KR102484004B1 - Mec 네트워크에서 단말-위성 간 태스크 오프로딩 수행 방법 및 장치 - Google Patents

Mec 네트워크에서 단말-위성 간 태스크 오프로딩 수행 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

MEC 네트워크에서 적어도 하나의 위성과 태스크 오프로딩을 수행하는 단말의 방법이 제공된다. 상기 방법은, 적어도 하나의 초기 입력값을 획득하는 과정; 타임 슬롯 t에서 상기 적어도 하나의 위성으로부터 태스크 오프로딩을 수행여부를 결정하는데 필요한 정보를 획득하는 과정; 상기 타임 슬롯 t에서 상기 단말의 정보 및 상기 적어도 하나의 위성으로부터 획득한 태스크 오프로딩을 수행여부를 결정하는데 필요한 정보를 기반으로 태스크 오프로딩 수행 여부에 따른 목적 함수를 각각 설정하는 과정; 상기 태스크 오프로딩 수행 여부에 따른 각각의 목적 함수의 최소값을 획득하고 상기 각각의 목적 함수의 최소값을 비교하는 과정; 및 상기 비교결과에 따라 상기 타임 슬롯 t에서 상기 적어도 하나의 위성으로 태스크 오프로딩 수행할지 여부를 결정하는 과정을 포함한다.

