KR101836480B1 - 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 방법 및 장치 - Google Patents

무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 방법은 무선 인지 네트워크에서 지향성 안테나를 탑재한 복수의 보조전송자를 이용하여 주전송자를 검출하는 협력 스펙트럼 센싱 방법에 있어서, 상기 복수의 보조전송자 각각으로부터 복수의 채널별로 상기 지향성 안테나의 센싱 방향을 조정하면서 상기 주전송자를 센싱한 결과인 센싱정보를 수신하는 단계; 상기 복수의 보조전송자의 각 센싱 방향별 센싱 영역 간의 중복 여부를 나타내는 연결행렬 및 상기 센싱정보에 기초하여, 상기 복수의 보조전송자의 동작을 제어하기 위한 제어정보를 생성하는 단계; 및 상기 복수의 보조전송자에게 상기 제어정보를 전송하는 단계를 포함한다.

Description

무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR COOPERATIVE SPECTRUM SENSING USNIG DIRECTIONAL ANTENNA IN COGNITIVE RADIO NETWORK}
본 발명은 무선 인지 네트워크에서 지향성 안테나를 탑재한 복수의 보조전송자가 협력하여 주전송자를 스펙트럼 센싱하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 인지 네트워크는 주전송자(primary user)가 미사용중인 스펙트럼 대역을 복수의 보조전송자(secondary users)가 찾아서 이용함으로써 무선 네트워크의 활용도를 높이기 위한 기술이다.
그러나, 그 과정에서 개별 보조전송자가 실제로는 스펙트럼이 비어있음에도 주전송자가 그 스펙트럼을 사용 중인 것으로 오검출(false alarm)할 가능성이 있으며, 또한 실제로는 주전송자가 스펙트럼을 사용 중임에도, 그 스펙트럼이 비어 있는 것으로 미검출(miss detection)할 가능성이 있다.
근래에 들어, 이러한 오류의 가능성을 낮추기 위하여, 복수의 보조전송자가 협력하여 각자가 검출한 주전송자의 네트워크 사용 상태를 함께 공유함으로써, 주전송자의 네트워크 사용 상태를 보다 정밀하게 검출하는 방법에 대한 관심이 증가하고 있다. 그러나, 종래의 기술은 보조전송자가 무지향성 안테나(omni directional antenna)를 사용하고 있어, 주전송자의 검출의 효율 및 정확성에 있어 한계가 있었다.
따라서, 지향성 안테나(directional antenna)를 이용함으로써 주전송자의 검출 효율 및 정확성을 향상시키는 무선 인지 네트워크에서의 협력 스펙트럼 센싱 방법 및 장치의 필요성이 대두되고 있다.
관련된 선행기술로는 공개번호 제10-2010-0076109호(발명의 명칭: 무선 인지 통신 시스템에서의 우선 사용자 및 차선 사용자 송수신단 통신 방법, 공개일자: 2011년 2월 1일)가 있다.
본 발명은 무선 인지 네트워크에서 지향성 안테나를 탑재한 복수의 보조전송자가 협력하여 주전송자를 스펙트럼 센싱하는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제공하는 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 방법은 무선 인지 네트워크(cognitive radio network)에서 지향성 안테나를 탑재한 복수의 보조전송자를 이용하여 주전송자를 검출하는 협력 스펙트럼 센싱 방법에 있어서, 상기 복수의 보조전송자 각각으로부터 복수의 채널별로 상기 지향성 안테나의 센싱 방향을 조정하면서 상기 주전송자를 센싱한 결과인 센싱정보를 수신하는 단계; 상기 복수의 보조전송자의 각 센싱 방향별 센싱 영역 간의 중복 여부를 나타내는 연결행렬 및 상기 센싱정보에 기초하여, 상기 복수의 보조전송자의 동작을 제어하기 위한 제어정보를 생성하는 단계; 및 상기 복수의 보조전송자에게 상기 제어정보를 전송하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제어정보는 상기 센싱정보를 이용하여, 상기 주전송자를 검출한 상기 보조전송자의 센싱 방향의 이용을 제한하고, 상기 연결행렬을 이용하여, 상기 제한된 센싱 방향에 대응되는 다른 상기 보조전송자의 센싱 방향의 이용을 제한하는 센싱방향제한정보를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 소정의 검출주기동안 상기 복수의 보조전송자에 의한 상기 주전송자의 센싱이 수행되고, 소정의 보고주기동안 상기 수신하는 단계, 상기 생성하는 단계 및 상기 전송하는 단계가 수행되고, 소정의 송수신주기동안 상기 제어정보가 적용된 상기 복수의 보조전송자에 의한 데이터 송수신이 수행될 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수의 보조전송자를 이용하여 상기 주전송자를 검출할 확률 및 상기 검출 과정에서 발생하는 오버헤드에 기초하여, 상기 확률과는 반비례 관계이면서 상기 오버헤드와는 비례관계인 목적함수를 생성하는 단계;를 더 포함하고, 상기 제어정보를 생성하는 단계는 상기 제어정보에 상기 목적함수의 값이 최소가 되도록 하는 상기 복수의 보조전송자 각각의 센싱 주기, 상기 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치, 센싱 방향 및 상기 복수의 채널의 정보를 더 포함시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 목적함수의 값은 수학식 1에 의해 산출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016073364813-pat00001
여기서, F는 상기 목적함수이고,
Figure 112016073364813-pat00002
및
Figure 112016073364813-pat00003
는
Figure 112016073364813-pat00004
이고,
Figure 112016073364813-pat00005
인 실수이고,
Figure 112016073364813-pat00006
는 상기 주전송자를 검출할 확률이고,
Figure 112016073364813-pat00007
는 상기 검출 과정에서 발생하는 오버헤드이고, T는 상기 복수의 보조전송자의 센싱 주기 정보이고, R은 상기 복수의 보조전송자의 상기 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치 정보이고, C는 상기 복수의 보조전송자의 상기 복수의 채널 정보이고, B는 상기 복수의 보조전송자의 센싱 방향 정보이다.
