KR100581085B1 - Ｍｆ-ｔｄｍａ 광대역 위성 시스템에서의 자원 할당 장치및 그 방법 - Google Patents

Ｍｆ-ｔｄｍａ 광대역 위성 시스템에서의 자원 할당 장치및 그 방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 MF-TDMA 광대역 위성 시스템에서의 자원 할당 장치 및 그 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 단말로부터의 자원 할당 요청에 대하여 가중 패널티의 합을 최소화하는 원 문제를, 각 단말의 각 클래스에 할당되는 타임슬롯의 수를 결정하는 제1하부문제와, 결정된 할당량을 기반으로 각 단말에게 할당할 타임슬롯을 선별하는 제2하부문제로 분할함으로써, 리턴링크의 타임슬롯을 최대의 처리량으로 신속하게 운용할 수 있는 MF-TDMA 광대역 위성 시스템에서의 자원 할당 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 양방향 위성 통신 시스템에서 문제분할을 통해 자원을 할당하는 자원 할당 방법에 있어서, 수퍼프레임 기간동안 발생하는 자원 요청량을 각 단말에 대해 누적하는 요청량 누적단계; 누적된 자원 요청량과의 차이가 최소화 되도록 가중치를 고려하여 각 단말의 각 클래스에 할당할 자원 할당량을 결정하는 할당량 결정단계; 결정된 자원 할당량을 기반으로 각 단말국에 할당할 타임슬롯을 결정하여 매핑하는 매핑단계를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 MF-TDMA 광대역 위성 시스템 등에 이용됨.
타임슬롯, 할당, MF-TDMA, 위성

Description

ＭＦ-ＴＤＭＡ 광대역 위성 시스템에서의 자원 할당 장치 및 그 방법{Apparatus and Method for Allocating Resource in MF-TDMA Broadband Satellite System}
도 1은 본 발명이 적용되는 양방향 위성 멀티미디어 시스템의 구성 예시도,
도 2는 본 발명에 따른 자원 할당 장치의 일실시예 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 자원 할당 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 4는 본 발명에 따른 자원 할당 방법에 대한 다른 일실시예 흐름도이다.
본 발명은 MF(Multi Frequency)-TDMA(Time Division Multiple Access) 광대역 위성 시스템에서의 자원 할당 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 MF-TDMA 기반의 양방향 위성 통신 시스템에서, 단말로부터의 자원 할당 요청에 대하여 가중 패널티의 합을 최소화하는 원 문제를, 각 단말의 클래스에 할당되는 타임슬롯의 수를 결정하는 제1하부문제와 할당되고 남은 타임슬롯을 타임슬롯 손실 확률을 줄이는 방향으로 재할당하는 제2하부문제로 분할하고, 결정된 할당량에 따라 타임슬롯을 스케률링하는, MF-TDMA 광대역 위성 시스템에서의 자원 할당 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
할당의 대상이 되는 주파수 자원은 단말국에서 위성으로 향하는 리턴링크(return link)에 사용되는 주파수 대역으로서, 즉 대상이 되는 주파수 자원은 다중 주파수 시분할 다중 접속(MF-TDMA) 방식의 리턴링크에서의 유한한 개수의 타임슬롯이다.
일반적으로 다중 주파수 시분할 다중 접속 방식에서의 자원(타임슬롯) 할당은 프레임(frame) 또는 수퍼프레임(superframe) 단위로 할당계획이 이루어진다. 이 때, 상기 프레임은 다수의 타임슬롯으로 구성되고, 상기 수퍼프레임은 다수의 프레임으로 구성된다.
한편, TDMA 방식의 위성 통신 시스템에서 자원 할당에 관한 종래 기술로는, 위성간 회선에서의 자원 할당(timeslot assignment in inter-satellite links) 방법, 이동 통신 시스템에서 사용되는 TDMA 방식에 대한 자원 할당 방법 등이 있다.
이러한, 위성 통신 시스템에서의 자원 할당 방법은 단말의 유형, 서비스의 유형 그리고 전송 지연 등의 특성을 고려하여 자원 할당 계획을 제시하고 있다. 그러나, 상기와 같은 위성 통신 시스템에서의 자원 할당 방법은 실질적인 시스템 제약을 반영하지 못하고 단순화하고 있다.
