KR100272109B1 - 효율적 무선 자원 할당을 위한 무선통신 장치 및 그 운용 방법 - Google Patents

효율적 무선 자원 할당을 위한 무선통신 장치 및 그 운용 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선통신 시스템에서 효율적으로 무선 자원을 할당하고 관리하는 방식 및 그 장치에 관한 것으로, 다수의 단말들이 무선 자원 할당을 요구할 경우에 발생하는 충돌 가능성과 그 결과 나타나는 무선 자원의 낭비 문제를 해결하기 위한 무선 자원 관리 방법 및 이에 따른 장치를 제공한다.
본 발명의 무선 자원 할당 방식은 각각의 단말기 기지국으로부터 방송되는 무선 자원 현황 정보를 수신하여, 이를 바탕으로 호 요구 패킷 전송 여부를 판단하는 소정의 연산과정을 수행한 결과 무선 자원의 사용도가 어떤 임계값 이상이 되면 무선 자원의 할당 요구를 자제하게 되어, 호 요구의 충돌 가능성을 줄이고 그 결과 무선 자원을 효율적으로 사용할 수 있게 한다.

Description

효율적 무선 자원 할당을 위한 무선통신 장치 및 그 운용 방법
본 발명은 무선통신 시스템에서의 무선 자원 할당 방식에 관한 것으로, 특히 기지국에서 이동국과 네트워크 사이에서 정보를 전달하는 트래픽 채널의 효율적인 관리 방법과 그 장치에 관한 것이다.
통신의 궁극적 목표인 언제, 어디서나, 누구에게나 바로 정보 미디어를 전달할 수 있도록 쓰여온 셀룰러 전화를 비롯한 무선통신은 질적인 면과 양적인 면에서 급속한 혁신을 일으키고 있다. 즉, 무선통신 시스템은 2세대 셀룰러 시스템, 3세대 IMT 2000 시스템, 4세대 무선 ATM (wireless asynchronous transfer mode) 시스템 등으로 발전하고 있다.
제1도는 무선통신 시스템을 나타낸 도면으로서, 무선통신망 관리자는 가능한 많은 셀룰러 가입자(41, 42, 43, 55, 61, 62)들이 주어진 무선 주파수 자원을 이용하여 효율적으로 통신할 수 있도록 서비스 구역을 셀 단위로 분할하여, 각 셀에 무선 기지국(40, 60)을 두어 운용하고 있다.
각각의 무선 기지국은 서비스 구역 내에 있는 가입자(41, 42, 43, 55, 61, 62)들이 무선 자원 할당을 요구할 경우에, 가능한 많은 무선통신 가입자들이 주어진 무선 자원을 이용하여 고품질로 통신할 수 있도록 통신 시스템을 운용할 수 있어야 한다.
여기서, 무선 자원이란 FDMA (Frequency Division Multiple Access) 방식에서는 셀 내의 가입자들에게 특정 반송 주파수를 부여하는 것이 되며, TDMA (Time Division Multiplex Access) 방식에서는 주어진 반송 주파수에 타임슬롯(time slot)을 부여하는 것이 된다. 또한, 현재 국내 서비스 중인 CDMA (Code Division Multiple Access) 방식에서는 가입자에게 코드를 부여하게 된다.
이와 같은 무선 자원의 할당은 셀룰러 통신 시스템에서는 여러 가지 형태로 요구받게 된다. 즉, 셀룰러 가입자가 통화를 시도하면 무선 자원의 할당을 요구하게 될 것이고, 이미 무선 자원을 할당받아 통화중인 가입자(55)가 특정 셀에서 다른 셀로 이동을 할 경우에는 통화가 끊기지 않을 수 있도록 새로운 무선 자원을 부여받기를 요구하게 된다. 즉, 무선통신 시스템에서는 이동 가입자가 통화 중에 인접한 기지국이 관할하는 셀로 이동할 경우, 인접 기지국으로부터 보다 강한 신호를 수신하게 되고, 이동국은 수신한 인접 기지국의 신호세기를 네트워크에 보고함으로써 핸드오프(handoff)를 요구하게 된다.
특히, 셀 사이에 동일한 주파수 대역을 사용하는 CDMA 셀룰러 시스템에서는 이동국이 인접 셀로 이동할 경우 인접 셀로부터 보다 강한 신호를 수신하게 되는 지역에서 핸드오프가 발생하게 된다.
그러나, 무선통신 가입자의 수가 폭발적으로 증가함에 따라서 한정된 무선 자원을 가지고 상기 전술한 호 요구에 대하여 무선 자원 할당을 효율적으로 수행하기에는 기술적 어려움이 있다.
