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보고서 상세정보

저장 매체를 무선 통신 자원으로 활용하는 신개념 통신 시스템 기획 및 선행연구
A research on a novel communication system using storage as wireless communication resource

  • 사업명

    방송통신산업기술개발

  • 과제명

    저장 매체를 무선 통신 자원으로 활용하는 신개념 통신 시스템 기획 및 선행연구

  • 주관연구기관

    한국과학기술원
    Korea Advanced Institute of Science and Technology

  • 보고서유형

    1단계보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2016-03

  • 과제시작년도

    2015

  • 주관부처

    미래창조과학부
    Ministry of Science, ICT and Future Planning

  • 등록번호

    TRKO201600002642

  • 과제고유번호

    1711029755

  • 키워드

    콘텐츠 저장.저장매체 배치.메모리.인덱스 부호화.차세대 통신 시스템.Caching placement.Caching deploymen.Memory.Index coding.Next generation communication systems.

  • DB 구축일자

    2016-06-04

  • 초록 


    ...


    연구개발 목표
    ■ 소형화 셀, D2D 통신 네트워크에서의 백홀망 부담 경감 및 트래픽 분산을 위한 콘텐츠 저장 기술 개발
    ■ 셀 간 효율적인 간섭 제어를 위한 콘텐츠 저장 및 활용 기법 개발
    ■ 기지국 트래픽 분산 ...

    연구개발 목표
    ■ 소형화 셀, D2D 통신 네트워크에서의 백홀망 부담 경감 및 트래픽 분산을 위한 콘텐츠 저장 기술 개발
    ■ 셀 간 효율적인 간섭 제어를 위한 콘텐츠 저장 및 활용 기법 개발
    ■ 기지국 트래픽 분산 및 통신 속도 향상을 위한 콘텐츠 저장매체 배치 기법 개발
    ■ 효율적인 인덱스 부호화 기반 비직교 전송 기술 개발

    연구개발 내용
    1. 콘텐츠 저장 기술 (Caching placement)
    가. 사전 연구 조사
    - 늘어나는 무선 통신 수요에 따라 기지국 및 백홀 망에 부담이 커지게 되었고 이를 완화하기 위한 효율적인 수단으로 네트워크 기기들의 콘텐츠 저장이 주목받고 있음.
    - 무선 주파수 자원은 한정적인데 반해 무선 통신 기기의 급격한 숫자 증가로 기기 간의 간섭이 통신 성능 저하의 큰 요인으로 고려되고 있지만, 기존의 방법으로 간섭을 제어하려면 많은 백홀 자원 및 높은 연산처리 능력을 필요로 함. 따라서 MDS 코딩을 이용한 분산 저장을 기반으로 콘텐츠를 저장하여 간섭을 제어하는 방법이 주목을 받고 있음.
    나. 개선점 파악 및 원천기술 확보를 위한 연구 방향 정립
    - 페이딩 채널, 단말의 이동성, 주변 간섭 등 현실적인 제약 사항을 고려한 연구 개발을 필요로 함.
    - 현재까지 고정된 전송 방법에 대한 저장 기법만 연구되었기 때문에 좀 더 다양한 전송 기법과 이에 적합한 저장 기법에 대한 추가적인 연구와 이들의 성능 비교가 필요함.
    2. 콘텐츠 저장매체 배치 기법 (Caching deployment)
    가. 사전 연구 조사
    - 저장 매체를 가진 헬퍼는 요청 확률이 높은 콘텐츠들을 미리 저장하고 있다가 주변에 있는 이용자가 해당 콘텐츠를 요청 시 기지국 대신 전송해 줌으로써 기지국의 트래픽을 분산 시킬 수 있을 뿐만 아니라 전체 네트웍 간섭을 줄이고, 가까운 위치상의 이점으로 높은 전송률로 데이터 전달을 가능하게 함
    - 기존 연구에서는 저장 매체를 가진 헬퍼의 배치, 콘텐츠 인기도 분포, 저장 매체를 가진 헬퍼의 저장 공간 크기가 시스템 성능에 미치는 영향을 이상적인 환경에서 살펴봄.
    나. 개선점 파악 및 원천기술 확보를 위한 연구 방향 정립
    - 무선 채널의 중요한 특성인 페이딩이 기존 연구에 고려되지 않았음. 페이딩 현상이 분석 환경에 고려되게 될 경우 저장 매체를 가진 헬퍼의 배치 및 저장 방법뿐만 아니라 최종 성능에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 페이딩 채널이 고려된 환경에서의 추가 연구가 필요함.
    - 기존 연구에서는 저장 매체배치/콘텐츠 저장 방법/저장 매체 운용이 각각의 개별 주제에 대해 독립적인 연구만 이루어졌음. 세 가지 주제를 모두 고려하여 최적화한다면 더욱 큰 이득을 얻을 수 있을 것으로 보임.
    3. 인덱스 부호화(index coding) 기반 무선 전송 기술
    가. 사전 연구 조사
    - 자신이 요구하는 정보가 아닌 타 사용자의 요구정보가 저장되었을 때 부호화 방법으로 인덱스 부호화를 사용하는 방법 조사
    - 인덱스 부호화 : 기지국에서 여러 사용자의 요청 정보를 XOR 연산을 통해 한 번에 전송
    - 저장 매체 배치 방법으로 파일을 쪼개어서 저장 매체에 저장하는 Coded caching 사용
    나. 개선점 파악 및 원천기술 확보를 위한 연구 방향 정립
    - 페이딩이나 간섭과 같은 무선 채널의 중요한 특성이 고려되지 않음.
    - 인덱스 부호화 기반 단일 안테나 시스템에서 유저가 무수히 많을 경우 유저 선택이 추가적으로 필요
    - 다중 안테나 시스템에서 스트림 간 간섭을 인덱스 부호화를 통해 제어
    - 다중 셀 시스템에서 인덱스 부호화를 통한 기지국간 간섭 제어 필요
    - 다중 셀 시스템에서 기지국의 저장 장치 크기에 제한이 있을 경우 하나의 기지국으로 모든 사용자를 지원할 수 없음

