KR102153923B1 - Wireless communication control device performing signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in three-dimensional space and operating method thereof - Google Patents

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KR102153923B1 KR1020190119629A KR20190119629A KR102153923B1 KR 102153923 B1 KR102153923 B1 KR 102153923B1 KR 1020190119629 A KR1020190119629 A KR 1020190119629A KR 20190119629 A KR20190119629 A KR 20190119629A KR 102153923 B1 KR102153923 B1 KR 102153923B1
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Abstract

The present invention proposes a wireless communication control apparatus and an operation method thereof for performing signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a three-dimensional space. Accordingly, it it possible to prevent signal eavesdropping by a third party and improve diversity gain at the receiving side in a wireless sensor network.

Description

3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치 및 그 동작 방법{WIRELESS COMMUNICATION CONTROL DEVICE PERFORMING SIGNAL TRANSMISSION PROCESSING BASED ON ANALOG COOPERATIVE BEAMFORMING THROUGH COMMUNICATION NODES DISTRIBUTED IN THREE-DIMENSIONAL SPACE AND OPERATING METHOD THEREOF}A wireless communication control device that performs signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a 3D space, and its operation method {WIRELESS COMMUNICATION CONTROL DEVICE PERFORMING SIGNAL TRANSMISSION PROCESSING BASED ON ANALOG COOPERATIVE BEAMFORMING THROUGH COMMUNICATION NODES DISTRIBUTED IN THREE-DIMENSIONAL SPACE AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치 및 그 동작 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a wireless communication control apparatus for performing signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a 3D space, and a method of operating the same.

최근, 사물인터넷 등의 기술이 발전함에 따라 무선 센서 네트워크에 대한 관심이 높아지고 있다.Recently, as technologies such as the Internet of Things have developed, interest in wireless sensor networks is increasing.

무선 센서 네트워크는 다양한 센서를 통해 센싱 데이터를 획득하여 관리자에게 제공할 수 있다는 점에서 물류, 유통, 환경 감시, 홈 오토메이션 등과 같은 다양한 분야에서 활용되고 있다.The wireless sensor network is being used in various fields such as logistics, distribution, environmental monitoring, and home automation because it can acquire sensing data through various sensors and provide it to the manager.

무선 센서 네트워크는 공장이나 군사 분야 등에서도 센싱 데이터의 획득 및 전송에 활용되고 있기 때문에 고도의 보안이 유지될 필요가 있다. 하지만, 무선 네트워크의 특징으로 인해 데이터 수신측으로 데이터가 전송되는 과정에서 제3자에 의해 신호 도청의 가능성을 배제할 수 없는 실정이다.Since the wireless sensor network is used for acquisition and transmission of sensing data in factories and military fields, it is necessary to maintain a high level of security. However, due to the characteristics of the wireless network, the possibility of signal eavesdropping by a third party in the process of transmitting data to the data receiving side cannot be excluded.

제3자에 의한 도청을 차단하기 위한 방안으로, 데이터를 암호화하여 전송하는 방식이 고려될 수 있지만, 무선 센서 네트워크에 사용되는 통신 노드들은 성능이 높은 편이 아니기 때문에 데이터의 암호화를 위한 암호화 프로토콜을 적용하기 적합하지 않을 수 있다.As a method to block eavesdropping by a third party, a method of encrypting and transmitting data may be considered, but since the communication nodes used in the wireless sensor network are not of high performance, an encryption protocol for data encryption is applied. It may not be suitable for

관련해서, 제3자에 의한 도청을 차단하기 위한 방식으로 빔포밍(Beamforming)이 고려될 수 있다. 빔포밍은 특정 데이터 수신측으로만 데이터가 전송될 수 있도록 하는 기술을 의미하며, 보통 데이터 전송측에서는 소정의 빔포밍 벡터를 이용하여 전송하고자 하는 신호를 프리코딩한 후 데이터 수신측으로 전송하기 때문에 빔포밍 벡터를 공유하고 있는 데이터 수신측에서만 전송 데이터를 복원해낼 수 있어서, 제3자에 의한 도청을 차단하는데 효과적으로 사용될 수 있다.In this regard, beamforming may be considered as a method for blocking eavesdropping by a third party. Beamforming refers to a technology that allows data to be transmitted only to a specific data receiving side, and a beamforming vector is usually transmitted to the data receiving side after precoding the signal to be transmitted using a predetermined beamforming vector in the data transmitting side. Since transmission data can be recovered only from the data receiving side sharing the data, it can be effectively used to block eavesdropping by a third party.

아울러, 무선 센서 네트워크에서 데이터 수신측의 다이버시티 이득을 향상시키기 위한 방안으로 아날로그 협력 빔포밍 방식의 도입을 고려할 수 있다. 무선 센서 네트워크를 구성하는 다수의 통신 노드들이 데이터를 협력 빔포밍을 통해 데이터 수신측으로 전송하도록 네트워크를 구성한다면, 데이터 수신측으로의 빔포밍으로 인해 제3자의 도청 가능성을 차단할 수 있고, 다수의 통신 노드들의 협력 통신으로 인해 데이터 수신측에서의 높은 다이버시티 이득을 달성할 수 있다.In addition, the introduction of an analog cooperative beamforming method may be considered as a method for improving the diversity gain of the data receiving side in the wireless sensor network. If the network is configured so that a plurality of communication nodes constituting the wireless sensor network transmit data to the data receiving side through cooperative beamforming, it is possible to block the possibility of eavesdropping by a third party due to beamforming to the data receiving side, and multiple communication nodes It is possible to achieve a high diversity gain at the data receiving side due to the cooperative communication between them.

따라서, 무선 센서 네트워크에서 네트워크를 구성하는 다수의 통신 노드들을 활용한 아날로그 협력 빔포밍 방식의 신호 전송 처리 기술에 대한 연구가 필요하며, 이와 더불어 협력 빔포밍에 참여할 최적의 통신 노드들을 선별하는 방식에 대한 연구가 필요하다.Therefore, it is necessary to study the signal transmission processing technology of the analog cooperative beamforming method using a plurality of communication nodes constituting the network in the wireless sensor network, and in addition to the method of selecting the optimal communication nodes to participate in the cooperative beamforming. Research is needed.

본 발명은 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치 및 그 동작 방법을 제시함으로써, 무선 센서 네트워크에서 제3자에 의한 신호 도청을 방지함과 동시에 수신측의 다이버시티 이득을 향상시킬 수 있도록 지원하고자 한다.The present invention proposes a wireless communication control apparatus and an operating method for performing signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a three-dimensional space, thereby eavesdropping a signal by a third party in a wireless sensor network. It is intended to support to improve the diversity gain of the receiving side while preventing this.

본 발명의 일실시예에 따른 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치는 무선 센서 네트워크를 구성하는 n(n은 3이상의 자연수)개 통신 노드들 - 상기 n개의 통신 노드들은 미리 설정된 3차원의 제1 공간 상에 분포되어 있음 - 의 고유 식별 번호가 저장되어 있는 식별 번호 저장부, 제1 신호 수신 장치로 제1 센싱 데이터를 전송해야 하는 전송 이벤트가 발생하는 경우, 상기 n개의 통신 노드들 중 상기 제1 신호 수신 장치로 상기 제1 센싱 데이터를 아날로그 협력 빔포밍(Analog Cooperative Beamforming)에 기반하여 전송하기 위한 k(k는 2이상의 자연수로 n보다 작은 수임)개의 통신 노드들을 선택하는 통신 노드 선택부 및 상기 k개의 통신 노드들이 선택되면, 상기 k개의 통신 노드들의 고유 식별 번호를 기초로 상기 k개의 통신 노드들을 식별한 후 상기 k개의 통신 노드들로 상기 제1 센싱 데이터를 상기 제1 신호 수신 장치로 아날로그 협력 빔포밍에 기반하여 협력 전송하도록 지시하는 제어 명령 신호를 전송하는 제어 명령 신호 전송부를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a wireless communication control device that performs signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a three-dimensional space is n (n is a natural number of 3 or more) constituting a wireless sensor network. ) Communication nodes-the n communication nodes are distributed in a preset three-dimensional first space-an identification number storage unit in which a unique identification number is stored, and the first sensing data is transmitted to the first signal receiving device. When a transmission event to be transmitted occurs, k (k is 2) for transmitting the first sensing data to the first signal receiving apparatus among the n communication nodes based on analog cooperative beamforming. The k communication nodes are identified based on the unique identification numbers of the k communication nodes when the communication node selection unit for selecting communication nodes and the k communication nodes are selected. and a control command signal transmission unit for transmitting a control command signal instructing the k communication nodes to cooperatively transmit the first sensing data to the first signal receiving apparatus based on analog cooperative beamforming.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치의 동작 방법은 무선 센서 네트워크를 구성하는 n(n은 3이상의 자연수)개 통신 노드들 - 상기 n개의 통신 노드들은 미리 설정된 3차원의 제1 공간 상에 분포되어 있음 - 의 고유 식별 번호가 저장되어 있는 식별 번호 저장부를 유지하는 단계, 제1 신호 수신 장치로 제1 센싱 데이터를 전송해야 하는 전송 이벤트가 발생하는 경우, 상기 n개의 통신 노드들 중 상기 제1 신호 수신 장치로 상기 제1 센싱 데이터를 아날로그 협력 빔포밍(Analog Cooperative Beamforming)에 기반하여 전송하기 위한 k(k는 2이상의 자연수로 n보다 작은 수임)개의 통신 노드들을 선택하는 단계 및 상기 k개의 통신 노드들이 선택되면, 상기 k개의 통신 노드들의 고유 식별 번호를 기초로 상기 k개의 통신 노드들을 식별한 후 상기 k개의 통신 노드들로 상기 제1 센싱 데이터를 상기 제1 신호 수신 장치로 아날로그 협력 빔포밍에 기반하여 협력 전송하도록 지시하는 제어 명령 신호를 전송하는 단계를 포함한다.In addition, the operating method of the wireless communication control apparatus for performing signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a three-dimensional space according to an embodiment of the present invention is n ( n is a natural number of 3 or more) communication nodes-the n communication nodes are distributed in a preset three-dimensional first space-maintaining an identification number storage unit in which a unique identification number of is stored, a first signal When a transmission event in which first sensing data must be transmitted to a receiving device occurs, the first sensing data is transmitted to the first signal receiving device among the n communication nodes based on analog cooperative beamforming. Selecting k communication nodes for transmission (k is a natural number of 2 or more and less than n), and when the k communication nodes are selected, the k communication nodes based on the unique identification numbers of the k communication nodes And transmitting a control command signal instructing the k communication nodes to cooperatively transmit the first sensing data to the first signal receiving apparatus based on analog cooperative beamforming after identifying them.

