KR101533877B1 - Apparatus and method of dynamic spectrum allocation based on spectrum auction using binary integer programming - Google Patents

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KR101533877B1 KR1020130041428A KR20130041428A KR101533877B1 KR 101533877 B1 KR101533877 B1 KR 101533877B1 KR 1020130041428 A KR1020130041428 A KR 1020130041428A KR 20130041428 A KR20130041428 A KR 20130041428A KR 101533877 B1 KR101533877 B1 KR 101533877B1
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Abstract

무선 통신 시스템에서 이진 정수 계획법을 이용한 스펙트럼 경매 기반의 동적 스펙트럼 할당 장치 및 방법이 제공된다. 동적 스펙트럼 할당 장치는 스펙트럼 브로커 내에 존재하며, IP 기반의 네트워크를 통해 스펙트럼 브로커의 담당 지역 내에 서로 다른 무선 접속 기술을 사용하는 무선 서비스 사업자들의 기지국들과 연결되어 스펙트럼 경매가 이루어진다. 뿐만 아니라, 동적 스펙트럼 방법은 이진 정수 계획법을 최적의 동적 스펙트럼 할당 문제에 적용하여, 동적 스펙트럼 할당의 목적 함수 및 제약 조건을 수식화하는 과정 및 최적의 결과 값을 토대로 모든 무선 서비스 사업자의 공유 대역 채널 별 할당 여부를 결정하는 과정을 포함한다. An apparatus and method for spectral auction-based dynamic spectrum allocation using binary integer programming in a wireless communication system are provided. The dynamic spectrum allocation device resides within a spectrum broker and is connected to base stations of wireless service providers using different radio access technologies within the area of the spectrum broker over an IP-based network for a spectrum auction. In addition, the dynamic spectrum method applies binary integer programming to the optimal dynamic spectrum allocation problem, and the process of formulating the objective function and the constraint condition of the dynamic spectrum allocation, And a process of determining whether to allocate.

Description

이진 정수 계획법을 이용한 스펙트럼 경매 기반의 동적 스펙트럼 할당 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD OF DYNAMIC SPECTRUM ALLOCATION BASED ON SPECTRUM AUCTION USING BINARY INTEGER PROGRAMMING}[0001] APPARATUS AND METHOD OF DYNAMIC SPECTRUM ALLOCATION BASED ON SPECTRUM AUCTION USING BINARY INTEGER PROGRAMMING [0002]

본 발명은 무선 통신 시스템에서 이진 정수 계획법을 이용한 스펙트럼 경매를 통해 시간 및 공간적으로 변화하는 사업자들의 스펙트럼 요구량에 맞게 공유 대역을 탄력적으로 분배하는 동적 스펙트럼 할당 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a dynamic spectrum allocation apparatus and method for flexibly distributing a shared band according to a spectrum requirement of a service provider who changes time and space through a spectrum auction using a binary integer programming in a wireless communication system.

최근 들어 스마트 폰, 태블릿 PC 등을 이용한 다양한 무선 서비스의 출현 및 보급으로 인해 스펙트럼 자원의 수요가 급증하면서 스펙트럼 부족 문제가 대두되고 있다. 이로 인해 스펙트럼 관리 패러다임의 변화가 요구되면서 스펙트럼 자원의 효율적인 활용을 위한 정책적, 기술적 연구가 다양하게 진행되고 있고, 스펙트럼 부족 문제를 완화하기 위한 방안으로 주어진 스펙트럼 자원을 효율적으로 분배하는 동적 스펙트럼 할당 방식이 새로운 스펙트럼 관리의 패러다임으로 주목을 받고 있다. Recently, due to the emergence and spread of various wireless services using smartphones and tablet PCs, the demand for spectrum resources has been rapidly increasing, resulting in a problem of lack of spectrum. As a result, a variety of policy and technical researches have been conducted for the efficient utilization of spectrum resources as the spectrum management paradigm needs to be changed. A dynamic spectrum allocation scheme that efficiently distributes a given spectrum resource as a measure to mitigate the spectrum shortage problem It is attracting attention as a new spectrum management paradigm.

종래의 주파수 대역폭 변화에 따른 동적 스펙트럼 할당 방법 및 그 장치와 관련하여 한국공개특허 제2010-0122603호가 공개되어 있다. 이러한 종래의 기술은 스펙트럼 요구량에 맞게 탄력적으로 분배하여 주어진 스펙트럼 자원의 이용을 효율적으로 제고하는 방법을 제안하지 못하고 있다.
Korean Patent Publication No. 2010-0122603 discloses a dynamic spectrum allocation method and apparatus according to a conventional frequency bandwidth change. Such a conventional technique does not propose a method of efficiently distributing a given spectrum resource efficiently in accordance with a spectrum requirement.

본 발명에서는 스펙트럼 브로커가 사업자들의 요청 정보를 바탕으로 모든 사업자의 모든 채널 별 할당 여부를 결정하는 동적 스펙트럼 할당 장치 및 방법을 제공한다.
The present invention provides a dynamic spectrum allocation apparatus and method in which a spectrum broker determines whether all the carriers are allocated to all channels based on request information of providers.

본 발명의 일실시예에 따른 동적 스펙트럼 할당 장치에 있어서, 상기 동적 스펙트럼 할당 장치는 스펙트럼 경매를 통해서 자신이 담당하는 지역 내에 있는 무선 사업자들의 기지국들에게 공유 대역을 동적으로 할당하는 스펙트럼 브로커 내에 존재하고, 상기 무선 사업자들의 기지국들로부터 스펙트럼 요청 정보를 수신하는 입력 신호 처리기; 상기 스펙트럼 브로커가 담당하는 지역 내의 상기 무선 사업자들의 정보를 저장하고 있는 담당 지역 정보 저장 장치; 상기 담당 지역 정보 저장 장치를 참조하여, 상기 스펙트럼 요청 정보를 송신한 기지국들에게 공유 대역의 특정 채널을 할당할 것인지 여부를 결정하는 최적화 모듈; 및 상기 최적화 모듈의 동적 스펙트럼 할당 결과 값에 기초하여 상기 기지국들 각각의 채널 별 할당 여부를 상기 기지국들에게 송신하는 출력 신호 처리기를 포함하는 동적 스펙트럼 할당 장치를 제공한다.In the dynamic spectrum allocation apparatus according to an embodiment of the present invention, the dynamic spectrum allocation apparatus exists in a spectrum broker that dynamically allocates a shared band to base stations of wireless carriers within an area covered by the spectrum auction through a spectrum auction An input signal processor for receiving spectrum request information from base stations of the wireless carriers; A local area information storage device for storing information of the wireless operators in an area served by the spectrum broker; An optimization module for referring to the local area information storage device and determining whether to allocate a specific channel of a shared band to base stations that have transmitted the spectrum request information; And an output signal processor for transmitting to the base stations whether each of the base stations is allocated to each channel based on the dynamic spectrum allocation result of the optimization module.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 무선 사업자들은 상기 무선 사업자들의 기지국 별 사용 무선 접속 기술에 따른 공유 대역을 채널화하고, 각각의 채널 별 스펙트럼 요구량에 따른 스펙트럼 경매의 입찰 금액을 결정하여 상기 각각의 채널 별 입찰 금액을 상기 스펙트럼 브로커에게 제시하는 동적 스펙트럼 할당 장치를 제공한다.According to one aspect of the present invention, the wireless operators channelize a shared band according to a wireless access technology used by each of the wireless carriers, determine a bid amount of a spectrum auction according to a spectral requirement amount for each channel, And presents the bidding amount to the spectrum broker.

