KR20180056223A - 항공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법 - Google Patents

항공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 네트워크 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 항공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 항공기내 고신뢰성 무선 네트워크의 핵심 문제 중의 하나인 셀 간 간섭 문제를 해결하는데 도움을 줄 수 있다.

Description

항공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법{Method for transmitting data effectively to reduce backhaul traffic in wireless network provided within aircraft}
본 발명은 무선 네트워크 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 항공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법에 대한 것이다.
민간ㅇ군용 항공기는 항공 운항의 안전성을 도모하기 위한 최첨단 항공 전자장비가 탑재되어 있으며, 이러한 항공전자 장비는 유선 케이블로 연결되어 관련 정보를 전송한다. 최근 항공 산업 선진국을 중심으로 항공기내 항공 전자 장비 사이에 기존 유선 통신망 대신에 무선 네트워크 기술을 구축하여 항공기의 무게 및 유지비용을 절감시키고, 안전성과 신뢰성을 증대 시키고자하는 연구 및 표준화가 빠르게 진행되고 있다.
이러한 항공기내 무선 네트워크의 적용 분야는 단순한 인포테인먼트가 아닌 엔진 제어, 운항 제어, 항공기 건전성 모니터링과 같은 안전성과 직결되는 매우 중요한 응용을 포함한다. 특히, 선진 항공 산업체의 요구에 따라 2015년 세계전파통신회의에서 항공기내 무선 네트워크를 위하여 4.2 ∼ 4.4GHz의 주파수를 국제적으로 할당하였다.
항공기 내부의 수많은 무선 센서는 관련 정보를 백홀망에 연결된 수많은 AP(Access Point)를 통하여 중앙 제어기 및/또는 파일럿에 전달하거나 수신 받는다. 항공기내 수천 개에 달하는 센서 및/또는 액추에이터는 관련 특성에 따라 고용량의 데이터 전송률을 필요로 하는 센서부터 저용량의 전송을 필요로 하는 센서까지 매우 다양한 이종의 특성을 갖는다.
또한, 일반적으로 센서의 통신은 2 ∼ 3중의 백업 케이블을 유지하고 백홀망은 3 ∼ 4중의 백업 케이블을 유지하여야 하므로 항공기 기체 무게를 증가시키는 주요 원인이 되므로 관련 부분의 무선화를 고려할 수 있다.
AP는 무선 센서들로부터 송신된 채널을 활용하여 상향 링크 채널 정보를 측정하고 이를 중앙의 네트워크 매니저에게 전달한다. 중앙의 네트워크 매니저는 이를 무선 네트워크의 제어에 사용한다. 이렇게 AP에서 수집된 방대한 센서들의 채널 정보는 다시 네트워크 매니저 및 항공 제어기/파일럿에 전달되며 이때 이더넷 기반의 유선통신 및 광통신과 같은 고용량 전송률을 보유한 최신의 유선 백홀망에 연결되어 필요한 컴퓨팅에 사용될 수 있다.
항공기내 무선 네트워크는 응용의 요구 사항 및 항공기 기체의 형태를 비롯하여 전송률, 신뢰도, 지연, 확장성, 통신 거리를 종합적으로 고려하여야 한다. 특히, 항공기 내부는 금속성 구조체로 이루어져 항공기 제어와 같은 응용이 요구로 하는 고신뢰성을 만족하는 것이 매우 어려운 과제이다.
따라서, 한정된 주파수(4.2∼4.4 GHz)를 보다 효율적으로 사용하기 위하여 수 천 개에 달하는 무선 센서로 구성된 초밀집 네트워크를 셀 단위로 재구성 할 수 있다. 예를 들어, 조종석과 같은 작은 공간은 하나의 셀로 구성할 수 있으며, 객실과 같은 넓은 공간은 통신 링크 신뢰성과 데이터 전송률 사이에 절충안을 보여주기 위해 멀티 셀 형태로 구성될 수 있다. 그러나, 다수 셀에서의 동일한 무선 주파수 재사용으로 인하여 셀간 상호간섭이 심각하게 발생할 수 있으며, 이로 인하여 신뢰성에 치명적 문제를 야기할 수 있다.
