KR101884635B1 - Appratus of distributed downlink resourse allocation for densely deployed ofdma wlan and method of the same - Google Patents

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Abstract

제1 엑세스 포인트, 상기 제1 엑세스 포인트와 인접하게 위치하는 제2 엑세스 포인트 및 각 엑세스 포인트에 체결된 복수의 단말을 포함하는 OFDMA 기반 밀집 무선랜 환경에서의 분산적 하향링크 자원 할당 장치 및 이를 이용한 분산적 하향링크 자원 할당 방법이 개시된다. 하향링크 자원 할당 방법은 제1 엑세스 포인트가 단말로부터 단말이 엿들은 인접한 제2 엑세스 포인트의 자원 할당 정보 및 신호의 세기 정보를 수집하는 단계, 제2 엑세스 포인트의 자원 할당 정보 및 신호의 세기 정보를 이용하여 정규화된 처리율(ut)와 정규화된 공정성(uf)을 계산하는 단계, 및 효용성(u)이 최대가 되도록 할당행렬 Y를 생성하고 자원을 할당하는 단계를 포함한다.A distributed downlink resource allocation apparatus in an OFDMA-based dense wireless LAN environment including a first access point, a second access point positioned adjacent to the first access point, and a plurality of terminals concatenated to each access point, A distributed downlink resource allocation method is disclosed. The downlink resource allocation method includes the steps of: a first access point collecting resource allocation information and signal strength information of a neighboring second access point that the terminal receives from the terminal; acquiring resource allocation information and signal strength information of the second access point; , Calculating a normalized throughput (u t ) and a normalized fairness (u f ) using the allocation matrix Y and generating an allocation matrix Y and allocating resources so that the utility (u) is maximized.

Description

OFDMA 기반 밀집 무선랜 환경에서의 분산적 하향링크 자원 할당 장치 및 방법{APPRATUS OF DISTRIBUTED DOWNLINK RESOURSE ALLOCATION FOR DENSELY DEPLOYED OFDMA WLAN AND METHOD OF THE SAME}[0001] APPARATUS FOR DISTRIBUTED DOWNLINK RESOURCE ALLOCATION FOR DENSELY DEPLOYED OFDMA WLAN AND METHOD OF THE SAME [0002]

본 발명은 OFDMA 기반 밀집 무선랜 환경에서의 분산적 하향링크 자원 할당 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 단말이 엿들은 인접한 엑세스 포인트의 자원 할당 정보 및 신호의 세기를 수집하고, 처리율 및 공정성을 고려하여 효용성이 최대가 되도록 자원을 할당하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for distributed downlink resource allocation in an OFDMA-based dense wireless LAN environment, and more particularly, to a method and apparatus for collecting resource allocation information and signal strength of neighboring access points, And more particularly, to an apparatus and a method for allocating resources so as to maximize utility.

본 발명은 OFDMA 기반 밀집 무선랜 환경에서의 분산적 하향 링크 자원 할당 기술을 제시한다.The present invention proposes a distributed downlink resource allocation technique in an OFDMA-based dense wireless LAN environment.

스마트폰, 랩탑, 멀티미디어 기기와 같은 개인용 단말의 수가 급증하고 있다. 이러한 기기들은 대부분 무선랜(WLAN: Wireless Local Area Network, 이하 'WLAN'이라고 함)을 통해 데이터를 주고 받게 되므로 무선랜의 성능 향상에 대한 관심이 증가하고 있다.The number of personal terminals such as smart phones, laptops, and multimedia devices is rapidly increasing. Most of these devices send and receive data through a wireless local area network (WLAN), and thus there is an increasing interest in improving the performance of the wireless LAN.

무선랜 성능 향상을 위해 IEEE 802.11n에서는 4x4의 Multiple input multiple output(MIMO)를 지원했으며 현재 나온 최신의 무선랜 표준인 IEEE 802.11ac에서는 8x8의 MIMO를 지원함으로써 무선랜 물리 계층의 처리율 향상을 꾀하고 있다. 그러나 매체 접근 계층의 처리율 향상은 상대적으로 저조하기 때문에 매체 접근 계층의 효율적인 알고리즘이 필요하다.In order to improve the performance of wireless LAN, IEEE 802.11n supports 4x4 multiple input multiple output (MIMO) and IEEE802.11ac, the latest wireless LAN standard, supports 8x8 MIMO to improve the throughput of the wireless LAN physical layer have. However, since the improvement of the throughput of the medium access layer is relatively low, an efficient algorithm of the medium access layer is required.

이를 위해 많은 수의 매체 접근 계층의 처리율 향상 기법이 연구되어 왔다. Orthogonal Frequency-Division Multiple Access(OFDMA)가 대표적인 매체 접근 계층 처리율 향상 기법인데, 이를 통해 시간적, 공간적, 주파수적인 다양성을 발휘하여 처리율 향상을 이룰 수 있게 된다. OFDMA는 현재 4G 셀룰러 네트워크, Wireless Metropolitan Area Network(WMAN), 그리고 Ultra Mobile Broadband(UMB) 등에서 이미 적용되어 있으나 무선랜 환경에서는 현재 드래프트(draft) 단계인 IEEE 802.11ax에서 처음 적용될 예정이다.For this purpose, throughput enhancement techniques of a large number of medium access layers have been studied. Orthogonal Frequency-Division Multiple Access (OFDMA) is a typical medium access layer throughput enhancement technique, which enables diversity in time, space, and frequency to be achieved to improve throughput. OFDMA is already applied in 4G cellular network, Wireless Metropolitan Area Network (WMAN), and Ultra Mobile Broadband (UMB), but it will be applied first in IEEE 802.11ax which is a draft stage in wireless LAN environment.

현재의 무선랜 환경에서 개인용 단말과 액세스 포인트(AP: Access Point, 이하 'AP'라고 함)들의 수가 폭발적으로 증가하고 있어 IEEE 802.11ax에서는 단말 대 단말의 처리율 상승이 아닌 네트워크 전반적인 처리율의 향상을 고려하고 있다. 그러나 무선랜 환경은 셀룰러 네트워크처럼 소수의 서비스 제공자가 관리하는 네트워크가 아니기 때문에 각 AP들을 관리하기 힘들고 그렇기 때문에 중앙집중적인 최적화 기법은 매우 어렵다. In the current wireless LAN environment, the number of personal terminals and access points (APs) is explosively increasing. Therefore, IEEE 802.11ax considers improvement of overall network throughput rather than increase of throughput rate of terminals to terminals . However, since the wireless LAN environment is not a network managed by a small number of service providers such as a cellular network, it is difficult to manage each AP. Therefore, a centralized optimization technique is very difficult.

따라서, 무선랜 환경에서 발생할 수 있는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 분산적으로 동작하면서도 보다 효율적인 자원 할당 기법이 필요하다.Therefore, a more efficient resource allocation scheme is needed to solve the problems that may occur in a wireless LAN environment.

등록특허 제10-0924834호에서는 채널 코딩 방식을 사용한 하향 링크 스케줄링 제어 정보 전송 방법, 특히 제어 정보를 전송할 수 있는 비트맵 패턴을 제안하고 있으나, 그러한 제어 정보를 도출할 수 있는 방법에 대해서는 개시하고 있지 않다. Japanese Patent Application No. 10-0924834 proposes a downlink scheduling control information transmission method using a channel coding scheme, in particular, a bitmap pattern capable of transmitting control information, but a method of deriving such control information is disclosed not.

