KR20110069535A - 클러스터 기반의 협력 센싱을 위한 무선 인지 통신 장치 및 그 방법 - Google Patents

클러스터 기반의 협력 센싱을 위한 무선 인지 통신 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 클러스터 기반의 협력 센싱을 위한 무선 인지 통신 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 1차 시스템(PS)의 지리적인 위치 및 1차 시스템(PS)의 채널 점유 상황의 변화에 따라 동일 채널을 센싱하는 2차 노드(SN)들의 수를 적응적으로 제어하여 클러스터링함으로써, 2차 노드(SN)가 보다 효율적으로 센싱 동작을 수행할 수 있는 무선 인지 통신 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 무선 인지 통신 장치에 있어서, 외부의 2차 노드로부터 채널 점유 정보를 수신하는 정보 수신부; 클러스터링 정보를 이용하여 할당된 채널을 스펙트럼 센싱하여 채널 점유 정보를 획득하는 스펙트럼 센싱 수행부; 상기 2차 노드 및 상기 스펙트럼 센싱 수행부로부터의 채널 점유 정보를 이용하여 클러스터링되지 않은 채널에 대하여 상기 2차 노드의 클러스터링을 수행하고 사용 가능 여부를 판단하여 상기 클러스터링된 2차 노드에 대한 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 획득하는 클러스터링 수행부; 및 상기 클러스터링 수행부로부터의 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 상기 2차 노드로 송신하는 정보 송신부를 포함한다.
무선 인지 통신, 클러스터 기반, 협력 센싱, 클러스터링, 지정 채널, 센싱, 채널 점유 정보

Description

클러스터 기반의 협력 센싱을 위한 무선 인지 통신 장치 및 그 방법{Cognitive Radio Communication Apparatus and Method for Cluster based Cooperative Sensing}
본 발명은 무선 인지(CR : Cognitive Radio) 통신 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 클러스터 기반으로 협력 센싱을 수행하기 위한 무선 인지 통신 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
현재 대다수의 무선 주파수 자원은 방송 및 통신 시스템을 위해 정적으로 할당되어 있어, 기하급수적으로 증가하고 있는 무선 통신 서비스의 수요를 만족시키기 위한 효율적인 스펙트럼 이용 방안이 요구되고 있다. 미연방통신위원회(FCC : Federal Communications Commission)의 보고서에 의하면 허가받은 주파수 대역의 자원들은 위치나 시간에 따라 15% ~ 85%만 활용되고 있다. 따라서 시간적으로, 공간적으로 사용되지 않는 주파수 대역(이하, "화이트 스페이스(white space)"라 하기로 함)이 발생하게 되며, 이로 인하여 사용되지 않고 낭비되고 있는 화이트 스페 이스(white space)를 효율적으로 활용하는 방안으로 무선 인지(CR : Cognitive Radio) 기술이 이슈화되고 있다.
무선 인지 기술이란 단말 기기 및 네트워크의 지능화를 통해 해당 주파수 대역에 면허권을 가지고 있는 PU(Primary User)에 의해 사용되지 않고 있는 화이트 스페이스(white space)를 스펙트럼 센싱하고, 무선 채널 환경에 적응하여 주파수 사용 효율을 극대화하는 기술을 의미한다. 대표적인 예로 IEEE 802.22 Working Group(WG)에서는 TV 대역 중 시간적, 공간적으로 사용되지 않는 채널을 활용하여 기존 TV 대역 이용자에게 간섭을 주지 않고 채널을 사용할 수 있는 고정 무선 통신망인 WRAN(Wireless Regional Area Network) 규격을 표준화하고 있다.
무선 인지 기술이 성공적으로 사용되기 위해서는, 해당 주파수에 대해 면허권을 가지고 있는 PU(Primary User)가 주파수를 사용하고 있는지 또는 사용하고 있지 않은지에 대한 신뢰성있는 스펙트럼 센싱 기술이 요구된다. 이에 따라, 무선 인지(CR) 기술은 스펙트럼 센싱 기술을 통하여 화이트 스페이스(white space)를 스펙트럼 센싱하여 사용함으로써, PU가 통신을 하는 데 있어 간섭이 발생하지 않도록 보장하고, SU(Secondary User)들의 주파수 사용률을 높여 전체적인 스펙트럼 이용 효율을 높이고자 하는 데 그 목적이 있다. 특히, PU들은 일반적으로 면허를 부여받은 넓은 주파수 대역을 사용하기 때문에, 효율적인 주파수 사용을 위해서는 PU들이 이용하는 전체 주파수 대역에 대해 균형있게 센싱할 수 있는 스펙트럼 센싱 방안이 요구되고 있다.
전술한 바와 같이, 넓은 주파수 대역 내에 분포하고 있는 PU들에 대해 간섭을 주지 않고 기회적으로 주파수를 사용하기 위해서는 넓은 주파수 대역 내의 PU들에 대한 신뢰성있는 스펙트럼 센싱 방안이 요구된다. 종래에는 이를 위해 조정 가능한 협대역 대역통과 필터(narrowband bandpass filter)를 이용하여 한 시점에 하나의 협대역에 대해 PU 신호를 검출함으로써, 전체적으로 넓은 대역 내의 PU들의 주파수 사용 여부를 판단하는 방법이 제안되었다.
하지만, 이러한 종래의 방법은 한 시점에 하나의 협대역에 대한 정보만을 얻을 수 있기 때문에 전체 대역에 대한 정보를 검출한 이후에는 이전의 협대역에 대한 검출 정보는 신뢰성을 잃을 수 있으며, 광대역의 신호를 수신할 수 있는 RF 프런트-엔드(front-end)를 구비하더라도 광대역의 신호에 대한 샘플을 얻기 위해 고속의 아날로그/디지털(Analog-to-Digital) 변환기가 필요하게 되는 문제점이 있다.
또한, 각각의 협대역에 대해 단일 SU가 주파수 사용 여부를 검출함에 있어서 새도우잉(shadowing) 등의 발생으로 인하여 PU들에 대한 스펙트럼 센싱의 결과가 신뢰성을 잃을 수도 있는 문제점이 있다.
따라서 SU들이 스펙트럼 센싱 정보를 공유함으로써, 공간적 다이버시티 이론을 이용하여 스펙트럼 센싱의 성능을 개선하는 협력 센싱 기술이 주목받고 있다.
그러나 다수개의 협대역에 대한 협력 센싱을 구축하기 위해서는 각 대역에 대해 적절한 SU로 하여금 해당 협대역을 스펙트럼 센싱하도록 함으로써, 전체 대역 내의 주파수 사용 여부에 대한 신뢰도를 유지해야 할 필요가 있다.
따라서 현재에는 넓은 주파수 대역 내에 분포하고 있는 PU들에 대해 간섭을 주지 않고 기회적으로 주파수를 사용하기 위해서는 넓은 주파수 대역 내의 PU들에 대한 신뢰성있고 효율적인 스펙트럼 센싱 방안이 요구되고 있다.
