KR20130048084A - 무선 통신 시스템의 자원 할당 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템의 자원 할당 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

통신 노드의 자원 할당 장치는 통신 노드의 한 홉 노드 및 두 홉 노드의 자원 할당 정보를 수집하고, 상기 한 홉 노드 및 두 홉 노드의 자원 할당 정보를 이용하여 할당 가능 자원을 선정한 후에, 할당 가능 자원에서 자원을 할당한다.

Description

무선 통신 시스템의 자원 할당 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ALLOCATING RESOURCE OF WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템의 자원 할당 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 직교 주파수 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반의 무선 통신 시스템에서 인접 통신 노드간 자원 충돌을 방지할 수 있는 자원 할당 장치 및 방법에 관한 것이다.
셀룰러 네트워크와 달리 중앙 집중적인 제어가 불가능한 무선 메쉬 네트워크와 같은 무선 통신 시스템에서는 동기 획득, 레인징, 인증, 등록, 채널 접속, 자원 할당 등과 같은 다양한 기능들이 분산적으로 제어된다.
특히, OFDM-TDMA(orthogonal frequency division multiplexing-time division multiple access) 기반의 무선 메쉬 규격인 IEEE 802.16-2004 메쉬 모드(mesh mode)에서는 상기에서 언급한 다양한 기능들이 분산적으로 제어되도록 지원하고 있다. 각 통신 노드의 분산 자원 할당에서는 이웃 노드들로부터 획득한 자원 할당 정보를 고려하여 할당 가능한 자원을 선정하고, 할당 가능한 자원으로부터 자원을 할당함으로써, 이웃 노드에게 충돌을 발생시키지 않고 이웃 노드로부터의 충돌을 회피한다. 이러한 OFDM-TDMA 기반의 무선 통신 시스템에서 분산 자원 할당은 시간축 단위인 OFDM 심볼 또는 OFDM 심볼로 구성된 단위(예를 들면, 슬롯이나 부프레임)만을 고려하는 데 반해 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반 무선 통신 시스템에서는 시간축 단위인 OFDM 심볼 또는 OFDM 심볼로 구성된 단위뿐만 아니라 주파수축 자원인 부반송파 또는 다수의 부반송파로 구성된 단위(예를 들면, 부채널)도 고려해야 한다. 따라서, OFDMA 기반 무선 통신 시스템에서는 OFDM-TDMA와 다른 새로운 분산 자원 할당 방법이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 OFDMA 기반 무선 통신 시스템에서 이웃 노드와 시간축 자원 및 주파수축 자원의 충돌을 방지할 수 있는 자원 할당 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반 무선 통신 시스템에서 송신 노드가 자원을 할당하는 방법이 제공된다. 자원 할당 방법은, 상기 송신 노드의 한 홉 노드 및 두 홉 노드의 자원 할당 정보를 획득하는 단계, 상기 한 홉 노드 및 두 홉 노드의 자원 할당 정보를 이용하여 할당 가능 송신 자원을 선정하는 단계, 그리고 상기 할당 가능 송신 자원에서 송신 요청 자원을 할당하는 단계를 포함한다.
상기 자원은 시간축의 부프레임 및 주파수축의 부채널을 포함하고, 상기 자원 할당 정보는 상기 한 홉 노드가 수신을 위해 할당한 수신 자원, 상기 한 홉 노드 중 수신 노드가 송신을 위해 할당한 송신 자원, 상기 한 홉 노드 중 수신 노드의 한 홉 노드 및 상기 두 홉 노드가 송신을 위해 할당한 송신 자원을 포함할 수 있다.
상기 송신 부프레임은 송신을 위해 할당한 지속 할당(Persistent Allocation) 자원의 부프레임을 포함할 수 있다.
상기 선정하는 단계는, 전체 자원에서 상기 송신 노드에서 수신을 위해 할당되어 있는 수신 부프레임 및 상기 수신 노드의 송신 부프레임, 상기 송신 노드에서 송신을 위해 할당되어 있는 송신 부채널, 상기 한 홉 노드의 수신 부채널, 상기 한 홉 노드 중 수신 노드의 한 홉 노드 및 상기 두 홉 노드의 송신 부채널을 제외하고 남은 자원을 상기 할당 가능 송신 자원으로 선정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 획득하는 단계는, 상기 한 홉 노드를 통해서 상기 한 홉 노드 및 상기 두 홉 노드의 송신 자원을 획득하는 단계, 상기 한 홉 노드의 수신 자원을 오버히어링하는 단계, 그리고 상기 수신 노드로부터 수신 자원을 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 자원 할당 방법은, 상기 송신 요청 자원을 수신 노드로 전송하는 단계, 상기 송신 요청 자원 중 적어도 일부의 수신 자원을 상기 수신 노드로부터 수신하는 단계, 그리고 상기 수신 자원 중 적어도 일부를 송신 자원으로 할당하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 자원 할당 방법은, 상기 송신 자원을 상기 한 홉 노드로 방송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 자원 할당 방법은, 상기 송신 자원이 지속 할당 자원을 포함하는 경우에, 상기 지속 할당 자원을 주기적 또는 준주기적으로 상기 한 홉 노드로 방송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반 무선 통신 시스템에서 수신 노드가 자원을 할당하는 방법이 제공된다. 자원 할당 방법은, 상기 수신 노드의 한 홉 노드의 자원 할당 정보를 획득하는 단계, 상기 한 홉 노드의 자원 할당 정보를 이용하여 할당 가능 수신 자원을 선정하는 단계, 그리고 상기 할당 가능 수신 자원에서 수신 자원을 할당하는 단계를 포함한다.