공개특허 제10-2013-0110588호에서는 다중 셀 환경에서의 OFDMA 자원 할당 방법, 특히 셀 간 간섭을 조정하여 셀 가장자리 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 개시하고 있지만, 상기 자원 할당 방법은 기지국과 연결된 중앙처리장치가 연산하게 되어 있어 무선랜 환경과 같이 분산적인 환경에서는 사용하기 힘든 문제점이 존재한다. Open No. 10-2013-0110588 discloses an OFDMA resource allocation method in a multi-cell environment, in particular, a method for improving cell edge performance by adjusting inter-cell interference. However, There is a problem that it is difficult to use in a distributed environment such as a wireless LAN environment.

등록특허 제10-0848655호에서는 다중 셀 환경에서의 분산적인 OFDMA 자원 할당 방법을 제안하고 있으며, 특히 부반송파간의 송신 전력의 최적화를 통해 인접 셀 간의 CCI(Co-Channel Interference)를 최소화하는 기법에 대하여 개시하고 있지만, 어떤 부반송파를 어떤 단말에 할당할 것인지에 대한 고려는 단지 수율을 최대화하는 방향으로 제시되어 있으므로, 밀집된 무선랜 환경에 적용하기에는 적합하지 않다.Japanese Patent Application No. 10-0848655 proposes a distributed OFDMA resource allocation method in a multi-cell environment. In particular, a technique for minimizing co-channel interference (CCI) between neighboring cells through optimization of transmission power between subcarriers is disclosed However, consideration of which sub-carrier is to be allocated to a terminal is not suitable for application to a dense wireless LAN environment because it is proposed to maximize the yield.

본 발명에서는 분산적 하향 링크 자원 할당 알고리즘을 제안한다. 본 알고리즘에서는 각 AP가 분산적으로 ‘효용’ 함수를 정의하고 이를 최대화하는 최적화 문제를 수립한다. 효용 함수는 AP가 얻을 수 있는 처리율과 그 처리율 사이의 공정성에 대한 척도가 반영되고, 이를 조절할 수 있는 파라미터로 이루어져 있어 처리율 극대화과 공정성 극대화를 조절할 수 있다. 또한, 최적화 문제를 수립하기 위하여 인접한 AP의 정보가 필요한데, 이를 위한 수정된 Clear-To-Send(M-CTS) 프레임 구조를 제안한다.The present invention proposes a distributed downlink resource allocation algorithm. In this algorithm, each AP defines a 'utility' function in a distributed manner and establishes an optimization problem that maximizes it. The utility function reflects the fairness measure between the throughput and the throughput of the AP, and it is made up of parameters that can be adjusted to maximize throughput and maximize fairness. In addition, we need a modified Clear-To-Send (M-CTS) frame structure for the neighboring APs in order to establish the optimization problem.

대한민국 특허공보 제10-0924834호Korean Patent Publication No. 10-0924834 대한민국 공개공보 제10-2013-0110588호Korean Laid-Open Publication No. 10-2013-0110588 대한민국 특허공보 제10-0848655호Korean Patent Publication No. 10-0848655

Nan Bao, Junchao Li, Weiwei Xia, and Lianfeng Shen. "QoS-aware Resource Allocation Algorithm for OFDMA-WLAN integrated system, " in 2013 IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), 2013, pp. 807-812 Nan Bao, Junchao Li, Weiwei Xia, and Lianfeng Shen. "QoS-aware Resource Allocation Algorithm for OFDMA-WLAN integrated system," in IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), 2013, pp. 807-812 T. Mishima, S. Miyamoto, S. Sampei, W. Jiang, "Novel DCF-based Multi-User MAC Protocol and Dynamic Resource Allocation for OFDMA WLAN Systems," in 2013 International Conference on Computing, Networking and Communications (ICNC), 2013, pp. 616-620 T. Mishima, S. Miyamoto, S. Sampei, and W. Jiang, "Novel DCF-based Multi-User MAC Protocol and Dynamic Resource Allocation for OFDMA WLAN Systems," in International Conference on Computing, Communications and Networking (ICNC) 2013, pp. 616-620 C. Wang and W. H. Kuo, "A utility-based resource allocation scheme for IEEE 802.11 WLANs via a machine-learning approach," Wirel. Networks, vol. 20, no. 7, pp. 1743-1758, 2014. C. Wang and W. H. Kuo, "A utility-based resource allocation scheme for IEEE 802.11 WLANs," Networks, vol. 20, no. 7, pp. 1743-1758, 2014.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 각 엑세스 포인트(AP)가 분산적으로 효용 함수를 정의하고 이를 최대화하는 최적화 문제를 수립하여 단말에 대한 하향링크 자원을 할당하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for allocating downlink resources to a mobile station by establishing an optimization problem in which each access point (AP) defines a utility function and maximizes the utility function.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 엑세스 포인트의 처리율과 공정성을 극대화할 수 있는 하향링크 자원을 할당하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide an apparatus and method for allocating downlink resources that can maximize the throughput and fairness of an access point.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 OFDMA 기반 밀집 무선랜 환경에서의 분산적 하향링크 자원 할당을 위한 인접 엑세스 포인트의 자원 할당 정보 및 신호의 세기 정보를 수집하기 위하여 수정된 CTS(M-CTS) 프레임 구조를 제공하는 것이다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for allocating resource allocation information and signal strength of a neighboring access point for distributed downlink resource allocation in an OFDMA-based dense wireless LAN environment, ) Frame structure.

제1 엑세스 포인트, 상기 제1 엑세스 포인트와 인접하게 위치하는 제2 엑세스 포인트 및 각 엑세스 포인트에 체결된 복수의 단말을 포함하는 OFDMA 기반 밀집 무선랜 환경에 있어서, 본 발명의 실시 예에 따른 제1 엑세스 포인트가 하향링크 자원을 할당하는 방법은 상기 제1 엑세스 포인트가 상기 제1 엑세스 포인트와 체결된 단말로부터 인접한 상기 제2 엑세스 포인트의 자원 할당 정보 및 신호의 세기 정보를 수집하는 단계, 상기 제1 엑세스 포인트가 상기 제2 엑세스 포인트의 상기 자원 할당 정보 및 상기 제2 엑세스 포인트의 상기 신호의 세기 정보를 이용하여 정규화된 처리율(ut)을 계산하는 단계, 상기 제1 엑세스 포인트가 상기 제2 엑세스 포인트의 상기 자원 할당 정보 및 상기 제2 엑세스 포인트의 상기 신호의 세기 정보를 이용하여 정규화된 공정성(uf)을 계산하는 단계, 및 상기 제1 엑세스 포인트가 상기 제1 엑세스 포인트에 체결된 둘 이상의 단말이 같은 서브채널을 점유하지 않는 제약조건을 만족하면서 효용성(u)이 최대가 되도록 할당행렬 Y를 생성하고 자원을 할당하는 단계를 포함한다.In an OFDMA-based dense wireless LAN environment including a first access point, a second access point positioned adjacent to the first access point, and a plurality of terminals concatenated to each access point, The method for allocating downlink resources by an access point includes collecting resource allocation information and signal strength information of a neighboring access point from a terminal connected to the first access point by the first access point, Calculating a normalized throughput (u t ) by using the resource allocation information of the second access point and the signal strength information of the second access point, the first access point The resource allocation information of the first access point and the signal strength information of the second access point, (U f ), and allocating the first access point to satisfy a constraint condition that two or more terminals concatenated to the first access point do not occupy the same sub-channel, Generating a matrix Y and allocating resources.