Description

MEC 네트워크에서 단말-위성 간 태스크 오프로딩 수행 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING TASK OFFLOADING BETWEEN TERMINAL AND SATELLITE IN MEC NETWORK}
본 개시는 MEC 네트워크에서 단말-위성 간 태스크 오프로딩을 수행하는 방법을 제공한다.
5 세대 통신 기술(5G)의 발전과 함께 사물인터넷(IoT) 시대에는 수많은 디바이스들이 생겨났고, 큰 계산 자원을 요구하는 태스크(task)들이 많이 발생하게 되었다. 이러한 사물인터넷 환경에서 MEC(multiaccess edge computing)는 높은 컴퓨팅 성능을 요구하는 작업을 디바이스(예: 단말 장치)에서 가까운 MEC 서버로 오프로딩(offloading)함으로써 디바이스에 높은 계산 요구량을 효율적으로 제공할 수 있는 기술로 부상하였다. 그리고 이러한 MEC 태스크 오프로딩 방식을 단말-위성 간 MEC 네트워크 모델에 적용하기 위한 연구들이 논의되고 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 TST를 포함하는 단말-위성 간 MEC 네트워크(100) 모델을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, MEC 네트워크(100)는 하나 이상의 단말(101) 및 하나 이상의 위성(102)를 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 단말(101)은 IMD(IoT mobile device)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 위성(102)은 저궤도 상에서 움직이는 위성일 수 있다. 하나 이상의 위성(102)은 각각 MEC 서버(104)를 포함한다. MEC 네트워크(100)는 하나 이상의 단말(101) 및 하나 이상의 위성(102) 사이에 배치되어 연결 포인트로서 동작하는 TST(terrestrial satellite terminal)(103)를 포함한다. TST(103)은 하나 이상의 단말(101)로부터 오프로딩 태스크(offloading task)를 수집하고 동시에 하나 이상의 위성(102)으로 업로드하는 역할을 수행한다. 이 때, TST(103)은 하나 이상의 단말(101) 및 하나 이상의 위성(102) 간 지연 및 에너지를 공동으로 최적화하기 위한 알고리즘을 수행한다.
도 1에서 제안하는 기존의 태스크 오프로딩 기법은 TST의 전송 전력과 오프로딩 비율의 트레이드 오프(trade-off)를 조절하는 최적화 문제를 제시하였으나 위성이 실시간으로 움직이는 동적인 상황과 같은 현실적인 상황을 고려하지 않은 문제가 있다.
따라서, 지속적으로 움직이는 저궤도 위성에 대해 실시간으로 달라지는 단말-위성 간의 거리와 전파 지연을 고려하여 동적 최적화에 따른 기본보다 현실적인 단말-위성 간 엣지 컴퓨팅(edge computing) 최적화 모델이 필요하다.
본 개시는 MEC 네트워크에서 단말-위성 간 태스크 오프로딩을 수행하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, MEC 네트워크에서 적어도 하나의 위성과 태스크 오프로딩을 수행하는 단말의 방법이 제공된다. 상기 방법은, 적어도 하나의 초기 입력값을 획득하는 과정; 타임 슬롯 t에서 상기 적어도 하나의 위성으로부터 태스크 오프로딩을 수행여부를 결정하는데 필요한 정보를 획득하는 과정; 상기 타임 슬롯 t에서 상기 단말의 정보 및 상기 적어도 하나의 위성으로부터 획득한 태스크 오프로딩을 수행여부를 결정하는데 필요한 정보를 기반으로 태스크 오프로딩 수행 여부에 따른 목적 함수를 각각 설정하는 과정; 상기 태스크 오프로딩 수행 여부에 따른 각각의 목적 함수의 최소값을 획득하고 상기 각각의 목적 함수의 최소값을 비교하는 과정; 및 상기 비교결과에 따라 상기 타임 슬롯 t에서 상기 적어도 하나의 위성으로 태스크 오프로딩 수행할지 여부를 결정하는 과정을 포함한다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, MEC 네트워크에서 적어도 하나의 위성과 태스크 오프로딩을 수행하는 단말이 제공된다. 상기 단말은, 송수신부; 및 상기 송수신부를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 적어도 하나의 초기 입력값을 획득하고, 타임 슬롯 t에서 상기 적어도 하나의 위성으로부터 태스크 오프로딩을 수행여부를 결정하는데 필요한 정보를 획득하고; 상기 타임 슬롯 t에서 상기 단말의 정보 및 상기 적어도 하나의 위성으로부터 획득한 태스크 오프로딩을 수행여부를 결정하는데 필요한 정보를 기반으로 태스크 오프로딩 수행 여부에 따른 목적 함수를 각각 설정하고, 상기 태스크 오프로딩 수행 여부에 따른 각각의 목적 함수의 최소값을 획득하고 상기 각각의 목적 함수의 최소값을 비교하고, 상기 비교결과에 따라 상기 타임 슬롯 t에서 상기 적어도 하나의 위성으로 태스크 오프로딩 수행할지 여부를 결정함을 특징으로 한다.
본 개시의 실시예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 본 개시의 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 개시의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 계속적으로 움직이는 위성에 대해 실시간으로 달라지는 단말-위성 간의 거리와 전파 지연을 고려하여 동적 최적화를 진행할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따르면, 기존보다 현실적인 단말-위성 간 엣지 컴퓨팅 최적화 모델을 제공할 수 있다.
도 1은 기존의 TST를 포함하는 단말-위성 간 MEC 네트워크 모델의 예시를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 단말-위성 간 MEC 네트워크 모델의 예시를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 단말-위성 간 MEC 네트워크 모델에서 태스크 오프로딩 수행여부를 결정하는 알고리즘 순서도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 단말-위성 간 MEC 네트워크 모델에서 태스크 오프로딩을 수행하는 단말에 대한 블록도를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시의 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 이는 본 개시를 특정한 실시 형태에 대해 한정하는 것이 아니며, 본 개시의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 도면에서 본 개시를 설명하기 위해 설명과 관련없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통해 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙인다.
