KR100876810B1 - 무선통신시스템에서 사용자 만족도에 따른 하향링크스케줄링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 셀룰러 데이터 시스템의 하향 링크에서 데이터 패킷의 전송을 스케줄링하는 방법에 관한 것으로서, 기지국과 무선으로 통신을 연결하고 있는 복수의 사용자들에게 원하는 크기의 데이터 패킷을 전송하기 위하여 시분할 다중화를 지원하는 무선통신시스템의 하향링크 스케줄링 방법에 있어서, 상기 복수의 사용자별로 서로 다른 만족도를 설정하는 과정과, 매 스케줄링 주기마다 상기 설정된 만족도를 이용하여 상기 복수의 사용자들 중 전체 사용자의 만족도 합을 최대로 하는 사용자를 선택하는 과정과, 상기 선택된 사용자에게 데이터 전송을 위한 타임슬롯을 할당하는 과정을 포함한다. 이로써 본 발명은 사용자의 서비스 지연 시간을 최소화하여 실제 만족도를 향상시키며 기지국의 데이터 처리율을 향상시킨다.

TDM, 스케줄링, 사용자 만족도

Description

무선통신시스템에서 사용자 만족도에 따른 하향링크 스케줄링 방법{METHOD FOR SCHEDULING DOWN LINKS BASED ON USER UTILITY IN WIRELESS TELECOMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 무선통신시스템에서 코드 분할 다중화와 시간 분할 다중화를 설명하는 도면.

도 2는 본 발명이 적용되는 무선통신 네트워크 모델을 보여주는 도면.

도 3은 본 발명이 적용되는 무선통신시스템의 네트워크 구성을 보여주는 도면.

도 4는 도 3에 도시된 기지국(BTS)의 구성을 보여주는 도면.

도 5는 도 4에 도시된 채널카드들의 구성을 보여주는 도면.

도 6은 본 발명에 따라 사용자마다 설정된 만족도 함수를 곡선의 형태로 나타낸 도면.

도 7은 연속적 스케줄링과 불연속적 스케줄링을 비교하여 도시한 도면.

도 8은 본 발명에 따른 하향링크 스케줄링 동작을 나타낸 흐름도.

도 9는 도 6에서 본 발명에 따른 스케줄링 알고리즘을, 지연시간을 고려하지 않고 비례 공평성을 사용하는 종래기술과 비교하여 도시한 그래프.

도 10 및 도 11은 사용자의 이동시 평균 지연시간의 누적밀도함수와 전체 수율을 본 발명과 종래기술을 비교하여 도시한 그래프.

도 12는 비디오 스트리밍에 대하여 다른 만족도 함수를 적용한 경우에 사용되는 만족도 함수를 곡선의 형태로 나타낸 도면.

도 13은 비디오 사용자가 1명일 때 비디오 스트리밍 트래픽의 지연 시간에 대한 패킷들의 누적 밀도 함수의 분포를 본 발명과 종래기술을 비교하여 도시한 그래프.

도 14는 비디오 사용자가 1명일 때 WAP 트래픽의 지연 시간에 대한 패킷들의 누적 밀도 함수의 분포를 본 발명과 종래기술을 비교하여 도시한 그래프.

도 15는 비디오 사용자가 2명일 때 비디오 스트리밍 트래픽의 지연 시간에 대한 패킷들의 누적 밀도 함수의 분포를 본 발명과 종래기술을 비교하여 도시한 그래프.

도 16은 비디오 사용자가 2명일 때 WAP 트래픽의 지연 시간에 대한 패킷들의 누적 밀도 함수의 분포를 본 발명과 종래기술을 비교하여 도시한 그래프.

본 발명은 무선 셀룰러(Wireless Cellular) 데이터 시스템에 관한 것으로서, 특히 하향 링크에서 데이터 패킷의 전송을 스케줄링하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 CDMA(Code Division Multiple Access)2000, WCDMA/UMTS(Wideband Code Division Multiple Access/Universal Mobile Telecommunications System), GPRS(General Packet Radio System) 및 CDMA2000 1xEV-DO(Evolution Data Only)와 같은 무선통신시스템은 제3세대(3rd Generation) 무선통신을 수행하는 시스템이다. 이러한 제3세대 무선통신시스템은 음성 서비스나 저속의 데이터 서비스만을 지원하던 전형적인 제2세대 무선통신시스템과는 달리, 음성 서비스뿐만 아니라 고속의 패킷 데이터 서비스(high speed packet data service)를 지원한다.

무선통신시스템에서 복수의 사용자에게 데이터 패킷을 전송하기 위해서 코드 분할 다중화(Code Division Multiplex: CDM) 또는 시간 분할 다중화(Time Division Multiplex: TDM) 방식을 사용할 수 있으며 두 방식을 함께 사용할 수도 있다. 무선통신시스템에서 음성 서비스를 하는 경우 사용자에게 하나의 코드 또는 타임 슬롯을 할당하면 되지만 데이터 서비스는 사용자마다 서비스하고자 하는 패킷의 크기에 따라 필요로 하는 타임 슬롯의 개수가 다르며 전송률 또한 가변적이다. 따라서 데이터 서비스에서 자원을 효율적으로 할당하는 것은 매우 중요한 문제가 된다.

도 1은 무선통신시스템에서 코드 분할 다중화와 시간 분할 다중화를 설명하는 도면이다.

상기 도 1의 (가)에 도시한 바와 같이, 코드 분할 다중화는 각 사용자에게 코드를 할당하여 동시에 여러 명을 서비스할 수 있다. 그러나 코드간의 관계가 완전한 독립을 유지하지 못하면 간섭이 생기고 전송하려는 패킷의 크기에 따라 코드를 유연하게 할당할 수 없는 단점을 갖고 있다. 반면 도 1의 (나)에 도시한 시간 분할 다중화는 하나의 타임 슬롯을 단지 한 명의 할당된 사용자만이 사용할 수 있지만 패킷 크기가 크면 타임 슬롯을 많이 주면 되므로 패킷 크기에 유연하고 코드 분할에 비해 간섭이 없다는 장점을 갖고 있다.

전송의 연속성에 큰 영향을 받지 않는 데이터 서비스에서는 시간 분할 방식이 보다 효율적인 것으로 알려져 있다. 이미 언급한 바와 같이 시간 분할에서는 하나의 타임 슬롯을 한 명의 할당된 사용자만이 사용할 수 있기 때문에 기지국에 복수의 단말기들이 연결되어 있는 경우 매 타임 슬롯을 사용할 사용자를 선택하는 것은 데이터 전송의 효율성을 높이는데 매우 중요한 작업이다. 이러한 작업은 스케줄링(Schedulling)이라고 불린다.

