KR102151314B1 - Optimization method and system of random content caching in heterogeneous small cell networks - Google Patents

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Abstract

이종 스몰셀 네트워크에서 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법 및 시스템이 제시된다. 일 실시예에 따른 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법은, 컨텐츠 저장이 가능하며 서로 다른 특성을 가지는 이종 스몰셀 네트워크(heterogeneous small cell network)에서, 모든 계층에 대해 라그랑주 승수(Lagrangian multipliers)의 초기값을 설정하는 단계; 상기 라그랑주 승수의 초기값에 따른 모든 컨텐츠의 저장 확률의 초기값을 계산하는 단계; 상기 라그랑주 승수의 값을 업데이트한 후, 계층의 모든 컨텐츠의 저장 확률을 업데이트하는 단계; 모든 계층에서 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시키는지 여부를 확인하는 단계; 및 상기 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시키는 경우, 상기 저장 확률을 최종 결정하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. A method and system for optimizing random content storage in a heterogeneous small cell network are presented. The random content storage optimization method according to an embodiment is to set initial values of Lagrangian multipliers for all layers in a heterogeneous small cell network having different characteristics and capable of storing contents. step; Calculating an initial value of the storage probability of all contents according to the initial value of the Lagrange multiplier; Updating the value of the Lagrange multiplier and then updating the storage probability of all contents in the layer; Checking whether the sum of the storage probabilities at all layers satisfies the memory content constraint; And finally determining the storage probability when the sum of the storage probabilities satisfies a memory content constraint condition.

Description

이종 스몰셀 네트워크에서 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법 및 시스템{OPTIMIZATION METHOD AND SYSTEM OF RANDOM CONTENT CACHING IN HETEROGENEOUS SMALL CELL NETWORKS}Random content storage optimization method and system in heterogeneous small cell networks {OPTIMIZATION METHOD AND SYSTEM OF RANDOM CONTENT CACHING IN HETEROGENEOUS SMALL CELL NETWORKS}

아래의 실시예들은 이종 스몰셀 네트워크에서 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 특성을 가지는 이종 기지국들이 혼재하는 이종 스몰셀 네트워크(heterogeneous small cell networks)에서 랜덤 컨텐츠를 저장하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. The following embodiments relate to a method and system for optimizing random content storage in heterogeneous small cell networks, and more specifically, storing random content in heterogeneous small cell networks in which heterogeneous base stations having different characteristics are mixed. It relates to a method and system.

최근, 스마트 폰 및 태블릿과 같은 무선 모바일 디바이스의 급격한 증가와 함께 현재 통신 네트워크는 전례 없는 무선 모바일 트래픽 증가 문제에 직면하고 있다. 전세계 데이터 트래픽 수요가 증가할 것으로 전망되고 있으며, 이러한 트래픽 증가에 대처하기 위한 방안으로 모바일 디바이스나 스몰셀과 같이 네트워크 에지(edge)에 컨텐츠를 사전에 저장해두는 무선 에지 저장(wireless edge caching) 기술이 주목을 받고 있다. In recent years, with the rapid increase of wireless mobile devices such as smart phones and tablets, current communication networks are facing an unprecedented increase in wireless mobile traffic. Global data traffic demand is expected to increase, and as a way to cope with this traffic increase, wireless edge caching technology that stores content in advance at the edge of the network such as mobile devices and small cells. It is attracting attention.

스몰셀(small cell), D2D(Device to Device) 네트워크에서와 같이 다양한 네트워크에서 로컬 저장(local caching)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 지연(delay) 이득, 협력 이득, 멀티캐스팅 이득, 채널 선택 다이버시티 이득 등 다양한 무선 네트워크 이득을 얻기 위한 결정형 캐싱 방법, 랜덤 캐싱 방법, 부호화 캐싱 방법 등 다양한 캐싱 방법들에 관해 연구되고 있다. Research on local caching in various networks, such as in small cell and D2D (Device to Device) networks, is being actively conducted. Various caching methods such as a crystalline caching method, a random caching method, and an encoding caching method for obtaining various wireless network gains such as delay gain, cooperative gain, multicasting gain, and channel selection diversity gain are being studied.

특히, 랜덤 네트워크에서 통신 노드(node)들이 어떠한 컨텐츠를 어떻게 저장하는지에 따라, 서로 다른 채널 선택 다이버시티를 제공할 수 있음이 알려져 있다. 구체적으로, 만약 노드들이 같은 컨텐츠들을 중복으로 저장할 경우, 특정 컨텐츠에 대해 향상된 채널 품질을 제공해 줄 수 있는 반면, 각 노드들이 서로 다른 컨텐츠를 저장하고 있을 경우, 다양한 컨텐츠를 서비스 해줄 수 있지만 특정 컨텐츠에 대한 향상된 채널 이득을 제공하기는 어려워 진다. 이러한 채널 선택 다이버시티 이득에 관해 동종 스몰셀 네트워크에서 연구가 되었으나, 이는 서로 다른 특성을 가지는 이종 스몰셀 네트워크에 직접 적용하기에는 한계를 지닌다.In particular, it is known that different channel selection diversity can be provided according to how and what content communication nodes store in a random network. Specifically, if nodes store the same content redundantly, it can provide improved channel quality for specific content, whereas, if each node stores different content, it can provide a variety of content services. It becomes difficult to provide an improved channel gain for that. The channel selection diversity gain has been studied in a homogeneous small cell network, but it is limited in direct application to a heterogeneous small cell network having different characteristics.

K. Shanmugam, N. Golrezaei, A. G. Dimakis, and A. F. Molisch, and G. Caire, “Femtocaching: Wireless content delivery through distributed caching helpers,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 59, no. 12, pp. 8402-8413, Dec. 2013.K. Shanmugam, N. Golrezaei, A. G. Dimakis, and A. F. Molisch, and G. Caire, “Femtocaching: Wireless content delivery through distributed caching helpers,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 59, no. 12, pp. 8402-8413, Dec. 2013.

실시예들은 이종 스몰셀 네트워크에서 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법 및 시스템에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 서로 다른 특성(전송파워, 기지국 밀도, 저장 메모리 크기 등)을 가지는 이종 기지국들이 혼재하는 이종 스몰셀 네트워크(heterogeneous small cell networks)에서 랜덤 컨텐츠 저장 기술을 제공한다. The embodiments describe a method and system for optimizing random content storage in a heterogeneous small cell network, and more specifically, a heterogeneous small cell network in which heterogeneous base stations having different characteristics (transmission power, base station density, storage memory size, etc.) are mixed ( heterogeneous small cell networks) to provide random content storage technology.

또한, 실시예들은 캐시 히트 확률(cache hit probability)의 최대화를 위한 각 컨텐츠의 최적의 저장 확률을 찾는 반복 알고리즘(iterative algorithm)을 제공함으로써, 급증하는 무선 모바일 트래픽을 감당할 수 있고 무선 통신 기능을 크게 향상시킬 수 있는 이종 스몰셀 네트워크에서 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법 및 시스템을 제공하는데 있다. In addition, the embodiments provide an iterative algorithm that finds the optimal storage probability of each content for maximizing the cache hit probability, so that it can handle rapidly increasing wireless mobile traffic and greatly enhance wireless communication functions. It is to provide a method and system for optimizing random content storage in a heterogeneous small cell network that can be improved.

일 실시예에 따른 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법은, 컨텐츠 저장이 가능하며 서로 다른 특성을 가지는 이종 스몰셀 네트워크(heterogeneous small cell network)에서, 모든 계층에 대해 라그랑주 승수(Lagrangian multipliers)의 초기값을 설정하는 단계; 상기 라그랑주 승수의 초기값에 따른 모든 컨텐츠의 저장 확률의 초기값을 계산하는 단계; 상기 라그랑주 승수의 값을 업데이트한 후, 계층의 모든 컨텐츠의 저장 확률을 업데이트하는 단계; 모든 계층에서 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시키는지 여부를 확인하는 단계; 및 상기 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시키는 경우, 상기 저장 확률을 최종 결정하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. The random content storage optimization method according to an embodiment is to set initial values of Lagrangian multipliers for all layers in a heterogeneous small cell network having different characteristics and capable of storing contents. step; Calculating an initial value of the storage probability of all contents according to the initial value of the Lagrange multiplier; Updating the value of the Lagrange multiplier and then updating the storage probability of all contents in the layer; Checking whether the sum of the storage probabilities at all layers satisfies the memory content constraint; And finally determining the storage probability when the sum of the storage probabilities satisfies a memory content constraint condition.

상기 라그랑주 승수의 값을 업데이트한 후, 계층의 모든 컨텐츠의 저장 확률을 업데이트하는 단계는, 상기 라그랑주 승수의 값을 업데이트 함에 따라 모든 컨텐츠에 따른 저장 확률을 업데이트하게 되며, 다른 계층에서의 확률은 상기 저장 확률의 확률 함수이므로 변하게 되어, 상기 라그랑주 승수의 값에 영향을 미칠 수 있다. After updating the value of the Lagrange multiplier, the step of updating the storage probability of all the contents of the layer is, by updating the value of the Lagrange multiplier, the storage probability according to all the contents is updated. Since it is a probability function of the storage probability, it may change, and may affect the value of the Lagrange multiplier.

