KR101986054B1 - Method and system for sensing interval decision and pso-based dynamic resource allocation in multi-channel cognitive radio network - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다중 채널(Multiplexer Channel)을 사용하는 인지 무선(Cognitive Radio) 네트워크에서 센싱 간격의 설정 및 PSO(Particle Swarm Optimization) 기반의 동적 자원 할당 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 클러스터(Cluster) 헤더가 멤버 노드로부터 얻은 정보를 기반으로 프레임 구조를 설정하고 PSO를 사용하여 각 멤버 노드들이 사용할 채널 및 데이터 슬롯을 동적으로 선택하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a dynamic resource allocation method and system based on PSO (Particle Swarm Optimization) based on sensing interval setting in a cognitive radio network using a multi-channel channel. ) Header is based on information obtained from a member node, and a method and system for dynamically selecting a channel and a data slot to be used by each member node using a PSO.
다수의 채널을 선택적으로 사용하는 인지 무선 애드혹 네트워크(Ad-hoc Network)는 기 할당되지 않은 채널을 검색하여 유선 백본망 기반의 기지국 없이 무선으로 네트워크를 구성할 수 있는 기술이다.A cognitive wireless ad-hoc network that selectively uses a plurality of channels is a technology capable of wirelessly configuring a network without a base station based on a wired backbone network by searching an unassigned channel.
상기 인지 무선 애드혹 네트워크는 인증된 주파수 대역을 사용하는 우선사용자들의 유휴 대역을 활용하여, 우선사용자들의 통신에 방해를 주지 않는 한도 내에서 인지 무선 사용자들이 통신을 수행할 수 있다.The cognitive wireless ad hoc network may utilize the idle bandwidth of the priority users using the authenticated frequency band so that the cognizant wireless users can communicate with each other only to the extent that they do not interfere with the communication of the users.
상기 인지 무선 애드혹 네트워크는 유휴대역을 감지한 이후, 우선사용자들로 인해 채널마다 각기 다른 파라미터들을 고려하고 각 멤버 노드들의 요구조건을 개별적으로 만족시키기 위해 사용할 수 있는 주파수 자원을 효율적으로 선택하는 기법이 요구된다.After detecting the idle band, the perceptual wireless ad-hoc network firstly considers different parameters for each channel due to users, and efficiently selects a frequency resource that can be used to individually satisfy the requirement of each member node Is required.
한국등록특허 10-1275007호는 이러한 인지 무선 네트워크에서 그룹 단위 동적 채널 할당 방법에 관한 기술을 기재하고 있다.Korean Patent No. 10-1275007 describes a technique for group-based dynamic channel allocation in such a cognitive radio network.
본 발명의 실시예들은 애드혹 인지 무선 네트워크 환경에서 인지 무선 사용자들로 이루어진 클러스터의 클러스터 헤더가 채널별로 우선사용자를 감지하는 주기를 결정하고, 클러스터에 속한 멤버 노드들의 원활한 통신을 위해 멤버 노드가 사용할 채널 및 데이터 슬롯을 결정하는데 그 목적이 있다.In embodiments of the present invention, a cluster header of a cluster consisting of cognitive radio users in an ad-hoc or wireless network environment determines a period in which a user is first detected per channel, and a channel to be used by the member node And a data slot.
또한, 본 발명의 실시예들은 상기의 채널 및 데이터 슬롯을 동적으로 결정하기 위해 고려되는 요소와 관련하여 각 멤버 노드 요구전송률을 만족하고 멤버 노드간 공정성을 보장하며 각 멤버 노드들의 에너지 절약 요구를 만족하는 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, embodiments of the present invention satisfy each member node required data rate with respect to elements considered to dynamically determine the channel and data slot, ensure fairness between member nodes, satisfy the energy saving requirement of each member node There is another purpose in providing a method to do this.
일 실시예에 따른 PSO 기반의 동적 자원 할당 방법은, 인지 무선 네트워크에서 인지 무선 사용자들로 이루어진 클러스터의 클러스터 헤더가 상기 클러스터에 속한 멤버 노드들로부터 얻은 사용 가능한 채널 정보 수집을 통해 각 채널별 유휴시간통계 및 우선사용자 보호조건을 사용하여 각 채널별 센싱 간격을 결정하고 채널별 프레임 구조를 구성하는 단계; 및 PSO(Particle Swarm Optimization)를 사용하여 각 상기 멤버 노드들이 사용할 채널 및 데이터 슬롯을 동적으로 할당하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. A PSO-based dynamic resource allocation method according to an exemplary embodiment of the present invention is a method for allocating a cluster header of a cluster consisting of cognitive radio users in a cognitive radio network to the idle time per channel through collecting available channel information obtained from member nodes belonging to the cluster Determining a sensing interval for each channel using a statistical and priority user protection condition, and constructing a frame structure for each channel; And Particle Swarm Optimization (PSO) to dynamically allocate channels and data slots to be used by each of the member nodes.
상기 각 채널별 센싱 간격을 결정하고 채널별 프레임 구조를 구성하는 단계는, 클러스터 헤더부에서 상기 클러스터 헤더와 상기 멤버 노드간의 채널 정보 교환을 통해 채널 정보를 파악하여 채널리스트를 구성하는 단계; 및 센싱 간격 결정부에서 각 채널별 센싱 간격을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. Determining a sensing interval for each channel and configuring a frame structure for each channel includes constructing a channel list by grasping channel information through channel information exchange between the cluster header and the member node in a cluster header part; And calculating a sensing interval for each channel in the sensing interval determination unit.
상기 멤버 노드들이 사용할 채널 및 데이터 슬롯을 동적으로 할당하는 단계는, PSO 최적화부에서 상기 PSO(Particle Swarm Optimization)를 사용하는데 있어 적합도 함수를 사용하여 각 상기 멤버 노드의 데이터 전송요구량 및 에너지 절약요구량을 반영하고, 해당 채널 및 데이터 슬롯인 파티클을 계산할 수 있다. Wherein the step of dynamically allocating channels and data slots to be used by the member nodes comprises: using a fitness function to use the PSO (Particle Swarm Optimization) in the PSO optimization unit, And calculate the particle, which is its channel and data slot.
상기 멤버 노드들이 사용할 채널 및 데이터 슬롯을 동적으로 할당하는 단계는, 상기 PSO를 동작하는데 필요한 데이터 전송요구량 또는 에너지 절약요구량에 대한 적합도 함수를 사용하여 각 상기 멤버 노드의 전송요구량 또는 에너지 절약요구량을 만족시키고, 일정량 이상의 데이터 슬롯이 할당되거나 에너지 절약요구량이 확보되는 경우 효용 값을 완화시켜 과도한 데이터 슬롯의 할당 또는 과도한 에너지 절약을 방지할 수 있다. The step of dynamically allocating channels and data slots to be used by the member nodes may include: satisfying a transfer requirement amount or an energy saving requirement amount of each member node using a fitness function for a data transfer requirement amount or an energy saving requirement amount necessary for operating the PSO If more than a certain amount of data slots are allocated or an energy saving demand is secured, the utility value is relaxed to prevent excessive allocation of data slots or excessive energy saving.
특히, 상기 각 채널별 센싱 간격을 결정하고 채널별 프레임 구조를 구성하는 단계는, 상기 멤버 노드들과 상기 클러스터 헤드는 광대역 스펙트럼을 센싱하는 단계; 상기 광대역 스펙트럼의 센싱을 위한 타이머를 시작한 뒤, 상기 멤버 노드들은 채널 정보 교환을 통해 채널 정보를 파악하여 상기 채널 정보를 클러스터 헤드에게 전송하는 단계; 상기 클러스터 헤드는 가용한 공통 채널들과 각 채널별 센싱 간격을 계산하는 단계; 상기 클러스터 헤드는 상기 각 채널별 센싱 간격을 기반으로 프레임 구조를 재구성하는 단계; 및 상기 클러스터 헤드는 도메인 길이를 기반으로 파티클 구조를 정의하는 단계를 포함할 수 있다. In particular, the step of determining a sensing interval for each channel and configuring a frame structure for each channel includes: sensing the broadband spectrum of the member nodes and the cluster head; After starting a timer for sensing the wideband spectrum, the member nodes grasp the channel information through channel information exchange and transmit the channel information to the cluster head. Wherein the cluster head comprises: calculating a sensing interval for each channel and available common channels; Reconstructing a frame structure based on a sensing interval for each channel; And the cluster head may include defining a particle structure based on the domain length.
또한, 상기 멤버 노드들이 사용할 채널 및 데이터 슬롯을 동적으로 할당하는 단계는, 상기 클러스터 헤드는 PSO 최적화 과정을 수행하는 단계; 상기 클러스터 헤드는 도출된 최적 PSO 파티클을 기반으로 각 멤버 노드의 채널 및 데이터 슬롯 위치를 할당하고 할당된 정보를 브로드캐스팅 하는 단계; 상기 멤버 노드는 할당된 채널 및 데이터 슬롯위치를 사용하여 통신을 수행하는 단계; 협대역 스펙트럼 센싱에서 우선사용자가 동작 채널들 중에서 검출되는 경우, 공통 가용 채널리스트에서 해당 채널을 제거하고, 상기 클러스터 헤드가 가용채널 및 센싱 간격을 재계산하는 단계; 및 상기 광대역 스펙트럼의 센싱을 위한 타이머가 완료되는 경우, 광대역 스펙트럼을 재센싱하는 단계를 포함할 수 있다. In addition, dynamically allocating channels and data slots to be used by the member nodes may include: performing a PSO optimization process on the cluster head; Allocating channel and data slot positions of each member node based on the derived optimal PSO particles and broadcasting the allocated information; The member node performing communication using an assigned channel and a data slot location; Removing the corresponding channel from the common usable channel list and recalculating the available channel and the sensing interval when the user is first detected in the operating channels in the narrowband spectrum sensing; And re-sensing the broadband spectrum when the timer for sensing the broadband spectrum is complete.
다른 실시예에 따른 PSO 기반의 동적 자원 할당 시스템은, 인지 무선 네트워크에서 인지 무선 사용자들로 이루어진 클러스터의 클러스터 헤더가 상기 클러스터에 속한 멤버 노드들로부터 얻은 사용 가능한 채널 정보 수집을 통해 각 채널별 유휴시간통계 및 우선사용자 보호조건을 사용하여 각 채널별 센싱 간격을 결정하고 채널별 프레임 구조를 구성하는 센싱 간격 결정부; 및 PSO(Particle Swarm Optimization)를 사용하여 각 상기 멤버 노드들이 사용할 채널 및 데이터 슬롯을 동적으로 할당하는 PSO 최적화부를 포함하여 이루어질 수 있다. The PSO-based dynamic resource allocation system according to another embodiment is a system in which a cluster header of a cluster consisting of cognitive radio users in a cognitive radio network collects usable channel information obtained from member nodes belonging to the cluster, A sensing interval determining unit for determining a sensing interval for each channel using the statistical and priority user protection conditions and configuring a frame structure for each channel; And a PSO optimizer that dynamically allocates channels and data slots to be used by each of the member nodes using a PSO (Particle Swarm Optimization).
