KR100933161B1 - 통신시스템의 업링크 스케줄링 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기지국의 업링크 스케줄링 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 단말이 기지국에 패킷을 전송하기 위해 필요한 일련의 경쟁 방식을 통한 주파수 대역 요청 및 할당 시간을 줄여서 전체 패킷 전송 시간을 줄이기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면 UL-MAP에 대역이 할당이 안 된 단말일지라도 오버헤드 없이 바로 주파수 대역 요청을 할 수 있으므로 초기 지연 시간을 감소시킬 수 있다.

기지국 스케줄러, 업링크 스케줄링.

Description

통신시스템의 업링크 스케줄링 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR UP-LINK SCHEDULING IN COMMUNICATION SYSTEM}

도 1a 및 도 1b는 일반적인 기지국 스케줄러의 구성을 도시한 도면

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기지국 스케줄러의 업링크 스케줄링부의 구성을 도시한 도면

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 업링크 스케줄링부의 동작을 나타낸 순서도

본 발명은 기지국 스케줄러에 관한 것으로, 특히 IEEE 802.16 시스템이나 이에 기반을 둔 휴대 인터넷(WiBro) 시스템의 기지국(Base Station, 이하 BS라고 한다) 스케줄러에 관한 것이다.

BS 스케줄러의 기능은 크게 업링크 스케줄링과 다운링크 스케줄링으로 나눌 수 있는데, 본 발명은 특히 각 단말(Subscriber Station, 이하 SS라고 한다)의 데이터 업로드를 위해 단말에게 무선 자원(Radio Resource)을 할당하는 업링크 스케줄링 알고리즘에 관한 기술이다.

IEEE 802.16 뿐만 아니라 WiBro 표준에는 BS 스케줄러를 어떻게 구현해야 한다고 구체적으로 기술되어 있지 않다. 현재 널리 사용되고 있는 업링크 스케줄링 기술은 채널 품질(QoS)과 형평성(Fairness)을 보장하기 위한 유저 단위의 비례 공평(Proportional Fair) 스케줄링 방법이다.

IEEE 802.16 시스템에서 각 단말이 데이터를 업로드를 하기 위해서는 항상 기지국에게 얼마만큼의 무선자원이 필요하다는 요청을 먼저 해야 한다. 기지국에서는 각 단말의 주파수 대역 요청을 수집하고 업링크 스케줄링을 통하여 기지국이 각 단말에게 주기적으로 방송(broadcast)하는 맵(MAP)을 만들어 낸다. 단말은 이 MAP 정보를 분석해서 자신에게 할당된 주파수 대역의 무선자원에만 데이터를 업로드 할 수 있다.

IEEE 802.16 시스템에서 단말이 기지국으로 데이터를 업로드 하기 위해서는, 먼저 데이터 전송에 필요한 주파수 대역 요청을 위해 일련의 경쟁 방식을 통해 기지국으로 주파수 대역 할당을 요청하고, 기지국으로부터 그 주파수 대역을 할당받으면, 다시 기지국으로 데이터 전송을 위한 주파수 대역 할당을 요청하게 된다. 기지국이 이에 대한 주파수 대역을 할당해주면, 단말에서는 할당받은 주파수 대역을 통하여 데이터를 업로드할 수 있다.

IEEE 802.16 시스템의 프레임 주기가 5 msec 이고, 기지국에서 단말의 주파수 대역 요청을 받아서 처리하는데 걸리는 시간이 4 프레임이라고 가정하면, 주파수 대역 요청 경쟁에 걸리는 시간을 무시하더라도 단말이 데이터 업로드를 위한 주파수 대역을 할당받는데 걸리는 시간은 30 msec 정도가 된다. 따라서 기존의 시스템에서 단말의 데이터를 기지국까지 전송하는데 걸리는 시간은, 상기 데이터 전송을 위한 주파수 대역 요청을 위해 일련의 경쟁 방식을 통해 주파수 대역을 할당받는 데에 걸리는 시간과, 데이터 전송을 위한 주파수 대역을 요청하여 할당받는 데에 걸리는 시간을 감안하면 60 msec 이상이 된다. 이는 각 단말이 기지국에 데이터를 업로드하기 위한 주파수 대역을 요청하고 주파수 대역을 할당받아야만 데이터 업로드가 가능한 IEEE 802.16 시스템의 특징 때문이다.

