KR20030036980A

KR20030036980A - 무선 통신망에서 인터넷 서비스 품질 지원을 위한 패킷스케쥴링 방법

Info

Publication number: KR20030036980A
Application number: KR1020010067934A
Authority: KR
Inventors: 이상호; 정동수; 박성우
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2001-11-01
Filing date: 2001-11-01
Publication date: 2003-05-12
Also published as: KR100458915B1

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 이동 통신망의 인터넷 서비스 품질(QoS : Quality of Service) 지원을 위한 디프서브 기반 패킷 스케쥴링 방법 및 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은, UMTS 서비스 품질 및 디프서브 처리 규칙(PHB)의 특성을 고려하여 그 대응 관계를 정의하였으며, 이를 기반으로 차별화 된 서비스 품질 제공을 위한 스케쥴링 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공함.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은, 무선통신망에서 차별화된 서비스 품질(QoS)을 제공하기 위한 패킷 스케줄링 방법에 있어서, 트래픽 패킷이 수신되면, 코어 라우터에서 트래픽의 서비스 품질 요구사항에 따라 트래픽 클래스를 분류하는 제 1 단계; 분류된 트래픽 클래스와 차별화 서비스(Diffserv) 처리 규칙(PHB)의 대응관계에 따라, 실시간 특성을 갖는 클래스를 해당 큐에 우선순위 큐잉(Priority Queueing)방식에 따라 수용하고, 비 실시간 특성을 갖는 클래스를 서비스 품질(QoS : Quality of Service) 보장 조건에 따라 수용하는 제 2 단계; 및 각 큐에 대기중인 트래픽 패킷을 라운드 로빈 방식에 따라 송신하는 제 3 단계를 포함함.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 이동 통신망의 인터넷 서비스 품질 지원을 위한 패킷 스케쥴링 등에 이용됨

Description

무선 통신망에서 인터넷 서비스 품질 지원을 위한 패킷 스케쥴링 방법{The Packet Scheduling Method for Quality of Service of Internet based on Diffserv in Wireless Telecommnunication Network}

본 발명은 무선 통신망에서 인터넷 서비스 품질(IP-QoS : Internet Protocol Quality of Service)지원을 위한 차별화 서비스(Diffserv : Differentiated Service)의 기반 패킷 스케쥴링 방법 및 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동 멀티미디어 서비스 및 인터넷 서비스 제공을 목표로 하고 있는 비동기 IMT-2000 시스템인 UMTS/GPRS(Universal Mobile Telecommunication System / General Packet Radio System) 시스템에서 IP-QoS를 제공하기 위한 것이다.

현재, UMTS/GPRS는 기본적으로 IP를 이용하여 사용자의 트래픽 정보를 전달하고 있으며, 이를 이용하여 UMTS/GPRS 패킷 단말에게 외부 인터넷 접속 서비스를 제공하고 있다. 현재까지 사용되고 있는 대부분의 인터넷 망은 최선형 서비스(Best-Effort)만을 제공하고 있으므로, 서비스의 차별화를 지향하는 서비스 품질(QoS : Quality of Service) 정책이 적용되어 있지 않는 상태이다. 이와 같은 인터넷에 서비스 품질 기능을 제공하기 위해 인터넷 관련 국제 표준 단체인 IETF에서는 차별화 서비스(Diffserv)와 통합 서비스(Integrated Service : Intserv)로 대표되는 IP-QoS 규격을 표준화하였다.

한편, UMTS/GPRS 시스템에 대한 규격화 작업은 3GPP라는 표준단체에서 관장하고 있으며, 3GPP에서는 UMTS/GPRS 망의 서비스 품질 개념 및 구조를 정의하고 있다. 또한, 3GPP는 UMTS/GPRS 망의 효율적인 멀티미디어 및 인터넷 서비스를 위해 IETF가 정의한 차별화 서비스를 기반으로 서비스 품질 기능을 제공할 것을 권고하고 있다. 하지만, UMTS/GPRS 망에서 차별화 서비스를 기반으로 서비스 품질이 제공되기 위해서는 UMTS 서비스 품질과 차별화 서비스의 처리 규칙 (PHB : Per Hop Behavior)들과의 관계가 우선적으로 정의되어야 하나, 3GPP에서는 이를 사업자의 임의 선택사항으로 규정하고 있다. 따라서, 원활한 서비스 품질 제공을 위해서는 이들간의 명확한 관계 설정 및 보다 구체적인 서비스 품질 구조 정립이 필요하다.

현재의 기술 분야에서는, UTMS/GPRS 망내에서 상기와 같이 정의된 차별화 서비스 특성을 가장 적합하게 반영하여 차별화된 서비스 품질 기능을 제공할 수 있는 방안이 절실히 요구된다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 무선 통신망에서 인터넷 서비스 품질 지원을 위한 패킷 스케쥴링 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 본 발명이 적용되는 무선 통신망의 구성 예시도.

도 2 는 본 발명이 적용되는 UTMS/GPRS 망의 실제 연결 구성 예시도.

도 3 은 본 발명이 적용되는 UTMS/GPRS망에서 사용자 트래픽 처리를 위한 서비스 품질 기능을 나타낸 일실시예 설명도.

도 4 는 본 발명에 따른 패킷 스케쥴링 방법을 나타낸 일실시예 설명도.

도 5 는 본 발명에 따른 최우선 실시간 특성을 갖는 패킷 처리 과정을 나타낸 일실시예 설명도.

