KR100704674B1

KR100704674B1 - 휴대 인터넷 시스템의 스케줄링 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100704674B1
Application number: KR1020050055653A
Authority: KR
Inventors: 김주희; 이숙진; 김경수
Original assignee: 한국전자통신연구원; 에스케이 텔레콤주식회사; 주식회사 케이티프리텔; 삼성전자주식회사; 하나로텔레콤 주식회사; 주식회사 케이티
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2007-04-06
Also published as: KR20070000142A; WO2007001145A1; US8792415B2; US20080186909A1

Abstract

본 발명은 휴대 인터넷(High-speed Portable Internet, HPi) 시스템의 스케줄링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

휴대 인터넷 시스템에서 제공하고자 하는 멀티미디어 서비스(실시간 서비스, 비실시간 서비스, 최선형 서비스 등)에 대하여 그 종류에 따라 각 서비스 특성에 적합한 스케줄링 알고리즘을 각각 적용하여 네트워크로부터 수신한 IP 패킷의 송신 순서를 결정한 후에 송신 대기 큐를 구성한다. 이렇게 구성한 송신 대기 큐에 대기중인 아이템 순서에 따라 무선 대역을 할당하고 전송 가능한 데이터 크기를 결정하며 이를 토대로 프로토콜 데이터 유닛(Packet Data Unit, PDU)을 생성한다. 그리고 PDU들의 조합으로 구성된 프레임 데이터를 생성하고, 이를 물리계층을 통해 무선구간으로 송신한다.

따라서 멀티미디어 서비스의 각 서비스 특성에 따라 적절하게 스케줄링 알고리즘을 적용할 수 있다. 또한 다량의 트래픽을 무선 프레임에 맞춰 스케줄링하기 위해 패킷 스케줄링 동작을 2단계로 분리함으로써, 효율적인 패킷 처리를 수행할 수 있다.

휴대인터넷시스템, 기지국, 스케줄러, 송신 대기 큐, 스케줄링 알고리즘

Description

휴대 인터넷 시스템의 스케줄링 장치 및 그 방법 {apparatus and method for scheduling of High-speed Portable Internet system}

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 휴대 인터넷 시스템의 개략적인 구조도이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 구조도이다.

도 3은 도 2에 도시된 기지국의 스케줄링 장치의 상세 구조도이다.

도 4는 도 3에 도시된 스케줄러의 상세 구조도이다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 휴대 인터넷 시스템의 스케줄링 방법을 나타낸 개념도이다.

도 6은 도 5의 제1 스케줄링 단계의 상세 동작을 도시한 순서도이다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 제1 스케줄링 단계에서 서비스 종류별 스케줄링 용량을 결정하는 과정을 나타낸 도이다.

도 8은 도 5의 제2 스케줄링 단계의 상세 동작을 도시한 순서도이다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 프레임 기반 동작 타이밍도이다.

본 발명은 휴대 인터넷 시스템에 관한 것으로, 특히 휴대 인터넷 시스템에서 멀티미디어 서비스에 대해 각각의 서비스 요건을 만족시키면서 효율적인 무선 자원 관리를 수행할 수 있는 스케줄링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

IEEE 802.16 무선(Wireless) LAN 기반의 휴대 인터넷(High-speed Portable Internet, HPi) 시스템은, 2.3㎓ 주파수 대역에서 스펙트럼 사용 효율을 보장하는 무선 전송 기술을 사용하여 유선 인터넷에서 제공하는 다양한 형태의 IP 기반 무선 데이터 서비스(예를 들어, 스트리밍 비디오, FTP, 메일, 채팅 등)의 영상 및 고속 패킷 데이터 전송을 제공하는 3.5세대 이동 통신 시스템이다.

일반적으로 휴대 인터넷 시스템은 사용자 단말기(Access Terminal, AT)와 단말기의 무선 접속 및 네트워크 연결을 지원하는 기지국(Access Point, AP), 및 각 단말기의 이동성 제어 및 패킷 라우팅 기능을 수행하는 패킷 접속 라우터(Packet Access Router, PAR)로 구성된다. 기지국은 사용자 단말기의 접속 제어, 유선 구간과 무선 구간 사이의 패킷 정합, 무선 송수신 제어, 무선 대역 관리 등의 기능을 수행하며, 특히, 트래픽 처리 및 패킷 스케줄링, 무선 링크 제어, 무선 자원 관리, 유선 구간과 무선 구간 사이의 패킷 정합, HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest) 제어 등의 기능을 수행한다.

휴대 인터넷 시스템은 무선 구간에서 고속 패킷 데이터 전송을 지원하기 위해 프레임 단위로 데이터 송수신을 수행하고, OFDM/FDMA/TDD 무선 전송 방식을 기반으로 동작하게 된다. 휴대 인터넷 시스템에서 OFDM/FDMA/TDD 무선 전송 방식에서는 부반송파 그룹으로 구성된 서브채널 단위로 데이터 송수신이 이루어지고, 매 프 레임마다 프레임의 맨 앞에 프레임 구성 정보를 포함하는 지도(MAP) 메시지를 송신하며 이어서 데이터 버스트가 전송된다.