본 발명의 실시예들에 따르면 클러스터 내에서 사용 가능한 채널 정보 수집을 통해 각 채널별 유휴시간통계 및 우선사용자 보호조건을 사용하여 각 채널별 센싱 간격을 결정하고, 이에 따른 채널별 프레임 구조를 구성함으로써 각 멤버 노드의 요구조건을 반영하는 채널 및 데이터 슬롯을 할당할 수 있다.According to embodiments of the present invention, the sensing interval for each channel is determined using the idle time statistics and the priority user protection condition for each channel through the collection of usable channel information in the cluster, and the frame structure for each channel is configured accordingly A channel and a data slot that reflect the requirements of each member node can be allocated.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면 PSO 최적화를 동작하는데 필요한 데이터 전송요구량에 대한 적합도 함수를 사용하여 각 멤버 노드의 전송요구량을 만족시킬 수 있고, 일정량 이상의 데이터 슬롯이 할당되면 효용 값을 완화시켜 과도한 데이터 슬롯의 할당을 막음으로써 멤버 노드 간의 공정성을 확보할 수 있다.In addition, according to embodiments of the present invention, it is possible to satisfy the transfer request amount of each member node using the fitness function for the data transfer request amount necessary for operating the PSO optimization, and when the data slot is allocated to a certain amount or more, It is possible to secure the fairness among the member nodes by preventing an excessive allocation of data slots.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면 PSO 최적화를 동작하는데 필요한 에너지 절약요구량에 대한 적합도 함수를 사용하여 각 멤버 노드의 에너지 절약요구량을 만족시킬 수 있고, 일정량 이상의 에너지 절약 요구량이 확보되면 효용 값을 완화시켜 과도한 에너지 절약을 막음으로써 멤버 노드 간의 공정성을 확보할 수 있다.In addition, according to embodiments of the present invention, the energy saving requirement amount of each member node can be satisfied by using the fitness function for the energy saving requirement amount necessary for operating the PSO optimization, and when the energy saving requirement amount exceeding a certain amount is secured, By mitigating excessive energy conservation, fairness among member nodes can be ensured.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면 PSO 최적화를 동작하는데 필요한 데이터 전송요구량 및 에너지 절약요구량에 대한 적합도 함수를 가중합으로 구성한 총 적합도 함수를 사용하여 시스템의 목적에 따라 유동적으로 동작할 수 있다. In addition, according to embodiments of the present invention, it is possible to operate fluidly according to the purpose of the system by using a total fitness function that is a weighted sum of the fitness function for the data transfer requirement amount and the energy saving requirement amount necessary for operating the PSO optimization.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크의 개괄적인 모습을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 고려하는 다중접속방법을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크의 전반적인 시스템 동작 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 평균채널이득을 얻는 상황을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 센싱 간격의 설정 및 PSO 기반의 동적 자원 할당 시스템의 개괄적인 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 각 채널마다 특정한 센싱 간격을 설정하는 상황을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 각 채널에 대한 우선사용자의 유휴시간을 계산하는 상황을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 센싱 간격의 요구조건을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 각 채널에 대한 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 주변 멤버 노드와의 데이터 교환을 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 최적값의 방향으로 PSO의 수렴 동작을 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 유휴슬롯 길이의 최대값을 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 제안된 PSO 알고리즘의 파티클 구조를 도시하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 높은 에너지 절약 요구량을 갖는 멤버 노드에 대한 채널 및 데이터 슬롯의 할당을 도시하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 높은 데이터 전송 요구량을 갖는 멤버 노드에 대한 채널 및 데이터 슬롯 할당을 도시하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 센싱 간격의 설정 및 PSO 기반의 동적 자원 할당 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 제안된 최적자원 할당 과정의 전반적인 흐름도를 도시하는 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating an overview of a cognitive wireless network using multiple channels according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
2 is a diagram illustrating a multiple access method considering a multi-channel cognitive wireless network according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an overall system operation process of a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a situation in which an average channel gain is obtained in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a general configuration of a dynamic resource allocation system based on the setting of a sensing interval and a PSO in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a situation in which a specific sensing interval is set for each channel in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a situation in which idle time of a priority user for each channel is calculated in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a requirement of a sensing interval in a cognitive wireless network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a frame structure for each channel in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating data exchange with neighboring member nodes in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating a convergence operation of a PSO in an optimal value direction in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating a maximum value of an idle slot length in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
13 is a diagram illustrating a particle structure of a PSO algorithm proposed in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
14 is a diagram illustrating allocation of channels and data slots for member nodes having a high energy saving requirement according to an embodiment of the present invention.
15 is a diagram illustrating channel and data slot allocation for a member node having a high data transfer requirement according to an embodiment of the present invention.
16 is a flowchart illustrating a method of setting a sensing interval and a PSO-based dynamic resource allocation in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
17 and 18 are diagrams showing an overall flowchart of an optimal resource allocation process proposed in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 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.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.
제 1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
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.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term " and / or " includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
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 의미가 있다.Unless otherwise defined, 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.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Should not.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 센싱 간격의 설정 및 PSO 기반의 동적 자원 할당 방법을 상세하게 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0028] Hereinafter, a method for setting a sensing interval and a PSO-based dynamic resource allocation in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
또한, 하기에는 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail to avoid unnecessarily obscuring the present invention.
본 발명은 다중 채널을 사용하는 인지 무선 애드혹 네트워크에서 멤버 노드로부터 얻은 채널정보를 이용하여 채널별 센싱 간격을 설정하고 PSO를 사용하여 동적으로 자원을 할당하는 방법을 제공하는데 특징이 있다.The present invention provides a method of dynamically allocating resources by setting a sensing interval for each channel using channel information obtained from member nodes in a cognitive radio ad-hoc network using multiple channels and using a PSO.
본 발명에 있어서 이하 주로 사용되는 용어와 그 의미는 다음과 같이 정의 된다.In the present invention, the following terms and their meanings are defined as follows.
클러스터 헤드(CH: Cluster Head)는 클러스터 내에서 멤버 노드들로부터 센싱 결과 보고를 기초로 가용한 채널들의 집합을 구성하고, 요구 데이터 전송량, 에너지 저장 요구량, 평균 우선사용자 유휴시간, 가용 채널리스트(사용 가능한 채널 목록), 채널이득상태에 대한 채널정보를 보고 받아 멤버 클러스터 노드(MCN: Member Cluster Node)들에게 채널별 센싱 주기, 멤버 노드별 사용 가능 채널 및 데이터 슬롯 위치를 전달하는 단말로 정의한다.The cluster head (CH) constructs a set of available channels based on the sensing result report from the member nodes in the cluster. The cluster head uses the requested data transmission amount, the energy storage requirement, the average priority user idle time, A channel availability list, a channel availability list, and a channel gain status, and transmits the channel sensing period to the member cluster nodes (MCNs), a usable channel for each member node, and a data slot location.
클러스터(Cluster)는 클러스터 헤드(CH)가 자신의 통신 가능 반경인 1홉 거리에 있는 관리 가능한 노드들의 집합으로 정의한다.A cluster is defined as a set of manageable nodes whose cluster head (CH) is one hop distance which is its communicable radius.
멤버 노드(MN: Member Node)는 클러스터 내에서 데이터를 송수신하고 채널별로 우선사용자의 유무, 채널별 이득상태, 채널별 평균 우선사용자의 유휴시간을 클러스터 헤드에게 전달하는 단말로 정의한다.A member node (MN) transmits and receives data in a cluster, and defines the presence or absence of a user, the gain state of each channel, and the idle time of an average priority user for each channel to the cluster head.
본 발명의 실시예들은 클러스터 헤더가 멤버 노드로부터 얻은 정보를 기반으로 프레임 구조를 설정하고 PSO(Particle Swarm Optimization)를 사용하여 각 멤버 노드들이 사용할 채널 및 데이터 슬롯을 동적으로 선택하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 실시예들은 클러스터 기반 인지 무선 애드혹 네트워크에서 클러스터 헤더가 멤버 노드들로부터 얻은 각 채널에 대한 우선사용자의 유휴시간과 우선사용자 보호를 위한 제한조건을 기반으로 센싱 간격을 계산하는 방법, 각 멤버 노드가 요구하는 전송용량 및 멤버 노드 간 공정성을 만족하는 채널 및 데이터 슬롯을 할당하기 위한 전송용량 적합도 함수 설계방법, 각 멤버 노드의 에너지 절약 요구를 만족하는 채널 및 데이터 슬롯을 할당하기 위한 에너지 절약 적합도 함수 설계 방법 및 PSO를 이용한 동적 채널 및 데이터 슬롯을 할당하는 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention are directed to a method for dynamically selecting a channel and a data slot to be used by each member node by setting a frame structure based on information obtained from a member node of a cluster header and using a Particle Swarm Optimization (PSO). More specifically, the embodiments provide a method for calculating the sensing interval based on the idle time of the priority user for each channel obtained from the cluster headers of the cluster headers in the cluster-based or wireless ad-hoc network and the constraint for priority user protection, A transmission capacity fitness function design method for allocating channels and data slots satisfying the transmission capacity and the member node fairness requested by the member nodes, energy saving for allocating channels and data slots satisfying energy saving requirements of each member node A fitness function design method, and a method of allocating dynamic channels and data slots using a PSO.
제안된 방법에서는 멤버 노드들이 채널을 감지하여 얻은 데이터를 통해 클러스터 헤더가 유휴대역을 감지하는 주기를 결정한다. 인지 무선 사용자가 유휴대역을 감지한 이후 해당 채널을 사용하는 데에 있어 데이터를 전송하는 시간 동안 우선사용자가 해당 채널에서 다시 동작하는 것은 우선사용자에게 간섭을 주는 문제를 발생시키므로 이에 대한 고려가 요구된다.In the proposed method, the member nodes detect the channel and determine the period in which the cluster header senses the idle band through the obtained data. Since the cognizant wireless user senses the idle band, the operation of the user again in the corresponding channel during the time of data transmission in using the corresponding channel causes a problem of giving interference to the user first, so consideration thereof is required .
또한, 제안된 방법에서는 클러스터 헤더가 멤버 노드들의 각기 다른 데이터 요구 전송량 및 멤버 노드들 간의 전송량 할당의 공정성, 각 멤버 노드들의 에너지 절약 요구를 만족시키기 위해 PSO를 사용하여 채널 및 데이터 슬롯을 할당한다. 클러스터 내의 멤버 노드들은 각기 다른 어플리케이션 서비스를 요구하고, 멤버 노드간 전송량 할당의 공정성을 만족해야 하며, 네트워크를 안정적으로 유지시키기 위해 각 멤버 노드들의 상황에 따라 에너지를 절약해야 하므로 이에 대한 고려가 요구된다.Also, in the proposed method, the cluster header allocates channels and data slots using the PSO to satisfy the fairness of the different data request transmission amounts of the member nodes, the transmission amount allocation among the member nodes, and the energy saving requirement of each member node. Member nodes in a cluster require different application services, satisfy the fairness of allocation of the amount of transmission among member nodes, and energy needs to be saved according to the situation of each member node in order to maintain the network stably. .
