KR100726332B1

KR100726332B1 - 무선 통신망에서 무선 차별화 서비스를 제공하기 위한패킷 스케줄링 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100726332B1
Application number: KR1020040027493A
Authority: KR
Inventors: 유상조; 신강식
Original assignee: 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2007-06-11
Also published as: KR20050102715A

Abstract

본 발명은 무선 통신망에서 무선 차별화 서비스를 제공하기 위한 패킷 스케줄링 장치에 관한 것으로, 입력되는 패킷의 헤더를 분석하여 클래스 별로 분류하는 패킷 분류기; 상기 패킷 분류기로부터 입력되는 패킷을 상기 클래스에 따라 구분하여 저장하는 버퍼; 다음 패킷 전송 시간에서의 무선 호스트와 기지국 사이의 채널 상태를 추정하는 채널 예측기; 상기 각 클래스 별로 현재까지의 클래스 및 플로우별 서비스 손실 및 이득을 계산하는 서비스 손실 및 이득 계산기; 및 상기 버퍼에서의 대기 시간, 채널 상태, 각 클래스별 가중치 및 래그 카운터를 기초로 다음에 서비스할 클래스를 선택하고 상기 클래스에 해당하는 패킷을 전송하는 무선 패킷 스케쥴러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

패킷 스케줄링, 서비스 손실, 채널 예측, 클래스, 채널 예측기

Description

무선 통신망에서 무선 차별화 서비스를 제공하기 위한 패킷 스케줄링 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD OF PACKET SCHEDULING FOR PROVIDING WIRELESS DIFFERENTIATED SERVICES IN THE WIRELESS COMMUNICATION NETWORK}

도 1은 본 발명에 따른 무선 차별화 서비스망에서의 패킷 스케줄링 장치를 나타내는 블록도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 패킷 분류기와 클래스별 버퍼와의 관계를 나타내는 블록도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 EF 및 BE 클래스에 대해 차별화된 서비스를 제공하기 위한 패킷 스케줄링 절차를 나타낸 흐름도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 AF 클래스에 대해 차별화된 서비스를 제공하기 위한 패킷 스케줄링 절차를 나타낸 흐름도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 AF 클래스의 스케줄링에서 처음 선택되어진 플로우가 채널 오류 상황이고 나머지 플로우별 래그 카운터 값이 다른 경우의 상황에서의 스케줄링 동작 과정을 나타내는 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스케줄링에서 처음 선택되어진 플로우가 채널 오류 상황이고 나머지 플로우별 래그 카운터 값이 같은 경우의 상황에서의 스케 줄링 동작 과정을 나타내는 도면.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 AF 클래스의 스케줄링에서 처음 선택한 클래스의 모든 플로우가 무선 채널 오류를 겪고 있는 상황에서의 스케줄링 동작 과정을 나타내는 도면.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 채널 오류가 높아짐에 따라 각 클래스의 평균 큐잉 지연 실험결과를 나타내는 도면

본 발명은 무선 차별화 서비스 망에서의 패킷 스케줄링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 차별화 서비스 망에서 클래스간 정의된 서비스 품질(QoS)을 제공하며, 무선망 환경의 채널 에러에 강인하고, 클래스간 일정한 서비스 품질을 제공함과 동시에 플로우간 일정한 서비스 품질 제공을 위한 패킷 스케줄링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

무선망 환경은 무선 채널의 오류가 버스트(burst)한 특성을 보이고, 무선 신호의 상호 간섭, 페이딩, 다중경로 효과(multipath effect) 등으로 인해 위치-종속적인(location dependant) 채널 오류 특성을 가진다. 따라서 기존의 유선망 환경에서 제안된 WFQ(Weighted Fair Queueing), SCFQ(Self-Clocked Fair Queueing), WRR(Weighted Round Robin) 및 EDD(Earliest Due Date) 등의 스케줄링 방법들을 무선 환경에 바로 적용하기에는 어려움이 있다.

상기 스케줄링 방법 중에서 가중치 공정 큐잉(WFQ; Weighted Fair Queueing) 모델은 비록 차별화 서비스망에 초점을 두어 설계되지는 않았지만 유선 인터넷 통신에서 많은 주목을 받고 있고, 매 패킷당 가상 시작 시간과 가상 종료 시간을 계산하여 평균 패킷 서비스율을 공정하게 제공한다. 상기 WFQ 방식은 모든 패킷에 대해 하기 <수학식 1>에 의해 가상 시간을 계산한다.

상기 <수학식 1>에서 L_i,n는 i 클래스버퍼에 n번째로 도착하는 패킷의 길이이고, v(A(t))는 WFQ에서 정의된 가상 시간, 그리고 r_i 는 클래스 i에 할당된 서비스 레이트이다.

