KR20010054736A - 무선 이동 통신에서의 트래픽 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용자간 상호 간섭을 최소한으로 줄이고 다양한 서비스를 제공하기 위한 무선 이동 통신에서의 트래픽 제어 기법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은, 채널 예약을 위한 예약 접근 채널을 트래픽 채널과 별도로 사용하고, 예약 접근 채널을 음성 트래픽용과 데이터 트래픽용으로 구분하여 슬롯 단위로 제어하며, 음성 단말을 위한 서브 슬롯 및 데이터 단말을 위한 서브 슬롯과 전 프레임에 접근을 시도한 단말들의 개수 정보에 의거하여 산출되는 예약 채널 수락 확률에 의거하여 각 단말의 예약 패킷 전송을 통제하는 기술적 수단을 채용하여, 이를 통해 다수의 사용자간에 발생 가능한 상호 간섭을 억제함으로써 한정된 주파수 자원 활용의 효율화를 극대화할 수 있는 것이다.

Description

무선 이동 통신에서의 트래픽 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING TRAFFIC OF WIRELESS MOBILE COMMUNICATIONS}

본 발명은 무선 이동 통신에서의 트래픽을 제어하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 통신 또는 휴대 통신에서 멀티미디어 서비스를 제공할 때 한정된 자원을 효율적으로 사용하는 데 적합한 무선 이동 단말의 트래픽 제어 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 현재 실용화되어 있는 매체 접속 방식으로는 주로 시간 분할 다중 접속 방식과 코드 분할 다중 접속 방식이 주로 이용되고 있는데, 이들 각 방식들은 다양한 수준의 서비스 품질을 만족시키는데 있어서 서로 다른 장단점을 가지고 있다.

여기에서, 시간 분할 다중 접속 방식은 복잡도가 상대적으로 낮고 할당하는 슬롯의 개수를 달리함으로써 멀티미디어 서비스를 비교적 쉽게 구현할 수 있는 장점을 갖는 반면에 수용 가능한 사용자의 수에 많은 제약이 따르는 단점을 가지며, 코드 분할 다중 접속 방식은 많은 수의 사용자를 수용할 수 있고 또한 여러 가지 형태의 간섭에 강한 장점을 갖는 반면에 고속 전송 시 시스템의 복잡도가 높아지기 때문에 고속의 멀티미디어 서비스에는 부적합하다는 단점을 갖는다.

따라서, 상술한 두 방식의 문제점을 해결하기 위한 방안의 하나로서 두 방식의 특성을 서로 결합한 알고리즘이 소개되었는데 그중 하나가 임의 접속 방식이다. 그러나, 이것은 슬롯화한 알로하(ALOHA)와 같은 방식으로 슬롯에 접근하므로 전체적으로 낮은 링크 효율을 갖는다는 문제가 있다.

또한, 상술한 임의 접근 방식보다 진보된 형태의 알고리즘으로 복합형 코드 분할 다중 접속/패킷 예약 다중 접속 알고리즘이 소개되었는데, 이 진보된 알고리즘에서는 슬롯의 접근을 예약한 단말의 수에 비례한 확률을 가지고 제어하는 방식이다. 따라서, 진보된 알고리즘은 상술한 임의 접근 방식보다는 좋은 성능을 보인다.