본 발명은 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치 및 그 동작 방법을 제시함으로써, 무선 센서 네트워크에서 제3자에 의한 신호 도청을 방지함과 동시에 수신측의 다이버시티 이득을 향상시킬 수 있다.The present invention proposes a wireless communication control apparatus and an operating method for performing signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a three-dimensional space, thereby eavesdropping a signal by a third party in a wireless sensor network. At the same time, the diversity gain of the receiving side can be improved.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치의 동작 방법을 도시한 순서도이다.
1 is a diagram illustrating a structure of a wireless communication control apparatus that performs signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a 3D space according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an operation of a wireless communication control apparatus that performs signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a 3D space according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of operating a wireless communication control apparatus for performing signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a three-dimensional space according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 이러한 설명은 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였으며, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 본 명세서 상에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. This description is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. While describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar components, and unless otherwise defined, all terms used in the present specification including technical or scientific terms refer to common knowledge in the technical field to which the present invention belongs. It has the same meaning as commonly understood by someone who has it.

본 문서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예들에 있어서, 각 구성요소들, 기능 블록들 또는 수단들은 하나 또는 그 이상의 하부 구성요소로 구성될 수 있고, 각 구성요소들이 수행하는 전기, 전자, 기계적 기능들은 전자회로, 집적회로, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등 공지된 다양한 소자들 또는 기계적 요소들로 구현될 수 있으며, 각각 별개로 구현되거나 2 이상이 하나로 통합되어 구현될 수도 있다. In this document, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated. In addition, in various embodiments of the present invention, each component, functional blocks or means may be composed of one or more sub-components, and the electrical, electronic, and mechanical functions performed by each component are electronic. A circuit, an integrated circuit, and an application specific integrated circuit (ASIC) may be implemented with various known devices or mechanical elements, and may be implemented separately or two or more may be integrated into one.

한편, 첨부된 블록도의 블록들이나 흐름도의 단계들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터, 휴대용 노트북 컴퓨터, 네트워크 컴퓨터 등 데이터 프로세싱이 가능한 장비의 프로세서나 메모리에 탑재되어 지정된 기능들을 수행하는 컴퓨터 프로그램 명령들(instructions)을 의미하는 것으로 해석될 수 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 명령들은 컴퓨터 장치에 구비된 메모리 또는 컴퓨터에서 판독 가능한 메모리에 저장될 수 있기 때문에, 블록도의 블록들 또는 흐름도의 단계들에서 설명된 기능들은 이를 수행하는 명령 수단을 내포하는 제조물로 생산될 수도 있다. 아울러, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 명령들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 가능한 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 정해진 순서와 달리 실행되는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 실질적으로 동시에 수행되거나, 역순으로 수행될 수 있으며, 경우에 따라 일부 블록들 또는 단계들이 생략된 채로 수행될 수도 있다.On the other hand, the blocks of the attached block diagram and the steps in the flowchart are computer program instructions that are mounted on a processor or memory of equipment capable of processing data such as a general-purpose computer, a special-purpose computer, a portable notebook computer, and a network computer to perform specified functions. It can be interpreted as meaning. Since these computer program instructions can be stored in a memory provided in a computer device or in a memory readable by a computer, the functions described in the blocks in the block diagram or in the steps in the flowchart are produced as a product containing the instruction means to perform this. It could be. In addition, each block or each step may represent a module, segment, or part of code including one or more executable instructions for executing the specified logical function(s). In addition, it should be noted that in some alternative embodiments, functions mentioned in blocks or steps may be executed in a different order. For example, two blocks or steps shown in succession may be performed substantially simultaneously or may be performed in reverse order, and in some cases, some blocks or steps may be omitted.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치의 구조를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a structure of a wireless communication control apparatus that performs signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a 3D space according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 무선 통신 제어 장치(110)는 식별 번호 저장부(111), 통신 노드 선택부(112) 및 제어 명령 신호 전송부(113)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a wireless communication control apparatus 110 according to the present invention includes an identification number storage unit 111, a communication node selection unit 112, and a control command signal transmission unit 113.

식별 번호 저장부(111)에는 무선 센서 네트워크를 구성하는 n(n은 3이상의 자연수)개 통신 노드들의 고유 식별 번호가 저장되어 있다.The identification number storage unit 111 stores unique identification numbers of n (n is a natural number of 3 or more) communication nodes constituting the wireless sensor network.

여기서, 상기 n개의 통신 노드들은 미리 설정된 3차원의 제1 공간 상에 분포되어 있다.Here, the n communication nodes are distributed on a first three-dimensional space set in advance.

이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 3차원의 제1 공간은 미리 설정된 길이의 반지름을 갖는 3차원 구형 공간이고, 상기 n개의 통신 노드들은 상기 3차원 구형 공간 내에서 3차원 가우시안 분포(Gaussian Distribution)에 따라 분포되어 있을 수 있다.In this case, according to an embodiment of the present invention, the three-dimensional first space is a three-dimensional spherical space having a radius of a preset length, and the n communication nodes are a three-dimensional Gaussian distribution in the three-dimensional spherical space ( Gaussian Distribution).

관련해서, 도 2에는 상기 n개의 통신 노드들이 3차원 구형 공간에 분포되어 있는 상태를 설명하기 위한 개념도가 도시되어 있다.In relation to this, FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a state in which the n communication nodes are distributed in a three-dimensional spherical space.

도 2에 도시된 그림과 같이, 상기 n개의 통신 노드들은 미리 설정된 길이의 반지름을 갖는 3차원 구형 공간 내에 분포되어 있을 수 있고, 이때, 상기 n개의 통신 노드들의 상기 3차원 구형 공간 내에서의 분포는 3차원 가우시안 분포를 따를 수 있다.As illustrated in FIG. 2, the n communication nodes may be distributed in a three-dimensional spherical space having a radius of a preset length, and at this time, the distribution of the n communication nodes in the three-dimensional spherical space Can follow a three-dimensional Gaussian distribution.

관련해서, 도면부호 211로 표시한 점이 n개의 통신 노드들 중 하나의 통신 노드를 의미하고, 각 통신 노드들의 위치는 3차원 구면 좌표계로 표현될 수 있다.In connection, a point indicated by reference numeral 211 denotes one communication node among n communication nodes, and the positions of each communication node may be expressed in a three-dimensional spherical coordinate system.

그리고, 도면부호 212로 표시한 점은 무선 센서 네트워크를 통해 센싱 데이터를 수신하는 신호 수신 장치를 표현한 것으로, 신호 수신 장치의 위치도 3차원 구면 좌표계로 표현될 수 있다.Further, a point indicated by reference numeral 212 represents a signal receiving device that receives sensing data through a wireless sensor network, and the position of the signal receiving device may also be expressed in a three-dimensional spherical coordinate system.

통신 노드 선택부(112)는 제1 신호 수신 장치로 제1 센싱 데이터를 전송해야 하는 전송 이벤트가 발생하는 경우, 상기 n개의 통신 노드들 중 상기 제1 신호 수신 장치로 상기 제1 센싱 데이터를 아날로그 협력 빔포밍(Analog Cooperative Beamforming)에 기반하여 전송하기 위한 k(k는 2이상의 자연수로 n보다 작은 수임)개의 통신 노드들을 선택한다.When a transmission event for transmitting the first sensing data to the first signal receiving device occurs, the communication node selection unit 112 analogizes the first sensing data to the first signal receiving device among the n communication nodes. K (k is a natural number greater than or equal to 2 and less than n) communication nodes for transmission based on cooperative beamforming (Analog Cooperative Beamforming) are selected.