그러나, 상기 <수학식 1>의 스케줄링 방법을 단순히 무선망에 적용할 경우에는 무선 채널 오류 등으로 인해 각 클래스 및 플로우의 서비스율을 정확히 준수할 수 없고, 채널 오류를 겪은 클래스의 서비스 보상 및 무선 자원의 특정 클래스에 의한 독점적 사용 방지 등의 기능을 수행하기 어렵다.

따라서, 종래에는 위치-종속적 채널 오류 특성의 무선망 환경을 고려하여, 기존의 FIFO(First In First Out) 큐(Queue) 대신 플로우(Flow) 단위의 큐를 사용하고 채널 상태를 모니터링하여, 오류 상태에 있는 큐는 서비스하지 않고 라운드 로빈이나 ETF(Earliest Timestamp First), LQF(Longest Queue First) 등의 스케줄 링 방법을 이용하여 채널 오류가 없는 다른 큐를 서비스하는 CSDPS(Channel State Dependent Packet Scheduling) 방식이 제안되어 왔다.

그러나, 상기 방법을 이용하면 채널 오류 상태에 있는 플로우는 다른 플로우에 비해 공정한 대역폭 용량을 서비스 받지 못하게 되므로, 최근에 유선망 환경의 공정 큐잉(fair queueing) 알고리즘들을 무선망 환경에 적합하도록 적용한 방법들이 많이 발표되었다. 이와 같은 방법들은, 채널 오류 상태의 플로우들은 할당된 대역을 채널 상태가 좋은 플로우에게 양보하고 스케쥴러는 좋은 채널 상태의 플로우가 추가적으로 얻은 대역폭을 트래킹하여, 채널 오류 플로우가 채널 오류가 없는 상태로 회복할 때 이전에 사용하지 못한 레이트를 보상(compensation) 해주게 된다. 대부분의 위치-종속 채널 오류 특성을 고려한 무선 스케줄링 방법은 유선망에서의 공정 스케줄링 방법을 참조 모델로 이용하여 무선 링크 자원을 할당한다.

또한, 무선 망은 인터넷 백본 망에 엑세스 네트워크의 형태로 접속된다. 이를 위해서 기존 유선 인터넷 망에서 고려되었던 QoS 지원 구조를 효과적으로 무선 망에서도 제공할 수 있는 방안에 대한 연구가 활발히 진행되고있다. 현재 인터넷에서의 QoS 제공 메커니즘으로 플로우 당 QoS 제어를 수행하지 않고 플로우(flow)의 집합인 클래스(class) 단위의 QoS 제어를 수행하여 확장성(scalability)을 갖는 차별화 서비스에 대한 많은 연구가 이루어 지고 있다.

IETF(Internet Engineering Task Force)에서는 차별화 서비스에서 제공하는 몇가지 클래스를 표준화 했다. EF(Expedited Forwarding), AF(Assured Forwarding), DE(Default) 등의 PHB(Per Hob Behavior) 그룹(Group)들이 그것이다.

상기 EF 클래스는 낮은 손실, 낮은 지연, 그리고 보장된 대역폭을 요구하며, AF 클래스는 드롭 우선(drop precedence), 트패픽의 양, 할당된 자원의 양 등에 의해 몇 가지 우선순위를 가진 클래스로 나뉘어진다. 이처럼 차세대 인터넷 서비스에서는 응용 서비스 형태 별로 여러 서비스 클래스를 두어 클래스간 차별화 된 스비스를 제공한다. 즉, 차세대 인터넷에서 차별화 서비스(DiffServ)는 플로우 단위의 QoS 제공 방식이 아닌 클래스 별 QoS를 제공한다.

또한, 망의 에지(edge)에서는 입력 플로우의 트래픽에 대한 분류, 미터링, 마킹, 쉐이핑 등을 수행하고 망의 코아(core)에서는 미리 정의된 PHB 그룹에 따른 패킷 포워딩을 수행한다. 차별화 서비스에서 스케줄러는 매 라우터에서 클래스 단위의 모델에 따라 다음에 서비스해야 될 적합한 패킷을 선택하여 서비스한다. 무선 인터넷 차별화 서비스에서도 이러한 유선 망의 인터넷 서비스를 지원하기 위해서는 상기한 바와 같이 무선 망 환경의 에러 특성을 고려한 새로운 스케줄링 방법이 요구된다.

