KR20080072110A - 이동통신 시스템에서 서비스품질 트래픽 속도를 보장하기위한 장치 및 방법 - Google Patents

이동통신 시스템에서 서비스품질 트래픽 속도를 보장하기위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR20080072110A
KR20080072110A KR1020070010365A KR20070010365A KR20080072110A KR 20080072110 A KR20080072110 A KR 20080072110A KR 1020070010365 A KR1020070010365 A KR 1020070010365A KR 20070010365 A KR20070010365 A KR 20070010365A KR 20080072110 A KR20080072110 A KR 20080072110A
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Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에서 QoS 트래픽 속도를 보장하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 이동통신 시스템에서 서비스품질 트래픽 속도를 보장하기 위한 방법에 있어서, 이전 채널변화에 따른 트래픽 속도와 최근의 평균 트래픽 속도를 산출하는 과정과, 상기 평균 트래픽 속도가 서비스품질 트래픽 속도를 만족시키지 못할 시, 상기 채널변화에 따른 트래픽 속도와 상기 평균 트래픽 속도를 이용하여, 가중치 트래픽 속도를 계산하는 과정과, 상기 가중치 트래픽 속도를 이용하여 상기 서비스 우선순위를 결정하는 과정을 포함하여. 최소 보장 트래픽 속도와 최대 평균 트래픽 속도를 보장받는 이점이 있다.
이동통신 시스템, 스케줄링, QoS, 최대 평균 트래픽 속도(maximum sustained traffic rate), 최소 보장 트래픽 속도(minimum reserved traffic rate).

Description

이동통신 시스템에서 서비스품질 트래픽 속도를 보장하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GUARANTEEING QOS TRAFFIC RATE IN MOBIE COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 시스템에서 가중치를 이용하여 QoS 트래픽 속도를 보장하기 위한 기지국 동작 흐름도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 시스템에서 토큰할당을 이용한 QoS 트래픽 속도를 보장하기 위한 기지국 동작 흐름도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 시스템에서 QoS 트래픽 속도를 보장하기 위한 장치 블록도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 토큰할당을 이용한 최소 보장 트래픽 속도의 그래프,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 가중치를 이용한 최소 보장 트래픽 속도의 그래프 및,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 가중치를 이용한 최대 평균 트래픽 속도의 그래프.
본 발명은 이동통신 시스템에서 QoS를 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 상기 이동통신 시스템에서 최소 보장 트래픽 속도와 최대 평균 트래픽 속도를 보장하기 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 이동통신 규격은 갈수록 애플리케이션(application)에서 요구되는 트래픽 속도(traffic rate) 및 지연(latency) 보장, 사용자 프로파일(profile)에 따라 구분되는 서비스품질 보장(QoS differentiation), 연결수락(connection admission) 시에 약속된 서비스 파라미터(service parameter)를 보장하도록 QoS(Quality of Service)를 강조하고 있다. 상기 이동통신 시스템에서 QoS 보장은 사용자로부터 전달된 QoS 파라미터와 네트워크 상황을 참조하여, 연결수락 여부를 결정하는 연결수락제어(Connection Admission Control:CAC), 네트워크 상황에 맞게 소스 트래픽 속도(source traffic rate)을 조정하는 흐름제어(flow control)(예: leaky bucket), 기지국과 단말 사이의 무선채널 사용을 제어하는 패킷 스케줄링과 같이 다양한 기법이 서로 연관되어 이루어진다.
특히, IEEE 802.16 규격은 QoS 정의 및 구별에 있어 상당히 구체적이고 세분화된 특징을 갖는다. 예를 들면, 상기 IEEE 802.16 규격에 QoS 파라미터로서 최소 보장 트래픽 속도(Minimum Reserved Traffic Rate)와 최대 평균 트래픽 속도(Maximum Sustained Traffic Rate)가 정의되어 있다. 그리고, 상기 IEEE 802.16 규격에서 UG S(Unsolicited Grant Service), rtPS(Real-Time Polling Services), nrtPS(Non-Real-Time Polling Services)가 지원된다.
