KR100837080B1 - 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 방법과, 그를 이용하는시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 방법과, 그를 이용하는 시스템에 관한 것으로, 복수의 단말들에게 전송될 데이터 패킷이 각 단말별로 저장되는 큐와, 상기 큐에 저장되어 있는 데이터 패킷을 각 채널 별로 스케줄링하도록 각 채널에 대응되는 복수의 단위 스케줄러로 이루어진 병렬 스케줄러와, 상기 큐와 상기 병렬 스케줄러 사이에 마련되어 상기 각 단말별 큐와 상기 각 단위 스케줄러를 연계하는 올로케이터를 구비하며, 상기 각 단말은 상기 각 단말의 순위조건에 따라 상기 단위 스케줄러에 대응되는 채널을 할당받으며, 이에 따라 각 채널에 대응되는 복수의 단위 스케줄러에 의해 단말별 CQI에 따라 채널이 부여됨으로써 전체 전송효율 및 QoS를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 방법과, 그를 이용하는 시스템{The method to manage radio resources for packet scheduling, and system using the same}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 시스템의 다중 채널 프레임을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 시스템의 패킷 스케줄링을 나타낸 순서도이다.
**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**
10 : 큐
20 : 올로케이터
30 : 병렬 스케줄러
SCH 1 ~ SCH M : 단위 스케줄러
MS 1 ~ MS N : 단말
본 발명은 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 방법과, 그를 이용하는 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다중채널 무선통신 시스템에서 각 채널에 해당하는 병렬구조의 스케줄러에 의해 데이터 패킷의 전송이 이루어지도록 한 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 방법과, 그를 이용하는 시스템에 관한 것이다.
최근 고속 데이터 전송을 포함하여 멀티미디어 서비스를 위한 이동통신 시스템에서 무선 자원 관리(Radio Resource Management)는 무선 자원의 효율적 사용 및 관리를 위해 중요성이 부가되고 있다.
무선 자원 관리라 함은 무선 시스템에서 서비스 품질을 지원하기 위한 서비스 관리 솔루션으로, 시스템 측면에서 주파수 효율과 시스템 용량을 증가시키고, 사용자 측면에서 원하는 서비스를 최적의 상태로 받도록 하는 시스템이다.
즉, 한정된 자원의 효율적인 운영과 사용자 서비스 품질을 보장하기 위해서 트래픽의 종류, 사용자 프로필, 현재 트래픽 환경에 효과적으로 적응하기 위한 것이다. 이에는 패킷 스케줄링, 무선 채널 할당, 무선 접속 제어, 전력 제어, 핸드오프 자원 관리, 다중 접속 등의 기능이 있다.
패킷 스케줄링은 모든 통신 시스템의 한정된 자원을 여러 사용자에게 효율적으로 분배하기 위한 목적으로 설계된다. 다시 말해, 최소한의 비용으로 모든 사용자의 요구를 최대한 만족시킬 수 있도록 통신 자원을 분배하는 것을 목적으로 한다.
이러한 패킷 스케줄링 기법에는 고속 사용자 우선(URUF) 스케줄링, 최대 캐리어 대 간섭 비 스케줄링(Max C/I) 및 비례 공정(Proportional Fair : 이하 PF라 칭함) 스케줄링, M-LWDF(Modified Largest Weighted Delay First) 스케줄링 등이 제안되고 있다.
한편 무선 채널 할당 기법은 다수의 채널을 구성하고, 각 사용자들에게 적어도 하나 또는 그 이상의 채널을 할당하여 데이터를 전송하는 방식이다. 무선 채널 할당 알고리즘에는 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access : 이하 "OFDMA"라 함)의 부채널 할당 알고리즘(Subchannel Allocation Algorithms)이 있다.
OFDMA 방식은 직교성을　가지는 주파수들을 이용하여 다수의 채널을 구성하고, 각 사용자들에게 적어도 하나 또는 그 이상의 채널을 할당하여 데이터를 전송하는 방식이다. 이는 각 프레임(Frame)마다 각 단말에 할당할 데이터율(Data Rate)을 별도의 알고리즘을 통해 도출하여 각 부채널에 할당한다.
