KR20170086300A - 사용자 처리량을 고려한 단독기지국 위치 선정 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

단독기지국의 위치 선정 방법 및 그 장치가 개시된다. 단독기지국의 위치 선정 장치는 일정 지역 내 복수 개의 임의 위치를 선정하고 복수 개의 임의 위치를 개체 군집 최적화 알고리즘을 이용하여 가변시킨 복수 개의 가변 위치를 산출한 후, 각 위치별로 일정 지역 내 위치한 단말들의 처리량의 평균을 기초로 단독기지국의 위치를 결정한다.

Description

사용자 처리량을 고려한 단독기지국 위치 선정 방법 및 그 장치{A base station positioning method and apparatus considering the user throughput}

본 발명은 단독기지국의 최적 위치를 선정하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

공공재난안전통신을 위하여 3GPP Release-13은 단독기지국 운용모드(Isolated E-UTRAN Operation)에 대한 표준화를 진행하고 있다. 단독기지국(Evolved NodeB, e-NodeB)은 LTE(Long Term Evolution), 3G(3rd Genration) 망 등과 같은 코어망의 지원을 받지 못하는 상황이라도 단독으로 동작하여 통신 범위 내 단말들의 비상통신을 지원하는 기지국을 의미한다. 단독기지국의 위치 선정 방법에 대해 표준 등은 전혀 제시하고 있지 않다.

특허공개번호 제2013-0078889호

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 재난발생지역과 같은 특정 지역 내에 위치한 모든 단말들에게 일정 수준 이상의 통신 서비스를 제공할 수 있도록 고정형 또는 이동형의 단독기지국 위치를 선정하는 방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 단독기지국의 위치 선정 방법의 일 예는, 일정 지역 내 복수 개의 임의 위치를 선정하는 단계; 상기 복수 개의 임의 위치를 개체 군집 최적화 알고리즘을 이용하여 가변시킨 복수 개의 가변 위치를 산출하는 단계; 상기 복수 개의 임의 위치 및 상기 복수 개의 가변 위치를 포함하는 후보 위치에 단독기지국이 있다고 할 때, 상기 일정 지역 내 각 단말에 대한 신호세기를 기초로 서빙기지국을 선택하고 상기 일정 지역 내 위치한 단말들의 처리량의 평균을 산출하는 단계; 및 상기 처리량의 평균을 기초로 상기 후보 위치들 중 하나를 단독기지국의 위치로 결정하는 단계;를 포함한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 단독기지국의 위치 선정 장치의 일 예는, 일정 지역 내 복수 개의 임의 위치와, 상기 복수 개의 임의 위치를 개체 군집 최적화 알고리즘을 이용하여 가변시킨 복수 개의 가변 위치를 단독기지국의 후보 위치로 설정하는 후보위치설정부; 상기 복수 개의 임의 위치 및 상기 복수 개의 가변 위치를 포함하는 후보 위치에 단독기지국이 있다고 할 때, 상기 일정 지역 내 각 단말에 대한 신호세기를 기초로 서빙기지국을 선택하고 상기 일정 지역 내 위치한 단말들의 처리량의 평균을 산출하는 처리량파악부; 및 상기 처리량의 평균을 기초로 단독기지국의 위치를 결정하는 위치선정부;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 재난발생지역과 같은 특정 지역 내 모든 단말들에게 일정 수준 이상의 통신 서비스를 제공하고, 전체 단말들의 처리량의 평균이 최대가 되도록 하는 단독기지국의 위치를 짧은 시간에 찾을 수 있다. 또한 이동형 단독기지국을 설치하여 재난 망을 운용함에 있어서, 정해진 주기에 따라 본 발명의 위치 선정 방법을 이용하여 수시로 이동형 단독기지국의 위치를 변화시켜 망의 최대 성능을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 단독기지국 운영모드의 통신망의 일 예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 단독기지국의 위치 선정 방법의 일 예를 도시한 흐름도,
도 3은 본 발명에 따른 단독기지국의 위치 선정 방법의 다른 일 예를 도시한 흐름도,
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 단독기지국의 위치 선정 방법을 컴퓨터에서 수행되는 프로그램으로 구현한 일 예를 도시한 도면, 그리고,
도 7은 본 발명에 따른 위치 선정 장치의 일 예의 구성을 도시한 도면이다.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 단독기지국의 위치 선정 방법 및 그 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 단독기지국 운영모드의 통신망의 일 예를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 단독기지국(120)은 재난발생지역과 같은 특정 지역 내에서 자신의 통신 범위(100) 내에 위치한 단말들(110,112,114)에게 통신 서비스를 제공한다. 통신 범위(100) 내에 위치한 단말들(110,112.114)은 단독기지국(120)을 통해 서로 통신이 가능하다.