따라서 스케줄러에서는 매 프레임마다 각각의 사용자 데이터에 대하여 송신을 위해 소요되는 서브 채널을 할당하고 이를 관리하는 스케줄링을 수행하고, 이에 대한 정보를 바탕으로 지도 메시지를 구성한다. 일반적으로 무선 통신 시스템에서는 시스템의 전체적인 효율이나 전송 특성이 기지국에서 사용하는 스케줄링 알고리즘에 의해 크게 좌우되는데, 이 스케줄링 알고리즘은 사용 목적에 따라 다양하게 구현될 수 있다.

대표적으로 스케줄링 알고리즘은 시스템의 전송효율을 극대화하는 방법과 단말기간의 공평성(Fairness)을 보장하기 위한 방법으로 구현된다.

먼저, 시스템의 전송 효율을 극대화하는 방법은 채널 상태가 가장 좋은 단말기에게 무선 자원의 대부분을 할당하는 방법이다. 이 방법은 시스템의 효율(System Throughput)을 극대화 할 수 있지만 채널 상태가 좋지 않은 단말기는 아무리 전송할 데이터가 많더라도 무선 자원을 할당받지 못해 제대로 서비스를 받지 못할 수 있는 단점이 있다.

다음, 단말기간의 공평성을 보장하기 위한 방법은 모든 단말기에 골고루 무선자원을 분배하는 방법으로 채널 상태와 관계없이 모든 단말기에 공평하게 무선자원을 할당하는 것이다. 그러나 이 방법은 채널 상태가 좋지 못한 단말기에 많은 자원을 할당하여 시스템의 전체적인 이용 효율이 떨어질 수 있는 단점이 있다.

한편 휴대 인터넷 시스템에서는 실시간 서비스, 비실시간 서비스, 최신형 서 비스 등과 같이 다양한 종류의 멀티미디어 서비스가 제공되고 있는데, 종래에는 단일 서비스에만 적합한 스케줄링 알고리즘이 적용되고 있으므로, 서비스 특성에 따라 필요로 하는 다양한 조건을 만족시키는 스케줄링이 이루어지지 않는 문제점이 있다.

또한 종래의 휴대 인터넷 시스템에서 스케줄링을 하는 경우 프레임 기반의 휴대 인터넷 시스템 동작 요건을 맞추기 위해, 프레임 동기에 정확히 맞춰서 미리 스케줄링을 수행하고 지도 메시지를 구성해야 하므로 최소의 처리 시간을 보장해야 한다. 이에 따라 스케줄링 부하가 발생하여 프레임 동기에 영향을 주는 문제점이 있다.

그러므로 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 휴대 인터넷 시스템에서의 스케줄링 수행시, 서로 다른 종류의 멀티미디어 서비스에 대한 요건을 만족시키고, 효율적인 무선 자원 관리를 수행하면서 스케줄링 부하로 인해 프레임 동기에 영향을 주지 않도록 하는데 있다.

이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 패킷 스케줄링 동작을 시간에 민감하지 않은 제1 스케줄링 단계와 시간에 민감한 제2 스케줄링 단계로 분리하여 수행하고, 멀티미디어 서비스 지원을 위한 최적화된 스케줄링 알고리즘을 선택 적용하여 효율적으로 패킷을 처리하도록 한다.

본 발명의 하나의 특징에 따른 스케줄링 방법은, 휴대 인터넷 시스템의 사용 자 단말기의 무선 접속 및 네트워크 연결을 지원하는 기지국에서, 사용자 단말기로 전달되는 패킷을 스케줄링하는 방법에 있어서, 상기 기지국에서 제공하는 멀티미디어 서비스의 종류를 판별하고 각 종류에 따라 소정 스케줄링 알고리즘을 선택하여 상기 네트워크로부터 수신한 패킷에 적용하여 상기 패킷의 송신 순서를 결정하고, 이에 따라 송신 대기 큐를 구성하는 제1 스케줄링 단계; 및 상기 송신 대기 큐에 대기중인 상기 패킷에 대하여 무선 대역 할당을 수행하고 전송 가능한 데이터 크기를 결정하고 이를 토대로 프로토콜 데이터 유닛(Packet Data Unit, PDU)을 생성하고, 상기 PDU들의 조합으로 구성된 프레임 데이터를 생성하는 제2 스케줄링 단계를 포함한다.

또한 본 발명의 다른 특징에 따른 스케줄링 장치는 휴대 인터넷 시스템에서 사용자 단말기의 무선 접속 및 네트워크 연결을 지원하는 기지국의 스케줄링 장치에서, 상기 네트워크로부터 수신한 패킷의 헤더를 분석하여 상기 패킷을 분류하는 패킷 분류기; 상기 패킷 분류기를 통해 전달받은 상기 패킷을 저장하는 저장장치; 상기 기지국에서 제공하는 멀티미디어 서비스의 종류에 적합한 스케줄링 알고리즘을 선택 및 수행하여 상기 패킷의 송신 순서를 결정한 후에 송신 대기 큐를 구성하는 제1 스케줄링 처리 모듈, 그리고 상기 송신 대기 큐에 대기중인 패킷에 대하여 무선 대역을 할당하고 매 프레임별 전송할 데이터를 선택하며 그에 따라 생성 정보를 생성하는 제2 스케줄링 처리 모듈을 포함하는 스케줄러; 및 상기 스케줄러로부터 제공되는 상기 생성 정보에 따라 PDU를 생성하는 PDU 생성 장치를 포함한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명 이 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 실시 예에 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 실시 예에 따른 휴대 인터넷 시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도이다.

