KR102391956B1 - 비직교 다중접속(noma) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(mec)에서 컴퓨팅 오프로딩 최적화를 위한 연합 방법 - Google Patents

비직교 다중접속(noma) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(mec)에서 컴퓨팅 오프로딩 최적화를 위한 연합 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 컴퓨팅 오프로딩 최적화를 위한 연합 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 사용자 장비(UE)가 다수 개의 연합 중 제1 연합에 할당되는 제1 연합 할당단계, 상기 제1 연합에 할당된 상기 사용자 장비(UE)가 다수 개의 연합 중에서 임의로 제2 연합에 할당되는 제2 연합 할당단계, 상기 제1 연합 및 제2 연합의 선호도가 비교되는 선호도 비교단계 및 상기 선호도에 따라 상기 제1 연합에 할당된 상기 사용자 장비(UE)가 상기 제2 연합으로의 전환여부가 결정되는 전환여부 결정단계를 포함하는 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 컴퓨팅 오프로딩 최적화를 위한 연합 방법에 관한 것이다.

Description

비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 컴퓨팅 오프로딩 최적화를 위한 연합 방법 {Coalitional Method for Optimization of Computing Offloading in Multiple Access Edge Computing (MEC) supporting Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA)}
본 발명은 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 컴퓨팅 오프로딩 최적화를 위한 연합 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 수많은 사용자 장비(UE)를 대상으로 효율적인 연합 형성 알고리즘이 적용되어 계산 지연시간이 최소화된 무선통신방식을 제공하는 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 컴퓨팅 오프로딩 최적화를 위한 연합 방법에 관한 것이다.
인터넷 어플리케이션이 확산됨에 따라 통신 네트워크가 지원하는 모바일 트래픽 양은 현재 지원되는 것보다 10배 더 커질 것으로 예상된다. 높은 수준의 사용자 경험을 유지하면서 이러한 제약에 유리하게 대처하기 위해서는 향후 5세대(5G) 이동 통신 시스템의 시스템 용량 및 사용자 공정성을 크게 개선해야 한다. 이를 위해 NOMA가 미래의 무선 액세스를 위한 유망한 후보로 떠오르고 있다. NOMA는 중첩 코딩을 사용하여 송신기 측에서 다양한 사용자 장비의 신호를 중첩하고 연속적인 간섭제거를 실현하여 수신기 측에서 의도한 신호를 디코딩하는 것이다. NOMA는 사용가능한 다중반송파 수보다 더 많은 사용자 장비를 수용할 수 있는 잠재력으로 무선통신의 질을 향상시킬 수 있다.
또한, 5G 이동통신환경의 MEC(C(Multi-access Edge Computing)는 무선 기지국에 분산 클라우드 컴퓨팅 기술을 적용하여 다양한 서비스와 캐싱 콘텐츠를 사용자 단말에 가까이 전개함으로써 모바일 코어망의 혼잡을 완화하고 새로운 로컬 서비스를 창출하는 기술이다. MEC를 활용할 수 있는 서비스로는 지능형 비디오 분석 서비스, 고대역폭 저 지연 콘텐츠 전송 서비스 등이 있으며 추가적으로 음성 인식 기반 서비스와 같은 다양한 5G 서비스를 지원할 수 있다.
최근에는 NOMA와 MEC의 조합으로 에너지 소비가 낮고 전체 대기시간을 줄일 수 있는 기술이 개발되고 있으나, 주로 단일 반송파에 초점을 맞춰 개발되고 있어 대역폭이 좁은 다중반송파의 효율성을 증가시킬 수 있는 기술개발은 더딘 상태이다.
관련문헌 1은 MEC 환경에서 전력 절감을 위한 동적 가상 객체 배치 방법 및 시스템에 관한 것으로, 가상 객체의 입력된 요청 수를 측정하여 각 MEC 서버의 인기도를 측정하고 인기도의 분산을 최소화하는 알고리즘을 통하여 각 MEC 서버에 균등하게 요청이 배분되도록 부하 평균화를 수행하고 있으나, 다수 개의 사용자 장비를 대상으로 최적의 연합을 형성하여 다중 반송파의 효율성을 향상시킬 수 없는 단점이 있다.
