KR20150081557A - 인지 무선 네트워크에서의 협력 보안 및 차순위 사용자의 용량 증대를 위한 동작 방법 - Google Patents

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KR20150081557A KR1020140001186A KR20140001186A KR20150081557A KR 20150081557 A KR20150081557 A KR 20150081557A KR 1020140001186 A KR1020140001186 A KR 1020140001186A KR 20140001186 A KR20140001186 A KR 20140001186A KR 20150081557 A KR20150081557 A KR 20150081557A
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Abstract

본 발명의 실시예는 인지 무선 네트워크에서의 차순위 사용자 단말의 동작 방법에 관한 것이다. 인지 무선 네트워크에서의 동작 방법에 있어서, 스펙트럼 시간 대여 방식에서의 선순위 사용자 통신 단말의 보안 용량을 계산하는 단계; 스펙트럼 공간 대여 방식에서의 상기 선순위 사용자 통신 단말의 보안 용량을 계산하는 단계; 상기 스펙트럼 공간 대여 방식에서의 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률을 계산하는 단계; 상기 스펙트럼 시간 대여 방식에서 상기 선순위 사용자 통신 단말의 통신 중 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률을 계산하는 단계; 상기 스펙트럼 시간 대여 방식에서 상기 선순위 사용자 통신 단말의 통신 종료 후 상기 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률을 계산하는 단계; 및 상기 스펙트럼 시간 대여 방식에서의 상기 선순위 사용자 통신 단말의 보안 용량, 스펙트럼 공간 대여 방식에서의 상기 선순위 사용자 통신 단말의 보안 용량, 상기 스펙트럼 공간 대여 방식에서의 상기 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률, 상기 스펙트럼 시간 대여 방식에서 상기 선순위 사용자 통신 단말의 통신 중 상기 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률, 및 상기 스펙트럼 시간 대여 방식에서 상기 선순위 사용자 통신 단말의 통신 종료 후 상기 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률에 기초하여 상기 스펙트럼 시간 대여 방식 및 상기 스펙트럼 공간 대여 방식 중 하나를 선택하는 단계를 포함하는 인지 무선 네트워크에서의 동작 방법이 제공될 수 있다.

Description

인지 무선 네트워크에서의 협력 보안 및 차순위 사용자의 용량 증대를 위한 동작 방법{THROUGHPUT ENHANCEMENT METHOD OF SECONDARY TRANSMITTER WITH TARGET PHYSICAL LAYER SECURITY RATE IN COGNITIVE RADIO NETWORK}
본 발명의 실시예는 인지 무선 네트워크에서의 차순위 사용자 단말의 동작 방법에 관한 것이다.
도 1과 같이 도청기(130)가 존재하는 무선 통신 환경에서 송신기(110)는 도청에 취약한 특성을 보인다. 이에 보안을 강화하기 위하여 통신 상위 계층에서 암호화 등의 기법이 연구되었다. 그러나 기술의 발전과 함께 똑똑한 도청기가 나타남에 따라 시간을 소비하여 도청기가 암호를 해독할 수 있게 되어 사용자 정보의 유출 위험성이 더욱 높아졌다. 통신 상위 계층이 아닌 물리 계층에서의 보안 기술을 통하여 이러한 문제점을 해결 할 수 있으며, 이에 관련 분야의 활발한 연구가 진행되고 있다.
도 1은 물리 계층의 보안 기술을 보안 용량이라는 개념에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
송신기(110)와 수신기(120) 사이의 채널을 h1, 송신기(110)와 도청기(130) 사이의 채널을 h2, 송신 파워가 Pt 라면, 보안 용량을 수학식 1과 같이 정의 할 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
와
Figure pat00003
는 신호가 채널 h1과 h2를 통과하여 수신기(120)와 도청기(130)에서 수신 과정 중에 발생하는 잡음의 분산을 의미한다. 보안 용량은 수학식 1에서 볼 수 있듯이 개념적으로 송신기(110)와 수신기(120) 간의 채널 용량과 송신기(110)와 도청기(130) 간의 채널 용량의 차로 정의 된다. 채널 h1, h2의 값에 송신기(110)와 도청기(130) 간의 채널 용량이 더 클 수도 있는데 이런 경우 보안 용량은 0이 될 수 있다. 이는, 송신기(110)는 도청기(130)를 피해 안전하게 데이터 송신을 할 수 없다는 의미이다.
