KR102087656B1 - 디바이스 대 디바이스 통신 시스템에서 자원의 분산 스케줄링 방법 및 장치 - Google Patents

디바이스 대 디바이스 통신 시스템에서 자원의 분산 스케줄링 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따라 디바이스 대 디바이스 통신 시스템에서 분산 스케줄링 방법은, 상대 디바이스로 링크 식별자와 할당될 자원의 시작 위치 정보를 포함하는 제1 자원 정보를 전송하는 과정과, 상기 제1 자원 정보를 근거로 상기 자원의 시작 위치 정보와 상기 자원의 할당 양 중 적어도 하나가 수정된 제2 자원 정보를 상기 상대 디바이스로부터 수신하는 과정과, 상기 제1 및 제2 자원 정보를 근거로 상기 자원의 시작 위치를 결정하는 과정을 포함한다.

Description

디바이스 대 디바이스 통신 시스템에서 자원의 분산 스케줄링 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DISTRIBUTED SCHEDULING OF RESOURCES IN A DEVICE TO DIVICE COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에서 자원의 스케줄링 방법 및 장치에 대한 것으로서, 특히 디바이스 대 디바이스(이하, "D2D") 통신을 지원하는 무선 통신 시스템(이하, "D2D 통신 시스템")에서 자원의 스케줄링 방법 및 장치에 대한 것이다.
최근 스마트 폰 등의 무선 디바이스의 보급 확산으로 인해 데이터 트래픽이 급격하게 증가하고 있다. 그리고 스마트 폰 등의 무선 디바이스의 사용자 수가 계속 증가할수록 무선 디바이스를 이용한 응용 서비스들은 더욱 더 활성화될 것이므로 데이터 트래픽은 지금 보다 훨씬 더 증가할 것으로 예상된다. 또한 사용자들 간의 일반적인 무선 통신은 물론 새로운 무선 통신 시장인 사용자의 디바이스와 예컨대, 사물(事物)인 스마트 TV, 냉장고 등의 개별 장치 간의 통신, 또는 개별 장치들 간의 통신 등 다양한 무선 지능 통신 등이 활성화될 경우, 기지국에서 처리되는 데이터 트래픽의 양은 감당하기 어려울 정도로 증가될 것이다.
이러한 무선 데이터 트래픽의 급증을 고려하여 기지국을 이용하지 않고도 디바이스와 디바이스 간의 직접 통신이 가능한 D2D 통신이 주목 받고 있다. 상기 D2D 통신은 이동 통신 시스템에서 허가된(licensed) 주파수 대역은 물론 무선랜과 같은 비허가된(unlicensed) 주파수 대역에서 모두 이용될 수 있다.
기존의 이동 통신과 D2D 통신을 함께 이용하면, 기지국의 트래픽 수용 용량을 향상시키면서 또한 기지국의 부하를 줄일 수 있다. 예를 들어 이동 통신 시스템에서 동일한 셀 또는 서로 인접한 셀 내의 단말(User Equipment : UE)들이 서로 간에 D2D 통신을 위한 통신 링크(D2D 링크)를 설정하면, 기지국(eNodeB)을 이용하지 않고 데이터를 상기 D2D 링크를 통해서 직접 송수신할 수 있다. 이 경우 이동 통신에서는 예컨대, 단말1과 기지국 간의 통신 링크, 기지국과 단말2 간의 통신 링크와 같이 2 개의 통신 링크가 필요한 반면 D2D 통신에서는 단말1과 단말2 간에 하나의 D2D 링크만 필요하므로 요구되는 통신 링크의 개수를 줄일 수 있다.
그리고 D2D 통신은 불필요한 무선 자원의 낭비를 방지하고, 지역적으로 발생하는 트래픽을 적절하게 판단하여 효율적인 서비스를 제공할 수 있게 한다. D2D 통신은 다수의 디바이스들이 서비스, 컨텐츠 등에 대한 정보를 주변으로 방송하고, 각 디바이스가 다른 디바이스들로부터 방송되는 서비스, 컨텐츠 등에 대한 정보를 수신하는 동작을 효율적으로 운용하는 것이 중요하다.
한편 D2D 통신에서는 기존 애드 훅(ad-hoc)/센서(sensor) 네트워크와 달리, 디바이스들 간의 동기를 맞추는 동작 이후에 탐색(discovery), 페어링(pairing), 스케줄링 동작 등이 수행된다. D2D 통신에서 각 디바이스는 자신의 식별 정보를 방송하며, 각 디바이스는 다른 디바이스의 식별 정보를 상기 탐색을 통해 확인한다. 그리고 디바이스들 간의 통신 연결은 상기 페어링을 통해 수행된다.
그리고 D2D 통신에서는 디바이스들 간의 데이터 및 제어 신호의 송수신과 스케줄링이 기지국을 이용하는 무선 통신 보다 효율적으로 수행될 수 있다.
기존 애드 훅/센서 네트워크와 같이 마스터 노드(master node)가 없는 분산 네트워크(distributed network)의 경우, 효율적인 분산 프로토콜을 만들기가 어려운 반면, D2D 통신을 이용하는 분산 네트워크는 디바이스들 간의 동기가 일치하므로 디바이스들 간에 제어 신호 송수신이 용이하여 보다 효율적인 분산 프로토콜을 만드는 것이 가능하다.
다만 D2D 통신에서는 전체 네트워크의 채널 정보 등을 하나의 디바이스 또는 하나의 네트워크 노드에서 알 수 없다. 따라서 D2D 통신에서는 디바이스들이 위치한 각 지역에서 부분적인 정보에 의존해 자원 할당이 결정되므로 자원 할당을 위한 스케줄링 시 최대의 용량(capacity)를 보장하기 어려우며, 제어 신호에 의한 오버 헤드(overhead)를 최소화 해야 한다.
한편 WiFi나 ZigBee 등 기존 애드 훅/센서 네트워크는 스케줄링에 의한 자원 할당을 이용하는 대신에 경쟁(contention) 기반 자원 접속 방식인 CSMA-CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)를 사용한다. 상기 CSMA-CA는 네트워크에서 단말의 수가 적은 경우, 별도의 복잡한 네트워크 관리를 하지 않고도 충돌이 발생될 수 있는 전송을 회피하여 데이터 송수신을 수행하므로, 널리 사용되어 왔다. 그러나 기존 애드 훅/센서 네트워크는 사용자가 많은 지역에서는 전송률이 낮아져 사용자의 만족도가 떨어지며, 그 사용자의 수가 급증하고 있음을 고려하면, 보다 향상된 스케줄링 방법이 필요하다.
한편 자원 할당을 위한 스케줄링 방법과 관련하여, 예를 들어 TDMA 방식은 디바이스들 중 마스터 노드가 존재하는 경우, 가장 효율적인 자원 접속 방식이지만, 다수의 마스터 노드가 공존하는 네트워크에서는 마스터 노드들 간의 자원 할당에 있어서 조정이 필요하며, 그 조정을 위한 추가 제어 신호의 오버헤드와 시간 지연이 발생된다. 따라서 TDMA 방식은 서비스 영역이 넓은 지역에 걸쳐 있는 확장성 있는 네트워크에는 적합하지 않다.
그리고 미합중국의 퀄컴(Qualcomm)에서 제안한 D2D 통신 기술인 FlashLinQ는 상기한 CSMA-CA에서 사용하는 RTS(Request To Send), CTS(Clear To Send) 제어 신호를 변형하여 TDMA 자원 접속을 위해 이용한다. 상기 FlashLinQ는 WiFi의 out-band에서 RTS, CTS를 사용하여 신호 대 간섭 비(Signal-to-Interference Ratio : SIR) 측정을 한 기존 연구로부터 착안하여 동기가 맞는 네트워크에서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반으로 동작하도록 구현하여 특정 환경에서 기존 WiFi 대비 양호한 성능을 보여주었다.
그러나 상기한 종래 기술들 중 자원 할당과 관련하여 CSMA-CA와 같은 경쟁 기반 방식은 확장성은 뛰어나나 효율성이 떨어지고, TDM 방식은 효율성은 뛰어나나 확장성이 떨어진다. 이러한 점을 극복하기 위해 제안된 FlashLinQ는 D2D 통신을 위해 설계되었으며, 효율성을 위해 TDMA 방식과 같이 슬롯을 정의하고, 자원 할당을 관리하는 마스터 노드가 없기 때문에 슬롯 자원을 할당함에 있어서 정해진 순서로 자원 할당을 수행하는 라운드 로빈(Round Robin) 방식을 사용한다.
