KR20210028460A - 가변적 통신 선택 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20210028460A
KR20210028460A KR1020190109593A KR20190109593A KR20210028460A KR 20210028460 A KR20210028460 A KR 20210028460A KR 1020190109593 A KR1020190109593 A KR 1020190109593A KR 20190109593 A KR20190109593 A KR 20190109593A KR 20210028460 A KR20210028460 A KR 20210028460A
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국방과학연구소
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Abstract

일 실시예에 따른 가변적 통신 선택 방법에 있어서, 적어도 하나의 통신 링크를 갖는 통신 장치를 포함하는 통신 시스템의 데이터에 기초하여 그래프를 생성하는 단계; 상기 그래프의 꼭짓점에 대한 데이터에 기초하여 중심성을 계산하는 단계; 상기 중심성이 기 설정된 상위 범위 또는 기 설정된 하위 범위에 포함되는지 판단하는 단계; 상기 중심성이 상기 상위 범위 또는 상기 하위 범위에 포함될 경우 상기 통신 장치의 통신 방법을 전이중 방식으로 지정하는 단계를 포함한다.

Description

가변적 통신 선택 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR FLEXIBLE COMMUNICATION SELECTIVE}
본 발명은 가변적 통신 선택 장치 및 가변적 통신 선택 방법에 관한 것이다.
군 관련 상황에서는 여러 군 통신 장비들이 도입되며, 이때 각 장비별로 주파수를 빠르게 할당해야 한다. 하지만, 각 장비별로 사용되는 주파수 대역은 민간에서 쓰는 영역을 피해 사용되기 때문에 매우 한정된 범위에서 정해지고 단가 가 매우 높다.
따라서, 주파수 자원을 효율적으로 할당하면서 임의의 어느 두 장비도 간섭에 의한 통신 장애가 생기지 않도록 하는 방안을 필요로 하게 되었으며, 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로서 최근 전이중(Full-Duplex) 통신이 제안되고 있다.
이러한 전이중 통신은 송수신단이 서로 같은 주파수 대역을 사용하므로 한정된 범위 내에서 사용해야 하는 군 관련 주파수 대역을 절약할 수 있다. 또한, 전이중 통신은 송수신단이 동시에 정보를 전송하는데, 이를 통하여 전자전과 같은 급박한 군 관련 상황에서 전이중 통신을 사용하지 않는 경우에 비하여 시간적으로 적에 대한 기술적 우위를 점할 수 있다.
하지만, 전이중 장비는 높은 복잡도와 높은 가격으로 인해 모든 군 장비들을 전이중으로 바꾸기엔 한계가 있어 부분적으로 교체하는 방안이 고려되고 있으며, 이에 대하여 어떤 통신 장비에 전이중 통신을 지정하는 것이 효율적인지 확인하는 방안을 필요로 하고 있는 실정이다.
한국등록특허공보, 10-1802078호 (2017.11.21. 등록)
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 가변적 통신 선택 장치 및 가변적 통신 선택 방법을 제안하는 것이다.
또한, 이러한 장치 및 방법을 통해 통신 장치에서 전체 사용 주파수 대역 감소 및 전체 전송 응량 증가에 대한 성능이 최적화 되도록 통신 방법을 전이중 방식으로 지정하는 것 등이 본 발명의 해결하고자 하는 과제에 포함될 수 있다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예에 따른 가변적 통신 선택 방법에 있어서, 적어도 하나의 통신 링크를 갖는 통신 장치를 포함하는 통신 시스템의 데이터에 기초하여 그래프를 생성하는 단계; 상기 그래프의 꼭짓점에 대한 데이터에 기초하여 중심성을 계산하는 단계; 상기 중심성이 기 설정된 상위 범위 또는 기 설정된 하위 범위에 포함되는지 판단하는 단계; 상기 중심성이 상기 상위 범위 또는 상기 하위 범위에 포함될 경우 상기 통신 장치의 통신 방법을 전이중 방식으로 지정하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 그래프 생성의 기초가 되는 상기 통신 시스템의 데이터는, 상기 통신 장치의 개수 및 상기 통신 링크에서 발생되는 자기 간섭량을 포함할 수 있다.
또한, 상기 자기 간섭량(
Figure pat00001
)은 수학식
Figure pat00002
로 계산되고, 상기
Figure pat00003
는 송신 전력이고, 상기
Figure pat00004
는 송신 및 수신장치의 안테나 이득이고,
Figure pat00005
은 경로 손실이고,
Figure pat00006
은 전송선로 손실이고,
Figure pat00007
는 상기 통신 장치의 수신한계레벨을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 중심성은, 상기 입력 연결중심성 조건 및 권위 중심성 조건에 기초하여 계산되고, 상기 입력 연결중심성 조건은 수학식
Figure pat00008
에 의해 계산되고, 상기
Figure pat00009
는 자기 간섭 행렬이고, 상기 i, j는 상기 통신 장치의 번호를 나타낼 수 있다.