이러한, 간섭 문제를 해결하기 위하여 상향 링크 스케쥴러는 AP에서 수신된 각 무선 센서의 자기 신호 세기뿐만 아니라 인접 AP에 야기하는 간섭 신호의 세기를 고려하는 기법이 활발히 제안되었으며, 간섭 정보를 고려하지 않은 방식 대비 성능 개선 효과가 확인되었다.
이러한 간섭 정보를 고려하는 스케쥴링 알고리즘의 대표적인 예가 SGIR (Signal-to-Generating Interference Ratio) 기반 스케쥴링 알고리즘이다. SGIR 기반 스케쥴링 알고리즘은 각 AP에서 서비스하고 있는 무선 센서중에서 자기신호대비 인접 셀에 야기하는 간섭 신호 세기의 비율이 가장 높은 무선 센서를 선택하는 방식으로 자기 신호의 세기가 높을수록 또는 인접 셀에 야기하는 간섭 신호의 세기가 낮을수록 선택될 확률이 높아진다. 다시 말해, 자기 신호의 세기가 높더라도 인접 셀에 높은 간섭을 야기하는 무선 센서의 경우 SGIR 지수가 낮아짐으로써 선택될 확률이 낮아진다.
이렇듯, 각 무선 센서가 인접 셀에 야기하는 간섭 신호의 정보를 스케쥴링에 반영할 경우 성능 개선 효과는 뚜렷하지만, 각 무선 센서가 인접 셀들에 야기하는 간섭 신호의 세기를 추정하기 위해서는 주변의 모든 AP들로부터 간섭 신호의 정보를 취합해야만 한다. 통상 네트워크 매니저에서 이러한 역할을 담당한다.
일례로 위의 SGIR의 경우 중앙의 네트워크 매니저에 연결된 모든 AP들은 자신이 서비스하는 무선 센서들의 자기 신호 세기 정보와 자신의 인접 셀들에 존재하는 무선 센서들로부터 수신하는 간섭 신호 정보를 모두 중앙의 네트워크 매니저로 전달하고 중앙의 네트워크 매니저는 모든 무선 센서의 발생 간섭량(Generating Interference)과 SGIR을 계산한 후, 정해진 절차에 따라서 스케쥴링을 수행한다.
따라서, AP의 수와 무선 센서의 수가 증가할수록 각각의 AP에서 중앙의 네트워크 매니저로 전달해야하는 정보의 양이 급격히 증가하여 추가적인 백홀 용량을 필요로 하는 문제점이 발생한다.
1. 한국등록특허번호 제10-1614793호(2016.04.18)(발명의 명칭: 무선 백홀망 네트워크에서의 트래픽 처리를 위한 스케줄링 방법 및 장치)
1. 박천관, "이동 백홀 네트워크에서 QoS 기능"한국인터넷방송통신학회 논문지 제13권 제5호 (2013. 10) pp.101-105 2. 김철순, "피코셀 시스템을 위한 무선 백홀 네트워크의 설계에 대한 연구"학위논문(석사) KAIST 2009년 전기및전자공학
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 항공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 항공기내 고신뢰성 무선 네트워크의 핵심 문제 중의 하나인 셀 간 간섭 문제를 해소할 수 있는 효율적인 데이터 전달 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 항공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법을 제공한다.
