KR20030055641A - 대역 요구 정보 전달 방법 및 그 방법을 사용하는 이동단말기와, 동적 슬롯 할당 방법 및 그 방법을 사용하는이동통신 시스템의 기지국 - Google Patents

대역 요구 정보 전달 방법 및 그 방법을 사용하는 이동단말기와, 동적 슬롯 할당 방법 및 그 방법을 사용하는이동통신 시스템의 기지국 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대역 요구 정보 전달 방법 및 그 방법을 사용하는 이동 단말기와, 동적 슬롯 할당 방법 및 그 방법을 사용하는 이동통신 시스템의 기지국에 관한 것으로, 특히 대역 요구 정보 전달 방법은 현재 프레임 및 이전 프레임에서의 버퍼 길이와 할당된 슬롯 수로부터 버퍼의 상태를 결정하는 단계; 버퍼의 오버플로우 여부를 결정하는 단계; 상기 결정된 버퍼의 상태 및 버퍼 오버플로우 여부를 이용하여 상태 정보를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 상태 정보를 기지국으로 전송하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면 이동 단말기의 버퍼 상태의 변화에 따라 2비트의 상태 정보를 데이터 패킷 내에 삽입하여 전송하거나 정확한 요구 슬롯 수를 별도의 제어 패킷을 사용하여 전송함으로써 기지국의 스케줄러가 효율적으로 동적 슬롯 할당을 수행할 수 있도록 이동 단말기들의 대역 요구 정보를 빠르고 정확하게 전달할 수 있다.

Description

대역 요구 정보 전달 방법 및 그 방법을 사용하는 이동 단말기와, 동적 슬롯 할당 방법 및 그 방법을 사용하는 이동통신 시스템의 기지국{TRANSMIT METHOD OF REQUEST INFORMATION FOR BANDWIDTH ALLOCATION AND MOBILE TERMINAL USING THE SAME TRANSMIT METHOD, AND DYNAMIC SLOT ALLOCATION METHOD AND BASE STATION OF MOBILE COMMUNICATION SYSTEM USING THE SAME ALLOCATION METHOD}
본 발명은 무선 비동기 전송 모드(asynchronous transfer mode, 이하 ATM이라 함) 기반 이동 통신망에서 대역 요구 정보 전달 방법 및 동적 슬롯 할당 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 ATM 망에서 이동 단말기가 자신의 대역 요구정보의 변화에 따라 효율적인 전송을 위해 셀 헤더 내의 2비트를 이용하는 방법과 정확한 대역 요구 정보를 전송하기 위해 별도의 제어 슬롯을 할당받아 전송하는 방법을 선택적으로 사용함으로써 기지국이 이동 단말기의 대역 요구 정보를 정확히 예측할 수 있도록 하는 대역 요구 정보 전달 방법 및 그 방법을 사용하는 이동 단말기와, 동적 슬롯 할당 방법 및 그 방법을 사용하는 이동통신 시스템의 기지국에 관한 것이다.
유ㆍ무선간에 투명한 멀티미디어 서비스를 제공하기 위하여 무선 링크에 ATM 기술을 적용한 무선 ATM 망이 차세대 무선 통신망으로 주목받고 있다.
ATM 망에서의 트래픽은 셀이 가지는 데이터의 서비스 특성에 따라 CBR(constant bit rate), VBR(variable bit rate), ABR(available bit rate), UBR(unspecified bit rate)로 나누어지고 각기 다른 서비스 품질을 요구한다.
따라서 무선 ATM 통신망에서도 다양한 트래픽의 특성을 고려한 전송이 이루어져야 하며 이를 위해서는 각 서비스간에 적절한 대역 할당 방식이 요구된다.
CBR 서비스는 일정한 데이터 발생률을 가지므로 평균 전송률에 따라 주기적으로 데이터 슬롯을 고정하여 할당한다. 반면 VBR 서비스나 ABR 서비스는 트래픽 발생률이 가변적이기 때문에 순간적인 트랙픽 상황에 따라 적절한 수의 슬롯이 동적으로 할당되어야 한다.
그러나 유선망과는 달리 무선망의 경우에는 분산된 이동 단말기로부터의 트래픽 발생 상황을 직접 파악할 수 없다. 따라서 무선 링크를 통한 실질적인 통계적 다중화를 이루기 위해서는 기지국의 스케줄러가 각 이동 단말기의 트래픽 특성에 따른 대역 요구 사항을 신속하고 정확하게 파악하기 위한 대역 요구 정보를 전달하는 방법이 요구된다. 또한 사용 가능한 슬롯들을 각 이동 단말기의 요구에 따라 전체 이동 단말기간에 효율적으로 배분하기 위한 동적 슬롯 할당 방법이 필요하다.
이동 단말기의 대역 요구 정보를 전달하는 방법은 무선 구간에서의 전송 효율을 증대시킬 수 있어야 하며, 이동 단말기의 변화하는 대역폭의 요구사항을 적절한 시간에 동적 슬롯 할당에 반영할 수 있어야 한다.