바람직하게는, 상기 수학식 1이 최소가 되도록 하는 상기 복수의 보조전송자 각각의 센싱 주기 및 상기 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치는 비선형계획법에서 최적의 해를 찾기 위한 Karush-Khun-Tucker(KKT) 조건 및 미분에 기초하는 수치적 그라디언트(numerical gradient) 방법에 기초하여 결정되고, 상기 복수의 보조전송자의 센싱 방향 및 상기 복수의 채널은 각 보조전송자별, 각 채널별 및 각 센싱 방향별 수신 신호의 SNR정보를 포함하는 SNR테이블에 기초하여 결정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 송수신주기 이후에 상기 복수의 보조전송자는 상기 전송된 제어신호에 포함된 상기 복수의 보조전송자 각각의 센싱 주기, 상기 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치, 센싱 방향 및 상기 복수의 채널의 정보에 대응하여 재설정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 무선 인지 네트워크에 포함된 복수의 상기 주전송자 각각에 대하여, 복수의 상기 보조전송자로 구성되며, 상기 주전송자를 검출하는 클러스터가 구성되었을 때, 상기 복수의 클러스터 중 상호 인접한 2개의 클러스터는 상기 검출주기, 상기 보고주기 및 상기 송수신주기 중에서 서로 다른 주기에서 동작할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제공하는 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 장치는 무선 인지 네트워크에서 지향성 안테나를 탑재한 복수의 보조전송자를 이용하여 주전송자를 검출하는 협력 스펙트럼 센싱 장치에 있어서, 상기 복수의 보조전송자 각각으로부터 복수의 채널별로 상기 지향성 안테나의 센싱 방향을 조정하면서 상기 주전송자를 센싱한 결과인 센싱정보를 수신하는 수신부; 상기 복수의 보조전송자의 각 센싱 방향별 센싱 영역 간의 중복 여부를 나타내는 연결행렬 및 상기 센싱정보에 기초하여, 상기 복수의 보조전송자의 동작을 제어하기 위한 제어정보를 생성하는 생성부; 및 상기 복수의 보조전송자에게 상기 제어정보를 전송하는 전송부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제어정보는 상기 센싱정보를 이용하여, 상기 주전송자를 검출한 상기 보조전송자의 센싱 방향의 이용을 제한하고, 상기 연결행렬을 이용하여, 상기 제한된 센싱 방향에 대응되는 다른 상기 보조전송자의 센싱 방향의 이용을 제한하는 센싱방향제한정보를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 소정의 검출주기동안 상기 복수의 보조전송자에 의한 상기 주전송자의 센싱이 수행되고, 소정의 보고주기동안 상기 수신부, 상기 생성부 및 상기 전송부의 동작이 수행되고, 소정의 송수신주기동안 상기 제어정보가 적용된 상기 복수의 보조전송자에 의한 데이터 송수신이 수행될 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수의 보조전송자를 이용하여 상기 주전송자를 검출할 확률 및 상기 검출 과정에서 발생하는 오버헤드에 기초하여, 상기 확률과는 반비례 관계이면서 상기 오버헤드와는 비례관계인 목적함수에 대하여, 상기 목적함수의 값이 최소가 되도록 하는 상기 복수의 보조전송자 각각의 센싱 주기, 상기 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치, 센싱 방향 및 상기 복수의 채널의 정보를 산출하는 연산부를 더 포함하고, 상기 생성부는 상기 연산부가 산출한 상기 센싱 주기, 상기 신호 세기 임계치, 상기 센싱 방향 및 상기 복수의 채널의 정보를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 목적함수의 값은 수학식 2에 의해 산출될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112016073364813-pat00008
여기서, F는 상기 목적함수이고,
Figure 112016073364813-pat00009
및
Figure 112016073364813-pat00010
는
Figure 112016073364813-pat00011
이고,
Figure 112016073364813-pat00012
인 실수이고,
Figure 112016073364813-pat00013
는 상기 주전송자를 검출할 확률이고,
Figure 112016073364813-pat00014
는 상기 검출 과정에서 발생하는 오버헤드이고, T는 상기 복수의 보조전송자의 센싱 주기 정보이고, R은 상기 복수의 보조전송자의 상기 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치 정보이고, C는 상기 복수의 보조전송자의 상기 복수의 채널 정보이고, B는 상기 복수의 보조전송자의 센싱 방향 정보이다.
바람직하게는, 상기 수학식 1이 최소가 되도록 하는 상기 복수의 보조전송자 각각의 센싱 주기 및 상기 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치는 비선형계획법에서 최적의 해를 찾기 위한 Karush-Khun-Tucker(KKT) 조건 및 미분에 기초하는 수치적 그라디언트 방법에 기초하여 결정되고, 상기 복수의 보조전송자의 센싱 방향 및 상기 복수의 채널은 각 보조전송자별, 각 채널별 및 각 센싱 방향별 수신 신호의 SNR정보를 포함하는 SNR테이블에 기초하여 결정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 송수신주기 이후에 상기 복수의 보조전송자는 상기 전송된 제어신호에 포함된 상기 복수의 보조전송자 각각의 센싱 주기, 상기 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치, 센싱 방향 및 상기 복수의 채널의 정보에 대응하여 재설정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 무선 인지 네트워크에 포함된 복수의 상기 주전송자 각각에 대하여, 복수의 상기 보조전송자로 구성되며, 상기 주전송자를 검출하는 클러스터가 구성되었을 때, 상기 복수의 클러스터 중 상호 인접한 2개의 클러스터는 상기 검출주기, 상기 보고주기 및 상기 송수신주기 중에서 서로 다른 주기에서 동작할 수 있다.
