KR101059363B1 - 무선 통신 시스템 - Google Patents

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Abstract

데이터의 패킷들이 적어도 하나의 중계국(RS)을 거쳐 기지국(MR-BS)과 가입자국(SS) 사이의 커넥션을 통해 송신되는 멀티-홉 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 상기 데이터의 패킷들은, 각각이 개별적인 QoS를 갖는 복수의 서비스 분류 중 하나에 따라 송신되고, 상기 시스템 내의 가용 대역폭은 그 서비스 분류에 따라 복수의 이러한 커넥션들 사이에서 공유된다. 시스템에서 대역폭 할당의 대기시간을 줄이고, 그 스케줄러 알고리즘을 지원하기 위해, RS는 각 커넥션의 대역폭 할당 요건들과 QoS 요구들을 알아야 한다. 이를 달성하기 위해, MR-BS는 새로운 커넥션을 승인하도록 결정한 후에, RS와 QoS 정보를 공유한다. 이것은 연속한 대역폭 부여들 사이의 시간 간격, 데이터 속도, 처리량 등과 같은 타이밍 정보를 직접 또는 간접적으로 RS에 통지하는 것을 포함할 수 있다. 그리고 나서, RS는 SS에 대한 대역폭을 할당하고, 알려진 QoS 파라미터들에 기반하여 자신의 스케줄러 알고리즘을 수행한다. MR-BS는 QoS 정보를 RS에 통지하기 위해 메시지 또는 MAP IE를 이용할 수 있다. 대안적으로, RS는 MR-BS와 MS 사이의 메시지들을 스누핑하여 QoS 정보를 판단할 수 있다.
통신 시스템, 무선, 무선 통신, 멀티-홉, 기지국, 가입자국

Description

무선 통신 시스템{WIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 기지국(BS 또는 MR-BS)이 하나 또는 그 이상의 중계국(relay stations; RS)을 통해 다수의 고정 또는 이동 가입자국(subscriber stations; SS)과 통신하는 멀티-홉(multi-hop) 시스템에 관한 것이다.
최근, 광대역 무선 링크를 통한 데이터 통신에 대한 다양한 표준들이 개발되고 있다. 이러한 표준 중 하나가 IEEE 802.16 규격(specifications)에 설명되어 있고, WiMAX로 널리 알려져 있다. 이 규격은 주로 고정 가입자국을 가진 시스템들을 위한 IEEE 802.16-2004와, 다른 것들 중에서 이동 가입자국을 고려하는 향상된 규격인 IEEE 802.16e-2005를 포함한다. 다음의 설명에서, 가입자국(SS)이라는 용어는 고정국(fixed station) 및 이동국(mobile station)(SS/MS) 모두에 적용된다.
IEEE 표준 802.16-2004, "Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems"의 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 포함된다. IEEE 802.16은 가입자국이, "셀"로 정의되는 기지국의 범위 내의 기지국과 직접 통신하는 단일-홉(single-hop) 시스템을 고려한다. 주어진 지리적 영역 내의 적절한 위치에 다수의 기지국들을 배치함으로써, 인접 그룹의 셀들이 생성되어 광역 네트워크를 형성 할 수 있다. 본 명세서에서, "네트워크"와 "시스템"이라는 용어는 동등하게 사용될 것이다.
전술한 형태의 시스템에서, 가입자국들과 기지국 사이에 커넥션(관리 커넥션 또는 전송 커넥션)이 유지되는 동안, 그들 사이에서 패킷들의 교환에 의해 데이터가 전달된다. 가입자국으로부터 기지국으로의 패킷의 전송 방향은 업링크(UL)이고, 기지국으로부터 가입자국으로의 방향은 다운링크(DL)이다. 패킷들은 시스템과 그 구성 무선 장치들에 적용된 계층형 프로토콜을 따르는 정의된 포맷을 갖는다. 이러한 패킷들에 관련된 프로토콜 계층들이 소위 물리 계층(PHY) 및 매체 접근 계층(MAC)이다. IEEE 802.16-2004 규격에서, 이러한 프로토콜 계층들은 도 1에 도시된 바와 같이 프로토콜 "스택"을 형성한다. 또한, 도 1은 본 발명과 관련되지는 않지만, 서비스 액세스 포인트(SAP)의 형식으로 프로토콜 계층들 간의 인터페이스를 보여준다.
매체 접근 계층은 네트워크 액세스 처리, 대역폭 할당, 및 커넥션 관리를 책임진다. 이것은 시간 도메인에서 다수의 슬롯들로 분할되는 "프레임들"을 기반으로 BS와 SS의 네트워크에 대한 액세스를 제어하는 것을 포함한다. MAC 피어 개체들 사이에서, 다시 말해서, 가입자국과 기지국 사이에서, 프로토콜 데이터 유닛(PDU)의 단위로 데이터가 교환되는데, PDU는 다수의 슬롯들을 이용하여 PHY 계층을 통해 전달된다. 따라서, "슬롯"은 대역폭을 할당하는데 사용되는 시간 단위이다. MAC은 인증 허용, 키 교환 및 PDU의 암호화를 위한 보안 하위 계층(도 1 참조)을 포함하는 하위 계층들로 나누어진다.
