KR20080092654A

KR20080092654A - 광대역 무선 접속 시스템에서 상향링크 대역폭 요청 장치및 방법

Info

Publication number: KR20080092654A
Application number: KR20070036253A
Authority: KR
Inventors: 박은찬; 김한석; 김재영
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-04-13
Filing date: 2007-04-13
Publication date: 2008-10-16
Also published as: CN101287299A; JP2008263611A; US20080253325A1; EP1981225A1

Abstract

본 발명은 광대역 무선 접속 시스템에서 상향링크 대역폭 요청 장치 및 방법에 관한 것으로서, 대역폭 요구 장치 내 큐의 실제 크기를 확인하고, 상기 확인된 실제 크기와 목표 크기의 차이를 이용하여 요청 대역폭의 크기를 계산하는 큐 크기 제어기와, 상기 큐의 크기 변화 속도를 추정하는 큐 변화 속도 감지기와, 상기 추정된 큐 크기 변화 속도에 비례하도록 요청 대역폭의 크기를 계산하는 큐 변화 속도 제어기와, 상기 계산된 두 요청 대역폭의 크기 값들을 합산하여 최종 추가 요청 대역폭의 크기를 결정하는 최종 추가 요청 대역폭 크기 결정기를 포함하여, 요구 대역폭을 빠르고 정확하게 예측하고 요청 지연을 감소시켜 최소의 대역폭을 이용하여 서비스 품질을 보장할 수 있는 이점이 있다.

상향링크, 대역폭, 시간 지연, 대역폭 요청, ertPS

Description

광대역 무선 접속 시스템에서 상향링크 대역폭 요청 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR UPLINK BANDWIDTH REQUEST IN BROADBAND WIRELESS ACCESS SYSTEM}

도 1은 본 발명에 따른 광대역 무선 접속 시스템에서 상향링크 대역폭 요청 장치를 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선 접속 시스템에서 상향링크 대역폭 요청 방법을 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선 접속 시스템에서 상향링크 대역폭 할당 방법을 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선 접속 시스템에서 요청 대역폭의 크기 계산 방법을 도시한 도면,

도 5는 종래 기술과 본 발명에서 제안한 알고리즘의 큐의 크기 변화를 비교 도시한 도면, 및

도 6은 본 발명에서 제안한 알고리즘의 패킷 도착 속도 및 큐의 서비스 속도를 비교 도시한 도면.

본 발명은 광대역 무선 접속 시스템에서 상향링크 대역폭 요청 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 큐의 크기뿐만 아니라 큐의 크기 변화 속도를 고려하여 대역폭을 빠르고 정확하게 예측함으로써 시간 지연에 관한 서비스 품질을 만족시키면서 효율적으로 상향링크 대역폭을 요청하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

IEEE 802.16e 표준에서는 전송 지연 시간, 지터, 최소 요구 전송 속도 등과 같은 서비스 요구 사항에 따라 서비스를 여러 가지로 분류하고, 서로 다른 요구사항을 가지는 서비스의 품질을 만족시키기 위해 다음과 같은 몇가지 형태의 스케줄링 및 상향 링크 대역폭 관리/할당 메커니즘을 정의하고 있다.

먼저, UGS(Unsolicited Grant Service)는 단말의 요청없이 기지국이 일정한 주기마다 일정한 크기의 대역폭을 단말에게 할당하는 서비스로서 VoIP(Voice over Internet Protocol)와 같은 응용프로그램을 위한 스케줄링 방식이다.

다음으로, rtPS(real-time Polling Service)는 비디오 스트리밍과 같이 일정한 주기마다 가변적인 크기의 패킷을 발생시키는 서비스를 위한 대역폭 요청 및 스케줄링 방식이다. 상기 방식에서 기지국은 일정 주기마다 단말로 대역폭 요청을 위한 폴링을 발생시키고, 이때, 상기 단말은 서비스를 위해 요구되는 크기의 대역폭을 상기 기지국으로 요청하며, 이에 따라 상기 기지국은 이를 해당 단말에게 할당한다.

