KR100922976B1 - 이동통신 시스템에서 전송률 제어 장치 및 방법 - Google Patents

이동통신 시스템에서 전송률 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동통신시스템에서 전송률 제어 장치 및 방법에 관한 것으로 특히 기지국과 기지국제어기간의 전송률을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 이동단말로 패킷 데이터 전송 시 전송할 패킷 데이터의 예측 전송률 값과 상기 이동단말로 전송할 패킷 데이터 저장을 위해 할당된 기지국 버퍼의 상태 정보를 미리 설정된 주기 단위로 기지국으로부터 수신하는 제1과정과, 수신시마다 상기 예측 전송률 값과 상기 기지국 버퍼의 상태 정보에 근거하여 목표 전송률을 결정하는 제2과정과, 상기 패킷데이터를 상기 결정된 목표 전송률에 따라 상기 기지국으로 전송하는 제3과정을 포함한다. 따라서 본 발명을 적용하면 소정의 전송률 이하로 제한할 수 있기 때문에 혼잡구간이 발생을 방지할 수 있고 시스템의 부하를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
예측 전송률, 목표 전송률, 무선 스케쥴러, 전송률 제어기

Description

이동통신 시스템에서 전송률 제어 장치 및 방법 {Device and Method for rate control in mobile telecommunication system}
도 1은 종래의 이동통신 시스템의 구성을 도시한 도면,
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 전송률 제어 방안을 도시한 블록도,
도 2b는 도2a의 동적 전송률 상태를 상세히 도시한 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 시스템의 망 구성을 도시한 블록도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국제어기에서 목표 전송률을 결정하는 과정을 도시한 흐름도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평균 예측 전송률을 예측하기 위해 일정 주기동안의 전송률을 도시한 그래프,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 제 1버퍼에 유지하려는 최소 및 최대 데이터량을 도시한 블록도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 입력 전송률을 제어하는 과정을 도시한 흐름도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국제어기에서 단말기로 패킷 데이터를 전송하는 과정을 도시한 흐름도.
본 발명은 이동통신시스템에서 전송률 제어 장치 및 방법 에 관한 것으로 특히 기지국과 기지국제어기간의 전송률을 제어하는 장치 및 방법 에 관한 것이다.
전형적인 이동통신 시스템은 음성만을 서비스하는 형태이었으나, 최근에는 음성 및 고속 패킷 데이터, 영상, 패킷화된 음성과 같은 패킷 데이터 서비스도 지원하는 형태로 발전하고 있다.
이러한 기존의 이동통신 시스템은 한 기지국제어기에 다수의 기지국이 각각 고정되어 T1 및 E1으로 연결되어 있고 각각의 기지국에 다수의 단말기들이 각각 무선 링크되어 있다. 때문에 기존의 이동통신 시스템은 단말기와 채널이 설정되면 음성 정보가 고정된 전송률로 전송되었다.
그러나 기존의 이동통신 시스템은 기지국과 기지국 제어기 사이의 전송로가 고정되어 있으므로 대역폭의 낭비가 심하게 되었고, 용량이 크고 고속으로 전송되는 패킷 데이터를 기존의 음성에 알맞게 고정된 전송률로 전송하기에 무리가 있게 되었다.
예를 들어, 기존의 이동통신 시스템은 단말기가 핸드오프 시 고정된 전송률 로 전송하기 때문에 기지국의 버퍼에는 단말기로 전송되지 못한 패킷 데이터들이 남아 있게 되었다. 이러한 남은 데이터들은 시스템의 부하만을 증가시키는 불필요한 데이터이므로 삭제해야 하는 경우가 발생하게 되었다. 이에 따라 기지국제어기는 동일한 데이터를 변경된 기지국으로 재 전송해야 하는 경우가 발생하여 시스템의 부하가 증가하게 되었다. 때문에 기존의 이동통신 시스템은 대역폭의 낭비를 줄일 수 있는 방안이 필요하게 되었다.
또한 최근의 이동통신 시스템은 기지국과 기지국제어기간의 E1 혹은 T1을 제거하고 스위칭 수단인 아이피 네트워크 및 스위칭 시스템을 추가하고 있으며, 이와 같은 최근의 이동통신 시스템을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 이동통신 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 이동통신 시스템은 다수의 단말기와 무선으로 연결된 기지국(120, 121, 122)들과, 기지국(120, 121, 122)들을 제어하는 기지국제어기(130, 131)들과, 기지국(120, 121)들과 기지국제어기(130, 131) 사이에서 연동적으로 연결된 아이피 네트워크 및 스위칭 시스템(이하, 아이피 네트워크라 함)(140)으로 구성되어 있다. 여기서, 나머지 기지국(122)은 기지국제어기(131)에 고정적으로 연결되어 있다.
그러나 기지국에서는 음성 정보에 알맞게 고정된 전송률로 고속으로 전송되어야 하는 패킷 데이터들을 전송하는데 무리가 있게 되었다. 즉, 기지국으로 많은 양의 데이터가 수신되면, 기지국 내의 버퍼에서 오버플로가 발생할 수 있고 단말기의 이동에 따라서 이전 기지국의 버퍼에 저장 중인 데이터가 의미 없이 폐기되는 문제점이 있게 되었다.
