Delay-dependent file placement and file delivery schemes for vehicular caching networks

국문 초록 (Abstract)

향후 셀룰러 데이터의 급격한 증가가 예상되고, 특히 VoD (Video on-Demand) 데이터 및 교통 데이터의 폭발 현상이 이러한 데이터 트래픽 급증의 주요 요인으로 고려된다. 이에 따라 스몰셀을 적극 도입하는 이기종 네트워크 시스템이 제안 및 적용되고 있다. 이기종 네트워크는 코어 네트워크간 유, 무선 백홀 (Backhaul) 을 활용하지만 이 때 발생하는 비용 문제 및 무선 백홀의 속도 저하 등의 문제는 이기종 네트워크의 단점을 여실히 보여준다. 무선캐싱 (Wireless Caching) 은 백홀 문제를 대체할 방법 중 하나로 고려되는데, 이는 높은 저장 용량을 가진 다수의 캐시를 기존 인프라에 설치 및 운용하여 백홀 용량을 대체한다. 캐시 (Cache) 는 사용자들이 선호하는 파일의 정보를 미리 파악하여 제한된 저장공간에 선별하여 저장하기 때문에, 어떠한 파일을 우선순위로 저장해야 하는 지 결정하는 파일 분배 기법은 가장 중요한 이슈 중 하나이며 활발히 연구되고
있다. 또한, 파일을 선별하여 저장하였을지라도 사용자에게 어떻게 전달을 할 것인가에 따라 파일 분배 기법의 효과가 극명하게 달라질 수 있기 때문에 파일 전달 기법 역시 고려하여야 할 사항이다.
본 논문에서는 캐시를 차량에 적용하여 무선전송 지연을 고려한 파일 분배 기법 및 전달 기법을 연구하였다. 2 장에서는 고정되어 임의로 분포하는 사용자들과 고정 또는 움직일 수 있는 캐시를 고려한 단일셀 네트워크를 도입한다. 우리는 본 논문에서 이러한 캐시를 헬퍼로 명명하였으며, 차량 및 차후 움직일 수 있는 캐시를 모두 포괄하는 의미로 사용한다.
3 장에서는 파일 분배 기법에 관련된 이전 연구들에 대해 소개한다. 고정된 캐시 상황에서 동일한 파일 선호 분포도를 가지고도다양한 파일 분배가 가능하다는 것을 확인하고, 사용자의 평균 전송지연을 최소화하는 방향으로 최적화 문제를 정립하는 파일 분배 기법을 자세히 소개한다. 특히, 본 논문에서 주로 다루게 될 코드화된 파일 분배 기법 역시 소개하여 고정된 캐시 상황
에서의 파일 분배 연구들을 정리한다.
이어서, 4 장에서는 3 장에서 소개한 고정된 캐시의 개념을 탈피하여 이동성 인식 (Mobility-Aware) 환경이 수반될 때, 캐시가 움직이면 파일 분배 기법이 좀 더 다양한 파일을 저장할 수도
있음을 간단한 예시와 함께 제안한다. 캐시가 움직임으로써 상대적으로 서로의 역할을 대신할 캐시를 만나게 될 확률이 높아진다는 사실에 착안하여, 움직이는 캐시를 기다릴 때의 무선전송 지연을 고려한 최적의 파일 분배 기법을 연구한다. 특히, 동일한 파일 선호 분포도를 알고 있는 상황에서 본 논문이 제안하는 파일 분배 기법이 3 장에서 소개한 기존 연구들보다 더 다양한 파일을 저장함을 직접 확인한다.
5 장에서는 4 장에서 제안한 파일 분배 기법을 바탕으로 2 가지 파일 전달 기법을 소개한다.
사용자가 캐시의 움직임을 모두 파악할 수 있는 지에 따라 2 가지 파일 전달 기법을 나누고, 각각의 기법의 장, 단점을 소개함으로써 동일한 파일 분배 상황에서도 서로 다른 성능을 나타내는파일 전달 기법을 고려한다.
마지막으로, 6 장에서는 4, 5 장에서 제안한 파일 분배 기법 및 전달 기법을 모의실험을 통해 검증한다. 특히, 이상적인 모의실험 환경과 보다 현실적인 모의실험 환경에서의 실험을 비교, 분
석하여 차량 캐싱 네트워크의 성능 이득을 증명한다. 특히, 차량의 이동 예측 정확도에 따른 모의 실험을 통해 제안하는 파일 분배 기법 및 전달 기법의 성능 열화 정도를 확인한다.
본 논문은 스몰셀 이기종 네트워크를 보완하는 방안으로 캐시를 제안하고, 움직이는 차량 캐싱의 연구하여 기존 고정된 캐싱의 성능을 끌어올렸다. 이는 이동성 인식 환경이 정확히 수반될
수록 높아지고, 이에 따라 정확한 차량 이동 예측이 필요할 것이다. 이와 같은 연구는 파일 선호 분포가 분명히 존재하는 VoD 서비스 및 교통 안내 서비스 등에 사용될 수 있으며, 기존 기지국의 트래픽 부담을 덜어줄 차기 기술로서 개선, 확장될 수 있을 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

One particular way for averting the inevitable burden by backhaul costs is to “cache” the contents on overlaid layers of the cellular networks. Especially, wireless caching replaces backhaul capacity with storage capacity by off-loading specific contents immediate users’ access without real-time backhaul. Assigning files to each caches is a critical issue of caching since caches have limited size of storage.
In this thesis, we consider files content placement scheme in four representative case: 1) conventional priority-based approach, 2) uncoded content placement, 3) coded content placement, and 4) coded content placement for mobility-aware case. We introduce the previous study about content placement scheme [1] and analyze the optimization problem to minimize the average downloading time. Especially, we present the proposing content placement scheme in mobility-aware case through the graph file allocation probability versus the number of files. We also consider applications for data services as two cases: 1) BS centralized service, and 2) distributed service. When the user receive his request file, the user can be controlled scheduling by BS or receive distributed scheduling by himself.
We suggest delay-dependent analysis like a delay time constraint for moving wire- less caching system. Also, we check performance gains from some simulations both ideal environment and realistic environment. Compared with conventional priority-based caching and fixed caching cellular networks, our performance results are evaluated with respect to the average downloading rate.