KR20030027968A - 근거리 무선통신시스템의 무선자원분배를 위한 스케줄링방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 근거리 무선통신시스템의 무선자원분배를 위한 스케줄링 방법에 관한 것으로,

마스터/슬레이브를 포함하는 근거리 무선통신시스템의 무선자원분배를 위한 스케줄링 방법에 있어서, 마스터는 각 데이터 패킷의 헤더로부터 길이정보를 추출하여, 상기 길이정보로부터 전송될 각 데이터의 패킷의 개수를 추출하는 과정과, 각 데이터 패킷의 첫 번째 패킷의 발생시간과 전기 과정에 의한 패킷의 개수 정보를 이용하여 각 데이터의 예상종료시점을 추출하는 과정과, 전기 과정에 의해 계산된 예상종료시점을 이용하여 예상종료시점이 빠른 순서로 각 슬레이브들을 단계별로 그룹화하는 과정, 및 상기 단계별 그룹 중에서 예상종료시점이 보다 빠른 그룹을 우선적으로 선택하고, 선택된 그룹내에 속하는 슬레이브들 중 마스터와의 사이에 양방향 데이터가 존재하는 슬레이브를 우선적으로 선택하여 타임슬롯을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 근거리 무선통신시스템의 무선자원분배를 위한 스케줄링 방법을 개시한다.

상기 본 발명의 구성에 의하면 최저 데이터 전송률을 일정 수준이상으로 유지함과 동시에 시스템의 전체 데이터 전송률을 최대화할 수 있다.

Description

근거리 무선통신시스템의 무선자원분배를 위한 스케줄링 방법 {Scheduling Method for Distribution of Wireless Resources of Local Wireless Communication System}

본 발명은 근거리 무선통신시스템의 무선자원분배를 위한 스케줄링 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 시분할 이중화방식(TDD)이 적용되는 한정된 무선자원을 가지는 통신시스템에 있어 특정 슬레이브에게 할당될 수 있는 최저 데이터 전송률을 일정 수준이상으로 유지함과 동시에 마스터와 슬레이브 간에 실제 데이터 전송률 뿐만 아니라 체감데이터 전송률도 함께 개선하는 방법에 관한 것이다.

상기와 같은 통신방식의 하나인 블루투스의 경우를 예를 들어 설명한다. TDD가 적용되는 블루투스는 하나의 타임슬롯이 마스터에 할당되면 바로 다음에 이어지는 타임슬롯은 슬레이브에 할당이 되어진다. 즉 각 슬레이브는 마스터로부터 패킷을 받았을 때 이어지는 타임슬롯에 패킷을 보낼 수 있는 권리를 갖게 된다. 결국 상기와 같은 시스템의 무선자원 분배 스케줄링은 마스터측에서 행해지게 된다. 그런데 스케줄링이 어떻게 결정되느냐에 따라 전체 시스템의 데이터 전송률과 각 단말기의 형평성이 달라지게 된다. 다시 말해서 데이터 전송률을 높이기 위해서 보내야 할 데이터가 많은 순서에만 기반하여 스케줄링을 하게 되면 각 단말기간의 자원분배에 있어서 형평성이 떨어지게 되고, 반대로 형평성을 높이기 위해 데이터 발생 순서대로 스케줄링을 하게 되면 시스템의 데이터 전송률이 낮아지게 된다. 결국 데이터 전송률과 형평성 사이의 트레이드오프(Trade-off)를 고려하여 최선의 자원분배 스케줄링을 하여야 한다.

현재까지 이 분야에서 적용되고 있는 기술은 시스템에 진입하여 있는 각 슬레이브에게 라운드 로빈 방식을 이용해 골고루 하나의 타임슬롯을 할당하는 것이다. 즉 마스터에서는 여러 슬레이브들에게 돌아가면서 하나의 패킷을 전송하고 각 슬레이브는 그 직후의 타임슬롯에서 마스터에게 패킷을 전송하는 방식이다. 하지만 이러한 라운드 로빈 방식은 각 슬레이브의 기본적인 형평성만을 고려할 뿐 시스템의 데이터 전송률을 향상시키는데는 전혀 기여하지 못한다는 단점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 각 슬레이브 간의 형평성을 고려함으로써 특정 슬레이브에게 할당될 수 있는 최저 데이터 전송률을 일정 수준이상으로 유지함과 동시에 시스템의 전체 데이터 전송률을 최대화하고자 함에 목적이 있다.