상기 최소 보장 트래픽 속도는 실시간 서비스(Real Time Service)의 애플리케이션이 필요로 하는 최소 트래픽 속도를 만족시키거나, 또는 비실시간 서비스(non-real time service)의 패킷 전송 간격을 일정 간격 이하로 유지하는데 사용된다. IEEE 802.16 규격의 UGS 연결은 상기 최소 보장 트래픽 속도를 위한 슬롯들을 무조건적 형태(unsolicited pattern)로 주기적으로 할당한다. 이에 따라 상기 UGS 연결시 상기 최소 보장 트래픽 속도를 만족시키기 위해 추가로 고려할 사항이 없다. 상기 IEEE 802.16 규격의 rtPS 연결의 경우, CAC를 통해 통계적으로 최소 트래픽 속도를 만족시킬 확률이 높다. 상기 rtPS 연결을 이용하는 주된 애플리케이션은 비디오 스트리밍(video streaming) 서비스이다. 상기 비디오 스트리밍은 일정 간격마다 비디오 코덱에 의해 버스트 트래픽(burst traffic)으로 발생한다. 이에 따라 일정 간격마다 몇 개의 토큰(tokens)를 획득하여 선택 기회를 보장하는 정도면 최소 트래픽 속도를 충분히 만족시킨다. 상기 IEEE 802.16 규격의 nrtPS 연결은 요구 지연이 없으므로 채널상황에 비례하게 트래픽 속도를 갖는다. 이는 패킷 스케줄러(예: 비례 공평 스케줄러(proportional fair scheduler))에 의해 스케줄링 된다. 이와 같은 상기 패킷 스케줄러에서 트래픽 속도 보장 확률을 높이기 위한 방법은 우선순위(priority) 계산 시 1보다 큰 가중치 인자(weighting factor)를 곱해주는 것이다. 여기서 너무 큰 가중치 인자를 곱하면, 무선 대역(bandwidth)을 독점함으로 트래픽 속도가 너무 커질 수 있으며 공평성 측면에서도 문제가 될 수 있다. 한편 너무 작은 상기 가중치 인자를 사용하면, 상기 최소 보장 트래픽 속도를 만족시킬 수 있을 정도로 충분히 많은 선택 기회를 갖지 않을 수도 있다. 이에 따라 상기 nrtPS 연결시 최소 보장 트래픽 속도를 효과적으로 만족시키기 위해서는 적절한 가중치 인자를 결정할 수 있는 방법이 필요하다.
상기 최대 평균 트래픽 속도는 가입자 등급에 따라 서비스 품질을 구분해서 제공하기 위해 사용된다. 제한된 대역폭을 가입자들 간에 공평하게 나누어 할당하면, 상대적으로 채널상황이 좋은 가입자가 더 높은 트래픽 속도를 얻게 된다. 가입자가 얻을 수 있는 트래픽 속도에 제한을 두면, 채널상황이 좋지만 적은 요금을 지불하는 가입에게 적은 대역폭을 할당한 후 남는 것을 높은 트래픽 속도를 요구하는 많은 요금을 지불하는 가입자에게 주는 것이 가능하다. 즉, 높은 수준의 서비스품질을 얻으려는 가입자는 많은 요금을 지불하는 대신에 높은 최대 평균 트래픽 속도를 적용받는 것이다. 하지만, 상기 최대 평균 트래픽 속도는 보장을 위한 목적보다는 지불한 요금 수준에 맞도록 트래픽 속도를 제한하는데 이용되고 있다.
따라서, 이동통신 시스템에서 비실시간 서비스시 최소 보장 트래픽 속도와 최대 평균 트래픽 속도를 보장하는 장치 및 방법이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 이동통신 시스템에서 서비스품질(QoS)를 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 이동통신 시스템에서 최소 보장 트래픽 속도와 최대 평균 트래픽 속도를 만족시키는 가중치를 산출하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 이동통신 시스템에서 최소 보장 트래픽 속도와 최대 평균 트래픽 속도를 만족시키는 가중치를 이용하여 스케줄링을 하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 이동통신 시스템에서 서비스품질 트래픽 속도를 보장하기 위한 방법에 있어서, 이전 채널변화에 따른 트래픽 속도와 최근의 평균 트래픽 속도를 산출하는 과정과, 상기 평균 트래픽 속도가 서비스품질 트래픽 속도를 만족시키지 못할 시, 상기 채널변화에 따른 트래픽 속도와 상기 평균 트래픽 속도를 이용하여, 가중치 트래픽 속도를 계산하는 과정과, 상기 가중치 트래픽 속도를 이용하여 상기 서비스 우선순위를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 이동통신 시스템에서 서비스품질 트래픽 속도를 보장하기 위한 장치에 있어서, 이전 채널변화에 따른 트래픽 속도를 산출하는 트래픽 정보 제공부와, 상기 트래픽 속도를 참조하여 최근의 평균 트래픽 속도를 산출하는 평균트래픽 계산부와, 상기 평균 트래픽 속도가 서비스품질 트래픽 속도를 만족시키지 못할 시, 상기 채널변화에 따른 트래픽 속도와 상기 평균 트래픽 속도를 이용하여, 가중치 트래픽 속도를 계산하는 가중치 계산부와, 상기 가중치 트래픽 속도를 이용하여 상기 서비스 우선순위를 결정하는 우선순위 결정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 이동통신 시스템에서 QoS 트래픽 속도를 보장하기 위한 방법에 있어서, 이전 주기에 전송된 데이터 크기가 QoS 트래픽 속도로 주기동안 전송하는 데이터 크기보다 크면 소정의 할당토큰을 증가하는 과정과, 상기 토큰을 해당 연결에 할당하는 과정과, 상기 할당토큰으로 스케줄링한 후, 해당 연결의 토큰을 소정 감소시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명은 이동통신 시스템에서 최소 보장 트래픽 속도((Minimum Reserved Traffic Rate)와 최대 평균 트래픽 속도((Maximum Sustained Traffic Rate)를 만족시키기 위한 장치 및 방법에 대해 설명하기로 한다. 여기서, 상기 최소 보장 트래픽 속도와 최대 평균 트래픽 속도를 총칭하여 QoS 트래픽 속도로 칭하기로 한다.