다음으로, ertPS(extended real-time Polling Service)는 IEEE 802.16e에서 새롭게 정의된 방식으로서, 상기 UGS와 rtPS의 장점을 결합한 대역폭 요청/할당 방식이다. 즉, 상기 방식은 기본적으로 단말의 요청없이 일정한 주기마다 일정한 크기의 대역폭을 기지국이 단말에게 할당하며, 단말의 추가 요청에 따라 할당하는 대역폭의 크기를 증가/감소시킬 수 있다. 따라서, 전송 속도가 가변인 실시간 응용프로그램, 예를 들어, 묵음을 억제한 VoIP 서비스 또는 멀티미디어 서비스에 적합하고, 상기 UGS 방식에 비해 대역폭 활용이 효율적이며, 대역폭 요청을 위한 폴링없이 피기백(piggy-back) 방식으로 대역폭을 요청할 수 있기 때문에 상기 rtPS에 비해 전송 지연을 줄일 수 있는 이점이 있다.

그 외에, 비실시간 응용프로그램을 위한 대역폭 요청/할당 방식으로서, 최소 요구 전송 속도를 보장할 수 있도록 폴링을 통해 대역폭을 요청하는 nrtPS(non-real-time Polling Service)와 아무런 서비스 요구사항을 가지는 않는 서비스를 위한 방식인 BE(Best Effort)가 있다.

이와 같이, IEEE 802.16e 표준에서는 가변 전송 속도를 가지는 실시간 트래픽에 대한 효율적인 상향링크 대역폭 요청/할당을 위해 상기 ertPS 스케줄링 방식이 정의되어 있다. 그러나, 데이터 전송률의 변화 감지 방법 또는 대역폭 변동 요청 방법에 관한 구체적인 방법은 정의되어 있지 않다. 따라서, 상기 방법의 정의가 필요하다.

본 발명의 목적은 광대역 무선 접속 시스템에서 상향링크 대역폭 요청 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 광대역 무선 접속 시스템에서 시간 지연에 관한 서비스 품질을 만족시키면서 효율적으로 상향링크 대역폭을 요청하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 광대역 무선 접속 시스템에서 ertPS 스케줄링 방식에서 큐의 크기뿐만 아니라 큐의 크기 변화 속도를 이용하여 대역폭 증감을 판단하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 광대역 무선 접속 시스템에서 상향링크 대역폭 요청 장치는, 대역폭 요구 장치 내 큐의 실제 크기를 확인하고, 상기 확인된 실제 크기와 목표 크기의 차이를 이용하여 요청 대역폭의 크기를 계산하는 큐 크기 제어기와, 상기 큐의 크기 변화 속도를 추정하는 큐 변화 속도 감지기와, 상기 추정된 큐 크기 변화 속도에 비례하도록 요청 대역폭의 크기를 계산하는 큐 변화 속도 제어기와, 상기 계산된 두 요청 대역폭의 크기 값들을 합산하여 최종 추가 요청 대역폭의 크기를 결정하는 최종 추가 요청 대역폭 크기 결정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 광대역 무선 접속 시스템에서 상향링크 대역폭 할당 장치는, 대역폭 요구 장치로부터 추가 요청 대역폭의 크기 정보를 수신하고, 이전 할당량과 함께 상기 추가로 요청받은 크기만큼의 대역폭을 상기 대역폭 요구 장치로 할당하는 상향링크 스케줄러와, 상기 할당된 대 역폭을 통해 데이터를 수신하는 데이터 수신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 광대역 무선 접속 시스템에서 상향링크 대역폭 요청 방법은, 대역폭 요구 장치 내 큐의 실제 크기를 관찰하고, 상기 큐의 크기 변화 속도를 추정하는 과정과, 상기 큐의 목표 크기와 실제 크기의 차이를 이용하여 요청 대역폭의 크기를 계산하는 과정과, 상기 큐의 크기 변화 속도에 비례하도록 요청 대역폭의 크기를 계산하는 과정과, 상기 계산된 두 요청 대역폭의 크기 값들을 합산하여 최종 추가 요청 대역폭의 크기를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 광대역 무선 접속 시스템에서 상향링크 대역폭 할당 방법은, 대역폭 요구 장치로부터 추가 요청 대역폭의 크기 정보를 수신하는 과정과, 이전 할당량과 함께 상기 추가로 요청받은 크기만큼의 대역폭을 상기 대역폭 요구 장치로 대역폭을 할당하는 과정과, 상기 할당된 대역폭을 통해 상기 대역폭 요구 장치로부터 상향링크 데이터를 수신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 본 발명은 광대역 무선 접속 시스템에서 상향링크 대역폭 요청 장치 및 방법에 관한 것이다. 이하 설명에서, 대역폭 요구 장치는 단말로 구현되고, 대역폭 할당 장치는 기지국으로 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광대역 무선 접속 시스템에서 상향링크 대역폭 요청 장치를 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 상기 상향링크 대역폭 요청 장치는 대역폭 요구(Bandwidth request) 장치(100), 대역폭 할당(Bandwidth allocation) 장치(120)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 대역폭 요구 장치(100)는 큐(Queue)(102), 큐 크기 제어기(Queue size controller)(104), 최종 추가 요청 대역폭 크기 결정기(106), 큐 변화 속도 감지기(108), 큐 변화 속도 제어기(Rate controller)(110)를 포함하여 구성되며, 상기 대역폭 할당 장치(120)는 상향링크 스케줄러(Uplink scheduler)(122)를 포함하여 구성된다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 대역폭 요구 장치(100)의 큐(102)는 입력되는 상향링크 데이터를 큐잉하고, 상기 큐잉된 데이터를 상기 대역폭 할당 장치(120)로부터 할당된 대역폭만큼 서비스하도록 프로세서로 출력한다.

