KR20060084443A - 스케일러블 ａｄ-ｈｏｃ 네트워크들에 대한 채널 할당 - Google Patents

스케일러블 ａｄ-ｈｏｃ 네트워크들에 대한 채널 할당 Download PDF

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Abstract

ad-hoc 네트워크에서 채널을 할당할 필요성을 해결하기 위해, 채널 할당을 위한 방법 및 장치가 제공된다. 특히, 통신 시스템(100)은, 채널 재이용 및 ad-hoc 네트워크의 스케일러빌리티(scalability)가 가능한 결정적 노드(101-107) 채널 할당을 위한 방법을 이용한다. 채널 할당은 특정 노드들에 대한 현재 레벨뿐만 아니라 최대 가용 채널들, 네트워크에서의 최대 허용 가능 레벨들, 및 부모 노드(parent node)가 가질 수 있는 자식 노드들(children node)의 최대수에 의존한다.
ad-hoc 네트워크, 채널 할당, 스케일러빌리티, 부모 노드, 자식 노드

Description

스케일러블 ａｄ-ｈｏｃ 네트워크들에 대한 채널 할당{Channel assignment for scalable ａｄ-ｈｏｃ networks}
본 발명은 일반적으로 ad-hoc 네트워크들에 관한 것이며, 특히, 그러한 ad-hoc 네트워크들 내의 채널 할당을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
간섭이 통신 시스템들의 성능을 종종 손상시킨다. 통신 시스템에서 사용자가 부닥치는 간섭의 한 형태는, 다른 사용자들의 전송들에 의해 생성되는 간섭이다. 이것은 통상적으로 동일한 주파수 대역 내에서 전송하는 많은 사용자들에 의해 발생되며, 동일 채널 간섭(co-channel interference)으로서 지칭된다. 동일 채널 간섭을 감소시키기 위해, 많은 통신 채널 시스템들은 주파수 재이용 패턴을 채택하고, 여기서 송신기들은 상이한 주파수들 상에서 전송한다. 그러나, 자체 조직화된 네트워크(self-organizing network)에서, 네트워크는 전송 노드들의 지리적 분포를 사전에 알지 못한다. 이러한 사실에도 불구하고, 분포는 노드가 이동함에 따라 빈번하게 변한다. 또한, 네트워크가 자체 조직화되기 때문에, 형성된 논리적 링크들은 보다 앞서 결정될 수 없다. 따라서, 동일 채널 간섭이 ad-hoc 네트워크들의 성능들을 손상시키고, 그러한 ad-hoc 네트워크들 내에서 채널들 적절히 할당하는 방법이 현재 존재하지 않기 때문에, 동일 채널 간섭의 발생률을 크기 감소시키는, ad-hoc 네트워크 내의 채널 할당을 위한 방법 및 장치에 대한 필요성이 존재한다.
ad-hoc 네트워크에서 채널 할당을 위한 필요성을 해결하기 위해, 채널 할당을 위한 방법 및 장치가 제공된다. 특히, 통신 시스템은, 채널 재이용 및 ad-hoc 네트워크의 스케일러빌리티(scalability)가 가능한 결정적 노드 채널 할당을 위한 방법을 이용한다. 채널 할당은 특정 노드들에 대한 현재 레벨뿐만 아니라 최대 가용 채널들, 네트워크에서의 최대 허용 가능 레벨들, 및 부모 노드(parent node)가 가질 수 있는 자식 노드들(children node)의 최대수에 의존한다.
본 발명은 ad-hoc 네트워크 내에서의 채널 할당을 위한 방법을 포함한다. 상기 방법은 루트 노드에 대한 홉들(hops)의 수(Li)를 결정하는 단계, 상기 루트 노드에 대한 홉들의 수에 기초하여 채널(SLi)을 결정하는 단계, 및 상기 채널을 이용하여 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 루트 노드에 대한 홉들의 수(Li) 및 루트 노드에 대한 홉들의 수(Li)에 기초한 채널(SLi)을 결정하는 마이크로프로세서, 및 채널을 이용하여 데이터를 전송하는 RF 회로를 포함한다.
도 1은 ad-hoc 네트워크의 블록도.
도 2 내지 도 7는 Cm, Lm, inmod 및 Smax 에 대한 다양한 값들을 갖는 네트워크 내에서의 채널 할당을 예시하는 도면들.
도 8은 도 1의 통신 시스템 내 노드의 블록도.
도 9는 도 8의 노드의 동작을 도시한 흐름도.