상기 효율적인 데이터 전달 방법은,
항공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법으로서,
다수의 무선 센서가 사운딩 신호를 다수의 액세스 포인트로 전송하는 단계;
상기 다수의 액세스 포인트가 상기 사운딩 신호를 이용하여 채널 정보를 추정하는 단계;
상기 다수의 액세스 포인트가 미리 설정되는 설정 임계치를 이용하여 상기 채널 정보 중 간섭 채널 정보를 중앙 집중식으로 제어하기 위해 네트워크 매니저로 전송하는 단계;
상기 네트워크 매니저는 상기 간섭 채널 정보를 이용하여 총 간섭 채널 정보량을 계산하고, 상기 총 간섭 채널 정보량에 스케쥴링 알고리즘을 적용하여 상기 다수의 액세스 포인트 마다 추정 임계치를 산출하는 단계; 및
상기 네트워크 매니저는 상기 다수의 액세스 포인트로 해당하는 상기 추정 임계치를 전송하면 상기 다수의 액세스 포인트가 상기 추정 임계치를 상기 설정 임계치로 교체 설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편, 본 발명의 다른 일실시예는, 항공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법으로서, 다수의 무선 센서가 사운딩 신호를 다수의 액세스 포인트로 전송하는 단계; 상기 다수의 액세스 포인트가 상기 사운딩 신호를 이용하여 채널 정보를 추정하는 단계; 상기 다수의 액세스 포인트가 분산 방식으로 제어하기 위해 미리 설정되는 설정 임계치를 이용하여 상기 채널 정보 중 간섭 채널 정보를 통하여 총 간섭 채널 정보량을 계산하고, 상기 총 간섭 채널 정보량에 스케쥴링 알고리즘을 적용하여 추정 임계치를 산출하는 단계; 및 상기 다수의 액세스 포인트가 상기 추정 임계치를 상기 설정 임계치로 교체 설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법을 제공할 수 있다.
여기서, 상기 채널 정보는 상기 다수의 무선 센서 자신들이 생성하는 자기 채널 정보 및 상기 다수의 무선 센서 중 인접 무선 센서에 의해 생성되는 간섭 채널 정보를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 추정 임계치는 미리 설정되는 기준 백홀 트래픽 용량과 상기 총 간섭 채널 정보량에 따라 산출되는 산출 백홀 트래픽 양을 반영하여 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 채널 정보는 상향 링크 채널 정보인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 스케쥴링 알고리즘은 SGIR(Signal-to-Generating Interference Ratio) 기반 스케쥴링 알고리즘인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 추정 임계치는 상기 산출 백홀 트랙픽양이 상기 미리 설정되는 기준 백홀 트래픽 용량보다 커서 트래픽이 과다하여 품질 저하가 우려되면 증가하고, 상기 산출 백홀 트랙핑양이 상기 미리 설정되는 기준 백홀 트랙픽 용량보다 작아서 트래픽이 낮으면 감소되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 효율적인 데이터 전달 방법은, 상기 설정 임계치로 교체 설정하는 단계이후, 상기 다수의 액세스 포인트가 교체 설정된 설정 임계치를 반영한 스케쥴링 정보를 상기 다수의 무선 센서중 해당 무선 센서로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 항공기내 고신뢰성 무선 네트워크의 핵심 문제 중의 하나인 셀 간 간섭 문제를 해결하는데 도움을 줄 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 각각의 AP(Access Point)에서 중앙의 네트워크 매니저로 전달해야하는 정보의 양을 획기적으로 감소시킴으로써 필요한 백홀 용량을 절감할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 무선 센서들의 간섭 정보가 실시간으로 공유될 수 있으며, 이를 통해서 항공기내 응용에서 요구하는 고신뢰성 및/또는 저지연 서비스를 제공할 수 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크의 간략화된 구성 블록도를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 항공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 과정을 보여주는 절차도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가로 세로가 각각 100m 사각 영역에 1000개의 무선 센서가 3개의 AP(Access Point)에 연결되어 있을 때 평균 피드백율(average feedback rate)의 성능 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가로 세로가 각각 100m 사각 영역에 1000개의 무선 센서가 3개의 AP(Access Point)에 연결되어 있을 때 평균 업링크 합산율(average uplink sum rate)의 성능 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가로 세로가 각각 100m 사각 영역에 1000개의 무선 센서가 10개의 AP(Access Point)에 연결되어 있을 때 평균 피드백율(average feedback rate)의 성능 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 가로 세로가 각각 100m 사각 영역에 1000개의 무선 센서가 10개의 AP(Access Point)에 연결되어 있을 때 평균 업링크 합산율(average uplink sum rate)의 성능 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 1에 도시된 네트워크 매니저(110)의 세부 구성 블록도이다.
