KR20130119485A

KR20130119485A - 무선 통신 네트워크들에서 개선된 토폴로지 맵핑을 위한 방법

Info

Publication number: KR20130119485A
Application number: KR1020137022133A
Authority: KR
Inventors: 이갈 베제라노; 티아가라잔 난다고팔; 캐서린 에이치. 구오
Original assignee: 알까뗄 루슨트
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2012-01-24
Publication date: 2013-10-31
Also published as: US8634329B2; US20120195228A1; EP2671408A2; EP2671408B1; WO2012106140A2; KR101507720B1; CN103355005B; JP2014510445A; JP5683723B2; WO2012106140A3; EP2671408A4; CN103355005A

Abstract

기지국이 자신의 셀 내의 모바일 노드들의 집합 중에서 컴팩트 토폴로지 그래프를 유추하는 것을 가능케 하는 방법이 제공되는데, 상기 모바일 노드들은 노드간 통신을 가능케 하는 제 2 무선을 갖는다. 이러한 방법론은 노드 구성원 정보가 대략 100 ㎳ 내에서 수집되고, 추가적인 토폴로지 정보가 Wi-Fi 무선들을 통해 대략 300㎳ 내에서 모든 모바일 노드들로부터 수집되는 것을 보장한다. 조밀한 네트워크들에 있어서, 이러한 시간은 100 ㎳ 내로 감소될 수 있다.

Description

무선 통신 네트워크들에서 개선된 토폴로지 맵핑을 위한 방법{METHOD FOR IMPROVED TOPOLOGY MAPPING IN WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS}

본 발명은 일반적으로 무선 통신 시스템 내의 노드 맵핑에 관한 것이다.

현대의 무선 통신 시스템들은 다수의 무선 액세스 기술들을 특징으로 하는데, 이들 기술들 중 일부는 셀룰러 통신 서비스들의 연속적인 세대들의 진화로부터 초래되고, 일부는 종래의 셀룰러 파라다임 밖에서 개발된 무선 통신 서비스들을 나타낸다. 전자의 예들은 범용 모바일 원격통신 시스템(UMTS) 및 롱 텀 에볼루션(LTE)을 포함하는 반면, Wi-Fi와 같은 802.11 서비스들은 후자를 예시한다. 둘 이상의 무선 액세스 기술들과 호환되는 RF 성능들을 갖는 다중-모드 사용자 단말(이후로 주로 모바일 노드로 언급된다)은 해당 시간에 가장 적합한 사용가능 기술로 전환될 수 있다. 이것은, 주어진 시간에 주어진 기술로 동작하는 네트워크를 액세스할 수 있지만, 사용자 단말에 의해 지원되는 다른 기술을 위한 네트워크에는 액세스할 수 없는 사용자와, 간혹 상이한 기술 반송파들 사이에서 부하-공유를 행할 수 있어서 네트워크 사용 및 성능을 개선할, 자신의 네트워크 내에서 다수의 기술들을 통해 동작하는 시스템 운영자, 모두에 대해 장점을 제공한다.

종래의 셀룰러 시스템 및 802.11 시스템 모두를 통한 액세스를 지원하는 적어도 사용자 단말들의 경우를 위해, 집성 가능한 네트워크는 하이브리드 셀룰러 구조를 구현하는 것을 특징으로 할 수 있다. 하이브리드 셀룰러 구조들의 장점은 콘텐트 캐쉬들, 셀 중계들, 애그리게이터들(aggregators), 이동성 예측자들, 등으로 작용함으로써 다양한 기능들에서 기지국(BS)을 지원하는 최종 사용자 디바이스들의 능력에 있다. 하이브리드 구조에 있어서, 핵심적인 구별 요소는 기지국이 주어진 모바일 노드(MN)의 위치와 그 이웃들의 위치를 인식한다는 점이다. 이러한 위치 정보는 제 2 무선(일반적으로, 802.11 시스템에 대한 액세스를 지원하는 무선)을 사용하는 모바일 노드들에 의해 형성된 네트워크의 토폴로지의 기지국에 의한 결정을 지원한다. 이러한 토폴로지 정보의 가용성은 기지국이 하이브리드 구조의 잠재적인 이점들을 완전하게 이용하기 위하여 극히 중요하다.

셀 내에서 모바일 노드들에 의한 토폴로지 정보의 발견을 위한 절차들이 일반적으로 종래 기술에서 알려져 있지만, 종래의 초점은 각 노드가 전체 네트워크 연결성 그래프를 어떻게 발견하는 지에 대한 것이었다. 하이브리드 모델에 있어서, 기지국은 자신의 서빙되는 MNs 중에서 기초가 되는 네트워크 그래프의 토폴로지를 알아야만 한다. 그러나, 기지국은 서빙된 MNs 모두 중에서 링크들의 전체 집합을 반드시 알 필요는 없다. 예컨대, 기지국은 서빙되는 MNs 사이에서 오로지 고품질의 링크들을 아는데 관심이 있을 수 있거나, 또는 이들 MNs 사이에서 오로지 적어도 하나의 경로가 존재하는지, 등을 아는데 관심이 있을 수 있다. 많은 이들 기능들은 MN 네트워크의 전체 토폴로지의 지식 없이 다루어질 수 있다. 이렇게 요구되는 감소된 토폴로지는 본 명세서에서 컴팩트 토폴로지 그래프(CTG)로서 언급된다.

다른 문제는, 토폴로지 발견이 애드-혹 무선 네트워크에 대해 분산된 방식으로 발생할 수 있지만, 하이브리드 네트워크의 경우, 프로세스가 이웃들에 대해 단일 목적지(즉, 기지국)를 알리는 모든 모바일 노드들을 통해 특성상 집중된다는 점이다. 이것은 과도한 송신 오버헤드를 초래할 수 있다.

현대의 셀룰러 데이터 네트워크들에 있어서, MN으로부터 기지국으로의 통신은, 베어러 채널을 획득하기 위한 일부 시그널링을, 그리고 일단 베어러 채널이 획득되면 베어러를 통한 데이터의 송신을 포함한다. 수 백 명의 사용자들을 갖는 전형적인 셀에 대해, 단지 토폴로지 발견을 위해 상기를 실행하는 것은 상당한 병목이 될 수 있다.

이러한 자원 제약이 완화될 수 있는 전형적인 방식은 클러스터링의 사용을 통한 것으로, 여기에서 MNs의 그룹들은 그들 자신들을 클러스터들로 구성하고, 클러스터-헤드(CH)를 선택하는데, 각 CH는 클러스터 토폴로지를 발견하고, 이를 기지국에 통신한다. 따라서, 시그널링 오버헤드는 CH들의 수와 비례하는 반면, 송신된 데이터는 기껏해야 이전의 것과 동일하다. 원리적으로, 각 CH는, (a) 각 클러스터에 대해 회원자격 정보를 식별하는 기능, 또는 (b) 클러스터의 토폴로지를 식별하는 기능 중 적어도 하나의 기능들을 수행한다. 그러나, 해당 기술의 방법들은 이러한 기능들을 최적-이하의 방식으로 수행한다.

