보고서 정보
주관연구기관 |
울산대학교 University of Ulsan |
연구책임자 |
구인수
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2016-05 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO201700011638 |
과제고유번호 |
1711024821 |
사업명 |
중견연구자지원 |
DB 구축일자 |
2017-11-04
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키워드 |
그린 통신.무선인지.협력통신.스펙트럼 센싱.채널 할당.전력제어.에너지 효율.인공지능알고리즘.최적화.green communications.cognitive radio.cooperative communications.spectrum sensing.channel allocation.power control.energy efficiency.artificial intelligent algorithm.optimization.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201700011638 |
초록
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연구의 목적 및 내용
○ 연구 목표 : 차세대 그린 통신 시스템은 기존 통신 시스템이 갖는 고유 제한 조건하에서, 에너지 효율적인 무선자원 관리 기능을 수행하여야 한다. 이에 본 연구에서는 사용자들이 느끼는 서비스품질을 저하하지 않으면서 무선인지 및 협력기능을 활용하여 에너지 효율성을 증대시키고 에너지 사용량을 절감할 수 있는 그린 통신 시스템을 위한 무선자원관리기법에 관한 연구를 수행하였다.
○ 연구 내용: 본 과제의 연구 목표가 에너지 하비스팅 및 잔여 에너지 량을 고려한 에너지 효율적인 무선자원 관리 기술을 개발하는
연구의 목적 및 내용
○ 연구 목표 : 차세대 그린 통신 시스템은 기존 통신 시스템이 갖는 고유 제한 조건하에서, 에너지 효율적인 무선자원 관리 기능을 수행하여야 한다. 이에 본 연구에서는 사용자들이 느끼는 서비스품질을 저하하지 않으면서 무선인지 및 협력기능을 활용하여 에너지 효율성을 증대시키고 에너지 사용량을 절감할 수 있는 그린 통신 시스템을 위한 무선자원관리기법에 관한 연구를 수행하였다.
○ 연구 내용: 본 과제의 연구 목표가 에너지 하비스팅 및 잔여 에너지 량을 고려한 에너지 효율적인 무선자원 관리 기술을 개발하는 것인 바, 연구의 효율적 진행을 위해 1) “그린통신을 위한 에너지 효율적인 스펙트럼 센싱 연구”와 2) “그린통신을 위한 에너지 효율적인 채널할당, 무선 엑세스 선택, 전력제어기법 연구”로 나누어 연구를 진행하였다.
연구결과
○ 먼저 그린통신을 위한 에너지 효율적인 스펙트럼 센싱 연구에 있어서는, 제한된 에너지 내에서 시스템이 요구하는 스펙트럼 센싱 성능을 만족하기 위해 에너지 잔량 및 에너지 하비스팅(수집)을 고려한 에너지 효율적 스펙트럼 센싱 기법을 도출하였다. 수행된 주요 연구내용을 크게 다음과 같이 정리할 수 있다. << 1. 다중 채널 환경에서 잔여 에너지 및 수신 SNR기반의 시스템 처리율을 최적화하는 채널 선택 및 센서 노드 클러스터링 알고리즘을 제안함. 2. 에너지 절감을 위한 클러스터 및 순차 센싱 기법을 결합한 센싱 알고리즘 제안함. 3. 에너지 효율적인 스펙트럼 센싱을 위한 순차적 검출기반 스펙트럼 센싱 기법을 제안함. 4. 에너지 효율적 협력 센싱을 수행하기 위한 중첩협력 스펙트럼 센싱 기법을 제안함. 5. 무선인지시스템을 지원하는 센서 네트워크의 에너지 소모를 최소화 하기 위한 센서 노드 선택 알고리즘을 제안하고 각 센서 노드 그룹간의 에너지 효율적 운영 기법을 제안함 >>
○ 그린통신을 위한 에너지 효율적인 채널할당, 무선엑세스 선택, 전력제어 기법 연구에 있어서는 에너지 잔량 및 에너지 하비스팅이 고려된 전력 제어, 무선 엑세스 기법 및 채널할당 알고리즘을 최적화 이론 및 부분관찰 마코프 의사결정 과정(POMDP)을 기반으로 연구를 수행하였다. 수행된 주요연구내용을 크게 다음과 같이 정리할 수 있다. << 1. 에너지 하비스팅 모델 및 에너지 잔량을 고려한, Overlay와 Underlay하이브리드 모드에서의 무선인지 노드의 채널 접속 알고리즘을 도출함. 2. 에너지 하비스팅 및 무선 인지망과 기 사용자망 채널을 통시 사용하는 기 사용자를 위한 채널 접속 기법을 도출함. 3. 배터리의 누설 에너지를 고려한 무선인지 시스템의 처리율을 최적화하는 전송전력 및 센싱 시간을 분석함. 4. 에너지 하비스팅이 고려된 다중 채널 환경에서의 센싱 채널 스케쥴링 및 전송전력제어 기법을 제안함. >>
○ 정량적인 연구결과로 3년 동안 수행한 연구내용을 기반으로 하여 SCI급 논문 20편, 국내 학진등 재지 논문 2편, 비SCI급 1편, 특허 출원 1건, 특허 등록 2건 인력양성 7건(박사3명, 석사4명 배출)등의 연구성과를 달성하여 당초 정량적 연구목표를 초과 달성하였음
연구결과의 활용계획
○ 본 과제에서 제시된 에너지 하비스팅 및 에너지 잔여량을 고려한 차세대 그린 시스템에 적용될 수 있는 스펙트럼 센싱 및 무선 자원(채널, 전송전력) 기술은 Opportunistic spectrum access(OSA)-기반 WLAN, cognitive wireless cloud network, Cognition-based Femto cell 시스템 등의 인지기반 차세대 통신망에 기 도출된 스펙트럼 관리 기술을 적용하여 스펙트럼의 효율적 운영 및 관련 표준화에 기여할 수 있다.
