KR100415114B1 - 음성 및 데이타 서비스를 지원하는 비동기전송모드 네트워크의 음성 다중화 장치 및 방법 - Google Patents

음성 및 데이타 서비스를 지원하는 비동기전송모드 네트워크의 음성 다중화 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비동기 전송모드(ATM) 네트워크에서 음성 패킷들을 ATM셀들로 다중화하는 장치 및 방법에 대한 것이다. 음성 호를 연결하고 있는 음성 사용자들로부터 제공된 음성 패킷들은 큐에 저장된다. 출력 레이트 제어기는 상기 음성 호에 관련된 정보에 근거하여 소정 제어주기 동안에 출력 가능한 ATM셀들의 최대 개수를 설정하고, 상기 큐에 음성 패킷이 수신되거나 미리 정해진 동작주기에 도달하면, 상기 제어주기 동안에 이미 전송된 ATM셀의 개수가 상기 설정된 최대 개수에 도달하였는지를 검사하여, 만일 도달하지 않았으면 상기 ATM셀의 전송 요구를 발생한다. 그러면 다중화기는 상기 ATM셀의 전송 요구에 응답하여 상기 저장된 음성 패킷들을 다중화하여 구성된 ATM셀들을 출력한다. 이로써 본 발명은 특히 IMA에 연결된 통신링크들의 대역을 효율적으로 사용할 수 있다.

Description

음성 및 데이타 서비스를 지원하는 비동기전송모드 네트워크의 음성 다중화 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR VOICE MULTIPLEXING IN ASYNCHRONOUS TRANSFER MODE NETWORK SUPPORTING VOICE AND DATA SERVICE}
본 발명은 ATM(Asynchronous Transfer Mode)과 IMA(Inverse Mux Assembly)를 사용하는 시스템에 관한 것으로, 특히 IMA에 연결된 통신링크들의 대역을 효율적으로 사용하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
상세히, 본 발명은 음성, 저속 데이터, 고속 데이터가 혼재된 환경에서 ATM(Asynchronous Transfer Mode)과 IMA(Inverse Mux Assembly)를 사용하는 경우에 ALL2(ATM Adaptation Layer 2)스위치로부터 IMA로 전달되는 ATM셀의 출력 레이트를 조절함으로써 보다 많은 가입자들을 동시에 수용할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.알려진 바와 같이 ATM 네트워크는 소스와 목적지간에 물리적인 접속에 대응하는 논리적인 접속을 설정하고 상기 논리적인 접속을 통해 고정된 크기(53바이트)와 포맷을 가지는 데이타 단위(ATM 셀이라고 불리는)를 전송한다. ATM 시스템은 E1과 같은 트렁크들을 이용하여 다른 ATM 시스템과 연결될 수 있는데, 특히 고속 데이타 서비스를 지원하는 ATM 네트워크에서는 대량의 데이타 전송을 위해 IMA를 사용하여 트렁크들을 다중화하고 있다.
도 1은 통상적인 비동기전송모드(ATM : Asynchronous Transfer Mode)와 역다중화재조립(IMA : Inverse Mux Assembly) 방식을 사용하는 통신 시스템의 구조를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이 송신측과 수신측은 IMA를 통해 상호 연결된다. 상기 송신측은 음성 소스들(Voice Sources)(101) 및 상기 음성 소스들(101)에 연결된 AAL2스위치(ATM Adap Layer 2 Switch)(102)와, 저속 및 고속 데이타 소스들(Low and High Rate Data Sources)(103,105) 및 상기 저속 및 고속 데이타 소스들(103,105)에 각각 연결된 AAL5 프레임 생성기들(AAL5 framers)(104,106)과 IMA에 연결되는 ATM 스위치(107)로 구성된다. 또한 상기 수신측은 IMA에 연결되는 ATM 스위치(108)와 상기 ATM 스위치(108)에 연결되는 AAL2 스위치(109) 및 상기 AAL2 스위치(109)에 연결되는 음성 목적지들(Voice Destinations)과 상기 ATM 스위치(108)에 연결되는 AAL5 프레임 분해기들(AAL5 de-framers)(111,113) 및 상기 AAL5 프레임 분해기들(111,113)에 각각 연결되는 저속 및 고속 데이타 목적지들(Low and High Rate Data Destinations)로 구성된다. 여기서 AAL2는 적은 크기의 음성 패킷들을 결합하여 ATM셀을 구성하기 위한 기술이며, AAL5는 큰 크기의 데이타 스트림(Data Stream)을 분할하여 ATM셀을 구성하기 위한 기술이다.