전술한 바와 같이, 상기와 같은 종래 기술은 이전의 협대역에 대한 검출 정보가 신뢰성을 잃을 수 있거나, 고속의 아날로그/디지털(Analog-to-Digital) 변환기가 필요하거나, 단일 SU가 주파수 사용 여부를 검출하므로 PU들에 대한 스펙트럼 센싱의 결과가 신뢰성을 잃을 수 있는 문제점이 있다.
그에 따라 현재에는 넓은 주파수 대역 내의 PU들에 대한 신뢰성있고 효율적인 스펙트럼 센싱 방안이 요구되고 있다.
따라서 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고 상기 요구에 부응하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.
따라서 본 발명은 1차 시스템(PS)의 지리적인 위치 및 1차 시스템(PS)의 채널 점유 상황의 변화에 따라 동일 채널을 센싱하는 2차 노드(SN)들의 수를 적응적으로 제어하여 클러스터링함으로써, 2차 노드(SN)가 보다 효율적으로 센싱 동작을 수행할 수 있는 무선 인지 통신 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
즉, 본 발명은, 협대역에 대해 적절한 SU(Secondary User)를 할당하여 협력 센싱을 통해 센싱의 신뢰도를 개선시키고, 넓은 주파수 대역 내에 분포하는 PU(Primary User)들을 검출하기 위해 PU들의 지리적인 위치 및 채널 점유 상황의 변화를 고려하여 SU들이 효율적으로 센싱할 수 있도록 함으로써, 전체 대역 내의 주파수 사용 여부에 대한 신뢰도를 높일 수 있는 무선 인지 통신 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 무선 인지 통신 장치에 있어서, 외부의 2차 노드로부터 채널 점유 정보를 수신하는 정보 수신부; 클러스터링 정보를 이용하여 할당된 채널을 스펙트럼 센싱하여 채널 점유 정보를 획득하는 스펙트럼 센싱 수행부; 상기 2차 노드 및 상기 스펙트럼 센싱 수행부로부터의 채널 점유 정보를 이용하여 클러스터링되지 않은 채널에 대하여 상기 2차 노드의 클러스터링을 수행하고 사용 가능 여부를 판단하여 상기 클러스터링된 2차 노드에 대한 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 획득하는 클러스터링 수행부; 및 상기 클러스터링 수행부로부터의 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 상기 2차 노드로 송신하는 정보 송신부를 포함한다.
또한, 상기 본 발명의 장치는, 상기 클러스터링 수행부가 "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 상기 2차 노드에게 센싱하도록 지정하는 정보"를 파악하는 기능을 더 수행하고, 상기 정보 송신부가 상기 클러스터링 수행부로부터의 "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 상기 2 차 노드에게 센싱하도록 지정하는 정보"를 상기 2차 노드로 송신하는 기능을 더 수행한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는, 무선 인지 통신 장치에 있어서, 외부의 무선 인지 기지국으로부터 각 2차 노드에 대한 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 수신하는 정보 수신부; 상기 정보 수신부로부터의 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 이용하여 할당된 채널을 스펙트럼 센싱하여 채널 점유 정보를 획득하는 스펙트럼 센싱 수행부; 및 상기 스펙트럼 센싱 수행부로부터의 채널 점유 정보를 상기 무선 인지 기지국으로 송신하는 정보 송신부를 포함한다.
또한, 상기 본 발명의 다른 장치는, 상기 정보 수신부가 "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 상기 2차 노드에게 센싱하도록 지정하는 정보"를 무선 인지 기지국으로부터 더 수신한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 무선 인지 통신 방법에 있어서, 클러스터링 정보를 이용하여 할당된 채널을 스펙트럼 센싱하여 채널 점유 정보를 획득하는 단계; 2차 노드로부터 채널 점유 정보를 수신하는 단계; 상기 획득된 채널 점유 정보 및 상기 수신된 채널 점유 정보를 이용하여 클러스터링되지 않은 채널에 대하여 상기 2차 노드의 클러스터링을 수행하고 사용 가능 여부를 판단하여 상기 클러스터링된 2차 노드에 대한 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 획득하는 클러스터링 수행 단계; 상기 획득된 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 상기 2차 노드로 송신하는 정보 송신 단계; 및 사용 가능 채널을 통하여 통신을 수행하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 본 발명의 방법은, 상기 클러스터링 수행 단계에서 "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 상기 2차 노드에게 센싱하도록 지정하는 정보"를 파악하는 과정을 더 수행하고, 상기 정보 송신 단계에서 상기 파악된 "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 상기 2차 노드에게 센싱하도록 지정하는 정보"를 상기 2차 노드로 송신하는 과정을 더 수행한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은, 무선 인지 통신 방법에 있어서, 무선 인지 기지국으로부터 각 2차 노드에 대한 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 수신하는 단계; 상기 수신된 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 이용하여 할당된 채널을 스펙트럼 센싱하여 채널 점유 정보를 획득하는 단계; 상기 획득된 채널 점유 정보를 상기 무선 인지 기지국으로 송신하는 단계; 및 사용 가능 채널을 통하여 통신을 수행하는 단계를 포함한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 방법은, 무선 인지 통신 방법에 있어서, 무선 인지 기지국과 2차 노드 간의 통신을 위한 슈퍼프레임이 프레임 0부터 프레임 N-1까지 총 N개(N은 2이상의 자연수)의 프레임을 포함하되, 상기 프레임 0은, 상기 무선 인지 기지국 및 상기 2차 노드가 상기 무선 인지 기지국이 지정해준 채널에 대하여 센싱을 수행하는 초기 센싱 서브프레임 필드; 상기 2차 노드가 채널 점유 정보를 상기 무선 인지 기지국으로 송신하는 제 1 보고 서브프레임 필드; 상기 무선 인지 기지국이 자신의 채널 점유 정보 및 상기 2차 노드로부터의 채널 점유 정보를 이용하여 각 채널에 대해 상기 2차 노드의 클러스터링을 수행하고 사용 가능 여부를 판단한 후에, 상기 클러스터링된 2차 노드에 대한 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 상기 2차 노드로 송신하는 제 1 클러스터링 및 가용 채널 정보 서브프레임 필드; 및 상기 무선 인지 기지국 및 상기 2차 노드에서 데이터 통신을 수행하는 제 1 데이터 서브프레임 필드를 포함한다.
또한, 상기 본 발명의 또 다른 방법은, 상기 제 1 클러스터링 및 가용 채널 정보 서브프레임 필드에서 "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 상기 2차 노드에게 센싱하도록 지정하는 정보"를 상기 2차 노드로 송신하는 기능을 더 수행한다.
또한, 상기 본 발명의 또 다른 방법은, 상기 프레임 1부터 상기 프레임 N-1까지의 각 프레임이, 상기 무선 인지 기지국과 상기 2차 노드가 클러스터링의 멤버 노드로 설정되어 있으면 할당된 채널을 센싱하고, 멤버 노드로 설정되어 있지 않으면 클러스터링이 되지 않은 채널들 중에 상기 무선 인지 기지국이 지정해준 채널에 대하여 센싱을 수행하는 클러스터정보 기반 센싱 서브프레임 필드; 상기 2차 노드가 채널 점유 정보를 상기 무선 인지 기지국으로 송신하는 제 2 보고 서브프레임 필드; 상기 무선 인지 기지국이 자신의 채널 점유 정보 및 상기 2차 노드로부터의 채널 점유 정보를 이용하여 클러스터링되지 않은 채널에 대하여 상기 2차 노드의 클러스터링을 수행하고 사용 가능 여부를 판단한 후에, 상기 클러스터링된 2차 노드에 대한 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 상기 2차 노드로 송신하는 제 2 클러스터링 및 가용 채널 정보 서브프레임 필드; 및 상기 무선 인지 기지국 및 상기 2차 노드에서 데이터 통신을 수행하는 제 2 데이터 서브프레임 필드를 포함한 다.
