KR20180110353A - Method for optimizing memory size and backhaul acllocation for cache-enbled base station and base station - Google Patents

Method for optimizing memory size and backhaul acllocation for cache-enbled base station and base station Download PDF

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KR20180110353A
KR20180110353A KR1020170039731A KR20170039731A KR20180110353A KR 20180110353 A KR20180110353 A KR 20180110353A KR 1020170039731 A KR1020170039731 A KR 1020170039731A KR 20170039731 A KR20170039731 A KR 20170039731A KR 20180110353 A KR20180110353 A KR 20180110353A
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Abstract

Disclosed are a method for optimizing a memory size and a backhaul allocation of a base station using a storage device and a transmitting apparatus. A method for determining a memory size and a backhaul allocation in a base station providing a multimedia data file to at least one user terminal includes the steps of: storing at least one multimedia data file in a cache memory; and determining the memory size and backhaul allocation of the cache memory storing the multimedia data file using an optimization technique based on a plurality of predefined conditions. Accordingly, the present invention can guarantee the communication quality of the user terminal at a certain level while saving resources.

Description

저장 장치 활용 기지국의 저장 용량 및 백홀 사용량 최적화 방법 및 송신 장치{METHOD FOR OPTIMIZING MEMORY SIZE AND BACKHAUL ACLLOCATION FOR CACHE-ENBLED BASE STATION AND BASE STATION}Technical Field [0001] The present invention relates to a method and an apparatus for optimizing a storage capacity and a backhaul usage amount of a storage-

본 발명은 기지국 등의 송신 장치에 구비된 저장 장치와 백홀(Backhaul)을 이용하여 사용자 단말에서 요청한 멀티미디어 데이터 파일을 제공하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for providing a multimedia data file requested by a user terminal using a storage device provided in a transmission device such as a base station and a backhaul.

최근 수년 동안 유튜브(YouTube) 등을 통해 고화질의 비디오 스트리밍을 제공받고자 하는 사용자들의 수요가 급증하고 있다. 이러한 사용자들의 요구로 인해 비디오 트래픽(traffic)은 폭발적인 무선 데이터 트래픽을 발생시킨다. 그리고, 영상 기술의 발달로 가상 현실, 증강현실과 같은 새로운 서비스가 증가함에 따라, 무선 데이터 트래픽의 증가가 더욱 심화될 것으로 예상되고 있다. In recent years, there has been a surge in demand for users seeking to provide high-quality video streaming via YouTube. Because of these users' demands, video traffic generates explosive wireless data traffic. With the development of video technology, new services such as virtual reality and augmented reality are expected to increase, and the increase of wireless data traffic is expected to further intensify.

비디오 트래픽이 일부 유명한 컨텐츠에 대한 선호도, 예측 가능한 수요와 같은 독특한 특성을 가짐에도 불구하고, 기존에는 비디오 트랙픽 이외의 일반적인 데이터 트래픽과 같이 추가적인 무선 통신 자원을 사용하거나 무선 자원의 효율을 높이는 방법을 이용하여 비디오 데이터 트래픽을 처리하였다. 최근 들어, 네트워크의 에지 노드(edge node) 혹은 앤드 유저(end user)가 메모리에 일부 비디오 데이터를 저장하는 것(캐싱, caching)을 통해 전체 네트워크 트래픽을 상당히 줄일 수 있다는 것이 입증되었다. 이러한 무선 캐싱의 이점으로 인해, 메모리는 무선 통신 시스템의 폭발적인 비디오 트래픽에 대한 해결책 및 새로운 무선 통신 자원으로 각광 받고 있다.Despite the fact that video traffic has unique characteristics, such as preference for some famous content, predictable demand, it uses existing wireless communication resources such as general data traffic other than video traffic or a method of increasing the efficiency of radio resources To handle video data traffic. Recently, it has been shown that edge nodes or end users of a network can significantly reduce the overall network traffic by storing some video data in memory (caching, caching). Due to the advantages of such wireless caching, memory is emerging as a solution to explosive video traffic of wireless communication systems and as a new wireless communication resource.

그러나, 기지국에 일부 비디오 데이터를 저장하기 위해 저장 장치를 설치 시 비용이 발생한다. 물론, 저장 장치 대비 백홀(backhaul)의 비용이 훨씬 크기 때문에 저장 장치를 활용하는 것이 효율적이지만, 기지국에 어느 정도 크기의 저장 장치를 설치해야 하는 것이 적절한지 여부는 아직까지 밝혀지지 않았다. 더욱이, 백홀(backhaul)과 저장 장치 간의 비용 차이 측면에서도 어느 정도의 저장 용량이 가장 효율적인가 역시도 특히 산업적 측면에서 중요한 문제다. 이처럼, 무선 캐싱이 폭발적인 비디오 트래픽의 증가에 효과적임이 입증되었으나, 기존의 연구들은 콘텐츠 저장 방법 또는 저장된 콘텐츠를 활용하여 전송하는 것에 포커스(focus)를 맞추어 진행되었다.However, there is a cost incurred in installing the storage device to store some video data in the base station. Of course, it is efficient to use the storage device because the backhaul cost is much higher than the storage device. However, it is not yet known whether the size of the storage device should be installed in the base station. Moreover, how much storage capacity is most efficient in terms of cost differences between backhaul and storage is also an especially important issue in industry. As such, wireless caching proved to be effective for increasing explosive video traffic, but previous studies have focused on transmitting content using stored content or stored content.

하기의 비특허 문헌 [ 1]J . Song, H. Song, and W. Choi , ``Optimal caching placement for caching system with helpers," Proc . ICC, 2015.에서는 주어진 저장 용량에서 저장 자원을 효율적으로 활용하는 기술에 대해 설명하고 있고, 하기의 비특허 문헌 [2] E. Bastug , M. Bennis , M. Kountouris , M. Debbah , ``Cache-enabled small cell networks: modeling and tradeoffs," Eurasip Journal on wireless communication and networking, 2015.에서는 시뮬레이션을 기반으로 저장 용량과 기지국의 밀도에 대한 상관관례를 설명하고 있다. Non-Patent Document [1] of the J. Song, H. Song, and W. Choi , "Optimal caching placement for caching system with helpers," Proc . ICC, 2015. describes a technique for efficiently utilizing storage resources in a given storage capacity, Non-Patent Document [2] E. Bastug , M. Bennis , M. Kountouris , M. Debbah , "Cache-enabled small cell networks: modeling and tradeoffs," Eurasip Journal on wireless communication and networking, Describes correlation practices for density.

따라서, 주어진 저장 용량에서 콘텐츠를 효율적으로 저장하는 기술 이외에, 기지국의 저장 장치에 어느 정도 저장 용량을 할당하는 것이 가장 효율적인지를 분명히 제시하는 기술이 요구된다. 즉, 최적의 저장 용량 및 백홀의 용량을 제시하는 기술이 요구된다. Therefore, there is a need for a technology that clearly indicates how much storage capacity is allocated to a storage device of a base station, in addition to a technique of efficiently storing contents at a given storage capacity. That is, there is a demand for a technique for presenting an optimal storage capacity and capacity of a backhaul.

[1] J. Song, H. Song, and W. Choi, ``Optimal caching placement for caching system with helpers," Proc. ICC, 2015. [1] J. Song, H. Song, and W. Choi, "Optimal caching placement for caching systems with helpers," Proc. ICC, 2015. [2] E. Bastug, M. Bennis, M. Kountouris, M. Debbah, ``Cache-enabled small cell networks: modeling and tradeoffs," Eurasip Journal on wireless communication and networking, 2015.[2] E. Bastug, M. Bennis, M. Kountouris, M. Debbah, "Cache-enabled small cell networks: modeling and tradeoffs," Eurasip Journal on wireless communication and networking,

본 발명은 캐시 메모리 등의 저장 장치를 구비한 송신 장치(예컨대, 기지국)에서 기지국의 저장 장치와 백홀을 이용하여 비디오 데이터 등의 무선 데이터 파일을 제공함에 있어서, 사용자 단말의 QoS(Quality Of Service)를 보장하는 범위에서 자원을 최소로 할당하는 기술에 관한 것이다. 즉, 미리 정의된 일정 수준 이상으로 사용자 단말의 통신 품질을 유지하면서 가장 적은 자원(즉, 최소의 저장 용량 및 최소의 백홀 사용량)을 할당하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for providing a wireless data file such as video data using a storage device of a base station and a backhaul from a transmission device (e.g., a base station) having a storage device such as a cache memory, And allocating the resource to a minimum in a range that guarantees the resource allocation. That is, the present invention relates to a technique of allocating the smallest resources (that is, the minimum storage capacity and the minimum amount of backhaul usage) while maintaining the communication quality of the user terminal at a predetermined level or more.

적어도 하나의 사용자 단말들을 대상으로 멀티미디어 데이터 파일을 제공하는 기지국에서의 저장 용량 및 백홀 사용량 결정 방법에 있어서, 적어도 하나의 멀티미디어 데이터 파일을 캐시 메모리(cache memory)에 저장하는 단계, 및 미리 정의된 복수의 조건을 기반으로 하는 최적화 기법을 이용하여 상기 멀티미디어 데이터 파일을 저장하는 캐시 메모리의 저장 용량 및 백홀(backhaul) 사용량을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.A method for determining a storage capacity and a backhaul usage amount in a base station that provides a multimedia data file to at least one user terminal, the method comprising: storing at least one multimedia data file in a cache memory; And determining a storage capacity and a backhaul usage amount of the cache memory for storing the multimedia data file by using an optimization technique based on the condition of the backhaul.

일측면에 따르면, 상기 복수의 조건은, 상기 기지국에 속하는 복수의 사용자 단말들 중 적어도 하나의 사용자 단말에서 요청한 파일을 미리 정의된 일정 확률 이상으로 해당 사용자 단말이 제공받는 것을 보장하는 제약 조건 1, 상기 백홀의 사용량이 미리 정의된 기준 사용량 미만을 만족하는 제약 조건 2, 상기 멀티미디어 데이터 파일을 제공받고자 하는 모든 사용자 단말들이 기지국에 연결되는 것을 만족하는 제약 조건 3을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the plurality of conditions include: a constraint condition 1 that guarantees that a corresponding user terminal is provided with a predetermined probability of a file requested by at least one user terminal among a plurality of user terminals belonging to the base station; A constraint 2 that satisfies a usage amount of the backhaul less than a predetermined reference usage amount, and a constraint 3 that satisfies that all user terminals to receive the multimedia data file are connected to a base station.

다른 측면에 따르면, 상기 캐시 메모리의 저장 용량 및 백홀(backhaul)의 사용량을 결정하는 단계는, 상기 제약 조건 1, 제약 조건 2 및 제약 조건 3을 만족하는 최적화 문제를 기반으로 상기 캐시 메모리에 할당될 최소의 저장 용량 및 최소의 백홀 사용량을 결정할 수 있다.According to another aspect, the step of determining the storage capacity of the cache memory and the usage amount of the backhaul may include allocating to the cache memory based on the optimization problem satisfying the constraint condition 1, the constraint condition 2, and the constraint condition 3 Minimum storage capacity and minimum backhaul usage can be determined.