그러나, 상술한 바와 같은 진보된 알고리즘은 패킷 예약 다중 접속 방식을 코드 분할 다중 접속 방식에 단순히 적용하였기 때문에 패킷끼리의 충돌에 의한 패킷 폐기율의 증가가 링크의 효율을 저하시킨다는 문제가 있으며, 또한 채널 접근 수락 확률 함수를 최적화시키기가 어렵기 때문에 효율적인 자원 할당이 곤란하다는 근본적인 문제를 갖는다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 채널 예약을 위한 예약 접근 채널을 트래픽 채널과 별도로 사용하고, 예약 채널 수락 확률에 근거하는 예약 패킷의 전송 통제를 통해 사용자간 상호 간섭을 억제함으로써 자원 활용의 효율화를 도모할 수 있는 무선 이동 단말에서의 트래픽 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기 설정된 자신의 서비스 영역에 속하는 다수의 무선 이동 통신에 대한 통신 서비스를 제공하는 적어도 하나의 기지국을 갖는 무선 이동 단말 시스템에서 채널 예약을 위한 트래픽을 제어하는 방법에 있어서, 상기 기지국은, 기 설정된 다수의 트래픽 채널 중 하나를 채널 예약을 위한 예약 접근 채널로 할당하고, 상기 예약 접근 채널을 음성 트래픽과 데이터 트래픽을 위한 다수의 서브 슬롯으로 분할하며; 상기 분할된 각 서브 슬롯을 통해 상기 각 단말로부터 상기 기지국으로 전송되는 예약 패킷은 상기 기지국으로부터 제공되는 예약 채널 수락 확률에 의해 그 전송이 통제되는 것을 특징으로 하는 무선 이동단말에서의 트래픽 제어 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따라 무선 이동 단말의 트래픽을 제어하는 방법을 적용하는데 적합한 전형적인 무선 이동 통신 시스템의 개략적인 계통도,

도 2는 본 발명에 따른 트래픽 제어를 위해 제안된 프레임 구조도,

도 3은 확산 인자가 7일 때 동시 음성 사용자 수의 변화에 따라 필요한 서브 슬롯의 수를 예시적으로 도시한 도면,

도 4는 기존의 임의 접근 방식, 기존의 예약 채널이 없는 방식과 본 발명에 따른 트래픽 제어 방식 각각에 대해 고립된 셀 환경의 가정 하에서 동시 사용자 수의 변화에 따른 패킷 폐기율을 도시한 그래프.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

102/1 - 102/n : 무선 이동 단말 104 : 기지국

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 모의실험으로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 모의실험으로부터 본 발명의 성능에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명의 핵심 기술요지는, 채널 예약을 위한 예약 접근 채널을 트래픽 채널과 별도로 사용하고, 예약 접근 채널을 음성 트래픽용과 데이터 트래픽용으로 구분하여 슬롯 단위로 제어하며, 음성 단말을 위한 서브 슬롯 및 데이터 단말을 위한 서브 슬롯과 전 프레임에 접근을 시도한 단말들의 개수 정보에 의거하여 예약 채널 수락 확률을 산출하며, 산출된 예약 채널 수락 확률 및 예약 접근 채널을 통해 각 단말의 예약 패킷 전송을 통제한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 무선 이동 단말의 트래픽을 제어하는 방법을 적용하는데 적합한 전형적인 무선 이동 통신 시스템의 개략적인 계통도로써, 전형적인 무선 이동 통신 시스템은 다수의 무선 이동 단말(102/1 - 102/n)과 기지국(104)을 포함한다. 동 도면에서는 이해의 편의상 단지 하나의 기지국만을 도시하였으나 실제로는 하나의 기지국 제어기(도시 생략)의 통제하에 귀속되는 기지국은 다수개가 존재한다.

도 1을 참조하면, 각 무선 이동 단말(102/1 - 102/n)은, 예를 들면 IMT-2000 등과 같이 패킷 통신을 수행하는 단말인 것으로, 예약 접근 채널을 통해 기지국(104)으로 예약 패킷을 전송하고, 역방향 트래픽 채널을 통해 음성 데이터, 영상 데이터 등으로 된 정보 패킷을 기지국(104)으로 전송하며, 또한 기지국(104)으로부터 전송(기지국(104)에서 브로드캐스팅으로 전송)되는 예약 채널 수락 확률 함수의 통제하에 예약 패킷의 전송을 적응적으로 수행한다.

