KR20010011733A

KR20010011733A - 무선 에이티엠망에서 공통큐를 이용한 동적예약 무선 액세스 방법

Info

Publication number: KR20010011733A
Application number: KR1019990031254A
Authority: KR
Inventors: 강경훈; 이윤주; 이형호
Original assignee: 정선종; 한국전자통신연구원
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2001-02-15
Also published as: KR100346779B1

Abstract

본 발명은 무선 ATM망에서 무선구간에서의 각 단말의 분산 시스템으로 인한 서비스의 불균등성(Unfairness)을 해결하고 무선 서비스의 질을 향상시키기 위한 공통큐를 이용한 동적예약 무선 액세스 방법에 관한 것으로, 기지국에서 이동국으로부터 전달되는 버퍼길이 파라미터를 이용한 하나의 공통큐를 도입하여 동적 예약을 수행하는 방법이다. 본 발명은, NQ와 대응하여 토큰을 저장하는 별도의 공통큐(CQ)를 구성하고, 패킷의 MVCI(MVC Identifier)를 실은 토큰을 상기 하나의 공통큐(CQ)에 저장하고, 프레임 시작에서 상기 공통큐(CQ)에 저장된 토큰이 서비스되어 해당 토큰의 MVCI를 지닌 상기 NQ의 패킷 정보를 RQ로 전달하도록 함으로써, 상기 공통큐(CQ)를 이용하여 상향링크의 동적 할당을 수행한다.

본 발명에서는 기존의 동적예약시에 사용되는 하나의 파라미터만 이용하며, 복잡한 알고리즘의 적용없이 단순한 하나의 큐만 사용함으로써 기지국에서 이로 인한 제어 부하나 자원 소모는 거의 없으며, 동종 혹은 이종의 트래픽을 가진 각 MVC에 대해 무선 구간의 분산 환경으로 인해 발생될 수 있는 불평등성을 해결함으로써 무선 ATM의 트래픽 제어 개념을 유선 ATM과 유사한 환경으로 취급할 수 있게 되는 부가적인 효과도 가진다.

Description

무선 에이티엠망에서 공통큐를 이용한 동적예약 무선 액세스 방법{Dynamic reservation wireless access scheme using common queue in ATM network}

본 발명은 무선 ATM망에서 무선 액세스방법에 관한 것으로, 특히 각 단말의 분산 시스템으로 인한 서비스의 불균등성(Unfairness)을 해결하고 무선 서비스의 질을 향상시키기 위한 공통큐를 이용한 동적예약 무선 액세스 방법에 관한 것이다.

무선 ATM 망에서는 무선 구간에서도 ATM 셀의 전송과 ATM 프로토콜이 적용되어야 한다. 따라서, 무선 구간에서도 각 가상연결에 따라 서비스 질은 보장되어야 하며, 이를 위해 매체접속 제어 기법은 ATM 셀 단위 처리를 수행되어야 하고 각 셀의 가상연결 특성에 따라 제어되어야 한다. 이러한 시스템들의 대역 할당은 단말에서 무선연결링크의 상태를 실시간으로 기지국(무선 중앙 제어 시스템 : 단말에 무선 자원할당을 제어하는 중앙 노드로 본 발명에서는 이를 기지국으로 칭함)으로 전달하여 기지국이 이를 토대로 상향링크의 동적 예약을 행하는 동적예약 방법을 택하고 있다.

그러나 이러한 동적예약 방법은 각 단말에 분산된 무선구간의 특성으로 인해 시스템 전체 지연 성능은 크게 차이가 없으나, 순간적인 트래픽률 변화에 따라 나중에 들어온 다른 이동가상연결(MVC: Mobile Virtual Channel)내의 패킷이 먼저 서비스되는 현상이 발생되고, 지연변이가 증가하게 된다. 특히 이러한 현상은 동일한 서비스 질을 요하는 다른 트래픽 특성의 소스들에 대해 심각하게 영향을 미치며 무선 구간에서의 서비스 균등성(Fairness)를 보장할 수 없게 만든다.