또한, 상기 본 발명의 또 다른 방법은, 상기 제 2 클러스터링 및 가용 채널 정보 서브프레임 필드에서 "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 상기 2차 노드에게 센싱하도록 지정하는 정보"를 상기 2차 노드로 송신하는 기능을 더 수행한다.
상기와 같은 본 발명은, 1차 시스템(PS)의 지리적인 위치 및 1차 시스템(PS)의 채널 점유 상황의 변화에 따라 동일 채널을 스펙트럼 센싱하는 2차 노드(SN)들의 수를 적응적으로 제어하여 클러스터링함으로써, 2차 노드(SN)가 보다 효율적으로 스펙트럼 센싱 동작을 수행할 수 있는 효과가 있다.
즉, 본 발명은, 협대역에 대해 적절한 SU(Secondary User)를 할당하여 협력 센싱을 통해 센싱의 신뢰도를 개선시키고, 넓은 주파수 대역 내에 분포하는 PU(Primary User)들을 검출하기 위해 PU들의 지리적인 위치 및 채널 점유 상황의 변화를 고려하여 SU들이 효율적으로 스펙트럼 센싱할 수 있도록 함으로써, 전체 대역 내의 주파수 사용 여부에 대한 신뢰도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 협력 센싱을 위한 데이터 프레임 구조를 제공함으로써, 보다 효율적으로 통신할 수 있다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 무선 인지 통신 시스템의 1차 시스템(PS) 및 2차 시스템(SS)을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하여 살펴보면, 본 발명에서 특정 주파수 대역에 대한 사용 권한을 갖는 1차 시스템(PS : Primary System)은 1차 기지국(PBS : Primary Base Station) 및 1차 노드(PN : Primary Node)를 포함하여 이루어지며, 상기 특정 주파수 대역에 대한 사용 권한을 갖지 않는 2차 시스템(SS : Secondary System)은 무선 인지 기지국(CBS : Cognitive Base Station) 및 적어도 하나의 2차 노드(SN : Secondary Node)를 포함하여 이루어진다.
이때, 무선 인지 기지국(CBS) 및 2차 노드(SN)는 기회적으로 사용하고자 하는 주파수 대역 및 대역 내의 채널 단위를 알고 있고, 다수의 1차 시스템(PS)에서 사용되고 있는 주파수 자원 중 일부 또는 전부를 스펙트럼 센싱 기술을 이용하여 스펙트럼 센싱할 수 있으며, 1차 시스템(PS)에서 일시적으로 사용되고 있지 않은 주파수 자원을 이용하여 서로 통신할 수 있다.
무선 인지 기지국(CBS)은 사용 가능한 주파수 자원을 이용하여 하향링크(down-link) 시간에 2차 노드(SN)로 신호를 전송할 수 있으며, 2차 노드(SN)는 사용 가능한 주파수 자원을 이용하여 상향링크(up-link) 시간에 무선 인지 기지국(CBS)으로 신호를 전송할 수 있다.
이때, 2차 노드(SN) 및 무선 인지 기지국(CBS)이 사용 가능한 주파수 자원을 사용 중이더라도 그 신호는 1차 노드 또는 1차 기지국(PBS)에게 간섭으로 작용할 수 있다. 또한, 1차 노드 또는 1차 기지국(PBS)이 그 사용 가능한 주파수 자원에 대하여 우선권을 가지므로 1차 노드 또는 1차 기지국(PBS)이 그 사용 가능한 주파수 자원을 다시 사용하게 된다면, 2차 노드(SN) 및 무선 인지 기지국(CBS)은 사용하던 주파수 자원을 비워주어야 한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명이 적용되는 무선 인지 통신 시스템의 다수의 1차 시스템(PS)과 다수의 2차 노드(SN)를 포함하는 2차 시스템(SS)을 나타내는 도면이 다.
도 2a 및 도 2b를 참조하여 살펴보면, 2차 시스템(SS, 207)은 무선 인지 기지국(CBS, 208) 및 다수의 2차 노드(SN, 209 내지 214)를 포함한다. 1차 시스템 1(201)은 1차 기지국 1(204)을 포함하고, 1차 시스템 2(202)는 1차 기지국 2(205)를 포함하며, 1차 시스템 3(203)은 1차 기지국 3(206)을 포함한다. 또한, 도 2a 및 도 2b에서는 설명의 편의를 위하여 3개의 1차 시스템(PS)만을 도시하였으나, 실제 무선 환경에서는 다수의 1차 시스템(PS)이 존재할 수 있다.
도 3은 다수의 1차 시스템(PS)에서 사용되고 있는 채널(채널 사용 현황)을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하여 살펴보면, 1차 시스템 1에서는 채널 1(CH1)과 채널 4(CH4)를 사용하고, 1차 시스템 2에서는 채널 2(CH2)와 채널 5(CH5)를 사용하며, 1차 시스템 3에서는 채널 3(CH3)과 채널 6(CH6)을 사용한다. 도 3에서는 설명의 편의를 위하여 각각의 1차 시스템(PS)이 2개의 채널을 사용한다고 도시하였으나, 실제 무선 환경에서는 각각의 1차 시스템(PS)이 서로 겹치지 않는 다수의 채널을 사용할 수 있다.
또한, 도 3에 도시되지 않았으나 각각의 1차 시스템(PS)에 속하는 1차 노드들은 이동성을 가질 수 있으며, 시간 또는 위치 등에 따라 채널들을 사용하거나 사용하지 않는 것을 반복할 수 있다. 이러한 경우 1차 시스템(PS)의 채널 점유 상황은 실시간으로 변동될 수 있다.
도 2a 및 도 2b와 도 3을 참조하여 살펴보면, 도면에 도시하지 않았으나 2차 시스템(SS)의 2차 노드(SN)들은 1차 시스템(PS)들에 대한 전체 채널(CH1, CH2, CH3, CH4, CH5, CH6)을 기회적으로 스펙트럼 센싱할 수 있으며, 스펙트럼 센싱하는 위치 및 환경에 따라 2차 노드(SN)들의 각 채널에 대한 스펙트럼 센싱 결과가 달라질 수 있다.
또한, 무선 인지 기지국(CBS)은 각 채널마다 협력 센싱을 위해서 스펙트럼 센싱할 채널의 수와 2차 노드(SN)의 수를 파악하여 하나의 채널에 할당할 초기 세팅 노드수(즉, 클러스터의 멤버 수)를
Figure 112009078214173-PAT00001
로 설정하고, 무선 인지 기지국(CBS) 자신 및 2차 노드(SN)로부터 수신한 스펙트럼 센싱 결과(채널 점유 정보)에 따라 하나의 클러스터에 포함될 2차 노드(SN)들을 제어하여 클러스터링을 수행하며, 클러스터링이 된 2차 노드(SN)들과 클러스터링이 되지 않은 2차 노드(SN)들을 구분하여 2차 노드(SN)들에게 결과를 통보한다.
