KR101953516B1 - 적응적인 데이터율 조절 방법 및 적응적인 데이터율 조절 시스템 - Google Patents

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유영환
김성렬
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

적응적인 데이터율 조절 방법 및 적응적인 데이터율 조절 시스템이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 적응적인 데이터율 조절 방법은, 게이트웨이를 통해 네트워크 연결된 각 단말에서 사용하는 데이터율을 수집하는 단계와, 상기 데이터율이 속한 구간 별로, 단말의 수를 카운트하는 단계와, 상기 구간 별 단말의 수가, 네트워크 전체 처리량을 고려해 할당한 해당 구간에서의 최적 단말 수와 일치하는지 비교하는 단계와, 상기 비교 결과, 일치하지 않는 구간에 속한 단말에 대해, 상기 데이터율을 조절할 대상 단말로서 결정하는 단계, 및 상기 게이트웨이를 통해 상기 대상 단말로, 상기 데이터율을 조절하도록 명령 패킷을 전달하는 단계를 포함한다.

Description

적응적인 데이터율 조절 방법 및 적응적인 데이터율 조절 시스템{ADAPTIVE DATA-RATE CONTROLLING METHOD, AND ADAPTIVE DATA-RATE CONTROLLING SYSTEM}
본 발명은 로라(LoRa, Long Range) 네트워크 환경에서 충돌 확률을 고려하여 네트워크 전체 처리량을 최대로 높이기 위한 적응적인 데이터율 조절 방법 및 적응적인 데이터율 조절 시스템에 관한 것이다.
최근 사람의 개입 없이 사물 간에 통신하여 데이터를 교환하는 사물인터넷(IoT)이 실용화되고 있다.
이에 따라, 인프라 구축 비용이 크지 않으면서 단말 간에 저전력으로 장거리 통신할 수 있는 무선 통신망인 로라 네트워크에 관한 관심이 늘어나고 있다.
로라 네트워크를 이용하는 단말들은 주기적으로 게이트웨이로 데이터를 송신하게 되며, 게이트웨이는 각 단말에서 송신된 데이터에 기초하여 단말의 상태를 관리하고, 응용 서비스를 제공하는 서버로 데이터를 전송할 수 있다.
한편, 로라 네트워크에서는 각 단말의 연결 품질(링크 상태)에 따라 단말이 사용하는 데이터율을 조절하고 있어, 동일한 데이터율을 사용하는 단말들이 동시에 데이터 송신을 시도할 경우 충돌이 발생할 수 있다.
예를 들어 100개의 단말이 모두 좋은 연결 품질을 가지고 있다고 해서 100개의 단말이 모두 동일한 높은 데이터율을 사용하도록 조절할 경우, 단말 간에 충돌이 야기될 수 있다.
이처럼 기존의 로라 네트워크에서는 데이터율 조절로 인해 동일한 데이터율을 사용하는 단말이 증가하게 되면, 그만큼 충돌 확률도 증가하게 되므로, 도리어 네트워크 전체 처리량이 감소할 우려가 있다.
또한, 기존의 로라 네트워크에서는 데이터율 조절 시, 각각의 개별 단말의 연결 품질 만을 고려해 조절하고 있어, 데이터율 조절로 인해 달라지게 되는 네트워크 상의 다른 단말과의 충돌 확률에 대해서는 고려할 수 없었다.
종래에 로라 네트워크 상에서 충돌을 완화하기 위한 기술로서, 비면허대역에 해당하는 복수의 채널들에 대한 채널 센싱을 통해 검출된 채널의 간섭량에 따라, LoRa데이터를 전송할 시간 및 채널을 선택 함으로써 비면허 대역에서 발생할 수 있는 충돌을 완화하는 '패킷 충돌을 회피하기 위한 방법', 경쟁 구간에서 자신을 표시하는 플래그를 삽입하여 자신의 플래그인지 판단하여 ARS 전송을 하는 '고속 다중 채널 환경에서의 데이터 수집 효율을 높인 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치 및 방법'이 제안되고 있으나, 이러한 종래 기술들은 데이터율 조절에 따라 달라지게 되는 충돌 확률을 사전 고려해, 데이터율을 분산시켜 조절하는 것에 대해서는 고려하고 있지 않다.
이에 따라, 네트워크 상의 전체 단말을 대상으로 동일한 데이터율을 사용하는 단말 수에 따른 충돌 확률을 고려해 네트워크 전체 처리량이 증가되는 방향으로, 단말이 사용하는 데이터율을 최적하게 조절하기 위한 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 로라 네트워크에 배치된 전체 단말로부터의 정보를 수집하여, 같은 데이터율을 사용하는 단말 간의 충돌을 고려해, 네트워크 전체 처리량을 최대화 하는 방향으로, 단말의 데이터율을 조절하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예는 충돌 확률을 고려해 네트워크 전체 처리량을 최대로 높일 수 있도록 할당한 구간 별 최적 단말 수 내에서 데이터율을 상향 조절 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예는 데이터율을 변경할 대상 단말을, 단말이 요구하는 데이터율이 높은 순으로 또는 신호 대 잡음비의 통계치 순으로 결정 함으로써, 각 단말에 제공되는 응용 서비스, 연결 품질 등의 네트워크 전체의 정보를 고려해, 단말의 데이터율 조절이 수행될 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 적응적인 데이터율 조절 방법은, 게이트웨이를 통해 네트워크 연결된 각 단말에서 사용하는 데이터율을 수집하는 단계와, 상기 데이터율이 속한 구간 별로, 단말의 수를 카운트하는 단계와, 상기 구간 별 단말의 수가, 네트워크 전체 처리량을 고려해 할당한 해당 구간에서의 최적 단말 수와 일치하는지 비교하는 단계와, 상기 비교 결과, 일치하지 않는 구간에 속한 단말에 대해, 상기 데이터율을 조절할 대상 단말로서 결정하는 단계, 및 상기 게이트웨이를 통해 상기 대상 단말로, 상기 데이터율을 조절하도록 명령 패킷을 전달하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 적응적인 데이터율 조절 시스템은, 게이트웨이를 통해 네트워크 연결된 각 단말에서 사용하는 데이터율을 수집하는 수집부와, 상기 데이터율이 속한 구간 별로, 단말의 수를 카운트하고, 상기 구간 별 단말의 수가, 네트워크 전체 처리량을 고려해 할당한 해당 구간에서의 최적 단말 수와 일치하는지 비교하는 카운트부, 및 상기 비교 결과, 일치하지 않는 구간에 속한 단말에 대해, 상기 데이터율을 조절할 대상 단말로서 결정하고, 상기 게이트웨이를 통해 상기 대상 단말로, 상기 데이터율을 조절하도록 명령 패킷을 전달하는 처리부를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 네트워크 상의 전체 단말을 대상으로 동일한 데이터율을 사용하는 단말 수를 파악하여, 충돌 확률을 고려해, 네트워크 전체 처리량이 증가되는 방향으로, 각 단말이 사용하는 데이터율을 최적하게 조절할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 게이트웨이를 통해 수집한 단말 정보에 기초하여, 최적화 기법에 따라, 충돌 확률을 고려해 네트워크 전체 처리량을 최대로 높일 수 있도록 할당한 구간 별 최적 단말 수 내에서 데이터율을 상향 조절 함으로써, 데이터 조절로 인한 충돌을 완화할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 데이터율을 변경할 대상 단말을, 단말이 요구하는 데이터율이 높은 순으로 또는 신호 대 잡음비의 통계치 순으로 결정 함으로써, 각 단말에 제공되는 응용 서비스, 연결 품질 등의 네트워크 전체의 정보를 고려해, 단말의 데이터율 조절이 수행되도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 적응적인 데이터율 조절 시스템과, 게이트웨이 및 단말 간의 네트워크 연결 관계를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 적응적인 데이터율 조절 시스템의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 적응적인 데이터율 조절 시스템에서, 데이터율을 조절하는 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 적응적인 데이터율 조절 시스템에서, 수집된 단말 정보를 바탕으로 데이터율을 조절하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 적응적인 데이터율 조절 시스템에서 적용되는 데이터율 조절 알고리즘을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 적응적인 데이터율 조절 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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 실시예가 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.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일실시예에 따른 적응적인 데이터율 조절 시스템은, '네트워크 전체 처리량' 또는 '동일 구간을 사용하는 단말 수에 따른 충돌 확률' 중 어느 하나를 목적함수로 설정하고, 상기 목적 함수를 달성하기 위한 '구간 당 최적 단말 수'를, 최적화 기법에 따라 도출하여 '구간 당 최적 단말 수' 내에서 데이터율을 최적하게 조절할 수 있다.