상기 자원은 시간축의 부프레임 및 주파수축의 부채널을 포함하고, 상기 자원 할당 정보는 송신 대상이 아닌 한 홉 노드가 송신 요청하고자 하는 송신 요청 자원 및 할당한 송신 자원을 포함할 수 있다.
상기 송신 자원은 송신을 위해 할당한 지속 할당(Persistent Allocation) 자원을 포함할 수 있다.
상기 선정하는 단계는, 전체 자원에서 상기 수신 노드에서 수신을 위해 할당되어 있는 송신 부프레임, 상기 수신 노드에서 수신을 위해 할당되어 있는 수신 부채널, 상기 송신 대상이 아닌 한 홉 노드의 송신 자원의 제1 송신 부채널 및 상기 송신 대상이 아닌 한 홉 노드가 수신 노드에게 요청하는 송신 요청 자원에서 수신 노드가 아닌 다른 노드에게 송신 요청하는 제2 송신 부채널을 제외하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 획득하는 단계는, 상기 한 홉 노드의 송신 요청 자원을 오버히어링하는 단계, 그리고 상기 한 홉 노드의 송신 자원을 상기 한 홉 노드를 통해서 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 할당하는 단계는, 송신 노드로부터 송신 요청 자원을 수신하는 단계, 그리고 상기 할당 가능 수신 자원을 토대로 상기 송신 요청 자원에서 수신 자원을 할당하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 자원 할당 방법은, 송신 노드로부터 송신 자원을 수신하는 단계, 그리고 상기 송신 자원이 지속 할당 자원을 포함하는 경우에, 상기 지속 할당 자원을 주기적으로 상기 한 홉 노드로 방송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반 무선 통신 시스템에서 통신 노드에서 자원을 할당하는 장치가 제공된다. 자원 할당 장치는 수신부, 그리고 할당 제어부를 포함한다. 수신부는 상기 통신 노드의 한 홉 노드로부터 제어 메시지를 수신한다. 그리고 할당 제어부는 상기 제어 메시지를 통해서 상기 한 홉 노드 및 두 홉 노드의 자원 할당 정보를 수집하고, 상기 한 홉 노드 및 두 홉 노드의 자원 할당 정보를 이용하여 할당 가능 송신 자원 및 할당 가능 수신 자원을 선정하고, 상기 할당 가능 송신 자원 및 할당 가능 수신 자원에서 송신 자원 및 수신 자원을 각각 할당한다.
이때, 상기 자원은 시간축의 부프레임 및 주파수축의 부채널을 포함할 수 있다.
상기 자원 할당 정보는, 상기 한 홉 노드가 수신을 위해 할당한 수신 자원, 상기 한 홉 노드 중 수신 노드가 송신을 위해 할당한 송신 자원, 상기 한 홉 노드 중 수신 노드의 한 홉 노드 및 상기 두 홉 노드가 송신을 위해 할당한 송신 자원, 그리고 송신 대상이 아닌 한 홉 노드가 송신 요청하고자 하는 송신 요청 자원 및 할당한 송신 자원을 포함할 수 있다.
상기 할당 제어부는, 상기 전체 자원에서 상기 송신 노드의 수신 부채널 및 상기 수신 노드의 송신 부채널을 제외시키고, 상기 수신 부프레임 및 상기 송신 부프레임이 제외되고 남은 부프레임에서 상기 송신 노드의 송신 부채널, 상기 한 홉 노드의 수신 부채널 및 상기 한 홉 노드 중 수신 노드의 한 홉 노드 및 상기 두 홉 노드의 송신 부채널을 제외시켜서 상기 할당 가능 송신 자원을 선정할 수 있다.
상기 할당 제어부는, 상기 전체 자원에서 상기 수신 노드에서 수신을 위해 할당되어 있는 송신 부프레임을 제외시키고, 상기 송신 부프레임이 제외되고 남은 각 부프레임에서 상기 수신 노드에서 수신을 위해 할당되어 있는 수신 부채널, 상기 송신 대상이 아닌 한 홉 노드의 송신 자원의 송신 부채널 및 상기 송신 대상이 아닌 한 홉 노드가 수신 노드에게 요청하는 송신 요청 자원에서 수신 노드가 아닌 다른 노드에게 송신 요청하는 송신 부채널을 제외시켜서 상기 할당 가능 수신 자원을 선정할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, OFDMA 기반 무선 통신 시스템에서 이웃 노드에 대한 자원 할당 시 이웃 노드들의 자원 할당 정보를 획득하고 이를 고려하여 할당 가능 자원을 선정함으로써, 송신 노드는 송신 요청한 자원에 대해 수신 수락된 자원 비율을 증대시키고 수신 노드는 이웃 노드의 송신 자원에서의 충돌을 방지할 수 있으므로, 자원 이용률과 망 신뢰성을 증대시키고 궁극적으로 망 용량을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 OFDMA 기반 무선 메쉬 네트워크 시스템에서의 자원을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 노드에서 인접 노드의 자원 할당 정보의 획득 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자원 할당 방법을 설명하기 위한 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 송신 노드에서 할당 가능 송신 자원을 선정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수신 노드에서 할당 가능 수신 자원을 선정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 노드의 자원 할당 장치를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 자원 할당 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 무선 통신 시스템은 예를 들면, 무선 메쉬 네트워크 혹은 이동 애드혹 네트워크와 같이 네트워크를 구성하는 노드간 통신이 이루어지는 네트워크 시스템을 나타낼 수 있으며, 도 1에서는 무선 네트워크 시스템으로 복수의 노드가 멀티 홉으로 통신하는 무선 메쉬 네트워크 시스템을 도시하였다.
