KR20120055275A - 협동 통신 네트워크에서 중계 노드를 이용한 협동 통신 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하나의 소스 노드, 하나의 목적지 노드, 두 개의 중계 노드를 포함하는 단방향 협동 통신 네트워크에 과한 것으로, 더욱 상세하게는 중계 노드 선택과 중계 노드 순서 바꿈을 통해 채널 용량을 최대화하는 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 하나의 소스 노드와 하나의 목적지 노드, 상기 소스 노드와 목적지 노드를 중계하는 제1 중계 노드, 제2 중계 노드를 포함하는 협동 통신 네트워크에서 소스 노드에서 목적지 노드로 설정된 채널 용량을 최대로 하는 협동 통신 방법은 상기 소스 노드와 상기 제1 중계 노드간에 설정된 채널에 대한 송신 전력을 이용하여 상기 소스 노드와 상기 제1 중계 노드간의 제1채널 용량을 산출하는 단계, 산출된 상기 제1채널 용량과 상기 제1 중계 노드와 상기 제2 중계 노드간에 설정된 채널에 대한 송신 전력을 이용하여 상기 제1 중계 노드를 경유한 상기 소스 노드와 상기 제2 중계 노드간의 제2 채널 용량을 산출하는 단계, 산출된 상기 제2채널 용량과 상기 제2 중계 노드와 상기 목적지 노드간에 설정된 채널에 대한 송신 전력을 이용하여 상기 제1 중계 노드와 상기 제2 중계 노드를 경유한 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드간의 제3 채널 용량을 산출하는 단계를 포함한다.
이를 위해 본 발명의 하나의 소스 노드와 하나의 목적지 노드, 상기 소스 노드와 목적지 노드를 중계하는 제1 중계 노드, 제2 중계 노드를 포함하는 협동 통신 네트워크에서 소스 노드에서 목적지 노드로 설정된 채널 용량을 최대로 하는 협동 통신 방법은 상기 소스 노드와 상기 제1 중계 노드간에 설정된 채널에 대한 송신 전력을 이용하여 상기 소스 노드와 상기 제1 중계 노드간의 제1채널 용량을 산출하는 단계, 산출된 상기 제1채널 용량과 상기 제1 중계 노드와 상기 제2 중계 노드간에 설정된 채널에 대한 송신 전력을 이용하여 상기 제1 중계 노드를 경유한 상기 소스 노드와 상기 제2 중계 노드간의 제2 채널 용량을 산출하는 단계, 산출된 상기 제2채널 용량과 상기 제2 중계 노드와 상기 목적지 노드간에 설정된 채널에 대한 송신 전력을 이용하여 상기 제1 중계 노드와 상기 제2 중계 노드를 경유한 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드간의 제3 채널 용량을 산출하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 하나의 소스 노드, 하나의 목적지 노드, 두 개의 중계 노드를 포함하는 단방향 협동 통신 네트워크에 과한 것으로, 더욱 상세하게는 중계 노드 선택과 중계 노드 순서 바꿈을 통해 채널 용량을 최대화하는 방법에 관한 것이다.
무선 네트워크를 구현 시 최근 다중 안테나(MIMO: multiple-input-multiple-output) 기술이 제안되어 많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만 이러한 다중 안테나 기술을 이용해 디지털 기기간의 무선 네트워크를 구현하면 전력 소모가 커지며 노드기의 사이즈가 커져 휴대성이 떨어지게 되고 시스템의 구조가 복잡해지고 가격이 비싸지는 단점들이 존재한다. 이러한 다중 안테나 기술의 문제점을 해결하기 위해 하나의 안테나를 가진 여러 노드들이 협동하여 다중 안테나 기술을 분산된 방식으로 구현할 수 있는 협동 통신 네트워크에 대한 연구가 최근 많이 이루어지고 있다.
도 1은 협동 통신 네트워크를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 의하면, 협동 통신 네트워크는 소스 노드(S)로부터 목적지 노드(D)로 통신되는 데이터를 복호하고 포워딩하기 위한 중계들을 사용하는 중계 노드(R)를 포함할 수 있다. 따라서 소스 노드(S)는 목적지 노드(D)로 직접 또는 중계 노드(R)를 통하여 연결될 수 있다. 소스 노드(S) 주변에 중계 노드들이 없다면, 소스 노드(S)는 목적지 노드(D)로 직접 연결된다. 그러나 소스 노드(S)는 중계 노드(R)에 근접한 위치에 있거나, 중계 노드(R)를 이용하는 것이 전력 소비 등과 같은 특정 메트릭의 관점에서 장점이 있다면, 노드는 중계 노드(R)를 통하여 기지국으로 연결될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 복호 및 포워딩 시나리오에서, 일련의 시간 프레임들이 활용된다, 여기서 각 시간 프레임은 2개의 시간 슬롯을 갖는다. 첫 번째 시간 슬롯에서, 소스 노드는 전력 레벨 P1에서 전송하고, 중계 노드와 수신 노드는 소스 노드로부터 신호를 수신한다. 두 번째 시간 슬롯에서, 중계 노드는 소스 노드로부터 수신한 신호를 수신 노드로 포워딩하며, 수신 노드는 노드들 간의 협동 다이버시티를 활용하기 위하여, 두 신호들을, 즉, 소스 노드로부터 직접적으로 수신한 신호와 중계 노드에 의하여 중계된 신호를 조합한다.