또한 상기 FlashLinQ는 동시 전송을 위해 각 링크에 순위를 할당하고, 상위 링크로부터의 간섭과 자기 링크의 신호 전력을 측정하여 SIR을 계산하고, 이 SIR이 목적 임계값(target threshold) 보다 높을 경우에 동시 전송을 수행할 수 있다. 또한 자기 링크가 상위 링크에 주는 간섭을 고려하여 SIR이 목적 임계값 보다 높을 경우에 동시에 송신할 수 있다.
그러나 FlashLinQ는 자원 할당 및 순위 결정을 라운드 로빈 기반으로 하기 때문에 네트워크에서 실제 간섭 형태를 고려하지 않고 단순한 동작으로 동시 전송 링크 수를 일정 수 이상 확보하는 기술이다. 따라서 FlashLinQ는 네트워크에서 간섭 정보를 알고 있는 상태에서 자원을 할당하는 경우에 비교하면 성능이 저하된다. 또한 FlashLinQ는 자기 링크가 상위 링크에 주는 간섭을 계산할 때, 상위 링크에서 전송하는 제어 신호에 의존하기 때문에, 자기 링크 외의 다른 링크가 상위 링크에 주는 간섭에 대해서는 알 수가 없고, 이 때문에 또한 성능 저하가 발생한다.
본 발명은 디바이스 대 디바이스 통신 시스템에서 자원의 분산 스케줄링을 효율적으로 수행하는 방법 및 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 디바이스 대 디바이스 통신 시스템에서 자원 정보 공유를 통해 자원의 분산 스케줄링을 수행하는 방법 및 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 디바이스 대 디바이스 통신 시스템에서 주파수 재활용률과 동시 전송 링크 수를 증가시킬 수 있는 자원의 분산 스케줄링 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따라 디바이스 대 디바이스(D2D) 통신 시스템에서 자원의 분산 스케줄링을 수행하는 방법은, 상대 디바이스로 링크 식별자와 할당될 자원의 시작 위치 정보를 포함하는 제1 자원 정보를 전송하는 과정; 상기 제1 자원 정보를 근거로 상기 자원의 시작 위치 정보와 상기 자원의 할당 양 중 적어도 하나가 수정된 제2 자원 정보를 상기 상대 디바이스로부터 수신하는 과정; 및 상기 제1 및 제2 자원 정보를 근거로 상기 자원의 시작 위치를 결정하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따라 디바이스 대 디바이스(D2D) 통신 시스템에서 송신 디바이스는, 디바이스 대 디바이스 통신을 통해 무선 신호를 송수신하는 송수신부; 및 상대 디바이스로 링크 식별자와 할당될 자원의 시작 위치 정보를 포함하는 제1 자원 정보를 전송하고, 상기 제1 자원 정보를 근거로 상기 자원의 시작 위치 정보와 상기 자원의 할당 양 중 적어도 하나가 수정된 제2 자원 정보를 상기 상대 디바이스로부터 수신하며, 상기 제1 및 제2 자원 정보를 근거로 상기 자원의 시작 위치를 결정하는 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따라 디바이스 대 디바이스(D2D) 통신 시스템에서 분산 스케줄링 방법은, 상대 디바이스로부터 링크 식별자와 할당될 자원의 시작 위치 정보를 포함하는 제1 자원 정보를 수신하는 과정; 상기 상대 디바이스와 인접 디바이스로부터 각각 측정된 수신 신호 전력을 근거로 자원 슬롯 별 신호 대 잡음 비(SIR)를 계산하는 과정; 상기 계산된 SIR을 근거로 상기 할당될 자원의 수정된 시작 위치와 상기 할당될 자원의 양을 결정하는 과정; 및 상기 할당될 자원의 수정된 시작 위치와 상기 할당될 자원의 양 중 적어도 하나를 포함하는 제2 자원 정보를 상기 상대 디바이스로 전송하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따라 디바이스 대 디바이스(D2D) 통신 시스템에서 분산 스케줄링을 수행하는 디바이스는 D2D 통신을 통해 무선 신호를 송수신하는 송수신부; 및 상대 디바이스로부터 링크 식별자와 할당될 자원의 시작 위치 정보를 포함하는 제1 자원 정보를 수신하고, 상기 상대 디바이스와 인접 디바이스로부터 각각 측정된 수신 신호 전력을 근거로 자원 슬롯 별 신호 대 잡음 비(SIR)를 계산하며, 상기 계산된 SIR을 근거로 상기 할당될 자원의 수정된 시작 위치와 상기 할당될 자원의 양을 결정하며, 상기 할당될 자원의 수정된 시작 위치와 상기 할당될 자원의 양 중 적어도 하나를 포함하는 제2 자원 정보를 상기 상대 디바이스로 전송하는 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 D2D 통신 시스템에서 스케줄링을 위한 자원 정보를 공유하는 디바이스들을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 D2D 통신 시스템에서 자원의 분산 스케줄링 방법을 개념적으로 나타낸 순서도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 디바이스들 간에 송수신되는 자원 정보의 구성을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 D2D 통신 시스템에서 자원의 분산 스케줄링 방법을 나타낸 흐름도,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 디바이스들 간에 송수신되는 자원 정보의 구성을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 송신 디바이스에서 수신 디바이스로 전송되는 제1 자원 정보에 의한 자원 할당 예를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 수신 디바이스에서 송신 디바이스로 전송되는 제2 자원 정보에 의해 수정된 자원 할당 예를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 D2D 통신 시스템에서 자원의 분산 스케줄링 방법을 나타낸 흐름도,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 D2D 통신 시스템에서 자원의 분산 스케줄링 방법을 나타낸 흐름도,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 자원의 분산 스케줄링 방법을 반복하여 수행하였을 때 수렴되는 자원 할당 과정의 일 예를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 자원의 분산 스케줄링 방법에서 주파수 재사용률이 향상되는 일 예를 나타낸 도면,
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 자원의 분산 스케줄링을 수행하는 송신 디바이스의 동작을 나타낸 순서도,
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 자원의 분산 스케줄링을 수행하는 수신 디바이스의 동작을 나타낸 순서도,
도 14 내지 도 16은 본 발명의 스케줄링 방법과 기존 FlashLinQ 기술의 성능을 비교한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면,
도 17 및 도 18은 본 발명의 실시 예에 따라 상대 디바이스에서 수정된 자원 할당 위치와 자원 할당 양을 결정할 때 필요한 파라미터 값들을 결정하는 방법을 나타낸 순서도.
하기에서 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명은 D2D 시스템에서 자원 할당을 수행하기 위하여, 디바이스들 간 자원 정보를 공유하고, 이를 통해 자원 할당 위치와 자원 할당 양 중 적어도 하나를 결정하도록 디바이스들 간에 자원 할당을 위한 정보를 송수신하는 스케줄링 방법을 제안한 것이다. 또한 본 발명은 디바이스들 간 할당하려는 자원의 충돌을 방지하기 위해서, 각 디바이스가 전송하는 자원 정보를 인접한 디바이스들이 공유하고, 송신 디바이스와 수신 디바이스 간에 할당하려는 자원의 위치와 자원의 양 중 적어도 하나를 협상하는 동작을 반복 수행하여 간섭에 의한 영향을 최소화 하는 스케줄링 방법을 제안한 것이다.
본 발명의 실시 예에서 수행되는 자원 할당을 위한 분산 스케줄링의 개념을 설명하면, 다음과 같다. 먼저 D2D 통신을 이용하는 각 디바이스는 데이터 전송을 위한 자신의 자원 정보를 상대 디바이스에게 전송한다. 상기 자원 정보는 데이터 전송을 위해 할당될 자원의 시작 위치를 나타내는 자원 식별 정보와 할당될 자원의 양을 나타내는 자원 할당 양 정보 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 자원은 시간, 주파수, 코드, 공간 등 다양한 형태로 할당될 수 있으며, 또한 슬롯 단위로 할당될 수 있다. 슬롯 단위로 자원을 할당하는 경우, 상기 자원 정보는 슬롯의 시작 위치를 나타내는 슬롯 인덱스와 슬롯의 개수 정보 중 적어도 하나를 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에서 상기 자원 정보는 방송되어 상대 디바이스는 물론 인접한 다른 디바이스들도 상기 자원 정보를 수신할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 D2D 통신 시스템에서 스케줄링을 위한 자원 정보를 공유하는 디바이스들을 나타낸 도면이다.
