KR20230004089A - 전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 방법 및 장치 - Google Patents

전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 방법 및 장치 Download PDF

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KR20230004089A
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Abstract

본 발명은 전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 방법은, (a) 다수의 STA(station) 각각에 대한 전송 지연(transmission delay)에 기반하여 상기 다수의 STA 중 적어도 하나의 STA를 단말 클러스터로 클러스터링(clustering)하는 단계; (b) 상기 적어도 하나의 STA에게 상기 적어도 하나의 STA가 포함된 단말 클러스터에 대한 스케줄링 정보가 포함된 트리거 프레임을 송신하는 단계; 및 (c) 상기 트리거 프레임의 송신에 응답하여 상기 적어도 하나의 STA로부터 업링크 데이터를 수신하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 방법 및 장치{A method and apparatus for multi-user scheduling for minimize transmission delay}
본 발명은 전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 업링크 전송 시 전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 정보통신 기술의 발전과 더불어 다양한 무선 통신 기술이 개발되고 있다. 이 중에서 무선랜(wireless local area network, WLAN)은 무선 주파수 기술을 바탕으로 휴대용 단말기를 이용하여 가정이나 기업 또는 특정 서비스 제공지역에서 무선으로 인터넷에 접속할 수 있도록 하는 기술이다.
무선랜을 위한 표준은 IEEE(institute of electrical and electronics engineers) 802.11에 의해서 제정되며, 802.11ax에서는 최근 단말기의 개수가 급격히 증가하는 추세에 따라 다운링크(downlink) 통신에서 멀티유저를 지원하는 것뿐만 아니라, 업링크(uplink) 통신에서도 멀티유저를 지원하는 통신기술이 개발되고 있다.
이 경우, 다운링크 통신에서는 하나의 AP가 전송을 수행하고 다수의 STA들이 동시에 수신을 수행한다. 또한, 업링크 통신에서는 다수의 STA들이 동시에 전송을 수행하고 하나의 AP가 수신을 수행한다.
이에, 효율적인 업링크 통신을 위하여 동시에 전송을 수행하는 STA들을 선택하는 방법이 요구되나 이에 대한 연구는 미흡한 실정이다.
[특허문헌 1] 한국공개특허 제10-2014-0084171호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 다수의 STA 각각에 대한 전송 지연(transmission delay)에 기반하여 상기 다수의 STA 중 적어도 하나의 STA를 단말 클러스터로 클러스터링(clustering)하기 위한 다중 사용자 스케줄링 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 업링크 데이터의 송신 우선순위를 나타내는 비례 공평(proportional fair) 값에 기반하여 단말 클러스터에게 스케줄링을 수행하기 위한 다중 사용자 스케줄링 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 다수의 STA 각각에 대한 전송 지연의 변화에 기반하여 리클러스터링(re-clustering)을 수행하기 위한 다중 사용자 스케줄링 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 방법은, (a) 다수의 STA(station) 각각에 대한 전송 지연(transmission delay)에 기반하여 상기 다수의 STA 중 적어도 하나의 STA를 단말 클러스터로 클러스터링(clustering)하는 단계; (b) 상기 적어도 하나의 STA에게 상기 적어도 하나의 STA가 포함된 단말 클러스터에 대한 스케줄링 정보가 포함된 트리거 프레임을 송신하는 단계; 및 (c) 상기 트리거 프레임의 송신에 응답하여 상기 적어도 하나의 STA로부터 업링크 데이터를 수신하는 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 방법은, 상기 (a) 단계 이전에, 상기 다수의 STA에게 MU-RTS(multi-user request-to-send) 프레임을 송신하는 단계; 및 상기 MU-RTS 프레임의 송신에 응답하여, 상기 다수의 STA 각각으로부터 CTS(clear-to-send) 프레임을 수신하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 (a) 단계는, 상기 다수의 STA 각각에 대한 CSI(channel state information) 및 BSR(buffer status response) 중 적어도 하나에 기반하여 상기 다수의 STA 각각에 대한 전송 지연을 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 방법은, 상기 (a) 단계와 (b) 단계 사이에, 상기 클러스터링된 적어도 하나의 STA에 대한 상기 업링크 데이터의 송신 우선순위를 나타내는 비례 공평(proportional fair) 값을 결정하는 단계; 및 상기 비례 공평 값이 가장 작은 단말 클러스터에 대한 스케줄링 정보를 결정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 방법은, 상기 (a) 단계 이후에, 상기 다수의 STA 각각에 대한 전송 지연의 변화에 기반하여 상기 다수의 STA 중 적어도 하나의 STA를 리클러스터링(re-clustering)하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 장치는, 다수의 STA(station) 각각에 대한 전송 지연(transmission delay)에 기반하여 상기 다수의 STA 중 적어도 하나의 STA를 단말 클러스터로 클러스터링(clustering)하는 제어부; 및 상기 적어도 하나의 STA에게 상기 적어도 하나의 STA가 포함된 단말 클러스터에 대한 스케줄링 정보가 포함된 트리거 프레임을 송신하고, 상기 트리거 프레임의 송신에 응답하여 상기 적어도 하나의 STA로부터 업링크 데이터를 수신하는 통신부;를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 통신부는, 상기 다수의 STA에게 MU-RTS(multi-user request-to-send) 프레임을 송신하고, 상기 MU-RTS 프레임의 송신에 응답하여, 상기 다수의 STA 각각으로부터 CTS(clear-to-send) 프레임을 수신할 수 있다.
실시예에서, 상기 제어부는, 상기 다수의 STA 각각에 대한 CSI(channel state information) 및 BSR(buffer status response) 중 적어도 하나에 기반하여 상기 다수의 STA 각각에 대한 전송 지연을 결정할 수 있다.
실시예에서, 상기 제어부는, 상기 클러스터링된 적어도 하나의 STA에 대한 상기 업링크 데이터의 송신 우선순위를 나타내는 비례 공평(proportional fair) 값을 결정하고, 상기 비례 공평 값이 가장 작은 단말 클러스터에 대한 스케줄링 정보를 결정할 수 있다.