상기 모든 계층에서 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시키는지 여부를 확인하는 단계는, 상기 모든 계층에서 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시킬 때까지, 상기 라그랑주 승수의 값을 업데이트한 후, 계층의 모든 컨텐츠의 저장 확률을 업데이트하도록 할 수 있다. The step of checking whether the sum of the storage probabilities in all the layers satisfies the memory content constraint may include updating the value of the Lagrange multiplier until the sum of the storage probabilities in all layers satisfies the memory content constraint. After that, it is possible to update the storage probability of all the contents of the layer.

상기 저장 확률을 최종 결정하는 단계는, 각 계층의 스몰셀 캐시 기지국의 제한된 메모리 사이에 대해서, 컨텐츠의 전송 성공 여부를 나타내는 평균 캐시 히트 확률(average cache hit probability)을 최대화하는 최적의 상기 저장 확률을 찾을 수 있다. The final determination of the storage probability includes the optimal storage probability for maximizing an average cache hit probability indicating success or failure of content transmission between limited memories of the small cell cache base stations of each layer. Can be found.

상기 이종 스몰셀 네트워크에서 모든 이종 스몰셀 기지국들은 단일 안테나를 가지고, 각 계층의 스몰셀 기지국들은 2D 평면에 푸아송 포인트 프로세스로 랜덤하게 위치할 수 있다. In the heterogeneous small cell network, all heterogeneous small cell base stations may have a single antenna, and small cell base stations of each layer may be randomly located in a 2D plane in a Poisson point process.

임의의 수신기가 컨텐츠를 요구하고, 상기 컨텐츠를 가진 모든 계층의 이종 스몰셀 기지국 중 가장 큰 채널 파워 이득을 가진 스몰셀 기지국은 상기 임의의 수신기에 컨텐츠를 전송할 수 있다. An arbitrary receiver requests content, and a small cell base station having the largest channel power gain among heterogeneous small cell base stations of all layers having the content can transmit the content to the arbitrary receiver.

다른 실시예에 따른 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 시스템은, 컨텐츠 저장이 가능하며 서로 다른 특성을 가지는 이종 스몰셀 네트워크(heterogeneous small cell network)에서, 모든 계층에 대해 라그랑주 승수(Lagrangian multipliers)의 초기값을 설정하는 초기값 설정부; 상기 라그랑주 승수의 초기값에 따른 모든 컨텐츠의 저장 확률의 초기값을 계산하는 저장 확률 초기값 산정부; 상기 라그랑주 승수의 값을 업데이트한 후, 계층의 모든 컨텐츠의 저장 확률을 업데이트하는 업데이트부; 모든 계층에서 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시키는지 여부를 확인하는 제약조건 판단부; 및 상기 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시키는 경우, 상기 저장 확률을 최종 결정하는 저장 확률 결정부를 포함하여 이루어질 수 있다. In a random content storage optimization system according to another embodiment, in a heterogeneous small cell network having different characteristics and capable of storing contents, an initial value of Lagrangian multipliers is set for all layers. An initial value setting unit; A storage probability initial value calculation unit that calculates an initial value of the storage probability of all contents according to the initial value of the Lagrange multiplier; An update unit for updating the storage probability of all contents in the layer after updating the value of the Lagrange multiplier; A constraint condition determination unit for checking whether the sum of the storage probabilities in all layers satisfies the memory content constraint; And a storage probability determining unit that finally determines the storage probability when the sum of the storage probabilities satisfies a memory content constraint condition.

상기 업데이트부는, 상기 라그랑주 승수의 값을 업데이트 함에 따라 모든 컨텐츠에 따른 저장 확률을 업데이트하게 되며, 다른 계층에서의 확률은 상기 저장 확률의 확률 함수이므로 변하게 되어, 상기 라그랑주 승수의 값에 영향을 미칠 수 있다. The update unit updates the storage probability according to all contents as the value of the Lagrange multiplier is updated, and the probability in the other layer is changed because it is a probability function of the storage probability, so that the value of the Lagrange multiplier may be affected. have.

상기 제약조건 판단부는, 상기 모든 계층에서 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시킬 때까지, 상기 업데이트부를 통해 상기 라그랑주 승수의 값을 업데이트한 후, 계층의 모든 컨텐츠의 저장 확률을 업데이트하도록 할 수 있다. The constraint condition determination unit updates the value of the Lagrange multiplier through the update unit until the sum of the storage probabilities in all layers satisfies the memory content constraint condition, and then updates the storage probabilities of all contents in the layer. I can.

상기 저장 확률 결정부는, 각 계층의 스몰셀 캐시 기지국의 제한된 메모리 사이에 대해서, 컨텐츠의 전송 성공 여부를 나타내는 평균 캐시 히트 확률(average cache hit probability)을 최대화하는 최적의 상기 저장 확률을 찾을 수 있다. The storage probability determiner may find the optimal storage probability for maximizing an average cache hit probability indicating whether a content transmission succeeds or not between limited memories of the small cell cache base station of each layer.

상기 이종 스몰셀 네트워크에서 모든 이종 스몰셀 기지국들은 단일 안테나를 가지고, 각 계층의 스몰셀 기지국들은 2D 평면에 푸아송 포인트 프로세스로 랜덤하게 위치할 수 있다. In the heterogeneous small cell network, all heterogeneous small cell base stations may have a single antenna, and small cell base stations of each layer may be randomly located in a 2D plane in a Poisson point process.

임의의 수신기가 컨텐츠를 요구하고, 상기 컨텐츠를 가진 모든 계층의 이종 스몰셀 기지국 중 가장 큰 채널 파워 이득을 가진 스몰셀 기지국은 상기 임의의 수신기에 컨텐츠를 전송할 수 있다. An arbitrary receiver requests content, and a small cell base station having the largest channel power gain among heterogeneous small cell base stations of all layers having the content can transmit the content to the arbitrary receiver.

실시예들에 따르면 서로 다른 특성(전송파워, 기지국 밀도, 저장 메모리 크기 등)을 가지는 이종 기지국들이 혼재하는 이종 스몰셀 네트워크에서의 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법 및 시스템을 제공할 수 있다. According to embodiments, it is possible to provide a method and system for optimizing random content storage in a heterogeneous small cell network in which heterogeneous base stations having different characteristics (transmission power, base station density, storage memory size, etc.) are mixed.

또한, 실시예들에 따르면 캐시 히트 확률의 최대화를 위한 각 컨텐츠의 최적의 저장 확률을 찾는 반복 알고리즘을 제공함으로써, 급증하는 무선 모바일 트래픽을 감당할 수 있고 무선 통신 기능을 크게 향상시킬 수 있는 이종 스몰셀 네트워크에서 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법 및 시스템을 제공할 수 있다. In addition, according to embodiments, by providing an iterative algorithm that finds the optimal storage probability of each content for maximizing the cache hit probability, a heterogeneous small cell capable of handling rapidly increasing wireless mobile traffic and greatly improving wireless communication functions. A method and system for optimizing storage of random contents in a network can be provided.

도 1은 일 실시예에 따른 이종 스몰셀 네트워크에서 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 이종 스몰셀 네트워크에서 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 이종 스몰셀 네트워크에서 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법을 나타내는 흐름도이다.
1 is a diagram illustrating a random content storage optimization system in a heterogeneous small cell network according to an embodiment.
2 is a block diagram illustrating a random content storage optimization system in a heterogeneous small cell network according to an embodiment.
3 is a flowchart illustrating a method of optimizing storage of random contents in a heterogeneous small cell network according to an embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. However, the described embodiments may be modified in various forms, and the scope of the present invention is not limited by the embodiments described below. In addition, various embodiments are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art. In the drawings, the shapes and sizes of elements may be exaggerated for clearer explanation.

아래의 실시예들은 이종 스몰셀 네트워크(heterogeneous small cell networks)에서 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법 및 시스템에 관한 것이다. 실시예들은 서로 다른 특성을 가지는 이종 기지국들이 혼재하는 이종 스몰셀 네트워크에서 랜덤 컨텐츠 저장 기법을 제안하고 캐시 히트 확률(cache hit probability)의 최대화를 위한 각 컨텐츠의 최적의 저장(caching) 확률을 찾는 반복 알고리즘(iterative algorithm)을 제안한다.The following embodiments relate to a method and system for optimizing random content storage in heterogeneous small cell networks. The embodiments propose a random content storage technique in a heterogeneous small cell network in which heterogeneous base stations having different characteristics are mixed, and iteratively finds the optimal caching probability of each content to maximize the cache hit probability. We propose an iterative algorithm.