즉, 전파 전송의 방해물이 없는 지역의 단말(Clear-Sky 단말, 이하 'CS 단말'이라 함)과 전파 전송의 방해물이 존재하는 지역의 단말(Rain-Fade 단말, 이하 'RF 단말'이라 함)에 할당될 수 있는 최대 타임슬롯 수를 공히 한 개의 RF용 타임-주파수 블록에 의해 생성되어지는 RF 트래픽 타임슬롯의 수 이내로 한정하여 단순화하고 있다. 오히려, CS 단말에 할당될 수 있는 최대 타임슬롯 수를 한 개의 CS용 타임-주파수 블록에 의해 생성되어지는 CS 트래픽 타임슬롯의 수 이내로 한정하는 것이 보다 실제적이다.
또한, 상기와 같은 종래 자원 할당 방법은 서비스 품질(QoS:Quality of Service) 요구사항을 제대로 반영하지 못하고 있다. 즉, 전송되지 못하고 손실되는 데이터의 수를 일정 수준 이하로 유지하면 시스템의 안정성을 보다 높일 수 있으나 이를 반영하고 있지 않다.
또한, 상기와 같은 종래 자원 할당 방법은 요구되는 수요보다 이용 가능한 타임슬롯이 많을 경우, 남은 여유 타임슬롯을 할당하기 위한 효율적인 방안을 제시하지 못하고 있다.
또한, 상기와 같은 종래 자원 할당 방법은 CS 트래픽 타임슬롯의 집합과 RF 트래픽 타임슬롯의 집합을 사전적으로 결정하고 있으나, 최적 타임슬롯 할당 모형의 일부분으로 정형화하는 것이 보다 효율적인 타임슬롯 할당 체계를 수립할 수 있다.
특히, 위성 통신 시스템은 이동 통신 시스템보다 주파수 대역폭이 상대적으로 높고 전송지연이 상대적으로 길기 때문에 이동 통신 시스템에서의 타임슬롯/패킷 할당계획(timeslot/packet scheduling)이 위성 통신 시스템에 적용되기 위해서는 프레임의 길이가 길어져야 한다. 결과적으로, 스케쥴링할 타임슬롯의 개수가 크 게 증가하게 되고, 이에 따라 타임슬롯을 할당하기 위한 스케쥴링의 복잡도는 매우 증가하게 된다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 고려하여, 즉 전파 전송의 방해 요소를 가지며 단말에 대한 전송 방식과 전송 속도가 다양하게 존재하는 위성 통신 시스템에서, CS 트래픽 타임슬롯의 집합과 RF 트래픽 타임슬롯의 집합 그리고 타임슬롯 할당 스케쥴을 함께 결정하는 서비스 품질(QoS) 기반의 최적 타임슬롯 할당 방안이 요구된다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 단말로부터의 자원 할당 요청에 대하여 가중 패널티의 합을 최소화하는 원 문제를, 각 단말의 각 클래스에 할당되는 타임슬롯의 수를 결정하는 제1하부문제와, 상기 결정된 할당량을 기반으로 각 단말에게 할당할 타임슬롯을 선별하는 제2하부문제로 분할함으로써, 리턴링크의 타임슬롯을 최대의 처리량으로 신속하게 운용할 수 있는 MF(Multi Frequency)-TDMA(Time Division Multiple Access) 광대역 위성 시스템에서의 자원 할당 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 양방향 위성 통신 시스템에서 문제분할을 통해 자원을 할당하는 자원 할당 방법에 있어서, 수퍼프레임 기간동안 발생하는 자원 요청량을 각 단말에 대해 누적하는 요청량 누적단계; 누적된 자원 요청량과의 차이가 최소화 되도록 가중치를 고려하여 각 단말의 각 클래스에 할당할 자원 할당량을 결정하는 할당량 결정단계; 결정된 자원 할당량을 기반으로 각 단말국에 할당할 타임슬롯을 결정하여 매핑하는 매핑단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 장치는, 양방향 위성 통신 시스템에서 문제분할을 통해 자원을 할당하는 자원 할당 장치에 있어서, 수퍼프레임 기간동안 발생하는 자원 요청량을 각각의 단말에 대해 누적하기 위한 자원 요청량 수집수단; 상기 자원 요청량 수집수단에서 누적한 자원 요청량과의 차이가 최소화 되도록 가중치를 고려하여 각 단말의 각 클래스에 할당할 자원 할당량을 결정하기 위한 제 1 자원 할당량 결정수단; 상기 자원 할당량 결정수단에서 결정한 자원 할당량을 기반으로 각 단말국에 할당할 타임슬롯을 결정하여 매핑하기 위한 자원 할당수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또 한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 양방향 위성 멀티미디어 시스템의 구성 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 양방향 위성 멀티미디어 시스템은 다수의 단말(101)이 위성(102)을 통해 지구국(Hub)(103)에 서비스 요청을 하고, 지구국(103)이 이에 응하여 위성(102)을 통해 단말(101)에게 서비스를 제공하는 위성 네트워크이다.
