KR20100076755A - ８０２．１６／ＷｉＢｒｏ 시스템에서 셀간 간섭 최소화를 위한 서비스 존 스위칭 방법 - Google Patents

８０２．１６／ＷｉＢｒｏ 시스템에서 셀간 간섭 최소화를 위한 서비스 존 스위칭 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 802.16/WiBro 시스템에서 셀간 간섭 최소화를 위한 서비스 존 스위칭 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 802.16/WiBro 시스템에서 기지국이 단말에 서비스를 제공할 때 초기에 단말의 위치를 기반으로 서비스 존을 결정한 후, 주기적으로 각 서비스 존의 서비스 상태를 측정하고 가용성 계산하여, 그 결과에 따라 단말의 서비스 존을 변경함으로써, 셀간 간섭을 최소화하고 셀의 수용력과 사용자들의 QoS를 향상시키기 위한 기술에 관한 것이다.
802.16/WiBro, 서비스 존, 스위칭, 간섭, QoS

Description

８０２．１６／ＷｉＢｒｏ 시스템에서 셀간 간섭 최소화를 위한 서비스 존 스위칭 방법 {METHOD FOR SWITCHING SERVICE ZONE FOR MINIMIZING INTERFERENCE BETWEEN CELLS IN THE 802.16/WIBRO SYSTEM}
본 발명은 802.16/WiBro 시스템에서 셀간 간섭 최소화를 위한 서비스 존 스위칭 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 802.16/WiBro 시스템에서 기지국이 단말에 서비스를 제공할 때 초기에 단말의 위치를 기반으로 서비스 존을 결정한 후, 주기적으로 각 서비스 존의 서비스 상태를 측정하고 가용성 계산하여, 그 결과에 따라 단말의 서비스 존을 변경함으로써, 셀간 간섭을 최소화하고 셀의 수용력과 사용자들의 QoS를 향상시키기 위한 기술에 관한 것이다.
무선 네트워크에서 제한된 주파수 채널이 모든 셀에 의해 공유되면 셀간 간섭으로 인해 채널의 품질이 떨어지게 된다. 이는 셀의 수용력과 서비스 범위에 영향을 미쳐 사용자들에게 만족할 만한 전송 품질을 보장해 주지 못하는 문제를 야기한다.
따라서, 셀간 간섭을 최소화하기 위한 다양한 연구들이 선행되어 왔다. 일 예로, 인접 셀간의 사용하는 채널이 겹치지 않도록 채널을 할당하는 방식에 대한 다양한 알고리즘이 제시되었다. 또한, 서브캐리어를 채널로 그루핑하는 순열(permutation)을 조절하여 OFDMA 환경에서 인접 셀간 채널이 겹치는 것을 최소화하는 방식도 연구되었다.
더 나아가, 하나의 셀 안에서 모든 주파수 대역을 사용하는 FRF-1 방식과 하나의 셀 안에서 주파수 대역이 3개로 나눠지고 각 섹터마다 1/3의 주파수 대역만을 사용하는 FRF-3 방식을 하나의 프레임에 대해 병용함으로써 셀간 간섭을 최소화하기 위한 연구도 진행되었다.
그러나, 이와 같이 FRF-1 방식 및 FRF-3 방식을 병용하는 경우 하나의 셀 안에서 서비스를 제공받는 복수의 단말이 FRF-1 방식과 FRF-3 방식 중 어떠한 방식을 사용할 지를 결정하는 방법에 대한 구체적인 연구는 이루어지지 않았다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 802.16/WiBro 시스템에서 기지국이 단말에 서비스를 제공할 때 초기에 단말의 위치를 기반으로 서비스 존을 결정한 후, 주기적으로 각 서비스 존의 서비스 상태를 측정하고 가용성 계산하여, 그 결과에 따라 단말의 서비스 존을 변경함으로써, 셀간 간섭을 최소화하고 셀의 수용력과 사용자들의 QoS를 향상시킬 수 있는 802.16/WiBro 시스템에서 셀간 간섭 최소화를 위한 서비스 존 스위칭 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 서비스 존 스위칭 방법은, 기지국과 복수의 단말들과의 거리를 기반으로 각각의 단말에 대한 서비스 존을 결정하는 단계; 각각의 서비스 존에 대한 서비스 상태 및 가용성을 평가하는 단계; 및 상기 기지국으로부터 서비스를 제공받는 플로우들의 QoS 요구 조건이 충족되도록 상기 단말들의 서비스 존을 전환하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 서비스 존을 결정하는 단계는, 상기 기지국으로부터 임의의 기준 거리(x) 내에 존재하는 단말들에 대해서는 FRF-1 존을 통해 서비스를 제공하고, 상기 기준 거리(x) 밖에 존재하는 단말들에 대해서는 FRF-3 존을 통해 서비스를 제공하도록 결정한다.
