Message Passing 구조에 기반한 HetNet환경에서의 User Association 최적화에 관한 연구

Abstract

In this paper, we aim to optimize the total data rate of all HetNets and to find the optimal connection configuration between users having different levels of quality of service, and base stations considering the maximal data rate that users can receive at each base station as well as load balancing .Ultimately, we aim at obtaining an optimum value of the total data rate of HetNets. In the optimization process, message-passing according to max-product algorithm is used. In the previous research, each base station was assumed to divide the total usable bandwidth equally to the connected users. However, in this paper, the users are classified according to the different data rates required to each user. In actual situation, it is unlikely that all users require the same data rates, so the results of including and optimizing the user requirements are practical. Depending on the size of the data rate, it affects the quality of service and the rate of information transmission. For example, if the video requires a data rate of 10 Mbps and the audio requires a data rate of 1Mbps, the different in the data rates is 10 times. When different application services such as a text(mobile phone message, e-mail), audio, or video are required for a user, the changes in data rate are larger. In other words, it is necessary to consider load-balancing among HetNets to provide the best for the needs of users. The message-passing algorithm proposed in this paper can solve complex computation problems as an efficient solution for user association optimization in various environments in HetNets environment. Through simulation, we show that the user-base station association process of 2-layer HetNets environment efficiently converges to optimization. Compared with two other design method, the proposed message-passing optimization method is shown to achieve clearly higher total data rates.;본 논문에서는 전체 HetNets의 총 데이터 레이트를 최적화 시키다는 성능 목표를 두고, 단말기들이 각각의 기지국에서 받을 수 있는 데이터 레이트 뿐만 아니라 load-balancing도 고려하여 단말기들과 기지국들 사이에 최적인 접속 구성을 찾고, 궁극적으로 HetNets의 총 데이터 레이트를 최적 값을 구한다. 최적화 과정에서는 max-product에 따른 message-passing 기법을 이용한다. 기존 연구에서 각 기지국은 사용가능한 총 대역폭을 접속된 단말기들에 나누어 균등하게 배정한 반면, 본 논문에서는 각 단말기에서 요구되는 서로 다른 데이터 레이트를 고려하여 단말기들을 등급별로 구분하고, 각 등급에 적합한 데이터 레이트를 제공하는 것을 고려한다. 실제 상황에서 모든 단말기들이 똑같은 데이터 레이트를 요구하는 가능성이 높지 않으므로 단말기의 요구조건까지 포함하고 최적화한 결과는 실용적이다. 데이터 레이트의 크기에 따라서 서비스 품질에 영향을 줄 수 있고 정보 전송 속도에도 영향을 미칠 것이다. 예를 들어 비디오는 데이터 레이트가 10Mbps 필요하고 오디오는 데이터 레이트가 필요하다면 데이터 레이트는 10배의 차이가 난다. 단말기에 문자(핸드폰 메시지, 이메일)나 오디오나 비디오 등 서로 다른 응용서비스가 필요할 때에는 데이터 레이트의 차이는 더욱 크다. 즉, 단말기의 요구를 고려하여 HetNets에서 더 실제적인 측면으로 load-balancing을 고려할 필요가 있다. 본 논문에서 제안된 message-passing 알고리즘은 HetNets 환경에서의 user association 최적화 문제에 대하여 다양한 환경에 대응한 효율적인 솔루션으로서 복잡한 계산 문제를 해결할 수 있다. 시뮬레이션을 통하여, 두 가지 초기화 상황 을 가정하여 수행된 2 계층 HetNets 환경의 단말기-기지국 접속 과정이 효율적으로 최적화에 수렴함을 보였다.