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진영 도
6 years ago
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Survey UI/UX Paper: D2D 통신기술초청책임위원 : 최성현 ( 서울대 ) 셀룰러네트워크기반의 D2D 통신기술현황 성선익, 홍종우, 김경수, 박승일, 박천우, 최성현, 이광복 서울대학교전기정보공학부뉴미디어통신공동연구소 요약 D2D(Device-to-Device) 통신이란기지국, AP(Access Point)

1 Survey UI/UX Paper: D2D 통신기술초청책임위원 : 최성현 ( 서울대 ) 셀룰러네트워크기반의 D2D 통신기술현황 성선익, 홍종우, 김경수, 박승일, 박천우, 최성현, 이광복 서울대학교전기정보공학부뉴미디어통신공동연구소 요약 D2D(Device-to-Device) 통신이란기지국, AP(Access Point) 등의인프라를거치지않고단말기간에직접트래픽을전달하는통신방법이다. 기존의인프라를통한통신에비해 D2D 통신은근접성의이점을통해자원의효율성을높이고인프라의부하를줄일수있다. 특히셀룰러네트워크를기반으로한 D2D 통신은전력절약, 접속시간단축, 주파수자원절약등의이점이있기때문에최근이에대한다양한연구가발표되고있다. 본고에서는셀룰러네트워크를기반으로한 D2D 통신기술을소개하고단말탐색과데이터통신의두단계로나누어기술현황을알아본다. Ⅰ. 서론 최근몇년간스마트폰과태블릿기기의보급으로모바일인터넷트래픽이매년급격히증가하고있으며이러한추세는당분간계속될것으로예상된다. 모바일트래픽의증가로인해셀룰러통신망의과부하가심해지면서사업자들은 LTE, 펨토셀, 무선랜등을도입하여과부하문제를해결하려하고있다. 이러한노력은인프라를교체, 확장하여기지국의과부하를줄이려는공통점이있다. 한편, 기지국의과부하를줄이는또다른방법으로인프라를거치지않고단말기간에직접트래픽을주고받는통신방법인 D2D 통신이부각되고있다. 최근모바일트래픽이급증하고있는소셜네트워크, 모바일광고, 근거리파일전송등의어플리케이션이 D2D 통신에적합한어플리케이션으로고려되고있기때문에 D2D 통신은더욱주목할만하다. 단말기간의거리가가까운경우 D2D 통신을통해인프라를거치지않고단말기끼리직접통신하게되면기지국의부하를줄일수도있을뿐아니라전송전력을낮출수있고주파수의재사용률을높일수있다. 기지국의부하측면에서는동일기지국내의단말기간에기지국을통해서트래픽을주고받게되면 트래픽처리측면에서기지국에부하가있으며상향채널과하향채널에서트래픽이오가기때문에자원활용측면에서도비효율적이다. 또한전송전력의측면에서단말기간의거리가가까운경우에는멀리위치한기지국에트래픽을보내고받는것보다낮은전력으로도통신이가능하기때문에더효율적이다. 그리고낮은전력으로통신이가능하기때문에 D2D 통신은하나의기지국범위내에서도여러 D2D 링크가동시에통신할수있어주파수재사용률을높이는것도가능하다. 이러한장점들로인해서셀룰러통신망의부하를줄이면서통신자원을절약하는방안으로 D2D 통신이대두되고있다. D2D 통신이셀룰러통신망의부하를경감하기위한방안으로대두되기이전에이미상용화된 Bluetooth[1] 기술도인프라의도움없이트래픽의전송이가능하기때문에 D2D 통신기술의범주에포함된다. 하지만 Bluetooth는통신반경과통신속도를고려했을때셀룰러통신망의부하를경감시키기위한대안으로는크게부족하다. 이에따른새로운 D2D 통신표준에대한필요성으로 Wi-Fi Alliance에서는 Wi-Fi Direct[2] 라는표준을이미제시하였으며 3GPP 에서는 LTE를기반으로한 D2D 통신표준에대한논의가진행되고있다. 이와별도로 Qualcomm 에서는 FlashLinQ[3][4] 라는독자적인기술을 MWC 2011에서시연한바있다. 현재까지발표된 D2D 통신기술은 < 그림 1> 과같이셀룰러네트워크를기반으로한 D2D 통신과인프라를전혀활용하지않는 D2D 통신으로나눌수있다. 셀룰러네트워크를기반으그림 1. D2D 통신모델의분류 JULY