또 다른 측면에 따르면, 상기 캐시 메모리의 저장 용량 및 백홀 사용량 간의 관계를 나타내는 목적함수(objective function)의 변화량은, 상기 캐시 메모리의 저장 용량이 증가함에 따라 증가할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the amount of change of the objective function indicating the relationship between the storage capacity of the cache memory and the amount of backhaul usage may increase as the storage capacity of the cache memory increases.

또 다른 측면에 따르면, 상기 캐시 메모리의 저장 용량 및 백홀(backhaul)의 사용량을 결정하는 단계는, 목적함수의 최소 변화량이 양수에 해당하는 경우, 상기 캐시 메모리에 저장하고자 하는 하나의 멀티미디어 데이터 파일의 크기에 해당하는 저장 용량을 상기 캐시 메모리의 저장 용량으로 결정할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the step of determining the storage capacity of the cache memory and the usage amount of the backhaul may include determining whether the minimum change amount of the objective function corresponds to a positive number, The storage capacity of the cache memory can be determined as the storage capacity of the cache memory.

또 다른 측면에 따르면, 상기 캐시 메모리의 저장 용량 및 백홀(backhaul)의 사용량을 결정하는 단계는, 목적함수의 최대 변화량이 음수에 해당하는 경우, 상기 캐시 메모리의 저장용량을 전체 멀티미디어 데이터 파일의 개수에 해당하는 크기로 결정할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the step of determining the storage capacity of the cache memory and the usage amount of the backhaul may include storing the storage capacity of the cache memory as the total number of multimedia data files As shown in FIG.

또 다른 측면에 따르면, 상기 캐시 메모리의 저장 용량은, 목적함수의 최소 변화량이 양수가 아니고, 최대 변화량이 음수가 아닌 경우에 해당함에 따라, 목적함수의 변화량이 기정의된 기준값이 될 때까지 증가될 수 있다.According to another aspect of the present invention, the storage capacity of the cache memory is increased until the change amount of the objective function becomes the predetermined reference value, when the minimum change amount of the objective function is not positive and the maximum change amount is not negative .

또 다른 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 사용자 단말로부터 요청된 멀티미디어 데이터 파일이 상기 캐시 메모리에 저장됨에 따라, 캐시 메모리에 저장된 파일을 해당 사용자 단말로 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another aspect, the method may further include providing a file stored in the cache memory to the corresponding user terminal as the multimedia data file requested from the at least one user terminal is stored in the cache memory.

또 다른 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 사용자 단말로부터 요청된 멀티미디어 데이터 파일이 상기 캐시 메모리에 저장되지 않음에 따라, 백홀(Backhaul)을 통해 상기 요청된 멀티미디어 데이터 파일을 해당 사용자 단말로 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for providing a requested multimedia data file to a corresponding user terminal through a backhaul, in response to the multimedia data file requested from the at least one user terminal is not stored in the cache memory .

또 다른 측면에 따르면, 상기 멀티미디어 데이터 파일을 캐시 메모리(cache memory)에 저장하는 단계는, 복수의 멀티미디어 데이터 파일들 중 해당 파일에 대한 사용자 단말의 요청 횟수를 기반으로 하는 파일 인기도에 기초하여 순차적으로 파일을 저장할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the step of storing the multimedia data file in a cache memory may include sequentially storing the multimedia data files in a cache memory based on file popularity based on the number of requests of the user terminal for the corresponding file among the plurality of multimedia data files You can save the file.

적어도 하나의 사용자 단말들을 대상으로 멀티미디어 데이터 파일을 제공하는 송신 장치에 있어서, 적어도 하나의 멀티미디어 데이터 파일을 저장하는 캐시 메모리(cache memory), 및 미리 정의된 복수의 조건을 기반으로 하는 최적화 기법을 이용하여 상기 멀티미디어 데이터 파일을 저장하는 캐시 메모리의 저장 용량 및 백홀(backhaul) 사용량을 결정하는 용량 결정부를 포함할 수 있다.A transmission device for providing multimedia data files to at least one user terminals, the transmission device comprising: a cache memory for storing at least one multimedia data file; and an optimization method based on a plurality of predefined conditions And a capacity determining unit for determining storage capacity and backhaul usage of the cache memory for storing the multimedia data file.

일측면에 따르면, 상기 복수의 조건은, 상기 복수의 사용자 단말들 중 적어도 하나의 사용자 단말에서 요청한 파일을 미리 정의된 일정 확률 이상으로 해당 사용자 단말이 제공받는 것을 보장하는 제약 조건 1, 상기 백홀의 사용량이 미리 정의된 기준 사용량 미만을 만족하는 제약 조건 2, 상기 멀티미디어 데이터 파일을 제공받고자 하는 모든 사용자 단말들이 기지국에 연결되는 것을 만족하는 제약 조건 3을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the plurality of conditions include: a constraint condition 1 for ensuring that a user terminal receives a file requested by at least one user terminal among the plurality of user terminals at a predetermined probability or more, A constraint 2 that satisfies a usage amount less than a predefined reference usage amount, and a constraint condition 3 that satisfies that all user terminals to receive the multimedia data file are connected to a base station.

다른 측면에 따르면, 상기 용량 결정부는, 상기 제약 조건 1, 제약 조건 2 및 제약 조건 3을 만족하는 최적화 문제를 기반으로 상기 캐시 메모리에 할당될 최소의 저장 용량 및 최소의 백홀 사용량을 결정할 수 있다.According to another aspect, the capacity determining unit may determine a minimum storage capacity and a minimum amount of backhaul to be allocated to the cache memory based on the optimization problem satisfying the constraint condition 1, the constraint condition 2, and the constraint condition 3.

또 다른 측면에 따르면, 상기 캐시 메모리의 저장 용량 및 백홀 사용량 간의 관계를 나타내는 목적함수(objective function)의 변화량은, 상기 캐시 메모리의 저장 용량이 증가함에 따라 증가할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the amount of change of the objective function indicating the relationship between the storage capacity of the cache memory and the amount of backhaul usage may increase as the storage capacity of the cache memory increases.

또 다른 측면에 따르면, 상기 용량 결정부는, 목적함수의 최소 변화량이 양수에 해당하는 경우, 상기 캐시 메모리에 저장하고자 하는 하나의 멀티미디어 데이터 파일의 크기에 해당하는 저장 용량을 상기 캐시 메모리의 저장 용량으로 결정할 수 있다.According to another aspect of the present invention, when the minimum change amount of the objective function corresponds to a positive number, the capacity determining unit determines a storage capacity corresponding to a size of one multimedia data file to be stored in the cache memory as a storage capacity of the cache memory You can decide.

또 다른 측면에 따르면, 상기 용량 결정부는, 목적함수의 최대 변화량이 음수에 해당하는 경우, 상기 캐시 메모리의 저장용량을 전체 멀티미디어 데이터 파일의 개수에 해당하는 크기로 결정할 수 있다.According to another aspect, the capacity determining unit may determine the storage capacity of the cache memory to be a size corresponding to the total number of multimedia data files when the maximum change amount of the objective function corresponds to a negative number.

또 다른 측면에 따르면, 상기 캐시 메모리의 저장 용량은, 목적함수의 최소 변화량이 양수가 아니고, 최대 변화량이 음수가 아닌 경우에 해당함에 따라, 목적함수의 변화량이 기정의된 기준값이 될 때까지 증가될 수 있다.According to another aspect of the present invention, the storage capacity of the cache memory is increased until the change amount of the objective function becomes the predetermined reference value, when the minimum change amount of the objective function is not positive and the maximum change amount is not negative .

또 다른 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 사용자 단말로부터 요청된 멀티미디어 데이터 파일이 상기 캐시 메모리에 저장됨에 따라, 캐시 메모리에 저장된 파일을 해당 사용자 단말로 제공하는 파일 제공부를 더 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the multimedia data file requested by the at least one user terminal is stored in the cache memory, and the file providing unit provides the file stored in the cache memory to the corresponding user terminal.

또 다른 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 사용자 단말로부터 요청된 멀티미디어 데이터 파일이 상기 캐시 메모리에 저장되지 않음에 따라, 백홀(Backhaul)을 통해 상기 요청된 멀티미디어 데이터 파일을 해당 사용자 단말로 제공하는 파일 제공부를 더 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a multimedia data file requested from the at least one user terminal is not stored in the cache memory, and a file providing the requested multimedia data file to a corresponding user terminal through a backhaul is provided And the like.

또 다른 측면에 따르면, 상기 용량 결정부는, 복수의 멀티미디어 데이터 파일들 중 해당 파일에 대한 사용자 단말의 요청 횟수를 기반으로 하는 파일 인기도에 기초하여 순차적으로 파일을 저장할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the capacity determining unit may sequentially store files based on file popularity based on the number of times the user terminal requests the corresponding file among the plurality of multimedia data files.

본 발명의 실시예들에 따르면, 캐시 메모리 등의 저장 장치를 구비한 송신 장치(예컨대, 기지국)에서 기지국의 저장 장치와 백홀을 이용하여 비디오 데이터 등의 무선 데이터 파일을 제공함에 있어서, 목적 함수기반의 최적화 기법을 이용하여 사용자 단말의 QoS(Quality Of Service)를 보장하는 범위에서 최적의 캐시 메모리의 저장 용량과 백홀 사용량을 결정할 수 있다. 즉, 사용자 단말이 요청한 서비스의 제공(예컨대, 요청한 비디오 데이터 제공 등)을 위해 캐시 메모리 및 백홀(backhaul)에 가장 적은 자원을 할당하여 자원을 절약하면서 사용자 단말의 통신 품질을 일정 수준으로 보장할 수 있다.According to embodiments of the present invention, in providing a wireless data file such as video data using a storage device of a base station and a backhaul from a transmission device (e.g., a base station) having a storage device such as a cache memory, It is possible to determine the storage capacity of the optimal cache memory and the amount of backhaul usage within the range of guaranteeing QoS (Quality Of Service) of the user terminal. That is, the user equipment can allocate the least resources to the cache memory and the backhaul to save the resources and to guarantee the communication quality of the user terminal at a certain level for the provision of the service requested by the user terminal (for example, to provide the requested video data) have.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 서버, 송신 장치, 및 사용자 단말 간의 개략적인 관계를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 저장 장치를 구비한 송신 장치의 네트워크 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 최적화 기법을 이용하여 송신 장치의 저장 용량 및 백홀 사용량을 결정하는 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 송신 장치의 저장 용량 및 백홀 사용량을 결정하는 동작을 수행하는 송신 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
1 is a block diagram illustrating a schematic relationship between a server, a transmitting apparatus, and a user terminal in an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a network configuration of a transmission apparatus having a storage apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation of determining a storage capacity and a backhaul usage amount of a transmission apparatus using an optimization technique, according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram illustrating a configuration of a transmission apparatus that performs an operation of determining a storage capacity and a backhaul usage amount of a transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 캐시 메모리 등의 저장 장치를 구비한 송신 장치에서 캐시 메모리와 백홀(backhaul)을 이용하여 사용자 단말이 요청한 멀티미디어 데이터 파일을 제공하기 위해, 최적화 기법을 이용하여 최적의 캐시 메모리의 저장 용량과 백홀(backhaul)의 사용량을 결정하는 기술에 관한 것이다. 즉, 저장 장치의 용량 증가로 인한 비용과 백홀 크기에 따른 비용 간의 차이를 고려하여, 기지국의 저장 장치를 대상으로 어느 정도의 저장 용량이 가장 효율적인지를 결정하는 기술에 관한 것이다. In order to provide a multimedia data file requested by a user terminal using a cache memory and a backhaul in a transmission apparatus having a storage device such as a cache memory, BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for determining a usage amount of a backhaul. That is, the present invention relates to a technique for determining how much storage capacity is most effective for a storage device of a base station, considering a difference between a cost due to an increase in storage capacity and a cost due to a backhaul size.