다수의 단말(101)은 필요한 자원을 지구국(103)에 요청하고, 지구국(103)이 허락하는 자원(타임슬롯)만을 사용한다. 중심국(103)은 단말(101)로부터 요청된 자원 요청을 취합하여, 각 단말(101)로 할당할 타임슬롯을 결정하여 위성(102)을 통해 단말(101)로 보고한다. 이 때, 대상으로하는 자원은 단말(101)에서 위성(102)으로 향하는 리턴링크에서 사용되는 주파수 대역, 즉 MF-TDMA를 기반으로 하는 리턴링크에서의 유한한 개수의 타임슬롯의 묶음이 된다. 이러한 자원 할당계획을 매 수퍼프레임마다 신속하게 출력하기 위하여 원 문제(TAP:Timeslot Assignment Problem)를 두가지 하부 문제, 즉 각 단말별 할당량 결정문제와 결정된 할당량을 기반으로 각 단말에 할당할 타임슬롯들을 선별하는 문제로 재구성하여 풀이속도를 대폭 개선한다.
이하 상세한 설명에 사용되는 파라미터를 정의한다. 먼저, CS 단말은 전파 전송의 방해물이 없는 지역의 단말이고, RF 단말은 전파 전송의 방해물이 존재하는 지역의 단말이다. 각 파라미터는 다음과 같다.
Figure 112004058566244-pat00001
상술한 바와 같이, CS 단말에 대한 트래픽 타임슬롯의 집합인 Sc와 RF 단말에 대한 트래픽 타임슬롯의 집합인 Sr은 CS 단말에 대한 프레임을 생성하는데 사용 되는 타임-주파수 블록
Figure 112004058566244-pat00002
의 수인 bc와 RF 단말에 대한 프레임을 생성하는데 사용되는 타임-주파수 블록
Figure 112004058566244-pat00003
의 수인 br에 의해 정해진다. 즉, CS 단말에 대한 트래픽 타임슬롯의 집합인 Sc는
Figure 112004058566244-pat00004
로 표현할 수 있고, RF 단말에 대한 트래픽 타임슬롯의 집합인 Sr은
Figure 112004058566244-pat00005
로 표현할 수 있다.
먼저, 본 발명에서 해결하고자 하는 서비스 품질(QoS) 기반의 최적 타임슬롯 할당을 위한 원 문제(TAP)는 [수학식 1]과 같이 가중 패널티(weighted sum)의 합을 최소화하는 것이다.
Figure 112004058566244-pat00006
상기 [수학식1]에서 xijk는 타임슬롯 할당 여부를 나타내는 이진 정수(binary integer) 변수로, xijk가 1이면 트래픽 타임슬롯 i가 단말 j의 클래스 k 데이터에 할당되었다는 것을 의미하고, xijk가 0이면 그렇지 않다는 것을 의미한다. 또한,
Figure 112004058566244-pat00007
는 단말 j의 클래스 k 데이터에 할당된 타임슬롯의 총 수를 나타내고,
Figure 112004058566244-pat00008
는 단말 j의 클래스 k 데이터에서 타임슬롯 할당으로 충족되지 않은 타임슬롯의 수를 나타낸다.
