KR101087882B1 - 무선 데이터 네트워크에서의 전송을 스케쥴링하는 방법 및장치 - Google Patents

무선 데이터 네트워크에서의 전송을 스케쥴링하는 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

데이터 전송의 지연 가변성을 감소시키는 데이터 전송을 스케쥴링하는 방법 및 장치가 개시되어 있다. 스케쥴링 메트릭은 시스템내의 각각의 이동 단말기에 대한 TCP 처리량 속도에 따라서 계산된다. 사용자에 대한 이러한 메트릭의 상대적인 값은 그 사용자로부터의 데이터 전송을 스케쥴링하는데 사용된다. 결과적으로, TCP 타임아웃은 감소 또는 피하게 되며, 시스템 성능의 처리량 및 예측가능성은 증가된다.

Description

무선 데이터 네트워크에서의 전송을 스케쥴링하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SCHEDULING TRANSMISSIONS IN WIRELESS DATA NETWORKS}
도 1은 종래 기술의 무선 시스템을 도시하는 도면,
도 2는 도시된 종래 기술의 무선 통신 시스템의 전송 제어 프로토콜(TCP) 데이터 패킷의 이동을 도시하는 도면,
도 3은 도 2의 무선 통신 시스템내의 기지국 큐에 입력 및 출력하는 패킷의 흐름을 도시하는 도면,
도 4는 도 2의 무선 통신 시스템에 사용되는 전형적인 프로토콜을 도시하는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 예시적인 스케쥴링 프로세스의 흐름도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
101 : 이동 단말기 102 : 안테나
104 : 기지국 제어기 105 : 이동 스위칭 센터
115 : 네트워크 120 : 컴퓨터
본 발명은 무선 데이터 전송 시스템에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 이러한 시스템의 스케쥴러 성능의 개선에 관한 것이다.
무선 통신 시스템은 현대의 통신들이 점점 통합되는 측면으로 되고 있다. 서비스의 품질과 단말기 사용자의 만족을 확보하기 위해서, 충분한 리소스 할당 및 관리 전략이 필요하다. 다중 사용자 무선 데이터 시스템에서, 사용자에게 우선 순위를 부여하고 사용자와의 전송을 스케쥴링하는데 스케쥴링 알고리즘이 사용된다. 사용자 채널 조건이 매시간 변하는 이러한 시스템에 있어서, 이러한 스케쥴링 알고리즘은, 동시에 사용자 군간의 공평성을 확보하면서, 임의의 주어진 시간 프레임동안에 양호한 채널 조건을 가진 사용자에게 우선 순위를 부여함으로써, 채널 변동을 이용한다.
종래의 무선 네트워크는 본래 음성 트래픽을 가지고 있지만, 현세대 및 차세대 무선 네트워크는, 전송 제어 프로토콜(TCP) 등의 프로토콜을 이용한 데이터 애플리케이션의 보급의 증가로 인해, 점점 데이터 중심적으로 되고 있다. 이와 같이, 미래의 무선 네트워크는 점점 음성과 데이터 트래픽간의 리소스를 효과적으로 할당할 수 있어야 한다. 그러나, 데이터 애플리케이션이 종래의 음성 애플리케이션과는 트래픽 특성과 서비스 조건의 품질 측면에서 근본적으로 다르기 때문에, 이러한 효율성을 달성하는 것은 어려울 수 있다. 이러한 차이점은, 일반적으로, 음 성 애플리케이션이 네트워크 로딩과 무선 채널 품질과는 무관하게 일정한 전송 속도를 필요로 한다는 사실에서 유래한다. 이러한 음성 애플리케이션에서의 신뢰가능한 통신은, 역방향 채널 조건을 완화시키기 위해서, 전력 제어를 통해 일반적으로 달성된다. 한편, 데이터 애플리케이션에서, 단말기 사용자에 의해 인지되는 성능은 네트워크 계층 처리량, 접속을 개시하는 트랜잭션 시간 및 데이터를 전송하는 트랜잭션 시간과 상당히 관련되어 있다. 처리량과 데이터를 전송하는 트랜잭션 시간 둘다는 채널 품질, 네트워크 부하 및 리소스 할당(스케쥴링) 전략에 따라 다르다.
전형적으로, 데이터 애플리케이션은 음성 애플리케이션에 비해 지연에 많이 관대하며, 개선된 장기간 처리량 및 보다 큰 에너지 효율성을 달성하기 위해서, 약간의 지연 증가를 수용할 수 있다. 예를 들어, 이메일 통신은 음성 통신에 비해 전송 지연 및 중단에 대해 상당히 덜 민감하다. 유사하게, 인터넷 액세스 및 파일 전송은, 적당한 응답 시간과 적당한 평균 처리량이 유지되는 한, 버스티 통신 채널을 견딜 수 있다. 추가로, 음성 장치에 비해 데이터 장치 상에서 전형적으로 이용가능한 버퍼링 증가로 인해, 또한, 실질적인 단방향 통신 특성으로 인해, 데이터 애플리케이션을 스트리밍하면 음성 통신에 비해 데이터 중단에 대해 보다 큰 견고성을 나타낸다. 데이터 트래픽의 버스티 특성(전송중인 데이터 패킷은 버스트로 전송되는 경향이 있음)에 추가로, 데이터 트래픽의 상대적인 지연 허용은, 제한된 네트워크 리소스의 보다 큰 효율성을 달성하기 위해서 플렉시블 전송 스케쥴링 전략을 고려한다.
무선 데이터 시스템의 특정 수요를 충족시키기 위해, 몇몇 공지의 스케쥴링 전략은 다양한 조건의 영향을 받는 패킷 데이터 처리량을 최대화하는데 사용되어 왔다. 이러한 하나의 전략은 상이한 사용자의 상대적인 채널 품질에 기초하여 데이터 전송을 스케쥴링하는 것이다. 가장 단순하게, 이러한 전략은 최적의 순간 채널 품질을 가진 사용자를 스케쥴링하여, 전체 시스템 처리량을 최대화할 수 있다. 그러나, 이러한 전략은 약한 사용자가 전송을 위해 스케쥴링되는 것을 차단할 수 있는 효과를 가질 수 있고, 따라서, 사용자 군에 걸친 불공정성의 가능성을 야기할 수 있다.
시스템 성능과 사용자간의 공정성의 수용가능한 밸런스를 달성하기 위해서 리소스를 할당하는 것이 중요하다는 것이 널리 알려져 있다. 이러한 목적을 달성하는 공지의 알고리즘은, 예를 들어, CDMA 1X EV-DO 시스템에서 사용되는 비례 공정 알고리즘이다. 최적의 순간 채널 품질을 가진 사용자를 단순히 스케쥴링하는 것 대신에, 이러한 알고리즘은 상대적으로 약한 채널 조건을 가진 사용자가 그들의 채널 품질의 상대적인 세기에 비례하여 적절한 데이터 처리량을 수신할 수 있게 하는 공정한 방식으로 사용자를 스케쥴링한다. 비례 공정 알고리즘은 일반적으로, 그들의 상대적으로 약한 채널 품질에 근접한 전송을 위해 사용자를 스케쥴링함으로써 공정성을 달성한다. 결과적으로, 시스템 처리량은, 시스템에 사용자가 많을 수록, 적어도 하나의 사용자 채널 조건이 약한 값에 근접하게 될 가능성이 커진다는 사실로 인해, 증가하게 된다.
