KR101376460B1 - 통신 시스템에서 패킷 전송 장치 및 방법 - Google Patents

통신 시스템에서 패킷 전송 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 패킷 기반 통신 시스템에서 기지국이 적어도 하나의 제1이동 단말기로 패킷을 전송하기 위해 소요된 시간의 평균과 분산을 포함하는 제1정보를 산출하고, 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기와 상이한 제2이동 단말기로부터 상기 패킷을 전송해줄 것을 요구하는 입장(Admission) 요구를 수신한 경우, 상기 제1정보를 기반으로, 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기로 상기 패킷을 재전송함에 의해 소요된 상기 기지국과 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 간 패킷 왕복 시간(round time)의 평균과 분산을 포함하는 제2정보를 산출하고, 전송할 패킷이 저장된 큐의 크기와 상기 제2정보를 근거로 큐잉 지연 시간을 추정하고, 상기 추정된 큐잉 지연 시간을 기반으로 상기 큐에 저장된 패킷에 대한 전송 지연이 발생하지 않을 것임이 판단된 경우, 상기 제2이동 단말기의 입장 요구를 허락하고, 상기 큐에 저장된 패킷을 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기로 각각 전송한다.
전송율 적응 기법, 입장 제어.

Description

통신 시스템에서 패킷 전송 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING PACKET IN A COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 통신 시스템에서 패킷 전송 장치 및 방법에 관한 것이다.
통신 시스템에서는 다수의 이동국(MS: Mobile Station, 이하 'MS'라 칭하기로 한다)들의 이동성을 보장하면서 데이터를 고속으로 송수신하고, 다양한 서비스를 제공할 수 있는 형태로 발전하고 있다.
상기 통신 시스템에서는 상기 다양한 서비스들 중 일 예로 인터넷 프로토콜 기반 음성(VoIP: Voice over Internet Protocol) 패킷 서비스 제공을 위한 다양한 방식이 제안되었다.
한편, 상기 통신 시스템은 한정된 자원, 즉 주파수(frequency) 자원과, 코드(code)자원, 타임 슬럿(time slot) 자원 등을 상기 통신 시스템을 구성하는 다수의 셀들이 분할하여 사용하므로 상기 한정된 자원을 효율적으로 사용해야 한다. 이 를 위해 상기 통신 시스템에서는 상기 사용자 들에게 상기 한정된 자원을 효율적으로 사용하고, 상기 사용자들의 상기 QoS를 보장하기 위한 입장 제어(Admission control) 알고리즘이 제안되었다.
상기 패킷 기반의 통신 시스템에서는 다수의 사용자들에게 공통 채널을 통해 일 예로VoIP 패킷을 전송한다. 또한, 시변하는 채널 상황에 상응하여 패킷 전송율을 적응적으로 변화하여 전송한다.
그러나, 상기 사용자들의 QoS를 보장하기 위해 제안된 입장 제어 알고리즘은 상기 VoIP 패킷의 전송시 발생할 수 있는 패킷 지연과 손실에 대해 전혀 고려하고 있지 않다.
본 발명은 통신 시스템에서 패킷 지연과 손실을 고려하여 패킷을 전송하는 장치 및 방법을 제안한다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법은; 패킷 기반 통신 시스템에서 기지국이 패킷을 전송하는 방법에 있어서, 적어도 하나의 제1이동 단말기로 패킷을 전송하기 위해 소요된 시간의 평균과 분산을 포함하는 제1정보를 산출하는 과정과, 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기와 상이한 제2이동 단말기로부터 상기 패킷을 전송해줄 것을 요구하는 입장(Admission) 요구를 수신한 경우, 상기 제1정보를 기반으로, 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기로 상기 패킷을 재전송함에 의해 소요된 상기 기지국과 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 간 패킷 왕복 시간(round time)의 평균과 분산을 포함하는 제2정보를 산출하는 과정과, 전송할 패킷이 저장된 큐의 크기와 상기 제2정보를 근거로 큐잉 지연 시간을 추정하는 과정과, 상기 추정된 큐잉 지연 시간을 기반으로 상기 큐에 저장된 패킷에 대한 전송 지연이 발생하지 않을 것임이 판단된 경우, 상기 제2이동 단말기의 입장 요구를 허락하는 과정과, 상기 큐에 저장된 패킷을 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기로 각각 전송하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 장치는; 패킷 기반 통신 시스템에서 기지국에 있어서, 수신부와, 적어도 하나의 제1이동 단말기로 패킷을 전송하기 위해 소요된 시간의 평균과 분산을 포함하는 제1정보를 산출하고, 상기 수신부를 통해 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기와 상이한 제2이동 단말기로부터 상기 패킷을 전송해줄 것을 요청하는 