KR20090093678A - 대역폭 예측 방법 및 이를 이용한 장치 및 시스템 - Google Patents

대역폭 예측 방법 및 이를 이용한 장치 및 시스템

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KR20090093678A
KR20090093678A KR1020080019348A KR20080019348A KR20090093678A KR 20090093678 A KR20090093678 A KR 20090093678A KR 1020080019348 A KR1020080019348 A KR 1020080019348A KR 20080019348 A KR20080019348 A KR 20080019348A KR 20090093678 A KR20090093678 A KR 20090093678A
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오윤제
박태성
고성제
김혜수
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삼성전자주식회사
고려대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명에 따른 대역폭 예측 방법은 어플리케이션에서 사용 가능한 대역폭을 확인하여 어플리케이션을 통해 발생되는 데이터를 전송하는 방법에 있어서, 전송장치와 수신장치 사이의 데이터 전송채널에 대한 품질을 측정하는 과정과, 측정된 데이터 전송채널에 대한 상기 품질을 고려하여, 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 예측하는 과정과, 채널이 수용할 수 있는 사용자 수 및 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 고려하여, 어플리케이션 계층에서 사용 가능한 대역폭을 결정하는 과정을 포함한다.

Description

대역폭 예측 방법 및 이를 이용한 장치 및 시스템{METHOD FOR THROUGHPUT ESTIMATION AND APPATRATUS AND SYSTEM FOR THE SAME}
본 발명은 이동통신 시스템의 무선 통신 기술에 관한 것으로서, 특히 무선 채널의 특성을 고려하여 대역폭을 예측하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 무선 전송 기술이 발전함에 따라, 무선 망을 통해 대용량의 데이터 전송이 가능해졌으며, 특히 멀티미디어 컨텐츠를 제공하는 것이 가능해졌다. 실시간으로 멀티미디어 컨텐츠를 제공하기 위해서는 무선 채널의 대역폭이 안정적으로 유지되어야한다. 그러나, 현재 대용량의 데이터를 전송하는데 사용되는 무선 망, 즉 와이브로 망은 유선망에 비해 패킷 손실이나 패킷 충돌과 같은 문제가 빈번히 발생한다. 또한, 현재의 와이브로 망을 최고 효과(Best Effort)만을 고려하여 서비스를 구현하고 있다. 따라서, 화상 회의들 같은 실시간 멀티 미디어 전송 서비스를 제공하는데 많은 어려움이 있다.
결국, 무선망에서 응용 프로그램의 QoS(Quality of Service)를 만족시키고, 실시간 멀티미디어 컨텐츠를 안정적으로 제공하기 위해서는 무선 망의 특성을 반영한 새로운 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 무선 망의 특성과 무선 채널의 상태를 확인하여, 어플리케이션의 구동을 위해 할당되는 대역폭을 예측할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 무선 망의 특성과 무선 채널의 상태를 능동적으로 확인하고, 이를 반영하여 데이터를 송수신하는 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 대역폭 예측 방법은 전송장치와 수신장치 사이의 데이터 전송채널에 대한 품질을 측정하는 과정과, 측정된 데이터 전송채널에 대한 상기 품질을 고려하여, 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 예측하는 과정과, 채널이 수용할 수 있는 사용자 수 및 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 고려하여, 어플리케이션 계층에서 사용 가능한 대역폭을 결정하는 과정을 포함한다.
데이터 전송채널에 대한 품질을 측정하는 과정은, 전송장치와 수신장치 사이의 전송 파라미터를 측정하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 전송 파라미터는 CINR(carrier interface to noise ratio) 및 수신신호강도(RSSI; Received Signal Strength Indication)값을 포함한다.
데이터 전송채널에 대한 품질을 측정하는 과정은, 측정된 상기 파라미터에 대응하는 물리 계층의 데이터 레이트를 예측하는 과정을 포함한다.
수신장치의 현재 위치에 대한 환경은, 건물 내부, 송신장치와 연결되는 직선 상의 위치(LOS; Line of sight), 및 송신장치와 연결되는 직선 이외의 위치(Non-LOS; Non-line of sight)에 대응하는 환경일 수 있다.
데이터 전송채널에 대한 품질을 측정하는 과정은, 전송장치와 수신장치 사이의 전송 파라미터의 평균값 및 편차값을 측정하는 과정을 포함하며, 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 예측하는 과정은, 측정된 상기 전송 파라미터의 평균값 및 편차값과 대응하는 미리 정해진 값을 확인하고, 상기 미리 정해진 값이 해당되는 환경을 현재 위치에 대한 환경으로 예측한다.