실시예에서, 상기 제어부는, 상기 다수의 STA 각각에 대한 전송 지연의 변화에 기반하여 상기 다수의 STA 중 적어도 하나의 STA를 리클러스터링(re-clustering)할 수 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술될 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 업링크 다중 사용자 전송 시나리오의 채널 활용도를 향상시켜 네트워크 처리 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 채널 효율이 높은 STA 클러스터를 사용하는 STA 간의 공정성 저하 없이 네트워크 처리량을 효율적으로 증가시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 업링크 다중 사용자 전송 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 STA이 16개인 경우의 채널 활용 그래프를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 STA이 24개인 경우의 채널 활용 그래프를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 STA이 200개인 경우의 네트워크 처리량 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 STA이 200개인 경우의 공정성 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 STA이 100개인 경우의 네트워크 처리량 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 STA이 100개인 경우의 공정성 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 80% STA 변화의 MCS와
Figure pat00001
가 1.5인 경우의 네트워크 처리량 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 40% STA 변화의 MCS와
Figure pat00002
가 1.5인 경우의 네트워크 처리량 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 80% STA 변화의 MCS와
Figure pat00003
가 1.5인 경우의 공정성 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 40% STA 변화의 MCS와
Figure pat00004
가 1.5인 경우의 공정성 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 80% STA 변화의 MCS와
Figure pat00005
가 1.9인 경우의 네트워크 처리량 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 40% STA 변화의 MCS와
Figure pat00006
가 1.9인 경우의 네트워크 처리량 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트웨어 정의 무선 장치 기반 테스트베드를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 활용 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 방법을 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 장치를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 장치, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 방법 및 장치를 설명한다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 업링크 다중 사용자 전송 시스템(100)을 도시한 도면이다.
도 1a 및 1b를 참고하면, 업링크 다중 사용자 전송 시스템(100)은 AP(access point)(110)와 다수의 STA(station)(120-1 내지 120-3)으로 구성될 수 있다.
AP(110)는 다수의 STA(120-1 내지 120-3)와 업링크 통신을 수행할 수 있으며, AP(110)는 다수의 STA(120-1 내지 120-3)로부터 동시에 업링크 데이터를 수신할 수 있다.
이 경우, 다수의 STA(120-1 내지 120-3) 각각의 업링크 데이터 송신시간이 상이한 경우, AP(110)와 다수의 STA(120-1 내지 120-3) 간 채널이 충분히 활용되지 않아, 멀티유저(multi-user) 업링크 통신 성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 AP(110)는 다수의 STA(120-1 내지 120-3) 중 업링크 데이터 송신시간이 비슷한 STA를 단말 그룹들로 분류하고, 상기 분류된 단말 그룹들 중 비례 공평(proportional fair) 스케쥴링 방식에 따라 실제로 업링크 통신을 수행할 단말 그룹을 선택하여, 선택된 단말 그룹으로부터 업링크 데이터를 수신함으로써, 업링크 통신 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서는 IEEE 802.11ax 네트워크에서 다중 사용자 스케줄링 프로세스와 관련된 전송 지연 기반 업링크 다중 사용자 스케줄링 방법이 설명된다.
본 발명에 따른 스케줄링 방법은 STA 클러스터링과 클러스터 스케줄링의 두 부분으로 구성될 수 있다.
STA 클러스터링의 경우, 본 발명에 따른 방법은 업링크 전송 과정에 참여하려는 STA들의 단말 클러스터를 결정할 수 있다.
단말 클러스터링은 STA의 예상 전송 지연을 기반으로 수행되며 유사한 전송 지연을 가진 STA은 동시 업링크 전송을 위해 함께 클러스터링될 수 있다.
전송 지연 기반 클러스터링을 통해 STA의 업링크 다중 사용자 전송과 AP의 블록 ACK 전송 간의 통신 채널을 효율적으로 활용할 수 있다.
전송 지연 기반 클러스터링 방식의 채널 활용이 증가하면 IEEE 802.11ax에 지정된 업링크 다중 사용자 전송 프로세스의 네트워크 처리량 성능이 향상될 수 있다.
클러스터 스케줄링의 경우, AP는 클러스터를 선택하고 선택된 클러스터의 STA이 업링크 전송을 전송하도록 스케줄링할 수 있다. 단말 클러스터는 공정성의 심각한 저하 없이 네트워크 처리량 성능을 향상시키기 위해 비례 공정 기반 접근 방식을 기반으로 스케줄링될 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 전송 지연 기반 STA 클러스터링 방법은 IEEE 802.11ax에서 업링크 다중 사용자 전송 시나리오의 채널 활용도를 향상시켜 네트워크 처리 성능을 향상시킬 수 있다.
STA에서 보고된 정보로 AP는 업링크 채널이 효율적으로 활용될 수 있도록 업링크 다중 사용자 전송에 참여하도록 적절한 STA을 트리거할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 채널 효율이 높은 STA 클러스터를 사용하는 STA 간의 공정성 저하 없이 네트워크 처리량을 효율적으로 증가시킬 수 있다.
일 실시예에서, AP는 시변 채널 환경에서 업링크 전송 시나리오에서 네트워크 처리 성능을 향상시키기 위해 리클러스터링(re-clustering)을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, AP(110) 및 STA(120-1 내지 120-3)을 각각 aS 및 S=s1, s2, ···, sS로 나타낼 수 있다.
네트워크에서 MU-MIMO 및 OFDMA 기술의 도움으로 AP aS는 S의 여러 STA에서 전송된 여러 데이터 스트림을 동시에 수신할 수 있다. 업링크 다중 사용자 전송을 수행하기 위해 AP와 각 STA에 미리 알릴 수 있다.
IEEE 802.11ax 표준에서 CSI를 얻기 위한 채널 사운딩 프로세스는 다음과 같이 지정될 수 있다.
첫째, AP는 NDP(Null Data Packet) 알림을 브로드캐스트한 후 NDP를 통해 채널 사운딩 프로세스를 시작할 수 있다.
그 후 AP는 각 STA에 BFRP(beamforming report) 트리거 프레임을 전송하고, STA은 CSI 정보를 AP로 전송하여 BFRP 트리거에 응답할 수 있다.
채널 사운딩 프로세스에서 BFRP 트리거 프레임은 네트워크에 있는 모든 STA의 CSI를 얻기 위해 하나 이상의 시퀀스로 반복적으로 전송될 수 있다.
채널 사운딩 프로세스와 공동으로 STA의 버퍼 상태 정보를 AP에 알릴 수도 있다. IEEE 802.11ax 표준에서 버퍼 상태 응답(buffer status report, BSR)은 QoS 제어 필드 또는 BSR 제어 필드에 암시적으로 보고될 수 있을 뿐만 아니라 AP의 BSR 폴(BSR poll, BSRP) 트리거에 의해 명시적으로 보고될 수 있다.