다음에, 기지국(104)은 자신의 서비스 영역에 있는 무선 이동 단말들에 대한 통신 서비스의 설정(예를 들면, 일반 호 설정 및 해제, 이동 단말의 위치 등록 및 해제, 단말 상태 체크, 핸드 오프 처리, 부가 정보 서비스를 위한 호 설정 및 해제 등) 등에 관련된 기능을 수행하며, 예약 접근 채널을 통해 각 무선 이동 단말로부터 예약 패킷이 수신될 때, 즉 특정 단말이 예약에 성공할 때 정보 패킷을 전송하는 데 필요한 확산(PN) 코드와 슬롯에 대한 정보를 예약에 성공한 단말로 전송한다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 트래픽 제어 방법에서는 기본적으로 코드 분할 다중 접속의 특성을 이용하므로 확산 인자(spreading factor)에 따라 사용 가능한 채널수가 정해지고, 일단 채널수가 정해지면 그 채널들 중 한 채널을 예약을 위한 예약 접근 채널로 할당하며, 예약 접근 채널을 제외한 나머지 채널들은 정보 패킷을 전송하기 위한 트래픽 채널로 사용한다.

이때, 각각의 트래픽 채널의 시간축은 여러 개의 슬롯으로 나누어진 프레임 형식이며, 실제 정보 패킷에 비해 예약을 위한 예약 패킷은 상당히 작아도 되므로예약 접근 채널의 슬롯수는 트래픽 채널의 슬롯수보다 훨씬 많다. 여기에서, 프레임 전송율은 음성 트래픽의 패킷 도착율로 정해진다. 즉, 음성 트래픽은 한 프레임당 한 개의 패킷만 보내면 주어진 전송율을 만족시킬 수 있도록 하며, 이때 한 프레임당 슬롯의 수와 슬롯당 비트의 수는 주어진 환경 하에서 구할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 트래픽 제어를 위해 제안된 프레임 구조의 일 예를 도시한 것으로, 각 프레임당 20개의 슬롯이 있고, 예약 접근 채널에는 60개의 서브 슬롯이 있으며, 음성과 데이터 단말들이 공존하는 경우를 고려하여, 예약 접근 채널에서 각 12번째의 서브 슬롯(즉, 5개의 서브 슬롯)만을 음성 트래픽(즉, 음성 예약)을 위해 제공하고, 나머지 55개의 서브 슬롯은 데이터 트래픽(데이터 예약)을 위해 제공한다.

패킷 무선 네트워크에서의 음성 트래픽은 음성 활성 구간과 비활성 구간이 반복적으로 발생하고 음성 활성 구간에서만 패킷을 생성, 전송하면 되고, 데이터 트래픽은 패킷이 임의의 시간에 발생하는 경우을 고려할 수 있기 때문에 이러한 점을 확장시켜 여러 가지 전송율을 가진 트래픽을 고려할 수 있다.

한편, 정보 패킷을 전송하는 데 사용되는 트래픽 채널은 기지국(104)에 의해 통제되기 때문에 패킷의 충돌은 없으나, 예약 패킷을 전송하는 예약 접근 채널으로의 접근은 슬롯화된 알로하(ALOHA) 방식을 따르기 때문에 예약 패킷끼리의 충돌은 충분히 예상할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 기지국(104)에서는 예약 접근 채널에서의 패킷 충돌을 최소화시키기 위하여 예약 채널 수락 함수를 산출하고, 이 산출된 예약 채널 수락 함수를 브로드캐스팅 방식으로 각 단말에 전송한다.

다른 한편, 전송할 패킷을 가지고 있는 임의의 단말이 트래픽 채널의 슬롯을 예약하지 못하는 경우는 다음의 두 가지 경우를 들 수 있다. 첫째, 예약 접근 채널의 서브 슬롯에서 예약 패킷의 충돌이 발생하여 기지국(104)이 예약 패킷을 제대로 수신하는 못하는 경우, 둘째, 트래픽 채널에 더 이상의 가용 슬롯이 없는 경우이다. 따라서, 기지국(104)에서는 트래픽 채널에 가용 슬롯이 존재하는 경우에만 예약에 성공한 해당 단말에 확산 코드와 사용할 슬롯에 대한 정보를 전송한다.

따라서, 상기한 바와 같은 두 가지의 이유로 인해 단말이 예약에 성공하지 못하는 경우 기지국(104)에서는 예약 채널 수락 확률(access channel permission probability)을 산출하고, 이 산출된 예약 채널 수락 확률을 통해 단말의 예약 패킷 전송을 통제, 즉 예약 채널 수락 확률에 의해 결정된 단말이 그 다음 슬롯에 다시 예약 패킷을 전송할 수 있도록 제어함으로써, 예약 접근 채널에서 발생 가능한 예약 패킷의 충돌을 최소화시킨다.