이때 단독기지국(120)의 위치에 따라 각 단말(110,112,114)이 제공받는 통신 서비스의 양과 질이 달라질 수 있다. 예를 들어, 단독기지국이 다른 위치(122,124)로 이동하는 경우에 단독기지국(122,124)과 각 단말(110,112,114) 사이의 신호강도(transmissin gain)와 신호대잡음간섭비(Signal to Noise Inteference, SINR)가 달라질 수 있으며, 경우에 따라 특정 단말에 대한 통신 서비스가 불가능한 경우가 발생할 수도 있다.

단독기지국의 위치에 따라 각 단말의 통신 품질 등을 파악하기 위하여, 각 단말의 처리량(thorughput)을 이용할 수 있다. 각 단말의 처리량은 다음 수학식을 이용하여 파악할 수 있다.

여기서, T_i,j는 단독기지국j(즉, j위치의 단독기지국)가 서빙 기지국(serving base station)일 때 단말i의 처리량을 의미하고, B는 채널 대역폭, SINR_i,j는 단독기지국j와 단말i 사이의 신호대잡음간섭비를 의미한다.

위 수학식의 단독기지국과 단말 사이의 신호대잡음간섭비는 다음 수학식을 이용하여 산출할 수 있다.

여기서, g_i,j는 단독기지국j에서 단말i로의 신호강도(transmission gain)이고, P_j는 단독기지국j의 파워, P_Noise는 잡음 세기를 나타낸다. (x_i,y_i)는 단말i의 위치, (x_j, y_j)는 단독기지국j의 위치를 각각 나타낸다. C_d와 α는 실시 예에 따라 다양하게 설정 가능한 상수이다.

본 발명에 따른 위치 선정 장치는 특정 지역 내 모든 단말들에 대한 통신 서비스 제공이 가능할 뿐만 아니라 각 단말들의 통신 품질(예를 들어, 처리량)이 최대가 되도록 하는 단독기지국의 위치를 선정한다. 위치 선정 장치는 별도의 서버로 구현되거나 단독기지국 내에 구현되는 등 실시 예에 따라 다양하게 설계 변경가능하다. 이하의 실시 예에서, 위치 선정 장치는 특정 지역 내 복수 개의 단말들의 위치를 미리 알고 있다고 가정한다.

도 2는 본 발명에 따른 단독기지국의 위치 선정 방법의 일 예를 도시한 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 위치 선정 장치는 재난발생지역과 같은 특정 지역 내 복수 개의 임의 위치를 생성한다(S200). 위치 선정 장치는 단말들의 처리량의 합을 목적함수로 하는 개체 군집 최적화(Particle Swarm Optimization, PSO) 알고리즘을 이용하여, 복수 개의 임의위치를 가변시킨 복수 개의 가변위치를 생성한다(S210).

위치 선정 장치는 복수 개의 임의 위치와 복수 개의 가변 위치들로 구성되는 후보 위치에 단독기지국이 위치한다고 할 때, 각 후보 위치별 단말들의 처리량의 평균을 산출한다(S220).

그리고 위치 선정 장치는 특정 지역 내 모든 단말들에 대한 통신 서비스가 가능하고, 전체 단말의 처리량의 평균이 최대가 되는 후보 위치를 단독기지국의 위치로 선정한다(S230). 이를 수학식으로 표현하면 다음과 같다.

여기서, P_j는 단독기지국j의 파워를 의미한다. T_Min은 최소처리량으로, 재난안전통신을 위해 요구되는 최소처리량이다. 이는 실시 예에 따라 설정가능한 값이다.

위치 선정 장치는 위 과정을 일정 횟수 반복하여 단독기지국의 위치 선정을 최적화시킨다(S240). 예를 들어, 위치 선정 장치는 복수 개의 가변위치를 PSO 알고리즘을 이용하여 다시 가변시켜 복수 개의 또 다른 가변위치를 생성하고(S210), 새롭게 생성한 가변위치에서의 전체 단말들의 처리량의 평균을 산출하여(S220), 단독기지국의 위치를 새롭게 선정하는 과정(S230)을 반복 수행한다. 반복 수행 횟수는 실시 예에 따라 다양하게 설정가능하다.

