KR100569773B1 - 이동통신 시스템의 프레임 구성 장치 및 프레임 구성 방법 - Google Patents

이동통신 시스템의 프레임 구성 장치 및 프레임 구성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동통신 시스템의 프레임 구성 장치 및 프레임 구성 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 먼저 패킷 스케줄링 알고리즘에 의해 다수의 사용자 중 특정 사용자와 특정 사용자에 속하는 세션을 선택한다. 그리고 나서 선택된 사용자와 세션에 대하여 적응변조 및 코딩 옵션을 고려하면서, 동일 사용자에 속하는 다수의 세션들을 멀티플렉싱하여 하나의 프레임을 구성한다.
이처럼, 본 발명에 따르면 하나의 프레임에 구성되는 세션들의 수를 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 사용자간 공정성을 극대화시키고 전체 산출량과 지연에 의한 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.
패킷 스케줄링, QoS, 멀티미디어 트래픽, 프레임 구성(framing),

Description

이동통신 시스템의 프레임 구성 장치 및 프레임 구성 방법{A FRAMING APPARATUS AND A FRAMING METHOD IN A MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 프레임 구성 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 패킷 멀티미디어 트래픽 환경하에서 다수의 사용자와 그에 대응되는 다수의 세션들 간의 상호 연결 구조도이다.
도 3은 도 1에 도시한 패킷 스케줄러를 상세히 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 순서도를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 사용한 AMC 옵션의 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 AMC 표를 기준으로 수행한 예를 나타내는 도면이다.
본 발명은 이동통신 시스템의 프레임 구성 장치 및 프레임 구성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 패킷 스케줄링과 연관한 프레임 구성을 수행하는 패킷 스케줄링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
무선 통신 환경 하에서 제한된 자원을 효율적으로 이용하기 위해, 무선 자원을 다수의 사용자들에게 공평하게 분배하는 패킷 스케줄링 알고리즘에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 즉, 다양한 서비스 품질(QoS)을 요구하는 멀티미디어 서비스가 실현됨에 따라, 제한된 무선 자원을 효율적으로 이용할 수 있는 패킷 스케줄러의 출력 링크의 대역폭을 공정하게 할당하기 위한 여러 가지 방법들이 제안되고 있다.
특히, 실시간 트래픽 사용자와 비실시간 트래픽 사용자가 혼재된 멀티미디어 서비스 환경 하에서는, 모든 실시간 사용자와 비실시간 사용자의 서비스 품질(Quality Of Service; 이하 'QoS'라 함)을 만족시키는 효율적인 스케줄링 방법이 필요하게 된다. 이와 같은 서비스 환경 하에서, 일반적으로 QoS라 하면 산출량(throughput)과 지연(delay)을 들 수가 있다. 이때, 산출량과 지연의 정의는 다음과 같다.
(1) 산출량: 사용자의 평균 전송 데이터율을 의미한다. 예를 들면 사용자가 10초 동안 100 kbps와 200 kbps로 데이터를 전송하였다면 산출량은 150 kbps가 된다. 따라서 산출량은 실제받은 데이터와 시간의 비로 정의하기도 한다.
(2) 지연: 사용자가 서비스를 요청한 후 서비스를 받을 때까지 걸리는 평균 시간을 의미한다.
이때, 실시간 트래픽 이용자는 QoS 중 "지연" 요소에 민감하고 비실시간 트래픽 사용자는 "산출량"에 민감하므로 이 두 가지 QoS를 만족시키면서도 성능 효율을 증가시키는 효율적인 알고리즘이 필요하다.
종래의 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템에서는, 패킷 스케줄러에 의해 선택된 사용자와 세션(session)에 대한 데이터 율만을 고려하여 프레임을 구성하여 서비스를 수행하였기 때문에, 멀티미디어 트래픽 환경 하에서 시스템 성능을 극대화하는데 문제점이 많이 있었다. 따라서 멀티미디어 환경에서 시스템 성능을 향상시키기 위해 새로운 알고리즘이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 멀티미디어 트래픽 환경 하에서 지연과 산출량이라는 QoS를 만족시키기 위한 프레임 구성 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 이동통신 시스템의 프레임 구성방법은
(a) 패킷 스케줄링 알고리즘에 따라 제1 사용자 및 제1 사용자에 속하는 세션들 중 하나 이상의 세션을 선택하는 단계;
(b) 상기 선택된 제1 사용자와 세션에 해당하는 적응변조 및 코딩(AMC) 옵션을 선택하는 단계; 및
(c) 상기 선택된 세션의 데이터 율과 상기 선택된 AMC 옵션에 의한 전송가능한 데이터 율과의 비교를 수행하여, 하나의 프레임 내에 상기 제1 사용자에 속하는 다수 개의 이종 세션들을 멀티플렉싱하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 단계 (C)는
(C1) 상기 제1 사용자에 대하여 선택한 세션들에 의한 데이터 율의 합이 상기 AMC 옵션에 의한 전송가능한 데이터 율 보다 작은지를 판단하는 단계;
(C2) 상기 선택된 세션들에 의한 데이터 율의 합이 상기 AMC 옵션에 의한 전송가능한 데이터율 보다 작은 경우 상기 제1 사용자의 다른 세션들의 수를 증가시키는 단계; 및
(C3) 상기 단계 C2에서 추가로 선택한 세션들을 고려하여 상기 단계 C1을 반복 수행시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 특징에 따른 이동통신 시스템의 프레임 구성장치는
상위 계층으로부터 입력되는 IP 패킷들을 사용자별 및 각 사용자의 세션별로 구분하는 패킷 구분부;
상기 패킷 구분부에 의해 구분된 사용자 및 해당 사용자에 속하는 세션들을 각각 저장하는 다수의 큐를 가지는 저장부; 및
상기 다수의 큐에 저장된 사용자의 세션들을 스케줄링한 후, 선택된 사용자의 세션들과 데이터율을 고려하여 하나의 사용자에 속하는 다수 개의 이종 세션들을 멀티플렉싱하여 프레임을 구성하는 패킷 스케줄러를 포함한다.
여기서, 패킷 스케줄러는
패킷 스케줄링 알고리즘에 따라 제1 사용자 및 제1 사용자에 속하는 세션들 중 하나 이상의 세션을 선택하는 사용자 및 세션 선택부;
상기 사용자 및 세션 선택부에 의해 선택된 제1 사용자와 세션에 해당하는 적응변조 및 코딩(AMC) 옵션을 선택하는 AMC 옵션 선택부;
상기 사용자 및 세션 선택부에 의해 선택된 세션의 데이터 율과 상기 AMC 옵션 선택부에 의해 선택된 AMC 옵션에 의한 전송가능한 데이터 율을 비교하는 데이 터율 비교부; 및
상기 데이터율 비교부의 비교결과에 따라 하나의 프레임 내에 상기 제1 사용자에 속하는 다수 개의 이종 세션들을 멀티플렉싱하는 프레임 구성부를 포함한다.
한편, 본 발명의 특징에 따른 프로그램이 기록된 기록매체는 이동통신 시스템의 프레임 구성을 위한 프로그램이 기록된 기록매체로서,
패킷 스케줄링 알고리즘에 따라 제1 사용자 및 제1 사용자에 속하는 세션들 중 하나 이상의 세션을 선택하는 기능;
상기 선택된 제1 사용자와 세션에 해당하는 적응변조 및 코딩(AMC) 옵션을 선택하는 기능; 및
상기 선택된 세션의 데이터 율과 상기 선택된 AMC 옵션에 의한 전송가능한 데이터 율과의 비교를 수행하여, 하나의 프레임 내에 상기 제1 사용자에 속하는 다수 개의 이종 세션들을 멀티플렉싱하는 기능을 포함한다.
본 발명은 차세대 이동통신 시스템에서 패킷 스케줄러와 연관하여 동작하는 프레임 구성 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에서 제안하는 프레임 구성 방법은 각종 QoS 에 대한 시스템 성능을 향상시키기 위하여 패킷 스케줄러와 연동하면서 동작한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케줄링과 연관한 프레임 구성 장치를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 프레임 구성 장치(100)는 기지국(Base Station, 도시하지 않음) 내에 포함되어 있으며, 기지국은 적어도 한 개 이상의 사용자 단말기(200a~200i)와의 데이터 송수신을 통해 채널 상태에 관한 정보(버퍼 상태 등)를 프레임 구성 장치로 제공한다.
프레임 구성 장치(100)는 적어도 한 개 이상의 사용자 단말기(200a~200i)로 전송할 트래픽 데이터에 대한 스케줄링(우선 순위 결정)을 한 후, 선택된 사용자 및 세션과 데이터율을 고려하여 프레임을 구성한다.
이처럼, 본 발명의 실시예에서는 프레임 구성 장치(100)가 기지국 내에 포함되어 트래픽 데이터에 대해 스케줄링 및 프레임 구성하는 것에 대해 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 각종 이동 통신 시스템 내에 포함되어 프레임 구성하는 방법에도 적용할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 프레임 구성 장치(100)는 패킷 구분부(120), 저장부(130) 및 패킷 스케줄러(140)를 포함한다.
패킷 구분부(120)는 상위 계층으로부터 입력되는 IP 패킷들을 사용자별 및 각 사용자의 세션별로 구분한다. 본 발명의 실시예에 따르면, QoS가 동일한 서비스를 가지는 트래픽을 세션(session)이라고 정의한다.
즉, 패킷 구분부(120)는 입력되는 IP 패킷들에 대하여 사용자 구분 및 사용자 별로 QoS에 따른 세션 구분을 수행한 후, 사용자별 데이터 및 세션 별 데이터를 저장부(130)에 저장한다.
저장부(130)는 각 사용자를 위한 큐(130a, 130b, ...130n)를 포함하고 있는데, 각 큐들은 사용자별 QoS(QoS1, QoS2, ..., QoSm)에 따른 세션들을 저장하고 있다.
패킷 스케줄러(140)는 서로 다른 우선순위(priority)를 가지는 큐들을 스케줄링한 후, 선택된 사용자 및 세션과 데이터율을 고려하여 프레임을 구성한다.
도 2는 멀티미디어 트래픽 환경하에서 도 1에서의 패킷 스케줄러(140)에 의해 각각의 스케쥴링 시간에 스케줄링을 해야 할 다수 사용자와 다수 세션들의 상호 연결 구조를 보여주고 있다.
특정 스케줄링 시간에 다수 사용자(사용자 1, 사용자 2 ………사용자 m)와 그에 따른 세션들에 대해 패킷 스케줄링 알고리즘을 수행하여 선택되는 사용자와 세션을 결정하게 된다. 그리고 이하에서 설명하는 바와 같이, 선택된 사용자에 속하는 세션들(세션 1, 세션 2 ……… 세션 n)에 대한 데이터율과 선택된 적응변조 및 코딩(Adaptive Modulation and Coding; 이하 'AMC'라 함) 옵션에 의한 데이터 율과의 상호비교를 통하여 서비스되는 세션 수가 결정된다. 따라서 본 발명의 실시예에 따르면, 서비스되는 세션의 수가 증가하여 세션간 공정성도 증가한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케줄러(140)를 상세하게 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케줄러(140)에서 수행되는 알고 리즘의 순서도이다. 이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케줄링 및 프레임 구성 방법을 상세히 설명한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케줄러(140)는 AMC 옵션 선택부(141), 사용자 및 세션 선택부(142), 데이터율 비교부(143), 세션 추가부(144) 및 프레임 구성부(145)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 패킷 스케줄러(140)의 사용자 및 세션 선택부(142)는 채널 정보와 각 사용자 큐(130a,..130n)에 저장된 세션에 대한 QoS를 기준으로 총 사용자 중에서 특정 사용자와 특정 사용자의 세션을 선택한다. (S10)
그리고 나서, AMC 옵션 선택부(141)는 상기 단계 S10에서 선택된 사용자 및 세션에 해당하는 AMC 옵션을 선택한다. 이와 같이 함으로써, 매 스케줄링 주기 내에 한 개의 프레임으로 전송가능한 데이터율이 정해진다.
그리고 나서, 데이터율 비교부(143)는 선택된 사용자와 그에 따른 세션들에 의한 데이터율과, 선택된 AMC 옵션에 따른 전송 가능한 데이터율을 비교한다. (S30)
상기 단계 S30에서의 비교 결과, AMC 옵션에 따른 전송 가능한 데이터율이 선택된 사용자와 그에 따른 세션들에 의한 데이터 율보다 크면, 세션 추가부(144)는 동일 사용자에 있는 다른 세션 중에서 지연에 민감한 세션의 순서로 추가한다.
