KR102423137B1 - 동기 무선 분산 시스템에서 통신 자원 할당 방법 및 이를 이용한 장치 - Google Patents

동기 무선 분산 시스템에서 통신 자원 할당 방법 및 이를 이용한 장치 Download PDF

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Abstract

중심 주파수가 다른 복수의 채널들로부터 구성된 복수의 통신 자원들이 존재하고, 제1 분산 단말과 제2 분산 단말을 포함하는 동기 무선 분산 통신 시스템에서 상기 제1 분산 단말의 동작 방법은 상기 복수의 채널들과 독립적인 중심 주파수를 가지는 자원 할당용 채널에서 상기 통신 자원들과 매핑된 슬롯들을 수신하는 단계; 상기 수신한 자원 할당용 채널의 슬롯들과 상기 통신 자원들과의 매핑 관계를 이용하여 상기 통신 자원들의 통신 환경을 조사하는 단계; 상기 조사한 통신 자원들의 통신 환경을 이용하여 할당할 제1 통신 자원을 선택하는 단계; 상기 선택된 제1 통신 자원을 할당하는 단계; 및 상기 할당된 제1 통신 자원을 지속적으로 점유하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

동기 무선 분산 시스템에서 통신 자원 할당 방법 및 이를 이용한 장치{Communication resource allocation method in synchronized wireless distributed communication system, and apparatus therefor}
본 발명은 동기 무선 분산 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중심 주파수가 다른 채널들의 통신 자원들이 설정된 동기 무선 분산 시스템에서 분산 통신 단말이 제어국의 도움 없이 자원 충돌을 최소화하면서 스스로 중심 주파수가 다른 채널들로 이루어진 통신 자원들 중에서 사용할 통신 자원을 할당하는 방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것이다.
소형 드론들의 상업화가 빠르게 진행되고 있다. 예들 들어, 아마존은 소형 드론을 이용한 택배 서비스를 개발하였고, 일본은 건설 측량을 드론으로 실시해야 한다는 법안을 만들기도 했다. 이러한 소형 드론들은 현재 주로 와이파이(WiFi) 통신 방식에 의해서 제어되고 있으며, 드론이 촬영한 영상 데이터 역시 주로 와이파이 통신 방식에 의해 송수신되고 있다.
그러나, 와이파이 통신 방식에는 여러 가지 문제점들이 존재한다. 첫째, 현재의 와이파이 통신은 비면허 대역을 이용하기 때문에, 드론과 컨트롤러(조종 단말)가 사용 중인 와이파이 채널에 간섭이 발생할 경우, 통신이 두절될 수 있다는 점이다. 둘째, 와이파이는 비동기 통신 방식으로 carrier sense multiple-access/collision avoidance(CSMA/CA) 액세스 기술을 사용하기 때문에 통신 자원의 충돌 확률이 높다는 것이다. 높은 통신 자원 충돌 확률로 인하여, 시스템의 안정성이 낮아 와이파이 통신 방식은 많은 분산 단말들을 지원하지 못한다.
상술된 이유에 따라, 소형 드론들은 향후 3GPP LTE(long term evolution) 및/또는 NR(new radio)와 같은 이동 통신 시스템을 이용할 가능성이 있다. 그러나, 이동 통신 시스템은 상대적으로 긴 통신 지연 시간을 가지고 있어, 실시간 제어에 적합하지 않다. 또한, 이동 통신 시스템은 통신 음영 지역에서 드론의 제어가 되지 않는 문제와 통화 끊김 문제가 있기 때문에, 드론과의 통신이 갑작스럽게 끊기는 상황은 안전상의 위험을 초래할 수 있다.
이러한 운용상의 위험성 때문에, 현재 세계 각국은 소형 드론에 대한 엄격한 규제를 적용하고 있다. 즉, 규제로 인하여 드론 택배 같은 상업적 서비스는 현실화되기 어렵거나 아주 제한적으로만 제공된다. 따라서, 소형 드론의 운용 안정성 확보를 위한 소형 드론 전용 통신이 요구되고 있다. 요구되는 전용 통신은 주로 드론 제어용 통신과 임무용 통신이다. 제어용 통신에 사용되는 제어 채널은 조종 단말이 드론을 제어하기 위한 채널이며, 임무용 통신에 사용되는 임무용 채널은 주로 드론이 촬영한 영상 데이터를 컨트롤러에 전달하는 채널이다. 많은 드론들이 제어 채널을 사용하기 때문에, 제어 채널은 중심 주파수가 서로 다른 다채널 자원들로 구성되며, 임무용 채널도 마찬가지다.
수많은 분산된 드론들이 전용 제어 채널과 전용 임무용 채널을 사용할 때 중요한 점은 각 분산된 드론에게 통신 자원 충돌의 우려가 없이 안정적으로 통신 자원을 할당해야 한다는 점이다. 그러나 소형 드론 비행 허가 승인 기관은 다음과 같은 이유로 사용 가능한 다채널 자원들 중에서 어떤 채널 자원을 사용할 것인지를 드론에게 실시간으로 할당하지는 않는다.
첫째, 서로 멀리 떨어진 드론들이 주파수가 같은 채널을 할당 받은 경우에는 통신 자원 충돌이 일어나지 않지만, 멀리 떨어져 있던 드론들이 운영 중에 가까이 접근할 경우에는 통신 자원 충돌이 일어나 통신이 두절될 수 있다. 둘째, 주파수가 다른 채널 자원을 사용하는 경우에도 원근 문제(near far problem)에 따른 통신 두절이 야기될 수 있다. 예컨대, 드론 A 와 드론 B 가 각각 주파수가 다른 채널들을 사용할 경우에도, 두 채널들의 주파수 간격이 충분히 크지 않다면, 드론 A 가 전송하는 신호는 드론 B 및 드론 B와 관계된 조종 단말에 강한 간섭을 일으킬 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 많은 수의 분산된 드론들이 실시간으로 제어 또는 임무용 다채널 자원들을 자원 충돌 없이 자율적으로 할당하는 방법을 제안한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 복수의 주파수가 다른 채널들로 구성되는 통신 자원들이 존재하는 동기 무선 분산 통신 시스템에서 분산 단말들이 사용할 통신 자원을 실시간으로 자율적으로 선택하는 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 동기 무선 분산 시스템에서 복수의 채널 자원들 중에서 사용할 자원을 실시간으로 자율적으로 선택하는 분산 단말 쌍을 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은, 복수의 채널 자원들 중에서 사용할 자원을 실시간으로 자율적으로 선택하는 분산 통신 단말과 상기 분산 통신 단말를 제어하는 조종 분산 단말로 구성된 동기 무선 분산 통신 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 중심 주파수가 다른 복수의 채널들로부터 구성된 복수의 통신 자원들이 존재하고, 제1 분산 단말과 제2 분산 단말을 포함하는 동기 무선 분산 통신 시스템에서 상기 제1 분산 단말의 동작 방법으로서, 상기 복수의 채널들과 독립적인 중심 주파수를 가지는 자원 할당용 채널에서 상기 통신 자원들과 매핑된 슬롯들을 수신하는 단계; 상기 수신한 자원 할당용 채널의 슬롯들과 상기 통신 자원들과의 매핑 관계를 이용하여 상기 통신 자원들의 통신 환경을 조사하는 단계; 상기 조사한 통신 자원들의 통신 환경을 이용하여 할당할 제1 통신 자원을 선택하는 단계; 상기 선택된 제1 통신 자원을 할당하는 단계; 및 상기 할당된 제1 통신 자원을 지속적으로 점유하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 통신 자원들 각각은 상기 중심 주파수가 다른 복수의 채널들 각각일 수 있다.
상기 복수의 통신 자원들은 상기 중심 주파수가 다른 복수의 채널들 각각이 복수 개로 나누어진 부채널들이며, 상기 부채널들은 각 주파수 영역에서 시간적으로 분리될 수 있다.
상기 복수의 통신 자원들 중 시간적으로 분리된 부채널들 간에 서로 다른 송신 전력 범위가 할당되도록 설정될 수 있다.
상기 복수의 통신 자원들에 대한 설정 정보, 상기 자원 할당용 채널에 대한 설정 정보, 및 상기 복수의 통신 자원들과 상기 자원 할당용 채널의 슬롯들 간의 매핑 관계는 상기 제1 분산 단말과 상기 제2 분산 단말을 포함한 복수의 분산 단말들에 미리 설정(preconfigured)될 수 있다.
상기 제1 통신 자원을 선택하는 단계는, 상기 복수의 통신 자원들 중에서 점유되지 않은 통신 자원들을 확인하는 단계; 상기 점유되지 않은 것으로 확인된 통신 자원들 각각에 대한 간섭 파워를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 통신 자원들 각각에 대한 간섭 파워에 기초하여 상기 제1 통신 자원을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 점유되지 않은 통신 자원들을 확인하는 단계에서, 상기 점유되지 않은 통신 자원들은 상기 자원 할당용 채널에서 상기 복수의 통신 자원들과 각각 매핑된 슬롯들의 첫번째 부슬롯의 수신 신호의 세기를 소정 임계값과 비교하여 확인될 수 있다.
상기 간섭 파워를 계산하는 단계에서, 상기 점유되지 않은 것으로 확인된 통신 자원들 각각에 대한 간섭 파워는 상기 점유되지 않은 것으로 확인된 통신 자원들 각각과 주파수는 다르고 시간적으로는 중첩된 채널들의 모든 통신 자원들이 상기 점유되지 않은 것으로 확인된 통신 자원들 각각에 미치는 간섭 파워를 모두 더하여 구해질 수 있다.
