KR100340033B1 - 위성시스템에서의 핸드오버 경로 재설정 방법 - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명에 속한 기술분야
본 발명은 위성시스템에서의 핸드오버 경로 재설정 방법에 관한 것임.
2. 발명에 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 위성시스템에서 트래픽 집중으로 인한 호 불통 확률을 낮추기 위한 핸드오버 경로 재설정 방법 및 그를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하고자 함.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 이웃 위성들의 트래픽 부하 정보를 이용하여 과부하 상태에 있는 위성을 경유하는 핸드오버 경로를 부하가 낮은 이웃 위성을 경유하는 경로를 이용하여 우회시켜 배분시키는 제 1 단계; 및 최적화된 경로 설정에 필요한 자원이 사용 가능한 경우에, 최적경로가 아닌 우회경로를 이용하는 핸드오버 경로를 최적화하여 핸드오버 경로를 재설정하는 제 2 단계를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 위성시스템 등에 이용됨.

Description

위성시스템에서의 핸드오버 경로 재설정 방법{METHOD FOR REROUTING HANDOVER ROUTE IN SATELLITE SYSTEM}
본 발명은 위성시스템에서의 핸드오버 경로 재설정 방법 및 그를 실현시키기위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것으로, 특히 저궤도 위성시스템에서 트래픽 부하의 집중으로 인한 호 불통 확률을 낮추고 사용자에게 보다 우수한 서비스를 제공하기 위한 핸드오버 경로 재설정 방법 및 그를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
일반적으로, 저궤도 위성시스템들은 지구상 어느 곳에서나 광통신급의 통신서비스를 제공할 수 있고, 기존의 통신 시스템에서는 제공할 수 없었던 지역에 제한되지 않는 광통신급의 디지털화된 광대역 전송 능력을 제공한다.
전 세계적인 지역에 의해 제한되지 않는 통신을 제공하기 위해 이리듐(IRIDIUM), 텔레데식(TELEDESIC)등 많은 저궤도 위성시스템들이 제안되었는다. 일반적으로, 저궤도 위성은 지구 표면에서 500km에서 2000km 위에 궤도를 갖는 위성을 말한다. 이러한 낮은 고도는 짧은 종단간의 지연시간을 가능하게 하며, 위성과 지상 터미널간의 통신을 낮은 전력으로도 가능하게 한다. 그리고, 저궤도 위성시스템에서는 위성간 링크(ISL : Intersatellite link)를 이용해 지상 네트워크를 경유하지 않고 직접 위성 네트워크로 연결된 경로의 사용이 가능하다.
이러한 장점들이 있는 반면, 정지궤도 위성시스템에서는 존재하지 않는 새로운 문제들도 있다. 저궤도 위성은 거의 일정한 속도로 지구에 대해 궤도를 따라 이동한다. 이 이동성 때문에 저궤도 위성의 서비스지역이 일정하지 않으며, 전체적인 서비스 제공은 여러 개의 궤도와 그 궤도마다 여러 개의 위성이 사용됨으로써 얻어진다.
종래의 저궤도 위성시스템에서의 핸드오버 경로 재설정 방법들은 시간에 따라 변하는 환경에 대응하기 위하여, 예상되어지는 환경에 대해 각각 미리 계산된 고정된 경로들을 이용하여 경로를 재설정하였다.