따라서 상기 인지 무선 애드혹 네트워크에서 해당 네트워크가 주파수 자원으로부터 얻는 이득을 최대화하면서도 클러스터에 속한 각 멤버 노드들의 데이터 요구 전송량 및 노드들 간의 공정성을 만족시키고 각 멤버 노드들의 에너지를 안정적으로 유지시키기 위한 방법이 필요하다.Therefore, there is a need for a method for satisfying the data request transmission amount of each member node belonging to the cluster and the fairness among the nodes and maintaining the energy of each member node stably while maximizing the gain obtained from the frequency resource by the corresponding network in the aware wireless ad hoc network Do.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크의 개괄적인 모습을 도시한 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating an overview of a cognitive wireless network using multiple channels according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크는, 도 1에 도시된 바와 같이, 우선사용자들(140, 150)이 존재할 수 있는 환경에서 클러스터 헤드(CH)(110)와 다수의 멤버 노드(MN)(120, 130)로 구성될 수 있다.As shown in FIG. 1, a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention includes a cluster head (CH) 110 and a plurality of users And member nodes (MN) 120 and 130 of FIG.
각 멤버 노드(120, 130) i는 우선사용자(140, 150)의 존재유무를 확인하기 위해 주기적으로 광대역 스펙트럼 센싱을 수행하고, 그 결과를 클러스터 헤드(110)에게 전송할 수 있다. 채널에 관련한 고유 정보는 가용 채널리스트(ACL: Available Channel List), 채널이득상태(G: Channel Gain Status) 및 평균 우선사용자 유휴시간(I: Average Primary Idle Time)이 될 수 있다. 이외에도 멤버 노드(120, 130)들은 에너지 보존 요구량(E D : Energy Saving Demand)과 데이터 전송 요구량(T D : Data Traffic Demand)의 서비스 요청에 관련된 데이터를 클러스터 헤드에게 전송할 수 있다. Each member node (120, 130) i is first performed periodically wideband spectrum sensing to determine the presence or absence of a user (140, 150) and may send the result to the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 고려하는 다중접속방법을 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a multiple access method considering a multi-channel cognitive wireless network according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크는, 도 2에 도시된 바와 같이, 다중 채널에 대해 시분할 다중접속(TDMA: Time Division Multiple Access) 기반의 매체접근제어(MAC: Medium Access Control)방법을 사용하여 통신을 수행할 수 있다.As shown in FIG. 2, a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention includes a time division multiple access (TDMA) based Medium Access Control (MAC) Access Control) method.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 클러스터 헤드(110)는 멤버 노드들(120, 130)로부터 주기적인 정보를 받아 매체접근제어 구조를 재구성하여 각 멤버 노드가 사용할 수 있는 채널 및 데이터 슬롯위치를 할당할 수 있다. 멤버 노드로부터의 센싱 결과와 클러스터 헤드로부터의 채널 및 데이터 슬롯할당을 포함하는 제어정보는 미리 정해진 공통제어채널(Common Control Channel)을 통해 교환될 수 있다.In the multi-channel cognitive radio network according to an exemplary embodiment of the present invention, the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크의 전반적인 시스템 동작 과정을 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating an overall system operation process of a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 각 멤버 노드는 지역적인 스펙트럼 센싱을 수행하고 채널상태와 서비스 요구정보를 클러스터 헤드에게 전송할 수 있다. 클러스터 헤드는 멤버 노드들로부터 받은 채널정보를 기반으로 모든 네트워크 멤버 노드와 통신할 수 있는 가능한 공통채널리스트를 도출할 수 있다. 이후, 클러스터 헤드는 평균 우선사용자 유휴시간과 우선사용자 보호 요구조건을 기반으로 가용한 각 채널에서의 센싱 간격을 계산할 수 있다. 클러스터 헤드는 PSO를 사용하여 각 멤버 노드가 사용할 최적의 채널 및 데이터 슬롯집합을 선택하고, 이에 대한 할당정보를 멤버 노드에게 브로드캐스팅 할 수 있다. 각 멤버 노드들은 다음 매체제어접근제어 구성이 재구성될 때까지 할당된 데이터슬롯을 사용하여 데이터를 전송할 수 있다.Referring to FIG. 3, in a multi-channel cognitive radio network according to an embodiment of the present invention, each member node performs local spectrum sensing and transmits channel state and service request information to the cluster head. The cluster head can derive a list of possible common channels that can communicate with all the network member nodes based on the channel information received from the member nodes. The cluster head can then calculate the sensing interval on each available channel based on the average priority user idle time and priority user protection requirements. The cluster head can select the optimal channel and data slot set to be used by each member node using the PSO, and can broadcast allocation information to the member node. Each member node can transmit data using the assigned data slot until the next media control access control configuration is reconfigured.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 평균채널이득을 얻는 상황을 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a situation in which an average channel gain is obtained in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 멤버 노드 i(n i )가 채널 k(ch k )에 대해 주변 멤버 노드와의 평균채널이득을 얻는 상황을 나타낼 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 멤버 노드 i는 가용 채널리스트(ACL i ), 노드 i에서의 K 개 채널에 대한 채널이득(; K: 가용한 총 채널개수; : 채널 k에서 노드 i의 채널이득), 그리고 개별적인 에너지 저장 요구량과 요구 전송량을 클러스터 헤드에게 전송할 수 있다.Referring to FIG. 4, in a cognitive radio network using a multi-channel according to an embodiment, a member node i ( n i ) can represent a situation in which an average channel gain with neighboring member nodes is obtained for a channel k ( ch k ) have. I member nodes in a wireless network, whether using a multi-channel in accordance with one embodiment of the present invention, the channel gains for the K channel in available channel list (ACL i), the node i ( ; K : total number of available channels; : The channel gain of node i in channel k ), and the individual energy storage requirements and the required throughput to the cluster head.
채널 k에서 노드 i의 채널이득은 [수학식 1]에 의해 산정될 수 있다.The channel gain of node i in channel k can be estimated by Equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
도 4와 [수학식 1]을 참조하면 채널 k(ch k )에서 노드 i의 채널이득은 채널 k(ch k )에서 멤버 노드 i(n i )와 주변 멤버 노드간의 평균채널이득(), 그리고 채널 k(ch k )에서 멤버 노드 i(n i )의 간섭이 가산된 평균잡음()을 사용하여 계산될 수 있다.4 and
도 4를 참조하여 채널 k(ch k )에서 멤버 노드 i(n i )와 주변 멤버 노드의 평균채널이득은 [수학식 2]에 의해 산정될 수 있다.Referring to FIG. 4, the average channel gain of the member node i ( n i ) and the neighboring member nodes in the channel k ( ch k ) can be calculated by Equation (2).
[수학식 2]&Quot; (2) "
도 4와 [수학식 2]를 참조하면 채널 k(ch k )에서 멤버 노드 i(n i )와 주변 멤버 노드의 평균채널이득은 채널 k(ch k )에서 멤버 노드 i(n i )와 멤버 노드 i(n i )의 주변 노드 집합 에 속한 멤버 노드 j(n i )와의 평균채널이득, 그리고 채널 k(ch k )에서 멤버 노드 i(n i )의 주변 멤버 노드들의 개수()를 사용하여 계산될 수 있다.4 and Equation (2) to see if the channel k (ch k) member node i (n i) an average channel gain of the surrounding member node is channel k (ch k) member node i (n i) and members in A set of peripheral nodes of node i ( n i ) The average channel gain between the member nodes j (n i) belong to, and the number of neighboring member node of the channel k (ch k) member node i (n i) from ( ). ≪ / RTI >
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 센싱 간격의 설정 및 PSO 기반의 동적 자원 할당 시스템의 개괄적인 모습을 도시한 도면이다.FIG. 5 is a diagram showing a general configuration of a dynamic resource allocation system based on the setting of a sensing interval and a PSO in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 센싱 간격의 설정 및 PSO 기반의 동적 자원 할당 시스템은, 도 5에 도시된 바와 같이, 센싱 간격 결정부(540)와 PSO 최적화부(550)로 구성될 수 있다.5, a sensing interval setting and a PSO-based dynamic resource allocation system in a cognitive radio network using a multi-channel according to an exemplary embodiment of the present invention includes a
센싱 간격 결정부(540)는 인지 무선 네트워크에서 인지 무선 사용자들로 이루어진 클러스터의 클러스터 헤더가 상기 클러스터에 속한 멤버 노드들(510)로부터 얻은 사용 가능한 채널 정보 수집을 통해 각 채널별 유휴시간통계 및 우선사용자 보호조건을 사용하여 각 채널별 센싱 간격을 결정하고 채널별 프레임 구조를 구성할 수 있다. The sensing
PSO 최적화부(550)는 PSO(Particle Swarm Optimization)를 사용하여 각 상기 멤버 노드들(510)이 사용할 채널 및 데이터 슬롯을 동적으로 할당할 수 있다. The
클러스터 헤더부(530)는 멤버 노드들(510)로부터 가용 채널리스트(ACL), 채널이득상태(G), 평균 우선사용자 유휴시간(I), 에너지 저장 요구량(E D ), 요구데이터 전송량(T D )을 포함하는 채널정보 및 멤버 노드 정보를 받고, PSO 파라미터부(520)로부터 PSO 최적화부(550)에서 사용할 관성중량상수(), 가속상수(), 위치 및 속도 제한조건()에 대한 정보를 받는다. 멤버 노드들(510)은 클러스터 헤더부(530)로부터 각 채널에서의 센싱 간격, 사용 가능한 채널 및 데이터슬롯에 대한 정보를 받을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 각 멤버 노드(510)는 지정된 공통제어채널을 알고 있고, 공통제어채널을 통해 클러스터 헤더에 의해 브로드캐스팅되는 사용 가능한 채널집합을 수신 받는다. 이러한 공통제어채널은 미리 지정되거나 클러스터가 클러스터의 가용한 공통채널 중에 하나를 동적으로 선택할 수 있다.In a multi-channel cognitive radio network according to an embodiment of the present invention, each
여기서, PSO 최적화부(550)는 파티클 위치 및 속도 메모리부, 적합도 함수 계산부, 파티클 추출기, 최적 파티클 메모리부, 및 PSO 위치 및 속도 갱신부를 포함할 수 있다. Here, the
특히, 상기의 파티클 위치 및 속도 메모리부는 PSO 최적화부(550)에 의해 갱신되는 각 멤버 노드(510)의 채널 및 데이터 슬롯의 할당내용을 저장 및 제공할 수 있다.In particular, the particle position and velocity memory may store and provide channel and data slot assignments of each
그리고 적합도 함수 계산부는 전송용량 적합도 함수, 에너지 보존 적합도 함수 및 총 적합도 함수를 포함할 수 있다. 전송용량 적합도 함수는 각 멤버 노드(510)의 전송요구량에 대한 효용성을 계산할 수 있고, 에너지 보존 적합도 함수는 각 멤버 노드(510)의 에너지 절약 요구량에 대한 효용성을 계산할 수 있다. 또한, 총 적합도 함수는 각 멤버 노드(510)의 전송요구량 및 에너지 절약 요구량에 대한 효용성을 복합적으로 계산할 수 있다.And the fitness function calculation unit may include a transmission capacity fitness function, an energy conservation fitness function, and a total fitness function. The transfer capacity fitness function can calculate the utility of each
그리고, 파티클 추출기는 국부 최적 파티클 추출기 및 전역 최적 파티클 추출기를 포함할 수 있다.The particle extractor may include a local optimal particle extractor and a global best particle extractor.