도 6 은 본 발명에 따른 패킷 스케쥴링 방법에 대한 일실시예 흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

101 : 터미널 장치(TE) 102 : 단말기(MT)

103 : 기지국(UTRAN) 104 : 코어망(SGSN)

105 : GPRS 게이트웨이(GGSN) 106 : 터미널 장치(TE)

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 무선통신망에서 차별화된 서비스 품질(QoS)을 제공하기 위한 패킷 스케줄링 방법에 있어서, 트래픽 패킷이 수신되면,코어 라우터에서 트래픽의 서비스 품질 요구사항에 따라 트래픽 클래스를 분류하는 제 1 단계; 분류된 트래픽 클래스와 차별화 서비스(Diffserv) 처리 규칙(PHB)의 대응관계에 따라, 실시간 특성을 갖는 클래스를 해당 큐에 우선순위 큐잉(Priority Queueing)방식에 따라 수용하고, 비 실시간 특성을 갖는 클래스를 서비스 품질(QoS : Quality of Service) 보장 조건에 따라 수용하는 제 2 단계; 및 각 큐에 대기중인 트래픽 패킷을 라운드 로빈 방식에 따라 송신하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 트래픽 패킷을 스케쥴링하기 위하여, 대용량 프로세서를 구비한 라우팅 시스템에, 트래픽 패킷이 수신되면, 코어 라우터에서 트래픽의 서비스 품질 요구사항에 따라 트래픽 클래스를 분류하는 제 1 기능; 분류된 트래픽 클래스와 차별화 서비스(Diffserv) 처리 규칙(PHB)의 대응관계에 따라, 실시간 특성을 갖는 클래스를 해당 큐에 우선순위 큐잉 방식에 따라 수용하고, 비 실시간 특성을 갖는 클래스를 서비스 품질 보장 조건에 따라 수용하는 제 2 기능; 및 각 큐에 대기중인 트래픽 패킷을 라운드 로빈 방식에 따라 송신하는 제 3 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.

본 발명은 UMTS/GPRS 망과 같이 무선 접속을 가지는 이동 통신망에서 IP를 통해 이루어지는 인터넷 서비스시에 차별화된 고품질의 서비스를 가능케 하는 효율적인 서비스 품질 기능을 제공하는 것이다.

이를 위해, 본 발명은 필수적으로 요구되는 UMTS/GPRS 서비스 품질과 차별화 서비스 처리 규칙(PHB)간의 대응 관계 정의 및 UTMS/GPRS 망 내에서 이와 같이 정의된 차별화 서비스 특성을 가장 적합하게 반영하여 차별 화된 서비스 품질 기능을 제공할 수 있는 패킷 스케쥴링 방법을 제안한다.

이러한 목적하에, 본 발명은 UMTS 서비스 품질 및 차별화 서비스(Diffserv)처리 규칙(PHB)의 특성을 충분히 고려하여 그 대응 관계를 정의 하였으며, 이를 기반으로 GPRS망 내에서 차별화된 QoS가 원할히 제공되기 위해서는 우선 순위 큐잉(PQ : Priority Queuing)과 가중치 라운드 로빈(WRR : Weighted Round Robin) 방식을 결합한 스케줄링 방식에 의해 패킷 전달이 이루어지게 하고 있다.

따라서, 본 발명은 UMTS/GPRS 망과 같이 무선 접속을 가지는 이동 통신망에서 IP 프로토콜을 통해 이루어지는 인터넷 서비스시에 고품질의 서비스를 가능케 하는 서비스 품질기능을 보다 효율적으로 제공할 수 있다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명이 적용되는 무선 통신망의 구성 예시도로서, UMTS/GPRS 망 및 서비스 품질 구조를 나타낸다. 즉 UMTS에서 패킷 서비스를 위한 구성 요소와 이 구성 요소간의 서비스 품질구조를 나타낸 것이다.

도 1 에 도시된 바와 같이, UMTS/GPRS 망은, 기지국(UTRAN : UMTS Terrestrial Radio Access Network)(103)과 무선 접속을 통해 연결되는 이동가입자 단말기(MT: Mobile Terminal)(102), 단말기(102)와 연결하여 인터넷 접속과 같은 패킷 서비스를 이용하는 노드로서, 노트북 컴퓨터 등과 같은 장치인 터미널장치(TE: Terminal Equipment)(101), 단말기(MT : Mobile Terminal)(102)와의 무선 접속 기능, W-CDMA 신호처리 코어 망(SGSN : Serving GPRS Support Node)(104)과의 유선 접속 기능 등을 수행하면서 핸드오프 제어, 무선 채널 할당 및 전력제어 기능 등을 수행하는 기지국(103)과, 패킷 호를 제어하는 장치로서, 패킷 가입자의 위치 관리, 인증과 같은 보안 관리 기능 등을 수행하는 코어망(104)과, 인터넷 등 외부 데이터 망과의 접속을 위한 GPRS 게이트웨이(GGSN : Gateway GPRS Support Node)(105)를 포함한다. 또한, 상기 GPRS 게이트웨이(105)와 연결된 터미널 장치(TE)(106)는 외부 인터넷에 연결된 호스트를 의미하며, 단말기(102)에 연결된 터미널 장치(101)와 피어 투 피어(Peer-to-peer)형태로 접속하게 된다.

그리고, 단말기(102)로부터 GPRS 게이트웨이(105)까지 UMTS 망의 영역이고(107), 코어망(104)과 GPRS 게이트웨이(105)사이는 GPRS망의 영역이다(108). GPRS 망(108)에서 사용자 및 제어 정보 전달은, 공중 인터넷과 동일하게 IP를 이용함으로써 이루어지며, 기지국(103)과 코어망(SGSN : Serving GPRS Support Node)(104)사이의 사용자 트래픽 접속도 IP를 이용하여 처리된다. 즉, UMTS 망(107)에서 기지국(102)-코어망(104)-GPRS 게이트웨이(105)구간은 IP에 의해서 지원된다.

그리고, 패킷 서비스 측면에서, 단말기(102)에 연결된 터미널 장치(101)는 UMTS망(107)을 통해 외부 인터넷에 연결된 서버 또는 호스트인 터미널 장치(106)와 접속하여 인터넷 서비스를 받게 된다. 이렇게 터미널 장치(101)와 터미널 장치(106)간을 단대단(End-to-end) 서비스(109)라고 부른다.

