KR100935691B1 - 패킷 손실양 추정 기반의 패킷 스케줄링 방법 - Google Patents

패킷 손실양 추정 기반의 패킷 스케줄링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 무선 데이터 전송 시스템에서, 복수의 실시간 사용자에 대하여 우선순위에 따라 패킷을 전송하는 서비스 제공자가 사용하는 하향 링크의 패킷 스케줄링 방법에 있어서, 상기 사용자가 이용하는 해당 서비스 패킷이 서비스에 따라 독립적으로 유지되어 버퍼에 저장되는 단계와; 상기 저장된 패킷들이 갖는 지연의 민감도를 파악하여 상기 패킷의 손실양을 추정하는 단계와; 상기 패킷 손실양과 채널 상태를 이용하여 정량화된 값(
Figure 112008015318932-pat00001
)을 판단하며, 상기 정량화된 값(
Figure 112008015318932-pat00002
)을 기초로 하여 상기 패킷의 손실 발생 유무에 따라 상기 사용자별 우선순위를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 우선순위에 따라 상기 패킷을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 스케줄링 방법이 개시된다.
개시된 패킷 스케줄링 방법에 의하면, 다음 프레임에서 손실될 것으로 예상되는 패킷의 손실양을 추정하며, 이를 현재 자원 할당 과정에 반영함으로써, 전체 시스템의 패킷 손실율을 감소시키며, 긴급성을 가지는 실시간 트래픽을 효과적으로 서비스할 수 있는 장점이 있다.
패킷, 스케줄링, 알고리즘, 자원할당, 우선순위, 패킷손실량

Description

패킷 손실양 추정 기반의 패킷 스케줄링 방법{Packet Scheduling method based On The Estimation Of Packet Loss Amount}
본 발명은 패킷 스케줄링 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 무선 데이터 전송 시스템에서 복수의 실시간 사용자에 대해 우선순위에 따라, 패킷을 전송하는 서비스 제공자가 사용하는 하향 링크의 패킷 스케줄링에 있어서, 상기 패킷이 갖는 지연의 민감도를 파악하여 패킷의 손실양을 추정하며, 상기 손실양을 기초로 하여 우선순위를 결정하고 결정된 우선순위에 따라 효율적으로 자원이 할당되는 패킷 손실양 추정 기반의 패킷 스케줄링 방법에 관한 것이다.
현재 급속히 발전하는 다양한 형태의 무선 통신 기술은 거의 모든 주파수 대역의 자원을 사용하고 있는 상태이며, 특히 낮은 주파수 대역은 여분의 주파수 대역이 없는 상황이다.
이러한 주파수 자원은 국가의 무형재산으로 인식되고 있으며, 자원은 한정되어 있는 반면 이에 대한 수요는 급격하게 증가하고 있는 실정이다.
일반적으로, 패킷 스케줄링을 사용하는 무선 통신에서는 모든 사용자들의 서비스가 패킷 단위로 이루어지며, 상기 패킷을 서비스하기 위해 무선자원을 다수의 시간 슬롯과 사용하는 대역폭을 분할한 주파수 그룹(부채널)으로 구성된 2차원의 프레임형태로 구성된다.
이러한 형태는 현재 무선통신 기술 중 가장 많이 사용되고 있는 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) 방식의 프레임 구성이며, 각 시스템이 고유하게 정의한 일정한 시간 간격으로 무선자원을 할당받아 물리 계층을 통해 전송하게 된다.
종래의 패킷 스케줄링 알고리즘 중 대표적인 방식으로는 Maximum C/I (Carrier-to-Interference), PF (Proportional Fair) 및 M-LWDF (Modified-Largest Weighted Delay First) 등이 있다.
먼저, Maximum C/I 알고리즘은 순간 지원 데이터 전송률이 무선자원이 할당되는 우선순위의 고려요소이기 때문에, 매 전송시간 간격으로 가장 큰 순간 지원 데이터 전송률을 가진 사용자들이 우선적으로 무선자원을 할당받아 서비스된다.
따라서, 상대적으로 열악한 무선 환경(순간 지원 데이터 전송률이 저조한 환경)에 있는 사용자들은 상대적으로 더 적은 양의 무선자원을 할당받기 때문에, 처리율의 공정성을 기대할 수 없지만, 패킷 처리율의 측면에서 이득을 갖게 된다.
이러한, Maximum C/I 알고리즘에서, n번째 부채널이 할당되는 사용자
Figure 112008015318932-pat00003
는 다음 수학식 1에 의해 결정된다.