일례로, 데이터율 조절 시스템은 목적함수로서 '충돌 확률'이 설정되면, 충돌 확률을 최소화 할 수 있는 구간 당 최적 단말 수를, 네트워크 전체 처리량을 고려해 도출하여 그 단말 수 내에서 데이터율을 조절할 수 있다.
또한, 데이터율 조절 시스템은 목적함수로서 '네트워크 전체 처리량'이 설정되면, 네트워크 전체 처리량을 최대화 할 수 있는 구간 당 최적 단말 수를 충돌 확률을 고려해 도출하여, 그 단말 수 내에서 데이터율을 조절할 수 있다.
즉 데이터율 조절 시스템은 시스템에 있어 중요도가 더 높은 것을 목적함수로 설정하고 최적화 기법에 따라 목적함수를 달성하기 위한 구간 당 최적 단말 수를 도출해 데이터율 조절을 실시할 수 있다.
이하에서는, 목적함수로서 '네트워크 전체 처리량'을 설정하여, 충돌 확률을 고려해 네트워크 전체 처리량을 최대화 할 수 있도록 데이터율을 조절하는 실시예에 관해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 적응적인 데이터율 조절 시스템과, 게이트웨이 및 단말 간의 네트워크 연결 관계를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 데이터율 조절 시스템(100)은, 게이트웨이(101)를 통해 단말(102)과 로라(LoRa) 네트워크로 연결되어, 단말(102)에서 센싱한 데이터를 수집해 다양한 응용 서비스를 제공할 수 있다.
데이터율 조절 시스템(100)은 응용 서비스를 제공하는 서버의 내부에 포함되어 구현될 수도 있고, 게이트웨이(101)의 내부에 포함되어 구현될 수도 있고, 게이트웨이(101)와 다른 게이트웨이를 잇는 별도의 네트워크 장비에 포함되어 구현될 수도 있다.
단말(102)은 센싱한 데이터를 로라(LoRa) 네트워크를 기반으로 연결된 게이트웨이(101)에 일정 주기로 송신하는 센서 단말일 수 있다.
예를 들어, 단말(102)은 수도 계량기, 가스 계측기, 카드 단말기(vending machine), 애완견 위치 추적기(pet tracking), 담배 냄새 감지기(smoke alarm), 쓰레기통 감지기(trash container) 등을 예시할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 '데이터율'은, 단말(102)에서 센싱한 데이터를 게이트웨이(101)로 송신하는 경우에 시간 당 송신하는 비율로서 단말(102) 별로 지정될 수 있다.
게이트웨이(101)는 단말(102)로부터 상기 데이터가 포함된 신호가 송신되면, 상기 데이터 내 패킷 헤더로부터 단말(102)이 현재 사용 중인 데이터율을 식별하고, 상기 신호의 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 측정하고, 측정한 SNR에 따라 단말(102)의 연결 품질(링크 상태)을 평가할 수 있다.
일반적으로 게이트웨이(101)는, 단말(102)과의 사이에 장애물이 없다면, SNR이 높을수록 연결 품질이 양호한 것으로 평가하고, SNR이 낮을수록 연결 품질이 낮은 것으로 평가할 수 있다.
데이터율 조절 시스템(100)은, 게이트웨이(101)를 통해 단말(102)의 SNR과, 연결 품질, 단말(102)이 현재 사용하는 데이터율 및 게이트웨이(101)의 통신 범위 내에 위치한 단말(102)의 수 중 적어도 하나의 단말 정보를 수집하고 이를 데이터베이스에 유지할 수 있다.
데이터율 조절 시스템(100)은, 데이터베이스에 유지된 단말 정보를 바탕으로 최적화 기법을 적용하여, 로라(LoRa) 네트워크의 전체 처리율(전체 처리량)을 최대화 하기 위한, 특정 데이터율을 사용하는 단말 수의 최적의 조합을 도출할 수 있다.
다시 말해, 데이터율 조절 시스템(100)은, 같은 데이터율을 사용하는 단말 수에 따른 충돌 확률을 고려해 전체 처리량을 최대화하기 위한, 데이터율과 단말 수 간의 조합을 도출하고, 각 조합에 따라 데이터율이 속한 구간 별로 최적 단말 수를 할당할 수 있다.
예를 들어, 데이터율 조절 시스템(100)은 네트워크의 전체 처리율을 10% 높이려는 경우, 충돌 확률을 고려해, 데이터율 1을 사용하는 단말 수를 '5', 데이터율 2를 사용하는 단말 수를 '3'으로 하는 최적의 조합을 도출할 수 있다.
데이터율 조절 시스템(100)은, 게이트웨이(101)를 통해 각 단말(102)의 데이터율을 상기 최적 단말 수 내에서 상향 조절 함으로써, 네트워크 전체 처리량을 향상시키고, 같은 데이터율을 중복해서 사용하는 단말 간 충돌을 완화할 수 있다.
예를 들어, 데이터율 조절 시스템(100)은 데이터율 1을 '2'개의 단말이 사용하고, 데이터율 1 보다 낮은 데이터율 2를 '5'개의 단말이 사용하고 있는 경우, 데이터율 2를 사용하는 단말의 데이터율을 증가시켜 네트워크 전체 처리량을 증가시키려 할 때, 데이터율 1에 할당된 최적 단말 수 '5'를 넘지 않도록, 데이터율 2에 속한 단말 중 3개의 단말 만을 선별해서 데이터율 1을 사용하도록 조절할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 네트워크 상의 전체 단말을 대상으로, 같은 데이터율을 사용하는 단말 간 충돌 확률을 고려해, 네트워크 전체 처리량이 최대화 되도록, 각 단말이 사용하는 데이터율을 적절히 조절할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 적응적인 데이터율 조절 시스템의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 데이터율 조절 시스템(200)은, 수집부(210), 카운트부(220) 및 처리부(230)를 포함하여 구성할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 데이터율 조절 시스템(200)은, 할당부(240) 및 데이터베이스(250)를 각각 추가하여 구성할 수 있다.
수집부(210)는 게이트웨이를 통해 네트워크 연결된 각 단말에서 사용하는 데이터율을 수집한다.