상기 점유되지 않은 것으로 확인된 통신 자원들 각각과 주파수는 다르고 시간적으로는 중첩된 채널들의 모든 통신 자원들이 상기 점유되지 않은 것으로 확인된 통신 자원들 각각에 미치는 간섭 파워는, 상기 주파수는 다르고 시간적으로는 중첩된 채널들의 통신 자원들과 매핑된 상기 자원 할당용 채널의 슬롯들의 수신 신호 세기에, 상기 주파수는 다르고 시간적으로는 중첩된 채널들의 주파수들과 상기 점유되지 않은 것으로 확인된 통신 자원들 각각이 존재하는 채널의 주파수 차이에 따른 간섭 가중치들을 더한 값을 합산하여 산출되며, 상기 자원 할당용 채널의 슬롯들의 수신 신호 세기와 간섭 가중치는 각각 dBm과 dB 로 표현될 수 있다.
상기 계산된 통신 자원들 각각에 대한 간섭 파워에 기초하여 상기 제1 통신 자원을 선택하는 단계는, 상기 제1 분산 단말이 상기 계산된 통신 자원들 각각에 대한 간섭 파워에 기초하여 할당 가능한 후보 통신 자원들을 결정하는 단계; 상기 제2 분산 단말로부터 상기 제2 분산 단말이 할당 가능한 후보 통신 자원들에 대한 정보를 수신하는 단계; 상기 제1 분산 단말과 상기 제2 분 산 단말 모두에게 할당 가능한 유효 후보 통신 자원들을 결정하는 단계; 및 상기 유효 후보 통신 자원들 중에서 상기 제1 통신 자원을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 선택된 제1 통신 자원을 할당하는 단계에서, 상기 제1 분산 단말과 상기 제2 분산 단말이 동시에 상기 선택된 제1 통신 자원과 매핑된 상기 통신 자원 할당용 채널의 슬롯인 제 1 슬롯에서 각각 할당 경쟁을 수행할 수 있다.
상기 제 1 슬롯에서 상기 제1 분산 단말과 상기 제2 분산 단말이 각각 수행하는 할당 경쟁은 상기 제1 분산 단말과 제2 분산 단말이 각각 사전에 복수개의 부슬롯(Sub-slot)들로 구성된 제1 슬롯에서 동일한 제 1 부슬롯을 선택하는 단계; 상기 제1 분산 단말과 제2 분산 단말이 각각 상기 자원 할당용 채널의 슬롯내의 첫 번째 부슬롯부터 상기 제 1 부슬롯까지 캐리어 센싱(Carrier Sensing)을 수행하는 단계; 상기 제1 분산 단말과 제2 분산 단말이 각각 상기 캐리어 센싱 결과 다른 단말의 신호가 센싱되면 상기 경쟁을 포기하고, 다른 단말의 신호가 센싱되지 않으면, 상기 제 1 부슬롯에서 신호 전송을 시작하고 동일한 제 2 부슬롯을 선택하는 단계; 상기 제1 분산 단말과 제2 분산 단말이 각각 상기 제 2 부슬롯에서 상기 신호 전송을 멈추고 캐리어 센싱을 수행하는 단계; 및 상기 제1 분산 단말과 제2 분산 단말이 각각 상기 캐리어 센싱 결과 다른 단말의 신호가 센싱되면 상기 경쟁을 포기하고, 다른 단말의 신호가 센싱되지 않으면, 경쟁에 승리한 것으로 간주하고 상기 제 2 부슬롯의 다음 부슬롯부터 마지막 부슬롯까지 신호 전송을 재개하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 할당된 제1 통신 자원을 지속적으로 점유하는 단계는, 상기 제1 분산 단말과 상기 제2 분산 단말이 동시에 상기 할당한 제1 통신 자원과 매핑된 상기 자원 할당용 채널의 슬롯인 제 1 슬롯의 첫번째 부슬롯에서 소정 레벨의 신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 동작 방법은 상기 할당된 제1 통신 자원을 지속적으로 점유하는 단계 이후에, 상기 할당된 제1 통신 자원의 충돌을 검사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 할당된 제1 통신 자원의 충돌을 검사하는 단계는 상기 제1 분산 단말이 상기 할당된 제1 통신 자원과 매핑되는 자원 할당용 채널의 슬롯의 첫번째 부슬롯을 제외한 다른 부슬롯들에서, 미리 결정된 송신 가능한 부슬롯들 중의 일부 부슬롯들에서 충돌 신호를 전송하는 단계; 상기 제2 분산 단말이 상기 할당된 제1 통신 자원과 매핑되는 자원 할당용 채널의 슬롯의 첫번째 부슬롯을 제외한 다른 부슬롯들에서, 제1 분산 단말이 충돌 톤을 송신하는 영역과 다르게 미리 결정된 송신 가능한 부슬롯들 중의 일부 부슬롯들에서 충돌 신호를 전송하는 단계; 및 상기 제1 분산 단말과 상기 제2 분산 단말이, 상기 할당된 제1 통신 자원과 매핑되는 자원 할당용 채널의 슬롯에서, 상기 제1 분산 단말과 상기 제2 분산 단말 중에 어떤 단말도 충돌 신호를 전송하지 않는 부슬롯들에서 충돌 신호를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 동작 방법은, 상기 할당된 제1 통신 자원의 충돌을 검사하는 단계에서 자원 충돌이 검출된 경우, 상기 자원 충돌의 허용 여부를 결정하는 단계; 및 상기 자원 충돌을 허용하지 않는 것으로 결정된 경우, 해당 자원을 반납하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제1 분산 단말과 상기 제2 분산 단말이 동시에 상기 제1 통신 자원과 매핑된 상기 자원 할당용 채널의 슬롯인 제 1 슬롯의 첫번째 부슬롯에서 소정 레벨의 신호를 전송할 때의 신호 레벨은, 상기 제1 통신 자원의 송신 파워에 미리 정한 파워 값을 더한 값으로 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예들을 이용하면, 동기된 분산 무선 통신 시스템에서 수많은 분산된 분산 단말들(예컨대, 드론들)이 제어 또는 임무용 채널 자원들을 실시간으로 자율적으로 자원 충돌 없이 선택할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 실시예들을 이용하면, 실시간으로 통신 자원에서의 충돌이 검출되고, 자원 충돌이 발생한 경우, 자원 충돌이 없는 다른 통신 자원을 다시 선택하여 통신을 수행할 수 있다. 이러한 안정적인 통신 자원 할당은 드론의 운용 안정성을 보장하기 때문에, 소형 드론의 실질적인 상업화를 가능하게 한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널들의 구성 예를 설명하기 위한 개념도이며, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 자원들을 구성하는 각 제어 채널의 구성 예를 설명하기 위한 개념도이며, 도 1c 및 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 자원들의 그룹핑 개념을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 2a와 도 2b는 무선 분산 통신 시스템에서 발생되는 원근 문제를 설명하기 위한 개념도들이다.
도 3은 무선 분산 통신 시스템에서 발생되는 원근 문제에 의한 수신 신호 전력들을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 무선 분산 통신 시스템에서 자원의 재사용에 의해서 발생될 수 있는 제어 불가능 상태를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당용 채널의 구성 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 무선 분산 통산 시스템의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 무선 분산 통산 시스템에 속한 각 분산 단말의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당용 채널을 통한 통신 환경 측정 결과들에 기초한 부채널들의 통신 환경을 설명하기 위한 개념도이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당용 채널 슬롯에서의 경쟁을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 10a 및 도 10b및 도 10c는 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 톤을 이용한 통신 환경 모니터링 개념을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 원근 문제를 해결하기 위한 부채널 별 송신 전력 범위 설정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 부채널 별 송신 전력 범위 설정에 의한 원근 문제 해결 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 단말의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. '및/또는'이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
참고문헌 [1] 한국 특허 공개번호 10-2018-0058662, "동기 무선 통신 시스템에서의 충돌 회피 방법" (등록번호 2034529, 등록일 2019-10-15)
참고문헌 [2] 한국 특허 출원번호 10-2018-0027675, "무선 분산 통신 시스템에서 효율적 톤 채널 이용 방법"
본 발명은 동기된 무선 분산 통신 시스템에서 수많은 분산된 드론들이 제어 혹은 임무용 다채널 자원들을 자원 충돌 없이 실시간으로 자율적으로 할당하는 방법을 제안하고자 한다. 본 발명은 동기된 무선 분산 통신 시스템에서 수많은 분산된 드론들이 제어 혹은 임무용 다채널 자원들을 자원 충돌 없이 실시간으로 자율적으로 할당하는 것이 목표이다. 앞으로 중심 주파수가 다른 복수의 제어 채널들에서 제어용 통신 자원을 할당하는 것을 기술하나, 임무용 통신 자원도 같은 방식으로 할당될 수 있다. 하기에서는 제어를 위해 사용되는 중심 주파수가 서로 다른 각 채널들을 제어 채널로 부른다.
동기된 분산 무선 통신 시스템의 특징은 중앙 제어국이 없고, 모든 단말이 동기화되어 있다는 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널들의 구성 예를 설명하기 위한 개념도이다. 도 1a를 참조하면, 중심 주파수가 다른 총 25개의 제어 채널들(100)이 존재할 수 있고, 각 제어 채널은 1MHz의 대역폭을 가질 수 있다. 한편, 자원 할당용 채널(110)은 0.25MHz의 대역폭을 가질 수 있다. 자원 할당용 채널의 구성은 후술된다. 상기 제어 채널들(100)과 자원 할당용 채널(110)의 개수와 대역폭들은 동기 분산 무선 통신 시스템의 운영 대역폭 및 동기 분산 무선 통신 시스템에 존재하는 분산 단말들의 숫자에 따라서 다르게 설정될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 동기 분산 무선 통신 시스템은 도 1a 및 후술될 도 1b 내지 도 1d의 구성 예들에 한정되지 않는다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 자원들을 구성하는 각 제어 채널의 구성 예를 설명하기 위한 개념도이다. 도 1b를 참조하면, 각 제어 채널은 1 프레임 당 500 개의 슬롯(slot)들(예컨대, #0 내지 #499)을 가질 수 있다. 예컨대, 1초 프레임(frame)을 가정하면, 각 슬롯은 1/500초(즉, 2ms)의 길이를 가질 수 있다.