상기 두 가지 목적을 동시에 이루기 위해 본 발명은 각 슬레이브가 시스템에 진입한 시간과 마스터와 각 슬레이브간의 기 전송된 데이터와 추후 전송될 데이터의 양을 시스템에 추가의 로드를 주지 않고 파악, 이에 기반한 각 슬레이브로의 무선자원 분배 스케줄을 제시함으로써 상기 목적을 이루어내는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 블루투스 모듈의 프로토콜 스택구조.

도 2는 HCI 데이터 패킷의 구조와 LM과 LC가 상기 패킷을 분할하여 실제로 전송되는 패킷으로 구성되는 과정도.

도 3은 본 발명의 실시를 위한 기본 자료도.

도 4는 본 발명의 실시를 위한 응용 자료도.

도 5는 마스터에서 패킷이 발생했을 때 자료도의 갱신을 위한 동작흐름도.

도 6은 슬레이브에서 패킷이 도착했을 때 자료도의 갱신을 위한 동작흐름도.

도 7은 마스터에서 패킷을 전송할 때 무선자원의 효율적 분배를 위한 스케줄링 동작흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

1 : HCI 데이터 패킷 2 : 길이정보

3 : HCI 패킷 중 첫 번째 패킷

본 발명은 마스터/슬레이브를 포함하는 근거리 무선통신시스템의 무선자원분배를 위한 스케줄링 방법에 있어서,

마스터는 각 데이터 패킷의 헤더로부터 길이정보를 추출하여, 상기 길이정보로부터 전송될 각 데이터의 패킷의 개수를 추출하는 과정과,

각 데이터 패킷의 첫 번째 패킷의 발생시간과 전기 과정에 의한 패킷의 개수 정보를 이용하여 각 데이터의 예상종료시점을 추출하는 과정과,

전기 과정에 의해 계산된 예상종료시점을 이용하여 예상종료시점이 빠른 순서로 각 슬레이브들을 단계별로 그룹화하는 과정, 및

상기 단계별 그룹 중에서 예상종료시점이 보다 빠른 그룹을 우선적으로 선택하고, 선택된 그룹내에 속하는 슬레이브들 중 마스터와의 사이에 양방향 데이터가 존재하는 슬레이브를 우선적으로 선택하여 타임슬롯을 할당하는 과정을 포함하는 근거리 무선통신시스템의 무선자원분배를 위한 스케줄링 방법을 포함한다.

상기 본 발명의 스케줄링 방법을 근거리 무선통신시스템에 적용하면 마스터와 슬레이브 사이에 시분할 이중화 방식이 적용되는 어떠한 시스템에도 적용이 가능할 것임을 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

따라서 이하의 설명에서는 상기 시스템 중에서 현재 널리 보급된 "블루투스"를 예를 들어 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 블루투스 모듈의 프로토콜 스택을 나타낸다.

상기 스택에서 호스트 콘트롤러 인터페이스(이하 'HCI'로 약칭하기로 한다)는 호스트로부터 HCI 데이터 패킷을 전달받는 역할을 수행한다. 그 하위계층인 링크 메니저(이하 'LM'이라 약칭하기로 한다)와 링크 콘트롤러(이하 'LC'라고 약칭하기로 한다)에서는 HCI 데이터 패킷을 분할하여 상대편에게 보내는 역할을 수행한다. 마스터 측에서 살펴보면 LM과 LC에서는 현재 존재하는 슬레이브들과 각 슬레이브에게 보내져야 하는 패킷의 대기열을 가지고 있게 된다. 따라서 마스터 측 LM과 LC는 무선자원 분배 스케줄링의 책임을 지게 된다.

도 2는 HCI 데이터 패킷의 구조(1)와 LM과 LC가 상기 패킷을 분할하여 실제로 전송되는 패킷으로 구성되는 과정을 도시하고 있다. HCI 데이터 패킷은 자체내에 자신의 길이를 나타내는 데이터(2)를 가지고 있다. 또한 상기 길이 데이터는 분할된 HCI 패킷 중 첫 번째 패킷(3)에 포함되어진다. 따라서 마스터 측의 LM과 LC에서는 패킷(3) 하나를 관찰함으로써 마스터가 전송하는 HCI 데이터 패킷이 총 몇 개의 패킷으로 분할되어 슬레이브로 전송되는지 알 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 슬레이브로부터 첫 번째 패킷을 전송받은 순간 현재 슬레이브가 마스터에게 전송할 패킷이 남아 있는지 여부를 알 수 있게 된다. 상기 정보를 이용해 마스터의 LM과 LC는 보다 효율적으로 무선자원을 각 슬레이브들에게 분배할 수 있게 된다.

