KR102177175B1 - 씨랜을 위한 디지털유닛의 자원할당방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 씨랜을 위한 디지털유닛의 자원할당방법에는, 정보가 입력되는 것; 입력되는 정보를 이용하여, -디지털유닛 집합의 자원사용을 최소화하는 것, 및 -대응하지 못한 유저의 요청을 최소화하는 것이 수행되도록, 상기 디지털 유닛 집합에서 디지털유닛의 구획을 계획하는 것; 및 상기 계획에 따라서 상기 디지털유닛 집합에 상기 디지털유닛을 구획하는 것이 포함된다. 본 발명에 따르면, 유저의 요청에 최대로 대응할 수 있다.

Description

씨랜을 위한 디지털유닛의 자원할당방법{Method for computing resource allocation of the digital unit for C-RAN}

본 발명은 씨랜(C-RAN)의 디지털 유닛의 자원할당방법을 제안한다.

씨랜(C-RAN: Centralized Radio Access Network)은, 데이터를 처리하는 디지털유닛(DU:Digital Unit)과 무선 송수신을 담당하는 라디오유닛(RU:Radio Unit)이 서로 분리된 무선 네트워크 구성을 말한다.

상기 씨랜에 따르면, 각 사이트에 놓여 있던 디지털유닛들이 한 곳에　모여　적정 온도에서 관리되고, 실제 무선 신호가 송수신되는　각 사이트에는 라디오유닛만 놓여 있다.　그리고, 서로 떨어져 있는 디지털유닛과 라이오유닛은　서로 광케이블로 연결될 수 있다.

상기 라디오유닛은 옥외형 장비로서 단순하고 별도의 냉각 시설이 필요없기 때문에, 통신사업자의 임차비용을 최소화하고, 전원공급이 최소화 되므로 유지비용또한 최소화할 수 있다. 이같은 장점에 의해서, 무선통신만의 기지국은 상기 씨랜으로 설치되는 것이 일반적이다.

상기 디지털유닛의 자원은, 접속되는 상기 라디오유닛과의 업링크 및 다운링크에 대응하여야 한다. 이와 관련하는 종래의 기술로는 'S Chaisiri, B-S Lee, and D Niyato, “Optimization of resource provisioning cost in cloud computing,” IEEE Transactions on Services Computing, vol 5, no 2, pp 164--177, Apr-Jun 2012'가 소개된 바가 있다.

상기 종래기술에 따르면, 이동통신의 유저의 이동도(mobility)와 서비스요청, 각각의 평균값을 이용하여 상기 디지털유닛의 자원을 할당한다. 이때문에, 유저의 요청에 대응하지 못하는 실패율이 높았다.

한편, 상기 디지털유닛의 자원은 클라우드 컴퓨팅의 환경에서는 가상화되어 수행될 수 있다. 이로써, 보안성 향상, 자원 공용화, 및 자원절약의 측면에서 장점을 기대할 수 있다. 그러나, 상기 가상화환경에 적합한 상기 디지털유닛의 자원할당방법에 대해서는 연구가 수행된 바가 없다.

S Chaisiri, B-S Lee, and D Niyato, "Optimization of resource provisioning cost in cloud computing," IEEE Transactions on Services Computing, vol 5, no 2, pp 164--177, Apr-Jun 2012

본 발명은 클라우드 컴퓨팅으로 구현되는 상기 씨랜에서 상기 디지털유닛의 자원할당방법을 제안한다.

본 발명에 따르면, 입력되는 정보를 이용하여, 디지털유닛 집합의 자원사용을 최소화하는 조건, 및 대응하지 못한 유저의 요청을 최소화하는 조건이 수행되도록, 상기 디지털 유닛 집합에서 디지털유닛의 구획을 계획한다. 이에 따르면, 씨랜의 디지털유닛을 최적으로 구획할 수 있다.

상기 디지털유닛 집합은 클라우드 컴퓨팅 자원으로 제공될 수 있다. 이 경우에는, 클라우드 환경에서 가상화된 디지털유닛을 최적으로 배치하여, 대응하지 못하는 유저의 요청을 최소화하면서도 씨랜을 더욱 효과적으로 이용할 수 있다.

상기 디지털 유닛은, 크기의 변경이 자유로운 가상화 베이스 스테이션으로 제공되어, 클라우드 환경에 최적한 답을 제공할 수 있다.

상기 디지털유닛의 구획을 계획하는 것은, 추계론적 모델링으로 수행되어, 변화하는 환경에 대해서도, 과거에 알려진 정보를 최대로 활용하여 최적의 디지털유닛의 배치를 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 효율적으로 디지털유닛의 자원을 할당함으로서, 클라우드 컴퓨팅으로 구현되는 씨랜에서, 대응하지 못한 유저의 요청을 줄일 수 있다.

도 1은 씨랜의 구성을 간략하게 보이는 도면.
도 2는 씨랜을 위한 디지털유닛의 자원할당방법을 설명하는 흐름도.
도 3은 실시예의 효과를 설명하는 도면.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 이하의 실시예로 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

도 1은 씨랜의 구성을 간략하게 보이는 도면이다.

