사용자 인 더 루프

User-in-the-loop
때때로 사용자에게 지시하여 시스템의 성능을 향상시키기 위한 루프 내의 사용자 개념.

UIL(User-in-the-Loop)은 기술(예: 네트워크)이 인간 사용자(Layer 8)를 참여시킴으로써 성능 목표를 개선할 수 있다는 개념을 말한다. 그 아이디어는 다양한 기술 분야에 적용될 수 있다. UIL은 네트워크의 인간 사용자가 그 네트워크에서 가장 똑똑하지만 예측 불가능한 단위라고 가정한다. 게다가, 인간 사용자는 종종 그들이 감지하는 특정한 (입력) 값들을 가지고 있다. (대부분은 관찰할 수 있지만, 음향 또는 촉각적 피드백은 상상할 수 있다: 속도계와 같은 어떤 저항을 주는 자동차 안의 가스 페달을 상상한다.) 현명한 의사결정과 관찰된 가치의 두 요소는 더 큰 목표를 개선하는 데 도움이 될 수 있다.

입력 값은 인간 사용자가 시스템의 전반적인 성능을 향상시키는 특정한 방식으로 행동하도록 장려/장려하기 위한 것이다. UIL과 관련된 역사적인 구현의 한 예가 전력 사용자들에게 가격표가 소개되는 전력 네트워크에 나타났다. 예를 들어, 이 가격표는 오프피크, 미드피크 및 온피크 기간에 따라 전기 값을 구분한다. 그러나, 이것은 개방 루프 제어다. UIL은 실제로 닫힌 루프 제어를 허용한다. 즉, 사용자가 루프에 들어가도록 한다.[clarify] 비동질적인 가격결정 패턴에 직면하게 되면, 인간 사용자는 그에 따라 전력소비를 변화시킴으로써 대응하게 되고, 이는 결국 전력에 대한 접근의 전반적인 향상으로 이어진다(피크시간 소비 감소). 최근에는 무선통신(셀룰러 네트워크)에도 UIL이 도입되고 있다.[1][2]

대역폭(주파수)을 포함한 무선 자원은 점점 부족한 자원이며, 무선 네트워크에 대한 현재의 수요는 대부분 공급량 이하인 반면(기술 제한에 근거한 무선 링크의 잠재 용량) 수요의 급속하고 기하급수적인 증가는 무선 접속을 점점 더 소모적으로 만들 것이다.몇 년 만에 자원을 확보하다 혁신적인 신세대 셀룰러 시스템, 보다 효율적인 자원배분, 인지라디오, 머신러닝 등 이러한 관점에 대한 통상적인 기술적 대응은 분명히 필요하지만, 시스템의 주요 자원, 즉 사용자들을 무시하는 것 같다. 무선 사용자는 차별화된 가격 책정 등 인센티브를 도입하여 "무선 행동"을 변경하도록 권장할 수 있다.[3] 또한 환경에 대한 증가하는 우려와 무선 사용의 상당하지만 보이지 않는 환경적 효과는 "친환경" 사용자가 탄소 발자국을 줄이기 위해 무선 행동을 바꾸도록 설득하기 위해 이용할 수 있다.

무선 통신에 사용되는 UIL을 스마트 통신 그리드라고 한다. 혼잡한 시간대에 불량 연계 적응이나 과도한 사용의 장소를 피하고자 한다.

개요

인센티브를 주고 페널티를 주는 다양한 방법과는 무관하게 사용자 블록의 결과는 공간적, 시간적 또는 전혀 반응이 없다. Spatial UIL은 사용자가 위치를 더 나은 위치(WiFi 네트워크의 일반적인 관행처럼)로 변경하는 것을 의미한다. Temporary UIL은 (다른 시간에 계속되거나, 폐기되거나, 가정에서 유선 네트워크로 오프로드되는) 현재 시간에 수요가 회피되는 것을 의미한다. 인센티브는 대개 완전히 동적인 관세다. 이것은 혼잡시 사용자 수요를 형성한다. UIL은 교통수요를 수용력 이하로 지속가능한 수준으로 안정시키는 것을 목표로 하고 있다. 셀룰러 네트워크에서, 그것은 트래픽이 항상 용량 이하로 유지되도록 돕는다.