또한, 상기 서비스 상태 및 가용성을 평가하는 단계는, UGS 또는 ertPS 클래스에 속하는 플로우에 대해서 크리티컬 비트 (critical bit)를 설정하고, rtPS 또는 nrtPS 클래스에 속하는 플로우에 대해서 서비스 받지 못한 양을 결손 카운터(deficit counter) 변수에 저장한다.
또한, 상기 서비스 존을 전환하는 단계는, UGS 또는 ertPS 클래스에 속하면서 QoS 요구 조건이 충족되지 않는 플로우가 있는 경우, 해당 서비스 존 내의 단말들 중에 희생자(victim)를 선택하여 다른 서비스 존으로 전환한다.
이때, 상기 희생자의 선택은, rtPS 또는 nrtPS 클래스에 속하는 플로우만을 갖는 단말, FRF-1 존인 경우에는 낮은 CQI(Channel Quality Indicator)를, FRF-3 존인 경우에는 높은 CQI(Channel Quality Indicator)를 갖는 단말, 그리고 가장 많은 자원을 사용하는 단말 순으로 이루어진다.
또한, 상기 서비스 존을 전환하는 단계는, rtPS 클래스에 속하면서 QoS 요구 조건이 충족되지 않는 플로우가 있는 경우, nrtPS 클래스에 속하는 플로우들만 갖는 단말들 중에서 자원을 가장 많이 사용하는 단말을 희생자로 선택하여 다른 서비스 존으로 전환하고, nrtPS 클래스에 속하면서 QoS 요구 조건이 충족되지 않는 플로우가 있는 경우, BE 클래스에 속하는 플로우들만 갖는 단말들 중에서 자원을 가장 많이 사용하는 단말을 희생자로 선택하여 다른 서비스 존으로 전환한다.
본 발명에 의하면, 기지국은 일단 단말의 위치를 기반으로 FRF-1 존과 FRF-3 존 중 하나의 서비스 존을 결정한 후, 각 서비스 존의 서비스 상태와 가용성을 주기적으로 판단하여, QoS 요구 조건이 충족되지 못하는 단말이 있는 경우 단말의 서비스 존을 제안된 알고리즘에 따라 변경해 준다. 이에 따라, 셀간 간섭을 최소화하고 셀의 수용력과 사용자들의 QoS를 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다
802.16 OFDMA 환경에서는 프레임(frame) 단위로 서비스를 제공한다. 이때, 하나의 프레임 내에서 다양한 서비스 존을 통해 서비스를 제공할 수 있는데, 각각의 서비스 존은 서로 다른 특성을 갖는다. 본 발명에서는, 하나의 셀 안에서 모든 사용자들이 모든 서브채널을 사용할 수 있는 서비스 존(이하, 'FRF-1 존'이라 함)과 하나의 셀을 3 개의 섹터로 나누고 각 섹터마다 전체의 1/3 채널만을 사용할 수 있는 서비스 존(이하, 'FRF-3 존'이라 함)을 적절히 선택 및 변경함으로써, 셀간 간섭을 최소화하고 셀의 수용력과 사용자들의 QoS를 향상시킬 수 있는 서비스 존 스위칭 방법을 제안한다.
본 발명에서는, 아래의 사항들이 전제된다.
* 기지국(Base Station; BS)은 FRF-1 존과 FRF-3존을 지원한다.
* 기지국과 단말(Subscriber Station; SS)은 서로의 위치 정보를 갖고 있다.
* 기지국과 단말은 서비스되는 플로우(flow)의 QoS 요구 조건에 대한 정보를 갖고 있다.
* 모든 기지국들은 하나의 프레임 내에 FRF-1 존과 FRF-3 존 간의 경계가 동일하며 이 값은 기지국마다 동일하게 동기화되어 있다.