본 발명의 실시 예에 따른 차량 침입 탐지 장치 및 방법에 의할 경우, OFDMA 기반 밀집 무선랜 환경에서의 하향링크 자원 할당의 효용성을 최대화할 수 있는 효과가 있다. According to the apparatus and method for intrusion detection of a vehicle according to an embodiment of the present invention, the efficiency of downlink resource allocation in an OFDMA-based dense wireless LAN environment can be maximized.

또한, 무선랜 환경에 따라 처리율 극대화과 공정성 극대화를 조절할 수 있는 효과가 있다. In addition, according to the wireless LAN environment, maximization of throughput and maximization of fairness can be controlled.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 일실시예에 따른 자원 할당 장치를 포함하는 전체 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 자원 할당 장치를 도시한 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시한 분산적 하향 링크 자원 할당 장치를 이용한 분산적 하향 링크 자원 할당 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4a는 IEEE 802.11에 규정되어 있는 CTS 프레임을 도시하고, 도 4b는 본 발명에서 제안하는 수정된 CTS(M-CTS) 프레임을 도시한다.
도 5는 Target RSSI 서브필드와 RU allocation 서브필드를 추가한 M-CTS 프레임을 활용한 전송 예제를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 자원 할당 방법에서 기반하는 OFDMA 시스템의 간단한 예시를 도시한다.
도 7 및 도 8은 AP의 개수의 변화에 따른 제안 기법과 비교 기법의 처리율과 공정성 척도를 나타낸다.
도 9는 α의 변화에 따른 처리율과 공정성의 추이를 도시하고, 도 10 및 도 11은 AP 밀도에 따른 처리율과 공정성 추이를 도시한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to more fully understand the drawings recited in the detailed description of the present invention, a detailed description of each drawing is provided.
1 is a diagram illustrating an entire system including a resource allocation apparatus according to an embodiment.
2 is a block diagram illustrating a resource allocation apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a distributed downlink resource allocation method using the distributed downlink resource allocation apparatus shown in FIG.
FIG. 4A shows a CTS frame defined in IEEE 802.11, and FIG. 4B shows a modified CTS (M-CTS) frame proposed in the present invention.
FIG. 5 shows an example of transmission using an M-CTS frame in which a Target RSSI subfield and an RU allocation subfield are added.
6 shows a simple example of an OFDMA system based on a resource allocation method according to an embodiment of the present invention.
7 and 8 show the throughput and the fairness measure of the proposed technique and the comparison technique according to the change of the number of APs.
FIG. 9 shows the change of the throughput and the fairness according to the change of alpha, and FIGS. 10 and 11 show the throughput and the fairness change according to the AP density.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.It is to be understood that the specific structural or functional description of embodiments of the present invention disclosed herein is for illustrative purposes only and is not intended to limit the scope of the inventive concept But may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.The embodiments according to the concept of the present invention can make various changes and can take various forms, so that the embodiments are illustrated in the drawings and described in detail herein. It is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, or alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms may be named for the purpose of distinguishing one element from another, for example, without departing from the scope of the right according to the concept of the present invention, the first element may be referred to as a second element, The component may also be referred to as a first component.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that no other element exists in between.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there are features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof described herein, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

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 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the meaning of the context in the relevant art and, unless explicitly defined herein, are to be interpreted as ideal or overly formal Do not.

이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings attached hereto.

도 1은 일실시예에 따른 자원 할당 장치를 포함하는 전체 시스템(10)을 설명하는 도면이다. 1 is a diagram illustrating an entire system 10 including a resource allocation apparatus according to an embodiment.

본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반 밀집 무선랜 환경에서의 분산적 하향 링크 자원 할당 장치 및 방법에서는 다수의 싱글홉 BSS(basic service set)가 존재하는 OFDMA 무선랜 환경을 가정하고 있다. The apparatus and method for distributed downlink resource allocation in an OFDMA-based dense wireless LAN environment according to an embodiment of the present invention assume an OFDMA wireless LAN environment in which a plurality of single hop BSS (basic service set) exist.

도 1을 참조하면, 단말 a1과 단말 a2는 AP a에 체결되어 있고, 단말 b1과 단말 b2는 AP b에 체결되어 있다. 즉, 각 엑세스 포인트(AP)는 각 엑세스 포인트(AP)와 체결된 복수의 단말들, 예컨대 다수의 스테이션(STA: Station)의 집합에 서비스를 제공하고 정보를 수집하는 형태의 네트워크 구조를 가진다.Referring to FIG. 1, the terminal a1 and the terminal a2 are connected to AP a, and the terminal b1 and the terminal b2 are connected to AP b. That is, each access point (AP) has a network structure of providing a service to a plurality of terminals, for example, a plurality of stations (STAs) connected to each access point (AP) and collecting information.

원은 AP의 전송 범위를 의미하며 원이 겹쳐진 부분은 두 AP의 겹쳐진 전송 범위를 의미한다. AP a에서 분산적 하향 링크 자원 할당을 하는 경우, 단말 a2로부터 AP b의 자원 할당 정보와 신호 세기를 엿들은 뒤 이를 본 발명에서 제안하는 수정된 CTS(M-CTS) 프레임을 통해 단말 a2로부터 수신하고, 이를 토대로 자원 할당 최적화 문제를 수립하여 그에 따라 다운링크 OFDMA 전송을 시행한다. 이와 유사하게, AP b는 단말 b1으로부터 수신한 인접한 AP a의 자원 할당 정보 및 신호 세기를 이용하여 자원 할당 최적화 문제를 수립한다.The circles represent the transmission range of the AP, and the overlapped portions of the circles indicate the overlapped transmission range of the two APs. When the AP a allocates the resource allocation information and the signal strength of the AP b from the terminal a 2, it receives the downlink resource allocation from the terminal a 2 through the modified CTS (M-CTS) frame proposed in the present invention Based on this, a resource allocation optimization problem is established and downlink OFDMA transmission is performed accordingly. Similarly, the AP b establishes a resource allocation optimization problem using the resource allocation information and the signal strength of the adjacent AP a received from the terminal b 1.

즉, AP a는 단말 a2로부터 수신한 인접한 AP b의 자원 할당 정보 및 신호 세기를 이용하여 최적의 무선 자원을 할당함으로써 네트워크의 성능을 개선할 수 있다. That is, the AP a can improve the performance of the network by allocating the optimal radio resources using the resource allocation information and the signal strength of the adjacent AP b received from the terminal a 2.

도 2는 일실시예에 따른 OFDMA 기반 밀집 무선랜 환경에서의 분산적 하향 링크 자원 할당 장치(100)의 기능 블럭도이다. 2 is a functional block diagram of a distributed downlink resource allocation apparatus 100 in an OFDMA-based dense wireless LAN environment according to an exemplary embodiment.

