Performance Analysis of Low-Power Scheduling Algorithms for 5G Massive IoT

정승교 세종대학교 대학원 2020 국내석사

5G NR (New Radio) is a ultra high speed wireless network infrastructure technology that supports convergence between industries, and is expected to effectively provide enhanced mobile broadband, massive IoT, and ultra-low latency / high reliability services. In particular, the massive IoT which is provided by 5G NR is a core technology supporting future intelligence / automation, and low power wireless access technology that retain wide area coverage and supports long-term operation is required. Unlike other services of 5G NR, a mobile communication standardization organization, 3GPP(3rd generation partnership project), determined to develop and evolve existing technologies standards such as NB-IoT and LTE-M1 for massive Internet of Things. NB-IoT has evolved steadily to support the massive IoT environment demanded by 5G NR since it was approved as a work item (WI) at a radio access network (RAN) meeting in September 2015. In 3GPP Release-16, the standardization for coexistence of NB-IoT and 5G NR and improving scheduling timing is under way through WI of further enhancement NB-IoT. Since NB-IoT operates with an independent data transmission scheme in a bandwidth of 180 kHz, which is a basic frequency allocation unit of the LTE system, a frame structure and scheduling scheme independent from the LTE system are required. Therefore, in order to measure and analyze the performance of NB-IoT, simulator for NB-IoT is required, and a scheduling algorithm differentiated from LTE is required to allocate data to UE. In this paper, analyzing the massive radio access technology of NB-IoT, a powerful candidate technology that can effectively support low-power IoT in 5G NR environments, and propose an effective low-power scheduling algorithm. 5G NR(New Radio)은 미래 산업간 융합을 지원하는 초고속 무선 네트워크 인프라 기술로서, 초고속 통신, 대량 사물 인터넷, 초저지연/고신뢰 서비스를 효과적으로 제공할 것으로 기대된다. 특히 5G NR에서 제공하는 대량 사물인터넷 지원기술은 미래 지능화/자동화를 지원하는 핵심 기술에 해당하고, 광역 커버리지를 확보하고 장시간 동작을 지원하는 저전력 무선접속 기술이 요구된다. 이동통신 표준화 단체인 3GPP(3rd generation partnership project)에서는 5G NR의 다른 서비스들과는 달리 대량 사물 인터넷을 위한 기술로서 새로운 표준에 대한 제시를 하지 않고 기존에 진행되었던 저전력 광역통신을 위한 통신 시스템인 NB-IoT와 LTE-M1에 대한 표준을 발전시키기로 결정하였다. NB-IoT는 2015년 9월 RAN(radio access network) 회의에서 WI(work item)으로 승인된 이후 5G NR에서 요구하는 대량 사물 인터넷 환경을 지원하기 위해 꾸준히 진화해왔다. 3GPP Release-16에서는 Further enhancement NB-IoT의 WI을 통해 NB-IoT와 5G NR의 공존을 위한 방법과 스케줄링 타이밍 개선 방안에 대한 표준화가 진행되고 있다. NB-IoT는 LTE 시스템의 기본 주파수 할당 단위인 180 kHz의 대역폭에서 독립적인 데이터 전송 체계를 갖고 동작하기 때문에 LTE 시스템과 독립된 프레임 구조와 스케줄링 체계가 필요하다. 따라서 NB-IoT의 성능을 측정하고 분석하기 위해서는 NB-IoT를 위한 시뮬레이터가 필요하고 단말에게 데이터를 할당하기 위해서는 LTE와는 차별화된 스케줄링 알고리즘이 요구된다. 본 논문에서는 5G 환경에서 효과적으로 저전력 사물인터넷을 지원할 수 있는 유력한 후보 기술인 NB-IoT의 대량 무선 접속 기술을 분석하고 효과적인 저전력 스케줄링 알고리즘을 제안한다.

