KR102121174B1 - 주파수 할당 방법 및 장치 - Google Patents

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충남대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 임의의 네트워크에서 각 노드의 통신 요구조건을 만족하면서 네트워크 내의 노드들 간 통신에 사용되는 주파수 대역의 폭을 최소로 하는 주파수 할당 방법 및 장치에 관한 것으로, 주파수 할당 방법은 최적화를 위한 파라미터들을 설정하는 동작, RSSI 정보를 생성하는 동작, 최적화 제약 조건을 설정하는 동작, 최적화 목적 함수를 설정하는 동작, 최적화를 수행하여 각 무선 링크별 사용할 서브 주파수 대역을 선택하는 동작 및 선택된 서브 주파수 대역을 각 무선 링크에 할당하는 동작을 포함할 수 있다.

Description

주파수 할당 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR FREQUENCY ALLOCATION}
다양한 실시 예들은 주파수 할당 방법 및 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 임의의 네트워크에서 각 노드의 통신 요구조건을 만족하면서 네트워크 내의 노드들 간 통신에 사용되는 주파수 대역의 폭을 최소로 하는 주파수 할당 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선통신 기술의 발전과 함께 무선 단말 수가 급증하면서 주파수 자원 부족 문제가 대두되고 있다.
와이파이의 경우 비면 ISM(industrial scientific and medical) 주파수 대역을 이용하여 통신을 수용하고 있다. 와이파이는 ISM 주파수 대역을 복수 개의 채널로 분할하고, 단말과 AP(access point) 간의 통신을 위하여 복수 개의 채널 중의 하나를 할당하고 있다. 이때 복수 개의 채널은 서로 일부 중첩되는 주파수 대역을 포함할 수 있다. 그런데, 채널의 수는 한정되어 있는 반면 와이파이를 이용하는 무선 단말의 수는 급증하고 있어, 와이파이 시스템의 성능이 현저하게 감소하고 있는 실정이다. 따라서, 한정된 주파수를 보다 효율적으로 사용하고 시스템의 처리량을 높이기 위한 최적 주파수 할당 및 운용 방법이 요구되고 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여서는 동일한 성능을 제공하면서도 사용되는 주파수 대역의 크기를 가능한한 줄일 필요가 있다.
본 발명의 다양한 실시 예는 각 단말 또는 노드의 통신 요구 조건을 만족하면서 요구되는 주파수 대역의 폭을 최소로 하는 주파수 할당 최적화 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다양한 실시 예는 정수 선형 계획법 기반의 주파수 할당 기술을 고려하여 요구되는 주파수 대역의 폭을 최소로 하는 주파수 할당 최적화 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다양한 실시 예는 각 노드 사이의 거리 및 무선 채널 이득, 안테나 빔 패턴에 따른 송수신 이득과 실측 기반의 주파수 중첩 지수를 적용하여 요구되는 주파수 대역의 폭을 최소로 하는 주파수 할당 최적화 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 문서에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 네트워크의 노드 간 무선 링크(link)에 데이터 전송을 위한 주파수 대역을 할당하는 주파수 할당 방법은 무선 네트워크 내 데이터 전송을 위한 노드 간 링크의 수(L), 데이터 전송을 위한 노드 간 링크에 할당될 수 있는 서브 주파수 대역의 수(K), 인접하는 두 개의 서브 주파수 대역의 중심 주파수 간의 차이(fd), 데이터 전송을 위한 서브 주파수 대역의 일부가 겹치거나 인접함에 따라 발생하는 간섭의 정도를 나타내는 주파수 간섭 지수, 각 무선 링크의 수신 노드가 획득하여야 하는 최저 SINR(signal to interference and noise ratio)을 나타내는 임계 SINR(
Figure 112020030017995-pat00001
)을 포함하는 파라미터들을 설정하는 동작, 상기 무선 네트워크의 각 노드에서 다른 노드로부터 수신한 신호의 세기를 나타내는 RSSI(received signal strength indicator) 정보를 생성하는 동작, 상기 링크 각각에 하나의 서브 주파수 대역만을 할당하는 제1 조건 및 상기 각 무선 링크의 수신 노드가 획득하는 SINR이 상기 임계 SINR보다 커야 한다는 제2 조건을 포함하는 최적화 제약 조건을 설정하는 동작, 사용될 주파수를 최소로 하기 위한 최적화 목적 함수를 설정하는 동작, 상기 설정된 파라미터들, 상기 RSSI 정보, 상기 최적화 제약 조건 및 상기 최적화 목적 함수에 기초하여 최적화를 수행하여 각 무선 링크별 사용할 서브 주파수 대역을 선택하는 동작 및 상기 각 무선 링크별 선택된 서브 주파수 대역을 상기 각 무선 링크에 할당하는 동작을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 네트워크의 노드 간 무선 링크(link)에 데이터 전송을 위한 주파수 대역을 할당하는 주파수 할당 장치는 상기 무선 네트워크의 노드와 통신을 위한 통신부 및 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 무선 네트워크 내 데이터 전송을 위한 노드 간 링크의 수(L), 데이터 전송을 위한 노드 간 링크에 할당될 수 있는 서브 주파수 대역의 수(K), 인접하는 두 개의 서브 주파수 대역의 중심 주파수 간의 차이(fd), 데이터 전송을 위한 서브 주파수 대역의 일부가 겹치거나 인접함에 따라 발생하는 간섭의 정도를 나타내는 주파수 간섭 지수, 각 무선 링크의 수신 노드가 획득하여야 하는 최저 SINR(signal to interference and noise ratio)을 나타내는 임계 SINR(
Figure 112020030017995-pat00002
)을 포함하는 파라미터들을 설정하고, 상기 무선 네트워크의 각 노드에서 다른 노드로부터 수신한 신호의 세기를 나타내는 RSSI(received signal strength indicator) 정보를 생성하고, 상기 링크 각각에 하나의 서브 주파수 대역만을 할당하는 제1 조건 및 상기 각 무선 링크의 수신 노드가 획득하는 SINR이 상기 임계 SINR보다 커야 한다는 제2 조건을 포함하는 최적화 제약 조건을 설정하고, 사용될 주파수 대역의 폭을 최소로 하기 위한 최적화 목적 함수를 설정하고, 상기 설정된 파라미터들, 상기 RSSI 정보, 상기 최적화 제약 조건 및 상기 최적화 목적 함수에 기초하여 최적화를 수행하여 각 무선 링크별 사용할 서브 주파수 대역을 선택하고, 상기 각 무선 링크별 선택된 서브 주파수 대역을 상기 각 무선 링크에 할당할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따라, 본 개시에서 제안하는 방법 및 장치는 각 단말의 통신 요구조건을 만족하면서 요구되는 주파수 대역의 폭을 최소로 하도록 주파수 자원 할당을 최적화함으로써 주파수 사용 효율을 최대화할 수 있다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 주파수 할당 방법이 적용될 수 있는 무선 네트워크 모델을 도시한 도면이다.