실시예들은 임의의 사용자 단말(수신기)이 임의의 파일을 요구할 때, 해당 파일을 가진 송신 노드들 중 수신 신호가 가장 큰 송신 노드로부터 요구한 파일을 서비스 받는 경우, 각각의 송신 노드들이 제한된 캐시 메모리에 파일들을 어떻게 최적으로 저장할 것인지에 대한 확률적인 저장 기술에 관한 것이다. 특히, 실시예들은 셀(cell) 내에 형성된 적어도 하나의 클러스터(cluster)에 속하는 송신 노드들로 셀룰러 기지국에 저장된 복수의 파일들(즉, 사용자 단말에게 제공 가능한 파일들)을 분산 저장해 두었다가 사용자 단말의 요청에 따라 송신 노드들에서 요청된 파일을 사용자 단말로 제공 시, 사용자 단말이 요청한 파일을 송신 노드에서 성공적으로 전송할 확률, 즉, 파일 전송 성공 확률을 최대화하는 최적의 파일 저장(캐싱) 확률을 결정하는 기술에 관한 것이다. In the embodiments, when an arbitrary user terminal (receiver) requests an arbitrary file, when a file requested by a transmitting node having the largest received signal among transmitting nodes having the file is serviced, each transmitting node has a limited cache memory. It relates to a probabilistic storage technique for how to optimally store files in the. In particular, the embodiments are transmitting nodes belonging to at least one cluster formed in a cell, and distributedly store a plurality of files (that is, files that can be provided to a user terminal) stored in a cellular base station. When the sending nodes provide the requested file to the user terminal upon request, the probability of successfully transmitting the file requested by the user terminal from the sending node, that is, the optimal file storage (caching) probability that maximizes the file transfer success probability It is about the technology to do.

예를 들어, 사용자 단말이 요청한 파일을 저장하고 있는 둘 이상의 송신 노드들 중에서 사용자 단말과의 거리가 가장 가깝거나, 수신 세기가 가장 좋거나, SNR이 가장 큰 송신 노드로부터 상기 요청한 파일을 상기 사용자 단말로 제공하기 위해, 상기 복수의 파일들 각각이 송신 노드에 얼만큼의 확률로 저장되어야 하는지 여부를 결정하는 기술에 관한 것이다. 여기서, 파일 전송 성공 확률은 사용자 단말에서 임의의 파일 요청 시 재생(playback) 지연없이 비디오 스트리밍을 성공적으로 받을 수 있는 평균 확률을 나타내고, 파일 저장 확률은 상기 파일 전송 성공 확률을 최대화하기 위한 각 해당 파일의 저장 확률을 나타낼 수 있다.For example, among two or more transmitting nodes storing a file requested by the user terminal, the requested file is transmitted from the transmitting node with the closest distance to the user terminal, the best reception strength, or the largest SNR. In order to provide as, it relates to a technique for determining with what probability each of the plurality of files should be stored in a transmitting node. Here, the file transmission success probability represents the average probability that video streaming can be successfully received without a playback delay when a user terminal requests a file, and the file storage probability is each corresponding file to maximize the file transmission success probability. Can represent the storage probability of.

본 실시예들에서, 파일 전송 성공 확률을 각 송신 노드들로 전송하면, 각 송신 노드들 별로 상기 파일 전송 성공 확률에 따라 랜덤하게(randomly) 파일들을 저장할 수 있다. 그리고, 각 송신 노드들은 동일한 파일 전송 성공 확률을 수신하더라도, 서로 다른 형태의 파일 집합을 저장할 수 있다.In the present embodiments, if the file transmission success probability is transmitted to each transmission node, files may be stored randomly according to the file transmission success probability for each transmission node. In addition, each transmitting node may store different types of file sets even if they receive the same file transmission success probability.

본 실시예들에서, 송신 노드는 셀(cell)에 해당하는 셀룰러 기지국이 아닌 게이트웨이 등의 중계장치로서, 셀룰러 기지국이 데이터를 사용자 단말로 제공함에 따른 부담을 덜어주기 위한 보조 기능을 수행하기 위해 이용될 수 있다. In the present embodiments, the transmitting node is a relay device such as a gateway other than a cellular base station corresponding to a cell, and is used to perform an auxiliary function to relieve the burden of the cellular base station providing data to the user terminal. Can be.

또한, 송신 노드는 캐시(cache) 메모리를 구비하고 있으며, 송신 노드가 속하는 클러스터에 해당하는 셀룰러 기지국(Cellular Base Station)으로부터 사용자 단말(User Equipment, UE)에서 자주 요청하는 파일, 셀룰러 기지국으로부터 할당된 적어도 하나의 파일을 자신의 캐시에 미리 분산 저장하고 있을 수 있다.In addition, the transmitting node has a cache memory, and a file frequently requested by a user equipment (UE) from a cellular base station corresponding to the cluster to which the transmitting node belongs, and allocated from the cellular base station. At least one file may be pre-distributed and stored in its own cache.

도 1은 일 실시예에 따른 이종 스몰셀 네트워크에서 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a random content storage optimization system in a heterogeneous small cell network according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 이종 캐시 스몰셀 네트워크(K-tier heterogeneous cache-enabled small cell network)에서, 하나의 수신기(110)와 복수의 송신 노드들(120, 121, 122, 123, 124, 125, 126)이 위치할 수 있다. 여기서 수신기(110)는 사용자 단말이 될 수 있고, 복수의 송신 노드들(120, 121, 122, 123, 124, 125, 126)은 스몰셀 기지국들이 될 수 있다. 도 1에서는, 송신 노드들이 7개이고 수신기는 1개인 경우를 예로서 도시하였으나, 이는 실시예에 해당되며, 송신 노드는 7개 미만, 7개 이상 존재할 수 있으며, 수신기 역시 2개 이상 존재할 수 있다. 그리고, 도 1에서는 송신 노드들이 2D(Dimension) 평면에 단위 면적당 밀도

Figure 112018118668519-pat00001
의 푸아송 포인트 프로세스를 기반으로 클러스터 내에 랜덤하게 위치됨을 가정할 수 있다.Referring to FIG. 1, in a K-tier heterogeneous cache-enabled small cell network, a receiver 110 and a plurality of transmitting nodes 120, 121, 122, 123, 124, 125, 126) can be located. Here, the receiver 110 may be a user terminal, and the plurality of transmitting nodes 120, 121, 122, 123, 124, 125, 126 may be small cell base stations. In FIG. 1, a case where there are 7 transmission nodes and 1 receiver is illustrated as an example, but this corresponds to an embodiment, and there may be less than 7 transmission nodes, 7 or more, and two or more receivers may also exist. And, in FIG. 1, the density per unit area of the transmitting nodes on a 2D (Dimension) plane
Figure 112018118668519-pat00001
Based on the Poisson point process of, it can be assumed that they are randomly located within the cluster.

도 1을 참고하면, 송신 노드들(120, 121, 122, 123, 124, 125, 126) 각각은 캐시 메모리를 구비하고 있으며, 캐시 메모리에는 셀룰러 기지국(미도시)으로부터 할당 받은 적어도 하나의 파일을 저장하고 있을 수 있다. 예를 들어, 송신 노드 1(120)은 파일 1과 파일 4을 캐시에 저장하고 있고, 송신 노드 2(121)는 파일 1, 파일 3, 파일 4 및 파일 6을 캐시에 저장하고 있고, 송신 노드 3(122)은 파일 2, 파일 3 및 파일 4를 캐시에 저장하고 있고, 송신 노드 4(123)는 파일 2, 파일 5 및 파일 6을 캐시에 저장하고 있을 수 있고, 송신 노드 5(124)는 파일 2 및 파일 5를 캐시에 저장하고 있고, 송신 노드 6(125)은 파일 1 및 파일 3을 캐시에 저장하고 있을 수 있고, 송신 노드 7(126)은 파일 1, 파일 2, 파일 3 및 파일 5를 캐시에 저장하고 있을 수 있다. 송신 노드들의 캐시는 메모리 크기(size)가 제한되어 있으므로, 즉, 한정된 캐시 메모리를 가지므로, 셀룰러 기지국의 모든 파일이 아닌 일부 파일을 저장하고 있을 수 있다. 즉, F1 내지 F6 중 일부 파일들이 각 캐시에 중복 저장되거나, 전혀 다른 파일들이 저장되어 있을 수 있다. Referring to FIG. 1, each of the transmitting nodes 120, 121, 122, 123, 124, 125, 126 has a cache memory, and the cache memory contains at least one file allocated from a cellular base station (not shown). You may be saving it. For example, sending node 1 (120) stores file 1 and file 4 in the cache, sending node 2 (121) stores file 1, file 3, file 4 and file 6 in the cache, and the sending node 3(122) may be storing file 2, file 3, and file 4 in a cache, and sending node 4(123) may be storing file 2, file 5, and file 6 in a cache, and sending node 5(124) Is storing files 2 and 5 in the cache, sending node 6 125 may be storing files 1 and 3 in the cache, and sending node 7 126 is storing files 1, 2, 3 and You may be storing file 5 in the cache. Since the cache of the transmitting nodes has a limited memory size, that is, has a limited cache memory, some files of the cellular base station may be stored instead of all files. That is, some of the files F1 to F6 may be redundantly stored in each cache, or completely different files may be stored.

도 1에서, 송신 노드들 각각은 단일 안테나를 가지고, 송신 노드들 각각에 해당하는 캐시 메모리 크기를 M(즉, M개의 캐시가 존재함)으로 가정할 수 있다. 그리고, M개의 송신 노드들 각각에 해당하는 캐시에는 서로 다른 M개의 파일들이 각각 저장됨을 가정할 수 있다. In FIG. 1, each of the transmitting nodes may have a single antenna, and a cache memory size corresponding to each of the transmitting nodes may be assumed to be M (that is, there are M caches). In addition, it may be assumed that different M files are stored in a cache corresponding to each of the M transmission nodes.

아래에서 보다 상세히 설명한다. It will be described in more detail below.