제어 명령 신호 전송부(113)는 상기 k개의 통신 노드들이 선택되면, 상기 k개의 통신 노드들의 고유 식별 번호를 기초로 상기 k개의 통신 노드들을 식별한 후 상기 k개의 통신 노드들로 상기 제1 센싱 데이터를 상기 제1 신호 수신 장치로 아날로그 협력 빔포밍에 기반하여 협력 전송하도록 지시하는 제어 명령 신호를 전송한다.When the k communication nodes are selected, the control command signal transmission unit 113 identifies the k communication nodes based on the unique identification numbers of the k communication nodes, and then performs the first sensing to the k communication nodes. A control command signal instructing to cooperatively transmit data to the first signal receiving device based on analog cooperative beamforming is transmitted.

이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 무선 통신 제어 장치(110)는 기계학습 기반의 인공지능 기술을 활용하여 센싱 데이터를 전송할 통신 노드를 선택하도록 구성될 수 있는데, 이와 관련해서, 무선 통신 제어 장치(110)는 기계학습을 수행하기 위한 구성으로, 트레이닝 세트 저장부(114), 연산 행렬 생성부(115), 확률 값 연산부(116) 및 학습 수행부(117)를 더 포함할 수 있다.In this case, according to an embodiment of the present invention, the wireless communication control device 110 may be configured to select a communication node to transmit sensing data by using machine learning-based artificial intelligence technology. In this regard, wireless communication control The apparatus 110 is a component for performing machine learning, and may further include a training set storage unit 114, a calculation matrix generation unit 115, a probability value calculation unit 116, and a learning execution unit 117.

트레이닝 세트 저장부(114)에는 미리 설정된 복수의 신호 수신측들 각각에 대한 3차원 좌표와 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응되는 것으로 미리 설정된 통신 노드의 고유 식별 번호가 기계학습을 위한 트레이닝 세트 데이터로 저장되어 있다.In the training set storage unit 114, three-dimensional coordinates for each of a plurality of signal receiving sides set in advance and a unique identification number of a communication node preset as corresponding to each of the plurality of signal receiving sides are provided as a training set for machine learning. It is stored as data.

여기서, 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응되는 통신 노드란 상기 n개의 통신 노드들 중에서 선정된 통신 노드로, 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대해 빔포밍에 기반하여 신호를 전송하였을 때, 각 신호 수신측에서 최대의 SNR(Signal to Noise Ratio)을 갖는 것으로 사전 테스트에 의해 확인된 통신 노드를 의미한다. 예컨대, '(a1, b1, c1)'이라는 3차원 좌표를 갖는 수신측에 대해서 상기 n개의 통신 노드들이 빔포밍에 기반하여 신호를 전송하였을 때, '식별 번호 1'이라는 고유 식별 번호를 갖는 통신 노드에서의 SNR이 최대로 측정되었다면, 관리자는 '(a1, b1, c1)'이라는 3차원 좌표를 갖는 수신측에 대해 '식별 번호 1'이라는 고유 식별 번호를 갖는 통신 노드를 대응시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 관리자는 여러 번의 실험을 통해 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대해 대응되는 통신 노드의 고유 식별 번호를 매칭시킴으로써, 기계학습을 위한 트레이닝 세트 데이터를 구성할 수 있다.Here, the communication node corresponding to each of the plurality of signal receiving sides is a communication node selected from among the n communication nodes, and when a signal is transmitted to each of the plurality of signal receiving sides based on beamforming, It refers to a communication node that has been confirmed by a pre-test as having the maximum signal to noise ratio (SNR) at each signal receiving side. For example, when the n communication nodes transmit signals based on beamforming to a receiving side having three-dimensional coordinates of'(a1, b1, c1)', communication with a unique identification number of'identification number 1' If the SNR at the node is measured at the maximum, the manager can associate a communication node with a unique identification number of'Identification number 1'to a receiving side having a three-dimensional coordinate of'(a1, b1, c1)'. In this way, the administrator can configure training set data for machine learning by matching the unique identification number of the corresponding communication node for each of the plurality of signal receiving sides through several experiments.

이러한 점을 고려하면, 트레이닝 세트 저장부(114)에는 하기의 표 1과 같이 데이터가 저장되어 있을 수 있다.In consideration of this point, data may be stored in the training set storage unit 114 as shown in Table 1 below.

트레이닝 세트Training set 복수의 신호 Multiple signals 수신측들에To the receiving parties 대한 3차원 좌표 3D coordinates for 대응되는 통신 노드의 고유 식별 번호Unique identification number of the corresponding communication node 세트 1Set 1 (a1, b1, c1)(a1, b1, c1) 식별 번호 1Identification number 1 세트 2Set 2 (a2, b2, c2)(a2, b2, c2) 식별 번호 2Identification number 2 세트 3Set 3 (a3, b3, c3)(a3, b3, c3) 식별 번호 3Identification number 3 ...... ...... ......

연산 행렬 생성부(115)는 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대한 3차원 좌표를 기초로 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응하는 1 x 3 행렬을 생성하고, 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응하는 1 x 3 행렬에 적어도 하나의 가중치 행렬을 연쇄적으로 곱하여 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응하는 1 x n의 연산 행렬을 생성한다.The arithmetic matrix generator 115 generates a 1 x 3 matrix corresponding to each of the plurality of signal receiving sides based on the three-dimensional coordinates of each of the plurality of signal receiving sides, and the plurality of signal receiving sides A 1x3 matrix corresponding to each is sequentially multiplied by at least one weight matrix to generate a 1xn arithmetic matrix corresponding to each of the plurality of signal receiving sides.

예컨대, 상기 복수의 신호 수신측들이 100개가 존재한다고 하는 경우, 연산 행렬 생성부(115)는 100개의 신호 수신측들 각각에 대한 3차원 좌표를 기초로 100개의 신호 수신측들 각각에 대응하는 1 x 3 행렬을 생성할 수 있다. 관련해서, '(a1, b1, c1)'이라는 3차원 좌표를 갖는 신호 수신측이 있다고 하는 경우, 연산 행렬 생성부(115)는 해당 신호 수신측에 대해 '[a1 b1 c1]'이라고 하는 1 x 3 행렬을 생성할 수 있다.For example, when it is assumed that there are 100 of the plurality of signal receiving sides, the arithmetic matrix generating unit 115 corresponds to 1 corresponding to each of the 100 signal receiving sides based on the three-dimensional coordinates for each of the 100 signal receiving sides. You can create an x 3 matrix. Relatedly, if there is a signal receiving side having three-dimensional coordinates of'(a1, b1, c1)', the arithmetic matrix generator 115 is 1 called'[a1 b1 c1]' for the signal receiving side. You can create an x 3 matrix.

이때, 상기 적어도 하나의 가중치 행렬로 3 x 4의 크기를 갖는 가중치 행렬 1과 4 x n의 크기를 갖는 가중치 행렬 2가 존재한다고 하는 경우, 연산 행렬 생성부(115)는 100개의 1 x 3 행렬들 각각에 대해 상기 가중치 행렬 1, 2를 연쇄적으로 곱하여 100개의 신호 수신측들 각각에 대응하는 1 x n의 연산 행렬 100개를 생성할 수 있다. 이때, 상기 가중치 행렬 1, 2를 구성하는 성분들은 랜덤하게 구성될 수 있다. 후술할 예정이지만, 상기 가중치 행렬 1, 2를 구성하는 성분들이 기계학습을 통해서 결정되는 것이다.In this case, when the at least one weighting matrix includes a weighting matrix 1 having a size of 3 x 4 and a weighting matrix 2 having a size of 4 xn, the calculation matrix generator 115 includes 100 1 x 3 matrices. Each of the weight matrices 1 and 2 may be sequentially multiplied to generate 100 1xn arithmetic matrices corresponding to each of 100 signal receiving sides. In this case, components constituting the weight matrixes 1 and 2 may be configured randomly. Although to be described later, components constituting the weight matrices 1 and 2 are determined through machine learning.

확률 값 연산부(116)는 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응하는 1 x n의 연산 행렬에 포함된 n개의 성분들에 대해 확률 값 연산을 위한 미리 설정된 활성화 함수를 적용하여 상기 복수의 신호 수신측들 각각에서의 n개의 확률 값들을 연산한다.The probability value calculator 116 applies a preset activation function for calculating a probability value to n components included in a 1 xn computation matrix corresponding to each of the plurality of signal receiving sides, Calculate n probability values in each of them.

이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 활성화 함수는 하기의 수학식 1의 연산에 따라 n개의 값들을 0과 1사이의 확률 값으로 변환하는 softmax 함수일 수 있다.In this case, according to an embodiment of the present invention, the activation function may be a softmax function that converts n values into a probability value between 0 and 1 according to the operation of Equation 1 below.

Figure 112019099116415-pat00001
Figure 112019099116415-pat00001

여기서, fi는 n개의 값들 중 i번째 값에 대해 연산된 확률 값으로, xi는 n개의 값들 중 i번째 값, xk는 n개의 값들 중 k번째 값, e는 자연상수를 의미한다. 상기 수학식 1에 의해 연산된 n개의 확률 값들의 합계는 1이 된다.Here, f i is a probability value calculated on the i-th value of n values, x i is the i-th value of n values, x k is the k-th value of n values, and e is a natural constant. The sum of n probability values calculated by Equation 1 is 1.