채널 특성을 고려한 5G MIMO 통신 시뮬레이터

박태희 서울대학교 대학원 2023 국내석사

5G was commercialized in Korea for the first time in the world, and as 5G mobile communication technology has recently developed, efforts are being made to improve the performance level of communication technology by grafting 5G technology to vehicles and terminals. Nevertheless, while a commercial tool (REMCOM) exists for radar systems, interpretation is limited for other applications such as mobile communication in a 5G environment. A channel representing a space existing between a transmitter and a receiver is a parameter that can influence communication performance, and in particular, its value and importance are gradually emerging in that most of the current communication is wireless. Through the research presented in this paper, it can be extended to various radio application system analysis through changing the scenario (channel and flow chart) as well as the radar/communication system. In addition, by building an analysis platform in a dynamic environment, it has the advantage of being able to more realistically simulate the actual operating environment. In this paper, we propose a communication simulator for 5G mm-Wave band, and the simulator not only reflects the actual communication process and system structure (Tx & Rx: reflects the latest base station and terminal structure), but also complies with the standards stipulated by 3GPP. In the case of the ‘MIMO 5G communication simulator considering the channel characteristics’ presented in this paper, the development was carried out using the existing QAMCOM Model and System Vue Tool as reference models. It is valuable in terms of overcoming the disadvantages of the tool (adding MIMO function, enabling overall communication performance, etc.). In addition, a format called JSON File is used to secure differentiation from the existing development model so that the user can use the simulator without directly accessing the code or without professional knowledge of the code. In the case of a channel model, which can be said to be one of the most important factors in designing a 5G communication system, modeling was conducted in two ways. First, a statistical method was used to statistically simulate the entire channel by looking at the trends and result values of the partial channels. In another way, a deterministic method was used to accurately predict the propagation of radio waves in a given environment based on physical theories. The 5G communication simulator presented in this paper shows the communication performance obtained under the channels modeled by the two methods presented above. By looking at the result, the appropriate values of the parameters (number of pilot subcarriers, Tx transmission power, distance between Tx and Rx, etc.) that determine the channel state can be identified according to the given environment. That is, through the 5G communication simulator, the user can check the communication performance under the desired scenario. And by analyzing this result value, not only can channel parameter values suitable for the given environment be obtained, but also communication performance can be checked through a parameter called EVM (Error Vector Magnitude), which indicates the difference between the signal actually sent from the Tx and the signal received from the Rx. 5G가 세계 최초로 한국에서 상용화 되었고 최근 5G 이동통신 기술이 발달함에 따라 차량 및 단말기에 5G 기술을 접목시켜 통신 기술 수준을 향상시키려는 노력이 계속되고 있다. 그럼에도 불구하고 레이다 시스템의 경우 상용 툴(REMCOM)이 존재하는 반면, 5G 환경에서의 이동통신과 같은 다른 분야에 대해서는 해석이 한정적인 상황이다. 이와 더불어 5G 이동통신 기술이 발달함과 더불어 무선 통신 채널에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 송신기와 수신기 사이에 존재하는 공간을 나타내는 채널은 통신의 성능을 좌지우지할 수 있는 파라미터이며, 특히 현재 이루어지고 있는 대다수의 통신이 무선이라는 점에서 점점 그 가치 및 중요성이 대두되고 있다. 본 논문에서 제시한 연구내용을 통해 레이다/통신시스템 뿐만 아니라 시나리오(채널 및 순서도)의 변경을 통해 다양한 전파 응용 시스템 해석으로 확장할 수 있다. 추가로 동적 환경에서의 해석 플랫폼 또한 구축함으로써 실제 운용 환경을 더 현실적으로 모사한다는 장점을 가진다. 본 논문에서는 5G mm-Wave대역용 통신 시뮬레이터를 제안하며, 해당 시뮬레이터는 실제 통신 프로세스 및 시스템 구조(송수신기: 최신 기지국과 단말기 구조를 반영)를 반영하였을 뿐만 아니라, 3GPP에서 규정한 내용을 준수하고 있다. 본 논문에서 제시한 ‘채널 특성을 고려한 MIMO 5G 통신 시뮬레이터'의 경우 기존의 QAMCOM사의 모델과 System Vue이라는 상용 툴을 Reference 모델로 삼아 개발을 진행하였으며, 해당 툴의 단점을 극복(MIMO 기능 추가, 전반적인 통신 프로세스 지원가능 등등) 하였다는 측면에서 가치가 있다. 그 외에도 사용자가 직접 코드에 접근하지 않고도, 혹은 코드에 대한 전문적인 지식이 없어도 해당 시뮬레이터를 사용할 수 있게끔 JSON 파일이라는 형식을 활용하여 기 개발 모델과 차별성을 확보하였다. 5G 통신 시스템을 설계함에 있어 가장 중요한요소 중 하나라고 할 수 있는 채널 모델의 경우 크게 2가지로 모델링을 진행하였다. 첫째는 부분적인 채널의 경향 및 결과 값을 보고 전체의 채널을 통계적으로 모사하는 Statistical 한 방법을 사용하였으며, 이외의 다른 방법으로는 주어진 환경의 전파전파현상을 물리 이론을 바탕으로 정확하게 예측하는 Deterministic한 방법을 활용하였다. 본 논문에서 제시한 5G 통신 시뮬레이터는 앞에서 제시한 2가지 방법으로 모델링한 채널 하에서 얻은 통신 성능을 보여준다. 결과를 보고 채널의 상태를 결정 짓는 파라미터(Pilot Subcarrier의 개수, 송신기의 송신 전력, 송수신기간 거리 등등)의 타당한 값들을 주어진 환경에 따라 파악할 수 있다. 즉 해당 5G 통신 시뮬레이터를 통해 사용자는 자신이 원하는 시나리오 하에서의 통신성능을 확인할 수 있고 이 결과값을 분석하여 주어진 환경에 맞는 채널 파라미터 값을 얻을 뿐만 아니라 송신기에서 실제 보낸 신호와 수신기에서 받은 신호 간의 차이를 나타내는 EVM(Error Vector Magnitude)과 같은 파라미터를 통해 통신성능이 확인 가능하다.

Ruin and contract theory based coexistence management in 5G wireless networks and beyond