컨텐츠 저장이 가능하며 서로 다른 특성을 가지는 K 계층 이종 캐시 스몰셀 네트워크(K-tier heterogeneous cache-enabled small cell network)를 고려할 수 있다. 여기서, 서로 다른 특성은 전송파워, 기지국 밀도, 저장 메모리 크기 등의 특성이 될 수 있다. A K-tier heterogeneous cache-enabled small cell network capable of storing contents and having different characteristics may be considered. Here, the different characteristics may be characteristics such as transmission power, base station density, and storage memory size.

일반적인 시스템 환경은 다음과 같다.The general system environment is as follows.

전체 컨텐츠 개수는 N 개이고, 각 컨텐츠 인덱스(index)들의 라이브러리(library)는

Figure 112018118668519-pat00002
이며, 채널 모델은 Nakagami-m 페이딩이고 채널 분포는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다. The total number of contents is N, and the library of each content index is
Figure 112018118668519-pat00002
And the channel model is Nakagami-m fading, and the channel distribution can be expressed as follows.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018118668519-pat00003
Figure 112018118668519-pat00003

또한, 각 파일의 인기도는

Figure 112018118668519-pat00004
이고, 낮은 파일 인덱스일수록 더 높은 인기도를 가질 수 있다(
Figure 112018118668519-pat00005
). 패스로스(Pathloss) 모델은
Figure 112018118668519-pat00006
이고, 여기서
Figure 112018118668519-pat00007
은 거리이며,
Figure 112018118668519-pat00008
는 지수 감쇄 승이다. 그리고 잡음(noise) 파워는
Figure 112018118668519-pat00009
이다. Also, the popularity of each file is
Figure 112018118668519-pat00004
, And the lower the file index, the higher the popularity can be (
Figure 112018118668519-pat00005
). The Pathloss model is
Figure 112018118668519-pat00006
Is, where
Figure 112018118668519-pat00007
Is the street,
Figure 112018118668519-pat00008
Is the exponential decay win. And the noise power is
Figure 112018118668519-pat00009
to be.

각 계층은 서로 다른 특성을 가지며, k 번째 계층 캐시 스몰셀 기지국 특성은 다음과 같다. Each layer has different characteristics, and characteristics of the k-th layer cache small cell base station are as follows.

캐시 메모리 크기는

Figure 112018118668519-pat00010
(서로 다른
Figure 112018118668519-pat00011
개의 컨텐츠를 저장)이고, 전송 파워는
Figure 112018118668519-pat00012
이며, 스몰셀 기지국 단위 면적당 밀도는
Figure 112018118668519-pat00013
이고, 컨텐츠 i의 저장 확률은
Figure 112018118668519-pat00014
이다. 또한, k 번째 계층에서 컨텐츠 i를 가진 캐시 스몰셀 기지국 위치 집합은
Figure 112018118668519-pat00015
이고, 이 때 컨텐츠 i를 가진 모든 계층의 스몰셀 기지국들의 위치 집합은
Figure 112018118668519-pat00016
이다.Cache memory size is
Figure 112018118668519-pat00010
(Different
Figure 112018118668519-pat00011
2 contents), and the transmission power is
Figure 112018118668519-pat00012
And the density per unit area of the small cell base station is
Figure 112018118668519-pat00013
And the storage probability of content i is
Figure 112018118668519-pat00014
to be. Also, the location set of the cache small cell base station with content i in the k-th layer is
Figure 112018118668519-pat00015
In this case, the location set of small cell base stations of all layers with content i is
Figure 112018118668519-pat00016
to be.

모든 캐시 스몰셀 기지국들은 단일 안테나를 가지고, 각 계층의 기지국들은 2D 평면에 단위 면적당 밀도

Figure 112018118668519-pat00017
의 푸아송 포인트 프로세스로 랜덤하게 위치할 수 있다. All cache small cell base stations have a single antenna, and base stations of each layer have a density per unit area in the 2D plane.
Figure 112018118668519-pat00017
Poisson's point process can be located randomly.

그리고, 임의의 수신기는 컨텐츠 i를 가진 모든 계층의 스몰셀 기지국 중 가장 큰 채널 파워 이득을 가진 기지국에 컨텐츠를 요구할 수 있다. 그러면, 수신 신호 파워는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다. In addition, an arbitrary receiver may request a content from a base station having the largest channel power gain among small cell base stations of all layers having content i. Then, the received signal power can be expressed as the following equation.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112018118668519-pat00018
Figure 112018118668519-pat00018

여기서,

Figure 112018118668519-pat00019
는 위치 x에 해당하는 스몰셀 기지국의 전송 파워이고,
Figure 112018118668519-pat00020
는 해당 기지국의 계층을 의미하며,
Figure 112018118668519-pat00021
는 임의 수신기에서 위치 x의 스몰셀 기지국까지 거리를 나타낸다.here,
Figure 112018118668519-pat00019
Is the transmission power of the small cell base station corresponding to the location x,
Figure 112018118668519-pat00020
Means the layer of the corresponding base station,
Figure 112018118668519-pat00021
Denotes the distance from the random receiver to the small cell base station at location x.

컨텐츠

Figure 112018118668519-pat00022
를 가지는 모든 이종 스몰셀 기지국들을, 채널 파워의 역수가 증가하는 순서로 위치 집합
Figure 112018118668519-pat00023
의 인덱스(index)를 다시 재구성하고, 정렬된 채널 파워 역수의 집합은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.contents
Figure 112018118668519-pat00022
All heterogeneous small cell base stations having a are set in the order of increasing the reciprocal of the channel power
Figure 112018118668519-pat00023
The index of is reconstructed again, and the set of aligned channel power reciprocals can be expressed as follows.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112018118668519-pat00024
, where
Figure 112018118668519-pat00025
Figure 112018118668519-pat00024
, where
Figure 112018118668519-pat00025

여기서,

Figure 112018118668519-pat00026
은 임의의 수신기와 채널 파워 역수가 n 번째 작은 스몰셀 기지국 사이의 채널 파워 역수이다.here,
Figure 112018118668519-pat00026
Is a channel power reciprocal between an arbitrary receiver and a small cell base station having an n-th small channel power reciprocal.

임의의 수신기(사용자)가 컨텐츠

Figure 112018118668519-pat00027
를 요구할 때, 임의의 수신기와 서비스하는 스몰셀 기지국 사이의 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.Any receiver (user)
Figure 112018118668519-pat00027
When requesting, a signal-to-noise ratio (SNR) between an arbitrary receiver and a serving small cell base station can be expressed as follows.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112018118668519-pat00028
Figure 112018118668519-pat00028

또한, 성능 지표로써 컨텐츠 전송 성공 여부를 고려하기 위해 평균 캐시 히트 확률(average cache hit probability)을 다음 식과 같이 정의할 수 있다.In addition, an average cache hit probability may be defined as the following equation in order to consider whether content transmission is successful as a performance index.

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112018118668519-pat00029
,
Figure 112018118668519-pat00029
,

여기서,

Figure 112018118668519-pat00030
는 컨텐츠
Figure 112018118668519-pat00031
를 디코딩하기 위한 최소 타겟 신호대잡음비(SNR)이다.here,
Figure 112018118668519-pat00030
The content
Figure 112018118668519-pat00031
Is the minimum target signal-to-noise ratio (SNR) for decoding.

도 2는 일 실시예에 따른 이종 스몰셀 네트워크에서 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 시스템을 나타내는 블록도이다. 2 is a block diagram illustrating a random content storage optimization system in a heterogeneous small cell network according to an embodiment.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 이종 스몰셀 네트워크에서 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 시스템(100)은 초기값 설정부(110), 저장 확률 초기값 산정부(120), 업데이트부(130), 제약조건 판단부(140) 및 저장 확률 결정부(150)를 포함하여 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 2, in a random content storage optimization system 100 in a heterogeneous small cell network according to an embodiment, an initial value setting unit 110, an initial storage probability calculation unit 120, an update unit 130, and a constraint It may include a condition determination unit 140 and a storage probability determination unit 150.

초기값 설정부(110)는 컨텐츠 저장이 가능하며 서로 다른 특성을 가지는 이종 스몰셀 네트워크에서, 이종 스몰셀 기지국의 OSI 7 계층의 모든 계층에 대해 라그랑주 승수(Lagrangian multipliers)의 초기값을 설정할 수 있다. In a heterogeneous small cell network capable of storing content and having different characteristics, the initial value setting unit 110 may set initial values of Lagrangian multipliers for all layers of the OSI 7 layer of the heterogeneous small cell base station. .

저장 확률 초기값 산정부(120)는 라그랑주 승수의 초기값에 따른 모든 컨텐츠의 저장 확률의 초기값을 계산할 수 있다. The storage probability initial value calculation unit 120 may calculate an initial value of the storage probability of all contents according to the initial value of the Lagrange multiplier.

업데이트부(130)는 라그랑주 승수의 값을 업데이트한 후, 계층의 모든 컨텐츠의 저장 확률을 업데이트할 수 있다. 이러한 업데이트부(130)는 라그랑주 승수의 값을 업데이트 함에 따라 모든 컨텐츠에 따른 저장 확률을 업데이트하게 되며, 다른 계층에서의 확률이 저장 확률의 확률 함수이기 때문에 변경되어, 라그랑주 승수의 값에 영향을 미칠 수 있다. After updating the value of the Lagrange multiplier, the updater 130 may update the storage probability of all contents in the layer. The update unit 130 updates the storage probability according to all contents as the value of the Lagrange multiplier is updated, and the probability in the other layer is changed because it is a probability function of the storage probability, which will affect the value of the Lagrange multiplier. I can.