본 발명은 상술한 CH 기능들의 모두를 수행하기 위한 새로운 방법들을 제공한다. 특히, 본 발명은 MNs의 제 2 무선들에 의해 형성된 기초가 되는 네트워크 그래프의 컴팩트 토폴로지 표현을 기지국에 신속하고 효율적인 방식으로 통신하는 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 기지국이 그 셀 내의 제 2 무선을 통해 모바일 노드들 중에서 컴팩트 토폴로지를 유추하는 것을 허용하는 고속 알고리즘이 제공된다. 이러한 방법론은 회원자격 정보가 대략 100 ms 내에 수집되고, 추가적인 토폴로지 정보가 Wi-Fi 무선들을 통해 대략 300 ms 내에 모든 모바일 노드들로부터 수집되는 것을 보장한다. 조밀한 네트워크들에 있어서, 이러한 시간은 100 ms 내로 감소될 수 있다.

추가 실시예에 있어서, 기지국은, 그 신원을 임의의 다른 모바일 노드에 드러내는 임의의 모바일 노드 없이, 네트워크의 토폴로지를 얻을 수 있다. 이것은 모바일 노드들의 사생활에 관한 상당한 영향들을 갖는다.

본 발명의 가르침들은 첨부된 도면들을 참조한 다음의 상세한 설명을 고려하여 쉽게 이해될 수 있다.

도 1은 본 발명의 방법이 구현될 수 있는 무선 시스템 장치의 개략도를 제공하는 도면.
도 2는 주어진 노드 네트워크에 대한 예시적인 컴팩트 토폴로지 그래프들을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 방법에 따라 결정된 노드 송신 슬롯들의 개략적인 표현을 제공하는 도면.
도 4는 본 발명의 방법에 따른 컴팩트 토폴로지 그래프의 계산을 위한 노드 표현을 제공하는 도면.

제한이 아닌 설명을 위한 다음의 설명에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위하여, 특별한 구조들, 인터페이스들, 기술들, 등과 같은 특정 세부사항들이 설명된다. 그러나, 당업자들에게는, 본 발명이 이들 특정 세부사항들로부터 벗어나는 다른 예시적인 실시예들로 실시될 수 있음은 자명할 것이다. 일부 경우들에 있어서, 불필요한 세부사항을 통해 기술된 실시예들의 설명을 모호하게 하지 않도록, 잘 알려진 디바이스들, 회로들, 및 방법들의 상세한 설명들은 생략된다. 모든 원리들, 양상들 및 실시예들과 이들의 특정 예들은 이들의 구조적 및 기능적 등가물들을 모두 포함하도록 의도된다. 추가적으로, 이러한 등가물들은 현재 알려진 등가물들과 장래에 개발되는 등가물들 모두를 포함하도록 의도된다.

본 발명은 이후로 모바일 노드들의 네트워크을 위한 컴팩트 토폴로지 표현을 결정하기 위한 방법론에 대해 기술된다. 개시된 본 발명이 LTE 또는 고속 패킷 액세스(HSPA)와 같은 셀룰러 무선 통신 시스템에 대한 및 Wi-Fi와 같은 802.11 시스템에 대한 이중 무선 액세스를 갖는 모바일 노드들에 관해 예시적으로 기술되지만, 본 발명의 개념은 다른 무선 시스템 조합들에 대한 이중 무선 액세스를 갖는 모바일 노드들의 네트워크들에 또는 802.11 시스템에 대한 오로지 단일 무선 액세스를 갖는 모바일 노드들에 적용될 수 있음은 자명할 것이다.

본 발명의 방법론의 상세한 설명의 술어로서, 도 1에 도시된 셀룰러 데이터 네트워크를 고려하는데, 이 네트워크는 LTE 또는 HSPA 표준들에 따라 예시적으로 구현될 수 있다. 네트워크 내에는 기지국의 등가물을 통해 각각이 액세스되는 다수의 셀들이 존재하는데, 기지국은 예시적인 LTA/HSPA 네트워크의 경우 eNodeB(eNB)로서 지정된다. eNB들은 시그널링 경로를 통해 이동성 관리 엔티티(MME)에 연결되고, 데이터 경로를 통해 서빙 게이트웨이(SGW)에 연결된다. eNB들은 MME/SGW 쌍에 의해 제어되고, 단일 MME/SGW 복합체는 일반적으로 20개의 셀들을 통해 큰 지리적인 영역을 나타낸다. 모바일 노드(MN)가 네트워크에 진입할 때, 먼저 자신을 (eNB들 중 적절한 하나를 통해) MME에 등록하고, MME와의 제어 채널을 구축한다. MN이 데이터를 보낼 때, 데이터를 보내기 위한 베어러 채널을 획득하도록 eNB에 먼저 신호발신해야 한다. eNB(또는 다른 네트워크 엔티티)는 베어러를 할당하고, 베어러 채널에 대해 MN에 통보한다. 이러한 프로세스는 LTE 내에서 100 ms가 걸릴 수 있고, HSPA 네트워크들에서는 최대 2초가 걸릴 수 있다. 본 명세서에서의 설명을 위해, MME/SGW 쌍은 기지국으로 언급될 것인데, 왜냐하면 이들이 MN들에 대한 제어 및 데이터 경로 모두에 대해 단일 로직 엔티티로 작용하고, 또한 이들이 무선 근거리 네트워크(WLAN) 셀과 같은 단일 802.11 셀에 대해 액세스 포인트의 기능 등가물을 제공하였기 때문이다.

상술한 바와 같이, MN들은 적어도 두 개의 무선들을 갖는 다중-모드 단말들로서 구성되는데, 하나의 무선은 셀룰러 네트워크의 기지국에 교신하기 위하여 사용되고, 다른 하나는 Wi-Fi 또는 WiMAX와 같은 802.11 네트워크에 액세스하기 위한 제 2 무선으로서 사용된다. 본 명세서에서 설명의 목적을 위해 제 2 무선은 표준들의 IEEE 802.11 군에 부착되는 Wi-Fi 무선인 것으로 간주되지만, 본 발명의 개념이 그렇게 제한되는 것은 아님을 이해해야 한다. 모바일 노드들은 Wi-Fi 액세스 포인트와, 또는 그들 사이에서 통신하기 위하여 이러한 제 2 무선을 사용할 수 있다. 이와 같이, 모바일 노드들은 피어-투-피어 모드에 있는 것으로 간주된다.

각 기지국은 주어진 시간에 수백 개의 MN들을 제어하고, MN들이 서비스를 수신하기 위해 네트워크에 등록하기 때문에 모든 MN들의 신원들을 인식한다. 그러나, 기지국은 그 셀 내의 다른 노드들에 대하여 MN의 상대적인 위치에 관한 오로지 제한된 정보를 갖는다. 보조-GPS(A-GPS) 또는 평범한 GPS와 같은 기술들은 맵상의 지리적인 위치에서 사용자를 찾기 위하여 사용되지만, (서로) 근처에 있는 두 개의 노드들이 서로 교신하는 것을 보장할 수 없다. 이를 행하기 위하여, 기지국은 이러한 정보를 수집하고 제공하기 위하여 MN들에 의존하여야 한다.

