KR20170022772A - 무선 통신 시스템에서 혼잡 관리 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 개시는 LTE와 같은 4G 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원할 5G 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 무선 통신 시스템에서 기지국의 혼잡 제어 방법에 있어서, 상향링크에 대한 혼잡 제어 필요 여부를 판단하는 단계, 상향링크에 대한 혼잡 제어가 필요한 것으로 판단하면, 혼잡 제어 적용 대상 단말을 결정하는 단계 및 혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정된 단말에 대하여 혼잡 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공할 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 혼잡 관리 방법 및 장치{Method and Apparatus for managing a congestion in a wireless communication system}

본 발명은 무선 통신 시스템에서 혼잡 관리 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 무선 통신 시스템에서 상향링크 혼잡 상황에서의 하향링크 전송 속도 저하 현상을 개선하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 이동 통신 시스템은 사용자의 활동성을 보장하면서 음성 서비스를 제공하기 위해 개발되었다. 그러나 이동통신 시스템은 점차로 음성뿐 아니라 데이터 서비스까지 영역을 확장하였으며, 현재에는 고속의 데이터 서비스를 제공할 수 있는 정도까지 발전하였다. 데이터 서비스는 음성 서비스와 달리 전송하고자 하는 데이터의 양과 채널 상황에 따라 할당할 수 있는 자원 등이 결정된다. 따라서, 이동통신 시스템과 같은 무선 통신 시스템에서는 스케줄러에서 전송하고자 하는 자원의 양과 채널의 상황 및 데이터의 양 등을 고려하여 전송 자원을 할당하는 등의 관리가 이루어진다. 이는 최신의 이동통신 시스템인 LTE(long term evolution)에서도 동일하게 이루어지며 기지국에 위치한 스케줄러가 무선 전송 자원을 관리하고 할당한다.

LTE는 크게 FDD와 TDD의 두 가지 방식으로 나뉜다. FDD는 주파수 분할 방식(Frequency Division Duplex), TDD는 시분할 방식(Time Division Duplex)의 약자다. FDD는 데이터 upload/download 시, 상향 링크 (uplink) 와 하향 링크 (downlink) 의 주파수를 각각 사용한다. TDD 는 uplink와 downlink를 같은 주파수에서 시간차를 두고 나누어 처리한다. TDD 방식은 비대칭적인 송ㆍ수신 데이터를 효율적으로 처리하는데 유리하기 때문에 데이터 수신의 비중이 압도적으로 높은 현재의 무선 데이터 트래픽(traffic) 이용 상황에 매우 적합하다. 본 발명에서는 TDD 방식을 TD-LTE로 칭한다.

4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다.

높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.

또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.

이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 개선된 혼잡 관리 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선 통신 시스템에서 상향링크 혼잡 상황 시 하향링크의 전송 속도가 저하되는 현상을 극복하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 무선 통신 시스템에서 기지국의 혼잡 제어 방법에 있어서, 상향링크에 대한 혼잡 제어 필요 여부를 판단하는 단계, 상향링크에 대한 혼잡 제어가 필요한 것으로 판단하면, 혼잡 제어 적용 대상 단말을 결정하는 단계 및 혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정된 단말에 대하여 혼잡 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 무선 통신 시스템에서 혼잡 제어를 위한 기지국에 있어서, 신호를 송신 및 수신하는 통신부 및 상향링크에 대한 혼잡 제어 필요 여부를 판단하고, 상향링크에 대한 혼잡 제어가 필요한 것으로 판단하면, 혼잡 제어 적용 대상 단말을 결정하며, 혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정된 단말에 대하여 혼잡 제어를 수행하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국을 제공할 수 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시 예에 따르면 개선된 혼잡 관리 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면 무선 통신 시스템에서 상향링크 혼잡 상황 시 하향링크의 전송 속도가 저하되는 현상을 극복하기 위한 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면 하향링크 자원에 여유가 있음에도 불구하고 상향링크 자원이 부족하여 처리량(throughput)이 저하되는 현상을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 LTE 시스템의 구조를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 LTE 시스템에서 데이터 플레인의 무선 프로토콜 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명이 적용되는 단말에서 반송파 집적을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 상향링크 자원 및 하향링크 자원을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 혼잡 제어 방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혼잡 제어 필요 여부 판단 및 대상 단말의 결정을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패킷 폐기를 통한 혼잡 제어 수행 방법을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 혼잡 제어 필요 여부 판단 및 대상 단말의 결정을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 혼잡 마킹을 이용한 혼잡 제어 수행 방법을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말을 설명하는 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 다양한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면들에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 하기의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

하기 본 발명의 실시 예에서는 무선 통신 시스템에서 혼잡 상황을 개선하기 위한 방법 및 장치에 대하여 설명하다. 또한, 본 발명의 실시 예는 상향링크 혼잡 상황에서 하향링크의 전송 속도가 저하되는 형상을 극복하기 위한 방법 및 장치에 대하여 설명한다. 또한, 본 발명의 실시 예에서는 부족한 상향링크 자원을 효율적으로 사용하여 하향링크 처리량을 개선하기 위해, TCP 상향링크 세션(TCP uplink session)의 트래픽 전송량을 제어하는 방법 및 장치를 설명한다. 본 발명에서는 이를 통해 하향링크 자원이 여유가 있음에도 불구하고 상향링크의 자원 부족으로 인해 처리량(throughput)이 저하되는 현상을 개선한다.

본 발명의 실시 예에서는 설명의 편의를 위하여 LTE 시스템에서의 동작을 예로 들어 설명한다. 다만, 본 발명의 실시 예는 LTE 시스템에 한정되는 것은 아니며 트래픽 관리를 통해 혼잡 제어를 할 수 있는 다양한 통신 시스템에 적용될 수 있을 것이다.

이하, 본 발명의 실시 예에서 기지국은 단말의 자원할당을 수행하는 주체로서, eNode B, Node B, BS (Base Station), 무선 접속 유닛, 기지국 제어기, 또는 네트워크 상의 노드 중 적어도 하나일 수 있다. 단말은 UE (User Equipment), MS (Mobile Station), 셀룰러 폰, 스마트 폰, 컴퓨터, 또는 통신기능을 수행할 수 있는 멀티미디어시스템을 포함할 수 있다. 본 발명에서 하향링크(Downlink; DL)는 기지국이 단말에게 전송하는 신호의 무선 전송경로이고, 상향링크는(Uplink; UL)는 단말이 기지국에게 전송하는 신호의 무선 전송경로를 의미한다. 또한, 이하에서 LTE 혹은 LTE-A 시스템을 일례로서 본 발명의 실시 예를 설명하지만, 유사한 기술적 배경 또는 채널형태를 갖는 여타의 통신시스템에도 본 발명의 실시 예가 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예는 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로써 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 일부 변형을 통해 다른 통신시스템에도 적용될 수 있다.