AUNAS MANZOOR 경희대학교 대학원 2021 국내박사

The modern mobile communication by incorporating novel bandwidth hungry applications has revolutionized our life by empowering us in optimizing our daily life operations, economics and health. These bandwidth hungry applications have expanded at a very fast pace, thus, generating a tsunami of mobile traffic on the existing mobile networks. Moreover, mobile users analyze, gather and share a large amount of information between multiple entities in the network. Thus, operators are forced to keep up with the requirements of the mobile users and find novel technologies and solutions to handle this tsunami of mobile traffic. It is forecasted that mobile traffic will increase about 10-fold from 2020 to 2022, prompting current mobile communication technologies to achieve greater capacity and higher spectral efficiencies. Therefore, both industry and academia have joined hands to research and find potential solutions to meet the goals for future mobile networks. A various research challenges need to be addressed in order to bring the next generation cellular networks into fruition. The biggest challenge cellular networks pertains to the limited available wireless spectrum. The spectrum suffers from congestion due to i) exponential growth in number of wireless devices e.g., smart phones and IoT devices ii) novel and abundant bandwidth hungry applications such as online gaming, high definition videos etc. Therefore, the main goal is to manage the available spectrum resources efficiently and discover the new spectrum resources. LTE in the unlicensed band (LTE-U) is a promising solution to overcome the scarcity of the wireless spectrum where the spectrum from unlicensed band can be utilized by the cellular networks. However, to reap the benefits of LTE-U, it is essential to maintain its effective coexistence with WiFi systems. Such a coexistence, hence, constitutes a major challenge for LTE-U deployment. Another challenge of future mobile networks is the diversity in QoS of mobile users. Recently, the coexistence of ultra-reliable and low-latency communication (URLLC) and enhanced mobile broadband (eMBB) services on the same licensed spectrum has gained a lot of attention from both academia and industry. However, the coexistence of these services is not trivial due to the diverse multiple access protocols, contrasting frame distributions in the existing network, and the distinct quality of service requirements posed by these services. Therefore, such coexistence drives towards a challenging resource scheduling problem. Unmanned aerial vehicles (UAVs) can provide an effective solution for improving the coverage, capacity, and the overall performance of terrestrial wireless cellular networks. In particular, UAV-assisted cellular networks can meet the stringent performance requirements of the fifth generation new radio (5G NR) applications. In this dissertation, we consider the 5G enablers, i.e., LTE-unlicensed (LTE-U) and 5G-NR coexistence networks, with separate and combine optimization problems and challenges for both. We design the optimized access schemes for these enabling technologies. The first scheme is designed to efficiently and fairly utilize the unlicensed spectrum from WiFi systems. In the proposed scheme, the problem of unlicensed spectrum sharing among WiFi and LTE-U systems is studied. In particular, a fair time-sharing model based on the ruin theory is proposed to share redundant spectral resources from the unlicensed band with LTE-U without jeopardizing the performance of the WiFi system. Fairness among both WiFi and LTE-U is maintained by applying the concept of the probability of ruin. In particular, the probability of ruin is used to perform efficient duty-cycle allocation in LTE-U, so as to provide fairness to the WiFi system and to maintain certain the WiFi performance. Simulation results show that the proposed ruin-based algorithm provides better fairness to the WiFi system as compared to equal duty-cycle sharing among WiFi and LTE-U. The second scheme is designed for the efficient coexistence of URLLC and eMBB users on the same spectrum. To address this problem, we first investigate the possibilities of scheduling URLLC packets in incumbent eMBB traffic. In this regard, we formulate an optimization problem for coexistence by dynamically adopting a superposition or puncturing scheme. In particular, the aim is to provide spectrum access to the URLLC users while reducing the intervention on incumbent eMBB users. Next, we apply the one-to-one matching game to find stable URLLC-eMBB pairs that can coexist on the same spectrum. Then, we apply the contract theory framework to design contracts for URLLC users to adopt the superposition scheme. Simulation results reveal that the proposed contract-based scheduling scheme achieves up to 63% of the eMBB rate for the “No URLLC” case compared to the “Puncturing” scheme. To further enhance the performance of 5G-NR applications, we propose another scheme to use UAV-based cellular network. In this scheme, the problem of energy-efficient resource allocation in UAV-assisted cellular networks is studied under the reliability and latency constraints of 5G NR applications. The framework of ruin theory is employed to allow solar-powered UAVs to capture the dynamics of harvested and consumed energies. First, the surplus power of every UAV is modeled, and then it is used to compute the probability of ruin of the UAVs. The probability of ruin denotes the vulnerability of draining out the power of a UAV. Next, the probability of ruin is used for efficient user association with each UAV. Then, power allocation for 5G NR applications is performed to maximize the achievable network rate using the water-filling approach. Simulation results demonstrate that the proposed ruin-based scheme can enhance the flight duration up to 61% and the number of served users in a UAV flight by up to 58%, compared to a baseline SINR-based scheme.

5G NSA와 LTE-A 이종 네트워크 환경에서의 핸드오버 최적화를 위한 Carrier Aggregation 셀 선택 기법

임고은 연세대학교 대학원 2018 국내석사

This paper proposes a cell selection scheme that reduces the HO rate in order to minimize the handover delay of carrier aggregation techniques in 5G NSA and LTE-A heterogeneous networks. In order to solve the throughput loss caused by reducing the HO rate, this paper contains a scheme of optimizing HO by adjusting the number of secondary cells (SCell) which additionally connects to the primary cell (PCell) in the CA technology. In order to propose a CA cell selection scheme for HO optimization in the 5G NSA and LTE-A HetNet environment, the analysis was conducted based on the LTE-A environment. The reason for choosing the LTE-A environment among the various wireless network protocols is that the LTE-A environment is analyzed and modeled through various studies, unlike the 5G NR environment currently under discussion. The HetNet environment is expected to become denser in order to cope with increasing mobile traffic. In a dense network environment, as UE moves, HO occurs frequently and HO delay becomes longer. HO signalling and radio link switching occur during HO delay, therefore data transmission is interrupted. The loss of throughput due to this HO delay is expected to be further intensified in CA technology. If the CA technology is used, the SCell will have an additional activation delay in addition to the HO delay whenever the HO occurs for the PCell connected to the UE. The greater the number of connected SCell, the greater the reduction of throughput due to HO delay. However, minimizing the HO rate to reduce HO delay also results in loss of throughput. When the HO rate is reduced, the UE does not connect to the base station (BS) having the strongest signal strength but maintains the connection with the current BS. Throughput loss can be compensated through the connection of multiple SCells. Therefore, this paper proposes HO optimization through CA cell selection scheme which guarantees throughput while decreasing HO delay. Previous studies have reduced HO rate by omitting HO based on geographic information, but this study decreases the HO rate based on received signal strength. It differs from previous studies in that it is based on the standardized HO procedure. Also, unlike previous studies of HO in the environment where CA technology is not used, this paper suggests a model to optimize HO by analyzing the effect of HO on CA technology. A CA cell selection scheme for optimized HO is proposed and analyzed. It is confirmed that the cell selection scheme proposed in this study guarantees throughput while reducing HO delay. 본 논문은 5G non-standalone (NSA) 와 Long Term Evolution-Advanced (LTE-A) 이종 네트워크 환경 (heterogeneous networks, HetNet) 에서 캐리어 어그리게이션 (carrier aggregation, CA) 기술의 핸드오버 지연시간 (handover delay, HO delay)을 최소화하기 위하여 HO 발생률을 감소시키는 셀 (cell) 선택 기법을 제안한다. HO 발생률을 감소시키면서 발생하는 전송률 (throughput) 손실을 해결하기 위하여 CA 기술에서 주 셀(primary cell, PCell)에 추가적으로 연결하는 보조 셀 (secondary cell, SCell)의 개수를 조절하여 HO를 최적화하는 방법에 대한 내용을 담고 있다. 5G NSA와 LTE-A HetNet 환경에서의 HO 최적화를 위한 CA 셀 선택 기법을 제안하기 위하여 본 연구에서는 5G NSA와 LTE-A 환경을 바탕으로 분석을 진행하였다. 여러 무선 네트워크 프로토콜들 중에서 5G NSA와 LTE-A 환경을 선택한 이유는 5G NSA는 5G와 LTE를 혼합하여 사용하는 통신 기술로 ‘징검다리’ 기술이기 때문이다. 5G 통신으로의 통신 세대교체가 끝난 후 에야 5G NR은 통신 표준으로 확정되어 보편화 될 것이다. 또한, LTE-A 환경은 여러 연구들을 통하여 분석되고 모델링 되었기 때문에 LTE-A 환경을 바탕으로 본 연구는 분석을 수행하였다. 증가하는 모바일 트래픽을 감당하기 위하여 HetNet 환경은 점점 밀집화 될 것으로 예상된다. 밀집화 된 네트워크 환경에서 단말이 이동함에 따라 잦은 HO가 발생하여 HO delay가 길어지게 된다. HO delay 동안에는 HO signaling과 radio link switching이 발생하기 때문에 데이터의 전송이 중단된다. 이러한 HO delay로 인한 throughput의 손실은 CA 기술에서 더 심화될 것으로 예상된다. CA 기술을 사용하게 되면 단말이 연결하고 있는 PCell 에 대하여 HO가 발생할 때마다 SCell 은 HO delay 이외에 추가적인 activation delay를 갖기 때문이다. 연결하고 있는 SCell 의 개수가 많을수록 HO delay로 인한 throughput의 감소는 심화된다. 하지만 HO delay를 줄이기 위하여 HO 발생률을 최소화하는 것 또한 throughput 손실을 초래한다. HO 발생률을 감소시키면 단말은 가장 강한 신호세기를 갖는 기지국 (base station, BS)와 연결하지 않고 기존의 BS와의 연결을 유지하기 때문이다. 이 때 발생하는 throughput 손실은 다수의 SCell들의 연결을 통하여 보완할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 HO delay를 줄이면서 throughput을 보장하는 CA 셀 선택 기법을 통한 HO 최적화를 제안한다. 기존 연구들은 지리적 정보를 바탕으로 HO를 생략하여 HO 발생률을 감소시켰지만 본 연구는 수신 신호세기를 바탕으로 HO 발생률을 감소시킨다. 이는 현재 표준화된 HO 절차를 바탕으로 한다는 점에서 기존 연구들과 큰 차이를 보인다. 또한, 기존 연구들은 CA 기술이 사용되지 않은 환경에서 HO를 분석한 점과는 달리, 본 연구는 HO가 CA 기술에 미치는 영향을 분석하여 HO를 최적화하는 모델을 제시한다. 최적화된 HO를 위한 CA 셀 선택 기법을 제안하고 분석하였으며, 분석 결과 본 연구에서 제시하는 셀 선택 기법이 HO delay를 줄이면서 throughput을 보장함을 확인하였다.