HaS,si는 채널 사운딩 과정에서 추정한 각 STA과 AP 간의 채널을 나타낼 수 있다. 그런 다음 STA에서 AP로 가는 각 업링크 신호의 신호 대 간섭+잡음 전력은 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00007
여기서, psi는 si의 전송 전력이고 σ2는 잡음 전력을 나타낸다. 각 STA의 최대 업링크 전송 속도는 예상되는 SINR γaS,si 및 IEEE 802.11ax에 지정된 MCS(Modulation and Coding Scheme)에 따라 다를 수 있다.
본 발명에서는 각 STA이 최대 전송률로 데이터를 전송할 수 있으며, Rsi(·)는 업링크 전송률을 도입하는 매핑 함수를 나타낸다. 즉, STAsi의 전송률은 Rsi(
Figure pat00008
aS,si)로 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명에서는 각 업링크 전송이 동일한 대역폭을 가질 수 있고, BaS는 네트워크에서 동시 업링크 다중 사용자 전송의 최대 용량을 나타낸다. 즉, APaS는 동시에 최대 BaS 데이터 스트림을 수신할 수 있다.
IEEE 802.11ax의 업링크 다중 사용자 전송 시나리오에서, AP는 최대 S개의 STA이 각 STAsi에 대해 Rsi(
Figure pat00009
aS,si)의 속도로 데이터를 동시에 전송할 수 있도록 허용할 수 있다.
업링크 다중 사용자 전송은 일반적으로 STA 간의 과도한 경쟁으로 인한 스펙트럼 비효율성을 방지하여 네트워크 처리량 성능을 향상시킬 수 있다.
그러나, 업링크 다중 사용자 전송을 위해 선택된 STA들 사이에 전송 지연에 큰 차이가 있을 경우 낮은 채널 이용률로 인해 네트워크 처리 성능이 저하될 수 있다.
도 1은 IEEE 802.11ax 네트워크에서 하나의 AP와 세 개의 STA을 사용하는 업링크 다중 사용자 전송 시나리오를 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 도 1에서 STA의 개수는 세 개로 구성되어 있지만 이에 제한되지 않으며, 네트워크는 적어도 하나의 STA을 포함할 수 있다.
먼저, APaS는 다중 사용자 RTS(Request-to-Send) 프레임을 STAs1, s2, s3에 전송할 수 있다.
그런 다음 STA은 CTS(clear-to-send) 프레임을 AP로 전송하여 RTS에 응답할 수 있다.
둘째, AP는 스케줄링 정보가 포함된 트리거 프레임을 전송할 수 있다.
스케줄링된 STA은 업링크 데이터 스트림을 APaS로 전송할 수 있다. 스케줄링된 STA에서 업링크 데이터 전송을 수신한 후 APaS는 IEEE 802.11ax에서 효율적이고 간단한 응답 메커니즘으로 STA에 블록 ACK를 전송할 수 있다.
그러나 도 1에서 볼 수 있듯이 업링크 전송을 위한 부적절한 STA 스케줄링은 낮은 채널 활용도를 초래할 수 있다.
STA은 서로 다른 전송 속도로 서로 다른 크기의 데이터를 전송할 수 있다. 즉, 업링크 전송을 위해 예정된 STA의 전송 지연에 차이가 있을 수 있다.
따라서 스케줄링된 STA 간의 전송 지연 차이가 클수록 네트워크 할당 벡터(network allocation vector, NAV)가 길어지고, 스케줄링되지 않은 STA은 STA이 채널을 차지하지 않더라도 전송 기회가 줄어 듭니다.
업링크 다중 사용자 전송을 위한 전송 지연 기반 스케줄링 접근 방식은 IEEE 802.11ax에서 채널 활용도와 네트워크 처리량 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 전송 지연 기반 스케줄링 방법은 두 단계로 구성되며, 각 단계는 업링크 전송을 위한 STA의 채널 활용도 및 공정성을 향상시킬 수 있다.
첫째, 업링크 전송 데이터를 보유한 STA은 전송 지연에 따라 클러스터링되어 채널 활용도가 향상될 수 있다. AP는 STA의 전송 지연을 계산하고 클러스터를 만들어 유사한 전송 지연을 가진 STA을 함께 클러스터링할 수 있다.
둘째, 비례 공정 기반 스케줄링(proportional fair-based scheduling)에 따라 업링크 다중 사용자 전송을 위한 클러스터를 선택할 수 있다. 비례 공정성(proportional fairness)은 각 클러스터에 대해 계산되며 AP는 업링크 다중 사용자 전송을 위한 클러스터를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 전송 지연 기반 STA 클러스터링 측면에서, 클러스터링 기반 채널 활용도 향상을 위하여, 본 발명에 따른 스케줄링 방법에서는 전송 지연이 유사한 STA이 함께 클러스터링될 수 있다. CSI를 획득하기 위해 미리 채널 사운딩 과정을 진행할 수 있다.
채널 사운딩 후 각 업링크 STA에 대한 SINR 정보는 <수학식 1>과 같이 나타내고, 각 STA의 최대 업링크 전송률은 Rsi(
Figure pat00010
aS,si)로 나타낼 수 있다. Qsi는 STAsi ∈ S가 AP로 전송을 시도하는 업링크 데이터의 크기를 나타낸다.
그러면 STAsi의 전송 지연은 <수학식 2>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00011
각 STA은 서로 다른 전송 지연 dsi, si ∈ S를 가질 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 각 STA의 전송 지연 dsi를 기반으로 STA 클러스터를 만들어 유사한 전송 지연을 가진 STA들이 동시에 업링크 데이터를 전송하도록 구성될 수 있다.
AP는 CUL=C1 UL, C2 UL, C3 UL, · · ·을 STA 클러스터 세트로 지정할 수 있다. 여기서, C1 UL, Cm UL ⊂ CUL에 대해
Figure pat00012
및
Figure pat00013
를 나타낼 수 있다.
Cl UL ⊂ CUL에 대해
Figure pat00014
로 동일한 클러스터에 있는 두 STA 간의 전송 지연 차이를 나타내는 함수를 정의할 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서는 클러스터의 전송 지연의 최대 차이를 최소화하도록 클러스터를 구성하고, STA 클러스터링 문제를 <수학식 3>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00015
업링크 다중 사용자 전송에 참여하는 STA 수가 적어 사용 가능한 주파수 대역이 있는 경우, 즉 | Cl UL | <BaS, 사용 가능한 주파수 자원은 새로 가입한 STA을 위해 다운 링크 전송 또는 채널 사운딩을 통해 활용할 수도 있다.