도 1c 및 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 자원들의 그룹핑 개념을 설명하기 위한 개념도들이다. 도 1c를 참조하면, 각각의 제어 채널에 대해서, 500 개의 슬롯들은 20 개의 슬롯 그룹(slot group)(예컨대, 슬롯 그룹 0 내지 19)으로 그룹핑되며, 각 슬롯 그룹은 25개의 슬롯들을 포함할 수 있다. 각 슬롯 그룹이 하나의 분산 단말에 할당되는 것으로 가정하면, 25개의 제어 채널들은 500(=20 슬롯 그룹 x 25 제어 채널)개의 그룹들로 그룹핑되고, 500개의 분산 단말들을 지원할 수 있다. 따라서, 하나의 슬롯 그룹은 하나의 통신 자원이 된다. 이하에서는, 하나의 슬롯 그룹에 대응된 통신 자원을 간단히'부채널'이라 지칭하며, 따라서, 본 실시예에서는 하나의 부채널이 곧 하나의 통신 자원을 의미한다. 즉, 각각의 부채널은 동일한 주파수 대역에서 시간적으로 분리된 복수의 슬롯들의 그룹으로 구성될 수 있다. 도 1d를 참조하면, 상기 설명된 부채널들 각각은 (f, s)로 지시될 수 있다. 일 실시예에서, f는 0에서 24까지의 값을 가지는 제어 채널 번호를 지시하며, s는 f로 지시되는 제어 채널 내에서 0에서 19까지의 값을 가지는 슬롯 그룹 번호를 지시할 수 있다.
상술된 실시예에서와 같이, 본 발명이 목적하는 드론 통신에서 큰 대역폭의 채널 하나를 이용하지 않고, 중심 주파수들이 다르고 작은 대역폭을 가진 복수의 채널 자원들을 이용하는 이유는 다음과 같다. 첫째, 대역 폭이 크면 통신 거리가 그만큼 줄어들기 때문에 작은 대역폭의 채널 자원을 이용하여 통신 거리를 증대시킬 수 있다. 둘째, 제어 채널을 통해서 전달되는 제어 데이터(control data)의 비트 수가 작기 때문에 작은 대역폭의 자원만으로도 충분히 제어 데이터를 전송할 수 있다.
또한, 상술된 실시예에서, 하나의 제어 채널을 500 개의 슬롯으로 나누고, 하나의 부채널이 25 개의 슬롯들을 포함하도록 설정된 이유는 다음과 같다. 첫째, 분산 단말이 드론일 경우, 일반적으로 초당 20회의 제어가 필요하기 때문이다. 따라서 조종 단말(다른 분산 통신 단말을 조종할 수 있는 분산 통신 단말)은 분산 단말(예컨대, 드론)에게 초당 20번의 신호 전송 기회를 가지고, 분산 단말(예컨대, 드론)는 조종 단말에게 초당 5번의 신호 전송 기회를 가질 수 있다. 도 1c에서, 빗금 친 슬롯들(예컨대, 슬롯 #80, #180, ..., #480)은 분산 단말(예컨대, 드론)이 조종 단말에게 신호를 전송하기 위해서 이용되는 슬롯들을 의미하며, 빗금이 없는 슬롯들(예컨대, 슬롯 #0, #20, ..., #460)은 조종 단말이 분산 단말(예컨대, 드론)에게 신호를 전송하기 위해서 이용되는 슬롯들을 의미한다. 따라서, 도 1c에서 보여지는 바와 같이, 독립적인 중심 주파수를 가지는 하나의 제어 채널은 20개의 부채널들을 가지며, 20개의 드론들을 지원할 수 있다.
한편, 무선 분산 통신 시스템에서 고려해야 할 중요한 이슈는 원근 문제(near far problem) 문제이다.
도 2a와 도 2b는 무선 분산 통신 시스템에서 발생되는 원근 문제를 설명하기 위한 개념도들이다.
도 2a에서 보여지는 바와 같이, 분산 단말 A와 분산 단말 B 가 각각 부채널(0,0)과 부채널(0,1)-즉, 시간적으로 중첩되지 않는 자원들-을 사용한다면, 분산 단말 A와 분산 단말 B는 서로 다른 시간들에서 신호들을 전송하기 때문에, 원근 문제에 따른 간섭이 발생되지 않는다. 그러나, 도 2b에서 보여지는 바와 같이, 분산 단말 A와 분산 단말 B가 각각 통신 자원(0,0)과 통신 자원(1,0)-즉, 시간적으로 중첩되는 자원들-을 사용한다면, 분산 단말 A와 분산 단말 B는 같은 시간에 신호들을 전송하기 때문에, 원근 문제에 따른 간섭이 발생될 수 있다.
도 2b에서 분산 단말 A에 대한 조종 단말(210)과 분산 단말 B에 대한 조종 단말(220)은 거의 같은 위치에 있다. 그러나, 분산 단말 B는 상기 조종 단말들로부터 먼 거리(약 400m)에 위치하고, 분산 단말 A는 상기 조종 단말들로부터 가까운 거리(약 1m)에 위치한다. 따라서, 부채널(1,0)을 사용하는 분산 단말 B의 신호는 두 조종 단말들에 매우 작은 전력으로 수신되고, 부채널(0,0)를 사용하는 분산 단말 A의 신호는 두 조종 단말들에 매우 큰 전력으로 수신될 수 있다. 즉, 분산 단말 A의 신호는 주로 제어 채널 0에 존재하지만, 제어 채널 1에도 누설되는 분산 단말 A의 신호가 존재할 수 있다. 이하에서, 상기 누설 신호(즉, 제어 채널1에서의 분산 단말 A의 신호)가 목적하는 채널에서의 신호(즉, 제어 채널 0에서의 분산 단말 A의 신호)보다 50 dB 작다고 가정한다. 분산 단말 A는 두 조종 단말들(210, 220)로부터 1m 거리에 위치하고, 분산 단말 B는 두 조종 단말들(210, 220)로부터 대략 400m 거리에 위치한다면, 분산 단말 B의 신호는 분산 단말 A의 신호보다 약 52 dB 낮은 전력으로 조종 단말들에 수신될 수 있다. 예를 들어, 분산 단말 A의 신호가 -30 dBm의 전력으로 조종 단말들(210, 220)에 수신된다면, 분산 단말 B의 신호는 -82 dBm의 전력으로 조종 단말들(210, 220)에 수신될 수 있다.
도 3은 무선 분산 통신 시스템에서 발생되는 원근 문제에 의한 수신 신호 전력들을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3에서 보여지는 바와 같이, 제어 채널 1을 통하여 수신되는 분산 단말 B에 대한 수신 전력은 두 조종 단말들(210, 220)에서 -82 dBm이므로, 분산 단말 A 로부터 제어 채널 1으로 누설되는 신호의 수신 전력인 -80 dBm 보다 작다. 이 경우, 조종 단말(220)는 분산 단말 B의 신호를 수신하지 못할 수 있다.
상기 분산 단말들이 드론들인 경우, 상술된 원근 문제로 인한 신호 간섭은 안전상 매우 큰 문제를 야기하기 때문에 허용될 수 없다. 따라서, 분산 단말은 신호 간섭으로 인한 제어 불능 상황을 미리 예측하고 이를 회피할 수 있어야 한다. 이러한 신호 간섭을 미리 예측하고 회피하기 위해서는, 각각의 분산 단말이 실시간으로 모든 주파수 채널들에 존재하는 통신 자원(가령, 부채널)들의 통신 환경들을 측정해야 한다. 왜냐하면, 각 채널들에 존재하는 통신 자원들의 통신 환경들은 각각의 분산 단말마다 모두 다르기 때문이다.
상술된 바와 같이, 분산 단말(예컨대, 드론)은 실시간으로 변화하는 통신 자원(가령, 부채널)들의 통신 환경들을 측정해야 하기 때문에, 소형 드론 비행 허가 승인 기관은 실시간으로 각 드론이 사용 가능한 부채널들을 조사하고, 실시간으로 각각의 분산 단말이 사용할 부채널을 할당해 줄 수 없다. 그러나, 각 분산 단말들 역시 실시간으로 부채널들의 통신 환경을 측정하는 것이 쉽지 않다는 문제가 존재한다. 분산 단말이 복수의 중심 주파수가 다른 채널들에 존재하는 부채널들의 상태를 측정하기 위해서는 중심 주파수가 다른 각 채널들을 동시에 수신해야 하는데, 이를 위해서는 주파수가 다른 채널들의 수에 상응하는 숫자의 하드웨어(특히, RF 하드웨어)가 필요하기 때문이다. 현실적으로 드론이 탑재 가능한 RF 하드웨어의 수는 매우 제한적이다. 분산 단말이 파악해야 하는 통신 환경은 각 통신 자원(가령, 부채널)의 점유 여부, 각 통신 자원에 미치는 간섭량, 및/또는 각 통신 자원의 수신 전력 등을 포함할 수 있다.
또한, 각 분산 단말이 부채널들의 통신 환경들을 알더라도 이를 적절히 할당할 방법이 없을 수 있다. 분산 단말은 단순하게 비점유 상태의 부채널을 먼저 사용하는 방식으로 동작할 수밖에 없다. 이때, 두개 이상의 분산 단말들이 비점유 상태의 부채널을 동시에 사용하면, 통신 자원 충돌이 발생될 수 있고 통신 자원 충돌에 의해 분산 단말(예컨대, 드론)은 제어 불가능 상태에 빠질 수 있다.
또한, 동기 무선 분산 통신 시스템은 같은 자원을 간섭이 없는 한 재사용(reuse)하는 방식으로 동작할 수 있다. 즉, 통신 간섭이 거의 없다면, 동일한 통신 자원이 재사용될 수 있다.