입장(Admission) 요구를 수신한 경우, 상기 제1정보를 기반으로, 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기로 상기 패킷을 재전송함에 의해 소요된 상기 기지국과 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 간 패킷 왕복 시간(round time)의 평균과 분산을 포함하는 제2정보를 산출하고, 전송할 패킷이 저장된 큐의 크기와 상기 제2정보를 근거로 큐잉 지연 시간을 추정하고, 상기 추정된 큐잉 지연 시간을 기반으로 상기 큐에 저장된 패킷에 대한 전송 지연이 발생하지 않을 것임이 판단된 경우, 상기 제2 이동 단말기의 입장 요구를 허락하는 제어부와, 상기 큐에 저장된 패킷을 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기로 각각 전송하는 송신부를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 통신 시스템에서 BS가 MS로 VoIP 패킷을 전송하기 위한 입장 제어 방법을 제안하였다. 상기 입장 제어 방법은 E-model에 기반하여 QoS 조건을 만족시켰고, 더 나아가 VoIP 패킷 용량의 최대화를 위한 전송율 적응 기법을 제안하였다. 이로 인해 시변하는 무선 채널에 상기 VoIP 패킷이 적응적으로 전송될 수 있다는 이점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 VoIP (voice over Internet Protocol) 패킷을 기반으로 한 통신 시스템에서 패킷 전송 시스템 및 방법을 제안한다.
이하 본 발명에서는 사용자, 일 예로 이동 단말기(Moile Station, 이하 'MS'라 칭하기로 한다)들이 요구하는 서비스 품질(QoS : Quality of Service, 이하 'QoS' 라 칭하기로 한다)에 상응하여 기지국(BS: Base Station, 이하 'BS'라 칭하기로 한다)이 상기 VoIP 패킷을 상기 MS에게 전송할 경우, E-model을 기반으로 QoS 요구 조건을 만족시키는 입장 제어 조건을 제공하여 상기 VoIP 패킷을 적응적으로 전송하기 위한 패킷 전송 시스템 및 방법을 제안한다. 또한 본 발명에서는 상기VoIP 패킷을 상기 MS에게 전송할 경우, 상기 QoS 요구 조건을 만족하면서 VoIP 용량은 최대가 될 수 있는 전송율 적응 기법을 제안한다.
그럼 본 발명을 설명하기에 앞서 선결되어야 할 조건을 설명하기로 한다.
(1) MS는 동일한 트래픽 채널을 시분할 다중화(TDM : Time Division Multiplexing) 방식으로 공유한다.
(2) 상기 트래픽 채널에 에러가 발생한 경우, BS는 최초 전송을 포함하여 최대 S 번까지 패킷을 재전송하며, 상기 재전송시 ACKnowledgement에 의한 지연은 발생하지 않는다.
(3) 패킷 스케줄링은 라운드 로빈(round-robin) 방식으로 이루어지며, 최초 패킷 전송이 실패하였을 경우, 상기 패킷을 재전송하고, 재전송한 패킷이 성공적으로 수신되거나, 최대 재전송 횟수를 초과하여 상기 패킷이 폐기될 때까지 다음번 MS의 패킷 스케줄링은 지연된다.
(4) 패킷, 일 예로 VoIP 패킷은 T 시간 마다 생성되고, 상기 VoIP 패킷의 크기는 모두 동일하다.
(5) 무선 채널은 변화하지 않는다. 단, 입장 제어 방법 시에만 고려한다.
1. 입장 제어 방법
먼저, E-model에 기반한 입장 제어(Admission Control) 조건, 즉 상기 E-model에 기반한 QoS 요구 조건에 대해 설명하기로 한다. 여기서, 무선 채널은 변하지 않는다는 가정하에 미리 설정된 전송율이 사용될 경우, 상기 MS가 요구하는 QoS를 만족하기 위한 조건에 대해 설명하기로 한다.
상기 E-model은 ITU-T 가 정의한 것으로서 상기 E-model은 QoS를 숫자로 정량화 한 알-팩터(R-factor)로 평가한다. 여기서 상기 알-팩터는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007087871574-pat00001
상기
Figure 112007087871574-pat00002
는 지연으로 인한 품질 저하를 의미하며, 상기
Figure 112007087871574-pat00003
는 패킷 손실로 인한 품질 저하를 의미하며, 사용된 VoIP 코덱의 오류 강인성에 의존한다. 또한, 지연 시간을 d라 정의하고, x를
Figure 112007087871574-pat00004
이라 정의하면, 상기
Figure 112007087871574-pat00005
는 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007087871574-pat00006
Figure 112007087871574-pat00007
또한, 상기
Figure 112007087871574-pat00008
는 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007087871574-pat00009
여기서, 상기
Figure 112007087871574-pat00010
은 패킷 손실이 없어도 코덱 자체의 문제로 인해 발생하는 품질 저하를 의미하고, 상기
Figure 112007087871574-pat00011
는 코덱의 패킷 손실에 대한 강인성을 의미한다.