본 발명자는, TCP를 이용하는 무선 네트워크의 종래의 비례 공정 알고리즘의 성능이 여러 관점에서 바람직하지만, 이러한 알고리즘은 특정의 단점을 가지고 있다는 것을 알게 되었다. 특히, 이미 알고 있는 바와 같이, 비례 공정 알고리즘은, 사용자 인지 성능을 매우 자주 정의하는 TCP 계층과 같은 네트워크의 다른 계층에서 공정성 또는 효율성을 고려하도록 설계되지 않았다. TCP의 1차 목적은 네트워크의 이용가능 대역폭의 이용을 효율적으로 하는 것이며, 네트워크의 과부하(결과적으로 데이터 패킷을 손실함)를 차단하는 것이다. TCP 네트워크는, 패킷 손실이 검출될 때 사용자 전송 속도를 감소시킴으로써 사용자 전송을 조절함으로써, 이러한 목적을 달성한다. 이것은 패킷 손실이 네트워크 혼잡을 일반적으로 표시하기 때문에, 유선 TCP 네트워크에서 일반적으로 수용가능하며, 따라서, 이러한 조절이 적절하다. 그러나, 무선 네트워크에서, 패킷 손실 또는 예상되는 패킷 손실(예, 패킷이 특정 시간 후에 응답되지 않음)이 이러한 혼잡을 항상 야기하지 않는다. 예를 들어, 패킷이 기지국의 스케쥴러에 예를 들어 전송될 때, 패킷은, 비례 공정 알고리즘과 같은 스케쥴링 알고리즘에 의해 결정되는 단말기 사용자로의 무선 전송을 대기하면서, 큐에서 지연을 경험할 것이다. 특정의 이동 단말기의 연속적인 스케쥴링 시간간의 지연(상호 스케쥴링 지연)은 그 알고리즘에 의해 사용되는 기준에 따라 변할 수 있다. 이러한 지연의 가변성은 하이브리드 자동 반복 요청(HARQ) 기술(예를 들어, 데이터 스트림으로 재전송되는 패킷을 인터리빙하여, 추가적으로 전송 지연을 증가시킬 수 있음)과 같은 재전송 기술에 의존하는 무선 네트워크의 고 유 지연 가변성에 의해 악화된다. 결과적인 누적 지연 가변성은, 데이터 전송을 중단시키는 예상되는 패킷 손실로 인해, TCP 타임 아웃을 야기할 수 있다.
따라서, 본 발명자는 네트워크의 TCP 계층에서 비례하여 공정하며 데이터 전송의 지연 가변성을 감소시키는, 데이터 전송을 스케쥴링하기 위한 방법 및 장치를 발명하였다. 이러한 방법 및 장치는 시스템의 각각의 이동 단말기에 대한 TCP 처리량의 함수인 메트릭을 계산한다. 사용자에 있어서의 이러한 상대적인 메트릭 값은 그 사용자로부터의 데이터 전송을 스케쥴링하는데 사용된다. 결과적으로, TCP 타임 아웃은 감소 또는 회피되며, 처리량 및 시스템 성능의 예측가능성이 증가된다.
도 1은 본 발명이 실행될 수 있는 무선 통신 시스템의 실시예이며, 여기서, 예시적으로, 데이터 메시지는 이동 단말기(101)로 그리고 이동 단말기로부터 전송된다. 이동 단말기(101)는 안테나(102)에 신호를 전송함으로써 다른 통신 노드(예, 다른 이동 단말기 또는 통상적인 전화기)와 통신한다. 안테나(102)는 에어 인터페이스(109)를 통해 네트워크(115)로부터 이동 단말기(101)로 데이터 전송하고, 에어 인터페이스(108)를 통해 이동 단말기(101)로부터 데이터를 수신하여 네트워크(115)로 전송하는데 사용된다. 안테나(102)는 접속부(116)를 통해 예시적인 기지국(103)에 접속되고, 기지국(103)은 접속부(117)를 통해 예시적인 기지국 제어기(BSC)(104)에 접속된다. 당업자라면, 무선 시스템이 예시적인 BSC(104)와 같은 BSC를 이용하거나 이용하지 않을 수 있다는 것을 알 것이다. BSC(104)는 접속부(118)를 통해 이동 스위칭 센터(MSC)에 접속된다. 전형적으로 다수의 기지국 또는 기지국 제어기를 제어하는 MSC(105)는 다른 구성 요소와 함께, 제어 모듈(110)과 스위칭 네트워크(111)를 포함하며, 이들은 올바른 착신지에 도달하도록, 제어 신호를 네트워크의 다른 부분으로 출력하고, 입력 및 출력의 음성 및 데이터 메시지를 스위칭하는 기능을 한다. MSC(105)는, 무선 단말기(101)와 다른 통신 노드, 예를 들어 컴퓨터(120) 간의 예를 들어 인터넷(119)를 통한 데이터 통신을 용이하게 하기 위해서, 통신 경로(112, 113)를 통해 패킷 데이터 서빙 노드(PDSN)/인터워킹 작동부(IWF)(106)에 접속된다.
이동 단말기(101) 중 하나가 다른 통신 노드와의 호 접속을 확립하려고 시도하는 경우에, MSC(105)는, 이러한 시도가 이루어지고 있음을 표시하는 데이터 메시지를 기지국(103)과 BSC(104)를 통해 수신한다. 데이터 메시지를 수신하는 즉시, MSC(105)는 이동 단말기의 ID를 체크하고, 피호출 번호를 체크하고, PDSN/IWF(106)로의 출력 트렁크를 선택한다. 또한, MSC(105)는 이동 단말기용의 무선 채널을 선택하여, 이동 단말기에게 그 선택된 무선 채널과 동조하라고 지시하는 데이터 메시지를 셀 사이트로 전송한다. 이동 단말기로부터의 호가 아닌 이동 단말기로의 호인 경우에, MSC(105)는, MSC에 의해 페이징 메시지를 이동 단말기로 방송되도록 서비스되는 셀 사이트로, 데이터 메시지를 전송한다. 또한, MSC(105)는 하나의 셀 사이트로부터 다른 셀 사이트로의 핸드오프를 대응시켜, 호 접속 해제와 관련된 시그널링 기능을 제어한다.
상술한 바와 같이, 스케쥴링 알고리즘은 에어 인터페이스(109)를 통한 도 1의 컴퓨터(120)와 같은 송신기로부터 도 1의 네트워크내의 이동 단말기 사용자로의 전송을 스케쥴링하는데 사용된다. 이러한 알고리즘은 예를 들어, 데이터가 임시 저장되는 기지국의 큐로부터 데이터 전송의 시간 슬롯을 각각의 이동 단말기 사용자에 할당한다. 도 1을 다시 참조하면, 이러한 스케쥴링 기능은, 예시적으로, BS(103) 또는 BSC(104)내의 코드를 실행하는 컴퓨터 프로세서내의 회로에 의해 네트워크(115)내에서 전형적으로 실행된다. 당업자라면, 이러한 스케쥴링은 네트워크(115)내의 임의의 구성 요소에서 실행될 수 있다는 것을 알 것이다. 추가로, 당업자라면, 이러한 스케쥴링 알고리즘에서 필수적인 상이한 계산이 하나의 회로로 또는 개별적인 회로에 의해 수행되는 개별적인 계산으로 수행될 수 있다는 것을 또한 알 것이다.
상술하고 공지된 하나의 예시적인 스케쥴링 알고리즘은 비례 공정 알고리즘이다. 이러한 알고리즘은, 상대적으로 약한 사용자 지정 채널 품질에 근접하게 사용자 전송이 일어나도록 하는 방식으로, 사용자를 스케쥴링한다. 결과적으로, 시스템내에 사용자가 많을수록 적어도 하나의 사용자 채널 조건이 약한 값에 근접할 가능성이 많다는 사실로 인해, 시스템 처리량은 증가된다. 비례 공정 알고리즘에 따라서 사용자 i를 스케쥴링하는데 사용된 스케쥴링 메트릭
Figure 112004033921310-pat00001
은 다음과 같이 표현된다.
Figure 112004033921310-pat00002
여기서, n은 사용자 전송이 스케쥴링되는 타임슬롯이며, Ri[n]은 예를 들어, 비트/초 단위의 측정된 타임슬롯 n에서의 사용자 i의 최대 가능 전송 속도이며,
Figure 112004033921310-pat00003
은 타임슬롯 n-1을 포함하여 최대로 수신된 전송에 기초하여 계산된 사용자 i의 추정된 평활 평균 처리량(다시 한번, 예시적으로 비트/초 단위)이다. 사용자 i의 평균 처리량
Figure 112004033921310-pat00004
은 예를 들어 다음과 같이 계산된다.