본 발명은 무선 인지 네트워크에서 지향성 안테나를 탑재한 복수의 보조전송자가 협력하여 주전송자를 스펙트럼 센싱함으로써, 주전송자 존재 여부 및 위치를 파악할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 지향성 안테나를 사용함으로써, 무지향성 안테나를 사용할 때보다 주전송자의 스펙트럼 센싱에 있어서 소요되는 에너지 및 시간에 대한 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 지향성 안테나를 사용함으로써, 무지향성 안테나를 사용할 때보다 동일한 전력 소모량으로 더 먼 거리에 대한 스펙트럼 센싱을 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 스펙트럼 센싱을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 주전송자에 대한 클러스터 단위의 스펙트럼 센싱을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 알고리즘을 설명하기 위한 의사코드이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수의 주전송자에 대한 클러스터 단위의 스펙트럼 센싱 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 보조전송자가 주전송자를 검출하는 과정에서의 오버헤드를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11은 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 방법의 효과를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 인지 네트워크(cognitive radio network)에서는, 지향성 안테나(directional antenna)를 탑재한 복수의 보조전송자(secondary users 또는 secondary nodes: SN) 및 주전송자(primary user: PU)가 존재하며, 복수의 보조전송자가 지향성 안테나를 이용하며 서로 협력하면서 주전송자에 대한 스펙트럼 센싱을 진행할 수 있다. 한편, 스펙트럼 센싱은 복수의 채널별로 주전송자의 사용 여부를 검출함으로써 수행될 수 있다.
예컨대, 도 5를 참조하면, 3개의 보조전송자 SN1, SN2, SN3가 동일한 주전송자 PU0를 동시에 센싱(a)하는 것보다, 서로 다른 지역을 센싱하도록 협력(b)하는 경우 동일한 에너지로 더 넓은 지역에서 PU0를 검색할 수 있는 효과가 있다.
단계 S110에서는, 협력 스펙트럼 센싱 장치가 복수의 보조전송자 각각으로부터 복수의 채널별로 지향성 안테나의 센싱 방향을 조정하면서 주전송자를 센싱한 결과인 센싱정보를 수신한다.
협력 스펙트럼 센싱 장치는 복수의 보조전송자와 통신하면서, 주전송자를 검출할 수 있도록 그 복수의 보조전송자를 제어하는 장치일 수 있다. 예컨대, 융합 센터(fusion center)와 같은 형태로 구현될 수 있다.
복수의 채널은 주전송자 및 복수의 보조전송자에게 데이터의 통신의 용도로 사용이 허락된 채널을 의미하며, 무선 인지 네트워크에는 그 복수의 채널 이외에도 보조전송자를 제어하는 제어정보를 전송하기 위해 사용되는 컨트롤 채널이 더 존재할 수 있다.
지향성 안테나는, 전방향으로부터 데이터를 송신 또는 수신할 수 있는 무지향 안테나와는 다르게, 제어신호에 의해 설정된 센싱 방향으로 데이터를 송신 또는 수신할 수 있는 안테나이다. 예컨대, 지향성 안테나의 센싱 방향은 총 12개일 수 있으며, 이 경우, 각 센싱 방향은 360도/12인 30도 단위가 될 수 있다.
예컨대, 협력 스펙트럼 센싱 장치가 3개의 보조전송자 각각이 10개의 채널에 대하여 12개의 센싱 방향으로 총 360회를 센싱하여 주전송자의 신호를 센싱할 수 있다. 이때, 협력 스펙트럼 센싱 장치가, 안테나를 통해 입력된 신호에 대하여 산출된 SNR값이 미리 설정된 주전송자의 소정의 신호 세기 임계치인 R보다 큰 경우, 주전송자가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
단계 S120에서는, 협력 스펙트럼 센싱 장치가 그 복수의 보조전송자의 각 센싱 방향별 센싱 영역 간의 중복 여부를 나타내는 연결행렬(connectivity matrix) 및 수신된 센싱정보에 기초하여, 그 복수의 보조전송자의 동작을 제어하기 위한 제어정보를 생성한다.
연결행렬은 복수의 보조전송자 각각의 복수의 센싱 방향별 센싱 영역의 중복 여부에 대한 정보를 포함하고 있는 정보이다. 예컨대, 1번 보조전송자의 2번째 센싱 방향에 대응되는 센싱 영역이 2번 보조전송자의 3번째 센싱 방향에 대응되는 센싱 영역과 중복되는 경우, 1번 보조전송자의 2번째 센싱 방향과 2번 보조전송자의 3번째 센싱 방향에 대응되는 정보값은 1이 될 수 있다. 반면에, 중복되지 않는 경우, 그 정보값은 0이 될 수 있다.
보다 구체적으로는, 도 5(b)를 참고하면, 2번 보조전송자(SN2)의 3번 센싱 방향에 대응되는 센싱 영역은 점선으로 표시된 부채꼴 영역이다. 또한, 1번 보조전송자(SN1)의 2번 센싱 방향에 대응되는 센싱 영역이 2번 보조전송자(SN2)의 0번 센싱 방향에 대응되는 센싱 영역과 일부 중복되는 것을 확인할 수 있다.
예컨대, 협력 스펙트럼 센싱 장치가 주전송자의 검출 정보를 포함하고 있는 센싱정보로부터, 주전송자를 검출한 보조전송자의 식별번호 및 센싱 방향의 정보를 파악할 수 있다. 그리고, 그 파악된 정보 및 연결행렬을 이용하여 대응되는 적어도 하나의 다른 보조전송자의 식별번호 및 센싱 방향을 알아낼 수 있다. 그리고, 그 결과를 이용하여, 그 검출된 주전송자의 데이터 송수신에 영향을 미칠 수 있는 보조전송자의 동작을 제한하기 위한 제어정보를 생성할 수 있다.
다른 실시예에서는, 제어정보는 수신된 센싱정보를 이용하여, 주전송자를 검출한 보조전송자의 센싱 방향의 이용을 제한하고, 연결행렬을 이용하여, 그 제한된 센싱 방향에 대응되는 다른 보조전송자의 센싱 방향의 이용을 제한하는 센싱방향제한정보를 포함할 수 있다.
예컨대, 협력 스펙트럼 센싱 장치가, 1번 보조전송자의 2번째 센싱 방향에서 주전송자가 검출된 경우에, 주전송자의 데이터 송수신에 영향을 미치지 않도록 하기 위하여 1번 보조전송자의 2번째 센싱 방향의 사용을 제한하는 센싱방향제한정보를 포함하는 제어정보를 생성할 수 있다.
나아가, 협력 스펙트럼 센싱 장치가, 1번 보조전송자의 2번째 센싱 방향에 대응되는 2번 보조전송자의 3번째 센싱 방향의 정보를 연결행렬로부터 획득하여, 2번 보조전송자의 3번째 센싱 방향의 사용을 제한하는 센싱방향제한정보를 더 포함하는 제어정보를 생성할 수 있다.