현재까지 무선망에서 이동 단말기의 대역 요구 정보를 전송하기 위한 방법에는 피기백 기법과 제어 슬롯 기법이 알려져 있다.
피기백 기법은 각 이동 단말기가 전송하는 데이터 패킷 내의 일부분을 이용하여 대역 요구 정보를 전달하는 방법이다. 대역 요구 정보를 데이터 패킷에 포함시켜 전달하기 때문에 무선 구간의 자원을 효율적으로 이용할 수 있지만 전송할 수 있는 정보량이 제한된다는 단점이 있다. 즉, 요구 대역폭의 변화가 큰 경우에 슬롯 할당 알고리즘이 이를 반영하기까지 상대적으로 긴 시간이 소요되어 부족 할당(under-allocation) 또는 과잉 할당(over-allocation)과 같은 비효율적인 할당을 유발하는 문제점이 있다.
제어 슬롯 기법은 각 이동 단말기에서 한 프레임 동안에 발생한 셀의 수와 현재 이동 단말기의 버퍼 길이를 기반으로 다음 프레임에서 필요한 슬롯 요구 량을 예측하고 이 값을 상향 링크에 설정된 제어 슬롯을 경쟁 방식으로 액세스(access)하여 기지국에 전송하는 방식이다. 이 방식에 따를 경우 제어 슬롯 액세스에 성공한 이동 단말기는 필요한 대역 요구 량을 정확히 전달할 수 있지만 랜덤 접속 방식의 특성상 보장할 수 없는 접속 지연 시간으로 인하여 이동 단말기의 수가 늘어나게 될 때는 적절한 대역 할당을 수행할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 무선 ATM 망에서 이동 단말기가 자신의 대역 요구 정보의 변화에 따라 효율적인 전송을 위해 셀 헤더 내의 2비트를 이용하는 방법과 정확한 대역 요구 정보를 전송하기 위해 별도의 제어 슬롯을 할당받아 전송하는 방법을 선택적으로 사용함으로써 기지국이 이동 단말기의 대역 요구 정보를 정확히 예측할 수 있도록 하는 대역 요구 정보 전달 방법 및 그 방법을 사용하는 이동 단말기와, 동적 슬롯 할당 방법 및 그 방법을 사용하는 이동통신 시스템의 기지국을 제공하는 데 있다.
도 1은 프레임 기반의 상향 채널에서 이동 단말기와 기지국 사이에 대역 요구 정보를 전달하고 동적 슬롯 할당을 수행하는 과정을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 대역 요구 정보 전달 과정을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 동적 슬롯 할당 과정을 나타내는 순서도이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 이동 단말기는,
무선 통신망에서 기지국에 대역 요구 정보를 전달하고 상기 기지국으로부터 할당받은 슬롯을 이용하여 데이터를 상기 기지국에 전달하는 이동 단말기로서,
현재 프레임 및 이전 프레임에서의 버퍼 길이와 할당된 슬롯 수로부터 결정된 버퍼의 상태, 및 버퍼 오버플로우 여부를 이용하여 상태 정보를 결정하는 상태 정보 결정부; 및 상기 상태 정보 결정부에 의해 결정된 상태 정보 값을 상기 기지국으로 전송하되 셀의 GFC(generic flow control) 영역에 삽입하여 전송하는 상태 정보 전송부를 포함한다.
상기 버퍼 오버플로우 여부는 다음의 관계식
여기서,는 i 프레임에서 이동 단말기가 갖는 버퍼의 길이,
는 i 프레임에서 이동 단말기에 할당된 슬롯 수,
Δl는 및와및에 의해 결정된 버퍼의 상태,
MaxBufSize는 최대 버퍼 크기임
에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
상기 상태 정보는 2비트로 표현되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상태 정보는 상기 버퍼의 상태가 0인 경우에는 변화 없음(0,0)이고, 상기 버퍼의 상태가 0보다 작은 경우에는 감소(0,1)이며, 상기 버퍼의 상태가 0보다 크고, 버퍼 오버플로우가 발생하지 않는다고 판단되는 경우에는 증가(1,0)이고, 상기 버퍼의 상태가 0보다 크고, 버퍼 오버플로우가 발생한다고 판단되는 경우에는 대폭 증가(1,1)인 것으로 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 이동 단말기에서의 대역 요구 정보 전달 방법은,
현재 프레임 및 이전 프레임에서의 버퍼 길이와 할당된 슬롯 수로부터 버퍼의 상태를 결정하는 단계; 버퍼의 오버플로우 여부를 결정하는 단계; 상기 결정된 버퍼의 상태 및 버퍼 오버플로우 여부를 이용하여 상태 정보를 결정하는 단계; 및상기 결정된 상태 정보를 기지국으로 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 이동통신 시스템의 기지국은,
무선 통신망에서 이동 단말기로부터 전달되는 대역 요구 정보에 따라 슬롯을 할당하는 이동 통신 시스템의 기지국으로서,
각 이동 단말기에서 현재 프레임 및 이전 프레임에서의 버퍼 길이와 할당된 슬롯 수로부터 결정된 버퍼의 상태, 및 버퍼 오버플로우 여부를 이용하여 결정된 상태 정보를 전달받아서 각 이동 단말기가 다음 프레임에서 할당받기를 원하는 슬롯 수를 예측하는 요구 슬롯 예측부; 및 상기 상태정보를 전송한 이동 단말기에 상기 예측된 수의 슬롯을 할당하는 할당 슬롯 결정부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 이동통신 시스템의 기지국에서의 동적 슬롯 할당 방법은,
이동 단말기로부터 전송된 셀의 상태 정보를 추출하여 상태 정보를 판단하는 제1 단계; 상기 상태 정보에 따라 해당 이동 단말기가 다음 프레임에서 요구할 슬롯 수를 예측하는 제2 단계; 상기 이동 단말기가 요구할 것으로 예측된 슬롯 수와 다음 프레임에서 할당 가능한 슬롯 수를 고려하여 상기 이동 단말기에 할당할 슬롯 수를 결정하는 제3 단계; 상기 이동 단말기에 슬롯을 할당하는 제4 단계; 및 상기 이동 단말기에 할당된 슬롯을 전송하는 제5 단계를 포함한다.