상기 알-팩터는 음성 품질 척도인 MOS(Mean Opinion Score)와 관련이 있다. 본 발명에서 사용할 알-팩터, 즉 MS가 요구하는 QoS의 보장을 위해 사용할 알-팩터의 최소 요구 조건이 필요한데 상기 MOS에서의 "Medium" 수준에 대응하는 알-팩터 는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007087871574-pat00012
상기 수학식 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 알-팩터의 최소 요구 조건, 즉 '최소 알-팩터 요구 조건'은 70임을 알 수 있다.
한편, 지연 시간을 의미하는 d는 패킷 인코딩 시 지연, 버퍼링 시 지연 등과 같은 지연 발생에 따라 하기 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007087871574-pat00013
여기서 상기 y는 BS와 네트워크 사이에 일어나는 지연, 즉 유선 지연 시간을 의미하고, 상기
Figure 112007087871574-pat00014
는 패킷 인코딩 시 발생하는 지연과 버퍼링 지연, 또한 패킷 디코딩 시 발생하는 지연 등을 의미한다. 또한 D는 패킷이 BS에서 MS로 전송되기까지 걸리는 지연 시간을 의미한다. 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 상기
Figure 112007087871574-pat00015
를 상수라 정의하여 설명하기로 한다.
또한, 상기 BS는 입장 제어를 통해 하기 수학식 6과 같은 조건을 만족하도록 한다.
Figure 112007087871574-pat00016
여기서 상기
Figure 112007087871574-pat00017
는 패킷의 최대 지연 시간을 의미한다. 또한 상기
Figure 112007087871574-pat00018
는 1보다 작은 양의 상수를 의미한다. 즉, VoIP 패킷은 상기 최대 지연 시간 내에 수신되지 않으면 안되므로, 상기 패킷의 최대 지연 시간인
Figure 112007087871574-pat00019
를 넘지 않도록 상기 VoIP 패킷이 MS로 전송되어야만 한다. 다시 말해, 상기 D가 상기
Figure 112007087871574-pat00020
보다 작아지면 안되며, 상기 D는 상기
Figure 112007087871574-pat00021
보다 커서는 안된다.
한편, 상기 BS가 상기 MS로 VoIP 패킷을 전송, 즉 최대 재전송 횟수까지 상기 VoIP 패킷을 전송할 경우, 상기 VoIP 패킷이 소실될 확률을
Figure 112007087871574-pat00022
이라 한다. 이 때, 상기
Figure 112007087871574-pat00023
는 하기 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007087871574-pat00024
Figure 112007087871574-pat00025
=
상기
Figure 112007087871574-pat00026
는 VoIP 패킷의 전송 실패 확률을 의미한다.
여기서 상기 d를
Figure 112007087871574-pat00027
로 나타낼 경우, 상기 최소 알-팩터 요구 조건을 만족하는
Figure 112007087871574-pat00028
는 하기 수학식 8과 같은 집합으로 표현할 수 있다.
Figure 112007087871574-pat00029
도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 G.711+PLC 코덱을 사용하였을 때 유선 지연 시간 y에 따른 최소 알-팩터 요구 조건을 만족하는
Figure 112007087871574-pat00030
의 그래프를 도시한 도면이다.
도 1a를 참조하면, 상기
Figure 112007087871574-pat00031
의 그래프는
Figure 112007087871574-pat00032
이 0.01이고,
Figure 112007087871574-pat00033
는 60msec일 경우를 나타내었다. 도 1a에서 곡선의 하단 부분이
Figure 112007087871574-pat00034
을 만족한다. 또한, y와
Figure 112007087871574-pat00035
이 작을수록 허용 가능한
Figure 112007087871574-pat00036
영역이 커지는 것을 알 수 있다.
