KR100806215B1 - 휴대인터넷 시스템에서 패킷 스케줄링 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 휴대인터넷 시스템에서 패킷 스케줄링 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 휴대인터넷 시스템에서 패킷 스케줄링을 수행하기 위한 시스템에 있어서, 상기 휴대인터넷 시스템에 접속하여 패킷 데이터 서버로부터 VOD(Video On Demand) 및 MOD(Music On Demand)를 포함하는 RT-VR(Real Time-Variable Rate) 서비스와 파일 다운로드 및 웹 브라우징을 포함하는 BE(Best Effort) 서비스를 제공받아 이용하며 다양한 애플리케이션(Application)을 구동시키는 휴대인터넷 플랫폼을 탑재하고 있으며, 상기 휴대인터넷에 접속하기 위한 휴대인터넷 접속용 브라우저를 내장하고 있는 휴대인터넷 단말기; 상기 휴대인터넷 단말기와 무선으로 신호를 송수신하며 상기 휴대인터넷 단말기의 핸드오프 및 무선 자원 관리 기능 등을 수행하는 무선 접속망; 패킷 데이터 서비스를 제공할 수 있도록 세션을 관리하고, 상기 패킷 데이터 서버와 상기 무선 접속망 사이에서 패킷 데이터의 송수신을 중계하는 ER(Edge Router); 인터넷을 포함한 네트워크에 접속되는 상기 패킷 데이터 서버로부터 전송된 상기 패킷 데이터를 전송하는 라우팅(Routing)을 수행하는 HA(Home Agent); 상기 ER과 연동하여 상기 휴대인터넷 단말기에서 이용한 상기 패킷 데이터에 대한 과금을 수행하고, 상기 휴대인터넷 단말기로부터의 접속을 인증하는 AAA(Authentication, Authorization, Accounting); 상기 ER, 상기 HA 및 상기 AAA를 상호 연결시켜 주고, 상기 외부 패킷 데이터 서버로부터 상기 패킷 데이터를 전달받아 상기 무선 접속망으로 전송하는 벡본 네트워크; 및 상기 휴대인터넷 단말기가 상기 휴대인터넷 시스템에 접속하여 비디오 서비스를 포함하는 멀티미디어 서비스를 요청하면, 저장되어 있는 데이터베이스를 검색하여 상기 휴대인터넷 단말기에 상기 패킷 데이터를 제공하는 콘텐츠 서버를 포함하되, 상기 무선 접속망은 상기 RT-VR 서비스를 받고 있는 상기 휴대인터넷 단말기의 비디오 버퍼의 잔여 데이터 량을 측정하여, 상기 잔여 데이터 량이 충분하지 않아 동영상 또는 음성 스트림의 제공이 끊기게 될 상황에 놓일 것이라고 추정되는 호에 한해서만 상기 RT-VR 서비스의 우선 순위를 상기 BE 서비스보다 높게 적용하는 것을 특징으로 하는 휴대인터넷 시스템에서 패킷 스케줄링 시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면, 서비스 요청 또는 호가 점유하는 다양한 자원을 트래픽 종류별로 분류하여 추정하는 호 수락 제어 방법을 제공하여 RT-VR 서비스와 BE 서비스의 QoS를 만족시키고 무선 자원을 효율적으로 관리함으로써 사용자가 느끼는 서비스 품질을 향상시킬 수 있다. 그리고 이동성을 지원하는 시스템의 경우에 핸드오프를 고려한 패킷 스케줄링에 의하여 이동시에도 끊김 없는 서비스를 받을 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 시스템의 효율을 증대시킴으로써 투자비 절감 효과도 낼 수 있다.
휴대인터넷, Wibro, 호 수락 제어, 패킷 스케줄러, QoS
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 휴대인터넷 시스템을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 휴대인터넷 시스템의 서비스 품질을 보장하기 위한 호 수락 제어 방법을 나타낸 흐름도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 휴대인터넷 시스템의 서비스 품질을 보장하기 위한 패킷 스케줄링 방법을 나타낸 흐름도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110: 휴대인터넷 단말기 120: 무선 접속망
122: 라디오 액세스 스테이션 124: 액세스 컨트롤 라우터
130: 에지 라우터 140: 벡본 네트워크
142: 홈 에이전트 144: 인증 서버
150: 콘텐츠 서버
본 발명은 휴대인터넷 시스템에서 패킷 스케줄링 방법 및 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 휴대인터넷 시스템에 있어서 시스템 성능을 최대화하고, 주요 서비스 타입인 RT-VR 서비스와 BE 서비스의 QoS를 보장하기 위해 시스템의 무선자원을 효율적으로 관리하며, 핸드오프를 고려하여 이동 시에도 끊김 없는 서비스를 제공하기 위하여 시스템 특성 및 제공서비스 특성 등을 고려한 휴대인터넷 시스템의 서비스 품질을 보장하기 위한 패킷 스케줄링 방법 및 시스템에 관한 것이다.
컴퓨터, 전자, 통신 기술이 급속도로 발전함에 따라 무선 통신망(Wireless Network)을 이용한 다양한 무선 통신 서비스가 제공되고 있다. 가장 기본적인 무선 통신 서비스는 이동통신 단말기 사용자들에게 무선으로 음성 통화를 제공하는 무선 음성 통화 서비스로서 이는 시간과 장소에 구애 받지 않고 서비스를 제공할 수 있다는 특징이 있다. 또한, 문자 메시지를 제공하여 음성 통화 서비스를 보완해 주는 한편, 최근에는 이동통신 단말기의 사용자에게 무선 통신망을 통해 인터넷 서비스를 제공하는 무선 인터넷 서비스가 대두 되었다.