현재 단말이 데이터를 전송중이라면 이 주파수 대역 요청 정보를 데이터에 피기백(piggyback) 하거나 이미 할당된 주파수 대역을 전용해서 주파수 대역 요청이 가능하지만, 그 외의 경우에는 단말에게 할당된 주파수 대역이 없기 때문에 주파수 대역 요청을 위한 오버헤드가 반드시 존재하게 된다. 특히 데이터 전송이 연속적으로 일어나지 않는 통신인 경우에는 데이터 전송이 없는 순간에 초기 주파수 대역 요청을 위한 시간 지연이 불가피하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 단말이 기지국에 데이터를 전송하기 위해 필요한 주파수 대역 요청 및 할당 시간을 줄여서 전체 데이터 전송 시간을 줄이기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예는, 단말이 기지국으로부터 주파수 대역을 할당받아서 데이터를 전송하는 통신시스템에서 기지국이 업링크 스케줄링을 수행하는 방법에 있어서, 단말들로부터 주파수 대역할당 요청을 수집하고, 상기 수집된 결과에 따라 상기 주파수 대역할당을 요청한 단말들에게 주파수 대역을 할당하는 과정과, 전체 주파수 대역 중 상기 단말들에게 할당되지 않고 남는 주파수 대역이 있는지를 확인하는 과정과, 상기 확인결과 남는 주파수 대역이 있으면, 상기 할당되지 않고 남은 주파수 대역 중 적어도 일부를, 상기 주파수 대역할당을 요청하지 않은 단말들에게 할당하는 과정과, 상기 주파수 대역 할당에 대한 정보를 맵으로 생성하여 상기 단말들에게 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 실시예는, 단말이 기지국으로부터 주파수 대역을 할당받아서 데이터를 전송하는 통신시스템에서 업링크 스케줄링을 수행하는 기지국 장치에 있어서, 단말들로부터 주파수 대역할당 요청을 수집하는 주파수 대역 요청 수집부와, 상기 주파수 대역 요청 수집부에서 수집한 결과에 따라 상기 주파수 대역할당을 요청한 단말들에게 주파수 대역을 할당하는 주파수 대역 할당부와, 전체 주파수 대역 중 상기 단말들에게 할당하지 않고 할당되지 않고 남은 주파수 대역을, 상기 주파수 대역할당을 요청하지 않은 단말들에게 할당하는 주파수 대역 요청 할당부와, 상기 주파수 대역 할당에 대한 정보를 맵으로 생성하여 상기 단말들에게 전송하는 맵 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 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. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대 로 내려져야 할 것이다.

본 발명은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 또는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) 시스템이나, IEEE 802.16 기반 시스템에서 기지국 스케줄러가 업링크 스케줄링을 할 때 주파수 대역 할당을 요청하지 않은 단말에 대해서도 미리 임의로 주파수 대역을 할당하여 주파수 대역 할당 요청을 위한 일련의 경쟁 방식을 통한 대역 요청 및 할당에 걸리는 시간을 단축하고자 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 업링크 스케줄링 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1a는 일반적인 기지국 스케줄러의 구성 중 업링크 스케줄링부의 구성을 도시한 것이다.

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도 1a를 참조하면, 업링크 스케줄링부는 주파수 대역 요청 수집부(111)와 주파수 대역 할당부(112)와 UL-MAP 생성부(113)를 포함한다.

주파수 대역 요청 수집부(111)는 단말들로부터의 주파수 대역 요청을 수집하며, 주파수 대역 할당부(112)는 주파수 대역 요청 수집부(111)에서 수집한 주파수 대역 요청을 바탕으로 각 단말별로 주파수 대역을 할당한다. 그리고 UL-MAP 생성부(113)는 주파수 대역 할당부(112)에서 할당한 대로 업링크 주파수 대역 할당 맵(UL-MAP)을 생성하여 각 단말로 전송한다.