무선통신시스템은 단말기가 기지국에 데이터를 전송하는 상향 링크(uplink)와 기지국이 단말기에게 데이터를 전송하는 하향 링크(downlink)를 가진다. 상향 링크와 하향 링크는 코드분할 다중화 방식에 따라각기 다른 코드를 사용하여 구분되는데, 데이터 서비스에서는 상향 링크보다는 하향 링크를 통해 전송되는 데이터 패킷의 양이 월등하게 많은 경우가 대부분이다. 따라서 하향 링크에서의 스케줄링을 효율화하기 위한 여러 가지 기술들이 연구되고 있다.

알려진 스케줄링 기법의 일 예로서, F. Kelly, A. Maulloo and D. Tan, "Charging and rate control for elastic traffic", European Transactions on Telecommunications, Vol 8, pp 33-37, 1997 은 비례 공평성(Proportional fairness)을 기준으로 하는 스케줄링 기법을 개시한 것으로서 이는 고속 데이터 시스템(High-speed Data Rate: HDR)에 적용되고 있다. 만약 어떤 사용자의 데이터 처 리율(throughput)이 특정 스케줄링 알고리즘을 사용할 때보다 x% 증가한다고 할 때 이로 인해 다른 모든 사용자들이 겪게 될 데이터 처리율의 감소가 x% 보다 크게 된다고 할 때, 상기 특정 스케줄링 알고리즘은 비례 공평성(Proportional fairness) 기준으로 사용된다고 할 수 있으며, 이러한 경우 하기의 <수학식 1>이 만족되도록 하는 스케줄링이 수행된다.

여기서, i는 기지국과 데이터 통신을 연결하고 있는 사용자들의 집합 S에서 사용자를 구분하는 식별자이며, 상기

은 비례 공평성 기준에 따라 각 사용자에게 주어진 전송률이고

은 임의의 다른 스케줄링 기법을 사용할 때 각 사용자들의 가능한 전송률이다. 이 스케줄링 기법에서는 단지 사용자의 전송률만을 고려하여 스케줄링을 수행한다. 그러나 이는 각 사용자의 서비스 등급 및 트래픽의 특성에 따른 서비스의 우선도를 고려하고 있지 않다는 문제가 있다.

알려진 스케줄링 기법의 다른 예로서, A. Jalali, R. Padovani and R. Pankaj, "Data Throughput of CDMA-HDR a High Efficiency High Data Rate Personal Communication Wireless System" , IEEE VTC 2000 은 코드분할 다중화 기반의 데이터 전용 시스템에서 이용되는 스케줄링 알고리즘을 개시한다. 어떤 임의의 시간 t(여기서 t는 슬롯 인덱스)에 사용자 i에 의해서 기지국으로 요구된 전송률을

라고 하고 사용자 i의 평균적인 전송률을

이라고 하면 이 스케줄링 알고리즘은 다음과 같은 조건을 고려한다.

1) 어떤 스케줄링 시점 t에서 전송할 데이터가 있는 모든 사용자들 중

/

값이 가장 큰 사용자를 선택하여 슬롯이 할당된다. 값이 같은 사용자들이 존재하면 이들 중 임의의 사용자가 선택된다.

2) 슬롯이 할당되면 사용자 i의 평균 전송률

는 하기의 <수학식 2>와 같이 갱신된다.

여기서 상기

은 가중치

를 이용하여 얻은 평균 전송률이다. 즉,

가 클수록 과거의 전송률

이 높은 비율로 반영되고

가 작을수록 현재의 전송률

이 높은 비율로 반영된다. 또한 상기

값을 현재 슬롯을 할당받은 사용자에 대해서는 현재의 요구된 전송률로 하고 나머지 사용자에 대해서는 0으로 하면, 전송할 데이터가 없는 사용자들에 대해서도 평균 전송률을 계산할 수 있다. 그러나 이러한 스케줄링은 단순히 과거의 전송률에 기반한 평균 전송률을 이용하며 채널 상태의 변화에 적응하고 있지 않기 때문에 사용자의 이동성에 대해 취약하다는 단점을 보이게 된다.

알려진 스케줄링 기법의 또 다른 예로서, Xin Liu, Ediwin K.P.Chong and Ness B. Shroff, "Transmission Scheduling for Efficient Wireless Utilization", IEEE INFOCOM 2001 은, 각 사용자 측면에서 만족도 함수(Utility function)를 고려 한다. 앞서 설명한 스케줄링 기법들에서 동일한 만족도 함수를 사용하고 있는 것과는 달리 이 스케줄링 기법에서는 사용자마다 사용자의 채널 상태, 즉 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio: SNR)에 따라 각기 다른 만족도 함수를 설정할 수 있다.

즉 각 사용자에 대해서 전력 잡음의 비(SNR)에 따라 사용자 만족도 함수를 각기 다르게 설정하고 모든 사용자의 만족도 함수의 합이 최대가 되도록 스케줄링한다. 이 스케줄링 기법은 각 사용자의 만족도 함수를 다르게 설정하고 있기는 하지만 이는 단지 사용자의 채널 상태만을 고려한 것이므로, 실제 사용자의 만족도에 큰 영향을 미치는 데이터 패킷의 길이나 지연 시간 등을 고려하고 있지 않다는 문제점이 있었다.

따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명의 목적은, 무선 데이터 통신 시스템에서 데이터 패킷을 스케줄링하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 데이터 패킷의 길이를 고려하여 사용자 만족도를 설정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 지연시간을 고려하여 사용자 만족도를 설정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 사용자마다 고유하게 설정된 만족도에 따라 데이터 패킷을 스케줄링하는 방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 실시예는, 기지국과 무선으로 통신을 연결하고 있는 복수의 사용자들에게 원하는 크기의 데이터 패킷을 전송하기 위하여 시분할 다중화를 지원하는 무선통신시스템의 하향링크 스케줄링 방법에 있어서,

상기 복수의 사용자별로 서로 다른 만족도를 설정하는 과정과,

매 스케줄링 주기마다 상기 설정된 만족도를 이용하여 상기 복수의 사용자들 중 전체 사용자의 만족도 합을 최대로 하는 사용자를 선택하는 과정과,

상기 선택된 사용자에게 데이터 전송을 위한 타임슬롯을 할당하는 과정을 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

후술되는 본 발명은 무선통신시스템에서 하향링크를 통한 데이터 패킷의 전송을 효율적으로 스케줄링하기 위한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 기지국의 스케줄러에 의한 스케줄링 및 그에 따른 무선 트래픽 채널의 할당에 관계된다. 이러한 본 발명은 공유 매체의 시간 분할 다중화(Time Division Multiplex: TDM) 방식에 기반한 무선통신시스템을 구성하는 기지국의 스케줄러에 의하여 수행된다.