도 3은 본 발명에 따른 단독기지국의 위치 선정 방법의 다른 일 예를 도시한 흐름도이고, 도 4 내지 도 6은 도 3의 위치 선정 방법을 컴퓨터에서 수행되는 프로그램의 일 예로 구현한 도면이다.

도 3 내지 도 6을 함께 참조하면, 위치 선정 장치는 재난발생지역과 같은 특정 지역 내 설치할 단독기지국 당 복수 개의 임의 위치를 생성한다(S300). 예를 들어, 위치 선정 장치는 도 6의 2~6 라인과 같이 100개의 임의 위치를 난수를 통해 생성할 수 있다.

위치 선정 장치는 초기에 복수 개의 임의 위치를 개체 최적위치(

)로 설정한다(S305, 도 6의 5라인).

재난망이 이미 구축되어 있는 지역에 단독기지국을 설치할 경우에는 기존 기지국 중에서 서빙기지국을 선택하고, 재난망을 처음 구축하는 경우에는 설치할 단독기지국을 서빙기지국으로 선택한다(S310, 도 6의 8라인). 위치 선정 장치는 각 단말에 대한 신호세기(SINR)가 가장 좋은 기지국을 서빙기지국으로 선택한다. 예를 들어, 도 6의 8라인에 기재된 서빙기지국 선택 알고리즘(ServignBS_Selection [N,K,B])을 도 4와 같이 구현될 수 있다.

각 단말에 대한 서빙기지국 선택의 초기값이 결정되면, 개체 최적 위치(

) 중 목적함수를 최대로 하는 군집 최적위치(

)를 설정한다(S315, 도 6의 9~18라인). 여기서 목적함수는 모든 단말에 대한 처리량의 평균을 나타내는 함수이다. 각 단말의 처리량을 구할 때 각 단말에 대한 서빙기지국의 선택 정보(즉, SINR 정보)가 활용된다. 목적함수는 도 5와 같이 모든 단말에 대한 처리량의 평균을 반환하는 함수로 구현될 수 있다(도 5의 9라인). 이때 각 단말의 처리량을 최소처리량(T_Min)과 비교하여(도 5의 5라인), 한 개의 단말이라도 처리량이 최소처리량(T_Min)보다 작으면 그 즉시 수행을 종료하고, 처리량을 0으로 반환한다(도 5의 6라인).

위치 선정 장치는 개체 최적위치와 군집 최적위치를 PSO 알고리즘을 이용하여 가변시킨 가변위치를 생성한다(S320, 도 4의 24라인). PSO 알고리즘을 이용한 가변 위치의 생성은 다음 수학식을 이용할 수 있다.

여기서, V_j는 단독기지국j의 위치 가변량, X_j ^pbest는 단독기지국j의 개체 최적위치, X_j ^gbest는 단독기지국j의 군집 최적위치, X_j는 단독기지국j의 위치, ω,c,r은 PSO 알고리즘의 각 가중치를 나타내며 사용자 등에 의해 미리 설정되는 값이다. 예를 들어, r은 0과 1 사이의 값 중 어느 하나가 선택되고, c는 1 부근의 설정될 수 있는 등 본 발명의 실시 예에 따라 사용자가 다양하게 설정할 수 있다.

위치 선정 장치는 가변위치(X_r,s+V_r,s)를 계산한다. 가변위치는 재난 지역 내에만 위치하는 것이 바람직하다(도 6의 30, 31라인).

이후 가변위치에 단독기지국이 위치할 때 단독기지국을 포함한 전체 기지국에 대해, 서빙기지국 선택 알고리즘을 이용하여 각 단말의 서빙기지국 정보를 갱신한다(S330, 도 6의 33라인). 가변위치(Xj+Vj)에 단독기지국이 위치하는 경우에 각 단말들의 처리량의 평균을 산출하여, 이를 현 개체 최적위치(

)에서의 단말들의 처리량의 합과 비교한다(S335).

가변위치에서의 단말들의 처리량의 합이 크면, 위치 선정 장치는 개체 최적위치를 가변위치로 갱신한다(S340, 도 5의 35라인). 또한 가변위치에서의 단말들의 처리량의 합이 군집 최적위치에서의 단말들의 처리량의 합보다 크면(S345), 위치 선정 장치는 군집 최적위치(X_j ^gbest)를 가변위치로 갱신한다(S350, 도 6의 39라인).