용어 "링크"는 본 명세서에서 두 MN들 사이에서 Wi-Fi 링크를 언급한다. 용어들, "노드", "모바일", 및 "MN"은 본 명세서의 논의에서 교환가능하게 사용됨을 주목해야 한다.

두 노드들 사이의 링크는 대칭이다. 각 노드는 국제 모바일 장비 신원(IMEI) 및 Wi-Fi MAC 어드레스로 이루어진 ID를 통해 고유하게 식별된다. 기지국은 모든 모바일들의 Wi-Fi MAC 어드레스들을 인식하여 등록 도중에 이들을 획득한다. 기지국은 제어 채널(예, HSPA 및 LTE에서 BCCCH 채널)을 통해 모든 모바일들에 방송 메시지들을 보낼 수 있다. 기지국은 또한 모든 모바일들을 동기화시키기 위하여 타이밍 신호들을 제공하여, 모바일들이 Wi-Fi 인터페이스를 통한 명시적인 동기화 없이 동작하는 것을 허용한다.

시스템 내에 총 N개의 노드들이 존재하고, 노드들의 밀도는 ρ로 표시된다. 간섭 범위는 최대 데이터 범위의 2배로 간주한다. 본 발명의 방법론은 노드들이 균일하게 분포되거나, 주어진 노드가 모든 다른 노드들을 청취하는 것을 필요로 하지 않는다, 즉 파벌을 가정하지 않는다.

본 발명의 설명을 위하여, 컴팩트 토폴로지 그래프의 개념이 본 명세서에서 한정된다. 모바일 노드들의 집합이 네트워크 그래프 정점들(V)의 집합으로 표현된다고 하면, G = (V,E)이다. MN들 사이의 링크들의 집합은 이러한 그래프의 대응하는 정점들 사이의 에지들(E)의 집합으로서 표현된다.

컴팩트 토폴로지 그래프{CTG_i(G) = (V, E_i), I = 1,2,3}는 G의 가중된 하위 그래프로서 한정된다. 노드 집합(V)은 두 개의 집합들(X,Y)로 분할되는데, X는 G의 지배집합(DS)이고, Y = V＼X이다. (그래프 내의 모든 노드들이 집합(X) 내에 있거나, X 내의 일부 노드의 이웃들이라면, 노드들의 집합(X)은 그래프(G)의 지배집합이다.) 집합(X)은 G의 DS가 되도록 선택되고, 이것은 Y가 G의 비-지배 노드들의 집합인 것을 의미하는데, 이러한 비-지배 노드들은 그들의 이웃으로서 지배집합 내의 노드를 갖는다. 덧붙여, 각 노드에 대해

는 υ의 1-홉 이웃들로 한정되고,

이다. 즉, H₁(υ) 및 H₂(υ)는 노드(υ ∈ X)의 1-홉 및 2-홉 이웃들을 나타낸다.

집합들(E₁, E₂ 및 E₃)은 다음과 같이 한정된다:

집합들(E₁ 및 E₂) 내의 에지들은 1의 가중치를 갖는 반면, 집합(E₃＼E₂) 내의 에지들은 3의 가중치를 가져, 링크들의 종료점들 사이의 최소 홉 카운트값을 나타낸다.

그래프(G)에 대한 CTG₂ 및 CTG₃의 예들은 도 2에 도시된다. CTG₂는 G의 약하게 연결된 지배집합(WCDS)이 아님을 주의해야 한다. 만약 원래의 그래프(G)가 분리된다면, CTG_i 또한 분리된다.

지배집합(X)은 클러스터링 알고리즘에 의해 구축되는데, 노드들은 그들의 이웃 내의 대표 노드를 그들의 클러스터-헤드(CH)로서 선택한다. 이러한 CH는 또한 지배자(즉, DS의 구성원)이고, 다른 지배자로부터 1, 2 또는 3 홉들이 떨어져 있다. 만약 지배 노드들의 집합이 그들의 가장 가까운 지배자들에 대한 경로들을 결정할 수 있고, 노드들과 링크들을 이들 경로들 상에 부가할 수 있다면, 기초가 되는 네트워크 그래프(G)의 CTG를 구성할 수 있다.

MN으로부터 기지국으로의 베어러 채널을 획득하는 처리가 MN 단위를 기초로 적어도 100 ms의 지연을 수반함이 위에서 주지되었다. G 내의 각 노드가 자신의 토폴로지 정보를 노드 단위를 기초로 통신하려 시도하였다면, 제어 채널만으로의 액세스를 획득하려 경쟁하는 것은, 대역폭-집중 방식이라 할지라도, 기지국상의 자원들을 독점 사용함이 없이, 쉽게 수 초가 걸릴 것이다. 그러므로, 목표는 해당 정보를 기지국들에 전달하기 위하여 CH들에 의존하는 것이다. CH들의 수가 네트워크 내의 MN들의 수보다 한 차수가 작기 때문에, 통신 오버헤드는 이러한 접근법을 통해 훨씬 더 작을 것으로 예상될 것이다. 결과적으로, 기지국에서의 CTG_i(G)의 구성은 훨씬 신속하게 진행될 것이다.

본 발명의 방법론의 일부로서, 본 발명자들은 네트워크 그래프의 CTG를 획득하는 빠르고 효율적인 알고리즘을 개발하였다. 본 명세서에서 기술된 예시적인 실시예들에 대한 더 단순한 표현을 행하기 위하여, 노드에 의한 임의의 송신은, 달리 명시적으로 언급되지 않는다면, Wi-Fi 인터페이스상에서 이루어지는 것으로 간주한다. 그러나, 본 발명의 방법론의 의도된 범주는 이러한 Wi-Fi 애플리케이션에 국한되지 않음을 이해해야 한다.

본 발명의 알고리즘은, (a) 토폴로지 발견 및 (b) 토폴로지 구성의 두 구성요소들로 분할된다. Wi-Fi 링크들 상의 기존 트래픽의 방해를 회피하기 위하여, 전자를 지속 기간 내에서 가능한 작게 유지할 필요성이 존재한다. 발견의 지속기간의 가변성을 회피하는 것이 또한 바람직하다.

본 발명의 알고리즘은 4개 단계들로 구동되는데, 첫 번째 3개 단계들은 토폴로지 발견을 위한 것이고, 마지막 한 단계는 토폴로지 구성 단계다. 모든 단계들은 모바일들의 밀도에 의해 결정된 고정된 지속기간으로 이루어진다. 알고리즘의 시작시에, 기지국은 첫 번째 3개 단계들(W,k; 및 k)의 길이(값 d), 무작위 시드(R) 및 CTG₂ 또는 CTG₃의 발견의 선택을 갖는 방송 메시지를 모든 노드들에 송신한다.