2 로한 D2D 통신은단말탐색단계에서기지국으로부터받는정보를이용하고트래픽전송을위한데이터전송에서자원할당, 전력조절에있어셀룰러네트워크의도움을받는다. 이를통해인프라를활용하지않는 D2D 통신에비해전력절약, 접속시간, 자원활용등의면에서효율적이기때문에이에대한다양한연구가발표되고있다. 본고에서는활발히연구가이루어지고있는셀룰러네트워크를기반으로한 D2D 통신기술의현황을단말탐색과데이터전송의두단계로나누어살펴본다. 본고의본문은다음과같이구성된다. 2장에서는 D2D 통신의절차를소개하며셀룰러네트워크기반의 D2D 통신과인프라를활용하지않는 D2D 통신을비교한다. 3장에서는현재까지발표된셀룰러네트워크기반의 D2D 통신기술에대해서살펴본다. 4장에서는결론을맺는다. Ⅱ. D2D 통신의절차 D2D 통신의절차는일반적으로 < 그림 2> 와같이세가지로이루어있다. D2D 통신이가능한주변 D2D 단말들을찾는단말탐색단계, 단말탐색단계에서찾은다른 D2D 단말들중데이터전송을할단말과무선링크를연결하는링크생성단계, 그리고무선링크를연결한단말들간에트래픽을전송하는데이터전송단계의세단계로구성된다. D2D 통신방법에따라세부적인절차는다양할수있지만위의절차가가장일반적이다. Ⅱ장에서는 D2D 통신을위한세단계에대해서자세히소개하고셀룰러네트워크를기반으로한 D2D 통신과인프라를활용하지않는 D2D 통신의차이점을살펴본다. 그림 2. D2D 통신의절차 1. 단말탐색단계 D2D 통신을위한첫번째단계는단말탐색단계이다. 단말 탐색단계란각 D2D 단말이자신의주변에있는 D2D 통신이가능한다른단말들을탐색하는단계이다. 이단계에서각단말들은다른단말들이자신을탐색할수있도록탐색신호를송신하고다른단말들이보내는탐색신호를수신하여 D2D 통신이가능한다른단말들이범위내에있음을발견한다. 자세한과정에서는서로차이가있지만 Bluetooth의 inquiry process, Wi-Fi Direct의 group formation 단계에속하는 discovery 단계, FlashLinQ의 peer discovery단계등이단말탐색단계에속한다. 또한 LTE 표준의셀탐색도 D2D 통신의단말탐색단계와유사하다. 각단말은각각고유한탐색신호를통해자신에대한정보를제공하여자신의존재를알리면서서로식별할수있도록한다. 탐색신호는 FlashLinQ의단말탐색과정처럼시간-주파수자원에네트워크주소를매핑 (mapping) 하는방법 [5] 과 Wi-Fi Direct나 Bluetooth처럼 D2D 단말의정보를비콘 (beacon) 혹은 FHS (Frequency Hopping Synchronization) packet에실어보내는방법이있다 [1][2]. 단말탐색단계에서는단말탐색에서소모되는시간과전력의효율성이중요하다. 셀룰러네트워크기반의 D2D 통신의경우단말탐색단계가인프라를활용하지않는 D2D 통신에비해서시간과전력의면에서더효율적이다. 예를들어셀룰러네트워크기반의 D2D 통신의경우단말탐색을위해각단말이탐색신호를송신할시간과주파수의정보를기지국을통해 D2D 단말들이공유하면탐색시간과전력소모를줄일수있다. Wi- Fi Direct와 Bluetooth의단말탐색과정을살펴보면 D2D 통신을하고자하는단말이임의의시간에서단말탐색에사용하는주파수대역중의하나를임의로선택하여단말탐색을위한신호를전송하거나수신한다. 이러한방법은 D2D 단말들이인접해있는경우에도단말탐색에사용하는시간과주파수대역이달라단말탐색에오랜시간이걸리거나탐색에실패할수있다. 기지국을통한정보의공유없이도단말탐색의빈도를높이고전체주파수에서신호를수신하여탐색시간에있어셀룰러네트워크를기반으로한단말탐색과비슷한성능을내는방법이있지만전력소모의측면에서매우비효율적이다. 또한셀룰러네트워크를적극적으로활용하는경우에는셀룰러네트워크가세션 (session) 의송신단과수신단을분석하여단말탐색을도울수있다. 이방법에서기지국은세션을이용하는두단말이같은기지국에있음을감지하는역할을한다. 단말들이동일한기지국에존재하면단말들에게 D2D 통신이가능한지확인하기위한단말탐색을지정할수있다. 셀룰러네트워크가적극적으로 D2D 통신에개입하는이방법은셀룰러네트워크의부하는올라가지만단말탐색에서단말이소모하는자 98 정보와통신