이러한 협동 통신 네트워크에서 다수의 중계 노드들과 하나의 소스-목적지 노드 쌍이 존재할 때, 두 가지의 주요한 기술들이 많이 연구되어져 왔다. 하나는 전달 노드 선택이며, 다른 하나는 전달 노드 순서 바꿈을 통해 성능향상을 꾀하였다.
전달 노드 선택은 소스 노드가 목적지 노드로 신호를 전송할 때 다수의 중계 노드들 중 하나를 선택하여 성능 향상을 꾀한다. 그리고 중계 노드 순서 바꿈에서는 다수의 전달 노드들이 신호 전송에 참가하는데, 전송 순서를 최적화하여 성능 향상을 꾀한다.
이러한 두 가지 기술들은 쉽게 구현이 가능 쉽게 구현이 가능하고 되먹임 채널(feedback channel)을 통한 정보요구량이 크지 않아 많은 연구가 이루어져 왔다. 하지만, 아직까지 다수의 중계 노드들과 하나의 소스-목적지 노드 쌍이 존재하는 네트워크에서의 중계 노드 선택과 중계 노드 순서 바꿈을 공통으로 최적화함으로 채널 용량(channel capacity)을 최대화하는 방안에 대해서는 논의가 필요하다.
본 발명이 해결하려는 과제는 하나의 소스 노드, 하나의 목적지 노드, 두 개의 중계 노드를 포함하는 단방향 협동 통신 네트워크에서 중계 노드 선택과 중계 노드 순서 바꿈을 통해 채널 용량을 최대화하는 방안을 제안한다.
이를 위해 본 발명의 하나의 소스 노드와 하나의 목적지 노드, 상기 소스 노드와 목적지 노드를 중계하는 두 개의 중계 노드를 포함하는 협동 통신 네트워크에서 소스 노드에서 목적지 노드로 설정된 채널 용량을 최대로 하는 협동 통신 방법은 상기 소스 노드와 상기 중계 노드간에 설정된 채널에 대한 송신 전력과 상기 중계 노드와 상기 목적지 노드간에 설정된 채널에 대한 송신 전력을 이용한 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드간의 채널 용량을 산출하는 단계, 각 중계 노드별로 산출된 상기 채널 용량을 비교하여 신호 전송을 위한 중계 노드를 선택하는 단계를 포함한다.
이를 위해 본 발명의 하나의 소스 노드와 하나의 목적지 노드, 상기 소스 노드와 목적지 노드를 중계하는 제1 중계 노드, 제2 중계 노드를 포함하는 협동 통신 네트워크에서 소스 노드에서 목적지 노드로 설정된 채널 용량을 최대로 하는 협동 통신 방법은 상기 소스 노드와 상기 제1 중계 노드간에 설정된 채널에 대한 송신 전력을 이용하여 상기 소스 노드와 상기 제1 중계 노드간의 제1채널 용량을 산출하는 단계, 산출된 상기 제1채널 용량과 상기 제1 중계 노드와 상기 제2 중계 노드간에 설정된 채널에 대한 송신 전력을 이용하여 상기 제1 중계 노드를 경유한 상기 소스 노드와 상기 제2 중계 노드간의 제2 채널 용량을 산출하는 단계, 산출된 상기 제2채널 용량과 상기 제2 중계 노드와 상기 목적지 노드간에 설정된 채널에 대한 송신 전력을 이용하여 상기 제1 중계 노드와 상기 제2 중계 노드를 경유한 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드간의 제3 채널 용량을 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 하나의 소스 노드와 하나의 목적지 노드, 두 개의 중계 노드를 포함하는 단방향 협동 통신 네트워크에서 중계 노드 선택과 중계 노드 순서 바꿈을 통해 채널 용량을 최대화하는 장점을 가지게 된다.