본 발명의 일 측면에 따른 대역폭 예측 방법은 결정된 상기 대역폭을 반영하여, 비트 레이트 제어를 통한 비디오 데이터의 부호화를 수행하는 과정과, 부호화된 비트스트림을 전송하는 과정을 더 포함할 수 있다.
어플리케이션 계층에서 사용 가능한 대역폭은 하기의 수학식의 연산을 통해 결정되는 것이 바람직하다.
<수학식>
Rtar은 어플리케이션 계층에서 사용 가능한 대역폭, Rcur은 물리 계층에서 측정되는 대역폭, α는 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 반영한 가중치 계수, β는 현재 망에 접속된 사용자의 수, ψ는 어플리케이션 계층의 오버해드임.
본 발명의 다른 측면에 따른 대역폭 예측 장치는 데이터를 전송하는 장치에 있어서, 입력된 데이터에 가변 비트 제어를 적용하여 부호화하는 어플리케이션 모듈과, 수신장치와 연결된 데이터 전송채널에 대한 품질을 측정하는 네트워크 품질 측정부와, 측정된 데이터 전송채널에 대한 상기 품질을 고려하여 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 예측하고, 채널이 수용할 수 있는 사용자 수 및 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 고려하여, 어플리케이션 모듈이 사용 가능한 대역폭을 결정하는 대역폭 예측부와, 상기 대역폭 예측부에서 결정된 상기 대역폭을 고려하여, 어플리케이션 모듈이 사용가능한 대역폭을 제어하는 대역폭 제어부를 포함한다.
상기 네트워크 품질 측정부는, 전송장치와 수신장치 사이의 전송 파라미터를 측정하여 네트워크의 품질을 측정할 수 있으며, 상기 전송 파라미터는 CINR, RSSI, 및 송신전력(TxPwr)값을 포함할 수 있다.
상기 대역폭 예측부는, 측정된 상기 파라미터에 대응하는 물리 계층의 데이터 레이트를 예측한다.
네트워크 품질 측정부는 전송장치와 수신장치 사이의 전송 파라미터의 평균값 및 편차값을 측정하며, 상기 대역폭 예측부는 측정된 상기 전송 파라미터의 평균값 및 편차값과 대응하는 미리 정해진 값을 확인하고, 상기 미리 정해진 값이 해당되는 환경을 현재 위치에 대한 환경으로 예측한다.
상기 어플리케이션 모듈은 상기 대역폭 제어부로부터 제공받은 대역폭을 기준으로 비트레이트를 조절하여, 비디오 데이터의 부호화를 수행하는 비디오 부호화 장치일 수 있다.
상기 대역폭 예측부는 하기의 수학식의 연산을 통해 사용 가능한 대역폭을 예측하는 것이 바람직하다.
<수학식>
Rtar은 어플리케이션 계층에서 사용 가능한 대역폭, Rcur은 물리 계층에서 측정되는 대역폭, α는 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 반영한 가중치 계수, β는 현재 망에 접속된 사용자의 수, ψ는 어플리케이션 계층의 오버해드임.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 데이터 송수신 시스템은 무선채널을 통해 연결된 송신장치 및 수신장치가 데이터를 송수신하는 시스템에 있어서, 상기 송신장치는, 입력된 데이터에 가변 비트 제어를 적용하여 부호화하는 어플리케이션 모듈과, 전송채널에 대한 품질을 고려하여 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 예측하고, 채널이 수용할 수 있는 사용자 수 및 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 고려하여, 어플리케이션 모듈이 사용 가능한 대역폭을 결정하는 대역폭 예측부와, 상기 대역폭 예측부에서 결정된 상기 대역폭을 고려하여, 어플리케이션 모듈이 사용가능한 대역폭을 제어하는 대역폭 제어부를 포함하며,
상기 수신장치는, 상기 송신장치에 구비된 상기 어플리케이션 모듈의 부호화에 대응하여 데이터를 복원하는 복호화 어플리케이션 모듈을 포함하며,
상기 송신장치 또는 수신장치에는 데이터 전송채널에 대한 품질을 측정하고, 이를 전송장치의 상기 대역폭 예측부에 제공하는 네트워크 품질 측정부가 구비된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 데이터 송수신 시스템은 무선채널을 통해 연결된 송신장치 및 수신장치가 데이터를 송수신하는 시스템에 있어서,
상기 송신장치는, 입력된 데이터에 가변 비트 제어를 적용하여 부호화하는 어플리케이션 모듈과, 수신장치에서 결정된 상기 대역폭을 고려하여, 어플리케이션 모듈이 사용가능한 대역폭을 제어하는 대역폭 제어부를 포함하며,
상기 수신장치는, 상기 송신장치에 구비된 상기 어플리케이션 모듈의 부호화에 대응하여 데이터를 복원하는 복호화 어플리케이션 모듈과, 데이터 전송채널에 대한 품질을 측정하는 네트워크 품질 측정부와, 전송채널에 대한 품질을 고려하여 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 예측하고, 채널이 수용할 수 있는 사용자 수 및 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 고려하여, 어플리케이션 모듈이 사용 가능한 대역폭을 결정하고, 결정된 상기 대역폭을 전송장치의 대역폭 제어부에 제공하는 대역폭 예측부를 포함한다.
