WO2012134023A1 - 공존 시스템에서의 자원 할당 - Google Patents

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WO2012134023A1
WO2012134023A1 PCT/KR2011/008792 KR2011008792W WO2012134023A1 WO 2012134023 A1 WO2012134023 A1 WO 2012134023A1 KR 2011008792 W KR2011008792 W KR 2011008792W WO 2012134023 A1 WO2012134023 A1 WO 2012134023A1
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coexistence
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channels
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조준호
노고산
홍대식
김봉회
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LG Electronics Inc
Industry Academic Cooperation Foundation of Yonsei University
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/14—Spectrum sharing arrangements between different networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/30—Resource management for broadcast services
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/02—Resource partitioning among network components, e.g. reuse partitioning
    • H04W16/06—Hybrid resource partitioning, e.g. channel borrowing

Definitions

  • the present specification relates to a method for allocating resources of a management device for serving a network or a device.
  • new frequencies are allocated through auctions, or the existing frequencies are recovered from existing operators and relocated to other operators, thereby allocating the limited resources.
  • next-generation communication systems are designed in the form of convergence of several networks, systems are becoming more complex, and the need for interworking is gradually increasing.
  • communication technologies and services have developed, the frequency of use of frequency resources has increased, and the problem of frequency depletion has reached a serious situation as it has occupied a certain frequency band to provide excellent communication technologies and services.
  • the frequency sharing method has been attracting attention as a solution to this problem. This is because the current frequency shortage is due to the existing partition type frequency management method, and the frequency distribution table seems to lack the frequency, but started from the viewpoint of solving the frequency shortage problem through the sharing method.
  • Cognitive radio technology refers to a system in which a communication device observes a communication environment by itself, determines and selects an operation method for optimal communication, and plans a future judgment process from previous communication experiences. In other words, it is adaptive and rational in finding unused or unused Spectrum holes (White space) among the frequency bands allocated to unlicensed bands. It is technology to use. At this time, if a primary user who has a license in the corresponding band is found, the user should immediately stop using the band or adjust the transmission power so as not to damage the main user.
  • TVWS TV White Space
  • Empty channels have different widths (or widths) except for channels used by the primary user among all TV channels. Therefore, the available system depends on the width of the empty channel. That is, if the empty space is large, a system using a wide bandwidth can be used, but if the empty space is narrow, only a system using a narrow bandwidth can be used. Therefore, the presence of free space does not mean that the channel can be used unconditionally, but the constraint that the bandwidth of the system to coexist is less than or equal to the size of the free space.
  • the Primary User uses the channel without restriction, there is a distribution of free space on the TVWS.
  • the TVBD network or device 100 using TVWS as a secondary user may use an empty channel that is not used by the primary user unless otherwise restricted.
  • a channel fragmentation phenomenon may occur in which empty channels are not concentrated in one place but are scattered in small units. Due to this phenomenon, adjacent channels are depleted, which prevents the use of channels of a wideband system that combines multiple TV channels. This may occur in broadband systems rather than narrowband systems that use only one TV channel.
  • One embodiment disclosed in the present specification is to provide a coexistence manager capable of adaptively selecting a channel in a coexistence environment between heterogeneous systems using TVWS in which channel use constraints are inherently present. That is, one embodiment disclosed herein requires a broadband system by converting a channel used by a narrowband system to another channel when the broadband system cannot use a channel because there is no empty channel continuously even though there is actually an empty channel. This is to ensure a continuous empty channel.
  • another embodiment of the present disclosure provides a technique for selecting a channel to switch and a criterion for selecting a target to switch the channel in implementing the adaptive channel selection scheme.
  • a method for allocating a resource of a management device includes: receiving a channel allocation request from a first network or a device; If there is no channel assignable to the first network or device, determining a second network or device to switch a use channel based on a channel gain of each of the networks or devices; Switching a use channel of the second network or device to another channel and increasing a priority; And assigning a use channel of the second network or device to the first network or device.
  • channel switching efficiency can be improved by preventing blocking for a broadband system, which is a problem due to channel fragmentation, and increasing the number of available channels due to a channel switching technique. It has an effect.
  • channel switching efficiency can be improved by preventing blocking for a broadband system, which is a problem due to channel fragmentation, and increasing the number of available channels due to a channel switching technique. It has an effect.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a coexistence system according to an embodiment of the present specification.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a coexistence system according to another embodiment of the present specification.
  • FIG 3 illustrates an example in which a coexistence system is disposed according to an embodiment of the present specification.
  • FIG. 5 shows another example in which a coexistence system is disposed according to an embodiment of the present specification.
  • FIG. 6 is an exemplary diagram illustrating an operation of the CDIS / CDB 400.
  • FIG. 7 is an exemplary view showing a coexistence contour.
  • FIG. 8 illustrates an example of a coexistence whitespace map (CWM) or a coexistence map (Coexistence MAP) in the environment of FIG. 7.
  • CWM coexistence whitespace map
  • Coexistence MAP coexistence map
  • FIG. 9 is a block diagram of a coexistence system according to embodiments disclosed herein.
  • FIGS. 10 (a) and (b) are diagrams illustrating a channel usage structure of a coexistence system according to embodiments disclosed herein.
  • 11 (a) to 11 (c) are conceptual diagrams for describing a channel fragmentation phenomenon occurring in a coexistence system.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a channel allocation process using an adaptive channel selection scheme of a coexistence system according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a detailed process S110 of discovering a TVBD network or device 100 shown in FIG. 12.
  • FIG. 14 is a detailed flowchart illustrating an acquisition process S120 of the currently available channel set shown in FIG. 12.
  • FIG. 15 is a detailed flowchart illustrating a process of receiving a channel assignment request (S130) illustrated in FIG. 12.
  • FIG. 16 is a detailed flowchart illustrating a channel switching process S240 illustrated in FIG. 12.
  • FIG. 17 is a flowchart illustrating a channel switching process S240 shown in FIG. 12 in detail.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a result of a test for improving performance of a coexistence system according to an embodiment disclosed in the present specification.
  • CM coexistence manager
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • the terminal may be a user equipment (UE), a mobile equipment (ME), a mobile station (MS), a user terminal (UT), a subscriber station (SS), a mobile subscriber station (MSS), or a wireless device.
  • the device may be called a wireless device, a handheld device, or an access terminal (AT).
  • the IEEE 802.11 wireless local area network (WLAN) standard is 2.4. It provides transmission speeds of 11 Mbps (IEEE 802.11b) and 54 Mbps (IEEE 802.11a) using an unlicensed band at GHz or 5 GHz.
  • IEEE 802.11g applies orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) at 2.4 GHz to provide a transmission rate of 54 Mbps.
  • OFDM orthogonal frequency-division multiplexing
  • IEEE 802.11n applies MIMO-OFDM to provide a transmission rate of 300 Mbps for four spatial streams. IEEE 802.11n supports channel bandwidth up to 40 MHz, in which case it provides a transmission rate of 600 Mbps.
  • TV Whitespace includes VHF bands (54-60, 76-88, 174-216 MHz) and UHF bands (470-698 MHz) allocated to broadcast TV systems, and operates in the corresponding frequency bands.
  • VHF bands 54-60, 76-88, 174-216 MHz
  • UHF bands 470-698 MHz
  • TVWS is an abbreviation of TV White Space, which means an empty frequency band not used by broadcasters in the VHF and UHF frequency bands distributed for TV broadcasting. When the conditions are met, it means the unlicensed band that can be used. That is, the TV white space may mean frequency information for broadcasting.
  • spatially refers to an empty band and an unused frequency band or area where broadcasting waves cannot reach, due to fear of frequency interference between broadcasters. Does not mean empty broadcast frequency in time. It should never interfere with the television viewer, a customer of a broadcaster, to interfere with reception, nor should it affect wireless microphone devices that use part of this band to communicate at low power.
  • the fixed device refers to a device that performs transmission only at a predetermined location.
  • An IEEE 802.11 TVWS terminal represents an unauthorized device operating using IEEE 802.11 MAC and PHY in the TV whitespace spectrum.
  • Unauthorized users who want to use TV Whitespace must provide protection for authorized users. Therefore, before starting transmission in the TV band, make sure that an authorized user occupies the band.
  • the location information database is a database that stores and manages information on authorized devices registered to the user, location information of authorized devices, and channel usage information that is dynamically changed according to usage time.
  • a station performs a spectrum sensing mechanism.
  • a spectrum detection mechanism an energy detection method, a feature detection method, and the like are utilized. If the strength of the received signal is greater than or equal to a predetermined value, it is first determined that the incumbent user is in use, or if the DTV preamble is detected, the first user is determined to be in use. If it is determined that the user is in use in a channel immediately adjacent to the channel currently being used, the STA and the access point (AP) must lower the transmission power.
  • the coexistence system has a coexistence enabler (CE) 200, a coexistence manager (CM) 300, and a coexistence discovery and management server (CDIS) according to a function. Server) or Coexistence Database (CDB) 400.
  • CE coexistence enabler
  • CM coexistence manager
  • CDB Coexistence Database
  • the coexistence manager (CM) 300 and the coexistence enabler (CE) 200 are logical entities defined for coexistence between different wireless systems or wireless operators operating in an unauthorized state in the TV whitespace.
  • the coexistence manager (CM) 300 has an interface with the TVWS database and provides a policy and guidelines related to coexistence for the coexistence between different systems and operators operating on the TVWS, and is connected to the coexistence enabler (CE) ( 200) An object that can perform resource allocation to solve the interface problem between them.
  • the coexistence enabler (CE) 200 has an interface with the TVBD network or the device 100 and transmits information and commands received from the coexistence manager (CM) 300 to the TVBD network or the device 100.
  • STAs may perform a function of a coexistence enabler (CE) 200, and a coexistence manager (CM) as a higher object that can control a plurality of coexistence enabler (CE) 200. It deals with the coexistence network structure in which a management entity such as 300 exists.
  • the coexistence enabler (CE) 200 receives information or commands related to coexistence from the coexistence manager (CM) 300.
  • the received information or command is converted into media specific information or command by the coexistence enabler (CE) 200 for operation of the TVBD network or device 100 required by the message.
  • the coexistence enabler (CE) 200 may be converted into a message form defined in the coexistence system by the coexistence enabler (CE) 200 and transmitted to the coexistence manager (CM) 300.
  • the coexistence enabler (CE) 200 is located in the TVBD network or device 100 so that information and commands for coexistence can be delivered with service access points (SAPs) and primitives with the TVBD network or device 100 management entity. (primitive) must be defined.
  • SAPs service access points
  • the coexistence manager (CM) 300 may service one or more coexistence enablers (CE) 200.
  • the coexistence manager (CM) 300 may obtain necessary information from an external entity, such as a TVWS database, or a coexistence enabler (CE) 200 or another coexistence manager (CM) 300, which is serviced by itself.
  • the coexistence manager (CM) 300 exchanges information or command messages with other coexistence managers (CM) 300, or transmits information or commands to the coexistence enabler (CE) 200 serviced by them.
  • the coexistence manager (CM) 300 makes a coexistence decision making based on the obtained information, and determines an operation channel and a maximum transmit power value of the coexistence enabler (CE) 200 which it services. May be included in the decision.
  • the TVBD network or device 100 may be a device or a network as an unauthorized user using the TV band.
  • the TVBD network or the device 100 may be a device operating in a master mode such as an access point (AP) or a base station (BS). They may communicate with the coexistence manager (CM) 300 for coexistence while operating in the master mode and manage / control devices operating in the slave mode.
  • AP access point
  • BS base station
  • CM coexistence manager
  • CDIS (400) has an interface with the coexistence manager (CM) (300), the coexistence manager (CM) 300 and the coexistence manager (CM) service that the coexistence manager (CM) 300 that they service.
  • Information about the TVBD network or device 100 served by the coexistence enabler (CE) 200 or the TVBD network or device 100 may be Available channel list information obtained from the TVBD network or the measurement result of the device 100, a list of coexistence enabler (CE) 200 serviced by the coexistence manager (CM) 300, etc., the coexistence manager ( CM) can be obtained from the management (300).
  • the CDIS 400 may calculate a neighbor relationship between the coexistence managers (CM) 300 and the coexistence enabler (CE) 200 serviced by the CDIS 400. That is, when considering a specific TVBD network or device 100, who is the TVBD network or device 100 in an interfering relationship with the TVBD network or device 100 and the TVBD network or device 100
  • the service coexistence enabler (CE) 200 and the coexistence manager (CM) 300 can be calculated who.
  • the coexistence enabler (CE) 200 establishes a connection with the coexistence manager (CM) 300 and registers itself with the coexistence manager (CM) 300.
  • Coexistence manager (CM) 300 should also establish a connection with a neighbor coexistence manager (CM) (300).
  • the coexistence manager (CM) 300 manages the registered coexistence enabler (CE) 200 and provides a service for coexistence.
  • a topology in which the coexistence manager (CM) 300 manages a plurality of coexistence enablers (CE) 200 and makes decisions for coexistence is called a centralized topology.
  • the coexistence enabler (CE) 200 depends on the decision of the coexistence manager (CM) 300.
  • the coexistence enabler (CE) 200 is connected to the coexistence manager (CM) 300 through the interface B1, and the coexistence manager (CM) 300 connects the interface B2 with the CDIS or the CDB 400. Is connected through, the coexistence manager (CM) 300 is connected to another coexistence manager (CM) (200 ') interface B3.
  • the coexistence enabler (CE) 200 is connected to the TVBD network or the device 100 through the interface A.
  • the TVBD network or device 100 refers to a terminal that enables use of a TV white space by the Federal Communications Commission (FCC).
  • the TVBD network or device 100 may be connected to the TVWS database 600 through the interface C.
  • the coexistence enabler (CE) 200 may request and obtain information required for coexistence from the TVBD (TeleVision Band Device) network or device 100, and coexistence manager (CM) 300.
  • the coexistence manager (CM) 300 discovers other CMs to solve coexistence problems between TVBD networks, generates corresponding coexistence requests / commands and control information, and generates the coexistence enabler (CE).
  • the coexistence manager (CM) 300 is a function of selecting a representative coexistence manager by sharing information about the coexistence managers, coexistence for efficiently sharing frequency resources between other networks and systems as described below It may have a function of generating a white space map and a function of assisting network operators in performing management related to TVWS coexistence.
  • the coexistence manager (CM) 300 may be implemented in an embedded form in a device such as an access point (AP) or a base station (Base-station), or may be implemented outside the device.
  • a device such as an access point (AP) or a base station (Base-station), or may be implemented outside the device.
  • AP access point
  • Base-station base station
  • the CDIS / CDB 400 may be represented as CDIS or CDB according to a function.
  • CDIS / CDB 400 provides the ability to create a coexistence whitespace map or coexistence map, and manage management related to TVWS coexistence in order to efficiently share frequency resources between different networks and systems.
  • the controller may have a function of controlling a plurality of operators and a function of electing a representative CM in order to reduce communication overhead between coexistence managers and solve a coexistence problem.
  • the CDIS / CDB 400 calculates a coexistence contour to search for neighboring networks / systems, and coexistence whitespace map or coexistence map to solve a coexistence problem.
  • the CDIS / CDB 400 distributes resources omnipotent in allocating resources, or proposes a criterion of priority among the CM 300 as an intermediary. Coordination of resource selection of the coexistence manager (CM) 300 may be performed, or may serve as a medium for sharing information between external and heterogeneous networks between the coexistence manager (CM) 300 as a DB (Data Base).
  • CM coexistence manager
  • the interface A is an interface between the coexistence enabler (CE) 200 and the TVBD network or the device 100, and information required for coexistence from the TVBD network or the device 100 is configured for coexistence ( configuration / information request, configuration / measurement / information response for coexistence, and other information can be provided as needed Reconstruction request / command and control information (corresponding to coexistence request / command and control information received from CM), TVBD network or device 100 from the coexistence enabler (CE) 200 to the TVBD network or device 100. Requests / commands related to controlling the measurements performed by the user, information informing of possible resources, and other information may be provided as needed.
  • the interface B1 is an interface between the coexistence enabler (CE) 200 and the coexistence manager (CM) 300, and the coexistence manager (CM) 300 from the coexistence enabler (CE) 200 is used for coexistence.
