KR100841325B1 - 무선 패킷 통신 시스템에서의 공유 채널 스케줄러 장치 및그를 이용한 공유채널 스케줄링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 패킷 통신 시스템에서의 공유 채널 스케줄링 방법에 관한 것으로, 특히 무선 패킷 데이터 서비스 과정에서 각 사용자들에 대한 유연성 있는 서비스를 제공하고 시스템 생산성을 향상할 수 있는 무선 패킷 통신 시스템에서의 공유 채널 스케줄링 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명 무선 패킷 통신 시스템에서의 공유 채널 스케줄링 방법은 복수개의 단말기들로부터 전송된 신호 전력대 잡음 전력비와 사용자 및 서비스 우선순위에 따라 상기 각각의 단말기에 대한 우선순위를 스케줄링하는 단계와, 상기 스케줄링 우선순위에 따라 상기 각각의 단말기에 패킷 데이터를 전송하는 단계로 구성된다.

스케줄링

Description

무선 패킷 통신 시스템에서의 공유 채널 스케줄러 장치 및 그를 이용한 공유채널 스케줄링 방법{Device for channel scheduler in wireless packet communication system and method for channel scheduling using the same}

본 발명은 무선 패킷 통신 시스템에서의 공유 채널 스케줄링 방법에 관한 것으로, 특히 무선 패킷 데이터 서비스 과정에서 각 사용자들에 대한 유연성 있는 서비스를 제공하고 시스템 생산성을 향상할 수 있는 무선 패킷 통신 시스템에서의 공유 채널 스케줄링 방법에 관한 것이다.

기존의 1x CDMA2000 시스템은 회선 모드(circuit switched mode)의 음성 서비스와 중, 저속의 데이터 서비스를 지원하도록 설계되어 있다.

또한 무선 인터넷과 같은 서비스에 대한 욕구가 증대되면서 음성 서비스를 배제한 채, 고속의 패킷 데이터 통신만을 위한 시스템이 제안되었으며, 이를 HDR (High Data Rate) 혹은 1x-EV DO(1x-Evolution Data Only)라고 한다. 이러한 두 시스템의 통합 버전이 1x-EV DV(1x-Evolution Data and Voice)라고 부르고 있다.

1x-EV DV 시스템은 기존의 회선 모드(circuit mode)의 음성 서비스와 데이터 서비스를 고속의 패킷 데이터 서비스(packet data service)와 동시에 수행할 수 있 는 시스템을 말한다.

따라서, 1x-EV DV 시스템은 기존의 CDMA2000의 1x와 하위 계층의 호환이 되어야 하며, 이에 따라 현재 고려되고 있는 1x-EV DV 규격들은 모두 기존의 CDMA2000의 무선 구성(Radio Configuration;이하 RC라 약칭함)을 지원하고 있으며, 추가적으로 패킷 데이터 서비스를 위한 공유 채널(shared channel)을 독립된 RC 형태로 구성하고 있다.

1x-EV DV 시스템에서는 기존의 회선 모드의 음성 사용자들과 데이터 사용자들이 존재하는 상황에서 여분의 기지국 전력과 왈쉬 부호(walsh code)를 F-PDCH에 다이나믹하게 할당하는 방법을 이용하게 된다.

그리고, 이러한 여분의 기지국 전력과 왈쉬 부호를 링크의 품질이 좋은 어떤 특정한 사용자에게 할당하는 방법을 사용하여 기지국의 데이터 처리량(throughput)을 증가시키게 된다.

이때, F-PDCH의 동작을 위해서는 각 사용자들이 자신과 기지국 사이의 링크 품질을 기지국에 전송하기 위한 어떠한 피드백 채널이 필요하게 된다.

기지국에서는 사용자들이 보고한 링크 품질을 바탕으로, 현 시각에 전송할 타겟 사용자들의 전송 순서를 계획하는 작업과 함께 현재의 링크 품질에 적합한 변조 기법과 채널 부호화율을 선택하여 계획된 타겟 사용자에게 전송하게 된다.

이때, 사용자와 기지국간의 링크의 품질을 측정하는 방법은 다음과 같다.

우선적으로 기존의 1x 시스템의 공통 파일럿(common pilot)의 C/I값을 단말기에서 측정한다. 그리고 이 값을 양자화하고 이를 역방향 채널을 통하여 기지국에 전송하는 방법을 사용한다.

