KR20050063415A - 이동통신 시스템에서 최소 전송율 보장을 위한 패킷스케줄링 방법 및 이를 구현하는 프로그램이 저장된기록매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에서 최소 전송율 보장을 위한 패킷 스케줄링 방법에 관한 것이다. 이 방법에 따르면, 설정된 각 세션에 대한 정규화된 전송율을 각각 산출한 후, 산출된 정규화된 전송율에 기초하여 스케줄링 대상의 순서를 결정한다. 각 세션의 전송 데이터는 상기 결정된 순서에 따라 전송 영역에 할당된다. 이 때, 정규화된 전송율은 해당 세션의 가장 최근에 전송된 데이터 양, 가장 최근에 전송된 시점부터 현재 슬롯까지의 기간, 상기 세션 설정 시 협상된 최소 보장 데이터 전송율을 포함하는 정보에 기초하여 산출된다. 본 발명에 따르면, 패킷화된 이동통신 시스템에서 무선 채널 상황을 효과적으로 반영하여 실시간 트래픽의 최소 전송율 요구사항을 보장할 수 있다.

Description

이동통신 시스템에서 최소 전송율 보장을 위한 패킷 스케줄링 방법 및 이를 구현하는 프로그램이 저장된 기록매체{PACKET SCHEDULING METHOD FOR ENSURING MINIMUM TRANSFER RATE IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM AND RECORDING MEDIUM STORING PROGRAM EMBODYING THE SAME}

본 발명은 이동통신 시스템에서의 패킷 스케줄링 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 최소 전송율 보장을 위한 패킷 스케줄링 방법 및 이를 구현하는 프로그램이 저장된 기록매체에 관한 것이다.

일반적으로, 사용자별 또는 세션별 전송율 요구사항이 다른 환경에서 각 전송율에 따른 공정성 부여는 패킷 스케줄러가 갖추어야할 가장 중요한 요소이다. 이러한 공정성에 있어서 장기적 공정성을 부여하는 것이 반드시 단기적 공정성을 만족시키는 것은 아니다. 예를 들어, 세션 전체 시간동안에 일정량의 데이터를 전송하여 장기적 공정성을 만족시키더라도 단기적으로는 일정 시간동안 데이터 전송이 이루어지지 않을 가능성이 존재한다. 비록 데이터 전송이 성공적으로 이루어지더라도 수신측에서는 많은 지연으로 인해 해당 데이터를 폐기해야 하는 상황이 발생할 수 있다. 특히 버스트한 트래픽 환경에서는 단기 공정성 제공 여부가 사용자 만족도를 높이는 중요한 요소로 작용할 수 있다.

기존의 스케줄링 방법에서는 크게 두 가지 방법론을 제공한다. 첫째, 무선 자원 효율성(throughput)을 희생하면서 공정성을 보장하는 관점과, 둘째, 공정성을 희생하면서 무선 자원 효율성을 최대화하는 관점이 있다.

첫 번째 방법론은 특정 세션의 무선 채널 상황이 매우 좋아서 해당 세션에 많은 데이터 전송량을 할당하는 것이 시스템의 무선 자원 사용 측면에서 효율적이나, 세션간의 공정성을 보장하기 위해서 또는 최소 전송율 요구사항을 만족시키기 위해서 무선 채널 상황이 상대적으로 좋지 않은 세션에게 데이터 전송 기회를 부여함으로써 무선 자원 이용의 최적화를 어느 정도 포기하는 것을 의미한다.

두 번째 방법론은 무선 채널 상황이 상대적으로 좋은 세션에 전송 기회를 부여함으로써 세션간의 공정성은 보장할 수 없으나 시스템 측면에서 무선 자원 이용의 최적화를 도모할 수 있다.

기존의 스케줄링 방법에서는 주로 장기적인 공정성 제공에 주요 초점이 맞추어져 있다. 이러한 방법론은 버스트한 트래픽을 위한 전송 메커니즘으로는 한계를 가지며, 시간적으로 변화는 무선 채널 상황을 효과적으로 반영하는데 어려움이 따른다는 문제점이 있다.