이에, 보안 용량이 (+) 값이 되도록 하는데, 이때 빔포밍 기술을 이용하여 해결할 수 있다.
도 2는 협력 노드(140)가 빔포밍 벡터 w를 이용하여 송신기의 보안 용량을 증대 시키는 방법에 대해 설명하기 위한 도면이다. 이때 보안 용량의 식은 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00004
빔포밍 벡터
Figure pat00005
,
Figure pat00006
를 최대화할 수 있도록 디자인한다면 더 많은 보안 용량을 확보할 수 있다.
나아가 최근 주파수 자원 부족 문제를 해결하기 위하여 인지 무선 통신 기술이 각광 받고 있다. 선순위 사용자(Primary User) 통신 단말은 특정 대역에 대한 우선권을 가지고 있는 사용자 단말이며, 차순위 사용자(Secondary User) 통신 단말의 경우 확보한 주파수 대역이 없어 통신을 하고 싶어도 하지 못하는 사용자 단말이다.
보다 효율적인 주파수 사용을 위하여 선순위 사용자 통신 단말과 차순위 사용자 통신 단말이 함께 특정 대역에 공존할 수 있도록 언더레이 또는 오버레이 기법 등의 연구가 활발하게 진행 되고 있다. 본 발명에서는 인지 무선 통신 개념을 물리 계층 보안 기술에 적용한다.
본 발명의 실시예는 인지 무선 통신 환경의 차순위 사용자 통신 단말이 협력 노드로 동작하여, 일정량의 선순위 사용자 통신 단말의 보안 용량을 확보함과 동시에 차순위 사용자 통신 단말의 채널 용량을 확보하는 두 가지 동작 기술(스펙트럼 공간 대여(Spectrum-spatial leasing, SSL)와 스펙트럼 시간 대여(Spectrum-time leasing, STL))을 고려하였으며, 더 나아가 두 동작 기술을 사용하는 동작 선택 알고리즘(Mode selection)을 제안하고자 한다.
인지 무선 네트워크에서의 동작 방법에 있어서, 스펙트럼 시간 대여 방식(STL: Spectrum-Time Leasing)에서의 선순위 사용자 통신 단말의 보안 용량을 계산하는 단계; 스펙트럼 공간 대여 방식(SSL: Spectrum-Space Leasing)에서의 상기 선순위 사용자 통신 단말의 보안 용량을 계산하는 단계; 상기 스펙트럼 공간 대여 방식(SSL: Spectrum-Space Leasing)에서의 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률을 계산하는 단계; 상기 스펙트럼 시간 대여 방식(STL: Spectrum-Time Leasing)에서 상기 선순위 사용자 통신 단말의 통신 중 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률을 계산하는 단계; 상기 스펙트럼 시간 대여 방식(STL: Spectrum-Time Leasing)에서 상기 선순위 사용자 통신 단말의 통신 종료 후 상기 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률을 계산하는 단계; 및 상기 스펙트럼 시간 대여 방식에서의 상기 선순위 사용자 통신 단말의 보안 용량, 스펙트럼 공간 대여 방식에서의 상기 선순위 사용자 통신 단말의 보안 용량, 상기 스펙트럼 공간 대여 방식에서의 상기 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률, 상기 스펙트럼 시간 대여 방식에서 상기 선순위 사용자 통신 단말의 통신 중 상기 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률, 및 상기 스펙트럼 시간 대여 방식에서 상기 선순위 사용자 통신 단말의 통신 종료 후 상기 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률에 기초하여 상기 스펙트럼 시간 대여 방식 및 상기 스펙트럼 공간 대여 방식 중 하나를 선택하는 단계를 포함하는 인지 무선 네트워크에서의 동작 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예를 통해 인지 무선 통신 환경의 차순위 사용자 통신 단말이 협력 노드로 동작함으로써, 일정량의 선순위 사용자 통신 단말의 보안 용량을 확보함과 동시에 차순위 사용자 통신 단말의 채널 용량을 확보하는 두 가지 동작 기술(스펙트럼 공간 대여(Spectrum-spatial leasing, SSL)와 스펙트럼 시간 대여(Spectrum-time leasing, STL))을 고려할 수 있으며, 더 나아가 두 동작 기술을 사용하는 동작 선택 알고리즘을 제안할 수 있다.
도 1은 도청자가 존재하는 기존의 인지 무선 시스템 구성도이다.