무선 메쉬 네트워크 시스템(100)은 복수의 통신 노드(110, 120)를 포함한다.
통신 노드(110)는 기지국 역할을 수행하는 접속 장치(Access Point)일 수 있고, 통신 노드(120)는 통신 노드(110)와 통신하는 단말일 수 있다. 이들 통신 노드(110, 120)는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식을 이용하여 무선 통신을 수행한다.
송신 대상에 해당하는 통신 노드(110, 120)는 송신 전력 도달 범위(또는 여타 조건)에 따라 수신 노드를 선정하고, 수신 노드와 자원 정보를 교환하여 송신에 사용할 송신 자원을 할당한다. 또한 수신 대상에 해당하는 통신 노드(110, 120)는 송신 노드와 자원 정보를 교환하여 수신에 사용할 수신 자원을 할당한다.
통신 노드(110, 120)는 송신 자원 및 수신 자원 할당 시에 이웃 노드의 자원 할당 정보를 이용하여 할당 가능 송신 자원 및 할당 가능 수신 자원을 선정하고, 할당 가능 송신 자원에서 송신 자원을 할당하고, 할당 가능 수신 자원에서 수신 자원을 할당함으로써, 이웃 노드와의 자원 충돌을 방지한다. 여기서, 이웃 노드는 통신 노드(110, 120)의 한 홉(1-hop) 노드 및 두 홉(2-hop) 노드를 포함할 수 있다. 일반적으로, 어느 하나의 통신 노드(110)의 송신 전력이 도달하여 수신 가능한 이웃 통신 노드를 통신 노드(110)의 한 홉 노드로 정의하고, 이 한 홉 노드의 한 홉 노드들 중 통신 노드(110)의 한 홉 노드와 겹치지 않는 노드를 통신 노드(110)의 두 홉 노드로 정의한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 OFDMA 기반 무선 메쉬 네트워크 시스템에서의 자원을 나타낸 도면이다.
도 2를 참고하면, OFDMA 기반 무선 메쉬 네트워크 시스템에서의 자원은 시간축과 주파수축으로 구분된다. 아래에서는 시간축 자원을 부프레임(Subframe)으로 통칭하고 주파수축 자원은 부채널(Subchannel)로 통칭한다.
즉, OFDMA 기반 무선 메쉬 네트워크 시스템의 통신 노드(110, 120)는 어떤 부프레임의 어느 부채널의 자원을 할당할지를 결정한다.
통신 노드(110, 120)는 하나의 부프레임 내에서 송신 또는 수신만 가능하므로, 통신 노드(110, 120)는 이웃 노드의 자원 할당 정보를 이용하여 하나의 부프레임을 송신 자원 또는 수신 자원으로만 할당할 수 있다.
또한 임의의 통신 노드가 하나의 부프레임 내에서 서로 다른 부채널을 통해 다수의 한 홉 노드들로부터 수신이 가능하므로, 통신 노드(110, 120)는 이를 고려하여 송신 자원 및 수신 자원을 할당할 수 있다.
이와 같이, 각 통신 노드(110, 120)는 자원 할당 시에 이웃 노드의 자원 할당 정보를 이용하는데, 이웃 노드의 자원 할당 정보를 획득하는 방법에 대해서 도 3을 참고로 하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 노드에서 인접 노드의 자원 할당 정보의 획득 방법을 나타낸 도면이다.
도 3에서는 설명의 편의상 통신 노드들을 그 기능에 따라서 송신 노드, 수신 노드, 송신 노드의 한 홉 노드, 송신 노드의 한 홉 노드의 한 홉 노드 및 수신 노드의 한 홉 노드로 정의하였다. 수신 노드의 한 홉 노드는 송신 노드의 한 홉 또는 두 홉 노드에 해당할 수 있다.
도 3을 참고하면, 송신 노드는 송신에 사용할 송신 요청 자원을 할당하고, 송신 요청 메시지를 통해 송신 요청 자원을 수신 노드로 전송한다(S302). 송신 요청 메시지에는 송신 요청 자원뿐만 아니라 수신 노드의 식별자 및 요구 트래픽 양 등이 포함될 수 있다.
수신 노드는 송신 요청 자원 중에서 수신 자원을 할당하고, 수신 수락 메시지를 통해서 수신 자원을 송신 노드로 전송한다(S304). 수신 수락 메시지에는 수신 자원뿐만 아니라 송신 노드의 식별자 등이 포함될 수 있다.
송신 노드는 수신 수락 메시지를 확인하고, 수신 노드의 수신 자원을 확인하여 송신 자원으로 할당하고, 수신 확인 메시지를 통해서 송신 노드의 송신 자원을 이웃 노드로 방송한다(S306, S307). 여기서, 이웃 노드는 수신 노드 및 송신 노드의 한 홉 노드를 포함할 수 있다. 송신 노드의 수신 확인 메시지를 수신한 송신 노드의 한 홉 노드는 송신 노드와의 충돌을 방지하기 위해서 송신 노드가 할당한 송신 자원에 대해 수신 자원으로 할당하지 않는다.
