KR20100081940A - 무선 네트워크에서 중앙 디바이스에 의해 웨이크/슬리프 주기들을 스케쥴링하는 방법 - Google Patents

무선 네트워크에서 중앙 디바이스에 의해 웨이크/슬리프 주기들을 스케쥴링하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 양태에 따라서, 무선 네트워크에서 중앙 디바이스에 의해 웨이크/슬리프 사이클들을 스케쥴링하는 방법이 제공된다. 무선 네트워크는 적어도 하나의 모바일 디바이스를 포함한다. 본 방법은, 각각의 모바일 디바이스에게 웨이크/슬리프 사이클 길이를 부여하는 단계 - 웨이크/슬리프 사이클 길이는 시스템 스케쥴 사이클의 정수 배임- 와, 각각의 모바일 디바이스의 웨이크/슬리프 사이클 내에서 슬리프 주기 및 웨이크 주기를 할당하는 단계와, 그외의 모바일 디바이스들의 것들과의 웨이크 주기의 충돌을 회피하도록 각각의 모바일 디바이스의 웨이크/슬리프 사이클을 배열하는 단계를 포함한다. 본 발명은 QoS 요구 조건을 보장하고 시스템 대역폭을 효율적으로 이용하도록 각각의 MS의 최대 슬리프 사이클 주기를 유지할 수 있다.

Description

무선 네트워크에서 중앙 디바이스에 의해 웨이크/슬리프 주기들을 스케쥴링하는 방법{A METHOD FOR SCHEDULING WAKE/SLEEP CYCLES BY A CENTRAL DEVICE IN A WIRELESS NETWORK}
본 발명은 일반적으로 무선 네트워크에서의 전력 관리에 관한 것인데, 더 특정하게는 무선 네트워크에서 중앙 디바이스에 의해 웨이크/슬리프(wake/sleep) 사이클들을 스케쥴링하는 방법에 관한 것이다.
많은 모바일 응용들(예로, 모바일 TV, VOD(Voice on Demand))에 대한 주요 제약은 모바일 디바이스 배터리의 제한된 용량 및 수명이다. PDA와 같은 소형 모바일 디바이스에 있어서 무선 인터페이스에 의해 소모되는 전력 비율은 전체 시스템에 의한 소모의 절반에 이르는 것으로 보고되고 있다. 무선 인터페이스에 대한 전력 관리 모듈이 없이는, 모바일 디바이스의 에너지는 빠르게 소모될 것이다. 따라서, 무선 인터페이스의 에너지 관리는 중요한 이슈가 되고 있다.
이런 점을 고려하여, 슬리프 모드가 무선 네트워크들에 대해 제안되었는데, 슬리프 모드에서 이상적으로는 모바일 스테이션(MS)은 자신이 수신하거나 전송할 데이터가 없을 때 베이스 스테이션(BS)과의 무선 인터페이스를 꺼버림으로써 슬리프 상태로 진입하고, 자신에 대한 데이터가 있을 경우에만 웨이크 업(wake up)할 것이다. 슬리프 모드는 MS 전력 소모를 최소화하고 BS 공중 인터페이스(air interface) 리소스들의 사용을 감소시키는 것을 의도한다. 슬리프와 웨이크 업 간의 상태 천이도 에너지를 소모하기 때문에 이런 에너지 소모를 최소화하기 위해 MS의 무선 인터페이스의 상태(즉, 슬리프 또는 웨이크 업) 천이를 스케쥴링하는 것도 또한 에너지 관리의 주된 임무가 된다. 상태 천이의 빈도를 감축하기 위해서, 슬리프 모드가 예를 들어 DVB-H의 슬라이싱 기술에 의해, 버스트 방식으로 데이터를 버퍼링하고 전달하는 해법이 제시되었다.
도 1은 종래 기술의 무선 네트워크에서 MS의 전력 절감을 위해 버스트 방식을 구비한 스케쥴링 방법을 도시한 예시적 도면이다. 도1a는 도1b에 도시된 버스트 방식을 갖는 슬리프 모드와의 비교를 위해 즉시 전송 방식(immediate transmission manner)을 갖는 슬리프 모드를 도시하였다.
도 1a에 도시된 대로, MS는 슬리프 시간 슬롯들에서 슬리프 상태로 진입하고 도 1a의 펄스 부분들에 의해 표시된 웨이크 업 시간 슬롯들에서 데이터 패킷들을 보내거나 수신하도록 웨이크 업 한다. 도 1b를 참조하면, 버스트 방식을 갖는 주기적 슬리프 모드가 도시되었는데, 여기서 MS에 대한 슬리프 사이클 주기는 슬리프 윈도우와 리스닝 윈도우로 나뉘어진다. 슬리프 윈도우에서, MS는 대응하는 무선 인터페이스를 파워 오프(power off) 할 수 있거나, 또는 무선 인터페이스를 저 전력 레벨에 놓을 수 있다. 리스닝 윈도우에서, MS는 웨이크 업 하여, 즉 무선 인터페이스를 파워 온 하여 데이터 패킷들을 수신하고 및/또는 보낸다. MS에 도착하거나 MS로 향하게 되는 패킷들은 버퍼링되고, 이후 리스닝 윈도우 내에서 버스트 방식으로 전송된다.
