KR102348214B1 - 무선 통신 시스템에서 스케줄링 방법 및 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 스케줄링 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

무선 통신 시스템에서 스케줄링 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 스케줄링 방법에 따르면, 적어도 하나의 단말에 대한, 단말에게 할당하는 데이터량 대비 전체 효용(utility) 증가량에 대한 제1 상태 변수 및 단말에게 할당하는 스케줄링 기회 대비 전체 효용 증가량에 대한 제2 상태 변수를 결정하는 단계, 제1 상태 변수 및 제2 상태 변수를 기반으로 스케줄링을 위한 스케줄링 매트릭(scheduling metric)을 결정하는 단계 및 결정된 스케줄링 매트릭을 기반으로 적어도 하나의 단말에 대해 스케줄링을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 스케줄링 방법 및 장치 { METHOD AND APPARATUS FOR SCHEDULING IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM }
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 패킷 기반 무선 네트워크에서 패킷을 송신 또는 수신할 단말을 효과적으로 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 이동 통신 시스템은 사용자의 활동성을 보장하면서 음성 서비스를 제공하기 위해 개발되었다. 그러나 이동 통신 시스템은 점차로 음성 뿐 아니라 데이터 서비스까지 영역을 확장하고 있으며, 현재에는 고속의 데이터 서비스를 제공할 수 있는 정도까지 발전하였다. 그러나 현재 서비스가 제공되고 있는 이동 통신 시스템에서는 자원의 부족 현상 및 사용자들이 보다 고속의 서비스를 요구하므로, 보다 발전된 이동 통신 시스템이 요구되고 있다.
이러한 요구에 부응하여 차세대 이동 통신 시스템으로 개발 중인 중 하나의 시스템으로써 3GPP(The 3rd Generation Partnership Project)에서 LTE(Long Term Evolution)에 대한 규격 작업이 진행 중이다. LTE는 2010년 정도를 상용화 목표로 해서, 최대 100 Mbps정도의 전송 속도를 가지는 고속 패킷 기반 통신을 구현하는 기술이다. 이를 위해 여러 가지 방안이 논의되고 있는데, 예를 들어 네트워크의 구조를 간단히 해서 통신로 상에 위치하는 노드의 수를 줄이는 방안이나, 무선 프로토콜들을 최대한 무선 채널에 근접시키는 방안 등이 있다.
한편, 패킷 기반 무선 네트워크에서 패킷을 송신 또는 수신할 단말을 효과적으로 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 필요성이 대두하였다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 여러 종류의 QoS(Quality of Service)를 동시에 고려하여, 스케쥴링을 수행할 수 있는 방법 및 장치를 제공 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 스케줄링 방법은, 적어도 하나의 단말에 대한, 상기 단말에게 할당하는 데이터량 대비 전체 효용(utility) 증가량에 대한 제1 상태 변수 및 상기 단말에게 할당하는 스케줄링 기회 대비 전체 효용 증가량에 대한 제2 상태 변수를 결정하는 단계, 상기 제1 상태 변수 및 상기 제2 상태 변수를 기반으로 스케줄링을 위한 스케줄링 매트릭(scheduling metric)을 결정하는 단계 및 상기 결정된 스케줄링 매트릭을 기반으로 상기 적어도 하나의 단말에 대해 스케줄링을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국은, 적어도 하나의 단말에 대한, 상기 단말에게 할당하는 데이터량 대비 전체 효용(utility) 증가량에 대한 제1 상태 변수 및 상기 단말에게 할당하는 스케줄링 기회 대비 전체 효용 증가량에 대한 제2 상태 변수를 획득하고, 상기 제1 상태 변수 및 상기 제2 상태 변수를 기반으로 스케줄링을 위한 스케줄링 매트릭(scheduling metric)을 결정하며, 상기 결정된 스케줄링 매트릭을 기반으로 상기 적어도 하나의 단말에 대해 스케줄링을 수행하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 기지국은 여러 종류의 QoS(Quality of Service)에 대응하는 상태 변수를 통합하여 고려하면서, 효율적으로 스케쥴링을 수행할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 스케줄링을 수행하기 위한 스케줄러에 대해 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 스케줄러에 대해 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 스케줄러에 포함된 통합 제어부에 대해 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 기지국의 스케줄링 방법에 대해 도시한 흐름도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 기지국의 스케줄링 방법에 대해 구체적으로 도시한 흐름도, 그리고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 기지국의 구성요소를 도시한 블럭도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명함에 있어서, 반송파 결합(carrier aggregation)을 지원하는 Advanced E-UTRA (혹은 LTE-A 라고 칭함) 시스템을 주된 대상으로 할 것이지만, 본 발명의 주요한 요지는 유사한 기술적 배경 및 채널형태를 가지는 여타의 통신 시스템에도 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 약간의 변형으로 적용 가능하며, 이는 본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로 가능할 것이다. 예컨데, 반송파 결합을 지원하는 multicarrier HSPA 에도 본 발명의 주요 요지를 적용 가능하다.