이하, 도 1에서 적절한 가중치를 곱하여 QoS 트래픽 속도를 만족시키는 우선순위를 결정하는 방법을 설명하고, 도 2에서 주기적으로 토큰(token)을 할당하여 QoS 트래픽 속도를 만족시키는 우선순위를 결정하는 방법을 설명하고, 도 3에서 QoS 트래픽 속도를 만족시키는 우선순위에 따라 스케줄링하는 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 시스템에서 가중치를 이용하여 QoS 트래픽 속도를 보장하기 위한 기지국 동작 흐름도를 도시하고 있다.
상기 도 1을 참조하면, 기지국은 100 단계에서 각각 단말들과의 연결(connection)마다 채널변화에 따른 트래픽 속도(
Figure 112007009735397-PAT00001
)를 측정하여 상기 트래픽 속도 총 합(
Figure 112007009735397-PAT00002
)을 계산한다. 상기 트래픽은 수신 품질을 전달하기 위한 CQI(Channel Quality Indicator) 정보 또는 상향링크 송신전력(UL Tx power)을 이용하여 산출할 수다. 여기서, 상기 트래픽 속도(
Figure 112007009735397-PAT00003
)는 채널변화에 따라 결정되는 트래픽 속도이고, 상기
Figure 112007009735397-PAT00004
는 채널상태 인덱스이고, 상기
Figure 112007009735397-PAT00005
는 연결(connection) 인덱스이다.
이후, 상기 기지국은 102 단계에서 각각 단말들과의 연결마다 평균 트래픽 속도(
Figure 112007009735397-PAT00006
)를 산출하여 상기 평균 트래픽 속도의 총 합(
Figure 112007009735397-PAT00007
)을 계산한다. 여기서, 평균 트래픽 속도(
Figure 112007009735397-PAT00008
)는 시간에 따른 평균 트래픽 속도로 스케줄링 결과를 이용하여 구할 수 있다. 상기 평균 트래픽 속도는 정의에 따라 계산 방법이 틀려지는데, IEEE 802.16 규격에는 이동평균법(moving average)과 유사한 정의가 포함되어 있다. QoS 보장을 위해서는 패킷 스케줄러에서 보다 많은 계산을 수행하는 것이 필요한데, 상기 이동평균법의 정확한 계산을 하기 위해서 DSP(Digital Signal Processor)에 높은 프로세싱 부하(processing load)가 요구됨으로 적합하기 않다. 이에 따라 평균 트래픽 속도는 간단하게 지수평균법(exponential averaging: 1-tap IIR filtering)을 통해 도출한다.
이후, 상기 기지국은 104 단계에서 QoS 트래픽 속도가 0kbps 인지를 비교하여 QoS 트래픽 속도가 0kbps일 시, 상기 기지국은 110 단계로 진행하여 산출된 채널변화에 따른 트래픽 속도와 평균 트래픽 속도를 이용하여 우선순위를 결정한다. 여기서, 상기 QoS 트래픽 속도가 0kbps라는 의미는 상기 QoS 트래픽 속도가 정의되어 있지 않은 상태로, 스케줄링시 상기 QoS 트래픽 속도를 만족시킬 필요가 없다.
만약, 상기 QoS 트래픽 속도가 0kbps가 아닐 시, (즉 QoS 트래픽 속도가 정의되어 있을 시), 상기 기지국은 106 단계로 진행하여, 상기 평균 트래픽 속도가 상기 QoS 트래픽 속도를 만족시키는지를 확인한다. 여기서, 평균 트래픽 속도가 상기 QoS 트래픽 속도를 만족시키지 못하면, 상기 기지국은 108 단계에서 상기 평균 트래픽 속도의 총 합(
Figure 112007009735397-PAT00009
)과 상기 채널변화에 따른 트래픽 속도 총 합(
Figure 112007009735397-PAT00010
)을 이용하여 가중치의 트래픽 속도를 하기 <수학식 1>로 산출한다.