  • the required information (information obtained from the TVBD network or device 100) and other information as needed may be provided.
  • From the coexistence manager (CM) (300) to the coexistence enabler (CE) (200) may be provided with coexistence request / command and control information and other information as needed.
  • the interface B2 is an interface between the coexistence manager (CM) 300 and the CDIS / CDB (400), which is required for a coexistence map from the coexistence manager (CM) 300 to the CDIS / CDB (400) Information, information required for neighbor sets, information required for register / unenrolled, information required for discovery (obtained by the currently used CM), required for coexistence The information to be obtained (obtained by the currently used CM) and other information as necessary may be provided.
  • the coexistence manager (CM) 300 is notified for the information notified for the coexistence map, the neighbor set (or neighbor list).
  • Information information notified for the representative CM, information required for discovery (obtained by another CM), information required for coexistence (obtained by another CM), other information as needed, and the like may be provided. .
  • the interface B3 is an interface between the coexistence manager (CM) 300 and another coexistence manager (CM) 300 ', from the coexistence manager (CM) 300 to another coexistence manager (CM) 300'.
  • Information and messages required for discovery and coexistence, registration / unresgister from coexistence manager (CM) to representative coexistence manager (CM) or from device coexistence manager (CM) to server coexistence manager (CM))
  • Information to be notified for the coexistence map Information to be informed for the coexistence map (from the CM to the representative CM or from the server's CM to the device's CM), information required for policy exchange / negotiation, and other information as necessary. .
  • the interface C is an interface between the TVBD network or the device 100 and the TVWS database 600, so that information notified for an available channel from the TVWS DB 600 to the TVBD network or the device 100 may be provided.
  • the interface D is an interface between the coexistence manager (CM) 300 and an operator management entity (OME) 700 and a network operation related to information from the OME 700 to the coexistence manager (CM) 300.
  • Information eg, constraints associated with operating spectrum policy / network
  • other information may be provided as needed.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a coexistence system according to another embodiment of the present specification.
  • the coexistence enabler 200 and the coexistence manager (CM) 300 may be embedded in an access point (AP) and a base station (BS: BaseStation), respectively.
  • the CDIS / CDB 400 may be connected to the TVWS database 600. Through this connection, the CDIS / CDB 400 may receive TV whitespace information from the TVWS database 600.
  • FIG 3 illustrates an example in which a coexistence system is disposed according to an embodiment of the present specification.
  • the communication system A may be a cellular communication such as CDMA, GSM, CDMA-2000, WCDMA, LTE, LTE-Advanced, IEEE 802.16.
  • the system B may be a cellular system having a smaller cell coverage than the communication system A.
  • the system B may be a system such as Wi-Fi.
  • the system C may be a cellular system such as a femto cell having a smaller cell coverage than the system B.
  • a coexistence manager (CM) exists in each of the communication system A, the communication system B, and the communication system C.
  • CM coexistence manager
  • the communication system A, the communication system B, and the communication system C geographically coexist with each other in the network A, and also coexist with each other in the network B.
  • the CDIS / CDB 400 may generate a coexistence map and transmit the coexistence map to each of the coexistence managers CM.
  • the coexistence manager (CM) 300 is shown as not embedded in the AP and BS, but this is for illustrative purposes only, the coexistence manager (CM) (300) May be embedded in the AP and the BS.
  • a coexistence enabler (CE) 200 may be embedded in the AP and the BS.
  • the AP and the BS register with the coexistence manager (CM) 300, the CDIS / CDB 400, and the TVWS database 600, respectively.
  • CM coexistence manager
  • the coexistence manager (CM) 300 likewise performs registration in the CDIS / CDB 400 and the TVWS database.
  • the CDIS / CDB 400 may receive a channel list for broadcasting from the TVWS database 600.
  • the channel list may be frequency information for broadcasting.
  • the channel list may include information about an operating channel of the broadcast and a transmit power limitation.
  • the CDIS / CDB 400 uses the location information and available channel information of the BS and the AP to determine whether the CDIS / CDB 400 coexists in an arbitrary region.
  • the coverage radius of the AP and the BS is calculated and based on the channel list, that is, the frequency information for the broadcasting, different types of access points located in the arbitrary region, that is, the AP and the A BS (or resource) or one or more frequency bands available to the BS may be allocated, and information about the channel (or resource) and band may be generated and transmitted, for example, a coexistence map.
  • FIG. 5 shows another example in which a coexistence system is disposed according to an embodiment of the present specification.
  • the coexistence manager (CM) or CSIS / CDB (400) can be adjusted so that several APs can coexist in the radio.
  • the various APs may be connected to the CDIS / CDB 400 using a physical connection such as the Internet.
  • the CDIS / CDB 400 may obtain channel information for broadcasting from the TVWS database 600 as described above.
  • the CDIS / CDB 400 may obtain channel information, for example, a broadcast channel set, for broadcasting in a specific geographic area.
  • the CDIS / CDB 400 may calculate a coexistence contour. In particular, it may be equipped with a neighbor detection function on whitespace for TV broadcast or other systems operating on a TV broadcast frequency.
  • the CDIS / CDB 400 may generate a coexistence whitespace map or a coexistence map as described above.
  • the CDIS / CDB 400 may provide common clock information. It can also provide information for time synchronization between different systems.
  • the CDIS / CDB 400 may provide parameters for radio range and interference range of each device.
  • the CDIS / CDB 400 may provide parameters for the aforementioned coexistence contour.
  • the CDIS / CDB 400 may identify neighbor network devices for coexistence between other systems.
  • the CDIS / CDB 400 may provide information about transmission power, antenna height, and other physical parameters of each network.
  • 6 (a) and 6 (b) are exemplary views illustrating the operation of the CDIS / CDB 400.
  • CM1 and CM2 receive location information and frequency information for the broadcast, for example, information on a whitespace map (WM) from the TVWS DB 600.
  • the white space map may mean information on empty frequency bands not used by broadcasters in the VHF and UHF frequency bands distributed for TV broadcasting.
  • the CDIS / CDB 400 may be connected to the TVWS DB 600 to receive frequency information for the broadcast, for example, the white space map, from the TVWS DB 600.
  • the CDIS / CDB 400 generates a coexistence whitespace map (CWM) or a coexistence map (CWM) as described above based on the frequency information for the broadcast, for example, the white space map. can do.
  • the generated coexistence whitespace map (CWM) or coexistence map (Coexistence MAP) may be delivered to the first coexistence manager CM1 and the second coexistence manager CM2.
  • the first coexistence manager (CM1) and the second coexistence manager (CM2) is connected to the TVWS DB (600).
  • the TVWS DB 600 may be connected to the CDIS / CDB 400.
  • the CDIS / CDB 400 may transmit the above-described coexistence whitespace map (CWM) or coexistence map (Coexistence MAP) to the TVWS DB 600, and the TVWS DB 600 receives the received coordination map.
  • a coexistence whitespace map (CWM) or a coexistence map (Coexistence MAP) may be delivered to the first coexistence manager CM1 and the second coexistence manager CM2.
  • the TVWS DB 600 may impersonate the received coexistence whitespace map (CWM) or coexistence map (Coexistence MAP) as the frequency information for the broadcast, for example, the whitespace map, and transmit the same. .
  • the TVWS DB 600 may store not only the received Coexistence Whitespace Map (CWM) or Coexistence Map (CWM) but also frequency information for the broadcast, for example, the white space map. It can be delivered to the first coexistence manager (CM1) and the second coexistence manager (CM2).
  • the first coexistence manager (CM1) and the second coexistence manager (CM2) is not only the received coexistence whitespace map (CWM) or coexistence map (Coexistence MAP), but also the frequency information for the broadcast, For example, when all of the whitespace maps are received, an appropriate one can be selected and used.
  • FIG. 7 is an exemplary view showing a coexistence contour.
  • Network A, Network B, Network C are in close proximity to each other.
  • the coexistence contour of each network is shown by the solid line, and the separation distance of each network is shown by the dotted line.
  • the coexistence contour is determined by the characteristics of each network itself.
  • the separation distance may be determined by the characteristics with other networks.
  • the coexistence contours of the network A and the network B almost touch each other, and partially overlap the coexistence contours of the network A and the network C.
  • FIG. 8 illustrates an example of a coexistence whitespace map (CWM) or a coexistence map (Coexistence MAP) in the environment of FIG. 7.
  • CWM coexistence whitespace map
  • Coexistence MAP coexistence map
  • channels 1 to 6 exist.
  • channels 1 and 2 are channels used for broadcasting according to frequency information for the broadcasting, for example, the white space map.
  • the CDIS / CDB 400 transmits the coexistence whitespace map (CWM) or the coexistence map (Coexistence MAP) to the network A indicating that channel 4 is an idle channel. Accordingly, if the network A determines to use channel 4, the CDIS / CDB 400 determines that the coexistence whitespace map (CWM) or coexistence indicates that channel 3, channel 5, and channel 6 are idle channels. A map (Coexistence MAP) is transmitted to the network B. Accordingly, if the network B determines to use channel 6, for example, the CDIS / CDB 400 determines that the coexistence whitespace map (CWM) or coexistence map (CWM) indicating that channel 3 and channel 5 are idle channels. Coexistence MAP) may be sent to network C.
  • Coexistence whitespace map CWM
  • Coexistence MAP coexistence whitespace map
  • the CDIS / CDB 400 transmits the coexistence whitespace map (CWM) or the coexistence map (CWM) to the networks A, B, and C, respectively, so that the networks A, B, and C Enable coexistence on the radio.
  • CWM coexistence whitespace map
  • CWM coexistence map
  • FIG. 9 is a block diagram of a coexistence system according to embodiments disclosed herein. Illustrating the entire system around three entities of CDIS / CDB 400, CM 300, and CE 200 in a coexistence system (e.g., an 802.19.1 system) as described above, FIG. The structure of coexistence system such as 9 can be considered.
  • a coexistence system e.g., an 802.19.1 system
  • the 802.19 system includes a CDIS / CDB (400), a CM (300), and a CE (200), and the CDIS / CDB (400) is connected to an external TV White Space Database (TVDB) 600.
  • the CE 200 is also connected to an external TVBN (TV Band Network).
  • the TVDB 600 stores and maintains information on a TV White Space (TVWS) that is empty spatially and temporally in a region where the 802.19 system is installed.
  • TVWS TV White Space
  • TVBN refers to a communication network that uses resources of TVWS (TV White Space) by interworking with 802.19 system.It is based on Cellular. Band Device) network or device 100. Examples of TVBNs include IEEE 802.22 Wireless Regional Area Network (WRAN), Wireless Local Area Network (IEEE 802.11af), IEEE 802.15, and IEEE 802.16.
  • WRAN Wireless Regional Area Network
  • IEEE 802.11af Wireless Local Area Network
  • IEEE 802.16 IEEE 802.16.
  • the 802.19 system is centrally connected to the TVDB 600, which is an external database.
  • the 802.19 system is also connected to a TVBN that communicates using a TV White Space (TVWS), and assumes a structure in charge of one type of communication system per CM of the 802.19 system. Therefore, there may be one TVBN or several TVBNs limited to the same type of system in one CM 300.
  • the type of system may be 802.22 or 802.11af as described above, but is not limited thereto and includes all wireless communication systems operable in TVWS.
  • the CE 200 since the CE 200 connects the CM 300 and the TVBN, one CE 200 is connected per TVBN.
  • the TVBN has a BS or an AP serving as a central control and considers a form in which several TVBD networks or devices 100 are inherited.
  • the CDIS / CDB 400 collects and manages information necessary for coexistence with the TVDB 600 and serves to provide the information to the CM 300.
  • the CDIS / CDB 400 is connected to the TVDB network or the device 100 through the interface C and is available for use in coexistence (Available Channel) (the TVBD network or the device 100 is not used spatially and temporally among the TV channels. Available channel) information to the TVDB 600 to obtain it.
  • CDIS / CDB 400 is connected with CMs 300 via interface B2.
  • the CDIS / CDB 400 designates the CM 300 to use a predetermined band among the available channels managed by the CDIS / CDB 400.
  • the CM 300 uses only the empty channel at present, thereby avoiding interference with the TV system. If there are several CMs 300 connected to the CDIS / CDB 400, each of the CMs 300 should be distinguishable and available channels for assigning available channels to the CMs 300 will be available. It should be distributed to individual CMs 300 so that they do not overlap.
  • the CM 300 is a key function of decision making necessary for coexistence, and in more detail, information about the necessary channels is obtained from the CDIS / CDB 400 and then available channels to the actual TVBD network or devices 100. (Available Channel) to control and coexist.
  • the CM 300 is connected to the CDIS / CDB 400 through the interface B2 and requests the CDIS / CDB 400 for information on an available channel of the TV White Space (TVWS), and receives the request.
  • the / CDB 400 allocates channels to be occupied by the CM 300.
  • the CM 300 is connected to the CE 200 through the interface B1, and when there is a channel use request through the CE 200, the CM 300 receives an available channel received from the CDIS / CDB 400. Determining which channel to allocate during the allocation of the determined channel to the CE (200).
  • the CE 200 mainly plays a role of connecting the CM 300 of the 802.19 system and the actual TVWS coexistence system. That is, it transmits a control command for coexistence from the CM 300 so that the actual TVBN can execute, and conversely, transmits a channel use request from the TVBN to the CM 300.
  • the CE 200 is connected to the CM 300 through the interface B1.
  • the CE 200 transmits a request for channel use to the CM 300 through the channel usage information obtained from the CDIS / CDB 400 by the CM 300. Received channel assignment information determined by the.
  • the CE 200 is connected to the BS or AP in charge of controlling the TVBN through the interface A.
  • the CE 200 Upon receiving the required channel request from the BS or AP of the TVBN, the CE 200 receives it, converts it into a command inside the 802.19, and delivers it to the CM 300. On the contrary, when a coexistence command such as channel allocation information is issued from the CM 300, the coexistence command is converted into a command suitable for the corresponding coexistence system and transmitted to the BS or AP of the TVBN. Inside the TVBN, the BS or the AP allows individual TVBD networks or devices 100 to allocate channels in a manner defined in the system.
  • FIGS. 10 (a) and (b) are diagrams illustrating a channel usage structure of a coexistence system according to embodiments disclosed herein.
  • TV channels have a bandwidth of 6 MHz in the US, 7 MHz in Europe, and 8 MHz in the UK.
  • the embodiments disclosed herein are applicable to all TV channel bands, but hereinafter, for convenience of description, assume a TV channel band of 6 MHz.
  • the channel usage structure of the TVBD network or devices 100 as a secondary user sharing TVWS should be adapted to the TV channel structure of this 6 MHz unit.
  • 802.22 WRAN assumes the use of the same 6 MHz channel as the TV channel, but 802.11af WLAN is compatible with the existing 802.11 WLAN system and the old system. Since the backward compatibility is maintained, use 5/10 / 20MHz channel. In this case, several consecutive channels of 6MHz units are attached and used. For example, if you use a 10MHz channel, allocate 12MHz by adding two 6MHz TV channels and do not use two 1MHz bands at both ends.
  • FIG. 10 (a) shows an 802.11af WLAN system using a 5 MHz band
  • FIG. 10 (b) shows an example of a channel usage structure of an 802.11af WLAN system using a 10 MHz band.
  • the channel usage is limited by the distribution of consecutive empty channels.
  • the TV channel is first used by the TV system as the primary user. However, since there are channels that are not used spatially and temporally, there are also channels that can be used by the TVBD network or the device 100. The channels used by the TV system are predetermined and there is no room for adjustment. In addition, the TVBD network or the device 100 using the TVWS also uses a channel that is advantageous to them as long as it does not affect the primary user unless a separate rule is set.
  • 11 (a) to 11 (c) are conceptual diagrams for describing a channel fragmentation phenomenon occurring in a coexistence system.
  • FIG. 11A is a conceptual diagram illustrating a situation in which many channel fragmentation phenomena occur. According to (a) of FIG. 11, even though there are enough six empty channels, the channels are divided into one unit so that the 10MHz 802.11af WLAN system using two channels is not available. Occurs.
