KR100921492B1 - Method of scheduling packet in wireless data communication system - Google Patents

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KR100921492B1 KR1020070121406A KR20070121406A KR100921492B1 KR 100921492 B1 KR100921492 B1 KR 100921492B1 KR 1020070121406 A KR1020070121406 A KR 1020070121406A KR 20070121406 A KR20070121406 A KR 20070121406A KR 100921492 B1 KR100921492 B1 KR 100921492B1
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Abstract

본 발명은 무선 데이터 통신 시스템의 패킷 스케줄링 방법에 관한 것으로, 와이브로(WiBro; Wireless Broadband Internet)등과 같은 광대역 이동 인터넷 액세스 시스템에서 시스템의 수율 향상 및 커버리지 증대를 위한 멀티홉 릴레이 시스템에서 데이터 처리율(throughput)을 높이면서, 공정성(Fairness)를 보장할 수 있는 패킷 스케줄링 방법에 관한 것이다. 본 발명의 무선 데이터 통신 시스템의 패킷 스케줄링 방법은 (a) 멀티홉 채널을 고려하여 각 사용자의 순시 전송률을 각 홉의 채널 상태를 반영하는 단계; (b) 릴레이를 위한 구간과 사용자 접속을 위한 구간의 크기를 시스템에서 고정하지 않고 액세스 영역과 릴레이 영역의 경계를 스케줄링에 의해 동적으로 조정하는 단계; 및 (c) 각 릴레이간 액세스 영역의 할당량을 고려하여 사용자 우선 순위를 정하는 단계를 포함한다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a packet scheduling method of a wireless data communication system. The present invention relates to a packet scheduling method in a multi-hop relay system for improving the yield and coverage of a system in a broadband mobile Internet access system such as WiBro (Wireless Broadband Internet). The present invention relates to a packet scheduling method capable of ensuring fairness. The packet scheduling method of the wireless data communication system of the present invention comprises the steps of: (a) reflecting the instantaneous data rate of each user in consideration of the multi-hop channel; (b) dynamically adjusting the boundary between the access area and the relay area by scheduling without fixing the size of the interval for the relay and the interval for the user connection in the system; And (c) determining a user priority in consideration of the allocation amount of each relay access area.

Description

무선 데이터 통신 시스템의 패킷 스케줄링 방법{Method of scheduling packet in wireless data communication system}Packet scheduling method of a wireless data communication system {Method of scheduling packet in wireless data communication system}

본 발명은 무선 데이터 통신 시스템의 패킷 스케줄링 방법에 관한 것으로, 와이브로(WiBro; Wireless Broadband Internet)등과 같은 광대역 이동 인터넷 액세스 시스템의 수율 향상 및 커버리지 증대를 위한 멀티홉 릴레이 시스템에서 데이터 처리율(throughput)을 높이면서, 공정성(Fairness)를 보장할 수 있는 패킷 스케줄링 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a packet scheduling method of a wireless data communication system. The present invention provides a data throughput in a multi-hop relay system for improving the yield and coverage of a broadband mobile Internet access system such as WiBro (Wireless Broadband Internet). In addition, the present invention relates to a packet scheduling method capable of ensuring fairness.

최근 차세대 이동통신 시스템은 사용자에게 언제 어디서나 원하는 시간에 인터넷과 같이 고속의 데이터를 이동통신 단말기를 통해 서비스할 수 있는 광대역 이동 인터넷 액세스 시스템으로 발전해 가고 있다. Recently, the next generation mobile communication system has developed into a broadband mobile Internet access system that can provide users with high speed data such as the Internet anytime, anywhere through a mobile communication terminal.

이동통신 단말기를 통해 인터넷과 같이 고속의 데이터를 서비스 하기 위해  국내에서는 와이브로(WiBro), 해외에서는 IEEE 802.16e 시스템 규격이 개발되어 현재 서비스 중이다.  In order to service high-speed data such as the Internet through a mobile communication terminal, WiBro (WiBro) in Korea and IEEE 802.16e system standards have been developed and are currently in service.

이러한 광대역 이동 인터넷 액세스 시스템에서 사용자에게 보다 양질의 서비스를 제공하기 위해 시스템 수율 향상과 커버리지 확장을 목적으로 멀티홉 릴레이 시스템이 고려되고 있으며, 이를 위한 국제 표준화 작업이 진행 중이다.  멀티홉 릴레이 시스템은 기존의 셀룰러 망에 릴레이를 도입하여 기지국으로부터의 수신 전파 세기가 약한 지역(셀 가장자리, 음영영역(shadow region) 및 대형 건물 내)에 있는 가입자에게 서비스를 제공함으로써 커버리지를 증대시킬 수 있고, 또한 기존에 서비스되고 있는 가입자들에게 더 높은 채널 환경을 제공하여 수율을 증대시킬 수 있다. In order to provide better service to users in such a broadband mobile Internet access system, a multi-hop relay system is being considered for the purpose of improving system yield and expanding coverage, and international standardization work is in progress. Multi-hop relay systems can improve coverage by introducing relays into existing cellular networks to provide services to subscribers in areas with poor reception strength from base stations (in cell edges, shadow regions, and large buildings). It is also possible to increase the yield by providing a higher channel environment to the subscribers that are already being served.

종래의 기술들로서 기지국에 접속된 다수의 단말들과의 데이터 통신을 위한 여러 가지 스케줄링 방법들이 제안되고 있다. 먼저 기지국과 단말들 사이의 경우, 채널 상태가 가장 좋은 단말에게 우선적으로 서비스를 제공함으로써 시스템 데이터 처리율(throughput)을 우선시하는 방법(MAX C/I), 단말의 채널 상태를 무시하고 공평하게 단말들에게 한번씩 돌아가면서 통신의 기회를 주는 방법(Round Robin), 그리고 채널 상태를 고려하면서 공정성을 고려하는 비례 공정 방식(Proportional Fairness)등이 널리 알려져 있으며, 사용자 데이터의 특성 즉 요구되는 통신 품질의 정도(지연, 지터(jitter), 최소보장 데이터 처리율 등)에 따른 스케줄링 방식으로 QoS(Quality of Service) 보장형의 여러 스케줄링 방식이 존재한다. As a conventional technique, various scheduling methods for data communication with a plurality of terminals connected to a base station have been proposed. First, in case of a base station and terminals, a method of prioritizing system data throughput by providing a service to a terminal having the best channel state (MAX C / I), and ignoring the channel state of the terminal. It is widely known to give a round-robin communication opportunity to each other (Round Robin), and Proportional Fairness that considers fairness while considering channel conditions. There are several scheduling schemes of QoS (Quality of Service) as a scheduling scheme according to delay, jitter, minimum guaranteed data throughput, and the like.

종래 기술에 의한 스케줄링 방식의 문제점으로서, 멀티홉 릴레이 시스템 모델을 살펴 보면 일반적인 셀룰러 모델 형태의 무선 데이터 통신 시스템에서와 달리 스케줄링 시 고려사항이 있음을 알 수 있다. As a problem of the scheduling method according to the prior art, looking at the multi-hop relay system model, it can be seen that there are scheduling considerations, unlike in the conventional cellular model-type wireless data communication system.

도 1은 셀룰러 모델과 멀티홉 릴레이 모델에서의 채널 특성을 나타내고 있다. 1 illustrates channel characteristics in a cellular model and a multi-hop relay model.