상기 큐 크기 제어기(104)는 상기 큐(102)의 현재 크기를 관찰하고, 상기 큐(102)의 원하는 목표 크기

와 상기 관찰된 실제 크기

의 차이, 즉

를 이용하여 요청 대역폭의 크기

를 계산하며, 상기 계산된 요청 대역폭의 크기를 상기 최종 추가 요청 대역폭 크기 결정기(106)로 출력한다. 여기서, 상기 요청 대역폭 크기는 이전 요청 대역폭의 크기에 대한 증감분을 나타낸다.

상기 큐 변화 속도 감지기(108)는 상기 큐(102)의 입력 속도, 즉 패킷 도착 속도 a(t)와 서비스 속도 s(t)의 차이를 계산하여 상기 큐(102)의 크기 변화 속도

를 추정하고, 상기 추정된 큐 크기 변화 속도를 상기 큐 변화 속도 제어기(110)로 출력한다.

상기 큐 변화 속도 제어기(110)는 상기 큐 크기 변화 속도

에 비례하도록 요청 대역폭의 크기를 계산하고, 상기 계산된 요청 대역폭의 크기를 상기 최종 추가 요청 대역폭 크기 결정기(106)로 출력한다.

상기 최종 추가 요청 대역폭 크기 결정기(106)는 상기 큐 크기 제어기(104)와 큐 변화 속도 제어기(110)로부터 입력되는 요청 대역폭의 크기 값들을 합산하여 최종 추가 요청 대역폭의 크기를 결정하고, 상기 결정된 최종 추가 요청 대역폭의 크기 정보를 상기 대역폭 할당 장치(120)로 전송한다. 여기서, 상기 최종 추가 요청 대역폭 크기 정보의 전송 방법에는 여러 가지가 가능하며, 예를 들어, 상향 전송 패킷에 피기백(piggyback)하여 전송할 수 있다.

상기 대역폭 할당 장치(120)의 상향링크 스케줄러(122)는 상기 대역폭 요구 장치(100)로부터 최종 추가 요청 대역폭의 크기 정보를 수신하고, 상향링크 스케줄링을 통해 상기 수신된 정보를 이용하여 상기 대역폭 요구 장치(100)로 대역폭을 할당한다. 이때, 상기 할당되는 대역폭의 양은 0보다 작지 않도록 한다. 이후, 데이터 수신부(도시하지 않음)는 상기 할당된 대역폭을 통해 상향링크 데이터를 수신한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선 접속 시스템에서 상향링크 대역폭 요청 방법을 도시한 도면이다.

상기 도 2를 참조하면, 대역폭 요구 장치는 201단계에서 큐의 현재 크기

를 관찰하고, 상기 큐의 패킷 도착 속도 a(t)와 서비스 속도 s(t)의 차이를 계산하여 상기 큐의 크기 변화 속도

를 추정한 후, 203단계에서 상기 현재 큐의 크기

와 원하는 목표 크기

와의 차이를 이용하여 요청 대역폭의 크기

를 계산한다. 여기서, 상기 요청 대역폭 크기는 이전 요청 대역폭의 크기에 대한 증감분을 나타낸다.