관련문헌 2는 OFDM 및 NOMA를 결합한 통신방법을 이용한 데이터 전송방법에 관한 것으로, 기존의 통신 방법을 사용하는 단말뿐만 아니라 새로운 통신 방법을 사용하는 단말에게 데이터를 전송할 수 있어 통신의 호환성을 가질 수 있으나, 무선통신의 지연시간을 최소화하여 효율성을 증가시킬 수 없는 단점이 있다.
KR 10-2039242 KR 10-1974016
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 컴퓨팅 오프로딩 최적화를 실현할 수 있도록 상기 제1 연합 및 제2 연합의 선호도가 비교되고, 상기 선호도에 따라 상기 제1 연합에 할당된 상기 사용자 장비(UE)가 상기 제2 연합으로의 전환여부가 결정되는 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 컴퓨팅 오프로딩 최적화를 위한 연합 방법을 얻고자 하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 컴퓨팅 오프로딩 최적화를 위한 연합 방법은 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 사용자 장비(UE)가 다수 개의 연합 중 제1 연합에 할당되는 제1 연합 할당단계; 상기 제1 연합에 할당된 상기 사용자 장비(UE)가 다수 개의 연합 중에서 임의로 제2 연합에 할당되는 제2 연합 할당단계; 상기 제1 연합 및 제2 연합의 선호도가 비교되는 선호도 비교단계; 및 상기 선호도에 따라 상기 제1 연합에 할당된 상기 사용자 장비(UE)가 상기 제2 연합으로의 전환여부가 결정되는 전환여부 결정단계;를 제공한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 상기 제1 연합 및 제2 연합의 선호도가 비교되고, 상기 선호도에 따라 상기 제1 연합에 할당된 상기 사용자 장비(UE)가 상기 제2 연합으로의 전환여부가 결정되도록 구비함으로써, 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 수많은 사용자 장비(UE)의 효율적인 연합 형성을 제공하여 종래 모든 사용자 장비(UE)가 로컬에서 작업을 처리하거나 원격 컴퓨팅만으로 작업을 처리하는 방식에 따른 계산 지연시간을 최소화할 수 있고 이에 따라 원활한 무선통신이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 컴퓨팅 오프로딩 최적화를 위한 연합 방법 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 사용자 장비(UE), MEC서버 및 마스터 기지국(MeNB)을 표시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 사용자 장비(UE) 수에 대한 전체 계산 오버헤드(a,b) 및 오프로딩 비율(c)를 표시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다수 개의 연합에 대한 전체 계산 오버헤드(a,b) 및 오프로딩 비율(b)을 표시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 사용자 장비(UE) 수 및 다수 개의 연합에 대한 연합전환 횟수를 표시한 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 컴퓨팅 오프로딩 최적화를 위한 연합 방법 흐름도이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 사용자 장비(UE)(1), MEC서버(2) 및 마스터 기지국(MeNB)(3)을 표시한 도면이다.
우선 도 2를 보면, 비직교 다중접속(Non-Orthogonal Multiple Access; NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(Multiple Access Edge Computing; MEC) 시스템 내에는 다수 개의 사용자 장비(UE)(1), MEC서버(2) 및 마스터 기지국(MeNB)(3)을 포함할 수 있다.
상기 사용자 장비(User Equipment; UE)(1)는 컴퓨터 집약적인 어플리케이션을 실행할 수 있는 장비로, 스마트폰, 스마트 워치 등의 IoT기반의 웨어러블 기기, IoT기반의 디바이스 등일 수 있다. 상기 사용자 장비(UE)(1)는 3D게임, 데이터 분석 및 블록체인과 같은 새로운 리소스 출현에 따라 전 세계 데이터 트래픽을 기하급수적으로 증가시키고 있다.
상기 MEC서버(2)는 무선통신 서비스를 이용하려는 사용자가 구비한 상기 사용자 장비(UE)와 가까운 곳에 위치하여 데이터 전송 시간 단축 및 맞춤형 서비스가 가능하도록 하는 서버이다. 즉, 상기 사용자 장비(UE)(1)는 원거리에 있는 중앙 서버를 거치지 않고 인접한 상기 MEC서버(2)와 무선 통신함으로써 초저지연을 달성할 수 있다.
상기 마스터 기지국(Master eNodeB; MeNB)(3)은 무선자원(Radio resource)을 제공 및 제어하는 기지국이다. 상기 사용자 장비(UE)(1)는 LTE, 5G와 같은 무선자원(Radio resource)을 제공 및 제어하는 상기 마스터 기지국(MeNB)을 거쳐 상기 MEC서버(2)로부터 데이터를 송수신할 수 있다.