따라서, 동적예약 방법은 ATM 셀의 통계적 다중화 방법을 무선 링크환경에 확장하여 적용한 알고리즘이다. 각 MVC의 ATM 셀은 ATM 다중화기에 의한 전송과 같이 상향링크를 통해 통계적으로 다중화되어 수행되어진다.

기존의 동적 예약 방법에 대해 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 각 이동국에 병렬로 존재하는 모든 MVC은 무선 링크의 물리적 링크로 다중화되어 전송된다. 이때 물리적 링크는 도 1과 같이 주파수 분할에 의하여 상향링크(2)와 하향링크(1)로 구분(FDD)되거나, 하나의 물리적 링크에 상하향링크가 공유(TDD: Time Division Duplexing)할 수도 있다.

상향링크(2)는 이동국에서 기지국으로 데이터를 전송하기 위한 링크이며, 하향링크(1)는 기지국에서 각 이동국에 데이터를 전송하기 위한 링크이다. 또한 상향링크(2)와 하향링크(1)의 링크는 고정된 시간 간격으로 나뉘어진 타임 슬롯(3, 6)으로 구성되어 있으며 각 이동국들은 예약슬롯(3)을 기지국으로부터 할당받아 데이터를 전송하게 된다.

하향링크(1)의 방송 슬롯(4)은 상향링크(2) 슬롯의 예약을 위한 예약(Reservation) 신호(5)를 가지는 헤더를 포함한다. 헤더에는 다음 슬롯을 이용할 수 있는 MVC 식별자(MVCI: MVC Identifier)가 포함되어 있다. 방송슬롯에 자기 MVCI가 예약된 이동국은 예약된 슬롯(3)을 통해 기지국으로 데이터를 전송한다.

이때 이동국은 MVC의 버퍼 정보를 동적 파라미터에 포함하여 기지국으로 전달하며, 이러한 동적 파라미터는 기지국의 데이터 베이스에 저장되어 슬롯 예약을 위한 우선 순위를 결정하기 위해 사용된다. 여기에 포함되는 기본 파라미터는 각 MVC별 큐에서 대기중인 ATM 셀의 수로 정의된다.

그러나, 이동국에서 버퍼가 빈 상태에서 수신된 셀은 기지국으로 정보를 전달할 방법이 없으므로 상향 링크에 주기적으로 특별한 액세스 슬롯(6)을 마련하여 경쟁 혹은 폴링을 통해 동적 파라미터를 전달한다.

이러한 기존의 동적예약 방법은 각 이동국의 분산된 MVC 버퍼에 대해 중앙에서 분산된 큐를 대상으로 슬롯 할당을 행하므로써 예약시 불균등성을 초래하고 각 MVC 입장에서는 발생되는 트래픽간에 심각한 지연변이 현상을 일으킨다.

이와 같은 종래의 동적 예약 방법을 도 2를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

기존의 동적예약 방법은 AQ(Access Queue)(11)와, NQ(Noticed Queue)(12)와, UQ(Unnoticed Queue)(13)과, RQ(Reserved Queue)(14) 4개의 큐로 구성될 수 있다. RQ(14)를 제외한 3개의 큐는 시스템의 순간 상태에 따라 동적으로 개폐되는 스위치 서버에 의해 동작하며, RQ(14)는 무선 링크의 전송률에 따라 서비스된다.

스위치 S1(15)은 MVC 상태가 예약상태로 변환될 때 연결(closing)되고 휴지모드로 갈 때 개방(open)되며, 스위치 S1(15)이 연결된 동안 들어오는 패킷들은 UQ(12)에 저장된다. UQ(12)는 예약상태에서 기지국으로 정보가 알려지지 않은 패킷들이 대기되며, 스위치 S2(16)는 MVC의 버퍼 상태를 기지국으로 전달한 순간 연결되어 UQ(12)의 모든 패킷을 보낸 후 즉시 개방된다. NQ(13)는 기지국에 알려진 MVC에 대기중인 패킷을 저장하며, 기지국은 NQ(13)를 이용하여 우선 순위 제어를 통해 상향링크(2) 슬롯(3) 예약을 수행한다. 무선 링크의 각 프레임 시작에서 스위치 S3(17)는 동작하여 그 순간에 NQ(13)에 대기하고 있는 버퍼 길이를 기준으로 프레임내의 모든 슬롯에 대해 각기 MVC를 할당하며, 할당된 패킷은 RQ(14)로 전달된다. RQ(14)는 무선 상향링크(2)의 패킷 전송률에 따라 서비스된다.