상기 도 1을 참조하면, ALL2 스위치(102)는 가변 길이의 소량인 음성 패킷을 고정 크기의 ATM셀로 다중화한다. 이렇게 하는 이유는, ATM의 단점인 '고정 셀 사용으로 인한 소규모 트래픽 전송시의 internal-fragment'을 억제하기 위해서이다. internal-fragment는 고정 크기의 프레임에서 전송할 트래픽의 양이 소량인 경우 상기 프레임의 일부가 비어서 전송됨에 따라 전송링크의 일부 대역을 사용함으로써 성능 저하를 야기하는 현상을 나타낸다. AAL5 프레임 생성기(104 및 105)는 가변길이의 비교적 큰 데이타 패킷을 고정 크기의 ATM 셀들로 변환하여 출력한다.
상기 ATM스위치(IMA와 연결된다는 의미에서 'with IMA'라 표기함)(107)는 상기 ALL2스위치(102) 및 상기 ALL5프레임생성기(104 및 105)로부터 ATM셀 스트림을 수신하고, 상기 수신된 ATM셀 스트림내에 다중화되어 있는 ATM셀들을 IMA에 의해 다중화되어 있는 다수의 물리링크들에 분산시켜 전송한다. 여기서, 상기 물리링크들은 T1전송선로(1.544Mbps), E1전송선로(2.048Mbps), D3전송선로(34Mbps), 동기전송모드(Synchronous Transfer Mode: STM) 전송선로 등이 될 수 있다. 대표적으로 이하 상기 E1전송선로가 사용되는 것으로 설명한다.
수신측 ATM 스위치(108)는 상기 다수의 물리링크들을 통해 수신되는 ATM셀들을 목적지로 전달한다. ALL2스위치(109)는 상기 ATM스위치(108)로부터의 ATM셀에서 음성 패킷을 복원하여 대응되는 음성 목적지(110)로 전송한다. 마찬가지로, ALL5 프레임분해기들(111 및 113)은 상기 ATM스위치(108)로부터의 ATM셀에서 데이타 패킷을 복원하여 대응되는 저속 및 고속 데이타 목적지(112 및 114)로 전송한다.
도 2는 상기 도 1에 나타낸 AAL2 스위치(102)와 IMA를 지원하는 ATM 스위치(107)에 대한 보다 상세한 구성을 보여준다.
도시된 바와 같이, 상기 AAL2 스위치(102)와 ATM 스위치(107)는 각각 다중화부(201, 203)와 역다중화부(202, 204)를 구비하며, 상기 AAL2 스위치(102)의 상기 AAL2 다중화부(201)는 도 3에 도시된 바와 같이 음성 소스들로부터 수신된 음성 패킷들을 저장하는 입력큐(Input Queue)(301)와 상기 저장된 음성 패킷들을 가지고 ATM셀들을 구성하는 다중화기(Multiplexer)(302)를 포함하여 구성된다.
일반적으로, 상기 AAL2다중화부(201)는 메인보드의 출력 링크 혹은 출력 포트의 속도에 맞추어서 음성 패킷을 가지고 ATM셀을 구성하여 출력한다. 즉, 상기 AAL2 다중화부(201)의 출력 포트가 고속인 경우에는 음성 패킷들을 고속으로 처리하고, 저속인 경우에는 저속으로 처리한다.
ATM 시스템에서 AAL2를 사용하는 목적은, 작은 크기를 가지는 패킷들을 다중화하여 고정된 크기의 ATM 셀을 구성하므로서, 고정 크기의 ATM 셀에 따른 대역손실(internal-fragment)을 최소화하는데 있다. 그러나, 고속의 출력 포트가 지원되고 고속의 출력 포트의 속도에 맞추어서 ATM셀을 구성한다면, 결국에는 AAL2 다중화부(201)의 입력큐(301)에 음성 패킷이 도착하자마자 곧바로 ATM 셀로 만들어져 고속의 출력포트로 전달되기 때문에 결국, 음성 패킷들이 각각 하나의 ATM 셀을 통하여 전송된다.
이런 경우, ALL2의 다중화에 따른 이득은 없어지고 대역의 낭비가 초래된다. 특히 IMA를 통해 통신선로의 대역폭을 확대하는 경우, 이러한 대역손실은 더욱 커질 수밖에 없다. 이러한 문제점을 해소하기 위한 종래의 방안의 하나로서 수신된 음성 패킷들을 일정시간 동안 지연시켰다가 다중화시켜서 전송하면 대역폭 낭비를 비교적 방지할 수 있다. 그러나 이러한 방식 또한 고정된 출력 속도를 감안한 것이므로 음성 사용자들의 수가 적은 경우에는 필요 없는 지연을 추가하는 문제를 초래한다.
