- unicast, broadcast, multicast -

여러 노드가 동시에 통신을 하는 네트워크 환경에서 하나의 소스 노
드가하나 또는 여러 개의 목적 노드에 정보를 전송하는 상황에는 unicast, broadcast, multicast가 있다. 그 중 멀티캐스트란 소스 노드가 같은 정보를 여러 개의 목적 노드에 전달하는 것을 말한다. 멀티캐스트 네트워크에서는 기존의 라우팅(routing) 기법 보다 좋은 성능을 내는 새로운 형태의 정보 전달 기법이 필요한데, 이것이 바로 네트워크 코딩이다.

네트워크 코딩은 10여년 전 정보이론 분야에서 유선 네트워크 상황을 가정하고 처음 만들어진 것으로, 노드에 들어오는 정보들간의 연산을 통해 다른 노드로 정보를 전달함으로써 최대 전송 효율을 얻을 수 있는 기법이다. 최근에는 유선 네트워크에서의 네트워크 코딩을 무선과 같이 잡음과 간섭이 있는 보다 일반적인 환경으로 확장하려는 시도가 많이 있어왔다. 하지만 네트워크 코딩을 그러한 환경으로 완전히 이론화하여 확장한 사례는 없었는데, 본 연구에서는 멀티캐스트 네트워크 코딩을 다중소스 노드와 잡음 및 간섭이 있는 매우 일반적인 환경으로 이론화하여 확장하는데 성공하였다.

우선, 아주 일반적인 N-node DM-MMN (Discrete MemorylessMulti-source Multicast Network) 모델을 가정한다. 모델은 N개의 노드로 구성되며, 이 중 i번째 노드는 심볼 Yi를 전송하고 동시에 심볼 를 받는다. p(y1,…yN|x1,…,xN)는 Xi와 Yi간의 관계를 확률적으로 모델링한 것이다. 각 노드는 자신이 가진 정보와 다른 노드로부터 받은 신호를 결합하여 전송 신호를 만들어 내고,이렇게 정보를 송수신하는 과정을 반복적으로 수행하여 최종적으로 원하는 목적 노드(destinationnode)에 자신의 정보를 전달하게 된다.

- N-node DM-MMN model -

최종 연구 결과는 아래와 같이 단 한 줄의 식으로 표현된다. 이 결과
는 DM-MMN 모델에서 커패시티(capacity) 가 최소한 아래 정리의 식으로 표시되는 양은 포함함을 뜻한다. 정보이 론에서 커패시티란, 어떤 통신 환경이 주어져 있을 때 통신의 근본적인 한계를 나타내는 값으로, 전송 가능한 최대 정보량으로 생각할 수 있다.

커패시티를 안다는 것은 그 이상의 좋은 성능은 어떠한 방법으로도 달성할 수 없음을 뜻한다. 이번 연구 성과는 현재까지의 일반적인 네트워크에서 동작하는 방식 중 정보이론적 커패시티에 가장 근접한 성능을 달성한 것이다.

본 연구는 매우 일반적인 DM-MMN 모델을 가정하고 있기 때문에매우 다양한 환경에 적용할 수 있으며, 더불어 현재까지 정보이론 분야에 서 매우 중요하게 여겨지고 있는 아래의 여러 핵심 이론들을 모두 포괄한다.

- Max-flow min-cut theorem
- Compress-forward for 3-node relay channel
- Network coding
- Wireless erasure networks
- Deterministic relay networks

이번 연구 성과는 정보이론의 이론적 바탕을 개척한 것인 만큼 수많
은 분야에서의 응용이 기대되며, 그 중 무선 네트워크 분야를 한 예로 들수 있다.
최근 스마트폰의 사용에 따라 무선 인터넷 사용량이 폭발적으로 증가하고 있고, 많은 이들이 현재의 무선 통신 시스템으로는 늘어나 트래픽을 더 이상 감당할 수 없는 상황이 곧 도래할 것이라 예측한다.
이에 따라 기존의 무선 통신 시스템의 근본적인 한계를 뛰어 넘는 새로 운 원천 기술의 필요성이 제시 되고 있는데, 이번 연구 성과가 향후 10~20년간 무선 통신에서 개발 될 원천 기술의 이론적 기틀이 될 것이라 전망한다.

자료출처 : KAIST 전기및전자과 EE-Newsletter 발췌