[수학식 1]
Figure 112008015318932-pat00004
여기서,
Figure 112008015318932-pat00005
는 사용자 k의 n번째 채널에서 가지는 순간 데이터 전송률, t는 현재시간,
Figure 112008015318932-pat00006
연산자는 사용자 k명 중에서 인자값을 최대화시키는 사용자
Figure 112008015318932-pat00007
을 찾는 기능을 수행하며, 이를 기반으로 순간 데이터 전송률이 가장 큰 사용자 순으로 무선자원인 부채널이 할당된다.
반면, 상기 PF 알고리즘은 일반적으로 CDMA 2000 1x EV-DO와 같은 광대역 무선 패킷 데이터 시스템에 사용된다.
그리고, 동적 파라미터로서 동적 전송율 제어, 개인 단말에 주기적으로 보고되는 채널 품질 지시 및 지금까지 서비스된 평균 데이터 전송율 등을 사용하고 있으며, 가장 큰 상대적 채널 품질을 가진 사용자에게 우선적으로 서비스를 제공한다.
이러한, PF 알고리즘에서 n번째 부채널이 할당되어지는 사용자
Figure 112008015318932-pat00008
는 다음 수학식 2에 의해 결정된다.
[수학식 2]
Figure 112008015318932-pat00009
여기서, t는 현재시간,
Figure 112008015318932-pat00010
는 패킷 스케줄러에 의해 서비스 되었을 때 사용자 k의 n번째 부채널에서의 순간 데이터 전송률,
Figure 112008015318932-pat00011
는 사용자 k의 평균 데이터 전송률로서 전체 전송양 또는 이동평균을 의미한다.
이러한, PF 알고리즘은 처리율의 평균값에 비해 상대적으로 매우 양호한 순간 무선 채널 조건을 갖는 사용자들에게 우선적으로 서비스하려는 경향이 있다.
이것은, 비록 무선 환경이 좋지 않아서 서비스를 지속적으로 받지 못한 사용자가 발생하더라도, 평균 처리율 값을 기반으로 하여 전송의 기회를 얻게 되므로 사용자 간의 서비스 기회를 균등하게 분할해 주는 동작을 수행하는 것을 의미한다.
한편, M-LWDF 알고리즘은 유선망의 LWDF를 변형하여 만들어진 것으로, LWDF의 기본 개념인 각 사용자들의 패킷 중 가장 시간 지연이 많이 된 사용자의 패킷을 먼저 서비스해줌으로써, 전체 큐의 안정성을 도모하는 것에 추가적으로 채널 정보를 스케줄러에 응용한다.
즉, 패킷의 시간 지연정도를 자원이 할당되는 우선순위 고려요소로 함으로써, 가장 시간지연이 많은 사용자의 패킷의 사용자를 대상으로 우선적으로 자원을 할당하는 것이다.
이러한, M-LWDF 알고리즘에서 n번째 부채널이 할당되어지는 사용자
Figure 112008015318932-pat00012
는 다음 수학식 3에 의해 결정된다.
[수학식 3]
Figure 112008015318932-pat00013
여기서,
Figure 112008015318932-pat00014
는 채널 스케줄러의 계수로서
Figure 112008015318932-pat00015
를 각 사용자들의
Figure 112008015318932-pat00016
로 정규화하며, 서로 다른 사용자들에 대한 패킷 지연 분포를 조절할 수 있게 해준다.
또한,
Figure 112008015318932-pat00017
는 사용자 k의 평균 데이터 전송률,
Figure 112008015318932-pat00018
는 최대 허용 가능한 지연시간,
Figure 112008015318932-pat00019
는
Figure 112008015318932-pat00020
인 최대 확률,
Figure 112008015318932-pat00021
은 사용자 k의 큐 헤드의 패킷 지연 시간이며,
Figure 112008015318932-pat00022
은 사용자 k의 n번째 부채널의 패킷 전송 가능량을 의미한다.
이러한 M-LWDF 알고리즘은 사용자별로 평가된
Figure 112008015318932-pat00023
을 우선순위 값 계산 후 전송 효과가 큰 채널을 선택하는데 사용하고, 실시간 사용자에게 있어 가장 중요한 요소인 데이터 패킷의 지연 시간 요구를 최대한 만족시키는 동작을 수행한다.
이는, 스케줄링 요소
Figure 112008015318932-pat00024
를 통해 이루어지며, 여기에 시간에 따라 채널 상태가 변화되는 무선 채널의 특성을 고려하여 채널 상태 요소,
Figure 112008015318932-pat00025
를 통해 최대의 용량을 가지는 채널을 선택하므로 서비스 수율을 높인다.
M-LWDF 알고리즘의 이러한 동작은, 단지 각 사용자의 채널 상태 정보와 독립적으로 유지되는 각 사용자의 큐에 저장되어 있는 패킷 중 큐의 가장 앞에 저장되어 있는 헤드 패킷의 지연 시간에 대한 정보를 가지고 수행된다.