3 원을크게줄일수있다. 셀룰러네트워크기반의단말탐색기술에대해서는 Ⅲ장에서자세히소개한다. 2. 링크생성단계 D2D 통신을위한두번째단계는링크생성단계이다. 링크생성단계에서는단말탐색단계에서발견한주변의 D2D 단말들중에서데이터를전송하고자하는단말과데이터전송을위한링크를맺는단계이다. 일반적으로하나의단말이링크생성을요청하는신호를다른단말에보내면해당단말이이신호를받고응답신호를보내면서링크를맺게된다. Wi-Fi Direct의 group formation단계에서 discovery이후의과정, Bluetooth 의 paging process, FlashLinQ의 paging이이에속한다. 3. 데이터전송단계단말탐색단계에서주변의단말을찾고링크생성단계를통해서데이터를주고받을단말들간에링크를맺고나면링크를맺은두단말은데이터를서로주고받게된다. 이단계를데이터전송단계라고한다. D2D 통신은기지국을통한통신에비해전력및주파수등의통신자원을더효율적으로사용하여통신할수있다. 일반적으로단말기와기지국의거리보다 D2D 단말간의거리가더가까운경우에 D2D 통신을하기때문에기지국을통해데이터전송을하는경우보다 D2D 단말간에직접데이터를주고받는것이전력측면에서더효율적이다. 또한기지국을거쳐서데이터를단말간에주고받게되면데이터전송이상향채널과하향채널에서두차례필요하기때문에전력소모, 주파수자원, 기지국부하등의측면에서 D2D 통신보다비효율적이다. 그리고 D2D 통신은하나의링크내에서는단말간의거리가가깝기때문에간섭을주는범위는셀룰러통신에비해서작다. 때문에동시에하나의기지국범위내에서도여러링크가동일한주파수에서통신이가능하여주파수재사용률을높일수있는장점이있다. 셀룰러네트워크를기반으로한 D2D 통신의경우데이터전송에있어서도인프라를활용하지않는 D2D 통신보다더효율적인전송이가능하다. D2D 통신의경우 D2D 링크간의간섭이있을수있고셀룰러통신과도간섭을일으킬수있기때문에무선자원관리를통한간섭제어가중요하다. 셀룰러네트워크를기반으로하면기지국이무선자원할당을하거나기지국이브로드캐스팅하는정보를통해 D2D 단말들이서로간의간섭이나셀룰러단말과의간섭을줄이기위해서분산적으로협력하는것이가능하기때문에효율적인자원활용이가능하다. 때문에네트워크를기반으로한링크간의간섭제어에대한다 양한연구도발표되고있다. 셀룰러네트워크를기반으로한 D2D 통신에서의데이터전송 기술의현황에대해서는 Ⅲ 장에서더자세히살펴본다. Ⅲ. 셀룰러네트워크기반의 D2D 통신기술현황 Ⅱ 장에서는 D2D 통신의절차에대하여살펴보면서셀룰러네 트워크기반의 D2D 통신이가지는장점에대해서소개하였다. 소개된셀룰러네트워크를기반으로한 D2D 통신이갖는장점 을극대화하고시스템전체성능을높이기위한다양한연구가 발표되고있다. Ⅲ 장에서는이러한셀룰러네트워크를기반으 로한 D2D 통신기술의현황을기기탐색단계와데이터전송 기술의단계로나누어살펴본다. 1. 단말탐색기술현황 셀룰러네트워크를기반으로한기기탐색기술은탐색하는단 말의대상에따라 a-priori 단말탐색기술과 a-posteriori 단 말탐색기술로나눌수있다 [6][7]. A-priori 단말탐색기술이 란세션존재여부와관계없이주변에서 D2D 통신이가능한단 말들을탐색하는기술이다. 반면에 a-posteriori 단말탐색기 술은탐색의대상을서로간에세션이이미존재하는 D2D 단말 들로한정하여탐색하는기술이다. A-priori 단말탐색기술은동시에여러단말들을기지국을 적게활용하면서탐색할수있는장점이있다. 하지만 D2D 단말 이주기적으로단말탐색을수행해야한다는단점이있다. 반면 에 a-posteriori 단말탐색기술은서로세션이있는단말만을 찾을수있기때문에잠재적인통신가능성이있는 D2D 단말들 도세션이없으면찾을수없으며기지국의부하가 a-priori 단 말탐색기술보다더크다는단점이있다. 하지만세션이있는 단말간에는효율적으로탐색을할수있는장점이있다. 1.1 A-priori 단말탐색기술 A-priori 단말탐색기술이란생성된세션에관계없이주변 의 D2D 단말에대해서단말탐색을수행하는탐색기술을의미 한다. Wi-Fi Direct 나 Bluetooth 의단말탐색기술도이범주 에들어간다고할수는있지만셀룰러네트워크를기반으로하 는 D2D 통신이아니기때문에본고에서는다루지않는다. 셀 룰러네트워크를기반으로한 a-priori 단말탐색기술에는기 JULY