여기에서, 예약 채널 수락 확률 함수는 시간에 따라 변하는 함수인 것으로, 이러한 수락 확률 함수를 최적으로 정의하기 위해서는 한 프레임동안 예약을 시도하는 모든 단말의 수를 예상할 필요가 있다. 따라서, 본 발명에서는 현재 프레임동안 예약 패킷을 전송하는 모든 단말에 대한 예상치로써, 이전 프레임에서 예약 패킷을 전송한 단말의 수를 사용하며, 이러한 방식을 통해 예약 채널 수락 확률의 계산을 단순화시켰다.

따라서, 음성 트래픽에 대한 예약 채널 수락 확률을 P_pv라고 하고, 데이터 트래픽에 대한 예약 채널 수락 확률을 P_pd라고 할 때 P_pv및 P_pd는 다음의 수학식 1 및 2와 같이 계산된다.

상기한 수학식 1 및 2에 있어서, N_av는 음성 단말을 위한 서브 슬롯을 의미하고, N_ad는 데이터 단말을 위한 서브 슬롯을 의미하며, K_pre는 이전 프레임에 예약 접근 채널로 접근을 시도한 모든 단말의 수를 의미하고, 기지국은 매 프레임의 시작점에서 모든 단말에 K_pre를 전송한다.

앞에서 이미 언급한 바와 같은 이유로 인해 음성 단말이 트래픽 채널에서의 슬롯중 하나를 예약하지 못하고, 또한 음성 패킷이 특정하게 정의된 최대 음성 지연 시간동안 예약을 하지 못했다면 음성의 실시간 서비스 특성에 의해 해당 패킷은 폐기된다. 여기에서, 음성 단말은 음성 활성 구간동안 한 번의 예약으로 한 프레임에 하나의 패킷을 연속적으로 전송하므로 주기적 데이터로 간주된다.

한편, 데이터 단말의 패킷 전송 또한 예약을 기본으로 하는 데, 전술한 두 가지 이유로 인해 데이터 단말이 슬롯을 예약하지 못한 경우, 데이터 패킷은 시간지연에 민감하지 않기 때문에 폐기되지 않고 버퍼에 저장된다. 만일 하나 이상의 패킷이 버퍼에 저장되어 있을 때 한 번의 예약으로 버퍼가 빌 때까지 주기적 데이터로 간주되어 전송될 수 있으며, 이와 같이 함으로써 데이터 트래픽으로 인한 채널의 로드를 줄일 수 있고, 실제 한 번의 채널 접근으로 여러 개의 패킷 전송이 가능하므로 정보 패킷의 지연 시간도 단축시킬 수 있다. 실제로, 데이터 단말은 랜덤하게 패킷을 발생하므로 예약을 위한 예약 접근 채널로의 접근이 빈번한 데, 본 발명에서는 이를 효과적으로 처리하기 위하여, 예를들면 60개의 서브 슬롯중 55개의 서브 슬롯을 데이터 서비스를 위해 할당한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 확산 인자가 7이고 패킷 폐기율(P_E)이 0.01일 때 동시 사용자가 시스템을 이용할 경우 예약 접근 채널에 필요한 음성 단말을 위한 서브 슬롯의 수는 대략 4.2개이므로, 단지 음성 단말에는 5개의 서브슬롯만을 할당할 수 있다. 따라서, 각각의 음성과 데이터 단말은 서로 다른 서브 슬롯을 사용하여 예약을 시도하기 때문에 서브 슬롯에서 음성과 데이터 단말의 예약 패킷이 충돌하지 않는다. 이러한 서브 슬롯 할당 방식을 통해 본 발명에서는 서로 다른 트래픽 종류의 각각에 대한 서비스 만족도를 효과적으로 증진시킬 수 있다.

본 발명의 발명자는 기존의 임의 접근 방식, 기존의 예약 채널이 없는 방식과 본 발명에 따른 트래픽 제어 방식 각각에 대해 고립된 셀 환경의 가정하에서 동시 사용자 수의 변화에 따른 패킷 폐기율에 대한 비교 실험을 실시하였으며, 그 실험 결과는 도 4에 도시된 바와 같다.

