셀룰라 통신 시스템에서의 흐름 제어 document_id A220623068339

셀룰라 통신 시스템에서, 지리적 영역은 복수개의 셀들로 분할되며, 이 셀들은 기지국에 의해 각각 서비스받는다. 기지국들은, 기지국들간의 데이터 통신을 가능하도록 해주는 고정 네트워크에 의해 상호 연결된다. 이동국은 무선 통신 링크를 거쳐서 해당 이동국이 위치한 셀의 기지국에 의해 서비스를 받는다. 이동국으로부터 기지국으로의 통신은 업링크로서 알려져 있으며, 기지국으로부터 이동국으로의 통신은 다운링크로서 알려져 있다. 기지국들을 상호 연결해주는 고정 네트워크는 임의의 두 개의 기지국들간에 데이터가 전달될 수 있도록 하는데에 사용가능하며, 이로써 셀 내의 이동국은 임의의 다른 셀 내의 이동국과 통신할 수 있게 된다. 게다가, 고정 네트워크는 공중 전화망 (Public Switched Telephone Network; PSTN) 과 같은 외부 네트워크에 상호 연결시켜주는 게이트웨이 기능을 포함하고 있으며, 이로써 이동국으로 하여금 유선 전화 및 유선에 의해 연결된 기타의 통신 단말기와 통신가능하도록 해준다. 또한, 고정 네트워크는 데이터 전달, 접속 수락 제어, 자원 할당, 가입자 과금청구, 이동국 인증 기능 등을 포함하는 통상적인 셀룰라 통신 네트워크를 관리하는데에 요구되는 많은 기능들을 포함한다. 현재, 가장 대중화되어 있는 셀룰라 통신 시스템은 GSM (Global System for Mobile communication) 으로서 알려진 제 2 세대 셀룰라 통신 시스템이다. GSM TDMA 통신 시스템에 관한 보다 자세한 설명은 Michel Mouly and Marie Bernadette Pautet 의 "The GSM System for Mobile Communications" (Bay Foreign Language Books, 1992, ISBN 2950719007) 에서 찾아볼 수 있다. 현재, 이동 단말기 사용자에게 제공되는 통신 서비스를 한층 개선시키고자 제 3 세대 시스템들이 시중에 판매되고 있는 중이다. 가장 폭넓게 채택된 제 3 세대 통신 시스템들은 CDMA (code devision multiple access) 와 FDD (Frequency Division Duplex) 또는 TDD (Time division duplex) 에 기반을 둔 것들이다. CDMA 시스템에서는, 동일 반송 주파수 및 동일 타임 구간내에서 서로 다른 사용자에 대하여 서로 다른 스프레딩 코드 및 스크램블링 코드를 할당함으로써 사용자 격리를 얻어낸다. TDD 에서는, TDMA 와 동일한 방법으로 서로 다른 사용자에 대하여 서로 다른 타임 슬롯을 할당함으로써 사용자 격리를 얻어낸다. 하지만, TDMA 와는 달리, TDD 에서는 업링크 전송 및 다운링크 전송 모두를 위하여 사용되는 동일 반송 주파수를 제공한다. 상기 원리를 이용한 하나의 예시적인 통신 시스템으로서는 UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) 이 있다. CDMA 에 관한 보다 상세한 설명과, 특히 UMTS 의 광대역 CDMA (WCDMA) 모드에 관한 보다 상세한 설명은 Harri Holma (저자) 와 Antti Toskala (저자) 의 "WCDMA for UMTS" (Wiley 0026# Sons, 2001, ISBN 0471486876) 에서 찾아볼 수 있다. UMTS CDMA 통신 시스템에서, 통신 네트워크는 코어 네트워크와 무선 엑세스 네트워크 (RAN) 를 포함한다. 코어 네트워크는 다른 통신 시스템과의 인터페이싱 뿐만이 아니라, RAN 의 일 부분으로부터 다른 부분으로 데이터를 전달하는데에 사용된다. 또한, 이 코어 네트워크는 과금청구와 같은, 수 많은 셀룰라 통신 시스템의 동작 및 관리 기능들을 수행한다. RAN 은 UMTS 에서 노드 B 로서 알려져 있는 기지국뿐만이 아니라, 무선 인터페이스를 통한 통신 및 노드 B 를 제어하는 무선 네트워크 제어기 (RNC) 를 포함한다. UMTS 및 기타 제 3 세대 셀룰라 통신 시스템에 관한 규격은 제 3 세대 파트너쉽 프로젝트 (3GPP) 에 의한 기술 규격에서 표준화되고 있다. UMTS 에 의해 제공되는 성능, 동작 및 서비스를 향상시키기 위하여, 기술 규격들이 계속적으로 업데이트되고 있는 중이다. 예를 들어, 3GPP 규격의 릴리즈 5 에서는, 고속 다운링크 패킷 엑세스 (HSDPA) 로서 알려져 있는 새로운 서비스가 도입되어 전용 또는 공유 다운링크 채널에 의존했던 이전의 릴리즈들보다도 훨씬 많은 다운링크 패킷 처리량을 제공하게 되었다. 상당히 보다 효과적이고 유연성 있는 다운링크 패킷 데이터 통신이 HSDPA 에 의해 달성된다. 