제약조건 판단부(140)는 모든 계층에서 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시키는지 여부를 확인할 수 있다. The constraint condition determination unit 140 may check whether the sum of the storage probabilities in all layers satisfies the memory content constraint condition.

여기서, 제약조건 판단부(140)는 모든 계층에서 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시킬 때까지, 업데이트부(130)를 통해 라그랑주 승수의 값을 업데이트한 후, 계층의 모든 컨텐츠의 저장 확률을 업데이트하도록 할 수 있다. Here, the constraint determination unit 140 updates the value of the Lagrange multiplier through the update unit 130 until the sum of the storage probabilities in all layers satisfies the memory content constraint, and then stores all the contents of the layer. You can have the probability update.

저장 확률 결정부(150)는 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시키는 경우, 저장 확률을 최종 결정할 수 있다. 이러한 저장 확률 결정부(150)는 각 계층의 스몰셀 캐시 기지국의 제한된 메모리 사이에 대해서, 컨텐츠의 전송 성공 여부를 나타내는 평균 캐시 히트 확률(average cache hit probability)을 최대화하는 최적의 저장 확률을 찾을 수 있다. The storage probability determiner 150 may finally determine the storage probability when the sum of the storage probabilities satisfies the memory content constraint condition. The storage probability determiner 150 can find an optimal storage probability that maximizes an average cache hit probability indicating whether the content is successfully transmitted, between the limited memories of the small cell cache base station of each layer. have.

이종 스몰셀 네트워크에서 모든 이종 스몰셀 기지국들은 단일 안테나를 가지고, 각 계층의 스몰셀 기지국들은 2D 평면에 푸아송 포인트 프로세스로 랜덤하게 위치할 수 있다. In a heterogeneous small cell network, all heterogeneous small cell base stations have a single antenna, and the small cell base stations of each layer may be randomly located in a 2D plane by a Poisson point process.

그리고, 임의의 수신기가 컨텐츠를 요구하고, 컨텐츠를 가진 모든 계층의 이종 스몰셀 기지국 중 가장 큰 채널 파워 이득을 가진 스몰셀 기지국은 임의의 수신기에 컨텐츠를 전송할 수 있다. In addition, an arbitrary receiver requests content, and a small cell base station having the largest channel power gain among heterogeneous small cell base stations of all layers having the content can transmit the content to an arbitrary receiver.

도 3은 일 실시예에 따른 이종 스몰셀 네트워크에서 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법을 나타내는 흐름도이다. 3 is a flowchart illustrating a method of optimizing storage of random contents in a heterogeneous small cell network according to an embodiment.

도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법은, 컨텐츠 저장이 가능하며 서로 다른 특성을 가지는 이종 스몰셀 네트워크에서, 이종 스몰셀 기지국의 OSI 7 계층의 모든 계층에 대해 라그랑주 승수의 초기값을 설정하는 단계(S110), 라그랑주 승수의 초기값에 따른 모든 컨텐츠의 저장 확률의 초기값을 계산하는 단계(S120), 라그랑주 승수의 값을 업데이트(S130)한 후, 계층의 모든 컨텐츠의 저장 확률을 업데이트하는 단계(S140), 모든 계층에서 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시키는지 여부를 확인하는 단계(S150), 및 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시키는 경우, 저장 확률을 최종 결정하는 단계(S160)를 포함하여 이루어질 수 있다. 3, in the random content storage optimization method according to an embodiment, in a heterogeneous small cell network capable of storing contents and having different characteristics, a Lagrange multiplier for all layers of the OSI 7 layer of the heterogeneous small cell base station Setting an initial value (S110), calculating an initial value of the storage probability of all contents according to the initial value of the Lagrange multiplier (S120), updating the value of the Lagrange multiplier (S130), Updating the storage probability (S140), checking whether the sum of the storage probabilities at all layers satisfies the memory content constraint (S150), and when the sum of the storage probabilities satisfies the memory content constraint, It may be performed including the step of finally determining the storage probability (S160).

실시예들에 따르면 서로 다른 특성을 가지는 이종 기지국들이 혼재하는 이종 스몰셀 네트워크에서 랜덤 컨텐츠 저장 방법을 제공하고, 캐시 히트 확률의 최대화를 위한 각 컨텐츠의 최적의 저장 확률을 찾을 수 있다. According to embodiments, it is possible to provide a method for storing random contents in a heterogeneous small cell network in which heterogeneous base stations having different characteristics are mixed, and to find an optimal storage probability of each content to maximize a cache hit probability.

아래에서 일 실시예에 따른 이종 스몰셀 네트워크에서 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법을 하나의 예를 들어 설명한다. 일 실시예에 따른 이종 스몰셀 네트워크에서 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법은 도 2에서 설명한 일 실시예에 따른 이종 스몰셀 네트워크에서 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 시스템을 통해 보다 상세히 설명할 수 있다. 일 실시예에 따른 이종 스몰셀 네트워크에서 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 시스템은 초기값 설정부, 저장 확률 초기값 산정부, 업데이트부, 제약조건 판단부 및 저장 확률 결정부를 포함하여 이루어질 수 있다. Hereinafter, a method of optimizing storage of random content in a heterogeneous small cell network according to an embodiment will be described as an example. A method of optimizing random content storage in a heterogeneous small cell network according to an embodiment may be described in more detail through a random content storage optimization system in a heterogeneous small cell network according to the embodiment described with reference to FIG. 2. In a heterogeneous small cell network according to an embodiment, the random content storage optimization system may include an initial value setting unit, a storage probability initial value calculation unit, an update unit, a constraint condition determination unit, and a storage probability determination unit.

최적의 저장 확률을 찾는 최적화 문제Optimization problem to find the optimal storage probability

채널 파워 역수

Figure 112018118668519-pat00032
의 CDF(Cumulative Distribution Function)는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다. Channel power reciprocal
Figure 112018118668519-pat00032
The CDF (Cumulative Distribution Function) of can be expressed as the following equation.

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112018118668519-pat00033
Figure 112018118668519-pat00033

여기서,

Figure 112018118668519-pat00034
이다.here,
Figure 112018118668519-pat00034
to be.

임의의 사용자가 컨텐츠

Figure 112018118668519-pat00035
를 요구하고, 컨텐츠
Figure 112018118668519-pat00036
를 가진 이종 스몰셀 기지국들 중 순간적인 채널 파워 이득(instantaneous channel power gain)이 가장 큰 기지국으로부터 컨텐츠
Figure 112018118668519-pat00037
를 서비스 받을 때, nakagami-m 페이딩 채널 하에서, 평균 캐시 히트 확률은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.Random user content
Figure 112018118668519-pat00035
And content
Figure 112018118668519-pat00036
Contents from the base station with the largest instantaneous channel power gain among heterogeneous small cell base stations with
Figure 112018118668519-pat00037
When receiving the service, under the nakagami-m fading channel, the average cache hit probability can be expressed as follows.

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112018118668519-pat00038
Figure 112018118668519-pat00038

여기서,

Figure 112018118668519-pat00039
이다.here,
Figure 112018118668519-pat00039
to be.

따라서 각 계층의 스몰셀 캐시 기지국의 제한된 메모리 사이즈

Figure 112018118668519-pat00040
,
Figure 112018118668519-pat00041
에 대해서, 평균 캐시 히트 확률을 최대화하기 위한 최적의 저장 확률은 다음 식의 최적화 문제로부터 찾을 수 있다.Therefore, the limited memory size of the small cell cache base station of each layer
Figure 112018118668519-pat00040
,
Figure 112018118668519-pat00041
For, the optimal storage probability for maximizing the average cache hit probability can be found from the optimization problem of the following equation.

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112018118668519-pat00042
Figure 112018118668519-pat00042

Figure 112018118668519-pat00043
Figure 112018118668519-pat00043

Figure 112018118668519-pat00044
Figure 112018118668519-pat00044

Figure 112018118668519-pat00045
,
Figure 112018118668519-pat00046
Figure 112018118668519-pat00045
,
Figure 112018118668519-pat00046

최적의 저장 확률 알고리즘Optimal storage probability algorithm

각 컨텐츠

Figure 112018118668519-pat00047
에 대해서, 함수
Figure 112018118668519-pat00048
는 저장 확률
Figure 112018118668519-pat00049
에 대해
Figure 112018118668519-pat00050
이므로, convex 함수이다.Each content
Figure 112018118668519-pat00047
Regarding, the function
Figure 112018118668519-pat00048
Is the storage probability
Figure 112018118668519-pat00049
About
Figure 112018118668519-pat00050
So, it is a convex function.

콘벡스(convex) 함수의 가중합(weighted sum)은 콘벡스(convex) 함수이므로, 위의 최적화 문제는 제약이 있는 콘벡스 최적화(constrainted convex optimization) 문제이고, 단 하나의 최적 솔루션을 가진다.Since the weighted sum of the convex function is a convex function, the above optimization problem is a constrained convex optimization problem, and has only one optimal solution.

