KR20170035375A - 와이파이 네트워크에서 중앙 집중형 컨트롤러를 이용한 액세스 포인트 관리 방법 - Google Patents

와이파이 네트워크에서 중앙 집중형 컨트롤러를 이용한 액세스 포인트 관리 방법 Download PDF

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Abstract

와이파이 네트워크에서 중앙 집중형 컨트롤러를 이용한 액세스 포인트 관리 방법을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 와이파이 네트워크에서 중앙 집중형 컨트롤러(Centralized Controller)를 이용하여 액세스 포인트(Access Point; AP)를 관리하는 방법에 있어서, 상기 와이파이 네트워크에 포함된 복수의 액세스 포인트 각각에 대하여 데이터 전송률에 관한 정보 및 활성화시 소모하는 에너지에 관한 정보를 획득하고, 상기 복수의 액세스 포인트 간의 간섭 관계에 관한 정보를 획득하는 과정; 상기 획득한 정보들을 이용하여 활성화될 액세스 포인트, 상기 활성화될 액세스 포인트와 사용자 단말을 연결하는데 사용할 채널 및 상기 활성화될 액세스 포인트에 연결될 사용자 단말을 나타내는 제어 변수를 산출하는 과정; 및 상기 산출된 제어 변수에 상응하도록 상기 복수의 액세스 포인트 중 일부 액세스 포인트를 활성화시키고, 상기 채널을 사용하여 상기 활성화된 액세스 포인트와 상기 사용자 단말을 연결하는 과정을 포함하는 액세스 포인트 관리 방법을 제공한다.

Description

와이파이 네트워크에서 중앙 집중형 컨트롤러를 이용한 액세스 포인트 관리 방법{Method for Managing Access Points in Wifi Network}
본 실시예는 와이파이 네트워크에서 중앙 집중형 컨트롤러를 이용하여 액세스 포인트를 관리하는 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
스마트폰, 태블릿 등의 고성능 모바일 기기가 널리 보급됨에 따라 모바일 데이터 통신량이 폭증하고 있다. 이에 대한 해결책 중 하나로서 통신사를 포함한 다양한 기업들이 와이파이 액세스 포인트(Wi-Fi Access Point; Wi-Fi AP)의 설치를 늘리고 있다. 와이파이 액세스 포인트는 절대적인 양이 증가하기도 하였지만, 트래픽 요구를 수용하기 위해 모바일 데이터 발생량이 많은 지역을 중심으로 설치되어 특정 지역에 밀집 분포된 특징이 있다.
액세스 포인트가 밀집한 와이파이 네트워크 환경에서는 액세스 포인트 간의 간섭이 자주 발생할 수 있다. 좁은 지역에 밀집되어 분포하고 있음에도 대부분의 액세스 포인트가 최대 파워로 동작하는 상태에 있기 때문에 불필요한 에너지가 소모될 수도 있다. 따라서, 와이파이 네트워크 환경에서 와이파이 액세스 포인트들 간의 간섭을 최소화하고 불필요한 에너지 소모를 줄이기 위한 액세스 포인트 관리방법이 요구된다.
본 발명의 실시예들은, 와이파이 액세스 포인트들 간의 간섭을 최소화하고 불필요한 에너지 소모를 줄이기 위하여, 사용자의 트래픽 요구 등 네트워크 상황에 따라서 중앙 집중형 컨트롤러를 이용하여 와이파이 액세스 포인트를 관리하는 방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 와이파이 네트워크에서 중앙 집중형 컨트롤러(Centralized Controller)를 이용하여 액세스 포인트(Access Point; AP)를 관리하는 방법에 있어서, 와이파이 네트워크에 포함된 복수의 액세스 포인트 각각에 대하여 데이터 전송률에 관한 정보 및 활성화시 소모하는 에너지에 관한 정보를 획득하고, 복수의 액세스 포인트 간의 간섭 관계에 관한 정보를 획득하는 과정, 획득한 정보들을 이용하여 활성화될 액세스 포인트, 활성화될 액세스 포인트와 사용자 단말을 연결하는데 사용할 채널 및 활성화될 액세스 포인트에 연결될 사용자 단말을 나타내는 제어 변수를 산출하는 과정 및 산출된 제어 변수에 상응하도록 복수의 액세스 포인트 중 일부 액세스 포인트를 활성화시키고, 채널을 사용하여 활성화된 액세스 포인트와 사용자 단말을 연결하는 과정을 포함하는 액세스 포인트 관리 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에서, 데이터 전송률에 관한 정보는 사용자 단말의 큐(Queue)를 기초로 한 가중치가 부가된 데이터 전송률이다.
본 발명의 실시예에서, 복수의 액세스 포인트 간의 간섭 관계에 관한 정보는 복수의 액세스 포인트 각각을 정점(Vertex)으로 하고, 복수의 액세스 포인트 중 간섭 관계에 있는 액세스 포인트 사이에는 에지(Edge)를 가지는 간섭 그래프이다.
본 발명의 실시예에서, 제어 변수는 액세스 포인트가 활성화될지 비활성화될지를 나타내는 변수, 액세스 포인트가 어떤 채널을 사용할지를 나타내는 변수 및 사용자 단말이 상기 활성화될 액세스 포인트 중 어느 액세스 포인트에 연결될지를 나타내는 변수를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 제어 변수를 산출하는 과정은 가상 액세스 포인트가 활성화될지 비활성화될지를 나타내는 변수 및 사용자 단말이 활성화될 가상 액세스 포인트 중 어느 가상 액세스 포인트에 연결될지를 나타내는 변수를 매개변수로 하는 선형목적함수값을 최대화하는 해를 구하는 과정, 구한 해를 이용하여 제어 변수의 후보가 되는 제1 후보 제어 변수 및 제2 후보 제어 변수를 산출하는 과정, 제1 후보 제어 변수를 대입한 최종목적함수값과 제2 후보 제어 변수를 대입한 최종목적함수값의 크기를 비교하는 과정, 비교결과, 제1 후보 제어 변수를 대입한 최종목적함수값이 제2 후보 제어 변수를 대입한 최종목적함수값보다 큰 경우, 제1 후보 제어 변수를 상기 제어 변수로 설정하고 산출하는 과정 및 비교결과, 제1 후보 제어 변수를 대입한 최종목적함수값이 제2 후보 제어 변수를 대입한 최종목적함수값보다 작은 경우, 제2 후보 제어 변수를 제어 변수로 설정하고 산출하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 선형목적함수값을 최대화하는 해를 구하는 과정은 아래 <수학식>에 따라 수행되고,
<수학식>
Figure pat00001
Figure pat00002
는 사용자 단말,
Figure pat00003
는 사용자 단말의 집합,
Figure pat00004
는 가상 액세스 포인트,
Figure pat00005
는 가상 액세스 포인트의 집합, 는
Figure pat00007
,
Figure pat00008
는 사용자 단말이 가상 액세스 포인트에 연결될지를 나타내는 변수,
Figure pat00009
는 가상 액세스 포인트가 활성화될지 비활성화될지를 나타내는 변수를 0과 1 사이의 값으로 완화한 변수,
Figure pat00010
는
Figure pat00011
,
Figure pat00012
는 사용자 단말의 큐(Queue),
Figure pat00013
는 가상 액세스 포인트가 사용자 단말에 제공할 수 있는 데이터 전송률,
Figure pat00014
는 에너지 절감과 처리율(Throughput) 사이의 트레이드 오프 파라미터(Tradeoff Parameter),
Figure pat00015
는 가상 액세스 포인트가 활성화될 때 소모하는 에너지이다.