또 다른 일측에 따르면, 상기 입력 신호 처리기는 상기 무선 사업자의 상기 기지국 별 사용 무선 접속 기술의 채널화에 따른 각각의 채널 별 입찰 금액 정보를 수신하는 동적 스펙트럼 할당 장치를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the input signal processor provides a dynamic spectrum allocation apparatus that receives bidding amount information for each channel according to channelization of the wireless access technology used by the base station of the wireless service provider.

또 다른 일측에 따르면, 상기 담당 지역 정보 저장 장치에서 지역 내의 정보는 사업자 별 기지국의 사용 무선 접속 기술, 채널 대역폭, 기지국의 위치, 기지국의 개수, 기지국의 송신 전력, 및 기지국의 통신 커버리지를 포함하는 동적 스펙트럼 할당 장치를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the information in the local area information storage device includes the radio access technology used by the base station, the channel bandwidth, the location of the base station, the number of base stations, the transmission power of the base station, A dynamic spectrum allocation apparatus is provided.

또 다른 일측에 따르면, 상기 간섭 제약 조건은 채널을 할당 받은 기지국 간에 발생하는 간섭량을 포함하고, 두 기지국의 간섭 관계의 기준은 두 기지국의 통신 커버리지가 겹치는지 여부에 따라 결정되는 동적 스펙트럼 할당 장치를 제공한다. According to another aspect of the present invention, the interference constraint includes an amount of interference generated between the base stations to which the channel is allocated, and the criterion of the interference relationship between the two base stations is a dynamic spectrum allocation apparatus determined depending on whether communication coverage of the two base stations overlap to provide.

또 다른 일측에 따르면, 상기 스펙트럼 브로커가 최대로 하고자 하는 목적 함수는 스펙트럼 경매를 통해 스펙트럼 브로커의 수익을 최대화하기 위한 목적 함수 및 담당 지역 내의 스펙트럼 이용률을 최대화하기 위한 목적 함수를 포함하고, 상기 스펙트럼 브로커의 수익은 채널을 할당 받은 기지국들로부터 받게 되는 입찰 금액의 총 합이고, 상기 담당 지역 내의 스펙트럼 이용률은 할당된 채널의 대역폭의 총 합과 공유 대역의 대역폭의 비율인 동적 스펙트럼 할당 장치를 제공한다.According to another aspect, the objective function that the spectrum broker wants to maximize includes an objective function for maximizing the profit of the spectrum broker through the spectrum auction and an objective function for maximizing the spectrum utilization in the coverage area, Is a total sum of bids received from the base stations to which the channel is allocated, and the spectrum utilization rate in the coverage area is a ratio of the total sum of the bandwidths of the allocated channels and the bandwidth of the shared band.

또 다른 일측에 따르면, 상기 최적화 모듈은 스펙트럼 경매를 통한 스펙트럼 브로커의 수익을 최대화하기 위한 목적 함수 및 담당 지역 내의 스펙트럼 이용률을 최대화하기 위한 목적 함수를 동시에 고려하는 다중 목적 최적화 함수를 이용하여 모든 기지국의 채널 별 할당 여부를 결정하는 최적의 결정 변수

Figure 112013032928653-pat00001
를 구하는 동적 스펙트럼 할당 장치를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the optimization module is configured to optimize the spectrum of the spectrum broker by using a multi-objective optimization function that simultaneously considers an objective function for maximizing the profit of the spectrum broker through the spectrum auction and an objective function for maximizing the spectrum utilization in the coverage area. The optimal decision variable for determining whether to allocate by channel
Figure 112013032928653-pat00001
Of the dynamic spectrum allocation apparatus.

본 발명의 일실시예에 따른 동적 스펙트럼 할당 장치에서 수행되는 동적 스펙트럼 할당 방법에 있어서, 상기 동적 스펙트럼 할당 장치는 스펙트럼 경매를 통해서 자신이 담당하는 지역 내에 있는 무선 사업자들의 기지국들에게 공유 대역을 동적으로 할당하는 스펙트럼 브로커 내에 존재하고, 상기 무선 사업자들의 기지국들로부터 스펙트럼 요청 정보를 수신하는 단계; 상기 스펙트럼 브로커가 담당하는 지역 내의 상기 무선 사업자들의 정보를 저장하고 있는 담당 지역 정보 저장 장치를 참조하여, 상기 스펙트럼 요청 정보를 송신한 기지국들에게 공유 대역의 특정 채널을 할당할 것인지 여부를 결정하는 단계; 및 상기 최적화 모듈의 동적 스펙트럼 할당 결과 값에 기초하여 상기 기지국들 각각의 채널 별 할당 여부를 상기 기지국들에게 송신하는 단계를 포함하는 동적 스펙트럼 할당 방법을 제공한다.In a dynamic spectrum allocation method performed in a dynamic spectrum allocation apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention, the dynamic spectrum allocation apparatus dynamically allocates a shared spectrum to base stations of wireless carriers in a region covered by the spectrum auction through a spectrum auction Receiving spectral request information from the base stations of the wireless carriers existing in the allocating spectrum broker; Determining whether to allocate a specific channel of a shared band to base stations that have transmitted the spectrum request information with reference to a local area information storage device storing information of the wireless carriers in an area served by the spectrum broker ; And transmitting the allocation of each of the base stations to the base stations based on the result of dynamic spectrum allocation of the optimization module.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 무선 사업자들은 상기 무선 사업자들의 기지국 별 사용 무선 접속 기술에 따른 공유 대역의 채널화하고, 각각의 채널 별 스펙트럼 요구량에 따른 스펙트럼 경매의 입찰 금액을 결정하여 상기 각각의 채널 별 입찰 금액을 상기 스펙트럼 브로커에게 제시하며, 상기 무선 사업자들의 기지국들로부터 스펙트럼 요청 정보를 수신하는 단계는, 상기 무선 사업자의 상기 기지국 별 사용 무선 접속 기술의 채널화에 따른 각각의 채널 별 입찰 금액 정보를 수신하는 동적 스펙트럼 할당 방법을 제공한다.According to one aspect of the present invention, the wireless carriers channelize a shared band according to a wireless access technology used by each of the wireless carriers, determine a bid amount of a spectrum auction according to a spectral requirement amount for each channel, Wherein the step of receiving spectral request information from the base stations of the wireless carriers includes the step of presenting bid amount information for each channel according to the channelization of the wireless access technology for each base station of the wireless carrier, To a dynamic spectrum allocation method.