최적화 문제에 대한 라그랑주(Lagrangian) 함수는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.The Lagrangian function for the optimization problem can be expressed as the following equation.

[수학식 9][Equation 9]

Figure 112018118668519-pat00051
Figure 112018118668519-pat00051

여기서,

Figure 112018118668519-pat00052
Figure 112018118668519-pat00053
는 음수가 아닌 라그랑주 승수(Lagrangian multipliers)이다. here,
Figure 112018118668519-pat00052
Wow
Figure 112018118668519-pat00053
Are non-negative Lagrangian multipliers.

최적의 저장 확률에 대한 다음 식과 같은 Karush-Kuhn-Tucker(KKT) 조건을 얻을 수 있으며, 조건식 1 내지 4로 표현할 수 있다. The Karush-Kuhn-Tucker (KKT) condition as follows for the optimal storage probability can be obtained, and can be expressed by conditional expressions 1 to 4.

[수학식 10][Equation 10]

Figure 112018118668519-pat00054
(조건식 1)
Figure 112018118668519-pat00054
(Conditional Expression 1)

[수학식 11][Equation 11]

Figure 112018118668519-pat00055
(조건식 2)
Figure 112018118668519-pat00055
(Conditional Expression 2)

[수학식 12][Equation 12]

Figure 112018118668519-pat00056
(조건식 3)
Figure 112018118668519-pat00056
(Conditional Expression 3)

[수학식 13][Equation 13]

Figure 112018118668519-pat00057
(조건식 4)
Figure 112018118668519-pat00057
(Conditional Expression 4)

조건식 2인 [수학식 11]로부터, 최적의 저장 확률들은 다음 식과 같이 주어질 수 있다.From [Equation 11], which is Conditional Equation 2, optimal storage probabilities can be given by the following equation.

[수학식 14][Equation 14]

Figure 112018118668519-pat00058
,
Figure 112018118668519-pat00059
Figure 112018118668519-pat00058
,
Figure 112018118668519-pat00059

여기서,

Figure 112018118668519-pat00060
이고,
Figure 112018118668519-pat00061
Figure 112018118668519-pat00062
이다. here,
Figure 112018118668519-pat00060
ego,
Figure 112018118668519-pat00061
Figure 112018118668519-pat00062
to be.

한가지 주목할 점은 다른 계층의 스몰셀 기지국들의 컨텐츠

Figure 112018118668519-pat00063
를 저장할 확률
Figure 112018118668519-pat00064
도 저장 확률
Figure 112018118668519-pat00065
의 변수이다. 따라서 계층 k에서 결정된 저장 확률
Figure 112018118668519-pat00066
들은 다른 계층의 저장 확률에 영향을 미치고, 다른 계층의 저장 확률을 정할 때 반영될 수 있다. 이에 따라 반복적인(iterative) 알고리즘이 필요하다. One thing to note is the contents of small cell base stations of different layers.
Figure 112018118668519-pat00063
Probability to save
Figure 112018118668519-pat00064
The probability of saving the road
Figure 112018118668519-pat00065
Is a variable of. Hence the storage probability determined at layer k
Figure 112018118668519-pat00066
They affect the storage probability of another layer and can be reflected when determining the storage probability of another layer. Accordingly, an iterative algorithm is required.

조건식 1 내지 4(즉, [수학식 10] 내지 [수학식 13])로부터, 저장 확률

Figure 112018118668519-pat00067
에 대한 라그랑주 승수(Lagrangian multipliers)
Figure 112018118668519-pat00068
Figure 112018118668519-pat00069
의 범위는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.From conditional equations 1 to 4 (ie, [Equation 10] to [Equation 13]), the storage probability
Figure 112018118668519-pat00067
Lagrangian multipliers for
Figure 112018118668519-pat00068
Wow
Figure 112018118668519-pat00069
The range of can be expressed as the following equation.

[수학식 15][Equation 15]

For

Figure 112018118668519-pat00070
,For
Figure 112018118668519-pat00070
,

Figure 112018118668519-pat00071
Figure 112018118668519-pat00071

Figure 112018118668519-pat00072
Figure 112018118668519-pat00072

[수학식 16][Equation 16]

For

Figure 112018118668519-pat00073
For
Figure 112018118668519-pat00073

Figure 112018118668519-pat00074
<
Figure 112018118668519-pat00075
Figure 112018118668519-pat00074
<
Figure 112018118668519-pat00075

Figure 112018118668519-pat00076
Figure 112018118668519-pat00076

[수학식 17][Equation 17]

For

Figure 112018118668519-pat00077
For
Figure 112018118668519-pat00077

Figure 112018118668519-pat00078
Figure 112018118668519-pat00078

Figure 112018118668519-pat00079
Figure 112018118668519-pat00079

Figure 112018118668519-pat00080
Figure 112018118668519-pat00081
의 함수로 표현되므로, 저장 확률
Figure 112018118668519-pat00082
는 라그랑주 승수(Lagrangian multiplier)는
Figure 112018118668519-pat00083
에 의해서만 결정될 수 있다.
Figure 112018118668519-pat00080
Is
Figure 112018118668519-pat00081
Since it is expressed as a function of
Figure 112018118668519-pat00082
Is the Lagrangian multiplier
Figure 112018118668519-pat00083
Can only be determined by

Figure 112018118668519-pat00084
,
Figure 112018118668519-pat00085
이라 가정한다. 주어진
Figure 112018118668519-pat00086
,
Figure 112018118668519-pat00087
Figure 112018118668519-pat00088
에 대해서, 다음이 성립한다.
Figure 112018118668519-pat00084
,
Figure 112018118668519-pat00085
Assume this. given
Figure 112018118668519-pat00086
,
Figure 112018118668519-pat00087
Figure 112018118668519-pat00088
Regarding, the following holds.

- 만약

Figure 112018118668519-pat00089
이면,
Figure 112018118668519-pat00090
,
Figure 112018118668519-pat00091
이므로
Figure 112018118668519-pat00092
이 된다. - if
Figure 112018118668519-pat00089
If,
Figure 112018118668519-pat00090
,
Figure 112018118668519-pat00091
Because of
Figure 112018118668519-pat00092
Becomes.

- 만약

Figure 112018118668519-pat00093
이면,
Figure 112018118668519-pat00094
,
Figure 112018118668519-pat00095
이므로
Figure 112018118668519-pat00096
이 된다.- if
Figure 112018118668519-pat00093
If,
Figure 112018118668519-pat00094
,
Figure 112018118668519-pat00095
Because of
Figure 112018118668519-pat00096
Becomes.

Figure 112018118668519-pat00097
를 만족시키는
Figure 112018118668519-pat00098
Figure 112018118668519-pat00099
의 범위에 존재한다.
Figure 112018118668519-pat00097
Satisfying
Figure 112018118668519-pat00098
Is
Figure 112018118668519-pat00099
Exists in the range of.

따라서,

Figure 112018118668519-pat00100
범위에서
Figure 112018118668519-pat00101
만족시키는
Figure 112018118668519-pat00102
를 찾으면 된다. therefore,
Figure 112018118668519-pat00100
In range
Figure 112018118668519-pat00101
Satisfying
Figure 112018118668519-pat00102
You can find it.

하지만,

Figure 112018118668519-pat00103
를 업데이트 함에 따라 모든 컨텐츠
Figure 112018118668519-pat00104
에 따라 저장 확률
Figure 112018118668519-pat00105
를 업데이트하게 되며, 다른 계층에서의 확률
Figure 112018118668519-pat00106
,
Figure 112018118668519-pat00107
Figure 112018118668519-pat00108
는 저장 확률
Figure 112018118668519-pat00109
의 확률의 함수이므로 역시 변하게 되고, 이에 따라
Figure 112018118668519-pat00110
가 변화하게 되며, 이는 다시
Figure 112018118668519-pat00111
의 값에 영향을 미치게 된다. But,
Figure 112018118668519-pat00103
All content as you update
Figure 112018118668519-pat00104
Storage probability according to
Figure 112018118668519-pat00105
Will be updated, and the probability at different layers
Figure 112018118668519-pat00106
,
Figure 112018118668519-pat00107
Figure 112018118668519-pat00108
Is the storage probability
Figure 112018118668519-pat00109
Since it is a function of the probability of
Figure 112018118668519-pat00110
Will change, which again
Figure 112018118668519-pat00111
Will affect the value of

이러한 사실들을 기반으로, 평균 캐시 히트 확률을 최대화시키기 위한 최적의 저장 확률을 찾기 위한 반복 알고리즘(Iterative bisection algorithm)은 다음과 같이 나타낼 수 있다. Based on these facts, an iterative bisection algorithm for finding an optimal storage probability for maximizing the average cache hit probability can be expressed as follows.

[반복 알고리즘] [Iterative Algorithm]

단계(S110)에서, 초기값 설정부는 컨텐츠 저장이 가능하며 서로 다른 특성을 가지는 이종 스몰셀 네트워크에서, 모든 계층에 대해 라그랑주 승수의 초기값을 설정할 수 있다. 이는 아래와 같이 표현될 수 있다. In step S110, the initial value setting unit may set the initial value of the Lagrange multiplier for all layers in a heterogeneous small cell network capable of storing contents and having different characteristics. This can be expressed as follows.