Network Latency 감소를 위한 5G MEC 구현

이홍우 상명대학교 일반대학원, 2020 국내박사

Most of the IT services we use today are structured in a Server-client structure and are available to users in the form of Web or App through PC, Tablet, and Mobile. In the future, such IT services are expected to gradually increase the role of Mobile as a Client and increase the demand for Big Data operations such as real-time translation and object recognition. However, Mobile's computational capacity and data storage space have limitations to provide services that fit this situation, and it is desirable for the server to process Big Data computations. In addition to Big Data's server processing, future IT environments require low Latency support. Accordingly, a variety of studies are underway in the recently commercialized 5G. In fact, the largest share of the various Latency sources for 5G is the network area, mainly caused by the physical distance between the Client and Server, and 5G is considering Mobile Edge Computing (MEC) as a technology to reduce it. In this paper, MEC was first implemented in 5G commercial network, and as a result of measuring Network Latency, domestic servers showed a reduction in Latency by 42% and 84%, and additional 5G Air Interface Latency was also measured. This study will contribute to the discovery of new low Latency-based services provided by 5G and will help service providers wanting to utilize 5G. Furthermore, it will be expected to use to study reduced Latency in various areas in the future. 오늘날 우리가 사용하는 대부분의 IT 서비스는 Server-client 구조로 구성되어, PC, Tablet, Mobile을 통하여 사용자에게 Web 또는 App의 형태로 제공되고 있다. 향후 이러한 IT 서비스는 Client로서의 Mobile 역할이 점차 늘게 되고, 실시간 번역, 사물 인식 등 Big Data 연산에 대한 요구가 증가될 것으로 예상하고 있다. 그러나 Mobile이 가진 연산능력 및 Data 저장공간은 이러한 상황에 맞는 서비스를 제공하기에 한계를 가지고 있으며, 이를 해결하기 위해서는 Big Data 연산 처리를 Server에서 하는 것이 바람직하다. 또한 미래의 IT 환경은 Big Data의 Server 처리 외에도 낮은 Latency를 지원이 필수적인데, 최근 상용화된 5G에서도 이와 관련된 다양한 연구가 진행 중이다. 실제 5G의 다양한 Latency 발생원인 중 가장 큰 비중을 차지하는 것은 Network 영역으로, Client와 Server사이의 물리적 거리에 의해 주로 발생되며, 5G에서는 이를 감소시키기 위한 기술로 MEC(Mobile Edge Computing)를 검토 중이다. 본 논문에서는 MEC를 5G 상용망에 최초로 구현하여, 이를 통해 Network Latency를 측정한 결과, 국내 서버는 42% 해외 서버는 84%까지 Latency 감소됨을 보였으며, 추가적으로 5G Air Interface Latency도 측정하였다. 본 연구를 통하여 5G가 제공하는 낮은 Latency 기반 새로운 서비스 발굴에 기여하고, 5G 활용을 원하는 서비스 제공자에게 도움이 될 수 있을 것으로 전망하며, 향후 다양한 분야의 Latency 감소 연구에 활용될 것으로 기대한다.

