KR20170076139A - 차량 무선캐싱 네트워크에서 전송지연을 고려한 파일 분배 기법 - Google Patents

차량 무선캐싱 네트워크에서 전송지연을 고려한 파일 분배 기법 Download PDF

Info

Publication number
KR20170076139A
KR20170076139A KR1020150186027A KR20150186027A KR20170076139A KR 20170076139 A KR20170076139 A KR 20170076139A KR 1020150186027 A KR1020150186027 A KR 1020150186027A KR 20150186027 A KR20150186027 A KR 20150186027A KR 20170076139 A KR20170076139 A KR 20170076139A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
file
delay
base station
file distribution
transmission delay
Prior art date
Application number
KR1020150186027A
Other languages
English (en)
Inventor
김동구
민병윤
신원광
심재남
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020150186027A priority Critical patent/KR20170076139A/ko
Publication of KR20170076139A publication Critical patent/KR20170076139A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02—Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/10—Flow control between communication endpoints
    • H04W28/14—Flow control between communication endpoints using intermediate storage
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/06—Protocols specially adapted for file transfer, e.g. file transfer protocol [FTP]
    • H04L67/2842—
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02—Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/0205—Traffic management, e.g. flow control or congestion control at the air interface
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02—Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/0231—Traffic management, e.g. flow control or congestion control based on communication conditions
    • H04W28/0236—Traffic management, e.g. flow control or congestion control based on communication conditions radio quality, e.g. interference, losses or delay

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

차량 무선캐싱 네트워크에서 전송지연을 고려한 파일 분배 기법이 개시된다. 개시된 파일 분배 기법은 기지국; 상기 기지국에서 임의의 파일을 전송받아 저장할 수 있는 이동이 가능한 다수의 캐시노드; 및 상기 기지국 및 상기 다수의 캐시노드로부터 파일을 전송받는 다수의 사용자를 포함하되, 상기 다수의 캐시노드는 상기 다수의 사용자에게 파일 전송 딜레이가 최소값이 되도록 파일을 저장하는 것을 특징으로 한다. 개시된 파일 분배 기법에 따르면, 서비스 딜레이를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