제 1, 제 2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다.
그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 본 명세서를 통해 설명되는 각 구성부들의 존재 여부는 기능적으로 해석되어야 할 것이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 단말-위성 간 MEC 네트워크 모델(200)의 예시를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, MEC 네트워크(200)는 하나 이상의 단말(201) 및 하나 이상의 위성(202)를 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 단말(201)은 IMD를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 위성(202)은 저궤도 상에서 움직이는 위성일 수 있다. 하나 이상의 위성(202)은 각각 MEC 서버(미도시)를 포함한다. 하나 이상의 단말(201) 및 하나 이상의 위성(202)은 타임 슬롯 t에서 거리 d(t)만큼 떨어져 있다. 하나 이상의 단말(201)은 타임 슬롯 t에서 하나 이상의 단말(201)로 들어오는 평균 태스크량 a(t)(bit/
Figure 112022088121727-pat00001
t)를 가진다. 하나 이상의 단말(201)은 타임 슬롯 t에서 오프로딩 스케쥴 파라미터
Figure 112022088121727-pat00002
에 따라 하나 이상의 위성(202)으로 태스크 오프로딩 수행 여부를 결정한다. 예를 들어, 타임 슬롯 t에서 오프로딩 스케쥴 파라미터
Figure 112022088121727-pat00003
가 오프로딩 수행하지 않음을 나타내는 특정 값(예: 0)을 나타내는 경우 하나 이상의 단말(201)은 평균 태스크량 a(t)를 해당 태스크를 처리하기 위해 요구되는 비트 당 CPU 자원 사용량
Figure 112022088121727-pat00004
(cycles/bit) 및 타임 슬롯 t에서 하나 이상의 단말(201)의 CPU 처리 속도
Figure 112022088121727-pat00005
(Hz)로 해당 태스크를 처리한다. 예를 들어, 타임 슬롯 t에서 오프로딩 스케쥴 파라미터
Figure 112022088121727-pat00006
가 오프로딩 수행을 나타내는 특정 값(예: 1)을 나타내는 경우 하나 이상의 단말(201)은 타임 슬롯 t에서 하나 이상의 위성(202)으로 처리량 b(t)(bit/
Figure 112022088121727-pat00007
t)를 전달한다. 처리량 b(t)는 타임 슬롯 t에서 하나 이상의 단말(201) 및 하나 이상의 위성(202) 간의 채널 이득 값 g(t) 및 타임 슬롯 t에서 하나 이상의 단말(201)의 하나 이상의 위성(202)으로의 전송 파워
Figure 112022088121727-pat00008
의 함수이다. 타임 슬롯 t에서 하나 이상의 단말(201) 및 하나 이상의 위성(202) 간의 채널 이득 값 g(t)은 다음 수학식 1과 같이 타임 슬롯 t에서 하나 이상의 단말(201) 및 하나 이상의 위성(202) 간의 거리 d(t)의 함수로 나타낼 수 있다.
<수학식 1>
Figure 112022088121727-pat00009
여기서, f는 하나 이상의 단말(201)에서 하나 이상의 위성(202)으로 보내는 전파의주파수를 나타내고, c는 빛의 속도를 나타내고,
Figure 112022088121727-pat00010
는 도플러 주파수를 나타내고,
Figure 112022088121727-pat00011
는 전파 지연(propagation latency)를 나타낸다.
하나 이상의 단말(201)로부터 처리량 b(t)를 전달받은 하나 이상의 위성(202)은 해당 태스크를 처리하기 위해 요구되는 비트 당 CPU 자원 사용량
Figure 112022088121727-pat00012
(cycles/bit) 및 타임 슬롯 t에서 하나 이상의 위성(202)의 CPU 처리 속도
Figure 112022088121727-pat00013
(Hz)로 해당 태스크를 처리한다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 단말-위성 간 MEC 네트워크 모델(200)에서 태스크 오프로딩 수행여부를 결정하는 알고리즘 순서도를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 태스크 오프로딩 수행여부를 결정하는 알고리즘은 도 2에서 하나 이상의 단말(201)에 의해 수행될 수 있다. 301단계에서 하나 이상의 단말(201)은 초기 입력값으로 어떤 태스크를 처리하기 위해 요구되는 비트 당 CPU 자원 사용량
Figure 112022088121727-pat00014
(cycles/bit), 하나 이상의 단말(201) 및 하나 이상의 위성(202) 각각의 CPU 파워에 대한 균형을 맞추기 위한 파라미터
Figure 112022088121727-pat00015
, 및 하나 이상의 단말(201) 및 하나 이상의 위성(202)을 포함하는 MEC 네트워크(200)에서의 소모 에너지 및 지연에 대한 균형을 맞추기 위한 파라미터
Figure 112022088121727-pat00016
를 가진다.
302단계에서 하나 이상의 단말(201)은 타임 슬롯 t에서의 입력 값으로 a(t), b(t), d(t),
Figure 112022088121727-pat00017
,
Figure 112022088121727-pat00018
,
Figure 112022088121727-pat00019
, 타임 슬롯 t에서 하나 이상의 단말(201)의 CPU 처리 큐(queue) 백로그
Figure 112022088121727-pat00020
(bits), 및/또는 타임 슬롯 t에서 하나 이상의 위성(202)의 CPU 처리 큐(queue) 백로그
Figure 112022088121727-pat00021