본 명세서에서 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
도 1a 내지 도 1c는 스케줄링을 수행하기 위한 스케줄러에 대해 도시한 도면이다.
도 1a에 따르면, 기지국에 포함된 스케줄러(100-1)는 의사 결정부(110) 및 스케줄링 메트릭(scheduling metric) 계산부(120)를 포함할 수 있다.
의사 결정부(110)는 스케줄링 메트릭 계산부(120)에서 계산된 적어도 하나의 단말에 대한 스케줄링 메트릭 값에 따라 자원을 할당할 수 있다.
스케줄링 메트릭 계산부(120)는 알고리즘에 따라 상기 적어도 하나의 단말에 대해 자원을 할당하기 위한 스케줄링 메트릭을 계산할 수 있다.
도 1a에 도시된 스케줄러(100-1)는 처리량(throughput)을 최대화하는 것을 목적으로 할 수 있다. 따라서, 스케줄링 메트릭 계산부(120)는 상기 적어도 하나의 단말에 대한 SINR(Signal-to-Interference plus Noise Ratio) 값을 스케줄링 메트릭 값으로 계산할 수 있다. 상기 적어도 하나의 단말에 대한 SINR 값은 각 단말에 대해 전송 가능한 데이터량의 비율로 치환될 수도 있다.
그리고 의사 결정부(110)는 상기 계산된 스케줄링 메트릭 값이 비교적 큰 단말들에 대해 자원을 할당할 수 있다.
한편, 도 1b에 도시된 스케줄러(100-2)는 의사 결정부(110), 스케줄링 메트릭(scheduling metric) 계산부(120) 및 QoS1 상태 변수 갱신부(130)를 더 포함할 수 있다.
도 1b에 도시된 스케줄러(100-2)는 처리량(throughput)을 최대화하는 것 뿐만 아니라 각 단말의 공평성도 최대로 달성하는 것을 목적으로 할 수 있다. 상기 공평성(throughput fairness)은 QoS 조건이 되므로, 스케줄러(100-2)는 상기 공평성에 대한 QoS 조건을 입력받아, 스케줄링에 반영할 수 있다.
예를 들면, 상기 공평성은 스케줄러(100-2)가 전체 효용(Network Utility)를 최대화하기 위한 스케줄링의 조건일 수 있다. 상기 전체 효용은 얼마나 자원이 골고루 할당되었는지 나타내기 위한 값으로, 전체 효용의 최대화란, 스케줄러(100-2)가 최대한의 자원을 적어도 하나의 단말에 대해 골고루 할당하면서, 최대한 많은 양의 데이터를 상기 단말에 대해 전송하는 것을 의미할 수 있다.
상기 전체 효용은 하기 수학식 1에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112015051681326-pat00001
상기 수학식 1에서, Ri는 단말 i의 평균 처리량(throughput)이다.
스케줄러(100-2)의 QoS1 상태 변수 갱신부(130)는 전체 효용을 최대화하기 위한 공평성을 만족하도록 상기 Ri값을 수학식 2에 따라 계산할 수 있다.
Figure 112015051681326-pat00002
도 1b의 스케줄링 메트릭 계산부(120)는 수학식 3에 의해, 스케줄링 메트릭을 계산할 수 있다.
Figure 112015051681326-pat00003
상기 수학식 3의
Figure 112015051681326-pat00004
값은 시간 t에서의 순시적인 데이터 채널 전송 속도로써, 시간 t에서 스케줄러(100-2)가 전송할 수 있는 데이터의 양 또는 효율을 나타낸다. 그리고
Figure 112015051681326-pat00005
값은 평균적인 데이터 채널 전송 속도로써,
Figure 112015051681326-pat00006
값과 자원 할당 여부를 고려하여 계산된 평균 처리량을 의미할 수 있다. 또한,
Figure 112015051681326-pat00007
값은 QoS1 상태 변수 갱신부(130)에서 결정될 수 있다. 그리고
Figure 112015051681326-pat00008
은 수학식 2와 같이, windowing 형태로 평균 값이 업데이트될 수 있으며, W 는 윈도우의 크기를 의미할 수 있다.
한편, QoS1 상태 변수 갱신부(130)는 의사 결정부(110)의 자원 할당 결과에 의한 영향을 받을 수 있다. 예를 들면, 단말 i에 대해 자원이 스케줄링된 경우, 1i의 값은 1이 되고, 단말 i에 대해 자원이 스케줄링되지 않은 경우 1i의 값은 0이 된다. 상기 QoS1 상태변수 Ri(t)를 나타내는 수학식 2는 1i를 포함하므로, QoS1 상태 변수 갱신부(130)가 의사 결정부(110)의 자원 할당 결과에 의한 영향을 받는다는 것을 알 수 있다.
