KR20230094922A - Intelligent dynamic real-time spectrum resource management system and intelligent dynamic real-time spectrum resource management method using data mining and case-based reasoning - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 시스템에서의 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법으로서, CR 마스터노드가, 히스토리 데이터를 원시 데이터로써 수집하여 전처리하는 단계; CR 마스터노드가, 행동패턴 예측 모델을 생성하는 단계; CR 마스터노드가, 입력되는 사례를 분석하여 결과 데이터를 생성하는 단계; CR 유저노드가 최적화 수행 여부를 결정하는 단계; 결정하는 단계에서 상기 최적화 수행을 결정하면, CR 유저노드가 채널 내 기존 사용자와의 간섭확률 기준을 만족하는 전송 파라미터를 생성하는 단계; 및 CR 유저노드가 전송 파라미터에 기초하여 전송전력을 제어하는 단계를 포함한다. 이에 의해 사례별 데이터에 대한 정확한 학습 알고리즘을 통해 불규칙한 패턴으로 인해 오분류 사례가 있는 경우 잘못된 예측으로 인해 시스템 성능이 저하되는 것을 방지하고, 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리의 복잡성을 감소시키고 신속한 자원 할당이 가능하도록 할 수 있다.The present invention provides an intelligent dynamic real-time spectrum resource management method in an intelligent dynamic real-time spectrum resource management system, comprising the steps of, by a CR master node, collecting and pre-processing history data as raw data; CR master node, generating a behavior pattern prediction model; The CR master node analyzes input cases and generates result data; CR user node determining whether to perform optimization; generating, by a CR user node, a transmission parameter that satisfies an interference probability criterion with an existing user within a channel, if it is decided to perform the optimization in the determining step; and controlling, by the CR user node, transmission power based on the transmission parameter. This prevents system performance from degrading due to incorrect prediction when there are misclassified cases due to irregular patterns through an accurate learning algorithm for each case data, reduces the complexity of intelligent dynamic real-time spectrum resource management, and enables rapid resource allocation. can make it possible.
Description
본 발명은 데이터 마이닝과 사례기반 추론을 이용한 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 시스템 및 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 신속한 자원 할당을 가능하게 하는 데이터 마이닝과 사례기반 추론을 이용한 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 시스템 및 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an intelligent dynamic real-time spectrum resource management system and an intelligent dynamic real-time spectrum resource management method using data mining and case-based reasoning, and more particularly, to an intelligent dynamic real-time spectrum resource management method using data mining and case-based reasoning that enables rapid resource allocation. A real-time spectrum resource management system and an intelligent dynamic real-time spectrum resource management method.
최근 사물인터넷(IoT, Internet of Things)의 발달에 따라 컴퓨팅 기술의 패러다임 전환이 빠르게 일어나고 있으며, 이에 따라 다양한 산업용 사물인터넷 기기에서 발생하는 대용량 데이터를 효율적으로 처리할 수 있도록 하는 기술들이 생겨나고 있다. International data Corporation에 따르면 2025년에는 인터넷에 연결되는 IoT 기기가 79.4 제타바이트에 육박하는 데이터를 생성하며, 이러한 기기가 무려 441억개에 달할 것으로 예측하며, 이로 인해 IoT를 구성하는 스마트 기기, 센서, 카메라에 이르기까지 주요 엔드 단말기에 상당한 변화를 가져올 것으로 예측하고 있다.Recently, with the development of the Internet of Things (IoT), a paradigm shift in computing technology is rapidly occurring, and accordingly, technologies that can efficiently process large amounts of data generated from various industrial IoT devices are emerging. According to International Data Corporation, by 2025 IoT devices connected to the Internet will generate data approaching 79.4 zettabytes, predicting that there will be as many as 44.1 billion of these devices. It is predicted that significant changes will be made to major end terminals.
한편, 기존에는 이러한 방대한 양의 데이터를 중앙 집중화된 데이터센터나 외부의 클라우드 시스템에서 처리하고 있으나, 이러한 기존의 중앙 집중식 컴퓨팅 시스템은 실시간 처리가 필요한 스마트 공장, 스마트팜, 자율주행차 등 다양한 IoT 서비스를 수용하는데 그 한계가 있다. 따라서, 기하급수적으로 증가하는 데이터 볼륨과 네트워크 트래픽에 기반한 클라우드 서버 과부화 위험으로 인해 기존의 중앙 집중식 컴퓨팅 시스템에서 무선접속망 내 네트워크 에지로의 컴퓨팅 전환이 새로운 패러다임이 될 전망이다. 이러한 에지 컴퓨팅은 연산과 데이터 스토리지를 데이터 소스에 더 가깝게하는 분산 컴퓨팅 시스템으로서, 사용자가 사용하는 단말기와 가까운 위치에서 컴퓨팅 서비스를 처리하므로 보다 빠르고 안정적인 서비스를 받을 수 있고 유연한 하이브리드 클라우드 컴퓨팅을 수행할 수 있는 이점을 갖는다.Meanwhile, in the past, such vast amounts of data are processed in a centralized data center or an external cloud system, but these existing centralized computing systems provide various IoT services such as smart factories, smart farms, and self-driving cars that require real-time processing. There is a limit to accepting . Therefore, due to the exponentially increasing data volume and the risk of cloud server overload based on network traffic, a computing shift from the existing centralized computing system to the network edge within the wireless access network is expected to become a new paradigm. Edge computing is a distributed computing system that brings operations and data storage closer to the data source. As computing services are processed close to the terminal used by users, faster and more stable services can be obtained and flexible hybrid cloud computing can be performed. has the advantage of
그러나, 이러한 에지 컴퓨팅의 제한된 주파수 자원은 실시간으로 기계형 장치(MTD) 작동이 필요한 동적 스펙트럼 환경에서 빈번한 주파수 핸드오프를 유발하며, 다른 동종 네트워크와의 간섭으로 인해 심각한 성능 저하가 발생될 수 있다. 따라서, 채널 상태 정보와 같은 시간 변동 파라미터에 따라 주파수 자원의 분배가 동적으로 최적화될 필요성이 있다. However, the limited frequency resources of edge computing cause frequent frequency handoff in a dynamic spectrum environment that requires MTD operation in real time, and serious performance degradation may occur due to interference with other peer networks. Therefore, there is a need to dynamically optimize the distribution of frequency resources according to time-varying parameters such as channel state information.
이를 위해, 종래의 지능형 동적 스펙트럼 자원 관리는 유휴 채널로의 적시 핸드오프를 위해 학습 엔진은 기존 로컬 네트워크의 통계를 나타내는 이력데이터를 기반으로 백업 채널 목록을 생성하고, 추론 엔진은 백업 채널 목록을 사용하여 다른 유휴 채널로 스펙트럼 핸드오프 작업을 수행하여 기존 사용자를 방해하지 않고 지속적인 통신이 가능하도록 하였다. 이때 인접 채널 및 위치에 존재하는 기존 사용자에게 간섭 영향을 미치는 경우 간섭 분석 및 유전자 알고리즘을 사용하는 최적화 엔진을 통해 인접 네트워크 간에 공존할 수 있는 전송 매개변수를 동적으로 재구성한다. To this end, in conventional intelligent dynamic spectrum resource management, for timely handoff to an idle channel, a learning engine generates a backup channel list based on historical data representing statistics of an existing local network, and an inference engine uses the backup channel list. Therefore, spectrum handoff was performed to another idle channel to enable continuous communication without disturbing existing users. At this time, when interference affects existing users existing in adjacent channels and locations, transmission parameters that can coexist between adjacent networks are dynamically reconstructed through an optimization engine using interference analysis and genetic algorithms.
그러나 이러한 최적화 알고리즘을 기반으로 하는 의사결정은 연산 시간과 복잡성을 증가시켜 신속한 자원 할당을 어렵게 하고, 시공간과 주파수 영역 간의 스펙트럼 상태의 진화에 따라 최적화된 가치있는 솔루션 정보를 낭비하게 된다. However, decision-making based on such an optimization algorithm increases computation time and complexity, making it difficult to quickly allocate resources, and wastes valuable solution information optimized according to the evolution of spectral states between space-time and frequency domains.
따라서, 지능형 동적 스펙트럼 자원 관리의 복잡성을 줄이고 신속한 자원 할당을 달성할 수 있는 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법의 개발이 필요한 실정이다. Therefore, there is a need to develop an intelligent dynamic real-time spectrum resource management method capable of reducing the complexity of intelligent dynamic spectrum resource management and achieving rapid resource allocation.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 사례별 데이터에 대한 정확한 학습 알고리즘을 이용하여 불규칙한 패턴으로 인해 오분류 사례가 있는 경우 잘못된 예측으로 인해 시스템 성능이 저하되는 것을 방지하고, 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리의 복잡성을 감소시키고 신속한 자원 할당이 가능하도록 하는 데이터 마이닝과 사례기반 추론을 이용한 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 시스템 및 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to reduce system performance due to incorrect prediction when there are misclassified cases due to irregular patterns using an accurate learning algorithm for each case data. To provide an intelligent dynamic real-time spectrum resource management system and an intelligent dynamic real-time spectrum resource management method using data mining and case-based reasoning that prevent the complexity of intelligent dynamic real-time spectrum resource management and enable rapid resource allocation.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 CR 네트워크망을 구성하는 CR 마스터노드와 적어도 하나 이상의 CR 유저노드, 그리고 사례 데이터베이스를 포함하는 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 시스템에서의 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법은, 상기 CR 마스터노드가, 상기 CR 유저노드에서 상기 CR 네트워크망의 채널상태를 센싱한 센싱 데이터를 포함하는 히스토리 데이터를 원시 데이터로써 수집하여 전처리하는 단계; 상기 CR 마스터노드가, 전처리된 데이터를 이용하여 상기 CR 네트워크망 사용자의 행동패턴을 학습하고, 행동패턴 예측 모델을 생성하는 단계; 상기 CR 마스터노드가, 생성된 행동패턴 예측 모델에 기초하여 입력되는 사례를 분석하여 결과 데이터를 생성하는 단계; 상기 CR 유저노드가 상기 결과 데이터에 기초하여 최적화 수행 여부를 결정하는 단계; 상기 결정하는 단계에서 상기 최적화 수행을 결정하면, 상기 CR 유저노드가 채널 내 기존 사용자와의 간섭확률 기준을 만족하는 전송 파라미터를 생성하는 단계; 및 상기 유저노드가 상기 전송 파라미터에 기초하여 전송전력을 제어하는 단계를 포함한다. Intelligent dynamic real-time spectrum in an intelligent dynamic real-time spectrum resource management system including a CR master node, at least one CR user node, and a case database constituting a CR network according to an embodiment of the present invention for achieving the above object The resource management method may include, by the CR master node, collecting and pre-processing history data including sensing data obtained by sensing a channel state of the CR network at the CR user node as raw data; learning, by the CR master node, a behavior pattern of the user of the CR network using the preprocessed data, and generating a behavior pattern prediction model; generating result data by analyzing input cases based on the generated behavior pattern prediction model by the CR master node; determining, by the CR user node, whether to perform optimization based on the result data; generating, by the CR user node, a transmission parameter that satisfies an interference probability criterion with an existing user within a channel, if the determining step determines to perform the optimization; and controlling, by the user node, transmission power based on the transmission parameter.