관련해서, 앞서 설명한 예시와 같이, 연산 행렬 생성부(115)에 의해 100개의 신호 수신측들 각각에 대응하는 1 x n의 연산 행렬이 생성되었다고 하는 경우, 확률 값 연산부(116)는 100개의 신호 수신측들 각각의 연산 행렬에 포함된 n개의 성분들에 대해서 상기 수학식 1에 따른 softmax 함수를 적용하여 100개의 신호 수신측들 각각에 대응하는 n개의 확률 값들을 연산할 수 있다.In relation to the above, as in the above-described example, when it is assumed that a 1xn calculation matrix corresponding to each of the 100 signal receiving sides is generated by the calculation matrix generator 115, the probability value calculation unit 116 receives 100 signals. By applying the softmax function according to Equation 1 to n components included in the calculation matrix of each of the sides, n probability values corresponding to each of the 100 signal receiving sides may be calculated.

학습 수행부(117)는 상기 복수의 신호 수신측들 각각에서의 n개의 확률 값들이 연산되면, 상기 복수의 신호 수신측들 각각에서 연산된 n개의 확률 값들을 상기 n개의 통신 노드들의 고유 식별 번호와 하나씩 매칭시키고, 상기 복수의 신호 수신측들 각각에서 연산된 n개의 확률 값들 중 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응되는 것으로 선정되어 있는 통신 노드의 고유 식별 번호에 매칭된 확률 값이 최대가 되도록 상기 적어도 하나의 가중치 행렬을 기계학습시킨다.When the n probability values of each of the plurality of signal receiving sides are calculated, the learning performing unit 117 uses the n probability values calculated by each of the plurality of signal receiving sides to be unique identification numbers of the n communication nodes. Is matched one by one, and the probability value matched with the unique identification number of the communication node selected as corresponding to each of the plurality of signal receiving sides among n probability values calculated by each of the plurality of signal receiving sides is the maximum. If possible, the at least one weight matrix is machine-learned.

관련해서, 전술한 예시와 같이, 상기 적어도 하나의 가중치 행렬로 가중치 행렬 1, 2가 존재한다고 하고, 확률 값 연산부(116)에 의해 100개의 신호 수신측들 각각에 대응되는 n개의 확률 값들이 연산되었다고 하는 경우, 학습 수행부(117)는 100개의 신호 수신측들 각각에 대해, n개의 확률 값들을 n개의 통신 노드들의 고유 식별 번호와 하나씩 매칭시킬 수 있다. 이때, 학습 수행부(117)는 각 신호 수신측에서 연산된 n개의 확률 값들과 n개의 통신 노드들의 고유 식별 번호를 소정의 순서에 따라 하나씩 매칭시킬 수 있다.In relation to the above, it is assumed that weight matrices 1 and 2 are present as the at least one weight matrix, and n probability values corresponding to each of the 100 signal receiving sides are calculated by the probability value calculator 116. If it is, the learning performing unit 117 may match n probability values with unique identification numbers of n communication nodes one by one for each of the 100 signal receiving sides. In this case, the learning performing unit 117 may match the n probability values calculated by each signal receiving side and the unique identification numbers of n communication nodes one by one in a predetermined order.

그러고 나서, 학습 수행부(117)는 100개의 신호 수신측들 각각에 대해 트레이닝 세트 데이터로 대응되어 있는 통신 노드의 고유 식별 번호를 확인하고, 각 신호 수신측에서의 n개의 확률 값들 중 각 신호 수신측에서의 트레이닝 세트로 대응되어 있는 통신 노드의 고유 식별 번호와 매칭되는 확률 값이 최대가 되도록 상기 가중치 행렬 1, 2를 기계학습시킬 수 있다.Then, the learning performing unit 117 checks the unique identification number of the communication node corresponding to the training set data for each of the 100 signal receiving sides, and training at each signal receiving side among n probability values at each signal receiving side. The weight matrices 1 and 2 may be machine-learned so that the probability value matching the unique identification number of the communication node corresponding to the set is maximized.

예컨대, 상기 표 1과 같이 트레이닝 세트 데이터가 구성되어 있다고 하는 경우, 학습 수행부(117)는 '(a1, b1, c1)'이라는 3차원 좌표를 갖는 수신측에 대한 n개의 확률 값들 중 '식별 번호 1'에 매칭된 확률 값이 최대가 되도록 상기 가중치 행렬 1, 2를 기계학습시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 학습 수행부(117)는 100개의 신호 수신측들 각각에 대해 상기 가중치 행렬 1, 2를 기계학습시키는 과정을 반복할 수 있다.For example, when it is assumed that the training set data is configured as shown in Table 1, the learning performing unit 117 is used to identify'identification' among n probability values for the receiving side having three-dimensional coordinates of'(a1, b1, c1)'. The weight matrices 1 and 2 may be machine-learned so that the probability value matched with the number 1'becomes maximum. In this way, the learning performing unit 117 may repeat the process of machine learning the weight matrices 1 and 2 for each of the 100 signal receiving sides.

이렇게, 상기 적어도 하나의 가중치 행렬에 대한 기계학습이 완료된 이후에 상기 제1 신호 수신 장치로 상기 제1 센싱 데이터를 전송해야 하는 전송 이벤트가 발생하는 경우, 통신 노드 선택부(112)는 상기 제1 신호 수신 장치의 3차원 좌표와 상기 기계학습이 완료된 적어도 하나의 가중치 행렬을 기초로 상기 n개의 통신 노드들 중 상기 제1 신호 수신 장치로 상기 제1 센싱 데이터를 아날로그 협력 빔포밍에 기반하여 전송하기 위한 상기 k(k는 2이상의 자연수로 n보다 작은 수임)개의 통신 노드들을 선택할 수 있다.In this way, when a transmission event for transmitting the first sensing data to the first signal receiving device occurs after machine learning for the at least one weight matrix is completed, the communication node selection unit 112 performs the first Transmitting the first sensing data to the first signal receiving device among the n communication nodes based on the three-dimensional coordinates of the signal receiving device and at least one weight matrix on which the machine learning has been completed, based on analog cooperative beamforming For the k (k is a natural number greater than or equal to 2 and less than n) communication nodes may be selected.

이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 통신 노드 선택부(112)는 상기 기계학습이 완료된 적어도 하나의 가중치 행렬을 기초로 통신 노드를 선택하기 위한 구체적인 구성으로, 좌표 확인부(118), 행렬 연산부(119), 확률 값 선정부(120) 및 선택 처리부(121)를 포함할 수 있다.In this case, according to an embodiment of the present invention, the communication node selection unit 112 is a specific configuration for selecting a communication node based on at least one weight matrix on which the machine learning has been completed, and the coordinate checking unit 118 and the matrix An operation unit 119, a probability value selection unit 120, and a selection processing unit 121 may be included.

좌표 확인부(118)는 상기 제1 신호 수신 장치로 상기 제1 센싱 데이터를 전송해야 하는 전송 이벤트가 발생하는 경우, 상기 제1 신호 수신 장치의 3차원 좌표를 확인한다.When a transmission event for transmitting the first sensing data to the first signal receiving device occurs, the coordinate checking unit 118 checks the three-dimensional coordinates of the first signal receiving device.

행렬 연산부(119)는 상기 제1 신호 수신 장치의 3차원 좌표를 기초로 상기 제1 신호 수신 장치에 대응하는 1 x 3 행렬을 생성하고, 상기 제1 신호 수신 장치에 대응하는 1 x 3 행렬에 상기 기계학습이 완료된 적어도 하나의 가중치 행렬을 연쇄적으로 곱하여 상기 제1 신호 수신 장치에 대응하는 1 x n의 연산 행렬을 생성한다.The matrix operation unit 119 generates a 1 x 3 matrix corresponding to the first signal reception device based on the three-dimensional coordinates of the first signal reception device, and generates a 1 x 3 matrix corresponding to the first signal reception device. At least one weight matrix on which the machine learning has been completed is serially multiplied to generate a 1 xn arithmetic matrix corresponding to the first signal receiving apparatus.

확률 값 선정부(120)는 상기 제1 신호 수신 장치에 대응하는 1 x n의 연산 행렬에 포함된 n개의 성분들에 대해 확률 값 연산을 위한 상기 활성화 함수를 적용하여 상기 제1 신호 수신 장치에 대한 n개의 확률 값들을 연산하고, 상기 제1 신호 수신 장치에 대한 n개의 확률 값들을 상기 n개의 통신 노드들의 고유 식별 번호와 하나씩 매칭시킨 후 상기 제1 신호 수신 장치에 대한 n개의 확률 값들 중 크기가 큰 순서로 k개의 확률 값들을 선정한다.The probability value selection unit 120 applies the activation function for calculating a probability value to n components included in a 1 xn calculation matrix corresponding to the first signal reception device, After calculating n probability values, matching the n probability values for the first signal receiving device with unique identification numbers of the n communication nodes one by one, the size of the n probability values for the first signal receiving device is Select k probability values in the largest order.