한편, 이동통신 시스템에서의 패킷 스케줄링 방법에 대한 종래 기술로는 M. Andrews의 "Providing Quality of Service over a Shared Wireless Link" (IEEE Communication Magazine, 2001년 2월호, pp.150-154)가 개시되어 있으며, 이 기술에 따르면 특정 세션을 선택하는 스케줄링 방식으로 (우선권 관련 파라미터) X (버퍼 대기시간) X (채널 상황 반영 파라미터)가 이용되며, Leaky Buket 메커니즘을 도입할 경우, 최소 전송율을 보장함과 동시에 자원 이용율을 최대화할 수 있는 것을 특징으로 한다. 그러나, 상기 종래 기술은 특정 시간에 한 사용자만 서비스할 수 있으며, 우선권 관련 파라미터를 산출하기 위해서 오프-라인으로 시뮬레이션이 수행되어야 한다. 따라서, 특정 시간에 한 사용자만 서비스할 수 있는 제약 조건으로 인하여 자원의 효율적 사용이 의문시되고, 추가적인 Leaky Bucket 메커니즘을 도입해야 하며, 또한 우선권 관련 파라미터를 산출하는 일반적인 방법론을 제시하지 않고 있다. 그리고, 단기적 공정성 보장을 위한 전송 방식이 아니므로 버스티한 트래픽 상황을 효과적으로 반영하는데 어려움이 존재한다는 문제점이 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 세션 설정 시 주어지는 최소 전송율을 보장함으로써 장기 공정성을 확보함과 동시에, 매 전송 시점마다 수정된 최소 전송율이 반영된 정규화된 전송율을 사용하여 패킷 스케줄링을 수행함으로써, 시간적으로 변하는 트래픽 상황에 적응적으로 전송 기회를 부여할 수 있어 단기 공정성 확보가 가능한 이동통신 시스템에서 최소 전송율 보장을 위한 패킷 스케줄링 방법 및 이를 구현하는 프로그램이 저장된 기록매체를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 패킷 스케줄링 방법은,

이동통신 시스템에서 최소 전송율 보장을 위한 패킷 스케줄링 방법으로서,

a) 설정된 각 세션에 대한 정규화된 전송율을 각각 산출하는 단계; b) 상기 산출된 정규화된 전송율에 기초하여 스케줄링 대상의 순서를 결정하는 단계; 및 c) 상기 결정된 순서에 따라 각 세션의 전송 데이터를 전송 영역에 할당하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 c) 단계는, i) 각 세션에 대해 기본 전송 단위 개수를 할당하는 단계; 및 ii) 상기 할당된 개수의 기본 전송 단위에 상기 전송 데이터를 할당하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 정규화된 전송율은 해당 세션의 가장 최근에 전송된 데이터 양, 가장 최근에 전송된 시점부터 현재 슬롯까지의 기간, 상기 세션 설정 시 협상된 최소 보장 데이터 전송율을 포함하는 정보에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기본 전송 단위는 상기 이동통신 시스템이 무선 채널 상태를 나타내는 지표인 AMC(Adaptive Modulation Control) 특성을 사용하여 데이터를 전송하는 경우, 상기 AMC 특성으로 데이터를 전송할 수 있는 시간 및 주파수 개수의 최소 단위인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 i) 단계 전에, 슬롯의 총 기본 전송 단위 개수를 잉여 기본 전송 단위 개수로 설정하는 단계를 더 포함하고, 상기 ii) 단계 후에, 상기 잉여 기본 전송 단위의 개수에서 상기 ii) 단계에서 할당된 기본 전송 단위의 개수를 감소시키는 단계; 및 상기 감소된 잉여 기본 전송 단위의 개수가 남아 있는 경우, 다른 세션의 전송 데이터를 상기 남아 있는 잉여 기본 전송 단위의 개수에 대해 할당하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 b) 단계에서, 상기 산출된 정규화된 전송율의 값이 큰 순서로 스케줄링 대상의 순서를 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 ii) 단계에서, 상기 할당된 개수의 기본 전송 단위에 상기 전송 데이터를 할당하고 남는 영역은 패딩 처리하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템에서 최소 전송율 보장을 위한 패킷 스케줄링 방법에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 이동통신 시스템에서 시간 및 주파수 영역으로 표현되는 기본 전송 단위(BU)의 개념도이다.

도 1을 참조하면, 도면부호 101은 시간축상에서의 무선 자원인 하나의 슬롯을 나타내고, 도면부호 102와 103은 각각 주파수상에서의 무선 자원을 나타낸다. 이 때, 무선 자원(102)은 본 발명이 적용되지 않는 트래픽을 위해 할당된 주파수상에서의 무선 자원이며, 무선 자원(103)은 본 발명이 적용되는 트래픽을 위해 할당된 주파수상에서의 무선 자원이다.