○ 최적의 동적 자원 할당 및 자원 관리 기능을 제공하는 기 개발된 에너지 효율적인 동적 스펙트럼 관리 기술을 차세대 통신 시스템 운용에 활용 가능 하다.
(출처 : 한글요약문 5p)
Abstract
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Purpose& contents
○ Research objective: Green communications systems, which is regarded as a next-generation wireless sensor network, should perform energy-efficient radio management under constraints of existing wireless system. In this research, subsequently we set a target to develop energy-ef
Purpose& contents
○ Research objective: Green communications systems, which is regarded as a next-generation wireless sensor network, should perform energy-efficient radio management under constraints of existing wireless system. In this research, subsequently we set a target to develop energy-efficient radio resource management schemes, by taking into account energy harvesting and residual energy level such that we can satisfy quality of service of users while improving the energy efficiency of green communication system and reducing energy consumption.
○ Research contents: The research on energy-efficient radio resource management for green communications systems, which were conducted in this project, can be summarized into following two contents: (1) research on energy-efficient spectrum sensing for green communications and (2) research on energy-efficient channel allocation, RAT-selection and power control for green communications.
Result
○ In the research on energy-efficient spectrum sensing for green communications, at first we developed energy-efficient spectrum sensing algorithms by considering target sensing performance required by the system as well as energy-harvesting and residual energy. The developed research contents can be summarized in more details as following: <<1. Channel selection and sensor node clustering algorithms were developed with which we can maximize the system throughput by considering residual energy and received SNR in the multiple channel environment. 2. A sensing algorithm in which cluster and sequential sensing techniques were combined, was proposed for energy savings. 3. A sequential detection-based spectrum sensing scheme was proposed for energy efficient spectrum sensing. 4. A superposition-based spectrum sensing scheme was proposed for energy efficient spectrum sensing. 5. A sensor node selection scheme and energy-efficient operation scheme among sensor node groups were proposed for sensor-aid cognitive radios for minimizing the energy consumption of the sensor network >>
○ In the research on energy-efficient channel allocation, RAT-selection, and power control for green communications, at first we developed channel allocation schemes, radio access schemes and transmission power allocation schemes by considering energy harvesting and residual energy as well as adopting optimization theory and Partially Observable Markov Decision Process (POMDP). The developed research contents can be summarized in more details as following: << 1. Channel Access Algorithms were developed for cognitive radio operating in Overlay and Underlay hybrid mode by energy harvesting and energy residual level are taken into account. 2. Throughput maximization schemes for a primary user with cognitive radio and energy harvesting function were developed in which channel access policy for a PSU with consideration of energy harvesting based on POMDP is proposed. 3. Transmit power and the sensing time were analyzed for maximizing system throughput in a realistic cognitive radio where the battery suffers from constant energy leakage. 4. Multi-channel sensing scheduling and transmission-energy optimization schemes were developed for cognitive radios with energy harvesting with consideration of frequency-switching delay, energy-switching cost and correlation in spectrum occupancy. >>
○ As quantitative results, we obtained 20 SCI papers, 1 non-SCI journal, 2 NRF-level Korean journal papers, 3 patents, and 3 Ph.D and 4 Master Degree graduation students, and further exceeded quantitative goal that was set in the proposal.
Expected Contribution
○ By applying the developed spectrum management technologies to cognitive-based next-generation networks such as opportunistic spectrum access (OSA)-based WLAN, cognitive wireless cloud network and Cognition-based Femto cell systems, we can contribute to standardization and efficient spectrum operation of these systems.
○ Optimal dynamic resource allocation, and resource management schemes, developed through this research, can be utilized in the operation of the next generation of wireless communication systems.
(출처 : SUMMARY 6p)
목차 Contents
- 표지 ... 1목차 ... 3연구계획 요약문 ... 4연구결과 요약문 ... 5 한글요약문 ... 5 SUMMARY ... 6연구내용 및 결과 ... 7 1. 연구개발과제의 개요 ... 7 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 27 5. 연구결과의 활용계획 ... 29 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 30 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 30 8. 참고문헌 ... 31 9. 연구성과 ... 31 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 37 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 38 12. 기타사항 ... 39별첨 1 대표연구성과 ... 40별첨 2 세부 목표 관련 증빙 ... 52끝페이지 ... 69
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