KR101203867B1 - Method of performing scheduling in wired or wireless communications system and scheduler therefor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 통신 시스템에서의 스케쥴링(scheduling) 수행 방법 및 그 스케쥴러에 관한 것이다. 본 발명에 따른 통신 시스템에서의 스케쥴링 수행 방법은, 통신 시스템에서 적어도 둘 이상의 단말로의 서비스 제공을 위한 스케쥴링 수행 방법에 있어서, 각 단말별 우선순위에 따라 미분의 높이가 가변되는 효용함수(utility function)를 이용하여 상기 각 단말별 효용값을 산출하는 단계와, 상기 각 단말별 효용값을 이용하여 상기 적어도 둘 이상의 단말들 중 특정 시점에서 데이터가 전송될 단말을 결정하는 단계를 포함하는 구성됨을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for performing scheduling in a communication system and a scheduler thereof. In the scheduling method in the communication system according to the present invention, in the scheduling method for providing a service to at least two terminals in the communication system, a utility function in which the height of the derivative is varied according to the priority of each terminal Calculating a utility value for each terminal using a) and determining a terminal to which data is transmitted at a specific time point among the at least two terminals using the utility value for each terminal. It is done.
스케쥴링, 효용함수, 우선순위, CBR, EMG Scheduling, Utility Functions, Priorities, CBR, EMG
Description
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 이동통신 시스템의 개략 구성도이다.1 is a schematic structural diagram of a mobile communication system to which the present invention can be applied.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스케쥴러의 블럭 구성도이다.2 is a block diagram of a scheduler according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에서 bi, ci값에 따라 수학식 1에 의해 정의된 효용함수의 미분 Ui'(Ri)가 어떻게 변하는지를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a view for explaining how the derivative U i '(R i ) of the utility function defined by
도 4a 및 도 4b는 결정계량에 따른 스케쥴링 방법을 설명하기 위한 도면이다.4A and 4B are diagrams for describing a scheduling method according to a determination measurement.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 동종채널에서의 시뮬레이션 결과를 도시한 것이다.5A to 5E illustrate simulation results in a homogeneous channel according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명은 유무선 통신 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 통신 시스템에서의 스케쥴링(scheduling) 수행 방법 및 그 스케쥴러에 관한 것이다.The present invention relates to a wired and wireless communication system. More specifically, the present invention relates to a method of performing scheduling in a communication system and a scheduler thereof.
통신 시스템에서 스케쥴링(scheduling)은 다양한 의미로 사용될 수 있는데 주로 제한된 자원(resources)을 효율적으로 분배하는 문제에 관한 것이다. 예를 들어, 상향링크(uplink)의 경우 스케쥴링이라 함은 어떤 단말이 어떤 채널 자원(코드, 주파수, 시간, 전력, 데이터 레이트 등)을 이용하여 언제 데이터를 전송할지를 결정하는 문제이고, 하향링크(downlink)의 경우에 스케쥴링은 네트워크측이 특정 서비스를 수신하고 있는 다수의 단말들 중에서 특정 시간에 어느 단말에게 어느 정도의 서비스 품질(QoS: Quality of Service)로 서비스를 제공할지를 결정하는 문제이다. 본 발명은 하향링크 스케쥴링과 관련된다.Scheduling in a communication system can be used in a variety of senses, and is primarily related to the problem of efficiently distributing limited resources. For example, in the case of uplink, scheduling is a problem of determining when a UE transmits data using which channel resources (code, frequency, time, power, data rate, etc.) and downlink ( In the case of downlink), scheduling is a problem in which the network side determines which service quality (QoS) is provided to which terminal at a specific time among a plurality of terminals receiving a specific service. The present invention relates to downlink scheduling.
종래기술에 따른 하향링크 스케쥴링에 있어서는 네트워크 용량이 충분하여 모든 사용자의 QoS 요구 사항이 일단 만족된다는 가정 하에, 그 요구들을 충족시킬 수 있는 스케쥴링 알고리즘들이 대부분이다. 그러나, 네트워크 용량이 항상 충분한 것은 아니기 때문에 모든 사용자의 QoS를 항상 만족시킬 수 있는 것은 아니며, 따라서, 네트워크 용량이 부족한 상황에서 사용자의 QoS를 어떠한 기준에 의해 만족시킬 수 있는지에 대한 고려가 있어야 한다.In the downlink scheduling according to the prior art, most scheduling algorithms can satisfy the requirements on the assumption that the network capacity is sufficient so that the QoS requirements of all users are satisfied once. However, because network capacity is not always sufficient, it may not always satisfy the QoS of all users, and therefore, consideration should be given to which criteria can satisfy the QoS of the user in a situation where network capacity is insufficient.
또한, 그 알고리듬들이 실제로 구현돼서 원하는 대로 동작하기 위해서는 새로이 네트워크에 들어오는 사용자에 대해 그 사용자가 받아들여졌을 때도 모든 사용자의 품질 보장 요구사항이 만족될 수 있는지를 판단한 다음에 가능하면 받아들이고, 그렇지 않으면 그 사용자의 네트워크 진입을 수락하지 않는 동작이 반드시 있어야 한다. 이것을 호수락 제어(CAC: Call Admission Control)라고 하는데, 그 동안은 스케쥴링 알고리즘과 맞물려서 동작하는 호수락 제어 알고리즘이 없었다.In addition, to ensure that the algorithms are actually implemented and work as desired, determine whether the quality requirements of all users can be met when the user is accepted for a new user entering the network, and then accept if possible. There must be an action that does not accept the user's entry into the network. This is called Call Admission Control (CAC). During that time, there was no Rockac Control algorithm that works in conjunction with the scheduling algorithm.