Figure 112004033921310-pat00005
여기서, ω는 수학식 2의 다른 항에 일치되는 가중값을 조정하는 동조 파라미터이며, 예시적으로,
Figure 112004033921310-pat00006
이다. 사용자 i가 슬롯 n의 전송을 위해 스케쥴링되면, 함수 δi[n] = 1이며, 사용자 i가 슬롯 n의 전송을 위해 스케쥴링되지 않으며 δi[n] = 0이다. 그 다음, 비례 공정 스케쥴링 알고리즘은 그 타임슬롯에서의 전송을 위해 타임슬롯 n에서 가장 큰 스케쥴링 메트릭을 가진 사용자 i를 선택한다. 선택된 사용자의 전송 속도는 그 타임슬롯에서의 선택된 사용자의 최대 가능 전송 속도이다.
따라서, 수학식 1로 표현된 것과 같은 스케쥴링 메트릭을 이용한 비례 공정 알고리즘은, 부분적으로 과거의 전송 속도에 기초하여 현재의 추정 처리량에 대한 현재의 가능 전송 속도의 비율에 기초하여 사용자를 스케쥴링한다. 따라서, 이러한 메트릭은, 현재의 전송 속도/채널 조건이 자신의 과거 전송 속도/채널 조건에 비해 상대적으로 큰, 도 1의 사용자(101)와 같은 사용자로의 전송을 선호한다. 몇몇 시간동안에는 스케쥴링되지 않고, 결과적으로 평균 처리량이 다른 사용자에 비해 상당히 감소된 사용자를 선호한다. 따라서, 비례 공정 알고리즘의 이러한 구현예에서, 사용자 채널 조건이 최적에 근접할 때나, 그 사용자가 장기간동안 데이터 전송을 수신하지 않거나 스케쥴링되지 않았을 때에, 각각의 사용자(101)는 전송용의 타임 슬롯을 극적으로 수신할 것이다. 그러나, 각각의 사용자는 전송용의 슬롯을 수신하지만, 특정 사용자로부터의 연속적인 전송간의 지연은 다른 요인중에서 사용자 채널 조건의 가변성에 따라 크게 변할 수 있다. 이러한 전송 지연의 가변성을 이하에서는 상호 스케쥴링 지연 가변성이라 한다.
상술한 비례 공정 알고리즘은 여러 측면에서 바람직하며 무선 통신의 스케쥴링의 상당한 문제점을 해결하지만, 본 발명자는 전송 제어 프로토콜(TCP)을 이용하여 데이터를 전송하는 네트워크에서 비례 공정 스케쥴링 알고리즘을 사용하는 경우에 상당한 문제점이 발생한다는 것을 알게 되었다. 이러한 문제점은, 부분적으로 무선 스케쥴링 알고리즘의 상호 의존성으로 인한 것이며, TCP 프로토콜의 일부로서 사용되는 패킷 손실 검출 및 보상 메카니즘으로 인한 것이다.
TCP 프로토콜은 송신기로부터의 데이터 패킷을 전송하고 이들 데이터 패킷의 수신 응답을 착신지로부터 수신하는데 사용되는 상위 계층의 프로토콜이다. 도 1을 참조하면, TCP 프로토콜에 의해, 패킷은 예를 들어, 컴퓨터(120)로부터 한명의 사용자(101)로 전송될 수 있다. 이러한 전송을 확인하기 위해서, 각각의 패킷의 수신 응답이 착신지 사용자(101)로부터 컴퓨터(120)로 역 전송된다. 도 2는 송신기와 사용자간의 데이터 흐름을 도시하며, 여기서, TCP는 데이터 패킷의 전송용으로 사용되며, 그들의 수신 확인용으로 사용된다. 도면에서, 예시적으로 인터넷(202)에 접속된 컴퓨터 서버인 송신기(201)는 관련 안테나(207)를 가진 기지국(206)으로 경로를 따라 데이터 패킷을 전송한다. 무선 데이터 네트워크에서, 예를 들어, 경로(210)는 라우터(203), IWF(204) 및 MSC(205) 상의 경로일 수 있다. 데이터 패킷이 기지국(206)에 도달할 때, 데이터 패킷은, 예시적으로 기지국(206)에 위치한 스케쥴러가 이동 단말기(208)로의 데이터의 전송을 스케쥴링할 때까지 입력 데이터를 임시 보유하도록 설계된 큐에 입력된다. 전송이 스케쥴링되면, 데이터는 경로(212)를 따라 무선으로 이동 단말기(208) 및 단말기 사용자(여기서는, 예시적으로, 랩탑 컴퓨터)로 전송된다. 패킷이 성공적으로 수신되는 즉시, 단말기 사용자(209)는 응답(ACK) 통지를 경로(213)를 통해 송신기(201)로 전송함으로써 응답한다.
송신기(201)와 단말기 사용자(209)간의 전송의 가장 신뢰성있는 방법이 새로운 데이터 패킷을 전송하기 전에 각각의 데이터 패킷에 대한 ACK 패킷의 수신을 필요로 하지만, 이것은 데이터 처리량을 상당히 제한할 것이다. 따라서, 데이터가 성공적으로 수신되는 한(즉, 손실 패킷이 없을 때), TCP는 단말기 사용자로부터 ACK를 수신하기 전에 전송 "윈도우"에서 전송될 수 있는 패킷의 수(송신기에 의해 전송될 수 있는 패킷의 수)를 점차 증가시킨다. 예를 들어, 초기에, TCP는 윈도우 로 하나의 패킷만이 전송될 수 있다. 그 패킷에 대한 ACK가 수신될 때, TCP는 윈도우 사이즈를 2개의 패킷으로 2배로 할 수 있다. 그 다음, 연속적으로 수신된 ACK에 대하여, TCP는 전송 윈도우에서 전송될 수 있는 패킷의 수를 추가로 그 송신기의 처리량 한계치까지 2배로 할 수 있다. TCP 프로토콜은 패킷이 손실되었다고 결정될 때 다른 과정을 따른다. 예를 들어, 패킷의 수신에 대한 응답이 특정의 시간 임계치에 의해 도 2의 착신지 사용자(209)로부터 수신되지 않을 때, 패킷은 손실된 것으로 결정된다. 이 시간 임계치는, 일반적으로, 패킷이 송신기(201)에 의해 전송되는 시점부터 그 패킷에 대한 ACK가 송신기(201)에 의해 수신되는 시점까지의 최대 예측 라운드 트립 시간(RTT)을 기초로 한다. 이러한 RTT 임계치는 상이한 시스템 조건을 가능하게 하고 응답을 수신하는데 걸린 시간의 제한된 가변성을 허용하기 위해서 조정가능하다. 조정되면, 응답이 그 시간 임계치(허용된 가변성을 고려함)에 의해 수신되지 않은 패킷은 손실된 것으로 결정된다.
하나 이상의 패킷이 손실되었다고 결정되면, TCP는 이러한 손실을 2가지 방법, 즉, 프로토콜이 송신기(201)로부터 손실 패킷의 재전송을 요청할 수 있는 방법과, 프로토콜이 혼잡 제어를 실시할 수 있는 방법으로 보상한다. TCP 혼잡 제어가 사용되는 이유는, 종래의 유선 네트워크에서, 대부분의 패킷 손실이 네트워크 혼잡 또는 과부하의 직접적인 결과이기 때문이다. 따라서, 전형적으로, TCP 혼잡 제어는, 시스템의 데이터 트래픽을 제한하여 네트워크의 혼잡을 감소시키기 위해 송신기(201)로부터의 전송을 제한하거나 조정하는 것으로 구성된다. 이러한 조정은, 송신기(201)가 임의의 주어진 전송 윈도우에서 전송할 수 있는 패킷의 수를 감소시 킴으로써 달성되며, 그 결과, 시스템의 총 데이터 처리량을 줄인다. 당업자라면, 공지의 TCP 프로토콜의 동작이 상술한 명세서에서 설명된 것보다 더 상세하다는 것과, 이러한 상세한 설명이 사용되는 특정 버전의 TCP에 따라 변할 수 있다는 것을 알 것이다.