따라서 본 발명에서는 업링크 다중 사용자 전송에 초점을 맞추고 본 발명에 따른 방법은 업링크 다중 사용자 전송을 위해 최대 STA 수를 사용하여 가용 대역폭을 최대한 활용할 수 있다.
클러스터 크기를 최대화하기 위해 STA이 클러스터링되고 최대 STA 수가 업링크 데이터를 동시에 전송하도록 스케줄링되어 있다고 가정하면, 즉 | Cl UL | <BaS, <수학식 3>의 문제는 그리디 접근(greedy approach)으로 쉽게 해결할 수 있다.
도 1a 및 1b에서는 업링크 다중 사용자 전송 시스템(100)에 3개의 STA가 존재하는 것으로 도시하였지만, 이는 일 예시일 뿐이며 STA의 개수는 제한되지 않는다.
채널 활용에 대한 수치 분석 측면에서, 본 발명에 따른 전송 지연 기반 STA 클러스터링의 채널 활용 효율을 제시할 수 있다. 본 발명에 따른 STA 클러스터링 방법은 IEEE 802.11ax에 명시된 시나리오에 따라 다중 사용자 전송의 업링크 채널 활용을 향상시킬 수 있다.
AP는 업링크 다중 사용자 전송에 참여하려는 STA의 CSI 및 BSR을 기반으로 각 STA의 예상 전송 지연을 계산할 수 있다.
그런 다음, AP는 동시 업링크 전송을 위해 유사한 전송 지연을 가진 STA을 함께 클러스터링할 수 있다. 일 실시예에서, AP는 전송 지연이 임계값 이하인 해당 STA들을 클러스터링할 수 있다.
본 발명에 따른 전송 지연 기반 STA 클러스터링에 대한 성능 분석을 수행하고 본 발명에 따른 방법이 IEEE 802.11ax에서 업링크 다중 사용자 전송의 채널 활용도를 향상시키는 것을 제시할 수 있다.
전송 지연 기반 STA 클러스터링의 개념을 증명하기 위해 시뮬레이션을 통해 정규화된 채널 활용도를 비교할 수 있다. 정규화된 채널 이용률을 선택한 STA 중 최대로 정규화된 평균 전송 지연으로 정의할 수 있다.
이 시뮬레이션에서 업링크 전송을 위해 선택된 STA의 전송률은 모두 동일하다고 가정하고 패킷 도착률은 Poisson 분포를 따를 수 있다. 업링크 다중 사용자 전송을 위해 선택된 STA에 대해 전송 속도가 모두 동일하면 PPDU 크기는 전송 지연과 직접 관련이 있을 수 있다.
따라서 선택한 STA의 모든 업링크 PPDU 크기가 동일하면 정규화된 채널 사용률은 1일 수 있다.
정규화된 채널 사용률이 1에 가까워짐에 따라 PPDU 전송 종료와 블록 ACK 전송 시작 사이의 시간 동안 채널 사용률이 낮아질 수 있다.
주기적 리클러스터링(re-clustering)을 갖는 전송 지연 기반 클러스터링 방법과 리클러스터링 없는 전송 지연 기반 클러스터링 방법, 랜덤 선택 방법의 채널 활용도가 비교될 수 있다. 시뮬레이션에서 동시 업링크 전송 수는 8개로 설정될 수 있다. 즉, 8개 STA이 선택될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 STA이 16개인 경우의 채널 활용 그래프를 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 도 2는 업링크 전송을 위해 16개 STA 중 8개 STA을 선택한 경우 전송 시간에 대한 채널 활용 결과를 확인할 수 있다.
결과에서 알 수 있듯이 전송 지연 기반 STA 클러스터링은 랜덤 선택 방식보다 채널 활용 성능이 더 높을 수 있다.
그러나 리클러스터링이 없는 전송 지연 기반 클러스터링 방식의 성능은 시간이 지남에 따라 저하되는 반면, 랜덤 선택 방식은 일관된 채널 활용 성능을 보일 수 있다.
이는 패킷 도착률이나 전송률과 같은 전송 환경에 따라 시간이 지남에 따라 전송 지연이 변하기 때문일 수 있다.
전송 환경의 변화를 보상하기 위해 예상되는 전송 지연에 따라 STA을 다시 클러스터링해야 할 수 있다. 리클러스터링을 통한 전송 지연 기반 클러스터링 방식은 STA 클러스터링을 5회마다 수행하며 다른 방식에 비해 채널 활용 성능이 우수함을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 STA이 24개인 경우의 채널 활용 그래프를 도시한 도면이다.
도 3을 참고하면, 도 3은 24개의 STA이 있을 때 전송 시간에 대한 채널 활용 결과를 확인할 수 있다.
시뮬레이션 결과는 도 2에 표시된 것과 유사하지만 STA이 많은 네트워크에서 리클러스터링이 더 중요해짐을 나타낼 수 있다. 전송 지연 계산에는 업링크 다중 사용자 전송에 참여하려는 STA의 BSR 및 CSI가 필요할 수 있다.
따라서 전송 시간마다 STA 클러스터링을 수행하면 오버 헤드가 증가하고 처리량 성능이 저하될 수 있다.
시뮬레이션을 통해 전송 지연 기반 STA 클러스터링이 네트워크 처리 성능과 직접적으로 관련된 채널 활용도를 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
또한 역 클러스터링 기반 방식이 업링크 전송 환경의 변화에 따라 리클러스터링을 수행해야함을 확인할 수 있다. 리클러스터링은 또한 리클러스터링 없이 전송 지연 기반 클러스터링 방법에 비해 STA 간의 공정성을 향상시킬 수 있다.
비례 공정 기반 전송 스케줄링(Proportional Fair-Based Transmission Scheduling) 측면에서, 본 발명에 따르면, 클러스터링 기반 비례 공정 스케줄러가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서는 전송 지연을 기준으로 STA을 먼저 클러스터링한 다음 AP에 의해 업링크 데이터를 전송하도록 클러스터를 스케줄링할 수 있다.
유사한 전송 지연을 가진 STA은 업링크 다중 사용자 시나리오에서 채널 활용도와 네트워크 처리량 성능을 향상시키기 위해 함께 클러스터링될 수 있다.
IEEE 802.11ax 네트워크에서 업링크 다중 사용자 전송 시나리오를 위한 고효율 클러스터를 사용하여 비례 공정 기반 접근 방식을 기반으로 하는 클러스터 스케줄링 방법이 사용될 수 있다.