따라서, 각 단말이 요청한 수요를 모두 충족시킬 수 있는 것이 가장 바람직하고, 그렇지 못할 경우 가능한 한 충족되지 못한 수요를 줄이는 것이 바람직하다. 다만, 이 때, 단말 유형이나 데이터 클래스 유형에 따라 수요 충족의 중요도가 다를 수 있기 때문에, 단순히 충족되지 못하는 수요의 합을 최소화하는 것보다는 각 단말의 우선 순위와 각 데이터 클래스의 우선 순위를 고려하는 가중합을 최소화하는 것이 시스템 측면에서 더 바람직하다. 물론, 모든 가중치가 동일하다고 가정하면 단순히 충족되지 못하는 수요의 합을 최소화하는 것과 동일하게 된다.
따라서, 서비스 품질(QoS) 기반의 최적 타임슬롯 할당을 위한 원 문제(TAP)는 [수학식 2]와 같은 수리모형으로 정형화된다.
Figure 112004058566244-pat00009
여기서, zj는 이진 정수 변수로, zj가 1이면 단말 j에 RF 타임슬롯이 할당된다는 것을 나타내고, zj가 0이면 단말 j에 CS 타임슬롯이 할당된다는 것을 나타낸 다.
상기 [수학식 2]의 (2)는 하나의 타임슬롯이 두 번 이상 할당되어서는 안 된다는 것을 나타내고, (3)은 CS 단말 j의 데이터에 할당되는 타임슬롯의 수는 최대용량
Figure 112004058566244-pat00010
보다 많아서는 안 된다는 것을 나타내고, (4)는 RF 단말 j의 데이터에 할당되는 타임슬롯의 수는 최대용량
Figure 112004058566244-pat00011
보다 많아서는 안 된다는 것을 나타내고, (5)는 하나의 단말이 CS 단말에 대한 타임슬롯과 RF 단말에 대한 타임슬롯을 같이 사용해서는 안 된다는 것을 나타내고, (6)과 (7)은 하나의 단말에 동일한 타임 도메인(time domain)을 사용하는 타임슬롯이 두 개 이상 할당되어서는 안 된다는 것을 나타내고, (8)은 단말 j의 클래스 k 데이터에 할당되는 타임슬롯의 수는 최소 요구량 mjk이상이어야 한다는 것을 나타내고, (9)는 단말 j에 할당되는 타임슬롯의 수
Figure 112004058566244-pat00012
는 최소 요구량
Figure 112004058566244-pat00013
이상이어야 한다는 것을 나타내고, (10)은 단말 j에
Figure 112004058566244-pat00014
개의 타임슬롯이 할당될 때 단말 j에서 전송되지 못하고 손실되는 타임슬롯의 수가 주어진 허용값 L 이하일 확률을 의미하는
Figure 112004058566244-pat00015
가 임계값 βj 이상이어야 한다는 것을 나타내고
Figure 112004058566244-pat00016
형태로 변형되어질 수 있다. (11)은 CS 단말에 대한 프레임과 RF 단말에 대한 프레임을 생성하는데 사용되는 타임-주파수 블록의 수의 합은 전체 타임-주파수 블록의 수
Figure 112004058566244-pat00017
라는 것을 나타내고, (12)는 RF 단말에는 RF 타임슬롯만을 할당해야 한다는 것을 나타내고, (13)은 단말
Figure 112004058566244-pat00018
에는 CS 타임슬롯만이 할당되어야 한다는 것을 나타낸다. 이 때, (13)은 (8)과 (9)가 만족 되면 (6)과 (7)에 의해 자동적으로 만족되기 때문에 제외해도 상관없지만, 모형의 이해를 높이기 위해서 첨가한 것이다.