본 실시예들에서, 송신 장치는 기지국을 나타낼 수 있으며, 송신 장치는 특정 서비스를 제공하는 서버와 네트워크를 통해 연결될 수 있다. 예컨대, 기지국은 중계기 등의 소형 기지국(Small Base Station, SBS)를 나타낼 수 있다. 그리고, 송신 장치가 커버하는 영역(예컨대, 셀(cell)) 내에 적어도 하나의 사용자 단말(User Equipment, UE)이 포함될 수 있다.In the present embodiments, the transmitting apparatus may represent a base station, and the transmitting apparatus may be connected via a network with a server providing a specific service. For example, the base station may represent a small base station (SBS) such as a repeater. And, at least one user equipment (UE) may be included in an area covered by the transmitting apparatus (e.g., a cell).

본 실시예들에서, 사용자 단말은 특정 서비스(예컨대, 비디오 스트리밍 서비스 등)에 해당하는 파일을 요청하는 전자 기기로서, 예컨대, 스마트폰, 태블릿, 데스크탑 PC, 노트북, 사용자의 신체에 착용 가능한 웨어러블 디바이스(wearable device) 등을 모두 포함할 수 있다.In the present embodiments, the user terminal is an electronic device for requesting a file corresponding to a specific service (e.g., a video streaming service, etc.), for example, a smart phone, a tablet, a desktop PC, a notebook, a wearable device, and the like.

본 실시예들에서, 멀티미디어 데이터 파일은, 사용자 단말에서 요청한 특정 서비스를 제공하기 위해, 해당 서비스관련 파일로서, 예컨대, 영화, 스포츠 중계, TV, 뮤직비디오 등의 비디오 스트리밍 서비스를 위한 비디오 데이터 파일, 가상/증강 현실 제공을 위한 가상/증강 현실 데이터 파일 등을 나타낼 수 있다.In the present embodiment, the multimedia data file includes a video data file for a video streaming service such as a movie, a sports relay, a TV, a music video, or the like as a corresponding service related file in order to provide a specific service requested by the user terminal, A virtual / augmented reality data file for providing a virtual / augmented reality, and the like.

본 실시예들에서, 송신 장치인 기지국의 캐시 메모리에는 비디오 스트리밍 등의 특정 서비스를 위해 서버에 저장된 전체 F개의 파일들 중 일부(예컨대, 전체 F 개중 F개보다 작은 소정 개수의 파일) 또는 전체 F개의 파일이 저장될 수 있다.In the present embodiments, the cache memory of the base station, which is the transmitting apparatus, stores a part (for example, a predetermined number of files smaller than F in total F) of all F files stored in the server for a specific service such as video streaming, Files can be stored.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 서버, 송신 장치, 및 사용자 단말 간의 개략적인 관계를 도시한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a schematic relationship between a server, a transmitting apparatus, and a user terminal in an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 네트워크는 서버(110), 복수의 송신 장치들(120), 복수의 사용자 단말들(130)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a network may include a server 110, a plurality of transmitting devices 120, and a plurality of user terminals 130.

도 1에서, 서버(110)는 비디오 스트리밍 등의 특정 서비스를 제공하기 위해, 해당 서비스와 관련된 모든 파일들을 저장 및 제어하는 전자 기기를 나타낼 수 있다. 서버9110)는 해당 서비스를 제공하기 위해 복수의 송신 장치들(예컨대, 기지국들, 120)과 네트워크를 통해 연결될 수 있다.In FIG. 1, the server 110 may represent an electronic device for storing and controlling all the files associated with the service in order to provide a specific service such as video streaming. Server 9110) may be networked with a plurality of transmitting devices (e.g., base stations 120) to provide the corresponding service.

송신 장치들(120) 각각은 자신이 커버하는 영역에 속하는 적어도 하나의 사용자 단말들로, 해당 단말이 요청한 서비스에 해당하는 파일을 제공할 수 있다. 예를 들어, 송신 장치들(120) 각각에 N개의 사용자 단말들이 속할 수도 있고, 송신 장치 1 내지 송신 장치 K 각각에 속하는 사용자 단말들의 개수가 서로 상이할 수도 있다.Each of the transmission devices 120 may provide a file corresponding to a service requested by the corresponding terminal, with at least one user terminal belonging to an area covered by the transmission devices 120. For example, N user terminals may belong to each of the transmission apparatuses 120, and the number of user terminals belonging to each of the transmission apparatuses 1 to K may be different from each other.

도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 저장 장치를 구비한 송신 장치의 네트워크 구성을 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a network configuration of a transmission apparatus having a storage apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2에서는, 서버(210)에 4개의 기지국(220, 230, 240, 250)이 속하고, 기지국 1(220)이 커버(cover)하는 영역에 3개의 사용자 단말, 기지국 2(230)가 커버(cover)하는 영역에 4개의 사용자 단말, 기지국 3(240)이 커버하는 영역에 2개의 사용자 단말, 기지국 4(250)가 커버하는 영역에 4개의 사용자 단말이 속하는 경우를 도시하였으나, 이는 실시예에 해당되며, 네트워크(200)는 4개 이외의 기지국을 포함할 수 있으며, 기지국 별로 하나 또는 둘 이상의 사용자 단말들을 포함할 수도 있다. 2, four base stations 220, 230, 240 and 250 belong to the server 210 and three user terminals and a base station 2 230 cover the area covered by the first base station 220 four user terminals are included in an area covered by the first base station 250, two user terminals are covered by an area covered by the third base station 240, and four user terminals are covered by an area covered by the fourth base station 250, And the network 200 may include four or more base stations and may include one or two or more user terminals for each base station.

도 2에서, 저장 장치(예컨대, 캐시 메모리)를 구비한 송신 장치(즉, 소형 기지국)들 각각은 푸아송 점 프로세스(poisson point process)에 따라

Figure pat00001
의 평균 밀도를 가지고 2차원 상에 분포될 수 있다. 그리고, 송신 장치 n은 자신의 캐시 메모리에
Figure pat00002
개의 파일(예컨대, 멀티미디어 데이터 파일)을 저장할 수 있다. 여기서, 송신 장치 n(즉, 소형 기지국(SBS) n)에 저장된 파일은 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.In Figure 2, each of the transmitting devices (i. E., Small base stations) having a storage device (e. G., Cache memory) is coupled to a Poisson point process
Figure pat00001
Lt; / RTI > with an average density of < RTI ID = 0.0 > Then, the transmitting apparatus n transmits its own cache memory
Figure pat00002
(E.g., a multimedia data file). Here, a file stored in the transmitting apparatus n (that is, the small base station SBS n) may be expressed by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

수학식 1에 따르면, 송신 장치 n의 캐시 메모리에 파일 i가 저장되어 있으면 Sn(i)는 1, 저장되어 있지 않으면 Sn(i)는 0으로 표현될 수 있다.According to Equation (1), if the file i is stored in the cache memory of the transmitting apparatus n, Sn (i) is represented by 1. If not stored, Sn (i)

사용자 단말은 자신이 속하는 송신 장치(즉, 사용자 단말이 연결된 기지국)로부터 요청한 서비스에 해당하는 파일을 제공받을 수 있으며, 요청한 파일이 송신 장치의 캐시 메모리에 저장된 경우, 해당 파일을 백홀(backhaul)을 사용하지 않고, 송신 장치로부터 직접 제공받을 수 있다. 이때, 사용자 단말에서 요청한 파일이 연결된 송신 장치(즉, 사용자 단말이 속하는 기지국)에 저장되어 있지 않을 경우, 송신 장치는 해당 파일을 백홀(backhaul)을 통해 사용자 단말로 제공할 수 있다. 이에 따라, 송신 장치 n에

Figure pat00004
의 사용자 단말이 연결되고, 사용자 단말이 전체 F개의 파일 중 어느 하나를 요청 시 i번째 파일을 요청할 확률을
Figure pat00005
로 가정하고, i번째 파일이 송신 장치 n에 저장되어 있지 않은 경우,
Figure pat00006
의 전송율로 백홀(backhaul)을 사용할 수 있다. 그러면, 백홀(backhaul) 사용량은 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.A user terminal can receive a file corresponding to a service requested from a transmission apparatus to which the user terminal belongs (i.e., a base station to which the user terminal is connected), and when the requested file is stored in the cache memory of the transmission apparatus, It can be provided directly from the transmission apparatus without being used. At this time, if the requested file is not stored in the connected transmission apparatus (i.e., the base station to which the user terminal belongs), the transmission apparatus can provide the file to the user terminal through a backhaul. As a result,
Figure pat00004
Is connected to the user terminal, and the probability that the user terminal requests one of the F files is requested
Figure pat00005
, And if the i-th file is not stored in the transmitting apparatus n,
Figure pat00006
A backhaul can be used as the transmission rate of the backhaul. Then, the usage amount of the backhaul can be expressed by the following equation (2).

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure pat00007
Figure pat00007

수학식 2에서,

Figure pat00008
는 송신 장치 n에 연결된 사용자 단말,
Figure pat00009
는 송신 장치 n에 파일 i를 요청할 확률, Sn(i)는 송신 장치 n의 캐시 메모리에 파일 i가 저장되어 있는지 여부를 나타내는 인덱스(index),
Figure pat00010
는 파일 i가 송신 장치 n에 저장되지 않은 경우의 전송율, F는 전체 파일의 개수를 나타낼 수 있다.In Equation (2)
Figure pat00008
A user terminal connected to the transmitting apparatus n,
Figure pat00009
Sn (i) is an index indicating whether file i is stored in the cache memory of the transmitting apparatus n,
Figure pat00010
Is a transmission rate when file i is not stored in transmitting apparatus n, and F is the number of all files.

도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 송신 장치들 각각은 복수의 사용자 단말들로 파일을 제공할 수 있다. 이때, OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)에 기초하여 자원을 할당함에 따라 사용자 단말 간 간섭이 없음을 가정한다. 이처럼, 사용자 단말 간 간섭이 제거되더라도, 송신 장치들, 즉, 복수의 기지국 간 간섭이 존재하므로, 파일을 요청한 사용자 단말과, 해당 사용자 단말이 속하는 송신 장치(즉, 기지국) 간의 SINR(Signal to Interference pulse Noise Ratio)이 미리 정의된 기준 SINR 이상일 때, 사용자 단말은 자신이 요청한 파일을 정상적으로 제공받을 수 있다. As shown in FIG. 2, each of the plurality of transmitting apparatuses can provide a file to a plurality of user terminals. At this time, it is assumed that there is no interference between user terminals by allocating resources based on OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Even if the interference between the user terminals is eliminated, there is interference between the transmitting apparatuses, that is, the plurality of base stations, so that the signal to interference (SINR) between the user terminal requesting the file and the transmitting apparatus pulse noise ratio) is equal to or greater than a predetermined reference SINR, the user terminal can normally receive a file requested by itself.