도 1b는 일반적인 기지국 스케줄러의 다운링크 스케줄링부의 구성을 도시한 것이다.

도 1b를 참조하면, 다운링크 스케줄링부는 PDU 생성부(121)와 주파수 대역 할당부(122)와 DL-MAP 생성부(123)를 포함한다.

PDU 생성부(121)는 SDU(Service Data Unit)를 분류하고 PCI(Protocol Control Information)를 추가하여 PDU(Protocol Data Unit)를 생성한다.

주파수 대역 할당부(122)는 PDU 생성부(121)에서 생성된 PDU를 각 단말로 전송하기 위하여 단말별로 주파수 대역을 할당하고, DL-MAP 생성부(123)는 주파수 대역 할당부(122)에서 할당한 대로 다운링크 주파수 대역 할당 맵(UL-MAP)을 생성하여 각 단말로 전송한다.

상기와 같은 구성을 가지는 기지국 스케줄러를 구비하는 시스템에서는, 단말은 업로드 할 데이터가 있으면 기지국으로 주파수 대역 할당 요청을 해야 한다. 만약 단말에서 기지국으로 계속 데이터 전송이 이루어지고 있는 상태라면, 피기백이나 데이터 전송을 위하여 이미 할당된 주파수 대역을 전용해서 주파수 대역 요청이 가능하지만, 할당된 주파수 대역이 없는 단말의 경우에는 데이터 업로드에 주파수 대역 요청에 따른 오버헤드가 존재하게 된다.

따라서 본 발명은 이러한 업링크를 위한 주파수 대역 요청에 따른 오버헤드를 줄이기 위한 방법을 제시한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기지국 스케줄러의 업링크 스케줄링부의 구성을 도시한 것이다. 다운링크 스케줄링부는 본 발명과 직접적인 관련이 없으므로 구체적인 도시 및 설명을 생략한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 업링크 스케줄링부는 대역 요청 수집부(211), 대역 할당부(212), UL-MAP/히스토리 분석부(213), 대역 할당부(214), UL-MAP 생성부(215) 및 메모리(216)를 포함한다.

대역 요청 수집부(211)는 단말들로부터 주파수 대역 할당 요청을 수집한다. 대역 할당부(212)는 대역 요청 수집부(211)에서 수집된 주파수 대역 할당 요청에 따라 각 단말들에게 주파수 대역을 할당한다. UL-MAP/히스토리 분석부(213)는 현재 UL-MAP에서 단말에게 할당되지 않고 남은 주파수 대역과, 최근에 데이터 업로드를 수행했던 단말들 및 상기 단말들에게 할당되었던 주파수 대역의 크기에 대한 정보 등을 포함하는 히스토리를 분석한다. 대역 할당부(214)는 UL-MAP/히스토리 분석부(213)의 분석 결과와 미리 설정된 우선순위에 따라, UL-MAP에서 할당되지 않고 남은 여유 주파수 대역들을 주파수 대역 할당을, 요청하지 않은 단말들에게 임의로 할당한다. UL-MAP 생성부(215)는 대역 할당부(214)에서 할당한 대로 UL-MAP을 생성하여 각 단말에게 전송한다. 메모리(216)에는 상기 UL-MAP/히스토리 분석부(213)의 분석 결과가 저장되어 있다.

다음, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 업링크 스케줄링 동작에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 업링크 스케줄링부의 동작을 나타낸 순서도이다.

도 3을 참조하면, 301 과정에서 대역 요청 수집부(211)는 각 단말들로부터 주파수 대역할당 요청을 수집하고, 302 과정에서 대역 할당부(212)는 상기 수집된 결과에 따라 상기 주파수 대역 할당을 요청한 단말들에게 주파수 대역을 할당한다. 그리고 303 과정에서 UL-MAP/히스토리 분석부(213)는 단말에게 할당되지 않고 남는 주파수 대역이 있는지를 확인한다. 확인결과 할당되지 않고 남는 주파수 대역이 있는 경우에는 304 과정에서 메모리(216)로부터 최근 저장된 히스토리를 검색하고, 305 과정에서 현재 주파수 대역을 요청하지는 않았지만 최근에 업로드를 수행했던 단말들을 미리 정해진 우선순위에 따라 정렬한다. 그리고 정렬된 순서에 따라 상기 할당되지 않고 남은 주파수 대역을, 주파수 대역 요청을 하지 않은 단말들에게, 주파수 대역요청을 위해 필요한 BRH(Bandwidth Request Header) 만큼씩 할당한다. 상기 주파수 대역 요청을 하지 않은 단말들에게 할당된 주파수 대역은 상기 주파수 대역요청 뿐만 아니라 제어 정보 등의 전송에도 사용될 수 있다.