도 8은 도 1에 도시된 액세스 포인트(121,122)의 세부 구성 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 항공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크(100)의 간략화된 구성 블록도를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 무선 네트워크(100)는, 네트워크 매니저(110), 액세스 포인트(AP:Access Point)(121,122), 무선 센서(131,132,133) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
네트워크 매니저(110)에
Figure pat00001
개의 액세스 포인트 AP들(121,122)이 연결되어 있으며,
Figure pat00002
개의 액세스 포인트 AP(121,122)가
Figure pat00003
개의 무선 센서(131,132,133)를 서비스하고 있다. 먼저, 모든 무선 센서들(131,132,133)은 네트워크에서 정해진 셀 선택(Cell Selection)절차에 의해서 특정 액세스 포인트 AP와 연결되어 있다. 액세스 포이트 AP와 중앙의 네트워크 매니저 간 고용량의 전송률을 보장하는 이더넷 기반의 유선 및/또는 광통신 등 백홀(backhaul)로 연결되어 있다.
셀에 연결되어 있는 무선 센서들의 집합은 다음과 같이 나타낸다.
Figure pat00004
여기서,
Figure pat00005
는 셀에 연결되어 있는 무선 센서들의 집합을 나타내고, k는 셀을 나타내고,
Figure pat00006
는 셀 k에 연결된 무선 센서를 제외한 다른 센서들의 집합을 나타내며, h[i,j]는 무선 센서 i에서 AP j연결된 상향 채널 정보를 나타내며, g[j,i]는 AP j에서 무선 센서 i로 연결된 하향 링크 채널 정보를 나타낸다.
또한,
Figure pat00007
는 전체 무선 센서 집합을 나타낸다. 셀 k에 간섭을 야기하는 무선 센서들 중에서 주어진 임계치 보다 큰 간섭을 야기하는 무선 센서의 집합
Figure pat00008
는 다음과 같이 정의된다.
Figure pat00009
여기서,
Figure pat00010
는 임계치를 나타낸다.
각 액세스 포인트 AP(121,122)에서 중앙의 네트워크 매니저(110)로 전달하는 정보는 각 액세스 포인트 AP(121,122)에 연결되어서 서비스받고 있는 무선 센서들(131,132,133)의 자기 채널 정보와 인접 액세스 포인트 AP로부터 서비스를 받으면서 자신에게 간섭을 야기하는 무선 센서로부터 수신하는 간섭 채널 정보로 구분된다.
먼저, 액세스 포인트 AP가 중앙의 네트워크 매니저(110)로 전달하는 자기 채널 정보량(실제 정보량은 횟수당 양자화 등을 고려하여 계산하여야 하지만, 본 발명의 일실시예에서는 단순화를 위하여 개수로 정의함)을 기존의 전체 간섭 정보 피드백 방식과 본 발명에서 제안하는 방식에 대해서 다음과 같이 계산된다.
Figure pat00011
여기서,
Figure pat00012
는 기존의 전체 간섭 정보를 피드백 방식의 자기 채널 정보 피드백 정보량을,
Figure pat00013
는 본 발명에서 제안하는 방식의 자기 채널 정보 피드백 정보량을 나타낸다. 위의 수학식 3에서 확인할 수 있듯이, 두 방식의 자기 채널 정보 피드백을 위한 정보량은 동일하다.