상술한 사항들을 바탕으로, 도 1 및 2를 참조하여 본 발명에 의한 서비스 존 스위칭 방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 서비스 존 스위칭 과정의 흐름도이고, 도 2는 도 1에 도시된 서비스 존 스위칭 과정에서 평가 단계(S20)의 상세 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 서비스 존 스위칭 방법은 크게 초기 결정 단계(S10), 평가 단계(S20) 및 전환 단계(S30)로 이루어진다. 초기 결정 단계(S10)는 기지국이 자신의 셀 내에 존재하는 단말들에게 처음으로 서비스를 제공할 때 수행되는 것으로, 기지국은 기지국과 단말들의 거리를 기반으로 하여 각 단말에 대한 초기 서비스 존을 결정한다. 이후, 평가 단계 (S20)를 통해, 기지국은 단말들에게 서비스를 제공하면서 각각의 서비스 존에 대한 서비스 상태를 측정하 고(S21) 각각의 서비스 존에 대한 가용성을 계산한다 (S22). 마지막으로, 전환 단계(S30)를 통해 각각의 플로우들의 QoS 요구 조건이 충족되지 못하는 단말에 대한 서비스 존을 변경한다. 이하, 각각의 단계에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
초기 결정 단계(S10)
기지국은 서비스를 제공하고자 하는 단말들의 위치를 기반으로 각 단말에 대해 FRF-1 존과 FRF-3 존 중에 하나의 서비스 존을 선택한다. 우선, 단말들의 위치를 기반으로 기지국과 단말들 사이의 거리를 계산한 후, 기지국으로부터 임의의 기준 거리(x) 내에 존재하는 단말들에 대해서는 FRF-1 존을 통해 서비스를 제공하고, 그 밖에 존재하는 단말들에 대해서는 FRF-3 존을 통해 서비스를 제공하도록 결정한다. 이때, 기준 거리(x)는 각 셀마다 관리자에 의해 미리 설정되는 임의의 값이다.
평가 단계(S20)
기지국은 단말들의 플로우 클래스를 고려하여 QoS를 보장할 수 있는 서비스 존을 결정하기 위해 각각의 서비스 존에 대한 서비스 상태 및 가용성을 평가한다.
우선, FRF-3 존의 서비스 상태를 다음과 같은 방법으로 측정한다.
스케쥴러(Scheduler)의 UGS/ertPS, rtPS/nrtPS 플로우에 해당하는 큐에서 버퍼의 패킷들을 하나씩 꺼내서 해당 단말이 속하는 섹터에 넣어준다. 이때, 서비스 되지 못하는 플로우들은 해당 플로우가 속한 클래스에 따라 상이하게 처리한다. 구체적으로, UGS 또는 ertPS 클래스에 속하는 플로우의 경우에는 반드시 서비스 되어 야 하는 플로우이기 때문에 크리티컬 비트(critical bit)를 설정한다. 반면, 이 외의 클래스, 즉 rtPS 또는 nrtPS 클래스에 속하는 플로우의 경우에는 서비스 받지 못한 양을 결손 카운터(deficit counter)라는 변수에 저장해 둔다.
이후, FRF-1 존의 서비스 상태 역시 상술한 FRF-3 존과 마찬가지의 방법으로 측정한다.
다음은 상술한 바에 따라 FRF-3 및 FRF-1 존의 서비스 상태를 측정하는 과정에 대한 의사코드(pseudo code)를 나타낸다. 여기서, CFRF-1 및 CFRF-3은 각각 FRF-1 및 FRF-3 존의 수용력을 의미하고, Occupied_CFRF-1 및 Occupied_CFRF-3은 각각 FRF-1 및 FRF-3 존의 사용량을 의미하며, b(i)는 패킷 사이즈를 의미한다.