한편, 도 1c에 도시된 스케줄러(100-3)는 딜레이 QoS까지 고려하는 스케줄러를 나타낸다. 예를 들어, 도 1c에 도시된 스케줄러(100-3)는 MLWDF(modified largest weighted delay first) 스케줄러일 수 있다.
스케줄러(100-3)는 의사 결정부(110), 스케줄링 메트릭(scheduling metric) 계산부(120) 및 QoS1 상태 변수 갱신부(130) 뿐만 아니라, QoS2 상태 변수 갱신부(140)를 더 포함할 수 있다.
QoS2 상태 변수 갱신부(140)는 수학식 4에 따라, 딜레이 QoS에 대한 상태 변수를 계산할 수 있다.
Figure 112015051681326-pat00009
상기 수학식 4의
Figure 112015051681326-pat00010
는 단위시간을 나타낸다. 따라서, 수학식 4는 t에서의 딜레이는 t-1에서의 딜레이에서 단위 시간
Figure 112015051681326-pat00011
만큼 증가한 것을 나타할 수 있다.
그리고 스케줄링 메트릭 계산부(120)는 상기 QoS2 상태 변수 갱신부(140)로부터
Figure 112015051681326-pat00012
값을 수신하여, 하기 수학식에 따라 스케줄링 메트릭을 계산할 수 있다.
Figure 112015051681326-pat00013
상기
Figure 112015051681326-pat00014
는 패킷의 도착이후 시간 t까지의 딜레이값을 나타내며,
Figure 112015051681326-pat00015
는 딜레이의 허용된 상한인 딜레이 버짓(delay budge)을 나타낸 값이다.
따라서, 상기 수학식 5는, 딜레이가 상기 상한값인
Figure 112015051681326-pat00016
의 값에 가까울수록 스케줄링 메트릭 계산부(120)를 통해 계산되는 스케줄링 메트릭의 값은 커지는 것을 의미한다.
의사결정부(110)는 스케줄링 메트릭 값이 큰 단말들에 대해 자원을 할당할 수 있다. 따라서, 의사결정부(110)에서 자원이 할당되지 않은 단말들에 대해서는, QoS2 상태 변수 갱신부(140)는 딜레이가 단위시간
Figure 112015051681326-pat00017
만큼 증가하도록 딜레이 값을 계산할 수 있다.
상술한 도 1a 내지 도 1c에 도시된 스케줄러(100-1, 100-2, 100-3)는 QoS 요구사항이 존재하는 경우, 상기 QoS 요구사항을 나타내는 QoS 상태 변수에 따라 스케줄링 메트릭을 계산하여 자원을 할당할 수 있다.
최근에는 스마트 단말의 발달로 기지국의 망 내에 여러 종류의 트래픽이 혼재하는 경우가 있다. 이때, 상술한 도 1a 내지 도 1c에 도시된 스케줄러(100-1, 100-2, 100-3)는 상기 여러 종류의 트래픽이 요구하는 다양한 QoS 성능들을 효과적으로 동시에 지원하기 어렵다. 예를 들면, 스케줄러(100-1, 100-2, 100-3)는 QoS 상태 변수를 독립적으로 운용하기 때문에, QoS 요구 사항 사이의 조정이 어려울 수 있다.
따라서, 이하에서는, 다양한 QoS 요구 사항을 효과적으로 지원하기 위한 도 2에 도시된 바와 같은 스케줄러(200)에 대해 설명한다.
스케줄러(200)는 상술한 목적을 달성하기 위해, 통합 제어부(230)를 포함할 수 있다. 통합 제어부(230)는 다양한 QoS에 대응되는 QoS 상태변수를 독립적으로 운용하지 않고, 성능이 최대화되도록 통합하여 운영할 수 있다. 예를 들면, 통합 제어부(230)는 시간 t에서 의사 결정부(110)에서 할당된 결과가 시간 t+1에서 바로 QoS 상태 변수 각각을 변경시키지 않고, QoS 상태 변수 사이의 상관 관계를 고려하여 QoS 상태 변수를 변경하도록 제어할 수 있다.
따라서, 통합 제어부(230)는 QoS에 대응되는 QoS 상태변수 사이의 관계를 설정하고, 시간 t에서의 의사 결정부(210)의 자원 할당 결과와 QoS 상태변수 사이의 관계를 바탕으로 시간 t+1에서의 QoS 상태 변수를 업데이트할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 도 2에 도시된 스케줄러(200)는 공평성(throughput fairness)에 대한 QoS, 딜레이 QoS 및 최소 데이터 전송률(minimum data rate) QoS를 적어도 하나씩 반영한 제1 내지 제4 상태 변수를 이용할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 상태 변수는 적어도 하나의 단말 각각에서 존재할 수 있다.
이하에서는, 시간 t에서 단말 i에 대한, 제1 상태변수(240-1)를 yi(t), 제2 상태변수(240-2)를 qi(t), 제3 상태변수(240-3)를 zi(t)로 정의하며, 제4 상태변수(240-4)를 hi(t)로 정의한다.