상기 제2단계에서 상기 상태 정보가 변화 없음(0,0)인 경우에는 다음 프레임에 할당할 슬롯 수를 현재 프레임에서 할당한 슬롯 수로 유지하고, 상기 상태 정보가 증가(1,0)인 경우에는 다음 프레임에 할당할 슬롯 수를 현재 프레임에서 할당한슬롯 수에서 하나만큼 증가시키며, 상기 상태 정보가 감소(0,1)인 경우에는 다음 프레임에 할당할 슬롯 수를 현재 프레임에서 할당한 슬롯 수에서 하나만큼 감소시키고, 상기 상태 정보가 대폭 증가(1,1)인 경우에는 다음 프레임에 할당할 슬롯 수를 현재 프레임에서 할당한 슬롯 수에서 하나만큼 증가시키는 동시에 상기 이동 단말기에 하나의 제어 슬롯을 할당하는 것을 특징으로 한다.
상기 제3 단계는 상기 예측된 슬롯 수가 상기 할당 가능한 슬롯 수를 초과하는 지의 여부를 판단하는 단계; 상기 단계에서 상기 예측된 슬롯 수가 상기 할당 가능한 슬롯 수를 초과한다고 판단되는 경우 상기 이동 단말기에 최소 보장 전송률에 대응하는 슬롯 수에 대응되는 슬롯을 할당하는 단계; 및 상기 단계에서 상기 예측된 슬롯 수가 상기 할당 가능한 슬롯 수를 초과하지 않는다고 판단되는 경우 상기 예측된 슬롯 수에 대응되는 슬롯을 상기 이동 단말기에 할당하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제3단계는
모든 이동 단말기에 최소 보장 전송률로 할당한 후 할당 가능한 대역이 있는 지의 여부를 판단하는 단계; 및 할당 가능한 대역이 있는 경우 여분의 대역을 상기 이동 단말기가 요구하는 슬롯 수에 비례하여 선형적으로 배분하여 할당하는 단계를 더 포함한다.
상기 이동통신 시스템의 기지국에서의 동적 슬롯 할당 방법은 제어 슬롯을 이용한 대역 요구 정보가 있는 이동 단말기가 있는 지의 여부를 판단하는 단계; 및
상기 단계에서 제어 슬롯을 이용한 대역 요구 정보가 있는 이동 단말기가 있는 것으로 판단되는 경우 제어 패킷을 포함한 요구 슬롯 수에 대응되는 슬롯을 할당하는 단계를 더 포함하다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 프레임 기반의 상향 채널에서 이동 단말기와 기지국 사이에 대역 요구 정보를 전달하고 동적 슬롯 할당을 수행하는 과정을 나타내는 개념도이다.
상ㆍ하향으로 링크를 분리하는 방법에는 시분할 이중화와 주파수 분할 이중화 방식이 있다. 도 1은 시분할 이중화 방식에 의한 경우를 도시한 것이나, 여기서 설명하는 대역 요구 정보 전달과 동적 슬롯 할당 방법은 주파수 분할 이중화 방식에도 적용될 수 있다.
단일 프레임은 하향 링크와 상향 링크로 구성되며 각 링크는 다수의 타임 슬롯으로 구분되어 패킷을 전송한다. 제어 정보를 갖는 제어 패킷을 전송하기 위한 타임 슬롯을 제어 슬롯이라 하고, 데이터 패킷을 전송하기 위한 타임 슬롯을 데이터 슬롯이라 한다. 제어 슬롯은 각 링크에서 데이터 슬롯보다 앞서 위치한다.
도 1에서는 타임 슬롯의 크기를 전송하고자 하는 패킷의 크기를 기준으로 제어 슬롯과 데이터 슬롯의 크기를 서로 다르게 나타내었지만, 동일한 크기의 타임 슬롯으로 구성하고 전송하고자 하는 패킷의 크기를 고려하여 다수의 타임 슬롯이 할당되도록 설계할 수도 있다.