QoS 트래픽 속도에 의한 우선순위(priority)는 각각 단말과의 채널연결에 대해 비슷해지므로, 상기
Figure 112007009735397-PAT00011
가 다른 연결에 비해 크면 더 높은 평균 트래픽 속도(
Figure 112007009735397-PAT00012
)를 얻을 수 있다. 결국, 상기
Figure 112007009735397-PAT00013
에 가중치(
Figure 112007009735397-PAT00014
)를 곱한 것을
Figure 112007009735397-PAT00015
라 정의하면, 새로 얻게 될 평균 트래픽 속도(
Figure 112007009735397-PAT00016
)는 하기 <수학식 1>의 관계식을 만족시키게 된다.
Figure 112007009735397-PAT00017
여기서, 상기
Figure 112007009735397-PAT00018
는 상기
Figure 112007009735397-PAT00019
에 가중치(
Figure 112007009735397-PAT00020
)가 곱해진 가중치 트래픽 속도이고, 상기
Figure 112007009735397-PAT00021
는 채널변화에 따른 트래픽 속도이고, 상기
Figure 112007009735397-PAT00022
는 가중치 평균 트래픽 속도이고, 상기
Figure 112007009735397-PAT00023
평균 트래픽 속도이고, 상기
Figure 112007009735397-PAT00024
는 채널연결 간에 공평성(fairness) 정도를 고려하기 위한 인자(factor)이다. 상기
Figure 112007009735397-PAT00025
값이 0에 가까운 값을 가질수록 공평성 보장은 되지 않지만 대신에 통합 트래픽 속도(throughput)는 커진다. 반면, 상기
Figure 112007009735397-PAT00026
값이 큰 값을 가질수록 공평성 보장 정도는 높아지지만 통합 트래픽 속도가 낮아진다.
여기서, 평균 트래픽 속도가 상기 QoS 트래픽 속도를 만족시키지 못할 시, 상기 <수학식 1>에서 상기
Figure 112007009735397-PAT00027
를 정의된 QoS 트래픽 속도로 변경하여 가중치 트래픽을 산출한다.
만약, 상기 <수학식 1>에서 다중 사용자 다이버시티 이득(multi-user diversity gain)를 고려한다면, 하기 <수학식 2>로 표현된다.
Figure 112007009735397-PAT00028
여기서, 상기
Figure 112007009735397-PAT00029
는 상기
Figure 112007009735397-PAT00030
에 가중치(
Figure 112007009735397-PAT00031
)가 곱해진 가중치 트래픽 속도이고, 상기
Figure 112007009735397-PAT00032
는 채널변화에 따른 트래픽 속도이고, 상기
Figure 112007009735397-PAT00033
는 가중치 평균 트래픽 속도이고, 상기
Figure 112007009735397-PAT00034
는 평균 트래픽 속도이고, 상기
Figure 112007009735397-PAT00035
는 다중 사용자 다이버시티 이득이고, 상기
Figure 112007009735397-PAT00036
는 채널연결 간에 공평성(fairness) 정도를 고려하기 위한 인자이다.
이후, 상기 기지국은 110 단계에서 가중치 트래픽 속도를 이용하여 우선순위를 계산한다. 상기 우선순위는 하기 <수학식 3> 또는 하기 <수학식 4>을 사용하여 계산한다. 여기서, 하기 <수학식 3>는 상기 평균 트래픽 속도(
Figure 112007009735397-PAT00037
)가 최소 보장 트래픽 속도보다 작거나 최대 평균 트래픽 속도보다 큰 경우(평균 트래픽 속도가 상기 QoS 트래픽 속도를 만족시키지 못하는 경우)에 이용되고, 하기 <수학식 4>는 최소 보장 트래픽 속도보다 크거나 최대 평균 트래픽 속도보다 작은 경우(평균 트래픽 속도가 상기 QoS 트래픽 속도를 만족시키지는 경우)에 이용된다.
Figure 112007009735397-PAT00038
여기서, 상기
Figure 112007009735397-PAT00039
는 우선순위 값이고, 상기
Figure 112007009735397-PAT00040
는 상기
Figure 112007009735397-PAT00041
에 가중치(
Figure 112007009735397-PAT00042
)가 곱해진 가중치 트래픽 속도이고, 상기
Figure 112007009735397-PAT00043
평균 트래픽 속도이고, 상기
Figure 112007009735397-PAT00044
는 채널연결 간에 공평성(fairness) 정도를 고려하기 위한 인자(factor)이다.
