KR100500878B1 - 전력에 따른 패킷 스케줄링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력에 따른 패킷 스케줄링 방법을 개시한다.

본 발명에 의하면, 각각의 단말기가 데이터 군을 송신하기 위해 필요한 전력량 와, 현재까지의 각각의 단말기에 할당된 평균 전력량 를 계산하고, 계산된 및

Description

전력에 따른 패킷 스케줄링 방법{Method of packet scheduling with power}

본 발명은 전력 할당에 따른 패킷 스케줄링 방법에 관한 것으로, 특히 무선 통신 시스템에서 패킷을 송신할 때 전력에 관련된 파라미터를 이용하여 기지국의 전력에 따라 각 단말기에 공평하게 패킷 스케줄링을 할 수 있도록 하는 전력에 따른 패킷 스케줄링 방법에 관한 것이다.

무선 시스템 중에서 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)시스템의 하향 링크에서 기지국은 여러 개의 부반송파를 하나로 묶어서 데이터 채널을 형성하며 이를 단말기별로 할당한다.

무선 시스템은 기지국에 접속하여 서비스를 받는 다수의 단말기별로 전송하는 데이터를 한정된 채널을 통해 송수신하기 위해서 각각의 단말기별로 우선순위를 정하여 데이터 송수신 서비스를 제공하기 위한 스케줄링이 필요하다.

기존의 스케줄링 방법으로는 우선순위 큐 매커니즘에 기반한 것으로 매 스케줄링 순간마다, 각 사용자의 정보로부터 기인한 우선순위를 계산하여 우선순위가 높은 사용자 순으로 스케줄링하는 방법을 이용한다.

이때, 패킷 스케줄러는 단말기별 해당되는 QoS(Quality of Service)에 맞추어 하향링크의 데이터 채널을 할당하는 역할을 수행한다.

이때 패킷 스케줄러는 단말기별 큐에 관련된 정보인 큐의 패킷 양, 패킷 지연시간 정보 등과 하향 링크 물리 채널 상태와 상향링크 제어 채널을 통해 부반송파별 또는 부반송파 그룹별로 측정되어 전달된 수신 SNR 등을 보고 단말기별 우선순위를 결정하며, 우선순위에 맞추어 데이터 채널을 할당한다.

다음은 종래의 AMC(Adaptive Modulation and Coding) 방식에 따른 스케줄링 방식을 설명한다.

이때, AMC 방식은 단말기와 기지국간의 채널 상태에 따라 다른 데이터 채널의 변조방식과 코딩 방식을 결정하여, 셀 전체의 사용효율을 높여 주는 데이터 전송 방식이다.

상기한 방식은 단말기의 전력에 관련된 정보가 고려되지 않고, SNR과 PER을 고려한 우선순위에 의한 스케줄링 방식이므로, 작은 전력만으로 많은 데이터 군을 전송할 수 있는 단말기의 경우 충분한 전송 전력을 공급받지 못하여 시스템내의 처리량이 감소하는 문제가 발생한다.

또한, 열악한 채널 환경을 가진 사용자의 QoS를 맞추기 위해 측정 사용자에게 전력할당이 편중되어, 채널환경이 좋고 더 적은 양의 전력으로 많은 패킷을 보낼 수 있는 사용자가 전력할당을 부족하게 받아 시스템의 처리량이 감소하는 문제가 발생한다.

또한, 종래의 M-LWDF(Modified Largest Weighted First) 패킷 스케줄링 알고리즘은 우선순위 큐 메커니즘에 기초한 것으로 매 스케줄링 순간마다, 각 사용자의 정보로부터 기인한 우선순위를 계산하여 우선순위가 높은 사용자 순으로 스케줄링하는 알고리즘이다.

일반적으로, 사용자가 요구하는 QoS에 대해 실시간 서비스의 경우 우선순위는 단말기별 패킷 지연 정도와, 무선 채널의 상황에 따라 결정되며, QoS 차별화를 위해 사용되는 파라미터를 추가하여 서비스별 우선순위를 결정하여 패킷 스케줄링을 한다.