  • FIG. 11B is a conceptual diagram showing a case where there is almost no channel fragmentation phenomenon.
  • the number of empty channels is the same as 6 (a) of FIG. 11, but five channels among them are continuously distributed. Therefore, it is possible to use a 10MHz 802.11af WLAN system in which two channels are bundled together.
  • a coexistence system uses a channel when a wideband system (a system using multiple consecutive TV channels) is not available due to channel fragmentation.
  • a narrowband system (a system that uses only one TV channel) can be switched to use different channels, resulting in multiple contiguous free channels.
  • FIG. 11C is a conceptual diagram illustrating a process of solving a channel fragmentation phenomenon in a coexistence system according to the embodiments disclosed herein.
  • a coexistence system having a total of nine TV channels may be assumed.
  • the TV may use four channels 1011 to 1014.
  • two of the channels 1021 and 1022 that are not used by the TV may be used by narrowband systems using only one channel.
  • three channels 1031 to 1033 are left as empty channels.
  • the broadband system can access the channels 1032 and 1021.
  • one of the existing channels is selected and moved to another channel.
  • the key here is to decide which channel in the narrowband system you are using and which channel to move to. Incentive based schemes and actual channel quality based schemes for narrowband users and narrowband channels that are subject to channel switching may be presented.
  • An incentive-based method for channel selection is a method that enables channel selection in a voluntary manner rather than by a centrally determined rule by motivating systems using existing channels to move to other empty channels. Incentives should be given to narrowband systems for channel movement. First, each narrowband system must suspend transmission while moving its active channel. You have to compensate for this because you lose money until you start transmitting again. Second, the system that occupies the channel has a high probability of selecting and using the channel in favor of itself. In this situation, the channel switchover must be compensated because it yields a part of its own profit for the benefit of other users and the whole. Motivation based on such incentives requires smooth channel selection and switching in coexistence system user-oriented operations.
  • Incentive-based channel selection and switching can be controlled by allocating and controlling a certain amount of credit for each user. Initially, the coexistence system distributes the same amount of credit for each user. In the first slot The first user's credit Assume that At this time, if the user becomes the target of channel switching, the channel being used is emptied and moved to another channel, the credit of the user is increased by one unit. This process can be represented by Equation 1 below.
  • the narrowband users who have switched channels to use the channels of the broadband users will have more credits. Give these users priority of channel access in the form of incentives. In other words, if there are more users than the number of available free channels or there is competition among users to use a better channel, a user with a high credit will be given a right to use or select a channel.
  • the multiple access implementation method when user selection is possible, it may be determined by the following equation (2).
  • Equation 2 can be used to switch the channel when the broadband user accesses the channel.
  • the criteria for selecting the first narrowband user is presented.
  • the channel to be switched to The second narrowband user also needs to select a channel to switch to.
  • incentive-based schemes give priority to channel access to users with higher incentives in case of more users attempting to access the channel than the number of available channels.
  • CM 300 central controller
  • the user who wants to access the channel decides for himself and can use any method that suits them. Therefore, the channel to be used by the narrowband user after channel switching is randomly selected and used among the channels satisfying the minimum channel bandwidth to be used by the narrowband user.
  • the incentive-based method presented above is a method of inducing channel switching by giving channel selection by rewarding credit as much as channel switching.
  • the method based on channel quality enables channel access of the broadband system by inducing channel switching by switching to a channel having a channel quality more favorable to an individual user. By shifting the channel to a better channel for the user who switches the channel, it can compensate for the communication disconnection during the channel switching, so that it can be motivated like the incentive-based method.
  • Channel selection and switching based on channel quality is the user whose channel gain is the largest after channel switching compared to the channel gain currently used by each user. And the channel to use when You will go through the process of finding. This is represented by the following equation (3).
  • the subject in charge of this process may be managed by an inter-system controller managing an entire heterogeneous system or an intra-system controller managing a narrowband system.
  • the controller determines channel switching through at least one of the above incentive-based method and channel quality-based method. . Based on the determined result To the first narrowband user Send a message to switch to the first channel. Instructed The first narrowband user selects the channel used by the controller after switching channels. Send a message reporting that you have switched to the first channel. Controller is Used by the first user Marks the first channel as active The channel used by the first user before the channel switching is marked as available so that the broadband user can use it.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a channel allocation process using an adaptive channel selection scheme of a coexistence system according to embodiments of the present disclosure.
  • Adaptive channel selection is defined through the operation and message exchange of the users of each coexistence system using the channel and the IEEE 802.19.1 system that manages their coexistence, in particular the CDIS / CDB (400) inside the IEEE 802.19.1 system. ), The CM 300, and the CE 200.
  • the method proposed in the present specification may be applied to general systems and models as well as to the structures defined above.
  • the CM 300 may find a TV Band Device (TVBD) network or devices 100 that interlock with an IEEE 802.19.1 system (S100).
  • TVBD TV Band Device
  • the TVBD network or device 100 is composed of two types, a narrowband (NB) system using a narrow unit of channels and a wideband (WB) system using a wide unit of channels.
  • NB narrowband
  • WB wideband
  • the CDIS / CDB 400 finds the TVBD network or device 100.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a detailed process S110 of discovering a TVBD network or device 100 shown in FIG. 12.
  • the CDIS / CDB 400 transmits a “CDIS call” message to the CM 300 managing each TVBD network or device 100 through the interface B2 (S112).
  • the “CDIS call” includes a “CDIS identifier” as a parameter for distinguishing the CDIS / CDB 400.
  • the CM 300 receiving the message informs the CDIS / CDB 400 of the presence of the TVBD network or the device 100 by sending information on the TVBD network or the device 100 managed by the CM 300 (S114). This process is accomplished by sending a “CM Response” message from the CM 300 to the CDIS / CDB 400 via Interface B2.
  • the "CM response” message is a "CM identifier" that identifies the CM 300 managing each TVBD network or device 100 and a System-type of the TVBD network or device 100. And parameters such as channel width used by the system.
  • the CDIS / CDB 400 completes the process of searching for the TVBD network or the device 100 by receiving a “CM response” message.
  • the CM 300 obtains an available channel set currently available from the TVWS DB 600 (S120).
  • FIG. 14 is a detailed flowchart illustrating an acquisition process S120 of the currently available channel set shown in FIG. 12.
  • the CDIS / CDB 400 sends a "Channel query” message to the TVDB 600 through the interface C (S122), and the "CDIS identifier" and the corresponding CDIS / CDB 400 are sent.
  • the TVDB 600 When the TVDB 600 receives the “Channel query” message, the TVDB 600 transmits available channel information existing in the region where the corresponding CDIS / CDB 400 is located through the interface C (S124). This process consists of the TVDB 600 sending a "Channel information” message to the CDIS / CDB 400, the "Available channel list” and the available duration of each channel. Parameter).
  • the CDIS / CDB 400 then checks the channels being used by the TVBD network or the device 100 (S124). Since the CDIS / CDB 400 manages a list used by the TVBD network or the device 100 by itself, there is no need for a separate communication process with another entity.
  • the CDIS / CDB 400 waits for the TVBD network or the devices 100 to access the channel after the initialization is completed (S130). In order to access the channel of the TVBD network or device 100, the channel allocation request of the TVBD network or device 100 and the channel allocation of the CM 300 must be preceded accordingly.
  • FIG. 15 is a detailed flowchart illustrating a process of receiving a channel assignment request (S130) illustrated in FIG. 12.
  • the TVBD network or device 100 transmits a "Channel request" message to the CM 300 managing the TVBD network or device 100 through Interface A and Interface B1 (S131). , S132).
  • the message uses a TVBD network or device identifier and the number of channels required as parameters.
  • the CM 300 sends a “Channel query” message including the CM identifier to the CDIS / CDB 400 through the Interface B2 to identify the channel resource to be allocated to the channel request. Transfer (S133).
  • the CDIS / CDB 400 checks for an empty channel through an available channel list received from the TVDB 600 for a channel request, and checks an empty channel to a channel not used by another TVBD network or device 100 among the empty channels. Information about the available channels (available channel list and available duration) is informed to the system. Subsequently, the CM 300 allocates a channel to the TVBD network or the device 100 based on the channel information informed by the CDIS / CDB 400. The CDIS / CDB 400 includes the allocated channel list in the channel list used by the TVBD network or the device 100. Channel allocation information transfer from the CDIS / CDB 400 to the TVBD network or the device 100 is performed as follows.
  • the CDIS / CDB 400 transmits a “Channel info” message to the CM 300 managing the TVBD network or the device 100 as the target through the interface B2 (S134).
  • the “Channel info” message transmits a channel number (Allocated channel list) to be used by the corresponding TVBD network or device 100 and an available duration of the corresponding channel as a parameter.
  • the CM 300 transmits a "Channel allocation" message for assigning a channel based on the received information to the TVBD network or the device 100 through the interfaces B1 and A (S135, S136).
  • the TVBD network or the device 100 approaches a channel, it is determined whether a narrowband system enters (S210), and when a narrowband system enters, the system does not access an empty band. Therefore, one of the empty channels is selected and used (S250). If the broadband system is input, it is determined whether the bandwidth required by the broadband system exists among the empty channels (S220). In step 230, if a channel corresponding to such a condition exists, the channel is available as it is (S250). It becomes impossible. If this happens, the channel used in the narrowband system adjacent to the empty channel is moved to another empty channel to secure a space for the broadband system and then access the broadband system (S240).
  • the selection of the narrowband user to which the channel is to be switched and the channel to be moved by the user are determined according to the rules defined in at least one of Equation 2 or Equation 3 above.
  • the channel to be switched according to the above rules is transferred to the corresponding narrowband user so that channel switching is performed.
  • FIG. 16 is a detailed flowchart illustrating a channel switching process S240 illustrated in FIG. 12.
  • the TVBD network or device 100 transmits a "Channel request" message to the CM 300 managing the TVBD network or device 100 through Interface A and Interface B1 (S131). , S132).
  • the CM 300 converts the narrowband system into a narrowband channel and determines channel switching to allocate the created wideband channel. .
  • the CM 300 requests the TVBD network or device 100 currently using the channel to be switched through the CDIS / CDB 400 to empty the currently used channel and switch to another channel.
  • Message is transmitted through the CM 300 serving the TVBD network or device 100 (S241, S242).
  • the CM identifier “Channel before transfer”, the channel number before switching, and “Channel after transfer,” the channel number after switching, are transmitted as parameters.
  • the CM 300 which has received the “Channel Transfer Query”, transmits the relevant information to the TVBD network or the device 100 using the channel through the “Channel Transfer” message.
  • the channel number for the channel and the available times of the channel are transmitted as parameters (S243 and S244).
  • the CM 300 makes a decision, and the CDIS / CDB 400 plays a role of delivering a message between the CM 300 and the CM 300 where the channel switching target TVBD network or device 100 is located.
  • FIG. 17 is a flowchart illustrating a channel switching process S240 shown in FIG. 12 in detail.
  • the step of obtaining channel information from the CDIS / CDB 400 may be omitted.
  • the CM 300 transmits available channel information owned by the CM 300 to the TVBD network or the devices 100 (S243 and S244).
  • the process returns to the initial state and checks whether the channel use state has changed through the TVWS DB 600 search, and then repeats the same operation.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a result of a test for improving performance of a coexistence system according to an embodiment disclosed in the present specification.
  • a graph 800 illustrates a blocking probability of an 802.11af WLAN system according to a change in transmission probability P 11 of an 802.11af WLAN system.
  • the blocking probability increases as the transmission probability of the 802.11af system increases, because the number of required channels increases as the number of available channels increases. Blocking occurs when insufficient channels occur.
  • the blocking probability decreases because the number of available channels increases when the channel selection method proposed in this study increases. At the point where P 11 is 0.5, the proposed method reduces the blocking probability by 23.8%.
  • the controller may consider the distributed method in which the competing users themselves decide instead of the centralized method in which the user decides which channel to use.
  • the controller may consider the distributed method in which the competing users themselves decide instead of the centralized method in which the user decides which channel to use.
  • it may be determined to be proportional to the credit having the transmission probability of each user. It can be represented by the equation as in Equation 4.
  • CM coexistence manager
  • the coexistence manager (CM) 300 includes a storage unit 310, a controller 320, and a transceiver 330.
  • the storage means 310 stores the method according to the embodiments shown in FIGS. 1 to 18.
  • the controller 320 controls the storage means 310 and the transceiver 330. Specifically, the controller 320 executes the methods stored in the storage means 310, respectively. The controller 320 transmits the aforementioned signals through the transceiver 330.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

본 명세서에 개시된 일 실시 예는 채널 사용 제약 조건이 태생적으로 존재하는 TVWS를 이용하는 이종 시스템 간의 공존 환경에서 적응적으로 채널을 선택할 수 있는 공존 관리자에 관한 것이다. 이를 위해, 본 명세서에 개시된 일 실시 예에 따른 관리기기의 자원 할당 방법은, 제1 네트워크 또는 디바이스로부터 채널 할당 요청을 수신하는 단계; 상기 제1 네트워크 또는 디바이스에 할당할 수 있는 채널이 없는 경우, 네트워크 또는 디바이스들 각각의 채널 이득에 기초하여 사용 채널을 전환할 제2 네트워크 또는 디바이스를 결정하는 단계; 상기 제2 네트워크 또는 디바이스의 사용 채널을 다른 채널로 전환하고 우선순위를 증가시키는 단계; 및 상기 제1 네트워크 또는 디바이스에 상기 제2 네트워크 또는 디바이스의 사용 채널을 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

공존 시스템에서의 자원 할당
본 명세서는 네트워크 또는 디바이스를 서비스하는 관리기기의 자원 할당 방법에 관한 것이다.
종래에는 새로운 서비스를 위해 주파수 배정하거나 새로운 사업자에게 주파수를 배정하는 것은 정부의 주도하에 이루어졌다.
특히 신규 사업자들이 있을 경우 새로운 주파수를 경매 등을 통해 할당하거나, 기존의 주파수를 기존 사업자로부터 회수하여 다른 사업자에게 재배치함으로써, 한정적 자원인 주파수를 배분을 하였다.
그러나, 최근 개방형 단말 플랫폼, 앱 스토어, 모바일 VoIP 등 다양한 무선 인터넷 기반 어플리케이션의 확산으로 무선 데이터 트래픽 수요의 폭발적인 증가 이루어지면서, 이와 같이 정부 주도의 주파수 배분은 매우 비효율적이며, 근본적으로 주파수 분배표상에서 신규 주파수 확보가 점차 어려워졌다.
특히, 방송 및 통신 시스템의 급속한 성장과 더불어 차세대 통신 시스템은 여러 네트워크들의 융합 형태로 설계되고 시스템이 점점 복잡해지고 상호연동의 필요성이 점차 확대되고 있다. 또한， 통신 기술 및 서비스가 발전함에 따라 주파수 자원에 대한 사용 빈도가 증가하고， 우수한 통신 기술 및 서비스 제공을 위해 고정적으로 특정 주파수 대역을 점유함에 따라 주파수 고갈 문제가 심각한 상황에 이르렀다.
최근 이러한 문제를 해결할 수 있는 방안으로서 주파수 공유방식이 주목을 받고 있다. 이는, 현재의 주파수 부족현상이 기존의 칸막이 식 주파수 관리 방식에 기인한 것으로서, 주파수 분배표상으로는 주파수가 부족한 것처럼 보이지만 공유방식을 통해 주파수 부족문제 해결이 가능하다라는 관점에서 출발한 것이다.
이와 같은 주파수 자원의 고갈 문제가 세계적으로 중요하게 인식됨에 따라 미국 FCC(Federal Communications Commission)는 2008년 11 월 스펙트럼 사용 효율을 높이고 새로운 서비스 도업을 용이하게 하기 위해 TV 유휴주파수(White space)를 대상으로 주파수 공유기술인 인지무선(Cognitive Radio) 기술을 적용하기로 하고 관련 규정을 개정하였다.