Figure 112007009735397-PAT00045
여기서, 상기
Figure 112007009735397-PAT00046
는 우선순위 값이고, 상기
Figure 112007009735397-PAT00047
는 채널변화에 따른 트래픽 속도이고, 상기
Figure 112007009735397-PAT00048
평균 트래픽 속도이고, 상기
Figure 112007009735397-PAT00049
는 채널연결 간에 공평성(fairness) 정도를 고려하기 위한 인자(factor)이다. 참고로, 실시간 연결 기반 스케줄링에서 평균 트래픽 속도가 최대 평균 트래픽 속도보다 크면 우선순위 값을 0으로 설정하면 비실시간 연결뿐만 아니라 실시간 연결에도 이용할 수 있다.
예를 들어 설명하면, 먼저, 모든 단말이 QoS 트래픽 속도를 갖지 않는 환경에서 세 개의 단말이 똑같은 채널조건을 가지고 (즉, 모든 단말 같은
Figure 112007009735397-PAT00050
를 가지고), 최대 섹터 처리율 (sector throughput)이 3 Mbps라 가정하면, 각 단말은 1 Mbps 트래픽 속도를 갖는다. 다음, 각 단말이 1 Mbps 트래픽 속도로 서비스하는 환 경에서, 첫 번째 단말이 1.5 Mbps의 QoS 트래픽 속도로 갖고, 나머지 2개의 단말은 그대로 0 kbps의 QoS 트래픽 속도를 갖는다고 가정한다. 이때, 최대 섹터 처리율은 그대로 3 Mbps 트래픽 속도로 유지된다고 했을 때, 각 단말은
Figure 112007009735397-PAT00051
로 전송될 것이다. 다시 말해, 첫 번째 단말은
Figure 112007009735397-PAT00052
트래픽 속도, 나머지 단말은
Figure 112007009735397-PAT00053
트래픽 속도를 가지게 된다. 따라서, 상기 <수학식 1>를 이용하면, 상기 단말들의 최종 트래픽 속도는
Figure 112007009735397-PAT00054
,
Figure 112007009735397-PAT00055
,
Figure 112007009735397-PAT00056
과 같이 되어, 첫 번째 단말이 얻는 최종 트래픽 속도는 QoS 트래픽 속도 1.5 Mbps를 보장한다.
이후, 상기 기지국은 본 발명의 알고리즘을 종료한다.
IEEE 802.16 규격의 nrtPS 연결과 같이 최소 보장 트래픽 속도를 요구하는 경우, 채널변화에 따른 트래픽 속도가 상기 최소 보장 트래픽 속도보다 작으면, 1보다 큰 가중치를 곱하고 그렇지 않으면 1을 곱한다. IEEE 802.16 규격의 BE(Best Effort) 연결과 같이 최소 보장 트래픽 속도가 필요없는 경우 1을 곱한다. 이는 최소 보장 트래픽 속도를 보장하지는 못한다. 결국, 상기 채널변화에 따른 트래픽 속도는 채널환경에 따라 변하기 때문에 필요한 최소 보장 트래픽 속도를 정확하게 보장하기 위해서는 상기 <수학식 3>의 우선순위 값에 가중치를 잘 고려해야 한다. 따라서, 본 발명은 상기 <수학식 1>의 조건을 만족시키는 가중치를 사용함으로써, 최소 보장 트래픽 속도(QoS 트래픽 속도)를 보장할 수 있다.
상기 도 1은 비 실시간 연결(non real time connection) 트래픽 속도를 대상으로 높은 성능을 나타낸다. 실시간 연결(real time connection) 트래픽 속도를 대 상으로 하는 QoS 트래픽 속도를 보장하는 방법을 도 2를 참조하여 설명하기로 한다. 여기서, 실시간 연결에서 우선순위(priority)는 하기 <수학식 5>로 계산된다.
Figure 112007009735397-PAT00057
여기서, 상기
Figure 112007009735397-PAT00058
는 채널변화를 반영하기 위한 것으로
Figure 112007009735397-PAT00059
로 계산된다. 상기
Figure 112007009735397-PAT00060
는 채널변화에 따른 트래픽 속도이고, 상기
Figure 112007009735397-PAT00061
는
Figure 112007009735397-PAT00062
의 시간에 따른 평균 속도이다. 상기
Figure 112007009735397-PAT00063
는 채널상태의 반영 정도를 결정하기 위한 가중치 인자(weighting factor)이다. 상기
Figure 112007009735397-PAT00064
는 최소 보장 트래픽 속도를 보장하기 위한 것으로 최근의 평균 트래픽 속도가 상기 최소 보장 트래픽 속도보다 작으면 큰 값을 가지도록 한다. 상기
Figure 112007009735397-PAT00065
는 최대 지연(maximum latency)을 보장하기 위한 것으로 현재 전송되는 패킷의 지연이 최대 지연에 근접하거나 커지면 큰 값을 가지도록한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 시스템에서 토큰할당을 이용한 QoS 트래픽 속도를 보장하기 위한 기지국 동작 흐름도를 도시하고 있다.