그러나, 이러한 방법은 전력에 관련된 파라미터를 고려하지 않고 데이터 채널을 할당한다. 따라서 조그만 전력을 더 할당 받음으로써, 상당히 많은 데이터 군을 보낼 수 있는 사용자가 전력에 관련된 파라미터를 고려하지 않는 패킷 스케줄링에 데이터 채널을 할당 받는 다면, 시스템 전체의 처리량이 감소되는 문제가 있다.

즉, 기존의 패킷 스케줄링 방법으로 사용자를 선출하는 경우, 열악한 채널 환경을 가진 사용자의 QoS를 맞추기 위해 어느 특정 사용자에게 전력할당이 편중되어, 오히려 채널 환경이 좋고 더 적은 양의 전력으로 많은 패킷을 보랠 수 있는 사용자가 더 적은 전력을 할당받아 적은 양의 패킷만을 보냄으로써 시스템 처리량이 감소하는 문제가 발생된다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기존의 단말기 패킷 지연 파라미터 등과 무선 채널의 상황만을 고려하는 알고리즘에 전력에 관련된 파라미터를 보완하여 한정된 기지국의 전력을 각 단말기에 공평하게 할당할 수 있도록 하는 전력에 따른 패킷 스케줄링 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 특징에 따른 전력에 따른 패킷 스케줄링 방법은,

무선통신 시스템의 기지국이 다수의 단말기로 각각의 단말기 특성에 따라 데이터 채널을 할당하는 패킷 스케줄링 방법에 있어서, (a) 상기 각각의 단말기가 데이터 군을 송신하기 위해 필요한 전력량과, 현재까지의 각각의 단말기에 할당된 평균 전력량을 계산하는 단계; 및 (b) 상기 계산된 각각의 단말기가 데이터 군을 송신하기 위해 필요한 전력량과, 현재까지의 각각의 단말기에 할당된 평균 전력량을 패킷 스케줄링의 우선순위 결정 과정에 반영하기 위한 임의의 가중치를 결정하여 패킷 스케줄링 우선순위를 결정하는 단계를 포함한다.

특히, 상기 (b)단계의 우선순위는 다음 식에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 는 이며, 는 패킷 전송지연 시간이 패킷 지연 한계를 넘을 확률, 는 패킷 지연 한계시간이고, 는 시간 지연에 관련된 파라미터이며, 는 현재 채널 상황에서의 전송할 수 있는 패킷량, 는 패킷 평균 전송율이다.

이때, 상기 가중치 β값은 전력관련 파라미터의 부여 정도에 따라 '0'보다 크고 '1'보다 작거나 같을 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징에 따른 기록매체에 있어서,

무선통신 시스템의 기지국이 다수의 단말기로 각각의 단말기 특성에 따라 데이터 채널을 할당하는 패킷 스케줄링 하기 위한 기능을 가지는 기록매체에 있어서, (a) 상기 각각의 단말기가 데이터 군을 송신하기 위해 필요한 전력량과, 현재까지의 각각의 단말기에 할당된 평균 전력량을 계산하는 기능; 및 (b) 상기 계산된 각각의 단말기가 데이터 군을 송신하기 위해 필요한 전력량과, 현재까지의 각각의 단말기에 할당된 평균 전력량을 패킷 스케줄링의 우선순위 결정 과정에 반영하기 위한 임의의 가중치를 결정하여 패킷 스케줄링 우선순위를 결정하는 기능을 포함한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 첨부된 도면은 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 본 발명의 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 1은 일반적인 AMC 옵션별 수신 SNR에 따른 PER(Packet Error Rate)을 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 서비스하기 위해 필요한 PER과, 현재 채널 환경에서의 SNR에 따라 AMC 옵션을 선택할 수 있다.

즉, 서비스가 원하는 PER이 0.1( ) 이고 현재의 SNR이 5dB에 해당하면, AMC 옵션 #2를 선택한다.

AMC 옵션 #2의 경우 1/2-QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)-코딩율 1/2 이며, 변조방식은 QPSK 이고, 하나의 OFDM 심볼에서 단말기별 순수 전송 데이터는 128비트이며, 이를 하나의 패킷으로 가정한다.

