KR20050063607A - 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법 - Google Patents

차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법에 관한 것이다.
차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법은, 현 셀로 핸드오버를 요구하는 핸드오버 호들과 현 셀에서 인접 셀로 핸드오버를 요구하는 호들의 부하 량을 호 수락 제어시 결정 파라미터로 적용하여, 모든 호에 대해 최소 전송률을 보장할 수 있을 정도이 호를 수락하고, 현재의 부하 상태 및 인접 셀들이 핸드오버 호의 이동 상태를 동적으로 감시하여 적정 부하로 부하 제어를 수행하도록 한다.
이와 같이 하면, 현재 망의 자원 사용량과 이동 단말기의 이동에 따른 자원 사용량에 따라 신규호/핸드오버 호를 수락함으로써 항상 망에 적정한 부하가 가해져 과도한 부하가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 또한 주기적으로 서비스품질 클래스별 예약 자원량을 조정하고 그로 인해 낮은 셀 부하를 가진 셀로부터 높은 셀 부하를 가진 셀 영역으로의 이동시에도 실시간 서비스를 수행하는 이동 단말기가 요구하는 서비스품질을 보장할 수 있을 뿐만 아니라 셀 반경 감소와 단말기의 이동성을 효율적으로 지원할 수 있다.

Description

차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법 {METHOD FOR RESOURCE MANAGEMENT OF NEXT GENERATION MOBILE COMMUNICATION NETWORK}
본 발명은 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법에 관한 것으로, 특히 현재 망의 자원 사용량과 단말기의 자원 사용량에 따라 호 수락 제어를 수행하여 망에 과부하 발생을 방지하기 위한 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법에 관한 것이다.
셀 간의 이동으로 인해 발생하는 핸드오버를 통하여 단말기는 다양한 형태의 채널/부하 환경을 가진다. 단말기가 낮은 부하를 가진 셀로부터 높은 부하를 가진 셀 영역으로 이동할 경우에, 이동통신 시스템에서는 이동 단말기가 요구하는 서비스품질(QoS)을 보장할 수 있어야 한다.
또한, 고속 멀티미디어 서비스를 위해서, 차세대 이동통신 시스템에서는 기존의 셀 보다 더 작은 반경을 가진 셀이 요구되며, 보다 많은 핸드오버가 발생할 것이다. 이러한 빈번한 핸드오버 상황에서 이동 단말기는 핸드오버를 하지 않은 상황에서와 마찬가지로 일정한 수준의 서비스품질 보장을 요구하기 때문에 이를 고려한 수락 제어 또는 부하 제어가 필요하다.
특히, 차세대 이동통신 시스템에서는 목적 셀과의 핸드오버 여부를 결정하기 위해서 핸드오버 서비스의 수용 가능(capability of serving) 여부를 결정해야 한다.
즉, 목적 셀의 부하량에 따라서 핸드오버 서비스의 수용 여부를 결정해야 하는데, 특히 실시간 서비스를 수용할 자원이 부족하면 셀과의 절단을 수행해야 하는 상황이 발생한다. 따라서 이동단말기의 이동성을 고려한 호 수락 제어와 부하 제어가 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 현재 망의 자원 사용량과 이동단말기의 이동성을 고려하여 호 수락 제어 및 부하 제어를 수행하여 빈번한 핸드오버가 발생하는 상황에서도 실시간 서비스들의 서비스품질을 보장할 수 있도록 하는 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 현재 망의 자원 사용량과 단말기의 이동에 따른 자원 사용량에 따라 신규 호/핸드오버 호를 수락하고, 호 수락에 의한 망의 부하 제어가 부족할 경우에 서비스 품질 클래스 또는 전체 자원 운용을 위한 부하 제어를 수행하도록 한다.
본 발명의 특징에 따른 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법은, 기지국이 이동단말기로부터의 연결 요구를 수용하기 위한 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법에 있어서, a) 상기 이동 단말기로부터 신규 호/핸드오버 호의 연결 요구 요청시, 상기 각 호들의 특성에 따라 서비스품질 클래스를 분류하고, 현재 망의 자원 사용량을 측정하는 단계; b) 상기 a) 단계에서 측정된 망의 자원 사용 량에 따라 모든 호에 최소 전송률을 보장할 수 있도록 하여 상기 신규호/핸드오버 호를 수락하는 단계; 및 c) 상기 b) 단계에 의한 망의 부하 제어가 부족한 경우에, 현재 부하의 상태 및 인접 셀들의 핸드오버 호의 이동 상태를 감시하여 망의 부하를 일정 수준으로 제어하는 단계를 포함한다.