RQ(14)는 한 프레임 간격으로 전송링크 처리율만큼 큐에 패킷이 저장되므로 지연에 문제가 되지 않으며, UQ(12)에서는 RQ(14)에서 자기 MVC 패킷이 서비스될 때 마다 스위치 S2(16)가 연결되어 대기중인 패킷이 전부 NQ(13)로 전달되므로 NQ(13)에서 RQ(14)로 가는 우선 순위제어에서 균등성(Fairness)만 유지된다면 지연특성에는 크게 영향을 미치지 않는다.

그러나 NQ(13)에서 스위치 S3(17)를 통해 RQ(14)로 가는 패킷들은 NQ(13)가 분산되어 있으므로 인해 기지국에서 NQ(13)에 들어온 순서대로 RQ(14)로 보내는 것을 보장할 수 없다. 즉, NQ에 늦게 도착한 다른 MVC 의 패킷들이 먼저 서비스될 수도 있다. 이러한 문제의 결과는 동등한 서비스 질을 요구하는 여러 이동국에 대해 공평한 서비스를 보장할 수 없을 뿐만 아니라 각 이동국 입장에서는 패킷들간의 심각한 지연변이 현상을 초래하여 서비스 질의 저하를 초래하고 관련 가상연결이 중단될 수도 있다.

따라서 본 발명은 무선 ATM망에서 무선구간에서의 각 단말의 분산 시스템으로 인한 서비스의 불균등성(Unfairness)을 해결하고 무선 서비스의 질을 향상시키는데 목적이 있다.

본 발명에서는 기존 무선 ATM 액세스 방법의 분산된 NQ로 인한 문제점을 해결하기 위하여 기지국에서 하나의 공통된 큐를 사용하여 순서를 유지하는 방법을 사용한다. 즉, 본 발명은 동적예약시 무선구간에서 분산된 NQ로 인해 패킷 지연 특성 저하 및 서비스의 비균등성(unfairness)을 개선하기 위하여 기지국에서 이동국으로부터 각 MVC에 대해 전달되는 정보를 사용하여 토큰을 저장하는 공통큐(CQ: Common Queue)를 도입하는 방안이다. 기지국에서는 구성된 공통큐를 이용하여 상향링크(2)의 다음 한 프레임내 모든 타임슬롯에 대한 MVC 할당을 수행한다.

본 발명은, 기지국(중앙제어노드)에서 분산된 각 가상연결들의 큐(NQ)에 대응하여 토큰을 저장하는 별도의 공통큐(CQ)를 구성하고, 공통큐로 입력되는 토큰을 생성하기 위하여 이동국에서 기지국(중앙제어노드)으로 전달되는 버퍼길이 파라미터를 이용하여 토큰을 생성하며, 기지국(중앙제어노드)에서 구성된 공통큐를 이용하여 새로운 프레임 시작시에 상향링크의 동적 할당을 수행하는 상향링크 예약방법을 제공함에 특징이 있다.

상기 버퍼길이 파라미터를 이용하는 방법은, 기지국에서 PBL을 가지는 MVC 관리 테이블을 구성하여, PBL 값을 AS와 RS로 수신된 데이터의 BL 파라미터에 의해 할당한다.

도 1은 일반적인 무선 ATM망의 동적 예약 무선 액세스 방법의 일례로서 무선 구간에서 주파수분할복합(FDD:Frequency Division Duplexing) 방식을 가정한 경우 상하향링크 구조도.

