본 논문은 재전송 모드가 지원되는 broadcasting에 알맞은 효율적인 코딩 기법을 제안한다. 구체적으로는, 사용자에 따른 ACK/NACK의 통계적인 패턴 및 index coding을 활용하여 사용자들의 feedback에 따라 적응적으로 packet들을 XOR 연산을 통하여 전송하고, 각 사용자는 이미 성공적으로 받은 packet 정보들을 활용하여 XOR 연산을 통하여 제대로 수신 받지 않은 packet들을 디코딩하게 된다. 이를 통해, index coding을 하지 broadcasting과 견주어 두드러지게 전체 평균 전송 횟수를 줄일 수 있음을 보였다. 제안한 broadcast 기법은 특히 delay tolerant한 데이터 서비스에 효과적으로 적용하여 이용될 수 있음을 전체 송신 packet 평균 전송 횟수 비교를 통해 보였다.
본 논문은 재전송 모드가 지원되는 broadcasting에 알맞은 효율적인 코딩 기법을 제안한다. 구체적으로는, 사용자에 따른 ACK/NACK의 통계적인 패턴 및 index coding을 활용하여 사용자들의 feedback에 따라 적응적으로 packet들을 XOR 연산을 통하여 전송하고, 각 사용자는 이미 성공적으로 받은 packet 정보들을 활용하여 XOR 연산을 통하여 제대로 수신 받지 않은 packet들을 디코딩하게 된다. 이를 통해, index coding을 하지 broadcasting과 견주어 두드러지게 전체 평균 전송 횟수를 줄일 수 있음을 보였다. 제안한 broadcast 기법은 특히 delay tolerant한 데이터 서비스에 효과적으로 적용하여 이용될 수 있음을 전체 송신 packet 평균 전송 횟수 비교를 통해 보였다.
In this paper, en efficient broadcast scheme with acknowledged mode is proposed. Specifically, based on stochastic pattern of ACK/NACK across all users and index coding, adaptive coding scheme with XOR operation is used at the transmitter. At each receiver, packets are decoded using layered decoding...
In this paper, en efficient broadcast scheme with acknowledged mode is proposed. Specifically, based on stochastic pattern of ACK/NACK across all users and index coding, adaptive coding scheme with XOR operation is used at the transmitter. At each receiver, packets are decoded using layered decoding method with already successfully decoded packets. From numerical results, proposed index coded broadcast scheme is shown to be more efficient than naive broadcast scheme in the sense of average total number of transmitted packets.
In this paper, en efficient broadcast scheme with acknowledged mode is proposed. Specifically, based on stochastic pattern of ACK/NACK across all users and index coding, adaptive coding scheme with XOR operation is used at the transmitter. At each receiver, packets are decoded using layered decoding method with already successfully decoded packets. From numerical results, proposed index coded broadcast scheme is shown to be more efficient than naive broadcast scheme in the sense of average total number of transmitted packets.
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문제 정의
본 논문에서는 사용자 수 일반적인 사용자 수 K인 경우에 delay tolerant한 broadcasting service를 효율적으로 제공하기 위한 방안을 구체적으로 제시하였다. 송수신단에서 index coding을 활용하여, 송신단에서는 여러 packet들을 XOR 연산을 기반으로 코딩하여 보내고 수신단에서는 이미 성공적으로 수신한 packet을 바탕으로 제대로 수신하지 못한 packet들을 성공적으로 수신하되 재전송횟수는 크게 줄일 수 있음을 보였다.
본 논문에서는, network coding의 기술 가운데 하나인 index coding을 활용하여 delay tolerant한 eMBMS에 적용될 수 있는 기법을 제안한다. 먼저, index coding을 활용하지 않은 eMBMS의 전체 전송 횟수를 formulation하고, index coding을 활용한 eMBMS의 전체 전송 횟수와 비교하여, 다수의 사용자에게 동일한 콘텐츠를 송신하고자 하는 경우에 효율적인 코딩 기법임을 보인다.
앞의 K=2 및 K=3인 경우를 통해서 index coding으로 인해 송신단에서 보내는 송신 packet의 수를 줄일 수 있는 것을 살펴보았다. 구체적으로는 아래와 같이 두 가지로 인해 재전송의 packet양을 줄일 수 있다.
가설 설정
본 논문에서는 다음과 같은 표기법과 가정을 한다. PS-LTE를 지원하는 LTE-A system 및 delay tolerant service를 가정하고, K는 사용자 수, P는 packet의 오류율을 뜻한다. 성공적인 수신율로 둔다.
성공적인 수신율로 둔다. 여기서, P는 사용자마다 동일하다고 가정한다. 이론적인 분석을 위하여 사용자의 packet data buffer량이 제한이 없는 것으로 가정하였다.
기존의 scheme은 ACK/NACK 기반으로 사용자 한 명이라도 NACK을 보낸 packet에 대해서는 다시 재전송하는 것이고, index coding 기반의 scheme은 index coding을 기반으로 효율적으로 전송하는 기법을 뜻한다. 이 분석은 평균적인 의미에서의 총 송신 packet의 수를 뜻하며, 10,000개의 packet을 가정하였다.
여기서, P는 사용자마다 동일하다고 가정한다. 이론적인 분석을 위하여 사용자의 packet data buffer량이 제한이 없는 것으로 가정하였다.