도 2는 본 발명이 적용되는 무선통신 네트워크 모델을 보여주는 도면이다. 도시된 바와 같이 전체 서비스영역은 셀(Cell)이라 불리는 복수개의 소규모 서비스영역들 1로 분할되며 각 셀은 무선통신을 수행하는 기지국 2에 의하여 서비스된다.

도 3은 도 2에 도시된 무선통신 네트워크의 시스템 구성을 보여주는 도면이다.

상기 도 3을 참조하면, 무선통신시스템은 가입자 단말기들(Mobile Stations: MSs) 11,12와, 상기 단말기들 11,12와 각각 무선으로 접속되고 이들과 무선채널을 통해 통신하는 기지국들(Base Transceiver Subsystems: BTSs) 20,30과, 상기 기지국들 20,30과 접속되어 통신하는 기지국 제어기(Base Station Controllers: BSC) 40을 포함한다. 상기 기지국 제어기 40은 이동교환국(Mobile Switching Center: MSC) 50에 접속되고, 또한 게이트웨이(Gateway: GW) 60에 접속된다.

상기 이동교환국 50은 공중교환전화네트워크(Public Switched Telephone Network: PSTN) 등의 회선 네트워크(Circuit Network)에 접속되고, 상기 게이트웨이 60은 인터넷(Internet)/공중교환데이터네트워크(PSDN: Public Switched Data Network) 등의 패킷 교환 네트워크(Packet Switched Network)에 접속된다. 상기 단말기들 11,12는 상기 기지국 제어기 40의 제어하에 상기 이동교환국 50 또는 상기 게이트웨이 60으로 접속된다.

상기 도 3에서 도시된 구조는 무선통신시스템의 구조를 일반화하여 표시한 것으로, 그 구성요소들의 명칭은 무선통신시스템이 어떠한 시스템(예: IS-2000, WCDMA, UMTS, CDMA2000 1xEV-DO, GPRS, 1xEV-DV 등)인지에 따라서 달라질 수도 있을 것이다. 예를 들어, 상기 게이트웨이 60은 논리적인 명칭으로서, 패킷데이터서비스노드(Packet Data Service Node: PDSN), 액세스 게이트웨이(Access Gateway: AG), 미디어 게이트웨이(Media Gateway) 등의 다른 이름으로 불릴 수 있다. 다른 예로서, 상기 게이트웨이 60과 이동교환국 50은 동일한 시스템으로 통합될 수도 있다.

상기와 같이 구성되는 무선통신시스템에서 단말기 11,12와 기지국 20,30간 호 설정(call setup) 및 데이터 전송은 사용자의 서비스 등급에 따라 수행된다. 상기 서비스 등급은 상기 무선통신시스템에서 상기 단말기가 처음으로 호를 설정할 때 채널 운반자(channel bearer)에 대한 대역할당 등급과 트래픽(traffic) 제어를 위한 큐잉(queuing) 등급으로서 정해진다. 특히 본 발명에 있어서 상기 서비스 등급은 사용자의 만족도 함수를 결정하는데 이용된다.

기지국에서 복수의 단말기들을 서비스하기 위해서 매 스케줄링 주기마다 전송할 데이터가 있는 단말기들의 만족도를 고려하여 스케줄링을 수행하여야 한다. 이러한 스케줄링 동작을 위하여 상기 기지국들 20,30은 각각 버퍼(Buffer) 22,32과 스케줄러(Scheduler) 21,31을 포함한다.

도 4는 도 3에 도시된 기지국(BTS) 20의 구성을 보여주는 도면이다. 여기서는 기지국이 도 3의 기지국 20인 것으로 가정될 것이나, 다른 기지국 30인 경우에 도 동일하다.

상기 도 4를 참조하면, 상기 기지국 20은 주제어기(Main Processor) 210, 라인 인터페이스(Line Interface) 220, 스위치(또는 라우터)(Intra-BTS Switch or Router) 230, 채널카드들(Channel Cards) 241∼243, 고주파(Radio Frequency: 이하 RF라 한다.) 송수신기(Transmitter/Receiver) 250 및 스케줄러 21을 포함한다. 상기 주제어기 210은 상기 기지국 20을 전반적으로 제어한다. 상기 라인 인터페이스 220은 상기 기지국 제어기 40과의 연결을 위한 것이다. 상기 RF 송수신기 250은 단말기 11과의 사이에서 데이터 및 제어신호를 무선 신호(RF Signal) 형태로 송수신하기 위한 것이다. 상기 스위치 230은 상기 기지국내의 트래픽 경로를 결정한다. 상기 스케줄러 21은 무선 자원의 효율적인 관리를 지원한다.

도 5는 도 4에 도시된 채널카드들 241∼243의 구성을 보여주는 도면이다. 이 구성은 채널카드 241인 것으로 가정될 것이나, 다른 채널카드들 242∼243의 경우에도 동일하다.

상기 도 5를 참조하면, 상기 채널카드 241은 입출력 인터페이스(Input/Output Interface) 24-1, 주 프로세서(Main Processor) 24-2, 메모리(Memory) 24-3, 적어도 하나의 변조기(Modulator) 24-4 및 적어도 하나의 복조기(Demodulator) 24-5를 포함한다. 상기 입출력 인터페이스 24-1은 상기 스위치 230과의 연결을 위한 것이다. 상기 변조기 24-4는 상기 RF 송수신기 250의 송신기 251을 통해 상기 단말기 11로 송신될 데이터 및 제어신호를 변조한다. 상기 복조기 24-5는 상기 RF 송수신기 250의 수신기 252를 통해 상기 단말기 11로부터 수신되는 데이터 및 제어신호를 복조한다. 상기 변조기 24-4 및 상기 복조기 24-5는 각각 하나의 순방향 채널 또는 역방향 채널을 형성한다는 점에서 채널소자(Channel Element: CE)라고도 한다. 상기 메모리 24-3은 상기 단말기 11로 전송될 패킷 데이터를 상기 기지국 제어기 40으로부터 수신하여 일시적으로 저장하는 내부 버퍼(도 3의 버퍼 22)를 포함한다. 또한 상기 메모리 24-3은 각종 제어 정보를 저장할 수 있다.