(bits)를 가진다.
303단계에서 하나 이상의 단말(201)은 하나 이상의 단말(201) 및 하나 이상의 위성(202)을 포함하는 MEC 네트워크(200)에서의 소모 에너지 및 지연을 최소화하는 목적 함수를 MEC 네트워크(200)에서의 소모 에너지, MEC 네트워크(200)의 파워, 및 지켜져야 하는 큐 지연에 기반하여 설정한다. 예를 들어, 목적 함수에서 MEC 네트워크(200)에서의 소모 에너지, MEC 네트워크(200)의 파워, 및 지켜져야 하는 큐 지연 각각은 매 타임 슬롯마다 변화하므로, 하나 이상의 단말(201)은 각각에 대한 가중치가 곱해진 MEC 네트워크(200)에서의 소모 에너지, MEC 네트워크(200)의 파워, 및 지켜져야 하는 큐 지연의 전체 합을 최소로 만들기 위해 동적 최적화 기법인 리아프노프 최적화(Lyapunov optimization)를 이용한다. 이 때, 타임 슬롯 t에서 오프로딩 스케쥴 파라미터
Figure 112022088121727-pat00022
에 따라 리아프노프 최적화를 적용할 때 제어 가능 변수들(
Figure 112022088121727-pat00023
,
Figure 112022088121727-pat00024
Figure 112022088121727-pat00025
)로 나타낸 목적 함수와 큐의 안정화 간의 관계식은 다음 수학식 2 및 수학식 3과 같다.
<수학식 2>
Figure 112022088121727-pat00026
<수학식 3>
Figure 112022088121727-pat00027
여기서,
Figure 112022088121727-pat00028
는 트레이드 오프 관계에 있는 큐의 안정화와 목적 함수 사이의 가중치를 나타내는 파라미터이고,
Figure 112022088121727-pat00029
는 타임 슬롯 t에서 하나 이상의 단말(201)의 CPU 처리 파워이고,
Figure 112022088121727-pat00030
는 타임 슬롯 t에서 하나 이상의 위성(202)의 CPU 처리 파워이고,
Figure 112022088121727-pat00031
는 타임 슬롯 t에서 하나 이상의 단말(201)의
Figure 112022088121727-pat00032
와 연관된 MEC 네트워크(200)의 파워이고,
Figure 112022088121727-pat00033
는 타임 슬롯 t에서 전파지연을 나타낸다.
즉, 타임 슬롯 t에서 오프로딩 스케쥴 파라미터
Figure 112022088121727-pat00034
가 오프로딩 수행하지 않음을 나타내는 특정 값(예: 0)을 나타내는 경우 목적 함수와 큐의 안정화 간의 관계식은 수학식 2를 통해 제어 가능 변수들인
Figure 112022088121727-pat00035
및
Figure 112022088121727-pat00036
를 조절하여 해당 관계식을 최소가 되게 하는
Figure 112022088121727-pat00037
및
Figure 112022088121727-pat00038
를 획득한다. 구체적으로, 가능한
Figure 112022088121727-pat00039
및
Figure 112022088121727-pat00040
의 조합들의 값들을 대입하여 수학식 2의 결과값을 최소로 만드는
Figure 112022088121727-pat00041
및
Figure 112022088121727-pat00042
의 조합을
Figure 112022088121727-pat00043
및
Figure 112022088121727-pat00044
로 획득한다.
또한, 타임 슬롯 t에서 오프로딩 스케쥴 파라미터
Figure 112022088121727-pat00045
가 오프로딩을 수행함을 나타내는 특정 값(예: 1)을 나타내는 경우 목적 함수와 큐의 안정화 간의 관계식은 수학식 3을 통해 제어 가능 변수들인
Figure 112022088121727-pat00046
및
Figure 112022088121727-pat00047
를 조절하여 해당 관계식을 최소가 되게 하는
Figure 112022088121727-pat00048
및
Figure 112022088121727-pat00049
를 획득한다. 구체적으로, 수학식 3을 각각
Figure 112022088121727-pat00050
및
Figure 112022088121727-pat00051
에 대한 항들로 구분하고,
Figure 112022088121727-pat00052
에 대한 항은 가능한
Figure 112022088121727-pat00053
의 값을 모두 대입하여 해당 항을 최소로
Figure 112022088121727-pat00054
를
Figure 112022088121727-pat00055
로 획득하고,
Figure 112022088121727-pat00056
에 대한 항은 미분을 통해 해당 항을 최소로 하는
Figure 112022088121727-pat00057
를
Figure 112022088121727-pat00058
로 획득한다.
304단계에서 하나 이상의 단말(201)은 하나 이상의 위성(202)으로의 태스크오프로딩 수행 여부를 결정하기 위해 태스크 오프로딩을 수행하지 않을 경우(예:
Figure 112022088121727-pat00059
) 목적 함수 및 큐 안정성 간의 관계를 최소로 하는 A 및 태스크 오프로딩을 수행하는 경우(예:
Figure 112022088121727-pat00060
) 목적 함수 및 큐 안정성 간의 관계를 최소로 하는 B를 다음 수학식 4 및 수학식 5와 같이 나타낸다.
<수학식 4>
Figure 112022088121727-pat00061
<수학식 5>
Figure 112022088121727-pat00062
즉, A 및 B는 각각 수학식 2 및 수학식 3에 303단계에서 획득한 각 식을 최소로 하는 제어 변수 (
Figure 112022088121727-pat00063
,
Figure 112022088121727-pat00064
) 및 (
Figure 112022088121727-pat00065
,
Figure 112022088121727-pat00066
)을 대입하여 획득한 값이다.
하나 이상의 단말(201)은 A 및 B의 값을 비교한다. 이 때 A 및 B는 각각 태스크 오프로딩을 수행하지 않을 경우 및 태스크 오프로딩을 수행할 경우의 큐 안정성을 포함하는 목적 함수의 상한 경계값의 최소값들을 나타내므로 A 및 B 중 값이 더 작은 쪽이 해당하는 경우에서 목적 함수를 최소화할 수 있다. 하나 이상의 단말(201)은 A가 B보다 클 경우 305단계를 수행하고 A가 B보다 작을 경우 306단계를 수행한다.