지국의브로드캐스팅정보를이용하여단말을탐색하는방법과네트워크독립체 ( 가령, MME) 에등록 / 요청의과정을거쳐단말을탐색하는방법이제시되어있다. 첫번째 a-priori 단말탐색기술은그림 3과같이기지국의브로드캐스팅정보를이용해단말들이서로를탐색하는방법이다. 기지국은각단말이어느비콘에할당되었는지를 D2D 단말들에게지속적으로브로드캐스팅한다.

브로드캐스팅정보를이용한단말탐색두번째방법은그림 4와같이네트워크독립체에등록 / 요청절차를거쳐단말을탐색하는방법이다. 먼저비콘을보낼서버 (server) 단말이네트워크독립체에 D2D 통신이가능함을알림과동시에자신의단말, 서비스의정보를등록한다.

이는기지국이첫번째방법인브로드캐스팅정보를이용한방법보다단말탐색에서많은정보를단말에게제공하여단말들이단말탐색에서소모하는자원을절약하게해준다. 1.2 A-posteriori 단말탐색기술 A-posteriori 단말탐색기술이란각단말이이미생성된세션이있는다른단말들가운데동일한기지국내에존재하는단말을대상으로단말탐색을수행하는기술이다.

4 지국의브로드캐스팅정보를이용하여단말을탐색하는방법과네트워크독립체 ( 가령, MME) 에등록 / 요청의과정을거쳐단말을탐색하는방법이제시되어있다. 첫번째 a-priori 단말탐색기술은그림 3과같이기지국의브로드캐스팅정보를이용해단말들이서로를탐색하는방법이다. 기지국은각단말이어느비콘에할당되었는지를 D2D 단말들에게지속적으로브로드캐스팅한다. 각단말은브로드캐스팅정보를바탕으로자신에게할당된비콘을알수있다. 할당된비콘을정해진통신자원에서전송하여자신의존재를다른단말들에게알려준다. 또한각단말들은비콘을전송하지않는시간에기지국이브로드캐스팅한정보를바탕으로비콘을탐색하여주변에어떤 D2D 단말이있는지탐색한다. 그림 3. 브로드캐스팅정보를이용한단말탐색두번째방법은그림 4와같이네트워크독립체에등록 / 요청절차를거쳐단말을탐색하는방법이다. 먼저비콘을보낼서버 (server) 단말이네트워크독립체에 D2D 통신이가능함을알림과동시에자신의단말, 서비스의정보를등록한다. 네트워크독립체는 D2D 통신이가능한클라이언트 (client) 단말로부터요청이오면등록되어있는서버단말의정보를바탕으로하 여해당클라이언트단말과통신할서버단말이있는지확인하여 D2D 서버단말에비콘을보낼것을요청한다. 서버단말은요청된비콘을보내고클라이언트단말이이를수신함으로써 D2D 탐색과정이가능하다. 이는기지국이첫번째방법인브로드캐스팅정보를이용한방법보다단말탐색에서많은정보를단말에게제공하여단말들이단말탐색에서소모하는자원을절약하게해준다. 1.2 A-posteriori 단말탐색기술 A-posteriori 단말탐색기술이란각단말이이미생성된세션이있는다른단말들가운데동일한기지국내에존재하는단말을대상으로단말탐색을수행하는기술이다. A-posteriori 단말탐색기술은주변에있는임의의단말들을탐색하는 a-priori 단말탐색기술과는달리자신과이미세션을가지고있는단말이자신과 D2D 통신이가능한범위에있는지확인을하는과정이다. A-posteriori 단말탐색기술은세션이있는두단말이동일한기지국에존재하는지판별하는방법에따라토큰 (token) 을이용한방법과 IP (Internet protocol) 주소분석으로나뉜다. 토큰을이용한탐색기술은 < 그림 5> 와같이기지국이식별할수있는고유한토큰을이용하여세션이존재하는두단말이동일한기지국내에존재하는지판별하는방법이다. 생성된세션이있는단말들간에세션을이용하여토큰을주고받으면기지국은이토큰을식별하여하나의세션을가진두단말이동일기지국에있음을알수있다. 두단말이동일기지국에있다고판단되면기지국은하나의단말에는비콘을전송할것을요청하고다른단말에는그비콘의수신을요청한다. 비콘이정상적으로수신되면두단말이단말탐색을성공적으로마치게되고 D2D 통신이가능한범위에있는것으로판단하게된다. 그림 4. 네트워크독립체를이용한단말탐색 그림 5. 토큰을이용한단말탐색 100 정보와통신