또한, 기존의 무선망 스케줄링 방법은 사용자 트래픽 특성이 사전에 알려지고 이를 근거로 플로우 당 패킷 전송 제어를 수행하나, 인터넷 차별화 서비스는 동일하고 일정한 서비스 품질 요구사항을 갖는 플로우의 집합인 클래스에 대해 스케줄링을 수행하므로 기존의 플로우 당 처리율(throughput)을 보장하는 무선 스케줄링 방법을 사용할 수 없다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 각 클래스에 속한 플로우들의 이동 호스트간 접속링크를 모니터링하고 HOL 패킷이 속한 채널이 오류 상태에 있더라도 다른 채널 상태가 좋은 플로우의 패킷을 전송하는 무선 통신망에서 무선 차별화 서비스를 제공하기 위한 패킷 스케줄링 방법 및 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 무선 통신망에서 패킷을 스케줄링 하는 방법에 있어서, 클래스 단위의 서비스 품질과 함께 더 나아가 플로우 단위의 서비스 품질을 보장하는 무선 차별화 서비스를 제공하기 위한 패킷 스케줄링 방법 및 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 무선 통신망에서 패킷을 스케줄링 하는 방법에 있어서, 지연이나 처리율 관점의 보상이 점진적으로 이루어질 수 있는 무선 차별화 서비스를 제공하기 위한 패킷 스케줄링 방법 및 장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는; 무선 통신망에서 무선 차별화 서비스를 제공하기 위한 패킷 스케줄링 장치에 있어서, 입력되는 패킷의 헤더를 분석하여 클래스 별로 분류하는 패킷 분류기; 상기 패킷 분류기로부터 입력되는 패킷을 상기 클래스에 따라 구분하여 저장하는 버퍼; 다음 패킷 전송 시간에서의 무선 호스트와 기지국 사이의 채널 상태를 추정하는 채널 예측기; 상기 각 클래스 별로 현재까지의 클래스 및 플로우별 서비스 손실 및 이득을 계산하는 서비스 손실 및 이득 계산기; 및 상기 버퍼에서의 대기 시간, 채널 상태, 각 클래스별 가중치 및 래그 카운터를 기초로 다음에 서비스할 클래스를 선택하고 상기 클래스에 해당하는 패킷을 전송하는 무선 패킷 스케쥴러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은; 무선 통신망에서 무선 차별화 서비스를 제공하기 위한 패킷 스케줄링 방법에 있어서, 입력되는 패킷을 클래스 별로 분류하는 과정과, 상기에서 분류된 패킷을 클래스 별로 패킷 큐에 저장하고, 상기 패킷의 입력 시간을 슬럿 큐에 저장하는 과정과, 다음 패킷 전송 시간에서의 무선 호스트와 기지국 사이의 채널 상태를 예측하는 과정과, 상기 각 클래스 별로 현재까지의 서비스 손실 및 이득을 계산하여 그 값을 래그 카운터에 저장하는 과정과, 상기 각 클래스의 각 클래스별 가중치 및 슬럿 큐에서의 대기 시간을 기초로 다음에 서비스할 패킷을 선택하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상세한 설명을 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 하기에는 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명은 무선 통신망에서 보다 효율적인 패킷 스케줄링을 제공하기 위하여 하기와 같은 사항을 고려한다.

첫째, 기존의 유선망 스케줄링 방법은 같은 서비스 요구조건을 갖는 플로우들이 동일한 클래스 큐에 입력되므로, 기존의 유선망에서처럼 클래스 큐 내부의 패킷을 FIFO 방식으로 서비스한다면 클래스 큐 의 첫번째(HOL; Head of Line) 패킷의 채널이 오류 상태에 있을 경우 오류가 없는 채널 상태를 갖는 다른 호스트로 향하는 패킷들이 클래스의 첫 번째 패킷의 채널이 회복되기까지 서비스를 받지 못하고 블록킹된다. 따라서 스케쥴러는 각 클래스에 속한 플로우들의 이동 호스트간 접속링크를 모니터링하고 HOL 패킷이 속한 채널이 오류 상태에 있더라도 다른 채널 상태가 좋은 플로우의 패킷을 서비스할 수 있도록 클래스 큐를 관리하여야 한다.

둘째, 지금까지 무선 망 공정 큐잉 스케줄링 방법들은 차별화 서비스 네트워크를 대상으로 설계된 것이 아니다. 물론 기존의 몇 가지 제안들은 클래스별 서비스를 가능케 하기도 했지만, 실제 채널 에러를 경험하는 많은 플로우에 대해서는 클래스 단위의 보상 외에 플로우 단위의 보상은 고려하지 않았다. 따라서 채널 에러 확률에 따라 특정 클래스 내의 각 플로우에 제공되는 QoS도 클래스에 요구되는 일정한 레벨로 유지할 수 없으므로 실질적인 플로우 당 QoS 제어는 어렵다. 무선 차별화 서비스(wireless differentiated services)에서 잘 동작하기 위해서는 무선 인터넷 환경의 버스트하며 위치 종속적인 에러에 강인해야 하고 차별화 서비스의 기본 개념인 클래스 단위의 서비스 품질과 함께 더 나아가 플로우 단위의 서비스 품질을 생각해야 한다.