상기 도 2를 참조하면, 상기 기지국은 200 단계에서 일정 주기시작 시점인지를 확인하여 상기 일정 주기시작 시점시 202 단계에서 이전 주기에 전송된 데이터 크기와 QoS 트래픽 속도로 주기 동안 전송되는 데이터 크기와 비교한다.이전 주기 에 전송된 데이터 크기가 QoS 트래픽 속도로 주기 동안 전송되는 데이터 크기보다 작을 시, 상기 기지국은 204 단계에서 할당 토큰 개수를 하나 증가시킨다. 만약, 이전 주기에 전송된 데이터 크기가 QoS 트래픽 속도로 주기 동안 전송되는 데이터 크기보다 클 시, 상기 기지국은 206 단계에서 할당 토큰 개수를 하나 감소시킨다. 이는 일정 주기마다 선택 기회 보장을 위한 토큰을 할당하도록 한 뒤에 토큰의 개수가 많을수록 더 높은 우선순위를 갖도록 하기 위함이다.
이후, 상기 기지국은 208 단계에서 이전 주기에 전송된 데이터 크기가 QoS 트래픽 속도로 주기 동안 전송되는 데이터 크기를 비교하여 산출한 토큰을 할당한다. 여기서, 매 프레임마다 남아있는 토큰의 개수를
Figure 112007009735397-PAT00066
라 하면, 상기 <수학식 4>에서 상기
Figure 112007009735397-PAT00067
은 상기 증감된
Figure 112007009735397-PAT00068
에 의해 구해진다.
이후, 상기 기지국은 210 단계에서 스케줄링 후 매 선택된 해당 연결의 토큰을 하나 감소시킨다.
이후, 본 발명의 알고리즘을 종료한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 시스템에서 QoS 트래픽 속도를 보장하기 위한 장치 블록도를 도시하고 있다. 여기서, QoS 트래픽 속도를 보장하기 위한 장치를 스케줄러로 총칭하여 사용하기로 한다.
상기 도 3을 참조하면, 상기 스케줄러(300)는 평균 트래픽 계산부(304), 트래픽 정보 계산부(302), 가중치 계산부(306), 우선순위 결정부(308)를 포함하여 구 성된다.
상기 트래픽 정보 계산부(302)는 수신 품질을 전달하기 위한 CQI 정보 또는 상향링크 송신전력을 이용하여 각각 단말들과의 연결(connection)마다 채널변화에 따른 트래픽 속도를 산출한 후, 상기 평균 트래픽 계산부(304)와 가중치 계산부(306)로 상기 트래픽 정보를 출력한다.
상기 평균 트래픽 계산부(304)는 상기 트래픽 정보 계산부(302)로부터 받은 트래픽 정보를 이용하여 평균 트래픽 속도를 구할 수 있다. 상기 평균 트래픽 속도는 이동평균법(moving average) 또는 지수평균법(exponential averaging: 1-tap IIR filtering)을 통해 산출하여 상기 가중치 계산부(306)로 출력한다.
상기 가중치 계산부(306)는 상기 QoS 트래픽 속도가 평균 트래픽 속도보다 클 시, 상기 평균 트래픽 속도의 총 합, 상기 채널변화에 따른 트래픽 속도 총 합, 스케줄러(300)의 상위 계층인 QoS 모듈(310)로부터 제공받은 QoS 트래픽 속도(최소 보장 트래픽 속도, 최대 평균 트래픽 속도)에 대한 정보를 이용하여, 상기 QoS 트래픽 속도를 구하기 위한 가중치를 계산한다. 상기 QoS 트래픽 속도를 구하기 위한 가중치 계산은 상기 <수학식 1>를 참조하기로 한다.