제 1 단계는 클러스터 헤드 선택(단계(Z₀)으로 특징되는)에 관한 것으로, W개의 슬롯 길이인데, 각 슬롯은 802.11 내의 백-오프(back-off) 슬롯과 동일하다. 노드들은 개연론의 방식을 따르는 그들의 이웃들에 대한 CH로서 작용하기 위하여 지원한다. 이러한 단계에서, 각 노드는 그 이웃의 크기를 모르는 상태로 최대 하나의 방송 메시지를 송신한다. 각 노드는, 어느 것이 먼저 발생하든, (a) 노드가 송신하거나, 또는 (b) 노드가 다른 송신을 엿듣는 두 가지 작용들중 하나가 발생할 때 이러한 단계를 완결한다.

송신들이 이 단계에서 충돌할 수 있지만, 이러한 프로세스는 제 1 송신이 그 이웃 내에서 발생하자마자 필수적으로 각 노드에서 종료되는 것을 주목해야 한다. 송신한 각 노드는 CH의 역할을 가정하는 반면, 송신(성공 또는 충돌)을 엿듣는 노드들은 비-CH 노드들이 된다. CH 노드는 송신한 슬롯 번호를 적어둔다.

알고리즘에 의해 수행된 제 2 단계는 1-홉 이웃 목록(단계(Z₁)로 특징되는)을 획득하는 것에 관한 것이다. 단계 1의 마지막에, 각 비-CH 노드는, RFID 태그들을 통한 통신에 관한 이전 작업에서 발명자들 중 한 명(및 다른 발명자들)에 의해 개발된 접근법에 따라, 자신의 신원을 고유한 서명으로 송신할 것이다. 그러한 접근법은 미국특허출원공보 제2010/0295659호에 상세하게 기술되었지만, 여기에서 본 발명의 이해를 위해 충분히 상세하게 요약된다. 그러한 접근법에 따라, 각 비-CH 노드는 k개 슬롯들의 길이의 윈도우(K) 내에서 최대 d 회 송신하는데, k와 d는 기지국에 의해 제공된다. 각 슬롯 내에서, 비-CH 노드는 1개의 PHY 심볼만큼의 비트들을 송신한다. d개 슬롯들의 선택은 노드의 BS 및 ID(MAC 또는 IMEI)에 의해 제공된 시드 값의 랜덤 해쉬에 기초한다. 이러한 사상은 적어도 하나의 슬롯이 존재하고, 그 슬롯 내에서 이웃 노드들로부터의 임의의 충돌들 없이 각 노드가 송신할 수 있는 것을 보장한다. k와 d의 값들은, 2-홉 이웃 내의 모든 노드들이 적어도 하나의 슬롯을 갖고, 이 슬롯에는 모든 노드들이 오로지 송신하는 노드가 될 것이어서, 성공적으로 수신되는 높은 확률을 갖도록, 선택된다. 이것은 도 3에 도시된다.

각 CH 노드는 자신의 비-CH 이웃들 모두의 송신들을 청취한다. 각 슬롯에서, CH 노드는 전체적인 송신의 에너지를 검출하고, 이러한 슬롯 내에, 또는 에너지 임계값에 기초하지 않는 적어도 하나의 송신이 존재하는지를 결정한다. 수신된 비트들은 실제로 디코딩되지 않기 때문에, 비-이웃 노드들로부터의 간섭은 문제가 아니다. CH는 어느 슬롯이 길이(k)의 2진 비트 벡터로서 송신을 가졌는지, 및 어느 것들이 갖지 않았는지를 기록하고, 이를 요약(Ψ₁)으로서 저장하는데, 이 요약은 CH의 모든 이웃들의 인코딩으로서 의도된다. 이러한 사상은 아래에서 상세하게 설명된다.

지금, CTG₂ 하위-그래프를 획득하기 위하여 Ψ₁ 정보로부터 충분한 데이터를 갖고, 그러한 개발을 위한 토폴로지 구성은 알고리즘의 단계 4의 설명에 대해 아래에서 기술된다. 그러나, 만약 CTG₃ 하위그래프가 필요하다면, 바로 아래에서 기술되는 바와 같이 추가적인 절차들이 요구된다.

이전에 기술된 바와 같이, k개 슬롯들의 윈도우(K) 내에서 각 비-CH 노드는 최대 d 회 송신한다. 오로지 CTG₂ 하위-그래프를 획득하기 위하여, 각 슬롯은 PHY 심볼 길이와 등가의 지속기간 동안 지속되고, 노드는 단순히 d개의 슬롯들 내에서 심볼을 송신하고, 다른 슬롯들 내에서 유휴 상태로 머무른다. 그러나 CTG₃ 하위-그래프를 결정하기 위하여, Z₁ 단계의 비-CH 노드들은 송신과 수신 모드들 사이를 전환한다. 그러므로, 비-CH 노드들을 위한 슬롯 지속기간은 짧은 프레임간 공간(SIFS) + 1개의 심볼 길이(예, 802.11a/g에 대해 20 ㎲ 및 802.11b에 대해 17 ㎲)이다. 프레임의 시작시, 모든 비-CH 노드들은 수신기들로서 작용한다. 슬롯 내에서 비-CH 노드가 송신해야 한다면, SIFS 간격 내에서 송신 모드로 전환하고, 심볼을 송신한 후, 수신 모드로 되돌아 올 것이다. 모든 다른 슬롯들 내에서, 비-CH 노드는, 상술한 CH와 동일한 방식으로 자신의 이웃들로부터 방송들을 청취할 것이다. 이것은 송신된 슬롯들(자신의 것을 포함) 및 유휴 슬롯들의 시퀀스를 검출할 것이고, 이를 비트 벡터(φ)로서 기록할 것인데, 비트 벡터는 이러한 비-CH 노드의 이웃 노드들의 모두의 인코딩으로 의도된다.

이러한 전체 단계가 네트워크를 통해 정확하게 k개의 슬롯들을 지속하고, 분배된 방식으로 발생하는 것을 주목하는 것이 중요하다.

알고리즘에 의해 수행된 제 3 단계는 2-홉 이웃 목록을 획득하는 것(단계(Z₂)로 특징되는)에 관한 것이다. 단계(Z₁)의 마지막에, 모든 노드들은 CH들이 그들의 2-홉 이웃을 구성하는 것을 가능케 하는 단계(Z₂)를 시작한다. 이러한 단계는, 각 슬롯이 오로지 데이터 심볼의 지속기간(즉, 802.11a/g에 대해 4 ㎲)인 것을 제외하고, 역시 정확하게 k개 슬롯들을 지속한다. 이러한 단계에 있어서, 각 비-CH 노드는 이러한 단계 내에서 단일 메시지로서 자신의 φ 벡터를 송신한다. 비트 벡터 내의 하나의 "1"은 모두 1인 PHY 데이터 심볼에 대응하는 반면, 비트 벡터 내의 하나의 "0"은 무-송신들에 대응한다. CH 노드는 자신의 이웃들 모두의 조정된 송신들을 청취한다. 위와 같은 동일한 방식으로, 이것은 이후 각 슬롯 내의 신호의 존재를 "1"로서 기록하고, 부재를 "0"으로 기록한다. 길이 k의 이러한 비트 벡터는 Ψ₂ 요약으로 불린다.