이에 따라 이동통신 시스템은 불필요한 데이터 재전송과 오버플로의 발생을 막기 위해 기지국과 기지국제어기 사이의 전송률을 고려할 필요가 있게 되었다. 이러한 필요에 의해 종래의 이동통신 시스템은 기지국제어기와 기지국간의 데이터 전송 시 서비스품질보장(QoS)(최소 data rate와 최대 data rate)을 하면서 혼잡 구간발생을 해결하기 위한 방안이 필요하였다. 또한 이동통신시스템은 링크 성능을 최대한 보장하기 위해서 동적 전송률 제어(dynamic rate control)방안을 제시하게 되었다.
그러면, 이하에서 동적 전송률 제어 방안을 이용하여 전송률을 제어하는 방법을 도면을 참조하여 살펴본다.
도 1을 참조하면, 기지국제어기(130)는 공중망으로부터 수신된 패킷 데이터을 기지국으로 전송한다. 이때, 아이피 네트워크(140)의 특정 노드에서는 패킷 데이터가 전송되는 구간이 혼잡 상태인지를 파악하기 위해 후술한 바와 같이 동적 전송률 제어 방안을 이용한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 동적 전송률 제어 방안을 도시한 블록도이고, 도 2b는 도 2a의 동적 전송률 상태를 상세히 도시한 블록도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이 동적 전송률 제어 방안은 아이피 네트워크(140)에 혼잡구간이 발생하는 경우에 네트워크(140)의 스위치나 라우터에서는 데이터에 혼잡구간이 발생하였다는 표시를 하여 송신단(기지국제어기(130)) 또는 수신단(기지국(120))으로 전송한다. 여기서 기지국(120)으로 혼잡구간 표시가 전달되면 기지국(120)은 혼잡-지시(Congestion-Indication) 메시지를 기지국제어기(130)로 직접 또는 다른 메시지에 포함하여 전송하여 기지국제어기(130)에서 혼잡구간 발생에 대한 처리를 수행한다.
도 2b에 도시된 바와 같이 동적 전송률 제어 방안은, 전송률 동적 상태(160)에서는 혼잡구간이 발생할 경우 혼잡상태(161)가 되므로 전송률을 감소하는 전송률 감소 상태(162)로 천이한다. 그런 다음 감소 상태(162)에서는 현재 전송률을 최소값까지 감소한 후 고정 상태(150)로 천이한다. 그리고 혼잡구간이 발생하지 않는 경우 비 혼잡상태(161)가 되므로 전송률을 증가하는 전송률 증가 상태(163)로 천이한다. 그런 다음 전송률 증가 상태(163)는 현재 전송률을 최대값까지 증가한 후 고정 전송률 상태(150)로 천이한다.
이렇게 기지국제어기(130)에서 전송률을 최대값 및 최소값으로 조절하므로써, 기지국(120)의 버퍼에서는 데이터의 오버플로가 발생하지 않게 되었다.
그러나, 이동통신 시스템에서는 단말기와 기지국 사이의 무선 구간을 고려하지 않았기 때문에 최대 전송률까지 전송되는 경우가 있다. 그러므로 기지국에서는 패킷 데이터들이 버퍼에서 오버플로는 되지 않을 지라도 패킷 데이터들이 가득 차는 경우가 발생하게 되었다. 그리고 단말기의 핸드오프 발생시 기지국제어기에서 처음의 기지국으로 전송하였던 데이터들을 변경된 기지국으로 재 전송하게 되므로 스위칭 시스템의 부하가 증가하게 되었다. 때문에 종래의 이동통신 시스템에서는 효율적인 패킷 데이터 전송을 수행하기가 어렵다는 문제점이 있게 되었다.
따라서, 본 발명의 이동통신 시스템은 종래의 동적 전송률 제어방안을 이용하고 무선구간을 고려하여 기지국의 전송률을 제어할 수 있는 전송률 제어 장치 및 방법을 제공함에 목적이 있다.
그리고, 본 발명의 이동통신 시스템은 기국제어기와 기지국의 버퍼상태를 제어하여 불필요한 데이터의 전송을 막고 네트윅 부하를 감소시킬 수 있는 전송률 제어 장치 및 방법을 제공함에 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 소정의 무선 채널을 통해 이동단말로 패킷 데이터를 전송하는 기지국들과 상기 기지국들과 패킷 망을 통해 연결되는 기지국제어기들을 포함하는 이동통신 시스템에서 기지국제어기의 전송률 제어 방법으로, 상기 이동단말로 패킷 데이터 전송 시 전송할 패킷 데이터의 예측 전송률 값과 상기 이동단말로 전송할 패킷 데이터 저장을 위해 할당된 기지국 버퍼의 상태 정보를 미리 설정된 주기 단위로 기지국으로부터 수신하는 제1과정과, 수신시마다 상기 예측 전송률 값과 상기 기지국 버퍼의 상태 정보에 근거하여 목표 전송률을 결정하는 제2과정과, 상기 패킷데이터를 상기 결정된 목표 전송률에 따라 상기 기지국으로 전송하는 제3과정을 포함한다.