IEEE 802.16 네트워크에서는 가용 주파수 범위 및 어플리케이션에 따라 다양한 물리 계층 구현예들이 가능한데, 예를 들면, 업링크 및 다운링크 전송이 시간적으로 분리되지만 동일한 주파수를 공유할 수 있는 시분할 이중(TDD) 모드, 및 업링크 및 다운링크 전송이 동시에 일어날 수 있지만 상이한 주파수를 갖는 주파수 분할 이중(FDD) 모드 모두가 가능하다. PHY 계층은 또한 직교 주파수 분할 다중(orthogonal frequency division multiplexing; OFDM) 또는 직교 주파수 분할 다중 접근(OFDMA)과 같은 전송 기법들을 정의한다. 현재, OFDMA가 본 발명이 고려하는 멀티-홉 시스템의 종류와 가장 관련이 있다. 기지국과 가입자국 사이(보다 정확하게는, 그 장치들 내의 MAC 계층들 - 소위 피어 개체들의 사이)의 커넥션은 커넥션 ID(CID)로 할당되고, 기지국은 그 액티브 커넥션들을 관리하기 위해 CID를 추적한다.
다음의 설명은 예로서 TDD 모드를 언급할 것이다. TDD에서, 각 프레임은 DL-서브프레임 및 UL-서브프레임으로 다시 분할된다. 도 3은 UL-서브프레임 내에서 PHY 헤더 및 MAC PDU의 두 부분을 갖는 패킷 포캣을 예시하는 TDD 프레임 구조를 보여준다. MAC PDU는 다시 MAC 헤더, 선택적인 페이로드, 및 선택적인 에러 정정 코드(순환적 리던던시 코드; CRC)로 구성된다. PHY 헤더는 트레이닝 시퀀스, 주파수 대역 할당 정보, 및 물리 계층 파라미터와 관련된 다른 정보를 포함한다. MAC PDU 내에서, MAC 헤더는 보통 PDU 타입, MAC 어드레스, 및 MAC 시그널링 타입 등과 같은 매체 접근에 대한 필수적인 파라미터들을 제공한다. MAC PDU 내의 CRC는 선택적이며, 수신된 MAC PDU를 체크하는데 사용될 수 있다. MAC PDU 내의 페이 로드는 SS가 BS에 전송하기를 원하는 데이터를 포함하는데 사용되지만, 역시 선택적이다. 예를 들면, 대역폭 요구, 또는 ACK 메시지와 같은 일부 제어 메시지들은 페이로드를 갖지 않는다. 페이로드는 상위 계층으로부터의 데이터이거나 또는 부가적인 MAC 정보를 제공할 수 있는 서브-MAC-헤더일 수 있다.
도 3은 또한 UL-서브프레임의 일부로서, 후술되는 것과 같은 경합-기반(contention-based) 대역폭 요구에 사용되는 다수의 요구 기회들을 구성하는 영역(요구 경합 필드)을 도시하고 있다. TDD 모드의 경우에, 예를 들면, 특정 커넥션(서비스 플로우)의 배타적 사용을 위해 프레임 내의 슬롯들을 할당함으로써, 대역폭이 타이밍 기반으로 할당된다. 한편, DL-서브프레임은 DL-MAP 및 UL-MAP을 갖는 브로드캐스트 제어 필드를 포함하는데, 이를 통해 BS가 수신 장치에 프레임 구조를 통지한다. MAP은 그 프레임 내에서 대역폭 할당의 함수이고, 각각 커넥션 ID를 포함하는 정보 요소(IE)로 구성된다. 따라서, TDD 모드 네트워크에서, 대역폭 할당은 프레임 내의 리소스(슬롯)의 할당을 의미한다. DL-MAP 및 UL-MAP은 BS에 의한 관리 메시지 브로드캐스트(즉, 모든 가입자들에게 전송됨)의 예들이다. 기타 관리 메시지들은 업링크 채널 디스크립터(Uplink Channel Descriptor; UCD) 및 다운링크 채널 디스크립터(DCD)(도 3에 모두 도시됨), 및 동적 서비스 요구 및 응답(Dynamic Service Request and Response; DS-REQ 및 DS-RSP) 메시지들을 포함한다.
서비스 품질(QoS)의 개념은 제공될 광범위 서비스들을 할당하기 위해 무선 통신 시스템들에서 사용된다. 제공될 서비스들의 종류에 따라(이하 참조), 패킷들 은 소정의 정확도를 가지고, 및/또는 소정의 시간 지연 내에 전송될 필요가 있거나 또는 패킷들이 쓸모 없을 수 있고, 재전송을 필요로 할 수 있다. 따라서, 가입자국과의 통신 동안에, 기지국은 가입자국에 의해 요구된 서비스의 타입 및 가용 대역폭에 따라 QoS 레벨을 할당하는데, 기지국은 통상적으로 몇몇 가입자국들과 동시에 통신한다는 것을 기억한다. QoS 파라미터들은 전송 우선순위(시간 지연), 전송의 정확도(에러율) 및 처리량(데이터 속도)을 고려한다.
BS는 다양한 가입자들의 요구의 균형을 유지하면서, 모든 현재 활성화된 커넥션들에 대한 대역폭(예컨대, 슬롯) 할당을 관리하기 위해 스케줄러(스케줄링 알고리즘)를 사용한다. 다시 말해서, 각 SS는 네트워크 진입을 위해 단지 한번 교섭을 해야하며, 이후에 BS에 의한 대역폭이 할당되는데, 이것은 SS로부터의 요구에 대해 또는 네트워크에 대한 다른 요구들 하에서 증가되거나 감소될 수 있지만, 그 SS에 대해 할당된 상태로 남아서 커넥션을 활성 상태로 유지한다. 각 커넥션은 서비스 분류 및 관련 QoS를 갖는다. QoS는 가입자국이 그 네트워크에 합류할 때에 네트워크 진입 절차(커넥션 셋업 단계) 동안에 먼저 할당되고, 이후에 그 커넥션이 유지되는 동안 기지국에 대해 요구하는 가입자국에 의해 수정될 수 있다. 이것은, 네트워크 내의 가용 리소스들에 따라, 반복될 수 있는, 그 커넥션에 추가의 대역폭 할당을 포함할 수 있다.