본 발명의 실시 예에서 단말은 이동국(MS), 사용자 장비(UE; User Equipment), 사용자 터미널(UT; User Terminal), 무선 터미널, 액세스 터미널(AT), 터미널, 가입자 유닛(Subscriber Unit), 가입자 스테이션(SS; Subscriber Station), 무선 기기(wireless device), 무선 통신 디바이스, 무선 송수신유닛(WTRU; Wireless Transmit/Receive Unit), 이동 노드, 모바일 또는 다른 용어들로서 지칭될 수 있다. 단말의 다양한 실시 예들은 셀룰러 전화기, 무선 통신 기능을 가지는 스마트 폰, 무선 통신 기능을 가지는 개인 휴대용 단말기(PDA), 무선 모뎀, 무선 통신 기능을 가지는 휴대용 컴퓨터, 무선 통신 기능을 가지는 디지털 카메라와 같은 촬영장치, 무선 통신 기능을 가지는 게이밍 장치, 무선 통신 기능을 가지는 음악저장 및 재생 가전제품, 무선 통신 기능을 가진 커넥티드 드라이브, 무선 통신 기능을 가진 이동 수단, 무선 인터넷 접속 및 브라우징이 가능한 인터넷 가전제품뿐만 아니라 그러한 기능들의 조합들을 통합하고 있는 휴대형 유닛 또는 단말기들을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서 다운로드는 기지국에서 단말로의 데이터 패킷 전송을 의미하고, 업로드는 단말에서 기지국으로의 데이터 패킷 전송을 의미할 수 있다. 하향링크 세션과 다운로드 세션은 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 상향링크 세션과 업로드 세션은 동일한 의미로 사용될 수 있다.

본 발명의 실시 예에서 트래픽이란 특정 전송로상에서 일정 시간 내에 흐르는 데이터(data)의 양을 의미할 수 있다. 또한, 어떤 통신 장치나 시스템에 걸리는 부하를 의미할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서 트래픽은 TCP/IP(transmission control protocol/internet protocol)의 패킷을 의미할 수 있다. TCP/IP는 패킷 교환 방식을 관장하는 통신 규약이다.

도 1은 본 발명이 적용되는 LTE 시스템의 구조를 도시하는 도면이다.

도 1에서 eNB(105 ~ 120)는 UMTS 시스템의 기존 노드 B에 대응된다. eNB는 UE(135)와 무선 채널로 연결되며 기존 노드 B 보다 복잡한 역할을 수행한다. LTE 시스템에서는 인터넷 프로토콜을 통한 VoIP(Voice over IP)와 같은 실시간 서비스를 비롯한 모든 사용자 트래픽이 공용 채널(shared channel)을 통해 서비스 되므로, UE들의 버퍼 상태, 가용 전송 전력 상태, 채널 상태 등의 상태 정보를 취합해서 스케줄링을 하는 장치가 필요하며, 이를 eNB(105 ~ 120)가 담당한다. 하나의 eNB는 통상 다수의 셀들을 제어한다. 예컨대, 100 Mbps의 전송 속도를 구현하기 위해서 LTE 시스템은 예컨대, 20 MHz 대역폭에서 직교 주파수 분할 다중 방식(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 OFDM이라 한다)을 무선 접속 기술로 사용한다. 또한 단말의 채널 상태에 맞춰 변조 방식(modulation scheme)과 채널 코딩률(channel coding rate)을 결정하는 적응 변조 코딩(Adaptive Modulation & Coding, 이하 AMC라 한다) 방식을 적용한다. S-GW(130)는 데이터 베어러를 제공하는 장치이며, MME(125)의 제어에 따라서 데이터 베어러를 생성하거나 제거한다. MME는 단말에 대한 이동성 관리 기능은 물론 각종 제어 기능을 담당하는 장치로 다수의 기지국 들과 연결된다.

도 2는 본 발명이 적용되는 LTE 시스템에서 무선 프로토콜 구조를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, LTE 시스템의 무선 프로토콜은 단말과 ENB에서 각각 PDCP(Packet Data Convergence Protocol 205, 240), RLC(Radio Link Control 210, 235), MAC (Medium Access Control 215,230)으로 이루어진다. PDCP(Packet Data Convergence Protocol)(205, 240)는 IP 헤더 압축/복원 등의 동작을 담당하고, 무선 링크 제어(Radio Link Control, 이하 RLC라고 한다)(210, 235)는 PDCP PDU(Packet Data Unit)를 적절한 크기로 재구성한다. MAC(215,230)은 한 단말에 구성된 여러 RLC 계층 장치들과 연결되며, RLC PDU들을 MAC PDU에 다중화하고 MAC PDU로부터 RLC PDU들을 역다중화하는 동작을 수행한다. 물리 계층(220, 225)은 상위 계층 데이터를 채널 코딩 및 변조하고, OFDM 심벌로 만들어서 무선 채널로 전송하거나, 무선 채널을 통해 수신한 OFDM 심벌을 복조하고 채널 디코딩해서 상위 계층으로 전달하는 동작을 한다. 또한 물리 계층에서도 추가적인 오류 정정을 위해, HARQ 　(Hybrid ARQ) 를 사용하고 있으며, 수신단에서는 송신단에서 전송한 패킷의 수신여부를 1 비트로 전송한다. 이를 HARQ ACK/NACK 정보라 한다. 업링크 전송에 대한 다운링크 HARQ ACK/NACK 정보는 PHICH (Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel) 물리 채널을 통해 전송되며 다운링크 전송에 대한 업링크 HARQ ACK/NACK 정보는 PUCCH (Physical Uplink Control Channel)이나 PUSCH (Physical Uplink Shared Channel) 물리 채널을 통해 전송될 수 있다.　

도 3은 단말에서 반송파 집적을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 하나의 기지국에서는 일반적으로 여러 주파수 대역에 걸쳐서 다중 반송파들이 송출되고 수신된다. 예를 들어 기지국(305)에서 중심 주파수가 f1인 반송파(315)와 중심 주파수가 f3(310)인 반송파가 송출될 때, 종래에는 하나의 단말이 상기 두 개의 반송파 중 하나의 반송파를 이용해서 데이터를 송수신하였다. 그러나 반송파 집적 능력을 가지고 있는 단말은 동시에 여러 개의 반송파로부터 데이터를 송수신할 수 있다. 기지국(305)은 반송파 집적 능력을 가지고 있는 단말(330)에 대해서는 상황에 따라 더 많은 반송파를 할당함으로써 상기 단말(330)의 전송 속도를 높일 수 있다.

전통적인 의미로 하나의 기지국에서 송출되고 수신되는 하나의 순방향 반송파와 하나의 역방향 반송파가 하나의 셀을 구성한다고 할 때, 반송파 집적이란 단말이 동시에 여러 개의 셀을 통해서 데이터를 송수신하는 것으로 이해될 수도 있을 것이다. 이를 통해 최대 전송 속도는 집적되는 반송파의 수에 비례해서 증가된다.

이하 본 발명을 설명함에 있어서 단말이 임의의 순방향 반송파를 통해 데이터를 수신하거나 임의의 역방향 반송파를 통해 데이터를 전송한다는 것은 상기 반송파를 특징짓는 중심 주파수와 주파수 대역에 대응되는 셀에서 제공하는 제어 채널과 데이터 채널을 이용해서 데이터를 송수신한다는 것과 동일한 의미를 가진다. 또한 이하 본 발명의 실시 예는 설명의 편의를 위해 LTE 시스템을 가정하여 설명될 것이나, 본 발명은 반송파 집적을 지원하는 각종 무선 통신 시스템에 적용될 수 있다.