휴대 인터넷 시스템은 기본적으로 기지국(100,100'), 기지국과 무선 통신을 하는 이동 단말 장치인 사용자 단말기(200), 상기 기지국과 게이트웨이를 통해 접속된 라우터(300, 310), 인터넷 망을 포함한다. 본 실시 예에서는 설명의 편의상 이동 단말 장치를 사용자 단말기로 명명한다.

휴대 인터넷 시스템에서는 도 1에 도시된 사용자 단말기(200)가 한 기지국(100)이 관장하는 셀에서 다른 기지국(100')이 관장하는 셀로 이동하는 경우에도 그 이동성을 보장하여 끊기지 않는 데이터 통신 서비스를 제공하며, 이동통신 서비스와 같이 사용자 단말기(200)의 핸드오버를 지원하고, 사용자 단말기의 이동에 따라 동적인 IP 어드레스 할당 등을 수행한다.

여기서, 무선 휴대 인터넷 사용자 단말기(200)와 기지국(100, 100')은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; 이하 OFDMA라고 함)방식으로 통신을 수행할 수 있으며, 이 방식에 한정되지는 않는다. OFDMA 방식은 복수의 직교주파수의 부반송파(sub carrier)를 복수의 서브 채널로 이용하 는 주파수 분할 방식과, 시분할 방식(TDM)을 결합한 다중화 방식이다. OFDMA 방식은 본질적으로 다중 경로(multi path)에서 발생하는 페이딩(fading)에 강하며, 데이터 전송률이 높다.

IEEE 802.16e는 사용자 단말기(200)와 기지국(100, 100')사이에 요청/수락에 의해 적응적으로 변조와 코딩 방식이 선택되는 적응형 변조 부호화 방식(Adaptive modulaton and coding; AMC)을 채용한다.

도 2는 위에 기술된 바와 같은 구조로 이루어지는 휴대 인터넷 시스템의 기지국의 구조가 도시되어 있다.

첨부한 도 2에 도시되어 있듯이, 기지국은 트래픽 처리 및 패킷 스케줄링, 무선 링크 제어, 무선 자원 관리, 유선 구간과 무선 구간 사이의 패킷 정합, HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest) 제어 등의 기능을 수행하는 스케줄링 장치(10), 기지국과 사용자 단말기 제어를 위한 프로토콜 동작을 제어하는 제어 메시지들을 처리하는 기지국 제어 장치(20), 및 무선 구간 데이터 송수신 기능을 수행하는 송수신 장치(30)를 포함한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 스케줄링 장치의 구조도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 스케줄링 장치(10)는 도 3에서와 같이, 패킷 분류기(110), 저장장치(120), 스케줄러(130), PDU 생성장치(140)를 포함한다.

패킷 분류기(110)는 유선 네트워크로부터 수신한 IP 패킷의 IP 헤더를 분석하여, 해당 패킷을 제공받을 사용자, 연결 아이디(ID), 패킷 도착 시간 등을 판단 하고 해당 패킷에 대한 처리의 우선 순위 등의 IP 패킷 정보를 생성한다. 또한 패킷 분류기(110)는 기지국과 단말기가 서로 연결될 때 협상된 서비스의 종류를 판단한다. 저장장치(120)는 무선 구간 송신 전까지 패킷 분류기(110)를 통해 전달받은 IP 패킷을 저장한다.

스케줄러(130)는 패킷 분류기(110)로부터 IP 패킷 정보를 수집하고 물리 계층으로부터 채널 상태 정보를 전달받은 후, IP 패킷 정보와 채널 상태 정보를 토대로 스케줄링을 수행하여 매 프레임별 전송할 데이터와 데이터의 크기를 선택하고, 무선 자원을 관리한다.

PDU 생성장치(140)는 스케줄러(130)로부터 프로토콜 데이터 유닛(Packet Data Unit, PDU)의 생성 정보(데이터, 데이터 크기 등)를 제공받아 PDU를 생성한다.

이때, 스케줄러(130)는 멀티미디어 서비스의 각 서비스 특성에 적합한 각각의 스케줄링 알고리즘을 적용하여 패킷의 송신 순서를 결정한 후에 송신 대기 큐를 구성하고, 송신 대기 큐에 대기중인 아이템 순서에 따라 패킷에 대하여 무선 대역을 할당하고 실제 전송 가능한 데이터 크기를 결정함으로써, MAC-PDU들의 조합(버스트)이 생성되도록 한다.

그 후, PDU 생성 장치(140)는 다수개의 버스트로 구성된 프레임 데이터를 생성하여 이를 물리계층에 전달하고 사용자 단말기로 전송되도록 송신 제어를 수행한다.

도 4에 본 발명의 실시 예에 따른 스케줄러(130)의 구조가 도시되어 있다.

첨부한 도 4에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 스케줄러(130)는 제1 스케줄링 처리 모듈(130-1) 및 제2 스케줄링 처리 모듈(130-2)을 포함한다.