본 발명이 적용되는 GPRS망(108)의 서비스 품질 구조를 살펴보면 다음과 같다.

기술 표준 단체인 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서는 단대단(End-to-end) 서비스를 위한 서비스 품질 규격을 정의하고 있고, 상기의 단대단 서비스를 구간별로 나누어 계층적인 서비스 품질 요구사항을 정의하고 있다. 상기의 서비스 품질 정의를 단대단 서비스 구간별로 보면 다음과 같다.

단말기(102)와 기지국(103)간의 서비스 품질 규격으로 무선 접속을 통한 전달에 대한 모든 사항을 포함하는 서비스를 라디오 베어러 서비스(Radio Bearer Service)(110)라 하고, 기지국(103)과 코어망(104)간의 서비스 품질 규격으로 아이유 베어러 서비스(Iu Bearer Service)(111)라 하며, 코어망(104)과 GPRS 게이트웨이(105)간은 백본 베어러 서비스(Backbone Bearer Service)(112)라 한다.

UMTS(107)에서는 따로 서비스 품질 규격을 정의하지는 않고 사업자에 의해 선택된 기능을 포함하도록 하고 있다. UMTS 규격에 따르면 본 발명의 대상이 되는 아이유 베어러 서비스(Iu Bearer Service)(111) 및 백본 베어러 서비스(Backbone Bearer Service)(112) 구간에서 IP를 사용하여 트래픽 정보 전달을 하고자 할 경우, 인터넷 운영 프로토콜의 표준을 정의하는 주체인 IETF(Internet Engineering Task Force)에서 정의된 차별화 서비스(Diffserv)를 적용하여 서비스 품질을 제공할 것을 명시하고 있다.

도 2 는 본 발명이 적용되는 UTMS/GPRS 망의 실제 연결 구성 예시도 이다.

도 1에서 코어망과 GPRS 게이트웨이는 직접 연결이 되는 것으로 나타나 있지만, 실제 망에 있어서는 다수 개의 IP 라우터(203)들을 통해 연결된다. 다시 말하면, 코어망(202)과 GPRS 게이트웨이(204) 사이에는 다수 개의 IP 라우터(203)들이 존재하므로 다양한 경로가 존재할 수 있으며, 이들 간에는 IP에 의해 사용자 트래픽 데이터가 IP 패킷에 포함되어 전달된다. UTMS/GPRS 망은 UMTS 가입자가 사용하는 트래픽만이 전달되는 사설 IP 망이며, 외부 인터넷(205) 망과의 연결시에는 반드시 GPRS 게이트웨이(204)를 통하게 된다. 이를 위해, GPRS 게이트웨이(204)는 사설 UTMS/GPRS 망 접속을 위한 IP 주소와 외부 인터넷 연결을 위한 IP 주소를 동시에 가지게 된다. 한편, 기지국(201)과 코어망(202)은 하나의 IP 라우터를 통해 연결될 수도 있지만, 구성상 망을 형성한다고 볼 수는 없으므로 직접 연결된 것으로 간주할 수 있다.

도 3 은 본 발명이 적용되는 UTMS/GPRS망에서 사용자 트래픽 처리를 위한 서비스 품질 기능을 나타낸 일실시예 설명도로서, 사용자 트래픽 처리를 위한 서비스 품질 관리 기능은 GPRS 게이트웨이(301)와 코어망(302)의 관점에서만 나타낸 것이다.

먼저, GPRS 게이트웨이(301)에서 수행되어야 하는 서비스 품질 관리 기능 블록을 기술하면 다음과 같다.

GPRS 게이트웨이(301)에서 수행되는 서비스 품질 관리 기능은, 분류 기능(Classification function)을 수행하며, 단말기에 다수 개의 베어러 서비스가 설정되었을 경우 관련된 서비스 품질 속성에 따라 해당되는 데이터 유니트를 각 서비스에 할당해 주는 분류기(303)와, 트래픽 조절 기능을 수행하며, 서비스 품질과데이터 트래픽 간의 적합성을 제공하는 컨디셔너(304)와, 베어러 서비스의 데이터 유니트 전달 수행과 관련하여 각 데이터 유니트에 특정 서비스 품질 표시를 수행하는 매퍼(305)와, 동일한 자원을 공유하는 모든 서비스 사이에 가용 자원을 할당하는 기능을 수행하는 자원관리자(306)를 포함한다.

상기의 컨디셔너(304)에 의한 트래픽 조절은 폴리싱(Policing)이나 세이핑(Shaping)에 의해 수행되며 관련 속성에 부합되지 않는 데이터는 부합되지 않은 것으로 표시되지만 폭주 상태에서는 우선적으로 폐기된다.

상기의 자원관리자(306)에 의한 자원의 할당은 요청된 서비스 품질을 기반으로 이루어진다. 자원 관리의 예로는 패킷 스케쥴링, 대역 관리 등이 있다.

그밖에, 도 3에 도시된바와 같이, GPRS 게이트웨이의 외부 베어러 서비스(307)는 GPRS 게이트웨이가 인터넷 또는 X.25 등 외부 망과 접속할 경우 각각에 대한 베어러 서비스를 의미한다.

또한, 백본 네트워크 서비스(308)는 GPRS 게이트웨이(301)와 코어망(302)간의 연결 네트워크에 대한 서비스로서 도 1의 백본 베어러 서비스(Backbone Bearer Service)(112)를 의미한다.

한편 코어망(302)에서 수행되는 서비스 품질 관리 기능 블록은 두개의 자원 관리자(310, 311)와 매퍼(309)를 포함하는데, 이 기능들은 상기 GPRS 게이트웨이(301)의 기능들과 동일한 기능을 한다.

