KR100704680B1

KR100704680B1 - 무선 휴대 인터넷 시스템에서 ａｒｑ 방식에 의한 다운링크데이터의 송수신 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100704680B1
Application number: KR1020050107395A
Authority: KR
Inventors: 성낙운; 박남훈
Original assignee: 한국전자통신연구원; 주식회사 케이티; 하나로텔레콤 주식회사; 에스케이 텔레콤주식회사; 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2007-04-06
Also published as: KR20070035916A

Abstract

본 발명은 무선 휴대 인터넷 시스템에서 ARQ 방식에 의한 다운링크 데이터의 송수신 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

무선 휴대 인터넷 시스템에서 무선자원 할당 과정 없이 기지국과 단말기 사이의 ARQ 피드백 메시지의 응답을 위해, 기지국에서 단말기로 다운링크 데이터를 수신할 때 전송되는 프레임의 번호를 리스트로 저장하고 주기적으로 검색하여 일정 프레임 이상이 될 경우 자동적으로 업링크를 위한 무선자원을 할당하여 별도의 과정 없이 자동적으로 무선자원을 할당한다.

본 발명의 무선 휴대 인터넷 시스템에서 ARQ 피드백 응답 방법은 기지국에서 다운링크 트래픽 전송 후 업링크 구간에 무선자원을 자동 할당할 수 있기 때문에 무선자원 할당 요청 절차가 생략 가능하여 ARQ 피드백 응답 메시지의 반응 속도를 개선하고, 이에 다운링크 전송 속도를 개선할 수 있다. 또한, 무선 휴대 인터넷 시스템에서 다운링크 데이터가 특정 시스템에 과도하게 전송되는 경우에도 빠른 피드백 메시지 응답을 기지국에 전송함으로써 기지국 ARQ 송신기의 윈도우가 최대화되어 전송되지 못하는 확률을 최소화할 수 있다.

ARQ 피드백, 휴대 인터넷, 전송 프레임 번호 리스트, 무선자원 할당

Description

무선 휴대 인터넷 시스템에서 ＡＲＱ 방식에 의한 다운링크 데이터의 송수신 장치 및 그 방법{Down-link data transmission and receiving system and method of ARQ in wireless portable internet system}

도 1은 OFDM/TDMA 시스템에서 일반적인 프레임 구성도이다.

도 2는 단말기와 기지국간 일반적인 ARQ 전송을 위한 구조도이다.

도 3은 다운링크 데이터 전송 및 업링크 ARQ 피드백 응답 메시지 전송을 위한 흐름도이다.

도 4는 다운링크 데이터 전송 및 업링크 ARQ 피드백 응답 메시지 전송을 위한 순서도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 단말기와 기지국간 ARQ 전송을 위한 구조도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 ARQ 피드백 응답을 위한 프레임 구조도이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다운링크 데이터 전송 및 업링크 ARQ 피드백 응답 메시지 전송을 위한 순서도이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 ARQ 피드백 응답 전송 흐름도이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 ARQ 피드백 응답의 흐름도이다.

본 발명은 무선 휴대 인터넷 시스템에서 ARQ 방식에 의한 다운링크 데이터의 송수신 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 기지국에서 단말기로의 다운링크 트래픽에 대한 ARQ 피드백 응답 메시지를 전송하는 방법에 관한 것이다.

무선 휴대 인터넷 시스템에서는, 전송로에서 발생하는 데이터의 오류를 송신측 또는 수신측에서 검출하고 데이터에 오류가 있는 경우 재전송을 요구하는 에러 통제 프로토콜인 ARQ(Automatic Repeat Request, 자동 재전송 요구, 이하 ARQ라 지칭) 방식으로 데이터 전송시 오류난 부분만을 재전송하는 선택적 재전송(Selective Repeat ARQ), 누적적 재전송(Cumulative-ARQ), 누적적 선택 재전송(Cumulative with Selective-ARQ) 및 누적적 벌크 재전송(Cumulative with Bulk-ARQ) 방식 등을 정의하고 있다. 정의된 각각의 ARQ 방식은 ARQ 서비스 송신측이 ARQ 서비스 수신측으로부터 송신된 ARQ 블록이 올바르게 수신되었는지 여부를 나타내는 ARQ 피드백 응답(ARQ feedback acknowledge) 메시지를 필요로 한다.

이러한 ARQ 방식을 정의하고 있는 무선 휴대 인터넷 시스템은 TDMA(Time Division multiple Access, 시분할 다중 접속) 방식을 전송 방식으로 채택하고 있으므로 업링크(Up-link) 전송을 위해서는 단말기가 기지국으로 무선자원 할당 요청 과정을 별도로 수행하도록 정의하고 있다. 또한, 일반적인 웹 트래픽은 기지국에서 단말기로의 다운링크(Down-link) 트래픽이 단말기에서 기지국으로의 업링크 데이터 양보다 훨씬 많은 비대칭 트래픽 양을 가진다.

따라서, ARQ 서비스를 수행하는 서비스 플로우(Service Flow)중 다운링크 트래픽 속도는 업링크 피드백 응답 속도에 의해 많이 좌우된다. 이는, ARQ 서비스를 제공할 때 송신측은 ARQ 윈도우 내에서만 전송이 가능하며, ARQ 피드백 응답에 의해 갱신이 이루어지기 때문에, 갱신이 늦어지는 경우 한정된 크기의 윈도우가 포화상태가 되어 더 이상 전송할 수 없기 때문이다.

