KR20040099908A

KR20040099908A - 고속무선 데이터 통신 시스템의 순방향 스케줄링 알고리즘

Info

Publication number: KR20040099908A
Application number: KR1020030032042A
Authority: KR
Inventors: 최영진
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-12-02
Also published as: KR100585713B1; US20040235488A1; US7158794B2; CN1306728C; CN1551539A

Abstract

본 발명, 고속무선 데이터 통신 시스템의 순방향 스케줄링 알고리즘은 접속된 단말들의 상태정보를 수집하고, 접속된 단말의 수에 비례하는 소정의 가중치()를 구하는 과정과; 수집된 상태 정보와 가중치(

Description

고속무선 데이터 통신 시스템의 순방향 스케줄링 알고리즘{FORWARD SCHEDULING ALGORITHM OF HDR SYSTEM}

본 발명은 고속무선 데이터 통신 시스템(High Data Rate, HDR)에 관한 것으로, 특히 고속무선 데이터 통신 시스템에서 구현되는 순방향 스케줄링 알고리즘에 관한 것이다.

고속 무선 데이터 통신(High Data Rate; 이하 "HDR"이라 한다.) 시스템은 제 3 세대 이동 통신 시스템의 하나로 실시간 음성 서비스를 제외한 고속 패킷 데이터 서비스만을 제공하기 위해 제안된 시스템이다. 하지만, 현재 상용중인 HDR 시스템을 기반으로 한 영상전화와 VOD같은 실시간 서비스를 제공하려는 시도가 많이 이루어지고 있으며 일부 사업자들은 이미 HDR 시스템에서 VOD 서비스를 제공하고 있기도 하다.

HDR 시스템의 순방향 채널은 시분할 다중화 (Time Division Multiple Access; 이하, "TDMA"라 약칭함) 방식을 사용하고 있다. TDMA 방식은 시간을 일정간격(이를 "슬롯"이라 한다)으로 나누고, 각 슬롯을 서로 다른 이동단말에 할당하여 여러 개의 이동단말을 동시에 서비스하는 방식이다. 이때 기지국에서는 각 슬롯마다 서비스할 이동단말을 선택하기 위해 스케줄링 알고리즘을 사용한다. 상기의 HDR 시스템은 현재 서비스를 받고 있는 이동단말로부터 데이터 레이트 콘트롤(Date Rate Control, DRC) 정보를 얻고, 이 정보를 스케줄링 알고리즘에 사용한다. 상기의 DRC 정보는 이동단말이 순방향 채널을 통해 기지국으로부터 서비스 받을 수 있는 데이터 전송율을 나타내는 파라미터이다.

상기 VOD나 영상전화 서비스들은 시간적인 제약을 받지 않는 일반적인 데이터 서비스와 달리 데이터를 실시간 전송해야 한다. 그리고 HDR 시스템으로부터 높은 수준의 서비스 품질(Quality of Service; 이하 QoS라 한다)을 보장 받아야 한다. 대표적인 QoS 파라미터로는 "최대 허용 시간지연()"과 "패킷 손실 허용 확률()"이 있다. 상기 "최대 허용 시간지연()"은 패킷 전송에 있어서, 허용 가능한 지연 시간을 의미하고, 상기 "패킷 손실 허용 확률()"은 패킷 손실을 허용할 수 있는 기준치를 백분율로 나타낸 것으로서, 패킷 손실은 주로, 패킷 전송 시간이 최대 허용 시간지연()을 위반하거나, 무선 채널 에러로 인해 발생된다. 음성통화의 경우 최대 허용 시간지연은 약 25ms 정도 되며, 패킷 손실 허용 확률은 10^-3이다. 영상통화의 경우 수백ms 정도까지 시간지연을 허용하나 패킷 손실 허용 확률은 음성통화보다 더 엄격하여 약 10^-5정도이다. 이에 반해 웹서비스나 e-메일 서비스와 같은 일반적인 데이터 서비스는 시간지연이 수초에서 수십 초까지 허용된다. 하지만, 패킷 손실 허용 확률은 10^-9정도로 아주 작다. 이렇게 다양한 종류의 서비스를 제공하는 HDR 시스템에서 각 사용자의 서비스 품질을 유지하면서 시스템의 수율(Throughput)을 높이기 위해서는 효과적인 스케줄링 알고리즘이 필요하다.

이하, 종래 기술에 따른, 스케줄링 알고리즘을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도1은 종래의 스케줄링 알고리즘의 순서도이고, 다음의 (식1)은 종래 알고리즘에 따른 우선순위(P) 계산식이다.