상기 우선순위에 따른 정렬은, 예를 들어 먼저 가장 최근에 업로드 주파수 대역을 할당받은 단말 순으로 정렬하고, 이 조건이 같을 경우에는 할당 주파수 대역이 큰 순으로 정렬할 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 상기 우선순위의 기준은 기지국이 임의로 변경하여 설정할 수 있다.
306 과정에서는 이미 주파수 대역 할당을 요청하여 주파수 대역을 할당받은 단말을 리스트에서 제외한다. 그리고 307 과정에서는 메모리(216)에 저장된 히스토리를 업데이트하고, 308 과정에서는 상기 과정에서 할당된 결과에 따라 최종적으로 UL-MAP을 생성하여 단말들에게 전송한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 업링크 스케줄링 방법에 따르면, UL-MAP에 할당되지 않은 주파수 대역이 있는 경우에는, 현재 할당받은 주파수 대역이 없어서 주파수 대역 요청을 바로 할 수 없는 단말일지라도 오버헤드 없이 주파수 대역 요청을 바로 할 수 있다. 특히 항상 폴링(polling)으로 업로드 주파수 대역을 할당받지는 못하는 BE(Best effort) 서비스의 주파수 대역 요청 시간 지연을 효과적으로 줄일 수 있다.

예를 들어, 와이브로 시스템에서 프레임 하나를 전송하는 경우를 생각해 보면, 종래 기술에 따르면 단말은 주파수 대역 요청을 위하여 할당된 레인징 코드를 선택하고 기지국은 단말이 선택한 레인징 코드를 감지하여 UL-MAP에 할당(Allocation) IE(Information Element)를 할당한다. 그리고 단말은 UL-MAP의 CDMA Allocation IE의 코드를 확인하여 자신의 코드와 같으면 CDMA Allocation IE와 같이 할당된 업링크 영역으로 주파수 대역 요청 헤더를 전송하고, 기지국은 상기 단말의 요청에 따라 업링크 데이터 전송을 위한 주파수 대역을 할당한다. 그리고 단말은 기지국으로부터 할당된 주파수 대역을 통하여 기지국으로 데이터를 전송한다.

그러나 본 발명의 실시예에 따르면 주파수 대역 요청 헤더 전송을 위한 주파수 대역이 이미 단말에게 할당되어 있으므로, 단말이 주파수 대역 요청을 위하여 레인징하는 과정을 생략할 수 있다. 따라서 단말은 업링크 데이터가 발생하면 곧바로 데이터 전송을 위한 주파수 대역 할당을 요청하고 할당된 주파수 대역을 통하여 데이터를 전송할 수 있다. 그러므로 종래 기술 대비 30ms 이상의 초기 지연 시간을 감소시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 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.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따르면, UL-MAP에 할당이 안 된 주파수 대역이 있는 경우에, 주파 수 대역 요청을 바로 할 수 없는 단말일지라도 오버헤드 없이 바로 주파수 대역 요청을 할 수 있으므로 초기 지연 시간을 감소시킬 수 있다.