각 CH 노드에서 k개 심볼들의 수신의 마지막에 이러한 단계는 완결된다. 각 비-CH 노드는 이러한 단계에서 정확하게 한 번(및 병렬로) 방송한다.

단계 4는 기지국에서 CTG 하위-그래프를 구성하는 것(단계(Z₂)로 특징되는)에 관한 것이다. 어떠한 MN도 현재까지 아무것도 기지국에 송신하지 않았음을 지적하는 것이 중요하다. 토폴로지 발견 프로세스는 CTG₂에 대해 Z₁ 단계에서 종료하고, CTG₃ 하위-그래프에 대해 Z₂ 단계에서 종료한다. 남아 있는 모든 것은 기지국이 이러한 정보를 사용하여 네트워크 그래프(G)의 CTG를 구성하는 것이다.

이전 단계의 마지막에, 각 CH 노드는 다음의 정보를 기지국에 송신한다 : (a) 자신의 식별자, (b) 단계(Z₀)에 송신한 슬롯 번호, (c) 단계(Z₁)에서 얻어진 Ψ₂ 요약 및 (d) 만약 CTG₃ 구성이 요청된다면, 단계(Z₂)에서 얻어진 Ψ₂ 요약. 기지국이 네트워크 내의 모든 MN들의 집합을 알기 때문에, 각 MN_i이 단계(Z₁)에서 송신하였을 d_i개의 슬롯들의 정확한 집합을 사전 계산할 수 있다. 이것은 본 명세서에서 노드 서명으로서 특색을 이룬다. 노드를 디코딩하는 프로세스는 단순히, 기지국에 등록된 N개의 노드들 각각의 서명을 참조하는 것, 및 Ψ₁(υ) 및 Ψ₂(υ)를 갖는 이러한 요약의 비트 방식의 AND 동작을 행하는 것 중 하나이다. 만약 결과가 노드의 서명이라면, 노드는 각각 H₁(υ) 및 H₁(υ)∪H₂(υ)내에 존재하는 것으로 표시되는데, H₁과 H₂는 위에서 한정된 바와 같다. Ψ₁ 및 Ψ₂ 벡터들이 모든 노드들(N)에 대해 디코딩된 후, H₂(υ)는 후자의 집합으로부터 H₁(υ)를 제거함으로써 계산될 수 있다. 이것을 사용하여 CTG₂ 및 CTG₃ 하위-그래프가 계산될 수 있다.

본 발명의 방법론에 관한 추가적인 세부사항들은 다음의 절들에서 제공된다.

클러스터 헤드 선택 - Z ₀

Z₀ 단계의 시작시, 기지국은 CH 선택 프로세스를 개시하기 위하여 동기화 신호를 모든 노드들에 송신한다. 기지국은 랜덤 시드(R)를 송신하는데, 이러한 시드는 자신의 랜덤 시드 생성기를 초기화하기 위하여 각 노드에 의해 노드 ID와 결합하여 사용된다. 각 노드(u ∈ V)는 이제 길이(W)의 프레임 내에서 (균일한 분포로부터) 무작위로 슬롯을 선택한다. 노드들은 그들의 슬롯 시간에 도달할 때까지 채널을 청취한다. 노드들의 슬롯이 도래하면, 노드들은 랜덤 열을 1 PHY 심볼로서 송신하고, CH의 역할을 가정한다. 송신 노드는 이러한 슬롯 내에서 송신하는 다른 슬롯들과 충돌할 수 있지만, 이러한 슬롯 내에서 충돌하는 모든 노드들은 이를 무시하고 CH의 역할을 가정할 것이다.

송신을 엿듣는 노드들은 그들의 1-홉 이웃 내의 일부 다른 노드가 CH로 된 것을 가정하고, 따라서 그들의 CH가 어느 것인지를 알지 못한 상태로, 그들의 선택 알고리즘을 종료한다. 이것은 노드가 충돌을 엿듣는다 할지라도 적용된다. 본 발명의 방법론의 토폴로지 발견 프로세스의 고유한 부분은, CH 또는 기지국이 이러한 지식을 노드에 사용가능하도록 만들지 않는다면, 노드가 자신의 CH를 알 필요가 전혀 없다는 점이다. 이것은 비-CH 노드가 자신의 범위 내의 다수의 CH들에 인접하는 것을 허용한다.

간섭 범위 : MN은 그 범위 밖의 일부 노드들로부터 누적 간섭을 엿들을 수 있고, 그 이웃 내의 CH를 갖는다고 가정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 이러한 간섭 신호들의 존재는 유효 신호를 검출하기 위한 에너지 임계값의 노드에서의 구축에 의해 처리될 수 있다. 따라서, 노드가 듣는 신호에 대한 수신된 신호 강도가 특정 임계값보다 높다면, 신호는 이웃 노드로부터 유래한 것으로 선언된다. 이러한 측정은 기존의 Wi-Fi 칩셋에서 사용 가능하고, 더 멀리 떨어진 노드들로부터의 간섭 문제를 타파하기 위하여 레버리지를 도입할 수 있다.

CH 노드의 유지보수 : 만약 토폴로지가 크게 변경되지 않는다면, 기지국이 CH들과 동일한 집합의 노드들을 사용하고, 토폴로지 발견 프로세스가 스스로 반복하게 하는 것이 바람직하다. 기지국에 의해 제공된 랜덤 시드(R)의 사용은 이러한 프로세스를 지원한다. 따라서, 토폴로지가 변화되지 않는 상태로(즉, 어떠한 새로운 노드들도 네트워크로 들어오지 않고, 기존의 어느 노드들도 떠나지 않고, 노드들 간에 이동성이 없는 상태로) 유지되는 한, 동일한 노드들은 다시 CH들이 되는 것이 보장된다. 만약 기지국이 CH의 상이한 집합을 원한다면, 상이한 집합을 얻기 위하여 단순히 랜덤 시드(R)를 변경할 수 있다.

1-홉 이웃들의 발견, Z ₁

이전에 기술한 바와 같이, Z₀ 단계의 마지막에, 각 비-CH 노드는 이전 절에서 기술한 접근법에 따라 고유한 서명으로 자신의 신원을 송출할 것인데, 이러한 접근법은 k개 슬롯들의 길이의 윈도우 내에서 노드에 의한 최대 d 회의 송신에 기초한다. Z₁ 단계에서, 기지국은 CTG₂ 또는 CTG₃를 찾기를 원하는 지의 여부를 규정하고, 자신의 추정된 사용자 밀도를 기초로 k와 d를 규정한다. 비-CH 노드들은 크기(k)의 프레임으로부터 무작위로 d개의 슬롯들을 선택하기 위하여 초기에 기지국에 의해 제공된 랜덤 시드(R)를 그들의 ID와 함께 사용한다. 각 비-CH 노드는 선택한 d개의 슬롯들 각각 내에서 802.11 PHY 심볼만큼의 랜덤 데이터를 송신한다. 이러한 심볼은, 수신기들에서 신호의 동기화에 영향을 미치지 않기 때문에, 임의의 프리앰블을 필요로 하지 않고 송신될 수 있음을 주목해야 한다. 실제, 노드가 수신된 신호를 디코딩하는 것을 필요로 하지 않기 때문에, 동기화 문제는 논의할 여지가 있다.