따라서, 본 발명의 목적은 ATM(Asynchronous Transfer Mode)과 IMA(Inverse Mux Assembly)를 사용하는 시스템에서 음성 다중화기의 출력레이트를 조정하여 통신 링크들의 대역을 효율적으로 사용하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.본 발명의 다른 목적은 음성 및 데이타 서비스를 지원하는 ATM 네트워크에서 통신링크들의 대역을 효율적으로 사용하면서 음성 패킷들을 전송하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 음성 및 데이타 서비스를 지원하는 ATM(Asynchronous Transfer Mode) 네트워크에서 음성 패킷들을 ATM셀들로 다중화하는 장치에 있어서,음성 호를 연결하고 있는 음성 사용자들로부터 제공된 음성 패킷들을 저장하는 큐와, 상기 큐로부터의 상기 음성 패킷들을 다중화하여 구성된 ATM셀들을 출력하는 다중화기와, 상기 음성 호의 정보에 근거하여 ATM셀의 출력 레이트를 설정하고, 상기 설정된 출력 레이트에 따라 상기 다중화기를 제어하는 출력 레이트 제어기를 포함한다.또한 본 발명의 방법은 음성 및 데이타 서비스를 지원하는 ATM(Asynchronous Transfer Mode) 네트워크에서 음성 패킷들을 ATM셀들로 다중화하는 방법에 있어서,음성 호를 연결하고 있는 음성 사용자들로부터 제공된 음성 패킷들을 저장하는 과정과, 상기 음성 호의 정보에 근거하여 ATM셀의 출력 레이트를 설정하고, 상기 설정된 출력 레이트에 따라 ATM셀의 전송 요구를 발생하는 과정과, 상기 ATM셀의 전송 요구가 있을 시 상기 저장된 음성 패킷들을 다중화하여 구성된 ATM셀들을 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 일반적으로 ATM과 IMA를 사용하는 통신시스템의 구조를 도시하는 도면.
도 2는 상기 도 1에서 ALL2스위치와 IMA를 지원하는 ATM 스위치에 대한 상세 구성을 보여주는 도면.
도 3은 상기 도 2에서 ALL2다중화부의 상세 구성을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 ALL2 스위치의 AAL2다중화부의 상세 구성을 보여주는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 ALL2스위치의 출력 레이트 제어기에서 관리하는 가입자정보를 보여주는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 ALL2스위치의 출력 레이트 제어기에서 관리하는 IMA의 출력링크정보를 보여주는 도면.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 IMA에서 출력레이트 제어기로 출력링크정보를 전달하기 위한 절차를 보여주는 도면.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 출력레이트 제어기가 IMA의 출력링크정보를 수신하여 처리하기 위한 절차를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 호 프로세서에서 출력레이트 제어기로 새로 할당된 음성 호 정보를 전달하기 위한 절차를 보여주는 도면.
도 10은 도 9에 따른 출력레이트 제어기가 호 프로세서로부터 획득한 음성 호 정보를 수신하여 처리하기 위한 절차를 보여주는 도면.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따라 호 프로세서에서 출력 레이트 제어기로 해제된 음성 호 정보를 전달하기 위한 절차를 보여주는 도면.
도 12는 도 11에 따른 출력레이트 제어기가 호 프로세서로부터 획득한 음성 호 정보를 수신하여 처리하기 위한 절차를 보여주는 도면.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 출력레이트 제어기가 ATM셀의 출력레이트를 조절하기 위한 절차를 도시하는 도면.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 출력레이트 제어기가 출력 레이트 조절 파라미터들을 갱신하기 위한 절차를 도시하는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
후술되는 본 발명은 ATM(Asynchronous Transfer Mode)과 IMA(Inverse Mux Assembly)를 사용하는 시스템에서, 현재 음성 호를 설정하고 있는 사용자들의 수를 기반으로 하여 AAL2 스위치의 출력 레이트를 조절하기 위한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 ATM과 IMA를 사용하는 시스템에서 ALL2스위치의 다중화부의 구성을 보인 것으로서, 특히 앞서 설명한 도 2의 ALL2스위치(102)의 AAL2다중화부(201)에 대응하는 상세 구성이다.
도시된 바와 같이, ALL2스위치(102)의 AAL2다중화부(201)는, 음성소스들(voice sources)로부터 수신되는 음성 패킷들을 저장하는 입력큐(input Queue)(401)와, 상기 입력큐(401)로부터의 음성 패킷들을 ATM셀들로 다중화하는 다중화기(402)와, 상기 다중화기(402)로부터 출력되는 ATM셀의 레이트(rate)를 조정하기 위한 출력레이트 제어기(403)를 포함하여 구성된다. 즉, 본 발명에 따라 다중화기(402)를 제어하기 위한 출력 레이트 제어기(403)가 추가된다.잘 알려진 바와 같이 음성 통화를 지원하는 이동통신 시스템에서는 사용자가 음성 호를 연결할 때마다 상기 연결된 음성 호에 대해 보코더가 할당된다. 사용자가 음성을 말하면 보코더는 그 음성을 압축하여 소정 크기의 음성 패킷을 생성하며 음성 패킷은 ATM 네트워크를 통해 목적지로 전달된다. 이 경우 보코더는 즉 음성 소스가 된다. 따라서 상기 입력큐(401)는 음성 호에 대해 할당된 보코더(Vocoder)로부터 출력되는 음성 패킷들을 저장하고, 상기 다중화기(402)는 상기 출력 레이트 제어기(403)의 제어하에, 상기 입력큐(401)에 저장된 적어도 하나의 음성 패킷들을 가지고 ATM셀들을 구성하여 출력한다.이하 상기 출력 레이트 제어기(403)의 동작을 보다 상세히 설명한다.