제1 스케줄링 처리 모듈(130-1)은 수신한 IP 패킷에 대한 스케줄링 정보(IP 패킷 정보, 채널 상태 정보 등)를 수집하는 스케줄링 정보 수집부(131), 수집된 스케줄링 정보를 토대로 패킷 분류기(110)에서 판단된 현재 제공되는 서비스의 데이터 패킷에 대하여, 상기 서비스 종류에 따라 설정된 스케줄링 알고리즘을 수행하여 패킷의 송신 순서를 결정하는 알고리즘 수행부(132), 송신 순서가 결정된 패킷들을 토대로 송신 대기 큐를 생성하는 대기 큐 생성부(133)를 포함한다. 스케줄링 정보 수집부(131)는 매 패킷 도착시마다 스케줄링 정보 수집을 수행하며, 알고리즘 수행부(132)는 이와 같이 수집된 정보를 토대로 하여 소정 시간 동안 스케줄링을 수행한다.

제2 스케줄링 처리 모듈(130-2)은 송신 대기 큐에 대기중인 아이템 순서에 따라 패킷에 대하여 무선 대역을 할당하는 대역 할당부(134), 실제 전송 가능한 데이터 크기를 결정하고 그에 따라 PDP 생성을 위한 정보(PDU 생성 정보)를 생성하는 정보 생성부(135)를 포함한다. 이에 따라 PDU 생성 장치(140)는 상기 PDU 생성 정보를 토대로 MAC-PDU들의 조합(버스트)을 생성하여 다수 개의 버스트로 구성된 프레임 데이터를 생성한다. 그리고 생성된 프레임 데이터를 물리 계층으로 전달하여 사용자 단말기로 제공되도록 한다.

여기서, 송신 대기 큐(Queue)는 여러 개의 데이터 항목들이 일정한 순서로 나열된 자료 구조를 말하며, 스택과는 달리 한쪽 끝에서는 삽입만 할 수 있고, 삭 제는 반대쪽 끝에서만 할 수 있도록 되어 있다. 즉, 상기 송신 대기 큐에 저장된 데이터 항목들 중에 먼저 삽입된 것은 먼저 삭제되고, 나중에 삽입된 것은 나중에 삭제되는 선입 선출(First-In-First-Out: FIFO) 구조를 이루고 있다. 송신 대기 큐는 연결 리스트 형태로 이루어질 수 있으며, 각 리스트의 노드(node)--여기서 노드는 데이터들이 저장되는 단위임--에 해당되면서 동시에 다른 노드들이 연결되어 있는 2차원 연결 리스트의 형태인 아이템들을 포함한다. 이러한 아이템은 서비스할 패킷 정보, 해당 연결 아이디, 중요도, 채널 상태 등의 정보를 저장할 수 있는 구조체이며, 스케줄링 수행 시점에 아이템들이 순서대로 처리된다.

다음, 본 발명의 실시 예에 따른 휴대 인터넷 시스템의 스케줄링 방법에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 휴대 인터넷 시스템의 스케줄링 방법을 개략적으로 도시한 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에는 다수의 멀티미디어 서비스에 대하여 각 서비스 특성에 적합한 스케줄링 알고리즘을 각각 적용하여 패킷의 송신 순서를 결정 한 후에 송신 대기 큐를 구성하는 제1 스케줄링 단계를 수행한다. 그리고 매 프레임마다 송신 대기 큐에서 대기중인 아이템 순서에 따라 무선 대역을 할당하고 실제 전송 가능한 데이터 크기를 결정하여 MAC-PDU들의 조합(버스트)을 생성하여 다수 개의 버스트로 구성된 프레임 데이터를 생성하는 제2 스케줄링 단계를 수행한다.

기지국에서는 제1 스케줄링 단계 및 제2 스케줄링 단계를 통해 생성된 프레 임 데이터를 물리계층에 전달하여 사용자 단말기로 송신되도록 제어한다.

이하, 도 6 내지 도 9를 참고하여 본 발명의 실시 예에 따른 휴대 인터넷 시스템의 스케줄링 방법의 각 단계별 스케줄링 과정에 대해 상세히 살펴본다.

도 6은 도 5의 제1 스케줄링 단계의 상세 동작을 도시한 순서도이고, 도 7은 제1 스케줄링 단계에서 서비스 종류별 스케줄링 용량을 결정하는 과정을 도시한 것이며, 도 8은 도 5의 제2 스케줄링 단계의 상세 동작을 도시한 순서도이다. 그리고 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 프레임 기반 동작 타이밍도이다.

도 6 및 도 7을 참고하면, 제1 스케줄링 단계에서는 각 서비스 종류별로 선택 가능한 데이터 총량(C1_i,k)을 계산한다. 구체적으로 설정되어 있는 각 서비스별 데이터 서비스 비율(

)에 따라 한 프레임에 대해 제1 스케줄링 단계에서 처리 가능한 데이터 총량(CT_i, 한 프레임에 할당 가능한 데이터 총량)을 분할하여 선-서비스 데이터 총량(PreC1_i,k)을 계산한다.

그리고 아래 수학식 1에 나타나 있듯이 제1 스케줄링 단계에서는 선-서비스 데이터 총량(PreC1_i,k)과 서비스 대기중인 패킷의 총량(WD_i,k)을 비교해서 더 적은 양을 해당 서비스의 서비스 데이터 총량(C1_i,k)으로 결정한다. 그리고 선-서비스 데이터 총량(PreC1_i,k)보다 상기 결정된 서비스 데이터 총량(C1_i,k)이 더 적을 경우에, 그 차액을 잉여 용량으로 하여 잉여 데이터 풀(POOL)(EC_i)에 저장한다.