제1 상태변수(240-1) yi(t)는 단말 i에게 할당하는 데이터량 대비 전체 효용(utility) 증가량에 대한 변수이다. 예를 들면, 제1 상태변수(240-1) yi(t)는 공평성(throughput fairness) QoS 및 최소 데이터 전송률(minimum data rate) QoS를 반영하기 위한 상태변수이다.
그리고 제2 상태변수(240-2) qi(t)는 상기 단말 i에게 할당하는 스케줄링 기회 대비 전체 효용 증가량에 대한 변수이다. 예를 들면, 제2 상태변수(240-2) qi(t)는 공평성(throughput fairness) QoS를 반영하기 위한 상태변수이다.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 스케줄링 메트릭 계산부(220)는 상기 제1 상태변수(240-1) yi(t) 및 제2 상태변수(240-2) qi(t)를 기반으로 스케줄링을 위한 스케줄링 메트릭을 계산할 수 있다.
한편, 제3 상태변수(240-3) zi(t)는 상기 단말 i의 패킷 딜레이 감소를 위해 할당되는 자원량 대비 전체 효용 증가량에 대한 변수이다. 예를 들면, 제3 상태변수(240-3) zi(t)는 딜레이 QoS를 반영하기 위한 상태변수이다.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 스케줄링 메트릭 계산부(220)는 상기 제1 상태변수(240-1) yi(t), 제2 상태변수(240-2) qi(t) 및 제3 상태변수(240-3) zi(t)를 기반으로 스케줄링을 위한 스케줄링 메트릭을 계산할 수 있다.
한편, 제4 상태변수(240-4) hi(t)는 상기 단말 i의 최소 데이터 전송률(minimum data rate)을 만족하기 위해 할당하는 처리량(throughput) 대비 전체 효용 증가량에 대한 변수이다. 예를 들면, 제4 상태변수(240-4) hi(t)는 최소 데이터 전송률(minimum data rate) QoS를 반영하기 위한 상태변수이다.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 스케줄링 메트릭 계산부(220)는 상기 제1 상태변수(240-1) yi(t), 제2 상태변수(240-2) qi(t), 제3 상태변수(240-3) zi(t) 및 제4 상태변수(240-4) hi(t)를 기반으로 스케줄링을 위한 스케줄링 메트릭을 계산할 수 있다.
이하에서는, 도 3을 참조하여, 통합 제어부(230)가 복수의 상태변수를 통합하여 운용하면서, 시간 t에서의 상태 변수값들을 이용하여, 시간 t+1에서의 상태 변수 값들을 결정하는 방법에 대해 구체적으로 설명한다.
제1 상태변수(240-1) yi(t)는 데이터 할당량 대비 전체 효용 증가분이고, 제2 상태변수(240-2) qi(t)는 스케줄링 기회 대비 전체 효용 증가분이므로, 통합 제어부(230)는, 제1 상태변수(240-1) yi(t)의 값이 제2 상태변수(240-2) qi(t)의 값보다 크면, 상기 제1 상태변수(240-1) yi(t)의 값을 줄이므로써, 데이터 할당량에 대한 공정(fairness)을 추구할 수 있다. 그리고 통합 제어부(230)는 제2 상태변수(240-2) qi(t)를 증가시키므로써, 데이터를 할당받은 단말이 스케줄링 기회를 더 가질수 있도록 유도할 수 있다.
반면, 제1 상태변수(240-1) yi(t)의 값이 제2 상태변수(240-2) qi(t)의 값보다 작으면, 통합 제어부(230)는, 상기 제1 상태변수(240-1) yi(t)의 값을 증가시킴으로써, 상기 단말에 대한 데이터 할당량을 늘리고, 상기 제2 상태변수(240-2) qi(t)의 값은 유지시킴으로써, 상기 단말의 스케줄링 기회의 공정(fairness)이 유지되도록 제어할 수 있다.
상기 통합 제어부(230)는 제1 상태변수(240-1) yi(t)의 증가량은 QoS 보장과 자원 할당 형평성 사이의 우선 순위를 결정하는 조절변수(V)에 비례하고, 제1 상태변수(240-1) yi(t) 및 상기 제4 상태변수(240-4) hi(t)의 차이에 반비례하도록 결정할 수 있다.
한편, 제2 상태변수(240-2) qi(t)는 단말의 스케줄링 할당 기회에 대한 공정(fairness)를 나타내므로, 상기 통합 제어부(230)는 상기 단말이 스케줄링에 의해 자원을 할당받으면, 상기 제2 상태변수(240-2) qi(t)의 값을 감소시킴으로써, 기회 공정을 추구하도록 할 수 있다.
제3 상태변수(240-3) zi(t)는 딜레이 QoS를 보장하기 위한 변수이다. 따라서, 단말이 자원을 할당받지 못하는 경우 딜레이가 증가하므로, 상기 통합 제어부(230)는 제3 상태변수(240-3) zi(t)를 증가시키므로써, 상기 단말의 자원 할당 우선순위가 높아지도록 제어할 수 있다.
