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정민채 연구실
세종대학교 지능정보융합학과
정민채 교수
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정민채 연구실

세종대학교 지능정보융합학과 정민채 교수

정민채 연구실은 6G 무선통신을 위한 재구성 가능한 지능형 반사 표면(RIS)과 대규모 MIMO 시스템의 성능 해석, 빔포밍·스케줄링·자원할당 최적화, 그리고 디지털 트윈 및 IoT 환경에서의 실시간 엣지 컴퓨팅 스케줄링을 연구하며, 이론적 점근 해석과 실용적 알고리즘 설계를 바탕으로 차세대 지능형 통신 네트워크의 효율성과 신뢰성을 높이는 융합 연구를 수행하고 있다.

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재구성 가능한 지능형 반사 표면(RIS) 기반 6G 무선통신 thumbnail
재구성 가능한 지능형 반사 표면(RIS) 기반 6G 무선통신
주요 논문
5
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1
article
|
인용수 4
·
2024
Real-Time Task Scheduling With Fairness in Digital Twin Systems
Cheonyong Kim, Walid Saad, Jonghun Han, Tao Yu, Kei Sakaguchi, Minchae Jung
IF 8.9
IEEE Internet of Things Journal
Digital twin (DT) can help create a digital representation of a physical system, thereby reflecting its real-time status. The digital object, often called cyber twin (CT), facilitates real-time monitoring and control of the physical object, i.e., the so-called physical twin (PT). Owing to this ability, CTs can optimize the PTs and simulate their status, without interrupting the physical world. Given the various CT use cases, one can identify two distinct types of DT tasks: 1) update tasks for PT-CT synchronization and 2) inference tasks for obtaining real-time testing responses. The diverse real-time requirements for update/inference tasks raise the task scheduling problem that has been neglected in previous studies. In this article, the real-time DT task scheduling problem is investigated. In particular, a new approach for evaluating the performance of real-time scheduling of DT tasks is introduced considering the relationship between update/inference tasks and fairness among CTs. Moreover, offline and online DT task scheduling schemes are proposed with the goals of maximizing the DT freshness ratio and minimizing task rejections. In particular, the DT freshness ratio maximization problem is formulated as an offline task scheduling scheme. The proposed offline solution can significantly reduce the solution space without losing optimality. Furthermore, the scheduling policies for achieving the maximal DT freshness ratio are established using which an online scheduling algorithm is designed. Simulation results show that the proposed offline/online schemes increase the DT freshness ratio by at least 16% and 11%, respectively, compared to benchmarks. The results also show that the task rejection ratio of the proposed online algorithm is within 8% of the lower bound.
https://doi.org/10.1109/jiot.2024.3519666
Computer science
Scheduling (production processes)
Processor scheduling
Distributed computing
Fixed-priority pre-emptive scheduling
Fair-share scheduling
Computer network