한편 제1 스케줄링 단계에서는 선-서비스 데이터 총량(PreC1_i,k)보다 서비스 대기중인 패킷의 총량(WD_i,k)이 클 경우에 잉여 용량을 잉여 데이터 풀(EC_i)에서 대여 받을 수 있는데, 잉여 용량 사용에 대한 우선권은 서비스 종류의 중요도에 의해 정해진다. 일례로, 멀티미디어 서비스 중에서 중요도가 높은 실시간 서비스가 잉여 용량 사용에 대한 최우선권을 갖는다. 위에 기술된 바와 같은 방법으로 도 6에서와 같이 각 서비스에 대한 서비스 데이터 총량(C1_i,k:C1_rtps, C1_nrtps, C1_BE)을 결정한다.(S1, S2, S3) 한편, 도 6에서 VC_alloc 현재 서비스에 할당한 데이터 용량을 나타내는 변수이며, VC_alloc=0은 초기화를 나타낸다. 그리고 VC_alloc은 결정되는 서비스 데이터 총량(C1_i,k)까지 증가될 수 있다. 이와 같이 결정되는 각 서비스에 대한 서비스 데이터 총량(C1_i,k)은 호를 제어하는 테스크(도시하지 않음)에서 결정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

이렇게 하여, 각 서비스 종류 별로 서비스 데이터 총량(C1_k)이 결정되면, 스 케줄러(130)의 알고리즘 수행부(132)는 실시간 서비스, 비실시간 서비스, 및 최선형 서비스의 순서대로, 각 서비스에 적합하게 설정되어 있는 스케줄링 알고리즘에 따라 서비스 데이터 총량(C1_i,k) 만큼 패킷을 선택하여 그 패킷 정보를 대기 큐 생성부(133)에 의하여 생성된 송신 대기 큐에 저장한다.(S4~S11)

송신 대기 큐는 서비스할 패킷 정보, 해당 연결 아이디, 중요도를 포함하는 아이템들의 리스트 연결로 구성되어, 추후에 기술할 제2 스케줄링 단계에서 무선 구간 송신을 위한 PDU 생성장치(140)의 MAC-PDU 생성시 참조된다. 그리고 저장장치(120)에 저장된 실제 데이터 패킷의 중복 복사를 피하기 위해, 송신 대기 큐에는 실제 데이터의 저장 위치 정보만을 포함할 수 있다.

위에서 각 서비스 종류별로 사용하는 스케줄링 알고리즘은 서비스 품질(QoS)을 가장 잘 보장해 주면서 사용자 무선 채널 상황을 고려한 스케줄링 알고리즘이 선택되어 적용되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 서비스 종류가 실시간 서비스의 경우에는 지연 시간을 보장할 수 있는 제1 스케줄링 알고리즘, 비실시간 서비스의 경우에 최소 전송 속도만 보장해 주는 제3 스케줄링 알고리즘, 최선형 서비스의 경우에 목표 성능 기준에 따라 공평성 또는 시스템 효율을 보장하는 제3 스케줄링 알고리즘을 적용한다. 본 발명에 따른 스케줄링 장치에서는 서비스 종류에 따라 서로 다른 최적의 스케줄링 알고리즘이 설정되어 있으며, 이를 토대로 알고리즘 수행부(132)가 제공된 서비스에 설정된 스케줄링 알고리즘을 수행하게 된다.

한편, 제1 스케줄링 단계에서는 특정 스케줄링 알고리즘의 경우, 스케줄링 시간을 줄이기 위해 네트워크로부터 IP 패킷을 수신하고 패킷 분류기(110)에 의한 패킷 분류 절차를 수행한 후에 먼저 스케줄링 정보를 수집하고 및 해당 서비스의 중요도를 계산한다. 즉, 기지국과 단말기의 연결이 설정되어 제공되는 서비스가 결정되고, 서비스에 따라 소정 패킷이 전달되면 패킷 분류기(110)가 제공되는 서비스 종류를 판별하고, 패킷별 해당 사용자, 연결 아이디, 우선순위를 결정하는 패킷 분류 절차를 수행하여 IP 패킷 정보를 생성한다. 이후 스케줄러(130)는 패킷 도착에 따라 IP 패킷 정보와, 채널 상태 정보를 포함하는 스케줄링 정보를 수집하고, 해당 서비스의 중요도를 계산한다.

예를 들어, 스케줄러(130)는 스케줄링 알고리즘을 기본적인 FCFS(First Come First Service, FCFS)로 할 경우에, 패킷이 수신되어 해당 연결로 분류되면 패킷 정보를 FCFS 스케줄러 내 서비스 대리 리스트에 저장한다. 이를 통해 실제 제1 스케줄링 단계가 동작되는 동안에 모든 사용자의 저장장치(120)를 검색 및 순서화시키는 과정이 생략되어 처리 시간이 현저히 줄어들게 된다.

위에 기술된 바와 같이 제1 스케줄링 단계가 수행된 다음에는 제2 스케줄링 단계가 수행된다.

