다운링크 레이트 제어 방법 document_id A220623064856

무선 통신 시스템은 하나 이상의 에어 인터페이스들(air interfaces)을 통해 하나 이상의 모바일 유닛들로 무선 접속을 제공한다. 모바일 유닛들은 또한 사용자 장비, 모바일 단말기, 액세스 단말기 등과 같은 용어들을 사용하여 지칭할 수 있다. 예시적인 모바일 유닛들로는 셀룰러 전화, 개인 정보 단말기(personal digital assistant;PDA), 스마트 폰, 문자 메시징 디바이스, 무선 네트워크 인터페이스 카드, 랩톱 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터 등을 포함한다. 무선 접속은 하나 이상의 무선 통신 프로토콜들을 사용하여 제공될 수 있다. 예시적인 무선 통신 프로토콜들은, UMTS(Universal Mobile Telecommunication System) 프로토콜, GSM(Global System for Mobile Communication) 프로토콜, CDMA(Code Division Multiple Access) 프로토콜들, 블루투스 프로토콜, IEEE 802 프로토콜들 등을 포함한다. 무선 통신 시스템의 네트워크 환경은 통상적으로 시스템에 의해 구현되는 무선 통신 프로토콜에 종속한다. 예를 들어, 표준 UMTS 네트워크 환경은, 하나 이상의 게이트웨이 일반 패킷 무선 서비스(Gateway General Packet Radio Service;GPRS) 지원 노드들(GGSNs), GPRS 서빙 지원 노드들(Serving GPRS Support Nodes;SGSNs), 무선 네트워크 제어기들(Radio Network Controllers;RNCs), 및 기지국들(또한 Node-B들로서도 지칭됨)을 포함한다. GGSN들과 SGSN들은 통상적으로 무선 코어 네트워크의 일부로서 간주된다. RNC와 Node-B들은 통상적으로 무선 액세스 네트워크(Radio Access Network;RAN)를 형성한다. GGSN, SGSN, 및 RNC의 일부는 IP 터널링 기능과 매크로-이동성(macro-mobility)을 제공하고, RNC들과 Node-B들은 무선 송신 및 수신 기능 그리고 마이크로-이동성 기능을 제공한다. 동작시, GGSN과 SGSN은 인터넷으로부터 수신된 패킷들을 형태화하고 그리고/또는 터널링하여, 이 형태화된/터널링된 트래픽을 RNC에 제공할 수 있다. RNC는, 하나 이상의 모바일 유닛들과 무선 채널 통신을 제공하는, Node-B들에 트래픽(즉, 전송 블럭들의 형태로)을 전달할 수 있다. 무선 채널이 재배치될 필요가 있으면, RNC는 무선 채널을 호스트하기 위해 모바일 유닛의 부근의 다른 Node-B들을 명령할 수 있다. 모바일 유닛이 RNC에 의해 서빙되는 영역 에지의 근처에 있으면, 무선 채널들은 현재 RNC로부터 다른 RNC로 재배치될 수 있지만, 이것은 SGSN이 현재 RNC로부터 다른 RNC로 트래픽을 재라우팅하도록 요청한다. 이 재라우팅은 SGSN들을 변경하는 것과 또한 관련될 수 있다. 인터넷으로의 부착 포인트, 즉, GGSN은 이들 핸드오프들(handoffs) 동안에 변경되지 않는다. 모바일 유닛은, 모바일 유닛이 IP 주소를 갖는 한 동일한 GGSN에 계속 접속된다. 모바일-IP에 따라 동작하는 무선 통신 네트워크들은 상이한 네트워크 환경을 사용한다. 예를 들어, 모바일-IP에 따라 동작하는 기지국 라우터(base station router;BSR) 네트워크는 모바일-IP 홈 에이전트(home agent;HA)와 하나 이상의 BSR 네트워크 요소들을 포함할 수 있다. HA는 BSR 내부에 구현된 외부 에이전트(foreign agent;FA)와 함께 매크로-이동성 지원을 제공한다. 이 FA는 BSR 내부의 마이크로-이동성 프로시져들과 더 밀접하게 통합된다. 예를 들어, 무선 채널이 마이크로-이동성 프로시져를 통해 하나의 BSR에서 다른 BSR로 재배치될 때마다, BSR 내부의 프락시 모바일 IP 기능에 의해 시작될 수 있는 모바일 IP 등록 프로시져에 의해 이 변경이 HA에 통지된다. 이 등록 프로시져는, 무선 채널을 호스트하는 BSR과 일치하는, HA 내부의 새로운 모바일 IP CoA(Care-of-Address) 주소를 등록한다. 