KR20230086516A - 차량 네트워크 환경에서의 에너지 최적화 방법 및 전자 장치 - Google Patents

차량 네트워크 환경에서의 에너지 최적화 방법 및 전자 장치 Download PDF

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KR20230086516A
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Abstract

본 발명은 전자 장치의 차량 네트워크 환경에서의 에너지 최적화 방법으로서, 차량 트래픽이 유사한 기지국을 클러스터링하는 단계; 클러스터링된 기지국 내의 모든 차량의 데이터 전송률에 기초하여 차량을 클러스터링하는 단계; 및 기지국 클러스터링 및 차량 클러스터링에 기초하여 심층강화학습을 수행하여 할당할 자원과 송신 전력을 선택하는 단계를 포함한다.

Description

차량 네트워크 환경에서의 에너지 최적화 방법 및 전자 장치{METHOD AND ELECTRONIC DEVICE FOR SYSTEM ENERGY OPTIMIZATION IN 5G VEHICULAR NETWORKS}
본 발명은 차량 네트워크 환경에서의 에너지 최적화 방법 및 전자 장치를 제공한다.
무선 및 차량 네트워크에서 데이터 트래픽 요구량을 만족 시키기 위해 다양한 네트워크 구조와 통신기술이 연구되고 있다. HetNet(Hetrogeneous Networks)는 기존의 매크로 기지국 (Macro BS)에 소형 기지국(Small BS)를 중첩 시킨 네트워크 구조로 시스템 용량을 증대 시킬 수 있다. 하지만 기지국의 밀집 배치로 인해 시스템 에너지 문제와 간섭 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위한 네트워크 구조가 기존의 기지국 구조를 신호처리단인 BBU(base band unit)과 신호 송수신단인 RRH(radio remote head)를 분리 배치한 C-RAN(Cloud Radio Access Network)이다. RRH는 셀에 배치하고 BBU는 시스템에 집중시켜 배치하여 에너지 소비를 줄이고 자원 할당을 효율적으로 할당한다. 하지만 여전히 밀집 배치된 RRH로부터 간섭 문제가 발생한다. 에너지 소비와 간섭 문제를 줄일 수 있도록 HetNet과 C-RAN구조의 장점을 결합한 네트워크 구조가 H-CRAN(Heterogeneous cloud radio access network)이다. 이는 매크로 기지국 범위 내에 소형 RRH를 중첩 배치시키는 구조이다.
V2X(Vehicle to Everything)통신은 높은 이동성을 가진 차량 네트워크에서 증가하는 데이터 트래픽을 만족시키기 위해 연구되고 있는 통신 기술이다. V2I(Vehicle to Infrastructure) 통신은 차량과 기지국이, V2V(vehicle to vehicle)은 차량과 차량이 통신하는 기술이다. V2V 통신은 V2I통신보다 상대적으로 가까운 거리에서 통신하기 때문에 차량끼리 직접 통신하여 기지국의 부하를 줄여 시스템의 에너지 소비를 감소시키고 또한 차량간의 간섭을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 하지만 V2V 통신은 자원을 공유함으로 인해 차량간 간섭 문제가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 효율적인 자원 할당 기법에 대한 연구가 필요하다.
추가적으로 V2X 통신에서는 주기적으로 차량이 시스템에 보고하는 위치정보 메시지가 존재하여 일정주기마다 기지국에 추가적인 통신 부하가 발생한다. 이를 감소시켜 통신 부하를 감소시키고 시스템 에너지 소비를 줄이기 위한 기법이 요구된다.