그리고, 선택 처리부(121)는 상기 k개의 확률 값들이 선정되면, 상기 n개의 통신 노드들 중 상기 k개의 확률 값들에 고유 식별 번호가 매칭된 k개의 통신 노드들을 상기 제1 신호 수신 장치로 상기 제1 센싱 데이터를 아날로그 협력 빔포밍에 기반하여 전송하기 위한 통신 노드로 선택한다.And, when the k probability values are selected, the selection processing unit 121 selects the k communication nodes whose unique identification numbers are matched to the k probability values among the n communication nodes to the first signal receiving device. 1 Select a communication node for transmitting sensing data based on cooperative analog beamforming.

예컨대, 상기 제1 신호 수신 장치에 따른 3차원 좌표를 '(k1, k2, k3)'이라고 하는 경우, 행렬 연산부(119)는 '[k1 k2 k3]'이라고 하는 1 x 3 행렬을 생성하고, 상기 1 x 3 행렬에 기계학습이 완료된 상기 적어도 하나의 가중치 행렬을 연쇄적으로 곱하여 1 x n의 연산 행렬을 생성할 수 있다.For example, when the three-dimensional coordinates according to the first signal receiving device are'(k1, k2, k3)', the matrix calculator 119 generates a 1 x 3 matrix called'[k1 k2 k3]', The 1 x 3 matrix may be serially multiplied by the at least one weight matrix on which machine learning has been completed to generate a 1 x n arithmetic matrix.

그러고 나서, 확률 값 선정부(120)는 상기 1 x n의 연산 행렬에 포함된 n개의 성분들에 대해 상기 수학식 1과 같은 softmax 함수를 적용하여 n개의 확률 값들을 연산할 수 있고, n개의 확률 값들에 대해 상기 n개의 통신 노드들의 고유 식별 번호를 순차적으로 하나씩 매칭시킬 수 있다.Then, the probability value selection unit 120 may calculate n probability values by applying a softmax function such as Equation 1 to n components included in the 1 x n computation matrix, and n probability values. For values, the unique identification numbers of the n communication nodes may be sequentially matched one by one.

그 이후, 확률 값 선정부(120)는 상기 n개의 확률 값들 중 크기가 큰 순서로 k개의 확률 값들을 선정할 수 있다.Thereafter, the probability value selecting unit 120 may select k probability values in the order of the largest size among the n probability values.

이렇게, k개의 확률 값들이 선정되면, 선택 처리부(121)는 상기 n개의 통신 노드들 중 상기 k개의 확률 값들에 고유 식별 번호가 매칭된 k개의 통신 노드들을 신호 전송을 수행하기 위한 통신 노드로 선택할 수 있다.In this way, when k probability values are selected, the selection processing unit 121 selects k communication nodes with unique identification numbers matched to the k probability values among the n communication nodes as communication nodes for performing signal transmission. I can.

결국, 본 발명에 따른 무선 통신 제어 장치(110)는 소정의 신호 수신측들에 대해 최적의 SNR을 갖는 것으로 확인된 통신 노드를 확인하여 이를 트레이닝 세트로 구성한 후 트레이닝 세트를 기반으로 기계학습을 수행하여 통신 노드 선택을 위한 가중치 행렬을 학습시키고, 기계학습이 완료된 가중치 행렬을 기초로 무선 센서 네트워크에 존재하는 통신 노드들 중 협력 빔포밍에 참여할 최적의 통신 노드들을 선택함으로써, 무선 센서 네트워크에서의 협력 통신에 따른 효율성을 증대시킬 수 있다.Eventually, the wireless communication control device 110 according to the present invention checks the communication node identified as having an optimal SNR for predetermined signal receiving sides, configures it as a training set, and performs machine learning based on the training set. By learning the weight matrix for selecting the communication node, and selecting the optimal communication nodes to participate in the cooperative beamforming among the communication nodes existing in the wireless sensor network based on the machine learning-completed weight matrix, cooperation in the wireless sensor network You can increase the efficiency of communication.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치의 동작 방법을 도시한 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of operating a wireless communication control apparatus for performing signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a three-dimensional space according to an embodiment of the present invention.

단계(S310)에서는 무선 센서 네트워크를 구성하는 n(n은 3이상의 자연수)개 통신 노드들(상기 n개의 통신 노드들은 미리 설정된 3차원의 제1 공간 상에 분포되어 있음)의 고유 식별 번호가 저장되어 있는 식별 번호 저장부를 유지한다.In step S310, a unique identification number of n (n is a natural number of 3 or more) communication nodes constituting the wireless sensor network (the n communication nodes are distributed in a preset three-dimensional first space) is stored. Maintain the stored identification number.

단계(S320)에서는 제1 신호 수신 장치로 제1 센싱 데이터를 전송해야 하는 전송 이벤트가 발생하는 경우, 상기 n개의 통신 노드들 중 상기 제1 신호 수신 장치로 상기 제1 센싱 데이터를 아날로그 협력 빔포밍에 기반하여 전송하기 위한 k(k는 2이상의 자연수로 n보다 작은 수임)개의 통신 노드들을 선택한다.In step S320, when a transmission event in which the first sensing data needs to be transmitted to the first signal receiving device occurs, the first sensing data is transmitted to the first signal receiving device among the n communication nodes. K (k is a natural number of 2 or more and is less than n) for transmission based on.

단계(S330)에서는 상기 k개의 통신 노드들이 선택되면, 상기 k개의 통신 노드들의 고유 식별 번호를 기초로 상기 k개의 통신 노드들을 식별한 후 상기 k개의 통신 노드들로 상기 제1 센싱 데이터를 상기 제1 신호 수신 장치로 아날로그 협력 빔포밍에 기반하여 협력 전송하도록 지시하는 제어 명령 신호를 전송한다.In step S330, when the k communication nodes are selected, the k communication nodes are identified based on the unique identification numbers of the k communication nodes, and the first sensing data is transmitted to the k communication nodes. 1 Transmits a control command signal instructing to transmit cooperatively based on analog cooperative beamforming to the signal receiving device.

이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 3차원의 제1 공간은 미리 설정된 길이의 반지름을 갖는 3차원 구형 공간이고, 상기 n개의 통신 노드들은 상기 3차원 구형 공간 내에서 3차원 가우시안 분포에 따라 분포되어 있을 수 있다.In this case, according to an embodiment of the present invention, the first three-dimensional space is a three-dimensional spherical space having a radius of a preset length, and the n communication nodes are based on a three-dimensional Gaussian distribution within the three-dimensional spherical space. May be distributed along the lines.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 무선 통신 제어 장치의 동작 방법은 미리 설정된 복수의 신호 수신측들 각각에 대한 3차원 좌표와 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응되는 것으로 미리 설정된 통신 노드(상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응되는 통신 노드는 상기 n개의 통신 노드들 중에서 선정된 통신 노드로, 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대해 빔포밍에 기반하여 신호를 전송하였을 때, 각 신호 수신측에서 최대의 SNR을 갖는 것으로 사전 테스트에 의해 확인된 통신 노드를 의미함)의 고유 식별 번호가 기계학습을 위한 트레이닝 세트 데이터로 저장되어 있는 트레이닝 세트 저장부를 유지하는 단계, 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대한 3차원 좌표를 기초로 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응하는 1 x 3 행렬을 생성하고, 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응하는 1 x 3 행렬에 적어도 하나의 가중치 행렬을 연쇄적으로 곱하여 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응하는 1 x n의 연산 행렬을 생성하는 단계, 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응하는 1 x n의 연산 행렬에 포함된 n개의 성분들에 대해 확률 값 연산을 위한 미리 설정된 활성화 함수를 적용하여 상기 복수의 신호 수신측들 각각에서의 n개의 확률 값들을 연산하는 단계 및 상기 복수의 신호 수신측들 각각에서의 n개의 확률 값들이 연산되면, 상기 복수의 신호 수신측들 각각에서 연산된 n개의 확률 값들을 상기 n개의 통신 노드들의 고유 식별 번호와 하나씩 매칭시키고, 상기 복수의 신호 수신측들 각각에서 연산된 n개의 확률 값들 중 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응되는 것으로 선정되어 있는 통신 노드의 고유 식별 번호에 매칭된 확률 값이 최대가 되도록 상기 적어도 하나의 가중치 행렬을 기계학습시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the method of operating the wireless communication control device includes a three-dimensional coordinate for each of a plurality of preset signal receiving sides and a preset communication corresponding to each of the plurality of signal receiving sides. Node (a communication node corresponding to each of the plurality of signal receiving sides is a communication node selected from among the n communication nodes, and when a signal is transmitted to each of the plurality of signal receiving sides based on beamforming, Maintaining a training set storage unit in which a unique identification number of each signal receiving side has a maximum SNR and is identified by a pre-test) as training set data for machine learning, the plurality of A 1 x 3 matrix corresponding to each of the plurality of signal reception sides is generated based on the three-dimensional coordinates of each of the signal reception sides, and at least one in a 1 x 3 matrix corresponding to each of the plurality of signal reception sides Generating a 1xn arithmetic matrix corresponding to each of the plurality of signal receiving sides by serially multiplying the weight matrix of, n number of calculation matrices included in the 1xn arithmetic matrix corresponding to each of the plurality of signal receiving sides Computing n probability values at each of the plurality of signal receiving sides by applying a preset activation function for calculating a probability value for the components, and n probability values at each of the plurality of signal receiving sides When calculated, the n probability values calculated by each of the plurality of signal receiving sides are matched one by one with the unique identification numbers of the n communication nodes, and among the n probability values calculated by each of the plurality of signal receiving sides, the The method may further include machine learning the at least one weight matrix such that a probability value matched with a unique identification number of a communication node selected to correspond to each of the plurality of signal receiving sides is maximized.

