KR20150072720A - 무선 통신망의 채널할당방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 무선 통신망의 채널할당방법에는, 노드를 중심으로 하는 상기 노드의 가드존을 획득하고, 상기 가드존이 중첩되는 혼선영역을 획득하는 것; 상기 혼선영역이 큰 노드를 선택하는 것; 선택된 노드에 적용할 수 있는 가용채널이 혼선을 일으키는 채널혼선영역을 획득하는 것; 및 상기 채널혼선영역이 작은 채널을 현재 노드의 채널로 할당하는 것이 포함된다. 본 발명에 따르면, 채널이 제한되는 환경에서 모든 채널에 대하여 채널을 할당하고도 무선 통신망의 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한 채널상태 및 노드배치를 고려한 최적의 채널이 할당될 수 있다. 또한, 노드 간의 링크가 많은 경우에도 최대한으로 혼선을 줄일 수 있다.

Description

무선 통신망의 채널할당방법{Channel assignment method for wireless communication network}
본 발명은 무선 통신망의 채널할당방법에 관한 것이다. 더 상세하게는 무선 통신망에서, 혼선이 발생할 수 있고 다수의 채널이 있는 경우에, 최대한으로 혼선(interference)을 줄이면서 각 노드에 채널을 할당할 수 있는 무선 통신망의 채널할당방법에 관한 것이다.
무선 통신망 기술은 다수의 무선으로 기기들을 연결하여 정보를 교환함으로써 현대생활에서 필수 불가결한 기술로 자리잡고 있다. 그러나, 무선기기들이 늘어남으로써 이들 무선기기들의 채널은 포화상태에 이르고 있어서 데이터 교환이 지연되는 문제가 발생하고 있다. 이러한 문제는 무선 통신망이 제한되는 채널을 가지고 다수의 무선기기들이 연결되는 경우에는 이러한 문제는 더욱 극명하게 드러나고, 어떠한 방식으로 채널을 할당하여 무선 통신을 원활하게 할 것인가는 중요한 문제이다.
이러한 무선통신망의 채널할당을 원활히 하는 일 방법으로서, M. Achanta가 제안하는 미국특허공개2006-0072602 "Method for least congested channel scan for wireless access point"의 기술이 제안된 바가 있다. 상기 기술에 따르면, 각 노드는 동일한 양의 트래픽을 발생시킨다는 가정하에서, 각 채널에서의 사용자 수를 조정하도록 한다. 이때, 각 노드는 주기적으로 채널을 스캐닝하여 가장 사용이 낮은 또 다른 채널을 찾을 때까지 현재의 채널을 사용하도록 한다. 이 기술은 최소혼잡채널탐색(LCCS: least congested channel search)로 불리어진다. 그러나, 상기 LCCS는 가정이 제한적이기 때문에 실제 무선 통신망에서는 성능이 떨어진다.
또 다른 방법으로서 P. Mahonen, J. Riihijarvi, and M. Petrova,가 제안하는 "Automatic channel allocation for small wireless local area networks using graph colouring algorithm approach." Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, vol. 1, pp. 536-539, 2004.이 제안된 바가 있다. 상기 기술에 따르면, 인접노드들의 채널 정보를 참조하여 채널을 할당한다. 구체적으로는, 포화정도에 따라서 채널이 할당 될 노드를 선택하고, 그리디 방법으로 채널을 할당한다. 여기서 포화정도는 인접노드들에 의해서 사용되는 다른 채널의 수로 정의된다. 이 방법에 따르면, 빠르고 정확하게 동작하기는 하지만, 채널이 포화되었을 때 채널을 할당하는 방법에 대하여는 어떠한 대책도 없고 따라서 채널이 할당되지 않는 노드가 발행하는 문제점이 있다. 상기 기술은 포화정도(DSATUR: degree od saturation)로 불리어진다.
상기되는 배경하에서 본 발명은 채널이 포화된 환경에서도 무선통신망이 최대한 효율적으로 동작할 수 있는 무선 통신망의 채널할당방법을 제안한다.
미국특허공개2006-0072602 "Method for least congested channel scan for wireless access point"의 전문
P. Mahonen, J. Riihijarvi, and M. Petrova,가 제안하는 "Automatic channel allocation for small wireless local area networks using graph colouring algorithm approach." Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, vol. 1, pp. 536-539, 2004.의 전문
본 발명은 상기되는 배경하에서 제안되는 것으로서, 빠르고 신속하게 동작할 수 있고, 채널이 포화된 환경에서도 효율적으로 동작할 수 있는 무선 통신망의 채널할당방법을 제안한다.
