무선 네트워크의 신뢰성 보장을 위한 적응적 자원 관리 기법

이기송,이호원,Lee, Kisong,Lee, Howon 한국정보통신학회 2014 한국정보통신학회논문지 Vol.18 No.10

인도어 무선 통신 시스템에서 무선 네트워크의 신뢰성 보장을 위하여, 갑작스런 네트워크 결함 문제의 발생을 신속하게 해결해야 한다. 본 논문에서는, 사용자들에게 끊김없는 연결성 제공을 위하여 적응적 자원관리 (ARM: Adaptive Resource Management) 기법을 제안한다. 시스템 용량 및 사용자 공평성을 동시에 고려하여, ARM 기법에서는 적응적으로 힐링 서브채널 세트를 결정하고, non-convex 최적화 문제를 기반으로 서브채널과 파워를 반복적으로 할당한다. 시뮬레이션을 통하여 평균 셀 용량과 사용자 공평성 관점에서 제안하는 기법의 우수성을 증명한다. To provide network reliability in indoor wireless communication systems, we should resolve the problem of unexpected network failure rapidly. In this paper, we propose an adaptive resource management (ARM) scheme to support seamless connectivity to users. In consideration of system throughput and user fairness simultaneously, the ARM scheme adaptively determines the set of healing channels, and performs scheduling and power allocation iteratively based on a constrained non-convex optimization technique. Through intensive simulations, we demonstrate the superior performance results of the proposed ARM scheme in terms of the average cell capacity and user fairness.

채널 추정 오차가 존재하는 에너지 하베스팅 네트워크에서 에너지 효율성을 최대화 하는 자원할당 방안

이기송,홍준표,Lee, Kisong,Hong, Jun-Pyo 한국정보통신학회 2016 한국정보통신학회논문지 Vol.20 No.3

최근 에너지 하베스팅 기술은 배터리 용량 부족 문제를 해결하여 네트워크 수명을 향상시킬 수 있는 방안으로 관심을 받고 있다. 하지만 기존 연구의 경우 정확한 채널정보를 바탕으로 한 이상적인 환경에서의 하베스팅 기술만을 고려하였다. 본 논문에서는 채널 추정 절차와 이에 따른 채널 추정 오차를 반영한 현실적 에너지 하베스팅 네트워크 환경에서 에너지 효율성을 향상시키기 위한 자원 할당 기법을 제안한다. 제안 기법에서는 최적화 기법을 이용하여 시스템 데이터 전송률, 에너지 획득량, 불완전한 채널 추정 특성 등을 동시에 고려한 스케줄링 및 파워 할당 해를 찾는다. 제안 기법은 에너지 효율성 관점에서 기존의 하베스팅 기법보다 향상된 성능을 보이며, 채널 추정 오차가 반영되었을 때의 에너지 효율적 자원할당 방법에 대한 새로운 정보를 제공한다. Recently, energy harvesting technology is considered as a tool to improve the lifetime of sensor networks by mitigating the battery capacity limitation problem. However, the previous work on energy harvesting has failed to provide practical information since it has assumed an ideal channel knowledge model with perfect channel state information at transmitter (CSIT). This paper proposes an energy efficient resource allocation scheme that takes account of the channel estimation process and the corresponding estimation error. Based on the optimization tools, we provide information on efficient scheduling and power allocation as the functions of channel estimation accuracy, harvested energy, and data rate. The simulation results confirm that the proposed scheme outperforms the conventional energy harvesting networks without considering channel estimation error in terms of energy efficiency. Furthermore, with taking account of channel estimation error, the results provides a new way for allocating resources and scheduling devices.