여기서 각 단말은, 일정 주기로 센싱한 데이터를 로라(LoRa) 네트워크로 연결된 게이트웨이로 송신하는 센서 단말일 수 있고, 수집부(210)는 각 단말에 의해 게이트웨이로 송신되는 상기 데이터 내 패킷 헤더로부터, 상기 각 단말이 현재 사용 중인 상기 데이터율을 수집할 수 있다.
여기서, 데이터율은 각 단말에서 로라 네트워크로 연결된 게이트웨이로 자신이 센싱한 데이터를 송신하는 처리 속도를 지칭할 수 있으며, 단말 별로 다르게 지정될 수 있다.
또한, 수집부(210)는 게이트웨이를 통해, 각 단말에 의해 송신되는 신호에 대한 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 측정하고, 상기 신호 대 잡음비의 통계치에 기초하여 분석한 정보(사용 가능한 데이터율 범위, 연결 품질 등)를, 현재 사용 중인 데이터율과 함께 단말 정보로서 데이터베이스(250)에 유지할 수 있다. 여기서, 상기 신호 대 잡음비의 통계치는, 일정 기간 동안 측정한 SNR의 평균치일 수 있다.
구체적으로, 수집부(210)는 상기 신호 대 잡음비의 통계치에 기초하여, 각 단말에 대해 사용 가능한 데이터율 범위를 부여할 수 있다.
예를 들어, 수집부(210)는 상기 신호 대 잡음비의 통계치가 기준치 보다 높은 단말에 대해, 부여 가능한 데이터율 중 최고 데이터율과 최저 데이터율을, 사용 가능한 데이터율 범위로 부여할 수 있다. 또한 수집부(210)는 상기 신호 대 잡음비의 통계치가 기준치 보다 낮은 단말에 대해, 부여 가능한 데이터율 중, 가장 낮은 데이터율 만을, 사용 가능한 데이터율 범위로서 부여할 수 있다.
또한, 수집부(210)는 상기 신호 대 잡음비의 통계치에 기초하여, 각 단말과 게이트웨이 간 연결 품질을 평가할 수 있다.
예를 들어 수집부(210)는 측정한 SNR이 높은 단말에 대해 연결 품질을 양호(안정, 좋음, 높음)로 평가하고, 측정한 SNR이 낮을수록 연결 품질이 양호하지 못한 것(불안정, 나쁨, 낮음)으로 평가할 수 있으며, 이처럼 SNR의 고저를 통해 개별 단말의 링크 상태를 파악할 수 있다.
수집부(210)는 각 단말이 현재 사용 중인 상기 데이터율과, 상기 신호 대 잡음비(SNR)의 통계치, 각 단말이 사용 가능한 데이터율 범위와 연결 품질(링크 상태) 및 상기 게이트웨이의 통신 범위 내에 위치하는 단말 수 중 적어도 하나를 포함하는 단말 정보를, 데이터베이스(250)에 유지할 수 있다.
실시예에 따라 데이터율 조절 시스템(200)은, 할당부(240)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
할당부(240)는, 데이터베이스(250)에 유지된 상기 단말 정보에 기초하여, 최적화 기법에 따라 네트워크 전체 처리량을 최대화 하기 위한, 복수의 구간 중 특정 구간을 사용하는 단말의 수에 관한 조합을 도출하고, 상기 조합에 따라 구간 별 최적 단말 수를 할당한다.
다시 말해, 할당부(240)는 로라 네트워크에 배치된 단말 전체의 현재 사용 중인 데이터율과, SNR과, 연결 품질 및 사용 가능한 데이터율 범위 중 적어도 하나의 단말 정보를 바탕으로, 동일한 데이터율을 사용하는 단말 간의 충돌을 고려해, 네트워크 전체 처리량을 최대화 하는 방향으로 최적화 기법을 적용하여, 특정 데이터율을 사용하는 단말 수의 최적의 조합을 도출하고, 도출한 조합에 따라 데이터율이 속한 구간 별로 최적 단말 수를 할당할 수 있다.
여기서, 할당부(240)는 네트워크 전체 처리량을, 특정 구간을 사용하는 단말의 수에 관한 목적 함수로 정의하고, 라그랑주 승수법, 경사 하강법, 듀얼 문제 및 경사 투영법 중 적어도 하나의 최적화 기법을 적용하여, 상기 네트워크 처리율을 최대화 하는 상기 특정 구간을 사용하는 단말의 수에 관한 조합을 도출할 수 있다.
예를 들어, 할당부(240)는 네트워크의 전체 처리율을 10% 증가하려는 경우, 충돌 확률을 고려해, 데이터율 1을 사용하는 단말 수를 '5', 데이터율 2를 사용하는 단말 수를 '3'으로 하는 최적의 조합을 도출해 구간 별 최적 단말 수를 할당할 수 있다.
즉 구간 별 최적 단말 수는, 해당 구간을 동시에 사용하는 단말 수에 따른 충돌 확률을 고려해, 네트워크 전체 처리량을 최대로 증가시킬 때의, 구간 당 단말 수를 의미할 수 있다.
일례로, 할당부(240)는 로라 네트워크에 연결된 전체 단말 중 SNR 또는 연결 품질이 높은 단말 순으로, 현재 사용 중인 데이터율 보다 더 높은 데이터율을 지정할 경우 동일한 데이터율이 지정되는 단말의 수가 기준치(예, 절반)를 넘게 되는 집중 데이터율을 예측하고, 해당 집중 데이터율이 지정되는 단말 중, 요구하는 데이터율이 높거나, SNR 또는 연결 품질이 높은 순으로 일부의 단말을 선별하고, 선별한 단말에 대해서만, 현재 사용 중인 데이터율 보다 더 높은 데이터율을 사용하도록 지정했을 때, 각 데이터율이 속한 구간 별로 단말의 수를 합산해서, 구간 별 최적 단말 수를 할당할 수 있다.
다른 일례로, 할당부(240)는 네트워크 상의 전체 단말에 대해, 사용 가능한 데이터율 범위 중 최고 데이터율을 지정했을 때의, 데이터율 별로 단말 수를 카운트해서, 전체 단말의 절반 이상이 동일하게 지정된 집중 데이터율을 파악하고, 해당 집중 데이터율이 지정된 단말 중, SNR 또는 연결 품질이 가장 낮은 단말에 상기 최고 데이터율 보다 낮은 데이터율을 사용하도록 지정하는 과정을, 해당 집중 데이터율이 지정된 단말이 절반 이하로 떨어질 때까지 반복한 후, 각 데이터율이 속한 구간 별로 지정된 단말의 수를 합산 함으로써, 구간 별 최적 단말 수를 할당할 수도 있다.
이에 따라 데이터율 조절 시스템(200)은 개별 단말의 연결 품질과, 네트워크 전체 단말 중 동일한 데이터율을 사용하는 단말 수를 통해 파악되는 충돌 확률을 사전에 고려해, 네트워크 전체 처리량을 최대로 할 수 있는 구간 별 최적 단말 수를 기준으로 단말의 데이터율을 조절하여, 데이터율 상향 조절로 인한 충돌을 완화할 수 있다.
카운트부(220)는 상기 데이터율이 속한 구간 별로, 단말의 수를 카운트하고, 상기 구간 별 단말의 수가, 네트워크 전체 처리량을 고려해 할당한 해당 구간에서의 최적 단말 수와 일치하는지 비교한다.
