KR100938089B1 - 무선 통신 시스템에서 데이터 트래픽 스케줄링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서, 기지국이 데이터 트래픽을 스케줄링 하는 방법에 있어서, 상기 데이터 트래픽량이 제1 기준 이상 발생하면, 채널 상태가 양호한 이동국을 위해 무선 자원을 우선적으로 할당하는 과정과, 상기 데이터 트래픽량이 제1 기준 미만 발생하면, 무선 자원을 할당받지 못한 시간이 오래된 이동국 순으로 무선 자원을 우선적으로 할당하는 과정과, 상기 데이터 트래픽 할당에 따른 제어 정보량이 제2 기준을 초과하여 발생하면, 동일한 변조 및 코딩 방식(MCS) 레벨을 가지는 데이터 트래픽을 하나의 데이터 트래픽 할당 영역에 모아서 무선 자원을 할당하는 과정을 포함한다.

스케줄링, 변조 및 코딩 방식, 비례 공정

Description

무선 통신 시스템에서 데이터 트래픽 스케줄링 방법{METHOD FOR SCHEDULING DATA TRAFFIC IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 본 발명이 적용되는 무선 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서

값에 따른 데이터 버스트 할당 예를 도시한 도면

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서

값에 따른 데이터 버스트 할당 예를 도시한 도면

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 무선 통신 시스템에서 순방향 데이터 트래픽(data traffic)을 스케줄링(scheduling)하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 무선 통신 시스템에서 기지국은 데이터 트래픽, 즉 패킷(packet)을 특정 목적지 주소(destination address)를 가지는 이동국으로 송신하는 스케줄링을 수행한다.

종래의 패킷 스케줄링 방법으로 대표적인 것이 비례적 공정 (Proportional Fair, 이하 'PF'라 칭하기로 한다) 알고리즘이 있다. 상기 PF 알고리즘은 긴 구간 공정성(long-term fairness)를 보장하면서 각 이동국의 무선 채널 상황을 반영하여 데이터 처리율(throughput)을 향상시키는 알고리즘이다.

그러나, 종래의 PF 알고리즘은 직교 주파수 분할 다중 접속(Ofthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에는 적용할 수가 없다. 왜냐하면, 상기 OFDMA 통신 시스템에서는 한 프레임 동안 다수의 이동국들로 데이터가 전송될 수 있으며, 또한 각 이동국에게 할당하는 자원의 크기도 가변적이기 때문이다.

OFDMA 무선 통신 시스템의 기지국 스케줄러는 매 프레임 데이터가 전송될 이동국 및 이동국 당 할당되는 자원의 크기와 전송율을 결정하여야 한다. 또한, 상기 OFDMA 무선 통신 시스템에서는 할당 정보와 데이터 트래픽은 동일한 프레임에서 전송된다. 이로 인하여, 상기 할당 정보의 크기가 커지는 만큼 상기 데이터 트래픽 전송에 필요한 무선 자원이 줄어들게 되는 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 OFDMA 무선 통신 시스템에서는 공정성(fairness)을 고려하면서 동시에 상기 할당 정보의 크기를 최소화시키는 것을 고려하여야 한다. 이러한 다양한 요구 조건을 만족시킬 수 있는 PF 스케줄링 알고리즘을 OFDMA 무선 통신 시스템에 적용할 수 있는 방안이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 통신 시스템에서 공정성과 처리율을 조절할 수 있는 스케줄링 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 무선 통신 시스템에서 MAP 오버헤드를 조절하여 전체 처리율을 향상시키는 스케줄링 방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은; 무선 통신 시스템에서, 기지국이 데이터 트래픽을 스케줄링 하는 방법에 있어서, 상기 데이터 트래픽량이 제1 기준 이상 발생하면, 채널 상태가 양호한 이동국을 위해 무선 자원을 우선적으로 할당하는 과정과, 상기 데이터 트래픽량이 제1 기준 미만 발생하면, 무선 자원을 할당받지 못한 시간이 오래된 이동국 순으로 무선 자원을 우선적으로 할당하는 과정과, 상기 데이터 트래픽 할당에 따른 제어 정보량이 제2 기준을 초과하여 발생하면, 동일한 변조 및 코딩 방식(MCS) 레벨을 가지는 데이터 트래픽을 하나의 데이터 트래픽 할당 영역에 모아서 무선 자원을 할당하는 과정을 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한 다. 하기의 설명에서는 본 발명의 동작을 이해하는데 필요한 부분만을 설명하며 그 이외의 배경 기술은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략한다.