이러한 움직임은 점차 확대되는데, 2009년도에는 영국이 TV방송 대역 중에 공간적으로 사용하지 않는 대역, 즉 White Space 대역에서 인지무선(CR) 기반의 주파수 공유기술 사용을 허용한 바 있으며, EU도 현재 도입 방안을 검토 중에 있고, 국내에서도 white space 대역을 이용한 주파수 공유 정책마련을 위한 준비가 이루어지고 있다.
인지 무선 기술은 통신 장치가 스스로 통신 환경을 관찰하고， 최적의 통신을 위한 동작 방식을 판단하고 선택하며，이전의 통신경험으로부터 향후 판단 과정에 대한 계획을 세우는 시스템을 말한다. 즉， 비면허 대역 (Unlicensed band) 에 할당되어 있는 주파수 대역 중 그 활용도가 낮거나，시/공간적으로 사용되지 않는 유휴자원(Spectrum hole, White space)을 찾아 적응적 (Adaptive)이고 합리적 (Opportunistic)으로 이용하는 기술이다. 이때 해당 대역에 이용권한(License)을 가지고 있는 주사용자(Primary user)가 발견되면 즉시 해당 대역의 사용을 멈추거나 전송 전력을 조절하여 주사용자에게 피해가 가지 않도록 동작해야 한다.
서로 다른 종류의 시스템들을 TVWS(TV White Space)에 공존시킬 때 고려하여야 할 중요한 사항은 서로 다른 대역폭을 가지는 이종 시스템들에 대한 채널 선택(또는 자원 할당)이다. 전체 TV 채널 중에 주 사용자(Primary User)가 사용하는 채널들을 제외한 빈 채널은 서로 다른 넓이(또는 너비, width)를 가지게 된다. 그러므로 빈 채널의 넓이에 따라 사용할 수 있는 시스템이 달라지게 된다. 즉, 빈 공간이 넓으면 넓은 대역폭을 사용하는 시스템이 사용할 수 있으나 빈 공간이 좁으면 좁은 대역폭을 사용하는 시스템만 사용할 수 있다. 그러므로 빈 공간이 있다고 해당 채널을 무조건 사용할 수 있는 것이 아니라 빈 공간의 넓이보다 공존하려는 시스템의 대역폭의 넓이가 작거나 같아야 한다는 제약 조건이 추가된다.
주 사용자(Primary User)는 제약 없이 채널을 사용하기 때문에 TVWS 상에서 빈 공간의 분포가 생기게 된다. 또한, 부 사용자(Secondary User)로써 TVWS를 사용하는 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)들은 별도의 제약 조건이 없다면 주 사용자(Primary User)가 사용하지 않는 빈 채널을 사용하게 된다. 이 때, 빈 채널이 한 곳에 몰려있지 않고 작은 단위로 흩어져 존재하게 되는 채널 단편화(Channel fragmentation) 현상이 발생할 수 있다. 이러한 현상에 의해 인접하게 붙어있는 채널이 고갈되어 여러 개의 TV 채널을 합쳐서 사용하는 광대역 시스템(wideband system)의 채널 사용을 막게 된다. 이러한 현상은 한 개의 TV 채널만 사용하는 협대역 시스템(narrowband system) 보다 광대역 시스템에서 발생할 수 있다.
본 명세서에 개시된 일 실시 예는 상기와 같은 채널 사용 제약 조건이 태생적으로 존재하는 TVWS를 이용하는 이종 시스템 간의 공존 환경에서 적응적으로 채널을 선택할 수 있는 공존 관리자를 제공하기 위한 것이다. 즉, 본 명세서에 개시된 일 실시 예는 실제로 빈 채널이 있음에도 불구하고 연속적으로 빈 채널이 없어서 광대역 시스템이 채널을 사용할 수 없는 경우 협대역 시스템이 사용하는 채널을 다른 채널로 전환시켜서 광대역 시스템이 필요로 하는 연속된 빈 채널을 확보하기 위한 것이다. 또한, 본 명세서에 개시된 다른 일 실시 예 이와 같은 적응적 채널 선택 기법을 구현함에 있어서 채널을 전환할 대상을 선정하는 기준과 전환하는 채널을 선택하는 기법을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에 개시된 일 실시 예에 따른 관리기기의 자원 할당 방법은, 제1 네트워크 또는 디바이스로부터 채널 할당 요청을 수신하는 단계; 상기 제1 네트워크 또는 디바이스에 할당할 수 있는 채널이 없는 경우, 네트워크 또는 디바이스들 각각의 채널 이득에 기초하여 사용 채널을 전환할 제2 네트워크 또는 디바이스를 결정하는 단계; 상기 제2 네트워크 또는 디바이스의 사용 채널을 다른 채널로 전환하고 우선순위를 증가시키는 단계; 및 상기 제1 네트워크 또는 디바이스에 상기 제2 네트워크 또는 디바이스의 사용 채널을 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에 개시된 일 실시 예에 따르면, 채널 전환 기법으로 인하여 채널 단편화(Channel fragmentation) 현상에 의한 문제점인 광대역 시스템에 대한 블로킹(Blocking)을 막고 가용한 채널 개수를 늘림으로써 채널 사용 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 일 실시 예에 따르면, 802.19.1 시스템 구조뿐만 아니라 이종 시스템이 공존하는 일반적인 용도에서 TVWS의 주파수 사용 효율을 높여준다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 공존(coexistence) 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 명세서의 다른 일 실시예에 따른 공존(coexistence) 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 공존(coexistence) 시스템이 배치된 예를 나타낸다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 공존(coexistence) 시스템의 동작을 나타낸다.
도 5는 본 명세서의 일 실시예에 따른 공존(coexistence) 시스템이 배치된 다른 예를 나타낸다.
도 6은 CDIS/CDB(400)의 동작을 나타낸 예시도이다.
도 7은 공존 윤곽을 나타낸 예시도이다.
도 8은 도 7의 환경에서 공존 화이트스페이스맵(CWM: Coexistence Whitespace MAP) 또는 공존 맵(Coexistence MAP)의 예를 나타낸다.
도 9는 본 명세서에 개시된 실시 예들에 따른 공존 시스템의 블록도이다.
도 10의 (a) 및 (b)는 본 명세서에 개시된 실시 예들에 따른 공존 시스템의 채널 사용 구조를 나타내는 도면이다.
도 11의 (a) 내지 (c)는 공존 시스템에서 발생하는 채널 단편화 (Channel fragmentation) 현상을 설명하기 위한 개념도이다.
도 12는 본 명세서에 개시된 실시 예들에 따른 공존 시스템의 적응적 채널 선택 기법을 적용한 채널 할당 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 13은 도 12에 도시된 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)를 발견하는 과정(S110)을 상세하게 나타내는 흐름도이다.
도 14는 도 12에 도시된 현재 사용 가능한 가용 채널 셋의 획득 과정(S120)을 상세하게 나타내는 흐름도이다.
도 15는 도 12에 도시된 채널 할당 요청 수신 과정(S130)을 상세하게 나타내는 흐름도이다.
도 16은 도 12에 도시된 채널 전환 과정(S240)을 상세하게 나타내는 흐름도이다.
도 17은 도 12에 도시된 채널 전환 과정(S240)을 상세하게 나타내는 흐름도이다.
도 18은 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 공존 시스템의 성능 향상 검증 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 19는 본 명세서에 개시된 공존관리자(CM)(300)의 블록도이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다. 본 발명의 사상은 첨부된 도면외에 모든 변경, 균등물 내지 대체물에 까지도 확장되는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 단말이라는 용어가 사용되나, 상기 단말은 UE(User Equipment), ME(Mobile Equipment), MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), MSS(Mobile Subscriber Station), 무선기기(Wireless Device), 휴대기기(Handheld Device), AT(Access Terminal)로 불릴 수 있다.
IEEE 802.11 wireless local area network (WLAN) 표준은 2.4. GHz or 5 GHz 에서 비인가 대역(unlicensed band) 을 이용한 11 Mbps (IEEE 802.11b), 54 Mbps (IEEE 802.11a) 의 전송 속도를 제공한다.
IEEE 802.11g 는 2.4 GHz 에서 OFDM(Orthogonal frequency-division multiplexing)을 적용하여, 54 Mbps 의 전송 속도를 제공한다.
IEEE 802.11n 는 MIMO-OFDM 을 적용하여, 4개의 공간 스트림(spatial stream) 에 대해서 300 Mbps 의 전송 속도를 제공한다. IEEE 802.11n 에서는 채널 대역폭(channel bandwidth)을 40 MHz까지 지원하며, 이 경우 600 Mbps 의 전송 속도를 제공한다.
TV 화이트스페이스(TV Whitespace)는 방송 TV 시스템(broadcast TV)에 할당된 VHF대역(54~60, 76~88, 174~216MHz)과 UHF대역(470~698MHz)을 포함하며, 해당 주파수 대역에서 동작하는 인가된 디바이스(TV 방송 및 무선 마이크 등)의 통신을 저해하지 않는다는 조건 하에서 비인가된 디바이스에 대해 사용이 허가된 주파수 대역을 의미한다.
한편, TVWS는 TV White Space(화이트 스페이스)의 약어인데, 화이트 스페이스란 TV 방송용으로 분배된 VHF 및 UHF 주파수 대역에서 방송 사업자가 사용하지 않는 비어있는 주파수 대역을 의미하며, 누구나 정부의 전파규제에 대한 조건을 만족하면 사용할 수 있는 비 면허 대역을 의미한다. 즉, 상기 TV 화이트 스페이스는 방송을 위한 주파수 정보를 의미할 수 있다. 구제적으로 살펴보면, 공간적으로는 방송사업자 간의 주파수 간섭을 우려하여 비워둔 대역과 지역별로 사용되지 않는 주파수 대역이나 방송용 전파가 미치지 못하는 지역을 의미하며, 시간적으로는 새벽에 방송업자가 방송을 송출하지 않는 시간 대에 비어있는 방송 주파수를 의미한다. 방송업자의 고객인 TV 시청자에게 간섭을 주어 수신을 방해해서는 절대 안 되며, 또한 이 대역 일부를 사용하여 소 출력으로 통신하는 무선마이크 장치에 영향을 주어서도 안 된다.
512~608MHz, 614~698MHz에서는 특수한 몇 가지 경우를 제외하고 모든 비인가된 디바이스들에게 동작이 허용되어 있으나, 54~60MHz, 76~88MHz, 174~216MHz, 470~512MHz 대역은 고정 디바이스(fixed device) 간의 통신에만 허용되었다. 고정 디바이스란 정해진 위치에서만 전송을 수행하는 디바이스를 말한다.
IEEE 802.11 TVWS 단말은 TV 화이트스페이스 스펙트럼(TV Whitespace spectrum)에서 IEEE 802.11 MAC and PHY 을 사용해 동작하는 비인가된 디바이스를 나타낸다.
TV Whitespace를 사용하기 원하는 비인가된 사용자는 인가된 사용자에 대한 보호(protection) 기능을 제공해야 한다. 따라서 TV 대역에서 전송을 시작하기 전에 반드시 인가된 사용자가 해당 대역을 점유하고 있는지 여부를 확인하도록 한다.
이를 위하여, 비인가된 디바이스는 인터넷 혹은 전용망을 통해 위치 정보 데이터베이스(geo-location database)에 접속하여 해당 지역에서 사용 가능한 채널 리스트 정보를 획득해야 한다. 위치 정보 데이터베이스는 자신에게 등록된 인가된 디바이스의 정보와 인가된 디바이스들의 위치 정보 및 사용 시간에 따라 동적으로 변화하는 채널 사용 정보를 저장하고 관리하는 데이터베이스이다.
스테이션(STA; Station)은 스펙트럼 감지 메카니즘(spectrum sensing mechanism)을 수행한다. 스펙트럼 감지 메카니즘으로 에너지 검출(Energy Detection) 방식, 특징 검출(Feature Detection) 방식 등이 활용된다. 수신 신호의 강도가 일정 값 이상이면, 우선 사용자(incumbent user)가 사용 중인 것으로 판단하거나, DTV 프리엠블(DTV Preamble)이 검출 되면 우선 사용자가 사용 중인 것으로 판단한다. 그리고 현재 사용 중인 채널과 바로 인접해 있는 채널에서 우선 사용자가 사용 중인 것으로 판단되면, STA과 액세스 포인트(AP; Access Point)는 전송 전력을 낮추어야 한다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 공존(coexistence) 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이 공존 시스템은 기능에 따라서 공존 인에이블러(CE: Coexistence Enabler)(200), 공존 관리자(CM: Coexistence Manager)(300) 및 공존발견및관리서버(CDIS: Coexistence Discovery and Information Server) 또는 공존데이터베이스(CDB: Coexistence Database)(400)를 포함한다.
공존관리자(CM)(300)와 공존인에이블러(CE)(200)는 TV Whitespace에서 비인가 상태로 동작하는 상이한 무선 시스템이나 무선 사업자 간의 공존을 위해 정의된 논리적 엔티티(logical entity)이다. 공존관리자(CM)(300)는 TVWS 데이터베이스와의 인터페이스를 가지고 있으면서 TVWS에서 동작하는 상이한 시스템 및 사업자 간 공존을 위해 공존과 관련된 정책, 가이드 라인을 제공하면서 자신에게 연결된 공존인에이블러(CE)(200) 들 간의 인터페이스 문제를 해결하기 위하여 자원할당을 수행할 수 있는 객체이다.
공존인에이블러(CE)(200)는 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)와의 인터페이스를 가지고 공존관리자(CM)(300)로부터 수신한 정보 및 명령을 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)에 전달하는 역할을 수행하는 객체이다. 본 명세서에서는 STA들이 공존인에이블러(CE)(200)의 기능을 수행할 수 있으며, 이들 다수의 공존인에이블러(CE)(200)를 제어할 수 있는 상위 객체로 공존관리자(CM)(300)와 같은 관리 엔티티가 존재하는 공존 네트워크 구조를 다룬다.
공존인에이블러(CE)(200)는 공존관리자(CM)(300)로부터 공존에 관계된 정보나 명령을 수신한다. 수신한 정보나 명령은, 해당 메시지가 요구하는 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)의 동작을 위해, 공존인에이블러(CE)(200)가 미디어에 특정한(media specific) 형태의 정보 혹은 명령으로 변환하여 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)에 전달한다. 마찬가지로 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)로부터 수신한 정보는 공존인에이블러(CE)(200)에 의해 공존 시스템에서 정의된 메시지 형태로 변환되어 공존관리자(CM)(300)로 전송될 수 있다. 공존인에이블러(CE)(200)는 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100) 안에 위치하고 있어서 공존을 위한 정보, 명령이 전달되기 위해 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100) 관리 엔티티와의 SAP(service access point)와 프리미티브(primitive)가 정의되어야 한다.
공존관리자(CM)(300)는 하나 혹은 그 이상의 공존인에이블러(CE)(200)를 서비스 할 수 있다. 공존관리자(CM)(300)는 TVWS 데이터베이스와 같은 외부 엔티티 혹은 자신이 서비스하는 공존인에이블러(CE)(200)나 다른 공존관리자(CM)(300)로부터 필요한 정보를 획득할 수 있다. 공존관리자(CM)(300)는 다른 공존관리자(CM)(300)와 정보나 명령 메시지를 주고 받거나, 자신이 서비스하는 공존인에이블러(CE)(200)에게 정보나 명령을 전송한다. 공존관리자(CM)(300)는 획득한 정보를 바탕으로 공존 결정(coexistence decision making)을 하는데, 자신이 서비스하는 공존인에이블러(CE)(200)의 동작 채널, 최대 전송 전력 값을 결정하는 것 등이 결정에 포함될 수 있다.
TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)는 TV 대역을 사용하는 비인가된 사용자로 디바이스이거나 네트워크일 수 있다. 예를 들면, TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)는 AP(Access Point)나 BS(Base Station)와 같이 마스터 모드로 동작하는 디바이스일 수 있다. 이들은 마스터 모드로 동작하면서 공존을 위해 공존관리자(CM)(300)와 통신하고 슬레이브 모드로 동작하는 디바이스들을 관리/제어할 수 있다.