따라서, TCP는 검출된 패킷 손실이 네트워크 혼잡을 표시한다고 가정한다. 그러나, 비례 공정 스케쥴러를 가진 무선 데이터 네트워크에서, TCP에 의해 검출된 패킷 손실은 실제로 이러한 혼잡의 결과로 되지 않을 수 있다. 사실상, 검출된 손실은 실제 패킷 손실로 되지 않을 수도 있다. 대신에, 이러한 검출된 손실은 특정 패킷을 전송할 때의 과도한 지연으로 인한 것일 수 있다. 이들 지연의 하나의 주요 요인은 비례 공정 스케쥴링 알고리즘의 사용으로 발생하는 상술한 상호 스케쥴링 지연 가변성이다. 상술한 TCP 동작의 설명은 단순히 예시적이다. 상술한 바와 같이, 비례 공정 알고리즘은, 다른 요인중에서, 그 사용자의 채널 조건에 기초하여 사용자로의 전송을 스케쥴링한다. 채널 조건은 상당히 변할 수 있기 때문에(예를 들어, 사용자의 이동 또는 환경의 영향으로 인해), 사용자로의 연속적인 전송간의 상호 스케쥴링 지연은 상당히 가변할 수 있다. 따라서, 패킷 또는 패킷의 일부분이 상대적으로 큰 시간동안 사용자로의 전송을 위해 큐에서 대기할 수 있다. 따라서, 패킷이 송신기로부터 사용자에게 도달하고, 사용자가 송신기로 응답을 역으로 전송하는데 걸리는 총 RTT는 부분적으로 이러한 상호 스케쥴링 지연에 기초하여 직접적으로 변할 수 있다. 이러한 RTT가 응답의 수신에 대한 TCP RTT 임계치를 초과하면, TCP는 타임 아웃할 것이며, 상술한 재전송 및 혼잡 제어 과정을 실시할 것이 다. 도 3은 스케쥴링 알고리즘과 TCP 프로토콜간의 상호 작용이, 결과적으로, 패킷이 사실상 손실되지 않을 때에도, 손실된 패킷을 검출하는 방법에 대한 예시적인 흐름도이다. 도 3의 단계 301에서, 도 2의 송신기는 패킷 1-1을 전송한다. 1-1의 표시는 제 1 패킷의 초기 전송임을 표시한다. 단지 예시적인 용도로, 1-2의 표시는 패킷 1의 제 2 전송(재전송)을 표시할 수 있다. 단계 302에서, 패킷 1-1은 예를 들어, 도 2의 기지국(206)에서의 큐에 입력된다. 따라서, 박스 302a에 도시된 바와 같이, 패킷 1-1은 스케쥴링되어 도 2의 기지국(206)에 의해 도 2의 이동 단말기(208)로 전송된다. 단말기 사용자(209)에 의해 수신될 때, 그 사용자는 패킷 2의 전송을 요청하는 ACK로 응답한다. 단계 305에서, 패킷 1-1에 대한 ACK가 송신기에 의해 수신되어 패킷 1의 전송이 성공적이였음을 나타내기 때문에, TCP 프로토콜은 송신기(201)를 위한 전송 윈도우를 예시적으로 2개의 패킷으로 확대한다. 이와 같이, 송신기(201)는 패킷 2-1와 3-1을 전송한다. 단계 307에서, 이들 패킷은 기지국(206)에서 큐에 입력된다. 패킷 1-1이 이동 단말기에 의해 이미 전송되었기 때문에, 패킷 2-1과 3-1은, 블록 307a에 의해 표시된 바와 같이, 이 시점에 큐의 내용이다.
다음에, 단계 308에서, 상호 스케쥴링 지연에 의해 야기되는 지연이 패킷 2-1의 수신을 지연시키고, 또한 송신기로의 ACK의 역 전송을 지연시킬 수 있다. 이 경우에, 예시적으로, 상호 스케쥴링 지연은 TCP 라운드 트립 시간 임계치를 초과하는 충분한 길이이며, 따라서, 단계 309에서, TCP는 타임 아웃된다. 이러한 타임 아웃 조건의 결과로, 단계 310에서 TCP는 패킷 2와 3이 네트워크 혼잡으로 인해 손 실되었다고 결정하고, 따라서, 도 2의 송신기(201)용의 전송 윈도우를 축소시킴으로써 혼잡 제어를 실시한다. 단계 311에서, 송신기(201)는 TCP로부터의 요청에 응답하여 패킷 2를 재전송한다. 패킷 2가 전송되었던 제 2 시간이기 때문에, 이러한 패킷은 패킷 2-2로 표시된다. 단계 312에서, 패킷 2-2는 기지국(206)에서 큐에 입력되고, 따라서, 이 시점에, 박스(312a)에 도시된 바와 같이, 큐는 패킷 2-1(패킷 2의 제 1 전송), 패킷 3-1과 잘못 중복된 패킷 2-2를 보유한다. 이러한 중복은 추가적인 혼잡 제어를 야기하여, 시스템 처리량을 감소시킬 수 있다.
당업자라면 알 수 있는 바와 같이, TCP 타임아웃은, 패킷이 큐에 있는지에 대한 정보가 TCP에서 이용가능하다면 방지될 수 있다. 그러나, 기지국에서의 큐와 스케쥴러는 TCP와 네트워크에서 동일 계층에 있지 않다. 도 4는 도 2의 예시적인 네트워크 및, 네트워크의 구성 요소(201 - 209)간에 사용되는 여러 예시적인 프로토콜(401 - 405)을 도시한다. 도 4에서, 상술한 바와 같이, TCP 프로토콜은 송신기(201)로부터 이동 단말기(208)와 단말기 사용자(209)로 데이터를 전송하는데 사용된다. 그러나, 다른 공지의 프로토콜이 네트워크의 상이한 계층에서 사용되어 네트워크내의 다른 구성 요소간의 데이터 전송을 용이하게 한다. 예를 들어, 라우터(203)는, 단말기 사용자와의 전송을 위해 라인 402로 나타낸 공지의 인터넷 프로토콜(IP)을 이용한다. 유사하게, 인터워킹 작동부(IWF)는, 단말기 사용자와의 전송을 위해, 라인 403으로 나타낸 포인트 간 프로토콜(PPP)을 이용한다. 무선 네트워크 자체내에서, MSC와 이동 단말기는 라인 404로 나타낸 무선 링크 프로토콜(RLP)을 이용하여 제어 신호와 데이터를 통신한다. 최종적으로, 기지국(206)과 이 동 단말기(208)는 예를 들어, 공지의 IS2000(UMTS) 프로토콜을 이용한 매체 접근 제어(MAC) 계층으로 알려진 계층에 걸쳐서 데이터를 통신한다. 이러한 MAC 계층은 기지국 큐와 스케쥴러가 위치하는 계층이다. 따라서, 당업자라면 알 수 있는 바와 같이, MAC 계층과 TCP 계층간의 데이터 전송은 쉽게 이용가능한 것은 아니다.