송신 노드가 수신 노드에게 송신 요청 메시지를 전송할 때 송신 노드의 한 홉 노드는 송신 요청 메시지를 오버히어링(overhearing)하여(S308), 송신 노드의 송신 요청 자원을 획득할 수 있다(S310).
수신 노드가 수신 수락 메시지를 송신 노드로 전송할 때 수신 노드의 한 홉 노드는 수신 수락 메시지를 오버히어링하여(S312), 수신 노드의 수신 자원을 획득할 수 있다(S314). 수신 노드의 수신 자원을 획득한 수신 노드의 한 홉 노드는 수신 노드와의 충돌을 방지하기 위해 수신 노드가 할당한 수신 자원에 대해 송신 자원으로 할당하지 않는다.
그리고 송신 노드로부터 수신 확인 메시지를 수신한 송신 노드의 한 홉 이웃 노드는 자신의 한 홉 노드 즉, 송신 노드의 두 홉 노드로 송신 노드의 수신 확인 메시지를 방송한다(S316). 그러면, 송신 노드의 두 홉 노드는 송신 노드의 송신 자원을 획득할 수 있다(S318).
한편, 자원 할당은 트래픽 특성에 따라 버스티한 트래픽을 위한 동적 할당(Dynamic Allocation, DA)과 VoIP와 같이 지속적인 자원 점유가 요구되는 트래픽을 위한 지속 할당(Persistent Allocation; PA)으로 나뉜다. DA의 경우 자원 할당에 의한 충돌이 발생하더라도 일시적인 자원 점유에 의해 성능 열화가 작지만, PA의 경우 자원 할당에 의한 충돌이 발생하면 PA 자원 점유 구간 동안 지속적인 충돌에 의해 성능 열화가 심각할 수 있다. 따라서, 송신 노드의 송신 자원이 송신에 대한 활성화된 PA 자원(이하, "송신 PA 자원"이라 함)을 포함하는 경우에, 송신 노드는 활성화된 송신 PA 자원을 주기적 또는 준주기적으로 송신 노드의 한 홉 노드로 방송한다(S320). 그러면, 송신 노드의 한 홉 노드는 송신 노드의 활성화된 송신 PA 자원을 획득할 수 있으며(S322), 자원 할당 시 이를 고려할 수 있게 된다.
송신 노드의 활성화된 송신 PA 자원을 수신한 송신 노드의 한 홉 노드는 자신의 한 홉 노드에게 다시 송신 노드의 활성화된 PA 자원을 방송한다(S324). 그러면, 송신 노드의 두 홉 노드는 송신 노드의 활성화된 PA 자원을 획득할 수 있다(S326).
또한 수신 확인 메시지를 수신한 수신 노드는 수신 자원이 수신에 대한 활성화된 PA 자원(이하, "수신 PA 자원"이라 함)을 포함하는 경우에, 수신 노드는 활성화된 수신 PA 자원을 주기적 또는 준주기적으로 수신 노드의 한 홉 노드로 방송한다(S328). 그러면, 수신 노드의 한 홉 노드는 수신 노드의 활성화된 수신 PA 자원을 획득할 수 있다(S330).
결국, 송신 노드의 한 홉 노드 및 두 홉 노드는 송신 노드의 활성화된 송신 PA 자원 및 송신 노드의 송신 자원을 획득할 수 있고, 수신 노드 및 수신 노드의 한 홉 노드는 송신 노드의 송신 자원을 획득할 수 있으며, 수신 노드의 한 홉 노드는 수신 노드의 수신 PA 자원을 획득할 수 있다. 또한 송신 노드의 한 홉 노드는 송신 노드의 송신 요청 자원을 획득할 수 있고, 수신 노드의 한 홉 노드는 수신 노드의 수신 자원을 획득할 수 있다.
이러한 과정을 통해서, 각 통신 노드는 자신의 한 홉 노드의 송신 요청 자원, 송신 자원, 수신 자원 및 송신 PA 자원, 수신 PA 자원과 자신의 두 홉 노드의 송신 자원 및 송신 PA 자원을 획득할 수 있다. 각 통신 노드는 한 홉 노드 및 두 홉 노드의 자원 할당 정보를 획득하면, 송신 자원 할당 과정에서는 한 홉 노드 및 두 홉 노드의 자원 할당 정보를 이용하여 우선적으로 할당 가능 송신 자원을 선정한 후에 할당 가능 송신 자원에서 송신 요청 자원을 할당하고, 수신 자원 할당 과정에서는 한 홉 노드 및 두 홉 노드의 자원 할당 정보를 이용하여 우선적으로 할당 가능 수신 자원을 선정한 후에 할당 가능 수신 자원에서 수신 자원을 할당한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자원 할당 방법을 설명하기 위한 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 송신 노드(B)가 수신 노드(C)에게 송신하고자 하는 경우, 송신 노드(B)는 이웃 노드에게 충돌을 발생시키지 않는 할당 가능 송신 자원을 선정하고, 할당 가능 송신 자원 중 일부를 송신 요청 자원으로 할당하고 이를 송신 요청 메시지에 포함하여 수신 노드(C)에게 전송한다. 수신 노드(C)는 송신 요청 자원 중 이웃 노드로부터 충돌 또는 영향력 있는 간섭이 발생하지 않는 할당 가능 수신 자원을 선정하고 할당 가능 수신 자원 중 일부를 수신 자원으로 할당하고 이를 수신 수락 메시지에 포함하여 송신 노드(B)에게 전송한다. 따라서, 통신 노드(D)는 수신 수락 메시지를 오버히어링하여 수신 노드(C)가 할당한 수신 자원에 대해 송신 자원을 할당하지 않는다. 송신 노드(B)는 수신 노드(C)의 수신 자원에 해당하는 송신 자원을 할당하고 이를 수신 확인 메시지에 포함하여 이웃 노드에게 방송한다. 따라서 통신 노드(A)는 통신 노드(B)의 수신 확인 메시지를 수신하여 송신 노드(B)가 할당한 송신 자원에 대해 수신 자원을 할당하지 않는다. 이러한 과정을 통해서 송신 노드(B)는 할당한 송신 자원에서 수신 노드(C)에게 데이터를 전송하고, 수신 노드(C)는 충돌 없이 데이터를 수신할 수 있다.