본 발명에 따른 무선 통신망의 채널할당방법에는, 노드를 중심으로 하는 상기 노드의 가드존을 획득하고, 상기 가드존이 중첩되는 혼선영역을 획득하는 것; 상기 혼선영역이 큰 노드를 선택하는 것; 선택된 노드에 적용할 수 있는 가용채널이 혼선을 일으키는 채널혼선영역을 획득하는 것; 및 상기 채널혼선영역이 작은 채널을 현재 노드의 채널로 할당하는 것이 포함된다. 본 발명에 따른 채널이 부족한 무선 통신망에 대하여 최적으로 채널을 할당할 수 있고, 이로써 무선 통신망의 스루풋을 향상시킬 수 있다.
상기 무선 통신망의 채널할당방법에 있어서, 상기 혼선영역이 큰 노드의 선택, 상기 채널혼선영역 획득, 및 채널할당은 모든 노드에 채널이 할당될 때까지 반복될 수 있다. 이 경우에는 모든 노드에 채널이 최적으로 할당될 수 있고, 이와 같이 채널이 중복해서 사용되는 경우에도 본 발명에 따르면 최대한의 스루풋을 얻을 수 있다.
상기 무선 통신망의 채널할당방법에 있어서, 상기 가드존은 상기 노드를 중심으로 하는 2차원 정보로 제공되는데, 이는 노드의 무선 통신망을 최적으로 제어하게 된다.
상기 무선 통신망의 채널할당방법에 있어서, 상기 가용채널은, 무선 통신망에 활용이 가능한 모든 채널이 될 수 있는데, 이에 따르면 모든 가용채널이 최적으로 사용될 수 있게 된다.
상기 무선 통신망의 채널할당방법에 있어서, 상기 혼선영역이 큰 노드의 선택은, 현재 채널이 선택되지 않는 노드 중에서 상기 혼선영역이 가장 큰 노드를 선택할 수 있다. 이에 따르면, 혼선의 우려가 큰 노드에 우선하여 채널을 할당함으로써 최고의 스루풋 성능을 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 무선 통신망의 채널할당방법에는, 현재노드를 중심으로 하는 상기 현재노드의 가드존을 획득하고, 상기 현재노드의 가드존과 상기 현재노드와 인접하는 적어도 하나의 인접노드의 가드존이 중첩되는 혼선영역을 획득하는 것; 및 상기 혼선영역이 중첩되는 영역에 대하여, 적어도 두 개이상의 채널을 적용하여 채널혼선영역이 가장 작은 채널을 현재 노드의 채널로 할당하는 것이 포함된다. 이에 따르면, 최대한의 스루풋 성능을 얻을 수 있다.
여기서, 상기 혼선영역획득 및 상기 채널할당은, 모든 노드에 채널이 할당될 때까지 반복수행되고, 상기 현재 노드의 채널할당은, 혼선영역이 큰 것부터 수행될 수 있다. 이에 따르면, 본 발명의 고유한 효과가 극대화되고, 모든 채널을 적극적으로 활용하여 최대의 안정된 데이터 교환의 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 채널이 제한되는 환경에서, 무선 통신망의 스루풋을 향상시킬 수 있고, 노드 간의 링크가 많은 경우에도 최대한으로 혼선을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 무선 통신망의 채널할당방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2 내지 도 6은 채널이 선택되는 순차적인 과정을 임의의 무선 통신망을 예로 들어 설명하는 도면.
도 7 내지 도 9는 성능을 비교하는 그래프로서, 도 7은 스루풋을 비교한 그래프이고, 도 8은 중첩영역을 비교한 그래트이고, 도 9는 채널 수를 변경하면서 스루풋을 관찰한 그래프.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 사상은 이하의 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다양한 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
본 발명에서는 어느 한 노드를 중심으로 할 때, 상기 노드가 성공적으로 통신을 수행할 수 있는 안전영역으로 가드존(guard zone)을 정의한다. 상기 가드존은 어느 수신노드를 중심으로 하는 주변으로서 원형이고, 그 반경은 하기 수학식 1을 이용하여 정의될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, 첨자 i와 k는 송신자를 나타내고, 첨자 j와 l은 수신자를 나타낸다. X는 위치를 나타내는 것으로서, Xl-Xj의 절대값은 i노드와 j노드 간의 거리를 나타낸다. 결국, 상기 수학식 2는, 두 수신노드 간의 거리가, 각 송신노드와 수신노드 간의 거리의 합과, Δ/2를 곱한 값보다 크다면, 통신이 성공적으로 수행될 수 있는 것을 의미한다.
