KR20040090440A - 통신 시스템들에서의 전송 스케쥴링 방법 - Google Patents

통신 시스템들에서의 전송 스케쥴링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따라 통신 네트워크에서 다수의 사용자들에게 전송들을 스케쥴링하는 방법은 사용자들 중의 한 명에게 다음 스케쥴된 전송을 위해 사용되어야 하는 주어진 타임슬롯에서 각각의 사용자에 대한 만족 메트릭 및 불만족 메트릭를 결정한다. 각각의 사용자는 사용자의 만족 메트릭, 사용자의 불만족 메트릭 및 사용자가 요구한 속도 중의 적어도 하나의 값에 기초한 가중치를 할당받는다. 가장 큰 가중치를 갖는 사용은 주어진 타임슬롯에서 다음 스케쥴된 전송을 서비스하도록 선택된다.

Description

통신 시스템들에서의 전송 스케쥴링 방법{METHOD FOR SCHEDULING TRANSMISSIONS IN COMMUNICATION SYSTEMS}
본 발명은 일반적으로 통신 시스템들에서 전송들의 스케쥴링에 관한 것이다.
순순한 음성 서비스들을 제공하는 제2 세대 시스템으로부터 음성 및 데이터 혼합 서비스들을 제공하는 제3 세대 시스템에 이르기까지 원격 통신 시스템들이 진화함에 따라 새로운 기술에 대한 도전들이 나타나고 있다. 데이터 서비스 요구들에 부합하여, 신규한 성능의 메트릭들 및 알고리즘들은 데이터 성능을 최적화시키기 위해 정의될 필요가 있다.
CDMA 3G-1X 진화 데이터 전용 시스템(1x-EV-DO, 고속 패킷 데이터(HRPD) 시스템으로서도 공지됨)은 cdma2000 3G-1x 시스템의 진화 시스템이고, 모바일 사용자들에게 데이터 서비스들을 제공하는 순수한 데이터 시스템이다. 1x-EV-DO에서, 스케쥴러 또는 스케쥴링 기능은 1개 이상의 모바일들로부터 채널 품질 피드백에 기초하여 시스템 자원들의 신속한 스케쥴링 또는 관리를 제공하기 위해 기지국 제어기에서 제공된다. 일반적으로, 스케쥴러는 주어진 순간에 전송을 위해 모바일을 선택하고, 순응적인 변조 및 코딩은 모바일에 의해 보여지는 현재 채널 상태들에 대한 적절한 수송 포맷의 선택을 허용한다.
IS-05 표준의 시스템들과 같은 제2 세대 무선 통신 시스템들에서, 애플리케이션들은 전형적으로 음성-베이스드 통신 스킴을 사용하고, 여기서 기지국과 모바일 간의 접속이 전용 접속이다. 이들은 본질적으로 고정된 접속들이기 때문에, 시스템이 서비스하는 활동 사용자들에게 전송 순서에 우선 순위를 매길 필요는 없다 (활동 사용자는 현재 데이터를 전송하고 있는 사용자이다). 그러나, CDMA-2000 표준 시스템들 및 1x-EV-DO 등의 제3 세대 무선 데이터 통신 시스템들의 출현에 의해, 시스템 자원들의 관리가 가장 중요하다. 이것은 데이터의 특성들이 음성의 특성들과 현저하게 다르기 때문이다. 예를 들면, 음성 전송과 달리, 데이터 전송은 반드시 연속적이지는 않고, 예를 들면 기지국과 모바일 간의 폭발적인 전송 또는간헐적 타입의 전송으로서 실시될 수 있다. 따라서, 제3 세대 시스템에서 기지국은 전송을 위해 각각의 사용자에게 무선 자원들을 할당함으로써 데이터 다수의 구성원의 사용자들을 관리하고자 시도할 것이다. 전형적으로, 이는 기지국 제어기에서 스케쥴러에 의해 조절된 우선화 스킴을 이용하여 행해진다. 종래의 우선화 스킴에서, 유휴 모바일에는 데이터가 전송되고 있는 모바일보다 낮은 우선권이 할당된다.
따라서, 스케쥴러는 통신 시스템의 무선 자원들을 낭비하지 않고 이들 많은 수의 사용자들을 관리할 수 있어야 한다. 이러한 관리 기능은 QoS(서비스 품질) 요건들에 부합하려는 기지국 시도들로서 점점 더 중요해지고 있다. QoS는 많은 상이한 요건들을 나타낼 수 있는 일반적인 용어이다. 기본 차용자로서, QoS는 무선 통신 시스템에서 보장된 성능(예, 최소/최대 데이터 네트워크 처리량, 최소 지연 요건, 패킷 손실률 및 패킷 다운로드 시간 등)을 제공하는 것을 나타낸다.
무선 데이터 네트워크들에서 서비스 품질(QoS) 차별화는 베스트-에퍼트 스케쥴링 정책에 의해 가능한 것보다 더 많은 수익을 네트워크 운영자들에게 보장한다. 추가 수익을 약속하는 것은 서비스에 있어서 감지할 수 있는 개선(예, 낮은 대기율, 보다 큰 처리량, 또는 보다 많은 예측 가능한 성능)에 대해 최종 사용자들(가입자들)이 보다 많이 지불하려는 의지에 기초한다. QoS 차별화는 또한 고속 사용자 1차(HRUF) 스케쥴링, 최대 캐리어 대 간섭비 스케쥴링 (Max C/I) 및 비례적 공평(PF) 스케쥴링 등의 베스트-에퍼트 스케쥴링 정책들 또는 알고리즘들 상으로 허용되는 품질로 제공될 수 없는 새로운 서비스들(예, 스트리밍 오디오/비디오, 패킷음성 등)을 전개시킬 수도 있다.
유선 및 무선 네트워크들에서 QoS 보증을 달성하기 위해 기지국 제어기에서 스케쥴러를 위한 스케쥴링 알고리즘들을 개발하려는 노력들이 이루어지고 있다. 선행된 노력들은 예를 들면 순수한 피크 선택 스케쥴링(즉, 상기 HRUF 또는 Max C/I) 및 비례적 공평(PF) 스케쥴링 등의 스케쥴링 기술들을 초래하고 있다. HRUF는 불량한 채널 조건들에서 사용자들에게 불공정한 비용으로 시스템 처리량을 극대화시킨다. 예를 들면, HRUF 스케쥴링에서, 셀의 에지에 위치할 수 있는 사용자와 같이 서비스 중인 기지국으로부터 현저한 거리에 있는 사용자는 셀 내의 기지국에 근접한 사용자보다 평균하여 현저히 낮은 우선권을 가질 수 있다. 채널의 변화가 작을 때, 이는 거의 서비스되지 않는 셀의 에지에 있는 사용자에서 잠재적으로 초래될 수 있다. 마찬가지로, Max C/I는 사용자의 최고 신호-대-잡음비(SNR)에 기초하여 사용자들에게 우선권을 할당한다.
PF 알고리즘은 특정한 정도의 공정성을 보장하면서 다수-사용자 다양성을 전개하려 시도한다. 비례적 공평 스케쥴링에서, 스케쥴러는 특히 각각의 사용자에 대해 2개 값들: 즉, DRC 및 R의 트랙을 유지한다. 무선 네트워크의 다운링크 상에서, 예를 들면, 각각의 사용자는 다음 타임슬롯을 위해 그의 신호 대 잡음비(SNR)를 추정할 것이고, 그에 기초하여 기지국으로부터 데이터를 다운링크할 전송 속도를 선택할 것이다. 그 선택은 전형적으로 특이적인 프레임 에러율 또는 다른 그러한 에러율과 일치하는 최고 유효 비율일 수 있다. 주어진 타임슬롯에서 주어진 사용자에 의해 요구되는 전송 속도는 DRC이다.
제2 값 R은 주어진 모바일 스테이션(사용자)이 목적하는 시간 상수를 사용하는 지수적으로 가중되는 평균 등의 적절한 공정에 의해 평균되는 바와 같이, 기지국 또는 다른 허브로부터 데이터를 수신하는 속도이다. 각각의 타임슬롯 n에서, 비례적 공평 스케쥴러는 DRC/R 비율이 가장 크도록 그 사용자에게 서비스할 것이다. 따라서, 각각의 사용자는 그의 요구되는 속도가 절대적인 견지에서 가장 큰 것이 아니라 오히려 특정 사용자가 최근에 데이터를 수신한 평균 속도(평균 사용자 처리량)에 상대적으로 큰 경우의 타임슬롯들에서 서비스를 수용하는 경향이 있다. 평균 사용자 처리량은 언더서비스되는 사용자들에 대해 작을 것이기 때문에, 불량한 채널을 가진 사용자조차 결과적으로 서비스받을 것이다. 즉, 평균 속도들은 동적인 양의 값이고, 이들 속도는 각각의 사용자가 타당하게 종종 서비스받는 조건 쪽으로 집중될 것이다.