도 1에서 다수의 디바이스들(101, 103, 105, 111, 113, 115)는 도시되지 않은 기지국의 관여 없이 직접 통신을 수행할 수 있는 D2D 디바이스이다. 각 디바이스는 자신의 식별 정보를 방송하므로 탐색(discovery)를 통해 다른 디바이스들을 인식할 수 있으며, 페어링(pairing)을 통해 디바이스들 간에 통신을 위한 링크가 설정된다. 상기 탐색과 페어링 동작은 D2D 통신에서 기존 방식을 이용한다.
도 1에서 각 디바이스(101, 103, 105, 111, 113, 115)는 데이터 전송을 위한 자원 정보를 방송함으로써 각 디바이스는 다른 디바이스들의 자원 정보를 수신할 수 있다. 일 예로 도 1을 참조하면, 디바이스(101)은 디바이스(103)과 링크1(11)가 설정되고, 디바이스(103)는 디바이스(113)과 링크2(13)가 설정되고, 디바이스(105)는 디바이스(115)와 링크3(15)가 설정됨을 가정한다. 도 1의 예에서 수신 디바이스(113)은 링크2(13)가 설정된 송신 디바이스(103)로부터 방송되는 자원 정보를 수신하고, 또한 인접 링크의 디바이스들(101, 105)로부터 방송되는 자원 정보(17, 19)를 수신한다.
따라서 디바이스(113)는 자신과 통신하는 상대 디바이스(103)의 자원 정보는 물론 인접한 다른 디바이스들(101, 105)의 자원 정보 또한 공유할 수 있으므로 자원 할당 시 충돌이 발생될 수 있는 위치의 자원은 할당하지 않고, 충돌이 발생되지 않을 자원을 할당하도록 자원 할당의 스케줄링을 수정한다. 그리고 디바이스(113)은 수정된 자원 정보(즉 수정된 스케줄링 정보)를 상대 디바이스(103)에게 전송하여 D2D 통신을 수행한다. 상기 자원 정보는 별도의 제어 채널을 통해 전송될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 D2D 통신 시스템에서 자원의 분산 스케줄링 방법을 개념적으로 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 201 단계에서 D2D 통신을 수행하고자 하는 디바이스들은 자신의 자원 정보를 방송하고, 각 디바이스는 D2D 통신을 위한 상대 디바이스는 물론 인접한 다른 디바이스들의 자원 정보를 각각 수신한다. 203 단계에서 각 디바이스는 수신한 자원 정보를 토대로 자신의 링크에 할당되는 자원과 충돌이 발생될 수 있는 다른 링크의 자원이 있는 지 확인하여 충돌이 발생되지 않도록 자원 할당을 스케줄링 한다. 이를 위해 송신 디바이스로부터 자원 정보를 수신한 수신 디바이스는 송신 디바이스가 전송한 자원 정보(즉 자원 할당을 위한 스케줄링 정보)에서 자원의 할당 위치와 자원의 할당 양 중 적어도 하나를 조정한 수정된 자원 정보(즉 수정된 스케줄링 정보)를 송신 디바이스에게 전송한다. 여기서 수정된 자원 정보를 수신한 송신 디바이스는 205 단계에서 그 수정된 자원 정보를 현재 전송에 바로 적용하거나 또는 다음 전송에 적용할 수 있다. 이후 207 단계에서 송신 디바이스와 수신 디바이스는 상기한 과정에 따라 송수신한(또는 수정된) 자원 정보에 따라 할당된 자원을 이용하여 데이터를 송수신한다. 그리고 209 단계에서 각 디바이스는 매 자원 할당 시마다 상기 201 단계 내지 207 단계의 동작을 반복한다.
상기한 본 발명에 의하면, D2D 통신을 수행하는 다수의 디바이스들은 각 D2D 링크 간에 충돌이 발생될 수 있는 동일한 자원의 사용을 회피하여 D2D 통신의 성능을 향상시킬 수 있다. 그리고 도 2의 실시 예와 같이 자원 정보의 조정을 반복 수행함으로써 D2D 통신의 성능은 보다 향상될 수 있다.
이하 본 발명의 실시 예에 따라 디바이스들 간에 자원 할당의 스케줄링을 위해 송수신되는 자원 정보의 구성과 그 자원 정보에 따른 자원 할당 방식을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저 본 발명의 실시 예에서 D2D 통신 시스템은 OFDM 시스템을 기반으로 동작하고, 설명의 편의를 위해 D2D 통신에 이용되는 전제 주파수 대역은 예컨대, 64개의 톤(tone)으로 구분되며, 시간 자원을 구분하는 슬롯으로 16개 TDMA(Time Division Multiple Access) 슬롯을 이용함을 가정한다. 실험결과를 위한 조건으로는 32개 또는 64개 의 TDMA 슬롯을 이용함을 가정한다. 그러나 상기한 가정은 단지 설명의 편의를 위한 것이며, 상기 슬롯은 위치 인덱스는 시간 자원, 주파수 자원, 코드 자원, 또는 공간 자원 등 다양한 자원을 논리적으로 구분하는 의미로 이해될 수 있다. 즉 본 발명은 시간 자원, 주파수 자원, 코드 자원, 또는 공간 자원 등 다양한 자원의 할당 위치와 할당 양 등을 나타내는 자원 정보를 디바이스들 간에 공유하는 D2D 통신 시스템이면 자원의 종류와 전송 기술의 종류에 상관없이 동일한 방식으로 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 디바이스들 간에 송수신되는 자원 정보의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3의 (A)는 도시되지 않은 송신 디바이스가 수신 디바이스에게 전송하는 제1 자원 정보(330)의 일 구성 예이고, 도 3의 (B)는 수신 디바이스가 상기 제1 자원 정보(330)를 수신한 후, 다른 D2D 링크에 할당되는 자원과 충돌이 발생되지 않도록 또는 다른 D2D 링크와 간섭이 발생되지 않도록 상기 제1 자원 정보(330)의 자원 할당 위치와 할당 양 중 적어도 하나를 수정하여 송신 디바이스에게 전송하는 제2 자원 정보(350)의 일 구성 예를 나타낸 것이다.
도 3의 (A)에서 제1 자원 정보(330)는 링크 식별자(Link ID)(331)와 할당될 자원의 시작 위치 정보(RUstart)(333)를 포함한다. 상기 링크 식별자(331)는 송신 디바이스와 수신 디바이스 간의 D2D 링크를 식별하기 위한 식별자로서, 예를 들어 6 비트가 할당된다. 상기 자원의 시작 위치 정보(333)는 할당될 자원 유닛(Resource Unit : RU)의 시작 위치를 나타내는 RU 인덱스(index)로서, 예를 들어 4 비트가 할당된다.
상기 제1 자원 정보(330)는 송신 디바이스가 수신 디바이스에게 전송하는 송신 요청(Tx Request) 메시지에 포함된다. 상기 송신 요청 메시지는 공통의 시간-주파수 영역을 이용하여 전송되므로 인접한 다른 디바이스들도 수신할 수 있다. 그러면 수신 디바이스는 물론 인접한 다른 디바이스들도 각 D2D 링크가 어느 슬롯 인덱스로부터 데이터 전송을 시작하는 지 알 수 있다.
상기 송신 요청 메시지는 도 3의 (A)와 같이 16 개의 시간 슬롯(즉 심볼)과 64 개의 주파수 톤으로 구성되는 시간-주파수 영역(16*64=1024=210 개의 톤-심볼들이 존재함)에서 1 개의 톤-심볼 매핑되어 전송 된다. 그리고 상기 210 개의 톤-심볼들은 각각 특정 비트열을 나타내도록 정의되어 있다. 따라서 상기 자원의 시작 위치 정보(333)는 D2D 링크에 할당될 자원의 슬롯 시작 위치에 대응되는 슬롯 인덱스를 의미한다. 그리고 상기 시간 슬롯의 개수가 16 개이므로 상기 슬롯 인덱스는 0부터 15까지 부여되며, 순환(circular) 방식으로 할당된다. 예를 들어 슬롯 시작 위치가 14이고, 할당될 자원의 양이 4 슬롯인 경우, 자원은 슬롯 인덱스 14, 15, 0, 1에 할당된다.