본 발명의 실시예에서, 최종목적함수값은 아래 <수학식>으로 표현되고,
<수학식>
Figure pat00016
Figure pat00017
는 사용자 단말,
Figure pat00018
는 사용자 단말의 집합,
Figure pat00019
는 액세스 포인트,
Figure pat00020
는 액세스 포인트의 집합,
Figure pat00021
는 사용자 단말의 큐(Queue),
Figure pat00022
는 액세스 포인트가 사용자 단말에 제공할 수 있는 데이터 전송률,
Figure pat00023
는 사용자 단말이 액세스 포인트에 연결될지를 나타내는 변수,
Figure pat00024
는 액세스 포인트가 활성화될지 비활성화될지를 나타내는 변수,
Figure pat00025
는 에너지 절감과 처리율(Throughput) 사이의 트레이드 오프 파라미터(Tradeoff Parameter),
Figure pat00026
는 액세스 포인트가 활성화될 때 소모하는 에너지이다.
본 발명의 실시예에서, 가상 액세스 포인트는 와이파이 네트워크에 포함된 액세스 포인트 및 네트워크 연결을 위해 사용할 채널을 가리킨다.
본 발명의 실시예에 의하면, 와이파이 네트워크에서 중앙 집중형 컨트롤러(Centralized Controller)를 이용하여 액세스 포인트(Access Point; AP)를 관리하기 위한 제어 변수를 산출하는 방법에 있어서, 복수의 가상 액세스 포인트 각각에 대하여 데이터 전송률에 관한 정보 및 활성화 시 소모하는 에너지에 관한 정보를 획득하고, 복수의 가상 액세스 포인트 간의 간섭 관계에 관한 정보를 획득하는 과정, 획득한 정보를 이용하여 선형목적함수값을 최대화하는 해를 구하는 과정, 구한 해를 기초로 하나의 사용자 단말에 하나의 가상 액세스 포인트가 연결되도록 구한 해를 필터링하고 재설정하는 과정, 복수의 가상 액세스 포인트 각각에 대하여 재설정한 해를 이용하여 활성화될 가상 액세스 포인트를 결정하기 위한 제1 가상 액세스 포인트 활성화 기준값을 산출하는 과정, 획득한 간섭 관계에 관한 정보로부터 재설정한 해를 이용하여 복수의 가상 액세스 포인트 간의 간섭 관계에 관한 정보를 업데이트하는 과정, 업데이트된 간섭 관계에 관한 정보 및 제1 가상 액세스 포인트 활성화 기준값을 이용하여 복수의 가상 액세스 포인트 중 활성화될 가상 액세스 포인트를 결정하는 과정, 활성화될 가상 액세스 포인트와 간섭 관계에 있는 모든 가상 액세스 포인트를 비활성화될 가상 액세스 포인트로 결정하는 과정, 재설정한 해를 이용하여 활성화될 가상 액세스 포인트 중 사용자 단말과 연결될 가상 액세스 포인트를 결정하는 과정 및 활성화될 가상 액세스 포인트, 비활성화될 가상 액세스 포인트 및 활성화될 가상 액세스 포인트 중 사용자 단말과 연결될 가상 액세스 포인트에 상응하는 제어 변수를 산출하는 과정을 포함하는 액세스 포인트 관리를 위한 제어 변수 산출 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에서, 활성화될 가상 액세스 포인트 결정 과정은 복수의 가상 액세스 포인트 각각에 대하여 제1 가상 액세스 포인트 활성화 기준값을 간섭 그래프 상에서 간섭 관계에 있는 모든 가상 액세스 포인트 수에 1을 더한 값으로 나눠준 제2 가상 액세스 포인트 활성화 기준값을 산출하는 과정, 제2 가상 액세스 포인트 활성화 기준값이 가장 큰 가상 액세스 포인트를 활성화될 가상 액세스 포인트로 결정하고, 활성화될 가상 액세스 포인트와 간섭 관계에 있는 모든 가상 액세스 포인트를 비활성화될 액세스 포인트로 결정하는 과정, 활성화될 가상 액세스 포인트 및 비활성화될 가상 액세스 포인트가 결정된 결과를 기초로 간섭 그래프를 다시 업데이트하는 과정 및 활성화될 가상 액세스 포인트에 상응하는 액세스 포인트를 활성화시키고 활성화된 액세스 포인트의 채널을 업데이트하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 연결될 가상 액세스 포인트가 결정되지 않은 사용자 단말이 존재하는 경우, 연결될 가상 액세스 포인트가 결정되지 않은 사용자 단말 중 임의의 사용자 단말을 선택하는 과정, 복수의 가상 액세스 포인트 각각에 대하여 임의의 사용자 단말과 연결될 가상 액세스 포인트를 결정하기 위한 가상 액세스 포인트 연결 기준값을 산출하는 과정, 임의의 사용자 단말과 연결될 수 있는 가상 액세스 포인트 중 가상 액세스 포인트 연결 기준값이 가장 큰 가상 액세스 포인트가 활성화될 가상 액세스 포인트로 결정되지 않은 경우, 활성화될 가상 액세스 포인트로 결정하는 과정, 활성화될 가상 액세스 포인트와 간섭 관계에 있는 모든 가상 액세스 포인트는 비활성화될 액세스 포인트로 결정하는 과정, 활성화될 가상 액세스 포인트 및 비활성화될 가상 액세스 포인트가 결정된 결과를 기초로 간섭 그래프를 다시 업데이트하는 과정 및 활성화될 가상 액세스 포인트에 상응하는 액세스 포인트를 활성화시키고 활성화된 액세스 포인트의 채널을 업데이트하는 과정을 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 와이파이 네트워크에서 중앙 집중형 컨트롤러(Centralized Controller)를 이용하여 액세스 포인트(Access Point; AP)를 관리하기 위한 제어 변수를 산출하는 방법에 있어서, 복수의 가상 액세스 포인트 각각에 대하여 데이터 전송률에 관한 정보 및 활성화 시 소모하는 에너지에 관한 정보를 획득하고, 복수의 가상 액세스 포인트 간의 간섭 관계에 관한 정보를 획득하는 과정, 획득한 정보를 이용하여 선형목적함수값을 최대화하는 해를 구하는 과정, 구한 해를 이용하여 활성화될 가상 액세스 포인트를 결정하고, 활성화될 가상 액세스 포인트와 간섭 관계에 있는 모든 가상 액세스 포인트를 비활성화될 가상 액세스 포인트로 결정하며, 활성화될 가상 액세스 포인트에 연결될 수 없는 사용자 단말을 결정하는 과정, 비활성화될 가상 액세스 포인트 이외의 가상 액세스 포인트 중에서 활성화시 소모하는 에너지 및 활성화될 가상 엑세스 포인트에 연결될 수 없는 사용자 단말 중 연결 가능한 사용자 단말의 수를 기초로 활성화될 가상 액세스 포인트를 추가로 결정하는 과정, 추가로 결정한 활성화될 가상 액세스 포인트와 간섭 관계에 있는 모든 가상 액세스 포인트를 비활성화될 가상 액세스 포인트로 추가로 결정하는 과정, 추가로 결정된 활성화될 가상 액세스 포인트 및 비활성화될 가상 액세스 포인트를 반영하여 활성화될 가상 액세스 포인트에 연결될 수 없는 사용자 단말을 업데이트하는 과정, 활성화될 액세스 포인트를 결정한 결과를 반영하여 데이터 전송률에 관한 정보를 수정하고, 수정된 데이터 전송률에 관한 정보를 이용하여 선형목적함수값을 최대화하는 해를 다시 구하고 수정된 해로 설정하는 과정, 수정된 해를 이용하여 활성화될 가상 액세스 포인트 중 사용자 단말과 연결될 가상 액세스 포인트를 결정하는 과정 및 활성화될 가상 액세스 포인트, 비활성화될 가상 액세스 포인트 및 활성화될 가상 액세스 포인트 중 사용자 단말과 연결될 가상 액세스 포인트에 상응하는 제어 변수를 산출하는 과정을 포함하는 액세스 포인트 관리를 위한 제어 변수 산출 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에서, 복수의 가상 액세스 포인트 중 활성화될 액세스 포인트에 속하지 않거나 비활성화될 액세스 포인트에 속하지 않는 가상 액세스 포인트가 존재하는 경우, 활성화될 액세스 포인트 또는 비활성화될 액세스 포인트에 속하지 않는 가상 액세스 포인트를 활성화될 액세스 포인트로 결정하는 과정, 결정된 결과를 반영하여 선형목적함수값을 최대화하는 해를 다시 구하고 재수정된 해로 설정하는 과정, 재수정된 해를 대입한 최종목적함수값이 수정된 해를 대입한 최종목적함수값보다 큰 경우, 재수정된 해를 제어 변수로 설정하고 산출하는 과정 및 재수정된 해를 대입한 최종목적함수값이 수정된 해를 대입한 최종목적함수값보다 작은 경우, 재수정된 해에 대응하는 가상 액세스 포인트를 비활성화될 가상 액세스 포인트로 결정하는 과정을 더 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 