그러면, 송신 장치 n과 사용자 단말 k의 SINR을

Figure pat00011
라고 가정하면, 사용자 단말 k가 자신이 요청한 파일을 정상적으로 제공받을 확률은 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.Then, the SINR of the transmitting apparatus n and the user terminal k is
Figure pat00011
, The probability that the user terminal k is normally provided with the requested file can be expressed by Equation (3) below.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00012
Figure pat00012

수학식 3에서, W는 대역폭(Bandwidth)를 나타낼 수 있다. 즉, 송신 장치인 기지국에서 사용자 단말로 신호를 보내는 주파수 대역을 나타낼 수 있다. In Equation (3), W may represent a bandwidth. That is, a frequency band for transmitting a signal from the base station, which is a transmitting apparatus, to the user terminal can be indicated.

송신 장치에 구비된 캐시 메모리의 저장 용량과 백홀 사용량을 결정하기 위해 풀고자 하는 최적화 문제 P1은 아래의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.The optimization problem P1 to be solved for determining the storage capacity of the cache memory and the amount of backhaul used in the transmission apparatus can be expressed as Equation (4) below.

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure pat00013
Figure pat00013

수학식 4에서,

Figure pat00014
는 사용자 단말 및 송신 장치(즉, 기지국)에 해당하는 네트워크에 속하는 전체 사용자(즉, 사용자 단말) 집합을 나타내고,
Figure pat00015
은 송신 장치 각각에 연결된 사용자(즉, 사용자 단말) 집합을 나타내고,
Figure pat00016
는 네트워크에 속하는 전체 송신 장치(즉, 기지국) 집합을 나타낼 수 있다. 그리고, 수학식 4에서, μ는 메모리와 백홀양의 단위 및 중요도를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 메모리 백홀은 가격 및 중요성 측면에서 다르기 때문에 합할 때 동일한 중요도로(1:1의 비율로) 보기 어렵기 때문에 μ라는 가중치(weight)를 주어 더할 수 있다. 즉, μ는 단위 메모리당 백홀의 가격, 혹은 중요도를 나타낼 수 있다. 그리고, ε는 전송 패킷의 성공적으로 전달될 확률의 임계값으로서, 시스템에서 요구하는 최소 전송 성공 확률(즉, 미리 정의된 최소 전송 성공 확률)을 나타낼 수 있다.In Equation (4)
Figure pat00014
Represents a set of all users (i.e., user terminals) belonging to a network corresponding to a user terminal and a transmitting apparatus (i.e., a base station)
Figure pat00015
Denotes a set of users (i.e., user terminals) connected to each of the transmitting apparatuses,
Figure pat00016
(I. E., Base stations) belonging to the network. In Equation (4),? Can represent the unit and importance of the memory and the back white. For example, since memory backhaul differs in terms of price and importance, it can be added with a weight of μ because it is difficult to see the same importance (in 1: 1 ratio) when summed. That is, μ can represent the price or importance of the backhaul per unit memory. And, epsilon is a threshold value of a probability that a transmission packet is successfully transmitted, and may represent a minimum transmission success probability (i.e., a predetermined minimum transmission success probability) required by the system.

수학식 4에 표현된 최적화 문제 P1은 미리 정의된 3가지 제약 조건을 만족하는 상황에서 최소의 저장 용량(즉, 캐시 메모리의 크기)과 백홀 할?량을 결정하는 문제를 나타낼 수 있다. 여기서, 3가지 제약 조건은 아래의 표 1과 같이 요약될 수 있다.The optimization problem P1 expressed in Equation (4) may indicate a problem of determining the minimum storage capacity (i.e., the size of the cache memory) and the amount of backhaul in a situation where three predefined constraints are satisfied. Here, the three constraints can be summarized as shown in Table 1 below.

Figure pat00017
Figure pat00017

표 1에 따르면, 최적화 문제 P1은 사용자 단말이 자신이 요청한 파일을 미리 정의된 일정 확률 이상으로 안정 적으로 제공받는 것이 보장되는 범위에서, 모든 기지국의 백홀 사용량은 미리 정의된 기준 사용량 미만이고, 네트워크의 모든 사용자 단말은 해당 기지국에 연결되는 제약 조건을 만족하는 상황에서의 최소의 저장 용량 및 백홀 할당량을 결정하는 문제에 해당할 수 있다. 다시 말해, 수학식 4의 최적화 문제 P1은 사용자 단말의 통신 품질(QoS)을 일정 수준 보장하면서, 가장 적은 자원, 즉, 캐시 메모리의 크기와 백홀 사용량의 가중치 합을 할당하는 문제에 해당할 수 있다.According to Table 1, the optimization problem P1 is that the backhaul usage amount of all the base stations is less than the predefined reference usage amount, while the optimization problem P1 is such that the user terminal is guaranteed to stably receive the file requested by the user, All of the user terminals of the mobile station may determine a minimum storage capacity and a backhaul allocation amount in a situation satisfying a constraint condition connected to the base station. In other words, the optimization problem P1 in Equation (4) may correspond to a problem of allocating the smallest resource, that is, the weight sum of the size of the cache memory and the amount of backhaul usage while ensuring a certain level of the communication quality (QoS) .

도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 최적화 기법을 이용하여 송신 장치의 저장 용량 및 백홀 사용량을 결정하는 동작을 나타내는 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 송신 장치의 저장 용량 및 백홀 사용량을 결정하는 동작을 수행하는 송신 장치의 구성을 도시한 블록도이다.FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation of determining a storage capacity and a backhaul usage amount of a transmission apparatus using an optimization technique according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation A capacity and a backhaul amount of the mobile station; FIG.

도 4에 따르면, 송신 장치(즉, 기지국, 400)은 캐시 메모리(410), 용량 결정부(420), 및 파일 제공부(230)를 포함할 수 있으며, 송신 장치(400)는 복수의 사용자 단말들로부터 요청된 파일을 캐시 메모리 및 백홀(backhaul)을 이용하여 해당 단말로 제공할 수 있다. 도 3 및 도 4에서는 도 2의 송신 장치들(기지국들) 중 어느 하나의 송신 장치에서 자신의 캐시 메모리의 저장 용량 및 백홀 사용량을 결정하는 동작을 예로 들어 설명하나, 이는 실시예에 해당되며, 도 2의 모든 송신 장치들 각각에서 저장 용량 및 백홀 사용량을 결정하는 동작을 수행할 수 있다.4, a transmitting apparatus (i.e., a base station) 400 may include a cache memory 410, a capacity determining unit 420, and a file providing unit 230, and the transmitting apparatus 400 may include a plurality of users The requested file from the terminals can be provided to the corresponding terminal using the cache memory and the backhaul. In FIGS. 3 and 4, the operation of determining the storage capacity and backhaul usage amount of the cache memory of one of the transmission apparatuses (base stations) of FIG. 2 is described as an example, 2 may perform an operation of determining a storage capacity and a backhaul usage amount in each of the transmission apparatuses.

310 단계에서, 캐시 메모리(410)는 서버(110)에 저장된 F개의 멀티미디어 데이터 파일들 중 미리 지정된 임의의 멀티미디어 데이터 파일을 저장할 수 있다.In step 310, the cache memory 410 may store predetermined multimedia data files among the F multimedia data files stored in the server 110. [

320 단계에서, 용량 결정부(420)는 미리 정의된 복수의 조건을 기반으로 하는 최적화 기법을 이용하여 멀티미디어 데이터 파일을 저장하는 캐시 메모리의 저장 용량과 백홀(backhaul) 사용량을 결정할 수 있다. 이때, 용량 결정부(420)는 위의 표 1에서 설명한 3가지 제약 조건을 만족하는 최적화 문제 P1을 풀어 최소의 저장 용량 및 백홀 할당량을 결정할 수 있다.In operation 320, the capacity determining unit 420 may determine the storage capacity of the cache memory storing the multimedia data file and the usage amount of the backhaul by using an optimization technique based on a plurality of predefined conditions. At this time, the capacity determining unit 420 can determine the minimum storage capacity and backhaul allocation amount by solving the optimization problem P1 satisfying the three constraints described in Table 1 above.

예를 들어, 용량 결정부(420)는 수학식 1에 기초하여 저장 용량 및 백홀 할당량을 결정함에 있어서, 사용자 단말이 안정적으로 파일을 제공 받을 확률이 일정 이상으로 보장되는 범위(즉, 제약 조건 1)에서의 저장 용량 및 백홀 할당량을 결정할 수 있다. 이때, 용량 결정부(420)는 제약 조건 1을 만족함과 동시에, 네트워크에 속하는 모든 송신 장치들(예컨대, 도 2의 SBS 1, SBS2, SBS3, SBS4)의 백홀 사용량이 일정 수준(예컨대, 미리 정의된 기준 사용량) 미만으로 제한되는 제약 조건 2를 만족하는 저장 용량 및 백홀 할당량을 결정할 수 있다. 이때, 네트워크에 속하는 모든 사용자 단말들(예컨대, 도 2에 도시된 13개의 사용자 단말들)이 자신이 속하는 송신 장치(즉, 기지국)에 연결되는 상황(즉, 제약 조건 3)에서 상기 제약 조건 1 및 제약 조건 2를 만족하는 저장 용량 및 백홀 사용량(즉, 백호로 할당량)이 결정될 수 있다.For example, in determining the storage capacity and the backhaul allocation amount based on Equation (1), the capacity determining unit 420 may determine whether the probability that the user terminal is stably provided with a file is equal to or greater than a predetermined range ) And the backhaul quota can be determined. At this time, the capacity determining unit 420 satisfies the constraint condition 1 and at the same time, the capacity determining unit 420 determines that the backhaul usage amount of all the transmission apparatuses belonging to the network (e.g., SBS 1, SBS 2, SBS 3, SBS 4 in FIG. 2) Quot; reference amount of usage "), and the storage capacity and backhaul quota satisfying the constraint 2 can be determined. At this time, in a situation where all the user terminals belonging to the network (for example, 13 user terminals shown in Fig. 2) are connected to the transmission apparatus (i.e., base station) And the storage capacity and the backhaul usage amount (i.e., the backhaul allocation amount) satisfying the constraint 2 can be determined.