또 다른 일측에 따르면, 상기 스펙트럼 요청 정보를 송신한 기지국들에게 공유 대역의 특정 채널을 할당할 것인지 여부를 결정하는 단계는, 이진 정수 계획법을 이용하여 채널을 할당 받은 기지국들 간의 간섭 제약 조건 하에 상기 스펙트럼 브로커가 이루고자 하는 목적을 최대로 하는 결정 변수 결과 값을 얻는 단계를 포함하는 동적 스펙트럼 할당 방법을 제공한다.
According to another aspect of the present invention, the step of determining whether to allocate a specific channel of a shared band to the base stations that have transmitted the spectrum request information comprises: And obtaining a decision variable result value that maximizes a purpose of the spectrum broker to achieve the dynamic spectrum allocation.

본 발명의 동적 스펙트럼 할당 방법은 서로 다른 무선 접속 기술을 사용하는 무선 사업자들의 채널 별 요청에 따라 그에 맞게 채널 별 할당 여부를 결정하여, 주어진 제약 조건 하에 목적 함수를 최대로 하는 최적의 동적 스펙트럼 할당 결과를 얻을 수 있다.
According to the dynamic spectrum allocation method of the present invention, it is possible to determine whether or not to allocate each channel according to a channel-by-channel request of wireless carriers using different radio access technologies, and to obtain an optimal dynamic spectrum allocation result maximizing an objective function under a given constraint condition Can be obtained.

도 1은 스펙트럼 경매를 서로 다른 무선 접속 기술을 사용하는 사업자의 기지국들에게 스펙트럼 요청 정보를 기반으로 채널을 할당하는 동적 스펙트럼 할당에 관한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 사업자의 기지국 별 사용 무선 접속 기술에 따른 공유 대역의 채널화 및 각각의 채널 별 요구 정도에 따른 스펙트럼 경매의 입찰 금액에 관한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이진 정수 계획법을 이용한 스펙트럼 경매 기반의 동적 스펙트럼 할당 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 동적 스펙트럼 할당 방법에 관한 흐름도이다. FIG. 1 is a conceptual diagram of a dynamic spectrum allocation in which a channel is allocated based on spectrum request information to a base station of a provider using a different radio access technology for a spectrum auction.
FIG. 2 is a conceptual diagram for channelization of a shared band according to a wireless access technology used by a base station of the present invention and a bid amount of a spectrum auction according to a degree of demand for each channel.
3 is a block diagram of a spectral auction-based dynamic spectrum allocation apparatus using binary integer programming according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart of a dynamic spectrum allocation method according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 서로 다른 무선 접속 기술을 사용하는 무선 사업자들의 채널 별 요청에 따라 주어진 제약 조건 하에 목적 함수를 최대로 할 수 있는 최적의 동적 스펙트럼 할당 방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다. It is an object of the present invention to provide an optimal dynamic spectrum allocation method and apparatus capable of maximizing an objective function under a given constraint according to channel-specific requests of wireless carriers using different radio access technologies.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에서 스펙트럼 경매를 서로 다른 무선 접속 기술을 사용하는 사업자의 기지국들에게 스펙트럼 요청 정보를 기반으로 채널을 할당하는 동적 스펙트럼 할당에 관한 개념도이다. FIG. 1 is a conceptual diagram of a dynamic spectrum allocation in which a channel is allocated based on spectrum request information to a base station of a service provider using spectrum access auctions in an embodiment of the present invention.

스펙트럼 브로커(110)는 한국의 방송통신위원회와 같은 정부의 스펙트럼 관리기관(120)으로부터 동적 스펙트럼 할당이 가능한 공유 대역에 대한 면허권을 부여 받는다. 즉, 스펙트럼 브로커(110)는 공유 대역에 대한 담당 지역(130) 내의 면허권자가 되는 것이고, 스펙트럼 경매를 통해서 자신이 담당하는 지역(130) 내에 있는 사업자들(140,150,160)의 기지국들(170,180,190)에게 공유 대역을 동적으로 할당한다. Spectrum broker 110 is licensed for a shared band that is capable of dynamic spectrum allocation from a government spectrum management entity 120, such as the Korea Communications Commission. That is, the spectrum broker 110 is a licensee in the coverage area 130 for the shared band and shares it with the base stations 170,180,190 of the operators 140,150,160 within the area 130 that it is responsible for through the spectrum auction Dynamically allocate bandwidth.

먼저, 무선 서비스 사업자들(140,150,160)은 자신의 스펙트럼 요구량을 예측하고 그에 맞게 스펙트럼 브로커(110)에게 스펙트럼을 요청한다. 그리고 무선 서비스 사업자들(140,150,160)은 사업자 별 사용하는 무선 접속 기술에 맞게 공유 대역을 채널화 하고 각각의 채널 별 요구 정도에 따라 스펙트럼 경매의 입찰 금액을 결정한 후, 모든 채널 별 입찰 금액을 스펙트럼 브로커(110)에게 제시한다. 스펙트럼 브로커(110)는 사업자들(140,150,160)의 요청 정보를 바탕으로 공유 대역의 채널을 할당한다. First, the wireless service providers 140, 150, and 160 estimate their own spectrum requirements and request spectrum from the spectrum broker 110 accordingly. Then, the wireless service providers 140, 150 and 160 channelize the shared bandwidth according to the wireless access technology used by each provider, determine the bidding amount of the spectrum auction according to the degree of each channel, and then transmit the bid amount for each channel to the spectrum broker 110). The spectrum broker 110 allocates channels of the shared band based on the request information of the operators 140, 150 and 160.

