KR100559727B1 - 무선 시스템의 패킷 기반 데이터 트래픽에 대한 업링크스케줄링 시스템 - Google Patents

Abstract

기지국에 무선으로 접속된 여러 이동국들 사이에 대역폭 자원을 할당하는 시스템. 각 이동국의 데이터 큐의 길이가 결정되고 그 길이에 관하나 정보가 출력되는 데이터 패킷의 필드 안에 놓여진다. 기지국에서 그 정보가 수신될 때, 이 필드는 복호화되고 큐 길이 정보는 이동국 점속들 사이에 대역폭 자원을 할당하는데 사용된다. 이러한 방식은 데이터 큐 길이에 대한 매우 신속한 응답을 가능하게 하고 그에 따라 보다 나은 서비스를 제공하게 된다.

Description

무선 시스템의 패킷 기반 데이터 트래픽에 대한 업링크 스케줄링 시스템{System for uplink scheduling packet based data traffic in wireless system}

본 발명은 일반적으로 데이터 스트림에 대해 자원을 할당하는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 데이터가 그 자신의 자원 수요에 대한 지시 정보를 포함하고 있는, 무선 시스템의 전송 자원 할당을 위한 시스템에 관한 것이다.

네트웍 및 기타 설비에 있어서, 대역폭과 같은 한정된 수의 자원들이 다수의 링크들 사이에서 공유되어야 하는 상황이 흔히 전개된다. 특히, 무선 형태의 네트웍에서는, 수많은 이동국들이 무선 접속에 의해 한 기지국에 연결된다. 각 기지국은 이러한 접속을 수행하기 위해 한정된 수의 채널들만을 구비하고 있다. 현재 많은 이동 기기들은 기본 음성 데이터 이상을 활용하기 때문에, 이동하는 데이터량은 실질적으로 변화할 수 있다. 즉, 무선 기기들은 음성 통신에 더해, 실시간 비디오, 이메일, 웹 기반 정보 등을 포함할 수 있다. 활용 가능한 자원을 적절히 할당하기 위해서는 기지국이 어느 이동국들이 채널들을 사용할 수 있는가에 대한 몇 가지 판단을 내릴 필요가 있다.

가장 간단한 구성이면서 음성 데이터에 관해 과거에 가장 널리 사용된 구성 은, 접속된 동안 하나의 이동국에 대해 하나의 채널만을 전용시키는 것이다. 할당된 이동국만이 그 채널을 사용할 수 있다. 최초의 요청에 따라, 하나 보다 많은 채널을 할당하는 것이 가능하지만 이러한 다중 채널들은 접속이 끊어질 때까지 그 이동국에 전용되는 상태로 있게 된다. 이동국에서 대기하고 있는 순시 데이터량에 대한 어떤 정보도 공유되지 않는다.

그러한 상황을 처리하는 다른 방식은, 기지국이 각 이동국을 폴링하여 각 이동국의 데이터 큐(queue)의 상태를 알아내도록 하는 폴링 방식을 사용하는 것이다. 이것은 기지국으로 하여금 서로 다른 이동국들 사이에 어떻게 대역폭 자원을 분배할지를 결정할 수 있도록 한다. 즉, 폴링된 이동국은 자신이 전송할 데이터를 가지고 있는지의 여부를 나타내는 응답을 전송할 수 있다. 예를 들어, 이동 기기들에 대한 범용 시스템(GSM)의 시간 분할 다중 억세스(TDMA) 시스템에서, 한 이동국의 전송 기회는 기지국이 그 이동국으로부터 폴링 응답을 수신한 n 프레임 이후 허가된다. 이때 n은 채널에서 한 데이터 블록을 전송하는데 필요한 프레임의 개수이다. 따라서, 조정이 이뤄질 수 있기 전에, 폴링 이후의 여러 프레임들 만큼의 지연이 존재하게 된다.

불행히도 화상 회의 같은 실시간 트래픽은 데이터 레이트(rate)의 예상치 못한 변동을 가진다. 따라서 자원 조정에 있어 임의의 지연이 있다면 이동국과의 링크가 항상 그 전송 큐에 데이터를 가지는 것은 아닐 수 있다는 의미할 수 있다.