도 8을 참고하면, 제2 스케줄링 단계에서는 스케줄러(130)의 대역 할당부(134)가 제1 스케줄링 단계의 스케줄링 결과에 의해 갱신되는 송신 대기 큐 내의 헤드로부터 아이템을 추출하여 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨을 결정한다. 무선 송신을 보장하기 위해 AMC(Adaptive Modulation and Coding) 기법을 적용하고 있으므로, 사용자의 채널 상황에 따라 적정한 MCS 레벨을 결정해야 한다. 이 를 이하여 MCS 레벨은 사용자 단말기로부터 매 프레임 마다 수신한 채널 상태 정보(Channel Quality Indicator, CQI)를 토대로 하여 셀 설정 파라미터인 MCS 결정 테이블(CQI Threshold-MCS레벨)로부터 정해진다. 여기서 사용자 단말기로부터 전달되는 채널 상태 정보를 획득하는 것은 당업계에 공지된 기술임으로 상세한 설명을 생략한다.

MCS 결정 테이블은 MCS 레벨별로 최소 입장 채널 정보((Minimum Entry Threshold Channel Quality) 및 필수 퇴장 채널 정보(Mandatory Entry Threshold Channel Quality)가 대응되어 있는 테이블로서, 각 사용자의 CQI 값이 수신되면 CQI 값이 이들(최소 입장 채널 정보, 필수 퇴장 채널 정보) 임계(Thresh) 값 이내에 존재하는 MCS 레벨이 결정되도록 한다.(S21∼S22)

각 사용자의 MCS 레벨이 결정되면, 대역 할당부(134)는 아래 수학식 2에 나타나 있듯이 서비스할 데이터를 송신하기 위해 필요한 무선 프레임 내 서브 채널 수(N_{sch_curr})를 계산한다.(S23)

여기서, MOD와 CR은 무선 채널 상태에 따라 결정된 적응형 변조 및 복조(Adaptive Modulation and Coding) 정보이다.

스케줄러(130)의 정보 생성부(135)는 계산된 서브채널 수(N_{sch_curr})가 현 프레임 내 잔여 서브 채널 수(RC_rest)보다 크면, 현재 가용한 서브채널에 전송 가능한 서비스 데이터 크기를 계산한다. 그리고 서비스할 데이터 중 상기 계산된 크기에 해당하는 데이터를 상기 가용한 서브 채널에 할당하고, 나머지 데이터는 다음 프레임에 서비스되도록 처리한다.(S24~S27) 한편, 계산된 서브채널 수(N_{sch_curr})가 현 프레임 내 잔여 서브 채널 수(RC_rest)보다 작으면, 서비스할 데이터를 모두 상기 서브 채널에 할당한다.(S28)

스케줄러(130)의 정보 생성부(135)는 할당된 데이터에 대해 무선구간 송신을 위한 MAC-PDU를 생성하도록 PDU 생성장치(140)에 PDU 생성 정보를 제공한다.(S29) 이에 따라 PDU 생성장치(140)는 스케줄러(130)로부터 데이터, 데이터 크기 등의 PDU 생성 정보를 토대로 PDU를 생성하며, 특히 MAC-PDU들의 조합(버스트)을 생성하여 다수 개의 버스트로 구성된 프레임 데이터를 생성하여 물리 계층으로 전달한다.

스케줄러(130)에서는 위의 과정을 현 프레임 내 잔여 서브 채널 수가 없을 때까지 반복한다.(S30~S31) 그리고 상기 송신 대기 큐 내에 대기중인 패킷들이 현재 프레임에서 모두 송신되지 못할 경우에, 상기 송신 대기 큐에 남아있는 패킷의 총량에 따라 각 서비스별로 대기중인 패킷들의 총량의 한계를 조절한다.

한편, 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 휴대 인터넷 시스템에서 HARQ를 적용할 경우에, 송신 대기 큐를 탐색하기 전에 송신 실패 등의 이유로 인해 재전송 대기중인 버스트에 대해 MCS 레벨을 다시 설정하고, 이에 따라 무선 대역을 먼저 할당한 후에 송신 대기 큐를 탐색한다. 이 경우, 스케줄러(130)에서는 모든 사용자의 채널 상황 악화 또는 기타의 이유로 인해 송신 대기 큐 내 대기 중인 패킷들이 현 프레임에서 모두 송신되지 못할 경우에 잔여 송신 대기 데이터의 총량을 제1 스케줄링 단계 수행시 고려하도록 한다. 즉, 한 프레임에 대해 제1 스케줄링 단계에서 가능한 데이터 총량(CT_i)을 잔여 트래픽 총량만큼을 제외한 용량으로 설정한다.

위에 기술된 바와 같이 동작하는 본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 스케줄링 단계가 프레임 동기에 민감하지 않으므로 기지국 트래픽 처리 장치의 구동 중 여유 시간에 수행될 수 있다.

구체적으로, 기존의 상/하향 트래픽 송수신을 위해 예를 들어 5msec의 프레임 구조로 물리 계층이 운용되는 휴대 인터넷 시스템의 스케줄러에서는, 이전 프레임으로부터 수신한 상향 대역 요구를 처리하고 하향 스케줄링을 수행하여 프레임 데이터 및 정보를 생성하는 것을 물리계층의 프레임 송신 시간 전에 완료해야 하므로, 스케줄링 처리 시간에 민감하게 동작한다.