한편 도 3의 (B)에서 제2 자원 정보(370)는 링크 식별자(Link ID)(371)와 할당될 자원의 수정된 시작 위치 정보(RUadjusted)(373)와 할당될 자원의 양(RUassigned)(375)를 포함한다. 여기서 상기 링크 식별자(371)는 도 3의 (A)에서 링크 식별자(331)와 동일하다. 상기 자원의 수정된 시작 위치 정보(RUadjusted)(373)는 수신 디바이스가 제1 자원 정보(330)에서 상기 자원의 시작 위치 정보(333)를 수정한 것이다. 그리고 상기 할당될 자원의 양(RUassigned)(375)은 다른 D2D 링크에 할당되는 자원과 충돌이 발생되지 않도록 할당될 자원의 개수(예컨대, 슬롯의 개수)를 의미한다.
상기 제2 자원 정보(370)는 송신 디바이스가 상기 송신 요청 메시지에 대한 응답으로 수신 디바이스에게 전송하는 수신 응답(Rx Request) 메시지에 포함된다. 상기 수신 응답 메시지는 예컨대, 도 3의 (B)와 같이 256 개의 시간 슬롯(즉 심볼)과 64 개의 주파수 톤으로 구성되는 시간-주파수 영역(256*64=1024=216 개의 톤-심볼들이 존재함)에서 1 개의 톤-심볼 매핑되어 전송 된다. 그리고 상기 216 개의 톤-심볼들은 각각 특정 비트열을 나타내도록 정의되어 있다. 상기 자원의 수정된 시작 위치 정보(373)는 할당될 자원의 수정된 슬롯 시작 위치에 대응되는 슬롯 인덱스를 의미한다.
상기와 같이 본 발명의 실시 예에서 D2D 통신을 수행하는 송신 디바이스와 수신 디바이스는 자원 할당의 스케줄링을 위한 제어 정보로서 상기 제1 및 제2 자원 정보를 매 자원 할당 시 반복적으로 송수신하여 자원 할당을 효율적으로 스케줄링 할 수 있다. 그리고 상기 제1 및 제2 자원 정보는 인접 디바이스들 또한 수신할 수 있으므로 D2D 링크들 간의 자원 충돌을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 D2D 통신 시스템에서 자원의 분산 스케줄링 방법을 나타낸 흐름도로서, 송신 디바이스(10)와 수신 디바이스(20) 간에 도 3의 제1 및 제2 자원 정보를 이용한 스케줄링 절차를 나타낸 것이다.
도 4을 참조하면, 401 단계에서 송신 디바이스(10)는 도 3의 (A)에서 설명한 송신 요청 메시지에 제1 자원 정보(330)를 포함하여 전송한다. 상기 제1 자원 정보는 링크 식별자(link ID)(331)와 할당될 자원의 시작 위치 정보(RUstart)(333)을 포함한다. 403 단계에서 수신 디바이스(20)는 송신 디바이스(10)로부터 상기 송신 요청 메시지를 수신하여 제1 자원 정보(330)를 획득한다. 수신 디바이스(10)는 제1 자원 정보(330)를 통해 할당될 자원과 충돌되는 다른 자원이 다른 링크에 존재 하는 지 확인하여 충돌되는 자원이 존재하는 경우, 그 충돌이 회피되도록 상기 제1 자원 정보(330)의 자원 할당 위치와 할당 양 중 적어도 하나를 수정하여 송신 디바이스(10)에게 전송하는 제2 자원 정보(370)를 결정 및 생성한다. 여기서 상기 제2 자원 정보(370)는 할당될 자원의 수정된 시작 위치 정보(RUadjusted)(373)와 할당될 자원의 양(RUassigned)(375)를 포함한다. 그리고 405 단계에서 수신 디바이스(20)는 도 3의 (B)에서 설명한 수신 응답 메시지에 제2 자원 정보(370)를 포함하여 송신 디바이스(10)에게 전송한다.
또한 본 발명의 실시 예에서 수신 디바이스(20)는 송신 디바이스(10)로부터 수신된 신호의 수신 신호 전력을 측정하고, 인접한 다른 디바이스들(도시되지 않음)의 송신 요청 메시지들을 또한 수신하여 그 수신 신호 전력을 각각 측정한다. 다른 디바이스들의 링크들은 그 링크 식별자를 통해 구별된다. 수신 디바이스(20)는 송신 디바이스(10)로부터 측정된 수신 신호 전력과 인접 디바이스들로부터 측정된 수신 신호 전력을 근거로 해당 D2D 링크의 자원 슬롯 별 예상되는 신호 대 간섭 비(SIR)를 계산하고, SIR이 정해진 임계값 보다 크거나 같은 경우 다른 D2D 링크에 의한 간섭이 적은 경우로 판단하고, SIR이 정해진 임계값 보다 작은 경우 다른 D2D 링크에 의한 간섭이 큰 경우로 판단하여 해당 슬롯의 위치를 고려하여 제1 자원 정보(330)를 수정한 제2 자원 정보(350)를 결정 및 생성한다. 상기 제2 자원 정보(350)의 결정을 위한 구체적인 계산 방법은 후술하기로 한다. 여기서 상기 SIR을 측정하여 자원 정보의 수정 여부를 결정하는 동작은 주파수 재사용률을 높일 수 있다. 예를 들어 하나의 D2D 링크에서 할당된 주파수 자원이 다른 D2D 링크에서도 사용되면, 자원의 충돌이 발생되지만, 두 D2D 링크 간의 거리가 충분히 멀다면, 간섭이 발생되지 않을 것이다. 이 경우 해당 주파수 자원은 두 D2D 링크에서 재사용될 수 있다. 따라서 각 D2D 링크로부터 수신 신호의 수신 전력을 측정하고, SIR을 측정하여 임계값과 비교 하여 자원 정보의 수정 여부를 결정하는 본 발명에 의하면, 주파수 재사용률을 높일 수 있다. 그리고 상기 SIR을 측정하는 동작은 선택적으로 수행될 수 있다.
다시 도 4의 설명으로 돌아가서 407 단계에서 송신 디바이스(10)는 상기 405 단계에서 수신한 수신 응답 메시지로부터 제2 자원 정보(370)를 획득하고, 제1 자원 정보에서 자원의 시작 위치 정보(RUstart)(333)와 제2 자원 정보에서 할당될 자원의 양(RUassigned)(375)을 근거로 이번 스케줄링에서 사용할 자원의 시작 위치와 자원의 양을 결정한다. 상기 결정된 자원 시작 위치는 예컨대, 데이터 전송이 시작되는 슬롯 인덱스를 의미한다. 그리고 제2 자원 정보에서 자원의 수정된 시작 위치 정보(373)에 기반하여 다음 스케줄링에서 적용할 자원의 시작 위치를 결정하여, 상기 시작 위치 정보(RUstart)(333)에 의한 데이터 전송이 완료된 후, 결정된 시작 위치가 다음 스케줄링 시 제1 자원 정보에 자원의 시작 위치 정보로 포함되어 수신 디바이스(20)로 전송된다. 이후 409 단계에서 송신 디바이스(10)는 상기 407 단계에서 결정된 자원의 시작 위치부터 데이터 송신을 수행하고, 411 단계에서 수신 디바이스(20)는 데이터의 정상적인 수신 여부를 나타내는 확인응답신호(ACK)를 송신 디바이스(10)에게 전송한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 디바이스들 간에 송수신되는 자원 정보의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5의 (A)는 송신 디바이스가 수신 디바이스에게 전송하는 제1 자원 정보(530)로서 링크 식별자(Link ID)(531)와 할당될 자원의 시작 위치 정보(RUstart)(533)를 포함한다. 상기 제1 자원 정보(530)는 도 3의 (A)에서 설명한 제1 자원 정보(330)와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5의 (B)는 수신 디바이스가 상기 제1 자원 정보(530)를 수신한 후, 다른 D2D 링크에 할당되는 자원과 충돌이 발생되지 않도록 또는 다른 D2D 링크와 간섭이 발생되지 않도록 상기 제1 자원 정보(530)의 자원 할당 위치와 할당 양 중 적어도 하나를 수정하여 송신 디바이스에게 전송하는 제2 자원 정보(570)의 일 구성 예를 나타낸 것이다. 상기 제2 자원 정보(570)는 링크 식별자(Link ID)(571)와 할당될 자원의 수정된 시작 위치 정보(RUadjusted)(573)를 포함하며, 도 3의 (B)에서 제2 자원 정보(370)와 다르게 할당될 자원의 양(RUassigned)은 포함되지 않는다.