반면, 상기 단말에 대해 자원이 할당되면 딜레이가 해소되므로, 상기 통합 제어부(230)는 제3 상태변수(240-3) zi(t)를 감소시키므로써, 상기 단말의 자원 할당 우선순위가 낮아지도록 제어할 수 있다.
한편, 제4 상태변수(240-4) hi(t)는 최소 데이터 전송률(Minimum data rate)를 보장을 위한 변수이다. 따라서, 통합 제어부(230)는 상기 단말이 최소 데이터 전송률을 만족하지 못하는 경우, 상기 단말에 대해 제4 상태변수(240-4) hi(t)가 증가하도록 제어할 수 있다.
반면, 상기 단말이 최소 데이터 전송률을 만족하는 경우, 통합 제어부(230)는 상기 단말에 대해 제4 상태변수(240-4) hi(t)값이 작아지도록 제어할 수 있다.
또한, 통합 제어부(230)는 상기 제1 상태변수(240-1) yi(t) 및 상기 제4 상태변수(240-4) hi(t)의 차이가 작으면, 상기 제1 상태변수(240-1) yi(t)의 값이 많이 증가하고, 반대로 상기 제1 상태변수(240-1) yi(t) 및 상기 제4 상태변수(240-4) hi(t)의 차이가 크면, 상기 제1 상태변수(240-1) yi(t)의 값이 비교적 적게 증가하도록 제어함으로써, 최소 데이터 전송률을 만족하기 어려운 단말에 데이터가 많이 할당되도록 제어할 수 있다.
한편, 통합 제어부(230)는 하기 수학식 6을 만족하는 경우, 패킷을 드롭(drop)하고, 하기 수학식 7을 만족하는 경우, 최소 데이터 전송률의 요구량을 li만큼 감소시킬 수 있다.
Figure 112015051681326-pat00018
Figure 112015051681326-pat00019
상기 수학식 6 및 수학식 7의
Figure 112015051681326-pat00020
는 성능을 최대화 하기 위한 상수로, 기지국에 의해 결정될 수 있다. 예를 들면, 기지국은 시간 t에서의 자원 할당 결과를 바탕으로, 스케줄링 효과가 최대화 되도록 시간 t+1에서의
Figure 112015051681326-pat00021
를 결정할 수 있다.
다시 도 2로 돌아가서 스케줄러(200)의 구성요소에 대해 설명한다. 스케줄러(200)의 스케줄링 메트릭 계산부(220)는 하기 수학식 8에 의해 스케줄링 메트릭을 계산할 수 있다.
Figure 112015051681326-pat00022
그리고 의사결정부(210)는 상기 스케줄링 메트릭 계산부(220)에 의해 계산된 스케줄링 메트릭 값을 기반으로 자원을 할당할 수 있다. 예를 들면, 의사결정부(210)는, 상기 스케줄링 메트릭 값에 의해, 스케줄링 할당 기회 대비 효용 증가가 큰 단말, 딜레이가 커져서 QoS를 만족할 가능성이 줄어든 단말 및 채널 상황이 좋은 단말에 대해 자원을 할당할 수 있다.
상술한 스케줄러(200)에 의하는 경우, 전체 단말의 전체 효용을 최대화할 수 있으며, 딜레이 QoS 및 최소 데이터 전송률 QoS가 평균적으로 달성될 수 있다.
한편, 상기 스케줄러(200)는 제1 상태변수(240-1) yi(t) 및 제2 상태변수(240-2) qi(t)만을 운용함으로써, 도 1a에 도시된 바와 같은 PF 스케줄러(100-1)와 같은 목적을 달성할 수 있다.
또한, 상기 스케줄러(200)는 제1 상태변수(240-1) yi(t), 제2 상태변수(240-2) qi(t) 및 제3 상태변수(240-3) zi(t)만을 운용함으로써, 도 1b에 도시된 바와 같은 MLWDF 스케줄러(100-2)와 같은 목적을 달성할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 기지국의 스케줄링 방법에 대해 도시한 흐름도이다.
먼저, 단계 S400에서, 기지국은 적어도 하나의 단말에 대한, 상기 단말에게 할당하는 데이터량 대비 전체 효용(utility) 증가량에 대한 제1 상태 변수 및 상기 단말에게 할당하는 스케줄링 기회 대비 전체 효용 증가량에 대한 제2 상태 변수를 획득한다.
그리고 단계 S410에서, 기지국은 상기 제1 상태 변수 및 상기 제2 상태 변수를 기반으로 스케줄링을 위한 스케줄링 매트릭(scheduling metric)을 결정한다.
단계 S420에서, 기지국은 상기 결정된 스케줄링 매트릭을 기반으로 상기 적어도 하나의 단말에 대해 스케줄링을 수행한다.
도 5를 참조하여, 상기 기지국의 스케줄링 방법에 대해 구체적으로 설명한다.