차량 무선캐싱 네트워크에서 전송지연을 고려한 파일 분배 기법{File Distribution Techniques considering Transmission Delay in Vehicle Wireless Caching Network}
본 발명은 파일 분배 기법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 무선캐싱 네트워크에서 전송지연을 고려한 파일 분배 기법에 관한 것이다.
향후 셀룰러 데이터의 급격한 증가는 기존의 트래픽의 1000배 이상이 될 것으로 예상되고, 특히 모바일 및 VoD(Video on-Demand) 데이터의 폭발 현상은 이러한 데이터 트래픽 급증의 주요 요인이다. 이러한 트래픽 문제를 해결하기 위해 피코 및 펨토 셀 네트워크와 같은 스몰셀을 적용한 이기종 네트워크가 제안 및 적용되었다. 이기종 네트워크에서는 코어 네트워크와 그보다 작은 단위의 네트워크간 유, 무선 백홀(Backhaul)을 통해 사용자가 요청하는 데이터를 제공한다. 그러나 유선 백홀을 활용할 때 발생하는 비용 문제 및 무선 백홀이 코어 네트워크에서 스몰셀 AP(Access Point)로 연결하는 빠른 속도의 서비스를 보장하기 힘들다는 점은 이러한 이기종 네트워크의 단점을 여실히 보여준다.
백홀 용량 문제를 대체할 방법 중 하나로 무선캐싱이 제안되었는데, 이는 높은 저장 용량을 가진 다수의 AP를 기존 인프라에 설치 및 운용하여 유, 무선 백홀을 대체하는 방식이다. 다시말해 무선캐싱은 이기종 네트워크에서 필요로하는 빠른 속도의 백홀 용량을 높은 저장 용량을 가진 캐시로 대체하는 방법이다. 기존 제안된 스몰셀이 백홀을 통해 사용자들이 요청하는 파일을 제공하는 것과 달리, 캐시는 통계적으로 사용자들이 선호하고 비선호하는 파일의 정보를 미리 파악하여 제한된 저장공간에 파일을 선별하여 저장한다. 따라서 각 캐시가 제한된 저장공간에 어떠한 파일을 우선순위로 저장하는지를 결정하는 것은 무선캐싱에서 가장 중요한 이슈 중 하나이다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 서비스 딜레이를 감소시킨 파일 분배 기법을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기지국; 상기 기지국에서 임의의 파일을 전송받아 저장할 수 있는 이동이 가능한 다수의 캐시노드; 및 상기 기지국 및 상기 다수의 캐시노드로부터 파일을 전송받는 다수의 사용자를 포함하되, 상기 다수의 캐시노드는 상기 다수의 사용자에게 파일 전송 딜레이가 최소값이 되도록 파일을 저장하는 것을 특징으로 하는 파일 분배 기법이 제공된다.
본 발명은 움직이는 캐시노드를 사용하여 차량 무선캐싱 네트워크의 서비스 딜레이를 최소로 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파일 분배 기법에서 파일의 개수에 따른 헬퍼의 파일 분배도를 도시한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 자세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단일 셀 네트워크 환경에서 움직이는 차량이 무선캐시 역할을 할 때, 고정된 캐시노드보다 평균 사용자 당 다운로드 전송률 측면에서의 성능이득을 확인한다. 이는 기지국이 사전에 헬퍼가 어느 곳으로 이동할지 미리 알 수 있다는 가정이 전제되어야 하며 이를 Mobility-Aware 환경이라고 표현하다. 제안하는 네트워크 모델은 가운데에 존재하는 하나의 기지국과, 고정 또는 움직일 수 있는
Figure pat00001
개의 캐시노드가 임의로 분포하고 있는
Figure pat00002
명의 사용자들에게 데이터를 제공하는 하향링크 환경이며, 이러한 캐시노드를 헬퍼(helper)라고 명명한다. 제한된 헬퍼 용량에 데이터를 선별적으로 저장하기 전에 우리는 몇 가지 정의 및 가정을 제안한다.
우선, 각각의 사용자는
Figure pat00003
의 파일 선호 분포를 갖는 파일군 중
Figure pat00004
데이터 하나를 요청하며,
Figure pat00005
의 분포는 미리 알려져 있다고 가정한다. 또한 헬퍼는 사용자가 요청한 파일을 가지고 있을 경우 항상 기지국보다 작은 딜레이로 데이터를 전송할 수 있으며, 전송 범위 밖에 존재하는 헬퍼는 사용자에게 서비스를 할 수 없다고 가정한다. 마지막으로 기지국은 사용자가 요청할 수 있는 데이터를 모두 가지고 있지만 높은 딜레이로 서비스를 제공하고 사용자의 요청한 파일은 시간에 따라 변하지 않는다고 가정한다. 사용자의 통신 범위 이내에 존재하는 헬퍼들을 묶어 이웃 집합(Neighbor set)
Figure pat00006
로 정의하고, 이러한 이웃 집합 내의 헬퍼들 중 사용자
Figure pat00007
에게
Figure pat00008
번째로 작은 딜레이(좋은 채널 환경)로 서비스를 제공할 수 있는 정렬된 헬퍼 인덱스(Sorting helper index)를
Figure pat00009
로 정의한다.