여기서, 상기 요청 대역폭의 크기는 다양한 방식으로 계산할 수 있다. 예를 들어, 도 4의 (a)와 같이, 목표 크기보다 소정 크기만큼 큰 값을 상위 임계값(threshold)

로 설정하고, 상기 목표 크기보다 소정 크기만큼 작은 값을 하위 임계값

으로 설정하여, 현재 큐의 크기가 상기 상위 임계값을 초과하면 이전 요청 대역폭의 크기에 대해 Δ+ 만큼의 추가 대역폭을 요청하고, 현재 큐의 크기가 하위 임계값 미만이면 이전 요청 대역폭의 크기에 대해 Δ- 만큼의 대역폭 감소를 요청할 수 있다. 이때, 큐의 현재 크기와 목표 크기의 차이가 작아 현재 큐의 크기가 상/하위 임계값 사이에 존재하면, 대역폭 변경을 요청하지 않는다.

다른 예로, 상기 도 4의 (b)와 같이, 현재 큐와 목표 큐의 크기 오차에 비례하는 대역폭을 요청할 수 있다. 즉, 현재 큐의 크기가 목표 크기보다 현저히 큰 경우(할당받은 대역폭이 충분하지 못해, 큐에 패킷이 많이 쌓여 있는 경우), 목표 크기와의 차이에 비례하여 추가적인 대역폭을 요청하고, 반대로, 과도한 대역폭이 할당되어 현재 큐의 크기가 목표 크기보다 작은 경우, 그 차이에 비례하여 대역폭 할당 감소를 요청할 수 있다. 상기 방식은 위의 (a)방식에 비해, 현재 큐의 크기가 목표 크기로 빠르게 수렴할 수 있다.

또 다른 예로, 상기 도 4의 (c)와 같이, 상기 (a)와 (b)를 조합하여 대역폭을 요청할 수 있다. 즉, 큐의 크기 오차에 비례하여 대역폭 요청을 계산하되, 큐의 현재 크기와 목표 크기의 차이가 작을 경우, 즉 현재 큐의 크기가 상/하위 임계값 사이에 존재하는 경우, 대역폭 변경을 요청하지 않을 수 있는 방식을 사용할 수 있다. 이로써, 불필요한 잦은 대역폭 요청을 피할 수 있다.

하지만, 상기와 같은 큐의 크기 제어만으로는 패킷 도착 속도의 빠른 변화에 대응하여 현재 큐의 크기를 원하는 목표 크기에 빠르게 수렴시킬 수 없다. 따라서, 본 발명에서는 큐 오차의 빠른 수렴을 위해 큐의 크기 변화 속도에 기반한 추가적인 제어를 수행하여 요청 대역폭의 크기를 계산한다. 다시 말해, 상기 대역폭 요구 장치는 205단계에서 상기 추정한 큐의 크기 변화 속도

를 이용하여 요청 대역폭의 크기

를 계산한다.

여기서, 상기 요청 대역폭의 크기는 큐의 크기 변화 속도

에 비례하도록 계산할 수 있으며, 이는 하기 <수학식 1>과 같이 계산할 수 있다.

여기서, 함수 g()는 상기 도 4와 같이 여러가지 형태를 취할 수 있다. 또한, 상기 큐의 크기 변화속도는 하기 <수학식 2>와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 상기 a(t)는 큐의 입력 속도, 즉 패킷 도착 속도를 의미하고, 상기 s(t)는 대역폭 할당 장치로부터 서비스받는 서비스 속도를 의미하며, 상기

는 큐 크기 오차, 즉 큐의 실제 크기

와 목표 크기

의 차를 의미한다.

이후, 상기 대역폭 요구 장치는 207단계에서 상기 계산된 요청 대역폭의 크기

와

를 합산하여 최종 추가 요청 대역폭 크기

를 계산한다.

여기서, 상기 최종 추가 요청 대역폭의 크기는 하기 <수학식 3>과 같이 표현할 수 있다.