국부 최적 파티클 추출기는 PSO 최적화부(550)에 의해 갱신되는 파티클들 중 각 파티클에 대한 최대 총 적합도 함수를 갖는 파티클을 추출할 수 있고, 전역 최적 파티클 추출기는 PSO 최적화부(550)에 의해 갱신되는 국부 최적 파티클들 중 최대 총 적합도 함수를 갖는 파티클을 추출할 수 있다.The local optimum particle extractor may extract particles having a maximum total fitness function for each particle among the particles updated by the
또한, 최적 파티클 메모리부는 국부 최적 파티클 메모리부, 전역 최적 파티클 메모리부를 포함할 수 있다. In addition, the optimal particle memory section may include a local optimal particle memory section and a global optimum particle memory section.
국부 최적 파티클 메모리부는 국부 최적 파티클 추출기로부터의 최대 총 적합도 함수를 갖는 파티클을 저장 및 제공할 수 있고, 전역 최적 파티클 메모리부는 전역 최적 파티클 추출기로부터의 최대 총 적합도 함수를 갖는 파티클을 저장 및 제공할 수 있다.The local optimal particle memory portion may store and provide particles having a maximum total fitness function from the local optimal particle extractor and the global optimal particle memory portion may store and provide particles with a maximum total fitness function from the global best particle extractor have.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 각 채널마다 특정한 센싱 간격을 설정하는 상황을 도시한 도면이다.6 is a diagram illustrating a situation in which a specific sensing interval is set for each channel in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 우선사용자 시스템들은 최소한의 우선사용자 보호확률이 다르거나 각 우선사용자 시스템의 프로토콜에 따라 유휴시간 및 사용시간과 같은 동작에 대한 통계적 특성이 다를 수 있다. 따라서 이러한 문제로 인해 각 채널에 대한 주기적인 협대역 센싱 간격은 다르게 설정되어야 한다. 짧은 센싱 간격이 필요한 채널에는 멤버 노드(510)에게 에너지 부담을 가중시킬 수 있기 때문에 각 멤버 노드(510)의 에너지 절약요구량을 고려하여 채널을 할당해야 한다.In a cognitive radio network using multi-channels according to an embodiment of the present invention, first, user systems have different probability of minimum priority protection, or statistical characteristics such as idle time and usage time according to protocols of each priority user system Can be different. Therefore, the periodic narrow-band sensing interval for each channel should be set differently due to such a problem. A channel requiring a short sensing interval may be allocated to the
도 6을 참조하면, 각 채널은 시분할다중접속 슬롯들로 구성되고 각 슬롯 길이는 사전에 결정될 수 있다. 여기서 협대역 센싱 시간은 데이터 전송 슬롯 시간보다 상대적으로 짧고, 센싱 시간은 요구된 우선사용자 검출 확률을 만족하도록 얻어질 수 있다. 각 채널을 위한 센싱 간격(SI: Sensing Interval)은 데이터 전송 슬롯의 배수이고, 이는 각 채널에서 우선사용자의 평균유휴시간을 기반으로 계산될 수 있다.Referring to FIG. 6, each channel is composed of time division multiple access slots, and each slot length can be predetermined. Here, the narrow-band sensing time is relatively shorter than the data transmission slot time, and the sensing time can be obtained so as to satisfy the required priority user detection probability. The sensing interval (SI) for each channel is a multiple of the data transmission slots, which can be calculated based on the average idle time of the user first in each channel.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 각 채널에 대한 우선사용자의 유휴시간을 계산하는 상황을 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating a situation in which idle time of a priority user for each channel is calculated in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하여 각 멤버 노드 i는 모든 채널에서 우선사용자의 유휴시간 을 계산하고 채널 k에서의 평균유휴시간()은 최근의 유휴시간정보에 가중치를 주어 추세를 판단하는 지수가중이동평균(EWMA: Exponentially Weighted Moving Average)을 사용하여 계산될 수 있다.Referring to FIG. 7, each member node i receives the idle time And calculates the average idle time in channel k ( May be computed using an exponentially weighted moving average (EWMA) that weights the recent idle time information to determine the trend.
도 7을 참조하면, 채널 k(ch k )의 센싱 간격의 결정은 각 멤버 노드의 유휴시간()를 사용하여 계산되고, 클러스터 헤드는 가용한 각 채널(ch k )에 대한 평균유휴시간을 계산하며 이는 [수학식 3]에 의해 산정될 수 있다.Referring to FIG. 7, the determination of the sensing interval of channel k ( ch k ) depends on the idle time ), And the cluster head calculates the average idle time for each available channel ( ch k ), which can be estimated by Equation (3).
[수학식 3]&Quot; (3) "
도 7과 [수학식 3]을 참조하여 가용한 각 채널(ch k )에 대한 평균유휴시간은 채널 k에 대한 모든 멤버 노드가 계산한 유휴시간의 합과 멤버 노드의 수(N)를 사용하여 계산될 수 있다.The average idle time for each channel ( ch k ) available with reference to FIG. 7 and [Equation 3] is calculated using the sum of the idle times calculated by all the member nodes for channel k and the number of member nodes ( N ) Can be calculated.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 센싱 간격의 요구조건을 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a requirement of a sensing interval in a cognitive wireless network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 채널 k(ch k )에서의 우선사용자의 유휴시간에 대한 랜덤변수가 라고 할 때, 우선사용자의 유휴시간 가 특정시간 t보다 작을 확률은 [수학식 4]에 의해 산정될 수 있다.Referring to FIG. 8, a random variable for the idle time of the priority user in channel k ( ch k ) First, the user's idle time Is less than a specific time t can be estimated by [Equation (4)].
[수학식 4]&Quot; (4) "
도 8을 참조하면, 센싱 간격() 동안 우선사용자 시스템이 유휴모드에서 동작모드로 변경할 확률을 라 하면 우선사용자를 보호하기 위해 센싱 간격()은 에 대한 요구확률을 만족하기 위해 계산되어야 한다.Referring to FIG. 8, ), The probability that the user system will change from idle mode to operating mode First, in order to protect the user, )silver Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI >
도 8을 참조하여 우선사용자의 유휴시간이 특정시간 t보다 큰 상황에서 보다 작을 확률은 [수학식 5]에 의해 산정될 수 있다. Referring to FIG. 8, when the idle time of the user is greater than the specific time t Can be calculated by the following equation (5). &Quot; (5) "
[수학식 5]&Quot; (5) "
[수학식 5]는 지수분포의 무기억 특성(memoryless property)에 의해 [수학식 6]에 의해 산정될 수 있다.Equation (5) can be estimated by Equation (6) by the memoryless property of the exponential distribution.
[수학식 6]&Quot; (6) "
도 8과 [수학식 6]을 참조하여 작은 값을 위해 짧은 센싱 간격이 요구되고 우선사용자의 평균유휴시간()이 긴 경우에는 동일한 값에 비해 긴 센싱 간격이 요구될 수 있다.Referring to FIG. 8 and [Equation 6] A short sensing interval is required for the value and the average user idle time ( ) Is long, the same A longer sensing interval than the value may be required.
도 8과 [수학식 6]을 참조하여 우선사용자의 보호조건을 만족하기 위해 각 채널의 센싱 간격은 [수학식 7]에 의해 산정될 수 있다. Referring to FIG. 8 and [Equation 6], the sensing interval of each channel may be calculated by Equation (7) so as to satisfy the protection condition of the user.
[수학식 7]&Quot; (7) "
도 8과 [수학식 7]을 참조하여 센싱 간격은 특정 채널에 대해 클러스터 헤드에 의해 계산된 우선사용자의 평균유휴시간에 비례한다.Referring to FIG. 8 and FIG. 7, the sensing interval is proportional to the average idle time of the priority user calculated by the cluster head for a particular channel.
도 8과 [수학식 7]을 참조하여 실제 센싱 간격()는 [수학식 8]에 의해 산정될 수 있다. Referring to FIG. 8 and [Equation 7], the actual sensing interval ( ) Can be calculated by the following equation (8).
[수학식 8]&Quot; (8) "
도 8과 [수학식 8]을 참조하여 실제 센싱 간격()은 데이터 슬롯시간()과 프레임 구조의 슬롯 수()를 사용하여 산정될 수 있다. Referring to FIG. 8 and [Equation 8], the actual sensing interval ) Is the data slot time ( ) And the number of slots of the frame structure ( ). ≪ / RTI >
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 각 채널에 대한 프레임 구조를 도시한 도면이다.9 is a diagram illustrating a frame structure for each channel in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 는 채널 k(ch k )의 연속적인 센싱 시간 사이의 슬롯 개수를 나타내고, 채널 k(ch k )의 센싱 간격()은 채널 k(ch k )의 평균유휴시간()과 에 의해 계산되기 때문에 프레임을 구성하는 슬롯의 개수는 채널마다 다르게 된다. 멤버 노드들에게 할당된 프레임의 슬롯들의 순서는 프레임 구조가 다시 재구성될 때까지 반복된다.9, Sensing interval indicates the number of slots between consecutive sensing time of the channel k (ch k), the channel k (ch k) ( ) Is the average idle time of channel k ( ch k ) )and The number of slots constituting the frame is different for each channel. The order of the slots of the frame assigned to the member nodes is repeated until the frame structure is reconstructed again.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 주변 멤버 노드와의 데이터 교환을 도시하는 도면이다.10 is a diagram illustrating data exchange with neighboring member nodes in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 각 멤버 노드가 다른 노드들의 자원 할당 스케줄(데이터 수신 슬롯들)을 알 수 있도록 클러스터 헤드는 할당된 채널과 슬롯 정보를 모든 멤버 노드들에게 브로드캐스팅 한다. 에드혹 네트워크는 다중 채널을 사용하기 때문에 송시기는 수신기가 어떤 채널에서 수신하고 있는지 알아야 한다. 멤버 노드 i가 멤버 노드 j에게 데이터를 전송하기 위해서 멤버 노드 j의 할당된 채널과 시간슬롯을 사용해야 한다. 다른 시간슬롯 동안에 멤버 노드 i가 주변 노드에 전송할 데이터가 없는 경우 멤버 노드 j는 휴면모드(sleep mode)로 전환할 수 있다.Referring to FIG. 10, the cluster head broadcasts the allocated channel and slot information to all the member nodes so that each member node can know the resource allocation schedule (data reception slots) of other nodes. Because the ad hoc network uses multiple channels, the transmitter must know which channel the receiver is listening on. The member node i to transmit data to a member node j should use the allocated channel and the time slot of the member node j. If there are no members of the node i is data to send to the peripheral node during another time slot member node j it can be switched to a sleep mode (sleep mode).