또한 도 1b를 참조하면, 상기
Figure 112007087871574-pat00037
의 그래프는
Figure 112007087871574-pat00038
이 0.02이고,
Figure 112007087871574-pat00039
는 60msec일 경우를 나타내었다. 도 1b에서 곡선의 하단 부분이
Figure 112007087871574-pat00040
을 만족하며, 도 1a와 마찬가지로 y와
Figure 112007087871574-pat00041
이 작을수록 허용 가능한
Figure 112007087871574-pat00042
영역이 커지는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 모든 MS들은 각자 상이한 유선 지연 시간 y와 패킷 전송 실패 확률
Figure 112007087871574-pat00043
을 갖는다. 따라서 상기
Figure 112007087871574-pat00044
와
Figure 112007087871574-pat00045
이 고정되어 있을 경우, 각 MS들 j의 임계값인
Figure 112007087871574-pat00046
는 하기 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007087871574-pat00047
여기서 상기
Figure 112007087871574-pat00048
는 VoIP 패킷의 유선 지연 시간을 의미한다. 즉, 상기
Figure 112007087871574-pat00049
는 패킷 전송 실패 확률인
Figure 112007087871574-pat00050
보다 커야만
Figure 112007087871574-pat00051
을 만족시킬 수 있다. 또한,
Figure 112007087871574-pat00052
가
Figure 112007087871574-pat00053
보다 항상 크거나 같도록, 즉
Figure 112007087871574-pat00054
이 되도록 상기
Figure 112007087871574-pat00055
를 조정해야만 한다.
그럼 다음으로, 상기
Figure 112007087871574-pat00056
가 만족되었다고 가정하여
Figure 112007087871574-pat00057
가 성립할 조건에 대해 설명하기로 한다.
상기 BS는 MS j로 VoIP 패킷을 송신한다. 이 때, 최초 송신이 실패 하였을 경우, 상기 BS는 상기 VoIP 패킷 최대 재전송 회수만큼 재전송할 수 있다. 또한, 상기 VoIP 패킷은 최대 재전송 횟수를 포함하여 MS j로 전송되기까지 걸리는 시간을
Figure 112007087871574-pat00058
라 하고, 라운드 시간(round time)은 W라 가정하기로 한다. 이 때, 상기 라운드 시간 W는 하기 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007087871574-pat00059
또한, 상기 VoIP 패킷의 최대 재전송 횟수까지 포함한 총 패킷 전송 가능 횟수가 S 번일 때, 상기
Figure 112007087871574-pat00060
의 확률 밀도 함수
Figure 112007087871574-pat00061
는 하기 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007087871574-pat00062
Figure 112007087871574-pat00063
=
상기
Figure 112007087871574-pat00064
는 상기 VoIP 패킷을 전송하는데 걸리는 시간을 의미하며, 상기
Figure 112007087871574-pat00065
는 상기 MS j의 전송율에 의해 결정된다.
또한, n번째 라운드에서 상기 MS j가 상기 BS로부터 상기 VoIP 패킷을 수신하였을 경우 큐(Que) 지연 시간을
Figure 112007087871574-pat00066
이라 할 때,
Figure 112007087871574-pat00067
을 n번째 라운드의 시간이라고 가정하면
Figure 112007087871574-pat00068
은 하기 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007087871574-pat00069
여기서 상기
Figure 112007087871574-pat00070
를
Figure 112007087871574-pat00071
으로 치환하면, 하기 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007087871574-pat00072
여기서 상기
Figure 112007087871574-pat00073
은 랜덤 프로세스를 의미한다. 상기 랜덤 프로세스는 확률 변수(random variable)를 시간 n에 따라 확장한 것을 의미한다.
이 때, 상기
Figure 112007087871574-pat00074
의 n이 무한대로 증가할 경우 D가
Figure 112007087871574-pat00075
보다 커질 확률
Figure 112007087871574-pat00076
은
Figure 112007087871574-pat00077
이므로, 상기
Figure 112007087871574-pat00078
의 상한 값은 하기 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007087871574-pat00079
여기서, 상기 라운드 시간인 W에 대한 모멘트 생성 함수를 계산해야 하는데, 상기 수학식 11은 델타 함수를 포함하고 있으므로, 상기 W의
Figure 112012100640367-pat00080
를 가우시안 분포로 근사화 하는 방법을 선택한다. 즉, 센트럴 리미트 정리에 의해
Figure 112012100640367-pat00081
은
Figure 112012100640367-pat00082
, 그리고
Figure 112012100640367-pat00083
을 각각 평균과 분산으로 하는 가우시안에 접근한다. 상기 수학식 11에 따라 BS가 각 MS로 VoIP 패킷 하나를 전송하는데 걸리는 시간의 평균과 분산을 하기 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007087871574-pat00084
Figure 112007087871574-pat00085
또한, 상기 가우시안 분포의 모멘트 함수는 하기 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007087871574-pat00086
상기
Figure 112007087871574-pat00087
는 가우시안 모멘트 생성함수를 의미한다. 즉, 상기 수학식 14는 상기 수학식 16에 의해 하기 수학식 17과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007087871574-pat00088
또한, 상기
Figure 112007087871574-pat00089
을 만족하는
Figure 112007087871574-pat00090
를 구하면
Figure 112007087871574-pat00091
이다. 따라서,
Figure 112007087871574-pat00092
가 성립할 경우,
Figure 112007087871574-pat00093
를 만족한다.