반면에, 간섭 신호의 세기에 관계없이 모든 간섭 정보를 중앙의 네트워크 매니저(110)로 전달하는 기존 방식에서 중앙의 네트워크 매니저(110)로 전달되는 간섭 신호 정보량은 다음과 같이 계산된다.
Figure pat00014
그리고, 본 발명의 제안 방식에서 액세스 포인트 AP(121,122)가 네트워크 매니저로 전달하는 총 간섭 신호 정보량은 다음과 같다.
Figure pat00015
마지막으로, 기존 방식 대비 제안 방식에서 필요한 전체 피드백 정보량 비율(
Figure pat00016
)을 다음과 같이 정의한다.
Figure pat00017
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 항공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 과정을 보여주는 절차도이다. 도 2를 참조하면, 제 1 내지 제 3 무선 센서(131,132,133)는 제 1 및 제 2 액세스 포인트 AP(121,122)로 하여금 상향 링크 채널 정보를 추정케하기 위하여 사운딩 신호를 송신한다(단계 S210). 각각의 액세스 포인트 AP(121,122)는 무선 센서들(131,132,133)이 송신하는 사운딩 신호를 바탕으로 채널 정보를 추정한다(단계 S220).
각 액세스 포인트 AP(121,122)는 자신이 서비스하고 있는 무선 센서들(131,132,133)의 자기 채널 정보는 모두 중앙의 네트워크 매니저(110)로 전달한다. 반면에, 인접 액세스 포인트 AP에서 자기에게 간섭을 야기하고 있는 무선 센서들(131,132,133)의 간섭 채널 정보중에서 특정 임계치(
Figure pat00018
)보다 큰 간섭 채널 정보만을 중앙의 네트워크 매니저(110)로 전달한다(단계 S230).
중앙의 네트워크 매니저(110)는 모든 액세스 포인트 AP(121,122)들로부터 전달된 간섭 채널 정보들을 바탕으로 각각의 무선 센서들(131,132,133)이 인접 셀로 야기하는 총 간섭 채널 정보량(즉 간섭 세기)을 계산할 수 있다(단계 S240).
네트워크 매니저(110)는 이러한 총 간섭 채널 정보량에 스케쥴링 알고리즘을 적용하여 모든 사용자(즉, 무선 센서)에 대한 추정 임계값을 산출한다(단계 S240). 이때, 스케쥴링 알고리즘은 일례로 SGIR(Signal-to-Generating Interference Ratio) 기반 스케쥴링 알고리즘이 사용될 수 있다. 이를 통해, 각 무선 센서(131,132,133)가 발생시키는 간섭 채널 정보를 바탕으로 추정 SGIR(Signal-to-Generating Interference Ratio) 지수(Index)를 계산할 수 있다. 이러한 추정 SGIR 지수가 추정 임계치가 된다.
이후, 네트워크 매니저(110)는 각 액세스 포인트 AP(121,122)에 추정 SGIR 지수(즉, user index)를 통지한다(단계 S250). 부연하면, 각 액세스 포인트마다 추정 SGIR 지수를 산출하고, 이를 통지한다.
이후, 액세스 포인트(121,122)는 각 셀에서 가장 큰 추정 SGIR 지수를 가지는 무선 센서(131,132,133)를 선택하여 데이터를 전송하도록 스케쥴 정보를 전송하며, 이러한 스케쥴 정보에 따라 해당 무선 센서가 데이터를 전송한다(단계 S260,S270).
네트워크 매니저(110)가 하는 역할은 각 센서들이 인접 AP들에게 초래할 GI(Generating Interference)를 정확하게 계산하는 것이다. 이 값을 바탕으로 스케쥴링은 다양한 시나리오가 가능하다.
첫째로, 각 액세스 포인트는 자기가 서비스하는 센서들로부터 채널 정보를 수신하면 자기신호 채널 정보를 알 수 있다. 따라서, 네트워크 매니저로부터 각 센서들의 GI값들을 전달받은 다음에 각 센서들의 SGIR을 계산한 후 최대 SGIR을 가지는 센서들을 선택할 수 있다.
