KR20010103672A - 호출 승인 방법 - Google Patents

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KR20010103672A
KR20010103672A KR1020010025021A KR20010025021A KR20010103672A KR 20010103672 A KR20010103672 A KR 20010103672A KR 1020010025021 A KR1020010025021 A KR 1020010025021A KR 20010025021 A KR20010025021 A KR 20010025021A KR 20010103672 A KR20010103672 A KR 20010103672A
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그룰스테판
라타오이오마르
라치디타제-에딘
사무엘루이스귄
얀란-홍
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루센트 테크놀러지스 인크
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Abstract

UMTS, EDGE 혹은 유사한 네트워크에서, 각각의 새로운 호출은 핸드오버에 관해 필요한 QoS(심리스 서비스 기술어) 및 승인가능한 레벨의 저하(서비스 저하 기술어)를 지정한다. 호출은 오직 두 개의 기술어에서의 QoS 요구사항이 충족될 수 있고, 현재 호출의 두 개의 기술어에서의 QoS 요구사항이 승인할 수 없을 정도로 영향을 받지 않을 때에만 셀에 승인된다.

Description

호출 승인 방법{IMPROVED QUALITY OF SERVICE CONTROL IN A MOBILE TELECOMMUNICATIONS NETWORK}
본 발명은 광역 이동 통신 시스템(UMTS), 글로벌 패킷 무선 서비스(GPRS) 혹은 개선된 데이터 속도 GPRS 전개(Enhanced Data-rate GPRS Evolution : EDGE) 같은 이동 통신 시스템에서 서비스 제어의 품질을 개선시키는 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
개선된 제 2 세대 및 제 3 세대 이동 시스템은 단순한 음성 전화에서 예를 들어 IP상으로의 영상(voice over IP), IP상으로의 영상 회의(video conferencing over IP), 웹 브라우징, 이메일, 파일 전송등의 복잡한 데이터 애플리케이션까지 제 2 세대 이동 시스템의 범위 넘어서서 상이한 서비스를 최종 사용자에게 제공할 것이다. 실시간(RT) 애플리케이션을 위해 회로 스위칭 서비스를 사용하는 것은 높은 품질의 서비스(Quality of Service : QoS)를 보장하나 시스템 용량을 소모적이고 낭비적으로 사용한다. 이것은 지정된 링크가 전체 연결 내내 유지된다는 사실에 기인한다. 한편, 패킷 스위칭 서비스는 B. Jabbari, E. H. Dinan, W. Fuhrmann이 "Performance Analysis of a Multilink Packet Access for Next Generation Wireless Cellular Systems", PIMRC 1998에 개시한 바와 같이 B. Jabbari등이 시스템 용량을 더 효율적으로 사용하고 사용자가 빈 시간을 승인하며 볼륨 차징 정책(volume charging policy)을 사용한다는 점에서 무선 인터페이스상으로 RT 데이터 트래픽에 관한 융통성있는 대안을 제공한다. 또한 패킷 스위칭은 이동 통신에서의 무선 인터페이스에서 발견되는 것과 같은 자원 환경이 부족할 때 더 적합할 수 있다. 이것은 부가 시스템 용량이 패킷 스위칭 시스템에 고유한 통계적 멀티플렉싱 이득을 이용함으로써 공중 인터페이스상에서 구현될 수 있기 때문이다. 그러나, 회로 스위칭 시스템의 QoS에 비교할 때 RT 서비스를 위해 QoS를 유지하는 것은 흥미로운 도전이다.
본 발명은 서비스의 품질(QoS) 요구사항을 갖는 패킷 데이터 이동의 승인 제어에 집중된 문제점을 해결한다. 종래의 패킷 전송 시스템은 큐잉(queuing) 시스템으로 동작하는데, 여기서 각각의 패킷은 아무때나 전송된다. 이것은 전송 네트워크가 데이터에 관한 어떤 지연 제한을 유지하지 않기 때문에 낮은 품질의 서비스로 사용자 인지 시스템이 동작하게 한다. 신규한 스케줄링(scheduling) 메카니즘은 보장된 최소 대역폭을 개별 이동에 할당함으로써 이러한 제약을 극복한다. 제공된 하나의 이동의 데이터가 주어진 시간 간격내에서 이 보장된 속도를 초과하지 않는다면, 사용자는 이 QoS 스케줄링 시스템에서 어떠한 폭주 관련 지연이 없다는 것을 확신할 수 있다. 이러한 가정은 오직 QoS 개선 이동과 연관된 총 제공 부하가 공유 링크의 총 출력 용량 미만일 때에만 유지된다. 따라서, 시스템으로의 새로운 이동의 승인을 제어하는 시스템 엔티티가 필요하다. 이 엔티티는 접속 승인 제어기(Connection Admission Controller : CAC)로 지칭되며 새로운 이동의 승인을 결정한다. 종래의 CAC 알고리즘은 무선 전송 시스템에서 보여지는 바와 같이 높은 동적 환경에서 이동을 처리하게 설계되지 않았다. 본 발명은 구체적으로 이러한 문제를 해결한다.
다소 넓게 말하면, 제 3 세대 이동 장치의 서비스의 유형을 두 개의 주요 클래스, 즉 실시간 서비스(예를 들어, 음성, 영상 회의 등)와 비실시간 서비스(예를 들어, 데이터베이스 애플리케이션, 웹 브라우징, 이메일 등)로 나눌 수 있다. 199년 1월 발간된 ITU-R(제공 : Kokia)의 UMTS QoS 기술 보고서는 범용 이동 통신 시스템(UMTS)에 관한 네 개의 구별되는 트래픽 클래스를 규정한다, 즉
ㆍ실시간 클래스(대화형 및 스트리밍(Conversational and Streaming))
ㆍ비실시간 클래스(대화형 및 백그라운드(Interactive and Background))
테이블 1은 특성에 따라서 이러한 클래스의 각각의 하나를 설명한다.
