층간 최적화

Cross-layer optimization

층간 최적화는 층간 경계가 사실상 엄격한 OSI 통신 모델의 순수한 폭포 같은 개념에서 벗어나는 것이다. 교차 계층 접근방식은 다른 계층에 대한 제어 입력에 의한 요건과 자원의 과부하, 지연 시간 또는 기타 불일치에 대한 보상이 가능하도록 계층 경계를 통해 동적으로 피드백을 전송하지만, 감지된 결핍에 의해 직접적으로 영향을 받는 계층은 가능하다.[1][2][clarification needed]

데이터가 주어진 계층 내에서 엄격하게 유지되는 OSI 네트워킹 모델에서는 계층 간의 엄격한 경계가 시행된다. 계층간 최적화는 한 계층이 정보를 교환하고 상호작용을 가능하게 하기 위해 다른 계층의 데이터에 접근하도록 허용함으로써 계층간 통신을 허용하는 그러한 엄격한 경계를 제거한다. 예를 들어, 현재 물리적 상태에 대한 지식을 보유하면 MAC 계층에서 트레이드오프를 최적화하고 처리량을 최대화하는 데 있어 채널 할당 체계나 자동 반복 요청(ARQ) 전략이 도움이 될 것이다.[3][clarification needed]

특히 채널의 제한된 용량에 대한 동시 수요가 있는 정보 라우팅에서는, 예를 들어, 이해할 수 있는 음성 전송의 필요성과 충분히 동적인 제어 명령 사이의 균형을 맞추기 위한 개입의 개념이 필요할 수 있다. 자원의 고정된 배분은 특별한 운영 조건 하에서 불일치로 이어질 것이다.[clarification needed] 자원 할당의 고도로 동적인 변화는 음성의 지능성이나 비디오의 안정성에 영향을 미칠 수 있다. 그러나 다른 최적화 전략과 마찬가지로 알고리즘도 시간을 소비한다.[4]

원칙

단층 설계가 반드시 준수해야 하는 원칙이 있다.

  • 상호작용과 의도하지 않은 결과의 법칙
  • 종속성 그래프
  • 타임스케일 분리 및 안정성
  • 무절제한 단층설계 혼돈

설계자가 프로토콜 스택의 나머지 부분을 걱정하지 않고 하나의 문제에 집중할 수 있는 기존의 건축 설계 접근방식과 달리, 시스템의 다른 부분에 의도하지 않은 영향을 주지 않도록 주의해야 한다. 종속성 그래프는 교차 계층 설계를 사용하여 발생하는 적응 루프에 유용하다.[5]

적용들

교차 계층 최적화는 다음을 위해 사용될 수 있다.

  • 각색
  • 스케줄링
  • 자원 할당[6]
  • 전력 통제
  • 혼잡 통제
  • 멀티홉 라우팅[7]

무선 센서 네트워크에서의 높은 적응성과 더 큰 최적화 공간이 장점이다.[5]

서비스 품질 조정

층간 최적화는 다양한 운영 조건에서 서비스 품질 향상에 기여해야 한다. 그러한 적응형 서비스 품질 관리는 예를 들어 다양한 특허 출원의 대상이 되고 있다.[8] 층간 제어 메커니즘은 제어 매개변수의 적응적 설정을 위한 동시 품질 정보에 대한 피드백을 제공한다. 제어 방식이 적용된다.

  • 관측된 품질 매개변수
  • 적절한 제어 전략의 적용에 대한 퍼지 논리 기반 추론
  • 파라미터 설정 및 모드 스위치에 대한 통계적으로 계산된 제어 입력

교차 계층의 리소스 효율성에 맞춤화

품질 측면만이 교차 계층 최적화 전략을 맞춤화할 수 있는 유일한 접근법이 아니다. 제한된 자원의 가용성에 맞춰 조정된 제어는 최소한 품질 수준을 달성하기 위한 첫 번째 필수 단계다. 각각의 연구가 수행되었으며 계속 진행될 것이다.[9]

PHY 매개변수를 기반으로 MAC 스케줄링 조정

고정되지 않은 배경 소음과 간섭이 있는 미디어를 통해 작동해야 하는 통신 시스템은 MAC계층(전송 일정 수립을 책임지는 사람)과 물리층 프로토콜 계층(미디어 상에서 실제 데이터 전송 및 수신을 관리하는 사람)간에 긴밀한 조정을 통해 이익을 얻을 수 있다.