Claims (10)

1. 단말이 기지국으로부터 주파수 대역을 할당받아서 데이터를 전송하는 통신시스템에서 기지국이 업링크 스케줄링을 수행하는 방법에 있어서,

   단말들로부터 주파수 대역할당 요청을 수집하고, 상기 수집된 결과에 따라 상기 주파수 대역할당을 요청한 단말들에게 주파수 대역을 할당하는 과정과,

   전체 주파수 대역 중 상기 주파수 대역할당을 요청한 단말들에게 할당되지 않고 남는 주파수 대역이 있는지를 확인하는 과정과,

   상기 확인결과 남는 주파수 대역이 있으면, 상기 할당되지 않고 남은 주파수 대역 중 적어도 일부를, 상기 주파수 대역할당을 요청하지 않은 단말들에게 할당하는 과정과,

   상기 주파수 대역 할당에 대한 정보를 상기 단말들에게 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 업링크 스케줄링 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 주파수 대역할당을 요청하지 않은 단말들에게 상기 남은 주파수 대역을 할당하는 과정은,

   상기 주파수 대역할당을 요청하지 않은 단말들에게 주파수 대역을 할당한 이력을 나타내는 히스토리 정보를 참조하여, 미리 설정된 우선순위에 따라 상기 주파수 대역할당을 요청하지 않은 단말들에게 주파수 대역을 할당하는 것을 특징으로 하는 업링크 스케줄링 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 히스토리 정보는 최근에 데이터 업로드를 수행했던 단말들과 상기 최근에 데이터 업로드를 수행했던 단말들에게 할당되었던 주파수 대역의 크기에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 업링크 스케줄링 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 주파수 대역할당을 요청하지 않은 단말들에게 상기 남은 주파수 대역을 할당하는 과정은,

   상기 주파수 대역 할당을 요청하지 않은 단말들에게, 상기 주파수 대역 할당 요청을 위해 필요한 헤더 크기만큼의 주파수 대역을 각각 할당하는 것을 특징으로 하는 업링크 스케줄링 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 주파수 대역할당을 요청하지 않은 단말들에게 주파수 대역을 할당하는 과정 이후에, 상기 주파수 대역할당을 요청하지 않은 단말들에게 주파수 대역을 할당한 이력을 나타내는 히스토리 정보를 갱신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 업링크 스케줄링 방법.
6. 단말이 기지국으로부터 주파수 대역을 할당받아서 데이터를 전송하는 통신시스템에서 업링크 스케줄링을 수행하는 기지국 장치에 있어서,

   단말들로부터 주파수 대역할당 요청을 수집하는 주파수 대역 요청 수집부와,

   상기 주파수 대역 요청 수집부에서 수집한 결과에 따라 상기 주파수 대역할당을 요청한 단말들에게 주파수 대역을 할당하는 제1 주파수 대역 할당부와,

   전체 주파수 대역 중 상기 주파수 대역할당을 요청한 단말들에게 할당하지 않고 남은 주파수 대역의 적어도 일부를, 상기 주파수 대역할당을 요청하지 않은 단말들에게 할당하는 제2 주파수 대역 할당부와,

   상기 제1 주파수 대역 할당부와 상기 제2 주파수 대역 할당부의 주파수 대역 할당에 대한 정보를 맵으로 생성하여 상기 단말들에게 전송하는 맵 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제1 주파수 대역 할당부로부터 전달되는 주파수 대역 할당 정보와, 상기 단말들에게 주파수 대역을 할당한 이력을 나타내는 히스토리 정보를 분석하는 히스토리 분석부를 더 포함하며,

   상기 제2 주파수 대역 할당부는,

   상기 히스토리 분석부의 분석 결과에 따라 상기 주파수 대역할당을 요청하지 않은 단말들에게 미리 설정된 우선순위에 따라 상기 남은 주파수 대역을 할당하는 것을 특징으로 하는 기지국 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 히스토리 정보는 최근에 데이터 업로드를 수행했던 단말들과 상기 최근에 데이터 업로드를 수행했던 단말들에게 할당되었던 주파수 대역 크기에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 장치.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 제2 주파수 대역 할당부는,

   상기 주파수 대역 할당 요청을 하지 않은 단말들에게, 상기 주파수 대역 할당 요청을 위해 필요한 헤더 크기만큼의 주파수 대역을 각각 할당하는 것을 특징으로 하는 기지국 장치.
10. 제 7 항에 있어서,

    상기 히스토리 정보를 저장하는 메모리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 장치.

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