도 2는 본 발명의 실시예에서 사업자의 기지국 별 사용 무선 접속 기술에 따른 공유 대역의 채널화 및 각각의 채널 별 요구 정도에 따른 스펙트럼 경매의 입찰 금액에 관한 개념도이다. 각각의 사업자들은 자신의 기지국들의 사용 무선 접속 기술에 따라 공유 대역을 채널화 하고, 스펙트럼 요구량에 따라서 각각의 채널 별 입찰 금액을 결정한다.FIG. 2 is a conceptual diagram for channelization of a shared band according to a wireless access technology used by a base station of the present invention and a bid amount of a spectrum auction according to a degree of demand for each channel. Each provider channelizes the shared band according to the radio access technology of its base stations and determines the bid amount for each channel according to the spectrum requirement.

본 발명의 실시예에서 총 기지국의 개수는

Figure 112013032928653-pat00002
이고, 각각의 기지국
Figure 112013032928653-pat00003
은 무선 접속 기술에 따라 대역폭
Figure 112013032928653-pat00004
을 갖는 채널로 공유 대역을 채널화 한다. 기지국
Figure 112013032928653-pat00005
의 채널 개수는
Figure 112013032928653-pat00006
이고, 공유 대역의 총 대역폭이
Figure 112013032928653-pat00007
일 경우 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.In an embodiment of the present invention, the total number of base stations is
Figure 112013032928653-pat00002
Respectively,
Figure 112013032928653-pat00003
Lt; RTI ID = 0.0 >
Figure 112013032928653-pat00004
And channelizes the shared band with a channel having Base station
Figure 112013032928653-pat00005
The number of channels in
Figure 112013032928653-pat00006
, And the total bandwidth of the shared band is
Figure 112013032928653-pat00007
The following equation (1) is obtained.

Figure 112013032928653-pat00008
Figure 112013032928653-pat00008

그 후에, 기지국은 각각의 스펙트럼 요구 정도에 맞게 채널 별 입찰 금액을 결정하고,

Figure 112013032928653-pat00009
는 기지국
Figure 112013032928653-pat00010
의 채널
Figure 112013032928653-pat00011
에 대한 입찰 금액이다.Thereafter, the base station determines the amount of bidding per channel in accordance with the degree of each spectrum requirement,
Figure 112013032928653-pat00009
The base station
Figure 112013032928653-pat00010
Channel
Figure 112013032928653-pat00011
Is the bid amount for.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이진 정수 계획법을 이용한 스펙트럼 경매 기반의 동적 스펙트럼 할당 장치의 구성도이다. 본 발명의 실시예에 따른 동적 스펙트럼 할당 장치는 스펙트럼 브로커 내에 존재하며, 입력 신호 처리기(310), 담당 지역 정보 저장 장치(320), 최적화 모듈(330), 출력 신호 처리기(340)로 구성된다.3 is a block diagram of a spectral auction-based dynamic spectrum allocation apparatus using binary integer programming according to an embodiment of the present invention. The dynamic spectrum allocation apparatus according to an embodiment of the present invention is comprised of an input signal processor 310, a local area information storage device 320, an optimization module 330, and an output signal processor 340, which are present in a spectrum broker.

입력 신호 처리기(310)는 사업자의 기지국들로부터 스펙트럼 요청 정보를 수신한다. 즉, 사업자의 기지국 별 사용 무선 접속 기술의 채널화에 따른 각각의 채널 별 입찰 금액 정보

Figure 112013032928653-pat00012
를 수신한다. The input signal processor 310 receives the spectrum request information from the base stations of the carrier. That is, the bid amount information for each channel according to the channelization of the wireless access technology used by the base station
Figure 112013032928653-pat00012
.

담당 지역 정보 저장 장치(320)는 스펙트럼 브로커가 담당하는 지역 내의 모든 정보를 저장한다. 여기서 지역 내의 정보는 사업자 별 기지국의 사용 무선 접속 기술, 채널 대역폭, 기지국의 위치, 기지국의 개수, 기지국의 송신 전력, 기지국의 통신 커버리지를 포함한다. The local area information storage device 320 stores all the information in the area covered by the spectrum broker. The information in the area includes the radio access technology used by the base station, the channel bandwidth, the location of the base station, the number of base stations, the transmission power of the base station, and the communication coverage of the base station.

최적화 모듈(330)은 이진 정수 계획법을 이용해서 특정 사업자에게 공유 대역의 특정 채널을 할당할 것인지 혹은 할당하지 않을 것인지를 결정한다. 이진 정수 계획법은 주어진 제약 조건 하에 목적 함수를 최대 혹은 최소로 하는 최적화 기법 중 하나로, 결정 변수의 집합이 {0,1}로 이루어진 최적화 기법이다. 잘 알려진 최적화 기법으로는 결정 변수의 집합이 실수인 선형 계획법과 결정 변수의 집합이 정수인 정수 계획법이 있다. 정수 계획법은 선형 계획법의 부분 집합이고, 이진 정수 계획법은 정수 계획법의 부분 집합으로 결정 변수가 0과 1로만 이루어진 최적화 기법이다. The optimization module 330 determines whether to allocate or not allocate a specific channel of a shared band to a specific business entity using a binary integer programming method. Binary integer programming is one of the optimization techniques that maximizes or minimizes the objective function under given constraints. It is an optimization technique in which the set of decision variables consists of {0, 1}. Well-known optimization techniques include linear programming, where the set of decision variables is a real number, and integer programming, where the set of decision variables is an integer. Integer programming is a subset of linear programming, and binary integer programming is a subset of integer programming and is an optimization technique with decision variables only 0 and 1.

최적화 모듈(330)에서는 이러한 이진 정수 계획법을 최적의 동적 스펙트럼 할당 문제에 적용해서 채널을 할당 받은 기지국들 간의 간섭 제약 조건 하에 스펙트럼 브로커가 이루고자 하는 목적을 최대로 하는 아래의 수학식 2의 결정 변수 결과 값을 얻는다. The optimization module 330 applies the binary integer programming method to the optimal dynamic spectrum allocation problem to determine a decision variable of Equation 2 below to maximize the purpose of the spectrum broker under the interference constraint between the base stations to which the channel is allocated. Get the value.

