KR101263443B1 - 와이브로 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을위한 스케줄 방법 및 장치 - Google Patents

와이브로 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을위한 스케줄 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 와이브로 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 장치는 LAN 구간을 통과하는 RTP 패킷을 모니터링하여 실시간 서비스의 대역폭을 검출하는 RTP 패킷 모니터링부; 및 상기 RTP 패킷 모니터링부를 통해 확인된 실시간 서비스의 대역폭에 상응한 윈도우 크기(Window size)를 결정하고 실시간 서비스 큐를 생성/변경하는 큐 관리부를 포함하는 것으로, RTP 패킷을 모니터링하여 실시간 서비스 큐를 조절함으로써 단말기들의 실시간 서비스의 QoS를 제공할 수 있는 것이다.

Description

와이브로 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 방법 및 장치{Schedule apparatus and method for real time service of QoS in CPE by WiBro}
도 1은 본 발명에 따른 와이브로 고객 댁내 장치의 네트워크 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 와이브로 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 장치를 나타낸 기능블록도.
도 3은 본 발명에 따른 와이브로 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 방법을 나타낸 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : WiBro 네트워크 2 : 고객 댁내 장치
21 : RTP 패킷 모니터링부 22 : 큐 처리부
23 : 임시 저장부 231 : 실시간 서비스 큐
232 : 데이터 큐 3 : LAN 단말기
본 발명은 와이브로 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래 고객 댁내 장치 형상의 단말기는 WAN과 LAN 양단간에 형성된 실시간 서비스(Real Time Service) 채널을 탐지하지 않고 단일 큐(Queue)를 사용하기 때문에, 실시간 데이터와 일반 데이터의 트래픽 상황이 변할 경우 QoS에 영향을 줄 수 있다.
한편, 복수의 큐를 사용하는 시스템은 실시간 서비스를 위한 특정 IP/Port에 대해 전체 사용자 수의 동시 채널 형성 가능비율 등에 따라 SPQ(Strict Priority Queue)의 대역폭(Bandwidth)을 설정하는 방식이나, 고객 댁내 장치의 경우 실시간 서비스 전용 단말기가 아닌 범용 단말기이기 때문에 복수의 큐를 최적화시켜 고정적으로 할당할 수 없다.
고객 댁내 장치의 실시간 서비스를 미리 예측하여 채널별로 큐를 고정적으로 설정을 한다 해도 WAN과 LAN 양단에 형성된 채널의 코덱(Codec)의 종류에 따라 큐가 확보해야하는 대역폭이 다르므로 각 큐에 정확한 대역폭을 설정하기 어렵다.
또한, 실시간 서비스와 일반 데이터 서비스가 혼용되는 시스템에서 사용하는 SPQ와 WRR 등의 알고리즘은 큐에 우선순위를 부여하여 단지 전송할 패킷의 순서를 지정하는 방법이므로 실시간 서비스의 채널이 필요로 하는 대역폭의 확보와는 거리가 멀다.
종래의 SPQ와 WRR(Weight Round Robin)등의 알고리즘을 사용하는 시스템은 전채 대역폭이 일정하게 고정되어 있다는 전제로 하기 때문에 RAS(Radio Access System)와의 거리, 전계강도, 및 주변 환경에 따라 무선 구간인 WAN의 대역폭이 변하는 WiBro 고객 댁내 장치의 대역폭 확보 정책에 적합하지 않다.
이러한, 종래의 고객 댁내 장치는 불특정 단말기 들이 LAN으로 접속하여 WAN과 통신하는 방식이기 때문에 특정 단말기가 VoIP와 같은 실시간 서비스를 사용할 경우 QoS를 지원할 수 없는 문제점을 가지고 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 와이브로(WiBro) 고객 댁내 장치를 통과하는 RTP 패킷들을 모니터링하여 실시간 서비스를 위한 채널이 WAN(Wide Area Network)과 LAN(Local Area Network) 양단에 형성되어 있는지를 탐지하고, 형성된 채널을 위한 큐를 생성하여 대역폭을 보장하는 와이브로 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 와이브로 고객 댁내 장치의 Tx 대역폭은 RAS(Remote Access server)와의 거리, 전계강도, 및 주변 환경에 따라 변하기 때문에, RSSI나 CQI값 등의 분석을 통해 변경된 대역폭에 따라 적절하게 대처하여 와이브로 고객 댁내 장치에 접속된 모든 단말기들에 안정된 QoS를 제공하는 와이브로 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 와이브로 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 장치의 일 측면에 따르면, LAN 구간을 통과하는 RTP 패킷을 모니터링하여 실시간 서비스의 대역폭을 검출하는 RTP 패킷 모니터링부; 및 상기 RTP 패킷 모니터링부를 통해 확인된 실시간 서비스의 대역폭에 상응한 윈도우 크기(Window size)를 결정하고 실시간 서비스 큐를 생성/변경하는 큐 관리부를 포함한다.