CH들은 단순히 각 슬롯을 청취하고, 이러한 슬롯 내의 적어도 하나의 이웃들에 의한 송신이 존재하였는지의 여부를 기록한다. 다시, CH들은 이러한 슬롯을 점유된 것으로 표시하기 위하여 수신된 신호가 임계값을 초과하게 하는 것을 오로지 필요로 한다. 그렇지 않을 경우 CH들은 이러한 슬롯을 공백으로 표시한다. 이전에 기술한 바와 같이, 이것은 CH들이 비트 벡터(Ψ₁) 내에 1-홉 이웃을 기록하는 것을 허용한다.

비-CH 노드들의 거동은 기지국이 CTG₂ 또는 CTG₃를 발견하기를 원하는지의 여부에 기초하여 다르다. 전자에 대해, 비-CH 노드들은 단순히 송신기들로서 작용하는데, 이것은 슬롯 길이들이 1 PHY 심볼 폭이 되는 것을 허용한다. 비트 무결을 보장하기 위하여, 추가적인 1 ㎲ 보호 지속기간이 슬롯들 사이에 추가될 수 있다. 이것은 거의 4 ms를 지속기간에 부가하지만, CH들에서의 전파 지연들로 인해 비트-동기화 에러들을 회피한다.

CTG₃가 필요하다면, 비-CH 노드들은 송신기들 및 수신기들로서 그들의 역할들을 전환하여야 한다. 왜냐하면, CTG₃를 얻기 위하여 각 CH 노드(u)가 2-홉 이웃(H₂(u))을 얻는 것을 필요로 하기 때문이다. 이것은 H₁(u) 내의 비-CH 노드들이 자신들의 1-홉 이웃을 노드(u)에 중계할 수 있도록 이들을 아는 것이 필요하다는 것을 의미한다. 그들은 또한 그들의 이웃들이 어느 슬롯들을 선택하는 지를 청취하는 것을 필요로 한다. 그러므로, 각 슬롯은 두 개의 부분들로 분할된다: (a) 송신 모드에 있는 노드가 수신 모드로 또는 그 역으로 전환하는 것을 허용하는 SIFS 지속기간, 및 (b) 비-CH 노드들이 송신/청취하는 PHY 심볼 지속기간. 비-CH 노드(v)에 기록된 결과적인 비트-벡터는 φ(v)로 불린다. 이러한 비트-벡터에 있어서, v에 의해 선택된 d개의 슬롯들은 또한 1s로 표시된다.

2-홉 이웃들의 발견, ( Z ₂ )

제 2 단계에서, 각 비-CH 노드(v)는, CTG₂를 발견하기 위하여 단계(Z₁)에서 행한 것과 동일한 방식으로, φ(v)를 송출한다. φ(v) 내의 각 1-비트는 데이터 심볼로 변환되고, 0-비트는 송신의 부재로 표시되는데, 요약 내의 각 비트의 처리 사이에 1 ㎲의 보호 지속기간을 갖는다. CH가 이러한 정보를 엿들을 때, 그들의 φ 요약들을 방송하는 1-홉 이웃들의 모두로부터 엿듣는다. 윈도우(K)의 각 슬롯 내에서, 송신을 검출하면, CH 노드는 이러한 슬롯에 대응하는 비트를 Ψ₂ 요약 내의 1로 표시하고, 송신이 없다면, 0 비트로서 표시한다.

CTG 의 계산, ( Z ₃ )

이 단계에서, 기지국은 각 CH 노드로부터 단계(Z₀)에서 송신된 슬롯 번호뿐만 아니라 Ψ₁;Ψ₂ 를 얻는다.

CTG₁(G)의 구성 : 이러한 방법론은 먼저 인접한 CH들을 찾는다. 이들은 단계(Z₀) 내의 제 1 송신 슬롯에서 충돌하였을 노드들이다. 이들은 쌍들(u, v ∈ X)을 참조함으로써 식별되는데, 이들 쌍은 Z₀에서 동일한 tx-슬롯 번호를 갖고, 이들을 Ψ₁ 벡터들과의 비트 방식의 AND로 비교한다. 두 개의 노드들의 이웃이 희박하지 않은 한, 이들 두 개의 벡터들에 의해 표현된 H₁ 집합들 중에 상당한 중첩이 존재할 것이다. Ψ₁(u)가 d 개의 비트 위치들보다 훨씬 적은 최대 b개에서 Ψ₁(v)와 상이하다면, 이들 두 개의 노드들은 높은 확률로, CTG₁ 내의 이웃들로 고려된다.

CTG₂(G)의 구성 : CTG₂ 그래프의 구성에 있어서, CTG₁ 그래프는 더 많은 에지들을 통해 증대된다. 먼저, 기지국은 CH에 의해 송신된 노드의 서명과 Ψ₁ 요약에 대한 비트방식의 AND 동작을 행하여, 이러한 서명이 요약 내에 포함되는지를 확인한다. 프로세스는 블룸(Bloom) 필터와 매우 유사하다. 노드가 긍정적으로 식별되면(즉, AND 동작이 0이 아니면), CH 노드의 1-홉 이웃에 부가된다. 모든 N개의 노드들의 서명들이 CH들에 의해 제공된 요약들에 대해 일치할 때까지, 동작은 반복적으로 행해진다. 모든 CH들(즉, 요약들을 기지국에 송신한 것들)이 집합(X)으로 표시되고, 이와 같이 계산된 1-홉 이웃 집합들은 H₁(u)∀u ∈ X ⊆ V로 표시된다. 에지는 u ∈ X로부터 H₁(u) 내의 모든 노드들로 그려져, CTG₂를 얻는다. 두 개의 CH들(u,v ∈ X)이 H₁(u) ∩ H₁(u) 내의 노드를 갖는다면, 이들은 CTG₂ 하위-그래프 내에서 연결될 것이다.

CTG₃(G)의 구성 : CTG₃을 구성하기 위하여, 기지국은 G 내에서 3의 거리만큼 이격된 CH 노드들의 모든 쌍을 찾는 것을 필요로 한다. CTG₂내의 이들 두 개의 노드들에 가중 3의 에지를 부가함으로써 CTG₃가 생성된다.