이 때, 다수개의 MS들에 대해서
Figure 112007087871574-pat00094
일 경우 본 발명에서 제안하는 입장 제어의 조건으로 하기 수학식 18을 만족시킨다.
Figure 112007087871574-pat00095
상기 수학식 18은 큐잉 지연 시간
Figure 112007087871574-pat00096
가 0일 때를 가정하여 유도하였다. 상기 수학식 18이 만족되면, 최종적으로
Figure 112007087871574-pat00097
를 만족시킬 수 있다.
한편, 일반적으로
Figure 112007087871574-pat00098
를
Figure 112007087871574-pat00099
라 하고,
Figure 112007087871574-pat00100
를
Figure 112007087871574-pat00101
이라 하고,
Figure 112007087871574-pat00102
가 성립한다고 가정한다면, 최종적으로
Figure 112007087871574-pat00103
을 만족하기 위한 조건은 하기 수학식 19와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007087871574-pat00104
다음으로 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 BS의 입장 제어 방법을 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 BS의 입장 제어 방법을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 먼저, 201단계에서 BS는 각 MS별로 VoIP 패킷을 전송하고, 상기 VoIP 패킷 전송 시간의 평균과 분산을 측정한다. 이 때, 상기 평균과 분산은 상기 수학식 15를 통해 측정한다. 이 때, 만일 새로운 MS가 상기 VoIP 패킷을 수신받기 위해 입장하였을 경우, 상기 BS는 203단계로 진행하여 라운드 시간(W)에 대한 평균과 분산을 측정한다.
그런 다음 상기 BS는 205단계로 진행하여 VoIP 패킷을 저장하고 있는 큐의 크기와 상기 라운드 시간(W)의 평균을 통해 큐잉 지연 시간을 추정한다. 207단계에서 상기 BS는 상기 VoIP 패킷을 수신받는 MS 중 어느 하나의 MS로 전송될 VoIP패킷이 큐잉 지연이 되고 있는지 검사한다.
상기 검사 결과 상기 VoIP 패킷의 지연이 발생하였을 경우 211단계로 진행하여 상기 새로운 MS의 입장을 거부하고 종료한다.
한편, 상기 검사 결과 상기 VoIP 패킷의 지연이 발생하지 않았을 경우, 209단계로 진행하여 상기 VoIP 패킷이 상기 MS로 전송되기까지 걸리는 시간 D가 상기 VoIP 패킷의 최대 지연 시간인
Figure 112007087871574-pat00105
가
Figure 112007087871574-pat00106
되기 위해 g(N)이 0보다 작은지 검사한다. 만일, 상기 g(N)이 0보다 작지 않으면 211단계로 진행하여 상기 새로운 MS의 입장을 거부하고 종료한다. 한편, 상기 g(N)이 0보다 작으면 213단계로 진행하여 상기 새로운 MS의 입장을 수락하고 종료한다.
2. VoIP 패킷 전송율 적응 기법.
무선 채널은 상술한 바와 같이 항시 변화하기 때문에 패킷 전송율을 상기 무 선 채널 상황에 맞게 적응적으로 변화하여 패킷을 전송해야만 한다. 따라서 BS는 시변하는 무선 채널 환경에 맞게 적응적으로 전송율을 변화시켜 MS로 패킷을 전송해야한다.
이하에서는 상기 MS가 요구하는 QoS 조건을 만족하면서도, MS들을 최대로 수용할 수 있도록 하는 전송율 적응 기법을 제안한다.
상기 첫번째에서 제안한 입장 제어 방법에서 MS j가
Figure 112007087871574-pat00107
를 만족하면서, g(N)이 0보다 작은 음수여야 한다고 가정하였을 때, 상기 전송율 적응 기법 역시
Figure 112007087871574-pat00108
를 만족하고, g(N)이 0보다 작은 수가 되도록 MCS(Modulation and Coding Scheme, 이하 'MCS'라 칭하기로 한다) 레벨을 선택하여야 한다.