코어망(302)에는 두 개의 자원관리자(310, 311)가 있는데 우측의 자원관리자(310)는 GPRS 게이트웨이(301)와 연결되는 링크에 대한 자원 관리를 담당하고, 좌측의 자원관리자(311)는 기지국과 연결된 링크에 대한 자원 관리를 담당한다. 그 수행 기능은 GPRS 게이트웨이(301)의 자원 관리자 (306) 기능에서 기술한 내용과 유사하다.

아이유 네트워크 서비스(Iu Network Service)(312)는 코어망(302)과 기지국간의 연결 네트워크에 대한 서비스로서, 도 1의 아이유 베어러 서비스(Iu Bearer Service)(111)를 의미한다.

상기 기술된 바와 같이, UMTS/GPRS의 서비스 품질 관리 기능 구조는 IETF의 IP-QoS 모델과 유사한 형태를 가지고 있다. 하지만, 3GPP와 IETF 공히 IP-QoS 지원을 위한 각 노드의 서비스 품질 관리 기능을 개념적으로만 기술해 놓았고 실제 구현 방법은 규격화하지 않고 있다. 이는 구현에 있어서 개발 업체 또는 사업자의 몫으로 남겨 놓았다는 의미이므로 실제적인 IP-QoS를 지원하기 위해서는 구체적인 구현 방안이 필요한 것이다.

이제, 본 발명의 대상이 되는 UMTS 트래픽의 서비스 품질 요구사항과 차별화 서비스 처리 규칙(PHB)의 기능을 요약해 보면 다음과 같다.

UMTS의 서비스 품질 규격에 의하면 UMTS의 트래픽 클래스를 컨버세션널(Conversational), 스트리밍(Streaming), 인터렉티브(Interactive), 그리고 백그라운드(Background)와 같이 4 가지로 구분하고 있으며, 서비스 품질 파라미터는 여러 가지가 있지만 이를 일반화하면 전달 지연(Delay), 지연 변이(Jitter), 손실(Loss)로 분류할 수 있다.

우선, 각 트래픽 클래스의 특성을 요약하면 다음과 같다.

컨버세션널(Conversational) 클래스는 VoIP(Voice over IP) 또는 영상 전화와 같은 실시간 서비스에 해당되는 클래스로, ATM 에서의 CBR(Constant Bit Rate)과 같이 망 내에서 고정된 대역폭 할당을 필요로 한다.

그리고, 스트리밍(Streaming) 클래스는 스트림 형태의 오디오나 비디오 전송에 해당하며, 컨버세션널(Conversational)과 같은 실시간 서비스를 요구하지만 수신측에서의 버퍼링에 의해 전달 지연이나 지연 변이에 있어서 컨버세션널(Conversational)보다 완화된 조건이 요구된다.

또한, 인터랙티브(Interactive) 클래스는 전달 지연보다는 높은 처리율을 요구하는 서비스 형태로서 전자 상거래나 웹(Web) 브라우징 등의 응용을 예로 들 수 있다.

그리고, 백그라운드(Background)클래스는 기존의 최선형 서비스형태의 서비스로서 전자 메일이나 파일 전송 등이 이에 속한다.

각 클래스와 서비스 품질 파라미터간의 관계를 정리하여, UMTS 트래픽의 서비스 품질 요구사항을 정리하면 다음의 (표 1)과 같다.

	서비스 품질 파라미터
	Delay	Jitter	Loss
트래픽클래스	컨버세션널(Conversational)	***	***	*
	스트리밍(Streaming)	*	*	*
	인터랙티브(Interactive)	-	-	**
	백그라운드(Background)	-	-	*

상기 (표 1)에서 "***"은 "가장엄격"을 의미하고, "**"은 "중간엄격"을 의미하고, "*" 은 "약간엄격"을 의미하고, "-"는 "해당 없음"을 의미한다. 상기(표 1)에서 보는 바와 같이, 컨버세션널(Conversational) 클래스의 서비스 품질 조건이 가장 엄격하고 백그라운드(Background) 클래스의 조건이 가장 엄격하지 않음을 알 수 있다.

다음은 IETF의 차별화 서비스(Diffserv)의 구조에 대해 설명한다.

차별화 서비스(Diffserv)는 각각의 사용자 플로우에 대한 트래픽 제어가 망의 경계에서 이루어지게 되고, 플로우가 망 내로 유입될 때는 소수의 트래픽 클래스로 군집화함으로써, 망 내의 처리 과정을 단순화하여 서비스 품질을 지원한다. 군집화된 플로우 집합은 차별화 서비스 코드 포인트(DSCP : Diffserv Code Point)로 구분되며, 플로우마다 이 DSCP가 달리 설정됨으로써 망 내부에서 플로우에 대한 처리가 차별적으로 수행되어 다양한 수준의 서비스 품질을 제공받을 수 있다.

DSCP에 따라 차별적으로 적용되는 트래픽 처리규칙을 PHB(PerHopBehavior)라하며, 현재 IETF에 의해 표준화되어 있는 차별화 서비스의 처리 규칙(PHB)은, EF처리 규칙(Expedited Forwarding PHB), AF처리 규칙(Assured Forwarding PHB), Default 처리 규칙(Assured Forwarding PHB)이 있고 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

EF PHB는 가상 전용선과 같은 서비스로서, 대역폭 보장에 의한 최소한의 지연 시간, 지터, 손실을 제공한다.

그리고, AF PHB는 망의 혼잡 상황에서도 일정 수준의 최소 전송 속도가 보장되는 서비스를 제공한다.

또한, Default 처리 규칙(PHB)은 현재 인터넷에서 제공되는 Best Effort(BE) 서비스와 비슷한 정도의 서비스를 제공하며, 특정 서비스 품질을 요구하지 않는 패킷들에 대해서는 Default 처리 규칙(PHB)을 적용한다.