전용 채널 할당 방법은 할당된 이동국 업링크 큐가 비어 있을 때라도 어떤 다른 이동국들이 채널을 사용 못하도록 하기 때문에, 할당된 대역폭이 사용될 수 없고, 이것은 전체적인 스펙트럼 효율을 낮추게 된다. 이것은 시스템의 접속 수가 증가할수록 악화될 뿐인, 빈약한 대역폭 활용도를 유발한다. 또한, 고속의 데이터 레이트 기간인 동안, 업링크 큐에서 대기하고 있는 실시간 패킷의 수는 증가할 것이다. 이동국에 할당된 제한된 대역폭 몫(share)으로 인해, 패킷 혼잡(congestion)이 발생할 수 있고 늘어나는 패킷 수들이 그 지연 조건을 초과시킬 수 있다.

폴링 방법은 대역폭 활용 면에서 전용 채널 할당 방법 보다 효율적이지만, 이동국이 폴링 응답을 전송할 때 실질적인 데이터를 전송할 수 없기 때문에 일부 대역폭은 여전히 낭비되게 된다. 폴링이 보다 자주 될수록, 더 많은 대역폭이 낭비된다. 또, 폴링이 수신되어 응답하는 동안 패킷이 대기되어야 하기 때문에 추가 지연이 유발된다. 따라서, 그러한 지연이 전송을 더 느려지게 하고 폴링으로 얻어지는 이익들을 상쇄시킬 것이다.

이에 따라, 본 발명은 기지국과 일련의 이동국들 사이에 전송 자원을 할당하는 시스템을 제공한다.

본 발명은 또한 각 이동국의 큐에서 대기하고 있는 데이터량에 기초해 자원을 할당하는 방법을 제공한다.

본 발명은 또한 무선 네트웍의 복수의 이동국들과 하나의 기지국 사이에 대역폭 자원을 할당하는 시스템을 제공한다.

본 발명은 또 무선 네트웍의 복수의 이동국들과 하나의 기지국 사이에 대역 폭 자원을 할당하는 방법을 제공한다.

본 발명은 자원의 가장 효율적인 사용을 위해 자원이 적합하게 할당되도록 큐에 있는 데이터량과 관련한 정보를 전송하는 시스템을 제공한다.

본 발명은 또 무선 네트웍내 이동국의 큐 안에 저장된 데이터량과 관련한 정보를 전송하는 방법을 제공한다.

간단히 말해, 본 발명은 통신국(station)의 큐 크기를 기술하기 위해 각 데이터 세그먼트내 복수개의 비트들을 이용함으로써 성립된다. 일단 이러한 비트들이 기지국에서 수신되면, 필요할 때 추가 자원들이 할당될 수 있다.

본 발명에 대한 보다 완전한 이해 및 그에 따른 많은 부수적 효과들은 첨부된 도면과 관련해 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 보다 잘 이해될 수 있을 때 당연히 얻어지게 될 것이다.

도 1은 본 시스템의 구성을 보이는 개략도이다.

도 2는 본 발명에 의한 이동국을 보인 블록도이다.

도 3은 본 발명에 의한 기지국을 보인 블록도이다.

도 4는 큐 길이를 결정하는 방법을 보인 흐름도이다.

도 5는 정보를 활용하는 방법을 보인 흐름도이다.

이하에서, 해당 참조 부호가 여러 도면들을 통해 동일하거나 상응하는 구성요소를 나타내는 도면을 참조하면, 도 1은 기지국(12)과 이동국(14)들을 포함하는 무선 시스템(10)을 보인다. 도면에 나타낸 것과 같이, 개개의 이동국들은 무선 접속에 의해 기지국과 연결될 수 있다. 기지국은 어떤 주파수 범위만을 사용하도록 허용되기 때문에, 이동국들에 대해 사용 가능한 대역폭에 제한이 있게 된다. 이 자원이 제한되기 때문에, 최대 데이터량이 최단시간에 이동할 수 있도록 이러한 대역폭을 할당할 필요가 있다. 이것은 사용자에 대한 서비스의 품질을 향상시키고 불필요한 지연을 피하게 한다.