동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소를 가리키는 도면들을 참조하여, 도 1은 ad-hoc 네트워크(100)의 블록도이다. 명백한 바와 같이, ad-hoc 네트워크(100)는 서로 통신하는 복수의 네트워크 노드들(101-107)을 포함한다. ad-hoc 네트워크(100)는 미국 특허 출원 번호 제 09/803259 호에 기술된 neuRFonTM 시스템 프로토콜을 이용하는 것이 바람직하다. 당업자가 이해하는 바와 같이, neuRFonTM 시스템 프로토콜 내에서, 단일 노드(104)는 루트 노드로서 역할을 하며, 다른 노드들(103, 105)("자식 노드"로 지칭됨)은 자식 노드들의 최대수(Cm)까지 루트 노드에 대한 직접 링크를 형성한다. 유사한 방식으로, 각각의 자식 노드(101-103 및 105-107)는 Cm까지의 자식 노드들 자체를 가질 수 있다. 따라서, 도 1에서, Cm=2이고, 루트 노드(104)는 두 개의 자식 노드들(103 및 105)을 갖는다. 유사한 방식으로, 자식 노드들(103 및 105) 각각은 그들과 직접 통신하는 두 개의 자식 노드들을 갖는다. 특히, 자식 노드(103)은 그와 직접 통신하는 노드들(101 및 102)을 갖는 반면에, 자식 노드(105)는 그와 직접 통신하는 노드들(106 및 107)을 갖는다.
통신 시스템(100) 내의 각각의 노드(101-107)에는, 통신에서 노드가 루트 노드(104)로부터 얼마나 많이 홉들이 있는지를 나타내는 값(레벨)이 할당된다. 예를 들면, 루트 노드(104)는 레벨 0이며, 노드들(103 및 105)은 레벨 1 이고 루트 노드(104)로부터의 "홉"은 1 이다. 유사한 방식으로, 노드들(101, 102, 106 및 107)은 루트 노드(104)로부터 2 홉들인 레벨 2이다. 따라서, Cm이 자식 노드가 가질 수 있는 최대수이면, 주어진 레벨(Li)에서, 레벨 Li에서 존재할 수 있는
Figure 112006020860725-PCT00001
노드들이 존재한다. 또한, 특정 레벨의 노드들은, 예를 들면, 노드들이 특정 레벨에 결합된 차수(order)를 나타내는 노드 번호(j)가 할당된다. 따라서, 도 1을 참조하여, 노드(101)은 Li=2, j=1인데, 상기 노드가 레벨 2의 제 1 노드이기 때문이며, 노드(102)는 Li=2, j=2인데, 상기 노드가 레벨 2의 제 2 노드이기 때문이다.
상술된 바와 같이, 동일 채널 간섭은 종종 통신 시스템들의 성능을 손상시킨다. 따라서, 동일 채널 간섭을 감소시키는 통신의 채널들이 통신 시스템(100) 내의 모드 노드들(101-107)에게 할당되는 것은 중요하다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 통신 시스템은, 채널 재이용 및 ad-hoc 네트워크의 스케일러빌리티(scalability)가 가능한 결정적 노드 채널 할당을 위한 방법을 이용한다. 채널 할당은 특정 노드들에 대한 현재 레벨에 의존한다. 특히, 각 노드의 채널 할당(SLi ,J)은 다음과 같은 알고리즘에 기초한다.
Figure 112006020860725-PCT00002
Figure 112006020860725-PCT00003
여기서,
SLi ,j는 레벨 Li의 노드 j에 대한 채널 할당이고,
Smax는 최대 가용 채널들이고,
Lm은 네트워크에서의 최대 허용 가능 레벨들이고,
Cm은 부모 노드가 가질 수 있는 자식 노드들의 최대수이고,
inmod는 이웃하는 노드들 사이에서 채널 확산을 규정하는 수이다.
inmod의 결정은 네트워크에서 최적 채널 할당에 중요하며, 네트워크의 디자인된 Cm에 의존한다는 것을 유의하라. 임의의 노드가, 부모 노드 및 임의의 자식 노드가 동일한 채널을 공유하도록 동작하도록 하지 않고 가능한 큰 inmod를 갖는 것이 바람직하다. 표 1에서, 다양한 Cm, Smax=16 및 8 비트 어드레스 할당에서 inmod에 대한 값이 주어진다.
Cmax 최대 inmod
2 5
3 5
4 5
5 5
6 7
7 7
최대 inmod 값들
상술된 채널 할당을 예시하기 위해, 도 2는 Cm=2, Lm=7, inmod=5, 및 Smax=16(즉, 채널들 0-15)인 네트워크를 도시한다. 명백하게, 상기 채널 할당 방식을 이용하면, 노드(101)에 대해 채널 5가 할당되며, 노드들(102-107)에 대해 각각 S=6, 10, 15, 11, 8 및 7이다. 상술된 채널 할당은 또한 Cm >2인 상황들로 확장될 수 있다. 이것은, 각각의 노드에 대한 다음 번호가 노드에 의해 이용되는 특정 채널을 지칭하는 도 3-7에 예시된다.
도 8은 상술된 채널 할당 방식을 이용하는 노드(800)의 블록도이다. 예시된 바와 같이 노드(800)는 RF 회로(801) 및 마이크로프로세서(803)를 포함한다. 노드가 턴온(turn on)한 후, RF 회로(801)는 다른 노드들로부터 HELLO 메시지를 듣고 탐색한다. (HELLO 메시지는 전송 노드를 식별하는 단순한 방송 메시지이다.) HELLO 메시지가 다른 노드들로부터 청취되며, 노드(800)는 (HELLO 메시지들로 전송된 정보를 통해 또는 노드들과의 추가 메시지(들) 교환을 통해 또는 일부 다른 기준을 사용함으로써) 자식 노드로서 결합한 노드를 결정한다. 그 후, 노드(800)는 (연관 요청을 부모 노드에 전송하고 연관 응답을 부모 노드로부터 수신함으로써) 네트워크에 결합한다. 네트워크에 결합한 후, 노드(800)는 적절한 채널을 선택한다. 이것은 몇몇 방법들로 이루어질 수 있다. 한 방법은, 노드(800)가 Cm, Lm, inmod 및 Smax 뿐만 아니라 부모 노드의 Li -1(자식 노드, 즉 제 1 , 제 2 노드 등, 노드(800)는 그의 레이어 Li에 존재함) 및 j를 수신하고 그 자신의 적절한 채널을 계산하는 것이다. 또한, inmod 및 Smax는 노드(800)로 사전 로딩될(preloaded) 수 있다.