그러면, 결정된 저장 용량에 기초하여 현재 할당된 캐시 메모리의 크기가 유지되거나 증가될 수 있으며, 증가되는 경우, 서버(110)로부터 수신된 새로운 파일을 수신하여 캐시 메모리(410)에 저장될 수 있다. 예컨대, 캐시 메모리의 저장 용량은 새로운 파일의 크기에 해당하는 용량만큼 증가될 수 있다. 그리고, 캐시 메모리에 저장된 파일이 사용자 단말로부터 요청된 경우, 파일 제공부(430)는 백홀을 통하지 않고, 상기 요청된 파일을 사용자 단말로 제공할 수 있다. 이때, 캐시 메모리에 상기 요청된 파일이 저장되지 않은 경우, 파일 제공부(430)는 백홀(backhaul)을 이용하여 상기 요청된 파일을 사용자 단말로 제공할 수 있다. Then, the size of the currently allocated cache memory may be maintained or increased based on the determined storage capacity, and if it is increased, the new file received from the server 110 may be received and stored in the cache memory 410. For example, the storage capacity of the cache memory may be increased by a capacity corresponding to the size of a new file. When a file stored in the cache memory is requested from the user terminal, the file provider 430 can provide the requested file to the user terminal without going through the backhaul. At this time, if the requested file is not stored in the cache memory, the file providing unit 430 may provide the requested file to the user terminal using a backhaul.

이하에서는 수학식 4에서 표현된 최적화 문제 P1을 풀어서 캐시 메모리에 할당될 최적의 저장 용량 및 백홀 사용량을 결정하는 동작에 대해 아래의 보조 정리 1(Lemma 1), 보조 정리 2(Lemma 2) 및 정리(Theorem)에 기초하여 상세히 설명하고자 한다. 다시 말해, 제약 조건 1 내지 3을 만족하는 상황에서 가장 적은 자원을 할당하는 동작에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of determining the optimal storage capacity and the amount of backhaul to be allocated to the cache memory by solving the optimization problem P1 expressed by Equation (4) will be described below with reference to Lemma 1, Lemma 2, (Theorem). In other words, the operation of allocating the least resources in a situation satisfying the constraint conditions 1 to 3 will be described in detail.

Lemma 1: 송신 장치 n에 대한 최소 백홀 사용량(optimal backhaul size)

Figure pat00018
은 아래의 수학식 5와 같이 저장 용량의 함수로 나타낼 수 있다.Lemma 1: optimal backhaul size for transmitting device n
Figure pat00018
Can be expressed as a function of storage capacity as shown in Equation (5) below.

[수학식 5] &Quot; (5) "

Figure pat00019
Figure pat00019

Proof:

Figure pat00020
이 최적화(optimal)된 값이 아니고(즉, 최소의 값이 아니고),
Figure pat00021
보다 작은
Figure pat00022
이 존재한다고 가정하면(
Figure pat00023
),
Figure pat00024
이 실현(feasible)된 이후에는 아래의 수학식 6이 만족되어야 한다. Proof:
Figure pat00020
Is not an optimal value (i.e., it is not a minimum value)
Figure pat00021
lesser
Figure pat00022
Assuming that it exists (
Figure pat00023
),
Figure pat00024
After this is feasible, Equation 6 below must be satisfied.

[수학식 6] &Quot; (6) "

Figure pat00025
Figure pat00025

그러나, 수학식 6은 상기 가정과 모순되는

Figure pat00026
을 함축하고 있다. 그러므로,
Figure pat00027
는 최적화된 값(즉, 최소 백홀 사용량(optimal backhaul size))에 해당할 수 있다.However, equation (6) is inconsistent with the above assumption
Figure pat00026
. therefore,
Figure pat00027
May correspond to an optimized value (i.e., an optimal backhaul size).

다시 말해, 백홀 사용량(backhaul size)은 백홀이 할당된만큼 활용(즉, 사용)하는 것이 가장 효율적일 수 있다. 그리고, 백홀 사용량은 기지국의 캐시 메모리에 저장되지 않은 파일의 요청에 비례하므로, 백홀 사용량은 위의 수학식 5와 같이 표현될 수 있다. In other words, backhaul size may be most efficient to utilize (ie, use) as much as the backhaul is allocated. Since the backhaul usage is proportional to the request of the file not stored in the cache memory of the base station, the backhaul usage can be expressed as Equation (5).

이때, 모든 송신 장치(즉, 기지국)에서 자신의 캐시 메모리에 멀티미디어 데이터 파일을 저장하는 방법이 가장 인기도 높은 파일부터 낮은 순서로 순차적으로 저장한다고 가정하면, 위의 수학식 1은 아래의 수학식 7과 같이 다시 표현될 수 있다. 즉, 송신 장치 n(즉, 소형 기지국(SBS) n)에 저장된 파일 i는 아래의 수학식 7과 같이 표현될 수 있다. 수학식 7에서, F는 전체 파일의 개수를 나타낼 수 있다.In this case, assuming that all transmission apparatuses (i.e., base stations) sequentially store the multimedia data files in their cache memories in descending order from the most popular files, the above equation (1) As shown in FIG. That is, the file i stored in the transmitting apparatus n (that is, the small base station SBS n) can be expressed by Equation (7) below. In Equation (7), F may represent the total number of files.

[수학식 7]&Quot; (7) "

Figure pat00028
Figure pat00028

그러면, 수학식 7을 기반으로, 캐시 메모리의 저장 용량과 백홀 사용량(즉, 백홀 할당량)의 가중치 합(weighted sum)은 아래의 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.Then, based on Equation (7), the weighted sum of the storage capacity of the cache memory and the backhaul usage amount (i.e., the backhaul allocation amount) can be expressed as Equation (8) below.

[수학식 8]&Quot; (8) "

Figure pat00029
Figure pat00029

수학식 8과 같이 표현된 상기 가중치 합을

Figure pat00030
로 정의 하면, 위의 수학식 4에서 표현한 최적화 문제 P1은 아래의 최적화 문제 P2와 동치(equivalence)에 해당할 수 있다. 여기서, 최적화 문제 P2는 아래의 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.The weight sum expressed as Equation (8)
Figure pat00030
, The optimization problem P1 expressed in Equation (4) can be equivalent to the optimization problem P2 described below. Here, the optimization problem P2 can be expressed by the following equation (9).

[수학식 9]&Quot; (9) "

Figure pat00031
Figure pat00031

위의 수학식 9와 같이 정의된 최적화 문제 P2를 풀기 위해 함수

Figure pat00032
를 아래의 수학식 10과 같이 정의할 수 있다.In order to solve the optimization problem P2 defined by the above equation (9)
Figure pat00032
Can be defined as shown in Equation (10) below.

[수학식 10]&Quot; (10) "

Figure pat00033
Figure pat00033

수학식 10은 기지국인 송신 장치에 연결된 사용자 집합(즉, 기지국에 연결된 사용자 단말들을 포함하는 집합)이 주어진 경우, n번째 소형 기지국에 하나의 멀티미디어 데이터 파일을 더 저장 시, 즉, 기지국의 캐시 메모리의 저장 용량이 한 개의 파일을 저장할 만큼 증가하는 경우에 목적함수(objective function)의 변화량을 나타낼 수 있다. 즉, 함수

Figure pat00034
는 목적함수의 변화량을 나타내며, 목적함수의 변화량을 활용하여 목적함수
Figure pat00035
는 아래의 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.Equation (10) indicates that when a set of users connected to a transmitting apparatus that is a base station (i.e., a set including user terminals connected to the base station) is provided, one multimedia data file is further stored in the nth small base station, The amount of change of the objective function can be expressed when the storage capacity of the file increases to store one file. That is,
Figure pat00034
Represents the amount of change of the objective function, and using the change amount of the objective function,
Figure pat00035
Can be expressed by Equation (11) below.

[수학식 11]&Quot; (11) "

Figure pat00036
Figure pat00036

여기서, 목적함수의 변화량

Figure pat00037
은 아래의 보조 정리 2(Lemma 2)의 특성을 나타낼 수 있다.Here, the variation of the objective function
Figure pat00037
Can represent the characteristics of Lemma 2 below.

Lemma 2: 송신 장치 n에 대한 목적함수의 변화량

Figure pat00038
은 m에 대해 감소하지 않는 특성을 가질 수 있다(즉, 함수
Figure pat00039
은 non-decreasing function에 해당할 수 있다). 여기서, m은 캐시 메모리에 m개의 파일을 저장하려는 경우에 m개 파일에 해당하는 메모리의 크기(즉, m개의 파일만큼의 캐시 메모리의 저장 용량)를 나타낼 수 있다. 다시 말해,
Figure pat00040
는 메모리의 크기가 m개 파일에 해당하는 저장 용량에서 m+1개의 파일에 해당하는 저장 용량으로 증가하는 경우에 목적함수의 변화량을 나타낼 수 있다Lemma 2: Variation of objective function for transmitting device n
Figure pat00038
May have non-decreasing properties for m (i. E., Function < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00039
May correspond to a non-decreasing function). Here, m may represent the size of the memory corresponding to m files (that is, the storage capacity of the cache memory corresponding to m files) when m files are to be stored in the cache memory. In other words,
Figure pat00040
Can represent the amount of change of the objective function when the size of the memory increases from the storage capacity corresponding to m files to the storage capacity corresponding to m + 1 files

Proof: 수학식 10으로부터, 기지국인 송신 장치 n에 대한 방정식이 아래의 수학식 12와 같이 표현될 수 있다. 즉, 아래의 수학식 12의 좌편

Figure pat00041
에 위의 수학식 10을 대입하면, 아래의 수학식 12의 우편이 얻어질 수 있다.Proof: From Equation (10), the equation for the transmitting apparatus n, which is the base station, can be expressed as Equation (12) below. That is, the left side of the following expression (12)
Figure pat00041
(10) can be substituted into equation (12), the following equation (12) can be obtained.

[수학식 12] &Quot; (12) "

Figure pat00042
Figure pat00042

수학식 12에서,

Figure pat00043
인 경우에만
Figure pat00044
가 성립되므로, 송신 장치 n에 대해
Figure pat00045
이면,
Figure pat00046
에 해당할 수 있다. 여기서,
Figure pat00047
는 x번째(rank x) 인기 있는 파일이 요청될 확률을 나타내고,
Figure pat00048
는 y번째(rank y) 인기 있는 파일이 요청될 확률을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 예를 들어, P(1)은 가장 인기있는(Rank 1) 파일이 요청될 확률을 나타낼 수 있다.In Equation (12)
Figure pat00043
Only if
Figure pat00044
Is established. Therefore, for the transmitting apparatus n
Figure pat00045
If so,
Figure pat00046
. here,
Figure pat00047
Represents the probability that the x-th (rank x) popular file will be requested,
Figure pat00048
May represent the probability that the yth (rank y) popular file will be requested. For example, P (1), for example, may indicate the probability that the most popular (Rank 1) file will be requested.