한편, 타임슬롯 할당은 매 수퍼프레임마다 실시간으로 이루어져야 하고, 따라서 매우 빠른 시간 이내에 해를 구할 수 있어야 한다. 그러나, 본 발명에서 해결하고자 하는 서비스 품질(QoS) 기반의 최적 타임슬롯 할당을 위한 원 문제(TAP)인 상기 [수학식 2]는 비선형 정수계획 문제(nonlinear integer programing problem)로서, 이진 정수변수 xijk는
Figure 112004058566244-pat00019
개의 경우의 수를 가지고 이진 정수변수 zj는
Figure 112004058566244-pat00020
개의 경우의 수를 갖는다. 또한, 상기 [수학식 2]는 문제의 특성상 동일한 목적지 값을 갖는 해가 매우 많이 존재한다. 예를 들어, 단말 1에 1번째에서 10번째까지의 타임슬롯이 할당되든 10번째에서 110번째까지의 타임슬롯이 할당되든 목적지 값은 동일하다. 따라서, 본 발명은 상기 [수학식 2]의 원 문제(TAP)를 두개의 하부 문제, 즉 단말별 할당량 결정문제와 결정된 할당량을 기반으로 각 단말에게 할당할 타임슬롯을 선별하는 문제로 분할하여 풀이 속도를 대폭 개선한다.
도 2는 본 발명에 따른 자원 할당 장치의 일실시예 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 지국구(103)에 설치된 본 발명에 따른 자원 할당 장치는 자원 요청량 수집부(201), 최적 자원 할당부(202)를 포함하고, 상기 최적 자원 할당부(202)는 자원 할당량 결정부(203) 및 자원 할당부(204)를 포함한다.
자원 요청량 수집부(201)는 수퍼프레임 기간동안 발생하는 자원 요청량을 각 각의 단말(101)에 대해 누적하여 최적 자원 할당부(202)에 보고한다. 보고 후, 0으로 재설정되고 다음 수퍼프레임이 시작하면 발생하는 자원 요청량에 대해 다시 누적을 시작한다.
제 1 자원 할당량 결정부(203)는 단말의 우선순위와 각 데이터 클래스의 우선순위를 고려하여 하기 [수학식 3](RTAP:Reduced Timeslot Assignment Problem)을 이용하여 각 단말의 클래스에 할당되는 타임슬롯의 수를 결정한다.
제 2 자원 할당량 결정부(204)는 제 1 자원 할당량 결정부(203)에서 결정하고 남은 타임슬롯 중에 각 단말의 클래스에 할당되는 타임슬롯의 수를 하기 [수학식 4](FTAP:Free Timeslot Assignment Problem)를 이용하여 결정한다.
자원 할당부(205)는 하기 [수학식 5]를 이용하여 상기 결정된 타임슬롯 할당량만큼 각 단말의 클래스별로 할당한다.
도 3은 본 발명에 따른 자원 할당 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저, 각 단말의 클래스에 할당할 타임슬롯의 수를 결정한다(301). 즉, 하기 [수학식 3]의 알고리즘을 이용하여 단말 j의 클래스 k에 할당할 타임슬롯의 수 yjk를 결정한다.
Figure 112004058566244-pat00021
상기 [수학식 3]의 (17)은 요청량과 할당량의 차이(미충족량)를 최소화하는 yjk를 결정하는 것을 나타내고, (18)은 CS 단말에는 최대
Figure 112004058566244-pat00022
개의 타임슬롯이 할당될 수 있음을 나타내고, (19)는 RF 단말에는 최대
Figure 112004058566244-pat00023
개의 타임슬롯이 할당될 수 있음을 나타내고, (20)은 CS 단말 모두에게 할당될 수 있는 타임슬롯의 개수의 제약식을 나타내고, (21)은 RF 단말 모두에게 할당될 수 있는 타임슬롯의 개수의 제약식을 나타내고, (22)는 각 단말이 보장받는 최소 할당량을 나타내고, (23)은 CS 단말과 RF 단말을 위한 채널 수의 합을 나타낸다.
다음으로, 단말의 등급과 통화유형(Traffic class)에 따라, 할당되고 남은 타임슬롯 중에 각 단말의 클래스에 할당할 타임슬롯의 수를 결정한다(302). 즉, 하기 [수학식 4]의 알고리즘을 이용하여 상기 301 과정에서 할당되고 남은 타임슬롯 중에 단말 j의 클래스 k에 할당할 타임슬롯의 수
Figure 112004058566244-pat00024
를 결정한다. 이는 타임슬롯 손실 확률을 줄이는 방향으로 이루어진다. 한편, 하기 [수학식 4]는 일예시에 불과하며 단말의 등급과 통화유형에 따라 다양한 알고리즘을 이용할 수 있다.