도 2를 참조하면, 자원 할당 장치(100)은 수집부(110), 할당부(120) 및 송신부(130)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the resource allocation apparatus 100 includes a collecting unit 110, an allocating unit 120, and a transmitting unit 130.

자원 할당 장치(100)는 엑세스 포인트(AP)로 동작할 수 있다.The resource allocation apparatus 100 may operate as an access point (AP).

자원 할당 장치(100)의 수집부(110)는 최적화된 자원 할당을 위하여 자원 할당 장치(100)와 연결된 스테이션을 제어하여 체결된 단말로부터 인접한 다른 AP의 자원 할당 정보 및 신호 세기를 수집할 수 있다.The collection unit 110 of the resource allocation apparatus 100 may control a station connected to the resource allocation apparatus 100 for optimized resource allocation and collect resource allocation information and signal strength of neighboring APs from the established terminals .

할당부(120)는 인접 AP의 자원 할당 정보 및 신호의 세기 정보를 이용하여 정규화된 처리율(ut) 및 정규화된 공정성(uf)을 계산하고, 정규화된 처리율(ut) 및 정규화된 공정성(uf)을 반영한 효용 함수를 정의하여, 이에 따른 효용성(u)을 최대화하는 최적화 문제를 수립하여 단말에 대한 하향링크 자원을 할당한다. The allocating unit 120 calculates the normalized throughput u t and the normalized fairness u f using the resource allocation information and the signal strength information of the neighbor AP and calculates the normalized throughput u t and the normalized fairness (u f ), and establishes an optimization problem that maximizes the utility (u), thereby allocating downlink resources to the UE.

송신부(130)는 체결된 단말들에 할당 정보를 송신할 수 있다. The transmitting unit 130 may transmit the allocation information to the established terminals.

이 밖에도, 일실시예에 따른 자원 할당 장치(100)는 체결된 단말로부터 수신한 자원 할당 정보 및 신호 세기 정보를 기록하는 저장부를 더 포함할 수 있다. In addition, the resource allocation apparatus 100 according to an exemplary embodiment may further include a storage unit for storing resource allocation information and signal strength information received from the UE.

이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDMA 기반 밀집 무선랜 환경에서의 분산적 하향 링크 자원 할당 방법에 대하여 자세히 살펴보도록 한다.Hereinafter, a method for allocating a distributed downlink resource in an OFDMA-based dense wireless LAN environment according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3 to FIG.

도 3은 도 2에 도시한 분산적 하향 링크 자원 할당 장치를 이용한 분산적 하향 링크 자원 할당 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a distributed downlink resource allocation method using the distributed downlink resource allocation apparatus shown in FIG.

도 3을 참조하면, 먼저 자원 할당 장치(100)는 체결된 단말(200)로부터 인접 AP의 자원 할당 정보와 인접 AP로부터 받는 신호의 세기 정보를 수신한다(S100). 구체적으로, 자원 할당 장치(100)는 단말(200)에 RTS 프레임을 전송하고, 인접한 다른 AP의 전송을 엿들은(overhear) 단말(200)은 전송에 담겨있는 자원 할당(RU allocation) 정보와 그 신호의 세기 정보(노이즈의 강도)를 포함하는 수정된 CTS(M-CTS) 프레임을 자원 할당 장치(100)에 전송한다. 즉, 인접한 다른 AP의 전송을 엿들은 단말(200)은 엿들은 전송에 담겨있는 자원 할당(RU allocation) 정보와 그 신호의 세기를 저장하고, 상기 단말(200)과 체결된 AP, 즉, 자원 할당 장치(100)로부터 RTS 프레임을 수신한 경우, 상기 단말(200)은 자원 할당(RU allocation) 정보와 신호 세기 정보를 포함하는 수정된 CTS(M-CTS) 프레임을 자원 할당 장치(100, AP)에 전송한다.Referring to FIG. 3, the resource allocation apparatus 100 receives the resource allocation information of the neighbor AP from the established terminal 200 and the strength information of the signal received from the neighbor AP (S100). Specifically, the resource allocation apparatus 100 transmits an RTS frame to the terminal 200, and the terminal 200 overhearing transmission of another adjacent AP transmits resource allocation information (RU allocation information) And transmits a modified CTS (M-CTS) frame including signal strength information (intensity of noise) to the resource allocation apparatus 100. [ That is, the terminal 200 that has received the transmission of another adjacent AP stores the RU allocation information and the strength of the signal contained in the transmission of the eavesdropping, Upon receiving an RTS frame from the allocation apparatus 100, the MS 200 transmits a modified CTS (M-CTS) frame including resource allocation (RU allocation) information and signal strength information to the resource allocation apparatus 100 .

도 1을 예로 들어 설명하면, AP b의 전송을 엿들은 단말 a2는 엿들은r) 전송에 담겨있는 자원 할당(RU allocation) 정보와 그 신호의 세기를 저장해놓고 있다가 AP a로부터의 RTS 프레임을 수신했을 시 이를 포함하는 M-CTS 프레임을 AP a에 전송한다. 1, the terminal a2, which receives the AP b, stores the RU allocation information and the strength of the signal contained in the transmission r, and then transmits the RTS frame from the AP a And transmits an M-CTS frame including the M-CTS frame to the AP a when it is received.

인접한 AP의 자원 할당(RU allocation) 정보와 그 신호의 세기를 수집하기 위하여 본 발명에서 제안하는 M-CTS 프레임 구조는 아래와 같다. The M-CTS frame structure proposed by the present invention for collecting RU allocation information and the strength of a signal of an adjacent AP is as follows.

도 4a는 IEEE 802.11에 규정되어 있는 CTS 프레임을 도시하고, 도 4b는 본 발명에서 제안하는 수정된 CTS(M-CTS) 프레임을 도시한다.FIG. 4A shows a CTS frame defined in IEEE 802.11, and FIG. 4B shows a modified CTS (M-CTS) frame proposed in the present invention.

본 발명에서는 Target RSSI 서브필드와 RU allocation 서브필드를 추가한 M-CTS 프레임을 제안한다. The present invention proposes an M-CTS frame to which a Target RSSI subfield and an RU allocation subfield are added.

Target RSSI 서브필드는 엿들은 신호의 세기를 나타내는 서브필드이다. 8비트로 이루어져 있으며 신호의 세기를 256단계(즉, 2^8)로 분리하여 나타낼 수 있다. Target RSSI 서브필드는 현재 진행되고 있는 IEEE 802.11ax Draft에서 처음 제안된 필드로, 802.11ax에서는 AP가 단말들에게 전송을 요청하거나 RTS(ready-to-send) 프레임의 용도로 사용되는 트리거 프레임(Trigger frame) 내부에 존재하는데, CTS 프레임에서는 사용하고 있지 않다.The Target RSSI subfield is a subfield indicating the intensity of the signal received. It is composed of 8 bits, and the intensity of the signal can be divided into 256 steps (that is, 2 8). The Target RSSI subfield is a field originally proposed in the IEEE 802.11ax draft, which is currently in progress. In the 802.11ax, a trigger frame (Trigger) used by the AP to request transmission to the UEs or used as a ready-to- frame, but it is not used in the CTS frame.