Rate-monotonic scheduling
Quality of service
Resource (disambiguation)
2
article
|
인용수 5
·
2024
Asymptotic Achievable Rate and Scheduling Gain in RIS-Aided Massive MIMO Systems
Cheonyong Kim, Walid Saad, Taehyoung Kim, Minchae Jung
IF 9.2
IEEE Transactions on Mobile Computing
Reconfigurable intelligent surface (RIS) is a promising solution to support a large volume of data traffic and massive connectivity for future wireless mobile networks. Especially, RIS can mitigate the drawbacks in massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems, such as the blockage caused by obstacles and the signal processing overhead by constructively and passively reflecting the incident wave toward the destination. In this paper, we provide an asymptotic analysis of the distribution of sum rate (SR) in RIS-aided massive MIMO systems. Using the asymptotic distribution of SR, the achievable scheduling gain and the optimal number of users are determined. In addition, we examined the channel hardening effect and outage probability through the achievable scheduling gain, and the optimal number of users is utilized to develop a low-complexity scheduling algorithm. Simulation results reveal that the SR obtained from our analysis closely aligns with the actual SR. The results also show that the channel hardening effect can vanish with many users thereby achieving the multiuser diversity gain, and an RIS-aided system is more reliable than a conventional massive MIMO system in terms of the outage probability. Furthermore, the proposed scheduling algorithm is shown to reduce computational complexity compared to the conventional scheduling algorithm.
https://doi.org/10.1109/tmc.2024.3371534
Computer science
MIMO
Scheduling (production processes)
Distributed computing
Mathematical optimization
Telecommunications
Mathematics
Beamforming
3
article
|
인용수 9
·
2022
An Online Framework for Ephemeral Edge Computing in the Internet of Things
Gilsoo Lee, Walid Saad, Mehdi Bennis, Cheonyong Kim, Minchae Jung
IF 10.7
IEEE Transactions on Wireless Communications
In the Internet of Things (IoT) environment, edge computing can be initiated at anytime and anywhere. However, in an IoT environment, edge computing sessions are often ephemeral, i.e., they last for a short period of time and can often be discontinued once the current application usage is completed or the edge devices leave the system due to factors such as mobility. Therefore, in this paper, the problem of ephemeral edge computing in an IoT is studied by considering scenarios in which edge computing operates within a limited time period. To this end, a novel online framework is proposed in which a source edge node offloads its computing tasks from sensors within an area to neighboring edge nodes