이처럼 통신 기술의 발달로 인해 부호 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access) 시스템에서 제공하는 서비스는 음성 서비스뿐만 아니라, 써킷(Circuit) 데이터, 패킷(Packet) 데이터 등과 같은 데이터를 전송하는 멀티미디어 통신 서비스로 발전해 가고 있다.
또한, 최근에는 정보통신의 발달로 ITU-R에서 표준으로 제정하고 있는 제 3 세대 이동 통신 시스템인 IMT-2000(International Mobile Telecommunication 2000)이 상용화되고 있다.
그러나 기존의 이동통신 시스템은 기지국 구축 비용이 높기 때문에 무선 인터넷의 이용 요금이 비싸고, 이동통신 단말기의 화면 크기가 작기 때문에 이용할 수 있는 콘텐츠에 제약이 있는 등 초고속 무선 인터넷을 제공하기에는 한계가 있다. 또한, 무선 랜(Wireless Local Area Network) 기술은 전파 간섭 및 사용 영역(Coverage)의 협소함 등의 문제로 공중(Public) 서비스로 제공하기에는 한계가 있다. 따라서, 이동하면서도 저렴한 요금으로 초고속 무선 인터넷 서비스를 이용할 수 있는 휴대인터넷(Wibro: Wireless Broadband Internet 또는 PI: Portable Internet) 시스템이 대두되었다.
휴대인터넷 시스템은 노트북, PDA, Handheld PC 등 다양한 형태의 휴대인터넷 단말기를 이용하여 실내 및 실외의 정지 환경에서와 보행 속도 및 중저속 이동 수준의 이동 환경에서 인터넷에 접속하여 다양한 정보 및 콘텐츠를 이용할 수 있는 서비스이다. 또한, 시속 60 km/h의 이동성을 제공하며, 하향 전송 속도는 24.8 Mbps이지만, 상향 전송 속도는 5.2 Mbps로 상하향 비대칭 전송 특성을 갖는 IP(Internet Protocol) 기반의 무선 데이터 시스템이다.
또한, 휴대인터넷 시스템은 2.3 GHz 주파수 대역을 사용하며, 할당된 주파수 스펙트럼을 효과적으로 이용하기 위해 듀플렉스(Duplex) 방식으로는 시분할 듀플렉스(TDD: Time Division Duplex)를 그리고, 다중 접속(Multiple Access) 방식으로는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access)을 사용한다.
이러한 휴대인터넷 시스템이 출현함에 따라 기존의 CDMA2000 1x 및 1x EV-DO 보다 높은 품질의 인터넷 서비스가 가능하게 되었고, 이를 기반으로 다양한 종류의 인터넷 서비스를 제공하게 될 것이다.
대표적인 휴대인터넷 서비스로는 스트리밍 비디오(Streaming Video)로 대표되는 실시간(RT-VR: Real Time-Variable Rate, 이하 'RT-VR' 이라 칭함) 서비스와 HTTP(Hypertext Transfer Protocol)와 FTP(File Transfer Protocol)로 대표되고 비실시간(Non Real Time) BE(Best Effort) 서비스가 있다. 대량 데이터 트래픽을 유발하는 VOD(Video On Demand) 및 MOD(Music On Demand)와 같은 RT-VR 서비스는 딜레이(Delay)에 민감하고 지터(Jitter) 등이 발생하면 화상이나 음성이 끊기거나 낮은 품질로 서비스된다. 이에 반해 파일 다운로드나 웹 브라우징 등의 BE 서비스는 상대적으로 시간 지연에 큰 영향을 받지 않는다.
이러한 서비스들의 특성 때문에 RT-VR 서비스와 BE 서비스가 공존하는 멀티미디어 통신 시스템에서, 각 휴대인터넷 단말기와 이미 수락된 호 중에서는 RT-VR 서비스에 BE 서비스보다 높은 우선 순위를 두고 전송하는 것이 일반적이다.
연결의 설정 여부를 결정하는 단계에서 동작하는 호 수락 제어(Connection Admission Control)는 기지국이 현재 서비스를 제공하고 있는 단말기보다 더 많은 단말기에게 서비스를 못하게 되거나, 더 많은 단말기에게 서비스를 제공하기 위해서는 현재 서비스를 받고 있는 단말기들의 성능에 심각한 악영향을 미치거나 전체적인 기지국 성능이 저하될 것이라고 추정될 경우 새로이 서비스를 요청하는 단말기들의 요청을 거부하는 것이 일반적이다. 회선 서비스일 경우는 각 단말기에 사용되는 자원의 양이 일정하기 때문에 새로운 요청 또는 호를 수락하기 위해서는 단순 히 서비스하는 호 수가 총 서비스 가능 호 수보다 낮게 유지하면 된다. 그러나 휴대인터넷 사용자의 급격한 증가와 다양한 서비스의 제공으로 호가 점유하는 자원의 종류가 다양해짐에 따라 이를 트래픽 종류별로 분류하여 추정하는 방법을 사용해야 할 필요성이 생겼다.