도 1을 참조하면, 씨랜에는, 다수의 상기 디지털유닛이 모여서 제공되는 디지털유닛 집합(1), 상기 디지털유닛 집합(1)과 프론트홀(fronthaul)(3)로 연결되는 라디오유닛(2)이 포함된다.

상기 디지털유닛 집합(1)은 다수의 컴퓨팅 장치가 연결되는 클라우드 컴퓨팅자원을 바람직하게 예로 들 수 있다. 상기 디지털유닛 집합(1)에는 적어도 두 개의 가상 베이스 스테이션(VBS:Virtual Base Station)(11)이 제공될 수 있다. 상기 가상 베이스 스테이션은, 상기 씨랜에서 상기 라디오 유닛과 대응하여 디지털유닛의 기능을 가상화하여 수행하는 디지털 유닛으로 이해할 수 있다. 상기 가상 베이스 스테이션은 상기 디지털유닛 집합(1)의 안에서, 다양하게 가상화되어 제공될 수 있다.

물론, 상기 디지털유닛 집합(1)에는 상기 디지털유닛의 동작에 필요한 자원이 포함될 수도 있다.

상기 라디오유닛(2)에는 적어도 하나의 유저(21)가 접속될 수 있다.

한편, 상기 가상 베이스 스테이션은 클라우드 자원으로서, 적어도 어느 하나의 가상 베이스 스테이션을 옮기거나 크기를 변경하는 등의 작업은 큰 낭비를 초래한다. 예를 들어, 상기 가상 베이스 스테이션의 크기를 변경하는 것은, 많은 시간이 소모되고, 서비스 실패(service outage)를 야기할 수 있다. 이와 같은 문제로 인하여 상기 가상 베이스 스테이션을 재구성(reconfiguration)하는 것은 장기적인 텀으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 가상 베이스 스테이션의 재구성을 자주 하는 것이 어려운 일임에 반하여, 네트워크 자원(여기서 네트워크 자원은, 상기 디지털유닛 집합의 컴퓨팅 자원과는 반대되는 개념이다)은 유저의 변화 등에 따라서 자주 변경할 수 있다. 여기서, 상기 네트워크 자원에는, 전송파워, 및 채널할당 등이 있을 수 있다.

상기되는 배경하에서, 이하에서는 상기 디지털유닛 집합에서 상기 디지털유닛의 구획하는 방법을 상세하게 설명한다. 여기서, 이미 설명한 바와 같이, 상기 디지털유닛 집합은 클라우딩 컴퓨팅 자원을 바람직하게 예시할 수 있고, 상기 디지털유닛은 가상 베이스 스테이션을 예시할 수 있다.

도 2는 씨랜을 위한 디지털유닛의 자원할당방법을 설명하는 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 필요한 정보가 입력된다(S1), 상기 필요정보를 참조하여, 추계론적 모델링(stochastic modelling)이 수행되어 상기 디지털유닛을 구획의 계획을 수립한다(S2). 상기 디지털유닛을 구획하는 방법에 따라서, 상기 디지털유닛 집합(1)이 구획될 수 있다(S3).

상기 추계론적 모델링에는 두 개의 조건이 사용될 수 있다. 먼저, 제 1 조건으로서, 상기 디지털유닛 집합의 자원사용을 최소화하는 조건이 사용될 수 있다. 제 2 조건으로서, 유저로부터 요청이 있음에도 불구하고 대응하지 못한 유저의 요청을 최소화하는 조건이 사용될 수 있다.

상기 제 1 조건에 따른 값 및 제 2 조건에 따른 값의 합산이 최소화하는 조건을 만족하도록, 상기 디지털유닛 집합에 상기 가상 베이스 스테이션을 구획할 수 있다.

상기 추계론적 모델링을 더 상세하게 설명한다.

수학식 1은 상기 추계론적 모델링에 따라서 디지털유닛을 최적화하는 최적화식을 나타낸다.

상기 수학식 2의 최적화식의 각 요소를 설명한다.

상기 i는 각각의 상기 라디오유닛의 색인이다.

상기 x는 각각의 상기 가장 베이스 스테이션에 할당된 상기 컴퓨팅 자원의 양이다. 바가 붙으면 벡터를 의미한다.

상기 d는 각각의 상기 유저의 요청 중에 대응하지 못한 요청의 양이다. 바가 붙으면 벡터를 의미한다.

상기 s는 한명의 유저가 통신(job)이 있거나 없는 둘 중의 하나를 가지는 시나리오의 수이다. 예를 들어, n개의 유저인 경우에는 s는 2^n개의 시나리오를 가질 수 있다. 상기 유저는 u로 색인한다. 대문자 S는 상기 s의 벡터를 의미한다.

상기 j는 유저의 통신의 비트크기를 나타낸다. 바가 붙으면 j의 벡터를 의미한다.

상기 P는 발생할 확률을 의미한다.

g는 통신슬롯의 할당시간을 나타내는 것으로서, 예를 들어,

는 시나리오 s에서, 어느 라디오유닛(i)에 어느 유저(u)의 업로드링크 및 다운로드링크를 위하여 할당된 슬롯의 시간이다. G(s)는 시나리오 s에서 각 상기 라디오유닛과 각 상기 유저에게 할당된 슬롯의 시간을 나타내는 행렬을 의미한다.