그러나, 이러한 종래의 방법들에서는 집중되는 경향이 있는 균일하지 않은 트래픽 분포가 고려되지 않았거나, 시간에 따라 트래픽 분포가 계속 바뀌는 특성이 경로 설정에 반영되지 않았을 뿐만 아니라 변화하는 네트워크 환경에도 동적으로 대응할 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 핸드오버시에 어떤 조건에도 항상 최적의 경로를 제공하려면 양 종단간의 전체 경로에 대한 경로 재설정이 수행되어야만 하지만 일반적으로 이러한 경로 재설정은 과도한 네트워크 시그널링(signaling) 및 계산 부담을 초래하므로 사용되어질 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 위성시스템에서 트래픽 집중으로 인한 호 불통 확률을 낮추기 위한 핸드오버 경로 재설정 방법 및 그를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
즉, 본 발명은, 위성간의 경로 우회 및 경로 최적화를 이용한 핸드오버 경로 재설정 방법 및 그를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
다시 말하면, 본 발명은, 이웃 위성들의 트래픽 부하 정보를 이용하여 과부하 상태에 있는 위성을 경유하는 핸드오버 경로를 부하가 낮은 이웃 위성을 경유하는 경로를 이용하여 우회시켜 배분시키는 동시에 보다 최적화된 경로 설정에 필요한 자원이 사용 가능한 경우에는 최적경로가 아닌 우회경로를 이용하는 핸드오버 경로를 최적화하여 보다 적은 전송지연 시간과 적은 시스템 자원 이용을 가능하게 하는 분산적, 국부적인 핸드오버 경로 재설정 방법 및 그를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 저궤도 위성시스템의 구성 예시도.
도 2 는 본 발명에 따른 트래픽 로드 분산을 위한 핸드오버 경로 재설정 방법에 대한 설명도.
도 3 은 본 발명에 따른 경로 최적화를 위한 핸드오버 경로 재설정 방법에 대한 설명도.
도 4 는 본 발명에 따른 핸드오버 경로 재설정 방법에 대한 일실시예 흐름도.
도 5 는 본 발명에 따른 핸드오버 경로 재설정 방법중 호 해제 방법에 대한 일실시예 흐름도.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 위성시스템에서의 핸드오버 경로 재설정 방법에 있어서, 이웃 위성들의 트래픽 부하 정보를 이용하여 과부하 상태에 있는 위성을 경유하는 핸드오버 경로를 부하가 낮은 이웃 위성을 경유하는 경로를 이용하여 우회시켜 배분시키는 제 1 단계; 및 최적화된 경로 설정에 필요한 자원이 사용 가능한 경우에, 최적경로가 아닌 우회경로를 이용하는 핸드오버 경로를 최적화하여 핸드오버 경로를 재설정하는 제 2 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 프로세서를 구비한 위성시스템에，이웃 위성들의 트래픽 부하 정보를 이용하여 과부하 상태에 있는 위성을 경유하는 핸드오버 경로를 부하가 낮은 이웃 위성을 경유하는 경로를 이용하여 우회시켜 배분시키는 기능; 및 최적화된 경로 설정에 필요한 자원이 사용 가능한 경우에, 최적경로가 아닌 우회경로를 이용하는 핸드오버 경로를 최적화하여 핸드오버 경로를 재설정하는 제 2 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.본 발명은 실제 호 설정 이전 단계인 호 설정 요청시에 초기 경로를 설정하는 임의의 경로 설정 방법에 의하여 경로가 설정된 호의 초기 설졍된 경로를 따라 그 경로가 경유하는 각 위성들로부터 자원 할당을 받는 단계에서 초기 설정된 경로상의 자원, 즉 무선 통신 채널이 부족한 경우 그 채널과 동일한 출발지와 목적지를 갖는 채널을 이용하여 우회함으로써, 보다 많은 통신 서비스를 제공하는데 그 특징이 있다. 따라서, 본원 발명은 초기 경로 설정 방법에 대한 것이 아니므로 초기 경로 설정 방법에 무관하게 적용될 수 있다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 저궤도 위성시스템의 구성 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 6개의 극 궤도와 각 궤도에 11개의 위성을 가지고 있다.
그러나，각 위성들의 서비스 지역은 계속 바뀌기 때문에 지상 터미널은 처음 통신을 시작한 위성 외의 다른 위성들의 서비스를 이용해야 하는 경우도 종종 발생한다. 따라서, 위성들은 서비스 중인 지상 터미널을 일정 시간이 지나면 지상터미널과 더 가까운 다른 위성에 넘길 필요가 있다. 이것을 저궤도 위성시스템에서는 핸드오버(handover)라고 한다. 여기서, 핸드오버는 약 10분마다 한번씩 일어나게 되므로 모든 서비스　중인 호들은 핸드오버를 위해 주기적으로 경로를 재설정 해야만 한다. 따라서, 저궤도 위성 네트워크에서는　ISL을　이용하여 위성들간에 핸드오버를 가능하게 한다. 각 위성들은 같은 궤도면과 인접한 다른 궤도면의 다른 위성들과의 ISL을 가지고 있으며, 이러한 상호 연결 네트워크는 계층적이지 않은 메쉬(mesh) 네트워크를 형성한다.