액세스 포인트 관리를 위한 제어 변수 산출 방법은 복수의 가상 액세스 포인트 중 활성화될 액세스 포인트에 속하지 않거나 비활성화될 액세스 포인트에 속하지 않는 가상 액세스 포인트가 존재하지 않을 때까지 반복 수행한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 와이파이 네트워크에 포함된 복수의 액세스 포인트 각각에 대하여 데이터 전송률에 관한 정보 및 활성화시 소모하는 에너지에 관한 정보를 획득하고, 복수의 액세스 포인트 간의 간섭 관계에 관한 정보를 획득하는 입력부, 획득한 정보들을 이용하여 활성화될 액세스 포인트, 활성화될 액세스 포인트와 사용자 단말을 연결하는데 사용할 채널 및 활성화될 액세스 포인트에 연결될 사용자 단말을 나타내는 제어 변수를 산출하는 제어 변수 산출부 및 산출된 제어 변수에 상응하도록 복수의 액세스 포인트 중 일부 액세스 포인트를 활성화시키고, 채널을 사용하여 활성화된 액세스 포인트와 사용자 단말을 연결하는 제어부를 포함하는 액세스 포인트 관리를 위한 중앙 집중형 컨트롤러를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 액세스 포인트가 밀집한 와이파이 네트워크 환경에서, 와이파이 액세스 포인트들 간의 간섭을 최소화하고 전체 네트워크의 에너지 효율을 증가시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 특정 액세스 포인트에 연결된 사용자를 매끄럽게(Seamless) 다른 액세스 포인트로 연결시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액세스 포인트 관리 방법의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액세스 포인트 관리 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액세스 포인트 관리 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액세스 포인트 관리를 위한 제어 변수 산출 방법을 나타낸 알고리즘이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액세스 포인트 관리를 위한 제어 변수 산출 방법을 나타낸 다른 알고리즘이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액세스 포인트 관리 방법의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 와이파이 액세스 포인트(Wi-Fi Access Point) 관리 방법은 와이파이 네트워크 환경에서 중앙 집중형 컨트롤러(Centralized Controller)에 의하여 주로 수행된다. 구체적으로, 중앙 집중형 컨트롤러는 액세스 포인트들 간의 간섭을 최소화하고 불필요한 에너지 소모를 방지하도록, 활성화될 액세스 포인트 및 동작할 채널을 결정하며, 활성화된 각각의 액세스 포인트에 연결될 사용자 단말을 결정한다. 중앙 집중형 컨트롤러는 예컨대 소프트웨어 정의 네트워크(Software Defined Network; SDN)의 컨트롤러 형태로 구현할 수 있다. 즉, 네트워크의 지능이 중앙 집중형 컨트롤러에 집중되어, 중앙 집중형 컨트롤러가 네트워크 전체를 관리하고, 네트워크는 하나의 논리적인 스위치로 간주될 수 있다. 또한, 수천 개의 장치에 분산된 수만 라인의 구성정보(Configuration)를 수작업으로 관리할 필요없이 추상화된 네트워크를 프로그램을 이용하여 제어할 수 있다. 중앙 집중형 컨트롤러를 이용한 액세스 포인트 관리 방법은 네트워크 추상화와 함께 SDN 컨트롤 계층과 애플리케이션 계층간에 일련의 API(Application Programming Interface)를 제공한다. API를 이용하여 공통적인 네트워크 서비스를 구현할 수 있고, 관리 목표에 맞는 라우팅, 접근 제어, 트래픽 엔지니어링, QoS(Quality of Service) 관리, 전력제어 등 모든 형태의 관리가 가능하다.
본 실시예에 따른 사용자 단말은 스마트폰(Smart Phone), 태블릿 PC(Tablet Personal Computer), 랩톱(Laptop), 개인용 컴퓨터(Personal Computer; PC), 개인 휴대 단말기(Personal Digital Assistant; PDA), 게임 콘솔, 휴대형 멀티미디어 플레이어(Portable Multimedia Player; PMP), 플레이스테이션 포터블(PlayStation Portable; PSP), 무선 통신 단말기(Wireless Communication Terminal), TV, 미디어 플레이어 등과 같은 사용자 단말일 수 있다. 본 실시예에 따른 사용자 단말은 각기 (i) 각종 기기 또는 유무선 통신네트워크와 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신 장치, (ii) 각종 프로그램과 데이터를 저장하기 위한 메모리, (iii) 프로그램을 실행하여 연산 및 제어하기 위한 마이크로프로세서 등을 구비하는 다양한 장치를 의미할 수 있다. 메모리는 램(Random Access Memory; RAM), 롬(Read Only Memory; ROM), 플래시 메모리, 광 디스크, 자기 디스크, 솔리드 스테이트 디스크(Solid State Disk; SSD) 등의 컴퓨터로 판독 가능한 기록/저장매체일 수 있다. 마이크로프로세서는 명세서에 기재된 동작과 기능을 하나 이상 선택적으로 수행하도록 프로그램될 수 있고 전체 또는 부분적으로 특정한 구성의 주문형반도체(Application Specific Integrated Circuit; ASIC) 등의 하드웨어로써 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액세스 포인트 관리 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 와이파이 액세스 포인트 관리 방법은 개략적으로 3가지 과정을 포함한다. 먼저, 와이파이 액세스 포인트 간의 간섭을 최소화하고 에너지 효율을 최대화하기 위한 선형목적함수의 해를 구하고(S210), 선형목적함수의 해를 이용하여 와이파이 네트워크에 존재하는 복수의 액세스 포인트 중에서 활성화될 액세스 포인트를 결정한다(S220). 마지막으로 선형목적함수의 해를 이용하여 활성화된 액세스 포인트에 어떤 사용자 단말이 연결될지 결정한다(S230).
이하, 본 발명의 실시예에 따른 와이파이 액세스 포인트 간의 간섭을 최소화하고 에너지 효율을 최대화하기 위한 선형목적함수를 구하는 과정을 설명한다.
본 발명의 과제를 해결하기 위하여 [수학식 1]과 같은 혼합정수계획법(Mixed Integer Programming)에 의한 문제를 정의할 수 있다. 이하, 수학식에서는 설명의 편의를 위하여 각각의 변수의 시간 기호(t)를 생략한다.
Figure pat00027
[수학식 1]에서 각각의 기호가 의미하는 바는 [표 1]과 같다.
Figure pat00028
[수학식 1]은 조건 (1) 내지 (3)을 만족하며 함수
Figure pat00029
를 최대화시키는 x, y, c 를 찾는 문제이다. [수학식 1]의 함수는 본 발명의 실시예에서 최종적으로 획득하고자 하는 솔루션을 구하기 위한 것이므로 최종목적함수라 칭한다. 조건 (1)은 간섭관계에 있는 두 액세스 포인트가 동시에 활성화(On)될 수 없다는 것을 의미한다. 조건 (2)는 활성화된 액세스 포인트에만 사용자 단말이 연결될 수 있다는 것을 의미한다. 조건 (3)은 서비스를 원하는 모든 사용자 단말이 액세스 포인트에 연결될 수 있어야 하고 하나의 사용자 단말은 하나의 액세스 포인트에만 연결되어야 한다는 것을 의미한다. 액세스 포인트 간의 간섭 그래프는 로 정의되며, 복수의 액세스 포인트 각각을 정점(Vertex)으로 하고, 복수의 액세스 포인트 중 간섭 관계에 있는 액세스 포인트 사이에는 에지(Edge)를 가진다. 여기서 V는 액세스 포인트의 집합의 의미하고, E는 두 액세스 포인트가 간섭 관계에 있는 경우 에지(Edge)를 가진다고 정의하였을 때 그 에지들의 집합을 의미한다.