RU Allocation 서브필드는 OFDMA 무선랜 시스템의 전송 단위인 RU(resource unit)가 어떻게 할당되는지를 나타내는 서브필드로서, IEEE 802.11ax Draft에서 지원되는 서브필드이나, CTS 프레임에서는 지원하고 있지 않고 있다.The RU Allocation subfield is a subfield indicating how a resource unit (RU), which is a transmission unit of an OFDMA wireless LAN system, is allocated, and is not supported in a subfield or CTS frame supported by IEEE 802.11ax Draft.

도 5는 Target RSSI 서브필드와 RU allocation 서브필드를 추가한 M-CTS 프레임을 활용한 전송 예제를 도시한다. 도 5는 도 1의 동작 예시를 기반으로 작성되었다. t는 인접 AP로부터 영향을 받게 되는 데이터 전송 시간을 나타내며 이는 M-CTS 프레임의 수신을 통해 알 수 있다. T는 PPDU(PLCP protocol data unit)의 길이를 나타낸다. 단말 b1은 AP a로부터 송신된 프레임을 엿들은 뒤, RU allocation과 Target RSSI 정보를 따로 저장해두다가 AP b로부터 RTS 프레임을 수신한 뒤 상기 정보를 M-CTS 프레임에 첨부하여 전송한다.FIG. 5 shows an example of transmission using an M-CTS frame in which a Target RSSI subfield and an RU allocation subfield are added. FIG. 5 is based on the operation example of FIG. t denotes the data transmission time to be influenced by the adjacent AP, which can be known through reception of the M-CTS frame. T represents the length of the PLCP protocol data unit (PPDU). The terminal b1 hears the frame transmitted from the AP a, stores the RU allocation and the target RSSI information separately, receives the RTS frame from the AP b, and transmits the attached information to the M-CTS frame.

M-CTS 프레임을 수신한 AP b는 인접 AP의 전송 정보와 그로부터 받는 영향을 알 수 있게 되고, 본 발명에서 제안하는 자원 할당 기법을 이용하여 OFDMA 자원, 즉 RU(resource unit)의 분배를 시행한다.The AP b receiving the M-CTS frame can know the transmission information of the neighboring AP and the influences received from the neighboring AP, and the OFDMA resource, that is, the resource unit (RU) is distributed using the resource allocation technique proposed in the present invention .

다음, 자원 할당 장치(100)는 인접 Next, the resource allocation apparatus 100 allocates APAP 의 자원 할당 정보와 인접 Adjacent to the resource allocation information of APAP 로부터 받는 신호의 세기 정보를 이용하여 자원을 할당한다(And allocates resources using the strength information of the signal received from the base station S200S200 ).).

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 자원 할당 방법에서 기반하는 OFDMA 시스템의 간단한 예시를 도시한다. 하나의 PPDU는 주파수 축으로는 여러 개의 서브 채널로 이루어져 있고, 시간 축으로는 여러 개의 시간 슬롯으로 이루어져 있다. 자원 할당 단위는 resource unit으로 규정되며 이는 하나의 서브 채널과 하나의 시간 슬롯으로 정의한다.6 shows a simple example of an OFDMA system based on a resource allocation method according to an embodiment of the present invention. One PPDU consists of several sub-channels on the frequency axis and several time slots on the time axis. A resource allocation unit is defined as a resource unit, which is defined as one subchannel and one time slot.

N은 AP의 RTS에 기존의 CTS나 수정된 CTS(M-CTS)로 응답한 단말의 개수를 의미한다. M은 서브채널의 개수로 정의한다. N은 M보다 작거나 같아야 한다. B는 전체 채널 대역폭을 의미한다. 즉, B/M은 하나의 서브 채널의 대역폭을 의미하게 된다. N denotes the number of terminals responding to the RTS of the AP with the existing CTS or the modified CTS (M-CTS). M is defined as the number of sub-channels. N should be less than or equal to M. B is the total channel bandwidth. That is, B / M means the bandwidth of one subchannel.

Y는 할당행렬을 의미하며, 자원 할당 알고리즘에서 도출하고자 하는 행렬이다. 0과 1로 이루어진 N×M행렬로서, 행렬 Y의 원소 yn ,m은, 단말 n이 서브 채널 m을 점유하고 있을 때 1, 그렇지 않으면 0으로 정의한다. 또한 I는 간섭행렬로서, 실수로 이루어진 N×M행렬이다. 행렬 I의 원소 in ,m은 단말 n이 서브 채널 m에서 겪게 되는 간섭의 세기를 나타내며, Target RSSI 서브 필드로부터 도출된다. 다음으로 S는 신호행렬로서 단말 n이 서브 채널 m에서 겪게 되는 신호의 세기를 나타낸다.Y denotes an allocation matrix, and is a matrix to be derived from the resource allocation algorithm. An N × M matrix of 0 and 1, where the element y n , m of matrix Y is defined as 1 when terminal n occupies subchannel m, and 0 otherwise. Also, I is an interference matrix and is a real N × M matrix. The element i n , m of matrix I represents the strength of interference experienced by terminal n on subchannel m and is derived from the Target RSSI subfield. Next, S denotes a signal matrix, which represents the strength of a signal received by the terminal n on the subchannel m.

자원 할당 장치(100)에서 하향링크 자원을 할당하는 단계(S200)는 인접 AP의 자원 할당 정보 및 신호의 세기 정보를 이용하여 정규화된 처리율(ut)을 계산하는 단계(S210), 인접 AP의 자원 할당 정보 및 신호의 세기 정보를 이용하여 정규화된 공정성(uf)을 계산하는 단계(S230), 및 일정한 제약조건을 만족하면서 효용성(u)이 최대가 되도록 할당행렬 Y를 생성하고 자원을 할당하는 단계(S250)를 포함한다.The step S200 of allocating downlink resources in the resource allocation apparatus 100 includes calculating a normalized throughput u t using resource allocation information and signal strength information of a neighbor AP S210, Calculating a normalized fairness (u f ) using the resource allocation information and the signal strength information (S230), generating an allocation matrix Y so as to maximize the utility (u) while satisfying a predetermined constraint condition, (S250).

구체적으로, 상기 정규화된 처리율(ut)을 계산하는 단계는 임의의 할당행렬로부터 도출될 수 있는 처리율(c)을 계산하는 과정, 공정성을 배제한 이론적 최대 처리율(c*)을 계산하는 과정, 및 아래의 수학식 1을 이용하여 상기 정규화된 처리율(ut)을 계산하는 과정을 포함한다.Specifically, calculating the normalized throughput (u t ) includes calculating a throughput (c) that can be derived from an arbitrary allocation matrix, calculating a theoretical maximum throughput (c *) excluding fairness, and And calculating the normalized throughput u t using Equation 1 below.

Figure 112016129541609-pat00001
Figure 112016129541609-pat00001

임의의 할당행렬로부터 도출될 수 있는 처리율(c)을 계산하는 과정은 아래와 같다. The process of calculating the throughput (c) that can be derived from an arbitrary allocation matrix is as follows.