주기적 슬리프 모드로 진입하기 전에, MS는 (물리적(PHY) 프레임 단위의) 리스닝 윈도우의 길이, 슬리프 윈도우의 길이, 및 MS가 주기적 슬리프 사이클을 그로부터 시작하는 시작 PHY 프레임에 관해 BS와 교섭한다. 도 1b에 도시된 대로, 슬리프 윈도우는 이런 MS의 최대 패킷 지연으로서 설정될 수 있다.
도 1a에 도시된 즉시 전송 방식과 비교하여, 버스트 방식을 갖는 슬리프 모드는 상태 천이들의 빈도를 확실히 감소시킬 수 있으며, 이는 다음으로 전력 소모를 감소시킨다. 그러나, 다른 한편으로는, 이런 해법은 패킷 지연의 장기화를 가져온다. IEEE 802.11 네트워크에서의 전력 소모와 패킷 지연 간의 상충은 이미 연구되어 왔다.
그러나, IEEE 802.11 전력 관리에 대한 기존의 스케쥴링 방법들은, QoS 요구조건들이 명시적으로 특정되어 있는 IEEE 802.16e와 같은 무선 네트워크에서 전력을 절감하고 또한 QoS를 보장하는 것을 동시적으로 만족시키는 것은 쉽게 이룰 수 없다.
또한, IEEE 802.16e에 대해서, 기존의 연구는 웹 브라우징 서비스에 대한 적응형 슬리프 메커니즘에 대해 또한 단일-MS 환경들에 대해 촛점을 맞출 뿐이다. 그러나, 실제 동작 환경에서는, BS의 지배 영역 내에 하나 이상의 MS가 대개 존재한다.
앞서 설명한 대로, 슬리프 모드는 MS들의 전력 절감을 위한 무선 네트워크들에서 사용된다. 슬리프 모드에 대한 충분한 정보가 IEEE 표준 "IEEE 802.16e-2005"에 주어져 있다.
BS와 연관된 다중 MS들(multiple MSs)을 갖는 무선 네트워크에서, 이런 MS들의 트래픽 전송은 서로 영향을 받게 되는데, 그 이유는 시스템 무선 리소스가 이들중의 하나의 MS에 전용되기보다는 모든 이런 MS들 중에서 공유되기 때문이다. 도 2는 종래 기술에서 다중 MS 무선 네트워크에서의 리소스 충돌을 보여주는 도면이다. 도 2에서, 세 개의 모바일 스테이션 MS1, MS2, MS3이 도시되었는데, 단일 MS 환경에 대한 전통적인 전력 효율화 스케쥴링 방법에 따라 5, 11 및 18 시간 슬롯들의 슬리프 사이클 주기들이 각각에 대해 할당된다. 각각의 슬리프 사이클 주기에서, 펄스 부분들은 이 MS에 대한 리스닝 윈도우의 시간 슬롯들을 표시한다. 슬리프 사이클 주기는 일반적으로 MS 상에서 돌아가는 애플리케이션의 최대 패킷 지연 요구 조건보다 작다. 그래서, 서비스의 QoS 요구 조건들은 보장될 수 없다.
도 2에 도시된 대로, 시간 분할 프로토콜 하에서, 하나의 시간 슬롯은 리스닝 윈도우로서 하나의 MS에 할당될 수 있을 뿐이다. 만일 시간 슬롯(10)이 그 전력 절감 스케쥴을 만족시키기 위해서 리스닝 윈도우로서 MS1에 할당되면, MS2의 스케쥴은 동시에 만족될 수 없다. 그래서, 리소스 충돌이 도2의 검은 부분들로 마킹된 바와 같이 시간 슬롯(10)에 대해 발생할 것이다. 이런 종류의 충돌은 또한 시간 슬롯들 35, 54 및 55에서 일어날 수 있다. 따라서, 다중 MS 환경에 대한 QoS 보장을 갖는 양호한 전력 절감 스케쥴링 알고리즘의 설계는 실제적 중요성이 클 뿐만 아니라 더 복잡하기도 하다.
IEEE 802.16e 네트워크에 대해서, 몇몇 스케쥴링 접근법들이 다중 MS의 전력 절감 스케쥴을 제공하면서 동시에 QoS 보장을 유지하기 위해 제안되었다.
문서 "Improving mobile station energy efficiency in IEEE 802.16e WMAN by burst scheduling, G. Fang, E. Dutkiewicz, Y. Sun, J. Zhou, J. Shi, Z. Li, IEEE Globecom, 2006" 에서 기술된 접근법 1에서, 최대 비트 레이트 요구 조건에 도달하는 가장 짧은 시간을 갖는 MS 가 주요 MS로서 선택된다. BS의 스케쥴러는 버스트에 있는 거의 모드 대역폭을 주요 MS에게 할당하고, 다른 어웨이크 상태 MS들에게는 이들의 최소 데이터 레이트 요구 조건을 보장해 주기 위한 만큼만의 대역폭을 할당한다.