Figure 112004058566244-pat00025
여기서,
Figure 112004058566244-pat00026
는 남은 타임슬롯 중에 단말 j의 클래스 k에 할당되는 타임슬롯의 수를 나타내고, wj는 남은 타임슬롯을 할당할 때 사용되는 단말 j에 대한 가중치를 나타낸다. 또한, 상기 [수학식 4]의 (30)은 할당량 결정 후에 남는 타임슬롯에 대한 손실 확률을 나타내고, (31)은 단말이 CS 단말인 경우 CS 단말에 대한 할당량은 그 최대할당량을 넘을 수 없다는 것을 나타내고, (32)는 단말이 RF 단말인 경우 RF 단말에 대한 할당량은 그 최대할당량을 넘을 수 없다는 것을 나타내고, (33) CS 단말들에 대한 잔여 타임슬롯의 할당 총량은 CS용 채널의 총 타임슬롯 개수를 넘을 수 없다는 것을 나타내고, (34)는 RF 단말들에 대한 잔여 타임슬롯의 할당 총량은 RF용 채널의 총 타임슬롯 개수를 넘을 수 없다는 것을 나타낸다.
다음으로, 상기 301 및 302 과정에서 결정된 각 단말의 클래스에 할당할 타 임슬롯의 수를 이용하여 각 단말에 타임슬롯을 할당한다(303). 즉, 상기 301 및 302 과정에서 결정된 yjk 및
Figure 112004058566244-pat00027
를 이용하여 하기 [수학식 5]를 통해 타임슬롯을 스케쥴링한다.
Figure 112004058566244-pat00028
먼저, 각 단말의 각 클래스별 타임슬롯 할당량만큼 특정 타임슬롯을 지정한다. 이를 위해 RF 타임슬롯과 CS 타임슬롯을 시간과 주파수에 따라 번호를 부여한다. CS 타임슬롯과 RF 타임슬롯 각각에 대해서 가장 낮은 주파수와 가장 이른 시간대의 타임슬롯을 0번으로, 가장 높은 주파수와 가장 늦은 시간대의 타임슬롯을
Figure 112004058566244-pat00029
과
Figure 112004058566244-pat00030
번으로 번호를 부여한다. 상기 [수학식 5]에서
Figure 112004058566244-pat00031
는 상기 [수학식 3]으로부터 생성된 값이고,
Figure 112004058566244-pat00032
는 상기 [수학식 4]로부터 생성된 값이다.
도 4는 본 발명에 따른 자원 할당 방법에 대한 다른 일실시예 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 먼저, 본 발명에서 해결하고자 하는 서비스 품질(QoS) 기반의 최적 타임슬롯 할당을 위한 원 문제(TAP)를 하부문제로 분할한다 (401). 상기 원 문제(TAP)는 비선형 정수계획 문제(nonlinear integer programing problem)로서 문제의 특성상 동일한 목적지 값을 갖는 해가 매우 많이 존재하기 때문이다.
이어서, 상기 [수학식 3]의 알고리즘을 이용하여 단말 j의 클래스 k에 할당할 타임슬롯의 수 yjk를 결정한다(402). 즉, 분할된 하부문제 중 단말별 할당량 결정문제(RTAP)을 푼다.
이어서, 단말의 등급과 통화유형(Traffic class)에 따라, 할당되고 남은 타임슬롯 중에 각 단말의 클래스에 할당할 타임슬롯의 수를 결정한다(403). 즉, FTAP(Free Timeslot Assignment Problem)을 푼다.
이어서, 상기 결정된 할당량을 기반으로 각 단말에게 할당할 타임슬롯들을 선별하여 할당한다(404). 즉, 상기 [수학식 5]를 이용하여 각 단말에 타임슬롯을 스케쥴링한다.
이하에서는 본 발명에 다른 자원 할당 방법에 따른 실험 결과를 설명한다.
