KR20040084599A - Ｃｄｍａ ｅｖ-ｄｏ 이동통신 시스템에서 최소 전송지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 방법 및 시스템 - Google Patents

Ｃｄｍａ ｅｖ-ｄｏ 이동통신 시스템에서 최소 전송지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CDMA EV-DO 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 방법 및 시스템에 관한 것이다.
패킷 데이터의 송수신이 가능하되, 이동 통신망으로 DRC 값을 지속적으로 전송하는 하나 이상의 이동통신 단말기; 각각의 상기 이동통신 단말기로부터 패킷 데이터의 전송 요청 신호 및 상기 DRC 신호를 수신하여 각각의 상기 이동통신 단말기가 최소 전송 지연 서비스에 가입되어 있는지를 판단하고, 설치된 스케쥴링 알고리즘을 이용하여 타임 슬롯을 할당할 할당 대상 이동통신 단말기를 결정하는 무선 기지국이나 기지국 제어기에 설치되는 스케쥴러; 및 상기 기지국 제어기에 연결되어 상기 이동통신 단말기의 착신 및 발신 호처리를 수행하고, 데이터 통신망과 접속되어 연동하는 이동 교환국을 포함하는 것을 특징으로 하는 EV-DO 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면, 패킷 데이터 서비스를 제공할 때 이동통신 단말기로부터 요구되는 최소 전송 지연을 충분하게 보장하여 패킷 데이터 서비스 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

ＣＤＭＡ ＥＶ-ＤＯ 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 방법 및 시스템{Method and System for Packet Scheduling for Guaranteeing Minimum Transfer Delay in CDMA EV-DO Mobile Communication System}
본 발명은 CDMA EV-DO(Evolution-Data Optimized) 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링(Packet Scheduling) 방법 및 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, CDMA EV-DO 이동통신 시스템의 무선 기지국에 설치되는 패킷 스케쥴러가 매 타임 슬롯(Time Slot)마다 패킷 데이터의 최소 전송 지연을 요구하는 이동통신 단말기가 있는지를 판단하고, 소정의 알고리즘(Algorithm)을 이용하여 요구된 각각의 최소 전송 지연을 보장하는 순서대로 타임 슬롯을 할당하기 위한 패킷 스케쥴링 방법 및 시스템에 관한 것이다.
지금까지 개발되고 있는 대부분의 이동통신용 데이터 응용 서비스들은 음성 서비스와는 다르게 어느 정도까지의 데이터 전송 지연을 허용하고 있다. 예를 들어, 음성 서비스에서는 100 ms 정도의 전송 지연도 통화 음질에 크게 영향을 미치는 반면, 1 Mbps의 데이터 전송률로 다운로드(Download)받는 데이터 전송 서비스에서는 10초 정도의 전송 지연(즉, 10 M 비트 정도의 전송 지연)도 사용자가 느끼는 서비스 품질에 크게 영향을 주지 않는다. 따라서, 데이터 전송은 제한적이나마 어느 정도의 시간적인 여유를 가질 수 있다. 이러한 데이터 전송 시스템에서의 허용되는 전송 지연의 특성을 이용하여 무선 기지국이나 이동통신 단말기의 버퍼(Buffer)에 도착하는 패킷 데이터들의 전송 순서를 시스템의 목적에 맞게 무선 채널로 송출하는 순서를 정하는 장치가 패킷 스케쥴러이다.
패킷 스케쥴러는 크게 무선 기지국의 시스템 버퍼(Buffer)에 도착하는 패킷 데이터의 흐름(Data Flow)간의 전송 순위를 결정하고, 전송할 패킷 데이터의 전송률을 결정하는 두 가지 기능을 단계적으로 수행한다. 위의 두 가지 기능을 수행하기 위해서 패킷 스케쥴러는 각 패킷 데이터의 목적지가 되는 이동통신 단말기의 무선 링크 상태에 대한 정보가 필요하며, 이를 위해 이동통신 단말기가 보고한 무선 링크 측정 정보를 이용하거나 무선 기지국에서 예측한 정보를 이용하기도 한다.