따라서, 상술한 바와 같이 실시간 트래픽은 지연에 민감한 특성을 가지고 있으며, 실제적인 지연은 패킷들이 버퍼 내에서 전송 순서를 기다릴 때 일어나게 된다.
하지만, 앞에서 기술한 종래의 대표적인 패킷 스케줄링 방식들은 실시간 트래픽이 저장된 버퍼의 상태를 고려되지 않거나, 고려되더라도 큐 헤드의 지연만을 이용한다.
따라서, 긴급성을 가지는 실시간 트래픽을 효과적으로 서비스하기 위해서는 버퍼 내에서 실제 패킷들이 겪는 지연의 정도를 고려한 패킷 스케줄링이 요구되어 진다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다양한 형태의 실시간 트래픽이 서비스되는 하향 링크 무선 통신 환경하에서, 각 실시간 트래픽 사용자의 버퍼에 저장된 패킷들이 겪는 지연 정도를 고려하여 자원을 할당함으로써, 요구되는 서비스 품질을 효과적으로 만족시키는 패킷 스케줄링 방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 서비스 그룹별 지연의 정도를 낮추어 전체 시스템의 지연을 낮추고, 전체적인 실시간 트래픽 전송 처리율을 높이는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 패킷 스케줄링 방법은, 무선 데이터 전송 시스템에서, 복수의 실시간 사용자에 대하여 우선순위에 따라 패킷을 전송하는 서비스 제공자가 사용하는 하향 링크의 패킷 스케줄링 방법에 있어서, 상기 사용자가 이용하는 해당 서비스 패킷이 서비스에 따라 독립적으로 유지되어 버퍼에 저장되는 단계와; 상기 저장된 패킷들이 갖는 지연의 민감도를 파악하여 상기 패킷의 손실양을 추정하는 단계와; 상기 패킷 손실양과 채널 상태를 이용하여 정량화된 값(
Figure 112008015318932-pat00026
)을 판단하며, 상기 정량화된 값(
Figure 112008015318932-pat00027
)을 기초로 하여 상기 패킷의 손실 발생 유무에 따라 상기 사용자별 우선순위를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 우선순위에 따라 상기 패킷을 전송하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 저장 단계는, 전송할 패킷이 시스템에 유입되면 상기 패킷은 상기 사용자별로 구분되고 트래픽의 종류가 다를 경우 다시 구분되어, 독립적으로 유지되는 버퍼에 저장되며, 이때, 상기 패킷이 가지는 일반 정보로 패킷의 도착 시간, 트래픽의 종류 및 패킷의 크기 중의 어느 하나를 포함하여 함께 저장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 추정 단계는, 이전 프레임에서 모든 자원에 대한 할당과정이 완료된 직후, 물리 계층을 통해 해당 패킷이 전송되는 순간부터 현재 프레임의 시작 부분까지의 시간 동안에 수행되는 것을 특징으로 한다.
게다가, 상기 추정 단계에서, 서비스별로 다르게 요구되는 상기 패킷의 최대 지연 시간을 상기 패킷 손실 예상의 판단 기준으로 하며, 상기 패킷의 생성 시간 정보와 다음 프레임의 시작 시간과의 차이를 계산하여, 그 차이가 상기 최대 지연 시간을 초과하는 패킷은 손실될 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 결정 단계는, 상기 정량화된 값(
Figure 112008015318932-pat00028
)을 기존의 패킷 스케줄링 알고리즘에 추가적으로 첨가하여, 상기 기존의 패킷 스케줄링 알고리즘의 우선순위 고려 요소와 상기 정량화된 값(
Figure 112008015318932-pat00029
)를 동시에 적용하여 상기 사용자별 우선순위를 결정함으로써, 다음 프레임에서 패킷 손실이 발생할 것으로 예상되는 상기 사용자들의 우선순위 값을 높여주는 통합형 자원 할당방식이 적용되어 상기 우선순위가 결정되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 결정 단계는, 상기 사용자 중 다음 프레임에서 상기 패킷 손실이 발생할 것으로 예상되는 사용자에게, 상기 정량화된 값(
Figure 112008015318932-pat00030
)이 높은 순으로 우선순위를 결정하여, 무선자원을 우선 할당하고 할당 후 여분의 무선자원이 있다면, 상기 패킷 손실이 없을 것으로 예상되는 사용자에게 기존의 패킷 스케줄링 알고리즘을 통해 경쟁적으로 상기 여분의 무선자원을 할당하는 계층형 자원 할당 방식이 적용되어 상기 우선순위가 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패킷 손실양과 채널 상태를 이용하여 판단되는 상기 정량화된 값은 아래 수학식을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 패킷 스케줄링 방법.