A가 B보다 큰 경우, 305단계에서 하나 이상의 단말(201)은 하나 이상의 위성(202)으로 타임 슬롯 t에서의 태스크 오프로딩을 수행하기로 결정하고, 하나 이상의 위성(202)으로 오프로딩을 수행할 태스크를 전달한다.
A가 B보다 작은 경우, 306단계에서 하나 이상의 단말(201)은 하나 이상의 위성(202)으로 타임 슬롯 t에서의 태스크 오프로딩을 수행하지 않기로 결정하고, 해당 태스크를 스스로 처리한다.
307단계에서, 하나 이상의 단말(201) 및 하나 이상의 위성(202)은 큐를 업데이트하고 타임 슬롯 t+1에서 태스크 오프로딩 수행여부를 결정하는 것을 반복한다. 예를 들어, 하나 이상의 단말(201)이 305단계에서 하나 이상의 위성(202)으로 태스크 오프로딩을 수행하였다면 타임 슬롯 t+1에서 하나 이상의 단말(201)의 큐 백로그
Figure 112022088121727-pat00067
및 하나 이상의 위성(202)의 큐 백로그
Figure 112022088121727-pat00068
는 각각 다음 수학식 6 및 수학식 7로 업데이트된다.
<수학식 6>
Figure 112022088121727-pat00069
<수학식 7>
Figure 112022088121727-pat00070
즉, 하나 이상의 단말(201)의 처리 큐에서 b(t)만큼 빠져나가고 하나 이상의 위성(202)의 처리 큐에는 b(t)만큼 들어온다. 또한 오프로딩과 관계없이 하나 이상의 단말(201)의 처리 큐에는 a(t)만큼 들어오고 하나 이상의 위성(202)의 처리 큐에서
Figure 112022088121727-pat00071
는 CPU 처리량으로 빠져나간다.
예를 들어, 하나 이상의 단말(201)이 306단계에서 하나 이상의 위성(202)으로 태스크 오프로딩을 수행하지 않았다면 타임 슬롯 t+1에서 하나 이상의 단말(201)의 큐 백로그
Figure 112022088121727-pat00072
및 하나 이상의 위성(202)의 큐 백로그
Figure 112022088121727-pat00073
는 각각 다음 수학식 8 및 수학식 9로 업데이트된다.
<수학식 8>
Figure 112022088121727-pat00074
<수학식 9>
Figure 112022088121727-pat00075
즉, 하나 이상의 단말(201)의 처리 큐에서 CPU 처리량으로
Figure 112022088121727-pat00076
만큼 빠져나가고 a(t)만큼 들어온다. 또한, 하나 이상의 위성(202)의 처리 큐에서 CPU 처리량으로
Figure 112022088121727-pat00077
만큼 빠져나간다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 단말-위성 간 MEC 네트워크 모델에서 태스크 오프로딩을 수행하는 단말(400)에 대한 블록도를 나타낸 도면이다. 도 4에서 단말(400)은 도 2의 MEC 네트워크(200)의 하나 이상의 단말(201)에 해당할 수 있다.
도 4를 참조하면, 단말(400)은 통신부(410), 저장부(420) 및 제어부(430)를 포함한다.
통신부(410)는 매 타임 슬롯마다 하나 이상의 위성(예: 도 2의 하나 이상의 위성(201))으로부터 태스크 오프로딩 수행여부를 결정하는데 필요한 정보를 수신한다. 예컨대, 통신부(410)는 태스크 오프로딩 수행 여부를 결정하는데 필요한 정보는 하나 이상의 위성의 타임 슬롯 t에서의 CPU 처리 큐 백로그
Figure 112022088121727-pat00078
및/또는 하나 이상의 위성의 타임 슬롯 t에서의 CPU 처리 속도
Figure 112022088121727-pat00079
에 대한 정보를 포함한다.
저장부(420)는 본 개시에 따른 알고리즘 및 하나 이상의 위성으로부터 수신한 태스크 오프로딩 수행여부를 결정하는데 필요한 정보를 저장한다. 저장부(420)는 단말(400)의 메모리로 구현될 수 있다.
제어부(430)는 하나 이상의 위성으로부터 수신한 태스크 오프로딩 수행여부를 결정하는데 필요한 정보 및 단말(400)의 정보(예: 타임 슬롯 t에서의 단말(400)의 CPU 처리 큐 백로그
Figure 112022088121727-pat00080
및/또는 하나 이상의 위성의 타임 슬롯 t에서의 CPU 처리 속도
Figure 112022088121727-pat00081
에 대한 정보)를 이용하여 본 개시에 따른 알고리즘을 수행하여 태스크 오프로딩 수행 여부를 결정한다. 제어부(430)는 단말(400)의 CPU(central processing unit) 또는 AP(application processor)로 구현될 수 있다. 또한, 제어부(430)는 알고리즘 수행 결과에 따라 통신부(410)를 통해 하나 이상의 위성으로 태스크 오프로딩을 수행하거나 직접 태스크를 처리한다.
한편, 상술한 바와 같은 단말(400)은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 실행가능한 알고리즘을 포함하는 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현될 수 있다. 상기 프로그램은 일시적 또는 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장되어 제공될 수 있다.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM (read-only memory), PROM (programmable read only memory), EPROM(erasable PROM) 또는 EEPROM(electrically EPROM) 또는 플래시 메모리 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
일시적 판독 가능 매체는 스태틱 램(static RAM，SRAM), 다이내믹 램(dynamic RAM，DRAM), 싱크로너스 디램 (synchronous DRAM，SDRAM), 2배속 SDRAM(double data rate SDRAM，DDR SDRAM), 증강형 SDRAM(enhanced SDRAM，ESDRAM), 동기화 DRAM(synclink DRAM，SLDRAM) 및 직접 램버스 램(direct rambus RAM，DRRAM) 과 같은 다양한 RAM(random access memory)을 의미한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 상향링크 통신을 위한 강화학습 기반 사용자 선택 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (16)