일부 통신 채널(예: 전원 라인)에서는 노이즈와 간섭이 비스테이션적일 수 있으며 50 또는 60Hz AC 전류 사이클과 동시에 변화할 수 있다. 이와 같은 시나리오에서 MAC가 언제 어떻게 소음과 간섭 수준이 변화하고 있는지에 대한 정보를 PHY로부터 얻을 수 있다면 전체적인 시스템 성능을 개선할 수 있어 MAC는 소음과 간섭 수준이 낮은 기간 동안 전송을 스케줄링할 수 있다.[11]

이러한 종류의 크로스 레이어 최적화를 가능하게 하는 통신 시스템의 예로는 ITU-T G.hn 표준이 있는데, 이 표준은 기존의 홈 배선(전원선, 전화선, 동축 케이블)에 비해 고속 로컬 영역 네트워킹을 제공한다.

문제들

일부 문제는 에서 설명한 것처럼 원하지 않는 영향을 발생시킴으로써 교차 계층 설계와 최적화에 발생할 수 있다.[12][13] 현대의 이기종 무선 환경에서 모바일에 최적화된 작동을 가능하게 하는 크로스 레이어 설계 솔루션이 에 설명되어 있으며,[14] 여기에 크로스 레이어 설계 연구 영역의 주요 오픈 기술 과제가 지적되어 있다.

참고 항목

참조

  1. ^ http://www.ece.purdue.edu/~shroff/Shroff/journal/LSS06.pdf[데드링크]
  2. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2008-07-04. Retrieved 2008-06-25.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크)
  3. ^ "IETE Technical Review : Paid Content". Archived from the original on 15 April 2013.
  4. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2008-05-16. Retrieved 2008-06-25.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크)
  5. ^ a b Cognitive Radio Communications and Networks : Principles and Practice. Burlington, MA: Academic Press. 2010. pp. 201–234. ISBN 9780080879321.
  6. ^ Karmokar, Ashok (21 November 2012). "Energy-Efficient Green Radio Communications for Delay Tolerant Applications". Handbook of Green Information and Communication Systems: 183–208. doi:10.1016/B978-0-12-415844-3.00007-3. ISBN 9780124158443.
  7. ^ Wymeersch, Henk (2016). "Multiple access control in wireless networks". Academic Press Library in Mobile and Wireless Communications: Transmission Techniques for Digital Communications.
  8. ^ "Cross-layer integrated collision free path routing - US Patent 7339897". Archived from the original on 2011-06-12. Retrieved 2008-06-25.
  9. ^ http://www.nyman-workshop.org/2003/papers/Cross-Layer%20Optimization%20for%20Sensor%20Networks.pdf
  10. ^ S. 샤브다노프, P. 미트란, C. Rosenberg, 무선 통신에서의 IEEE 거래에서 "무선 메시 네트워크에서의 고급 물리 계층 기술을 이용한 교차 계층 최적화"
  11. ^ a b Guowang Miao; Guocong Song (2014). Energy and spectrum efficient wireless network design. Cambridge University Press. ISBN 978-1107039889.
  12. ^ V. 카와디아, P.R. 쿠마르, "교차층 설계에 대한 주의의 관점", 2005년 2월 1권 IEEE 무선 통신.[dead link]
  13. ^ P. 파파디미트라토스 A. 미샤, 그리고 D. Rosenburg, "802.15.4 향상을 위한 층간 설계 접근법"의 내용: IEEE MILCON 2005, 제3, 페이지 1719-1726, 2005년 6월
  14. ^ F. Foukalas 외, "무선 이동 통신망을 위한 교차 계층 설계 제안: 조사 및 분류법"