상기 알고리즘들 중 어느 것도 최소 사용자 처리 요건들을 만족시키고자 명확히 시도하지 않았기 때문에, 이들 알고리즘들의 사용은 사용자들 사이에 고도로 불만족스러움을 유도할 수 있다. 예를 들면, 특정 최소 처리량들은 오디오 또는 비디오 스트리밍 등의 특정 서비스들을 제공하기 위해 필요하고; 따라서 이들 최소 처리량 요건들에 부합하지 않는 스케쥴링 알고리즘들은 네트워크 또는 시스템에서 사용자들이 경험하고 있는 채널 품질에서 피크들을 전개하도록 최대 사용자 처리량을 실시하는 방식에 초점을 맞추지 않는다. 네트워크에서 사용자에 의해 달성된 최대 처리량을 실시하기 위해, 상기 HRUF 및 PF 알고리즘들을 포함하는 대부분의스케쥴링 알고리즘들은 단순히 일단 사용자가 목표으로 하는 최대 처리량 제한에 도달하면 사용자가 스케쥴되는 것을 허용하지 않는다.
도 1은 본 발명의 전형적인 실시예에 따른 통신 시스템의 블록도.
도 2는 본 발명의 전형적인 실시예에 따른 스케쥴링 방법을 예시하는 흐름도.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
100 : 통신 시스템
102 : 셀
115 : 기지국
120 : 인터넷
125 : 다른 패킷 데이터 네트워크
통신 네트워크에서 다수의 사용자들에게 전송들을 스케쥴링하는 방법은 사용자들 중의 한명에서 다음 스케쥴된 전송을 위해 사용되어야 하는 주어진 타임 슬롯에서 각각의 사용자에 대한 만족 메트릭 및 불만족 메트릭를 결정한다. 각각의 사용자는 사용자의 만족 메트릭, 사용자의 불만족 메트릭 및 사용자가 요구한 속도 중의 적어도 하나의 값에 기초한 가중치를 할당받는다. 최고의 가중치를 가지는 사용은 주어진 타임슬롯에서 다음 스케쥴된 전송을 서비스받도록 선택된다.
본 발명의 전형적인 실시예들은 아래 주어진 상세한 설명 및 수반되는 도면들로부터 완전히 이해될 것이고, 여기서 동일한 소자들은 동일한 참조 번호로 나타내고, 프라임 및 다중 프라임 인용은 대안의 실시예들에서 유사한 소자들을 지시하고, 이는 예시의 목적으로만 주어진 것으로, 따라서 본 발명의 전형적인 실시예들을 제한하지 않는다.
전형적인 실시예들의 상세한 설명
다음 설명은 cdma2000 1x-EV-DO 표준에 따라 운영되는 무선 통신 시스템에 기초하는 바와 같이 기재될 수 있다. 본 발명의 전형적인 실시예들은 이러한 전형적인 맥락에서 기재될 수 있지만, 본 명세서에 도시되고 기재된 전형적인 실시예들은 단지 예시적인 것으로 어떠한 방식으로든지 제한하고자 함이 아님을 이해해야 한다. 그와 같이, 여러 가지 변형들이 고속 다운링크 패킷 액세스(HSDPA) 시스템규격에서 반영되고, 예를 들면 본원 내용에 의해 예상되는 바의 국제 모바일 원격 통신 시스템(UMTS) 등의 다른 통신 시스템들에 적용하기 위해 당업계의 숙련자들에게 명백할 것이다.
본 발명의 전형적인 실시예들은 (1) QoS 클래스-특이적 최소 처리량 목표들을 달성함으로써 사용자 만족도를 최대화하도록; 및 (2) 서비스를 업그레이드하고 잠재적으로 섹터 활성을 감소시키려는 동기를 사용자들에게 제공할 QoS 클래스-특이적 최고 처리량을 실시하도록 전송들을 스케쥴링하는 방법에 관련한다.
아래 사용되는 모바일 스테이션은 사용자에게 데이터 접속을 제공하는 디바이스이다. 모바일 스테이션은 랩탑, 개인용 컴퓨터(PC) 등의 연산 디바이스에 접속될 수 있거나, 또는 개인 휴대용 정보 단말기(PDA) 또는 셀룰러 폰 등의 자체-포함된 데이터 디바이스일 수 있다. 따라서, 모바일 스테이션은 액세스 단말기, 무선 모바일, 원격지 스테이션, 사용자, 사용자 장비(UE), 무선 통신 네트워크에서 무선 자원들의 가입자 또는 임의의 다른 원격지 사용자와 동등한 가치이고, 그와 같이 칭할 수도 있다. 더욱이, 모바일 스테이션은 포인트-대-포인트 프로토콜(PPP) 및 보다 큰 이후의 프로토콜 기능성(IP, TCP, RTP, HTTP 등)에 책임있는 PC와 같은 연산 디바이스 및 액세스 단말기(AT)로 기능적으로 분할될 수 있다. AT는 에어링크 및 무선 링크 프로토콜(RLP) 층들에 대해 책임이 있다.
추가로, 본 명세서에 사용된 바의 기지국은 패킷 데이터 네트워크(예, 인터넷)과 1개 이상의 모바일 스테이션들 사이에 데이터 접속을 제공하는 네트워크 장비를 의미한다. 기지국은 베이스 송신기 스테이션 또는 노드-B와 동등한 가치이고, 그렇게 칭할 수도 있다. 액세스 네트워크 또는 RAN은 1개 이상의 기지국들로 구성될 수 있다.
여기 사용된 바와 같이, 주어진 슬롯에서 주어진 사용자가 요구한 전송 속도, 및(또는) 주어진 슬롯에서 사용자가 성취할 수 있는 최대 다운링크 데이터 속도는 DRC라 칭한다. DRC는 리버스 트래픽 채널의 일부로서 또는 리버스 콘트롤 채널, 즉, DRC 채널의 일부로서 내장될 수 있다. DRC 채널은 사용자가 그 사용자에 대한 특정 정보를 전달하는 포워드 트래픽 채널을 수신할 수 있는 속도 뿐만 아니라 사용자가 그 사용자에게 서비스 중인 기지국으로부터 포워드 트래픽 채널을 수신하고자 하는 셀의 섹터를 지시한다.
더욱이, 다음 토의에서, 전송 속도는 타임슬롯당 비트들로 표현되고, 그 타임슬롯 상의 속도와 수치적으로 동일하다. 추가로, 서비스된 데이터의 양 또는 "토큰 카운트"는 실질적으로 의미하는 것이 하나의 타임슬롯에서 그 비율로 전달된 데이터의 양인 "속도"로 증가되거나 또는 감소된다고 한다.
도 1은 본 발명의 전형적인 실시예에 따른 통신 시스템의 블록도이다. 시스템(100)은 1x-EV-DO 기술을 사용하는 고속 패킷 데이터(HRPD) 시스템으로서 구성될 수도 있고, 예를 들면 기지국(115)과 통신하거나 또는 그에 의해 서비스되는 1개 이상의 모바일 스테이션(105)을 함유하는 셀(102)로 예시될 수 있다. 모바일 스테이션(105)은 인터넷(120) 또는 예를 들면 폐쇄된 기업 네트워크(예, 인트라넷) 등의 일부 다른 패킷 데이터 네트워크(125)와 패킷 데이터를 교환하기 위해 기지국(115)을 통해 통신할 수 있다. 패킷 데이터의 실시예들은 웹 페이지들을 액세스하고 전자 메일을 검색하는 등의 용도들을 위해 사용된 인터넷 프로토콜(IP) 데이터그램들을 포함할 수 있다. 그러한 패킷 데이터 용도들은 모바일 스테이션(105) 상에서 수행될 수 있거나, 또는 무선 모뎀으로서 모바일 스테이션(105)을 사용하는 별개의 컴퓨터 디바이스 상에서 수행될 수 있다. 전형적인 실시예에서, 모바일 스테이션(105)은 예를 들면 순방향 및 역방향 채널들의 세트일 수 있는 에어 인터페이스 상으로 무선 네트워크(115)와 통신할 수 있다. 이는 순방향 링크(107) 및 역방향 링크(110)로서 도시될 수 있다.
기지국(115)은 단일 기지국 및 기지국 제어기로 구성될 수 있다. 각각의 기지국은 모바일 스테이션(105)과 데이터를 교환시키기 위해 사용하는 소정 수의 트래픽 채널들을 가질 수 있다. 트래픽 채널들 중의 하나가 모바일 스테이션(105)에 할당될 때, 그 모바일 스테이션(105)은 활동 모바일 스테이션(105)이라 칭할 수 있다. 적어도 하나의 트래픽 채널이 각각의 활동 모바일 스테이션(105)에 할당된다.
기지국(115)은 귀로(back-haul) 설비, 예를 들면 T1/E1, STM-x 등 또는 무선 또는 유선 T3, 광섬유 접속, 이더넷 등과 같은 임의의 다른 적절한 유형의 네트워크 접속을 사용하여 패킷 데이터 네트워크(12)와 접속될 수 있다. 기지국(115)은 1타입 이상의 네트워크들을 갖는 다중 패킷 데이터 네트워크들에 접속될 수 있다. 예를 들면, 인트라넷 대신에, 다른 네트워크(125)는 데이터 서비스들 인터-워킹 기능(IWE)을 통해 기지국(115)과 접속된 공용 스위치되는 전화 네트워크(PSTN)일지도 모른다.