QoS와 CID/SFID 사이의 관계가 도 2에 도시되어 있다. 도 2를 쉽게 이해하기 위해, "서비스 플로우"는 특정 QoS를 갖는 커넥션에 대한 주어진 방향(업링크 또는 다운링크)에서의 데이터의 전송을 말한다. 커넥션의 QoS는 커넥션 ID에 대해 일대일 관계를 갖는 서비스 플로우 식별자(SFID)에 의해 정의된다. 엄밀히 말해서, 대역폭이 할당되는 방향이 서비스 플로우(또는 커넥션)이지만, BS에 의해 그 커넥션에 연관된 SS로 대역폭이 할당되는 것으로 생각하는 것이 편리하다.
예를 들면, IEEE 802.16-2004 규격은 4개의 QoS 분류 또는 서비스 레벨을 다음과 같이 제공한다.
(i) UGS (Unsolicited Grant Service)
이 서비스는 음성 통화(VoIP)와 같이 주기적 간격으로 발행되는 고정된 크기의 패킷들로 구성되는 실시간 데이터 스트림들을 지원하는데, 여기서 패킷들이 현저히 지연되면 음성 통화를 인지할 수 없게 된다. 적은 지연으로 이 서비스를 지원하기 위해, BS는 SS에 대해 주기적으로 대역폭을 직접 부여할 것이다.
(ii) rtPS (Real-time Polling Service)
이것은 MPEG 비디오와 같이 주기적 간격으로 발행되는 가변 크기의 패킷들로 구성되는 실시간 데이터 스트림들을 지원한다. 이 서비스 타입을 지원하기 위해, BS는 주기적인 유니캐스트 요구 기회를 제공하고, SS는 이 기회를 이용함으로써 대역폭 요구 MAC 헤더를 전송할 수 있다.
(iii) nrtPS (Non-real-time Polling Service)
이 서비스 레벨은 FTP(File Transfer Protocol)와 같이, 최소 전송 속도가 요구되는 가변 크기의 패킷들로 구성되는 지연-허용 데이터 스트림들을 지원하도록 의도되었다. BS는 통상적으로 1초 이하 정도의 간격으로 nrtPS 서비스 커넥션을 폴링한다.
(iv) BE (Best Effort)
이 최하위 서비스 레벨은 특정 서비스 요건들이 없는 데이터 스트림들을 위한 것이다. 대역폭이 가용한 한, 대역폭을 취득하기 위해 SS에 의해 경합-기반 CDMA 기반 대역폭 요구들(이하 참조)이 사용됨에 따라 패킷들이 처리된다. 다시 말해서, 다른 SS로부터의 경합 요구와의 충돌없이 대역폭 요구가 기지국에 전송된 경우에만 그 요구가 수락된다.
추가로, IEEE 802.16e-2005는 UGS와 rtPS의 조합인 또 다른 서비스 분류를 다음과 같이 도입하고 있다.
(v) ertPS (Extended rtPS)
이 서비스 레벨은 예를 들면, VoIP를 용이하게 하도록 의도되었다. 이 서비스 타입의 QoS 요구를 지원하기 위해, BS는 요구받지 않은(unsolicited) 형식이나 SS에 대한 주기적인 폴링 중 하나로 유니캐스트 부여를 행할 수 있다. 이 서비스 레벨은 주기적 기반으로 가변 크기의 데이터 패킷들을 생성하는 실시간 서비스 플로우에 적합하다.
전통적인 단일 홉 시스템들(예컨대, 802.16-2004 및 802.16e-2005)에서, 각 이동국(MS) 또는 가입자국(SS)이 기지국으로부터 대역폭(BW)을 요구하거나, BS가 MS/SS에 직접 대역폭을 부여함으로써, 무선 리소스들에 대한 액세스를 공유할 수 있다. 대역폭을 요구하거나 할당하는 방법은 커넥션의 서비스 분류, 특히 그들의 QoS 요구에 따르지만, 기본적으로 다음과 같은 4가지 방법이 사용될 수 있다.
a) 경합 기반 대역폭 요구: 리소스들이 요구 할당(demand assignment) 기반 으로 주어진다. 먼저, SS가 CDMA 코드를 BS에 전송하면, BS가 적은 양의 대역폭에 대해 이 SS를 폴링할 것이다. SS는 이 폴링된 대역폭을 이용하여 특정 서비스에 대해 대역폭을 적용하기 위해 BS로 대역폭 요구 MAC 헤더를 전송한다. BS가 이 대역폭 요구를 수신하면, BS는 전술한 BE 서비스와 같은 특정 서비스에 대해 대역폭을 부여할 수 있다. 도 5는 이러한 대역폭 요구를 위해 사용되는 패킷 포맷을 도시하고, 도 6은 이 경우에 MS와 BS 사이의 신호 흐름을 보여준다.
b) 폴링(Polling): 폴링은 BS가 특별히 대역폭 요구를 수행하기 위한 목적으로 가입자국에 대역폭을 할당하는 프로세스로서, 예를 들어, SS는 대역폭 MAC 헤더를 전송하기 위해 이 폴링된 대역폭을 사용할 수 있다.
c) 부여(Grants): BS는 데이터 부여 버스트 IE를 주기적으로 전송함으로써 SS에 대역폭을 직접 제공할 수 있다. 이 방법은 보다 적은 대기시간(latency)을 갖는다.
d) 피기백(piggybacked) 대역폭 요구: 일부 초기 대역폭을 취득하기 위해 SS가 경합-기반 대역폭 요구를 처음 사용하는 (a)의 연장이, 그 후에 대역폭을 더 취득하기 위해 특정 대역폭 요구 메시지(또는 "피기백" 대역폭 요구, 여기서, 대역폭 요구 정보는 다른 메시지 안에 포함됨)를 BS에 전송한다.