본 발명은 현재 기지국에 접속되어 있는 여러 이동국들간에 대역폭을 할당함으로써 이전 방법들을 개선시킨다. 이를 위해, 기지국은 개별 이동국들의 큐 안에 있는 데이터량에 대한 어떤 개념을 가지고 있을 필요가 있다. 종래의 시스템들은 기지국에서 받을 수 있기 위한 이러한 정보를 제공하지도 않았을 뿐 아니라 이러한 정보에 기초해 실시간으로 자원들이 할당되지도 않았다.

이동국들에서 기지국으로 전송되는 데이터는 장치를 관리하는 프로토콜에 따라 블록들 안에 배열된다. 그 블록들은 데이터 자체만 포함하는 것이 아니라 식별 정보 및, 에러 검사 등과 같은 다른 용도로 사용될 수 있는 기타 비트들도 포함한다. 특히, 개선된 일반 패킷 데이터 무선 서비스 시스템(EGPRS, Enhanced General Packet Data Radio Services System)에서는 블록의 카운트다운 값으로 알려져 있는 4개의 비트로 된 필드를 제공한다. 현 구도 아래서, 이동국에 할당된 대역폭은 고정되며, 이들 네 비트들은 그 이동국의 큐 길이를 나타내고, 특히 16 미만의 한도내에서 큐 안의 데이터 블록들의 개수를 나타낸다. 이것은 현재의 데이터 전송이 언제 끝나게 될 것인지에 대한 예측을 제공하지만, 사용가능한 자원들을 제어하기 위해 어떤 식으로도 사용되지는 않는다.

본 구성에서는, 대신 이들 네 비트들이 큐 안의 데이터에 대한 지시 정보를 제공하여, 최적의 속도로 데이터를 이동시키기 위해 추가 자원들이 필요한지를 기지국이 판단할 수 있도록 한다. 이 네 비트들 안에 포함된 특정 데이터는 여러 가지 상이한 의미를 가질 수 있는데, 바람직한 구성은 0-8 까지의 값들이 큐 안의 데이터 세그먼트들의 개수를 나타내도록 하는 것이다. 이 값들이 세그먼트 레이트 보다 작거나 같으면 이들은 큐 길이를 나타낼 것이다. 이 세그먼트 레이트는 이동국과 기지국 사이에서 셋업 단계 중에 설정된 패러미터이다. 큐 길이가 세그먼트 레이트를 초과하면, 네 비트 필드의 9-15 까지의 값들이 패킷의 지연/레이트(속도) 요건을 만족하기 위해 필요한 추가 대역폭을 가리킨다.

따라서, 개별 패킷들이 이동국에서 기지국으로 전송될 때, 기지국은 이들 네 비트 필드를 검사하고 이동국의 큐 상태를 알게된다. 만일 추가 자원들이 필요하면, 기지국은 그 접속에 대해 추가 대역폭을 할당하여 큐에 저장된 데이터가 보다 빠르게 이동할 수 있도록 할 것이다. 이것은 당연히 그 접속에 자원들을 추가시키기 위해 충분한 자원들이 사용 가능하다는 것을 전제한다. 기지국이 이들 자원들을 할당하기 전에 모든 접속들에 대한 모든 요청을 고려해야만 한다는 것은 분명한 일이다. 네 비트 필드가 매 패킷과 함께 전송되므로, 기지국은 각 이동국의 상태에 대해 지속적으로 업데이트 받는다. 이에 따라, 기지국은 자원 활용을 향상시키기 위해 최단기간에 걸쳐 그 상태를 정밀 감시하고 조정한다. 폴링 통신을 하는데 대역폭을 낭비하지 않고 각 패킷 안에 정보가 제공되므로 이러한 방식이 폴링 방법 보다 훨씬 빠르다. 또, 본 구성은 현 프로토콜에 따라 이미 존재하는 네 개의 비트 필드를 활용한다. 단지 기지국과 이동국 각각에 대해 데이터를 추가 및 사용하기 위한 각각의 적절한 시스템을 갖도록 하게만 하면 된다.