for distributed task computing, within the limited period of time of an ephemeral edge computing system. The online nature of the framework allows the edge nodes to optimize their task allocation and decide on which neighbors to use for task processing, even when the tasks are revealed to the source edge node in an online manner, and the information on future task arrivals is unknown. The proposed framework essentially maximizes the number of computed tasks by jointly considering the communication and computation latency. To solve the joint optimization, an online greedy algorithm is proposed and solved by using the primal-dual approach. Since the primal problem provides an upper bound of the original dual problem, the competitive ratio of the online approach is analytically derived as a function of the task sizes and the data rates of the edge nodes. Simulation results show that the proposed online algorithm can achieve a near-optimal task allocation with an optimality gap that is no higher than 7.1% compared to the offline, optimal solution with complete knowledge of all tasks.
https://doi.org/10.1109/twc.2022.3208096
Computer science
Edge computing
Enhanced Data Rates for GSM Evolution
Task (project management)
Node (physics)
Distributed computing
Online algorithm
Ephemeral key
The Internet
Computer network
정부 과제
4
과제 전체보기
1
주관|
2021년 2월-2026년 2월
|145,097,000
6G 무선통신 시스템을 위한 인공 지능형 반사 표면 (AIRS: Artificial Intelligent Reflecting Surface) 개발
본 연구는 파일럿 신호에 기반한 기존 무선 통신 시스템의 근본적인 한계를 극복하기 위해, 인공지능(기계학습) 기반의 홀로그래픽 RIS 기술을 개발하여 zero-pilot을 실현하고 궁극적으로 채널 용량 효율성을 극대화한다. 나아가 개발한 RIS 기술의 효율성 검증을 위해 AIRS 기반의 SLS를 구축하여 개발한 기술의 구현 가능성 및 신뢰성을 검증한다. (1) 1차년도(2021.03-2022.02): 메타러닝 기반의 RIS 기술 개발 - 파일럿 기반의 현존 무선 통신 시스템(5G NR) 분석 및 메타러닝 적용 방안 연구 - 파일럿 수에 따른 메타러닝 성능 도출 및 성능 최적화 - 메타러닝 알고리즘의 제한된 파일럿 신호에 따른 학습 수렴도(convergence proof) 수학적 분석수행 - 온라인 메타러닝 Online Meta-learning: 오프라인 학습 기반의 ‘선 학습 후 적용’을 수행하지 않고, 실시간으로 수신되는 파일럿 신호를 통해 실시간으로 학습을 수행하고 알고리즘을 적용하는 방법 적용 및 성능 최적화 (2) 2차년도(2022.03-2023.02): 홀로그래픽 RIS 기술 개발 - 홀로그래픽 기술 적용을 위해 RIS 기반 통신 시스템에 적합한 비춤 신호(Illuminating wave)와 기준 신호(Reference wave)를 정의 - 다양한 무선 채널 환경에 따라 단말/기지국의 비춤 신호 변화 특성 분석 - 무선 채널에 따라 변화된 비춤 신호와 기준 신호의 홀로그래픽 레코딩 특성 분석 - 기준 신호의 입사에 따라 RIS의 홀로그래픽 레코딩에 의한 재구성 신호(Reconstructed wave)특성 분석 - 데이터 신호를 통한 비춤 신호와 기준 신호 재구성 및 홀로그래픽 RIS 기술 최적화 (zero-pilot 구현) (3) 3차년도(2023.03-2024.02): 인공지능(기계학습)을 통한 홀로그래픽 RIS 운용 최적화 (AIRS 개발) - 메타러닝 및 홀로그래픽 기반 RIS 기술의 최적 빔 형성 알고리즘 연구 - 기지국에서의 능동형 빔포밍 (Active beamforming) 및 RIS에서의 수동형 빔포밍 (Passive beamforming) 기술 최적화 - 기계학습을 통한 사용자-RIS 할당 알고리즘 개발 - OFDMA 기반 주파수-시간 자원관리 및 사용자-RIS 스케쥴링 동시 최적화 (4) 4차년도(2024.03-2025.02): RIS 기반 LLS 및 SLS 구축 - 무선 통신 신호가 RIS를 통해 반사되는 시나리오에 대한 LLS 구축 (BLER 기반 MCS 테이블 도출) - 건축물 표면이 모두 RIS로 동작하는 환경을 고려하고 실제 도심지를 모델링(e.g., 순천향대학교 캠퍼스, 광화문 등)하여 실험 환경 구축 - 구성된 실험 환경과 LLS 결과를 통해 SLS 구축 및 성능 검증 (5) 5차년도(2025.03-2026.02): AIRS 시스템 구축 및 LLS/SLS를 통한 연구 결과물 최종 검증 - 메타러닝 및 홀로그래픽 기반의 RIS 기술을 적용한 LLS 및 SLS 성능 도출 - AIRS 기술 및 요소기술의 LLS/SLS 적용 및 성능 검증 - 기계학습 기반 SLS 시뮬레이터의 코드 최적화 - SLS를 통한 최종 연구 결과 성능 검증