또한, 일반적인 웹 서비스를 목적으로 하는 무선 휴대 인터넷 시스템에서 많은 데이터량을 전송해야 하는 다운링크는 TDMA 방식을 이용하기 때문에, 단말기가 업링크로 ARQ 피드백 응답을 전송하기 위해서는 무선자원 할당 과정을 거쳐야 하므로 많은 지연을 초래하는 문제점이 있다.

또한, 인터넷 트래픽의 특성상 특정 시점에 과도하게 전송되는 특성이 있다. 이때, ARQ 서비스 송신측의 윈도우는 ARQ 서비스 수신측으로부터 전송된 ARQ 피드백 응답 메시지를 늦게 수신하는 경우, 송신 윈도우에 ARQ 피드백 응답 메시지가 쉽게 최대 윈도우 크기를 초과하여 ARQ 서비스 수신측으로 ARQ 피드백 응답 메시지를 전송하지 못하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 무선자원 할당 절차를 최소화하여 무선 휴대 인터넷 시스템에서 ARQ 방식에 의해 다운링크 데이터를 송수신하는 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징인 무선 휴대 인터넷 시스템에서 ARQ(Automatic Repeat Request) 방식에 따른 다운링크 데이터를 단말기로 전송하는 방법에 있어서,

(a) 다운링크 SDU(Service Data Unit)를 ARQ 블록으로 분할하는 단계; (b) 상기 분할된 ARQ 블록을 포함하는 PDU(Protocol Data Unit)를 생성하여 상기 단말기로 전송하는 단계; (c) 특정된 수의 프레임이 경과된 후에 상기 단말기로 업링크 무선자원을 할당하는 단계 및 (d) 상기 업링크 무선자원을 통해 상기 단말기로부터ARQ 피드백 메시지를 수신하는 단계를 포함한다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 무선 휴대 인터넷 시스템에서 ARQ(Automatic Repeat Request) 방식에 따른 다운링크 데이터를 기지국으로부터 수신하는 방법에 있어서,

(a) 상기 기지국에서 전송된 ARQ 블록을 포함한 PDU(Protocol Data Unit)를 수신하는 단계; (b) 상기 수신받은 PDU에 대한 ARQ 피드백 응답 메시지를 생성하는 단계; (c) 상기 기지국으로부터 업링크 무선자원이 할당되었는지 판단하는 단계 및 (d) 상기 (c) 단계에서 상기 기지국으로부터 업링크 무선자원이 할당된 것으로 판단된 경우, 상기 할당된 업링크 무선자원을 통해 상기 (b) 단계에서 생성된 ARQ 피드백 응답 메시지를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함한다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 ARQ(Automatic Repeat Request) 방식에 따른 다운링크 데이터를 전송하는 기지국에 있어서,

초기 동적 연결 설정 절차를 통하여 단말기와의 ARQ 연결을 설정하고 초기 ARQ 파라미터를 설정하며 DSA(Dynamic Service Addition)를 상기 단말기에 전달하는 연결 제어기; 상기 DSA를 단말기에 전달하기 위해 상기 연결 제어기로 요청하고, 상기 단말기에 업링크 무선자원을 할당하는 스케줄러; PDU를 생성하여 상기 단말기의 ARQ 수신기로 전달하고, ARQ 피드백 메시지를 전달받아 재전송이 요구되는 ARQ 블록을 재전송하는 ARQ 송신기; 상기 단말기로부터 ARQ 피드백 응답 메시지를 전달받아 메시지를 분석하는 ARQ 수신기; 상기 단말기의 서비스 플로우를 유일하게 구별해주는 식별자와 프레임 전송을 위해 생성된 상기 PDU의 프레임 번호를 저장하는 전송 프레임 번호 저장부 및 상기 ARQ 송신기를 통해 데이터를 전송한 후에 상기 전송 프레임 번호 저장부에 저장되어 있는 상기 PDU의 프레임 번호에 기초하여 특정된 수의 프레임 후에 상기 업링크 무선자원을 상기 단말기로 할당하는 프레임 번호 비교부를 포함한다.

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. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 OFDM/TDMA 시스템에서 일반적인 프레임 구성도이다.

도 1을 참조하면, 일반적인 데이터 프레임은 다운링크 맵(100), 다운링크 데이터구간(110), 업링크 맵(120), 업링크 데이터 구간(130)을 포함하며, 다운링크 데이터 구간(110)과 업링크 데이터 구간(130)은 각각 모뎀/RF 수신 지연 시간, 단말 처리 시간, 모뎀/RF 송신 지연 시간으로 구분된다. 다운링크 맵(100) 및 업링크 맵(120)은 실질적으로 데이터가 전송되는 다운링크 데이터 구간(110) 및 업링크 데이터 구간(130)의 정보를 관리하는 기능을 수행한다.

IEEE 802.16과 같은 OFDM/TDMA 시스템에서는 전송되는 데이터의 매 프레임이 업링크 데이터 구간(130)과 다운링크 데이터 구간(110)으로 나뉜다. 기지국(하기 도 2에 도시, 300)은 다운링크 데이터 구간(110)을 통하여 전송하고자 하는 데이터를 단말기(하기 도 2에 도시, 200)로 전송하게 되고, 각 단말기(200)는 각 다운링크 데이터 구간(110)의 서두에 전송되는 맵 데이터(Map data)를 통하여 자신에게 해당하는 데이터를 파악하고, 이를 수신할 수 있다.

단말기(200)에서 기지국(300)으로 데이터를 전송하고자 하는 업 링크의 경우에도 단말기(200)는 맵 데이터를 이용하여 자신에게 할당된 대역폭(Bandwidth, 혹은 무선자원으로도 지칭)이 있는지를 확인하고, 할당된 대역폭이 있는 경우 할당된 구간에서 데이터 프레임을 기지국(300)으로 전송할 수 있다. 이 때, 다운링크 데이터 구간(110)과 업링크 데이터 구간(130)으로 나뉜 전체 데이터 프레임 주기는 일반적인 웹 데이터의 비대칭성으로 인하여 다운링크 데이터 구간(110)이 업링크 데 이터 구간(130)보다 길게 설정되어 있음을 알 수 있다.