상기 출력 레이트 제어기(403)는 음성 호를 설정한 사용자들의 정보를 데이터베이스로 관리한다. 상기 음성 사용자 정보를 관리하기 위한 데이터는 도 5에 도시된 바와 같이, '보코더 타입 (Vocoder Type)'과 해당 보코더 타입에 해당하는 '음성 사용자 수(Assigned Voice User Number)'를 저장한다. 즉, 상기 출력 레이트 제어기(403)는 상기 도 5와 같은 데이터베이스를 관리하고, 상기 데이터베이스에 저장되는 '보코더 타입'과 '음성 사용자 수'에 따라 ATM셀의 출력 레이트를 조정한다.여기서, 상기 음성 보코더의 타입은 cdma2000 이동통신 시스템의 경우 8kbps 혹은 13kbps의 EVRC(Enhanced Variable Rate Codec)나 Q-CELP(Qualcomm-Code Excited Linear Prediction)와 같은 음성 압축 방안을 의미하며, 일 예로 Type#1은 8kbps EVRC를 의미하고 Type#2는 13kbps EVRC를 의미한다. 이러한 보코더 타입을 통하여 그 보코더가 할당된 음성 사용가 발생시키는 음성 패킷의 데이터 레이트를 알 수 있으므로, 상기 음성 사용자 수는 다중화기(402)에 입력되는 전체 음성 트래픽의 량을 추측하기 위하여 사용된다.
또한, 상기 출력 레이트 제어기(403)는 도 6에 나타난 것과 같이, 연결된 IMA에서 제공하는 출력 링크들의 개수에 따라 데이터 레이트를 관리한다. 이를 통하여 현재 다중화기(402)의 가능한 최대 출력 레이트를 알 수 있다.
상기한 구성에 따른 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 ALL2스위치(102)의 출력 레이트 제어기(403)가 IMA에 연결된 출력링크의 개수를 획득하기 위한 절차를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, IMA 다중화부(즉 도 2의 203)는 시스템이 처음 동작하는 시점이나 출력 링크의 개수가 변경되는 시점에서 AAL2스위치(120)의 출력 레이트 제어기(403)로 출력 링크의 개수를 알려준다.
도 8은 상기 출력 레이트 제어기(403)의 수신동작을 도시하고 있다.
상기 도 8을 참조하면, 상기 출력 레이트 제어기(403)는 801단계에서 상기 IMA장비로부터의 출력 링크 관련정보(IMA에 연결된 출력링크의 개수)의 수신을 대기하고, 상기 출력링크 관련정보가 수신되는지 검사한다. 만일, 상기 출력링크 관련정보가 수신되면, 상기 출력 레이트 제어기(403)는 803단계로 진행하여 내부적으로 관리하는 상기 도 6의 데이터 베이스를 갱신한다. 즉, 해당 IMA번호에 대응하는 '데이타 레이트(Rate)'를 갱신한다.상기 출력 레이트 제어기(403)는 입력링크의 속도에 따라 ATM셀의 레이트를 조절하기 위하여, 일반적인 유무선 통신 시스템에서 음성 호 처리를 관장하는 프로세서인 호 프로세서(Call Processor)로부터 현재 설정되는 음성 호에 관련된 정보를 수집한다. 호 프로세서는 새로운 음성 호가 연결되거나 연결된 음성 호가 해제될 때마다 상기 음성 호 관련 정보를 상기 출력 레이트 제어기(403)로 제공하며, 상기 음성 호 관련 정보는 해당 음성 호에 할당되는 보코더 타입에 대한 정보를 포함한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 출력 레이트 제어기(403)가 호 프로세서로부터 새로 설정되는 음성 호 정보를 수신하기 위한 절차를 도시하고 있다.
상기 도 9를 참조하면, 상기 호 프로세서는 새로운 음성 호가 설정될 시 상기 출력 레이트 제어기(403)는 상기 새로운 음성 호를 설정한 사용자의 호 정보를 전송한다. 여기서 상기 호 정보는 상기 음성 호에 할당된 보코더 타입에 대한 정보를 포함한다. 그러면 상기 출력 레이트 제어기(403)는 내부적으로 관리하는 상기 도 5의 데이터 베이스에서 해당 보코더 타입의 음성 사용자 수를 갱신한다.
도 10은 상기 출력 레이트 제어기(403)의 수신동작을 도시하고 있다.