도 1에 도시된 종래의 기술들은 하나의 기지국에 접속된 다수의 단말들 사이의 스케줄링 방식으로서, 도 1의 좌측에 도시한 바와 같이 단말과의 데이터 통신시 기지국과 단말이 직접(1-hop) 연결된 시스템에서의 스케줄링을 기본으로 하고 있다. 반면 도 1의 우측에 도시한 바와 같이 멀티홉 릴레이 시스템은 기지국과 단말사이에 다수의 릴레이가 존재할 수 있으며, 결국 멀티홉 릴레이 시스템에서는 기지국과 단말은 직접(1-hop), 또는 다수의 릴레이(2-hop 이상)를 거처 데이터 통신이 일어난다. 따라서 종래의 기술에서 사용된 기지국과 단말의 채널 상태는 중간에 존재하는 릴레이에 의한 채널들을 반영하지 못한다. 1 is a scheduling scheme between a plurality of terminals connected to one base station. As shown in the left side of FIG. 1, a base station and a terminal are directly (1-hop) in data communication with the terminal. It is based on scheduling in the connected system. On the other hand, as shown in the right side of FIG. 1, a multi-hop relay system may have a plurality of relays between a base station and a terminal. Consequently, in a multi-hop relay system, a base station and a terminal may be directly (1-hop) or multiple relays ( Data communication takes place over 2-hop). Therefore, the channel state of the base station and the terminal used in the prior art does not reflect the channels by the relay in the middle.

따라서 종래의 기술인 도 1의 좌측의 일반적인 단일 홉을 고려한 스케줄링에서는 기지국과 단말 사이의 채널 상태에 따른 전송률이 자원 할당을 위한 우선순위를 정하는데 파라미터로 사용하였지만, 도 2의 우측의 멀티(다중) 홉 채널에서는 각 홉 구간마다 채널 상태가 서로 다를 수 있으므로, 멀티홉 릴레이 시스템에서의 스케줄링에서는 각 홉의 채널 상태를 스케줄링 파라미터로 어떻게 적용하느냐에 따라 성능이 달라질 수 있다. 이때 각 홉을 통과하는데 필요한 무선 자원은 주파수 재사용 영역과 직각(orthogonal)인 할당 영역이 있을 수 있으므로, 이에 따른 시스템 관점에서의 무선 자원 소모량을 고려한 기지국과 단말 간의 데이터 전송률이 고려되어야 한다. Therefore, in the conventional scheduling considering the general single hop on the left side of FIG. 1, although the transmission rate according to the channel state between the base station and the terminal is used as a parameter for determining the priority for resource allocation, the multi (multi) on the right side of FIG. Since the channel state may be different for each hop interval in the hop channel, the performance may vary depending on how the channel state of each hop is applied as a scheduling parameter in the scheduling in the multi-hop relay system. In this case, since a radio resource required to pass each hop may have an allocation area that is orthogonal with the frequency reuse area, the data rate between the base station and the terminal considering the radio resource consumption in view of the system should be considered.

도 2는 멀티홉 릴레이 모델에서의 상향/하향 링크 구성을 나타내고, 도 3은 멀티홉 릴레이 시스템의 프레임 구조를 나타낸다. 2 shows an uplink / downlink configuration in a multihop relay model, and FIG. 3 shows a frame structure of a multihop relay system.

도 2에 의하면, 멀티홉 릴레이 시스템에서 고려하는 프레임 구조에서 상향 링크(업링크)와 하향 링크(다운링크) 구간은 기지국(BS) 혹은 릴레이(RS)에서 단말(MS)로 또는 단말(MS)에서 기지국(BS) 혹은 릴레이(RS)로 전송이 이루어지는 구간인 액세스 영역(access zone)과 기지국(BS)과 릴레이(RS)사이에서 전송이 이루어지는 구간인 릴레이 영역(relay zone)으로 구분된다. According to FIG. 2, the uplink (uplink) and downlink (downlink) intervals in the frame structure considered in the multi-hop relay system are the base station (BS) or the relay (RS) to the terminal (MS) or the terminal (MS) Is divided into an access zone, which is a section in which transmission is performed to a base station BS or a relay RS, and a relay zone, which is a section in which transmission is performed between a base station BS and a relay RS.

도 3에 의하면, 기지국(BS) 프레임 구조는 다운링크에서 액세스 영역은 BS에서 MS로 전송하고, 릴레이 영역에서는 BS에서 RS로 전송하고, 업링크에서는 액세스 영역에서 MS에서 BS로 전송하고 릴레이 영역에서는 RS에서 BS로 전송한다. 한편, 도 3에 의하면 릴레이(RS) 프레임 구조는 다운링크에서 액세스 영역은 RS에서 MS로 전송하고, 릴레이 영역에서는 수신기 모드로 작동하고, 업링크에서는 액세스 영역에서는 MS에서 RS로 전송하고 릴레이 영역에서는 송신기 모드로 작동한다. According to FIG. 3, the BS frame structure transmits the access area from the BS to the MS in the downlink, the BS to the RS in the relay area, the MS to the BS in the access area in the uplink, and the relay area. Transmit from RS to BS Meanwhile, according to FIG. 3, the RS frame structure transmits the access area from the RS to the MS in the downlink, operates in the receiver mode in the relay area, and transmits from the MS to RS in the access area in the uplink and in the relay area. Operate in transmitter mode.

멀티홉 릴레이 시스템에서의 자원 할당 방식은 액세스 링크에서 주파수 재사용 유무에 따라 직각(Orthogonal) 할당 방식과 오버랩(Overlap) 할당 방식으로 나뉠 수 있다. Resource allocation in a multi-hop relay system may be divided into an orthogonal allocation and an overlap allocation scheme according to the presence or absence of frequency reuse in an access link.

직각(Orthogonal) 할당 방식은 BS와 RS 들이 동시에 서로 같은 부채널 (subchannel)을 이용하여 MS에게 데이터를 전송하지 않는 방식이며, 오버랩 (Overlap) 할당 방식은 BS와 RS들이 MS에 데이터 전송시 동시에 같은 부채널 (subchannel)을 사용하여 주파수 재사용 효율을 높이는 할당 방식이다. Orthogonal allocation is a method in which BSs and RSs do not transmit data to the MS using the same subchannel at the same time, and overlap is a scheme in which BSs and RSs simultaneously transmit data to the MS. It is an allocation method that increases the frequency reuse efficiency by using a subchannel.

만일 액세스 영역과 릴레이 영역의 경계(boundary)를 고정시킨다면 액세스 링크(access link)와 릴레이 링크(relay link)의 채널 상태에 따라 비효율적인 자원 사용이 발생하게 된다. 즉, 고정된 영역의 자원을 충분히 활용하지 못함으로써 인해 낭비되는 자원이 많아지게 된다. If the boundary between the access area and the relay area is fixed, inefficient resource usage occurs according to the channel state of the access link and the relay link. That is, resources that are wasted due to insufficient utilization of resources in the fixed area are increased.