본 발명에 따른 데이터 전송방법 및 장치에 따르면, 수신장치와 연결된 무선 채널에 대한 정보를 이용하여 채널 대역폭을 예측할 수 있다.
예측된 채널 대역폭을 어플리케이션에 적용함으로써, 무선 채널의 상태를 고려하여 안정적으로 어플리케이션 데이터를 전송할 수 있다.
무선 채널의 상태를 고려하여 데이터를 전송함에 따라, 네트워크 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.
도 1은 와이브로 망에 접속한 사용자의 수와 대역폭의 관계를 도시하는 그래프
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송수신 시스템의 구성을 도시하는 블록도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 송수신 시스템의 구성을 도시하는 블록도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송방법의 순서를 도시하는 흐름도
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
도 1은 와이브로 망에 접속한 사용자의 수와 대역폭의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 1을 참조하여, 와이브로 망을 이용하여 데이터 전송 서비스를 제공하는데 발생할 수 있는 문제점에 대해 먼저 설명하기로 한다. 와이브로 망에서 구비된 기지국 내에 복수의 사용자가 분포되는 경우, 제한된 와이브로 망의 채널 대역폭은 복수의 사용자에게 분할되어 할당된다. 결국, 와이브로 망에서 구비된 기지국 내에 분포되는 사용자가 증가할수록, 각각의 사용자에게 제공될 수 있는 채널 대역폭이 감소하게 된다.
또한, 와이브로 망에 접속된 이동 단말이 위치하는 환경적 특성에 따라, 망 내에서의 대역폭이 다양하게 변경될 수 있다. 나아가 이동 단말이 위치하는 환경적 특성은 무선 채널의 품질과 관련이 있으므로, 이를 이용하여 대역폭의 예측이 가능하다.
이에 본 발명에서는 데이터 패킷의 크기를 가변적으로 조절할 수 있는 어플리케이션이 효과적으로 데이터를 전송할 수 있도록, 와이브로 망의 무선 채널 대역폭을 예측하는 방법을 제시한다. 이하 첨부 도면을 참조하여 이러한 본 발명의 구성 및 동작을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송수신 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송수신 시스템은 송신장치 및 수신장치로서 각각 구비된 제1 및 제2단말(10, 20)을 포함하며, 상기 단말들(10,20)은 무선통신망(1)을 통해 연결된다.
제1단말(10)은 어플리케이션 모듈로서 구비된 동영상 부호화기(11), 전송채널에 대한 품질을 측정하는 네트워크 품질 측정부(13), 사용 가능한 대역폭을 결정하는 대역폭 예측부(15), 및 예측된 상기 대역폭에 기초하여 어플리케이션 모듈의 대역폭을 제어하는 대역폭 제어부(17)를 포함한다.
동영상 부호화기(11)는 동영상을 부호화하는 통상의 방법(예컨대, MPEG, H.264등)에 기초하여 동영상 데이터를 부호화하는 장치이다. 특히, 동영상 부호화기(11)는 대역폭 제어부(17)로부터 수신하는 제어값에 대응하여 양자화 파라미터를 제어함으로써, 부호화되는 비트 레이트를 가변적으로 조절할 수 있는 부호화 장치이다.