또한, 상기 결과 데이터를 생성하는 단계는, 상기 CR 마스터노드가 입력된 사례를 상기 행동패턴 예측 모델을 통해 예측한 예측값과 실제값을 비교하여 유사도를 검증하는 단계; 상기 CR 마스터노드가 상기 유사도 검증 결과에 기초하여 결과 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 CR 마스터노드가 생성된 결과 데이터를 상기 CR 유저노드로 전달하는 단계를 포함할 수 있다. In addition, the generating of the resulting data may include verifying a similarity by comparing a predicted value predicted through the behavior pattern prediction model with an actual value of a case in which the CR master node is input; generating, by the CR master node, result data based on the similarity verification result; and transmitting, by the CR master node, generated result data to the CR user node.
또한 상기 결과 데이터는, 상기 사례 데이터베이스에 저장된 이전 사례에 대한 솔루션인 이전 솔루션 및 상기 CR 네트워크망에서 특정시간 및 위치에서의 사용자가 사용하지 않는 유휴채널의 목록인 백업채널 목록 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 유사도 검증 결과에 기초하여 상기 결과 데이터를 생성하는 단계에서는, 상기 예측값과 실제값이 동일하면, 상기 CR 마스터노드가 상기 이전 솔루션 및 상기 백업채널 목록이 모두 포함되도록 상기 결과 데이터를 생성하고, 상기 예측값과 실제값이 미동일하면, 상기 백업채널 목록만 포함되도록 상기 결과 데이터를 생성할 수 있다. In addition, the result data includes at least one of a previous solution, which is a solution for a previous case stored in the case database, and a backup channel list, which is a list of idle channels not used by a user at a specific time and location in the CR network, , In the step of generating the result data based on the similarity verification result, if the predicted value and the actual value are the same, the CR master node generates the result data so that both the previous solution and the backup channel list are included, If the predicted value and the actual value are not the same, the resulting data may be generated to include only the backup channel list.
또한 상기 최적화 수행 여부를 결정하는 단계는, 상기 솔루션이 포함된 결과 데이터를 수신하면, 상기 CR 유저노드가 수신한 솔루션에 대한 검증인 솔루션 검증을 수행하는 단계; 상기 CR 유저노드가 상기 솔루션 검증 결과 상기 간섭확률 기준을 만족하면 상기 최적화의 수행 여부를 미수행으로 결정하고, 수신한 솔루션을 유지하는 단계; 및 상기 CR 유저노드가 상기 솔루션 검증 결과 상기 간섭확률 기준을 불만족하면 상기 최적화의 수행 여부를 수행으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. In addition, the step of determining whether to perform the optimization may include: performing solution verification, which is a verifier for the solution received by the CR user node, when receiving result data including the solution; if the CR user node satisfies the interference probability criterion as a result of the solution verification, determining whether to perform the optimization and maintaining the received solution; and determining whether to perform the optimization if the CR user node does not satisfy the interference probability criterion as a result of the solution verification.
또한 상기 솔루션 검증을 수행하는 단계에서는, 몬테카를로 알고리즘 기반의 간섭분석을 사용하여 상기 솔루션 검증을 수행할 수 있다. Also, in the step of performing the solution verification, the solution verification may be performed using interference analysis based on a Monte Carlo algorithm.
또한 상기 최적화 수행 여부를 결정하는 단계는, 상기 백업채널 목록만 포함된 결과 데이터를 수신하면, 상기 최적화의 수행 여부를 수행으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. In addition, the determining whether to perform the optimization may include determining whether to perform the optimization when result data including only the backup channel list is received.
또한 상기 CR 유저노드가 생성된 전송파라미터를 입력된 사례에 대한 솔루션으로 매칭하여 상기 사례 데이터베이스에 업데이트되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include allowing the CR user node to update the case database by matching the generated transmission parameter with a solution for the input case.
또한 상기 전처리하는 단계에서는, 데이터 클리닝(cleaning), 데이터 축소(reduction), 이상치 식별(outlier detection) 및 데이터 스케일링(scaling) 중 적어도 하나를 사용하여 상기 원시 데이터를 전처리할 수 있다. In the preprocessing step, the raw data may be preprocessed using at least one of data cleaning, data reduction, outlier detection, and data scaling.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 CR 네트워크망을 구성하는 CR 마스터노드와 적어도 하나 이상의 CR 유저노드, 그리고 사례 데이터베이스를 포함하는 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 시스템에서, 상기 CR 마스터노드는, 상기 CR 유저노드에서 상기 CR 네트워크망의 채널상태를 센싱한 센싱 데이터를 포함하는 히스토리 데이터를 원시 데이터로써 수집하여 전처리하는 전처리부; 전처리된 데이터를 이용하여 상기 CR 네트워크망 사용자의 행동패턴을 학습하고, 행동패턴 예측 모델을 생성하는 학습부; 및 생성된 행동패턴 예측 모델에 기초하여 입력되는 사례를 분석하여 결과 데이터를 생성하는 검증부를 포함하고, 상기 CR 유저노드는, 상기 결과 데이터에 기초하여 최적화 수행 여부를 결정하는 간섭분석부; 및 상기 최적화 수행을 결정하면 채널 내 기존 사용자와의 간섭확률 기준을 만족하는 전송 파라미터를 생성하고, 상기 전송 파라미터에 기초하여 전송전력을 제어하는 최적화부를 포함한다. Meanwhile, in an intelligent dynamic real-time spectrum resource management system including a CR master node constituting a CR network, at least one CR user node, and a case database according to another embodiment of the present invention for achieving the above object, the CR The master node includes a pre-processing unit that collects and pre-processes history data including sensing data obtained by sensing channel conditions of the CR network at the CR user node as raw data; a learning unit for learning a behavioral pattern of the CR network user using the preprocessed data and generating a behavioral pattern prediction model; and a verification unit generating result data by analyzing an input case based on the generated behavior pattern prediction model, wherein the CR user node includes: an interference analysis unit determining whether optimization is performed based on the result data; and an optimization unit generating transmission parameters that satisfy an interference probability criterion with an existing user within a channel when it is determined to perform the optimization, and controlling transmission power based on the transmission parameters.
또한, 상기 검증부는, 입력된 사례를 상기 행동패턴 예측 모델을 통해 예측한 예측값과 실제값을 비교하여 유사도를 검증하고, 유사도 검증 결과에 기초하여 상기 결과 데이터를 생성하며, 생성된 결과 데이터가 상기 CR 유저노드로 전달되도록 할 수 있다. In addition, the verification unit compares the predicted value predicted through the behavior pattern prediction model with the actual value of the input case to verify similarity, generates the result data based on the similarity verification result, and generates the result data It can be passed to the CR user node.
또한 상기 결과데이터는, 상기 사례 데이터베이스에 저장된 이전 사례에 대한 솔루션인 이전 솔루션 및 상기 CR 네트워크망에서 특정시간 및 위치에서의 사용자가 사용하지 않는 유휴채널의 목록인 백업채널 목록 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 검증부는, 상기 예측값과 실제값이 동일하면, 상기 CR 마스터노드가 상기 이전 솔루션 및 상기 백업채널 목록이 모두 포함되도록 상기 결과 데이터를 생성하고, 상기 예측값과 실제값이 미동일하면, 상기 백업채널 목록만 포함되도록 상기 결과 데이터를 생성할 수 있다. In addition, the result data includes at least one of a previous solution, which is a solution for a previous case stored in the case database, and a backup channel list, which is a list of idle channels not used by a user at a specific time and location in the CR network, , The verification unit, if the predicted value and the actual value are identical, the CR master node generates the result data so that both the previous solution and the backup channel list are included, and if the predicted value and the actual value are not identical, the backup The result data may be generated to include only the channel list.
또한 상기 간섭분석부는, 상기 솔루션이 포함된 결과 데이터를 수신하면, 상기 CR 유저노드가 수신한 솔루션에 대한 검증인 솔루션 검증을 수행하되, 솔루션 검증 결과가 간섭확률 기준을 만족하면 상기 최적화의 수행 여부를 미수행으로 결정하여 수신한 솔루션이 유지되도록 하며, 상기 솔루션 검증 결과가 상기 간섭확률 기준을 불만족하면 상기 최적화의 수행 여부를 수행으로 결정할 수 있다. In addition, when the interference analysis unit receives the result data including the solution, it performs solution verification, which is a verifier for the solution received by the CR user node, and if the solution verification result satisfies the interference probability criterion, whether to perform the optimization is determined not to be performed so that the received solution is maintained, and if the solution verification result does not satisfy the interference probability criterion, it may be determined whether or not to perform the optimization.