한편, 기지국이 다수의 이동통신 단말기로 하향링크 트래픽을 전송해야 할 때, 또는 다수의 이동통신 단말기가 기지국으로 상향링크 트래픽을 전송해야 할 때, 기지국은 전송 우선 순위를 결정하여야 한다. 이 역할을 하는 것이 패킷 스케줄러(Packet Scheduler)이다.
기존의 패킷 스케줄링 방법은 비실시간 서비스에 비해 실시간 서비스에게 무조건적 우선 순위를 주었다. 이러한 방법은 실시간 서비스의 품질은 보장할 수 있지만 비실시간 서비스 품질의 지나친 패킷 지연을 유발할 수 있다. 실시간의 개념이란 정해진 '시간 한계' 내에 처리가 완료되어야 함을 의미하는 것이므로, 정해진 한계까지의 여유가 있다면 비실시간 서비스에게도 적당한 상대적 우선 순위를 부여하면서 스케줄링함으로써 전체 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다. 계속하여 바뀌는 트래픽이나 전송 상황에 맞추어 실시간 트래픽의 우선 순위의 상대적 크기를 조절함으로써, 실시간 서비스의 시간 한계를 지키면서 동시에 비실시간 서비스 품질을 높일 필요성이 있다. 그래서 RT-VR 서비스의 패킷전송 우선 순위를 고정시키지 않고 채널 품질, 휴대 인터넷 단말기의 비디오 버퍼 상태 등에 따라 변동시키는 패킷 스케줄링 방법을 설계할 필요가 있다.
또한, 휴대인터넷 시스템은 고정된 사용자와 60 km/h 이상의 고속 이동 사용 자를 모두 지원한다. 또 멀티미디어 서비스를 제공하기 위해서는 높은 시스템 용량을 가져야 하므로 통상 소형 셀이 사용된다. 즉, 휴대인터넷 시스템은 사용자가 높은 전송률로 데이터를 송수신하면서 비교적 소형의 셀 간을 고속으로 이동하는 환경에서도 동작해야 한다. 이 경우, 핸드오프(Handoff)가 빈번히 발생하므로 핸드오프시의 성능이 전체 성능에 크게 영향을 미친다. 효율적인 핸드오프는 핸드오프 절차를 신속히 처리할 수 있어야 하고, 핸드오프를 위한 자원 할당이 효율적이어야 한다. 그래서 핸드오프 시 효율적으로 자원을 할당하는 패킷 스케줄러가 필요하다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 휴대인터넷 시스템에 있어서 시스템 성능을 최대화하고, 주요 서비스 타입인 RT-VR 서비스와 BE 서비스의 QoS를 보장하기 위해 시스템의 무선자원을 효율적으로 관리하며, 핸드오프를 고려하여 이동 시에도 끊김 없는 서비스를 제공하기 위하여 시스템 특성 및 제공서비스 특성 등을 고려한 휴대인터넷 시스템의 서비스 품질을 보장하기 위한 패킷 스케줄링 방법 및 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 휴대인터넷 시스템에서 패킷 스케줄링을 수행하기 위한 시스템에 있어서, 상기 휴대인터넷 시스템에 접속하여 패킷 데이터 서버로부터 VOD(Video On Demand) 및 MOD(Music On Demand)를 포함하는 RT-VR(Real Time-Variable Rate) 서비스와 파일 다운로드 및 웹 브라우징을 포함하는 BE(Best Effort) 서비스를 제공받아 이용하며 다양한 애플리케이션(Application)을 구동시키는 휴대인터넷 플랫폼을 탑재하고 있으며, 상기 휴대인터넷에 접속하기 위한 휴대인터넷 접속용 브라우저를 내장하고 있는 휴대인터넷 단말기; 상기 휴대인터넷 단말기와 무선으로 신호를 송수신하며 상기 휴대인터넷 단말기의 핸드오프 및 무선 자원 관리 기능 등을 수행하는 무선 접속망; 패킷 데이터 서비스를 제공할 수 있도록 세션을 관리하고, 상기 패킷 데이터 서버와 상기 무선 접속망 사이에서 패킷 데이터의 송수신을 중계하는 ER(Edge Router); 인터넷을 포함한 네트워크에 접속되는 상기 패킷 데이터 서버로부터 전송된 상기 패킷 데이터를 전송하는 라우팅(Routing)을 수행하는 HA(Home Agent); 상기 ER과 연동하여 상기 휴대인터넷 단말기에서 이용한 상기 패킷 데이터에 대한 과금을 수행하고, 상기 휴대인터넷 단말기로부터의 접속을 인증하는 AAA(Authentication, Authorization, Accounting); 상기 ER, 상기 HA 및 상기 AAA를 상호 연결시켜 주고, 상기 외부 패킷 데이터 서버로부터 상기 패킷 데이터를 전달받아 상기 무선 접속망으로 전송하는 벡본 네트워크; 및 상기 휴대인터넷 단말기가 상기 휴대인터넷 시스템에 접속하여 비디오 서비스를 포함하는 멀티미디어 서비스를 요청하면, 저장되어 있는 데이터베이스를 검색하여 상기 휴대인터넷 단말기에 상기 패킷 데이터를 제공하는 콘텐츠 서버를 포함하되, 상기 무선 접속망은 상기 RT-VR 서비스를 받고 있는 상기 휴대인터넷 단말기의 비디오 버퍼의 잔여 데이터 량을 측정하여, 상기 잔여 데이터 량이 충분하지 않아 동영상 또는 음성 스트림의 제공이 끊기게 될 상황에 놓일 것이라고 추정되는 호에 한해서만 상기 RT-VR 서비스의 우선 