본 발명자는 TCP 프로토콜을 이용하는 무선 데이터 네트워크에서 발생하는 상술한 처리량의 문제점의 원인이, 비례 공정 알고리즘이 MAC 계층에서만의 공정성 및 효율성을 확보하기 위해서 최적화되기 때문임을 알게 되었다. 공지된 비례 공정 알고리즘은 사용자 인지 성능을 매우 자주 정의하는 TCP 계층과 같은 네트워크내의 다른 계층에서의 공정성 또는 효율성을 고려하도록 설계되지 않았다. 따라서, 본 발명자는 부분적으로 MAC 계층 이외의 계층에서의 공정성에 기초하는 스케쥴링 알고리즘을 이용하는 것이 바람직함을 알게 되었다. 특히, 본 발명자는 TCP 처리량에 기초한 스케쥴링 알고리즘을 발명하였다. 이러한 알고리즘은 여전히 비례 공정인 것으로 고려되지만, MAC 계층 처리량이 아닌 TCP 처리량에 기초하고 TCP 계층에서의 확보한 공정성을 기초로 하여 비례 공정할 수 있다. TCP 처리량에 기초한 본 발명의 비례 공정 알고리즘을 이하에서는 TCP 비례 공정(TCP-PF) 알고리즘이라 한다.
무선 통신을 스케쥴링하는데 사용된 종래 기술의 비례 공정 알고리즘에서 스케쥴링 메트릭을 나타내는 수학식 1을 다시 참조하면, 항
Figure 112004033921310-pat00007
는 타임슬롯 n을 포함하여 최대로 사용자 i에 의해 수신된 평균 처리량을 나타낸다. 그러나, 이러한 처리량은 TCP 계층에서의 처리량이 아니고, 대신에, MAC 계층에서의 처리량이다. 단 지 MAC 계층만이 아닌 TCP 계층의 처리량을 고려한 TCP-PF 알고리즘에 따라서 사용자 i를 스케쥴링하는데 사용된 스케쥴링 메트릭
Figure 112004033921310-pat00008
은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112004033921310-pat00009
여기서, n은 사용자 전송이 스케쥴링되는 타임슬롯이며, Ri[n]는, 본 명세서에 설명된 실시예에서, 예를 들어, 비트/초 단위로 측정된 타임 슬롯 n에서의 사용자 i에 대한 최대 가능 전송 속도 등의 원하는 전송 속도이다. 당업자라면, 임의 적절한 전송 속도가 스케쥴링 동작에서 사용하기 위해 동일한 효과를 낼 수 있다는 것을 알 것이다. 수학식 3의
Figure 112004033921310-pat00010
은 타임아웃 n-1을 포함하여 최대의 스케쥴링된 전송에 기초한 타임슬롯 n에서 추정된 사용자 i의 평활 평균 TCP 처리량이다. TCP 처리량
Figure 112004033921310-pat00011
에 대한 표현은, 혼잡 제어 메카니즘의 역학, 라운드 트립 시간(RTT) 및 상술한 IP, PPP, 및 다른 프로토콜 등의 하위 계층 프로토콜과의 상호 작용 등의 몇몇 변수에 따라 다르기 때문에, 획득하기 어렵다. 그러나, TCP 데이터 전송의 상대적으로 긴 주기동안에, TCP 처리량은 a) 혼잡 제어 전송 윈도우(상술함)의 사이즈와 b) 평균 RTT(즉, 패킷의 평균 시스템 시간)의 비율에 따라서 근접하게 근사화된다. 패킷의 시스템 시간은 패킷이 도 2의 송신기(201)과 같은 송신기에 의해 전송되는 시점부터 패킷이 도 2의 사용자(209)와 같은 사용자에 의해 수신될 때까지 걸리는 시간이다. 혼잡 제어 전송 윈도우는, 보다 큰 MAC 처리량이 송신기에 의해 전송되는 상당수의 패킷과 송신기에 의해 수신된 응답으로 변환되기 때문에, 수학식 2의 MAC 계층 처리량 Ai에 비례하는 것으로 구해질 수 있고, 또한, 그 결과 TCP 혼잡 윈도우가 상당히 증가할 수 있다. 따라서, TCP 처리량은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112004033921310-pat00012
여기서,
Figure 112004033921310-pat00013
는 타임슬롯 n-1 동안의 사용자 i의 MAC 계층 처리량이며,
Figure 112004033921310-pat00014
는 시간 N에서 추정된 사용자 i의 패킷의 평균 시스템 시간이다. 따라서, 수학식 3의 스케쥴링 메트릭은 다음과 같이 재표현될 수 있다.
Figure 112004033921310-pat00015
따라서, TCP-PF 알고리즘에서 사용하기 위한 메트릭은, 사용자 i에 있어서, 최대 가능 전송 속도 Ri[n], MAC 계층 처리량
Figure 112004033921310-pat00016
과 사용자의 패킷의 시스템 시간
Figure 112004033921310-pat00017
이 기지의 값이거나 근접 추정되면, 추정될 수 있다. MAC 계층 처리량이 수학식 2에 따라서 쉽게 이용가능하지만, 시스템 시간은 에어 인터페이스를 통한 패킷의 대기 시간, 스케쥴링 시간 및 전송 시간과, TCP 송신기와 역송(backhaul) 네트워크의 프로세싱 및 버퍼링 지연과, 배선 네트워크에서의 전송 지연을 포함한 몇몇 성분의 총 합이기 때문에, 패킷의 총 평균 시스템 시간은 추정하기 어렵다. 그러나, 역송 네트워크와 관련된 시스템 시간의 성분은 스케쥴링 큐에서의 대기 및 스 케쥴링 시간에 비해 상당히 작은 것으로 가정될 수 있으며, 따라서, 이들 역송 네트워크 성분은 무시될 수 있다. 전송을 위해 패킷은 세그먼트로 분리되기 때문에, 패킷의 시스템 시간은, 패킷의 제 1 세그먼트가 시스템에 입력될 때부터 패킷의 최종 세그먼트가 단말기 사용자에게 전송되는 시점까지 걸리는 시간에 따라서 근사화될 수 있다. 따라서, 패킷의 총 평균 시스템 시간 Tp는 다음과 같이 근사화될 수 있다.
Figure 112004033921310-pat00018
여기서, Ns는 큐에서 대기하는 세그먼트의 수이며, S는 현재 서비스되는 세그먼트의 남은 서비스 시간(즉, 현재 서비스되고 있는 패킷의 세그먼트의 서비스를 서버가 종료하는데 필요한 시간)이며,
Figure 112004033921310-pat00019
는 패킷 세그먼트의 평균 서비스 시간이며,
Figure 112004033921310-pat00020
는 하나의 세그먼트로의 서비스의 종료와 다음의 연속적인 세그먼트의 서비스의 개시 사이의 서버에 의해 걸리는 평균 시간이며,
Figure 112004033921310-pat00021
는 패킷내의 세그먼트의 평균 개수이며,
Figure 112004033921310-pat00022
는 큐내의 모든 세그먼트를 전송하는데 필요한 총 평균 시간이다. 항
Figure 112004033921310-pat00023
은
Figure 112004033921310-pat00024
로서 표현될 수 있으며, 여기서, MAC 계층에서의 평균 큐 사이즈 Ｑi는 평균 MAC 처리량 Ai로 제산된다. 항
Figure 112004033921310-pat00025
은, 일반적인 경우에 그러하듯이, 버퍼내의 세그먼트의 평균 개수가 TCP 패킷 당 세그먼트의 개수보다 큰 경우에, 무시될 수 있다. 추가로, 마지막 항
Figure 112004033921310-pat00026
는, 일반적인 경우에 그러하듯이, 시스템내에 상당수의 사용자가 있는 한, 다른 항에 비해 상당히 작기 때문에 무시될 수 있다.
이러한 이유로, 패킷의 총 시스템 시간은 네트워크의 무선 부분에서의 패킷의 총 시스템 시간에 의해 근접하게 근사화되고 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112004033921310-pat00027
여기서,
Figure 112004033921310-pat00028
는 평균 MAC 처리량(수학식 2에서 계산됨)이며, Qi는 사용자 i에 대한 평균 큐 사이즈이다. 시스템내의 사용자 수(M)는 상당히 크기 때문에, 수학식 7의 남은 서비스 시간(S)은 다음과 같이 추정될 수 있다.