도 2는 도청자가 존재하는 기존의 인지 무선 시스템에 협력 노드가 존재하는 구성을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 있어서, 도청자가 존재하는 기존의 인지 무선 시스템에서 스펙트럼 공간 대여 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 도청자가 존재하는 기존의 인지 무선 시스템에서 스펙트럼 시간 대여 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 동작 선택 알고리즘의 개념적인 설명을 돕기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 차순위 사용자 통신 단말의 파워에 따른 두 방식의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 선순위 사용자 통신 단말의 파워에 따른 두 방식의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 인지 무선 네트워크에서의 동작 방법에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하도록 한다.
본 발명의 구체적인 설명에 앞서 몇 가지 가정을 설명한다. 차순위 사용자 통신 단말은 다중 안테나를 가지며 그 외의 경우(선순위 사용자 통신 단말, 수신기, 도청기, 차순위 사용자 수신기)는 단일 안테나를 가진다. 차순위 사용자 통신 단말이 다중 안테나를 가지는 것은 빔포밍 기법을 사용하기 위함이다.
또한, 차순위 사용자 통신 단말은 도청기의 채널을 제외한 모든 채널에 대한 정보를 가지고 있다. 모든 잡음(Noise)는 평균이 0, 분산이 1인 가우시안 잡음으로 가정한다. 선순위 사용자 통신 단말은 협력 노드, 차순위 사용자 통신 단말의 도움으로 목표 용량(Target physical layer security rate)
Figure pat00007
[bits]을 얻으면 통신을 중단할 수 있다. 아래의 수학식 3은 기존 시스템의 경우에 대한 목표 용량을 나타낸다.
Figure pat00008
여기서,
Figure pat00009
는 사용자 통신 단말이 얻을 수 있는 보안 용량이며,
Figure pat00010
는 목표 용량을 얻기 위해 걸리는 시간이다. 따라서, 수학식 3의 경우엔
Figure pat00011
이후에 목표 용량에 도달할 수 있다.
차순위 사용자 통신 단말의 두 가지 동작 모드인 스펙트럼 공간 대여 방식(SSL) 및 스펙트럼 시간 대여 방식(STL)은 선순위 사용자 통신 단말의 목표 용량 확보와 차순위 사용자 통신 단말의 채널 용량 확보에 초점이 맞춰진 동작 기술이다.
스펙트럼 공간 대여 방식은 두 개를 동시에 고려하여 선순위 사용자 통신 단말의 목표 용량을 얻으며 이와 달리 스펙트럼 시간 대여 방식은 선순위 사용자 통신 단말과 차순위 사용자 통신 단말을 서로 다른 시간에 동작 하도록 고려한다. 우선 순위로 차순위 사용자가 협력 노드로 동작하여 선순위 사용자의 목표 용량을 만족 시켜준 후, 선순위 사용자가 통신을 종료한 이후 차순위 사용자 통신 단말과 수신기의 통신이 이루어 진다.
도 3은 본 발명의 실시예에 있어서, 도청자가 존재하는 기존의 인지 무선 시스템에서 스펙트럼 공간 대여 방식을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명에서 설명하는 통신 환경은 선순위 사용자 통신 단말(310)과 선순위 사용자 수신기(330)의 통신이 우선 순위에 있으며, 차순위 사용자 통신 단말(320)과 차순위 사용자 수신기(350)가 있으며, 도청기(330)를 포함하는 구성을 가진다.
차순위 사용자 통신 단말(320)은 빔포밍 벡터를 사용하여 협력 노드의 역할을 수행할 수 있는데, 이때 사용될 수 있는 빔포밍 벡터 WSSL를 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00012
차순위 사용자 통신 단말(320)은 두 개의 빔포밍 벡터 WZF, WMRT로 구성될 수 있는데, WZF 는 차순위 사용자 통신 단말(320)에서 선순위 사용자 수신기(330)로의 방향 벡터인 hsp에 직교하는 벡터이며, 는 차순위 사용자 통신 단말(320)에서 차순위 사용자 수신기(350)로의 방향 벡터인 hss와 방향이 일치하는 벡터이다. λ는 가중치 성분으로, 두 벡터 WZF와 WMRT 중 어느 벡터에 더 가중치를 둘 것인지 조절하기 위한 성분으로 0내지 1의 범위를 가질 수 있다.