비례 공정 기반 스케줄링은 이전 자원 소비에 반비례하는 STA의 우선 순위를 조정하여 데이터 전송을 시도하는 STA의 공정성과 네트워크 처리량을 향상시킬 수 있다.
비례 공정 기반 방법은 네트워크 처리량과 STA 간의 공정성 모두에서 우수한 성능을 달성할 수 있기 때문에 널리 사용되는 스케줄링 접근 방식 중 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서는 STA이 업링크 데이터를 전송하기 위해 고갈되고 전송 지연이 짧아짐에 따라 더 높은 전송 기회를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 <수학식 3>과 같이 전송 지연을 기준으로 STA을 클러스터링한 후 스케줄링을 수행할 수 있다.
시간 슬롯 t에서 STAsi, si ∈ S의 전송 속도를 Rt si(
Figure pat00016
aS,si)로 나타낼 수 있다. 본 발명에서는 IEEE 802.11ax 네트워크에서 업링크 다중 사용자 전송 지연을 최소화하기 위해 전송 지연을 기준으로 비례 공정성이 사용될 수 있다.
각 클러스터의 본 발명에 따른 비례 공정성값은 <수학식 4>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00017
여기서,
Figure pat00018
은 시간 슬롯 t에서 클러스터 l(Cl UL ⊂ CUL)의 비례 공정성값을 나타낸다. α와 β는 전송 지연과 공정성 성능의 균형을 맞추기 위한 조정값을 나타낸다.
예를 들어, α=1 및 β=0의 경우 비례 공정성값은 클러스터에 있는 STA의 전송 지연 합계일 수 있다.
반면에, α=0 및 β=1의 경우 클러스터는 라운드 로빈 방식으로 스케룰링될 수 있다. 평균 기간 T는 하드웨어 제한 내에서 조정할 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서는 CUL 내의 모든 클러스터의 비례 공정성값을 매 스케줄링주기마다 계산하고, 업링크 데이터 전송을 위해 최소값을 갖는 클러스터를 스케줄링할 수 있다. 시간 t에서 다중 사용자 업링크 전송에 대한 클러스터 스케줄링 문제는 <수학식 5>와 같이 공식화될 수 있다.
Figure pat00019
<수학식 5>는 CUL에서 클러스터의 비례 공정성값을 비교하여 쉽게 풀 수 있다. 최소값을 가진 클러스터를 찾은 후 선택한 클러스터의 STA은 동시 업링크 다중 사용자 전송을 위해 스케줄링될 수 있다.
본 발명에 따른 스케줄링 방법은 전송 지연이 유사한 STA을 클러스터링하여 업링크 채널 활용 및 네트워크 처리 성능을 효율적으로 향상시키고 비례 공정성을 활용하여 STA의 채널 액세스 부족을 방지할 수 있다.
일 실시예에서, 전송 지연에 따른 리클러스터링 조건(Re-clustering condition based on transmission delay) 측면에서, 본 발명에 따른 스케줄링 방법의 성능은 STA의 전송 지연 차이에 따라 달라질 수 있다. 따라서 클러스터링 이후 업링크 전송을 위한 데이터 크기나 전송률에 상당한 변화가 있을 경우 채널 활용도가 낮아지고 결국 본 발명에 따른 방법의 성능이 저하될 수 있다.
성능 저하를 보상하기 위해 전송 지연 차이가 특정 임계값보다 커지면 STA을 다시 클러스터링해야 할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 리클러스터링 조건은 전송 지연의 변화를 기반으로 할 수 있다. STA이 클러스터링되는 시간은 t’으로 나타낼 수 있다.
시간 t’에서 각 클러스터의 최대 전송 지연을 계산할 수 있으며, 가장 큰 값을 가진 클러스터의 전송 지연 차이를 τ’max로 나타낼 수 있다.
시간 t에서 <수학식 5>와 같이 업링크 다중 사용자 데이터 전송을 수행하기 위한 클러스터를 선택하고, 시간 t에서 선택된 클러스터를 C* UL,t로 나타낼 수 있다.
트리거링 프레임을 전송하여 STA에 스케줄링 정보를 알리기 전에 AP는 현재 선택된 클러스터 C* UL,t의 최대 전송 지연을 τ’max와 비교할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 <수학식 6>과 같이 리클러스터링을 수행할 수 있다.
Figure pat00020
여기서 λ는 조정 가능한 매개 변수이며 네트워크 토폴로지 또는 채널 환경에 따라 변경될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서는 현재의 전송-지연 차이를 초기 클러스터링과 비교하여 리클러스터링을 수행하여 상당한 성능 저하 없이 업링크 다중 사용자 전송을 위한 합리적인 채널 활용을 유지할 수 있다.
업링크 다중 사용자 스케줄링의 성능 평가를 수행할 수 있다. AP와 여러 STA으로 구성된 네트워크 토폴로지에서 여러 STA이 업링크 다중 사용자 전송에 참여할 수 있다.
도 1과 같이 AP는 MU-RTS를 브로드캐스트하고 CTS를 전송하여 STA 응답을 할 수 있다.
본 발명에 따른 업링크 다중 사용자 스케줄링 방법은 AP에 의해 버퍼 상태 및 채널 상태를 포함한 전송 정보를 수집한 후 STA을 여러 클러스터로 분할하여 예상 지연이 유사한 STA을 그룹화하여 업링크 데이터를 전송할 수 있다.
클러스터는 비례 공정 전략 또는 라운드 로빈 방식에 따라 선택될 수 있다. 본 발명에 따른 방법을 라운드 로빈 선택 방법을 사용한 지연 기반 클러스터링, 무작위 선택 방법을 사용한 지연 기반 클러스터링, 클러스터링 없는 임의 선택 방법을 비교할 수 있다.
일 실시예에서, <표 1>은 IEEE 802.11ax 네트워크에서 업링크 전송 시나리오에 대한 시뮬레이션 매개 변수를 나타낸다.
Parameter Value Parameter Value
SIFS 16(
Figure pat00021
)		 Service field length 16(bits)
AIFS 34(
Figure pat00022
)		 MPDU delimiter length 32(bits)
Legacy preamble 20(
Figure pat00023
)		 MAC header length 320(bits)
HE preamble 168(
Figure pat00024
)		 Tail length 18(bits)
Max APEP size 4096(Bytes) RTS 160(bits)
Max Buffer size 256000(bits) CTS 112(bits)
네트워크에 배치된 STA의 A-MPDU(aggregated MAC protocol data unit) APEP(pre-EOF padding) 크기는 0~4097 바이트 사이에서 무작위로 선택되며 MCS는 각 STA과 AP 간의 채널 상태에 따라 0~11 사이로 설정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 STA이 200개인 경우의 네트워크 처리량 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 4를 참고하면, 도 4에서 볼 수 있듯이 동시 업링크 전송 수가 증가하면 네트워크 처리 성능이 향상될 수 있다.