무선 채널의 용량이 시간에 따라 변하는 특성 때문에 호수락 제어 알고리듬이 있다고 하여 문제가 전부 해결되는 것은 아니다. 즉, 호수락 제어 알고리즘이 새로 네트워크에 도착하는 사용자가 수용 가능하다고 판단하여도 시간이 지나면서 가능하지 않은 상황으로 바뀔 수도 있는 것이다. 하지만, 기존의 스케쥴링 알고리즘들은 이 문제에 대한 대비책을 전혀 제시하고 있지 못하고 있다.Due to the time-varying nature of the wireless channel's capacity, the existence of a rocking control algorithm does not completely solve the problem. In other words, even if the new rock control algorithm determines that a user arriving at the network is acceptable, it may change to a situation that is not possible over time. However, existing scheduling algorithms do not provide any countermeasure against this problem.
마지막으로, 종래의 스케쥴링 알고리즘들은 사용자의 QoS를 보장하고 남은 용량을 어떻게 사용할지에 대해 다루고 있지 않기 때문에 다양한 형태의 QoS를 보장해야 하는 상황에서 이 문제는 심각한 무선자원 낭비로 이어질 수 있다. Finally, since the conventional scheduling algorithms do not deal with guaranteeing the QoS of the user and how to use the remaining capacity, this problem can lead to serious radio resource waste in the situation of guaranteeing various types of QoS.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 서비스를 받고 있는 사용자들의 만족도를 최대화할 수 있는 통신 시스템에서의 스케쥴링 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide a scheduling method in a communication system that can maximize the satisfaction of users receiving the service.
본 발명의 다른 목적은 모든 사용자의 QoS를 보장하고 남은 네트워크 용량을 효율적으로 분배할 수 있는 스케쥴링 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a scheduling method that can guarantee QoS of all users and efficiently distribute the remaining network capacity.
상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 전체효용함수 최대화 문제(utility maximization problem)와 새롭게 정의된 평균 전송율 효용함수(average throughput utility function)에 기반한 스케쥴링 수행 방법을 제안한다. 효용함수는 각 사용자마다 정의되는 것이며 서비스의 종류에 따라 서로 다른 QoS를 요구하는 사용자에 대해 각기 다른 형태로 정의되고, 다른 우선순 위(priority)를 갖는 사용자들은 파라미터를 달리하여 효용함수가 정해진다. In order to achieve the above technical problem, the present invention proposes a scheduling execution method based on a utility utilization maximization problem and a newly defined average throughput utility function. Utility functions are defined for each user, and are defined in different forms for users who require different QoS according to the type of service, and users with different priorities have different utility functions. .
각 사용자에 대한 효용함수는 엄밀한 위로 볼록(strictly concave)인 것이 바람직하다. 각 사용자에 대한 효용함수를 이용하여 네트워크측(예를 들어, 기지국의 스케쥴러)은 일정 주기의 시간(예를 들어, 각 타임슬롯(time slot))마다 서비스가 제공될 사용자를 선택한다. 전체효용함수의 최대화를 위해서 각 사용자마다의 효용함수에 의해 산출되는 각 사용자별 효용값(utility value)에 따라 서비스가 제공될 사용자를 선택할 수 있다. 상기 효용값의 일례로서 현재 달성 가능한 데이터 전송율(data rate)과 효용함수의 미분의 곱(이하, '결정계량(decision metric)이라 함.)을 들 수 있으며, 전체효용함수의 최대화를 위해 상기 결정계량이 가장 큰 사용자를 선택할 수 있다.It is desirable that the utility function for each user be strictly concave. Using the utility function for each user, the network side (e.g., the scheduler of the base station) selects the user whose service is to be provided for a certain period of time (e.g., each time slot). In order to maximize the overall utility function, the user to which the service is to be provided may be selected according to the utility value of each user calculated by the utility function for each user. An example of the utility value is a product of a data rate that is currently achievable and the derivative of the utility function (hereinafter referred to as a 'decision metric'), and the determination is made to maximize the overall utility function. The user with the largest weighing can be selected.
각 사용자의 효용함수는 효율적인 스케쥴링이 가능하도록 결정되어야 한다. 본 발명에 따른 효용함수의 일 특징은 각 사용자별 우선순위가 효용함수의 미분의 높이에 반영되도록 한다는 것이다. 즉, 우선순위가 높은 사용자에게 높은 미분을 갖도록 효용함수를 설정하고 우선순위가 낮은 사용자에게는 낮은 미분을 갖는 효용함수가 적용되도록 한다. 이러한 방법에 따라서 네트워크가 서비스가 제공될 사용자 선택시 우선순위가 높은 사용자가 먼저 선택될 수 있도록 할 수 있다. 각 사용자별 우선순위는 과금 체계, 서비스의 종류, 기타 네트워크 사업자의 정책적 고려 등에 의해 자유롭게 정해질 수 있다.The utility function of each user should be determined to enable efficient scheduling. One feature of the utility function according to the present invention is that the priority of each user is reflected in the height of the derivative of the utility function. In other words, the utility function is set to have a high derivative for a high priority user, and the utility function with a low derivative is applied to a low priority user. According to this method, the network may allow a user having a higher priority to be selected first when selecting a user to be provided with a service. The priority for each user can be freely determined by the billing system, type of service, and other policy considerations of the network operator.