예컨대, λ=1일 경우, WZF의 빔포밍 벡터만으로 구성하여 선순위 사용자 통신 단말(310)을 돕는 협력 노드로써의 역할로만 동작한다는 의미이다. λ는 수학식 5와 같은 조건을 가지고 적절한 값이 도출될 수 있다.
Figure pat00013
Figure pat00014
는 선순위 사용자 통신 단말의 보안 용량
Figure pat00015
및 차순위 사용자 통신 단말의 보안 용량
Figure pat00016
을 조절하는 가중치 성분이고, 모든 경우의 수를 고려하여 수학식 5를 만족하는 λ와
Figure pat00017
의 조합을 찾아낼 수 있다.
Figure pat00018
는 협력 노드로 인하여 보안 용량 증가 효과를 보장하기 위한 성분이다. 채널 상태가 아주 나쁜 경우에는 협력 노드의 역할이 무의미해질 수 있기 때문에 이를 방지하기 위해
Figure pat00019
의 범위에 수학식 5와 같은 제약을 둘 수 있다. 이때, 스펙트럼 공간 대여 방식을 통해 얻을 수 있는 보안 용량
Figure pat00020
[bits/s]과 이를 이용하여 목표 용량을 달성하는데 걸리는 시간 TSSL은 수학식 6에서 확인할 수 있다.
Figure pat00021
Figure pat00022
은 수학식 3의
Figure pat00023
에 비해 큰 값을 가지므로 협력 노드를 통해 더 빠르게 선순위 사용자 통신 단말(310)의 목표 용량을 얻을 수 있다. 이때 차순위 사용자 통신 단말(320)의 데이터 전송률(Achievable rate[bits/s])을 계산해보면 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00024
차순위 사용자 통신 단말(320)이 보내는 송신 신호가 차순위 사용자 수신기(340)에도 도달하기 때문에 일정량의 데이터 전송률을 확보할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 도청자가 존재하는 기존의 인지 무선 시스템에서 스펙트럼 시간 대여 방식을 설명하기 위한 도면이다. 스펙트럼 시간 대여 방식은 크게 두 가지 단계로 구성될 수 있다.
도 4의 (a)에 의하면, 첫 번째는 스펙트럼 대여 시간 동안 차순위 사용자 통신 단말(320)은 선순위 사용자 통신 단말(310)이 목표 용량에 도달하도록 돕는 것이다. 첫 번째 단계에서는 차순위 사용자 통신 단말(320)이 협력 노드로써의 역할만을 수행하기 때문에 더 큰 보안 용량을 확보할 수 있다.
도 4의 (b)를 참조하면, 두 번째로는 선순위 사용자 통신 단말(310)의 목표 용량이 달성된 이후 남은 시간 동안 선순위 사용자 통신 단말(310)은 통신을 종료하고 차순위 사용자 통신 단말(320)만 통신이 이루어지는 것이다.
첫 번째 단계를 수행하기 위한 빔포밍 벡터
Figure pat00025
와 보안 용량
Figure pat00026
은 수학식 8에 표현할 수 있다.
Figure pat00027
빔포밍 벡터에는 hsp에 직교한 방향의 성분으로 구성되어 있기 때문에, 보다 큰 보안 용량을 확보할 수 있으며, 이에 목표 용량에 더욱 빨리 도달할 수 있다.
Figure pat00028
은 이때 획득할 수 있는 데이터 전송률을 의미한다.
목표 용량에 도달하기 위한 시간은 수학식 9로 정의될 수 있다.
Figure pat00029
스펙트럼 공간 대여 방식에 비해서 스펙트럼 시간 대여 방식의 첫 번째 단계에서는 차순위 사용자 통신 단말(320)이 협력 노드로써의 역할만을 수행하기 때문에 비교적 더 큰 보안 용량을 확보할 수 있고, 더 짧은 시간 내에 목표 용량에 도달할 수 있게 된다.
앞서 설명한 바와 같이, 선순위 사용자 통신 단말(310)의 목표 용량이 달성된 후, 남은 시간(TSSL-TSTL)동안에는 선순위 사용자 통신 단말(310)의 통신이 종료되고, 차순위 사용자 통신 단말(320)의 통신이 이루어질 수 있다. 이때, 차순위 사용자 통신 단말(320)이 이용하는 빔포밍 벡터
Figure pat00030
와 얻을 수 있는 데이터 전송률
Figure pat00031
은 수학식 10으로 표현할 수 있다.