이러한 과정을 통하여 가장 좋은 성능을 주는 기지국 또는 섹터를 단말이 선택하여, 이를 해당 기지국에 보고하게 되는 것이다. 8-진 왈쉬 커버링이 수행된 후, 결과적인 96 비트의 심볼들은 16-진 왈쉬 부호에 의하여 확산되어 1.25ms의 슬롯 시간동안 전송된다. 이러한 과정은 매 1.25ms 슬롯 시간동안 계속된다.

이러한 과정을 통하여 기지국(또는 섹터)과 사용자간의 채널 품질 정보는 R-CQICH채널을 통해 기지국(또는 섹터)들로 전송되고 선택된 기지국(또는 섹터)만이 이 R-CQICH정보를 토대로 사용자에게 데이터를 전송하게 된다.

계속해서 1xEV-DV 시스템의 가장 큰 특징은 다중 사용자가 하나의 공유 채널을 공유해서 패킷 데이터 통신을 수행한다는 것인데, 이대 하나의 공유 채널을 다중의 사용자가 공유하기 위해서는 자원을 공유하기 위한 알고리즘을 통해서 다중의 사용자에게 채널을 분배해주어야 한다. 이때 다중의 사용자에게 하나의 공유 채널을 분배하는 기능을 수행하는 것이 스케줄러(Scheduler)이다.

이와 같은 스케줄러가 수행해야 하는 가장 큰 기능은 시스템 처리량을 증가시키면서 사용자들에게 적절하게 자원을 분배하는 것이다.

일반적으로 시스템 처리율을 최대가 되도록 하기 위해서는 최대의 신호 전력대/잡음 전력비(C/I)를 갖는 사용자에게 모든 자원을 할당하는 것이다. 하지만 이와 같은 스케줄링 알고리즘(scheduling algorithm)을 사용할 경우, 환경이 좋은(신호전력대/잡음 전력비(C/I)가 큰) 몇몇의 사용자만이 자원을 독점하는 현상이 발생되고 이로 인해 대다수의 다른 사용자는 전혀 통신을 하지 못하는 현상이 발생하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 모든 사용자에게 동일한 전송 기회를 부여하게 될 경우, 전체적인 사용자의 자원점유율은 항상 동일하게 되지만 전체적인 시스템 처리량이 매우 저하된다.

이와 같은 현상들을 극복하기 위해서는 시스템 처리량과 사용자의 자원 점유율을 적절히 고려한 스케줄링 알고리즘이 필요하게 된다. 무선 패킷 데이터 통신 시스템인 HDR 시스템과 같은 경우, 시스템 처리량과 단말기로부터 수신되는 전송 데이터 레이트 요청(data rate request) 정보를 이용하여 다음과 같은 스케줄링 알고리즘을 사용하고 있다.

P(k) = DRC(k)/Throughput for User k

여기서, DRC(k)는 k 번째 사용자로부터 요구되는 전송 데이터 레이트, throughput for User k는 k 사용자가 단위 시간동안 보낸 정보의 양, P(k)는 K 번째 사용자의 우선순위 함수(priority function)로써, 우선순위 함수가 최대가 되는 사용자가 슬롯을 할당받고 패킷을 전송하게 된다. 이를 일반적으로 PF(proportional fair) 스케줄러라 한다.

현재 상용화된 CDMA 시스템으로부터 진화된 형태인 1xEV-DO 시스템의 경우, 단말기로부터 전송되는 채널 상태 정보가 HDR과 달리 채널의 신호전력대/잡음전력비(C/I)이다. 이는 HDR 시스템의 경우, 전송 데이터 레이트를 단말기가 결정하지만 1xEV-DO 시스템은 단말기로부터 전송된 채널의 신호전력대 잡음전력비를 통해 기지국이 전송 데이터 레이트를 설정하기 때문이다. 이와 같이 채널의 신호전력대/잡음전력비(C/I)가 전송되는 무선 패킷 데이터 통신 시스템의 경우, 스케줄링을 위한 우선순위 함수로서 전송 데이터 레이트를 사용하는 것은 정보의 손실을 가져온다.

예를 들면 신호전력대/잡음전력비(C/I) 4dB와 7dB를 갖는 사용자가 동일한 전송 데이터 레이트를 할당받는다 하더라도 7dB를 갖는 사용자는 전송한 패킷의 에러 확률이 떨어지므로 시스템 처리량을 증가시키기 위해서는 스케줄러에 의해 더 많은 슬롯을 할당해야 한다. 하지만 PF 스케줄러의 경우, 동일한 데이터 레이트로 전송하는 사용자는 동일한 우선 순위를 갖게 되므로 전체적인 시스템 처리율이 떨어지게 되는 단점이 있다.

