Quality of Service adaptive Relay Station for the 4^(th) Generation Mobile Communication Systems

Abstract

4세대 이동 통신 시스템의 중요한 쟁점 중에 하나는 멀티미디어와 같은 서비스를 사용자들에게 품질 (Quality of Service:QoS) 을 보장시켜 주면서, 동시에 서비스 만족도 (User Satisfaction Factor:USF) 를 어떻게 높여 줄 수 있는가이다. 또, 서비스를 실시간으로 제공받고자 하는 사용자들의 수가 점차 증가함에 따라서 와이브로와 고속 인터넷과 같은 다양한 무선 데이터 어플리케이션들의 역할이 점점 중요해지고 있다. 다양한 고용량 데이터 패킷 서비스에 대한 사용 요구가 점차 증대되면서, 차세대 이동 통신 시스템에서는 최근 중계기(Relay Station: RS)의 사용을 제안하고 있다. 사실, 중계기는 미래 무선 이동 통신 환경에 있어서, 다양한 서비스 품질에 대한 사용자들의 요구를 만족시켜 줄 수 있는 방법의 하나로써 고려가 되어지고 있다. 특히, 이것은 음영 지역과 셀 외곽에 위치해 있는 사용자들의 신호 대 잡음비 (Signal to Noise ratio:SNR) 를 개선해 줄 수 있다. 또, 기지국과 사용자들 사이의 무선 통신 링크를 효과적으로 짧게 만들어 줄 수도 있다. 즉, 셀 내에 많은 수의 중계기를 설치하게 되면 사용자들은 전체적으로 짧은 무선 통신 링크를 가질 수 있게 된다. 그러나, 셀 내에서 중계기의 사용은 기지국과 사용자들 사이의 홉 수를 증가시키고 있기 때문에 시간 지연(delay)과 지터(delay variance) 관점에 있어서는 패킷의 전송 시간이 증가할 수가 있다. 이러한 홉 사이의 시간 지연을 최소화 시키고, 4세대 서비스에 대해 더 나은 서비스 품질을 얻고자 우리는 4세대 이동 통신 시스템에서 더 효율적으로 동작을 시킬 수 있는 중계기를 필요로 하게 되었다. 본 논문에서 우리는 저마다 서로 다른 서비스 품질을 요구하고 있는 사용자들에게 더 나은 서비스 품질과 만족도를 제공해 주기 위해 서비스 품질에 따라서 적응적으로 동작시킬 수 있는 중계기의 구조를 제안하였다. 예를 들어, 만약 시간 지연에 민감한 사용자들이 셀 안에 위치해 있다면, 그들은 멀티미디어와 같은 서비스를 시간 지연과 지터에 따라 적응적으로 동작될 수 있는 중계기들을 통해서 서비스를 제공받을 수 있게 하였다. 이 시간 지연과 지터에 따라 적응적으로 동작될 수 있는 중계기들은 수신기까지 남아 있는 시간을 고려하고 있는 제안된 flexible weighting factors에 의해서 조절이 되고 패킷을 전송시킨다. 시간 지연과 지터에 따라 적응적으로 동작이 되는 중계기에 의해서 패킷들이 전송될 때, 사용자들의 패킷들은 서비스 분류 기준에 의해서 그룹핑을 이루게 된다. 이 제안된 중계기는 패킷 그룹핑을 통해 기존의 것보다 효과적으로 패킷을 수신기로 전송을 시키고 서비스 품질 또한 개선을 시켜 준다. 용량(throughput) 측면에 있어서는 용량에 따라 적응적으로 동작을 시킬 수 있는 중계기를 사용하여 각각의 서비스 사용자들에게 최적의 서브 채널을 할당시켜 주어 평균 전체 셀 용량 (average total throughput)을 향상시켜 준다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서, 우리는 제안한 알고리즘을 가지고 있는 QoS_adaptive RS이 셀 내에서 사용자들의 서비스 품질을 개선시켜 주고 있는 것을 확인할 수 있었다. 또, 사용자들의 서비스 품질에 대한 요구에 따라서 QoS_adaptive RS을 동작시킬 때, 사용자들이 제공받고 있는 서비스에 대해 더 많이 만족감을 느끼게 되는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 서비스 품질에 따라서 적합한 중계기를 동작시켜 줄 때, 제안한 중계기들이 시간 지연과 용량 관점에 있어서 성능을 향상시켜 주는 것을 증명할 수 있었다.;One of the important issues in the 4^(th) Generation Mobile Communication systems is how to guarantee Quality of service (QoS) and user satisfaction factor (USF) for multimedia services. Demands for multimedia services for the future ever increase. Also, the increase of traffic for the real-time services tends to be more apparent. Accordingly, diverse wireless data applications such as WiBro and high speed internet are expected to play an important role. To support the throughput of multimedia applications, the use of relay stations (RSs) has been proposed recently. In fact, the RS is one of the promising solutions for users’ requirements of a variety of QoS in future wireless cellular networks. Especially, the signal to noise rario (SNR) of users in the shadow area and the cell edge can be enhanced through the RSs. Also, we can get a way to shorten the effective wireless communication links between the base station (BS) and the mobile station (MS). By employing more RSs in a cell, we can achieve shorter wireless communication links as a whole. However, the use of RSs in a cell causes an increase of transport time because of increased number of hops, in terms of delay / delay variance. To minimize the impact of this hop delay and to achieve a better QoS, more efficient design of RSs is needed to support QoS requirement of 4G service. In this thesis, we propose an architecture of the QoS_adaptive RS in order to provide users requiring differentiated QoS with higher QoS and user satisfaction. For example, if delay /delay variance-sensitive users are located on the cell boundary, they are provided with the service such as multimedia through the delay /delay variance_adaptive RSs. These delay /delay variance_adaptive RSs control the proposed flexible weighting factors according to the remaining time distribution, and then transmit buffered packets in the queue. When packets are transmitted, they are grouped according to the service classification. The delay /delay variance_adaptive RSs can effectively transmit group-wised packets and improve QoS than the conventional algorithms. In respect of throughput, the throughput_adaptive RSs allocate optimal subchannel to each user in the mobile communications environment and improve average total throughput. It has been verified by the computer simulation that the QoS_adaptive RS with the proposed algorithm improves the QoS of users in a cell. When the QoS_adaptive RS is operated according to QoS requirements from mobile users, the USF of the proposed scheme is also higher than those of the conventional schemes. That is, when the adaptive RS is operated according to QoS, the proposed RSs are proved to improve the performance in respect of the delay and throughput.