먼저, n번째 단말이 m번째 서브채널을 점유하고 있을 때 신호 대 간섭 및 잡음비(Signal-to-Interference plus Noise Ration:SINRn ,m)를 계산한다. 단말 n이 서브 채널 m을 점유하고 있을 시 얻을 수 있는 SINRn ,m은 아래의 수학식 2와 같다.First, a Signal-to-Interference plus Noise Ratio (SINR n , m ) is calculated when the n-th UE occupies the m-th subchannel. The SINR n , m, which can be obtained when the terminal n occupies the subchannel m , is given by Equation 2 below.

Figure 112016129541609-pat00002
Figure 112016129541609-pat00002

상기 수학식 2에서 N0n ,m은 열 잡음(thermal noise)을 의미하며, f[mW]는 f가 밀리-와트 스케일(milli-watts scale) 단위임을 의미한다.In Equation (2), N 0n , m means thermal noise, and f [mW] means that f is a milli-watts scale unit.

다음, 아래의 수학식 3을 이용하여 n번째 단말이 m번째 서브채널에서 얻을 수 있는 용량(capacity: cn ,m), 즉 단말 n이 서브채널 m에서 얻을 수 있는 케파시티(cn ,m)를 계산한다.Next, by using equation (3) below, n capacity of the second terminal can be obtained from the m-th sub-channel (capacity: c n, m), i.e. the terminal n c n, the kepa city that can be obtained from the sub-channel m (m ).

Figure 112016129541609-pat00003
Figure 112016129541609-pat00003

이때, B는 전체 채널의 대역폭을 의미하며, 따라서 B/M은 하나의 단위 서브채널의 대역폭을 의미한다.In this case, B denotes the bandwidth of the entire channel, and thus B / M denotes the bandwidth of one unit subchannel.

다음, 아래의 수학식 4를 이용하여 단말 n이 얻을 수 있는 총 용량(cn)을 계산하고, 아래의 수학시 5를 이용하여 하나의 PPDU에서 얻을 수 있는 총 용량(c), 즉 임의의 할당행렬로부터 도출될 수 있는 처리율(c)을 계산한다.Next, the total capacity c n obtainable by the terminal n is calculated using the following Equation 4, and the total capacity c obtained from one PPDU using the following mathematical expression 5, that is, (C) that can be derived from the allocation matrix.

Figure 112016129541609-pat00004
Figure 112016129541609-pat00004

Figure 112016129541609-pat00005
Figure 112016129541609-pat00005

공정성을 배제한 이론적 최대 처리율(maximum available capacity: c*)은 AP가 가장 높은 SINR을 발휘할 수 있는 자원(RU)을 단말에게 내림차순으로 할당했을 때의 총 용량일 수 있다.The theoretical maximum available capacity (c *), which excludes fairness, may be the total capacity when the AP allocates resources (RUs) with the highest SINR to the UE in descending order.

다음, 상기 정규화된 공정성(uf)을 계산하는 단계는 n번째 단말이 얻을 수 있는 총 용량(cn) 간의 공정성 지수(f)를 계산하는 과정, 모든 서브채널들이 모든 단말에게 순차적으로 할당되었을 때의 공정성 지수(f*)를 계산하는 과정, 및 아래의 수학식 6을 이용하여 상기 정규화된 공정성(uf)을 계산하는 과정을 포함한다. Next, the step of calculating the normalized fairness (u f ) is a step of calculating a fairness index (f) between a total capacity (c n ) obtainable by the nth UE, all the subchannels are sequentially allocated to all UEs And calculating the normalized fairness (u f ) using the following Equation (6): " (6) "

Figure 112016129541609-pat00006
Figure 112016129541609-pat00006

n번째 단말이 얻을 수 있는 총 용량(cn) 간의 공정성 지수(f), 즉 단말들의 총 용량(cn) 간의 Jain’s fairness index(f)는 아래의 수학식 7을 이용하여 계산할 수 있다.n the total capacity of the second terminal to obtain (c n) Fairness Index (f), i.e. the total capacity Jain's fairness index (f) between (c n) of the terminal between a can be calculated by using Equation 7 below.

Figure 112016129541609-pat00007
Figure 112016129541609-pat00007

다음, 자원 할당 장치(100)는 일정한 제약조건을 만족하면서 효용성(u)이 최대가 되도록 할당행렬 Y를 생성하고 자원을 할당한다(S250).Next, the resource allocation apparatus 100 generates an allocation matrix Y so as to maximize the utility (u) while satisfying a certain constraint condition, and allocates resources (S250).

구체적으로, 효용성(u)은 정규화된 처리율(ut) 및 정규화된 공정성(uf)을 이용하여 아래의 수학식 8과 같이 도출할 수 있다.Specifically, utility (u) can be derived as Equation (8) below using normalized throughput (u t ) and normalized fairness (u f ).

Figure 112016129541609-pat00008
Figure 112016129541609-pat00008

α는 가중치(weighting factor, 가중계수)로서, 처리율(throughput)과 공정성(fairness) 사이에서의 우선순위를 조절할 수 있는 변수이다. α가 1에 가까워질수록 총 처리율을 우선시하게 되고, 반대로 α가 0에 가까워질수록 처리율 간의 공정성을 우선시하게 된다.α is a weighting factor that is a variable that can control the priority between throughput and fairness. The closer to 1 is, the higher the total throughput becomes, and on the contrary, the closer to 0 is, the higher the fairness between throughput becomes.

최적화 문제는 아래의 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.The optimization problem can be expressed as Equation (9) below.

Figure 112016129541609-pat00009
Figure 112016129541609-pat00009

상기 최적화 문제의 제약 조건은 둘 이상의 단말이 같은 서브채널을 점유할 수 없음을 의미한다.The constraint condition of the optimization problem means that two or more UEs can not occupy the same subchannel.

즉, 자원 할당 장치(100)는 제약조건을 만족하면서 효용성(u)이 최대가 되도록 할당행렬 Y(yn ,m)를 생성하고 자원 할당 장치(100, AP)에 체결된 적어도 하나 이상의 단말에 자원을 할당한다.That is, the resource allocation apparatus 100 generates the allocation matrix Y (y n , m ) so as to maximize the utility (u) while satisfying the constraint condition, and transmits the allocation matrix Y (y n , m ) to at least one terminal Allocate resources.

도 7 및 도 8은 AP의 개수의 변화에 따른 제안 기법과 비교 기법의 처리율과 공정성 척도를 나타낸다. 성능 평가를 위한 비교 기법으로는 이기적 기법과 임의 기법을 정의하였다. 이기적 기법은 SINR이 가장 높은 단말-서브 채널부터 할당하는 기법이고, 임의 기법은 제약 조건을 만족하는 조건에서 임의로 할당하는 기법이다.7 and 8 show the throughput and the fairness measure of the proposed technique and the comparison technique according to the change of the number of APs. As a comparison method for performance evaluation, selfish technique and arbitrary technique are defined. The selfish technique is a technique for allocating from a terminal-subchannel with the highest SINR, and an arbitrary technique is a technique for arbitrarily allocating under conditions satisfying a constraint condition.