그리고, 상기 기지국으로부터 수신된 예측 전송률 값은, 상기 미리 설정된 주기동안 상기 이동단말의 전송률에 대한 평균값으로 상기 미리 설정된 주기동안 상기 이동단말로의 전송률들에 대한 시간 역순에 따라 가중치를 두어 계산된 값을 사용할 수 있다.
또한, 둘 이상의 이동 단말로 패킷 데이터 전송시 각 단말에 대하여 상기 제1과정 내지 상기 제3과정을 수행한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흐트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 시스템의 망 구성 및 전송률 제어방법에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 시스템의 망 구성을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신시스템의 망 구성은 다수의 단말기(110)와 통신하는 기지국(120)과, 기지국(120)을 제어하는 기지국제어기(130)와, 기지국(120)과 기지국제어기(130) 사이에 연결되는 아이피 네트워크 및 스위칭 시스템(이하, 아이피 네트워크라 함)(140)으로 구성되어 있다.
기지국(120)은 단말기(111)로의 무선 구간의 평균 예측 전송률(Ro)과 기지국내에 저장된 데이터량의 상태 정보에 따라 후술할 제1버퍼(126)에서 출력되는 전송률을 예측하는 무선 스케쥴러(125)와, 기지국제어기(130)에서 전송된 패킷 데이 터를 수신하는 수신부(127)와, 수신부(127)로부터 패킷 데이터를 단말기(110) 별로 수신 받아 저장하는 제1버퍼(126)를 갖고 있다. 여기서, 제1버퍼(126)는 물리적으로는 하나의 공용 메모리 공간을 갖지만 실제 전송할 때는 각 단말기(110)별 전송할 데이터를 별도의 제1버퍼(126)로 읽어들여 전송한다.
무선 스케쥴러(RF Scheduller)(125)는 단말기들(110)의 데이터 전송률 요구에 따라 시간 슬롯(time slot)을 할당하거나 혹은 예측한 평균 데이터 전송률의 채널을 할당하여 각 단말기(110) 별로 데이터 전송이 효율적으로 이루어지도록 한다. 그리고 무선 스케쥴러(125)는 각 단말기(110) 별로 기지국(120)에서 차지하는 제1버퍼(126) 정보와, 해당 단말기(111)기와 기지국(120) 사이의 무선 구간에서 해당 단말기(111)로 전송할 것으로 예상되는 평균 전송률 정보를 기지국제어기(130)로 알려준다. 여기서, 이외의 다른 단말기들에 대한 정보는 독립적으로 전달된다.
기지국제어기(130)는 상기 무선 스케쥴러(125)에서 예측된 전송률(Ro)을 이용하여 목표전송률(Rt)을 결정하는 전송률제어기(135)와, 전송률제어기(135)와 연결되고 공중망으로부터 수신된 데이터를 단말기(110) 별로 저장하는 제2버퍼(136)를 갖고 있으며, 제2버퍼(136)로부터 출력된 데이터들을 기지국으로 전송하는 전송부(137)를 갖고 있다. 여기서, 제2버퍼(136)는 물리적으로 하나의 큰 메모리 공간을 공유하여 동작하지만 전송 시에는 각 단말기(110) 별로 별도의 제2버퍼(136)로 읽어들여 전송부(137)로 전송하게 된다.
전송률 제어기(135)는 각 단말기(110) 별로 무선 스케쥴러(125)에서 전송된 정보들을 관리한다. 이 값에 따라 기지국(120)의 각 단말기(110) 별 목표 전송률을 결정하며 목표 전송률 값에 따라 패킷데이터를 전송한다. 이외에도 각 단말기(110) 별로 기지국제어기(130)와 기지국(120)간의 연결에서 보장되어야 하는 서비스품질보장(QoS) 파라미터가 관리된다. 여기서 요구되는 서비스품질보장 파라미터에는 최소 데이터량(MIN_TH), 최대 데이터량(MAX_TH) 및 제 1버퍼(126)의 목표 범위 레벨 정보를 포함한다. 이 값들을 이용하여 각 단말기(110)에 대한 기지국(120)의 전송률을 결정하고 전송률의 최소값을 보장하고 최대값을 제공할 수 있도록 노력한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 시스템의 구성에 따라 무선 구간 및 기지국의 버퍼 상태 정보를 이용하여 혼잡구간이 발생하지 않도록 전송률을 제어하는 방법을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
우선, 기지국의 무선 스케쥴러(125)로부터 수신된 정보들을 이용하여 목표 전송률을 결정하는 과정을 하기 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국제어기에서 목표 전송률을 결정하는 과정을 도시한 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평균 예측 전송률을 예측하기 위해 일정 주기동안의 전송률을 도시한 그래프이고, 도 6은 일 실시예에 따른 기지국의 제1버퍼에 유지하려는 최소 및 최대 데이터량을 도시한 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 목표 전송률(Rt)의 결정 과정은 200단계에서 기지국제어기(130)의 전송률 제어기(135)는 해당 단말기(111)에 대한 서비스품질보장 파라미터로부터 버퍼마진(M_TH), 최소 전송률(MIN_RATE), 최대 전송률(MAX_RATE) 정보를 읽어온다. 그리고 초기값은 상기 읽어온 정보들을 이용하여 현재 전송률(Ri) 값을 최소 전송률(MIN_RAET) 값으로 설정하고, 기지국 버퍼의 최소 버퍼 크기(TH) 값을 일정 주기동안의 최소 전송률(MIN_RATE)값으로 설정한다. 이때 입력 전송률(Ri)은 목표 전송률(Rt)과 같다.