CTG₃ 구성은 CTG₃ = 2를 설정함으로써 시작된다. 기지국은, u에 의해 송신된 Ψ₂ 요약들을 디코딩함으로써 이제 2-홉 비-CH 이웃(H₂(u),∀u ∈ X)을 계산한다. 이들이 H₁(u) ∪ H₂(u)를 나타내는 것으로 알려졌다. 각 MN의 서명이 존재하는지를 확인하기 위하여 각 MN의 서명을 요약과 비교하는 이전과 동일한 방법이 적용된다. 이로부터 H₂(u),∀u ∈ X가 계산될 수 있다.

CTG₂에서 연결되지 않은 임의의 두 개의 노드들(u, v ∈ X)에 대해, 기지국은 H₁(u), H₂(v)를 인식한다. 이제 H₁(u) ∩ H₂(u)를 계산하여, v로부터 2-홉 떨어져 있지만, u로부터 오로지 1-홉 떨어져 있는 노드들을 찾는다. 이것은 도 4에 도시된다. 이것을 충족하는 적어도 하나의 노드가 존재한다면, h_G(u,v) = 3인 것을 의미하고, 따라서 가중 3의 에지가 CTG 하위-그래프에 부가된다. CTG₂내의 노드들의 연결되지 않은 모든 쌍들에 대해 이를 반복하여, 구성을 완료한다.

3-홉 경로들의 계산

CTG₃ 내에서 가중 3의 에지를 그 사이에 갖는 두 개의 노드들(u, v ∈ X)에 대해, G내에서 이들 사이의 3-홉의 가장 짧은 경로가 존재한다. u와 v사이의 적어도 하나의 특정 경로의 기지국에 의한 식별은 이후에 다루어진다.

기지국은, 노드{x ∈ H₁(u) ∩ H₂(v)}와 노드{y ∈ H₂(u) ∩ H₁(v)}가 존재하여, G 내에서 u - - x - - y - - v의 경로가 존재함을 인식한다. 기지국은 알고 있는 신원을 갖는 H₁(u) ∩ H₂(u) 내의 노드(x)를 참조한다. 기지국은 Ψ₂(v) 내에 표현된 모든 노드들의 서명들뿐만 아니라 노드(x)의 서명을 참조하여, Ψ₂(v)의 어느 비트가 고유하게 x를 나타내는지를 찾는다. x가 Ψ₂(v)로부터 디코딩될 수 있기 때문에, 적어도 하나의 이러한 비트의 존재가 보장된다. 기지국은 노드(v)에 이러한 슬롯 번호를 통보한다. CH 노드(v)는 이후 이러한 슬롯 번호를 이웃들에 방송하고, H₁(v) 내의 임의의 노드가 그들의 φ 벡터 내의 이러한 슬롯 집합에 대응하는 비트를 갖는지의 여부를 질의한다. 토폴로지가 변하지 않았다고 가정하면, 적어도 하나의 이러한 노드(y ∈ H₁(v))가 존재한다. 이제 y는 기지국에 그 ID를 직접 통보할 수 있거나, 또는 v를 통해 중계할 수 있다. 이것은 기지국이 CTG₃ 하위-그래프 내의 이러한 노드들 사이의 3-홉 최소 거리 경로들을 계산하는 것을 허용한다.

본 발명의 방법론의 예시적인 애플리케이션이 이후로 기술된다.

전체 네트워크 내의 노드들(N)의 집합이 주어지면, 기지국은 네트워크의 지리적인 분산(즉, 존재할 수 있는 분산)을 알고 있는 모바일들의 밀도(ρ)를 계산할 수 있다. 기지국은 예컨대 3의 인자로 곱함으로써 이러한 밀도에 대한 안전한 여유를 부가할 수 있다. 이것이 주어지면, 기지국은 2-홉 이웃 내의 사용자들(m)의 예상된 수를 m₂=π2²*3ρ=37ρ보다 크지 않은 것으로 계산한다. 1-홉 이웃에 있어서, 사용자들의 예상된 수는 m₁=π*3ρ=9.42ρ보다 작을 것이다.

Z₀ 단계에 대해, 기지국은 W=3*m₁을 설정하는 반면, Z₁, Z₂ 단계들에 대해 k=2:08*m₂ln(N/ε)을 설정하는데, 여기에서 ε=0:001이다.

단계(Z₀)는 W개의 슬롯들을 지속하는데, 각 슬롯은 802.11 내의 백-오프 슬롯과 동일한 길이, 즉 20 ㎲이다. 단계(Z₂)는 k개의 데이터 심볼들의 송신 지속기간 동안 지속한다. IEEE 802.11 a/g에 대해, 전체 데이터 프레임 내에 오로지 하나의 심볼이 존재하는 경우에 사용된 비트-레이트에 관계없이, 심볼 시간은 10 ㎲이다. 단계(Z₁)의 길이는 요청된 하위-그래프의 유형에 따라 변할 수 있다. 오로지 CTG₂가 요구된다면, Z₁은 k개의 데이터 심볼들 동안 지속되고, 단계(Z₃)는 이를 전혀 따르지 않는다. 그러나, 만약 CTG₃가 요청된다면, 단계(Z₁) 내의 각 슬롯은 SIFS + 데이터 심볼 지속기간 동안 지속되는데, 이러한 기간은 802.11a/g 에서 20 ㎲이다.

그러므로, 802.11a/g 무선들을 사용하면, CTG₂가 (20W+10k) 만큼 걸리는 것을 발견할 수 있고, CTG₃가 (20W+20k+10k) 만큼 걸리는 것을 발견할 수 있다. N개의 사용자들이 10 ㎢에 걸쳐 분산되어 있다고 간주하면, 다양한 노드 밀도들을 위한 CTG₂와 CTG₃에 대해 W, k, d의 값들과 토폴로지 발견 시간들은 모바일의 Wi-Fi 범위가 100 m 인 것을 간주하여 표 1에 도시된다. 표에서, W,d,k의 단위가 슬롯인 반면, CTG₂와 CTG₃를 발견하기 위하여 걸린 시간(각각 T₂와 T₃)은 ㎳ 단위이다.

매우 높은 노드 밀도 ρ=10에서 조차, Ψ₁ 및 Ψ₂ 요약들의 크기는 오로지 k < 12000 비트들(1500 바이트들)이다. 따라서, 각 CH는 최대 2개의 1500-바이트 패킷들을 기지국에 송신하여, 3000 노드들, 즉 존재하는 노드당 1-바이트 미만에 대한 토폴로지 발견을 지원한다. 토폴로지들을 발견하는데 걸리는 시간은 기본적으로 ρ의 함수이고, 더 큰 영역(즉, 더 큰 N)이 고려된다 할지라도 크게 변하지 않는다.

CH들은 이러한 정보를 기지국에 송신하기 위하여 업링크 데이터 채널들을 사용한다. 이것은 각 CH 노드를 통해 베어러 채널들을 획득하는데 작은 지연(LTE에 대해 대략 100 ㎳)이 존재함을 의미한다. CH가 베어러 채널상에서 송신하고 있는 동안, 다른 CH들은 업링크 제어 채널 상에서 경쟁함으로써 데이터 채널을 병렬로 획득하고, 따라서 베어러 획득 오버헤드를 줄인다. 여기에서의 장점은 기지국으로 송신하는 오로지 적은 수의 노드들로 인해 전체적인 오버헤드를 줄인다는 점이다.