도 4a와 도 4b는 오버랩 자원 할당 방식에서 발생할 수 있는 스케줄링에 따른 비효율적인 자원 사용의 예를 보여주는 것으로서, 2개의 연속된 프레임에 걸친 자원 할당 상황을 나타낸다. 멀티홉 릴레이 시스템에서는 릴레이가 이전 프레임을 통해 기지국으로부터 전송된 데이터를 단말들에게 전송해야 하므로 기지국과의 채널 상태와, 단말과의 채널 상태간의 차이에 의해 릴레이 영역에서 소모하는 자원과 액세스 영역에서 소모하는 자원의 차이가 생기게 된다. 예를 들어, RS와 MS간의 채널 상태가 매우 열악할 경우, 동일한 양의 데이터를 전송하더라도 채널 상태가 좋은 경우보다 많은 양의 자원을 소모하게 된다. 도 4a는 BS와 RS간의 채널 상태는 매우 좋은데 반해 RS와 MS간의 채널 상태가 매우 열악한 경우를 나타내고 있다. 즉, 릴레이는 RS와 MS 구간의 채널 상태에 따라 전송할 수 있는 만큼의 데이터만을 기지국으로부터 전송받을 것이며, 만일 모든 릴레이가 적은 양의 데이터만을 요구한다면 여기서 보는 바와 같이 많은 양의 BS와 RS간 링크의 자원이 낭비될 수 있다. 이와 반대로 도 4b에서는 BS와 RS간의 채널 상태가 상대적으로 좋지 않아 생길 수 있는 문제점을 나타내고 있다. 즉, RS와 MS간의 링크는 채널 상태가 비교적 좋은 상황에 있어서 적은 양의 자원만으로도 충분한 데이터의 전송이 가능하지만, BS와 RS간 링크의 채널 상태가 비교적 좋지 않은 상태라면 RS로 전송된 데이터가 적기 때문에 RS와 MS사이의 링크 자원을 활용하지 못한 경우가 발생하게 되는 것이다. 4A and 4B illustrate an example of inefficient resource usage according to scheduling that may occur in an overlapping resource allocation scheme, and illustrates a resource allocation situation over two consecutive frames. In the multi-hop relay system, since the relay must transmit data transmitted from the base station to the terminals through the previous frame, the resources consumed in the relay area and the access area are consumed by the difference between the channel state with the base station and the channel state with the terminal. There is a difference in resources. For example, if the channel condition between the RS and the MS is very poor, even if the same amount of data is transmitted, a larger amount of resources are consumed than if the channel condition is good. 4A illustrates a case in which the channel state between the BS and the RS is very good while the channel state between the RS and the MS is very poor. That is, the relay will receive only as much data from the base station as can be transmitted depending on the channel status of the RS and MS intervals. If all relays require only a small amount of data, as shown here, a large amount of link between the BS and RS Resources can be wasted. On the contrary, in FIG. 4B, a channel condition between the BS and the RS is relatively poor. In other words, the link between the RS and the MS can transmit sufficient data with a small amount of resources in a relatively good channel condition. However, if the channel between the BS and the RS has a relatively poor channel condition, the data transmitted to the RS may be insufficient. As a result, the link resource between the RS and the MS cannot be utilized.

더불어 오버랩 할당 방식에서 특정 릴레이의 액세스 영역에 할당이 편중되면 결국 나머지 릴레이의 액세스 영역은 릴레이 영역의 부족으로 더 이상 사용할 수 없는 영역이 되므로 자원의 낭비가 발생할 수 있다. 따라서 각 릴레이간 액세스 영역의 할당은 균일한 량으로 할당할 때 시스템의 데이터 처리율(throughput)이 최대화될 수 있다. 하지만 라운드로빈(Round Robin)방식의 균등한 할당은 사용자 간의 공정성이 나빠지므로 둘 사이의 적절한 타협(tradeoff)이 필요하다. In addition, when the allocation is concentrated in the access area of a specific relay in the overlap allocation method, resource access may occur because the access areas of the remaining relays become areas that can no longer be used due to lack of relay areas. Therefore, when the allocation of access areas between relays is allocated in a uniform amount, the data throughput of the system can be maximized. However, even allocation of round robin will impair fairness between users and therefore require an appropriate tradeoff between the two.

본 발명은 멀티홉 릴레이 시스템에서의 특성들을 고려하여 시스템 데이터 처리율(throughput)을 높이면서 공정성(Fairness)를 보장하는 무선 패킷 스케줄링 방벙을 제공함을 그 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명에서는 멀티홉 채널을 고려하여, 액세스 영역과 릴레이 영역의 경계를 동적으로 설정하고 각 릴레이간 액세스 영역의 할당량을 고려하는 스케줄링 방법을 제안한다It is an object of the present invention to provide a wireless packet scheduling method that guarantees fairness while increasing system data throughput in consideration of characteristics in a multihop relay system. To this end, the present invention proposes a scheduling method that dynamically establishes a boundary between an access region and a relay region in consideration of a multihop channel and considers an allocation amount of an access region between relays.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 무선 데이터 통신 시스템의 패킷 스케줄링 방법에 있어서, In order to achieve the above object, the present invention provides a packet scheduling method of a wireless data communication system,

(a) 멀티홉 채널을 고려하여 각 사용자의 순시 전송률을 각 홉의 채널 상태를 반영하는 단계; (a) reflecting the instantaneous data rate of each user in consideration of the multi-hop channel to reflect the channel state of each hop;

(b) 릴레이를 위한 구간과 사용자 접속을 위한 구간의 크기를 시스템에서 고정하지 않고 액세스 영역과 릴레이 영역의 경계를 스케줄링에 의해 동적으로 조정하는 단계; 및 (b) dynamically adjusting the boundary between the access area and the relay area by scheduling without fixing the size of the interval for the relay and the interval for the user connection in the system; And

(c) 각 릴레이간 액세스 영역의 할당량을 고려하여 사용자 우선 순위를 정하는 단계를 포함하는 무선 데이터 통신 시스템의 패킷 스케줄링 방법을 제공한다. (c) a method of packet scheduling in a wireless data communication system, the method including determining a user priority in consideration of an allocation amount of an access area between relays.

바람직하기로는 상기 단계 (a)에서 멀티홉 릴레이 시스템에서의 스케줄러에서 사용하는 각 사용자의 순시 전송률을 각 홉의 채널 상태를 반영하여 아래의 수학식

Figure 112009045418667-pat00001
(여기서,
Figure 112009045418667-pat00002
은 사용자 n의 멀티홉 릴레이 시스템에서의 순시 전송률을 나타내며,
Figure 112009045418667-pat00004
는 사용자 n을 서비스하는 릴레이 k와 기지국사이의 순시 전송률을 의미한다.) 형태로 적용함으로써, 릴레이의 기지국과의 순시전송률과 사용자와 릴레이간의 순시전송률을 자원소모의 관점에서 통합한다. Preferably, in the step (a), the instantaneous data rate of each user used in the scheduler in the multi-hop relay system reflects the channel state of each hop,
Figure 112009045418667-pat00001
(here,
Figure 112009045418667-pat00002
Denotes instantaneous data rate in multi-hop relay system of user n,
Figure 112009045418667-pat00004
Is the instantaneous transmission rate between the relay k serving the user n and the base station.) By integrating the instantaneous transmission rate between the relay base station and the user and the relay from the viewpoint of resource consumption.

삭제delete

바람직하기로는 상기 단계 (b)에서 시분할 방식을 사용하는 멀티홉 릴레이 시스템에서 스케줄링에 의해 동적으로 조정하는 단계는 다음 수학식 Preferably, the step of dynamically adjusting by scheduling in the multi-hop relay system using the time division scheme in step (b) is

Figure 112007085219916-pat00005
Figure 112007085219916-pat00005

(여기서, BS 또는 각 RS는 각기 다른 구간의 크기

Figure 112007085219916-pat00006
가 정해진다. 모두 N개의 RS를 가정하고, k는 k번째 RS를 나타내는 첨자임; 즉,
Figure 112007085219916-pat00007
). 그러나 (
Figure 112007085219916-pat00008
,
Figure 112007085219916-pat00009
)가 주어졌을 때, 시스템 전체적으로는 액세스 구간과 릴레이 구간의 경계는 하나로 설정된다. 하향링크 프레임 구간의 크기를
Figure 112007085219916-pat00010
이라고 한다.) 에서, 각 릴레이에서 사용하는 자원중 최대치(Left Marker)와 릴레이로의 전송을 위해 사용되는 자원(Right Marker)의 합이 프레임의 자원량과 같아질 때까지 증가시켜가면서 동적으로 경계를 결정한다. (Where BS or each RS is the size of different segments
Figure 112007085219916-pat00006
Is determined. Assuming all N RSs, k is the subscript representing the k-th RS; In other words,
Figure 112007085219916-pat00007
). But (
Figure 112007085219916-pat00008
,
Figure 112007085219916-pat00009
), The boundary between the access section and the relay section is set to one. Downlink frame size
Figure 112007085219916-pat00010
In this case, the boundary is dynamically increased while the sum of the left marker used for each relay and the right marker used for transmission to the relay is equal to the resource amount of the frame. Decide