BS 및 SS는 서비스 플로우들을 생성한 후에 각 서비스 플로우의 분류와 QoS 파라미터들을 알 것이다. QoS 파라미터들(및 그에 따른 QoS 정보)은 최소 예약된 트래픽 레이트, 최대 대기시간, 최대 지지된 트래픽 레이트, 요구/전송 정책, 허용된 지터, 트래픽 우선순위, 및 미요구된(unsolicited) 폴링 간격을 포함한다. 이 러한 모든 파라미터들이 모든 서비스 분류에 적용되지는 않는다.
어드레싱 및 QoS 제어를 지원하기 위해, 일부 무선 통신 시스템은 CID를 MAC 헤더에 넣는다. 예를 들면, WiMAX에서, SS/MS와 BS 사이의 서비스 플로우는 네트워크 진입 절차 동안이나 동적 서비스 플로우 절차에 의해 생성되고 활성화될 수 있다. 전술한 바와 같이, 서비스 플로우 ID(SFID)가 각 현존 서비스 플로우에 할당될 것이고, 각 서비스 플로우는 또한 특정 QoS 요구와 연관된다. 서비스 플로우는 적어도 SFID 및 관련된 지시를 갖는다. 전송 커넥션의 CID는 서비스 플로우가 승인되거나 활성화될 때에만 존재한다. SFID와 전송 CID 사이의 관계는 고유하며, 이것은 하나의 SFID가 하나보다 많은 전송 ID와 결코 관련되지 않으며, 하나의 전송 CID는 하나보다 많은 SFID와 결코 관련되지 않는다는 것을 의미한다.
도 4는 16-비트 CID를 포함한 IEEE 802.16-2004에 명시된 일반적인 MAC 헤더 포맷을 보여준다. 도 5는 일반적인 대역폭 요구의 일례를 도시하며, 도 6은 단일-홉 시스템에서 BS와 MS 사이의 대역폭 할당 동안의 통상의 신호 흐름을 도시하고 있다.
단일 홉 무선 통신 시스템들(예컨대, 전술한 바와 같은 IEEE 802.16-2004 및 IEEE 802.16e-2005)에서, 각 가입자국(SS 또는 MS)은 도 6에 도시된 바와 같이 기지국(BS)과 직접 통신할 수 있다. 최근, BS와 SS 사이의 트래픽이 직접 전송되는 대신에 하나 또는 그 이상의 중계국(RS)을 통해 라우팅되는 멀티-홉(MR) 구성으로 IEEE 802.16를 확장하기 위한 노력들이 이루어지고 있다. 도 7은 2개의 중계국(RS1# 및 RS2#)을 가진 이러한 구성의 일례를 보여준다. 이 경우에, 기지국은 MR을 지원하기 위한 확장된 기능을 갖기 때문에 MR-BS(Multi-Hop Relay Base Station)로 언급된다. 네트워크가 도 7에 도시된 것과 같이 중계 기능을 지원하도록 수정된 경우, 대개, 중계국(RS)은 그 커버리지 내의 무선 장치들(가입자국들 또는 다른 중계국들)로부터의 모든 패킷들을 MR-BS로 중계할 것이다. 도 8은 이러한 멀티-홉 시스템에서 대역폭 할당에 대한 하나의 가능한 신호 흐름을 도시하고 있다.
분산형 스케줄링을 갖는 멀티-홉 중계(MR) 시스템들에서, MR-BS는 RS가 MR-BS로 데이터를 전송하는데 사용되는 중계 업링크를 위한 대역폭을 할당하며, RS는 SS가 RS로 데이터를 전송할 때 사용되는 액세스 업링크를 위한 대역폭을 할당할 것이다. 다시 말해서, MR 시스템 내의 각 RS는 그것이 관련된 커넥션들에 대역폭을 할당하기 위해 자신의 스케줄러를 필요로 한다. 대역폭 할당 프로세스는 도 8에 도시된 것과 같이 상당히 복잡해진다.
BS 및 SS 모두는 서비스 플로우를 생성한 후에 각 서비스 플로우에 대한 서비스 분류와 QoS 파라미터들을 안다. 그러나, RS는 각 생성된 서비스 플로우의 QoS 정보를 알지 못하고, 이것은 중계 업링크 및 액세스 업링크를 통한 대역폭 요구 절차의 불일치를 야기한다. 추가로, RS는 자신의 스케줄러 알고리즘을 위해 필요한 지식이 부족할 수 있다. 이러한 문제들은 네트워크에서 대기시간을 증가시킨다.