셋째, 오류로 인해 처리율 관점의 손해를 받은 클래스에 대해 보상이 이루어질 때 해당 클래스가 손해를 회복할 때까지 집중적으로 서비스를 받게되면 다른 클래스의 가입자는 그동안 패킷을 전송할 수 없게 된다. 이러한 현상은 시간에 따른 서비스 품질의 심각한 변동을 초래하므로 보상은 점진적으로 이루어져야 한다. 본 발명에서는 지연이나 처리율 관점의 보상이 점진적으로 이루어질 수 있는 방법을 사용한다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 무선망에서 기지국의 스케줄링 장치를 설명한다.

1. 시스템 구조

무선망 엑세스 점의 기지국 장치는 무선망에서 인터넷 차별화 서비스를 제공하기 위한 주요 기능을 담당한다. 본 발명에서 각 클래스는 네트워크 운영자에 의해 미리 정해진 가중치를 가지며, 차별화 서비스에서 정의하고 있는 각각의 EF, AF, DE PHB 그룹간은 우선순위 방식으로 서비스되고, AF 그룹내 하부 클래스(sub-class)는 네트워크 운용자에 의해 할당된 가중치에 따라 가상 종료 시간으로 클래스가 선택되고 서비스된다.

도 1은 본 발명에 따른 무선 차별화 서비스망에서의 패킷 스케줄링 장치의 구성을 보여준다.

상기 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 패킷 스케줄링 장치는 패킷 분류기(Packet Classifier; 100), 각 클래스별로 분류되는 버퍼(buffer; 200), 채널 예측기(Channel Predictor; 300), 서비스 손실 및 이득 계산기(Service Lag and Leading Calculator; 400) 및 무선 패킷 스케줄러(Wireless Packet Scheduler; 500)로 구성된다.

먼저, 기지국 장치는 상기 패킷 분류기(100)에서 입력되는 인터넷 IP 패킷 헤더의 DSCP(Differentiated Service Code Point)를 이용하여 서비스 클래스를 구 분하고 구분된 패킷들은 클래스 별 버퍼(200)에 입력된다. 상기 클래스 별 버퍼(200)는 IETF 표준에 따라 EF, BE 클래스는 실제 패킷이 입력되는 패킷 큐(Packet Queue)와 클래스내 플로우별 래그(lag)정도가 기록되는 N 개(플로우의 수)의 래그 카운터로 구성되며, AF 클래스는 실제 패킷이 입력되는 패킷 큐와 도착시간이 표기된 태그가 입력되는 슬럿 큐(Slot Queue), 클래스내 플로우별 래그 정도가 기록되는 래그 카운터로 구성된다.

상기 EF 클래스의 경우에는 EF 클래스로 도착하는 패킷의 도착 시간 여부에 관계없이 다른 클래스보다 우선적으로 서비스 되어야 하므로 슬럿큐를 두지 않는다. 또한 BE 클래스의 경우에도 EF, AF클래스가 모두 서비스 된 다음에 BE 클래스의 서비스가 이루어지므로, EF 클래스의 경우처럼 패킷 큐만으로 이루어진다. 단, AF 클래스의 경우는 클래스 및 플로우간 보상을 위해 래그 카운터가 포함된다.

한편, 무선 링크를 통해 다음에 전송할 패킷을 선택하고 전송하는 것은 무선 패킷 스케쥴러(500)에 의해 수행된다. 이때, 스케줄링은 각 EF, AF, BE 클래스간에는 절대적인 우선순위 스케줄링 방법으로 서비스하고, EF, AF, BE 클래스내의 서비스는 도착 시간에 따라 서비스를 시행한다. 단, AF 클래스의 경우 하부 클래스(sub-classes)는 가중치 공정 큐잉(WFQ)에 따라 서비스를 시행한다. 따라서, 하부 클래스간 네트워크 운용자에 의해 지정되어진 가중치(Wi)에 따라 첫 번째 슬럿의 도착시간, 다음 패킷 전송시간에 클래스에 속한 플로우들의 채널 상태, 클래스 별 서비스 손실 및 이득 등을 고려하여 수행된다. 이하, 상술한 스케줄링 장치의 각 구성요소 별로 보다 상세히 설명한다.

2. 패킷 분류기

패킷 분류기(100)는 도 2에 나타난 바와 같이, 도착되는 인터넷 IP 패킷의 헤더의 목적지, 도착지 IP 주소와 DSCP 필드 내용을 분석하여 특정 플로우(flow)를 식별하고 해당 플로우의 패킷을 클래스 별로 분류하는 기능을 수행한다.