Figure 112013032928653-pat00013
Figure 112013032928653-pat00013

본 발명의 실시예에 따른 최적의 동적 스펙트럼 할당 방법에서 제약 조건은 채널을 할당 받은 기지국 간에 발생하는 간섭량이고, 간섭 그래프를 이용하여 이진 정수 계획법에 맞는 형태로 수식화 하였다. 간섭 그래프는 담당 지역 내의 간섭 현상을 간략화하여 보기 쉬운 형태로 표현한 것으로 하나의 기지국과 하나의 기지국 간의 간섭량을 있다 혹은 없다의 두 단계의 간섭 레벨로 표현한다. 간섭 그래프 이론에 따라서, 각각의 기지국은 vertex로 표현되고, 간섭 관계에 있는 기지국 간에는 edge로 연결된다. In the optimal dynamic spectrum allocation method according to the embodiment of the present invention, the constraint condition is an amount of interference generated between base stations to which a channel is allocated, and is formulated into a form suitable for binary integer programming using an interference graph. The interference graph is expressed in an easy-to-view form by simplifying the interference phenomenon in the local area, and the interference level between one base station and one base station is expressed by two levels of interference levels, that is, no or no. According to the interference graph theory, each base station is represented by a vertex, and between base stations in an interference relationship is connected to an edge.

본 발명의 실시예에서 두 기지국의 간섭 관계의 기준은 두 기지국의 통신 커버리지의 겹침 여부이다. 즉, 통신 커버리지가 겹치는 기지국 간에는 간섭이 있고 통신 커버리지가 겹치지 않는 기지국 간에는 간섭이 없는, 두 레벨의 간섭량으로 모든 기지국들 간의 간섭량을 간략화하여 표현한다. 상기와 같은 간섭 그래프를 이용해서 이진 정수 계획법에 맞는 간섭 제약 조건은 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.In the embodiment of the present invention, the criterion of the interference relation of the two base stations is whether or not the communication coverage of the two base stations overlap. That is, the amount of interference between all the base stations is simplified by two levels of interference without interferences between the base stations where the communication coverage overlaps and the base stations where the communication coverage does not overlap. Using the interference graph as described above, the interference constraint satisfying the binary integer programming can be expressed by Equation (3).

Figure 112013032928653-pat00014
Figure 112013032928653-pat00014

Figure 112013032928653-pat00015
Figure 112013032928653-pat00016
Figure 112013032928653-pat00015
Figure 112013032928653-pat00016

Figure 112013032928653-pat00017
: 기지국
Figure 112013032928653-pat00018
의 간섭 제한 값
Figure 112013032928653-pat00017
: Base station
Figure 112013032928653-pat00018
Interference limit value

본 발명의 실시예에서, 간섭은 겹치는 채널을 할당 받은 기지국 간에 발생하기 때문에

Figure 112013032928653-pat00019
와
Figure 112013032928653-pat00020
을 이용해서 표현을 하고, 간섭 그래프에서 edge로 연결된 기지국들은 겹치는 채널을 할당 받을 수 없기 때문에
Figure 112013032928653-pat00021
은 0이다.
Figure 112013032928653-pat00022
와
Figure 112013032928653-pat00023
은 담당 지역 정보 저장 장치(320)의 정보를 이용하여 최적화 모듈(330)에서 결정된다. In an embodiment of the present invention, interference occurs between base stations that are assigned overlapping channels
Figure 112013032928653-pat00019
Wow
Figure 112013032928653-pat00020
And the BSs connected to the edge in the interference graph can not be assigned overlapping channels
Figure 112013032928653-pat00021
Is zero.
Figure 112013032928653-pat00022
Wow
Figure 112013032928653-pat00023
Is determined in the optimization module 330 using the information of the local area information storage 320.

본 발명의 실시예에서 스펙트럼 브로커가 최대로 하고자 하는 목적 함수는 스펙트럼 경매를 통한 스펙트럼 브로커의 수익과 담당 지역 내의 스펙트럼 이용률이다. 먼저, 스펙트럼 경매를 통한 스펙트럼 브로커의 수익은 채널을 할당 받은 기지국들로부터 받게 되는 입찰 금액의 총 합으로 정의된다. 다음으로, 담당 지역 내의 스펙트럼 이용률은 할당된 채널의 대역폭의 총 합과 공유 대역의 대역폭의 비율로 정의되고 스펙트럼 이용률이 1보다 크면 담당 지역 내에서 기지국들에 의해 공유 대역이 재사용 된다는 것을 의미한다. In the embodiment of the present invention, the objective function that the spectrum broker wants to maximize is the profit of the spectrum broker through the spectrum auction and the spectrum utilization in the responsible area. First, the revenue of a spectrum broker through a spectrum auction is defined as the total sum of bids received from the base stations to which the channel is allocated. Next, the spectrum utilization in the responsible area is defined as the ratio of the total sum of the bandwidths of the allocated channels and the bandwidth of the shared band, and if the spectrum utilization is greater than 1, it means that the shared band is reused by the base stations in the coverage area.

상기의 정의된 스펙트럼 브로커의 스펙트럼 경매 수익 및 수학식 2에서의 간섭 그래프 기반의 제약 조건을 이용해서, 본 발명의 실시예에서 목적 함수가 스펙트럼 브로커의 경매 수익인 경우의 최적화 문제는 수학식 4와 같이 표현될 수 있다. Using the spectral auction profit of the defined spectrum broker and the interference graph based constraint in equation (2), the optimization problem when the objective function is the auction profit of the spectrum broker in the embodiment of the present invention, Can be expressed as.

Figure 112013032928653-pat00024
Figure 112013032928653-pat00024

subject to

Figure 112013032928653-pat00025
subject to
Figure 112013032928653-pat00025

또한, 상기의 정의된 스펙트럼 이용률 및 수학식 2에서의 간섭 그래프 기반의 제약 조건을 이용해서, 본 발명의 실시예에 따르면 목적 함수가 스펙트럼 이용률인 경우의 최적화 문제는 수학식 5와 같이 표현된다. In addition, using the defined spectrum utilization and constraint conditions based on the interference graph in Equation (2), according to the embodiment of the present invention, the optimization problem in the case where the objective function is the spectrum utilization is expressed as Equation (5).

Figure 112013032928653-pat00026
Figure 112013032928653-pat00026

subject to

Figure 112013032928653-pat00027
subject to
Figure 112013032928653-pat00027

Figure 112013032928653-pat00028
: 공유 대역의 총 대역폭
Figure 112013032928653-pat00028
: Total bandwidth of shared bandwidth

수학식 4의 스펙트럼 경매 수익은 공유 대역의 면허권자인 스펙트럼 브로커 입장에서의 목적 함수 이고, 수학식 5에서의 스펙트럼 이용률은 정부의 스펙트럼 관리기관 입장에서의 목적 함수이다. The spectrum auction profit of Equation (4) is an objective function in terms of the spectrum broker, which is the license holder of the shared band, and the spectrum use ratio in Equation (5) is an objective function in terms of the government spectrum management agency.