저궤도 위성이 궤도를 따라 계속 이동하고, 동시에 지구도 자전하므로, 저 궤도 위성 시스템의 트래픽 분포는 시간에 따라 변하게 된다. 한 저궤도 위성의 서비스 지역은 사막이나 바다 같은 이용자가 거의 없는 지역일 수도 있고, 도시와 같은 인구 밀집지역일 수도 있다. 서비스 지역이 인구밀집 지역인 경우, 그 위성의 트래픽 부하는 이웃하는 바다 위에 떠 있는 위성보다 훨씬 높을 것이다. 또한, 도시 위에 떠있는 두 위성간의 ISL의 트래픽 부하는 바다 위에 떠있는 인접한 두 위성을 연결하는 ISL의 트래픽 부하보다 훨씬 높을 것이다. 또 서비스 지역은 낮 시간에 해당하는 지구의 밝은 면에 해당할 수도 있고, 밤시간에 해당하는 어두운 면에 해당할 수도 있다. 이러한 비균등한(non-uniform) 트래픽 분포 특성은 저궤도 위성 시스템에서의 트래픽 분포 특성중의 하나이다. 이 특성은 저궤도 위성 시스템에서 트래픽 집중으로 인한 호 불통 확률(call blocking probability)을 높이는 문제를 발생시킨다.
이러한 문제를 해결하고 보다 나은 서비스 제공을 위한 저궤도 위성 시스템에서의 핸드오버 경로 재설정 방법은 변화하는 환경에 적응해야만 한다. 또한, 이웃 위성들의 트래픽 부하 정보를 이용하여 과부하 상태에 있는 위성을 경유하는 핸드오버 경로를 부하가 낮은 이웃 위성을 경유하는　경로를 이용하여 우회 및 배분시켜 동시에 보다 최적화된 경로 설정에 필요한 자원이 사용 가능한　경우에는 최적경로가 아닌 우회경로를 이용한다. 따라서, 핸드오버 경로를 최적화하여 보다 적은 전송지연 시간과 적은 시스템 자원 이용을 가능하게 하는 분산적, 국부적인 핸드오버 경로 재설정 방법을 적용함으로써 네트워크의 노드 또는 링크의 고장에도 실시간적으로 대응할 수 있다.여기서, 필요한 자원이란 위성간 데이터 또는 음성통신을 위한 무선통신채널이다. 따라서, 예를 들어 위성 A, B 간의 통신 채널이 모두 소모되어 더 이상 통신 서비스를 제공할 수 없는 경웅 이 포화된 통신 채널을 이용하도록 호 설정 요청된 호들을 위성 A, B를 연결하는 다른 위회 경로들(예를 들면, 위성 C를 경유하여 A와 B를 연결하는 경로)에 포함된 통신 채널들을 이용하여 서비스하는 경우 통신 채널이라는 자원을 본 발명에 따라 이용하여 보다 나은 서비스를 제공했다고 말할 수 있다.
본 발명에서는 위성간 링크를 지원하는 시스템만을 고려한다. 여기서 제안하는 핸드오버 경로 재설정을 통한 트래픽 로드 균형은 이리듐　또는 텔레데식　등과 같은 가변적인 위성간 링크를 사용하는 저궤도 위성 네트워크에 기반을 두고 있다.
여기서, 저궤도 위성 네트워크는 다음과 같은 네트워크 모델에 기반하고 있는데，저궤도 위성 네트워크의 위성수는 n개로 고정되며, 노드간의 링크를 제공한다. 또한, 저궤도 위성 네트워크는 ATM과 같은 고속의 스위칭 기술에 기반한 네트워크이며, 연결성 서비스를 제공한다고 가정한다. 저궤도 위성 네트워크를 다음과 같은 방향성 그래프로 모델링할 수 있다.