상기 도 2 내지 도 5에 나타낸 바와 같이 데이터 서비스를 위하여 시간 분할 스케줄링 기법을 사용하는 무선통신시스템에서, 사용자가 느끼게 되는 지연 시간(delay)은 데이터 패킷을 사용자의 채널 특성에 맞게 슬롯에 할당하는 스케줄링 지연(scheduling delay) 시간뿐만 아니라 다른 사용자의 데이터 패킷을 서비스하는 동안 대기하는 처리 지연(processing delay) 시간 등이 포함되어야 한다.

다시 말해서, 사용자가 요청한 전체 데이터 패킷을 완전히 서비스받게 되는 시점까지의 지연은 다음과 같이 구분될 수 있다.

지연시간=억세스 지연시간 + 매체 전송 시간 + 스케줄링 지연 시간 + 처리 지연 시간

여기서 상기 억세스 지연 시간(access delay)은 무선 사용자가 상향으로 요청하는데 필요한 지연 시간으로서 스케줄링 기법과는 무관하므로 본 명세서에서는 고려하지 않도록 한다. 또한 상기 매체 전송 시간(propagation delay)도 유무선 매체를 통과하는데 걸리는 지연 시간으로서 무시될 수 있다. 그러면 스케줄링 기법에 영향을 미치는 지연 시간은 스케줄링 지연 시간과 처리 지연 시간의 두 가지이다. 이 지연시간을 각각

,

라고 하면 사용자가 느끼는 지연 시간

^T는 하기의 <수학식 3>과 같이 근사화된다.

여기서 처리 지연 시간

은 사용자가 서비스받게 될 패킷의 길이와 그 사용자의 채널 상태에 의해 결정된다. 만약 채널 상태가 변하지 않아서 사용자 j에게 소정의 전송률

가 허용되고 상기 사용자 j에 의하여 요구된 데이터 패킷의 크기가

이고 한 타임 슬롯의 시간이

이면 이 사용자의 예상되는 처리 지연 시간은 하기의 <수학식 4>와 같이 주어진다.

이를 앞서 언급한 <수학식 2>와 비교하면, 각 사용자에게 주어진 전송률

뿐만 아니라 사용자가 요청한 패킷의 길이

가 고려되었음을 알 수 있다.

데이터 서비스를 받고자 하는 사용자들은 요구한 패킷을 완전히 받게 될 때까지 걸리는 지연 시간과 채널 상태에 따라 주어지는 전송률 등에 따라 다른 만족도를 느끼게 된다. 상기 <수학식 4>에 따르면 사용자의 요구된 전송률

는

의 함수로 주어지므로 결과적으로 사용자의 만족도는

의 함수가 된다고 할 수 있 다. 즉 사용자 j의 만족도 함수를

라고 하면 이 사용자의 만족도 함수

는 하기의 <수학식 5>과 같이 표현된다.

상기 만족도 함수

는 사용자의 서비스 등급 등에 따라 다양하게 설정 가능하다. 일 예로서, 사용자의 신규 가입시 시스템 운영자는 사용자의 요구된 서비스 종류에 따라 고유한 만족도 함수를 설정한다.

도 6은 본 발명에 따라 사용자마다 지연시간에 따라 설정된 만족도(Utility) 함수를 곡선의 형태로 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 곡선 a는 볼록형(convex)이고 곡선 b는 선형(linear)이며 곡선 c는 오목형(concave)이다.

여기서 곡선 a는 곡선 c에 비하여 지연 시간에 민감하며 곡선 b는 곡선 c보다는 지연 시간에 민감하고 곡선 a보다는 덜 민감함을 알 수 있다. 일반적으로 각 사용자가 지연 시간에 대해 느끼는 만족도는 시간이 지나면서 줄어들게 되며 지연이 커지게 되면 만족도가 크게 떨어지지 않게 된다. 지연 시간에 민감한 트래픽인 경우 일정 시간이 지나게 되면 도 6에 나타낸 곡선 a와 같이 급격히 만족도가 떨어진다. 이러한 곡선 a는 예를 들어 실시간 동영상 서비스 등을 원하는 사용자에게 적용 가능하다.

스케줄러는 매 타임 슬롯마다 어떤 사용자에게 현재의 타임 슬롯을 할당할 것인지를 결정해야 한다. 그런데 무선 채널은 사용자와 기지국간의 거리에 따른 경 로 손실(Path loss), 인접 장애물 및 반사 효과 등으로 인한 페이딩(Fading)으로 인해 일정한 상태를 유지하지 못한다. 뿐만 아니라 사용자의 이동성(mobility)에 의해 도플러 효과가 발생하고 경로 손실과 페이딩이 더욱 영향을 미치기 때문에 채널 상태는 예측이 불가능하다.

따라서 처리 지연 시간

는 채널 상태에 따라 변하게 되고 사용자의 만족도 또한 스케줄링 시점에 따라 달라질 수 있다. 게다가 시간 분할 스케줄링 기법에서는 한 사용자 j의 처리 지연 시간

가 다른 사용자 k의 처리 지연 시간

에 영향을 미치게 되기 때문에 어떤 시점에서 어느 사용자에게 슬롯을 할당했느냐는 다른 모든 사용자들의 만족도에도 영향을 미치게 된다. 따라서 어떤 스케줄링 시점에서 어느 사용자에게 슬롯을 할당했을 때 모든 사용자의 만족도의 합이 최대가 되도록 스케줄링해야 한다. 따라서 현재 채널 상태를 기준으로 현재 스케줄링 시점에서 어떤 사용자 j에게 패킷을 서비스한다고 할 때 이로 인한 만족도 값의 변화를 계산하여야 한다. 이를 수학식으로 표현하면 하기의 <수학식 6>과 같다.

여기서

는 사용자 j의 만족도 함수를 의미한다.

만일 현재의 채널 상태가 유지된다고 할 때 특정 사용자에게 연속적으로 슬롯을 할당하는 것이 사용자의 잠재적인 만족도의 합을 증가시킨다. 이에 대하여 설명하면, 연속적으로 슬롯을 할당받고 있는 사용자 i가 있고 현재 잠재적인 만족도 의 합은

로서 최대라고 가정하기로 한다. 만약 연속적으로 슬롯을 할당하지 않고 현재 슬롯 하나를 두 슬롯 이상의 처리 지연 시간을 가진 다른 사용자 j에게 먼저 할당하면, 원래 연속적으로 할당받으려 했던 사용자 i의 처리 지연 시간

가 한 슬롯 밀려나게 된다. 즉 잠재적인 만족도의 합은 하기의 <수학식 7>과 같다.