도 1에서, 기지국(115)은 복수개의 트랜스시버(116A-D), 각각의 트랜스시버에 접속된 안테나(117) 및 각각의 트랜스시버들(116A-116D)과 접속되고, 이들을 조절하는 기지국 제어기(118)를 예시적으로 포함한다. 제어기(118)는 예를 들면 스케쥴링 기능 또는 알고리즘을 구현할 수 있는 에어링크 스케쥴러(119)를 포함할 수있다. 모바일 스테이션들(105)은 기능성의 견지에서 상호 동일하거나 또는 실질적으로 유사하다. 따라서, 트랜스시버(106), 그에 접속된 안테나(107), 및 역시 트랜스시버(106)에 접속된 제어기(108)를 예시적으로 포함하는 단일 모바일 스테이션(105)을 개시하는 것으로 족하다. 제어기(108)를 기지국(115)의 일부로서 도시하더라도, 기지국 제어기 기능들은 예를 들면 사적인 IP 네트워크(도시되지 않음)를 통해 기지국(115)과 통신하는 외부 서버에 의해 구현될 수 있었다.
복수개의 모바일 스테이션들(105) 각각은 기지국(115)과 통신하고, 리버스 링크(110)에서 요구되는 서비스 속도(예, 데이터 속도 요청) DRC(n,i)를 그에 전송하고, n은 데이터 전송을 위한 n-번째 타임 슬롯을 나타내고, i는 요구된 서비스 속도를 전송하는 모바일 스테이션을 지시한다. 기지국(115)은 n-번째 타임 슬롯에 데이터의 다음 전송을 할당한다. 그 할당은 기지국 제어기(118)에 의해 구현되었을 때 증진된 처리량 제어를 제공하도록 복수개의 모바일 스테이션들(105)에 우선 순위를 부여할 수 있는 스케쥴러(119)에 의해 수행되는 스케쥴링 오퍼레이션에 따라 이루어질 수 있다.
순방향 링크(107) 상에서, 시분할 멀티플렉싱(TDM)은 기지국(115)으로부터 모바일 스테이션(105)으로 데이터를 전송하기 위해 사용될 수 있다. 다운링크 전송들은 고정된 시간 간격들 또는 타임슬롯들로 발생한다(이후, "슬롯들"이라 칭하고, 각각의 슬롯은 1.667ms의 고정된 기간을 가짐). 각각의 슬롯 내의 프리앰블은 누구에게 이 슬롯이 할당되는지를 사용자에게 지시한다. 기지국(115)의 파일럿을 디코딩할 수 있는 모든 모바일 스테이션(105)은 파일럿을 송신한 기지국과 자신 사이의 채널의 추정을 수행한다. 모바일 스테이션(105)이 최상의 채널을 갖게 되는 기지국(115)의 섹터들은 IS-95 및 cdma 2000 시스템들에서와 같이 모바일 스테이션(105)의 활성 세트에 포함된다. 그러나, 그들 시스템들과 달리, 모바일 스테이션(105)은 임의의 주어진 시점에 기지국(115)에 의해 서비스되는 유일한 하나의 섹터(가장 강한 것)로부터의 전송을 요구한다.
스케쥴러(119)는 어떤 모바일 스테이션(105)이 각각의 슬롯으로 전송될지를 결정한다. 스케쥴러(119)는 기지국(115)에 체류하기 때문에, 스케쥴러(119)는 상이한 사용자들(모바일 스테이션들(105))의 채널 상태들(채널 상태는 아래 상세히 설명되는 바와 같이, 모바일 스테이션(105)에 의해 명확히 보고됨)에서 일시직인 피크들을 신속히 반응하고 전개하는 능력을 가질 수 있고, 시스템(100)의 전체적인 성능 및 용량을 잠재적으로 최적화시킬 수 있다.
순방향 링크(107)는 지원하는 물리층 인식/네거티브 인식(ACK/MACK) 공정이 사용되는 증분 중복도(IR)를 사용할 수 있다. IR은 상이한 변조 스킴들을 잠재적으로 사용하는 원래 전송의 사본들을 조합하는 하이브리드 자동화된 반복 요청(HARQ)을 허용하는 융통성있는 시도이다. 일반적으로, HARQ는 원시 전송을 폐기하기보다는 원시 전송과 새로운 전송의 조합을 허용한다. 이는 패킷의 정확한 디코딩 확률을 크게 개선시킨다. HARQ에서 "하이브리드"라는 용어는 포워드 에러정정(FEC) 기술들이 ARQ 기술들에 덧부쳐 사용되어온 것을 지시한다. TR은 성공적이지 못한 디코딩을 초래하는 전송들 자체가 폐기되지 않도록 보장하는데 도움이 될 수 있다.
모든 모바일은 다운링크 채널의 품질을 추정한다. 이러한 추정에 기초하여, 각각의 모바일 스테이션(105)은 주어진 다운링크 채널의 경우에 수신되는 SNR을 예측한다. 이어서, 예측된 SNR은 성취될 수 있는 최대 다운링크 데이터 속도 또는 다시 말하자면 약 1%의 목표 패킷 에러율에 대한 DRC를 예측하기 위해 사용된다. DRC는 DRC 채널 상에 4-비트 값으로서 내장된다. 속도들 38.4, 76.8, 153.6, 307.2, 614.4, 921.6, 1228.8, 1843.2 및 2457.6Kb/s로 맵되는 4-비트 DRC 값들은 역방향 링크(110)에서 DRC 채널 상에서 각각의 모바일 스테이션(105)에 의해 피드백된다. 이러한 정보는 각각의 사용자의 다운링크 채널의 품질을 액세스하고, 따라서 피크-피킹을 인에이블시키고, 예를 들면 다운링크 전송을 수신하기 위해 현재 슬롯에서 먼저 최고 속도 사용자를 스케쥴링하는 스케쥴러(119)에 의해 사용될 수 있다.
선택된 코딩 속도 및 채널의 품질에 좌우되어, 기지국(115)으로부터 라디오 링크 프로토콜(RLP) 등의 단일 프레임의 전송은 다중 에어링크 슬롯들에 미칠 수 있다. 1x-EV-DO에서, 사용자에 속하는 IP 패킷들은 기지국 제어기에서 고정된 128-바이트 RLP로 할당되고, 이는 기지국의 일부이거나 그렇지 않을 수 있다. 기지국 제어기의 기능들은 예를 들면 사적인 IP 네트워크를 통해 기지국과 통신하는 외부 서버에 의해 구현될 수 있고, 이어서 기지국으로 전이도리 수 있다. 모바일스테이션으로부터 DRC 채널에서 수신된 DRC 피드백에 좌우되어, 기지국은 얼마나 많은 RLP 프레임들이 슬롯 내에 전송될 수 있는지 및 대응하는 변조 및 코딩 스킴을 결정한다. 모바일 스테이션이 에러에서 RLP 프레임을 수신하는 경우, 이는 NACK(음의 인식)을 전송하고 RLP 프레임이 재전송된다. 단지 하나의 재전송이 RLP 프레임당으로 허용된다. 일단 모바일 스테이션이 PPP 프레임에 속하는 ROP 프레임들을 수신하면, PPP 프레임은 다시어셈블되고 추가의 처리를 위해 PPP층으로 이양된다.
일부 슬롯들은 물리층 ACK/NACK 메카니즘을 통해 에러 중에 존재하는 것으로 모바일에 의해 지시된 RLP 프레임들을 위해 "보존"되고, 따라서 이는 모바일 스테이션(105)으로 전송되고 있는 과정에 있다. 그러나, 보존되지 않은 슬롯들은 임의의 모바일 스테이션(105)에 할당될 수 있다. 슬롯이 보존되지 않으면, 본 발명의 전형적인 실시예에 따른 스케쥴링 기능은 데이터 다운링크 중인 모바일 스테이션들(105) 중에서 어느 것에 적절한 링크 성능이 슬롯들에 할당되어야 하는지를 결정하기 위해 스케쥴러(119)에 의해 구해질 수 있다. 0의 DRC 값은 다운링크 채널이 허용되지 않을 정도로 큰 에러율을 갖는다는 정보를 기지국(115)에 제공하기 위해 모바일 스테이션들(105)에 의해 사용된다. 이전의 전송을 위해 NACK를 전하는 모바일 스테이션(105)이 존재했음을 의미하는 슬롯이 보존된 경우, 기지국(115)은 몇몇 이상의 코딩된 비트들을 현재 슬롯 내의 모바일 스테이션(105)에 전송한다.