상기 b) 단계는, 상기 신규 호/핸드오버 호들의 신규 요구의 최소 전송률이 잉여 자원 이상일 경우에 수락하는 것이 바람직하다.
상기 잉여 자원은 주기적으로 또는 상기 수락 제어 요구 시마다 아래 수학식2 에 의해 산출되는 것이 바람직하다.
상기 c) 단계는, c-1) 상기 잉여 자원의 양이 0 미만일 경우에, 1차 부하 제어에 의해 공용 자원 점유를 통해 각 클래스의 자원의 양(RT)을 상기 잉여 자원의 양이 0 이상이 되는 최소 값까지 증가시키는 단계; 및 c-2) 상기 각 클래스의 자원의 양을 기준치와 비교하여, 상기 각 클래스의 자원의 양이 기준치 수준이 되도록 2차 부하 제어에 의해 각 클래스의 전송률을 재할당하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이동 멀티미디어 서비스를 제공하는 4세대 이동통신시스템에서는 다양한 트래픽 특성을 갖는 트래픽들을 동시에 전송해야 한다. 이를 위해, 이동통신시스템에서는 트래픽들을 해당 서비스품질(QoS)에 맞추어 보장할 수 있는 전송 서비스를 망에서 제공해야 한다.
호별 트래픽 특성은 그 응용에 따라 달라질 수 있고 응용이 다른 호 마다 다른 서비스품질(QoS)을 가질 수 있으며, 망은 모든 호에 개별적으로 서비스품질 (QoS)을 맞추어야 한다.
이러한 방법은 망이 각각의 호에 대하여 다른 서비스를 제공해야 하는 복잡성을 가져 사실상 구현이 어려우므로, 본 발명의 실시예에서는 대표적인 몇 개의 서비스 클래스를 정의하고 호를 특성에 따라 해당하는 서비스품질(QoS) 클래스에 할당하도록 한다.
즉, 서비스품질 구조를 아래의 4가지 서비스품질 클래스가 있는 구조로 정의하고, 기지국에서는 각각의 호별 트래픽 특성에 맞추어 알맞은 서비스품질 클래스에 할당하여 수락 제어, 부하 제어 및 자원 할당 알고리즘에 의하여 셀 내에서 서비스되는 동안 제어되도록 한다.
<서비스품질 구조>
1) LL 클래스(Low Delay, Low Loss Class) - 지연 시간이 짧으며 손실에 약한 트래픽 특성을 갖는 서비스품질 클래스,
2) LH 클래스(Low Delay, High Loss Class) - 손실에 강하고 지연 시간이 짧은 실시간 트래픽 특성을 갖는 서비스품질 클래스,
3) HL 클래스(High Delay, Low Loss Class) - 지연에 강하며 손실에 약한 트래픽 특성을 갖는 서비스품질 클래스,
4) HH 클래스(High Delay, High Loss Class) - 지연 및 손실에 강한 트래픽 특성을 갖는 서비스품질 클래스.
이러한 서비스품질 구조에서는 실시간성의 트래픽에 우선순위를 할당하기 위하여 LL 클래스 > LH 클래스 > HL 클래스 > HH 클래스의 우선순위를 둔다.
버퍼 자원은 패킷 손실에 민감한 LL 클래스와 LH 클래스에 많은 양을 할당하여, 전송 대역이 순간적으로 부족할 때 버퍼에 저장하여 손실을 줄일 수 있도록 한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 차세대 이동통신망에서의 자원 관리시스템에 대하여 도 1을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차세대 이동통신망에서의 자원 관리시스템의 구성을 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수락 제어의 기본 모델을 도시한 것이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 시스템은, 핸드오버 제어부(10), 자원 운영부(20), 수락제어부(30), 및 부하제어부(40)를 포함한다.
핸드오버 제어부(10)는 현 셀로 입력을 요구하는 핸드오버 호, 현 셀로부터 인접 셀로 핸드오버를 요구하는 핸드오버 호들의 핸드오버 상태 정보를 생성 출력한다.