동시 전송 수가 다른 모든 업링크 경우에 대해, 본 발명에 따른 비례 공정 선택을 갖는 지연 기반 클러스터링(Proposed delay-based clustering with PF selection)이 다른 방법보다 더 나은 성능을 확인할 수 있다.
α가 증가하고 β가 감소하면 클러스터를 선택하여 처리량 성능을 높이므로 본 발명에 따른 α=0.8 및 β=0.2 방법이 가장 높은 처리량 성능을 확인할 수 있다.
α가 감소하고 β가 증가함에 따라 본 발명에 따른 방법의 처리량 성능은 라운드 로빈 기반 클러스터 선택에 가까워질 수 있다.
또한, 시뮬레이션 결과는 지연 기반 클러스터링이 있는 방법이 클러스터링이 없는 방법보다 더 나은 성능을 확인할 수 있다. 이는 전송 지연 기반 클러스터링이 STA의 업링크 데이터 전송과 AP의 블록 ACK 전송 간의 채널 활용도를 높이기 때문일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 STA이 200개인 경우의 공정성 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 5를 참고하면, 도 5는 동시 업링크 전송 수에 대한 공정성 성능을 확인할 수 있다.
공정성 성과는 방송국에서 전송되는 데이터 양을 기준으로 측정되며 Jain의 공정성 지수를 사용하여 계산될 수 있다. 반면, 비례 공정 선택을 사용하는 본 발명에 따른 지연 기반 클러스터링은 공정성이 아닌 처리량 성능을 최대화하기 위해 클러스터가 선택되기 때문에 공정성 성능이 낮을 수 있다.
그러나 α가 감소하고 β가 증가함에 따라 비례 공정 선택으로 본 발명에 따른 방법의 공정성 성능이 증가할 수 있다.
본 발명에 따른 방법 α=0.5, β=0.5의 공정성 성능은 동시 업링크 전송 횟수가 6 이상일 때 라운드 로빈 선택을 통한 지연 기반 클러스터링 방법의 공정성 성능과 유사하게 될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 STA이 100개인 경우의 네트워크 처리량 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 6을 참고하면, 도 6은 네트워크에 100개의 STA이 있을 때의 네트워크 처리량 성능을 확인할 수 있다.
처리량 성능은 도 4의 결과와 유사함을 확인할 수 있다. 도 4의 처리량 성능 결과와 비교할 때 비례 공정 선택을 사용하는 본 발명에 따른 지연 기반 클러스터링과 라운드 로빈 선택을 사용하는 지연 기반 클러스터링 간의 처리량 성능 차이가 작아질 수 있다.
특히 α=0.5 및=0.5 일 때 처리량 성능 차이가 보다 작아질 수 있다. 이는 STA 수가 감소함에 따라 업링크 전송을 위해 선택될 클러스터 후보가 감소하기 때문일 수 있다.
그러나 α=0.8, β=0.2 일 때 본 발명에 따른 방법의 네트워크 처리 성능은 다른 방법보다 훨씬 나은 성능을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 STA이 100개인 경우의 공정성 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 7을 참고하면, 도 7은 네트워크에 100개의 STA이 있을 때 공정성 성능을 확인할 수 있다.
도 5의 업링크 전송 시나리오에 비해 STA 수가 감소하기 때문에 클러스터 수가 감소하고 공정한 클러스터 선택 가능성이 증가할 수 있다.
따라서 α=0.5, β=0.5 및 α=0.6, α=0.4 인 본 발명에 따른 방법의 공정성 성능은 고도로 배치된 STA의 시나리오에 비해 증가할 수 있다. 즉, 200개의 STA이 있는 시나리오는 업링크 데이터가 전송될 수 있다.
시뮬레이션 결과는 비례 공정 선택을 통한 본 발명에 따른 지연 기반 클러스터링이 IEEE 802.11ax 네트워크에서 다중 사용자 업링크 전송 시나리오의 네트워크 처리량 성능을 향상 시킨다는 것을 확인할 수 있다.
또한 비례 공정 매개 변수 α 및 β를 조정하면 공정성 성능이 향상될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 80% STA 변화의 MCS와
Figure pat00025
가 1.5인 경우의 네트워크 처리량 성능 그래프를 도시한 도면이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 40% STA 변화의 MCS와
Figure pat00026
가 1.5인 경우의 네트워크 처리량 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 8 및 9를 참고하면, 도 8과 도 9는 업링크 채널이 불안정하고 STA의 80% 및 40%의 MCS(modulation and coding scheme)가 시뮬레이션 시간마다 각각 변경되는 경우 네트워크 처리량 성능을 확인할 수 있다.
리클러스터링 전략이 있는 본 발명에 따른 방법의 경우 λ를 1.5로 설정하고 <수학식 6>의 조건이 충족되면 방법은 리클러스터링을 수행할 수 있다.
시뮬레이션 결과는 채널이 불안정해짐에 따라 네트워크 처리량 성능이 감소함을 확인할 수 있다. 즉, 더 많은 STA이 STA과 AP 사이의 시변 채널로 인해 MCS 변경을 수행할 수 있다.
동일한 α 및 β값에 대해 본 발명에 따른 리클러스터링 방법은 리클러스터링하지 않는 본 발명에 따른 방법보다 더 나은 처리 성능을 확인할 수 있다. 이는 시간에 따라 변하는 채널 환경에서 네트워크 처리량 성능을 향상시키기 위해 리클러스터링을 수행하는 것이 중요함을 의미할 수 있다.
또한, 도 8의 업링크 전송 시나리오의 경우 본 발명에 따른 리클러스터링 방법(α=0.6 및 β=0.4)은 리클러스터링 없이 본 발명에 따른 방법(α=0.8 및 β=0.2)과 유사한 처리 성능을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 80% STA 변화의 MCS와
Figure pat00027
가 1.5인 경우의 공정성 성능 그래프를 도시한 도면이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 40% STA 변화의 MCS와
Figure pat00028
가 1.5인 경우의 공정성 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 10 및 11을 참고하면, 도 10과 11은 불안정한 채널 환경에서 본 발명에 따른 방법의 공정성 성능을 확인할 수 있다. 안정적인 업링크 시나리오의 결과와 마찬가지로 α가 감소하고 β가 증가하면 공정성 성능이 증가할 수 있다.