단계 S500에서, 기지국은 시간 t에서 스케줄링 메트릭 값을 기반으로 적어도 하나의 단말에 대해 스케줄링을 수행한다. 예를 들면, 기지국은 상기 수학식 8에 개시된 스케줄링 메트릭 값의 크기와 스케줄링 우선 순위가 비례하도록 스케줄링을 수행할 수 있다.
그리고 단계 S510에서, 기지국은 스케줄링 성능이 최적화되도록 하기 위한 변수
Figure 112015051681326-pat00023
를 정의할 수 있다. 상기 변수
Figure 112015051681326-pat00024
는, QoS 보장과 자원 할당 형평성 사이의 우선 순위를 결정하는 조절변수를 의미할 수 있다.
단계 S520에서, 기지국은
Figure 112015051681326-pat00025
인 패킷은 드롭하고,
Figure 112015051681326-pat00026
일때,
Figure 112015051681326-pat00027
값을 설정할 수 있다. 상기
Figure 112015051681326-pat00028
는 최소 데이터 전송률을 만족하기 어려울 경우, QoS 조건을 낮추기 위한 변수로써, 성능 최적화를 위해 기지국에 의해 결정될 수 있다.
그리고 단계 S530에서, 기지국은 드롭되지 않은 패킷(사용자)에 대해, qi(t+1), zi(t+1)를 계산하고, yi(t+1)의 증가/감소분을 계산할 수 있다.
예를 들면, 기지국은 제1 상태변수 yi(t)의 값이 제2 상태변수 qi(t)의 값보다 크거나 같으면, qi(t+1)값을 증가시키고, 제1 상태변수 yi(t)의 값이 제2 상태변수 qi(t)의 값보다 작으면 qi(t+1)값을 유지시킬 수 있다. 그리고 단말 i에 대해 시간 t에서 자원이 할당된 경우, 기지국은 qi(t+1)값이 감소하도록 결정할 수 있다.
한편, 단말 i에 대해 시간 t에서 자원이 할당되지 않은 경우, 기지국은 zi(t+1)의 값을 증가시키고, 단말 i에 대해 시간 t에서 자원이 할당된 경우, 기지국은 zi(t+1)의 값을 감소시킬 수 있다.
또한, 기지국은 yi(t+1)의 증가분이 V에 비례하고, yi(t)-hi(t)에 반비례하도록 결정할 수 있고, yi(t+1)의 감소분은 qi(t+1)의 증가량과 같도록 결정할 수 있다.
단계 S540에서, 기지국은 드롭되지 않은 패킷(사용자)에 대해 hi(t+1) 및 yi(t+1)값을 계산할 수 있다.
예를 들면, 기지국은 단말 i가 시간 t에서 최소 데이터 전송률을 만족하지 못하는 경우, 상기 단말 i에 대해 hi(t+1)가 증가하도록 제어할 수 있다. 또는, 기지국은 단말 i가 시간 t에서 최소 데이터 전송률을 만족하는 경우, hi(t+1)값이 yi(t+1)의 증가량만큼 감소하도록 제어하거나, li가 정의되는 경우에는 li 만큼 최소 데이터 전송률을 감소하도록 제어할 수 있다.
한편, 기지국은, yi(t+1)값에 대해서는 yi(t)가 qi(t)보다 작은 경우에는 증가하도록 제어하고, yi(t)가 qi(t)보다 크거나 같은 경우에는 감소하도록 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 상술한 바와 같은 동작을 수행하기 위한 기지국의 구성을 도시한 블럭도이다.
기지국(600)은 통신부(610) 및 제어부(620)를 포함할 수 있다. 통신부(610)는 적어도 하나의 단말 또는 다른 기지국과 신호를 송수신할 수 있다.
또한, 제어부(620)는 기지국(600)을 전반적으로 제어할 수 있다. 제어부(620)는 상태 변수 결정부(621), 스케줄링 메트릭 결정부(622) 및 스케줄러(623)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 상태 변수 결정부(621)는 적어도 하나의 단말에 대한, 상기 단말에게 할당하는 데이터량 대비 전체 효용(utility) 증가량에 대한 제1 상태 변수 및 상기 단말에게 할당하는 스케줄링 기회 대비 전체 효용 증가량에 대한 제2 상태 변수를 결정할 수 있다.
그리고 스케줄링 메트릭 결정부(622)는 상기 제1 상태 변수 및 상기 제2 상태 변수를 기반으로 스케줄링을 위한 스케줄링 매트릭(scheduling metric)을 결정할 수 있다. 스케줄러(623)는 상기 결정된 스케줄링 매트릭을 기반으로 상기 적어도 하나의 단말에 대해 스케줄링을 수행할 수 있다.