상기 도 10을 참조하면, 상기 출력 레이트 제어기(403)는 1001단계에서 호 프로세서로부터의 새롭게 설정된 음성 호 정보의 수신을 대기하고, 상기 음성 호 정보가 수신되는지 검사한다. 만일 새롭게 설정된 음성 호 정보가 수신되면, 상기 출력 레이트 제어기(403)는 1003단계로 진행하여 내부적으로 관리하는 상기 도 5의 데이터 베이스에서 해당 보코더 타입의 사용자 수를 1만큼 증가시킨다. 예를들어, 상기 할당된 가입자가 8kbps EVRC를 사용할 경우, 상기 보코더 타입에 대응하여 음성 사용자 수를 증가시킨다. 그러면, 상기 보코더 타입과 대응하는 사용자 수를 이용해 ALL2다중화기(201)로 입력되는 트래픽 양을 추정할수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 출력 레이트 제어기(403)가 호 프로세서로부터 해제된 음성 호 정보를 수신하기 위한 절차를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 상기 호 프로세서는 음성 호가 해제될시 상기 출력 레이트 제어기(403)로 음성 호의 해제를 알리는 정보를 전송한다. 그러면, 상기 출력 레이트 제어기(403)는 내부적으로 관리하는 상기 도 5의 데이터 베이스에서 해당 보코더 타입의 사용자 수를 갱신한다.
도 12는 상기 출력 레이트 제어기(403)의 수신동작을 도시하고 있다.
상기 도 12를 참조하면, 상기 출력 레이트 제어기(403)는 1201단계에서 음성 호의 해제를 알리는 정보의 수신을 대기하고, 상기 음성 호의 해제를 알리는 정보가 수신되는지 검사한다. 만일, 상기 음성 호의 해제를 알리는 정보가 수신되면, 상기 출력 레이트 제어기(403)는 1203단계로 진행하여 내부적으로 관리하는 상기 도 5의 데이터베이스에서 해당 보코더 타입의 사용자 수를 1만큼 감소시킨다.
상기 출력 레이트 제어기(403)는 상기와 같이 획득한 음성 사용자 정보와 출력링크 정보를 이용해 ALL2 다중화기(402)에서 출력되는 ATM셀의 출력 레이트를 조정하게 된다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 출력 레이트 제어기(403)가 ALL2다중화기(402)에서 출력되는 ATM셀의 레이트를 조정하기 위한 절차를 도시하고 있다. 여기서 상기 출력 레이트 제어기(403)는 음성 사용자 수에 따라 주어진 코인 값을 이미 결정하고 있으며, 상기 주어진 코인 값은 새로운 음성 호가 설정되거나 설정된 음성 호가 해제되어 음성 호 정보가 수신될 때마다 갱신된다.
상기 도 13을 참조하면, 먼저 상기 출력 레이트 제어기(403)는 1301단계에서 상기 입력큐(401)에 음성 패킷이 수신되는지 검사한다. 음성 패킷이 수신되었으면 상기 출력 레이트 제어기(403)는 1303단계로 진행하여 현재 설정된 카운터 코인(counter Coin) 값이 미리 정해지는 주어진 코인(Given Coin) 값보다 작은지를 검사한다. 여기서 상기 주어진 코인은 미리 정해진 제어주기 'Coin Interval' 동안에 전송 가능한 ATM셀들의 개수를 의미하며, 상기 카운터 코인은 이미 전송된 ATM셀들의 개수를 의미한다. 상기 카운터 코인과 상기 주어진 코인의 계산 절차에 대해서는 후술되는 도 14를 참조하여 설명할 것이다.상기 주어진 코인 값은 하기 <수학식 1>과 같이 구한다.
여기서 상기 'Coin interval'은 상기 출력 레이트 제어기(403)에서 ATM셀의 출력을 제어하는 제어주기를 나타내는 것으로서, 상기 다중화기(402)는 상기 출력 레이트 제어기(403)의 제어하에 상기 'Coin interval'마다 상기 주어진 코인 한도 내에서 ATM셀들을 출력한다. 즉, 상기 주어진 코인은 상기 'Coin interval' 동안에 출력 가능한 ATM셀의 최대 개수를 나타낸다.
또한 상기 'Output Rate(출력 레이트)'는 상기 다중화기(402)에서 출력되는 ATM셀의 출력 레이트를 의미하며, 바람직한 실시예로서 다중화기(402)의 'Input Rate(입력 레이트)'보다 시스템 관리자에 의해 지정되는 소정 값 α만큼 적어도 같거나 크도록 정해진다. 상기 입력 레이트는 음성 패킷들이 발생하는 속도를 의미하는 것으로서, 음성 호를 설정하고 있는 음성 사용자들의 수와 해당 음성 호에 할당된 보코더 레이트(예를 들어 8kbps 또는13kbps)에 따라 계산된다.
상기 출력 레이트를 상기 입력 레이트와 동일하도록 정하게 되면, 특정 시간에 음성 사용자들의 트래픽이 집중되는 경우에 문제가 발생될 수 있다. 따라서 시스템 관리자는 이러한 문제를 비교적 완화시키기 위해 상기 α를 지정하여 음성 서비스에 대해 일정 분량의 여유 대역을 할당한다. 상기 α는 상기 출력 레이트가 IMA의 데이타 레이트를 초과하지 않도록 하는 한도내에서 지정된다.