5G 이동통신 기술 진화 및 서비스 방향

윤대희 전남대학교 2016 국내석사

ITU-R(International Telecommunication Union-Recommendations)은 WP(Working Party)5D에서 5G 시스템의 핵심 성능을 제시하는 8가지의 KPI(Key Performance Indicator)를 개발 완료하였고, 3가지의 사용자 시나리오를 제시하였다. 그리고 5세대 이동통신 정식 명칭을 ‘IMT(International Mobile Telecommunication)-2020'으로 확정하였다. 본 논문에서는 8가지의 KPI를 만족시키는 5G 이동통신 기술 진화와 5G 서비스 방향을 다루고자 한다. 5G 이동통신은 초광대역 통신 서비스(eMBB, enhanced Mobile BroadBand), 고신뢰성 및 저지연 통신 서비스(uLLC, ultra-reliable and Low Latency Communications), 대규모 기기간 통신 서비스(mMTC, massive Machine Type Communications)로 구분되는 새로운 무선접속기술(new RAT, new Radio Access Technology)을 바탕으로 지금까지 구축된 여러 무선 접속 기술들을 하나의 네트워크에서 수용할 수 있는 유연한 네트워크 구조를 요구한다. 코어 네트워크의 가상화 기술과 기능 분산화 기술은 폭발적으로 증가하는 트래픽 처리 부하를 경감시키고 이종 네트워크 간의 접속 및 융합에 대처할 수 있는 네트워크로 발전하고 있다. 또한, 서로 다른 특성을 갖는 단말을 대상으로 다양한 서비스를 제공하기 위해 네트워크 슬라이스 기술이 제시되고 있다. 물리적인 하나의 네트워크에서 각 서비스가 요구하는 사항을 슬라이스 단위로 제공하므로써 서비스에 유연하게 대응할 수 있다. 따라서 새로운 무선접속기술을 기반으로 로봇, 디스플레이, 자동차 등 모든 사물이 인터넷으로 연결되고, 소프트웨어를 기반으로 하여 ALL IT화될 것으로 전망된다. 단순히 4G에서 진화된 무선 기술이 아니라, 그동안 개별적으로 동작하던 다양한 기기들을 연결시켜 삶 자체를 획기적으로 변화시킬 것으로 기대된다.

5G+ 기반 차세대 Military-BcN 보안요구사항과 MEC 관점의 보안성 강화

남구민 성균관대학교 일반대학원 2023 국내석사

2006년 구축을 시작한 국방광대역통합망(이하 mBcN)은 2023년 운영 만료를 앞두고 있다. 차세대 mBcN 구축 사업은 2021년 8월 사업자 선정을 시작으로 2024년 구축될 예정이다. 차세대 mBcN 구축 사업은 전・평시 안정적인 통신지원과 미래 신규 서비스 요구를 충족하는 초고속・초연결의 국방 분야 유・무선 통신을 제공하기 위한 핵심 기반 통신 체계를 구축하는데 목적이 있다. 이러한 초고속・초연결 유・무선 통신 환경을 충족시키기 위해 차세대 mBcN은 5G망을 기반으로 구축될 예정이다. 차세대 mBcN 을 5G망을 이용하여 구축할 경우 구축 비용 및 접근성에서 큰 장점을 가지나 다음과 같은 근본적인 문제점을 가진다. ● 군단말 정보 유출 ● 군응용 트래픽의 외부 유출 ● 인터넷망을 통한 군내부망 해킹 위험 노출 본 논문에서는 mBcN망과 5G망의 연동 방안과 상용망을 군특화망으로 사용 시 발생할 수 있는 보안 문제를 다루기 위해 요구되는 기능 구성을 제안하고, 시험환경에서 해당 기능들의 제공 가능성을 검증하고자 한다. 제안하는 mBcN망과 5G망의 연동 구조는 UPF(User Plane Function)의 앞에 위치한 연동보안게이트웨이를 통한 연동 방안이다. 연동보안게이트웨이는 UE(User Equipment)에서 생성한 서비스 패킷을 확인한 후 전송 경로를 결정하는 LBO 기능, 차기 mBcN망으로 전송되는 패킷에 대해 정상・악성 유무를 판단하는 다양한 보안 기능, 군응용체계별 요구사항에 따라 보안 기능을 선택할 수 있는 SFC(Service Function Chaining) 기능으로 구성된다. 이를 통해 연동보안게이트웨이는 다음과 같은 요구사항에 대한 보안 모델을 제공한다. 첫째 대량의 단말 접속 시에도 군응용 트래픽의 종단간 전송지연을 최소화해야 한다. 둘째 군사용자단말 정보는 5G 코어망으로 전달되지 않아야 한다. 셋째 군사용자단말을 이용하여 인터넷과 군내부망에 모두 접속이 가능해야 하며 군응용 트래픽은 5G 코어망으로 전달되지 않아야 한다. 넷째 인터넷 트래픽은 군내부망을 경유하지 않아야 한다. 다섯째 군응용 서비스별로 보안 정책이 수립되어야 한다. 본 논문에서 제안하는 망구성 및 연동보안게이트웨이를 통해 다음과 같은 장점을 얻을 수 있다. 첫 번째는 5G망과 연동되는 mBcN망은 5G망의 무선접속망(RAN; Radio Access Network)을 사용할 수 있기 때문에 초고속・초연결을 지원할 수 있을 뿐만 아니라, 군응용체계별 요구사항에 따른 네트워크 슬라이스를 할당받을 수 있어 서비스 품질(QoS; Quality of Service)을 향상시킬 수 있을 것으로 예상된다. 두 번째는 연동 보안게이트웨이와 연결된 일부 5G 기지국(gNB; next generation Node-B)을 통해서만 mBcN으로 연결할 수 있어 서비스 반경을 군이 제어할 수 있을 경우, 접속 가능한 단말을 제한할 수 있어 보안 측면에서도 우수한 장점이 있다. 마지막으로 군응용체계의 사용자평면 트래픽은 5G코어망을 경유하지 않고 mBcN망으로 직접 유통되므로 5G 코어망의 망부하를 낮게 유지할 수 있고 보안 측면에서도 좋은 장점이 될 수 있다. 본 논문에서는 5G 테스트배드 환경에서 실험을 통해 제안하는 연동 보안 게이트웨이의 LBO 기능, SFC 기능 및 보안모듈의 기능을 제공 가능함을 제시한다. The next generation mBcN should be built to cooperate with the wireless network to support hyper-speed and hyper-connectivity. In this paper, we propose a network architecture for the cooperation mBcN and 5G commercial network and architecture of the cooperative security gateway required for the cooperation. The proposed cooperative security gateway is between gNB and UPF to support LBO, SFC, and security. Our analysis shows that the proposed architecture has several advantages. First of all, user equipment connected with the mBcN can be easily connected through the 5G commercial radio network to the mBcN. Second, the military application traffic can be transmitted to mBcN without going through the 5G core network, reducing the end-to-end transmission delay without causing the traffic load on the 5G core network. In addition, the security level of the military application can effectively be maintained because the user equipment can be connected to the cooperative security gateway, and the traffic generated by the user equipment is transmitted to the mBcN without going through the 5G core network. Finally, we demonstrate that LBO, SFC, and security modules are essential functions of the proposed gateway in the 5G test-bed environment.