반면 시뮬레이션 결과는 채널 환경에 관계없이 유사한 공정성 성능을 확인할 수 있다. 불안정한 채널 환경에서 전송 지연을 기반으로 STA 리클러스터링을 수행함으로써 공정성 성능을 유지하면서 처리량 성능을 높일 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 80% STA 변화의 MCS와
Figure pat00029
가 1.9인 경우의 네트워크 처리량 성능 그래프를 도시한 도면이다. 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 40% STA 변화의 MCS와
Figure pat00030
가 1.9인 경우의 네트워크 처리량 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 12 및 13을 참고하면, 도 12와 13은 STA의 80% 및 40%의 MCS가 시뮬레이션 시간마다 변경될 때 불안정한 채널에서 네트워크 처리량 성능을 확인할 수 있다.
도 8과 9의 성능 평가와 달리 <수학식 6>에서와 같이 리클러스터링을 수행하는 λ는 1.5가 아닌 1.9로 설정될 수 있다. 결과에서 알 수 있듯이 λ값이 증가함에 따라 본 발명에 따른 리클러스터링 방법은 리클러스터링이 없는 본 발명에 따른 방법과 유사한 성능을 확인할 수 있다.
또한 도 12에서는 도 13의 결과에 비해 리클러스터링을 통한 본 발명에 따른 방법의 성능이 리클러스터링 없이 본 발명에 따른 방법에 가까워질 수 있다. 이는 λ를 STA과 STA 사이의 채널로 더 작은값으로 조정해야 하고, AP가 불안정해지는 것을 의미할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트웨어 정의 무선 장치 기반 테스트베드를 도시한 도면이다.
도 14를 참고하면, 소프트웨어 정의 무선 장비 기반 실험(Software-defined radio equipment-based experiments)이 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 도 14와 같이 SDR 장비 기반 실험으로 검증할 수 있다.
AP로 USRP(Universal Software Radio Peripheral) 1개를 배포하고 AP로 업링크 데이터를 전송하려는 STA으로 4개의 USRP를 배포할 수 있다. 호스트 컴퓨터는 STA의 업링크 스케줄링을 수행하고, 스케줄링된 정보는 이더넷을 통해 STA으로 전송될 수 있다.
그 후 선택된 STA은 수신된 데이터를 분석하기 위해 컴퓨터에 연결된 AP로 업링크 전송을 수행할 수 있다. USRP 기반 테스트 베드를 사용하여 동시 업링크 전송의 채널 활용도를 조사할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 활용 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 15를 참고하면, 도 15는 동시 업링크 시나리오에서 채널 활용의 실험 결과를 확인할 수 있다.
최적의 리클러스터링 방식은 매 시간 슬롯마다 리클러스터링을 수행하며 최고의 채널 활용 성능을 확인할 수 있다.
결과는 리클러스터링(re-clustering) 방식을 이용한 지연 기반 클러스터링이 매번 리클러스터링을 수행하는 방식을 제외하고는 다른 방식에 비해 채널 활용 성능이 더 높은 것을 확인할 수 있다.
리클러스터링이 없는 본 발명에 따른 방법은 리클러스터링이 있는 본 발명에 따른 방법보다 채널 활용 성능이 낮지만, 그 성능은 여전히 라운드-로빈(round-robin) 선택 또는 임의 선택(random selection)보다 높을 수 있다.
SDR 기반 테스트 베드를 통해 본 발명에 따른 업링크 다중 사용자 전송 방법의 효율성을 검증할 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명에서는 비례 공정 기반 업링크 다중 사용자 스케줄링 방법이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 채널 활용도를 효율적으로 향상시키기 위해 전송 시간에 따라 STA을 클러스터링하고 클러스터에 대해 비례 기반 스케줄링을 수행하여 네트워크 처리량 성능을 모두 향상시킬 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 방법을 도시한 도면이다. 일 실시예에서, 도 16의 각 단계는 도 1의 AP(110)에 의해 수행될 수 있다.
도 16을 참고하면, S1601 단계는, 다수의 STA(120-1 내지 120-3) 각각에 대한 전송 지연(transmission delay)에 기반하여 다수의 STA(120-1 내지 120-3) 중 적어도 하나의 STA를 단말 클러스터로 클러스터링(clustering)하는 단계이다.
일 실시예에서, S1601 단계 이전에, 다수의 STA(120-1 내지 120-3)에게 MU-RTS(multi-user request-to-send) 프레임을 송신하고, MU-RTS 프레임의 송신에 응답하여, 다수의 STA(120-1 내지 120-3) 각각으로부터 CTS(clear-to-send) 프레임을 수신할 수 있다.
일 실시예에서, 다수의 STA(120-1 내지 120-3) 각각에 대한 CSI(channel state information) 및 BSR(buffer status response) 중 적어도 하나에 기반하여 다수의 STA(120-1 내지 120-3) 각각에 대한 전송 지연을 결정할 수 있다.
일 실시예에서, S1601 단계와 S1603 단계 사이에, 클러스터링된 적어도 하나의 STA에 대한 업링크 데이터의 송신 우선순위를 나타내는 비례 공평(proportional fair) 값을 결정하고, 비례 공평 값이 가장 작은 단말 클러스터에 대한 스케줄링 정보를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 비례 공정 기반 스케줄링은 이전 자원 소비에 반비례하는 STA의 우선 순위를 조정하여 적어도 하나의 STA에 대한 스케줄링 정보를 결정할 수 있다. 즉, 스케줄링 정보가 결정된 적어도 하나의 STA에 대하여 업링크 데이터를 전송하도록 스케줄링을 수행할 수 있다.
S1603 단계는, 적어도 하나의 STA에게 적어도 하나의 STA가 포함된 단말 클러스터에 대한 스케줄링 정보가 포함된 트리거 프레임을 송신하는 단계이다.
S1605 단계는, 트리거 프레임의 송신에 응답하여 적어도 하나의 STA로부터 업링크 데이터를 수신하는 단계이다.
일 실시예에서, S1601 단계 이후에, 다수의 STA(120-1 내지 120-3) 각각에 대한 전송 지연의 변화에 기반하여 다수의 STA(120-1 내지 120-3) 중 적어도 하나의 STA를 리클러스터링(re-clustering)할 수 있다.