또한, PF 스케줄러의 경우 각 사용자별 우선순위나 서비스 우선순위를 전혀 고려하지 못한다.

즉 동영상과 같이 실시간 근접 서비스(near real-time service)를 요구하는 사용자는 시스템내에서 우선 순위를 갖고 전송해야 한다. 하지만 PF 스케줄러는 이와 같은 사용자에 대한 우선순위가 고려되지 못하며, 비실시간 서비스(WWW. FTP등)을 요구하는 사용자와 동일한 우선순위를 제공함으로써 각 서비스에 따른 품질을 보장할 수 없게 된다. 더불어 시스템 운용상에서 주어질 수 있는 사용자에 대한 우선순위 또한 고려할 수 없는 단점을 갖게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 무선 패킷 데이터 서비스 과정에서 유연성있는 서비스를 제공함과 동시에 시스템 처리량을 증가시키기 위한 무선 패킷 통신 시스템에서의 공유 채널 스케줄러 장치 및 그를 이용한 공유 채널 스케줄링 방법을 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 일 특징에 따르면, 접속중인 다수의 단말에 대한 사용자 식별자(user ID)를 파악하는 단계와, 각 단말의 채널 상태, 패킷 지연(packet delay), 사용자 처리량(user throughput) 중 적어도 하나를 파악하는 단계 및 상기 파악한 정보들을 고려하여 각 단말로의 패킷 데이터 전송을 스케줄링하는 단계를 포함하는 무선 패킷 통신 시스템에서의 채널 스케줄링 방법이 제공된다.

이때, 각 단말에 제공할 패킷 데이터 전송 서비스의 서비스 식별자(service ID)를 파악하는 단계가 더 포함될 수 있으며, 상기 파악한 정보 각각에 가중치를 부여하여 상기 스케줄링을 조절하는 단계가 더 포함될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 일 특징에 따르면, 접속중인 다수의 단말에 대한 사용자 식별자(user ID)를 파악하고, 각 단말의 채널 상태, 패킷 지연(packet delay), 사용자 처리량(user throughput) 중 적어도 하나를 파악한 후, 상기 파악한 정보들을 고려하여 각 단말로의 패킷 데이터 전송을 스케줄링하는 스케줄러 및 상기 스케줄에 따라 각 단말로 패킷 데이터를 전송하는 송신부를 포함하는 무선 패킷 통신 시스템에서의 채널 스케줄링 장치가 제공된다.

이때, 상기 스케줄러는 각 단말에 제공할 패킷 데이터 전송 서비스의 서비스 식별자(service ID)를 파악하는 기능을 더 포함할 수 있으며, 상기 파악한 정보 각각에 가중치를 부여하여 상기 스케줄링을 조절하는 기능을 더 포함할 수 있다.

상기 서비스 식별자(service ID)는 네트워크 상에 존재하는 각 전송 서비스를 구별하기 위한 주요 수단이 될 수 있다. 또한, 상기 패킷 지연(packet delay)은 버퍼 내에 저장된 전송 데이터의 양이 될 수도 있고, 다음 순간에 보낼 데이터가 버퍼에 저장된 후 지난 지연 시간이 될 수도 있다.

이상의 설명에서와 같은 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 사용자와 서비스에 대한 우선 순위를 제공할 수 있기 때문에 시스템 운용에 있어서, 유연성을 제공할 수 있다. 또한 서비스나 사용자에 따라서 서비스의 품질을 다양한 형태로 제공할 수 있다.

둘째, 기존의 HDR 시스템과 달리 양자화된 형태의 전송 데이터 레이트가 아닌 신호전력대/잡음전력비(C/I)값을 사용하게 되므로 전체적인 전송 패킷의 에러 확률이 적고, 시스템 처리율을 향상할 수 있다.

셋째, 패킷 지연이나 사용자 처리율을 고려하게 됨으로써 서비스에 대한 안정적인 품질 유지가 가능하다.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 무선 패킷 통신 시스템에서의 공유채널 스케줄링 방법을 설명하기 위한 도면이다.

우선 본 발명은 단말기로부터 전송되는 신호전력대/잡음전력비(C/I)와 사용자 및 서비스 우선 순위를 고려한 스케줄링 방법을 제안한다. 이러한 스케줄러를 위한 우선순위 함수를 다음과 같이 정의한다.