컨조인트 분석을 이용한 5G 휴대폰의 선택 속성에 관한 연구 : 중국 고객 중심으로

양준언 건국대학교 대학원 2022 국내석사

현재 통신기술이 빠르게 발전함에 따라 5G 통신기술이 등장하며, 사회 경제와 생활에 혁명적인 영향을 미친다. 5G 휴대폰 분야도 마찬가지로 소비자들이 신형 5G 휴대폰에 대한 관심이 증가 하고 있다. 따라 휴대폰 회사들은 소비자들을 만족시킬 수 있는 새로운 상품으로 치열한 경쟁속에 이기려고 노력하고 있다. 학계에서는 소비자를 만족시킬 수 있는 휴대폰 속성을 규명하였지만 5G 휴대폰 신상품 개발에 집중하여 진행한 연구는 미흡한 실증이다. 소비자들의 욕구를 만족시킬 수 있는 신제품 개발에 대한 연구가 필요하다. 그래서 본 연구는 컨조인트 분석을 이용하여 5G 휴대폰 상품에 대한 관심 증대하고 시장점유율이 높은 중국시장에 대하여 연구하였다. 본 연구는 중국 고객은 5G 휴대폰에 대한 상품의 속성과 속성별 중요도, 속성 수준의 효용가치를 도출하고 효용값에 따른 군집분석으로 고객을 분류하여 가상 5G 휴대폰 상품에 대한 시장점유율을 예측하고자 한다. 연구목적을 달성하기 위하여 먼저 문헌 고찰과 표적집단 심층면접 FGI(Focus group interview) 근거로 예비조사 진행하였다. 예비조사에 따르면 가격, 브랜드, 용량, CPU, 스크린 디자인, 스크린 크기 6개 5G 휴대폰의 주요 속성을 선정하였다. 각 속성 수준 가격에서는 3000-4999위안, 5000-7999위안, 8000위안 이상, 3개 수준을 정하였고 브랜드에서는 중국브랜드, 중국외브랜드, 2개 수준을 정하였고 용량분야에서는 128G, 256G, 512G, 3개 수준을 정하였고 CPU에서는 2.8GHz, 3.2GHz, 2개 수준을 정하였고 스크린 디자인에서는 플랫 스크린, 폴더 스크린, 2개 수준을 정하였고 스크린 크기에서는 6.1인치, 6.7인치, 2개 수준을 정하였다. 그다음 직교분석으로 통하여 16개 가상 제품을 확정하여 설문지를 만들었고 중국 18세이상 5G 휴대폰 소유자 및 구매 예정자 대상으로 조사하였다. 수집된 500부 유효한 데이터를 가지고 전통적 컨조인트 분석, 선택형 컨조인트 분석, 군집분석, 시뮬레이션 분석을 실시하였다. 분석결과는 다음과 같다. 첫째, 전통 및 선택형 컨조인트 분석을 통하여 산출된 결과는 전통적 컨조인트 분석에서는 가격속성이 가장 중요하고 스크린 디자인은 제3순위이며 선택형 컨조인트 분석에서는 가격속성이 가장 중요하고 스크린 디자인은 2위로 나타났다. 둘째, 전통 및 선택형 컨조인트 분석 결과에 의하여 시장점유 예측치를 산출하였다. 그 결과는 시장점유율 예측치 TOP3 자리를 잡은 가상제품들이 두 분석방법에서 같은 것으로 나타났다. 즉, 5G 휴대폰10(3000-4999위안, 중국외브랜드, 512G, 2.8GHz, 플랫 스크린, 6.1인치) 5G 휴대폰12(3000-4999위안, 중국브랜드, 256G, 2.8GHz, 플랫 스크린, 6.7인치), 5G 휴대폰2(3000-4999위안, 중국외브랜드, 512G, 3.2GHz, 폴더 스크린, 6.7인치)이다. 그런데 최적조합 가상 상품 추가 시 분석 결과는 차이가 있는 것으로 나타났다. 선택형 컨조인트 분석 최적조합 5G 휴대폰18(3000-4999위안, 중국브랜드, 512G, 3.2GHz, 플랫 스크린, 6.7인치)의 시장점유율이 1위를 차지하였다. 그러나 전통적 컨조인트 분석 최적조합 5G 휴대폰17(3000-4999위안, 중국브랜드, 256G, 2.8GHz, 플랫 스크린, 6.1인치)의 시장점유율이 3위이고 5G 휴대폰10은 1위이다. 셋째, 전통적 컨조인트 분석을 통하여 산출된 속성 수준별 효용값에 의하여 군집분석을 통하여 세분시장 4개를 도출하고 각 세분시장의 특성은 차이가 있는 것으로 나타났다. 세분시장1은 규모가 가장 크고 가격을 중시하여 대학교이상인 학력을 가진 20대 30대 고 수입 집단이다. 세분시장2는 집단의 규모가 두 번째 크고 가격을 중시하고 학생으로 주로 구성하고 소득이 낮은 집단이다. 세분시장3은 규모 세 번째 크고 디자인을 중시하고 20대 30대 젊은 여성으로 구성하여 중 소득 집단이다. 세분시장4는 규모 가장 작고 용량을 중시하여 대학교 학력을 가진 20대 30대 중 소득 집단이다.그리고 각 세분시장에 최적조합 5G 휴대폰을 추가하고 산출된 가상 제품의 시장점유율 예측치가 변화하였다. 그 결과는 세분시장1, 세분시장2, 세분시장3의 최적조합 5G 휴대폰 가상 제품이 가장 큰 시장점유율을 차지하였다. 그러나 세분시장4의 최적조합 5G 휴대폰 사상 제품의 시장점유율은 2위이다. 종합적으로 본 연구결과는 새로운 5G 휴대폰을 개발하는데 마케팅 전략을 수립하기 위한 자료를 제공할 수 있다. As communication technology develops rapidly, 5G communication technology emerges, and has a revolutionary impact on social economy and life. Likewise, consumers are increasingly interested in new 5G mobile phones in the 5G mobile phone sector. Therefore, mobile phone companies are trying to win the fierce competition with new products that can satisfy consumers. Academia has identified the properties of mobile phones that can satisfy consumers, but research focused on the development of new 5G mobile phones is insufficient. There is a need for research on the development of new products that can satisfy consumers' minds. Therefore, this study increased interest in 5G mobile phone products using conjoint analysis and developed a study on the Chinese market with a high market share. This study aims to derive the importance and attribute level utility value of 5G mobile phones for Chinese customers. It is intended to predict the market share of virtual 5G mobile phone products by classifying customers by cluster analysis according to utility values. This study is a meaningful reference for the development of 5G mobile phones for mobile phone companies. In order to achieve the research purpose, it was advanced into research design. First of all, as a result of prior literature review and FGI (Focus group interview), the 6 major attribute prices of 5G mobile phones, brand, capacity, CPU, screen design, screen size. Through orthogonal analysis, 16 profiles were confirmed and questionnaires were created, and Chinese customer surveys were surveyed. Traditional conjoint analysis, choice-based conjoint analysis, cluster analysis, and simulation analysis were performed with the collected 500 copies of valid data. The analysis results are as follows. First, the results calculated through traditional and selective conjoint analysis showed that price attributes were the most important in traditional conjoint analysis, screen design was the third priority, price attributes were the most important in choice-based conjoint analysis, and screen design was second. Second, traditional conjoint analysis and selective conjoint analysis were 3 to 5G mobile phones with the highest market share of virtual products 5G mobile phones 10, 5G mobile phones 12, and 5G mobile phones 2. The market share of 5G mobile phones, the optimal combination for choice-based conjoint analysis, topped the list. However, the market share of 5G mobile phones, the optimal combination for traditional conjoint analysis, ranked third. Third, four segmented markets were derived through cluster analysis. It was explained according to the demographic characteristics and important attributes of each subdivision market. Fourth, the optimal combination of 5G mobile phones was introduced and the market share was predicted when it appeared in each subdivision market, and the results were as expected. Overall, the results of this study can provide data for Chinese customers to establish a systematic marketing strategy plan for developing new 5G mobile phones.