네트워크 품질 측정부(13)는 무선통신망의 품질, 즉 수신장치와 연결된 채널의 상태를 측정한다. 바람직하게, 네트워크 품질 측정부(13)는 MAC계층에서 무선통신망에 대한 품질의 측정을 위해 전송되는 파라미터를 이용할 수 있다. 상기 파라미터는 수신장치와 교환하는 MAC 관리 메시지(MAC management message)에 포함되는 파라미터들, 예컨대 CINR(carrier interface to noise ratio), RSSI(Received Signal Strength Indication)일 수 있다. 또한, 네트워크 품질 측정부(13)는 물리계층을 통해 송출되는 데이터의 송신전력(TxPwr)을 검출하여 무선통신망의 품질을 측정할 수 있다.
한편, 하기의 표 1은 수신단말이 위치한 환경을 다르게 한 후, CINR, RSSI, 및 송신전력(TxPwr)의 평균값 및 분산값을 각각 검출한 결과를 예시한다.
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LOS Non-LOS In Building LOS Non-LOS In Building
CINR 평균값 15.15 12.63 8.57 13.13 14.17 8.81
분산값 40.82 53.11 10.46 40.82 43.94 10.82
RSSI 평균값 -57 -54.82 -77.87 -57.5 -54.01 -79.52
분산값 54.6 57.56 13.11 54.59 51.36 19.26
TxPwr 평균값 -5.72 -0.63 19.15 15.71 11.92 19.98
분산값 110.92 153.11 22.18 27.90 51.46 8.17
표 1을 참조하면, 기지국과 직선 상으로 연결되는 위치(LOS; Line of sight)에서는 특히 상대적으로 높은 RSSI값과 낮은 송신전력(TxPwr)값이 검출되며, 기지국과 직선 상으로 연결되지 않는 이외의 위치(Non-LOS; Non-line of sight)에서는 특징적으로 RSSI값의 변화가 많은 것으로 검출된다. 또한, 수신단말이 건물 내부에 위치하는 경우(In Building), RSSI값이 현저하게 낮아지고, 송신전력(TxPwr) 값이 상대적으로 높아지는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 수신단말이 위치한 환경에 따라 CINR, RSSI, 송신전력 값의 평균값과 분산값이 특징적으로 나타나므로, 네트워크 품질 측정부(13)를 통해 측정되는 CINR, RSSI, 송신전력 값의 평균값과 분산값에 대한 크기와 변화를 이용하여 수신단말이 위치한 환경을 예측할 수 있다. 따라서, 대역폭 예측부(15)는 네트워크 품질 측정부(13)가 측정한 CINR, RSSI, 송신전력(TxPwr) 등을 이용하여 수신단말이 위치한 환경을 예측한다. 예컨대, 하기 표 2에서와 같이 나타나는 CINR, RSSI, 송신전력 값의 평균값과 분산값의 특징을 이용하여 수신단말이 위치한 환경을 예측한다.
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LOS 높은 RSSI & 매우 낮은 송신전력 높은 RSSI & 송신전력의 낮은 분산값
Non-LOS 송신전력이 0주위에 분포됨 & 송신전력의 높은 분산값 높은 RSSI & 송신전력의 높은 분산값
In Building 매우 낮은 RSSI & 매우 높은 송신전력 매우 낮은 RSSI & 매우 높은 송신전력
본 발명의 실시예에서는, 수신단말이 위치한 환경을 예측하는 기준으로서 CINR, RSSI, 송신전력 값의 평균값과 분산값의 크기와 변화를 예시하였다. 그러나, 본 발명이 이를 한정하는 것은 아니며, 수신단말이 위치한 환경을 예측하는 기준은 수신단말이 위치한 환경에 따라 특징적인 크기 및/또는 변화를 나타내는 값이면 충분하다. 수신단말이 위치한 환경에 따라 특징적인 크기 및/또는 변화를 나타내는 값은 실험을 통해 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 대역폭 예측부(15)는 수신단말이 위치한 환경에서의 데이터 전송 특성을 반영한 가중치를 설정한다. 예컨대, 상기 가중치는 하기의 표 3과 같이 설정될 수 있다.
수신단말이 위치한 환경 가중치
LOS 0.8
Non-LOS 0.7
In Building 0.6
그리고, 대역폭 예측부(15)는 네트워크 품질 측정부(13)를 통해 측정된 값(예컨대, CINR, RSSI, 송신전력 값)을 이용하여 물리계층의 데이터 레이트를 산정한다. 예컨대, 대역폭 예측부(15)는 CINR값의 수준에 대응하여 물리계층의 데이터 레이트를 산정할 수 있다. CINR값의 수준에 대응하는 물리계층의 데이터 레이트는 실험을 통해 미리 정해질 수 있다. 예컨대, 물리계층의 데이터 레이트는 하기의 표 4와 같이 정해질 수 있다. 대역폭 예측부(15)가 물리계층의 데이터 레이트를 결정함을 가정하면, 측정된 CINR이 20일 경우 대역폭 예측부(15)는 물리계층의 데이터 레이트는 12Mbps로 결정하고 변조방식은 16QAM-1/2로 결정한다.