P(k) = α·f(user ID, service ID) + β·g(C/I) + γ·h(packet delay, user throughput)

여기서 f(user ID, service ID)는 사용자와 서비스 종류에 따른 함수, g(C/I)는 신호전력대/잡음전력비 함수, h(packet delay, user throughput)는 사용자의 슬롯 할당량(버퍼지연, 사용자 처리량과 관계됨)에 대한 함수를 말한다. 여기서, 해당 사용자의 처리량과 패킷 지연과 관계되는 사용자의 슬롯 할당량은 그 사용자의 버퍼 내 전송 대기 중인 데이터 버퍼 용량에 상응하는 개념으로도 볼 수 있다.

그리고 α는 사용자와 사용자가 요구하는 서비스, 그리고 β는 채널 환경(C/I), 그리고 γ는 패킷 지연, 사용자 처리량(packet delay, user throughput) 각각에 대한 중요도를 나타내는 변수로 작용된다.

우선 도 1에 나타낸 바와 같이 우선 호가 설정(S11)되면 상위 계층(1)으로부터 사용자 식별자(user ID)를 수신하게 된다. 수신된 사용자 식별자(user ID)로부터 이 사용자가 패킷 데이터를 송수신하기 위한 사용자인가를 판단(S12)하여 이 사용자에 대한 우선순위를 설정하게 된다(S13).

이와 같이 호가 설정된 상황에서 패킷 데이터가 상위 계층(1)으로부터 수신된 경우(S14) 상기 패킷 데이터가 어떤 서비스를 지원하기 위한 정보인지를 전달받 음으로써 이에 따른 서비스 우선순위를 설정한다(S15).

그리고 사용자 식별자(user ID)와 서비스 식별자(service ID)에 따른 우선순위는 상위 계층(1)으로부터 수신된 값을 참고하여 설정하게 된다. 이 값을 이용하게 됨으로써 사용자간 품질은 서비스 요금, 서비스 제공자의 요구등으로부터 차별적으로 설정될 수 있으며, 또한 서비스 사업자가 제공하는 서비스에 따른 다중 품질 서비스를 제공할 수 있게 된다(S16).

다음 무선 패킷 데이터 시스템에서 사용자는 항상 채널의 상태에 대한 정보를 기지국으로 보고하는 과정을 거치게 된다. 즉 사용자로부터 수신되는 채널의 상태(C/I)를 이용하여(S17) 기지국의 수신 데이터 제어부(2)에서는 시스템 처리량을 높일 수 있도록 채널 환경이 좋은 사용자에게 우선적으로 선택하여 전송하는 과정을 갖는다(S18). 이로부터 시스템의 전체적인 성능을 높일 수 있다.

마지막으로 한 사용자가 데이터를 전송하는 과정에서 다음 순간에 보낼 데이터가 버퍼(S19)에 수신된 후 지난 지연 시간이 얼마인지를 항상 스케줄러가 계산(S21)한다. 더불어 각 사용자가 현재까지 데이터를 얼마나 전송했는지에 대한 사용자 처리량을 버퍼(S19)에서 전송된 데이터수로부터 결정하게 된다(S20). 이와 같이 계산된 패킷 딜레이와 사용자 처리량으로부터 우선순위를 계산(S22)함으로써 각 사용자간 공평성(fairness)을 유지할 수 있게 된다.

이와 같이 각각의 정보로부터 계산된 f(user ID, service ID), g(C/I) 및 h(packet delay, user throughput)에 대해서 서비스 운용자는 스케줄러를 통해 가중치를 부여하는 사용자 스케줄링 과정을 거치고(S23), 데이터를 전송한다(S24). 이를 위해 α,β,γ를 조절하게 되고, 이 값을 조절함으로써 스케줄러는 다양한 형태로 동작한다. 즉 위에서 f(user ID, service ID)가 모든 사용자와 서비스에 대하여 동일하고(즉 f(user ID, service ID = 0 for all user and service), g(C/I)가 신호전력대/잡음전력비에 따른 전송 데이터 레이트 설정함수가 되고, h(packet delay, user throughput) = 사용자 처리량(user throughput) 일 때, β= γ인 경우에는 종래와 같이 PF 스케줄러와 동일한 스케줄러로 동작하게 된다.

그러나 본 발명에서는 β가 매우 큰 값을 갖는 경우, 시스템 처리량을 최대로 할 수 있으며, γ가 매우 큰 값을 갖는 경우에는 시스템 처리량과 관계없이 모든 사용자가 동일한 슬롯 할당을 받게 됨으로써 사용자간 공평성을 유지하게 된다.

이와 같이 각각의 가중치는 각각의 역할을 갖게 되며, 다음과 같은 역할을 수행할 수 있다.