여기서

는 한 슬롯의 시간이다.

만약 사용자 j의 처리 지연 시간이 한 슬롯이라고 하면 사용자 j에게 먼저 서비스를 하는 것이 본래 스케줄링 방식보다 만족도의 합이 더 커지는 것이 자명하므로

가 최대라는 최초 설정에 위배된다.

이를 도 7을 참조하여 보다 상세히 설명하면, 연속적 스케줄링을 나타낸 (가)에서 사용자 1이 원하는 데이터 패킷을 모두 서비스받기 위해 소요된 지연 시간은

이고, 사용자 2가 원하는 데이터 패킷을 모두 서비스받기 위해 소요된 지연 시간은

이다. 이에 비하여 불연속적 스케줄링을 나타낸 (나)를 보면, 사용자 1은 연속적으로 슬롯을 할당받지 못하였기 때문에 총 지연시간은 한 슬롯 시간

만큼 증가하여

으로 증가되었으나 사용자 2 또한 연속적으로 슬롯을 할당받지 못하였기 때문에 총 지연시간은

으로 유지되었다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 지연 시간에 따른 사용자의 만족도는 단조 감소 함수이므로 채널 상태가 일정하다고 가정했을 때 한 사용자에게 연속적인 슬롯 할당을 하는 것이 여러 사용자에게 슬롯을 섞어서 할당하는 것보다 전체 사용자의 만족도가 더 커지게 됨을 알 수 있다.

어떤 스케줄링 시점에 데이터 서비스를 원하는 N 명의 사용자가 기지국과 통신을 연결하고 있고 각 사용자는 하나의 큐를 가지고 있다고 하면, 임의의 스케줄링 시점에서는 앞으로 남은 패킷들에 대해 어떤 순서로 스케줄링하는 것이 모든 사용자의 만족도의 합을 최대화할 수 있는지를 계산할 수도 있을 것이다. 그러나 이러한 계산은 기지국과 데이터 통신을 연결하고 있고 데이터를 서비스받고자 하는 사용자의 수 N에 따라 계산의 복잡도가 크게 증가하며, 계속하여 변화하는 채널 상태에 적응하기 위하여 매 시점마다 새로운 계산이 이루어져야 한다는 부담이 있다. 따라서 본 발명에서는 한 사용자에게 자원을 먼저 할당했을 때 이 사용자가 얻게 되는 만족도에 대한 이득과 다른 사용자가 잃게 되는 만족도에 대한 손실을 평균적으로 계산하는 알고리즘을 사용하기로 한다.

임의의 스케줄링 시점에서 각 사용자의 큐에 남은 전체 패킷에 대해 처리 지연 시간이 각각

,

,

,... ,이고 스케줄링 지연 시간이 각각

, ,

,... ,

라고 했을 때, 임의의 사용자 j가 먼저 서비스된다고 하면 사용자 j의 예상 만족도는

이다. 그런데 사용자 j가 먼저 서비스받게 되면 다른 사용자 k의 스케줄링 지연 시간이 커지기 때문에 이로 인한 만족도의 손실은

이다. 사용자 j가 서비스를 마친 후에 어떤 사용자가 서비스를 받게 될지는 예측이 불가능하다. 따라서 모든 사용자에 대한 손실의 기대값은 하기의 <수학식 8>과 같이 계산된다.

상기의 <수학식 8>을 고려하면, 시점 t에서 사용자 j에게 먼저 서비스를 한다고 할 때 예상되는 전체 사용자의 만족도 합의 변화

는 하기의 <수학식 9>과 같이 쓸 수 있다.

따라서 매 스케줄링 시점에서

중 최대값을 갖는 사용자에게 먼저 타임슬롯을 할당하면, 모든 사용자들의 만족도의 합을 최대화할 수 있다.

이하 본 발명에 따른 하향링크 스케줄링 동작을 도 8을 참조하여 설명하기로 한다. 여기서 상기 도 8에 도시된 동작은 기지국의 스케줄러에 의하여 수행되는 것임에 유의하여야 한다. 또한 상기 기지국은 적어도 하나의 단말기(사용자)와 통신을 연결하고 데이터 서비스를 제공한다. 또한 사용자들은 데이터 서비스에 가입할 때 또는 통신을 개시할 때 서비스 등급 등에 따라 각기 다른 만족도를 설정한다.

상기 도 8을 참조하면, 매 스케줄링 주기(전송채널의 타임슬롯)가 시작할 때마다(S105), 기지국의 스케줄러는 기지국과 통신을 연결하고 있고 데이터를 서비스받고자 하는 사용자가 존재하는지를 판단한다.(S110) 만일 그러한 사용자가 존재하지 않으면 현재 슬롯은 유휴 상태로 유지된다. 그러한 사용자가 단지 1명 존재한다면(S115) 현재 슬롯은 그 사용자에게 사용 가능하도록 할당된다.(S120) 즉 기지국은 현재 슬롯에서 상기 1명의 사용자에게 요구된 데이터를 전송한다. 반면 상기 사용자가 2명 이상 존재한다면, 과정(S125) 내지 과정(S155)에 따른 스케줄링이 시작된다.

과정(S125)에서 기지국과 통신을 연결하고 있고 데이터를 서비스받고자 하는 사용자들을 식별하는 변수 j와 사용자별 만족도를 식별하는 변수

는 모두 초기값 0으로 설정되고, 파라미터 max_

는 상기

로 설정되며, 파라미터 max_user는 j로 설정된다. 과정(S130)에서 상기 j는 1만큼 증가되고, 과정(S135)에서 사용자 j에게 현재 슬롯을 할당할 시 모든 사용자의 만족도 합

을 계산한다. 여기서 상기 모든 사용자의 만족도 합

는 이미 언급한 <수학식 9>에 의하여 계산된다.

과정(S140)에서 상기 계산된

는 max_

와 비교된다. 만일

가 max_

보다 작거나 같으면 과정(S150)에서 j가 사용자의 수에 도달하였는지를 확인한다. 만일 도달하지 않았으면 과정(S130)으로 복귀하고 도달하였으면 과정(S155)으로 진행한다. 반면에 상기 과정(S140)에서 상기

가 max_

보다 크면, 과정(S145)에서 max_

는 상기 계산된

로 다시 설정되고 max_user는 j로 다시 설정된 후 과정(S150)으로 진행하여 j가 사용자의 수에 도달하였는지를 확인한다. 만일 도달하지 않았으면 과정(S130)으로 복귀하고 도달하였으면 과정(S155)으로 진행한다.