또한, 상기 권위 중심성 조건은 수학식
Figure pat00010
에 대하여 가장 큰 고유값에 대응하는 고유벡터의 i번째 성분으로 계산될 수 있다.
또한, 상기 중심성이 상기 상위 범위에 포함되어 상기 통신 장치의 통신 방법을 전이중으로 적용할 경우, 상기 그래프에 COG(COloring based Greedy) 알고리즘에 기초하여 상기 그래프의 꼭짓점에 색을 칠하는 단계; 상기 같은 색의 꼭짓점에 기초하여 제 2 그래프를 생성하는 단계; 및 상기 제 2 그래프의 연결도에 기초하여 상기 연결도가 큰 상기 통신 장치부터 주파수를 배정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 가변적 통신 선택 장치에 있어서, 적어도 하나의 통신 링크를 갖는 통신 장치를 포함하는 통신 시스템의 데이터에 기초하여 그래프를 생성하는 그래프 생성부; 상기 그래프의 꼭짓점에 대한 데이터에 기초하여 중심성을 계산하는 중심성 계산부; 상기 중심성이 기 설정된 상위 범위 또는 기 설정된 하위 범위에 포함되는지 판단하고, 상기 중심성이 상기 상위 범위 또는 상기 하위 범위에 포함될 경우 상기 통신 장치의 통신 방법을 전이중 방식으로 지정하는 통신 선택부를 포함한다.
또한, 상기 그래프 생성의 기초가 되는 통신 시스템의 데이터는, 상기 통신 장치의 개수 및 상기 통신 링크에 발생되는 자기 간섭량을 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 자기 간섭량(
Figure pat00011
)은 수학식
Figure pat00012
로 계산되고, 상기
Figure pat00013
는 송신 전력이고, 상기
Figure pat00014
는 송신 및 수신장치의 안테나 이득이고,
Figure pat00015
은 경로 손실이고,
Figure pat00016
은 전송선로 손실이고,
Figure pat00017
는 상기 통신 장치의 수신한계레벨을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 중심성 계산부는 입력 연결중심성 조건 및 권위 중심성 조건에 기초하여 계산되고, 상기 입력 연결중심성 조건은 수학식
Figure pat00018
에 의해 계산되고, 상기
Figure pat00019
는 자기 간섭 행렬 이고, 상기 i, j는 상기 통신 장치의 번호를 나타낼 수 있다.
또한, 상기 권위 중심성 조건은 수학식
Figure pat00020
에 대하여 가장 큰 고유값에 대응하는 고유벡터의 i번째 성분으로 계산될 수 있다.
또한, 상기 통신 장치는 복수개로 구성될 수 있다.
또한, 상기 통신 선택부에서 상기 중심성이 상기 상위 범위에 포함되어 상기 통신 장치의 통신 방법을 전이중으로 적용할 경우, 상기 그래프에 COG(COloring based Greedy) 알고리즘에 기초하여 상기 그래프의 꼭짓점에 색을 칠하고, 상기 같은 색의 꼭짓점에 기초하여 제 2 그래프를 생성하는 제 2 그래프 생성부; 및 상기 제 2 그래프 생성부에서 생성된 상기 제 2 그래프의 연결도에 기초하여 상기 연결도가 큰 상기 통신 장치부터 주파수를 배정하는 주파수 배정부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 있어서, 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면, 적어도 하나의 통신 링크를 갖는 통신 장치를 포함하는 통신 시스템의 데이터에 기초하여 그래프를 생성하는 단계와 상기 그래프의 꼭짓점에 대한 데이터에 기초하여 중심성을 계산하는 단계와 상기 중심성이 기 설정된 상위 범위 또는 기 설정된 하위 범위에 포함되는지 판단하는 단계와 상기 중심성이 상기 상위 범위 또는 상기 하위 범위에 포함될 경우 상기 통신 장치의 통신 방법을 전이중 방식으로 선택하는 단계를 포함하는 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함한다.
일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램에 있어서, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면, 적어도 하나의 통신 링크를 갖는 통신 장치를 포함하는 통신 시스템의 데이터에 기초하여 그래프를 생성하는 단계와 상기 그래프의 꼭짓점에 대한 데이터에 기초하여 중심성을 계산하는 단계와 상기 중심성이 기 설정된 상위 범위 또는 기 설정된 하위 범위에 포함되는지 판단하는 단계와 상기 중심성이 상기 상위 범위 또는 상기 하위 범위에 포함될 경우 상기 통신 장치의 통신 방법을 전이중 방식으로 선택하는 단계를 포함하는 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함한다.