아래 더욱 상세히 나타내는 바와 같이, 본 발명의 전형적인 실시예들에 따른방법은 클래스-특정 최소 및 최대 속도를 사용한다. 클래스-특정은 얼마나 많은 각각의 사용자 또는 가입자가 특정 서비스들 및 데이터 속도들에 대해 지불하는지에 기초하여 배치될 수 있는 사용자들의 클래스들로서 정의될 수 잇다. 대안으로, 클래스는 사용자가 실시간으로 또는 실시간 이외로 휴대할 수 있는 트래픽의 특성에 기초하여 이루어질 수 있다. 각각의 보존되지 않은 슬롯에서, 스케쥴러(119)는 이들 최소 및 최대 속도가 적절한 시간 수평선 상으로 실시되는 방식으로 사용자(모바일 스테이션(105))을 선택한다.
도 2는 본 발명의 전형적인 실시예에 다른 스케쥴링 방법을 예시하는 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 일반적으로, 만족 메트릭 및 불만족 메트릭가 특정 시간에(슬롯 n) 각각의 모바일 스테이션(105)에 대해 스케쥴러(119)에 의해 결정될 수 있다(기능 210). 아래 더 상세히 나타내는 바와 같이, 만족 메트릭은 목표 최대 처리량(이후 Ri max라 칭함)과 관련한 모바일 스테이션(105)의(i번째 사용자의) 성취 성능을 트래킹하는 스케쥴러(119)에서 제1 토큰 카운터의 토큰 카운트로서 포함될 수 있다. 불만족 메트릭는 목표 최소 처리량(이후 Ri min라 칭함)과 관련한 모바일 스테이션(105)의(i번째 사용자의) 성취 성능을 트래킹하는 제2 토큰 카운터의 토큰 카운트로서 포함될 수 있다. Ri max및 Ri min는 네트워크에 의해 할당된 바의 모바일 스테이션(105)의 서비스 품질(QoS) 클래스의 함수로서 스케쥴러(119)에 의해 결정될 수 있다. 대안으로, Ri max및 Ri min는 모바일 스테이션(105)과 기지국(115) 사이의 데이터 세션의 시작시에 모바일 스테이션(105)에 의해 요구되는 QoS 클래스의 함수일 수 있다. 아래 더욱 상세히 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 카운터의 토큰 카운트들은 각각의 스케쥴된 전송 이후에 모바일 스테이션(105)에 대해 일시적으로 갱신될 수 있고(시간상 갱신됨), 또한 주어진 토큰 범위 내에서 제한될 수 있다. 토큰 카운터들은 스케쥴러(119)에 의해 구현되는 소프트웨어 루틴들일 수 있다.
만족 및 불만족 메트릭들은 양의 값 또는 음의 값일 수 있다. 일단 만족 및 불만족 메트릭가 결정되면, 각각의 모바일 스테이션(105)은 스케쥴러(119)에 의해 가중치를 할당받는다(기능 220). 이 가중치는 모바일 스테이션(105)의 만족 메트릭, 불만족 메트릭 및 모바일 스테이션(105)에 의해 요구되는 속도(DRC) 중의 1개 이상에 기초할 수 있다. 모바일 스테이션들(105)이 SNR 데이터를 기지국(115)으로 전송하는 경우, SNR 값은 DRC 값으로 해독될 수 있다. 아래 더 상세히 나타내는 바와 같이, 특정 가중치 함수는 만족 메트릭, 불만족 메트릭 및 DRC 중의 1개 이상에 기초하여 각각의 모바일 스테이션(105)에 대해 연산될 수 있다.
기능(220)에서 연산된 가중치들은 양의 값이거나 또는 음의 값일 수 있다. 따라서, 스케쥴되지 않은 사용자는 양의 값(0이나 음의 값이 아님)인 보다 큰 결과의 가중치 함수를 갖는 스케쥴러(119)에 의한 결정과 매치되도록 선택된다. 따라서, 여기서 0 또는 음의 값 생성 가중치 함수(함수 230의 출력은 NO이다)를 갖는 어떠한 사용자도 없는 경우, 어떠한 사용자도 스케쥴되지 않을 것이고, 에어링크슬롯은 유휴 상태로 될 것이다(함수 240). 따라서, 현재 에어링크 슬롯에서 다음으로 스케쥴된 전송을 수신하기 위해, 가장 큰 양의 값 가중치를 갖는 모바일 스테이션(105)이 서비스되어야 하거나 또는 스케쥴되어야 하는 사용자로서 선택된다(함수 250).
최소 처리량 실행에 의한 스케쥴링
스케쥴러(119)는 약 90% 이상의 모바일 스테이션(105) 등의 실질적으로 큰 분획에 대해 최소 처리량 요건(Ri min)을 만족시켜야 한다. 그렇게 하면서, 스케쥴러(119)는 시스템(100)에 대한 보다 양호한 효율을 달성하기 위해, 채널 품질의 일시적인 변화로부터 발생하는 다중-사용자 다양성을 또한 전개해야 한다.
따라서, 스케쥴러(119)는 피크 피킹(용량 증진, 낮은 간섭 및 높은 수익)의 이익들과 함께 사용자 만족도에 부합하도록 고안된 제어 메커니즘의 이익들을 조합하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 각각의 스케쥴링 순간(즉, 슬롯 n)에, 스케쥴러(119)는 비교적 큰 값의 불만족 메트릭를 갖고, 따라서 사용자가 그의 Ri min으로 단기 하강한 것을 지시하는 불량한 사용자(모바일 스테이션(105))를 스케쥴링할지 여부를 결정하거나, 또는 피크 피킹을 수행할지 여부(즉, 가장 큰 요구 속도(가장 큰 DRC)를 갖는 사용자를 스케쥴링할지)를 결정한다. 피크 피킹은 시스템(100) 처리량을 최대화시키는데 도움이 되고, "양호한" 사용자들(모바일 스테이션들(105))을 위한 패킷 콜들의 완성을 허용하고, 그에 따라 시스템(100) 자원들을 "불량" 사용자들에게 제공하지 않는다.
일반적으로, 사용자 만족도는 불량한 사용자들에 자원을 할당함으로써 크게 제한될 수 있고, 이들은 전형적으로 만족시키기 어렵기 때문이다. 불량한 사용자들은 전형적으로 이들의 목표 최소 처리량에 부합하도록 빈번히 스케쥴될 필요가 있다. 그러나, 전형적인 실시예들에 따라, 불량 사용자들이 스케쥴되는 순간 또는 슬롯들은 (a) 불만족 메트릭, 즉 Ri min과 관련한 현재 불만족 레벨, (b) 현재 요구되는(또는 달성되는) 속도(즉, DRC)에 의존한다.
스케쥴러(119)러 각각의 사용자의 최소 처리량 목표에 얼마나 잘 부합하는지 트래킹하기 위해, 스케쥴러(119)는 잘 공지된 "리키 버킷 알고리즘"을 사용할 수 있다. 리키 버킷 알고리즘은 n-번째 슬롯에서 i-번째 사용자를 위해 비트들의 토큰 풀 Ti(n)을 유지하는 토큰 카운터를 사용한다. 이러한 토큰 카운터는 상기 제2 토큰 카운터이고, 토큰 카운트들을 증가시키거나 또는 감소시킨다. 노큰 카운트는 주어진 슬롯에서 각각의 모바일 스테이션(105)에 대해 결정되는 상기 불만족 메트릭을 나타낸다.
이 카운터는 사용자 i의 목표 최소 처리량, 즉 Ri min(bps)에서, 또는 n번째 슬롯에서 Ri min에 정량적으로 비례함으로써 증가될 수 있다. 스케쥴러(119)가 사용자 i에게 bi 스케쥴된 비트들을 전송할 때마다, bi 비트들은 사용자 i의 "토큰 버킷"으로부터 회수될 수 있다. 용어 bi(n)는 고갈 속도라 칭하고, n번째 슬롯(비트들/슬롯으로)에서 i번째 사용자에게 전송된 비트들의 수를 나타낼 수 있다. 실제로, 전통적인 리키 버킷 알고리즘은 1x-EV-DO 스케쥴링의 맥락에서 허용 가능하게 운영되도록 변형되어야 한다.
예를 들면, 모바일들이 장기간 동안 유휴 상태일 때 토큰들의 누적을 중지시키는 정성이 필요하고, 웹을 서핑하거나 돌발적으로 트래픽을 발생시키는 다른 애플리케이션들을 실행시키는 사용자들의 경우도 마찬가지이다. 또한, 전송이 시작되는 시점에 각각의 사용자들의 버킷에 놓인 토큰들의 초기 양은 돌발적으로 데이터를 전송하는 애플리케이션들의 지연 성능에 큰 영향을 미친다. 따라서, 토큰 카운터의 토큰 카운트들은 명시된 범위로 제한될 수 있고, 예를 들면 돌발적으로 데이터를 전송하는 애플리케이션들의 허용되는 지연 성능을 제공하도록 초기화될 수 있다.