또한 상기 간섭분석부는, 몬테카를로 알고리즘 기반의 간섭분석을 사용하여 상기 솔루션 검증을 수행할 수 있다. In addition, the interference analysis unit may perform the solution verification using an interference analysis based on a Monte Carlo algorithm.
또한 상기 간섭분석부는, 상기 백업채널 목록만 포함된 결과 데이터를 수신하면, 상기 최적화의 수행 여부를 수행으로 결정할 수 있다. In addition, the interference analysis unit may determine whether or not to perform the optimization upon receiving result data including only the backup channel list.
또한 상기 CR 유저노드는, 생성된 전송파라미터를 입력된 사례에 대한 솔루션으로 매칭하여 상기 사례 데이터베이스에 업데이트되도록 할 수 있다. In addition, the CR user node may match the generated transmission parameter with a solution for an input case to be updated in the case database.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 데이터 마이닝과 사례기반 추론을 이용한 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 시스템 및 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법을 제공함으로써, 사례별 데이터에 대한 정확한 학습 알고리즘을 통해 불규칙한 패턴으로 인해 오분류 사례가 있는 경우 잘못된 예측으로 인해 시스템 성능이 저하되는 것을 방지하고, 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리의 복잡성을 감소시키고 신속한 자원 할당이 가능하도록 할 수 있다.According to one aspect of the present invention described above, by providing an intelligent dynamic real-time spectrum resource management system and an intelligent dynamic real-time spectrum resource management method using data mining and case-based reasoning, irregular patterns are provided through an accurate learning algorithm for data for each case. When there is a case of misclassification due to misclassification, it is possible to prevent system performance degradation due to incorrect prediction, reduce the complexity of intelligent dynamic real-time spectrum resource management, and enable rapid resource allocation.
도 1은 종래의 최적화 엔진을 이용한 스펙트럼 자원관리의 성능을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 시스템을 통한 스펙트럼 자원관리 성능을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 시스템의 구성도,
도 4는 도 1에 도시된 CR 마스터노드의 구체적인 구성을 도시한 블록도,
도 5는 도 1에 도시된 CR 유저노드의 구체적인 구성을 도시한 블록도,
도 6은 도 4에 도시된 전처리부에서 전처리하는 일 예를 도시한 도면,
도 7은 도 4에 도시된 학습부에서 학습 및 추론하는 일 과정을 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법을 도시한 도면, 그리고,
도 9 및 도 10은 도 8에 도시된 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 과정을 구체적으로 도시한 도면이다. 1 is a diagram for explaining the performance of spectrum resource management using a conventional optimization engine;
2 is a diagram for explaining spectrum resource management performance through an intelligent dynamic real-time spectrum resource management system according to an embodiment of the present invention;
3 is a configuration diagram of an intelligent dynamic real-time spectrum resource management system according to an embodiment of the present invention;
4 is a block diagram showing a specific configuration of the CR master node shown in FIG. 1;
5 is a block diagram showing a specific configuration of a CR user node shown in FIG. 1;
6 is a diagram showing an example of preprocessing in the preprocessing unit shown in FIG. 4;
7 is a diagram showing a process of learning and reasoning in the learning unit shown in FIG. 4;
8 is a diagram showing an intelligent dynamic real-time spectrum resource management method according to another embodiment of the present invention, and
9 and 10 are diagrams specifically illustrating the intelligent dynamic real-time spectrum resource management process shown in FIG. 8 .
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The detailed description of the present invention which follows refers to the accompanying drawings which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable one skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in another embodiment without departing from the spirit and scope of the invention in connection with one embodiment. Additionally, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the detailed description set forth below is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all equivalents as claimed by those claims. Like reference numbers in the drawings indicate the same or similar function throughout the various aspects.
본 발명에 따른 구성요소들은 물리적인 구분이 아니라 기능적인 구분에 의해서 정의되는 구성요소들로서 각각이 수행하는 기능들에 의해서 정의될 수 있다. 각각의 구성요소들은 하드웨어 또는 각각의 기능을 수행하는 프로그램 코드 및 프로세싱 유닛으로 구현될 수 있을 것이며, 두 개 이상의 구성요소의 기능이 하나의 구성요소에 포함되어 구현될 수도 있을 것이다. 따라서 이하의 실시예에서 구성요소에 부여되는 명칭은 각각의 구성요소를 물리적으로 구분하기 위한 것이 아니라 각각의 구성요소가 수행되는 대표적인 기능을 암시하기 위해서 부여된 것이며, 구성요소의 명칭에 의해서 본 발명의 기술적 사상이 한정되지 않는 것임에 유의하여야 한다.Components according to the present invention are components defined not by physical division but by functional division, and may be defined by the functions each performs. Each of the components may be implemented as hardware or program codes and processing units that perform respective functions, and the functions of two or more components may be implemented by being included in one component. Therefore, the names given to the components in the following embodiments are not to physically distinguish each component, but to imply the representative function performed by each component, and the names of the components indicate the present invention. It should be noted that the technical idea of is not limited.
이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
먼저 도 1은 종래의 최적화 엔진을 이용한 스펙트럼 자원관리의 성능을 설명하기 위한 도면, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 시스템을 통한 스펙트럼 자원관리 성능을 설명하기 위한 도면, 그리고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 시스템의 구성도이다. First, FIG. 1 is a diagram for explaining performance of spectrum resource management using a conventional optimization engine, and FIG. 2 is a diagram for explaining performance of spectrum resource management through an intelligent dynamic real-time spectrum resource management system according to an embodiment of the present invention. , and, Figure 3 is a configuration diagram of an intelligent dynamic real-time spectrum resource management system according to an embodiment of the present invention.
도 1에서와 같이 종래의 최적화 알고리즘을 기반으로 하는 스펙트럼 자원관리는 계산 시간 및 복잡도를 증가시켜 제한된 시간 내에 신속한 리소스 할당을 어렵게 하며 시공간 및 주파수 영역 각 스펙트럼 상태 진화에 따라 최적화된 귀중한 솔루션 정보를 낭비할 수밖에 없다는 문제가 있다. As shown in FIG. 1, the spectrum resource management based on the conventional optimization algorithm increases the calculation time and complexity, making it difficult to allocate resources quickly within a limited time, and wasting valuable solution information optimized according to the evolution of each spectrum state in the space-time and frequency domains. There is a problem that you have no choice but to do.
이에 본 발명의 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 시스템(이하, 시스템)은 도 2에 도시된 바와 같이 기존의 최적화 엔진을 이용한 스펙트럼 자원관리의 복잡성을 감소시키고 신속한 리소스 할당을 달성하기 위해 마련된다. 이를 위해 본 시스템은 사례기반 추론을 이용하게 되는데, 불규칙한 패턴으로 인해 오 분류된 사례가 존재할 경우, 잘못된 예측으로 시스템의 성능 저하가 발생될 수 있으므로 사례 별 데이터들에 대한 정확한 학습 알고리즘의 필요성이 강조된다. Accordingly, the intelligent dynamic real-time spectrum resource management system (hereinafter, the system) of the present invention, as shown in FIG. 2, is provided to reduce the complexity of spectrum resource management using an existing optimization engine and achieve rapid resource allocation. To this end, this system uses case-based reasoning. If there are cases that are misclassified due to irregular patterns, incorrect predictions can cause system performance degradation, so the need for an accurate learning algorithm for each case data is emphasized. do.
이에 본 시스템에서는 사례기반의 추론과 함께 데이터 마이닝을 이용할 수 있다. Therefore, in this system, data mining can be used along with case-based reasoning.
그리고 본 실시예에 따른 시스템은 적어도 하나 이상의 CR 유저노드(CR User, 200)와 CR 마스터노드(CR Master, 100)를 포함하여, CR(Cognitive Radio) 네트워크 망을 구성한다.In addition, the system according to the present embodiment includes at least one CR user node (CR User, 200) and a CR master node (CR Master, 100) to form a CR (Cognitive Radio) network.
여기서, CR 네트워크 망은 IEEE 802.22. 무선지역통신망(WRAN) 표준에 따라 TV 화이트스페이스(TVWS) 대역을 사용하는 기지국이 광대역 접속 지원이 어려운 교외지역의 IoT 기기를 제어하는 인프라 기반의 CR 망일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.Here, the CR network is IEEE 802.22. A base station using a TV white space (TVWS) band according to a wireless area network (WRAN) standard may be an infrastructure-based CR network that controls IoT devices in suburban areas where it is difficult to support broadband access, but is not limited thereto.