다음으로, 각 통신 노드에서 할당 가능 송신 자원 및 할당 가능 수신 자원을 선정하는 방법에 대해서 도 5 및 도 6을 참고로 하여 자세하게 설명한다.
도 5 및 도 6에서, 송신 부채널 및 송신 부프레임은 송신을 위해 할당된 부채널 및 부프레임을 의미하고, 수신 부채널 및 수신 부프레임은 수신을 위해 할당된 부채널 및 부프레임을 의미한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 송신 노드에서 할당 가능 송신 자원을 선정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5를 참고하면, 송신 노드는 전체 자원에서 다음 조건 중 하나라도 만족시키는 자원을 제외한 나머지 자원을 할당 가능 송신 자원으로 선정한다.
첫 번째 조건으로, 송신 노드는 각 부프레임에 대해 송신 노드에 이미 할당되어 있는 수신 부프레임인지 확인한다(S510). 송신 노드는 전체 자원에서 송신 노드에 이미 할당되어 있는 수신 부프레임을 제외한다(S560). 이는 TDD 기반으로 송수신을 하는 송신 노드의 송수신 충돌을 방지하기 위해서이다.
두 번째 조건으로, 송신 노드는 송신 노드에 이미 할당되어 있는 수신 부프레임이 아닌 부프레임에 대해, 수신 노드의 송신 자원 및 활성화된 송신 PA 자원에 할당되어 있는 송신 부프레임인지 확인한다(S520). 송신 노드는 수신 노드의 송신 자원 및 활성화된 송신 PA 자원에 할당되어 있는 송신 부프레임을 할당 가능 송신 자원에서 제외한다(S560). 수신 노드의 송신 자원은 수신 노드가 전송하는 수신 확인 메시지를 통해서 획득할 수 있다. 이러한 두 번째 조건 또한 TDD 기반으로 송수신을 하는 수신 노드의 송수신 충돌을 방지하기 위해서이다.
세 번째 조건으로, 송신 노드는 할당 가능 송신 자원의 각 부프레임에 대해 각 부채널이 송신 노드에 이미 할당되어 있는 송신 부채널인지 확인한다(S530). 송신 노드는 해당 부프레임에서 송신 노드에 이미 할당되어 있는 송신 부채널을 할당 가능 자원에서 제외한다(S560). 이는 이미 할당되어 있는 자원을 재사용하여 발생할 수 있는 수신 충돌을 방지하기 위해서이다.
네 번째 조건으로, 송신 노드는 할당 가능 자원의 부프레임의 각 부채널에 대해 수신 노드를 포함한 송신 노드의 한 홉 노드의 수신 자원 및 활성화된 수신 PA 자원에 할당되어 있는 수신 부채널인지 확인한다(S540).
송신 노드는 할당 가능 자원의 부프레임에서 수신 노드를 포함한 송신 노드의 한 홉 노드의 수신 자원 및 활성화된 수신 PA 자원에서 할당되어 있는 수신 부채널을 제외한다(S560). 네 번째 조건은 송신 노드의 한 홉 노드가 이미 수신으로 할당된 자원의 충돌 방지를 위해서이다.
네 번째 조건을 거친 후 송신 노드의 할당 가능 송신 자원에 대해, 다섯 번째 조건을 확인한다. 다섯 번째 조건으로, 송신 노드는 할당 가능 송신 자원의 각 부프레임의 각 부채널에 대해 수신 노드의 한 홉 노드의 송신 자원 및 활성화된 송신 PA 자원에 할당되어 있는 송신 부채널인지 확인한다(S550).
송신 노드는 할당 가능 자원의 부프레임에서 수신 노드의 한 홉 노드의 송신 자원 및 활성화된 송신 PA 자원에 할당되어 있는 송신 부채널을 제외한다(S560).
위에 기술된 네 번째 조건과 다섯 번째 조건을 수행하면, 할당 가능 자원에서 수신 노드가 수신 자원으로 수락하지 않을 자원을 제외하고 수락 가능성이 있는 자원만이 선택됨으로써, 송신 요청 자원양 대비 수신 수락할 수신 자원양의 비율을 증대시킬 수 있고, 이에 따라서 자원 이용률과 망 용량을 향상시킬 수 있다.