채널 추정 오차가 존재하는 에너지 하베스팅 네트워크에서 SWIPT를 위한 파워 할당 및 분할 알고리즘

이기송,고정길,Lee, Kisong,Ko, JeongGil 한국정보통신학회 2016 한국정보통신학회논문지 Vol.20 No.7

차세대 무선 통신 시스템에서는 RF 에너지 하베스팅 기술을 이용하여 센서의 전원 부족 문제를 해결하고자 한다. 본 논문에서는 채널 추정 오차가 존재하는 에너지 하베스팅 네트워크에서 무선 정보 및 전력 동시 전송을 위한 효율적인 알고리즘을 제안하고자 한다. 먼저, 1차원의 완전 검색을 통해 최적의 채널 추정 주기를 찾은 후, MMSE 채널 추정기를 이용하여 채널을 추정한다. 추정된 채널 값을 기반으로, 최소 필요 획득 에너지 조건을 만족시켜주면서 데이터 전송률을 최대화할 수 있는 파워 할당 및 분할 방안을 제안하였다. 시뮬레이션을 통해 제안 방안은 완벽한 채널 추정을 가정한 최적 방안에 비해 10% 미만의 성능 저하가 있었지만, 기존 방안과 비교할 시에는 데이터 전송률을 20% 이상 향상시킴을 확인 하였다. In the next generation wireless communication systems, an energy harvesting from radio frequency signals is considered as a method to solve the lack of power supply problem for sensors. In this paper, we try to propose an efficient algorithm for simultaneous wireless information and power transfer in energy harvesting networks with channel estimation error. At first, we find an optimal channel training interval using one-dimensional exhaustive search, and estimate a channel using MMSE channel estimator. Based on the estimated channel, we propose a power allocation and splitting algorithm for maximizing the data rate while guaranteeing the minimum required harvested energy constraint, The simulation results confirm that the proposed algorithm has an insignificant performance degradation less than 10%, compared with the optimal scheme which assumes a perfect channel estimation, but it can improve the data rate by more than 20%, compared to the conventional scheme.

자기장 통신 환경에서 다수의 지중 매립 센서의 충돌 확률을 줄이는 다중 접속 방안

이기송,조동호 한국통신학회 2011 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11

인지 라디오 네트워크에서 에너지 하베스팅을 고려한 에너지 효율적 자원 할당 방안

이기송,이웅섭,Lee, Kisong,Lee, Woongsup 한국정보통신학회 2016 한국정보통신학회논문지 Vol.20 No.7

무선신호로부터 전력을 수집하는 에너지 하베스팅 기술은 센서의 전원 부족 문제를 해결하고, 무선네트워크의 수명을 향상시킬 수 있는 방안으로 최근 큰 관심을 받고 있다. 본 논문에서는 최적화 기법을 이용하여 에너지 하베스팅이 가능한 인지 라디오 네트워크에서 제 2 사용자의 에너지 효율성을 최대화하기 위한 센싱 시간 및 파워 할당 해를 도출하고, 이를 이용하여 반복 기반의 자원 할당 알고리즘을 제안한다. 시뮬레이션을 통해 제안 방안이 최적의 에너지 효율을 달성함을 보이고, 기존방안(Max rate scheme)과의 비교를 통해 제안 방안의 우수성을 보인다. Recently, the energy harvesting technology in which energy is collected from the wireless signal which is transmitted by mobile communication devices, has been considered as a novel way to improve the life time of wireless sensors by mitigating the lack of power supply problem. In this paper, we consider the optimal sensing time and power allocation problem for cognitive radio systems, where the energy efficiency of secondary user is maximized while the constraint are satisfied, using the optimization technique. Based on the derived optimal solutions, we also have proposed an iterative resource allocation algorithm in which the optimal power and sensing time allocation can be found without excessive computations. The simulation results confirm that the proposed scheme achieves the optimal performance and it outperforms the conventional resource allocation schemes in terms of energy efficiency while the constraints are guaranteed to be satisfied.