이때, 단일 무선망을 구성하는 각 기지국인 CR 마스터노드(100)는 인접채널과 위치에 존재하는 동일한 유형의 셀 간 자체 공존을 위해 데이터베이스 접촉을 통해 CR 네트워크 망 내 주파수 자원을 독립적으로 관리하며, CR 유저노드(200)는 CR 마스터노드(100)의 관리 하에 있는 단말기로서, CR 네트워크 망 내 유휴 주파수 자원을 기회주의적으로 사용할 수 있다.At this time, the
이를 위해 CR 유저노드(200)에서 각각 CR 네트워크 망에서의 채널상태를 센싱한 센싱 데이터는 데이터베이스(DB)에 저장된 히스토리 데이터에서 기존 사용자의 활동 패턴을 분석하기 위해 정기적으로 데이터 마이닝을 사용하는 CR 마스터노드(100)를 통해 데이터베이스로 전달(ηdata)한다. 또한 CR 마스터노드(100)는 데이터 마이닝을 통해 분류된 사례(previous case)를 이용하여 추론할 때 유사성 검증을 통해 본 사례와 유사한 사례에 대한 솔루션 제공여부를 결정(②retrieve)한다. 또한 CR 마스터노드(100)는 데이터베이스(DB)측으로부터 히스토리 데이터를 전처리하고(data cleaning, data reduction, data scaling), 전처리된 데이터를 기반으로 기계학습을 수행(machine learning)하여 사용자패턴의 패턴을 추출(pattern extract)하여 데이터베이스(DB)에 전달하여 저장시킬 수 있다. To this end, the
그리고 백업채널 목록을 이용한 유휴채널 추론과정(③)에서 CR 유저노드(200)는 인접채널이나 위치에 존재하는 기존 사용자에게 간섭영향을 미치는 경우 유사성 검증 결과에 따라 최적화 엔진을 작동(⑤ optimization engine)하거나 CR 마스터노드(100)가 제공한 솔루션을 재사용(④ reuse(solved case))한다. 또한 CR 유저노드(200)는 최적화 엔진의 동작의 결정을 위한 솔루션 검증은 몬테카를로 알고리즘 기반의 간섭 분석을 통해 결정될 수 있다. 또한 최적화 솔루션은 다음 추론을 위해 데이터베이스(DB)에 사례 데이터베이스로써 업데이트(⑥ retain(optimized case))된다. And in the process of inferring an idle channel using the backup channel list (③), the
그리고 본 발명의 시스템에서 수행되는 사례기반 추론은 도시된 바와 같이 CR 마스터노드(100)와 CR 유저노드(200)의 역할을 분류하여 수행되고, 사례별 데이터 마이닝을 통해 생성된 사례 데이터베이스를 이용하여 유사도 검증, 솔루션 재사용 및 검증, 솔루션 유지 그리고 업데이트 동작을 수행할 수 있다.In addition, the case-based inference performed in the system of the present invention is performed by classifying the roles of the
이하에서는 도 4 내지 도 7을 참조하여, 각 CR 마스터노드(100)와 CR 유저노드(200)의 구체적인 구성에 대해 설명한다. Hereinafter, detailed configurations of each
도 4는 도 1에 도시된 CR 마스터노드(100)의 구체적인 구성을 도시한 블록도, 도 5는 도 1에 도시된 CR 유저노드(200)의 구체적인 구성을 도시한 블록도, 도 6은 도 4에 도시된 전처리부(121)에서 전처리하는 일 예를 도시한 도면, 그리고 도 7은 도 4에 도시된 학습부(123)에서 학습 및 추론하는 일 과정을 도시한 도면이다. FIG. 4 is a block diagram showing the specific configuration of the
그리고 시스템을 구성하는 CR 마스터노드(100) 및 CR 유저노드(200)는 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법을 수행하기 위한 소프트웨어(어플리케이션)가(이) 설치되어 실행될 수 있다.In addition, the
CR 마스터노드(100)는 통신부(110), 제어부(120) 및 저장부(130)를 포함한다. The
통신부(110)는 CR 네트워크 내의 적어도 하나 이상의 CR 유저노드(200) 와 통신하여 CR 유저노드(200)로부터의 채널상태 센싱 데이터를 수신하고, 백업채널 목록을 포함하는 결과 데이터를 CR 유저노드(200) 측으로 전송한다.The
또한 통신부(110)는 CR 네트워크와 연계된 데이터베이스(DB)와 통신하여 CR 유저노드(200)로부터의 채널상태 센싱 데이터 및 솔루션 및 최적화사례를 데이터베이스(DB)에 전달하고, 이전 사례와 일정기간동안 수집된 센싱 데이터를 히스토리 데이터로서 데이터베이스(DB)로부터 수신할 수 있다.In addition, the
특히, 본 실시예에 따른 CR 마스터노드(100)의 제어부(120)는 로컬 네트워크인 CR 네트워크의 통계 정보를 나타내는 히스토리 데이터를 기반으로 특성화, 주파수 결정 및 분류를 통해 백업 채널 목록을 생성하여 CR 유저노드(200)의 유휴 채널로의 적시 전환을 용이하게 할 수 있다. In particular, the
또한 제어부(120)는 센싱 데이터들에 대한 정확한 패턴 학습을 통해 예측 성능을 향상시키기 위해 사전에 설정된 추론주기 단위별로 CR 유저노드(200)에서 센싱된 정보를 바탕으로 데이터 전처리와 인공신경망을 이용한 데이터 마이닝을 수행할 수 있다. In addition, the
이를 위해 제어부(120)는 전처리부(121), 학습부(123) 및 검증부(125)를 포함할 수 있다. To this end, the
전처리부(121)는, CR 유저노드(200)에서 CR 네트워크망의 채널상태를 센싱한 센싱 데이터를 포함하는 히스토리 데이터를 원시 데이터로써 수집하여 전처리할 수 있다. 이렇게 전처리된 데이터는 학습부(123)에서 기계학습을 위해 사용된다. The
전처리부(121)에서 수행되는 데이터 전처리는 원시 데이터의 품질을 향상시키기 위한 기술로써, 도 6에 도시된 바와 같이 원시데이터인 히스토리 데이터를 이용한 데이터 클리닝(cleaning), 데이터 축소(reduction), 이상치 식별(outlier detection) 및 데이터 스케일링(scaling) 중 적어도 하나를 사용하여 원시 데이터를 전처리할 수 있다. Data pre-processing performed by the
이때 본 발명의 전처리부(121)는 데이터의 전처리를 보다 바람직하게 하기 위해 데이터 클리닝(cleaning), 데이터 축소(reduction), 이상치 식별(outlier detection) 및 데이터 스케일링(scaling) 단계로 구성된 데이터 전처리 과정을 수행할 수 있다. At this time, the
데이터 클리닝은 기존 변수의 선형 조합을 기반으로 새로운 특성을 구성하는 것을 목표로 한다. 대표적인 선형 특징 추출로는 통계적 특징 추출 방법으로 특정 시간 범위 내 원시 데이터들의 평균 또는 중앙값 등의 통계를 산출한다. 하지만 시계열 변동이 심한 경우 데이터 손실을 초래할 수 있으므로 본 발명의 전처리부(121)에서는 통계 데이터를 범주형 데이터로 데이터 축소를 수행할 수 있다. Data cleaning aims to construct new features based on a linear combination of existing variables. Representative linear feature extraction is a statistical feature extraction method that calculates statistics such as the average or median value of raw data within a specific time range. However, if the time-series fluctuations are severe, data loss may occur, so the
범주형 데이터는 통계 데이터 값이 존재하는 범위를 사용자 정의에 따라 동일한 크기로 여러 구간으로 나눈 경우, 해당 구간 내 속하는 값들의 출현빈도수를 의미하며, 이러한 방법은 정보손실 및 데이터 크기를 최소화할 수 있어 대규모 데이터 분석 시 계산량을 효과적으로 감소시킬 수 있게 된다. Categorical data refers to the frequency of occurrence of values belonging to the range when the range in which statistical data values exist is divided into several intervals of the same size according to user definition, and this method can minimize information loss and data size. When analyzing large-scale data, the amount of calculation can be effectively reduced.
보다 구체적으로 전처리부(121)는 채널당 총 M개의 시간 슬롯 내에서 센싱된 데이터의 통계적 특성을 나타내는 점유확률을 하기의 수학식 1에 기초하여 산출할 수 있다. More specifically, the
[수학식 1][Equation 1]
여기서 는 j번째 채널을 의미하고, 는 i시점의 타임슬롯을 의미할 수 있다. here denotes the jth channel, may mean a timeslot of point i.
이때 카테고리형 데이터 세트 범위(min, max) 내에서 지정된 구간 수 L을 기준으로 구간너비 를 나눈 값은 하기의 수학식 2와 같이 정의될 수 있다. At this time, the width of the interval based on the number of intervals L specified within the range of the categorical data set (min, max) The value divided by may be defined as in
[수학식 2][Equation 2]
이에 이 통계자료 중 k번째 중앙값 를 기준으로 의 범위에 있으면 1로 정의하고, 그렇지 않으면 0으로 정의한다. 이때 의 출현빈도는 구간당 까지 카운트한 결과값을 의미할 수 있다. 이를 하기의 수학식 3과 같이 정의할 수 있다. Therefore The kth median of these statistics based on If it is in the range of , it is defined as 1, otherwise it is defined as 0. At this time The frequency of occurrence of It may mean a result value counted up to . This can be defined as in
[수학식 3][Equation 3]
여기서 일 수 있다. here can be
한편 데이터 수집과정에서 각종 전송 오류나 센서 오작동 또는 외부 간섭으로 인해 반복적이고 불규칙한 데이터들은 데이터 전처리 시 이상치가 발생될 가능성이 높다. 이는 데이터 모집단 평균을 추정하는데 분산을 과도하게 증가시켜 데이터 분석 정확도가 떨어뜨리는 원인이 된다. On the other hand, repetitive and irregular data due to various transmission errors, sensor malfunctions, or external interference in the data collection process are highly likely to generate outliers during data preprocessing. This excessively increases the variance in estimating the mean of the data population, causing a decrease in the accuracy of data analysis.
본 발명의 전처리부(121)는 이러한 문제를 해결하기 위해 데이터 축소 및 이상치 식별을 통해 이상값과 노이즈간 구분이 어려운 원시 데이터를 통계 데이터 계산하여 각 채널별 특징을 나타낸다. 이때 통계 데이터 값이 존재하는 범위 내에서 여러 구간을 나누어 출현빈도수를 계산하였을 때 관측치가 가장 적은 구간의 데이터를 이상치로 식별하고 이를 도 6에 도시된 바와 같이 0으로 변환한다. In order to solve this problem, the
종래에는 데이터 스케일링을 2진수로 부호화하하는 방식을 이용하는데, 이는 데이터 특징별 패턴 분류를 용이하게 하게 효율적인 검색을 가능하게 한다. 하지만 0과 1의 2진수로 범주형 데이터들을 분류하기 위해서는 다른 특징을 갖는 이웃한 데이터 세트와 구별이 가능한 높은 해상도의 범주형 데이터 세트를 필요로 한다. Conventionally, a method of encoding data scaling in binary is used, which facilitates efficient search by categorizing patterns for each data feature. However, in order to classify categorical data with binary numbers of 0 and 1, a high-resolution categorical data set that can be distinguished from neighboring data sets having other characteristics is required.