A. 범위 제한 - 토큰 버킷의 깊이를 제한함
토큰 풀 Ti(n)의 크기는 사용자 i의 불만족의 양호한 지시자이다. 상당한 기간에 걸쳐 서비스되지 않는 모바일 스테이션(105)은 상당히 많은 수의 토큰들을 축적할 수 있다. 반대로, 자주 서비스되는 모바일 스테이션(105)에 대해, 토큰 풀의 크기는 심지어 음의 값들을 취하기도 한다. 따라서, 임의의 토큰-베이스드 스케쥴링 도식은 일정 기간에 걸쳐 사용자에게 제공된 서비스를 반영하는 빌트인 메모리를 갖는다. 전형적인 실시예에서, 이러한 메모리는 스케쥴러(119)에서 활주하는 윈도우일 수 있다. 메모리는 사용자 만족도를 제공하는 데 효과적일 수 있지만, 토큰들이 "떨어지는" 경우, 즉 과하게 큰 음의 값 또는 양의 값을 취하는 경우 핸디캡을 가질 수 있다. 그러한 상황에서, 시스템 회복은 느려질 수 있고, 일부 사용자들은 그 동안 지치게 되는 한편 다른 사용자들에게 불필요한 서비스를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 전형적인 실시예들에서, 이러한 문제는 토큰 값들을 캡핑함으로써, 즉 이들을 주어진 범위(TMIN, TMAX)로 제한시킴으로써 다루어진다. 최대값은 버킷 크기를 허용하고, TMAX는 토큰 버킷이 이미 토큰들로 가득찬 경우의 메모리를 제한하고, 유입되는 토큰들은 오버플로우되고 장래에 더 이상 이용되지 않는다. 따라서, 임의의 시점에, 사용자가 네트워크(즉, 시스템 100)로 전송할 수 있는 가장 큰 버킷은 버킷의 크기에 거의 비례한다. 마찬가지로, 토큰 카운트는 최소값 TMIN이하로 떨어지지 않을 수 있다.
토큰들이 각각의 슬롯에서 사용자(모바일 스테이션(105))의 버킷에 위치하는 속도는 전형적으로 고갈 속도 bi(n)보다 훨씬 더 작다. 따라서, 매우 큰 음의 토큰 값으로부터의 회복은 느리다. 예를 들면, 가볍게 로드된 시스템에서 양호한 채널 조건들을 가지고, 반복되는 서비스를 초기에 경험하고, 큰 음의 토큰 값을 유도하는 사용자의 경우를 고려하자. 시스템 로드가 증가하기 시작하는 경우, 또는 시스템 채널 조건이 갑자기 현저하게 악화되는 경우, 사용자는 큰 토큰 값들을 갖는 다른 사용자들과 접속할 수 없을 것이다.
결과적으로, 사용자는 상당한 시간 동안 스케쥴되지 않을 것이다. 따라서,이러한 문제를 해결하기 위해, 음의 토큰들을 갖는 예비 사용자가 서비스받지 않는 기간이 트래킹될 수 있다. 일단 이 기간이 일부 명시되거나 또는 소정의 임계값과 교차하는 경우, 사용자의 토큰은 토큰값 초기화 공정에 의해 리셋된다. 이러한 "효율적인 토큰 스킴"은 제어된 정도의 폭발을 허용할 수 있고, 다중 사용자 다양성을 통해 얻어진 장점들을 최대화시키는 한편, 장기간에, 임의의 예비 사용자 i에 대한 전송 속도가 토큰 대체 속도를 초과하지 않을 것임을 보증하려 여전히 시도하고 있다.
B. 신규 사용자를 위한 토큰 값의 초기화
시스템(100)을 도입하는 신규 모바일 스테이션(105)의 토큰 값은 설정되어야 한다. 스케쥴러(119)가 신규 사용자에 대한 초기 토큰 값을 너무 낮게 설정한 경우, 신규 모바일 스테이션(105)에 전송된 신규 패킷은 바람직한 지연보다 더 큰 지연을 경험할 것이다. 이는 전송 제어 프로토콜(TCP)에 영향을 미칠 수 있다. TCP는 이 TCP가 어떻게 작용하는지를 기재하기 위해 인터넷 엔지니어링 태스크 포스(IETF)에 의해 명시된 표준 문서인 IETF RFC793에 의해 현재 문서화된 바이트-스트림, 접속-배향된 신뢰할 수 있는 전달 수송층이다. TCP/IP 모델에서, TCP는 아래의 네트워크층과 위의 애플리케이션층 사이에 인터페이스를 제공한다.
TCP의 경우에, 이러한 초기 지연은 TCP가 그의 느린-시작 페이스에 남아있는 시간을 연장시킬 수 있다. TCP의 느린 시작 페이스는 TCP가 유효 채널 대역폭을 발견하는 기간이다. 이러한 과정이 느린 경우, TCP가 취한 시간은 많고, 따라서 결과의 처리량은 저하되고, 감소하는 TCP 처리량은 모바일 스테이션(105)에 의해나타난다. 다른 한편, 토큰을 너무 높게 설정하면 부당하게 긴 시간 동안 모바일 스테이션(105)에 대한 서비스를 보장할 것이고, 따라서 시스템(100)에서 다른 모바일 스테이션(105)을 불리하게 만들 것이다.
시점 n에 시스템(100)으로 들어오는 사용자 j(즉, 모바일 스테이션(105))에 대해, 토큰들 Tj(n)은 m 슬롯들 내에서 서비스되지 않은 경우, 사용자의 투사된 가중치들이 현재 서비스받는 사용자의 가중치와 동일해지도록 초기화된다. 다시 말하자면, 파라메터 Amax(n-1)가 슬롯(n-1)에서 스케쥴된 사용자에 대응하는 많은 가중치들을 나타내는 경우, Tj(n)으로서 나타낸 사용자 j의 토큰들은 다음 식(1)에 의해 증명되는 값으로 초기화된다.
식(1)에서, δj는 사용자 j에 대한 속도 요구 지수이고; DRCj는 사용자 j에 의해 요구되는 현재 속도이고, aj는 사용자 j에 대한 사용자 만족 바이어스를 나타낸다. 파라메터 Xj는 Rj min에 비례하고, 특히 다음 식(2)로 주어지는 토큰 속도이다.
여기서, αj는 조정 가능한 파라메터이고, Rj min은 사용자 j에 대한 목표 최소 처리량(예, Rmin)을 나타낸다. 토큰 속도는 Rj min로부터 직접적으로 연산되고, 이는 QoS 클래스에 의존한다. DRCj(n)=0인 경우, Tj(n)는 식(3)으로 정의된 바와 같이 산출될 수 있다.
여기서, m은 필요에 따라 선택될 수 있다. 따라서, 초기 토큰 값은 예를 들면 돌발적으로 데이터를 전송하는 애플리케이션들로 인해 임의의 지연에 대비하도록 식(1) 내지 (3)에 따라 설정될 수 있다.
C.R i max 실행을 위한 가중치 함수들
스케쥴러(119)는 다음 2개의 스케쥴링 루틴들: 즉, 채널 품질인 제1 스케쥴링 루틴 및 사용자 불만족 감지 스케쥴링 루틴에 의해 연산되는 개별 가중치 함수들을 비교함으로써 비교적 만족스럽지 못한 사용자들 및 피크 피킹을 스케쥴링하는 상대적인 효과들을 평가하고, 이는 다음 식(4)에 의해 정의된 가중치 함수를 연산한다
여기서, DRCi는 요구되는 속도를 나타내고, δi는 속도 요구 지수를 나타내고, ai는 사용자의 QoS 클래스에 관련된 작은 양의 값을 나타낸다. 파라메터 ai는 알고리즘 안정성을 보장하기 위해 예를 들면 청동 클래스(보다 낮은 가입비를 지불하는 사용자들의 클래스)에 대해 0.0001 및 황금 클래스에 대해 0.0005 등의 작은 값으로 설정될 수 있다. Ti는 i번째 사용자에 대한 현재 토큰 카운트 값을 각각 나타낸다.
제2 스케쥴링 루틴은 식(5)로 제공되는 가중치 함수를 갖는, 순수한 피크 피킹 스케쥴러이다.
식(4) 및 (5)는 각각의 모바일 스테이션(105)에 대해 스케쥴러(119)에 의해 구현된다. 이어서, 스케쥴된 사용자는 보다 큰 결과의 가중치 함수를 갖는 식(4) 및 (5)에서 스케쥴링 루틴에 의한 결정에 부합되도록 스케쥴러(119)에 의해 선택된다.
상기 식(6)에서, Wi 1및 Wi 2모두는 양성이어야 한다. 따라서, Wi 1및 Wi 2모두가 양의 값인 사용자가 없는 경우, 어떠한 사용자도 스케쥴되지 않을 것이고, 에어링크 슬롯은 유휴될 것이다(예를 들면 도 2에서 함수들 230 및 240 참조).