본 발명에서 정의하는 무선 인터넷 차별화 서비스는 IETF에서 표준화된 각 PHB 그룹(EF,AF,DE)간 SLA(Service Level Agreement) 등을 통해 미리 정의된 서비스 품질(QoS)을 제공하는 것을 의미한다. 또한 특별히 AF PHB 그룹에 대해서는 더욱 다양하게 차별화된 서비스를 제공할 수 있도록 AF 클래스내 하부 클래스를 두어, 각 서브 클래스는 네트워크 관리자에 의해 미리 할당된 가중치대로 서비스한다는 것을 의미한다.

3. 클래스 별 버퍼

각 클래스(EF,AF,DE)별로 N개의 클래스가 정의되어 있으면 클래스 별 버퍼(200)는 N개의 클래스 버퍼로 구성되며, 도 2에 도시된 바와 같이 EF, BE 클래스의 각 클래스 버퍼(201)는 패킷 큐 및 래그 카운터로 구성되고, AF 클래스의 클래스별 버퍼(202)는 패킷 큐, 슬럿큐 및 래그 카운터로 구성된다. 상기 패킷 큐는 실제 입력된 데이터 패킷을 저장하는 버퍼 시스템이며, 슬럿 큐는 스케줄링을 위해 각 패킷의 도착시간을 기록한 정보를 저장하며, 래그 카운터는 무선환경에서의 채널 에러에 대해 각 클래스 및 각 플로우별로 공정하고, 일정한 서비스를 제공하기 위해 래그 및 리드 정도를 표시한다.

4. 채널 예측기

본 발명에서의 패킷 전송은 각 플로우의 무선 채널을 미리 예측하여 오류가 있는 채널로의 패킷 전송을 미루고 채널 오류가 없는 플로우의 패킷을 전송함으로써, 시스템의 이용률(Utilization)을 극대화하도록 한다. 이를 위해서는 무선 채널의 상태를 예측하여야 한다. 본 발명에서의 무선 채널 예측이라 함은 바로 다음 IP 패킷 전송 시간에서의 무선 호스트와 기지국 사이의 채널 상태를 추정하는 것이다. 본 발명의 채널 예측기(300)를 위해서는 기존의 여러 무선 채널 예측 방법을 사용할 수 있으며, 특정 예측 방법에 종속되어 스케줄링을 수행하지는 않는다.

5. 서비스 손실 및 이득 계산기

무선 패킷 스케쥴러(500)에서 클래스간 일정한 서비스 품질을 유지시키기 위해 특정 클래스를 다음에 서비스할 클래스로 선택하였다 하더라도, 채널 예측기(300)에 의해 해당 클래스의 모든 플로우의 채널(기지국과 각 이동 호스트 간)이 오류 상태에 있다고 판단되는 경우는 상기 선택된 클래스의 패킷 전송을 미루게 된다. 이 경우 서비스의 손실이 일어난다. 반면 오류가 없는 플로우를 갖는 클래스의 패킷이 대신 전송되었다면 대신 전송된 클래스는 서비스의 이득을 얻게 된다. 이때, 만일 선택된 클래스내 모든 플로우가 오류 상태가 아니라면, 본 발명에 따른 무선 차별화 시스템은 미리 정한 서비스 품질을 유지하기 위해 서비스를 위해 선택된 클래스내의 다른 플로우를 서비스한다.

서비스 손실 및 이득 계산기(400)는 이러한 서비스의 손실과 이득을 계산하고 그 정도를 저장하는 카운터(즉, 래그 카운터)를 운영한다. 모든 클래스는 래그 카운터의 값에 따라 '래깅(lagging) 클래스(서비스 손실 클래스)'와 '리딩(leading) 클래스(서비스 이득 클래스)'로 구분될 수 있고, 클래스 안의 모든 플로우들은 lag_i,j 카운터의 값에 따라 '래깅(lagging) 플로우(서비스 손실 클래스)'와 '리딩(leading) 플로우(서비스 이득 클래스)'로 구분될 수 있다.

예컨대, 만약 무선 스케줄러에 의해 i 클래스가 서비스를 위해 선택되었을 때, 그 클래스 안에서는 가장 빠른 도착 시간을 가지는 채널 j의 패킷이 서비스된다. 이때, 선택되어진 j채널이 오류상태에 있어, 다른 k채널의 패킷에게 전송 권한을 양보하였다면, lag_i,j카운터 값을 1증가 시키고, lag_i,k카운터 값을 1 감소시킨다.

또한, 무선 스케줄러에 의해 선택된 i 클래스의 모든 채널이 오류 상태에 있어 다른 클래스 j에 패킷 전송 권한을 양보하였다면 클래스 i의 lagi 카운터 값을 1증가시키고, 서비스 되어진 클래스 j의 lag_j 카운터 값을 1 감소 시킨다.