단계 S130에서는, 협력 스펙트럼 센싱 장치가 그 복수의 보조전송자에게 제어정보를 전송한다.
이때, 협력 스펙트럼 센싱 장치와 그 복수의 보조전송자간의 데이터 송수신은 컨트롤 채널을 통해 수행될 수 있다.
다른 실시예에서는, 소정의 검출주기(sensing period)동안 복수의 보조전송자에 의한 주전송자의 센싱이 수행되고, 소정의 보고주기(report period)동안 수신하는 단계, 생성하는 단계 및 전송하는 단계가 수행되고, 소정의 송수신주기(transmission period)동안 제어정보가 적용된 복수의 보조전송자에 의한 데이터 송수신이 수행될 수 있다.
검출주기는 복수의 보조전송자가 주전송자를 센싱하는 시간 구간일 수 있다. 보고주기는 복수의 보조전송자가 협력 스펙트럼 센싱 장치에게 센싱결과를 보고하고, 대응되는 제어정보를 수신하는 시간 구간일 수 있다. 송수신주기는 복수의 수신된 제어정보가 적용된 복수의 보조전송자가 데이터 송수신을 수행하는 시간 구간일 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.
단계 S210에서는, 협력 스펙트럼 센싱 장치가 복수의 보조전송자 각각으로부터 복수의 채널별로 지향성 안테나의 센싱 방향을 조정하면서 주전송자를 센싱한 결과인 센싱정보를 수신한다.
단계 S220에서는, 협력 스펙트럼 센싱 장치가 그 복수의 보조전송자를 이용하여 주전송자를 검출할 확률 및 그 검출 과정에서 발생하는 오버헤드에 기초하여, 그 확률과는 반비례 관계이면서 그 오버헤드와는 비례관계인 목적함수를 생성한다.
여기서, 협력 스펙트럼 센싱 장치는, 주전송자의 검출 확률이 증가할수록, 그 검출 과정에서 발생하는 오버헤드가 감소할수록 더 좋은 결과를 얻게 되는 것임을 감안할 때, 생성된 목적함수의 값이 작아질수록 더 바람직한 결과를 얻을 수 있다.
따라서, 협력 스펙트럼 센싱 장치는 그 목적함수의 값이 최소가 되도록 하는 변수의 값을 구하는 것이 바람직할 수 있다.
다른 실시예에서는, 목적함수의 값은 수학식 1에 의해 산출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016073364813-pat00015
여기서, F는 목적함수이고,
Figure 112016073364813-pat00016
및
Figure 112016073364813-pat00017
는
Figure 112016073364813-pat00018
이고,
Figure 112016073364813-pat00019
인 실수이고,
Figure 112016073364813-pat00020
는 주전송자를 검출할 확률이고,
Figure 112016073364813-pat00021
는 검출 과정에서 발생하는 오버헤드이고, T는 복수의 보조전송자의 센싱 주기 정보이고, R은 복수의 보조전송자의 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치 정보이고, C는 복수의 보조전송자의 복수의 채널 정보이고, B는 복수의 보조전송자의 센싱 방향 정보이다.
한편, 오버헤드는 주전송자를 검출하는 과정에서 발생하는 불필요한 소요 시간을 의미할 수 있다. 즉, 오버헤드는 복수의 보조전송자를 통해 데이터의 송수신이 수행되지 않고 낭비되는 시간일 수 있다.
이와 같은 오버헤드의 종류로는 1) 보조전송자가 주전송자를 센싱하는 검출주기(sensing period)동안 발생하는 센싱오버헤드(Os, 도 9(a) 참조)가 있다. 센싱오버헤드는 수학식 2에 의해 산출될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112016073364813-pat00022
여기서, Os는 센싱오버헤드이고, N은 보조전송자의 개수이고, D는 주전송자를 센싱하는 총 시간이고, Ti는 검출주기, 보고주기 및 송수신주기 시간의 총합이고, ts는 검출주기 시간이다.
2) 보조전송자가 협력 스펙트럼 센싱 장치에게 보고하는 보고주기(report period)동안 발생하는 보고오버헤드(Or, 도 9(c) 참조)가 있다. 보고오버헤드는 수학식 3에 의해 산출될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112016073364813-pat00023
여기서, Or는 보고오버헤드이고, N은 보조전송자의 개수이고, D는 주전송자를 센싱하는 총 시간이고, Ti는 검출주기, 보고주기 및 송수신주기 시간의 총합이고, Lr은 보고주기 시간이다.
3) 오검출(false alarm)로 인한 오검출오버헤드(Of, 도 9(b) 참조)가 있다. 오검출오버헤드는 수학식 4에 의해 산출될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112016073364813-pat00024
여기서, Of는 오검출오버헤드이고, N은 보조전송자의 개수이고,
Figure 112016073364813-pat00025
는
Figure 112016073364813-pat00026
채널의
Figure 112016073364813-pat00027
시간(단,
Figure 112016073364813-pat00028
) 동안의 미사용비율이고,
Figure 112016073364813-pat00029
는 주전송자가 존재하지 않을 확률이고,
Figure 112016073364813-pat00030
는 각 센싱 방향별 활성화 여부를 나타내는 변수이고,
Figure 112016073364813-pat00031
는 오검출확률이고, M은 센싱 방향의 개수이고, D는 주전송자를 센싱하는 총 시간이고, Ti는 검출주기, 보고주기 및 송수신주기 시간의 총합이다.
4) 오검출(false alarm)로 인하여, 그 오검출된 센싱 영역에 대응되는 다른 보조전송자의 센싱 방향의 사용이 제한되어 발생하는 협력오버헤드(Oc, 도 9(d) 참조)가 있다. 협력오버헤드는 수학식 5에 의해 산출될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112016073364813-pat00032
여기서, Oc는 협력오버헤드이고, N은 보조전송자의 개수이고,
Figure 112016073364813-pat00033
는
Figure 112016073364813-pat00034
채널의
Figure 112016073364813-pat00035
시간(단,
Figure 112016073364813-pat00036
) 동안의 미사용비율이고,
Figure 112016073364813-pat00037
는 주전송자가 존재하지 않을 확률이고,
Figure 112016073364813-pat00038
는 각 센싱 방향별 활성화 여부를 나타내는 변수이고,
Figure 112016073364813-pat00039
는 오검출확률이고,
Figure 112016073364813-pat00040
는 k번째 센싱 방향에 대응되는 보조전송자의 개수이고, M은 센싱 방향의 개수이고, D는 주전송자를 센싱하는 총 시간이고, Ti는 검출주기, 보고주기 및 송수신주기 시간의 총합이다.
