KR20160052977A - 무선 메쉬 네트워크에서의 분산 자원 할당 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

무선 메쉬 네트워크에서의 분산 자원 할당 장치는 송신 노드로부터 송신 가능 자원 영역의 정보를 포함한 데이터 전송 요청 메시지를 수신하면, 송신 가능 자원 영역 중 이웃 노드가 선점한 자원을 중복으로 사용할 경우에 상기 이웃 노드에게 끼칠 간섭의 양에 따라서 상기 이웃 노드가 선점한 자원을 수신 가능 자원으로 사용할지 결정하고, 상기 수신 가능 자원의 정보를 포함한 데이터 전송 승인 메시지를 송신한다.

Description

무선 메쉬 네트워크에서의 분산 자원 할당 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DISTRIBUTED RESOUCE ALLOCATION IN WIRELESS MESH NETWORK}

본 발명은 무선 메쉬 네트워크에서의 분산 자원 할당 장치 및 방법에 관한 것이다.

무선 메쉬 네트워크(Wireless Mesh Network)는 무선으로 작동하는 노드들이 하나의 네트워크를 이루어 유선이 구축되지 않은 지역에 다양한 서비스를 제공한다. 무선 메쉬 네트워크에서는 중앙 집중적인 방식 혹은 분산적인 방식으로 자원을 각각의 노드에게 할당하여 데이터 송수신이 이루어진다.

중앙 집중적인 방식은 특정 노드(예를 들면, 클러스터 헤드)가 무선 메쉬 네트워크에 관한 정보를 수집하여 전체 노드들에게 자원을 할당하는 방식으로, 클러스터 헤드가 메쉬 네트워크의 정보를 모두 파악해야 하며 네트워크를 구성하는 노드의 수가 많을수록 복잡하기 때문에 실제 무선 메쉬 네트워크에 적용하기 어렵다.

분산적인 방식은 각각의 노드가 송신할 자원의 위치를 수신 노드와 협력을 통해 선정하는 방식이다. 분산적인 방식에서는 간섭의 영향을 최소화 하기 위해 이웃 노드들의 자원 할당 정보를 이용하여 이웃 노드들이 사용하지 않는 자원을 할당한다.

도 1은 분산적인 자원 할당 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 노드 A가 노드 B에게 데이터를 송신하기 위한 자원을 이미 예약했을 경우, 노드 C가 노드 D에게 데이터를 송신하기 위해서는 할당 가능 자원에서 노드 A와 노드 B가 데이터를 송신하기 위해 예약한 자원을 제외한 자원을 할당하여 간섭을 회피한다. 즉 무선 메쉬 네트워크에서는 근접하는 이웃 노드들에게 미칠 간섭의 영향을 고려하여 무선 자원을 다수의 노드들에게 중복으로 할당할 수 없다.

이러한 자원 할당 방식은 간섭으로 인한 성능 열화를 극복 할 수 있지만, 주파수 자원을 효율적으로 사용 할 수 없다. 만약 방향성 안테나를 무선 메쉬 네트워크 시스템에 적용하여 송신 노드가 수신 노드를 향하여 빔 포밍하여 데이터를 전송한다면 방향성 안테나의 메인 빔 방향에 위치하지 않는 주변 이웃 노드들에게 일으키는 간섭의 영향이 적어지므로 동일한 자원을 이용하여 이웃 노드들이 데이터를 송수신 할 기회가 높아진다. 즉, 빔 포밍을 적용하는 무선 메쉬 네트워크 환경에서 도 1과 같이 노드 A와 노드 B가 데이터를 송수신하는 자원을 노드 C와 노드 D가 데이터를 송 수신하기 위해 중복으로 사용 할 수 있다.

따라서 자원을 중복으로 사용할 경우 야기되는 간섭의 양에 따라 네트워크의 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 자원 할당 방법이 요구 된다.