데이터 클래스는 지연 클래스(k1)와 서비스 유형 클래스(k2) 두 가지를 고려하고, 성능 분석에 사용되는 주요 데이터는 다음과 같다. 먼저, 지연 클래스 수와 서비스 유형 클래스 수는 각각 5라고 가정하고, RF 단말의 수와 CS 단말의 수는 각각 150과 90으로 가정한다. 슈퍼프레임 구조를 결정하는 패러미터들은
Figure 112004058566244-pat00033
Figure 112004058566244-pat00034
Figure 112004058566244-pat00035
등으로 가정한다. 다음으로 각 단말의 지연 및 서비스 유형 클래스에 대한 수요는 다음과 같다.
Figure 112004058566244-pat00036
또한, 각 서비스 유형 클래스별 하한, 상한, 주기는 아래 [표1]과 같다.
Figure 112004058566244-pat00037
또한,
Figure 112004058566244-pat00038
는 다음과 같이 정의한다. 즉,
Figure 112004058566244-pat00039
이면,
Figure 112004058566244-pat00040
=0.7로 가정하고,
Figure 112004058566244-pat00041
이면
Figure 112004058566244-pat00042
=0.5로 가정한다.
Figure 112004058566244-pat00043
와
Figure 112004058566244-pat00044
는 각각 Nr과 Nc로 가정하고,
Figure 112004058566244-pat00045
로 가정한다.
Figure 112004058566244-pat00046
Figure 112004058566244-pat00047
,
Figure 112004058566244-pat00048
,
Figure 112004058566244-pat00049
로 가정한다. 여기서, M은 다른 수에 비해 상대적으로 매우 큰 수를 나타낸다. wj와 βj는 모든 단말 j에 대해서 동일하다고 가정하고, 현재 버퍼에서 대기하고 있는 데이터의 양과 현재 이용 가능한 타임슬롯의 수도 모든 단말 j에 대해서 동일하다고 가정한다.
먼저, 본 발명에 따른 자원 할당 방법에 따른 타임슬롯 할당 결과는 아래 [표2]와 같다.
Figure 112004058566244-pat00050
TSDP(Timeslot Set Detemination Procedure), 즉 CS용과 RF용 채널을 각각 몇개씩 배정하여 사용할 것인가를 결정하는 과정을 통해서 RF 타임슬롯의 수와 CS 타임슬롯의 수가 각각 60000개와 32000개로 결정되었고, 수행 결과는 최적조건 B를 만족하는 것으로 나타났다. 따라서, 갭(Gap)(= (목적식 값 - 하한) / 하한)은 RF 단말과 CS 단말 모두 없다. 최적조건 B를 만족했다는 것은 CS 단말에 할당된 타임슬롯 모두를 CS 타임슬롯만으로 충족시킬 수 있다는 것을 의미한다. 마지막으로, 요청한 수요를 얼마나 충족시키는가를 나타내는 충족률은 전체 단말의 평균 충족률, RF 단말의 평균 충족률, CS 단말의 평균 충족률 모두 1.0인 것으로 나타났고, 요청한 수요에 대한 실제 할당된 타임슬롯 수의 비율을 나타내는 할당률은 전체 단말의 평균 할당률, RF 단말의 평균 할당률, CS 단말의 평균 할당률이 각각 1.22, 1.24, 1.77인 것으로 나타났다. 할당률이 1보다 큰 것은 각 단말의 타임슬롯 수요의 합이 이용 가능한 타임슬롯 수보다 작아서, 수요를 충족시키고 남은 타임슬롯을 각 단말에 추가로 할당했기 때문이다.
다음으로, 서비스 유형 클래스별 주기가 변하는 경우의 본 발명에 따른 자원 할당 방법에 따른 타임 슬롯 할당 결과는 아래 [표3]과 같다. 즉, [표3]은 서비스 유형 클래스별 주기가 감소하는 경우의 타임 슬롯 할당 결과를 나타낸다.