그러나 상술한 바와 같은 패킷 스케줄링 기법과 무선 채널 할당 기법은 동시에 이루어져야 시스템이 최적 성능을 발휘할 수 있으나, 패킷 스케줄링과 무선 채널 할당을 동시에 수행하기에 많은 어려움이 있고, 프레임 단위로 서비스 품질(Quality of Service, 이하 'QoS'라 칭함)를 고려하게 되어 시스템의 처리량과 QoS 제공 성능이 모두 저하된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 수신자별 채널 품질 정보(Channel Quality Information, 이하 'CQI'라 칭함)에 따라 채널을 할당하도록 한 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 방법과, 그를 이용하는 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 시스템은, 복수의 단말들에게 전송될 데이터 패킷이 각 단말별로 저장되는 큐와, 상기 큐에 저장되어 있는 데이터 패킷을 각 채널 별로 스케줄링하도록 각 채널에 대응되는 복수의 단위 스케줄러로 이루어진 병렬 스케줄러와, 상기 큐와 상기 병렬 스케줄러 사이에 마련되어 상기 각 단말별 큐와 상기 각 단위 스케줄러를 연계하는 올로케이터를 구비하며, 상기 각 단말에는 상기 각 단말의 순위조건에 따라 상기 단위 스케줄러에 대응되는 채널이 할당된다.
상기 순위조건은 상기 각 단말들로부터 피드백 전송되는 평균 처리량, 평균 채널율, 순간적 채널율 등의 CQI이다.
상기 각 단위 스케줄러는 단일채널용 스케줄링 메트릭에 따라 각 채널의 타임 슬롯을 따라 패킷 스케줄링을 수행하고, 상기 각 단위 스케줄러가 스케줄링을 수행함에 따라 상기 병렬 스케줄러는 프레임 단위의 스케줄링을 수행한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 방법은, 복수의 채널에 대응되는 단위 스케줄러 중 각각의 단위 스 케줄러에 의해 상기 각 채널에 연계된 각 단말의 우선조건에 따라 순차적으로 우선 순위 단말을 선택하는 단계, 상기 각 단위 스케줄러에 의해 선택된 상기 각 단말에 상기 각 단말을 선택한 상기 각 단위 스케줄러에 대응되는 채널을 할당하는 단계, 상기 각 단말에 할당된 상기 각 채널을 통해 데이터 패킷을 전송하는 단계를 포함한다.
상기 단말을 선택하는 단계는, 상기 단위 스케줄러에 의해 선택되는 상기 단말이 복수인가는 판단하는 단계, 상기 복수의 단말이 선택될 경우 선택된 상기 복수의 단말에서 피드백되는 CQI를 비교하는 단계, 비교 결과에 따라 우선조건을 만족하는 하나의 단말을 선택하는 단계를 더 포함한다.
상기 데이터 패킷을 전송하는 단계는, 상기 채널의 동일 타임 슬롯 내에 상기 채널이 할당된 상기 단말의 데이터 패킷을 각각 할당하는 단계, 상기 채널의 각 타임 슬롯에 데이터 페킷이 모두 할당되면 상기 타임 슬롯에 의해 형성되는 전송당위를 각 단말로 전송하는 단계를 더 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 방법과, 그를 이용하는 시스템을 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 각 구성요소들의 명칭은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이며, 정의된 각각의 명칭들은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭 될 수 있다.
그리고 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된 것으 로, 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지는 않는다. 또한, 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있으며, 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다.
본 발명을 설명하기에 앞서 본 발명은 통신 시스템, 예컨대 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 함)/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 함) 방식을 적용한 통신 시스템에서 데이터 패킷을 전송하기 위한 스케줄링을 일예로 하여 설명하도록 한다.
따라서 본 발명에서 제안하는 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 방법과, 그를 이용하는 시스템는 다른 통신 시스템들에도 적용될 수 있다. 즉, 본 발명을 OFDM/OFDMA 방식을 적용한 통신 시스템에 한정하여서는 안될 것이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 시스템을 간략히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 시스템을 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 시스템의 다중 채널 프레임을 나타낸 예시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 시스템은, 복수의 단말(MS 1 내지 MS N, N은 단말의 수)과, 각 단말들에게 전송될 데이 터 패킷이 각 단말별 큐(US 1 내지 US N, N은 단말별 큐의 수)로 저장되는 큐(Queue)(10)와 큐(10)에 저장되어 있는 데이터 패킷을 각 채널(CH 1 내지 CH M, M은 채널의 수, 도 2참조) 별로 스케줄링하여 송신 안테나(미도시)를 통해 전송하는 병렬 스케줄러(30)와, 큐(10)와 병렬 스케줄러(30) 사이에 마련되어 각 단말의 CQI 와 QoS 파라미터에 따라 각 단말별 큐와 병렬 스케줄러(30)를 연계하는 올로케이터(20)를 구비한다.