도 4는 동기 무선 분산 통신 시스템에서 자원의 재사용에 의해서 발생될 수 있는 제어 불가능 상태를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4에서 보여지는 바와 같이, 동일한 부채널(0,0)을 사용하는 두 분산 단말들이 서로 근접하여 통신 자원 충돌 영역(400)으로 진입하면, 갑작스럽게 분산 단말들의 제어가 불가능하게 될 수 있다. 두 분산 단말들이 멀리 떨어진 상황에서는 동일한 부채널(0,0)을 사용하는 분산 단말 A와 분산 단말 B의 통신 링크들 간에 간섭이 없지만, 두 분산 단말들이 근접하는 경우 통신 간섭이 커지기 때문에, 어느 순간 분산 단말들의 제어가 불가능하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 복수의 통신 자원들을 할당하고, 복수의 통신 자원들의 통신 환경들을 측정하기 위한 자원 할당용 채널의 사용을 제안한다. 도 1a를 다시 참조하면, 자원 할당용 채널(110)은 제어 채널들(100)과는 독립적인 중심 주파수를 가진다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당용 채널의 구성 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5에서 보여지는 바와 같이, 자원 할당용 채널(110)은 각 제어 채널과 마찬가지로 초당 500 개의 슬롯을 가질 수 있다. 자원 할당용 채널의 각각의 슬롯은 통신 자원(가령 부채널)들 각각에 매핑될 수 있다. 또한, 자원 할당용 채널의 제1 슬롯이 할당된 분산 단말에게 제1 슬롯에 매핑된 제1 통신 자원이 할당된 것으로 가정된다. 이하에서, 하나의 부채널과 매핑된 자원 할당용 채널의 슬롯을 '매핑 슬롯'으로 지칭한다.
예를 들면, 표 1과 도 5에 보여지는 바와 같이 0번 매핑 슬롯이 할당된 분산 단말에게 부채널(0,0)이 할당된 것으로 간주되고, 1번 매핑 슬롯이 할당된 분산 단말에게 부채널(0,1)이 할당된 것으로 간주될 수 있다. 동일한 방식으로, 19번 매핑 슬롯이 할당된 분산 단말에게 부채널(0,19)이 할당된 것으로 간주되고, 20번 매핑 슬롯이 할당된 분산 단말에게 부채널(1,0)이 할당된 것으로 간주될 수 있다.
상술된 방식으로 매핑을 수행하면, 하나의 자원 할당용 채널이 최대 25개의 중심 주파수가 다른 제어 채널들에 매핑될 수 있다. 25개 보다 많은 제어 채널들이 존재한다면, 더 큰 대역폭을 가진 자원 할당용 채널이 이용되거나, 둘 이상의 자원 할당용 채널들이 이용될 수 있다. 하기 표1은 자원 할당용 채널의 슬롯들과 부채널들 간의 매핑 관계의 일 예를 설명하기 위한 것이다. 하기 표 1에서 매핑 슬롯 각각 또는 매핑 슬롯들의 그룹에 설정된 송신 전력 범위들은 원근 문제를 해결하기 위한 것이며, 이들을 통한 원근 문제 해결 방안은 후술된다.
매핑 슬롯 번호 매핑된 부채널 송신 전력 범위(dBm)
0 (0,0) -10 ~ -5
1 (0,1) -10 ~ -5
2 (0,2) -10 ~ -5
3 (0,3) -10 ~ -5
4 (0,4) 0 ~ 5
... ... ...
19 (0,19) 30 ~ 35
20 (1,0) -10 ~ -5
21 (1,1) -10 ~ -5
... ... ...
498 (24,18) 30 ~ 35
499 (24,19) 30 ~ 35
상술된 바와 같이, 자원 할당용 채널의 슬롯들과 부채널(통신 자원)들을 매핑하면, 다음과 같은 장점을 얻을 수 있다. 첫째, 분산 단말은 하나의 자원 할당용 채널을 모니터링하는 것만으로 모든 부채널들의 통신 환경을 측정할 수 있다. 둘째, 각 분산 단말이 자율적으로 부채널(통신 자원)을 선택할 수 있다. 셋째, 분산 단말은 실시간으로 분산 단말 자신이 할당한 통신 자원의 충돌이나 간섭 상황을 측정하고, 측정 결과에 따라 자원 충돌이나 간섭이 적은 다른 통신 자원으로 제어 링크를 옮길 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 무선 분산 통산 시스템의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동기 무선 분산 통신 시스템에서, 상기 복수의 통신 자원들에 대한 설정 정보, 상기 복수의 통신 자원들과 독립적인 중심 주파수를 가지는 자원 할당용 채널의 설정 정보, 및 상기 자원 할당용 채널의 슬롯들과 상기 복수의 통신 자원들 간의 매핑 관계는 상기 시스템을 구성하는 조종 단말들과 상기 분산 단말들에게 미리 설정(preconfigured)될 수 있다.
각각의 분산 단말들은 상기 자원 할당용 채널(즉, 자원 할당용 채널의 슬롯들)을 수신(센싱)하여, 상기 설정된 매핑 관계를 이용하여 상기 복수의 통신 자원들의 통신 환경을 측정하고(S610), 측정된 복수의 통신 자원들의 통신 환경들에 기초하여 자신이 이용할 통신 자원을 선택하고, 선택된 통신 자원을 통해 데이터(제어 데이터)를 전송할 수 있다(S620).
구체적으로, 분산 단말의 동작(즉, 상기 단계(S610) 및 단계(S620))는 하기와 같이 수행될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 무선 분산 통산 시스템에 속한 각 분산 단말의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
분산 단말은 복수의 통신 자원들 각각에 매핑된 슬롯들을 포함하는 자원 할당용 채널을 수신할 수 있고(S710), 상기 자원 할당용 채널에 대한 수신 결과에 기초하여 데이터(제어 데이터)의 전송에 이용될 제1 통신 자원(가령 부채널)을 선택할 수 있다(S720).
상기 단계(S720)에서는 다음의 두 가지 통신 환경들이 고려될 수 있다. 첫째는 복수의 통신 자원들 각각의 점유 여부이고, 둘째는 복수의 통신 자원들 각각의 간섭량이다.
먼저 분산 단말은 자원 할당용 채널의 각 슬롯의 수신 전력을 측정하고, 측정된 수신 전력이 소정의 임계값보다 작으면 해당 슬롯에 매핑된 부채널(통신 자원)이 점유되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 예컨대, 소정의 임계값이 -105 dBm인 경우, 자원 할당용 채널의 슬롯 0번, 1번, 2번, 및 3번의 수신 전력이 각각 -80 dBm, -107 dBm, -110 dBm, 및 -103 dBm 이면, 분산 단말은 부채널(0,0)과 부채널 (0,3)은 점유된 것으로 판단하고, 부채널(0,1)과 부채널(0,2)은 점유되지 않은 것으로 판단할 수 있다.
한편, 간섭은 동일한 시간에 신호가 송신되는 부채널들 간에만 존재할 수 있다. 즉, 시간적으로 분리된 부채널들 간에는 상호간의 간섭이 존재하지 않는다. 동일한 시간에 신호가 송신되는 부채널들 간의 간섭량을 계산하기 위해서는, 대상이 되는 부채널과 다른 주파수에 존재하는 부채널들이 고려되어야 한다. 예를 들면, 도 1a 내지 도 1d에서 설명되었던 25개 제어 채널들과 각 채널당 20개의 부채널들로 구성된 통신 자원들을 가정하면, 부채널(0,0)에 대해 존재하는 간섭량은 부채널(0,0)과 시간적으로 중첩된 모든 부채널들(즉, 부채널(1,0), 부채널(2,0), 부채널(3,0), 부채널(4,0), 부채널(5,0), ..., 부채널(23,0), 및 부채널(24,0))로부터 발생되는 간섭들을 모두 더한 것이다. 이는 하기 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure 112020083574676-pat00001
여기서,
Figure 112020083574676-pat00002
는 부채널(f,s)에서 수신되는 총 간섭량이고,
Figure 112020083574676-pat00003
는 부채널(i,s)이 부채널(f,s)에 끼치는 간섭의 량이다.
Figure 112020083574676-pat00004
는 하기 수학식 2와 같이 정의될 수 있다. 부채널(f,s)와 부채널(i,s)의 중심 주파수 차이
Figure 112020083574676-pat00005
에 따른 미리 정한 0보다 작은 간섭 가중치가 결정될 수 있고, 상기 부채널(i,s)에 매핑되는 자원 할당용 채널의 슬롯에서 측정된 수신 전력에 상기 미리 정한 간섭 가중치를 더한 값이 간섭량으로 계산될 수 있다. 여기서,
Figure 112020083574676-pat00006
의 단위는 dBm이다. 상기 간섭 가중치는 음의 값으로 표현될 수 있다.
Figure 112020083574676-pat00007
여기서,
Figure 112020083574676-pat00008
는 부채널(i,s)의 수신 전력이고 단위는 dBm이다.
Figure 112020083574676-pat00009
는 자원 할당용 채널과 부채널(f,s) 간의 중심 주파수 차이에 의하여 발생하는 수신 전력 차이를 보정하는 값이다. 자원 할당용 채널의 중심 주파수가 부채널의 중심 주파수보다 낮으면,
Figure 112020083574676-pat00010
는 음의 값을 가질 수 있다. 자원 할당용 채널의 중심 주파수가 부채널의 중심 주파수보다 높으면
Figure 112020083574676-pat00011
는 양의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 자원 할당용 채널의 중심 주파수가 거의 2GHz이고, 부채널의 중심 주파수가 거의 4GHz 라면,
Figure 112020083574676-pat00012
는 대략 -6 dB 일 수 있다.