IP 주소분석을이용한탐색기술은그림 6과같이세션의 IP 주소를분석하여송신단말과수신단말이동일한기지국에존재하는지확인하는방법이다. S/P-GW (Gateway) 에서 IP 주소분석을통해서두단말이동일한기지국에있다고판단되면토큰을이용한방법과같이하나의단말에는비콘전송을다른단말에는비콘의수신을요청한다. 비콘의수신이성공되면단말탐색에성공한것으로 D2D 통신이가능하다고판단한다.

이를수신한 D2D 단말이기지국으로부터의정보에기반하여셀룰러단말에간섭을적게주면서효율적인통신이가능한자원을선택하여데이터통신을수행한다. 이를통해간섭을줄일수있다. [10] 에서도 D2D 단말과셀룰러단말이서로미치는간섭의통계를바탕으로간섭의크기가작도록자원을선택하는기술을제시하고있다. 그림 6. IP 분석을통한단말탐색 2.

5 IP 주소분석을이용한탐색기술은그림 6과같이세션의 IP 주소를분석하여송신단말과수신단말이동일한기지국에존재하는지확인하는방법이다. S/P-GW (Gateway) 에서 IP 주소분석을통해서두단말이동일한기지국에있다고판단되면토큰을이용한방법과같이하나의단말에는비콘전송을다른단말에는비콘의수신을요청한다. 비콘의수신이성공되면단말탐색에성공한것으로 D2D 통신이가능하다고판단한다. 을최소화하기위해서각독립된자원마다간섭의크기가작은 D2D 단말과셀룰러단말의쌍을할당하여통신을하는방법을제시하였다. [9] 에서도셀룰러통신과 D2D 통신의간섭을최소화하는것을목표로한다. 이를위해 < 그림 7> 과같이 CCCH(common control channel) 에 D2D 단말과셀룰러단말간의간섭과관련된정보를실어서보낸다. 이를수신한 D2D 단말이기지국으로부터의정보에기반하여셀룰러단말에간섭을적게주면서효율적인통신이가능한자원을선택하여데이터통신을수행한다. 이를통해간섭을줄일수있다. [10] 에서도 D2D 단말과셀룰러단말이서로미치는간섭의통계를바탕으로간섭의크기가작도록자원을선택하는기술을제시하고있다. 그림 6. IP 분석을통한단말탐색 2. 데이터전송기술현황 데이터전송단계는 Ⅱ장에서소개한바와같이링크를맺은단말들간에데이터를주고받는단계이다. 셀룰러네트워크에기반한 D2D 통신에서데이터전송단계의효율을높이기위한다양한연구가활발히진행되고있다. 특히단말들간의간섭을줄이고전력을낮추어저전력고효율통신을하기위한다양한연구가발표되었다. 본고에서는데이터전송분야에서발표된기술들을자원할당, 전력조절, 모드선택의세가지기술로나누어살펴본다. 2.1 자원할당기술자원할당기술이란, 통신에필요한주파수및시간자원을각단말에할당하는기술을의미한다. 셀룰러네트워크에기반한 D2D 통신에서는자원할당을통해서동일한자원을이용하는 D2D 단말들간의간섭과 D2D 단말과셀룰러단말간의간섭을줄이려는다양한연구가발표되었다. 첫번째기술은 D2D 단말과셀룰러단말의위치정보나채널상태를이용하여서로간섭을적게미치는자원을 D2D 단말과셀룰러단말에할당하여데이터전송을하는방법이다 [8] [9][10]. [8] 에서는독립적인자원이다수가있을때각자원에서하나의셀룰러단말과하나의 D2D 링크가자원을공유하여통신하는모델을가정하였다. 셀룰러통신과 D2D 통신의간섭 그림7. 간섭완화를위한자원할당기술두번째기술은 D2D 단말의데이터전송에있어타임호핑 (time hopping) 방식을이용한다 [11]. 이를통해이논문에서제시하는 near-far 간섭문제를해결하려하였다. 제시된타임호핑방법은 < 그림 8> 과같이인접한 D2D 링크들을모아그룹화하고기지국으로부터 D2D 통신을위해할당받은자원에서고유한타임호핑을기반으로한스케쥴링기법에따라각링크그림8. 타임호핑을이용한간섭완화 JULY