도 4를 참조하면, 마름모(◆) 형상의 그래프는 기존의 임의 접근 방식에 따라 얻어지는 동시 사용자 수의 변화에 따른 패킷 폐기율을 나타내고, 사각형(■) 형상의 그래프는 기존의 예약 채널이 없는 방식에 따라 얻어지는 동시 사용자 수의 변화에 따른 패킷 폐기율을 나타내며, 삼각형(△) 형상의 그래프는 본 발명의 트래픽 제어 방식에 따라 얻어지는 동시 사용자 수의 변화에 따른 패킷 폐기율을 나타낸다.

여기에서, 본 발명에 따른 트래픽 제어 방식에서의 패킷 폐기율은 트래픽 채널에서의 패킷 충돌이 없으므로 단지 최대 음성 지연 시간을 초과한 패킷의 폐기율을 의미한다. 따라서, 본 발명에 따른 트래픽 제어 방식은 패킷 충돌이 단지 예약 접근 채널에서만 발생하므로 기존의 다른 방식들에 비해 패킷 폐기율이 상대적으로 작다.

한편, 음성과 데이터 트래픽이 공존하는 경우, 본 발명에 따른 트래픽 제어 방식은 기 설명한 바와 같이 채널에서의 상호간섭을 최소한으로 억제함으로써 같은 조건하에서 다른 방식에 비해 보다 낮은 시간지연(데이터 트래픽의 경우)을 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 채널 예약을 위한 예약 접근 채널을 트래픽 채널과 별도로 사용하고, 예약 접근 채널을 음성 트래픽용과 데이터 트래픽용으로 구분하여 슬롯 단위로 제어하며, 음성 단말을 위한 서브 슬롯 및 데이터 단말을 위한 서브 슬롯과 전 프레임에 접근을 시도한 단말들의 개수 정보에 의거하여 산출되는 예약 채널 수락 확률에 의거하여 각 단말의 예약 패킷 전송을 통제함으로써, 다수의 사용자간에 발생 가능한 상호 간섭을 억제하여 한정된 주파수 자원 활용의 효율화(극대화)를 도모할 수 있다.

Claims (3)

1. 기 설정된 자신의 서비스 영역에 속하는 다수의 무선 이동 단말에 대한 통신 서비스를 제공하는 적어도 하나의 기지국을 갖는 무선 이동 단말 시스템에서 채널 예약을 위한 트래픽을 제어하는 방법에 있어서, 상기 기지국은, 기 설정된 다수의 트래픽 채널 중 하나를 채널 예약을 위한 예약 접근 채널로 할당하고, 상기 예약 접근 채널을 음성 트래픽과 데이터 트래픽을 위한 다수의 서브 슬롯으로 분할하며; 상기 분할된 각 서브 슬롯을 통해 상기 각 단말로부터 상기 기지국으로 전송되는 예약 패킷은 상기 기지국으로부터 제공되는 예약 채널 수락 확률에 의해 그 전송이 통제되는 것을 특징으로 하는 무선 이동 단말에서의 트래픽 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 예약 채널 수락 확률은, 음성 단말을 위한 서브 슬롯 및 데이터 단말을 위한 서브 슬롯과 전 프레임에 접근을 시도한 단말들의 개수 정보에 의거하여 산출되는 것을 특징으로 하는 무선 이동 단말에서의 트래픽 제어 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 음성 단말에 대한 예약 채널 수락 확률(P_pv)과 상기 데이터 단말에 대한 예약 채널 수락 확률(P_pd)은, 다음의 수학식과 같이 산출되는 것을 특징으로 하는 무선 이동 단말에서의 트래픽 제어 방법.

   (상기 수학식에서, 상기 N_av는 상기 음성 단말을 위한 서브 슬롯을, 상기 N_ad는 상기 데이터 단말을 위한 서브 슬롯을, 상기 K_pre는 이전 프레임에 상기 예약 접근 채널로 접근을 시도한 모든 단말의 수를 각각 의미함.)