Figure 112008015318932-pat00031
여기서, k는 사용자 번호, n은 부채널의 번호,
Figure 112008015318932-pat00032
는 사용자 k가 서비스 제공자에게 피드백한 채널 정보 중 n번째 채널의 패킷 전송 가능량,
Figure 112008015318932-pat00033
는 현재 프레임에서 서비스를 받지 못했을 때 다음 프레임에서 발생할 것으로 예상되는 패킷 손실양 및
Figure 112008015318932-pat00034
(Frame Period)는 프레임의 주기이다.
본 발명인 패킷 손실양 추정 기반 패킷 스케줄링 방법에 의하면,
실시간 트래픽 사용자의 버퍼에 저장된 패킷들이 겪는 지연 정도를 고려하여, 다음 프레임에서 손실될 것으로 예상되는 패킷의 손실양을 추정하며, 이를 현재 자원 할당 과정에 반영함으로써, 전체 시스템의 패킷 손실율을 감소시키며, 긴급성을 가지는 실시간 트래픽을 효과적으로 서비스할 수 있는 장점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케줄링 방법에서의 자원 할당 방식에 대해 설명한다.
본 발명의 패킷 스케줄링 방법은 통합형 자원할당 방식과 계층형 자원할당 방식이 적용될 수 있다.
여기서, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통합형 자원할당 방식이 적용된 패킷 스케줄링 방법을 나타낸 흐름도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 계층형 자원할당 방식이 적용된 패킷 스케줄링 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 도 1을 참조하여, 상기 통합형 자원할당 방식이 적용된 패킷 스케줄링 방법에 대해 설명하면, 패킷 스케줄링이 시작되면 전송할 패킷이 시스템에 유입되며, 상기 유입된 패킷은 우선적으로 각 사용자별로 구분되며, 트래픽의 종류가 다 를 경우 다시 구분되어 독립적으로 유지되는 버퍼에 저장된다.
이때, 기본적으로 상기 패킷이 생성된 시점의 시간정보가 함께 저장되며, 더불어, 상기 패킷이 가지는 일반 정보로서 도착 시간, 트래픽의 종류 및 패킷의 크기 등이 함께 저장된다.
여기서, 각 서비스 그룹별로 패킷이 전송되어야 할 최대 지연시간을 가지며, 만약 이를 초과할 시에는 해당 패킷은 제거되도록 구비된다.
이는 실시간 트래픽이 지니는 시간에 의한 긴급성 때문이며, 일정 시간 내에 서비스를 받지 못한 패킷은 정보로서의 가치를 상실하기 때문에, 이러한 패킷을 제거하여 아직 시간적 가치를 지니는 다른 패킷이 서비스를 받을 수 있도록 하는 것이다.
이러한 패킷의 제거 과정은 프레임의 시작 부분에서 이루어지며, 제거 과정 후에 남은 패킷들을 가지고 다시 자원을 할당하여 서비스를 받게 되는 것이다.
따라서, 서비스별로 다르게 요구되는 상기 패킷의 최대 지연시간을 상기 패킷 손실예상의 판단 기준으로 하며, 상기 버퍼에 저장된 패킷들이 갖는 상기 최대 지연시간의 민감도를 파악하여 상기 패킷의 예상되는 손실양을 계산하여 추정하게 된다.
또한, 상기 패킷들이 갖는 지연의 민감도는, 상기 패킷의 생성 시간 정보와 다음 프레임의 시작 시간과의 차이를 계산하여, 그 차이가 상기 최대 지연 시간을 초과하는 패킷은 손실될 것으로 판단되는 것을 의미한다.
이후, 이전 프레임에서 계산되어 추정된 패킷은 손실양이 존재 여부에 따라 우선순위가 결정되는 단계가 구분되어 나뉘게 되는데, 먼저, 패킷의 손실양이 존재할 경우, 상기 패킷의 예상되는 손실양과 해당 채널의 상태(즉, 해당 채널의 패킷 전송 가능량)을 고려하여 정량화된 값(
Figure 112008015318932-pat00035
)을 판단한다.
또한, 상기 정량화된 값(
Figure 112008015318932-pat00036
)을 기초로 하여 상기 패킷의 손실 발생 유무에 따라 상기 사용자별 우선순위 값이 계산되며, 상기 계산된 우선순위 값에 따라 패킷의 전송 우선순위가 결정된다.
이후, 상기 결정된 우선순위에 따라 순차적으로 프레임에 자원을 할당하여 전송되는 것이다.