일 실시예에 따르면 가변적 통신 선택 장치는 통신 장치를 포함하는 통신 시스템의 데이터에 기초하여 그래프를 생성하고, 그래프의 데이터에 기초하여 중심성을 계산한 후, 중심성이 기 설정된 상위 범위 또는 하위 범위에 포함될 경우 통신 장치의 통신 방법을 전이중 방식으로 지정할 수 있다.
또한, 중심성이 상위 범위에 포함되어 통신 장치의 통신 방법을 전이중으로 지정할 경우 사용 주파수 대역이 감소할 수 있고, 중심성이 하위 범위에 포함되어 통신 장치의 통신 방법을 전이중으로 지정할 경우, 통신 방법을 전이중으로 지정하지 않을 경우보다 전체 전송 용량이 증가할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 가변적 통신 선택 장치에 관한 구성도이다.
도 2는 또다른 일 실시예에 따른 가변적 통신 선택 장치의 구성도이다.
도 3 일 실시예에 따른 가변적 통신 선택 방법의 절차에 대한 예시적인 순서도이다.
도 4는 또 다른 일 실시예에 따른 가변적 통신 선택 방법의 절차에 대한 예시적인 순서도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 가변적 통신 선택 장치를 사용하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 임의의 지형 및 통신링크를 설정한 변수값을 나타낸 표이다.
도 7은 일 실시예에 따른 통신링크 토폴로지이다.
도 8은 일 실시예에 따른 복수의 토폴로지의 사용 주파수 대역의 감소 정도를 측정하고 평균을 계산한 그래프이다.
도 9는 일 실시예에 따른 복수의 토폴로지의 전체 전송 용량을 측정하고 평균을 계산한 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 및 도 2는 일 실시예에 따른 가변적 통신 선택 장치에 관한 구성도이다.
이 때, 실시예에 따라 가변적 통신 선택 장치(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 구성 중 적어도 하나를 포함하지 않거나 및/또는 도 1 및 도 2에 도시되지 않은 구성을 추가로 포함할 수 있다. 아울러, 이러한 가변적 통신 선택 장치(100)에 포함된 구성 각각은 소프트웨어 모듈이나 하드웨어 모듈 형태로 구현되거나 또는 소프트웨어 모듈과 하드웨어 모듈이 조합된 형태로 구현될 수 있다.
도 1을 참조하면, 가변적 통신 선택 장치(100)는 그래프 생성부(110), 중심성 계산부(120) 및 통신 선택부(130)를 포함한다.
먼저, 그래프 생성부(110)는 통신 시스템의 데이터에 기초하여 그래프를 생성한다. 여기서 통신 시스템은 적어도 하나의 통신 링크를 갖는 통신 장치를 포함할 수 있고, 통신 장치는 송신 장치 및 수신 장치를 포함할 수 있으며, 통신 장치는 복수개로 구성될 수도 있다. 또한 일 실시예로서, 통신 시스템은 군 관련 통신 장치를 포함할 수도 있다.
그래프 생성부(110)에서 그래프 생성의 기초가 되는 통신 시스템의 데이터는 통신 장치의 개수 및 통신 링크에 발생되는 자기 간섭량을 포함한다. 여기서 자기 간섭량은 통신 링크에 발생되는 자기 간섭에 대한 데이터이다.
일 실시예로서, 그래프 생성부(110)에서 생성되는 그래프의 x축은 통신 장치의 개수, 그래프의 y축은 통신 링크에 발생되는 자기 간섭량에 대한 데이터 값을 넣을 수 있으며, 이는 일 실시예일뿐 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
보다 상세히 자기 간섭량(
Figure pat00021
) 하기 수학식 1으로 계산될 수 있다.
Figure pat00022
여기서
Figure pat00023
는 송신 전력이고,
Figure pat00024
는 송신 장치 및 수신 장치의 안테나 이득(Antenna Gain)이고,
Figure pat00025
은 경로 손실(Path Loss)이고,
Figure pat00026
은 전송선로 손실(Cable Loss)이고,
Figure pat00027
는 통신 장치의 수신한계레벨을 나타낸다.
중심성 계산부(120)는 그래프 생성부(110)에서 생성된 그래프의 꼭짓점에 대한 데이터에 기초하여 중심성을 계산한다. 여기서, 그래프의 꼭짓점에 대한 데이터는 앞서 언급한 통신 장치의 개수 및 통신 링크에서 발생되는 자기 간섭량에 대한 데이터일 수 있다.