도 2는 무선 구간에서 기존의 동적 예약 방식의 등가 모델을 구성도.

도 3은 본 발명이 제안하는 공통큐를 이용하는 동적예약 방법의 등가 모델 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 기지국에서 이동가상연결(MVC: Mobile Virtual Channel) 관리 테이블.

도 5는 본 발명에 따라 공통큐를 적용한 동적예약을 위한 기지국에서의 제어 흐름도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 하향링크 2 : 상향 링크

3 : 예약슬롯(RS) 4 : 방송슬롯

5 : 예약 할당 6 : 액세스 슬롯(AS)

11 : 액세스 큐(AQ) 12 : 미인식큐(UQ)

13 : 인식큐(NQ) 14 : 예약큐(RQ)

15,16,17 : 큐 스위치 21 : 공통큐(CQ)

22 : 공통큐 스위치 30 : 이동가상연결(MVC) 테이블

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다은과 같다. 도 3은 본 발명이 제안하는 공통큐를 이용하는 동적 예약 방법의 등가 모델 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 이동국으로 부터 전송된 패킷데이타를 기지국에서 다수의 이동가상연결(MVC₁--- MVC_m)로 분산시켜 가 가상연결별로 기지국이 인식하지 못한 패킷이 저장되는 UQ와, MVC의 버퍼 상태를 기지국으로 전달한 순간 연결되어 UQ의 모든 패킷을 보낸 후 즉시 개방되는 스위치 S2와, 기지국이 인식된 패킷이 저장되어 대기하는 NQ와, 무선 링크의 각 프레임 시작에서 동작하여 그 순간에 NQ에 대기하고 있는 버퍼 길이를 기준으로 프레임내의 모든 슬롯에 대해 각기 MVC를 할당하여 할당된 패킷을 전달하는 스위치 S3와, 슬롯예약 우선순위에 의해 각 스위치 S3를 통해 각 NQ로 부터 전달된 패킥을 할당받는 RQ로 구성된다.

본 발명은, 분산된 다수의 NQ와 병렬로 연결되어 토큰(Token)을 저장하는 하나의 공통큐(CQ: Common Queue)(21)를 구비하고, 그 공통큐 CQ의 정보를 하나의 스위치S4를 통하여 상기 스위치 S3의 경로를 통해 RQ로 전달하도록 함으로써, 기지국에서 슬롯의 예약시 효율적으로 처리할 수 있는 방안이다.

이러한 CQ(21)는 스위치 S2(16)가 연결(closing)될 때, 즉, 이동국에서 기지국으로 동적 파라미터가 전달될 때, 전달된 버퍼길이(BL; Buffer Length)를 이용하여 구성된다.

즉, 스위치 S2(16)가 연결될 때 UQ(12)에 있는 패킷이 NQ(13)로 전달되며, 동시에 전달되는 패킷의 MVCI(MVC Identifier)를 실은 토큰이 하나의 CQ(21)에 저장된다.

이후 스위치 S3(17)가 동작될 때, 즉 프레임 시작에서 CQ(21)에 저장된 토큰이 서비스되며, 서비스되는 토큰의 MVCI를 지닌 NQ(13)의 스위치 S4(22)가 연결되어 관련 패킷이 RQ(14)로 입력된다.

도 4는 본 발명에 따른 기지국에서 이동가상연결(MVC: Mobile Virtual Channel) 관리 테이블(31)을 도시하며, 도 5는 본 발명에 따라 공통큐를 적용한 동적예약을 위한 기지국에서의 제어 흐름도를 나타낸다.

AS(Access slot)(6)로부터 특정 MVC(MVCIa)의 파라미터 예약이 충돌없이 수신된 경우(41), MVC 테이블(30)에서 MVCIa의 상태(31)를 예약모드로 변경(42) 및 PBL(32)에 수신된 버퍼길이(BL1)를 할당하고(43), 파라미터에 포함된 버퍼길이(BL1) 만큼의 엔티티를 발생하여 공통큐로 입력시킨다(44).