본 발명에서는 이와 같이 상이한 특성을 갖는 두 개의 목적 함수를 동시에 고려할 수 있는 다중 목적 최적화 함수를 제공한다. 이는 각각의 목적 함수의 선형 특성을 유지하면서 각각의 목적 함수에 대한 가중치를 이용해서 하나의 선형 특성을 갖는 목적 함수로 나타낼 수 있는 weighted sum method를 이용하였고, 수학식 6과 같이 표현된다.The present invention provides a multi-objective optimization function capable of simultaneously considering two objective functions having different characteristics. This is expressed as Equation (6) using the weighted sum method which can be expressed as an objective function having one linear characteristic by using the weight for each objective function while maintaining the linear characteristic of each objective function.

Figure 112013032928653-pat00029
Figure 112013032928653-pat00029

Figure 112013032928653-pat00030
: 스펙트럼 경매 수익 최대화의 목적 함수 (=
Figure 112013032928653-pat00031
)
Figure 112013032928653-pat00030
: The objective function of spectrum auction profit maximization (=
Figure 112013032928653-pat00031
)

Figure 112013032928653-pat00032
: 스펙트럼 이용률 최대화의 목적 함수 (=
Figure 112013032928653-pat00033
)
Figure 112013032928653-pat00032
: The objective function of maximizing spectrum utilization (=
Figure 112013032928653-pat00033
)

Figure 112013032928653-pat00034
: 스펙트럼 경매 수익 최대화의 목적 함수
Figure 112013032928653-pat00035
의 최적의 결과 값
Figure 112013032928653-pat00034
: Objective function of maximizing spectral auction profit
Figure 112013032928653-pat00035
Optimal result of

Figure 112013032928653-pat00036
: 스펙트럼 이용률 최대화의 목적 함수
Figure 112013032928653-pat00037
의 최적의 결과 값
Figure 112013032928653-pat00036
: Objective function of maximizing spectrum utilization
Figure 112013032928653-pat00037
Optimal result of

Figure 112013032928653-pat00038
: 두 목적 함수 사이의 가중치 (
Figure 112013032928653-pat00039
)
Figure 112013032928653-pat00038
: Weight between two objective functions (
Figure 112013032928653-pat00039
)

여기서,

Figure 112013032928653-pat00040
와
Figure 112013032928653-pat00041
는 각각의 목적 함수를 정규화하기 위해 사용되고, 따라서 다중 목적 최적화 함수
Figure 112013032928653-pat00042
는 0에서 1 사이의 값을 갖는다. 결국, 수학식 2에서의 제약 조건 및 수학식 5에서의 다중 최적화 목적 함수를 이용해서 최적화 문제를 수식화하면 수학식 7과 같이 표현된다.here,
Figure 112013032928653-pat00040
Wow
Figure 112013032928653-pat00041
Is used to normalize each objective function, and thus the multiple objective optimization function < RTI ID = 0.0 >
Figure 112013032928653-pat00042
Has a value between 0 and 1. Finally, the optimization problem can be expressed as Equation (7) by using the constraint condition in Equation (2) and the multiple optimization objective function in Equation (5).

Figure 112013032928653-pat00043
Figure 112013032928653-pat00043

subject to

Figure 112013032928653-pat00044
subject to
Figure 112013032928653-pat00044

본 발명의 실시예에 따른 동적 스펙트럼 할당은 스펙트럼 브로커가 선택한 목적 함수에 따라 수학식 4, 수학식 5, 혹은 수학식 7을 이용하여 최적의 결정 변수

Figure 112013032928653-pat00045
를 구해서 모든 기지국의 채널 별 할당 여부를 결정한다. The dynamic spectrum allocation according to an exemplary embodiment of the present invention may be performed by using an optimal decision variable < RTI ID = 0.0 >
Figure 112013032928653-pat00045
And determines whether all the base stations are allocated for each channel.

출력 신호 처리기(340)는 최적화 모듈(330)로부터 수신 받은 최적의 결과 값을 토대로 각각의 기지국의 채널 별 할당 여부를 기지국들에게 송신한다. The output signal processor 340 transmits to the base stations whether or not each of the base stations is allocated for each channel based on the optimum result value received from the optimization module 330.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 동적 스펙트럼 할당 방법에 관한 흐름도이다. 4 is a flowchart of a dynamic spectrum allocation method according to an embodiment of the present invention.

동적 스펙트럼 할당 방법은 위에서 설명한 동적 스펙트럼 할당 장치에 의해 수행될 수 있고, 따라서 도 1 내지 도 3에서 이미 설명한 것이 동일하게 적용될 수 있는바, 이와 중복된 내용에 대한 설명은 생략한다.The dynamic spectrum allocation method can be performed by the dynamic spectrum allocation apparatus described above, and therefore, the same method as described above with reference to FIGS. 1 to 3 can be similarly applied.

단계(410)에서 동적 스펙트럼 할당 장치는 스펙트럼 경매를 통해서 자신이 담당하는 지역 내에 있는 무선 사업자들의 기지국들로부터 스펙트럼 요청 정보를 수신한다. 동적 스펙트럼 할당 장치는 사업자들의 기지국들에게 공유 대역을 동적으로 할당하는 스펙트럼 브로커 내에 존재한다.At step 410, the dynamic spectrum allocation device receives spectral request information from base stations of wireless carriers within the area covered by the spectrum auction through the spectrum auction. A dynamic spectrum allocation device exists in a spectrum broker that dynamically allocates shared bands to base stations of operators.

단계(420)에서는 스펙트럼 브로커가 담당하는 지역 내의 무선 사업자들의 정보를 저장하고 있는 담당 지역 정보 저장 장치를 참조하여, 스펙트럼 요청 정보를 송신한 기지국들에게 공유 대역의 특정 채널을 할당할 것인지 여부를 결정한다.In step 420, it is determined whether to allocate a specific channel of the shared band to the base stations that have transmitted the spectrum request information, referring to the local area information storage device storing the information of the wireless carriers in the area covered by the spectrum broker do.