패킷 스케쥴러가 패킷 데이터의 전송 순위 및 전송률을 결정하기 위하여 소정의 알고리즘을 이용하는데, 현재까지 제안된 알고리즘으로는 SRRS(Simple Round-Robin Scheduler), PFRS(Proportional Fairness Rate Scheduler), GPSS(Generalized Process Sharing Scheduler), LWDFS(Largest Weighted Delay First Scheduler) 등이 있다. 특히, CDMA EV-DO 시스템에서는 PFRS라는 패킷 스케쥴링 알고리즘을 이용한다.
PFRS는 SRRS의 단점을 보완하여 보다 큰 평균 데이터 전송율을 얻기 위하여 제안된 알고리즘으로서, 어느 특정 이동통신 단말기로 전송되는 데이터 크기를 PFRS로 할당된 데이터보다 x % 증가시킨다면, 다른 이동통신 단말기에 할당되는 데이터 총합이 x %보다 더 감소한다는 특징을 갖는다. PFRS는 CDMA EV-DO 시스템에서 매 1.67 ms 마다 역방향 링크의 DRC(Data Rate Control) 채널을 통해 전송되는 DRC값을 이용하여 스케쥴링을 수행한다.
보다 상세하게 설명하면, 패킷 스케쥴러는 이동통신 단말기로 전송해야 하는 패킷 데이터가 있을 때 스케쥴링을 시작하는데, 매 타임 슬롯마다 이동통신 단말기로 할당이 가능한지를 판단하고, 할당이 가능한 경우 DRCk/Tk값을 계산하여 DRCk/Tk값이 가장 큰 이동통신 단말기로 현재의 타임 슬롯을 할당한다. 여기서, DRCk는 이동통신 단말기 k의 DRC값이고, Tk는 이동통신 단말기 k의 데이터 평균 전송률(단위는 kbps)이다. 이 때, 우연하게 DRCk/Tk의 최대값을 갖는 이동통신 단말기가 두 대 이상이면 임의의 하나를 선택한다.
패킷 스케쥴러는 타임 슬롯을 할당하여 패킷 데이터를 전송할 이동통신 단말기가 결정되면, 모든 이동통신 단말기에 대해 수학식 1을 이용하여 데이터의 평균 전송률을 갱신한다.
(1-1)
(1-2)
여기서, n은 정수, k는 반복 수행을 위한 변수로서 각각의 이동통신 단말기를 나타내고, Tk는 이동통신 단말기 k의 데이터 평균 전송률, lk는 이동통신 단말기 k에게 현재 할당된 데이터 전송률, Nk는 이동통신 단말기 k에게 현재 할당된 타임 슬롯의 개수 및 tc는 데이터 평균 전송률을 스케쥴링하는 기본 주기이다. 따라서, lk×Nk는 이동통신 단말기 k에게 할당된 데이터 전송 속도가 된다. 또한, 수학식 (1-1)은 할당된 타임 슬롯이 있는 이동통신 단말기 k에게 적용되고, 수학식 (1-2)는 타임 슬롯이 할당되지 않은 이동통신 단말기 k에게 적용된다. 즉, 스케쥴링 주기 tc동안 타임 슬롯이 할당되지 않은 이동통신 단말기에게 할당되는 전송 속도 lk×Nk는 0이 되므로 수학식 (1-1)로부터 수학식 (1-2)가 도출된다.
위의 수학식 1에서 스케쥴링의 기본 주기인 tc는 각 이동통신 단말기가 패킷 데이터의 수신 없이 견딜 수 있는 최대 시간과 관계가 있다. 만약, 특정 이동통신 단말기가 좋은 채널 환경(즉, 높은 DRC값을 갖는 채널 환경)에서 나쁜 채널 환경(즉, 낮은 DRC값을 갖는 채널 환경)으로 이동하게 된다면, 이동통신 단말기가 최고의 채널 환경에 근접했을 때 패킷 데이터를 전송하기 위한 PFRS의 특성상 타임 슬롯을 빨리 할당받지 못하게 된다. 즉, 나쁜 채널 환경으로 들어간 이동통신 단말기는 패킷 데이터의 수신을 위해 오랜 시간을 기다려야 하는 것이다.