한편, TDMA 시스템에서 기지국(300)에서 단말기(200)로의 데이터 전송과는 달리, 단말기(200)에서 기지국(300)으로 전송하고자 하는 데이터가 있을 때마다 단말기(200)는 대역폭을 요구하게 되고, 기지국(300)에서 허락하는 범주 내에서 데이터 프레임을 전송할 수 있다.

이러한 구조로 구성된 데이터 프레임을 단말기(200)와 기지국(300)간에 전송할 때 발생되는 ARQ의 전송을 위한 구성은 다음 도 2의 단말기와 기지국간 일반적인 ARQ 전송을 위한 구조도를 참조하여 상세히 설명한다.

이때, 설명되는 재전송 방식은 무선 휴대 인터넷 시스템에서 정의하고 있는 4가지의 ARQ 방식 중 선택적 재전송 방식을 실시예로 설명한다. 여기서 선택적 재전송 방식은 송신측이 전송한 일련의 ARQ 블록중 수신측에서 정확히 전달받은 ARQ 블록에 대해서는 ACK(Acknowledge)를, 오류가 발생한 블록에 대해서는 NAK(Negative acknowledge)를 송신측으로 전달하고, 송신측에서는 NAK된 블록 즉, 오류가 발생한 ARQ 블록들만 수신측으로 재전송하는 방식이다.

도 2를 살펴보면, 단말기와 기지국간 ARQ 전송을 위한 구조는 연결 제어기(210, 310), 스케줄러(220, 320), ARQ 수신기(231, 331) 및 ARQ 송신기(232, 332)가 포함되어 있는 ARQ기(230, 330)를 포함한다.

연결 제어기(210, 310)는 단말기(200)에 전원이 인가될 때 기지국(300)과 통신을 통해 단말기(200)의 초기화 과정을 수행하고 기지국(300)과 연결 설정을 수행하여 협상된 ARQ 관련 정보를 수신하며, 상위 블록으로부터 새로운 서비스 플로우 데이터 패킷을 감지할 때마다 서비스 플로우를 생성하는 DSA(Dynamic Service Addition) 절차를 수행한다. 여기서 DSA 절차는 무선 휴대 인터넷 시스템에서 서비스 플로우를 생성하기 위한 절차이다.

스케줄러(320)는 단말기(200)로부터 요청된 대역폭을 할당하기 위한 대역폭 요청 절차를 수행하여 서비스를 제공한다.

선택적 재전송 방식에 의해 재전송이 요구되는 ARQ 블록의 재전송 여부는 커넥션(Connection)별로 이루어지며, 커넥션 설정/변경 절차동안 단말기(200)와 기지국(300)간의 협상으로 재전송 여부가 결정된다. 이때 재전송 제어를 위한 관련 파라미터 또한 커넥션 설정/변경 메시지에 포함된다.

재전송 기능을 수행하기로 결정한 커넥션 내 모든 데이터는 ARQ 트래픽으로 구성된다. 단말기(200)에 수신된 데이터에 대한 성공적인 수신 여부를 알려주기 위하여 사용되는 ARQ 피드백 메시지는 기본 관리 커넥션(Basic management connection)을 통해 MAC(Media Access Control) 관리 메시지 형태로 단말기(200)에 전송되거나 기존의 다른 커넥션에 실어(Piggybacked) 단말기(200)로 전송될 수 있다.

재전송 제어를 위하여 커넥션별로 송신기와 수신기에 각각 재전송 제어 개체가 존재한다. 상향 트래픽을 지원하는 커넥션의 경우, 단말기(200)에서 ARQ 송신기(232) 개체가 구동되고, 기지국(300)에서 ARQ 수신기(331) 개체가 구동된다. 하향 트래픽을 지원하는 커넥션은 반대로 단말기(200)에서 ARQ 수신기(231) 개체가 구동되며, 기지국(300)에서 ARQ 송신기(332) 개체가 구동된다.

스케줄러(320)는 ARQ 가능 커넥션에 대해 초기 설정된 고정 ARQ 블록 크기를 최소 스케줄링의 단위로 고려한다. 따라서 각 SDU(Service Data Unit)는 기지국(300)의 ARQ 송신기(332)에서 고정 크기의 ARQ 블록으로 분할되고, 이 분할된 ARQ 블록의 단위로 MAC PDU(Media Access Control Protocol Data Unit)가 생성되어 기지국(300)의 스케줄러(320)로 전송된다. 단말기(200) 및 기지국(300)의 ARQ 수신기(231, 331)는 전달된 MAC PDU 내에서 각각의 ARQ 블록을 추출하여 SDU로 재조합한 후 상위 계층으로 전송한다.

PDU는 하나의 PDU 헤더(Header)와 다수개의 패킹 서브헤더(Packing subheader)를 가진 ARQ 블록 혹은 하나의 프래그먼트 서브헤더(Fragment subheader)와 다수개의 ARQ 블록으로 구성될 수 있다. 여기서 일반적으로 PDU 헤더는 6bytes 크기이며, 확장된 패킹 서브헤더(Extended Packing subheader)는 3bytes, 그리고 프래그먼트 서브헤더는 2bytes 크기로 할당되며, 32bits의 CRC(Cyclic Redundancy Checking)가 추가될 수도 있다.