CDIS(400)는 공존관리자(CM)(300)와의 인터페이스를 가지고 있으며, 자신이 서비스하는 공존관리자(CM)(300)와 해당 공존관리자(CM)(300)가 서비스하는 공존인에이블러(CE)(200)에 관련된 정보, 예를 들면 공존인에이블러(CE)(200)가 서비스하는 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)의 위치 정보(geo-location)나 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)가 TVWS 데이터베이스로부터 획득한 가용 채널 리스트 정보, TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)의 측정(measurement) 결과, 공존관리자(CM)(300)가 서비스하고 있는 공존인에이블러(CE)(200) 리스트 등을 공존관리자(CM)(300)로부터 획득하여 관리할 수 있다.
CDIS(400)는 자신이 서비스하는 공존관리자(CM)(300) 간 그리고 공존인에이블러(CE)(200) 간의 네이버(neighbor) 관계를 계산할 수 있다. 즉 특정 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)를 고려하였을 때, 해당 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)와 간섭(interfering) 관계에 있는 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)가 누구인지 그리고 해당 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)를 서비스하는 공존인에이블러(CE)(200)와 공존관리자(CM)(300)가 누구인지를 계산할 수 있다.
공존 서비스를 사용하기 위해서 공존인에이블러(CE)(200)는 공존관리자(CM)(300)와 연결(connection)을 설정하고 해당 공존관리자(CM)(300)에 자신을 등록한다. 공존관리자(CM)(300)도 이웃하는 공존관리자(CM)(300)와 연결을 설정해야 한다. 공존관리자(CM)(300)는 자신에게 등록된 공존인에이블러(CE)(200)들을 관리하고 공존을 위한 서비스를 제공한다. 이와 같이 공존관리자(CM)(300)가 다수의 공존인에이블러(CE)(200)를 관리하면서 공존을 위한 의사 결정을 수행하는 토폴로지(topology)를 중앙집중형 토폴로지(centralized topology)라고 한다. 중앙집중형 토폴로지에서 의사 결정자는 공존관리자(CM)(300)이기 때문에 공존인에이블러(CE)(200)는 공존관리자(CM)(300)의 의사 결정에 따른다.
이하에서는, 공존 시스템 내의 각 구성 요소에 대해 더욱 상세하게 살펴본다.
상기 공존인에이블러(CE)(200)는 상기 공존관리자(CM)(300)와는 인터페이스 B1으로 서로 연결되고, 상기 공존관리자(CM)(300)는 상기 CDIS 또는 CDB(400)와는 인터페이스 B2를 통해 연결되고, 상기 공존관리자(CM)(300)는 또 다른 공존관리자(CM)(200’)와는 인터페이스 B3로 연결된다.
또한, 상기 공존인에이블러(CE)(200)는 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)와 인터페이스 A를 통해서 연결된다. 여기서 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)는 미국 연방통신위원회(Federal Communication Commission; FCC)에서 TV 화이트 스페이스 이용을 가능하게 하는 단말을 뜻한다. TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)는 상기 TVWS 데이터베이스(600)와 인터페이스 C를 통해 연결될 수 있다.
상기 공존인에이블러(CE)(200)는 상기 TVBD(TeleVision Band Device) 네트워크 또는 디바이스로(100)부터 공존(Coexistence)에 요구되는 정보를 요청하고 획득할 수 있으며, 공존관리자(CM)(300)로부터 수신된 구조(reconfiguration) 변경 요청/명령(requests/commands)과 제어정보(control information)를 TVBD 특정 구조(reconfiguration) 요청/명령(requests/commands)으로 전환하여 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)에 보낼 수 있다.
상기 공존관리자(CM)(300)는 TVBD 네트워크들 간에 공존 문제를 해결하기 위해서 다른 CM들을 탐색(discovery)하는 기능, 대응하는 공존 요청/명령과 제어 정보를 생성하고 상기 공존인에이블러(CE)(200)에 제공하는 공존 의사결정(coexistence decision making) 기능, CM 들 간에 공존을 위해서 요구되는 정보의 교환을 지원하는 기능(이는 CM 을 배치함에 있어서 계층적(hierarchical) 그리고/또는 동등한(peer-to-peer) 의사결정능력(capabilities)을 포함 할 수 있음)을 가질 수 있다.
또한, 상기 공존관리자(CM)(300)는 공존관리자들에 관한 정보를 공유하여 대표 공존관리자를 선택하는 기능, 후술하는 바와 같이 다른 네트워크들과 시스템들 사이에서 주파수 자원을 효율적으로 공유하기 위한 공존 화이트 스페이스 맵(Coexistence Whitespace Map)을 생성하는 기능 그리고 TVWS 공존과 관련된 관리를 수행함에 있어 네트워크 오퍼레이터들(operators)을 보조하는 기능을 가질 수 있다.
이와 같은 상기 공존관리자(CM)(300)는 AP(Access Point) 또는 기지국(Base-station)과 같은 디바이스에 임베디드(embedded) 형태로 구현 되어 있을 수도 있고, 디바이스의 외부에 구현되어 있을 수도 있다.
상기 CDIS/CDB(400)은 기능에 따라서 CDIS 또는 CDB등으로 나타낼 수 있다. CDIS/CDB(400)는 다른 네트워크들과 시스템들 사이에서 주파수 자원을 효율적으로 공유하기 위해서 공존 화이트 스페이스 맵(Coexistence Whitespace Map) 또는 공존맵(Coexistence MAP)을 생성하는 기능, TVWS 공존과 관련된 관리를 수행함에 있어 복수 개의 오퍼레이터(operator)들을 제어하는 기능, 공존관리자(CM)들간 통신 오버헤드(overhead)를 줄이고 공존 문제를 해결하기 위해서 대표 CM을 선출하는 기능을 가질 수 있다.
또한, 상기 CDIS/CDB(400)는 이웃하는 네트워크/시스템들을 탐색하기 위해서 공존 윤곽선(coexistence contour)을 계산하는 기능, 공존 문제를 해결하기 위해서 공존 화이트 스페이스 맵(Coexistence Whitespace Map) 또는 공존맵(Coexistence MAP)을 TVDB에 맞게 재설정(Redirection) 하는 기능, 공존관리자(CM)들 사이에 인터페이스의 개방을 촉진하여 공존관리자(CM)들의 탐색을 지원하는 기능 그리고 공존을 촉진 할 수 있는 정보를 수집하고 종합하여 제공하는 기능을 수행할 수 있다(이는 데이터 스토리지, 데이터 프로세싱을 포함한다).
상기 CDIS/CDB(400)는 자원을 할당함에 있어 전지 전능하게(omnipotent)하게 자원을 나누어 주거나, 중개자(intermediary)로써 상기 공존관리자(CM)(300)간 우선권(priority)의 기준을 제시하고 각 상기 공존관리자(CM)(300)의 자원 선택에 대한 조율을 수행하거나, DB(Data Base)로써 상기 공존관리자(CM)(300)간의 외부 및 이종 네트워크간 정보 공유 매개체로 작용 할 수 있다.
한편, 상기 인터페이스 A는 공존 인에이블러(CE)(200)와 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100) 사이의 인터페이스로서, TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)로부터는 공존을 위해 요구되는 정보, 공존을 위한 구성(configuration)/정보 요청, 공존을 위한 구성/측정/정보 응답 및 필요에 따라서 다른 정보가 제공 될 수 있다. 공존인에이블러(CE)(200)로부터 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)로는 재구성 요청/명령과 제어정보(CM으로부터 수신된 공존 요청/명령과 제어 정보에 대응하는), TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)에 의해서 수행되는 측정값을 제어하는 것과 관련된 요청/명령, 가능한 자원을 통지해주는 정보 및 필요에 따라서 다른 정보가 제공 될 수 있다.
상기 인터페이스 B1은 공존인에이블러(CE)(200)와 공존관리자(CM)(300)간의 인터페이스로서, 공존인에이블러(CE)(200)로부터 공존관리자(CM)(300)은 공존을 위해서 요구되는 정보(TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)로부터 얻은 정보)와 필요에 따른 다른 정보들이 제공 될 수 있다. 공존관리자(CM)(300)으로부터 공존인에이블러(CE)(200)로는 공존 요청/명령 및 제어 정보 그리고 필요에 따라서 다른 정보가 제공 될 수 있다.
상기 인터페이스 B2는 공존관리자(CM)(300)과 CDIS/CDB(400) 사이의 인터페이스로, 공존관리자(CM)(300)에서 CDIS/CDB(400)로는 공존 맵(coexistence map)을 위해서 요구되는 정보, 네이버 셋트(neighbor set)을 위해서 요구되는 정보, 등록(register)/미등록(unenrolled)을 위해서 요구되는 정보, 탐색(현재 사용되는 CM에 의해서 획득되는)을 위해서 요구되는 정보, 공존을 위해서 요구되는 정보(현재 사용되는 CM에 의해서 획득되는) 및 필요에 따른 다른 정보 등이 제공될 수 있다.
상기 CDIS/CDB(400)로부터 공존관리자(CM)(300)으로는, 공존 맵(coexistence map)을 위해서 통지되는 정보, 네이버 셋트(neighbor set)(또는 네이버 리스트(neighbor list))를 위해서 통지되는 정보, 대표 CM을 위해서 통지되는 정보, 탐색(다른 CM에 의해서 획득되는)을 위해서 요구되는 정보, 공존(다른 CM에 의해서 획득되는) 위해서 요구되는 정보 및 필요에 따른 다른 정보 등이 제공될 수 있다.
상기 인터페이스 B3는 공존관리자(CM)(300)과 또 다른 공존관리자(CM)(300’)사이의 인터페이스로서, 공존관리자(CM)(300)로부터 또 다른 공존관리자(CM)(300’)으로 탐색과 공존을 위해서 요구되는 정보와 메시지, 등록(register)/미등록(unresgister)(공존관리자(CM)으로부터 대표 공존관리자(CM)으로 또는 디바이스의 공존관리자(CM)으로부터 서버의 공존관리자(CM)으로) 위해서 통지되는 정보, 공존맵을 위해서 통지되는 정보(CM으로부터 대표 CM으로 또는 서버의 CM으로부터 디바이스의 CM으로), 정책 교환/협상에 필요한 정보 및 필요에 따른 다른 정보 등이 제공될 수 있다.
상기 인터페이스 C는 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)와 TVWS 데이터 베이스(600)간의 인터페이스로서 TVWS DB(600)에서 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)로 가용 채널을 위해 통지되는 정보가 제공 될 수 있다.
상기 인터페이스 D는 공존관리자(CM)(300)과 오퍼레이터 매니지먼트 엔티티(OME: Operator Management Entity)(700) 사이의 인터페이스로써 OME(700)로부부터 공존관리자(CM)(300)로 정보와 관련된 네트워크 동작 정보 (예를 들면 스펙트럼 정책/네트워크를 운용하는 것과 관련된 제한요인) 및 필요에 따라서 다른 정보가 제공 될 수 있다.
도 2는 본 명세서의 다른 일 실시예에 따른 공존(coexistence) 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 상기 공존 인에이블러(200)와 상기 공존 관리자(CM)(300)는 각기 액세스 포인트(AP) 및 기지국(BS: BaseStation)에 임베디드될 수 있다.
또한, 상기 CDIS/CDB(400)는 상기 TVWS 데이터베이스(600)와 연결될 수 있다. 이와 같은 연결을 통해 상기 CDIS/CDB(400)는 상기 TVWS 데이터베이스(600)로부터 TV 화이트스페이스 정보를 수신할 수 있다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 공존(coexistence) 시스템이 배치된 예를 나타낸다.
도 3을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 수직적으로는 네트워크 A 및 네트워크 B가 존재한다. 또한, 수평적으로는 통신 시스템 A와 통신 시스템 B와 통신 시스템 C가 존재한다. 상기 통신 시스템 A, 통신 시스템B, 통신 시스템 C는 서로 다른 무선 접속 방식, 즉 통신 방식을 각기 이용한다. 예를 들어, 상기 통신 시스템A는 셀룰러 통신, 예컨대 CDMA, GSM, CDMA-2000, WCDMA, LTE, LTE-Advanced, IEEE 802.16와 같은 시스템일 수 있다. 상기 시스템 B는 상기 통신 시스템 A보다는 셀 커버리지의 크기가 작은 셀룰러 시스템일 수 있다. 또는 상기 시스템 B는 Wi-Fi와 같은 시스템일 수 있다. 상기 시스템C는 상기 시스템B 보다 셀 커버리지의 크기가 작은 셀룰러 시스템, 예컨대 펨토 셀일 수 있다. 상기 통신 시스템 A, 통신 시스템 B, 통신 시스템 C 각각에는 공존관리자(CM)이 존재한다.
한편, 상기 통신 시스템 A, 통신 시스템 B, 통신 시스템C은 지리적으로 네트워크 A 내에서 서로 공존하고, 네트워크 B 내에서도 서로 공존한다. 이와 같이 서로 공존할 수 있도록, 상기 CDIS/CDB(400)은 공존 맵(Coexistence MAP)을 생성해서, 상기 각각의 공존관리자(CM)에게 전송할 수 있다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 공존(coexistence) 시스템의 동작을 나타낸다.
도 4를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 공존관리자(CM)(300)가 AP와 BS에 내장되지 않은 것으로 나타나 있으나, 이는 어디까지나 예시적인 설명을 위한 것이고, 상기 공존관리자(CM)(300)은 상기 AP와 상기 BS에 내장될 수 있다. 또한, 상기 AP 및 상기 BS 내에는 공존인에이블러(CE)(200)가 내장될 수도 있다.
한편, 상기 AP와 상기 BS는 각기 상기 공존관리자(CM)(300) 및 상기 CDIS/CDB(400), 그리고 상기 TVWS 데이터베이스(600)에 등록한다.
상기 공존관리자(CM)(300)도 마찬가지로 상기 CDIS/CDB(400) 및 상기 TVWS 데이터베이스에 등록을 수행한다.
한편, 상기 CDIS/CDB(400)는 상기 TVWS 데이터베이스(600)로부터 방송을 위한 채널 리스트를 수신할 수 있다. 상기 채널 리스트라 함은 방송을 위한 주파수 정보일 수 있다. 또한, 상기 채널 리스트라 함은 방송의 운용 채널(operating channel)과 전송 파워 제한(transmit power limitation)에 대한 정보를 포함할 수 있다.
상기 CDIS/CDB(400)는 상기 BS와 상기 AP의 위치 정보 및 가용 채널 정보를 이용하여 서로 임의 지역 내에서 공존하는지를 확인한다. 서로 공존하는 경우 상기 AP 및 상기 BS의 커버리지 반경을 계산하고, 상기 채널 리스트, 즉 상기 방송을 위한 주파수 정보에 기초하여, 상기 임의 지역에 위치하는 서로 다른 종류의 액세스 포인트들, 즉 상기 AP와 상기 BS가 사용할 수 있는 채널(또는 리소스), 또는 하나 이상의 주파수 대역을 할당하고 상기 채널(또는 리소스), 대역에 대한 정보, 예컨대 공존맵(Coexistence MAP)를 생성하여 전송할 수 있다.
도 5는 본 명세서의 일 실시예에 따른 공존(coexistence) 시스템이 배치된 다른 예를 나타낸다.
도 5를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 공존관리자(CM) 또는 CSIS/CDB(400)은 여러 AP들이 무선상에서 공존할 수 있도록 조정할 수 있다. 상기 여러 AP들은 인터넷과 같은 물리 접속을 이용하여 상기 CDIS/CDB(400)와 연결될 수 있다.
상기 CDIS/CDB(400)는 상기 TVWS 데이터베이스(600)로부터 전술한 바와 같이 방송을 위한 채널 정보를 획득할 수 있다. 또한, 상기 CDIS/CDB(400)는 특정 지리적 영역에서의 방송을 위한 채널 정보, 예컨대 방송 채널 세트를 획득할 수 있다. 또한, 상기 CDIS/CDB(400)는 공존 윤곽선(coexistence contour)를 계산할 수 있다. 특히, TV 방송용 화이트스페이스 또는 TV 방송용 주파수 상에서 동작하는 다른 시스템들 상에서 네이버 탐지 기능을 갖출 수 있다.