도 2는 이동국(14)의 블록도를 도시하고 있다. 이동국이 여러 회로 구성을 포함하는 것처럼 보여지고 있지만, 실제로 이들 기능들은 프로세서의 소프트웨어에 의해서도 구현될 수 있다. 데이터 발생기(20)는 이동국에 의해 전송될 데이터를 생성한다. 이것은 음성 데이터를 생성하기 위한 마이크로폰, 문자와 숫자 데이터를 생성하기 위한 키보드, 화상 데이터를 생성하기 위한 카메라 등을 포함해, 데이터를 생성하도록 이동국에서 활용되는 일반적인 기기들 중 어느 것이라도 포함할 수 있다. 특정 유형의 데이터 생성은 본 발명의 동작에 있어 그렇게 중요한 것은 아니다. 어떤 유형의 데이터가 생성되든지에 상관 없이, 데이터는 데이터 큐(22)로 보내져 전송 대기한다. 큐 길이 측정 장치(24)는 큐 안의 데이터량을 관찰해 큐 길이를 판단한다. 이 큐 길이 정보는 부호화기(26)로 보내지고, 부호화기(26)는 큐 길이에 기초해 필드에 놓일 네 비트 코드를 결정한다. 즉, 상술한 바람직한 시스템에서, 큐가 세그먼트 레이트 보다 적으면 0과 8 사이의 값이 부호화되고, 큐 길이가 세그먼트 레이트 보다 크면 9와 15 사이의 값이 부호화된다. 이 범위들 각각에 속하는 정확한 값은 큐 길이에 따라 달라진다. 다른 부호화 방법들도 단지 부호화 방법만을 변경함으로써 용이하게 사용될 수 있을 것이다. 즉, 바람직하기만 하다면 큐 길이 값만을 사용하거나, 추가 대역폭에 대한 한 값만을 사용하는 것이 가능할 것이다. 다른 값들 역시 그들이 어떤 식으로든 큐 길이와 관련되는 한 사용될 수 있고, 대역폭을 적합하게 할당하도록 기지국에서 이용될 수 있다. 물론 어떤 부호화 방법은 더 나은 정보를 제공해 보다 적당한 자원 할당을 가능하게 할 것이다.

일단 네 비트 코드가 생성되었으면, 이 코드는 결합기(28)에서 데이터 블록에 추가된다. 이를테면, 코드는 큐의 최전 라인에 도달할 때에만 데이터 블록에 추가되어져, 큐 길이에 대해 가장 업데이트된 정보가 주어질 수 있도록 한다. 이와는 다른 방법으로서, 데이터 블록이 큐에 입력될 때 큐의 길이에 따라 코드가 더해질 수 있지만, 이 정보는 약간 덜 새로운 것일 수 있다. 이 다른 방법에 의한 구성에서, 결합기는 데이터가 큐에 입력될 때 결합을 수행할 것이다. 위의 어느 경우에나 패킷이 전송 준비되면 전송기(30)로 보내져 안테나(32)를 통해 기지국에 접속되도록 한다.