도 2는 무선 링크에 할당되는 전체 주파수 대역 및 서브 주파수 대역의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 실측 기반의 중첩에 의한 주파수 간섭 지수 모델의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 다양한 실시 예들에 따른 무선 네트워크에서 사용하는 주파수 대역을 최적화하는 주파수 할당 장치를 도시한 도면이다.
도 5는 무선 네트워크에서 주파수를 할당하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 다양한 실시 예들에 따른 주파수 할당 장치의 무선 네트워크에서 사용하는 주파수 대역을 최적화하는 동작을 도시한 흐름도이다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 '모듈' 또는 '부'는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, '모듈' 또는 '부'는 소프트웨어 구성요소 또는 FPGA(field programmable gate array), ASIC(application specific integrated circuit)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있으며, '부' 또는 '모듈'은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부' 또는 '모듈'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부' 또는 '모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '부' 또는 '모듈'은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소들과 '부' 또는 '모듈'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부' 또는 '모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부' 또는 '모듈'들로 더 분리될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들과 관련하여 설명되는 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 형태의 기록 매체에 상주할 수도 있다. 예시적인 기록 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 기록 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 기록 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 기록 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC은 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 주파수 할당 방법이 적용될 수 있는 무선 네트워크 모델을 도시한 도면이다.
일실시 예에 따라, 도 1은 mmWave(millimeter wave) 무선 통신 시스템의 기지국 간의 무선 통신을 제공하는 무선 백홀(wireless backhaul)을 모델링한 무선 네트워크 모델일 수 있다. 각 기지국은 서로 간의 통신을 위하여 무선 백홀을 구성할 수 있다. 이때 각 기지국은 하나의 노드(101 내지 109)가 될 수 있고 노드(101 내지 109)들 사이에는 무선 링크(121 내지 134)가 형성될 수 있다. 일실시 예에 따라, 하나의 노드(101 내지 109)는 복수의 통신채널을 구비할 수 있어 복수의 다른 노드들과 통신을 동시에 수행할 수 있다.
다른 일실시 예에 따라, 도 1은 와이파이(Wi-Fi) 통신 시스템에서 AP와 단말 또는 단말 서로 간의 무선 통신을 모델링한 무선 네트워크 모델일 수 있다. AP와 단말은 노드(101 내지 109)가 될 수 있다. 노드(101 내지 109)들 사이에는 무선 링크(121 내지 134)가 형성될 수 있다. 일실시 예에 따라, 하나의 노드(101 내지 109)는 복수의 통신채널을 구비할 수 있어 복수의 다른 노드들과 통신을 동시에 수행할 수 있다.
도 1을 참조하면, 무선 링크(121 내지 134) 각각에는 2개의 서브 주파수 대역이 할당될 수 있다. 각 무선 링크를 통해 2개의 노드가 통신을 수행할 수 있다. 예를 들면 무선 링크(122)를 통해 노드(101)와 노드(106)가 통신을 수행할 수 있다. 이때 각 노드는 할당된 2개의 서브 주파수 대역 중 하나는 송신을 위해 사용하고, 할당된 2개의 서브 주파수 대역 중 나머지 하나는 수신을 위해 사용할 수 있다.
도 2는 무선 링크에 할당되는 전체 주파수 대역 및 서브 주파수 대역의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면 무선 링크에 할당되는 전체 주파수 대역은 주파수(Fmin)에서 주파수(Fmax)까지 일 수 있다. 전체 주파수 대역은 복수의 서브 주파수 대역(211, 212 또는 214)으로 분할될 수 있다. 각 서브 주파수 대역(211, 212 또는 214)은 모두 동일한 대역폭(Fbw)을 가질 수 있다. 인접하는 두 개의 서브 주파수 대역(211, 212 또는 214)의 중심 주파수 사이의 간격은 Fd일 수 있다. 예를 들면, 와이파이 통신 시스템에서 사용하는 2.4GHz 대역의 경우 각 서브 주파수 대역은 22MHz의 대역폭을 가지고, 각 서브 주파수 대역 간 차이는 5MHz이다. 다른 일실시 예에 따른 시스템의 경우, 각 서브 주파수 대역은 10MHz의 대역폭을 가지고, 각 서버 주파수 대역 간 차이는 2.5MHz일 수 있다.
도 1을 참조하여 최적화를 수행하고자 하는 무선 네트워크는 총 N개의 노드와 L개의 무선 링크로 구성되어 있다고 가정한다. 무선 네트워크 내에 있는 노드와 링크의 집합은 각각 N , L 로 표시될 수 있다. 일실시 예에 따라, N = {1, 2, 3, …, N}일 수 있고, L = {1, 2, 3, …, L}일 수 있다.
이때, 각 무선 링크에서 신호를 수신하는 수신 노드의 신호 대 간섭 및 잡음비 (signal to interference and noise ratio, SINR)(
Figure 112020030017995-pat00003
)는 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020030017995-pat00004
여기서,
Figure 112020030017995-pat00005
는 링크 j의 송신 노드에서의 송신 전력을 나타낸다.
Figure 112020030017995-pat00006
와
Figure 112020030017995-pat00007
는 링크 j의 송신 노드와 링크 i의 수신 노드 사이의 송신 안테나 이득 및 수신 안테나 이득을 각각 나타낸다.
Figure 112020030017995-pat00008
는 링크 j의 송신 노드와 링크 i의 수신 노드 사이의 무선 채널 이득을 나타낸다. n은 잡음 전력을 나타낸다.
그리고
Figure 112020030017995-pat00009
는 링크 j의 송신 노드와 링크 i의 수신 노드에 할당된 주파수의 중첩에 따른 간섭 지수를 나타낸다. 링크 j 및 링크 i에 할당되는 서브 주파수 대역의 중심 주파수가 각각, fj 및 fi라고 할 때,
Figure 112020030017995-pat00010
로 정의되고,
Figure 112020030017995-pat00011
는 도 3에 도시된 모델에 따라 획득할 수 있다.
도 3은 실측 기반의 중첩에 의한 주파수 간섭 지수 모델의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 간섭 지수 모델은 측정치의 선형성에 착안하여 측정치에 부분 선형 근사 모델을 적용하여 획득할 수 있다. 서로 다른 두 링크에 동일한 서브 주파수 대역이 할당되는 경우,
Figure 112020030017995-pat00012
이고, 이 두 링크 간의 간섭 지수는 1이 된다. 서로 다른 두 링크에 상이한 서브 주파수 대역이 할당되면, 할당된 서브 주파수 대역의 중심 주파수 간의 차이에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 간섭 영향이 줄어들 수 있다.