이 경우, 각 AP는 네트워크 매니저에게 자기가 서비스하는 센서들로부터 수신한 채널 정보는 피드백할 필요가 없어진다.
둘째, 각 액세스 포인트는 자신이 서비스하는 센서들로부터 측정한 자기 신호 채널 정보와 함께 인접 액세스 포인트에 속해 있는 센서들로부터 측정한 간섭 정보 모두를 피드백한다. 그러면, 네트워크 매니저(110)는 모든 센서들의 SGIR값을 계산할 수 있으며, 각 AP에 대해서 최대 SGIR값을 가지는 사용자 인덱스만을 알려 줄 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가로 세로가 각각 100m 사각 영역에 1000개의 무선 센서가 3개의 AP(Access Point)에 연결되어 있을 때 평균 피드백율(average feedback rate)의 성능 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하면, 가로축은 임계치(dBm)를, 세로축은 평균 피드백율(average feedback rate)을 나타낸다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 SGIR 곡선(310)과 일반적인 SGIR 곡선(320)이 비교 도시된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가로 세로가 각각 100m 사각 영역에 1000개의 무선 센서가 3개의 AP(Access Point)에 연결되어 있을 때 평균 업링크 합산율(average uplink sum rate)의 성능 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 도 4를 참조하면, 가로축은 임계치(dBm)를, 세로축은 평균 업링크 합산율(average uplink sum rate)를 나타낸다. 또한, 이상적인 SGIR 곡선(410), 본 발명의 일실시예에 따른 SGIR 곡선(420), 일반적인 SGIR 곡선(430)이 비교 도시된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 임계치(
Figure pat00019
)가 높아질수록 기존 방식 대비 제안 방식의 피드백 비율은 낮아짐을 확인할 수 있다. 구체적으로, 임계치를 약 ∼40dBm으로 설정할 경우 기존 방식대비 데이터 전송용량의 감소는 없으면서 백홀 트래픽을 약 20%절감할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가로 세로가 각각 100m 사각 영역에 1000개의 무선 센서가 10개의 AP(Access Point)에 연결되어 있을 때 평균 피드백율(average feedback rate)의 성능 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 도 5를 참조하면, 가로축은 임계치(dBm)를, 세로축은 평균 피드백율(average feedback rate)을 나타낸다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 SGIR 곡선(510)과 일반적인 SGIR 곡선(520)이 비교 도시된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 가로 세로가 각각 100m 사각 영역에 1000개의 무선 센서가 10개의 AP(Access Point)에 연결되어 있을 때 평균 업링크 합산 전송 속도(average uplink sum rate)의 성능 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 도 6을 참조하면, 가로축은 임계치(dBm)를, 세로축은 평균 업링크 합산 전송 속도(average uplink sum rate)을 나타낸다. 또한, 이상적인 SGIR 곡선(610), 본 발명의 일실시예에 따른 SGIR 곡선(620), 일반적인 SGIR 곡선(630)이 비교 도시된다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 임계치를 약 ∼20dBm으로 설정할 경우 기존 방식대비 데이터 전송용량의 감소는 없으면서 백홀 트래픽을 약 65%절감할 수 있다.