요약하면, PFRS는 CDMA EV-DO 통신 시스템의 DRC값을 이용하여 모든 이동통신 단말기에 대하여 무선 채널 상태를 정확히 수집하고, 수집된 무선 채널 상태의 정보를 이용하여 패킷 데이터를 전송할 단말기와 최적의 전송 속도를 결정할 수 있고, 시스템 구현이 쉽다는 장점이 있다.
하지만, PFRS는 매 타임 슬롯을 할당할 이동통신 단말기를 결정할 때, DRCk/Tk값의 크기만을 고려하기 때문에 각각의 이동통신 단말기가 요구하는 최소 전송 지연 등을 만족시킬 수 없게 되는 경우가 발생한다는 단점이 있다. 즉, 패킷 데이터의 트래픽이 많지 않은 상황에서는 기존의 PFRS로도 최소 전송 지연이나 최소 전송률 등의 QoS(Quality of Service)를 어느 정도 만족시킬 수 있지만, 트래픽이 증가하는 상황이나 특정 이동통신 단말기의 무선 채널 환경이 열악해지는 상황에서는 이러한 QoS를 만족시킬 수 없게 되는 문제점이 발생한다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 CDMA EV-DO 이동통신 시스템의 무선 기지국에 설치되는 패킷 스케쥴러가 매 타임 슬롯마다 패킷 데이터의 최소 전송 지연을 요구하는 이동통신 단말기가 있는지를 판단하고, 소정의 알고리즘을 이용하여 요구된 각각의 최소 전송 지연을 보장하는 순서대로 타임 슬롯을 할당하기 위한 패킷 스케쥴링 방법 및 시스템을 제시하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케쥴링을 위한 이동 통신망을 간략하게 나타낸 블럭도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 최소 전송 지연을 보장하는 타임 슬롯의 할당 과정을 나타낸 순서도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 최소 전송 지연을 보장하는 알고리즘의 성능을 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 이동통신 단말기 120 : 무선 기지국
122 : 순방향 스케쥴러 124 : 역방향 스케쥴러
130 : 기지국 제어기 140 : 이동 교환국
150 : 홈 위치 등록기 160 : 데이터 통신망
이를 위하여 본 발명은 V-DO 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 시스템으로서, 패킷 데이터의 송수신이 가능하되, 이동 통신망으로 DRC 값을 지속적으로 전송하는 하나 이상의 이동통신 단말기; 각각의 상기 이동통신 단말기로부터 패킷 데이터의 전송 요청 신호 및 상기 DRC 신호를 수신하여 각각의 상기 이동통신 단말기가 최소 전송 지연 서비스에 가입되어 있는지를 판단하고, 설치된 스케쥴링 알고리즘을 이용하여 타임 슬롯을 할당할 할당 대상 이동통신 단말기를 결정하는 무선 기지국이나 기지국 제어기에 설치되는 스케쥴러; 및 상기 기지국 제어기에 연결되어 상기 이동통신 단말기의 착신 및 발신 호처리를 수행하고, 데이터 통신망과 접속되어 연동하는 이동 교환국을 포함하는 것을 특징으로 하는 EV-DO 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 목적에 의하면 패킷 데이터의 송수신이 가능한 하나 이상의이동통신 단말기, 전송할 패킷 데이터를 스케쥴링하는 스케쥴러가 설치되는 무선 기지국 및 기지국 제어기 및 데이터 통신망과 연결되어 패킷 데이터를 송수신하는 이동 교환국을 포함하는 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 방법으로서, (a) 상기 스케쥴러가 타임 슬롯마다 패킷 스케쥴링을 수행하되, 상기 타임 슬롯이 할당이 요구되는 할당 요구 타임 슬롯인지를 판단하는 단계; (b) 상기 스케쥴러는 시스템 버퍼 내에 존재하는 이동통신 단말기에 대해 최소 전송 지연의 요구가 있는지를 판단하는 단계; (c) 상기 스케쥴러는 상기 시스템 버퍼 내에 존재하는 이동통신 단말기에 대해 최소 전송 지연 요구 단말기에는 P= DRC × max(1, exp(E - m × γ))를 설정하고, 최소 전송 지연 비요구 단말에는 P= DRC를 설정하는 단계; 및 (d) 상기 스케쥴러는 상기 P값의 설정 작업이 완료되면 상기 P값이 가장 큰 이동통신 단말기를 선택하여 현재의 타임 슬롯을 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EV-DO 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케쥴링을 위한 이동 통신망을 간략하게 나타낸 블럭도이다.