에너지 하베스팅 네트워크에서 물리계층 보안을 향상시키기 위한 파워 분할 기반의 아날로그 네트워크 코딩

이기송,최현호,Lee, Kisong,Choi, Hyun-Ho 한국정보통신학회 2017 한국정보통신학회논문지 Vol.21 No.10

외부의 RF 신호로부터 전력을 수집하는 RF 에너지 하베스팅은 무선 센서의 전원 부족 문제를 해결하는 기술로써 최근 큰 관심을 받고 있다. 뿐만 아니라, 사물 인터넷의 구현을 위해서는 센서 간의 보안 통신을 보장하는 것 역시 중요하다. 본 논문에서는 두 source로부터 전송되는 신호로부터 에너지 하베스팅이 가능한 relay가 존재하는 2-hop 네트워크에서 물리계층 보안을 최대화하기 위한 파워 분할 기반 네트워크 아날로그 코딩을 제안한다. 두 source, relay, eavesdropper가 존재하는 시스템을 수학적으로 모델링하고, exhaustive search를 통해 최소 요구 보안 용량을 최대화 할 수 있는 최적의 파워 분할 비율을 찾았다. 다양한 환경에서 시뮬레이션을 통해 제안 방안은 기존 방안에 비해 eavesdropper에서의 도청을 막아 최소 요구 보안 용량을 개선함을 보인다. Recently, RF energy harvesting, in which energy is collected from the external RF signals, is considered as a promising technology to resolve the energy shortage problem of wireless sensors. In addition, it is important to guarantee secure communication between sensors for implementing Internet-of-Things. In this paper, we propose a power splitting-based network analog coding for maximizing a physical layer security in 2-hop networks where the wireless-powered relay can harvest energy from the signals transmitted by two sources. We formulate systems where two sources, relay, and eavesdropper exist, and find an optimal power splitting ratio for maximizing the minimum required secrecy capacity using an exhaustive search. Through simulations under various environments, it is demonstrated that the proposed scheme improves the minimum required secrecy capacity by preventing the eavesdropper from overhearing source signals, compared to the conventional scheme.

IoT를 위한 RF 신호 기반의 에너지 하베스팅 네트워크 기술

이기송 한국전자파학회 2016 전자파기술 Vol.27 No.4

에너지 하베스팅 네트워크에서 SWIPT를 위한 저복잡도를 갖는 파워 할당 및 분할 알고리즘

이기송,고정길,Lee, Kisong,Ko, JeongGil 한국정보통신학회 2016 한국정보통신학회논문지 Vol.20 No.5

RF신호로부터 전력을 수집하는 에너지 하베스팅 기술은 센서의 전원 공급 문제를 해결함으로써 네트워크의 수명을 향상시킬 수 있는 방안으로 최근 큰 관심을 받고 있다. 본 논문에서는 무선 정보 및 전력 동시 전송을 위한 효율적인 알고리즘을 제안하고자 한다. 먼저, 에너지 하베스팅 네트워크에서 채널의 probability density function을 이용하여 water-level의 하계값을 찾은 후, 이를 기반으로 파워 할당 해를 도출한다. 또한, 최소 필요 획득 에너지 조건을 효율적으로 만족시켜줄 수 있는 파워 분할 방안을 제안하였다. 시뮬레이션을 통해 제안 방안은 기존 방안에 비해 최소 필요 획득 에너지 조건을 보장하면서 평균 데이터 전송률을 향상시키고, 최적해에 비해서는 10% 미만의 미미한 성능 저하가 있었지만 계산 복잡도를 현저히 줄일 수 있음을 보인다. Recently, energy harvesting, in which energy is collected from RF signals, has been regarded as a promising technology to improve the lifetime of sensors by alleviating the lack of power supply problem. In this paper, we try to propose an efficient algorithm for simultaneous wireless information and power transfer. At first, we find the lower bound of water-level using the probability density function of channel, and derive the solution of power allocation in energy harvesting networks. In addition, we derive an efficient power splitting method for satisfying the minimum required harvested energy constraint. The simulation results confirm that the proposed scheme improves the average data rate while guaranteeing the minimum required harvested energy constraint, compared with the conventional scheme. In addition, the proposed algorithm can reduce the computational complexity remarkably with insignificant performance degradation less than 10%, compared to the optimal solution.