단계(430)에서는 최적화 모듈의 동적 스펙트럼 할당 결과 값에 기초하여 기지국들 각각의 채널 별 할당 여부를 상기 기지국들에게 송신한다.In step 430, based on the dynamic spectrum allocation result of the optimization module, the base station transmits to the base stations whether or not each of the base stations is allocated to each channel.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA) A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

310: 입력 신호 처리기
320: 담당 지역 정보 저장 장치
330: 최적화 모듈
340: 출력 신호 처리기310: input signal processor
320: Local information store
330: Optimization module
340: output signal processor

Claims (12)

동적 스펙트럼 할당 장치에 있어서,
상기 동적 스펙트럼 할당 장치는, 스펙트럼 경매를 통해서 자신이 담당하는 지역 내에 있는 무선 사업자들의 기지국들에게 공유 대역을 동적으로 할당하는 스펙트럼 브로커 내에 존재하고,
상기 무선 사업자들의 기지국들로부터 스펙트럼 요청 정보를 수신하는 입력 신호 처리기;
상기 스펙트럼 브로커가 담당하는 지역 내의 상기 무선 사업자들의 정보를 저장하고 있는 담당 지역 정보 저장 장치;
상기 담당 지역 정보 저장 장치를 참조하여, 상기 스펙트럼 요청 정보를 송신한 기지국들에게 공유 대역의 특정 채널을 할당할 것인지 여부를 결정하는 최적화 모듈; 및
상기 최적화 모듈의 동적 스펙트럼 할당 결과 값에 기초하여 상기 기지국들 각각의 채널 별 할당 여부를 상기 기지국들에게 송신하는 출력 신호 처리기
를 포함하고,
상기 최적화 모듈은,
이진 정수 계획법을 이용하여 채널을 할당 받은 기지국들 간의 간섭 제약 조건 하에 상기 스펙트럼 브로커가 이루고자 하는 목적을 최대로 하는 하기의 수학식 에 따른 결정 변수 결과 값을 얻는,
동적 스펙트럼 할당 장치.
수학식:
Figure 112015018749234-pat00059
A dynamic spectrum allocation apparatus comprising:
Wherein the dynamic spectrum allocation device is in a spectrum broker that dynamically allocates a shared band to base stations of wireless carriers in an area covered by itself through a spectrum auction,
An input signal processor for receiving spectrum request information from base stations of the wireless carriers;
A local area information storage device for storing information of the wireless operators in an area served by the spectrum broker;
An optimization module for referring to the local area information storage device and determining whether to allocate a specific channel of a shared band to base stations that have transmitted the spectrum request information; And
And an output signal processor for transmitting to each of the base stations whether or not each of the base stations is allocated for each channel based on the dynamic spectrum allocation result of the optimization module,
Lt; / RTI >
The optimization module includes:
Obtaining a decision variable result value according to the following equation that maximizes a purpose of the spectrum broker under an interference constraint condition between base stations to which a channel is allocated using a binary integer programming scheme;
Dynamic spectrum allocation device.
Equation:
Figure 112015018749234-pat00059
 제1항에 있어서,
상기 무선 사업자들은 상기 무선 사업자들의 기지국 별 사용 무선 접속 기술에 따른 공유 대역을 채널화하고, 각각의 채널 별 스펙트럼 요구량에 따른 스펙트럼 경매의 입찰 금액을 결정하여 상기 각각의 채널 별 입찰 금액을 상기 스펙트럼 브로커에게 제시하는,
동적 스펙트럼 할당 장치.The method according to claim 1,
The wireless operators channelize a shared band according to a wireless access technology used by each of the wireless carriers, determine a bid amount of a spectrum auction according to a spectrum requirement amount for each channel, and transmit the bid amount for each channel to the spectrum broker To-
Dynamic spectrum allocation device. 제2항에 있어서,
총 기지국의 개수는
Figure 112013032928653-pat00046
이고, 각각의 기지국
Figure 112013032928653-pat00047
은 무선 접속 기술에 따라 대역폭
Figure 112013032928653-pat00048
을 갖는 채널로 공유 대역을 채널화하며 상기 기지국
Figure 112013032928653-pat00049
의 채널 개수는
Figure 112013032928653-pat00050
로 나타내고 상기 공유 대역의 총 대역폭이
Figure 112013032928653-pat00051
일 경우, 상기 스펙트럼 경매의 입찰 금액은 하기의 수학식으로 표현되는,
동적 스펙트럼 할당 장치.
수학식:
Figure 112013032928653-pat00052
3. The method of claim 2,
The total number of base stations is
Figure 112013032928653-pat00046
Respectively,
Figure 112013032928653-pat00047
Lt; RTI ID = 0.0 >
Figure 112013032928653-pat00048
Channelizes the shared band with the channel having the base station
Figure 112013032928653-pat00049
The number of channels in
Figure 112013032928653-pat00050
And the total bandwidth of the shared band is represented by
Figure 112013032928653-pat00051
, The bid amount of the spectrum auction is expressed by the following equation,
Dynamic spectrum allocation device.
Equation:
Figure 112013032928653-pat00052
 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 입력 신호 처리기는,
상기 무선 사업자의 상기 기지국 별 사용 무선 접속 기술의 채널화에 따른 각각의 채널 별 입찰 금액 정보를 수신하는,
동적 스펙트럼 할당 장치.The method according to claim 2 or 3,
Wherein the input signal processor comprises:
Receiving bid amount information for each channel according to the channelization of the wireless access technology used by the base station of the wireless service provider,
Dynamic spectrum allocation device. 제1항에 있어서,
상기 담당 지역 정보 저장 장치에서 지역 내의 정보는 사업자 별 기지국의 사용 무선 접속 기술, 채널 대역폭, 기지국의 위치, 기지국의 개수, 기지국의 송신 전력, 및 기지국의 통신 커버리지
를 포함하는 동적 스펙트럼 할당 장치.The method according to claim 1,
In the local area information storage device, the information in the area may include at least one of a wireless access technology, a channel bandwidth, a location of a base station, a number of base stations, a transmission power of a base station,
And the dynamic spectrum allocation apparatus. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 간섭 제약 조건은 채널을 할당 받은 기지국 간에 발생하는 간섭량을 포함하고, 두 기지국의 간섭 관계의 기준은 두 기지국의 통신 커버리지가 겹치는지 여부에 따라 결정되는,
동적 스펙트럼 할당 장치.The method according to claim 1,
Wherein the interference constraint includes an amount of interference generated between the base stations to which the channel is allocated and the criterion of the interference relationship between the two base stations is determined according to whether or not communication coverage of the two base stations overlap,