일 실시에에서, 다수의 STA(120-1 내지 120-3)에 대한 전송 지연 차이가 특정 임계값보다 커지면 다수의 STA(120-1 내지 120-3)을 다시 클러스터링할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 장치(1700)를 도시한 도면이다. 일 실시예에서, 도 17의 다중 사용자 스케줄링 장치(1700)는 도 1의 AP(110)를 포함할 수 있다.
도 17을 참고하면, 다중 사용자 스케줄링 장치(1700)는 제어부(1710), 통신부(1720) 및 저장부(1730)를 포함할 수 있다.
제어부(1710)는 다수의 STA(120-1 내지 120-3) 각각에 대한 전송 지연에 기반하여 다수의 STA(120-1 내지 120-3) 중 적어도 하나의 STA를 단말 클러스터로 클러스터링할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(1710)는 적어도 하나의 프로세서 또는 마이크로(micro) 프로세서를 포함하거나, 또는, 프로세서의 일부일 수 있다. 또한, 제어부(1710)는 CP(communication processor)라 지칭될 수 있다. 제어부(1710)는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다중 사용자 스케줄링 장치(1700)의 동작을 제어할 수 있다.
통신부(1720)는 적어도 하나의 STA에게 적어도 하나의 STA가 포함된 단말 클러스터에 대한 스케줄링 정보가 포함된 트리거 프레임을 송신하고, 트리거 프레임의 송신에 응답하여 적어도 하나의 STA로부터 업링크 데이터를 수신할 수 있다.
일 실시예에서, 통신부(1720)는 유선 통신 모듈 및 무선 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 통신부(1720)의 전부 또는 일부는 '송신부', '수신부' 또는 '송수신부(transceiver)'로 지칭될 수 있다.
저장부(1730)는 단말 클러스터 정보를 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 저장부(1730)는 스케줄링 정보를 저장할 수 있다.
일 실시예에서, 저장부(1730)는 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부(1730)는 제어부(1720)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공할 수 있다.
도 17을 참고하면, 다중 사용자 스케줄링 장치(1700)는 제어부(1710), 통신부(1720) 및 저장부(1730)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 예들에서 다중 사용자 스케줄링 장치(1700)는 도 17에 설명된 구성들이 필수적인 것은 아니어서, 도 17에 설명된 구성들보다 많은 구성들을 가지거나, 또는 그보다 적은 구성들을 가지는 것으로 구현될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 통상의 기술자라면 본 발명의 본질적인 특성이 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.
본 명세서에 개시된 다양한 실시예들은 순서에 관계없이 수행될 수 있으며, 동시에 또는 별도로 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 본 명세서에서 설명되는 각 도면에서 적어도 하나의 단계가 생략되거나 추가될 수 있고, 역순으로 수행될 수도 있으며, 동시에 수행될 수도 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
100: 업링크 다중 사용자 전송 시스템
110: AP
120-1 내지 120-3: STA
1700: 다중 사용자 스케줄링 장치
1710: 제어부
1720: 통신부
1730: 저장부

Claims (10)

  1. (a) 다수의 STA(station) 각각에 대한 전송 지연(transmission delay)에 기반하여 상기 다수의 STA 중 적어도 하나의 STA를 단말 클러스터로 클러스터링(clustering)하는 단계;
    (b) 상기 적어도 하나의 STA에게 상기 적어도 하나의 STA가 포함된 단말 클러스터에 대한 스케줄링 정보가 포함된 트리거 프레임을 송신하는 단계; 및
    (c) 상기 트리거 프레임의 송신에 응답하여 상기 적어도 하나의 STA로부터 업링크 데이터를 수신하는 단계;
    를 포함하는,
    전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이전에,
    상기 다수의 STA에게 MU-RTS(multi-user request-to-send) 프레임을 송신하는 단계; 및
    상기 MU-RTS 프레임의 송신에 응답하여, 상기 다수의 STA 각각으로부터 CTS(clear-to-send) 프레임을 수신하는 단계;
    를 더 포함하는,
    전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    상기 다수의 STA 각각에 대한 CSI(channel state information) 및 BSR(buffer status response) 중 적어도 하나에 기반하여 상기 다수의 STA 각각에 대한 전송 지연을 결정하는 단계;
    를 포함하는,
    전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계와 (b) 단계 사이에,
    상기 클러스터링된 적어도 하나의 STA에 대한 상기 업링크 데이터의 송신 우선순위를 나타내는 비례 공평(proportional fair) 값을 결정하는 단계; 및
    상기 비례 공평 값이 가장 작은 단말 클러스터에 대한 스케줄링 정보를 결정하는 단계;
    를 더 포함하는,
    전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이후에,
    상기 다수의 STA 각각에 대한 전송 지연의 변화에 기반하여 상기 다수의 STA 중 적어도 하나의 STA를 리클러스터링(re-clustering)하는 단계;
    를 더 포함하는,
    전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 방법.
  6. 다수의 STA(station) 각각에 대한 전송 지연(transmission delay)에 기반하여 상기 다수의 STA 중 적어도 하나의 STA를 단말 클러스터로 클러스터링(clustering)하는 제어부; 및
    상기 적어도 하나의 STA에게 상기 적어도 하나의 STA가 포함된 단말 클러스터에 대한 스케줄링 정보가 포함된 트리거 프레임을 송신하고,
    상기 트리거 프레임의 송신에 응답하여 상기 적어도 하나의 STA로부터 업링크 데이터를 수신하는 통신부;
    를 포함하는,
    전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 다수의 STA에게 MU-RTS(multi-user request-to-send) 프레임을 송신하고,
    상기 MU-RTS 프레임의 송신에 응답하여, 상기 다수의 STA 각각으로부터 CTS(clear-to-send) 프레임을 수신하는,
    전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 다수의 STA 각각에 대한 CSI(channel state information) 및 BSR(buffer status response) 중 적어도 하나에 기반하여 상기 다수의 STA 각각에 대한 전송 지연을 결정하는,
    전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 클러스터링된 적어도 하나의 STA에 대한 상기 업링크 데이터의 송신 우선순위를 나타내는 비례 공평(proportional fair) 값을 결정하고,
    상기 비례 공평 값이 가장 작은 단말 클러스터에 대한 스케줄링 정보를 결정하는,
    전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 다수의 STA 각각에 대한 전송 지연의 변화에 기반하여 상기 다수의 STA 중 적어도 하나의 STA를 리클러스터링(re-clustering)하는,
    전송지연 최소화를 위한 다중 사용자 스케줄링 장치.
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