즉, 보조 정리 2(Lemma 2)와 수학식 12는, 기지국인 송신 장치 n을 대상으로 캐시 메모리의 저장 용량을 증가시키면 오브젝트 함수의 변화량이 감소하지 않음을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 파일을 요청하여 다운로드 받은 사용자 단말의 수(즉, 단말의 요청 횟수)를 기반으로 하는 인기도 순서대로 파일이 캐시 메모리에 저장되는 경우를 가정하면, 인기도가 높은 순서에서 낮은 순서로 순차적으로 파일이 저장되기 때문에 저장용량이 증가할수록 새롭게 저장되는 파일의 인기도는 낮아질 수 있다. 이에 따라, 새로운 파일을 저장하는 경우, 캐시 메모리에는 이미 저장된 파일보다 상대적으로 낮은 인기도의 파일이 저장되므로, 해당 파일을 저장하면서 발생하는 백홀 감소량이 낮아질 수 있다. 이때, 캐시 메모리는 파일 크기에 해당하는 용량(즉, 저장하고자 하는 파일 크기와 동일한 양)만큼 증가하므로, 전체 목적함수의 변화량은 증가할 수 있다. In other words, Lemma 2 and Equation (12) can indicate that the amount of change of the object function does not decrease when the storage capacity of the cache memory is increased with respect to the transmitting apparatus n serving as the base station. For example, if it is assumed that files are stored in the cache memory in the order of popularity based on the number of downloaded user terminals (i.e., the number of times the terminals are requested) by requesting the files, As the storage capacity increases, the popularity of the newly stored files may be lowered. Accordingly, when a new file is stored, a relatively low-popularity file is stored in the cache memory, as compared with a file already stored in the cache memory, so that the backhaul reduction amount generated when the file is stored may be lowered. At this time, the cache memory increases by the capacity corresponding to the file size (i.e., the same amount as the file size to be stored), so that the variation of the total objective function can increase.

그러면, 위의 보조 정리 1(Lemma 1), 보조 정리 2(Lemma 2)에 기초하여 다음의 최적 메모리 크기(즉, 최적의 캐시 메모리의 저장 용량) 및 백홀 사용량을 나타내는 정리(Theorem)가 아래와 같이 표현될 수 있다. Then, based on the above Lemma 1 and Lemma 2, the following optimal memory size (that is, the optimal storage capacity of the cache memory) and the theorem indicating the amount of backhaul usage are given as follows Can be expressed.

Theorem(Optimal memory size and backhaul allocation): Theorem (Optimal memory size and backhaul allocation):

인기도가 높은 순서대로 파일(예컨대, 콘텐츠)이 기지국의 캐시 메모리에 저장된 경우, 기지국 SBS n의 최소 메모리 크기(즉, 최소 저장 용량)

Figure pat00049
과 백홀 사용량(backhaul allocation)
Figure pat00050
는 아래의 수학식 13 및 수학식 14와 같이 표현될 수 있다.If the file (e.g., content) is stored in the cache memory of the base station in order of popularity, the minimum memory size (i.e., the minimum storage capacity) of the base station SBS n,
Figure pat00049
And backhaul allocation (backhaul allocation)
Figure pat00050
Can be expressed by the following equations (13) and (14).

[수학식 13]&Quot; (13) "

Figure pat00051
Figure pat00051

[수학식 14]&Quot; (14) "

Figure pat00052
Figure pat00052

수학식 13 및 수학식 14에서,

Figure pat00053
Figure pat00054
를 만족시키는 메모리 크기(즉, 캐시 메모리의 저장용량)를 나타낼 수 있다. In the equations (13) and (14)
Figure pat00053
The
Figure pat00054
(I.e., the storage capacity of the cache memory).

Proof: 위의 정리 Theorem(Optimal memory size and backhaul allocation)는 3가지 케이스(

Figure pat00055
,
Figure pat00056
,
Figure pat00057
)로 나누어 질 수 있다. Proof: Theorem (Optimal memory size and backhaul allocation)
Figure pat00055
,
Figure pat00056
,
Figure pat00057
). ≪ / RTI >

먼저, 첫 번째 케이스(case 1):

Figure pat00058
First, the first case (case 1):
Figure pat00058

보조 정리 2(Lemma 2)에 의해,

Figure pat00059
는 기지국 n에 대한
Figure pat00060
가 최소값(minimum)인 경우를 나타낼 수 있다. 그러면,
Figure pat00061
일 때 부등식은 아래의 수학식 15와 같이 표현될 수 있다.By Lemma 2,
Figure pat00059
Lt; RTI ID = 0.0 >
Figure pat00060
Is the minimum value (minimum value). then,
Figure pat00061
The inequality can be expressed by Equation (15) below.

[수학식 15]&Quot; (15) "

Figure pat00062
Figure pat00062

그렇기 때문에, 위의 수학식 11에서 정의하고 있는 목적함수

Figure pat00063
는 메모리가 증가함에 따라(즉, 캐시 메모리의 용량이 파일의 크기만큼 증가함에 따라) 항상 증가할 수 있다. 예를 들어, 특정 기지국 n(SBSn)이 아닌 모든 기지국(SBSs)을 대상으로 동일한 메모리 크기를 갖는 2개의 메모리
Figure pat00064
,
Figure pat00065
가 할당되고,
Figure pat00066
이고,
Figure pat00067
,
Figure pat00068
인 경우, 목적함수의 차이값은 아래의 수학식 16과 같이 표현될 수 있다. 즉, 아래의 수학식 16은 서로 다른 메모리 할당 방법
Figure pat00069
,
Figure pat00070
을 고려한 경우 목적함수 값의 차이(즉, 상기 목적함수의 차이값)를 나타내며, 수학식 16은
Figure pat00071
Figure pat00072
의 할당 방법에 따른 목적함수 값 중 누가 더 작은지 알아보기 위해 이용될 수 있다.Therefore, the objective function defined in Equation (11)
Figure pat00063
Can always increase as the memory grows (i.e., the capacity of the cache memory increases by the size of the file). For example, two base stations (SBSs) other than the specific base station n (SBSn)
Figure pat00064
,
Figure pat00065
Respectively,
Figure pat00066
ego,
Figure pat00067
,
Figure pat00068
, The difference value of the objective function can be expressed by the following equation (16). That is, the following equation (16)
Figure pat00069
,
Figure pat00070
(I.e., the difference value of the objective function) in the case of considering Equation (16)
Figure pat00071
And
Figure pat00072
Can be used to determine which of the objective function values according to the allocation method is smaller.

[수학식 16]&Quot; (16) "

Figure pat00073
Figure pat00073

수학식 15에 따라 수학식 16에서,

Figure pat00074
은 0보다 크므로(즉, 양수인 경우), 아래의 수학식 17과 같이 다시 표현될 수 있다.According to Equation (15), in Equation (16)
Figure pat00074
Is greater than zero (i.e., if it is a positive number), it can be expressed again as Equation (17) below.

[수학식 17]&Quot; (17) "

Figure pat00075
Figure pat00075

수학식 17에 따라,

Figure pat00076
인 조건(즉, case 1)을 만족하는 기지국 n에 대한 최적의 캐시 메모리의 크기는 0임을 알 수 있다.According to equation (17)
Figure pat00076
The optimal size of the cache memory for the base station n that satisfies the condition (i. E., Case 1) is zero.

위의 수학식 10을 이용하면, 케이스 1(즉, 조건 1)

Figure pat00077
은 아래의 수학식 18과 동치(equivalent)에 해당할 수 있다.Using Equation 10 above, Case 1 (i.e., Condition 1)
Figure pat00077
Can be equivalent to Equation (18) below.

[수학식 18]&Quot; (18) "

Figure pat00078
Figure pat00078

두 번째 케이스(case 2):

Figure pat00079
The second case (case 2):
Figure pat00079

위의 보조 정리 2(Lemma 2)에 의해,

Figure pat00080
의 최대값(maximum)은
Figure pat00081
일 때 달성될 수 있다. 그 결과,
Figure pat00082
는 아래의 수학식 19와 같이 표현될 수 있다.By Lemma 2 above,
Figure pat00080
The maximum value of
Figure pat00081
. ≪ / RTI > As a result,
Figure pat00082
Can be expressed by the following equation (19).

[수학식 19]&Quot; (19) "

Figure pat00083
Figure pat00083

즉, 기지국 n(SBSn)이 가지고 있는 메모리가 많을수록(즉, 캐시 메모리가 추가 할당되거나, 캐시 메모리의 저장 용량이 증가할수록) 항상 적은 목적함수가 얻어질 수 있다. That is, as the number of memories possessed by the base station n (SBSn) increases (that is, as the cache memory is further allocated or the storage capacity of the cache memory increases), a small objective function can always be obtained.

두 번째 케이스(case 2)는 첫 번째 케이스(case 1)와 유사한 방법으로 증명할 수 있다. 예를 들어, 모드 기지국들(SBSs)에 동일한 메모리 크기를 갖는 두 개의 메모리

Figure pat00084
,
Figure pat00085
를 할당하고,
Figure pat00086
,
Figure pat00087
인 경우, 목적함수에 대한 부등식은 아래의의 수학식 20과 같이 표현될 수 있다. The second case (case 2) can be proved in a similar way to the first case (case 1). For example, in the mode base stations (SBSs), two memories
Figure pat00084
,
Figure pat00085
Respectively,
Figure pat00086
,
Figure pat00087
, The inequality for the objective function can be expressed as Equation 20 below.

[수학식 20]&Quot; (20) "

Figure pat00088
Figure pat00088

위의 수학식 19에 따라, 수학식 20에서

Figure pat00089
은 0보다 크므로(즉, 양수이므로), 목적함수는 아래의 수학식 21과 같이 다시 표현될 수 있다.According to the above equation (19), in equation (20)
Figure pat00089
Is greater than zero (i.e., because it is a positive number), the objective function can be re-expressed as Equation 21 below.

[수학식 21]&Quot; (21) "

Figure pat00090
Figure pat00090

그 결과,

Figure pat00091
인 조건(즉, case 2)을 만족하는 최적의 메모리 크기(캐시 메모리의 저장 용량)는 F에 해당할 수 있다. 여기서,
Figure pat00092
은 아래의 수학식 22와 같이 다시 표현될 수 있다.As a result,
Figure pat00091
The optimal memory size (storage capacity of the cache memory) satisfying the in-condition (i.e., case 2) may correspond to F. here,
Figure pat00092
Can be rewritten as: < EMI ID = 22.0 >

[수학식 22]&Quot; (22) "

Figure pat00093
Figure pat00093

마지막 세 번째 케이스(case3):

Figure pat00094
Figure pat00095
이 모두 아닌 경우, 즉,
Figure pat00096
이고,
Figure pat00097
인 경우, 위의 보조 정리 2(Lemma 2)에 의해
Figure pat00098
는 감소하지 않기 때문에(non-decreasing)
Figure pat00099
인 조건을 만족하는
Figure pat00100
을 항상 찾을 수 있다. 또한,
Figure pat00101
에 대해 부등식은 아래의 수학식 23 및 24와 같이 표현될 수 있다.Last three cases (case 3):
Figure pat00094
And
Figure pat00095
If not all,
Figure pat00096
ego,
Figure pat00097
, The above lemma 2 (Lemma 2)
Figure pat00098
(Non-decreasing)
Figure pat00099
Satisfy the condition of
Figure pat00100
Can always be found. Also,
Figure pat00101
The inequalities can be expressed by the following equations (23) and (24).