5) 검출된 주전송자가 사라졌는데도 불구하고 계속하여 보조전송자의 전송이 중단되어 발생하는 미사용오버헤드(Ou, 도 9(e) 참조)가 있다. 미사용오버헤드는 수학식 6에 의해 산출될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112016073364813-pat00041
여기서, Ou는 미사용오버헤드이고, N은 보조전송자의 개수이고,
Figure 112016073364813-pat00042
는
Figure 112016073364813-pat00043
채널의
Figure 112016073364813-pat00044
시간(단,
Figure 112016073364813-pat00045
) 동안의 미사용비율이고,
Figure 112016073364813-pat00046
는 주전송자가 존재하지 않을 확률이고,
Figure 112016073364813-pat00047
는 각 센싱 방향별 활성화 여부를 나타내는 변수이고,
Figure 112016073364813-pat00048
는 미검출확률이고,
Figure 112016073364813-pat00049
는 k번째 센싱 방향에 대응되는 보조전송자의 개수이고, M은 센싱 방향의 개수이고, D는 주전송자를 센싱하는 총 시간이고, Ti는 검출주기, 보고주기 및 송수신주기 시간의 총합이다.
또 다른 실시예에서는, 수학식 1이 최소가 되도록 하는 그 복수의 보조전송자의 센싱 주기 및 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치는 비선형계획법에서 최적의 해를 찾기 위한 Karush-Khun-Tucker(KKT) 조건 및 미분에 기초하는 수치적 그라디언트(numerical gradient) 방법에 기초하여 결정될 수 있다.
또한, 그 복수의 보조전송자의 센싱 방향 및 복수의 채널은 각 보조전송자별, 각 채널별 및 각 센싱 방향별 수신 신호의 SNR정보를 포함하는 SNR테이블에 기초하여 결정될 수 있다.
예컨대, 협력 스펙트럼 센싱 장치가 수학식 1로 표현되는 목적함수를 이용하여 KKT조건을 만족하는 각 보조전송자의 센싱 주기 및 주전송자의 신호 세기 임계치를 최적값으로 결정할 수 있다. 또한, 이 과정에서 도 10에 표현된 수치적 그라디언트 방법을 이용하여 계산상의 복잡도를 완화할 수 있다.
한편, 수치적 그라디언트는 미분 연산에 기초하여 정의될 수 있으며, 다음의 수학식 7에 의해 산출될 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112016073364813-pat00050
여기서, g는 함수이고, Y는 벡터이고, h는 스텝의 크기이고, ak는 Y와 크기가 같은 컬럼벡터이다.
또한, 협력 스펙트럼 센싱 장치는 각 보조전송자별, 각 채널별 및 각 센싱 방향별로 지향성 안테나를 통해 수신되는 신호의 SNR(signal to noise ratio)정보를 SNR테이블에 저장하여 보관할 수 있다. 그리고, 협력 스펙트럼 센싱 장치가 그 SNR테이블에 포함된 센싱 방향별 정보를 이용하여, 신호의 세기가 가장 강한 센싱 방향을 포함하도록 센싱 방향 정보를 결정하고, 그 SNR테이블에 포함된 채널별 정보를 이용하여, 신호의 세기가 가장 강한 채널을 포함하도록 복수의 채널을 결정할 수 있다.
단계 S230에서는, 협력 스펙트럼 센싱 장치가 그 복수의 보조전송자의 각 센싱 방향별 센싱 영역 간의 중복 여부를 나타내는 연결행렬 및 수신된 센싱정보에 기초하여, 그 복수의 보조전송자의 동작을 제어하기 위한 제어정보를 생성한다.
한편, 협력 스펙트럼 센싱 장치가 제어정보에 목적함수의 값이 최소가 되도록 하는 복수의 보조전송자 각각에 대하여 센싱 주기, 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치, 센싱 방향 및 복수의 채널의 정보를 더 포함하여 생성할 수 있다.
즉, 협력 스펙트럼 센싱 장치가 상술한 목적함수를 이용한 연산을 통해, 목적함수의 값을 최소로 하는 복수의 보조전송자별 설정값을을 포함하는 제어정보를 생성할 수 있다.
단계 S240에서는, 협력 스펙트럼 센싱 장치가 그 복수의 보조전송자에게 제어정보를 전송한다.
또 다른 실시예에서는, 송수신주기 이후에 복수의 보조전송자는 그 전송된 제어신호에 포함된 복수의 보조전송자 각각의 센싱 주기, 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치, 센싱 방향 및 복수의 채널의 정보에 대응하여 재설정될 수 있다.
예컨대, 협력 스펙트럼 센싱 장치가 수학식 1로 산출되는 목적함수의 값이 최소가 되도록 하는 센싱 주기, 신호 세기 임계치, 센싱 방향 및 복수의 채널에 대한 정보를 이용하여 제어정보를 생성하여 전송할 경우, 복수의 보조전송자는 그 제어정보에 포함된 변수값들에 대응하여 재설정될 수 있다. 이는, 복수의 보조전송자가 재설정된 경우, 그 다음 검출주기에서부터 무선 인지 네트워크의 동작 효율이 더욱 향상될 수 있기 때문이다.
또 다른 실시예에서는, 무선 인지 네트워크에 포함된 복수의 주전송자 각각에 대하여, 복수의 보조전송자로 구성되며, 주전송자를 검출하는 클러스터가 구성되었을 때, 복수의 클러스터 중 상호 인접한 2개의 클러스터는 검출주기, 보고주기 및 송수신주기 중에서 서로 다른 주기에서 동작할 수 있다.