Figure pat00031
및
Figure pat00032
는 매 타임 슬롯마다 갱신되며 알 수 있는 값이라고 가정한다. 왜냐하면 본 발명의 실시예는 중앙 집중형 컨트롤러를 이용하여 액세스 포인트를 관리하기 때문에 액세스 포인트의 트래픽(Traffic)을 지속적으로 모니터링할 수 있고, 사용자가 자신의 와이파이 스캔 결과를 중앙 집중형 컨트롤러로 전송하면 와이파이 SSID(Service Set Identifier) 및 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 이용하여
Figure pat00033
및
Figure pat00034
값을 유추할 수 있기 때문이다.
[수학식 1]의 목적 함수
Figure pat00035
에 있어서, 왼쪽 항
Figure pat00036
은 사용자 단말의 큐
Figure pat00037
와 데이터 전송률
Figure pat00038
을 최대화하는 해를 찾기 위한 것이다. 와이파이 네트워크의 처리율 또는 스루풋(throughput)을 최적화(Optimality)시키기 위함이다. 오른쪽 항
Figure pat00039
은 활성화된 액세스 포인트가 많을수록 에너지 소모가 커지는 것을 의미한다. 최대한 적은 수의 액세스 포인트를 활성화시켜 에너지 소모를 최소화하도록 오른쪽 항에는 마이너스 부호가 붙는다. 왼쪽 항은 활성화된 액세스 포인트가 많아 질수록 증가하기 때문에 오른쪽 항과는 트레이드 오프(Trade Off) 관계에 있다. 이와 같은 관계를 반영한 것이 트레이드 오프 파라미터 H이다. H를 이용하여 목적 함수의 두 항 사이에서 우선순위를 정할 수 있다.
활성화될 액세스 포인트와 동작할 채널을 선택하는 문제를 하나로 고려하기 위하여 가상 액세스 포인트라는 개념을 정의할 수 있다. 가상 액세스 포인트
Figure pat00040
는 하나의 액세스 포인트 v와 네트워크 연결을 위해 사용할 채널 c를 가리키는 개념으로 이를 [수학식 1]에 적용하면 [수학식 2]와 같이 변형할 수 있다.
Figure pat00041
[수학식 2]에서 각각의 기호가 의미하는 바는 [표 2]와 같다.
Figure pat00042
가상 액세스 포인트
Figure pat00043
가 활성화될 때 소모하는 에너지
Figure pat00044
는 가상 액세스 포인트에 대응되는 실제 액세스 포인트 v가 활성화될 때 소모하는 에너지
Figure pat00045
와 같다고 설정한다. 가상 액세스 포인트의 데이터 전송률
Figure pat00046
역시 실제 액세스 포인트의 데이터 전송률
Figure pat00047
과 같다고 설정한다.
가상 액세스 포인트 사이의 간섭 그래프
Figure pat00048
는 두 가상 액세스 포인트가 (i)서로 같은 실제 액세스 포인트에 대응되거나, (ii)대응되는 실제 액세스 포인트들이 간섭관계이고 같은 채널에 대응되는 경우, 두 가상 액세스 포인트들은 간섭관계에 있다고 정의했을 때의 간섭 관계를 나타낸 그래프이다.
[표 2]와 같이 변수를 정의하면 [수학식 2]는 [수학식 1]과 동치가 된다. [수학식 2]에 제시된 문제는 가상 액세스 포인트 개념을 정의함으로써 액세스 포인트와 채널을 하나로 고려할 수 있다. 예컨대,
Figure pat00049
가 1이라면 실제 액세스 포인트 v가 채널 c를 이용하여 동작한다는 것을 의미하고,
Figure pat00050
가 0인 경우는 실제 액세스 포인트 v가 비활성화된다는 것을 의미한다.
Figure pat00051
가 1인 경우는 사용자 단말 i가 실제 액세스 포인트 v에 연결된다는 것을 의미한다. 따라서 간섭에 관한 조건인 [수학식 1]의 조건 (1)을 [수학식 2]의 조건 (4)와 같이 표현함으로써 해당 문제를 풀 경우, 가상 액세스 포인트의 활성화 여부를 결정하는 것만으로도 두 가지 변수 즉, 실제 액세스 포인트의 활성화 여부 및 채널 선택이라는 변수를 모두 구할 수 있다.
그러나 [수학식 2] 문제의 최적의 해를 빠른 시간 안에 구하기 위해서는 선형 모델 문제로 변환하여 접근할 필요가 있다. 선형 모델 문제로 변환한 결과는 [수학식 3]과 같다. 이하, [수학식 3]의 선형 모델 문제로 변환된 목적 함수를 이하, 선형목적함수로 칭한다.
Figure pat00052
[수학식 3]에서 각각의 기호가 의미하는 바는 [표 3]과 같다.
Figure pat00053
[수학식 3]의 문제는 [수학식 2]의 문제에서 이진(Binary) 변수들을 0과 1 사이의 연속 변수로 변환함으로써 유도될 수 있다. [수학식 3]의 조건 (7)은 간섭 조건을 의미하고, 조건 (8)은 [수학식 2]의 조건 (5)를 변환한 것이다. [수학식 2]의 조건 (6)은 완전한 선형으로 표현할 수 없으므로 [수학식 3]의 조건 (9) 및 조건 (10)과 같은 두 개의 조건으로 모든 사용자 단말이 하나의 액세스 포인트에 반드시 연결되어야 한다는 것을 표현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 와이파이 네트워크에서의 중앙 집중식 액세스 포인트 관리 방법은 매 타임 슬롯마다 [수학식 3]에 표현된 선형목적함수의 해를 구한다. 그러나 [수학식 3]의 선형목적함수는 선형으로 변환된 것이기 때문에 [수학식 1]에서 설정한 제약 조건을 모두 만족하지는 않는다. 따라서 선형목적함수의 해를 이용하여 [수학식 1]의 최종목적함수의 해를 도출하기 위한 과정이 필요하다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액세스 포인트 관리 방법의 흐름도이다.
도 3에 도시된 액세스 포인트 관리 방법은 매 타임 슬롯마다 새롭게 수행될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면 중앙 집중형 컨트롤러는 와이파이 네트워크에 포함된 복수의 액세스 포인트 각각에 대하여 데이터 전송률에 관한 정보 및 활성화 시 소모하는 에너지에 관한 정보를 획득하고, 복수의 액세스 포인트 간의 간섭 관계에 관한 정보를 획득한다(S310).
액세스 포인트가 사용자 단말에 제공할 수 있는 데이터 전송률에 관한 정보는 사용자 단말의 큐를 기초로 한 가중치가 부가된 데이터 전송률을 의미한다. 설명의 편의상 이를 큐-가중 데이터 전송률(Queue-Weighted Data Rate)이라 칭한다. 여기서 큐-가중 데이터 전송률은 사용자 단말의 큐(
Figure pat00054
)와 액세스 포인트가 사용자 단말에 제공할 수 있는 데이터 전송률(
Figure pat00055
)을 곱한 값일 수 있다. 가상 액세스 포인트의 데이터 전송률(
Figure pat00056
)은 액세스 포인트의 데이터 전송률(
Figure pat00057
)과 같은 것으로 설정되므로 가상 액세스 포인트의 큐-가중 데이터 전송률은 액세스 포인트의 큐-가중 데이터 전송률과 동일한 값을 갖는다.
액세스 포인트의 활성화 시 소모하는 에너지는 전술한 바와 같이 가상 액세스 포인트의 활성화 시 소모하는 에너지와 동일하게 설정된다.