주어진 무선 자원을 효율적으로 이용하기 위하여 셀의 크기를 더욱 작게 나누는 마이크로 셀(micro-cell)의 개념을 도입하여 가용 주파수 자원을 극대화하는 한편, 선 순위(priority)를 고려한 무선 자원 할당 방식 등이 제안되고 있다.
이와 같은, 효율적인 무선 자원 할당에 관한 기술은 J. H Lin 등의 "Congestion control system and method for efficient multi-frequency messaging"(미합중국 특허번호 제5,740,533호) 및 R. S. Joseph 등의 "System and method for providing priority access and channel assignment in a cellular telecommunication system" (미합중국 특허번호 제5,574,977호) 등에 상술되어 있다.
제2도는 종래의 무선 자원 할당 방식의 예시도로서, 기지국이 담당하는 영역 내에 위치한 단말(200)은 사용자로부터 무선 자원 할당 요구를 받을 경우(202), 무선 기지국에 호 요구 패킷을 전송(203)하게 되고, 무선 기지국은 단말 및 네트워크로부터 받은 호 요구를 검사(302)하여 무선 자원 할당 여부를 판단(303)하게 된다.
즉, 여러 단말들이 동시에 무선 자원 할당 요구를 할 경우, 상호 충돌이 일어날 확률이 커지므로 이러한 충돌을 해결하기 위한 알고리즘으로서, GSM (group special mobile), IS-95, IEEE802.11 등의 표준안에서 무선 자원 할당 요구 알고리즘과 그 충돌 해결 방식을 제시한 바 있다.
그러나, 이와 같은 무선 자원 할당 방식의 표준안도 무선 자원 할당을 받으려는 여러 단말들이 무선 자원 현황에 대한 정보 없이 동시에 무선 자원 할당 요구를 수행하기 때문에 충돌할 가능성이 많고, 충돌이 일어나지 않더라도 할당받을 수 있는 무선 자원이 없는 경우가 발생할 수 있어, 결과적으로 무선 자원을 효율적으로 활용하지 못하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 제1 목적은 무선통신 시스템에 있어서, 무선 통신 기지국 내의 여러 단말들의 무선 자원 할당 요구할 경우, 충돌을 방지하기 위한 효율적인 무선 자원 할당 방식을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 제2 목적은 무선통신 시스템에 있어서, 일반 호 요구와 핸드오프 요구가 빈번히 발생하는 환경에서 기지국의 호 요구에 대한 잦은 응답의 부담을 줄이는 효율적인 무선 자원 할당 방식을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 제3 목적은 무선통신 시스템에 있어서, 기지국의 무선 자원 현황을 각 단말이 파악할 수 있도록 함으로써, 효율적으로 무선 자원을 관리할 수 있는 무선통신 단말 장치를 제공하는데 있다.
제1도는 본 발명이 사용하는 무선통신 시스템의 개념도.
제2도는 종래 기술에 따른 무선 자원 할당의 단계를 도시하는 절차 흐름도.
제3도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 자원 할당의 단계를 도시하는 절차 흐름도.
제4도는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 자원 할당의 단계를 도시하는 절차 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
40, 60, 300, 500 : 기지국
41, 42, 55, 61 : 단말
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 무선 자원 할당 방식은 무선통신 기지국이 관리하는 무선 자원 현황 정보를 다수의 단말들에게 주기적으로 방송하는 단계; 상기 주기적으로 방송되는 무선 자원 현황 정보를 상기 단말들이 수신하는 단계; 상기 단말들에 수신된 무선 자원 현황 정보를 저장하는 단계; 상기 단말 사용자로부터 무선 자원 사용 요구를 상기 단말이 접수하는 단계; 상기 무선 자원 사용 요구를 수신할 경우 상기 단말에 저장된 무선 자원 현황 정보를 재생하는 단계; 상기 재생된 무선 자원 현황 정보를 이용하여 무선 자원 할당 요구를 위한 가부(可否) 연산을 수행하는 단계; 상기 무선 자원 할당 요구를 위한 가부 연산 결과, 상기 무선 자원 할당 요구가 가능함을 판정 받은 경우, 상기 무선 자원 할당 요구를 상기 무선 기지국에 송신하는 단계; 상기 무선 자원 할당 요구를 위한 가부 연산 결과, 상기 무선 자원 할당 요구가 불가능함을 판정 받은 경우, 상기 단말은 무선 자원 할당 거부 메시지를 상기 단말 사용자에게 보내는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 무선 자원 할당 방식에 의한 단말 장치는 무선 기지국이 주기적으로 방송하는 무선 자원 현황 정보를 수신하는 수단; 상기 수신된 무선 자원 현황 정보를 저장하는 수단; 사용자로부터 무선 자원 요구를 접수하는 수단; 상기 저장된 무선 자원 현황 데이터를 재생하는 수단; 상기 사용자의 무선 자원 요구에 대하여 그 허용 여부를 판단하는 프로세싱 수단; 상기 무선 자원 요구를 요청한 사용자에게 상기 연산 결과를 알리는 수단; 상기 연산 결과에 따라 무선 기지국에 무선 자원 요구 호 패킷을 제작하여 전송하는 수단을 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 양호한 실시예를 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명에 따른 무선 자원 할당 방식의 제1 실시예를 나타낸 절차 흐름도이다. 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명은 단말의 전원을 스위치 온(on)하면(401), 기지국(500)이 주기적으로 방송하는 셀 내의 무선 자원 현황 정보를 단말(400)은 수신하고 저장한다(402).