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 클러스터 헤더부(530) 내에서 PSO 최적화부(550)는 파티클 위치 및 속도 메모리부(551), 적합도 함수 계산부(552), 파티클 추출기(553), 최적 파티클 메모리부(554) 및 PSO 위치 및 속도 갱신부(555)를 포함하여 구성될 수 있다.5, the
도 5를 참조하면, 파티클 위치 및 속도 메모리부(551)에서 개의 각 파티클은 차원(dimension)개의 메모리로 구성되며 차원의 수는 각 채널의 프레임 슬롯의 합으로 [수학식 9]에 의해 산정될 수 있다. 5, in the particle position and
[수학식 9]&Quot; (9) "
도 5, 도 9와 [수학식 9]를 참조하여 각 채널에 대한 프레임 슬롯의 수()는 센싱 간격 결정부(540)에 의해 결정될 수 있다.Referring to FIGS. 5, 9 and 9, the number of frame slots for each channel ( May be determined by the sensing
도 5를 참조하면 파티클 위치 및 속도 메모리부(551)의 위치에 대한 각 파티클들()은 각 멤버 노드에게 할당된 채널 및 데이터 슬롯을 의미하고, PSO가 시작하는 초기에 랜덤한 값으로 시작되며, 속도에 대한 파티클()는 비어있는 값(모든 값이 0)으로 시작한다. 위치에 대한 각 파티클들은 해결하고자 하는 적합도 함수의 해를 나타내며 적합도 함수 계산부(552)에 입력되어 각 파티클에 대한 총 적합도 함수를 계산한다. 최적 파티클 추출기(553)는 국부 최적 파티클 추출기(556)와 전역 최적 파티클 추출기(557)로 구성될 수 있으며, PSO 최적화부(550)가 반복적으로 수행되면서 각 파티클이 PSO 위치 및 속도 갱신부(555)에 의해 변화하는 값들 중 총 적합도 함수가 최대값인 파티클을 추출한다. 국부 최적 파티클 추출기(556)는 개의 위치에 대한 각 파티클에 대해서 총 적합도 함수가 최대인 파티클의 경우를 추출하고, 전역 최적 파티클 추출기(557)은 모든 파티클에 대해서 총 적합도 함수가 최대인 파티클의 경우를 추출한다. 최적 파티클 메모리부(554)는 국부 최적 파티클 메모리부(558)와 전역 최적 파티클 메모리부(559)로 구성될 수 있으며 국부 최적 파티클 메모리부(558)는 국부 최적 파티클 추출기(556)로부터의 파티클의 경우를 저장하고, 전역 최적 파티클 메모리부(559)는 전역 최적 파티클 추출기(557)로부터의 파티클의 경우를 저장한다. PSO 위치 및 속도 갱신부(555)는 최적 파티클 메모리부(554)로부터 국부 최적 파티클들()과 전역 최적 파티클()을 받고 파티클 위치 및 속도 메모리부(551)로부터 위치에 대한 파티클들()과 속도에 대한 파티클()을 받아 위치와 속도에 대한 파티클을 갱신한다. PSO 위치 및 속도 갱신부(555)는 [수학식 10]과 [수학식 11]에 의해 산정될 수 있다. Referring to FIG. 5, each of the particles (for each particle position and velocity memory unit 551) ) Refers to the channel and data slot assigned to each member node, starting with a random value at the beginning of the PSO, ) Starts with an empty value (all values are 0). Each particle with respect to the position represents a solution of the fitness function to be solved and is input to the fitness
[수학식 10]&Quot; (10) "
[수학식 11]&Quot; (11) "
[수학식 10]과 [수학식 11]을 참조하여 t는 PSO 최적화부(550)가 수행되는 반복횟수를 나타내고, 과 는 가속상수, 과 는 구간 내의 랜덤한 값을 나타낸다.Referring to Equation (10) and Equation (11), t represents the number of repetitions in which the PSO optimizing unit (550) is performed, and Is an acceleration constant, and The Represents a random value within the interval.
도 11은 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 최적값의 방향으로 PSO의 수렴 동작을 도시하는 도면이다.11 is a diagram showing a convergence operation of a PSO in an optimal value direction in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
도 11과 [수학식 10]을 참조하여 는 관성중량상수로서 큰 는 PSO 최적화부(550)가 국부최소로부터 탈출하여 전역 최적을 탐색하기 용이하게 하고, 작은 는 국부 최적탐색을 용이하게 하고 PSO 최적화부(550)가 수렴하기 용이하게 한다. 파티클들이 국부 최적에 빠질 경우 는 증가하고, 파티클들이 발산할 경우 는 감소된다. 위치 파티클은 시스템이 사용할 파라미터에 대한 값을 나타내고, 속도에 대한 파티클은 최적값으로 향하는 방향으로의 변환 정도를 나타낸다. 속도에 대한 파티클 값들()과 위치에 대한 파티클 값들()은 정해진 영역을 탐색하도록 해당 값들이 각각 속도구간 과 위치구간 으로 제한된다. [수학식 10]을 참조하여 첫 번째 항은 다음에 갱신될 속도 파티클에 대해 현재의 속도 파티클과 전역적 최적값 및 국부적 최적값에 대한 검색의 기여도를 나타내고, 두 번째 항은 현재위치에서 국부 최적 방향으로의 속도 갱신에 대한 기여도를 나타내며, 세 번째 항은 현재위치에서 전역 최적 방향으로의 속도 갱신에 대한 기여도를 나타낸다. [수학식 10]과 [수학식 11]을 참조하여 [수학식 10]에 의해 수행된 속도 파티클의 갱신 값은 [수학식 11]에 의해 위치 파티클의 갱신 값이 산정될 수 있다. Referring to FIG. 11 and [Equation 10] Is the inertia weight constant, The
도 5를 참조하여 반복적으로 수행되는 PSO 최적화부(550)에서 각 멤버 노드에 할당된 채널 및 데이터 슬롯을 할당하는 위치 파티클들()에 대한 적합도 함수의 계산은 적합도 함수 계산부(552)에서 수행된다. 적합도 함수 계산부(552)는 전송용량 적합도 함수(560), 에너지 보존 함수(561), 총 적합도 함수(562)로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 5, in the
도 5의 총 적합도 함수 계산부(552)의 총 적합도 함수(562)의 계산은 [수학식 12]에 의해 산정될 수 있다. The calculation of the
[수학식 12]&Quot; (12) "
도 5와 [수학식 12]를 참조하여 총 적합도 함수(562)의 계산은 각 멤버 노드의 데이터 전송 요구량에 대한 적합도 함수()와 에너지 절약 요구량에 대한 적합도 함수()의 가중합으로 수행되고, 과 는 가중치를 나타낸다.Referring to FIG. 5 and (12), the calculation of the
도 5와 [수학식 12]를 참조하여 전송용량 적합도 함수(560)의 계산은 [수학식 13]에 의해 산정될 수 있다. The calculation of the transmission
[수학식 13]&Quot; (13) "
도 5와 [수학식 13]을 참조하여 전송용량 적합도 함수(560)의 계산은 모든 멤버 노드 i에 대한 전송용량 적합도 함수()의 합, 모든 채널 k에 대한 프레임 슬롯 수()의 합, 모든 가용 채널에 대한 평균 채널용량에 의해 결정될 수 있다.5 and calculates the transmission
[수학식 13]을 참조하여 모든 가용 채널에 대한 평균 채널용량의 계산은 [수학식 14]에 의해 산정될 수 있다. The calculation of the average channel capacity for all available channels with reference to Equation (13) can be calculated by Equation (14).
[수학식 14]&Quot; (14) "
[수학식 14]를 참조하여 모든 가용 채널에 대한 평균 채널용량의 계산은 모든 가용 채널들에 대한 평균 채널 이득()과 모든 멤버 노드 i에 대한 평균전송전력에 의해 산정될 수 있다. The calculation of the average channel capacity for all available channels with reference to Equation (14) is based on the average channel gain < RTI ID = 0.0 > ) And the average transmit power for all member nodes i .
[수학식 13]을 참조하여 멤버 노드 i에 대한 전송용량 적합도 함수()의 계산은 [수학식 15]에 의해 산정될 수 있다. See equation 13] by the transmission capacity of the member nodes i fitness function ( ) Can be calculated by the following equation (15).
[수학식 15]&Quot; (15) "
[수학식 15]를 참조하여 멤버 노드 i에 대한 전송용량 적합도 함수()의 계산은 멤버 노드 i의 실제 데이터 사용비율()과 전송용량 요구비율()의 값이 인 경우와 인 경우로 나뉜다. 인 경우, 멤버 노드의 데이터 사용효율은 선형적으로 증가하고, 인 경우, 데이터 사용효율은 로그함수적으로 증가하도록 하여 멤버 노드들에게 부여되는 전송용량이 요구 전송량보다 상당히 크지 않도록 고려되었다. 따라서 [수학식 15]에 의해 멤버 노드 간에 공정성이 확보될 수 있다.See equation 15] by the transmission capacity of the member nodes i fitness function ( ) Is calculated using the actual data usage rate of member node i ( ) And transmission capacity requirement ratio ( ) Is the value of And . , The data use efficiency of the member node linearly increases, , The data usage efficiency is increased logarithmically so that the transfer capacity given to the member nodes is considered not to be considerably larger than the required transfer amount. Therefore, the fairness among the member nodes can be secured by the formula (15).
[수학식 15]를 참조하여 내에 할당된 슬롯들에 대한 멤버 노드 i(n i )의 전송용량의 정규화는 [수학식 16]에 의해 산정될 수 있다. Referring to Equation (15) A normalization of the transmission capacity of the member node i ( n i ) for the slots allocated within the slot i can be estimated by (16).
[수학식 16]&Quot; (16) "
[수학식 16]을 참조하여 는 채널 k(ch k )에서 한 프레임 내에 멤버 노드 i(n i )에게 할당된 데이터 슬롯의 수이고, 와 는 정규화를 위해 한 클러스터 내에서 얻어진 최대 채널이득과 최대전송전력을 나타낸다.Referring to Equation (16) Is the number of data slots allocated to member node i ( n i ) in one frame on channel k ( ch k ) Wow Represents the maximum channel gain and maximum transmit power obtained within a cluster for normalization.