Figure 112020083574676-pat00013
는 표 2에서 보여지는 바와 같이 설정될 수 있고 단위는 dB이다. 표 2는 단지 설명의 편의를 위한 일 실시예이다.
Figure 112020083574676-pat00014
Figure 112020083574676-pat00015
Figure 112020083574676-pat00016
Figure 112020083574676-pat00017
Figure 112020083574676-pat00018
Figure 112020083574676-pat00019
Figure 112020083574676-pat00020
Figure 112020083574676-pat00021
Figure 112020083574676-pat00022
Figure 112020083574676-pat00023
0 5 -80 10 -105 15 -130 20 -140
1 -60 6 -85 11 -110 16 -135 21 -140
2 -65 7 -90 12 -115 17 -140 22 -140
3 -70 8 -95 13 -120 18 -140 23 -140
4 -75 9 -100 14 -125 19 -140 24 -140
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당용 채널을 통한 통신 환경 측정 결과들에 기초한 부채널들의 통신 환경을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8에서 보여지는 바와 같이, 중심 주파수 차이에 대한 가중치가 표 2 와 같이 정의될 때, 부채널(6,0)과 부채널(7,0)에 미치는 부채널(5,0)의 간섭은 부채널(5,0)에 매핑된 자원 할당용 채널의 슬롯 125의 수신 전력인 -60 dBm에 중심 주파수 차이 1과 2에 따른 간섭 가중치들 -50 dB 및 -60 dB를 각각 더하여 얻어진 값들 -110 dBm 및 -120 dBm이 될 수 있다.
부채널(6,0)에서의 총 간섭량은 부채널(6,0)을 제외한 부채널(6,0)과 시간적으로 중첩된 총 24개 부채널들로부터의 간섭량을 모두 더한 값이다. 여기서 각 간섭량은 dBm 단위로 표기되기 때문에, 간섭량을 더하는 것은 dBm 단위로 표현된 값을 일반적인 스칼라 값으로 변형한 후에 더해야 올바른 결과 값을 계산할 수 있다. 예를 들어, 24 개 부채널들 각각의 간섭량이 모두 -110dBm(즉 10-11 mW)이라 가정하면, 최종 간섭량은 24 x 10-11 mW가 된다. 이를 dBm 값으로 변환하면, -96.2 dBm 이 된다.
만약 소정의 간섭 임계치가 -105 dBm이라면, 부채널(6,0)에 존재하는 총 간섭량이 -96.2dBm이기 때문에, 부채널(6.0)이 점유되어 있지 않은 경우에도 분산 단말은 부채널(6,0)을 사용할 수 없다.
다음으로 분산 단말은 사용 가능한 것으로 결정된 부채널들 중에서 하나의 부채널(이하, '제1 부채널')을 선택하고, 선택된 제1 부채널에 매핑된 자원 할당용 채널의 슬롯(이하, '제1 슬롯') 상에서 경쟁(contention)을 수행할 수 있다(S730). 이는 참고문헌 [1]에 설명된 경쟁 방식을 거의 그대로 적용할 수 있다. 그러나, 참고문헌 [1]에서는 한 분산 단말이 홀로 경쟁을 수행하여 자원을 할당한 후에, 할당된 자원을 이용하여 상대방에게 자원 할당에 대한 동의를 요청을 전송해야 링크가 형성된다. 그러나, 본 발명에서는 드론(분산 단말)과 컨트롤러(조종 단말)가 동시에 함께 경쟁을 수행하여 자원을 할당하기 때문에, 상대방에게 자원 할당에 대한 동의를 요청할 필요가 없다. 이 경우, 경쟁은 아래와 같이 수행될 수 있다.
먼저, 경쟁이 수행되는 자원 할당용 채널의 각 슬롯은 복수개의 부슬롯(subslot)들로 나누어질 수 있고, 상기 경쟁은 제1 경쟁과 제2 경쟁으로 나누어져 수행될 수 있다. 이하에서는, 하나의 자원 할당용 채널의 슬롯이 33개의 부슬롯들로 나누어지고, 제1 경쟁과 제2 경쟁은 하나의 슬롯 내에서 수행되는 것으로 가정된다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당용 채널 슬롯에서의 경쟁을 설명하기 위한 개념도들이다.
제1 경쟁에서, 분산 단말은 하나의 자원 할당용 채널 슬롯(즉, 제1 슬롯)을 구성하는 부슬롯들(부슬롯 0 내지 32) 중에서, 부슬롯 0을 제외한 나머지 부슬롯들 중의 하나의 부슬롯을 랜덤하게 선택하고, 부슬롯 0부터 선택된 부슬롯의 이전 부슬롯까지 캐리어 센싱(carrier sensing)을 수행하고, 선택된 부슬롯부터 해당 슬롯의 마지막 부슬롯까지 소정 레벨의 신호를 전송할 수 있다. 이하에서, 분산 단말이 제 1 경쟁에서 선택한 부슬롯을 '제 1 부슬롯'이라 지칭하고, 분산 단말이 제 2 경쟁에서 선택한 부슬롯은 '제 2 부슬롯'이라 지칭한다. 제1 경쟁에서는, 가장 빠른 부슬롯을 선택하는 분산 단말이 승리할 수 있다. 같은 제 1 경쟁을 조종 단말도 동시에 수행하며, 관련된 분산 단말과 조종 단말이 선택하는 제 1 부슬롯은 같다. 이와 같이 관련된 분산 단말과 조종 단말의 동시 경쟁 수행은 두 분산 단말 주변의 다른 분산 단말들과의 자원 충돌을 예방해 준다.
도 9a를 참조하면, 분산 단말 A, B, C 가 각각 부슬롯 2, 5, 31을 선택한 경우, 가장 빠른 부슬롯 번호 2 번을 선택한 분산 단말 A 가 승리한다. 부슬롯 5를 선택한 분산 단말 B는 부슬롯 4번까지는 캐리어 센싱을 수행하게 되고, 따라서 통신노드 B는 부슬롯 2부터 전송되는 분산 단말 A의 신호를 센싱하게 되므로, 분산 단말 B는 해당 부채널이 점유된 것으로 판단할 수 있고, 경쟁을 포기하게 된다. 부슬롯 31을 선택한 분산 단말 C는 부슬롯 30까지는 캐리어 센싱을 수행하게 되고, 따라서 분산 단말 C는 부슬롯 2부터 전송되는 분산 단말 A의 신호를 센싱하게 되므로, 분산 단말 C는 해당 부채널이 점유된 것으로 판단할 수 있고, 경쟁을 포기하게 된다. 여기서 분산 단말 A와 관련된 조종 단말 역시, 분산 단말 A가 선택한 부슬롯 2번을 제1 부슬롯으로 선택하여 제 1 경쟁을 같은 시간에 동시에 수행한다.
제 2 경쟁은 제 1 경쟁에서 승리한 분산 단말들만이 수행할 수 있다. 예를 들어, 도 9b에서 보여지는 바와 같이 제 1 경쟁에서 분산 단말 A, B, C 가 모두 부슬롯 2를 선택한 경우를 가정하면, 분산 단말 A, B, C는 모두 제1 경쟁에서 승리한다. 왜냐하면, 세 분산 단말들 모두 부슬롯 0과 1을 센싱한 후, 채널이 점유되어 있지 않다고 판단하기 때문이다. 이렇게 제 1 경쟁에서 승리한 분산 단말들은 모두 제 2 경쟁을 수행할 수 있다.
제 2 경쟁에서, 각 분산 단말은 제 1 부슬롯의 다음 부슬롯부터 마지막 부슬롯까지의 부슬롯들 중에서 하나의 부슬롯을 제 2 부슬롯으로 선택하고, 제1 부슬롯부터 제2 부슬롯의 이전 부슬롯까지 소정 레벨의 신호를 전송하고 제2 부슬롯에서 캐리어 센싱을 수행할 수 있다. 또한, 각 분산 단말은 제2 부슬롯의 캐리어 센싱 결과 제2 부슬롯이 점유되어 있지 않다고 판단된 경우는 제2 부슬롯의 다음 부슬롯부터 마지막 부슬롯까지 소정 레벨의 신호를 전송하고, 제2 부슬롯의 캐리어 센싱 결과 제2 부슬롯이 점유되어 있다고 판단된 경우는 신호 전송을 중단할 수 있다. 제 2 경쟁에서는 가장 늦은 번호의 부슬롯을 제 2 부슬롯으로 선택한 분산 단말이 승리할 수 있다. 예를 들어, 도 9b에서 보여지는 바와 같이, 분산 단말 A, B, C 가 각각 부슬롯 31, 6, 4를 선택한 경우, 가장 늦은 부슬롯 번호 31을 선택한 분산 단말 A 가 제2 경쟁에서 승리할 수 있다. 분산 단말 C는 부슬롯 4에서 신호 전송을 멈추고 캐리어 센싱을 수행하고, 분산 단말 A와 분산 단말 B의 신호를 센싱하게 되어 채널이 점유된 것으로 판단하기 때문에 경쟁을 포기하게 된다. 분산 단말 B는 부슬롯 6에서 신호 전송을 멈추고 캐리어 센싱을 수행하고 분산 단말 A의 신호를 센싱하게 되어 채널이 점유된 것으로 판단하기 때문에 경쟁을 포기한다. 여기서 분산 단말 A와 관련된 조종 단말 역시, 분산 단말 A가 선택한 부슬롯 31번을 제2 부슬롯으로 선택하여 제 2 경쟁을 같은 시간에 동시에 수행한다. 다만, 조종 단말은 제1 경쟁에서 승리하지 못했을 수도 있으며, 이 경우 제2 경쟁을 수행할 수 없다. 따라서, 제2 경쟁은 경우에 따라서, 분산 단말 A만 수행하거나 혹은 조종 단말만 수행하게 될 수도 있다.