상기 큐 관리부는, 하기의 [수학식 1]을 통해 윈도우 크기(Window size)를 결정한다. [수학식 1]
Figure 112006078462119-pat00001
WS : 패킷의 크기, BW : 실시간 서비스 채널을 형성하는 단말기의 대역폭, ti : 현재 Tx 시간(전송시간), ti-1 : 바로 이전 Tx 시간(전송시간).
그리고 상기 큐 관리부는, 하기의 [수학식 2]를 통해 윈도우 크기(Window size)를 조절한다.
[수학식 2]
WScpe = WSbq + WSrtq1 + WSrtq2 + .....
WScpe는 와이브로 고객 댁내 장치가 현재 Tx 시점에 처리 가능한 총 처리량이고, 이는 와이브로의 RF 상황 및 기지국과의 링크 환경에 따라 변하는 데, 이는 RF 수신단에서 데이터 코딩 방식 (예, QPSK, 16QAM, 64QAM) 을 근거로 하여 역산이 가능하다. 즉, QPSK 개수가 많을 수록 처리량이 줄고, 64QAM 이 많을 수록 처리량이 커지기 때문에 단위 시간당 코딩 방식의 개수를 세어 처리량을 추정한다. WScpe는 와이브로 고객 댁내 장치가 현재 Tx 시점에 처리 가능한 총 처리량,
WSbq는 데이터 큐가 필요로 하는 처리량이고, WSrtq1, WSrtq2는 각 실시간 서비스 큐가 필요로 하는 처리량이다.
또한, 상기 RTP 패킷 모니터링부는, 패킷을 처리하는 코덱이 변경될 경우 상기 큐 관리부에게 실시간 서비스의 대역폭 변경을 요청하며, 패킷의 출발지 주소, 목적지 주소, 및 코덱을 참고하여 실시간 서비스의 큐 생성 여부를 판단한다.
본 발명에 따른 와이브로 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 방법의 일 측면에 따르면, LAN 구간을 통과하는 RTP 패킷을 모니터링하여 실시간 서비스의 대역폭을 검출하는 단계; 및 상기 RTP 패킷 모니터링부를 통해 확인된 실시간 서비스의 대역폭에 상응한 윈도우 크기(Window size)를 결정하고 실시간 서비스 큐를 생성/변경하는 단계를 포함한다.
그리고 상기 실시간 서비스의 대역폭을 검출하는 단계는, 하기의 [수학식 1]을 통해 윈도우 크기(Window size)를 결정한다.
[수학식 1]
Figure 112006078462119-pat00002
WS : 패킷의 크기, BW : 대역폭, ti : 현재 Tx 시간(전송시간), ti-1 : 바로 이전 Tx 시간(전송시간).
또한, 상기 실시간 서비스의 대역폭을 검출하는 단계는 하기의 [수학식 2]를 통해 윈도우 크기(Window size)를 조절한다.
[수학식 2]
WScpe = WSbq + WSrtq1 + WSrtq2 + .....
WScpe는 와이브로 고객 댁내 장치가 현재 Tx 시점에 처리 가능한 총 처리량,
WSbq는 데이터 큐가 필요로 하는 데이터 처리량이고, WSrtq1, WSrtq2는 각 실시간 서비스 큐가 필요로 하는 처리량이다.
한편, 상기 실시간 서비스의 대역폭을 검출하는 단계는 패킷을 처리하는 코덱이 변경될 경우 상기 큐 관리부에게 실시간 서비스의 대역폭 변경을 요청하는 단계를 더 포함하며, 패킷의 출발지 주소, 목적지 주소, 및 코덱을 참고하여 실시간 서비스의 큐 생성 여부를 판단한다.