트래픽 클래스는 클래스와 연관된 QoS 특성을 가지고 이러한 특성은 다음의 면을 포함한다 :
1. 대역폭에 대해 지정된 트래픽 특성 :
ㆍ최대 속도(비트/초),
ㆍ최소 승인 속도(비트/속도),
ㆍ평균 속도(비트/속도),
ㆍ최대 버스트 사이즈(burst size)(최대 속도로 전송된 연속한 비트의 최대 갯수)
2. 접속의 신뢰도 요구사항. 이것은
ㆍ비트 에러율(BER) 혹은 프레임 에러율(FER)
ㆍ최대 손실율(전송되지 않는 패킷에 대한 수신된 패킷의 비율)을 포함한다.
3. 지연 요구사항은
ㆍ최대 승인 지연(ms)
ㆍ최대 승인 지터(ms)(지연에서의 변화)를 포함한다.
이 상위 레벨의 트래픽 클래스 분류는 QoS 특성의 세트를 세밀히 검사할 필요 없이 많은 QoS 결정을 지원할 수 있다. 예를 들어, 대화형 트래픽은 자신의 트래픽 클래스 특성화에 기반하여 독점적으로 할당된 어떠한 역방향 에러 정정(backward error correction)도 하지 않을 것이다.
각각의 트래픽 클래스는 종단간 모드에서 만족되어질 필요가 있는 한 세트의 QoS 요구사항에 의해 특성화된다. 즉, 이동 환경(도 1을 참조하기 바란다)을 구성하는 무선 및 고정된 서브시스템 모두는 필요한 QoS를 제공하고 유지해야할 구조를 구현하는 것이 필요하다.
보장된 대역폭 같은 많은 QoS 요구사항은 적합한 스케줄링 전략에 의해 개별 데이터 이동을 위해 달성될 수 있다. 이러한 시스템은 하나의 주요한 가정, 즉 "스케줄링 시스템에 제공된 총 트래픽 부하는 출력 용량 미만이다"라고 가정한다. 따라서, 시스템에서 승인된 부하의 양은 QoS 스케줄링의 성공적인 구현을 위해 제어되어야 하고 또한 중요하다. 무선 시스템은 두 개의 특별한 문제점을 갖는다. 상이한 무선 셀 사이에서의 사용자의 이동성은 결과적으로 개별 셀에서의 동적 부하 패턴이고, 무선 전달 조건을 변경하는 것은 결과적으로 개별 링크의 용량을 변하게 한다. 따라서, 제공된 부하의 양(이미 승인된 호출의)과 출력 용량은 변한다. 이러한 기술적 문제를 제외하면, 높은 네트워크 이용을 달성하기 위해서는 흔히 경제적인 요구가 존재한다. 보존성(conservative) CAC는 수용할 수 있는 이상의 부하를 아마 거절할 것이다.
네트워크에서 대역폭을 더욱 효율적으로 이용하고, 종단간 서비스 품질을 개선하며 부하 균형을 개선하는 방법 및 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명에 따르면, 무선 이동 통신 네트워크에서 요청된 호출을 이 호출에 특정한 서비스 기술어의 품질로 제공하고 오직 필요한 품질의 서비스가 제공될 수 있을 때만 이 호출을 승인하는 것을 특징으로 하는 통신 셀에서 호출을 승인하는 방법이 제공되는데, 현재 호출의 필요한 품질의 서비스는 수용할 수 없을 정도로 영향을 받지는 않을 것이다.
또한 본 발명에 따르면, 무선 이동 통신 네트워크는 코어 네트워크, 다수의 기지국 및 다수의 이동 터미널을 포함하고, 또한 접속 승인 제어기, 폴리싱 장치및 스케줄러가 존재하는데, 요청된 호출에 특정한 적어도 하나의 품질의 서비스 기술어를 제공하는 수단이 또한 제공되고, 접속 승인 제어기는 오직 기술어에서의 서비스의 품질이 제공될 수 있을 때만 요청된 호출을 승인하도록 구성된다는 점을 특징으로 하는데, 현재 호출에 특정한 서비스 기술어의 품질은 수용할 수 없을 정도로 영향을 받지 않을 것이다.
도 1은 UMTS 네트워크의 개략도,
도 2는 UMTS 시스템에서 서비스 품질의 아키텍처를 도시하는 도면,
도 3은 심리스 서비스 기술어 및 서비스 저하 기술어 값을 도시하는 도면,
도 4는 하나의 샘플의 손실 프로파일을 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 구성에서 서비스 품질의 관리 구조 구성요소를 도시하는 도면,
도 6은 하나의 샘플의 접속 상태 테이블,
도 7은 접속 승인 제어기의 일반적인 구조를 도시하는 도면,
도 8은 본 발명에 따라서 접속 승인 제어기에서 취해진 결정을 도시하는 도면,
도 9는 본 발명의 구성에 추가하여 표준 서비스 품질 관리 구성요소를 갖는 스케줄러의 상호작용을 도시하는 도면,
도 10은 동일한 접속의 RLCs와 패킷 사이의 시간 간격을 도시하는 도면.
이제 첨부한 도면을 참조하여 실시예로 본 발명을 설명하겠다.
도 1 에서, 구체적으로 UMTS인 이동 통신 네트워크(10)는 IP(인터넷 프로토콜) 네트워크 혹은 PSTN(공중 교환 전화망) 중 하나일 수 있는 고정 네트워크 서브시스템(18)으로의 고정 연결자(16)를 갖는 기지국(BS)과 공중 인터페이스(13)상으로 통신하는 이동 터미널(MT : 12)을 포함한다.
QoS(서비스의 품질) 아키텍처는 도 2와 같이 기능적으로 분해되어 표현될 수 있는데, QoS는 상이한 레벨에서 동작하는 일련의 "연쇄 서비스"로 취급될 수 있으며, 이 방안은 Technical Specification Group Services and System Aspects, QoS Concept 1.1.0, 3GPP, 1999에 개시되어 있다.
UMTS에서, 터미널 장치(TE : 20)는 MT(12)에 연결될 수 있으며, BS(14)는 에지 노드(24)와 코어 네트워크(CN) 게이트웨이(26)를 통해 다른쪽 TE(28)와 연결되는 UTRAN(범용 지상 무선 액세스 네트워크)(22)의 일부를 형성한다.