비직교 다중접속(Non-Orthogonal Multiple Access; NOMA) 방식은 5G 네트워크에서 무선 액세스 기술의 핵심 구성요소로써, 상기 사용자 장비(UE)(1)로 부반송파를 포함하는 주파수나 시간, 코드 자원 등을 공유하여 직교하지 않는 자원을 할당할 수 있게 하면서 정해진 자원으로 상기 사용자 장비(UE)(1)를 많이 수용할 수 있도록 하는 다중접속 방식이다. 즉, 기존의 직교다중접속(OFDMA) 방식이 갖고 있던 주파수 자원 할당 관점에서의 직교성(orthogonality property)을 깨고 같은 주파수 자원 상에 두 대 이상의 사용자 장비(UE)(1)를 동시에 중첩 할당하여 자원 효율을 높일 수 있는 방식이다.
즉, 본원발명은 비직교 다중접속(Non-Orthogonal Multiple Access; NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(Multiple Access Edge Computing; MEC)에서 네트워크 에지 및 무선 액세스 네트워크 내에서 컴퓨팅 기능을 제공하여 상기 사용자 장비(UE)(1)를 허용할 수 있고, 다수 개의 상기 사용자 장비(UE)가 부반송파와 같은 리소스 블록을 공유할 수 있으므로 더 큰 스펙트럼 효율성 및 종래 대비 더 많은 사용자 장비(UE)(1)를 허용할 수 있는 상당한 이점이 있다.
다음으로, 도 1 내지 도 2를 보면, 비직교 다중접속(Non-Orthogonal Multiple Access; NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(Multiple Access Edge Computing; MEC) 시스템 내에서 컴퓨팅 오프로딩 최적화를 위한 연합 방법은 제1 연합 할당단계(S100), 제2 연합 할당단계(S200), 선호도 비교단계(S300) 및 전환여부 결정단계(S400)를 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 제1 연합 할당단계(S100)는 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 사용자 장비(UE)(1)가 다수 개의 연합(FX) 중 제1 연합(F1)에 할당된다.
상기 다수 개의 연합(FX)은 다수 개의 상기 사용자 장비(UE)(1) 중 일부가 각각 포함되어 그룹으로 형성된 것을 말하고, 이는 계산 지연시간인 계산 오버헤드(Overhead)를 낮추기 위해 구성되는 것이다. 그리고 계산 오프로딩(Offloading)은 급증하는 데이터 트래픽을 다른 네트워크로 분산하는 것을 말한다. 상기 제1 연합 할당단계(S100)는 상기 다수 개의 연합(FX)에서 임의의 연합(Fn)인 상기 제1 연합(F1)에 사용자 장비(UE)(1)가 할당될 수 있다.
한편, 상기 다수 개의 연합(Fx) 내 각각의 연합(F1-Fn)은 서로 다른 부반송파(Subcarrier; S)가 할당될 수 있고, 각각의 연합(F1-Fn)에 포함된 상기 사용자 장비(UE)(1)는 할당된 부반송파(S)를 공유할 수 있다. 이에 따라, 상기 각각의 연합(F1-Fn) 내 상기 사용자 장비(UE)(1)가 NOMA 전송방식으로 마스터 기지국(MeNB)(3)을 거쳐 MEC 서버(2)와 무선 통신될 수 있다.
다만, NOMA 전송방식에서 임의의 연합(Fn) 내 임의의 부반송파(S)가 할당된 경우 임의의 연합(Fn) 내 다수 개의 상기 사용자 장비(UE)(1)간에 할당된 부반송파(S)를 공유할 수 있으나, 할당된 부반송파(S)를 공유하는 사용자 장비(UE)(1)가 많을수록 훨씬 더 심각한 간섭으로 인해 채널이득이 낮은 사용자 장비(UE)(1)의 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio; SINR)가 감소하여 전송 대기시간인 오버헤드(overhead)가 증가하는 문제점이 있다.
따라서 상기 제1 연합 할당단계(S100)는 데이터 전송 대기시간인 오버헤드(overhead) 낮추고자 최적화된 사용자 장비(UE)(1)의 연합을 형성하기 위해서 임의로 상기 제1 연합(F1)에 사용자 장비(UE)(1)가 할당될 수 있다.