또한, 예약슬롯 RS(3)로부터 특정 MVC(MVCIb)의 패킷을 수신한 경우(51), 파라미터에 포함된 버퍼길이(BL2)를 조사하여(52) 0인 경우 MVCIb의 상태를 휴지모드로 변경(57)하고 PBL에 0을 할당(58) 후 종료한다(70). BL2가 0이 아닌 경우 MVC 테이블(30)에서 PBL값을 거져와서(53) 새로이 CQ(21)로 들어갈 토큰 갯수인 NE=BL2-PBL+1(54) 만큼의 엔티티를 발생하여 공통큐로 입력(55)시키고, MVCIb의 PBL에 수신된 BL2를 할당(56)한다.

이후, 새로운 프레임의 시작(61)에서 프레임내에 있는 예약 타임슬롯(RS)(3)의 개수만큼 CQ(21)로 부터 엔티티가 서비스(62-67) 된다. 새로운 프레임이 시작되면, 예약슬롯에 할당할 엔티티 수를 체크하기 위한 변수 n을 초기값 1로 놓고(n=1)(62), rm 엔티티수가 예약슬롯 RS의 수보다 작거나 같은 경우(63) 공통큐 CQ에서 엔티티를 선택(64)하고, 엔티티가 선택되었으면(65) 선택된 엔티티의 MVCI를 해당 예약슬롯 RSn에 할당한후, 상기 변수 n을 증가(n=n+1)(67)시킨후 상기 단계 63부터 반복하고, n이 예약슬롯 RS보다 크거나, 엔티티가 선택되지 않으면 종료한다. 즉, 엔티티의 서비스는 각 RS에 엔티티의 MVCI를 할당(66)하는 것으로 정의되며, CQ(21)에서 예약슬롯에 할당할 엔티티가 더 이상 존재하지 않을 경우(63) 나머지 예약슬롯은 예약되지 않은 빈 슬롯이 된다.

기지국에서 이동국으로부터 전달되는 버퍼길이 파라미터를 이용한 공통큐 개념을 도입하므로써, 모든 연결된 MVC에 대해 서비스의 균등성(Fairness)을 제공한다. 이러한 방법은 분산된 NQ로 인하여 일어나는 불공정한 우선순위 제어를 각 MVC에서 NQ(13)로 패킷이 진행될 때 하나의 공통큐로 토큰을 발생시켜 다수의 MVC에 대해 FIFS(First-In-First Service)를 유지시킬 수 있다.

본 발명은 기지국에서 이동국으로부터 각 MVC에 대해 전달되는 정보를 이용하여 하나의 공통큐를 도입함으로써 분산된 무선 환경하에서 동적예약시 발생하는 서비스의 불균등성(unfairness)를 해소하고 각 MVC의 지연변이 성능을 개선하므로써 무선 ATM망에서 사용자의 서비스 질을 개선할 수 있다.

또한 본 발명에서는 기존의 동적예약시 사용되는 하나의 파라미터만 이용하며, 복잡한 알고리즘의 적용없이 단순한 하나의 큐만 사용함으로써 기지국에서 이로 인한 제어 부하나 자원 소모는 거의 없으며, 동종 혹은 이종의 트래픽을 가진 각 MVC에 대해 무선 구간의 분산 환경으로 인해 발생될 수 있는 불평등성을 해결함으로써 무선 ATM의 트래픽 제어 개념을 유선 ATM과 유사한 환경으로 취급할 수 있게 되어 유선 ATM의 유용한 많은 기술들을 무선 ATM에서 응용할 수 있는 부가적인 효과를 지닌다.