그러나, 상기 패킷의 손실량의 추정 과정에서, 이전 프레임에서 계산되어 추정된 패킷의 손실양이 없는 것으로 판단될 경우에는, Maximum C/I(Carrier-to-Interference), PF(Proportional Fair) 또는 M-LWDF(Modified-Largest Weighted Delay First) 등 기존의 패킷 스케줄링 알고리즘에 적용되는 자원 할당 우선순위의 고려요소를 기초로 하여 우선순위 값이 계산되며, 상기 계산된 우선순위 값에 따라, 패킷의 전송 우선 순위가 결정되어 순차적으로 패킷이 전송되는 것이다
실제로 본 발명에서 청구한
Figure 112009051720367-pat00071
값은 우선 순위를 근간으로 하는 대부분의 패킷 스케줄링 알고리즘에 적용될 수 있다. 이는
Figure 112009051720367-pat00072
값이 하나의 인자(factor)로서 사용될 수 있기 때문이며, 이러한 인자는 이종의 패킷 스케줄링 알고리즘들에 쉽게 추가될 수 있기 때문이다. 하지만 각각의 패킷 스케줄링 알고리즘이 가지는 추구 목표가 다르므로 그 목표에 입각하여
Figure 112009051720367-pat00073
값이 사용되어야 할 것이다.
이하에서 '기존의 패킷 스케줄링 알고리즘'은 Maximum C/I(Carrier-to-Interference), PF(Proportional Fair) 또는 M-LWDF(Modified-Largest Weighted Delay First) 등 종래 기술에서 사용되던 기존의 패킷 스케줄링 알고리즘 중에서 어느 하나를 지칭하는 개념이다.
다음은, 도 2를 참조하여, 상기 계층형 자원할당 방식이 적용된 패킷 스케줄링 방법에 대해 설명한다.
상기 계층형 자원할당 방식에서의 패킷이 저장되며 상기 패킷의 손실양을 게산하여 추정됨은, 미리 설명한 통합형 자원할당 방식과 동일하므로 부가적인 설명은 생략한다.
상기 패킷이 버퍼에 저장된 후, 패킷의 예상되는 손실양이 존재할 경우, 상 기 패킷의 예상되는 손실양과 해당 채널의 상태(즉, 해당 채널의 패킷 전송 가능량)를 고려하여 정량화된 값(
Figure 112008015318932-pat00037
)이 판단된다.
이후, 상기 정량화된 값(
Figure 112008015318932-pat00038
)을 기초로 하여 정량화된 값(
Figure 112008015318932-pat00039
)이 높은 순으로 우선순위가 결정되어 무선자원을 우선 할당하며, 여분의 무선자원이 있을 경우, 상기 패킷 손실이 없을 것으로 예상되는 사용자에게 기존의 패킷 스케줄링 알고리즘을 통해 경쟁적으로 상기 여분의 무선자원이 할당되며, 이후 상기 할당된 우선순위에 따라 패킷이 순차적으로 전송되는 것이다.
즉, 통합형 자원할당 방식은, 패킷 손실양과 해당 채널에서의 패킷의 전송가능량을 기초로 하여 해당 부채널이 해당 사용자에게 할당될 경우, 얻을 수 있는 패킷 손실양을 정량화하는 함수
Figure 112008015318932-pat00040
의 값은, 기존의 패킷 스케줄링 알고리즘의 자원할당 우선순위의 고려요소에 추가적으로 적용되어 우선순위 값을 상승시키는 인자로 사용된다.
이에 반하여, 계층형 자원할당 방식은, 패킷 손실양이 가장 많을 것으로 추정되는 사용자 순으로
Figure 112008015318932-pat00041
에 따라 우선 자원을 할당하며, 할당 후 남은 자원에 대해서는 2차적으로 패킷 손실양을 가지지 않는 사용자들을 대상으로 기존의 패킷 스케줄링 알고리즘의 우선순위 값에 따라 자원 할당된다는 점에서 상기 통합형 자원 할당 방식과 계층형 자원할당 방식은 구분될 수 있다.
다음으로는, 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케줄링 방법에서 패킷의 손실 량이 계산되는 시점에 대해 설명한다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 따른 패킷 손실양 추정 시점을 간략히 나타낸 개략도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 패킷 손실양 추정 시점을 상세히 나타낸 개략도이다.
도 3과 도 4를 참조하면, 패킷 저장의 동작이 이루어짐에 있어서, 전송할 패킷들에 대한 각 사용자의 우선순위 값을 계산하고, 그 우선순위 값에 따라 분류된 후, 프레임에 순서대로 자원을 할당하여 전송을 하게 된다.
또한, 패킷 손실양에 대한 고려는 사용자별 우선순위 값이 계산되는 순간에 적용되며, 상기 통합형 자원 할당방식의 경우 패킷 손실량의 정량화된 값(
Figure 112008015318932-pat00042
)이 첨가되는 형태로, 계층형 자원 할당방식의 경우 그 정량화된 값(
Figure 112008015318932-pat00043
) 자체를 우선적으로 사용하게 된다.