접근법 1은 패킷 지연 제약들을 갖는 실시간 서비스들을 고려하지 않는다 (실시간이 아닌 서비스들에 대해서는 그런 제약이 없다). 몇몇 연구들은 이 접근법이 정적 주기적 스케쥴링 패턴을 갖는 TV와 같은 멀티캐스트 서비스들에 대해서는 에너지를 효율적으로 보존하지 못하는 것을 보여주고 있다. 또한, 이는 많은 시그널링 교환을 요구하는데, 이는 대역폭을 낭비할 뿐만 아니라 시그널링 전송 지연을 도입한다. 실시간 서비스 및 실시간이 아닌 서비스를 포함하여, 데이터 전달 서비스들의 유형들은 상기 언급한 IEEE 801.16-2005 표준에서 정의되었는데, 여기서 각각의 서비스 유형에 대한 정의 및 요구 조건에 대한 충분한 정보가 주어져 있다.
문서 "Energy efficient integrated scheduling of unicast and multicast traffic in 802.16e WMANs, Lin Tian, et.al., IEEE GLOBECOM 2007"는 전력을 절감하기 위해 주기적인 버스트 방식으로 실시간 멀티캐스트 서비스들에게 리소스들을 먼저 할당하는 것을 제안하는 접근법 2를 기술하고 있다. 이 접근법 2에서는, 잔여 리소스들은, 리소스들이 멀티캐스트-그룹-멤버 MS에게 먼저 할당되고 다음으로 유니캐스트 서비스들을 갖기만 하는 MS에게 나중에 할당되는 순서로, 실시간이 아닌 유니캐스트 서비스들에게 할당된다. 멀티캐스트-그룹-멤버 MS의 유니캐스트 서비스에 할당된 리소스는 그 멀티캐스트 서비스에 대한 리소스들에 근접하여 있다. 도 3은 접근법 2에의 전력 효율화 스케쥴링 방법을 보여주는 예시적 도면이다. 도 3a는 각각 MS1 내지 MS4에 대한 유니캐스트 및 멀티 캐스트 서비스들에 초기에 할당된 리소스들을 보여준다. 도 3b는 각각의 MS의 유니캐스트 및 멀티캐스트 서비스들에 할당된 리소스들이 서로 인접하도록 할당된다는 것을 보여준다. 사실상, 접근법 2는 모든 실시간 멀티캐스트 서비스들의 지연 제약들이 동일하다는 것을 취한다. 서로 다른 지연 제약들(예로, VoIP 및 비디오)을 갖는 다중 실시간 서비스들이 존재하는 일반적인 환경들로 이런 접근법이 확장될 수 없다.
문서 "Energy Efficient Scheduling with QoS Guarantee for IEEE 802.16e Broadband Wireless Access Networks Shih-Chang Huang,Rong-Hong Jan, Chien Chen, (2007 IWCMC)"의 접근법 3에 따르면, 다중 MS가 서로 다른 지연 제약들을 구비한 실시간 서비스들을 갖는 경우에, 공통의 슬리프 사이클 주기는 MS의 모든 서비스들 중에서 최소 지연 제약들을 선택함으로써 결정된다. 모든 MS들은 주기적으로 슬리프하고 웨이크 업하여 공통 슬리프 사이클 주기로 자신들의 데이터를 수신한다. 도 4는 접근법 3의 전력 효율화 스케쥴링 방법을 보여준다. 도 4에 도시된 대로, 본 예에서의 공통 슬리프 사이클 주기는 다섯 개의 MS, A, B, C, D 및 E에 대해 6 프레임의 길이를 갖는다. BS는 자신이 서비스하는 MS들에 대해 필요한 프레임의 수를 계산한다. 하나의 프레임 슬롯이 하나의 MS에게 할당될 수 있을 뿐이므로, BS는 첫번째 프레임에서 MS E를 스케쥴링하고, 각각 슬리프 사이클 주기 내에서의 두번째, 네번째, 다섯번째 및 여섯번째 프레임들에 대한 MS D, C, B 및 A의 시작 시간들을 지연시킨다. 이런 식으로, 할당된 프레임들은 중첩 없이, 즉 리소스 충돌 이슈 없이 스케쥴링될 수 있다
접근법 3의 이점은 이것이 간단한 스케쥴링 알고리즘을 가진다는 것이다. 그러나, 모든 MS들에 대한 공통 스케줄링 사이클을 갖게 되면, 더 큰 지연 제약을가져서 공통 사이클 주기보다 더 큰 슬리프 사이클 주기를 가지는 MS는 단일 MS 환경하에서 스케쥴링될 때보다 상태 천이를 더 빈번하게 수행해야 하는 것이 명백하다. 앞서 설명한 대로, 슬리프와 웨이크 업 간의 상태 천이는 많은 양의 에너지를 소모할 것인데, 이는 일반적으로 웨이크 업 상태에서 소모되는 하나의 슬롯의 에너지 단위보다 더 많다. 따라서, 접근법 3은 공통 스케쥴링 주기보다 더 큰 지연 제약들을 갖는 MS들에 대해서 더 많은 에너지 소모를 도입시킬 것이다.