기존 연구에서 존재하던 고정된 캐시노드의 경우, 시간변수 없이 위의 가정 및 정의로 네트워크를 분석할 수 있다. 그러나 본 연구에서 제안하는 움직이는 무선캐싱의 경우, 시간에 따라 헬퍼들의 분포 및 서비스할 수 있는 딜레이의 크기가 변하기 때문에 시간변수가 추가로 고려되어야 한다. 그래서 우리는 앞서 정의한 이웃 집합 및 헬퍼 인덱스를 확장하여 새롭게 정의한다. 임시로 확장된 이웃 집합은 우리가 기존 정의하였던 이웃 집합을 시간 변수를 고려하여 다시 정의한 개념으로, 우리가 고려할 시간 변수
Figure pat00010
동안 임시로 확장된 이웃 집합(Temporally-expanded neighbor set)
Figure pat00011
는 하기의 수학식과 같이 정의된다.
Figure pat00012
수학식 1과 같이, 임시로 확장된 이웃 집합은 고려할 시간 변수 동안 사용자
Figure pat00013
가 한번이라도 만나게 될 헬퍼들을 묶어 놓은 집합으로 볼 수 있다. 우리는 기존에 적용하였던 딜레이의 의미도 시간 변수가 고려됨에 따라 새롭게 정의해야 할 필요가 있는데, 이를 시간-딜레이 요소(Time-delay element)로 정의하며
Figure pat00014
로 표기한다. 이는 통신 범위 링크
Figure pat00015
에 대해
Figure pat00016
초일 때 헬퍼
Figure pat00017
로부터 사용자
Figure pat00018
가 서비스 받는 딜레이를 의미한다. 앞서 정의한 시간-딜레이 요소는 기존 딜레이로도 표현이 가능한데, 파일을 시간이 지나서 받는 것에 의한 패널티는 그 파일의 크기와 관련이 있으므로 이 요인들을 모두 고려하여 시간-딜레이 요소를 하기의 수학식과 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00019
수학식 2에서
Figure pat00020
는 요청하는 파일의 크기(비트)이다. 마지막으로 이웃 집합이 시간이 고려됨에 따라 임시로 확장된 이웃 집합으로 새롭게 정의되었기 때문에 기존 정렬된 헬퍼 인덱스 역시 시간 변수가 고려되어야 한다. 따라서 우리는 사용자
Figure pat00021
가 시간
Figure pat00022
에서
Figure pat00023
번째로 가장 작은 딜레이를 제공받을 수 있는 헬퍼의 인덱스를
Figure pat00024
로 새롭게 정의한다. 이 때의 딜레이를 정렬하는 기준은 앞서 정의한 시간-딜레이 요소를 적용한다.
제한된 헬퍼의 용량에 파일을 선별적으로 저장하는 것이 본 알고리즘의 목적이고 그 기준은 평균 사용자의 파일을 서비스 받는 딜레이를 최소화 하는 것이다. 따라서 헬퍼
Figure pat00025
안에 파일
Figure pat00026
의 조각을 어느정도 저장하는 지를 나타내는 변수
Figure pat00027
를 구하는 것이 목적이며, 이에 따라 행렬
Figure pat00028
를 구하는 것이 제안하는 파일 분배 알고리즘의 구하고자 하는 결과이다. Mobility-Aware 환경에 대하여 사용자
Figure pat00029
가 1~
Figure pat00030
번째 작은 딜레이로 서비스 해줄 수 있는 헬퍼들로부터 파일
Figure pat00031
를 제공받을 때 얻는 평균 딜레이의 값
Figure pat00032
는 하기의 수학식과 같이 정의된다.
Figure pat00033
수학식 3에서
Figure pat00034
이고, 요청하는 파일의 크기는
Figure pat00035
비트이다.
앞서 구한
Figure pat00036
로부터 사용자
Figure pat00037
가 얻는 평균 딜레이는
Figure pat00038
로 정의할 수 있고, 대체 변수
Figure pat00039
를 새롭게 도입하여 원래 풀어야 할 최적화 문제를 하기의 수학식과 같이 새롭게 표현할 수 있다.
Figure pat00040
수학식 4에서 목적 함수는 평균 딜레이를 최소화 하는 것이며, 대체 변수
Figure pat00041
를 사용해 기존 평균 딜레이를 최소화 하는 문제를 LP 문제로 바꾸었으며, 최적화 조건에는 헬퍼의 제한 용량
Figure pat00042
과 파일 조각의 크기 조건인
Figure pat00043
가 적용되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파일 분배 기법에서 파일의 개수에 따른 헬퍼의 파일 분배도를 도시한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 제안한 최적화 문제를 해결하여 움직이는 헬퍼의 파일 분배도를 기존 고정된 헬퍼만을 사용했을 때와 비교해 볼 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 기지국이 차량의 움직임을 미리 알고 있다고 가정할 때, 기지국의 트래픽 부담을 덜어주기 위해 파일 분배 정도에서 더 다양한 파일들을 헬퍼들이 서로 교차하여 담을 수 있다는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (1)