우선순위 결정부(308)는 상기 가중치 계산부(306)로부터의 가중치 트래픽 속도를 이용하여 우선순위를 계산한다. 상기 우선순위는 상기 <수학식 3> 또는 상기 <수학식 4>로 계산된다. 상기 <수학식 3>는 상기 평균 트래픽 속도가 QoS 트래픽 속도보다 작은 경우에 이용되고, 상기 <수학식 4>는 상기 평균 트래픽 속도가 QoS 트래픽 속도보다 큰 경우에 이용된다.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 최소 보장 트래픽 속도의 그래프를 나타내고 있다. 시뮬레이션 환경은 하나의 섹터(sector)에서 8개의 단말이 같은 채널을 같게 한 후, 서로 독립적으로 채널을 발생시킨다. 또한, 2개의 단말은 상대적으로 높은 1 Mbps의 최소 보장 트래픽 속도를 갖는다. 상기 최소 보장 트래픽 속도를 고려하지 않는 경우에 상기 단말들은 평균 500kbps 트래픽 속도를 갖는다. 나머지 6개의 단말에 대해서는 최소 보장 트래픽 속도를 50 kbps로 설정한다. 상기 도 4는 일정 주기마다 정해진 개수의 토큰(token)을 할당한 후, 토큰 개수에 비례하여 우선순위(priority)를 증가시키는 방법이다. 상기 토큰 개수는 최소 보장 트래픽 속도를 만족시키도록 계산된 값을 사용하였는데, 전체적으로 모든 연결 트래픽 속도가 큰 변동폭을 나타낸다. 또한 많은 구간에 걸쳐 최소 보장 트래픽 속도를 만족시키지 못하는 것을 볼 수 있다. 상기 도 5는 본 발명에서 고안한 방법을 적용한 것으로 비교적 최소 보장 트래픽 속도를 잘 지원하면서 동시에 전체적으로 연결 트래픽 속도가 적은 변동폭을 나타내는 것을 볼 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 최대 평균 트래픽 속도(maximum sustained traffic rate)을 적용할 때의 트래픽 속도 변화를 나타낸 것이다. 결과를 도출하기 위한 시뮬레이션 환경은 하나의 섹터에 8개의 단말이 같은 채널을 같게 한 후, 서로 독립적으로 채널을 발생시킨다. 또한, 4개의 단말에 대해서는 상대적으로 낮은 200kbps를 최대 평균 트래픽 속도를 갖는다. 최대 평균 트래픽 속도를 고려하지 않는 경우에 500 kbps 평균 트래픽 속도를 갖는다. 나머지 4개의 단말에 대해서는 최 대 평균 트래픽 속도가 적용되지 않도록 한다. 낮은 최대 평균 트래픽을 갖는 단말들이 안정적으로 트래픽 속도로 제한받는 것을 볼 수 있다.
상기 도 1에서 처럼 적절한 가중치 인자를 사용하는 방식은 채널 상황에 비례한 트래픽 속도를 얻도록 하는 비실시간 연결을 대상으로 스케줄링하는 패킷 스케줄러에 적합하다. 상기 도 2에서 처럼 주기적으로 토큰을 할당하는 방식은 원래의 소스 트래픽이 버스티 트래픽 특성을 갖는 실시간 연결을 스케줄링하는 패킷 스케줄러에 적합하다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 이동통신 시스템에서 최소 보장 트래픽 속도와 최대 평균 트래픽 속도를 보장하기 위한 가중치 트래픽 속도를 산출함으로써, 최소 보장 트래픽 속도와 최대 평균 트래픽 속도를 보장받아 QoS를 만족하는 이점이 있다.

Claims (14)

  1. 이동통신 시스템에서 서비스품질 트래픽 속도를 보장하기 위한 스케줄링 방법에 있어서,
    이전 채널변화에 따른 트래픽 속도와 최근의 평균 트래픽 속도를 산출하는 과정과,
    상기 평균 트래픽 속도가 서비스품질 트래픽 속도를 만족시키지 못할 시, 상기 채널변화에 따른 트래픽 속도와 상기 평균 트래픽 속도를 이용하여, 가중치 트래픽 속도를 계산하는 과정과,
    상기 가중치 트래픽 속도를 이용하여 상기 서비스 우선순위를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 채널변화에 따른 트래픽 속도는 CQI(Channel Quality Indicator) 정보 또는 상향링크 송신전력 정보를 기반으로 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 평균 트래픽 속도는 IIR(Infinite Impulse Response) 필터를 통해 디지 털 신호처리(DSP)처리하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 평균 트래픽 속도가 서비스품질 트래픽 속도를 만족할 시, 상기 채널변화에 따른 트래픽 속도와 상기 평균 트래픽 속도를 이용하여 우선순위를 결정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 가중치 트래픽 속도는 하기 <수학식 6>로 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112007009735397-PAT00069
    여기서, 상기
    Figure 112007009735397-PAT00070
    는 상기
    Figure 112007009735397-PAT00071
    에 가중치(
    Figure 112007009735397-PAT00072
    )가 곱해진 가중치 트래픽 속도이고, 상기
    Figure 112007009735397-PAT00073
    는 채널변화에 따른 트래픽 속도이고, 상기
    Figure 112007009735397-PAT00074
    는 가중치 평균 트래픽 속도이고, 상기
    Figure 112007009735397-PAT00075
    평균 트래픽 속도이고, 상기
    Figure 112007009735397-PAT00076
    는 채널연결 간에 공평 성(fairness) 정도를 고려하기 위한 인자(factor)이다.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 우선순위는 하기 <수학식 7>으로 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112007009735397-PAT00077
    여기서, 상기
    Figure 112007009735397-PAT00078
    는 우선순위 값이고, 상기
    Figure 112007009735397-PAT00079
    는 상기
    Figure 112007009735397-PAT00080
    에 가중치(
    Figure 112007009735397-PAT00081
    )가 곱해진 가중치 트래픽 속도이고, 상기
    Figure 112007009735397-PAT00082
    평균 트래픽 속도이고, 상기
    Figure 112007009735397-PAT00083
    는 채널연결 간에 공평성(fairness) 정도를 고려하기 위한 인자(factor)이다.