바람직한 실시예로서, 기지국(500)이 방송하는 무선 자원 현황 정보는 주파수 사용 현황, 타임 슬롯(time slot) 사용 현황, 또는 PN 코드 등을 포함할 수 있다. 무선 자원 현황 정보에 대한 양호한 실시예로서, 무선통신 기지국이 이미 할당한 트래픽 채널 수 및 할당된 트래픽 채널 중에서 아직 할당되지 않은 가용 채널 수를 포함할 수 있다.
한편, 단말(400)은 사용자로부터 무선 자원 할당 요구가 있는지를 확인(403)하고, 사용자로부터 무선 자원 할당 요구가 있는 경우 저장되어 있는 무선 자원 현황 정보를 재생(404)한다. 이어서, 상기 재생된 무선 자원 현황 정보를 바탕으로 하여 기지국에 대하여 무선 자원 할당 요구 호 패킷을 전송할 것인가를 판단하는 소정의 자원 할당 요구에 대한 가부 연산을 수행(405)한다.
바람직한 실시예로서, 무선 자원 할당 요구를 위한 단말의 가부 연산을 수행하는 단계(405)는, 수신된 가용 무선 자원 현황과 선정된(predefined) 무선 자원 할당의 임계값과 비교할 수 있다. 또한, 상기 선정된 무선 자원 할당의 임계값의 양호한 실시예로서, 일반 호(normal call)와 핸드오프 호 (handoff call)의 무선 자원 할당의 임계값은 각각 서로 다른 값으로 정할 수 있다.
이어서, 전술한 무선 자원 할당 요구 가부 연산을 수행(405)한 결과, 기지국(500)에서 호 요구에 대한 처리 능력이 있는 것으로 판단될 경우에는, 기지국에 대해 호 요구 패킷을 발송(408)하게 된다. 한편, 상기 무선 자원 할당 요구를 위한 가부 연산(405) 결과 상기 무선 자원 할당 요구가 불가능한 것으로 판정 받은 경우에는, 단말(400)은 무선 자원 할당 거부 메시지를 단말 사용자에게 알리게 된다(406).
제4도는 본 발명에 따른 무선 자원 할당 방식의 제2 실시예를 나타낸 절차 흐름도 이다.
제4도를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예는 무선통신 기지국이 관리하는 무선 자원 현황 정보를 다수의 단말들에게 주기적으로 방송(501)하는 단계, 주기적으로 방송되는 무선 자원 현황 정보를 상기 단말들이 수신하고 저장(402)하는 단계, 단말 사용자로부터 무선 자원 사용 요구를 상기 단말이 접수(403)하는 단계, 무선 자원 사용 요구를 수신할 경우 상기 단말에 저장된 무선 자원 현황 정보를 재생(404)하는 단계를 수행한다.
이어서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 자원 할당 방식은 재생된 무선 자원 현황 정보를 이용하여 무선 자원 할당 요구를 위한 가부(可否) 연산을 수행(405)하고, 무선 자원 할당 요구를 위한 가부 연산 결과에 따라서 무선 자원 할당 요구가 가능함을 판정 받은 경우에는 상기 무선 자원 할당 요구를 상기 무선 기지국에 송신(408)하게 된다.
만일 무선 자원 할당 요구를 위한 가부 연산(405)를 수행한 결과, 상기 무선 자원 할당 요구가 불가능함을 판정 받은 경우의 단말(400)은 소정의 지연 시간을 거쳐(407) 상기 자원 할당 요구 연산을 반복하여 수행하게 (405) 된다. 여기서, 양호한 실시예로서 소정의 지연 시간(407)을 갖도록 하는 취지는 기지국으로부터 새로이 방송된 무선 자원 현황 정보를 수신한 후, 이를 바탕으로 자원 할당 요구 가부 연산(405)을 수행하고자 하기 위함이며, 바람직한 실시예로서 상기 소정의 지연 시간은 기지국이 방송하는 무선 자원 현황 정보의 전송 주기보다 약간 크게 정할 수 있다.