이에 본 실시예에 따른 전처리부(121)는 이러한 문제를 해결하기 위해 Min-Max Normalization을 이용하여 범주형 데이터 세트 내 각 구성요소들의 범위를 0과 1사이의 범위로 재스케일링 하여 데이터에 전체적인 통일성을 부여할 수 있다. 정규화의 일반 공식은 하기의 수학식 4와 같다. Accordingly, in order to solve this problem, the
[수학식 4][Equation 4]
여기서 max와 min은 범주형 데이터 세트 크기를 의미하고 x'는 정규화된 값을 의미할 수 있다. 본 발명의 전처리부(121)는 이상의 순서로 데이터를 전처리함으로써 계산량을 최소화할 수 있다. Here, max and min may mean the categorical data set size and x' may mean a normalized value. The
한편 학습부(123)는 전처리된 데이터를 이용하여 CR 네트워크망 사용자의 행동패턴을 학습하고, 행동패턴 예측 모델을 생성할 수 있다. Meanwhile, the
구체적으로 학습부(123)는 전처리된 히스토리 데이터를 사례별로 분류하고, 분류된 사례 데이터베이스를 이용하여 얻은 추론 결과에 따라 최적화된 솔루션 정보를 CR 유저노드(200)에게 전달할 것인지 여부를 결정한다. Specifically, the
인공신경망은 통신, 신호처리, 지능형 제어 등 광범위한 영역에서 사용되며, 특히 CRN(Cognitive Radio Network)에서 인공신경망은 데이터 세트로부터 기존 사용자들의 행동 패턴 학습을 통해 미래에 기존 사용자 패턴에 대한 높은 예측 정확도를 가진다. 이에 본 발명의 학습부(123)는 범주형 데이터 크기 및 데이터 스케일링 기법에 따라 전처리된 히스토리 데이터의 특징별 학습 및 추론을 위하여 도 7에 도시된 바와 같이 구성된 인공신경망을 이용할 수 있다. Artificial neural networks are used in a wide range of areas such as communication, signal processing, and intelligent control. In particular, in CRN (Cognitive Radio Network), artificial neural networks achieve high prediction accuracy for existing user patterns in the future by learning the behavior patterns of existing users from a data set. have Accordingly, the
도 7을 참조하면, 본 발명의 학습부(123)는 데이터 세트에서 기존 사용자의 행동 패턴을 학습하여 미래의 기존 사용자 패턴에 대한 높은 예측 정확도를 달성하기 위하여 ANN 구조를 사용할 수 있다. ANN구조는 입력층, 은닉층, 출력층으로 구성된다. 그리고 입력레이어는 N개의 뉴런으로 구성된 콘텐츠 이미지 정보를 은닉층에 전달하는 역할을 한다. 은닉층은 입력층으로부터 수신한 콘텐츠 이미지에 특징 패턴이 포함되어있는지 조사하고 콘텐츠 비용을 출력층에 전달한다. 도 7에서와 같이 은닉층별로 특징 패턴이 정의되어 있다고 가정하면 특징 패턴에 포함된 콘텐츠 이미지에 대한 콘텐츠 비용 계산은 은닉층을 연결하는 화살표의 굵기(가중치)에 의해 결정될 수 있다. 출력층은 은닉층에서 계산된 콘텐츠 비용 정보를 고려하여 0과 1 사이의 값으로 확실성을 출력하고, 마지막으로 각 출력층의 확실성 인자를 1부터 9까지 비교하여 최종 콘텐츠 이미지를 판단할 수 있다. Referring to FIG. 7 , the
이러한 학습부(123)는 ANN을 구성하는 뉴런 간의 관계를 설명하기 위해 필요한 변수를 정의하고 기존에 구축한 ANN에서 은닉층과 출력층의 콘텐츠 비용과 확실성 인자에 대한 관계식을 정리할 수 있다. 먼저 i번째 입력층 뉴런인 에 가중치 와 임계값 가 주어졌을 때 각 은닉층에 대한 출력 는 로 정의될 수 있으며, 이는 하기의 수학식 5에 기초하여 산출될 수 있다. The
[수학식 5][Equation 5]
여기서 일 수 있다. here can be
이때 는 0과 1 사이의 간격으로 연속적으로 표현되는 시그모이드 함수이며, j번째 은닉층의 입력 선형합 a는 하기의 수학식 6과 같이 정의될 수 있다. At this time is a sigmoid function continuously expressed at intervals between 0 and 1, and the input linear sum a of the j-th hidden layer may be defined as in
여기서 임계값 는 도 7에 표시된 두꺼운 화살표로 연결된 입력층의 전송 신호 이외의 전송 소스에서 오는 노이즈 신호를 차단하기 위함이다. Threshold here is to block noise signals coming from transmission sources other than the transmission signals of the input layer connected by the thick arrows in FIG. 7 .
이를 통해 학습부(123)는 시그모이드 함수에 의해 출력되는 콘텐츠 비용 계산 결과는 콘텐츠 이미지를 출력층에 대해 0과 1 사이의 값을 갖는 출력 확실성 인자로 결정한다. 즉 0.1부터 0.9까지 평균 점유확률별로 클래스를 구분하여 전처리된 학습 데이터를 분류할 수 있다. 예를 들어 출력층 1의 확실성 계수가 1에 매우 가까우면 입력 이미지의 평균 점유확률이 0.1임을 확신할 수 있다. Through this, the
그리고 학습부(123)는 가중치 및 임계값 최적화를 위한 목적 함수를 정의할 수 있다. 보다 구체적으로 선형 회귀 분석을 사용하여 이상에서 정의한 각 입력 데이터에 대한 출력층의 제곱 오차 의 합을 최소화하기 위한 최적의 가중치와 임계값을 하기의 수학식 6에 기초하여 도출할 수 있다. Also, the
[수학식 6] [Equation 6]
이상의 회귀식에서 및 는 데이터의 예측값을 입력하기 위한 변수이고, 우변의 는 설명변수, 좌변의 는 예측 변수로 정의될 수 있다. 이때 k번째 출력층에 주어진 목적변수 와 예측값 사이의 제곱오차 는 하기의 수학식 7에 기초하여 계산될 수 있다. In the above regression and is a variable for inputting the predicted value of the data, and is the explanatory variable, can be defined as a predictor variable. At this time, the target variable given to the kth output layer and predicted value squared error between Can be calculated based on Equation 7 below.
[수학식 7][Equation 7]
여기서 가중치와 임계값을 나타내는 매개변수 p(=)와 q(=)를 최적화하기 위한 목적함수 는 전체 T 입력 데이터로부터 계산된 의 합이 최소화될 때 최적의 매개변수를 도출할 수 있다. where the parameters p(= ) and q(= ) objective function for optimizing is calculated from the total T input data Optimal parameters can be derived when the sum of is minimized.
[수학식 8][Equation 8]
= =
여기서 일 수 있다. here can be
한편 검증부(125)는 학습부(123)에서 생성된 행동패턴 예측 모델에 기초하여 입력되는 사례를 분석하여 결과 데이터를 생성할 수 있다. Meanwhile, the
이러한 검증부(125)는 입력된 사례를 행동패턴 예측 모델을 통해 예측한 예측값과 실제값을 비교하여 유사도를 검증하고, 유사도 검증 결과에 기초하여 결과 데이터를 생성하며, 생성된 결과 데이터가 CR 유저노드(200)로 전달되도록 할 수 있다. The
여기서 결과 데이터는, 사례 데이터베이스에 저장된 이전 사례에 대한 솔루션인 이전 솔루션 및 CR 네트워크망에서 특정시간 및 위치에서의 사용자가 사용하지 않는 유휴채널의 목록인 백업채널 목록 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Here, the resulting data may include at least one of a previous solution, which is a solution for a previous case stored in the case database, and a backup channel list, which is a list of idle channels not used by a user at a specific time and location in the CR network.