본 발명은 심층강화학습을 기반으로 차량 네트워크에서 통신 부하를 감소시키고 시스템의 에너지 소비를 줄일 수 있는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 일 실시예는 장치가 차량 네트워크 환경에서의 에너지 최적화 방법으로서, 차량 트래픽이 유사한 기지국을 클러스터링하는 단계; 클러스터링된 기지국 내의 모든 차량의 데이터 전송률에 기초하여 차량을 클러스터링하는 단계; 및 기지국 클러스터링 및 차량 클러스터링에 기초하여 심층강화학습을 수행하여 할당할 자원과 송신 전력을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 기지국을 클러스터링하는 단계는 모든 RRH와 이웃 RRH에 대해 시간당 RRH를 거치는 차량수, 시간당 RRH가 서비스하는 자원의 수, 시간당 RRH가 서비스하는 차량의 평균 SINR, 그리고 RRH 의 위치값에 기초하여 유사도를 계산하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 차량을 클러스터링하는 단계는, 각 차량에 대한 PPPP(Prose-Per-Packet Priority)값과 자원 k를 사용하는 차량 c에서의 데이터 전송률에 기초하여 CH(Cluster Head)를 결정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 심층강화학습을 수행하여 할당할 자원과 송신 전력을 선택하는 단계는, 상기 CH의 신호대잡음비, CM(Cluster Member)들의 평균 신호대잡음비, 클러스터의 사이즈, RRH의 트래픽 부하, RB의 총 사용량, 상기 RB 의 공유상태, 자원 k를 공유하고 있는 차량의 개수, 클러스터의 데이터 큐의 길이, 기지국 범위 내에 위치한 클러스터의 개수에 따라 구분되는 상태, 할당할 RB의 송신 전력을 설정하는 행동 및 자원 k를 사용하는 차량에서의 신호대잡음비, 지연값에 따라 결정되는 보상을 설정하여 심층강화학습을 수행하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 보상은 수학식 1에 의해 정의된다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 자원 k를 사용하는 차량 i에서의 신호대잡음비 이고,
Figure pat00003
는 최대 지연 제약(constraint) 값이며,
Figure pat00004
는 시간 t-1에서의 지연값이고,
Figure pat00005
는 보상과 패널티의 값의 균형을 조정하는 값으로 0과 1사이의 값이다.
일 실시예에서, 상기 CM은 주기적 메시지를 CH에게 전송하고, 상기 CH는 상기 CM으로부터 주기적 수신한 메시지를 데이터 큐로 형성하여 상기 CH가 속한 기지국에 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 전자 장치는 차량 트래픽이 유사한 기지국을 클러스터링하는 기지국 클러스터링부; 클러스터링된 기지국 내의 모든 차량의 데이터 전송률에 기초하여 차량을 클러스터링하는 차량 클러스터링부; 및 기지국 클러스터링 및 차량 클러스터링에 기초하여 심층강화학습을 수행하여 할당할 자원과 송신 전력을 선택하는 최적화부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 기지국 클러스터링부는 모든 RRH와 이웃 RRH에 대해 시간당 RRH를 거치는 차량수, 시간당 RRH가 서비스하는 자원의 수, 시간당 RRH가 서비스하는 차량의 평균 SINR, 그리고 RRH 의 위치값에 기초하여 유사도를 계산하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 차량 클러스터링부는 각 차량에 대한 PPPP(Prose-Per-Packet Priority)값과 자원 k를 사용하는 차량 c에서의 데이터 전송률에 기초하여 CH(Cluster Head)를 결정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 최적화부는, 상기 심층강화학습을 수행하여 할당할 자원과 송신 전력을 선택하는 단계는, 상기 CH의 신호대잡음비, CM(Cluster Member)들의 평균 신호대잡음비, 클러스터의 사이즈, RRH의 트래픽 부하, RB의 총 사용량, 상기 RB 의 공유상태, 자원 k를 공유하고 있는 차량의 개수, 클러스터의 데이터 큐의 길이, 기지국 범위 내에 위치한 클러스터의 개수에 따라 구분되는 상태, 할당할 RB의 송신 전력을 설정하는 행동 및 자원 k를 사용하는 차량에서의 신호대잡음비, 지연값에 따라 결정되는 보상을 설정하여 심층강화학습을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 개시하고 있는 일 실시예에 따르면, 심층강화학습을 기반으로 차량 네트워크에서 통신 부하를 감소시키고 시스템의 에너지 소비를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 네트워크 환경에서의 에너지 최적화 방법에 대한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 네트워크 환경에서의 에너지 최적화 장치의 블록도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 대 차량 통신 거리에 따른 시스템 에너지 효율을 나타내는 그래프이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 대 차량 통신 거리에 따른 차량 데이터 속도를 나타내는 그래프이며, 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 대 차량 통신 거리에 따른 아웃티지 확률을 나타내는 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 사이즈에 따른 시스템 에너지 효율을 나타내는 그래프이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 사이즈에 따른 차량 데이터 속도를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 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, A, B 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. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 명세서의 일 실시예에 기재된 리모트 라디오 헤드(RRH; remote radio head)는 전기적 또는 무선 인터페이스를 통해 원격 전파 트랜스시버에 연결해주는 전파 조작반이다. GSM, CDMA, UMTS, LTE 같은 무선 시스템 기술 내에서 이 RRH 는 BTS/NodeB/eNodeB와 멀리 떨어져 있다.