이후, 상기 대역폭 요구 장치는 209단계에서 상기 계산된 최종 추가 요청 대역폭의 크기 정보를 상기 대역폭 할당 장치로 전송한다. 여기서, 상기 최종 추가 요청 대역폭 크기 정보의 전송 방법에는 여러 가지가 가능하며, 예를 들어, 상향 전송 패킷에 피기백(piggyback)하여 전송할 수 있다. 상기 피기백 전송 방법을 사용할 경우, 상기 대역폭 요구 장치는 MAC 헤더의 그랜트 관리 서브헤더(Grant Management subheader)의 확장 피기백 대역폭 요청(Extended Piggyback Bandwidth Request : EPBR) 필드를 사용하여 상기 계산된 최종 추가 요청 대역폭 크기 정보를 전송할 수 있다.

이후, 상기 대역폭 요구 장치는 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상향링크 대역폭 요청 알고리즘은 하기 <수 학식 4>와 같이 큐의 크기 오차

에 대한 일반적인 비례-미분(Proportional-Derivative : PD) 제어기 형태로 표현할 수 있다. 여기서, 비례 제어는 현재 큐의 크기 오차를 기준으로 작동하는 반면, 미분 제어는 큐의 상태 변화를 예측하여 작동하며, 이로써, 큐의 크기 변화에 빠르게 반응하여 시스템을 안정화시킨다.

여기서, 상기 <수학식 4>의 연속시간 형태의 제어기는 이산시간 형태로 구현하기 위해, 하기 <수학식 5>와 같이 미분항을 근사화할 수 있다.

여기서, 상기

는 대역폭 할당 주기를 나타낸다. 이와 같이, 본 발명에 따른 상향링크 대역폭 요청 알고리즘을 큐의 크기 오차

에 대한 일반적인 비례-미분(Proportional-Derivative : PD) 제어기 형태로 표현할 경우, 현재 큐의 크기와 바로 이전의 큐의 크기 정보만을 이용하여 상기 알고리즘을 구현할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선 접속 시스템에서 상향링크 대역폭 할당 방법을 도시한 도면이다.

상기 도 3을 참조하면, 대역폭 할당 장치는 301단계에서 대역폭 요구 장치로부터 추가 요청 대역폭의 크기 정보가 수신되는지 여부를 검사한다. 여기서, 상기 추가 요청 대역폭의 크기 정보는 여러 가지 방법으로 수신할 수 있으며, 예를 들어, 상기 정보는 상향 전송 패킷에 피기백(piggyback)되어 수신될 수 있다.

상기 추가 요청 대역폭의 크기 정보가 수신될 시, 상기 대역폭 할당 장치는 303단계에서 스케줄링을 통해 이전 할당량과 함께 상기 추가로 요청받은 크기만큼의 대역폭을 해당 대역폭 요구 장치로 할당하고, 305단계로 진행하여 상기 할당된 대역폭을 통해 상기 대역폭 요구 장치로부터 상향링크 데이터를 수신한다.

이후, 상기 대역폭 할당 장치는 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.

도 5는 종래 기술과 본 발명에서 제안한 알고리즘의 큐의 크기 변화를 비교 도시한 도면이다. 상기 알고리즘 비교를 위한 실험에서 입력 트래픽은 매 20ms마다 평균값 500바이트를 가지는 지수 분포(exponential distribution)를 따르는 크기의 패킷으로 발생된다. MAC 오버헤드를 고려하면 상기 입력 트래픽의 평균 전송 속도는 225kbps 정도가 된다.

상기 도 5를 참조하면, 종래 기술에 따른 UGS 알고리즘의 경우, 패킷의 입력 속도 변화에 따라 큐의 크기가 증감을 반복한다. 이는 지터(jitter)가 증가하는 원 인이 될 수 있다. 또한, 종래 기술에 따른 rtPS 알고리즘의 경우, 폴링(polling)에 따른 시간 지연으로 인해 큐의 크기가 불안정하고, 상기 큐의 크기가 최대 버퍼크기만큼 계속 증가하기도 한다. 이러한 경우, 패킷 손실이 발생할 수 있다. 반면, 본 발명에서 제안한 ertPS 알고리즘의 경우, 큐의 크기가 목표 값(10 패킷) 근처로 유지됨을 확인할 수 있다. 본 발명에 따른 ertPS 알고리즘은 큐의 크기 변화 속도(rate)에 기반한 피드백을 통해 큐의 크기를 조절(regulation)할 수 있다.