중심성 계산부(120)는 입력 연결 중심성 조건 (In-Degree Centrality) 및 권위 중심성 조건(Authority Centrality)에 기초하여 중심성을 계산할 수 있다. 예컨대 입력 연결 중심성 조건 및 권위 중심성 조건은 그래프의 꼭짓점 데이터에 대한 입력 차수(In-Degree)와 각 꼭짓점이 얼마나 다른 꼭짓점에게 지목되어 간섭을 받는지에 대한 척도와 대응될 수 있다.
보다 상세히 입력 연결 중심성 조건은 하기 수학식 2에 의해 계산될 수 있다.
Figure pat00028
여기서,
Figure pat00029
는 자기 간섭 행렬이고, i 및 j는 통신 장치의 번호를 나타낸다.
권위 중심성 조건은 하기 수학식 3의 가장 큰 고유값에 대응하는 고유벡터의 i번째 성분으로 계산될 수 있다.
Figure pat00030
통신 선택부(130)는 계산된 중심성이 기 설정된 상위 범위 또는 기 설정된 하위 범위에 포함되는지 판단하고, 중심성이 상위 범위 또는 하위 범위에 포함될 경우 통신 장치의 통신 방법을 전이중 방식으로 지정한다.
일 실시예로서, 통신 선택부(130)는 중심성의 상위 범위 또는 하위 범위를 판단함에 있어서,
Figure pat00031
를 기준으로 상위 범위 또는 하위 범위로 판단할 수 있으며, 이는 한 실시예일뿐 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
더 나아가, 중심성이 상위 범위에 포함될 경우 통신 장치의 주파수 사용 대역이 감소될 수 있으며, 중심성이 하위 범위에 포함될 경우 통신 장치의 전체 전송 용량이 증가될 수 있다. 이와 관련된 자세한 설명은 도 6 내지 도 9을 통해 상세히 후술하도록 한다.
한편, 가변적 통신 선택 장치(100)는 통신 선택부(130)에서 통신 장치의 통신 방법을 전이중으로 지정한 후, 주파수를 배정하기 위해 도 2와 같이 제 2 그래프 생성부(140) 및 주파수 배정부(150)를 더 포함할 수 있다.
보다 상세히, 주파수를 배정하기 위한 수학식을 설명하도록 한다.
먼저, 제한된 공간에서 N개의 통신 장치들의 집합
Figure pat00032
를 정의하고, 통신 링크간 자기 간섭의 크기는 이전 수학식 1과 같이 계산할 때, 수학식 1로부터 계산된 예측 자기 간섭량이 0보다 클 경우, 주파수를 서로 이격하여 간섭을 감쇠시켜야 하는데, 이러한 감쇠의 정도는 통합 필터 변별도(NFD: Net Filter Discrimination) 함수
Figure pat00033
를 사용하여 구할 수 있으며 주파수가
Figure pat00034
만큼 이격 되었다고 하였을 때 전력의 감쇠 정도
Figure pat00035
(dB)는 하기 수학식 4와 같이 정의된다.
Figure pat00036
아울러, 주파수를 할당하기 위하여 사용 가능한 주파수 집합은
Figure pat00037
로 정의되고, 이때 각 주파수 대역은 동일하게
Figure pat00038
만큼 이격된 중심 주파수를 가질 수 있다.
또한, 주파수 지정 함수
Figure pat00039
를
Figure pat00040
에 대하여
Figure pat00041
를 통신 링크
Figure pat00042
에 배정된 주파수의 번호 (
Figure pat00043
)와 같이 정의할 수 있고, 이는 대역폭
Figure pat00044
에 대하여 통신 링크
Figure pat00045
의 중심 주파수는
Figure pat00046
와 같이 주어짐을 의미한다
이때, 본 발명의 가변적 통신 선택 장치(100)에서 통신 장치의 통신 방법을 전이중으로 지정할 경우 하기 수학식 5를 만족시키는 함수 C에 기초하여 주파수를 배정하게 된다.
Figure pat00047
더 나아가, 통신 장치의 통신 방법을 전이중 방식으로 지정할 경우, 위와 같은 사용 주파수 대역을 최소화 시키기 위해서는 하기 수학식 6을 만족해야 한다.
Figure pat00048
즉, 전이중을 적용할 통신 장치의 번호의 집합
Figure pat00049
와 주파수 배정 함수
Figure pat00050
를 적절히 선택해서
Figure pat00051
를 최소화해야 한다.