상태 변수 결정부(621)는 상기 단말의 패킷 딜레이 감소를 위해 할당되는 자원량 대비 전체 효용 증가량에 대한 제3 상태 변수 또는 상기 단말의 최소 데이터 전송률(minimum data rate)을 만족하기 위해 할당하는 처리량(throughput) 대비 전체 효용 증가량에 대한 제4 상태 변수를 더 결정할 수 있다.
이때, 스케줄링 메트릭 결정부(622)는 상기 제1 상태 변수 내지 상기 제3 상태 변수를 기반으로 스케줄링을 위한 스케줄링 매트릭(scheduling metric)을 결정하거나, 상기 제1 상태 변수 내지 상기 제4 상태 변수를 기반으로 스케줄링을 위한 스케줄링 매트릭(scheduling metric)을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 상기 상태 변수 결정부(621), 스케줄링 메트릭 결정부(622) 및 스케줄러(623)는 기지국(600) 내부 또는 외부에 존재하는 별도의 하드웨어 구성요소로 구현될 수 있다.
한편, 상기 제어부(620)의 구성요소들은 소프트웨어로 구현될 수도 있다. 가령, 제어부(620)는 플래시 메모리나 기타 비휘발성 메모리를 더 포함할 수 있다. 이러한 비휘발성 메모리에는 상기 상태 변수 결정부(621), 스케줄링 메트릭 결정부(622) 및 스케줄러(623) 각각의 역할을 수행하기 위한 프로그램이 저장될 수 있다.
또한, 제어부(620)는 CPU 및 RAM(Random Access Memory)을 포함하는 형태로 구현될 수 있다. 상기 비휘발성 메모리에 저장된 상기 프로그램들을 RAM으로 복사한 후, 복사한 프로그램들을 실행시켜 상술한 바와 같은 스케줄링을 수행할 수 있다.
상기 제어부(620)는 중앙처리장치, 마이크로 프로세서, 제어부, 프로세서, 운용체제(operating system) 등과 동일한 의미로 혼용되어 사용될 수 있다. 또한, 기지국(600)의 제어부(620)는 기지국(600)에 포함된 송수신부 등의 다른 기능부와 함께 단일칩 시스템 (System-on-a-chip 또는 System on chip, SOC, SoC)로 구현될 수 있다.
한편, 상술한 다양한 실시 예들에 따른 기지국의 스케줄링 방법은 소프트웨어로 코딩되어 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory readable medium)에 저장될 수 있다. 이러한 비일시적 판독 가능 매체는 다양한 장치에 탑재되어 사용될 수 있다.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등이 될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
100-1, 100-2, 100-3, 200: 스케줄러
210: 의사 결정부 220: 스케줄링 메트릭 계산부
230: 통합 제어부

Claims (16)

  1. 무선 통신 시스템에서 기지국의 스케줄링 방법에 있어서,
    복수의 단말 중 단말에게 할당하는 데이터량 대비 전체 효용(utility) 증가량에 대한 제1 상태 변수가, 상기 단말에게 할당하는 스케줄링 기회 대비 전체 효용 증가량에 대한 제2 상태 변수와 같거나 크면, 상기 제1 상태 변수를 감소시키고 상기 제2 상태 변수를 증가시키는 제1 결정을 수행하는 단계;
    상기 제1 상태 변수가 상기 제2 상태 변수보다 작으면, 상기 제1 상태 변수를 증가시키고 상기 제2 상태 변수를 유지시키는 제2 결정을 수행하는 단계;
    상기 제1 결정 및 상기 제2 결정 중 어느 하나에 따라, 획득된 제1 상태 변수 및 획득된 제2 상태 변수를 기반으로, 스케줄링을 위한 스케줄링 매트릭(scheduling metric)을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 스케줄링 매트릭을 기반으로 상기 복수의 단말에 대해 스케줄링을 수행하는 단계를 포함하고,
    전체 효용은, 상기 복수의 단말 각각에 대응되는 평균 처리량의 총합에 기반하여 결정되고,
    상기 제1 상태 변수의 증가는, QoS(Quality of Service) 보장과 자원 할당 형평성 사이의 우선 순위를 결정하는 조절 변수에 비례하며, 상기 제1 상태 변수 및 상기 단말의 최소 데이터 전송률(minimum data rate)을 만족하기 위해 할당하는 처리량(throughput) 대비 전체 효용 증가량에 대한 제4 상태 변수의 차이에 반비례하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단말의 패킷 딜레이 감소를 위해 할당되는 자원량 대비 전체 효용 증가량에 대한 제3 상태 변수를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 스케줄링 매트릭을 결정하는 단계는,
    상기 제1 상태 변수 및 상기 제2 상태 변수에, 상기 제3 상태 변수를 추가적으로 고려하여, 상기 스케줄링 매트릭을 결정하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제4 상태 변수를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 스케줄링 매트릭을 결정하는 단계는,
    상기 제1 상태 변수, 상기 제2 상태 변수 및 상기 제3 상태 변수에, 상기 제4 상태 변수를 추가적으로 고려하여, 상기 스케줄링 매트릭을 결정하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 상태 변수의 값은, 상기 단말이 스케줄링에 의해 할당된 경우, 감소하도록 결정하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제3 상태 변수를 결정하는 단계는,
