-08 2015-01-20 Wi-Lan, Inc. Peer-to-peer control network for a wireless radio access network
US8706131B2 (en) * 2009-06-18 2014-04-22 Empire Technology Development Llc Device location prediction for mobile service optimization
US20110182257A1 (en) * 2010-01-26 2011-07-28 Qualcomm Incorporated White space spectrum commmunciation device with multiplexing capabilties
US9094837B2 (en) * 2010-06-09 2015-07-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Transmitting data in a wireless white space network

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130120986A (ko) 2013-11-05
EP2580877A2 (en) 2013-04-17
JP2013533679A (ja) 2013-08-22
HK1180117A1 (zh) 2013-10-11
EP2580877A4 (en) 2016-04-27
CN102934375A (zh) 2013-02-13
JP5823509B2 (ja) 2015-11-25
US9094837B2 (en) 2015-07-28
EP2580877B1 (en) 2016-12-28
WO2011156114A3 (en) 2012-02-23
WO2011156114A2 (en) 2011-12-15
CN102934375B (zh) 2017-02-08
US20110306375A1 (en) 2011-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101783070B1 (ko) 무선 유휴 대역 네트워크에서의 데이터 전송 기법
Voicu et al. Inter-technology coexistence in a spectrum commons: A case study of Wi-Fi and LTE in the 5-GHz unlicensed band
US9497700B2 (en) Dynamic channel selection algorithms for interference management in Wi-Fi networks
Lopez-Perez et al. Access methods to WiMAX femtocells: A downlink system-level case study
US9756575B2 (en) Controlling uplink transmit power in a plurality of basestations
US9055542B2 (en) Access point for mobile station-assisted interference mitigation
US9048969B2 (en) Mobile station-assisted interference mitigation
US9055446B2 (en) Method for managing heterogeneous base stations in a wireless network
KR20150052231A (ko) 무선 전송 자원들을 관리하기 위한 장치 및 방법
Voicu et al. Coexistence of pico-and femto-cellular LTE-unlicensed with legacy indoor Wi-Fi deployments
US20120064904A1 (en) Method and apparatus of controlling resource of femto base station for protecting interference victim terminal and controlling interference among femto base stations
EP2104391A1 (en) A transceiver apparatus and a method for transceiving data packets in a mobile communication network
Leipold et al. Wireless in-cabin communication for aircraft infrastructure: A holistic approach for on-board high data-rate UWB network
US10149302B2 (en) Method and apparatus for controlling interference in device-to-device communication
KR101136641B1 (ko) 클러스터 헤드를 위한 주파수 채널 할당 방법
KR20220057531A (ko) 간섭의 영향을 받기 쉬운 통신 장치의 통신의 스케줄링을 용이하게 하는 액세스 포인트 및 통신 방법
Caso et al. Cooperative sensing of spectrum opportunities
Auer et al. Contention free dynamic slot allocation in cellular networks
CN114503614A (zh) 用于高密度场所的混合中继器
EP3226602A1 (en) Telecommunications network
Hessar Spectrum sharing in white spaces
Lehne et al. Coverage Estimations in a WLAN-based Open Broadband Access Network (OBAN)

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant