KR100678279B1 - 이동 통신 시스템의 역방향 채널의 혼잡 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기지국 장치에서 다수의 유저들로부터 데이터를 수신하여 전송률을 제어하여 출력하는 방법에 있어서, 혼잡 정보를 수신하면, 전송률을 높일 것인지 낮출 것인지 결정하는 제 1 과정과, 전송률을 낮추어야 할 경우, 요구된 전송률 대 현재 전송률의 비가 큰 유저의 순으로 전송률을 낮추되, 상기 유저가 서비스 품질 요구된 유저일 경우, 유저의 최소 전송률을 유지하는 제 2 과정을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

혼잡 정보, QoS

Description

이동 통신 시스템의 역방향 채널의 혼잡 제어 장치 및 방법{Apparatus and Method for Controlling Congestion of Reverse Channel in Mobile Communication System}

도 1은 종래 기술에 따른 혼잡 제어 방식을 이용하는 시스템 구성도,

도 2는 종래 기술에 따른 혼잡 제어 방법을 설명하기 위한 신호 흐름도,

도 3은 본 발명에 따른 혼잡 제어 방식을 이용하는 시스템 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 혼잡 제어 방법을 설명하기 위한 신호 흐름도.

본 발명은 이동 통신 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 이동국에서 기지국으로의 역방향 채널에서 서비스 품질(QoS)을 요구하는 사용자를 위한 혼잡 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

이동 통신 시스템에서의 데이터 서비스의 활성화로 이동국에서 기지국으로의 역방향 트래픽의 요구가 많아지게 되었다. 따라서, 기지국 시스템 내부의 수신단에 서는 병목 현상이 발생하게 된다. 일반적으로 시스템 내부 수신단의 병목 현상은 혼잡 제어(Congestion Control)를 통해 시스템 내부 자원을 관리한다. 통상, 보드의 출력 처리율보다 입력 도착률이 클 때, 이후에 도착하는 패킷 데이터는 임시로 버퍼에 저장해 둔다. 그러나, 출력 처리율보다 높은 패킷 데이터 도착률의 시간이 길어질 때는 버퍼에서 패킷 유실이 발생할 수 있다. 이러한 버퍼에서 패킷 유실을 방지하기 위해서 혼잡 제어 알고리즘이 필요하다.

그러면, 도 1을 참조하여 종래 기술에 따라 혼잡 제어 알고리즘이 적용되는 혼잡 제어 장치의 블록도를 살펴보기로 한다.

도 1을 참조하면, 다수의 유저들(100)은 무선을 통해 기지국 송신 시스템의 모뎀(120)에 패킷 데이터를 전송한다. 상기 모뎀(120)은 수신된 패킷 데이터를 복조시켜 시스템 내부 프로토콜에 맞게 변환시킨다. 송신부(130)는 상기 변환된 패킷 데이터를 수신부(140)에 전달한다. 상기 수신부(140)는 다음 목적지에 전달하기 위해 변환된 패킷 데이터를 전송해야 하는데, 수신부(140)가 처리할 수 있는 용량보다 더 많은 패킷 데이터가 도착한다면 이를 수신부(140) 내부에 존재하는 버퍼에 저장한다. 만일, 저장한 패킷 데이터의 수가 버퍼 임계값을 넘을 경우에는 상기 수신부(140)는 혼잡 정보를 혼잡 제어부(150)에 알려준다.

상기 혼잡 제어부(150)는 혼잡 정보를 이용하여 유저별 데이터 전송률을 제어하게 되는데, 도 2는 각각 유저에 따른 전송률 제어 방법을 설명하기 위한 신호 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 상기 수신부가(140)가 210 단계에서 i번째 유저에 관한 혼 잡 정보를 혼잡 제어부(150)에 전달한다. 그러면, 상기 혼잡 제어부(150)는 220 단계에서 상기 i번째 유저에 대한 전송률을 높일 것인지 낮출 것인지 판단한다. 상기 220 단계의 판단 결과, 전송률을 높여야 된다고 판단되면, 상기 혼잡 제어부(150)는 230 단계에서 현재 전송률(Current_Rate_Call[i])에 증가 상수, α를 곱하여 현재 전송률에 더해서 현재 전송률을 갱신한다. 그러나, 상기 220 단계의 판단 결과, 전송률을 낮추어야 된다고 판단되면, 혼잡 제어부(150)는 240 단계에서 현재 전송률(Current_Rate_Call[i])에 감소 상수, β(0<β<1)를 곱하여 현재 전송률에서 감하여 현재 전송률을 갱신한다. 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 새롭게 설정된 현재 전송률 정보는 모뎀(120)으로 전송되고, 상기 모뎀(120)은 상기 전송률 정보에 따라 상기 각 유저의 데이터를 새롭게 전송된 전송률로 전송하게 된다.

상술한 바와 같은 혼잡 제어 알고리즘은 ATM 같은 하위 레이어(Layer)에서 버퍼 상태만 고려하여 각 유저의 데이터 전송률을 결정하게 된다. 즉, 각 유저의 요구 전송률과는 상관없이 수신단의 상태를 보고 유저의 전송률이 결정되게 된다. 그러나, 특정 서비스(QoS 데이터)는 최소 데이터 전송률 이상을 넘어야 원할한 서비스를 받을 수 있다. 예를 들어, 화상전화는 상위 레이어에서 64[Kbps], PTT는 10[Kbps] 정도의 패킷 데이터 전송률을 보장해야 한다. 하위 레이어의 혼잡 제어 알고리즘은 상위 레이어에서 QoS 유저의 최소 데이터 전송률을 보장하지 못한다.

즉, 종래 혼잡 제어 알고리즘은 수신 단의 버퍼 상태를 보고 특정 임계 값이 넘어서게 되면 이를 송신 단에 알려 주어 각 유저의 데이터 전송률을 제어한다. 여러 유저들이 동일한 수신 단을 거쳐 다음 목적지로 전송된다고 가정할 때, 여러 유 저들은 동일한 버퍼를 사용하게 된다. 이 때, 특정 유저만 임계 값을 넘게 되면 그 유저의 전송률만 저하된다. 만일, 그 특정 유저가 QoS 유저라면 최소 전송률을 보장받지 못하여 데이터 서비스를 받는 의미가 없어진다. 즉, 종래 기술과 같은 혼잡 제어 알고리즘으로는 QoS 유저의 데이터 전송률을 보장할 수 없다.

또한, 동일 버퍼를 사용하는 유저들은 다른 유저들에 관한 정보를 알 수 없고, 독립적이기 때문에 많은 유저들이 동시에 전송률을 올릴 수가 있다. 이러한 경우에는 버퍼에서 오버 플로우(Overflow)가 발생하여 패킷 데이터가 손실할 우려가 있다. 또한 동시에 전송률을 감소시키면 언더 플로우(Underflow)가 발생하여 효율이 떨어질 수가 있다.

현재 표준상으로 역방향 링크에 대해서는 QoS 정책 뿐만 아니라 혼잡 제어 알고리즘도 정의되지 않은 상태이다. 갈수록 사용자의 패킷 데이터 전송률이 높아지고, 패킷 데이터 전송 집중도(Burstiness)도 높아져서 QoS 정책과 혼잡 제어 알고리즘이 필요하다.

따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 다양해지는 데이터 서비스의 전송률을 보장해주고 수신부에서 패킷 데이터의 유실을 막을 수 있는 송신 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예는 다수의 유저들로부터 데이터를 수신하여 전송률을 제어하여 출력하는 기지국 장치에 있어서, 다수의 유저들로부터 수신된 패킷 데이터를 복조시켜 시스템 내부 프로토콜에 맞게 변환시켜 출력하는 모뎀부와, 상기 모뎀으로부터 출력된 데이터의 양이 처리 가능한 용량을 초과할 경우, 상기 혼잡 제어 정보를 출력하는 수신부와, 상기 수신부로부터 출력되는 혼잡 제어 정보에 따라, 상기 감소시킨 각 유저별 데이터 전송률 정보를 출력하는 혼잡 제어부와, 상기 혼잡 제어부로부터 출력되는 전송률 정보에 따라, 서비스 품질을 요구하는 유저의 최소 전송률을 유지시키는 서비스 품질 필터를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예는 기지국 장치에서 다수의 유저들로부터 데이터를 수신하여 전송률을 제어하여 출력하는 방법 있어서, 혼잡 정보를 수신하면, 전송률을 높일 것인지 낮출 것인지 결정하는 제 1 과정과, 전송률을 낮추어야 할 경우, 요구된 전송률 대 현재 전송률의 비가 큰 유저의 순으로 전송률을 낮추되, 상기 유저가 서비스 품질 요구된 유저일 경우, 유저의 최소 전송률을 유지하는 제 2 과정을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 상세 동작 및 구조에 대하여 상세히 설명한다. 도면들 중 참조번호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명은 혼잡 제어시 사용자의 QoS 요구 사항을 반영하기 위해 사용자별 최소 전송률을 보장해 주면서 혼잡 제어를 할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 혼잡 제어 장치의 블록 구성도이다.

도 3을 참조하면, 다수의 유저들(310)은 무선을 통해 기지국 시스템의 모뎀(320)에 패킷 데이터를 전송한다. 상기 모뎀(320)은 수신된 패킷 데이터를 복조시켜 시스템 내부 프로토콜에 맞게 변환시킨다. 송신부(330)는 상기 변환된 패킷 데이터를 수신부(340)에 전달한다. 상기 수신부(340)는 다음 목적지에 전달하기 위해 변환된 패킷 데이터를 전송해야 하는데, 수신부(340)가 처리할 수 있는 용량보다 더 많은 패킷 데이터가 도착한다면 이를 수신부(340) 내부에 존재하는 버퍼에 저장한다. 만일 저장한 패킷 데이터의 수가 버퍼 임계값을 넘을 경우에는 상기 수신부(340)는 혼잡 정보를 혼잡 제어부(350)에 알려준다.

상기 혼잡 제어부(350)는 혼잡 정보를 이용하여 유저별 데이터 전송률을 제어하게 된다. 본 발명에서는 상기 혼잡 제어부(350)로부터 혼잡 제어 정보에 따라 QoS 유저가 요구하는 최소 전송률을 떨어뜨리지 않게 관리하는 QoS 필터(360)를 포함한다. 여기서, QoS 유저를 위한 최소 전송률은 표준에서 정의되지 않았고, QoS 유저들은 최소 전송률을 시스템에 알려 주어야 한다.

그리고, 상기 각 모뎀(320)은 최대 전송률을 결정하게 된다. 상기 최대 전송 률은 수신부에 존재하는 버퍼의 오버플로우가 발생하지 않는 최대 전송률이다.

그러면, 상술한 바와 같은 시스템상에서의 혼잡 제어 방법을 도 4를 참조하여 설명하기로 한다. 도 4에서 사용되는 변수에 대해 정의하면, k는 보드 아이디를 의미하고, i는 N명의 유저 중에서 유저 아이디를 의미하고, j는 데이터 전송률을 제어할 유저 아이디를 구하기 위한 단순 증가 변수를 의미한다.

도 4는 혼잡 제어부(350)가 410 단계에서 수신부(340)로부터 i번째 모뎀 보드에 관한 혼잡 정보를 수신하면, 420 단계에서 임시 보드 전송률(Temp_Rate_Board[k])을 초기화한다. 상기 임시 보드 전송률(Temp_Rate_Board[k])은 다수의 유저들에게 할당되는 전송률을 누적해두기 위한 변수이다. 그리고, 430 단계에서 혼잡 제어부(350)은 상기 수신된 혼잡 정보에 따라 모뎀 보드의 전송률을 높일 것인지 낮출 것인지 결정한다.

상기 430 단계의 판단 결과, 모뎀 보드의 전송률을 높여야 할 경우, 440 단계에서 혼잡 제어부(350)는 보드의 최대 전송률을 갱신한다. 즉, 모뎀에 의해 미리 결정된 보드 최대 전송률(Max_Rate_Board[k])에 증가 상수 α를 곱한 보드 최대 전송률을 더하여 현재의 보드 최대 전송률을 갱신한다. 그리고, 450 단계에서 혼잡 제어부(350)는 각 유저들의 요구 전송률(Required_Rate_Call[i])에 대한 현재 할당 전송률(Allocated_Rate_Call[i])의 비율인 R[i]를 구한다. 그런 후, 혼잡 제어부(350)는 460 단계에서 상기 구해진 R[i]의 값들을 이용하여, 오름차순으로 정렬되도록 그에 상응하는 인덱스 값 I[j]를 설정한다. 상기 460 단계에서 오름차순으로 정렬시키는 이유는 전송률의 비가 낮은 유저부터 전송률을 높여 주기 위한 것이다.

470 단계에서 510 단계는 상기 오름차순으로 정렬된 순서대로 유저의 할당 전송률(Allocated_Rate_Call[i])을 증가시키는 과정으로, 이러한 과정은 증가시킨 할당 전송률값을 누적시킨 값이 모뎀 보드에서 결정된 최대 전송률을 초과할 때까지 반복된다. 즉, 유저의 전송률을 증가시키되, 모뎀 보드가 정한 최대 전송률보다 클 경우에 오버 플로우를 방지한다.

470 단계에서 혼잡 제어부(350)는 상기 갱신된 최대 전송률(Max_Rate_Board[k])이 임시 보드 전송률(Temp_Rate_Board[k])보다 큰지를 판단한다. 상기 470 단계에서 최대 전송률이 임시 전송률보다 크지 않을 경우, 혼잡 제어부(350)는 480 단계에서 전송률을 높일 유저의 아이디를 구한다. 480 단계에서 j는 단순 증가하므로 유저 수인 N으로 나눈 나머지를 취하여 이것을 이용하여 유저의 아이디를 구할 수 있다. 그런 후, 490 단계에서 상기 480 단계에서 구해진 아이디에 상응하는 유저의 전송률을 갱신시킨다. 즉, 유저의 할당 전송률에 증가 상수 a를 곱한 유저의 할당 전송률을 더하여 새로운 유저의 전송률을 갱신한다. 500 단계에서 혼잡 제어부(350)는 각 유저의 증가 전송률을 임시 보드 전송률에 누적시킨다. 그리고, 510 단계에서 유저의 인덱스를 증가시켜 다음 유저의 전송률 갱신을 시도하기 위해 470 단계로 궤환된다. 상기 470 단계에서 510 단계의 과정은 상술한 바와 같이 470 단계에서 누적된 임시 보드 전송률이 최대 보드 전송률보다 크지 않을 때까지 실행한다.

한편, 상기 430의 판단 결과, 모뎀 보드의 전송률을 낮추어야 할 경우, 혼잡 제어부(350)는 520 단계에서 최대 보드 전송률을 갱신한다. 즉, 보드 최대 전송률 (Max_Rate_Board[k])에 감소 상수 α를 곱한 보드 최대 전송률을 빼내어 현재의 보드 최대 전송률을 갱신한다. 그리고, 530 단계에서 혼잡 제어부(350)는 각 유저들의 요구 전송률(Required_Rate_Call[i])에 대한 현재 할당 전송률(Allocated_Rate_Call[i])의 비 R[i]를 구한다. 그런 후, 540 단계에서 상기 구해진 R[i]의 값들을 이용하여, 내림차순으로 정렬되도록 그에 상응하는 인덱스 값 I[j]를 설정한다. 상기 540 단계에서 내림차순으로 정렬시키는 이유는 전송률의 비가 높은 유저부터 전송률을 낮추어 주기 위한 것이다.

550 단계에서 610 단계는 상기 내림차순으로 정렬된 순서대로 유저의 할당 전송률(Allocated_Rate_Call[i])을 감소시키는 과정으로, 이러한 과정은 감소시킨 할당 전송률값을 누적시킨 값이 모뎀 보드에서 결정된 최대 전송률을 초과할 때까지 반복된다.

550 단계에서 혼잡 제어부(350)는 상기 갱신된 최대 전송률(Max_Rate_Board[k])이 임시 보드 전송률(Temp_Rate_Board[k])보다 큰지를 판단한다. 상기 550 단계에서 최대 전송률이 임시 전송률보다 크지 않을 경우, 560 단계에서 혼잡 제어부(350)는 전송률을 높일 유저의 아이디를 구한다. 이때, 상기 QoS 필터(360)이 동작하여, 570 단계에서 상기 구해진 인덱스에 상응하는 유저가 QoS 유저인지를 판단한다. 상기 570 단계의 판단 결과, 유저가 QoS 유저일 경우, 상기 QoS 필터(360)는 상기 R[j]가 1보다 큰지를 판단한다. 상기 580 단계의 판단 결과, 상기 R[j]가 1보다 클 경우에는 590 단계로 진행된다. 그러나, 상기 580 단계의 판단 결과, 상기 R[j]가 1보다 크지 않을 경우, QoS 유저의 전송률은 내리지 않고 다 음 유저의 전송률 갱신을 시도하기 위해 하기의 610 단계로 진행한다.