종단간(end to end) QoS 서비스(30)는 첫 번째 레벨에서 TE(20)와 MT(12) 사이의 로컬 베어러 서비스(32), MT(12)와 CN 게이트웨이 사이의 UMTS 베어러 서비스(34) 및 CN 게이트웨이(26)와 TE(28) 사이의 외부 베어러 서비스(36)로 구성되는 것으로 간주될 수 있다.
두 번째 레벨에서, UMTS 베어러 서비스(34)는 MT(12)와 에지 노드(24) 사이의 무선 베어러 서비스(40) 및 에지 노드(24)와 CN 게이트웨이(26) 사이의 CN 베어러 서비스(42)로 구성된다. 세 번째 레벨에서, 무선 베어러 서비스(40)는 MT(12)와 UTRAN(22) 사이의 무선 서비스 베어러(50) 및 UTRAN(22)와 에지 노드(24) 사이의 Iu 베어러 서비스(52)로 구성된다. 이 레벨에서, CN 베어러 서비스(42)는 백본 베어러 서비스(54)이다.
네 번째 레벨에서, MT(12)와 UTRAN(22) 사이의 UTRA(U... T... R... A...) FDD/TDD(F... D... T.../T... D... D...) 서비스(60) 및 UTRAN(22)과 에지 노드(24) 사이의 물리적 베어러 서비스 QoS(62)가 존재한다.
본 명세서에서 사용되는 대부분의 QoS란 용어는 Traffic Management Specification, Version 4.0, The ATM forum, Technical Committee, aftm-0056.000, April 1996에 기반하고, 또한 무선 특정 Qos 파라미터인 "손실 프로파일"이란 용어는 S Singh의 "Quality of Service Guarantees in Mobile Computing, Computer Communications", Vol 19, pp 359 - 371, 1996에 개시되어 있다. 그러나, ATM(비동기 전송 모드) 시스템에 관한 QoS에 비해 본 발명에 따른 장치에 있어서, QoS 유지는 최적이며 또한 연결 내내 유지된다.
본 발명의 특정한 실시예의 설명은 다음의 가정, 즉
1. 모든 QoS 전송이 데이터 이동으로 구현되어야 한다. 데이터 이동은 사용자가 어떤 QoS 요구사항을 갖는 네트워크에서 동일한 소스로부터 동일한 수신지로의 데이터 패킷의 시퀀스이다. 각각의 무선 베어러는 하나의 데이터 이동과 관련된다. 다수의 무선 베어러가 한명의 사용자를 위해 설정될 수 있기 때문에, 한명의 사용자와 관련되는 다수의 데이터 이동이 또한 동시에 존재할 것이다. 이어서 모든 데이터 이동은 개별적으로 처리된다.
2. 각각의 연결 요청(CR)은 QoS 요구사항을 보유한다. QoS 요구사항은 세 부분을 보유한다. 첫 번째 파트(A)는 상위 레벨 분류이다. 상위 레벨 분류가 명확하게 주어지지 않는다면, 이 분류는 예를 들어 지연 요구사항 같은 B로부터의 실제값으로부터 유도될 수 있다. 이 변환 테이블의 양자화는 이 방안의 범주밖이다. 파트(B)는 대역폭, 지연 및 신뢰도의 면에서의 기본 트래픽 사항을 보유한다. 세 번째 파트(C)는 무선 특정이고 대부분 링크 저하로 인한 네트워크 폭주 상황에서의 이동을 처리하는 방법에 관한 질의를 처리한다. 각각의 CR이 B와 C에 관한 파라미터로 지정된다고 가정된다. CR에서 이러한 파라미터가 명확히 통지되지 않는다면, 적합한 값을 불특정 필드에 배정하는 것이 가능하다고 가정된다.
3. 가변 링크는 다수의 홉 패킷 라우팅 아키텍처에서의 일부이고 잠재적으로 폭주 상황이 발생할 수 있는 곳에서만 병목 현상(bottleneck)이 발생하는 것으로 간주된다. 이것은 무선 네트워크에 비해 동일한 대역폭 용량을 갖는 고정 링크 백본 네트워크가 상대적으로 구축하기 저렴하다는 가정하에서 타당하다. 따라서, 본 발명자들이 기대한 애플리케이션 영역에서 네트워크 운영자는 네크워크 계획시에충분한(저렴한) 백본 용량이 상대적으로 고가인 무선 네트워크를 지원하는데 이용가능하다는 것을 확신할 것이다.
4. 속도 보존 스케줄링 방안이 스케줄러에서 사용되기 때문에, 스케줄러는 스케줄링 시스템이 폭주하지 않는다면 필요한 데이터 속도를 보장한다. 이것은 총 제공된 부하가 주어진 모니터링 간격내에서 이용가능한 효과적인 효율 보다 이하인 경우이다.
본 발명에 따르면, 두 개의 신규한 서비스 기술어(descriptor)가 필요한데, 둘 모두다 무선 인터페이스의 특성에 적합한 용어로 요청된 서비스의 사용자에 의한 설명을 승인한다.
첫 번째 기술어는 하나의 통신 호출로부터 다른 통신 호출로의 힌드오버(handover) 동안에 사용자가 필요로하는 서비스의 레벨을 사용자가 지정하는 심리스 서비스 기술어(Seamless Service Descriptor : SDD)이다. 간단히 설명하기 위해 이것은 1에서 5의 범위에서의 정수 입도(integer granularity)에 의해 예시될 수 있는데, 여기서 SSD값 5는 영상 핸드오버에 필요한 심리스 서비스의 최고 품질을 의미하며, 품질 4의 서비스는 영상에 대해 어느 정도 수용가능하나, 3이항의 SSD값은 무시할 수 있는 영상 서비스를 제공할 것이다.
영상 서비스에 있어서, SSD값 3은 아마도 인간의 두뇌가 전송 에러를 제거하기 위해 보간할 수 있기 때문에 수용될 수 있을 것이다.
파일 전송 같은 서비스에 있어서, 실시간 전송이 필수가 아닐 때, SSD값 1이 수용될 수 있을 것이다.