한편, 상기 무선 자원 할당 여부를 판정하는 가부 연산을 수행하는 단계(405)는 선정된(predefine)된 가용 무선 자원의 임계값과 무선 자원 현황 정보를 비교하는 단계로 구성되며, 바람직한 실시예로서 상기 가용 무선 자원의 임계값은 일반 호(normal call)와 핸드오프 호(handoff call)에 대해 임계값을 각각 서로 달리할 수 있다.
전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.
또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.
이상과 같이 본 발명에 따른 효율적 무선 자원 할당을 위한 무선통신 단말 및 그 운용 방법은, 기지국에 대한 무선 자원 할당 요구 시에 단말 판단 기준을 가짐으로써, 종래 기술의 문제점인 기지국에서의 무선 자원 할당 요구에 대한 충돌 가능성을 줄이고, 결과적으로 무선 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 무선통신 시스템 운용 방식을 제공한다.

Claims (11)

  1. 기지국에 적용되는 무선 자원 관리 방법에 있어서,
    상기 무선통신 기지국이 관리하는 무선 자원 현황 정보를 다수의 단말들에게 주기적으로 방송하는 단계;
    상기 주기적으로 방송되는 무선 자원 현황 정보를 상기 단말들이 수신하는 단계;
    상기 단말들에 수신된 무선 자원 현황 정보를 저장하는 단계;
    상기 단말 사용자로부터 무선 자원 사용 요구를 상기 단말이 접수하는 단계;
    상기 무선 자원 사용 요구를 접수한 경우 상기 단말에 저장된 무선 자원 현황 정보를 재생하는 단계;
    상기 재생된 무선 자원 현황 정보를 이용하여 무선 자원 할당 요구를 위한 가부(可否) 연산을 수행하는 단계;
    상기 무선 자원 할당 요구를 위한 가부 연산 결과, 상기 무선 자원 할당 요구가 가능함을 판정 받은 경우, 상기 무선 자원 할당 요구를 상기 무선 기지국에 송신하는 단계;
    상기 무선 자원 할당 요구를 위한 가부 연산 결과, 상기 무선 자원 할당 요구가 불가능함을 판정 받은 경우, 상기 단말은 무선 자원 할당 거부 메시지를 상기 단말 사용자에게 보내는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 무선통신 기지국이 단말들에게 방송하는 무선 자원 현황을 주파수 사용 현황, 타임 슬롯, 또는 PN 코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 무선통신 기지국은 GSM, IS-95, IMT 2000, 무선 ATM들 중 어느 하나의 무선통신 방식을 위한 기지국인 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 무선 자원 할당 요구는 일반 호 또는 핸드 오프 호를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 무선 자원 할당 요구를 위한 상기 단말의 가부 연산을 수행하는 단계는, 상기 수신된 가용 무선 자원 현황과 선정된(predefined) 무선 자원 할당의 임계값과 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 선정된 가용 트래픽 무선 자원 할당의 임계값은 일반 호와 핸드 오프 호의 경우 각각 서로 다른 값으로 선정하는 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 무선 자원 할당 요구를 위한 가부 연산 결과, 상기 무선 자원 할당 요구가 불가능함을 판정 받은 경우, 상기 단말은 무선 자원 할당 거부 메시지를 단말 사용자에게 보내는 단계를 생략하고, 소정의 지연 시간을 가진 후에 상기 자원 할당 요구 가부 연산을 다시 수행하는 것을 더 포함하는 것
    을 특징으로 하는 무선 자원 할당 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 소정의 지연 시간은 상기 기지국으로부터 방송되는 무선 자원 현황 정보의 전송 주기보다 크게 하는 것
    을 특징으로 하는 무선 자원 할당 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 무선통신 기지국이 상기 다수의 단말들에게 주기적으로 방송하는 상기 무선 자원 현황은
    상기 무선통신 기지국이 이미 할당한 트래픽 채널 수와;
    상기 할당된 트래픽 채널 중에서 아직 할당되지 않은 가용 채널 수
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 방법.
  10. 무선 기지국이 주기적으로 방송하는 무선 자원 현황 정보를 수신하는 수단;
    상기 수신된 무선 자원 현황 정보를 저장하는 수단;
    사용자로부터 무선 자원 요구를 접수하는 수단;
    상기 저장된 무선 자원 현황 데이터를 재생하는 수단;
    상기 사용자의 무선 자원 요구에 대하여 그 허용 여부를 판단하는 프로세싱 수단;
    상기 무선 자원 요구를 요청한 사용자에게 상기 연산 결과를 알리는 수단;
    상기 연산 결과에 따라 무선 기지국에 무선 자원 요구 호 패킷을 제작하여 전송하는 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신용 단말.
  11. 제10항에 있어서, 상기 무선통신용 단말은 GSM, IS-95, IMT 2000, 무선 ATM들 중 어느 하나의 무선 통신 방식을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신용 단말.
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