다시말해, 상기 출력 레이트 제어기(403)는 상기 1303단계에서 상기 두 값(카운터 코인과 주어진 코인)을 비교해서 상기 제어주기 동안 출력된 ATM셀들의 개수(카운터 코인)가 출력 가능한 최대 개수(주어진 코인)보다 작은지를 검사한다. 만일, 상기 카운터 코인(출력된 ATM셀의 개수)이 상기 주어진 코인(미리 정해진 ATM셀의 개수)보다 작을 경우, 상기 출력 레이트 제어기(403)는 1305단계로 진행하여 상기 다중화기(402)로 ATM셀 전송을 요청하고, 그렇지 않을 경우 상기 1301단계로 되돌아가 이하 단계를 재수행한다.
한편, 상기 다중화기(402)는 상기 출력 레이트 제어기(403)로부터 상기 ATM셀 전송 요청을 수신하면, 상기 입력큐(401)에 저장된 적어도 하나의 음성 패킷을 독출하여 ATM셀을 구성한다. 만일 상기 입력큐(401)에 저장된 음성 패킷이 존재하지 않으면 ATM셀을 구성하지 않는다. 반면 상기 입력큐(401)에 저장된 음성 패킷들의 개수가 하나의 ATM셀을 구성하기에 필요한 개수보다 많은 경우 먼저 저장된 순서대로 음성 패킷들을 독출하여 단지 하나의 ATM셀만을 구성한다. 이때 상기 입력큐(401)에 남겨진 음성 패킷들은 다음 ATM셀 전송요청이 수신될 때까지 대기된다. 상기 다중화기(402)에 의해 구성된 상기 ATM셀은 도 1에 도시된 ATM스위치(107)를 통해 수신측으로 송신된다.
상기 ATM셀 전송을 요청하고 나면 상기 출력 레이트 제어기(403)는 1307단계로 진행하여 상기 카운터 코인을 하나 증가시킨다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 출력 레이트 제어기(403)가 소정 갱신주기(Sync_Coin interval)로 출력 레이트 조절에 관련한 파라미터들을 설정하기 위한 절차를 도시하고 있다. 여기서, 상기 파라미터들은 앞서 설명한 카운터 코인과 주어진 코인이다.
상기 도 14를 참조하면, 먼저 상기 출력 레이트 제어기(403)는 1401단계에서 소정 파라미터 갱신 주기(Sync Coin Interval)의 도달을 대기하고, 1403단계에서 상기 파라미터 갱신 주기(Sync_Coin Interval)에 도달되었는지 검사한다. 만일, 상기 파라미터 갱신 주기에 도달된 경우, 상기 출력 레이트 제어기(403)는 1405단계로 진행하여 상기 카운터 코인(Counter_Coin)을 제로(0)로 설정한다. 그리고, 1407단계에서 내부의 데이타베이스에 저장된 음성 사용자 수에 근거하여 ATM셀의 출력 레이트를 계산하고, 상기 계산된 출력 레이트에 따라 상기 주어진 코인(Given Coin) 값을 설정한 후 상기 1401단계로 되돌아간다.
다시, 상기 도 13 및 도 14를 참조하여 설명하면, 상기 출력 레이트 제어기(403)는 소정 시간주기로 상기 카운터 코인을 리셋하고 상기 주어진 코인을 재설정한다. 그리고 상기 재설정된 상기 카운터 코인과 주어진 코인을 가지고 상술한 도 13을 수행하여 ATM셀들을 출력한다. 이때 하나의 ATM셀을 출력할 때마다 상기 카운터 코인은 하나 증가하게 되고, 상기 카운터 코인이 상기 주어진 코인에 도달하면 더 이상 ATM셀을 출력하지 않는다.즉, 출력 레이트 제어기(403)는 단위시간당 출력할 ATM셀의 개수를 미리 정해둠으로써 다중화기(402)의 출력 레이트를 조절한다. 아울러, 상기 출력 레이트 제어기(403)는 상기 ATM셀의 출력 레이트를 조절하면서 시간을 검사하여 파라미터 갱신주기에 도달했는지 검사하고, 만일 상기 갱신주기에 도달했으면 상기 두 파라미터(카운터 코인 및 주어진 코인)를 재설정한 후 상기 도 13을 재수행한다.
앞서 설명한 바와 같이, 출력 레이트를 조정함으로써 AAL2 다중화기에서 다음 AAL2 음성 프레임이 도착하는 경우, 이미 대기하던 음성 프레임과 신규로 도착한 음성 프레임이 함께 ATM 셀로 다중화되므로, 다중화 이득을 극대화하고, ATM의 internal-fragment를 최소화 함으로써 IMA에 연결된 링크들의 대역폭 활용을 극대화 한다. 따라서, 음성 서비스외의 데이터 서비스들이 효과적으로 IMA를 통하여 전송될 수 있도록 한다. 본 발명에서는 명시적으로 IMA에 연결된 링크의 개수 (혹은 데이터 레이트)를 IMA에서 직접 받도록 되어 있으나, 이는 구현상의 문제로서, 운용자가 직접 해당 정보를 출력 레이트 제어기에게 알려줄 수 있다.