자원 운영부(20)는 현재 점유 자원 및 가용 자원의 상태 정보를 토대로 자원 할당량을 조정한다.
수락제어부(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 모든 호에 최소 전송률을 보장할 수 있을 정도의 서비스 요구를 수락하는 것을 기본 방침으로 한다.
여기서, 최소 전송률 값은 핸드오버를 포함한 어떠한 서비스 요구에도 보장해 주어야 하는 값이다.
따라서 수락제어부(30)는 신규 호가 수락된 경우에, 기존 클래스 트래픽의 지연에 영향을 주지 않으면서 현재의 호에 대한 지연 한계가 보장될 경우에만 수락한다.
부하제어부(40)는 수락제어부(30)에서 현재 망의 자원 사용량에 따라 신규 호 및 핸드오버 호를 수락함으로써 잉여 자원(RCi)의 정보에 근거하여 부하를 제어하여 망에 항상 적정한 부하가 가해져 과도한 부하가 발생하는 것을 방지한다.
다음, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 시스템의 동작에 대하여 자세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법의 순서도를 도시한 것이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 잉여 자원 정보를 이용한 부하제어 모델을 도시한 것이다.
도 3에 나타나 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법은, 자원 관리 시스템은 신규 호 또는 핸드오버 호의 연결 요구가 접수되면(S1), 수락제어부(30)는 자원 운용부(20)로부터 현재 망의 자원 사용량에 따라 신규 호 및 핸드오버 호를 수락하여 망에 항상 적정한 부하가 가해지도록 한다.(S2)
이때, 각 호의 연결은 아래 수학식 1의 조건이 만족될 경우에 수락되고, 호 수락은 서비스품질 클래스별 수행되며 아래 각 파라미터의 단위는 클래스별로 정의되는 값이다.
여기서, i는 클래스 번호를 의미하고, Nij은 신규 요구의 최소 전송률(Min Rate for New request)을 의미하며, RCi는 잉여 자원(Available Resource)으로 아래 수학식 2에 의해 산출된다.
여기서, RTi는 부하 제어에 의하여 주기적으로 변하는 값으로서 임의의 서비스품질 클래스 S에 할당된 자원의 양이고, 는 임의의 클래스 C에 속한 현재 서비스 중인 호들의 서비스 전송률의 합이다. 는 임의의 클래스 C에 속하고 현 셀로의 핸드오버를 요구하는 호들의 서비스 전송률의 합이고, 는 임의의 클래스 C에 속하고 현 셀에서 목적 셀로의 핸드오버를 요구하는 호들의 서비스 전송률의 합이다.
이때, 서비스 전송률은 클래스 특성에 따라 수락 제어 시 설정된 전송률 또는 부하 제어에 의하여 재조정된 전송률을 의미한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 잉여 자원은 부하 및 수락 제어를 비롯해 자원 할당 정책에 반영된다.
무선 액세스 네트워크의 무선 액세스 베어러의 설정이 무선 네트워크에 미칠 부하의 증가를 측정한다. 이러한 부하 측정은 상향 링크와 하향 링크가 구별되게 수행되며, 요청된 베어러는 상향 링크와 하향 링크의 수락 제어가 허용을 하는 경우에만 수락된다.
각 호의 연결의 전송률이 시간에 따라 달라질 수 있고, 또 동일한 전송률에서도 이동 단말기의 이동으로 인하여 보다 많은 자원을 필요로 할 수 있다.
이와 같이 무선 인터페이스 부하가 지나치게 증가하도록 허용하면, 셀의 영역이 계획된 값 이하로 줄어들게 되며 현재 연결되어 있는 서비스의 질을 보장할 수 없다. 따라서 호 수락 제어만으로 지속적으로 과부하를 막기에는 부족할 수 있으며, 현재의 부하 상태 및 인접 셀들의 핸드오버 호의 이동 상태를 동적으로 감시하여 적정 부하로 빠른 속도로 제어하는 부하 제어 알고리즘이 필요하다.
부하제어부(40)는 RCi 정보에 근거하여 수행되며 RCi 의 증가 및 감소를 통하여 부하를 제어한다.