상기 정보들은 도 3에서 도면부호 (5) 및 (6)의 형태로 마스터의 LM과 LC에 기록된다. 또한 HCI 데이터 패킷의 첫 번째 패킷이 전송된 시점(4)도 기록된다. 상기 정보를 보다 효율적으로 이용하기 위해 도 3으로부터 도 4의 자료들을 유추할 수 있다. 즉, LM과 LC에는 각 슬레이브들에 대하여 총 5개의 자료들(4,5,6,7,8)을저장하게 되며, 상기 자료들은 하나의 패킷이 전송될 때마다 갱신된다.

도 4의 예상종료시점(이하 '종료플레그(end flag)'라 칭함,(7))은 남아 있는 모든 타임슬롯을 특정 슬레이브에게 할당한다고 했을 때, 현재 마스터와 슬레이브 사이에 남아 있는 양방향의 데이터가 모두 전송되는 시점을 나타낸다. 이는 HCI 데이터 패킷의 첫 번째 패킷의 도착시점 뿐만 아니라 HCI 데이터 패킷의 길이 또한 포함하고 있는 개념이다.

양방향 데이터 존재여부(이하 '데이터 플레그(data flag)'라고 칭함,(8))는 마스터와 슬레이브간에 서로 보낼 데이터가 존재하는지의 여부를 판단해준다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 데이터 플레그의 값을 1 또는 0의 값을 가지도록 구현한다. 데이터 플레그가 1이라는 것은 다음 타임 슬롯에서 마스터와 슬레이브가 서로 보낼 데이터가 존재함을 나타내는데 만약 상기 슬레이브가 선택된다면 데이터 플레그가 0인 슬레이브가 선택되는 경우에 비해서 시스템 전체의 데이터 전송률이 높아지게 된다.

도 5는 마스터에서 슬레이브로 보낼 패킷이 발생했을 때 LM과 LC에 저장된 도 3 및 도 4의 기록들을 갱신하는 과정을 도시하고 있다. 먼저 마스터에서 패킷이 발생하면(S501), 단계 502에서 현 패킷이 HCI 데이터 패킷의 첫 번째 패킷인가를 검사한다. 현 패킷이 첫 번째인 경우에는 단계 503 및 단계 504를 통해 현재 시간과 마스터에서 슬레이브로 보낼 데이터 수(단위: 타임슬롯)를 계산하여 도 3의 항목 (4)와 항목 (5)에 각각 기록한다. 단계 505에서는 상기 항목 (4) 내지 항목(6)(이중 항목 6은 슬레이브로부터 패킷이 도착한 경우에 마스터에 기록)에 기록된 정보를 이용하여 종료플레그를 계산하고 그 결과를 도 4의 항목 (7)에 기록한다. 종료 플레그는 예를 들면 항목 (5)와 (6)의 두 값 중에서 크거나 같은 값과 항목 (4)의 값과의 합으로부터 계산가능하다[종료 플레그: (4)+Max((5),(6))]. 단계 506에서는 항목 (8)에 양방향 데이터의 존재여부를 기록한다. 양방향 데이터의 존재여부는 바람직하기로는 도 3의 항목 (5)와 (6)의 값이 적어도 0을 초과하면 1의 값을 항목 (8)에 기록하고, 이와는 달리 적어도 어느 하나가 0과 같으면 0의 값을 기록함으로 구현가능하다.

도 6은 마스터가 슬레이브로부터 패킷을 받았을때 LM과 LC에 저장된 도 3 및 도 4의 기록들을 갱신하는 과정을 도시하고 있다. 먼저 슬레이브로부터 패킷이 도착되면(S601), 단계 602에서 현 패킷이 HCI 데이터 패킷의 첫 번째 패킷인가를 검사한다. 현 패킷이 첫 번째인 경우에는 단계 603 및 단계 604를 통해 현재 시간과 슬레이브에서 마스터로 보낼 데이터 수(단위: 타임슬롯)를 계산하여 도 3의 항목 (4)와 항목 (6)에 각각 기록한다. 단계 605에서는 상기 항목 (4) 내지 항목 (6)에 기록된 정보를 이용하여 종료플레그를 계산하고 그 결과를 도 4의 항목 (7)에 기록한다. 종료 플레그는 예를 들면 항목 (5)와 (6)의 두 값 중에서 크거나 같은 값과 항목 (4)의 값과의 합으로부터 계산가능하다[종료 플레그: (4)+Max((5),(6))]. 단계 606에서는 항목 (8)에 양방향 데이터의 존재여부를 기록한다. 양방향 데이터의 존재여부는 상기 설명한 바와 동일하다.