상기와 같이 무선 인지 기지국(CBS)이 클러스터링을 수행하는 과정을 좀 더 상세히 살펴보면, 무선 인지 기지국(CBS)은 하나의 클러스터링에 할당할 초기 세팅 노드수를
Figure 112009078214173-PAT00002
로 설정하며, 동일 채널을 스펙트럼 센싱한 2차 노드(SN)들의 채널 점유 정보를 이용하여 해당 채널의 초기 세팅 문턱값에 기초하여 클러스터링할 2차 노드(SN)들을 결정한다.
여기서, 클러스터링을 수행할 수 있는 방법은 소프트 디씨젼(soft decision) 방법과 하드 디씨젼(hard decision) 방법으로 나눌 수 있는데, 소프트 디씨젼(soft decision) 방법은 각 2차 노드(SN)의 스펙트럼 센싱 결과(채널 점유 정보)를 무선 인지 기지국(CBS)이 수신받아 최종 결정하는 방법이고, 하드 디씨젼(hard decision) 방법은 각 2차 노드(SN)가 초기 결정을 내리고 그 결과를 무선 인지 기지국(CBS)에게 송신하면 무선 인지 기지국(CBS)이 OR 룰(rule), AND 룰(rule) 그리고 머조러티 룰(majority rule) 등을 이용하여 최종 결정을 내리는 방법이다. OR 룰(rule)을 예로 들면, 무선 인지 기지국(CBS)은 초기 세팅 문턱값을 통과한 2차 노드(SN)들의 개수가 하나의 클러스터링(채널)에 할당할 초기 세팅 노드수의 1/2배보다 크면 클러스터링을 수행하고, 초기 세팅 문턱값을 통과한 2차 노드(SN)들의 개수가 하나의 클러스터링에 할당할 초기 세팅 노드수의 1/2배보다 작으면 해당 채널에 대하여 클러스터링을 수행하지 않는다. 결국, 무선 인지 기지국(CBS)은 1차 시스템(PS)들의 지리적인 위치 및 채널의 점유 상황에 맞게 2차 노드(SN)들의 클러스터링을 수행하고, 각 클러스터의 2차 노드(SN)들의 스펙트럼 센싱 결과를 협력함으로써 하나의 클러스터(채널)에 대한 센싱의 정확도를 높일 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 무선 인지 기지국(CBS) 및 2차 노드(SN) 장치의 일 실시 예 구성도이다.
도 4를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 인지 기지국(CBS, 401)은 정보 수신부(402), 클러스터링 수행부(403), 클러스터링 및 가용 채널 정보 송신부(404), 및 스펙트럼 센싱 수행부(405)를 포함한다. 그리고 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 노드(SN, 406)는 클러스터링 및 가용 채널 정보 수신부(407), 스펙트럼 센싱 수행부(408), 및 정보 송신부(409)를 포함한다.
여기서, 상기 무선 인지 기지국(CBS, 401)의 정보 수신부(402)에서는 적어도 하나의 2차 노드(SN)에서 스펙트럼 센싱한 채널 점유 정보를 수신한다.
그리고 클러스터링 수행부(403)에서는 적어도 하나의 2차 노드(SN)로부터 수신된 채널 점유 정보 및 무선 인지 기지국(CBS) 자신이 스펙트럼 센싱한 정보(채널 점유 정보)를 이용하여 클러스터링되지 않은 채널에 대하여 2차 노드(SN)들의 클러스터링을 수행하고 사용 가능 여부를 판단한 후에 클러스터링된 2차 노드(SN)들에 대한 클러스터링 정보, 가용 채널 정보, 및 "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 2차 노드(SN)들에게 스펙트럼 센싱하도록 지정하는 정보"를 파악한다. 여기서, "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 2차 노드(SN)들에게 스펙트럼 센싱하도록 지정하는 정보"를 파악하는 과정은 부가적으로 수행되는 과정이다.
이때, 상기 클러스터링 수행부(403)는 각 채널마다 협력 센싱을 위해서 스펙트럼 센싱할 채널의 수와 2차 노드(SN)의 수를 파악하여 하나의 채널에 할당할 초기 세팅 노드수(즉, 클러스터의 멤버 수)를
Figure 112009078214173-PAT00003
로 설정한다.
또한, 상기 클러스터링 수행부(403)는 동일 채널을 스펙트럼 센싱한 2차 노드(SN)들의 채널 점유 정보를 이용하여 해당 채널의 초기 세팅 문턱값에 기초하여 클러스터링할 2차 노드(SN)들을 결정한다.
또한, 상기 클러스터링 수행부(403)는 무선 인지 기지국(CBS) 또는 2차 노드(SN)들이 클러스터링되지 않았을 경우, 클러스터링이 되지 않은 무선 인지 기지국(CBS) 또는 2차 노드(SN)를 클러스터링에 포함되지 않은 채널에
Figure 112009078214173-PAT00004
만큼 임의로 선택하여 할당한다.
그리고 클러스터링 및 가용 채널 정보 송신부(404)에서는 상기 클러스터링 수행부(403)로부터의 클러스터링 정보, 가용 채널 정보, 및 "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 2차 노드(SN)들에게 스펙트럼 센싱하도록 지정하는 정보"를 적어도 하나의 2차 노드(SN, 406)에게 송신한다. 여기서, "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 2차 노드(SN)들에게 스펙트럼 센싱하도록 지정하는 정보"를 송신하는 과정은 부가 과정이다.
그리고 스펙트럼 센싱 수행부(405)에서는 무선 인지 기지국(CBS)이 클러스터링의 멤버 노드로 설정되었을 경우에 할당된 채널을 스펙트럼 센싱하고, 클러스터링의 멤버 노드로 설정되지 않았을 경우에는 클러스터링이 되지 않은 채널들 중에 무선 인지 기지국(CBS) 자신이 정한 채널에 대하여 스펙트럼 센싱을 수행한다.
한편, 상기 2차 노드(SN)의 클러스터링 및 가용 채널 정보 수신부(407)에서는 무선 인지 기지국(CBS, 401)으로부터 각 2차 노드(SN)의 클러스터링 여부에 대한 정보(클러스터링 정보), 및 가용 채널 정보를 수신한다. 이때, "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 2차 노드(SN)들에게 스펙트럼 센싱 하도록 지정하는 정보"를 더 수신할 수도 있다.
그리고 스펙트럼 센싱 수행부(408)에서는 상기 클러스터링 및 가용 채널 정보 수신부(407)로부터의 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 이용하여 할당된 채널을 스펙트럼 센싱한다.
또한, 상기 스펙트럼 센싱 수행부(408)에서는 2차 노드(SN, 406)가 클러스터링의 멤버 노드로 설정되어 있으면 할당된 채널을 스펙트럼 센싱하고, 클러스터링의 멤버 노드로 설정되어 있지 않으면 클러스터링이 되지 않은 채널 중에서 무선 인지 기지국(CBS)이 정해준 채널에 대하여 스펙트럼 센싱을 수행한다.