데이터 다운로드, 파일 공유, 비디오 등 인터넷 트래픽의 대부분은 TCP를 이용하고 있다. TCP는 세션을 연결하고 통신하는 연결 기반 프로토콜(connection based protocol)이다. TCP는 신뢰성 보장을 위해 데이터를 받은 수신단에서 수신 확인 패킷(ACK packet)을 전송하여 송신단에 알리게 되어있다. 따라서 다운로드(download) 시에도 일정 비율의 상향링크 자원을 필요로 한다. 즉, 상향링크 자원이 부족한 경우, 하향링크를 위한 자원이 충분한 경우에도 송수신 속도가 저하될 수 있다. TCP 업로드 세션의 데이터 패킷과 TCP 다운로드 세션에 대한 ACK 패킷은 모두 상향링크 자원을 이용한다. 상향링크 전송 자원은 한정되어 있으므로 업로드 데이터 전송에 많은 자원이 이용되는 경우, 상대적으로 다운로드에 대한 ACK 패킷 전송을 위한 자원 양이 부족할 수 있다. 다운로드 세션에 대한 ACK 패킷은 수신단에서 수신한 다운로드 데이터의 성공적인 수신 여부를 지시하는 정보이다.

상향링크의 혼잡 상황은 상향링크 전송을 위한 자원이 부족한 경우이다. 부족한 상향링크 자원이 업로드 데이터 전송에 많이 이용되는 경우 다운로드 세션에 대한 ACK 패킷이 충분히 전송될 수 없다. 이 경우, 하향링크 자원의 여유가 있음에도 불구하고 처리량(throughput)이 저하되는 현상이 발생할 수 있다. 즉, TCP 전송에서 다운로드 데이터를 전송하는 송신단은 이전에 전송한 다운로드 데이터에 대한 ACK 정보를 수신한 이후 다음 정보를 전송해야 할 것이나, 상향링크에서 ACK를 전송하기 위한 자원이 부족하여 다운로드 세션에 대한 ACK 전송이 지연되는 경우 하향링크 자원이 여유가 있음에도 불구하고 처리량이 저하되는 현상이 발생할 수 있다. 기지국에서의 처리 우선순위가 높은 VoLTE(voice over LTE), 시그널링 메시지(signaling message) 등의 영향으로 상향링크 자원이 더 부족해지면, 하향링크 처리량 저하 현상이 더욱 심화될 수 있다.

따라서 다운로드 세션에 대한 ACK 패킷이 충분히 전송될 수 있도록 제어하여 하향링크 자원에 여유가 있음에도 불구하고 활용하지 못해 처리량이 저하되는 현상을 막기 위한 방법이 요구된다. 본 발명의 실시 예에서는 상향링크 혼잡 제어가 필요하다고 판단되는 경우, 혼잡 제어 적용 대상 단말을 결정하고, 결정된 단말에 대해서 혼잡 제어를 수행하여 다운로드 세션에 대한 ACK 패킷을 전송하기 위한 상향링크 자원을 확보할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 상향링크 자원 및 하향링크 자원을 설명하는 도면이다.

도 4를 참조하면, 하향링크(110)와 상향링크(130)의 자원이 할당되어 있다. 하향링크(110)은 TCP 업로드 세션의 ACK 패킷 (111), TCP 다운로드 세션의 데이터 패킷(113), TCP 패킷 이외 하향링크 트래픽 (115)으로 구분될 수 있다. 상향링크(130)는 TCP 업로드 세션의 데이터 패킷(131), TCP 다운로드 세션의 ACK 패킷(133), TCP 패킷 이외 상향링크 트래픽(135)을 포함할 수 있다.

TCP 업로드 세션의 ACK 패킷(111)은 TCP 업로드 세션의 데이터 패킷(131)에 대한 수신 여부를 알리는 정보이다. TCP 다운로드 세션의 데이터 패킷(113)은 기지국에서 단말로 전송되는 TCP 데이터 패킷이다. TCP 패킷 이외의 하향링크 트래픽(115)는 TCP 패킷을 제외한 기지국에서 단말로 전송되는 데이터 패킷으로 VoLTE 패킷, 시그널링에 이용되는 패킷, UDP(user datagram protocol) 패킷 등이 포함될 수 있다. TCP 업로드 세션의 데이터 패킷(131)은 단말에서 기지국으로 전송되는 TCP 데이터 패킷이다. TCP 다운로드 세션의 ACK 패킷(133)은 TCP 다운로드 세션의 데이터 패킷(131)에 대한 수신 여부를알리는 정보이다. TCP 패킷 이외 상향링크 트래픽(135)은 TCP 패킷을 제외한 단말에서 기지국으로 전송되는 데이터 패킷으로, VoLTE 패킷, 시그널링에 이용되는 패킷, UDP 패킷 등이 포함될 수 있다.

TCP는 신뢰성 보장을 위해, 데이터를 받은 수신단에서 ACK 패킷(수신 여부를 지시하는 패킷)을 전송하여 송신단에 알리게 되어있다. 따라서 다운로드 시에도 일정 비율의 상향링크 자원을 필요로 한다. 예를 들어, 도 4에서 다운로드를 위해서 일정 비율의 TCP 다운로드 세션의 ACK 패킷(133)을 위한 자원을 필요로 한다. 유사하게 업로드 시에도 일정 비율의 하향링크 자원을 필요로 한다. 예를 들어, 도 4에서 업로드를 위해서 일정 비율의 TCP 업로드 세션의 ACK 패킷(111)을 필요로 한다.

지연 ACK(delay ACK)을 사용하는 경우 n 개의 데이터 패킷 당 1 개의 ACK 패킷이 전송된다. TCP data packet size * n byte 전송을 위해 ACK packet size byte 만큼의 반대방향 자원이 필요하다. 설명의 편의를 위해 이 비율을 C로 정의한다.

상향링크(110) 자원 중 TCP 업로드 세션의 데이터 패킷(131)이 차지한 자원 양을 A, TCP 다운로드 세션의 ACK 패킷이 차지한 자원 양을 B(133), TCP 패킷 이외 업로드 패킷이 차지하는 자원(135)의 양을 Ua로 정의할 수 있다. A, B, Ua의 단위는 Mbps 일 수 있다. 상향링크 혼잡 상황에서는 A + B + Ua 를 위해 사용되는 상향링크 자원양이 셀 상향링크 자원의 100% 일 수 있다. 따라서 혼잡 상황에서 B 자원을 확보하기 위해서는 A의 자원 또는 Ua의 자원을 조정하는 것이 요구된다.

이때, 하향링크의 최대 처리량(throughput)은 A*C + B/C + Da가 된다. 여기서 B가 낮을 경우 하향링크 자원의 여유가 있음에도 불구하고 ACK의 수신 지연으로 인하여 전송할 다운로드 데이터가 없어 하향링크 자원을 효율적으로 사용할 수 없다. 따라서 하향링크 자원을 효율적으로 이용하기 위해서는 B 자원의 양이 일정 수준 이하로 떨어지지 않도록 유지하는 것이 요구된다.

Ua, Da 는 기지국에서 조정할 수 없다. 따라서 하향링크 자원 활용을 증가시키기 위해서는 B 를 증가시켜야 하고, B 를 증가 시키기 위해서는 기지국에서 조정 가능한 A를 조정해야 한다. A 를 조정하여 B를 증가시키거나, 일정 수준 이상으로 유지할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는 이를 위해서 TCP 흐름 제어 동작과 혼잡 제어 동작을 이용할 수 있다. TCP 흐름 제어 동작은 너무 많은 패킷을 네트워크로 전송하지 않도록 ACK 없이 최대로 전송할 수 있는 데이터 양 (윈도우)를 제약하는 동작이다. TCP 혼잡 제어 동작은 송신단에서 혼잡을 인지하면, 윈도우 사이즈를 줄이는 동작이다. 상향링크 세션의 윈도우 사이즈를 줄이는 경우, 상향링크 데이터 전송 요청이 줄어들게 되고, 이는 데이터 전송에 이용되는 데이터 자원 양 A의 감소로 이어질 수 있다. 이를 통해 B 자원 양을 일정 수준이상으로 유지하고, B 자원 양을 증가시킬 수 있다.