따라서, 최적의 주파수를 배정하도록 본 발명의 가변적 통신 선택 장치(100)는 통신 계산부(130)에서 중심성이 상위 범위에 포함될 경우, 통신 장치의 통신 방법을 전이중 방식으로 지정하고, 제 2 그래프 생성부(140)에서 그래프 생성부(110)에서 생성된 그래프에 대하여 COG(COloring based Greedy) 알고리즘에 기초하여 그래프의 꼭짓점에 대하여 색을 칠해 표시한 후, 같은 색의 꼭짓점에 기초하여 제 2 그래프를 생성하고, 주파수 배정부(150)에서 제 2 그래프의 연결도에 기초하여 연결도가 큰 통신 장치부터 주파수를 배정할 수 있다.
보다 상세히, 제 2 그래프 생성부(110)는 COG 알고리즘에서 변형된FD-COG(Full-Duplex COloring based Greedy)알고리즘을 사용할 수 있다. 여기서 FD-COG(Full-Duplex COloring based Greedy)는 색칠 기반 주파수 지정 알고리즘인 COG(COloring based Greedy)알고리즘을 전이중 상황에 맞게 변형한 것이다.
제 2 그래프 생성부(140)에서 FD-COG 알고리즘을 통해 그래프 생성부(110)에서 생성한 그래프의 꼭짓점에 색을 칠하는 방법은 예를 들어 1번 꼭짓점에는 1번 색을 칠하고, k번 꼭짓점에는 k와 연결된 꼭짓점들에 칠해져있지 않은 색깔 중 가장 자주 사용된 색깔을 칠할 수 있다. 한편, 여기서 가장 자주 사용된 색깔의 후보가 여럿일 경우에는 번호가 가장 작은 색을 칠할 수 있으며, 각 색을 칠할 때 마다 전이중 방식의 통신 방법을 사용하는 통신 장치는 서로 같은 색을 칠할 수 있다. 또한, 꼭짓점의 번호는 꼭짓점의 차수가 큰 순서대로 정해질 수 있다.
제 2 그래프 생성부(140)는 그래프의 꼭짓점에 대하여 색을 칠한 후, 같은 색으로 칠해진 꼭짓점들에 대하여 새로운 제 2 그래프를 생성할 수 있다.
주파수 배정부(150)는 제 2 그래프에서 앞서 언급된 수학식 5에 기초하여 연결도가 큰 장비부터 주파수를 배정할 수 있다.
더 나아가, 주파수 배정부(150)는 주파수를 배정할 때 성능을 높이기 위하여 주파수를 배정하는 통신 장치의 순서를 서로 뒤바꾸는 방식의 유전 알고리즘(Genetic Algorithm)을 적용하여 x를 추가적으로 감소시킬 수도 있다.
도 3 및 도 4는 일 실시예에 따른 가변적 통신 선택 방법의 절차에 대한 예시적인 순서도이다. 도 3 및 도 4에 도시된 가변적 통신 선택 방법은 도 1 및 도 2에 도시된 가변적 통신 선택 장치에 의해 수행 가능하다. 아울러, 도 3 및 도 4에 도시된 가변적 통신 선택 방법은 예시적인 것에 불과하다.
도 3을 참조하면, 가변적 통신 선택 장치(100)의 그래프 생성부(110)에서 먼저 통신 시스템의 데이터에 기초하여 그래프를 생성할 수 있다(S10). 아울러, 통신 시스템은 적어도 하나의 통신 링크를 갖는 통신 장치를 포함할 수 있다.
그래프 생성부(110)에서 그래프 생성후, 중심성 계산부(120)에서 그래프의 꼭짓점에 대한 데이터에 기초하여 중심성을 계산할 수 있다(S20). 여기서 그래프 생성의 기초가 되는 통신 시스템의 데이터는 통신 장치의 개수 및 통신 링크에서 발생되는 자기 간섭량을 포함할 수 있다.
중심성 계산부(120)에서 중심성이 계산되면, 통신 선택부(130)는 중심성이 상위 범위 또는 하위 범위에 포함되는지 판단하고(S30), 중심성이 상위 범위 또는 하위 범위에 포함될 경우 통신장치의 통신 방법을 전이중 방식으로 지정할 수 있다(S40).
아울러, 통신 선택부(130)는 중심성이 상위 범위 또는 하위 범위에 포함되지 않는 경우 통신장치의 통신 방법을 전이중 방식으로 지정하지 않고 종료될 수 있다. 한편, 일 실시예로서 통신 장치의 통신 방법을 전이중 방식으로 지정하지 않고 종료될 경우, 통신 방법은 반이중 방식으로 수행될 수도 있으며, 예컨대 통신 방법이 전이중 방식으로 지정되지 않을 경우 기존의 통신 방법으로 통신이 수행될 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 가변적 통신 선택 장치(100)는 통신 선택부(130)에서 중심성이 상위 범위에 포함되어 전이중으로 적용할 경우, 주파수를 배정할 수도 있다.