본 발명에 따른 효용함수의 다른 특징은 각 사용자에 제공되는 서비스의 유형에 따라 그 미분값이 다른 형태를 취한다는 것이다. 예를 들어, 최소 평균 데이 터 전송율이 보장되면 되는(CBR:Constant Bit Rate) 사용자에 대한 효용함수와 최소 평균 데이터 전송율이 보장되어야 할 뿐만 아니라 가능하면 상기 최소 평균 데이터 전송율 이상으로 데이터를 수신하기를 희망하는(EMG: Elastic with Minimum Guarantee) 사용자에 대한 효용함수의 미분값은 다른 형태를 갖는 것이 바람직하다. Another characteristic of the utility function according to the present invention is that the derivative value takes different forms depending on the type of service provided to each user. For example, not only must the utility function and minimum average data rate be guaranteed for users whose minimum average data rate is guaranteed (CBR: Constant Bit Rate), but if possible receive data above the minimum average data rate. It is desirable that the derivative of the utility function for the desired user with elasticity (EMG) has a different form.
보다 구체적으로는, CBR 사용자의 효용함수의 미분값은 상기 CBR 사용자에 대한 평균 전송율이 최소 요구량을 넘어가면 0으로 급격히 떨어지게 하고, EMG 사용자의 효용함수의 미분값은 상기 EMG 사용자에 대한 평균 전송율이 최소 요구량을 넘어가면 급격히 떨어지지만 미분값이 일정값 밑으로 떨어지면 서서히 감소하는 형태를 취하도록 하는 것이 바람직하다. 효용함수를 상기의 방식에 따라 선택하면 CBR 사용자의 경우 평균 전송율이 최소 요구량을 넘어가면 결정계량이 0으로 떨어지게 되어 스케쥴링 수행시 더 이상 선택받지 못하게 되고 결국 CBR 사용자는 정확하게 최소 요구량만을 받게 된다. 반면에, EMG 사용자는 최소 요구량을 달성했더라도 미분값이 0이 되지 않아 스케쥴러에 의해 선택될 여지를 갖게 된다. 앞서 말한 우선순위와 함께 고려하면, 우선순위가 가장 높은 사용자, 즉 효용함수의 미분의 높이가 가장 높은 사용자부터 최소 요구량이 만족되고 그 밑으로 계속해서 우선순위의 차례대로 최소 요구량이 만족된다.More specifically, the derivative value of the utility function of the CBR user drops sharply to 0 when the average transfer rate for the CBR user exceeds the minimum requirement, and the derivative value of the utility function of the EMG user is determined to be the average transfer rate for the EMG user. It is preferable to take a form that drops rapidly when the minimum requirement is exceeded but gradually decreases when the derivative value falls below a certain value. If the utility function is selected according to the above method, in case of CBR users, if the average data rate exceeds the minimum requirement, the decision quantity will drop to zero, so that the CBR user will not receive any more choices when performing scheduling. On the other hand, even if the EMG user achieves the minimum requirement, the derivative value does not become zero, so that the scheduler has a choice. Considered together with the above-mentioned priorities, the minimum requirement is satisfied from the highest priority user, that is, the user with the highest height of the derivative of the utility function, and the minimum requirement is subsequently satisfied in order of priority.
본 발명의 일 양상으로서, 본 발명에 따른 통신 시스템에서의 스케쥴링 수행 방법은, 통신 시스템에서 적어도 둘 이상의 단말로의 서비스 제공을 위한 스케쥴링 수행 방법에 있어서, 각 단말별 우선순위에 따라 미분의 높이가 가변되는 효용함 수(utility function)를 이용하여 상기 각 단말별 효용값을 산출하는 단계와, 상기 각 단말별 효용값을 이용하여 상기 적어도 둘 이상의 단말들 중 특정 시점에서 데이터가 전송될 단말을 결정하는 단계를 포함하는 구성됨을 특징으로 한다.In one aspect of the present invention, in the method of performing scheduling in a communication system according to the present invention, in the method of performing scheduling for providing a service to at least two terminals in a communication system, a height of a derivative is determined according to the priority of each terminal. Calculating a utility value for each terminal using a variable utility function, and determining a terminal to which data is transmitted at a specific time point among the at least two terminals using the utility value for each terminal Characterized in that comprises a step comprising.
본 발명의 다른 양상으로서, 본 발명에 따른 네트워크 스케쥴러는, 통신 시스템에서 서비스가 제공될 단말을 결정하는 네트워크 스케쥴러에 있어서, 각 단말별 우선순위에 따라 미분의 높이가 가변되는 효용함수를 이용하여 각 단말별 효용값을 산출하는 수단과, 상기 각 단말별 효용값을 이용하여 적어도 둘 이상의 단말들 중 특정 시점에서 데이터가 전송될 단말을 결정하는 수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.In another aspect of the present invention, a network scheduler according to the present invention is a network scheduler for determining a terminal to be provided with a service in a communication system, using a utility function in which the height of the derivative is varied according to the priority of each terminal. And means for calculating a utility value for each terminal and means for determining a terminal to which data is transmitted at a specific time point among at least two or more terminals by using the utility value for each terminal.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의해 본 발명의 구성, 작용 및 다른 특징들이 용이하게 이해될 수 있을 것이다.The construction, operation, and other features of the present invention will be readily understood by the preferred embodiments of the present invention described below with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 이동통신 시스템의 개략 구성도이다. 이동통신 시스템은 네트워크와 다수의 단말들에 의해 구성된다. 도 1에서 기지국(BS: Base Station)은 상기 네트워크의 종단에 해당되는 부분으로서 상기 다수의 단말들과 무선 인터페이스를 통해 통신을 수행한다. 1 is a schematic structural diagram of a mobile communication system to which the present invention can be applied. The mobile communication system is composed of a network and a plurality of terminals. In FIG. 1, a base station (BS) is a part corresponding to an end of the network and communicates with the plurality of terminals through an air interface.