이에 검증부(125)는 이러한 유사도 검증을 위해 검증부(125)는 새로운 사례가 입력될 때 목적함수 를 최소화하는 최적의 은닉층 수와 임계값을 사용하여 유사도 검증을 수행한다. In order to verify this degree of similarity, the
검증부(125)는 만약 예측값과 실제값이 동일하면, CR 마스터노드(100)가 이전 솔루션 및 상기 백업채널 목록이 모두 포함되도록 결과 데이터를 생성할 수 있다. If the predicted value and the actual value are the same, the
그리고 검증부(125)는 만약 예측값과 실제값이 미동일하면, 즉 동일하지 않으면 백업채널 목록만 포함되도록 결과 데이터를 생성할 수 있다. Further, if the predicted value and the actual value are not identical, that is, if they are not identical, the
한편 저장부(130)는 CR 마스터노드(100)가 송수신하거나 생성된 정보를 저장하기 위해 마련되며, 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법을 수행하기 위한 소프트웨어(어플리케이션)가 저장될 수 있다. Meanwhile, the
한편, CR 유저노드(200)는, 특정 시간 및 위치에서 사용되지 않는 스펙트럼 홀 또는 화이트 스페이스로 정의되는 유휴채널을 식별하여 기회주의적 방식으로 스펙트럼을 공유하는 경우 반드시 기존 사용자에게 간섭영향을 미치지 않아야 한다. On the other hand, when the
만약 유휴채널을 추론하는 과정에서 기존 사용자가 감지된 경우 CR 유저노드(200)는 동작을 일시중지하고 다른 유휴채널로 전환하여 통신을 계속 유지할 수 있도록 해야 한다. 이와 같은 전환방식은 스펙트럼 핸드오프로 정의되며, 본 발명에서는 백업채널 목록을 기반으로하는 반응형 핸드오프 기법을 통해 추론엔진 동작을 수행할 수 있다. If an existing user is detected in the process of inferring an idle channel, the
이때 최대 전송전력으로 유휴채널을 이용한 CR 유저노드(200)가 인접 채널 및 위치에 존재하는 기존 사용자에게 간섭영향을 미치는 경우 CR 유저노드(200)는 유사도 검증 결과에 따라 솔루션 재사용 또는 최적화 엔진 동작을 수행할 수 있다. 이를 위해 CR 유저노드(200)는 통신부(210), 제어부(220) 및 저장부(230)를 포함한다. At this time, if the
통신부(210)는 제어부(220)가 일정 주기동안 스펙트럼을 감지하여 채널 상태 정보인 센싱데이터를 생성하면, 센싱데이터를 CR 마스터노드(100)측에 전송하고, CR 마스터노드(100)로부터 백업채널 목록을 포함하는 결과 데이터를 수신한다. The
한편 제어부(220)는 다른 유휴 채널로 스펙트럼 핸드오프 연산을 수행함으로써 기존 사용자를 방해하지 않고 지속적인 통신이 가능하게 제어한다. Meanwhile, the
보다 구체적으로, 제어부(220)는 추론엔진으로 구성된 간섭분석부(221)를 포함하여 결과 데이터에 기초하여 최적화 수행 여부를 결정할 수 있다. More specifically, the
이러한 간섭분석부(221)는, CR 마스터노드(100)로부터 솔루션이 포함된 결과 데이터를 수신하면, 수신한 솔루션에 대한 검증인 솔루션 검증을 수행하되, 솔루션 검증 결과가 간섭확률 기준을 만족하면 최적화의 수행 여부를 미수행으로 결정하여 최적화부(223)를 통한 별도의 최적화를 수행하지 않고 CR 마스터노드(100)로부터 수신한 솔루션이 유지되도록 할 수 있다. When the
그리고 간섭분석부(221)는 솔루션 검증 결과가 간섭확률 기준을 불만족하면, 즉 만족하지 않는 것으로 확인되면 최적화의 수행 여부를 수행으로 결정하여 최적화부(223)를 통해 최적화가 수행되도록 할 수 있다. The
이러한 간섭분석부(221)는 몬테카를로 알고리즘 기반의 간섭분석을 사용하여 솔루션 검증을 수행할 수 있다. The
보다 구체적으로 간섭분석부(221)는 예측값과 실제값이 같은 경우, CR 마스터노드(100)로부터 전달받은 솔루션을 재사용하게 되며 솔루션에 대한 검증을 위하여 몬테카를로 알고리즘 기반의 간섭분석을 이용할 수 있다. 이를 위해 간섭분석부(221)는 몬테카를로 알고리즘을 기반으로 한 간섭분석에서 특정 간섭환경 시나리오에 적용되는 입력 파라미터에 기초하여 무작위로 생성된 전파 전송관련 샘플을 획득하고, 획득한 샘플을 이용하여 사용자간 간섭 확률을 결정한다. 이러한 간섭환경 시나리오에서 피간섭의 매개변수(안테나 높이, 전송전력, 중심 주파수 등)와 특정 거리, 위치 및 지형 특성에 따른 전파 손실 모델을 정의할 수 있다. 그리고 이러한 간섭 환경은 면허대역의 특정 위치와 시간에서 사용중인 기존 사용자를 의미하는 것으로 피간섭 송신기 및 피간섭 수신기를 포함하는 피간섭 링크, 그리고 면허대역에서 CR 기술을 기반으로 하는 인접한 채널 및 위치에서 특정 시간에 기존 사용자가 사용하지 않는 유휴 채널을 일시적으로 사용하는 모든 통신으로 피간섭 수신기 및 간섭 송신기(CR 유저노드)를 포함하는 간섭 링크를 포함할 수 있다.More specifically, the
그리고 간섭분석부(221)는 피간섭 수신기가 피간섭 송신기로부터 수신하는 수신전력과 피간섭 수신기가 간섭 송신기로부터 수신하는 수신전력을 산출하고, 이에 기초하여 간섭 확률을 결정할 수 있다. The
또한 간섭분석부(221)는 백업채널 목록만 포함된 결과 데이터를 수신하면, 최적화의 수행 여부를 수행으로 결정하여 최적화부(223)를 통해 최적화가 수행되도록 할 수 있다. In addition, upon receiving the resultant data including only the backup channel list, the
그리고 솔루션 검증은 필드테스트에서 적용되는 간섭확률 5% 기준에 따라 솔루션 유지 또는 최적화부(223)의 동작을 결정할 수 있다. 만약 솔루션 검증과정에서 간섭확률 5% 기준 이상을 초과하는 경우, 간섭분석부(221)는 수신한 솔루션 정보가 적합하지 않다고 판단하고, 최적화부(223)를 통해 간섭확률 5% 이내 기준을 만족하는 전송매개 변수를 도출하게 된다. 반대로 간섭확률 5% 이내 기준을 만족하는 경우에는 수신한 과거 솔루션을 유지하도록 한다. 이러한 구체적인 간섭확률 기준은 설명의 편의를 위한 예시적 사항으로, 이에 한정되는 것은 아니다. In addition, the solution verification may determine the operation of the solution maintenance or
간섭분석부(221)는 예측값과 실제값이 다를 경우에는 과거에 유사 사례가 없다고 판단하고 간섭분석부(221)에서 간섭확률을 산출한 후, 간섭 발생 시 최적화부(223)를 통해 기존 사용자와 상호 공존 가능한 최적의 전송 매개변수가 도출되도록 할 수 있다. If the predicted value and the actual value are different, the
그리고 제어부(220)는 간섭분석부(221)에서 최적화 수행을 결정하면 채널 내 기존 사용자와의 간섭확률 기준을 만족하는 전송 파라미터를 생성하고, 전송 파라미터에 기초하여 전송전력을 제어하는 최적화부(223)를 더 포함한다. In addition, when the
그리고 제어부(220)는 전체 추론주기까지 타임 슬롯 단위별로 솔루션 재사용 또는 최적화부(223)의 동작을 통해 생성된 전송파라미터(매개변수)를 입력된 새로운 사례에 대한 솔루션으로 매칭하고, 이는 다음 추론을 위하여 사례 데이터베이스에 업데이트되도록 할 수 있다. Then, the
한편 저장부(230)는 CR 유저노드(200)가 송수신하거나 생성된 정보를 저장하기 위해 마련되며, 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법을 수행하기 위한 소프트웨어(어플리케이션)가 저장될 수 있다.Meanwhile, the
이를 통해 본 발명의 시스템은 대량의 IoT들로부터 센싱된 히스토리 데이터의 특징별 분류를 용이하게 하고 과거 최적화된 솔루션 정보가 포함된 사례 데이터베이스를 이용한 추론 시 과거 유사사례에 대한 솔루션 재사용을 통해 기존 최적화알고리즘을 기반으로 하는 의사결정에 따른 계산량 및 복잡성을 줄이고 효율적인 실시간 리소스 할당을 가능하게 할 수 있다. Through this, the system of the present invention facilitates classification by feature of history data sensed from a large amount of IoT, and when inferring using a case database containing past optimized solution information, existing optimization algorithms are reused by reusing solutions for similar cases in the past. It is possible to reduce the amount of computation and complexity according to decision-making based on and enable efficient real-time resource allocation.
한편, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법을 도시한 도면, 그리고, 도 9 및 도 10은 도 8에 도시된 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 과정을 구체적으로 도시한 도면이다. Meanwhile, FIG. 8 is a diagram illustrating an intelligent dynamic real-time spectrum resource management method according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 9 and 10 are diagrams showing the intelligent dynamic real-time spectrum resource management process shown in FIG. 8 in detail. it is a drawing
본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법은 도 2 내지 도 7에 도시된 시스템과 실질적으로 동일한 구성 상에서 진행되므로, 도 2 내지 도 7의 시스템과 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면 부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략하기로 한다. Since the intelligent dynamic real-time spectrum resource management method according to an embodiment of the present invention is performed on substantially the same configuration as the system shown in FIGS. 2 to 7, the same reference numerals for the same components as the system of FIGS. 2 to 7 , and repeated descriptions will be omitted.
본 실시예에 따른 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법은, CR 네트워크망을 구성하는 적어도 하나 이상의 CR 유저노드(200)와 CR 마스터노드(100)를 포함하는 시스템에서의 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법으로서, CR 마스터노드(100)에서 원시 데이터 수집 및 전처리(S110)하고, CR 마스터노드(100)에서 전처리된 데이터에 기초해 행동패턴 예측 모델을 생성(S120)하고, 행동패턴 예측 모델을 기초로 사례를 분석(S130)하며, CR 마스터노드(100)에서 결과 데이터를 CR 유저노드(200)측으로 전달(S140)하고, CR 유저노드(200)는 최적화 수행여부를 결정하며(S150), 최적화 수행이 결정되면(S150-Yes), CR 유저노드(200)는 전송 파라미터를 생성(S160)하고, CR 유저노드(200)는 생성된 전송 파라미터에 기초하여 전송전력을 제어(S170)하고 전송전력을 유지하도록 제어(S180)한다. The intelligent dynamic real-time spectrum resource management method according to the present embodiment is an intelligent dynamic real-time spectrum resource management method in a system including at least one
만약 최적화 수행이 미수행이 결정되면(S150-No) CR 유저노드(200)는 기존의 솔루션에 기초하여 기존의 솔루션대로 전송전력을 유지하도록 제어(S180)한다. If it is determined that optimization is not performed (S150-No), the
CR 마스터노드(100)에서 원시 데이터 수집 및 전처리하는 단계(S110)에서는, CR 유저노드(200)에서 CR 네트워크망의 채널상태를 센싱한 센싱 데이터를 포함하는 히스토리 데이터를 원시 데이터로써 수집하여 전처리할 수 있다. In the step of collecting and pre-processing the raw data in the CR master node 100 (S110), the
도 9는 히스토리 데이터를 이용한 데이터 마이닝의 흐름으로, 이러한 도 9를 참조하면, CR 마스터노드(100)에서 전처리된 데이터에 기초해 행동패턴 예측 모델을 생성하는 단계(S120)에서는, 전처리된 데이터를 이용하여 CR 네트워크망 사용자의 행동패턴을 학습하고, 행동패턴 예측 모델을 생성할 수 있다. 9 is a flow of data mining using history data. Referring to FIG. 9, in the step of generating a behavior pattern prediction model based on the data pre-processed in the CR master node 100 (S120), the pre-processed data It is possible to learn behavioral patterns of CR network users and create behavioral pattern prediction models.