7. 무선 패킷 스케쥴러

본 발명에서, 무선 차별화 서비스망에서 클래스 및 플로우간 일정한 서비스 품질 제공과 무선망의 위치 종속적이고 버스트한 오류상황에 강인하게 동작할 수 있도록 무선 패킷 스케줄러는 도 3 및 도4에 도시된 순서에 따라 패킷을 선택하여 서비스한다.

패킷 스케줄러는 먼저, 각 클래스에 패킷 유무를 확인한다. 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케줄러는 EF, BE 클래스의 패킷이 선택되었을 때와 AF 클래스의 패킷이 선택되었을 때의 두 가지 경우로 동작한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 EF 및 BE 클래스에 대해 차별화된 서비스를 제공하기 위한 패킷 스케줄링 절차를 나타낸 흐름도이다.

상기 도 3을 참조하면, 먼저 EF, BE클래스가 선택(301)되어졌을 경우에는 선택되어진 클래스에서 가장 빠른 도착 시간을 갖는 플로우의 패킷을 선택한다(302). 상기 선택된 플로우가 채널 오류 상황이 아니고(303), 선택된 플로우가 리딩 플로우가 아니면(304), 선택된 플로우의 첫번째 패킷을 전송(306)한다. 반면, 상기에서 선택된 플로우가 리딩 플로우이면, 선택된 플로우의 보상여부를 결정한다(305). 이때, 상기에서 선택된 클래스에 채널 오류가 없는 플로우 패킷이 존재하지 않으면(303), 가장 큰 래그 카운터 값을 갖는 플로우의 패킷을 선택(307)한다.

그런다음, 이때 선택되어진 플로우의 패킷이 채널 오류가 없는 상황이 아니면(308), 선택된 플로우의 첫 번째 패킷을 전송한다(309). 그리고 먼저 선택되어진 플로우의 래그 카운터 값을 1증가시키고, 패킷을 전송한 플로우의 래그 카운터값을 1 감소시킨다(310). 만일 모든 플로우가 채널 오류 상황이면, 패킷 스케줄러는 아이들(idle)한 상태로 다음 전송을 대기(311)한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 AF 클래스에 대해 차별화된 서비스를 제공하기 위한 패킷 스케줄링 절차를 나타낸 흐름도이다.

상기 도 4를 참조하면, 만일 선택되어진 클래스가 AF 클래스일 경우(401), 먼저 AF클래스내 하부 클래스의 가상 종료 시간을 비교하여, 가상 종료 시간이 가장 빠른 클래스를 선택한다(402). 그런다음, 상기 선택되어진 하부 클래스 중 가장 빠른 도착 시간을 갖는 플로우의 패킷을 선택하고(403), 만일 선택되어진 플로우가 채널 오류 상황이 아니라면(404), 선택되어진 플로우가 속해있는 클래스의 리딩 정도를 체크한다(405).

이때 만약, 선택되어진 AF 클래스내 하부 클래스가 리딩이 아니고, 선택되어진 플로우가 리딩이 아니라면(413), 선택된 플로우의 첫번째 패킷을 전송한다(415). 반면 이때 상기에서 선택된 클래스가 리딩이라면(405), 서비스 보상 여부를 결정해야 한다(406). 여기서 상기 서비스 보상 여부를 결정하기 위해서 후술하는 Pcps(Compensation Probability) 확률 파라미터를 사용한다.

상기에서 서비스 보상이 결정되면(406), 채널 오류가 없는 패킷을 가진 다른 '래깅(lagging) 클래스'가 존재하는지 결정하고(407), 존재하면(408) 그 클래스내 가장 큰 래깅 카운터 값을 갖는 플로우의 패킷을 선택한다(409). 그런다음, 선택되어진 플로우가 채널 오류 상황이 아니라면(410), 그대로 서비스를 수행하고 상기 선택되어진 클래스 내 슬럿큐의 첫 번째 슬럿을 제거한다(411). 그리고, 마지막으로 처음 선택되어진 클래스의 래그 카운터 값을 1 증가 시키고, 전송되어진 클래스의 래그 카운터 값을 1 감소시킨다(412).

반면 상기 406 단계에서 서비스 보상을 하지 않는 것으로 결정되면, 선택되어진 플로우의 리딩 정도를 체크(413)하여 서비스를 수행한다.

이하에서는 본 발명에 의한 무선 스케쥴링 방법의 실시예들을 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한다.