--------------------------(식1)

상기는 실시간 서비스를 요구하는 이동단말 i의 최대 허용 시간지연이고, 상기는 상기 시간지연()을 위반해도 되는 허용 확률이다.

스케줄링 알고리즘을 수행하는 제어부는 먼저 슬롯을 할당받은 모든 이동단말로부터 DRC 정보를 수신한다(S10). 이때 이동단말 i로부터 수신한 DRC 정보는로 표기된다. 그리고 수신한 DRC정보를 기초로, 평균 데이터 전송율()을 구한다.(S11) 도1의는 슬롯 t를 할당받은 이동단말i의 데이터 전송율이며, 상기는 첫번째 슬롯부터 t-1번째 슬롯까지 할당 받은 패킷 데이터 전송율의 평균을 계산한 것이다. 각 이동단말에 할당된 큐(Queue)의 첫번째 패킷의 지연시간을 계산한다.(S12) 상기 큐의 첫번째 패킷은 시간지연이 가장 큰 패킷이며, 상기 지연시간은 각 패킷마다 도착 시간을 저장하고 있다가 현재 시간과 도착 시간의 차를 구함으로써 얻을 수 있다.

이상, (식1)의 계산에 필요한 성분들이 모두 구해지면, 제어부는 상기 (식1)을 수행하여 각 이동단말의 우선순위 값을 구한다.(S13) 상기 (식1)은 시간지연 위반 허용확률의 반비례 성분()과, 평균 데이터 전송율과 해당 이동단말의 DRC정보의 비교 성분()과, 패킷의 최대 허용 시간지연과 현재 지연시간의 비교 성분()을 곱한 것이다.

각 이동단말의 우선순위 값이 구해지면, 제어부는 가장 높은 우선순위 값을 갖는 이동단말에게 패킷 서비스를 제공한다.(S14)

(식1)의 첫번째 성분()은이 작을수록 해당 단말이 갖는 우선순위는 높아지도록 하는 것이 목적이므로,와 반비례하는 성질을 갖도록 하였다. 또한, 첫번째 성분()은 시간지연 위반 허용확률의 균형을 유지시킨다. 즉, 두 번째 성분()과 세 번째 성분()의 값이 고정되었다는 가정 하에서,가 작을수록, 해당 이동단말의 우선순위 값은 커지고 시간지연 위반 확률은 상대적으로 낮아지므로 사용자들의 QoS비율이 만족된다.

(식1)의 두 번째 성분()은 무선채널의 상태를 나타내는 DRC정보와 서비스 받은 평균 데이터율을 비교하여 서비스 우선순위 값 결정에 영향을 준다. 즉, 무선채널 상태가 좋은 이동단말을 더 자주 서비스하여 HDR시스템의 전체적인 수율을 높이고자 하는 의도를 지닌다.

(식1)의 세 번째 성분()은 패킷의 최대 허용 시간지연과 현재 지연시간을 비교하여, 서비스 우선순위 값 결정에 영향을 준다. 즉, 현재 지연시간이 큰 이동단말의 패킷(or 상대적인 시간지연이 큰 패킷)에게 높은 우선순위을 주겠다는 의도이다.

이상에서 기술된 바와 같이, 종래의 방식은 시간지연 위반 허용확률()이 작은 이동단말, 평균 서비스율에 비해 현재 무선채널상태가 좋은 이동단말, 그리고 상대적 패킷 시간지연이 큰 이동단말에게 우선적으로 서비스를 제공하는 스케줄링 알고리즘이다.

종래의 스케줄링 알고리즘의 가장 큰 단점은 HDR시스템에 접속된 이동단말의 수를 고려하지 않았다는 것이다. 즉, 이동단말의 수는 서비스의 품질과 관련된 성분에 영향을 주지 않는다.

종래의 스케줄링 알고리즘에서, 서비스의 품질과 관련된 성분은 첫 번째 성분()과 세 번째 성분()이지만, 이동단말의 수에 영향을 받는 것은 두 번째 성분()이다.는 무선채널의 특성에 영향을 받는 값으로, 이동단말의 수에 따라 변하지 않지만,은 한정된 시스템의 대역폭을 여러 이동단말이 나누어 쓰기 때문에, 이동단말의 수가 증가할수록 감소한다.

결과적으로, 종래의 스케줄링 알고리즘은 이동단말의 수가 증가할 때, 첫 번째 성분()과 세 번째 성분()의 영향력은 상대적으로 줄게 되어 이동단말의 QoS요구를 만족시킬 수 없다는 문제점을 갖는다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 그 목적은, 시스템에 접속된 단말의 수를 고려하여 서비스 우선순위를 정하는 고속무선 데이터 통신 시스템의 순방향 스케줄링 알고리즘을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이동단말의 실시간 서비스를 만족시키는 수준의 QoS를 유지하면서 HDR시스템의 전체 수율도 향상시키는 고속무선 데이터 통신 시스템의 순방향 스케줄링 알고리즘을 제공하는데 있다.