복수의 액세스 포인트 간의 간섭 관계에 관한 정보는 복수의 액세스 포인트 각각을 정점(Vertex)으로 하고, 상기 복수의 액세스 포인트 중 간섭 관계에 있는 액세스 포인트 사이에는 에지(Edge)를 가지는 간섭 그래프일 수 있다.
과정 S310에서 획득한 입력은 실시예에 따라 외부로부터 획득할 수도 있고, 중앙 집중형 컨트롤러가 직접 산출하여 획득할 수도 있다.
중앙 집중형 컨트롤러는 획득한 정보를 이용하여 활성화될 액세스 포인트, 활성화될 액세스 포인트와 사용자 단말을 연결하는데 사용할 채널 및 활성화될 액세스 포인트에 연결될 사용자 단말을 나타내는 제어 변수를 산출한다(과정 S320 내지 과정 S370). 제어 변수는 액세스 포인트가 활성화될지 비활성화될지를 나타내는 변수, 액세스 포인트가 어떤 채널을 사용할지를 나타내는 변수 및 사용자 단말이 활성화될 액세스 포인트 중 어느 액세스 포인트에 연결될지를 나타내는 변수를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 중앙 집중형 컨트롤러는 제어 변수를 최종적으로 산출하기에 앞서 제1 보조 알고리즘 및 제2 보조 알고리즘을 이용하여 제1 후보 제어 변수 및 제2 후보 제어 변수를 구한다(S320 및 S330). 제1 보조 알고리즘 및 제2 보조 알고리즘은 획득한 입력을 이용하여 전술한 [수학식 3]의 선형목적함수의 해를 구하고, 일련의 과정을 거쳐 선형목적함수의 해로부터 최종목적함수의 해 즉, 제어 변수를 산출하는 알고리즘이다. 제1 보조 알고리즘과 제2 보조 알고리즘은 병렬적으로 수행될 수 있으며, 실시예에 따라 순차적으로 수행될 수도 있다.
제1 후보 제어 변수 및 제2 후보 제어 변수 중 더욱 적합한 솔루션을 제공하는 제어 변수를 선택하기 위하여 제1 후보 제어 변수를 대입한 최종목적함수값이 제2 후보 제어 변수를 대입한 최종목적함수값보다 큰지 판단한다(S340).
최종목적함수값을 최대화하는 해를 구하는 것이 본 발명의 실시예의 목적이므로 제1 후보 제어 변수를 대입한 최종목적함수값이 제2 후보 제어 변수를 대입한 최종목적함수값보다 큰 경우, 제1 후보 제어 변수를 제어 변수로 설정하고 산출한다(S350). 반대의 경우에는 제2 후보 제어 변수를 제어 변수로 설정하고 산출한다(S360).
중앙 집중형 컨트롤러는 최종적으로 설정된 제어 변수에 따라 액세스 포인트를 관리한다(S370).
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액세스 포인트 관리를 위한 제어 변수 산출 방법을 나타낸 알고리즘이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액세스 포인트 관리를 위한 제어 변수 산출 방법을 나타낸 다른 알고리즘이다.
도 4 및 도 5를 참조하여 전술한 제1 보조 알고리즘과 제2 보조 알고리즘에 대하여 설명한다.
도 4를 참조하면, 제1 보조 알고리즘은 먼저 획득한 입력을 이용하여 복수의 가상 액세스 포인트에 대하여 선형목적함수의 해(
Figure pat00058
)를 구한다(과정 A.1). 선형목적함수의 해를 구하는 과정은 [수학식 3]의 선형목적함수값을 최대화하는 해를 구하는 과정이다. 구한 해(
Figure pat00059
) 중에서
Figure pat00060
값이 가장 큰 것을 선택하여 필터링하고, 선택된 해를
Figure pat00061
,
Figure pat00062
로 설정한다(과정 A.2). 하나의 사용자 단말은 하나의 가상 액세스 포인트에 연결될 수 있기 때문이다.
최종적으로 활성화될 가상 액세스 포인트의 집합을
Figure pat00063
, 비활성화될 가상 액세스 포인트의 집합을
Figure pat00064
, 어느 액세스 포인트에 연결될지 결정될 사용자 단말의 집합을
Figure pat00065
으로 정의할 때, 과정 A.3에서는 각각의 집합을 공집합으로 초기화시킨다. 그리고 과정 A.2에서 설정된
Figure pat00066
,
Figure pat00067
를 이용하여 각각의 가상 액세스 포인트에 대하여 제1 가상 액세스 포인트 활성화 기준값(
Figure pat00068
)을 계산한다(과정 A.3). 제1 가상 액세스 포인트 활성화 기준값(
Figure pat00069
)은 [수학식 4]와 같다.
Figure pat00070
그리고 가상 액세스 포인트 간의 간섭 그래프
Figure pat00071
로부터
Figure pat00072
인 가상 액세스 포인트 간의 간섭 그래프를
Figure pat00073
로 업데이트한다(과정 A.3). 과정 A.2에서 간섭 관계에 있는 가상 액세스 포인트들이 선택될 수도 있기 때문에 이를 해결하기 위한 것이다.
과정 A.4에서는 제1 가상 액세스 포인트 활성화 기준값(
Figure pat00074
)을 해당 가상 액세스 포인트와 간섭관계에 있는 가상 액세스 포인트의 수(이하, '디그리(Degree)'라 칭함) + 1로 나눈 값을 계산한다. 과정 A.4의 매 반복마다 계산한 값이 가장 큰 가상 액세스 포인트가 선택된다. 이것은 전술한 바와 같이 하나의 가상 액세스 포인트가 선택되면 이와 간섭 관계에 있는 모든 가상 액세스 포인트를 비활성화시켜야 하므로 비활성화된 가상 액세스 포인트로 인한 손해를 고려하기 위함이다. 선택된 가상 액세스 포인트는 집합
Figure pat00075
에 추가되고, 선택된 가상 액세스 포인트와 간섭관계에 있는 모든 가상 액세스 포인트는
Figure pat00076
에 추가된다. 이어서 이를 반영하도록 간섭 그래프
Figure pat00077
가 업데이트된다.
Figure pat00078
및
Figure pat00079
에 추가된 가상 액세스 포인트가 다음 액세스 포인트 선택시 더 이상 고려되지 않도록 하기 위함이다. 예컨대, 활성화 여부가 결정되지 않은 가상 액세스 포인트 중
Figure pat00080
에 추가된 가상 액세스 포인트와 간섭관계에 있는 가상 액세스 포인트는 비활성화된 가상 액세스 포인트에 의하여 간섭관계에 변화가 생긴다. 이러한 간섭관계의 변화를 반영하도록 간섭 그래프
Figure pat00081
가 업데이트되는 것이다. 간섭 그래프
Figure pat00082
가 업데이트된 후, 선택된 가상 액세스 포인트와 상응하는 실제 액세스 포인트가 활성화되고(
Figure pat00083
), 선택된 가상 액세스 포인트의 채널이 업데이트된다(
Figure pat00084
). 이어서,
Figure pat00085
인 모든 사용자 단말들을 활성화된 가상 액세스 포인트에 연결하고(
Figure pat00086
),
Figure pat00087
에 추가한다. 과정 A.4는
Figure pat00088
가 공집합이 될 때까지 반복 수행된다.
이하, 과정 A.1 내지 과정 A.4의 수행으로 어느 액세스 포인트에 연결될지 아직 결정되지 않은 나머지 사용자 단말들에 대하여 어느 액세스 포인트에 연결될지 결정하는 과정을 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 제1 보조 알고리즘은 과정 R.1 및 과정 R.2를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 제1 보조 알고리즘에 따르면 과정 R.1에서, 어느 액세스 포인트에 연결될지 아직 결정되지 않은 사용자 단말을 임의로 선택하고, 선택된 사용자 단말이 연결될 수 있는 가상 액세스 포인트들에 대해서 가상 액세스 포인트 연결 기준값(
Figure pat00089
)을 계산한다(과정 R.1). 여기서 가상 액세스 포인트 연결 기준값(
Figure pat00090
)은 이미 결정된 솔루션에 사용자 단말이 해당 가상 액세스 포인트를 선택하는 솔루션을 추가했을 때의 목적함수 값(
Figure pat00091
)으로 정의된다.