그리고 CR 마스터노드(100)가 행동패턴 예측 모델을 기초로 사례를 분석하는 단계(S130)에서는, 생성된 행동패턴 예측 모델에 기초하여 입력되는 사례를 분석하여 결과 데이터를 생성할 수 있다. Further, in step S130 in which the
이러한 사례를 분석하여 결과 데이터를 생성하는 단계(130)는, CR 마스터노드(100)가 입력된 사례를 행동패턴 예측 모델을 통해 예측한 예측값과 실제값을 비교하여 유사도를 검증하는 단계, CR 마스터노드(100)가 유사도 검증 결과에 기초하여 결과 데이터를 생성하는 단계 및 CR 마스터노드(100)가 생성된 결과 데이터를 CR 유저노드(200)로 전달하는 단계를 포함할 수 있다. The
여기서 결과 데이터는, 사례 데이터베이스에 저장된 이전 사례에 대한 솔루션인 이전 솔루션 및 CR 네트워크망에서 특정시간 및 위치에서의 사용자가 사용하지 않는 유휴채널의 목록인 백업채널 목록 중 적어도 하나를 포함한다. Here, the resulting data includes at least one of a previous solution, which is a solution for a previous case stored in the case database, and a backup channel list, which is a list of idle channels not used by a user at a specific time and location in the CR network.
그리고 입력된 사례를 행동패턴 예측 모델을 통해 예측한 예측값과 실제값이 동일하면, CR 마스터노드(100)가 이전 솔루션 및 백업채널 목록이 모두 포함되도록 결과 데이터를 생성하고, 예측값과 실제값이 미동일하면, 백업채널 목록만 포함되도록 결과 데이터를 생성할 수 있다. In addition, if the predicted value predicted through the behavior pattern prediction model for the input case and the actual value are the same, the
또한 CR 유저노드(200)가 최적화 수행여부를 결정하는 단계(S150)에서는, 결과 데이터에 기초하여 최적화 수행 여부를 결정하게 된다. Also, in the step of determining whether the
이러한 최적화 수행여부를 결정하는 단계(S150)는 솔루션이 포함된 결과 데이터를 수신하면, CR 유저노드(200)가 수신한 솔루션에 대한 검증인 솔루션 검증을 수행하는 단계, CR 유저노드(200)가 솔루션 검증 결과 간섭확률 기준을 만족하면 최적화의 수행 여부를 미수행으로 결정하고, 수신한 솔루션을 유지하는 단계 및 CR 유저노드(200)가 솔루션 검증 결과 간섭확률 기준을 불만족하면 최적화의 수행 여부를 수행으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. In the step of determining whether or not to perform such an optimization (S150), when the result data including the solution is received, the
이러한 솔루션 검증을 수행하는 단계에서는, 몬테카를로 알고리즘 기반의 간섭분석을 사용하여 솔루션 검증을 수행할 수 있다. In the step of performing solution verification, solution verification may be performed using interference analysis based on the Monte Carlo algorithm.
그리고 최적화 수행여부를 결정하는 단계(S150)는 CR 유저노드(200)가 CR 마스터노드(100)로부터 백업채널 목록만 포함된 결과 데이터를 수신하면, 최적화의 수행 여부를 수행으로 결정하는 단계를 더 포함할 수도 있다. In the step of determining whether to perform optimization (S150), when the
최적화 수행이 결정되면(S150-Yes), CR 유저노드(200)가 전송 파라미터를 생성하는 단계(S160)에서는, CR 유저노드(200)가 채널 내 기존 사용자와의 간섭확률 기준을 만족하는 전송 파라미터를 생성할 수 있다. When optimization is determined (S150-Yes), in the step of generating transmission parameters by the CR user node 200 (S160), the
이후 CR 유저노드(200)는 생성된 전송 파라미터에 기초하여 전송전력을 제어하는 단계(S170)를 수행할 수 있다. Thereafter, the
그리고 CR 유저노드(200)는 전송전력을 유지하도록 제어(S180)한다. Then, the
만약 최적화 수행이 미수행이 결정되면(S150-No) CR 유저노드(200)는 기존의 솔루션에 기초하여 기존의 솔루션대로 전송전력을 유지하도록 제어(S180)한다.If it is determined that optimization is not performed (S150-No), the
또한 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법은, CR 유저노드(200)가 생성된 전송파라미터를 입력된 사례에 대한 솔루션으로 매칭하여 사례 데이터베이스에 업데이트되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다. In addition, the intelligent dynamic real-time spectrum resource management method may further include a step of allowing the
도 10에 도시된 바와 같이 CR 마스터노드(100)에서 학습이 완료된 이후에 사례 기반 추론을 이용한 스펙트럼 자원관리 방법은, CR 마스터노드(100)와 CR 유저노드(200)의 역할을 분류하여 수행되고, 사례별 데이터 마이닝을 통해 생성된 사례 데이터베이스를 이용하여 유사도 검증, 솔루션 재사용 및 검증, 솔루션 유지 그리고 업데이트 동작을 수행할 수 있다.As shown in FIG. 10, after learning is completed in the
이와 같은 본 발명의 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. Such an intelligent dynamic real-time spectrum resource management method of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer components and recorded on a computer-readable recording medium. The computer readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. Program instructions recorded on the computer-readable recording medium may be those specially designed and configured for the present invention, or those known and usable to those skilled in the art of computer software.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD 와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, and magneto-optical media such as floptical disks. media), and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like as well as machine language codes such as those produced by a compiler. The hardware device may be configured to act as one or more software modules to perform processing according to the present invention and vice versa.
이상에서는 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.Although various embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and is commonly used in the technical field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, various modifications are possible by those with knowledge of, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or prospect of the present invention.
100: CR 마스터노드 200: CR 유저노드100: CR Masternode 200: CR user node
Claims (15)
상기 CR 마스터노드가, 상기 CR 유저노드에서 상기 CR 네트워크망의 채널상태를 센싱한 센싱 데이터를 포함하는 히스토리 데이터를 원시 데이터로써 수집하여 전처리하는 단계;
상기 CR 마스터노드가, 전처리된 데이터를 이용하여 상기 CR 네트워크망 사용자의 행동패턴을 학습하고, 행동패턴 예측 모델을 생성하는 단계;
상기 CR 마스터노드가, 생성된 행동패턴 예측 모델에 기초하여 입력되는 사례를 분석하여 결과 데이터를 생성하는 단계;
상기 CR 유저노드가 상기 결과 데이터에 기초하여 최적화 수행 여부를 결정하는 단계;
상기 결정하는 단계에서 상기 최적화 수행을 결정하면, 상기 CR 유저노드가 채널 내 기존 사용자와의 간섭확률 기준을 만족하는 전송 파라미터를 생성하는 단계; 및
상기 유저노드가 상기 전송 파라미터에 기초하여 전송전력을 제어하는 단계를 포함하는 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법.An intelligent dynamic real-time spectrum resource management method in an intelligent dynamic real-time spectrum resource management system including a CR master node constituting a CR network, at least one CR user node, and a case database,
collecting, by the CR master node, history data including sensing data obtained by sensing a channel state of the CR network at the CR user node as raw data and pre-processing;
learning, by the CR master node, a behavior pattern of the user of the CR network using the preprocessed data, and generating a behavior pattern prediction model;
generating result data by analyzing input cases based on the generated behavior pattern prediction model by the CR master node;
determining, by the CR user node, whether to perform optimization based on the result data;
generating, by the CR user node, a transmission parameter that satisfies an interference probability criterion with an existing user within a channel, if the determining step determines to perform the optimization; and
and controlling, by the user node, transmission power based on the transmission parameter.
상기 결과 데이터를 생성하는 단계는,
상기 CR 마스터노드가 입력된 사례를 상기 행동패턴 예측 모델을 통해 예측한 예측값과 실제값을 비교하여 유사도를 검증하는 단계;
상기 CR 마스터노드가 상기 유사도 검증 결과에 기초하여 결과 데이터를 생성하는 단계; 및
상기 CR 마스터노드가 생성된 결과 데이터를 상기 CR 유저노드로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법. According to claim 1,
The step of generating the result data,
verifying a degree of similarity by comparing a predicted value predicted through the behavior pattern prediction model with an actual value for the case where the CR master node is input;
generating, by the CR master node, result data based on the similarity verification result; and
The intelligent dynamic real-time spectrum resource management method comprising the step of transmitting the resultant data generated by the CR master node to the CR user node.
상기 결과 데이터는,
상기 사례 데이터베이스에 저장된 이전 사례에 대한 솔루션인 이전 솔루션 및 상기 CR 네트워크망에서 특정시간 및 위치에서의 사용자가 사용하지 않는 유휴채널의 목록인 백업채널 목록 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 유사도 검증 결과에 기초하여 상기 결과 데이터를 생성하는 단계에서는,
상기 예측값과 실제값이 동일하면, 상기 CR 마스터노드가 상기 이전 솔루션 및 상기 백업채널 목록이 모두 포함되도록 상기 결과 데이터를 생성하고, 상기 예측값과 실제값이 미동일하면, 상기 백업채널 목록만 포함되도록 상기 결과 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법. According to claim 2,
The resulting data,
At least one of a previous solution that is a solution for a previous case stored in the case database and a backup channel list that is a list of idle channels not used by a user at a specific time and location in the CR network,
In the step of generating the result data based on the similarity verification result,
If the predicted value and the actual value are identical, the CR masternode generates the result data so that both the previous solution and the backup channel list are included, and if the predicted value and the actual value are not identical, only the backup channel list is included An intelligent dynamic real-time spectrum resource management method, characterized in that for generating the resultant data.