도 7은 도 1에 도시된 네트워크 매니저(110)의 세부 구성 블록도이다. 도 7을 참조하면, 자신과 연결된 액세스 포인트(121,122)로부터 전달받는 트래픽의 양을 측정하는 측정부(710), 액세스 포인트(121,122)를 통해서 전송된 간섭 채널 정보들을 수집하여 각 무선 센서(131,132,133)의 발생 간섭량 (Generating interference)을 계산하는 계산부(720), 상기 계산부(720)에서 계산된 각 무선 센서(131,132,133)의 간섭량을 이용하여 임계치를 산출하는 제 1 임계치 설정부(730), 네트워크 매니저(110)의 기능 및 구성요소간 신호 등을 제어하는 제어부(740) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
물론, 네트워크 매니저(110)는 해당 액세스 포인트 AP(121,122)로 간섭량을 전달하여 각 액세스 포인트 AP(121,122)에서 스케쥴링 알고리즘을 수행케하거나, 중앙의 네트워크 매니저(110)에서 직접 스케쥴링 알고리즘을 수행한 후 각 액세스 포인트 AP(121,122)별로 최종 결과만을 전달할 수도 있다.
또한, 계산부(720)에서는 각 액세스 포인트 AP(121,122)로부터 수집된 간섭 채널 정보들을 취합하여 각 무선 센서가 인접 액세서 포인트 AP를 향해 야기하는 간섭량을 계산할 수 있다.
또한, 측정부(710)는 각 액세스 포인트 AP(121,122)로부터 전달받는 백홀 트래픽의 양을 측정할 수 있다.
제어부(740)는 이러한 백홀 트래픽의 용량과 상기 측정부(710)에서 측정된 백홀 트래픽의 양을 고려하여 각 액세스 포인트 AP(121,122)로 임계치 수정 명령을 전달할 수 있다. 부연하면, 측정부(710)는 백홀 용량 대비 트래픽이 과다하여 품질 저하가 우려되는 경우 각 액세스 포인트 AP(121,122)로 임계치를 높이도록 요청할 수 있으며, 백홀 용량 대비 트래픽이 낮은 경우 각 액세스 포인트 AP(121,122)로 임계치를 낮추도록 요청할 수 있다.
도 8은 도 1에 도시된 액세스 포인트(121,122)의 세부 구성 블록도이다. 도 8을 참조하면, 액세스 포인트 AP(121,122)는 채널 추정부(810), 처리부(820) 및 임계치 설정부(830) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
채널 추정부(810)는 무선 센서(131,132,133)로부터 사운딩 신호를 수신하고, 이 사운딩 신호를 기반으로 해당 채널 정보를 추정한다. 부연하면, 액세서 포인트 AP(121,122)가 서비스하고 있는 무선 센서(131,132,133)를 포함하여 인접 AP를 통해서 서비스받고 있는 모든 무선 센서들이 송신하는 사운딩 신호를 수신하여 채널 정보를 추정한다.
처리부(820)는 각 액세스 포인트 AP(121,122)에서 채널 추정부(810)를 통해서 추정된 채널 정보들 중에서 자신이 직접 서비스하고 있는 무선 센서들(131,132,133)이 송신한 사운딩 신호를 통해서 자기 채널 정보를 추정한다. 또한, 이 무선 센서들을 제외한 자신에게 간섭을 야기하는 무선 센서들이 송신한 사운딩 신호를 통해서 간섭 채널 정보를 추정하고, 추정된 간섭 채널 정보의 신호 세기를 설정된 설정 임계치와 비교한다. 따라서, 상기 설정 임계치보다 큰 간섭 채널 정보만을 선별하여 중앙의 네트워크 매니저(110)로 전송한다.
제 2 임계치 설정부(830)는 각 액세스 포인트 AP(121,122)의 상기 처리부(820)에서 설정된 임계치를 채널 상황에 따라서 적응적으로 수정 및/또는 최적화할 수 있다. 물론, 제 2 임계치 설정부(830)는 도 7에 도시된 제 1 임계치 설정부(730과 동일한 기능 및 역할을 수행하며, 구성이 생략될 수 있다. 부연하면, 이러한 제 2 임계치 설정부(830)는 각 액세스 포인트 AP(121,122)에 배치됨으로써 분산 방식으로 동작될 수 있다. 이와 달리, 제 2 임계치 설정부(830)가 액세스 포인트 AP에 구성되지 않으면, 네트워크 매니저(110)에 구성되는 제 1 임계치 설정부(730)를 통해 중앙 집중식으로 동작될 수 있다.