본 발명의 일 양태에 따라서, 무선 네트워크에서 중앙 디바이스에 의해 웨이크/슬리프 사이클들을 스케쥴링하는 방법이 제공된다. 무선 네트워크는 적어도 하나의 모바일 디바이스를 포함한다. 본 방법은, 각각의 모바일 디바아스에게 웨이크/슬리프 사이클 길이를 부여하는 단계 - 웨이크/슬리프 사이클 길이는 시스템 스케쥴 사이클의 정수 배임- 와, 각각의 모바일 디바이스의 웨이크/슬리프 사이클 내에서 슬리프 주기 및 웨이크 주기를 할당하는 단계와, 그외의 모바일 디바이스들의 것들과의 웨이크 주기의 충돌을 회피하도록 각각의 모바일 디바이스의 웨이크/슬리프 사이클을 배열하는 단계를 포함한다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 모바일 디바이스의 웨이크/슬리프 사이클들을 스케쥴링하는 방법이 제공된다. 본 방법은 중앙 디바이스로부터 슬리프/웨이크 사이클에 대한 스케쥴링 데이터를 수신하는 단계 - 슬리프/웨이크 사이클 길이는 시스템 스케쥴 사이클의 정수배로서 정의됨 - 와, 스케쥴링 데이터의 함수로서 적합한 서킷(circuit)들을 슬리프하도록 웨이킹하고 설정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 여러 측면들 및 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들과 연계하여 이하의 설명을 읽어보면 명백해질 것이다.
도1은 종래 기술의 무선 네트워크에서 MS에서의 전력 절감을 위한 버스트 방식을 갖는 스케쥴링 방법을 도시하는 예시적 도면.
도2는 종래 기술의 다중 MS들의 무선 네트워크에서의 리소스 충돌을 보여주는 도면.
도3은 종래 기술의 전력 효율화 스케쥴링 방법을 도시하는 예시적 도면.
도4는 종래 기술의 또 다른 전력 효율화 스케쥴링 방법을 도시하는 예시적 도면.
도5는 본 발명의 원리에 따른 스케쥴링 방법의 실시예를 도시하는 예시적 도면.
도6은 전력 절감 스케쥴링 방법의 일 실시예의 수순을 도시하는 흐름도.
도7은 MS들의 슬리프 사이클 주기들을 조정하는 방법의 수순을 도시하는 흐름도.
이하의 설명에서, 본 발명의 실시예의 여러 양태들이 설명될 것이다. 설명 목적을 위해서, 특정의 구성 및 상세 사항들이 철저한 이해를 도모하기 위해서 제시되었다. 그러나, 본 발명이 여기 제시된 특정의 상세 사항들 없이도 실시될 수 있다는 점은 당업자에게 명백할 것이다.
상기 접근법들의 단점을 고려하여, 무선 네트워크에서 여러 유형의 서비스들을 갖는 다중 MS들에 대한 전력 효율화 스케쥴링 방법이 본 발명의 실시예에 따라서 제공된다. 본 방법의 일반적 개념에 따라서, 상대적으로 정적인 서비스 스케쥴 패턴이 처음 설계되어 실시간 서비스들을 갖는 MS들의 전력 소모를 줄이고 또한 이들의 최소 QoS 요구 조건을 만족시킨다. 실시간 서비스들을 갖는 모든 MS의 최소 QoS 레이트 및 최대 지연은 각각의 서비스 확립 단계에서 초기에 교섭되기 때문에, 서비스 스케쥴러의 관점에서 볼 때 이는 미리 알려진 트래픽으로서 간주될 수 있다. 또한, 예측가능하지 않은 트래픽(예로, 웹 브라우징 및 FTP 다운로드에 의한 트래픽)은 잔여 시스템 리소스들을 충분히 활용하고 또한 동시에 공정성(fairness) 및 전력 소모 감소를 획득하기 위해서 온 더 플라이(on the fly)로 스케쥴링된다.
실시간 서비스들을 갖는 MS들을 스케쥴링하는 데에는, 도 2에서 설명한 대로, 리소스 충돌 문제가 있다. 본 실시예의 방법에 따르면, 시스템 기준 사이클 주기가 먼저 결정된다. 이후 각각의 MS에 대한 스케쥴링 사이클 주기가 시스템 기준 사이클의 주기의 정수 배로서 설정된다. 슬리프 윈도우 및 웨이크 윈도우는 각각의 모바일 다바이스에서의 웨이크/슬리프 사이클 내에서 할당되고, 또한 모든 MS들의 스케쥴링 사이클 주기는 서로 간에 웨이크 윈도우들의 충돌을 회피하도록 배열된다. 이 해법에 따르면, 스케쥴링 시작시에, 각각의 MS의 슬리프 모드의 시작 프레임은 가능한 리소스 충돌을 회피하기 위해서 하나의 시스템 스케쥴링 사이클 내에서 조정된다. 즉, 일단 리소스 충돌 문제가 스케쥴링의 시작에서 해결되었으므로, 리소스 충돌의 관점에서 볼 때 후속하는 스케쥴링 사이클들에서 더 이상의 스케쥴링이 필요하지 않다.