또한, 상기 CDIS/CDB(400)는 전술한 바와 같이 공존 화이트스페이스 맵 또는 공존 맵을 생성할 수 있다. 또한, 상기 CDIS/CDB(400)는 공통 클럭(common clock) 정보를 제공할 수 있다. 또한, 다른 시스템들 간에 시간 동기를 위한 정보를 제공할 수 있다.
상기 CDIS/CDB(400)는 각 장치의 무선 범위 및 간섭 범위에 대한 파라미터를 제공할 수 있다. 상기 CDIS/CDB(400)는 전술한 공존 윤곽선에 대한 파라미터를 제공할 수 있다. 상기 CDIS/CDB(400)는 다른 시스템들 간에 공존을 위해 이웃 네트워크 장치들을 식별할 수 있다. 상기 CDIS/CDB(400)는 각 네트워크의 전송 전력, 안테나 높이, 다른 물리 파라미터에 대한 정보를 제공할 수 있다.
도 6의 (a) 및 (b)는 CDIS/CDB(400)의 동작을 나타낸 예시도이다.
도 6(a)을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 제1 공존관리자(CM1)와 제2 공존관리자(CM2)가 존재하고, 이들은 TVWS DB(600)와 CDIS/CDB(400)과 각기 연결되어 있다. 제1 공존관리자(CM1)와 제2 공존관리자(CM2)는 상기 TVWS DB(600)로부터 위치정보와 상기 방송을 위한 주파수 정보, 예컨대 화이트스페이스맵(WM: Whitespace MAP)에 대한 정보를 수신한다. 상기 화이트 스페이스맵이라 함은 TV 방송용으로 분배된 VHF 및 UHF 주파수 대역에서 방송 사업자가 사용하지 않는 비어있는 주파수 대역에 대한 정보를 의미할 수 있다.
한편, 상기 CDIS/CDB(400)는 TVWS DB(600)와 접속되어, 상기 TVWS DB(600)으로부터 상기 방송을 위한 주파수 정보, 예컨대 상기 화이트스페이스맵을 수신할 수 있다. 그리고, CDIS/CDB(400)는 상기 방송을 위한 주파수 정보, 예컨대 상기 화이트스페이스맵에 기초하여, 전술한 바와 같이, 공존 화이트스페이스맵(CWM: Coexistence Whitespace MAP) 또는 공존 맵(Coexistence MAP)을 생성할 수 있다. 그리고, 상기 생성된 공존 화이트스페이스맵(CWM: Coexistence Whitespace MAP) 또는 공존 맵(Coexistence MAP)을 제1 공존관리자(CM1)와 제2 공존관리자(CM2)에게 전달할 수 있다.
한편, 도 6(b)를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 제1 공존관리자(CM1)와 제2 공존관리자(CM2)는 상기 TVWS DB(600)와 연결되어 있다. 그리고 상기 TVWS DB(600)은 상기 CDIS/CDB(400)와 연결될 수 있다.
상기 CDIS/CDB(400)은 전술한 공존 화이트스페이스맵(CWM: Coexistence Whitespace MAP) 또는 공존 맵(Coexistence MAP)을 상기 TVWS DB(600)으로 전달할 수 있고, 상기 TVWS DB(600)은 상기 수신한 공존 화이트스페이스맵(CWM: Coexistence Whitespace MAP) 또는 공존 맵(Coexistence MAP)을 상기 제1 공존관리자(CM1)와 제2 공존관리자(CM2)에게 전달할 수 있다. 이 경우, 상기 TVWS DB(600)은 상기 수신한 공존 화이트스페이스맵(CWM: Coexistence Whitespace MAP) 또는 공존 맵(Coexistence MAP)을 상기 방송을 위한 주파수 정보, 예컨대 상기 화이트스페이스맵으로 가장하여 전달할 수 있다.
대안적으로, 상기 TVWS DB(600)는 상기 수신한 공존 화이트스페이스맵(CWM: Coexistence Whitespace MAP) 또는 공존 맵(Coexistence MAP)뿐만이 아니라, 상기 방송을 위한 주파수 정보, 예컨대 상기 화이트스페이스맵을 상기 제1 공존관리자(CM1)와 제2 공존관리자(CM2)에게 전달할 수 있다. 이 경우, 제1 공존관리자(CM1)와 제2 공존관리자(CM2)는 상기 수신한 공존 화이트스페이스맵(CWM: Coexistence Whitespace MAP) 또는 공존 맵(Coexistence MAP)뿐만이 아니라, 상기 방송을 위한 주파수 정보, 예컨대 상기 화이트스페이스맵을 모두 수신하면, 이 중에 적절한 것을 선택하여 이용할 수 있다.
도 7은 공존 윤곽을 나타낸 예시도이다.
도 7을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 네트워크 A, 네트워크 B, 네트워크 C가 서로 근접하여 존재한다. 각 네트워크의 공존 윤곽은 실선으로 도시되어 있고, 각 네트워크의 이격 거리는 점선으로 도시되어 있다. 상기 공존 윤곽(Coexistence Contour)은 각 네트워크 스스로의 특성에 의해서 결정된다. 반면, 상기 이격 거리는 다른 네트워크와의 특성에 의해서 결정될 수 있다. 도 6을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 상기 네트워크 A와 네트워크 B는 공존 윤곽선이 서로 거의 맡닿아 있고, 상기 네트워크 A와 네트워크 C의 공존 윤곽선을 일부 겹치고 있다.
도 8은 도 7의 환경에서 공존 화이트스페이스맵(CWM: Coexistence Whitespace MAP) 또는 공존 맵(Coexistence MAP)의 예를 나타낸다.
도 8의 우측 상단에 도시된 바와 같이, 채널 1부터 채널 6이 존재한다고 가정하자. 이때, 채널 1 및 채널 2는 상기 방송을 위한 주파수 정보, 예컨대 상기 화이트스페이스맵에 따르면 방송을 위해서 사용중인 채널이라고 가정하자.
상기 CDIS/CDB(400)은 도시된 바와 같이 채널 4가 유휴 채널임을 나타내는 상기 공존 화이트스페이스맵(CWM: Coexistence Whitespace MAP) 또는 공존 맵(Coexistence MAP)을 상기 네트워크 A에게 전송한다. 이에 따라 상기 네트워크 A가 채널 4를 사용하는 것으로 결정하면, 상기 CDIS/CDB(400)은 채널 3, 채널 5, 채널 6이 유휴채널임을 나타내는 상기 공존 화이트스페이스맵(CWM: Coexistence Whitespace MAP) 또는 공존 맵(Coexistence MAP)을 상기 네트워크 B에게 전송한다. 이에 따라 상기 네트워크 B가 예컨대 채널 6을 사용하는 것으로 결정하면, 상기 CDIS/CDB(400)은 채널 3 및 채널 5가 유휴 채널임을 나타낸 상기 공존 화이트스페이스맵(CWM: Coexistence Whitespace MAP) 또는 공존 맵(Coexistence MAP)을 네트워크 C에게 전송할 수 있다.
이와 같이 상기 CDIS/CDB(400)는 상기 네트워크 A, B 및 C에게 각기 상기 공존 화이트스페이스맵(CWM: Coexistence Whitespace MAP) 또는 공존 맵(Coexistence MAP)를 전송함으로써, 상기 네트워크 A, B 및 C가 무선상에서 공존할 수 있도록 한다.
도 9는 본 명세서에 개시된 실시 예들에 따른 공존 시스템의 블록도이다. 전술한 바와 같이 공존 시스템(예를 들어, 802.19.1 시스템)에서 CDIS/CDB(400), CM(300), 그리고 CE(200)의 세 엔티티를 중심으로 전체 시스템을 예시적으로 도시하면, 도 9와 같은 공존 시스템의 구조를 고려할 수 있다.
제안된 시스템 구조에 따르면 802.19 시스템은 CDIS/CDB(400), CM(300), 그리고 CE(200)를 포함하며, CDIS/CDB(400)는 외부의 TVDB(TV White Space Database; 600)와 연결되어 있고 CE(200) 역시 외부의 TVBN(TV Band Network)과 연결되어 있다.
TVDB(600)는 802.19 시스템이 설치되어 있는 해당 지역에서 공간적, 시간적으로 비어있는 TVWS(TV White Space)에 대한 정보를 저장하고 유지 관리하는 역할을 한다.
TVBN은 802.19 시스템과 연동되어 TVWS(TV White Space)의 자원을 사용하는 통신망을 의미하며 Cellular를 기본으로 하여 TVBN을 제어하는 BS(Base Station)이나 AP(Access Point)를 중심으로 여러 개의 TVBD(TV Band Device) 네트워크 또는 디바이스(100)로 구성된다. TVBN의 예로는 IEEE 802.22 WRAN(Wireless Regional Area Network), IEEE 802.11af(Wireless Local Area Network), IEEE 802.15, IEEE 802.16계열 등이 있다.
이러한 시스템 구조를 토폴로지(Topology) 측면에서 설명하면 다음과 같다. 도 9에 의하면 802.19 시스템이 중심이 되어 외부에 존재하는 데이터베이스인 TVDB(600)와 연결되어 있다. 802.19 시스템은 또한 TVWS(TV White Space)를 사용하여 통신을 수행하는 TVBN과 연결되어 있는데 802.19 시스템의 CM당 한 종류의 통신 시스템을 맡는 구조를 가정한다. 그러므로 한 CM(300)에는 동일한 종류의 시스템으로 한정된 한 개의 TVBN이 있을 수도 있고 여러 개의 TVBN이 있을 수도 있다. 시스템의 종류로는 상기 예를 든 바와 같이 802.22 또는 802.11af가 될 수 있으나 이에 한정하지 않고 TVWS에서 동작 가능한 모든 무선 통신 시스템을 포함한다. 또한, CE(200)는 CM(300)과 TVBN을 연결하므로 TVBN당 하나의 CE(200)가 연결되어 있다. 한편, TVBN은 중앙의 통제 역할을 하는 BS 또는 AP가 존재하며 이에 여러 개의 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)가 물려 있는 형태를 고려한다.
CDIS/CDB(400)는 TVDB(600)와 공존에 필요한 정보들을 수집하고 관리하며 CM(300)에게 해당 정보를 제공하는 역할을 한다. CDIS/CDB(400)는 인터페이스 C를 통해 TVDB 네트워크 또는 디바이스(100)와 연결되며 공존을 위해 필요한 가용 채널(Available Channel)(TV 채널 중 공간적, 시간적으로 사용하지 않아서 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)들이 사용 가능한 채널) 정보를 TVDB(600)에 요청하여 획득한다. 다른 한편으로 CDIS/CDB(400)는 인터페이스 B2를 통해 CM(300)들과 연결된다. CDIS/CDB(400)는 관리하고 있는 가용 채널(Available Channel) 중에 일정 대역을 CM(300)에게 사용하도록 지정해 준다. 그럼으로써 CM(300)은 현재 비어있는 채널만을 사용하게 되므로 TV 시스템에 대한 간섭을 피하게 된다. 만약, CDIS/CDB(400)와 연결된 CM(300)이 여러 개일 경우 각 CM(300)들을 구분할 수 있어야 하며 가용 채널(Available Channel)들을 CM(300)들에게 할당하는데 있어서 가용 채널(Available Channel) 들이 겹치지 않도록 분배하여 개별 CM(300)들에게 나누어 주어야 한다.
CM(300)은 공존을 위해 필요한 의사 결정(Decision making)을 핵심 기능으로 하며 더 자세히는 필요한 채널에 대한 정보를 CDIS/CDB(400)로부터 얻은 다음 실제 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)들에게 가용 채널(Available Channel)을 할당하고 공존하기 위한 제어를 하게 된다. CM(300)은 인터페이스 B2로 CDIS/CDB(400)와 연결되어 있으며 CDIS/CDB(400)에게 TVWS(TV White Space)의 가용 채널(Available Channel)에 대한 정보를 요청하며, 요청을 받아들인 CDIS/CDB(400)는 해당 CM(300)이 점유할 채널들을 할당해 준다. 또한, CM(300)은 인터페이스 B1을 통해 CE(200)와 연결되어 있으며 CE(200)를 통한 채널 사용 요청이 있을 경우 CM(300)은 CDIS/CDB(400)로부터 받은 가용 채널(Available Channel) 중에 어떤 채널을 할당할 지 결정하여 결정된 채널을 CE(200)에게 할당한다.
CE(200)는 802.19시스템의 CM(300)과 실제 TVWS 공존 시스템을 연결해주는 역할을 주로 한다. 즉, CM(300)으로부터의 공존을 위한 제어 명령어를 실제 TVBN이 실행할 수 있도록 전달해주며 반대로 TVBN으로부터의 채널 사용 요청을 CM(300)으로 전달해준다. CE(200)는 인터페이스 B1을 통해 CM(300)과 연결되어 있으며, 이를 통하여 채널 사용을 위한 요청을 CM(300)에게 전달해주고 CM(300)이 CDIS/CDB(400)로부터 얻은 채널 사용 정보에 의하여 의사 결정한 채널 할당 정보를 전달받는다. 또한, CE(200)는 인터페이스 A를 통해 TVBN의 제어를 맡고 있는 BS 또는 AP와 연결되어 있다. TVBN의 BS나 AP로부터 필요한 채널 요청을 받으면 CE(200)는 이를 수신하고 802.19 내부의 명령으로 변환하여 CM(300)에게 전달한다. 반대로 CM(300)으로부터 채널 할당 정보와 같은 공존 명령이 내려오면 이를 해당 공존 시스템에 맞는 명령으로 변환하여 TVBN의 BS나 AP에게 전달한다. TVBN 내부에서는 BS나 AP가 개별 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)들에게 해당 시스템에 정의된 방식대로 채널을 할당하여 사용하게 한다.
도 10의 (a) 및 (b)는 본 명세서에 개시된 실시 예들에 따른 공존 시스템의 채널 사용 구조를 나타내는 도면이다.
TV 채널은 기본적으로 미국 기준으로 6MHz, 유럽 기준으로 7MHz, 그리고 영국 기준으로 8MHz의 대역폭을 가지고 있다. 본 명세서에 개시된 실시 예들은 모든 TV 채널 대역에 적용 가능하나, 이하에서는 설명의 편의를 위해 특히 6MHz의 TV 채널 대역을 가정한다.
TVWS를 공유하는 부 사용자(Secondary User)로써 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)들의 채널 사용 구조는 이 6MHz 단위의 TV 채널 구조에 맞추어져야 한다. 현재 표준화가 진행되고 있는 IEEE 802.22 WRAN과 IEEE 802.11af WLAN의 채널 구조를 살펴보면, 802.22 WRAN는 TV 채널과 동일한 6MHz 단위의 채널 사용을 가정하지만, 802.11af WLAN은 기존 802.11 WLAN 시스템과 구 시스템과의 호환 가능성(Backward compatibility)울 유지하여야 하므로 5/10/20MHz 단위의 채널을 사용한다. 이 경우 6MHz 단위의 연속적인 채널 여러 개를 붙여서 사용하게 된다. 예를 들어 10MHz의 채널을 사용하는 경우 6MHz TV 채널 두 개를 붙여 12MHz를 할당하며 양 끝의 1MHz의 대역 두 개는 사용하지 않는 방식을 사용한다.
도 10의 (a)는 5MHz 대역을 사용하는 802.11af WLAN 시스템을 나타내고, 도 10의 (b)는 10MHz 대역을 사용하는 802.11af WLAN 시스템의 채널 사용 구조의 예를 나타낸 도면이다. TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)들이 서로 다른 대역폭을 사용하는 경우, 연속된 빈 채널의 분포에 의하여 채널 사용이 제한되는 경우가 발생한다. 도 10의 (a)와 같이 TV 채널의 빈 공간인 TVWS에 1개의 TV 채널을 사용하는 6MHz 802.22 WRAN 시스템과 도 10의 (b)와 같이 2개의 TV 채널을 사용하는 10MHz 802.11af WLAN 시스템이 공존하는 환경을 고려할 수 있다.