상기 도 1 및 도 2에서 설명한 데이터 프레임과 ARQ 전송 구조도를 이용하여 기지국(300)에서 단말기(200)로의 다운링크 데이터 전송 및 업링크 ARQ 피드백 응답 메시지 전송을 위한 과정은 도 3의 다운링크 데이터 전송 및 업링크 ARQ 피드백 응답 메시지 전송을 위한 흐름도 및 도 4의 다운링크 데이터 전송 및 업링크 ARQ 피드백 응답 메시지 전송을 위한 순서도를 참조하여 자세히 설명한다.

도 3에서는, 일반적인 TDMA 방식에서의 기지국(300)에서 단말기(200)로의 다운링크 데이터 전송 및 ARQ 피드백 응답 메시지 전송을 위한 과정을 도시하였다. 도 3의 상단에는 프레임을 도시한 것이고, 좌측의 숫자는 단계를 의미한다.

단계 1에서 #n번째 프레임에 기지국(300)은 SDU를 일정 크기의 ARQ 블록으로 나누어 단말기(200)로 전송한다. 단계 2에서 일정 크기의 ARQ 블록 데이터는 #n+j번째 프레임에 단말기(200)에 도착한다. 그리고 단말기(200)는 수신된 ARQ 블록에 대하여, 오류 없이 수신된 ARQ 블록에 대해서는 ACK를, 오류가 발생한 ARQ 블록에 대해서는 NAK를 가진 ARQ 피드백 응답 메시지를 생성한다.

단계 3에서 단말기(200)는 ARQ 피드백 응답 메시지를 기지국(300)에 전송하기 위하여 무선자원 할당 과정을 수행한다. 이때의 무선자원 할당 과정은 단계 3에서부터 단계 8까지 이루어진다.

먼저, #n+j+1 프레임에서 무선자원 할당코드(Ranging Code)를 단말기(200)로 전송한다. 일반적으로, 이 과정은 랜덤한 코드를 무선자원 할당구간에 랜덤하게 전송하게 되고, 다른 단말기와의 충돌이 있을 경우에만 재전송한다. 이때 재전송하는 알고리즘은 다른 단말기와의 충돌 확률을 줄이기 위하여 재전송 주기를 배수적으로 증가하며 코드를 전송한다.

단계 4에서 기지국(300)은 #n+k 프레임에 코드를 수신하고, 단계 5에서 기지국(300)은 #n+k+1 프레임에 무선자원 할당요구 메시지(Bandwidth Request Message)를 전송하기 위한 업링크 자원을 할당한다. 단말기(200)는 단계 6에서 #n+m 프레임에서 무선자원 할당요구 메시지를 만들어 기지국(300)에 전송한다. 이 메시지는 ARQ 피드백 응답 메시지를 전송하기 위한 무선자원 크기를 갖는다.

단계 7에서 기지국(300)은 #n+p 프레임에 단말기(200)로부터 무선자원 할당 요구 메시지를 수신하고, 단계 8에서 #n+p+1 프레임에 ARQ 피드백 메시지를 위한 단말기(200)로의 업링크 무선자원을 할당한다. 마지막으로 9단계에서 단말기(200)는 ARQ 피드백 메시지를 전송하게 된다.

이와 같은 단계로 이루어지는 다운링크 데이터 전송 및 업링크 ARQ 피드백 응답 메시지 전송을 위한 흐름도에 대하여 도 4를 참조로 자세히 설명한다.

도 4를 살펴보면, 기지국(300)에서 단말기(200)로 다운링크 데이터를 전송(S300)한다. 이때의 다운링크 데이터는 SDU를 일정 크기의 ARQ 블록으로 나누어 전송하는 것이다. ARQ 블록을 수신받은 단말기(200)는 수신된 ARQ 블록에 대하여 오류 없이 수신된 ARQ 블록에 대해서는 ACK로, 오류가 발생한 ARQ 블록에 대해서는 NAK로 표현된 ARQ 피드백 응답 메시지를 생성(S310)한다.

단말기(200)는 S310단계에서 생성된 ARQ 피드백 응답 메시지를 기지국(300)에 전송하기 위하여 무선자원 할당 과정을 수행한다. 먼저, 단말기(200)는 기지국(300)으로 무선자원의 할당을 요청(S320)하기 위하여 무선자원 할당 요구 코드(Ranging Code)를 전송한다. 무선자원 할당 요구를 전송하는 단계는 랜덤한 코드를 무선자원 할당 구간에 랜덤하게 전송하고, 다른 단말기와의 충돌이 발생할 경우 재전송한다. 이때 재전송하는 알고리즘인 백-오프(Back-off) 절차 알고리즘은 다른 단말기와의 충돌 확률을 줄이기 위하여 재전송 주기를 배수적으로 증가하며 무선자원 할당 요구 코드를 기지국(300)으로 전송한다.

무선자원 할당 요구 코드를 수신(S330)한 기지국(300)은 무선자원 할당 요구 메시지를 전송하기 위하여 단말기(200)에 업링크 무선자원을 할당(S340)한다. 업링 크 무선자원을 할당(S340)받은 단말기(200)는 무선자원 할당 요구 메시지를 생성(S350)하여 기지국(300)으로 전송한다. 이때 전송되는 무선자원 할당 요구 메시지는 ARQ 피드백 응답 메시지를 전송하기 위한 무선자원의 크기 정보가 포함되어 있다.

무선자원 할당 요청(S360)에 의해 무선자원 할당 요청 메시지를 수신(S370)한 기지국(300)은 ARQ 피드백 메시지를 단말기(200)에 전송하기 위하여 단말기(200)에 업링크 무선자원을 할당(S380)한다. 업링크 무선자원을 할당받은 단말기(200)는 ARQ 피드백 메시지를 생성(S390)하여 기지국(300)으로 ARQ 피드백 메시지를 전송(S400)한다.