하지만, 패킷 손실양에 대한 추정은 우선순위 값이 계산되어지는 부분에서 이뤄지는 것이 아니라, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 이전 프레임에서 모든 자원에 대한 할당과정이 완료된 후에 물리 계층을 통해 패킷이 전송되어지는 순간부터 현재 프레임의 시작부분까지의 시간 동안에 수행된다.
각 실시간 트래픽 사용자들의 패킷 손실양에 대한 추정 과정은 시스템에 부하를 가져오기 때문에, 패킷 손실양 추정의 시점을 패킷 스케줄러에 의해 자원할당이 모두 완료된 직후, 할당된 무선자원이 전송되는 때부터 시작되는 것이다.
이는 전송되는 패킷의 제어정보 및 패킷 스케줄러에 의한 자원 할당을 수행 하는 과정에서 소비되는 시간보다, 패킷이 실제 전송되는 시간이 상대적으로 더 길기 때문이다.
따라서, 짧은 시간으로 주어지는 자원 할당 시간에서 패킷 손실양을 추정하는 것은 시스템에 순간적인 과부하를 일으킬 수 있으므로, 이전 프레임의 할당된 자원이 전송되는 상대적으로 긴 시간 주기를 이용하여 다음 프레임에 적용될 패킷 손실양을 추정하는 것이다.
패킷 손실양은 일반적으로 실시간 트래픽이 가지는 시간적 긴급성을 고려하여, 각 사용자가 서비스별 독립적으로 가지는 버퍼에 저장된 패킷들의 도착 시간정보 또는 그 패킷의 생성 시간 정보를 이용한다.
패킷 손실 예상의 판단 기준은 서비스별로 다르게 요구된 최대 지연 시간이며, 생성 시간 정보와 다음 프레임의 시작 시간과의 차이를 계산하고, 그 차이가 최대 지연 시간을 초과했는지 여부를 판단하여, 최대 지연 시간을 초과한 패킷들의 양을 추정한 후 각 사용자별로 저장된다.
상술한 바와 같이, 이전 프레임에서 추정된 패킷의 손실양은, 우선순위 계산 과정에서 전체 사용자들 중 예상된 패킷 손실양을 갖는 사용자들의 그룹에서 각 사용자가 기지국 쪽으로 알려준 채널 상태(해당 채널에서의 패킷 전송 가능량)와 예상되는 패킷 손실양을 기반으로 패킷 스케줄링을 위한 우선순위 경쟁에 적용하여 사용하며, 패킷 손실양에 대한 그 정량적인 양은 다음 수학식 4에 의해 표현될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112009051720367-pat00044

여기서, k는 사용자 번호, n은 부채널의 번호, t는 현재 시간,
Figure 112009051720367-pat00074
는 사용자 k가 서비스 제공자에게 피드백한 채널 정보 중 n번째 채널의 패킷 전송 가능량, 즉 사용자 k가 서비스 제공자에게 피드백한 채널 정보 중에서 부채널 n을 통해 현재 프레임 시간인 t에서 전송할 수 있는 전송 가능한 패킷의 수,
Figure 112009051720367-pat00075
는 현재 프레임에서 서비스를 받지 못했을 때 다음 프레임에서 발생할 것으로 예상되는 패킷 손실양, 즉 버퍼에 저장된 사용자 k의 패킷들 중에서 다음 프레임에 손실될 것으로 예상되는 패킷의 양을 의미하는 것으로 이 값은 패킷 손실양 추정 단계에서 획득됨. drop은 '손실되다'는 의미를 보이기 위한 것이며, (t + FP)는 현재 프레임의 시간 t를 기준으로 한 프레임(FP = Frame period)이지난 후의 결과를 계산한다는 의미이고,
Figure 112009051720367-pat00076
(Frame Period)는 프레임의 주기이다.
상기 수학식 4에서
Figure 112009051720367-pat00077
는 두 개의 값 중 작은 값을 선택하며, 이것은 곧 다음 프레임에서 극복 가능한 패킷 손실양을 의미한다. 그 이유는 전송 가능한 패킷의 수인
Figure 112009051720367-pat00078
가 상대적으로 다음 프레임에서 손실될 것으로 예상되는 패킷의 양인
Figure 112009051720367-pat00079
보다 클지라도 다음 프레임에서 극복 가능한 패킷 손실량은
Figure 112009051720367-pat00080
가 전부이므로
Figure 112009051720367-pat00081
로 한정된다(
Figure 112009051720367-pat00082
<
Figure 112009051720367-pat00083
인 경우).
그리고 역으로 다음 프레임에서 손실될 것으로 예상되는 패킷의 양인
Figure 112009051720367-pat00084
가 상대적으로 부채널 n을 통해 전송 가능한 패킷의 수인
Figure 112009051720367-pat00085
보다 클지라도 현재 가용한 부채널을 통해 전송 가능한 패킷의 수가
Figure 112009051720367-pat00086
로 한정되므로 극복 가능한 패킷 손실양은
Figure 112009051720367-pat00087
가 된다(
Figure 112009051720367-pat00088
≤
Figure 112009051720367-pat00089
인 경우).