6 에자원을할당하는기술이다. < 그림 8> 은 10 개의서브프레임 (subframe) 마다호핑하는예와호핑을사용하지않는예를비교하여보여주고있다. 그림에서 S1-S5는서로다른 D2D 링크를의미한다. [11] 에서는타임호핑을통해 D2D 링크간의간섭을완화함을보여주었다. 2.2 모드선택기술셀룰러네트워크를기반으로한 D2D 통신이가능한단말은 D2D 통신뿐만아니라기지국을통해데이터를주고받는일반적인셀룰러모드로통신하는것도가능하다. 또한 D2D 통신내에서도데이터전송에있어셀룰러통신과자원을공유하는재사용모드와 D2D 통신만을위해독립적인자원을할당하는전용자원할당모드가있다. < 그림 9> 를통해세가지모드의차이를알수있다. 이와같이다양한통신모드중에서데이터전송단계에서가장효율적인통신모드를선택하여전송하는기술이모드선택기술이다. 그림9. D2D 통신의세가지모드모드선택기술로는두가지기술이발표되었다. 첫번째로는단말이각모드에서가능한통신용량을계산하여가장큰통신용량을사용할수있는모드를선택하여통신하는방법이다 [12]. [12] 에서는재사용모드와전용할당모드를각각상향링크의자원을재사용하는모드와하향링크의자원을재사용하는모드로다시세분화하였다. 또한다중셀환경에서의간섭모델까지고려하여모드선택기술을제시하였다. 하지만단일셀내에서하나의 D2D 링크와하나의셀룰러단말이있는단순한모델을기반으로제시되었다는한계가있다. 모드선택기술로발표된두번째기술은셀내의단말들의최소 SINR값을만족시키는전력값의합을고려했을때전력값의합이최소가되도록단말들의모드를선택하는기술이다 [13]. 첫번째모드선택기술의모델에비교했을때다수의링크들과다수의독립적인주파수자원이존재하고각링크의 D2D 통신과셀룰러통신모드를동시에고려했다는점에서의미있는기 술이다. 첫번째기술이가장높은전송용량을목표로하는반면두번째기술은일정전송용량을넘으면서전송전력을낮추는것을목표로하는차이점이있다. 2.3 전력조절기술 D2D 단말들간에데이터전송이이루어질때송신단말에서사용하는전송전력이클수록수신단말에서의 SINR이크기때문에높은전송용량과낮은에러확률로통신을할수있다. 하지만동일한자원을사용하는셀룰러단말이나다른 D2D 단말이있는경우에는서로에게더큰간섭을미치기때문에시스템전체의성능을보았을때전송전력을최대로쓰는것이높은성능을의미하지는않는다. 따라서전송전력의크기는전체통신망의성능을올리기위해서는여러요소를고려하여결정되어야한다. 셀룰러통신망을기반으로한 D2D 통신에서전체통신망의성능을최대화하도록전송전력의크기를결정하는전력조절기술로여러가지기술이발표되었다. 첫번째기술은하나의 D2D 링크와하나의셀룰러단말이자원을공유하는모델에서통신용량의합을최대화하는기술이다 [14]. 이모델에대해서는기존의간섭채널의연구결과를이용하여쉽게전송전력을결정할수있다. 두링크가서로간섭을미치는환경에서는두링크에서모두최대전력으로전송하는경우나하나의링크는최대전력으로전송하고다른링크는전송을하지않는경우중에서최대전송용량을가진다. [14] 의모델에서도인용하며동일하게적용하였다. [14] 에서는여기에서나아가 D2D 링크와셀룰러단말이만족해야하는최소전송용량조건이있는경우에전송용량의합을최대화하기위한전송전력조절기술에대해서도제시되어있다. 또다른전력조절기술로는일정전송용량을만족하면서최소전력으로통신하는분산적전력조절기술이있다 [15]. 각 D2D 링크가 SINR 정보를수신단에서송신단으로피드백 (feedback) 하면서분산적으로전력조절하는알고리즘을제시하였다. 일정 SINR을만족하면서전력을최소화한다는점에서 [13] 과유사하지만 [13] 에서는모드선택을통해전력을최소화하는반면에 [15] 는피드백을이용한전력조절을반복적으로수행하면서전력을최소화한다는차이가있다. 전력조절기술로발표된세번째연구는전력조절에관한다양한모델에서의성능을분석하고전력조절을위한새로운알고리즘을제시한연구이다 [16]. [16] 에서는아래의 3), 4) 의알고리즘을새롭게제시하고아래의네가지전송전력조절기술의성능을비교하였다. 1) D2D 단말이고정된전송전력을사용. 102 정보와통신