[수학식 16]을 참조하여 멤버 노드 i에게 할당된 채널 k, 슬롯 에 대한 전송용량의 기댓값은 [수학식 17]에 의해 산정될 수 있다. Referring to Equation (16), channel k allocated to member node i , slot The expected value of the transmission capacity can be estimated by the following equation (17).
[수학식 17]&Quot; (17) "
[수학식 17]을 참조하여 는 노드 i(n i )의 전송전력을 나타낸다.Referring to Equation (17) Represents the transmission power of the node i ( n i ).
[수학식 16]을 참조하여 전송용량 요구비율()의 계산은 [수학식 18]을 사용하여 산정될 수 있다. Referring to Equation (16), the transmission capacity requirement ratio ( ) Can be calculated using the following equation (18). &Quot; (18) "
[수학식 18]&Quot; (18) "
[수학식 18]을 참조하여 는 멤버 노드 i의 요구 전송량을 나타낸다.Referring to Equation (18) Represents the required transmission amount of the member node i .
[수학식 16]을 참조하여 실제 데이터 사용비율()의 계산은 [수학식 19]를 사용하여 산정될 수 있다. Referring to Equation (16), the actual data usage ratio ( ) Can be estimated using the following equation (19).
[수학식 19]&Quot; (19) "
[수학식 19]를 참조하여 는 모든 멤버 노드에 대한 클러스터의 평균 정규화 데이터 전송용량을 나타내며 [수학식 20]을 사용하여 계산될 수 있다.Referring to Equation (19) Represents the average normalized data transmission capacity of the cluster for all the member nodes and can be calculated using Equation (20).
[수학식 20]&Quot; (20) "
[수학식 12]를 참조하여 에너지 절약 요구량에 대한 적합도 함수()의 계산은 [수학식 21]에 의해 산정될 수 있다. Referring to Equation (12), the fitness function ( ) Can be calculated by the following equation (21).
[수학식 21]&Quot; (21) "
[수학식 21]을 참조하여 에너지 절약 요구량에 대한 적합도 함수()는 각 멤버 노드 의 에너지 절약 요구량에 대한 적합도 함수()와 클러스터 네트워크의 에너지 절약을 위한 평균데이터 슬롯길이()를 사용하여 계산될 수 있다.Referring to Equation (21), the fitness function ( ) ≪ / RTI > The fitness function for the energy saving requirement of ) And average data slot length for energy conservation in the cluster network ( ). ≪ / RTI >
[수학식 21]을 참조하여 평균데이터 슬롯길이()는 [수학식 22]에 의해 산정될 수 있다. Referring to Equation (21), the average data slot length ( ) Can be calculated by the following equation (22).
[수학식 22]&Quot; (22) "
[수학식 22]를 참조하여 는 채널 k가 할당된 멤버 노드 i의 에너지 절약을 위한 정규화 데이터 슬롯 길이를 나타내며 [수학식 23]에 의해 계산될 수 있다.Referring to Equation (22) Represents the length of the normalized data slot for energy saving of the member node i to which the channel k is allocated, and can be calculated by Equation (23).
[수학식 23]&Quot; (23) "
[수학식 23]을 참조하여 는 모든 채널 k에 대한 센싱 간격() 의 최대값이고(), 는 모든 채널 k에서 모든 멤버 노드 i의 유휴슬롯(idle slot)의 개수 중 최대값()을 나타내며 , 는 가중치를 나타낸다.Referring to Equation 23, Is the sensing interval for all channels k ) Is the maximum value of ( ), Is the maximum value of the number of idle slots of all member nodes i on all channels k ) , Represents a weight.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 유휴슬롯 길이의 최대값을 도시하는 도면이다.12 is a diagram illustrating a maximum value of an idle slot length in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
도 12와 [수학식 8, 23]을 참조하여 클러스터 헤드는 채널 k(ch k )의 센싱 간격()을 계산하고 각 멤버 노드 i에게 할당된 채널에 대한 유휴슬롯길이()의 최대값을 계산한다. 각 멤버 노드 i에게 할당된 채널에 대한 유휴슬롯길이()의 최대값은 다음 센싱까지 혹은 다음 데이터 전송시간까지의 최대슬롯간격으로 정의된다. 멤버 노드 i는 유휴슬롯길이() 동안 휴면모드(sleep mode)로 전환되어 에너지 절약이 가능하다.12 and the sensing distance of the reference to Equation 8, 23] to cluster head channel k (ch k) ( ) And calculates the idle slot length for the channel assigned to each member node i ). ≪ / RTI > The idle slot length for the channel assigned to each member node i ( ) Is defined as the maximum slot interval between the next sensing or next data transmission time. Member node i is the idle slot length ( ), It is possible to save energy by switching to a sleep mode.
[수학식 21]을 참조하여 각 멤버 노드 i의 에너지 절약 요구량에 대한 적합도 함수()는 [수학식 24]에 의해 계산될 수 있다.Referring to Equation (21), a fitness function for the energy saving requirement amount of each member node i ) Can be calculated by Equation (24).
[수학식 24]&Quot; (24) "
[수학식 24]를 참조하여 각 멤버 노드 의 에너지 절약 요구량에 대한 적합도 함수()는 실제 에너지 절약 효용비율()과 에너지 절약 요구량 비율()이 인 경우와 인 경우로 나뉜다. 인 경우 각 멤버 노드의 에너지절약효용은 선형적으로 증가한다. 인 경우에너지 절약 효용함수는 아주 느리게 증가한다. 이러한 방법을 통해 에너지 절약과 관련하여 에너지를 소비하는데 있어서 멤버 노드간 공정성을 확보할 수 있다.Referring to Equation (24), each member node The fitness function for the energy saving requirement of ) Is the actual energy saving utility ratio ( ) And energy saving requirement ratio ( )this And . The energy saving utility of each member node increases linearly. The energy saving utility function increases very slowly. In this way, fairness among member nodes can be secured in energy consumption related to energy saving.
[수학식 24]를 참조하여 에너지 절약 요구량 비율()의 계산은 [수학식 25]에 의해 계산될 수 있다.Referring to Equation (24), the energy saving requirement amount ratio ( ) Can be calculated by the following equation (25).
[수학식 25]&Quot; (25) "
[수학식 25]를 참조하여 는 멤버 노드가 클러스터 헤드에게 전송하는 멤버 노드 i(n i )의 에너지 절약 요구량을 나타낸다.Referring to Equation (25) Represents the energy saving requirement amount of the member node i ( n i ) that the member node transmits to the cluster head.
[수학식 24]를 참조하여 실제 에너지 절약 효용비율()은 [수학식 26]에 의해 계산된다.Referring to Equation (24), the actual energy saving utility ratio ( ) Is calculated by the following equation (26).
[수학식 26]&Quot; (26) "
도 5의 에너지 보존 적합도 함수(561), [수학식 12], [수학식 24]를 참조하여 클러스터 헤드는 높은 에너지 절약 요구량을 요구하는 멤버 노드에게 센싱 오버헤드가 적은 채널(센싱 간격이 긴 채널)을 할당하고 휴면모드(sleep mode)가 긴 데이터 슬롯을 할당할 수 있다.Referring to the energy conservation fitness functions 561, 12, and 24 shown in FIG. 5, the cluster head has a channel having a small sensing overhead for a member node requiring a high energy saving requirement ) And allocate a data slot with a long sleep mode.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 제안된 PSO 알고리즘의 파티클 구조를 도시하는 도면이다.13 is a diagram illustrating a particle structure of a PSO algorithm proposed in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
도 13, 도 5, 수학식 9를 참조하여 파티클은 K 개의 채널에 대해 정의되고 슬롯 파라미터들은 각 채널 k에 대해 정의된다. 각 멤버 노드는 공통으로 가능한 K 개의 채널 중 하나를 할당 받는다.13, 5, and 9, the particle is defined for K channels Slot parameters are defined for each channel k . Each member node is assigned one of the K possible channels in common.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 높은 에너지 절약 요구량을 갖는 멤버 노드에 대한 채널 및 데이터 슬롯의 할당을 도시하는 도면이다.14 is a diagram illustrating allocation of channels and data slots for member nodes having a high energy saving requirement according to an embodiment of the present invention.
도 14를 참조하면, 에너지 절약이 요구되는 멤버 노드의 데이터 슬롯 할당은 휴면모드가 긴 데이터 슬롯 할당으로 이루어진다.Referring to FIG. 14, a data slot allocation of a member node requiring energy saving consists of a long data slot allocation in a sleep mode.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 높은 데이터 전송 요구량을 갖는 멤버 노드에 대한 채널 및 데이터 슬롯 할당을 도시하는 도면이다.15 is a diagram illustrating channel and data slot allocation for a member node having a high data transfer requirement according to an embodiment of the present invention.
도 15를 참조하면, 높은 데이터 전송 요구량을 갖는 멤버 노드에게는 채널이득이 높은 채널을 할당하고 더 많은 데이터 슬롯을 할당한다.Referring to FIG. 15, a channel having a high channel gain is allocated to a member node having a high data transmission request amount, and more data slots are allocated.
아래에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 센싱 간격의 설정 및 PSO 기반의 동적 자원 할당 방법에 대해 설명한다. Hereinafter, a sensing interval and a dynamic resource allocation method based on PSO will be described in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 센싱 간격의 설정 및 PSO 기반의 동적 자원 할당 방법을 나타내는 흐름도이다. 16 is a flowchart illustrating a method of setting a sensing interval and a PSO-based dynamic resource allocation in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
도 16을 참조하면, 일 실시예에 따른 PSO 기반의 동적 자원 할당 방법은, 인지 무선 네트워크에서 인지 무선 사용자들로 이루어진 클러스터의 클러스터 헤더가 클러스터에 속한 멤버 노드들로부터 얻은 사용 가능한 채널 정보 수집을 통해 각 채널별 유휴시간통계 및 우선사용자 보호조건을 사용하여 각 채널별 센싱 간격을 결정하고 채널별 프레임 구조를 구성하는 단계(1610), 및 PSO(Particle Swarm Optimization)를 사용하여 각 멤버 노드들이 사용할 채널 및 데이터 슬롯을 동적으로 할당하는 단계(1620)를 포함하여 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 16, a PSO-based dynamic resource allocation method according to an exemplary embodiment of the present invention includes: collecting available channel information obtained from member nodes belonging to a cluster, Determining a sensing interval for each channel using the idle time statistics and the priority user protection condition for each channel and constructing a frame structure for each
여기서, 각 채널별 센싱 간격을 결정하고 채널별 프레임 구조를 구성하는 단계(1610)는, 클러스터 헤더부에서 클러스터 헤더와 멤버 노드간의 채널 정보 교환을 통해 채널 정보를 파악하여 채널리스트를 구성하는 단계 및 센싱 간격 결정부에서 각 채널별 센싱 간격을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. The
멤버 노드들이 사용할 채널 및 데이터 슬롯을 동적으로 할당하는 단계(1620)는, PSO 최적화부에서 PSO(Particle Swarm Optimization)를 사용하는데 있어 적합도 함수를 사용하여 각 멤버 노드의 데이터 전송요구량 및 에너지 절약요구량을 반영하고, 해당 채널 및 데이터 슬롯인 파티클을 계산할 수 있다. The
이 때, 임의의 통신을 수행하는 클러스터 헤드가 클러스터 멤버 노드를 위해 할당하는 채널 및 데이터 슬롯을 나타내는 위치 파티클, PSO 최적화에서 사용되는 속도 파티클을 저장하는 파티클 위치 및 속도 메모리부를 사용하고, PSO 최적화에서 사용되는 국부 최적 파티클과 전역 최적 파티클을 저장하는 최적 파티클 메모리부를 사용할 수 있다. In this case, a cluster head that performs arbitrary communication assigns a channel and a data slot to the cluster member node, a particle position and a velocity memory section that stores velocity particles used in the PSO optimization, It is possible to use the optimal particle memory portion that stores the local optimal particle and the global optimum particle to be used.