본 실시예에서, 시스템 기준은 실시간 서비스들을 갖는 모든 MS들의 지연 제약들의 최소 값보다 작을 것이다. MS의 "지연 제약"은 MS상에서 돌아가는 모든 실시간 서비스들 중에서 최대 지연 제약으로서 정의될 수 있다.
MS의 스케쥴링 사이클 주기는 가능한 대로 크게 설정될 수 있지만 그 최대 지연 제약보다는 작을 수 있다. 또한, 각각의 MS는 만일 웨이크 윈도우가 다른 MS들의 것들과 충돌하지 않는다면, 가능한 한 크게 자신의 슬리프 윈도우를 유지하도록 설정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 원리에 따른 스케쥴링 방법의 실시예를 도시하였는데, 이는 QoS 요구 조건을 보장하고 또한 시스템 대역폭을 효율적으로 활용하기 위해서 각각의 MS의 최대 슬리프 사이클 주기를 유지하는 것을 목표로 한다.
세 개의 MS들에 대한 스케쥴링은, 도 2의 경우와 유사한데, 도 5a에 도시되었다. 도 5a에 도시된 대로, 세 개의 MS들의 슬리프 사이클 주기들은 시스템 스케쥴링 사이클의 정수 배로서 설정되는데, 예를 들어 이 경우에는 5 시간 슬롯(time slot)들로서 설정된다. 한 예로서, MS1의 슬리프 사이클 주기는 5 시간 슬롯들로서 설정되는데, 이는 도 2에 도시된 것과 같다. MS2 및 MS3 의 슬리프 사이클 주기들은, 도 2의 종래 기술에서 도시된 11 및 18 시간 슬롯들로부터 변화되어, 본 발명의 실시예에 따라서 각각 10 및 15 시간 슬롯들이 되었다.
상기 실시예에서, 모든 MS들 중의 최대 지연 제약들의 최소값은, 이 경우에는 5 시간 슬롯들이 되는데, 시스템 스케쥴링 사이클 주기로서 설정된다. 각각의 MS의 스케쥴링 사이클 주기는 시스템 스케쥴링 사이클 주기의 최대 정수배인데, 이는 그 최대 지연 제약보다 작다. 그에 따라, 각각의 MS의 QoS 보장된 트래픽을 수신하기 위한 리스닝 윈도우가 계산될 수 있다. 각각의 MS의 시스템 스케쥴링 사이클 및 스케쥴링 사이클 주기를 선택하는 방법에 대한 상세 사항들이 도 6을 참조하여 이후 설명될 것이다.
이후, 예로서, 제1 최소 스케쥴링 사이클에서, 각각의 MS의 슬리프 사이클 주기의 시작 프레임은 리소스 충돌을 회피하도록 배열된다. 그 결과, 이후의 스케쥴링 사이클들에서는 어떤 리소스 충돌도 없다.
본 실시예에 따라, 하나 이상의 스테이션, 즉, 도 5b에 도시된 바와 같은 MS4가 시스템에 들어오면, 도 5a의 스케쥴링 스킴은 새로운 트래픽을 수용하지 못할 수 있다. 시스템 대역폭을 완전히 이용하기 위해, 또는 대안으로, 시스템 용량을 최대화하기 위해, 보다 큰 슬리프 사이클 주기를 갖는 몇몇 MS들이 단축(shorten)될 수 있다. 도 5c에서, 예로서, MS2의 스케쥴링 사이클 주기는 10 프레임에서 5 프레임으로 단축되고, 그에 대응하여 자신의 리스닝 윈도우는 2 프레임에서 1 프레임으로 단축된다. 결과적으로, 도 5c의 제1 시스템 사이클 주기에서 MS4를 배열하기 위한 리소스의 한 프레임이 MS2에 의해 릴리스(release)된다. 기존의 MS들에 대한 이러한 사소한 변화 및 새로 들어오는 MS4의 스케쥴링 사이클 주기를 5 프레임으로 설정하게 되면, MS4의 트래픽이 시스템에 수용될 수 있고, 한편, 이들 MS의 전력 소모가 감소될 수 있다. 원래 보다 큰 슬리프 주기를 갖는 MS2는 MS4가 시스템에 결합하도록 이런 주기로 감소되고, 이에 의해 시스템 리소스들은 완전히 그리고 공정하게 이용되고 동시에 전력 소모 또한 감소될 수 있다.