도 1은 협동 통신 네트워크를 도시하고 있으며,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 하나의 소스 노드, 두 개의 중계 노드, 하나의 목적지 노드를 포함하는 협동 통신 네트워크를 도시하고 있으며,
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 하나의 소스 노드, 두 개의 중계 노드, 하나의 목적지 노드를 포함하는 협동 통신 네트워크에서 전달 노드 선택을 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 하나의 소스 노드, 두 개의 중계 노드, 하나의 목적지 노드를 포함하는 협동 통신 네트워크에서 전달 노드 순서 바꿈을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 하나의 소스 노드, 두 개의 중계 노드, 하나의 목적지 노드를 포함하는 협동 통신 네트워크를 도시하고 있으며,
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 하나의 소스 노드, 두 개의 중계 노드, 하나의 목적지 노드를 포함하는 협동 통신 네트워크에서 전달 노드 선택을 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 하나의 소스 노드, 두 개의 중계 노드, 하나의 목적지 노드를 포함하는 협동 통신 네트워크에서 전달 노드 순서 바꿈을 도시한 도면이다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 두 개의 중계 노드와 하나의 소스 노드, 하나의 목적지 노드를 포함하는 협동 통신 네트워크를 도시하고 있다. 이하 도 2를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 두 개의 중계 노드와 하나의 소스 노드, 하나의 목적지 노드를 포함하는 협동 통신 네트워크에 대해 알아보기로 한다.
도 2에 의하면, 소스 노드는 두 개의 중계 노드를 경유하여 목적지 노드로 신호를 전송한다.
소스 노드S와 중계 노드 사이의 채널은 이고, 중계 노드와 목적지 노드D 사이의 채널은 이고, 중계 노드와 중계 노드 사이의 채널은 라 한다. 이하에서는 협동 통신 네트워크에서 중계 노드 선택(relay selection: RS)과 중계 노드 순서 바꿈(relay rdering: RO)에 대해 알아보기로 한다. 이하에서는 먼저 중계 노드 선택에 대해 알아본 후 중계 노드 순서 바꿈에 대해 알아보기로 한다.
중계 노드 선택은 소스 노드가 목적지 노드로 신호를 전송할 때 다수의 중계 노드들 중 하나를 선택하는 것을 의미한다. 즉, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 협동 통신 네트워크 내에 2개의 중계 노드가 존재하므로, 전체 신호 경로는 중계 노드을 거치는 경로와 중계 노드을 거치는 경로가 있다. 각각의 경로 는 와 D에서 두 번의 검파를 거치므로 전체 채널 용량(channel capacity)은 하기 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
[수학식 2]
수학식 2를 바탕으로 선택되어진 을 이용한 전체 신호 전송은 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 의하면, 첫 번째 타임 슬롯(time slot)에는 값에 관계없이 소스가 신호를 전송하며, 두 번째 타임 슬롯에는 이면, 이, 이면, 가 신호를 재전송하게 된다.
두 번째로 중계 노드 순서 바꿈에서는 모든 중계 노드들이 신호 전송에 참가하는데, 전송 순서를 최적화하여 성능 향상을 꾀한다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 협동 통신 네트워크 내에 2개의 중계 노드가 존재하며, 먼저 중계 노드과 중계 노드 순서로 신호를 전송하는 경우에 대해 살펴본다. 이때, 에서의 채널 용량 이고, 에서의 채널 용량 은 하기 수학식 3과 같이 주어진다.
[수학식 3]
수학식 3에서 R은 신호를 전송하기 위한 최소 전력과 관련된 상수이다.
[수학식 4]
[수학식 5]
[수학식 6]
수학식 6을 바탕으로 선택되어진 을 이용한 전체 신호 전송은 도 4에 도시되어 있다. 도 4에 의하면, 첫 번째 타임 슬롯(time slot)에는 값에 관계없이 소스가 신호를 중계 노드과 중계 노드로 전송한다. 두 번째 타임 슬롯에는 이면 중계 노드이 먼저 전송하며 중계 노드가 나중에 신호를 재전송하며, 이면 중계 노드가 먼저 전송하며 중계노드가 나중에 신호를 재전송한다.
이하에서는 전달 노드 선택과 전달 노드 순서 바꿈을 비교한다. 전달 노드 선택에서는 소스 노드로부터 목적지 노드로의 신호 전송은 소스 노드로부터 중계 노드로, 중계 노드로부터 목적지 노드로 총 2 타임 슬롯이 요구된다. 전달 노드 순서 바꿈에서는 소스 노드로부터 목적지 노드로의 신호 전송은 소스 노드로부터 첫 번째 중계 노드로, 첫 번째 중계 노드로부터 두 번째 중계 노드로, 두 번째 중계 노드로부터 목적지 노드로 총 3타임 슬롯이 요구된다. 그러므로 전달 노드 선택이 전달 노드 순서 바꿈에 비해서 전송 타임 슬롯이 작기 때문에 고속의 데이터를 지원할 수 있다.