Claims

무선 ATM망에서 이동국으로부터 전달되는 패킷을 다수의 가상연결(MVC₁, ... MVC_m)으로 분산하여 할당하는 무선 액세스 방법에서,

기지국(중앙제어노드)의 분산된 각 이동가상연결들의 인식된 패킷을 저장하는 큐(NQ)와 대응하여 토큰을 저장하는 별도의 공통큐(CQ)를 구성하는 제1과정과;,

이동국에서 기지국으로 동적 파라미터가 전달되어 UQ에 있는 패킷이 NQ로 전달될때, 동시에 패킷의 MVCI(MVC Identifier)를 실은 토큰을 상기 하나의 공통큐(CQ)에 저장하는 제2과정과;

프레임 시작에서 상기 공통큐(CQ)에 저장된 토큰이 서비스되어 해당 토큰의 MVCI를 지닌 상기 NQ의 패킷 정보를 RQ로 전달하는 제3과정을를 수행하여

상기 공통큐(CQ)를 이용하여 상향링크의 동적 할당을 수행하는 것을 특징으로 하는 공통큐를 이용한 동적예약 무선 액세스 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 과정은,

버퍼길이 파라미터를 이용하여 상기 공통큐로 입력되는 토큰을 생성하되,

분산된 MVC별로 이전버퍼길이(PBL)를 가지는 MVC 관리 테이블을 구성하는 제 1단계와,

MVC관리 테이블의 해당 MVC의 PBL 값과, 액세스 슬롯(AS)과 예약슬롯(RS)으로부터 수신된 데이타의 버퍼길이(BL) 파라미터에 의거하여 추가된 버퍼길이 파라미터 만큼의 토튼을 상기 공통큐에 저장하는 제 2단계로 구성되는 공통큐를 이용한 동적예약 무선 액세스 방법.
상기 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 단계에서 액세스 슬롯(AS)으로부터 이동가상연결 식별자(MVCIa)와 버퍼길이(BL1)를 포함하는 메시시가 수신되면,

해당 이동가상연결(MVCIa)의 상태를 예약 모드로 변경하는 단계와;

상기 MVC테이블의 해당 이전버퍼길이(PBL)를 현재 입력된 데이타의 버퍼길이(BL1)로 할당하는 단계와;

상기 버퍼길이(BL1)의 엔티티를 공통큐(CQ)에 입력하는 단계를 포함하는 것을 것을 특징으로 하는 공통큐를 이용한 동적예약 무선 액세스 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 제 2단계에서 예약슬롯(RS)로부터 이동가상연결 식별자(MVCIb)와 버퍼길이(BL2)를 포함하는 메시시가 수신되면,

상기 버퍼길이(BL2)가 제로('0')인지를 판단하는 단계와;

상기 버퍼길이(BL2)가 제로가 아니면, 상기 MVC테이블에서 해당되는 이전버퍼길이(PBL)을 산택하여 현재 버퍼길이(BL2)와 이전버퍼길이(PBL)의 차에 따른 토큰 갯수(NE=BL2-PBL+1)를 계산하는 단계와;

상기 계산된 토큰갯수(NE)의 엔티티를 공통큐(CQ)에 입력하는 단계와;

상기 이전버퍼길이(PBL)을 상기 버퍼길이(BL2)로 갱신(PBL=BL2)하고 종료하는 단계와;

상기 입력된 버퍼길이(BL2)가 제로인 경우 해당 이동가상연결(MVCIa)을 휴지모드로 변경하는 단계와;

휴지모드로 변경후 이전버퍼길이(PBL)을 제로로 입력하고 종료하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 공통큐를 이용한 동적예약 무선 액세스 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제3과정은,

새로운 프레임이 시작되면, 할당 횟수(n)를 초기값(n=1)으로 하고, 그 할당횟수와 예약슬롯(RS)의 수를 비교하여 할당횟수가 크면 종료하는 단계와;

예약 슬롯(RS)의 수가 상기 현재의 할당횟수 이상인 경우는 상기 공통큐(CQ)에서 엔티티를 선택하는 단계와;

엔티티 선택이 이루어지지 않으면 종료하고, 공통큐(CQ)에서 엔티티가 선택되면, 선택된 엔티티의 해당 이동가상연결(MVCI)을 해당 예약슬롯(RSn)에 할당하고 상기 할당횟수를 증가(n=n+1)시켜 상기 비교단계부터 반복하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 공통큐를 이용한 동적예약 무선 액세스 방법.