단말은 패킷의 유실을 지시하는 패킷 또는 혼잡 마킹(congestion marking)이 된 패킷의 수신을 통해 혼잡을 인지할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 기지국은 선별적으로 특정 단말이 전송하는 상향링크의 데이터 패킷을 버리거나(discard), 혼잡 마킹을 함으로써 단말에 혼잡 제어를 지시할 수 있다. 혼잡 상황을 인식한 단말은 상향링크 세션의 데이터 양을 줄이며, 결과적으로 셀에서 다운링크 세션의 ACK 패킷이 더 많이 전송될 수 있다. 이를 통해, 다운로드 세션의 ACK 패킷을 전송하기 위한 자원의 부족으로 인한 하향링크 처리량(throughput)이 저하되는 문제점을 극복할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에서는 선별적으로 패킷을 버리거나, 혼잡 마킹을 이용하여 혼잡 상황을 인지하고, 혼잡 상황에서 윈도우 사이즈 조절을 통해 상향링크 데이터 양을 줄여 A를 줄일 수 있다. 이를 통해 B를 일정 수준 이상으로 유지하거나 늘릴 수 있다.

구체적으로 아래와 같은 방법을 통해 상향링크 혼잡 상황에서 업로드 세션의 트래픽 전송을 제약하여, 다운로드 세션의 ACK 패킷이 잘 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.

설명의 편의를 위해 아래와 같이 파라미터(parameter)를 정의한다.

- cell_threshold: 셀의 혼잡 여부를 판단하는 기준점

- p: 혼잡 제어 수행 확률

- UE_threshold: 혼잡 제어의 대상이 될 단말을 결정하는 기준점

- packet_size_threshold: 혼잡 제어의 대상이되는 패킷을 결정하는 기준점

상기 각 파라미터는 기지국에서 미리 설정할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 혼잡 제어 방법을 설명하는 도면이다.

도 5를 참조하면, 기지국은 510 동작에서 혼잡 제어가 필요한지 여부를 판단할 수 있다. 기지국은 cell_threshold를 이용하여 혼잡 제어가 필요한지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 단말로부터 수신하는 BSR(buffer status report)를 이용하여 cell_threshold를 만족하는지 여부를 판단할 수 있다. 각 단말의 버퍼 사이즈(buffer size)는 단말이 전송하는 BSR을 통해 확인할 수 있다. 기지국은 매 TTI(transmission time interval) 마다 셀 (cell) 내 단말의 버퍼(buffer) 합계가 cell_threshold 를 초과하는지 여부를 통해 혼잡 제어가 필요한지 여부를 판단할 수 있다. LTE 시스템에서 TTI는 서브프레임(subframe)일 수 있다. cell_thereshold를 판단하는 기준을 단말의 버퍼 상태에 한정하는 것은 아니다. 기지국이 RRC 연결 상태의 단말의 수가 cell_threshold로 설정될 수 있다. cell_threshold로 설정된 각 조건을 만족하는 경우 기지국은 혼잡 제어가 필요한 것으로 판단할 수 있다.

Cell_threshold를 만족하지 않는 경우 기지국은 혼잡 제어가 필요하지 않은 경우로 판단하고 해당 TTI에서 혼잡 제어를 위한 동작을 종료할 수 있다. Cell threshold를 만족하는 경우 기지국은 520 동작으로 진행한다.

520 동작에서 기지국은 혼잡 제어 대상 단말을 선택할 수 있다. 기지국은 해당 TTI에서 스케쥴링(scheduling)된 단말 중 버퍼가 UE_threshold 보다 큰 단말을 랜덤으로 선택할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 버퍼가 UE_threshold 보다 큰 단말 중 1개의 단말을 선택할 수 있다. 기지국은 n 개의 단말을 선택할 수도 있을 것이다. 기지국은 BSR을 통해서 각 단말의 버퍼 상태를 알 수 있으며, UE_threshold는 미리 설정되어 있을 수 있다. 한편, 효율을 위해서 기지국은 스케쥴링 요청(scheduling request)를 전송하는 단말 및 재전송 단말은 혼잡 제어 대상 단말에서 제외할 수 있다. 스케쥴링 요청 또는 재전송 단말을 혼잡 제어 대상 단말로 선택하는 경우, TCP 다운로드 세션의 ACK 패킷을 위한 자원 확보라는 목적 달성의 효율이 떨어질 수 있기 때문에 스케쥴링 요청을 전송하는 단말 또는 재전송 단말은 혼잡 제어 대상 단말에서 제외 할 수 있다. 기지국은 단말로부터 수신하는 패킷을 확인하여 스케쥴링 요청 단말인지 또는 재전송 패킷을 전송한 단말인지 여부를 확인할 수 있다. 기지국은 혼잡 제어 대상 단말 결정 시 버퍼 양이 많은 단말을 더 높은 확률로 선택할 수도 있다.

기지국은 혼잡 제어를 확률적으로 수행할 수 있다. 예를 들어, 기 설정된 파라미터 p를 이용하여 확률적으로 선택된 단말에 대한 실제 혼잡 제어수행 여부를 결정할 수 있다. P의 확률로 단말의 혼잡 제어 수행 여부를 결정하기 때문에 선택된 단말에 대하여 혼잡 제어를 수행하는 것으로 결정할 수도 있고, 선택된 단말에 대하여 혼잡 제어를 수행하지 않는 것으로 결정할 수도 있다. 선택된 단말에 대하여 혼잡 제어를 수행하지 않는 것으로 결정한 경우 이하 동작은 수행하지 않고 해당 TTI에서의 혼잡 제어를 위한 동작이 종료된다. 선택된 단말에 대하여 혼잡 제어를 수행하는 것으로 결정한 경우 기지국은 이하 동작에 기반하여 실제 혼잡 제어 동작을 수행한다. 예를 들어, p가 10%인 경우, 기지국이 혼잡 제어가 필요하다고 판단되는 경우 중 10%의 확률로 실제 선택된 단말에 대한 혼잡 제어가 수행된다. 확률 p는 미리 설정된 고정된 파라미터 일 수 있고, 셀의 부하에 따라 가변하는 파라미터 일 수도 있다.

기지국은 혼잡 제어 대상으로 선택된 단말을 다른 단말과 구분하여 관리할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 혼잡 제어 식별자를 이용할 수 있다. 혼잡 제어 식별자는 혼잡 제어 플래그(flag)일 수 있다. 식별자는 1비트 정보일 수 있다. 예를 들어, 혼잡 제어 단말은 1, 혼잡 제어 제외 단말은 0으로 표시할 수 있다. 기지국은 표 1과 같이 혼잡 제어 테이블을 이용하여 각 단말이 혼잡 제어 대상 단말을 관리할 수 있다.

단말	혼잡 제어 플래그
A	0
B	1
C	0
...	...

상기 표 1에서 단말 A, C는 혼잡 제어 대상 단말이 아니며, 단말 B는 혼잡 제어 대상으로 선택된 단말이다.

한편, 상기 510 동작 및 520 동작은 매 TTI 별로 수행될 수 있다. 즉, 기지국은 TTI 별로 또는 서브프레임 별로 혼잡 제어가 필요한지 여부를 판단하고, 혼잡 제어 적용 대상 UE를 결정할 수 있다.