공간 UIL 제어

UIL의 일반적인 관점은 그림에서 보여진다. UIL 개념에서는 컨트롤러가 사용자에게 필요한 정보를 주기 때문에 사용자가 현재 위치를 A 지점에서 B 지점으로 자발적으로 변경할 것으로 예상된다. 지점 A에서의 현재 신호 품질 및/또는 제어기에 의해 알려진 스펙트럼 효율. 또한 평균 신호 품질 및/또는 스펙트럼 효율은 이전 측정의 데이터베이스에서 네트워크의 모든 위치에 대해 알려져 있다. 그 후, 네트워크는 필요한 정보를 제공하고 사용자에게 더 나은 위치를 제안한다. 이동 전에 사용자는 B 지점과 A 지점 사이의 효용 장점을 알고 있다. 이러한 효용 장점은 재정적(음성 통화에 대한 할인) 및/또는 증가된 데이터 속도(최상의 노력의 데이터 트래픽)일 수 있다. 네트워크는 (어느 방향으로) 이동할 것인지에 대한 정보를 제공하고 있다. 결정을 내리기 전에 사용자는 필요한 모든 정보(할인율, 증가된 데이터 속도, 다음 개선 단계는 어디까지인가)를 모두 보유해야 한다. 결국 사용자의 일정 부분은 이동에 참여하고 나머지는 제자리에 머무르게 되는데, 여기에는 움직일 수 없거나 이동을 원하지 않거나 이동 동기가 충분하지 않은 모든 사용자가 포함된다. 사용자가 이동을 결정하면 그림의 사용자 블록은 새로운 위치 B를 출력한다. 이 확률은 거리와 주어진 인센티브 효용에 따라 달라진다. 대상 스펙트럼 효율은 사용자가 이동 후 달성해야 하는 최소 스펙트럼 효율이다(대상 값은 현재 값보다 커야 한다).[4]

시간적 UIL 제어

셀룰러 네트워크의 수요 증가는 정액 요금제에 의해 촉진된다. 그것은 심한 꼬리 교통 분배를 촉진하고 무한 수요 증가를 이끈다. 요즘은 무한 수요 증가 때문에 가격 정책이 바뀌기 시작하고 있다. 결국 일부 운영자들은 캡으로 정액 요금을 부과하기 시작했지만, 이것은 일시적인 해결책이다. 좀 더 정교한 해결책, 사용량에 따른 가격 책정이 문헌에 제시되어 있지만, 그것만으로는 바쁜 시간대의 혼잡 문제를 해결하지 못한다. UIL에서는 한 단계 더 나아가 완전히 동적인 사용량 기반 가격이 제시된다.[3] 이 동적 가격은 사용자가 서비스 이용 여부를 결정할 수 있도록 UT(사용자 단말기)에 표시된다. 주요 아이디어는 매우 명확하다. 사용자가 세션 가격이 상승할 때 트래픽이 줄어들 것이다. 결과적으로, 가격 책정 방법은 전기 관세 및 스마트 그리드 애플리케이션과 같은 사용자 행동과 트래픽을 변경하고, 최고의 응답과 훈련을 가능하게 하는 초의 순서의 즉각적인 피드백과 지연 시간 때문에 그것보다 훨씬 더 우수할 것이다.

혜택들

User-in-the-Loop 애플리케이션은 에너지와 화석연료의 과도한 소비와 같이 제한된 자원이 소비되고 사회나 환경에 부정적인 영향을 피해야 하는 모든 분야에서 가능하다.