도 3에 도시된 바와 같이 기지국(12)은 안테나(32)로부터 전송된 패킷을 수신하는 안테나(34) 및 수신기(36)를 포함한다. 이 안테나와 수신기는 동시에 여러개의 이동국들과 통신하는 것이 당연하다. 그러나, 논의의 단순화를 위해 하나의 이동국만이 한번에 접속되는 것처럼 설명이 이뤄질 것이다. 수신기(36)는 데이터 추가 처리 및 출력 라인들(40)로의 궁극적인 데이터 연결을 위해, 수신된 데이터를 신호 처리기(38)로 보낸다. 그러나, 복호화기(42)는 데이터 신호를 보고 큐 길이 정보를 나타내는 네 비트 필드의 코드를 판단한다. 그리고 나서 복호화기는 연루된 이동국의 큐 길이 정보를 자원 제어기(44)로 제공한다. 자원 제어기는 연루된 이동국의 데이터 큐의 상황을 판단하여 추가 자원이 그 이동국 접속에 대해 할당되 어야 하는지의 여부와 자원이 사용가능한지를 판단한다. 제어기가 자원 사용가능성의 면에서 여러 통신국들의 수요를 우선시하고 그들을 가장 효과적인 방식으로 분배해야 한다는 것은 자명한 일이다. 그리고 나서 제어기는 각 이동국을 위해 사용가능한 여러 대역폭 자원을 결정하고 수신기를 제어해 이들을 정렬시킨다. 이러한 정보에 기반해 자원을 어떻게 할당할 것인가에 대한 실질적 결정 프로세스는 변화할 수 있다. 각 통신국의 데이터량에 더해, 정보의 중요도, 정보의 시간 민감도, 특정 사용자의 중요도, 또는 기타 요인들이 고려될 것이다. 그러나, 가능한 한 많은 통신국들에게 최상의 서비스 품질을 제공할 수 있도록 할당이 이뤄져야 한다. 이러한 결정을 행하는 간단한 방법은 보장된 세그먼트 레이트를 떨어뜨리지 않고 가장 큰 큐를 가진 이동국에 가장 많은 자원을 할당하는 것에 다름 아니다. 이동국들에서와 같이, 기지국에 대해 표현된 여러 회로 요소들은 실제로 결선된 기기들이거나 프로세서의 프로그램 동작일 수 있다.

바람직한 시스템에 있어서, 실시간 데이터 패킷은 전송 용도를 위해 데이터 세그먼트들로 쪼개진다. 패킷 셀룰라 시스템에서, 데이터 세그먼트들은 제2계층 데이터 블록인 무선 링크 제어/다중 억세스 제어(RLC/MAC) 블록에 해당한다. 각 데이터 세그먼트는 기회가 허락될 때 전송 매체를 통해 개별적으로 전송된다. 전송 기회는 전송 매체상에 데이터 세그먼트를 전송하는데 사용되는 임의의 방법이라고 정의된다. 예를 들어, 시분할 다중화 억세스(TDMA) 시스템에서 전송 기회는 타임 슬롯이고, 광대역 코드 분할 다중화 억세스(WCDMA) 시스템에서 전송 기회는 무선 프레임에 고유한 월쉬(WALSH) 코드를 활용하는 것이다. 무선 프레임은 상이한 월쉬(WALSH) 코드를 사용하는 여러 사용자들에 의해 분담된다. 기지국은 데이터 패킷의 시간표를 작성(스케줄링)하고, 현 사용자 트래픽을 위한 전송 기회들을 조직한다. 본 발명은 기지국의 스케줄링을 도와 업링크 방향의 모든 사용자들에게 최적의 서비스를 제공하도록 하는 모델을 제공한다. 트래픽 정보는 업링크 방향의 각 블록에서 보내진다. 이 정보를 블록의 한 필드내에 포함함으로써, 실시간 정보가 주어져 보다 나은 스케줄링을 가능하게 한다.

이러한 구성이 이동국과 기지국 사이의 무선 접속 관점으로 기술되었지만, 유선이나 광섬유 케이블 등에 의해 접속이 이뤄지는 다른 시스템들에도 본 발명이 역시 적용 가능할 것이다. 큐 길이 정보가 데이터 블록과 함께 전송되고 이 데이터에 기초해 자원이 할당될 수 있기만 하면 된다.

이 시스템의 동작 방법이 도 4 및 도 5의 흐름도에 도시된다. 도 4는 이동국에서 큐 길이를 결정하고 네 비트 필드를 부호화하는 방법과 관련된 것이다. 데이터 큐 길이가 결정된다(100단계). 결정된 길이는 큐 길이와 관련된 네 비트 코드로 변환된다(102단계). 이 코드는 데이터 패킷에 삽입된다(104단계). 그리고나서 패킷이 전송된다(106단계).