도 1에 도시된 무선 링크(121 내지 134) 각각은 양방향 링크이고, 각 링크 별로 통신 요구사항을 보장하기 위해 임계 SINR이 주어질 수 있다.
본 발명에서 최적화하고자 하는 것은 무선 네트워크에서 사용되는 주파수 대역을 최소화하면서 모든 링크의 SINR이 각자에 설정되는 임계 SINR 이상이 되도록 각 링크에 주파수를 할당하는 것이다. 여기서 각 노드의 임계 SINR은 각 노드가 전송할 데이터의 양 또는 각 링크 별로 요구되는 전송률을 고려하여 유도되는 최저 SINR일 수 있다.
이제 전체 대역을 K개의 서브 주파수 대역으로 분할한다고 정의한다. 그러면, 서브 주파수 대역의 집합 K = {1, 2, 3, …, K}로 표시될 수 있고, k번째 서브 주파수 대역의 중심 주파수 Fk=(k-1)Fd일 수 있다. 여기서, 도 2에 도시된 것처럼 Fd는 인접하는 서브 주파수 대역의 중심 주파수의 차이이다. 예를 들면, 주어진 총 대역폭이 60MHz이고, 서브 주파수 대역의 대역폭은 10MHz이고, Fd가 2.5MHz이면, K는 21이고, F1=0, F2=2.5MHz, F3=5MHz, ?, F21=50MHz일 수 있다.
최적화를 위한 작업을 위하여 수학식 2 및 3의 추가적인 변수들,
Figure 112020030017995-pat00013
및
Figure 112020030017995-pat00014
를 정의할 수 있다.
Figure 112020030017995-pat00015
Figure 112020030017995-pat00016
상술한 수학식 2 및 3에서 i는 1에서 L까지의 값을 가질 수 있고, k는 1에서 K까지의 값을 가질 수 있다.
본 발명에서는 모든 링크에서의 수신 SINR이 각 링크의 임계 값보다 크면서도 가능한한 적은 폭의 주파수 대역을 L개의 링크에 할당하는 최적화 방법 및 장치를 제안하고자 한다. 이를 위하여, 본 발명에서 제안하는 최적화 방법은 다음 수학식 4, 5 및 6의 제약조건을 만족하면서 수학식 7의 목적 함수 값을 최소화하는
Figure 112020030017995-pat00017
및
Figure 112020030017995-pat00018
를 찾는 것이다.
Figure 112020030017995-pat00019
Figure 112020030017995-pat00020
Figure 112020030017995-pat00021
여기서,
Figure 112020030017995-pat00022
Figure 112020030017995-pat00023
수학식 4의 제약 조건은 k번째 서브 주파수 대역의 임의의 링크에 할당된다면 k번째 서브 주파수 대역을 사용하고 있는 것으로 나타내기 위한 것이다. 일실시 예에 따라, k번째 서브 주파수 대역이 i번째 링크에 할당되는 경우,
Figure 112020030017995-pat00024
및
Figure 112020030017995-pat00025
를 동시에 1로 설정함으로써 수학식 4의 제약조건은 달성할 수 있다.
수학식 5의 제약 조건은 i번째 링크에 대해 K개의 서브 주파수 대역 중 하나의 서브 주파수 대역만을 할당하도록 하기 위한 것이다.
수학식 6의 제약 조건은 각 링크의 수신 노드에서의 수신 SINR이 임계 SINR(
Figure 112020030017995-pat00026
)보다 커야 한다는 것이다. 여기서,
Figure 112020030017995-pat00027
는 원하는 신호의 RSSI(received signal strength indicator)일 수 있고,
Figure 112020030017995-pat00028
는 간섭(interference) 신호의 RSSI일 수 있다.
Figure 112020030017995-pat00029
및
Figure 112020030017995-pat00030
는 i번째 링크의 수신 노드에서 수신 신호를 측정하여 획득할 수 있다. Bi에 대해서는 수학식 6에 설정된 값이외에도 임의의 큰 수를 사용하는 것도 가능하다. 따라서,
Figure 112020030017995-pat00031
가 0인 경우에는 왼쪽편의 값에 상관없이 항상 성립할 수 있다.
수학식 6의 제약 조건에서 각 링크에 하나의 서브 주파수 대역만 할당한다고 가정하면, 수학식 6은 특정 링크 i에 대해 다음 수학식 8처럼 간략화 될 수 있다.
Figure 112020030017995-pat00032
여기서, 링크 i에는 서브 주파수 대역 k가 할당되고, 링크 j에는 서브 주파수 대역 k'이 할당된 것을 가정하였다. 이를 좀 더 정리하면 다음 [수학식 9]를 획득할 수 있다.
Figure 112020030017995-pat00033
여기서
Figure 112020030017995-pat00034
는 링크 i와 링크 j에 할당된 서브 주파수 대역의 중심 주파수 간의 차이를 나타낸다.
수학식 7에 기초할 때 첫번째 서브 주파수 대역부터 링크에 할당될 수 있고, 할당되는 서브 주파수 대역의 번호(k)가 증가할수록(즉, 첫번째 서브 주파수 대역(k=1)에서 더 멀리 떨어져 있을수록) 수학식 7의 값이 기하급수적으로 커지게 된다. 따라서, 수학식 7을 최적화를 위한 조건 함수로 적용하여 최적화 알고리즘을 수행한다면 첫번째 서브 주파수 대역부터 시작하여 복수 개의 서브 주파수 대역이 링크에 할당될 때, 가능한 작은 k를 가지도록 할당하며, 그에 따라 사용되는 전체 주파수 대역의 폭이 작게 될 수 있다.
본 발명에서 제안하는 다른 일 실시 예에 따른 최적화 방법은 제약 조건으로 다음 수학식 10의 조건을 만족하면서 t를 최소화하는
Figure 112020030017995-pat00035
및
Figure 112020030017995-pat00036
를 찾는 것을 사용할 수 있다.
Figure 112020030017995-pat00037
수학식 10의 목적 함수에 따른 최적화 방법을 검토하면, k가 증가함에 따라 수학식 7은 기하급수적으로 증가하는 반면 수학식 10은 선형으로 증가하여, 수학식 10을 사용하는 경우 연속적인 서브 주파수 대역이 아닌 비연속적인 서브 주파수 대역들이 할당될 가능성이 수학식 7을 사용하는 경우보다 높을 수 있다.
상술한 수학식들을 바탕으로 최적화 프로그램을 실행할 수 있으며, 이때 최적화 프로그램의 입력은
Figure 112020030017995-pat00038
및
Figure 112020030017995-pat00039
로 구성되는 RSSI 행렬, 간섭 지수, 임계 SINR(
Figure 112020030017995-pat00040
), 서브 주파수 대역의 수(K), 인접한 서브 주파수 대역의 중심 주파수 간의 간격(fd)일 수 있다. 그리고 최적화 파라미터들은 다음 수학식 11과 같이
Figure 112020030017995-pat00041
및
Figure 112020030017995-pat00042
로 구성되는 행렬일 수 있다.