일반적으로, 패킷 스케쥴러는 무선 기지국(120) 내에 위치하며, 순방향(Downlink) 스케쥴러(122)와 역방향(Uplink) 스케쥴러(124)를 포함한다. 물론, 패킷 스케쥴러는 인접 셀(Cell)의 무선 채널 상태를 고려한 스케쥴링을 위하여 기지국 제어기(BSC : Base Station Controller)(130)에 위치할 수도 있다. 순방향 스케쥴러(122)는 무선 기지국(120)에서 이동통신 단말기(110)로 전송되는 패킷 데이터의 스케쥴링을 수행하고, 역방향 스케쥴러(124)는 이동통신 단말기(110)에서 무선 기지국(120)으로 전송되는 패킷 데이터의 스케쥴링을 수행한다.
본 발명의 실시예에 따른 이동통신 단말기(110)는 PDA(Personal Digital Assistant), 셀룰러(Celluar)폰, PCS(Personal Communication Service)폰, 핸드 헬드 PC(Hand-Held PC), GSM(Global System for Mobile)폰, W-CDMA(Wideband CDMA)폰, EV-DO폰, EV-DV(Data and Voice)폰, MBS(Mobile Broadband System)폰 등을 포함한다. 여기서, MBS폰은 현재 논의되고 있는 제 4세대 시스템에서 사용될 핸드폰을 말한다.
한편, 현재까지 개발된 데이터 서비스들은 순방향 링크에 트래픽(Traffic)이 편중되는 IP(Internet Protocol) 기반 인터넷 서비스들이므로, 본 발명의 실시예에서는 순방향 스케쥴러(122)에 대해서 설명하겠다. 하지만, 본 발명의 기술 사상은 역방향 스케쥴러(124)에도 동일하게 적용될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 순방향 스케쥴러(122)는 앞에서 이미 설명하였듯이, 무선 기지국(120)의 관할 영역 내에 위치하고 있는 이동통신 단말기(110)로부터 지속적으로 전송되는 DRC값을 수신하여 패킷 데이터의 전송 순위 및 전송률을 결정한다. 그런 다음, 이동 교환국(MSC : Mobile Station Center)(140)과 연결된 PSDN(Public Switched Data Network), ISND(Integrated Services Digital Network), B-ISDN(Broad ISDN), IN(Intelligent Network), PLMN(Public Land Mobile Network), 인터넷 등의 데이터 통신망(160)을 통해서 수신한 패킷 데이터를 타임 슬롯으로 할당하여 트래픽 채널을 통해 각각의 이동통신 단말기(110)로 전송한다.
여기서, DRC란 이동통신 단말기(110)가 역방향 채널 중 DRC 채널을 이용하여 무선 기지국(120)에 전송하는 값으로, 현재 순방향 링크의 채널 환경에 따라 복조 가능한 데이터 전송률에 대한 정보가 담겨 있다. 이동통신 단말기(110)는 DRC값을 결정하기 위해 무선 기지국(120)로부터 수신하는 C/I(Carrier to Interference)값을 측정하여 DCR값을 결정한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 순방향 스케쥴러(122)는 패킷 데이터를 전송할 이동통신 단말기(110)의 전송 순위를 결정할 때, 수학식 2와 같은 소정의 알고리즘을 이용한다.