상기 링크 식별자(571)와 할당될 자원의 수정된 시작 위치 정보(573)는 도 3의 (B)에서 설명과 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다. 상기 제2 자원 정보(570)는 송신 디바이스가 상기 송신 요청 메시지에 대한 응답으로 수신 디바이스에게 전송하는 수신 응답(Rx Request) 메시지에 포함되며, 도 5의 (A)와 같이 16 개의 시간 슬롯(즉 심볼)과 64 개의 주파수 톤으로 구성되는 시간-주파수 영역에서 전송됨을 가정한다.
도 5의 실시 예에서 수신 디바이스는 제2 자원 정보(570)에서 할당될 자원의 양(RUassigned)을 제외하는 대신에 그 할당될 자원의 양에 대응되는 슬롯들을 송신 디바이스가 인식할 수 있도록 해당되는 매 슬롯 마다 자원 할당의 종료 여부를 나타내는 비트 정보(예컨대, More RU 비트)를 송신 디바이스로 전송한다. 예컨대, 수신 디바이스는 매 슬롯 전송에 대해 수신 데이터에 대한 확인응답신호(ACK)를 전송할 때 다음 슬롯이 할당되어 있으면, More RU 비트를 "1"로 설정하여 송신 디바이스로 전송하고, 다음 슬롯이 할당되어 있지 않으면, More RU 비트를 "0"으로 설정하여 송신 디바이스로 전송한다. 따라서 송신 디바이스는 수신 디바이스로부터 자원의 양(RUassigned)의 정보의 전송이 없더라도 상기 More RU 비트를 통해 다음 슬롯에서 데이터 전송을 위한 자원 할당 여부를 확인할 수 있다. 그리고 상기 More RU 비트를 "0"으로 설정되어 있으며, 송신 디바이스는 다음 슬롯에서 데이터 전송을 중단한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 송신 디바이스에서 수신 디바이스로 전송되는 제1 자원 정보에 의한 자원 할당 예를 나타낸 도면이다.
도 6의 (A)와 같이 각 D2D 링크에서 제1 자원 정보(530)가 포함된 송신 요청 메시지는 시간-주파수 영역에서 각각 서로 다른 톤-심볼을 통해 전송된다. 그리고 시간 슬롯의 개수가 16 개임을 가정하면, 도 6의 (B)에서 참조 번호 601, 603, 605는 각각 제1 자원 정보(530)에서 링크 식별자(531)에 의해 구별되는 link 1, link 2, link 3에서 자원의 시작 위치 정보(RUstart)(533)에 대응되는 RU 인덱스(즉 슬롯 인덱스)를 예시한 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 수신 디바이스에서 송신 디바이스로 전송되는 제2 자원 정보에 의해 수정된 자원 할당 예를 나타낸 도면이다.
도 7의 (A)와 같이 각 D2D 링크에서 제2 자원 정보(570)가 포함된 송신 요청 메시지는 시간-주파수 영역에서 각각 서로 다른 톤-심볼을 통해 전송된다. 그리고 도 7의 (B)는 시간 슬롯의 개수가 16 개임을 가정하면, 도 6에서 시작 위치 정보(RUstart)(533)에 대응되는 RU 인덱스(즉 슬롯 인덱스)에서 link 1에 4 개의 슬롯이 할당되고(701), link 2, 3에 각각 6 개의 슬롯이 할당된다. 도 7의 (B)에서 참조 번호 703, 705, 707은 각각 link 1, link 2, link 3에서 수신 디바이스에서 다른 D2D 링크에 할당되는 자원과 충돌이 발생되지 않도록 또는 다른 D2D 링크와 간섭이 발생되지 않도록 자원 할당 위치와 할당 양을 수정한 제2 자원 정보(570)에 의한 자원 할당 예를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 D2D 통신 시스템에서 자원의 분산 스케줄링 방법을 나타낸 흐름도로서, 송신 디바이스(10)와 수신 디바이스(20) 간에 도 5의 제1 및 제2 자원 정보를 이용한 스케줄링 절차를 나타낸 것이다.
도 8에서 송신 디바이스(10)가 수신 디바이스(20)로 제1 자원 정보를 포함한 송신 요청 메시지를 전송하고, 수신 디바이스(20)가 제1 자원 정보를 토대로 수정된 자원 할당 위치(RUadjusted)와 자원 할당 양(RUassigned)을 결정하는 801, 803 단계의 동작은 도 4의 401, 403 단계의 동작과 동일하다. 다만 805 단계에서 수신 디바이스(20)는 도 5의 (B)에서 설명한 것처럼 할당될 자원의 양(RUassigned)은 제외하고, 링크 식별자(Link ID)(571)와 할당될 자원의 수정된 시작 위치 정보(RUadjusted)(573)를 포함하는 제2 자원 정보(570)를 포함하는 수신 응답 메시지를 송신 디바이스(10)에게 전송한다. 이와 같은 본 발명의 실시 예에 의하면, 수신 응답 메시지의 오버헤드를 줄일 수 있다. 그리도 도 8의 실시 예에서도 수신 디바이스가 각 D2D 링크로부터 수신 신호의 수신 전력을 측정하고, SIR을 측정하여 임계값과 비교 하여 자원 정보의 수정 여부를 결정하는 동작은 도 4의 실시 예와 같이 선택적으로 수행될 수 있다.
이후 송신 디바이스(10)가 이번 스케줄링에서 사용할 자원의 시작 위치와 자원의 양을 결정하고, 데이터 송신을 수행하는 807, 809 단계의 동작은 도 4의 407, 409 단계의 동작과 동일하다. 그리고 811 단계에서 수신 디바이스(20)는 데이터의 정상적인 수신 여부를 나타내는 확인응답신호(ACK)와 함께 도 5에서 설명한 More RU 비트를 송신 디바이스(10)에게 전송하여 다음 슬롯에서 데이터 전송을 위한 자원 할당 여부를 알려준다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 D2D 통신 시스템에서 자원의 분산 스케줄링 방법을 나타낸 흐름도로서, 송신 디바이스(10)와 수신 디바이스(20) 간에 도 4의 제1 및 제2 자원 정보를 이용한 스케줄링 절차를 나타낸 것이다.
도 4에서 401 단계 내지 411 단계의 동작과 도 9에서 901 단계 내지 911 단계에서 동일하게 수행된다. 다만 도 9의 907 단계에서 송신 디바이스(10)는 수신 디바이스(20)가 수정한 자원 할당 위치(RUadjusted)와 자원 할당 양(RUassigned)를 근거로 이번 스케줄링에서 사용할 자원의 시작 위치와 자원의 양을 결정하고, 링크 제한(Link Restriction) 동작을 수행한다. 상기 링크 제한 동작은 네트워크에서 혼잡 상태를 해소하기 위해 특정 자원(RU)을 사용하고자 하는 복수의 링크(links) 중에서 일부를 제한하는 것으로, 상기 링크 제한 동작은 RU 감소(reduction), 포기(Yielding), 폐기(Discard)의 3 가지 동작이 있으며, 각 동작 내용은 아래와 같으며, 아래 각 동작은 각 디바이스가 다른 링크의 자원 정보를 공유함을 전제로 한다.
1) RU 감소(reduction)
D2D 통신에 할당되는 RU 개수를 제어하여 가장 작은 하나의 RU만 할당된 경우에, 중복하여 할당된 다른 링크가 있으면 50%의 확률로 전송을 포기함.