본 실시예의 일 양상에 따라, 각각의 MS의 슬리프 사이클 주기는 초기에 결정되는 한 유지될 수 있다. 부가하여, 시그널링 오버헤드는 합리적인 레벨에서 유지될 수 있다. 실시간 서비스들에 대한 슬리프 파라미터들(슬리프 주기, 리스닝 윈도우 및 시작 프레임)은 스케쥴러와 각각의 MS 간에 단 한번 교환되고, 이는 최소량의 시그널링 오버헤드를 도입한다.
도 6은 전력 절약 스케쥴링 방법의 일 실시예의 수순을 도시하는 플로 차트이다. 설명의 편의를 위해, 이후 사용되는 표기들의 의미가 표 1에 주어져 있다. 서로 다른 유형들의 서비스들 및 그들의 QoS 요구 조건들이 표 2에 주어져 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
첫번째로, BS의 영역에 있는 모든 MS들은 그들이 갖고 있는 서비스들의 우선 순위에 따라 두 개의 세트로 분류된다. 본 실시예에서, 예로서, 실시간 서비스는 높은 우선 순위를 갖고 비-실시간(non-real-time) 서비스는 더 낮은 우선 순위를 갖는다. 따라서,
Figure pat00003
로서 정의된 한 세트는 실시간 서비스들을 갖는 MS들을 포함하고,
Figure pat00004
로서 정의된 다른 세트는 나머지 MS들을 포함한다. 세트
Figure pat00005
에서 MS들의 전력 소모를 줄이고 자신들의 최소 QoS 요구 조건(또는 "QoS 레이트")를 만족시키기 위해 상대적으로 정적인 서비스 스케쥴 패턴이 설계될 수 있다. 또한, 예측가능하지 않은 "비-QoS(non-QoS) 레이트" 트래픽은 온 더 플라이로 스케쥴링되어 나머지 시스템 리소스들을 완전히 이용하고 공정성과 감소된 전력 소모를 동시에 달성한다.
여기에서, "QoS 레이트"는 QoS 보장에 대한 순간 레이트 요구 조건들로서 정의된다:
Figure pat00006
여기에서,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
는 비상 데이터를 전송하기 위한 레이트 및 접속
Figure pat00009
에 대한 모든 버퍼링된 데이터를 전송하기 위한 레이트를 정의한다. 비상 데이터는 대기 주기가
Figure pat00010
를 초과하는 데이터이다. 따라서, 접속의 "비-QoS 레이트"는 다음과 같이 정의된다.
Figure pat00011
"비-QoS 레이트" 트래픽들은 rtPS 트래픽의 부분들을, 및 모든 nrtPS 및 BE 데이터를 포함한다.
다음에, 상기 방법은 첫번째로 실시간 서비스들을 갖는 MS들에 대한 정적인 스케쥴링 스테이지로 진행하고, 다음의 단계들, 즉, (a) 시스템 스케쥴링 사이클을 결정하는 단계; (b) 슬리프 사이클 주기를 가능한 한 크게 하고 또한 리소스 충돌을 피하기 위해 각각의 MS의 슬리프 사이클 주기 및 리스닝 윈도우를 결정하는 단계; 및 (c) 리소스 충돌을 피하기 위해 제1 시스템 스케쥴링 주기에서 각각의 MS의 슬리프 모드의 시작 시간을 조정하는 단계를 포함한다.
단계 (a)의 한 예로서, 시스템 스케쥴링 사이클은, 다음의 수학식 1에 주어지는 바와 같이, 세트 A 내의 모든 MS들 중에서 최소 지연 제약들일 수 있다.
Figure pat00012
단계 (b)에 대해서, 각각의 MS의 슬리프 사이클 주기 및 리스닝 윈도우는 다음의 수학식 2와 수학식 3에 의해 주어질 수 있다.
실시간 서비스들를 갖는 MS의 스케쥴링 사이클인
Figure pat00013
는 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00014
MS의 스케쥴링 사이클은 세트 A 내의 MS의 슬리프 사이클 주기로서 사용된다. A 내의 MS의 리스닝 윈도우,
Figure pat00015
는 다음과 같이 정의된다.
Figure pat00016
수학식 3에서, MS에 할당된 프레임들의 수는 프레임의 최소 용량에 기초하여 계산된다. 이것은, MS와 BS 간의 채널 조건이 더 좋아질 때 프레임의 용량이 좋아질 수 있기 때문에 예측할 수 없는 트래픽들의 조정 및 스케쥴링에 대한 여지를 준다. 게다가, 실시간 서비스들(UGS, rtPS)을 갖는 MS들의 주기적 웨이크 업이 불가피하기 때문에, nrtPS 접속들의 "QoS 레이트"를 또한 전송하기 위해 각각의 리스닝 윈도우를 완전히 이용하는 것이 더 좋다.
따라서, MS의 슬리프 윈도우는,
Figure pat00017
(프레임들)
전술한 바와 같이, 제1 시스템 스케쥴링 주기에서 각각의 MS의 슬리프 모드의 시작 시간은 리소스 충돌을 피하기 위해 단계 (c)에 의해 조정된다. 제1 시스템 스케쥴링 주기에서의 충돌은 없기 때문에, 그 다음의 모든 스케쥴링 사이클들에서의 충돌도 없을 것이다.
