LTE 시스템에서 IoT 서비스를 위한 효율적 자원 할당 기법

Abstract

차세대 통신 서비스의 새로운 분야로 IoT 서비스가 조명 받으면서, IoT 단말의 수가 급격하게 증가하고 있다. 급증하는 모바일 단말과 트래픽을 수용하기 위해서, 5G 이동통신시스템은 기존 이동통신시스템 대비 속도, 용량, 지연시간 등의 측면에서 1000배의 성능 향상을 목표로 연구하고 있다. 본 논문에서는 기존 LTE 시스템의 단말 수요 한계를 극복하기 위해, 5G 이동통신시스템의 단말 수용 요구사항인 셀 당 100,000개의 단말을 수용할 수 있는 시뮬레이터를 개발하였다. 또한, 개발한 시뮬레이터를 이용하여 전체 프리앰블 개수, 프리앰블 최대 전송 횟수, MSG2 window size, backoff indicator 변화가 RA 성능에 끼치는 영향을 분석하였다. 이 시뮬레이터는 OPNET을 이용하여 개발하였으며, OPNET에서 제공하는 기존 LTE 모듈에서 수용할 수 있는 단말 수의 한계를 극복하였다. 개발한 시뮬레이터는 현재 사용되고 있는 LTE 시스템을 이용하여 초다수 단말에 대한 서비스를 수행할 때, RA에 의해 단말의 접속이 제한되는 사항을 확인할 수 있고, LTE 시스템의 틀을 유지하는 전제 하에 다양한 파라미터를 변경시키면서 단말 수용 정도에 대한 성능을 분석할 수 있다. 성능분석 결과를 통하여 초다수 단말 환경에서 RA의 메시지 교환절차 시, PDCCH 자원의 한계로 인한 접속 성공률 저하의 문제점을 확인하였고, 이 문제점을 개선하기 위해, 전체 단말 수에 따른 프리앰블 수 및 PDCCH 당 RAR 수 추정을 통한 효율적 자원 할당 기법을 제안하였다. 제안한 효율적 자원 할당 기법의 시뮬레이션 결과, 성공률, 충돌률, 평균 지연시간의 측면에서 RA 성능이 크게 개선되었다. 본 연구 결과를 기반으로, 5G 이동통신시스템으로의 전환과 5G 및 IoT 관련 표준화 활동에 활용 가능할 것으로 기대한다.