G=(V,E), V={v1,v2,v3,v4,.....,vn}, |V|=n
E⊆{{vi,vj}|vi,vj∈V and i ≠j}
f:E→φ, φ≥0
여기서, V는 정점(vertex)들의 집합이고, E는 간선(edge)들의 집합이다. 저궤도 위성 시스템에서 위성은 정점에 해당하며, 위성간 링크(ISL)는 간선에 해당한다. 따라서, 한 정점 v에 대해 인접한 간선의 수는 저궤도 위성시스템에서 위성간 링크의 수와 같다. 한 정점 v에 대해 인접한 간선의 수를 K라 할 때 본 발명에서 K=8이다. 또한, φ값은 각 간선에 대한 특성값이다. 각 링크는 반대방향으로 데이터를 전송하는 두개의 연결을 가지므로, 각 간선 {i,j}∈E는 (i,j)와 (j,i)의 두개의 방향성을 가진 아크로 이루어진다. 본 발명에서는 각각의 아크에 대해 지연 시간과 가용 대역폭, 두개의 특성값을 고려한다. 본 발명에서 보다 이해하기 쉬운 설명을 위해 네트워크 모델에서 모든 아크는 같은 하나의 지연시간 단위 d값을 갖는다고 가정한다. 아크의 가용 대역폭 r은 최대 대역폭 용량과 아크를 통해 전송되는 호들에 의해 사용되는 대역폭들의 합과의 차이가 된다. 일반적으로 아크 (i,j)와 (j,i)를 통해 전송되는 호가 다르기 때문에 두 아크는 서로 다른 가용 대역폭값r((i,j))와 r((j,i))를 갖는다.
또한, 저궤도 위성 네트워크는 핸드오버 경로 재설정모델을 기반으로 하고 있는데， 핸드오버 경로 재설정은 다음과 같이 3단계로 구분할 수 있다.
첫째로, 위성간 링크에 대한 가용 대역폭을 평가한다.
둘째로, 초기 핸드오버 경로를 결정한다.
셋째로, 트래픽 분포를 고려한 초기 핸드오버 경로를 수정한다.
이와같은 위성간 링크에 대한 가용 대역폭 평가는 각 위성에서 독립적으로 수행될 수 있다. 본 발명에서 제안하는 적응적인 핸드오버 경로 재설정 방법은 균형(self-balancing), 최적화(self-optimization)기능을 제공하므로, 초기 핸드오버 경로 결정은 제안하는 핸드오버 경로 재설정 방법에 의한 효과에 큰 영향을 미치지 않는다.
따라서, 본 발명에서는 트래픽 분포를 고려한 초기 핸드오버 경로 수정에 대한 내용을 주로 제안함으로써, 시스템의 자원 사용 상태 정보를 사용하지 않는 최단지연 시간 경로 결정방법(shortest path routing)을 초기 핸드오버 경로 결정 방법으로 가정한다.
초기 핸드오버 경로 수정에서 루프는 경로 재설정시의 우회 경로의 지연시간을 제한하거나 절대 주소를 사용함으로써 피할 수 있는데 핸드오버 경로 수정결정 과정에서는 핸드오버 호 설정 요청이 도착했을 때 요청을 받은 목적 위성이 목적 링크의 트래픽 로드에 기반하여 핸드오버 경로를 수정할 것인지의 여부를 결정한다.
본　발명의　목적이　네트워크의 자원 사용 효율을 높임으로써 호 불통 확률을 최소화하는데 있으므로, 핸드오버 경로 재설정 여부는 시간 t의 위성간 링크의 각 방향에 대한 가용 대역폭 R(t)에 의해 결정된다. 아래의 [수학식 1]에서 R(t)는 최대 용량 Bmax와 현재 시간 t에서의 사용중인 대역폭 Bcurrent와의 차이로 정의된다.