그리고, PSO를 동작하는데 필요한 데이터 전송요구량 또는 에너지 절약요구량에 대한 적합도 함수를 사용하여 각 멤버 노드의 전송요구량 또는 에너지 절약요구량을 만족시키고, 일정량 이상의 데이터 슬롯이 할당되거나 에너지 절약요구량이 확보되는 경우 효용 값을 완화시켜 과도한 데이터 슬롯의 할당 또는 과도한 에너지 절약을 방지할 수 있다. When a data amount required for operating a PSO or an energy saving request amount is satisfied by satisfying a transfer request amount or an energy saving request amount of each member node using a fitness function for the energy saving requirement amount, The value can be relaxed to prevent excessive data slot allocation or excessive energy saving.
여기서, PSO 최적화부에서 각 멤버 노드의 데이터 전송요구량 및 에너지 절약요구량을 반영하기 위한 프레임 구조 설정을 위해 앞에서 설명한 [수학식 3], [수학식 4], [수학식 5], [수학식 6], [수학식 7] 및 [수학식 8]을 사용하여 센싱 간격을 계산할 수 있다. In order to set the frame structure for reflecting the data transfer requirement amount and the energy saving requirement amount of each member node in the PSO optimization unit, the above-described [Expression 3], [Expression 4], [Expression 5], [Expression 6 ], [Equation 7] and [Equation 8] can be used to calculate the sensing interval.
그리고 적합도 함수 계산부가 총 적합도 함수를 계산하는데 있어서 전송용량 적합도 함수와 에너지 보존 적합도 함수를 [수학식 12]를 사용하여 가중합으로 계산할 수 있다. Then, the fitness function calculation unit can calculate the weighted sum of the transmission capacity fitness function and the energy conservation fitness function using Equation (12) in calculating the total fitness function.
특히, 전송용량 적합도 함수를 계산하는데 있어서 [수학식 13]을 사용하여 전송용량 적합도 함수를 계산하는 단계, [수학식 14]를 사용하여 모든 가용채널에 대한 평균 채널용량을 계산하는 단계, [수학식 15]를 사용하여 멤버 노드 i에 대한 전송용량 적합도 함수를 계산하는 단계, [수학식 16]을 사용하여 프레임 슬롯에 할당된 슬롯들에 대한 멤버 노드 i의 전송용량의 정규화를 계산하는 단계, [수학식 17]을 사용하여 멤버 노드 i에게 할당된 채널 k, 슬롯 q에 대한 전송용량의 기댓값을 계산하는 단계, [수학식 18]을 사용하여 전송용량 요구비율을 계산하는 단계, [수학식 19]를 사용하여 실제데이터사용비율을 계산하는 단계, 및 [수학식 20]을 사용하여 모든 멤버 노드에 대한 클러스터의 평균 정규화 데이터 전송용량을 계산할 수 있다. In particular, calculating a transmission capacity fitness function may include calculating a transmission capacity fitness function using Equation (13), calculating an average channel capacity for all available channels using Equation (14) Calculating a transmission capacity fitness function for the member node i using Equation 15, calculating a normalization of the transmission capacity of the member node i for the slots allocated to the frame slot using Equation 16, Calculating an expectation value of a transmission capacity for a channel k and a slot q allocated to a member node i using Equation (17), calculating a transmission capacity requirement ratio using Equation (18) 19] and calculating the average normalized data transmission capacity of the cluster for all the member nodes using Equation (20).
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 센싱 간격의 설정 및 PSO 기반의 동적 자원 할당 방법은 도 5 등에서 설명한 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 센싱 간격의 설정 및 PSO 기반의 동적 자원 할당 시스템을 통해 수행될 수 있다. In the meantime, the setting of the sensing interval and the dynamic resource allocation based on the PSO in the multi-channel cognitive radio network according to an embodiment of the present invention are performed in a multi-channel cognitive radio network Sensing interval and a PSO-based dynamic resource allocation system.
도 17 및 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 제안된 최적자원 할당 과정의 전반적인 흐름도를 도시하는 도면이다.17 and 18 are diagrams showing an overall flowchart of an optimal resource allocation process proposed in a cognitive radio network using multiple channels according to an embodiment of the present invention.
도 17을 참조하면, 각 채널별 센싱 간격을 결정하고 채널별 프레임 구조를 구성하는 단계(1610)는, 멤버 노드들과 클러스터 헤드는 광대역 스펙트럼을 센싱하는 단계(1611), 광대역 스펙트럼의 센싱을 위한 타이머를 시작(1612)한 뒤, 멤버 노드들은 채널 정보 교환을 통해 채널 정보를 파악하여 채널 정보를 클러스터 헤드에게 전송하는 단계(1613), 클러스터 헤드는 가용한 공통 채널들과 각 채널별 센싱 간격을 계산하는 단계(1614), 클러스터 헤드는 각 채널별 센싱 간격을 기반으로 프레임 구조를 재구성하는 단계(1615), 및 클러스터 헤드는 도메인 길이를 기반으로 파티클 구조를 정의하는 단계(1616)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 17, in
도 18을 참조하면, 멤버 노드들이 사용할 채널 및 데이터 슬롯을 동적으로 할당하는 단계(1620)는, 클러스터 헤드는 PSO 최적화 과정을 수행하는 단계(1621), 클러스터 헤드는 도출된 최적 PSO 파티클을 기반으로 각 멤버 노드의 채널 및 데이터 슬롯 위치를 할당(1622)하고 할당된 정보를 브로드캐스팅 하는 단계(1623), 멤버 노드는 할당된 채널 및 데이터 슬롯위치를 사용하여 통신을 수행하는 단계(1624), 협대역 스펙트럼 센싱에서 우선사용자가 동작 채널들 중에서 검출되는 경우, 공통 가용 채널리스트에서 해당 채널을 제거하고, 클러스터 헤드가 가용채널 및 센싱 간격을 재계산하는 단계(1625), 및 광대역 스펙트럼의 센싱을 위한 타이머가 완료되는 경우, 광대역 스펙트럼을 재센싱하는 단계(1626)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 18, a
다시 말하면, 멤버 노드들과 클러스터 헤드는 광대역 스펙트럼을 센싱하는 것으로 자원 할당 최적화 과정을 시작할 수 있다. 그리고, 다음 광대역 스펙트럼 센싱을 위한 타이머를 시작한 뒤, 멤버 노드들은 가용채널집합(ACS), 채널상태(G), 우선사용자 유휴시간(I), 에너지 절약 요구량(), 데이터 요구량()을 포함하는 정보를 클러스터 헤드에게 전송할 수 있다. 이후, 클러스터 헤드는 K 개의 가용한 공통 채널들과 각 채널에 대한 최적 센싱 간격(SI)을 계산할 수 있다. 그리고 클러스터 헤드는 각 채널에 대한 센싱 간격을 기반으로 프레임 구조를 재구성할 수 있다. 이후, 클러스터 헤드는 도메인 길이() 기반으로 파티클 구조를 정의할 수 있다. In other words, the member nodes and the cluster head can start the resource allocation optimization process by sensing the broadband spectrum. Then, after starting the timer for the next broadband spectrum sensing, the member nodes are assigned the available channel set (ACS), channel state (G), priority user idle time (I) ), Data requirement ( ) To the cluster head. The cluster head may then calculate the K available common channels and the optimal sensing interval (SI) for each channel. The cluster head can reconstruct the frame structure based on the sensing interval for each channel. After that, the cluster head is divided into domain length ( ), You can define the particle structure.
그리고 클러스터 헤드는 PSO 최적화 과정을 수행할 수 있다. 이후, 클러스터 헤드는 도출된 최적 PSO 파티클을 기반으로 각 멤버 노드의 채널 및 데이터 슬롯 위치를 할당하고 이 정보를 브로드캐스팅하고 멤버 노드는 할당된 채널 및 데이터 슬롯위치를 사용하여 통신을 수행할 수 있다. 그리고 협대역 스펙트럼 센싱에서 우선사용자가 동작채널들 중에서 검출되면 공통 가용 채널리스트에서 해당채널을 제거하고 클러스터 헤드가 가용채널 및 센싱 간격을 계산하는 단계로 이동할 수 있다. 전체적인 과정이 수행되는 동안 광대역 센싱 타이머가 완료되면 광대역 스펙트럼 센싱 단계로 이동한다.And the cluster head can perform the PSO optimization process. Then, the cluster head allocates channel and data slot positions of each member node based on the derived optimal PSO particles, broadcasts this information, and the member node can perform communication using the assigned channel and data slot positions . In the narrowband spectrum sensing, if the user is detected among the operation channels, the corresponding channel is removed from the common usable channel list, and the cluster head can move to the step of calculating the available channel and the sensing interval. When the broadband sensing timer is completed during the entire process, it moves to the broadband spectrum sensing stage.
이하에서는 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 제안된 PSO 최적화 과정의 전반적인 흐름을 설명한다. Hereinafter, a general flow of the PSO optimization process in the cognitive wireless network using multiple channels according to an embodiment will be described.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 인지 무선 네트워크에서 제안된 PSO 최적화 과정은 파티클의 개수(Z), 파티클 차원의 수(D), 최대반복횟수(max)를 지정하는 단계로 시작하고, 이후 위치 파티클을 랜덤으로 초기화하여 생성할 수 있다. 그리고 PSO 최적화의 반복횟수를 설정하고 반복횟수만큼 PSO 최적화 과정을 수행할 수 있다. 이후, 파티클의 색인값(index)를 1로 절정하고 파티클의 개수만큼 PSO 최적화 과정의 부분과정을 수행할 수 있다. 그리고 수학식 12를 사용하여 다중목적적합도 함수를 계산할 수 있다. 이후, i 번째 파티클의 적합도 값이 파티클의 국부 최적값보다 크면 현재의 위치 파티클을 국부 최적 파티클에 대입할 수 있다. 그리고 i 번째 파티클의 적합도 값이 파티클의 전역 최적값보다 크면 현재의 위치 파티클을 최적 파티클에 대입할 수 있다. 이후, i 번째 파티클의 속도 및 위치를 갱신하고, 위치 파티클의 제한조건을 판별할 수 있다. 그리고 i와 t의 값에 따라 반복과정을 수행할 수 있다.The proposed PSO optimization process in a multi-channel cognitive wireless network according to an embodiment of the present invention starts with designating the number of particles (Z), the number of particle dimensions (D), and the maximum number of repetitions (max) And then generate the position particle at random by initializing it. Then, it is possible to set the number of iterations of the PSO optimization and perform the PSO optimization process for the number of iterations. Then, the index of the particle can be climbed to 1 and the partial process of the PSO optimization process can be performed by the number of particles. Then, a multi-purpose fitness function can be calculated using Equation (12). Then, if the fitness value of the i- th particle is greater than the local optimal value of the particle, the current position particle can be assigned to the locally optimal particle. If the fitness value of the i- th particle is greater than the global optimal value of the particle, the current position particle can be assigned to the optimal particle. Then, the velocity and position of the i- th particle can be updated and the constraint condition of the position particle can be determined. The iterative process can be performed according to the values of i and t.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, controller, arithmetic logic unit (ALU), digital signal processor, microcomputer, field programmable array (FPA) A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing apparatus may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.