CINR Range[dB] 물리계층의 데이터 레이트[Mbps] 변조방식
CINR ≥27.78 18 64QAM-1/2
27.78 ＞ CINR ≥ 16.02 12 16QAM-1/2
16.02 ＞ CINR ≥ 7.51 8 QPSK
7.51＞ CINR 2 BPSK
나아가, 대역폭 예측부(15)는 수신단말이 위치한 환경에서 사용 가능한 대역폭을 연산한다.
대역폭 예측부(15)는 물리계층의 데이터 레이트에 수신단말이 위치한 환경과 현재의 망에 접속한 사용자의 수를 적용하고, 어플리케이션 계층에서 사용 가능한 대역폭을 연산한다.
바람직하게, 대역폭 예측부(15)는 하기의 수학식 1의 연산을 통해 어플리케이션 계층에서 사용 가능한 대역폭을 연산할 수 있다.
여기서, Rtar은 어플리케이션 계층에서 사용 가능한 대역폭, Rcur은 물리 계층에서 측정되는 대역폭이고, α는 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 반영한 가중치 계수이고, β는 현재 망에 접속된 사용자의 수이고, ψ는 어플리케이션 계층의 오버해드 이다.
대역폭 제어부(17)는 대역폭 예측부(15)로부터 어플리케이션 계층에서 사용 가능한 대역폭을 제공받는다. 그리고, 상기 대역폭을 기준으로, 동영상 부호화기(11)로부터 출력되는 대역폭을 제어한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 송수신 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 송수신 시스템은 송신장치 및 수신장치로서 각각 구비된 제3 및 제4단말(30, 40)을 포함하며, 상기 제3 및 제4단말(30,40)은 본 발명의 일 실시예에서와 같이 무선통신망(1)을 통해 연결된다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 송수신 시스템은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송수신 시스템과 동일하다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송수신 시스템에서는, 전송채널에 대한 품질을 측정하는 네트워크 품질 측정부(13) 및 사용 가능한 대역폭을 결정하는 대역폭 예측부(15)가 송신장치로서 구비된 제1단말(10)에 마련되었으나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 송수신 시스템에서는 전송채널에 대한 품질을 측정하는 네트워크 품질 측정부(43) 및 사용 가능한 대역폭을 결정하는 대역폭 예측부(45)가 수신장치로서 구비된 제4단말(40)에 구비되는 것이 다르다. 또한, 이러한 차이점으로 인해, 대역폭 예측부(45)는 어플리케이션 계층에서 사용 가능한 대역폭을 실시간 제어 프로토콜(RTCP; Real Time Control Protocol)을 통해 송신장치로서 구비된 제3단망(30)의 대역폭 제어부(17)로 제공한다.
이하, 전술한 구성요소를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송수신 시스템의 동작을 설명함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송방법의 진행 과정을 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송방법의 순서를 도시하는 흐름도이다.
우선, 100단계에서는 무선통신망의 품질, 즉 수신장치와 연결된 채널의 상태를 측정한다. 100단계는 네트워크 품질 측정부(13)에 의해 수행될 수 있다. 구체적으로, 네트워크 품질 측정부(13)는, MAC계층에서 무선통신망을 통해 수신장치와 연결을 시도하는 과정에서, 무선통신망에 대한 품질의 측정을 위해 교환되는 전송 파라미터를 검출한다. 즉, MAC 관리 메시지(MAC management message)에 포함되는 파라미터들, 예컨대 CINR(carrier interface to noise ratio), RSSI(Received Signal Strength Indication)등을 검출한다. 또한, 네트워크 품질 측정부(13)는 물리계층을 통해 송출되는 데이터의 송신전력(TxPwr)을 검출하여 무선통신망의 품질을 측정할 수도 있다.