개체 최적위치에 대한 가변위치를 생성하고, 개체 최적위치 및 군집 최적위치와 비교하여 갱신하는 과정을 모든 개체 최적위치에 대해 수행하고(S355), 다음 기지국에 대해서도 위의 과정을 반복하여 위치 탐색을 수행한다(S360,S365). 또한 이러한 비교 갱신 과정을 일정 횟수 반복 수행한다(S370). 도 6을 참조하면, 위치 선정 장치는 위의 과정을 1000번 반복한다(도 6의 46라인).

도 7은 본 발명에 따른 위치 선정 장치의 일 예의 구성을 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 위치 선정 장치는 후보위치 설정부(700), 처리량 파악부(710), 위치 선정부(720)를 포함한다. 위치 선정 장치는 재난발생지역과 같은 특정 지역 내 각 단말들의 위치를 미리 알고 있다고 가정한다.

후보위치 설정부(700)는 재난발생지역과 같은 특정 지역 내 복수의 임의 위치를 설정하고, 복수의 임의 위치를 PSO 알고리즘을 등을 통해 반복 가변시킨 복수의 가변 위치를 생성한다. 복수의 임의 위치와 복수의 가변 위치는 단독기지국의 후보 위치가 된다. 다만 단독기지국과 적어도 어느 하나의 단말 사이의 처리량이 최소처리량(T_Min)보다 작은 위치는 후보 위치에서 배제된다.

처리량 파악부(710)는 각 단말에 대한 신호세기를 기초로 서빙기지국을 선택하고, 후보 위치들에 단독기지국이 위치한다고 할 때 단말들의 처리량의 평균을 산출한다. 위치 선정부(720)는 단말들의 처리량의 평균이 최대가 되는 후보 위치를 단독기지국의 위치로 선정한다.

본 발명은 또한 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. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

1. 일정 지역 내 복수 개의 임의 위치를 선정하는 단계;
   상기 복수 개의 임의 위치를 개체 군집 최적화 알고리즘을 이용하여 가변시킨 복수 개의 가변 위치를 산출하는 단계;
   상기 복수 개의 임의 위치 및 상기 복수 개의 가변 위치를 포함하는 후보 위치에 단독기지국이 있다고 할 때, 상기 일정 지역 내 각 단말에 대한 신호세기를 기초로 서빙기지국을 선택하고 상기 일정 지역 내 위치한 단말들의 처리량의 평균을 산출하는 단계; 및
   상기 처리량의 평균을 기초로 상기 후보 위치들 중 하나를 단독기지국의 위치로 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단독기지국의 위치 선정 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 처리량의 평균을 산출하는 단계는,
   서빙기지국과 상기 일정 지역 내 단말들 사이의 채널 대역폭과 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 기초로 상기 단말들의 처리량의 평균을 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단독기지국의 위치 선정 방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 복수 개의 임의 위치와 상기 복수 개의 가변 위치 중에서 단독기지국과 적어도 하나 이상의 단말 사이의 처리량이 기 설정된 최소 처리량보다 작으면 상기 후보 위치에서 배제하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 단독 기지국의 위치 선정 방법.
4. 일정 지역 내 복수 개의 임의 위치와, 상기 복수 개의 임의 위치를 개체 군집 최적화 알고리즘을 이용하여 가변시킨 복수 개의 가변 위치를 단독기지국의 후보 위치로 설정하는 후보위치설정부;
   상기 복수 개의 임의 위치 및 상기 복수 개의 가변 위치를 포함하는 후보 위치에 단독기지국이 있다고 할 때, 상기 일정 지역 내 각 단말에 대한 신호세기를 기초로 서빙기지국을 선택하고 상기 일정 지역 내 위치한 단말들의 처리량의 평균을 산출하는 처리량파악부; 및
   상기 처리량의 평균을 기초로 단독기지국의 위치를 결정하는 위치선정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단독기지국의 위치 선정 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 처리량파악부는,
   서빙기지국과 단말들 사이의 채널 대역폭과 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 기초로 상기 단말들의 처리량의 평균을 구하는 것을 특징으로 하는 단독기지국의 위치 선정 장치.
6. 제 4항에 있어서, 상기 위치설정부는,
   상기 복수 개의 임의 위치와 상기 복수 개의 가변 위치 중에서 단독기지국과 적어도 하나 이상의 단말 사이의 처리량이 기 설정된 최소 처리량보다 작으면 후보 위치에서 배제하는 것을 특징으로 단독 기지국의 위치 선정 장치.
7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.

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