이상에서 설명한 바와 같이 기지국(300)으로부터 전송된 다운링크 데이터에 대하여 ARQ 피드백 응답 메시지를 단말기(200)로부터 전송 받기 위해서는 최소 9단계(이때 S350과 S360, S390과 S400은 한 단계로 간주함) 이상이 소요되며, 한 단계를 프레임이라 가정한다면, 최소 9 프레임 이상이 소요된다. 일반적인 경우 ARQ 피드백 응답 메시지를 기지국(300)으로 전송하기 위해 걸리는 시간은 [수학식 1]과 같다.

T = Frame Duration * q

여기서, Frame Duration은 TDMA에서의 한 프레임 주기로, 휴대 인터넷 시스템에서는 2ms, 2.5ms, 4.5ms, 8ms, 10ms 또는 12ms로 정의하고 있다. q는 상기 도 3에서 설명한 프레임을 의미한다.

도 4에서 ARQ 피드백 응답 메시지를 기지국(300)으로 전송하기 위해 최소 9 프레임 이상 소요된다고 가정(q = 9)하고, 한 프레임을 5ms로 간주할 때 ARQ 피드백 응답 메시지를 기지국(300)으로 전송하기 위해서는 최소 45ms의 시간이 요구된다.

따라서 사용자 트래픽의 대부분이 웹 트래픽이라 가정하고, 이러한 웹 트래픽은 기지국(300)에서 단말기(200)로의 다운링크 데이터가 대부분을 차지하는 것을 고려할 때, 다운링크 자원이 아무리 충분하다 하더라도 다운링크로 데이터를 전송할 수 없게 되는 문제점이 있다. 이는 ARQ 메커니즘에 따라 기지국(300)의 ARQ 송신기(332)는 ARQ 윈도우 내의 ARQ 블록만을 전송할 수 있기 때문에, 업링크 ARQ 피드백 응답 메시지가 지연되는 경우 다운링크 자원이 충분하다 하더라도 ARQ 블록을 전송할 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 본원 발명에서는 일반적인 무선자원 할당 절차를 최소화하기 위하여 하기 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같은 ARQ 피드백 응답 전송을 위한 구조와 절차를 제시한다.

도 5를 살펴보면, 단말기(200)와 기지국(300)간에 ARQ를 전송하기 위한 주요 구조는 상기 도 2에서 상세히 설명한 바와 같다. 이 외에, 본 발명의 실시예에 따라 ARQ를 전송하기 위해서 기지국(300)의 스케줄러(320) 하단에 전송 프레임 번호 저장부(350)와 프레임 번호 비교부(340) 및 단말기(200)의 연결 제어기(210) 하단 에 MAC 확인부(240)를 더 포함한다.

전송 프레임 번호 저장부(350)는 단말기(200)와 해당 서비스 플로우의 구별을 위한 CID(Connection Identifier, 식별 번호)와 전송 프레임 번호의 집합을 저장하는 기능을 한다. 이때의 전송 프레임 번호는 기지국(300)의 스케줄러(320)에서 현재 윈도우 크기와 최대 윈도우 크기를 비교하여 최대 윈도우 크기가 더 클 경우 기지국(300)에서 단말기(200)로 송신하고자 하는 데이터 프레임을 단말기(200)로 전송하여 CID와 전송 프레임 번호를 집합으로 저장하는 것이다.

프레임 번호 비교부(340)는 기지국(300)에서 프레임 번호와 ARQ 피드백 응답 메시지가 생성되었다고 가정되는 시점의 프레임 수를 비교하는 기능을 수행한다. 이와 같은 비교를 통하여 단말기(200)에 ARQ 피드백 응답 메시지를 전송할 수 있는 무선자원을 할당할지 여부를 판단하게 된다.

MAC 확인부(240)는 기지국(300)으로부터 ARQ 블록을 전달받은 후에 생성한 ARQ 피드백 응답 메시지를 기지국(300)으로 전송하기 위한 시점을 파악하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 기지국(300)에서 방송되는 ARQ 블록 앞단의 MAC 헤더에 포함되어 있는 ARQ 블록이 전달되고자 하는 목적지의 전송 프레임 번호 및 CID의 집합을 수신하여, 자신의 MAC 헤더에 자신의 CID가 포함되어 있을 경우 ARQ 피드백 응답 메시지를 기지국(300)으로 전송한다.

MAC 확인부(240)가 이와 같은 기능을 수행함으로써 단말기(200)가 기지국(300)으로 무선자원의 할당을 요청하는 메시지를 전송할 필요가 없기 때문에, 기지국(300)으로부터의 무선자원 할당 요청 메시지에 대한 응답을 기다리는 불필요한 과정이 생략되는 효과가 있다.

전송 프레임 번호 저장부(350)와 프레임 번호 비교부(340)를 포함하여 ARQ 피드백 응답을 위한 흐름도에 대해서는 하기 도 7을 참조하여 자세히 설명한다.

도 6을 살펴보면, 상위 계층에서 하위 계층으로 데이터가 이동하는 SDU는 기지국(300)의 ARQ 송신기(332)에서 다수의 ARQ 블록으로 분할된다. 분할된 각각의 ARQ 블록에는 헤더가 존재하며, 블록별로 각각의 블록을 구별할 수 있는 일련의 전송 프레임 번호가 할당되어 있다. 분할된 ARQ 블록이 전송될 경우 블록 전체의 앞과 뒤에 MAC 헤더와 CRC가 추가되어 전송된다. 이때의 일련 번호는 “전송 프레임 번호 #n”과 같은 형태로 동일하게 할당되며, 이는 n 번째 프레임에서 전송되는 ARQ 블록임을 의미한다.