If ( CFRF-3 > Occupied_CFRF-3+ b(i) )
Service b(i) to FRF-3 zone
Occupied_CFRF-3+= b(i)
Else
If ( flow i is belong to UGS/ertPS class )
Set 1 on the 'critical bit' of flow i
Else
Log the unserved quantum to the deficit counter
If ( CFRF-1 > Occupied_CFRF-1+ b(i) )
Service b(i) to FRF-1 zone
Occupied_CFRF-a+= b(i)
Else
If ( flow i is belong to UGS/ertPS class )
Set 1 on the 'critical bit' of flow i
Else
Log the unserved quantum to the deficit counter
이후, 각각의 서비스 존에 대한 가용성(utilization)(UFRF-1, UFRF-3)을 계산한다. 가용성은 서비스 존의 수용력에 대한 사용량의 비율을 % 단위로 나타낸 것으로, k개의 프레임에 대한 측정 값의 평균값으로 구한다. 수학식 1 및 2는 FRF-1 및 FRF-3 존에 대한 가용성을 계산하는 수식이다.
Figure 112008089477085-PAT00001
Figure 112008089477085-PAT00002
전환 단계(S30)
전환 단계(S30)에서는, 평가 단계(S20)에서 구한 크리티컬 비트, 결손 카운터 및 가용성을 이용하여, 플로우들의 QoS 요구 조건이 충족되지 못하는 단말에 대한 서비스 존을 변경한다.
우선, FRF-1 존의 경우의 처리 방법에 대해 구체적으로 설명한다.
먼저, FRF-1 존의 가용성을 임의로 설정된 임계값(ThFRF-1)과 비교하여 가용성이 임계값 보다 크면, 현재 FRF-1 존을 통해서 서비스를 받고 있는 단말들의 서비스 상태를 각각의 플로우마다 체크한다.
해당 플로우가 UGS 또는 ertPS 클래스에 속하면서 서비스를 제대로 받지 못하고 있는 플로우, 즉 크리티컬 비트가 1로 설정된 플로우라면, FRF-1 존의 단말들 중에 희생자(victim)를 선택하여 선택된 단말들을 FRF-3 존으로 전환해 준다. 이로써, FRF-1 존을 통해 서비스를 받는 다른 플로우들의 QoS 요구 조건을 만족시켜 줄 수 있게 된다.
이때, 희생자를 선택하는 기준은 다음과 같다.
우선, 서비스를 받고 있는 단말들 중에서 rtPS 또는 nrtPS 클래스에 속하는 플로우만을 갖는 단말들이 차지하는 자원을 FRF-3 존으로 전환했을 때 가용성이 임계값보다 작아진다면, 해당 단말을 FRF-3 존으로 전환한다. 이는 크리티컬 비트가 설정된 플로우의 QoS 요구 조건이 충족될 때까지 반복하여 수행한다.
다음으로, 첫 번째 기준에 따른 희생자의 서비스 존 전환만으로 QoS 요구 조건이 충족되지 않는 경우, 단말들 중 낮은 CQI(Channel Quality Indicator)를 갖는 단말들을 FRF-3 존으로 전환한다. 이 역시, 크리티컬 비트가 설정된 플로우의 QoS 요구 조건이 충족될 때까지 반복하여 수행한다.
마지막으로, 두 번째 기준에 따른 희생자의 서비스 존 전환으로도 QoS 요구 조건이 충족되지 않는 경우, 단말들 중 가장 많은 자원을 사용하는 단말을 선택하여 FRF-3 존으로 전환해 준다.
한편, 해당 플로우가 rtPS 클래스에 속하는 플로우라면, 결손 카운터 값을 체크한다. 결손 카운터의 값이 자신에게 할당된 값보다 더 큰 경우 이는 서비스를 제대로 받지 못하고 있는 상황을 의미하므로, nrtPS 클래스에 속하는 플로우들만 갖는 단말들 중에서 자원을 가장 많이 사용하는 단말을 희생자로 선택하여 FRF-3 존으로 전환해 준다.
또한, 해당 플로우가 nrtPS 클래스에 속하는 플로우라면, 결손 카운터 값을 체크한다. 결손 카운터의 값이 자신에게 할당된 값보다 더 큰 경우 이는 서비스를 제대로 받지 못하고 있는 상황을 의미하므로, BE 클래스에 속하는 플로우들만 갖는 단말들 중에서 자원을 가장 많이 사용하는 단말을 희생자로 선택하여 FRF-3 존으로 전환해 준다.
FRF-3 존의 경우에도, FRF-1 존의 경우와 동일한 방법으로 처리한다. 다만, 플로우가 UGS 또는 ertPS 클래스에 속하면서 서비스를 제대로 받지 못하고 있는 경우 희생자를 선택하는데 있어서, FRF-1 존의 경우 두 번째 선택 기준이 낮은 CQI를 갖는 단말을 선택하는 것이었다면, FRF-3 존의 경우에는 높은 CQI를 갖는 단말을 선택하는 것이 상이하다.