특정하게는, 실시간 서비스들을 갖는 MS의 슬리프 사이클 주기,
Figure pat00018
는 다음과 같이 정의된다.
Figure pat00019
(프레임들)
Figure pat00020
수학식 1에 따라, 시스템 스케쥴링 사이클은 세트 A 내의 모든 MS 중에서 최소 지연 제약들일 수 있다. 대안으로서, 시스템 스케쥴링 사이클 주기 및 각각의 MS의 스케쥴링 사이클 주기의 최적값은 전력 효율 함수를 결합하여(jointly) 최적화함으로써 얻어질 수 있다. 특정하게는, MS m의 스케쥴링 사이클인
Figure pat00021
를, MS의 독립적인 슬리프 사이클 주기보다 더 크지 않게 되는 제약 하에서 시스템 스케쥴링 사이클 주기의 정수배가 되도록 하자. 즉, 수학적으로는 다음의 수학식 4와 같다.
Figure pat00022
여기에서, 정수
Figure pat00023
은
Figure pat00024
를 만족한다.
분명하게,
Figure pat00025
일 때, 수학식 5는 수학식 2와 동일하게 된다. 전력 효율 함수
Figure pat00026
는 두 개의 변수,
Figure pat00027
및 변수 세트
Figure pat00028
,
Figure pat00029
를 갖는다. 최적 시스템 스케쥴링 사이클 주기
Figure pat00030
및 모든 MS들의 최적 스케쥴링 사이클 주기
Figure pat00031
는 다음의 수학식 5와 같이 전력 효율 함수를 최대화함으로써 얻어진다.
Figure pat00032
MS들의 총 트래픽이 시스템 용량 내에 있는 한, 최적 해법 쌍은 수학식 5를 해결함으로써 얻어질 수 있다. 열거(enumeration)가 최적 해법을 찾기 위한 간단한 방법이다. 그러나, 변수 공간이 클 때, 열거법은 계산 소모적일 수 있고, 수학식 1, 수학식 2 및 수학식 5와 같은 몇몇 휴리스틱(heuristic) 알고리즘들이 대안으로 사용될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같은 방법에서, 새로운 MS들의 결합 때문에 MS들의 수가 증가하게 될 때, 단계(a)와 단계(b)에서 설정된, 큰 슬리프 사이클 주기들을 갖는 MS들의 슬리프 사이클들은 보다 많은 MS들을 수용하기 위해 시스템 대역폭을 완전히 이용하도록 단축될 수 있다. 슬리프 사이클을 조정하기 위한 알고리즘의 일 예가 도 7에 도시되어 있는데, 이는 이후 더 상세히 설명될 것이다.
다음에, 상기 방법은 스케쥴러가 나머지 산발적인(sporadic) 리소스들을 "비-QoS" 트래픽들에 할당하는 온-더-플라이 스케쥴링 스테이지로 진행된다. 온-더-플라이 스케쥴링은 다음의 단계들, 즉, (c) 프레임이 정적인 스테이지에서 할당되진 않았지만 자신의 인접한 MS가 세트 A 내에 있고 전송 대기중인 데이터를 갖고 있다면, 서비스들의 우선 순위에 따라 그리고 그 다음 공정성 원리에 따라 그 프레임을 자신의 인접한 MS에 할당하는 단계; 및 공정성 수치가 임계치보다 높으면, 전송 대기 중인 다른 MS들의 비-QoS 트래픽들에 대해 그 프레임을 릴리스하는 단계; (d) 우선 순위, 공정성 수치 및 MS의 채널 조건에 따라 프레임을 rtPS의 비-QoS 트래픽, nrtPS 및 BE 서비스들에 할당하는 단계; 전송 대기 중인 트랙픽이 없다면, 프레임을 비할당 상태로 두는 단계; (e) 동일한 조건(예를 들면, 우선 순위)의 서비스들을 갖는 세트
Figure pat00033
내에 몇 개의 MS들이 있을 때, 리소스를 양호한 채널 조건들을 갖는 MS들에게 할당하는 단계를 포함한다. 논리적 근거는, 전송 에러가 높으면, 데이터를 수신하도록 웨이크 업하는 것은 실제적으로 MS 전력의 낭비라는 것이다.
이제 도 7을 참조하면, 도 7은 더 많은 MS들을 수용하고 동시에 각각의 MS가 자신의 슬리프 사이클을 가능한 한 길게 유지하도록 시스템 대역폭을 완전히 이용하기 위해 더 큰 슬리프 사이클들을 갖는 MS들의 슬리프 사이클 주기를 조정하기 위한 방법의 수순을 도시한다. 특정하게는, 세트 A 내의 각각의 MS들의 리스닝 윈도우들이, 수학식 4에 도시된 바와 같이, 하나의 시스템 스케쥴링 사이클 주기에서 리소스 충돌없이 스케쥴링될 수 없다면, 몇몇 MS들의 슬리프 사이클 주기는 단축되어야 한다.