[수학식 23]&Quot; (23) "

Figure pat00102
Figure pat00102

[수학식 24]&Quot; (24) "

Figure pat00103
Figure pat00103

n번째 기지국(SBSn)과 다른 두 가지 다른 메모리 크기의 할당을 고려하고자 한다(i.e.

Figure pat00104
).
Figure pat00105
을 만족하는
Figure pat00106
을 가정하기로 한다. 그러면,
Figure pat00107
Figure pat00108
케이스가 존재할 수 있다. Consider the allocation of two different memory sizes to the nth base station (SBSn) (ie
Figure pat00104
).
Figure pat00105
Satisfy
Figure pat00106
. then,
Figure pat00107
and
Figure pat00108
Case may exist.

이때,

Figure pat00109
인 경우, 위의 수학식 11의 목적함수
Figure pat00110
는 아래의 수학식 25와 같이 다시 표현될 수 있다.At this time,
Figure pat00109
, The objective function of Equation (11)
Figure pat00110
Can be rewritten as: < EMI ID = 25.0 >

[수학식 25]&Quot; (25) "

Figure pat00111
Figure pat00111

위의 수학식 23에 기초하여 수학식 25는 아래의 수학식 26과 같이 다시 표현될 수 있다.Based on Equation (23), Equation (25) can be expressed again as Equation (26) below.

[수학식 26]&Quot; (26) "

Figure pat00112
Figure pat00112

마찬가지로,

Figure pat00113
인 경우, 목적함수는 아래의 수학식 27과 같이 표현될 수 있다.Likewise,
Figure pat00113
, The objective function can be expressed by Equation 27 below.

[수학식 27]&Quot; (27) "

Figure pat00114
Figure pat00114

위의 수학식 24에 기초하여 수학식 27은 아래의 수학식 28과 같이 다시 표현될 수 있다.Based on Equation (24) above, Equation (27) can be expressed again as Equation (28) below.

[수학식 28]&Quot; (28) "

Figure pat00115
Figure pat00115

Figure pat00116
인 경우 위의 수학식 26과 수학식 28을 병합하면, 아래의 수학식 29과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00116
The above equation (26) and (28) can be merged into the following equation (29).

[수학식 29]&Quot; (29) "

Figure pat00117
Figure pat00117

결과적으로,

Figure pat00118
인 경우에
Figure pat00119
는 기지국 n(SBSn)의 최적의 캐시 메모리 크기(즉, 캐시 메모리의 최소 저장 용량)에 해당할 수 있다.As a result,
Figure pat00118
in case of
Figure pat00119
May correspond to the optimal cache memory size of the base station n (SBSn) (i.e., the minimum storage capacity of the cache memory).

그러면,

Figure pat00120
는 아래의 수학식 30과 같이 다시 표현될 수 있다.then,
Figure pat00120
Can be re-expressed as Equation (30) below.

[수학식 30]&Quot; (30) "

Figure pat00121
Figure pat00121

Figure pat00122
에 대한 조건에 따라
Figure pat00123
를 위의 수학식 7로 대체하면(예컨대, 수학식 7에 따라,
Figure pat00124
를 0 또는 1로 대체하면), 최소 백홀 사용량
Figure pat00125
은 보조 정리 1(Lemma 1)에 의해 위의 수학식 5를 이용하여 결정될 수 있다.
Figure pat00122
Subject to
Figure pat00123
(For example, according to Equation (7)),
Figure pat00124
To 0 or 1), the minimum backhaul usage
Figure pat00125
Can be determined using Equation (5) above by Lemma 1.

지금까지, 정리(Theorem)에 따라 미리 주어진 사용자 집합(즉, 사용자 단말의 집합)에서 최적의 메모리 크기(즉, 기지국의 캐시 메모리의 최소 저장 용량)와 백홀 사용량(즉, 백홀 할당량)을 도출하는 것에 대해 설명하였으며, 증명과정은 아래와 같을 수 있다.Until now, the optimal memory size (i.e., the minimum storage capacity of the cache memory of the base station) and the amount of backhaul usage (i.e., backhaul quota) in a given user set (i.e., a set of user terminals) according to theorem And the proof process can be as follows.

1. 보조 정리2(Lemma 2)를 통해 캐시 메모리의 크기를 증가시킬 때(예컨대, 하나의 파일을 캐시 메모리에 더 저장하는 만큼의 저장 용량을 증가시킬 때), 목적함수의 변화량의 초기값, 즉, 메모리가 0에서 1로 증가할 때의 변화량이 가장 작은 변화량이 될 수 있다. 즉, 최초 변화량에 해당하는 값이 양수이면, 메모리를 증가시킬 때 항상 목적함수가 증가하게 되므로 메모리를 할당하지 않는 것이 최소의 자원을 활용하는 것임이 확인될 수 있다. 다시 말해,

Figure pat00126
인 조건(즉, case 1)에서는, 메모리를 추가로 할당하지 않고, 현재 상태 그래도 유지하는 것이 최적에 해당할 수 있다. 여기서, 메모리가 0인 것은 메모리에 저장된 파일이 아무것도 없는 것을 의미할 수도 있고, 메모리에 이미 저장된 파일이 존재하는 경우, 이미 저장된 저장용량을 기반으로 추가하고자 하는 저장 용량이 0임을 나타낼 수 있다. 예컨대, 0에서 1로의 증가는, 파일을 메모리에 1개 추가로 저장하고자 하는 경우에 해당하는 파일 1개의 크기만큼의 저장 용량을 나타낼 수 있다. 1. When the size of the cache memory is increased through Lemma 2 (for example, when the storage capacity is increased so that one file is further stored in the cache memory), the initial value of the variation of the objective function, That is, the amount of change when the memory increases from 0 to 1 can be the smallest amount of change. That is, if the value corresponding to the initial change amount is positive, it can be confirmed that the object function always increases when the memory is increased, so that not allocating the memory utilizes the minimum resources. In other words,
Figure pat00126
(Ie, case 1), it may be optimal to keep the current state, even without allocating additional memory. Here, if the memory is 0, it means that there is no file stored in the memory, or if there is a file already stored in the memory, it may indicate that the storage capacity to be added is 0 based on the storage capacity already stored. For example, the increase from 0 to 1 may indicate the storage capacity of one file corresponding to the case of storing one file in the memory.

2. 총 파일의 개수는 F개이므로, 캐시 메모리의 저장 용량이 F-1개에서 F개로 증가하는 경우의 변화량은 보조 정리2(Lemma 2)에 의해 최대 변화량이될 수 있다. 이때, 최대 변화량에 해당하는 값이 음수인 경우, 메모리의 크기를 증가시킬수록 목적함수는 계속 감소하므로, 메모리의 크기를 최대인 F개로 결정 하는 것이 가장 최적에 해당할 수 있다. 다시 말해,

Figure pat00127
인 조건(즉, case 2)에서는 기지국의 메모리의 크기를 최대인 F로 결정하는 것이 가장 최적임을 나타낼 수 있다.2. Since the total number of files is F, the amount of change in the case where the storage capacity of the cache memory increases from F-1 to F can be the maximum change amount by Lemma 2. In this case, when the value corresponding to the maximum change amount is a negative number, the objective function continues to decrease as the memory size increases. Therefore, it is most appropriate to determine the memory size to be the maximum F number. In other words,
Figure pat00127
, It can be shown that it is the most optimal to determine the size of the memory of the base station as F, which is the maximum.

3.

Figure pat00128
Figure pat00129
이 모두 아닌 조건(case 3), 즉,
Figure pat00130
이고,
Figure pat00131
에 해당하는 조건에서는, 목적함수의 변화량이 음수에서 양수로 되는 경우이므로, 조건 3의 경우에는 목적함수의 변화량이 기정의된 기준값(예컨대, 0)이 되는 지점까지 메모리의 크기를 증가시키는 것이 목적함수의 최소값을 달성하는 것임을 나타낼 수 있다.3.
Figure pat00128
And
Figure pat00129
(Case 3), that is,
Figure pat00130
ego,
Figure pat00131
, It is necessary to increase the size of the memory up to the point where the change amount of the objective function becomes the predetermined reference value (for example, 0) in the case of the condition 3 because the change amount of the objective function becomes a positive number in the negative condition It can be shown that the minimum value of the function is achieved.

이상에서는 보조 정리 1 및 2(Lemma 1, 2), 정리(Theorem)를 통해, 3가지 케이스 별로 저장용량을 가준 소형 기지국을 포함하는 네트워크에서 사용자 단말의 QoS(Quality of Service)를 보장하는 최적의 메모리 크기(즉, 캐시 메모리의 저장 용량) 및 백홀 사용량을 어느 정도 할당하는 것이 적절한 것인지에 대해 설명하였다. 그리고, 백홀 사용량과의 관계를 기반으로 결정된 메모리 크기(즉, QoS 보장 범위 내에서 자원을 최소로 할당하기 위해 결정된 캐시 메모리의 저장 용량)를 기지국에 할당함으로써, 사용자 단말이 요청한 서비스의 제공(예컨대, 요청한 비디오 데이터 제공 등)을 위해 캐시 메모리 및 백홀(backhaul)에 가장 적은 자원을 할당하여 자원을 절약하면서 사용자 단말의 통신 품질을 일정 수준으로 보장할 수 있다.In the above, it is assumed that the optimal quality of service (QoS) of the user terminal is ensured in the network including the small base station with the storage capacity of three cases through the lemma 1 and 2 and theorem It has been described how it is appropriate to allocate the memory size (i.e., the storage capacity of the cache memory) and the amount of backhaul usage. By allocating to the base station the memory size determined based on the relationship with the backhaul usage amount (i.e., the storage capacity of the cache memory determined to allocate the resources to the minimum within the QoS guaranteed range), the provision of the service requested by the user terminal The provision of the requested video data, etc.), the communication quality of the user terminal can be guaranteed to a certain level while saving resources by allocating the least resources to the cache memory and the backhaul.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (20)