2) 포기(Yielding)
매 자원 할당에 있어서 링크 식별자에 우선 순위가 정해지는 경우, 높은 우선 순위를 갖는 링크에 대한 간섭을 계산하여 간섭에 의한 SIR 값이 임계값 값보다 작으면 전송을 포기함.
3) 폐기(Discard)
매 자원 할당에 있어서 링크 식별자에 우선 순위가 정해지는 경우, 가장 높은 우선 순위를 갖는 링크의 수신 디바이스에서 간섭을 계산하여, 간섭 원인으로 작용하는 낮은 우선 순위를 갖는 링크의 송신 디바이스에게 전송 포기 명령을 전송함.
도 4, 도 8, 및 도 9에서 설명한 본 발명의 실시 예에서 수신 디바이스에서 수정된 자원 할당 위치(RUadjusted)와 자원 할당 양(RUassigned)를 결정할 때 RUnext 와 RUprev 를 결정하는 과정을 먼저 진행한다. RUnext는 도 17에서 나타내는 과정에 의해서 결정되고 RUprev는 도 18에서 나타내는 과정에 의해서 결정된다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 실시 예에 따라 수신 디바이스에서 수정된 자원 할당 위치와 자원 할당 양을 결정할 때 필요한 파라미터 값들을 결정하는 방법을 나타낸 순서도로서, 상기 파라미터 값들은 하기 <표 1>, <표 2>에서 RUnext , RUprev에 해당된다. 도 17에 따르면, 우선 1701 단계에서 수신 디바이스는 슬롯 인덱스 m을 우선 본 발명의 수신 디바이스의 동작을 나타낸 도 13의 1301 단계에서 수신한 송신 요청 메시지의 자원 정보 중 자원 시작 위치로 정한다. 이어 1703 단계에서 상대 디바이스로부터의 신호수신전력량과 인접디바이스로부터의 간섭전력량의 합을 기반으로 m번째 자원 슬롯에서의 SIR를 구한다. 상기 1703 단계에서 결정한 m번째 슬롯에서의 SIR이 정해진 임계값보다 큰지 1705 단계에서 확인해 보고, 임계값보다 큰 경우에 1707 단계로 진행하여 현재 슬롯 인덱스 m값을 하나 증가하되, 전체 M 개의 슬롯 수보다 커질 경우 가용한 슬롯 범위 내로 지정할 수 있도록, 증가한 m+1 값에 M 모듈라 연산을 취하여 다음 슬롯 인덱스 값으로 결정한다. 수신 디바이스는 상기 1703 단계를 반복하기 전에 상기 1707 단계에서 증가한 슬롯 인덱스 값이 상기 1701 단계에서 정했던 초기 자원 시작 위치 값과 다시 같아졌는지 1711 단계에서 확인해 보고, 같지 않은 경우에는 다시 상기 1703 단계로 진행하여 이후 동작을 반복하며, 상기 1711 단계에서 확인 결과 상기 1707 단계에서 증가한 슬롯 인덱스 값이 상기 1701 단계에서 정했던 초기 자원 시작 위치 값과 다시 같아진 경우에는 상기 1713 단계로 진행하여 이번 스케줄링에서 RUnext 값이 정해지지 않음으로 결정한다. 한편 1705 단계에서 슬롯 인덱스 m에서의 SIR 값이 임계값보다 작은 경우, 1709 단계로 진행하여 RUnext 값을 현재 슬롯 인덱스 m값으로 확정하여 결정한다.
도 18에 따르면, 우선 1801 단계에서 수신 디바이스는 슬롯 인덱스 m을 우선 본 발명의 수신 디바이스의 동작을 나타낸 도 13의 1301 단계에서 수신한 송신 요청 메시지의 자원 정보 중 자원 시작 위치로 정한다. 이어 1803 단계에서 상대 디바이스로부터의 신호수신전력량과 인접디바이스로부터의 간섭전력량의 합을 기반으로 m번째 자원 슬롯에서의 SIR를 구한다. 상기 1803 단계에서 결정한 m번째 슬롯에서의 SIR이 정해진 임계값보다 큰지 1805 단계에서 확인해 보고, 임계값보다 큰 경우에 1807단계로 진행하여 현재 슬롯 인덱스 m값을 하나 감소하되, 0보다 작아질 경우 가용한 슬롯 범위 내로 지정할 수 있도록 감소한 m-1 값에 M 모듈라 연산을 취하여 다음 슬롯 인덱스 값으로 결정한다. 수신 디바이스는 상기 1803 단계를 반복하기 전에 상기 1807 단계에서 감소한 슬롯 인덱스 값이 상기 1801단계에서 정했던 초기 자원 시작 위치 값과 다시 같아졌는지 1811 단계에서 확인해 보고, 같지 않은 경우에는 다시 상기 1803 단계로 진행하여 이후 동작을 반복하며, 상기 1811 단계에서 확인 결과 상기 1807 단계에서 감소한 슬롯 인덱스 값이 상기 1801 단계에서 정했던 초기 자원 시작 위치 값과 다시 같은 경우에는 1813 단계로 진행하여 이번 스케줄링에서 RUprev 값이 정해지지 않음으로 결정한다. 한편 1805 단계에서 슬롯 인덱스 m에서의 SIR 값이 임계값보다 작은 경우, 1809 단계로 진행하여 RUprev 값을 현재 슬롯 인덱스 m값으로 확정하여 결정한다.
도 4, 도 8, 도 9 및 도 13에서 설명한 본 발명의 실시 예에서, 상기 자원 할당 양(RU assigned)은 아래 <표 1>를 이용하여 계산되며, RUnext , RUprev의 값들은 도 17, 도 18에서 설명한 방법에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112013037679235-pat00001
그리고 본 발명의 실시 예에서, 수정된 자원 할당 위치(RUadjusted)는 아래 <표 2>, <수학식 1>, <수학식 2>을 이용하여 계산되며, RUnext , RUprev의 값들은 도 17, 도 18에서 설명한 방법에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112013037679235-pat00002
그리고 상기 <표 1>에서 RUgap _ next, RUgap _ prev는 아래 <수학식 1>을 통해 계산된다.
Figure 112013037679235-pat00003
Figure 112013037679235-pat00004
Figure 112013037679235-pat00005
값은 0에서 1사이의 값으로서, 자원 시작 위치(RUstart)를 수정된 자원 시작 위치(RUadjusted)로 조정할 때, 변경의 정도를 조정하는 값으로써, 이 값이 크면 변경 정도가 커지고, 이 값이 작으면 변경 정도가 작게 된다.
상기한 본 발명의 실시 예에서 수신 디바이스는 송신 디바이스가 전송한 송신 요청 메시지에 포함된 자원 정보에서 획득된 링크 식별자, 현재 스케줄링에서 자원의 시작 위치 정보(RUstart)와 각 링크의 수신 전력을 기반으로 각 링크와의 SIR을 계산한다. 그리고 그 계산 결과에 따라 할당될 자원의 양(RUassigned)과 다음 스케줄링을 위한 자원의 시작 위치 정보(RUstart)를 나타내는 자원 할당 위치(RUadjusted)를 계산 및 결정한다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 자원의 분산 스케줄링 방법을 반복하여 수행하였을 때 수렴되는 자원 할당 과정의 일 예를 나타낸 것이다.
도 10의 (A), (B), (C)를 참조하면, RU 인덱스(즉 슬롯 인덱스)는 순환 할당 구조를 가지며, 각 D2D 링크 간 자원의 시작 위치(RUstart)의 RU 인덱스는 구별되는 음영으로 도시되어 있다. 본 발명의 스케줄링 동작을 반복 수행하게 되면, 도 10의 (C)에서 참조 번호 1001, 1003, 1005, 1007과 같이 자원의 시작 위치(RUstart)에서 전체 16 개의 슬롯들은 각 링크에서 4 슬롯씩 수렴되는 것을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 자원의 분산 스케줄링 방법에서 주파수 재사용률이 향상되는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 11의 (A), (B), (C)는 분한 스케줄링의 반복 수행에 따라 자원 할당 위치(RUadjusted)와 자원 할당 양(RUassigned)이 수정되는 것을 나타낸 것이며, 그 스케줄링 결과 인접 링크에 대한 SIR이 임계값 보다 큰 경우 특정 링크와 인접 링크 간에 간섭이 영향을 주지 않게 된다. 이 경우 참조 번호 1101과 같이 예컨대, 슬롯 3에서 슬롯 7까지는 두 개의 링크가 자원을 공유하여도 두 링크 간에 간섭이 발생되지 않는다. 이 경우 두 개의 링크를 링크1, 링크2라 하였을 때 링크1의 송신 디바이스와 링크2의 수신 디바이스는 서로 간섭이 발생되지 않을 정도로 먼 거리에 있고, 링크1의 수신 디바이스와 링크2의 송신 디바이스 또한 서로 간섭이 발생되지 않을 정도로 먼 거리에 있게 된다. 따라서 본 발명에 의하면, D2D 네트워크에서 주파수 재사용률을 향상시킬 수 있으며, 동시 전송 링크 수를 최대화할 수 있다. 이때 링크들 간에 중복 사용되는 자원으로 인한 간섭들은 합산하여 자원 할당 스케줄링에 반영하는 것이 바람직하다.