본 발명은 무선 통신 시스템에서 다양한 요인들을 고려하여 데이터 트래픽을 효과적으로 스케줄링 하는 방법을 제안한다. 여기서, 상기 다양한 요인들은 이동국(Mobile Station)에 할당된 평균 슬럿 수, 현재 채널 상태 및 자원 할당 정보 등이 될 수 있다. 이러한, 다양한 요인들을 고려한 본 발명은 스케줄링 시 공정성(fariness)과 처리율(throughput)을 적응적으로 조절 가능하다. 또한, 본 발명은 스케줄링 시 시그널링 오버헤드(signaling overhead)를 조절함으로써 시스템 처리 성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명은 무선 채널을 통해 데이터 트래픽을 송수신하는 모든 무선 통신 시스템에 적용할 수 있으며, 바람직하게는 다수의 이동국들에 대해 스케줄링이 필요한 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 무선 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 무선 통신 시스템은 기지국(Base Station)(100)과 다수의 이동국들(110, 120, 130)을 포함하며, 상기 기지국(100)은 상기 다수의 이동국들(110, 120, 130)과 무선 채널을 통해 통신을 수행한다. 즉, 상기 기지국(100)은 유선망으로부터 수신한 패킷을 무선 채널을 통해 해당 이동국으로 전송한다. 한편, 상기 기지국은 각 이동국들(110, 120, 130)별 정보들을 관리하고 있어야 하며, 상기 정보들은 하기 수학식 1에서 나타내고 있는 각 파라미터들을 의미한다.

하기 수학식 1은 본 발명에서 새롭게 제안하는 스케줄링 알고리즘의 우선 순위 메트릭(priority metric)을 나타낸 식이다.

상기 수학식 1에서, k는 이동국의 인덱스(index)를 나타내며,

는 시간 t에서 이동국 k의 시그널링 오버헤드의 반영 여부를 나타내는 변수로, 그 값은 위 첨자

에 의해 조절된다. 여기서, 상기

는 0~1까지의 상수값 범위를 가진다. 만약, 상기

값이 0이거나 0에 가까운 값을 가지는 경우, 상기 기지국의 스케줄러는 시그널링 오버헤드, 즉 MAP 오버헤드를 고려하지 않게 된다. 상기

값이 1이거나 1에 가까운 값을 가지는 경우, 상기 기지국의 스케줄러는 MAP 오버헤드를 고려하게 된다. 한편,

는 시간 t에서 이동국 k의 우선 순위 반영 여부를 나타내는 변수로, 변수값은 위 첨자

에 의해 조절된다. 여기서, 상기

는 0~1까지의 상수값 범위를 가진다. 만약, 상기

가 0이거나 0에 가까운 값을 가지는 경우, 기지국의 스케줄러는 시스템 전체 처리 성능 향상을 우선적으로 고려하게 된다. 그러나,

가 1이거나 1에 가까운 값을 가지는 경우, 상기 기지국의 스케줄러는 공정성을 우선적으로 고려하여 이동국에게 자원을 할당하게 된다.

상기

는 시간 t에서 이동국 k에게 지원 가능한 전송 속도를 의미한다. 여기서, 상기 전송 속도는 이동국으로부터 피드백 받는 채널 상태 정보(CSI: Channel State Information)에 따라 기지국이 인지할 수 있다.

는 일정 시간(Tc)동안 이동국이 할당받은 평균 슬럿 수를 나타낸다. 상기

는 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 2에서 b_k[t]는 t 시간에 이동국 k에 할당된 슬럿 수를 나타낸다. 상술한 바와 같은, 본 발명은 상기 수학식 1에 의해 결정된 우선 순위가 높은 순서로 이동국의 데이터 트래픽을 스케줄링 한다.

그러면, 도 2 및 도 3을 참조로 상기

값이 0 또는 1인 경우, 데이터 버스트(burst)를 할당하는 경우와, 상기

값이 0 또는 1인 경우, 데이터 버스트를 할당하는 경우에 대해 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서

값에 따른 데이터 버스트 할당 예를 도시한 도면이다.