본 발명이 해결하려는 과제는 다수의 노드들이 자원을 중복으로 사용할 경우에 야기되는 간섭의 양에 따라 무선 메쉬 네트워크의 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 무선 메쉬 네트워크에서의 분산 자원 할당 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시 예에 따르면, 무선 메쉬 네트워크의 송수신 노드가 분산적으로 자원을 할당하는 방법이 제공된다. 분산 자원 할당 방법은 송신 노드로부터 송신 가능 자원 영역의 정보를 포함한 데이터 전송 요청 메시지를 수신하는 단계, 송신 가능 자원 영역 중 이웃 노드가 선점한 자원을 중복으로 사용할 경우에 상기 이웃 노드에게 끼칠 간섭의 양을 계산하는 단계, 상기 간섭의 양에 따라서 상기 이웃 노드가 선점한 자원을 수신 가능 자원으로 사용할지 결정하는 단계, 그리고 상기 수신 가능 자원의 정보를 포함한 데이터 전송 승인 메시지를 송신하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 무선 메쉬 네트워크에서 간섭의 양에 따라 무선 채널 자원을 다수의 노드들이 선점하여 동시에 데이터를 송수신함으로써 자원을 효율적으로 사용 할 수 있으며, 무선 메쉬 네트워크의 전체적인 데이터 처리량(throughput)을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 분산적인 자원 할당 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예가 적용되는 무선 메쉬 네트워크의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 일반적인 3-방향 핸드쉐이킹을 통한 분산 자원 할당 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 노드가 데이터 전송 확인 메시지를 처리하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 노드가 데이터 전송 승인 메시지를 처리하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 요청 노드가 데이터 전송 요청 메시지를 전송하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 노드가 데이터 전송 요청 메시지를 처리하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 승인 노드가 수신 가능 자원 영역을 결정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 송수신 노드의 데이터 송수신 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10 내지 도 14는 각각 도 2에 도시된 노드들의 자원 맵의 일 예를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 분산 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 메쉬 네트워크에서의 분산 자원 할당 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예가 적용되는 무선 메쉬 네트워크의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 2를 참고하면, 복수의 노드로 이루어진 무선 메쉬 네트워크를 예를 들면, A 노드, B 노드, C 노드, D 노드, E 노드 및 F 노드를 포함한다.

A 노드, B 노드, C 노드, D 노드, E 노드 및 F 노드는 데이터 전송 및 다중 홉 전송을 위한 중계 기능을 가진다. 또한 A 노드, B 노드, C 노드, D 노드, E 노드 및 F 노드는 이동이 가능하다. 따라서 A 노드, B 노드, C 노드, D 노드, E 노드 및 F 노드에 의해 다양한 형태의 무선 메쉬 네트워크가 구성될 수 있다.

무선 메쉬 네트워크에서, 1 홉 이웃 노드는 제어 메시지 및 데이터를 직접적으로 송수신이 가능하다. 2 홉 이웃 노드는 자신 노드의 1홉 이웃 노드가 아니면서 1홉 이웃 노드의 1홉 이웃 노드를 뜻한다. 1홉 이웃 노드들은 수신된 프리앰블(preamble), 미드앰블(midamble) 또는 설정된 기준 신호로부터 1홉 이웃 노드들간의 무선 채널 정보, 수신 신호 세기 등과 같은 정보를 주기적 혹은 비주기적으로 갱신한다.

예를 들어, A 노드를 기준으로 A 노드의 1홉 이웃 노드는 제어 메시지 및 데이터가 송수신이 가능한 B, C, D 노드이고, A 노드의 2홉 이웃 노드는 1홉 이웃 노드인 B, D 노드의 1홉 이웃 노드인 E 노드와 F 노드이다.

OFDMA 기반의 IEEE 802.16 메쉬 규격에서의 분산 자원 할당 방식은 3-방향 핸드쉐이킹(three-way handshaking) 절차를 통해 이루어진다.

도 3은 일반적인 3-방향 핸드쉐이킹을 통한 분산 자원 할당 방법을 나타낸 도면이다.

도 3을 참고하면, A 노드가 1홉 이웃 노드 중 B 노드에게 데이터를 전송할 경우, A 노드[이하, 요청(request) 노드]는 1홉 이웃 노드인 B, C, D 노드에게 데이터 전송 요청 메시지를 방송한다(S310). 데이터 전송 요청 메시지는 데이터 송신 가능한 자원의 위치, 송신 데이터의 양, 메시지를 수신할 노드 즉, B 노드의 정보 등이 포함된다.

데이터를 수신할 B 노드[이하, 승인(grant) 노드]는 전송 요청 메시지에 포함되어 있는 송신 가능한 자원 영역 중 수신 가능한 자원의 영역을 선택한 후 데이터 전송 승인 메시지를 방송한다(S320). 이때 승인 노드는 송신 가능한 자원 영역 중에서 다른 노드들로부터 전송되는 간섭의 영향을 줄이기 위해 이웃 노드들이 사용하는 자원을 회피하여 수신 가능한 자원을 결정할 수 있다. 데이터 전송 승인 메시지에는 요청 노드와 승인 노드의 환경을 반영한 빔포밍 정보 및 요청 노드의 정보, MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨, 메시지를 수신할 노드 등과 같은 정보들이 포함되어 있다. 빔포밍 정보는 예를 들면, 프리코딩 행렬(precoding matrix) 또는 코드북 인덱스(Codebook index)를 포함할 수 있다.

데이터 전송 승인 메시지를 수신한 요청 노드는 승인 노드가 할당한 자원을 확인한 후 데이터 전송 확인 메시지를 방송함으로써(S330), 자원 할당을 위한 절차를 마무리 한다. 데이터 전송 확인 메시지는 데이터를 전송하기 위해 할당한 자원 영역이 포함되어 있다.