즉, 카운트부(220)는 하나의 게이트웨이로 네트워크 연결된 전체 단말을 대상으로, 현재 사용 중인 데이터율에 따라 구간 별로 단말 수를 카운트하고, 카운트한 단말 수가, 충돌을 고려해 네트워크 전체 처리량을 최대화 가능한 구간 별 최적 단말 수와 일치하는지 비교할 수 있다.
처리부(230)는 상기 비교 결과, 일치하지 않는 구간에 속한 단말에 대해, 상기 데이터율을 조절할 대상 단말로서 결정하고, 상기 게이트웨이를 통해 상기 대상 단말로, 상기 데이터율을 조절하도록 명령 패킷을 전달한다.
즉 처리부(230)는 네트워크 전체 처리량 증가를 위해 대상 단말이 사용하는 데이터율을 증가시키는 조절을 하도록, 변경된 데이터율과 대상 단말의 식별번호를 포함한 명령 패킷을 게이트웨이로 전달할 수 있다. 상기 명령 패킷을 수신한 게이트웨이는 각 대상 단말이 사용하는 데이터율을, 상기 변경된 데이터율로 상향 조절할 수 있다.
예를 들어, 카운트부(220)는 게이트웨이를 통해 로라 네트워크에 연결된 7개의 단말 중, 2개의 단말이 현재 사용 중인 데이터율이 제1 구간에 속하고, 나머지 5개의 단말이 현재 사용 중인 데이터율이 제2 구간에 속하면, 제1 구간의 단말 수를 '2'로 카운트하고, 제2 구간의 단말 수를 '5'로 카운트할 수 있으며, 이를 각각, 제1 구간의 최적 단말 수('4')와, 제2 구간의 최적 단말 수('3')와 일치하는지 비교할 수 있다.
처리부(230)는 제1 구간의 단말 수('2')는, 제1 구간의 최적 단말 수('4')를 초과하지 않지만, 제2 구간의 단말 수('5')는 제2 구간의 최적 단말 수('3')를 초과하고, 제2 구간을 사용하는 5개의 단말이 모두 제1 구간을 사용 가능하므로, 제2 구간을 사용하는 5개의 단말에 대해, 데이터율을 제1 구간으로 상향 조절할 대상 단말로 결정할 수 있다.
일례로, 처리부(230)는 복수의 구간 중 임의의 제1 구간에서 카운트된 단말의 수가, 제1 구간에 할당된 최적 단말 수 보다 n(상기 n은 1 이상의 자연수)이 작으면, 제1 구간 보다 데이터율이 낮은 구간인 제2 구간에서 카운트된 단말 중에서, 상기 제1 구간을, 사용 가능한 데이터율 범위로 포함하는 단말을 선별하고, 상기 선별된 단말 중에서 상기 n 이내의 단말을 상기 대상 단말로서 결정할 수 있다.
또한 처리부(230)는 대상 단말이 사용하는 데이터율을, 제1 구간에 속한 단말의 평균적인 데이터율로 증가하도록 하는 명령 패킷을 전달할 수 있다. 또는, 처리부(230)는 제1 구간을 이루는 최고 데이터율로 증가하도록 하는 명령 패킷을 전달할 수도 있다.
예를 들어, 도 3을 참조하면, 할당부(240)는 로라 네트워크로 연결된 7개 단말 전체에 대해, 최적화 기법에 따라, 충돌을 고려해 네트워크 전체 처리량을 최대화 할 수 있는 구간 별 최적 단말 수를, 제1 구간(데이터율 1)에 대해 '4', 제2 구간(데이터율 2)에 대해 '3'으로 할당할 수 있으며, 처리부(230)는 각 단말이 사용하는 데이터율을 구간 별 최적 단말 수 내에서 조절할 수 있다.
처리부(230)는 제1 구간('데이터율 1')의 단말의 수('2')가 제1 구간의 최적 단말 수('4') 보다 '2'만큼 작으므로, 최대 2개의 대상 단말을, 제1 구간 보다 데이터율이 낮은 제2 구간('데이터율 2')을 사용하는 단말 중에서 결정할 수 있다.
이때 처리부(230)는 제1 구간을 사용 가능한 데이터율 범위로 포함하는 단말 중에서 대상 단말을 선별할 수 있다.
또한, 상기 제2 구간이 복수 개이면, 처리부(230)는 복수 개의 제2 구간 중, 데이터율이 더 높거나 또는 상기 데이터율을 조절할 단말의 총 수가 최소로 되는 하나의 제2 구간을 선택할 수 있다.
예를 들어, 처리부(230)는 제2 구간이 '데이터율 2', '데이터율 3'이고, 데이터율의 크기가 '데이터율 2' >'데이터율 3'이면, '데이터율 2'를 사용하는 단말 중에서 상기 대상 단말을 우선적으로 결정하고, 제1 구간의 최적 단말 수 내에서 대상 단말을 더 선별할 수 있는 경우에는 '데이터율 3'을 사용하는 단말 중에서 상기 대상 단말을 더 결정할 수 있다.
또한, 처리부(230)는 '데이터율 2'를 사용하는 단말 중에서 2개의 대상 단말을 결정했을 때, '데이터율 2'의 단말 수가, 최적 단말 수 보다 부족하고, '데이터율 3'을 사용하는 단말 중에서 2개의 대상 단말을 결정했을 때, '데이터율 3'의 단말 수가, 최적 단말 수에 도달하는 경우에는, 여분의 단말 수가 많은 '데이터율 3'를 사용하는 단말 중에서 대상 단말을 결정하여, 네트워크 전체적으로 데이터율을 조절해야 하는 단말 수가 최소가 되도록 할 수 있다.
이때 처리부(230)는 제2 구간에서 선별한 단말을 모두 제1 구간을 사용하도록 조절하게 되면, 제1 구간의 최적 단말 수를 초과하여 충돌 확률이 높아지므로, 선택되는 조절 기준에 따라, 제1 구간의 최적 단말 수 이내에서 일부의 단말을 재선별해서 대상 단말로 결정할 수 있다.
상기 조절 기준은 신호 대 잡음비(SNR)의 통계치 또는 단말이 요구하는 데이터율 순으로 관리자에 의해 선택될 수 있다.
구체적으로, 처리부(230)는 선별된 단말의 수가 상기 n을 초과하는 경우, 상기 조절 기준으로서 '단말의 SNR'이 관리자에 의해 선택되면, 데이터베이스(250)로부터 식별한 신호 대 잡음비(SNR)의 통계치 순으로 상기 n 이내의 단말을 재선별하여, 대상 단말로서 결정할 수 있다.
즉, 처리부(230)는 제2 구간에서 카운트된 단말 중에서, 제1 구간을 사용 가능한 데이터율 범위로 포함하는 단말을 선별하고, 선별한 단말을 SNR 의 평균치 순으로 정렬하고, SNR의 평균치가 높은 순으로 n이내(최대 n개)의 단말을 재선별하여, 데이터율을 제1 구간으로 변경할 대상 단말로서 결정할 수 있다.
이 경우 처리부(230)는 게이트웨이와의 연결 품질(링크 상태)이 양호한 단말을 우선적으로 데이터율을 상향 조절할 수 있게 된다.
또한, 처리부(230)는 선별된 단말의 수가 상기 n을 초과하는 경우, 상기 조절 기준으로서 '단말의 요구 데이터율'이 관리자에 의해 선택되면, 각 단말이 요구하는 데이터율 순으로 상기 n 이내의 단말을 재선별하여, 상기 대상 단말로서 결정할 수도 있다.