도1은 종래 스케줄링 알고리즘의 순서도.

도2는 본 발명에 따른, 스케줄링 알고리즘의 순서도.

도3은 이동단말의 수와 비례상수()의 상관관계를 보인 그래프

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 고속무선 데이터 통신 시스템의 순방향 스케줄링 알고리즘은 접속된 단말들의 상태정보를 수집하고, 접속된 단말의 수에 비례하는 소정의 가중치()를 구하는 과정과; 수집된 상태 정보와 가중치()에 기초하여, 각 단말들의 우선순위 값을 구하는 과정과; 최대 우선순위 값을 갖는 단말을 선택하고, 선택된 단말에 서비스를 제공하는 과정으로 이루어진다.

바람직하게, 상기 상태정보는 Data Rate Control(DRC)정보()와; 수집된 DRC정보에 기초하여 구해지는 단말의 평균 데이터 전송율()과; 각 이동단말에 할당된 큐(Queue)의 첫번째 패킷의 지연시간()과; 패킷의 최대 허용 시간지연()과; 상기 시간지연()을 위반해도 되는 허용 확률()로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 우선순위 값은 시간지연 위반 허용확률의 반비례 성분()과; 해당 단말의 DRC정보를 평균 데이터 전송율로 나눈 성분()과; 첫번째 패킷의 지연시간()을 패킷의 최대 허용 시간지연()으로 나눈 성분에 가중치를 곱한 값()을 지수 값을 갖는 지수함수를 곱하여 얻어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 따른, 스케줄링 알고리즘의 순서도이고, 도3은 이동단말의 수와 비례상수()의 상관관계를 보인 그래프이다.

도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 스케줄링 알고리즘은 접속된 단말들의 상태정보를 수집하고, 접속된 단말의 수에 비례하는 소정의 가중치()를 구하는 과정(S20~S23)과; 수집된 상태 정보와 가중치()에 기초하여, 각 단말들의 우선순위 값을 구하는 과정(S24)과; 최대 우선순위 값을 갖는 단말을 선택하고, 선택된 단말에 서비스를 제공하는 과정(S25)으로 이루어진다.

다음의 (식2)는 본 발명에 따른 스케줄링 알고리즘에서 우선순위(P) 값을 구하는 계산식이다.

----------------------(식2)

상기는 실시간 서비스를 요구하는 이동단말 i의 최대 허용 시간지연이고, 상기는 시간지연()을 위반해도 되는 허용 확률이고, 상기는 비례상수이다.

도2, 도3, 그리고 (식2)를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 스케줄링 알고리즘을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제어부는 먼저 매 슬롯마다 모든 이동단말로부터 DRC정보를 수신한다 (S20). 그리고 수신된DRC정보()에 기초하여, 종래 기술과 동일한 방법으로 평균 데이터 전송율과 패킷 지연시간를 구한다.

과가 구해지면, 제어부는 시스템에 접속된 이동단말의 수에 대한 비례상수(or가중치)를 구한다.(S23) 상기는 접속된 이동단말의 수를 입력 값으로 하는 단조증가 함수로서, 접속된 이동단말의 수에 비례하여 증감한다. 제어부는 상기를 (식1)의 세번째 성분(, 상대적인 시간지연)과 곱한다. 상기 두 성분을 곱하는 이유는 이동단말의 수가 증가할 때,만큼이나도 서비스 우선순위 결정에 영향력을 행사하도록 하기 위함이다.

이상, 우선순위 계산(식2)에 필요한 성분들이 모두 구해지면, 제어부는 상기 (식2)를 수행하여 각 이동단말의 우선순위 값을 구한다.(S23) 상기 (식2)에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 우선순위 값은 시간지연 위반 허용확률의 반비례 성분()과, 평균 데이터 전송율과 해당 이동단말의 DRC정보를 비교한 성분()과,의 지수 값을 갖는 지수함수를 곱한 것이다. 참고로, 지수함수는 지수 값이 작아지면 1에 수렴하고, 지수 값이 커지면 발산하는 특성을 갖는다.

각 이동단말의 우선순위 값이 구해지면, 제어부는 가장 높은 우선순위 값을 갖는 이동단말에게 패킷 서비스를 제공한다. 이때, 패킷 서비스는 해당 단말의 DRC에서 요구한 data rate에 따라 수행된다.