기지국은 데이터와 제어 정보를 이동 단말기들에게 전송하기 위하여 하향 링크를 사용하고 다수의 이동 단말기들은 경쟁과 예약 기반의 시분할 다중 액세스(time division multiple access, 이하 TDMA라 함)를 사용하여 상향 링크를통해 단일의 기지국에 정보를 전송한다.
기지국으로 데이터를 전송하기 위해 임의의 이동 단말기 k는 먼저 자신의 버퍼가 가진 패킷의 수를 기반으로 할당받아야 하는 상향 데이터 슬롯 수를 계산한다(단계 110).
이동 단말기 k는 상향 데이터 슬롯 수의 계산 값과 자신의 주소 정보 등을 이용하여 제어 패킷을 구성한다. 구성한 제어 패킷은 상향 링크의 제어 슬롯을 slotted ALOHA 방식으로 접근하여 기지국에 전송한다(단계 112). slotted ALOHA 방식은 경쟁 기반의 접근 방법이므로 충돌이 발생할 수 있다. 충돌이 발생하면 다음 프레임의 하향 링크로부터 할당 정보가 전송되지 않으므로 충돌이 발생한 것을 알 수 있으며, 충돌이 발생하였다고 판단되는 경우에는 다음 상향 링크를 통하여 다시 전송한다.
기지국은 충돌 없이 성공적으로 전송된 제어 패킷으로부터 이동 단말기가 요구하는 데이터 슬롯 수를 알아낸다(단계 120).
기지국은 다수의 이동 단말기로부터 전달된 대역 요구 정보와 할당 가능한 상향 데이터 슬롯 수 등을 고려하여 다음 프레임의 상향 데이터 슬롯에 대한 할당을 수행한다(단계 130).
결정된 할당 정보는 하향 링크의 제어 슬롯을 통하여 다수의 이동 단말기로 전송된다(단계 140).
이동 단말기 k는 이전 프레임에서의 버퍼 길이와 현재 프레임에서의 버퍼 길이, 할당된 데이터 슬롯의 수 등을 고려하여 대역 요구 정보 값을 결정한다(단계150).
이동 단말기 k는 대역 요구 정보 값과 할당 정보로부터 자신에게 할당된 데이터 슬롯의 위치와 수를 판단하고 할당된 데이터 슬롯을 이용하여 버퍼에 위치한 패킷을 함께 전송한다(단계 160).
기지국은 수신된 상향 데이터 패킷이 갖는 대역 요구 정보를 기반으로 이동 단말기가 다음 프레임에서 요구하는 데이터 슬롯 수를 예측한다(단계 170). 데이터 패킷 내에 삽입하여 전송하는 대역 요구 정보는 제한된 비트를 사용하여 전송하므로 요구하는 데이터 슬롯 수를 정확히 표현하지 않고 버퍼 상태의 변화 추이만을 나타내기 때문에 기지국은 이동 단말기 k의 요구 슬롯 수를 예측하여야 한다.
기지국은 다수의 이동 단말기로부터 얻어진 대역 요구 정보를 기반으로 예측한 요구 슬롯 수를 사용하여 다음 프레임에 대한 할당을 수행한다(단계 180).
기지국은 결정된 할당 정보를 하향 링크의 제어 슬롯을 통하여 다수의 이동 단말기로 전송한다(단계 190).
본 발명의 대역 요구 정보 전달 방법은 단말의 버퍼 상태가 점차적으로 변화하는 구간에서는 데이터 패킷 즉, ATM 셀 헤더 내의 GFC(generic flow control) 영역의 2비트에 대역 요구 정보를 삽입하여 전송하는 반면 단말의 버퍼 상태가 급격히 증가하여 버퍼 오버플로우(overflow)가 예상되는 시점에서는 기지국에 상향 링크의 제어 슬롯을 할당받아 정확한 요구 슬롯 수를 전달한다.
2비트로 표현하는 이동 단말기의 상태를 {대폭증가(1,1), 증가(1,0), 감소(0,1), 변화 없음(0,0)}으로 정의하고 버퍼 길이의 변화량을 고려하여 필요한개수의 셀에만 결정된 2비트의 상태 정보를 설정하고 나머지 셀에는 (0,0)을 설정한다. 2비트로 나타내는 상태 정보와 이를 전송하는 셀의 개수를 조합하여 이동 단말기의 대역 요구 정보를 표현함으로써 전송할 수 있는 정보량을 증가시킨다. 또한 감소(0,1) 상태를 정의함으로써 할당되었으나 사용되지 않은 슬롯을 기준으로 할당 대역폭을 감소시키는 방법과 달리 트래픽의 감소에도 빠르게 적응할 수 있다.
본 발명의 대역 요구 정보 전달 방법을 효과적으로 설계하기 위해서는 2비트를 이용한 삽입 전달 방법에서 제어 패킷을 이용한 전달 방법으로의 전환여부를 결정하는 것이 매우 중요하다.
본 발명에서는 제어 패킷을 이용한 전달 방법으로의 전환은 이동 단말기가 2비트 상태 정보를 대폭 증가(1,1)로 표현함으로써 요구한다.