순위를 상기 BE 서비스보다 높게 적용하는 것을 특징으로 하는 휴대인터넷 시스템에서 패킷 스케줄링 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 목적에 의하면, RT-VR(Real Time-Variable Rate) 서비스의 비디오 버퍼의 잔여 데이터량을 추정하여 동영상 또는 음성 데이터가 사용자에게 끊겨서 보이거나 들리게 될 상황에 놓일 것이라고 추정되는 호에 대하여 RT-VR 서비스의 우선 순위를 BE(Best Effort) 서비스보다 높게 적용하도록 자원 할당의 우선 순위를 결정하고 핸드오프 시에도 끊김 없는 서비스를 제공하기 위한 휴대인터넷 시스템의 서비스 품질을 보장하기 위한 패킷 스케줄링(Packet Scheduling) 방법에 있어서, (a) 전송 우선 순위 큐(Priority Queue) PQ를 정의하고, h, n, m (m>n>0)값의 설정 및 패킷의 크기의 임계치로 사용할 , 값을 설정하는 단계; (b) 각 휴대인터넷 단말기 i에 대한 상기 비디오 버퍼의 잔여 데이터량의 크기(큐 크기) 를 계산하는 단계; (c) 전송할 데이터가 있는지 판단하고 상기 핸드오프를 요청하는 상기 휴대인터넷 단말기가 존재하는 경우, 상기 휴대인터넷 단말기 i의 트래픽 중 상기 h 패킷을 상기 PQ로 이동하는 단계; (d) 상기 단계 (c)에서 상기 핸드오프를 요청하는 상기 휴대인터넷 단말기가 없거나 상기 단계 (c)를 수행한 후에, 모든 상기 휴대인터넷 단말기 i에 대하여 상기 가 상기 보다 작은 상기 휴대인터넷 단말기가 존재하는 경우, 해당 상기 휴대인터넷 단말기 i의 트래픽 중 상기 n 패킷을 상기 PQ로 이동하는 단계; (e) 상기 단계 (d)에서 상기 가 상기 보다 작은 상기 휴대인터넷 단말기가 없거나 상기 단계 (d)를 수행한 후에, 모든 상기 휴대인터넷 단말기 i에 대하여 상기 가 상기 보다 작은 상기 휴대인터넷 단말기가 존재하는 경우, 해당 상기 휴대인터넷 단말기 i의 트래픽 중 상기 m 패킷을 상기 PQ로 이동하는 단계; 및 (f) 상기 PQ에 있는 상기 데이터를 해당 프레임에 실어 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대인터넷 시스템에서 패킷 스케줄링 방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 휴대인터넷 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 휴대인터넷 시스템은 휴대인터넷 단말기(110), 무선 접속망(120), 라디오 액세스 스테이션(RAS: Radio Access Station, 이하 'RAS'라 칭함)(122), 액세스 컨트롤 라우터(ACR: Access Control Router, 이하 'ACR'이라 칭함)(124), 에지 라우터(ER: Edge Router, 이하 'ER' 이라 칭함)(130), 벡본 네트워크(140), 홈 에이전트(HA: Home Agent, 이하 'HA'라 칭 함)(142), 인증 서버(AAA: Authentication, Authorization, Accounting, 이하 'AAA'라 칭함)(144) 및 콘텐츠 서버(150)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 휴대인터넷 단말기(110)는 노트북 컴퓨터 (Notebook Computer), PDA(Personal Digital Assistant), 셀룰러(Cellular)폰, PCS(Personal Communication Service)폰, 핸드헬드 PC(Hand-Held Personal Computer), GSM(Global System for Mobile)폰 및 MBS(Mobile Broadband System)폰 등을 포함한다. 여기서 MBS 폰은 현재 논의되고 있는 제 4세대 시스템에서 사용될 핸드폰을 말한다.
휴대인터넷 단말기(110)는 이동통신망을 경유하여 상대방과 무선 통신으로 전화 통화를 수행할 뿐만 아니라 휴대인터넷 시스템에 접속하여 콘텐츠 서버(150)로부터 VOD(Video On Demand)나 MOD(Music On Demand)와 같은 RT-VR(Real Time-Variable Rate) 서비스 및 파일 다운로드나 웹 브라우징 같은 BE(Best Effort) 서비스를 제공받아 이용하는 단말기이다. 휴대인터넷 단말기(110)에는 휴대인터넷 관련 애플리케이션(Application)들을 구동시키는 휴대인터넷 플랫폼을 탑재하고 있으며, 휴대인터넷에 접속하기 위한 휴대인터넷 접속용 브라우저를 내장하고 있다.
무선 접속망(120)은 휴대인터넷 단말기(110)와 무선으로 신호를 송수신하며, 휴대인터넷 단말기(110)의 핸드오프 및 무선 자원 관리 기능 등을 수행한다.
무선 접속망(120)은 RAS(122)와 ACR(124)을 포함하여 구성된다.