스포츠를 활용한 5G 광고의 서비스 수용의도에 관한 연구 : 확장된 기술수용모델을 중심으로

박정진 경희대학교 대학원 2021 국내석사

This study explores the structural relationship of the external effect variables, which are the informativeness, the entertainment and the irritation, the variables that have technological acceptance model as its core, which are the perceived usefulness and the perceived ease-to-use, and the advertising attitude and the advertising acceptance intention. Additionally, the purpose of this study is also suggesting empirical basic data in order to utilize the sports advertising contents effectively on the future customer’s technological acceptance. For the purpose of the study, customers from more than 20 years of age who experienced the sports-utilized 5G advertisement were selected as the population. For sampling, the purposive sampling method, which is one of the nonprobability sampling methods, was utilized for the online questionnaire consisted of total 29 questions and it was distributed; total 286 cases were retrieved and used for the analysis. For data processing, SPSS 22.0 were used for the frequency analysis, the reliability analysis, the differences analysis and the correlation analysis; SPSS 23.0 were used for confirmatory factor analysis and structural equation model analysis. The results are the following. First, testing that ‘the informativeness of the sports-utilized 5G advertisement may have a meaningful effect on the perceived usefulness’, it had a meaningful effect on the perceived usefulness and the hypothesis was accepted. Second, testing that ‘the informativeness of the sports-utilized 5G advertisement may have a meaningful effect on the perceived ease-of-use’, it had a meaningful effect on the perceived ease-of-use and the hypothesis was accepted. Third, testing that ‘the entertainment of the sports-utilized 5G advertisement may have a meaningful effect on the perceived usefulness’, it didn’t have a meaningful effect on the perceived usefulness and the hypothesis was rejected. Fourth, testing that ‘the entertainment of the sports-utilized 5G advertisement used sports may have a meaningful effect on the perceived ease-of-use’, it had a meaningful effect on the perceived ease-to-use and the hypothesis was accepted. Fifth, testing that ‘the irritation of the sports-utilized 5G advertisement may have a meaningful effect on the perceived usefulness’, it didn’t have a meaningful effect on the perceived usefulness and the hypothesis was rejected. Sixth, testing that ‘the irritation of the sports-utilized 5G advertisement may have a meaningful effect on the perceived ease-of-use’, it didn’t have a meaningful effect on the perceived ease-to-use and the hypothesis was rejected. Seventh, testing that ‘the perceived usefulness of the sports-utilized 5G advertisement may have a meaningful effect on the advertising attitude’, it didn’t have a meaningful effect on the advertising attitude and the hypothesis is rejected. Eighth, testing that ‘the perceived ease-of-use of the sports-utilized 5G advertisement may have a meaningful effect on the advertising attitude’, it had a meaningful effect on the advertising attitude and the hypothesis is accepted. Ninth, testing that ‘the advertising attitude of the sports-utilized 5G advertisement may have a meaningful effect on the advertising acceptance intention’, the advertising attitude had a meaningful effect on the advertising acceptance intention and the hypothesis is accepted. To conclude, it can be decided that the sports-utilized advertisement sets up favorable and positive feelings to new technology consumers and that the sports field has very large possibilities as a marketing factor to approach various fields like cutting-edge technology. When a new technology emerges in various industries, not only applying sports as a product of the advertisement, the advertisers or the large advertising agencies can utilize sports contents to facilitate communication with the public and a positive effect is expected from it, based on this study. 본 연구는 외부 영향 변인인 정보성, 오락성, 불편성과 기술수용 모델이 핵심 변인인 지각된 유용성, 용이성 그리고 광고태도와 광고수용의도의 구조적 관계를 알아보고자 한다. 또한 이를 통해 향후 소비자들의 기술 수용에 있어 스포츠 광고콘텐츠를 효과적으로 사용하기 위한 실증적 기초자료를 제시하는데 그 목적이 있다. 연구의 목적달성을 위해 스포츠를 활용한 5G 광고를 시청한 경험이 있는 20세 이상의 소비자를 모집단으로 선정하였다. 표본수집을 위해 총 29개 문항으로 구성된 온라인 설문지를 비확률표본추출법 중 목적표본추출법을 활용하여 배포하였으며, 총 286부를 회수하여 분석에 사용하였다. 자료처리는 SPSS 22.0 ver.를 이용하여 빈도분석, 신뢰도 분석, 차이분석 및 상관관계 분석을 실시하였으며 AMOS 23.0 ver.를 이용하여 확인적요인분석과 구조방정식모형 분석을 실시하여 도출한 결과는 다음과 같다. 첫째, ‘스포츠를 활용한 5G 광고의 정보성은 지각된 유용성에 유의한 영향을 미칠 것이다’의 검증 결과, 지각된 유용성에 유의한 영향을 미쳐 가설이 채택되었다. 둘째, ‘스포츠를 활용한 5G 광고의 정보성은 지각된 용이성에 유의한 영향을 미칠 것이다’의 검증 결과, 지각된 용이성에 유의한 영향을 미쳐 가설이 채택되었다. 셋째, ‘스포츠를 활용한 5G 광고의 오락성은 지각된 유용성에 유의한 영향을 미칠 것이다’의 검증 결과, 지각된 용이성에 유의한 영향을 미치지 않아 가설은 기각되었다. 넷째, ‘스포츠를 활용한 5G 광고의 오락성은 지각된 용이성에 유의한 영향을 미칠 것이다’ 의 검증 결과, 지각된 용이성에 유의한 영향을 미쳐 가설은 채택되었다. 다섯째, ‘스포츠를 활용한 5G 광고의 불편성은 지각된 유용성에 유의한 영향을 미칠 것이다’의 검증 결과, 지각된 용이성에 유의한 영향을 미치지 않아 가설은 기각되었다. 여섯째, ‘스포츠를 활용한 5G 광고의 불편성은 지각된 용이성에 유의한 영향을 미칠 것이다’의 검증 결과, 지각된 용이성에 유의한 영향을 미치지 않아 가설은 기각되었다. 일곱째, ‘스포츠를 활용한 5G 광고의 지각된 유용성은 광고태도에 유의한 영향을 미칠 것이다’의 검증 결과, 지각된 용이성에 유의한 영향을 미치지 않아 가설은 기각되었다. 여덟째, ‘스포츠를 활용한 5G 광고의 지각된 용이성은 광고태도에 유의한 영향을 미칠 것이다’의 검증 결과, 지각된 용이성에 유의한 영향을 미쳐 가설은 채택되었다. 아홉째, ‘스포츠를 활용한 5G 광고의 광고태도는 광고수용의도에 유의한 영향을 미칠 것이다’의 검증 결과, 광고태도는 광고수용의도에 유의한 영향을 미쳐 가설은 채택 되었다. 결론적으로 이러한 결과는 새로운 기술 수용자에게 스포츠를 활용한 광고에 대한 감정을 호의적이고 긍정적으로 조성한다는 것이며 스포츠의 분야가 첨단 기술과 같은 다방면의 분야에 마케팅적 요소로 접근 할 수 있는 가능성이 매우 크다고 판단 할 수 있다. 본 연구의 결과를 토대로, 향후 기업이나 대형광고업체에서는 단순히 제품에 스포츠를 활용한 광고를 적용하는 것이 아닌, 다양한 산업 분야에서 새로운 기술이 출현할 시, 대중과의 커뮤니케이션을 용이하게 할 수 있도록 스포츠 콘텐츠 활용을 한다면 긍정적인 효과를 불러일으킬 수 있다고 기대한다.