상기 BS가 상기 전송율을 선택할 때, 전송율 적응 기법 알고리즘은 MS j의 큐잉 지연을
Figure 112007087871574-pat00109
이라 할 때, 최대 큐잉 지연
Figure 112007087871574-pat00110
을 정의한다.
이 때,
Figure 112007087871574-pat00111
가 성립한다는 가정하게 MCS 레벨인
Figure 112007087871574-pat00112
는 하기 수학식 20과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007087871574-pat00113
여기서 상기
Figure 112007087871574-pat00114
를 만족하는 MCS 레벨 K 가 존재하지 않는다면, 상기 BS는 가장 낮은 MCS 레벨인 1을 선택하여 VoIP 패킷을 상기 MS로 전송한다.
그럼 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 제안하는 전송율 적응 기법을 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 제안하는 전송율 적응 기법 과정을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 301단계에서 상기 BS는 VoIP 패킷을 수신받을 MS별로 패킷 전송 시간의 평균과 분산값을 계산하고, 상기 MS별로 최대 큐잉 지연 시간을 측정한다. 303단계에서 상기 BS는 전송율을 적응적으로 변경해야할 시점, 즉 무선 채널이 변경되었음을 인지하고, 상기 수학식 20을 통해 MCS 레벨을 선택하여 상기 MCS 레벨에 맞게 VoIP 패킷을 상기 MS들로 전송한다. 즉, g(N) < 0 을 만족하고, 상기 VoIP 패킷 전송 시간과, 상기 VoIP 패킷을 전송하는 데 걸리는 시간의 분산 값이 최소가 되는 MCS 레벨을 선택한다.
다음으로 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 성능 효과 그래프를 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 제안하는 전송율 적응 기법에 따른 성능 효과 그래프를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 그래프는 네가지 변조기법(BPSK, 2QAM, 16QAM, 64QAM)으로 구성된 MCS 레벨 집합을 고려하였다. 또한,
Figure 112007087871574-pat00115
는 0.01이고, y+
Figure 112007087871574-pat00116
가 210msec이고,
Figure 112007087871574-pat00117
=0이라 가정하였을 때의 성능 효과이다. 먼저, S=1인 경우, 기존 방법과 제안방법의 성능 효과가 유사하고, S=3인 경우, 기존 방법과 제안 방법의 성능 효과가 유사하다. 그러나, MCS 레벨이 1에서 3으로 변화할 경우와 상기 MCS 레벨이 3에서 4로 변화할 경우의
Figure 112007087871574-pat00118
의 값이 서로 상이한 것을 알 수 있다.
도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 G.711+PLC 코덱을 사용하였을 때 유선 지연 시간 y에 따른 최소 알-팩터 요구 조건을 만족하는
Figure 112007087871574-pat00137
의 그래프를 도시한 도면;
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 BS의 입장 제어 방법을 도시한 도면;
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 제안하는 전송율 적응 기법 과정을 도시한 도면;
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 제안하는 전송율 적응 기법에 따른 성능 효과 그래프를 도시한 도면.

Claims (12)

  1. 패킷 기반 통신 시스템에서 기지국이 패킷을 전송하는 방법에 있어서,
    적어도 하나의 제1이동 단말기로 패킷을 전송하기 위해 소요된 시간의 평균과 분산을 포함하는 제1정보를 산출하는 과정과,
    상기 적어도 하나의 제1이동 단말기와 상이한 제2이동 단말기로부터 상기 패킷을 전송해줄 것을 요구하는 입장(Admission) 요구를 수신한 경우, 상기 제1정보를 기반으로, 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기로 상기 패킷을 재전송함에 의해 소요된 상기 기지국과 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 간 패킷 왕복 시간(round time)의 평균과 분산을 포함하는 제2정보를 산출하는 과정과,
    전송할 패킷이 저장된 큐의 크기와 상기 제2정보를 근거로 큐잉 지연 시간을 추정하는 과정과,
    상기 추정된 큐잉 지연 시간을 기반으로 상기 큐에 저장된 패킷에 대한 전송 지연이 발생하지 않을 것임이 판단된 경우, 상기 제2이동 단말기의 입장 요구를 허락하는 과정과,
    상기 큐에 저장된 패킷을 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기로 각각 전송하는 과정을 포함하는 패킷 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 큐에 저장된 패킷에 대한 전송 지연이 발생할 것임이 판단된 경우, 상기 제2이동 단말기의 입장 요구를 거부하는 과정을 더 포함하는 패킷 전송 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1정보에 포함된 평균과 분산은 하기 수학식 21을 이용하여 결정되며,
    <수학식 21>
    Figure 112014001814171-pat00143