따라서, 멀티-홉 중계 무선 통신 시스템에서 대역폭 할당에 관련된 대기시간을 줄이기 위한 필요성이 존재한다. 특히, RS가 적절히 스케줄하기 위해 자신이 관련된 모든 서비스 플로우에 대한 적어도 일부의 QoS 정보를 알기 위한 필요성이 존재한다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 데이터의 패킷들이 적어도 하나의 중계국을 거쳐 기지국과 가입자국 사이의 커넥션을 통해 송신되는 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 기지국이 제공되는데, 여기서 상기 데이터의 패킷들은 각각이 개별적인 QoS를 갖는 복수의 서비스 분류 중 하나에 따라 송신되고, 상기 시스템 내의 가용 대역폭은 그 서비스 분류에 따라 복수의 이러한 커넥션들 사이에서 공유되며, 상기 기지국은 상기 가입자국과 상기 서비스 분류들 중 하나를 갖는 상기 커넥션을 셋업하고, 연관된 커넥션 정보를 생성하기 위한 커넥션 정의 수단; 및 상기 커넥션에 대해 적절한 대역폭을 할당하도록 상기 중계국을 돕기 위한 상기 커넥션 정보를 상기 중계국에 통지하기 위한 커넥션 통지 수단을 포함한다.
바람직하게는 상기 기지국은 상기 커넥션 정의 수단에 의해 정의되는 각 커넥션에 대해 상기 기지국 내의 대역폭을 할당하기 위한 대역폭 할당 수단을 더 포함하며, 여기서, 상기 커넥션 통지 수단은 상기 대역폭 할당 수단이 상기 기지국 내의 그 커넥션에 대해 대역폭을 할당하는 것을 기다리지 않고, 상기 커넥션 정보를 상기 중계국에 통지하도록 구성된다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 데이터의 패킷들이 중계국을 거쳐 기지국과 복수의 가입자국들 중 하나 사이의 커넥션을 통해 송신되는 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 중계국이 제공되는데, 여기서 상기 데이터의 패킷들은 복수의 서비스 분류 중 하나에 따라 송신되고, 상기 기지국은 상기 가입자국에 의해 요구된 커넥션들을 승인하고, 그 서비스 분류들에 따라 상기 승인된 커넥션들의 각각에 대해 상기 기지국에서의 가용 대역폭을 할당하며, 상기 중계국은, 상기 기지국에 의해 새로 승인된 커넥션과 연관된 커넥션 정보를 수신하기 위한 서비스 분류 판단 수단; 및 상기 수신된 커넥션 정보에 기반하여 상기 중계국에서의 상기 커넥션에 대한 대역폭을 할당하기 위한 대역폭 할당 수단을 포함한다.
바람직하게는, 상기 대역폭 할당 수단은, 상기 기지국이 상기 기지국 내의 대역폭을 할당하는 것을 기다리지 않고, 대역폭을 할당하도록 구성된다.
본 발명의 다른 양태들은 첨부한 독립항들에서 제시된 것과 같은 무선 통신 시스템 및 컴퓨터 프로그램을 제공한다.
따라서, 본 발명의 실시예들은 기지국이 각 중계국들과 (바람직하게는 QoS 정보 또는 그로부터 유도된 정보를 포함한) 커넥션 정보를 공유하도록 함으로써, 멀티-홉 무선 통신 시스템에서 대역폭 요구의 대기시간을 감소시킬 수 있다. 이것은 기지국이 중계국으로 QoS 정보를 명시적으로 통지하거나, 중계국이 QoS 정보를 판단하기 위해 가입자국에 대한 패킷들을 파싱함으로써 달성될 수 있다. QoS 정보는 커넥션에 대한 대역폭을 할당할 때를 판단하기 위해 중계국에 의해 사용되는 타이밍 정보를 포함하거나 또는 이를 유도하는데 사용된다. 이러한 방식으로, 중계국이 QoS에 기반하여 무선 자원들을 할당할 수 있도록 함으로써, 멀티-홉 중계 무선 통신 시스템에서의 대역폭 할당이 개선된다.
단순히 예시를 위해서만, 첨부 도면를 참조한다.
도 1은 IEEE 802.16에 따른 프로토콜 계층화를 도시한 도면.
도 2는 IEEE 802.16 네트워크에서 CID, SFID 및 QoS 사이의 관계를 도시한 도면.
도 3은 IEEE 802.16 네트워크에서 사용될 수 있는 TDD 프레임 포맷을 도시한 도면.
도 4는 IEEE 802.16 규격에 제시된 것과 같은 패킷의 일반적인 MAC 헤더를 도시한 도면.
도 5는 패킷의 일반적인 대역폭 요구 헤더를 도시한 도면.
도 6은 이동국과 기지국 사이에 직접 커넥션의 경우의 통상의 대역폭 요구 프로세스를 도시한 도면.
도 7은 멀티-홉(MR) 무선 통신 시스템을 도시한 도면.
도 8은 이동국과 기지국 사이에 멀티-홉 커넥션의 경우의 대역폭 요구 프로세스를 도시한 도면.
도 9는 도 7의 시스템에서 기지국이 대역폭을 할당하는 것을 기다리는 중계국에 내재된 지연을 도시한 도면.
도 10은 본 발명에 따른 대역폭 할당을 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 일실시예에서 기지국 및 중계국에서의 기본 처리의 흐름도.
도 12는 기지국 및 중계국에서의 타이밍 정보의 처리에 대한 제1 흐름도.
도 13은 기지국 및 중계국에서의 타이밍 정보의 처리에 대한 제2 흐름도.
이제, 일례로서 IEEE 802.16 네트워크를 이용하는 본 발명의 일실시예가 도 7 내지 도 13을 참조하여 설명될 것이다.
