The growing need of multimedia applications requires high-speed transmission technique and efficient resource management scheme for the next generation mobile communication. Therefore, any scheme guaranteeing the Quality of Service(QoS) in multimedia environment has been focussed in the context of radio resource management(RRM). To guarantee QoS and enhance system throughput under various traffic environment, we propose two kinds of resource management schemes such as packet-by-packet scheduling and contention-free subchannel allocation scheme.
Scheduler must compromise between throughput maximization and fairness while guaranteeing various QoS requirements. Most of the previous approaches in scheduling are focussed on which user take more higher priority than other users. In case of user based schedulers, however, they have trouble to guarantee the QoS of each multimedia service because if a user who has the highest priority has a large amount of packets, it is possible that other users do not take a chance to transmit their data. Therefore, we propose a packet-by-packet scheduling algorithm which grants priority to each packet instead of a user. The proposed scheduler classifies packets inside of each user into three classes such as emergency, near emergency, and non-emergency packets based on packet delay ratio, and applies different scheduling schemes to grant priority in each region respectively. It can be possible to manage packets more efficiently for guaranteeing various Quality of Services (QoS) in wireless multimedia systems. Simulation results show that the proposed scheme offers higher system throughput and lower packet drop rate than other scheduling algorithms.
In orthogonal frequency division multiplexing access(OFDMA) system, it divides a whole channel into narrowband subcarriers to support a high data rate and to avoid frequency-selective fading. Furthermore, different subcarriers can be allocated to different users to provide a multiuser access scheme and to exploit multiuser diversity. Therefore, subchannel allocation schemes are one of the most important issue to achieve maximum system throughput and fairness in multiuser OFDMA systems. There are many kinds of subchannel allocation schemes which deal with maximization of system throughput while minimization of the total transmitted power under users' various QoS constraints. However, there is no one who treat of contention problems due to quantization of channel side information and subchannel allocation problem among users in the nature of OFDMA systems. Therefore, we propose contention-free subchannel allocation algorithm which can solve contention problems for increasing system throughput by means of the cost function and frequency sharing concept. Simulation results show that the proposed scheme offers higher system throughput and fairness while guaranteeing rate requirements of each user.
한정된 무선 자원에서 다양한 멀티미디어 서비스의 급속한 증가는 고속의 데이터 전송 기술과 자원의 효율적인 관리 기술이 반드시 필요하다. 따라서 본 연구에서는 다양한 멀티미디어 서비스 환경 속 에서 서비스 품질 보장과 시스템 용량확대를 위한 무선자원관리 기법중 하나인 스케줄링 기법과 부채널 할당 알고리즘에 대해 연구한다.
스케줄링은 현재 시스템에서 활동하고 있는 사용자들 중에서 어떠한 사용자에게 우선적으로 자원을 사용할 수 있는 기회를 부여하는 기술이다. 따라서 시스템 용량 확대를 위해서는 사용자의 채널 상태가 가장 좋은 사용자들에게 높은 우선순위를 부여해 주어야 하지만이 경우에 채널 상태가 좋지 않은 사용자들이 데이터 전송의 기회를 부여 받지 못하는 공평성 저하 문제가 발생할 수 있다. 즉, 스케줄링은 시스템 용량과 우선순위, 그리고 서비스의 품질 보장을 모두 만족시켜주어야 한다. 기존 스케줄링 연구들은 대부분 각 사용자에 대해 우선순위를 정해주는 방식이었다. 따라서, 만일 많은양의 데이터를 갖는 사용자가 높은 우선순위를 받게 될 경우, 그 사용자의 데이터 전송이 끝날 때까지 혹은 많은 비중의 무선자원의 사용이 필요하기 때문에 다른 사용자들의 데이터 전송시 서비스 품질을 만족시키기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 각 사용자에게 우선순위를 부여하는 것이 아니라 각 사용자의 서비스 큐에 있는 각각의 패킷에 우선순위를 부여 하는 새로운 스케줄링 알고리즘을 제안한다. 제안하는 스케줄러는 각 사용자의 큐를 패킷 지연 비율에 의해 emergency, near emergency, 그리고 non emergency 영역으로 나누어 각 영역 순서로 우선순위를 부여한다. 따라서 제안하는 스케줄러는 기존의 연구보다 각 패킷에 대해 자원을 관리할 수 있기 때문에 다양한 서비스에 대한 품질 보장을 보다 더 효율적으로 할 수 있다. 모의실험 결과를 통해 기존의 연구보다 제안 스케줄링 알고리즘은 높은 시스템 수율 향상과 패킷 손실을 줄일 수 있음을 볼 수 있었다.
OFDMA 시스템은 전체의 채널을 여러개의 부채널과 시간으로 나누어 데이터를 전송한다. 따라서 무선 이동통신 시스템에서는 사용 주파수와 시간에 따라 사용자 각각의 채널 상태가 다르기 때문에, 각 사용자에게 어떠한 주파수와 시간을 할당해주는가에 따라 시스템 성능이 크게 변할 수 있다. 따라서 다중경로 페이딩 환경에서 다중사용자 이득을 극대화 할 수 있는 효율적인 부채널 할당 알고리즘이 필요하다. 기존의 부채널 할당에 관한 연구에서는 단순히 부채널과 전력할당을 통해 시스템 수율 향상을 얻었다. 하지만 실제 시스템에서 채널 정보의 양자화로 인해 동일한 채널 값을 갖는 부태널이 존재할 수 있으며, 또한 여러 사용자들이 특정 부채널 사용을 원하기 때문에 채널 충돌에 관한 문제가 발생할 수 있는데, 기존의 연구에서는 이러한 채널 충돌문제에 대한 해결책은 제시하지 못하였다. 따라서 본 연구에서는 채널 충돌 문제의 해결을 통해 시스템 수율 향상을 얻을 수 있는 부채널 할당 알고리즘을 제안한다. 제안 방식에서는 채널 정보를 이용하여 각 부채널과 사용자간의 기회비용함수와 시간에 따른 주파수 공유방식을 이용하여 시스템 수율 향상을 얻는다. 모의 실험결과를 통해 제안 알고리즘에 의해 높은 우선순위 사용자들의 서비스 품질을 보장해주면서 전체 시스템 수율 향상을 얻을 수 있음을 볼 수 있었다.
본 논문에서는 새로운 스케줄링 기법과 부채널 할당 방식을 통해 차세대 이동통신 시스템의 성능향상과 품질보장을 위한 효율적인 무선자원관리 기법을 제안하였다. 앞으로 본 논문에서 제안한 무선자원 관리기법을 차세대 이동통신 시스템에서 필수적으로 적용될 MIMO와 Multi-hop relay 기술 환경에서의 효율적인 자원관리 기법에 대한 연구로 발전시킬 것이다.