상기 최적화 수행 여부를 결정하는 단계는,
상기 솔루션이 포함된 결과 데이터를 수신하면, 상기 CR 유저노드가 수신한 솔루션에 대한 검증인 솔루션 검증을 수행하는 단계;
상기 CR 유저노드가 상기 솔루션 검증 결과 상기 간섭확률 기준을 만족하면 상기 최적화 수행 여부를 미수행으로 결정하고, 수신한 솔루션을 유지하는 단계; 및
상기 CR 유저노드가 상기 솔루션 검증 결과 상기 간섭확률 기준을 불만족하면 상기 최적화 수행 여부를 수행으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법. According to claim 3,
The step of determining whether to perform the optimization,
If result data including the solution is received, performing solution verification as a verifier on the received solution by the CR user node;
if the CR user node satisfies the interference probability criterion as a result of the solution verification, determining whether or not to perform the optimization and maintaining the received solution; and
and determining whether to perform the optimization if the CR user node does not satisfy the interference probability criterion as a result of the solution verification.
상기 솔루션 검증을 수행하는 단계에서는,
몬테카를로 알고리즘 기반의 간섭분석을 사용하여 상기 솔루션 검증을 수행하는 것을 특징으로 하는 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법. According to claim 4,
In the step of performing the solution verification,
An intelligent dynamic real-time spectrum resource management method characterized in that the solution verification is performed using Monte Carlo algorithm-based interference analysis.
상기 최적화 수행 여부를 결정하는 단계는,
상기 백업채널 목록만 포함된 결과 데이터를 수신하면, 상기 최적화 수행 여부를 수행으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법.According to claim 3,
The step of determining whether to perform the optimization,
and determining whether or not to perform the optimization when receiving resultant data including only the backup channel list.
상기 CR 유저노드가 생성된 전송파라미터를 입력된 사례에 대한 솔루션으로 매칭하여 상기 사례 데이터베이스에 업데이트되도록 하는 단계를 더 포함하는 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법.According to claim 1,
The intelligent dynamic real-time spectrum resource management method further comprising the step of matching the generated transmission parameter with the solution for the input case by the CR user node and updating the case database.
상기 전처리하는 단계에서는,
데이터 클리닝(cleaning), 데이터 축소(reduction), 이상치 식별(outlier detection) 및 데이터 스케일링(scaling) 중 적어도 하나를 사용하여 상기 원시 데이터를 전처리하는 것을 특징으로 하는 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 방법. According to claim 1,
In the preprocessing step,
An intelligent dynamic real-time spectrum resource management method, characterized in that for pre-processing the raw data using at least one of data cleaning, data reduction, outlier detection and data scaling.
상기 CR 마스터노드는,
상기 CR 유저노드에서 상기 CR 네트워크망의 채널상태를 센싱한 센싱 데이터를 포함하는 히스토리 데이터를 원시 데이터로써 수집하여 전처리하는 전처리부;
전처리된 데이터를 이용하여 상기 CR 네트워크망 사용자의 행동패턴을 학습하고, 행동패턴 예측 모델을 생성하는 학습부; 및
및 생성된 행동패턴 예측 모델에 기초하여 입력되는 사례를 분석하여 결과 데이터를 생성하는 검증부를 포함하고,
상기 CR 유저노드는,
상기 결과 데이터에 기초하여 최적화 수행 여부를 결정하는 간섭분석부; 및
상기 최적화 수행을 결정하면 채널 내 기존 사용자와의 간섭확률 기준을 만족하는 전송 파라미터를 생성하고, 상기 전송 파라미터에 기초하여 전송전력을 제어하는 최적화부를 포함하는 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 시스템. An intelligent dynamic real-time spectrum resource management system including a CR master node constituting a CR network, at least one CR user node, and a case database,
The CR masternode,
a pre-processing unit for collecting and pre-processing history data including sensing data obtained by sensing a channel state of the CR network at the CR user node as raw data;
a learning unit for learning a behavioral pattern of the CR network user using the preprocessed data and generating a behavioral pattern prediction model; and
And a verification unit for generating result data by analyzing input cases based on the generated behavior pattern prediction model;
The CR user node,
an interference analysis unit determining whether to perform optimization based on the resultant data; and
An intelligent dynamic real-time spectrum resource management system comprising an optimization unit for generating transmission parameters that satisfy a standard of interference probability with an existing user in a channel when it is determined to perform the optimization, and controlling transmission power based on the transmission parameters.
상기 검증부는,
입력된 사례를 상기 행동패턴 예측 모델을 통해 예측한 예측값과 실제값을 비교하여 유사도를 검증하고, 유사도 검증 결과에 기초하여 상기 결과 데이터를 생성하며, 생성된 결과 데이터가 상기 CR 유저노드로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 시스템. According to claim 9,
The verification unit,
The similarity is verified by comparing the predicted value predicted through the behavior pattern prediction model with the actual value of the input case, the result data is generated based on the similarity verification result, and the generated result data is transmitted to the CR user node. An intelligent dynamic real-time spectrum resource management system, characterized in that.
상기 결과 데이터는,
상기 사례 데이터베이스에 저장된 이전 사례에 대한 솔루션인 이전 솔루션 및 상기 CR 네트워크망에서 특정시간 및 위치에서의 사용자가 사용하지 않는 유휴채널의 목록인 백업채널 목록 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 검증부는,
상기 예측값과 실제값이 동일하면, 상기 CR 마스터노드가 상기 이전 솔루션 및 상기 백업채널 목록이 모두 포함되도록 상기 결과 데이터를 생성하고, 상기 예측값과 실제값이 미동일하면, 상기 백업채널 목록만 포함되도록 상기 결과 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 시스템. According to claim 10,
The resulting data,
At least one of a previous solution that is a solution for a previous case stored in the case database and a backup channel list that is a list of idle channels not used by a user at a specific time and location in the CR network,
The verification unit,
If the predicted value and the actual value are identical, the CR masternode generates the result data so that both the previous solution and the backup channel list are included, and if the predicted value and the actual value are not identical, only the backup channel list is included An intelligent dynamic real-time spectrum resource management system, characterized in that for generating the resultant data.
상기 간섭분석부는,
상기 솔루션이 포함된 결과 데이터를 수신하면, 상기 CR 유저노드가 수신한 솔루션에 대한 검증인 솔루션 검증을 수행하되,
솔루션 검증 결과가 간섭확률 기준을 만족하면 상기 최적화 수행 여부를 미수행으로 결정하여 수신한 솔루션이 유지되도록 하며,
상기 솔루션 검증 결과가 상기 간섭확률 기준을 불만족하면 상기 최적화 수행 여부를 수행으로 결정하는 것을 특징으로 하는 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 시스템. According to claim 11,
The interference analysis unit,
When the result data including the solution is received, the CR user node performs verification of the verifier solution for the received solution,
If the solution verification result satisfies the interference probability criterion, it is determined whether or not to perform the optimization so that the received solution is maintained,
An intelligent dynamic real-time spectrum resource management system, characterized in that if the solution verification result does not satisfy the interference probability criterion, it is determined whether to perform the optimization.
상기 간섭분석부는,
몬테카를로 알고리즘 기반의 간섭분석을 사용하여 상기 솔루션 검증을 수행하는 것을 특징으로 하는 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 시스템.According to claim 12,
The interference analysis unit,
An intelligent dynamic real-time spectrum resource management system, characterized in that the solution verification is performed using Monte Carlo algorithm-based interference analysis.
상기 간섭분석부는,
상기 백업채널 목록만 포함된 결과 데이터를 수신하면, 상기 최적화 수행 여부를 수행으로 결정하는 것을 특징으로 하는 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 시스템. According to claim 11,
The interference analysis unit,
Intelligent dynamic real-time spectrum resource management system, characterized in that when receiving the result data containing only the backup channel list, it is determined whether or not to perform the optimization.
상기 CR 유저노드는,
생성된 전송파라미터를 입력된 사례에 대한 솔루션으로 매칭하여 상기 사례 데이터베이스에 업데이트되도록 하는 것을 특징으로 하는 지능형 동적 실시간 스펙트럼 자원관리 시스템. According to claim 9,
The CR user node,
An intelligent dynamic real-time spectrum resource management system characterized in that the generated transmission parameter is matched with a solution for the input case and updated in the case database.
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CN117891614A (en) * | 2024-03-14 | 2024-04-16 | 山西泓禾惜贤科贸有限公司 | Big data analysis platform based on cloud service |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20020030821A (en) | 2000-07-14 | 2002-04-25 | 비센트 비.인그라시아, 알크 엠 아헨 | Method and apparatus for selecting a best link for supplemental channel assignment during a handoff period in a spread spectrum communication system |
KR20120056296A (en) * | 2009-09-18 | 2012-06-01 | 알까뗄 루슨트 | Adaptive traffic and interference aware radio resource management |
KR20150108612A (en) * | 2014-03-18 | 2015-09-30 | 한국과학기술원 | Method and apparatus for controlling transmission power of cognitive radio terminal based on distributed network |
KR20190120518A (en) * | 2018-04-16 | 2019-10-24 | 국방과학연구소 | Method and apparatus for selecting frequency band in cognitive radio network |
KR20200032823A (en) * | 2018-09-19 | 2020-03-27 | 한국전자통신연구원 | Method and apparatus for allocating bandwidth based on machine learning in passive optical network |
-
2022
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20020030821A (en) | 2000-07-14 | 2002-04-25 | 비센트 비.인그라시아, 알크 엠 아헨 | Method and apparatus for selecting a best link for supplemental channel assignment during a handoff period in a spread spectrum communication system |
KR20120056296A (en) * | 2009-09-18 | 2012-06-01 | 알까뗄 루슨트 | Adaptive traffic and interference aware radio resource management |
KR20150108612A (en) * | 2014-03-18 | 2015-09-30 | 한국과학기술원 | Method and apparatus for controlling transmission power of cognitive radio terminal based on distributed network |
KR20190120518A (en) * | 2018-04-16 | 2019-10-24 | 국방과학연구소 | Method and apparatus for selecting frequency band in cognitive radio network |
KR20200032823A (en) * | 2018-09-19 | 2020-03-27 | 한국전자통신연구원 | Method and apparatus for allocating bandwidth based on machine learning in passive optical network |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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CN117891614B (en) * | 2024-03-14 | 2024-05-14 | 山西泓禾惜贤科贸有限公司 | Big data analysis platform based on cloud service |
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