Dynamic spectrum allocation device. 제1항에 있어서,
상기 스펙트럼 브로커가 최대로 하고자 하는 목적 함수는 스펙트럼 경매를 통해 스펙트럼 브로커의 수익을 최대화하기 위한 목적 함수 및 담당 지역 내의 스펙트럼 이용률을 최대화하기 위한 목적 함수를 포함하고,
상기 스펙트럼 브로커의 수익은 채널을 할당 받은 기지국들로부터 받게 되는 입찰 금액의 총 합이고, 상기 담당 지역 내의 스펙트럼 이용률은 할당된 채널의 대역폭의 총 합과 공유 대역의 대역폭의 비율인,
동적 스펙트럼 할당 장치.The method according to claim 1,
The objective function that the spectrum broker wants to maximize includes an objective function for maximizing the profit of the spectrum broker through the spectrum auction and an objective function for maximizing the spectrum utilization in the coverage area,
Wherein the spectrum broker's revenue is the total sum of bids received from the base stations to which the channel is allocated and the spectrum utilization rate in the coverage area is a ratio of the total sum of the bandwidths of the allocated channels to the bandwidth of the shared band,
Dynamic spectrum allocation device. 제8항에 있어서,
상기 최적화 모듈은,
스펙트럼 경매를 통한 상기 스펙트럼 브로커의 수익을 최대화하기 위한 목적 함수 및 상기 담당 지역 내의 스펙트럼 이용률을 최대화하기 위한 목적 함수를 동시에 고려하는 다중 목적 최적화 함수를 이용하여 모든 기지국의 채널 별 할당 여부를 결정하는 최적의 결정 변수
Figure 112013032928653-pat00054
를 구하는,
동적 스펙트럼 할당 장치.9. The method of claim 8,
The optimization module includes:
Optimal allocation function for determining whether or not all the base stations are allocated for each channel by using a multi-objective optimization function that simultaneously considers an objective function for maximizing the profit of the spectrum broker through the spectrum auction and an objective function for maximizing the spectrum utilization in the coverage area Decision variable of
Figure 112013032928653-pat00054
≪ / RTI >
Dynamic spectrum allocation device. 동적 스펙트럼 할당 장치에서 수행되는 동적 스펙트럼 할당 방법에 있어서,
상기 동적 스펙트럼 할당 장치는, 스펙트럼 경매를 통해서 자신이 담당하는 지역 내에 있는 무선 사업자들의 기지국들에게 공유 대역을 동적으로 할당하는 스펙트럼 브로커 내에 존재하고,
상기 무선 사업자들의 기지국들로부터 스펙트럼 요청 정보를 수신하는 단계;
상기 스펙트럼 브로커가 담당하는 지역 내의 상기 무선 사업자들의 정보를 저장하고 있는 담당 지역 정보 저장 장치를 참조하여, 상기 스펙트럼 요청 정보를 송신한 기지국들에게 공유 대역의 특정 채널을 할당할 것인지 여부를 결정하는 단계; 및
상기 최적화 모듈의 동적 스펙트럼 할당 결과 값에 기초하여 상기 기지국들 각각의 채널 별 할당 여부를 상기 기지국들에게 송신하는 단계
를 포함하고,
상기 스펙트럼 요청 정보를 송신한 기지국들에게 공유 대역의 특정 채널을 할당할 것인지 여부를 결정하는 단계는,
이진 정수 계획법을 이용하여 채널을 할당 받은 기지국들 간의 간섭 제약 조건 하에 상기 스펙트럼 브로커가 이루고자 하는 목적을 최대로 하는 하기의 수학식 에 따른 결정 변수 결과 값을 얻는,
동적 스펙트럼 할당 장치.
수학식:
Figure 112015018749234-pat00060
A dynamic spectrum allocation method performed in a dynamic spectrum allocation apparatus,
Wherein the dynamic spectrum allocation device is in a spectrum broker that dynamically allocates a shared band to base stations of wireless carriers in an area covered by itself through a spectrum auction,
Receiving spectrum request information from base stations of the wireless carriers;
Determining whether to allocate a specific channel of a shared band to base stations that have transmitted the spectrum request information with reference to a local area information storage device storing information of the wireless carriers in an area served by the spectrum broker ; And
Transmitting to the base stations whether each of the base stations is allocated for each channel based on the dynamic spectrum allocation result of the optimization module;
Lt; / RTI >
Wherein the step of determining whether to allocate a specific channel of a shared band to the base stations that have transmitted the spectrum request information comprises:
Obtaining a decision variable result value according to the following equation that maximizes a purpose of the spectrum broker under an interference constraint condition between base stations to which a channel is allocated using a binary integer programming scheme;
Dynamic spectrum allocation device.
Equation:
Figure 112015018749234-pat00060
 제10항에 있어서,
상기 무선 사업자들은 상기 무선 사업자들의 기지국 별 사용 무선 접속 기술에 따른 공유 대역의 채널화하고, 각각의 채널 별 스펙트럼 요구량에 따른 스펙트럼 경매의 입찰 금액을 결정하여 상기 각각의 채널 별 입찰 금액을 상기 스펙트럼 브로커에게 제시하며,
상기 무선 사업자들의 기지국들로부터 스펙트럼 요청 정보를 수신하는 단계는,
상기 무선 사업자의 상기 기지국 별 사용 무선 접속 기술의 채널화에 따른 각각의 채널 별 입찰 금액 정보를 수신하는,
동적 스펙트럼 할당 방법.11. The method of claim 10,
The wireless operators channelize a shared band according to the wireless access technology used by each wireless station of the wireless operators, determine a bid amount of a spectral auction according to a spectrum requirement amount for each channel, and transmit the bid amount for each channel to the spectrum broker , ≪ / RTI &
The step of receiving spectrum request information from the base stations of the wireless carriers comprises:
Receiving bid amount information for each channel according to the channelization of the wireless access technology used by the base station of the wireless service provider,
Dynamic spectrum allocation method. 제10항에 있어서,
상기 스펙트럼 요청 정보를 송신한 기지국들에게 공유 대역의 특정 채널을 할당할 것인지 여부를 결정하는 단계는,
이진 정수 계획법을 이용하여 채널을 할당 받은 기지국들 간의 간섭 제약 조건 하에 상기 스펙트럼 브로커가 이루고자 하는 목적을 최대로 하는 결정 변수 결과 값을 얻는 단계
를 포함하는 동적 스펙트럼 할당 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the step of determining whether to allocate a specific channel of a shared band to the base stations that have transmitted the spectrum request information comprises:
Obtaining a decision variable result value maximizing a purpose of the spectrum broker under an interference constraint condition between base stations to which a channel is allocated by using a binary integer programming scheme;
≪ / RTI >
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