우선, α는 요금체계, 서비스 제공자의 필요등에 따른 사용자 우선순위와 차별화된 서비스품질을 제공하기 위한 서비스 우선순위에 가중치를 부가하기 위한 값으로서, 이를 통해 다중 품질 서비스와 요금 체계의 다양화를 통한 수익에 가중치를 두는 역할을 한다.

그리고 β는 시스템 처리량에 대한 가중치를 부가하는 값으로서 이는 사업자가 얻을 수 있는 수익에 가중치를 두는 역할을 수행하게 된다.

마지막으로 γ는 서비스 중에 발생할 수 있는 과다한 서비스 품질의 저하를 막아주는 역할에 가중치를 부가하기 위한 값이다.

서비스 사업자는 α,β,γ를 조절함으로써, 서비스 사업자가 원하는 서비스 형태를 구현하기 위해 f(user ID, service ID), g(C/I), h(packet delay, user throughput)로부터 얻은 우선 순위 값에 대한 가중치를 부여하게 된다.

즉 본 발명 스케줄링 방법에서는 α,β,γ를 조절함으로써 시스템의 운용을 유연하게 할 수 있고, 또한 각 사용자와 서비스에 대한 우선 순위를 조정함으로써 다양한 서비스를 원하는 품질로 전송할 수 있고 사용자별 차별화된 서비스를 제공할 수 있는 장점이 있다.
본 문서에서 본 발명의 실시예들은 기지국과 사용자 간의 관계를 중심으로 설명되었다. 여기서, 사용자는 이동 통신 시스템에서의 사용자로서, UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MSS(Mobile Subscriber Station), 이동 단말 등의 용어로 대체될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 무선 패킷 통신 시스템에서의 공유 채널 스케줄링 방법을 설명하기 위한 도면

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 상위계층 2 : 수신 데이터 제어부

3 : 송신 데이터 버퍼 제어부

Claims (5)

1. 적어도 하나 이상의 이동 단말을 포함하는 무선 통신 시스템의 공유 채널 스케줄링 방법이 있어서,

   상위 계층으로부터 수신되는 정보를 이용하여 수신되는 데이터가 지원하는 서비스 ID를 확인하고 상기 서비스 ID에 해당하는 우선순위를 파악하는 단계; 및

   상기 이동 단말의 전송 대기 중인 데이터 버퍼 용량 및 상기 우선 순위를 고려하여 상기 공유 채널을 스케줄링하는 단계

   를 포함하여 이루어지는 무선 통신 시스템의 공유 채널 스케줄링 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 공유 채널을 스케줄링하는 단계는, 상기 이동 단말에 대한 채널 상태 정보를 더 포함하여 고려하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 공유 채널 스케줄링 방법.
3. 적어도 하나 이상의 이동 단말을 포함하는 무선 통신 시스템의 공유 채널 스케줄링 방법이 있어서,

   상위 계층으로부터 수신되는 정보를 이용하여 수신되는 데이터가 지원하는 서비스 ID를 확인하고 상기 서비스 ID에 해당하는 우선순위를 파악하는 단계;

   상기 이동 단말의 전송 대기 중인 데이터 버퍼 용량과 상기 이동 단말에 대한 채널 상태 정보를 고려하여 상기 공유 채널을 스케줄링하는 단계; 및

   상기 스케줄링의 변경이 필요한 경우에는 상기 스케줄링 단계를 재수행하는 단계

   를 포함하여 이루어지는 무선 통신 시스템의 공유 채널 스케줄링 방법.
4. 상위 계층으로부터 수신되는 정보를 이용하여 수신되는 패킷 데이터가 지원하는 서비스의 ID를 확인하고 상기 서비스 ID에 해당하는 우선순위를 파악하는 무선 통신 시스템에서의 공유 채널 스케줄링 방법에 있어서,

   패킷 데이터가 지원하는 서비스의 우선 순위 및 전송 데이터 레이트 중 하나 이상을 고려하여 상기 패킷 데이터 전송을 스케줄링하는 단계; 및

   상기 패킷 데이터의 서비스 품질(QoS: Quality of Service)을 만족하기 위해 스케줄링 변경이 필요한 경우 상기 스케줄링을 조절하는 단계

   를 포함하는 무선 패킷 통신 시스템에서의 공유 채널 스케줄링 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 스케줄링하는 단계는, 서비스 우선 순위 및 채널 상태 정보 중 하나 이상을 더 포함하여 고려하는 것을 특징으로 하는 무선 패킷 통신 시스템에서의 공유 채널 스케줄링 방법.

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