바람직하기로는 상기 단계 (c)에서, 자원의 효율성을 위해서 아래 식Preferably in the step (c), for the efficiency of the resource

Figure 112007085219916-pat00011
Figure 112007085219916-pat00011

(여기서, 각 MS n의 RAG 값을

Figure 112007085219916-pat00012
으로 나타내며, MS n의 장기 (long-term) 평균 전송률을
Figure 112007085219916-pat00013
이고, MS n에 대한 종단간 유효 전송 속도를
Figure 112007085219916-pat00014
이고,
Figure 112007085219916-pat00015
는 사용자를 의미함)과 같은 형태로 사용자 우선순위를 정한다. Where the RAG value of each MS n
Figure 112007085219916-pat00012
The long-term average transmission rate of MS n
Figure 112007085219916-pat00013
End-to-end effective transmission rate for MS n
Figure 112007085219916-pat00014
ego,
Figure 112007085219916-pat00015
Is the user's priority).

바람직하기로는 상기

Figure 112007085219916-pat00016
을 아래와 같은 방법으로 결정하는 방식으로, Preferably the above
Figure 112007085219916-pat00016
Is determined in the following way,

Figure 112007085219916-pat00017
Figure 112007085219916-pat00017

(여기서, BS를 통해 서비스 받는 MS 그룹과 RS를 통해 서비스 받는 MS 그룹을 각각

Figure 112007085219916-pat00019
로 나타내고, t번째 프레임에서 MS n을 서비스하는 RS에서 사용되는 부채널의 수와 BS가 MS n을 서비스할 때 사용되는 부채널의 수를 각각
Figure 112007085219916-pat00020
Figure 112007085219916-pat00021
로 나타내고, MS n을 서비스하는 RS 또는 BS에서 사용된 총 부채널의 수와 그 보다 작은 수의 부채널을 사용하는 RS에서 사용된 총 부채널의 수를 뺀 값들의 합이 MS n이 선택되었을 때 낭비되는 자원에 해당하며, 이를 자원 할당 갭(resource allocation gap; RAG)이라고 정의하고, 각 MS n의 RAG 값을
Figure 112007085219916-pat00022
으로 나타낸다.),(Where MS groups serviced via BS and MS groups serviced via RS, respectively) Wow
Figure 112007085219916-pat00019
In the t-th frame, the number of subchannels used by the RS serving MS n and the number of subchannels used when the BS services MS n are respectively represented.
Figure 112007085219916-pat00020
Wow
Figure 112007085219916-pat00021
The sum of the total number of subchannels used in the RS or BS serving the MS n and the total number of subchannels used in the RS using the smaller number of subchannels is subtracted. It corresponds to resources that are wasted when it is defined as a resource allocation gap (RAG), and the RAG value of each MS n is defined.
Figure 112007085219916-pat00022
),

사용자가 기지국으로부터 서비스를 받고 있는 경우

Figure 112007085219916-pat00023
 프레임 이전에 할당을 통해 각 릴레이에서 할당된 자원의 최대치로 임시 결정된 경계를 넘지 않을 경우
Figure 112007085219916-pat00024
을 0로 정하고, 이를 넘어서면 현재 기지국에서 할당한 자원의 크기에서 각 릴레이에서 할당된 자원의 크기를 뺀 값들을 RAG(Resource Allocation Gap)으로 정의하고, The user is receiving service from a base station
Figure 112007085219916-pat00023
The maximum number of resources allocated by each relay through allocation before the frame does not cross the temporarily determined boundary.
Figure 112007085219916-pat00024
Is set to 0, and beyond this, the value of the resource allocated by the base station minus the size of the resource allocated by each relay is defined as a resource allocation gap (RAG),

자원 낭비의 정도로 결정하는 방법과 사용자가 릴레이를 통해 서비스를 받고 있는 경우 자신을 서비스하는 릴레이에서 할당된 자원의 크기 보다 작은 크기를 할당하고 있는 릴레이와의 그 크기의 차이를 합하여 RAG(Resource Allocation Gap)으로 정의하고 자원 낭비의 정도로 결정한다. Resource Allocation Gap is a combination of the method of determining the degree of resource waste and the difference between the size of the relay and the relay that serves itself and the size of the resource allocated to the relay that is less than the size of the allocated resource. ) And determine the degree of resource waste.

본 발명은 (a) 멀티홉 채널을 고려하여 각 사용자의 순시 전송률을 각 홉의 채널 상태를 반영하는 단계; (b) 릴레이를 위한 구간과 사용자 접속을 위한 구간의 크기를 시스템에서 고정하지 않고 액세스 영역과 릴레이 영역의 경계를 스케줄링에 의해 동적으로 조정하는 단계; 및 (c) 각 릴레이간 액세스 영역의 할당량을 고려하여 사용자 우선 순위를 정하는 단계를 포함하는 무선 데이터 통신 시스템의 패킷 스케줄링 방법에 관한 것으로, 와이브로(WiBro; Wireless Broadband Internet)등과 같은 광대역 이동 인터넷 액세스 시스템에서 시스템의 수율 향상 및 커버리지 증대를 위한 멀티홉 릴레이 시스템에서 데이터 처리율(throughput)을 높이면서, 공정성(Fairness)를 보장할 수 있는 효과가 있다. The present invention includes the steps of (a) reflecting the instantaneous data rate of each user considering the multi-hop channel to reflect the channel state of each hop; (b) dynamically adjusting the boundary between the access area and the relay area by scheduling without fixing the size of the interval for the relay and the interval for the user connection in the system; And (c) determining a user priority in consideration of a quota of access areas between relays, the method comprising: a broadband mobile Internet access system such as WiBro (Wireless Broadband Internet); In the multi-hop relay system for improving the yield and coverage of the system, the data throughput is increased while ensuring fairness.

이하 본 발명에 의한 무선 데이터 통신 시스템의 패킷 스케줄링 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, a packet scheduling method of a wireless data communication system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

우선, 본 발명은 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 멀티홉 릴레이 시스템에서의 스케줄링에 있어서, 1) 멀티홉 채널을 고려하고, 2) 액세스 영역과 릴레이 영역의 경계를 동적으로 설정하고, 3) 각 릴레이간 액세스 영역의 할당량을 고려하는 스케줄링 방법으로 구성된다. First, in order to achieve the above object of the present invention, in the scheduling in a multi-hop relay system, 1) considering a multi-hop channel, 2) dynamically setting a boundary between an access area and a relay area, and 3 A scheduling method that considers the allocation of the access area between each relay.