여기서 최소 전송률(MIM_RATE), 최대 전송률(MAX_RATE)은 각각 지국제어기(130)에서 단말기(111)에 보장되어야 하는 최소 전송률과 제공할 수 있는 최대 전송률이다. 그리고 도6에 도시된 바와 같이 미리 설정된 최소 버퍼 크기(TH)는 단말기(111)에 대한 기지국(120) 제1버퍼(126)에서 유지하려는 최소 데이터량(MIN_TH)이다. 버퍼마진(M_TH)은 단말기(111)에 대한 기지국(120)의 제1버퍼(126)에서 유지하려는 최대 데이터량(MAX_TH)과 최소 데이터량(MIN_TH)의 차이다. 또한 현재 전송률(Ri)은 단말기(111)에 대한 기지국제어기(130)가 기지국(120)의 제1버퍼(126)로 목표 전송률(Rt)에 따라 현재 전송되고 있는 전송률이다.
다시 도 4의 210단계에서 기지국제어기(130)는 단말기(111)에 대해 할당된 제1버퍼(126)의 현재 전송률(Ri)과 같은 목표 전송률(Rt)에 따라 패킷 데이터를 기지국(120)으로 전송한다.
그리고 전송률 제어기(135)는 기지국(120)의 무선 스케쥴러(125)로부터 단말기(111)에 대한 제1버퍼(126)의 상태 정보와 무선 구간상의 예측 전송률(Ro) 값 등의 전송률 제어 정보를 수신 대기한다. 이때, 기지국(120)의 무선 스케쥴러(125)는 무선 구간에서의 단말기(111)로 전송되는 패킷 데이터의 전송률의 평균값인 예측 전송률(Ro)을 예측한다. 여기서, 제1버퍼(126)의 상태 정보는 최소 버퍼 크기 값 및 제1버퍼 내에서 해당 단말기(111)로 전송되지 않고 남은 데이터량 값 등이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 평균 예측 전송률을 도 5의 그래프를 참조하여 설명하면, x축은 시간을 나타내고 y축은 기지국이 해당 단말기(111)로 전송한 실제 전송률을 나타낸다. t0 ~t5까지의 시간 간격은 모두 일정하다고 가정하고, 이 시간은 물리계층(Physical layer)에서의 하나의 프레임의 길이로 정의할 수 있다. 이때 t0부터 t1까지는 단말기(111)로 1Mbps로 전송하고, t2부터 t3까지 그리고 t4부터 t5까지는 단말기(111)로 2Mbps로 전송한다. 그리고 t3부터 t4까지는 단말기(111)로 1.5Mbps로 전송한다. t5시점에 무선 스케쥴러(125)가 기지국제어기(130)로 단말기(111)에 대한 예측 전송률(Ro) 값을 알려준다고 가정하고 무선 스케쥴러(125)의 예측 방식은 최근 t5 시간 동안의 평균이라고 가정한다. 이때 t5시점 이후의 예측 전송률(Ro)은 (1+2+1.5+2)/5=1.3Mbps로 계산되어 단말기(111)에 대한 제1버퍼(126)의 정보와 평균 예측 전송률(Ro) 값(1.3Mbps)을 기지국제어기(130)로 전송한다.
다시 도 4를 설명하면, 220단계에서 예측 전송률(Ro) 값과 제1버퍼(126)의 상태 정보들이 새롭게 정의된 전용 메시지('BTS_Tx_Status_Info_Ind')를 통해 수신되면(explicit방법), 기지국제어기(130)는 수신된 정보들에서 잔류 데이터량(Oq) 값과 예측 전송률(Ro) 값을 얻어낸 다음 230단계를 수행한다. 반면에, 전송률 제어 정보가 수신되지 않은 경우에는 290단계에서 전송이 종료되면 전송종료 절차를 수행한 후 작업을 종료하고, 그렇지 않으면 다시 210단계를 수행한다. 여기서, 주기(T)는 기지국(120)에서 기지국제어기(130)로 제1버퍼(126)와 무선 구간의 전송률을 알려주는 시간이다.
230단계에서 기지국제어기(130)는 주기(T)동안에 기지국에서 단말기로 전송되는 예측 전송률(Ro) 값을 곱하여 목표값(T ×Ro)을 계산한다.
이러한 기지국제어기(130)는 단말기(111)에 대한 잔류 데이터량(Oq) 값이 계산된 최소 버퍼 크기(TH) 값보다는 많고 제1버퍼 임계값(TH+M_TH)보다 적게 유지되도록 전송률 제어기(136)에서 목표 전송률(Rt)을 결정하기 위해 하기 단계들과 같이 수행한다.