상기 도 2의 설명에 앞서, 무선 통신 시스템의 프레임 구조를 살펴보면, 하나의 프레임은 시간(time) 축으로 다수개의 심벌(symbol)들로 구성되며, 주파수(frequency) 축으로 다수개의 서브채널(subchannel)로 구성된다. 또한, 한 슬롯(slot)은 시간 축으로 적어도 하나 이상의 심벌과 주파수 축으로 적어도 하나 이상의 서브채널로 이루어지며, 여기서, 상기 슬롯은 자원 할당시 기본 단위가 될 수 있다.

상기 도 2를 참조하면, 상기 수학식 1에서

값을 0으로 설정하는 경우, 기지국의 스케줄러는 채널 상태가 양호한(예를 들어, 채널 상태가 소정 기준값 이상인) 이동국에게 채널 상태가 열악한 이동국에 비해 많은 양의 자원을 할당하게 된다. 반면에,

값을 1로 설정하는 경우, 상기 기지국의 스케줄러는 공정한 자원 할당을 위해 자원 할당을 받지 못한 시간을 고려하여 선택된 이동국 순으로 자원을 할당한다. 즉, 상기 스케줄러는 데이터 트래픽 량이 많은 시간에서는 상기

값을 0으로 설정하여 시스템 전체 처리율을 향상시킬 수 있도록 자원을 할당하며, 데이터 트래픽 량이 많지 않은 시간에서는 상기

값을 1로 설정하여 이동국들에게 공정하게 자원을 할당한다.

도 2에서 (a)는

값을 0로 설정한 경우를 나타낸 도면으로, 상기 스케줄러는 전체 처리율 향상에 우선 순위를 두어 높은 변조 및 코딩 방식(Modulation and Coding Scheme, 이하 'MCS'라 칭하기로 한다) 레벨에 해당하는 데이터 버스트 순으로 자원을 할당한다. 반면에, 도 2에서 (b)는

값을 1로 설정한 경우를 나타낸 도면으로, 상기 스케줄러는 공정성에 우선 순위를 두어 무선 자원을 할당한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서

값에 따른 데이터 버스트 할당 예를 도시한 도면이다.

상기 도 3을 참조하면, 상기 수학식 1에서

값을 0으로 설정하는 경우, 스케줄러는 데이터 프레임에서 MAP 오버헤드를 고려하지 않는다. 즉, 상기 스케줄러는 동일 MCS 레벨을 가지는 데이터 버스트들이라고 하더라도 서로 다른 데이터 버스트 할당 영역에 할당한다. 따라서, 동일 MCS 레벨을 가지는 데이터 버스트들을 동일한 데이터 버스트 할당 영역에 할당하는 경우에 비해 MAP 오버헤드는 커지게 된다. 일반적으로, OFDMA 통신 시스템은 데이터 트래픽과 제어 정보의 할당을 위해 동일한 무선 자원을 사용한다. 따라서, 제어 정보량이 늘어나면 그만큼의 데이터 트래픽을 할당할 수 있는 무선 자원량이 감소하게 되는 것이다. 따라서, 제어 정보량을 감소시키는 것이 시스템 처리 성능을 향상시키는 중요한 요인이 된다.

즉, 상기 수학식 1에서

값을 1로 설정하는 경우, 상기 스케줄러는 동일한 MCS 레벨을 가지는 데이터 버스트들을 프레임상에서 하나의 데이터 버스트 할당 영역에 모아 배치함으로써 MAP 오버헤드를 감소시킬 수 있다.

상술한 내용을 정리하면, 기지국의 스케줄러는 데이터 트래픽이 과도하게 발생되어 전송 버퍼(buffer)에 일정 기준 이상의 용량이 남아있지 않게 되면, 상기

값을 0으로 설정함으로써 높은 MCS 레벨을 가지는 데이터 버스트에 우선적으로 무선 자원을 할당한다. 이는 시스템 전체 처리 성능을 향상시키게 된다. 반대로, 데 이터 트래픽이 과도하게 발생하지 않는 경우, 상기 스케줄러는 상기

값을 1로 설정함으로써 무선 자원을 할당받지 못한 시간이 오래된 이동국들에 우선적으로 무선 자원을 할당한다. 이는 다수의 이동국들에게 무선 자원을 공정하게 할당하기 위함이다.