최종적으로, 전체 프로세서 동안, 어떠한 노드도 Wi-Fi 인터페이스를 통해 식별 정보를 전혀 송신하지 않는다는 점을 다시 언급하는 것이 중요하다. 따라서, 임의의 도청자 또는 심지어 다른 참여 모바일들은 네트워크 내의 임의의 모바일의 신원을 전혀 알지 못할 것이다. 오로지 기지국만이 네트워크 내의 모든 노드들을 식별할 수 있을 것이고, 모바일들에 요구되는 노드에 통신하도록 선택할 수 있다. 익명성의 이러한 보장은 본 발명의 방법론의 고유한 양상이다.

본 명세서에서, 본 발명자들은 노드간 통신의 성능을 갖는 모바일 단말들의 네트워크을 위한 개선된 컴팩트 토폴로지 그래프 결정을 위한 시스템 및 방법을 개시하였다. 본 발명의 많은 수정들 및 대안 실시예들은 상술한 설명의 견지에서 당업자들에 자명할 것이다.

따라서, 본 설명은 오로지 예시적이고, 당업자에게 본 발명을 수행하기 위한 최적의 모드를 교시하기 위한 것으로 해석되어야 하고, 본 발명의 모든 가능한 형태들을 도시하는 것으로 의도되지 않는다. 사용된 단어들은 제한보다는 설명의 단어들이고, 구조의 세부사항들은 실질적으로 본 발명의 사상을 벗어나지 않고도 변할 수 있고, 첨부된 청구항들의 범주 내에 드는 모든 수정들의 배타적인 사용이 예약됨이 또한 이해된다.

Claims

클러스터를 형성하고, 기지국에 대한 공통의 통신 링크를 갖고, 각각이 고유한 신원을 갖는 복수의 모바일 노드들 사이에서 네트워크 토폴로지를 결정하기 위한 무선 통신 시스템 내의 방법으로서,
상기 모바일 노드들 중 적어도 하나가 송신 간격 도중에 신호를 송신하게 하는 단계로서, 이를 통해 상기 적어도 하나의 노드는 클러스터 헤드(CH)가 되는, 송신하게 하는 단계;
상기 CH가 아닌 모바일 노드들(이후로 "비-CH 노드들"로 칭함)에서, 송신 프레임 내에서 하나 이상의 송신 간격들을 선택하는 단계;
상기 비-CH 노드들의 노드들이 주어진 비-CH 노드들에 대한 상기 선택된 간격 도중에 신호를 송신하게 하는 단계;
상기 CH에 의해, 적어도 하나의 신호가 수신되는 상기 송신 간격에 따라 비-CH 노드들로부터 수신된 송신된 신호들의 제 1 요약을 형성하는 단계;
상기 노드 클러스터에 대한 컴팩트 토폴로지 그래프를, 상기 요약, 상기 CH를 위한 노드 신원, 및 상기 CH 신호가 송신된 상기 송신 간격들의 함수로서 구축하는 단계;를
포함하는, 네트워크 토폴로지를 결정하기 위한 무선 통신 시스템 내의 방법.
제 1항에 있어서,
상기 비-CH 노드들의 노드들은,
(1) 다른 비-CH 노드들로부터 송신된 신호들을 송신 간격들의 시퀀스로 검출하고,
(2) 상기 송신 프레임을 통해 송신된 신호들의 검출시, 상기 프레임의 송신 간격들 내에서 적어도 하나의 송신된 신호의 존재 및 부재를 벡터로서 기록하고,
(3) 상기 벡터를 상기 CH에 송신하는,
네트워크 토폴로지를 결정하기 위한 무선 통신 시스템 내의 방법.
제 2항에 있어서,
상기 CH는, 주어진 신호가 상기 비-CH 노드들에 의해 송신된 상기 벡터들에 기초하여 검출되는 상기 송신 간격에 따라 송신된 신호들의 제 2 요약을 형성하는, 네트워크 토폴로지를 결정하기 위한 무선 통신 시스템 내의 방법.
제 3항에 있어서,
제 2 컴팩트 토폴로지 그래프를, 상기 제 1 및 제 2 요약들, 상기 CH를 위한 노드 신원, 및 상기 CH 신호가 송신된 상기 송신 간격들의 함수로서 구축하는 단계;를 더 포함하는, 네트워크 토폴로지를 결정하기 위한 무선 통신 시스템 내의 방법.
제 1항에 있어서,
상기 CH에 의해 제 1 요약을 형성하는 상기 단계는, 상기 송신 프레임 내의 상기 송신 간격들의 각각의 간격 도중에 상기 비-CH 노드들의 노드들로부터 송신된 신호의 존재 또는 부재를 2진 벡터로서 기록하는 단계를 더 포함하는, 네트워크 토폴로지를 결정하기 위한 무선 통신 시스템 내의 방법.
제 5항에 있어서,
상기 CH 노드는, 주어진 송신 간격 내의 송신된 신호의 상기 존재 및 부재를, 미리 결정된 임계값에 대한 수신된 신호 에너지의 함수로서 결정하는, 네트워크 토폴로지를 결정하기 위한 무선 통신 시스템 내의 방법.
제 2항에 있어서,
상기 비-CH 노드들의 노드들은, 주어진 송신 간격 내의 송신된 신호의 상기 존재 및 부재를, 미리 결정된 임계값에 대한 수신된 신호 에너지의 함수로서 결정하는, 네트워크 토폴로지를 결정하기 위한 무선 통신 시스템 내의 방법.
제 1항에 있어서,
상기 비-CH 노드들에 의한 송신 간격들을 선택하는 단계는, 상기 비-CH 노드들의 노드들에 의해 선택된 적어도 하나의 송신 간격들이 다른 송신중인 비-CH 노드들로부터 충돌이 없는 것을 보장하는 방식으로 수행되는, 네트워크 토폴로지를 결정하기 위한 무선 통신 시스템 내의 방법.
제 8항에 있어서,
상기 비-CH 노드들 각각은, k 개 송신 간격들의 길이의 윈도우 내에서 최대 d개의 송신 간격들 내에서 송신하고, k와 d는 상기 기지국에 의해 제공된 정수 값들인, 네트워크 토폴로지를 결정하기 위한 무선 통신 시스템 내의 방법.
제 9항에 있어서,
주어진 비-CH 노드에 의해, 자신이 송신할 최대 d개의 송신 간격들의 결정은, 상기 주어진 비-CH 노드에 대한 시드 값과 신원 표시의 랜덤 해쉬에 기초하고, 상기 시드 값은 상기 기지국에 의해 상기 비-CH 노드로 제공되는, 네트워크 토폴로지를 결정하기 위한 무선 통신 시스템 내의 방법.