5G 동기화 신호 검지를 위한 소프트웨어 기반 모뎀의 저복잡도 구현 및 설계

김빛나 숙명여자대학교 대학원 2023 국내석사

As the 5G mobile market develops rapidly, so does the demand for 5G technology in several vertical markets. However, existing hardware-based modems (SoCs) have enormous development costs and limitations in mutual compatibility in order to cope with the speed of change compared to the market size, and interest in SDM, which is a software modem, is increasing. The rapid development of general-purpose CPUs has made it possible to develop flexible and low-cost SDMs that can process algorithms and protocols in real time. SDM, considered a suitable technology for the mobile market, is a time-sensitive technology and requires efforts to save time and reduce complexity in many scenarios. This paper proposes a technique for efficiently implementing downlink and uplink synchronization processes of 5G SDM. In the downlink, a technique for searching for a frequency in the initial cell access process was proposed by focusing on the energy of synchronization information, and a technique for reducing the time required to detect the primary synchronization signal, the first synchronization signal, when searching for a synchronization signal block suggested. In addition, PRACH detection in uplink is implemented with SDM, and its performance is improved by applying deep learning. 5G 모바일 시장이 급격히 발전함에 따라서, 여러 수직 시장에서 5G 기술에 대한 수요도가 증대하였다. 그러나 시장 규모에 비해 빠른 변화 속도를 감당하기에 기존의 하드웨어 기반 모뎀(SoC)은 막대한 개발 비용과 상호 호환성의 한계를 지니며, 이에 소프트웨어 모뎀인SDM에 대한 관심이 증대하고 있다. 범용 CPU의 비약적인 발전으로 알고리즘 및 프로토콜의 실시간 처리가 가능하며 유연하고 저비용이 드는 SDM의 개발이 가능하게 되었다. 이처럼 모바일 시장에 걸맞는 기술로 여겨지는 SDM은 시간에 민감한 기술이므로 여러 시나리오에서 시간을 절감하고 복잡도롤 줄이기 위한 노력이 필요하다. 본 논문은 5G SDM의 하향링크와 상향링크 동기화 과정을 효율적인 구현하기위한 기법을 제안하였다. 하향링크에서는 동기화 정보의 에너지에 초점을 두어 초기 셀 접속 과정에서 주파수를 탐색하기 위한 기법을 제안하였으며, 동기화 신호 블록을 탐색할 때 첫 동기신호인 Primary Synchronization Signal 탐지의 소요시간을 줄일 수 있는 기법을 제안하였다. 또한 상향링크에서 PRACH 탐지를 SDM으로 구현하며, 딥러닝을 적용하여 그 성능을 향상시켰다.