이하, 본 발명에 따른 와이브로 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 방법 및 장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 살펴보기로 한다. 이 때, 아래에서 설명하는 시스템 구성은 본 발명의 설명을 위해서 인용한 시스템으로써 아래 시스템으로 본 발명을 한정하지 않음을 이 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이해해야할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 WiBro 고객 댁내 장치의 네트워크 구성도이다.
상기 WiBro 고객 댁내 장치(2)의 네트워크는 WiBro 네트워크(1), 고객 댁내 장치(2), 적어도 하나 이상의 LAN 단말기(3)로 구성되어 있다.
이 때, 상기 LAN 단말기(3)는 데이터 서비스를 하는 데이터 LAN 단말기(3-1)와 실시간 서비스를 하는 VoIP LAN 단말기(3-2)로 구분될 수 있다.
상기 WiBro 네트워크(1)는 WiBro 기지국과 WAN을 통해 고객 댁내 장치(2)와 연결되고, 상기 적어도 하나 이상의 LAN 단말기(3)는 LAN을 통해 상기 고객 댁내 장치(2)와 연결된다.
도 2는 본 발명에 따른 와이브로 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 장치를 나타낸 구성도로서, 본 발명에 따른 와이브로 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 장치는 RTP 패킷 모니터링부(21), 큐 관리부(22), 임시 저장부(23)를 포함하며, LAN 송수신부(24)와 WAN 송수신부(25)를 더 포함하고 있다.
상기 LAN 송수신부(24)는 적어도 하나 이상의 LAN 단말기(3)와 실시간 서비스와 데이터 서비스를 수행하기 위해 패킷을 송/수신한다.
그리고 상기 WAN 송수신부(25)는 상기 WiBro 네트워크(1)와 패킷을 송/수신한다.
상기 RTP 패킷 모니터링부(21)는 상기 LAN 송수신부(24)를 통해 LAN 구간을 통과하는 RTP 패킷을 모니터링하여 실시간 서비스의 대역폭을 검출한다. 이 때, 상기 RTP 패킷 모니터링부(21)는 패킷을 처리하는 코덱이 변경될 경우 상기 큐 관리부(22)에게 실시간 서비스의 대역폭 변경을 요청하며, 패킷의 출발지 주소, 목적 지 주소, 및 코덱을 참고하여 실시간 서비스의 큐 생성 여부를 판단한다.
그리고 상기 큐 관리부(22)는 상기 RTP 패킷 모니터링부(21)를 통해 확인된 실시간 서비스의 대역폭에 상응한 윈도우 크기(Window size)를 결정하고 실시간 서비스 큐(231)를 생성/변경한다. 이 때, 상기 큐 관리부(22)는 하기의 [수학식 1]을 통해 윈도우 크기(Window size)를 결정한다.
[수학식 1]
Figure 112006078462119-pat00003
WS : 패킷의 크기, BW : 실시간 서비스 채널을 형성하는 단말기의 대역폭, ti : 현재 Tx 시간(전송시간), ti-1 : 바로 이전 Tx 시간(전송시간).
그리고 상기 큐 관리부(22)는 하기의 [수학식 2]를 통해 윈도우 크기(Window size)를 조절한다.
[수학식 2]
WScpe = WSbq + WSrtq1 + WSrtq2 + .....
WScpe는 WiBro 고객 댁내 장치가 현재 Tx 시점에 처리 가능한 총 처리량,
WSbq는 데이터 큐가 필요로 하는 처리량이고, WSrtq1, WSrtq2는 각 실시간 서비스 큐가 필요로 하는 처리량이다.
상기한 각 구성들에 대한 일반적인 기능 및 각각의 상세한 동작에 대하여는 그 설명을 생략하고, 본 발명에 상응하는 동작 위주로 그 동작들을 설명하기로 한 다.