그리고, 데이터율 비교부(143)는 추가된 세션에 의한 전송 데이터율과 기존에 선택된 세션에 의한 전송 데이터율을 합한 후(S40), AMC 옵션에 따른 전송 가능 한 데이터율과 다시 비교하는 과정을 반복적으로 수행한다.
상기 반복 과정을 수행 후에 선택된 세션에 의해 전송 가능한 데이터율의 합이 AMC 옵션에 따른 전송 가능한 데이터율보다 크면, 프레임 구성부(145)는 각 세션을 구분하는 구분자를 포함하는 헤더정보를 각각의 세션에 추가한 후에 멀티플렉싱(multiplexing)하여 프레임을 구성한다.(S50)
본 발명의 실시예에 따르면, 상기와 같은 과정을 수행함으로써 서비스되는 세션들의 수를 증가시킴으로써 사용자간 공정성(fairness)을 극대화시키고 전체 산출량과 지연에 의한 시스템 성능을 향상시킨다. 상기와 같이 한 개의 프레임에 다수의 세션을 멀티플렉싱할 때, 세션들을 구분하는 정보는 각각의 세션 등의 헤더에 추가하여 송신하고 수신측에서 이 헤더를 디코딩함으로 이종의 세션들을 구분할 수 있다. 이러한 헤더의 구성은 이상의 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 평균적 전문가라면 쉽게 구성할 수 있으므로, 이하에서는 상세한 설명을 생략한다.
도 5는 이동통신 시스템에서 사용될 수 있는 AMC 옵션의 예를 나타내는 도면이다. 도 5에서, 수신된 신호대 간섭비(Signal to Interference Ration; 이하 'SIR'이라 함) 값이 7.0 와 11.0 dB 사이일 경우에는 AMC 옵션 3단계가 선택되어 QPSK 변조방식과 3/4 부호화율을 사용한다. 이 경우 전송 가능한 데이터율은 1920 bps이다.
도 6은 도 5의 AMC 표를 기준으로 수행한 본 발명의 실시예이다.
도 6에서, 다수의 사용자 및 세션에 대한 패킷 스케줄링 수행 후 최종 선택된 사용자 ID는 10이고 이에 대응하는 세션 ID는 1이다. 이 경우 전송 가능한 데이 터율은 1920 bps인데 비하여 세션 ID 1만 전송했을 때 전송 가능한 데이터율은 1000 bps가 된다. 이 경우 본 발명의 실시예에서 제안한 프레임을 사용하지 않은 경우에는 920 bps의 자원 낭비를 초래하게 된다.
그러나, 본 발명의 실시예에서는 총 전송 데이터율이 전송가능한 1920 bps보다 작은 범위내에서는 지연에 민감한 순서인 세션 2, 세션 3, 그리고 세션 4까지를 프레임에 추가함으로써 총 1900 bps의 데이터율까지 전송하게 되어 오직 20 bps 의 자원만을 낭비하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시에에 따르면, 이동통신시스템에서 패킷 스케줄링된 사용자와 세션들을 전송할 때 한 개의 프레임에 동일사용자에 속하는 다수의 이종 세션들을 함께 전송함으로써 서비스되는 세션들의 수를 증가시킬 수 있다. 따라서, 사용자간 공정성을 극대화시키고 전체 산출량과 지연에 의한 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다. 예컨대, 도 1에 도시한 본 발명의 실시예에 따른 프레임 구성 장치는 하드웨어적으로 구현될 수 있으며, 또한 소프트웨어의 형태로 구현될 수도 있다. 또한, 본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 이동통신시스템에서 한 개의 프레임에 특정 사용자에 속하는 다수의 이종 세션들을 함께 전송함으로써 서비스되는 세션들의 수를 증가시킴으로써, 사용자간 공정성을 극대화시키고 전체 산출량과 지연에 의한 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 이동통신 시스템의 프레임 구성 방법에 있어서,
    (a) 패킷 스케줄링 알고리즘에 따라 제1 사용자 및 제1 사용자에 속하는 세션들 중 하나 이상의 세션을 선택하는 단계;
    (b) 상기 선택된 제1 사용자와 세션에 해당하는 적응변조 및 코딩(AMC) 옵션을 선택하는 단계; 및
    (c) 상기 선택된 세션의 데이터 율과 상기 선택된 AMC 옵션에 의한 전송가능한 데이터 율과의 비교를 수행하여, 하나의 프레임 내에 상기 제1 사용자에 속하는 다수 개의 이종 세션들을 멀티플렉싱하는 단계를 포함하는 이동통신 시스템의 프레임 구성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (C)는
    (C1) 상기 제1 사용자에 대하여 선택한 세션들에 의한 데이터 율의 합이 상기 AMC 옵션에 의한 전송가능한 데이터 율 보다 작은지를 판단하는 단계;
    (C2) 상기 선택된 세션들에 의한 데이터 율의 합이 상기 AMC 옵션에 의한 전송가능한 데이터율 보다 작은 경우 상기 제1 사용자에 속하는 다른 세션들을 추가로 선택하는 단계; 및
    (C3) 상기 단계 C2에서 추가로 선택한 세션들에 대하여 상기 단계 C1을 반복 수행하는 단계를 포함하는 이동통신 시스템의 프레임 구성방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 추가로 선택되는 세션들의 우선순위는 지연에 민감한 순서에 기초하여 결정하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 프레임 구성방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 사용자에 속하는 다수 개의 이종 세션들을 각각 구분하는 구분자를 세션의 헤더에 삽입하여 하나의 프레임을 구성하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 프레임 구성방법.