이때, 단계(S320)에서는 상기 제1 신호 수신 장치로 상기 제1 센싱 데이터를 전송해야 하는 전송 이벤트가 발생하는 경우, 상기 제1 신호 수신 장치의 3차원 좌표와 상기 기계학습이 완료된 적어도 하나의 가중치 행렬을 기초로 상기 n개의 통신 노드들 중 상기 제1 신호 수신 장치로 상기 제1 센싱 데이터를 아날로그 협력 빔포밍에 기반하여 전송하기 위한 상기 k개의 통신 노드들을 선택한다.In this case, in step S320, when a transmission event in which the first sensing data must be transmitted to the first signal receiving device occurs, the three-dimensional coordinates of the first signal receiving device and at least one weight on which the machine learning is completed Based on the matrix, the k communication nodes for transmitting the first sensing data to the first signal receiving apparatus from among the n communication nodes based on analog cooperative beamforming are selected.

이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 단계(S320)에서는 상기 제1 신호 수신 장치로 상기 제1 센싱 데이터를 전송해야 하는 전송 이벤트가 발생하는 경우, 상기 제1 신호 수신 장치의 3차원 좌표를 확인하는 단계, 상기 제1 신호 수신 장치의 3차원 좌표를 기초로 상기 제1 신호 수신 장치에 대응하는 1 x 3 행렬을 생성하고, 상기 제1 신호 수신 장치에 대응하는 1 x 3 행렬에 상기 기계학습이 완료된 적어도 하나의 가중치 행렬을 연쇄적으로 곱하여 상기 제1 신호 수신 장치에 대응하는 1 x n의 연산 행렬을 생성하는 단계, 상기 제1 신호 수신 장치에 대응하는 1 x n의 연산 행렬에 포함된 n개의 성분들에 대해 확률 값 연산을 위한 상기 활성화 함수를 적용하여 상기 제1 신호 수신 장치에 대한 n개의 확률 값들을 연산하고, 상기 제1 신호 수신 장치에 대한 n개의 확률 값들을 상기 n개의 통신 노드들의 고유 식별 번호와 하나씩 매칭시킨 후 상기 제1 신호 수신 장치에 대한 n개의 확률 값들 중 크기가 큰 순서로 k개의 확률 값들을 선정하는 단계 및 상기 k개의 확률 값들이 선정되면, 상기 n개의 통신 노드들 중 상기 k개의 확률 값들에 고유 식별 번호가 매칭된 k개의 통신 노드들을 상기 제1 신호 수신 장치로 상기 제1 센싱 데이터를 아날로그 협력 빔포밍에 기반하여 전송하기 위한 통신 노드로 선택하는 단계를 포함할 수 있다.At this time, according to an embodiment of the present invention, in step S320, when a transmission event for transmitting the first sensing data to the first signal receiving device occurs, the three-dimensional coordinates of the first signal receiving device are determined. The step of confirming, generating a 1 x 3 matrix corresponding to the first signal reception device based on the three-dimensional coordinates of the first signal reception device, and the machine in a 1 x 3 matrix corresponding to the first signal reception device Generating a 1xn arithmetic matrix corresponding to the first signal reception device by serially multiplying at least one weight matrix on which training has been completed, n included in the 1xn arithmetic matrix corresponding to the first signal reception device N probability values for the first signal receiving device are calculated by applying the activation function for calculating probability values for the components, and n probability values for the first signal receiving device are calculated for the n communication nodes. After matching the unique identification numbers of each one by one, selecting k probability values in the order of the largest size among n probability values for the first signal receiving device, and when the k probability values are selected, the n communication nodes Among them, selecting k communication nodes whose unique identification numbers are matched to the k probability values as communication nodes for transmitting the first sensing data to the first signal receiving apparatus based on analog cooperative beamforming. can do.

이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 활성화 함수는 상기 수학식 1의 연산에 따라 n개의 값들을 0과 1사이의 확률 값으로 변환하는 softmax 함수일 수 있다.In this case, according to an embodiment of the present invention, the activation function may be a softmax function that converts n values into a probability value between 0 and 1 according to the operation of Equation 1 above.

이상, 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치의 동작 방법에 대해 설명하였다. 여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치의 동작 방법은 도 1과 도 2를 이용하여 설명한 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치(110)의 동작에 대한 구성과 대응될 수 있으므로, 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.In the above, an operation method of a wireless communication control apparatus for performing signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a three-dimensional space according to an embodiment of the present invention has been described with reference to FIG. 3. . Here, an operating method of the wireless communication control apparatus for performing signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a three-dimensional space according to an embodiment of the present invention is described with reference to FIGS. 1 and 2. Since it may correspond to the configuration of the operation of the wireless communication control device 110 that performs signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in the described 3D space, a more detailed description thereof will be omitted. I will do it.

본 발명의 일실시예에 따른 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치의 동작 방법은 컴퓨터와의 결합을 통해 실행시키기 위한 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다.In accordance with an embodiment of the present invention, a method of operating a wireless communication control apparatus that performs signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a three-dimensional space is stored for execution through combination with a computer. It may be implemented as a computer program stored in a medium.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치의 동작 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 본 발명을 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. In addition, a method of operating a wireless communication control apparatus that performs signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a three-dimensional space according to an embodiment of the present invention may be performed through various computer means. It may be implemented in the form of a program command 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 recorded on the medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, in the present invention, specific matters such as specific components, etc., and limited embodiments and drawings have been described, but this is provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. , If a person of ordinary skill in the field to which the present invention belongs, various modifications and variations are possible from these descriptions.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, and all things that are equivalent or equivalent to the claims as well as the claims to be described later fall within the scope of the spirit of the present invention. .

110: 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치
111: 식별 번호 저장부 112: 통신 노드 선택부
113: 제어 명령 신호 전송부 114: 트레이닝 세트 저장부
115: 연산 행렬 생성부 116: 확률 값 연산부
117: 학습 수행부 118: 좌표 확인부
119: 행렬 연산부 120: 확률 값 선정부
121: 선택 처리부
110: A wireless communication control device that performs signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a 3D space
111: identification number storage unit 112: communication node selection unit
113: control command signal transmission unit 114: training set storage unit
115: calculation matrix generator 116: probability value calculator
117: learning execution unit 118: coordinate checking unit
119: matrix operation unit 120: probability value selection unit
121: selection processing unit

Claims (12)