다음으로, 상기 제2 연합할당단계(S200)는 상기 제1 연합(F1)에 할당된 상기 사용자 장비(UE)(1)가 다수 개의 연합(Fx) 중에서 임의로 제2 연합(F2)에 할당될 수 있다.
즉, 상기 제2 연합할당단계(S200)는 상기 제1 연합 할당단계(S100)와 마찬가지로, 데이터 전송 대기시간인 오버헤드(overhead)를 낮추고자 최적화된 사용자 장비(UE)(1)의 연합을 형성하기 위해서 임의로 상기 제2 연합(F2)에 사용자 장비(UE)(1)가 할당될 수 있다.
다음으로, 상기 선호도 비교단계(S300)는 상기 제1 연합(F1) 및 제2 연합(F2)의 선호도가 비교된다. 상기 선호도 비교단계(S300)는 상기 선호도가 비교되기 전 상기 사용자 장비(UE)(1)로부터 마스터 기지국(MeNB)(3)에 상기 제1 연합(F1) 및 제2 연합(F2)에 대한 채널상태정보(Channel State Information; CSI)가 요청될 수 있다.
상기 선호도 비교단계(S300)는 상기 제1 연합(F1) 및 제2 연합(F2)에 대한 채널상태정보(Channel State Information; CSI)가 하기 [수학식 1]에 대입되어 상기 제1 연합(F1) 및 제2 연합(F2)의 선호도가 비교될 수 있다.
Figure 112020127967187-pat00001
여기서, F2는 상기 제2 연합이고, F1는 상기 제1 연합이고, R(F2)은 제2 연합에서 달성된 총 계산이득이고, R(F1)은 제1 연합에서 달성된 총 계산이득이고,
Figure 112020127967187-pat00002
은 상기 제1 연합 내 각각의 사용자 장비(UE)의 계산이득이고,
Figure 112020127967187-pat00003
은 상기 제2 연합 내 각각의 사용자 장비(UE)의 계산이득이다. 그리고 상기 R(F1), R(F2),
Figure 112020127967187-pat00004
,
Figure 112020127967187-pat00005
는 음이 아닌 실수이다.
즉, 상기 [수학식 1]은 상기 제2 연합의 총 계산이득이 상기 제1 연합의 총 계산이득보다 크고, 상기 제1 연합 내 각각의 사용자 장비(UE)가 부정적인 영향을 받지 않는다면 상기 제2 연합에 대한 선호도가 높은 것을 수식으로 표현한 것이다.
그리고 상기 선호도 비교단계(S300)는 총 계산이득 R(Fk)은 상기 부반송파(S)를 활용하여 얻을 수 있는 총 계산이득이고, 하기 [수학식 3]을 이용하여 산출될 수 있다.
Figure 112020127967187-pat00006
여기서, 1 ≤ k ≤ S이고, 상기 선호도 비교단계(S300)는 Zn 및
Figure 112020127967187-pat00007
는 하기 [수학식 4]를 이용하여 산출될 수 있다.
Figure 112020127967187-pat00008
다음으로, 상기 전환여부 결정단계(S400)는 상기 선호도에 따라 상기 제1 연합(F1)에 할당된 상기 사용자 장비(UE)(1)가 상기 제2 연합(F2)으로의 전환여부가 결정된다.
즉, 상기 전환여부 결정단계(S400)는 상기 [수학식 1]의 선호관계를 만족하면 상기 제1 연합(F1)에 할당된 상기 사용자 장비(UE)(1)가 상기 제2 연합(F2)으로의 전환이 결정될 수 있다. 그리고 스위칭 규칙에 따라 상기 다수 개의 연합(Fx)이 업데이트되고 새로운 다수 개의 연합(Fy)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 스위칭 규칙은 하기 [수학식 2]와 같다.
Figure 112020127967187-pat00009
여기서, 상기 Fy는 업데이트된 새로운 다수 개의 연합이고, 상기 F1는 제1 연합이고, 상기 F2는 제2 연합이고, n은 상기 사용자 장비(UE)의 수이다.
또한, 상기 전환여부 결정단계(S400)는 상기 전환여부가 반복적으로 질의될 수 있고, 반복횟수(iter) 및 연합비전환 횟수(num)가 상기 MEC서버(2)에 저장될 수 있다. 상기 반복횟수(iter)는 전환여부가 반복적으로 질의된 총 횟수이고, 상기 연합비전환 횟수(num)는 상기 전환여부 결정단계(S400)로부터 상기 다수 개의 연합(Fx)이 새로운 다수 개의 연합(Fy)으로 전환되지 않은 횟수이다.