본 발명의 전형적인 실시예들에 따라 전송들을 스케쥴링할 때 Ri min을 실행하기 위해, 사용자 토큰들은 일시적인 불만족 척도로서 사용되고, 따라서, Ti는 상기 불만족 메트릭를 나타내는 토큰 카운트이다. 토큰들은 사용자(즉, 모바일 스테이션(105))이 스케쥴될 때 감소한다. 토큰들은 사용자의 목표 최소 처리량(Ri min)에 비례하는 양으로 사용자가 스케쥴되었는지 여부와 무관하게 증가한다. 임의의 시점에, 축적된 토큰들은 적어도 Ri min과 동일하게 설정된 속도일 수 있는 토큰 속도와 사용자가 경험하는 실제 서비스 속도 사이의 차이에 거의 비례할 수 잇다. 사용자가 만족하지 못할 때(즉, 인지된 속도가 토큰 속도 미만임), 그의 토큰들은 축적된다. 식(4)의 지수는 결과적으로 사용자 채널 품질을 나타내고 사용자는 스케쥴되기 시작한다. 모든 사용자들이 만족할 때, 이들의 토큰들은 음의 값이고, 식들에서 스케쥴링 루틴들로 증명된 바의 스케쥴링 방법은 스케쥴링 결정을 내리는 사용자 채널 품질에 단독으로 의존한다. 다시 말하자면, 사용자들 간의 과다한 대역폭의 분포는 주로 사용자 채널 품질에 의존하고, 보다 양호한 DRC를 갖는 사용자들이 보다 큰 채널을 공유한다.
최대 R i max 처리량 실행에 의한 스케쥴링
최대 처리량 실행을 위해, 상기 최소 처리량 경우와 유사한 시도가 따를 수 있다. 상기 제1 토큰 카운터인 신규 토큰 카운터가 정의될 수 있고, 이는 스케쥴러(119)에 의해 구현된 다른 소프트웨어 루틴일 수 있다. i번째 사용자에 대한 토큰 카운트 값인, Ti Rmax는 상기 만족 메트릭를 나타낼 수 있고, 사용자 i 에 대한 목표 최대 처리량, Ri max을 트래킹하기 위해 토큰 카운터에 의해 증가되거나 또는 감소될 수 있다. 이러한 토큰 카운터는 각각의 슬롯에서 사용자의 목표 최대 처리량(Ri max)에서 증가될 수 있고, 사용자에게 이미 전송된 비트들 bi의 수만큼 감소된다. 상기 섹션 A. 및 B.에 기재된 바와 동일하게 낮거나 높은 바운드들 및 초기화 공정들이 최소 및 최대 속도 토큰 값들 모두에 적용될 수 있다.
Ri max실행에 의한 스케쥴링을 위해, 2가지 상이한 시나리오들: (a) 토큰 임계값 스킴(TTS); 및 피크 피킹 증진된 에어링크 Ri max실행(PEARmax) 스킴이 고려된다.
A. 토큰 임계치 도식(TTS)
TTS에서, 모든 사용자들에 대한 최대 속도 토큰들 Ti Rmax이 음의 값인 경우, 최대 속도 토큰들이 특정 임계값(임계값은 예를 들면 0으로 설정될 수 있다) 이하로 떨어지는 사용자들은 스케쥴링에서 배제된다. 상기 식들(4) 내지 (6)의 스케쥴링 루틴들은 남은 사용자들이 가중치들 Wi 1및 Wi 2를 연산하게 하고, 하나의 사용자는 Wi 1및 Wi 2모두가 0이 아닌 사용자가 존재하는 한 선택된다. 그렇지 않으면, 어떠한 사용자도 스케쥴되지 않을 것이고, 에어링크 슬롯은 유휴될 것이다(예를 들면 도 2에서 함수들 230 및 240 참조)
B. 피크 피킹 증진된 에어링크 R i max 실행(PEARmax)
이러한 경우에, 보다 많은 채널 감지 시도는 모든 사용자들에 대해 실행하는 Ri max에서 채널들을 유휴시킬 때를 결정하기 위해 적용될 수 있다. 이는 섹터 활성이 목표 최소 및 목표 최대 처리량 요건들에 여전히 부합하면서 감소되는 것을 보장한다. PEARmax 스킴은 순서대로 다음 단계들에 적용된다.
단계 1:
Ti Rmax의 음의 값이 아닌 토큰 카운트를 갖는 사용자들의 서브셋에 대해, 즉 Ti Rmax≥0, 가중치 연산은 식(4) 내지 (6)을 통해 이루어질 수 있고, 여기서 식(4) 및 (5)는 다음 식(7)로 축합될 수 있다.
여기서, DRCi(n)은 슬롯 n에서 i번째 사용자가 요구한 속도를 나타내고, δ는 속도 요구 지수를 나타내고, a는 사용자의 QoS 클래스에 관련된 작은 양의 값을 나타낸다. 파라메터 a는 조정 가능하고, 알고리즘 안정성을 보장하기 위해 예를 들면 청동 클래스(보다 낮은 가입비를 지불하는 사용자들의 클래스)에 대해 0.0001및 황금 클래스에 대해 0.0005 등의 작은 값으로 설정될 수 있다. Ti(n)은 슬롯 n에서 i번째 사용자에 대한 현재 토큰 카운트 값(즉, 불만족 메트릭)을 나타낸다. 슬롯 n에서 i번째 사용자에 대해, Ti Rmax는 식(8)에 따라 증가되거나 또는 감소될 수 있다.
여기서, Xi Rmax(n)은 Ri max에 비례하고, 이는 Ri max와 슬롯 기간의 곱을 나타내는 토큰 속도이고, a는 주어진 기간 동안 목표 최대 처리량보다 더 큰 값으로 토큰 속도를 설정되게 하는 조정 가능한 파라메터이고, bi(n)은 n번째 슬롯에서 i번째 사용자에게 전송된 비트들의 수를 나타낸다.
단계 2: Ti Rmax의 음의 토큰 카운트 값을 갖는 모든 사용자들에 대해, 즉, Ti Rmax< 0, 가중치 연산은 식(9)를 통해 행해질 수 있다
식(9)은 식(4)의 제1 채널 품질 및 사용자 만족도 감지 스케쥴링 루틴과 유사하다. 실(9)를 구현하는 데 있어서, 스케쥴러(119)는 모든 사용자들에 대해 Ri max의 최소 속도를 달성하려 시도한다. 예를 들면, Wi 3< Rmax인 경우, Wi 3은 0으로 설정된다. 따라서, 단계 2는 이미 Ri max를 초과(즉, 만족 메트릭 또는 토큰 카운트 값 Ti Rmax가 큰 음의 값을 가짐)한 사용자들이 이들이 예외적으로 양호한 채널 상태들을 경험하는 경우로 스케쥴되게 한다. 마찬가지로, 이미 이들의 Ri max에 이미 부합한 사용자들(즉, Ti Rmax는 작은 음의 값임)은 이들이 비교적 불량한 챈절 상태인 경우에 스케쥴되지 않을 것이다.
단계 3: 이어서, 스케쥴된 사용자 j는 식(10)으로 증명되는 바와 같이 선택된다.
어떠한 사용자도 조건 Wi 1x Wi 2x Wi 3> 0을 만족하지 않는 경우, 스케쥴러(119)는 상기한 바와 같이 슬롯들을 유휴시킨다. 이는 목표 최소 처리량(즉, Ri min)이 성취된 후, 피크 피킹 및 사용자 만족도 스케쥴링은 모든 사용자들에 대해 타켓 최대 처리량(즉, Ri max)을 효율적으로 달성하기 위해 선택적으로 사용될 수 있음을 보장한다. 이는 섹터가 임의의 사용자를 스케쥴할 필요가 없는 동안 타임 슬롯들의 수를 증가시키고, 유휴 타임 슬롯들 동안의 전송을 끌 수 있고, 그에 따라 잠재적으로 간섭을 감소시키고, 에너지 효율을 개선시킨다.
실시예들 및 결과
이러한 제1의 실시예에서, ns-2(네트워크 시뮬레이터 버전 2, 잘 공지된 시뮬레이션 툴)가 시뮬레이션 툴로서 사용되고, 모든 슬롯에 대한 DRC 피드백을 제공한 링크 레벨 데이터가 사용된 시뮬레이션이 수행되었다. 링크 레벨 데이터는 3km/hr의 이동 속도 및 단일 경로 레이레이프 페이딩으로 가정된다. 링크 레벨 데이터는 IR을 포함하고, DRC 피드백을 제공하고, 즉, 모바일이 그 슬롯 내에서 스케쥴된다면, 얼마나 많은 슬롯들이 필요한가에 대한 정보가 포함된다. 링크 레벨 데이터 역시 링크 레벨 데이터를 전달하는 프레임이 정확히 수신되는지 여부 또는 증분 여분(IR) 재전송의 최대수 이후가 아닌지를 보여주었다.
무선 링크 프로토콜(RLP) 역시 에어링크 상에서 손실한 임의의 RLP 프레임들을 재전송하기 위해 사용되었다. TCP 세그먼트들의 임의의 손실은 결과의 TCP 처리량에 심각한 손상을 미칠 수 있기 때문에, RLP 프로토콜의 기능성을 모델화하는 것이 필요하다. 파일 전달 프로토콜(FTP)은 광범위한 상이한 오퍼레이팅 시스템들을 갖는 기계들 간에 파일들을 전달할 수 있는 프로토콜이다. FTP는 8-비트 프로토콜이고, 예를 들면 다목적 인터넷 메일 엑스텐션(MIME) 또는 UUEncode 등의 추가의 처리 없이 임의의 유형의 파일을 다룰 수 있다.