본 실시예에서 상기 가드존의 반경은 상기 수학식 2의 우변으로 설정될 수 있다. 이때, 상기 Δ는 가드존 인자로 정의할 수 있다. 실시예에 있어서는 노드의 위치와 Δ가 알려져 있는 것을 가정하는데, 이때 노드의 위치는 AP 또는 기지국 등의 기기를 설치할 때 알려질 수 있고, Δ는 무선 통신망이 제공되는 환경 또는 다양한 변수 조건에 따라서 변동하는 값이다.
이하의 설명에서는 본 실시예에서의 무선통신망에서는 미리 결정된 노드의 배치환경에서 채널은 포화를 넘어서 부족하기 때문에, 같은 채널이 인접노드에 할당될 수 밖에 없는 것을 가정한다. 그러나, 본 발명의 사상이 그와 같은 환경에 제한되는 것이라고 할 수는 없고, 그 쓸 수 있는 채널이 남아 있는 환경에서도 다른 채널할당방법에 대하여 보다 더 견고하게 채널을 할당할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 무선 통신망의 채널할당방법을 설명하는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 각 노드의 가드존(AG)을 획득한다(S1). 이때 가드존은 모든 노드에 대하여 획득될 때까지 반복된다. 각 노드의 가드존이 획득된 다음에는, 어느 한 쌍의 노드를 기준으로 볼 때 가드존이 중첩되는 영역인 혼선영역(AI)를 획득한다(S2). 혼선영역이 구해진 다음에는, 채널이 할당되지 않은 노드 중에서 가장 큰 혼선영역을 가지는 노드를 선택하는데(S3), 이 단계는 채널할당의 순서를 결정하기 위한 것으로서, 혼선의 우려가 가장 큰 노드에 대하여 우선적으로 채널을 할당하기 위한 것이다.
노드가 선택된 다음에는 모든 사용가능한 채널에 대한 채널혼선영역(AC)을 획득한다(S4). 여기서 하첨자 C는 채널(Channel)의 약자를 의미한다. 이 단계에서는 기존에 선택된 채널이더라도 사용채널로서 적용될 수 있다. 이로써, 어떠한 경우라도 노드에 채널이 할당되지 않는 경우는 없고, 모든 노드에 채널이 할당될 수 있다.
상기 사용가능한 채널 중에서 채널혼선영역(AC)을 최소로 하는 채널을 선택한다(S5). 이와 같은 채널혼선영역이 최소로 되는 채널을 어느 노드에 대한 채널로 선택함으로써, 가장 혼선의 우려가 작은 채널을 선택할 수 있고, 무선 통신망의 스루풋을 향상시킬 수 있게 된다.
모든 노드에 대하여 채널선택이 완료되었는지를 확인하여, 채널선택이 완료되지 않은 경우에는, 혼선영역이 큰 노드를 선택하는 단계(S3)로 이동하여, 직전에 채널 선택이 수행된 노드의 다음으로 혼선영역이 큰 노드를 선택한다. 채널선택이 완료된 경우에는 무선 통신망의 채널할당방법이 종료한다(S6).
본 실시예에 따르면, 채널이 제한되고 노드의 수가 많은 경우에, 모든 노드에 채널을 할당하면서도 노드 간의 혼선을 최소화 함으로써, 무선 통신망의 스루풋을 향상시킬 수 있고, 노드가 많은 경우에도 채널을 최적화하여 할당할 수 있게 된다. 또한, 혼선의 우려가 큰 노드에 대해서는 우선적으로 채널을 할당함으로써 무선 통신망의 전체적인 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 각 채널별로 채널혼선영역을 2차원으로 표시함으로써 혼선의 가능성을 더욱 정확하게 표시할 수 있고, 채널선택이 더 정확해지는 장점을 얻을 수 있다.