상기 다수의 단말들은 주로 제공받는 서비스의 유형에 의해, 상기한 바와 같이, CBR 단말 및 EMG 단말로 대별될 수 있다. CBR 사용자의 예로는 음성(voice) 사용자를 들 수 있다. 음성은 일정한 평균 속도로 일정하게 인코딩이 되기 때문에 그 인코딩 속도와 같은 데이터 전송율만 보장하면 되고, 그것보다 더 높은 전송율을 할당하는 것은 자원의 낭비밖에 되지 않는다. EMG 사용자의 예로는 MPEG-4 FGS(moving picture experts group-4 fine granularity scability) 사용자가 있을 수 있다. MPEG-4 FGS로 인코딩된 멀티미디어는 디코딩을 위해 최소의 전송율이 만족 되어야만 하고, 그것보다 더 높은 전송율이 할당되면 되는 만큼 더 나은 화질의 영상을 받아볼 수 있다. 따라서, EMG 사용자에게는 일단 최소 데이터 전송율을 만족시켜야만 하고 남은 용량이 있으면 더 할당해 주면 된다. 물론, 여기서 EMG 사용자는 프리미엄 서비스를 받고자 하는 보통의 데이터 사용자가 될 수도 있다. 또한, 최소 요구량이 0인 EMG 사용자는 흔히 말하는 탄력(elastic) 사용자가 되고, 탄력 사용자에게는 별도의 최소 보장이 없이 남는 용량이 있으면 할당해 주면 된다. 이하에서 특별히 언급하지 않는 한 EMG 사용자는 탄력 사용자를 포함한다. The plurality of terminals may be roughly classified into a CBR terminal and an EMG terminal, as described above, mainly by the type of service provided. An example of a CBR user is a voice user. Since voice is encoded at a constant average rate, it only needs to guarantee the same data rate as that encoding rate, and allocating a higher rate than that is a waste of resources. An example of an EMG user may be an MPEG-4 moving picture experts group-4 fine granularity scability (EGS) user. Multimedia encoded with MPEG-4 FGS requires a minimum bit rate to be decoded, and a higher bit rate can be assigned to receive better image quality. Therefore, the EMG user must meet the minimum data rate and allocate more if there is remaining capacity. Of course, the EMG user may be an ordinary data user who wants to receive a premium service. In addition, an EMG user with a minimum requirement of 0 becomes an elastic user, and the elastic user can allocate the remaining capacity without any minimum guarantee. Unless specifically mentioned below, EMG users include resilient users.
이하의 실시예들은 기지국에서 일정한 주기, 예를 들어, 한 타임슬롯(time slot)마다 한 명의 사용자만을 서비스할 수 있는 셀룰러 이동통신 시스템을 전제로 한다. 상기의 셀룰러 이동통신 시스템으로 HSDPA, HDR(High Data Rate) 시스템 등을 들 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 상기한 바와 같은 셀룰러 이동통신 시스템에서만 적용 가능한 것은 아니고, 설계자의 의도에 따라 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능할 것이다.The following embodiments presuppose a cellular mobile communication system capable of serving only one user at a predetermined period, for example, one time slot, at a base station. The cellular mobile communication system may include an HSDPA, a high data rate (HDR) system, and the like. However, the technical features of the present invention are not applicable only to the cellular mobile communication system as described above, and various modifications are possible within the scope of the present invention according to the intention of the designer.