그리고 정보 송신부(409)에서는 상기 스펙트럼 센싱 수행부(408)에서 스펙트럼 센싱 결과로 채널 점유 상황과 관련된 정보(채널 점유 정보)를 무선 인지 기지국(CBS, 401)에게 송신한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 시스템(SS)의 무선 인지 기지국(CBS) 및 적어도 하나의 2차 노드(SN)에서의 프레임의 구조도이다.
도 5를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 시스템(SS)에 속하는 무선 인지 기지국(CBS) 및 적어도 하나의 2차 노드(SN)에서의 데이터 프레임 형식은, 하나의 슈퍼프레임(501)이 N개(N은 2이상의 자연수)의 프레임(502)으로 이루어져 있다. 이때, 프레임 개수 N은 사용자의 상황에 맞게 변형되어 사용될 수 있다. 여기서, 프레임 0은 초기 센싱 서브프레임(503), 보고(report) 서브프레임(504), 클러스터링 및 가용 채널 정보 서브프레임(505), 및 데이터 서브프레 임(506)을 포함하여 이루어져 있으며, 프레임 1부터 프레임 N-1까지는 클러스터정보 기반 센싱 서브프레임(507), 보고 서브프레임(508), 클러스터링 및 가용 채널 정보 서브프레임(509), 및 데이터 서브프레임(510)을 포함하여 각각 이루어져 있다.
또한, 프레임 0의 초기 센싱 서브프레임(503)에서는, 2차 시스템(SS)에 속하는 무선 인지 기지국(CBS) 및 적어도 하나의 2차 노드(SN)가 1차 시스템(PS)들의 채널들 중 무선 인지 기지국(CBS)이 각각 자신 및 2차 노드(SN)들에게 지정해준 채널에 대하여 스펙트럼 센싱을 수행한다.
또한, 프레임 0의 보고 서브프레임(504)에서는, 적어도 하나의 2차 노드(SN)가 채널 점유 정보를 무선 인지 기지국(CBS)에게 송신한다.
또한, 프레임 0의 클러스터링 및 가용 채널 정보 서브프레임(505)에서는, 무선 인지 기지국(CBS)이 무선 인지 기지국(CBS) 자신이 스펙트럼 센싱한 정보(채널 점유 정보) 및 2차 노드(SN)로부터 수신한 채널 점유 정보를 이용하여 각 채널에 대해 2차 노드(SN)들의 클러스터링을 수행하고 사용 가능 여부를 판단한 후에, 클러스터링된 2차 노드(SN)들에 대한 클러스터링 정보, 가용 채널 정보, 및 "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 2차 노드(SN)들에게 스펙트럼 센싱하도록 지정하는 정보"를 2차 노드(SN)들에게 송신한다.
또한, 프레임 0의 데이터 서브프레임(506)에서는, 무선 인지 기지국(CBS) 및 적어도 하나의 2차 노드(SN)에서 데이터 통신을 수행한다.
또한, 프레임 1부터 프레임 N-1까지의 클러스터정보 기반 센싱 서브프레 임(507)에서는, 무선 인지 기지국(CBS)과 클러스터링 정보를 수신한 2차 노드(SN)가 클러스터링의 멤버 노드로 설정되어 있으면 할당된 채널을 스펙트럼 센싱하고, 멤버 노드로 설정되어 있지 않으면 클러스터링이 되지 않은 채널들 중에 무선 인지 기지국(CBS)이 지정해준 채널에 대하여 스펙트럼 센싱을 수행한다.
또한, 프레임 1부터 프레임 N-1까지의 보고 서브프레임(508)에서는, 적어도 하나의 2차 노드(SN)가 채널 점유 정보를 무선 인지 기지국(CBS)에게 송신한다.
또한, 프레임 1부터 프레임 N-1까지의 클러스터링 및 가용 채널 정보 서브프레임(509)에서는, 무선 인지 기지국(CBS)이 무선 인지 기지국(CBS) 자신이 스펙트럼 센싱한 정보(채널 점유 정보) 및 2차 노드(SN)로부터 수신한 채널 점유 정보를 이용하여 클러스터링되지 않은 채널에 대하여 2차 노드(SN)들의 클러스터링을 수행하고 사용 가능 여부를 판단한 후에, 클러스터링된 2차 노드(SN)들에 대한 클러스터링 정보, 가용 채널 정보, 및 "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 2차 노드(SN)들에게 스펙트럼 센싱하도록 지정하는 정보"를 2차 노드(SN)들에게 송신한다.
또한, 프레임 1부터 프레임 N-1까지의 데이터 서브프레임(510)에서는, 무선 인지 기지국(CBS) 및 적어도 하나의 2차 노드(SN)에서 데이터 통신을 수행한다.
도 6은 시간에 따른 채널 점유 상황의 일 실시 예를 도시한 도면이고, 도 7은 시간에 따라 채널 점유 상황에 따른 무선 인지 기지국(CBS)에서의 클러스터링 결과에 대한 일 실시 예를 도시한 도면이다.
도 3, 도 6 및 도 7을 참조하여 살펴보면, 시간 T1에서, 1차 시스템 1은 채널 1을 사용하고 있고, 1차 시스템 2는 채널 5를 사용하고 있고, 1차 시스템 3은 채널 3을 사용하고 있으며, 1차 시스템 1의 채널 4, 1차 시스템 2의 채널 2, 및 1차 시스템 3의 채널 6은 사용되지 않고 비어있는 채널이다. 도 5를 참조하여 전술한 바와 같이, 초기 센싱 서브프레임(503) 시간 동안 무선 인지 기지국(CBS) 및 각각의 2차 노드(SN)는 1차 시스템(PS)들의 채널들(채널 1, 채널 2, 채널 3, 채널 4, 채널 5, 채널 6) 중 무선 인지 기지국(CBS)이 각각 자신 및 2차 노드(SN)들에게 지정해준 채널에 대하여 스펙트럼 센싱을 수행한 후, 스펙트럼 센싱 결과(채널 점유 정보)를 무선 인지 기지국(CBS)으로 전달한다. 무선 인지 기지국(CBS)은 초기 센싱 서브프레임에 센싱을 위해서 스펙트럼 센싱할 채널의 수와 2차 노드(SN)의 수를 파악하여 하나의 채널에 할당할 초기 세팅 노드수(즉, 클러스터 멤버 수)를
Figure 112009078214173-PAT00005
로 설정하고, 각각의 채널에 초기 세팅 노드수만큼 무선 인지 기지국(CBS) 및 2차 노드(SN)들을 임의로 선택하여 할당한다. 또한, 무선 인지 기지국(CBS)은 무선 인지 기지국(CBS) 자신 및 2차 노드(SN)로부터 수신한 스펙트럼 센싱 결과(채널 점유 정보)에 따라 문턱값에 기초하여 클러스터링을 수행할 채널과 수행하지 않을 채널을 구분하며, 클러스터링을 수행할 채널에 대하여 클러스터에 포함될 2차 노드(SN)들을 제어하여 클러스터링을 수행하고, 클러스터링이 된 2차 노드(SN)들과 클러스터링이 되지 않은 2차 노드(SN)들을 구분하여 2차 노드(SN)들에게 결과를 통보한다. 상기 시간 T1에서의 스펙트럼 센싱 결과에 따라 채널 1, 채 널 3, 그리고 채널 5가 클러스터링된다.