도 4는 단지 주어진 세 가지 예를 도시한다.
물론, 사용자는 더 높은 SSD 레벨에 대해서는 더 많이 지불해야 할 것이다.
두 번째 기술어, 즉 서비스 저하 기술어(Service Degradation Descriptor : SDD)는 새로운 링크가 사용자에게 승인된 서비스 저하의 레벨 및 저하의 유형을 또한 지정하도록 요청하는 것을 가능하게 한다. 1에서 5의 정수 범위에서, 기술어는 사용자가 저하를 수용할 레벨을 규정하는데, 예를 들어 음성 사용자는 SDD = 5인 정도의 임의의 손실을 수용하도록 준비되지 않을 지도 모르는데, 도 4를 참조하기 바란다.
SDD는 S Singh, "Quality of Service Guarantees in Mobile Computing, Computing Communications", Vol 19, pp 359 - 371, 1996에 개시된 바와 같이 손실 프로파일에 기반한다.
예를 들어 무선 링크 용량이 검소되는 공중 인터페이스의 품질에서의 악화 같은 자원 저하가 있는 경우를 가정하자. 페이로드가 지터 요구사항을 희생하여 보존되어야 하는가 하는 의문이 생길 수 있다.
도 4는 연결에 관한 전형적인 손실 프로파일을 도시하고 첫 번째 단계로서 지터가 10ms로부터 20ms로 증가되고, 저하에서의 두 번째 단계로서 BER(비트 에러율)이 10-5로부터 10-3으로 증가될 수 있다는 것을 지정한다.
따라서 SDD는 자원이 불충분한 경우가 발생할 때 이 특정한 호출의 QoS 요구사항이 저하될 수 있는 방법을 지정한다.
지정된 네 번째 요소는 사용자가 자신에게 할당된 대역폭을 초과하면 시스템이 어떻게 작용할지를 사용자가 표시하는 폴리서 플레그인데, 폴리서 플레그란 개념은 ATM 시스템에서 알려져 있다.
네 가지 요소, 즉 심리스 서비스 기술어, 서비스 저하 기술어, 손실 프로파일 및 폴리서 플레그는 무선 링크를 요청하는 각각의 애플리케이션에서 제기되는 접속 요청(CR), 업링크와 다운링크 모두 및 TCP(전송 제어 프로토콜), UDP(사용자 데이터 프로토콜) 등으로 사용될 수 있는 전송 방안에 관계없이 모두 지정된다.
접속 요청을 토대로, 네트워크는 충분한 용량이 서비스를 제공하는데 이용가능하고, 요청된 서비스를 제공하는 것이 현재의 접속을 수용할 수 없을 정도, 즉 이러한 현재의 접속의 SSD 및/또는 SDD 기술어를 초과하게 영향을 미칠 것인지에 따라서 요청을 승인하거나 혹은 거절할지를 결정한다.
또한, 핸드오버되어질 서비스가 견실하지 않을 때, 영상 서비스 같은 요청은 목적 호출내에서의 대역폭에 대해 요청될 수 있는데, SSD 기능은 입력되는 높은 값의 SSD 서비스가 이미 호출내인 낮은 값의 SSD 서비스로부터의 대역폭을 "대여"하게 하여, 품질은 핸드오버시에 유지될 수 있다.
결정은 QoS 관리 구조에 의해 이루어 지며, 구성요소가 도 5에 도시되어 있다. 구성요소는 논리 엔티티로서 도시된다, 즉 위치가 표시되지 않는다. 이 구조는 MT(12), BS(14) 혹은 둘 모두에 배치될 수 있다.
접속 요청(CRi)은 전술한 바와 같이 요청을 승인하거나 혹은 거절하는 접속승인(CAC : 70)에 제공된다. 승인된 요청에 대해, CAC(70)는 "이동 큐 생성" 메시지(72)를 생성하고, 가변 크기인 큐(74)는 각각의 CRi에 대한 네트워크 레이어에서 설정된다. 각각의 큐는 가변 이동 속도(Fi)를 갖는 가변 크기의 리키 버킷(variable size leaky bucket : VBi)을 포함한다.
버킷의 출력(Oi)은 폴리서(76)에 의해 모니터링된다. 이어서, 참조 번호(74')로 도시되어 있듯이 RLC(무선 링크 제어) 프로토콜이 초기화되고, 참조 번호(78)로 도시되어 있듯이 RLC 블록은 무선 자원 관리자(RRM : 82)로부터 입력을 또한 수신하는 스케줄러(80)에 제공된다. 스케줄러(80)는 자신의 QoS 요구사항에 따라서 각각의 이동 큐를 담당하고 전송 프레임(TF : 84)을 설정한다.
큐(74)를 다시 참조하면, BEC(B... E... C...)를 갖는 이동은 자신의 ARQ(자동 반복 요청)가 설정되고 ARQ가 손실 혹은 에러 블록의 재전송을 위해 사용된다는 것을 탐색한다(실시간 트래픽 클래스를 위한 ARQ 프로세스는 일반적으로 효과가 없을 것이다).
QoS 관리 구조를 포함하는 구성요소는 CAC(70), 폴리서(76) 및 스케줄러(80)이다.
이제 CAC(70)를 고려하면, CAC의 기본 원리는 이동(i)으로부터 어떤 횟수의 접속 요청(CRi)을 수집하는 것인데, 여기서 i = 1.. n이고 n은 이미 승인되고 이동중인 총 횟수를 구성한다. 이동은 네트워크 혹은 사용자가 설정된 이동을 종료할 때까지 계속된다.
CR은 한 세트의 QoS 요구사항을 보유하는데, 이 요구사항은 이동이 잠재적으로 필요로할 시스템 자원의 양을 결정하기 위해 CAC 알고리즘에 관한 기준을 설정한다. 따라서, 승인에 관한 CAC 결정은 시스템 자원이 모든 현존하고 또한 새롭게 고려된 이동을 만족시키기에 충분한지에 관한 질의에 의해 구동된다. 보존되는 CAC 알고리즘은 이 결정의 확률이 100% 증명된다면 그렇게 할 것이다. 링크 이동을 증가시키기 위해, 많은 방안이 동작 시간 동안에 55분 유지하는 보장같은 확률적 보장을 달성하는 CAC 행동을 지원한다. 이러한 방안은 또한 과보유(over-reservation) 방안으로 지칭된다. 파라미터 손실 프로파일 및 신규한 파라미터 SSD의 발명적인 이용이 확률적 메트릭스라면, 과보유는 동작 동안에 사용되고 및/또는 일시적으로 승인되는 것으로 가정된다.