RAS(122)는 휴대인터넷 시스템의 기지국으로서 ACR(124)로부터 수신한 데이터를 무선으로 휴대인터넷 단말기(110)에 전송하며, 저전력 RF/IF 모듈 및 컨트롤 러 기능, OFDMA/TDD 패킷 스케줄링과 채널 다중화 기능, 서비스 특성 및 전파 환경에 따른 호 수락 제어 기능, 50 Mbps급 고속 트래픽 실시간 제어 기능, 핸드오프 기능 등을 갖는다. ACR(124)은 다수 개의 RAS(122)를 수용하여 RAS(122) 간을 연결하는 패킷 액세스 라우터로서 RAS(122)간의 핸드오프 제어 기능, ACR(124)간의 핸드오프 제어 기능, 패킷 라우팅 기능, 커넥션 관리 기능 등을 가지며, ER(130)을 통하여 벡본 네트워크(140)에 접속된다.
ER(130)은 무선으로 데이터를 서비스할 수 있도록 상/하 인터페이스 모두를 IP를 통한 무선 통신을 통해 수행하도록 패킷 데이터의 송수신을 중계한다.
벡본 네트워크(140)는 ER(130), 콘텐츠 서버(150), HA(142) 및 AAA(144) 등을 연결시켜 주고, 인터넷 등의 외부 패킷 데이터 서비스로부터 패킷 데이터를 전달받아 무선 접속망(120)의 ACR(124)로 전송한다.
HA(150)는 인터넷 등의 외부 패킷 데이터 서비스 서버로부터 전송된 패킷을 전송하는 라우팅(Routing)을 수행하며, AAA(160)는 ER(130)과 연동하여 휴대인터넷 단말기(110)에서 이용한 패킷 데이터에 대한 과금을 수행하고, 휴대인터넷 단말기(110)로부터의 접속을 인증한다.
콘텐츠 서버(150)는 휴대인터넷 단말기(110)가 휴대인터넷 시스템에 접속하여 비디오 서비스를 포함하는 각종 멀티미디어 서비스를 요청하면, 저장되어 있는 데이터베이스를 검색하여 휴대인터넷 단말기(110)에 데이터를 제공한다. 여기서, 멀티미디어 서비스는 영화, 음악, 뮤직비디오 및 드라마 등 엔터테인먼트(Entertainment) 서비스뿐만 아니라 뉴스, 날씨, 지도 및 여행 등의 정보를 동영 상 및 음성으로 서비스하는 것을 말한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 휴대인터넷 서비스의 서비스 품질을 보장하기 위한 호 수락 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명이 제안하는 호 수락 제어 방법에서 RAS(122)는 자신이 서비스 중인 모든 휴대인터넷 단말기(110)들의 비디오 패킷 버퍼 공실율(VER: Video Packet Buffer Empty Ratio, 이하 'VER'이라 칭함)을 지속적으로 파악한다. RAS(122)는 각 단말기로부터 각자의 상태를 전송받아 이를 토대로 VER을 계산할 수 있다.
RAS(122)는 VER을 계산하기 위하여 전체 시스템 시간을 일정한 길이의 슬롯(Time Slot)으로 나누고 슬롯 번호를 이용하여 시각을 나타낸다. RAS(122)가 정의한 매 주기 프레임마다 RT-VR 서비스의 휴대인터넷 단말기(110)들의 VER 평균을 계산한다. k번째 프레임의 VER 평균 를 수학식 1을 이용하여 계산한다(S210).
는 RAS(120)가 서비스하는 휴대인터넷 단말기(110)의 총 수를 나타낸다. 각 프레임에서, RAS(122)는 휴대인터넷 단말기(110)의 버퍼가 비어있는지 확인할 수 있는데, 는 k개의 프레임 중에 휴대인터넷 단말기 i의 버퍼가 비어있는 것으로 RAS(122)가 확인한 프레임의 수이다.
다음으로, RAS(122)는 모든 프레임에서, 각 서비스 종류(HTTP: Hypertext Transfer Protocol, FTP: File Transfer Protocol, Video)에 대해 신규 호가 소요할 자원을 추정한다. 신규 호의 자원 소요 추정치 을 수학식 3을 이용하여 계산한다(S240). 가중치는 단계 S230에서와 같다.
그리고 RAS(122)는 호 수락시의 추정 사용률을 본 발명의 호 수락 제어 방법에서 미리 정의한 매개변수 와 비교하여(S260), 호 수락 후의 시스템 사용률이 보다 클 경우는 호 수락을 거절한다(S292).
단계 S260에서 조건을 만족할 경우, 즉, 가 보다 작거나 같을 경우, 최근의 버퍼 공실율에 좀더 큰 가중치를 두기 위해 가중치 버퍼 공실율(EWVER: Exponentially Weighted Video Packet Buffer Empty Ratio, 이하 'EWVER'이라 칭함) 를 가중치 를 사용하고 수학식 5를 이용 하여 계산한다(S270).
RAS(122)는 단계 S270에서 구한 EWVER을 각 서비스 종류별 매개변수와 비교하여()(S280), EWVER이 보다 클 경우에는 신규 호의 수락을 거절하고(S292), EWVER이 보다 작을 경우, 즉, EWVER을 설정된 수준 이하로 유지할 수 있을 때만 신규 호를 수락한다(S290).