즉, 위의 수학식 2에 의해 RCi 정보가 생성되면(S3), 부하제어부(40)는 인지를 판단하여(S4), RCi가 0보다 작은 경우에 1차 부하 제어에 의한 공용 자원(Shard)의 점유를 통하여 RTi의 양을 기준치까지 증가함으로써 자원의 유동성에 대처하도록 한다.(S5)
아래 수학식 3에 나타나 있듯이, RTi는 각 클래스의 예약 자원량과 공용 자원 량(shard)의 합보다 이하이고, 여기서 Rri는 각 클래스의 예약 자원량이다.
이렇게 1차 부하 제어는 클래스 관점에서의 자원 운용을 위한 부하 제어이지만, 2차 부하 제어는 전체 자원 운용을 위한 부하 제어이다.
즉, 부하제어부(40)는 RCi < 0 일 경우에, 1차 부하 제어 알고리즘을 수행하여와 같이 공용 자원(Shard)의 점유를 통하여 수학식 2와 같이 RTi의 양을 최소 값( RCi > 0)이 될 때까지 증가시킨다.
이때, RTi는 송신 전송률(Downlink, RTtr,i)과 수신 전송률 (Uplink; RTre,i )을 동시에 표현하고 있으며, 하향 링크를 위한 1차 순방향 부하 제어와 상향 링크를 위한 1차 역방향 부하 제어가 동일한 구조를 갖는다.
부하제어부(40)는 2차 부하 제어 알고리즘을 수행하기 위하여 가 부하의 평가 척도로 사용한다.(S6)
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 2차 부하 제어 알고리즘을 수행하기 위한 자원 구조를 도시한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 2차 부하 제어 알고리즘은 수행 기준 값인 R-0, R0 , R+0을 두고, RT는 송신 전송률(Downlink; RTtr)과 수신 전송률 (Uplink; RT re)을 동시에 표현하며 상향과 하향 링크가 동일한 구조를 갖는다.
부하제어부(40)는 RT > R+0이면, 2차 부하 제어 알고리즘을 수행하여 각 클래스의 전송률을 재할당하여 R0 이하로 낮추고, RT < R-0이면 부하 제어 알고리즘을 수행하여 각 클래스의 전송률을 재할당하여 R0 이상으로 높인다.
이때, 부하제어부(40)는 서비스 중인 호 뿐만 아니라 핸드오버 호들도 부하 제어 알고리즘의 대상에 포함하여, 핸드오버 호의 호 수락 제어 시 전송률 재할당에 포함시킨다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에서는 주기적으로 또는 수락 제어 요구 시 마다 RCi 정보를 생성하고, 이 RCi 정보룰 이용하여 추후 핸드오버 호로 인한 셀 내 부하 증가에 효율적으로 대처하기 위하여 자원 할당 분할 정책을 다시 설정한다.
이는 클래스 별로 호 수락 및 부하 제어, 자원의 할당을 제어한다는 것으로 빈번한 핸드오버로 인한 자원 점유 상태 변화에 능동적으로 대처할 수 있고, 고속의 이동성을 갖는 소형 셀 환경에 효율적으로 작용한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.
이와 같이, 본 발명에 의한 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법은 현재 망의 자원 사용량과 이동 단말기의 이동에 따른 자원 사용량에 따라 신규호/핸드오버 호를 수락함으로써 항상 망에 적정한 부하가 가해져 과도한 부하 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의한 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법은 주기적으로 서비스품질 클래스별 예약 자원량을 조정하고 그로 인해 낮은 셀 부하를 가진 셀로부터 높은 셀 부하를 가진 셀 영역으로의 이동시에도 실시간 서비스를 수행하는 이동 단말기가 요구하는 서비스품질을 보장할 수 있을 뿐만 아니라 셀 반경 감소와 단말기의 이동성을 효율적으로 지원할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차세대 이동통신망에서의 자원 관리시스템의 구성을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수락 제어의 기본 모델을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법의 순서도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 잉여 자원 정보를 이용한 부하제어 모델을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 2차 부하 제어 알고리즘을 수행하기 위한 자원 구조를 도시한 것이다.