임의의 멀티미디어 서비스를 위해 필요한 데이터 packet의 개수를 n이라 하고 이때 n이 충분히 크다고 가정을 해보자. 송신단에서 broadcast 방식으로 주어진 데이터를 보낸다고 했을 때 K개의 각 수신단에서의 성공적인 packet의 decoding 여부 곧, ACK과 NACK의 분포는 random process의 ergodicity에 의하여 규칙적인 분포를 보이게 된다.
제안 방법
Delay tolerant한 멀티미디어 서비스를 가정하고, 충분한 packet 양을 고려하여 기존의 scheme과 (Naive broadcast) index coding 기반의 scheme의(index coded broadcast) 총 송신 packet의 개수를 비교하였다.
이제, 일반적인 사용자 K인 경우에 대해서 송신 및 수신 관점에서 코딩 기법을 살펴보도록 한다.
재전송을 포함한 전체 송신 packet의 개수는 수치적으로 계산 가능하며, 본 논문에서는 생략하기로 한다.
성능/효과
가 된다. 결론적으로, K=3인 경우는 index coding을 거는 경우 재전송하는 packet 자체를 줄이는 것과 재전송하는 packet의 수는 같으나 성공적으로 decoding할 확률을 상대적으로 높임으로 인해 index coding을 걸지 않는 경우보다 전체 송신 packet의 수를 줄일 수 있다.
한편, 패턴 1은 K=2에서는 보이지 않은 흥미로운 특징을 얻게 된다. 구체적으로는, index coding을 이용하여 재전송하는 packet의 개수 자체는 index coding을 걸지 않은 경우와 동일하나, 성공적으로 decoding할 수 있는 확률을 상대적으로 높임으로 전체 재전송하는 packet의 수를 줄일 수 있다는 것이다. Lemma 1을 이용하여 전체 송신 packet의 수를 수식으로 나타내면 아래와 같다.
본 논문에서는, network coding의 기술 가운데 하나인 index coding을 활용하여 delay tolerant한 eMBMS에 적용될 수 있는 기법을 제안한다. 먼저, index coding을 활용하지 않은 eMBMS의 전체 전송 횟수를 formulation하고, index coding을 활용한 eMBMS의 전체 전송 횟수와 비교하여, 다수의 사용자에게 동일한 콘텐츠를 송신하고자 하는 경우에 효율적인 코딩 기법임을 보인다.
본 논문에서는 사용자 수 일반적인 사용자 수 K인 경우에 delay tolerant한 broadcasting service를 효율적으로 제공하기 위한 방안을 구체적으로 제시하였다. 송수신단에서 index coding을 활용하여, 송신단에서는 여러 packet들을 XOR 연산을 기반으로 코딩하여 보내고 수신단에서는 이미 성공적으로 수신한 packet을 바탕으로 제대로 수신하지 못한 packet들을 성공적으로 수신하되 재전송횟수는 크게 줄일 수 있음을 보였다. 이와 같은 코딩 기법은 통신 신호의 reliability가 보장되어야 하는 통신 서비스에 효과적으로 적용될 수 있다.
후속연구
물론, 전체 전송 packet 수 측면에서의 성능과 구현 복잡도 사이의 trade-off 관계는 아래표와 같이 존재하며, 성능과 구현 사이의 균형적인 선택은 필요하다. 구체적으로는, 저장장치의 유한성 및 broadcast 서비스의 tolerance 정도를 고려하여 양 극단 사이의 (Naive broadcast와 Ergodic index coded broadcast) 적절한 scheme을 적용해야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Index coding이란 무엇인가?
Index coding은 기본적으로 각 사용자마다 성공적으로 decoding한 packet 정보를 활용하는 기법이다. 예를 들어, 2명의 사용자를 가정하여 각각의 사용자가 두 packet X1과 X2를 받아야하는 상황에서 X1과 X2만을 각각 성공적으로 decoding한 경우, X1과 X2를 따로 보낼 필요 없이 X1⊕X2를 보내고 수신단에서는 이미 성공적으로 decoding한 packet을 이용하여 나머지 packet을 성공적으로 decoding하게 된다.
Index coding은 적어도 두 개 이상의 packet에 대해 어떤 연산을 기반으로 하는가?
Index coding은 적어도 두 개 이상의 packet에 대해서 XOR 연산을 기반으로 하기 때문에 multiple packet sequence number들에 대한 전송이 불가피하다. 따라서, 해당하는 packet에 대한 sequence number들을 naive하게 전송하는 대신 한 개의 packet sequence number를 기준으로 나머지 packet sequence number들에 대해서는 차이만을 전송하는 방법을 생각할 수 있다.
matrix inversion에 대한 low complexity scheme의 확보가 고려되어야 하는 이유는 무엇인가?
아울러, 수신단에서 packet에 대한 decoding을 위해서는 system matrix를 만들고 해당하는 matrix inversion이 필요하다. 따라서, matrix inversion에 대한 low complexity scheme의 확보 또한 고려되어야 한다.
참고문헌 (12)
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3GPP TS 23.246 v12.5.0, Technical specificati on group services and system aspects; Multim edia Broadcast/Multicast Service (MBMS); Architecture and functional description, 2015.
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