도 7 및 도 8을 참조하면 AP의 개수가 늘어남에 따라 제안 기법과 비교 기법의 처리율이 높아지나 증가율은 줄어드는 것을 볼 수 있다. 본 발명에 따른 자원 할당 방법에서 α가 0.1인 경우, α가 0.9인 경우나 이기적 기법 대비 16.9%~27.0%의 처리율 하락을 보이나 공정성 척도는 가장 높은 것을 볼 수 있다.Referring to FIGS. 7 and 8, as the number of APs increases, the throughput of the proposed scheme and the comparison scheme increases, but the rate of increase decreases. In the resource allocation method according to the present invention, when? Is 0.1, the throughput rate of 16.9% ~ 27.0% is lower than that of the selfish method, but the fairness scale is the highest.

도 9는 α의 변화에 따른 처리율과 공정성의 추이를 도시한다. α가 낮은 경우에는 효용 함수 내에서 공정성(공평성)이 더 큰 비중을 갖게 되고 OFDMA의 RU(resource unit)가 상대적으로 공평하게 분배된다. 결과적으로 공평성 척도는 높아지나 처리율의 합은 낮아지게 된다. 반대로 α가 높은 경우에는 SINR이 높은 단말들이 RU(resource unit)를 독점하게 되어 공평성 척도는 낮아지나 처리율의 합이 높아짐을 관찰할 수 있다.Fig. 9 shows the change of the throughput and the fairness according to the change of alpha. When α is low, the fairness (fairness) of the utility function becomes larger, and the resource unit (RU) of the OFDMA is distributed relatively fairly. As a result, the fairness measure is high but the sum of the throughput is low. On the contrary, when the α is high, the UEs with high SINR monopolize the resource unit (RU), so that the fairness measure is low but the sum of the throughputs is high.

도 10 및 도 11은 AP 밀도에 따른 처리율과 공정성 추이를 도시한다. Figures 10 and 11 illustrate throughput and fairness trends according to AP density.

아래 그림 8과 9에서는 AP가 얼마나 밀도있게 배치되었는지에 따른 처리율과 공정성을 나타내었다.Figures 8 and 9 below show throughput and fairness according to how dense the AP is deployed.

x축의 r/r0는 AP들 사이의 거리와 전송 범위의 비를 나타낸 것이며, r/r0가 1이면 AP들이 정확히 전송 범위만큼 떨어져 있는 상황을 의미하고, r/r0가 2이면 전송 범위가 겹쳐짐 없이 완전히 분리된 상황을 의미한다.r / r0 on the x-axis represents the ratio of the distance between the APs and the transmission range. If r / r0 equals 1, APs are accurately spaced by the transmission range. If r / r0 equals 2, the transmission range overlaps This means the situation has been completely separated without.

r/r0가 커질수록, 즉 AP들이 듬성듬성 배치될수록 제안 기법과 비교 기법 모두 처리율이 상승하는 것을 볼 수 있는데,이는 AP들 사이의 거리가 멀어짐에 따라 간섭이 줄어들어 전반적으로 SINR들이 상승했기 때문으로 볼 수 있다. As the r / r0 increases, that is, as the APs are arranged more steeply, the throughput of both the proposed scheme and the comparison scheme increases. This is because the interference decreases as the distance between the APs decreases, and the overall SINRs rise can see.

도 7과 유사하게 α가 낮은 경우에 α가 높은 경우나 이기적 기법에 비해 다소 처리율은 낮으나 공평성은 월등한 것을 관찰할 수 있다.Similar to FIG. 7, when α is low, the throughput is somewhat lower than that of the selfish technique, but the fairness is superior.

상술한 OFDMA 기반 밀집 무선랜 환경에서의 분산적 하향 링크 자원 할당 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.The distributed downlink resource allocation method in the OFDMA-based dense wireless LAN environment can be implemented in a general-purpose digital computer that can be created as a program that can be executed by a computer and operates the program using a computer-readable recording medium .

예를 들어, 기록매체에 저장되며 OFDMA 기반 밀집 무선랜 환경에서 엑세스 포인트가 하향링크 자원을 할당하는 프로그램으로서, 상기 프로그램은 컴퓨팅 시스템에서 실행되는 엑세스 포인트가 체결된 단말이 엿들은 인접 엑세스 포인트의 자원 할당 정보 및 인접 엑세스 포인트로부터 받는 신호의 세기 정보를 상기 단말로부터 수집하는 명령어 세트, 수집된 정보를 이용하여 정규화된 처리율(ut)을 계산하는 명령어 세트, 수집된 정보를 이용하여 정규화된 공정성(uf)을 계산하는 명령어 세트, 및 일정한 제약조건을 만족하면서 효용성(u)이 최대가 되도록 할당행렬 Y를 생성하고 자원을 할당하는 명령어 세트를 포함할 수 있다.For example, a program stored in a recording medium and assigned to an access point in downlink resources in an OFDMA-based dense wireless LAN environment, the program causing a computer to execute the steps of: An instruction set that collects allocation information and intensity information of a signal received from a neighboring access point from the terminal, an instruction set that calculates a normalized throughput (u t ) using the collected information, a normalized fairness u f ), and a set of instructions for generating an allocation matrix Y and allocating resources so that the utility u can be maximized while satisfying certain constraints.

상기 하향링크 자원을 할당하는 프로그램은 상기 기록매체에 저장되며, 상기 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한, 상기 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 명령어 세트가 저장되고 실행될 수 있다.The program for allocating the downlink resources is stored in the recording medium. The recording medium may be a magnetic storage medium (for example, a ROM, a floppy disk, a hard disk, etc.), an optical reading medium (for example, ). ≪ / RTI > In addition, the recording medium may be distributed and distributed to a network-connected computer system so that a computer-readable instruction set can be stored and executed in a distributed manner.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100: 자원 할당 장치, 엑세스 포인트
110: 수집부 120: 할당부
130: 송신부
100: resource allocation device, access point
110: collecting unit 120: assigning unit
130:

Claims (7)

제1 엑세스 포인트, 상기 제1 엑세스 포인트와 인접하게 위치하는 제2 엑세스 포인트 및 각 엑세스 포인트에 체결된 복수의 단말을 포함하는 OFDMA 기반 밀집 무선랜 환경에 있어서,
상기 제1 엑세스 포인트가 상기 제1 엑세스 포인트와 체결된 단말로부터 인접한 상기 제2 엑세스 포인트의 자원 할당 정보 및 신호의 세기 정보를 수집하는 단계;
상기 제1 엑세스 포인트가 상기 제2 엑세스 포인트의 상기 자원 할당 정보 및 상기 제2 엑세스 포인트의 상기 신호의 세기 정보를 이용하여 정규화된 처리율(ut)을 계산하는 단계;
상기 제1 엑세스 포인트가 상기 제2 엑세스 포인트의 상기 자원 할당 정보 및 상기 제2 엑세스 포인트의 상기 신호의 세기 정보를 이용하여 정규화된 공정성(uf)을 계산하는 단계; 및
상기 제1 엑세스 포인트가 아래의 수학식에 기초하여 상기 제1 엑세스 포인트에 체결된 둘 이상의 단말이 같은 서브채널을 점유하지 않는 제약조건을 만족하면서 효용성(u)이 최대가 되도록 할당행렬 Y를 생성하고 자원을 할당하는 단계;를 포함하는 엑세스 포인트가 하향링크 자원을 할당하는 방법.
(수학식)
Figure 112016129541609-pat00010