서비스 제공자의 관점에서 볼때, CAC 모듈의 최종 목적은 최대수의 CRs를 승인하고, 동시에 현재 접속의 QoS 요구사항을 유지하는 것이다. 즉, CAC 모듈은 사전에 폭주를 피해야 한다. 이것에 추가하여, 자신의 실제 구현과는 독립하여, CAC모듈의 최종 출력은 CR이 승인되거야 하거나 혹은 승인되지 않아야 하는지를 표시하는 불 값이야 한다.
CAC 모듈은 애플리케이션으로부터 접속 요청(CR)을 수신하고, 네트워크는 서빙 기지국으로부터의 모든 현재의 접속의 QoS 요구사항과 함께 트래픽 특성 및 무선 자원 관리자(RRM)로부터 네트워크 측정치(멀티패스, 경로 손실 및 간섭)를 수신한다. 그 후 이전의 정보를 기반으로 CR이 승인될 수 있거나 혹은 승인될 수 없는지를 결정한다. CR은 새로운 호출 혹은 핸드오프 중 하나로부터 발생될 수 있다. CAC 모듈은 일반적으로 접속중인 서비스를 중단시키는 것이 새로운 호출을 거절하는 것 보다 사용자에게 더 불쾌하기 때문에 새로운 호출 CRs 보다 핸드오프 CRs에 우선순위를 두어야 한다.
로컬 용량 추정외에, 무선에서 CAC는 전통적으로 비관적인 승인 전략으로 인한 낮은 링크 이용 및 기지국 사이의 과도한 시그널링 오버헤드 모두를 야기할 수 있는 핸드오프 호출에 관한 자원 보존에 초점을 맞춘다. 본 발명의 접속 승인 제어기는 심리스 서비스를 보장하기 위해 셀간 자원 보존에 기반하지 않는다. 그 보다는 본 발명의 접속 승인 제어기는 입력 요청을 승인하거나 혹은 거절하기 위해 도입된 두 개의 새로운 QoS 파리미터(SDD 및 SSD)를 사용한다. 이 모델에서, 각각의 BS는 접속 식별자, SDD, SSD 및 현재 셀내에서 각각의 접속이 사용하는 실질적인 총 대역폭을 보유한 테이블(접속 상태 테이블)을 유지하는 것이 필요하다. 도 6은 접속 상태 테이블의 예를 도시한다.
CAC(70)의 일반적인 구조가 도 7에 도시되어 있다. 이것은 두 개의 주요 부분, 즉 접속 임팩트 평가기(Connection Impact Evaluator : CIE)(86)와 불 결정기(Boolean Decision Maker : BDM)(88)를 갖는다.
CIE는 다음의 파라미터, 즉
ㆍ실제 접속 요청
ㆍRRM으로부터 현재 셀과 인접 셀 모두가 이용가능한 시스템 자원(대역폭 및 메모리)
ㆍ현재 셀과 인접 셀 모두의 접속 상태 테이블을 입력으로 수신한다.
명백히, 정규 간격에서 인접 BS 사이의 현재 접속에 관한 정보를 교환하기위한 프로토콜은 지정될 필요가 있다.
그 후 CIE는 현재 셀과 인접 셀에서의 모든 현재의 활성 접속에 관한 요청 접속을 승인하는 임팩트를 예측하는 한 세트의 확률값을 출력한다. 이러한 확률은 두 개의 범주, 즉
ㆍ현재 셀과 인접 셀에서의 n개의 기타 활성 접속을 블로킹할 확률값(PB(n)). 예를 들어, PB(1) = 0.3은 하나의 활성 접속을 블로킹할 확률이 0.3이라는 것을 의미한다.
ㆍ인접 셀에서 n개의 기타 활성 접속의 QoS를 저하시킬 확률
ㆍ지연 요구사항을 초과할 확률(Pd(n))
ㆍ지터 요구사항을 초과할 확률(Pj(n))
ㆍBER 요구사항을 초과할 확률(Pb(n))
ㆍ손실 요구사항을 초과할 확률(Pl(n))
BDM은 CR이 승인되어야 할지를 결정하는 모듈이다. BDM은 CIE와 한 세트의 폭주 메트릭스로부터 기인한 확률에 의해 조정된다(접속 블로킹의 수(N1), 폭주로 인한 QoS 저하수(N2) 및 네트워크의 에지에서 큐와 버퍼의 길이(N3)). BDM이 달성할 필요가 있는 하나의 목적은 자신의 블로킹과 서비스 저하 확률이 어떠한 CAC가 구현되지 않았을 때의 그대로의 블로킹과 저하 확률 보다 미만이어야 한다는 것이다.
도 8은 CAC(70)이 행한 결정을 세부적으로 도시한다.
RM(82)과 기타 접속으로부터 CIE(86)로의 입력은 도 2에서의 무선 베어러 서비스(40 및 50)를 고려하는 것으로 간주될 수 있고, 링크 접속 폭주 메트릭스 입력은 도 2에서의 Iu 베러어 서비스(52), 백본 베어러 서비스(54) 및 CN 베어러 서비스(42)를 고려하는 것으로 간주될 수 있다. 따라서, UMTS 베어러 서비스(34)의 전체 폭을 담당하여 효과적으로 종단간 서비스(30)가 개선될 수 있다.