RRH는 무선 주파수 회로망과 아날로그-디지털/디지털-아날로그 컨버터, 업/다운 컨버터를 포함하고 있다. RRH는 또한 운용과 관리, 처리 능력, 남는 기지국으로 연결해주기 위한 표준화된 광학 인터페이스도 가지고 있다. 리모트 레이디오 헤드는 기지국의 효율성을 증가시키고 갭 커버리지 문제를 위한 물리적 위치를 간단하게 해주기 때문에 MIMO(multiple-input and multiple-output) 운용을 더욱 쉽게 만들어준다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 네트워크 환경에서의 에너지 최적화 방법에 대한 흐름도이다.
도 1에서 도시하고 있는 흐름도는 도 2에서 도시하고 있는 전자 장치에 의해 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, S110 단계를 통해 차량 트래픽이 유사한 기지국을 클러스터링한다.
일 실시예에 따르면, 차량 트래픽에 기반하여 비슷한 트래픽 부하를 가진 기지국끼리 클러스터링하기 위해 모든 RRH(radio remote head)와 그 이웃 RRH에 대해, 시간당 RRH를 거치는 차량 수, 시간당 RRH가 서비스하는 자원의 수, 시간당 RRH가 서비스하는 차량의 평균 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio), 그리고 RRH의 위치값을 이용하여 유사도를 계산한다.
계산된 유사도에 기초하여 모든 기지국이 그룹에 속해질 때까지 클러스터링을 수행한다.
이와 같은 기지국 클러스터링에 대해 심층강화학습을 수행함으로써, 모든 기지국 각각에 대해 심층강화학습을 수행하는 것과 비교하여 계산 오버헤드를 줄이고 효율적인 자원 할당이 가능하게 된다.
일 실시예에 따르면, S120 단계를 통해 클러스터링된 기지국 내의 모든 차량의 데이터 전송률에 기초하여 차량을 클러스터링한다.
차량은 주기적으로 차량의 위치를 포함한 정보를 기지국으로 전달해야 하며, 이때 과도한 트래픽 부하가 발생할 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 차량을 클러스터링하고, 클러스터의 대표인 CH(Cluster Head)가 클러스터의 구성원인 CM(Cluster Member)의 주기적 메시지를 위한 데이터 큐를 형성하여 전송한다. 차량 클러스터링을 위해 각 RRH는 자신의 서비스 범위에 있는 차량들에 대하여 [수학식 1과 같이 값을 계산한다.
[수학식 1]
Figure pat00006
여기서,
Figure pat00007
Figure pat00008
는 각 차량에 대한 PPPP(Prose-Per-Packet Priority)값이며,
Figure pat00009
Figure pat00010
는 자원 k를 사용하는 차량 c에서의 데이터 전송률을 나타낸다. PPPP값은 메시지에 부여되는 우선순위 값을 뜻하며, 0과 1사이의 값을 갖는다. 각 차량에 대하여
Figure pat00011
Figure pat00012
가 계산되면 각 RRH는 서비스 범위 안에서 가장
Figure pat00013
Figure pat00014
값이 높은 차량을 첫 CH로 선정하고, 이웃한 차량들은 차량간 통신 거리, 속도, 방향 및 CH와의 SINR을 고려하여 클러스터링한다. 이 과정은 서비스 범위 내의 모든 차량이 클러스터에 속해 있거나 RRH와의 직접 통신 모드로 결정될 때까지 반복한다. 클러스터링된 차량 클러스터는 주기적 메시지를 CH에게 전송하고, CH는 이를 큐로 형성하여, 상기 CH가 속한 기지국에 전송한다.