예컨대, 도 6을 참조하면, 무선 인지 네트워크에서 협력 스펙트럼 센싱 장치(FC)의 4개의 방향에 기초하여, 클러스터 0 내지 3의 총 4개의 클러스터를 구성할 수 있다. 이때, 클러스터 3에 포함된 SN8과 클러스터 2에 포함된 SN6을 살펴보면, 그 2개의 보조전송자는 비록 서로 다른 클러스터에 속하지만 매우 가까이에 위치하고 있어 어느 한 보조전송자의 데이터 송수신이 다른 보조전송자에게 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 도 8을 참조하면, (a) 클러스터 0이 검출주기일 때, 클러스터 1은 송수신주기이고, (b) 클러스터 0이 보고주기일 때, 클러스터 1은 검출주기이고, (c) 클러스터 0이 송수신주기일 때, 클러스터 1은 보고주기이고, (d) 클러스터 0이 다음 검출주기일 때, 클러스터 1은 송수신주기로 설정되는 것을 알 수 있다.
즉, 협력 스펙트럼 센싱 장치가 서로 이웃한 2개의 클러스터가 동일한 주기에 놓이지 않도록 각 클러스터를 제어하여, 각 클러스터가 원활하게 주전송자를 검출할 수 있도록 한다.
지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 알고리즘은, 도 7을 참조하면, 다음과 같이 설명할 수 있다.
1) 검출주기(sensing phase)일 때(11 내지 15번째 줄)
보조전송자가 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치(Ri)와 센싱 방향(Bi) 정보를 이용하여 복수의 채널(Ci)을 검색하여 센싱정보를 생성한다.
2) 보고주기(report phase)일 때(16 내지 19번째 줄)
협력 스펙트럼 센싱 장치가 그 센싱정보를 수신한다. 그리고, 협력 스펙트럼 센싱 장치가 주전송자의 데이터 송수신에 영향을 미치는 보조전송자의 센싱 방향을 제한하는 제어신호를 생성하여 복수의 보조전송자에게 전송한다.
3) 송수신주기(transmission phase)일 때(20 내지 21번째 줄)
복수의 보조전송자가 데이터를 송수신한다.
4) 종료(22 내지 25번째 줄)
복수의 보조전송자가 수신한 제어신호에 대응하여 변수를 재설정하고, 전체 센싱 방향의 제한을 모두 해제한다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 대한 시뮬레이션 결과를 확인할 수 있다.
시뮬레이션 결과를 살펴보면, 복수의 보조전송자가 센싱 주기, 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치, 센싱 방향 및 복수의 채널의 정보에 관하여 최적화 되었을 때 가장 우수한 결과를 보이는 것을 알 수 있다.
예컨대, 도 10(a)에서 최적화 된 경우(붉은색 실선) 보조전송자의 쓰루풋이 가장 많으며, 주전송자의 동작 시간(λon)이 증가함에 따라 쓰루풋이 감소하는 경향을 확인할 수 있다.
도 10(b)에서 최적화 된 경우(붉은색 실선) 주전송자 및 보조전송자의 에너지소모량이 가장 적으며, 주전송자의 동작 시간(λon)이 증가함에 따라 에너지소모량이 감소하는 경향을 확인할 수 있다.
도 10(c)에서 최적화 된 경우(붉은색 실선) 보조전송자의 쓰루풋이 가장 많으며, 주전송자의 동작 빈도(λa)가 증가함에 따라 쓰루풋이 증가하는 경향을 확인할 수 있다.
도 10(d)에서 최적화 된 경우(붉은색 실선) 주전송자 및 보조전송자의 에너지소모량이 가장 적으며, 주전송자의 동작 빈도(λa)가 증가함에 따라 에너지소모량이 증가하는 경향을 확인할 수 있다.
도 10(e)에서 최적화 된 경우(붉은색 실선) 보조전송자의 쓰루풋이 가장 많으며, 보조전송자의 센싱 방향의 개수(# of beams)가 증가함에 따라 쓰루풋이 증가하는 경향을 확인할 수 있다.
도 11(a)에서 최적화 된 경우(붉은색 실선) 주전송자 및 보조전송자의 에너지소모량이 가장 적으며, 보조전송자의 센싱 방향의 개수(# of beams)가 증가함에 따라 에너지소모량이 증가하는 경향을 확인할 수 있다.
도 11(b)에서 최적화 된 경우(붉은색 실선) 보조전송자의 채널 이용률이 가장 높으며, 주전송자의 동작 빈도(λa)가 증가함에 따라 채널 이용률이 증가하는 경향을 확인할 수 있다.
도 11(c)에서 최적화 된 경우(붉은색 실선) 보조전송자의 채널 이용률이 가장 높으며, 주전송자의 동작 시간(λon)이 증가함에 따라 채널 이용률이 감소하는 경향을 확인할 수 있다.
도 11(d)에서 최적화 된 경우(붉은색 실선) 보조전송자의 채널 이용률이 가장 높으며, 보조전송자의 센싱 방향의 개수(# of beams)가 증가함에 따라 채널 이용률이 증가하는 경향을 확인할 수 있다.
도 11(e)에서 최적화 된 경우(붉은색 실선) 오버헤드가 가장 적으며, 주전송자의 동작 시간(λon)이 증가함에 따라 오버헤드가 증가하는 경향을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 장치(300)는 수신부(310), 생성부(320) 및 전송부(330)를 포함한다. 한편, 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 장치(300)는 융합센터에 탑재될 수 있다.
수신부(310)는 복수의 보조전송자 각각으로부터 복수의 채널별로 지향성 안테나의 센싱 방향을 조정하면서 주전송자를 센싱한 결과인 센싱정보를 수신한다.
생성부(320)는 복수의 보조전송자의 각 센싱 방향별 센싱 영역 간의 중복 여부를 나타내는 연결행렬 및 센싱정보에 기초하여, 그 복수의 보조전송자의 동작을 제어하기 위한 제어정보를 생성한다.
다른 실시예에서는, 제어정보는 센싱정보를 이용하여, 주전송자를 검출한 보조전송자의 센싱 방향의 이용을 제한하고, 연결행렬을 이용하여, 제한된 센싱 방향에 대응되는 다른 보조전송자의 센싱 방향의 이용을 제한하는 센싱방향제한정보를 포함할 수 있다.
전송부(330)는 그 복수의 보조전송자에게 생성된 제어정보를 전송한다.