이하 도 12 및 도 13을 참조하여, 본 발명의 실시 예에서 송신 디바이스의 동작과 수신 디바이스의 동작을 각각 설명하기로 한다. 도 12 및 도 13의 동작은 도 8의 실시 예를 반영한 것이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 자원의 분산 스케줄링을 수행하는 송신 디바이스의 동작을 나타낸 순서도이다.
도 12를 참조하면, 1201 단계에서 송신 디바이스는 자원 정보를 포함하는 송신 요청 메시지를 방송한다. 1203 단계에서 송신 디바이스는 상대 디바이스(수신 디바이스)로부터 수정된 자원 정보를 포함하는 수신 응답 메시지를 수신한다. 이후 1205 단계에서 송신 디바이스는 상기 1201 단계에서 송신 요청 메시지를 보낼 때 포함되었던 자원의 시작 위치와 동일하게 할당될 자원의 시작 위치를 결정하고, 1207 단계에서 상대 디바이스(수신 디바이스)로부터 자원 할당의 종료 정보(예컨대, More 비트가 "0"인 경우)를 수신할 때까지 결정된 자원의 시작 위치로부터 데이터 통신을 지속한다. 이때 도 12에는 도시되지 않았으나, 송신 디바이스는 데이터 통신이 지속되는 동안 매 슬롯에서 More 비트 "1"을 수신한다.
또 다른 예시로 도 12의 1207 단계에서 상대 디바이스로부터 수신한 수정된 자원 정보 중 자원 할당 양에 기반하여 결정한 자원 할당의 종료 위치까지, 1205 단계에서 결정한 자원의 시작 위치로부터 데이터 통신을 지속한다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 자원의 분산 스케줄링을 수행하는 수신 디바이스의 동작을 나타낸 순서도이다.
도 13을 참조하면, 1301 단계에서 수신 디바이스는 상대 디바이스와 인접 디바이스로부터 각각 자원 정보를 포함하는 송신 요청 메시지를 수신한다. 상대 디바이스와 인접 디바이스의 구분은 송신 요청 메시지에 포함되어 있는 링크 식별자를 이용한다. 그리고 1303 단계에서는 상기 1301 단계에서 수신한 송신 요청 메시지의 수신 전력을 기반으로 자원 슬롯 별 SIR(Signal to Interference Ratio)를 계산하고, 1305 단계에서 상기 1303 단계에서 계산된 자원 슬롯 별 SIR에 기반하여 자원의 할당 양을 결정한다. 본 발명에서는 자원 슬롯이 연속적으로 할당된다는 전제 하에 자원의 시작 위치부터 처음으로 SIR이 임계값 보다 낮아지는 자원 슬롯의 위치 전까지 자원을 할당하는 동작으로 예시하였다. 다음으로 1307 단계에서 상기 1303 단계에서 계산된 자원 슬롯 별 SIR에 기반하여, 상기 1301 단계에서 수신한 송신 요청 메시지에 포함된 자원의 시작 위치 정보에 대해 다음 스케줄링 시 반영할 자원의 시작 위치를 수정하고 이를 수정된 자원의 시작 위치로 결정한다. 이후 1309 단계에서는 상기 1305 단계에서 결정된 자원의 할당 양과 상기 1307 단계에서 결정된 수정된 자원의 시작위치를 포함한 자원 정보를 수신 응답 메시지로 송신한다. 상기 1301 단계부터 1309 단계까지 스케줄링을 위한 제어 신호를 주고 받는 과정을 완료하면 데이터 송수신 단계인 1311 단계로 진행한다. 1311 단계에서는 상기 1301 단계에서 상대 디바이스로부터 수신한 송신 요청 메시지에 포함된 자원의 시작 위치로부터 데이터 통신을 시작하고, 상기 1307 단계에서 계산된 자원의 할당 양에 따라 결정되는 자원 할당의 종료 위치까지 데이터 통신을 지속한다. 1311 단계에서는 예시에 따라 상대 디바이스에게 매 슬롯 별 종료 여부에 따라 More 비트를 결정하여 보낼 수 있다.
상기한 본 발명에 의하면, D2D 네트워크에서 예컨대, 마스터 노드 등의 중앙 집중적인 제어 없이 분산적으로 각 디바이스 간 자원 정보를 공유하고 자원 할당을 스케줄링 할 수 있다. 따라서 주파수 재활용률이 향상되고, 동시 전송 링크 수를 최대화하여 결과적으로 지역적으로 D2D 네트워크의 전송 용량(capacity)를 최대화 할 수 있다.
도 14 내지 도 16은 본 발명의 스케줄링 방법과 기존 FlashLinQ 기술의 성능을 비교한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. 먼저 도 14에서 참조 번호 1401은 FlashLinQ 기술에 의한 처리량(throughput)을 나타낸 것이고, 참조 번호 1403은 도면 상단에 기술된 조건에서 본 발명의 스케줄링 방법에 의한 처리량을 각각 나타낸 것이다. 시뮬레이션 결과 도 14와 같이 본 발명의 스케줄링 방법은 기존 FlashLinQ 기술에 비해 20% 정도의 처리량 향상이 있음을 알 수 있다. 또한 도 15는 본 발명의 스케줄링 방법과 기존 FlashLinQ 기술의 PER(Packet Error Rate)를 비교한 시뮬레이션 결과이다. 본 발명의 PER 성능이 약간 높으나 시스템적으로 충분히 허용 가능한 PER을 보여주고 있다. 그리고 도 16은 본 발명의 스케줄링 방법과 기존 FlashLinQ 기술에 의한 동시 전송 수를 비교한 시뮬레이션 결과이다. 본 발명의 스케줄링 방법을 적용하였을 때 동시 전송 수가 대폭 증가됨을 알 수 있다.
한편 도시되지는 않았으나, 본 발명의 실시 예에서 송신 디바이스와 수신 디바이스는 D2D 통신을 위한 송수신부와, 예컨대 도 4, 도 8, 도 9의 실시 예에서 설명한 스케줄링 방법에 따라 각각 상대 디바이스와 자원 정보를 송수신하고, 그 자원 정보에 따라 D2D 통신을 제어하는 제어부를 포함하여 구현될 수 있다.