대폭 증가(1,1) 상태를 전달받으면 기지국은 다음 프레임에서 하나의 제어 슬롯을 이동 단말기에 할당하며 이동 단말기는 이를 통해 경쟁 없이 정확한 요구 슬롯을 전달할 수 있다.
따라서 빠른 시간 내에 필요한 정보를 기지국에 전달하여 이동 단말기가 요구하는 대역의 변화를 효과적으로 반영할 수 있다.
대폭 증가(1,1) 상태의 결정은 버퍼 길이의 증가뿐만 아니라 버퍼의 크기 및 전달 지연을 고려하여 이루어지므로 가변적인 데이터 율을 가지면서 낮은 지연을 요구하는 서비스의 품질을 효과적으로 보장할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 대역 요구 정보 전달 방법을 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 대역 요구 정보 전달 과정을 나타내는 순서도이다.
도 2에서는 프레임 i가 시작하는 시각에서 이동 단말기 k가 갖는 버퍼의 길이를,는 프레임 i에서 이동 단말기 k에게 할당된 데이터 슬롯의 수를, MaxBufSize는 이동 단말기가 가지는 버퍼의 최대 크기를,는 프레임 i에서 이동 단말기 k가 2비트 상태 정보를 삽입하여 전송할 셀의 수를, (b0, b1)은 2비트 상태 정보를, (g0, g1)은 ATM 셀 헤더 내의 GFC 영역 내의 2비트를 나타낸다.
본 발명의 대역 요구 정보 전달 방법을 수행하는 이동 단말기는 2비트 상태 정보를 결정하는 기능을 수행하는 상태 정보 결정 모듈(210)과 상기 상태 정보 결정 모듈(210)이 결정한 상태 정보 값을 기지국으로 전송하는 셀의 GFC 영역 2비트(g0,g1)에 삽입하여 전송하는 기능을 수행하는 상태 정보 전송 모듈(220)을 포함한다.
이동 단말기 k는 현재 프레임 i와 이전 프레임 i-1에서의 버퍼 길이 (,)와 할당된 슬롯 수 (,)로부터 버퍼의 상태(Δl)를 결정한다(단계 210, 212).
이동 단말기는 버퍼의 상태(Δl)가 0보다 큰지를 판단한다(단계 220).
버퍼의 상태(Δl)가 0보다 크지 않다고 판단되는 경우에는Δl이 0보다 작은지를 판단한다(단계 230).
Δl이 0보다 작지 않다고 판단되는 경우에는Δl이 0인 경우 즉, 버퍼의 길이의 변화가 없는 경우이므로 2비트 상태 정보를 (0,0)으로 설정한다(단계 232).
Δl이 0보다 작다고 판단되는 경우에는 버퍼의 길이가 감소한 경우이므로 2비트 상태 정보를 (0,1)로 설정한다(단계 234).
버퍼의 상태Δl이 0보다 크다고 판단되는 경우에는 2비트 상태 정보를 증가 상태(1,0) 또는 대폭 증가(1,1)로 구분하여 설정하는데 증가 상태(1,0)과 대폭 증가(1,1)의 결정은 기지국으로의 전달 지연과 버퍼 오버플로우에 따른 셀 손실을 고려하여 결정한다.
버퍼 길이의 변화와 할당 정보를 이용하여 버퍼 오버플로우가 발생하는지 여부는 수학식 1을 이용하여 결정한다(단계 240).
버퍼 오버플로우가 예측되지 않은 경우에는 2비트 상태 정보를 (1,0)으로 설정하고(단계 242), 버퍼 오버플로우가 예측된 경우에는 2비트 상태 정보를 (1,1)로 설정한다(단계 244).
대역 요구 정보를 전송하기 위해 2비트만을 사용하기 때문에 전달할 수 있는 정보량에 한계가 있으며, 최대로 표현할 수 있는 값은 현재 프레임에서 할당받은 슬롯 수의 2배이다. 또한 이동 단말기의 요구 사항이 기지국으로 전달되어 요구하는 대역폭을 할당받기까지는 일정 시간이 요구된다.
따라서 데이터 발생률이 급격히 증가하는 경우 2비트 상태 정보에만 의존하여 동적 할당을 수행하면 이동 단말기의 버퍼 오버플로우가 발생할 수도 있다.
수학식 1은 현재 프레임 i에서, 프레임 i+2의 시간에 이동 단말기 k가 가진 버퍼의 길이가 최대 버퍼 크기(MaxBufSize)를 초과하는 경우를 예측하기 위한 것이다. 프레임 i+2에서 이동 단말기 k가 가진 버퍼의 길이는 버퍼의 증가 상태가 현재의 증가 상태(Δl)와 동일하게 유지된다고 가정할 때, 프레임 i+2에서의 버퍼 길이는 현재 프레임에서 패킷 전송 후 남는 버퍼의 길이()와 요구 사항에 따라 슬롯을 할당받기까지의 전달 지연 시간동안 증가하는 버퍼의 길이(2Δl)를 합한 값에서 다음 프레임과 그 다음 프레임동안 최대로 추가 할당받는 데이터 패킷의 수(2)를 제외한 값으로 계산할 수 있다.