UIL을 사용하는 이유는 다양하다. 무선 통신에서는 향후 10년 이내에 데이터 전송률이 증가하는 문제가 증가하고 있다.[5][6][7][8] 스마트폰과 노트북 동글은 트래픽이 매년 100%씩 증가할 것이며 이는 지난 5년간 이미 관찰된 추세다. 기존의 4G, 5G 이상으로는 이 같은 증가 속도로는 수요를 따라갈 수 없기 때문에 모든 트래픽을 전달하기 위해 용량을 초과 크기화하는 방식은 더욱 어려워질 것이다.[9] 에너지 소비와 친환경화 또한 미래에 더욱 중요해지고 있다. 용량 기술의 증가가 어떤 것을 제공하든지 간에, 더 빠른 트래픽 증가에 의해 곧 식어버릴 것이다. 새로운 접근법은 피코와 펨토셀과 같은 훨씬 더 많은 돈과 힘을 소비해야 한다. UIL 접근방식은 직교적이며 더 많은 자본비용과 전력을[clarify] 요구하지 않는다. UIL은 스펙트럼 효율을 상당히 높일 수 있다.[2]

인센티브

UIL 컨트롤러와 사용자 박스 사이의 인터페이스는 정보와 인센티브로 구성된다. 정보는 사용자 산출물의 변경이 (시스템, 커뮤니티, 사회에) 유익할 것이라는 단순한 지식이다. 그러나, 이타주의는 충분히 광범위하지 않고 사람들은 자유사회에서 이기적인 전략을 선호하는 경향이 있기 때문에 대부분의 경우 사용자가 자신의 기본 행동을 정말로 바꾸도록 하기 위해 추가 인센티브가 필요할 수 있다(게임 이론 참조). 이 딜레마를 '서민의 비극'이라고 부른다. 따라서 효용 극대화에 의해 추진되는 호모 이코노미우스 모델을 제1차 순서에서 가정하고 호모 이코노미우스 모델은 제2차 순서의 효과에 대해서만 호모 이코노미우스 모델을 답습하는 것이 합리적이다.

인센티브는 금전적 측면(사용에 대한 더 낮은 비율) 또는 돈으로 환산하거나 그렇지 않을 수 있는 기타 유익한 보너스로 이루어질 수 있다. 예를 들어 사용자가 수행하는 모든 공간 이동에 대해 수 마일의 상용 비행 프로그램을 들 수 있다. 무선 네트워크의 또 다른 이점은 사용자에게 더 높은 비트 전송률을 부여하지만, 준수하는 사용자에게만 해당된다. 부정적인 인센티브는 벌칙의 형태로도 가능하지만, 심리학적으로 긍정적인 인센티브가 더 효과적이라는 것을 시사한다. 사용자가 이러한 상황에서 시스템을 사용하지 못하도록 하기 위해 현재 시간 또는 위치의 총 목표(바쁜 시간, 혼잡 상황, 잘못된 링크 적응)에 대해 시스템 사용이 나쁜 경우 위약금이 부과될 수 있다. 대신, 하루 중 더 좋은 장소나 시간에 위약금 없이 사용할 수 있을 것이다.

응용 프로그램의 예

  • 사용자가 다른 위치에서 작업을 수행하도록 동기 부여(예: 무선 셀룰러 네트워크에서 더 나은 스펙트럼 효율성 위치)[1][2][4]
  • 사용자에게 현재 시간(바쁜 시간)에는 특정 작업을 수행하지 않도록 설득하지만 더 나은 시간.[1][3]
  • 스마트 그리드의 수요 대응
  • 긍정적인 목표를 향한 사용자 행동 제어
  • 용량/수요, 로드 밸런싱이라고도 함
  • 유틸리티 사용: 전기, 가스, 물
  • 인프라 건물의[10] 긴급 대피 시 사이버 물리 시스템
  • 안전한 시스템 설계[11]
  • 운송, 난방, 산업용 화석 연료 사용량
  • 어떤 종류의 것이든 빠른 동적 가격 결정
  • 여기서[4] 모바일 디스플레이 예제
  • 자동차의 연료 소비량에 표시된 연료 소비량 모니터에 의한 사용자 인터페이스

녹색면

일반적으로 UIL은 사용자가 통제되지 않은 행동을 할 때보다 더 친환경적인 목표를 통제할 수 있도록 허용한다. 이 목표는 에너지 소비, 화석 연료 소비, 음식 소비 또는 사회적 행동과 같은 더 부드러운 목표가 될 수 있다. 마치 게임 이론에서 규칙(지급금)을 변경하여 결과를 더 협조적으로 보이게 할 수 있는 것과 같다.