이후 기지국은 530 동작에서 혼잡 제어를 수행한다. 530 동작은 기지국이 수신하는 매 패킷에 대하여 적용될 수 있다. 기지국은 선택된 단말의 업로드 데이터 패킷을 버릴 수 있다(discard). 패킷을 버리는(폐기하는) 것은 기지국이 단말로부터 패킷을 수신한 후, 수신한 패킷을 기지국의 상위 계층(layer)으로 전송하지 않는 것을 의미한다. 기지국의 상위 계층은 해당 패킷을 수신하지 못한 것으로 처리할 수 있다. 특정 패킷에 대한 수신 확인(ACK) 패킷을 수신하지 못한 경우 단말은 혼잡 제어를 수행할 수 있다. 단말은 혼잡 제어를 통해 단말이 ACK 수신 없이 전송 가능한 윈도우 사이즈를 줄일 수 있다. 단말이 윈도우 사이즈를 줄이는 경우 단말이 상향링크 데이터 트래픽의 전송에 이용되는 자원의 양이 줄어들 수 있고, 이 동작이 반복되면 결과적으로 다운링크 수신에 대한 ACK 패킷을 전송하기 위한 자원의 양을 확보할 수 있다.

기지국은 혼잡 제어를 위해 혼잡 마킹을 수행할 수 있다. 혼잡 마킹이 된 패킷을 수신한 단말은 혼잡 제어를 수행할 수 있다. 단말은 혼잡 제어를 통해 단말이 ACK 수신 없이 전송 가능한 윈도우 사이즈를 줄일 수 있다. 단말이 윈도우 사이즈를 줄이는 경우 단말이 상향링크 데이터 트래픽의 전송에 이용되는 자원의 양이 줄어들 수 있고, 이 동작이 반복되면 결과적으로 다운링크 수신에 대한 ACK 패킷을 전송하기 위한 자원의 양을 확보할 수 있다.

이와 같은 동작을 통해 다운링크 수신에 대한 ACK 패킷을 전송하기 위한 자원 양이 충분히 확보되면, 기지국은 자신이 단말로 전송한 다운로드 데이터에 대한 ACK 패킷을 원활히 수신할 수 있고, 하향링크 자원이 충분함에도 불구하고 다운로드 데이터 수신에 대한 ACK 패킷 수신 지연에 따라 하향링크 전송이 지연되는 문제를 해결할 수 있다.

기지국은 선택된 단말로부터 수신한 패킷을 버리거나, 혼잡 마킹을 수행한 후 혼잡 제어 테이블을 업데이트 할 수 있다. 기지국은 혼잡 플래그가 1로 설정된 단말을 0으로 변경할 수 있다.

530 동작에서 기지국은 패킷 사이즈 임계 값(packet_size_threshold)을 초과하는 패킷에 대해서만 패킷을 버리거나 혼잡 마킹을 할 수 있다. 기 설정된 패킷 사이즈 임계 값은 다운로드 데이터 수신에 대한 ACK 패킷(TCP 다운로드 세션의 ACK 패킷)의 사이즈에 기반하여 결정될 수 있다. 일반적으로 다운로드 데이터 수신에 대한 ACK 패킷의 사이즈는 업로드 데이터 패킷(업로드 TCP 데이터 패킷)의 사이즈 보다 작다. 다운로드 데이터 수신에 대한 ACK 패킷 사이즈보다 큰 패킷을 패킷 사이즈 임계 값으로 설정하는 경우, 기지국은 다운로드 데이터 수신 패킷에 대한 ACK 패킷에 대해서는 패킷을 버리거나 혼잡 마킹을 수행하지 않을 수 있고, 업로드 데이터 패킷에 대해서만 패킷을 버리거나 혼잡 마킹을 수행할 수 있다. 이를 통해 TCP 업로드 세션의 윈도우 크기를 제어할 수 있다.

도 5에서 설명한 각 동작은 동일한 계층에서 수행될 수 있고, 서로 다른 계층에서 수행될 수도 있다. 상기 동작이 서로 다른 계층에서 수행되는 경우 프로토콜 계층(protocol layer) 간 혼잡 제어를 위한 제어 메시지가 이용될 수 있다.

상기 도 5의 각 동작은 기지국의 제어부에 의해 제어될 수 있다. 기지국의 제어부는 혼잡 제어 필요 여부 판단부, 혼잡 제어 대상 단말 결정부, 혼잡 제어 수행부를 포함할 수 있다. 510 동작은 제어부의 혼잡 제어 필요 여부 판단부에 의해 수행될 수 있고, 520 동작은 제어부의 혼잡 제어 대상 단말 결정부에서 수행될 수 있으며, 530 동작은 기지국의 혼잡 제어 수행부에 의해 수행될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혼잡 제어 판단 및 대상 단말의 결정을 설명하는 도면이다.

610 동작에서 기지국은 혼잡 제어가 필요한지 여부를 판단할 수 있다. 기지국은 cell_threshold를 이용하여 혼잡 제어가 필요한지 여부를 판단할 수 있다. 기지국은 매 TTI 마다 Cell 내 단말의 버퍼 합계가 cell_threshold를 초과하는지 여부를 확인할 수 있다. 각 단말의 버퍼 사이즈는 단말이 송신하는 BSR을 통해 확인할 수 있다. 기타 510 동작에서 설명한 다른 실시 예를 통해 혼잡 제어가 필요한지 여부를 판단할 수도 있다.

Cell 내 단말의 버퍼 합계가 Cell_threshold를 초과하지 않는 경우, 기지국은 혼잡 제어가 필요하지 않은 경우로 판단하고 해당 TTI에서 혼잡 제어를 위한 동작을 종료할 수 있다. Cell 내 단말의 버퍼 합계가 Cell threshold를 초과하는 경우 기지국은 621 동작으로 진행한다.

621 동작에서 기지국은 혼잡 제어 대상 단말을 선택할 수 있다. 기지국은 해당 TTI에서 스케쥴링(scheduling)된 단말 중 버퍼가 UE_threshold 보다 큰 단말을 선택할 수 있다. 기지국은 상기 조건을 만족하는 단말 중 특정 단말을 랜덤으로 선택할 수 있다. 기지국은 하나의 단말을 선택할 수 있다. 기지국은 필요한 경우 복수의 단말을 선택할 수도 있다. . 한편, 효율을 위해서 기지국은 스케쥴링 요청(scheduling request)를 전송하는 단말 및 재전송 단말은 혼잡 제어 대상 단말에서 제외할 수 있다.

623 동작에서 기지국은 p 확률로 실제 혼잡 제어 수행 여부를 결정한다. 즉, 621 동작에서 선택된 단말에 대해서 항상 혼잡 제어 동작을 수행하는 것이 아니며, 선택된 단말에 대해서 p의 확률로 혼잡 제어를 수행할 수 있다. 확률 p는 미리 설정된 고정된 파라미터 일 수 있고, 셀의 부하에 따라 가변하는 파라미터 일 수도 있다. P의 확률로 선택된 단말에 대하여 실제 혼잡 제어를 수행할 수도 있다. P 확률에 기반하여 단말에 대하여 실제 혼잡 제어를 수행하지 않는 경우 이하 동작을 종료할 수 있다. P의 확률에 기반하여 선택된 단말에 대하여 실제 혼잡 제어를 수행하는 것으로 결정된 경우 이하 혼잡 제어 동작을 수행할 수 있다. 이 동작을 통해 실제 혼잡 제어 적용 대상 단말을 결정할 수 있다.