기지국(300)에서 단말기(200)로 일정 크기의 ARQ 블록으로 나누어진 다운링크 데이터를 전송한다. ARQ 블록을 수신 받은 단말기(200)는 수신된 ARQ 블록에 대하여 오류 없이 수신된 ARQ 블록에 대해서는 ACK로, 오류가 발생한 ARQ 블록에 대해서는 NAK로 표현된 ARQ 피드백 응답 메시지를 생성한다.

단말기(200)는 생성된 ARQ 피드백 응답 메시지를 기지국(300)에 전송한다. 여기서, 상기 도 3에서와 같이 단말기(200)에서 기지국(300)으로 무선자원에 대한 할당을 요청하고 그에 대한 응답 메시지를 수신한 후 무선자원 할당이 이루어지는 과정을 일일이 수행하는 것이 아니라, 무선자원 할당 요구절차 없이 생성된 ARQ 피드백 응답 메시지를 기지국(300)에 전송한다.

이것이 가능한 이유는 기지국(300)에서 단말기(200)로 다운링크 데이터의 전송과 업링크 무선자원 할당의 주체가 기지국의 스케줄러(320)이기 때문이다. 즉, 특정 프레임 수를 초과할 때마다 단말기(200)에서 기지국(300)으로 ARQ 피드백 응답 메시지를 전송할 수 있도록 기지국(300)에서 업링크 무선 자원을 자동으로 할당하기 때문에다.

상기 도 6에서 설명한 구조로 이루어진 ARQ 피드백 응답을 위한 데이터 프레임을 이용하여 상기 도 7에서 설명한 무선자원 할당 요구절차가 생략된 ARQ 피드백 응답 전송을 위한 절차는 하기 도 8의 본 발명의 실시예에 따른 ARQ 피드백 응답 전송 흐름도를 참조하여 자세히 설명한다.

무선 휴대 인터넷 시스템에서는, 기지국(300)에서 단말기(200)로 다운링크 데이터의 전송과 업링크 무선자원 할당의 주체는 기지국(300)의 스케줄러에 의해 수행된다. 그리고 각 다운링크 데이터 즉, 기지국(300)의 ARQ 송신기(332)에서 생성된 ARQ 블록들은 단말기(200)로부터 ACK 또는 NAK 중 어느 하나인 ARQ 피드백 메시지를 수신 받아야 기지국(300)의 ARQ 송신기(332) 내에 존재하는 큐에서 삭제될지, 재전송될지 여부가 결정된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 기지국(300)에서 다운링크 ARQ 블록이 생성(S500)되면, 현재 윈도우 크기와 최대 윈도우 크기를 비교(S510)한다. 현재 윈도우 크기 가 최대 윈도우 크기보다 클 경우 다운링크 ARQ 블록 생성 과정(S500)을 계속 수행하고, 현재 윈도우 크기가 최대 윈도우 크기보다 작을 경우 기지국(300)의 스케줄러(320)에서는 ARQ 블록을 단말기(200)로 전송한다.

이 때, 스케줄러(320)는 각 ARQ 블록을 단말기(200)로 전송할 때마다 전송 프레임 번호를 전송 프레임 번호 저장부(350)에 저장(S520)한다. 전송 프레임 번호 리스트의 구성 요소는 해당 단말기(200)와 해당 서비스 플로우를 구별하기 위한 CID와 기지국(300)의 ARQ 송신기(332)에서 ARQ 블록으로 분할될 때 할당된 전송 프레임의 전송 프레임 번호의 집합으로 구성된다.

전송 프레임 번호의 형식은 {CID, 전송 프레임 번호#}와 같다. 여기서 CID는 단말기(200)와 기지국(300)간의 서비스 플로우를 유일하게 구별해주는 식별자로 예를들어 단말기(200)의 전화번호가 될 수 있고, 전송 프레임 번호#는 현재 ARQ 블록을 포함하는 MAC PDU를 전송한 프레임의 번호를 의미한다. 기지국(300)의 스케줄러(320)는 이와 같이 프레임 번호 저장부(350)에 저장된 전송 프레임 번호 리스트를 매 프레임마다 검색하고, 다음 [수학식 2]의 수식을 만족(S530)할 때마다 업링크로 해당 CID를 가진 단말기(200)에 ARQ 피드백 응답 메시지를 전송할 수 있도록 무선자원을 할당(S540)한다.

현재 전송 프레임 번호# - 전송 프레임 번호# > R

여기서, 현재 전송 프레임 번호#는 전송 프레임 번호 저장부(350)에 저장되어 있는 전송 프레임 번호 리스트를 검색하고 있는 현재 프레임의 번호를 의미하 고, 전송 프레임 번호#는 전송 프레임 번호 리스트에 저장된 {CID, 전송 프레임 번호#} 속의 속성인 전송 프레임 번호#를 의미한다. 또한, R은 현재 무선 휴대 인터넷 시스템에서 설정된 단말기(200)에서 ARQ 피드백 응답 메시지가 생성되었다고 가정되는 시점으로, 단위는 프레임 수가 된다.

기지국(300)은 [수학식 2]에서 “현재 전송 프레임 번호# - 전송 프레임 번호#”가 R보다 클 경우마다 해당 단말기(200)에 ARQ 피드백 응답 메시지를 전송할 수 있는 무선자원을 할당한다. 즉, 기지국(300)의 스케줄러(320)는 별도의 무선자원 할당 절차 없이 매 다운링크 데이터가 발생시마다 R 프레임 이후 ARQ 피드백 응답 메시지를 전송하기 위한 업링크 자원을 할당한다.