Figure 112004033921310-pat00029
여기서, ρ는 λp가 초당 패킷으로 측정된 큐로의 패킷의 도달 속도인
Figure 112004033921310-pat00030
에 따라서 계산된 이용 계수이며, 다른 항들은 이미 설명된 것이다. 항
Figure 112004033921310-pat00031
은 상호 스케쥴링 간격의 제곱 평균이며, 이하에서는 상호 스케쥴링 간격의 제 2 모멘트라고 칭한다.
따라서, TCP-PC 알고리즘에 대한 수학식 5의 스케쥴링 메트릭은 다음과 같이 재표현될 수 있다.
Figure 112004033921310-pat00032
온라인 동작동안에 사용자 전송을 스케쥴링하는데 사용될 때, 평균 MAC 처리량은
Figure 112004033921310-pat00033
에 의해 추정되며, 평균 MAC 큐 사이즈 Qi는 타임스롯 n에서의 평활 평균 큐 사이즈 Qi[n]에 의해 추정된다.
Figure 112004033921310-pat00034
여기서,
Figure 112004033921310-pat00035
는 타임 슬롯 n에서의 사용자 i의 순간 큐 사이즈이며, ω는 상술된 바와 유사한 지수 가중 계수이며, Qi[n-1]는 타임슬롯 n-1에서 계산된 사용자 i의 평활 평균 큐 사이즈이다. 추가적으로, 온라인 동작에 사용될 때, 수학식 9의 평균 상호 스케쥴링 간격
Figure 112004033921310-pat00036
은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112004033921310-pat00037
여기서, α는 평균 상호 스케쥴링 간격이 추정되는 시간 스케일을 제어하는데 사용되는 0과 1사이의 동조 파라미터이며,
Figure 112004033921310-pat00038
은 사용자 i가 최종적으로 스케쥴링되었기 때문에, 타임슬롯 n에서 측정된 경과 시간이며,
Figure 112004033921310-pat00039
은 제 j 전송에서 사용자 i의 과거 상호 스케쥴링 간격의 평활 평균이다.
수학식 9에서 사용된 상호 스케쥴링 간격의 제 2 모멘트
Figure 112004033921310-pat00040
은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112004033921310-pat00041
여기서, 수학식 11의 변수 α와 유사한 β은, 상호 스케쥴링 간격의 제 2 모멘트가 평균화되는 시간 스케일을 제어하는데 사용된 0과 1사이의 동조 파라미터이며,
Figure 112004033921310-pat00042
은 과거의 상호 스케쥴링 간격의 제 1 모멘트의 평활값이다. 수학식 11과 12에서, α와 β는 큰 상호 스케쥴링 간격의 순간적인 변화와 균형을 이루는 평균 상호 스케쥴링 간격의 장기간 효과에 적절한 가중치를 부여하도록 동조될 수 있다. 이러한 동조의 하나의 목적은 패킷이 오랜 시간동안 대기하였던 사용자에게 우선 순위를 부여하여 TCP 타임아웃을 피할 수 있게 하는 것이다. 바람직하게, α는 β(예를 들어, β= 0.5)와 비교하여 상대적으로 커야 한다(예를 들어, α=0.9). 당업자라면 α와 β에 대한 다른 값이 선택되어 시스템 역학에 따라 동일하게 바람직한 결과를 제공할 수 있다.
또한, 수학식 11과 12에서, 상호 스케쥴링 간격의 평활의 평균 이력값
Figure 112004033921310-pat00043
과 제 2 모멘트
Figure 112004033921310-pat00044
은 스케쥴링 결정이 이루어지고 각각이 다음과 같이 표현된 후에 갱신된다.
Figure 112004033921310-pat00045
Figure 112004033921310-pat00046
여기서,
Figure 112004033921310-pat00047
은 전송 j에서의 사용자 i의 상호 스케쥴링 간격(즉, 그 특정 사용자의 전송 j-1와 전송 j사이의 경과된 시간)이며,
Figure 112004033921310-pat00048
와
Figure 112004033921310-pat00049
는 각각 상호 스케쥴링 간격의 평균 및 제 2 모멘트의 사용자 i의 j-1 전송에서의 평활 이력값이다.
따라서, TCP-PE 알고리즘의 수학식 9의 스케쥴링 메트릭은 상술한 항을 이용하여 다음과 같이 재표현될 수 있다.
Figure 112004033921310-pat00050
당업자라면, 수학식 15가 수학식 3의 TCP 처리량 Γi를 부분적으로 기초로 하지만, 수학식 15내의 모든 항이 MAC 계층에서는 기지의 값이거나 그 계층에서 이용가능한 정보를 기초로 하여 계산될 수 있다는 것을 알 것이다. 따라서, 수학식 15의 스케쥴링 메트릭은, TCP 계층에서만 이용가능한 정보를 필요로 하지 않고, TCP 비례 공정 방식으로 사용자용의 전송을 스케쥴링할 수 있다. 따라서, TCP 처리량은 개선되고 스케쥴링 지연과 TCP 타임아웃과 관련된 상술한 문제점이 상당히 제거된다.
도 5는 본 발명의 이론에 따라서 복수의 이동 단말기 사용자로의 전송을 스케쥴링하는 예시적인 방법에 대한 단계를 도시한다. 당업자라면, 예를 들어, 도 5의 흐름도로 나타낸 단계들은 프로세서 상에서 실행되는 소프트웨어에 의해 예시적으로 실행될 수 있다는 것을 알 것이다. 이러한 프로세서는 도 1의 네트워크(115)의 MSC, BS, 또는 다른 구성 요소내에 예시적으로 배치될 수 있다. 도 5의 단계 501에서, 스케쥴링 결정이 필요한 지를 결정한다. 그렇지 않다면, 스케쥴링 시스템은 이러한 결정이 필요할 때까지 대기한다. 결정이 필요하다면, 단계 502에서, 사용자 i에 대한 최대 가능 전송 속도가 결정된다. 다음에, 단계 503에서, 각각의 사용자 i에 대한 TCP 처리량은 수학식 4 내지 15를 참조하여 상술한 바와 같이 근사화된다. 당업자라면, TCP 처리량에 대한 이산값을 구하는 것은 실제로는 필요하지 않다는 것을 알 것이다. 대신에, 수학식 15에서 설명된 바와 같이, 근사치의 TCP 처리량을 구성하는 개별적인 변수가 계산되어 스케쥴링 메트릭에 직접 사용될 수 있다. 다음에, 단계 504에서, 각각의 사용자에 대한 스케쥴링 메트릭은 각각의 사용자에 대한 최대 가능 전송 속도(단계 502에서 결정됨)를 각각의 사용자에 대한 TCP 처리량(단계 503에서 근사화됨)으로 제산함으로써 계산된다. 단계 505에서, 모든 사용자에 대한 계산된 메트릭이 비교되고, 가장 높은 계산된 메트릭을 가진 사용자가 전송을 위해 스케쥴링된다. 마지막으로, 단계 506에서, 시스템 동작이 계속중인지를 판단한다. 계속중이면, 단계 501로 되돌아가서 스케쥴링 결정이 필요한지를 결정한다. 그렇지 않다면, 시스템 동작이 다시 시작할 때까지 프로세스는 종료된다.
상술한 설명은 본 발명의 사상을 단순히 설명하고 있다. 따라서, 당업자라면, 본 명세서에서 명확하게 설명되거나 도시되어 있지 않지만, 본 발명의 이론을 구현하고 본 발명의 범위와 사상내에 있는 다양한 구조를 개조할 수 있다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 상술한 실시예는 무선 네트워크를 기준으로 하지만, 당업자라면, 이들 실시예가, 사용자와의 전송을 스케쥴링하여 그 전송에 우선 순위를 부여하는 배선 네트워크 등의 다른 네트워크에 동등하게 적용될 수 있다는 것을 알 것이다. 또한, 본 명세서에서 설명된 모든 예와 조건어는 본 발명의 이론을 이해할 때 돕기 위해서 단지 교육용으로 되어 있으며, 이러한 특별히 언급된 예와 조건 에 제한없이 이루어진 것으로서 해석될 수 있다. 또한, 그 특정 예뿐만 아니라, 본 발명의 형태와 실시예를 설명한 모든 문장은 기능적으로 동일한 것을 포함하는 것으로 되어 있다.