도 5는 기지국에서 이 정보를 이용하는 방법을 도시한 것이다. 특정 이동국으로부터 신호가 수신된다(110단계). 데이터가 전송된다(112단계). 복호화기가 부호화된 네 비트 필드를 수신하여 복호화한다(114단계). 자원 제어기는 복호화된 정보를 수신해 큐 길이를 판단한다(116단계). 자원들은 이 정보를 토대로 한다(118단계).

상술한 기술에 비춰 본 발명의 수많은 변형이 가능하다. 따라서 이하의 청구항 범위의 범주 내에서, 여기 특정하게 기술된 것 이외에 다른 방식으로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (13)

1. 제1네트웍 요소에서 제2네트웍 요소로 전송시 제어기에 의해 통신 자원이 할당되는 통신 자원 제어 방법에 있어서,

   상기 제1네트웍 요소의 통신 자원의 장차 수요에 대한 지시 정보를 모니터링하는 단계;

   제1네트웍 요소에서 제어기로 상기 지시 정보를 전송하되, 상기 지시 정보는 데이터 큐 길이의 코딩된 값인, 지시 정보 전송 단계; 및

   상기 지시 정보에 기반해 제1네트웍 요소 및 제2네트웍 요소 사이의 통신 자원들을 제어하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 통신 자원 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1네트웍 요소는 제2네트웍 요소에 의해 제어기로 연결됨을 특징으로 하는 통신 자원 제어 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 지시 정보는 제1네트웍 요소의 전송 버퍼에 대한 정보를 포함함을 특징으로 하는 통신 자원 제어 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 지시 정보는 상기 제1네트웍 요소에 요구되는 추가 자원들에 대한 정보를 포함함을 특징으로 하는 통신 자원 제어 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 지시 정보는 미리 규정된 자원량에 상응하는 값들을 가진 양자화(quantization) 체계를 포함함을 특징으로 하는 통신 자원 제어 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 지시 정보는 제1네트웍 요소의 전송 버퍼에 대한 정보를 포함함을 특징으로 하는 통신 자원 제어 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 제1네트웍 요소와 제2네트웍 요소는 각각 무선 통신 네트웍의 이동국과 기지국임을 특징으로 하는 통신 자원 제어 방법.
8. 네트웍의 통신 자원을 제어하는 시스템에 있어서,

   복수의 제1통신국;

   복수의 통신 링크를 통해 상기 복수의 제1통신국들에 접속되는 제2통신국;

   상기 링크들간 상기 통신 자원의 할당을 제어하는 제어기를 포함하고,

   통신 자원에 대한 수요를 지시하는 상기 제1통신국으로부터 전송된 정보에 따라 상기 할당이 수행되며,

   상기 전송된 정보는 상기 복수의 제1통신국의 데이터 큐 길이들의 코딩된 값인 것을 특징으로 하는 통신 자원 제어 시스템.
9. 제8항에 있어서, 상기 제어기는 상기 제2통신국의 일부임을 특징으로 하는 통신 자원 제어 시스템.
10. 제8항에 있어서, 상기 제1통신국들은 무선 네트웍의 이동국들임을 특징으로 하는 통신 자원 제어 시스템.
11. 제8항에 있어서, 상기 복수의 제1통신국들 각각은,

    데이터 발생기;

    데이터 큐;

    데이터 큐의 길이를 나타내는 코드를 생성하는 부호화기; 및

    데이터 안에 한 필드로서 포함된 상기 코드와 함께 상기 데이터를 전송하는 전송기를 포함함을 특징으로 하는 통신 자원 제어 시스템.
12. 제8항에 있어서, 상기 제2통신국은,

    전송을 수신하여 데이터를 발생하는 수신기;

    상기 데이터의 필드를 복호화하고 연루된 제1통신국의 데이터 큐에 대한 지시 정보를 생성하는 복호화기를 포함하고,

    상기 제어기는 상기 복호화기로부터 상기 정보를 수신하여 그에 따라 통신 자원을 할당함을 특징으로 하는 통신 자원 제어 시스템.
13. 제8항에 있어서, 상기 지시 정보는 전송되는 각 데이터 블록 마다 제공됨을 특징으로 하는 통신 자원 제어 시스템.

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