본 발명에 따른 우선순위 계산(식2)은 상대적 시간지연 성분 ()에 비례상수을 곱한다는 점과, 상기 성분()에 지수함수의 특성을 부여한다는 점에서, 종래의 알고리즘과 차이를 갖는다.

첫째, 상대적 시간지연 성분()에 비례상수을 곱하게 되면,접속된 이동단말의 수가 증가할 때, 두 번째 성분()의 영향력이 증가한 만큼 상대적 시간지연 성분()의 영향력도 증가되어 각 이동단말의 시간지연 요구조건 (QoS)이 충족된다.

둘째, 상대적 시간지연 성분()이 지수함수의 특성을 갖게 되면,의 감소에 서비스 우선순위 값이 별다른 변화를 보이지 않지만,의 증가에는 서비스 우선순위 값이 커다란 변화를 보인다. (이동단말의 수는 일정한 것으로 가정)

즉,가 감소하는 경우(즉, 큐에 있는 패킷들이 시간지연 요구조건을 만족시키는 경우) 서비스의 품질과 관련된 성분()은 1에 수렴하므로, 서비스의 품질과 관련된 성분()보다는 HDR시스템의 수율과 관계된 성분 ()이 서비스 우선순위 값에 결정적 영향을 준다. 반면,가 증가하는 경우(즉, 큐에 있는 패킷들이 시간지연 요구조건을 만족시키지 못하는 경우) 서비스의 품질과 관련된 성분()이 서비스 우선순위 값에 결정적 영향을 준다.

이를 다른 측면에서 설명하면, HDR시스템의 QoS가 이동단말이 요구하는 정도의 수준일 때, 본 발명은 HDR 시스템의 전체 수율을 높이는 방향으로 서비스를제공하고, HDR시스템의 QoS가 이동단말이 요구하는 정도에 못미치는 수준일 때, 본 발명은 이동단말들의 QoS요구를 만족시키는 방향으로 서비스를 제공한다.

본 발명, 고속무선 데이터 통신 시스템의 순방향 스케줄링 알고리즘은 전술한 실시 예에 국한되지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

상술된 바와 같이, 본 발명에 따른, 스케줄링 알고리즘은 접속된 이동단말의 수를 고려하지 않았던 종래의 스케줄링 알고리즘의 단점을 개선하였고, 이동단말의 실시간 서비스를 만족시키는 수준의 QoS를 유지하면서 HDR시스템의 전체 수율도 향상시킬 수 있게 되었다.

Claims

접속된 단말들의 상태정보를 수집하고, 접속된 단말의 수에 비례하는 소정의 가중치()를 구하는 과정과;

수집된 상태 정보와 가중치()에 기초하여, 각 단말들의 우선순위 값을 구하는 과정과;

최대 우선순위 값을 갖는 단말을 선택하고, 선택된 단말에 서비스를 제공하는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고속무선 데이터 통신 시스템의 순방향 스케줄링 알고리즘.
제1항에 있어서, 상기 상태정보는

Data Rate Control(DRC)정보()와;

수집된 DRC정보에 기초하여 구해지는 단말의 평균 데이터 전송율()과;

각 이동단말에 할당된 큐(Queue)의 첫번째 패킷의 지연시간()과;

패킷의 최대 허용 시간지연()과;

상기 시간지연()을 위반해도 되는 허용 확률()로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고속무선 데이터 통신 시스템의 순방향 스케줄링 알고리즘.
제1항에 있어서, 상기 선택된 단말은

해당 단말의 DRC에서 요구한 data rate에 따라 서비스되는 것을 특징으로 하는 고속무선 데이터 통신 시스템의 순방향 스케줄링 알고리즘.
제1항에 있어서, 상기 우선순위 값 계산 식은

상대적 시간지연 성분을 포함하고 있으며, 상대적 시간지연 성분은 지수함수의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 고속무선 데이터 통신 시스템의 순방향 스케줄링 알고리즘.
제1항에 있어서, 상기 가중치()는

접속된 이동단말의 수를 입력 값으로 하는 단조증가 함수로서, 접속된 이동단말의 수에 비례하여 증감하는 것을 특징으로 하는 고속무선 데이터 통신 시스템의 순방향 스케줄링 알고리즘.
제1항에 있어서, 상기 우선순위 값은

시간지연 위반 허용확률의 반비례 성분()과;

해당 단말의 DRC정보를 평균 데이터 전송율로 나눈 성분()과;

첫번째 패킷의 지연시간()을 패킷의 최대 허용 시간지연()으로 나눈 성분에 가중치를 곱한 값()을 지수 값을 갖는 지수함수를 곱하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 고속무선 데이터 통신 시스템의 순방향 스케줄링 알고리즘.