상기와 같이 AMC 옵션을 정하여 각각의 AMC 옵션에 따라 우선순위에 따라 스케줄링을 수행하면 다음과 같다.

도 2는 일반적인 AMC 결정에 따른 스케줄링 결과를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 다수의 단말기 중에서 우선순위가 높은 상위 4개의 단말기들이 기본적인 패킷 전송을 위한 전력 할당을 받을 수 있으며, 단말기 #1 내지 단말기 #4 의 각각의 송신을 위해 할당해야 하는 전력이 15dBm으로 같으며, 단말기별의 수신 SNR은 도 2에 나타난 바와 같다.

또한, 각각의 단말기별 요구되는 QoS를 위한 PER은 도 2에 나타난 바와 같이, 또는 의 값을 가진다.

그리고 기지국의 총 송신 전력이 60dBm 이라고 가정할 때, 단말기 #1 내지 단말기 #4에 각각 일정하게 15dBm의 전력을 공급한다.

상기한 일반적인 스케줄링을 수행할 때, 사용자가 요구하는 QoS 에 대해 실시간 서비스의 경우 다음과 같은 관계식이 성립된다.

상기한 수학식 1 및 수학식 2의 관계에 의하여 수학식 3의 값이 최고인 단말기와 단말기마다 하나의 세션이 있다고 가정하면, 여러 개의 세션을 가질 경우 세션별 알고리즘 수행 데이터를 전송하기 위해 데이터 채널을 할당한다.

상기한 수학식 3의 는 시간 지연에 관련된 파라미터이며, 비실시간 서비스의 QoS에 관련된 것으로, 구체적으로 수학식 4로 표현된다.

, 이때 는 큐에 있는 현재 패킷의 양이다.

이때, 상기 수학식 1에서의 는 패킷 지연 한계 시간, 는 패킷 전송 지연 시간이 패킷 지연 한계 시간을 넘을 확률이다.

또한, 상기 수학식 2에서 는 패킷 평균 전송율이며, 는 서비스 별로 정의된 패킷 최소 전송율이고, 상기 수학식 3의 는 현재 채널 상황에서 전송할 수 있는 패킷 양이며 는 수학식 5와 같이 계산되어진다.

상기 수학식 3의 계산에 의해 우선순위가 결정된 단말기 사이의 전력 할당이 수행되는데, 이때 전력의 파라미터가 부여되지 않으므로 이때, 데이터 채널을 통해 데이터를 전송하는 경우 하나의 데이터 군을 보내기 위해서 필요한 전력량 와, 현재까지 단말기에 할당된 전력의 평균값 과, 전력에 관련된 시스템 관리자가 부여할 수 있는 가중치 β를 이용하여 수학식 6과 같은 단말기의 우선순위를 결정할 수 있도록 한다.

상기 β값을 설정에 따라 패킷 스케줄링을 할 때 전력에 대한 파라미터를 부여하기를 원하는 경우 β의 값을 1보다 작게 하고, 전력에 대한 파라미터를 부여하지 않고 기존의 스케줄링 방식을 이용하고자 할 때 β값을 1로 하여 전력 관련 파라미터 항을 '1'로 만들어 계산할 수 있도록 한다.

상기한 수학식 6에 의한 패킷 스케줄링 방법에 대한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전력에 따른 패킷 스케줄링 방법의 동작 순서도이다.

도 3을 참조하면, 기지국의 시스템 관리자는 우선 패킷 스케줄링에 있어서, 전력 파라미터를 고려할 것인가를 판단한다(S301).

그리고, 전력 파라미터를 고려하는 경우, 전력 파라미터의 반영 정도에 따라 β값은 1>β>0 으로 설정하고(S302), 및 를 계산하고(S303), 상기 수학식 6에 의한 우선순위를 결정한다(S304).

상기 단계 S304에서 결정된 우선순위에 따라 기지국은 각각의 단말기로 전력을 할당하고(S305), 데이터 송수신을 할 수 있도록 스케줄링 한다.

