[논문 리뷰] Optimal Targeted Advertising Strategy For Secure Wireless Edge Metaverse

Hongyang Du, Dusit Niyato외 3명|arXiv (Cornell University)|2021. 10. 31.

Wireless Communication Security Techniques참고 문헌 13인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 익명 통신과 대역폭 할당을 활용하여 경쟁자와 공격자로부터 탐지되지 않도록 하면서 수익을 극대화하는 보안성 있는 무선 엣지 메타버스를 위한 최적의 타겟 광고 전략을 제안한다. 비달-월프 모델과 해밀토니안 최적화를 통합함으로써 MSP는 고품질 액세스 서비스 판매를 촉진하며, 사용자 경험을 측정하기 위한 새로운 메타-임mersive 지표를 통해 최적의 광고 전략으로 90%의 시장 점유율 증가를 달성한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 경쟁자와 공격자로부터 탐지되지 않는 프라이버시 보장형 타겟 광고 전략을 메타버스 서비스 제공자(MSP)가 설계하는 것.
• 무선 엣지 메타버스 환경에서 고품질 액세스 서비스의 대역폭 할당 제약 조건과 예산 제약 조건을 고려한 최적화 문제 해결.
• 업로드/다운로드 품질 기반으로 메타버스 내 사용자 경험을 정량화하기 위한 새로운 성능 지표인 메타-임머전스(Meta-Immersion)를 도입하는 것.
• 은밀한 통신 제약 조건 하에서 비달-월프 모델과 해밀토니안 함수를 활용해 광고 투자와 대역폭 할당을 최적화하는 것.
• 다양한 채널 조건과 변조 조건 하에서 탐지 오류 확률(DEP), 다운로드 코어트 레이트(CR), 업로드 비트 오류율(BER)을 기반으로 시스템 성능 평가

제안 방법

• 광고 반응과 시장 점유율 증가의 동적 변화를 모델링하기 위해 비달-월프 광고 모델을 활용한다.
• 예산 제약과 커버리지 제약 조건 하에서 수익 극대화를 위한 최적의 제어 입력(광고 노력)을 도출하기 위해 해밀토니안 함수를 사용한다.
• 은밀한 통신을 가능하게 하기 위해 우호적인 잡음 장치를 도입하여 광고 신호가 악성 감시자에 의해 탐지되지 않도록 보장한다.
• 다양한 채널 조건과 잡음 전력 수준 하에서 탐지 오류 확률(DEP)과 다운로드 코어트 레이트(CR)를 유도한다.
• 다양한 변조 방식(BFSK, DPSK)에 대해 전송 전력과 fading 파rameter(m_{ka}, m_{s_ka})의 함수로 업로드 BER을 모델링한다.
• 다운로드 CR, 업로드 BER, 사용자 경험을 통합한 복합 지표인 메타-임머전스를 제안하여 대역폭 할당을 안내한다.

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

실험 결과

연구 질문

• RQ1 메타버스 서비스 제공자(MSP)는 경쟁자와 공격자로부터 탐지되지 않도록 하면서 고품질 액세스 서비스 수익을 어떻게 극대화할 수 있는가?
• RQ2 은밀한 통신 제약 조건 하에서 시장 점유율 증가를 극대화하기 위해 광고 예산을 시간에 따라 어떻게 할당해야 하는가?
• RQ3 채널 조건과 변조 형식은 은밀한 무선 엣지 메타버스 환경에서 업로드 및 다운로드 전송의 신뢰성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 사용자 메타-임머전스 요구 조건을 충족시키기 위해 필요한 최소 대역폭은 얼마이며, 이는 시스템 파라미터에 따라 어떻게 변하는가?
• RQ5 타겟 광고는 비광고 대비 가속 대역폭 판매 속도를 어느 정도 향상시키는가?

주요 결과

• 최적의 타겟 광고 전략은 비광고 대비 최대 90%의 시장 점유율 증가를 이끌어내며, 광고 반응 상수(η₁)가 클수록 더 빠른 성장이 가능하다.
• BFSK에서 DPSK로 전환할 경우 m_{ka}=4 및 m_{s_ka}=4 조건에서 전송 전력 6 dBW에서 8 dBW로 증가할 때 업로드 BER이 80.7% 감소한다.
• 채널 페이딩 파라미터(m_{ka}와 m_{s_ka})를 각각 1과 2 증가시킬 경우, 필요한 전송 전력이 9 dBW 감소하여 HMD의 에너지 소비를 크게 낮춘다.
• BFSK에서 DPSK로 변조 방식을 전환하면 필요한 전송 전력이 1.2 dBW 감소하여 에너지 효율성과 사용자 편안함을 향상시킨다.
• 채널 조건이 향상될수록(āκ_ak 증가) 더 낮은 대역폭으로도 최소 다운로드 코어트 레이트를 확보할 수 있어 자원 소비를 감소시킨다.
• 모든 시나리오에서 탐지 오류 확률(DEP)은 3% 이하(δ=3%)를 유지하여 잡음 지원 은밀한 통신 기법의 효과성을 확인한다.

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