요청 노드 및 승인 노드가 전송하는 데이터 전송 요청 메시지, 데이터 전송 승인 메시지 및 데이터 전송 확인 메시지는 무선 메쉬 네트워크에 방송되는 메시지로써, 요청 및 승인 노드의 1홉 이웃 노드는 데이터 전송 승인 메시지 및 데이터 전송 확인 메시지를 통해 요청 노드및 승인 노드가 사용하는 자원 영역 및 빔포밍 정보를 저장하여 자원 할당 시 활용 할 수 있다.

예를 들어, D 노드가 F 노드에게 데이터를 전송하기 위해 자원을 선정할 때, A 노드와 B 노드가 송수신 예정으로 할당된 자원을 중복으로 사용하면 D 노드는 데이터를 수신하는 B 노드에게 간섭을 일으키거나 F 노드가 데이터를 수신할 때 A 노드로부터 간섭의 영향을 받을 수 있다. 이런 간섭을 회피하기 위해 D 노드와 F 노드는 A 노드와 B 노드가 방송한 데이터 전송 승인 및 확인 메시지를 통해 A 노드와 B 노드가 사용하는 자원을 회피하여 자원을 할당한다.

하지만 무선 메쉬 네트워크 시스템에 방향성 안테나를 적용하게 되면 송신 노드의 빔 방향이 수신 노드의 방향으로 향하게 함으로써 다른 주변 이웃 노드들에게 끼치는 간섭의 양을 줄일 수 있으며, 이를 통해서 주변 이웃 노드들이 중복된 자원을 사용할 수 있는 가능성이 높아진다. 따라서 이웃 노드들의 간섭의 양을 고려하여 자원을 중복으로 할당하는 분산 자원 할당 방법이 필요하다.

본 발명의 실시 예에 따른 분산 자원 할당 방법에 대해서 도 4 내지 도 15를 참고로 자세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 노드가 데이터 전송 확인 메시지를 처리하는 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 4를 참고하면, 어느 하나의 노드가 이웃 노드들로부터 데이터 전송 확인 메시지를 수신할 경우(S410), 데이터 전송 확인 메시지에 설정된 수신 노드 식별자가 자신 노드의 식별자인지 확인한다(S420).

노드는 수신 노드의 식별자와 자신 노드의 식별자가 일치하지 않을 경우, 데이터 전송 확인 메시지에 포함된 정보를 저장한다(S430). 데이터 전송 확인 메시지에는 이웃 노드의 송신 자원의 위치, 빔 포밍 정보, 허용 가능 간섭의 양, 수신 노드의 정보가 포함될 수 있다. 허용 가능 간섭의 양은 선점한 자원을 이웃 노드들이 중복으로 사용 할 경우에 성능의 열화에 영향을 끼치지 않는 간섭의 양을 의미하며, 수신 가능 자원을 결정하는, 즉 데이터 전송 승인 메시지를 송신하는 승인 노드에 의해 계산된다.

이와 같이, 노드는 이웃 노드들이 방송하는 메시지를 통하여 이웃 노드들의 송수신 자원 정보를 저장하고, 저장된 이웃 노드들의 송수신 자원 정보를 자신 노드가 데이터를 송수신하기 위해 자원의 위치를 결정할 때 사용한다.

한편, 노드는 수신 노드의 식별자와 자신 노드의 식별자가 일치하는 경우, 할당된 자원 위치에서 데이터를 수신한다(S440).

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 노드가 데이터 전송 승인 메시지를 처리하는 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 5를 참고하면, 노드가 이웃 노드들로부터 데이터 전송 승인 메시지를 수신할 경우(S510), 데이터 전송 승인 메시지에 설정된 수신 노드의 식별자가 자신 노드의 식별자인지 확인한다(S520). 데이터 전송 승인 메시지에 설정된 수신 노드의 식별자는 데이터 전송 요청 메시지를 전송한 요청 노드의 식별자이다.

노드는 수신 노드의 식별자와 자신 노드의 식별자가 일치하지 않을 경우, 데이터 전송 승인 메시지에 포함된 정보를 저장한다(S530). 데이터 전송 승인 메시지에는 이웃 노드의 수신 자원의 위치, 빔 포밍 정보, 허용 가능 간섭 양 및 수신 노드 즉, 요청 노드의 정보를 포함할 수 있다.

노드는 수신 노드의 식별자와 자신 노드의 식별자가 일치하는 경우, 데이터 전송 확인 메시지를 전송한다(S540).