다른 실시예에서는, 소정의 센싱주기동안 복수의 보조전송자에 의한 주전송자의 센싱이 수행되고, 소정의 보고주기동안 수신부(310), 생성부(320) 및 전송부(330)의 동작이 수행되고, 소정의 송수신주기동안 제어정보가 적용된 복수의 보조전송자에 의한 데이터 송수신이 수행될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 장치(300)는 수신부(310), 생성부(320), 전송부(330) 및 연산부(340)를 포함한다.
수신부(310)는 복수의 보조전송자 각각으로부터 복수의 채널별로 지향성 안테나의 센싱 방향을 조정하면서 주전송자를 센싱한 결과인 센싱정보를 수신한다.
생성부(320)는 복수의 보조전송자의 각 센싱 방향별 센싱 영역 간의 중복 여부를 나타내는 연결행렬 및 센싱정보에 기초하여, 그 복수의 보조전송자의 동작을 제어하기 위한 제어정보를 생성한다.
전송부(330)는 그 복수의 보조전송자에게 제어정보를 전송한다.
연산부(340)는 목적함수의 값이 최소가 되도록 하는 복수의 보조전송자 각각의 센싱 주기, 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치, 센싱 방향 및 복수의 채널의 정보를 산출한다.
이때, 생성부(320)는 연산부(340)가 산출한 센싱 주기, 신호 세기 임계치, 센싱 방향 및 복수의 채널의 정보를 더 포함하는 제어정보를 생성할 수 있다.
다른 실시예에서는, 목적함수의 값은 수학식 8에 의해 산출될 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112016073364813-pat00051
여기서, F는 목적함수이고,
Figure 112016073364813-pat00052
및
Figure 112016073364813-pat00053
는
Figure 112016073364813-pat00054
이고,
Figure 112016073364813-pat00055
인 실수이고,
Figure 112016073364813-pat00056
는 주전송자를 검출할 확률이고,
Figure 112016073364813-pat00057
는 검출 과정에서 발생하는 오버헤드이고, T는 복수의 보조전송자의 센싱 주기 정보이고, R은 복수의 보조전송자의 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치 정보이고, C는 복수의 보조전송자의 복수의 채널 정보이고, B는 복수의 보조전송자의 센싱 방향 정보이다.
또 다른 실시예에서는, 수학식 1이 최소가 되도록 하는 복수의 보조전송자의 센싱 주기 및 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치는 비선형계획법에서 최적의 해를 찾기 위한 Karush-Khun-Tucker(KKT) 조건 및 미분에 기초하는 수치적 그라디언트(numerical gradient) 방법에 기초하여 결정되고, 복수의 보조전송자의 센싱 방향 및 복수의 채널은 각 보조전송자별, 각 채널별 및 각 센싱 방향별 수신 신호의 SNR정보를 포함하는 SNR테이블에 기초하여 결정될 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 송수신주기 이후에 복수의 보조전송자는 전송된 제어신호에 포함된 복수의 보조전송자 각각의 센싱 주기, 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치, 센싱 방향 및 복수의 채널의 정보에 대응하여 재설정될 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 무선 인지 네트워크에 포함된 복수의 주전송자 각각에 대하여, 복수의 보조전송자로 구성되며, 주전송자를 검출하는 클러스터가 구성되었을 때, 복수의 클러스터 중 상호 인접한 2개의 클러스터는 검출주기, 보고주기 및 송수신주기 중에서 서로 다른 주기에서 동작할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 무선 인지 네트워크(cognitive radio network)에서 지향성 안테나를 탑재한 복수의 보조전송자를 이용하여 주전송자를 검출하는 협력 스펙트럼 센싱 방법에 있어서,
    상기 복수의 보조전송자 각각으로부터 복수의 채널별로 상기 지향성 안테나의 센싱 방향을 조정하면서 상기 주전송자를 센싱한 결과인 센싱정보를 수신하는 단계;
    상기 복수의 보조전송자의 각 센싱 방향별 센싱 영역 간의 중복 여부를 나타내는 연결행렬 및 상기 센싱정보에 기초하여, 상기 복수의 보조전송자의 동작을 제어하기 위한 제어정보를 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 보조전송자에게 상기 제어정보를 전송하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어정보는
    상기 센싱정보를 이용하여, 상기 주전송자를 검출한 상기 보조전송자의 센싱 방향의 이용을 제한하고, 상기 연결행렬을 이용하여, 상기 제한된 센싱 방향에 대응되는 다른 상기 보조전송자의 센싱 방향의 이용을 제한하는 센싱방향제한정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    소정의 검출주기동안 상기 복수의 보조전송자에 의한 상기 주전송자의 센싱이 수행되고,
    소정의 보고주기동안 상기 수신하는 단계, 상기 생성하는 단계 및 상기 전송하는 단계가 수행되고,
    소정의 송수신주기동안 상기 제어정보가 적용된 상기 복수의 보조전송자에 의한 데이터 송수신이 수행되는 것을 특징으로 하는 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 보조전송자를 이용하여 상기 주전송자를 검출할 확률 및 상기 검출 과정에서 발생하는 오버헤드에 기초하여, 상기 확률과는 반비례 관계이면서 상기 오버헤드와는 비례관계인 목적함수를 생성하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 제어정보를 생성하는 단계는
    상기 제어정보에 상기 목적함수의 값이 최소가 되도록 하는 상기 복수의 보조전송자 각각의 센싱 주기, 상기 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치, 센싱 방향 및 상기 복수의 채널의 정보를 더 포함시키는 것을 특징으로 하는 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 목적함수의 값은 수학식 1에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112016073364813-pat00058

    여기서, F는 상기 목적함수이고,
    Figure 112016073364813-pat00059
    및
    Figure 112016073364813-pat00060
    는
    Figure 112016073364813-pat00061
    이고,
    Figure 112016073364813-pat00062
    인 실수이고,
    Figure 112016073364813-pat00063
    는 상기 주전송자를 검출할 확률이고,
    Figure 112016073364813-pat00064
    는 상기 검출 과정에서 발생하는 오버헤드이고, T는 상기 복수의 보조전송자의 센싱 주기 정보이고, R은 상기 복수의 보조전송자의 상기 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치 정보이고, C는 상기 복수의 보조전송자의 상기 복수의 채널 정보이고, B는 상기 복수의 보조전송자의 센싱 방향 정보이다.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수학식 1이 최소가 되도록 하는 상기 복수의 보조전송자의 센싱 주기 및 상기 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치는
    비선형 최적화 분야에서 최적의 해를 찾기 위해 이용되는 Karush-Khun-Tucker(KKT) 조건 및 미분에 기초하는 수치적 그라디언트(numerical gradient) 방법에 기초하여 결정되고,
    상기 복수의 보조전송자의 센싱 방향 및 상기 복수의 채널은
    각 보조전송자별, 각 채널별 및 각 센싱 방향별 수신 신호의 SNR정보를 포함하는 SNR테이블에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 송수신주기 이후에
    상기 복수의 보조전송자는
    상기 전송된 제어신호에 포함된 상기 복수의 보조전송자 각각의 센싱 주기, 상기 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치, 상기 보조전송자의 센싱 방향 및 상기 복수의 채널의 정보에 대응하여 재설정되는 것을 특징으로 하는 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 무선 인지 네트워크에 포함된 복수의 상기 주전송자 각각에 대하여, 복수의 상기 보조전송자로 구성되며, 상기 주전송자를 검출하는 클러스터가 구성되었을 때,
    상기 복수의 클러스터 중 상호 인접한 2개의 클러스터는 상기 검출주기, 상기 보고주기 및 상기 송수신주기 중에서 서로 다른 주기에서 동작하는 것을 특징으로 하는 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 방법.