다음으로, 200단계에서는 수신 단말이 위치한 환경에 따른 CINR, RSSI, 송신전력 값의 평균값과 분산값에 대한 특징을 고려하여 수신 단말이 위치한 환경을 예측한다. 즉, 대역폭 예측부(15)는 네트워크 품질 측정부(13)가 측정한 CINR, RSSI, 송신전력(TxPwr) 등을 확인하여, 하기 표 5에 대응하는 환경을 예측한다.
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LOS 높은 RSSI & 매우 낮은 송신전력 높은 RSSI & 송신전력의 낮은 분산값
Non-LOS 송신전력이 0주위에 분포됨 & 송신전력의 높은 분산값 높은 RSSI & 송신전력의 높은 분산값
In Building 매우 낮은 RSSI & 매우 높은 송신전력 매우 낮은 RSSI & 매우 높은 송신전력
본 발명의 실시예에서는, 수신단말이 위치한 환경을 예측하는 기준으로서 CINR, RSSI, 송신전력 값의 평균값과 분산값의 크기와 변화를 예시하였다. 그러나, 본 발명이 이를 한정하는 것은 아니며, 수신단말이 위치한 환경을 예측하는 기준은 수신단말이 위치한 환경에 따라 특징적인 크기 및/또는 변화를 나타내는 값이면 충분하다. 즉, 수신단말이 위치한 환경에 따라 특징적인 크기 및/또는 변화를 나타내는 값은 실험을 통해 다양하게 변경될 수 있다.
다음으로, 300단계에서는 수신 단말이 위치한 환경, 물리계층에서 측정되는 대역폭, 무선통신망의 품질, 현재의 망에 접속한 사용자의 수 등을 고려하여 어플리케이션 계층에서 사용 가능한 대역폭을 연산한다. 300단계는 대역폭 예측부(15)의 구동에 의해 이루어질 수 있다. 우선, 대역폭 예측부(15)는 수신 단말이 위치한 환경에서의 데이터 전송 특성을 반영한 가중치를 하기의 표 6을 기준으로 설정한다.
수신단말이 위치한 환경 가중치
LOS 0.8
Non-LOS 0.7
In Building 0.6
그런 다음. 대역폭 예측부(15)는 네트워크 품질 측정부(13)를 통해 측정된 값(예컨대, CINR, RSSI, 송신전력 값)을 이용하여 물리계층의 데이터 레이트를 산정한다. 예컨대, 대역폭 예측부(15)는 파라미터 값을 이용하여 측정한 CINR값의 수준에 대응하여 물리계층의 데이터 레이트를 하기의 표 7에 기초하여 설정한다. 대역폭 예측부(15)가 물리계층의 데이터 레이트를 결정함을 가정하면, 측정된 CINR이 20일 경우 대역폭 예측부(15)는 물리계층의 데이터 레이트는 12Mbps로 결정하고 변조방식은 16QAM-1/2로 결정한다.
CINR Range[dB] 물리계층의 데이터 레이트[Mbps] 변조방식
CINR ≥27.78 18 64QAM-1/2
27.78 ＞ CINR ≥ 16.02 12 16QAM-1/2
16.02 ＞ CINR ≥ 7.51 8 QPSK
7.51＞ CINR 2 BPSK
최종적으로, 대역폭 예측부(15)는 수신 단말이 위치한 환경, 물리계층에서 측정되는 대역폭, 무선통신망의 품질, 현재의 망에 접속한 사용자의 수 등을 반영하여, 어플리케이션 계층에서 사용 가능한 대역폭을 연산한다.
바람직하게, 대역폭 예측부(15)는 하기의 수학식 2의 연산을 통해 어플리케이션 계층에서 사용 가능한 대역폭을 연산할 수 있다.
여기서, Rtar은 어플리케이션 계층에서 사용 가능한 대역폭, Rcur은 물리 계층에서 측정되는 대역폭이고, α는 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 반영한 가중치 계수이고, β는 현재 망에 접속된 사용자의 수이고, ψ는 어플리케이션 계층의 오버해드 이다.