이상과 같은 과정들을 j가 사용자의 수에 도달할 때까지 반복하면 max_user는 최대의 만족도 합을 가지는 사용자를 가리키게 된다. 따라서 과정(S155)에서 max_user가 가리키는 사용자에게 현재 슬롯을 할당한다.

그런데 스케줄링을 요구하는 사용자의 수가 많은 경우 채널 상태가 좋지 않아 평균적인 전송률

가 작은 사용자의 경우 시간이 지날수록 그 처리 지연시간

가 커지게 된다. 이러한 경우 같은 만족도 함수를 가진 사용자간에 수율의 차이가 커지는 공평성이 문제가 될 수 있다. 이는 전체 사용자의 만족도의 합을 고려하고 있기 때문이다. 따라서 전체 수율을 다소 희생하더라도 이러한 사용자가 서비스받을 수 있도록 보정해 줄 수 있다. 공평성을 위해 사용자 j에게 고려된 인자를

라고 하면 본 발명에 따른 스케줄링의 목적인 <수학식 6>은 하기의 <수학식 10>과 같이 다시 쓸 수 있다.

여기서 상기

는 사용자 j의 공평성 인자로서, 예를 들어 소정 개수의 슬롯 동안 연속해서 슬롯을 할당받지 못한 사용자에 대하여 미리 정해지는 소정 값으로 설정될 수 있다.

이하 도 9 내지 도 16을 참조하여, 이상에서 설명한 본 발명에 따른 스케줄 링의 모의실험 결과를 설명하기로 한다.

모의실험은 1.25MHZ의 대역을 사용하고 2GHz의 주파수를 사용하는 코드분할 다중화(Code Division Multiple Access: CDMA) 시스템의 셀룰러 환경에서 진행하였다. 도 2에 도시한 바와 같은 근사화된 육각형 셀룰러 모델이 적용되었으며 인접한 6개의 셀까지 고려되었고, 여기서 셀 반경은 500m이다. 채널 환경에 대해서는 경로 지수가 -4이고 시속 3km의 속도를 가지는 레일레이 페이딩(Rayleigh Fading)이 고려되었다. 데이터를 전송하는 한 슬롯의 길이는 1.67ms이며, 전력 제어를 하지 않고 전송률 제어를 하고, 기지국에서는 20W의 송신 전력을 사용한다. 전송률은 CDMA의 HDR(high data rate)시스템에서 사용되는 바와 같이 38.4, 76.8, 102.6, 153.6, 204.8, 307.2, 614.4, 921.6, 1228.8, 1843.2, 2457.6kbps의 불연속적인 값을 가지며 단말기에 의해 요구된 가장 큰 전송률이 사용 가능하다. 이 때 기지국은 남는 전력에 대해서 다른 코드를 할당하지는 않으며 한 슬롯을 한 명의 사용자에게만 할당한다.

트래픽 모델로서 유선 망에서의 HTTP(Hypertext Transfer Protocol) 모델을 이용하는 것은 무선 네트워크의 특성상 적합하지 않으므로 여기에서는 WAP(Wireless Application Protocol) 트래픽 모델을 사용한다. WAP 모델에서 한 사용자로부터 세션이 시작되어 서비스에 대한 요청을 하게 되면, 이 때 WAP 요청 패킷의 크기는 76바이트이고 요청한 자료에 대해서 WAP 게이트웨이까지 응답 패킷이 도달할 때까지 걸리는 시간은 2.5초의 지수 분포(Exponential distribution)를 가진다. 한 번의 요청에 대해 WAP 게이트웨이로부터 몇 번의 패킷들이 도달하게 되는 데 이 때 각 패킷들의 평균 크기는 256바이트이고 최대 크기가 1400바이트인 하기의 <수학식 11>과 같은 파레토 분포(Pareto distribution)를 가진다.

여기서 k는 71.7이고 α는 1.1이다.

본 발명에서는 하향링크의 스케줄링에 대한 것이기 때문에 단말기에서 데이터 서비스를 요청하는데 걸리는 시간은 고려하지 않았으며 트래픽을 계속 발생시키기 위한 무선 사용자의 요청은 없고 하향 링크의 패킷이 계속 발생하는 것으로 한다.

한편 지연 시간에 대해 민감한 비디오 스트리밍 트래픽에 대한 모의실험에 있어서는, 비디오 스트리밍 트래픽에서 각각의 영상 프레임은 8개의 패킷으로 구성되어 있으며 각 패킷의 최대 크기는 125바이트이고 K=20바이트,

=1.2인 제한적인 파레토 분포를 가지고 있는 것으로 한다. 각 패킷이 도착하는 시간 간격은 최대 6ms이고, K=2.5ms,

=1.2인 제한적인 파레토 분포를 가지며, 각 영상 프레임의 시작 시간의 간격은 100ms이다. 또한 비디오 스트리밍 트래픽은 계속 발생하는 것으로 한다.

수율(throughput)은 한 타임 슬롯당 평균적으로 보낸 패킷의 크기를 바이트로 나타낸 것이며 지연 시간(delay)은 msec단위로 표기한 것이다. 한 사용자의 패킷들의 도착 시간 간격은 프아송(Poisson) 분포를 갖는데 이 평균값을 조절하면 스 케줄러의 이용도(utilization)를 구할 수 있다. 트래픽 로드는 이 값이 1보다 작을 때의 로드를 기준으로 트래픽 분포를 늘려간 값이다.

도 9는 도 6에서 트래픽 로드가 1.0일 때 주어진 각각의 만족도(곡선 a,b,c)에 대해 본 발명에 따른 스케줄링 알고리즘의 성능을 종래기술과 비교한 도면으로서, 서비스받은 패킷 전체의 지연 시간에 대한 누적 밀도 함수(CDF) 그래프들을 나타내었다. 이하 도 9 내지 도 도 11에서, HDR(High Data Rate)은 지연시간을 고려하지 않고 비례 공평성을 사용하는 종래기술을 나타내며, concave는 도 6의 곡선 c를 나타내고, convex는 도 6의 곡선 a를 나타내고, linear는 도 6의 곡선 b를 나타낸다. 이는 도 10 내지 도 11에서도 동일한 의미로 사용된다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 스케줄링 알고리즘을 사용하면 80%의 패킷이 17슬롯만에 서비스가 완료되지만, 종래기술의 경우에는 104슬롯에야 서비스가 완료된다. 또한 도 9에 나타낸 지연 시간에 대한 누적 밀도 함수의 분포는 정규화된 수율(normalized throughput)로서 생각할 수도 있다. 상기 도 9에서 알 수 있듯이 본 발명은 종래기술에 비하여 더 빠른 시간안에 대부분의 패킷을 서비스할 수 있으며, 전체 수율에서도 본 발명은 HDR보다 크게 떨어지지 않으며 평균 지연 시간 역시 더 좋은 성능을 보여준다.