위의 과정을 거쳐 2비트 상태 정보가 설정되면 필요한 개수의 셀에만 결정된 2비트 상태 정보를 설정하고 나머지 셀에는 (0,0)을 보낸다. 이에 따라 표현할 수 있는 대역 요구 정보량을 증가시킬 수 있다.
상태 정보 결정 모듈(210)에서 결정한 상태 정보 값으로 설정할 셀의 개수()는 버퍼 길이의 변화량(Δl)을 고려하여 결정한다(단계 250). 이때 최대로 전송할 수 있는 개수는 할당받은 슬롯의 수()로 제한된다.
셀의 개수가 설정되면 해당 개수만큼의 셀에만 결정한 상태 정보를 설정한다(단계 260).
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 동적 슬롯 할당 과정을 나타내는 순서도이다.
본 발명의 동적 슬롯 할당 방법을 수행하는 기지국은 각 이동 단말기가 다음 프레임에서 할당받기를 요구하는 슬롯의 수를 판단하는 기능을 수행하는 요구 슬롯 예측 모듈(310)과, 각 이동 단말기에 동적 슬롯을 할당하는 기능을 수행하는 할당 슬롯 결정 모듈(320)을 포함한다.
도 3에서는 이동 단말기 k가 프레임 i에서 할당받기를 요구하는 데이터 슬롯 수를, Ai는 프레임 i에 이동 단말기들에게 할당 가능한 전체 상향 데이터 슬롯 수를, sk는 최소 전송 보장률을 고려하여 이동 단말기 k에게 단일 프레임마다 반드시 할당해야 하는 데이터 슬롯 수를 나타낸다.
기지국은 제어 슬롯을 이용한 대역 요구 정보가 있는 이동 단말기가 있는지를 판단한다(단계 310).
제어 슬롯을 이용한 이동 단말기가 있는 경우 제어 슬롯을 이용한 이동 단말기에는 제어 패킷을 포함한 요구 슬롯 수를 할당한다(단계 320).
제어 슬롯을 이용한 이동 단말기를 제외한 나머지 이동 단말기에 있어서는 각 이동 단말기로부터 전송된 셀이 가진 2비트 상태 정보 값과 이전 프레임에서 할당한 슬롯의 수를 기반으로 이동 단말기가 요구할 슬롯의 수를 예측한다.
임의의 이동 단말기로부터 전송된 각각의 셀이 갖는 2비트 상태 정보(g0, g1) 값에 기반하여 이동 단말기가 요구하는 슬롯의 수를 예측하는 과정은 다음과 같다.
이동 단말기가 다음 프레임에서 할당받기를 요구하는 슬롯 수()를 현재 프레임에서 할당한 슬롯 수()와 같다고 설정한다(단계 330).
이동 단말기로부터 전송된 셀의 상태 정보를 추출하여(단계 340) 추출된 상태 정보를 판단한다(단계 342).
이동 단말기로부터 전송된 셀의 상태 정보가 변화 없음(0,0)인 경우에는 슬롯 수를 현재 프레임에서 할당한 슬롯 수로 유지한다(단계 344).
이동 단말기로부터 전송된 셀의 상태 정보가 감소(0,1)인 경우에는를 하나만큼 감소시킨다(단계 345).
이동 단말기로부터 전송된 셀의 상태 정보가 증가(1,0)인 경우에는를 하나만큼 증가시킨다(단계 346).
이동 단말기로부터 전송된 셀의 상태 정보가 대폭 증가(1,1)인 경우에는를 하나 증가시키면서 동시에 기지국은 해당 이동 단말기 k에게 다음 프레임에서 하나의 제어 슬롯을 할당한다(단계 347).
위의 과정을 임의의 이동 단말기 k의 모든 셀에 대하여 반복 수행하며, 그 결과로부터 이동 단말기 k가 다음 프레임에서 전송을 요구할 슬롯 수를 예측한다(단계 350).
모든 이동 단말기들이 요구하는 슬롯 수를 판단한 기지국은 할당 슬롯 결정 모듈을 수행하여 동적 슬롯 할당을 수행한다.
다수의 이동 단말기에 실질적으로 할당할 슬롯의 수는 예측한 각 이동 단말기의 요구 슬롯의 수와 다음 프레임에서 할당 가능한 슬롯의 수 Ai+1를 고려하여 결정한다.
모든 이동 단말기의 요구 슬롯 수의 총합 Ei+1이 할당 가능한 슬롯의 수Ai+1를 초과하는지를 판단한다(단계 360).
모든 이동 단말기의 요구 슬롯 수의 총합 Ei+1이 할당 가능한 슬롯의 수 Ai+1를 초과하지 않는다고 판단되는 경우에는 각 이동 단말기가 요구한 슬롯 수만큼 할당한다(단계 370).