Figure pat00032
빔포밍 벡터는 차순위 사용자 통신 단말(320)과 수신기(350) 간의 채널 방향 성분으로 오로지 구성되어 있다. 이는 차순위 사용자 통신 단말(320)의 데이터 용량을 최대로 가져가기 위한 것이다.
이에, 스펙트럼 대여 방식은 두 개의 단계로 나누어져 수행되며, 차순위 사용자 통신 단말(320)은 단계마다 서로 다른 빔포밍 벡터를 가지고 다른 목적으로 동작하게 된다.
이어서, 본 발명의 실시예에 있어서, 두 동작 방법을 사용하기 위한 동작 선택 방법을 제안하고자 한다. 이를 논하기 앞서, 차순위 사용자 통신 단말(320)이 얻은 데이터량(Achievable throughput)을 정의한다. 이는 선순위 사용자 통신 단말(310)이 목표 용량에 도달하기 위하여 걸리는 시간 동안에 차순위 사용자 통신 단말(320)이 얻은 데이터량을 말한다. 이는 수학식 11로 정의될 수 있다.
Figure pat00033
스펙트럼 공간 대여 방식의 경우, 차순위 사용자 통신 단말(320)의 데이터 전송률과 목표 용량에 도달하기 위해 걸리는 시간의 곱으로 데이터량
Figure pat00034
을 표현할 수 있다. 스펙트럼 시간 대여 방식의 경우는 주로 두 번째 단계에서 데이터량을 확보하나, 첫 번째 단계에서도 조금의 데이터량을 얻을 수 있다.
Figure pat00035
는 스펙트럼 시간 대여 방식의 데이터량을 의미한다.
아래에 설명하고자 하는 동작 선택 알고리즘이 필요한 이유는 두 방식의 경우 모두 차순위 사용자 통신 단말이 협력 노드로써 동작하여 선순위 사용자 통신 단말의 목표 용량을 달성시켜주었다는 공통점이 있지만 이때 얻는 차순위 사용자 통신 단말의 데이터량이 다르기 때문에, 두 방식 중 차순위 사용자 통신 단말에 더 많은 데이터량을 제공하는 방식을 선택하여 선순위 및 차순위 사용자 통신 단말 모두의 성능을 최대화하기 위한 것이다. 이에 대해 표현하는 수식으로 수학식 12를 참조할 수 있다.
Figure pat00036
이는 차순위 사용자 통신 단말이 두 방식의 제공 데이터량을 비교하여 더 큰 것을 선택하는 방법에 대한 것으로 수학식 12는 앞서 언급한 TSSL 및 TSTL에 대한 식을 대입하여 다시 정리한 것이다. 실시예에서, 두 방식의 동작은 표 1에 정리하였다.
Figure pat00037
여기서, Ps는 차순위 사용자 통신 단말의 전력을 의미한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 동작 선택 알고리즘의 개념적인 설명을 돕기 위한 도면이다. 두 가지 방식이 각 상황에 따라 어떤 성능을 보이는지 분석하며, 동작 선택 알고리즘이 어떤 방식으로 동작하는지에 대해서 설명한다.
Figure pat00038
와
Figure pat00039
에 대한 그래프는 시간과 보안 용량이 곱을 의미하며,
Figure pat00040
와
Figure pat00041
는 차순위 사용자 통신 단말이 얻는 데이터량을 의미한다. 도 5의 경우는 선순위 사용자 통신 단말의 목표 용량이 10[bit]인데, 시간이 TSSL 및 TSTL일 때, 각 방식이 목표 용량이 도달하는 것을 확인할 수 있다.
먼저, 시간이 TSSL에 도달했을 때, 스펙트럼 시간 대여 방식이 차순위 사용자 통신 단말이 얻은 데이터량이 더 많기 때문에, 동작 선택 알고리즘에 의해 차순위 사용자 통신 단말은 스펙트럼 시간 대여 방식을 사용하여 협력 노드로써의 역할과 자신의 통신을 진행할 수 있다. 그리고,
Figure pat00042
의 경우는 기울기가 급격히 변하는 구간이 두 번째 단계가 진행되는 구간이다.
차순위 사용자 통신 단말의 파워 Ps의 변화에 따른 각 방식의 동작을 본석하고, 이후 선순위 사용자 통신 단말의 파워 Pp의 변화에 따른 각 방식의 동작을 분석하도록 한다.