도 6은 본 발명에서 제안한 알고리즘의 패킷 도착 속도 및 큐의 서비스 속도를 비교 도시한 도면이다.

상기 도 6을 참조하면, 자원 할당에 따른 큐의 서비스 속도(service rate)는 입력 패킷의 도착 속도(arrival rate)를 잘 추종하며, 따라서 두 속도의 차이가 크지 않음을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명에서 제안한 ertPS 방식은 최소의 자원으로 원하는 수준의 서비스 품질(Quality of Service : QoS)(delay)을 만족시킨다. 이를 확인하기 위해 패킷의 평균 도착 속도(MAC 오버헤드 고려)가 225kbps이고, 최소 예약 속도(minimum reserved rate)가 각각 200kbps, 225kbps, 250kbps인 경우에 대해 UGS/rtPS/ertPS의 패킷 손실율, 대역폭 낭비율, 평균 지연, 지터(지연의 표준편차로 계산)를 비교하면 다음과 같다.

여기서, 하기 <표 1>은 최소 예약 속도가 225kbps인 경우(well-provisioned case)의 성능을 비교 도시한 표이고, 하기 <표 2>는 200kbps인 경우(under-provisioned case), 하기 <표 3>은 250kbps인 경우(over-provisioned case)의 성능을 비교 도시한 표이다.

알고리듬	UGS	rtPS	ertPS
패킷 손실율(%)	0	2.17	0
대역폭 낭비율(%)	7.17	1.20	0.37
지연(ms)	150.9	1843.6	212.7
지터(ms)	137.5	703.9	61.8

알고리듬	UGS	rtPS	ertPS
패킷 손실율(%)	5.76	4.07	0
대역폭 낭비율(%)	0.30	1.19	0.52
지연(ms)	2002.5	1825.6	212.9
지터(ms)	770.0	681.5	64.8

알고리듬	UGS	rtPS	ertPS
패킷 손실율(%)	0	2.54	0
대역폭 낭비율(%)	15.38	1.20	0.45
지연(ms)	85.8	1859.5	206.9
지터(ms)	73.0	670.5	60.9

여기서, 종래 기술에 따른 상기 UGS의 경우, 고정된 크기의 대역폭을 할당하기 때문에, under-provisioned 경우 시간 지연이 상당히 크게 증가하고(well-provisioned 경우 대비 13배 이상), 패킷 손실율 또한 6% 가까이 이르렀다. 반면, over-provisioned 경우, 패킷 손실과 시간 지연은 감소하였지만, 대역폭 낭비율이 15%에 이르렀다. 또한, 종래 기술에 따른 상기 rtPS의 경우, 최소 예약 속도 값에 크게 관계없이 시간 지연과 지터가 상당히 크고, 패킷 손실율도 수%에 달한다. 이러한 이유는, 현재의 큐의 크기에 따라 대역폭을 요청하게 되면 폴링 지연으로 인해 대역폭을 적시에 할당해주지 못하기 때문이다. 한편, 본 발명에서 제안하는 상기 ertPS의 경우, 모든 경우에 대해서 최적의 대역폭 크기를 조절함으로써 대역폭 낭비가 0.5% 이하이면서, 패킷 손실은 전혀 없고, 시간 지연 또한 목표 값(200ms) 근처로 조절되었다. 뿐만 아니라, 지터 역시 최소화되었다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 광대역 무선 접속 시스템에서 큐 크기의 목표값을 도입하고, 현재 큐의 크기와 목표값의 차이에 비례하도록 상향링크 요청 대역폭 크기를 계산하며, 상기 큐의 크기뿐만 아니라 크기의 변화 속도에 비례하도록 상향링크 요청 대역폭 크기를 계산한 후, 상기 계산된 두 요청 대역폭 크기를 이용하여 최종 추가 요청 대역폭의 크기를 결정함으로써, 큐의 크기를 목표값에 수렴시킬 수 있는 이점이 있다. 이러한 방법은, 큐잉 지연에 따른 지터를 감소시킬뿐만 아니라, 목표값의 크기 설정을 통해 큐잉 지연을 조절할 수 있는 방법을 제공한다. 또한, 본 발명에서 제안하는 방법은 입력 트래픽 또는 무선 채널의 특성이 빠르게 변화하는 경우에도 필요한 대역폭 크기를 빠르고 정확하게 예측하여 대역폭을 요청 함으로써, 요청 지연을 감소시켜 최소의 대역폭을 이용하여 서비스 품질을 보장할 수 있으며, 불필요한 대역폭 낭비를 최소화하고, 한정된 무선 자원을 효과적으로 활용할 수 있는 이점이 있다. 또한, 응용 프로그램 또는 시스템 상황에 따라 유연하게 적용시킬 수 있는 이점이 있다. 예를 들어, 빠르게 변화하는 시스템에서는 큐의 크기 변화 속도에 비례하는 항에 가중치를 많이 부여하고, 시간 지연을 원하는 수준으로 조절하거나 지터를 최소화하고자 하는 경우에는 큐의 크기에 비례하는 항에 가중치를 크게 부여할 수 있다.