(2-1)
(2-2)
여기서, Pk는 본 발명의 패킷 스케쥴링에서 사용되는 이동통신 단말기 k의점수, Ek는 이동통신 단말기의 현재 데이터 전송 지연 시간, mk는 이동통신 단말기 k의 최소 전송 지연 요구 시간 및 γ는 스케쥴링 파라미터이다. 또한, max(A, B)는 A 및 B 중 큰 값을 결과값으로 돌려주는 함수, exp()는 지수함수, Ek및 mk의 단위는 타임 슬롯, γ는 0부터 1사이의 값이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 순방향 스케쥴러(1220)는 타임 슬롯을 전송할 이동통신 단말기(110)의 전송 순위를 결정할 때, 해당 이동통신 단말기(110)가 최소 전송 지연을 요구하는 이동통신 단말기(110)인지를 판단하여 최소 전송 지연을 요구하는 이동통신 단말기(110)인 경우에는 수학식 (2-1)을 적용하고, 최소 전송 지연을 요구하지 않는 이동통신 단말기(110)인 경우에는 수학식 (2-2)를 적용한다. 그런 다음, Pk값이 가장 큰 이동통신 단말기(110)를 선택하여 해당 타임 슬롯을 할당하여 패킷 데이터를 전송한다.
한편, 홈 위치 등록기(HLR : Home Location Register)(134)는 일반적으로 이동 교환국(130) 내에 설치되어 있는 방문자 위치 등록기(VLR : Visitor Location Register)(미도시)로부터 이동통신 단말기(110)의 위치 정보를 전송받아 등록 인식, 등록 삭제, 위치 확인 등의 기능을 수행한다. 또한, 홈 위치 등록기(132)에는 이동통신 단말기(110)의 프로파일(Profile) 정보가 저장되어 있다. 여기서, 프로파일 정보란 이동통신 단말기(110)의 MIN(Moblie Identification Number), ESN(Electronic Serial Number), 가입된 이동통신 서비스 정보 등을 말한다.
따라서, 본 발명에 따른 최소 전송 지연 서비스를 이용하기 위해서는 사용자는 최소 전송 지연 서비스를 미리 신청해야 하고, 신청된 사용자에 한해 해당 정보가 프로파일 정보에 저장된다. 따라서, 순방향 스케쥴러(122)는 기지국 제어기(130) 및 이동 교환국(140)을 통해 홈 위치 등록기(150)의 프로파일 정보를 확인하여 각각의 이동통신 단말기(110)가 최소 전송 지연 서비스에 가입되어 있는지의 여부를 판단한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 최소 전송 지연을 보장하는 타임 슬롯의 할당 과정을 나타낸 순서도이다.
무선 기지국(120)이나 기지국 제어기(130)에 설치되어 있는 순방향 스케쥴러(122)는 기지국의 시스템 버퍼에 도착하는 패킷 데이터가 있을 때, 즉 이동통신 단말기(110)로 전송해야 하는 패킷 데이터가 있게 되면 스케쥴링을 시작한다(S200). 여기서, 스케쥴링은 매 타임 슬롯마다 이루어진다.
순방향 스케쥴러(122)는 현재의 타임 슬롯이 이동통신 단말기(110)에 의해 할당이 요청된 타임 슬롯인지를 판단한다(S202).
순방향 스케쥴러(122)는 단계 S202의 판단 결과 할당이 요청된 타임 슬롯인 경우에는 반복 수행을 위한 변수이자 개별 이동통신 단말기(110)를 가리키는 k를 0으로 셋팅한다(S204). 그렇지 않고, 순방향 스케쥴러(122)는 단계 S202의 판단 결과 할당이 요청되지 않은 타임 슬롯인 경우에는 해당 타임 슬롯의 스케쥴링 작업을 바로 종료한다. 여기서, 해당 타임 슬롯의 스케쥴링 작업을 종료한다는 의미는 타임 슬롯의 할당 작업을 종료한다는 의미로서, 할당 작업 후의 모든 이동통신 단말기(110)에 대한 평균 전송률의 갱신 작업은 PFRS의 수학식 1을 이용하여 수행된다.