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 요청 노드가 데이터 전송 요청 메시지를 전송하는 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 6을 참고하면, 송신할 데이터가 존재하는 요청 노드는 송신 가능 자원 영역을 결정하고(S610), 송신 가능 자원 영역의 정보를 포함한 데이터 전송 요청 메시지를 방송한다(S620).

요청 노드는 이웃 노드들이 전송한 데이터 전송 확인 메시지 및 데이터 전송 승인 메시지를 통해서 이웃 노드들의 송수신 자원 정보를 저장하고, 저장된 이웃 노드들의 송수신 자원 정보를 이용하여 송신 가능 자원 영역을 결정한다. 송신 가능 자원 영역은 이웃 노드들이 사용하지 않는 자원뿐만이 아니라, 이웃 노드들이 예약한 송수신 자원을 포함할 수 있다.

송신 가능 자원 영역에 이웃 노드들의 송수신 가능 자원이 포함되는 경우, 요청 노드는 이 자원을 예약한 이웃 수신 노드와 요청 노드와의 무선 채널 정보를 데이터 전송 요청 메시지에 포함시킨다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 노드가 데이터 전송 요청 메시지를 처리하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 7을 참고하면, 노드가 요청 노드에 의해 전송된 데이터 전송 요청 메시지를 수신하면(S710), 수신된 데이터 전송 요청 메시지에 포함된 수신 노드의 식별자가 자신 노드의 식별자와 일치하는지 확인한다(S720).

수신 노드의 식별자가 자신 노드의 식별자와 일치하는 경우, 해당 노드는 승인 노드가 되며, 승인 노드는 요청 노드가 전송한 데이터 전송 요청 메시지에 포함된 송신 가능 자원 영역에서 이웃 노드들이 예약한 자원을 이용하여 데이터를 송수신할 경우에 먼저 자원을 선점한 이웃 노드들에게 끼지는 간섭의 양을 계산하고, 계산한 간섭의 양을 토대로 송신 가능 자원 영역에서 수신 가능 자원 영역을 결정한다(S730).

승인 노드는 결정한 수신 가능 자원 영역의 위치를 포함한 데이터 전송 승인 메시지를 전송한다(S740).

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 승인 노드가 수신 가능 자원 영역을 결정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 8을 참고하면, 승인 노드는 요청 노드가 전송한 데이터 전송 요청 메시지에 포함된 송신 가능 자원 영역 중에서 수신 가능 자원 집합을 선정하여 수신 가능 자원 영역을 결정한다.

먼저, 승인 노드는 송신 가능 자원 영역 중에서 수신 가능한 자원인지 확인할 자원의 영역을 선택하고(S802), 선택한 영역의 자원이 이웃 노드들이 예약한 자원인지 판단한다(S804).

승인 노드는 선택한 영역의 자원이 이웃 노드들이 예약한 자원이 아닌 경우, 선택한 영역의 자원을 수신 가능 자원 집합으로 선정한다(S816).

반면, 승인 노드는 선택한 영역의 자원이 이웃 노드들이 예약한 자원일 경우, 이 자원을 이용해 데이터를 전송하는 이웃 송신 노드가 승인 노드에게 끼치는 간섭의 양을 계산한다(S806). 승인 노드는 이웃 송신 노드와의 무선 채널 정보와 이웃 송신 노드가 사용하는 빔포빙 정보를 이용하여 간섭의 양을 계산할 수 있다.

승인 노드는 이웃 송신 노드로부터 발생되는 간섭을 고려하여 요청 노드와의 빔포밍 정보와 SINR 값을 계산한다(S808).

승인 노드는 계산한 SINR과 기준 SINR 값을 비교하여 자원 중복 사용 가능 여부를 결정한다. 기준 SINR 값은 승인 노드에 의해서 결정되며 고정된 값일 수도 있고, 상황에 따라 변화 될 수도 있다.

구체적으로, 승인 노드는 계산한 SINR이 기준 SINR 값보다 작다면(S810), 해당 자원을 수신 가능 자원 집합에서 제외한다. 반면, 승인 노드는 계산한 SINR이 기준 SINR 값 이상이면(S810), 요청 노드가 해당 자원을 먼저 선점한 이웃 수신 노드에게 끼칠 간섭의 양을 계산한다(S812). 요청 노드가 이웃 수신 노드에게 끼칠 간섭의 양은 승인 노드가 결정한 빔포밍 정보와 데이터 전송 요청 메시지에 포함된 요청 노드와 이웃 수신 노드와의 무선 채널 정보를 이용하여 계산될 수 있다.