한편, 400단계에서는 어플리케이션으로서 구비된 모듈의 동작을 수행하여, 어플리케이션의 제공을 위한 데이터를 부호화한다. 또한, 400단계는 상기 300단계에서 결정된 상기 어플리케이션 계층에서 사용 가능한 대역폭을 반영하여 수행한다. 예컨대, 400단계는 대역폭 제어부(17)와 동영상 부호화기(11)가 구동되는 과정일 수 있다. 즉, 어플리케이션을 수행하기 위한 동영상 부호화기(11)가 가변 비트 제어를 통해 동영상의 부호화를 수행한다. 그리고, 대역폭 제어부(17)는 동영상 부호화기(11)로부터 출력되는 데이터 레이트를 확인하여, 대역폭 예측부(15)로부터 제공받은 상기 대역폭을 기준으로 동영상 부호화기(11)의 제어값을 할당한다. 이에 따라, 동영상 부호화기(11)는 대역폭 예측부(15)로부터의 상기 제어값을 반영하여 양자화 파라미터를 변경한다. 이로써, 동영상 부호화기(11)에서 출력되는 데이터 레이트가 제어된다.
마지막으로, 500단계에서는 상기 400단계를 통해 생성되는 비트스트림을 무선 채널을 통해 전송한다.
전술한 본 발명의 데이터 전송방법 및 장치에 따르면, 수신장치와 연결된 무선 채널에 대한 정보를 이용하여 채널 대역폭을 예측할 수 있다. 그리고, 예측된 채널 대역폭을 어플리케이션에 적용하여, 무선 채널의 상태에 따라 안정적으로 어플리케이션 데이터를 전송할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (17)

  1. 어플리케이션에서 사용 가능한 대역폭을 예측하는 방법에 있어서,
    데이터 전송채널에 대한 품질을 측정하는 과정과,
    측정된 데이터 전송채널에 대한 상기 품질을 고려하여, 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 예측하는 과정과,
    채널이 수용할 수 있는 사용자 수 및 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 고려하여, 어플리케이션 계층에서 사용 가능한 대역폭을 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 대역폭 예측 방법.
  2. 제1항에 있어서, 데이터 전송채널에 대한 품질을 측정하는 과정은, 전송장치와 수신장치 사이에서 교환되는 전송 파라미터를 측정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 대역폭 예측 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전송 파라미터는 CINR(carrier interface to noise ratio) 및 수신신호강도(RSSI; Received Signal Strength Indication)값을 포함하는 것을 특징으로 하는 대역폭 예측 방법.
  4. 제2항에 있어서, 데이터 전송채널에 대한 품질을 측정하는 과정은, 측정된 상기 파라미터에 대응하는 물리 계층의 데이터 레이트를 예측하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 대역폭 예측 방법.
  5. 제1항에 있어서, 수신장치의 현재 위치에 대한 환경은,
    건물 내부, 송신장치와 연결되는 직선 상의 위치(LOS; Line of sight), 및 송신장치와 연결되는 직선 이외의 위치(Non-LOS; Non-line of sight)를 포함함을 특징으로 하는 대역폭 예측 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    데이터 전송채널에 대한 품질을 측정하는 과정은, 전송장치와 수신장치 사이의 전송 파라미터의 평균값 및 편차값을 측정하는 과정을 포함하며,
    수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 예측하는 과정은, 측정된 상기 전송 파라미터의 평균값 및 편차값과 대응하는 미리 정해진 값을 확인하고, 상기 미리 정해진 값이 해당되는 환경을 현재 위치에 대한 환경으로 예측하는 것을 특징으로 하는 대역폭 예측 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    결정된 상기 대역폭을 반영하여, 비트 레이트 제어를 통한 비디오 데이터의 부호화를 수행하는 과정과,
    부호화된 비트스트림을 전송하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 대역폭 예측 방법.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    어플리케이션 계층에서 사용 가능한 대역폭은 하기의 수학식의 연산을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 대역폭 예측 방법.
    <수학식>
    Rtar은 어플리케이션 계층에서 사용 가능한 대역폭, Rcur은 물리 계층에서 측정되는 대역폭, α는 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 반영한 가중치 계수, β는 현재 망에 접속된 사용자의 수, ψ는 어플리케이션 계층의 오버해드임.