  5. 삭제
  6. 상위 계층으로부터 입력되는 IP 패킷들을 사용자별 및 각 사용자의 세션별로 구분하는 패킷 구분부;
    상기 패킷 구분부에 의해 구분된 사용자 및 해당 사용자에 속하는 세션들을 각각 저장하는 다수의 큐를 가지는 저장부; 및
    상기 저장부에 저장된 세션들을 스케줄링하여 제1 사용자 및 제1 사용자에 속하는 세션들 중 하나 이상의 세션을 선택한 후 멀티플렉싱하여 프레임을 구성하는 패킷 스케줄러
    를 포함하며,
    상기 패킷 스케줄러는
    패킷 스케줄링 알고리즘에 따라 제1 사용자 및 제1 사용자에 속하는 세션들 중 하나 이상의 세션을 선택하는 사용자 및 세션 선택부;
    상기 사용자 및 세션 선택부에 의해 선택된 제1 사용자와 세션에 해당하는 적응변조 및 코딩(AMC) 옵션을 선택하는 AMC 옵션 선택부;
    상기 사용자 및 세션 선택부에 의해 선택된 세션의 데이터 율과 상기 AMC 옵션 선택부에 의해 선택된 AMC 옵션에 의한 전송가능한 데이터 율을 비교하는 데이터율 비교부; 및
    상기 데이터율 비교부의 비교결과에 따라 하나의 프레임 내에 상기 제1 사용자에 속하는 다수 개의 이종 세션들을 멀티플렉싱하는 프레임 구성부를 포함하는 이동통신 시스템의 프레임 구성장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 데이터율 비교부의 판단 결과, 상기 사용자 및 세션 선택부에 의해 선택된 세션들에 의한 데이터 율의 합이 상기 AMC 옵션 선택부에 의해 선택된 AMC 옵션에 의한 전송가능한 데이터율 보다 작은 경우, 상기 제1 사용자에 속하는 다른 세션들을 추가로 선택하는 세션 추가부를 추가로 포함하는 이동통신 시스템의 프레임 구성장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 세션 추가부는
    상기 추가로 선택되는 세션들의 우선순위를 지연에 민감한 순서에 기초하여 결정하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 프레임 구성장치.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레임 구성부는 상기 제1 사용자에 속하는 다수 개의 이종 세션들을 각각 구분하는 구분자를 세션의 헤더에 삽입하여 하나의 프레임을 구성하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 프레임 구성장치.
  10. 이동통신 시스템의 프레임 구성을 위한 프로그램이 기록된 기록매체에 있어서,
    패킷 스케줄링 알고리즘에 따라 제1 사용자 및 제1 사용자에 속하는 세션들 중 하나 이상의 세션을 선택하는 기능;
    상기 선택된 제1 사용자와 세션에 해당하는 적응변조 및 코딩(AMC) 옵션을 선택하는 기능; 및
    상기 선택된 세션의 데이터 율과 상기 선택된 AMC 옵션에 의한 전송가능한 데이터 율과의 비교를 수행하여, 하나의 프레임 내에 상기 제1 사용자에 속하는 다수 개의 이종 세션들을 멀티플렉싱하는 기능을 포함하는 프로그램이 기록된 기록매체.
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