송신 노드는 다섯 가지 조건에 해당하는 자원을 제외시키고 할당 가능 송신 자원으로 선정하며(S570), 송신 노드는 할당 가능 송신 자원에서 송신 요청 자원을 결정할 수 있다.
이와 같이 다섯 가지 조건에 의해 제외되고 남은 할당 가능 송신 자원에서 송신 요청 자원을 결정하면, 송수신 충돌을 방지할 수 있고, 한 홉 노드의 수신에서의 충돌을 방지할 수 있으며, 수신 노드가 수락 가능할 수신 자원을 최대한 선정함으로써, 자원 이용률과 망 용량을 증대시킬 수 있다.
위에서 기술한 할당 가능 자원 선정의 다섯 가지 조건의 순서가 임의로 바뀌어도 같은 결과를 가질 수 있지만, 첫 번째 및 두 번째 조건을 먼저 고려하면 첫 번째 및 두 번째 조건에 해당하는 부프레임을 제외하고 나머지 부프레임에 대해서만 세 번째, 네 번째, 다섯 번째의 부채널 제외 조건을 고려하면 되므로, 연산 복잡도를 낮출 수 있다. 즉, 도 4에서 첫 번째 및 두 번째 조건은 서로 순서가 바뀔 수 있고, 세 번째, 네 번째, 다섯 번째의 조건도 서로 순서가 바뀔 수 있으나, 첫 번째 및 두 번째 조건을 판단한 후에 세 번째, 네 번째, 다섯 번째의 조건을 수행한다. 이렇게 하면, 연산 복잡도의 이득을 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수신 노드에서 할당 가능 수신 자원을 선정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참고하면, 수신 노드는 전체 자원에서 다음 조건 중 하나라도 만족시키는 자원을 제외한 나머지 자원을 할당 가능 수신 자원으로 선정한다.
첫 번째 조건으로, 수신 노드는 각 부프레임에 대해 수신 노드에서 이미 할당되어 있는 송신 부프레임인지 확인한다(S610). 수신 노드는 전체 자원에서 수신 노드에서 이미 할당되어 있는 송신 부프레임을 제외한다(S650). 이는 TDD 기반으로 송수신을 하는 수신 노드의 송수신 충돌을 방지하기 위해서이다.
두 번째 조건으로, 수신 노드는 수신 노드에서 이미 할당되어 있는 송신 부프레임이 아닌 부프레임에 대해, 수신 노드에서 이미 할당되어 있는 수신 부채널인지 확인한다(S620). 수신 노드는 할당 가능 수신 자원의 부프레임에서 수신 노드에서 이미 할당되어 있는 수신 부채널을 제외한다(S650). 두 번째 조건은 이미 수신으로 할당된 자원에서의 충돌을 방지하기 위해서이다.
세 번째 조건으로, 수신 노드는 할당 가능 수신 자원의 각 부프레임에 대해, 송신 노드가 아닌 한 홉 노드의 송신 자원 및 활성화된 송신 PA 자원에서 할당되어 있는 송신 부채널인지 확인한다(S630). 수신 노드는 할당 가능 수신 자원의 부프레임의 부채널에서 송신 노드가 아닌 한 홉 노드의 송신 자원 및 활성화된 송신 PA 자원에서 할당되어 있는 송신 부채널을 제외한다(S650). 송신 노드가 아닌 한 홉 노드의 송신 자원 또한 이 노드(송신 노드가 아닌 한 홉 노드)가 전송하는 수신 확인 메시지를 통해서 획득할 수 있다. 세 번째 조건은 한 홉 노드가 할당한 송신 자원에서의 수신으로 인한 충돌을 방지하기 위해서이다.
마지막으로, 수신 노드는 할당 가능 수신 자원의 부채널에 대해 송신 노드가 아닌 한 홉 노드가 수신 노드가 아닌 다른 한 홉 노드에게 송신 요청한 송신 부채널인지 확인한다(S640). 수신 노드는 송신 노드가 아닌 한 홉 노드가 수신 노드가 아닌 다른 한 홉 노드에게 송신 요청한 송신 부채널을 할당 가능 수신 자원에서 제외한다(S650). 즉, 한 홉 노드의 송신 요청 자원은 아직 송신 자원으로 할당된 것은 아니지만 그 노드의 수신 노드가 수신 자원으로 수락하고, 할당 가능 자원 선정의 주체인 수신 노드도 해당 자원을 수락함으로써 발생할 수 있는 충돌을 방지하기 위해서이다.
위에서 기술한 조건의 순서가 임의로 바뀌어도 동일한 결과를 가질 수 있지만, 첫 번째 조건을 먼저 고려하면 첫 번째 조건에 해당하는 부프레임을 제외하고 나머지 부프레임에 대해서만 두 번째, 세 번째 및 네 번째의 부채널 제외 조건을 고려하면 되므로, 연산 복잡도를 낮출 수 있다. 즉, 도 6에서 첫 번째 조건의 순서는 유지하고, 두 번째, 세 번째 및 네 번째 조건은 서로 순서가 바뀌어 연산 복잡도의 이득을 가질 수 있다.
수신 노드는 위에서 기술한 네 가지 조건에 의해 제외되고 남은 자원을 할당 가능 자원으로 선정한다(S660). 위에서 기술한 네 가지 조건을 이용하여 할당 가능 자원을 선정하면, 송신 노드가 아닌 한 홉 노드의 송신으로부터의 충돌을 방지하면서 수락할 수 있는 수신 자원양을 최대로 선정할 수 있으므로, 자원 이용률 및 망 용량을 증대시킬 수 있다.