일부 실시예들에서, FA는, 모바일-IP-비인지형(mobile-IP-unaware) 모바일 유닛을 지원하기 위해 BSR에 통합될 수 있는 프락시 모바일 IP 기능을 포함할 수 있다. BSR에 대한 통상적 배치 시나리오는 잘 네트워킹된 위치에서 모바일 IP HA를 호스트하기 위해서이고, 한편 BSR들 자체는 통상 느린 래스트-마일(last-mile) 구리 링크들에 의해 접속되는 필드에 위치된다. 새로 배치된 BSR들은 현재 무선 기지국들을 교체하기 위해 사용될 수 있고, 이들 기지국들의 큰 부분은 여전히 E1/T1들에 의해 접속된다. 일부 경우들에서, BSR들은 케이블 모뎀, DSL 링크, 및 다른 느린 매체에 의해 유선연결이 될 수 있다. 데이터가 네트워크 요소들 간에 전송되는 레이트는 적절한 무선 통신 프로토콜에 따라 결정될 수 있다. 셀룰러 UMTS 시스템 내에서, GGSN과 SGSN은, IP 트래픽이 인터넷에서 RAN으로 이동할 때 이 IP 트래픽을 형태화할 수 있다. RAN은 각각의 모바일 유닛에 대한 아웃플로우(outflow) 레이트를 결정하여, 모바일 유닛에 대한 콜 셋업 동안 이 아웃플로우 레이트를 GGSN으로 제공할 수 있다. 그 후, GGSN은 콜 셋업 동안 결정되는 아웃플로우 레이트에 기초하여 RAN으로 다운링크 트래픽을 형태화할 수 있다. RAN에서 모바일 유닛으로의 아웃플로우 레이트가 콜 동안 달라질 수 있지만, GGSN은 통상적으로 콜 셋업 동안 결정된 아웃플로우 레이트에 기초하여 RAN으로의 다운링크 트래픽을 계속 형태화한다. 즉, UMTS 시스템의 레이트 제어는 동적이지 않다. 현재 모바일 IP HA는 임의 서비스 품질(Quality of Service;QoS) 혹은 트래픽 형태화 기능을 지원하지 않는다. 이것은, HA에 도달하는 모든 데이터가, 에어 인터페이스를 통해 모바일 유닛으로 데이터를 전송하기 위해 사용될 수 있는 아웃플로우 레이트에 무관하게, BSR에 바로 전달됨을 의미한다. 결과적으로, IP 큐들(queues)은, BSR로부터의 데이터 아웃플로우 레이트가, 즉, 무선 채널을 통해, BSR로의 인플로우(inflow) 레이트보다 적을 때, BSR에 구성될 수 있다. 큰 큐들은 전송 제어 프로토콜(Transmission Control Protocol;TCP)이 기대하지 않고 그리고/또는 바람직하지 않은 방식으로 수행되게 할 수 있다. 예를 들어, 복수 TCP 세션들이 모바일로 동일한 무선 채널을 통해 터널링될 때, BSR 내의 큰 큐(혹은 이 건에 대한 RNC) 그리고 무선 링크 제어(Radio Link Control;RLC) 링크-층 재전송들의 결합된 효과들은 TCP 세션들이 진동하도록 할 수 있다. 또한, 다운링크 패킷이 유실될 때, 큰 네트워크 버퍼들은 긴 복구 기간을 요할 수 있다. 큰 큐들은 또한 핸드오프들 동안 무선 통신 시스템들의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 소스 BSR로부터 타겟 BSR으로 유실없는 재배치를 수행하기 위해, 무선 채널과 연관된 모든 상태들은 소스 BSR로부터 타겟 BSR로 복사될 필요가 있다. 이 상태는, 매체 액세스 제어(Medium Access Control;MAC), RLC 및 패킷 데이터 컨버전스 프로토콜(Packet Data Convergence Protocol;PDCP) 파라미터들과 같은, 제 2 층 상태를 포함할 수 있다. 이 상태는 또한, BSR에 의해 수신되었지만 무선 채널을 통해 전송되지는 않은 모든 계류 중인 IP 패킷들을 포함한다. 상술된 것처럼, BSR들은 통상적으로, 래스트-마일 구리 링크들, E1/T1 링크, 케이블 모뎀, DSL 링크 등과 같은, 느린 링크들에 의해 백헐(backhaul) 링크에 접속된다. 그러므로, 큰 IP 큐들을 복사하는 것은, 예를 들어, IP 트래픽을 전달하는 무선 채널들과 같은, 라이브(live) 무선 채널들의 최대 핸드오버 레이트를 감소시킬 수 있다. BSR이 통상적으로 최대 크기인 64kb의 TCP 정체(congestion) 윈도우를 큐잉해야 하면, T1을 통한 핸드오버 시간은 최소 300ms일 것이다. 