모든 이동 단말기의 요구 슬롯 수의 총합 Ei+1이 할당 가능한 슬롯의 수 Ai+1를 초과한다고 판단되는 경우에는 각 이동 단말기가 요구하는 슬롯 수만큼 할당하지 못하므로 최소 보장 전송률에 대응하는 슬롯 수(sk)만을 할당한다(단계 380).
모든 이동 단말기에 최소 보장 전송률로 할당한 후 할당 가능한 대역(ΔAi+1)이 있는지를 계산한다(단계 382).
ΔAi+1이 0보다 큰가를 판단하여(단계 384) ΔAi+1이 0보다 크다고 판단되는 경우에는 여분의 대역을 각 이동 단말기가 요구하는 슬롯 수에 비례하여 선형적으로 배분하여 할당한다(단계 386).
ΔAi+1이 0보다 크다고 판단되지 않은 경우에는 여분의 대역이 없는 경우이므로 최소 보장 전송률에 대응하는 슬롯 수(sk)만을 할당하고 추가로 할당하지 않고 슬롯 할당 과정을 종료한다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이다. 따라서 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위 내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.
이와 같이 본 발명에 따르면 이동 단말기의 버퍼 상태의 변화에 따라 2비트의 상태 정보를 데이터 패킷 내에 삽입하여 전송하거나 정확한 요구 슬롯 수를 별도의 제어 패킷을 사용하여 전송함으로써 기지국의 스케줄러가 효율적으로 동적 슬롯 할당을 수행할 수 있도록 이동 단말기들의 대역 요구 정보를 빠르고 정확하게 전달할 수 있다.
또한 버퍼의 오버플로우를 고려하여 대역 요구 정보를 전달하는 방법을 제어 슬롯 방법으로 전환하므로 트래픽의 발생량이 크게 증가하는 경우에도 오버플로우로 인한 셀 손실을 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 이동 단말기가 요구하는 대역 이상으로 할당되는 경우가 발생하지 않으므로 상향 데이터 채널을 효율적으로 이용할 수 있고 통계적 다중화 이득을 증대시킴으로써 시스템의 처리 효율을 극대화시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 현재 프레임 및 이전 프레임에서의 버퍼 길이와 할당된 슬롯 수로부터 버퍼의 상태를 결정하는 단계;
    버퍼의 오버플로우 여부를 결정하는 단계;
    상기 결정된 버퍼의 상태 및 버퍼 오버플로우 여부를 이용하여 상태 정보를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 상태 정보를 기지국으로 전송하는 단계
    를 포함하는 이동 단말기에서의 대역 요구 정보 전달 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼 오버플로우 여부가 다음의 관계식
    여기서,는 i 프레임에서 이동 단말기가 갖는 버퍼의 길이,
    는 i 프레임에서 이동 단말기에 할당된 슬롯 수,
    Δl는 및와및에 의해 결정된 버퍼의 상태,
    MaxBufSize는 최대 버퍼 크기임
    에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기에서의 대역 요구 정보 전달 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상태 정보가 2비트로 표현되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기에서의 대역 요구 정보 전달 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 상태 정보는
    상기 버퍼의 상태가 0인 경우에는 변화 없음(0,0)이고,
    상기 버퍼의 상태가 0보다 작은 경우에는 감소(0,1)이며,
    상기 버퍼의 상태가 0보다 크고, 버퍼 오버플로우가 발생하지 않는다고 판단되는 경우에는 증가(1,0)이고,
    상기 버퍼의 상태가 0보다 크고, 버퍼 오버플로우가 발생한다고 판단되는 경우에는 대폭 증가(1,1)인 것으로 결정되는
    것을 특징으로 하는 이동 단말기에서의 대역 요구 정보 전달 방법.
  5. 무선 통신망에서 기지국에 대역 요구 정보를 전달하고 상기 기지국으로부터 할당받은 슬롯을 이용하여 데이터를 상기 기지국에 전달하는 이동 단말기에 있어서,
    현재 프레임 및 이전 프레임에서의 버퍼 길이와 할당된 슬롯 수로부터 결정된 버퍼의 상태, 및 버퍼 오버플로우 여부를 이용하여 상태 정보를 결정하는 상태 정보 결정부; 및
    상기 상태 정보 결정부에 의해 결정된 상태 정보 값을 상기 기지국으로 전송하되 셀의 GFC(generic flow control) 영역에 삽입하여 전송하는 상태 정보 전송부
    를 포함하는 이동 단말기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 버퍼 오버플로우 여부가 다음의 관계식
    여기서,는 i 프레임에서 이동 단말기가 갖는 버퍼의 길이,
    는 i 프레임에서 이동 단말기에 할당된 슬롯 수,
    Δl는 및와및에 의해 결정된 버퍼의 상태,
    MaxBufSize는 최대 버퍼 크기임
    에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 상태 정보는
    상기 버퍼의 상태가 0인 경우에는 변화 없음(0,0)이고,
    상기 버퍼의 상태가 0보다 작은 경우에는 감소(0,1)이며,
    상기 버퍼의 상태가 0보다 크고, 버퍼 오버플로우가 발생하지 않는다고 판단되는 경우에는 증가(1,0)이고,
    상기 버퍼의 상태가 0보다 크고, 버퍼 오버플로우가 발생한다고 판단되는 경우에는 대폭 증가(1,1)인 것으로 결정되는
    것을 특징으로 하는 이동 단말기.