  1. 기지국;
    상기 기지국에서 임의의 파일을 전송받아 저장할 수 있는 이동이 가능한 다수의 캐시노드; 및
    상기 기지국 및 상기 다수의 캐시노드로부터 파일을 전송받는 다수의 사용자를 포함하되,
    상기 다수의 캐시노드는 상기 다수의 사용자에게 파일 전송 딜레이가 최소값이 되도록 파일을 저장하는 것을 특징으로 하는 파일 분배 기법.
KR1020150186027A 2015-12-24 2015-12-24 차량 무선캐싱 네트워크에서 전송지연을 고려한 파일 분배 기법 KR20170076139A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150186027A KR20170076139A (ko) 2015-12-24 2015-12-24 차량 무선캐싱 네트워크에서 전송지연을 고려한 파일 분배 기법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150186027A KR20170076139A (ko) 2015-12-24 2015-12-24 차량 무선캐싱 네트워크에서 전송지연을 고려한 파일 분배 기법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170076139A true KR20170076139A (ko) 2017-07-04

Family

ID=59356802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150186027A KR20170076139A (ko) 2015-12-24 2015-12-24 차량 무선캐싱 네트워크에서 전송지연을 고려한 파일 분배 기법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20170076139A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113543071A (zh) * 2021-06-30 2021-10-22 南京邮电大学 一种车联网环境下异构节点协作边缘缓存方法
CN116761152A (zh) * 2023-08-14 2023-09-15 合肥工业大学 路侧单元边缘缓存放置及内容交付方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113543071A (zh) * 2021-06-30 2021-10-22 南京邮电大学 一种车联网环境下异构节点协作边缘缓存方法
CN113543071B (zh) * 2021-06-30 2023-10-03 南京邮电大学 一种车联网环境下异构节点协作边缘缓存方法
CN116761152A (zh) * 2023-08-14 2023-09-15 合肥工业大学 路侧单元边缘缓存放置及内容交付方法
CN116761152B (zh) * 2023-08-14 2023-11-03 合肥工业大学 路侧单元边缘缓存放置及内容交付方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hou et al. Proactive content caching by exploiting transfer learning for mobile edge computing
CN103001870B (zh) 一种内容中心网络协同缓存方法及系统
CN108900355B (zh) 一种星地多级边缘网络资源分配方法
CN107968835B (zh) 一种基于编码的无线异构网络视频缓存设施部署方法
US8355384B2 (en) System and method of handover in wireless network
RU2579582C1 (ru) Система и способ для ускорения контента и приложений в системе беспроводной связи
KR101670910B1 (ko) 콘텐츠 전달 네트워크들 및 사용자 장비들을 위한 효율적 캐시 선택
Tall et al. Self-optimizing load balancing with backhaul-constrained radio access networks
CN110602722A (zh) 一种基于noma的联合内容推送和传输的设计方法
KR20170076139A (ko) 차량 무선캐싱 네트워크에서 전송지연을 고려한 파일 분배 기법
Javedankherad et al. Content placement in cache networks using graph coloring
US9635528B2 (en) Server, data caching method, and communication system
CN107733998B (zh) 蜂窝异构分层网络的缓存内容放置及提供方法
CN110913430A (zh) 无线网络中文件的主动式协作缓存方法及缓存管理装置
CN110913239A (zh) 一种精细化的移动边缘计算的视频缓存更新方法
Leyva-Pupo et al. Optimal placement of user plane functions in 5G networks
JP6026005B2 (ja) 動的関連制御装置、動的関連制御方法及び無線通信方法
WO2017108070A1 (en) A micro base station comprising a cache-memory to provide files to a user-equipment
KR101653092B1 (ko) 메시 네트워크 환경을 위한 생체 모방 알고리즘 기반 p2p 콘텐츠 캐싱 방법 및 시스템
CN106535231B (zh) 一种面向5G用户为中心网络Cache部署的内容传送方法
Yao et al. Joint caching in fronthaul and backhaul constrained C-RAN
KR101937558B1 (ko) 저장 장치 활용 기지국의 저장 용량 및 백홀 사용량 최적화 방법 및 송신 장치
CN113411862B (zh) 一种动态蜂窝网络中的缓存放置和用户接入方法及装置
CN113473408A (zh) 一种车联网中实现视频传输的用户关联方法及系统
Xu et al. Stochastic modeling, analysis and optimization of coded caching in small-cell networks