무선 센서 네트워크를 구성하는 n(n은 3이상의 자연수)개 통신 노드들 - 상기 n개의 통신 노드들은 미리 설정된 3차원의 제1 공간 상에 분포되어 있음 - 의 고유 식별 번호가 저장되어 있는 식별 번호 저장부;
미리 설정된 복수의 신호 수신측들 각각에 대한 3차원 좌표와 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응되는 것으로 미리 설정된 통신 노드 - 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응되는 통신 노드는 상기 n개의 통신 노드들 중에서 선정된 통신 노드로, 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대해 빔포밍에 기반하여 신호를 전송하였을 때, 각 신호 수신측에서 최대의 SNR(Signal to Noise Ratio)을 갖는 것으로 사전 테스트에 의해 확인된 통신 노드를 의미함 - 의 고유 식별 번호가 기계학습을 위한 트레이닝 세트 데이터로 저장되어 있는 트레이닝 세트 저장부;
상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대한 3차원 좌표를 기초로 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응하는 1 x 3 행렬을 생성하고, 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응하는 1 x 3 행렬에 적어도 하나 가중치 행렬을 연쇄적으로 곱하여 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응하는 1 x n의 연산 행렬을 생성하는 연산 행렬 생성부;
상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응하는 1 x n의 연산 행렬에 포함된 n개의 성분들에 대해 확률 값 연산을 위한 미리 설정된 활성화 함수를 적용하여 상기 복수의 신호 수신측들 각각에서의 n개의 확률 값들을 연산하는 확률 값 연산부;
상기 복수의 신호 수신측들 각각에서의 n개의 확률 값들이 연산되면, 상기 복수의 신호 수신측들 각각에서 연산된 n개의 확률 값들을 상기 n개의 통신 노드들의 고유 식별 번호와 하나씩 매칭시키고, 상기 복수의 신호 수신측들 각각에서 연산된 n개의 확률 값들 중 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응되는 것으로 선정되어 있는 통신 노드의 고유 식별 번호에 매칭된 확률 값이 최대가 되도록 상기 적어도 하나의 가중치 행렬을 기계학습시키는 학습 수행부;
제1 신호 수신 장치로 제1 센싱 데이터를 전송해야 하는 전송 이벤트가 발생하는 경우, 상기 제1 신호 수신 장치의 3차원 좌표와 상기 기계학습이 완료된 적어도 하나의 가중치 행렬에 기초하여 상기 n개의 통신 노드들 중 상기 제1 신호 수신 장치로 상기 제1 센싱 데이터를 아날로그 협력 빔포밍(Analog Cooperative Beamforming)에 기반하여 전송하기 위한 k(k는 2이상의 자연수로 n보다 작은 수임)개의 통신 노드들을 선택하는 통신 노드 선택부; 및
상기 k개의 통신 노드들이 선택되면, 상기 k개의 통신 노드들의 고유 식별 번호를 기초로 상기 k개의 통신 노드들을 식별한 후 상기 k개의 통신 노드들로, 상기 제1 센싱 데이터를 상기 제1 신호 수신 장치로 아날로그 협력 빔포밍에 기반하여 협력 전송하도록 지시하는 제어 명령 신호를 전송하는 제어 명령 신호 전송부
를 포함하는 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치.
N (n is a natural number of 3 or more) communication nodes constituting the wireless sensor network-the n communication nodes are distributed in a pre-set three-dimensional first space-an identification number in which a unique identification number of is stored part;
3D coordinates for each of a plurality of preset signal receiving sides and a communication node preset to correspond to each of the plurality of signal receiving sides- A communication node corresponding to each of the plurality of signal receiving sides includes the n communication As a communication node selected from among nodes, when transmitting signals based on beamforming to each of the plurality of signal receiving sides, each signal receiving side has the maximum signal to noise ratio (SNR). Means a communication node identified by-a training set storage unit in which a unique identification number of is stored as training set data for machine learning;
A 1 x 3 matrix corresponding to each of the plurality of signal reception sides is generated based on 3D coordinates for each of the plurality of signal reception sides, and a 1 x 3 matrix corresponding to each of the plurality of signal reception sides An arithmetic matrix generator for generating a 1xn arithmetic matrix corresponding to each of the plurality of signal receiving sides by serially multiplying at least one weight matrix by;
N probabilities at each of the plurality of signal receiving sides by applying a preset activation function for calculating a probability value to n components included in a 1 xn calculation matrix corresponding to each of the plurality of signal receiving sides A probability value calculating unit for calculating values;
When n probability values at each of the plurality of signal receiving sides are calculated, the n probability values calculated at each of the plurality of signal receiving sides are matched one by one with unique identification numbers of the n communication nodes, and the plurality of The at least one weight matrix so that the probability value matched with the unique identification number of the communication node selected as corresponding to each of the plurality of signal receiving sides among n probability values calculated by each of the signal receiving sides of Learning execution unit for machine learning;
When a transmission event for transmitting the first sensing data to the first signal receiving device occurs, the n communication nodes based on the three-dimensional coordinates of the first signal receiving device and at least one weight matrix on which the machine learning has been completed Communication for selecting k (k is a natural number greater than or equal to 2 and less than n) communication nodes for transmitting the first sensing data to the first signal receiving device based on analog cooperative beamforming. Node selector; And
When the k communication nodes are selected, the k communication nodes are identified based on the unique identification numbers of the k communication nodes, and the first sensing data is transmitted to the k communication nodes. A control command signal transmission unit that transmits a control command signal instructing to transmit cooperatively based on analog cooperative beamforming.
A wireless communication control device that performs signal transmission processing based on cooperative analog beamforming through communication nodes distributed in a 3D space including a.
제1항에 있어서,
상기 3차원의 제1 공간은 미리 설정된 길이의 반지름을 갖는 3차원 구형 공간이고, 상기 n개의 통신 노드들은 상기 3차원 구형 공간 내에서 3차원 가우시안 분포(Gaussian Distribution)에 따라 분포되어 있는 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치.
The method of claim 1,
The three-dimensional first space is a three-dimensional spherical space having a radius of a preset length, and the n communication nodes are a three-dimensional space distributed according to a three-dimensional Gaussian distribution within the three-dimensional spherical space. A wireless communication control device that performs signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed over the phases.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 통신 노드 선택부는
상기 제1 신호 수신 장치로 상기 제1 센싱 데이터를 전송해야 하는 전송 이벤트가 발생하는 경우, 상기 제1 신호 수신 장치의 3차원 좌표를 확인하는 좌표 확인부;
상기 제1 신호 수신 장치의 3차원 좌표를 기초로 상기 제1 신호 수신 장치에 대응하는 1 x 3 행렬을 생성하고, 상기 제1 신호 수신 장치에 대응하는 1 x 3 행렬에 상기 기계학습이 완료된 적어도 하나의 가중치 행렬을 연쇄적으로 곱하여 상기 제1 신호 수신 장치에 대응하는 1 x n의 연산 행렬을 생성하는 행렬 연산부;
상기 제1 신호 수신 장치에 대응하는 1 x n의 연산 행렬에 포함된 n개의 성분들에 대해 확률 값 연산을 위한 상기 활성화 함수를 적용하여 상기 제1 신호 수신 장치에 대한 n개의 확률 값들을 연산하고, 상기 제1 신호 수신 장치에 대한 n개의 확률 값들을 상기 n개의 통신 노드들의 고유 식별 번호와 하나씩 매칭시킨 후 상기 제1 신호 수신 장치에 대한 n개의 확률 값들 중 크기가 큰 순서로 k개의 확률 값들을 선정하는 확률 값 선정부; 및
상기 k개의 확률 값들이 선정되면, 상기 n개의 통신 노드들 중 상기 k개의 확률 값들에 고유 식별 번호가 매칭된 k개의 통신 노드들을 상기 제1 신호 수신 장치로 상기 제1 센싱 데이터를 아날로그 협력 빔포밍에 기반하여 전송하기 위한 통신 노드로 선택하는 선택 처리부
를 포함하는 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치.
The method of claim 1,
The communication node selection unit
A coordinate check unit configured to check 3D coordinates of the first signal receiving device when a transmission event in which the first sensing data is to be transmitted to the first signal receiving device occurs;
At least a 1 x 3 matrix corresponding to the first signal reception device is generated based on the three-dimensional coordinates of the first signal reception device, and the machine learning is completed in a 1 x 3 matrix corresponding to the first signal reception device. A matrix calculator configured to sequentially multiply one weight matrix to generate a 1 xn calculation matrix corresponding to the first signal reception device;
Computing n probability values for the first signal receiving apparatus by applying the activation function for calculating probability values to n components included in a 1 x n computation matrix corresponding to the first signal receiving apparatus, After matching the n probability values for the first signal reception device with the unique identification numbers of the n communication nodes one by one, k probability values of the n probability values for the first signal reception device in the order of the largest A probability value selection unit to select; And
When the k probability values are selected, the k communication nodes matched with the unique identification number to the k probability values among the n communication nodes are analog cooperative beamforming the first sensing data to the first signal receiving device. Select processing unit to select as a communication node for transmission based on
A wireless communication control device that performs signal transmission processing based on cooperative analog beamforming through communication nodes distributed in a 3D space including a.
제4항에 있어서,
상기 활성화 함수는
하기의 수학식 1의 연산에 따라 n개의 값들을 0과 1사이의 확률 값으로 변환하는 softmax 함수인 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치.
[수학식 1]
Figure 112019099116415-pat00002

여기서, fi는 n개의 값들 중 i번째 값에 대해 연산된 확률 값으로, xi는 n개의 값들 중 i번째 값, xk는 n개의 값들 중 k번째 값, e는 자연상수를 의미함.
The method of claim 4,
The activation function is
Performing signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a three-dimensional space, which is a softmax function that converts n values into probability values between 0 and 1 according to the operation of Equation 1 below. Wireless communication control device.
[Equation 1]
Figure 112019099116415-pat00002