  9. 데이터를 전송하는 장치에 있어서,
    가변 비트 제어를 이용하여 입력된 데이터를 부호화하는 어플리케이션 모듈과,
    데이터 전송채널에 대한 품질을 측정하는 네트워크 품질 측정부와,
    측정된 데이터 전송채널에 대한 상기 품질을 고려하여 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 예측하고, 채널이 수용할 수 있는 사용자 수 및 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 고려하여, 어플리케이션 모듈이 사용 가능한 대역폭을 결정하는 대역폭 예측부와,
    상기 대역폭 예측부에서 결정된 상기 대역폭을 고려하여, 어플리케이션 모듈이 사용 가능한 대역폭을 제어하는 대역폭 제어부를 포함함을 특징으로 하는 대역폭 예측을 통해 데이터를 전송하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 네트워크 품질 측정부는, 전송장치와 수신장치 사이에서 교환되는 전송 파라미터를 측정하는 것을 특징으로 하는 대역폭 예측을 통해 데이터를 전송하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 전송 파라미터는 CINR(carrier interface to noise ratio), RSSI(Received Signal Strength Indication) 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 대역폭 예측을 통해 데이터를 전송하는 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 네트워크 품질 측정부는, 측정된 상기 파라미터에 대응하는 물리 계층의 데이터 레이트를 예측하는 것을 특징으로 하는 대역폭 예측을 통해 데이터를 전송하는 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    네트워크 품질 측정부는,
    전송장치와 수신장치 사이의 전송 파라미터의 평균값 및 편차값을 측정하며,
    상기 대역폭 예측부는,
    측정된 상기 전송 파라미터의 평균값 및 편차값과 대응하는 미리 정해진 값을 확인하고, 상기 미리 정해진 값이 해당되는 환경을 현재 위치에 대한 환경으로 예측하는 것을 특징으로 하는 대역폭 예측을 통해 데이터를 전송하는 장치.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어플리케이션 모듈은 상기 대역폭 제어부로부터 제공받은 대역폭을 기준으로 비트레이트를 조절하여, 비디오 데이터의 부호화를 수행하는 비디오 부호화 장치인 것을 특징으로 하는 대역폭 예측을 통해 데이터를 전송하는 장치.
  15. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대역폭 예측부는 하기의 수학식의 연산을 통해 사용 가능한 대역폭을 예측하는 것을 특징으로 하는 대역폭 예측을 통해 데이터를 전송하는 장치.
    <수학식>
    Rtar은 어플리케이션 계층에서 사용 가능한 대역폭, Rcur은 물리 계층에서 측정되는 대역폭, α는 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 반영한 가중치 계수, β는 현재 망에 접속된 사용자의 수, ψ는 어플리케이션 계층의 오버해드임.
  16. 무선채널을 통해 연결된 송신장치 및 수신장치가 데이터를 송수신하는 시스템에 있어서,
    상기 송신장치는,
    가변 비트 제어를 이용하여 입력된 데이터를 부호화하는 어플리케이션 모듈과,
    전송채널에 대한 품질을 고려하여 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 예측하고, 채널이 수용할 수 있는 사용자 수 및 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 고려하여, 어플리케이션 모듈이 사용 가능한 대역폭을 결정하는 대역폭 예측부와,
    상기 대역폭 예측부에서 결정된 상기 대역폭을 고려하여, 어플리케이션 모듈이 사용 가능한 대역폭을 제어하는 대역폭 제어부를 포함하며,
    상기 수신장치는,
    상기 송신장치에 구비된 상기 어플리케이션 모듈의 부호화에 대응하여 데이터를 복원하는 복호화 어플리케이션 모듈을 포함하며,
    상기 송신장치 또는 수신장치에는 데이터 전송채널에 대한 품질을 측정하고, 이를 전송장치의 상기 대역폭 예측부에 제공하는 네트워크 품질 측정부가 구비되는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 시스템.
  17. 무선채널을 통해 연결된 송신장치 및 수신장치가 데이터를 송수신하는 시스템에 있어서,
    상기 송신장치는,
    가변 비트 제어를 이용하여 입력된 데이터를 부호화하는 어플리케이션 모듈과,
    수신장치로부터 사용 가능한 대역폭을 제공받고, 상기 대역폭 예측부에서 결정된 상기 대역폭을 고려하여, 어플리케이션 모듈이 사용 가능한 대역폭을 제어하는 대역폭 제어부를 포함하며,
    상기 수신장치는,
    상기 송신장치에 구비된 상기 어플리케이션 모듈의 부호화에 대응하여 데이터를 복원하는 복호화 어플리케이션 모듈과,
    데이터 전송채널에 대한 품질을 측정하는 네트워크 품질 측정부와,
    전송채널에 대한 품질을 고려하여 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 예측하고, 채널이 수용할 수 있는 사용자 수 및 수신장치의 현재 위치에 대한 환경을 고려하여, 어플리케이션 모듈이 사용 가능한 대역폭을 결정하고, 결정된 상기 대역폭을 전송장치의 대역폭 제어부에 제공하는 대역폭 예측부를 포함함을 특징으로 하는 데이터 송수신 시스템.
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