도 1에서, 다수의 단말들 중 특정 시점에서 서비스를 제공할 단말을 결정하는 스케쥴러(scheduler)는 기지국에 위치하는 것이 일반적이지만 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 스케쥴러는 상기 기지국 뿐만 아니라 상기 기지국과 연결된 상기 네트워크의 특정 부분에 위치하는 것도 가능하다.In FIG. 1, a scheduler for determining a terminal to provide a service at a specific time point among a plurality of terminals is generally located at a base station, but is not limited thereto. That is, the scheduler may be located not only in the base station but also in a specific part of the network connected to the base station.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스케쥴러의 블럭 구성도이다. 도 2를 참조하면, 상기 스케쥴러(20)는 각 사용자별 효용함수(utility function) 및 우선순위(priority), 최소 전송율 용구량 등과 같은 파라미터들을 저장하는 메모리 모듈(21)과, 상기 메모리 모듈(21)에 저장되어 있는 각 사용자별 효용함수 및 파라미터들을 이용하여 결정계량(decision metric)을 산출하는 결정계량 산출 모듈(22)과, 상기 결정계량 산출 모듈(22)에 의해 산출된 각 사용자별 결정계량을 이용하여 매 타임 슬롯마다 데이터가 전송될 사용자를 선택하는 스케쥴링 모듈(23)을 포함하여 구성된다.2 is a block diagram of a scheduler according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the
모든 사용자의 집합을 S라 하고 C와 E를 각각 CBR 사용자의 집합과 EMG 사용자의 집합이라고 하면, S=C∪E가 성립한다. Ri를 사용자 i가 받는 평균 전송율이라고 하면, 상기 메모리 모듈(20)에 저장된 각 사용자별 효용함수(Ui)를 해당 사용자가 CBR 사용자인지 또는 EMG 사용자인지에 따라 각각 다음의 수학식 1 및 수학식 2와 같이 정의한다.If S is the set of all users, and C and E are the set of CBR users and the set of EMG users, respectively, then S = C∪E. If R i is the average transfer rate received by user i, the utility function U i for each user stored in the
여기서, ai, bi, ci, ㅿi 는 양의 상수이고, mi는 사용자 i의 최소 전송율 요구량이다. 는 mi+δi로 정의되는데, 여기서 δi는 를 0이라 봐도 무방할 정도로 아주 작은 양의 상수이거나 또는 탄력 사용자에 대해서는 0이다. ai와 ci는 사용자 i의 우선순위에 따라 결정되는 상수인데, 특별히 ai는 모든 EMG 사용자에 대해 동일한 값을 갖는다. bi도 모든 사용자에 대해 동일한 값을 갖는다. 수학식 1 및 수학식 2에 의해 정의되는 효용함수는 연속성과 엄밀한 위로 볼록(strict concavity)의 성질을 갖는다. Where a i , b i , c i , ㅿ i are positive constants, and m i is the minimum transfer rate requirement of user i. Is defined as m i + δ i , where δ i is Is a very small positive constant or 0 for elastic users. a i and c i are constants determined according to the priority of user i, in particular a i has the same value for all EMG users. b i also has the same value for all users. The utility function defined by
도 3은 bi, ci값에 따라 수학식 1에 의해 정의된 효용함수의 미분 Ui'(Ri)가 어떻게 변하는지를 설명하기 위한 도면이다. 모든 경우에 대해 mi=4로 고정시켰다. 먼저 bi=1, ci=8인 경우는 최소 요구량인 4가 넘더라도 Ui'(Ri)가 0으로 급격하게 떨어지지 않고 천천히 떨어지는 것을 볼 수 있다. bi를 고정하고 ci=16으로 키웠을 때는 높이만 높아지고 거의 비슷한 특성을 갖는다는 것을 알 수 있다. 반면에, bi=50일 때는 최소 요구량 4를 넘어서면 Ui'(Ri) 값이 급격히 떨어지고, ci값이 커지면 Ui'(Ri)의 높이가 높아지고, ci값이 작아지면 의 Ui'(Ri)높이가 낮아진다.FIG. 3 is a diagram for describing how the derivative U i '(R i ) of the utility function defined by
따라서, bi 값이 충분히 크게 설정이 되면, ci 값만을 변화시키면서 Ui'(Ri), 즉 효용함수 Ui'(Ri)의 미분의 높이를 조절할 수가 있다. 여기서, ci 값을 변화시킨 다 하더라도 최소 요구량이 넘어서면 Ui'(Ri)가 0으로 떨어지는 특성은 변하지 않는다. 따라서, 만약 Ui(Ri)가 효용함수 최대화 문제에 사용된다면 Ri가 mi를 넘지 않을 것이라는 것을 쉽게 알 수 있다. 스케쥴링 알고리즘 구현 시에 효용함수의 이러한 특성을 이용할 수 있다. 수학식 2에 의해 정의된 함수도 Ri≥인 부분을 제외하고는 똑같은 특성을 갖는다. 이런 특성에 따라 수학식 2에 정의된 효용함수에서 Ri≥인 부분을 탄력 부분(elastic part), Ri>인 부분을 비탄력 부분(inelastic part)이라 칭하기로 한다.Therefore, when the value of b i is set sufficiently large, the height of the derivative of U i '(R i ), that is, the utility function U i ' (R i ) can be adjusted while changing only the value of c i . Here, even if the value of c i is changed, the characteristic that U i '(R i ) falls to 0 does not change when the minimum requirement is exceeded. Thus, if U i (R i ) is used in the utility function maximization problem, it is easy to see that R i will not exceed m i . This property of the utility function can be used when implementing the scheduling algorithm. The function defined by
도 2에서, 상기한 바와 같이, 상기 메모리 모듈(21)에는 각 사용자별 효용함수 뿐만 아니라 스케쥴링 시 필요한 파라미터들이 저장된다. 각 사용자는 크게 CBR 사용자와 EMG 사용자로 분류될 수 있고, 세부적으로는 QoS 클래스에 따라 분류될 수 있다. QoS 클래스는 CBR인지 또는 EMG인지의 여부, 우선순위, 최소 평균 데이터 전송율 요구량, 과금 체계 등에 의해 사용자 별로 정의될 수 있다.In FIG. 2, as described above, the
일 실시예로서, QoS 클래스와 그에 해당하는 효용함수를 Ci(mi, ci, bi), Ei(mi, ci, bi, ai)로 표현할 수 있다. 예를 들어, C1(10, 5, 50)은 CBR 클래스 1을 의미하고 상기 클래스에 속하는 사용자들의 효용함수는 m1=10, c1=5, b1=50을 파라미터로 갖는 수학식 1에 정의된 함수가 된다.As an example, the QoS class and its corresponding utility function may be expressed as C i (m i , c i , b i ), E i (m i , c i , b i , a i ). For example, C 1 (10, 5, 50) means
상기 결정계량 산출 모듈(22)은 상기 메모리 모듈(21)에 저장되어 있는 현재 서비스를 수신하고 있는 사용자들에 대해 각 사용자별 효용함수 및 파라미터들을 이용하여 결정계량을 산출한다. 결정계량은 전체 효용함수의 최대화를 달성하기 위한 각 사용자별 효용값으로서, 각 사용자에 대해 현재 제공 가능한 데이터 전송율과 각 사용자 별 효용함수의 미분의 곱(multiplication)에 의해 산출될 수 있다. The determination weighing
상기 각 사용자 별 제공 가능한 데이터 전송율은 각 사용자 별로 미리 약속된 최소 평균 데이터 전송율 요구량에 따라 결정될 수 있다. 상기 최소 평균 데이터 전송율 요구량은 각 사용자 별로 제공되어야 할 평균 데이터 전송율의 최소 요구량이다. 만약, 특정 시점에서 어느 사용자에 대한 평균 데이터 전송율이 상기 최소 평균 데이터 전송율 요구량보다 작을 경우에는 상기 특정 시점에서 상기 사용자에게 제공할 수 있는 데이터 전송율은 커진다.The data rate that can be provided for each user may be determined according to a minimum average data rate requirement previously promised for each user. The minimum average data rate requirement is the minimum requirement of the average data rate to be provided for each user. If the average data rate for a user at a particular time point is less than the minimum average data rate requirement, the data rate that can be provided to the user at that time point becomes large.