호출 요청(CR)을 수신하고 RRM(82)로부터의 입력을 가지고 단계(100)에서 시스템 자원이 이용가능한가를 결정한다. 이용가능하다면 접속하고, 이용가능하지 않다면 SDD가 단계(102)에서 검사된다. 단계(104)에서 새로운 CR을 승인하기 위해 기타 접속을 저하시킬지에 대한 결정이 이루어진다. 기타 접속을 저하시키기로 결정한다는 것은 현재 접속이 새로운 CR을 허용하기 위해 저하를 기꺼이 수용한다는 것을 의미한다. 기타 접속을 저하시키지 않기로 한다면 단계(106)에서 CR의 손실 프로파일이 검사된다. 단계(108)에서, 이 CR이 자신의 손실 프로파일에 따라서 제공될 수 있다면 접속되고, 그렇지 않다면 단계(110)에서 SSD가 검사된다. 단계(112)에서, 이 CR을 승인하기 위해 기타 접속을 차단하지만, 기타 접속은 바람직하지 않는 효과(ill effect)없이 중단되고 재시작될 수 있다면,즉 대역폭을 "스틸(steal)"할 수 있다면, 그 때는 CR이 승인된다. 그렇지 않다면, CR은 거절되고 네트워크가 요청을 승인할 수 없다는 것이 애플리케이션에 통지된다.
승인시, 새로운 이동 큐가 생성되고 접속 식별자는 이 접속에 관해 발생된 모든 패킷에 할당된다.
예를 들어, CR은 시스템 자원이 이용가능할지라도 거절될 수 있고, CIE(86)가 높은 블로킹 확률값을 출력하면 폭주 메트릭스는 블로킹된 접속의 증가수를 표시한다.
특정한 CAC 엔티티가 설명되었지만, 분산된 버전은 유리하게 필요한 계산 파워를 여러 유닛에 확산시키고 요청에 대한 응답 시간을 낮출 것이다.
이제 도 5에서의 폴리서(76)를 고려해 보자. 상이한 접속들이 자원에 대해 경쟁하는 네트워크에서, 폴리싱 메카니즘은 트래픽 자원이 그들 자신의 사양서에 따라 행동한다면 트래픽 자원을 모니터닝하도록 적합화된다. 또한 폴리서는 제공된 부하를 이동에 순응시키기 위해 제공된 부하와 상호작용하고 제공된 부하를 변경할 수 있다. 본 발명의 방안에서 양측의 동작은 예측가능하지만, 사용자가 동작 모드를 선택하는 것은 부족하다.
이 애플리케이션에서, BS의 데이터 링크 레이어에서 동작하는 하나의 폴리서가 설명된다. 명백히 폴리서의 위치는 또한 예를 들어 코어 네트워크의 게이트웨이 입구로 이동될 수 있다. 폴리서는 토큰 기반 리키 버킷 알고리즘(token-based leaky bucket algorithm)에 기반하여 주어진 이동 큐의 트래픽 특성(최대 속도, 평균 속도 및 버스트(burstiness))을 모니터링하고 강제한다.
이동의 최대 속도는 접속 요청이 문제되었을 때 비트의 도차간 시간(bit inter-arrival time)을 지정된 최대 속도의 역과 단순히 비교함으로써 제어된다. 비트의 도착간 시간은 트래픽을 순응시키기 위해 최대 속도의 역 미만이어야 한다. 평균 속도는 리키 버킷의 토큰 도착 속도를 승인된 평균 속도로 세팅함으로써 강제된다. "비트의 도착간 시간"은 체적에 의존하는 관점에서 강조되며 패킷 마다의 기준에 대해 수행되진 않는다는 점에 유의하기 바란다.
버스트는 리키 버킷의 사이즈를 조절함으로써 제어될 수 있다는 것을 쉽게 볼 수 있다. 버스트는 최대 속도로 전송된 연속한 비트의 최대수이다. 토큰 기반 리키 버킷의 사이즈는 승인된 버스트를 강제하기 위해 세팅될 수 있다.
주어진 트래픽에 있어서, 리키 버킷의 사이즈는 다음으로, 즉
사이즈 = (1 - 평균속도/최대속도)×버스트로 세팅되어야 한다.
평균 속도는 엄격히 최대 속도 미만이다. 평균 속도가 최대 속도와 동일하다면, 버스트는 규정되지 않는데, 이는 버스트의 정의가 최대 속도로 전송될 수 있는 연속한 비트의 최대수이기 때문이다.
승인된 트래픽 특성에 순응하지 않는 접속에 관해 폴리서가 행할 행동에 관해서, 폴리서는 접속 요청내에 지정된 "폴리서 플래그"를 검사한다. 폴리서 플래그가 온이라면, 이것은 사용자가 비순응 패킷의 전송에 관해 추가 요금(서비스 제공자가 규정한 요금 정책에 따라서)을 기꺼이 지불한다는 것을 의미한다(충분한 시스템 자원이 이용가능하다면). 그러나, 폴리서 플래그가 오프라면, 폴리서는 모든 비순응 패킷을 버린다.
호출의 접속시, 네트워크는 지연, 지터 및 대역폭에 관한 사용자의 요구사항을 보장한다. 이러한 요구사항은 외부 조건, 주로 공중 인터페이스에 따라서 쉽게 충족될 수 있다. 네트워크는 인터페이스가 저하되면 데이터와 방어의 비율을 변하게 할 필요가 있을 수 있다, 즉 대역폭을 변하게 할 필요가 있을 수 있다. 유사하게, 공중 인터페이스의 저하는 콘서티나 효과(concertina effect), 즉 패킷내에서의 생 데이터의 비율이 감소시킬 수 있다.
이러한 요인을 고려하는 것이 스케줄러(80)(도 5를 참조하기 바란다)이다.
종래의 첫 번째 구성을 고려하면, UMTS에서의 애플리케이션을 위해 스케줄러는 전송 프레임내에서 상이한 RLC 블록의 전송의 순서를 결정한다. 이것은 이동으로 자원 할당 동안에 배정되어 진 한 세트의 전송 포맷 조합(TFC)을 갖는 무선 자원 관리자(RRM)로부터 구성되며 BS에 위치한다. 각각의 전송 프레임(TF)은 적어도 전송될 수 있는 자신에게 대응하는 비트수와 코딩 방안에 의해 특징화된다. 스케줄러는 링크 이용을 최적화하고 동시에 상이한 트래픽 클래스에 속한 모든 이동 큐의 QoS 요구사항을 만족시키는 하나의 TF를 선택한다.