  1. MEC(multiaccess edge computing) 네트워크에서 적어도 하나의 위성과 태스크 오프로딩(task offloading)을 수행하는 단말의 방법에 있어서, 상기 방법은,
    적어도 하나의 초기 입력값을 획득하는 과정;
    타임 슬롯 t에서 상기 적어도 하나의 위성으로부터 태스크 오프로딩을 수행여부를 결정하는데 필요한 정보를 획득하는 과정;
    상기 타임 슬롯 t에서 상기 단말의 정보 및 상기 적어도 하나의 위성으로부터 획득한 태스크 오프로딩을 수행여부를 결정하는데 필요한 정보를 기반으로 태스크 오프로딩 수행 여부에 따른 목적 함수를 각각 설정하는 과정;
    상기 태스크 오프로딩 수행 여부에 따른 각각의 목적 함수의 최소값을 획득하고 상기 각각의 목적 함수의 최소값을 비교하는 과정; 및
    상기 비교결과에 따라 상기 타임 슬롯 t에서 상기 적어도 하나의 위성으로 태스크 오프로딩 수행할지 여부를 결정하는 과정을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 초기 입력값은 태스크를 처리하기 위해 요구되는 비트 당 CPU 자원 사용량
    Figure 112022088121727-pat00082
    , 상기 단말 및 상기 적어도 하나의 위성 각각의 CPU 파워에 대한 균형을 맞추기 위한 파라미터
    Figure 112022088121727-pat00083
    및 상기 MEC 네트워크의 소모 에너지 및 지연에 대한 균형을 맞추기 위한 파라미터
    Figure 112022088121727-pat00084
    중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단말의 정보는 상기 타임 슬롯 t에서 상기 단말의 CPU 처리 속도
    Figure 112022088121727-pat00085
    , 상기 단말의 CPU 처리 큐(queue) 백로그
    Figure 112022088121727-pat00086
    , 상기 단말의 상기 적어도 하나의 위성으로의 전송 파워
    Figure 112022088121727-pat00087
    또는 상기 단말에서 상기 적어도 하나의 위성으로의 처리량 b(t) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 위성으로부터 획득한 태스크 오프로딩을 수행여부를 결정하는데 필요한 정보는 상기 적어도 하나의 위성의 CPU 처리 속도
    Figure 112022088121727-pat00088
    또는 상기 적어도 하나의 위성의 CPU 처리 큐 백로그
    Figure 112022088121727-pat00089
    중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 타임 슬롯 t에서 상기 b(t)는 상기 단말과 상기 적어도 하나의 위성 간의 거리 d(t)에 기반하여 결정됨을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 태스크 오프로딩 수행 여부에 따른 목적 함수를 각각 설정하는 과정은,
    상기 태스크 오프로딩을 수행하지 않을 경우의 목적 함수를 수학식1의 조건을 만족하도록 설정하는 과정; 및
    상기 태스크 오프로딩을 수행하는 경우의 목적 함수를 수학식2의 조건을 만족하도록 설정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법,
    <수학식 1>
    Figure 112022088121727-pat00090