Step 1 [

Figure 112018118668519-pat00112
Figure 112018118668519-pat00113
에 대해
Figure 112018118668519-pat00114
초기값 설정]Step 1 [
Figure 112018118668519-pat00112
Figure 112018118668519-pat00113
About
Figure 112018118668519-pat00114
Initial value setting]

Figure 112018118668519-pat00115
,
Figure 112018118668519-pat00115
,

Figure 112018118668519-pat00116
Figure 112018118668519-pat00116

(

Figure 112018118668519-pat00117
Figure 112018118668519-pat00118
계층에 대한
Figure 112018118668519-pat00119
범위의 양 끝점)(
Figure 112018118668519-pat00117
Wow
Figure 112018118668519-pat00118
For tier
Figure 112018118668519-pat00119
Both ends of the range)

Figure 112018118668519-pat00120
(
Figure 112018118668519-pat00121
: 초기값)
Figure 112018118668519-pat00120
(
Figure 112018118668519-pat00121
: Initial value)

단계(S120)에서, 저장 확률 초기값 산정부는 라그랑주 승수의 초기값에 따른 모든 컨텐츠의 저장 확률의 초기값을 계산할 수 있다. In step S120, the storage probability initial value calculation unit may calculate an initial value of the storage probability of all contents according to the initial value of the Lagrange multiplier.

Step 2 [Step 1의

Figure 112018118668519-pat00122
(
Figure 112018118668519-pat00123
) 초기값에 따른 모든 컨텐츠 저장 확률 초기값 계산]Step 2 [Step 1
Figure 112018118668519-pat00122
(
Figure 112018118668519-pat00123
) Calculate the initial value of the probability of storing all contents according to the initial value]

for

Figure 112018118668519-pat00124
for
Figure 112018118668519-pat00124

for

Figure 112018118668519-pat00125
for
Figure 112018118668519-pat00125

Figure 112018118668519-pat00126
Figure 112018118668519-pat00126

Figure 112018118668519-pat00127
계산
Figure 112018118668519-pat00127
Calculation

endend

endend

단계(S130) 및 단계(S140)에서, 업데이트부는 라그랑주 승수의 값을 업데이트한 후, 계층의 모든 컨텐츠의 저장 확률을 업데이트할 수 있다. 업데이트부는 라그랑주 승수의 값을 업데이트 함에 따라 모든 컨텐츠에 따른 저장 확률을 업데이트하게 되며, 다른 계층에서의 확률이 저장 확률의 확률 함수이기 때문에 변경되어, 라그랑주 승수의 값에 영향을 미칠 수 있다. 이는 아래와 같이 표현될 수 있다. In steps S130 and S140, the update unit may update the value of the Lagrange multiplier and then update the storage probability of all contents in the layer. The update unit updates the storage probability according to all contents as the value of the Lagrange multiplier is updated, and since the probability in another layer is a probability function of the storage probability, the update unit may change the value of the Lagrange multiplier. This can be expressed as follows.

Step 3 [

Figure 112018118668519-pat00128
에 대해,
Figure 112018118668519-pat00129
값 업데이트(update) 후
Figure 112018118668519-pat00130
계층의 모든 컨텐츠 N의 저장 확률 업데이트(update)를 반복] Step 3 [
Figure 112018118668519-pat00128
About,
Figure 112018118668519-pat00129
After value update
Figure 112018118668519-pat00130
Repeatedly updating the storage probability of all contents N of the layer]

for

Figure 112018118668519-pat00131
for
Figure 112018118668519-pat00131

if

Figure 112018118668519-pat00132
, then
Figure 112018118668519-pat00133
if
Figure 112018118668519-pat00132
, then
Figure 112018118668519-pat00133

else if

Figure 112018118668519-pat00134
, then
Figure 112018118668519-pat00135
else if
Figure 112018118668519-pat00134
, then
Figure 112018118668519-pat00135

end if end if

Figure 112018118668519-pat00136
Figure 112018118668519-pat00136

for

Figure 112018118668519-pat00137
(모든 파일 N에 대해서, k 계층(tier)의 저장 확률 업데이트(update))for
Figure 112018118668519-pat00137
(For all files N, update the storage probability of the k tier)

Figure 112018118668519-pat00138
Figure 112018118668519-pat00138

Figure 112018118668519-pat00139
업데이트
Figure 112018118668519-pat00139
update

endend

endend

단계(S150)에서, 제약조건 판단부는 모든 계층에서 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시키는지 여부를 확인할 수 있다. 보다 구체적으로, 제약조건 판단부는 모든 계층에서 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시킬 때까지, 업데이트부를 통해 라그랑주 승수의 값을 업데이트한 후, 계층의 모든 컨텐츠의 저장 확률을 업데이트하도록 할 수 있다. 이는 아래와 같이 표현될 수 있다. In step S150, the constraint determination unit may check whether the sum of the storage probabilities in all layers satisfies the memory content constraint. More specifically, the constraint determination unit may update the value of the Lagrange multiplier through the update unit until the sum of the storage probabilities in all layers satisfies the memory content constraint, and then update the storage probability of all contents in the layer. have. This can be expressed as follows.

Step 4. [모든 계층에서 확률 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시킬 때까지 Step 3 반복] Step 4. [Repeat Step 3 until the sum of probabilities in all layers satisfies the memory content constraint]

while

Figure 112018118668519-pat00140
Figure 112018118668519-pat00141
do (
Figure 112018118668519-pat00142
: error tolerance level)while
Figure 112018118668519-pat00140
Figure 112018118668519-pat00141
do (
Figure 112018118668519-pat00142
: error tolerance level)

Repeat: Step 3Repeat: Step 3

end whileend while

단계(S160)에서, 저장 확률 결정부는 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시키는 경우, 저장 확률을 최종 결정할 수 있다. 이러한 저장 확률 결정부는 각 계층의 스몰셀 캐시 기지국의 제한된 메모리 사이에 대해서, 컨텐츠의 전송 성공 여부를 나타내는 평균 캐시 히트 확률을 최대화하는 최적의 저장 확률을 찾을 수 있다. 이는 아래와 같이 표현될 수 있다. In step S160, when the sum of the storage probabilities satisfies the memory content constraint condition, the storage probability determiner may finally determine the storage probability. The storage probability determiner may find an optimal storage probability for maximizing an average cache hit probability indicating whether or not the content is successfully transmitted, between limited memories of the small cell cache base station of each layer. This can be expressed as follows.

Step 5. [Step 4에서 찾은 저장 확률 값을 최종 결정]Step 5. [Final decision on the storage probability value found in Step 4]

Figure 112018118668519-pat00143
for
Figure 112018118668519-pat00144
Figure 112018118668519-pat00143
for
Figure 112018118668519-pat00144

앞에서 설명한 바와 같이, 이종 스몰셀 네트워크에서 모든 이종 스몰셀 기지국들은 단일 안테나를 가지고, 각 계층의 스몰셀 기지국들은 2D 평면에 푸아송 포인트 프로세스로 랜덤하게 위치할 수 있다. As described above, in a heterogeneous small cell network, all heterogeneous small cell base stations have a single antenna, and small cell base stations of each layer may be randomly located in a 2D plane by a Poisson point process.

그리고, 임의의 수신기가 컨텐츠를 요구하고, 컨텐츠를 가진 모든 계층의 이종 스몰셀 기지국 중 가장 큰 채널 파워 이득을 가진 스몰셀 기지국은 임의의 수신기에 컨텐츠를 전송할 수 있다.In addition, an arbitrary receiver requests content, and a small cell base station having the largest channel power gain among heterogeneous small cell base stations of all layers having the content can transmit the content to an arbitrary receiver.

이상과 같이, 실시예들에 따르면 기존에 존재하는 스몰셀 네트워크에서의 캐싱(저장) 모델보다 현실에 가깝고 적용 가능한 시스템 모델을 제공할 수 있다. 최근, 그리고 앞으로도 급증할 무선 모바일 트래픽을 감당할 수 있는 무선 에지 저장(wireless edge caching) 기술에 있어서 보다 현실적이고 다양한 상황에 적용 가능한 알고리즘을 제공할 수 있고, 무선 통신 기능을 크게 향상시킬 수 있다. As described above, according to the embodiments, it is possible to provide a system model that is closer to reality and can be applied than a caching (storing) model in an existing small cell network. It is possible to provide an algorithm that is more realistic and applicable to various situations in the  wireless edge caching   technology that can handle the wireless mobile traffic that will increase rapidly in recent years and in the future, and the wireless communication function can be greatly improved.

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, 컨트롤러, 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 컨트롤러를 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 a hardware component and a software component. For example, the devices and components described in the embodiments include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), It may be implemented using one or more general purpose computers or special purpose computers, such as 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 executed on the operating system. In addition, the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software. For the convenience of understanding, although it is sometimes described that one processing device is used, one of ordinary skill in the art, the processing device is a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. In addition, other processing configurations are 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 장치에 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 these, configuring the processing unit to behave as desired or processed independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be interpreted by a processing device or to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. Can be embodyed in The software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. 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. The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions 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 recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

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.As described above, although the embodiments have been described by the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those of ordinary skill in the art. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as a system, structure, device, circuit, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and claims and equivalents fall within the scope of the claims to be described later.