다음으로, 분산 단말은 경쟁에서 승리하였는지 여부를 판단하고(S740), 경쟁에서 승리하지 못한 경우는 자원 할당용 채널을 모니터링하는 단계(S710)부터 다시 수행할 수 있다. 한편, 경쟁에서 승리한 경우, 분산 단말은 해당 슬롯에서 대응되는 부채널이 점유되었음을 지시하는 단계(S750)와 선택된 부채널(즉, 제1 채널)을 이용하여 데이터(즉, 제어 데이터)를 전송하는 단계(S760)를 수행할 수 있다.
단계(S750)에서, 분산 단말은 해당 부채널을 지속적으로 점유하기 위해서 '슬롯 클리어링(slot clearing)'을 수행할 수 있다. 즉, 분산 단말은 자원 할당용 채널의 특정 슬롯(즉, 제1 슬롯)에서 경쟁에 승리하면, 그 다음 프레임부터 동일한 슬롯(즉, 제1 슬롯)의 부슬롯 0에서 소정 레벨의 신호(즉, 클리어링 톤(clearing tone))를 전송하여 해당 슬롯에서 항상 경쟁에 승리할 수 있다. 왜냐하면, 제1 슬롯에서 경쟁을 수행하는 분산 단말들은 부슬롯 0을 선택할 수 없고, 부슬롯 0에서는 항상 캐리어 센싱을 수행해야 하기 때문이다. 도 9c에서 보여지는 바와 같이, 분산 단말 A를 제외한 분산 단말들(예컨대, 분산 단말 B 및 C) 은 항상 부슬롯 0을 캐리어 센싱해야 하기 때문에, 슬롯 클리어링을 수행하고 있는 분산 단말 A의 신호를 부슬롯 0에서 검출하게 되어 항상 경쟁에서 진다. 따라서, 분산 단말 A는 지속적으로 제1 슬롯(즉, 제1 제어 채널)을 점유할 수 있다. 여기서 분산 단말 A와 관련된 조종 단말 역시, 동일한 매핑 슬롯의 부슬롯 0번에서 톤 신호를 전송하여 슬롯 클리어링을 함께 수행한다.
이와 같은 자원 할당 경쟁은 [1]와는 달리 관련된 분산 단말과 조종 단말이 동시에 수행하기 때문에, 자원 할당 경쟁 이후, 분산 단말과 조종 단말이 패킷을 주고받으면서 링크가 형성되었는 지 확인을 해야 한다. 왜냐하면, 동기식 무선 분산 통신에서는, 분산 단말과 조종 단말이 동일한 제1 부슬롯과 제2 부슬롯을 이용하여 경쟁을 수행하는 경우에도, 두 단말 중 한 단말만 자원 할당 경쟁에 성공하는 상황이 가능하기 때문이다.
즉, [1]에서는 자원 할당 경쟁에서 성공한 분산 단말이 다른 분산 단말에게 링크 형성 요청 패킷을 송신하지만, 본 발명에서는 분산 단말과 조종 단말이 각각 링크 형성 유무를 확인하는 작업을 수행한다. 가장 기초적인 링크 형성 유무의 확인 방법은 자원 할당에 성공한 부채널에서 상대방 신호가 수신되는 지를 확인하는 것이다. 일정 시간동안 상대 단말 신호가 수신되지 않으면, 링크 형성에 실패한 것으로 간주할 수 있디. 이 경우, 자원 할당에 성공한 단말도 자신이 할당한 통신 자원을 반환한다. 할당한 자원의 반환은 자원 할당용 채널의 할당 자원과 매핑된 슬롯에서의 슬롯 클리어링을 중지함으로써 이루어진다.
상기와 같은 방법으로 분산 단말은 부채널들을 안정적으로 할당받고 사용할 수 있다. 그러나, 분산 단말(예컨대, 드론)이 움직임에 따라서 분산 단말의 통신 환경은 지속적으로 변화하기 때문에, 분산 단말은 자신이 경험하는 통신 환경들을 지속적으로 모니터링해야 한다. 이것은 자원 할당용 채널을 지속적으로 수신함으로써 가능하다.
이러한 모니터링을 위해서, 분산 단말은 특정 슬롯을 점유한 경우에도, 슬롯 클리어링을 위해 사용되는 부슬롯 0를 제외한 나머지 부슬롯들을 여러 가지 용도로 활용할 수 있다. 참고문헌 [2]에서, 분산 단말은 자신이 점유한 슬롯의 부슬롯 0번을 제외한 나머지 부슬롯들에서 충돌 톤(collision tone)을 전송하여, 자신이 할당한 슬롯에서의 충돌을 지속적으로 모니터링할 수 있다. 즉, 분산 단말은 자신이 점유한 슬롯의 부슬롯 0에서 클리어링 톤을 전송하고, 나머지 부슬롯들 중에서 랜덤하게 선택된 일부 부슬롯들에서도 충돌 톤(collision tone)을 전송할 수 있다. 이하에서는, 분산 단말이 3 개의 랜덤하게 선택한 부슬롯들에서 충돌 톤을 전송한다고 가정한다.
도 10a 및 도 10b및 도 10c는 참고 문헌 [2]에 따른 충돌 톤을 이용한 통신 환경 모니터링 개념을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 10a에서 보여지는 바와 같이, 분산 단말 A의 주변에 분산 단말 A와 같은 슬롯 0번을 할당받은 분산 단말 B가 있는 경우, 분산 단말 A는 할당된 받은 슬롯 0의 부슬롯 0을 제외한 일부의 부슬롯들에서 충돌 톤을 전송하고, 자신이 충돌 톤을 전송하지 않는 부슬롯들에서는 캐리어 센싱을 수행할 수 있다. 즉, 분산 단말 A는 자신이 충돌 톤을 전송하지 않는 부슬롯들에서는 다른 분산 단말의 충돌 톤을 검출할 수 있다. 분산 단말은 상기 캐리어 센싱으로 임계값 이상의 세기를 가지는 충돌 톤이 검출되면 해당 슬롯에서 충돌이 발생한 것으로 결정할 수 있다. 예를 들면, 도 10b에서 보여지는 바와 같이, 분산 단말 A는 부슬롯 2, 5, 20에서 충돌 톤을 전송하고, 분산 단말 B는 부슬롯 8, 15, 20에서 충돌 톤을 전송하기 때문에, 분산 단말 A는 부슬롯 8, 15에서 분산 단말 B가 전송하는 충돌 톤을 검출하여, 충돌 발생 여부를 알 수 있다. 한편, 분산 단말 B는 부슬롯 2, 5에서 충돌 톤을 검출하여 충돌 발생 여부를 알 수 있다.
도 4에서 설명된 바와 같이, 분산 단말 A와 분산 단말 B 가 서로 멀리 떨어져 있는 경우는, 분산 단말 A와 분산 단말 B가 동일한 부채널(0,0)을 사용하여도, 분산 단말 A와 분산 단말 B간에 자원 충돌이 발생하지 않는다. 즉, 두 분산 단말이 각각 관련된 부슬롯들을 캐리어 센싱해도 충돌 톤이 검출되지 않는다. 그러나, 도 10a에서 보여지는 바와 같이, 분산 단말 A와 분산 단말 B 가 이동하여 서로 가까워지면, 부채널(0,0)에 매핑된 슬롯에서 충돌이 발생할 수 있다. 이러한 충돌은 부채널(0,0)에서는 검출될 수 없지만, 앞서 설명한 바와 같이, 부채널(0,0)에 매핑된 자원 할당용 채널의 슬롯에서 검출될 수 있다.
조종 단말은 보통 움직이지 않지만, 조종 단말도 일종의 분산 단말로서 이동이 가능하다. 예를 들면, 조종자는 차를 타고 가면서 조종 단말로 관련 드론을 조종할 수 있다. 이와 같이 조종 단말도 이동이 가능한 상황을 고려하면, 조종 단말도 충돌 톤을 전송하고 충돌 톤을 검출해야 한다. 드론과 조종 단말은 자원 할당 채널의 동일한 매핑 슬롯을 공유한다. 즉, 드론 단말과 조종 단말이 송신하는 충돌 톤은 동일한 패핑 슬롯에서 이루어진다.
도 1c의 부채널 구성에서 보이듯이, 드론들이 송신하는 자원과 조종 단말들이 송신하는 자원은 시간적으로 완전히 분리되어 있다. 따라서, 통신 자원 충돌은 드론들이 송신하는 자원들끼리 혹은 조종 단말들이 송신하는 자원들끼리 발생한다. 이러한 이유를 포함한 여러 가지 이유로, 드론 단말과 조종 단말이 송신하는 충돌 톤은 구분되는 것이 좋다. 이러한 구분은, 가령, 드론 단말이 송신하는 충돌 톤의 영역을 부슬롯 0에서 부슬롯 16까지로 정하고, 조종 단말이 송신하는 충돌 톤의 영역을 부슬롯 17에서 부슬롯 32까지로 정하는 것으로 달성할 수 있다. 도 10c에는 이러한 일 실시예가 도시되어 있다. 드론 단말은 부슬롯 3, 5, 15를 충돌 톤으로 선택하고, 이 드론을 제어하는 조종 단말은 부슬롯 18, 20, 29를 충돌톤으로 선택하였다. 따라서 이경우, 다른 분산 단말들은 수신된 충돌 톤이 드론으로부터 송신된 것인지 조종 단말로부터 송신된 것인지 확실하게 구분할 수 있다. 여기서, 한 드론과 이 드론을 제어하는 조종 단말은 서로 상대방이 어떤 부슬롯에서 충돌 톤을 전송하는 지 알 수 있다는 것이 일반적으로 가정되며, 따라서 이 두 분산 단말은 자신들이 충돌 톤을 전송하는 부슬롯들을(가령, 3, 5, 15, 18, 20, 29) 제외한 부슬롯들에서 충돌 톤을 수신하여, 자원 충돌을 검사할 수 있다.