도 2 내지 도 6은 실제로 채널이 선택되는 과정을 임의의 무선 통신망을 예로 들어 설명한다.
먼저 도 2를 참조하면, 7개의 수신노드가 제공되고 각각의 대응되는 가드존(AG)이 표시되어 있다. 본 토폴로지에서는 세 개의 채널로서, A, B, 및 C가 가용할 수 있는 채널인 것으로 한다.
도 2에 도시되는 바와 같이 가드존이 설정되면, 각 노드의 혼선영역(AI)을 구한다. 도 3에서는 노드 1에 대한 혼선영역이 도시되어 있지만, 어느 하나의 노드를 중심으로 하는 혼선영역은 동일한 패턴을 획득될 수 있다. 혼선영역을 구한 결과, 도 2 내지 도 6에 제시되는 토폴로지에서는 각 노드의 혼선영역의 크기는 노드1, 노드2, 노드3, 노드4, 노드5, 노드6, 및 노드7의 순서의 올림차 순으로 되어 있다. 따라서 채널을 할당하는 순서도 이와 같은 올림차로 수행될 수 있다.
상기 노드1이 혼선영역의 크기가 가장 크므로 우선적으로 채널이 할당된다. A, B, 및 C 세 개의 채널 중에서 A를 할당하는 것으로 한다. A, B, 및 C 채널의 양호/불량이 구분될 수 있다면, 가장 좋은 채널이 우선적으로 할당되는 것으로 할 수 있고, 이는 그 뒤의 채널 선택에 있어서도 마찬가지이다. 실시예의 설명에 있어서는 알파벳 순서로 할당하는 것으로 하였다.
이상의 과정으로 하나의 노드에 대한 채널할당은 종료되었다. 그러나, 채널이 할당되지 않는 다른 노드가 있으므로 노드1을 제외하고 혼선영역이 큰 노드를 선택한다. 상기한 설명에 따르면, 노드2가 이에 해당될 수 있다. 현재 상태에서 상기 노드2는 채널 A에 대해서만 채널혼선영역(AC)이 발생하는데, 다른 표현으로는 채널 A에 대한 채널혼선영역(AC=A)가 가장 크고 B채널과 C채널에 대해서는 비어 있다. 결국 노드2에 대해서는 채널 B 또는 채널 C가 할당될 수 있다. 만약, B가 C에 비하여 좋은 채널이라면 B채널을 할당할 수 있고, 실시예에서는 알파벳순서로 채널 B를 노드2에 할당하는 것으로 한다.
동일한 과정이 노드3 및 노드4에 대해서도 반복적으로 수행될 수 있는데, 이까지의 과정은 도 4에 표시되어 있다.
상기 노드4까지 채널할당이 종료되면 채널 A, B, 및 C는 모두 소진된 상태이다. 그러나, 이때에도 채널이 할당되지 않은 노드가 있으므로 채널 미할당 노드에 대해서도 채널이 할당되어야 한다. 상기 노드5가 그와 같은 경우로서, 채널이 할당되지 않았음에도 사용되지 않은 채널이 없는 상태이다. 이와 같은 경우에는, 노드5의 채널혼선영역(AC)을 각 채널별로 획득하여 채널혼선영역(AC)이 가장 작은 채널을 선택할 수 있다. 도 5를 참조하면, 채널 C의 채널혼선영역(AC=C)이 가장 작으므로 채널 C를 노드5에 대한 채널로 선택할 수 있다. 도 6에서는 동일한 과정이 노드6 및 노드7에 대해서도 수행한 결과는 도시한다.
상기되는 실제 적용예에 따르면, 각 채널별로 채널혼선영역을 2차원인 가드존으로 표시함으로써 혼선의 가능성을 더욱 정확하게 표시할 수 있고, 채널선택이 더 정확해지는 장점을 얻을 수 있다. 이는 특히, 채널이 고갈되는 환경에서 더욱 잘 동작할 수 있다.
이와 같은 무선 통신망에서의 채널할당방법은 전체 노드를 총괄하는 어느 하나의 노드 및 별도의 관제시스템에서 수행할 수도 있고, 노드가 전혀 가변되지 않는 경우에는 무선 통신망의 설치 시에 수행될 수도 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 무선 통신망의 채널할당방법과 최소혼잡채널탐색(LCCS: least congested channel search)기법과, 포화정도(DSATUR: degree od saturation)기법을 서로 비교하여 본 발명의 이로운 점을 구체적으로 설명한다.