여기서 '단말의 요구 데이터율'은, 일례로 단말이 송신한 데이터를 이용한 서비스에 따라 설정될 수 있다. 예를 들어, 처리부(230)는 단말('수도 계량기')에 의해 송신된 데이터에 수도 사용량이 포함될 경우, 수도 사용량 안내 서비스에 따라 설정된 데이터율을, 해당 단말의 요구 데이터율로 확인할 수 있고, 단말('애완견 위치 추적기')에 의해 송신된 데이터에 위치값이 포함될 경우, 애완견 위치 추적 서비스에 따라 설정된 데이터율을, 해당 단말의 요구 데이터율로 확인할 수 있다. 또는 단말에 의해 송신된 데이터 내에, 단말이 요구하는 데이터율 값이 포함될 수도 있다.
즉, 처리부(230)는 제2 구간에서 카운트된 단말 중에서, 제1 구간을 사용 가능한 데이터율 범위로 포함하는 단말을 선별하고, 선별한 단말을, 단말이 요구하는 데이터율의 순으로 정렬하고, 단말의 요구 데이터율이 높은 순으로 n이내(최대 n개)의 단말을 재선별하여, 데이터율을 제1 구간으로 변경할 대상 단말로서 결정할 수 있다.
이 경우 처리부(230)는 상대적으로 높은 데이터율을 요구하는 단말을 우선적으로 데이터율을 상향 조정할 대상 단말로서 결정할 수 있게 된다.
또한, 처리부(230)는 선별된 단말의 수가 상기 n을 초과하는 경우, 보유하는 여유 데이터율의 순으로 상기 n 이내의 단말을 재선별하여, 대상 단말로서 결정할 수도 있다.
다시 말해, 처리부(230)는 현재 사용 중인 데이터율과, 사용 가능한 데이터율 범위의 최고 데이터율 간 차가 큰 순으로 n 이내(최대 n개)의 단말을 재선별하여, 데이터율을 제1 구간으로 변경할 대상 단말로서 결정할 수 있다.
이 경우, 처리부(230)는 더 높은 데이터율을 사용할 수 있지만 현재는 낮은 데이터율을 사용하고 있는 단말을 우선적으로 데이터율을 상향 조절할 수 있게 된다.
이와 같이, 처리부(230)는 데이터율을 변경할 대상 단말을, 단말이 요구하는 데이터율이 높은 순으로 또는 신호 대 잡음비의 통계치 순으로 결정 함으로써, 각 단말에 제공되는 응용 서비스, 연결 품질 등의 네트워크 전체의 정보를 고려한 데이터율 조절이 수행되도록 할 수 있다.
한편, 처리부(230)는 선별된 단말 중에서 상기 n을 초과하는 단말에 대해, 사용 중인 데이터율을 제1 구간으로 상향 조절하지 않고 그대로 유지하여, 제1 구간을 사용하는 단말을 최적 단말 수 이내로 유지함으로써, 데이터율 조절로 인해 제1 구간을 동일하게 사용하는 단말 간 충돌 문제를 회피할 수 있다.
즉 처리부(230)는 제2 구간을 사용하는 단말의 데이터율을 제1 구간으로 증가하는 조절을 하되, 조절로 인해 제1 구간에 할당된 최적 단말 수가 초과되지 않도록, 제2 구간을 사용하는 단말 중 일부의 단말을 선별해서 대상 단말로 결정할 수 있다.
다시 말해, 처리부(230)는 네트워크 전체 처리량을 높이기 위해, 제2 구간을 사용하는 모든 단말의 데이터율을 제1 구간으로 상향 조정하는 것이 아니라, 제1 구간의 최적 단말 수가 초과되지 않는 범위 내에서 제2 구간을 사용하는 일부의 단말의 데이터율을 제1 구간으로 상향 조정하도록 함으로써, 데이터 조절 이후에 제1 구간을 사용하는 단말들 간의 충돌 문제를 완화할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 네트워크 상의 전체 단말을 대상으로 동일한 데이터율을 사용하는 단말 수를 파악하여, 충돌 확률을 고려해 네트워크 전체 처리량이 최대화 되는 방향으로, 각 단말이 사용하는 데이터율을 최적하게 조절할 수 있다.
처리부(230)는 네트워크 전체 처리량을 향상시키기 위해 데이터율의 상향 조정이 필요한 경우 데이터율 조절 요청을 발생할 수 있다.
구체적으로, 카운트부(220)는, 수집된 데이터율이, 상기 부여된 사용 가능한 데이터율 범위를 이루는 최고값 보다 작은 제1 단말을 카운트하고, 처리부(230)는 제1 단말의 수가 일정 수에 도달하면, 데이터율 조절 요청을 발생하고, 상기 네트워크 전체의 정보를 활용하여, 상기 제1 단말을 포함한 상기 각 단말 중에서 상기 대상 단말을 결정할 수도 있다.
즉 처리부(230)는 현재 사용 중인 데이터율 보다 더 높은 데이터율을 사용 가능한 제1 단말의 수가 일정 수에 도달하면, 현재의 네트워크 전체 처리량이 최대치가 아닌 것으로 판단하여 네트워크 전체 처리량을 끌어 올리기 위해 데이터율 조절 요청을 발생할 수 있다.
이 경우, 처리부(230)는 네트워크 전체 처리량을 최대화하기 위해 상기 제1 단말 모두 데이터율을 상향 조절할 대상 단말로 결정하는 것이 아니라, 네트워크 전체의 단말 정보를 분석해서 특정 구간에 단말의 분포가 집중되지 않도록 일부의 제1 단말을 대상 단말로 결정할 수 있다. 즉 처리부(230)는 충돌 확률을 고려해 할당한 네트워크 전체 처리량을 최대화 가능한 구간 별 최적 단말 수를 벗어나지 않도록 대상 단말을 결정할 수 있다.
다른 실시예로, 처리부(230)는, 수집부(210)를 통해 각 단말이 현재 사용 중인 데이터율과, 신규 단말의 연결 및 기존 단말의 연결 해제를 일정 주기로 모니터링하고, 단말의 분포가 집중되어 충돌이 예상되는 특정 구간이 확인될 경우, 해당 구간을 사용하는 단말을 분산시키기 위해, 데이터율 조절 요청을 발생할 수도 있다.
구체적으로, 임계치 이상의 신규 단말이 상기 게이트웨이와 네트워크 연결되는 경우, 처리부(230)는 데이터율 조절 요청을 발생하고, 카운트부(220)를 통해, 상기 신규 단말이 사용하는 데이터율에 따른 상기 구간 별 단말의 수를 재카운트하고, 상기 재카운트한 구간 별 단말의 수가, 상기 구간 별 최적 단말 수와 일치하지 않는 구간에 대해, 상기 각 단말이 사용 가능한 데이터율 범위를 참조하여, 상기 구간 별 최적 단말 수 내에서 데이터율을 증가 또는 감소할 상기 대상 단말을 결정할 수 있다.
다시 말해, 한꺼번에 많은 수의 신규 단말이 게이트웨이와 네트워크 연결되면, 신규 단말로 인해 충돌이 발생하는 데이터율 구간이 생길 수 있다. 이 경우 처리부(230)는 데이터율 조절 요청을 발생하여, 신규 단말이 사용하는 데이터율을 고려해 기존 단말의 데이터율을 조절하도록 할 수 있다.