예를 들어, 현재 전송하고자 하는 프레임의 번호는 13, 전송 프레임 번호 저장부(350)에 가장 오래 저장되어 있는 전송 프레임 번호는 1, R이 12일 때, [수학식 2]에 의해 “현재 전송 프레임 번호# - 전송 프레임 번호#”가 12이고 R이 12가 된다. 현재 전송되는 프레임 다음에 “현재 전송 프레임 번호# - 전송 프레임 번호#”가 R보다 크게 되므로, 다운링크 데이터가 발생하여 ARQ 블록을 단말기(200)로 전송할 때 전송 프레임 번호 1에 해당하는 단말기의 ARQ 피드백 응답 메시지를 수신하기 위하여, 전송 프레임 번호 1에 해당하는 단말기로 업링크를 위한 무선자원을 할당하였음을 나타내는 메시지를 포함하여 단말기로 전송(S550)한다.

이때, 매번 업링크에 할당되는 자원의 양은 상기 도 4를 설명할 때 제시된 6bytes의 PDU 헤더와 32bits CRC를 포함한 10bytes와 최소 ARQ 피드백 IE(Information Element)를 위한 7bytes 합인 17bytes 이상이 되어야 한다. 이와 같은 절차에 의해 무선자원 할당에 의한 지연을 최소화할 수 있다.

도 9를 참조하면, 기지국(300)의 ARQ 송신기(332)는 외부 망으로부터의 다운링크 SDU 존재 여부를 검색(S600)하여 SDU가 있을 경우, 이를 일정 크기의 ARQ 블록으로 분할하여 ARQ 블록을 생성(S610)한다. 한편 기지국(300) 스케줄러(320)는 ARQ 송신기(332)에서 분할된 ARQ 블록이 다운링크 ARQ 블록인지 여부를 판단(S620)한 결과 다운링크 무선자원이 포함되어 있으며 송신 ARQ 윈도우 크기를 초과하지 않는 경우에만 MAC PDU로 생성(S630)하여 단말기(200)에 전송(S640)하고, 전송된 ARQ 블록을 기지국(300)의 ARQ 송신기(332) 내부에 포함하고 있는 큐에 저장한다.

단말기(200)는 기지국(300)으로부터 ARQ 블록이 포함된 MAC PDU를 수신하고 CRC 체크를 수행하여 수신된 MAC PDU의 오류 유무를 확인한다. 만약 오류가 있는 경우 수신한 MAC PDU를 폐기하고, 오류가 없는 경우 단말기(200)의 ARQ 수신기에 전달한다. 단말기(200)의 ARQ 수신기(231)는 수신 받은 ARQ 블록을 이용하여 리어셈블리(Reassembly) 작업을 수행(S650)하여 SDU를 생성하고, 상위 계층으로 전달한다.

한편, 단말기(200)의 ARQ 수신기(231)는 수신 ARQ 윈도우 내에 수신된 ARQ 블록들에 대해서는 ACK를, 수신되지 못한 블록에 대해서는 NAK로 확인하여 ARQ 피드백 응답 메시지를 생성(S660)한다. 이와 동시에 기지국(300)의 스케줄러(320)는 상기 도 8에서 언급한 R 프레임 이후에 단말기(200)가 무선자원 할당 절차를 수행하지 않더라도 ARQ 피드백 응답 메시지를 단말기(200)에 전송하기 위한 업링크 자 원을 할당한다. 단말기(200)는 할당된 업링크 자원에 ARQ 피드백 응답 메시지를 MAC PDU로 만들어 기지국(300)으로 전송(S670)한다.

ARQ 피드백 응답 메시지가 변환된 MAC PDU를 수신한 기지국(300)의 ARQ 수신기(331)는 ARQ 피드백 응답 메시지를 분석(S680)하여 해당 블록이 단말기(200)에서 오류 없이 수신되었는지 여부를 확인(S690)한다. 만약 해당 블록에 대한 ARQ 피드백 응답 메시지의 비트가 ACK이면 기지국(300)은 ARQ 송신기(332) 큐에 저장되어 있는 ARQ 블록을 삭제(S710)하고, ARQ 피드백 응답 메시지의 비트가 NAK이면 재전송 큐로 생성(S700) 및 저장하여 단말기(200)로 재전송을 수행(S720)한다.

여기서, 전술한 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체 역시 본 발명의 범주에 포함되는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

전술한 실시예에 따르면, 기지국에서 다운링크 트래픽 전송 후 업링크 구간에 무선자원을 자동 할당할 수 있기 때문에 무선자원 할당 요청 절차가 생략 가능하여 ARQ 피드백 응답 메시지의 반응 속도를 개선하고, 이에 다운링크 전송 속도를 개선할 수 있다.

또한, 무선 휴대 인터넷 시스템에서 다운링크 데이터가 특정 시스템에 과도하게 전송되는 경우에도 빠른 피드백 메시지 응답을 기지국에 전송함으로써 기지국 ARQ 송신기의 윈도우가 최대화되어 전송되지 못하는 확률을 최소화할 수 있다.