도 7에 개략적으로 도시된 MR 시스템을 다시 고려하자. 이러한 시스템에서 UGS 서비스를 취득하기 위해, MS는 UL 대역폭 할당을 얻기 위해 대역폭 요구를 전송할 필요가 없다. MR-BS는 UGS 커넥션에 대해 자동으로(요구받지 않고) UL 대역폭을 할당해야 한다. 한편, BS는 커넥션 셋업 단계 동안에 DS-REQ/RSP 메시지 내의 QoS 정보에 기반하여, 즉, "요구받지 않은 부여 간격(Unsolicited grant interval)" TLV에 기반하여 대역폭을 할당해야 한다. MR-BS와 RS 사이에 타이밍 동기화가 없는 경우, MR 시스템에서 UGS 대기시간이 악화될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, RS가 SS에서 UGS 서비스에 대한 대역폭을 부여하기 위한 적절한 타이밍을 알지 못하는 경우, BS가 대역폭을 먼저 할당하기를 기다릴 것이므로, 대기시간 성능이 악화될 수 있다. RS가 SS 내의 UGS 서비스에 대한 대역폭 할당 시간을 알 수 있다면, 도 10에 도시된 바와 같이, BS가 대역폭을 할당하기를 기다리지 않고, SS에 대한 대역폭을 할당할 수 있기 때문에, UGS 서비스의 대기시간이 감소될 수 있다.
한편, 분산형 스케줄링을 이용하는 RS는 자신의 스케줄러 알고리즘을 위해 상이한 서비스 분류들에 대한 QoS 정보를 알아야 할 필요가 있다. MR 시스템에서 대역폭의 대기시간을 줄이고, 스케줄러 알고리즘을 지원하기 위해, RS는 QoS 요구 와 대역폭 할당 요건들을 알아야 한다.
도 11에 도시된 본 발명의 일실시예에서, MR-BS가 서비스 또는 커넥션을 승인하도록 결정한 후에, MR-BS는 RS와 QoS 정보를 공유한다. 즉, 이 정보는 기지국에서 발생할 대역폭 할당을 기다리지 않고 (직접 또는 간접적으로) 통신된다. 이 방법에서, MR-BS가 서비스 또는 커넥션을 승인하도록 결정하자마자, MR-BS는 연속한 대역폭 부여들 간의 시간 간격, 데이터 속도, 처리량 등으로 나타나는 QoS 정보를 RS와 공유한다. 그리고 나서, RS는 SS에 대역폭을 할당하거나 알려진 QoS 파라미터에 기반하여 SS에 대한 자신의 스케줄러 알고리즘을 수행한다. MR-BS는 QoS 정보를 포함한 특별 메시지 또는 QoS 정보를 포함한 MAP IE(전술한 바와 같이 DL-서브프레임의 일부일 수 있음)를 이용하여 QoS 정보를 RS로 통지할 수 있다.
대안적으로, RS는 QoS 정보를 판단하기 위해 MR-BS와 MS 사이의 메시지들을 스누핑(snoop)할 수 있다. RS는 이 QoS 정보를 이용하여 대역폭 할당 및 스케줄러 알고리즘을 스케줄링할 수 있다. 여기서, "스누핑"은 통상의 중계국에서와 같이 단순히 패킷들을 중계하는 것이 아니라 패킷들을 파싱(parsing)하는 것을 말한다. 보다 정확하게는, RS는 수신된 패킷들의 MAC PDU를 검사하도록 구성된다. 종래의 IEEE 802.16 시스템에서, RS는 수신된 패킷들을 디코딩하고, 그 목적지로 중계하기 위해 그들을 재인코딩(re-encode)하지만, 수신된 패킷들을 파싱하지는 않는다.
본 발명을 이용하여, MR-BS는 RS가 MS에 대역폭을 할당할 필요가 있는 타이밍을 RS에 통지한다. 이것은 도 11에 도시된 바와 같이 QoS 정보를 공유함으로써 RS가 쉽게 타이밍 정보를 유도 또는 추출할 수 있도록 간접적으로 수행되거나, 도 12에 도시된 바와 같이 직접적으로 수행된다. 도 12는 명시적인 타이밍 메시지가 MR-BS로부터 RS에 전송되는 실시예를 보여준다. 타이밍은 프레임의 관점으로 표현될 수 있고, 절대적이거나 상대적인 시간일 수 있다. 이전과 같이, MR-BS는 특별 메시지를 RS에 전송하거나, RS에 대역폭 할당 시간을 통지하기 위해 MAP IE를 사용할 수 있다. 어떤 경우든, RS는 이 타이밍 정보를 이용하여 MS에 대역폭을 정시에 할당할 수 있다. 대역폭이 MS에 주기적으로 할당될 필요가 있는 경우, MR-BS는 또한 시작 시간(t0) 및 대역폭 할당 간격(T)을 RS에 통지할 수 있으며, 이로써 RS는 도 13에 도시된 바와 같이 MS에 주기적으로 대역폭을 할당할 수 있다. 바람직하게는, MR-BS로부터의 명시적 타이밍 메시지의 경우에, MR-BS 자신에서의 대역폭 할당을 위한 시작 시간도 포함되어야 한다.
이 경우에, MR-BS가 자신의 대역폭 부여를 위한 시간 지연(도 13에서 D)을 생성하여, RS에서의 동작들과 동기화되도록 할 수 있다. 즉, RS가 MR-BS로부터 전송된 타이밍 정보를 수신하고 반응하기 위한 처리 시간을 예측하거나, 또는 대안적으로 RS로부터 이 처리 시간에 대한 통지를 수신함으로써, MR-BS는 RS에서의 대역폭 할당과 일치하는 적절한 타이밍으로 대역폭을 부여할 수 있게 되어, MR-BS에서 대역폭의 너무 이른 사용을 피할 수 있다.