도 6 및 도 7을 참조하여 살펴보면, 시간 T2에서 클러스터 1은 채널 1만을 스펙트럼 센싱하고, 클러스터 3은 채널 3만을 스펙트럼 센싱하고, 클러스터 5는 채널 5만을 스펙트럼 센싱하며, 클러스터링이 되지 않은 2차 노드(SN)들은 채널 2, 채널 4, 및 채널 6 중에서 무선 인지 기지국(CBS)으로부터 지정받은 채널을 스펙트럼 센싱한다. 상기 시간 T2에서의 스펙트럼 센싱 결과에 따라 무선 인지 기지국(CBS)에서는 추가적으로 채널 2, 채널 4, 및 채널 6의 클러스터링을 수행한다.
도 6 및 도 7을 참조하여 살펴보면, 시간 T3에서 클러스터 1은 채널 1만을 스펙트럼 센싱하고, 클러스터 2는 채널 2만을 스펙트럼 센싱하며, 클러스터 3은 채널 3만을 스펙트럼 센싱하고, 클러스터 4는 채널 4만을 스펙트럼 센싱하며, 클러스터 5는 채널 5만을 스펙트럼 센싱하고, 클러스터 6은 채널 6만을 스펙트럼 센싱한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 시스템(SS)의 무선 인지 기지국(CBS) 및 적어도 하나의 2차 노드(SN)에서 한 프레임 내에서의 동작 방법에 대한 흐름도이다.
먼저, 하나의 프레임 내에서의 스펙트럼 센싱 수행이 시작되면, 현재의 프레임이 해당 슈퍼프레임의 프레임 0에 해당하는지를 확인한다(801).
상기 확인 결과(801), 현재 프레임이 프레임 0이면, 2차 시스템(SS)에 속하는 무선 인지 기지국(CBS)과 적어도 하나의 2차 노드(SN)는 1차 시스템(PS)들의 채 널들 중 무선 인지 기지국(CBS)이 각각 자신 및 2차 노드(SN)들에게 지정해준 채널에 대하여 스펙트럼 센싱을 수행하고(802), 2차 노드(SN)는 스펙트럼 센싱 결과(채널 점유 정보)를 무선 인지 기지국(CBS)에게 송신한다(803).
그러면, 무선 인지 기지국(CBS)은 자신이 스펙트럼 센싱한 채널 점유 정보 및 적어도 하나의 2차 노드(SN)로부터 수신한 채널 점유 정보를 이용하여 해당 채널에 대하여 2차 노드(SN)들의 클러스터링을 수행하고 사용 가능 여부를 판단한 후에 클러스터링된 2차 노드(SN)들에 대한 클러스터링 정보, 가용 채널 정보, 및 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 2차 노드(SN)들에게 스펙트럼 센싱하도록 지정하는 정보를 2차 노드(SN)들에게 송신한다(804).
이후, 무선 인지 기지국(CBS) 및 적어도 하나의 2차 노드(SN)에서는 사용 가능한 채널을 통하여 데이터 통신을 수행한다(805).
한편, 상기 확인 결과(801), 현재 프레임이 프레임 0이 아니라 프레임 1부터 프레임 N-1 중 어느 하나의 프레임이면, 2차 시스템(SS)에 속하는 무선 인지 기지국(CBS)과 적어도 하나의 2차 노드(SN)는 클러스터의 멤버 노드로 설정되어 있는지를 확인한다(806).
상기 확인 결과(806), 클러스터링의 멤버 노드로 설정되어 있으면 2차 시스템(SS)에 속하는 무선 인지 기지국(CBS)과 적어도 하나의 2차 노드(SN)는 센싱하도록 할당받은 채널을 스펙트럼 센싱하고, 2차 노드(SN)는 스펙트럼 센싱 결과(채널 점유 정보)를 무선 인지 기지국(CBS)에게 송신한다(807).
그러면, 무선 인지 기지국(CBS)은 자신이 스펙트럼 센싱한 채널 점유 정보 및 적어도 하나의 2차 노드(SN)로부터 수신한 채널 점유 정보를 이용하여 해당 채널에 대하여 사용 가능 여부를 판단한 후에 가용 채널 정보, 및 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 2차 노드(SN)들에게 스펙트럼 센싱하도록 지정하는 정보를 2차 노드(SN)들에게 송신한다(808).
이후, 무선 인지 기지국(CBS) 및 적어도 하나의 2차 노드(SN)에서는 사용 가능한 채널을 통하여 데이터 통신을 수행한다(809).
한편, 상기 확인 결과(806), 클러스터링의 멤버 노드로 설정되어 있지 않으면 2차 시스템(SS)에 속하는 무선 인지 기지국(CBS)과 적어도 하나의 2차 노드(SN)는 클러스터링이 되지 않은 채널에 중 무선 인지 기지국(CBS)이 지정해준 채널에 대하여 스펙트럼 센싱을 수행하고, 2차 노드(SN)는 스펙트럼 센싱 결과(채널 점유 정보)를 무선 인지 기지국(CBS)에게 송신한다(810).
그러면, 무선 인지 기지국(CBS)은 자신이 스펙트럼 센싱한 채널 점유 정보 및 적어도 하나의 2차 노드(SN)로부터 수신한 채널 점유 정보를 이용하여 해당 채널에 대하여 2차 노드(SN)들의 클러스터링을 수행하고 사용 가능 여부를 판단한 후에 클러스터링된 2차 노드(SN)들에 대한 클러스터링 정보, 가용 채널 정보, 및 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 2차 노드(SN)들에게 스펙트럼 센싱하도록 지정하는 정보를 2차 노드(SN)들에게 송신한다(811).
이후, 무선 인지 기지국(CBS) 및 적어도 하나의 2차 노드(SN)에서는 사용 가능한 채널을 통하여 데이터 통신을 수행한다(812).
전술한 바와 같은 본 발명과 기존 방식과의 차이점을 정리하여 살펴보면, 기존의 방식에서는 2차 시스템(SS) 내의 각 2차 노드(SN)들로 하여금 관심 대역 중 임의의 특정 협대역들을 스펙트럼 센싱하도록 하여 그 결과를 통합함으로써, 관심 대역 내에서의 1차 시스템(PS) 주파수의 사용 여부를 판단하도록 하였다. 그러나 이러한 기존 방식은 관심 대역 내의 특정 협대역에 대해 센싱의 신뢰성을 가질 수 없는 환경에 있는 2차 노드(SN)들에게도 해당 협대역을 스펙트럼 센싱하도록 할당함으로써, 전체적으로 해당 협대역에 대해 센싱의 신뢰성을 잃게 되는 결과를 낳게 된다. 이를 개선하기 위해 본 발명에서는 2차 시스템(SS)이 1차 시스템(PS)의 지리적인 위치 및 채널 점유 상황 등을 고려하여 2차 시스템(SS) 내의 무선 인지 기지국(CBS) 및 2차 노드(SN)들로 하여금 여러 번의 센싱 주기를 통해 각각 스펙트럼 센싱할 특정 협대역을 적절하게 선택하도록 하는 방식을 사용한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 1차 시스템과 다수의 2차 노드를 포함하는 하나의 2차 시스템의 분포도를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하여 살펴보면, 2차 시스템의 무선 인지 기지국(CBS)은 (0,0)에 존재하고 2차 노드(SN)들은 (0,0)을 중심으로 반경 30km 이내에 존재하며, 1차 시스템의 개수(N)는 3으로 고정하여 1차 시스템의 1차 기지국 1은 (150,0)km, 1차 기지국 2는 (-140,0)km 그리고 1차 기지국 3은 (0,-130)km에 존재하도록 설정하였다. 이때, 송신 신호의 파워는 1차 기지국 1로부터 무선 인지 기지국(CBS)이 수신한 신호의 신호대잡음비(SNR)가 -20dB가 되도록 설정하였으며, 1차 기지국 1과 1차 기지 국 2 그리고 1차 기지국 3은 각각 동일 파워의 신호를 송신하도록 설정하였다.