이와 같이 지속적으로 자원 할당용 채널을 모니터링함으로써, 분산 단말들은 실시간으로 통신 환경 및 자신이 할당한 자원의 충돌 여부를 알 수 있다. 드론 같은 분산 단말은 사용중인 부채널에서 충돌이 발생한 경우, 해당 자원 충돌이 매우 작아서 충돌이 아직 허용 가능한 경우, 충돌 모니터링을 계속 수행하고, 해당 자원 충돌이 허용 불가능한 경우, 자신이 할당한 자원을 반납하고, 자원 충돌이 없는 다른 부채널을 실시간으로 선택하여 할당할 수 있다. 이와 같은 동작은 드론이 안전한 운항을 지속할 수 있게 해 준다.
본 발명은 원근 문제를 좀 더 효과적으로 해결하기 위한 추가적인 방안을 제안한다. 일 실시예에서, 부채널마다 다른 송신 전력 범위가 설정될 수 있다. 도1c에서 설명된 바와 같이, 독립적인 중심 주파수를 가지는 하나의 제어 채널은 20개의 부채널들(즉, 통신 자원들)을 가지며, 따라서 하나의 제어 채널은 20개의 분산 단말(가령 드론)들을 지원할 수 있다.
그리고 이 20개의 부채널들은 시간적으로 분리되기 때문에 각각 다른 송신 전력으로 설정될 수 있다. 이것은 원근 문제를 더 효과적으로 해결하는 것을 돕는다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 원근 문제를 해결하기 위한 부채널 별 송신 전력 범위 설정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 11및 표 1에서 보여지는 바와 같이 부채널 또는 부채널의 그룹별로 송신 전력 범위가 설정될 수 있다. 예를 들어, 임의의 f에 대해서, 부채널(f,0)부터 부채널(f,3)에는 -10 dBm 부터 -5 dBm의 송신 전력 범위가 설정되고, 부채널(f,4)부터 부채널(f,7)에는 0 dBm 부터 5 dBm의 송신 전력 범위가 설정되고, 부채널(f,8)부터 부채널(f,11)에는 10 dBm 부터 15 dBm의 송신 전력 범위가 설정되고, 부채널(f,12)부터 부채널(f,15)에는 20 dBm 부터 25 dBm의 송신 전력 범위가 설정되고, 부채널(f,16)부터 부채널(f,19)에는 30 dBm 부터 35 dBm의 송신 전력 범위가 설정될 수 있다. 여기서, 일반적으로 드론은 설정된 송신 전력 범위 중에서 가능한한 낮은 전력을 사용한다고 가정한다.
도 11에서는, 부채널들에 대한 송신 전력 범위 설정의 예(1110)와 이에 대응되는 매핑 슬롯들에 대한 송신 전력 범위 설정의 예(1120)가 도시되어 있다. 상기 예들(1110 및 1120)에 따르면, 부채널들(즉, 제어 채널)과 자원 할당용 채널은 같은 시간에 같은 송신 전력을 가질 수 있다. 이와 같은 구조는 제어 채널과 자원 할당용 채널의 채널간 간섭을 최소화하는 효과가 있다. 왜냐하면, 제어 채널의 슬롯들과 자원 할당용 채널의 슬롯들이 같은 시간에 서로 다른 송신 전력들을 가진다면, 제어 채널이 자원 할당용 채널에 강한 간섭을 미치거나 자원 할당용 채널이 제어 채널에 강한 간섭을 일으킬 수 있기 때문이다.
상술된 바와 같이 송신 전력 범위가 설정되면, 분산 단말은 자신과 조종 단말 간의 거리에 따라서 사용할 부채널을 결정할 수 있다. 예를 들면, 분산 단말과 조종 단말 간의 거리가 50 m 이내인 경우 부채널(f,0)부터 부채널(f,3) 중 하나의 부채널이 사용될 수 있고, 분산 단말과 조종 단말 간의 거리가 25 m 내지 200 m인 경우 부채널 (f,4)부터 부채널(f,7) 중 하나의 부채널이 사용될 수 있고, 분산 단말과 조종 단말 간의 거리가 150 m내지 500 m인 경우 부채널(f,8)부터 부채널(f,11) 중 하나의 부채널이 사용될 수 있고, 분산 단말과 조종 단말 간의 거리가 350 m 내지 1500 m인 경우 부채널(f,12) 부터 부채널(f,15) 중 하나의 부채널이 사용할 수 있고, 분산 단말과 조종 단말 간의 거리가 1000m 내지 5000 m인 경우 부채널(f,16)부터 부채널(f,19) 중 하나의 부채널이 사용될 수 있다.
상술된 송신 전력 범위 설정은 도 2b에서 설명된 원근 문제로 인한 신호 간섭 문제를 해결할 수 있다. 도 2b에서, 분산 단말 A는 조종 단말(210)와 통신하고, 분산 단말 B는 조종 단말(220)와 통신을 수행한다. 조종 단말(210)과 조종 단말(220)는 거의 같은 곳에 위치하고 있다. 분산 단말 A와 두 조종 단말들(210, 220) 간의 거리는 1 m이고, 분산 단말 B와 두 조종 단말들(210, 220) 간의 거리는 400m이다. 이 경우, 분산 단말 A와 분산 단말 B가 부채널 번호가 같은 부채널(0,0) 및 부채널(1,0)-즉, 시간적으로 분리되지 않는 부채널들-을 각각 사용한다면, 두 조종 단말에서 수신되는 분산 단말 B의 신호는 분산 단말 A의 누설 신호보다 더 작다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 부채널 별 송신 전력 범위 설정에 의한 원근 문제 해결 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 12에서 예시된 바와 같이, 분산 단말 A는 조종 단말(210)와의 거리가 가깝기 때문에 부채널(fA,0)을 사용하고, 분산 단말 B는 조종 단말(220)와의 거리가 멀기 때문에 부채널 (fB,12)를 사용하게 된다. 따라서, 분산 단말 A와 분산 단말 B의 제어 신호는 시간적으로 분리되기 때문에, 원근 문제의 영향을 받지 않는다. 이것은 분산 단말 A와 분산 단말 B 가 사용하는 주파수 번호인 fA 및 fB 가 서로 같거나 달라도 마찬가지이다.
이와 같이 부채널마다 다른 송신 전력 범위를 설정하고, 분산 단말과 조종 단말이 각 제어 환경에 맞는 자원을 선택하면, 원근 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 다만, 부채널마다 다른 송신 전력 범위를 설정할 때, 해당 부채널과 매핑된 자원 할당용 채널의 슬롯에 대한 송신 전력도 이와 동일한 비율로 설정해야 한다. 분산 단말은 자원 할당용 채널을 통하여 통신 환경을 측정하기 때문에, 통신 환경의 정확한 측정을 위해서는 부채널의 송신 전력과 해당 부채널에 매핑된 자원 할당용 채널의 슬롯의 송신 전력이 함께 증감해야 한다.
예를 들면, 부채널(0,0)과 부채널(0,4)의 송신 전력을 각각 -10 dBm 과 0 dBm으로 설정한 경우, 이들과 매핑된 자원 할당용 채널의 슬롯들 0과 4의 송신 전력들도 -10 dBm 과 0 dBm으로 설정되어야 한다. 또한, 부채널의 송신 전력이 자원 할당용 채널의 송신 전력보다 5 dB 높게 설정되어야 한다면, 자원 할당용 채널의 슬롯들 0과 4의 전력들은 각각 -15 dBm 과 -5 dBm으로 설정되어야 한다.
상기 설명한 바와 같이 송신 전력 범위가 미리 설정된 경우, 분산 단말은 자신이 부여받은 등급에 따라서, 사용 허가를 받을 수 있는 부채널이 결정될 수 있다. 예를 들면, 분산 단말이 크고 멀리 날아갈 수 있는 등급을 부여받은 드론이라면 모든 부채널들을 사용할 수 있는 반면, 분산 단말이 작고 가까운 거리만을 날아갈 수 있는 등급을 부여받은 드론이라면 작은 송신 전력 범위를 가진 부채널들(예컨대, 부채널 0 내지 1)을 사용하도록 설정될 수 있다.
이렇게 등급에 따라서 사용할 수 있는 부채널들이 제한되면, 분산 단말은 상기 허용된 부채널들 중에서 사용이 가능한 부채널들을 결정하고, 사용이 가능한 부채널들의 상호 간섭을 계산한 후, 간섭이 미리 정한 임계치보다 작은 부채널들을 선택할 수 있다. 또는, 분산 단말은 간섭이 작은 순서로 미리 정한 개수의 부채널들을 선택할 수 있다. 또는, 분산 단말은 미리 정한 임계치보다 작은 미리 정한 개수 이하의 부채널들을 선택할 수 있다. 이후, 분산 단말은 이와 같이 선택된 부채널들 중에서 하나의 부채널을 선택하고, 해당 부채널 상에 경쟁을 수행하여 해당 부채널을 통해 데이터를 전송할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 단말의 구성을 도시한 블록도이다.
도 13의 분산 단말은 상기 동기 무선 분산 통신 시스템을 구성하는 분산 단말(예컨대, 드론) 또는 조종 단말일 수 있다. 도 13를 참조하면, 분산 단말(1200)는 적어도 하나의 프로세서(1210), 메모리(1220) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(1230)를 포함할 수 있다. 또한, 분산 단말(1200)는 입력 인터페이스 장치(1240), 출력 인터페이스 장치(1250), 저장 장치(1260) 등을 더 포함할 수 있다. 분산 단말(1200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(1270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
다만, 분산 단말(1200)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(1270)가 아니라, 프로세서(1210)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(1210)는 메모리(1220), 송수신 장치(1230), 입력 인터페이스 장치(1240), 출력 인터페이스 장치(1250) 및 저장 장치(1260) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.