먼저 본 발명에서 멀티홉 채널을 고려하기 위하여, 릴레이 링크와 액세스 링크를 거쳐 2홉에 의해 전달되는 경우, 각 링크 별로 순시 전송 속도가 다를 수 있기 때문에 종단간 채널 상태를 고려한 기회적 스케줄링을 적용하고자 할 때는 이들 전송 속도를 동시에 반영할 수 있어야 한다. 이를 위해 k번째 RS에 의해 서비스되는 MS n에 대한 종단간 유효 전송 속도를

Figure 112007085219916-pat00025
로 나타내고, 이를 다음의 수학식 1과 같이 정의한다.First, in order to consider a multi-hop channel in the present invention, when transmitted by two hops through a relay link and an access link, since the instantaneous transmission speed may be different for each link, it is intended to apply opportunistic scheduling considering end-to-end channel state. It should be possible to reflect these transmission rates simultaneously. To do this, the effective end-to-end transmission rate for MS n serviced by the k th RS is determined.
Figure 112007085219916-pat00025
It is defined as shown in Equation 1 below.

Figure 112007085219916-pat00026
Figure 112007085219916-pat00026

여기서  

Figure 112007085219916-pat00027
은 RS k와 MS n간의 순시 전송 속도이며,
Figure 112007085219916-pat00028
는 BS와 RS k간의 순시 전송 속도를 나타낸다. 본 발명에서는 네트워크 효용성(network utilization)을 극대화하기 위해 각 사용자별 효용성의 합을 최대화하는 문제를 고려한다. here
Figure 112007085219916-pat00027
Is the instantaneous transmission rate between RS k and MS n,
Figure 112007085219916-pat00028
Denotes the instantaneous transmission rate between BS and RS k. In the present invention, in order to maximize network utilization, the problem of maximizing the sum of utility for each user is considered.

트래픽 분포와 채널 상태가 주어졌을 때 프레임 내의 릴레이 구간과 액세스 구간 간의 경계는 패킷 스케줄러에 의한 자원 할당 결과에 의해 가변적으로 결정된다. 만일 경계를 고정시킬 경우에는 트래픽 분포에 따라 액세스 구간 또는 릴레이 구간의 자원 부족 또는 자원 낭비 상황이 발생하게 된다. 따라서, 모든 RS 커버리지에 대해서 기지국 및 릴레이의 액세스 구간에 할당된 자원량과 기지국과 릴레이 간에 할당된 자원량을 동시에 고려해서 적절한 경계가 동적으로 설정되어야 한다. Given the traffic distribution and the channel condition, the boundary between the relay section and the access section in the frame is variably determined by the resource allocation result by the packet scheduler. If the boundary is fixed, resource shortage or resource waste occurs in the access section or the relay section depending on the traffic distribution. Therefore, for all RS coverages, an appropriate boundary should be dynamically set in consideration of the amount of resources allocated to the access intervals of the base station and the relay and the amount of resources allocated between the base station and the relay at the same time.

도 5는 본 발명의 멀티-홉 시스템의 프레임 구조 및 경계 설정을 설명하기 위한 데이터 구조를 나타낸다. 5 shows a data structure for explaining the frame structure and boundary setting of the multi-hop system of the present invention.

도 5에서, 하향 링크에서의 구간 경계를 동적으로 설정하기 위한 방안이 예시되어 있다. 여기서 좌측 표시부(left marker)는 기지국 및 각 릴레이의 액세스 구간의 경계를 나타내며, 프레임 t의 각 노드 k에서 이에 의해 정해진 액세스 구간의 크기를

Figure 112007085219916-pat00029
라고 나타낸다. 마찬가지로, 우측 표시부(right marker)에 의해 릴레이 구간의 크기가 결정되고, 그 크기를
Figure 112007085219916-pat00030
이라고 나타낸다. 릴레이 구간의 경우에는 모든 릴레이들이 하나의 구간을 직교 분할하여 자원을 할당 받기 때문에  
Figure 112007085219916-pat00031
크기의 한 개 구간만이 주어진다. 반면, 액세스 영역의 경우에는 각 노드(BS 또는 RS)마다 재사용되는 자원이므로 이들은 서로 다른 좌측 표시부(left marker)를 갖게 되며, BS 또는 각 RS는 각기 다른 구간의 크기
Figure 112007085219916-pat00032
가 정해진다(여기서 모두 N개의 RS를 가정하고, k는 k번째 RS를 나타내는 첨자임; 즉,
Figure 112007085219916-pat00033
). In FIG. 5, a scheme for dynamically setting a section boundary in the downlink is illustrated. Here, the left marker indicates the boundary of the access section of the base station and each relay, and indicates the size of the access section determined by the node k in the frame t.
Figure 112007085219916-pat00029
It is indicated. Similarly, the size of the relay section is determined by the right marker, and the size of the relay section is determined.
Figure 112007085219916-pat00030
It is indicated. In the case of relay section, all relays are allocated resources by orthogonally dividing one section.
Figure 112007085219916-pat00031
Only one interval of magnitude is given. On the other hand, in the case of the access area, since resources are reused for each node (BS or RS), they have different left markers, and the BS or each RS has different sizes of sections.
Figure 112007085219916-pat00032
(Where assuming all RSs, k is a subscript representing the kth RS;
Figure 112007085219916-pat00033
).

그러나 (

Figure 112007085219916-pat00034
,
Figure 112007085219916-pat00035
)가 주어졌을 때, 시스템 전체적으로는 액세스 구간과 릴레이 구간의 경계는 하나로 설정된다. 하향링크 프레임 구간의 크기를
Figure 112007085219916-pat00036
이라고 한다면, 다음 수학식 2의 관계를 만족할 때까지 좌측 표시부(left marker)와 우측 표시부(right marker)를 각각 오른쪽과 왼쪽으로 이동하고 이들 표시부(marker)가 만나는 지점을 경계로 설정할 수 있다. But (
Figure 112007085219916-pat00034
,
Figure 112007085219916-pat00035
), The boundary between the access section and the relay section is set to one. Downlink frame size
Figure 112007085219916-pat00036
In this case, the left marker and the right marker may be moved to the right and the left, respectively, until the relation of Equation 2 is satisfied, and the point where these markers meet may be set as the boundary.

Figure 112007085219916-pat00037
 
Figure 112007085219916-pat00037
 

즉, 이와 같은 경계는 패킷 스케줄링에 의해 BS 또는 어떤 RS에 접속된 단말에 자원이 할당되는가에 따라 동적으로 결정된다. 한편, 설정된 경계에 따라 각 링크가 사용할 수 있는 자원량이 달라지게 되고, 각 사용자들에게 할당할 수 있는 자원이 제한된다. 만일에 트래픽 부하가 균일하게 분포하지 않을 경우에는 BS 또는 특정 RS의 액세스 구간에서 자원 낭비가 발생할 수 있다. 따라서, 부하 균형(load balancing)을 위한 경계 설정과 패킷 스케줄링은 서로 맞물려서 돌아가는 메커니즘이므로 부하 균형(load balancing)을 위한 경계 설정과 패킷 스케줄링을 동시에 고려한 구현이 필요하다. That is, such a boundary is dynamically determined according to whether a resource is allocated to a BS or a terminal connected to a certain RS by packet scheduling. Meanwhile, the amount of resources that can be used by each link varies according to the set boundary, and resources that can be allocated to each user are limited. If the traffic load is not uniformly distributed, resource waste may occur in the access interval of the BS or a specific RS. Therefore, since boundary setting and packet scheduling for load balancing are interlocked mechanisms, an implementation considering both boundary setting and packet scheduling for load balancing is necessary.

도 6은 본 발명에서의 t번째 프레임 (Frame)에서의 자원 할당을 예시적으로 도시한 데이터 구조를 나타낸다. 6 illustrates a data structure exemplarily illustrating resource allocation in a t-th frame according to the present invention.