상기 결정계량을 각 사용자에 대해 현재 제공 가능한 데이터 전송율과 각 사용자 별 효용함수의 미분의 곱에 의해 산출하는 방법은 일례에 불과한 것으로서 전체 효용함수의 최대화를 달성하기 위하여 다양한 방법에 의해 산출될 수 있을 것이다.The method of calculating the determination quantity by the product of the data rate currently available for each user and the derivative of the utility function for each user is merely an example, and can be calculated by various methods to achieve the maximization of the overall utility function. will be.
상기 스케쥴링 모듈(23)은 상기 결정계량 산출 모듈(22)에 의해 산출된 각 사용자별 결정계량을 토대로 해당 시점(타임 슬롯)에서 데이터가 전송될 사용자를 결정한다. 예를 들어, 각 사용자에 대해 현재 제공 가능한 데이터 전송율과 각 사용자 별 효용함수의 미분의 곱이 가장 큰 사용자를 해당 시점에서 데이터가 전송될 사용자로 결정할 수 있다. 상기의 과정을 수학식으로 표현하면 다음의 수학식 3과 같다.The
여기서, Ri(t)는 사용자 i에 대한 t 시간까지의 평균 전송율이고, ri,t+1은 (t+1)에서 i 사용자에게 제공 가능한 데이터 전송율이다. 만약, 기지국이 특정 시점에서 둘 이상의 사용자에게 데이터를 전송할 수 있다면 상기 결정계량이 큰 순서대로 해당 시점에서 데이터가 전송될 사용자로 결정할 수 있을 것이다.Here, R i (t) is the average transfer rate up to t time for user i, and r i, t + 1 is the data transfer rate available to i user at (t + 1). If the base station can transmit data to two or more users at a specific time point, the base station may determine the user to which data is transmitted at the corresponding time point in order of increasing determination.
도 4a 및 도 4b는 상기 결정계량에 따른 스케쥴링 방법을 설명하기 위한 도면으로서, C1(6.4, 204.8, 50), C2(1.6, 25.6, 50), E1(5, 40, 50, 1), E2(10, 40, 50, 1), E3(0, 0, 0, 1)에 해당하는 효용함수와 그 미분을 도시한 것이다. 도 4b에서, CBR 클래스 1(C1)의 미분의 높이가 가장 높은 것을 확인할 수 있다. 만약, 도 4b의 효용함수들이 그대로 효용함수 최대화 문제에 사용되었다고 하면, CBR 클래스 1에게 자원(데이터 전송율)이 가장 먼저 할당이 될 것이다. 왜냐하면, CBR 클래스 1에게 자원을 할당하는 것이 효용함수의 최대화에 가장 크게 기여를 하기 때문이다. CBR 클래스 1에게 할당되는 평균 데이터 전송율이 최소 평균 데이터 전송율 요구량인 64Kbps를 넘어서면 미분값이 0으로 급격히 떨어지기 때문에 더 이상 CBR 클래스 1에게 자원이 할당되지 않을 것이고, 그 다음으로 높은 미분값을 갖는 CBR 클래스 2(C2)에게 자원이 할당될 것이다. 4A and 4B are diagrams for explaining a scheduling method according to the determination measurement, C 1 (6.4, 204.8, 50), C 2 (1.6, 25.6, 50), E 1 (5, 40, 50, 1 ), E 2 (10, 40, 50, 1), E 3 (0, 0, 0, 1) shows the utility function and its derivative. In FIG. 4B, it can be seen that the height of the derivative of CBR class 1 (C 1 ) is the highest. If the utility functions of FIG. 4B are used for the utility function maximization problem as it is, resources (data transfer rate) will be allocated to
만약 시스템 용량이 충분하다면 CBR 클래스 1에게 평균 데이터 전송율이 64Kbps가 되도록 자원을 할당하고 나머지 자원을 그 다음 우선순위인 CBR 클래스 2에 할당하며, 상기한 바와 같은 방식으로 계속해서 가장 낮은 미분값을 갖는 EMG 클래스 2(E2)까지 최소 요구량이 만족되고 그래도 남는 용량이 있으면, CBR을 제외하고 EMG 클래스들끼리 그 남는 용량을 나눠가질 것이다. 왜냐하면, EMG 클래스들의 효용함수의 미분은 최소 평균 데이터 전송율 요구량이 넘는다 하더라도 0으로 급격히 떨어지지 않고 서서히 떨어지기 때문이다. If the system has sufficient capacity, allocate resources to
상기의 내용을 종합하면 우선순위는 미분값의 높이에 따라 C1>C2>E1>E2>E3로 정해진다는 것을 알 수 있다. 전술한 바와 같이 미분값의 높이는 ci값만을 갖고 조절할 수가 있기 때문에 클래스들에게 매우 용이하게 우선순위를 정할 수가 있다는 것을 알 수 있다.In summary, it can be seen that the priority is set to C 1 > C 2 > E 1 > E 2 > E 3 depending on the height of the derivative value. As described above, since the height of the derivative can be adjusted with only the value of c i, it can be seen that it is very easy to prioritize classes.