Figure 112020030017995-pat00043
최적화 프로그램의 출력 데이터는 최적화 파라미터들의 결과값일 수 있다. 최적화 파라미터의 결과값은 i번째 링크에 k번째 서브 주파수 대역이 할당되었음을 나타내는 1 또는 i번째 링크에 k번째 서브 주파수 대역이 할당되지 않았음을 나타내는 0일 수 있다. 일실시 예로 다음 수학식 12과 같은 최적화 파라미터 결과 행렬이 출력될 수 있다.
Figure 112020030017995-pat00044
도 4는 다양한 실시 예들에 따른 무선 네트워크에서 사용하는 주파수 대역을 최적화하는 주파수 할당 장치(400)를 도시한 도면이다. 도 4의 주파수 할당 장치(400)는 무선 네트워크 내의 어느 하나의 노드에 위치할 수 있거나 또는 노드와는 상관없이 별도의 장소에 위치할 수도 있다.
도 4를 참조하면, 주파수 할당 장치(400)는 통신부(410), 입력부(420) 및 프로세서(430)를 포함할 수 있다.
통신부(410)는 무선 네트워크 내의 모든 수신 노드로부터 각 송신 노드에서 전송되어 수신 노드가 수신한 신호를 측정한 수신 신호 강도(예: RSSI)를 획득할 수 있다. 일실시 예에 따라, 수신 노드는 주기적으로 수신 신호 강도를 측정하고, 측정한 결과를 주파수 할당 장치(400)로 전달할 수 있다.
입력부(420)는 주파수 간섭 지수 모델, 통신 요구사항, 주파수 할당 파라미터 등과 같이 주파수 할당 시에 필요한 정보를 사용자로부터 입력 받을 수 있다. 일실시 예에 따라, 주파수 할당 장치(400)는 입력부(420)를 구비하지 않고 통신부(410)를 통해 해당 정보를 획득할 수도 있다.
프로세서(430)는 통신부(410) 및/또는 입력부(420)를 통해 획득한 수신 신호 강도, 주파수 간섭 지수 모델, 통신 요구사항, 및/또는 주파수 할당 파라미터에 기초하여 상술한 최적화 방식에 따라 최적화를 수행하여 무선 네트워크 내의 각 링크에 할당할 서브 주파수 대역을 결정할 수 있다.
도 5에 도시된 무선 네트워크에서 주파수를 할당하는 예에 따라 주파수 할당 장치(400)의 동작을 설명한다.
도 5를 참조하면, 무선 네트워크에는 4개의 노드(501, 503, 505, 507)가 있고 제1 노드(501)와 제2 노드(503) 사이에 2개의 링크(521, 523) 그리고 제3 노드(505)와 제4 노드(507) 사이에 2개의 링크(525, 527)가 형성될 수 있다. 주파수 할당 장치(400)의 프로세서(430)는 통신부(410)를 통해 각 노드로부터 정보를 획득하거나 또는 입력부(420)를 통해 관리자로부터 해당 정보를 획득하여 무선 네트워크 내에 있는 노드의 수(N) 및 링크의 수(L)를 알 수 있다.
프로세서(430)는 통신부(410) 및/또는 입력부(420)를 통해 4개의 노드(501, 503, 505, 507)가 각 송신 노드로부터 받는 신호의 강도를 획득할 수 있다.
프로세서(430)은 해당 정보를 이용하여 RSSI 행렬을 생성할 수 있다.
RSSI 행렬은 다음 표 1와 같을 수 있다.
수신 강도(dB) 노드1 송신 노드2 송신 노드3 송신 노드4 송신
링크 1 노드1 수신 -∞ -77.20 -110.20 -∞
링크 2 노드2 수신 -77.20 -∞ -99.23 -117.10
링크 3 노드3 수신 -110.20 -99.23 -∞ -79.06
링크 4 노드4 수신 -∞ -117.10 -79.06 -∞
표 1에서 자신의 노드에서 송신한 신호는 수신되지 않는다고 가정하여 모두 -∞ 처리하였으며 노드 2 송신-> 노드1 수신, 노드1 송신 -> 노드 2 수신, 노드 3 송신 -> 노드 4 수신, 노드 4 송신 -> 노드 3 수신은 원하는 신호의 수신에 해당하고, 그 외의 송신에 의한 것은 간섭 전력으로 인식될 수 있다. 예를 들면 노드 1 수신의 경우 노드 1에서는 송신되지 않고, 노드 2에서 송신된 신호는 받고자 하는 원하는 신호의 수신에 해당하고, 노드 3 및 노드 4에서 송신된 신호는 원하는 신호의 수신을 방해하는 간섭 신호로 인식된다. 다만 노드 4에서 송신되는 신호가 지리적 환경과 같이 특수한 조건에 의하여 노드 1에 수신되지 않는다면 X로 표시할 수 있다.
프로세서(430)는 표 1에 도시된 것과 같은 RSSI 행렬을 주기적으로 갱신할 수 있다. 또한, 프로세서(430)는 노드 수의 변경, 링크 수의 변경과 같은 이벤트가 발생한 것을 인지한 경우에는 이벤트에 기초하여 RSSI 행렬을 갱신할 수도 있다.
프로세서(430)는 최적화를 수행하기 위한 파라미터들을 설정할 수 있다. 파라미터들은 다음 표 2에 있는 것일 수 있다. 일실시 예에 따라, 무선 네트워크 내 노드의 수는 설정되지 않을 수 있다.
파라미터 설명 예
N 무선 네트워크 내 노드의 수 4
L 데이터 전송을 위해 노드간 연결되는 링크의 수 4
K 서브 주파수 대역의 수 3
fd 인접하는 두 개의 서브 주파수 대역의 중심 주파수 간의 차이 2.5MHz
주파수
간섭지수		 주파수가 겹치거나 인접하는 경우 상대방에게 미치는 영향을 도시화한 것 도 3
Figure 112020030017995-pat00045
 임계 SINR. 각 수신 노드가 획득하여야 하는 최저 SINR 30dB
프로세서(430)는 최적화를 수행하기 위한 제약 조건 및 목적 함수를 설정할 수 있다. 일실시 예에 따라 프로세서(430)는 수학식 4, 5, 6의 제약 조건과 수학식 7의 값을 최소로 하는
Figure 112020030017995-pat00046
및
Figure 112020030017995-pat00047
을 구하는 것을 목적 함수로 할 수 있다. 여기서
Figure 112020030017995-pat00048
및
Figure 112020030017995-pat00049
는 수학식 2 및 3에의해 정의될 수 있다.