도 5는 최초 선택되어진 클래스내 가장 빠른 도착 시간을 갖는 패킷을 가지고 있는 플로우가 채널 오류 상황을 겪고 있을 때, 나머지 플로우들의 래그 카운터 값이 다른 경우이다. 상기 도 5에서는 AF 하부 클래스의 슬럿 큐들 중 가장 작은 종료 시간을 가진 AF1이 선택되었고, 상기 AF1이 리딩이 아니므로 AF1의 첫 번째 패킷인 플로우 1의 패킷을 선택한다. 그러나 현재 플로우 1 은 채널 에러 상태이므로 그 클래스 안에서 에러 프리이면서 가장 큰 래그 카운터 값을 가지고 있는 플로우 2 가 선택되었다. 이때, 상기 플로우 1의 래그 카운터 값은 0에서 1로 1만큼 증가하였고, 서비스 되어진 플로우 2의 래그 카운터 값은 2에서 1 로 1만큼 감소하였다.

도 6에서는 가장 작은 종료 시간을 가진 AF1이 선택되고, 상기 AF1의 첫 번째 패킷 플로우 F1이 채널 에러 상태이며, 이때 다른 플로우 2, 플로우 3이 같은 래그 카운터 값을 가지고 둘 다 에러 프리 상태인 경우이다. 이때는 플로우 2와 플로우 3 중 먼저 도착한 플로우 3을 선택하여 서비스하고 플로우 1의 래그 카운터 값은 1 증가 시키고 플로우 3의 래그 카운터 값은 1 감소 시킨다.

도 7에서는 가장 작은 종료 시간을 가진 AF1이 선택 되었으나 AF1내의 모든 플로우들이 채널 에러 상태인 경우이다. 다른 AF 클래스의 래그 카운터 값들을 확인하고, 가장 큰 클래스 래그 카운터 값을 가지고 있는 AF2를 선택한다. AF2 안에서는 가장 빠른 도착 시간을 가진 플로우를 선택하지 않고 바로 AF2의 플로우별 래 그 카운터 값을 확인하여 가장 큰 플로우 래그 카운터 값을 갖는 플로우1을 선택한다. AF2 클래스 안의 플로우1를 서비스 한 후에는 AF2의 클래스 래그 카운터의 값을 1 감소 시키고, AF1 클래스 래그 카운터 값은 1증가 시킨다.

상기 도 7의 경우와 같이 선택되어진 클래스(AF1)가 리딩 클래스 (lag_i<0)이면, 래깅 클래스를 위한 보상 여부가 결정된다. 만약 보상이 결정되면 가장 큰 래그 값을 갖는 래깅 클래스(AF2)에 서비스를 양보한다. 보상이 이루어지면, 보상을 수행하는 래깅 클래스의 래그 카운터는 1 증가시키고, 보상을 받는 클래스의 래그 카운터는 1 감소시킨다. 그러나 리딩 클래스의 래그 카운터가 0이 될 때까지 보상을 연속해서 수행하면 리딩 클래스는 이때까지 전혀 서비스를 받지 못하게 되므로 상술한 바와 같이 점진적인 보상이 필요하다. 상기 점진적 보상을 위해 P^ccps(Class Compensation Probability) 확률 파라미터를 사용할 수 있다.

상기 P^ccps 방법은 네트워크 운영자에 의해 미리 결정되는 확률값으로 리딩 클래스가 패킷 전송을 위해 선택되었을 때 P^ccps의 확률로 보상을 수행하고, (1-P^ccps)의 확률로 보상을 수행하지 않는다. 보상이 수행되지 않고 오류 없는 채널 패킷이 존재할 경우 선택된 리딩 클래스의 첫 번째 오류 없는 채널 패킷이 서비스된다. 그렇지 않고 보상이 수행될 경우, 오류가 없는 채널 패킷을 가진 다른 클래스들 중에 가장 큰 래그 카운터 값을 갖는 래깅 클래스의 첫 오류없는 채널 패킷을 서비스한다. 이때, 점진적인 서비스 보상을 위해 클래스간 뿐만 아니라 플로우간에 도 P^Fcps(Flow Compensation Probability) 가 사용된다.

도 8은 예를 들어, 3개의 클래스 즉, EF, AF, BE PHB 그룹을 정의하고, AF 클래스 안에는 더 다양한 차별화된 서비스를 위해 AF1, AF2, AF3의 각 3개의 클래스로 정의했으며, AF1, AF2, AF3의 가중치는

로 설정한 후 채널 오류가 높아짐에 따른 각 클래스의 평균 큐잉 지연을 측정한 실험 결과이다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

본 발명에 따르면, 무선망의 버스트하고 위치-종속적인 채널 오류 특성을 고려하여 차별화 서비스에서 정의된 각 클래스간 일정한 서비스 품질을 유지하며, 적응적이고 안정적으로 다음에 서비스할 클래스를 선택하고 패킷을 전송할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따른 채널의 예측, 정의된 서비스 품질, 서비스의 이득 및 손실 정도 등을 이용한 스케줄링 방법은 무선망 에러로 생기는 클래스 및 플로우간 간 품질 제공 정도의 변이를 줄이고 클래스간 공정한 서비스 품질을 제공하며 서비스 보상이 점진적으로 이루어져 하나의 클래스 및 플로우가 독점적으로 무선자원을 사용하지 못하도록 하는 장점이 있다.