순방향 스케쥴러(122)는 시스템 버퍼 내에 존재하는 모든 이동통신 단말기(110)에 대하여 최소 전송 지연이 요구되는 단말기(즉, 최소 전송 지연 서비스에 가입된 단말기)인지를 홈 위치 등록기(150)의 프로파일 정보를 이용하여 판단한다(S206). 여기서, 시스템 버퍼 내에 존재하는 이동통신 단말기(110)란 패킷 데이터의 전송을 요청한 이동통신 단말기(110)를 지칭한다.
순방향 스케쥴러(122)는 단계 S206의 판단 결과 최소 전송 지연이 요구되는 이동통신 단말기(110)라고 판단되면, 이동통신 단말기(110) k의 점수 Pk= DRCk× max(1, exp(Ek- mk× γ))로 계산한다(S208).
그렇지 않고, 순방향 스케쥴러(122)는 단계 S206의 판단 결과 최소 전송 지연이 요구되지 않는 이동통신 단말기(110)라고 판단되면, 이동통신 단말기(110) k의 점수 Pk= DRCk로 계산한다(S210).
순방향 스케쥴러(122)는 하나의 이동통신 단말기(110)에 대하여 단계 S208 또는 단계 S210의 Pk의 계산이 종료되면, 시스템 버퍼 내에 있는 모든 이동통신 단말기(110)에 대하여 Pk의 계산이 완료되는지를 판단한다(S212).
순방향 스케쥴러(122)는 단계 S212의 판단 결과 시스템 버퍼 내에 있는 모든 이동통신 단말기(110)에 대하여 Pk의 계산 작업이 수행되지 않았다고 판단되면, 변수 k를 1만큼 증가시킨(k=k+1) 후, 단계 S206으로 진행한다(S214).
순방향 스케쥴러(122)는 단계 S212에서 시스템 버퍼 내에 있는 모든 이동통신 단말기(110)에 대하여 Pk의 계산이 완료되면, Pk의 값이 가장 큰 이동통신 단말기(110)를 선택하여 해당 타임 슬롯을 할당한다(S216).
도 2에서 설명한 과정을 거쳐 최소 전송 지연을 보장하는 수준에서 타임 슬롯을 할당할 이동통신 단말기(110)가 결정되면, 순방향 스케쥴러(122)는 k=0으로 셋팅하고, 종래 PFRS 알고리즘과 마찬가지로 시스템 버퍼 내의 모든 이동통신 단말기(110)의 평균 전송률 Tk를 갱신한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 최소 전송 지연을 보장하는 알고리즘의 성능을 나타낸 그래프이다.
도 3은 전송할 패킷 데이터로 비디오 프레임(Video Frame)을 사용하였고, 100 kbps가 목표인 비디오 스트리밍(Streaming)을 가정하고 최초 20초 동안 버퍼링을 한 후, 비디오 프레임의 최소 전송 지연 요구 시간을 10초로 설정한 결과 그래프이다. 또한, 1회 실험 시간을 1,000초로 하였고, 수치는 5회 실험 결과를 평균한 것이다.
도 3을 보면, 수학식 2에서 설명한 스케쥴링 파라미터 γ을 0.2(MDS 0.2)와 0.5(MDS 0.5)로 설정하여 실험하였음을 알 수 있다. 여기서, γ은 최소 전송 지연 요구 시간의 길이, 비디오 프레임의 크기 등을 고려하여 적절하게 변화시키는 것이 바람직하다. 그래프의 y축은 전체 패킷 호 중 최소 전송 지연 요구 시간을 만족시키지 못한 패킷 호의 비(VR : Violation Ratio, 이하 VR이라 칭함)를 백분율로 나타내고 있고, x축은 실험 대상이 되는 이동통신 단말기의 수를 나타내고 있다. 또한, 본 발명의 최소 전송 지연을 보장하는 알고리즘의 성능을 비교하기 위하여 기존의 PFRS 알고리즘도 동일 조건하에서 실험하였고, 실험 결과를 그래프에 도시하였다.