Claims

광대역 무선 접속 시스템에서 상향링크 대역폭 요구 장치에 있어서,

대역폭 요구 장치 내 큐의 실제 크기를 확인하고, 상기 확인된 실제 크기와 목표 크기의 차이를 이용하여 요청 대역폭의 크기를 계산하는 큐 크기 제어기와,

상기 큐의 크기 변화 속도를 추정하는 큐 변화 속도 감지기와,

상기 추정된 큐 크기 변화 속도에 비례하도록 요청 대역폭의 크기를 계산하는 큐 변화 속도 제어기와,

상기 계산된 두 요청 대역폭의 크기 값들을 합산하여 최종 추가 요청 대역폭의 크기를 결정하는 최종 추가 요청 대역폭 크기 결정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 최종 추가 요청 대역폭 크기 결정기는

상기 결정된 최종 추가 요청 대역폭의 크기 정보를 대역폭 할당 장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 최종 추가 요청 대역폭 크기 정보는 상향 전송 패킷에 피기 백(piggyback)하여 전송하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 요청 대역폭 크기는 이전 요청 대역폭의 크기에 대한 증감분임을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 큐 크기 제어기(혹은 큐 변화 속도 제어기)는

상기 목표 크기(혹은 큐 크기 목표 변화 속도)보다 소정 크기(혹은 속도)만큼 큰 값을 상위 임계값(threshold)으로 설정하고, 상기 목표 크기(혹은 큐 크기 목표 변화 속도)보다 소정 크기(혹은 속도)만큼 작은 값을 하위 임계값으로 설정하여, 상기 큐의 실제 크기(혹은 큐 크기 실제 변화 속도)가 상기 상위 임계값을 초과하면 이전 요청 대역폭의 크기에 대해 Δ+ 만큼의 추가 요청 대역폭을 계산하고, 상기 큐의 실제 크기(혹은 큐 크기 실제 변화 속도)가 하위 임계값 미만이면 이전 요청 대역폭의 크기에 대해 Δ- 만큼의 감소 요청 대역폭을 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 큐 크기 제어기(혹은 큐 변화 속도 제어기)는

상기 큐의 실제 크기(혹은 큐 크기 실제 변화 속도)가 상/하위 임계값 사이에 존재하는 경우, 요청 대역폭을 0으로 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 큐 크기 제어기(혹은 큐 변화 속도 제어기)는

상기 큐의 실제 크기(혹은 큐 크기 실제 변화 속도)와 목표 크기(혹은 큐 크기 목표 변화 속도)의 오차에 비례하도록 요청 대역폭을 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 큐 크기 제어기(혹은 큐 변화 속도 제어기)는

상기 큐의 실제 크기(혹은 큐 크기 실제 변화 속도)와 목표 크기(혹은 큐 크기 목표 변화 속도)의 오차에 비례하도록 요청 대역폭을 계산하되, 상기 목표 크기(혹은 큐 크기 목표 변화 속도)보다 소정 크기(혹은 변화 속도)만큼 큰 값을 상위 임계값(threshold)으로 설정하고, 상기 목표 크기(혹은 큐 크기 목표 변화 속도)보다 소정 크기(혹은 변화 속도)만큼 작은 값을 하위 임계값으로 설정하여, 상기 큐의 실제 크기(혹은 큐 크기 실제 변화 속도)가 상/하위 임계값 사이에 존재하는 경우, 요청 대역폭을 0으로 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 큐 변화 속도 감지기는