  9. 무선 인지 네트워크에서 지향성 안테나를 탑재한 복수의 보조전송자를 이용하여 주전송자를 검출하는 협력 스펙트럼 센싱 장치에 있어서,
    상기 복수의 보조전송자 각각으로부터 복수의 채널별로 상기 지향성 안테나의 센싱 방향을 조정하면서 상기 주전송자를 센싱한 결과인 센싱정보를 수신하는 수신부;
    상기 복수의 보조전송자의 각 센싱 방향별 센싱 영역 간의 중복 여부를 나타내는 연결행렬 및 상기 센싱정보에 기초하여, 상기 복수의 보조전송자의 동작을 제어하기 위한 제어정보를 생성하는 생성부; 및
    상기 복수의 보조전송자에게 상기 제어정보를 전송하는 전송부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어정보는
    상기 센싱정보를 이용하여, 상기 주전송자를 검출한 상기 보조전송자의 센싱 방향의 이용을 제한하고, 상기 연결행렬을 이용하여, 상기 제한된 센싱 방향에 대응되는 다른 상기 보조전송자의 센싱 방향의 이용을 제한하는 센싱방향제한정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    소정의 검출주기동안 상기 복수의 보조전송자에 의한 상기 주전송자의 센싱이 수행되고,
    소정의 보고주기동안 상기 수신부, 상기 생성부 및 상기 전송부의 동작이 수행되고,
    소정의 송수신주기동안 상기 제어정보가 적용된 상기 복수의 보조전송자에 의한 데이터 송수신이 수행되는 것을 특징으로 하는 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 보조전송자를 이용하여 상기 주전송자를 검출할 확률 및 상기 검출 과정에서 발생하는 오버헤드에 기초하여, 상기 확률과는 반비례 관계이면서 상기 오버헤드와는 비례관계인 목적함수에 대하여,
    상기 목적함수의 값이 최소가 되도록 하는 상기 복수의 보조전송자 각각의 센싱 주기, 상기 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치, 센싱 방향 및 상기 복수의 채널의 정보를 산출하는 연산부
    를 더 포함하고,
    상기 생성부는
    상기 연산부가 산출한 상기 센싱 주기, 상기 신호 세기 임계치, 상기 센싱 방향 및 상기 복수의 채널의 정보를 더 포함하는 상기 제어정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 목적함수의 값은 수학식 2에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 장치.
    [수학식 2]
    Figure 112016073364813-pat00065

    여기서, F는 상기 목적함수이고,
    Figure 112016073364813-pat00066
    및
    Figure 112016073364813-pat00067
    는
    Figure 112016073364813-pat00068
    이고,
    Figure 112016073364813-pat00069
    인 실수이고,
    Figure 112016073364813-pat00070
    는 상기 주전송자를 검출할 확률이고,
    Figure 112016073364813-pat00071
    는 상기 검출 과정에서 발생하는 오버헤드이고, T는 상기 복수의 보조전송자의 센싱 주기 정보이고, R은 상기 복수의 보조전송자의 상기 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치 정보이고, C는 상기 복수의 보조전송자의 상기 복수의 채널 정보이고, B는 상기 복수의 보조전송자의 센싱 방향 정보이다.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 수학식 2가 최소가 되도록 하는 상기 복수의 보조전송자의 센싱 주기 및 상기 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치는
    비선형 최적화 분야에서 최적의 해를 찾기 위해 이용되는 Karush-Khun-Tucker(KKT) 조건 및 미분에 기초하는 수치적 그라디언트 방법에 기초하여 결정되고,
    상기 복수의 보조전송자의 센싱 방향 및 상기 복수의 채널은
    각 보조전송자별, 각 채널별 및 각 센싱 방향별 수신 신호의 SNR정보를 포함하는 SNR테이블에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 송수신주기 이후에
    상기 복수의 보조전송자는
    상기 전송된 제어신호에 포함된 상기 복수의 보조전송자 각각의 센싱 주기, 상기 주전송자를 검출하기 위한 소정의 신호 세기 임계치, 상기 보조전송자의 센싱 방향 및 상기 복수의 채널의 정보에 대응하여 재설정되는 것을 특징으로 하는 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 무선 인지 네트워크에 포함된 복수의 상기 주전송자 각각에 대하여, 복수의 상기 보조전송자로 구성되며, 상기 주전송자를 검출하는 클러스터가 구성되었을 때,
    상기 복수의 클러스터 중 상호 인접한 2개의 클러스터는 상기 검출주기, 상기 보고주기 및 상기 송수신주기 중에서 서로 다른 주기에서 동작하는 것을 특징으로 하는 무선 인지 네트워크에서의 지향성 안테나를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 장치.

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