보다 상세히, 통신 선택부(130)에서 중심성이 상위 범위에 포함되어 통신 장치의 통신 방법을 전이중으로 적용한 후(S40), 제 2 그래프 생성부(110)는 그래프 생성부(110)에서 생성된 그래프에 COG(COloring based Greedy) 알고리즘을 적용하여 그래프의 꼭짓점에 대하여 색을 칠할 수 있다(S50). 보다 상세히 제 2 그래프 생성부(110)는 COG 알고리즘이 변형되어 전이중 방식이 적용된 FD-COG 알고리즘에 기초하여 그래프의 꼭짓점에 색을 칠할 수 있다.
한편, 그래프에 색을 칠한 후, 제 2 그래프 생성부는 같은 색의 꼭짓점에 기초하여 제 2 그래프를 생성할 수 있다(S60).
이때, 주파수 배정부(150)는 제 2 그래프의 연결도에 기초하여 연결도가 큰 통신 장치부터 주파수를 배정할 수 있다(S70). 보다 상세히, 주파수 배정부(150)는 제 2 그래프에서 앞서 언급된 수학식 5에 기초하여 연결도가 큰 통신 장치부터 주파수를 배정할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 가변적 통신 선택 장치를 사용하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 가변적 통신 선택 장치(100)를 사용하여 통신 장치의 통신 방법을 전이중으로 지정하는 일 실시예로서, 그래프 생성부(110)에서 반이중 통신을 사용하고 있는 복수의 통신 장치들을 포함하고 있는 통신 시스템을 그래프로 치환하고(1), 중심성 계산부(120)에서 그래프의 데이터에 기초하여 중심성을 계산한 후(2), 통신 선택부(130)에서 중심성이 기 설정된 상위 범위 또는 하위 범위에 포함될 경우, 통신 장치의 통신 방법을 전이중으로 지정할 수 있다(3).
아울러, 그래프의 데이터에 기초하여 계산된 중심성이 상위 범위 또는 하위 범위에 포함되지 않을 경우엔 통신 장치의 통신방법을 반이중으로 사용할 수 있다. 하지만 이는 일 실시예일뿐 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변적 통신 선택 장치를 사용하였을 때의 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 6 내지 도9를 참조하여, 본 발명의 가변적 통신 선택 장치(100)를 통해 통신 장치의 통신 방법을 전이중으로 지정할 경우와 통신 방법이 반이중이 적용된 경우 및 임의로 통신 링크를 선택해 전이중으로 지정하는 경우를 비교하여 설명하도록 한다.
먼저, 도 6의 표에 기입되어 있는 지형 및 통신링크를 임의로 설정하고, 여기서 통신 링크의 최대 거리는 20km로 제한한다. 이때, 도 6의 데이터를 기초로, 지형 및 통신링크의 데이터를 적용할 경우 도 7과 같은 토폴로지를 도출할 수 있으며, 여기서 도 7의 그래프에 나타난 점은 군 장비, 선은 통신 링크, 원은 통신 장치들의 군집을 나타낸다.
한편, 도 8 및 도9는 통신 장치의 개수가 동일하게 주어진 200가지의 서로 다른 토폴로지들에 대하여 사용 주파수 대역의 감소 정도 및 전체 전송 용량을 측정하고 평균을 계산한 그래프이다.
도 8은 가변적 통신 선택 장치(100)의 통신 선택부(130)에서 중심성이 상위 범위에 포함될 경우 통신 장치의 통신 방법을 전이중 방식으로 지정했을 때의 주파수 대역에 관한 그래프이다. 아울러, 도 8은 중심성을 계산하는 조건인 입력 연결 중심성과 권위 중심성이 상위 범위에 포함된 통신 장치에 전이중 방법을 적용시켰을 경우, 사용 주파수 대역의 감소 정도를 중심성(
Figure pat00052
)을 바꿔가며 데이터를 추출해 그래프를 생성하였다.
도 8을 참조하면, 통신 장치의 통신 방법을 반이중 통신을 적용할 경우에는 사용 주파수 대역은 변화 없이 일정한 데이터 값이 도출된다. 하지만, 입력 연결 중심성과 권위 중심성이 상위 범위에 포함된 통신 장치에 전이중 방법을 지정할 경우, 통신 장치의 통신 방법을 반이중 통신을 적용할 경우보다 사용 주파수 대역을 약 30% 정도 감소(800)시킬 수 있다.
또한, 입력 연결 중심성과 권위 중심성이 상위 범위에 포함된 통신 장치에 전이중 방법을 지정할 경우가 임의로 복수의 통신 장치에 대하여 통신 방법을 전이중 통신을 적용시킨 경우 보다 사용 주파수 대역이 더 낮은걸 확인할 수 있다.