이를 통해, 주기적 메시지로 인한 통신 부하를 줄일 수 있다.
일 실시예에 따르면, S130 단계를 통해 기지국 클러스터링 및 차량 클러스터링에 기초하여 심층강화학습을 수행하여 할당할 자원과 송신 전력을 선택한다.
효율적인 자원 할당을 위해 심층강화학습을 활용한 자원 할당 기법이 수행된다. 클러스터링된 차량들의 CH가 일정한 시간 마다 RRH에 형성된 데이터 큐를 전송하기 위해 자원을 요청하면, RRH는 심층강화학습을 수행하여 할당할 자원과 송신 전력을 선택하게 된다. 심층강화학습 에이전트는 각 RRH 클러스터에 존재한다.
심층강화학습은 과거의 학습과정을 통해 스스로 학습하는 알고리즘이다. 강화학습의 일종인 Q-러닝은 trial-and- error 접근법을 사용하여 환경을 탐구하고 경험에 기반하여 현재 상태(state)에서 최선의 행동(action)을 선택 한다. 즉, Q-러닝은 상태(state), 행동(action)과 보상(reward)라는 개념을 가지고 있으며, 특정한 상태에서 액 션은 보상을 극대화하는 방향으로 결정될 수 있다. 상태(st)에서 행동(at)을 취하면 다음 상태(st+1)로 이동한다.
또한, Q-러닝에서 경험을 저장하는 Q-table은 현재 상태(st), 행동(at), 보상(rt) 및 다음 상태의 최대값 (maxaQ(st+1,at+1))을 학습율(η)을 적용하여 새로운 상태로 업데이트 된다.
일 실시예에서, 상태(st)는 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00015
여기서,
Figure pat00016
Figure pat00017
는 시간 t-1에서 차량 클러스터 의 CH의 SINR,
Figure pat00018
Figure pat00019
는 시간 t-1에서 클러스터 의 CM들의 평균 SINR,
Figure pat00020
Figure pat00021
는 클러스터 i의 사이즈,
Figure pat00022
Figure pat00023
는 시간 t에서 RRH 의 트래픽 부하
Figure pat00024
Figure pat00025
는 시간 t에서 RB의 총 사용량,
Figure pat00026
Figure pat00027
는 시간에서 RB의 공유 상태,
Figure pat00028
Figure pat00029
는 자원 k를 공유하고 있는 차량의 개수,
Figure pat00030
Figure pat00031
는 시간 t에서 클러스터 의 데이터 큐의 길이,
Figure pat00032
Figure pat00033
는 기지국 s 범위내에 위치한 클러스터의 개수이다.
행동(at)은 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00034
여기서, p 는 할당할 RB의 송신 전력, k 는 할당할 RB를 나타낸다.
보상(rt)은 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00035
Figure pat00036
여기서,
Figure pat00037
Figure pat00038
는 자원 k를 사용하는 차량 i에서의 SINR값,
Figure pat00039
Figure pat00040
는 최대 지연 제약 (constraint) 값,
Figure pat00041
Figure pat00042
는 시간 t-1에서의 지연값을 뜻한다.
Figure pat00043
Figure pat00044
는 보상과 패널티의 값의 균형을 조정하는 값으로 0과 1사이의 값을 가진다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 네트워크 환경에서의 에너지 최적화 장치의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 차량 네트워크 환경에서의 에너지 최적화 장치(100)는 기지국 클러스터링부(110), 차량 클러스터링부(120) 및 최적화부(130)를 포함한다.
기지국 클러스터링부(110)는 차량 트래픽이 유사한 기지국을 클러스터링한다.
기지국 클러스터링부(110)는 모든 RRH와 이웃 RRH에 대해 시간당 RRH를 거치는 차량수, 시간당 RRH가 서비스하는 자원의 수, 시간당 RRH가 서비스하는 차량의 평균 SINR, 그리고 RRH 의 위치값에 기초하여 유사도를 계산한다.
차량 클러스터링부(120)는 차량 트래픽이 유사한 기지국을 클러스터링한다.
차량 클러스터링부(120)는 각 차량에 대한 PPPP(Prose-Per-Packet Priority)값과 자원 k를 사용하는 차량 c에서의 데이터 전송률에 기초하여 CH(Cluster Head)를 결정한다.