한편, 무선 자원(102)과 무선 자원(103)은 매 슬롯마다 다를 수 있으나, 그 합은 매 슬롯마다 일정하다.

또한, 무선 자원(101)과 무선 자원(103)으로 형성되는 전송 영역이 슬롯 당 전송 영역을 나타내며(105), 스케줄러는 매 슬롯마다 슬롯 당 전송 영역을 채우기 위해 전송할 세션과 전송량(바이트 단위)을 결정한다.

도면부호 106은 기본 전송 단위를 나타내며, 동일한 AMC(Adaptive Modulation Control) 특성으로 데이터를 전송할 수 있는 시간 및 주파수 개수의 최소 단위로 정의된다. 이러한 AMC 특성은 무선 채널 상태를 나타내는 한 지표이며, 무선 채널 상태가 좋을수록 기지국과 특정 단말간의 AMC 특성이 좋음을 의미한다. 즉, AMC 특성이 좋을수록 기본 전송 단위당 전송할 수 있는 데이터양이 많아진다.

도 2는 이동통신 시스템에서 시간 및 주파수 영역으로 표현되는 기본 전송 단위의 다른 개념도이다.

도 2를 참조하면, 도면부호 203은 주파수상에서의 총 무선 자원을 나타내며, 도면부호 201과 202는 더해져서 시간축상에서의 무선 자원인 하나의 슬롯을 나타낸다. 이 때, 무선 자원(201)과 무선 자원(202)은 매 슬롯마다 다를 수 있으나, 그 합은 일정하다.

한편, 무선 자원(202)과 무선 자원(203)으로 형성되는 영역이 슬롯 당 전송 영역을 나타내며(205), 스케줄러는 매 슬롯마다 슬롯 당 전송 영역을 채우기 위해 전송할 세션과 전송량(바이트 단위)을 결정한다. 도면부호 206은 기본 전송 단위(BU)를 나타내며, 도 1에서의 도면부호 106과 개념상 동일하므로 별도의 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케줄링 방법에서 임의 세션의 데이터 전송 상황을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 도면부호 301은 임의 세션에 대해 가장 최근에 전송된 데이터 양을 나타내며, 도면부호 302는 가장 최근에 전송된 시점(슬롯)을 나타낸다. 또한, 도면부호 303은 현재 슬롯을 나타내며, 도면부호 304는 가장 최근에 전송된 시점(302)부터 현재 슬롯(303)까지의 기간을 슬롯 수로 표현한 것이다.

임의 세션 i에 대해서, 가장 최근에 전송된 데이터 양(301)은 비트 단위로 표현되며 M(i)로 나타내고, 가장 최근에 전송된 시점(302)부터 현재 슬롯(303)까지의 기간(304)은 E(i)로 나타낸다. 또한, G(i)는 임의 세션 i의 세션 설정 시 협상된 최소 보장 데이터 전송율을 나타낸다.

이와 같이 각 세션에 대한 상태를 정의한 후, 본 발명의 실시예에 따른 스케줄러는 데이터 전송을 위한 세션을 선택하는 지표로서 다음의 [수학식 1]과 같이 세션 i에 대해 계산되는 정규화된 전송율(NTR)을 사용한다.

여기서, Q(i)는 세션 i의 수정된 최소 보장 데이터 전송율을 나타내며, 이 Q(i)는 다음의 [수학식 2]에 의해서 매 전송 시점마다 그 값이 갱신된다.

여기서, T는 세션 시작부터 현재 슬롯까지의 시간으로 슬롯 단위로 표현되고, 는 가장 최근에 도착한 N개의 SDU(Service Data Unit)들의 양으로 비트 단위로 표현되며, 는 세션 시작부터 현재 슬롯까지 도착한 총 SDU들의 양에서 상기 를 뺀 값으로 비트 단위로 표현되고, W는 0에서 1사이의 값을 갖는 정수이다.

따라서, 패킷 스케줄러는 무선 자원의 전송 효율성을 위해 세션의 정규화된 전송율(NTR)이 큰 세션에 대해서 우선순위를 부여하며, 이 때의 정규화된 전송율은 각 세션의 설정 시 협상된 최소 보장 데이터 전송율을 보장하도록 산출된다. 또한, 정규화된 전송율에 전송 시점마다 수정된 최소 보장 데이터 전송율이 포함되므로 버스티한 속성을 가지는 트래픽에 대해서도 적응적으로 적용될 수 있다.

