Multicast communications has been researched for many years to achieve high throughput and good fairness simultaneously, which have trade-off relationship. Recently, cooperative multicast scheduling scheme is proposed as one of promising solution for its trade-off characteristics by conducting user cooperation among group members. However, it makes significant relay power consumption for user cooperation, since all of group member in good channel condition should relay without checking whether there is at least on users requesting relay or not in transmission boundary. Therefore, in order to solve this inefficiency, we proposed the energy efficient relay selection based on cooperative multicast (EECM) scheme. We can achieve reduced unnecessary relay power expenditure by selecting relay users with consideration of nearby user condition. Also, energy efficient multicast coverage and relay coverage should be considered to reduce total power con-sumption. Therefore, we also proposed the energy efficient multicast coverage and relay coverage which min-imize the total power consumption of base station and relay mobile terminals. The performance results with the numerical analysis reveal that proposed scheme offers less energy consumption than the existing solution with almost same throughput performance. Also, in case of energy efficient multicast coverage, it minimizes total power consumption.
멀티캐스트 기법은 고효율의 throughput과 fairness를 동시에 얻기 위해서 많은 기간 동안 연구되어 왔다. 멀티캐스트 기법에서 throughput과 fairness는 trade-off 관계를 갖기 때문에 이 두 성능을 모두 만족시키기 위한 해결책이 필요하다. 따라서 최근에는 협력통신과 멀티캐스트 기법을 결합한 협력멀티캐스트 기법이 소개되었다. 이 기법은 유저의 협력을 통해서 멀티캐스트에서의 trade-off 특성을 해결하는 것을 목적으로 했다. 이 기법은 멀티캐스트 기법을 통해 고속의 데이터율을 보장하면서도 유저들간의 협력통신을 통해 전체 throughput을 향상시켰지만 전체 전력소비에 관해서는 고려가 되지 않았다. 이러한 장점에도 불구하고 기존의 협력멀티캐스트 기법은 멀티캐스트로 데이터를 받은 유저가 주위에 릴레이를 받을 유저가 없을 경우에도 협력통신을 통해 데이터를 릴레이 해주기 때문에 불필요한 릴레이 전력소비가 발생하게 된다. 따라서 이러한 에너지 관점에서의 비효율성을 해결하기 위해서, 우리는 협력 멀티캐스트 기법에서 에너지 효율적인 릴레이 선택 기법 (EECM)을 제안했다. 이 기법은 주위에 릴레이를 받을 유저가 있을 경우에만 릴레이 모바일 터미널로 선택되어 데이터를 릴레이 한다. 따라서 이 방법을 사용하면 릴레이 전력소비를 줄일 수 있기 때문에 전체인 전력소비를 줄일 수 있는 장점을 가지게 된다.
또한 릴레이 모바일 터미널을 선택하기 위해서 우리는 새로운 네트워크 프로토콜을 제안했다. 기존의 협력멀티캐스트 기법에서는 two phase 통신을 사용하는데, phase Ⅰ 에서는 멀티캐스트로 기지국이 데이터를 전송하고 phase Ⅱ에서는 협력통신을 사용해 phase Ⅰ에서 데이터를 받은 유저가 자신의 전송반경만큼 데이터를 릴레이 해준다. 따라서 우리가 제안한 프로토콜에서는 phase Ⅰ과 phase Ⅱ 사이에 beacon frame을 추가해서 릴레이 터미널을 선택하게 된다. 멀티캐스트 전송이 끝나고 beacon frame에서 기지국은 비콘 메시지를 모든 유저가 받을 수 있도록 낮은 데이터율로 전송한다. 비콘 메시지 전송이 끝나고 이 메시지를 받은 유저들은 자신이 phase Ⅰ에서 데이터를 받았을 경우 비콘 메시지를 버리고, 받지 않았을 경우에는 비콘 메시지를 자신의 전송반경만큼 브로드캐스트 해준다. 최종적으로 주위 모바일 터미널로부터 비콘 메시지를 받은 유저가 릴레이 모바일 터미널로 결정이 되고 phase Ⅱ에서 릴레이를 통해 데이터를 전송한다. 이 경우 beacon 메시지가 전체 다운링크 버스트에서 차지하는 비율이 매우 작기 때문에 전체적인 throughput에 거의 영향을 미치지 않는다. 따라서 제안된 EECM기법은 전체 전력소비량, throughput, fairness를 모두 만족시킬 수 있다.
또한 에너지 효율적인 멀티캐스트 커버리지와 릴레이 커버리지를 결정하는 것이 중요한 이슈이므로 본 논문에서는 에너지 효율적인 커버리지 결정에 대해서도 고민을 했다. 기지국과 모바일 터미널의 전력소비는 전송반경에 비례해서 결정되기 때문에 멀티캐스트 기법과 협력통신을 결합해서 사용하는 경우에는 멀티캐스트 반경과 협력통신 반경이 동시에 고려되어야 한다. 따라서 우리는 전체 전력소비를 줄이는 에너지 효율적인 멀티캐스트 반경과 릴레이 반경 결정 기법을 제안했다.
따라서 제안된 기법을 사용했을 경우에는 기존의 방식보다 릴레이 모바일 터미널 선택 확률이 약 50%정도로 줄어드는 것을 알 수 있었고, 이에 따라 전체 전력소비 또한 15%이상 절약되는 것을 알 수 있었다. 다운링크에서 beacon message가 차지하는 비율이 매우 작기 때문에 전체 throughput에 관해서도 매우 근소한 차이를 보였기 때문에 전력소비를 줄이기 위해 throughput 성능이 나빠지지 않는다. 또한 에너지 효율적인 커버리지를 찾았을 경우에는 전체 전력소비를 최소화할 수 있었으며 기존의 멀티캐스트 기법만 사용할 경우와 비교했을 때 약 10%이상의 전력을 절약할 수 있었다.