도 3을 보면, 기존의 PFRS의 경우 모든 스트리밍 브이오디(StrVOD) 사용자의 VR이 6명을 넘어가면서부터 급격하게 증가하여 10 %를 크게 초과하고 있지만, 본 발명의 최소 전송 지연 알고리즘(MDS : Minimun Delay Supporting, 이하 MDS라 칭함)의 경우에는 10명의 사용자까지도 10 % 이내의 VR을 유지하는 것을 알 수 있다. 즉, 기존의 PFRS는 패킷 데이터를 전송해야 할 이동통신 단말기가 증가하게 되면 최소 전송 지연을 충분하게 보장하지 못하지만, 본 발명의 MDS는 패킷 데이터의 전송 대상 이동통신 단말기가 증가하더라도 최소 전송 지연이 충분하게 보장되고 있는 것이다.
한편, MDS의 스케쥴링 파라미터 γ은 패킷 데이터의 전송 대상 이동통신 단말기의 수가 적을 때에는 0.2가 좋은 성능을 나타내고, 전송 대상 이동통신 단말기의 수가 많을 때에는 0.5가 우수한 성능을 나타내고 있음을 알 수 있다. 따라서, 패킷 데이터의 전송 대상 이동통신 단말기 수의 증가에 따라 적절할 γ값을 설정하는 것이 필요하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
앞에서 설명하였듯이, 종래 PFRS 방식의 패킷 스케쥴링은 DRC값만 이용하여 전송 대상 단말기를 결정하므로 최소 전송 지연을 제대로 보장하지 못하는 단점이 있었지만, 본 발명에 의하면 각각의 이동통신 단말기가 요청한 최소 전송 지연을 충분하게 보장하는 수준에서 패킷 스케쥴링을 효과적으로 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 최소 전송 지연을 보장하는 알고리즘을 이용하면 이동통신 사업자는 무선 비디오 전송 서비스의 품질을 크게 향상시킬 수 있어, 패킷 데이터 서비스의 사용자들의 요구를 충족시켜 패킷 호 증대의 효과를 통해 수익을 증가시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. EV-DO 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 시스템으로서,
    패킷 데이터의 송수신이 가능하되, 이동 통신망으로 DRC 값을 지속적으로 전송하는 하나 이상의 이동통신 단말기;
    각각의 상기 이동통신 단말기로부터 패킷 데이터의 전송 요청 신호 및 상기 DRC 값을 수신하여 각각의 상기 이동통신 단말기가 최소 전송 지연 서비스에 가입되어 있는지를 판단하고, 설치된 스케쥴링 알고리즘(Algorithm)을 이용하여 타임 슬롯(Time Slot)을 할당할 할당 대상 이동통신 단말기를 결정하는 무선 기지국이나 기지국 제어기에 설치되는 스케쥴러(Scheduler); 및
    상기 기지국 제어기에 연결되어 상기 이동통신 단말기의 착신 및 발신 호처리를 수행하고, 데이터 통신망과 접속되어 연동하는 이동 교환국
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 EV-DO 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스케쥴링 알고리즘은 상기 DRC 값에 소정의 지수적 가중치(Exponential Weight)를 부여하여 상기 할당 대상 이동통신 단말기를 결정하는 것을 특징으로 하는 EV-DO 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스케쥴러는 순방향(Downlink) 스케쥴러 및 역방향(Uplink) 스케쥴러를 포함하고, 상기 스케쥴링 알고리즘은 상기 순방향 스케쥴러 및 상기 역방향 스케쥴러에 모두 설치되는 것을 특징으로 하는 EV-DO 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동통신 단말기는 PDA(Personal Digital Assistant), 셀룰러(Celluar)폰, PCS(Personal Communication Service)폰, 핸드 헬드 PC(Hand-Held PC), GSM(Global System for Mobile)폰, W-CDMA(Wideband CDMA)폰, EV-DO폰, EV-DV(Data and Voice)폰 및 MBS(Mobile Broadband System)폰을 포함하는 것을 특징으로 하는 EV-DO 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 통신망은 PSDN(Public Switched Data Network), ISND(Integrated Services Digital Network), B-ISDN(Broad ISDN), IN(Intelligent Network), PLMN(Public Land Mobile Network) 및 인터넷을 포함하는 것을 특징으로하는 EV-DO 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스케쥴러는 상기 이동 교환국에 연결되는 홈 위치 등록기(HRL)에 저장된 프로파일(Profile) 정보를 이용하여 각각의 상기 이동통신 단말기가 상기 최소 전송 지연 서비스에 가입되어 있는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 EV-DO 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 기지국은 상기 스케쥴러가 결정한 상기 할당 대상 이동통신 단말기에 타임 슬롯 단위로 상기 패킷 데이터를 순방향 트래픽 채널(Forward Traffic Channel)을 통해 전송하는 것을 특징으로 하는 EV-DO 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 시스템.