240단계에서 잔류 데이터량(Oq) 값이 최소 버퍼 크기(TH) 값보다 작을 경우에는 <수학식 1>과 같이 목표 전송률(Rt) 증가 계산을 수행하는 260단계에서 목표 전송률(Rt)을 결정하고, 작지 않을 경우에는 다음 비교(250단계)를 수행한다. 여기서 260단계의 목표 전송률(Rt)을 증가하는 계산은 버퍼 임계값(TH+M_TH)에서 잔류 데이터량(Oq) 값과 계산된 목표값(T ×Ro)의 차를 계산하고 상기 값들의 차를 주기(T)로 나눈값과 최소 전송률(MIN_RATE)값에서 최대값을 선택한 후 상기 선택된 최대값과 최대 전송률(MAX_RATE) 값에서 최소값을 선택한다.
Rt=min[max[(TH+M_TH-Oq+T ×Ro)/T, MIN_RATE], MAX_RATE]
250단계에서 잔류 데이터량(Oq) 값이 버퍼 임계값(TH+M_TH)을 초과할 경우에는 <수학식 2>와 같이 목표 전송률(Rt) 감소 계산을 수행하는 270단계에서 목표 전송률(Rt)을 결정하고, 초과하지 않을 경우에는 280단계를 수행한다.
여기서, 270단계의 목표 전송률 감소 계산은 제 1버퍼의 최소 버퍼 크기(TH)값에서 잔류 데이터량(Oq) 값과 계산된 목표값(T ×Ro)의 차를 계산하고 상기 값들의 차를 주기(T)로 나눈값과 최소 전송률(MIN_RATE) 값에서 최대값을 선택한 후 상기 선택된 최대값과 최대 전송률(MAX_RATE) 값에서 최소값을 선택한다.
Rt=min[max[(TH-Oq+T ×Ro)/T, MIN_RATE], MAX_RATE]
240단계에서 잔류 데이터량값(Oq) 값이 최소 버퍼 크기(TH)값 이상이고 잔류 데이터량(Oq) 값이 버퍼 임계값(TH+M_TH) 이하일 경우에는 <수학식 3>과 같이 목표 전송률(Rt) 유지 계산을 수행하는 280단계에서 목표 전송률(Rt)를 결정한다. 여기서, 280단계의 목표 전송률 유지 계산은 예측 전송률(Ro)과 최소 전송률(MIN_RATE)을 비교하여 최대값을 선택한 후 상기 선택된 최대값과 최대 전송률(MAX_RATE)을 비교하여 최소값을 선택한다.
Rt=min(max(Ro, MIN_RATE), MAX_RATE)
그런 다음 상기 260~280단계들은 210단계를 다시 수행한다. 이때, 전송률 제어기(135)는 결정된 목표 전송률(Rt)에 따라 현재 전송률(Ri)을 변동시키면서 데이터를 기지국(130)의 제1버퍼(126)로 전송하고 다음 정보들을 수신하기 위해 대기한다.
이와 같이 본 발명은 전송률 제어기에서 결정된 단말기에 대한 목표 전송률값을 이용하여 동적 전송률 제어(dynamic rate control)방안과 결합하여 기지국으 로 입력되는 전송률을 제어하는 과정을 설명하기로 한다.
동적 전송률 제어 방안은 도2에 도시되어 있으며, 현재 전송률 제어 과정을을 설명하면서 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 현재 전송률을 제어하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 입력 전송률 제어 과정은, 300단계에서 기지국제어기(130)(이하, 송신단이라 함)에서는 혼잡-지시 메시지 또는 감소 및 증가타이머들 동작 상태를 대기한다.
그런 다음 310단계에서 송신단(기지국제어기(130))은 기지국(120)(이하 수신단이라 함)에서 혼잡 지시(Congestion-Indication) 메시지 수신여부를 판단한다. 이때, 송신단으로 혼잡 지시 메시지가 수신되면, 320단계에서 송신단은 전송률 증가 타이머(Inc-Rate timer)(도시되지 않음)가 동작되어 현재의 전송률(Ri)을 낮춘다. 이 경우에 송신단은 현재 전송률(Current-Rate(Ri))을 현재의 1/2 혹은 전송률 증가 타이머의 파라미터에 설정된 감소-등급(Dec-Degree)만큼 감소시킨 후 330단계를 수행한다. 이외의 다양한 감소 수준이 적용될 수 있다. 반면에, 310단계에서 혼잡-지시 메시지가 수신되지 않은 경우에는 다시 300단계로 돌아가서 혼잡지시 메시지 및 타이머들의 동작 상태를 대기한다. 여기서, 전송률 증가 타이머는 증가-율(Inc-Rate), 증가 등급(Inc-Rate), 상술한 감소-등급(Dec-Degree) 파라미터를 갖고, 부가적인 시스템 파라미터로서, 전송률의 감소 시 한번의 혼잡-지시 메시지 수신시에 바로 전송률을 줄일지, 복수의 연속적인 수신 후에 줄일지를 결정하는 감소-카운터(Dec-Counter) 파라미터를 갖고 있다.