6세대 이동통신
재구성 가능한 지능형 반사 표면
인공지능
시스템 레벨 시뮬레이터
재구성 가능한 인공 지능형
2
주관|
2021년 2월-2026년 2월
|145,097,000
6G 무선통신 시스템을 위한 인공 지능형 반사 표면 (AIRS: Artificial Intelligent Reflecting Surface) 개발
본 연구는 파일럿 신호에 기반한 기존 무선 통신 시스템의 근본적인 한계를 극복하기 위해, 인공지능(기계학습) 기반의 홀로그래픽 RIS 기술을 개발하여 zero-pilot을 실현하고 궁극적으로 채널 용량 효율성을 극대화한다. 나아가 개발한 RIS 기술의 효율성 검증을 위해 AIRS 기반의 SLS를 구축하여 개발한 기술의 구현 가능성 및 신뢰성을 검증한다. (1) 1차년도(2021.03-2022.02): 메타러닝 기반의 RIS 기술 개발 - 파일럿 기반의 현존 무선 통신 시스템(5G NR) 분석 및 메타러닝 적용 방안 연구 - 파일럿 수에 따른 메타러닝 성능 도출 및 성능 최적화 - 메타러닝 알고리즘의 제한된 파일럿 신호에 따른 학습 수렴도(convergence proof) 수학적 분석 수행 - 온라인 메타러닝 Online Meta-learning: 오프라인 학습 기반의 ‘선 학습 후 적용’을 수행하지 않고, 실시간으로 수신되는 파일럿 신호를 통해 실시간으로 학습을 수행하고 알고리즘을 적용하는 방법 적용 및 성능 최적화 (2) 2차년도(2022.03-2023.02): 홀로그래픽 RIS 기술 개발 - 홀로그래픽 기술 적용을 위해 RIS 기반 통신 시스템에 적합한 비춤 신호(Illuminating wave)와 기준 신호(Reference wave)를 정의 - 다양한 무선 채널 환경에 따라 단말/기지국의 비춤 신호 변화 특성 분석 - 무선 채널에 따라 변화된 비춤 신호와 기준 신호의 홀로그래픽 레코딩 특성 분석 - 기준 신호의 입사에 따라 RIS의 홀로그래픽 레코딩에 의한 재구성 신호(Reconstructed wave) 특성 분석 - 데이터 신호를 통한 비춤 신호와 기준 신호 재구성 및 홀로그래픽 RIS 기술 최적화 (zero-pilot 구현) (3) 3차년도(2023.03-2024.02): 인공지능(기계학습)을 통한 홀로그래픽 RIS 운용 최적화 (AIRS 개발) - 메타러닝 및 홀로그래픽 기반 RIS 기술의 최적 빔 형성 알고리즘 연구 - 기지국에서의 능동형 빔포밍 (Active beamforming) 및 RIS에서의 수동형 빔포밍 (Passive beamforming) 기술 최적화 - 기계학습을 통한 사용자-RIS 할당 알고리즘 개발 - OFDMA 기반 주파수-시간 자원관리 및 사용자-RIS 스케쥴링 동시 최적화 (4) 4차년도(2024.03-2025.02): RIS 기반 LLS 및 SLS 구축 - 무선 통신 신호가 RIS를 통해 반사되는 시나리오에 대한 LLS 구축 (BLER 기반 MCS 테이블 도출) - 건축물 표면이 모두 RIS로 동작하는 환경을 고려하고 실제 도심지를 모델링(e.g., 순천향대학교 캠퍼스, 광화문 등)하여 실험 환경 구축 - 구성된 실험 환경과 LLS 결과를 통해 SLS 구축 및 성능 검증 (5) 5차년도(2025.03-2026.02): AIRS 시스템 구축 및 LLS/SLS를 통한 연구 결과물 최종 검증 - 메타러닝 및 홀로그래픽 기반의 RIS 기술을 적용한 LLS 및 SLS 성능 도출 - AIRS 기술 및 요소기술의 LLS/SLS 적용 및 성능 검증 - 기계학습 기반 SLS 시뮬레이터의 코드 최적화 - SLS를 통한 최종 연구 결과 성능 검증
6세대 이동통신
재구성 가능한 지능형 반사 표면
인공지능
시스템 레벨 시뮬레이터
재구성 가능한 인공 지능형
3
2021년 2월-2026년 2월
|145,097,000
6G 무선통신 시스템을 위한 인공 지능형 반사 표면 (AIRS: Artificial Intelligent Reflecting Surface) 개발
[데이터이관 글자수 검증으로 인한 추가 텍스트 입력][데이터이관 글자수 검증
6세대 이동통신
재구성 가능한 지능형 반사 표면
인공지능
시스템 레벨 시뮬레이터
재구성 가능한 인공 지능형 반사 표면
최신 특허
특허 전체보기
상태출원연도과제명출원번호상세정보
등록2013무선통신 시스템에서 기지국과 단말 사이의 정보 송수신 방법 및 장치1020130021987
소멸2013무선 통신 시스템에서 스트림 별 채널 이득 피드백을 통한 다중 스트림 MU-CQI 추정 방법 및 장치1020130011276
소멸2013다중 입력 및 다중 출력 시스템에서 채널 추정 피드백 방법 및 장치1020130011306
전체 특허

무선통신 시스템에서 기지국과 단말 사이의 정보 송수신 방법 및 장치

상태
등록
출원연도
2013
출원번호
1020130021987

무선 통신 시스템에서 스트림 별 채널 이득 피드백을 통한 다중 스트림 MU-CQI 추정 방법 및 장치

상태
소멸
출원연도
2013
출원번호
1020130011276

다중 입력 및 다중 출력 시스템에서 채널 추정 피드백 방법 및 장치

상태
소멸
출원연도
2013
출원번호
1020130011306