도 6에서와 같이 실제 시스템에서는 BS 또는 RS를 통해 서비스되는 패킷이 각각 서로 다른 프레임에서 자원이 할당된다는 점이 고려되어야 한다. 도 6을 참조로 하면, 스케줄링 알고리즘을 통해 t번째 프레임에서의 BS-MS구간과 릴레이 구간이 결정되고, 이렇게 결정된 릴레이 구간에 대한 할당 결과는 (t+

Figure 112007085219916-pat00038
)번째 프레임의 RS-MS 구간을 결정하게 된다. 따라서 t번째 프레임에서 MS n이 BS에 의해 서비스 중일 때 낭비되는 자원은 t번째 프레임의 액세스 구간에서 구해지며, 이미 각 RS-MS 구간에서 사용되는 자원의 수는 결정되어 있다. 이때 각 RS-MS구간 중에서 가장 큰 값으로 액세스 구간이 잠정적으로 결정된다. 따라서 MS n이 BS에 의해 서비스 중일 경우에 이미 결정되어 있는 임시의 액세스 구간을 넘지 않으면 낭비되는 자원이 없다고 봐야 한다. 한편, t번째 프레임에서 MS n이 RS에 의해 서비스 중이면 (t+
Figure 112007085219916-pat00039
)번째 프레임에서의 낭비되는 자원을 구하여야 한다. 따라서, MS n이 선택되었을 때 낭비되는 자원은 이 두 가지 경우로 구분하여 고려해야 한다. As shown in FIG. 6, it should be considered that in a real system, a packet serviced through a BS or an RS is allocated with resources in different frames. Referring to FIG. 6, the BS-MS section and the relay section in the t-th frame are determined through a scheduling algorithm, and the allocation result for the relay section thus determined is (t +
Figure 112007085219916-pat00038
The RS-MS section of the) th frame is determined. Therefore, resources that are wasted when MS n is being serviced by the BS in the t th frame are obtained in the access period of the t th frame, and the number of resources used in each RS-MS period is already determined. At this time, the access section is tentatively determined as the largest value among the respective RS-MS sections. Therefore, it should be regarded that there is no wasted resource if the MS n does not cross the temporary access interval that is already determined when the BS is in service. On the other hand, if MS n is being serviced by the RS in the t th frame (t +
Figure 112007085219916-pat00039
The wasted resources in frame 1 must be obtained. Therefore, resources that are wasted when MS n is selected should be considered in two cases.

BS를 통해 서비스 받는 MS 그룹과 RS를 통해 서비스 받는 MS 그룹을 각각

Figure 112007085219916-pat00040
Figure 112007085219916-pat00041
로 나타내자. 그리고, t번째 프레임에서 MS n을 서비스하는 RS에서 사용되는 부채널의 수와 BS가 MS n을 서비스할 때 사용되는 부채널의 수를 각각
Figure 112007085219916-pat00042
Figure 112007085219916-pat00043
로 나타내자. MS n을 서비스하는 RS 또는 BS에서 사용된 총 부채널의 수와 그 보다 작은 수의 부채널을 사용하는 RS에서 사용된 총 부채널 의 수를 뺀 값들의 합이 MS n이 선택되었을 때 낭비되는 자원에 해당하며, 이를 자원 할당 갭(resource allocation gap; RAG)이라고 정의한다. 각 MS n의 RAG 값을
Figure 112007085219916-pat00044
으로 나타내며, 각 경우에 따른 RAG은 다음 수학식 3과 같다. MS group served through BS and MS group served through RS, respectively
Figure 112007085219916-pat00040
Wow
Figure 112007085219916-pat00041
Let's represent it. In addition, the number of subchannels used in the RS serving the MS n in the t-th frame and the number of the subchannels used when the BS serves the MS n are respectively.
Figure 112007085219916-pat00042
Wow
Figure 112007085219916-pat00043
Let's represent it. The sum of the total number of subchannels used by the RS or BS serving the MS n minus the total number of subchannels used by the RS using the smaller number of subchannels is wasted when MS n is selected. It corresponds to a resource and is defined as a resource allocation gap (RAG). RAG value of each MS n
Figure 112007085219916-pat00044
RAG in each case is represented by the following Equation 3.

Figure 112007085219916-pat00045
Figure 112007085219916-pat00045

MS n의 장기 (long-term) 평균 전송률을

Figure 112007085219916-pat00046
이라고 할 때 이에 따른 효용성 함수(utility function)를
Figure 112007085219916-pat00047
로 나타내자. 한편, 각 MS에 대한 자원 할당 시에 해당 RS에서의 자원 낭비에 따라 효용성이 감소하게 되므로, 다음의 수학식 4와 같은 목적 함수를 극대화 하는 자원 할당을 고려한다. The long-term average transfer rate of MS n
Figure 112007085219916-pat00046
When we call this utility function
Figure 112007085219916-pat00047
Let's represent it. On the other hand, when the resource allocation for each MS, the efficiency is reduced according to the waste of resources in the corresponding RS, consider resource allocation to maximize the objective function as shown in Equation (4).

Figure 112007085219916-pat00048
목적함수= 
Figure 112007085219916-pat00048
Objective =

즉, 상기 목적 함수는 각 사용자의 효용성에 RAG에 따른 비효율성을 가중치 로 반영한 것이다. 즉, 사용자의 RAG가 작을수록 전체 효용성에 더 기여할 수 있도록 한다. 한편, 사용자간의 비례적 공정성을 제공하기 위해 효용성 함수를

Figure 112007085219916-pat00049
로 설정하게 되면, 상기 수학식 4를 극대화하기 위한 최적의 스케줄링은 다음과 같이 매 채널 할당 단위로 다음 수학식 5를 만족하는 사용자
Figure 112007085219916-pat00050
에게 채널을 할당하는 것이다. That is, the objective function reflects the inefficiency according to the RAG as a weight to the utility of each user. In other words, the smaller the user's RAG, the more it can contribute to overall utility. On the other hand, in order to provide proportional fairness among users,
Figure 112007085219916-pat00049
If set to, the optimal scheduling for maximizing Equation 4 is a user satisfying the following Equation 5 in every channel allocation unit as follows:
Figure 112007085219916-pat00050
Is to assign channels to

Figure 112007085219916-pat00051
Figure 112007085219916-pat00051

도 7은 본 발명에서의 자원 할당을 위한 순서도이다. 도 7의 자원 할당 스케줄러는 매 스케줄링 시점마다 각 MS의 RAG 값에 의해 우선권이 달라지는 것을 암시하며, 직관적으로는 RAG값이 작은 MS에 할당 우선권을 주는 형태가 된다. 이와 같이 채널에 따라 기회적으로 자원을 할당하면서 낭비되는 자원을 감소시킴으로써 적절한 경계를 결정하는 방식을 부하 균형 기회 (load balancing opportunistic; LoBO) 스케줄링이라고 부른다. 7 is a flowchart for resource allocation in the present invention. The resource allocation scheduler of FIG. 7 implies that the priority varies according to the RAG value of each MS at every scheduling time point, and intuitively, the allocation priority is given to an MS having a small RAG value. As such, a method of determining an appropriate boundary by reducing resources wasted while allocating resources according to channels is called load balancing opportunistic (LoBO) scheduling.

도 7에서 본 발명의 자원 할당 스케줄링은 우선 각 사용자별 멀티홉을 고려한 순시전송률을 수학식 1을 적용하여 구한다 (단계 700). In FIG. 7, the resource allocation scheduling of the present invention first obtains the instantaneous data rate considering the multi-hop for each user by applying Equation 1 (step 700).

각 사용자에 대한 RAG(자원 할당 갭) 값을 수학식 3을 적용하여 구한다(단계 720). A resource allocation gap (RAG) value for each user is obtained by applying Equation 3 (step 720).

