The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences (한국통신학회논문지)

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Optimal Cell Selection Scheme for Load Balancing in Heterogeneous Radio Access Networks

이종 무선 접속망에서의 과부하 분산을 위한 최적의 셀 선정 기법

  • 이형준 (이화여자대학교 컴퓨터공학과 무선네트워크시스템 연구실)
  • Received : 2012.10.25
  • Accepted : 2012.11.26
  • Published : 2012.12.28
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Abstract

We propose a cell selection and resource allocation scheme that assigns users to nearby accessible cells in heterogeneous wireless networks consisting of macrocell, femtocells, and Wi-Fi access points, under overload situation. Given the current power level of all accessible cells nearby users, the proposed scheme finds all possible cell assignment mappings of which user should connect to which cell to maximize the number of users that the network can accommodate at the same time. We formulate the cell selection problem with heterogeneous cells into an optimization problem of binary integer programming, and compute the optimal solution. We evaluate the proposed algorithm in terms of network access failure compared to a local ad-hoc based cell selection scheme used in practical systems using network level simulations. We demonstrate that our cell selection algorithm dramatically reduces network access failure in overload situation by fully leveraging network resources evenly across heterogeneous networks. We also validate the practical feasibility in terms of computational complexity of our binary integer program by measuring the computation time with respect to the number of users.

스마트폰의 급격한 보급에 따른 무선 접속망의 과부하 문제가 네트워크에서 중요한 문제로 부각되고 있다. 이 논문에서는 매크로 셀, 펨토 셀, 와이파이 접속망으로 다양하게 구성되어 있는 현재 이종 네트워크에서 접속망 과부하 문제를 해결하기 위한 최적의 셀 선정 기법과 리소스 할당 기법을 제안한다. 주어진 현재 서비스 부하 상태에서 네트워크가 동시에 추가 수용할 수 있는 사용자 수를 최대화할 수 있는 사용자-셀 간의 선정 기법을 제공한다. 이를 위해 이종 무선 접속망에서의 셀 선정 문제를 이진 정수계획 모형으로 최적화 문제를 수립하고, 이를 최적화 해법 도구를 이용하여 접속망 과부하를 억제할 수 있는 최적의 셀 선정 기법을 도출한다. 네트워크 레벨 시뮬레이션을 통해 이 논문에서 제안된 기법이 현재 무선 접속망에서 주로 사용되고 있는 국소적 셀 선정기법에 비해, 과부하가 걸린 무선 접속망에서 주어진 여러 셀들을 최대한 균등하게 효율적으로 활용함으로써 현저하게 네트워크 접속 장애율을 감소시킬 수 있음을 보인다. 또한 논문에서 사용된 이진 정수계획 모형의 최적화 문제를 푸는 데 소요되는 계산 복잡도에 대한 실험을 통해 제안된 알고리즘의 실용 가능성에 대해서 검증한다.

Keywords

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