Claims (12)

컨텐츠 저장이 가능하며 서로 다른 특성을 가지는 이종 스몰셀 네트워크(heterogeneous small cell network)에서, 이종 스몰셀 기지국의 OSI 7 계층의 모든 계층에 대해 라그랑주 승수(Lagrangian multipliers)의 초기값을 설정하는 단계;
상기 라그랑주 승수의 초기값에 따른 모든 컨텐츠의 저장 확률의 초기값을 계산하는 단계;
상기 라그랑주 승수의 값을 업데이트한 후, 계층의 모든 컨텐츠의 저장 확률을 업데이트하는 단계;
모든 계층에서 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시키는지 여부를 확인하는 단계; 및
상기 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시키는 경우, 상기 저장 확률을 최종 결정하는 단계
를 포함하는, 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법.
In a heterogeneous small cell network capable of storing contents and having different characteristics, setting initial values of Lagrangian multipliers for all layers of the OSI 7 layer of the heterogeneous small cell base station;
Calculating an initial value of the storage probability of all contents according to the initial value of the Lagrange multiplier;
Updating the value of the Lagrange multiplier and then updating the storage probability of all contents in the layer;
Checking whether the sum of the storage probabilities at all layers satisfies the memory content constraint; And
When the sum of the storage probabilities satisfies the memory content constraint, finally determining the storage probabilities
Containing, random content storage optimization method.
제1항에 있어서,
상기 라그랑주 승수의 값을 업데이트한 후, 계층의 모든 컨텐츠의 저장 확률을 업데이트하는 단계는,
상기 라그랑주 승수의 값을 업데이트 함에 따라 모든 컨텐츠에 따른 저장 확률을 업데이트하게 되며, 다른 계층에서의 확률이 상기 저장 확률의 확률 함수이기 때문에 변경되어, 상기 라그랑주 승수의 값에 영향을 미치는 것
을 특징으로 하는, 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법.
The method of claim 1,
After updating the value of the Lagrange multiplier, updating the storage probability of all contents in the layer,
As the value of the Lagrangian multiplier is updated, the storage probability according to all contents is updated, and the probability in another layer is changed because it is a probability function of the storage probability, thus affecting the value of the Lagrange multiplier.
Characterized in, random content storage optimization method.
제1항에 있어서,
상기 모든 계층에서 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시키는지 여부를 확인하는 단계는,
상기 모든 계층에서 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시킬 때까지, 상기 라그랑주 승수의 값을 업데이트한 후, 계층의 모든 컨텐츠의 저장 확률을 업데이트하도록 하는 것
을 특징으로 하는, 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법.
The method of claim 1,
The step of checking whether the sum of the storage probabilities in all the layers satisfies the memory content constraint,
Updating the value of the Lagrange multiplier until the sum of the storage probabilities in all the layers satisfies the memory content constraint, and then updating the storage probabilities of all the contents of the layer.
Characterized in, random content storage optimization method.
제1항에 있어서,
상기 저장 확률을 최종 결정하는 단계는,
각 계층의 스몰셀 캐시 기지국의 제한된 메모리 사이에 대해서, 컨텐츠의 전송 성공 여부를 나타내는 평균 캐시 히트 확률(average cache hit probability)을 최대화하는 최적의 상기 저장 확률을 찾는 것
을 특징으로 하는, 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법.
The method of claim 1,
The step of finally determining the storage probability,
Finding the optimal storage probability that maximizes the average cache hit probability indicating whether the content is successfully transmitted or not between the limited memory of the small cell cache base station of each layer
Characterized in, random content storage optimization method.
제1항에 있어서,
상기 이종 스몰셀 네트워크에서 모든 이종 스몰셀 기지국들은 단일 안테나를 가지고, 각 계층의 스몰셀 기지국들은 2D 평면에 푸아송 포인트 프로세스로 랜덤하게 위치하는 것
을 특징으로 하는, 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법.
The method of claim 1,
In the heterogeneous small cell network, all heterogeneous small cell base stations have a single antenna, and the small cell base stations of each layer are randomly located in a 2D plane by a Poisson point process.
Characterized in, random content storage optimization method.
제1항에 있어서,
임의의 수신기가 컨텐츠를 요구하고, 상기 컨텐츠를 가진 모든 계층의 이종 스몰셀 기지국 중 가장 큰 채널 파워 이득을 가진 스몰셀 기지국은 상기 임의의 수신기에 컨텐츠를 전송하는 것
을 특징으로 하는, 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 방법.
The method of claim 1,
An arbitrary receiver requests content, and a small cell base station having the largest channel power gain among heterogeneous small cell base stations of all layers having the content transmits the content to the arbitrary receiver.
Characterized in, random content storage optimization method.
컨텐츠 저장이 가능하며 서로 다른 특성을 가지는 이종 스몰셀 네트워크(heterogeneous small cell network)에서, 이종 스몰셀 기지국의 OSI 7 계층의 모든 계층에 대해 라그랑주 승수(Lagrangian multipliers)의 초기값을 설정하는 초기값 설정부;
상기 라그랑주 승수의 초기값에 따른 모든 컨텐츠의 저장 확률의 초기값을 계산하는 저장 확률 초기값 산정부;
상기 라그랑주 승수의 값을 업데이트한 후, 계층의 모든 컨텐츠의 저장 확률을 업데이트하는 업데이트부;
모든 계층에서 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시키는지 여부를 확인하는 제약조건 판단부; 및
상기 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시키는 경우, 상기 저장 확률을 최종 결정하는 저장 확률 결정부
를 포함하는, 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 시스템.
In a heterogeneous small cell network that can store contents and has different characteristics, set the initial value to set the initial value of Lagrangian multipliers for all layers of the OSI 7 layer of the heterogeneous small cell base station part;
A storage probability initial value calculation unit that calculates an initial value of the storage probability of all contents according to the initial value of the Lagrange multiplier;
An update unit for updating the storage probability of all contents in the layer after updating the value of the Lagrange multiplier;
A constraint condition determination unit for checking whether the sum of the storage probabilities in all layers satisfies the memory content constraint; And
When the sum of the storage probabilities satisfies a memory content constraint condition, a storage probability determination unit that finally determines the storage probability
Containing, random content storage optimization system.
제7항에 있어서,
상기 업데이트부는,
상기 라그랑주 승수의 값을 업데이트 함에 따라 모든 컨텐츠에 따른 저장 확률을 업데이트하게 되며, 다른 계층에서의 확률이 상기 저장 확률의 확률 함수이기 때문에 변경되어, 상기 라그랑주 승수의 값에 영향을 미치는 것
을 특징으로 하는, 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 시스템.
The method of claim 7,
The update unit,
As the value of the Lagrangian multiplier is updated, the storage probability according to all contents is updated, and the probability in another layer is changed because it is a probability function of the storage probability, thus affecting the value of the Lagrange multiplier.
Characterized in, random content storage optimization system.
제7항에 있어서,
상기 제약조건 판단부는,
상기 모든 계층에서 저장 확률의 합이 메모리 컨텐츠 제약조건을 만족시킬 때까지, 상기 업데이트부를 통해 상기 라그랑주 승수의 값을 업데이트한 후, 계층의 모든 컨텐츠의 저장 확률을 업데이트하도록 하는 것
을 특징으로 하는, 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 시스템.
The method of claim 7,
The constraint condition determination unit,
Updating the value of the Lagrange multiplier through the update unit until the sum of the storage probabilities in all the layers satisfies the memory content constraint, and then updating the storage probabilities of all contents in the layer
Characterized in, random content storage optimization system.
제7항에 있어서,
상기 저장 확률 결정부는,
각 계층의 스몰셀 캐시 기지국의 제한된 메모리 사이에 대해서, 컨텐츠의 전송 성공 여부를 나타내는 평균 캐시 히트 확률(average cache hit probability)을 최대화하는 최적의 상기 저장 확률을 찾는 것
을 특징으로 하는, 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 시스템.
The method of claim 7,
The storage probability determination unit,
Finding the optimal storage probability that maximizes the average cache hit probability indicating whether the content is successfully transmitted or not between the limited memory of the small cell cache base station of each layer
Characterized in, random content storage optimization system.
제7항에 있어서,
상기 이종 스몰셀 네트워크에서 모든 이종 스몰셀 기지국들은 단일 안테나를 가지고, 각 계층의 스몰셀 기지국들은 2D 평면에 푸아송 포인트 프로세스로 랜덤하게 위치하는 것
을 특징으로 하는, 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 시스템.
The method of claim 7,
In the heterogeneous small cell network, all heterogeneous small cell base stations have a single antenna, and the small cell base stations of each layer are randomly located in a 2D plane by a Poisson point process.
Characterized in, random content storage optimization system.
제7항에 있어서,
임의의 수신기가 컨텐츠를 요구하고, 상기 컨텐츠를 가진 모든 계층의 이종 스몰셀 기지국 중 가장 큰 채널 파워 이득을 가진 스몰셀 기지국은 상기 임의의 수신기에 컨텐츠를 전송하는 것
을 특징으로 하는, 랜덤 컨텐츠 저장 최적화 시스템.
The method of claim 7,
An arbitrary receiver requests content, and a small cell base station having the largest channel power gain among heterogeneous small cell base stations of all layers having the content transmits the content to the arbitrary receiver.
Characterized in, random content storage optimization system.
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