각 서비스 종류별 매개변수는 HTTP, FTP, Video 각각의 서비스에 대해 본 발명의 호 수락 제어 방법의 설정 값인 , , 가 정의된다. 예를 들어, HTTP 서비스를 이용하는 단말기가 연결요청을 하면 와 비교한다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 호 수락 제어 방법은 각 서비스 요청 또는 호가 점유하는 자원의 종류가 다양하기 때문에 이를 트래픽 종류별로 분류하여 추정하기 위하여 새로운 서비스 요청 또는 호를 받아들이기 위한 두 가지 조건을 고려한다. 첫째, 시스템 부하를 고려하여, 새로운 호를 수락 후에도 시스템 부하가 설정된 값을 넘지 않도록 한다. 둘째, 새로 발생하는 호가 RT-VR 서비스의 품질을 저하시키지 않도록 해야 한다. 이를 위해 기지국은 현재 서비스 중인 단말들 중 RT-VR 서비스에 해당하는 단말들의 버퍼가 비어있는 비율(EWVER)을 측정하고 이를 정해진 값 이하로 유지할 수 있을 때에만 신규 호를 수락한다는 특징이 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 휴대인터넷 서비스의 서비스 품질을 보장하기 위한 패킷 스케줄링 방법을 나타낸 흐름도이다.
전송 우선 순위(Priority)에는 높은 우선 순위(High Priority)와 낮은 우선 순위(Low Priority)가 있고, BE 서비스는 항상 낮은 우선 순위를 가진다. 그리고 RT-VR 서비스는 기본적으로 낮은 우선 순위를 가지지만 해당 휴대인터넷 단말기(110)의 비디오 버퍼 상태와 핸드오프 유무에 따라 높은 우선 순위로 변경된다.
RSA(122)는 패킷 스케줄링의 수행을 위해 전송 우선 순위 큐(Priority Queue) PQ를 정의하고, h, n, m 값을 설정한다(S310). 여기서 h, n, m 값은 단말 유형별로 우선 순위가 적용될 경우, 해당 단말의 데이터 중 우선 순위 큐에 넣어 전송할 패킷의 개수를 나타내는 값이다. 여기서 우선 순위의 유형은 크게 세 가지 유형으로 분류된다. 첫째, 전송할 데이터가 있고 핸드오프 할 예정인, 즉, HO_REQ(Handoff_Request Message)를 전송하고 HO_IND(Handoff_Indication Message)를 아직 수신하지 못한 상태인 단말, 둘째, 가 보다 작고 보다는 큰 단말, 마지막으로 가 보다 작은 단말의 세 가지 유형으로 나뉘고, 각각에 해당하는 단말의 데이터 중 우선 순위 전송 큐(PQ)에 넣을 패킷의 수가 각각 h, n, m 이다. 그리고 패킷의 크기(큐 크기)의 임계치로 사용할 , 값을 설정한다(S320).
그러면 RAS(122)는 각 휴대인터넷 단말기 i에 대한 비디오 버퍼의 잔여 데이터 량의 크기(큐 크기)를 수학식 6을 이용하여 계산한다(S330).
은 시간 (t-1)에서 휴대인터넷 단말기 i의 큐 크기이고, 는 (t-1) 시간 동안 전송된 데이터의 량이고, 는 데이터의 재생률(속도)이다. 는 프레임의 길이이다. max{a, b}는 a와 b 중 큰 수를 선택하는 함수이다.
단계 S330의 계산 결과에 의해 RAS(122)는 전송할 데이터가 있는지 판단하여(S340) 전송할 데이터가 있는 경우, RAS(122)는 모든 휴대인터넷 단말기(110)에 대해 핸드오프 상태의 휴대인터넷 단말기(110)의 존재 여부를 판단한다(S350).
단계 S350에서 핸드오프 상태의 휴대인터넷 단말기(110)가 존재할 경우 해당 RAS(122)는 휴대인터넷 단말기 i의 트래픽 중 h 패킷을 PQ로 이동한다(S352). 핸드오프 상태의 휴대인터넷 단말기(110)가 존재하지 않을 경우에는 가 보다 작거나 같은지 판단한다(S360).
단계 S352를 수행하고 나면 RAS(122)는 모든 휴대인터넷 단말기(110)에 대해 가 보다 작거나 같으면서 보다 큰 휴대인터넷 단말기(110)가 존재하는지 판단한다(S360). 가 보다 작거나 같으면서 보다 큰 휴대인터넷 단말기(110)가 존재한다면 RAS(122)는 해당 휴대인터넷 단말기 i의 트래픽 중 n 패킷을 PQ로 이동한다(S362).
단계 S362를 수행하고 나면 RAS(122)는 모든 휴대인터넷 단말기(110)에 대해 가 보다 작거나 같은 휴대인터넷 단말기(110)가 존재하는지 판단한다(S370). 가 보다 작거나 같은 휴대인터넷 단말기(110)가 존재한다면 RAS(122)는 해당 휴대인터넷 단말기 i의 트래픽 중 m 패킷을 PQ로 이동한다(S372).
단계 S372를 수행하고 나면 RAS(122)는 전송 큐(PQ)에 있는 데이터를 우선적으로 프레임에 실어 전송한다(S380).