330단계에서 감소시킨 현재 전송률(Ri)이 최소 전송률(MIN_RATE)보다 작거나 같다면, 340단계에서 송신단은 현재 상태가 고정 상태(Fixed-Rate State)(150)인지를 판단한다. 이때, 현재 상태가 고정 상태(150)이면, 송신단은 별도의 동작을 취하지 않고 380단계를 수행한다. 반면에, 동적 전송률 모드이면, 송신단은 현재 전송률(Ri)이 최소전송률(MIN_RATE)을 유지하도록 설정하고, 현재 상태를 고정 상태(150)로 전환한다. 그리고, 송신단은 증가 타이머를 정지시키고 360단계에서 동적 상태(160)로 환원하기 위한 동작으로 전송률 감소 타이머(Dec-Rate timer)를 재 활성화한 후 초기단계(300)로 되돌아가서 감소 타이머 동작 완료를 대기한다. 그런 다음 감소 타이머 주기가 만료되면, 400단계를 수행한다. 여기서 전송률 감소 타이머(Dec_Rate timer)는 동적 상태(160)로 환원하기 위한 정기적인 주기 값인 감소-율(Dec-Rate) 파라미터를 갖고 있다.
한편, 330단계에서 감소시킨 현재 전송률(Ri)이 최소 전송률(MIN_RATE)보다 크다면 송신단은 증가 타이머를 재활성화 시킨 후(335단계) 300단계로 되돌아가서 상기 증가 타이머 주기가 만료되는지를 판단한다.(500단계) 이때, 현재 전송률(Ri)은 최소 전송률(MIN_RATE)과 최대 전송률(MAX-RATE)사이이다.
400단계에서 전송률 감소 타이머 주기 만료인지를 판단하여 감소 타이머 주기가 만료되면 410단계에서 고정 상태(150)인지를 판단한다. 그런 다음 420단계에서 고정 상태(150)이면 송신단은 현재 상태를 동적 상태(160)로 전환하고, 430단계에서 현재 전송률(Ri)을 목표전송률(Rt)를 넘지 않도록 증가하기 위해 증가 타이 머를 활성한 후 초기단계(300)로 되돌아간다. 반면, 410단계에서 고정 상태(150)가 아니면 동적 상태(160)로 환원할 필요가 없으므로 300단계로 되돌아간다.
500단계에서 전송률 증가 타이머 주기 만료인지를 판단하여 증가 타이머주가가 만료되면 510단계에서 송신단은 현재 전송률(Ri)을 증가시키기 위한 <수학식 4>의 계산을 수행한다. 현재 전송률(Ri) 증가 계산은 증가 타이머의 증가 등급(Inc-Degree) 파라미터에 설정된 등급만큼 현재 전송률(Ri)을 증가한 값과 목표 전송률(Rt) 값을 비교하여 둘 중 더 작은 값을 선택한다.
Ri=min(Ri+inc_degree, Rt)
이와 같이 송신단은 현재 전송률(Ri)을 계산한 후 초기단계(300)로 되돌아간다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 시스템의 목표 전송률 결정 과정 및 기직국으로 입력되는 전송률을 제어하는 과정을 연동하여 기지국제어기와 기지국간의 전송률을 제어하고 원활하게 데이터를 전송하는 과정을 도면을 통해 상세히 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국제어기와 기지국간의 전송률 제어과정을 시간에 따라 도시한 시간 흐름도이다.
600단계에서 기지국 제어기(130)는 해당 단말기(111)에 대한 전송률 제어하기 위해 단말기(111)와의 채널을 설정한다.
그런 다음 610 단계에서 기지국제어기(130)는 시스템 파라미터를 초기화하고 기지국(120)을 거쳐 단말기(111)로 패킷 데이터를 전송하기 시작한다. 이때, 기지국제어기(130)는 네트웍상의 혼잡구간에 적응하면서 현재 전송률(Ri)을 증가 혹은 감소시키면서 기지국(120)으로 데이터를 전송한다.
한편, 700단계에서 기지국(120)은 기지국제어기(130)로부터 수신된 패킷 데이터를 해당 단말기(111)로 전송한다. 그리고 기지국(120)은 무선 스케쥴러(125)에서 일정한 주기동안 해당 단말기(111)에 대한 제 1버퍼(126)의 상태 정보를 파악하고, 무선 구간 상으로 전송되는 패킷 데이터들의 평균 예측 전송률(Ro) 값을 계산한다. 그런 다음 710단계에서 기지국(120)은 기지국(120)의 상태 정보 및 예측 전송률(Ro) 값을 기지국제어기(130)로 전송한다.
이에 따라 620단계에서 기지국제어기(130)는 기지국(120)으로부터 새롭게 설정된 전용 메시지를 통해 정보들을 수신한다. 이에 따라 기지국제어기(130)는 수신된 정보들을 이용하여 전송률 제어기(135)에서 최소 버퍼 크기(TH)값과 목표 전송률(Rt)을 변경하여 기지국(120)으로 전송한다. 그러면, 기지국제어기(130)는 다음 기지국(120) 정보들을 수신할 때까지 620단계에서 설정된 목표 전송률(Rt)을 초과하지 않도록 전송률을 조절하면서 기지국(120)으로 데이터를 전송한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 시스템은 전용메시지를 통해 정보를 수신하였다.
그러나 본 발명의 다른 실시예에서는 제1버퍼 상태 정보와 예측 전송률 정보를 전용 메시지 외에 기타 다른 메시지들에 추가하여 정보들을 수신할 수 있다.