    연구개발성과
    1. 제안 기술의 사전 성능 검증을 통한 추가 연구 타당성 확보
    가. 콘텐츠 저장 기술을 통한 이득 확인
    - 인접 셀 간섭이 있는 스몰 셀 환경에서 콘텐츠 저장 및 전송 방법을 제안하고 그 성능을 시뮬레이션으로 확인해 본 결과 오류율이 기존 저장 기법 대비 20% 감소함을 확인
    - 채널 페이딩을 고려한 D2D 통신 네트워크에서 새로운 콘텐츠 저장 및 전송 방법을 제안하고 시뮬레이션으로 그 성능을 검증해본 결과 기존 기법 대비 오류율이 40%정도 감소함을 확인
    - 분산 다중 안테나 환경에서 콘텐츠를 저장하며 통신을 돕는 분산 안테나의 분포 밀도에 따른 최적은 콘텐츠 저장 방법에 대해 시뮬레이션을 통해 확인해 봄. 그 결과 안테나 밀도가 높을 경우는 분산저장, 낮을 경우는 단일 저장이 효율적임을 확인
    나. 콘텐츠 저장매체 배치 최적화를 통한 이득 확인
    - 협력 전송 반지름 및 저장 매체를 가진 헬퍼의 분포 밀도가 증가할수록 평균 전송 확률은 증가하고, 최적의 분산 콘텐츠 저장 방법은 균일 분포에 유사해짐을 확인
    - 제안된 기법은 기존의 인기도 높은 파일을 저장하는 방법과 균일 분포에 따라 저장하는 방법보다 항상 향상된 성능을 보임
    다. 인덱스 부호화(index coding) 기반 비직교 무선 전송 이득 확인
    - 유저단에서 파일의 일부를 저장 매체하고, 이를 송신단에서 송신 신호를 구성하는데 사용할 때, 저장 매체를 사용하지 않는 기법에 비해 성능 향상을 확인
    - 라이브러리 크기가 10, 유저가 10명일 때, 각 유저가 크기 5의 메모리를 가지고 있을 경우 10dB에서 전송 속도가 약 50% 향상되는 것을 확인
    - 라이브러리 크기가 10, 유저가 10명일 때, 각 유저가 크기 3의 메모리를 가지고 있을 경우 10dB에서 전송 속도가 약 20% 향상되는 것을 확인
    2. 핵심 특허 출원 5건
    1) 대한민국, #10-2016-0032273, “캐시 메모리를 이용한 다수의 보조 노드 무선 통신에서 간섭의 제어를 통해 사용자의 체감 효과를 향상시키는 효과적인 분산 저장 기법”, 최완, 홍비, 김기범, 3월 17일.
    2) 대한민국, #10-2016-0032278, “오류 확률을 최소화하는 최적의 소형 기지국 콘텐츠 저장 기법”, 최완, 송재영, 3월 17일.
    3) 대한민국, #10-2016-0032281, “콘텐츠 전송 성공률 최대화를 위한 무선 캐실 헬퍼 최적 확률 캐싱 방안”, 최완, 채승호, 3월 17일.
    4) 대한민국, #10-2016-0032292, “다중 안테나 다중 사용자 환경에서 유저 캐시를 활용한 빔포밍 기법”, 최완, 이정훈, 3월 17일.
    5) 대한민국, #10-2016-0032299, “캐싱을 이용한 멀티캐스팅 장치 및 방법”, 최완, 홍준표, 3월 17일.
    3. 논문 제출 3건
    1) J. Song, H. Song, and W. Choi, “Optimal caching placement for wireless femto-caching,” submitted to IEEE Trans. on Wireless Communications, Oct. 2015.
    2) B. Hong and W. Choi, “Optimal storage allocation for wireless cloud caching systems with a limited sum storage capacity,” resubmitted to IEEE Trans. on Wireless Communications, Jan. 2016.
    3) S. H. Chae and W. Choi, “Caching placement in stochastic wireless caching helper networks: Channel selection diversity via caching,” major revision, IEEE Trans. on Wireless Communications, Feb. 2016.