최적화부(130)는 클러스터링된 기지국 내의 모든 차량의 데이터 전송률에 기초하여 차량을 클러스터링한다.
최적화부(130)는 상기 CH의 신호대잡음비, CM(Cluster Member)들의 평균 신호대잡음비, 클러스터의 사이즈, RRH의 트래픽 부하, RB의 총 사용량, 상기 RB 의 공유상태, 자원 k를 공유하고 있는 차량의 개수, 클러스터의 데이터 큐의 길이, 기지국 범위 내에 위치한 클러스터의 개수에 따라 구분되는 상태, 할당할 RB의 송신 전력을 설정하는 행동 및 자원 k를 사용하는 차량에서의 신호대잡음비, 지연값에 따라 결정되는 보상을 설정한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 대 차량 통신 거리에 따른 시스템 에너지 효율을 나타내는 그래프이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 대 차량 통신 거리에 따른 차량 데이터 속도를 나타내는 그래프이며, 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 대 차량 통신 거리에 따른 아웃티지 확률을 나타내는 그래프이다.
차량 네트워크 환경에서의 에너지 최적화에 따른 성능을 확인하기 위하여, H-CRAN 네트워크에서 다중셀 환경을 조성하여, 클러스터 사이즈, v2v 통신 거리에 따른 시스템 에너지 효율, 단말 데이터 속도, 아웃티지 확률을 측정하였다. Luxembourg SUMO traffic Scenario를 SUMO simulator에 적용하여 차량 위치 정보를 생성하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 최적화의 성능 평가를 위하여, 기존의 기법과 성능을 비교하였다. 이를 위해, 심층강화학습 기반 모드 선택기법과 클러스터링을 통한 자원할당 기법을 결합한 기법(Cmpare1), 심층강화학습 기반 자원 할당 기법(Compare2), 그리고 기준치 제공을 위하여 알고리즘을 적용하지 않은 기본 통신 기법(BA)가 사용되었다. 마지막으로 제안하는 알고리즘은 본 발명의 일 실시예에 따른"Proposed algorithm"으로 표현하였다.
도 3a 3b 및 도 3c를 참고하면 본 발명의 일 실시예에 따른 기법은 종래의 기법과 비교하여 차량간 통신 거리에 상관없이 에너지 효율, 차량 데이터 속도, 아웃티지 확률이 더 좋은 성능을 보였음을 알 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 사이즈에 따른 시스템 에너지 효율을 나타내는 그래프이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 사이즈에 따른 차량 데이터 속도를 나타내는 그래프이다.
도 4a 및 4b를 참고하면 본 발명의 일 실시예에 따른 기법은 종래의 기법과 비교하여 클러스터 사이즈에 상관없이 에너지 효율 및 차량 데이터 속도가 더 좋은 성능을 보였음을 알 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 실행된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 전자 장치의 차량 네트워크 환경에서의 에너지 최적화 방법으로서,
    차량 트래픽이 유사한 기지국을 클러스터링하는 단계;
    클러스터링된 기지국 내의 모든 차량의 데이터 전송률에 기초하여 차량을 클러스터링하는 단계; 및
    기지국 클러스터링 및 차량 클러스터링에 기초하여 심층강화학습을 수행하여 할당할 자원과 송신 전력을 선택하는 단계
    를 포함하는 차량 네트워크 환경에서의 에너지 최적화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기지국을 클러스터링하는 단계는
    모든 RRH와 이웃 RRH에 대해 시간당 RRH를 거치는 차량수, 시간당 RRH가 서비스하는 자원의 수, 시간당 RRH가 서비스하는 차량의 평균 SINR, 그리고 RRH 의 위치값에 기초하여 유사도를 계산하는 것을 특징으로 하는 차량 네트워크 환경에서의 에너지 최적화 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차량을 클러스터링하는 단계는,
    각 차량에 대한 PPPP(Prose-Per-Packet Priority)값과 자원 k를 사용하는 차량 c에서의 데이터 전송률에 기초하여 CH(Cluster Head)를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량 네트워크 환경에서의 에너지 최적화 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 심층강화학습을 수행하여 할당할 자원과 송신 전력을 선택하는 단계는,
    상기 CH의 신호대잡음비, CM(Cluster Member)들의 평균 신호대잡음비, 클러스터의 사이즈, RRH의 트래픽 부하, RB의 총 사용량, 상기 RB 의 공유상태, 자원 k를 공유하고 있는 차량의 개수, 클러스터의 데이터 큐의 길이, 기지국 범위 내에 위치한 클러스터의 개수에 따라 구분되는 상태, 할당할 RB의 송신 전력을 설정하는 행동 및 자원 k를 사용하는 차량에서의 신호대잡음비, 지연값에 따라 결정되는 보상을 설정하여 심층강화학습을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 네트워크 환경에서의 에너지 최적화 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보상은
    수학식 1에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 차량 네트워크 환경에서의 에너지 최적화 방법.