이때, 하나의 슈퍼프레임 내에서 프레임 수(M)에 대한 검출률(detection probability) 또는 오경보율(false alarm probability)의 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하였다. 이때, 협력 센싱에 참여하는 2차 노드(SN)들은 에너지 검출기(energy detector)를 사용하며, 무선 인지 기지국(CBS)에서는 모든 2차 노드(SN)들의 하드 디씨젼(hard decision) 정보를 바탕으로 OR 룰(rule)을 적용하여 주파수 사용 여부를 판단하도록 설정하였다. 또한, 무선 인지 기지국(CBS)이 디씨전 퓨전(decision fusion)을 하였을 때, 전체 오경보율(false alarm probability)은 0.1을 만족하도록 설정하였고 2차 노드(SN)의 수(P)를 30개로 고정하여 수행하였다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 N=3, M<=20 그리고 P=30일 때, 기존의 협력 센싱 방식(reference)과 본 발명에서 제안하는 방식(proposed)의 프레임 개수(M)에 따른 오경보율(false alarm probability)의 몬테카를로 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
이때, 기존의 협력 센싱 방식(reference)은 매 프레임마다 임의의 10개 2차 노드(SN)들이 각 1차 시스템을 협력 센싱하도록 설정하였다.
도 10을 참조하여 살펴보면, 모든 프레임에서 기존의 협력 센싱 방식(reference)과 본 발명에서 제안하는 방식(proposed) 모두 오경보율(false alarm probability)이 0.1을 만족하는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 N=3, M<=20 그리고 P=30일 때, 기존의 협력 센싱 방식(reference)과 본 발명에서 제안하는 방식(proposed)의 프레임 개수(M)에 따른 검출률(detection probability)의 몬테카를로 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하여 살펴보면, 본 발명에서 제안하는 방식(proposed)의 검출률(detection probability)이 점점 증가하여 M=10일 때 최고점에 도달하고 그 이후의 프레임에서 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다. 반면에, 기존의 협력 센싱 방식(reference)은 모든 프레임에서 검출률(detection probability)이 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명에서 제안하는 방식(proposed)을 이용하면 센싱의 신뢰성을 가질 수 있는 2차 노드(SN)들에게 해당 협대역을 센싱하도록 할당함으로써, 전체적으로 해당 협대역에 대해 기존의 협력 센싱 방식(reference)에 비해서 센싱의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 무선 인지 기지국(CBS) 및 2차 노드(SN)의 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. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명은 무선 인지(CR : Cognitive Radio) 통신 시스템 등에 이용될 수 있 다.
도 1은 본 발명이 적용되는 무선 인지 통신 시스템의 1차 시스템(PS) 및 2차 시스템(SS)을 나타내는 도면,
도 2a 및 도 2b는 본 발명이 적용되는 무선 인지 통신 시스템의 다수의 1차 시스템(PS)과 다수의 2차 노드(SN)를 포함하는 2차 시스템(SS)을 나타내는 도면,
도 3은 다수의 1차 시스템(PS)에서 사용되고 있는 채널(채널 사용 현황)을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 무선 인지 기지국(CBS) 및 2차 노드(SN) 장치의 일 실시 예 구성도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 시스템(SS)의 무선 인지 기지국(CBS) 및 적어도 하나의 2차 노드(SN)에서의 프레임의 구조도,
도 6은 시간에 따른 채널 점유 상황의 일 실시 예를 도시한 도면,
도 7은 시간에 따라 채널 점유 상황에 따른 무선 인지 기지국(CBS)에서의 클러스터링 결과에 대한 일 실시 예를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 시스템(SS)의 무선 인지 기지국(CBS) 및 적어도 하나의 2차 노드(SN)에서 한 프레임 내에서의 동작 방법에 대한 흐름도,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 1차 시스템과 다수의 2차 노드를 포함하는 하나의 2차 시스템의 분포도를 나타내는 도면,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 N=3, M<=20 그리고 P=30일 때, 기존의 협 력 센싱 방식(reference)과 본 발명에서 제안하는 방식(proposed)의 프레임 개수(M)에 따른 오경보율(false alarm probability)의 몬테카를로 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면,
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 N=3, M<=20 그리고 P=30일 때, 기존의 협력 센싱 방식(reference)과 본 발명에서 제안하는 방식(proposed)의 프레임 개수(M)에 따른 검출률(detection probability)의 몬테카를로 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
401 : 무선 인지 기지국(CBS) 402 : 정보 수신부
403 : 클러스터링 수행부
404 : 클러스터링 및 가용 채널 정보 송신부
405, 408 : 스펙트럼 센싱 수행부 406 : 2차 노드(SN)
407 : 클러스터링 및 가용 채널 정보 수신부
409 : 정보 송신부

Claims (16)

  1. 무선 인지 통신 장치에 있어서,
    외부의 2차 노드로부터 채널 점유 정보를 수신하는 정보 수신부;
    클러스터링 정보를 이용하여 할당된 채널을 스펙트럼 센싱하여 채널 점유 정보를 획득하는 스펙트럼 센싱 수행부;
    상기 2차 노드 및 상기 스펙트럼 센싱 수행부로부터의 채널 점유 정보를 이용하여 클러스터링되지 않은 채널에 대하여 상기 2차 노드의 클러스터링을 수행하고 사용 가능 여부를 판단하여 상기 클러스터링된 2차 노드에 대한 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 획득하는 클러스터링 수행부; 및
    상기 클러스터링 수행부로부터의 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 상기 2차 노드로 송신하는 정보 송신부
    를 포함하는 무선 인지 통신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 클러스터링 수행부는,
    "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 상기 2차 노드에게 센싱하도록 지정하는 정보"를 파악하는 기능을 더 수행하고,
    상기 정보 송신부는,
    상기 클러스터링 수행부로부터의 "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 상기 2차 노드에게 센싱하도록 지정하는 정보"를 상기 2차 노드로 송신하는 기능을 더 수행하는 무선 인지 통신 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 클러스터링 수행부는,
    센싱할 채널의 수와 상기 2차 노드의 수를 파악하여 하나의 채널에 할당할 초기 세팅 노드수(클러스터의 멤버 수)를
    Figure 112009078214173-PAT00006
    로 설정하는 무선 인지 통신 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 클러스터링 수행부는,
    동일 채널을 센싱한 상기 2차 노드로부터의 채널 점유 정보를 이용하여 해당 채널의 초기 세팅 문턱값에 기초하여 클러스터링할 2차 노드를 결정하는 무선 인지 통신 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 클러스터링 수행부는,
    무선 인지 기지국 또는 상기 2차 노드가 클러스터링되지 않았을 경우, 클러스터링이 되지 않은 상기 무선 인지 기지국 또는 상기 2차 노드를
    Figure 112009078214173-PAT00007
    만큼 선택하여 클러스터링에 포함되지 않은 채널에 할당하는 무선 인지 통신 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 센싱 수행부는,
    무선 인지 기지국이 클러스터링의 멤버 노드로 설정되었을 경우에는 할당된 채널을 스펙트럼 센싱하고, 클러스터링의 멤버 노드로 설정되지 않았을 경우에는 클러스터링이 되지 않은 채널들 중에 상기 무선 인지 기지국 자신이 정한 채널에 대하여 스펙트럼 센싱을 수행하는 무선 인지 통신 장치.