한편, 세션 i가 스케줄러에 의해 선택된 경우, 세션 i의 전송 버퍼의 모든 데이터를 전송한다. 선택된 세션 i에 대해서, 슬롯 k에 전송 버퍼에 대기하고 있는 데이터 양을 P(i,k)라고 하면, 할당해야될 기본 전송 단위(BU)의 개수는 다음의 [수학식 3]에 의해서 계산된다.

여기서, A(i,j,k)는 다음 슬롯 (k+1)에서 AMC 옵션 j로 전송할 수 있는 최대 바이트 수이며, 기호 는 x보다 큰 최소 정수를 의미한다.

이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템에서 최소 전송율 보장을 위한 패킷 스케줄링 방법에 대해 상세하게 설명한다.

먼저, 현재 슬롯을 k라고 하고, 현재 슬롯 k에서 다음 슬롯에서의 데이터 전송을 위한 스케줄링을 한다(S401).

다음, 미리 설정된 매 슬롯 당 할당 가능한 총 BU 개수를 초기 잉여 BU 개수로 설정한다(S403).

그 후, 할당 가능한 잉여 BU 개수가 남아 있는 지의 여부를 판단하여(S403), 만약 잉여 BU 개수가 없으면 스케줄링을 종료하고, 그렇지 않으면 버퍼에 전송할 데이터가 있는 지의 여부를 판단한다(S404).

만약 버퍼에 전송할 데이터가 있으면, 각 세션에 대해서 M(i), E(i), Q(i), G(i) 값을 이용하여 [수학식 1]에 의해 정규화된 전송율(NTR)을 각각 계산한다(S405).

패킷 스케줄링은 상기 단계(S405)에서 계산된 정규화된 전송율(NTR) 값이 큰 세션 순으로 우선순위가 정해진다. 따라서, 패킷 스케줄러는 먼저 각 세션들을 정규화된 전송율의 내림차순으로 정렬한 후, 정규화된 전송율 값이 가장 큰 세션부터 시작해서 전송 데이터를 할당한다.

먼저, 각 세션에 [수학식 2]에 의해서 결정된 C(i,k) 만큼의 BU를 할당한다(S406).

다음, 할당된 C(i,k)개의 BU에 P(i,k) 바이트의 전송 데이터를 할당한다(S407). 이 때, 할당된 C(i,k)개의 BU에 전송 데이터를 할당하고 남은 부분, 즉 C(i,k)*A(i,j,k) - P(i,k) 만큼의 바이트는 패딩 처리한다.

전송 데이터 할당을 마친 후 할당된 BU 개수만큼 잉여 BU 개수를 감소시킨다(S408).

이와 같이, 우선순위에 의해 결정된 특정 세션에 대한 전송 데이터 할당이 끝나면, 잉여 BU 개수가 있는 지의 여부를 판단하여(S409), 만약 잉여 BU 개수가 없으면 스케줄링을 종료하고, 그렇지 않고 전송 데이터를 할당할 잉여 BU 개수가 남아 있으면 전송 데이터를 할당할 대상 세션이 존재하는 지의 여부를 판단한다(S410).

만약 대상 세션이 존재하지 않으면, 스케줄링을 종료하고, 그렇지 않으면, 다음 세션에 대한 전송 데이터 할당을 위해서 상기 단계(S406 ∼ S410)를 반복하며, 이러한 반복은 상기 단계(S410)에서 대상 세션이 존재하지 않을 때까지 수행된다.

한편, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케줄링 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 형태로 기록 매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.

본 발명에 따르면, 패킷화된 이동통신 시스템에서 무선 채널 상황을 효과적으로 반영하여 실시간 트래픽의 최소 전송율 요구사항을 보장할 수 있다.

또한, 버스티한 트래픽에 대해서도 효과적으로 적용될 수 있다.

도 1은 이동통신 시스템에서 시간 및 주파수 영역으로 표현되는 기본 전송 단위(BU)의 개념도이다.

도 2는 이동통신 시스템에서 시간 및 주파수 영역으로 표현되는 기본 전송 단위의 다른 개념도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케줄링 방법에서 임의 세션의 데이터 전송 상황을 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템에서 최소 전송율 보장을 위한 패킷 스케줄링 방법의 흐름도이다.