전술한 설명은 단일의 RS 및 BS에서의 처리를 고려하였지만, 네트워크 내에는 그외의 중계국들이 존재할 수 있다. 이 경우에, 각각의 다른 RS와 관련하여, 제1 RS가 전술한 설명에서의 BS처럼 동작할 수 있다. 각각의 다른 RS는 자신의 가 입자국 집합에 대해 서비스를 제공하고, 자신의 대역폭 할당과 스케줄링을, 제1 RS에 대해 전술한 것과 동일한 방식으로 수행할 것이다.
전술한 실시예들은 QoS 정보를 인지하게 되는 RS를 포함하지만, QoS 정보 전체가 RS에 전달되는 것이 필수적이지 않으며(전술한 몇몇 QoS 파라미터를 포함할 수 있지만, 이 모두가 대역폭 할당에 필요하지는 않을 수 있음) , QoS 정보 자체를 사용하는 것이 필요하지도 않고, 대신에, QoS로부터 유도되는 정보가 사용될 수 있다. 이것은 특허청구범위에서 "커넥션 정보"라는 용어로 언급된다.
본 발명의 실시예들은 하드웨어로 구현되거나, 하나 또는 그 이상의 프로세서 상에서 실행되는 소프트웨어 모듈로서 구현되거나, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 즉, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명에서 RS 또는 BS의 기능 중 일부 또는 전부를 실제로 구현하기 위해 마이크로프로세서 또는 디지털 신호 프로세서(DSP)가 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 각각의 SS에 RS의 기능 중 일부 또는 전부를 제공하는 것도 가능하다. 본 발명은 또한 본 명세서에서 전술한 방법들 중 일부 또는 전부를 수행하기 위해 하나 또는 그 이상의 디바이스 또는 장치 프로그램들(예컨대, 컴퓨터 프로그램들 및 컴퓨터 프로그램 제품들)로서 구현될 수 있다. 본 발명을 구현하는 이러한 프로그램들은 컴퓨터-판독가능 매체에 저장되거나, 또는, 예를 들면, 하나 또는 그 이상의 신호들의 형태로 이루어질 수 있다. 이러한 신호들은 인터넷 웹사이트로부터 다운로드될 수 있는 데이터 신호들이거나, 반송파 신호 상에서 제공되거나, 임의의 다른 형태일 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 데이터의 패킷들이 적어도 하나의 중계국(RS)을 거쳐 기지국(MR-BS)과 가입자국(SS) 사이의 커넥션을 통해 송신되는 멀티-홉 무선 통신 시스템을 제공하는데, 상기 데이터의 패킷들은 각각이 개별적인 QoS를 갖는 복수의 서비스 분류 중 하나에 따라 송신되고, 상기 시스템 내의 가용 대역폭은 그 서비스 분류에 따라 복수의 이러한 커넥션들 사이에서 공유된다. 시스템에서 대역폭 할당의 대기시간을 줄이고, 그 스케줄러 알고리즘을 지원하기 위해, RS는 각 커넥션의 대역폭 할당 요건들과 QoS 요구들을 알아야 한다. 이를 달성하기 위해, MR-BS는 새로운 커넥션을 승인하도록 결정한 직후에, RS와 QoS 정보를 공유한다. 이것은 연속한 대역폭 부여들 사이의 시간 간격, 데이터 속도, 처리량 등과 같은 타이밍 정보를 RS에 직접 또는 간접적으로 통지하는 것을 포함할 수 있다. 그리고 나서, RS는 SS에 대한 대역폭을 할당하고, 알려진 QoS 파라미터들에 기반하여 자신의 스케줄러 알고리즘을 수행한다. MR-BS는 QoS 정보를 RS에 통지하기 위해 메시지 또는 MAP IE를 이용할 수 있다. 대안적으로, RS는 MR-BS와 MS 사이의 메시지들을 스누핑하여 QoS 정보를 판단할 수 있다. 본 기술은 UGS 커넥션을 MS에 제공하는 경우에 특히 효과적이다.
요약하면, 본 발명의 장점들은 다음과 같다.
- RS가 SS에 대한 대역폭 할당 요건들과 QoS 정보를 알도록 하기 위한 것으로, 이 방식으로, RS는 대역폭 할당과 스케줄러 알고리즘을 위한 충분한 정보를 갖는다.
- MR 시스템들이 다양한 서비스 분류들, 특히 UGS 서비스에 대한 QoS 요구를 만족시키도록 할 수 있다.