γ는 디자인요소로소 0또는 1로서, 수학식 1은 이단 스테이지로 구성되는 추계론적 모델이기 때문에 제공된다.

상기 수학식 1은 수학식 2 내지 12에 의해서 구속될 수 있다. 수학식 2 내지 수학식 4는 수학식 1의 전반부 텀의 구속조건이다. 상기 수학식 1의 전반부 텀은 상기 컴퓨팅 자원의 사용을 최소화하도록 한다. 이는 비용을 최소화하는 것과 마찬가지이다.

상기 수학식 2에 따르면, 상기 라디오유닛에 할당할 수 있는 상기 컴퓨팅 자원의 양은 1을 넘지 않도록 한다.

상기 수학식 3에 따르면, 상기 컴퓨팅 자원이 각 라디오유닛에 할당할 수 있는 자원은 영에서 일 사이이다.

여기서, c는 상기 프론트 홀의 대역폭이고, B는 상기 컴퓨팅 자원의 일부분이 주어질 때 할당될 수 있는 최대 대역폭을 전달하는 함수이다. 상기 수학식 4에 따르면, 상기 컴퓨팅 자원의 대역폭은 상기 프론트 홀의 대역폭보다 클 수 없다.

상기 수학식 1의 후반부 텀은 유저로부터의 요청이 있었음에도 불구하고 대응하지 못한 유저의 요청을 최소화한다. 수학식 5 내지 수학식 11은 수학식 1의 후반부 텀의 구속조건이다.

수학식 5에 따르면, 임의의 유저에 있어서, 유저에게 제공되는 전제 서비스 양은 유저의 통신량(job)(즉, 요청된 총 비트량)보다 작거나 같다. 여기서 a는 유저와 라디오유닛간의 서비스제공여부를 나타내는 것으로서 일 또는 영의 값으로서 미리 알려질 수 있다. θ는 송신율로서 모든 유저에 대하여 알려질 수 있다.

수학식 6에 따르면, 임의의 유저에 있어서, 유저는 하나의 타임슬롯을 통하여 적어도 하나의 상기 라디오유닛으로부터 서비스를 받을 수 있고, 그 서비스는 1을 초과할 수 없다.

수학식 7에 따르면, 임의의 라디오유닛에 있어서, 라디오유닛은 많은 유저에게 서비스를 제공할 수 있고, 서비스를 위하여 사용되는 시간의 합은 1을 초과할 수 없다.

수학식 8을 이용하여 대응하지 못한 상기 유저의 요청을 계산할 수 있다.

수학식 9에 따르면, 수학식 8을 이용하여 계산된, 대응하지 못한 상기 유저의 요청이 영보다 크거나 같다.

수학식 10에 따르면, 통신슬롯의 할당시간은 영보다 크거나 같다.

수학식 11에 따르면, 라디오유닛가 송수신하는 데이터량은, 그 라디오유닛과 연결되는 네트워크의 밴드폭을 넘어서지 못한다.

상기되는 방법에 의해서, 상기 추계론적 모델링의 최적해를 구할 수 있다. 이하에서는 상기되는 수학식 1 및 그의 구속조건이 적용되는 추계론적 모델링을 실험한 결과를 설명한다.

도 3은 실시예의 효과를 설명하는 도면이다.

도 3을 참조하면, 비특허문헌에 소개되는 방법으로 예시되는 사용자의 이동도와 서비스요청의 평균값만을 고려하는 비교예와, 실시예의 경우를 비교할 수 있다. 비교의 결과, 다섯번의 실험에서 유저요청에 대응하지 못하는 데이터가 월등히 증가하는 것을 볼 수 있다.

이는 씨랜의 자원을 최적화함에 있어서 불확정성을 이용하지 못하고, 평균값만을 활용하는 것에 기인하는 것으로 예상된다

본 발명에 따르면, 씨랜에서, 대응하지 못하는 유저의 요청을 줄일 수 있어, 서비스 품질을 향상시킬 수 있다.

1: 디지털유닛 집합

Claims (4)

1. 정보가 입력되는 것;
   입력되는 정보를 이용하여,
   -디지털유닛 집합의 자원사용을 최소화하는 것, 및
   -대응하지 못한 유저의 요청을 최소화하는 것이 수행되도록,
   상기 디지털 유닛 집합에서 디지털유닛의 구획을 계획하는 것; 및
   상기 계획에 따라서 상기 디지털유닛 집합에 상기 디지털유닛을 구획하는 것이 포함되고,
   상기 디지털유닛의 구획을 계획하는 것은, 추계론적 모델링으로 수행되는 씨랜을 위한 디지털유닛의 자원할당방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 디지털유닛 집합은 클라우드 컴퓨팅 자원인 씨랜을 위한 디지털유닛의 자원할당방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 디지털 유닛은, 크기의 변경이 자유로운 가상화 베이스 스테이션인 씨랜을 위한 디지털유닛의 자원할당방법.
4. 삭제

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