본 발명은 매 스케줄링 시점에서 한 사용자에게 자원을 먼저 할당했을 때 이 사용자가 얻게 되는 만족도에 대한 이득과 이로 인해 다른 사용자가 잃게 되는 만족도에 대한 손실을 평균적으로 계산한다. 그러나 언급한 바와 같이 사용자가 N명 있는 경우 매 스케줄링 시점에서 이 모든 사용자를 어떤 순서로 서비스하는 것이 모든 사용자의 잠재적인 만족도의 합을 최대로 할 것인지 결정하기 위해서는 O(N!)만큼의 계산이 필요하다. 이러한 알고리즘(이하 MAXU라 하기로 한다.)을 사용하는 경우와 본 발명의 경우 만족도를 비교하면 하기의 <표 1>과 같은 결과를 얻을 수 있다.

트래픽 로드	종래기술	본 발명	MAXU
0.8	0.878	0.892	0.889
1.0	0.694	0.806	0.808
1.2	0.552	0.833	0.840
1.4	0.444	0.801	0.805
1.6	0.409	0.781	0.783

상기 <표 1>을 보면 MAXU는 본 발명과 거의 비슷한 결과를 보이고 있으며 따라서 본 발명은 사용자 만족도의 합을 가장 효율적으로 최대화한다. 게다가 트래픽 로드가 0.8인 경우는 오히려 본 발명이 MAXU에 비하여 다소 높은 결과를 보여주는데 이는 채널 상태가 계속 바뀌게 되므로 매 스케줄링 시점마다 MAXU와 같은 계산을 하는 것이 큰 의미가 없기 때문이다.

상기 <표 1>을 보다 상세히 살펴보면, 트래픽 로드가 커질수록 스케줄링 알고리즘의 활용도가 커지므로 사용자의 평균 만족도가 감소한다. 그러나 트래픽 로드가 1.0에서 1.2로 넘어가게 되면 스케줄러가 처리할 수 있는 것보다 트래픽이 많아져서 우선순위가 낮은 패킷에 대해 자체적으로 서비스를 하지 않기 때문에 만족도가 증가하게 된다.

도 10 및 도 11은 사용자 1,2,4,5를 채널 상태가 좋은 순서대로 일정한 위치에 고정시킨 후 사용자 3에 대해서 각기 다른 방향으로 움직이게 한 경우에 대하여 전체 수율과 평균 지연을 나타낸 것이다. 여기서 WAP 트래픽이 36초간 발생하였고 트래픽 로드는 0.9이다. 또한 이때 사용된 사용자 만족도 함수는

,

= 100이며, 사용자 3은 시속 50km의 일정한 속도를 가지고 이동하였고, 셀 반경은 500m인 것으로 한다.

보다 상세히 설명하면, 도 10은 사용자 3이 셀 경계에서 셀 중심으로 이동하는 경우 지연 시간의 누적 밀도 분포(Cumulative Density Function : CDF)와 수율을 나타낸 것이며, 도 11은 사용자 3이 셀 중심에서 셀 경계로 이동하는 경우 지연 시간의 누적 밀도 분포와 수율을 나타낸 것이다. 여기서 도 10과 도 11에서 종래기술1은 100 슬롯 타임(167ms)의 상수를 가지는 저역통과필터(Low Pass Filter: LPF)를 사용하는 종래기술에 따른 스케줄러를 의미하며, 종래기술2는 1 슬롯 타임(1.67ms)의 상수를 가지는 저역통과필터를 사용하는 종래기술에 따른 스케줄러를 의미한다.

상기 종래기술1,2에 따른 스케줄링 알고리즘은 과거의 채널 상태를 나타내는 평균 채널 상태를 고려하여 지수 평균(exponential weighted averaging)을 내기 때문에 이동성에 취약할 수밖에 없다. 즉 도 11에 나타낸 바와 같이 셀 중앙에서 셀 경계로 이동할 때는 평균 채널 상태가 변화하는 것에 비해 현재 채널 상태가 급격히 떨어지기 때문에 지연시간이 급속히 증가하며 반대로 이동할 때에는 반대의 현상이 나타난다. 종래기술1과 종래기술2 모두 유사한 결과를 보이고 있다.

도 11에서와 같이 셀 경계로 이동하는 경우 채널 상태가 나빠지기 때문에 현재 채널 상태에 많은 비중을 주어 평균 채널 상태를 구한 종래기술2의 경우가 종래 기술1보다 평균 지연 시간에서 약간 나쁜 결과를 보이며, 반대로 도 10에서와 같이 셀 중심으로 이동하는 경우 채널 상태가 좋아지기 때문에 종래기술2가 종래기술1보다 다소 좋은 결과를 보이는 것을 확인할 수 있다. 그럼에도 불구하고 도 11에서 보는 바와 같이 사용자가 셀 중심에서 셀 경계로 이동하는 경우에 종래기술1,2는 모두 본 발명보다 떨어지는 성능을 보인다. 반대로 셀 경계에서 셀 중심으로 이동하는 경우에는 도 10에서 보인 바와 같이 본 발명과 어느 정도 비슷한 결과를 보이고 있지만 평균 지연 시간에서는 여전히 본 발명이 우수한 결과를 보이고 있다.

이상의 도 9 내지 도 11에 나타낸 모의실험 결과는 WAP 트래픽 모델만을 적용한 경우이다. 이하 도 12 내지 도 16을 참조하여, 비디오 스트리밍 트래픽과 WAP 트래픽을 모두 서비스하는 경우 본 발명을 적용한 모의실험 결과에 대하여 설명하기로 한다.

상기 도 12 내지 도 16은, 같은 채널 상태를 갖는 사용자에 대해서 20%의 사용자는 비디오 스트리밍 트래픽을, 나머지 80%의 사용자는 WAP 트래픽을 다운로드받는 경우에 대하여 1분씩 100번의 모의실험을 반복하여 수행한 결과를 나타낸 것이다. 여기서 HDR은 지연시간을 고려하지 않고 비례 공평성을 사용하는 종래기술의 스케줄링 알고리즘을 의미한다. 또한 Proposed1은 WAP 트래픽과 비디오 스트리밍 트래픽에 대해 같은 만족도 함수를 적용한 경우를 의미하고, Proposed2는 비디오 스트리밍 트래픽에 대해 지연 시간을 고려한 다른 만족도 함수를 적용한 경우를 의미한다.