또한, 상기 S301에서 시스템 관리자가 전력 파라미터를 반영하지 않는 것으로 결정하면, 가중치 β의 값을 '1'로 설정하여(S306) 상기 수학식 6의 전력파라미터 항을 '1'로 만들어 상기 수학식 3과 같이 일반적인 우선순위 계산을 하여(S307), 우선순위에 따른 전력 할당을 한다(S305).

상기한 수학식 6에 의하여 송신 전력 할당 여유분이 있는 경우, 적은 양의 전력으로도 많은 데이터 군을 전송할 수 있는 단말기를 선정할 수 있으며 시스템 사용자의 선택에 의해 전력관련 파라미터를 넣어 특정 단말기에 전력이 편중되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 전력 할당 알고리즘을 수행하기 전에 수행되는 패킷 스케줄링 알고리즘에 전력에 관한 파라미터를 고려하여 한정된 동일 전력으로 시스템 처리량을 증가시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외에 다양한 변경이나 변형이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력에 따른 패킷 스케줄링 방법은, 패킷 스케줄링 방법에 대한 우선순위를 결정하는데 있어서 전력에 관련된 파라미터를 고려하여 우선순위를 결정할 수 있도록 함으로써, 적은 전력으로도 많은 데이터 군을 전송할 수 있는 단말기에 우선적으로 남는 전력을 할당할 수 있도록 하여 한정된 동일한 전력으로 시스템의 처리량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 AMC 옵션별 수신 SNR에 따른 PER을 나타낸 것이다.

도 2는 일반적인 AMC 결정에 따른 전력 할당을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전력에 따른 패킷 스케줄링 방법의 동작 순서도이다.

Claims (4)

1. 무선통신 시스템의 기지국이 다수의 단말기로 각각의 단말기 특성에 따라 데이터 채널을 할당하는 패킷 스케줄링 방법에 있어서,

   (a) 상기 각각의 단말기가 데이터 군을 송신하기 위해 필요한 전력량과, 현재까지의 각각의 단말기에 할당된 평균 전력량을 계산하는 단계; 및

   (b) 상기 계산된 각각의 단말기가 데이터 군을 송신하기 위해 필요한 전력량과, 현재까지의 각각의 단말기에 할당된 평균 전력량을 패킷 스케줄링의 우선순위 결정 과정에 반영하기 위한 임의의 가중치를 결정하여 패킷 스케줄링 우선순위를 결정하는 단계

   를 포함하는 전력에 따른 패킷 스케줄링 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 (b)단계의 우선순위는 다음 식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전력에 따른 패킷 스케줄링 방법.

   이때, 상기 는 이며, 는 패킷 전송지연 시간이 패킷 지연 한계를 넘을 확률, 는 패킷 지연 한계시간이고, 는 시간 지연에 관련된 파라미터이며, 는 현재 채널 상황에서의 전송할 수 있는 패킷량, 는 패킷 평균 전송율이다.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 가중치 β값은 전력관련 파라미터의 부여 정도에 따라 '0'보다 크고 '1'보다 작거나 같을 수 있는 것을 특징으로 하는 전력에 따른 패킷 스케줄링 방법.
4. 무선통신 시스템의 기지국이 다수의 단말기로 각각의 단말기 특성에 따라 데이터 채널을 할당하는 패킷 스케줄링하기 위한 기능을 가지는 기록매체에 있어서,

   (a) 상기 각각의 단말기가 데이터 군을 송신하기 위해 필요한 전력량과, 현재까지의 각각의 단말기에 할당된 평균 전력량을 계산하는 기능; 및

   (b) 상기 계산된 각각의 단말기가 데이터 군을 송신하기 위해 필요한 전력량과, 현재까지의 각각의 단말기에 할당된 평균 전력량을 패킷 스케줄링의 우선순위 결정 과정에 반영하기 위한 임의의 가중치를 결정하여 패킷 스케줄링 우선순위를 결정하는 기능

   을 포함하는 프로그램을 저장하는 기록매체.