먼저, 실험조건은 이하와 같다.
100×100크기의 정방형 영역에서 노드가 움직이지 않고 랜덤하게 균분배치되고, 송신자와 수신자도 렌덤하게 배치되고, 채널의 수는 IEEE 802.11g.b에 제시되는 3개로 하고, 가드존 인자는 Δ는 1로 하고 데이터 전송링크는 1Mb/s로 하였다. 또한, 포화정도기법에서는 남는 채널이 없는 조건을 상정하고서, 본 발명과 최소혼잡채널탐색(LCCS)기법 및 포화정도(DSATUR)기법을 비교하였다.
도 7은 세 가지 경우에 있어서 스루풋을 비교한 그래프이다. 도 7을 참조하면, 노드 간의 링크의 수를 10에서 100으로 늘려갈 때, 실시예의 경우에 스루풋 특성이 가장 좋은 것을 알 수 있었다.
도 8은 세 가지 경우에 있어서 중첩영역을 비교한 그래트이다. 도 8을 참조하면, 노드 간의 링크의 수를 10에서 100으로 늘려갈 때, 전체 영역에서 대비하여 중첩이 발생하지 않는 영역을 나타낸다. 실시예의 경우에는 중첩영역, 즉 가드존의 중첩을 최소화시키고자 하기 때문에 중첩영역이 최소화되는 것을 알 수 있다.
이와 달리 다른 비교기법에 따르면 이를 고려하지 않기 때문에 가드존이 중첩되면 혼선이 발생함에도 불구하고 이들이 중첩됨으로써 많은 혼선이 발생할 것임을 예상할 수 있다.
도 9는 세 가지 경우에 있어서 채널 수를 3개에서 10개로 변경하면서 스루풋을 관찰한 그래프이다. 도 9에 있어서 노드 간 링크의 수는 50개로 하였다.
도 9를 참조하면, 실시예의 경우에 가장 큰 스루풋을 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명에 따르면, 채널이 제한되는 환경에서 모든 채널에 대하여 채널을 할당하고도 무선 통신망의 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한 채널상태 및 노드배치를 고려한 최적의 채널이 할당될 수 있다. 또한, 노드 간의 링크가 많은 경우에도 최대한으로 혼선을 줄일 수 있다.

Claims (8)

  1. 노드를 중심으로 하는 상기 노드의 가드존을 획득하고, 상기 가드존이 중첩되는 혼선영역을 획득하는 것;
    상기 혼선영역이 큰 노드를 선택하는 것;
    선택된 노드에 적용할 수 있는 가용채널이 혼선을 일으키는 채널혼선영역을 획득하는 것; 및
    상기 채널혼선영역이 작은 채널을 현재 노드의 채널로 할당하는 것이 포함되는 무선 통신망의 채널할당방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼선영역이 큰 노드의 선택, 상기 채널혼선영역 획득, 및 채널할당은 모든 노드에 채널이 할당될 때까지 반복되는 무선 통신망의 채널할당방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가드존은 상기 노드를 중심으로 하는 2차원 정보인 무선 통신망의 채널할당방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가용채널은, 무선 통신망에 활용이 가능한 모든 채널인 무선 통신망의 채널할당방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼선영역이 큰 노드의 선택은, 현재 채널이 선택되지 않는 노드 중에서 상기 혼선영역이 가장 큰 노드를 선택하는 것인 무선 통신망의 채널할당방법.
  6. 현재노드를 중심으로 하는 상기 현재노드의 가드존을 획득하고, 상기 현재노드의 가드존과 상기 현재노드와 인접하는 적어도 하나의 인접노드의 가드존이 중첩되는 혼선영역을 획득하는 것; 및
    상기 혼선영역이 중첩되는 영역에 대하여, 적어도 두 개이상의 채널을 적용하여 채널혼선영역이 가장 작은 채널을 현재 노드의 채널로 할당하는 것이 포함되는 무선 통신망의 채널할당방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 혼선영역획득 및 상기 채널할당은, 모든 노드에 채널이 할당될 때까지 반복수행되는 무선 통신망의 채널할당방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 현재 노드의 채널할당은, 혼선영역이 큰 것부터 수행되는 무선 통신망의 채널할당방법.
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