TV 채널은 먼저 주 사용자(Primary User)인 TV 시스템이 사용을 하게 된다. 그러나 공간적 시간적으로 사용하지 않는 채널이 존재하게 되므로 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)들이 사용할 수 있는 채널도 존재하게 된다. TV 시스템이 사용하는 채널은 미리 정해져 있으며 이것을 조절할 수 있는 여지는 없다. 또한, TVWS를 사용하는 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)들도 별도의 규칙을 정하여 제한하지 않으면 주 사용자(Primary User)에게 영향을 미치지 않는 범위 내에서 자신들에게 유리한 채널을 마음대로 사용하게 된다.
도 11의 (a) 내지 (c)는 공존 시스템에서 발생하는 채널 단편화 (Channel fragmentation) 현상을 설명하기 위한 개념도이다.
공존 시스템에서의 채널 사용은 전체 채널에 대하여 무작위한 분포를 띠게 되며 이로 인하여 채널 단편화(Channel fragmentation) 문제가 발생하게 된다. 도 11의 (a)는 채널 단편화(Channel fragmentation) 현상이 많이 발생한 상황을 나타내는 개념도이다. 도 11의 (a)에 따르면 실제 빈 채널이 6개로 충분히 있음에도 불구하고 채널들이 한 개 단위로 쪼개져서 분포하므로, 2개짜리 채널을 묶어서 사용하는 10MHz 802.11af WLAN 시스템이 채널을 사용할 수 없게 되는 문제가 발생한다.
반면에, 도 11의(b)는 채널 단편화(Channel fragmentation) 현상이 거의 없는 경우를 나타내는 개념도이다. 도 11의 (b)에 따르면 도 11의 (a)와 같이 빈 채널의 개수는 6개로 동일하지만 그 중 채널 5개가 연속적으로 분포한다. 그러므로 2개짜리 채널을 묶어서 사용하는 10MHz 802.11af WLAN 시스템의 사용이 가능하다.
이와 같이 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)들이 TVWS 채널을 사용할 수 있는지 여부에 있어서, 빈 채널의 개수 보다는 연속된 빈 채널들의 존재 여부가 더 중요할 수 있다. 그러므로 채널 단편화(Channel fragmentation) 문제를 극복할 수 있는 방법이 요구된다. 이를 위해, 본 명세서에 개시된 실시 예들에 따르면, 공존 시스템이 채널 단편화(Channel fragmentation) 현상에 의해 광대역 시스템(여러 개의 연속된 TV 채널을 묶어서 사용하는 시스템)이 채널을 사용할 수 없을 때 채널을 사용하고 있는 협대역 시스템(한 개의 TV 채널만 사용하는 시스템)에게 사용하는 채널을 바꾸도록 하여 연속된 여러 개의 빈 채널이 생기도록 할 수 있다.
도 11의 (c)는 본 명세서에 개시된 실시 예들에 따른 공존 시스템이 채널 단편화(Channel fragmentation) 현상을 해결하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다. 도 11의 (c)를 참조하면, 총 9개의 TV 채널이 있는 공존 시스템을 가정할 수 있다. 여기에서, TV는 4개의 채널들(1011 내지 1014)을 사용할 수 있다. 또한, TV에 의해 사용되지 않는 채널 중 2개(1021 및 1022)가 한 채널만 사용하는 협대역 시스템에 의해 사용될 수 있다. 따라서, 3개의 채널들(1031 내지 1033)이 빈 채널로 남게 된다. 그러나 상기 기술한 채널 단편화(Channel fragmentation) 현상에 의하여 연속된 채널 2개를 사용해야 하는 광대역 시스템이 접근하려고 하면 가용 채널이 없는 문제가 생기게 된다. 이 경우 한 개의 빈 채널(1032)과 인접한 협대역 시스템이 사용하는 채널 중 하나(1021)를 다른 빈 채널(1031)로 옮겨주면 광대역 시스템이 채널(1032 및 1021)에 접근할 수 있게 된다.
상기 설명한 공존 시스템의 동작에 의하면 기존 사용하는 채널 중 하나를 선택하여 다른 채널로 옮기는 과정을 거친다. 여기에서 중요한 것은 사용중인 협대역 시스템 중 어떤 사용 채널을 선택하여 어떤 빈 채널로 옮기느냐를 결정하는 것이다. 채널 전환의 대상이 되는 협대역 사용자와 협대역 채널의 결정을 위한 기준에 대하여 인센티브(Incentive)에 기반한 방식과 실제 채널 퀄리티(Channel quality)에 기반한 방식이 제시될 수 있다.
채널 선택에 있어서 인센티브(Incentive)에 기반한 방법은 기존 채널을 사용하는 시스템들이 다른 빈 채널로 이동하도록 동기를 부여함으로써 중앙에서 정해진 규칙에 의한 것이 아닌 자발적인 방법으로 채널 선택을 가능하게 하는 방법이다. 채널 이동을 할 협대역 시스템에 인센티브(Incentive)를 주어야 하는 이유는 다음과 같다. 첫째, 각 협대역 시스템들은 사용중인 채널을 이동하는 동안 전송을 중단하여야 하기 때문이다. 채널 이동 후 다시 전송을 시작하기까지 손해를 보기 때문에 이를 보상해주어야 한다. 둘째, 채널을 점유하는 시스템은 자기 자신에게 유리한 결과를 주는 쪽으로 채널을 선택하여 사용하고 있을 개연성이 크기 때문이다. 이러한 상황에서 채널 전환을 하는 경우 다른 사용자 및 전체의 이익을 위하여 자신의 이익을 일정 부분 양보하는 것이기 때문에 이를 보상해주어야 한다. 이와 같은 인센티브(Incentive)를 기반으로 한 동기 부여가 있어야 공존 시스템 사용자 위주의 동작에서 채널 선택 및 전환이 원활하게 이루어질 수 있다.
인센티브(Incentive)에 기반한 채널 선택 및 전환은 각 사용자 별로 일정량의 크레딧(Credit)을 배분하고 이를 조절함으로써 제어할 수 있다. 초기에 공존 시스템은 각 사용자 별로 동일한 양의 크레딧(Credit)을 분배한다.
Figure PCTKR2011008792-appb-I000001
번째 슬롯(Slot)에
Figure PCTKR2011008792-appb-I000002
번째 사용자의 크레딧(Credit)을
Figure PCTKR2011008792-appb-I000003
라고 가정한다. 이 때, 해당 사용자가 채널 전환의 대상이 되어 사용중인 채널을 비워 주고 다른 채널로 이동한 경우, 그 사용자의 크레딧(Credit)을 한 단위 늘려준다. 이러한 과정은 다음의 수학식 1로 나타낼 수 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2011008792-appb-M000001
위와 같은 과정을 거치면 광대역 사용자의 채널 사용을 위해서 채널 전환을 많이 해 준 협대역 사용자 일수록 크레딧(Credit)을 많이 확보하게 된다. 이러한 사용자에게 채널 접근의 우선권을 인센티브(Incentive)의 형태로 준다. 즉, 가용한 빈 채널의 개수보다 사용자가 더 많을 경우 또는 더 좋은 채널을 사용하기 위한 사용자 간의 경쟁이 있을 경우 크레딧(Credit)이 높은 사용자에게 채널 사용 또는 선택할 권한을 주는 것이다. 다중 접속 구현 방식에 따라, 사용자 선택이 가능한 경우 다음의 수학식 2와 같은 방식으로 결정할 수 있다.
수학식 2
Figure PCTKR2011008792-appb-M000002
수학식 2는 광대역 사용자가 채널에 접근 시 채널을 전환해 줄
Figure PCTKR2011008792-appb-I000004
번째 협대역 사용자를 선택하는 기준을 제시하였다. 이와 더불어 채널 전환할 대상으로 선택된
Figure PCTKR2011008792-appb-I000005
번째 협대역 사용자가 전환하여 사용할 채널을 선택하는 기준도 필요하다. 이와 관련하여 인센티브(Incentive) 기반의 방식에서는 가용 채널 개수보다 채널에 접근하려는 사용자가 더 많은 경우에 대하여 인센티브(Incentive)가 높은 사용자에게 채널 접근의 우선권을 준다. 반면, 가용 채널 개수보다 채널에 접근하려는 사용자가 더 적은 경우에는 사용자에게 사용 가능한 채널 중 어떤 채널을 선택하여야 하는지에 대한 결정이 필요한데, 이 결정은 CM(300)과 같은 중앙 제어기가 결정해주는 것이 아니라 채널에 접근하려는 사용자가 스스로 결정하도록 하며 이에 적합한 모든 방식을 사용할 수 있다. 그러므로 협대역 사용자가 채널 전환 후 사용할 채널은 협대역 사용자가 사용할 최소의 채널 대역폭을 만족하는 채널 중에 임의로 선택하여 사용한다.
앞서 제시한 인센티브(Incentive)에 기반한 방법은 채널을 전환한 만큼 크레딧(Credit)으로 보상하여 채널 선택권을 줌으로써 채널 전환을 유도하는 방식이다. 반면 채널 퀄리티(Channel Quality)에 기반한 방법은 개별 사용자에게 더 유리한 채널 퀄리티(Channel Quality)를 가지는 채널로 전환을 시켜줌으로써 채널 전환을 유도하여 광대역 시스템의 채널 접근을 가능하게 해 준다. 채널을 전환하는 사용자에 대하여 더 좋은 채널로 옮겨줌으로써 채널 전환 중 통신 단절을 보상해 주어 인센티브(Incentive) 기반의 방식과 마찬가지로 동기 부여를 줄 수 있다.
채널 퀄리티(Channel Quality)에 기반한 채널 선택 및 전환은 각 사용자들이 현재 사용하고 있는 채널 이득(Channel gain)에 비해 채널 전환 후 채널 이득이 가장 커지게 되는 사용자
Figure PCTKR2011008792-appb-I000006
과 그 때 사용할 채널
Figure PCTKR2011008792-appb-I000007
을 찾는 과정을 거치게 된다. 이를 식으로 나타내면 다음의 수학식 3과 같다.
수학식 3
Figure PCTKR2011008792-appb-M000003
여기에서
Figure PCTKR2011008792-appb-I000008
는
Figure PCTKR2011008792-appb-I000009
번째 사용자가 채널 전환 전에 얻는 채널 이득이고,
Figure PCTKR2011008792-appb-I000010
는
Figure PCTKR2011008792-appb-I000011
번째 사용자가 채널 전환 후에 얻는 채널 이득이다.
상기 제시한 인센티브(Incentive) 기반의 방식과 채널 퀄리티(Channel Quality) 기반의 방식을 통하여 채널을 전환할 협대역 사용자
Figure PCTKR2011008792-appb-I000012
와 해당 사용자가 옮겨 갈 채널
Figure PCTKR2011008792-appb-I000013
이 결정된다. 이 과정을 담당하는 주체는 전체 이종 시스템을 관리하는 인터-시스템 제어기(Inter-system controller) 또는 협대역 시스템을 관리하는 인트라-시스템 제어기(Intra-system controller)에서 관리할 수 있다.
광대역 사용자가 채널 접근 의사를 나타내는 메시지를 제어기(Controller)에게 보내면 제어기(Controller)는 위의 인센티브(Incentive) 기반의 방식 및 채널 퀄리티(Channel Quality) 기반의 방식 중 적어도 하나를 통해 채널 전환을 결정한다. 결정된 결과를 바탕으로
Figure PCTKR2011008792-appb-I000014
번째 협대역 사용자에게
Figure PCTKR2011008792-appb-I000015
번째 채널로 전환할 것을 지시하는 메시지를 보낸다. 지시를 받은
Figure PCTKR2011008792-appb-I000016
번째 협대역 사용자는 채널 전환 후 제어기(Controller)에게 사용하는 채널을
Figure PCTKR2011008792-appb-I000017
번째 채널로 전환하였음을 보고하는 메시지를 보낸다. 제어기(Controller)는
Figure PCTKR2011008792-appb-I000018
번째 사용자가 사용하는
Figure PCTKR2011008792-appb-I000019
번째 채널을 사용중으로 표시하고
Figure PCTKR2011008792-appb-I000020
번째 사용자가 채널 전환 전에 사용하던 채널을 사용 가능으로 표시하여 광대역 사용자가 사용할 수 있도록 한다.
도 12는 본 명세서에 개시된 실시 예들에 따른 공존 시스템의 적응적 채널 선택 기법을 적용한 채널 할당 과정을 나타내는 흐름도이다.
적응적 채널 선택은 채널을 사용하는 각 공존 시스템의 사용자들과 이들의 공존을 관리하는 IEEE 802.19.1 시스템의 동작 및 메시지 교환을 통해 정의되며, 특히 IEEE 802.19.1 시스템 내부의 CDIS/CDB(400), CM(300), 그리고 CE(200)의 세 엔티티(Entity)의 동작을 포함하도록 한다. 그러나 본 명세서에서 제안하는 방법은 상기 정의된 구조에만 적용되는 것이 아니라 일반적인 시스템 및 모델에도 적응될 수 있다.
먼저, CM(300)은 IEEE 802.19.1 시스템에 맞물려 존재하는 TVBD(TV Band Device) 네트워크 또는 디바이스(100)들을 찾을 수 있다(S100). 여기에서 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)는 좁은 단위의 채널을 사용하는 협대역(NB; Narrow-band) 시스템과 넓은 단위의 채널을 사용하는 광대역 (WB; Wide-band) 시스템의 두 가지로 구성된다고 가정한다. TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)에게 할당할 채널을 결정하는 것은 CDIS/CDB(400)가 수행하므로, TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)를 찾는 것은 CDIS/CDB(400)에서 이루어진다.
도 13은 도 12에 도시된 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)를 발견하는 과정(S110)을 상세하게 나타내는 흐름도이다. 도 13을 참조하면, CDIS/CDB(400)는 각 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)를 관리하는 CM(300)에게 인터페이스(Interface B2)를 통해“CDIS 호출(call)”메시지를 송신한다(S112). “CDIS 호출(call)”에는 해당 CDIS/CDB(400)를 구별하기 위한 “CDIS 식별자(identifier)”가 파라미터(Parameter)로 포함된다.
메시지를 받은 CM(300)은 자신이 관리하는 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)에 대한 정보를 보냄으로써 CDIS/CDB(400)에게 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)의 존재를 알린다(S114). 이 과정은 인터페이스(Interface) B2를 통해 CM(300)으로부터 CDIS/CDB(400)로 “CM 응답(response)” 메시지를 보냄으로써 이루어진다. “CM 응답(response)” 메시지는 각 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)를 관리하는 CM(300)을 구분하는 “CM 식별자(identifier)”와 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)의 시스템 종류(System-type), 그리고 해당 시스템이 사용하는 채널 넓이 등의 파라미터(Parameter)를 포함한다. CDIS/CDB(400)는 “CM 응답(response)” 메시지를 받음으로써 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)를 찾는 과정을 마무리한다.
다시 도 12를 참조하면, CM(300)은 TVWS DB(Database; 600)로부터 현재 사용 가능한 가용 채널 셋(Available channel set)을 획득한다(S120).
도 14는 도 12에 도시된 현재 사용 가능한 가용 채널 셋의 획득 과정(S120)을 상세하게 나타내는 흐름도이다. CDIS/CDB(400)는 인터페이스(Interface) C를 통하여 TVDB(600)에게 “채널 질의(Channel query)” 메시지를 보내며(S122), “CDIS 식별자(identifier)”와 해당 CDIS/CDB(400)가 존재하는 지역에 대한 “위치 정보(Geolocation information)”을 포함한다. 이는 TVWS의 분포가 지역별로 차이가 있는 것이 TVWS의 사용에 반영되어야 하기 때문이다.
TVDB(600)는 “채널 질의(Channel query)” 메시지를 수신하면 다시 인터페이스(Interface) C를 통해 해당 CDIS/CDB(400)가 위치하는 지역에 존재하는 사용 가능한 채널 정보를 보내준다(S124). 이 과정은 TVDB(600)가 “채널 정보(Channel information)” 메시지를 CDIS/CDB(400)에게 보내는 것으로 이루어지며 “가용 채널 리스트(Available channel list)”와 각 채널을 사용할 수 있는 기간(Available duration) 등의 파라미터(Parameter)를 포함한다.