선택된 단말에 대해서 실제 혼잡 제어를 수행하는 것으로 결정한 경우 625 동작으로 진행한다. 기지국은 선택된 단말을 대상으로 혼잡 제어 동작을 수행한다. 기지국은 혼잡 제어 대상으로 선택된 단말을 다른 단말과 구분하여 관리할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 혼잡 제어 식별자를 이용할 수 있다. 혼잡 제어 식별자는 혼잡 제어 플래그(flag)일 수 있다. 식별자는 1비트 정보일 수 있다. 예를 들어, 혼잡 제어 단말은 1, 혼잡 제어 제외 단말은 0으로 표시할 수 있다. 기지국은 표 1과 같이 혼잡 제어 테이블을 이용하여 각 단말이 혼잡 제어 대상 단말을 관리할 수 있다. 예를 들어, 표 1과 같이 혼잡 제어 테이블을 관리할 수 있다.

621 내지 625 동작은 매 TTI 별로 수행될 수 있다. 기지국은 TTI 별로 또는 서브프레임 별로 혼잡 제어가 필요한지 여부를 판단하고 혼잡 제어 적용 대상 단말을 선택 및 선택된 단말에 대하여 실제 혼잡 제어를 수행할지 여부를 결정할 수 있다. 또한, 결정 결과에 따라서 혼잡 제어 테이블을 관리하여 결정된 단말과 다른 단말을 구분하여 관리할 수 있다. 상기 일련의 동작은 기지국의 제어부에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 610 동작은 기지국의 혼잡 제어 판단부에 의해 수행될 수 잇다. 621, 623, 625 동작은 기지국의 혼잡 제어 대상 단말 결정부에 의해 수행될 수 있다.

이후 도 7의 과정을 통해 기지국의 실제 혼잡 제어 동작을 수행할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패킷 폐기를 통한 혼잡 제어 수행 방법을 설명하는 도면이다.

도 7을 참조하면, 731 동작에서 기지국은 실제 혼잡 제어가 결정된 단말로부터 수신하는 패킷의 사이즈를 검사할 수 있다. 기지국은 기 설정된 패킷 사이즈 임계 값과 수신한 패킷의 사이즈를 비교할 수 있다. 사이즈가 기 설정된 임계 값 이하인 경우 해당 패킷에 대한 혼잡 제어 동작을 종료한다. 사이즈가 기 설정된 임계 값을 초과하는 경우 733 동작으로 진행할 수 있다. 기 설정된 패킷 사이즈 임계 값은 다운로드 데이터 수신에 대한 ACK 패킷(TCP 다운로드 세션의 ACK 패킷)의 사이즈에 기반하여 결정될 수 있다. 기지국은 다운로드 데이터 수신에 대한 ACK 패킷은 혼잡 제어 대상 패킷에서 제외시킬 수 있다.

733 동작에서 기지국은 상기 패킷을 전송한 단말이 실제 혼잡 제어 대상 단말인지 여부를 확인할 수 있다. 예를 들어 기지국은 혼잡 제어 테이블을 이용하여 패킷을 전송한 단말이 실제 혼잡 제어 대상 단말인지 여부를 확인할 수 있다. 단말이 실제 혼잡 제어 대상 단말이 아닌 경우, 기지국은 해당 단말에 대한 혼잡 제어 동작을 종료할 수 있다. 단말이 실제 혼잡 제어 대상 단말인 경우 기지국은 735 동작으로 진행하여 혼잡 제어 동작을 수행할 수 있다.

한편, 731 동작과 733 동작의 순서는 교환 가능하다. 즉, 수신한 패킷을 전송한 단말이 혼잡 제어 대상 단말인지 여부를 판단한 후, 해당 패킷의 사이즈를 검사할 수 있다. 또한, 해당 패킷의 사이즈를 확인 한 이후, 패킷 사이즈가 기 설정된 임계 값을 초과하는 경우 해당 패킷을 전송한 단말이 혼잡 제어 대상인지 여부를 판단하고 이하 동작을 수행할 수도 있다.

735 동작에서 기지국은 해당 패킷에 대한 혼잡 제어 동작을 수행할 수 있다.

기지국은 731 조건과 733 조건을 만족하는 경우 단말로부터 수신한 패킷을 버릴 수 있다. 즉, 기지국은 단말로부터 수신한 패킷을 상위 계층으로 전송하지 않고 버릴 수 있다. 기지국은 해당 패킷을 수신하지 않은 것으로 처리할 수 있다. 또한, 기지국은 단말의 상향링크 패킷 미수신을 지시하는 정보를 단말로 전송할 수 있다. 이후, 기지국은 혼잡 제어 테이블을 업데이트 할 수 있다. 혼잡 제어를 수행한 단말에 대해서 플래그가 1인 상태에서 0으로 변경 또는 업데이트를 할 수 있다.

특정 패킷에 대한 수신 확인(ACK) 패킷을 수신하지 못한 경우 단말은 혼잡 제어를 수행할 수 있다. 단말은 혼잡 제어를 통해 단말이 ACK 수신 없이 전송 가능한 윈도우 사이즈를 줄일 수 있다. 단말이 윈도우 사이즈를 줄이는 경우 단말이 상향링크 데이터 트래픽의 전송에 이용되는 자원의 양이 줄어들 수 있고, 이 동작이 반복되면 결과적으로 기지국은 다운링크 수신에 대한 ACK 패킷을 전송하기 위한 자원의 양을 확보할 수 있다. 다운링크 수신에 대한 ACK 패킷을 전송하기 위한 자원 양이 충분되면, 기지국은 자신이 단말로 전송한 다운로드 데이터에 대한 ACK 패킷을 원활히 수신할 수 있고, 하향링크 자원이 충분함에도 불구하고 다운로드 데이터 수신에 대한 ACK 패킷 수신 지연에 따라 하향링크 전송이 지연되는 문제를 해결할 수 있다.

731 내지 735 동작은 기지국의 제어부에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 기지국 제어부의 혼잡 제어 수행부에 의해 수행될 수 있다.

도 6 및 도 7에서 설명한 각 동작은 동일한 계층에서 수행될 수 있고, 서로 다른 계층에서 수행될 수도 있다. 상기 동작이 서로 다른 계층에서 수행되는 경우 프로토콜 계층(protocol layer) 간 혼잡 제어를 위한 제어 메시지가 이용될 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 혼잡 제어 판단 및 대상 단말의 결정을 설명하는 도면이다.

810 동작에서 기지국은 혼잡 제어가 필요한지 여부를 판단할 수 있다. 기지국은 cell_threshold를 이용하여 혼잡 제어가 필요한지 여부를 판단할 수 있다. 기지국은 매 TTI 마다 Cell 내 단말의 버퍼 합계가 cell_threshold 를 초과하는지 여부를 확인할 수 있다. 각 단말의 버퍼 사이즈는 단말이 송신하는 BSR을 통해 확인할 수 있다. 기타 510 동작에서 설명한 다른 실시 예를 통해 혼잡 제어가 필요한지 여부를 판단할 수도 있다.

Cell 내 단말의 버퍼 합계가 Cell_threshold를 초과하지 않는 경우, 기지국은 혼잡 제어가 필요하지 않은 경우로 판단하고 해당 TTI에서 혼잡 제어를 위한 동작을 종료할 수 있다. Cell 내 단말의 버퍼 합계가 Cell threshold를 초과하는 경우 기지국은 821 동작으로 진행한다.

기지국은 해당 TTI에서 스케쥴링된 단말에 대하여 아래 동작을 수행할 수 있다.