부모 노드는 그의 자식 노드(예를 들면, 노드 800)에 대한 적절한 채널을 계산하고, 그의 HELLO 메시지들을 위한 채널을 사용할 때 정보를 노드(800)에 전송할 수 있다. 또한, 이러한 경우에, 부모 노드는, 그 자신의 자식 노드(미래에 결합할 수 있음)에 대한 채널 할당을 계산하기 위해 이러한 정보를 사용하도록 Cm 및 Lm을 노드(800)에 전송할 것이라는 것을 유의하라. 노드(800)가 네트워크의 루트 노드로서 동작하는 경우에, 루트 노드는 Cm, Lm, inmod 및 Smax를 무선으로 수신하지 않을 것이다. 이러한 경우에, 루트 노드는 이러한 값들을 사전 로딩시켜야 하며, 적절한 채널을 선택한다.
도 9는 노드(800)의 동작을 도시하는 흐름도이다. 논리 흐름은 단계(901)에서 시작하며, 여기서 노드(800)는 전원이 켜진다. 단계(903)에서, 마이크로프로세서(803)는 Cm, Lm, inmod, Smax, Li 및 j를 결정한다. 상술된 바와 같이, 마이크로프로세서(803)가 이러한 값들을 결정하는 방법은 본 발명의 다양한 실시예들에서 변경될 수 있다. 예를 들면, 노드(800)가 루트 노드로서 동작하면, Cm, Lm, inmod, Smax, Li 및 j의 값들은 데이터베이스(805) 내에 존재하는 노드(800)에서 미리 프로그래밍되는 것이 바람직하다. 또한, 노드(800)가 자식 노드로서 동작하면, Cm, Lm, inmod, Smax, Li 및 j의 값들은 그의 부모 노드를 통해 획득될 수 있다. 획득된 이러한 값들에 불구하고, 마이크로프로세서(803)는 Cm, Lm, inmod, Smax, Li 및 j에 기초하여 현재 채널(SLi,j)을 계산한다(단계 905). 명백하게, SLi ,j는 0과 Smax 사이의 스칼라값이다. SLi,j과 실제 채널 간에 연관(예를 들면, 주파수, 시간 슬롯, 확산 코드 등)이 이루어져야 한다는 것을 당업자는 인식할 것이다. 이것은 데이터베이스(805)에 저장된 정보를 액세스함으로써 쉽게 이루어질 수 있다. 보다 상세하게, 데이터베이스(805)는 SLi ,j 각각의 값 및 대응하는 주파수, 시간 슬롯, 확산 코드 등 간에 표 형태의 연관을 포함하는 것이 바람직하다. SLi ,j의 값을 갖는 데이터베이스(805)를 액세스함으로써, 적절한 전송 채널이 획득된다.
계속해서, 단계(905)에서, 특정 채널 상으로 전송하는 RF 회로(801)를 이용하여 노드(800)에 의해 데이터가 전송된다. 보다 상세하게, 마이크로프로세서(803)는 RF 회로(801)에 이용할 특정 채널을 지시한다. RF 회로(801)는, 통신 시스템(100)에서 이용되는 특정 전송 프로토콜을 이용하여 전송하도록 디자인된 공지된 회로이다. 데이터가 RF 전송기에 입력되고, 적절히 에러가 제어되고, 인코딩되고, 변조되고, 특정 채널 상으로 전송된다.
본 발명은 특정 실시예를 참조하여 도시 및 설명되었지만, 본 발명의 범위 및 정신을 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항에서 다양한 변경들이 이루어질 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 예를 들면, 변수 "j"는 노드가 특정 레벨로 결합한 차수를 나타내는 수로서 설명되었지만, 다른 실시예들에서, 변수가 특정 레벨 내의 각 노드에서 고유한 한, 변수 j는 임의의 가용 채널에 기초하여 노드에 의해 선택될 수 있다. 보다 상세하게, 노드가 사용할 채널을 결정할 때, 실제로 노드는 이러한 알고리즘에 기초하여 많은 옵션들을 갖는다(이것은 그에 결합하는 부모 노드에 속하는 임의의 j (따라서, j와 연관된 임의의 채널)일 수 있음). 노드가 선택할 수 있는 그의 채널을 알고(이러한 정보는 부모 노드로부터 올 수 있음) 채널들을 감시하고 사용하지 않는 채널을 선택한 후에, 노드가 선택할 적합한 j(또는 채널)의 선택이 이루어질 수 있다. 이것은, 이웃하는 나무 가지로부터의 이웃하는 노드가 사용하는 채널을 사용하는 회피하도록 노드에 유연성을 준다. 그러한 변화들은 다음의 청구 범위 내에서 이루어지도록 의도된다.