(t+1) 시점에서 i 사용자에게 제공 가능한 데이터 전송율은 상기 i 사용자에 대해 최소 평균 데이터 전송율 요구량이 제공되고 있는지의 여부, 우선순위, 시스템의 용량 등에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 i 사용자가 CBR 사용자이고 상기 i 사용자에 대한 최소 평균 데이터 전송율 요구량이 현재(t 시점) 충족되고 있다면 다음 타임 슬롯(t+1)에는 상기 i 사용자에게 제공 가능한 데이터 전송율은 0이다. 만약, 상기 i 사용자에 대한 최소 평균 데이터 전송율 요구량이 현재(t 시점) 충족되지 않으면 그것이 충족될 수 있도록 상기 i 사용자에게 제공 가능한 데이터 전송율이 결정되어야 한다. 바람직하게는, 스케쥴링 시에 각 사용자 별 채널 상태를 고려하여 결정하는 것이 바람직하다. 각 사용자에 대한 채널 상태는 기지국 으로부터 전송된 기준신호에 대해 각 사용자가 CINR, BER, FER 등을 체크하여 피드백 해 줌으로써 파악될 수 있다.The data rate that can be provided to user i at (t + 1) can be determined by whether a minimum average data rate requirement is being provided for the user i, the priority, the capacity of the system, and the like. For example, if the i user is a CBR user and the minimum average data rate requirement for the i user is currently satisfied (time t), then the data rate available to the i user in the next time slot t + 1 is 0. . If the minimum average data rate requirement for the i user is not currently met (time t), then the data rate available to the i user must be determined so that it can be met. Preferably, it is desirable to determine the channel state for each user in scheduling. Channel status for each user can be identified by each user checks the CINR, BER, FER and the like with respect to the reference signal transmitted from the base station.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 동종채널에서의 시뮬레이션 결과를 도시한 것이다. 시뮬레이션의 대상이 된 셀룰러 무선통신 시스템에는 5개의 클래스 C1(6.4, 204.8, 50), C2(1.6, 25.6, 50), E1(5, 40, 50, 1), E2(10, 40, 50, 1), E3(0, 0, 0, 1)가 존재하고 각 클래스 안에는 20명의 사용자가 존재한다고 가정하였다. 상기 클래스들에 해당하는 효용함수와 미분은 각각 도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같다. 5A to 5E illustrate simulation results in a homogeneous channel according to an exemplary embodiment of the present invention. The cellular radio communication system subjected to the simulation includes five classes C 1 (6.4, 204.8, 50), C 2 (1.6, 25.6, 50), E 1 (5, 40, 50, 1), E 2 (10, Suppose there are 40, 50, 1), E 3 (0, 0, 0, 1) and there are 20 users in each class. The utility function and derivative corresponding to the above classes are as shown in FIGS. 4A and 4B, respectively.
각 타임 슬롯마다 알려지는 달성 가능한 전송율(ri,τ)은 다음의 수학식 4와 같이 섀논 한계(Shannon bound)로 주어진다고 가정한다. It is assumed that the attainable data rate r i, τ known for each time slot is given by Shannon bound, as shown in
여기서 는 채널 대역폭이고, 는 수신된 신호의 세기이며, 는 잡음의 세기이다. here Is the channel bandwidth, Is the strength of the received signal, Is the strength of the noise.