821 동작에서 기지국은 혼잡 제어 대상 단말을 선택할 수 있다. 기지국은 해당 TTI에서 스케쥴링(scheduling)된 단말 중 버퍼가 UE_threshold 보다 큰 단말을 선택할 수 있다. 기지국은 상기 조건을 만족하는 단말 중 특정 단말을 랜덤으로 선택할 수 있다. 기지국은 하나의 단말을 선택할 수 있다. 기지국은 필요한 경우 복수의 단말을 선택할 수도 있다.

기지국은 823, 825 동작을 이용하여 혼잡 제어 테이블을 관리할 수 있다. 기지국은 821의 조건을 만족하는 경우 823 동작으로 진행하여 해당 단말의 혼잡 제어 단말로 결정하고 혼잡 제어 플래그를 1로 설정할 수 있다. 기지국은 821의 조건을 만족하지 않는 경우 혼잡 제어 제외 단말로 결정하고 혼잡 제어 플래그를 0으로 설정할 수 있다. 한편, 효율을 위해서 기지국은 스케쥴링 요청(scheduling request)를 전송하는 단말 및 재전송 단말은 혼잡 제어 대상 단말에서 제외할 수 있다. 즉, 821의 조건을 만족하는 경우에도 스케쥴링 요청을 전송하는 단말 및/또는 재전송 단말은 혼잡 제어 대상에서 제외할 수 있다. 또한, 확률 p에 기반하여 혼잡 제어 대상 단말을 결정하고 혼잡 제어 테이블을 업데이트 할 수도 있다.

830 동작에서 기지국은 혼잡 제어 테이블 정보를 공유할 수 있다. 기지국의 제어부는 혼잡 제어 수행부로 혼잡 제어 테이블 정보를 전송할 수 있다.

상기 일련의 동작은 기지국의 제어부에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 810 동작은 기지국의 혼잡 제어 필요 여부 판단부에 의해 수행될 수 있다. 821, 823, 825, 830 동작은 기지국의 혼잡 제어 대상 단말 결정부에 의해 수행될 수 있다. 기지국의 혼잡 제어 대상 단말 결정부는 혼잡 제어 수행부로 혼잡 제어 테이블 정보를 전송할 수 있다.

이후 도 9의 과정을 통해 기지국의 실제 혼잡 제어 동작을 수행할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 혼잡 마킹을 이용한 혼잡 제어를 설명하는 도면이다.

도 9를 참조하면, 931 동작에서 기지국은 단말로부터 수신하는 패킷의 사이즈를 검사할 수 있다. 기지국은 기 설정된 패킷 사이즈 임계 값과 수신한 패킷의 사이즈를 비교할 수 있다. 사이즈가 기 설정된 임계 값 이하인 경우 해당 패킷에 대한 혼잡 제어 동작을 종료한다. 사이즈가 기 설정된 임계 값을 초과하는 경우 933 동작으로 진행할 수 있다. 기 설정된 패킷 사이즈 임계 값은 다운로드 데이터 수신에 대한 ACK 패킷(TCP 다운로드 세션의 ACK 패킷)의 사이즈에 기반하여 결정될 수 있다. 기지국은 다운로드 데이터 수신에 대한 ACK 패킷은 혼잡 제어 대상 패킷에서 제외시킬 수 있다.

933 동작에서 기지국은 상기 패킷을 전송한 단말이 실제 혼잡 제어 대상 단말인지 여부를 확인할 수 있다. 예를 들어 기지국은 혼잡 제어 테이블을 이용하여 패킷을 전송한 단말이 실제 혼잡 제어 대상 단말인지 여부를 확인할 수 있다. 단말이 실제 혼잡 제어 대상 단말이 아닌 경우, 기지국은 해당 단말에 대한 혼잡 제어 동작을 종료할 수 있다. 단말이 실제 혼잡 제어 대상 단말인 경우 기지국은 935 동작으로 진행하여 혼잡 제어 동작을 수행할 수 있다.

한편, 931 동작과 933 동작의 순서는 교환 가능하다. 즉, 수신한 패킷을 전송한 단말이 혼잡 제어 대상 단말인지 여부를 판단한 후, 해당 패킷의 사이즈를 검사할 수 있다. 또한, 해당 패킷의 사이즈를 확인 한 이후, 패킷 사이즈가 기 설정된 임계 값을 초과하는 경우 해당 패킷을 전송한 단말이 혼잡 제어 대상인지 여부를 판단하고 이하 동작을 수행할 수도 있다.

935 동작에서 기지국은 해당 패킷에 대한 혼잡 제어 동작을 수행할 수 있다.

기지국은 혼잡 제어를 위해 혼잡 마킹을 수행할 수 있다. 혼잡 마킹이 된 패킷을 수신한 단말은 혼잡 제어를 수행할 수 있다. 단말은 혼잡 제어를 통해 단말이 ACK 수신 없이 전송 가능한 윈도우 사이즈를 줄일 수 있다. 단말이 윈도우 사이즈를 줄이는 경우 단말이 상향링크 데이터 트래픽의 전송에 이용되는 자원의 양이 줄어들 수 있고, 이 동작이 반복되면 결과적으로 기지국은 다운링크 수신에 대한 ACK 패킷을 전송하기 위한 자원의 양을 확보할 수 있다.

다운링크 수신에 대한 ACK 패킷을 전송하기 위한 자원 양이 충분히 확보되면, 기지국은 자신이 단말로 전송한 다운로드 데이터 대한 ACK 패킷을 원활히 수신할 수 있고, 하향링크 자원이 충분함에도 불구하고 다운로드 데이터 수신에 대한 ACK 패킷 수신 지연에 따라 하향링크 전송이 지연되는 문제를 해결할 수 있다.

이후, 기지국은 혼잡 제어 테이블을 업데이트 할 수 있다. 혼잡 제어를 수행한 단말에 대해서 플래그가 1인 상태에서 0으로 변경 또는 업데이트를 할 수 있다.

931 내지 935 동작은 기지국의 제어부에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 기지국 제어부의 혼잡 제어 수행부에 의해 수행될 수 있다.

도 8 및 도 9에서 설명한 각 동작은 동일한 계층에서 수행될 수 있고, 서로 다른 계층에서 수행될 수도 있다. 상기 동작이 서로 다른 계층에서 수행되는 경우 프로토콜 계층(protocol layer) 간 혼잡 제어를 위한 제어 메시지가 이용될 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국을 설명하는 도면이다.

도 10을 참조하면, 기지국(1000)은 통신부(1010) 및 제어부(1030)를 포함할 수 있다. 통신부(1010)는 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 통신부(1010)는 송신기 및 수신기를 포함할 수 있다. 제어부(1030)는 상기 기지국(1000)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(1030)는 본 발명의 실시 예를 수행하기 위한 기지국(1000)의 동작을 제어할 수 있다.

제어부(1030)는 혼잡 제어 필요 여부 판단부, 혼잡 제어 대상 단말 결정부, 혼잡 제어 수행부를 포함할 수 있다. 각 부의 동작은 도 5 내지 도 9의 설명을 참조한다. 제어부(1030)에 포함된 혼잡 제어 필요 여부 판단부, 혼잡 제어 대상 단말 결정부, 혼잡 제어 수행부가 수행하는 동작이 제어부(1030)에서 통합적으로 수행될 수도 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면 제어부(1030)는 상향링크에 대한 혼잡 제어 필요 여부를 판단하고, 상향링크에 대한 혼잡 제어가 필요한 것으로 판단하면, 혼잡 제어 적용 대상 단말을 결정하며, 혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정된 단말에 대하여 혼잡 제어를 수행하도록 제어할 수 있다.