그리고 상기 전환여부 결정단계(S400)는 상기 연합비전환 횟수(num)가 상기 사용자 장비(UE)(1)의 개수의 10배와 같으면 상기 다수 개의 연합이 최적화된 것으로 판단되고 질의가 중단될 수 있다. 이때, 상기 전환여부 결정단계(S400)는 상기 연합비전환 횟수(num)가 연속적으로 셈해질 때 상기 사용자 장비(UE)(1)의 개수의 10배와 같으면 최종적으로 Nash-stable 분할이 달성된 것으로 판단될 수 있다.
이에 따라, 본원발명의 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 컴퓨팅 오프로딩 최적화를 위한 연합 방법은 최종적으로 Nash-stable 분할이 달성된 연합을 형성할 수 있으므로, 무선통신의 안정성이 향상되고 지연시간의 단축을 실현할 수 있는 효과가 있다.
실시예
실험 파라미터
커버리지 반경이 500m인 마스터 기지국(MeNB)(3)으로 네트워크를 설정하고, 모든 사용자 장비(UE)(1)는 커버리지 내 임의의 위치에 위치하며 마스터 기지국(MeNB)(3)과의 최소 거리는 5m로 설정된다.
잡음전력은 -100 dBm, 전송전력은 100mW, 부반송파(S) 대역폭B는 1MHz이다. 사용자 장비(UE)(1)와 마스터 기지국(MeNB)(3) 사이의 거리 d에 대한 경로손실은 L(d) = 15.3 + 37.6 log 10(d)로 계산된다.
MEC 서버(2)는 데이터 크기(αn)는 420KB CPU 사이클은(βn)=1000메가사이클이고, 사용자 장비(UE)(1)의 로컬 컴퓨팅 능력은 {0.5, 0.8, 1.0} GHz 세트에서 무작위로 선택되고, 각 사용자 장비(UE)(1)에 1.0GHz 컴퓨팅 리소스가 할당된다. 각 실험의 시뮬레이션 결과는 평균 500개의 랜덤 채널 인스턴스에서 얻어진다.
본원발명이 총 계산 지연시간인 오버헤드를 줄이는 현저한 효과가 있음을 입증하기 위해서 종래 사용되는 무선통신방식 3가지와 비교된다. LCO(Local Computing Only) 방식은 모든 계산작업이 로컬에서 처리되는 방식이다. COO(Computation Offloading Only) 방식은 모든 계산작업이 MEC 서버(2)에 의해 원격으로 실행되는 방식이다. HOO(Heuristic Orthogonal Offloading) 방식은 각 부반송파(S)가 최대 하나의 사용자 장비(UE)(1)에 할당되는 직교 설계를 기반으로 하고, 일반적으로 부반송파(S)의 수는 사용자 장비(UE)(1)의 수보다 적으로 가장 높은 개별 계산이득을 달성하는 사용자 장비(UE)(1)에 우선적으로 부반송파(S)가 할당되고, 나머지 사용자 장비(UE)(1)는 계산작업이 로컬에서 처리되는 방식이다.
실험결과
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 사용자 장비(UE) 수에 대한 전체 계산 오버헤드(a,b) 및 오프로딩 비율(c)를 표시한 도면이다.
도 3의 (a)를 보면, 부반송파(S)의 수가 3개일 때 본원발명과 종래 최적의 기법으로 각각 도출된 사용자 장비(UE)(1)의 수에 대한 전체 계산 오버헤드를 비교한 결과, 평균편차의 평균은 11.20%로 산출된다. 이때, 부반송파(S)의 수와 사용자 장비(UE)(1)의 수가 같을 때 본원발명과 종래 최적의 기법의 전체 오버헤드 편차가 최소화되는 것이 확인된다. 예컨대, 사용자 장비(UE)(1)의 수가 4개일 경우 본원발명과 종래 최적의 기법의 편차는 2.317%로 가장 적고, 사용자 장비(UE)(1)의 수가 증가할수록 편차가 점점 증가되는 것을 알 수 있다.