  8. 무선 통신망에서 이동 단말기로부터 전달되는 대역 요구 정보에 따라 슬롯을 할당하는 이동 통신 시스템의 기지국에 있어서,
    각 이동 단말기에서 현재 프레임 및 이전 프레임에서의 버퍼 길이와 할당된 슬롯 수로부터 결정된 버퍼의 상태, 및 버퍼 오버플로우 여부를 이용하여 결정된 상태 정보를 전달받아서 각 이동 단말기가 다음 프레임에서 할당받기를 원하는 슬롯 수를 예측하는 요구 슬롯 예측부; 및
    상기 상태정보를 전송한 이동 단말기에 상기 예측된 수의 슬롯을 할당하는 할당 슬롯 결정부
    를 포함하는 이동통신 시스템의 기지국.
  9. 이동 단말기로부터 전송된 셀의 상태 정보를 추출하여 상태 정보를 판단하는 제1 단계;
    상기 상태 정보에 따라 해당 이동 단말기가 다음 프레임에서 요구할 슬롯 수를 예측하는 제2 단계;
    상기 이동 단말기가 요구할 것으로 예측된 슬롯 수와 다음 프레임에서 할당 가능한 슬롯 수를 고려하여 상기 이동 단말기에 할당할 슬롯 수를 결정하는 제3 단계;
    상기 이동 단말기에 슬롯을 할당하는 제4 단계; 및
    상기 이동 단말기에 할당된 슬롯을 전송하는 제5 단계
    를 포함하는 이동통신 시스템의 기지국에서의 동적 슬롯 할당 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 상태 정보는
    상기 버퍼의 상태가 0인 경우에는 변화 없음(0,0)이고,
    상기 버퍼의 상태가 0보다 작은 경우에는 감소(0,1)이며,
    상기 버퍼의 상태가 0보다 크고, 버퍼 오버플로우가 발생하지 않는다고 판단되는 경우에는 증가(1,0)이고,
    상기 버퍼의 상태가 0보다 크고, 버퍼 오버플로우가 발생한다고 판단되는 경우에는 대폭 증가(1,1)인 것으로 결정되는
    것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 기지국에서의 동적 슬롯 할당 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2단계에서
    상기 상태 정보가 변화 없음(0,0)인 경우에는 다음 프레임에 할당할 슬롯 수를 현재 프레임에서 할당한 슬롯 수로 유지하고,
    상기 상태 정보가 증가(1,0)인 경우에는 다음 프레임에 할당할 슬롯 수를 현재 프레임에서 할당한 슬롯 수에서 하나만큼 증가시키며,
    상기 상태 정보가 감소(0,1)인 경우에는 다음 프레임에 할당할 슬롯 수를 현재 프레임에서 할당한 슬롯 수에서 하나만큼 감소시키고,
    상기 상태 정보가 대폭 증가(1,1)인 경우에는 다음 프레임에 할당할 슬롯 수를 현재 프레임에서 할당한 슬롯 수에서 하나만큼 증가시키는 동시에 상기 이동 단말기에 하나의 제어 슬롯을 할당하는
    것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 기지국에서의 동적 슬롯 할당 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제3단계가
    상기 예측된 슬롯 수가 상기 할당 가능한 슬롯 수를 초과하는 지의 여부를 판단하는 단계;
    상기 단계에서 상기 예측된 슬롯 수가 상기 할당 가능한 슬롯 수를 초과한다고 판단되는 경우 상기 이동 단말기에 최소 보장 전송률에 대응하는 슬롯 수에 대응되는 슬롯을 할당하는 단계; 및
    상기 단계에서 상기 예측된 슬롯 수가 상기 할당 가능한 슬롯 수를 초과하지 않는다고 판단되는 경우 상기 예측된 슬롯 수에 대응되는 슬롯을 상기 이동 단말기에 할당하는 단계
    를 포함하는 이동통신 시스템의 기지국에서의 동적 슬롯 할당 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제3단계가
    모든 이동 단말기에 최소 보장 전송률로 할당한 후 할당 가능한 대역이 있는 지의 여부를 판단하는 단계; 및
    할당 가능한 대역이 있는 경우 여분의 대역을 상기 이동 단말기가 요구하는 슬롯 수에 비례하여 선형적으로 배분하여 할당하는 단계
    를 더 포함하는 이동통신 시스템의 기지국에서의 동적 슬롯 할당 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    제어 슬롯을 이용한 대역 요구 정보가 있는 이동 단말기가 있는 지의 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 단계에서 제어 슬롯을 이용한 대역 요구 정보가 있는 이동 단말기가 있는 것으로 판단되는 경우 제어 패킷을 포함한 요구 슬롯 수에 대응되는 슬롯을 할당하는 단계
    를 더 포함하는 이동통신 시스템의 기지국에서의 동적 슬롯 할당 방법.
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