에너지 하베스팅 네트워크에서 최소 요구 보안 용량을 최대화하기 위한 시간 전환 기반의 아날로그 네트워크 코딩

이기송,최현호,Lee, Kisong,Choi, Hyun-Ho 한국정보통신학회 2017 한국정보통신학회논문지 Vol.21 No.11

최근 사물 인터넷 기술의 발달로 인해 사용되는 센서의 수가 늘어남에 따라 센서의 전원 부족 및 사적인 정보의 유출이 심각한 문제로 여겨지고 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 외부의 RF 신호로부터 전력을 수집하는 RF 에너지 하베스팅과 물리계층 보안 기술의 중요성이 점차 커지고 있다. 본 논문에서는 소스가 전송하는 신호로부터 에너지 하베스팅이 가능한 릴레이가 존재하는 무선 네트워크에서 정보 보안을 향상시키기 위한 시간 전환 기반 네트워크 아날로그 코딩 기법을 제안한다. 소스가 전송하는 신호를 도청하려는 도청자가 존재하는 2-hop 릴레이 네트워크를 모델링하고, 수학적 분석을 통해 최소 요구 보안 용량을 최대화 할 수 있는 최적의 시간 전환 비율을 찾았다. 다양한 환경에서 시뮬레이션을 통해 제안 방안이 기존 방안에 비해 최소 요구 보안 용량을 개선함을 보인다. Recently, the energy shortage of sensors and the leakage of private information are considered as serious problems as the number of sensors is increasing due to the technological advance in Internet-of-Things. RF energy harvesting, in which sensors collect energy from external RF signals, and physical layer security become increasingly important to solve these problems. In this paper, we propose a time switching-based network analog coding for improving information security in wireless networks where the relay can harvest energy from source signals. We formulate 2-hop relay networks where an eavesdropper tries to overhear source signals, and find an optimal time switching ratio for maximizing the minimum required secrecy capacity using mathematical analysis. Through simulations under various environments, it is shown that the proposed scheme improves the minimum required secrecy capacity significantly, compared to the conventional scheme.

셀룰러 망 통신보안을 위한 D2D 통신 송신전력 제어 기법

이기송,홍준표,Lee, Kisong,Hong, Jun-Pyo 한국정보통신학회 2017 한국정보통신학회논문지 Vol.21 No.6

본 논문에서는 셀룰러 통신과 D2D (device-to-device)통신이 같은 주파수를 통해 이루어지는 이기종 네트워크(heterogenous network)에서 셀룰러 망의 보안통신을 돕기 위한 D2D 통신 디바이스의 전력제어 기법을 제안하고 성능을 살펴본다. 기존의 보안통신이 고려되지 않은 이기종 네트워크에서는 D2D통신 신호가 간섭으로 작용하여 셀룰러 통신 성능에 악영향을 미쳤으나 도청자를 고려한 보안통신에서는 D2D통신 신호가 도청자의 신호수신을 방해하여 보안 전송률 성능 향상에 도움이 될 수 있다. 본 연구에서는 셀룰러 망의 보안통신 요구치를 만족시키며 D2D 통신 전송률을 극대화 시킬 수 있는 새로운 전력제어 기법을 제안하고 최적화 문제를 통해 최적 송신 전력의 closed-form 표현을 도출하였다. 또한 시뮬레이션을 통해 제안기법의 성능 특성을 확인하였다. In this paper, we propose a power control technique for D2D communication in the heterogenous network consisting of cellular and D2D communication systems. Although the transmit signal of D2D communication degrades the performance of cellular system by interfering the signal reception at CU in the conventional heterogenous networks without eavesdroppers, it can be utilized as jamming signal for preventing other devices from recovering the transmitted information if there are eavesdroppers in the network. The proposed power control technique maximizes the achievable rate of D2D communication while ensuring the target security performance of cellular communication system. Through simulation results, we validate the analysis results and compare the performance with the conventional D2D communication scheme that utilizes its full transmit power for maximizing the achievable rate regardless of the performance of cellular system.