즉, 처리부(230)는 신규 단말이 추가로 카운트 됨에 따라, 단말 수가 최적 단말 수를 초과하게 되는 구간이 확인되면, 해당 구간에 속한 기존 단말의 사용 가능한 데이터율 범위를 확인하여, 데이터율의 증가 또는 감소가 가능한 단말을 선별하고, 선별한 단말을 대상 단말로서 결정할 수 있다.
이 경우, 본 발명에 따르면, 게이트웨이의 통신범위 안에 있는 단말로부터 주기적인 신호를 수신하여 단말의 수와, 단말의 연결 품질, 사용하고 있는 데이터율을 파악함으로써, 단말의 분포가 집중된 구간을 사용하는 단말을 적절히 분산시키면서 데이터율을 상향 조절하여 충돌 확률을 낮출 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 적응적인 데이터율 조절 시스템에서, 데이터율을 조절하는 일례를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 데이터율 조절 시스템은, 로라 네트워크로 연결된 7개 단말 전체에 대해, 최적화 기법에 따라, 충돌을 고려하여 네트워크 전체 처리량을 최대화 할 수 있는 구간 별 최적 단말 수를, 제1 구간(데이터율 1)에 대해 '4', 제2 구간(데이터율 2)에 대해 '3'으로 할당할 수 있다.
데이터율 조절 시스템은, 각 단말이 사용하는 데이터율을, 상기 구간 별 최적 단말 수 내에서 조절할 수 있다.
구체적으로, 데이터율 조절 시스템은, 각 단말이 사용하는 데이터율을 확인하고, 데이터율이 속한 구간 별로 단말의 수를 카운트했을 때, 최적 단말 수와 일치하는지 비교할 수 있다.
데이터율 조절 시스템은, 도시한 것처럼 제1 구간(데이터율 1)을 '2'개의 단말이 사용하고, 제1 구간 보다 낮은 제2 구간(데이터율 2)를 '5'개의 단말이 사용 중인 것으로 확인한 경우에, 제2 구간을 사용하는 단말 수가 최적 단말 수를 초과하고 있어 충돌이 발생되는 것으로 보고, 데이터율 조절 요청을 발생할 수 있다.
또한 데이터율 조절 시스템은, 각 단말이 사용하는 데이터율을 증가시켜 네트워크 전체 처리량을 증가시키려 할 때 데이터율 조절 요청을 발생할 수도 있다. 또한 데이터율 조절 시스템은, 임계치 이상의 신규 단말이 네트워크 연결되는 경우, 데이터율 조절 요청을 발생할 수도 있다.
상기 데이터율 조절 요청의 발생에 따라, 데이터율 조절 시스템은, 제2 구간을 사용하는 5개 단말의 사용 가능한 데이터율 범위를 참조하여, 제1 구간을 사용 가능한 단말(3, 4, 5)을 선별할 수 있다.
이때, 제1 구간의 최적 단말 수가 '4'이고, 현재 제1 구간을 사용하는 단말 수가 '2'이므로, 데이터율 조절 시스템은, 데이터 조절 이후에도 제1 구간이 최적 단말 수를 유지할 수 있도록, 단말(3, 4, 5) 중에서 2개의 단말을 재선별할 수 있다.
데이터율 조절 시스템은, 데이터율을 조절하는 기준이 SNR의 통계치로 선택되면, 단말(3, 4, 5) 중에서 SNR의 통계치가 높은 순으로 2개의 단말(3, 5)을 재선별해 대상 단말로 결정할 수 있다.
이때, 데이터율 조절 시스템은, 데이터율을 조절하는 기준이 단말이 요구하는 데이터율로 선택되는 경우에는, SNR의 통계치 보다 단말이 요구하는 데이터율을 우선적으로 적용하여 대상 단말을 결정할 수 있다.
즉 데이터율 조절 시스템은 단말이 요구하는 데이터율을, 단말이 송신한 데이터로부터 식별하거나, 응용 서비스의 종류에 따라 설정하고, 단말이 요구하는 데이터율이 높은 순으로 2개의 단말(4, 5)을 재선별해 대상 단말로 결정하고, 대상 단말(4, 5)의 데이터율을 제2 구간에서 제1 구간으로 상향 조정할 수 있다.
이 경우 데이터율 조절 시스템은 단말(3)에 대해서는, 제1 구간으로 상향 조정할 수 있더라도 그대로 제2 구간을 사용하도록 함으로써, 제1 구간을 사용하는 단말 수가, 최적 단말 수('4') 이내로 유지되도록 할 수 있다.
이처럼 데이터율 조절 시스템은 충돌 문제를 고려한 데이터율의 상향 조정을 통해 네트워크 전체 처리량을 최대화 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 적응적인 데이터율 조절 시스템에서, 수집된 단말 정보를 바탕으로 데이터율을 조절하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 데이터율 조절 시스템(400)은 게이트웨이로부터 받은 데이터를 바탕으로 각 단말의 평균 SNR, 현재 데이터율, 사용 가능한 데이터율 범위를 데이터베이스(401)에 저장할 수 있다.
이후 데이터율 조절 시스템(400)은, 특정 데이터율을 사용할 수 있는 단말의 도수 분포(410)를 확인하고, 특정 데이터율을 사용할 수 있는 단말의 누적 분포(420)를 확인하고, 이를 비교해서 충돌 문제의 제약을 정의(420)할 수 있다.
일례로 데이터율 조절 시스템(400)은, 임계값 이상의 단말이 새롭게 네트워크에 유입될 경우 충돌 문제가 발생되는 것으로 정의할 수 있다.
데이터율 조절 시스템(400)은 데이터베이스(DB)(401)에 유지한 단말 정보(402)에 기초하여, 최적화 기법(420)에 따라 네트워크 전체 처리량을 최대화 하기 위한, 복수의 구간 중 특정 구간을 사용하는 단말의 수에 관한 조합을 도출하고, 상기 조합에 따라 구간 별 최적 단말 수를 할당할 수 있다.
즉 데이터율 조절 시스템(400)은 전체 처리량을 최대화하는 데이터율 별 사용하는 단말의 수를 최적화 기법(420)으로 도출할 수 있다.
구체적으로 데이터율 조절 시스템(400)은 전체 처리율을 특정 데이터율을 사용하는 단말의 수에 관한 목적함수로 정의하고 이를 최대화하는 특정 데이터율을 사용하는 단말의 수를 도출할 수 있다. 최적화 기법(420)의 일례로는, 라그랑주 승수법, 경사 하강법, 듀얼 문제, 경사 투영법 등이 있을 수 있다.
또한 데이터율 조절 시스템(400)은, 데이터율 조절 알고리즘(430)에 따라 결정되는 대상 단말의 데이터율을, 구간 별 최적 단말 수 내에서 조절할 수 있다. 데이터율 조절 알고리즘(430)에 따라 대상 단말을 결정하는 과정은 도 5에서 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 적응적인 데이터율 조절 시스템에서 적용되는 데이터율 조절 알고리즘을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 데이터율 조절 시스템은, 최적화 기법(420)에 따라, 네트워크 전체 처리량 향상을 위한, 특정 데이터율을 사용하는 단말의 수를 포함하는 집합(조합)(501)을 도출하고, 상기 조합에 따라 할당한 구간 별 최적 단말 수 내에서 데이터율을 조절할 대상 단말을, 데이터율 조절 알고리즘(430)에 따라 결정할 수 있다.