승인 노드는 계산한 간섭의 양을 이웃 송수신 노드가 방송한 허용 가능 간섭의 양과 비교한다(S814). 허용 가능 간섭의 양은 해당 자원을 먼저 선점한 이웃 송수신 노드가 데이터 송수신에 영향을 끼치지 않을 간섭의 양을 계산하여 데이터 전송 승인 및 확인 메시지를 통하여 방송하며, 이웃 노드들이 자원 중복 사용 여부를 결정하는 파라미터로 사용된다. 예를 들어 허용 가능 간섭의 양은 이웃 송수신 노드가 결정한 MCS 레벨이 변하지 않게 하는 간섭의 양으로 결정된다.

승인 노드는 계산된 간섭의 양이 허용 가능 간섭의 양보다 크면(S814), 해당 자원을 수신 가능 자원 집합에서 제외된다.

한편, 승인 노드는 계산된 간섭의 양이 허용 가능 간섭의 양보다 작다면(S814), 해당 자원을 수신 가능 자원 집합으로 선정한다(S816).

승인 노드는 송신 가능 자원 영역에서 수신 가능한 자원인지 확인할 자원의 영역이 있는지 확인한다(S818).

승인 노드는 송신 가능 자원 영역에서 수신 가능한 자원인지 확인할 자원의 영역이 있다면(S818), 확인할 자원의 영역을 선택하고(S802), 단계(S804~S16)를 반복한다.

승인 노드는 송신 가능 자원 영역의 모든 자원에 대해 단계를 수행하여 수신 가능 자원 집합을 선정한다.

승인 노드는 수신 가능 자원 집합을 선정하고 나면, 수신 가능 자원 집합 중 수신 가능 자원 영역의 위치를 결정한다(S820). 승인 노드는 수신 가능 자원 영역의 위치를 결정할 때 이웃 노드들과 중복 사용하는 자원을 우선시 하며, 중복 사용 가능 자원 영역이 다수 개일 경우 계산된 SINR 값이 큰 자원을 수신 가능 자원 영역으로 결정할 수 있다.

수신 가능 자원 영역을 결정한 승인 노드는 요청 노드에게 수신 가능 자원 영역의 정보와 빔포밍 정보, 허용 가능 간섭의 양, 자원을 중복으로 사용시 이웃 수신 노드에게 끼친 간섭의 양 등을 포함한 데이터 전송 승인 메시지를 방송한다.

데이터 전송 승인 메시지를 수신한 요청 노드는 데이터 전송 확인 메시지를 방송한다. 데이터 전송 확인 메시지는 이웃 노드들에게 송신 자원의 영역을 알리는 역할을 함으로 송신 자원 영역, 빔포밍 정보, 허용 가능 간섭의 양, 이웃 수신 노드에게 끼친 간섭의 양에 대한 정보가 포함된다. 이 메시지를 수신한 모드 노드들은 자원 할당에 활용하기 위해 이 정보를 저장한다.

한편, 데이터를 중복으로 사용 할 수 있는 중복 사용 노드의 수가 제한될 수 있으며, 이에 따라서 요청 노드 및 승인 노드가 중복 사용 노드의 수에 따라 송신 가능 자원 영역 또는 수신 가능 자원 영역을 결정할 수 있다. 예를 들어, 중복 사용 노드의 수가 2인 경우, 같은 영역의 자원을 2개의 노드가 중복으로 송신 또는 수신할 수 있다.

한편, 자원을 중복으로 사용하는 노드들 중 하나의 송수신 노드의 무선 채널 환경이 변하여 전력량, MCS 레벨 또는 빔 포밍 정보가 변경될 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 채널 환경이 변경될 경우의 데이터 송수신 방법을 나타낸다.

도 9를 참고하면, 만약 수신 노드가 송신 노드와의 무선 채널의 상태 변화가 탐지되어 송신 전력, MCS 레벨 혹은 빔 포밍 정보 중 적어도 하나의 변화가 필요한 경우 수신 노드와 송신 노드는 자원 할당 절차와 같이 3-방향 핸드쉐이크 절차를 수행한다.

수신 노드는 변경 요청 메시지를 방송하고 이를 확인한 송신 노드는 변경 승인 메시지를 방송한다. 변경 승인 메시지를 확인한 수신 노드는 변경 확인 메시지를 방송한다. 이때 수신 노드 또는 송신 노드에 의해 방송된 변경 요청/승인/확인 메시지를 수신한 해당 노드는 수신한 메시지가 동일한 자원을 사용하는 이웃 노드의 메시지인지 확인한다(S910, S920).

해당 노드는 동일한 자원을 사용하는 이웃 노드의 변경 관련 메시지를 수신한 경우, 해당 노드가 데이터를 송신하는 노드인지 데이터를 수신하는 노드인지 판단한다(S930).

해당 노드가 이웃 노드들과 같은 자원을 사용하여 데이터를 송신하는 노드인 경우에는 이웃 노드들의 전송 환경이 변화함에 따라 같은 자원을 사용하여 데이터를 송신할 경우에 이웃 노드에게 끼칠 간섭의 양을 변경 관련 메시지에 포함된 변경된 정보를 바탕으로 측정한다(S940).