  7. 이동통신 시스템에서 서비스품질 트래픽 속도를 보장하기 위한 스케줄링 장치에 있어서,
    이전 채널변화에 따른 트래픽 속도를 산출하는 트래픽 정보 제공부와,
    상기 트래픽 속도를 참조하여 최근의 평균 트래픽 속도를 산출하는 평균트래픽 계산부와,
    상기 평균 트래픽 속도가 서비스품질 트래픽 속도를 만족시키지 못할 시, 상 기 채널변화에 따른 트래픽 속도와 상기 평균 트래픽 속도를 이용하여, 가중치 트래픽 속도를 계산하는 가중치 계산부와,
    상기 가중치 트래픽 속도를 이용하여 상기 서비스 우선순위를 결정하는 우선순위 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 채널변화에 따른 트래픽 속도는 CQI(Channel Quality Indicator) 정보 또는 상향링크 송신전력 정보를 기반으로 산출되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 평균 트래픽 속도는 IIR(Infinite Impulse Response) 필터를 통해 디지털 신호처리(DSP)처리하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 평균 트래픽 속도가 서비스품질 트래픽 속도를 만족할 시, 상기 채널변화에 따른 트래픽 속도와 상기 평균 트래픽 속도를 이용하여 우선순위를 결정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 가중치 트래픽 속도는 하기 <수학식 8>로 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112007009735397-PAT00084
    여기서, 상기
    Figure 112007009735397-PAT00085
    는 상기
    Figure 112007009735397-PAT00086
    에 가중치(
    Figure 112007009735397-PAT00087
    )가 곱해진 가중치 트래픽 속도이고, 상기
    Figure 112007009735397-PAT00088
    는 채널변화에 따른 트래픽 속도이고, 상기
    Figure 112007009735397-PAT00089
    는 가중치 평균 트래픽 속도이고, 상기
    Figure 112007009735397-PAT00090
    평균 트래픽 속도이고, 상기
    Figure 112007009735397-PAT00091
    는 채널연결 간에 공평성(fairness) 정도를 고려하기 위한 인자(factor)이다.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 우선순위는 하기 <수학식 9>으로 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112007009735397-PAT00092
    여기서, 상기
    Figure 112007009735397-PAT00093
    는 우선순위 값이고, 상기
    Figure 112007009735397-PAT00094
    는 상기
    Figure 112007009735397-PAT00095
    에 가중치(
    Figure 112007009735397-PAT00096
    )가 곱해진 가중치 트래픽 속도이고, 상기
    Figure 112007009735397-PAT00097
    평균 트래픽 속도이고, 상기
    Figure 112007009735397-PAT00098
    는 채널연결 간에 공평성(fairness) 정도를 고려하기 위한 인자(factor)이다.
  13. 이동통신 시스템에서 QoS 트래픽 속도를 보장하기 위한 방법에 있어서,
    이전 주기에 전송된 데이터 크기가 QoS 트래픽 속도로 주기동안 전송하는 데이터 크기보다 크면 소정의 할당토큰을 증가하는 과정과,
    상기 토큰을 해당 채널연결에 할당하는 과정과,
    상기 할당토큰으로 스케줄링한 후, 해당 연결의 토큰을 소정 감소시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    이전 주기에 전송된 데이터 크기가 QoS 트래픽 속도로 주기동안 전송하는 데이터 크기보다 작을 시 할당 토큰 개수를 소정 감소하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법,
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