상이한 스케줄링 방안은 트래픽 방향에 따라서 적용될 수 있다. 예를 들어 UMTS 같은 무선 시스템에 있어서, 지정된 공유 채널에 관한 하나의 스케줄링 방법이 존재하는데, MS는 데이터를 전송할 때 공중 인터페이스상으로 업링크 방향으로 전송한다. GPRS에 있어서, MS는 액세스 프로시쥬어를 수행해야 하고, 자신의 UL 데이터는 중앙 BS로부터 MS로 활발히 스케줄링되고 시그널링된다. 모든 알려진 시스템에 관한 다운링크에서 BS는 모든 RLC 블록을 동기화하고 정규의 간격으로 데이터를 전송한다.
본 발명에 있어서, 스케줄러는 QoS 대역폭 요구사항을 달성하기 위해 속도 보존 방식으로 동작한다, 즉 스케줄러는 특정된 대역폭 요구사항에 비례해서 개별 데이터 이동의 공유 링크로의 액세스를 모니터링하고 허용한다. 실제 스케줄링 방안은 관계가 없다.
도 9는 표준 QoS 관리 구성요소와의 상호작용을 도시한다. 가변 큐(81), CR(83) 및 ARQ(85)를 갖는 발명적인 구성은 스케줄러(80)와 상호작용한다. 스케줄러(80)는 또한 제각각 접속 요청(CRj 및 CRk)을 갖는 표준 큐(j 및 k)와 상호작용한다. 스케줄러의 출력은 PDUs 혹은 ARQs일 수 있는 RLC 블록(84)의 스트림이다.
스케줄러가 모든 현재의 이동 큐를 충족시키기 위해(스케줄러의 성능 요구사항), QoS 요구사항은
ㆍRT 트래픽 클래스 : 다음의 QoS 요구사항(스케줄러와 관련되는)을 특징으로한다 :
ㆍ최대 허용 지연 : 최대 허용 시간인 Dmax는 전송되어질 네트워크 레이어 패킷에 대해 취해진다,
ㆍ최대 허용 지터 : 패킷 지연에서의 최대 허용 변화인 Jmax및
ㆍ패킷 손실비이다.
전술한 가정(3)은 특정한 스케줄링 시스템에 관한 지연 문제에 초점을 맞추고 있다. 백본 네트워크로 인해 어떠한 중대한 추가 지연이 없다고 가정된다. 물론 이 영향은 어떤 장래의 QoS 메카니즘에 의해 추정되거나 혹은 시그너링될 수 있다. 백본의 영향이 이용가능하다면, 백본의 영향은 먼저 이동 요구사항으로부터 제거될 것이고 본 발명자들의 스케줄러에 관한 새로운 제약은 줄어들 것이다.
도 10에 있어서, tinter는 동일한 패킷에 속한 두 개의 연속한 RLC 전송(84)사이의 시간 간격이 되게 설정하고, Tinter는 동일한 접속에 관한 패킷(i)의 최종 RLC와 패킷(i+1)의 첫 번째 RLC 사이의 시간 간격이 되게 설정하자.
또한 Di는 주어진 패킷(i)의 패킷 지연이 되게 설정하자. 따라서, Di= Tinter+ Σtinter이다, 즉 RT 이동에 관한 지연 요구사항을 충족시키기 위해, 스케줄러(80)는 다음의 부등식, 즉 Tinter+ Σtinter≤ Dmax이 참이 되도록 유지해야 한다.
이것에 추가하여, 스케줄러(80)는 또한 RT 이동에 관한 지터 요구사항을 충족시켜야 한다, 즉 Di+1- Di≤ Jmax이다. Di+1- Di는 주어진 패킷이 작은 지연 변화를 유지하기 위해 수신지에서 버퍼링될 수 있다는 것을 가정하면 음이 될 수 있다는 것에 유의하기 바란다. 결과적으로, 스케줄러는 지연과 지터 요구사항 모두를 충족시키기 위해 tinter의 값을 조절할 필요가 있다.
이동 큐에서 특정된 손실비는 최대 허용 지연(손실로 고려되는)을 넘을 수 있는 패킷의 소수부(fraction)를 지정한다.
ㆍNRT 트래픽 클래스. 다음의 QoS 요구사항(스케줄러와 관련되는)을 특징으로 하는 :
ㆍ최대 허용 지연 : Dmax(오직 클래스 #3만),
ㆍ비트 에러율 : BER(클래스 #3 및 #4)
이전의 용어(terminology)를 채택함으로써, 스케줄러는 트래픽 클래스 #3 이동에 관해 다음의 부등식, 즉 Tinter+ Σtinter≤ Dmax을 참으로 유지하는 것이 필요하다.
BER 요구사항을 충족시키기 위해, 스케줄러는 필요한 BER을 유지하는 코딩 방안을 갖는 TF를 선택하는 것이 필요하다. NRT 클래스에 관한 손실 패킷은 ARQ 프로세스를 사용하여 재전송되며, PHY-링크 BER 요구사항은 최적 프로세스(optimisation process)가 되는데 본 명세서에서는 설명되지 않는다.
스케줄러(80)는 여러 이유로 폭주 상황일 수 있다. 시스템은 공격적인 CAC 전략 혹은 고려중인 셀로의 기대치 않았던 핸드오프에 의해 과부하가 될 수 있다. 또한 추정된 전송 용량이 과도할 수 있다. 이것은 링크의 품질이 저하되고 더 많은 시스템 자원이 전술한 효과적인 효율을 달성하기 위해 필요할 때 발생한다.