여기서, RA는 프레임에 실어 보낼 데이터를 결정하기 위해 단말에 할당할 수 있는 최소 전송 단위이고, 는 단말 i에게 전송되어야 할 우선 순위 데이 터를 전부 보내기 위해 필요한 RA의 수를 나타내며, 는 모든 단말의 의 합이다. 이때, 는 단말 i에게 전송할 높은 우선 순위 데이터의 양뿐만 아니라 단말 i의 채널 품질에 의해 결정된다. 즉, 채널의 품질이 좋으면 높은 MSC(Modulation and Coding Scheme)를 적용할 수 있기 때문에 같은 양의 데이터를 상대적으로 적은 RA로 보낼 수 있다.
단계 S380에서 의 크기가 프레임 RA보다 적을 경우에는 프레임의 남은 RA를 사용하여 낮은 우선 순위 데이터를 전송한다. 만약 가 프레임 RA보다 클 경우에는 전송하지 못한 데이터는 다음 프레임에서 전송하게 된다.
PQ의 전송이 완료된 후에 프레임에 남은 RA가 존재할 경우 낮은 우선 순위 데이터를 전송한다(S390).
단계 S380 및 S390에서 RA를 각 단말에 할당할 때 적용되는 단말 간 우선 순위는 시스템에서 사용하는 정책에 따라서 달리 적용될 수 있다.
즉, 가 보다 크면 휴대인터넷 단말기(110) i로 전송될 모든 RT-VR 서비스의 패킷은 낮은 우선 순위가 된다. 가 정해진 임계치 이하가 되면 이 휴대인터넷 단말기(110)로 전달될 송신 큐의 맨 앞에 있는 n 개의 패킷의 우선 순위가 낮은 상태에서 높은 우선 순위로 변경된다. 또한, 가 이하인 동안은 휴대 인터넷 단말기로 전달될 송신 큐의 처음 m 패킷의 우선 순위가 높은 우선 순위로 변경된다.
사용자의 휴대인터넷 단말기(110)에서는 RT-VR 서비스를 위해 애플리케이션(Application)에서 버퍼(Buffer)를 관리하여 끊김 없는 영상 혹은 음성을 서비스하기 위해 실제 재생에 필요한 데이터보다 더 많은 양의 데이터를 저장해 두어 채널 컨디션 또는 애플리케이션 서버의 부하로 인한 지연에 대응할 수 있도록 되어 있다. 따라서 RT-VR 서비스를 받고 있는 단말기의 버퍼가 충분히 차 있을 경우에는 기지국에서 RT-VT 서비스를 위한 데이터를 BE 서비스를 위한 데이터보다 더 우선적으로 전송하지 않고 RT-VR 서비스의 버퍼량을 추정하여 긴박한, 즉 동영상 또는 음성 스트림이 사용자에게 끊겨서 보이게 될 상황에 놓일 것이라고 추정되는 호에 한하여 RT-VR 서비스의 우선 순위를 BE 서비스보다 높게 적용하도록 하는 특징이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 서비스 요청 또는 호가 점유하는 다양한 자원을 트래픽 종류별로 분류하여 추정하는 호 수락 제어 방법을 제공하여 RT-VR 서비스와 BE 서비스의 QoS를 만족시키고 무선 자원을 효율적으로 관리함으로써 사용자가 느끼는 서비스 품질을 향상시킬 수 있다.
그리고 이동성을 지원하는 시스템의 경우에 핸드오프를 고려한 패킷 스케줄링에 의하여 이동시에도 끊김 없는 서비스를 받을 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 시스템의 효율을 증대시킴으로써 투자비 절감 효과도 낼 수 있다.
Claims (7)
- 휴대인터넷 시스템에서 패킷 스케줄링을 수행하기 위한 시스템에 있어서,상기 휴대인터넷 시스템에 접속하여 패킷 데이터 서버로부터 VOD(Video On Demand) 및 MOD(Music On Demand)를 포함하는 RT-VR(Real Time-Variable Rate) 서비스와 파일 다운로드 및 웹 브라우징을 포함하는 BE(Best Effort) 서비스를 제공받아 이용하며 다양한 애플리케이션(Application)을 구동시키는 휴대인터넷 플랫폼을 탑재하고 있으며, 상기 휴대인터넷에 접속하기 위한 휴대인터넷 접속용 브라우저를 내장하고 있는 휴대인터넷 단말기;상기 휴대인터넷 단말기와 무선으로 신호를 송수신하며 상기 휴대인터넷 단말기의 핸드오프 및 무선 자원 관리 기능을 수행하는 무선 접속망;패킷 데이터 서비스를 제공할 수 있도록 세션을 관리하고, 상기 패킷 데이터 서버와 상기 무선 접속망 사이에서 패킷 데이터의 송수신을 중계하는 ER(Edge Router);인터넷을 포함한 네트워크에 접속되는 상기 패킷 데이터 서버로부터 전송된 상기 패킷 데이터를 전송하는 라우팅(Routing)을 수행하는 HA(Home Agent);상기 ER과 연동하여 상기 휴대인터넷 단말기에서 이용한 상기 패킷 데이터에 대한 과금을 수행하고, 상기 휴대인터넷 단말기로부터의 접속을 인증하는 AAA(Authentication, Authorization, Accounting);상기 ER, 상기 HA 및 상기 AAA를 상호 연결시켜 주고, 상기 외부 패킷 데이터 서버로부터 상기 패킷 데이터를 전달받아 상기 무선 접속망으로 전송하는 벡본 네트워크; 및상기 휴대인터넷 단말기가 상기 휴대인터넷 시스템에 접속하여 비디오 서비스를 포함하는 멀티미디어 서비스를 요청하면, 저장되어 있는 데이터베이스를 검색하여 상기 휴대인터넷 단말기에 