도 7은 최종적으로 마스터에서 패킷전송시점이 되었을 때 LM과 LC가 다음 타임슬롯에 패킷을 전송할 슬레이브를 선택하는 과정을 도시하고 있다. 먼저 단계 701에서 현재시점에서 종료플레그가 가장 빠른 슬레이브를 선택하고, 단계 702에서 상기 선택된 종료플레그와 사용자에 의해 임의로 설정된 K값 이내의 종료플레그를 가지는 슬레이브들을 선택한다. 단계 703에서는 단계 702에서 선택된 슬레이브들 중에서 데이터 플레그가 1인 슬레이브가 하나 이상 존재하면 이들을 선택하고, 단계 704 및 단계 705에서 라운드 로빈(round-robin) 방식으로 전송할 첫 번째 슬레이브를 선택하여 패킷을 전송한다. 만일 데이터 플레그가 1인 슬레이브가 하나도 존재하지 않는다면 데이터 플레그가 0인 슬레이브들을 대상으로 라운드 로빈 방식을 취하게 된다. 데이터 플레그가 1인 경우에는 마스터와 슬레이브 모두 보낼 데이터가 있음을 의미하기 때문에 상기 703단계에서 개시하고 있는 방법은 시스템의 최상의 데이터 전송률을 제공하게 된다. 즉 현재 시스템 안에 있는 슬레이브들 중 라운드 로빈 방식으로 타임슬롯을 할당받았다면 데이터 전송이 끝나는 시점이 서로 K이내인 슬레이브들을 동일한 선상에 놓고 시스템의 데이터 전송률을 높이는 방향으로 슬레이브를 선택하려고 하는 것이다.

단계 702에서는 슬레이브를 K이내인 범주와 k를 초과하는 2개의 범주(제 1그룹 및 제 2그룹)로 분류하여 개시하고 있으나 필요에 따라 보다 많은 수로 그룹화하는 것도 가능하다.

상기 K값은 사용자의 특성에 맞게 임의로 결정된다. 만약 K값을 0으로 한다면 순수한 라운드 로빈 방식과 유사해지며, K값을 무한대로 한다면 이는 각 슬레이브의 데이터 발생시점은 전혀 고려하지 않고 단지 시스템의 데이터 전송률만을 고려하는 것이 된다.

본 발명에 의하면 근거리 무선통신시스템의 데이터 전송률을 보다 높은 수준으로 개선함이 가능하고 뿐만 아니라 각 슬레이브 간의 형평성을 일정 수준이상으로 유지함으로써 체감데이터 전송률도 함께 제고할 수 있다.

Claims (4)

1. 마스터/슬레이브를 포함하는 근거리 무선통신시스템의 무선자원분배를 위한 스케줄링 방법에 있어서,

   마스터는 각 데이터 패킷의 헤더로부터 길이정보를 추출하여, 상기 길이정보로부터 전송될 각 데이터의 패킷의 개수를 추출하는 과정과,

   각 데이터 패킷의 첫 번째 패킷의 발생시간과 전기 과정에 의한 패킷의 개수 정보를 이용하여 각 데이터의 예상종료시점을 추출하는 과정과,

   전기 과정에 의해 계산된 예상종료시점을 이용하여 예상종료시점이 빠른 순서로 각 슬레이브들을 단계별로 그룹화하는 과정, 및

   상기 단계별 그룹 중에서 예상종료시점이 보다 빠른 그룹을 우선적으로 선택하고, 선택된 그룹내에 속하는 슬레이브들 중 마스터와의 사이에 양방향 데이터가 존재하는 슬레이브를 우선적으로 선택하여 타임슬롯을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 근거리 무선통신시스템의 무선자원분배를 위한 스케줄링 방법
2. 제 1항에 있어서,

   근거리 무선통신용 프로토콜은 블루투스를 기반으로 함을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기에서 그룹화는 가장 빠른 예상종료시점과 소정 시간(K) 범위 이내의 예상종료시간을 지니는 슬레이브를 제 1그룹으로 우선하여 선택하고, 나머지는 제 2그룹으로 분류함을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 마스터는 상기 동일 그룹내에서 우선적으로 선택된 각 슬레이브들과는 라운드로빈 방식으로 타임슬롯을 할당함을 특징으로 하는 스케줄링 방법.