  7. 무선 인지 통신 장치에 있어서,
    외부의 무선 인지 기지국으로부터 각 2차 노드에 대한 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 수신하는 정보 수신부;
    상기 정보 수신부로부터의 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 이용하여 할당된 채널을 스펙트럼 센싱하여 채널 점유 정보를 획득하는 스펙트럼 센싱 수행부; 및
    상기 스펙트럼 센싱 수행부로부터의 채널 점유 정보를 상기 무선 인지 기지국으로 송신하는 정보 송신부
    를 포함하는 무선 인지 통신 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 정보 수신부는,
    "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 상기 2차 노드에게 센싱하도록 지정하는 정보"를 무선 인지 기지국으로부터 더 수신하는 무선 인지 통신 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 센싱 수행부는,
    상기 2차 노드가 클러스터링의 멤버 노드로 설정되어 있으면 할당된 채널을 센싱하고, 클러스터링의 멤버 노드로 설정되어 있지 않으면 클러스터링이 되지 않은 채널 중에서 상기 무선 인지 기지국이 지정해준 채널을 센싱하는 무선 인지 통 신 장치.
  10. 무선 인지 통신 방법에 있어서,
    클러스터링 정보를 이용하여 할당된 채널을 스펙트럼 센싱하여 채널 점유 정보를 획득하는 단계;
    2차 노드로부터 채널 점유 정보를 수신하는 단계;
    상기 획득된 채널 점유 정보 및 상기 수신된 채널 점유 정보를 이용하여 클러스터링되지 않은 채널에 대하여 상기 2차 노드의 클러스터링을 수행하고 사용 가능 여부를 판단하여 상기 클러스터링된 2차 노드에 대한 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 획득하는 클러스터링 수행 단계;
    상기 획득된 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 상기 2차 노드로 송신하는 정보 송신 단계; 및
    사용 가능 채널을 통하여 통신을 수행하는 단계
    를 포함하는 무선 인지 통신 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 클러스터링 수행 단계는,
    "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 상기 2차 노드 에게 센싱하도록 지정하는 정보"를 파악하는 과정을 더 수행하고,
    상기 정보 송신 단계는,
    상기 파악된 "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 상기 2차 노드에게 센싱하도록 지정하는 정보"를 상기 2차 노드로 송신하는 과정을 더 수행하는 무선 인지 통신 방법.
  12. 무선 인지 통신 방법에 있어서,
    무선 인지 기지국으로부터 각 2차 노드에 대한 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 수신하는 단계;
    상기 수신된 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 이용하여 할당된 채널을 스펙트럼 센싱하여 채널 점유 정보를 획득하는 단계;
    상기 획득된 채널 점유 정보를 상기 무선 인지 기지국으로 송신하는 단계; 및
    사용 가능 채널을 통하여 통신을 수행하는 단계
    를 포함하는 무선 인지 통신 방법.
  13. 무선 인지 통신 방법에 있어서,
    무선 인지 기지국과 2차 노드 간의 통신을 위한 슈퍼프레임이 프레임 0부터 프레임 N-1까지 총 N개(N은 2이상의 자연수)의 프레임을 포함하되,
    상기 프레임 0은,
    상기 무선 인지 기지국 및 상기 2차 노드가 상기 무선 인지 기지국이 지정해준 채널에 대하여 센싱을 수행하는 초기 센싱 서브프레임 필드;
    상기 2차 노드가 채널 점유 정보를 상기 무선 인지 기지국으로 송신하는 제 1 보고 서브프레임 필드;
    상기 무선 인지 기지국이 자신의 채널 점유 정보 및 상기 2차 노드로부터의 채널 점유 정보를 이용하여 각 채널에 대해 상기 2차 노드의 클러스터링을 수행하고 사용 가능 여부를 판단한 후에, 상기 클러스터링된 2차 노드에 대한 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 상기 2차 노드로 송신하는 제 1 클러스터링 및 가용 채널 정보 서브프레임 필드; 및
    상기 무선 인지 기지국 및 상기 2차 노드에서 데이터 통신을 수행하는 제 1 데이터 서브프레임 필드
    를 포함하는 무선 인지 통신 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 클러스터링 및 가용 채널 정보 서브프레임 필드에서는,
    "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 상기 2차 노드에게 센싱하도록 지정하는 정보"를 상기 2차 노드로 송신하는 기능을 더 수행하는 무선 인지 통신 방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 프레임 1부터 상기 프레임 N-1까지의 각 프레임은,
    상기 무선 인지 기지국과 상기 2차 노드가 클러스터링의 멤버 노드로 설정되어 있으면 할당된 채널을 센싱하고, 멤버 노드로 설정되어 있지 않으면 클러스터링이 되지 않은 채널들 중에 상기 무선 인지 기지국이 지정해준 채널에 대하여 센싱을 수행하는 클러스터정보 기반 센싱 서브프레임 필드;
    상기 2차 노드가 채널 점유 정보를 상기 무선 인지 기지국으로 송신하는 제 2 보고 서브프레임 필드;
    상기 무선 인지 기지국이 자신의 채널 점유 정보 및 상기 2차 노드로부터의 채널 점유 정보를 이용하여 클러스터링되지 않은 채널에 대하여 상기 2차 노드의 클러스터링을 수행하고 사용 가능 여부를 판단한 후에, 상기 클러스터링된 2차 노드에 대한 클러스터링 정보 및 가용 채널 정보를 상기 2차 노드로 송신하는 제 2 클러스터링 및 가용 채널 정보 서브프레임 필드; 및
    상기 무선 인지 기지국 및 상기 2차 노드에서 데이터 통신을 수행하는 제 2 데이터 서브프레임 필드
    를 포함하는 무선 인지 통신 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 클러스터링 및 가용 채널 정보 서브프레임 필드에서는,
    "클러스터링 수행 후에 클러스터링되지 않은 채널들에 대하여 상기 2차 노드에게 센싱하도록 지정하는 정보"를 상기 2차 노드로 송신하는 기능을 더 수행하는 무선 인지 통신 방법.
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