    Figure 112014001814171-pat00144
    상기 수학식 21에서
    Figure 112014001814171-pat00145
    는 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기로 패킷을 전송하기 위해 소요된 시간의 평균을 나타내고,
    Figure 112014001814171-pat00146
    는 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기로 패킷을 전송하기 위해 소요된 시간의 분산을 나타내고,
    Figure 112014001814171-pat00147
    는 전송이 실패된 패킷이 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기로 재전송되기까지 걸리는 시간을 나타내고, S는 패킷 전송 가능 횟수를 나타내고, j는 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기의 인덱스를 나타내고,
    Figure 112014001814171-pat00148
    는 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기로 하나의 패킷을 전송하기 위해 소요된 시간을 나타냄을 특징으로 하는 패킷 전송 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2이동 단말기의 입장 요구를 허락하는 과정은,
    상기 적어도 하나의 제1이동 단말기로 패킷이 전송되기까지 소요되는 최대 지연 시간인
    Figure 112014001814171-pat00149
    가 하기 수학식 22와 같은 조건을 만족하도록 하기 수학식 23을 사용하여 입장 요구를 허락할지 여부를 결정하기 위해 사용되는 조건값이 0보다 작은 값인지 검사하는 과정을 포함하며,
    <수학식22>
    Figure 112014001814171-pat00150
    상기 수학식 22에서 Pr()은 재전송한 패킷에 대한 최종 패킷 전송 실패 확률의 누적 분포 함수를 나타내며, D는 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기로 패킷이 전송되기까지 소요되는 지연 시간을 나타내고,
    Figure 112014001814171-pat00175
    는 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기로 패킷이 전송되기까지 소요되는 최대 지연 시간을 나타내고,
    Figure 112014001814171-pat00151
    은 1보다 작은 양의 상수를 나타내며,
    <수학식 23>
    Figure 112014001814171-pat00152
    상기 수학식 23에서 g(N)은 상기 입장 요구를 허락할지 여부를 결정하기 위해 사용되는 조건값을 나타내고, T는 패킷이 생성되는 시간 주기를 나타내고, m은 패킷 전송 횟수를 나타냄을 특징으로 하는 패킷 전송 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기 각각 별로 상기 큐에 저장된 패킷을 전송하는데 소요된 시간의 평균과 분산을 포함하는 제3정보를 산출하는 과정과,
    상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기 각각 별 큐잉 지연 시간을 측정하는 과정과,
    상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기 각각 별로 산출된 제3정보 및 큐잉 지연 시간을 기반으로 무선 채널이 변경되었음을 판단하는 과정과,
    상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기 각각 별로 상기 변경된 무선 채널에 따른 변조 및 코딩(Modulation and Coding Scheme: MCS) 레벨을 결정하여 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기로 상기 큐에 저장된 패킷을 전송하는 과정을 더 포함하는 패킷 전송 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 변경된 무선 채널에 따른 MCS 레벨을 결정하는 과정은, 하기 수학식 24를 사용하여 상기 변경된 무선 채널에 따른 MCS 레벨을 결정하는 과정을 포함하며,
    <수학식 24>
    Figure 112014001814171-pat00153
    상기 수학식 24에서
    Figure 112014001814171-pat00154
    은 MCS 레벨을 나타내고,
    Figure 112014001814171-pat00155
    는 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기 각각 별로 전송되는 패킷의 최대 지연 시간을 나타내며,
    Figure 112014001814171-pat00156
    는 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기 각각 별로 패킷을 전송하기 위해 소요된 시간의 평균을 나타내고,
    Figure 112014001814171-pat00157
    는 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기 각각 별로 패킷을 전송하기 위해 소요된 시간의 분산을 나타내고,
    Figure 112014001814171-pat00158
    은 1보다 작은 양의 상수를 나타내고, Q는 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기 각각 별 큐잉 지연 시간을 나타내고, T는 패킷이 생성되는 시간 주기를 나타냄을 특징으로 하는 패킷 전송 방법.