본 발명에서는 다음 프레임에서 예상되는 패킷 손실양을 줄이는데 그 목적이 있으므로, 극복 가능한 패킷 손실양의 수가 큰 사용자, 곧
Figure 112009051720367-pat00090
값이 큰 사용자에게 우선적으로 패킷을 전송할 기회를 주는 것이다. 그리고 이러한 동작은 결과적으로 전체 시스템의 패킷 손실양이 최소가 되는 방향으로 패킷을 스케줄링 하게 된다.
다음으로는, 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케줄링 방법을 기존의 패킷 스케줄링 알고리즘의 하나인 M-LWDF 패킷 스케줄링 알고리즘에 적용하여, 무선자원의 우선순위가 결정되어 전송되도록 구비되는 것을 설명한다.
여기서, 본 발명의 패킷 손실량 추정 기반의 패킷 스케줄링 방법이 적용되는 기존의 패킷 스케줄링 알고리즘으로, M-LWDF 패킷 스케줄링 알고리즘으로 한정하여 설명하나, 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 패킷 스케줄링 방법과 호환 가능한 기존의 패킷 스케줄링 알고리즘에는 적용이 가능하다.
다수의 사용자에 대한 실시간 트래픽의 서비스별 패킷 유입 및 유입된 패킷 저장 과정은, 본 발명의 패킷 스케줄링 알고리즘의 통합형 및 계층형 자원할당 방식에서의 저장 과정과 동일하며, 주어진 부채널 에 대해 각 사용자 별 우선순위 값
Figure 112008015318932-pat00048
계산 및 자원 할당을 다음과 같이 통합형 자원할당 방식과 계층형 자원할당 방식에 따라 구분되어 달리 계산된다.
1. 통합형 자원할당 방식의 경우
다음 수학식(5)는 사용자 k의 n번째 채널에서의 우선순위값이다.
[수학식 5]
Figure 112008015318932-pat00049
여기서,
Figure 112008015318932-pat00050
은 사용자 k에 대한 이전 프레임에서 추정된 예상 패킷 손실양이며, 이 값이 0보다 큰 경우에는 수학식 5에서
Figure 112008015318932-pat00051
값이 첨가된 위쪽 식을 사용하여 우선순위 값을 계산하고, 0일 때는 기존의 M-LWDF 알고리즘을 그대로 사용하는 아래쪽 식으로 우선순위 값을 계산한다.
상기 통합형에서는 우선순위 값이 모두 계산된 후에 전체 사용자들의 우선순위 값을 그 크기대로 순서화하여 무선자원을 할당하고, 사용자들이 모두 할당되고 나면 전송을 수행한다.
그러므로 통합형에서는 패킷 손실양의 발생이 예상되는 사용자와 그렇지 않은 사용자들이 동시에 경쟁을 하게 되며, 이 경우 값이 첨가된 사용자들이 좀더 우선적인 값을 가지겠지만 상대적으로 큰 값을 가지게 된다.
2. 계층형 자원할당 방식의 경우
계층형 자원할당 방식에서는 무선자원이 2단계로 나뉘어서 각 사용자에게 할당된다.
(1) 1차 자원 할당 단계 :
Figure 112008015318932-pat00052
인 사용자들에 대해
Figure 112008015318932-pat00053
값을 계산하여 그 값이 가장 큰 사용자부터 차례로 자원을 할당한다.
다음 수학식 6은 사용자 k의 n번째 채널에서의 우선순위 값이다.
[수학식 6]
Figure 112008015318932-pat00054
(1) 2차 자원 할당 단계 : 1차 자원 할당 단계를 거친 후, 남은 자원에 대해서
Figure 112008015318932-pat00055
인 사용자의 우선순위 값을 기존의 M-LWDF 알고리즘 방식으로 계산하고, 그 값에 따라 차례로 무선자원이 할당된다.
다음 수학식 7은 사용자 k의 n번째 채널에서의 우선순위 값이다.
[수학식 7]
Figure 112008015318932-pat00056
상기 계층형 자원할당 방식은 자원을 추정된 패킷 손실양
Figure 112008015318932-pat00057
값의 유무에 따라 계층적으로 할당하고, 2차 자원 할당이 모두 끝이 나면 전송을 수행한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통합형 자원 할당 방식이 적용된 패킷 스케줄링 방법의 전체 흐름도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 계층형 자원 할당 방식이 적용된 패킷 스케줄링 방법의 전체 흐름도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 패킷 손실양 추정 시점을 간략히 나타낸 개략도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 패킷 손실양 추정 시점을 상세히 나타낸 개략도이다.