해당 노드는 계산한 간섭의 양을 허용 가능 간섭의 양과 비교한다(S950).

해당 노드는 계산된 간섭의 양이 허용 가능 간섭의 양보다 크다고 판단되면, 데이터 송수신 중단을 요청하거나 데이터 전송과 관련된 정보를 변경하고, 정보 변경을 요청한다(S980).

반면, 해당 노드는 계산된 간섭의 양이 허용 가능 간섭의 양보다 작다고 판단되면, 계속 같은 자원을 이용하여 데이터를 송수신한다(S990).

한편, 해당 노드가 이웃 노드들과 같은 자원을 사용하여 데이터를 수신하는 노드인 경우에는 이웃 노드들의 전송 환경이 변화함에 따라 이웃 송신 노드로부터 받는 간섭의 양을 고려하여 해당 노드에게 데이터를 전송하는 송신 노드와 해당 노드와의 SINR을 측정한다(S960).

해당 노드는 계산한 SINR과 송신 노드와 설정한 MCS 레벨의 기준 SINR과 비교한다(S970). 해당 노드는 계산한 SINR이 해당 MCS 레벨의 기준 SINR 보다 작다고 판단되면, 데이터 송수신 중단을 요청하거나 데이터 전송관 관련된 정보를 변경하고, 정보 변경을 요청한다(S980).

반면 계산한 SINR이 해당 MCS 의 기준 SINR보다 크다면 동일한 자원을 사용하여 데이터를 송수신한다(S990).

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 같은 자원을 중복으로 사용하는 노드들이 서로에게 끼치는 간섭의 양이 작을 경우에는 계속 같은 자원을 사용하여 데이터를 송수신하고, 이와 달리 같은 자원을 중복으로 사용하는 노드들이 서로에게 끼치는 간섭의 양이 커질 경우에는 해당 노드들은 데이터 송수신을 중단하거나 전력량, MCS 레벨 또는 빔포밍 정보를 변경하여 간섭의 양을 조절한다.

그러면, 도 2에 도시된 노드들의 자원 맵을 통해서 분산 자원 할당 방법에 대해서 설명한다.

도 10 내지 도 14는 각각 도 2에 도시된 노드들의 자원 맵의 일 예를 나타낸다.

도 2에서 A 노드가 B 노드에게 데이터를 전송하기 위해 데이터 전송 요청 메시지를 방송한다. 이때 A 노드가 송신하는 데이터 전송 요청 메시지에는 도 10과 같이 송신 가능 자원 영역에 관한 정보를 포함한다.

데이터 전송 요청 메시지를 수신한 B 노드는 A 노드가 송신하는 기준 신호를 바탕으로 하여 MCS 레벨과 빔 포밍 정보를 결정하고 수신 가능 자원 영역을 도 11과 같이 선정한다. 또한 B 노드는 선점한 자원을 이웃 노드들이 사용 여부를 결정할 수 있또록 허용 가능 간섭의 양을 계산한다.

표 1은 MCS 레벨을 결정하는 기준 SINR 값을 나타낸다.

MCS level	Modulation	Code Rate	기준 SINR 값
0	QPSK	31/256	-4
1	QPSK	48/256	-2
2	QPSK	71/256	0
3	QPSK	101/256	2
4	QPSK	135/256	6
5	QPSK	171/256	7.5
6	16QAM	102/256	10

B 노드가 A 노드와의 SINR이 9dB로 측정되어 MCS 레벨을 5로 설정한 경우, 허용 가능 간섭의 양은 MCS 레벨 5의 기준 SINR 값과 A 노드와 B 노드간의 SINR 값의 차이인 1.5dB로 결정될 수 있다.

B 노드는 수신 가능 자원 영역, MCS 레벨, 빔 포밍 정보와 허용 가능 간섭의 양 등과 같은 파라미터를 포함한 데이터 전송 승인 메시지를 B 노드의 1홉 이웃 노드인 A, D, E 노드에게 방송한다.

데이터 전송 승인 메시지를 수신한 B 노드의 1홉 이웃 노드들 중 D 노드와 E 노드는 이웃 노드인 B 노드의 수신 자원의 위치, B 노드에게 데이터를 송신하는 A 노드의 정보, 빔 포밍 관련 정보, 허용 가능 간섭의 양과 같은 정보를 저장하여 이후 자원 할당 시에 사용한다.

데이터 전송 승인 메시지의 수신 노드인 A 노드는 B 노드가 송신한 데이터 전송 승인 메시지를 확인하고 데이터 전송 확인 메시지를 A 노드의 1홉 이웃 노드에게 방송한다. 이때 데이터 전송 확인 메시지에는 도 11과 같은 송수신 자원 영역, 빔포밍 정보, 허용 가능 간섭 양, 데이터를 수신할 수신 노드 즉, B 노드의 정보가 포함된다.