먼저, 상기 RTP 패킷 모니터링부(21)는 상기 LAN 송/수신부(24)를 통해 LAN 구간을 통과하는 RTP 패킷을 모니터링하여 해당 VoIP LAN 단말기(3-1)의 실시간 서비스의 대역폭을 검출한다. 이 때, 상기 RTP 패킷 모니터링부(21)가 모니터링하는 실시간 서비스의 대역폭은 실시간 서비스를 제공받는 VoIP LAN 단말기(3-1) 간의 대역폭을 의미한다. 즉, 실시간 서비스를 제공받는 VoIP LAN 단말기(3-1)는 상대 VoIP LAN 단말기(3-1)와 어느 정도의 대역폭을 통해 실시간 통신을 수행할지를 미리 결정한다. 따라서 상기 RTP 패킷 모니터링부(21)는 상기 실시간 통신을 수행하는 VoIP LAN 단말기(3-1)의 대역폭을 확인하는 것이며, 이를 위해 패킷의 출발지 주소, 목적지 주소, 코덱을 참고하여 실시간 서비스 채널이 생성됨을 확인할 수 있다.
상기에서와 같이 상기 RTP 패킷 모니터링부(21)를 통해 실시간 서비스 채널이 생성됨을 확인하고 그 대역폭이 확인되면, 상기 큐 관리부(22)는 상기 대역폭에 상응하는 패킷의 크기를 결정하고 실시간 서비스 큐(231)를 생성한다. 이 때, 임시 저장부(23)는 실시간 서비스 채널에 상응하는 실시간 서비스 큐(231)와 데이터 큐(232)가 적어도 하나 이상 구성되어 있다.
한편, 상기 WiBro 네트워크 구간인 WAN의 대역폭이 변동되면, 상기 WAN 송수신부(25)는 상기 큐 관리부(22)는 [수학식 2]를 참조하여 상기 실시간 서비스 큐(231)와 데이터 큐(232)를 조정한다. 즉, WAN의 대역폭 구간이 LAN에 연결된 단말기(3)들이 합한 대역폭 보다 클 경우에는 상기 큐 관리부(22)를 통해 생성된 실시간 서비스 큐(231)와 데이터 큐(232)를 모두 사용하는 한다.
한편, WAN의 대역폭 구간이 LAN에 연결된 단말기(3)들이 합한 대역폭 보다 작으면 상기 큐 관리부(22)는 상기 데이터 큐(232)의 대역폭을 최소한의 임계 값으로 변경하고 상기 실시간 서비스 큐(231)를 유지한다. 여기서 최소한의 임계 값이란 관리자에 의해 규정된다.
그러면, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 와이브로 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 방법에 대해 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, LAN 구간을 통과하는 RTP 패킷을 모니터링하여 실시간 서비스의 대역폭을 검출한다(S1). 그리고 상기 실시간 서비스의 대역폭을 검출하는 단계는, 패킷을 처리하는 코덱이 변경될 경우 상기 큐 관리부(22)에게 실시간 서비스의 대역폭 변경을 요청하는 단계를 더 포함하며, 패킷의 출발지 주소, 목적지 주소, 및 코덱을 참고하여 실시간 서비스의 큐 생성 여부를 판단한다.
이 때, 상기 실시간 서비스의 대역폭을 검출하는 단계(S1)는, 하기의 [수학식 1]을 통해 윈도우 크기(Window size)를 결정한다.
[수학식 1]
Figure 112006078462119-pat00004
WS : 패킷의 크기, BW : 대역폭, ti : 현재 Tx 시간(전송시간), ti-1 : 바로 이전 Tx 시간(전송시간).
이어서, 상기 RTP 패킷 모니터링부(21)를 통해 확인된 실시간 서비스의 대역폭에 상응한 윈도우 크기(Window size)를 결정하고 실시간 서비스 큐(231)를 생성/변경한다(S2). 그리고 상기 실시간 서비스의 대역폭을 검출하는 단계(S2)는 하기의 [수학식 2]를 통해 윈도우 크기(Window size)를 조절한다.
[수학식 2]
WScpe = WSbq + WSrtq1 + WSrtq2 + .....