무선 네트워크의 녹색 측면은 다음과 같다. 기지국과 같은 무선 인프라에서 소비되는 전력, 스위칭 센터는 현재 이미 전 세계 전력 소비량의 0.5%를 차지하고 있으며, 따라서 탄소 배출량도 증가하고 있다. 현대 데이터를 종합하면 1MB의 전송 데이터에 대해 34g의 CO2(17dm3)의 탄소 발자국이 발생한다. 우리는 이것을 무선 셀룰러 통신의 현재 녹색 지수라고 부를 수 있다. 1비트는 CO의2 5.8×1016 분자에 해당하며 특정 비트 방출이다. 무선 셀룰러 네트워크는 2010년 약 20 PWh인 전 세계 총 전력의 0.5%를 소비한다. 월평균 무선 트래픽은 240×10바이트로15 2010년에는 총 2880PB이다. 그 후 바이트당 에너지는 0.0347×10−6 kWh이고 0.125 J와 같다. 석탄으로부터 전기를 얻으면 1 kWh의 에너지에 대해 975 g의2 CO가 발생한다. 그 후 1바이트 무선 데이터의 경우 0.0338325mg의 CO가2 발생하며, 이는 1MB의 경우 약 34g의 CO와2 같다.[3]

참고 항목

참조

  1. ^ a b c 쇤엔, 레이너, 야니코메로글루, 할림(2014년). User-in-the-Loop: 지속 가능한 무선 네트워크를 위한 공간적 및 시간적 수요 형성 IEEE 커뮤니케이션 매거진, 2014년 2월
  2. ^ a b c Schoenen, Rainer; Yanikomeroglu, Halim; Walke, Bernhard H. (May 2011). "User-in-the-Loop: Mobility Aware Users Substantially Boost Spectral Efficiency of Cellular OFDMA Systems". IEEE Communications Letters. 15 (5): 488–490. ISSN 1089-7798.
  3. ^ a b c d 쇤엔, 라이너와 불루, 구한과 미르타헤리, 아미르와 야니코메로글루, 할림(2011년) 수요 형성과 사용자-루프 관세 기반 통제에 의한 녹색 커뮤니케이션. 2011 IEEE 온라인 그린 커뮤니케이션 컨퍼런스(IEEE GreenCom'11)의 진행. ISSN 1531-3018. ISBN 978-1-4244-9519-1. 2011
  4. ^ a b c 슈에넨, 레이너. 제어 루프 사용자로 인해 스펙트럼 효율을 100% 이상 증가시킨다. 제16차 아시아 태평양 통신 회의(APCC)의 진행. 2010년 10월
  5. ^ UMTS 포럼 보고서 44. 모바일 트래픽 전망 2010–2010. http://www.umts-forum.org/
  6. ^ Cisco 시스템s Inc., Cisco Visual Networking Index: Global Mobile Data Traffic Forecast Update, 2010–2015. 2011년 2월 1일.
  7. ^ Sandvine Inc., 2010 모바일 인터넷 현상 보고서. 2010년 백서
  8. ^ Rysavy Inc., 모바일 광대역 용량 제약 및 최적화의 필요성. 백서. 2010년 2월.
  9. ^ Dohler, M. and Heath, R.W., Lozano, A., Papadias, C.B., Valenzuela, R.A., PHYE Communications Magazine, 2011년 4월, 제49권, 제4권 159-165권
  10. ^ Dumitrescu, C. (2015). "On the Design of a User-in-the-Loop Channel. With Application to Emergency Egress". arXiv:1508.03204 [cs.CY].
  11. ^ Cranor, Lorrie Faith (2008). "A Framework for Reasoning About the Human in the Loop" (PDF). Usenix.org. Proceedings of Usability, Psychology and Security 2008 Workshop.