본 발명의 이득을 입증하기 위한 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 살펴보면 다음과 같다. 컴퓨터 시뮬레이션은 도 1과 같은 환경을 가지는 이동 통신 시스템(cdma2000 시스템)을 고려하였다. 고려한 환경은 다음과 같다.
음성 서비스는 cdma2000 1x의 음성 서비스를 고려하였고, AAL2 스위칭을 적용하였으며, 8kbps QCELP 보코더(Vocoder)를 가정하였다. 이 경우, 내부 제어 정보 및 AAL2 헤더들을 고려한 경우, 가입자당 평균 데이타 레이트는 6.7kbps 수준이다. 저속 데이터 서비스는 cdma2000 1x의 데이터 서비스를 고려하여 섹터(sector)당 평균 100kbps로 가정하였다. 그리고 고속 데이터 서비스는 cdma2000 1xEV-DO(Evolution in Data Only)의 데이터 서비스를 고려하여 섹터(sector)당 평균 600kbps로 가정하였다.
IMA에서 음성 서비스의 ATM 셀은 데이터 서비스의 ATM 셀보다 우선순위가 높으며, IMA에는 2개의 E1링크를 연결하였다. 따라서, IMA의 출력 레이트는 3.84Mbps(= 1.92 Mbps ×2)이다.
이를 기반으로 하여, 두개의 E1이 연결된 IMA에 105명의 음성 가입자와 3 섹터(Sector)의 저속 데이타 서비스 (= 평균 300kbps), 및 3 섹터(Sector)의 고속 데이터 서비스 (= 평균 1.8Mbps)를 할당한 경우를 가정하면, AAL2 스위치 보드와 IMA간의 레이트에 따른 성능 평가 결과가 하기 표 1과 같이 나타난다.
아이템 AAL2-Switch IMA 간 Rate
1Mbps 1.92Mbps 3.84Mbps
1x Voice Mean Delay 10.85 ms 9.9 ms 9.5ms
1x Voice Peak delay 22.34 ms 20.4 ms 19.6ms
1x Voice Throughput 100 % 100 % 100%
1x Data Mean Delay 7.2 ms 58.8 ms 게속 증가
1x Data Peak Delay 21.7 ms 251.8 ms 계속 증가
1x Data Throughput 100 % 100 % 72%
Do Data Mean Delay 3.8 ms 57.5 ms 계속 증가
Do Data Peak Delay 24.2 ms 252.8 ms 계속 증가
Do Data Throughput 100 % 100 % 71%
Available Bandwidth 0.6 Mbps 0.6 Mbps 0.6Mbps
Voice Q Mean Size 0.3 cell 0.4 cell 0.57cell
Voice Q Peak Size 1 cell 1 cell 1cell
Data Q Mean Size 23 cell 308 cell 계속 증가
Data Q Peak Size 162 cell 1382 cell 계속 증가
상기 표 1에서 'Mean Delay'는 음성 패킷의 평균 지연이며, 'Peak Delay'는 최고치 지연이다. 아울러, 'Throughput'은 발생된 패킷의 개수를 분모로하고 수신된 패킷의 개수를 분자로 한 값으로, 성공적으로 수신단에 도착한 패킷의 비율을 나타낸다. 'Available Bandwidth'은 산술적으로 계산하였을 때, IMA에 연결된 출력 링크에서 사용되지 않고 남은 대역폭을 나타내고, 'Q Size'는 IMA에서 데이터와 음성 ATM 셀을 버퍼링하기 위한 큐의 크기를 의미한다.
IMA와 AAL2 다중화기간의 출력 레이트 조정을 하지 않는 경우가 가장 우측의 3.84Mbps인 경우이다. 즉, IMA와 AAL2 다중화기간의 레이트를 IMA의 출력 레이트와 동일하게 준 경우이다. 이 경우에는, 대부분의 음성 패킷들이 도착하는 즉시, ATM로 만들어져서 전달되므로, 음성 ATM의 'internal-fragment'이 커지고, 이로 인하여 대역이 낭비됨을 알 수 있다. 따라서, 데이타 서비스를 전달할 수 있는 대역이 낮아지고, 결국, 데이터 서비스의 지연이 급증하고 처리율이 떨어지는 결과를 야기한다.
한편, 본 발명을 적용한 경우가 1Mbps와 1.92Mbps에 해당한다. 1Mbps는 앞서 언급한 α를 300kbps로 비교적 적게 할당한 경우이고, 1.92Mbps는 상기 α를 1Mbps정도로 비교적 크게 할당한 경우이다. 결과에서 나타나듯이, α를 적절하게 할당한 경우에는 데이터 서비스의 지연이 매우 안정적이며 처리율도 100%에 도달하는 것을 알 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정 해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 ATM과 AIM를 사용하는 시스템에서, AAL2다중화기와 IMA간의 레이트를 조정함으로써 IMA에 연결된 링크들의 대역을 낭비없이 효율적으로 사용할수 있는 이점이 있다.