환언하면, BSR 내의 큐의 길이가 약 64kb와 같으면, 일 초당 최대 3개의 핸드오버들이 T1/E1-기반 BSR 백헐에 대해 지원될 수 있다. TCP 성능 그리고/또는 핸드오버 문제들을 회피하기 위해, BSR과 같은 라우터들 내의 큐 길이들을 비교적 짧은 큐로 제한하는 것이 일반적인 실시이다. Floyd와 Jacobson[Fvj93]은, 라우터의 큐 길이가 특정 임계치를 초과하자마자, 패킷들을 표시하고 드롭(drop)하는 랜덤 조기 드롭(Random Early Drop;RED) 방식을 제안했다. Brakmo, O'Malley, 및 Peterson[BOP94]은 패킷 드롭들보다는 왕복 지연(round trip delay)의 변화에 TCP가 점차 응답하도록 하여, 급격한 레이트 감소 및 긴 복구 기간을 방지하기 위한 방식(TCP Vegas)을 제공한다. 더욱 최근에, Jin, Wei, 및 Low[JWL04]는 고속, 고지연(high-latency) TCP 플로우들을 특히 다루기 위해 정체 제어 방식을 제공했다. 제안된 기술들은 네트워크 내의 큐를 관리하고, TCP/IP 세션들로부터 IP 프레임들을 선택적으로 드롭한다. 엔드-투-엔드(end-to-end) 인터넷 아키텍쳐와 일관적인 방식으로, 이들은, 소스가 증가된 지연을 탐지하고 그리고/또는 이들의 레이트들을 대응해서 드롭하고 감소시킬 것이라고 가정하여 트래픽 소스들의 입력 레이트를 신호하고 간접적으로 제어한다. 제안된 기술들은 또한, 큐가 병목 자원 앞에 바로 위치된다고 가정한다. 그러므로, 큐는 병목 링크(들) 앞에 바로 구성한다. 그러나, 큐 용량은 통상적으로 핸드오프에서 전송되는 데이터의 양을 최소화하고 핸드오프 시간을 짧게 하기 위해 작게 제한된다. 결과적으로, 홈 에이전트(HA)와 BSR 사이의 링크가 중요한 자원일지라도, 실제 병목은 BSR과 모바일 유닛 사이의 채널일 수 있다. 인터넷 설정에서, 큐 크기는 종단점들로부터 피드백에 의해 제어된다. 그러나, 왕복 시간은 병목 큐로부터 아웃플로우 레이트의 변화 레이트와 오래 비교된다. 제안된 기술들은 또한, HA 및/또는 BSR이 느린 백헐 링크를 통해 데이터를 전송할 것이고 중요한 HA-BSR 링크 상의 트래픽을 제어하는 종래 방법이 부재하다고 가정한다. 그러므로, 비제어된 소스들(예를 들어, UDP 트래픽)은 BSR과 모바일 유닛 사이의 링크 상에서 바로 드롭되도록 된 트래픽과 HA-BSR 링크에 흐를 수 있다. 정체-인지형(congestion-aware) 소스들도 아웃플로우 레이트의 변화들에 충분히 빠르게 반응할 수 없어서, HA-BSR 링크는 TCP 소스들 사이에서도 비효율적으로 사용될 것이다. 무선 다운링크 채널의 아웃플로우 레이트는 고정되지 않고 시간에 따라 변한다. 예를 들어, 고속 다운링크 패킷 액세스(High Speed Downlink Packet Access;HSDPA) 기술들, EV-데이터-(Do) 기술들, 및 다양한 802.16 기술들과 같은 높은 데이터 레이트 기술들은 무선 채널의 효율을 향상시키기 위해 실제 무선 채널 상태들에 기초하여 다운링크를 스케쥴할 수 있다. 또 다른 예에서, CDMA 1xRTT와 UMTS R99와 같은 종래 회로-스위치된 기술들에 대한 아웃플로우 레이트는, 재전송 및 제어 메시지 오버헤드가 무선 채널을 통해 대역폭에 대해 일반 트래픽과 결쟁할 수 있으므로, 예측가능하지 않다. 트래픽 형태화는 아웃플로우 레이트의 변화를 설명하기 위해 BSR에서 수행될 수 있다. 그러나, 입력 레이트, 그러므로 BSR의 큐 크기는, 트래픽이 BSR을 통해 지나가는 집중 종단점들에 의해 결정될 것이다. 종단점들이 적시에 반응하지 않으면, (짧은) BSR 큐들은 오버플로우되어, 잠재적으로 다수의 패킷들이 버려질 것이다. 인터넷 설정에서, 큐 크기는 종단점들로부터 피드백에 의해 제어된다. 예를 들어, 종단점들 사이의 왕복 시간은 병목 BSR 큐로부터 아웃플로우 레이트의 변화 레이트와 오래 비교되어, 종단점들이 아웃플로우 레이트들의 변화에 응답하여 버려지는 패킷들로 유도하는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 범용 데이터그램 프로토콜(Universal Datagram Protocol;UDP) 어플리케이션들은 BSR 백헐 링크에 흐를 수 있다. 예를 들어, 어플리케이션이 UDP/IP 트래픽을 모바일 클라이언트에게 전송할 때, 다운링크에 이용가능한 레이트 제어가 존재하지 않고, UDP 어플리케이션은 백헐에 쉽게 흐르도록 하여, 다른 어플리케이션들, 혹은 BSR의 기본 동작들과도 간섭할 수 있다. 상술된 것처럼, 동작 레이트 제어가 또한 통상적 3GPP 배치에 부재하다.