이제, UMTS/GPRS 규격에 의한 UMTS트래픽 클래스와 차별화 서비스 처리 규칙(PHB)간의 대응 관계를 살펴보면 다음의 (표 2)와 같다.

UMTS클래스	차별화 서비스 처리 규칙(PHB)
컨버세션널(Conversational)	EF-C
스트리밍(Streaming)	EF-S
인터랙티브(Interactive)	AF
백그라운드(Background)	Default(BE)

상기 (표 2)는 (표 1)에서 기술한 UMTS/GPRS 트래픽의 서비스 품질 규격 요구사항과 차별화 서비스 처리 규칙(PHB)의 특성을 고려하여, 본 발명에서 제시하는 UMTS 트래픽 클래스와 차별화 서비스 처리 규칙(PHB)의 매핑 방법을 나타낸 것이다.

먼저, 인터랙티브(Interactive)와 백그라운드(Background)는 모두 비 실시간 특성을 가지지만, 인터랙티브(Interactive) 클래스는 백그라운드(Background) 클래스에 비해 엄격한 서비스 품질을 보장해야 하므로 AF 처리 규칙(PHB)에 대응시키고 백그라운드(Background)클래스는 Default 처리 규칙(PHB)에 대응시킨다. 컨버세션널(Conversational)과 스트리밍(Streaming) 클래스는 둘 다 실시간 서비스를 요구하므로 EF 처리 규칙(PHB)에 대응될 수 있지만, 각각의 서비스 품질 요구 수준이 다름으로 인해 서로 다른 처리 규칙(PHB)을 할당하는 것이 타당하다. 만일, 동일한 처리 규칙(PHB)을 할당한다면 더 높은 수준을 요구하는컨버세션널(Conversational) 클래스가 스트리밍(Streaming) 클래스에 의해 손실을 입게 되므로 공평성이 깨진다고 말할 수 있다. 따라서, 이들을 각각 EF-C, EF-S 처리 규칙(PHB)으로 구분하였다. 현재, 표준화되어 있는 EF 처리 규칙(PHB)이 한 종류임을 고려하면 차별화 서비스 기반의 UTMS/GPRS에서는 또 다른 한 종류의 EF 처리 규칙(PHB)이 국지적인 용도로 정의되어야 한다.

상기 내용을 다시 정리하여 의사 코드로 표시하면 다음과 같다.

receivedata_traffic_packetthen

iftraffic_classequal toconversationalthen

assignEF-C to the packet;

else iftraffic_classequal tostreamingthen

assignEF_Stothe packet;

else iftraffic_classequal tointeractivethen

assignAFtothe packet;

else// backgraound class

assignBEtothe packet

fi;

상기 의사코드는 UMTS 트래픽 클래스와 차별화 서비스 처리 규칙(PHB)간의 매핑을 수행할 때, 이를 처리하는 노드인 GPRS 게이트웨이, 기지국, 코어망에서 패킷을 수신하였을 때 처리 방법을 다시 나타낸 것이다. 여기서, 각 처리 규칙(PHB)을 패킷에 할당한다는 의미는 수신된 IP 패킷 헤더의 DSCP 부분에 해당 처리 규칙(PHB)에 대응되는 코드로 삽입한다는 의미이다. 한편, 매핑 처리가 GPRS 게이트웨이에서 수행되는 경우는 이동단말이 착신이 되는 경우(즉, 외부 인터넷으로부터 이동단말에게 전달되는 트래픽)이며, 도 3에 나타난 여러 기능 블록 중 분류기(303)에서 본 기능이 수행된다. 단말기로부터 외부 인터넷으로 전달되는 트래픽인 경우에는 기지국 또는 코어망이 매핑 기능을 수행할 수 있으며, 도 3의 매퍼(309)에서 이 기능이 수행된다.

도 4 는 본 발명에 따른 패킷 스케쥴링 방법을 나타낸 일실시예 설명도 이다.

본 스케쥴링 방법은 도 3에서 나타난 여러 기능 블록 중 자원관리자(306)에서 수행되며, UTMS/GPRS망내의 모든 패킷 지원 노드에 적용가능하다. 상기 (표 2)에서 설정된 처리 규칙(PHB)들이 원활히 제공되기 위해서는 UTMS/GPRS 망내 라우터에서 패킷 포워딩시 적절한 스케쥴링 및 버퍼 관리 방식이 뒷받침되어야 한다. 본 발명은 코어망을 포함하는 UTMS/GPRS 망내의 코어 라우터에서의 스케쥴링 방법이며, 엣지 라우터 역할을 수행하는 GPRS 게이트웨이의 경우에는 본 스케쥴링외에 마아킹(Marking)이나 세이핑(Shaping) 과 같은 추가적인 트래픽 조절 기능이 추가될 필요가 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 코어 라우터에는 입력 링크에 대한 패킷 처리 입력부(401)와 출력 링크에 대한 패킷 처리 출력부(402)가 있다. 패킷 처리 입력부(401)에는 입력 링크로부터 도착되는 여러 트래픽 클래스를 임시 저장하는 입력 큐 (403)가 있으며, 패킷처리 입력부(401)에서는 입력 큐(403)에 저장된 IP 패킷의 DSCP에 따라 EF-C 처리 규칙(PHB)을 수행해야 할 컨버세션널(Conversational) 클래스와 EF-S 처리 규칙(PHB)을 수행해야 할 스트리밍(Streaming) 클래스 패킷을 모두 패킷 처리 출력부(402)의 EF 큐(404)로 다시 저장하고, 인터랙티브(Interactive) 클래스는 AF 큐(406)에, Background 클래스는 BE큐(407)에 각각 할당한다. 물론, 입력 큐(403)에서 각각의 입력 큐로의 전달 저장은 저장이 가능할 경우에만 성공적으로 전달되고 그렇지 않은 경우에는 폐기된다. 저장 및 폐기에 대한 구체적인 과정은 하기의 도 6에서 상세히 설명한다.