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  8. 음성 및 데이타 서비스를 지원하는 ATM(Asynchronous Transfer Mode) 시스템에서 음성 패킷들을 ATM셀들로 다중화하는 장치에 있어서,
    음성 호를 연결하고 있는 음성 사용자들로부터 제공된 음성 패킷들을 저장하는 큐(Queue)와,
    상기 큐로부터의 상기 음성 패킷들을 다중화하여 ATM셀들을 구성하여 출력하는 다중화기와,
    상기 음성 호의 정보에 근거하여 ATM셀의 출력 레이트를 설정하고 상기 설정된 출력 레이트에 따라 상기 다중화기를 제어하는 출력레이트 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 음성 호의 정보는,
    상기 음성 사용자들의 수와 상기 음성 사용자들에게 할당된 보코더 레이트들인 것을 특징으로 하는 상기 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 출력 레이트 제어기는,
    상기 음성 사용자들의 수와 상기 보코더 레이트들에 따라 미리 정해지는 소정 제어주기 동안에 출력 가능한 ATM셀의 최대 개수를 계산하고, 상기 계산된 최대 개수 내에서 상기 다중화기를 제어하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 최대 개수는 하기의 수학식과 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
    여기서 상기 Nmax는 상기 제어주기 동안에 출력 가능한 ATM셀의 최대 개수이고, 상기 Control Interval은 상기 제어주기이고, 상기 α는 시스템 관리자에 의해 설정되는 여유값이고, 상기 Vocoder Rate는 상기 음성 사용자들에게 할당된 보코더 레이트이고, 상기 Voice User Number는 상기 음성 사용자들의 수임.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 출력 레이트 제어기는,
    상기 큐에 음성 패킷이 수신되면, 상기 제어주기 동안에 이미 전송된 ATM셀의 개수가 상기 계산된 최대 개수에 도달하였는지를 검사하고, 만일 도달하지 않았으면 상기 다중화기에게 하나의 ATM셀을 출력할 것을 요구하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 출력 레이트 제어기는,
    미리 정해진 동작주기마다, 상기 제어주기 동안에 이미 전송된 ATM셀의 개수가 상기 설정된 최대 개수에 도달하였는지를 검사하고, 만일 도달하지 않았으면 상기 다중화기에게 하나의 ATM셀을 출력할 것을 요구하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
  14. 음성 및 데이타 서비스를 지원하는 ATM(Asynchronous Transfer Mode) 네트워크에서 음성 패킷들을 ATM셀들로 다중화하는 방법에 있어서,
    음성 호를 연결하고 있는 음성 사용자들로부터 제공된 음성 패킷들을 저장하는 제1 과정과,
    상기 음성 호의 정보에 근거하여 ATM셀의 출력 레이트를 설정하고, 상기 설정된 출력 레이트에 따라 ATM셀의 전송 요구를 발생하는 제2 과정과,
    상기 ATM셀의 전송 요구가 있을 시 상기 저장된 음성 패킷들을 다중화하여 구성된 ATM셀들을 출력하는 제3 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 음성 호의 정보는,
    상기 음성 사용자들의 수와 상기 음성 사용자들에게 할당된 보코더 레이트들인 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제2 과정은,
    상기 음성 사용자들의 수와 상기 보코더 레이트들에 따라 미리 정해지는 소정 제어주기 동안에 출력 가능한 ATM셀의 최대 개수를 계산하고, 상기 계산된 최대 개수 내에서 상기 다중화기를 제어하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 최대 개수는 하기의 수학식과 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
    여기서 상기 Nmax는 상기 제어주기 동안에 출력 가능한 ATM셀의 최대 개수이고, 상기 Control Interval은 상기 제어주기이고, 상기 α는 시스템 관리자에 의해 설정되는 여유값이고, 상기 Vocoder Rate는 상기 음성 사용자들에게 할당된 보코더 레이트이고, 상기 Voice User Number는 상기 음성 사용자들의 수임.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 제2 과정은,
    상기 큐에 음성 패킷이 수신되면, 상기 제어주기 동안에 이미 전송된 ATM셀의 개수가 상기 계산된 최대 개수에 도달하였는지를 검사하고, 만일 도달하지 않았으면 상기 ATM셀의 전송 요구를 상기 다중화기에게 발생하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 제2 과정은,
    미리 정해진 동작주기마다, 상기 제어주기 동안에 이미 전송된 ATM셀의 개수가 상기 설정된 최대 개수에 도달하였는지를 검사하고, 만일 도달하지 않았으면 상기 ATM셀의 전송 요구를 상기 다중화기에게 발생하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
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