Here, f i is a probability value calculated for the i-th value of n values, x i is the i-th value of n values, x k is the k-th value of n values, and e is a natural constant.
무선 센서 네트워크를 구성하는 n(n은 3이상의 자연수)개 통신 노드들 - 상기 n개의 통신 노드들은 미리 설정된 3차원의 제1 공간 상에 분포되어 있음 - 의 고유 식별 번호가 저장되어 있는 식별 번호 저장부를 유지하는 단계;
미리 설정된 복수의 신호 수신측들 각각에 대한 3차원 좌표와 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응되는 것으로 미리 설정된 통신 노드 - 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응되는 통신 노드는 상기 n개의 통신 노드들 중에서 선정된 통신 노드로, 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대해 빔포밍에 기반하여 신호를 전송하였을 때, 각 신호 수신측에서 최대의 SNR(Signal to Noise Ratio)을 갖는 것으로 사전 테스트에 의해 확인된 통신 노드를 의미함 - 의 고유 식별 번호가 기계학습을 위한 트레이닝 세트 데이터로 저장되어 있는 트레이닝 세트 저장부를 유지하는 단계;
상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대한 3차원 좌표를 기초로 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응하는 1 x 3 행렬을 생성하고, 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응하는 1 x 3 행렬에 적어도 하나의 가중치 행렬을 연쇄적으로 곱하여 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응하는 1 x n의 연산 행렬을 생성하는 단계;
상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응하는 1 x n의 연산 행렬에 포함된 n개의 성분들에 대해 확률 값 연산을 위한 미리 설정된 활성화 함수를 적용하여 상기 복수의 신호 수신측들 각각에서의 n개의 확률 값들을 연산하는 단계;
상기 복수의 신호 수신측들 각각에서의 n개의 확률 값들이 연산되면, 상기 복수의 신호 수신측들 각각에서 연산된 n개의 확률 값들을 상기 n개의 통신 노드들의 고유 식별 번호와 하나씩 매칭시키고, 상기 복수의 신호 수신측들 각각에서 연산된 n개의 확률 값들 중 상기 복수의 신호 수신측들 각각에 대응되는 것으로 선정되어 있는 통신 노드의 고유 식별 번호에 매칭된 확률 값이 최대가 되도록 상기 적어도 하나의 가중치 행렬을 기계학습시키는 단계;
제1 신호 수신 장치로 제1 센싱 데이터를 전송해야 하는 전송 이벤트가 발생하는 경우, 상기 제1 신호 수신 장치의 3차원 좌표와 상기 기계학습이 완료된 적어도 하나의 가중치 행렬에 기초하여 상기 n개의 통신 노드들 중 상기 제1 신호 수신 장치로 상기 제1 센싱 데이터를 아날로그 협력 빔포밍(Analog Cooperative Beamforming)에 기반하여 전송하기 위한 k(k는 2이상의 자연수로 n보다 작은 수임)개의 통신 노드들을 선택하는 단계; 및
상기 k개의 통신 노드들이 선택되면, 상기 k개의 통신 노드들의 고유 식별 번호를 기초로 상기 k개의 통신 노드들을 식별한 후 상기 k개의 통신 노드들로, 상기 제1 센싱 데이터를 상기 제1 신호 수신 장치로 아날로그 협력 빔포밍에 기반하여 협력 전송하도록 지시하는 제어 명령 신호를 전송하는 단계
를 포함하는 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치의 동작 방법.
N (n is a natural number of 3 or more) communication nodes constituting the wireless sensor network-the n communication nodes are distributed in a pre-set three-dimensional first space-an identification number in which a unique identification number of is stored Maintaining wealth;
3D coordinates for each of a plurality of preset signal receiving sides and a communication node preset to correspond to each of the plurality of signal receiving sides- A communication node corresponding to each of the plurality of signal receiving sides includes the n communication As a communication node selected from among nodes, when transmitting signals based on beamforming to each of the plurality of signal receiving sides, each signal receiving side has the maximum signal to noise ratio (SNR). Maintaining a training set storage unit in which the unique identification number of is stored as training set data for machine learning;
A 1 x 3 matrix corresponding to each of the plurality of signal reception sides is generated based on 3D coordinates for each of the plurality of signal reception sides, and a 1 x 3 matrix corresponding to each of the plurality of signal reception sides Generating a 1xn arithmetic matrix corresponding to each of the plurality of signal receiving sides by serially multiplying at least one weight matrix by;
N probabilities at each of the plurality of signal receiving sides by applying a preset activation function for calculating a probability value to n components included in a 1 xn calculation matrix corresponding to each of the plurality of signal receiving sides Calculating values;
When n probability values at each of the plurality of signal receiving sides are calculated, the n probability values calculated at each of the plurality of signal receiving sides are matched one by one with unique identification numbers of the n communication nodes, and the plurality of The at least one weight matrix so that the probability value matched with the unique identification number of the communication node selected as corresponding to each of the plurality of signal receiving sides among n probability values calculated by each of the signal receiving sides of Machine learning the machine;
When a transmission event for transmitting the first sensing data to the first signal receiving device occurs, the n communication nodes based on the three-dimensional coordinates of the first signal receiving device and at least one weight matrix on which the machine learning has been completed Selecting k (k is a natural number greater than or equal to 2 and less than n) communication nodes for transmitting the first sensing data to the first signal receiving apparatus based on analog cooperative beamforming ; And
When the k communication nodes are selected, the k communication nodes are identified based on the unique identification numbers of the k communication nodes, and the first sensing data is transmitted to the k communication nodes. Transmitting a control command signal instructing to transmit cooperatively based on cooperative analog beamforming
A method of operating a wireless communication control apparatus for performing signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a 3D space including a.
제6항에 있어서,
상기 3차원의 제1 공간은 미리 설정된 길이의 반지름을 갖는 3차원 구형 공간이고, 상기 n개의 통신 노드들은 상기 3차원 구형 공간 내에서 3차원 가우시안 분포(Gaussian Distribution)에 따라 분포되어 있는 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치의 동작 방법.
The method of claim 6,
The three-dimensional first space is a three-dimensional spherical space having a radius of a preset length, and the n communication nodes are a three-dimensional space distributed according to a three-dimensional Gaussian distribution within the three-dimensional spherical space. A method of operating a wireless communication control apparatus for performing signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in the image.
삭제delete 제6항에 있어서,
상기 통신 노드들을 선택하는 단계는
상기 제1 신호 수신 장치로 상기 제1 센싱 데이터를 전송해야 하는 전송 이벤트가 발생하는 경우, 상기 제1 신호 수신 장치의 3차원 좌표를 확인하는 단계;
상기 제1 신호 수신 장치의 3차원 좌표를 기초로 상기 제1 신호 수신 장치에 대응하는 1 x 3 행렬을 생성하고, 상기 제1 신호 수신 장치에 대응하는 1 x 3 행렬에 상기 기계학습이 완료된 적어도 하나의 가중치 행렬을 연쇄적으로 곱하여 상기 제1 신호 수신 장치에 대응하는 1 x n의 연산 행렬을 생성하는 단계;
상기 제1 신호 수신 장치에 대응하는 1 x n의 연산 행렬에 포함된 n개의 성분들에 대해 확률 값 연산을 위한 상기 활성화 함수를 적용하여 상기 제1 신호 수신 장치에 대한 n개의 확률 값들을 연산하고, 상기 제1 신호 수신 장치에 대한 n개의 확률 값들을 상기 n개의 통신 노드들의 고유 식별 번호와 하나씩 매칭시킨 후 상기 제1 신호 수신 장치에 대한 n개의 확률 값들 중 크기가 큰 순서로 k개의 확률 값들을 선정하는 단계; 및
상기 k개의 확률 값들이 선정되면, 상기 n개의 통신 노드들 중 상기 k개의 확률 값들에 고유 식별 번호가 매칭된 k개의 통신 노드들을 상기 제1 신호 수신 장치로 상기 제1 센싱 데이터를 아날로그 협력 빔포밍에 기반하여 전송하기 위한 통신 노드로 선택하는 단계
를 포함하는 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치의 동작 방법.
The method of claim 6,
The step of selecting the communication nodes
When a transmission event in which the first sensing data is to be transmitted to the first signal receiving device occurs, checking the three-dimensional coordinates of the first signal receiving device;
At least a 1 x 3 matrix corresponding to the first signal reception device is generated based on the three-dimensional coordinates of the first signal reception device, and the machine learning is completed in a 1 x 3 matrix corresponding to the first signal reception device. Generating a 1xn arithmetic matrix corresponding to the first signal receiving apparatus by concatenatingly multiplying one weight matrix;
Computing n probability values for the first signal receiving apparatus by applying the activation function for calculating probability values to n components included in a 1 x n computation matrix corresponding to the first signal receiving apparatus, After matching the n probability values for the first signal reception device with the unique identification numbers of the n communication nodes one by one, k probability values of the n probability values for the first signal reception device in the order of the largest Selecting; And
When the k probability values are selected, the k communication nodes matched with the unique identification number to the k probability values among the n communication nodes are analog cooperative beamforming the first sensing data to the first signal receiving device. Selecting as a communication node for transmission based on
A method of operating a wireless communication control apparatus for performing signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a 3D space including a.
제9항에 있어서,
상기 활성화 함수는
하기의 수학식 1의 연산에 따라 n개의 값들을 0과 1사이의 확률 값으로 변환하는 softmax 함수인 3차원 공간 상에 분포되어 있는 통신 노드들을 통해 아날로그 협력 빔포밍에 기반한 신호 전송 처리를 수행하는 무선 통신 제어 장치의 동작 방법.
[수학식 1]
Figure 112019099116415-pat00003

여기서, fi는 n개의 값들 중 i번째 값에 대해 연산된 확률 값으로, xi는 n개의 값들 중 i번째 값, xk는 n개의 값들 중 k번째 값, e는 자연상수를 의미함.
The method of claim 9,
The activation function is
Performing signal transmission processing based on analog cooperative beamforming through communication nodes distributed in a three-dimensional space, which is a softmax function that converts n values into probability values between 0 and 1 according to the operation of Equation 1 below. A method of operating a wireless communication control device.
[Equation 1]
Figure 112019099116415-pat00003

Here, f i is a probability value calculated for the i-th value of n values, x i is the i-th value of n values, x k is the k-th value of n values, and e is a natural constant.
제6항, 제7항, 제9항 또는 제10항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터와의 결합을 통해 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.A computer-readable recording medium recording a computer program for executing the method of any one of claims 6, 7, 9, or 10 through a combination with a computer. 제6항, 제7항, 제9항 또는 제10항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터와의 결합을 통해 실행시키기 위한 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.A computer program stored in a storage medium for executing the method of any one of claims 6, 7, 9 or 10 through a combination with a computer.
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