TCP 레노는 64KB의 최대 윈도우(MW) 및 1460바이트의 MSS(최대 세그먼트 크기-하나의 노드가 하나의 세그먼트로 전송할 수 있는 TCP 데이터의 최대량)으로 사용된다. 기지국과 호스트를 접속시키는 코어 네트워크는 150ms 지연된 5Mb/s로 오퍼레이트되는 것으로 가정된다. 100ms의 고정된 지연은 RLP 송신기와 수신기 간에 가정된다.
수치적 결과를 분석하는 데 있어서, 2가지 이슈가 평가된다: 즉 (a) Ri max가 부과되고 있나 ?; 및 (b) 얼마나 많은 시스템 자원들이 Ri max에 부합되는 데 필요하였나(다시 말하자면, 얼마나 많은 에러링크 활성이 요구되나 ?. 이들 이슈는 모든 다른 파라메터들 또는 조건들이 동일하기 때문에, 가능한 한 나머지 슬롯들이 유휴될 수 있도록 몇몇 슬롯들 내에서 Ri max를 달성하는 것이 유리하다는 데 초점이 모인다. 이들 슬롯들을 유휴시킴으로써, 셀은 인접하는 셀들에 의해 나타나는 간섭 레벨을 효과적으로 줄일 수 있고, 이들 인접하는 셀들에서 처리량들을 잠재적으로 개선시킨다.
시뮬레이션을 위해, Ri min은 16.2kb/s로 설정되고, Ri max는 2개의 상이한 값들을 취한다. 하나의 경우에, Ri max는 2.5Mb/s로 설정되고, Ri max제한이 비활성인 경우를 식별한다. 다른 스케쥴링 파라메터들은 모든 사용자들에 대해 다음과 같이 설정되었다: δi=0, ai= 3e-5Ti= Ri min/600. 다음 표 1은 3가지 경우들: (1) 스케쥴링이Ri max제한이 불활성일 때 수행된 경우; (2) 스케쥴링이 상기 PEARmax 스킴에 따라 수행된 경우; 및 (3) 스케쥴링이 상기 TTS 스킴을 따라 수행된 경우의 비교 결과들을 제공한다.
표 1 3명의 사용자들에 대한 결과 비교
Ri max실행 스킴 사용자 처리량 % 활성
사용자 1 사용자 2 사용자 3
No Ri max 773.4 141.4 77.1 99.87
PEARmax 78.44 78.34 78.25 29.17
TTS 78.7 77.76 77.5 47.4
표 1을 참조하면, 3명의 사용자들을 포함하는 시스템이 간단히 하기 위해 가정되고, 3명의 사용자들은 이들의 평균 DRC 값들이 80Kb/s를 초과하도록 선택되었다. 사용자 1은 최상 위치의 사용자(즉, 최고 평균 DRC)이고, 이어 사용자 2, 및 사용자 3이 따른다. 표 1은 상이한 Ri max실행 스킴들을 통해 얻어진 결과들을 보여준다. 어떠한 Ri max구속도 부과되지 않는 경우를 고려하자. 이러한 경우에, 모든 사용자들은 디자인에 의해, 상기 PEARmax 스킴이 최소(19.2Kb/s) 및 최대(2.5Mb/s) 처리량 제한치에 적용되는 시스템 처리량을 최대화시킬 것이기 때문에 적어도 19.2Kb/s의 처리량을 성취한다. 사용자 3, 1 및 1은 점점 더 양호한 채널 조건들을 갖기 때문에, 이들의 처리량들은 그러한 순서이다. 그러나, 에어링크 활성은 "어떠한 Ri max도 아닌" 경우에 대해 거의 100%이다. 그 활성은 3명의 사용자 모두가0 DRC를 보고하고(하거나) 3명의 사용자 모두가 0 예비 상태(예, TCP가 느리게 출발하는 동안)일 때 단기간 존재하기 때문에 거의 100%가 아니다.
상기 실시예에서, Ri max가 스케쥴링 전송을 위해 PEARmax 스킴을 사용하여 80Kb/s로 제한되는 경우가 고려된다. 표 1로부터, 디자인에 의해 PEARmax는 최대 사용자 처리량을 Ri max로 제한시키기 때문에, 어떠한 사용자도 80Kb/s의 처리량을 초과하지 않는다. 한 가지 관찰은 에어링크 활성이 70% 이상, 29.17%로 떨어진다는 것이다. 이러한 결과가 TTS 스킴에 의해 사용되는 경우, TTS 스킴 또한 Ri max를 실행시키만, 그것은 PEARmax보다 약 62% 이상의 에어링크 자원들(29.17 내지 47.4%)을 사용함으로써 그와 같이 행해진다. 따라서, 이러한 실시예는 채널 감지 스케쥴링 스킴들의 시스템 레벨 충격을 강조한다.
다음 실시예에서, Ri min및 Ri max가 19.2Kb/s로 설정되는 경우가 고려된다. 이는 스트리밍 오디오 또는 비디오 등의 치밀한 지터 요건들에 의해 애플리케이션들을 구현하는 시스템의 사용자들에 대한 목표 처리량들에 대응할 수 있다. 대안으로, Ri min= Ri max로 설정하는 것은 최종 사용자들에게 예측 가능한 서비스를 제공하는 수단으로 보여질 수 있고, 즉, 사용자가 광범위한 채널 조건들에 대해 처리량의 변화를 거의 보이지 않을 때, 서비스 시작이 보다 예측 가능하다. 다음 표 2는 상기 3가지 경우들에 대한 결과들의 비교를 제공한다.
표 2 Ri min= Ri max= 19.2 Kb/s의 결과
Ri max실행 스킴 사용자 처리량 % 활성
사용자 1 사용자 2 사용자 3
No Ri max 773.4 141.4 77.1 99.87
PEARmax 19.56 19.5 19.5 6.69
TTS 19.06 19.26 19.25 11.18
표 2는 Ri min및 Ri max이 19.2 Kb/s로 설정된 결과들을 요약한다. 다시, 어떠한 Ri max제한도 존재하지 않을 때, 에어링크 활성은 거의 100%이다. PEARmax에 의해, 3명의 사용자들 모두 약 19.2 Kb/s의 처리량을 달성하고, 에어링크 활성은 93% 이상 감소된다. TTS는 또한 19.2 Kb/s의 개별적인 사용자 처리량을 달성하지만, 이것은 PEARmax보다 67% 이상의 에어링크 자원들을 사용한다. 따라서, PEARmax 스케쥴링 방법은 시스템 자원들을 현저히 절감하면서 최소 및 최대 처리량 구속에 부합할 수 있다. 더욱이, 인접하는 섹터들에서 나타나는 간섭의 감소는 그들 섹터들에서 처리량 개선을 초래할 수 있다.
따라서, 전형적인 실시예들은 스케쥴러가 모바일 스테이션(사용자)이 주어진 시간에서 벗어난 최대 처리량 제한을 초과하지 않도록 하는 것을 보장하는 데 도움이 될지도 모르는 통신 시스템에서 전송들을 스케쥴링하는 방법을 제공한다. 주어진 시간 내에, 사용자는 만족 메트릭의 값으로 증명되는 바의 순간적인 채널 조건들, Ti Rmax이 선호되는 경우의 이들 제한을 일시적으로 초과할 수 있다. 사용자는 사용자의 성취(실제) 데이터 속도가 Ri max를 초과하는 경우 스케쥴링되는 것이 방지되지 않을 수 있지만, 사용자는 이 사용자가 지금까지 달성한 서비스 품질(처리량) 뿐만 아니라 현재 채널 상태들에 기초하여 n번째 타임 슬롯에서 스케쥴링되는 것이 방지될 수 있다.
전형적인 실시예들은 (i) Qos 클래스-특이적 최소 처리량 목표들을 달성함으로써 사용자 만족도를 최대화시키는 방법을 인에이블시킬 수 있고, (ii) 서비스를 업그레이드할 동기를 사용자에게 제공하기 위해 QoS 클래스-특이적 최대 처리량을 실행시키고, (iii) 예를 들면 시스템 또는 네트워크에 의해 사용될 필요가 있는 에어링크 슬롯들의 견지에서 자원들의 수를 감소시킴으로써 섹터 활성을 감소시킬 수 있는 채널 조건들에 민감한 스케쥴러 및 스케쥴링 방법을 제공한다.