도 9는 가변적 통신 선택 장치(100)의 통신 선택부(130)에서 중심성이 하위 범위에 포함될 경우 통신 장치의 통신 방법을 전이중 방식으로 지정했을 때의 전체 전송 용량에 관한 그래프이다. 아울러, 도 9는 중심성을 계산하는 조건인 입력 연결 중심성과 권위 중심성이 하위 범위에 포함된 통신 장치에 전이중 방법을 적용시켰을 경우, 전체 전송 용량을 전이중 방법을 적용시킨 통신 장치의 개수를 바꿔가며 데이터를 추출해 그래프를 생성하였다.
도 9를 참조하면, 무차별 대입 (Brute-Force Search)의 방법을 사용하여 최대 전체 전송 용량을 구할 경우, 최대 전체 전송 용량은 증가하지만 데이터의 신뢰성이 낮아질 수 있었다. 하지만, 입력 연결 중심성과 권위 중심성이 하위 범위에 포함된 통신 장치에 전이중 방법을 지정할 경우, 통신장치의 통신 방법을 무차별 대입 방법을 적용할 경우과 근접한 전체 전송 용량의 결과를 도출할 수 있다.
또한, 임의로 복수의 통신 장치에 대하여 통신 방법을 전이중 통신을 적용시킨 경우 보다 입력 연결 중심성과 권위 중심성이 상위 범위에 포함된 통신 장치에 전이중 방법을 지정할 경우의 전체 전송 용량이 큰 것을 확인할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 일 실시예에 따르면 가변적 통신 선택 장치는 통신 장치를 포함하는 통신 시스템의 데이터에 기초하여 그래프를 생성하고, 그래프의 데이터에 기초하여 중심성을 계산한 후, 중심성이 기 설정된 상위 범위 또는 하위 범위에 포함될 경우 통신 장치의 통신 방법을 전이중 방식으로 지정할 수 있다.
또한, 중심성이 상위 범위에 포함되어 통신 장치의 통신 방법을 전이중으로 지정할 경우 사용 주파수 대역이 감소할 수 있고, 중심성이 하위 범위에 포함되어 통신 장치의 통신 방법을 전이중으로 지정할 경우, 통신 방법을 전이중으로 지정하지 않을 경우보다 전체 전송 용량이 증가할 수 있다.
한편, 이러한 일 실시예에 따른 방법은 이러한 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그램된 컴퓨터 판독가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현 가능하고, 또한 이러한 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그램된 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독가능한 기록매체의 형태로 구현 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 가변적 통신 선택 장치
110: 그래프 생성부
120: 중심성 계산부
130: 통신 선택부

Claims (15)

  1. 적어도 하나의 통신 링크를 갖는 통신 장치를 포함하는 통신 시스템의 데이터에 기초하여 그래프를 생성하는 단계;
    상기 그래프의 꼭짓점에 대한 데이터에 기초하여 중심성을 계산하는 단계;
    상기 중심성이 기 설정된 상위 범위 또는 기 설정된 하위 범위에 포함되는지 판단하는 단계;
    상기 중심성이 상기 상위 범위 또는 상기 하위 범위에 포함될 경우 상기 통신 장치의 통신 방법을 전이중 방식으로 지정하는 단계를 포함하는,
    가변적 통신 선택 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 그래프 생성의 기초가 되는 상기 통신 시스템의 데이터는,
    상기 통신 장치의 개수 및 상기 통신 링크에서 발생되는 자기 간섭량을 포함하는,
    가변적 통신 선택 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 자기 간섭량(
    Figure pat00053
    )은
    수학식
    Figure pat00054
    로 계산되고,
    상기
    Figure pat00055
    는 송신 전력이고, 상기
    Figure pat00056
    는 송신 및 수신장치의 안테나 이득이고,
    Figure pat00057
    은 경로 손실이고,
    Figure pat00058
    은 전송선로 손실이고,
    Figure pat00059
    는 상기 통신 장치의 수신한계레벨을 나타내는,
    가변적 통신 선택 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심성은,
    상기 입력 연결중심성 조건 및 권위 중심성 조건에 기초하여 계산되고,
    상기 입력 연결중심성 조건은
    수학식
    Figure pat00060
    에 의해 계산되고,
    상기
    Figure pat00061
    는 자기 간섭 행렬이고, 상기 i, j는 상기 통신 장치의 번호를 나타내는,
    가변적 통신 선택 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 권위 중심성 조건은
    수학식
    Figure pat00062
    에 대하여 가장 큰 고유값에 대응하는 고유벡터의 i번째 성분으로 계산되는,
    가변적 통신 선택 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심성이 상기 상위 범위에 포함되어 상기 통신 장치의 통신 방법을 전이중으로 적용할 경우, 상기 그래프에 COG(COloring based Greedy) 알고리즘에 기초하여 상기 그래프의 꼭짓점에 색을 칠하는 단계;
    상기 같은 색의 꼭짓점에 기초하여 제 2 그래프를 생성하는 단계; 및
    상기 제 2 그래프의 연결도에 기초하여 상기 연결도가 큰 상기 통신 장치부터 주파수를 배정하는 단계를 더 포함하는,
    가변적 통신 선택 방법.