또한, 상기 스케줄러는 상기

값을 1로 설정함으로써 MAP 오버헤드를 최소화 할 수 있다. 즉, 상기 스케줄러는 데이터 버스트 할당에 따라 제어 정보량, 즉 MAP 오버헤드가 일정 기준을 초과하여 발생하게 되면, 상기 MAP 오버헤드의 최소화를 위해 상기

값을 1로 설정하고, 동일 MCS 레벨을 가지는 데이터 버스트 또는 동일한 이동국의 데이터 버스트를 하나의 데이터 버스트 영역에 할당하게 된다. 여기서, 상기 일정 기준은 시스템 구현에 따라 결정될 것이며, 상기 MAP 오버헤드가 최소화 되면, 남게 되는 무선 자원 만큼을 데이터 버스트 할당에 사용할 수 있게 된다.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 무선 통신 시스템에서 새로운 데이터 트래픽 스케줄링 알고리즘을 제안함으로써, 공정성과 처리 성능 향상을 조절할 수 있는 이점이 존재한다. 또한, 상기 새로운 스케줄링 알고리즘을 사용하면 시그널링 오버헤드를 감소시킬 수 있는 이점이 존재한다.

Claims (6)

1. 무선 통신 시스템에서, 기지국이 데이터 트래픽을 스케줄링 하는 방법에 있어서,

   상기 데이터 트래픽이 제1 기준량 이상 발생하면, 채널 상태가 소정 기준값 이상인 이동국을 위해 무선 자원을 우선적으로 할당하는 제1과정과,

   상기 데이터 트래픽이 제1 기준량 미만 발생하면, 무선 자원을 할당받지 못한 시간이 오래된 이동국 순으로 무선 자원을 우선적으로 할당하는 제2과정과,

   상기 데이터 트래픽 할당에 따른 제어 정보가 제2 기준량을 초과하여 발생하면, 동일한 변조 및 코딩 방식(MCS) 레벨을 가지는 데이터 트래픽을 하나의 데이터 트래픽 할당 영역에 모아서 무선 자원을 할당하는 제3과정을 포함하는 데이터 트래픽 스케줄링 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 이동국의 채널 상태는 상기 이동국으로부터 피드백 받은 채널 상태 정보에 의해 결정됨을 특징으로 하는 데이터 트래픽 스케줄링 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 무선 자원은 주파수 대역과 시간 구간으로 이루어진 슬럿임을 특징으로 하는 데이터 트래픽 스케줄링 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1과정, 제2과정 및 제3과정에서의 무선 자원 할당은 하기 수학식 3을 이용하여 수행됨을 특징으로 하는 데이터 트래픽 스케줄링 방법.

   

   상기 수학식 3에서, k는 이동국의 인덱스를 나타내며,

   

   는 시간 t에서 이동국 k의 제어 정보량을 나타내는 변수이며, 위 첨자

   

   는 상기 제어 정보량을 조절하기 위한 0~1까지의 범위를 가지는 변수이며,

   

   는 시간 t에서 이동국 k의 우선 순위 반영 여부를 나타내는 변수이며, 위 첨자

   

   는 공정성(fairness)과 처리 성능을 조절하기 위한 0~1까지의 범위를 가지는 변수이며,

   

   는 시간 t에서 이동국 k에게 지원 가능한 전송 속도를 나타내며,

   

   는 일정 시간(Tc)동안 이동국 k가 할당받은 평균 슬럿 수를 나타내며, 상기

   

   는 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있음.

   

   상기 수학식 4에서

   

   는 t 시간에 이동국 k에 할당된 슬럿 수를 나타냄.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제1 기준량 및 제2 기준량은 전송 버퍼 용량을 고려하여 결정됨을 특징으로 하는 데이터 트래픽 스케줄링 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 채널 상태가 소정 기준값 이상인 이동국은 임계 MCS 레벨 이상의 MCS 레벨에 해당하는 데이터 트래픽을 가짐을 특징으로 하는 데이터 트래픽 스케줄링 방법.

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