[論文レビュー] Optimal Targeted Advertising Strategy For Secure Wireless Edge Metaverse

Hongyang Du, Dusit Niyato+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2021

Wireless Communication Security Techniques参考文献 13被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、監視者や攻撃者による検出を回避するため、隠蔽通信と帯域幅割り当てを用いて、セキュアなワイヤレスエッジメタバースにおける利益最大化を図る最適な標的広告戦略を提案する。ヴィダーレ＝ウォルフモデルとハミルトニアン最適化を統合することで、MSPは高品質アクセスサービスの販売を促進し、最適広告を用いて市場シェアを90％増加させる。ユーザー体験を評価するための新規メタインマersion指標を用いて検証された。

ABSTRACT

Recently, Metaverse has attracted increasing attention from both industry and academia, because of the significant potential to integrate real and digital worlds ever more seamlessly. By combining advanced wireless communications, edge computing and virtual reality (VR) technologies into Metaverse, a multidimensional, intelligent and powerful wireless edge Metaverse is created for future human society. In this paper, we design a privacy preserving targeted advertising strategy for the wireless edge Metaverse. Specifically, a Metaverse service provider (MSP) allocates bandwidth to the VR users so that the users can access Metaverse from edge access points. To protect users' privacy, the covert communication technique is used in the downlink. Then, the MSP can offer high-quality access services to earn more profits. Motivated by the concept of "covert", targeted advertising is used to promote the sale of bandwidth and ensure that the advertising strategy cannot be detected by competitors who may make counter-offer and by attackers who want to disrupt the services. We derive the best advertising strategy in terms of budget input, with the help of the Vidale-Wolfe model and Hamiltonian function. Furthermore, we propose a novel metric named Meta-Immersion to represent the user's experience feelings. The performance evaluation shows that the MSP can boost its revenue with an optimal targeted advertising strategy, especially compared with that without the advertising.

研究の動機と目的

• 競合他者や攻撃者による検出を回避するプライバシー保護型で標的広告戦略を、メタバースサービスプロバイダー（MSP）向けに設計すること。
• ワイヤレスエッジメタバース環境下で、高品質アクセスサービスの帯域幅割り当て制約と予算制約を満たすように最適化すること。
• 上行リンク／下行リンクの品質に基づいて、メタバースにおけるユーザー体験を定量化する新規パフォーマンス指標「Meta-Immersion」を導入すること。
• 隠蔽通信制約下で、ヴィダーレ＝ウォルフモデルとハミルトニアン関数を用いて広告投資と帯域幅割り当てを最適化すること。
• さまざまなチャネル条件および変調方式下での検出誤り確率（DEP）、下行リンクの隠蔽通信レート（CR）、上行リンクのビット誤り率（BER）を用いてシステム性能を評価すること。

提案手法

• 広告反応と市場シェアの時間的変化をモデル化するため、ヴィダーレ＝ウォルフ広告モデルを採用する。
• ハミルトニアン関数を用いて、予算およびカバレッジ制約下で利益を最大化する最適制御入力（広告努力）を導出する。
• 友好的ジャマーデバイスを導入し、広告信号が悪意あるウォーデンによって検出されないよう、隠蔽通信を実現する。
• さまざまなチャネル条件およびジャマーパワー水準下での検出誤り確率（DEP）と下行リンクの隠蔽通信レート（CR）を導出する。
• BFSK、DPSKなどのさまざまな変調方式を想定し、送信電力とフェージングパラメータ（m_{ka}, m_{s_ka}）の関数として上行リンクBERをモデル化する。
• Meta-Immersionを、下行リンクCR、上行リンクBER、およびユーザー体験を統合した複合指標として提案し、帯域幅割り当ての指針とする。

Figure 1: System model of Metaverse covert access and target advertising.

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 メタバースサービスプロバイダー（MSP）は、広告が競合他者や攻撃者に検出されない状態で、高品質アクセスサービスから収益を最大化するにはどうすればよいか？
• RQ2 隠蔽通信制約下で、市場シェアの成長を最大化するための広告予算の時間的最適割り当ては何か？
• RQ3 チャネル状態および変調方式は、隠蔽ワイヤレスエッジメタバースにおける上行リンクおよび下行リンク伝送の信頼性にどのように影響するか？
• RQ4 ユーザーのMeta-Immersion要件を満たすために必要な最小帯域幅は何か？また、システムパラメータに応じてどのように変化するか？
• RQ5 標的広告は、非広告化状況と比較して、加速帯域幅の販売速度をどの程度向上させるか？

主な発見

• 最適な標的広告戦略により、非広告化状況と比較して市場シェアが最大90％増加し、広告反応定数（η₁）が高い場合に成長が著しく速くなる。
• DPSK変調を用い、m_{ka}=4およびm_{s_ka}=4の場合、送信電力を6 dBWから8 dBWに2 dB増加させると、上行リンクBERは80.7％低下する。
• フェージングパラメータ（m_{ka}とm_{s_ka}）をそれぞれ1および2向上させることで、必要な送信電力を9 dBW低下させ、HMDのエネルギー消費を顕著に低減できる。
• BFSKからDPSKに変更することで、必要な送信電力を1.2 dBW低減でき、エネルギー効率とユーザー快適性が向上する。
• チャネル状態が改善（āκ_akが高くなる）と、最小の下行リンク隠蔽通信レートを達成するために必要な帯域幅が減少し、リソース消費が低減する。
• すべてのシナリオにおいて検出誤り確率（DEP）は3％未満（δ=3%）を維持しており、ジャマー支援型の隠蔽通信方式の有効性が裏付けられている。

Figure 2: A novel performance metric in Metaverse: Meta-Immersion, and coresponding experience factors, service indicators, technical indicators and minimum requirements.