Claims (10)

1. 이동통신 시스템에서 최소 전송율 보장을 위한 패킷 스케줄링 방법에 있어서,

   a) 설정된 각 세션에 대한 정규화된 전송율을 각각 산출하는 단계;

   b) 상기 산출된 정규화된 전송율에 기초하여 스케줄링 대상의 순서를 결정하는 단계; 및

   c) 상기 결정된 순서에 따라 각 세션의 전송 데이터를 전송 영역에 할당하는 단계

   를 포함하는 패킷 스케줄링 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 c) 단계는,

   i) 각 세션에 대해 기본 전송 단위 개수를 할당하는 단계; 및

   ii) 상기 할당된 개수의 기본 전송 단위에 상기 전송 데이터를 할당하는 단계

   를 포함하는 패킷 스케줄링 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 기본 전송 단위는 상기 이동통신 시스템이 무선 채널 상태를 나타내는 지표인 AMC(Adaptive Modulation Control) 특성을 사용하여 데이터를 전송하는 경우, 상기 AMC 특성으로 데이터를 전송할 수 있는 시간 및 주파수 개수의 최소 단위인 것을 특징으로 하는 패킷 스케줄링 방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 i) 단계 전에,

   슬롯의 총 기본 전송 단위 개수를 잉여 기본 전송 단위 개수로 설정하는 단계를 더 포함하고,

   상기 ii) 단계 후에,

   상기 잉여 기본 전송 단위의 개수에서 상기 ii) 단계에서 할당된 기본 전송 단위의 개수를 감소시키는 단계; 및

   상기 감소된 잉여 기본 전송 단위의 개수가 남아 있는 경우, 다른 세션의 전송 데이터를 상기 남아 있는 잉여 기본 전송 단위의 개수에 대해 할당하는 단계

   를 더 포함하는 패킷 스케줄링 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 b) 단계에서, 상기 산출된 정규화된 전송율의 값이 큰 순서로 스케줄링 대상의 순서를 결정하는 것을 특징으로 하는 패킷 스케줄링 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 정규화된 전송율은 해당 세션의 가장 최근에 전송된 데이터 양, 가장 최근에 전송된 시점부터 현재 슬롯까지의 기간, 상기 세션 설정 시 협상된 최소 보장 데이터 전송율을 포함하는 정보에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 패킷 스케줄링 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 정규화된 전송율은 다음의 관계식

   여기서, M(i)는 세션 i의 가장 최근에 전송된 데이터 양이고,

   E(i)는 세션 i의 가장 최근에 전송된 시점부터 현재 슬롯까지의 기간이며,

   G(i)는 세션 i의 세션 설정 시 협상된 최소 보장 데이터 전송율이고,

   Q(i)는 세션 i의 수정된 최소 보장 데이터 전송율임.

   에 따라 산출되며,

   상기 세션 i의 수정된 최소 보장 데이터 전송율은 다음의 관계식

   여기서, T는 세션 시작부터 현재 슬롯까지의 시간이고,

   는 가장 최근에 도착한 N개의 SDU(Service Data Unit)의 양이며,

   는 세션 시작부터 현재 슬롯까지 도착한 총 SDU의 양이고,

   W는 0에서 1사이의 값을 갖는 정수임.

   을 따르는 것을 특징으로 하는 패킷 스케줄링 방법.
8. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 각 세션에 대해 할당되는 기본 전송 단위의 개수는 다음의 관계식

   여기서, P(i,k)는 슬롯 k에서 세션 i의 전송 버퍼에 대기하는 데이터 양이고,

   A(i,j,k)는 슬롯 k+1에서 AMC 옵션 j로 전송할 수 있는 최대 바이트 수이며,

   기호 는 x보다 큰 최소 정수임.

   에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 패킷 스케줄링 방법.
9. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 ii) 단계에서, 상기 할당된 개수의 기본 전송 단위에 상기 전송 데이터를 할당하고 남는 영역은 패딩 처리하는 것을 특징으로 하는 패킷 스케줄링 방법.
10. 이동통신 시스템에서 최소 전송율 보장을 위한 패킷 스케줄링 방법에 있어서,

    a) 설정된 각 세션에 대한 정규화된 전송율을 각각 산출하는 기능;

    b) 상기 산출된 정규화된 전송율에 기초하여 스케줄링 대상의 순서를 결정하는 기능; 및

    c) 상기 결정된 순서에 따라 각 세션의 전송 데이터를 전송 영역에 할당하는 기능

    을 구현하는 프로그램이 저장된 기록매체.