Figure 112004058566244-pat00051
상기 [표3]에서 주기의 기준값은 상기 [표1]에 제시된 값을 의미하고, [표3]에서 알 수 있듯이 서비스 유형 클래스별 주기가 감소함에 따라 충족률은 감소한다. 한편, 서비스 유형 클래스별 주기에 관계없이, 즉 수요의 많고 적음에 관계없이 본 발명에 따른 자원 할당 방법은 최적해를 구하거나 갭(Gap)이 매우 작은 실행 가능해를 구한다는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 최소 타임슬롯 할당수가 변하는 경우의 본 발명에 따른 자원 할당 방법에 따른 타임 슬롯 할당 결과는 아래 [표4]와 같다. 즉, 단말과 지구국간 통신을 위해 필요한 최소 타임슬롯 할당량 mj의 변화에 따른 타임슬롯 할당 결과를 나타낸다. 여기서, 주기=기준값*0.5 이다.
Figure 112004058566244-pat00052
상기 [표4]에 나타나듯 본 발명에 따른 자원 할당 방법은 최소 타임슬롯 할당수 변화에 관계없이 최적해를 구하거나 갭(Gap)이 매우 작은 실행 가능해를 구한다는 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 자원 할당 방법의 계산 시간은 펜티엄 Ⅳ 2.0㎓의 컴퓨터를 이용할 경우 평균 5ms 이내에서 해를 구한다는 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, MF-TDMA를 기반으로 한 리턴링크(단말에서 위성으로)의 타임슬롯을 신속하게 처리하여 최대의 처리량을 갖도록 한다. 따라서, 본 발명은 통신의 단위비용을 절감시키고, 사업이윤을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 양방향 위성 통신 시스템에서 문제분할을 통해 자원을 할당하는 자원 할당 방법에 있어서,
    수퍼프레임 기간동안 발생하는 자원 요청량을 각 단말에 대해 누적하는 요청량 누적단계;
    누적된 자원 요청량과의 차이가 최소화 되도록 가중치를 고려하여 각 단말의 각 클래스에 할당할 자원 할당량을 결정하는 할당량 결정단계;
    결정된 자원 할당량을 기반으로 각 단말국에 할당할 타임슬롯을 결정하여 매핑하는 매핑단계
    를 포함하는 자원 할당 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 할당량 결정단계에서 결정되고 남은 타임슬롯으로부터 추가로 각 단말의 각 클래스에 할당할 타임슬롯 할당량을 결정하되, 단말의 등급과 통화유형(Traffic class)에 따라 타임슬롯 할당량을 결정하는 잔여 할당량 결정단계
    를 더 포함하는 자원 할당 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 할당량 결정단계는,
    단말의 유형에 따라 단말에 할당할 수 있는 최대 할당량, 각 단말에 할당되어야 할 최소 할당량 및 단말의 유형에 따른 채널 수의 합에 근거하여, 상기 누적된 자원 요청량과의 차이가 최소가 되도록 가중치를 고려하여 각 단말의 각 클래스에 할당할 자원 할당량을 결정하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
  4. 양방향 위성 통신 시스템에서 문제분할을 통해 자원을 할당하는 자원 할당 장치에 있어서,
    수퍼프레임 기간동안 발생하는 자원 요청량을 각각의 단말에 대해 누적하기 위한 자원 요청량 수집수단;
    상기 자원 요청량 수집수단에서 누적한 자원 요청량과의 차이가 최소화 되도록 가중치를 고려하여 각 단말의 각 클래스에 할당할 자원 할당량을 결정하기 위한 제 1 자원 할당량 결정수단;
    상기 자원 할당량 결정수단에서 결정한 자원 할당량을 기반으로 각 단말국에 할당할 타임슬롯을 결정하여 매핑하기 위한 자원 할당수단
    을 포함하는 자원 할당 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 자원 할당량 결정수단에서 결정하고 남은 타임슬롯으로부터 추가로 각 단말의 각 클래스에 할당할 타임슬롯 할당량을 결정하되, 단말의 등급과 통화유형(Traffic class)에 따라 타임슬롯 할당량을 결정하기 위한 제 2 자원 할당량 결정수단
    을 더 포함하는 자원 할당 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 자원 할당량 결정수단은,
    단말의 유형에 따라 단말에 할당할 수 있는 최대 할당량, 각 단말에 할당되어야 할 최소 할당량 및 단말의 유형에 따른 채널 수의 합에 근거하여, 상기 누적된 자원 요청량과의 차이가 최소가 되도록 가중치를 고려하여 각 단말의 각 클래스에 할당할 자원 할당량을 결정하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 장치.
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