비디오 스트리밍에 대하여 다른 만족도 함수를 적용한 경우에 적용되는 만족 도 함수의 형태는 도 12에 나타낸 바와 같다. 상기 도 12에서 볼록형(convex) 곡선 a는 비디오 스트리밍 트래픽을 나타내고 오목형(concave) 곡선 b는 WAP 트래픽을 나타낸다. 즉, WAP 트래픽에 대한 만족도 함수는 오목형인

로, 비디오 스트리밍 트래픽에 대한 만족도 함수는

로 설정하였다. 여기서 β = γ = 100이다. 비디오 스트리밍 트래픽의 경우 한 영상 프레임의 크기가 100ms이므로 지연시간이 100ms보다 커지게 되면 만족도는 0이 된다.

도 13 내지 도 16은 지연 시간에 대한 패킷들의 분포를 나타낸 것이다.

도 13은 비디오 트래픽 사용자가 1명일 때 비디오 스트리밍 트래픽의 지연 시간에 대한 패킷들의 누적 밀도 함수의 분포를 나타낸 것이다. Proposed1,2를 종래기술과 비교했을 때 본 발명은 WAP 트래픽과 같은 만족도 함수를 준 경우에도 훨씬 좋은 성능을 나타내고 있다. 왜냐하면 비디오 스트리밍 트래픽의 특성상 한 패킷의 크기가 WAP 트래픽의 경우보다 작기 때문에 스케줄링에서 이득을 보기 때문이다. 특히 비디오 스트리밍 트래픽은 지연 시간에 대해 민감하므로, 볼록형(convex) 만족도 함수를 적용한 경우가 동일한 만족도를 적용한 경우보다 더 좋은 성능을 나타낸다.

도 14는 비디오 스트리밍 사용자가 1명인 경우 나머지 WAP 트래픽 사용자의 지연 시간에 대한 누적 밀도 함수를 보인 것이다. 도시된 바와 같이, 비디오 스트리밍 트래픽의 성능이 좋아진 것과 반대로 WAP 트래픽의 경우 Proposed1,2는 종래기술보다 성능이 떨어진다. 그러나 두 트래픽의 특성을 따져볼 때 비디오 스트리밍 트래픽이 지연에 훨씬 민감하기 때문에 WAP 트래픽의 성능이 다소 떨어지더라도 이와 같은 결과가 더 만족스럽다고 볼 수 있다.

도 15 및 도 16은 비디오 스트리밍 트래픽 사용자가 2명인 경우 각 트래픽에 대한 지연 시간의 누적 밀도 함수 분포를 보인 것이다. 도 15 및 16을 도 13 및 14와 비교하면, 비디오 스트리밍 트래픽 사용자에게 다른 만족도 함수를 적용한 본 발명2의 결과가 더 양호하게 나타나고 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 사용자별로 그 트래픽 특성에 따라 지연시간에 따른 만족도를 설정하고, 매 스케줄링 주기마다 모든 사용자의 만족도 합을 최대로 하는 사용자를 선택하여 슬롯을 할당함으로써, 사용자의 서비스 지연 시간을 최소화하고 실제 만족도를 향상시킨다. 게다가 본 발명은 스케줄링을 효율화하여 기지국의 데이터 처리율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 기지국과 무선으로 통신을 연결하고 있는 복수의 사용자들에게 원하는 크기의 데이터 패킷을 전송하기 위하여 시분할 다중화를 지원하는 무선통신시스템의 하향링크 스케줄링 방법에 있어서,

   상기 복수의 사용자별로 서로 다른 만족도를 설정하는 과정과,

   매 스케줄링 주기마다 상기 설정된 만족도를 이용하여 상기 복수의 사용자들 중 전체 사용자의 만족도 합을 최대로 하는 사용자를 선택하는 과정과,

   상기 선택된 사용자에게 데이터 전송을 위한 타임슬롯을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 하향링크 스케줄링 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 만족도는 사용자의 지연시간에 따른 함수인 것을 특징으로 하는 하향링크 스케줄링 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 사용자의 지연시간은, 데이터 전송을 위한 슬롯이 할당되기를 기다리는 스케줄링 지연시간과 데이터 패킷을 할당된 슬롯으로 전송하기 위해 처리하는 처리 지연시간의 합인 것을 특징으로 하는 하향링크 스케줄링 방법.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 사용자를 선택하는 과정은, 하기의 <수학식 12>의 결과를 최대로 하는 사용자를 선택하는 것을 특징으로 하는 하향링크 스케줄링 방법.

   

   여기서, 상기

   

   는 스케줄링 시점 t에서 사용자 j를 선택한 경우 전체 사용자의 만족도 합이고,

   

   는 사용자 j의 만족도이고,

   

   는 사용자 j의 데이터 전송을 위한 슬롯이 할당되기를 기다리는 스케줄링 지연시간이고,

   

   는 사용자 j의 데이터 패킷을 할당된 슬롯으로 전송하기 위해 처리하는 처리 지연시간이고, N은 전체 사용자의 수임.
5. 기지국과 무선으로 통신을 연결하고 있는 복수의 사용자들에게 원하는 크기의 데이터 패킷을 전송하기 위하여 시분할 다중화를 지원하는 무선통신시스템의 하향링크 스케줄링 방법에 있어서,

   상기 복수의 사용자별로 사용자 지연시간에 따라 정해지는 서로 다른 만족도를 설정하는 과정과,

   매 스케줄링 주기마다 상기 설정된 만족도를 이용하여 상기 복수의 사용자들 각각에 대하여 한 사용자의 만족도 이득과 다른 모든 사용자의 처리 지연시간이 증가함으로써 발생하는 만족도 손실을 이용하여 사용자를 선택하는 과정과,

   상기 선택된 사용자에게 데이터 전송을 위한 타임슬롯을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 하향링크 스케줄링 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 사용자를 선택하는 과정은, 하기의 <수학식 13>의 결과를 최대로 하는 사용자를 선택하는 것을 특징으로 하는 하향링크 스케줄링 방법.

   

   여기서, 상기

   

   는 스케줄링 시점 t에서 사용자 j를 선택한 경우 전체 사용자의 만족도 합이고,

   

   는 사용자 j의 만족도이고,

   

   는 사용자 j의 데이터 전송을 위한 슬롯이 할당되기를 기다리는 스케줄링 지연시간이고,

   

   는 사용자 j의 데이터 패킷을 할당된 슬롯으로 전송하기 위해 처리하는 처리 지연시간이고, N은 전체 사용자의 수임.

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