큐(10)는 각 단말별 큐로 구비되어 있고, 각 단말별 큐는 각 단말에서 피드백되는 IQC에 따라 병렬 스케줄러(30)에 의해 우선 순위가 설정되며, 설정된 우선 순위에 따라 병렬 스케줄러(30)에 의해 각 단말로 전송된다.
올로케이터(20)는 각 단말에서 피드백되는 CQI와 QoS에 따라 각 단말별 큐를 병렬 스케줄러(30)의 각 단위 스케줄러(SCH 1 내지 SCH M, M은 채널의 수)에 연계시킨다. 즉 각 단말의 CQI와 QoS 파라미터에 따라 각 단말들 중 최우선 순위의 단말이 선택되면, 선택된 단말로 전송된 단말별 큐를 병렬 스케줄러(30)와 연계시킨다.
병렬 스케줄러(30)는 데이터 패킷을 송신하는 채널과 동일한 개수로 각 채널에 대응되는 단위 스케줄러로 마련되고, 단위 스케줄러에 의해 각 채널별로 각각의 데이터 패킷이 스케줄링된다.
여기서, 각 단위 스케줄러는 단일채널용 스케줄링 메트릭(Scheduling Metric)에 의해 각 채널별로 타임 슬롯을 따라 스케줄링을 수행한다. 이에 각각의 단위 스케줄러가 스케줄링을 수행함에 따라 병렬 스케줄러(30)에 의해 수행되는 스케줄링은 프레임 단위로 수행된다. 즉, 도 2와 같이 동시에 전송되는 채널별(CH 1 내지 CH M, M은 채널의 수) 데이터 패킷이 일정시간 간격 단위로 한 프레임을 이루게 된다.
한편 각각의 단위 스케줄러들은 각각의 단말들 중에서 가장 우수한 CQI와 QoS를 갖는 단말을 선택한다. 단말의 선택은 각 단말에서 피드백되는 CQI와 QoS 파라미터들을 기준으로 하여 우선 단말을 선택한다. 이때 선택된 우선 단말이 복수일 경우에는 복수의 단말에서 피드백되는 CQI를 비교하여 하나의 우선 단말을 선별하도록 마련된다.
예를 들어 각 단말(MS 1 내지 MS N)에서 피드백되는 CQI와 QoS 파라미터에 의한 우선 순위가 MS 1 > … > MS N의 순이라면, 각 단위 스케줄러(SCH 1 내지 SCH M)들 중 하나의 단위 스케줄러에 의해 해당 단위 스케줄러에 대하여 가장 우수한 CQI를 갖는 단말(MS 1)이 선택될 것이다.
여기서 단위 스케줄러에서 복수의 단말이 선택될 경우에는 선택된 복수의 단말에서 피드백되는 CQI만을 비교하여 선행되는 단말을 선택하도록 하고 선택된 단말에 단말을 선택한 단위 스케줄러에 대응되는 채널을 할당한다. 이러한 과정에 의해 각 단위 스케줄러에 의해 선택된 각 단말은 각 단위 스케줄러에 대응되는 각 채널을 할당된다.
이에 모든 단위 스케줄러 및 단위 스케줄러에 대응되는 각 채널이 단말에 할당되면, 각 단위 스케줄러는 각 단위 스케줄러에 대응되는 채널을 통해 각 단말로 스케줄링을 수행하여 데이터 패킷을 전송하도록 마련된다.
이때 각 단위 스케줄러는 해당 채널에 대한 스케줄링 메트릭을 선택하기 위하여 단말들로부터 피드백 전송된 CQI를 이용한다. 여기서, CQI는 각 단말들로부터 피드백되는 평균 처리량(Average Throughput), 평균 채널율(Average Channel Rate), 순간적 채널율(Instantaneous Channel Rate) 등을 포함한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 시스템의 작동을 실시예를 통하여 상세히 설명한다. 이하에서 언급되는 각각의 요소들은 상술한 설명과 도면을 참조하여 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 시스템의 패킷 스케줄링을 나타낸 순서도이다.