Claims (12)

  1. 기지국이 이동단말기로부터의 연결 요구를 수용하기 위한 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법에 있어서,
    a) 상기 이동 단말기로부터 신규 호/핸드오버 호의 연결 요구 요청시, 상기 각 호들의 특성에 따라 서비스품질 클래스를 분류하고, 현재 망의 자원 사용량을 측정하는 단계;
    b) 상기 a) 단계에서 측정된 망의 자원 사용 량에 따라 모든 호에 최소 전송률을 보장할 수 있도록 하여 상기 신규호/핸드오버 호를 수락하는 단계; 및
    c) 상기 b) 단계에 의한 망의 부하 제어가 부족한 경우에, 현재 부하의 상태 및 인접 셀들의 핸드오버 호의 이동 상태를 감시하여 망의 부하를 일정 수준으로 제어하는 단계
    를 포함하는 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 a) 단계에서 상기 서비스품질 클래스는,
    지연 시간이 짧으며 손실에 약한 트래픽 특성을 갖는 서비스를 LL 클래스(Low Delay, Low Loss Class), 손실에 강하고 지연 시간이 짧은 실시간 트래픽 특성을 갖는 서비스를 LH 클래스(Low Delay, High Loss Class), 지연에 강하며 손실에 약한 트래픽 특성을 갖는 서비스를 HL 클래스(High Delay, Low Loss Class), 및 지연 및 손실에 강한 트래픽 특성을 갖는 서비스를 HH 클래스(High Delay, High Loss Class)로 각각 정의되는 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    상기 서비스품질 클래스별로 수락 제어를 수행하고, 상기 수락 제어 및 부하 제어에 사용되는 각 파라미터의 단위를 정의하는 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    상기 신규 호/핸드오버 호들의 신규 요구의 최소 전송률이 잉여 자원 이상일 경우에 수락함;
    여기서, i는 클래스 번호, Nij은 신규 요구의 최소 전송률(Min Rate for New request), RCi는 잉여 자원(Available Resource)을 각각 의미함;
    을 특징으로 하는 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 잉여 자원은 주기적으로 또는 상기 수락 제어 요구 시마다 아래 수학식에 의해 산출됨;
    여기서, RTi는 임의의 서비스품질 클래스 S에 할당된 자원의 양, 는 임의의 클래스 C에 속한 현재 서비스 중인 호들의 서비스 전송률의 합, 는 임의의 클래스 C에 속하고 현 셀로의 핸드오버를 요구하는 호들의 서비스 전송률의 합, 는 임의의 클래스 C에 속하고 현 셀에서 목적 셀로의 핸드오버를 요구하는 호들의 서비스 전송률의 합임;
    을 특징으로 하는 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 서비스 전송률은,
    상기 서비스품질 클래스의 특성에 따라 수락 제어 시 설정된 전송률 또는 부하 제어에 의하여 재조정된 전송률인 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    c-1) 상기 잉여 자원의 양이 0 미만일 경우에, 1차 부하 제어에 의해 공용 자원 점유를 통해 각 클래스의 자원의 양(RT)을 상기 잉여 자원의 양이 0 이상이 되는 최소 값까지 증가시키는 단계; 및
    c-2) 상기 각 클래스의 자원의 양을 기준치와 비교하여, 상기 각 클래스의 자원의 양이 기준치 수준이 되도록 2차 부하 제어에 의해 각 클래스의 전송률을 재할당하는 단계
    를 포함하는 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 각 클래스의 자원의 양은,
    상기 각 클래스의 예약 자원 양과 공용자원 량의 합 이하인 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 각 클래스의 자원의 양은, 송신 전송률과 수신 전송률을 동시에 표현하는 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 c-1) 단계는,
    하향 링크를 위한 1차 순방향 부하 제어와 상향 링크를 위한 1차 역방향 부하 제어를 동일하게 수행하는 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 c-2) 단계는,
    상기 각 클래스의 자원의 양(RT)이 양의 기준치(R+0)를 초과하면, 상기 2차 부하 제어에 의해 각 클래스의 전송률을 재할당하여 상기 기준치(R0) 이하로 낮추는 단계; 및
    상기 각 클래스의 자원의 양(RT)이 음의 기준치(R-0) 미만이면, 상기 2차 부하 제어에 의해 각 클래스의 전송률을 재할당하여 상기 기준치(R0)이상으로 높이는 단계
    를 포함하는 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    현재 서비스 중인 호, 핸드오버 호들을 포함하여 부하 제어를 수행하는 차세대 이동통신망에서의 자원 관리 방법.
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