프로세서(430)는 구현되어 있는 최적화 알고리즘에 상술한, RSSI 행렬, 파라미터들, 제약 조건들 및 목적 함수를 입력하여 최적화를 수행할 수 있다.
일실시 예에 따라, 최적화를 수행한 결과는 다음 수학식 13에 나타난 것과 같은 행렬일 수 있다. 수학식 13에 도시된 행렬의 첫번째 행은 k번째 서브 주파수 대역이 어느 링크에라도 데이터 전송을 위하여 사용되었는 지를 나타내며, 두번째 행부터 다섯번째 행은 링크 1 내지 4가 어느 서브 주파수 대역을 사용하여야 하는 지를 나타낼 수 있다. 수학식 13에 도시된 예를 참조하면, 프로세서(430)에 의해 수행된 최적화 알고리즘은 링크 1 및 링크 4는 서브 주파수 대역 1을 사용하고, 링크 2는 서브 주파수 대역 2를, 링크 3은 서브 주파수 대역 3을 사용하도록 한 결과를 출력할 수 있다.
Figure 112020030017995-pat00050
도 6은 다양한 실시 예들에 따른 주파수 할당 장치(400)의 무선 네트워크에서 사용하는 주파수 대역의 폭을 최적화하는 동작을 도시한 흐름도이다. 주파수 할당 장치(400)가 수행하는 최적화 동작은 노드 수와 링크 수가 결정된 무선 네트워크에서 각 링크 간 데이터 전송을 위하여 사용되는 주파수 대역의 폭을 최소화하는 것이다. 예를 들면, 주파수 할당 장치(400)는 최적화 동작을 통해 연속되는 서브 주파수 대역들(k= 1, …, K) 중에서 첫번째 서브 주파수 대역(211)과 K번째 서브 주파수 대역(214)을 선택하는 것보다 첫번째 서브 주파수 대역(211)과 두번째 서브 주파수 대역(212) 또는 첫번째 서브 주파수 대역(211)과 세번째 서브 주파수 대역(213)을 선택하는 것이 사용되는 주파수 대역의 폭을 줄여 최적화된 것으로 판단할 수 있다. 도 2를 참조하면, 첫번째 서브 주파수 대역(211)과 K번째 서브 주파수 대역(214)이 선택되면, 사용되는 주파수 대역의 폭은 Fbw+(K-1)*Fd가 될 수 있다. 반면에 첫번째 서브 주파수 대역(211)과 두번째 서브 주파수 대역(212)이 선택되면, 사용되는 주파수 대역의 폭은 Fbw+Fd가 되고, 첫번째 서브 주파수 대역(211)과 세번째 서브 주파수 대역(213)이 선택되면, 사용되는 주파수 대역의 폭은 Fbw+2Fd가 될 수 있다.
도 6을 참조하면, 동작 S100에서, 주파수 할당 장치(400)는 최적화 수행을 위한 파라미터들을 설정할 수 있다. 일실시 예에 따라, 주파수 할당 장치(400)는 표 2에 도시된 것을 포함하는 파라미터를 설정할 수 있다.
표 2에 도시된 파라미터 중에서 주파수 간섭 지수는 미리 측정한 측정치를 기초로 선형 모델을 수행하여 도 3에 도시된 것과 같은 그래프 형태로 획득할 수 있다. 또는
Figure 112020030017995-pat00051
에 따른 주파수 간섭 지수를 데이터베이스 형태 또는 룩업테이블(lookup table) 형태로 메모리에 저장되어 있을 수 있다. 주파수 간섭 지수는 서브 주파수 대역의 대역폭에 따라 그 값이 상이할 수 있다. 따라서, 주파수 간섭 지수는 일단 서브 주파수 대역의 대역폭이 정해지면 그에 기초하여 시뮬레이션 또는 측정을 통해 획득할 수 있다. 서브 주파수 대역의 대역폭이 변경된다면 주파수 간섭 지수 또한 갱신될 필요가 있다.
주파수 할당 장치(400)는 통신부(410)를 통해 수신한 노드로부터의 정보 및/또는 입력부(420)를 통해 수신한 관리자로부터의 정보에 기초하여 간섭 지수를 제외한 나머지 파라미터들을 설정할 수 있다.
동작 S200에서, 주파수 할당 장치(400)는 RSSI 행렬을 획득할 수 있다. RSSI 행렬은 각 노드의 수신기에서 획득한 각 노드의 송신기에서 전송한 신호의 수신 신호의 세기를 나타내는 값일 수 있다. RSSI 행렬의 일 예가 표 2에 도시되어 있다. 표 2에 도시된 바와 같이 수신기에서 특정 노드의 송신 신호를 수신하지 못하는 경우 수신 신호의 세기가 없으므로 X로 표시할 수 있다.
각 노드는 각 노드의 송신기에서 전송한 신호의 수신 신호의 세기를 측정할 수 있다. 주파수 할당 장치(400)는 통신부(410) 및/또는 입력부(420)를 통해 각 노드로부터 측정된 수신 신호의 세기를 획득할 수 있다.
주파수 할당 장치(400)는 동작 S100 및 동작 S200을 동기화되지 않은 서로 상이한 주기로 수행하거나 또는 이벤트가 발생하여 특정 동작이 수행되어야 하는 경우에만 해당 동작 S100 또는 동작 S200을 수행할 수 있다.
동작 S300에서, 주파수 할당 장치(400)는 최적화 제한조건 및 목적 함수를 설정할 수 있다. 일실시 예에 따라, 최적화 제한조건은 수학식 4, 5 및 6과 같고 목적 함수는 수학식 7의 값을 최소화하는
Figure 112020030017995-pat00052
및
Figure 112020030017995-pat00053
을 구하는 것일 수 있다. 다른 일실시 예에 따라, 최적화 제한조건은 수학식 4, 5, 6 및 10과 같고 목적 함수는 t 값을 최소화하는
Figure 112020030017995-pat00054
및
Figure 112020030017995-pat00055
을 구하는 것일 수 있다.
동작 S400에서, 주파수 할당 장치(400)는 동작 S100에서 설정한 파라미터, 동작 S200에서 획득한 RSSI 행렬 및 동작 S300에서 획득한 최적화 제한 조건 및 목적 함수에 기초하여 최적화를 수행할 수 있다. 일실시 예에 따라, 주파수 할당 장치(400)는 상용의 최적화 프로그램을 이용하여 최적화를 수행하거나 또는 다른 일실시 예에 따라, 최적화 제한 조건 및 목적 함수를 달성할 수 있도록 최적화 프로그램을 직접 구현하여 최적화를 수행할 수 있다.