    상기 단말에 대한 자원 미할당시, 상기 제3 상태 변수를 증가시키고,
    상기 단말에 대한 자원 할당시 상기 제3 상태 변수를 감소시키는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제4 상태 변수를 결정하는 단계는,
    상기 단말이 상기 최소 데이터 전송률(minimum data rate)을 만족하지 못하는 경우, 제4 상태 변수를 증가시키고,
    상기 단말이 최소 데이터 전송률(minimum data rate)을 만족하는 경우, 제4 상태 변수를 감소시키는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스케줄링을 수행하는 단계는,
    상기 스케줄링 매트릭 값의 크기와 스케줄링의 우선 순위가 비례하도록 상기 스케줄링을 수행하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 스케줄링 매트릭을 결정하는 단계는,
    하기 수학식에 의해 상기 스케줄링 매트릭을 결정하며,
    Figure 112015051681326-pat00029

    상기
    Figure 112015051681326-pat00030
    는 상기 제2 상태 변수이고, 상기
    Figure 112015051681326-pat00031
    는 상기 제3 상태변수이며,
    Figure 112015051681326-pat00032
    는 시간 t에서 전송할 수 있는 데이터의 양인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 무선 통신 시스템의 기지국에 있어서,
    신호를 송수신하는 통신부; 및
    복수의 단말 중 단말에게 할당하는 데이터량 대비 전체 효용(utility) 증가량에 대한 제1 상태 변수가, 상기 단말에게 할당하는 스케줄링 기회 대비 전체 효용 증가량에 대한 제2 상태 변수와 같거나 크면, 상기 제1 상태 변수를 감소시키고 상기 제2 상태 변수를 증가시키는 제1 결정을 수행하고, 상기 제1 상태 변수가 상기 제2 상태 변수보다 작으면, 상기 제1 상태 변수를 증가시키고 상기 제2 상태 변수를 유지시키는 제2 결정을 수행하며, 상기 제1 결정 및 상기 제2 결정 중 어느 하나에 따라, 획득된 제1 상태 변수 및 획득된 제2 상태 변수를 기반으로, 스케줄링을 위한 스케줄링 매트릭(scheduling metric)을 결정하며, 상기 결정된 스케줄링 매트릭을 기반으로 상기 복수의 단말에 대해 스케줄링을 수행하는 제어부를 포함하고,
    전체 효용은, 상기 복수의 단말 각각에 대응되는 평균 처리량의 총합에 기반하여 결정되고,
    상기 제1 상태 변수의 증가는, QoS(Quality of Service) 보장과 자원 할당 형평성 사이의 우선 순위를 결정하는 조절 변수에 비례하며, 상기 제1 상태 변수 및 상기 단말의 최소 데이터 전송률(minimum data rate)을 만족하기 위해 할당하는 처리량(throughput) 대비 전체 효용 증가량에 대한 제4 상태 변수의 차이에 반비례하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 기지국.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 단말의 패킷 딜레이 감소를 위해 할당되는 자원량 대비 전체 효용 증가량에 대한 제3 상태 변수를 결정하고,
    상기 제1 상태 변수 및 상기 제2 상태 변수에, 상기 제3 상태 변수를 추가적으로 고려하여, 상기 스케줄링 매트릭을 결정하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제4 상태 변수를 결정하고,
    상기 제1 상태 변수, 상기 제2 상태 변수 및 상기 제3 상태 변수에, 상기 제4 상태 변수를 추가적으로 고려하여, 상기 스케줄링 매트릭을 결정하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 상태 변수의 값은, 상기 단말이 스케줄링에 의해 할당된 경우, 감소하도록 결정하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 단말에 대한 자원 미할당시, 상기 제3 상태 변수를 증가시키고,
    상기 단말에 대한 자원 할당시 상기 제3 상태 변수를 감소시키는 것을 특징으로 하는 기지국.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 단말이 상기 최소 데이터 전송률(minimum data rate)을 만족하지 못하는 경우, 제4 상태 변수를 증가시키고, 상기 단말이 최소 데이터 전송률(minimum data rate)을 만족하는 경우, 제4 상태 변수를 감소시키는 것을 특징으로 하는 기지국.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 스케줄링 매트릭 값의 크기와 스케줄링의 우선 순위가 비례하도록 상기 스케줄링을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    하기 수학식에 의해 상기 스케줄링 매트릭을 결정하며,
    Figure 112015051681326-pat00033

    상기
    Figure 112015051681326-pat00034
    는 상기 제2 상태 변수이고, 상기
    Figure 112015051681326-pat00035
    는 상기 제3 상태변수이며,
    Figure 112015051681326-pat00036
    는 시간 t에서 전송할 수 있는 데이터의 양인 것을 특징으로 하는 기지국.
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