Claims (42)

  1. 데이터의 패킷들이 적어도 하나의 중계국을 거쳐 기지국과 가입자국 사이의 커넥션을 통해 송신되는 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 기지국으로서 - 상기 데이터의 패킷들은, 각각이 개별적인 QoS를 갖는 복수의 서비스 분류 중 하나에 따라 송신되고, 상기 시스템 내의 가용 대역폭은 이러한 복수의 커넥션들 사이에서 그 서비스 분류들에 따라 공유됨 -,
    상기 서비스 분류들 중 하나를 갖는 상기 커넥션을 상기 가입자국과 셋업(set up)하고, 연관된 커넥션 정보를 생성하기 위한 커넥션 정의 수단;
    상기 커넥션에 대해 대역폭을 할당하도록 상기 중계국을 돕기 위한 상기 커넥션 정보를 상기 중계국에 통지하기 위한 커넥션 통지 수단; 및
    상기 커넥션 정의 수단에 의해 정의되는 각각의 커넥션에 대해, 상기 중계국이 상기 가입자국에 대하여 그 가입자국으로부터 그 중계국에의 송신을 위한 대역폭을 상기 커넥션 정보에 기초하여 할당한 후에, 상기 중계국에 대하여 그 중계국으로부터 그 기지국에의 송신을 위한 대역폭을 할당하는 대역폭 할당 수단
    을 포함하는 기지국.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커넥션 정보는 상기 중계국에서의 대역폭 할당 타이밍에 대한 타이밍 정보를 포함하는 기지국.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 타이밍 정보는, 상기 중계국이 상기 커넥션에 대해 대역폭을 할당하는 시작 시간 및 상기 기지국이 상기 커넥션에 대해 대역폭을 할당하는 시작 시간을 포함하는 기지국.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 타이밍 정보는 상기 중계국에서의 대역폭 또는 추가의 대역폭의 할당을 위한 시간 간격을 포함하는 기지국.
  6. 데이터의 패킷들이 중계국을 거쳐 기지국과 복수의 가입자국 중 임의의 가입자국과의 사이의 커넥션들을 통해 송신되는 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 중계국으로서 - 상기 데이터의 패킷들은 각각 복수의 서비스 분류 중 하나에 따라 송신되고, 상기 기지국은 상기 가입자국에 의해 요구된 커넥션들을 승인하고, 상기 기지국에서의 가용 대역폭을 상기 승인된 커넥션들의 각각에 대해 그 서비스 분류들에 따라 할당함 -,
    상기 기지국에 의해 새로 승인된 커넥션과 연관된 커넥션 정보를 수신하기 위한 서비스 분류 판단 수단; 및
    상기 기지국이 그 중계국으로부터 그 기지국에의 송신을 위한 대역폭을 할당하기 전에, 상기 수신한 커넥션 정보에 기초하여, 상기 중계국의 커넥션에 상기 가입자국으로부터 그 중계국에의 송신을 위한 대역폭을 할당하는 대역폭 할당 수단
    을 포함하는 중계국.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 커넥션 정보는 상기 커넥션에 대한 대역폭을 할당하기 위한 상기 대역폭 할당 수단을 돕기 위한 타이밍 정보를 포함하는 중계국.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 타이밍 정보는 (i) 상기 중계국이 상기 커넥션에 대해 대역폭을 제공하는 시작 시간 및 (ii) 상기 중계국에서의 대역폭 또는 추가의 대역폭을 제공하기 위한 시간 간격 중 적어도 하나를 나타내는 것인 중계국.
  10. 데이터의 패킷들이 적어도 하나의 중계국을 거쳐 기지국과 가입자국 사이의 커넥션을 통해 송신되는 무선 통신 시스템으로서 - 상기 데이터의 패킷들은, 각각이 개별적인 QoS를 갖는 복수의 서비스 분류 중 하나에 따라 송신되고, 상기 시스템 내의 가용 대역폭은 이러한 복수의 커넥션들 중에서 그 서비스 분류들에 따라 공유됨 -,
    상기 기지국은 상기 서비스 분류들 중 하나를 갖는 상기 커넥션을 상기 가입자국과 셋업하고 연관된 커넥션 정보를 생성하기 위한 커넥션 정의 수단, 및 상기 커넥션 정의 수단에 의해 정의되는 각각의 커넥션에 대해, 상기 중계국이 상기 가입자국에 대하여 그 가입자국으로부터 그 중계국에의 송신을 위한 대역폭을 상기 커넥션 정보에 기초하여 할당한 후에, 상기 중계국에 대하여 그 중계국으로부터 그 기지국에의 송신을 위한 대역폭을 할당하는 기지국 대역폭 할당 수단을 포함하며;
    상기 중계국은, 상기 기지국이 그 중계국으로부터 그 기지국에의 송신을 위한 대역폭을 할당하기 전에, 상기 기지국으로부터 취득된 상기 커넥션 정보에 기초하여, 상기 중계국의 커넥션에 상기 가입자국으로부터 그 중계국에의 송신을 위한 대역폭을 할당하는 중계국 대역폭 할당 수단을 포함하는 무선 통신 시스템.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 기지국은 상기 커넥션 정보를 상기 중계국에 명시적으로 통지하도록 구성되는 무선 통신 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 중계국은 상기 커넥션 정보를 판단하기 위해 상기 가입자국에 대해 의도된 하나 또는 그 이상의 패킷들을 검사하기 위한 서비스 분류 판단 수단을 포함하는 무선 통신 시스템.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 커넥션 정보는 상기 중계국에서의 대역폭 할당 타이밍을 결정하는데 사용하기 위한 타이밍 정보를 포함하고, 상기 타이밍 정보는 상기 기지국의 상기 대역폭 할당 수단에 의해 사용되고, 상기 중계국에서의 처리 시간을 고려한 시간 지연만큼 수정되어, 상기 기지국과 중계국에서의 대역폭 할당이 동기화되도록 하는 무선 통신 시스템.
  15. 무선 통신 시스템의 서비스국(serving station)의 프로세서에 의해 실행되는 경우, 상기 서비스국으로 하여금 제1항에 따른 기지국 또는 제6항에 따른 중계국으로서 기능하게 하는 컴퓨터 소프트웨어가 기록된 컴퓨터 판독가능한 매체.
  16. 삭제
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