도 3의 (b)를 보면, 다수 개의 연합의 수는 3개, 부반송파(S)의 수는 3개로 설정되고 사용자 장비(UE)(1)의 수는 4개 내지 9개일 수 있다. 우선, 모든 방식에서 사용자 장비(UE)(1)의 수가 많을수록 총 계산 오버헤드가 증가되는 것을 볼 수 있다. COO 방식의 경우 사용자 장비(UE)(1)의 수가 많을수록 총 계산 오버헤드가 가장 크게 증가하는데, 이는 사용자 장비(UE)(1)가 증가할 때마다 동일한 자원을 공유해야 하는 연합 내 사용자 장비(UE)(1)가 증가함으로 간섭이 증가하기 때문이다. 따라서 COO 방식은 일부 사용자 장비(UE)(1)가 원격 실행의 이점이 없더라도 로컬 컴퓨팅 대신 원격 실행을 선택하도록 강요되므로, 적절한 분산을 실현하는 오프로딩 가능성이 낮다.
도 3의 (c)를 보면, 다수 개의 연합의 수는 3개, 사용자 장비(UE)(1)의 수는 4개 내지 9개일 수 있다. COO와 LCO 방식은 사용자 장비(UE)(1)의 수와 관계없이 오프로딩 비율은 각각 100%와 0%이다. 이는 COO 방식에 있어서 일부 사용자 장비(UE)(1)가 원격 실행의 이점이 없더라도 모든 사용자 장비(UE)(1)의 계산작업을 원격으로 실행하고, LCO 방식에 있어서 일부 사용자 장비(UE)(1)가 원격 실행의 이점이 있더라고 모든 사용자 장비(UE)(1)의 계산작업을 로컬로 실행해야하기 때문이다. 따라서 적절한 분산을 실현하는 오프로딩 가능성이 낮고, 이는 사용자 장비(UE)(1)의 수가 많아질수록 오프로딩 가능성이 현저히 낮아진다.
반면에 본원발명은 사용자 장비(UE)(1)의 수가 증가하더라도 적절한 분산을 실현하는 오프로딩의 비율을 타 통신방식보다 높일 수 있는 상당한 이점이 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다수 개의 연합에 대한 전체 계산 오버헤드(a,b) 및 오프로딩 비율(b)을 표시한 도면이다.
도 4의 (a)를 보면, 사용자 장비(UE)(1)의 수는 10개로 고정되어 있고, 다수 개의 연합의 수는 4개 내지 8개일 수 있다. 다수 개의 연합에 대한 전체 계산 오버헤드에 대하여 본원발명과 각각의 방식의 평균편차가 계산된 결과 LCO 방식은 250%, COO 방식은 76%, HOO 방식은 53%로, 본원발명이 성능이 우수한 것을 알 수 있다.
LCO 방식은 모든 사용자 장비(UE)(1)가 로컬에서 계산작업을 처리해야 하므로 일정한 계산 오버헤드를 나타내고, COO 방식 및 HOO 방식은 다수 개의 연합의 수가 많을수록 본원발명과의 성능 차이가 작아지는데, 이는 각 사용자 장비(UE)(1)가 선호하는 부반송파(S)를 다른 사용자 장비(UE)(1)와 공유를 할 필요성이 적어지므로 연합 내 간섭의 영향이 완화되고 계산 지연시간이 감소되기 때문이다.
도 4의 (b)를 보면, 사용자 장비(UE)(1)의 수는 10개로 고정되어 있고, 다수 개의 연합의 수는 4개 내지 8개일 수 있다. 다수 개의 연합에 대한 전체 오프로딩 비율에 대하여 사용자 장비(UE)(1)의 수가 설정되면 연합이 많아질수록 사용자 장비(UE)(1)의 적절한 분산을 실현하는 오프로딩 비율이 높아지는 것을 알 수 있다. 이는 연합의 수가 증가함에 따라 더 큰 선택의 자유를 누릴 수 있기 때문이다.
즉, 본원발명은 연합의 수가 증가할수록 오프로딩 비율은 76%에서 거의 100%로 증가하는 것을 볼 수 있다. 그리고 본원발명은 연합의 수가 4개 일 때 76% 정도의 오프로딩 비율을 보이고, HOO 방식은 40% 정도의 오프로딩 비율을 보이고 있으므로, HOO 방식보다 같은 연합 수에서 적절한 분산을 가능하게 함으로 더 많은 사용자 장비(UE)(1)에 원격실행의 이점을 부여할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 사용자 장비(UE) 수 및 다수 개의 연합에 대한 연합전환 횟수를 표시한 도면이다.