구체적으로, 데이터율 조절 시스템은 관리자로부터 선택되는 조절 기준(502)에 따라, 대상 단말을 결정할 수 있다. 조절 기준(502)은 신호 대 잡음비(SNR)의 통계치 또는 단말이 요구하는 데이터율로서 예시할 수 있다.
데이터율 조절 시스템은 조절 기준(502)으로서 '단말의 SNR'이 관리자에 의해 선택되면, 데이터베이스로부터 식별한 신호 대 잡음비(SNR)의 통계치(503)를 기준으로 각 단말을 정렬한 후, SNR의 통계치가 높은 순으로 대상 단말로서 결정할 수 있으며, 이 경우 게이트웨이와의 연결 품질(링크 상태)이 양호한 단말의 데이터율을 우선적으로 상향 조절할 수 있다.
또는 데이터율 조절 시스템은 조절 기준(502)으로서 '단말의 요구 데이터율'이 관리자에 의해 선택되면, 각 단말이 요구하는 데이터율(504)을 기준으로 각 단말을 정렬한 후, 단말이 요구하는 데이터율이 높은 순으로 대상 단말을 결정할 수 있으며, 이 경우 응용 서비스의 종류에 따라 빠른 처리가 요구되는 단말의 데이터율을 우선적으로 상향 조정할 수 있다.
데이터율 조절 시스템은 게이트웨이를 통해, 데이터율을 변경할 대상 단말로, 변경된 데이터율(505)을 포함하는 명령 패킷을 전송하여 해당 대상 단말의 데이터율을 상향 조절할 수 있다.
이하, 도 6에서는 본 발명의 실시예들에 따른 데이터율 조절 시스템(200)의 작업 흐름을 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 적응적인 데이터율 조절 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
본 실시예에 따른 적응적인 데이터율 조절 방법은 상술한 데이터율 조절 시스템(200)에 의해 수행될 수 있다.
도 6을 참조하면, 단계(610)에서, 데이터율 조절 시스템(200)은, 게이트웨이를 통해 네트워크 연결된 각 단말에서 사용하는 데이터율을 수집한다.
여기서 각 단말은, 일정 주기로 센싱한 데이터를 로라(LoRa) 네트워크로 연결된 게이트웨이로 송신하는 센서 단말일 수 있다. 데이터율 조절 시스템(200)은, 각 단말에 의해 게이트웨이로 송신되는 상기 데이터 내 패킷 헤더로부터, 각 단말이 현재 사용 중인 데이터율을 수집할 수 있다.
단계(620, 630)에서, 데이터율 조절 시스템(200)은, 상기 데이터율이 속한 구간 별로, 단말의 수를 카운트하고, 구간 별 단말의 수가, 네트워크 전체 처리량을 고려해 할당한 해당 구간에서의 최적 단말 수와 일치하는지 비교한다.
데이터율 조절 시스템(200)은, 네트워크 전체 처리량을, 특정 구간을 사용하는 단말의 수에 관한 목적 함수로 정의하고, 라그랑주 승수법, 경사 하강법, 듀얼 문제 및 경사 투영법 중 적어도 하나의 최적화 기법을 적용하여, 네트워크 처리율을 최대화 하는 특정 구간을 사용하는 단말의 수에 관한 조합을 도출하고, 도출한 조합에 따라 데이터율이 속한 구간 별로 최적 단말 수를 할당할 수 있다.
즉 구간 별 최적 단말 수는, 해당 구간을 동시에 사용하는 단말 수에 따른 충돌 확률을 고려해, 네트워크 전체 처리량을 최대로 증가시킬 때의, 구간 당 단말 수를 의미할 수 있다.
즉, 데이터율 조절 시스템(200)은 하나의 게이트웨이로 네트워크 연결된 전체 단말을 대상으로, 현재 사용 중인 데이터율에 따라, 구간 별로 단말 수를 카운트하고, 카운트한 단말 수가, 구간 별 최적 단말 수와 일치하는지를 확인 함으로써, 충돌 문제가 발생되는지 확인할 수 있다.
상기 단계(630)에서의 비교 결과, 일치하는 경우, 데이터율 조절 시스템(200)은 데이터율을 조절하기 위한 명령 패킷을 조절하지 않고 종료한다.
상기 단계(630)에서의 비교 결과, 일치하지 않는 경우, 단계(640)에서, 데이터율 조절 시스템(200)은, 일치하지 않는 구간에 속한 단말에 대해, 상기 데이터율을 조절할 대상 단말로서 결정한다.
단계(650)에서, 데이터율 조절 시스템(200)은, 게이트웨이를 통해 상기 대상 단말로, 데이터율을 조절하도록 명령 패킷을 전달한다.
즉 데이터율 조절 시스템(200)은, 제1 구간의 최적 단말 수를 초과하여 충돌이 예상되는 경우, 구간 별 최적 단말 수 내에서 데이터율을 조절할 대상 단말을 결정하고, 게이트웨이를 통해 상기 대상 단말로 변경된 데이터율을 포함한 명령 패킷을 전달하여, 데이터율을 상향 조절할 수 있다.
이와 같이, 데이터율 조절 시스템(200)은 충돌 확률을 고려해 네트워크 전체 처리량을 최대로 높일 수 있도록 할당한 구간 별 최적 단말 수 내에서 데이터율을 상향 조절 함으로써, 데이터율 조절로 인한 충돌 문제를 완화할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
200: 데이터율 조절 시스템
210: 수집부
220: 카운트부
230: 처리부
240: 할당부
250: 데이터베이스

Claims (16)

  1. 적응적인 데이터율 조절 시스템에 의해 구현되는 적응적인 데이터율 조절 방법에 있어서,
    상기 적응적인 데이터율 조절 시스템에서, 게이트웨이를 통해 네트워크 연결된 복수의 단말에서 사용하는 데이터율을 수집하는 단계;
    상기 적응적인 데이터율 조절 시스템에서, 상기 데이터율 별로 단말의 수를 카운트하는 단계;
    상기 적응적인 데이터율 조절 시스템에서, 같은 데이터율을 동시에 사용하는 단말 수에 따른 충돌 확률을 고려해, 각 단말에서의 개별 네트워크 처리량을 합산한 네트워크 전체 처리량을 최대로 증가시킬 때의, 상기 데이터율 별 단말의 수를 도출하는 단계;
    상기 적응적인 데이터율 조절 시스템에서, 상기 데이터율 중 제1 데이터율에 대해, 상기 카운트 된 단말의 수(A)와, 상기 도출된 단말의 수(B)를 비교하는 단계;
    상기 적응적인 데이터율 조절 시스템에서, 상기 비교 결과, 상기 카운트 된 단말의 수(A)와, 상기 도출된 단말의 수(B)가 일치하지 않는 경우(A≠B), 상기 복수의 단말 중에서 데이터율을 조절할 대상 단말을 결정하는 단계; 및
    상기 적응적인 데이터율 조절 시스템에서, 상기 게이트웨이를 통해 상기 대상 단말로, 상기 데이터율을 조절하도록 명령 패킷을 전달하는 단계
    를 포함하는 적응적인 데이터율 조절 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비교 결과, 상기 카운트 된 단말의 수(A)가, 상기 도출된 단말의 수(B) 보다 n(상기 n은 1 이상의 자연수) 만큼 작으면(A=B-n),
    상기 대상 단말을 결정하는 단계는,
    상기 제1 데이터율과, 상기 제1 데이터율과 상이한 제2 데이터율을 모두 사용할 수 있는 단말을, 상기 제2 데이터율을 사용하는 것으로 카운트 된 단말로부터 선별하는 단계; 및
    상기 선별된 단말 중에서 상기 n 이내의 단말을 상기 대상 단말로서 결정하는 단계
    를 포함하는 적응적인 데이터율 조절 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 선별된 단말의 수가 상기 n을 초과하는 경우,
    상기 대상 단말을 결정하는 단계는,
    데이터베이스로부터 식별한 신호 대 잡음비 순으로 상기 n 이내의 단말을 재선별하여, 상기 대상 단말을 결정하는 단계
