Ⅲ . 알고리즘 제안


LTE 통신의 트래픽을 WiFi 통신망으로 분산시키는 알고리즘은 통신망과 사용자의 특성을 고려해야 한다. 통신망의 경우 각 통신망이 제공할 수 있는 한계 성능과 한계 트래픽이 존재하고 사용자의 경우 요구하는 통신 성능의 차이가 있다.


LTE 통신망의 트래픽이 초과되면 무조건적으로 초과 트래픽을 WiFi 통신망으로 분산시키는 알고리즘은 여러 문제를 유발한다. 통신사에서 구축한 WiFi 통신망 중 다수는 Wibro 기반으로 기술적 한계가 있어 통신 성능이 LTE에 비해 상당히 떨어진다. Wibro 통신의 기술적 한계가 LTE에 비해 낮으며 Wibro 통신과 WiFi 통신 사이의 변환이 필요하기 때문이다. 또한 WiFi 신호 간 간섭 역시 통신 성능을 저하시킨다. 즉 높은 통신 성능을 요구하는 사용자가 WiFi 통신에 접속하면 심각한 성능 저하가 발생한다.


실제로 사용자가 요구하는 트래픽은 선형적으로 존재하기 때문에 평가가 거의 불가능하다. 따라서 알고리즘의 평가를 위해 각 사용자가 요구하는 통신 성능에 따라 3개의 군으로 분류했다. 1군은 가벼운 웹 서핑 및 음원 스트리밍 위주의 사용자, 2군은 이미지가 존재하는 페이지 등 무거운 웹 서핑과 SD 급 동영상 스트리밍 위주의 사용자, 3군은 파일의 업로드 또는 다운로드와 HD 급 동영상 스트리밍 위주의 사용자로 가정했다. 실제 상황에 적용할 알고리즘은 사용자 군의 숫자가 많을수록 효율성이 높을 것이다. 논 본문에서는 구체적인 수식으로의 표현과 시각적인 평가를 위해 군의 수를 3개로 제한했다.


알고리즘 설계 및 평가의 편의를 위해 양방향 통신은 고려하지 않았다. LTE, WiFi 통신망의 동시 접속사 수는 제한을 두지 않았다. 기술적인 한계는 있지만 LTE 통신망의 경우 주변 기지국에 접속할 수 있기 때문에 사실상 한계가 존재하지 않으며 WiFi 통신망 역시 동시 접속기기의 한계가 수백 대로 발전했기 때문이다.


알고리즘의 평가는 각 군의 속하는 사용자 수가 같은 상황에서의 성능 저하 정도를 비교하는 방식으로 이루어졌다. 성능 저하 정도를 나타낼 평가 지표는 각 사용자의 요구 성능과 제공 성능 차의 비로 결정했다. 즉 사용자가 제공받는 통신 성능이 요구하는 통신 성능보다 높으면 가점이 없지만 반대의 경우 요구 성능과 제공 성능의 차를 요구 성능으로 나누었다. 그리고 모든 사용자에 대한 값을 더해 알고리즘을 평가했다. 즉 평가 지표의 값이 클수록 성능 저하가 심하다. 수식 1은 평가 지표를 간단히 한 것이다.


각 사용자에 제공되는 통신 성능은 통신망의 한계 성능과 트래픽에 따라 결정되도록 설계했다. 통신망의 한계 트래픽이 초과되지 않는 경우 통신망은 한계 성능을 제공할 수 있지만 한계 트래픽이 초과되면 접속 사용자의 요구 성능을 같은 비로 삭감한다.


본 논문에서는 각 통신망과 사용자의 특성을 고려해 설계한 ‘통신망, 사용자 특성 고려 알고리즘’, LTE 통신망의 초과 트래픽을 무작위로 WiFi 통신망으로 분배하는 ‘무작위 분배 알고리즘’, 그리고 LTE 통신망만을 사용하는 ‘LTE 통신망 사용 알고리즘’, 이상 3가지 알고리즘을 비교, 분석했다.


통신망, 사용자 특성 고려 알고리즘과 무작위 분배 알고리즘은 Microsoft 사의 Visio를 이용해 아래와 같은 순서도로 표현했다.


1. 통신망, 사용자 특성 고려 알고리즘


그림 1 통신망, 사용자 특성 고려 알고리즘의 순서도

 


2. 무작위 분배 알고리즘


그림 2 무작위 분배 알고리즘의 순서도

 


각 알고리즘에의 마침 단계에서 평가 지표를 산출하도록 했다.

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