Claims (10)

  1. 애드혹(ad-hoc) 네트워크 내에서 채널을 할당하는 방법으로서:
    루트 노드(root node)에 대한 홉들(hops)의 수(Li)를 결정하는 단계;
    상기 루트 노드에 대한 홉들의 수에 기초하여 채널(SLi)을 결정하는 단계; 및
    상기 채널을 이용하여 데이터를 전송하는 단계를 포함하는, 채널 할당 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    가용 채널들의 최대수(Smax)를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 채널 결정 단계는 부가적으로 Smax에 기초하는, 채널 할당 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 네트워크에서의 최대 허용 가능 레벨들(Lm)을 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 채널 결정 단계는 부가적으로 Lm에 기초하는, 채널 할당 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    부모 노드(parent node)가 가질 수 있는 자식 노드들(children nodes)의 최대수(Cm)를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 채널 결정 단계는 부가적으로 Cm에 기초하는, 채널 할당 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    이웃하는 노드들 사이에서 채널 확산(inmod)을 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 채널 결정 단계는 부가적으로 inmod에 기초하는, 채널 할당 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    각 노드에 할당되는 고유 번호를 나타내는 노드 번호(j)를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 채널 결정 단계는 부가적으로 j에 기초하는, 채널 할당 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    가용 채널들의 최대수(Smax)를 결정하는 단계;
    상기 네트워크에서의 최대 허용 가능 레벨들(Lm)을 결정하는 단계;
    부모 노드(parent node)가 가질 수 있는 자식 노드들(children nodes)의 최 대수(Cm)를 결정하는 단계;
    노드가 특정 레벨에 결합하는 차수(order)를 나타내는 노드 번호(j)를 결정하는 단계;
    이웃하는 노드들 사이에서 채널 확산(inmod)을 결정하는 단계를 더 포함하고
    상기 채널 결정 단계는,
    Figure 112006020860725-PCT00004
    Figure 112006020860725-PCT00005
    을 결정하는 단계를 포함하는, 채널 할당 방법.
  8. 루트 노드에 대한 홉들의 수(Li)를 결정하고, 상기 루트 노드에 대한 홉들의 수에 기초하여 채널(SLi)을 결정하는 마이크로프로세서, 및
    상기 채널을 이용하여 데이터를 전송하는 RF 회로를 포함하는, 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는 부가적으로 가용 채널들의 최대수(Smax)를 결정하고, 상기 채널은 부가적으로 Smax에 기초하는, 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는 부가적으로 네트워크에서의 최대 허용 가능 레벨들(Lm)을 결정하고, 상기 채널은 부가적으로 Lm에 기초하는, 장 치.
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