7 2) D2D 단말이고정된 SINR을만족하는전송전력을사용. 3) D2D 단말이 LTE의 uplink 전력조절을고려하여전송전력을 open loop로결정. 4) D2D 단말이 LTE의 uplink 전력조절에기반하여피드백받은 SINR 값을고려하여고정된 SINR 값을만족하도록전송전력을 closed loop로결정. [17] 에서는앞에서다룬다른연구결과와는달리자원할당, 모드선택, 전력조절을동시에고려하여전력을최소화하기위한통합된최적화문제를다루고있다. Ⅳ. 결론 본고에서는셀룰러네트워크기반의 D2D 통신을소개하고관련기술의현황을살펴보았다. 특히관련기술의현황을단말탐색기술과데이터전송의단계로나누어최근발표된연구를주제별로묶어소개하였다. D2D 통신은최근트래픽의양이증가하고있는소셜네트워크, 모바일광고등에적합하며, 기존의통신방법보다더효율적인통신이가능하다. 특히셀룰러네트워크를기반으로한 D2D 통신은높은자원효율성으로인해많은연구가진행되고있다. 이러한연구의결과어떠한형태의 D2D 통신표준기술이개발될것이며, 또한이러한 D2D 통신기술이차세대무선이동네트워크에서어떤역할을하게될지크게기대가되는바이다. Acknowledgement 본고는 LG전자주식회사의지원을받아수행된연구결과임. 참고문헌 [1] Bluetooth SIG, Specification of the Bluetooth System-Version 4.0, Apr [2] Wi-Fi Alliance, P2P technical group, Wi-Fi Peer-to- Peer (P2P) technical specification v1.0, Dec [3] X. Wu, S. Tavildar, S. Shakkottai, T. ichardson, J. Li, R. Laroia, and A. Jovicic, Flashlinq: A synchronous distributed scheduler for peer-to-peer ad hoc network, in Proc. IEEE Allerton Conference, pp , Sep [4] R. Laroia, J. Li, V. Park, T. Richardson, and G. Tsirtsis, Toward proximity-aware internetworking, IEEE Wireless Communications, vol.17, no.6, pp.26-33, Dec [5] J. Li, R. Laroia, S. Tavildar, T. Richardson, X. Wu, and L. Grokop, Coding methods of communicating identifiers in peer discovery in a peer-to-peer network, US Patent App. Pub., US 2009/ A1. [6] G. Fodor, E. Dahlman, G. Mildh, S. Parkvall, N. Reider, G. Miklós, and Z. Turányi, Design aspects of network assisted device-to-device communications, IEEE Communications Magazine, vol. 50, no. 3, pp , March [7] K. Doppler, M. Rinne, C. Wijting, C. Ribeiro, and K. Hugl, Device-to-device communication as an underlay to LTE-advanced networks, IEEE Communications Magazine, vol. 47, no. 12, pp , Dec [8] P. Janis, V. Koivunen, C. Ribeiro, J. Korhonen, K. Doppler, and K. Hugl, Interference-aware resource allocation for device-to-device radio underlaying cellular networks, in Proc. IEEE Vehicular Technology Conference Spring, [9] S. Xu, H. Wang, T. Chen, Q. Huang, and T. Peng, Effective interference cancellation scheme for device-to device communication underlaying cellular networks, in Proc. IEEE Vehicular Technology Conference Fall, [10] T. Peng, Q. Lu, H. Wang, S. Xu, and W. Wang, Interference avoidance mechanism in the hybrid cellular and device-to-device systems, in Proc. IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, pp , Sept [11] T. Chen, G. Charbit, and S. Hakola, Time hopping for device-to-device communication in LTE cellular system, in Proc. IEEE Wireless Communications and Networking Conference, [12] K. Doppler, C.-H. Yu, C. B. Ribeiro, and P. Janis, Mode selection for device-to-device communication underlaying an LTE-Advanced network, in Proc. IEEE Wireless Communications and Networking Conference, JULY