이것은 적응형 변조 및 코딩 형태의 링크 적응의 도입, 인크리먼탈 리던던시 (incremental redundancy) 재전송 기법의 사용 및 보다 효과적인 데이터 스케쥴링 기능을 포함하는 여러 특징들의 조합에 의해 달성된다. 특히, HSDPA 아키텍쳐는 RNC 및 기지국사이의 매체 접근 제어 (MAC) 계층을 분할하여 일부 데이터 패킷 스케쥴링이 기지국에서 수행되도록 한다. 기지국에서의 스케쥴링은 변화무쌍한 개개별 이동국들의 전파 조건들을 참작하여 매우 빠른 스케쥴링을 가능케하고, 이로써 한정된 무선 인터페이스 자원을 보다 효과적으로 활용할 수 있도록 해준다. 구체적으로, RNC 는, RNC 와 기지국간의 상호연결 (Iub 인터페이스로서 알려져 있음) 을 통하여 기지국에 집합화되어 송신되는 것으로서, MAC PDU (패킷 데이터 단위) 로서 알려져 있는 데이터 패킷을 생성하고, 이 PDU 가 기지국 스케쥴러에 의해 스케쥴링되어 무선 인터페이스를 통하여 이동국에 성공적으로 전송될 때 까지 기지국은 이 PDU 를 버퍼링한다. 이와 같은 스케쥴링 분배 동작이 효과적으로 기능하기 위해서는, Iub 를 통한 데이터 전송의 제어가 매우 효과적이여야 한다는 것은 자명한 사항이다. 따라서, RNC 와 기지국간의 흐름 제어가 효과적이고 신뢰적이여야 함은 매우 중요한 사항이다. 기술 규격에 따르면, 기지국은 흐름 제어의 주 장치이며, 데이터 변경을 제어한다. 구체적으로, 기술 규격은 흐름 제어에서 사용될 수 있는 수 많은 데이터 메세지들을 정의하고 있다. 예를 들어, RNC 는 HS-DSCH CAPACITY REQUEST 메세지를 전송함으로써 기지국에서 추가적인 버퍼 공간을 요청할 수 있다. 이에 대한 응답으로, 기지국은 HS-DSCH CAPACITY ALLOCATION 메세지를 이용하여 자원의 교부를 선택할 수 있다. 이 메세지들은 흐름 제어에 사용될 수 있는 수 많은 데이터를 제공한다. 자원의 교부는 현존하는 임의의 크레딧 (credit) 을 교체하는 것으로서, 불필요할 수도 있다 (즉, RNC 로부터의 요청을 따르지 않아도 된다). 게다가, 노드 B 는 UE 에 대한 무선 링크가 구축된 경우에 RNC 에 대한 크레딧 초기 할당 (초기 윈도우 크기) 을 할 수 있다. 게다가, PDU 를 전달하기 위하여 RNC 에 의해 사용되는 HS-DSCH 데이터 프레임은 대기중인 PDU 를 위한 RNC 버퍼 크기 (즉, 주어진 통신에서 RNC 에서 대기중인 PDU 의 갯수) 를 나타내는 사용자 버퍼 크기 (UBS) 로 호칭되는 필드를 또한 포함한다. 기술 규격은 채택되어야 하는 구체적인 흐름 제어 알고리즘을 정의하고 있지는 않으며, 오히려 개개별의 제조자들이 선호하는 흐름 제어 알고리즘을 구현하는데에 이용될 수 있는 다수의 메세지들을 제공한다. 이와 같은 흐름 제어 알고리즘의 성능은 HSDPA 서비스의 성능에 결정적인 사항임을 이해할 것이다. 구체적으로, 흐름 제어 알고리즘은 적어도 다음의 특성들을 가장 효과적으로 활용할 수 있도록 노력을 다해야 한다: 레이턴시 (latency) 의 최소화. · 데이터가 기지국에 의해 스케쥴링될 가능성이 있는 경우에는 데이터가 RNC 에서 머물러 있으면 안된다. 특히, "정체현상 (stalling)" 은 방지되어야 한다. 이 정체현상은, 통신이 예정되어 기지국에서의 모든 PDU 들이 발송될 때에, 흐름 제어가 RNC 로부터 기지국에 추가적인 PDU 들을 전달했었다면, 보다 많은 PDU 들이 발송되었을테지만 그렇지 못한 경우에 발생한다. 기지국에서 버퍼링된 PDU 의 갯수의 최소화. · 이동국이 새로운 기지국으로 핸드오버를 착수하는 경우, 현재의 기지국에 버퍼링된 임의의 PDU 는 단순 폐기처리된다. 이에 따른 RLC AM (확인 모드 - 손실 데이터 패킷의 재전송 이용) 무선 베어러에 대한 영향은 불가피한 레이턴시의 증가이다 - RLC 프로토콜은 재전송을 이용하여 손실을 복구할 수는 있겠지만 이것은 상당한 지연을 가져올 수 있다. 하지만, UM (비확인 모드 - 재발송 없음) 무선 베어러에서는 데이터가 손실되면 이것은 복구불가능하다. · 일부 구현예에서, 기지국 버퍼 메모리는 한정된 리소스이다. 흐름 제어 시그널링의 최소화. · Iub 상에서의 흐름 제어 시그널링의 대역폭은 저비용 및 높은 처리량을 지원하도록 수용가능해야 한다. 하지만, 이러한 요구조건들은 다른 요구조건들과 서로 충돌을 일으키는 경향이 있으며, 일반적으로 상기 요구조건들간에는 트레이드-오프 (trade-off) 가 요구된다. 하지만, 알려져 있는 알고리즘들은 차선적인 경향이 있으며, 바람직하지 않는 성능 및/또는 트레이드 오프를 제공하는 경향이 있다. 그러므로, 개선된 흐름 제어가 유리할 것이며, 특히, 증가된 유연성, 덜 복잡한 구현, 개선된 성능, 감소된 레이턴시, 기지국에서의 감소된 패킷 데이터 저장, 감소된 시그널링 오버헤드 및/또는 서로 충돌하는 요구조건들간의 개선된 트레이드-오프를 허락하는 시스템이 유리할 것이다.