최대 처리량을 달성하는 데 필요한 자원들의 양을 감소시키기 위해, 채널 상태 정보는 (a) 사용자들에 대한 최소 속도를 만족시키거나; (B) 네트워크 또는 시스템 처리량을 만족시키기 위해 현재 타임 슬롯이 할당될 필요가 있는 경우; 또는 (c) 현재 타임 슬롯이 유휴될 필요가 있는 경우, 최대 처리량 구속 또는 제한이 모든 사용자들에 대해 달성되는 경우를 극적으로 결정하는 스케쥴러에 의해 사용될 수 있다. 이 방법에 의해 이용되는 파라메터들은 용이하게 조정될 수 있고, 사용자 지각 성능에 대해 직접적인 관계를 가질 수 있다. 시뮬레이션 결과는 최소 및최대 처리량이 전형적인 실시예들에 따른 방법을 효율적으로 사용하여 증진될 수 있고, 전형적인 1x-EX-DO 운영 시나리오에서, 시스템 자원들의 60% 이상의 절감이 달성될 수 있음을 예시한다. 본 발명의 전형적인 실시예들은 또한 간섭-제한된 배치로 전체적인 네트워크 및(또는) 시스템 용량을 잠재적으로 개선시키도록 감소된 간섭을 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명의 전형적인 실시예들은 QoS 클래스-특이적 최소 처리량 목표들을 달성함으로써 사용자 만족도를 최대화시키고; 서비스를 업그레이드하고 잠재적으로 섹터 활성을 감소시키려는 동기를 사용자에게 제공하기 위해 QoS 클래스-특이적 최대 처리량을 실행하도록 통신 시스템에서 전송들의 스케쥴링 방법을 제공한다. 전형적인 실시예들에 다른 스케쥴링 방법은 상이한 QoS 클래스들에 속하는 최종 사용자들에게 감지할 정도의 차이 및 네트워크 운영자들에게 현실적인 이익(즉, 고급 시스템 용량, 보다 잘 예측할 수 있는 데이터 전송, 증가된 수익)을 제공할 수 있다. 상기 방법과 사용자 감지 성능에서 파라메터들 간의 직접적인 관계들은 구현되는 방법이 예측 가능한 성능에 따라 실질적으로 용이하게 조정되는 것을 보장할 수 있다.
이와 같이 기재한 본 발명의 전형적인 실시예들에서, 동일물은 많은 방식으로 변화될 수 있음이 분명할 것이다. 예를 들면, 본 발명의 전형적인 실시예들은 cdma2000 1x EV-DO 표준에 따라 운영되는 CDMA 네트워크 등과 같이 CDMA 네트워크의 기지국에서 모바일 스테이션으로의 패킷 전송을 스케쥴링하는 데 특이적 애플리케이션들을 갖는다. 따라서, 상기 전형적인 실시예들은 그러한 네트워크에서 스케쥴러에 의해 구현될 수 있고, 기지국 제어기에 의해 구현되는 스케쥴러 또는 스케쥴링 기능의 맥락에서 개시하였다.
그러나, 본 발명의 전형적인 실시예들은 유선 및 무선 네트워크들 모두를 포함하여 다른 종류의 통신 네트워크에서 다른 유용한 애플리케이션들이 착상됨에 따라 보다 일반적인 범위에서 적용된다. 특히, 전형적인 실시예들은 다운링크 전송들을 스케쥴링할 뿐만 아니라, CDMA 시스템 또는 기타 무선 네트워크에서 업링크 전송들을 스케쥴링하는 데 적용될 수 있다. 상기한 바의 그러한 변화들은 본 발명의 전형적인 실시예들의 정신 및 범위에서 벗어나지 않는 것으로 간주되며, 그러한 변형들 모두는 당업계의 숙련자들에게 하기 특허 청구의 범위 내에 포함되는 것으로 의도되는 것이 명백하다.

Claims (10)

  1. 통신 네트워크에서 다수의 사용자들에 대한 전송들을 스케쥴링하는 방법에 있어서:
    적어도 하나의 타임슬롯에서 각각의 사용자에 대해 만족 메트릭 (satisfaction metric) 및 불만족 메트릭(dissatisfaction metric)을 결정하는 단계;
    사용자의 만족 메트릭, 사용자의 불만족 메트릭 및 사용자에 의해 요청된 속도 중 적어도 하나의 값에 기초한 가중치를 각각의 사용자에게 할당하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 타임슬롯에서 다음 스케쥴된 전송을 서비스받게 될 가장 큰 가중치를 갖는 사용자를 선택하는 단계를 포함하는, 전송 스케쥴링 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 만족 메트릭은 목표 최대 처리량과 관련한 사용자의 성취 성능을 트래킹하는 제1 토큰 카운터의 토큰 카운트이고;
    상기 불만족 메트릭은 목표 최소 처리량과 관련한 사용자의 성취 성능을 트래킹하는 제2 토큰 카운터의 토큰 카운트인, 전송 스케쥴링 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 사용자의 목표 최대 처리량 및 목표 최소 처리량은 네트워크에 의해 할당된 사용자의 서비스 품질(QoS) 등급 및 데이터 세션의 시작시에 사용자에 의해 요청된 QoS 등급 중 적어도 하나의 함수이고;
    상기 방법은, 사용자에게 보장된 목표 최대 처리량 및 사용자에게 보장된 목표 최소 처리량 중 하나에 기초하여 토큰 카운트를 증가시키거나 감소시킴으로써, 제1 토큰 카운터 및 제2 토큰 카운터 중 적어도 하나에서 토큰 카운트를 적어도 한 번은 업데이트하는 단계를 더 포함하는, 전송 스케쥴링 방법.
  4. 통신 네트워크에서 최소 처리량 제한을 실시하도록 다수의 사용자들에 대한 전송들을 스케쥴링하는 방법에 있어서,
    주어진 타임슬롯에서 상기 다수의 사용자들 중 적어도 한 사용자를, 해당 사용자에 대한 목표 최소 처리량과 관련한 사용자의 현재 불만족 레벨 및 상기 사용자에 의해 요청된 속도에 기초하여, 다음 스케쥴된 전송에서 서비스되도록 스케쥴링하는 단계를 포함하는, 전송 스케쥴링 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    각각의 사용자에 대한 토큰 카운터를 유지하는 단계를 더 포함하고, 여기서 토큰은 사용자의 현재 불만족 레벨의 측정치이고, 상기 토큰 카운터는 사용자가 스케쥴되어 사용자의 목표 최소 처리량에서 증가될 때 감소되는, 전송 스케쥴링 방법.
  6. 통신 네트워크에서 최소 처리량 제한을 실시하도록 다수의 사용자들에 대한 전송들을 스케쥴링하는 방법에 있어서:
    주어진 타임슬롯에서 각각의 사용자에 대해 만족 메트릭을 결정하는 단계; 및
    상기 다수의 사용자들에 대한 최대 처리량 제한을 실시하면서, 주어진 타임슬롯에서 상기 다수의 사용자들 중 적어도 한 사용자를, 상기 만족 메트릭의 사인에 기초하여 다음 스케쥴된 전송에서 서비스되도록 스케쥴링하는 단계를 포함하는, 전송 스케쥴링 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    사용자의 목표 최대 처리량과 관련한 사용자의 성취 성능을 트래킹하는 각각의 사용자에 대한 토큰 카운터를 유지하는 단계를 더 포함하고,
    여기서, 상기 토큰 카운터는 각각의 슬롯에서 사용자의 목표 최대 처리량의 함수로서 증가되고, 상기 사용자가 스케쥴될 때 전송되는 비트들의 수에 의해 감소되고, 상기 토큰 카운터의 토큰 카운트는 주어진 타임슬롯에서 사용자의 만족 메트릭인, 전송 스케쥴링 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 스케쥴링 방법은, 각각의 사용자에 대해:
    상기 만족 메트릭의 사인에 기초하여 제1 가중치 함수 및 제2 가중치 함수 중 하나를 연산하는 단계; 및
    다음 스케쥴된 전송에서 서비스될 사용자로서, 상기 제1 및 제2 가중치 함수들의 0이 아닌 최고의 가중치 함수를 갖는 사용자를 선택하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 가중치 함수는 음의 값이 아닌 만족 메트릭를 갖는 모든 사용자들에 대해 연산되는, 전송 스케쥴링 방법.
  9. 통신 네트워크에서 다수의 사용자들에 대한 전송들을 스케쥴링하는 방법에 있어서,
    현재 타임슬롯이 상기 사용자들의 목표 최소 데이터 속도들을 만족시키도록 할당되어야 하는지, 네트워크 처리량을 최대화시키도록 할당되는지의 여부, 또는 현재 타임슬롯이 유휴되는지의 여부를 결정하기 위해 채널 상태 정보가 사용되고, 상기 현재 타임슬롯은 상기 사용자들에 대한 목표 최대 처리량들이 성취되었을 때 유휴되는, 전송 스케쥴링 방법.
  10. 다수의 에어 링크 타임슬롯들과 관련하여 감소된 수의 네트워크 자원들을 이용하는 다중-셀화된 통신 네트워크에서 하나의 셀내의 다수의 사용자들에 대한 전송들을 스케쥴링하는 방법으로서, 상기 네트워크의 무선 채널을 포함하여 어떠한 남아있는 네트워크 자원들도 인접하는 셀들내 사용자들의 채널 상태들을 개선시키기 위해 유휴 상태로 되는, 셀내의 각각의 스케쥴된 사용자가 목표 최소 사용자 처리량과 목표 최대 사용자 처리량 사이에 있는 실제 서비스되는 전송 속도를 달성하도록 셀내의 사용자들을 스케쥴링하는 단계를 포함하는, 전송 스케쥴링 방법.
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