하지만, 전달 노드 선택에서는 목적 노드가 선택된 전달 노드 하나로부터 신호를 전송받으나, 전달 노드 순서 바꿈에서는 두 개의 전달 노드 모두로부터 신호를 전송 받게 되므로 전달 노드 순서 바꿈이 전달 노드 선택에 비해서 안정성 있는 데이터를 지원할 수 있다.
상술한 바와 같이 한 가지 주의할 점은 2타임 슬롯동안 신호를 전송하는 전달 노드 선택과 3타임 슬롯동안 신호를 전송하는 전달 노드 순서 바꿈의 전체 전송 에너지를 같이 하기 위해서 를 만족해야 한다.
이러한 비교로부터 알 수 있는 것은 하나의 기술이 다른 기술보다 언제나 우월하지는 않다는 것이다. 채널 상태에 따라서 둘 중 하나가 우월할 수 있다. 그러므로 수학식 2와 수학식 6을 바탕으로 전달 노드 선택과 전달 노드 순서 바꿈을 공통 최적화하는 방법에 대해 고려한다. 이러한 공통 최적화에서는, 두 기술 중 하나 를 선택과 전달 노드 선택이 하기 수학식 7과 같이 동시에 이루어져야 한다.
[수학식 7]
이때, 이면, 은 선택된 중계 노드를 나타내며, 이면, 은 처음으로 전송하는 중계 노드를 나타낸다. 그러므로 수학식 7을 바탕으로 선택되어진 중계 노드 을 통해 통신을 하면, 채널 용량을 최대화할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
S: 소스 노드 R: 중계 노드
D: 목적지 노드
D: 목적지 노드
Claims (7)
- 하나의 소스 노드와 하나의 목적지 노드, 상기 소스 노드와 목적지 노드를 중계하는 두 개의 중계 노드를 포함하는 협동 통신 네트워크에서 소스 노드에서 목적지 노드로 설정된 채널 용량을 최대로 하는 협동 통신 방법에 있어서,
상기 소스 노드와 상기 중계 노드간에 설정된 채널에 대한 송신 전력과 상기 중계 노드와 상기 목적지 노드간에 설정된 채널에 대한 송신 전력을 이용한 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드간의 채널 용량을 산출하는 단계;
각 중계 노드별로 산출된 상기 채널 용량을 비교하여 신호 전송을 위한 중계 노드를 선택하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 협동 통신 방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 중계 노드 선택은 산출된 각 경로별 상기 채널 용량 중 크기가 큰 경로를 구성하고 있는 중계 노드를 선택함을 특징으로 하는 협동 통신 방법.
- 하나의 소스 노드와 하나의 목적지 노드, 상기 소스 노드와 목적지 노드를 중계하는 제1 중계 노드, 제2 중계 노드를 포함하는 협동 통신 네트워크에서 소스 노드에서 목적지 노드로 설정된 채널 용량을 최대로 하는 협동 통신 방법에 있어서,
상기 소스 노드와 상기 제1 중계 노드간에 설정된 채널에 대한 송신 전력을 이용하여 상기 소스 노드와 상기 제1 중계 노드간의 제1채널 용량을 산출하는 단계;
산출된 상기 제1채널 용량과 상기 제1 중계 노드와 상기 제2 중계 노드간에 설정된 채널에 대한 송신 전력을 이용하여 상기 제1 중계 노드를 경유한 상기 소스 노드와 상기 제2 중계 노드간의 제2 채널 용량을 산출하는 단계;
산출된 상기 제2채널 용량과 상기 제2 중계 노드와 상기 목적지 노드간에 설정된 채널에 대한 송신 전력을 이용하여 상기 제1 중계 노드와 상기 제2 중계 노드를 경유한 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드간의 제3 채널 용량을 산출하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 협동 통신 방법.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101283318B1 (ko) * | 2012-11-26 | 2013-07-09 | 한경대학교 산학협력단 | 중계 노드 선택 방법 및 이를 이용하는 중계 시스템 |
-
2010
- 2010-11-23 KR KR1020100116913A patent/KR101207461B1/ko not_active IP Right Cessation
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KR101283318B1 (ko) * | 2012-11-26 | 2013-07-09 | 한경대학교 산학협력단 | 중계 노드 선택 방법 및 이를 이용하는 중계 시스템 |
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