    <수학식 2>
    Figure 112022088121727-pat00091

    여기서,
    Figure 112022088121727-pat00092
    는 트레이드 오프 관계에 있는 큐의 안정화와 각각의 목적 함수 사이의 가중치를 나타내는 파라미터이고,
    Figure 112022088121727-pat00093
    는 상기 타임 슬롯 t에서 상기 단말의 CPU 처리 파워이고,
    Figure 112022088121727-pat00094
    는 상기 타임 슬롯 t에서 상기 적어도 하나의 위성의 CPU 처리 파워이고,
    Figure 112022088121727-pat00095
    는 상기 타임 슬롯 t에서 상기 단말의
    Figure 112022088121727-pat00096
    와 연관된 상기 MEC 네트워크의 파워이고,
    Figure 112022088121727-pat00097
    는 타임 슬롯 t에서 전파지연을 나타냄.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 각각의 목적 함수의 최소값을 획득하는 과정은,
    상기 태스크 오프로딩을 수행하지 않을 경우의 목적 함수의 최소값을 수학식 3과 같이 획득하는 과정; 및
    상기 태스크 오프로딩을 수행하는 경우의 목적 함수의 최소값을 수학식 4와 같이 획득하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법,
    <수학식 3>
    Figure 112022088121727-pat00098

    <수학식 4>
    Figure 112022088121727-pat00099

    여기서, A는 상기 태스크 오프로딩을 수행하지 않을 경우의 목적 함수의 최소값을 나타내고,
    Figure 112022088121727-pat00100
    및
    Figure 112022088121727-pat00101
    는 각각 상기 수학식1을 만족할 때의 상기 단말의 CPU 처리 속도 및 상기 적어도 하나의 위성의 CPU 처리 속도이고, B는 상기 태스크 오프로딩을 수행하는 경우의 목적 함수의 최소값을 나타내고,
    Figure 112022088121727-pat00102
    및
    Figure 112022088121727-pat00103
    는 각각 상기 수학식2를 만족할 때의 상기 적어도 하나의 위성의 CPU 처리 속도 및 상기 단말의 상기 적어도 하나의 위성으로의 전송 파워를 나타냄.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 비교결과에 따라 상기 타임 슬롯 t에서 상기 적어도 하나의 위성으로 태스크 오프로딩 수행할지 여부를 결정하는 과정은,
    상기 A가 상기 B보다 큰 경우, 상기 적어도 하나의 위성으로의 상기 태스크 오프로딩을 수행하기로 결정하는 과정; 및
    상기 A가 상기 B보다 작은 경우, 상기 적어도 하나의 위성으로 상기 태스크 오프로딩을 수행하지 않기로 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 태스크 오프로딩의 수행 여부에 기반하여 상기 단말의 큐를 업데이트하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 태스크 오프로딩의 수행 여부에 기반하여 상기 단말의 큐를 업데이트하는 과정은,
    상기 태스크 오프로딩을 수행하는 경우, 타임 슬롯 t+1에서의 CPU 처리 큐 백로그
    Figure 112022088121727-pat00104
    을 수학식 5를 이용하여 업데이트 하는 과정; 및
    상기 태스크 오프로딩을 수행하지 않을 경우, 상기 타임 슬롯 t+1에서의 상기 CPU 처리 큐 백로그
    Figure 112022088121727-pat00105
    을 수학식 6을 이용하여 업데이트 하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법,
    <수학식 5>
    Figure 112022088121727-pat00106

    <수학식 6>
    Figure 112022088121727-pat00107
    .
  9. MEC(multiaccess edge computing) 네트워크에서 적어도 하나의 위성과 태스크 오프로딩(task offloading)을 수행하는 단말에 있어서, 상기 단말은,
    송수신부; 및
    상기 송수신부를 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는 적어도 하나의 초기 입력값을 획득하고, 타임 슬롯 t에서 상기 적어도 하나의 위성으로부터 태스크 오프로딩을 수행여부를 결정하는데 필요한 정보를 획득하고; 상기 타임 슬롯 t에서 상기 단말의 정보 및 상기 적어도 하나의 위성으로부터 획득한 태스크 오프로딩을 수행여부를 결정하는데 필요한 정보를 기반으로 태스크 오프로딩 수행 여부에 따른 목적 함수를 각각 설정하고, 상기 태스크 오프로딩 수행 여부에 따른 각각의 목적 함수의 최소값을 획득하고 상기 각각의 목적 함수의 최소값을 비교하고, 상기 비교결과에 따라 상기 타임 슬롯 t에서 상기 적어도 하나의 위성으로 태스크 오프로딩 수행할지 여부를 결정함을 특징으로 하는 단말.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 초기 입력값은 태스크를 처리하기 위해 요구되는 비트 당 CPU 자원 사용량
    Figure 112022088121727-pat00108
    , 상기 단말 및 상기 적어도 하나의 위성 각각의 CPU 파워에 대한 균형을 맞추기 위한 파라미터
    Figure 112022088121727-pat00109
    및 상기 MEC 네트워크의 소모 에너지 및 지연에 대한 균형을 맞추기 위한 파라미터
    Figure 112022088121727-pat00110
    중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 단말.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단말의 정보는 상기 타임 슬롯 t에서 상기 단말의 CPU 처리 속도
    Figure 112022088121727-pat00111
    , 상기 단말의 CPU 처리 큐(queue) 백로그
    Figure 112022088121727-pat00112
    , 상기 단말의 상기 적어도 하나의 위성으로의 전송 파워
    Figure 112022088121727-pat00113
    또는 상기 단말에서 상기 적어도 하나의 위성으로의 처리량 b(t) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 위성으로부터 획득한 태스크 오프로딩을 수행여부를 결정하는데 필요한 정보는 상기 적어도 하나의 위성의 CPU 처리 속도
    Figure 112022088121727-pat00114
    또는 상기 적어도 하나의 위성의 CPU 처리 큐 백로그
    Figure 112022088121727-pat00115
    중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 타임 슬롯 t에서 상기 b(t)는 상기 단말과 상기 적어도 하나의 위성 간의 거리 d(t)에 기반하여 결정됨을 특징으로 하는 단말.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 태스크 오프로딩을 수행하지 않을 경우의 목적 함수를 수학식1의 조건을 만족하도록 설정하고, 상기 태스크 오프로딩을 수행하는 경우의 목적 함수를 수학식2의 조건을 만족하도록 설정함을 특징으로 하는 단말,
    <수학식 1>
    Figure 112022088121727-pat00116