각 사용자별 RAG, 순시 전송률, 평균 전송률을 통한 우선 순위 계산을 통해 최우선 순위 사용자 선택을 수학식 5을 적용하여 구한다 (단계 740).The highest-priority user selection is calculated by applying Equation 5 through priority calculation through RAGs, instantaneous rates, and average rates for each user (step 740).

수학식 2를 적용하여 각 영역 경계를 갱신한다(단계 760). Equation 2 is applied to update each region boundary (step 760).

다음식 6을 통하여 각 사용자의 평균 전송률을 갱신한다 (단계 780). The average transmission rate of each user is updated through Equation 6 below (step 780).

Rn(t+1)=(T-1)Rn(t)/T+rk ,n/T for selectedR n (t + 1) = (T-1) R n (t) / T + r k , n / T for selected

Rn(t+1)=(T-1)Rn(t)/T for others R n (t + 1) = (T-1) R n (t) / T for others

본 발명의 효과를 검증하기 위해 시스템 레벨 시뮬레이터(System Level Simulator)를 제작하여 모의시험한 결과는 다음과 같다. In order to verify the effect of the present invention, the simulation results of the system level simulator (System Level Simulator) are as follows.

시뮬레이션에서는 멀티-홉 릴레이 모델에서 사용자의 수를 증가시키면서 사용자 트래픽이 완전 버퍼(full buffer)일 경우와 실측 이더넷(Ethernet) 트래픽을 고려한 경우 각각에 대해 수율, 자원 효율성, 그리고 공정성을 확인해 보았다. 성능 비교 대상은 액세스 구간과 릴레이 구간의 경계를 고정하고 PF (Proportional Fair) 스케줄링 알고리즘을 적용한 경우이다. 이때 구간 경계는 평균 수율을 극대화하는 비율을 찾아 고정하여 적용한다. 한편 사용자간의 수율 대비 공정성을 비교하기 위해 다음 수학식 7과 같은 척도를 정의한다. In the simulation, we increased the number of users in the multi-hop relay model and verified the yield, resource efficiency, and fairness for each case where the user traffic is full buffer and the actual Ethernet traffic is considered. The performance comparison target is when the boundary between the access section and the relay section is fixed and the PF (Proportional Fair) scheduling algorithm is applied. In this case, the section boundary is applied by finding and fixing a ratio that maximizes the average yield. On the other hand, in order to compare the fairness compared to the yield between the user defined a scale such as the following equation (7).

Figure 112007085219916-pat00052
Figure 112007085219916-pat00052

도 8은 사용자 수의 증가에 따른 수율 비교한 그래프이다. 먼저 도 8에서 시스템의 평균 수율 성능을 비교하면, 완전 버퍼(full buffer)일 때와 이더넷 (Ethernet) 트래픽의 경우에 각각 최대 약 31%와 21%의 수율 성능이 향상됨을 알 수 있다. 즉, 부하 균형(load balancing)을 위한 동적 경계 설정에 따라 자원 낭비를 감소시킴으로써 자원 효율성을 확보한 결과이다. 8 is a graph comparing yields as the number of users increases. First, comparing the average yield performance of the system in Figure 8, it can be seen that the yield performance of up to about 31% and 21%, respectively, in the case of full buffer and Ethernet traffic. In other words, it is a result of securing resource efficiency by reducing resource waste according to dynamic boundary setting for load balancing.

도 9는 링크별 자원 효율성을 비교한 그래프로서, 상술한 자원 효율성은 도 9에서 보는 바와 같이 주파수 재사용 환경에서 각 링크에서의 자원 효율성을 비교하면 더욱 명확해진다. FIG. 9 is a graph comparing resource efficiency of each link, and the resource efficiency described above becomes more apparent when comparing resource efficiency of each link in a frequency reuse environment as shown in FIG. 9.

한편, 도 10은 사용자 수 증가에 따른 공정성 비교 그래프로서, 수학식 7에 의해 정의한 성능 척도를 비교한 것으로서, 제안된 알고리즘이 시스템 수율을 향상시키면서도 공정성(fairness) 성능의 저하가 수율 성능 향상에 비해 크지 않음을 보여 준다. 따라서 제안된 알고리즘을 통해 공정성(fairness) 성능을 크게 저하시키지 않으면서 시스템 수율의 향상 효과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. On the other hand, Figure 10 is a comparison chart of the fairness according to the increase in the number of users, and compares the performance measures defined by the equation (7), the proposed algorithm improves the system yield while the fairness (fairness) performance degradation compared to the yield performance improvement Shows not big. Therefore, it can be seen that the proposed algorithm can improve the system yield without significantly degrading fairness performance.

도 1은 셀룰러 모델과 멀티홉 릴레이 모델에서의 채널 특성을 나타내고 있다. 1 illustrates channel characteristics in a cellular model and a multi-hop relay model.

도 2는 멀티홉 릴레이 모델에서의 상향/하향 링크 구성을 나타낸다. 2 shows an uplink / downlink configuration in a multi-hop relay model.

도 3은 멀티홉 릴레이 시스템의 프레임 구조를 나타낸다. 3 shows a frame structure of a multi-hop relay system.

도 4a와 도 4b는 오버랩 자원 할당 방식에서 발생할 수 있는 스케줄링에 따른 비효율적인 자원 사용의 예를 보여주는 도면이다.4A and 4B illustrate examples of inefficient resource usage according to scheduling that may occur in an overlapping resource allocation scheme.

도 5는 본 발명의 멀티-홉 시스템의 프레임 구조 및 경계 설정을 설명하기 위한 데이터 구조를 나타낸다. 5 shows a data structure for explaining the frame structure and boundary setting of the multi-hop system of the present invention.

도 6은 본 발명에서의 t번째 프레임 (Frame)에서의 자원 할당을 예시적으로 도시한 데이터 구조를 나타낸다. 6 illustrates a data structure exemplarily illustrating resource allocation in a t-th frame according to the present invention.

도 7은 본 발명에서의 자원 할당을 위한 순서도이다.7 is a flowchart for resource allocation in the present invention.

도 8은 사용자 수의 증가에 따른 수율 비교한 그래프이다.8 is a graph comparing yields as the number of users increases.

도 9는 링크별 자원 효율성을 비교한 그래프이다.9 is a graph comparing resource efficiency for each link.

도 10은 사용자 수 증가에 따른 공정성 비교 그래프이다.10 is a graph comparing fairness as the number of users increases.

Claims (5)