그리고, 상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 해당 단말기로 데이터 를 전송하는 구간에 대해서만 설명하였으나 본 발명의 다른 실시예에서는 해당 단말기 외에 서비스중인 다른 단말기들에 대해서도 같은 방안이 독립적으로 적용될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 해당 이동단말로 전송하는 전송률들의 평균을 계산하여 예측 전송률(Ro) 값을 예측하였으나 본 발명의 다른 실시예에서는 미리 설정된 주기 단위로 상기 이동단말로의 전송률들에 시간 역순에 따라 가중치를 두어 전송률의 평균을 계산하여 예측 전송률(Ro) 값을 예측할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 해당 이동단말로 전송하는 전송률들의 평균을 계산하여 예측 전송률(Ro) 값을 예측하였으나 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 이동통신 시스템에 따라서는 기지국(120)의 무선 스케쥴러(125)가 미래의 일정 시간동안의 단말기(110)별 전송률과 전송 시작시간 및 전송 지속시간을 결정해놓는 경우가 있는데, 이 경우에는 무선 스케쥴러(125)가 결정한 전송률을 기지국제어기(130)로 알려준다. 이와 같이 단말기(110)별로 제 1버퍼(126)의 상태 정보들과 예측 전송률(Ro)값을 일정 주기마다 기지국제어기(130)로 알려줄 수 있거나, 기지국(120)이 기지국제어기(130)에게 전송할 메시지가 존재할 때에 같이 알려줄 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 이동통신 시스템은 기지국의 무선 스케쥴러에서 일정시간주기로 무선 구간의 예측 전송률 정보와 기지국의 버퍼 내 데이터 량 상태 정보를 이용하여 전송률 제어기에서 목표 전송률을 결정할 수 있으며, 이로 인해 동 적 전송률 제어 방안을 적용할 시 목표전송률 값 이하로 제한할 수 있기 때문에 제1버퍼의 데이터량을 조절하여 오버플로 및 버퍼 내에 데이터가 가득 차는 것을 방지하고 단말기의 핸드오프에 따라서 재 전송될 가능성이 있는 데이터량을 최소화시킬 수 있다. 이에 따라 시스템의 부하를 감소되므로 불필요한 데이터 전송을 감소시킬 수 있게 되었으며 더 많은 단말기에게 서비스를 제공할 수 있게 되었다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 이동통신 시스템은 무선 구간의 예측 전송률 정보와 기지국의 상태 정보를 이용하여 기지국제어기에서 목표전송률을 결정함으로써, 전송률을 목표전송률 이하로 제한할 수 있기 때문에 혼잡구간이 발생을 막을 수 있고 시스템의 부하를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (17)

  1. 소정의 무선 채널을 통해 이동단말로 패킷 데이터를 전송하는 기지국들과, 상기 기지국들과 패킷 망을 통해 연결되는 기지국제어기들을 포함하는 이동통신 시스템에서 기지국제어기의 전송률 제어 방법에 있어서,
    상기 이동단말로 패킷 데이터 전송 시 전송할 패킷 데이터의 예측 전송률 값과 상기 이동단말로 전송할 패킷 데이터 저장을 위해 할당된 기지국 버퍼의 상태 정보를 미리 설정된 주기 단위로 기지국으로부터 수신하는 제1과정과,
    수신시마다 상기 예측 전송률 값과 상기 기지국 버퍼의 상태 정보에 근거하여 목표 전송률을 결정하는 제2과정과,
    상기 패킷데이터를 상기 결정된 목표 전송률에 따라 상기 기지국으로 전송하는 제3과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전송률 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기지국으로부터 수신된 예측 전송률 값은,
    상기 미리 설정된 주기동안 상기 이동단말의 전송률에 대한 평균값임을 특징으로 하는 전송률 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기지국으로부터 수신된 예측 전송률 값은,
    상기 미리 설정된 주기동안 상기 이동단말로의 전송률들에 대한 시간 역순에 따라 가중치를 두어 계산된 값임을 특징으로 하는 전송률 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    둘 이상의 이동 단말로 패킷 데이터 전송시 각 단말에 대하여 상기 제1과정 내지 제3과정을 수행함을 특징으로 하는 전송률 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2과정은,
    상기 미리 설정된 주기동안 데이터 전송량을 계산하는 제1단계와,
    상기 기지국 버퍼의 잔류 데이터와 초기 설정된 최소 버퍼크기 및 미리 설정된 버퍼마진에 따라 상기 목표 전송률을 계산하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전송률 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서, 제2단계는,
    상기 기지국 버퍼의 잔류데이터가 상기 최소 버퍼 크기보다 적은 경우, 상기 최소 버퍼 크기와 상기 버퍼마진의 합과 상기 버퍼의 잔류데이터의 차를 목표값과 합하여 상기 미리 설정된 주기로 나누는 단계와,
    상기 나눠진 값과 미리 설정된 최소 전송률 값을 비교하여 최대값을 선택하는 단계와,
    상기 선택된 최대값과 미리 설정된 최대 전송률 값을 비교하여 최소값을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전송률 제어 방법.