Ps가 작은 경우, 차순위 사용자 통신 단말이 발생시키는 신호는 큰 의미가 없으므로 협력 노드로써의 동작이 어려워진다. 수학식 6 및 수학식 8에서 차순위 사용자 통신 단말이 발생시키는 간섭 항목이 0에 가까워지므로 스펙트럼 공간 대여 방식과 스펙트럼 시간 대여 방식으로 얻을 수 있는 보안 용량이 거의 비슷해진다. 이에, 스펙트럼 시간 대여 방식에서 두 번째 단계에 할당되는 시간은 0에 가까워지고 이때의 차순위 사용자 통신 단말의 동작 방식은
Figure pat00043
및
Figure pat00044
의 크기 차이로 결정될 수 있다.
Ps가 큰 경우, 스펙트럼 공간 대여 방식의 보안 용량의 경우, 빔포밍 벡터를 구성하는 성분 중 wMRT로 인한 간섭의 영향이 커지기 때문에 보다 많은 보안 용량을 확보하기 어렵다. 이는, 수학식 6에서
Figure pat00045
와
Figure pat00046
의 크기가 상대적으로 커지기 때문이다. 결국 차순위 사용자 통신 단말의 협력 노드로써의 효용 가치가 떨어지게 된다.
반면, 스펙트럼 시간 대여 방식의 경우는 보다 많은 보안 용량을 확보할 수 있다. 실시예에서, 수학식 8에서
Figure pat00047
는 hsp에 직교하도록 디자인되기 때문에 0에 가까운 값을 가지며,
Figure pat00048
는 더 큰 값을 가지게 된다. 이는 스펙트럼 시간 대여 방식을 통해 더 큰 보안 용량을 확보할 수 있도록 하며, 차순위 사용자 통신 단말은 더 많은 데이터량을 얻을 수 있게 된다. 목표 용량에 도달하는 시간 TSTL이 더 짧아지기 때문에 두 번째 단계에서 차순위 사용자 통신 단말에 할당되는 시간이 더 커지기 때문이다.
따라서, Ps가 큰 경우는 스펙트럼 시간 대여 방식이 더 좋은 성능을 보이며, 동작 선택 알고리즘에 의해 차순위 사용자 통신 단말의 동작이 대부분 선택되어 동작할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 차순위 사용자 통신 단말의 파워에 따른 두 방식의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
Ps가 커질수록 두 방식의 성능 차이가 많이 벌어지는 것을 확인할 수 있다. Ps가 20dB 이상인 곳에서는 스펙트럼 시간 대여 방식이 압도적인 성능을 보인다. 따라서, 동작 선택 알고리즘에 의해서 스펙트럼 시간 대여 방식이 주로 선택되어 동작한다. 이와 같은 성향은 앞에서의 분석과 일치함을 확인할 수 있다.
마지막으로 선순위 사용자 통신 단말의 파워 Pp의 변화에 따른 두 방식의 성능을 분석한다. Pp가 작은 영역에서는 수학식 6과 8의 수학식에서 로그함수 안의 값의 크기가 거의 같아지기 때문에 보안 용량이 작은 값을 가지게 된다. 따라서, Ps가 작은 영역에서와 같은 분석을 따른다. Pp가 큰 영역에서는 각 방식의 보안 용량의 값이 특정 값으로 수렴하게 되는데 이는 수학식 13에 표현할 수 있다.
Figure pat00049
여기서, 스펙트럼 시간 대여 방식에서
Figure pat00050
는 앞에서의 분석과 마찬가지로 0에 가까운 값을 가질 수 있다. 따라서, 스펙트럼 시간 대여 방식의 보안 용량의 값이 더 큰 값으로 수렴하게 되며, 이에 더 많은 차순위 사용자 통신 단말의 데이터량을 확보할 수 있다.
또한, 스펙트럼 시간 대여 방식의 두 번째 단계에서는 선순위 사용자 통신 단말이 전혀 동작하지 않기 때문에 Pp와는 무관하게 차순위 사용자 통신 단말이 일정량의 데이터량을 확보할 수 있다. 결국 Pp가 큰 영역에서는 스펙트럼 시간 대여 방식이 주로 동작되게 된다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 선순위 사용자 통신 단말의 파워에 따른 두 방식의 동작을 설명하기 위한 시뮬레이션 그래프이다. Pp에 따라서 각 방식이 선택되는 확률을 보여주고 있는 도면으로 Pp가 커질수록 스펙트럼 시간 대여 방식이 선택되어 동작될 확률은 1로 수렴함을 볼 수 있다. 이는 앞에서의 분석과 시뮬레이션 결과가 일치한다.