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8 [13] S. Hakola, T. Chen, J. Lehtomaki, and T. Koskela, Device-to-Device (D2D) communication in cellular network - performance analysis of optimum and practical communication mode selection, in Proc. IEEE Wireless Communications and Networking Conference, pp. 1-6, Jul [14] C.-H. Yu, O. Tirkkonen, K. Doppler, and C. B. Ribeiro, Power optimization of device-to-device communication underlaying cellular communication, in Proc. IEEE International Conference on Communications, pp. 1-5, Apr [15] G. Fodor, and N. Reideer, A distributed power control scheme for cellular network assisted D2D communications, in Proc. IEEE Global Telecommunications Conference, pp.1-6, Dec [16] H. Xing, and S. Hakola, The investigation of power control schemes for a device-to-device communication integrated into OFDMA cellular system, in Proc. IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, pp , Sep [17] M. Belleschi, G. Fodor, and A. Abrardo, Performance analysis of a distributed resource allocation scheme for D2D communications in Proc. IEEE Global Telecommunications Conference Workshop, pp , Dec 성선익 홍종우 김경수 약력 2008년포항공과대학교전자전기공학과공학사 2008년 ~ 현재서울대학교전기 컴퓨터공학부석박사통합과정관심분야 : D2D 통신, 차세대셀룰러통신, MIMO 기술 2005년경희대학교전파공학과공학사 2007년한양대학교전자공학과공학석사 2007년 ~2009년삼성전자통신연구소 2009년 ~2011년삼성전자네트워크사업부 2011년 ~ 현재서울대학교전기 컴퓨터공학부박사과정관심분야 : D2D 통신, 차세대셀룰러통신, CoMP 2011년서울대학교전기 정보공학부공학사 2011년 ~ 현재서울대학교전기 컴퓨터공학부석사과정관심분야 : D2D 통신, 차세대셀룰러통신, WLAN 기술 2011년포항공과대학교전자전기공학과공학사 2011년 ~ 현재서울대학교전기 컴퓨터공학부석사과정관심분야 : D2D 통신, 차세대셀룰러통신, 펨토셀 박승일 박천우 2011년 Xidian University, School of Telecommunications Engineering, 공학사 2011년 ~ 현재서울대학교전기 컴퓨터공학부석사과정관심분야 : D2D 통신, 차세대셀룰러통신, WLAN기술 104 정보와통신

관심분야 : 4G/5G Wireless, WLAN 이광복 1982년 University of Toronto 공학사 1986년 University of Toronto 석사 1990년 McMaster University 박사 1990년 ~

9 약력 최성현 1992년 KAIST 전기전자공학과공학사 1994년 KAIST 전기전자공학과공학석사 1999년미시간대학교대학원전기컴퓨터공학박사 1999년 ~2002년미국필립스연구소연구원 2002년 ~ 현재서울대학교전기정보공학부교수 2007년제2회미국전기전자학회, 대한전자공학회 IT젊은공학자상 2008년제11회젊은과학자상. 관심분야 : 4G/5G Wireless, WLAN 이광복 1982년 University of Toronto 공학사 1986년 University of Toronto 석사 1990년 McMaster University 박사 1990년 ~ 1996년미국모토로라 Senior Staff Engineer 1996년 ~ 현재서울대학교전기정보공학부정교수 2007년 ~ 2009년서울대학교뉴미디어통신공동연구소소장 2011년제 9회한국공학상수상 2011년 ~ 현재 IEEE 석학회원 (fellow) 2011년 ~ 현재서울대학교전기 정보공학부학부장관심분야 : MIMO, Cooperative communication, WLAN, M2M, D2D JULY

이도경, 최덕재 Dokyeong Lee, Deokjai Choi 1. 서론

이도경, 최덕재 Dokyeong Lee, Deokjai Choi 1. 서론 2. 관련연구 2.1 MQTT 프로토콜 Fig. 1. Topic-based Publish/Subscribe Communication Model. Table 1. Delivery and Guarantee by MQTT QoS Level 2.1 MQTT-SN 프로토콜 Fig. 2. MQTT-SN