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 장치에 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.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device As shown in FIG. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.
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. The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (7)
PSO(Particle Swarm Optimization)를 사용하여 각 상기 멤버 노드들이 사용할 채널 및 데이터 슬롯을 동적으로 할당하는 단계
를 포함하고,
상기 각 채널별 센싱 간격을 결정하고 채널별 프레임 구조를 구성하는 단계는,
상기 클러스터 헤더에서 상기 클러스터 헤더와 상기 멤버 노드간의 채널 정보 교환을 통해 채널 정보를 파악하여 채널리스트를 구성하는 단계; 및
상기 클러스터 헤더에서 파악된 상기 채널리스트에 대해 각 채널별 센싱 간격을 계산하는 단계
를 포함하며,
상기 센싱 간격은,
각 채널별로 우선사용자의 평균유휴시간에 비례하도록 다르게 결정되며, 각각의 상기 멤버 노드들에 대해 모든 채널에서 우선사용자의 평균유휴시간을 계산하고, 각 채널에서의 상기 우선사용자의 평균유휴시간은 가장 최근의 유휴시간정보에 가중치를 주어 판단하도록 지수가중이동평균을 사용하여 계산하며,
상기 멤버 노드들이 사용할 채널 및 데이터 슬롯을 동적으로 할당하는 단계는,
상기 PSO(Particle Swarm Optimization)를 사용하는데 있어 적합도 함수를 사용하며, 전송용량 적합도 함수와 에너지 보존 적합도 함수를 가중합으로 계산하여 각 상기 멤버 노드의 데이터 전송요구량 및 에너지 절약요구량을 반영하고, 해당 채널 및 데이터 슬롯인 파티클을 계산하는 것
을 특징으로 하는, PSO 기반의 동적 자원 할당 방법.A cluster header of a cluster of cognitive radio users in a cognitive radio network collects usable channel information obtained from member nodes belonging to the cluster and uses the idle time statistics and the priority user protection condition for each channel, And configuring a channel-specific frame structure; And
Dynamically allocating channels and data slots to be used by each of the member nodes using PSO (Particle Swarm Optimization)
Lt; / RTI >
Determining a sensing interval for each channel and configuring a per-channel frame structure,
Constructing a channel list by grasping channel information through exchange of channel information between the cluster header and the member node in the cluster header; And
Calculating a sensing interval for each channel for the channel list identified in the cluster header
/ RTI >
The sensing interval may be,
The average idle time of the priority user for each channel is determined in advance for each channel to be proportional to the average idle time of the user, and for each of the member nodes, the average idle time of the priority user is calculated for all channels, Weighted moving average is used to determine the latest idle time information by weighting,
Wherein dynamically allocating channels and data slots for use by the member nodes comprises:
A fitness function is used in using the PSO (Particle Swarm Optimization), the transmission capacity fitness function and the energy conservation fitness function are weighted to reflect the data transfer requirement amount and the energy saving requirement amount of each member node, And calculating particles that are data slots
Wherein the PSO-based dynamic resource allocation method comprises:
상기 멤버 노드들이 사용할 채널 및 데이터 슬롯을 동적으로 할당하는 단계는,
상기 PSO를 동작하는데 필요한 데이터 전송요구량 또는 에너지 절약요구량에 대한 적합도 함수를 사용하여 각 상기 멤버 노드의 전송요구량 또는 에너지 절약요구량을 만족시키고, 일정량 이상의 데이터 슬롯이 할당되거나 에너지 절약요구량이 확보되는 경우 효용 값을 완화시켜 과도한 데이터 슬롯의 할당 또는 과도한 에너지 절약을 방지하는 것
을 특징으로 하는, PSO 기반의 동적 자원 할당 방법.The method according to claim 1,
Wherein dynamically allocating channels and data slots for use by the member nodes comprises:
When a data amount required for operating the PSO or an energy saving requirement is satisfied to satisfy the transfer requirement amount or the energy saving requirement amount of each member node using the fitness function, Reduce the value to prevent excessive data slot allocation or excessive energy savings
Wherein the PSO-based dynamic resource allocation method comprises:
상기 각 채널별 센싱 간격을 결정하고 채널별 프레임 구조를 구성하는 단계는,
상기 멤버 노드들과 상기 클러스터 헤드는 광대역 스펙트럼을 센싱하는 단계;
상기 광대역 스펙트럼의 센싱을 위한 타이머를 시작한 뒤, 상기 멤버 노드들은 채널 정보 교환을 통해 채널 정보를 파악하여 상기 채널 정보를 클러스터 헤드에게 전송하는 단계;
상기 클러스터 헤드는 가용한 공통 채널들과 각 채널별 센싱 간격을 계산하는 단계;
상기 클러스터 헤드는 상기 각 채널별 센싱 간격을 기반으로 프레임 구조를 재구성하는 단계; 및
상기 클러스터 헤드는 도메인 길이를 기반으로 파티클 구조를 정의하는 단계
를 포함하는, PSO 기반의 동적 자원 할당 방법.The method according to claim 1,
Determining a sensing interval for each channel and configuring a per-channel frame structure,
The member nodes and the cluster head sensing a broadband spectrum;
After starting a timer for sensing the wideband spectrum, the member nodes grasp the channel information through channel information exchange and transmit the channel information to the cluster head.
Wherein the cluster head comprises: calculating a sensing interval for each channel and available common channels;
Reconstructing a frame structure based on a sensing interval for each channel; And
The cluster head defines a particle structure based on domain length
Based dynamic resource allocation method.
상기 멤버 노드들이 사용할 채널 및 데이터 슬롯을 동적으로 할당하는 단계는,
상기 클러스터 헤드는 PSO 최적화 과정을 수행하는 단계;
상기 클러스터 헤드는 도출된 최적 PSO 파티클을 기반으로 각 멤버 노드의 채널 및 데이터 슬롯 위치를 할당하고 할당된 정보를 브로드캐스팅 하는 단계;
상기 멤버 노드는 할당된 채널 및 데이터 슬롯위치를 사용하여 통신을 수행하는 단계;
협대역 스펙트럼 센싱에서 우선사용자가 동작 채널들 중에서 검출되는 경우, 공통 가용 채널리스트에서 해당 채널을 제거하고, 상기 클러스터 헤드가 가용채널 및 센싱 간격을 재계산하는 단계; 및
상기 광대역 스펙트럼의 센싱을 위한 타이머가 완료되는 경우, 광대역 스펙트럼을 재센싱하는 단계
를 포함하는, PSO 기반의 동적 자원 할당 방법.6. The method of claim 5,
Wherein dynamically allocating channels and data slots for use by the member nodes comprises:
The cluster head performing a PSO optimization process;
Allocating channel and data slot positions of each member node based on the derived optimal PSO particles and broadcasting the allocated information;
The member node performing communication using an assigned channel and a data slot location;
Removing the corresponding channel from the common usable channel list and recalculating the available channel and the sensing interval when the user is first detected in the operating channels in the narrowband spectrum sensing; And
When the timer for sensing the wideband spectrum is complete, re-sensing the broadband spectrum
Based dynamic resource allocation method.
PSO(Particle Swarm Optimization)를 사용하여 각 상기 멤버 노드들이 사용할 채널 및 데이터 슬롯을 동적으로 할당하는 PSO 최적화부
를 포함하고,
상기 센싱 간격 결정부는,
상기 클러스터 헤더에서 상기 클러스터 헤더와 상기 멤버 노드간의 채널 정보 교환을 통해 채널 정보를 파악하여 채널리스트를 구성하며, 상기 클러스터 헤더에서 파악된 상기 채널리스트에 대해 각 채널별 센싱 간격을 계산하고,
상기 센싱 간격은, 각 채널별로 우선사용자의 평균유휴시간에 비례하도록 다르게 결정되며, 각각의 상기 멤버 노드들에 대해 모든 채널에서 우선사용자의 평균유휴시간을 계산하고, 각 채널에서의 상기 우선사용자의 평균유휴시간은 가장 최근의 유휴시간정보에 가중치를 주어 판단하도록 지수가중이동평균을 사용하여 계산하며,
상기 PSO 최적화부는,
상기 PSO(Particle Swarm Optimization)를 사용하는데 있어 적합도 함수를 사용하며, 전송용량 적합도 함수와 에너지 보존 적합도 함수를 가중합으로 계산하여 각 상기 멤버 노드의 데이터 전송요구량 및 에너지 절약요구량을 반영하고, 해당 채널 및 데이터 슬롯인 파티클을 계산하는 것
을 특징으로 하는, PSO 기반의 동적 자원 할당 시스템.A cluster header of a cluster of cognitive radio users in a cognitive radio network collects usable channel information obtained from member nodes belonging to the cluster and uses the idle time statistics and the priority user protection condition for each channel, A sensing interval determining unit for determining a frame structure for each channel and configuring a frame structure for each channel; And
A PSO optimizing unit for dynamically allocating channels and data slots to be used by the member nodes by using PSO (Particle Swarm Optimization)
Lt; / RTI >
The sensing interval determination unit may determine,
The method comprising the steps of: constructing a channel list by grasping channel information by exchanging channel information between the cluster header and the member node in the cluster header; calculating a sensing interval for each channel with respect to the channel list identified in the cluster header;
The sensing interval is determined differently for each channel in proportion to the average idle time of the user. The average idle time of the priority user is calculated for all the channel members for each of the member nodes, The average idle time is computed using an exponential weighted moving average to weight the most recent idle time information,
The PSO optimizing unit,
A fitness function is used in using the PSO (Particle Swarm Optimization), the transmission capacity fitness function and the energy conservation fitness function are weighted to reflect the data transfer requirement amount and the energy saving requirement amount of each member node, And calculating particles that are data slots
Wherein the PSO-based dynamic resource allocation system comprises:
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