  7. 제5항에 있어서, 제2단계는,
    상기 기지국 버퍼의 잔류데이터가 상기 최소 버퍼 크기와 상기 버퍼마진 값의 합을 초과하는 경우, 상기 최소 버퍼 크기와, 상기 버퍼의 잔류데이터의 차를 목표값과 합하여 상기 미리 설정된 주기로 나누는 단계와,
    상기 나눠진 값과 미리 설정된 최소 전송률 값을 비교하여 최대값을 선택하는 단계와,
    상기 선택된 최대값과 미리 설정된 최대 전송률 값을 비교하여 최소값을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전송률 제어 방법.
  8. 제5항에 있어서, 제2단계는,
    상기 기지국 버퍼의 잔류데이터가 상기 최소 버퍼 크기 이상이고, 상기 기지국 버퍼의 잔류데이터가 상기 최소 버퍼 크기와 상기 버퍼마진 값의 합보다 작을 경우, 상기 예측 전송률 값과 미리 설정된 최소 전송률 값을 비교하여 최대값을 선택하는 단계와,
    상기 선택된 최대값과 미리 설정된 최대 전송률 값을 비교하여 최소값을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전송률 제어 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이동단말로 최초 통신이 이루어지는 경우, 상기 기지국으로의 최대 유지 데이터량 값, 최소 유지 데이터량 값, 버퍼마진 및 상기 기지국 버퍼의 상기 최소 버퍼 크기 값을 최소 유지 데이터량 값으로 설정하고, 상기 목표 전송률을 최소 전송률로 설정하여 상기 패킷 데이터를 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전송률 제어 방법.
  10. 소정의 무선 채널을 통해 이동단말로 패킷 데이터를 전송하는 기지국들과, 상기 기지국들과 패킷 망을 통해 연결되는 기지국제어기들을 포함하는 이동통신 시스템에서 기지국의 전송률 제어 방법에 있어서,
    상기 기지국제어기로부터 수신된 패킷 데이터를 상기 이동단말에 대응하여 할당된 버퍼에 저장하는 제1과정과,
    상기 이동단말과의 채널 상황에 따라 상기 이동단말로의 전송률 값을 설정하고, 상기 설정된 전송률 값을 저장하는 제2과정과,
    상기 설정된 전송률 값으로 상기 버퍼에 저장된 패킷 데이터를 상기 이동단말로 전송하는 제3과정과,
    미리 설정된 주기 단위로 상기 설정된 전송률 값을 이용하여 예측 전송률 값을 계산하고, 상기 계산된 예측 전송률 값과 기지국 버퍼의 상태 정보를 기지국 제어기로 전송하는 제4과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전송률 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제4과정 수행 후 상기 계산된 예측 전송률 값을 삭제하는 제5과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전송률 제어 방법.
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서, 상기 계산된 예측 전송률 값은,
    상기 미리 설정된 주기동안 상기 이동단말의 전송률에 대한 평균값임을 특징으로 하는 전송률 제어 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 계산된 예측 전송률 값은,
    상기 미리 설정된 주기 단위로 상기 이동단말로의 전송률들에 시간 역순에 따라 가중치를 두어 계산된 값임을 특징으로 하는 전송률 제어 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 기지국 버퍼의 상태 정보는,
    상기 기지국 버퍼의 최소 크기 값과, 상기 기지국 버퍼의 잔류 데이터량 값을 포함하는 것임을 특징으로 하는 전송률 제어 방법.
  16. 소정의 무선 채널을 통해 이동단말로 패킷 데이터를 전송할 수 있는 기지국들과, 상기 기지국들과 패킷 데이터를 전송할 수 있는 패킷 망을 통해 연결되는 기지국제어기들을 포함하는 이동통신 시스템에서 기지국제어기의 전송률 제어 장치에 있어서,
    상기 전송할 패킷 데이터 저장을 위해 상기 이동단말의 할당 영역을 갖는 버퍼와,
    상기 기지국으로부터 상기 이동단말로 패킷 데이터 전송 시 주기 단위로 설정된 예측 전송률 값과 기지국 버퍼의 상태 정보를 수신하고, 상기 예측전송률 값과 상기 기지국 버퍼의 상태 정보에 근거하여 목표 전송률을 결정하는 전송률 제어기와,
    상기 버퍼로부터 수신된 상기 패킷 데이터를 상기 목표전송률에 따라 상기 기지국으로 전송하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전송률 제어 장치.
  17. 소정의 무선 채널을 통해 이동단말로 패킷 데이터를 전송하는 기지국들과, 상기 기지국들과 패킷 망을 통해 연결되는 기지국제어기들을 포함하는 이동통신 시스템에서 기지국의 전송률 제어 장치에 있어서,
    상기 기지국제어기로부터 현재 전송률에 따라 상기 패킷데이터를 수신하는 수신부와,
    상기 수신부로부터 수신된 상기 패킷 데이터 저장을 위해 상기 이동단말의 할당 영역을 갖는 버퍼와,
    상기 기지국제어기에서 상기 현재 전송률을 목표 전송률로 결정하기 위해 상기 패킷 데이터가 저장된 기지국 버퍼의 상태 정보를 파악하고, 상기 이동단말로 전송할 패킷 데이터의 평균 전송률을 주기 단위로 예측하는 무선 스케쥴러를 포함하는 것을 특징으로 하는 전송률 제어 장치.
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