  7. 적어도 하나의 통신 링크를 갖는 통신 장치를 포함하는 통신 시스템의 데이터에 기초하여 그래프를 생성하는 그래프 생성부;
    상기 그래프의 꼭짓점에 대한 데이터에 기초하여 중심성을 계산하는 중심성 계산부; 및
    상기 중심성이 기 설정된 상위 범위 또는 기 설정된 하위 범위에 포함되는지 판단하고, 상기 중심성이 상기 상위 범위 또는 상기 하위 범위에 포함될 경우 상기 통신 장치의 통신 방법을 전이중 방식으로 지정하는 통신 선택부를 포함하는
    가변적 통신 선택 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 그래프 생성의 기초가 되는 통신 시스템의 데이터는,
    상기 통신 장치의 개수 및 상기 통신 링크에 발생되는 자기 간섭량을 포함하도록 구성되는,
    가변적 통신 선택 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 자기 간섭량(
    Figure pat00063
    )은
    수학식
    Figure pat00064
    로 계산되고,
    상기
    Figure pat00065
    는 송신 전력이고, 상기
    Figure pat00066
    는 송신 및 수신장치의 안테나 이득이고,
    Figure pat00067
    은 경로 손실이고,
    Figure pat00068
    은 전송선로 손실이고,
    Figure pat00069
    는 상기 통신 장치의 수신한계레벨을 나타내는,
    가변적 통신 선택 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 중심성 계산부는 입력 연결중심성 조건 및 권위 중심성 조건에 기초하여 계산되고,
    상기 입력 연결중심성 조건은
    수학식
    Figure pat00070
    에 의해 계산되고,
    상기
    Figure pat00071
    는 자기 간섭 행렬 이고, 상기 i, j는 상기 통신 장치의 번호를 나타내는,
    가변적 통신 선택 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 권위 중심성 조건은
    수학식
    Figure pat00072
    에 대하여 가장 큰 고유값에 대응하는 고유벡터의 i번째 성분으로 계산되는,
    가변적 통신 선택 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 통신 장치는 복수개로 구성될 수 있는,
    가변적 통신 선택 장치.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 통신 선택부에서 상기 중심성이 상기 상위 범위에 포함되어 상기 통신 장치의 통신 방법을 전이중으로 적용할 경우, 상기 그래프에 COG(COloring based Greedy) 알고리즘에 기초하여 상기 그래프의 꼭짓점에 색을 칠하고, 상기 같은 색의 꼭짓점에 기초하여 제 2 그래프를 생성하는 제 2 그래프 생성부; 및
    상기 제 2 그래프 생성부에서 생성된 상기 제 2 그래프의 연결도에 기초하여 상기 연결도가 큰 상기 통신 장치부터 주파수를 배정하는 주파수 배정부를 더 포함하는,
    가변적 통신 선택 장치.
  14. 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면,
    적어도 하나의 통신 링크를 갖는 통신 장치를 포함하는 통신 시스템의 데이터에 기초하여 그래프를 생성하는 단계와,
    상기 그래프의 꼭짓점에 대한 데이터에 기초하여 중심성을 계산하는 단계와,
    상기 중심성이 기 설정된 상위 범위 또는 기 설정된 하위 범위에 포함되는지 판단하는 단계와,
    상기 중심성이 상기 상위 범위 또는 상기 하위 범위에 포함될 경우 상기 통신 장치의 통신 방법을 전이중 방식으로 선택하는 단계를 포함하는 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는,
    컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  15. 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램으로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면,
    적어도 하나의 통신 링크를 갖는 통신 장치를 포함하는 통신 시스템의 데이터에 기초하여 그래프를 생성하는 단계와,
    상기 그래프의 꼭짓점에 대한 데이터에 기초하여 중심성을 계산하는 단계와,
    상기 중심성이 기 설정된 상위 범위 또는 기 설정된 하위 범위에 포함되는지 판단하는 단계와,
    상기 중심성이 상기 상위 범위 또는 상기 하위 범위에 포함될 경우 상기 통신 장치의 통신 방법을 전이중 방식으로 선택하는 단계를 포함하는 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는,
    컴퓨터 프로그램.
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