계산된 사용자 단말 연결기준 함수(
Figure pat00092
) 값 중에서 값이 가장 큰 가상 액세스 포인트를 선택하고 전술한 과정 A.4을 수행함으로써 최종적으로 제1 후보 제어 변수를 산출한다(과정 R.2).
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제2 보조 알고리즘은 우선 선형목적함수의 해를 구한다(S.1). 선형목적함수의 해를 구하는 과정은 전술한 바와 같다. 구한 해를 이용하여
Figure pat00093
인 액세스 포인트들의 집합을
Figure pat00094
,
Figure pat00095
인 가상 액세스 포인트들과 간섭 관계에 있는 모든 가상 액세스 포인트들의 집합을
Figure pat00096
,
Figure pat00097
으로 선택된 가상 액세스 포인트에 연결될 수 없는 모든 사용자 단말의 집합을
Figure pat00098
로 설정한다(과정 S.2). 간섭 관계에 있지 않은 가상 액세스 포인트들을 선택하기 위함이다.
과정 S.3에서는 과정 S.2에서
Figure pat00099
으로 결정된 가상 액세스 포인트 외에 추가적으로 활성화될 가상 액세스 포인트를 결정한다. 와이파이 네트워크 환경에 존재하는 모든 사용자 단말을 액세스 포인트에 연결할 수 있어야 하기 때문이다. 추가적으로 활성화될 가상 액세스 포인트를 선택하기 위하여
Figure pat00100
및
Figure pat00101
에 해당하지 않는 모든 가상 액세스 포인트에 대하여 [수학식 5]와 같은 값을 계산한다.
Figure pat00102
[수학식 5]에서
Figure pat00103
는 가상 액세스 포인트
Figure pat00104
가 활성화될 때 소모하는 전력을 의미하고,
Figure pat00105
는 가상 액세스 포인트
Figure pat00106
에 연결될 수 있는 사용자 단말 수를 의미한다.
Figure pat00107
및
Figure pat00108
모두에 해당하지 않는 모든 가상 액세스 포인트 중에서 계산한 [수학식 5]의 값이 가장 큰 가상 액세스 포인트를 선택한다. 이후, 선택된 가상 액세스 포인트를
Figure pat00109
에 추가하고, 추가된 가상 액세스 포인트와 간섭 관계에 있는 모든 가상 액세스 포인트는
Figure pat00110
에 추가하며,
Figure pat00111
을 업데이트한다(과정 S.3). 과정 S.3은
Figure pat00112
이 공집합인 한 반복 수행된다.
이어서, 사용자 단말을 활성화된 액세스 포인트에 연결하는 과정(과정 U.1 내지 과정 U.3)을 설명한다. 먼저,
Figure pat00113
에 해당하는 가상 액세스 포인트만을 고려하기 위하여
Figure pat00114
이 아닌 모든 가상 액세스 포인트의 큐-가중 데이터 전송률(
Figure pat00115
)을 0으로 수정한다(과정 U.1). 수정된 큐-가중 데이터 전송률(
Figure pat00116
)을 이용하여 선형목적함수의 해(
Figure pat00117
)를 다시 계산하고 이를 수정된 해로 설정한다(과정 U.2). 수정된 선형목적함수의 해를 이용하여 모든 가상 액세스 포인트에 대하여
Figure pat00118
값을 계산하고, 각각의 사용자 단말에는
Figure pat00119
값이 가장 큰 가상 액세스 포인트가 연결된다(과정 U.3). 본 발명에 따른 중앙 집중형 컨트롤러는 최종적으로 결정된 활성화될 가상 액세스 포인트, 비활성화될 가상 액세스 포인트 및 활성화될 가상 액세스 포인트 중 사용자 단말과 연결될 가상 액세스 포인트에 상응하는 제2 후보제어 변수(
Figure pat00120
)를 산출한다.
본 발명의 실시예에 따른 제2 보조 알고리즘은 과정 S.1 내지 과정 S.3 및 과정 U.1 내지 과정 U.3을 수행하여 산출한 제2 후보 제어 변수보다 더 나은 솔루션을 구하기 위하여 과정 L.1 및 과정 L.2를 더 포함할 수 있다.
과정 S.1 내지 과정 S.3을 수행한 결과,
Figure pat00121
에 해당하지 않거나
Figure pat00122
에 해당하지 않는 가상 액세스 포인트가 존재하는 경우, 지역 탐색(Local Search) 알고리즘을 이용하여 최적의 해를 구할 수 있다. 먼저,
Figure pat00123
에 해당하지 않거나
Figure pat00124
에 해당하지 않는 가상 액세스 포인트를 선택하여
Figure pat00125
에 추가한다. 이후, 과정 U.1 내지 과정 U.3을 수행하여 새로운 제2 후보 제어 변수(
Figure pat00126
,
Figure pat00127
,
Figure pat00128
)를 산출하고 기존에 산출한 제2 후보 제어 변수를 새로운 제2 후보 제어 변수로 재수정한다(과정 L.1).
재수정된 제2 후보 제어 변수를 대입한 목적 함수
Figure pat00129
가 기존에 산출한 제2 후보 제어 변수를 대입한 목적 함수
Figure pat00130
보다 큰 경우, 재수정된 제2 후보 제어 변수를 최종 제2 후보 제어 변수로 설정하고, 새로 선택된 가상 액세스 포인트와 간섭 관계에 있는 모든 가상 액세스 포인트들을
Figure pat00131
에 추가한다. 이와 반대의 경우로서 새롭게 산출한 제2 후보 제어변수를 대입한 목적 함수
Figure pat00132
가 기존에 산출한 제2 후보 제어 변수를 대입한 목적 함수
Figure pat00133
보다 작은 경우에는, 기존에 선택된 가상 액세스 포인트와 간섭 관계에 있는 모든 가상 액세스 포인트들을
Figure pat00134
에 추가한다(과정 L.2). 여기서 기존에 선택된 가상 액세스 포인트는 기존에 산출한 제2 후보 제어 변수에 따라 선택된 가상 액세스 포인트를 의미한다. 과정 L.1 및 과정 L.2는
Figure pat00135
에 해당하지 않거나
Figure pat00136
에 해당하지 않는 가상 액세스 포인트가 더 이상 존재하지 않을 때까지 반복 수행된다.