본 발명에 따르면, 데이터 전송의 지연 가변성을 감소시키는 데이터 전송을 스케쥴링하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 기지국과 복수의 이동 단말기간의 무선 통신 시스템에서의 데이터 전송을 스케쥴링하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 이동 단말기 중 각각의 이동 단말기에 대한 스케쥴링 메트릭(scheduling metric)의 값을 계산하는 단계 - 상기 스케쥴링 메트릭은 상기 이동 단말기의 각각에 대한 전송 제어 프로토콜(TCP) 처리량을 나타내고, 상기 스케쥴링 메트릭은 RiQi/Ai의 함수이며, Qi는 상기 무선 통신 시스템의 매체 액세스 제어(MAC) 계층에서 사용자(i)에 대한 큐(queue)의 평균 사이즈이고, Ai는 상기 무선 통신 시스템에서 상기 사용자(i)에 대한 평균 MAC 계층 처리량이며, Ri는 상기 무선 통신 시스템에서 상기 사용자(i)에 대한 원하는 전송 속도(transmission rate)임 - 와,
    상기 기지국과 상기 이동 단말기간의 전송을 상기 스케쥴링 메트릭의 상기 계산된 값에 따라서 스케쥴링하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스케쥴링하는 단계는,
    각각의 이동 단말기에 대한 상기 스케쥴링 메트릭의 계산된 값들을 비교하는 단계와,
    상기 스케쥴링 메트릭의 최대 값(highest value)을 가진 이동 단말기와 상기 기지국 간의 데이터 전송을 스케쥴링하는 단계
    를 포함하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스케쥴링 메트릭은 상기 무선 통신 시스템 내의 매체 액세스 제어층에서 이용가능한 정보만을 이용하여 각각의 이동 단말기에 대해 계산되는
    방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스케쥴링 메트릭은,
    상기 무선 통신 시스템 내의 큐를 서비스할 때의 상호 스케쥴링 지연과,
    상기 상호 스케쥴링 지연의 제곱의 평균 중 적어도 하나의 함수인
    방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스케쥴링 메트릭은,
    상기 무선 통신 시스템 내의 큐의 사이즈와,
    상기 무선 통신 시스템 내의 사용자와 관련된 원하는 전송 속도와,
    상기 무선 통신 시스템 내의 네트워크 프로토콜 계층에서의 데이터 처리량 중 적어도 하나의 함수인
    방법.
  6. 기지국과 복수의 이동 단말기간의 무선 통신 시스템에서의 데이터 전송을 스케쥴링하는데 사용하기 위한 장치에 있어서,
    상기 복수의 이동 단말기 중 각각의 이동 단말기에 대한 스케쥴링 메트릭의 값을 계산하는 제 1 회로 - 상기 스케쥴링 메트릭은 상기 이동 단말기의 각각에 대한 전송 제어 프로토콜(TCP) 처리량을 나타내고, 상기 스케쥴링 메트릭은 RiQi/Ai의 함수이며, Qi는 상기 무선 통신 시스템의 매체 액세스 제어(MAC) 계층에서 사용자(i)에 대한 큐(queue)의 평균 사이즈이고, Ai는 상기 무선 통신 시스템에서 상기 사용자(i)에 대한 평균 MAC 계층 처리량이며, Ri는 상기 무선 통신 시스템에서 상기 사용자(i)에 대한 원하는 전송 속도(transmission rate)임 - 와,
    상기 기지국과 상기 이동 단말기간의 전송을 스케쥴링 메트릭의 상기 계산된 값에 따라서 스케쥴링하는 제 2 회로
    를 포함하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 회로와 상기 제 2 회로는 동일 회로를 포함하는 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    각각의 이동 단말기에 대한 상기 스케쥴링 메트릭의 계산된 값들을 비교하는 제 3 회로를 더 포함하되,
    상기 제 2 회로는 상기 스케쥴링 메트릭의 최대 값을 가진 이동 단말기와 상기 기지국 간의 데이터 전송을 스케쥴링하는
    장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 스케쥴링 메트릭은,
    상기 무선 통신 시스템 내의 큐를 서비스할 때의 상호 스케쥴링 지연과,
    상기 상호 스케쥴링 지연의 제곱의 평균 중 적어도 하나의 함수인
    장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스케쥴링 메트릭은,
    상기 무선 통신 시스템 내의 큐의 사이즈와,
    상기 무선 통신 시스템 내의 사용자와 관련된 원하는 전송 속도와,
    상기 무선 통신 시스템 내의 네트워크 프로토콜 계층에서의 데이터 처리량 중 적어도 하나의 함수인
    장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9546811B2 (en) 2011-09-19 2017-01-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Indicating device and refrigerator having the same

Families Citing this family (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3751265B2 (ja) * 2002-06-20 2006-03-01 松下電器産業株式会社 無線通信システムおよびスケジューリング方法
US8107885B2 (en) * 2002-10-30 2012-01-31 Motorola Mobility, Inc. Method and apparatus for providing a distributed architecture digital wireless communication system
US7860074B2 (en) * 2003-07-31 2010-12-28 Motorola, Inc. Method and apparatus for allocating communication resources
GB0323246D0 (en) * 2003-10-03 2003-11-05 Fujitsu Ltd Virtually centralized uplink scheduling
GB2408419B (en) * 2003-11-21 2006-02-22 Motorola Inc Communications power control
US7720042B2 (en) * 2004-04-02 2010-05-18 Lg Electronics Inc. Method for transmitting and receiving data signal in MIMO system
JP4509177B2 (ja) * 2004-05-05 2010-07-21 クゥアルコム・インコーポレイテッド 無線通信システムにおける適応型遅延管理のための方法及び装置
US8331377B2 (en) 2004-05-05 2012-12-11 Qualcomm Incorporated Distributed forward link schedulers for multi-carrier communication systems
US7975064B2 (en) * 2004-09-16 2011-07-05 International Business Machines Corporation Envelope packet architecture for broadband engine
KR100751101B1 (ko) * 2004-11-05 2007-08-22 주식회사 팬택앤큐리텔 이동통신 단말기에 할당된 ｉｐ 관리 시스템 및 방법
US7821924B2 (en) * 2004-11-18 2010-10-26 Alcatel-Lucent Usa Inc. Method and apparatus for timeout reduction and improved wireless network performance by delay injection
US20060209882A1 (en) * 2005-02-28 2006-09-21 Seung-Jae Han Method for vertical handoff in a hierarchical network
US8495244B2 (en) * 2005-06-29 2013-07-23 Jumpstart Wireless Corporation System and method for dynamic automatic communication path selection, distributed device synchronization and task delegation
US20070002750A1 (en) * 2005-07-01 2007-01-04 Nec Laboratories America, Inc. Generic Real Time Scheduler for Wireless Packet Data Systems
GB0516296D0 (en) * 2005-08-08 2005-09-14 Nokia Corp Packet scheduler
KR100651261B1 (ko) * 2005-08-29 2006-11-29 연세대학교 산학협력단 다중 홉으로 구성된 무선망에서 지연 시간 차별화 스케줄링장치 및 그 방법과 이를 구현하기 위한 프로그램을 기록한기록매체
CN100421389C (zh) * 2005-11-10 2008-09-24 华为技术有限公司 一种设备管理中定制任务处理方法
KR100717963B1 (ko) * 2005-12-28 2007-05-14 전자부품연구원 Ｒｓｅ와 ｏｂｅ 간의 혼잡 회피 방법
CN101009928B (zh) * 2006-01-27 2012-09-26 朗迅科技公司 一种用于无线电资源管理的模糊逻辑调度器
JP4501893B2 (ja) * 2006-04-24 2010-07-14 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよび車両
WO2007129626A1 (ja) * 2006-05-01 2007-11-15 Ntt Docomo, Inc. 基地局、移動局及び通信方法
US8228920B2 (en) * 2006-05-01 2012-07-24 Agere Systems Inc. High-throughput scheduler with guaranteed fairness for wireless networks and other applications
US20070291797A1 (en) * 2006-06-19 2007-12-20 Rao Anil M Method of packet data transmission
EP2095550B1 (en) * 2006-08-22 2018-10-03 Juniper Networks, Inc. Apparatus and method of synchronizing distribution of packet services across a distributed network
US8320248B2 (en) * 2006-09-13 2012-11-27 Broadcom Corporation Method and system for communicating data in xDSL using data retransmission