  8. 패킷 데이터의 송수신이 가능한 하나 이상의 이동통신 단말기, 전송할 패킷 데이터를 스케쥴링하는 스케쥴러가 설치되는 무선 기지국 또는 기지국 제어기 및 데이터 통신망과 연결되어 패킷 데이터를 송수신하는 이동 교환국을 포함하는 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기위한 패킷 스케쥴링 방법으로서,
    (a) 상기 스케쥴러가 타임 슬롯마다 패킷 스케쥴링을 수행하되, 상기 타임슬롯이 할당이 요구되는 할당 요구 타임 슬롯인지를 판단하는 단계;
    (b) 상기 스케쥴러는 시스템 버퍼 내에 존재하는 이동통신 단말기에 대해 최소 전송 지연의 요구가 있는지를 판단하는 단계;
    (c) 상기 스케쥴러는 상기 시스템 버퍼 내에 존재하는 이동통신 단말기에 대해 최소 전송 지연 요구 단말기에는 P= DRC × max(1, exp(E - m × γ))를 설정하고, 최소 전송 지연 비요구 단말기에는 P= DRC를 설정하는 단계; 및
    (d) 상기 스케쥴러는 상기 P값의 설정 작업이 완료되면 상기 P값이 가장 큰 이동통신 단말기를 선택하여 현재의 타임 슬롯을 할당하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 EV-DO 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 단계 (b)에서
    시스템 버퍼 내에 존재하는 이동통신 단말기란 상기 무선 기지국으로 상기 패킷 데이터의 전송을 요청한 이동통신 단말기인 것을 특징으로 하는 EV-DO 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 단계 (c)에서
    상기 DRC는 각각의 상기 이동통신 단말기가 역방향 링크의 DRC 채널을 통해 전송하는 신호로서, 복조 가능한 패킷 데이터의 전송률에 대한 정보가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 EV-DO 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 단계 (c)에서
    상기 스케쥴러는 상기 P값이 가장 큰 이동통신 단말기가 두 대 이상인 경우에는 무작위적으로 선택한 한 대의 이동통신 단말기에 상기 타임 슬롯을 할당하는 것을 특징으로 하는 EV-DO 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 단계 (c)에서
    상기 γ은 패킷 스케쥴링 파라미터로서, 0보다는 크고 1보다는 작은 값인 것을 특징으로 하는 EV-DO 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 단계 (d)에서
    상기 스케쥴러는 타임 슬롯이 할당된 이동통신 단말기에는 Tk(n+1)=Tk(n)×(1-1/tc)+(1/tc)×lk×Nk를 이용하여 상기 패킷 데이터의 평균 전송률을 갱신하는 것을 특징으로 하는 EV-DO 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 방법.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 단계 (d)에서
    상기 스케쥴러는 타임 슬롯이 할당되지 않은 이동통신 단말기에는 Tk(n+1)=Tk(n)×(1-1/tc)를 이용하여 상기 패킷 데이터의 평균 전송률을 갱신하는 것을 특징으로 하는 EV-DO 이동통신 시스템에서 최소 전송 지연을 보장하기 위한 패킷 스케쥴링 방법.
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