도 2 및 도 3에서는 일련의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 2 및 도 3에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 기재된 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 2 및 도 3은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 2 및 도 3에 도시된 흐름도의 각 단계는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 와이파이 네트워크에서 중앙 집중형 컨트롤러(Centralized Controller)를 이용하여 액세스 포인트(Access Point; AP)를 관리하는 방법에 있어서,
    상기 와이파이 네트워크에 포함된 복수의 액세스 포인트 각각에 대하여 데이터 전송률에 관한 정보 및 활성화시 소모하는 에너지에 관한 정보를 획득하고, 상기 복수의 액세스 포인트 간의 간섭 관계에 관한 정보를 획득하는 과정;
    상기 획득한 정보들을 이용하여 활성화될 액세스 포인트, 상기 활성화될 액세스 포인트와 사용자 단말을 연결하는데 사용할 채널 및 상기 활성화될 액세스 포인트에 연결될 상기 사용자 단말을 나타내는 제어 변수를 산출하는 과정; 및
    상기 산출된 제어 변수에 상응하도록 상기 복수의 액세스 포인트 중 일부 액세스 포인트를 활성화시키고, 상기 채널을 사용하여 상기 활성화된 액세스 포인트와 상기 사용자 단말을 연결하는 과정
    을 포함하는 액세스 포인트 관리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 전송률에 관한 정보는,
    상기 사용자 단말의 큐(Queue)를 기초로 한 가중치가 부가된 데이터 전송률인 액세스 포인트 관리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 액세스 포인트 간의 간섭 관계에 관한 정보는,
    상기 복수의 액세스 포인트 각각을 정점(Vertex)으로 하고, 상기 복수의 액세스 포인트 중 간섭 관계에 있는 액세스 포인트 사이에는 에지(Edge)를 가지는 간섭 그래프인 액세스 포인트 관리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어 변수는,
    상기 액세스 포인트가 활성화될지 비활성화될지를 나타내는 변수, 상기 액세스 포인트가 어떤 채널을 사용할지를 나타내는 변수 및 상기 사용자 단말이 상기 활성화될 액세스 포인트 중 어느 액세스 포인트에 연결될지를 나타내는 변수를 포함하는 액세스 포인트 관리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어 변수를 산출하는 과정은,
    가상 액세스 포인트가 활성화될지 비활성화될지를 나타내는 변수 및 상기 사용자 단말이 활성화될 가상 액세스 포인트 중 어느 가상 액세스 포인트에 연결될지를 나타내는 변수를 매개변수로 하는 선형목적함수값을 최대화하는 해를 구하는 과정;
    상기 구한 해를 이용하여 상기 제어 변수의 후보가 되는 제1 후보 제어 변수 및 제2 후보 제어 변수를 산출하는 과정;
    상기 제1 후보 제어 변수를 대입한 최종목적함수값과 상기 제2 후보 제어 변수를 대입한 최종목적함수값의 크기를 비교하는 과정;
    상기 비교결과, 상기 제1 후보 제어 변수를 대입한 최종목적함수값이 상기 제2 후보 제어 변수를 대입한 최종목적함수값보다 큰 경우, 상기 제1 후보 제어 변수를 상기 제어 변수로 설정하고 산출하는 과정; 및
    상기 비교결과, 상기 제1 후보 제어 변수를 대입한 최종목적함수값이 상기 제2 후보 제어 변수를 대입한 최종목적함수값보다 작은 경우, 상기 제2 후보 제어 변수를 상기 제어 변수로 설정하고 산출하는 과정
    을 포함하는 액세스 포인트 관리 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 선형목적함수값을 최대화하는 해를 구하는 과정은 아래 <수학식>에 따라 수행되고,
    <수학식>
    Figure pat00137

    Figure pat00138
    는 사용자 단말,
    Figure pat00139
    는 사용자 단말의 집합,
    Figure pat00140
    는 가상 액세스 포인트,
    Figure pat00141
    는 가상 액세스 포인트의 집합,
    Figure pat00142
    는
    Figure pat00143
    ,
    Figure pat00144
    는 사용자 단말이 가상 액세스 포인트에 연결될지를 나타내는 변수,
    Figure pat00145
    는 가상 액세스 포인트가 활성화될지 비활성화될지를 나타내는 변수를 0과 1 사이의 값으로 완화한 변수,
    Figure pat00146
    는
    Figure pat00147
    ,
    Figure pat00148
    는 사용자 단말의 큐(Queue),
    Figure pat00149
    는 가상 액세스 포인트가 사용자 단말에 제공할 수 있는 데이터 전송률,
    Figure pat00150
    는 에너지 절감과 처리율(Throughput) 사이의 트레이드 오프 파라미터(Tradeoff Parameter),
    Figure pat00151
    는 가상 액세스 포인트가 활성화될 때 소모하는 에너지인 액세스 포인트 관리 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 최종목적함수값은 아래 <수학식>으로 표현되고,
    <수학식>
    Figure pat00152

    Figure pat00153
    는 사용자 단말,
    Figure pat00154
    는 사용자 단말의 집합,
    Figure pat00155
    는 액세스 포인트,
    Figure pat00156
    는 액세스 포인트의 집합,
    Figure pat00157
    는 사용자 단말의 큐(Queue),
    Figure pat00158
    는 액세스 포인트가 사용자 단말에 제공할 수 있는 데이터 전송률,
    Figure pat00159
    는 사용자 단말이 액세스 포인트에 연결될지를 나타내는 변수,
    Figure pat00160
    는 액세스 포인트가 활성화될지 비활성화될지를 나타내는 변수,
    Figure pat00161
    는 에너지 절감과 처리율(Throughput) 사이의 트레이드 오프 파라미터(Tradeoff Parameter),
    Figure pat00162
    는 액세스 포인트가 활성화될 때 소모하는 에너지인 액세스 포인트 관리 방법.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가상 액세스 포인트는,
    상기 와이파이 네트워크에 포함된 액세스 포인트 및 네트워크 연결을 위해 사용할 채널을 가리키는 액세스 포인트 관리 방법.
  9. 와이파이 네트워크에서 중앙 집중형 컨트롤러(Centralized Controller)를 이용하여 액세스 포인트(Access Point; AP)를 관리하기 위한 제어 변수를 산출하는 방법에 있어서,
    복수의 가상 액세스 포인트 각각에 대하여 데이터 전송률에 관한 정보 및 활성화 시 소모하는 에너지에 관한 정보를 획득하고, 상기 복수의 가상 액세스 포인트 간의 간섭 관계에 관한 정보를 획득하는 과정;
    상기 획득한 정보를 이용하여 선형목적함수값을 최대화하는 해를 구하는 과정;
    상기 구한 해를 기초로 하나의 사용자 단말에 하나의 가상 액세스 포인트가 연결되도록 상기 구한 해를 필터링하고 재설정하는 과정;
    상기 복수의 가상 액세스 포인트 각각에 대하여 상기 재설정한 해를 이용하여 활성화될 가상 액세스 포인트를 결정하기 위한 제1 가상 액세스 포인트 활성화 기준값을 산출하는 과정;
    상기 획득한 간섭 관계에 관한 정보로부터 상기 재설정한 해를 이용하여 상기 복수의 가상 액세스 포인트 간의 간섭 관계에 관한 정보를 업데이트하는 과정;
    상기 업데이트된 간섭 관계에 관한 정보 및 상기 제1 가상 액세스 포인트 활성화 기준값을 이용하여 상기 복수의 가상 액세스 포인트 중 활성화될 가상 액세스 포인트를 결정하는 과정;
    상기 활성화될 가상 액세스 포인트와 간섭 관계에 있는 모든 가상 액세스 포인트를 비활성화될 가상 액세스 포인트로 결정하는 과정;
    상기 재설정한 해를 이용하여 상기 활성화될 가상 액세스 포인트 중 상기 사용자 단말과 연결될 가상 액세스 포인트를 결정하는 과정; 및
    상기 활성화될 가상 액세스 포인트, 상기 비활성화될 가상 액세스 포인트 및 상기 활성화될 가상 액세스 포인트 중 상기 사용자 단말과 연결될 가상 액세스 포인트에 상응하는 제어 변수를 산출하는 과정
    을 포함하는 액세스 포인트 관리를 위한 제어 변수 산출 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 가상 액세스 포인트 간의 간섭 관계에 관한 정보는,
    상기 복수의 가상 액세스 포인트 각각을 정점(Vertex)으로 하고, 상기 복수의 가상 액세스 포인트 중 간섭 관계에 있는 가상 액세스 포인트 사이에는 에지(Edge)를 가지는 간섭 그래프인 액세스 포인트 관리를 위한 제어 변수 산출 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 활성화될 가상 액세스 포인트 결정 과정은,
    상기 복수의 가상 액세스 포인트 각각에 대하여 상기 제1 가상 액세스 포인트 활성화 기준값을 상기 간섭 그래프 상에서 간섭 관계에 있는 모든 가상 액세스 포인트 수에 1을 더한 값으로 나눠준 제2 가상 액세스 포인트 활성화 기준값을 산출하는 과정;
    상기 제2 가상 액세스 포인트 활성화 기준값이 가장 큰 가상 액세스 포인트를 활성화될 가상 액세스 포인트로 결정하고, 상기 활성화될 가상 액세스 포인트와 간섭 관계에 있는 모든 가상 액세스 포인트를 비활성화될 액세스 포인트로 결정하는 과정;
    상기 활성화될 가상 액세스 포인트 및 상기 비활성화될 가상 액세스 포인트가 결정된 결과를 기초로 상기 간섭 그래프를 다시 업데이트하는 과정; 및
    상기 활성화될 가상 액세스 포인트에 상응하는 액세스 포인트를 활성화시키고 상기 활성화된 액세스 포인트의 채널을 업데이트하는 과정
    을 포함하는 액세스 포인트 관리를 위한 제어 변수 산출 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 연결될 가상 액세스 포인트가 결정되지 않은 사용자 단말이 존재하는 경우, 상기 연결될 가상 액세스 포인트가 결정되지 않은 사용자 단말 중 임의의 사용자 단말을 선택하는 과정;
    상기 복수의 가상 액세스 포인트 각각에 대하여 상기 임의의 사용자 단말과 연결될 가상 액세스 포인트를 결정하기 위한 가상 액세스 포인트 연결 기준값을 산출하는 과정;
    상기 임의의 사용자 단말과 연결될 수 있는 가상 액세스 포인트 중 상기 가상 액세스 포인트 연결 기준값이 가장 큰 가상 액세스 포인트가 상기 활성화될 가상 액세스 포인트로 결정되지 않은 경우, 활성화될 가상 액세스 포인트로 결정하는 과정;
    상기 활성화될 가상 액세스 포인트와 간섭 관계에 있는 모든 가상 액세스 포인트는 비활성화될 액세스 포인트로 결정하는 과정;
    상기 활성화될 가상 액세스 포인트 및 상기 비활성화될 가상 액세스 포인트가 결정된 결과를 기초로 상기 간섭 그래프를 다시 업데이트하는 과정; 및
    상기 활성화될 가상 액세스 포인트에 상응하는 액세스 포인트를 활성화시키고 상기 활성화된 액세스 포인트의 채널을 업데이트하는 과정
    을 더 포함하는 액세스 포인트 관리를 위한 제어 변수 산출 방법.