도 5a 및 도 5b는 =1MHz로 했을 때 사용자의 평균 전송율 분포도와 시간에 따른 평균 전송율의 추이를 도시한 것이다. 도 5a에서, CBR 사용자들의 집합인 C1과 C2에 속하는 모든 사용자들의 평균 전송율이 거의 정확하게 최소 평균 데이터 전송률 요구량인 64kbps와 16kbps를 달성한다는 것을 볼 수 있다. 반면에, EMG 클래스인 E1과 E2에 속하는 사용자들의 최소 요구량은 기본적으로 다 만족이 되고 거의 비슷한 양만큼 더 받는다는 것을 알 수 있다. 또한, 추가적으로 받은 양은 EMG 클래스 E3에 속하는 탄력 사용자들이 받는 전송율과 거의 비슷하다는 것을 알 수 있다. 즉, 모든 사용자들의 최소 요구량을 만족시킨 다음에 남는 용량은 EMG 사용자들이 거의 비슷한 양으로 나눠 갖는다는 것을 알 수 있다. 도 5b는 각 클래스로부터 한 명의 사용자만을 뽑아 시간에 따른 평균 전송율을 도시한 도면으로서, CBR 사용자는 정확하게 최소 평균 데이터 전송률 요구량으로 수렴하는 것을 볼 수 있다. 반면에, EMG 사용자의 전송율은 일단 최소 평균 데이터 전송률 요구량으로 수렴했다가 모든 QoS 사용자의 최소 요구량이 다 만족되고 남은 용량을 받는다는 것을 알 수 있다.5A and 5B When = 1MHz, it shows the distribution of the average rate of the user and the trend of the average rate over time. In Figure 5a, it can be seen that almost exactly that the average rate of all users belonging to the set of C 1 and C 2 of the CBR users achieve the minimum average data rate requirement of 64kbps and 16kbps. On the other hand, it can be seen that the minimum requirements of users belonging to the EMG classes E 1 and E 2 are basically satisfied and receive almost the same amount. In addition, it can be seen that the amount received is almost the same as the transmission rate received by elastic users belonging to EMG class E 3 . In other words, it can be seen that the capacity remaining after satisfying the minimum requirements of all users is divided by almost the same amount of EMG users. FIG. 5B is a diagram illustrating the average transfer rate over time by extracting only one user from each class, and the CBR user can see that it converges exactly to the minimum average data rate requirement. On the other hand, it can be seen that the transmission rate of the EMG user once converged to the minimum average data rate requirement, and then the minimum requirements of all QoS users are satisfied and the remaining capacity is received.
도 5c는 를 0.8MHz로 줄여서 시스템 용량을 줄어들게 하여 시뮬레이션을 다시 해본 결과를 도시한 것이다. 도 5c에 도시된 바와 같이, QoS 사용자의 최소 요구량이 정확하게 보장이 되고 E3에 속하는 탄력 사용자는 모두 0의 전송율을 얻는다는 것을 알 수 있다. 따라서, E3가 가장 낮은 우선권을 받는다고 할 수 있다. 를 0.6MHz로 줄이면 도 5d와 같은 결과를 얻을 수 있는데, C1, C2, E1의 모든 최소 요구량은 만족되고 E2의 요구량은 만족되지 않는다는 것을 볼 수 있다. 따라서, E2 가 그 다음으로 낮은 우선권을 갖는다고 할 수 있다. 물론, E3는 이 경우에도 0의 전송율을 달성한다는 것을 볼 수 있다. 도 5e는 를 0.3MHz로 정했을 때의 결과이고, 결국 를 계속 줄이면서 앞에서 기대했던 우선순위 C1>C2>E1>E2>E3을 실험적으로 확인할 수 있다.5C Figure 2 shows the results of the simulation again by reducing the system capacity to 0.8 MHz. As shown in FIG. 5C, it can be seen that the minimum requirement of the QoS user is guaranteed correctly and the elastic users belonging to E 3 all get a transmission rate of zero. Therefore, it can be said that E 3 receives the lowest priority. Reducing to 0.6 MHz yields the same result as in FIG. 5D. It can be seen that all minimum requirements of C 1 , C 2 , and E 1 are satisfied, and the requirements of E 2 are not satisfied. Thus, it can be said that E 2 has the next lower priority. Of course, it can be seen that E 3 achieves a transmission rate of zero even in this case. 5E Is the result of setting 0.3 MHz to We continue to reduce the number and experimentally confirm the priorities C 1 > C 2 > E 1 > E 2 > E 3 .
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Accordingly, the above detailed description should not be construed as limiting in all aspects and should be considered as illustrative. The scope of the invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the invention are included in the scope of the invention.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.The present invention has the following effects.
첫째, 사용자 별로 우선순위와 최소 평균 데이터 전송율 요구량을 갖는 QoS클래스에 따라 차등적인 서비스 품질을 제공할 수 있다.First, it is possible to provide differential quality of service according to QoS class having priority and minimum average data rate requirement for each user.
둘째, QoS 보장을 요구하는 다양한 어플리케이션 들을 WiBro같은 무선 인터넷 시스템에서 서비스할 수 있도록 하여 다양한 수익모델을 만들 수 있다.Second, various profit models can be created by enabling various applications requiring QoS guarantees to be serviced by a wireless Internet system such as WiBro.
셋째, 채널이 변하여 네트워크 용량이 줄어 사용자의 요구를 다 만족시킬 수 있다가, 갑자기 못 만족시키는 경우로 변한다 하더라도, 이미 정해진 우선순위의 순서에 따라 보장을 하기 때문에 사용자한테 다양한 서비스 품질 등급을 제공하고 사용자는 다양한 서비스 품질 중에서 자신의 기호에 맞는 서비스를 선택할 수 있 다.Third, even if the channel is changed and the network capacity is reduced to satisfy the user's demands, but suddenly fails to satisfy the user's demands, the service is guaranteed in the order of priorities that are already set, thus providing users with various quality of service levels. The user can select a service that suits his or her taste from various quality of service.
넷째, 본 발명은 무선 인터넷뿐만 아니라 유선 인터넷으로도 쉽게 적용이 가능하여 유선 인터넷 제공자에게도 다양한 수익모델을 제공할 수 있다.Fourth, the present invention can be easily applied to the wired Internet as well as the wireless Internet can provide a variety of revenue models to wired Internet providers.
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