도 5를 보면, 본원발명이 최종적으로 Nash-stable에 도달하는데 필요한 평균 전환횟수를 알 수 있고, 전환횟수는 사용자 장비(UE)가 증가할수록 많아진다.
4개의 연합, 즉 4개의 부반송파(S)를 갖는 경우 평균 전환횟수는 4회에서 8회 정도이고, 사용자 장비(UE)가 5개에서 9개로 증가하면 전환횟수가 1회 더 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 사용자 장비(UE)가 지연시간을 줄이기 위해 더 나은 채널 조건을 가진 부반송파(S)에 대해 더 넓은 범위의 선택 대안을 가지게 되어 전환횟수가 증가하기 때문이다. 따라서 본원발명은 종래 방식에 비해 계산 복잡성을 크게 줄이고, 최종 Nash-stable 상태로 빠르게 수렴하여 다수 개의 사용자 장비(UE)에 대한 최적 연합을 실현하여 계산 지연시간을 단축할 수 있는 현저한 효과가 있다.
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.
그러므로 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
1.. 사용자 장비(UE)
2.. MEC 서버
3. 마스터 기지국(MeNB)
F.. 연합
S.. 부반송파

Claims (5)

  1. 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 사용자 장비(UE)가 다수 개의 연합 중 제1 연합에 할당되는 제1 연합 할당단계;
    상기 제1 연합에 할당된 상기 사용자 장비(UE)가 다수 개의 연합 중에서 임의로 제2 연합에 할당되는 제2 연합 할당단계;
    상기 제1 연합 및 제2 연합의 선호도가 비교되는 선호도 비교단계; 및
    상기 선호도에 따라 상기 제1 연합에 할당된 상기 사용자 장비(UE)가 상기 제2 연합으로의 전환여부가 결정되는 전환여부 결정단계;를 포함하는 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 컴퓨팅 오프로딩 최적화를 위한 연합 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 선호도 비교단계는,
    하기 [수학식 1]을 이용하여 상기 제1 연합 및 제2 연합의 선호도가 비교되는 것을 특징으로 하는 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 컴퓨팅 오프로딩 최적화를 위한 연합 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112020127967187-pat00010

    여기서, F2는 상기 제2 연합이고, F1는 상기 제1 연합이고, R(F2)은 제2 연합에서 달성된 총 계산이득이고, R(F1)은 제1 연합에서 달성된 총 계산이득이고,
    Figure 112020127967187-pat00011
    은 상기 제1 연합 내 각각의 사용자 장비(UE)의 계산이득이고,
    Figure 112020127967187-pat00012
    는 상기 제2 연합 내 각각의 사용자 장비(UE)의 계산이득이다. 그리고 상기 R(F1), R(F2),
    Figure 112020127967187-pat00013
    ,
    Figure 112020127967187-pat00014
    는 음이 아닌 실수이다.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전환여부 결정단계는,
    상기 제1 연합에 할당된 상기 사용자 장비(UE)가 상기 제2 연합으로의 전환이 결정되면 스위칭 규칙에 따라 상기 다수 개의 연합이 업데이트되고 새로운 다수 개의 연합이 형성되는 것을 특징으로 하는 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 컴퓨팅 오프로딩 최적화를 위한 연합 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 전환여부 결정단계는,
    상기 전환여부가 반복적으로 질의될 수 있고, 반복횟수(iter) 및 연합비전환 횟수(num)가 저장되고,
    상기 연합비전환 횟수(num)가 상기 사용자 장비(UE)의 개수의 10배와 같으면 상기 다수 개의 연합이 최적화된 것으로 판단되고 질의가 중단되는 것을 특징으로 하는 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 컴퓨팅 오프로딩 최적화를 위한 연합 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 다수 개의 연합에서 각각의 연합에 서로 다른 부반송파(Subcarrier)가 할당되고, 상기 각각의 연합 내 상기 사용자 장비(UE)가 NOMA 전송방식으로 MEC 서버와 무선통신 되는 것을 특징으로 하는 비직교 다중접속(NOMA) 방식을 지원하는 다중접속 에지 컴퓨팅(MEC)에서 컴퓨팅 오프로딩 최적화를 위한 연합 방법.
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