Claims (7)

  1. 무선 데이터 전송 시스템에서, 복수의 실시간 사용자에 대하여 우선순위에 따라 패킷을 전송하는 서비스 제공자가 사용하는 하향 링크의 패킷 스케줄링 방법에 있어서,
    상기 사용자가 이용하는 해당 서비스 패킷이 서비스에 따라 독립적으로 유지되어 버퍼에 저장되는 단계와;
    상기 저장된 패킷들이 갖는 지연의 민감도를 파악하여 상기 패킷의 손실양을 추정하는 단계와;
    상기 패킷 손실양과 채널 상태를 이용하여 정량화된 값(
    Figure 112009051720367-pat00058
    )을 판단하며, 상기 정량화된 값(
    Figure 112009051720367-pat00059
    )을 기초로 하여 상기 패킷의 손실 발생 유무에 따라 상기 사용자별 우선순위를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 우선순위에 따라 상기 패킷을 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 추정 단계는,
    이전 프레임에서 모든 자원에 대한 할당과정이 완료된 직후, 물리 계층을 통해 해당 패킷이 전송되는 순간부터 현재 프레임의 시작 부분까지의 시간 동안에 수행되는 것을 특징으로 하는 패킷 스케줄링 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 저장 단계는,
    전송할 패킷이 시스템에 유입되면 상기 패킷은 상기 사용자별로 구분되고 트래픽의 종류가 다를 경우 다시 구분되어, 독립적으로 유지되는 버퍼에 저장되며, 이때, 상기 패킷이 가지는 일반 정보로 패킷의 도착 시간, 트래픽의 종류 및 패킷 의 크기 중의 어느 하나를 포함하여 함께 저장되는 것을 특징으로 하는 패킷 스케줄링 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 추정 단계에서,
    서비스별로 다르게 요구되는 상기 패킷의 최대 지연 시간을 상기 패킷 손실 예상의 판단 기준으로 하며, 상기 패킷의 생성 시간 정보와 다음 프레임의 시작 시간과의 차이를 계산하여, 그 차이가 상기 최대 지연 시간을 초과하는 패킷은 손실될 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 패킷 스케줄링 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 결정 단계는,
    상기 정량화된 값(
    Figure 112009051720367-pat00060
    )을 Maximum C/I(Carrier-to-Interference), PF(Proportional Fair) 또는 M-LWDF(Modified-Largest Weighted Delay First) 등 기존의 패킷 스케줄링 알고리즘 중 어느 하나에 추가적으로 첨가하여, 상기 기존의 패킷 스케줄링 알고리즘의 우선순위 고려 요소와 상기 정량화된 값(
    Figure 112009051720367-pat00061
    )을 동시에 적용하여 상기 사용자별 우선순위를 결정함으로써, 다음 프레임에서 패킷 손실이 발생할 것으로 예상되는 상기 사용자들의 우선순위 값을 높여주는 통합형 자원 할당방식이 적용되어 상기 우선순위가 결정되는 것을 특징으로 하는 패킷 스케줄링 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 결정 단계는,
    상기 사용자 중 다음 프레임에서 상기 패킷 손실이 발생할 것으로 예상되는 사용자에게, 상기 정량화된 값(
    Figure 112009051720367-pat00062
    )이 높은 순으로 우선순위를 결정하여, 무선자원을 우선 할당하고 할당 후 여분의 무선자원이 있다면, 상기 패킷 손실이 없을 것으로 예상되는 사용자에게 Maximum C/I(Carrier-to-Interference), PF(Proportional Fair) 또는 M-LWDF(Modified-Largest Weighted Delay First) 등 기존의 패킷 스케줄링 알고리즘 중 어느 하나를 통해 경쟁적으로 상기 여분의 무선자원을 할당하는 계층형 자원 할당 방식이 적용되어 상기 우선순위가 결정되는 것을 특징으로 하는 패킷 스케줄링 방법.
  7. 제 1항, 제 2항, 제 4항 내지 제 6항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 패킷 손실양과 채널 상태를 이용하여 판단되는 상기 정량화된 값은 아래 수학식을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 패킷 스케줄링 방법.
    Figure 112009051720367-pat00063
    여기서, k는 사용자 번호, n은 부채널의 번호,
    Figure 112009051720367-pat00064
    는 사용자 k가 서비스 제공자에게 피드백한 채널 정보 중 n번째 채널의 패킷 전송 가능량,
    Figure 112009051720367-pat00065
    는 현재 프레임에서 서비스를 받지 못했을 때 다음 프레임에서 발생할 것으로 예상되는 패킷 손실양 및
    Figure 112009051720367-pat00066
    (Frame Period)는 프레임의 주기이다.
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