그러나, 상기 570 단계의 판단 결과, 상기 구해진 인덱스에 상응하는 유저가 QoS 유저가 아닐 경우, 혼잡 제어부(350)는 590 단계에서 상기 560 단계에서 구해진 아이디에 상응하는 유저의 전송률을 갱신시킨다. 즉, 원래 유저의 할당 전송률에 감소 상수를 곱한 유저의 할당 전송률을 빼내어 새로운 유저의 전송률을 갱신한다. 600 단계에서 혼잡 제어부(350)는 각 유저의 감소된 전송률을 임시 보드 전송률에 누적시킨다. 그리고, 610 단계에서 유저의 인덱스를 증가시켜 다음 유저의 전송률 갱신을 시도하기 위해 550 단계로 궤환된다. 상기 550 단계에서 610 단계의 과정은 상술한 바와 같이 600 단계에서 누적된 임시 보드 전송률이 최대 보드 전송률보다 크지 않을 때까지 실행한다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 보드별로 최대 전송률을 제한함으로써 수신부의 버퍼 오버플로우를 방지할 수 있다. 이는 유저들이 동시에 전송률을 높이더라도 보드의 최대 전송률을 넘지 못하기 때문에 수신부 버퍼에서 오버플로우 가능성이 희박하다. 또한 보드별 최대 전송률의 제한은 과도한 전송률 증가 후에 과도한 전송률 감소 현상을 없애 주기 때문에 수신부 버퍼 언더플로우 억제에도 효과뿐만이 아니라 수신부 처리율의 변동을 최소화할 수가 있다.

보통 QoS 유저는 Non-QoS 유저보다 많은 사용료를 부담하기 때문에 양질의 서비스를 받고 싶어한다. 기존의 알고리즘들은 QoS 유저들을 고려하지 않았기 때문 에 QoS 유저보다 Non-QoS 유저가 높은 데이터 전송률을 가질 수 있다. 본 발명은 Non-QoS 유저가 QoS 유저보다 더 높은 데이터 전송률을 가지는 기이한 현상을 없애 준다.

Claims (4)

1. 다수의 유저들로부터 데이터를 수신하여 전송률을 제어하여 출력하는 기지국의 혼잡 제어 장치에 있어서,

   상기 다수의 유저들로부터 수신된 데이터를 복조시켜 시스템 내부 프로토콜에 맞게 변환시켜 출력하는 모뎀부와,

   상기 모뎀부로부터 출력된 데이터의 양이 처리 가능한 용량을 초과할 경우, 혼잡 제어 정보를 출력하는 수신부와,

   상기 수신부로부터 출력되는 혼잡 제어 정보에 따라, 감소시킨 각 유저별 데이터 전송률 정보를 출력하는 혼잡 제어부와,

   상기 혼잡 제어부로부터 출력되는 전송률 정보에 따라, 서비스 품질을 요구하는 유저의 최소 전송률을 유지시키는 서비스 품질 필터를 포함함을 특징으로 하는 혼잡 제어 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 수신부는

   상기 모뎀부로부터 출력된 데이터의 양이 처리 가능한 용량을 초과할 경우, 상기 출력된 데이터를 내부에 존재하는 버퍼에 저장하는 것을 특징으로 하는 혼잡 제어 장치.
3. 기지국 장치에서 다수의 유저들로부터 데이터를 수신하여 전송률을 제어하여 출력하는 혼잡 제어 방법 있어서,

   혼잡 정보를 수신하면, 전송률을 높일 것인지 낮출 것인지 결정하는 제 1 과정과,

   상기 전송률을 낮추어야 할 경우, 요구된 전송률 대 현재 전송률의 비가 큰 유저의 순으로 상기 전송률을 낮추되, 상기 유저가 서비스 품질이 요구된 유저일 경우, 상기 유저의 최소 전송률을 유지하는 제 2 과정을 포함함을 특징으로 하는 혼잡 제어 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 제 2 과정은

   상기 서비스 품질이 요구된 유저의 상기 요구된 전송률 대 현재 전송률의 비가 1보다 클 경우에만, 상기 전송률을 감소시키는 과정을 포함함을 특징으로 하는 혼잡 제어 방법.

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