  13. 와이파이 네트워크에서 중앙 집중형 컨트롤러(Centralized Controller)를 이용하여 액세스 포인트(Access Point; AP)를 관리하기 위한 제어 변수를 산출하는 방법에 있어서,
    복수의 가상 액세스 포인트 각각에 대하여 데이터 전송률에 관한 정보 및 활성화 시 소모하는 에너지에 관한 정보를 획득하고, 상기 복수의 가상 액세스 포인트 간의 간섭 관계에 관한 정보를 획득하는 과정;
    상기 획득한 정보를 이용하여 선형목적함수값을 최대화하는 해를 구하는 과정;
    상기 구한 해를 이용하여 활성화될 가상 액세스 포인트를 결정하고, 상기 활성화될 가상 액세스 포인트와 간섭 관계에 있는 모든 가상 액세스 포인트를 비활성화될 가상 액세스 포인트로 결정하며, 상기 활성화될 가상 액세스 포인트에 연결될 수 없는 사용자 단말을 결정하는 과정;
    상기 비활성화될 가상 액세스 포인트 이외의 가상 액세스 포인트 중에서 활성화시 소모하는 에너지 및 상기 활성화될 가상 엑세스 포인트에 연결될 수 없는 사용자 단말 중 연결 가능한 사용자 단말의 수를 기초로 활성화될 가상 액세스 포인트를 추가로 결정하는 과정;
    상기 추가로 결정한 활성화될 가상 액세스 포인트와 간섭 관계에 있는 모든 가상 액세스 포인트를 비활성화될 가상 액세스 포인트로 추가로 결정하는 과정;
    상기 추가로 결정된 활성화될 가상 액세스 포인트 및 비활성화될 가상 액세스 포인트를 반영하여 상기 활성화될 가상 액세스 포인트에 연결될 수 없는 사용자 단말을 업데이트하는 과정;
    상기 활성화될 액세스 포인트를 결정한 결과를 반영하여 상기 데이터 전송률에 관한 정보를 수정하고, 상기 수정된 데이터 전송률에 관한 정보를 이용하여 상기 선형목적함수값을 최대화하는 해를 다시 구하고 수정된 해로 설정하는 과정;
    상기 수정된 해를 이용하여 상기 활성화될 가상 액세스 포인트 중 상기 사용자 단말과 연결될 가상 액세스 포인트를 결정하는 과정; 및
    상기 활성화될 가상 액세스 포인트, 상기 비활성화될 가상 액세스 포인트 및 상기 활성화될 가상 액세스 포인트 중 상기 사용자 단말과 연결될 가상 액세스 포인트에 상응하는 제어 변수를 산출하는 과정
    을 포함하는 액세스 포인트 관리를 위한 제어 변수 산출 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 가상 액세스 포인트 중 활성화될 액세스 포인트에 속하지 않거나 비활성화될 액세스 포인트에 속하지 않는 가상 액세스 포인트가 존재하는 경우, 상기 활성화될 액세스 포인트 또는 비활성화될 액세스 포인트에 속하지 않는 가상 액세스 포인트를 활성화될 액세스 포인트로 결정하는 과정;
    상기 결정된 결과를 반영하여 상기 선형목적함수값을 최대화하는 해를 다시 구하고 재수정된 해로 설정하는 과정;
    상기 재수정된 해를 대입한 최종목적함수값이 상기 수정된 해를 대입한 최종목적함수값보다 큰 경우, 상기 재수정된 해를 제어 변수로 설정하고 산출하는 과정; 및
    상기 재수정된 해를 대입한 최종목적함수값이 상기 수정된 해를 대입한 최종목적함수값보다 작은 경우, 상기 재수정된 해에 대응하는 가상 액세스 포인트를 비활성화될 가상 액세스 포인트로 결정하는 과정을 더 포함하는 액세스 포인트 관리를 위한 제어 변수 산출 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 액세스 포인트 관리를 위한 제어 변수 산출 방법은,
    상기 복수의 가상 액세스 포인트 중 활성화될 액세스 포인트에 속하지 않거나 비활성화될 액세스 포인트에 속하지 않는 가상 액세스 포인트가 존재하지 않을 때까지 반복 수행되는 액세스 포인트 관리를 위한 제어 변수 산출 방법.
  16. 하드웨어와 결합되어
    와이파이 네트워크에 포함된 복수의 액세스 포인트 각각에 대하여 데이터 전송률에 관한 정보 및 활성화시 소모하는 에너지에 관한 정보를 획득하고, 상기 복수의 액세스 포인트 간의 간섭 관계에 관한 정보를 획득하는 과정; 및
    상기 획득한 정보들을 이용하여 활성화될 액세스 포인트, 상기 활성화될 액세스 포인트와 사용자 단말을 연결하는데 사용할 채널 및 상기 활성화될 액세스 포인트에 연결될 상기 사용자 단말을 나타내는 제어 변수를 산출하는 과정
    을 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된 컴퓨터프로그램.
  17. 와이파이 네트워크에 포함된 복수의 액세스 포인트 각각에 대하여 데이터 전송률에 관한 정보 및 활성화시 소모하는 에너지에 관한 정보를 획득하고, 상기 복수의 액세스 포인트 간의 간섭 관계에 관한 정보를 획득하는 입력부;
    상기 획득한 정보들을 이용하여 활성화될 액세스 포인트, 상기 활성화될 액세스 포인트와 사용자 단말을 연결하는데 사용할 채널 및 상기 활성화될 액세스 포인트에 연결될 상기 사용자 단말을 나타내는 제어 변수를 산출하는 제어 변수 산출부; 및
    상기 산출된 제어 변수에 상응하도록 상기 복수의 액세스 포인트 중 일부 액세스 포인트를 활성화시키고, 상기 채널을 사용하여 상기 활성화된 액세스 포인트와 상기 사용자 단말을 연결하는 제어부
    를 포함하는 액세스 포인트 관리를 위한 중앙 집중형 컨트롤러.
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WO2019235684A1 (ko) * 2018-06-04 2019-12-12 주식회사 위더스플래닛 고밀집 네트워크 환경을 위한 wifi 네트워크 시스템

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