수신 노드는 선정한 할당 가능 자원에서 수신 자원을 할당할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 노드의 자원 할당 장치를 나타낸 도면이다.
도 7을 참고하면, 통신 노드(110, 120)의 자원 할당 장치(700)는 송신부(710), 수신부(720) 및 할당 제어부(730)를 포함한다.
송신부(710)는 이웃 노드로 제어 메시지 및 데이터를 송신한다.
수신부(720)는 이웃 노드로부터 제어 메시지 및 데이터를 수신한다. 제어 메시지에는 도 3에 기재된 송신 요청 메시지, 수신 수락 메시지 및 수신 확인 메시지 등이 포함될 수 있다.
할당 제어부(730)는 이웃 노드의 자원 할당 정보를 수집하고, 이웃 노드의 자원 할당 정보를 고려하여 할당 가능 송신 자원을 선정한 후에 할당 가능 송신 자원에서 송신 자원을 할당한다. 또한 할당 제어부(730)는 이웃 노드의 자원 할당 정보를 고려하여 할당 가능 수신 자원을 선정한 후에 할당 가능 수신 자원에서 수신 자원을 할당한다.
할당 제어부(730)는 전체 자원에서 도 5에 도시된 다섯 가지 조건에 해당하는 자원을 제외시키고 할당 가능 송신 자원을 선정할 수 있으며, 전체 자원에서 도 6에 도시된 네 가지 조건에 해당하는 자원을 제외시키고 할당 가능 수신 자원을 선정할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반 무선 통신 시스템에서 송신 노드가 자원을 할당하는 방법에서,
    상기 송신 노드의 한 홉 노드 및 두 홉 노드의 자원 할당 정보를 획득하는 단계,
    상기 한 홉 노드 및 두 홉 노드의 자원 할당 정보를 이용하여 할당 가능 송신 자원을 선정하는 단계, 그리고
    상기 할당 가능 송신 자원에서 송신 요청 자원을 할당하는 단계
    를 포함하는 자원 할당 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 자원은 시간축의 부프레임 및 주파수축의 부채널을 포함하고,
    상기 자원 할당 정보는 상기 한 홉 노드가 수신을 위해 할당한 수신 자원, 상기 한 홉 노드 중 수신 노드가 송신을 위해 할당한 송신 자원, 상기 한 홉 노드 중 수신 노드의 한 홉 노드 및 상기 두 홉 노드가 송신을 위해 할당한 송신 자원을 포함하는 자원 할당 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 송신 부프레임은 송신을 위해 할당한 지속 할당(Persistent Allocation) 자원의 부프레임을 포함하는 자원 할당 방법.
  4. 제2항에서,
    상기 선정하는 단계는,
    전체 자원에서 상기 송신 노드에서 수신을 위해 할당되어 있는 수신 부프레임 및 상기 수신 노드의 송신 부프레임, 상기 송신 노드에서 송신을 위해 할당되어 있는 송신 부채널, 상기 한 홉 노드의 수신 부채널, 상기 한 홉 노드 중 수신 노드의 한 홉 노드 및 상기 두 홉 노드의 송신 부채널을 제외하고 남은 자원을 상기 할당 가능 송신 자원으로 선정하는 단계를 포함하는 자원 할당 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 선정하는 단계는,
    상기 전체 자원에서 상기 송신 노드의 수신 부채널 및 상기 수신 노드의 송신 부채널을 제외시키는 단계, 그리고
    상기 수신 부프레임 및 상기 송신 부프레임이 제외되고 남은 부프레임에서 상기 송신 노드의 송신 부채널, 상기 한 홉 노드의 수신 부채널, 상기 한 홉 노드 중 수신 노드의 한 홉 노드 및 상기 두 홉 노드의 송신 부채널을 제외시키는 단계를 포함하는 자원 할당 방법.
  6. 제2항에서,
    상기 획득하는 단계는,
    상기 한 홉 노드를 통해서 상기 한 홉 노드 및 상기 두 홉 노드의 송신 자원을 획득하는 단계,
    상기 한 홉 노드의 수신 자원을 오버히어링하는 단계, 그리고
    상기 수신 노드로부터 수신 자원을 수신하는 단계를 포함하는 자원 할당 방법.
  7. 제1항에서,
    상기 송신 요청 자원을 수신 노드로 전송하는 단계,
    상기 송신 요청 자원 중 적어도 일부의 수신 자원을 상기 수신 노드로부터 수신하는 단계, 그리고
    상기 수신 자원 중 적어도 일부를 송신 자원으로 할당하는 단계
    를 더 포함하는 자원 할당 방법.
  8. 제1항에서,
    상기 송신 자원을 상기 한 홉 노드로 방송하는 단계
    를 더 포함하는 자원 할당 방법.
  9. 제7항에서,
    상기 송신 자원이 지속 할당 자원을 포함하는 경우에, 상기 지속 할당 자원을 주기적 또는 준주기적으로 상기 한 홉 노드로 방송하는 단계
    를 더 포함하는 자원 할당 방법.