그러나 본 발명의 실시 예에 따른 제1 스케줄링 단계는 각 패킷들의 서비스 우선 순위만 정하는 것이기 때문에 패킷들을 현 프레임에 모두 전송해야 하는 것이 아니며, 이번 프레임에 패킷을 모두 전송하지 못하면 우선 순위에 따라 다음 프레임에 전송하면 된다. 따라서 제1 스케줄링 단계를 수행하는 시점을 프레임 동기에 맞출 필요가 없으며, 스케줄링 시간 이외의 여분의 시간에 수행해도 된다.

첨부한 도 9를 참조하면, MAP 전송을 위해서는 프레임의 앞의 2msec동안 스 케줄링이 수행되어야 한다. 그러나 본 발명의 실시 예에 따르면, 스케줄링은 무선 자원 할당 및 MAP 생성까지 다 포함된 스케줄링이므로, 제1 스케줄링 단계를 상기 2msec 동안 수행하지 않아도 된다. 따라서, 2msec 동안 모든 스케줄링 동작을 수행 해야하는 시간제약에서 여유롭게 된다. 그러므로 제1 스케줄링 단계가 프레임 동기에 민감하지 않으므로 기지국의 트래픽 처리 중 여유 시간에 수행될 수 있으며, 그 결과 스케줄링으로 인한 부하를 줄일 수 있다.

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

이와 같이, 본 발의 실시 예에 따르면 휴대 인터넷 시스템에서, 멀티미디어 서비스의 각 서비스 특성에 따라 적절하게 스케줄링 알고리즘을 적용할 수 있다. 또한 다량의 트래픽을 무선 프레임에 맞춰 스케줄링하기 위해 패킷 스케줄링 동작을 시간에 민감하지 않은 제1 스케줄링 단계와 시간에 민감한 제2 스케줄링 단계로 분리함으로써 효율적인 패킷 처리를 수행할 수 있다. 특히 제1 스케줄링 단계가 프레임 동기에 민감하지 않으므로 기지국 트래픽 처리 장치의 구동 중 여유 시간에 수행될 수 있다. 따라서 스케줄링으로 인한 부하를 줄일 수 있다.

또한, 시스템 운용자에 의해 각 트래픽 종류별 서비스 한계를 조정할 수 있고, HARQ 제어를 용이하게 수행할 수 있는 효과도 있다.

Claims

휴대 인터넷 시스템에서 사용자 단말기의 무선 접속 및 네트워크 연결을 지원하는 기지국에서 사용자 단말기로 전달되는 패킷을 스케줄링하는 방법에 있어서,

상기 기지국에서 제공하는 멀티미디어 서비스의 종류를 판별하고 각 종류에 따라 소정 스케줄링 알고리즘을 선택하여 상기 네트워크로부터 수신한 패킷에 적용하여 상기 패킷의 송신 순서를 결정하고, 이에 따라 송신 대기 큐를 구성하는 제1 스케줄링 단계; 및

상기 송신 대기 큐에 대기중인 상기 패킷에 대하여 무선 대역 할당을 수행하고 전송 가능한 데이터 크기를 결정하고 이를 토대로 프로토콜 데이터 유닛(Packet Data Unit, PDU)을 생성하고, 상기 PDU들의 조합으로 구성된 프레임 데이터를 생성하는 제2 스케줄링 단계

를 포함하고,

상기 제1 스케줄링 단계는,

상기 멀티미디어 서비스 종류별로 데이터 서비스 비율과 각 서비스별로 대기중인 패킷들의 총량을 고려하여, 현재 프레임에 선택 가능한 각 서비스별 데이터 할당 용량을 결정하는 단계; 및

각 서비스에 적용된 스케줄링 알고리즘에 따라 상기 서비스별로 결정된 데이터 할당 용량만큼 패킷을 선택하여 상기 송신 대기 큐에 저장하는 단계

를 포함하는 휴대 인터넷 시스템의 스케줄링 방법.
삭제
제1항에 있어서

상기 제1 스케줄링 단계는

상기 스케줄링 알고리즘을 적용하기 이전에 상기 네트워크로부터 패킷을 수신하여 상기 패킷별 해당 사용자, 연결 아이디, 우선 순위를 결정하는 패킷 분류 절차를 수행하여 IP 패킷 정보를 생성하고, 상기 IP 패킷 정보와 상기 사용자 단말기로부터 전달되는 채널 상태 정보를 포함하는 스케줄링 정보를 수집하고, 해당 서비스의 중요도를 계산하는 단계를 더 포함하고,

상기 송신 대기 큐 구성시, 서비스할 패킷 정보, 해당 연결 아이디, 중요도, 채널 상태 정보 중 적어도 하나를 포함하는 아이템들이 연결 리스트 형태로 이루어진 송신 대기 큐를 구성하는 휴대 인터넷 시스템의 스케줄링 방법.
제3항에 있어서

상기 제2 스케줄링 단계는,

상기 송신 대기 큐로부터 아이템을 추출하여 상기 아이템 내에 저장된 채널 상태 정보에 따라 변조 및 코딩 방법(Modulation and Coding Scheme, MCS) 레벨을 결정하는 단계;

상기 MCS 레벨이 결정되면, 서비스할 데이터를 송신하기 위해 필요한 무선 프레임 내 서브채널 수를 계산하는 단계;