다시 도 12를 참조하면, 이어서 CDIS/CDB(400)는 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)들이 사용중인 채널들을 확인한다(S124). 이 과정은 CDIS/CDB(400)가 자체적으로 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)들이 사용하는 리스트를 관리하기 때문에 별도의 다른 엔티티(Entity)와의 통신 과정은 필요 없다.
CDIS/CDB(400)는 초기화가 마무리된 후 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)들이 채널에 접근하기를 기다린다(S130). TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)의 채널 접근을 위해서는 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)의 채널 사용 요청과 이에 응하여 CM(300)의 채널 할당이 선행되어야 한다.
도 15는 도 12에 도시된 채널 할당 요청 수신 과정(S130)을 상세하게 나타내는 흐름도이다. TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)는 인터페이스(Interface) A와 인터페이스(Interface) B1을 통해 해당 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)를 관리하는 CM(300)에게 “채널 요청(Channel request)” 메시지를 보낸다(S131, S132). 이 메시지에는 TVBD 네트워크 또는 디바이스 식별자(identifier), 그리고 필요한 채널의 개수 등을 파라미터(Parameter)로 사용한다. CM(300)은 채널 요청에 대하여 할당해 줄 채널 자원을 파악하기 위해 CM 식별자(identifier)를 포함하는 “채널 질의(Channel query)” 메시지를 인터페이스(Interface) B2를 통해 CDIS/CDB(400)로 전달한다(S133). CDIS/CDB(400)는 채널 요청에 대하여 TVDB(600)로부터 받은 가용 채널 리스트(Available channel list)를 통해 빈 채널을 확인하고 빈 채널 중 다른 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)에 의하여 사용되지 않는 채널에 대한 정보(가용 채널 리스트(Available channel list) 및 가용 시간(Available duration))를 해당 시스템에게 알려준다. 이어서 CM(300)은 CDIS/CDB(400)가 알려준 채널 정보를 바탕으로 하여 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)에게 채널 할당을 한다. CDIS/CDB(400)는 할당해 준 채널 목록을 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)에 의해 사용되는 채널 리스트에 포함시킨다. CDIS/CDB(400)의 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)로의 채널 할당 정보 전달은 다음과 같은 과정을 거친다. CDIS/CDB(400)는 인터페이스(Interface) B2를 통해 대상이 되는 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)를 관리하는 CM(300)에게 “채널 정보(Channel info)” 메시지를 전달한다(S134). “채널 정보(Channel info)” 메시지는 해당 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)가 사용할 채널 번호(Allocated channel list)와 해당 채널의 사용 가능 시간(Available duration) 등을 파라미터(Parameter)로 전달한다. CM(300)은 전달받은 정보를 바탕으로 하여 채널 할당을 시켜주는 “채널 할당(Channel allocation)” 메시지를 인터페이스(Interface) B1과 A를 통해 해당 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)에게 전달한다(S135, S136).
다시 도 12를 참조하면, TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)가 채널에 접근할 때 협대역 시스템이 들어오는지 판단하고(S210), 협대역 시스템이 들어오는 경우, 해당 시스템이 빈 대역을 접근하지 못하는 경우가 없으므로 빈 채널 중 한 곳을 골라서 사용하게 된다(S250). 만약 광대역 시스템이 들어오는 경우 광대역 시스템이 필요로 하는 대역폭이 빈 채널 중에 존재하는지를 파악한다(S220). 제 230 단계에서, 그러한 조건에 해당하는 채널이 존재하면 그대로 사용이 가능하나(S250), 채널 단편화(Channel fragmentation) 현상으로 인하여 광대역 시스템이 사용할 수 없는 좁은 빈 채널들만 존재한다면 광대역 시스템의 채널 사용이 불가능해진다. 이 경우가 발생하면 빈 채널과 인접하여 사용하는 협대역 시스템의 사용 채널을 다른 빈 채널로 옮겨서 광대역 시스템이 들어갈 공간을 확보한 다음 광대역 시스템이 접근하도록 하는 것이다(S240). 채널 전환의 대상이 되는 협대역 사용자의 선택과 해당 사용자가 옮길 채널은 상기 수학식 2 또는 수학식 3 중 적어도 하나에서 정한 규칙에 따라 결정된다. 상기 규칙에 따라 정해진 전환할 채널은 해당 협대역 사용자에게 전달하여 채널 전환이 이루어지도록 한다.
도 16은 도 12에 도시된 채널 전환 과정(S240)을 상세하게 나타내는 흐름도이다.
TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)는 인터페이스(Interface) A와 인터페이스(Interface) B1을 통해 해당 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)를 관리하는 CM(300)에게 “채널 요청(Channel request)” 메시지를 보낸다(S131, S132).
TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)에 의해 광대역 시스템에 대한 채널 요청이 이루어졌으나 협대역 채널만 남은 경우 CM(300)은 협대역 시스템을 협대역 채널로 전환시키고 만들어진 광대역 채널을 할당하는 채널 전환을 결정한다.
이후 CM(300)은 CDIS/CDB(400)를 통해 전환할 채널을 현재 사용하고 있는 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)에게 현재 사용하는 채널을 비우고 다른 채널로 전환하라는 “채널 전환 질의(Channel transfer query)” 메시지를 해당 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)를 서비스하는 CM(300)을 통해 전달하여 준다(S241, S242). 이 때 CM 식별자(identifier)와 함께 전환 전 채널 번호인 “전환 전 채널(Channel before transfer)”과 전환 후 채널 번호인 “전환 후 채널(Channel after transfer)”을 파라미터(Parameter)로 전달한다.
“채널 전환 질의(Channel transfer query)”를 전달받은 CM(300)은 해당 채널을 사용하는 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)에게 관련 정보를 “채널 전환(Channel transfer)” 메시지를 통해 전달해주며 전환 전과 후의 채널에 대한 채널 번호와 해당 채널의 사용 가능 시간들을 파라미터(Parameter)로 전달한다(S243, S244). 채널 전환 시 CM(300)이 결정을 하며 CDIS/CDB(400)는 해당 CM(300)과 채널 전환 대상 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)가 있는 CM(300)간에 메시지 전달 역할을 한다.
도 17은 도 12에 도시된 채널 전환 과정(S240)을 상세하게 나타내는 흐름도이다.
한편, 채널 전환 시 CM(300)이 최신의 채널 정보를 가지고 있다면 CDIS/CDB(400)로부터 채널 정보를 가져오는 단계를 생략할 수 있다. 이 경우에는 CM(300) 자신이 가지고 있는 가용 채널 정보를 TVBD 네트워크 또는 디바이스(100)들에게 전달해준다(S243, S244).
다시 도 12를 참조하면, 채널 전환(및 채널 할당)이 이루어진 경우 다시 초기 상태로 돌아가서 TVWS DB(600) 검색을 통해 채널 사용 상태가 변화하였는지 확인한 후 동일한 동작을 반복한다.
도 18은 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 공존 시스템의 성능 향상 검증 실험 결과를 나타내는 도면이다.
6MHz를 가지는 8개의 TV 채널을 대상으로 실험하였으며 WRAN은 한 개의 TV 채널을 사용하고 WLAN은 두 개의 TV 채널을 사용한다고 가정하였다. 각 사용자의 채널 접근은 채널 전송 확률(Transmission Probability)에 의해 결정되며 TV 시스템의 전송 확률(PTV)은 0.2로 가정하였다. 한편, 802.22 WRAN의 채널 점유에 따라 802.11af WLAN의 가용 채널 및 블로킹(Blocking) 확률을 알아보기 위하여 802.22 WRAN 시스템의 전송 확률(P22)는 0.1에서 0.9까지 변화시키면서 결과를 관찰하였다.
도 18을 참조하면, 그래프(800)는 802.11af WLAN 시스템의 전송 확률(P11)의 변화에 따른 802.11af WLAN 시스템의 블로킹(Blocking) 확률을 나타낸 것이다. 공통적으로 블로킹(Blocking) 확률은 802.11af 시스템의 전송 확률이 증가할수록 증가하는 것을 알 수 있는데 전송 확률이 증가할수록 사용 가능한 채널 수 대비 필요한 채널의 수가 많아지기 때문이다. 부족한 채널이 생기면 블로킹(Blocking)이 발생한다. 또한, 본 연구에서 제안한 채널 선택 방법을 사용하는 경우 그렇지 않은 경우보다 사용 가능한 채널 수가 증가하기 때문에 블로킹(Blocking) 확률이 줄어드는 것을 알 수 있다. P11이 0.5인 지점에서 제안된 방법이 기존 방법보다 블로킹(Blocking) 확률이 23.8% 감소하는 것을 확인하였다.
상기 기술한 인센티브(Incentive)에 기반한 채널 선택 기법에서 채널을 접근하려는 여러 사용자들이 경쟁하는 경우 다중 접근 제어(Multiple access control)가 필요하다. 이 때, 제어기(Controller)가 어느 사용자가 채널을 사용할 것인지 결정해주는 중앙집중형(Centralized) 방식 대신 경쟁하는 사용자들 스스로 결정하는 분산형(Distributed) 방식의 경우를 고려해볼 수 있다. 즉, 각 사용자들이 다른 사용자들과 의사 소통을 하는 조건 하에 스스로 접속 여부를 결정하는 랜덤 엑세스(Random Access)의 경우에는 각 사용자의 전송 확률을 보유한 크레딧(Credit)에 비례하도록 결정할 수 있으며, 이는 다음의 수학식 4와 같이 식으로 나타낼 수 있다.
수학식 4
Figure PCTKR2011008792-appb-M000004
여기에서
Figure PCTKR2011008792-appb-I000021
는
Figure PCTKR2011008792-appb-I000022
번째 사용자의 전송 확률이며
Figure PCTKR2011008792-appb-I000023
은 전체 사용자의 수이다.
도 19는 본 명세서에 개시된 공존관리자(CM)(300)의 블록도이다.
도 19에 도시된 바와 같이 상기 공존관리자(CM)(300)는 저장 수단(310)과 컨트롤러(320)와 송수신부(330)를 포함한다.
상기 저장 수단(310)은 도 1 내지 도 18에 도시된 실시 예들에 따른 방법을 저장한다.
상기 컨트롤러(320)는 상기 저장 수단(310) 및 상기 송수신부(330)를 제어한다. 구체적으로 상기 컨트롤러(320)는 상기 저장 수단(310)에 저장된 상기 방법들을 각기 실행한다. 그리고 상기 컨트롤러(320)는 상기 송수신부(330)를 통해 상기 전술한 신호들을 전송한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니므로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다.

Claims (15)

  1. 제1 네트워크 또는 디바이스로부터 채널 할당 요청을 수신하는 단계;
    상기 제1 네트워크 또는 디바이스에 할당할 수 있는 채널이 없는 경우, 네트워크 또는 디바이스들 각각의 채널 이득에 기초하여 사용 채널을 전환할 제2 네트워크 또는 디바이스를 결정하는 단계;
    상기 제2 네트워크 또는 디바이스의 사용 채널을 다른 채널로 전환하고 우선순위를 증가시키는 단계; 및
    상기 제1 네트워크 또는 디바이스에 상기 제2 네트워크 또는 디바이스의 사용 채널을 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 관리기기의 자원 할당 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제2 네트워크 또는 디바이스를 결정하는 단계는,
    상기 제1 네트워크 또는 디바이스가 협대역 시스템인지 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 관리기기의 자원 할당 방법.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제2 네트워크 또는 디바이스를 결정하는 단계는,
    서버로부터 상기 제1 네트워크 또는 디바이스의 가용 채널에 관한 정보를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 관리기기의 자원 할당 방법.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 제2 네트워크 또는 디바이스를 결정하는 단계는,
    네트워크 또는 디바이스들 각각의 채널 전환 전 채널 이득 및 채널 전환 후 채널 이득에 기초하여 상기 제2 네트워크 또는 디바이스를 결정하는 단계인 것을 특징으로 하는 관리기기의 자원 할당 방법.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 제2 네트워크 또는 디바이스를 결정하는 단계는,
    하기의 수학식(여기에서,
    Figure PCTKR2011008792-appb-I000024
    는 제2 네트워크 또는 디바이스를 나타내고,
    Figure PCTKR2011008792-appb-I000025
    는 제2 네트워크 또는 디바이스가 전환할 채널을 나타내며,
    Figure PCTKR2011008792-appb-I000026
    는
    Figure PCTKR2011008792-appb-I000027
    번째 네트워크 또는 디바이스가 채널 전환 전에 얻는 채널 이득을 나타내고,
    Figure PCTKR2011008792-appb-I000028
    는
    Figure PCTKR2011008792-appb-I000029
    번째 사용자가 채널 전환 후에 얻는 채널 이득을 나타냄)
    Figure PCTKR2011008792-appb-I000030
    에 의해 상기 제2 네트워크 또는 디바이스를 결정하는 단계인 것을 특징으로 하는 관리기기의 자원 할당 방법.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 우선순위는,
    가용 채널 보다 상기 네트워크 또는 디바이스들에 의해 요청된 채널이 많은 경우에 상기 요청된 채널을 할당하는 기준인 것을 특징으로 하는 관리기기의 자원 할당 방법.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 할당하는 단계는,
    상기 제1 네트워크 또는 디바이스에 상기 제2 네트워크 또는 디바이스의 사용 채널에 인접하는 적어도 하나의 채널을 더 할당하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관리기기의 자원 할당 방법.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 관리기기는,
    공존 관리자(Coexistence Manager)인 것을 특징으로 하는 관리기기의 자원 할당 방법.
  9. 제1 네트워크 또는 디바이스로부터 채널 할당 요청을 수신하는 송수신부; 및
    상기 제1 네트워크 또는 디바이스에 할당할 수 있는 채널이 없는 경우, 네트워크 또는 디바이스들 각각의 채널 이득에 기초하여 사용 채널을 전환할 제2 네트워크 또는 디바이스를 결정하고, 상기 제2 네트워크 또는 디바이스의 사용 채널을 다른 채널로 전환하고 우선순위를 증가시키며, 상기 제1 네트워크 또는 디바이스에 상기 제2 네트워크 또는 디바이스의 사용 채널을 할당하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 관리기기.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 제1 네트워크 또는 디바이스가 협대역 시스템인지 판단하여 상기 제1 네트워크 또는 디바이스에 할당할 수 있는 채널이 없는지 판단하는 것을 특징으로 하는 관리기기.
  11. 제9 항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    서버로부터 상기 제1 네트워크 또는 디바이스의 가용 채널에 관한 정보를 수신하여 상기 제1 네트워크 또는 디바이스에 할당할 수 있는 채널이 없는지 판단하는 것을 특징으로 하는 관리기기.
  12. 제9 항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    네트워크 또는 디바이스들 각각의 채널 전환 전 채널 이득 및 채널 전환 후 채널 이득에 기초하여 상기 제2 네트워크 또는 디바이스를 결정하는 것을 특징으로 하는 관리기기.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    하기의 수학식(여기에서,
    Figure PCTKR2011008792-appb-I000031
    는 제2 네트워크 또는 디바이스를 나타내고,
    Figure PCTKR2011008792-appb-I000032
    는 제2 네트워크 또는 디바이스가 전환할 채널을 나타내며,
    Figure PCTKR2011008792-appb-I000033
    는
    Figure PCTKR2011008792-appb-I000034
    번째 네트워크 또는 디바이스가 채널 전환 전에 얻는 채널 이득을 나타내고,
    Figure PCTKR2011008792-appb-I000035
    는
    Figure PCTKR2011008792-appb-I000036
    번째 사용자가 채널 전환 후에 얻는 채널 이득을 나타냄)
    Figure PCTKR2011008792-appb-I000037
    에 의해 상기 제2 네트워크 또는 디바이스를 결정하는 것을 특징으로 하는 관리기기.
  14. 제9 항에 있어서, 상기 우선순위는,
    가용 채널 보다 상기 네트워크 또는 디바이스들에 의해 요청된 채널이 많은 경우에 상기 요청된 채널을 할당하는 기준인 것을 특징으로 하는 관리기기.
  15. 제9 항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 제1 네트워크 또는 디바이스에 상기 제2 네트워크 또는 디바이스의 사용 채널에 인접하는 적어도 하나의 채널을 더 할당하는 것을 특징으로 하는 관리기기.
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