(α는 처리율과 공정성 사이에서의 우선 순위를 조절할 수 있는 변수, N은 제1 엑세스 포인트의 RTS에 응답한 단말의 개수, M은 서브채널의 개수, yn ,m은 n번째 단말이 m번째 서브채널을 점유하고 있을 때 '1', 그렇지 않으면 '0'의 값을 가지는 NXM행렬 Y의 원소)
The OFDMA-based dense wireless LAN environment includes a first access point, a second access point located adjacent to the first access point, and a plurality of terminals concatenated to the respective access points,
Collecting resource allocation information and signal strength information of a neighboring access point from a terminal connected to the first access point by the first access point;
Calculating a normalized throughput (u t ) using the resource allocation information of the second access point and the signal strength information of the second access point;
Calculating a normalized fairness (u f ) using the resource allocation information of the second access point and the signal strength information of the second access point; And
The first access point generates an allocation matrix Y such that the two or more UEs concatenated to the first access point satisfy the constraint condition that the same subchannel is not occupied and the utility (u) is maximized based on the following equation And allocating resources to the access point.
(Equation)
Figure 112016129541609-pat00010

(n is the number of terminals responding to the RTS of the first access point, M is the number of subchannels, y n , m is a variable capable of adjusting the priority between the throughput and the fairness, An element of the NXM matrix Y having a value of '1' when occupying a subchannel, and '0' otherwise)
제1항에 있어서,
상기 정규화된 처리율(ut)을 계산하는 단계는,
임의의 할당행렬로부터 도출될 수 있는 처리율(c)을 계산하는 과정;
공정성을 배제한 이론적 최대 처리율(c*)을 계산하는 과정; 및
아래의 식을 이용하여 상기 정규화된 처리율(ut)을 계산하는 과정;을 포함하는 엑세스 포인트가 하향링크 자원을 할당하는 방법.
Figure 112016129541609-pat00011
The method according to claim 1,
The step of calculating the normalized throughput (u t )
Calculating a throughput (c) that can be derived from an arbitrary allocation matrix;
Calculating a theoretical maximum throughput (c *) excluding fairness; And
And calculating the normalized throughput (u t ) using the following equation: < EMI ID = 17.0 >
Figure 112016129541609-pat00011
제2항에 있어서,
임의의 할당행렬로부터 도출될 수 있는 처리율(c)을 계산하는 과정은,
n번째 단말이 m번째 서브채널을 점유하고 있을 때 신호 대 간섭 및 잡음비(Signal-to-Interference plus Noise Ration:SINRn ,m)를 계산하는 과정;
아래의 식을 이용하여 n번째 단말이 m번째 서브채널에서 얻을 수 있는 용량(capacity: cn ,m)을 계산하는 과정;
Figure 112016129541609-pat00012

(이때, B는 전체 채널의 대역폭)
n번째 단말이 얻을 수 있는 총 용량(cn)을 계산하는 과정; 및
Figure 112016129541609-pat00013

하나의 PPDU에서 얻을 수 있는 총 용량(c)을 계산하는 과정;을 포함하는
Figure 112016129541609-pat00014

엑세스 포인트가 하향링크 자원을 할당하는 방법.
3. The method of claim 2,
The process of calculating the throughput (c) that can be derived from an arbitrary allocation matrix,
calculating a signal-to-interference plus noise ratio (SINR n , m ) when the n-th terminal occupies the m-th subchannel;
Calculating a capacity (capacity: c n , m ) of the n-th terminal from the m-th subchannel using the following equation:
Figure 112016129541609-pat00012

(Where B is the bandwidth of the entire channel)
calculating a total capacity (c n ) obtainable by the nth terminal; And
Figure 112016129541609-pat00013

Calculating a total capacity (c) obtainable from one PPDU; and
Figure 112016129541609-pat00014

Wherein the access point allocates downlink resources.
제2항에 있어서,
공정성을 배제한 이론적 최대 처리율(c*)을 계산하는 과정은,
상기 제1 엑세스 포인트가 가장 높은 신호 대 간섭 및 잡음비(SINR)를 가질 수 있는 자원을 상기 제1 엑세스 포인트와 체결된 단말에게 내림차순으로 할당했을 때의 총 용량인 것을 특징으로 하는,
엑세스 포인트가 하향링크 자원을 할당하는 방법.
3. The method of claim 2,
The process of calculating the theoretical maximum throughput (c *), which excludes fairness,
Wherein the first access point is a total capacity when resources that can have the highest signal-to-interference and noise ratio (SINR) are allocated to the terminals concluded with the first access point in descending order.
Wherein the access point allocates downlink resources.
제3항에 있어서,
상기 정규화된 공정성(uf)을 계산하는 단계는,
아래의 식을 이용하여 n번째 단말이 얻을 수 있는 총 용량(cn) 간의 공정성 지수(f)를 계산하는 과정;
Figure 112016129541609-pat00015

모든 서브채널들이 모든 단말에게 순차적으로 할당되었을 때의 공정성 지수(f*)를 계산하는 과정; 및
아래의 식을 이용하여 상기 정규화된 공정성(uf)을 계산하는 과정;을 포함하는 엑세스 포인트가 하향링크 자원을 할당하는 방법.
Figure 112016129541609-pat00016
The method of claim 3,
The step of calculating the normalized fairness (u f )
Calculating a fairness index (f) between the total capacity (c n ) obtainable by the n-th terminal using the following equation;
Figure 112016129541609-pat00015

Calculating a fairness index (f *) when all subchannels are sequentially allocated to all UEs; And
And calculating the normalized fairness (u f ) using the following equation: < EMI ID = 17.0 >
Figure 112016129541609-pat00016
제1항에 있어서,
상기 제2 엑세스 포인트의 자원 할당 정보 및 신호의 세기 정보를 수집하는 단계는,
상기 제1 엑세스 포인트가 복수의 단말에 RTS(request to send) 프레임을 전송하는 과정; 및
상기 제1 엑세스 포인트가 상기 제2 엑세스 포인트의 전송을 엿들을 적어도 하나 이상의 단말로부터 상기 제2 엑세스 포인트의 전송에 담겨 있는 자원 할당 정보와 신호의 세기 정보를 포함하는 수정된 CTS(Modified clear to send: M-CTS) 프레임을 수신하는 과정;을 포함하는 엑세스 포인트가 하향링크 자원을 할당하는 방법.
The method according to claim 1,
The step of collecting the resource allocation information and the signal strength information of the second access point comprises:
The first access point transmitting a request to send (RTS) frame to a plurality of terminals; And
A modified CTS (Modified Clear to Send) message including resource allocation information and signal strength information contained in the transmission of the second access point from at least one terminal that the first access point tries to transmit the second access point, : M-CTS) frame, wherein the access point allocates downlink resources.
제6항에 있어서,
상기 수정된 CTS 프레임은 엿들은 신호의 세기 정보를 포함하는 Target RSSI 서브필드와 엿들은 RU(Resource unit) 할당 정보를 포함하는 RU allocation 서브필드를 포함하는 엑세스 포인트가 하향링크 자원을 할당하는 방법.

The method according to claim 6,
Wherein the modified CTS frame allocates a downlink resource to an access point including an RU allocation subfield including a target RSSI subfield including strength information of a coded signal and resource information (RU) allocation information.

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