출력부(402)에는 각각의 처리 규칙(PHB)을 위한 큐가 존재한다. 각 큐의 길이를 보면, EF 큐(404)의 길이가 가장 짧고 AF 큐(406)와 BE 큐(407)순으로 길어지도록 한다. 이와 같이 큐 길이를 차이 나게 하는 이유는 각각의 처리 규칙(PHB)이 요구하는 지연 시간에 대한 서비스 품질 요구 조건을 만족시켜 주기 위해서이다. 즉, 큐의 길이가 길어질수록 큐에서의 대기로 인한 지연 시간이 길어지기 때문이다.

이제, EF 큐(404), AF 큐(406), BE 큐(407)에 대한 출력 서비스는 최소한의 대역폭이 보장되며, 이를 위해서 가중치 라운드 로빈 (WRR : Weighted Round Robin)(408) 방식을 적용한다. 가중치 라운드 로빈 방식(608)에서 각 큐에 대한 가중치는 각각의 큐에 할당된 대역폭에 따라 결정될 수 있다.

예를 들면, 출력 링크의 전체 용량이 10Mbps로 가정하고 EF 큐에 20%, AF 큐에 30%, BE 큐에 50%의 가중치를 설정한다면, 각 트래픽 클래스의 처리 비율은 평균 2 Mbps (EF 클래스), 3Mbps(AF 클래스), 5Mbps(BE 클래스)가 된다. 즉, 망의 서비스 상황에 따라 적절하게 가중치를 설정해 줌으로써 각 클래스에 대한 균형적인 서비스가 가능하게 된다.

EF 큐(404)에 있는 임계값(TH : Threshold)(405)은 EF-C 패킷을 수용할 수 있는 한계 값이다. 즉, EF 큐(404)에 존재하는 EF-C 패킷의 수가 TH 값에 이르게 되면 이후에 도착하는 EF-C 패킷은 버려지게 된다. EF 큐(404)는 단일 큐를 통해 EF-C와 EF-S라는 두 종류의 서로 다른 처리 규칙(PHB)을 지원하고 있다. 전술한 바와 같이 EF-C는 EF-S보다 엄격한 지연 시간 및 지연 변이를 요구하고 있다. 따라서, 이러한 서비스 품질 조건을 만족시켜 주기 위해 EF 큐(404) 내에서 EF-C 트래픽이 EF-S 트래픽에 비해 높은 순위를 가지는 우선 순위 큐잉 방식이 적용된다. 하지만, 우선 순위 큐잉 방식은 높은 우선 순위를 가지는 트래픽에 대해서는 양질의 서비스 품질이 제공될 수 있지만 대역폭의 독점으로 인해 낮은 우선 순위를 갖는 트래픽에 대한 서비스 품질은 급격히 저하되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 EF-C 패킷의 수용 한계 값인 TH(405)가 사용되었으며, 이 TH(405)는 EF-S에 비해 높은 우선 순위를 가지는 EF-C 트래픽에 의한 대역폭 독점을 제한할 수 있다.

EF 큐(404)의 전체 버퍼 크기를 B라고 했을 때 "TH"(405)값은 "0"과 "B" 사이의 정수 값을 가지게 된다고 가정해 보면, "TH"(405) 값이 클수록 보다 많은 EF-C 패킷을 받아들일 수가 있다. 즉, "TH" 값을 통해 단일 EF 큐(404)에서 EF-C와EF-S에 할당되는 대역폭 조절이 가능한 것이다. 그러나, "TH"(405) 값이 최소 "1" 일 때 EF-C에게 할당된 대역은 전체 EF 할당 대역의 반으로서 최소가 된다. 이는 상대적으로 EF-S 트래픽에게 할당될 수 있는 대역폭이 전체 EF 대역폭의 반 이하로 제한됨을 의미한다. 실제 응용 서비스 관점에서 보았을 때, 대부분의 경우 VoIP로 대표되는 EF-C 트래픽이 필요로 하는 대역폭은 스트리밍 오디오/비디오로 대표되는 EF-S 트래픽이 요구하는 대역폭보다 상대적으로 적을 것으로 예상되기 때문에 이에 대한 개선이 요구된다. 이와 같은 개선책에 대한 구체적인 설명은 다음 의사코드 형태로 나타낸 최우선 실시간 특성을 갖는 패킷의 처리 알고리즘을 통해 보다 자세하게 기술 될 것이다.

do while

receiveEF-C or EF-S packet then

AVGq ←(1-α)*AVGq + α* Q ;

ifEF-C packet then

ifAVGqis smaller thanTHthen

acceptthe packet ;

else

discardthe packet ;

fi;

od;

상기 과정은 본 발명에 따른 최우선 실시간 특성을 갖는 패킷의 처리 알고리즘을 의사코드 형태로 표시한 것이다. 의사코드에 나타난 각 파라메터들을 설명하면 다음과 같다.

상기 의사코드에서, "AVGq"는 EF 큐(404)에 대기하는 EF-C 패킷의 평균 갯수이다. 그리고, "Q"는 EF-C 또는 EF-S 패킷이 도착했을 때 현재 EF 큐(404)에 대기 중인 EF-C 패킷의 수이다. 또한, " α"는 평균 갯수와 현재 갯수 간의 가중치이며, 0~1사이의 값을 가지는 상수이다. 또한, "TH"는 EF-C 패킷의 수용/거절 여부를 결정하는 한계치이다.

상기 "AVGq"는 다음과 같이 지수 함수적 평균에 의해 산출되며, 모든 EF 패킷이 도착할 때마다 이 값이 갱신된다. EF-C 패킷의 평균 개수를 구하는 방법은 다음과 같다.