    <수학식 2>
    Figure 112022088121727-pat00117

    여기서,
    Figure 112022088121727-pat00118
    는 트레이드 오프 관계에 있는 큐의 안정화와 각각의 목적 함수 사이의 가중치를 나타내는 파라미터이고,
    Figure 112022088121727-pat00119
    는 상기 타임 슬롯 t에서 상기 단말의 CPU 처리 파워이고,
    Figure 112022088121727-pat00120
    는 상기 타임 슬롯 t에서 상기 적어도 하나의 위성의 CPU 처리 파워이고,
    Figure 112022088121727-pat00121
    는 상기 타임 슬롯 t에서 상기 단말의
    Figure 112022088121727-pat00122
    와 연관된 상기 MEC 네트워크의 파워이고,
    Figure 112022088121727-pat00123
    는 타임 슬롯 t에서 전파지연을 나타냄.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 태스크 오프로딩을 수행하지 않을 경우의 목적 함수의 최소값을 수학식 3과 같이 획득하고, 상기 태스크 오프로딩을 수행하는 경우의 목적 함수의 최소값을 수학식 4와 같이 획득함을 특징으로 하는 단말,
    <수학식 3>
    Figure 112022088121727-pat00124

    <수학식 4>
    Figure 112022088121727-pat00125

    여기서, A는 상기 태스크 오프로딩을 수행하지 않을 경우의 목적 함수의 최소값을 나타내고,
    Figure 112022088121727-pat00126
    및
    Figure 112022088121727-pat00127
    는 각각 상기 수학식1을 만족할 때의 상기 단말의 CPU 처리 속도 및 상기 적어도 하나의 위성의 CPU 처리 속도이고, B는 상기 태스크 오프로딩을 수행하는 경우의 목적 함수의 최소값을 나타내고,
    Figure 112022088121727-pat00128
    및
    Figure 112022088121727-pat00129
    는 각각 상기 수학식2를 만족할 때의 상기 적어도 하나의 위성의 CPU 처리 속도 및 상기 단말의 상기 적어도 하나의 위성으로의 전송 파워를 나타냄.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 A가 상기 B보다 큰 경우, 상기 적어도 하나의 위성으로의 상기 태스크 오프로딩을 수행하기로 결정하고, 상기 A가 상기 B보다 작은 경우, 상기 적어도 하나의 위성으로 상기 태스크 오프로딩을 수행하지 않기로 결정함을 특징으로 하는 단말.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 태스크 오프로딩의 수행 여부에 기반하여 상기 단말의 큐를 업데이트함을 특징으로 하는 단말.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 태스크 오프로딩을 수행하는 경우, 타임 슬롯 t+1에서의 CPU 처리 큐 백로그
    Figure 112022088121727-pat00130
    을 수학식 5를 이용하여 업데이트하고, 상기 태스크 오프로딩을 수행하지 않을 경우, 상기 타임 슬롯 t+1에서의 상기 CPU 처리 큐 백로그
    Figure 112022088121727-pat00131
    을 수학식 6을 이용하여 업데이트함을 특징으로 하는 단말,
    <수학식 5>
    Figure 112022088121727-pat00132

    <수학식 6>
    Figure 112022088121727-pat00133
    .
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