상기 패킷 데이터를 제공하는 콘텐츠 서버를 포함하되, 상기 무선 접속망은 상기 RT-VR 서비스를 받고 있는 상기 휴대인터넷 단말기의 비디오 버퍼의 잔여 데이터 량을 측정하여, 상기 잔여 데이터 량이 충분하지 않아 동영상 또는 음성 스트림의 제공이 끊기게 될 상황에 놓일 것이라고 추정되는 호에 한해서만 상기 RT-VR 서비스의 우선 순위를 상기 BE 서비스보다 높게 적용하는 것을 특징으로 하는 휴대인터넷 시스템에서 패킷 스케줄링 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 무선 접속망은 상기 휴대인터넷 시스템의 기지국으로서 상기 패킷 데이터를 무선으로 상기 휴대인터넷 단말기에 전송하며, 저전력 RF/IF 기능 및 컨트롤러 기능, OFDMA/TDD 상기 패킷 스케줄링과 채널 다중화 기능, 서비스 특성 및 전파 환경에 따른 상기 호 수락 제어 기능, 50 Mbps급 고속 트래픽 실시간 제어 기능, 핸드오프 기능을 포함하는 기능을 가지는 RAS(Radio Access Station); 및 다수 개의 상기 RAS를 수용하여 상기 RAS 간을 연결하는 패킷 액세스 라우터로서 상기 RAS 간의 핸드오프 제어 기능, 패킷 라우팅 기능, 인터넷 접속 기능을 포함하는 기능을 가지는 ACR(Access Control Router)을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대인터넷 시스템에서 패킷 스케줄링 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 콘텐츠 서버는 영화, 음악, 뮤직비디오 및 드라마를 포함하는 엔터테인먼트(Entertainment) 서비스와 뉴스, 날씨, 지도 및 여행을 포함하는 다양한 정보를 동영상 및 음성으로 서비스하는 상기 멀티미디어 서비스를 제공하는 데이터베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대인터넷 시스템에서 패킷 스케줄링 시스템.
- RT-VR(Real Time-Variable Rate) 서비스의 비디오 버퍼의 잔여 데이터량을 추정하여 동영상 또는 음성 데이터가 사용자에게 끊겨서 보이거나 들리게 될 상황에 놓일 것이라고 추정되는 호에 대하여 RT-VR 서비스의 우선 순위를 BE(Best Effort) 서비스보다 높게 적용하도록 자원 할당의 우선 순위를 결정하고 핸드오프 시에도 끊김 없는 서비스를 제공하기 위한 휴대인터넷 시스템의 서비스 품질을 보장하기 위한 패킷 스케줄링(Packet Scheduling) 방법에 있어서,(c) 전송할 데이터가 있는지 판단하고 상기 핸드오프를 요청하는 상기 휴대인터넷 단말기가 존재하는 경우, 상기 휴대인터넷 단말기 i의 트래픽 중 상기 h 패킷을 상기 PQ로 이동하는 단계;(d) 상기 단계 (c)에서 상기 핸드오프를 요청하는 상기 휴대인터넷 단말기가 없거나 상기 단계 (c)를 수행한 후에, 모든 상기 휴대인터넷 단말기 i에 대하여 상기 가 상기 보다 작은 상기 휴대인터넷 단말기가 존재하는 경우, 해당 상기 휴대인터넷 단말기 i의 트래픽 중 상기 n 패킷을 상기 PQ로 이동하는 단계;(e) 상기 단계 (d)에서 상기 가 상기 보다 작은 상기 휴대인터넷 단말기가 없거나 상기 단계 (d)를 수행한 후에, 모든 상기 휴대인터넷 단말기 i에 대하여 상기 가 상기 보다 작은 상기 휴대인터넷 단말기가 존재하는 경우, 해당 상기 휴대인터넷 단말기 i의 트래픽 중 상기 m 패킷을 상기 PQ로 이동하는 단계; 및(f) 상기 PQ에 있는 상기 데이터를 해당 프레임에 실어 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대인터넷 시스템에서 패킷 스케줄링 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 단계 (a)에서,상기 전송 우선 순위 큐 상기 PQ를 정의함에 있어서, h, n 및 m 값은 패킷의 순서로써 m>n>0을 나타내는 것을 특징으로 하는 휴대인터넷 시스템에서 패킷 스케줄링 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 모든 휴대인터넷 단말기 i에 대한 상기 비디오 버퍼의 상기 잔여 데이터량의 크기를 계산하여, 상기 두 단계의 임계치 상기 및 상기 와 비교하여 상기 RT-VR 서비스를 받고 있는 단말기의 버퍼가 충분히 차 있을 경우에는 기지국에서 상기 RT-VT 서비스를 위한 데이터를 상기 BE 서비스를 위한 데이터보다 더 우선적으로 전송하지 않고 상기 RT-VR 서비스의 버퍼량을 추정하여 동영상 또는 음성 스트림이 사용자에게 끊겨서 보이거나 들리게 될 상황에 놓일 것이라고 추정되는 호에 한하여 상기 RT-VR 서비스의 우선 순위를 상기 BE 서비스보다 높게 적용하도록 하는 것을 특징으로 하는 휴대인터넷 시스템에서 패킷 스케줄링 방법.
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