US8381055B2 (en) 2006-09-13 2013-02-19 Broadcom Corporation System for communicating data in xDSL using data retransmission
US8315616B2 (en) * 2006-10-24 2012-11-20 International Business Machines Corporation Mobile device solution that provides enhanced user control for outgoing data handling
US9286375B2 (en) * 2007-02-06 2016-03-15 Red Hat, Inc. Linked lightweight directory access protocol (LDAP) attributes
US20080273677A1 (en) * 2007-05-01 2008-11-06 Nicholas Alfano Method and System for Communicating and Displaying Data With a Voice Call
KR100990366B1 (ko) 2007-12-10 2010-10-29 광주과학기술원 무선 네트워크에서의 패킷 전송 스케줄링 방법과 그를이용한 패킷 전송 방법
US8514792B2 (en) * 2008-06-13 2013-08-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Mobile station, base station, and method for uplink service
US20100008248A1 (en) * 2008-07-08 2010-01-14 Barry Constantine Network tester for real-time measuring of tcp throughput
US8381057B2 (en) * 2008-08-04 2013-02-19 Broadcom Corporation Seamless change of retransmission and rescheduling queues in a communication system
US8325623B1 (en) * 2010-02-16 2012-12-04 Google Inc. System and method for reducing latency during data transmissions over a network
WO2011160002A2 (en) * 2010-06-17 2011-12-22 Velocent Systems Incorporated Determining an average effective data throughput as corresponds to a network-served end user
US9240950B2 (en) * 2011-03-23 2016-01-19 Hughes Network Systems, Llc System and method for providing quality of service over dedicated local loop networks
US9716659B2 (en) 2011-03-23 2017-07-25 Hughes Network Systems, Llc System and method for providing improved quality of service over broadband networks
US10637782B2 (en) 2011-03-23 2020-04-28 Hughes Network Systems, Llc System and method for policy-based multipath WAN transports for improved quality of service over broadband networks
CN102932274B (zh) * 2011-08-11 2015-12-09 中磊电子（苏州）有限公司 路由器的带宽控制方法
EP2627140B1 (en) * 2012-02-09 2015-09-16 Alcatel Lucent A method for scheduling of radio resources to user terminals of different network operators, and a base station therefor
JP5991093B2 (ja) * 2012-09-06 2016-09-14 富士通株式会社 無線通信システム、無線基地局及び通信制御方法
KR101452589B1 (ko) 2012-11-22 2014-10-22 서울대학교산학협력단 단말기의 장기 전송률 예측 방법 및 장치
KR102348214B1 (ko) * 2015-05-28 2022-01-07 삼성전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 스케줄링 방법 및 장치
WO2016195125A1 (ko) * 2015-05-29 2016-12-08 진양공업주식회사 동시 송신 회피를 위한 데이터 중계 시스템
US10630749B2 (en) 2015-08-14 2020-04-21 Cisco Technology, Inc. Timely delivery of real-time media problem when TCP must be used
JP6834140B2 (ja) 2016-02-17 2021-02-24 富士通株式会社 情報配信システム、情報配信プログラム、情報配信方法および情報配信装置
ES2882074T3 (es) * 2018-03-19 2021-12-01 Deutsche Telekom Ag Técnicas para la planificación de tráfico de datos de ruta múltiple
US11277326B2 (en) 2020-03-31 2022-03-15 Netflix, Inc. Techniques for detecting changes to circuit delays in telecommunications networks
CN113891276B (zh) * 2021-10-26 2023-05-26 重庆邮电大学 基于信息年龄的混合更新工业无线传感器网络调度方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000035662A (ko) * 1998-11-24 2000-06-26 루센트 테크놀러지스 인크 패킷기반의 통신네트워크 설계 방법 및 장치와 제조품
JP2000341292A (ja) * 1999-05-28 2000-12-08 Toshiba Corp パケット通信システム、このパケット通信システムに用いられる基地局装置及び端末装置
JP2001320411A (ja) * 2000-05-11 2001-11-16 Mitsubishi Electric Corp 無線帯域優先割当方法
JP2002010341A (ja) * 2000-04-17 2002-01-11 Hitachi Ltd 移動体通信システム、移動端末、基地局制御装置及びパケットデータサービスノード
KR20020027214A (ko) * 2000-10-02 2002-04-13 추후보정 무선 자원할당 방법, 통신 장치 및 통신 시스템
KR20020064985A (ko) * 2000-01-07 2002-08-10 콸콤 인코포레이티드 통신 시스템에서 자원을 할당하는 시스템
US20030084175A1 (en) * 2001-11-01 2003-05-01 Microsoft Corporation Method and framework for processing network communication protocol timers
KR20030048240A (ko) * 2001-12-11 2003-06-19 삼성전자주식회사 이동통신시스템에서 서비스 품질에 따른 데이터 패킷의 스케줄링 방법 및 장치

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09214459A (ja) * 1996-01-31 1997-08-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Ｔｄｍａ通信方式
JP2000307586A (ja) * 1999-04-15 2000-11-02 Toshiba Corp パケット通信システムのアクセス制御方法及びこのパケット通信システムに用いられる基地局装置
JP3844693B2 (ja) * 2002-01-16 2006-11-15 Ｋｄｄｉ株式会社 Ｔｃｐスループット算出方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000035662A (ko) * 1998-11-24 2000-06-26 루센트 테크놀러지스 인크 패킷기반의 통신네트워크 설계 방법 및 장치와 제조품
JP2000341292A (ja) * 1999-05-28 2000-12-08 Toshiba Corp パケット通信システム、このパケット通信システムに用いられる基地局装置及び端末装置
KR20020064985A (ko) * 2000-01-07 2002-08-10 콸콤 인코포레이티드 통신 시스템에서 자원을 할당하는 시스템
JP2002010341A (ja) * 2000-04-17 2002-01-11 Hitachi Ltd 移動体通信システム、移動端末、基地局制御装置及びパケットデータサービスノード
JP2001320411A (ja) * 2000-05-11 2001-11-16 Mitsubishi Electric Corp 無線帯域優先割当方法
KR20020027214A (ko) * 2000-10-02 2002-04-13 추후보정 무선 자원할당 방법, 통신 장치 및 통신 시스템
US20030084175A1 (en) * 2001-11-01 2003-05-01 Microsoft Corporation Method and framework for processing network communication protocol timers
KR20030048240A (ko) * 2001-12-11 2003-06-19 삼성전자주식회사 이동통신시스템에서 서비스 품질에 따른 데이터 패킷의 스케줄링 방법 및 장치

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Data Throughput of CDMA-HDR a High Efficiency-High Data Rate Personal Communication Wireress System (2000) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9546811B2 (en) 2011-09-19 2017-01-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Indicating device and refrigerator having the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005057757A (ja) 2005-03-03
JP2012019531A (ja) 2012-01-26
US20050025090A1 (en) 2005-02-03
KR20050014705A (ko) 2005-02-07
US7283814B2 (en) 2007-10-16
JP4897203B2 (ja) 2012-03-14

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