무선 데이터 통신 시스템의 패킷 스케줄링 방법에 있어서, In the packet scheduling method of a wireless data communication system, (a) 멀티홉 채널을 고려하여 각 사용자의 순시 전송률을 각 홉의 채널 상태를 반영하는 단계; (a) reflecting the instantaneous data rate of each user in consideration of the multi-hop channel to reflect the channel state of each hop; (b) 릴레이를 위한 구간과 사용자 접속을 위한 구간의 크기를 시스템에서 고정하지 않고 액세스 영역과 릴레이 영역의 경계를 스케줄링에 의해 동적으로 조정하는 단계; 및 (b) dynamically adjusting the boundary between the access area and the relay area by scheduling without fixing the size of the interval for the relay and the interval for the user connection in the system; And (c) 각 릴레이간 액세스 영역의 할당량을 고려하여 사용자 우선 순위를 정하는 단계를 포함하는 무선 데이터 통신 시스템의 패킷 스케줄링 방법.(c) determining a user priority in consideration of the allocation of the access area between relays. 제1항에 있어서, 상기 단계 (a)에서 멀티홉 릴레이 시스템에서의 스케줄러에서 사용하는 각 사용자의 순시 전송률을 각 홉의 채널 상태를 반영하여 아래의 수학식
Figure 112009045418667-pat00053
(여기서,
Figure 112009045418667-pat00054
은 사용자 n의 멀티홉 릴레이 시스템에서의 순시 전송률을 나타내며,
Figure 112009045418667-pat00056
는 사용자 n을 서비스하는 릴레이 k와 기지국사이의 순시 전송률을 의미한다.) 형태로 적용함으로써, 릴레이의 기지국과의 순시전송률과 사용자와 릴레이간의 순시전송률을 자원소모의 관점에서 통합하는 무선 데이터 통신 시스템의 패킷 스케줄링 방법.
The method according to claim 1, wherein the instantaneous data rate of each user used in the scheduler in the multi-hop relay system in step (a) reflects the channel state of each hop.
Figure 112009045418667-pat00053
(here,
Figure 112009045418667-pat00054
Denotes instantaneous data rate in multi-hop relay system of user n,
Figure 112009045418667-pat00056
Is the instantaneous data transfer rate between the relay k serving the user n and the base station.) The wireless data communication system integrates the instantaneous data transfer rate between the relay base station and the user and the relay from the viewpoint of resource consumption. Packet scheduling method.
제1항에 있어서, 상기 단계 (b)에서 시분할 방식을 사용하는 멀티홉 릴레이 시스템에서 스케줄링에 의해 동적으로 조정하는 단계는 다음 수학식 The method of claim 1, wherein the step of dynamically adjusting by scheduling in the multi-hop relay system using the time division scheme in step (b) is
Figure 112007085219916-pat00057
Figure 112007085219916-pat00057
(여기서, BS 또는 각 RS는 각기 다른 구간의 크기
Figure 112007085219916-pat00058
가 정해진다. 모두 N개의 RS를 가정하고, k는 k번째 RS를 나타내는 첨자임; 즉,
Figure 112007085219916-pat00059
). 그러나 (
Figure 112007085219916-pat00060
,
Figure 112007085219916-pat00061
)가 주어졌을 때, 시스템 전체적으로는 액세스 구간과 릴레이 구간의 경계는 하나로 설정된다. 하향링크 프레임 구간의 크기를
Figure 112007085219916-pat00062
이라고 한다.) 에서, 각 릴레이에서 사용하는 자원중 최대치(Left Marker)와 릴레이로의 전송을 위해 사용되는 자원(Right Marker)의 합이 프레임의 자원량과 같아질 때까지 증가시켜가면서 동적으로 경계를 결정하는 무선 데이터 통신 시스템의 패킷 스케줄링 방법.
(Where BS or each RS is the size of different segments
Figure 112007085219916-pat00058
Is determined. Assuming all N RSs, k is the subscript representing the k-th RS; In other words,
Figure 112007085219916-pat00059
). But (
Figure 112007085219916-pat00060
,
Figure 112007085219916-pat00061
), The boundary between the access section and the relay section is set to one. Downlink frame size
Figure 112007085219916-pat00062
In this case, the boundary is dynamically increased while the sum of the left marker used for each relay and the right marker used for transmission to the relay is equal to the resource amount of the frame. Packet scheduling method of a wireless data communication system to determine.
제1항에 있어서, 상기 단계 (c)에서, 자원의 효율성을 위해서 아래 식The method of claim 1, wherein in step (c),
Figure 112007085219916-pat00063
Figure 112007085219916-pat00063
(여기서, 각 MS n의 RAG 값을
Figure 112007085219916-pat00064
으로 나타내며, MS n의 장기 (long-term) 평균 전송률을
Figure 112007085219916-pat00065
이고, MS n에 대한 종단간 유효 전송 속도를
Figure 112007085219916-pat00066
이고,
Figure 112007085219916-pat00067
는 사용자를 의미함)과 같은 형태로 사용자 우선순위를 정하는 무선 데이터 통신 시스템의 패킷 스케줄링 방법.
Where the RAG value of each MS n
Figure 112007085219916-pat00064
The long-term average transmission rate of MS n
Figure 112007085219916-pat00065
End-to-end effective transmission rate for MS n
Figure 112007085219916-pat00066
ego,
Figure 112007085219916-pat00067
Is a user; and a packet scheduling method of a wireless data communication system for determining user priorities.
제4항에 있어서, 상기
Figure 112007085219916-pat00068
을 아래와 같은 방법으로 결정하는 방식으로,
The method of claim 4, wherein
Figure 112007085219916-pat00068
Is determined in the following way,
Figure 112007085219916-pat00069
Figure 112007085219916-pat00069
(여기서, BS를 통해 서비스 받는 MS 그룹과 RS를 통해 서비스 받는 MS 그룹 을 각각
Figure 112007085219916-pat00070
Figure 112007085219916-pat00071
로 나타내고, t번째 프레임에서 MS n을 서비스하는 RS에서 사용되는 부채널의 수와 BS가 MS n을 서비스할 때 사용되는 부채널의 수를 각각
Figure 112007085219916-pat00072
Figure 112007085219916-pat00073
로 나타내고, MS n을 서비스하는 RS 또는 BS에서 사용된 총 부채널의 수와 그 보다 작은 수의 부채널을 사용하는 RS에서 사용된 총 부채널의 수를 뺀 값들의 합이 MS n이 선택되었을 때 낭비되는 자원에 해당하며, 이를 자원 할당 갭(resource allocation gap; RAG)이라고 정의하고, 각 MS n의 RAG 값을
Figure 112007085219916-pat00074
으로 나타낸다.),
(Where MS groups serviced via BS and MS groups serviced via RS, respectively)
Figure 112007085219916-pat00070
Wow
Figure 112007085219916-pat00071
In the t-th frame, the number of subchannels used by the RS serving MS n and the number of subchannels used when the BS services MS n are respectively represented.
Figure 112007085219916-pat00072
Wow
Figure 112007085219916-pat00073
The sum of the total number of subchannels used in the RS or BS serving the MS n and the total number of subchannels used in the RS using the smaller number of subchannels is subtracted. It corresponds to resources that are wasted when it is defined as a resource allocation gap (RAG), and the RAG value of each MS n is defined.
Figure 112007085219916-pat00074
),
사용자가 기지국으로부터 서비스를 받고 있는 경우
Figure 112007085219916-pat00075
 프레임 이전에 할당을 통해 각 릴레이에서 할당된 자원의 최대치로 임시 결정된 경계를 넘지 않을 경우
Figure 112007085219916-pat00076
을 0로 정하고, 이를 넘어서면 현재 기지국에서 할당한 자원의 크기에서 각 릴레이에서 할당된 자원의 크기를 뺀 값들을 RAG(Resource Allocation Gap)으로 정의하고,
The user is receiving service from a base station
Figure 112007085219916-pat00075
The maximum number of resources allocated by each relay through allocation before the frame does not cross the temporarily determined boundary.
Figure 112007085219916-pat00076
Is set to 0, and beyond this, the value of the resource allocated by the base station minus the size of the resource allocated by each relay is defined as a resource allocation gap (RAG),
자원 낭비의 정도로 결정하는 방법과 사용자가 릴레이를 통해 서비스를 받고 있는 경우 자신을 서비스하는 릴레이에서 할당된 자원의 크기 보다 작은 크기를 할당하고 있는 릴레이와의 그 크기의 차이를 합하여 RAG(Resource Allocation Gap)으로 정의하고 자원 낭비의 정도로 결정하는 무선 데이터 통신 시스템의 패킷 스케줄링 방법. Resource Allocation Gap is a combination of the method of determining the degree of resource waste and the difference between the size of the relay and the relay that serves itself and the size of the resource allocated to the relay that is less than the size of the allocated resource. Packet scheduling method of a wireless data communication system, which is defined as
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