상기 계산된 무선 프레임 내의 서브채널 수가 현재 프레임내 잔여 서브채널 수보다 크면, 현재 가용한 서브채널에 전송 가능한 서비스 데이터 크기를 계산하는 단계;

상기 서비스할 패킷 데이터 중 상기 계산된 크기에 해당하는 데이터를 상기 가용한 서브 채널에 할당하고, 나머지 데이터는 다음 프레임에 서비스되도록 처리하는 단계; 및

상기 가용한 서브 채널에 할당된 데이터에 대해 무선 구간 송신을 위해 PDU를 생성하는 단계

를 포함하는 휴대 인터넷 시스템의 스케줄링 방법.
제4항에 있어서,

상기 무선 프레임 내 서브채널 수를 계산하는 단계는 프레임 내에서 해당 사용자에게 기할당된 데이터 크기와, 무선 채널 상태에 따라 결정된 적응형 변조 및 복조(Adaptive Modulation and Coding) 정보에 따라 소요 서브채널 수를 계산하며,

상기 PDU를 생성하는 단계는 프레임 당 상기 계산된 서브 채널 수의 한도 내에서 선택된 패킷에 대한 PDU를 생성하는 휴대 인터넷 시스템의 스케줄링 방법.
제4항에 있어서,

현재 프레임에 송신되지 못한 데이터는 송신 대기 큐내 순서에 따라 다음 프레임에 송신되며,

상기 제1 스케줄링 단계는 상기 송신 대기 큐 내에 대기중인 패킷들이 현재 프레임에서 모두 송신되지 못할 경우에, 상기 송신 대기 큐에 남아있는 패킷의 총량에 따라 각 서비스별로 대기중인 패킷들의 총량의 한계를 조절하는 휴대 인터넷 시스템의 스케줄링 방법.
제1항에 있어서,

상기 제2 스케줄링 단계는, HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest) 적용시, 먼저 재전송 대기 중인 PDU들의 조합에 대해 무선 대역을 할당한 후에, 상기 송신 대기 큐에 대기중인 상기 패킷에 대하여 무선 대역 할당, PDU 생성, 및 프레임 데이터 생성을 수행하는 휴대 인터넷 시스템의 스케줄링 방법.
휴대 인터넷 시스템에서 사용자 단말기의 무선 접속 및 네트워크 연결을 지원하는 기지국에서 사용자 단말기로 전달되는 패킷을 스케줄링하는 장치에서,

상기 네트워크로부터 수신한 패킷의 헤더를 분석하여 상기 패킷을 분류하는 패킷 분류기;

상기 패킷 분류기를 통해 전달받은 상기 패킷을 저장하는 저장장치;

상기 기지국에서 제공하는 멀티미디어 서비스의 종류에 적합한 스케줄링 알고리즘을 선택 및 수행하여 상기 패킷의 송신 순서를 결정한 후에 송신 대기 큐를 구성하는 제1 스케줄링 처리 모듈, 그리고

상기 송신 대기 큐에 대기중인 패킷에 대하여 무선 대역을 할당하고 매 프레임별 전송할 데이터를 선택하며 그에 따라 생성 정보를 생성하는 제2 스케줄링 처리 모듈을 포함하는 스케줄러; 및

상기 스케줄러로부터 제공되는 상기 생성 정보에 따라 프로토콜 데이터 유닛(Packet Data Unit, PDU)을 생성하는 PDU 생성 장치

를 포함하고,

상기 제1 스케줄링 처리 모듈은 상기 멀티미디어 서비스 종류별로 데이터 서비스 비율과 각 서비스별로 대기중인 패킷들의 총량을 고려하여, 현재 프레임에 선택 가능한 각 서비스별 데이터 할당 용량을 결정하고, 상기 서비스별로 결정된 데이터 할당 용량만큼 패킷을 선택하여 상기 송신 대기 큐에 저장하는 휴대 인터넷 시스템의 스케줄링 장치.
제8항에 있어서,

상기 제1 스케줄링 처리 모듈은,

상기 패킷 분류 결과에 따른 IP 패킷 정보 및 채널 상태 정보를 포함하는 스케줄링 정보를 수집하는 스케줄링 정보 수집부;

상기 수집된 스케줄링 정보를 토대로, 해당 서비스의 종류에 따라 설정된 스케줄링 알고리즘을 수행하여 패킷의 송신 순서를 결정하는 알고리즘 수행부; 및

송신 순서가 결정된 패킷들을 토대로 송신 대기 큐를 생성하는 대기 큐 생성부를 포함하는 휴대 인터넷 시스템의 스케줄링 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서,

상기 제2 스케줄링 처리 모듈은,

상기 송신 대기 큐에 대기중인 아이템--서비스할 패킷 정보, 해당 연결 아이 디, 우선 순위, 중요도 중 적어도 하나를 포함함--들 순서에 따라 패킷에 대해 무선 대역을 할당하는 대역 할당부; 및

매 프레임별 전송할 데이터를 선택하고 전송 가능한 데이터 크기를 결정하고 그에 따른 PDU 생성 정보를 생성하여 상기 PDU 생성 장치로 전달하는 정보 생성부를 포함하는 휴대 인터넷 시스템의 스케줄링 장치.