  7. 패킷 기반 통신 시스템에서 기지국에 있어서,
    수신부와,
    적어도 하나의 제1이동 단말기로 패킷을 전송하기 위해 소요된 시간의 평균과 분산을 포함하는 제1정보를 산출하고, 상기 수신부를 통해 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기와 상이한 제2이동 단말기로부터 상기 패킷을 전송해줄 것을 요청하는 입장(Admission) 요구를 수신한 경우, 상기 제1정보를 기반으로, 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기로 상기 패킷을 재전송함에 의해 소요된 상기 기지국과 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 간 패킷 왕복 시간(round time)의 평균과 분산을 포함하는 제2정보를 산출하고, 전송할 패킷이 저장된 큐의 크기와 상기 제2정보를 근거로 큐잉 지연 시간을 추정하고, 상기 추정된 큐잉 지연 시간을 기반으로 상기 큐에 저장된 패킷에 대한 전송 지연이 발생하지 않을 것임이 판단된 경우, 상기 제2 이동 단말기의 입장 요구를 허락하는 제어부와,
    상기 큐에 저장된 패킷을 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기로 각각 전송하는 송신부를 포함하는 기지국.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 큐에 저장된 패킷에 대한 전송 지연이 발생할 것임이 판단된 경우, 상기 제2이동 단말기의 입장 요구를 거부함을 특징으로 하는 기지국.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1정보에 포함된 평균과 분산은 하기 수학식 25을 이용하여 결정되며,
    <수학식 25>
    Figure 112014001814171-pat00159
    Figure 112014001814171-pat00160
    상기 수학식 25에서
    Figure 112014001814171-pat00176
    는 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기로 패킷을 전송하기 위해 소요된 시간의 평균을 나타내고,
    Figure 112014001814171-pat00177
    는 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기로 패킷을 전송하기 위해 소요된 시간의 분산을 나타내고,
    Figure 112014001814171-pat00178
    는 전송이 실패된 패킷이 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기로 재전송되기까지 걸리는 시간을 나타내고, S는 패킷 전송 가능 횟수를 나타내고, j는 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기의 인덱스를 나타내고,
    Figure 112014001814171-pat00179
    는 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기로 하나의 패킷을 전송하기 위해 소요된 시간을 나타냄을 특징으로 하는 기지국.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 적어도 하나의 제1이동 단말기로 패킷이 전송되기까지 소요되는 최대 지연 시간인
    Figure 112014001814171-pat00180
    가 하기 수학식 26와 같은 조건을 만족하도록 하기 수학식 27을 사용하여 입장 요구를 허락할지 여부를 결정하기 위해 사용되는 조건값이 0보다 작은 값인지 검사하며,
    <수학식 26>
    Figure 112014001814171-pat00166
    상기 수학식 26에서 Pr()은 재전송한 패킷에 대한 최종 패킷 전송 실패 확률의 누적 분포 함수를 나타내며, D는 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기로 패킷이 전송되기까지 소요되는 지연 시간을 나타내고,
    Figure 112014001814171-pat00167
    은 1보다 작은 양의 상수를 나타내며,
    <수학식 27>
    Figure 112014001814171-pat00168
    상기 수학식 27에서 g(N)은 상기 입장 요구를 허락할지 여부를 결정하기 위해 사용되는 조건값을 나타내고, T는 패킷이 생성되는 시간 주기를 나타내고, m은 패킷 전송 횟수를 나타냄을 특징으로 하는 기지국.
  11. 제7항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기 각각 별로 상기 큐에 저장된 패킷을 전송하는데 소요된 시간의 평균과 분산을 포함하는 제3정보를 산출하고, 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기 각각 별 큐잉 지연 시간을 측정하고, 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기 각각 별로 산출된 제3정보 및 큐잉 지연 시간을 기반으로 무선 채널이 변경되었음을 판단하고, 상기 변경된 무선 채널에 따른 변조 및 코딩(Modulation and Coding Scheme: MCS) 레벨을 결정하여 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기로 상기 큐에 저장된 패킷을 전송하도록 상기 송신부를 제어함을 특징으로 하는 기지국.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제어부는,
    하기 수학식 28을 사용하여 상기 변경된 무선 채널에 따른 MCS 레벨을 결정하며,
    <수학식 28>
    Figure 112014001814171-pat00169
    상기 수학식 28에서
    Figure 112014001814171-pat00181
    은 MCS 레벨을 나타내고,
    Figure 112014001814171-pat00182
    는 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기 각각 별로 전송되는 패킷의 최대 지연 시간을 나타내며,
    Figure 112014001814171-pat00183
    는 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기 각각 별로 패킷을 전송하기 위해 소요된 시간의 평균을 나타내고,
    Figure 112014001814171-pat00184
    는 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기 각각 별로 패킷을 전송하기 위해 소요된 시간의 분산을 나타내고,
    Figure 112014001814171-pat00185
    은 1보다 작은 양의 상수를 나타내고, Q는 상기 적어도 하나의 제1이동 단말기 및 상기 제2이동 단말기 각각 별 큐잉 지연 시간을 나타내고, T는 패킷이 생성되는 시간 주기를 나타냄을 특징으로 하는 기지국.
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