Figure pat00034
여기에서,
Figure pat00035
는 세트 A 내의 MS들의 수를 나타낸다.
MS들의 슬리프 사이클 주기의 조정을 위해, 몇 개의 문제들, 예를 들면, 어떤 MS(들)가 영향을 받을 것인지 그리고 얼마나 많은 프레임들이 자신들의 슬리프 사이클 주기를 조정해야 하는지가 고려되어야 한다. 선택들이 다르면 전력-절약성능도 다르게 될 수 있다. 도 7에 도시된 알고리즘에서, 슬리프 사이클 주기는 처음에는 하나의 시스템 스케쥴링 주기만큼 단축되고, 다음에는 두 개의 시스템 스케쥴링 주기 만큼 단축되는 것과 같이 된다. 슬리프 사이클 주기의 각각의 반복(iteration) 조정시에, 더 큰 리스닝 윈도우를 갖는 MS들이 우선적으로 고려될 것이다. 자신의 슬리프 주기가 단축될 때 리소스의 하나의 유닛(예를 들면, 하나의 프레임)을 릴리스할 수 있는 MS가 자신의 슬리프 주기를 변경하기 위해 우선적으로 선택되고, 리소스의 하나의 유닛을 릴리스할 수 없는 MS는 자신의 슬리프 주기를 변경하지 않을 것이다. 반복은 모든 MS들이 시스템에 의해 수용될 수 있을 때 정지할 것이다. 세트 A의 모든 MS들의 슬리프 주기가 시스템 스케쥴링 주기까지 단축되었고 수학식 4의 조건이 여전히 만족될 수 없다면, 시스템은 새로 온 MS(들)을 거절해야 할 것이다.
첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 예시적인 실시예들에 다양한 수정들이 가해질 수 있고 다른 배치들이 안출될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (9)

  1. 적어도 하나의 모바일 디바이스를 포함하는 무선 네트워크 내에서 중앙 디바이스에 의해 웨이크/슬리프(wake/sleep) 사이클들을 스케쥴링하는 방법으로서,
    각각의 모바일 디바이스에게 웨이크/슬리프 사이클 길이를 부여하는 단계 - 상기 웨이크/슬리프 사이클 길이는 시스템 스케쥴 사이클의 정수 배임- 와,
    각각의 모바일 디바이스의 웨이크/슬리프 사이클 내에서 슬리프 주기 및 웨이크 주기를 할당하는 단계와,
    다른 모바일 디바이스들의 것들과의 웨이크 주기의 충돌을 회피하도록 각각의 모바일 디바이스의 웨이크/슬리프 사이클을 배열하는 단계
    를 포함하는 스케쥴링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 모바일 디바이스의 웨이크/슬리프 사이클을 배열하는 단계는, 다른 모바일 디바이스들의 것들과의 웨이크 주기의 충돌을 회피하도록 각각의 모바일 디바이스의 웨이크/슬리프 사이클의 시작 시간을 조정하는 단계를 포함하는 스케쥴링 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    하나 또는 그 이상의 모바일 디바이스들은 높은 우선 순위를 갖는 서비스를 갖는 스케쥴링 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    실시간 서비스는 상기 높은 우선 순위를 갖는 스케쥴링 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    실시간 서비스를 갖는 모든 모바일 디바이스들 중에서 실시간 서비스에 대한 지연 제약의 최소값이 시스템 기준 사이클로서 설정되는 스케쥴링 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    실시간 서비스를 갖는 모바일 디바이스의 웨이크/슬리프 사이클 길이는 모바일 디바이스의 실시간 서비스에 대한 최대 지연 요구 조건보다 더 크지 않은 제약 하에서 시스템 기준 사이클의 최대 정수배로서 부여되는 스케쥴링 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    모바일 디바이스의 웨이크 주기는 모바일 디바이스의 실시간 서비스의 QoS 요구 조건에 기초하여 설정되는 스케쥴링 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    새로운 모바일 디바이스들이 중앙 디바이스와 연관될 때, 보다 큰 웨이크/슬립 사이클 길이들을 갖는 하나 또는 그 이상의 모바일 디바이스들의 웨이크/슬리프 사이클 길이들을, 시스템 기준 사이클의 더 작은 정수배로 변경하는 단계를 더 포함하는 스케쥴링 방법.
  9. 모바일 디바이스의 웨이크/슬리프 사이클들을 스케쥴링하는 방법으로서,
    중앙 디바이스로부터 슬리프/웨이크 사이클에 대한 스케쥴링 데이터를 수신하는 단계 - 슬리프/웨이크 사이클 길이는 시스템 스케쥴 사이클의 정수배로서 정의됨 - 와,
    스케쥴링 데이터의 함수로서 적합한 서킷(circuit)들을 슬리프하도록 웨이킹하고 설정하는 단계
    를 포함하는 스케쥴링 방법.
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