Claims

무선 휴대 인터넷 시스템에서 ARQ(Automatic Repeat Request) 방식에 따라 다운링크 데이터를 단말기로 전송하는 방법에 있어서,

(a) 다운링크 SDU(Service Data Unit)를 ARQ 블록으로 분할하는 단계;

(b) 상기 분할된 ARQ 블록을 포함하는 PDU(Protocol Data Unit)를 생성하여 상기 단말기로 전송하는 단계;

(c) 특정된 수의 프레임이 경과된 후에 상기 단말기로 업링크 무선자원을 할당하는 단계; 및

(d) 상기 업링크 무선자원을 통해 상기 단말기로부터 ARQ 피드백 메시지를 수신하는 단계

를 포함하는 ARQ 방식에 따른 다운링크 데이터 전송 방법.
제1항에 있어서,

상기 (c) 단계에서 상기 특정된 수의 프레임은, 상기 (b) 단계에서 PDU를 전달받은 상기 단말기에서 상기 ARQ 블록을 포함하는 PDU에 해당하는 ARQ 피드백 응답 메시지가 생성되는데 소요되는 시간보다 큰 것을 특징으로 하는 ARQ 방식에 따른 다운링크 데이터 전송 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 (b) 단계와 (c) 단계 사이에,

상기 단말기로 ARQ 블록이 포함된 PDU가 전송된 프레임의 번호와 상기 PDU를 전송 받는 단말기의 식별번호를 저장하는 단계; 및

상기 단말기로 전송한 PDU의 프레임 번호 및 상기 저장된 프레임 번호를 상기 특정된 수의 프레임과 비교하는 단계

를 더 포함하는 ARQ 방식에 따른 다운링크 데이터 전송 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 (b) 단계에서 상기 ARQ의 윈도우가 최대 윈도우 크기보다 작은 경우에 상기 ARQ 블록을 상기 PDU로 생성하는 것을 특징으로 하는 ARQ 방식에 따른 다운링크 데이터 전송 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 (d) 단계 이후에,

상기 단말기로부터 수신된 ARQ 피드백 메시지를 분석하는 단계; 및

상기 ARQ 피드백 메시지에 오류 없이 수신된 ARQ 블록에 대해서는 상기 ARQ 블록을 삭제하는 단계

를 포함하는 ARQ 방식에 따른 다운링크 데이터 전송 방법.
제5항에 있어서,

상기 ARQ 피드백 메시지에 오류가 발생한 ARQ 블록에 대해서는 상기 ARQ 블록을 재전송 큐에 삽입하여 재전송하는 것을 특징으로 하는 ARQ 방식에 따른 다운링크 데이터 전송 방법.
무선 휴대 인터넷 시스템에서 ARQ(Automatic Repeat Request) 방식에 따른 다운링크 데이터를 기지국으로부터 수신하는 방법에 있어서,

(a) 상기 기지국에서 전송된 ARQ 블록을 포함한 PDU(Protocol Data Unit)를 수신하는 단계;

(b) 상기 수신받은 PDU에 대한 ARQ 피드백 응답 메시지를 생성하는 단계;

(c) 상기 기지국으로부터 업링크 무선자원이 할당되었는지 판단하는 단계; 및

(d) 상기 (c) 단계에서 상기 기지국으로부터 업링크 무선자원이 할당된 것으로 판단된 경우, 상기 할당된 업링크 무선자원을 통해 상기 (b) 단계에서 생성된 ARQ 피드백 응답 메시지를 상기 기지국으로 전송하는 단계

를 포함하는 ARQ 방식에 따른 다운링크 데이터 수신 방법.
제7항에 있어서,

상기 (b)단계에서,

상기 수신받은 PDU를 분석하여 오류없이 수신된 ARQ 블록에 대해서는 상기 ARQ 피드백 메시지에 상기 오류없이 수신된 ARQ 블록임을 나타내는 메시지를 삽입 하여 상기 기지국으로 전송하는 것을 특징으로 하는 ARQ 방식에 따른 다운링크 데이터 수신 방법.
무선 휴대 인터넷 시스템에서 ARQ(Automatic Repeat Request) 방식에 따라 다운링크 데이터를 전송하는 기지국 장치에 있어서,

초기 동적 연결 설정 절차를 통하여 단말기와의 ARQ 연결을 설정하고 초기 ARQ 파라미터를 설정하며 DSA(Dynamic Service Addition)를 상기 단말기에 전달하는 연결 제어기;

상기 DSA를 단말기에 전달하기 위해 상기 연결 제어기로 요청하고, 상기 단말기에 업링크 무선자원을 할당하는 스케줄러;

PDU를 생성하여 상기 단말기의 ARQ 수신기로 전달하고, ARQ 피드백 메시지를 전달받아 재전송이 요구되는 ARQ 블록을 재전송하는 ARQ 송신기;

상기 단말기로부터 ARQ 피드백 응답 메시지를 전달받아 메시지를 분석하는 ARQ 수신기;

상기 단말기의 서비스 플로우를 유일하게 구별해주는 식별자와 프레임 전송을 위해 생성된 상기 PDU의 프레임 번호를 저장하는 전송 프레임 번호 저장부; 및

상기 ARQ 송신기를 통해 데이터를 전송한 후에 상기 전송 프레임 번호 저장부에 저장되어 있는 상기 PDU의 프레임 번호에 기초하여 특정된 수의 프레임 후에 상기 업링크 무선자원을 상기 단말기로 할당하는 프레임 번호 비교부

를 포함하는 ARQ 방식에 따른 기지국 장치.
제9항에 있어서,

상기 프레임 번호 비교부는 현재의 전송 프레임 번호와 상기 ARQ 송신기를 통해 데이터를 전송한 전송 프레임 번호의 차이가 특정된 프레임보다 큰 경우 상기 업링크 무선자원을 상기 단말기에 할당하는 것을 특징으로 하는 ARQ 방식에 따른 기지국 장치.
제9항에 있어서,

상기 전송 프레임 번호 저장부는 CID 및 전송 프레임 번호의 집합으로 저장하는 것을 특징으로 하는 ARQ 방식에 따른 기지국 장치.