  10. OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반 무선 통신 시스템에서 수신 노드가 자원을 할당하는 방법에서,
    상기 수신 노드의 한 홉 노드의 자원 할당 정보를 획득하는 단계,
    상기 한 홉 노드의 자원 할당 정보를 이용하여 할당 가능 수신 자원을 선정하는 단계, 그리고
    상기 할당 가능 수신 자원에서 수신 자원을 할당하는 단계
    를 포함하는 자원 할당 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 자원은 시간축의 부프레임 및 주파수축의 부채널을 포함하고,
    상기 자원 할당 정보는 송신 대상이 아닌 한 홉 노드가 송신 요청하고자 하는 송신 요청 자원 및 할당한 송신 자원을 포함하는 자원 할당 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 송신 자원은 송신을 위해 할당한 지속 할당(Persistent Allocation) 자원을 포함하는 자원 할당 방법.
  13. 제11항에서,
    상기 선정하는 단계는,
    전체 자원에서 상기 수신 노드에서 수신을 위해 할당되어 있는 송신 부프레임, 상기 수신 노드에서 수신을 위해 할당되어 있는 수신 부채널, 상기 송신 대상이 아닌 한 홉 노드의 송신 자원의 제1 송신 부채널 및 상기 송신 대상이 아닌 한 홉 노드가 수신 노드에게 요청하는 송신 요청 자원에서 수신 노드가 아닌 다른 노드에게 송신 요청하는 제2 송신 부채널을 제외하는 단계를 포함하는 자원 할당 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 선정하는 단계는,
    상기 전체 자원에서 상기 수신 노드에서 수신을 위해 할당되어 있는 송신 부프레임을 제외시키는 단계, 그리고
    상기 송신 부프레임이 제외되고 남은 각 부프레임에서 상기 수신 부채널, 상기 제1 및 제2 송신 부채널을 제외시키는 단계를 포함하는 자원 할당 방법.
  15. 제11항에서,
    상기 획득하는 단계는,
    상기 한 홉 노드의 송신 요청 자원을 오버히어링하는 단계, 그리고
    상기 한 홉 노드의 송신 자원을 상기 한 홉 노드를 통해서 수신하는 단계를 포함하는 자원 할당 방법.
  16. 제10항에서,
    상기 할당하는 단계는,
    송신 노드로부터 송신 요청 자원을 수신하는 단계, 그리고
    상기 할당 가능 수신 자원을 토대로 상기 송신 요청 자원에서 수신 자원을 할당하는 단계를 포함하는 자원 할당 방법.
  17. 제10항에서,
    송신 노드로부터 송신 자원을 수신하는 단계, 그리고
    상기 송신 자원이 지속 할당 자원을 포함하는 경우에, 상기 지속 할당 자원을 주기적으로 상기 한 홉 노드로 방송하는 단계
    를 더 포함하는 자원 할당 방법.
  18. OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반 무선 통신 시스템에서 통신 노드에서 자원을 할당하는 장치로서,
    상기 통신 노드의 한 홉 노드로부터 제어 메시지를 수신하는 수신부, 그리고
    상기 제어 메시지를 통해서 상기 한 홉 노드 및 두 홉 노드의 자원 할당 정보를 수집하고, 상기 한 홉 노드 및 두 홉 노드의 자원 할당 정보를 이용하여 할당 가능 송신 자원 및 할당 가능 수신 자원을 선정하고, 상기 할당 가능 송신 자원 및 할당 가능 수신 자원에서 송신 자원 및 수신 자원을 각각 할당하는 할당 제어부
    를 포함하며,
    상기 자원은 시간축의 부프레임 및 주파수축의 부채널을 포함하고,
    상기 자원 할당 정보는,
    상기 한 홉 노드가 수신을 위해 할당한 수신 자원,
    상기 한 홉 노드 중 수신 노드가 송신을 위해 할당한 송신 자원,
    상기 한 홉 노드 중 수신 노드의 한 홉 노드 및 상기 두 홉 노드가 송신을 위해 할당한 송신 자원, 그리고
    송신 대상이 아닌 한 홉 노드가 송신 요청하고자 하는 송신 요청 자원 및 할당한 송신 자원을 포함하는 자원 할당 장치.
  19. 제18항에서,
    상기 할당 제어부는,
    상기 전체 자원에서 상기 송신 노드의 수신 부채널 및 상기 수신 노드의 송신 부채널을 제외시키고,
    상기 수신 부프레임 및 상기 송신 부프레임이 제외되고 남은 부프레임에서 상기 송신 노드의 송신 부채널, 상기 한 홉 노드의 수신 부채널 및 상기 한 홉 노드 중 수신 노드의 한 홉 노드 및 상기 두 홉 노드의 송신 부채널을 제외시켜서 상기 할당 가능 송신 자원을 선정하는 자원 할당 장치.
  20. 제18항에서,
    상기 할당 제어부는,
    상기 전체 자원에서 상기 수신 노드에서 수신을 위해 할당되어 있는 송신 부프레임을 제외시키고,
    상기 송신 부프레임이 제외되고 남은 각 부프레임에서 상기 수신 노드에서 수신을 위해 할당되어 있는 수신 부채널, 상기 송신 대상이 아닌 한 홉 노드의 송신 자원의 송신 부채널 및 상기 송신 대상이 아닌 한 홉 노드가 수신 노드에게 요청하는 송신 요청 자원에서 수신 노드가 아닌 다른 노드에게 송신 요청하는 송신 부채널을 제외시켜서 상기 할당 가능 수신 자원을 선정하는 자원 할당 장치.
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