A 노드가 송신한 데이터 전송 확인 메시지를 수신한 1홉 이웃 노드인 D 노드와 C 노드는 A 노드가 송신하는 자원 영역의 정보, 빔포밍 정보, 허용 가능 간섭의 양, B 노드의 정보를 저장한다.

A 노드가 자원을 선점한 후에 D 노드가 F 노드에게 데이터를 송신해야 할 경우 D 노드는 송신 가능 자원 영역을 도 12와 같이 송신 가능 자원 영역을 포함하는 데이터 전송 요청 메시지를 방송한다. 이때 송신 가능 자원 영역 중에서 이웃 노드인 A 노드와 B 노드가 선점한 자원(Subframe 1)도 포함될 수 있다. 이때 자원(Subframe 1)을 동시에 사용하였을 경우 D 노드가 데이터를 수신하는 B 노드에게 일으키는 간섭의 양을 F 노드에서 계산할 수 있도록, D 노드는 B 노드와의 무선 채널 정보와 B 노드가 계산한 허용 가능 간섭의 양 및 사용하는 빔 포밍 정보를 데이터 전송 요청 메시지에 더 포함시킬 수 있다.

D 노드가 송신한 데이터 전송 요청 메시지를 확인한 F 노드는 수신 가능 자원 집합을 결정한다. 먼저 D 노드와 F 노드의 무선 채널 환경을 파악하여 MCS 레벨과 빔포밍 정보를 결정하는데, F 노드는 도 8에서 설명한 바와 같이 송신 가능 자원 영역에서 수신 가능 자원 집합을 결정하기 위해 선택한 자원이 이웃 노드들이 사용하는 자원일 경우 A 노드가 F 노드에게 끼칠 간섭의 양을 측정하고, 측정한 간섭의 양을 고려하여 D 노드와의 SINR을 계산한다.

본 발명의 실시 예에서는 F 노드와 A 노드는 2 홉 관계이기 때문에 A 노드가 F 노드에게 끼치는 간섭은 없다고 가정한다. 하지만 F 노드와 A 노드가 1 홉 관계라고 하면 F 노드는 A 노드가 방송한 프리앰블 또는 미드앰블 또는 기준 신호를 통해 측정한 무선 채널 정보와 A 노드와 B 노드가 송신한 데이터 전송 승인/확인 메시지를 통해 얻은 전력량, 빔포밍 정보를 통해 간섭의 양을 측정할 수 있다.

F 노드는 계산된 SINR 값이 기준 SINR 값보다 크면, A 노드와 B 노드가 선점한 자원을 통해 D 노드가 데이터를 F 노드에게 송신 할 경우 이웃 수신 노드인 B 노드에게 끼칠 간섭의 양을 계산한다. 이때 간섭의 양은 D 노드가 송신한 데이터 전송 요청 메시지에 포함된 D 노드와 B 노드의 무선 채널 정보와 F 노드가 결정한 빔포밍 정보를 이용하여 계산될 수 있으며, 계산된 간섭의 양과 데이터 전송 요청 메시지에 포함된 허용 가능 간섭의 양과 비교하여 측정된 간섭의 양이 작을 경우에만 선택한 자원이 수신 가능 자원 집합으로 선정된다.

예를 들어 계산된 간섭의 양이 2dB인 경우 A 노드와 B 노드가 설정한 허용 가능 간섭의 양이 1.5dB이고, 계산된 간섭의 양이 2dB인 경우, 계산된 간섭의 양이 경우 A 노드와 B 노드가 설정한 허용 가능 간섭보다 크기 때문에 F 노드는 A 노드와 B 노드가 먼저 선점한 자원을 중복으로 할당할 수 없다. 반면, 계산된 간섭의 양이 1dB인 경우에는 허용 가능 간섭의 양보다 작기 때문에 F 노드는 A 노드와 B 노드가 선점한 자원을 중복으로 할당하여 데이터를 송수신 할 수 있다.

도 13과 같이 수신 가능 자원 집합을 선정한 F 노드는 네트워크의 자원을 효율적으로 사용하기 위해 도 14와 같이 이웃 노드들과 중복 사용하는 자원(subframe 1)을 선정하여 데이터 전송 승인 메시지를 송신할 수 있다.

데이터 전송 승인 메시지를 수신한 D 노드는 이웃 노드들에게 자원 선점 결과를 알리기 위해 할당된 자원 정보가 포함된 데이터 전송 승인 메시지를 방송한다. 데이터 전송 승인 메시지를 수신한 D의 이웃 노드인 A, C, B 노드는 D 노드의 송신 자원 영역과 빔 포밍 정보, 허용 가능한 간섭 양, 수신 노드 정보들을 저장하여 자원 할당 시 사용한다.