먼저, 스케줄러(20)의 각 단위 스케줄러는 각 단말들 중에서 가장 큰 스케줄링 메트릭을 갖는 우선 순위 단말을 선택한다. 여기서 단말의 선택 조건(또는 QoS 파라미터)은 상술한 바와 같은 단말 별 큐의 정보와 단말들(MS 1 내지 MS N)로부터 피드백 전송된 CQI이다(단계 S110).
이에 단위 스케줄러는 상술한 조건을 만족하는 우선 순위 단말을 선택하고(단계 S120), 선택된 우선 순위 단말이 복수인가를 판단한다(단계 130). 여기서, 선택된 우선 순위 단말이 복수가 아닐 경우에는 우선 순위 단말을 선택한 단위 스케줄러에 대응되는 채널을 선택된 단말에 할당한다(단계 160).
한편, 선택된 단말이 복수일 경우에는 선택된 복수의 운선 순위 단말의 CQI를 비교하고(단계 140), 비교된 값에 따라 우수한 CQI를 갖는 단말을 선택하고(단계 150), 상술한 단계 160을 수행한다.
이후 각 단위 스케줄러에서 상술한 과정을 반복적으로 수행하고, 각 단위 스케줄러에 해당하는 각 채널이 선택된 각 단말에 할당되고, 동일한 타임 슬롯의 모든 채널이 할당될 까지 대기한다(단계 170).
즉, 각 단위 스케줄러들은 각 단말들 중 우선 순위 단말을 순차적으로 선별하고, 선별된 각각의 단말들을 각 단위 스케줄러에 대응되는 각 채널에 할당하는 것이다.
이후, 동일 타임 슬롯 내의 모든 채널에 모든 단말이 할당되었을 경우 각 단위 스케줄러는 상술한 과정을 반복적으로 수행하여 각 채널에 의해 형성되는 전송단위(예를 들어 프레임)가 모두 채워지도록 하여 각 단말로 전송한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 방법과, 그를 이용하는 시스템에 따르면, 각 채널에 대응되는 복수의 단위 스케줄러에 의해 단말별 CQI에 따라 채널이 부여됨으로써 전체 전송효율 및 QoS를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 복수의 단말들에게 전송될 데이터 패킷이 각 단말별로 저장되는 큐와,
    상기 큐의 상기 데이터 패킷을 단일채널용 스케줄링 메트릭에 의해 각 채널의 타임 슬롯을 따라 패킷 스케줄링을 수행하도록 각 채널에 대응되는 복수의 단위 스케줄러로 이루지며, 상기 각 단위 스케줄러가 스케줄링을 수행함에 따라 프레임 단위의 스케줄링을 수행하는 병렬 스케줄러와,
    상기 큐와 상기 병렬 스케줄러 사이에 마련되어 상기 각 단말별 큐와 상기 각 단위 스케줄러를 연계하는 올로케이터를 구비하며,
    상기 각 단말에는 상기 각 단말의 순위조건에 따라 상기 단위 스케줄러에 대응되는 채널이 할당되는 것을 특징으로 하는 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 순위조건은 상기 각 단말들로부터 피드백 전송되는 평균 처리량, 평균 채널율, 순간적 채널율 등의 CQI인 것을 특징으로 하는 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 시스템.
  3. 삭제
  4. 복수의 채널에 대응되는 단위 스케줄러 중 각각의 단위 스케줄러에 의해 상기 각 채널에 연계된 각 단말의 우선조건에 따라 순차적으로 우선 순위 단말을 선택하는 단계,
    상기 각 단위 스케줄러에 의해 선택된 상기 각 단말에 상기 각 단말을 선택한 상기 각 단위 스케줄러에 대응되는 채널을 할당하는 단계,
    상기 채널의 동일 타임 슬롯 내에 상기 채널이 할당된 상기 단말의 데이터 패킷을 각각 할당하는 단계,
    상기 타임 슬롯에 의해 형성되는 전송단위를 각 단말로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 단말을 선택하는 단계는,
    상기 단위 스케줄러에 의해 선택되는 상기 단말이 복수인가 판단하는 단계;
    상기 복수의 단말이 선택될 경우 선택된 상기 복수의 단말에서 피드백되는 CQI를 비교하는 단계,
    비교 결과에 따라 우선조건을 만족하는 하나의 단말을 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 스케줄링을 위한 자원 할당 방법.
  6. 삭제
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