폭주 상황의 경우에 부하의 균형을 맞추기 위해 여러 단계가 제안된다. 먼저 폴리서가 비순응 행동을 취하는 이동에 표시한 패킷은 제거된다. 그 후 시스템 자원이 여전히 제한된다면, 스케줄러는 어떤 이동 요구사항을 바꾸기 위해 RRM 프로시쥬어를 개시한다. 정확한 프로시쥬어는 본 명세서에서 설명하지 않는다. 기본적으로 개별 이동의 손실 프로파일에 관한 결정을 기준으로 하고 저하되기에 적합한 이동을 탐색할 것이다. 이 저하된 파라미터는 그 후 스케줄러에 되통지될 것이다. 이것은 스케줄러가 자신이 더이상 폭주가 아니란걸 알 때까지 반복된다. 상황이 안정될 때, 전술한 저하된 이동은 역으로 복구된다. 이것이 가능하다면 이 메카니즘은 또한 대응하는 애플리케이션에 QoS 사이(terms)에서의 변화를 통지한다(제어 플레인(plane)을 통해).
본 발명에서 이동 무선 패킷 스위칭 전송 시스템의 공중 인터페이스의 고유한 특성은 공중 인터페이스를 통한 트래픽 이동에 관한 QoS를 고려할 때 고려된다. 이것은 SSD, SDD 및 LP 모두가 실제적으로 무선 서비스에 관한 달성가능한 QoS를 반영하기 때문이다. 구체적으로 달성가능한 QoS가 변경되는 두 개의 경우가 존재한다. 어떠한 핸드오버 시나리오가 없는 정규의 동작 동안에, 이용가능한 용량은 실질적으로 개별 링크에 관한 변경된 무선 조건으로 인해 변경될 수 있다. 이 감소된 링크 용량은 스케줄링 폭주 상황을 야기할 수 있다. 핸드오버/핸드오프 시나리오에 관해서, 일반적으로 현재의 이동을 중단시키길 원하지 않기 때문에 승인 제어 메카니즘에 의해 쉽게 거절될 수 없는 추가 부하가 존재할 수 있다. 이러한 추가 부하는 또한 폭주 상황을 야기할 수 있다. 핸드오프의 경우에, 이것은 현재의 해결 방안이 핸드오버/핸드오프가 RT 서비스에 대해 원활하도록 인접 셀에서의 대역폭을 저장하기 때문에 현재의 해결 방안을 개선시킨다. 이 방법은 견고하지만 부가된 애플리케이션이 핸드오버시 진행중인 가변 대역폭을 갖는 것이 요구되는 제 3 세대(3G) 시스템에서도 시스템의 용량을 감소시킨다. 이 상황하에서, 핸드오버에서 QoS를 보장하기 위해 대역폭을 저장하는 오버헤드는 셀 용량의 견지에서 고가이다. 따라서, 매우 융통적인 방식으로 새로운 접속의 요구를 고려하는 방법을 갖는 것은 셀 용량이 더욱 효율적인 방식으로 사용될 것이기 때문에 매우 바람직할 것이다. 또한 본 발명은 폴리싱 및 스케줄링 요소가 핸드오버/핸드오프 중 한면의 트래픽 행동을 관리하기 때문에 패킷 스위칭 서비스에 일반적으로 적용될 수 있다. 마지막으로, 본 발명은 시스템 자원을 더욱 공격적으로 과보존하게 하여 네트워크를 더 많이 이용할 수 있게 하는데, 이는 본 발명이 손상된 서비스가 저하되고 여전히 사용자를 승인하는 방식으로 잠재적인 폭주 상황을 극복할 수 있기 때문이다.
본 발명이 UMTS에 관해서 설명되었지만, 본 발명은 임의의 개선된 제 2 세대 혹은 제 3 세대 이동 통신 시스템에 적용될 수 있다.
본 발명은 통신 셀에서 호출을 승인하는 방법을 제공하여 대역폭을 더욱 효율적으로 이용하고 종단간 서비스의 품질을 개선한다.

Claims (7)

  1. 무선 이동 통신 네트워크에서 통신 셀에서의 호출을 승인하는 방법에 있어서,
    각각의 요청된 호출에 대해 상기 호출에 특정된 서비스의 품질 기술어(a quality of service descriptor)를 제공하고, 오직 필요한 서비스의 품질이 제공될 수 있고 또한 현재의 호출의 필요한 서비스의 품질이 승인할 수 없을 정도로 영향을 받지 않을 때에만 상기 호출을 승인하는 것을 특징으로 하는
    호출 승인 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서비스의 품질 기술어는 바람직한 유형의 서비스의 품질의 저하(a preferred type of degradation of quality of service)를 지정하는 서비스 저하 기술어를 포함하는 호출 승인 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 서비스 저하 기술어는 지터와 비트 에러율(jitter and bit error rate)에서의 승인가능한 감소를 지정하고 상기 감소가 적용되어질 순서를 지정하는 호출승인 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    하나의 통신 셀로부터 다른 통신 셀로의 핸드오버(a handover) 동안에 바람직한 서비스의 품질을 지정하는 심리스 서비스 기술어(a seamless service descriptor)를 포함하고 각각의 요청된 호출에 특정된 제 2의 서비스의 품질 기술어가 또한 제공되는 호출 승인 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 심리스 서비스 기술어는 대역폭 요구사항(requirements)을 지정함으로써 핸드오버에 관한 서비스의 품질을 지정하는 호출 승인 방법.
  6. 무선 이동 통신 네트워크에 있어서,
    코어(a core) 네트워크, 다수의 기지국(14) 및 다수의 이동 터미널(12)을 포함하고, 접속 승인 제어기(a connection admission controller : 70), 폴리싱 유닛(a policing unit : 70) 및 스케줄러(a scheduler : 80)가 존재하고, 서비스의 품질 기술어 중 적어도 하나를 요청된 호출에 지정하는 수단이 또한 제공되고, 상기 접속 승인 제어기(70)는 오직 상기 기술어로 상기 서비스의 품질이 제공될 수 있고 현재의 호출에 특정된 상기 서비스의 품질 기술어가 승인할 수 없을 정도로 영향을 받지 않을 때에만 상기 요청된 호출을 승인하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    무선 이동 통신 네트워크.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 접속 승인 제어기(70)는 요청된 호출을 액티브 통신 셀로 승인하는 임팩트(impact)를 평가하도록 구성된 접속 임팩트 평가기(86) 및 불 결정기(a Boolean decision maker : 88)를 포함하는 무선 이동 통신 네트워크.
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