동작 S500에서, 주파수 할당 장치(400)는 동작 S400의 결과에 기초하여 각 링크에 대해 결정된 서브 주파수 대역을 데이터 통신을 위해 할당할 수 있다.
다음 표 3과 표 4는 시뮬레이션을 통하여 종래의 방법과 본 발명에서 제안하는 방법의 성능을 보여준다. 종래의 방법은 특허번호 10-1907678에서 제안하는 방식에 따른 결과이다.
표 3은 링크의 개수가 62개, 임계 SINR이 30dB, 서브 주파수 대역의 대역폭이 10MHz인 경우의 결과를 보여주고 있으며, 표 4는 링크의 개수가 80개, 임계 SINR이 30dB, 서브 주파수 대역의 대역폭이 10MHz인 경우의 결과를 보여주고 있다.
링크 수 62
1GHz 파라볼릭 안테나		 링크 수 62
7GHz 파라볼릭 안테나
종래 방식 본 발명 종래 방식 본 발명
최대 SINR[dB] 57.1969 52.8059 65.4919 43.5813
최소 SINR[dB] 31.3984 30.2201 31.3121 30.0531
평균 SINR[dB] 50.6116 41.8739 57.1724 37.3930
요구 대역폭[MHz] 126.0000 35.0000 54.6250 15.0000
링크 수 80
1GHz 파라볼릭 안테나		 링크 수 80
7GHz 파라볼릭 안테나
종래 방식 본 발명 종래 방식 본 발명
최대 SINR[dB] 56.5240 55.0604 65.0608 62.4502
최소 SINR[dB] 30.0077 30.0488 31.0227 30.0333
평균 SINR[dB] 50.5078 44.7813 53.7990 46.8449
요구 대역폭[MHz] 199.2500 70.0000 59.6250 20.0000
표3 및 표 4를 참조하면, 본 발명에 따른 방법은 종래 방법에 비하여 평균 SINR은 낮지만 모두 링크의 SINR이 임계 SINR(30dB)보다 높고, 요구 대역폭이 종래 방식의 27% 내지 34%만을 사용하고 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에서 제안하는 방법 및 장치는 노드 간 데이터 전송을 위해 요구되는 대역폭을 종래 방식에 비해 획기적으로 줄일 수 있을 것이다.
한편, 상술한 흐름도의 각 동작의 조합들은 컴퓨터 프로그램 명령들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 명령들은 범용 컴퓨터, 해당 명령을 수행하기 위해 특별히 제작된 컴퓨터, 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 또는 무선 네트워크 내의 각 노드의 프로세서에 탑재될 수 있다.
상술 컴퓨터 프로그램 명령들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체 등에 저장될 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 저장 매체는 메모리, USB, CD, 하드 디스크를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 무선 네트워크의 노드 간 무선 링크(link)에 데이터 전송을 위한 주파수 대역을 할당하는 주파수 할당 방법은 무선 네트워크 내 데이터 전송을 위한 노드 간 링크의 수(L), 데이터 전송을 위한 노드 간 링크에 할당될 수 있는 서브 주파수 대역의 수(K), 인접하는 두 개의 서브 주파수 대역의 중심 주파수 간의 차이(fd), 데이터 전송을 위한 서브 주파수 대역의 일부가 겹치거나 인접함에 따라 발생하는 간섭의 정도를 나타내는 주파수 간섭 지수, 각 무선 링크의 수신 노드가 획득하여야 하는 최저 SINR(signal to interference and noise ratio)을 나타내는 임계 SINR(
Figure 112020030017995-pat00056
)을 포함하는 파라미터들을 설정하는 동작, 상기 무선 네트워크의 각 노드에서 다른 노드로부터 수신한 신호의 세기를 나타내는 RSSI(received signal strength indicator) 정보를 생성하는 동작, 상기 링크 각각에 하나의 서브 주파수 대역만을 할당하는 제1 조건 및 상기 각 무선 링크의 수신 노드가 획득하는 SINR이 상기 임계 SINR보다 커야 한다는 제2 조건을 포함하는 최적화 제약 조건을 설정하는 동작, 사용될 주파수를 최소로 하기 위한 최적화 목적 함수를 설정하는 동작, 상기 설정된 파라미터들, 상기 RSSI 정보, 상기 최적화 제약 조건 및 상기 최적화 목적 함수에 기초하여 최적화를 수행하여 각 무선 링크별 사용할 서브 주파수 대역을 선택하는 동작 및 상기 각 무선 링크별 선택된 서브 주파수 대역을 상기 각 무선 링크에 할당하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 서브 주파수 대역의 대역폭을 설정하는 동작 및 상기 무선 네트워크 내에서의 실제 측정을 통해 상기 주파수 간섭 지수를 획득하는 동작을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 최적화 목적 함수는
Figure 112020030017995-pat00057
의 값을 최소로 하는
Figure 112020030017995-pat00058
행렬을 찾는 것이고,
Figure 112020030017995-pat00059
는 1 또는 0의 값을 가지고, 1인 경우에는 K개의 서브 주파수 대역 중에서 k번째 서브 주파수 대역이 사용되어야 함을 나타내고, 0인 경우에는 상기 k번째 서브 주파수 대역이 사용되지 않음을 나타낼 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 최적화 목적 함수는
Figure 112020030017995-pat00060
또는
Figure 112020030017995-pat00061
의 값을 최소로 하는
Figure 112020030017995-pat00062
행렬을 찾는 것일 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 RSSI 정보를 생성하는 동작은 상기 무선 네트워크 내의 다른 노드에서 송신된 신호의 수신 신호 세기를 측정한 결과를 상기 무선 네트워크 내의 노드들로부터 수신하는 동작 및 상기 수신한 결과에 기초하여 상기 RSSI 정보를 생성하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 제2 조건은 모든 링크 i에 대해
Figure 112020030017995-pat00063
을 만족하여야 한다는 것으로 표현될 수 있고, 여기서,
Figure 112020030017995-pat00064
는 링크 i의 송신 노드에 의해 전송된 신호의 RSSI를 나타내고,
Figure 112020030017995-pat00065
는 링크 i의 송신 노드가 아닌 다른 송신 노드에 의해 전송된 신호의 RSSI를 나타내고,
Figure 112020030017995-pat00066
는 링크 i가 사용할 서브 주파수 대역의 중심 주파수와 링크 j가 사용할 서브 주파수 대역의 중심 주파수 간의 차이를 나타내고,
Figure 112020030017995-pat00067
는 주파수 차이가
Figure 112020030017995-pat00068
일때의 주파수 간섭 지수를 나타내고, n는 잡음 전력을 나타낼 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 무선 네트워크의 노드 간 무선 링크(link)에 데이터 전송을 위한 주파수 대역을 할당하는 주파수 할당 장치는 상기 무선 네트워크의 노드와 통신을 위한 통신부 및 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 무선 네트워크 내 데이터 전송을 위한 노드 간 링크의 수(L), 데이터 전송을 위한 노드 간 링크에 할당될 수 있는 서브 주파수 대역의 수(K), 인접하는 두 개의 서브 주파수 대역의 중심 주파수 간의 차이(fd), 데이터 전송을 위한 서브 주파수 대역의 일부가 겹치거나 인접함에 따라 발생하는 간섭의 정도를 나타내는 주파수 간섭 지수, 각 무선 링크의 수신 노드가 획득하여야 하는 최저 SINR(signal to interference and noise ratio)을 나타내는 임계 SINR(