WScpe는 와이브로 고객 댁내 장치가 현재 Tx 시점에 처리 가능한 총 처리량,
WSbq는 데이터 큐(232)가 필요로 하는 처리량이고, WSrtq1, WSrtq2는 각 실시간 서비스 큐(231)가 필요로 하는 처리량이다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 와이브로 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 방법 및 장치에 의하면, RTP 패킷을 모니터링하여 실시간 서비스 큐를 조절함으로써 단말기들의 실시간 서비스의 QoS를 제공할 수 있는 뛰어 난 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 무선 광대역 인터넷 서비스를 위해 WAN과 LAN을 지원하는 고객 댁내 장치(CPE)에 있어서,
    LAN 구간을 통과하는 RTP 패킷을 모니터링하여 실시간 서비스의 대역폭을 검출하는 RTP 패킷 모니터링부; 및
    상기 RTP 패킷 모니터링부를 통해 확인된 실시간 서비스의 대역폭에 상응한 윈도우 크기(Window size)를 결정하고 실시간 서비스 큐를 생성/변경하는 큐 관리부를 포함하는 무선 광대역 인터넷 서비스를 위한 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 큐 관리부는,
    하기의 [수학식 1]을 통해 윈도우 크기(Window size)를 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 광대역 인터넷 서비스를 위한 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 장치.
    [수학식 1]
    Figure 112012095020159-pat00005
    WS : 패킷의 크기, BW : 실시간 서비스 채널을 형성하는 단말기의 대역폭, ti : 현재 Tx 시간(전송시간), ti-1 : 바로 이전 Tx 시간(전송시간).
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 큐 관리부는,
    하기의 [수학식 2]를 통해 윈도우 크기(Window size)를 조절하는 것을 특징으로 하는 무선 광대역 인터넷 서비스를 위한 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 장치.
    [수학식 2]
    WScpe = WSbq + WSrtq1 + WSrtq2 + .....
    WScpe는 와이브로 고객 댁내 장치가 현재 Tx 시점에 처리 가능한 총 처리량,
    WSbq는 데이터큐가 필요로 하는 처리량이고, WSrtq1, WSrtq2는 각 실시간 서비스 큐가 필요로 하는 처리량이다.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 RTP 패킷 모니터링부는,
    패킷을 처리하는 코덱이 변경될 경우 상기 큐 관리부에게 실시간 서비스의 대역폭 변경을 요청하는 것을 특징으로 하는 무선 광대역 인터넷 서비스를 위한 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 RTP 패킷 모니터링부는,
    패킷의 출발지 주소, 목적지 주소, 및 코덱을 참고하여 실시간 서비스의 큐 생성 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 광대역 인터넷 서비스를 위한 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 장치.
  6. WAN과 LAN을 연결하는 WiBro 고객 댁내 장치에서의 패킷 처리 방법에 있어서,
    LAN 구간을 통과하는 RTP 패킷을 모니터링하여 실시간 서비스의 대역폭을 검출하는 단계; 및
    상기 RTP 패킷 모니터링부를 통해 확인된 실시간 서비스의 대역폭에 상응한 윈도우 크기(Window size)를 결정하고 실시간 서비스 큐를 생성/변경하는 단계를 포함하는 무선 광대역 인터넷 서비스를 위한 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 실시간 서비스의 대역폭을 검출하는 단계는,
    하기의 [수학식 1]을 통해 윈도우 크기(Window size)를 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 광대역 인터넷 서비스를 위한 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112012095020159-pat00006
    WS : 패킷의 크기, BW : 대역폭, ti : 현재 Tx 시간(전송시간), ti-1 : 바로 이전 Tx 시간(전송시간).
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 실시간 서비스의 대역폭을 검출하는 단계는,
    하기의 [수학식 2]를 통해 윈도우 크기(Window size)를 조절하는 것을 특징으로 하는 무선 광대역 인터넷 서비스를 위한 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 방법.
    [수학식 2]
    WScpe = WSbq + WSrtq1 + WSrtq2 + .....
    WScpe는 와이브로 고객 댁내 장치가 현재 Tx 시점에 처리 가능한 총 처리량,
    WSbq는 데이터 큐가 필요로 하는 처리량이고, WSrtq1, WSrtq2는 각 실시간 서비스 큐가 필요로 하는 처리량이다.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 실시간 서비스의 대역폭을 검출하는 단계는,
    패킷을 처리하는 코덱이 변경될 경우 상기 큐 관리부에게 실시간 서비스의 대역폭 변경을 요청하는 단계를 더 포함하는 무선 광대역 인터넷 서비스를 위한 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 실시간 서비스의 대역폭을 검출하는 단계는,
    패킷의 출발지 주소, 목적지 주소, 및 코덱을 참고하여 실시간 서비스의 큐 생성 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 광대역 인터넷 서비스를 위한 고객 댁내 장치의 실시간 서비스 품질 보장을 위한 스케줄 방법.
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