본 발명의 실시예를 통해 인지 무선 통신 환경의 차순위 사용자 통신 단말이 협력 노드로 동작함으로써, 일정량의 선순위 사용자 통신 단말의 보안 용량을 확보함과 동시에 차순위 사용자 통신 단말의 채널 용량을 확보하는 두 가지 동작 기술(스펙트럼 공간 대여와 스펙트럼 시간 대여)을 고려할 수 있으며, 더 나아가 두 동작 기술을 사용하는 동작 선택 알고리즘을 제안할 수 있다.
실시예에 따른 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 실시예를 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. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등한 것들에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (3)

  1. 인지 무선 네트워크에서의 동작 방법에 있어서,
    스펙트럼 시간 대여 방식(STL: Spectrum-Time Leasing)에서의 선순위 사용자 통신 단말의 보안 용량을 계산하는 단계;
    스펙트럼 공간 대여 방식(SSL: Spectrum-Space Leasing)에서의 상기 선순위 사용자 통신 단말의 보안 용량을 계산하는 단계;
    상기 스펙트럼 공간 대여 방식(SSL: Spectrum-Space Leasing)에서의 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률을 계산하는 단계;
    상기 스펙트럼 시간 대여 방식(STL: Spectrum-Time Leasing)에서 상기 선순위 사용자 통신 단말의 통신 중 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률을 계산하는 단계;
    상기 스펙트럼 시간 대여 방식(STL: Spectrum-Time Leasing)에서 상기 선순위 사용자 통신 단말의 통신 종료 후 상기 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률을 계산하는 단계; 및
    상기 스펙트럼 시간 대여 방식에서의 상기 선순위 사용자 통신 단말의 보안 용량, 스펙트럼 공간 대여 방식에서의 상기 선순위 사용자 통신 단말의 보안 용량, 상기 스펙트럼 공간 대여 방식에서의 상기 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률, 상기 스펙트럼 시간 대여 방식에서 상기 선순위 사용자 통신 단말의 통신 중 상기 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률, 및 상기 스펙트럼 시간 대여 방식에서 상기 선순위 사용자 통신 단말의 통신 종료 후 상기 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률에 기초하여 상기 스펙트럼 시간 대여 방식 및 상기 스펙트럼 공간 대여 방식 중 하나를 선택하는 단계
    를 포함하는 인지 무선 네트워크에서의 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스펙트럼 공간 대여 방식에서의 상기 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률 및 상기 스펙트럼 시간 대여 방식에서 상기 선순위 사용자 통신 단말의 통신 종료 후 상기 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률의 차와 상기 스펙트럼 시간 대여 방식에서의 상기 선순위 사용자 통신 단말의 보안 용량의 곱인 제1 값을 계산하는 단계; 및
    상기 스펙트럼 시간 대여 방식에서 상기 선순위 사용자 통신 단말의 통신 중 상기 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률 및 상기 스펙트럼 시간 대여 방식에서 상기 선순위 사용자 통신 단말의 통신 종료 후 상기 차순위 사용자 통신 단말의 데이터 전송률의 차와 상기 스펙트럼 공간 대여 방식에서의 상기 선순위 사용자 통신 단말의 보안 용량의 곱인 제2 값을 계산하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 스펙트럼 시간 대여 방식 및 상기 스펙트럼 공간 대여 방식 중 하나를 선택하는 단계는,
    상기 제1 값이 상기 제2 값보다 큰 경우, 상기 스펙트럼 공간 대여 방식을 선택하는 단계
    를 포함하는 인지 무선 네트워크에서의 동작 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스펙트럼 시간 대여 방식 및 상기 스펙트럼 공간 대여 방식 중 하나를 선택하는 단계는,
    상기 제2 값이 상기 제1 값보다 크거나 같은 경우, 상기 스펙트럼 시간 대여 방식을 선택하는 단계
    를 포함하는 인지 무선 네트워크에서의 동작 방법.
KR1020140001186A 2014-01-06 2014-01-06 인지 무선 네트워크에서의 협력 보안 및 차순위 사용자의 용량 증대를 위한 동작 방법 KR20150081557A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101711332B1 (ko) * 2016-04-22 2017-03-02 연세대학교 산학협력단 멀티 티어 무선 네트워크에서 보안 에너지 효율성을 위한 데이터 전송 방법 및 장치

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