다음은 상술한 바에 따라 서비스 존을 변경하는 과정에 대한 의사코드 (pseudo code)를 나타낸다.
Figure 112008089477085-PAT00003
Figure 112008089477085-PAT00004
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 서비스 존 스위칭 과정의 흐름도, 그리고
도 2는 본 발명에 의한 서비스 존 스위칭 과정에서 평가 단계의 상세 흐름도이다.

Claims (8)

  1. 기지국과 복수의 단말들과의 거리를 기반으로 각각의 단말에 대한 서비스 존을 결정하는 단계;
    각각의 서비스 존에 대한 서비스 상태 및 가용성을 평가하는 단계; 및
    상기 기지국으로부터 서비스를 제공받는 플로우들의 QoS 요구 조건이 충족되도록 상기 단말들의 서비스 존을 전환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 802.16/WiBro 시스템에서 셀간 간섭 최소화를 위한 서비스 존 스위칭 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 서비스 존을 결정하는 단계는
    상기 기지국으로부터 임의의 기준 거리(x) 내에 존재하는 단말들에 대해서는 FRF-1 존을 통해 서비스를 제공하고, 상기 기준 거리(x) 밖에 존재하는 단말들에 대해서는 FRF-3 존을 통해 서비스를 제공하도록 결정하는 것을 특징으로 하는 802.16/WiBro 시스템에서 셀간 간섭 최소화를 위한 서비스 존 스위칭 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 서비스 상태 및 가용성을 평가하는 단계는
    UGS 또는 ertPS 클래스에 속하는 플로우에 대해서 크리티컬 비트 (critical bit)를 설정하는 것을 특징으로 하는 802.16/WiBro 시스템에서 셀간 간섭 최소화를 위한 서비스 존 스위칭 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 서비스 상태 및 가용성을 평가하는 단계는
    rtPS 또는 nrtPS 클래스에 속하는 플로우에 대해서 서비스 받지 못한 양을 결손 카운터(deficit counter) 변수에 저장하는 것을 특징으로 하는 802.16/WiBro 시스템에서 셀간 간섭 최소화를 위한 서비스 존 스위칭 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 서비스 존을 전환하는 단계는
    UGS 또는 ertPS 클래스에 속하면서 QoS 요구 조건이 충족되지 않는 플로우가 있는 경우, 해당 서비스 존 내의 단말들 중에 희생자(victim)를 선택하여 다른 서비스 존으로 전환하는 것을 특징으로 하는 802.16/WiBro 시스템에서 셀간 간섭 최소화를 위한 서비스 존 스위칭 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 희생자의 선택은
    rtPS 또는 nrtPS 클래스에 속하는 플로우만을 갖는 단말,
    FRF-1 존인 경우에는 낮은 CQI(Channel Quality Indicator)를, FRF-3 존인 경우에는 높은 CQI(Channel Quality Indicator)를 갖는 단말, 그리고
    가장 많은 자원을 사용하는 단말 순으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 802.16/WiBro 시스템에서 셀간 간섭 최소화를 위한 서비스 존 스위칭 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 서비스 존을 전환하는 단계는
    rtPS 클래스에 속하면서 QoS 요구 조건이 충족되지 않는 플로우가 있는 경우, nrtPS 클래스에 속하는 플로우들만 갖는 단말들 중에서 자원을 가장 많이 사용하는 단말을 희생자로 선택하여 다른 서비스 존으로 전환하는 것을 특징으로 하는 802.16/WiBro 시스템에서 셀간 간섭 최소화를 위한 서비스 존 스위칭 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 서비스 존을 전환하는 단계는
    nrtPS 클래스에 속하면서 QoS 요구 조건이 충족되지 않는 플로우가 있는 경우, BE 클래스에 속하는 플로우들만 갖는 단말들 중에서 자원을 가장 많이 사용하는 단말을 희생자로 선택하여 다른 서비스 존으로 전환하는 것을 특징으로 하는 802.16/WiBro 시스템에서 셀간 간섭 최소화를 위한 서비스 존 스위칭 방법.
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