    [수학식 1]
    Figure pat00045

    여기서,
    Figure pat00046
    는 자원 k를 사용하는 차량 i에서의 신호대잡음비 이고,
    Figure pat00047
    는 최대 지연 제약(constraint) 값이며,
    Figure pat00048
    는 시간 t-1에서의 지연값이고,
    Figure pat00049
    는 보상과 패널티의 값의 균형을 조정하는 값으로 0과 1사이의 값이다.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 CM은 주기적 메시지를 CH에게 전송하고,
    상기 CH는 상기 CM으로부터 주기적 수신한 메시지를 데이터 큐로 형성하여 상기 CH가 속한 기지국에 전송하는 것을 특징으로 하는 차량 네트워크 환경에서의 에너지 최적화 방법.
  7. 차량 트래픽이 유사한 기지국을 클러스터링하는 기지국 클러스터링부;
    클러스터링된 기지국 내의 모든 차량의 데이터 전송률에 기초하여 차량을 클러스터링하는 차량 클러스터링부; 및
    기지국 클러스터링 및 차량 클러스터링에 기초하여 심층강화학습을 수행하여 할당할 자원과 송신 전력을 선택하는 최적화부
    를 포함하는 전자 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기지국 클러스터링부는
    모든 RRH와 이웃 RRH에 대해 시간당 RRH를 거치는 차량수, 시간당 RRH가 서비스하는 자원의 수, 시간당 RRH가 서비스하는 차량의 평균 SINR, 그리고 RRH 의 위치값에 기초하여 유사도를 계산하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 차량 클러스터링부는
    각 차량에 대한 PPPP(Prose-Per-Packet Priority)값과 자원 k를 사용하는 차량 c에서의 데이터 전송률에 기초하여 CH(Cluster Head)를 결정하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 최적화부는,
    상기 심층강화학습을 수행하여 할당할 자원과 송신 전력을 선택하는 단계는,
    상기 CH의 신호대잡음비, CM(Cluster Member)들의 평균 신호대잡음비, 클러스터의 사이즈, RRH의 트래픽 부하, RB의 총 사용량, 상기 RB 의 공유상태, 자원 k를 공유하고 있는 차량의 개수, 클러스터의 데이터 큐의 길이, 기지국 범위 내에 위치한 클러스터의 개수에 따라 구분되는 상태, 할당할 RB의 송신 전력을 설정하는 행동 및 자원 k를 사용하는 차량에서의 신호대잡음비, 지연값에 따라 결정되는 보상을 설정하여 심층강화학습을 수행하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 보상은
    수학식 1에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 차량 네트워크 환경에서의 에너지 최적화 방법.
    [수학식 1]
    Figure pat00050

    여기서,
    Figure pat00051
    는 자원 k를 사용하는 차량 i에서의 신호대잡음비 이고,
    Figure pat00052
    는 최대 지연 제약(constraint) 값이며,
    Figure pat00053
    는 시간 t-1에서의 지연값이고,
    Figure pat00054
    는 보상과 패널티의 값의 균형을 조정하는 값으로 0과 1사이의 값이다.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 CM은 주기적 메시지를 CH에게 전송하고,
    상기 CH는 상기 CM으로부터 주기적 수신한 메시지를 데이터 큐로 형성하여 상기 CH가 속한 기지국에 전송하는 것을 특징으로 하는 전자장치.

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