Figure 112020030017995-pat00069
)을 포함하는 파라미터들을 설정하고, 상기 무선 네트워크의 각 노드에서 다른 노드로부터 수신한 신호의 세기를 나타내는 RSSI(received signal strength indicator) 정보를 생성하고, 상기 링크 각각에 하나의 서브 주파수 대역만을 할당하는 제1 조건 및 상기 각 무선 링크의 수신 노드가 획득하는 SINR이 상기 임계 SINR보다 커야 한다는 제2 조건을 포함하는 최적화 제약 조건을 설정하고, 사용될 주파수 대역의 폭을 최소로 하기 위한 최적화 목적 함수를 설정하고, 상기 설정된 파라미터들, 상기 RSSI 정보, 상기 최적화 제약 조건 및 상기 최적화 목적 함수에 기초하여 최적화를 수행하여 각 무선 링크별 사용할 서브 주파수 대역을 선택하고, 상기 각 무선 링크별 선택된 서브 주파수 대역을 상기 각 무선 링크에 할당할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 프로세서는 상기 서브 주파수 대역의 대역폭을 설정하고, 상기 무선 네트워크 내에서의 실제 측정을 통해 상기 주파수 간섭 지수를 획득할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 프로세서는 상기 통신부를 통해 상기 무선 네트워크 내의 다른 노드에서 송신된 신호의 수신 신호 세기를 측정한 결과를 상기 무선 네트워크 내의 노드들로부터 수신하고, 상기 수신한 결과에 기초하여 상기 RSSI 정보를 생성할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 주파수 할당 장치는 관리자의 설정 입력을 수신하는 입력부를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 입력부를 통한 상기 관리자의 설정 입력에 기초하여 상기 노드 간 링크의 수(L), 상기 서브 주파수 대역의 수(K), 상기 인접하는 두 개의 서브 주파수 대역의 중심 주파수 간의 차이(fd), 상기 임계 SINR(
Figure 112020030017995-pat00070
) 정보를 획득할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 컴퓨터 상에서 실행될 때, 상술한 주파수 할당 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능한 저장 매체를 포함할 수 있다.

Claims (14)

  1. 무선 네트워크의 노드 간 무선 링크(link)에 데이터 전송을 위한 주파수 대역을 할당하는 주파수 할당 방법에 있어서,
    무선 네트워크 내 데이터 전송을 위한 노드 간 링크의 수(L), 데이터 전송을 위한 노드 간 링크에 할당될 수 있는 서브 주파수 대역의 수(K), 인접하는 두 개의 서브 주파수 대역의 중심 주파수 간의 차이(fd), 데이터 전송을 위한 서브 주파수 대역의 일부가 겹치거나 인접함에 따라 발생하는 간섭의 정도를 나타내는 주파수 간섭 지수, 각 무선 링크의 수신 노드가 획득하여야 하는 최저 SINR(signal to interference and noise ratio)을 나타내는 임계 SINR(
    Figure 112020030017995-pat00071
    )을 포함하는 파라미터들을 설정하는 동작;
    상기 무선 네트워크의 각 노드에서 다른 노드로부터 수신한 신호의 세기를 나타내는 RSSI(received signal strength indicator) 정보를 생성하는 동작;
    상기 링크 각각에 하나의 서브 주파수 대역만을 할당하는 제1 조건 및 상기 각 무선 링크의 수신 노드가 획득하는 SINR이 상기 임계 SINR보다 커야 한다는 제2 조건을 포함하는 최적화 제약 조건을 설정하는 동작;
    사용될 주파수 대역의 폭을 최소로 하기 위한 최적화 목적 함수를 설정하는 동작;
    상기 설정된 파라미터들, 상기 RSSI 정보, 상기 최적화 제약 조건 및 상기 최적화 목적 함수에 기초하여 최적화를 수행하여 각 무선 링크별 사용할 서브 주파수 대역을 선택하는 동작; 및
    상기 각 무선 링크별 선택된 서브 주파수 대역을 상기 각 무선 링크에 할당하는 동작을 포함하는, 주파수 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서브 주파수 대역의 대역폭을 설정하는 동작; 및
    상기 무선 네트워크 내에서의 실제 측정을 통해 상기 주파수 간섭 지수를 획득하는 동작을 더 포함하는, 주파수 할당 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 최적화 목적 함수는
    Figure 112020030017995-pat00072
    의 값을 최소로 하는
    Figure 112020030017995-pat00073
    행렬을 찾는 것이고,
    Figure 112020030017995-pat00074
    는 1 또는 0의 값을 가지고, 1인 경우에는 K개의 서브 주파수 대역 중에서 k번째 서브 주파수 대역이 사용되어야 함을 나타내고, 0인 경우에는 상기 k번째 서브 주파수 대역이 사용되지 않음을 나타내는, 주파수 할당 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 최적화 목적 함수는
    Figure 112020030017995-pat00075
    또는
    Figure 112020030017995-pat00076
    의 값을 최소로 하는
    Figure 112020030017995-pat00077
    행렬을 찾는 것이고,
    Figure 112020030017995-pat00078
    는 1 또는 0의 값을 가지고, 1인 경우에는 K개의 서브 주파수 대역 중에서 k번째 서브 주파수 대역이 사용되어야 함을 나타내고, 0인 경우에는 상기 k번째 서브 주파수 대역이 사용되지 않음을 나타내는, 주파수 할당 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 RSSI 정보를 생성하는 동작은,
    상기 무선 네트워크 내의 다른 노드에서 송신된 신호의 수신 신호 세기를 측정한 결과를 상기 무선 네트워크 내의 노드들로부터 수신하는 동작; 및
    상기 수신한 수신 신호 세기를 측정한 결과에 기초하여 상기 RSSI 정보를 생성하는 동작을 포함하는, 주파수 할당 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 조건은 모든 링크 i에 대해
    Figure 112020030017995-pat00079
    을 만족하여야 한다는 것으로 표현될 수 있고, 여기서,
    Figure 112020030017995-pat00080
    는 링크 i의 송신 노드에 의해 전송된 신호의 RSSI를 나타내고,
    Figure 112020030017995-pat00081
    는 링크 i의 송신 노드가 아닌 다른 송신 노드에 의해 전송된 신호의 RSSI를 나타내고,
    Figure 112020030017995-pat00082
    는 링크 i가 사용할 서브 주파수 대역의 중심 주파수와 링크 j가 사용할 서브 주파수 대역의 중심 주파수 간의 차이를 나타내고,
    Figure 112020030017995-pat00083
    는 주파수 차이가
    Figure 112020030017995-pat00084
    일때의 주파수 간섭 지수를 나타내고, n은 잡음 전력을 나타내는, 주파수 할당 방법.