상기 큐의 패킷 도착 속도와 서비스 속도의 차이를 이용하여 상기 큐의 크기 변화 속도를 추정하는 것을 특징으로 하는 장치.
광대역 무선 접속 시스템에서 상향링크 대역폭 할당 장치에 있어서,

대역폭 요구 장치로부터 추가 요청 대역폭의 크기 정보를 수신하고, 이전 할당량과 함께 상기 추가로 요청받은 크기만큼의 대역폭을 상기 대역폭 요구 장치로 할당하는 상향링크 스케줄러와,

상기 할당된 대역폭을 통해 데이터를 수신하는 데이터 수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 할당되는 대역폭의 양은 0보다 작지 않음을 특징으로 하는 장치.
광대역 무선 접속 시스템에서 상향링크 대역폭 요청 방법에 있어서,

대역폭 요구 장치 내 큐의 실제 크기를 관찰하고, 상기 큐의 크기 변화 속도를 추정하는 과정과,

상기 큐의 목표 크기와 실제 크기의 차이를 이용하여 요청 대역폭의 크기를 계산하는 과정과,

상기 큐의 크기 변화 속도에 비례하도록 요청 대역폭의 크기를 계산하는 과정과,

상기 계산된 두 요청 대역폭의 크기 값들을 합산하여 최종 추가 요청 대역폭의 크기를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 결정된 최종 추가 요청 대역폭의 크기 정보를 대역폭 할당 장치로 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 최종 추가 요청 대역폭 크기 정보는 상향 전송 패킷에 피기백(piggyback)하여 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 요청 대역폭 크기는 이전 요청 대역폭의 크기에 대한 증감분임을 특징 으로 하는 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 요청 대역폭의 크기는,

상기 목표 크기(혹은 큐 크기 목표 변화 속도)보다 소정 크기(혹은 속도)만큼 큰 값을 상위 임계값(threshold)으로 설정하고, 상기 목표 크기(혹은 큐 크기 목표 변화 속도)보다 소정 크기(혹은 속도)만큼 작은 값을 하위 임계값으로 설정하여, 상기 큐의 실제 크기(혹은 큐 크기 실제 변화 속도)가 상기 상위 임계값을 초과하면 이전 요청 대역폭의 크기에 대해 Δ+ 만큼의 추가 요청 대역폭을 계산하고, 상기 큐의 실제 크기(혹은 큐 크기 실제 변화 속도)가 하위 임계값 미만이면 이전 요청 대역폭의 크기에 대해 Δ- 만큼의 감소 요청 대역폭을 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 큐의 실제 크기(혹은 큐 크기 실제 변화 속도)가 상/하위 임계값 사이에 존재하는 경우, 0으로 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 요청 대역폭의 크기는,

상기 큐의 실제 크기(혹은 큐 크기 실제 변화 속도)와 목표 크기(혹은 큐 크기 목표 변화 속도)의 오차에 비례하도록 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 요청 대역폭의 크기는,

상기 큐의 실제 크기(혹은 큐 크기 실제 변화 속도)와 목표 크기(혹은 큐 크기 목표 변화 속도)의 오차에 비례하도록 계산하되, 상기 목표 크기(혹은 큐 크기 목표 변화 속도)보다 소정 크기(혹은 변화 속도)만큼 큰 값을 상위 임계값(threshold)으로 설정하고, 상기 목표 크기(혹은 큐 크기 목표 변화 속도)보다 소정 크기(혹은 변화 속도)만큼 작은 값을 하위 임계값으로 설정하여, 상기 큐의 실제 크기(혹은 큐 크기 실제 변화 속도)가 상/하위 임계값 사이에 존재하는 경우, 0으로 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 큐의 크기 변화 속도는 상기 큐의 패킷 도착 속도와 큐의 서비스 속도의 차임을 특징으로 하는 방법.
광대역 무선 접속 시스템에서 상향링크 대역폭 할당 방법에 있어서,

대역폭 요구 장치로부터 추가 요청 대역폭의 크기 정보를 수신하는 과정과,

이전 할당량과 함께 상기 추가로 요청받은 크기만큼의 대역폭을 상기 대역폭 요구 장치로 대역폭을 할당하는 과정과,

상기 할당된 대역폭을 통해 상기 대역폭 요구 장치로부터 상향링크 데이터를 수신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 할당되는 대역폭의 양은 0보다 작지 않음을 특징으로 하는 방법.