    를 더 포함하는 적응적인 데이터율 조절 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 선별된 단말의 수가 상기 n을 초과하는 경우,
    상기 대상 단말을 결정하는 단계는,
    각 단말이 요구하는 데이터율 순으로 상기 n 이내의 단말을 재선별하여, 상기 대상 단말을 결정하는 단계
    를 더 포함하는 적응적인 데이터율 조절 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 데이터율이 복수 개이면,
    상기 대상 단말을 결정하는 단계는,
    상기 복수 개의 제2 데이터율 중에서, 상기 제1 데이터율과 가장 근접하는 하나의 제2 데이터율을 선택하는 단계
    를 더 포함하는 적응적인 데이터율 조절 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 명령 패킷을 전달하는 단계는,
    상기 대상 단말이 사용하는 데이터율을, 상기 제1 데이터율에 속한 단말이 사용하는 데이터율로 변경하는 명령 패킷을 전달하는 단계
    를 포함하는 적응적인 데이터율 조절 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 카운트하는 단계 후에,
    상기 적응적인 데이터율 조절 시스템에서, 상기 게이트웨이를 통해 상기 각 단말에서의 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 측정하는 단계;
    상기 적응적인 데이터율 조절 시스템에서, 상기 신호 대 잡음비에 따라 상기 각 단말에 데이터율 범위를 부여하는 단계;
    상기 적응적인 데이터율 조절 시스템에서, 상기 데이터율과, 상기 신호 대 잡음비, 및 상기 데이터율 범위 중 적어도 하나를 포함하는 단말 정보를, 데이터베이스에 유지하는 단계; 및
    상기 적응적인 데이터율 조절 시스템에서, 상기 데이터베이스로부터 리드한 상기 단말 정보를 이용하여, 상기 데이터율 별 단말의 수를 도출하는 단계
    를 더 포함하는 적응적인 데이터율 조절 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 부여하는 단계는,
    상기 신호 대 잡음비가 기준치 보다 낮은 단말에 대해, 상기 데이터율 범위 중, 가장 낮은 데이터율을 부여하는 단계
    를 포함하는 적응적인 데이터율 조절 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 적응적인 데이터율 조절 방법은,
    상기 적응적인 데이터율 조절 시스템에서, 상기 수집된 데이터율이, 상기 부여된 데이터율 범위를 이루는 최고값 보다 작은 제1 단말을 카운트하는 단계;
    상기 적응적인 데이터율 조절 시스템에서, 상기 제1 단말의 수가 일정 수에 도달하면, 데이터율 조절 요청을 발생하는 단계; 및
    상기 적응적인 데이터율 조절 시스템에서, 네트워크와 연관된 정보를 활용하여, 상기 제1 단말을 포함한 상기 각 단말 중에서 상기 대상 단말을 결정하는 단계
    를 더 포함하는 적응적인 데이터율 조절 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 적응적인 데이터율 조절 방법은,
    상기 적응적인 데이터율 조절 시스템에서, 신규의 단말이 상기 게이트웨이와 네트워크 연결되는 경우, 데이터율 조절 요청을 발생하는 단계;
    상기 적응적인 데이터율 조절 시스템에서, 상기 신규의 단말이 사용하는 데이터율에 따라 상기 데이터율 별로, 상기 단말의 수를 재카운트하는 단계; 및
    상기 적응적인 데이터율 조절 시스템에서, 상기 제1 데이터율에 대해, 상기 재카운트한 단말의 수(A')가, 상기 도출된 단말의 수(B)와 일치하지 않는 경우(A'≠B), 상기 제1 데이터율에 속하는 각 단말에 부여된 데이터율 범위를 참조하여, 데이터율을 증가 또는 감소할 대상 단말을 결정하는 단계
    를 더 포함하는 적응적인 데이터율 조절 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 단말은, 일정 주기로 센싱한 데이터를 로라(LoRa) 네트워크로 연결된 상기 게이트웨이로 송신하는 센서 단말이고,
    상기 데이터율을 수집하는 단계는,
    상기 복수의 단말에 의해 상기 게이트웨이로 송신되는 데이터 내 패킷 헤더로부터, 상기 복수의 단말이 현재 사용 중인 상기 데이터율을 수집하는 단계
    를 포함하는 적응적인 데이터율 조절 방법.
  12. 게이트웨이를 통해 네트워크 연결된 복수의 단말에서 사용하는 데이터율을 수집하는 수집부;
    같은 데이터율을 동시에 사용하는 단말 수에 따른 충돌 확률을 고려해, 각 단말에서의 개별 네트워크 처리량을 합산한 네트워크 전체 처리량을 최대로 증가시킬 때의, 상기 데이터율 별 단말의 수를 도출하는 할당부;
    상기 데이터율 별로 단말의 수를 카운트하고, 상기 데이터율 중 제1 데이터율에 대해, 상기 카운트 된 단말의 수(A)와, 상기 도출된 단말의 수(B)를 비교하는 카운트부; 및
    상기 비교 결과, 상기 카운트 된 단말의 수(A)와, 상기 도출된 단말의 수(B)가 일치하지 않는 경우(A≠B), 상기 복수의 단말 중에서 데이터율을 조절할 대상 단말을 결정하고, 상기 게이트웨이를 통해 상기 대상 단말로, 상기 데이터율을 조절하도록 명령 패킷을 전달하는 처리부
    를 포함하는 적응적인 데이터율 조절 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 비교 결과, 상기 카운트 된 단말의 수(A)가, 상기 도출된 단말의 수(B) 보다 n(상기 n은 1 이상의 자연수) 만큼 작으면(A=B-n),
    상기 처리부는,
    상기 제1 데이터율과, 상기 제1 데이터율과 상이한 제2 데이터율을 모두 사용할 수 있는 단말을, 상기 제2 데이터율을 사용하는 것으로 카운트 된 단말로부터 선별하고, 상기 선별된 단말 중에서 상기 n 이내의 단말을 상기 대상 단말로서 결정하는
    적응적인 데이터율 조절 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 선별된 단말의 수가 상기 n을 초과하는 경우,
    상기 처리부는,
    데이터베이스로부터 식별한 신호 대 잡음비 순으로 상기 n 이내의 단말을 재선별하여, 상기 대상 단말을 결정하는
    적응적인 데이터율 조절 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 선별된 단말의 수가 상기 n을 초과하는 경우,
    상기 처리부는,
    각 단말이 요구하는 데이터율 순으로 상기 n 이내의 단말을 재선별하여, 상기 대상 단말을 결정하는
    적응적인 데이터율 조절 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 대상 단말이 사용하는 데이터율을, 상기 제1 데이터율에 속한 단말이 사용하는 데이터율로 변경하는 명령 패킷을 전달하는
    적응적인 데이터율 조절 시스템.
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