Claims (24)

  1. 디바이스 대 디바이스(D2D) 통신 시스템에서 분산 스케줄링 방법에 있어서,
    상대 디바이스로 링크 식별자와 할당될 자원의 제 1 시작 위치 정보를 포함하는 제1 자원 정보를 전송하는 과정;
    상기 제1 자원 정보의 송신에 대한 응답으로 상기 자원의 제 2 시작 위치 정보와 상기 자원의 할당 양을 포함하는 제2 자원 정보를 상기 상대 디바이스로부터 수신하는 과정; 및
    상기 제1 및 제2 자원 정보를 근거로 상기 자원의 시작 위치를 결정하는 과정을 포함하며,
    상기 제 2 자원 정보에 포함되는 상기 제 2 시작 위치 정보와 상기 자원의 할당 양 중 적어도 하나는 상기 제 1 자원 정보를 근거로 결정되며,
    상기 제 2 자원 정보는 D2D 링크에 대한 측정된 자원 슬롯 별 신호 대 간섭 비(SIR)를 근거로 추가로 수정되는 분산 스케줄링 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 자원 정보는 공통 자원을 통해 방송되는 분산 스케줄링 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 자원 정보는 상기 링크 식별자와 상기 상대 디바이스에 의해 상기 자원의 결정된 제 2 시작 위치 정보를 포함하는 분산 스케줄링 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 자원 정보는 상기 링크 식별자와 상기 상대 디바이스에 의해 결정된 상기 자원의 제 2 시작 위치 정보를 포함하는 분산 스케줄링 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 자원 정보는 상기 링크 식별자와 상기 상대 디바이스에 의해 결정된 상기 자원의 제 2 시작 위치 정보와 상기 자원의 할당 양 정보를 포함하는 분산 스케줄링 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 자원의 상기 시작 위치로부터 상기 자원 할당 양에 해당되는 자원 위치까지 데이터 전송을 수행하는 과정; 및
    상기 데이터 전송에 대한 확인응답신호와 함께 다음 자원의 할당 여부를 나타내는 정보를 상기 상대 디바이스로부터 수신하는 과정을 더 포함하는 분산 스케줄링 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 자원 정보에 상기 자원의 결정된 제 2 시작 위치 정보가 포함된 경우, 다음 스케줄링 시 상기 자원의 결정된 제 2 시작 위치 정보를 근거로 결정된 제 1 시작 위치 정보를 상기 제1 자원 정보에 포함하여 상기 상대 디바이스로 전송하는 과정을 더 포함하는 분산 스케줄링 방법.
  8. 디바이스 대 디바이스(D2D) 통신 시스템에서 분산 스케줄링을 수행하는 디바이스에 있어서,
    D2D 통신을 통해 무선 신호를 송수신하는 송수신부; 및
    상대 디바이스로 링크 식별자와 할당될 자원의 제 1 시작 위치 정보를 포함하는 제1 자원 정보를 전송하고, 상기 제1 자원 정보의 송신에 대한 응답으로 상기 자원의 제 2 시작 위치 정보와 상기 자원의 할당 양을 포함하는 제2 자원 정보를 상기 상대 디바이스로부터 수신하며, 상기 제1 및 제2 자원 정보를 근거로 상기 자원의 시작 위치를 결정하는 동작을 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 제 2 자원 정보에 포함되는 상기 제 2 시작 위치 정보와 상기 자원의 할당 양 중 적어도 하나는 상기 제 1 자원 정보를 근거로 결정되며,
    상기 제 2 자원 정보는 D2D 링크에 대한 측정된 자원 슬롯 별 신호 대 간섭 비(signal to interference ratio)를 근거로 추가로 수정되는 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 자원 정보는 공통 자원을 통해 방송되는 디바이스.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2 자원 정보는 상기 링크 식별자와 상기 상대 디바이스에 의해 상기 자원의 결정된 제 2 시작 위치 정보를 포함하는 디바이스.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2 자원 정보는 상기 링크 식별자와 상기 상대 디바이스에 의해 결정된 상기 자원의 제 2 시작 위치 정보를 포함하는 디바이스.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2 자원 정보는 상기 링크 식별자와 상기 상대 디바이스에 의해 결정된 상기 자원의 제 2 시작 위치 정보와 상기 자원의 할당 양 정보를 포함하는 디바이스.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 자원의 상기 시작 위치로부터 상기 자원 할당 양에 해당되는 자원 위치까지 데이터 전송을 수행하고, 상기 데이터 전송에 대한 확인응답신호와 함께 다음 자원의 할당 여부를 나타내는 정보를 상기 상대 디바이스로부터 수신하는 동작을 제어하는 디바이스.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 자원 정보에 상기 자원의 결정된 제 2 시작 위치 정보가 포함된 경우, 다음 스케줄링 시 상기 결정된 제 2 시작 위치 정보를 근거로 결정된 제 1 시작 위치 정보를 상기 제1 자원 정보에 포함하여 상기 상대 디바이스로 전송하는 동작을 더 제어하는 디바이스.
  15. 디바이스 대 디바이스(D2D) 통신 시스템에서 분산 스케줄링 방법에 있어서,
    상대 디바이스로부터 링크 식별자와 할당될 자원의 제 1 시작 위치 정보를 포함하는 제1 자원 정보를 수신하는 과정;
    상기 상대 디바이스와 인접 디바이스로부터 각각 측정된 수신 신호 전력을 근거로 자원 슬롯 별 신호 대 잡음 비(SIR)를 계산하는 과정;
    상기 계산된 SIR을 근거로 상기 할당될 자원의 제 2 시작 위치 정보와 상기 할당될 자원의 양을 결정하는 과정; 및
    상기 할당될 자원의 상기 결정된 제 2 시작 위치 정보와 상기 할당될 자원의 양을 포함하는 제2 자원 정보를 상기 상대 디바이스로 전송하는 과정을 포함하는 분산 스케줄링 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 할당될 자원의 상기 결정된 제 2 시작 위치 정보와 상기 할당될 자원의 양은 다른 D2D 링크와 충돌이 발생되지 않도록 결정되는 분산 스케줄링 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 결정하는 과정은, 각 D2D 링크로부터 수신 신호의 수신 전력을 측정하고, 상기 SIR을 측정하고, 상기 측정된 SIR을 정해진 임계값과 비교 하여 상기 제 2 자원 정보를 결정하는 과정을 더 포함하는 분산 스케줄링 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 결정하는 과정은, 상기 SIR이 정해진 임계값 보다 크거나 같은 경우 다른 D2D 링크에 의한 간섭이 적은 경우로 판단하는 과정;
    상기 SIR이 상기 정해진 임계값 보다 작은 경우 상기 다른 D2D 링크에 의한 간섭이 큰 경우로 판단하는 과정; 및
    상기 간섭이 큰 경우로 판단된 경우, 해당 슬롯의 위치를 고려하여 상기 제1 자원 정보를 수정한 상기 제2 자원 정보를 생성하는 과정을 더 포함하는 분산 스케줄링 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    매 슬롯 마다 자원의 할당 종료 여부를 나타내는 비트 정보를 상기 상대 디바이스로 전송하는 과정을 더 포함하는 분산 스케줄링 방법.
  20. 디바이스 대 디바이스(D2D) 통신 시스템에서 분산 스케줄링을 수행하는 디바이스에 있어서,
    D2D 통신을 통해 무선 신호를 송수신하는 송수신부; 및
    상대 디바이스로부터 링크 식별자와 할당될 자원의 제 1 시작 위치 정보를 포함하는 제1 자원 정보를 수신하고, 상기 상대 디바이스와 인접 디바이스로부터 각각 측정된 수신 신호 전력을 근거로 자원 슬롯 별 신호 대 잡음 비(SIR)를 계산하며, 상기 계산된 SIR을 근거로 상기 할당될 자원의 제 2 시작 위치 정보와 상기 할당될 자원의 양을 결정하며, 상기 할당될 자원의 결정된 제 2 시작 위치 정보와 상기 할당될 자원의 양을 포함하는 제2 자원 정보를 상기 상대 디바이스로 전송하는 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 디바이스.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 할당될 자원의 상기 결정된 제 2 시작 위치 정보와 상기 할당될 자원의 양은 다른 D2D 링크와 충돌이 발생되지 않도록 결정하는 디바이스.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 제어부는 각 D2D 링크로부터 수신 신호의 수신 전력을 측정하고, 상기 SIR을 측정하고, 상기 측정된 SIR을 정해진 임계값과 비교 하여 상기 제 2 자원 정보를 결정하는 동작을 더 제어하는 포함하는 디바이스.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 SIR이 정해진 임계값 보다 크거나 같은 경우 다른 D2D 링크에 의한 간섭이 적은 경우로 판단하고, 상기 SIR이 상기 정해진 임계값 보다 작은 경우 상기 다른 D2D 링크에 의한 간섭이 큰 경우로 판단하며, 상기 간섭이 큰 경우로 판단된 경우, 해당 슬롯의 위치를 고려하여 상기 제1 자원 정보를 수정한 상기 제2 자원 정보를 생성하는 동작을 더 제어하는 디바이스.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 제어부는 매 슬롯 마다 자원의 할당 종료 여부를 나타내는 비트 정보를 상기 상대 디바이스로 전송하는 동작을 더 제어하는 디바이스.

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