AVGq ←(1-α)*AVGq + α* Q

전술한, 상기 "TH"(405) 값이 "1" 이상일 때 EF-C는 EF-S 보다 상대적으로 많은 대역폭이 할당되었음을 의미한다. 따라서, EF-S가 EF-C 보다 많은 대역폭을 할당받으려면 개념적으로 "TH"(405)값이 "1" 보다 작아야 할 것이다. "TH"(405)값이 "0" 에서 "1" 사이의 값을 가진다는 것은 EF-C 패킷이 큐에 들어왔을 때 대기하고 있는 EF-C 패킷이 없더라도 버려질 수 있음을 의미하며, 이렇게 함으로써 EF-C가 사용할 수 있는 대역을 보다 제한할 수 있게 된다. 따라서, "TH"(405)값은 더 이상 정수 값이 아닌 실수 값을 가져야 하며, "TH"(405) 값과 비교하기 위한 버퍼 내의 EF-C 패킷 수 또한 특정 패킷이 도착하는 순간의 패킷 수가 아닌 평균 패킷 수로 산출되어야 한다.

상기 의사 코드 아래 부분, 즉 "if EF-C packet then" 아래부분은, 도착한 패킷이 EF-C일 경우 이를 EF 큐(404)에 수용할 것인지 아니면 폐기할 것인지를 결정하는 방법을 나타내었다. EF-C 패킷이 도착했을 때 "AVGq"가 "TH"값 보다 작은 경우에만 큐에 받아들여지고 그렇지 않은 경우에는 버려지게 된다.

도 5 는 본 발명에 따른 최우선 실시간 특성을 갖는 패킷 처리 과정을 나타낸 일실시예 설명도 이다.

상기 의사코드에서 설명된 바와 같이, EF 큐(404)에 수용이 허락된 EF-C 패킷이 있다면 이 패킷은 EF 큐(404)에 대기하고 있는 모든 EF-S 패킷 보다 앞에 놓이게 된다. 이를 도 5에 도시된 바와 같은 예시를 통해 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 5에서 "501"을 EF-C 패킷을 큐에 저장하기 전의 EF 큐의 상태로 가정하면, EF-C 패킷을 수용한 후 EF 큐의 상태는 "502"와 같다. 즉, 새로 도착한 EF-C 패킷은 큐에 대기 중인 모든 EF-S 패킷 보다는 앞에, 그리고 큐에 대기중인 모든 EF-C 패킷 보다는 뒤쪽 위치에 놓이게 된다. 이렇게 함으로써 하나의 큐에서 EF-C와 EF-S 두 개 클래스간에 우선 순위 큐잉 방식이 적용하게 된다.

도 6 은 본 발명에 따른 패킷 스케쥴링 방법에 대한 일실시예 흐름도 이다.

도 6 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 패킷 스케줄링 방법은 UTMS/GPRS 망 내부에 존재하는 코어 라우터에서 트래픽 패킷을 수신 하면(601), IP 패킷의 헤더에 표시된 DSCP에 따라 트래픽 클래스를 분류한다(602). 이때, IP 패킷 헤더에 포함되는 DSCP의 할당을 살펴보면, 이동 단말에서 착신되는 패킷은 GPRS 게이트웨이에서 이루어지고, 이동 단말이 발신하는 패킷은 기지국 또는 코어망에서 이루어진다.

만약, 분류된 패킷이 컨버세션널(Conversational)(EF-C) 클래스이면 상기 의사 코드와 같은 절차를 거쳐 EF 큐에 수용 가능 한지를 검사한다(603).

검사 결과, 수용 불가능 하면, 해당 패킷을 폐기하고(608), 수용 가능하면 상기 도 5와 같은 방식으로 EF큐에 저장한다(607).

한편, 분류된 패킷이 스트리밍(Streaming)(EF-S) 클래스이면 EF 큐 저장 여부를 판단하게 되는데(604), 이때는 EF 큐가 이미 이전에 도착한 EF 패킷들에 의해 모두 점유되어 있다면 해당 패킷을 폐기하고(608), 그렇지 않다면 해당 패킷을 EF 큐에서 대기중인 패킷들 중 마지막 위치에 수용한다(609).

다른 한편, (602)에서 분류된 패킷이 인터랙티브(Interactive)(AF) 클래스이면 AF 큐 저장 여부를 판단하게 되는데(605), 이때도 EF-S 패킷의 처리와 동일하게 AF 큐가 이미 이전에 도착한 AF 패킷들에 의해 모두 점유되어 있다면 해당 패킷을 폐기하고(611), 그렇지 않다면 해당 패킷을 AF 큐에서 대기중인 패킷들 중 마지막 위치에 수용한다(610).

또 다른 한편, (602)에서 분류된 패킷이 백그라운드(Background) 클래스이면BE 큐 저장 여부를 판단하게 되는데(605), 이때도 마찬가지로 BE 큐가 이미 이전에 도착한 BE 패킷들에 의해 모두 점유되어 있다면 해당 패킷을 폐기 하고(611), 그렇지 않다면 해당 패킷을 BE 큐에서 대기중인 패킷들 중 마지막 위치에 수용한다(612).

상기 각각의 큐에 대한 패킷들에 대한 서비스는 가중치 라운드 로빈 방식에 의해 처리된다. 즉, 각 큐에 지정된 가중치 W1, W2, W3에 따라 정해진 비율로 각 큐에 대기 중인 트래픽 패킷을 송신한다(613).