아울러 본 발명을 이용하면, 음성, 데이터, 비디오 등의 멀티미디어 응용에 있어 사용자가 원하는 서비스 품질의 비례 관계를 비교적 정확하게 준수하는 서비스가 가능하며 실제 무선 접속장치에 구현이 가능하게 되는 이점이 있다.

Claims

무선 통신망에서 무선 차별화 서비스를 제공하기 위한 패킷 스케줄링 장치에 있어서,

입력되는 패킷의 헤더를 분석하여 플로우를 식별한 후 EF(Expedited Forwarding)클래스, AF(Assured Forwarding)클래스, DE(Default)클래스를 포함하는 PHB(Per Hob Behavior) 그룹(Group)들 중 어느 하나의 클래스로 상기 패킷을 클래스 별로 분류하는 패킷 분류기;

상기 패킷 분류기로부터 입력되는 패킷을 상기 클래스에 따라 구분하여 저장하는 버퍼;

다음 패킷 전송 시간에서의 무선 호스트와 기지국 사이의 채널 상태를 추정하는 채널 예측기;

상기 각 클래스 별로 현재까지의 클래스 및 플로우별 서비스 손실 및 이득을 계산하는 서비스 손실 및 이득 계산기; 및

상기 클래스 중 어느 하나의 클래스를 소정의 우선순위에 따라 선택하여 해당 클래스의 패킷을 전송하되, 선택된 클래스에서는 상기 버퍼에서의 대기 시간, 채널 상태, 지연비례 가중치 및 래그 카운터를 기초로 다음에 서비스할 플로우의 패킷을 선택하고 전송하는 무선 패킷 스케쥴러를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
제1항에 있어서,

상기 버퍼는,

상기 패킷 분류기로부터 입력되는 패킷을 저장하기 위한 패킷 큐; 및

각 플로우의 래그 정도가 기록되는 래그 카운터를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
삭제
제2항에 있어서,

상기 클래스가 AF 클래스일 경우 상기 버퍼는 상기 패킷의 도착시간을 기록하여 저장하는 슬럿 큐를 더 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
제1항에 있어서,

상기 서비스 손실 및 이득 계산기에서 산출된 상기 각 클래스 별로 현재까지의 클래스 및 플로우별 서비스 손실 및 이득은 상기 래그 카운터에 저장됨을 특징으로 하는 상기 장치.
무선 통신망에서 무선 차별화 서비스를 제공하기 위한 패킷 스케줄링 방법에 있어서,

입력되는 패킷을 EF(Expedited Forwarding)클래스, AF(Assured Forwarding)클래스, DE(Default)클래스를 포함하는 PHB(Per Hob Behavior) 그룹(Group)들 중 어느 하나의 클래스로 분류하는 제1과정과,

상기에서 분류된 패킷을 클래스 별로 플로우를 식별하여 패킷 큐에 저장하고, 상기 패킷의 입력 시간을 슬럿 큐에 저장하는 제2과정과,

다음 패킷 전송 시간에서의 무선 호스트와 기지국 사이의 채널 상태를 예측하는 제3과정과,

상기 각 클래스 및 플로우 별로 현재까지의 서비스 손실 및 이득을 계산하여 그 값을 래그 카운터에 저장하는 제4과정과,

상기 클래스 중 어느 하나의 클래스를 소정의 우선순위에 따라 선택하여 해당 클래스의 패킷을 전송하되, 선택된 클래스에서는 지연비례 가중치 및 슬럿 큐에서의 대기 시간을 기초로 다음에 서비스할 패킷을 선택하는 제5과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
제6항에 있어서,

상기 제5과정 이후에,

상기 채널 상태, 서비스 손실 및 이득을 고려하여 패킷을 전송하는 제6과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
삭제
제6항에 있어서,

클래스 큐의 첫번째 패킷의 채널이 오류 상태에 있을 경우 오류가 없는 채널 상태를 갖는 다른 호스트로 향하는 패킷들을 우선적으로 전송함을 특징으로 하는 상기 방법.
제6항에 있어서,

오류로 인해 처리율의 손해를 받은 클래스에 대해 보상이 이루어질 때, 해당 클래스가 손해를 회복할 때까지 상기 보상은 점진적으로 이루어짐을 특징으로 하는 상기 방법.