적어도 하나의 사용자 단말들을 대상으로 멀티미디어 데이터 파일을 제공하는 기지국에서의 저장 용량 및 백홀 사용량 결정 방법에 있어서,
적어도 하나의 멀티미디어 데이터 파일을 캐시 메모리(cache memory)에 저장하는 단계; 및
미리 정의된 복수의 조건을 기반으로 하는 최적화 기법을 이용하여 상기 멀티미디어 데이터 파일을 저장하는 캐시 메모리의 저장 용량 및 백홀(backhaul) 사용량을 결정하는 단계
를 포함하는 저장 용량 및 백홀 용량 결정 방법.
A method for determining a storage capacity and a backhaul usage amount in a base station that provides a multimedia data file to at least one user terminal,
Storing at least one multimedia data file in a cache memory; And
Determining a storage capacity and a backhaul usage amount of the cache memory for storing the multimedia data file by using an optimization technique based on a plurality of predefined conditions;
And determining a storage capacity and a backhaul capacity.
제1항에 있어서,
상기 복수의 조건은, 상기 기지국에 속하는 복수의 사용자 단말들 중 적어도 하나의 사용자 단말에서 요청한 파일을 미리 정의된 일정 확률 이상으로 해당 사용자 단말이 제공받는 것을 보장하는 제약 조건 1, 상기 백홀의 사용량이 미리 정의된 기준 사용량 미만을 만족하는 제약 조건 2, 상기 멀티미디어 데이터 파일을 제공받고자 하는 모든 사용자 단말들이 기지국에 연결되는 것을 만족하는 제약 조건 3을 포함하는 것
을 특징으로 하는 저장 용량 및 백홀 용량 결정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of conditions include a constraint condition 1 for ensuring that a user terminal receives a file requested by at least one user terminal among a plurality of user terminals belonging to the base station at a predetermined probability or more, A constraint 2 satisfying a predefined reference usage amount less than or equal to a predetermined reference usage amount, and a constraint condition 3 satisfying that all user terminals to which the multimedia data file is to be provided are connected to a base station
And determining a storage capacity and a backhaul capacity.
제2항에 있어서,
상기 캐시 메모리의 저장 용량 및 백홀(backhaul)의 사용량을 결정하는 단계는,
상기 제약 조건 1, 제약 조건 2 및 제약 조건 3을 만족하는 최적화 문제를 기반으로 상기 캐시 메모리에 할당될 최소의 저장 용량 및 최소의 백홀 사용량을 결정하는 것
을 특징으로 하는 저장 용량 및 백홀 용량 결정 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the step of determining the storage capacity of the cache memory and the usage amount of the backhaul includes:
Determining a minimum storage capacity to be allocated to the cache memory and a minimum amount of backhaul to be used based on the optimization problem satisfying the constraint condition 1, the constraint condition 2, and the constraint condition 3
And determining a storage capacity and a backhaul capacity.
제1항에 있어서,
상기 캐시 메모리의 저장 용량 및 백홀 사용량 간의 관계를 나타내는 목적함수(objective function)의 변화량은, 상기 캐시 메모리의 저장 용량이 증가함에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 저장 용량 및 백홀 용량 결정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the change amount of the objective function indicating the relationship between the storage capacity of the cache memory and the backhaul usage amount increases as the storage capacity of the cache memory increases.
제1항에 있어서,
상기 캐시 메모리의 저장 용량 및 백홀(backhaul)의 사용량을 결정하는 단계는,
목적함수의 최소 변화량이 양수에 해당하는 경우, 상기 캐시 메모리에 저장하고자 하는 하나의 멀티미디어 데이터 파일의 크기에 해당하는 저장 용량을 상기 캐시 메모리의 저장 용량으로 결정하는 것을 특징으로 하는 저장 용량 및 백홀 용량 결정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of determining the storage capacity of the cache memory and the usage amount of the backhaul includes:
Wherein the storage capacity of the cache memory is determined as a storage capacity corresponding to a size of one multimedia data file to be stored in the cache memory when the minimum change amount of the objective function corresponds to a positive number. Determination method.
제1항에 있어서,
상기 캐시 메모리의 저장 용량 및 백홀(backhaul)의 사용량을 결정하는 단계는,
목적함수의 최대 변화량이 음수에 해당하는 경우, 상기 캐시 메모리의 저장용량을 전체 멀티미디어 데이터 파일의 개수에 해당하는 크기로 결정하는 것
을 특징으로 하는 저장 용량 및 백홀 용량 결정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of determining the storage capacity of the cache memory and the usage amount of the backhaul includes:
Determining a storage capacity of the cache memory as a size corresponding to the number of all multimedia data files when the maximum variation of the objective function corresponds to a negative number
And determining a storage capacity and a backhaul capacity.
제1항에 있어서,
상기 캐시 메모리의 저장 용량은, 목적함수의 최소 변화량이 양수가 아니고, 최대 변화량이 음수가 아닌 경우에 해당함에 따라, 목적함수의 변화량이 기정의된 기준값이 될 때까지 증가되는 것을 특징으로 하는 저장 용량 및 백홀 용량 결정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the storage capacity of the cache memory is increased until the change amount of the objective function becomes the predetermined reference value as the minimum change amount of the objective function is not positive and the maximum change amount is not negative. Capacity and backhaul capacity.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 사용자 단말로부터 요청된 멀티미디어 데이터 파일이 상기 캐시 메모리에 저장됨에 따라, 캐시 메모리에 저장된 파일을 해당 사용자 단말로 제공하는 단계
를 더 포함하는 저장 용량 및 백홀 용량 결정 방법.
The method according to claim 1,
Providing a file stored in the cache memory to the user terminal as the multimedia data file requested from the at least one user terminal is stored in the cache memory
Further comprising the steps of:
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 사용자 단말로부터 요청된 멀티미디어 데이터 파일이 상기 캐시 메모리에 저장되지 않음에 따라, 백홀(Backhaul)을 통해 상기 요청된 멀티미디어 데이터 파일을 해당 사용자 단말로 제공하는 단계
를 더 포함하는 저장 용량 및 백홀 용량 결정 방법.
The method according to claim 1,
Providing the requested multimedia data file to a corresponding user terminal through a backhaul as the multimedia data file requested from the at least one user terminal is not stored in the cache memory
Further comprising the steps of:
제1항에 있어서,
상기 멀티미디어 데이터 파일을 캐시 메모리(cache memory)에 저장하는 단계는,
복수의 멀티미디어 데이터 파일들 중 해당 파일에 대한 사용자 단말의 요청 횟수를 기반으로 하는 파일 인기도에 기초하여 순차적으로 파일을 저장하는 것
을 특징으로 하는 저장 용량 및 백홀 용량 결정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of storing the multimedia data file in a cache memory comprises:
Storing a file sequentially based on file popularity based on the number of times the user terminal requests a corresponding file among a plurality of multimedia data files
And determining a storage capacity and a backhaul capacity.
적어도 하나의 사용자 단말들을 대상으로 멀티미디어 데이터 파일을 제공하는 송신 장치에 있어서,
적어도 하나의 멀티미디어 데이터 파일을 저장하는 캐시 메모리(cache memory); 및
미리 정의된 복수의 조건을 기반으로 하는 최적화 기법을 이용하여 상기 멀티미디어 데이터 파일을 저장하는 캐시 메모리의 저장 용량 및 백홀(backhaul) 사용량을 결정하는 용량 결정부
를 포함하는 송신 장치.
A transmission apparatus for providing a multimedia data file to at least one user terminals,
A cache memory for storing at least one multimedia data file; And
And a capacity determining unit for determining a storage capacity and a backhaul usage amount of the cache memory for storing the multimedia data file by using an optimization technique based on a plurality of predefined conditions,
.
제11항에 있어서,
상기 복수의 조건은, 상기 복수의 사용자 단말들 중 적어도 하나의 사용자 단말에서 요청한 파일을 미리 정의된 일정 확률 이상으로 해당 사용자 단말이 제공받는 것을 보장하는 제약 조건 1, 상기 백홀의 사용량이 미리 정의된 기준 사용량 미만을 만족하는 제약 조건 2, 상기 멀티미디어 데이터 파일을 제공받고자 하는 모든 사용자 단말들이 기지국에 연결되는 것을 만족하는 제약 조건 3을 포함하는 것
을 특징으로 하는 송신 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the plurality of conditions include a constraint condition 1 for ensuring that the user terminal receives a file requested by at least one user terminal among the plurality of user terminals at a predetermined probability or more, A constraint condition 2 that satisfies the criterion of less than the reference usage amount, and a constraint condition 3 that satisfies that all the user terminals to receive the multimedia data file are connected to the base station
.
제12항에 있어서,
상기 용량 결정부는,
상기 제약 조건 1, 제약 조건 2 및 제약 조건 3을 만족하는 최적화 문제를 기반으로 상기 캐시 메모리에 할당될 최소의 저장 용량 및 최소의 백홀 사용량을 결정하는 것
을 특징으로 하는 송신 장치.
13. The method of claim 12,
Wherein the capacity determining section determines,
Determining a minimum storage capacity to be allocated to the cache memory and a minimum amount of backhaul to be used based on the optimization problem satisfying the constraint condition 1, the constraint condition 2, and the constraint condition 3
.
제11항에 있어서,
상기 캐시 메모리의 저장 용량 및 백홀 사용량 간의 관계를 나타내는 목적함수(objective function)의 변화량은, 상기 캐시 메모리의 저장 용량이 증가함에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein a change amount of an objective function indicating a relationship between a storage capacity of the cache memory and a backhaul usage amount increases as the storage capacity of the cache memory increases.
제11항에 있어서,
상기 용량 결정부는,
목적함수의 최소 변화량이 양수에 해당하는 경우, 상기 캐시 메모리에 저장하고자 하는 하나의 멀티미디어 데이터 파일의 크기에 해당하는 저장 용량을 상기 캐시 메모리의 저장 용량으로 결정하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the capacity determining section determines,
Wherein a storage capacity corresponding to a size of one multimedia data file to be stored in the cache memory is determined as a storage capacity of the cache memory when the minimum change amount of the objective function corresponds to a positive number.
제11항에 있어서,
상기 용량 결정부는,
목적함수의 최대 변화량이 음수에 해당하는 경우, 상기 캐시 메모리의 저장용량을 전체 멀티미디어 데이터 파일의 개수에 해당하는 크기로 결정하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the capacity determining section determines,
Wherein the storage capacity of the cache memory is determined to be a size corresponding to the total number of multimedia data files when the maximum variation of the objective function corresponds to a negative number.
제11항에 있어서,
상기 캐시 메모리의 저장 용량은, 목적함수의 최소 변화량이 양수가 아니고, 최대 변화량이 음수가 아닌 경우에 해당함에 따라, 목적함수의 변화량이 기정의된 기준값이 될 때까지 증가되는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the storage capacity of the cache memory is increased until the change amount of the objective function becomes the predetermined reference value as the minimum change amount of the objective function is not positive and the maximum change amount is not negative. Device.
제11항에 있어서,
상기 적어도 하나의 사용자 단말로부터 요청된 멀티미디어 데이터 파일이 상기 캐시 메모리에 저장됨에 따라, 캐시 메모리에 저장된 파일을 해당 사용자 단말로 제공하는 파일 제공부
를 더 포함하는 송신 장치.
12. The method of claim 11,
A multimedia data file requested from the at least one user terminal is stored in the cache memory,
Further comprising:
제11항에 있어서,
상기 적어도 하나의 사용자 단말로부터 요청된 멀티미디어 데이터 파일이 상기 캐시 메모리에 저장되지 않음에 따라, 백홀(Backhaul)을 통해 상기 요청된 멀티미디어 데이터 파일을 해당 사용자 단말로 제공하는 파일 제공부
를 더 포함하는 송신 장치.
12. The method of claim 11,
A multimedia data file requested from the at least one user terminal is not stored in the cache memory, and a file providing unit for providing the requested multimedia data file to a corresponding user terminal through a backhaul,
Further comprising:
제11항에 있어서,
상기 용량 결정부는,
복수의 멀티미디어 데이터 파일들 중 해당 파일에 대한 사용자 단말의 요청 횟수를 기반으로 하는 파일 인기도에 기초하여 순차적으로 파일을 저장하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the capacity determining section determines,
Wherein the file is sequentially stored based on a file popularity based on a number of requests of the user terminal for the corresponding file among the plurality of multimedia data files.
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