본 발명에서 EF 큐에 대한 관리 방식은 기본적으로 "TH"값을 가지는 우선 순위 큐잉 방식이라 할 수 있으며, "TH"가 큐의 크기이내에서 연속적인 실수 값을 가짐으로써 EF-C와 EF-S 트래픽간의 무제한적 대역폭 조절을 가능하게 하고 있다. 스케쥴링 관점에서 보면, 본 큐 관리 방식은 EF-C 처리 규칙(PHB)과 EF-S 처리 규칙(PHB)에 대한 우선 순위 큐잉 방식과 가중치 라운드 로빈이 혼합된 형태라 할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크등)에 저장될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다

상기한 바와 같은 본 발명은, UMTS/GPRS 망과 같이 무선 접속을 가지는 이동통신 망에서 IP 프로토콜을 통해 이루어지는 인터넷 서비스시에 고품질의 서비스를 가능케 하는 QoS기능을 보다 효율적으로 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, UMTS/GPRS 트래픽 클래스와 IETF 차별화 서비스 처리 규칙(PHB)간의 매핑 및 차별화 서비스 기반의 패킷 스케쥴링 방법을 이용하여 UTMS/GPRS 망 내부의 각 코어 라우터에서 지연시간 요구 조건이 다른 실시간 트래픽 제어를 수행하면서, 트래픽 클래스간 차별화된 서비스 품질 제공을 요구하는 UMTS/GPRS 서비스 품질 규격을 만족시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

무선통신망에서 차별화된 서비스 품질(QoS)을 제공하기 위한 패킷 스케줄링 방법에 있어서,

트래픽 패킷이 수신되면, 코어 라우터에서 트래픽의 서비스 품질 요구사항에 따라 트래픽 클래스를 분류하는 제 1 단계;

분류된 트래픽 클래스와 차별화 서비스(Diffserv) 처리 규칙(PHB)의 대응관계에 따라, 실시간 특성을 갖는 클래스를 해당 큐에 우선순위 큐잉(Priority Queueing)방식에 따라 수용하고, 비 실시간 특성을 갖는 클래스를 서비스 품질(QoS : Quality of Service) 보장 조건에 따라 수용하는 제 2 단계; 및

각 큐에 대기중인 트랙픽 패킷을 라운드 로빈 방식에 따라 송신하는 제 3 단계

를 포함하는 무선통신망에서 인터넷 서비스 품질 지원을 위한 패킷 스케줄링 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 대응관계는,

차별화 서비스(Diffserv)기능 구현을 위하여,

컨버세션널(Conversational) 클래스는 EF-C 처리 규칙(PHB)으로,

스트리밍(Streaming) 클래스는 EF-S 처리 규칙(PHB)으로,

인터렉티브(Interactive) 클래스는 AF 처리 규칙(PHB)으로,

백그라운드(Background) 클래스는 Default 처리 규칙(PHB)으로 매핑되는 것을 특징으로 하는 무선통신망에서 인터넷 서비스 품질 지원을 위한 패킷 스케줄링 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 매핑 처리시에, 이동 단말기(MT : Mobile Terminal)로 착신되는 트래픽 패킷에 대해서는 GPRS 게이트웨이(GGSN : GPRS Gateway Support Node)가 수행하고, 상기 이동 단말기가 발신하는 트래픽 패킷에 대해서는 기지국(UTRAN : UMTS Terrestrial Radio Access Network) 혹은 코어망(SGSN : Serving GPRS Support Node)이 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 무선통신망에서 인터넷 서비스 품질 지원을 위한 패킷 스케줄링 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느한 항에 있어서,

상기 코어 라우터는,

EF 큐, AF 큐, BE큐를 두어,

EF-C 처리 규칙(PHB)과 EF-S 처리 규칙(PHB)은 상기 EF 큐로,

AF 처리 규칙(PHB)은 상기 AF 큐로,

Default 처리 규칙(PHB)은 상기 BE 큐에 저장하고, 각 큐에 서비스를 라운드 로빈 방식으로 처리하는 것을 특징으로 하는 무선통신망에서 인터넷 서비스 품질 지원을 위한 패킷 스케줄링 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 EF 큐의 트래픽 패킷 수용 여부를 판단은,

EF-C 패킷이 도착된 경우, "EF 큐에 대기하는 EF-C 평균 갯수(AVGq)", "현재 EF 큐에 대기 중인 EF-C 패킷의 수(Q)", "EF 큐에 대기하는 EF-C 평균 갯수와 현재 EF 큐에 대기 중인 EF-C 패킷의 수 사이의 가중치" 등을 포함하여 결정되는 "EF 큐에 대기하는 EF-C 평균 갯수(AVGq)"를 갱신하고, 상기 도착된 패킷이 EF-C 인경우 EF 큐에 대기하는 EF-C 평균 갯수(AVGq)가 임계값(TH)보다 작은 경우만 패킷을 수용하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신망에서 인터넷 서비스 품질 지원을 위한 패킷 스케줄링 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 임계값(TH : Threshold)은,

"0" 과 "1"사이의 실수 값으로 하고,

상기 EF 큐에 대기하는 EF-C 평균 갯수(AVGq)가 지수 함수적 평균에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 무선통신망에서 인터넷 서비스 품질 지원을 위한 패킷 스케줄링 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 EF-C 패킷의 수용은,

상기 EF 큐에 대기 중인 모든 EF-S 의 앞의 위치에 놓이게 함으로써

우선 순위 큐잉(Priority Queuing) 효과를 내는 것을 특징으로 하는 무선통신망에서 인터넷 서비스 품질 지원을 위한 패킷 스케줄링 방법.
트래픽 패킷을 스케쥴링하기 위하여, 대용량 프로세서를 구비한 라우팅 시스템에,

트래픽 패킷이 수신되면, 코어 라우터에서 트래픽의 서비스 품질 요구사항에 따라 트래픽 클래스를 분류하는 제 1 기능;

분류된 트래픽 클래스와 차별화 서비스(Diffserv) 처리 규칙(PHB)의 대응관계에 따라, 실시간 특성을 갖는 클래스를 해당 큐에 우선순위 큐잉 방식에 따라 수용하고, 비 실시간 특성을 갖는 클래스를 서비스 품질 보장 조건에 따라 수용하는 제 2 기능; 및

각 큐에 대기중인 트랙픽 패킷을 라운드 로빈 방식에 따라 송신하는 제 3 기능

을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.