  7. 무선 네트워크의 노드 간 무선 링크(link)에 데이터 전송을 위한 주파수 대역을 할당하는 주파수 할당 장치에 있어서,
    상기 무선 네트워크의 노드와 통신을 위한 통신부; 및
    프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 무선 네트워크 내 데이터 전송을 위한 노드 간 링크의 수(L), 데이터 전송을 위한 노드 간 링크에 할당될 수 있는 서브 주파수 대역의 수(K), 인접하는 두 개의 서브 주파수 대역의 중심 주파수 간의 차이(fd), 데이터 전송을 위한 서브 주파수 대역의 일부가 겹치거나 인접함에 따라 발생하는 간섭의 정도를 나타내는 주파수 간섭 지수, 각 무선 링크의 수신 노드가 획득하여야 하는 최저 SINR(signal to interference and noise ratio)을 나타내는 임계 SINR(
    Figure 112020030017995-pat00085
    )을 포함하는 파라미터들을 설정하고,
    상기 무선 네트워크의 각 노드에서 다른 노드로부터 수신한 신호의 세기를 나타내는 RSSI(received signal strength indicator) 정보를 생성하고,
    상기 링크 각각에 하나의 서브 주파수 대역만을 할당하는 제1 조건 및 상기 각 무선 링크의 수신 노드가 획득하는 SINR이 상기 임계 SINR보다 커야 한다는 제2 조건을 포함하는 최적화 제약 조건을 설정하고,
    사용될 주파수 대역의 폭을 최소로 하기 위한 최적화 목적 함수를 설정하고,
    상기 설정된 파라미터들, 상기 RSSI 정보, 상기 최적화 제약 조건 및 상기 최적화 목적 함수에 기초하여 최적화를 수행하여 각 무선 링크별 사용할 서브 주파수 대역을 선택하고,
    상기 각 무선 링크별 선택된 서브 주파수 대역을 상기 각 무선 링크에 할당하는, 주파수 할당 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 서브 주파수 대역의 대역폭을 설정하고,
    상기 무선 네트워크 내에서의 실제 측정을 통해 상기 주파수 간섭 지수를 획득하는, 주파수 할당 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 최적화 목적 함수는
    Figure 112020030017995-pat00086
    의 값을 최소로 하는
    Figure 112020030017995-pat00087
    행렬을 찾는 것이고,
    Figure 112020030017995-pat00088
    는 1 또는 0의 값을 가지고, 1인 경우에는 K개의 서브 주파수 대역 중에서 k번째 서브 주파수 대역이 사용되어야 함을 나타내고, 0인 경우에는 상기 k번째 서브 주파수 대역이 사용되지 않음을 나타내는, 주파수 할당 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 최적화 목적 함수는
    Figure 112020030017995-pat00089
    또는
    Figure 112020030017995-pat00090
    의 값을 최소로 하는
    Figure 112020030017995-pat00091
    행렬을 찾는 것이고,
    Figure 112020030017995-pat00092
    는 1 또는 0의 값을 가지고, 1인 경우에는 K개의 서브 주파수 대역 중에서 k번째 서브 주파수 대역이 사용되어야 함을 나타내고, 0인 경우에는 상기 k번째 서브 주파수 대역이 사용되지 않음을 나타내는, 주파수 할당 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 통신부를 통해 상기 무선 네트워크 내의 다른 노드에서 송신된 신호의 수신 신호 세기를 측정한 결과를 상기 무선 네트워크 내의 노드들로부터 수신하고,
    상기 수신한 수신 신호 세기를 측정한 결과에 기초하여 상기 RSSI 정보를 생성하는, 주파수 할당 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제2 조건은 모든 링크 i에 대해
    Figure 112020030017995-pat00093
    을 만족하여야 한다는 것으로 표현될 수 있고, 여기서,
    Figure 112020030017995-pat00094
    는 링크 i의 송신 노드에 의해 전송된 신호의 RSSI를 나타내고,
    Figure 112020030017995-pat00095
    는 링크 i의 송신 노드가 아닌 다른 송신 노드에 의해 전송된 신호의 RSSI를 나타내고,
    Figure 112020030017995-pat00096
    는 링크 i가 사용할 서브 주파수 대역의 중심 주파수와 링크 j가 사용할 서브 주파수 대역의 중심 주파수 간의 차이를 나타내고,
    Figure 112020030017995-pat00097
    는 주파수 차이가
    Figure 112020030017995-pat00098
    일때의 주파수 간섭 지수를 나타내고, n은 잡음 전력을 나타내는, 주파수 할당 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    관리자의 설정 입력을 수신하는 입력부를 더 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 입력부를 통한 상기 관리자의 설정 입력에 기초하여 상기 노드 간 링크의 수(L), 상기 서브 주파수 대역의 수(K), 상기 인접하는 두 개의 서브 주파수 대역의 중심 주파수 간의 차이(fd), 상기 임계 SINR(
    Figure 112020030017995-pat00099
    )을 획득하는, 주파수 할당 장치.
  14. 컴퓨터 상에서 실행될 때, 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 주파수 할당 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능한 저장 매체.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220049852A (ko) * 2020-10-15 2022-04-22 국방과학연구소 복수의 링크에 주파수를 할당하는 방법 및 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101533877B1 (ko) * 2013-04-16 2015-07-09 한국과학기술원 이진 정수 계획법을 이용한 스펙트럼 경매 기반의 동적 스펙트럼 할당 장치 및 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101533877B1 (ko) * 2013-04-16 2015-07-09 한국과학기술원 이진 정수 계획법을 이용한 스펙트럼 경매 기반의 동적 스펙트럼 할당 장치 및 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Pangun Park et al., "Robust Channel Allocation with Heterogeneous Requirements for Wireless Mesh Backbone Networks". MDPI Sensors, Vol. 18, No.8, Aug. 2018. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220049852A (ko) * 2020-10-15 2022-04-22 국방과학연구소 복수의 링크에 주파수를 할당하는 방법 및 장치
KR102432850B1 (ko) 2020-10-15 2022-08-16 국방과학연구소 복수의 링크에 주파수를 할당하는 방법 및 장치

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