도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 분산 자원 할당 장치를 나타낸 도면이다.

도 15를 참고하면, 분산 자원 할당 장치(100)는 제어부(110), 송수신부(120)및 저장부(130)를 포함한다. 도 2에 도시된 각 노드는 분산 자원 할당 장치(100)를 포함할 수 있다.

제어부(110)는 도 4 내지 도 15를 토대로 설명한 분산 자원 할당을 위한 전반적인 동작을 수행한다.

특히, 데이터를 수신하는 수신 노드의 경우, 제어부(110)는 자원을 먼저 선점한 이웃 노드들의 빔 포밍 정보를 토대로 신호 품질의 값을 계산하고, 신호 품질의 값이 기준 신호 품질의 값보다 큰 경우에 자원을 먼저 선점한 이웃 노드에게 일으킬 간섭의 양을 계산하여 자원 중복 사용 여부를 결정한다. 제어부(110)는 자원을 먼저 선점한 이웃 노드에게 일으킬 간섭의 양을 허용 가능 간섭의 양보다 작다면 이웃 노드가 선점한 자원을 수신 가능 자원으로 선정할 수 있다.

한편, 이웃 노드가 전송한 데이터 전송 승인 메시지 및 데이터 전송 확인 메시지를 수신하는 노드의 경우, 제어부(110)는 이웃 노드가 전송한 데이터 전송 승인 메시지 및 데이터 전송 확인 메시지에 포함된 이웃 노드의 자원 할당 정보를 저장부(130)에 저장한다. 제어부(110)는 저장부(130)에 저장된 이웃 노드의 자원 할당 정보를 이용하여 추후 데이터 송수신을 위한 자원 할당을 수행한다.

송수신부(120)는 분산 자원 할당을 위해 사용되는 메시지를 송수신한다. 예를 들어, 분산 자원 할당을 위해 사용되는 메시지는 도 3에서 설명한 데이터 전송 요청 메시지, 데이터 전송 승인 메시지 및 데이터 전송 확인 메시지를 포함할 수 있다. 또한 분산 자원 할당을 위해 사용되는 메시지는 도 9에서 설명한 변경 요청 메시지, 변경 승인 메시지 및 변경 확인 메시지를 더 포함할 수 있다.

저장부(130)에는 이웃 노드가 전송한 데이터 전송 승인 메시지 및 데이터 전송 확인 메시지에 포함된 이웃 노드의 자원 할당 정보가 저장된다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시 예에 따른 무선 메쉬 네트워크에서의 분산 자원 할당 장치 및 방법의 적어도 일부 기능은 하드웨어로 구현되거나 하드웨어에 결합된 소프트웨어로 구현될 수 있다. 예를 들면, 중앙 처리 유닛(central processing unit, CPU)이나 기타 칩셋, 마이크로프로세서 등으로 구현되는 프로세서가 제어부(110)의 기능을 수행하고, 송수신기(transceiver)가 송수신부(120)의 기능을 수행할 수 있다. 그리고 동적 랜덤 액세스 메모리(dynamic random access memory, DRAM), 램버스 DRAM(rambus DRAM, RDRAM), 동기식 DRAM(synchronous DRAM, SDRAM), 정적 RAM(static RAM, SRAM) 등의 RAM과 같은 매체로 구현되는 메모리가 저장부(130)의 기능을 수행할 수 있다. 하드 디스크(hard disk), CD-ROM(compact disk read only memory), CD-RW(CD rewritable), DVD-ROM(digital video disk ROM), DVD-RAM, DVD-RW 디스크, 블루레이(blu-ray) 디스크 등의 광학 디스크, 플래시 메모리, 다양한 형태의 RAM과 같은 영구 또는 휘발성 저장 장치가 저장부(130)의 기능을 수행할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

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 (1)

1. 무선 메쉬 네트워크의 송수신 노드가 분산적으로 자원을 할당하는 방법으로서,
   송신 노드로부터 송신 가능 자원 영역의 정보를 포함한 데이터 전송 요청 메시지를 수신하는 단계,
   송신 가능 자원 영역 중 이웃 노드가 선점한 자원을 중복으로 사용할 경우에 상기 이웃 노드에게 끼칠 간섭의 양을 계산하는 단계,
   상기 간섭의 양에 따라서 상기 이웃 노드가 선점한 자원을 수신 가능 자원으로 사용할지 결정하는 단계, 그리고
   상기 수신 가능 자원의 정보를 포함한 데이터 전송 승인 메시지를 송신하는 단계
   를 포함하는 분산 자원 할당 방법.

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