또한, 제어부(1030)는 상기 기지국의 셀 내 복수의 단말로부터 수신한 버퍼(buffer) 정보 및 셀 버퍼 임계 값에 기반하여 상기 상향링크에 대한 혼잡 제어를 판단하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(1030)는 상기 기지국의 셀 내 RRC(radio resource control) 연결 단말의 수에 기반하여 상기 상향링크에 대한 혼잡 제어를 판단하도록 제어할 수 있다.

또한, 제어부(1030)는 단말로부터 수신한 버퍼 상태 정보(BSR, buffer status report) 및 단말 버퍼 임계 값에 기반하여 상기 혼잡 제어 적용 대상 단말을 결정하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(1030)는 상기 셀 내 복수의 단말 중 버퍼의 양이 많은 단말을 상기 혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(1030)는 상향링크 TTI(transmission time interval) 단위로 1개 이하의 단말을 상기 혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정하도록 제어할 수 있다.

또한, 제어부(1030)는 스케쥴링 요청을 전송한 단말 및 MAC(medium access control) 계층에서 재전송 중인 단말을 제외한 단말 중 상기 혼잡 제어 적용 대상 단말을 결정하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(1030)는 상기 혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정된 단말로부터 수신한 패킷 중 기 설정된 임계 패킷 사이즈를 초과하는 패킷을 폐기하도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부(1030)는 상기 혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정된 단말로부터 수신한 패킷 중 우선 순위가 높은 시그널링 및 GBR(guaranteed bit rate) 베어러를 제외한 패킷을 폐기하도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부(1030)는 RLC(radio link control) 계층에서의 재전송을 막기 위해 RLC 계층 처리 후 PDCP(packet data convergence protocol) 계층 혹은 PDCP 계층의 상위 계층에서 패킷을 폐기하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(1030)는 상기 혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정된 단말로부터 수신한 패킷 중 기 설정된 사이즈를 초과하는 패킷을 폐기하거나 혼잡 마킹을 수행하도록 제어할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말을 설명하는 도면이다.

도 11을 참조하면, 단말(1100)은 통신부(1110) 및 제어부(1130)를 포함할 수 있다. 단말은 통신부(1110)를 이용하여 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 통신부(1110)는 송신기 및 수신기를 포함할 수 있다. 제어부(1130)는 단말(1100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 뿐만 아니라, 제어부(1130)는 실시 예를 수행하기 위한 단말의 동작을 수행할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시 예에서 제어부(1130)는 기지국으로부터 혼잡 제어 지시에 따라 혼잡 제어 동작을 수행할 수 있다. 제어부(1130)는 윈도우 사이즈를 줄이고 상향링크 TCP 패킷을 위한 자원 양을 줄여 하향링크 수신에 대한 ACK 패킷을 전송하기 위한 자원을 확보하도록 제어할 수 있다.

그리고 본 명세서와 도면에 개시된 실시 예들은 본 발명의 내용을 쉽게 설명하고, 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (22)

1. 무선 통신 시스템에서 기지국의 혼잡 제어 방법에 있어서,
   상향링크에 대한 혼잡 제어 필요 여부를 판단하는 단계;
   상향링크에 대한 혼잡 제어가 필요한 것으로 판단하면, 혼잡 제어 적용 대상 단말을 결정하는 단계; 및
   혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정된 단말에 대하여 혼잡 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기지국의 셀 내 복수의 단말로부터 수신한 버퍼(buffer) 정보 및 셀 버퍼 임계 값에 기반하여 상기 상향링크에 대한 혼잡 제어를 판단하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 기지국의 셀 내 RRC(radio resource control) 연결 단말의 수에 기반하여 상기 상향링크에 대한 혼잡 제어를 판단하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서,
   단말로부터 수신한 버퍼 상태 정보(BSR, buffer status report) 및 단말 버퍼 임계 값에 기반하여 상기 혼잡 제어 적용 대상 단말을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 셀 내 복수의 단말 중 버퍼의 양이 많은 단말을 상기 혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상향링크 TTI(transmission time interval) 단위로 1개 이하의 단말을 상기 혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 스케쥴링 요청을 전송한 단말 및 MAC(medium access control) 계층에서 재전송 중인 단말을 제외한 단말 중 상기 혼잡 제어 적용 대상 단말을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 혼잡 제어를 수행하는 단계는,
   상기 혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정된 단말로부터 수신한 패킷 중 기 설정된 임계 패킷 사이즈를 초과하는 패킷을 폐기하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 혼잡 제어를 수행하는 단계는,
   상기 혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정된 단말로부터 수신한 패킷 중 우선 순위가 높은 시그널링 및 GBR(guaranteed bit rate) 베어러를 제외한 패킷을 폐기하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 혼잡 제어를 수행하는 단계는,
    RLC(radio link control) 계층에서의 재전송을 막기 위해 RLC 계층 처리 후 PDCP(packet data convergence protocol) 계층 혹은 PDCP 계층의 상위 계층에서 패킷을 폐기하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 혼잡 제어를 수행하는 단계는,
    상기 혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정된 단말로부터 수신한 패킷 중 기 설정된 사이즈를 초과하는 패킷을 폐기하거나 혼잡 마킹을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 무선 통신 시스템에서 혼잡 제어를 위한 기지국에 있어서,
    신호를 송신 및 수신하는 통신부; 및
    상향링크에 대한 혼잡 제어 필요 여부를 판단하고, 상향링크에 대한 혼잡 제어가 필요한 것으로 판단하면, 혼잡 제어 적용 대상 단말을 결정하며, 혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정된 단말에 대하여 혼잡 제어를 수행하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
13. 제12항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 기지국의 셀 내 복수의 단말로부터 수신한 버퍼(buffer) 정보 및 셀 버퍼 임계 값에 기반하여 상기 상향링크에 대한 혼잡 제어를 판단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
14. 제12항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 기지국의 셀 내 RRC(radio resource control) 연결 단말의 수에 기반하여 상기 상향링크에 대한 혼잡 제어를 판단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
15. 제12항에 있어서, 상기 제어부는,
    단말로부터 수신한 버퍼 상태 정보(BSR, buffer status report) 및 단말 버퍼 임계 값에 기반하여 상기 혼잡 제어 적용 대상 단말을 결정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
16. 제12항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 셀 내 복수의 단말 중 버퍼의 양이 많은 단말을 상기 혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
17. 제12항에 있어서, 상기 제어부는,
    상향링크 TTI(transmission time interval) 단위로 1개 이하의 단말을 상기 혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
18. 제12항에 있어서, 상기 제어부는,
    스케쥴링 요청을 전송한 단말 및 MAC(medium access control) 계층에서 재전송 중인 단말을 제외한 단말 중 상기 혼잡 제어 적용 대상 단말을 결정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
19. 제12항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정된 단말로부터 수신한 패킷 중 기 설정된 임계 패킷 사이즈를 초과하는 패킷을 폐기하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
20. 제12항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정된 단말로부터 수신한 패킷 중 우선 순위가 높은 시그널링 및 GBR(guaranteed bit rate) 베어러를 제외한 패킷을 폐기하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
21. 제12항에 있어서, 상기 제어부는,
    RLC(radio link control) 계층에서의 재전송을 막기 위해 RLC 계층 처리 후 PDCP(packet data convergence protocol) 계층 혹은 PDCP 계층의 상위 계층에서 패킷을 폐기하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
22. 제12항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 혼잡 제어 적용 대상 단말로 결정된 단말로부터 수신한 패킷 중 기 설정된 사이즈를 초과하는 패킷을 폐기하거나 혼잡 마킹을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.

Images