명세서에 기재된 "…부"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 특히, 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로 프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.
100: 무선 네트워크
110: 네트워크 매니저,
121,122: 제 1 내지 제 2 액세스 포인트
131,132,133: 제 1 내지 제 3 무선 센서
710: 측정부
720: 계산부
730: 제 1 임계치 설정부
740: 제어부
810: 채널 추정부
820: 처리부
830: 제 2 임계치 설정부

Claims (8)

  1. 항공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법에 있어서,
    다수의 무선 센서가 사운딩 신호를 다수의 액세스 포인트로 전송하는 단계;
    상기 다수의 액세스 포인트가 상기 사운딩 신호를 이용하여 채널 정보를 추정하는 단계;
    상기 다수의 액세스 포인트가 미리 설정되는 설정 임계치를 이용하여 상기 채널 정보 중 간섭 채널 정보를 중앙 집중식으로 제어하기 위해 네트워크 매니저로 전송하는 단계;
    상기 네트워크 매니저는 상기 간섭 채널 정보를 이용하여 총 간섭 채널 정보량을 계산하고, 상기 총 간섭 채널 정보량에 스케쥴링 알고리즘을 적용하여 상기 다수의 액세스 포인트 마다 추정 임계치를 산출하는 단계; 및
    상기 네트워크 매니저는 상기 다수의 액세스 포인트로 해당하는 상기 추정 임계치를 전송하면 상기 다수의 액세스 포인트가 상기 추정 임계치를 상기 설정 임계치로 교체 설정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법.
  2. 항공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법에 있어서,
    다수의 무선 센서가 사운딩 신호를 다수의 액세스 포인트로 전송하는 단계;
    상기 다수의 액세스 포인트가 상기 사운딩 신호를 이용하여 채널 정보를 추정하는 단계;
    상기 다수의 액세스 포인트가 분산 방식으로 제어하기 위해 미리 설정되는 설정 임계치를 이용하여 상기 채널 정보 중 간섭 채널 정보를 통하여 총 간섭 채널 정보량을 계산하고, 상기 총 간섭 채널 정보량에 스케쥴링 알고리즘을 적용하여 추정 임계치를 산출하는 단계; 및
    상기 다수의 액세스 포인트가 상기 추정 임계치를 상기 설정 임계치로 교체 설정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 채널 정보는 상기 다수의 무선 센서 자신들이 생성하는 자기 채널 정보 및 상기 다수의 무선 센서 중 인접 무선 센서에 의해 생성되는 간섭 채널 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 추정 임계치는 미리 설정되는 기준 백홀 트래픽 용량과 상기 총 간섭 채널 정보량에 따라 산출되는 산출 백홀 트래픽 양을 반영하여 산출되는 것을 특징으로 하는 공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 채널 정보는 상향 링크 채널 정보인 것을 특징으로 하는 공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스케쥴링 알고리즘은 SGIR(Signal-to-Generating Interference Ratio) 기반 스케쥴링 알고리즘인 것을 특징으로 하는 공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 추정 임계치는 상기 산출 백홀 트랙픽양이 상기 미리 설정되는 기준 백홀 트래픽 용량보다 커서 트래픽이 과다하여 품질 저하가 우려되면 증가하고, 상기 산출 백홀 트랙핑양이 상기 미리 설정되는 기준 백홀 트랙픽 용량보다 작아서 트래픽이 낮으면 감소되는 것을 특징으로 하는 공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 설정 임계치로 교체 설정하는 단계이후, 상기 다수의 액세스 포인트가 교체 설정된 설정 임계치를 반영한 스케쥴링 정보를 상기 다수의 무선 센서중 해당 무선 센서로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기내 무선 네트워크에서 백홀 트래픽 감소를 위한 효율적인 데이터 전달 방법.
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