    활용계획 및 기대효과
    1. 사전 조사 및 검증 결과를 기반 새로운 통신기술 개발
    - CoMP효과 극대화를 위한 최적 콘텐츠 저장 기술
    - 분산 저장 및 CoMP 효과 동시 최적화 기술
    - 콘텐츠 및 채널 다양성 이득 동시 최적화 기술
    - D2D 통신 기반 콘텐츠 저장 기술
    - 기계학습을 활용한 콘텐츠 저장 및 저장매체 배치 기술
    - 인덱스 부호화를 이용한 이용자간 간섭 제어 기술
    - 다중 안테나 시스템에서 인덱스 부호화 기반 빔포밍 기술
    2. 확보한 아이디어 특허화 및 지적재산권을 표준화에 활용
    - 신규 참여 기관인 Wilus 표준 기술 연구소와 함께 1단계 결과 및 추가 연구 결과를 표준 특허로 구체화하고 차세대 통신 시스템 표준화 추진
    - 차세대 통신 시스템을 위한 핵심 기술로의 활용 기대
    3. 제안 기술의 확장 및 개선을 통해 콘텐츠 저장을 활용한 효율적 통신 시스템 프로토타입 구축
    - 신규 참여 기관인 동원티앤아이와 함께 제안 기술이 반영된 통신 기기 (저장 매체 기능을 가진 AP) 및 통신 시스템 테스트베드 구축


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ... 1
    2. 정보통신·방송 연구개발 창조씨앗형(1단계) 보고서 ... 2
    3. 제출문 ... 3
    4. 목차 ... 4
    5. 국문요약문 ... 5
    6. 제 1 장 연구개발 목표 ... 10
    7. 제 1 절 최종 목표 ... 10
    8. 제 2 절 당해 (연도·단계) 연구개발 목표 및 결...
    1. 표지 ... 1
    2. 정보통신·방송 연구개발 창조씨앗형(1단계) 보고서 ... 2
    3. 제출문 ... 3
    4. 목차 ... 4
    5. 국문요약문 ... 5
    6. 제 1 장 연구개발 목표 ... 10
    7. 제 1 절 최종 목표 ... 10
    8. 제 2 절 당해 (연도·단계) 연구개발 목표 및 결과 ... 11
    9. 제 2 장 연구 범위 및 연구 수행 방법 ... 12
    10. 제 3 장 연구개발 목표의 달성도 및 자체 평가 ... 16
    11. 제 1 절 연구개발성과 및 평가 방법 ... 16
    12. 제 2 절 당해 (연도·단계) 정량적 연구성과 목표 및 달성도 ... 33
    13. 제 3 절 당해 (연도·단계) 질적 성과 목표 및 달성도 ... 34
    14. 제 4 장 연구개발성과(해당되는 성과만 기재) ... 35
    15. 제 1 절 지식재산권(특허, 실용신안, 의장, 디자인, 상표, 규격, 신품종, 프로그램) ... 35
    16. 제 2 절 국내 논문 게재 ... 35
    17. 제 3 절 국내 및 국제학술회의 발표 ... 35
    18. 제 4 절 표준화 ... 36
    19. 제 5 절 기술 거래(이전) 등 ... 36
    20. 제 6 절 사업화 투자 실적 ... 36
    21. 제 7 절 사업화 현황 ... 36
    22. 제 8 절 저작권(소프트웨어, 서적 등) ... 36
    23. 제 9 절 생명자원(생물자원, 생명정보)/화합물 ... 36
    24. 제 10 절 전문 연구 인력 양성 ... 36
    25. 제 11 절 산업 기술 인력 양성 ... 37
    26. 제 12 절 기술요약정보 ... 37
    27. 제 13 절 보고서 원문 ... 37
    28. 제 5 장 구매 금액이 3천만원 이상인 연구시설ㆍ장비 구축 현황 ... 38
    29. 제 6 장 연구개발비 집행 실적 ... 39
    30. 제 7 장 연구 수행에 따른 문제점 및 개선 방향 ... 40
    31. 붙임1. 자체 보안관리 진단표 ... 41
    32. 붙임2. 연구실 안전조치 이행표 ... 42
    33. 끝페이지 ... 42
  • 참고문헌

    1. 전체(0)
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    3. 특허(0)
    4. 보고서(0)

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