프로세서(1210)는 메모리(1220) 및 저장 장치(1260) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(1210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(1220) 및 저장 장치(1260) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(1220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬, 램, 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 중심 주파수가 다른 복수의 채널들로부터 구성된 복수의 통신 자원들이 존재하고, 제1 분산 단말과 제2 분산 단말을 포함하는 동기 무선 분산 통신 시스템에서 상기 제1 분산 단말의 동작 방법으로,
    상기 복수의 채널들과 독립적인 중심 주파수를 가지는 자원 할당용 채널에서 상기 통신 자원들과 매핑된 슬롯들을 수신하는 단계;
    상기 수신한 자원 할당용 채널의 슬롯들과 상기 통신 자원들과의 매핑 관계를 이용하여 상기 통신 자원들의 통신 환경을 조사하는 단계;
    상기 조사한 통신 자원들의 통신 환경을 이용하여 할당할 제1 통신 자원을 선택하는 단계;
    상기 선택된 제1 통신 자원을 할당하는 단계; 및
    상기 할당된 제1 통신 자원을 지속적으로 점유하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 통신 자원들은 상기 중심 주파수가 다른 복수의 채널들 각각이 복수 개로 나누어진 부채널들이며, 상기 부채널들은 각 주파수 영역에서 시간적으로 분리되며, 상기 자원 할당용 채널의 슬롯들 각각은 상기 부채널들과 매핑 관계를 가지고,
    상기 제1 통신 자원을 선택하는 단계는,
    상기 복수의 통신 자원들 중에서 점유되지 않은 통신 자원들을 확인하는 단계;
    상기 점유되지 않은 것으로 확인된 통신 자원들 각각에 대한 간섭 파워를 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 통신 자원들 각각에 대한 간섭 파워에 기초하여 상기 제1 통신 자원을 선택하는 단계를 포함하고,
    상기 점유되지 않은 통신 자원들을 확인하는 단계에서, 상기 점유되지 않은 통신 자원들은 상기 자원 할당용 채널에서 상기 복수의 통신 자원들과 각각 매핑된 슬롯들의 첫번째 부슬롯의 수신 신호의 세기를 소정 임계값과 비교하여 확인되는,
    제1 분산 단말의 동작 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 통신 자원들 각각은 상기 중심 주파수가 다른 복수의 채널들 각각인,
    제1 분산 단말의 동작 방법
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 통신 자원들 중 시간적으로 분리된 부채널들 간에 서로 다른 송신 전력 범위가 할당되도록 설정되는,
    제1 분산 단말의 동작 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 통신 자원들에 대한 설정 정보, 상기 자원 할당용 채널에 대한 설정 정보, 및 상기 복수의 통신 자원들과 상기 자원 할당용 채널의 슬롯들 간의 매핑 관계는 상기 제1 분산 단말과 상기 제2 분산 단말을 포함한 복수의 분산 단말들에 미리 설정(preconfigured)되는,
    제1 분산 단말의 동작 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 간섭 파워를 계산하는 단계에서, 상기 점유되지 않은 것으로 확인된 통신 자원들 각각에 대한 간섭 파워는 상기 점유되지 않은 것으로 확인된 통신 자원들 각각과 주파수는 다르고 시간적으로는 중첩된 채널들의 모든 통신 자원들이 상기 점유되지 않은 것으로 확인된 통신 자원들 각각에 미치는 간섭 파워를 모두 더하여 구해지는,
    제1 분산 단말의 동작 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 점유되지 않은 것으로 확인된 통신 자원들 각각과 주파수는 다르고 시간적으로는 중첩된 채널들의 모든 통신 자원들이 상기 점유되지 않은 것으로 확인된 통신 자원들 각각에 미치는 간섭 파워는,
    상기 주파수는 다르고 시간적으로는 중첩된 채널들의 통신 자원들과 매핑된 상기 자원 할당용 채널의 슬롯들의 수신 신호 세기에,
    상기 주파수는 다르고 시간적으로는 중첩된 채널들의 주파수들과 상기 점유되지 않은 것으로 확인된 통신 자원들 각각이 존재하는 채널의 주파수 차이에 따른 간섭 가중치들을 더한 값을 합산하여 산출되며, 상기 자원 할당용 채널의 슬롯들의 수신 신호 세기와 간섭 가중치는 각각 dBm과 dB 로 표현되는,
    제1 분산 단말의 동작 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 계산된 통신 자원들 각각에 대한 간섭 파워에 기초하여 상기 제1 통신 자원을 선택하는 단계는,
    상기 제1 분산 단말이 상기 계산된 통신 자원들 각각에 대한 간섭 파워에 기초하여 할당 가능한 후보 통신 자원들을 결정하는 단계;
    상기 제2 분산 단말로부터 상기 제2 분산 단말이 할당 가능한 후보 통신 자원들에 대한 정보를 수신하는 단계;
    상기 제1 분산 단말과 상기 제2 분 산 단말 모두에게 할당 가능한 유효 후보 통신 자원들을 결정하는 단계; 및
    상기 유효 후보 통신 자원들 중에서 상기 제1 통신 자원을 선택하는 단계를 포함하는,
    제1 분산 단말의 동작 방법.
  11. 청구항 1에 있어서
    상기 선택된 제1 통신 자원을 할당하는 단계에서,
    상기 제1 분산 단말과 상기 제2 분산 단말이 동시에 상기 선택된 제1 통신 자원과 매핑된 상기 통신 자원 할당용 채널의 슬롯인 제 1 슬롯에서 각각 할당 경쟁을 수행하는,
    제1 분산 단말의 동작 방법.
  12. 청구항 11에 있어서
    상기 제 1 슬롯에서 상기 제1 분산 단말과 상기 제2 분산 단말이 각각 수행하는 할당 경쟁은
    상기 제1 분산 단말과 제2 분산 단말이 각각 사전에 복수개의 부슬롯(Sub-slot)들로 구성된 제1 슬롯에서 동일한 제 1 부슬롯을 선택하는 단계;
    상기 제1 분산 단말과 제2 분산 단말이 각각 상기 자원 할당용 채널의 슬롯내의 첫 번째 부슬롯부터 상기 제 1 부슬롯까지 캐리어 센싱(Carrier Sensing)을 수행하는 단계;
    상기 제1 분산 단말과 제2 분산 단말이 각각 상기 캐리어 센싱 결과 다른 단말의 신호가 센싱되면 상기 경쟁을 포기하고, 다른 단말의 신호가 센싱되지 않으면, 상기 제 1 부슬롯에서 신호 전송을 시작하고 동일한 제 2 부슬롯을 선택하는 단계;
    상기 제1 분산 단말과 제2 분산 단말이 각각 상기 제 2 부슬롯에서 상기 신호 전송을 멈추고 캐리어 센싱을 수행하는 단계; 및
    상기 제1 분산 단말과 제2 분산 단말이 각각 상기 캐리어 센싱 결과 다른 단말의 신호가 센싱되면 상기 경쟁을 포기하고, 다른 단말의 신호가 센싱되지 않으면, 경쟁에 승리한 것으로 간주하고 상기 제 2 부슬롯의 다음 부슬롯부터 마지막 부슬롯까지 신호 전송을 재개하는 단계를 포함하는,
    제1 분산 단말의 동작 방법.
  13. 청구항 1에 있어서
    상기 할당된 제1 통신 자원을 지속적으로 점유하는 단계는,
    상기 제1 분산 단말과 상기 제2 분산 단말이 동시에 상기 할당한 제1 통신 자원과 매핑된 상기 자원 할당용 채널의 슬롯인 제 1 슬롯의 첫번째 부슬롯에서 소정 레벨의 신호를 전송하는 단계를 포함하는,
    제1 분산 단말의 동작 방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 할당된 제1 통신 자원을 지속적으로 점유하는 단계 이후에,
    상기 할당된 제1 통신 자원의 충돌을 검사하는 단계를 더 포함하는
    제1 분산 단말의 동작 방법
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 할당된 제1 통신 자원의 충돌을 검사하는 단계는
    상기 제1 분산 단말이 상기 할당된 제1 통신 자원과 매핑되는 자원 할당용 채널의 슬롯의 첫번째 부슬롯을 제외한 다른 부슬롯들에서, 미리 결정된 송신 가능한 부슬롯들 중의 일부 부슬롯들에서 충돌 신호를 전송하는 단계;
    상기 제2 분산 단말이 상기 할당된 제1 통신 자원과 매핑되는 자원 할당용 채널의 슬롯의 첫번째 부슬롯을 제외한 다른 부슬롯들에서, 제1 분산 단말이 충돌 톤을 송신하는 영역과 다르게 미리 결정된 송신 가능한 부슬롯들 중의 일부 부슬롯들에서 충돌 신호를 전송하는 단계; 및
    상기 제1 분산 단말과 상기 제2 분산 단말이, 상기 할당된 제1 통신 자원과 매핑되는 자원 할당용 채널의 슬롯에서, 상기 제1 분산 단말과 상기 제2 분산 단말 중에 어떤 단말도 충돌 신호를 전송하지 않는 부슬롯들에서 충돌 신호를 검출하는 단계를 포함하는,
    제1 분산 단말의 동작 방법
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 할당된 제1 통신 자원의 충돌을 검사하는 단계에서 자원 충돌이 검출된 경우,
    상기 자원 충돌의 허용 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 자원 충돌을 허용하지 않는 것으로 결정된 경우, 해당 자원을 반납하는 단계를 추가로 포함하는,
    제1 분산 단말의 동작 방법
  17. 청구항 13에 있어서
    상기 제1 분산 단말과 상기 제2 분산 단말이 동시에 상기 제1 통신 자원과 매핑된 상기 자원 할당용 채널의 슬롯인 제 1 슬롯의 첫번째 부슬롯에서 소정 레벨의 신호를 전송할 때의 신호 레벨은,
    상기 제1 통신 자원의 송신 파워에 미리 정한 파워 값을 더한 값으로 결정되는,
    제1 분산 단말의 동작 방법.
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