R(t)=Bmax-Bcurrent
핸드오버 경로 재설정은 저궤도 위성시스템을 경로 재설정 도메인(rerouting domain)이라고 불리는 독립적인 그룹들로 나누고, 각 그룹마다 독립적으로 혼잡이 발생한 경우 경로 재설정을 가능하게 함으로써 수행 가능하다. 도메인의 크기는 몇 개 위성에서부터 전체 시스템이 될 수도 있다.
핸드오버 경로 재설정을 위한 결정은 각 도메인 내의 노드들이 가지고 있는 정보에만 근거하여 이루어지고 경로 재설정 도메인을 통해 경로 재설정을 분산적으로 수행할 수 있다. 또한, 경로 재설정에서 고려해야 하는 경로들의 수를 줄임으로써 핸드오버 경로 재설정 실행여부 결정과 핸드오버 경로 재설정에 필요한 시간과 비용을 줄일 수 있다.
본 발명에서는 핸드오버 경로 재설정 도메인 Φ는 목적 노드와 목적 노드로부터 가까운 이웃 노드들로만 구성된다. 따라서，도메인의 수는 시스템의 위성수와 같으므로 이때 대상이 되는 중앙의 한 노드를 목적 노드라고 한다.
여기서, 핸드오버 경로 재설정 도메인 Φ는 그래프 G의 부분 그래프이다(Φ⊆G).
Θ는 도메인 Φ에서 목적 노드를 제외한 나머지 노드들로 이루어진 집합을 나타내며, |Θ|=K이다.
목적 링크는 목적 노드의 핸드오버 경로 재설정에서의 대상이 되는 경로 출력방향 링크를　말한다. 목적 노드들의 집합을 Pα라 하면 이때 |Pα|=K(K-1)이다. 출발 노드가 s, 도착 노드가 d인 경로를 p(s,d)로, 이 경로가 노드 β∈Φ를 경유하는 경우 pβ(s,d)로 나타낸다. 임의의 경로 p(v1,vk)={v1,v2,v3,......,vk}에 대해서 경로 p(v1,vk)의 지연 시간값은 d(p)로 나타내며 아래의 [수학식 2]와 같다.
여기서,　경로의 가용 대역폭 r(p)는 다음의　[수학식 3]과 같이 나타낸다.
r(p(v1,vk))=min[r((v1,v2)),r((v2,v3)),......,r((vk-1,vk))]
한 목적 경로에 대한 대체 경로는 목적 링크와 같은 도메인에 속하는 출발노드와 도착 노드를 갖는 경로로 정의된다. 단, 출발 노드, 도착 노드 및 대체 경로를 구성하는 모든 노드 및 링크는 같은 동일 도메인 내에 속해야한다.
핸드오버 경로 재설정 단계의 역할은 첫째 각 도메인내에서 목적 링크의 트래픽 로드에 따라 트래픽을 분산 또는 경로 최적화를 위한 경로 재설정을 수행하고，둘째 도메인이 이웃 도메인들보다 트래픽 로드가 집중되었거나 줄어 들었다면 필요에 따라 대역폭을 전체 네트워크 관점에서 경로를 변경할 수 있어야 한다. 핸드오버 경로 재설정 도메인 개념은 경로 재설정시의 시간 및 비용을 줄일 수 있지만 전체 시스템 단위에서의 부하 분산을 보장할 수는 없다. 본　발명에서는　전체 시스템 단위에서의 부하 분산을 위하여 혼잡현상이 일어난 도메인에서 이웃한 도메인들로 대역폭 분산이 일어나도록 하는 중첩 도메인을 경로 재설정 도메인으로 사용한다.
따라서, 본　발명에　따른　핸드오버 경로 재설정 방법에서 각 개별 위성들은 독립적으로 동작하며, 자신이 목적 노드가 되는 도메인에 속한 위성들로부터의 정보에만 의존한다．
즉，모든 위성들은 자신과 인접한 모든 위성간 링크에 대하여　R(t)값을 관리한다. 이에따라 위성들은 이웃한 위성들에게 자신의 R(t) 레벨정보를 보내고, 이 정보를 주기적으로 갱신한다.
도 2 는 본 발명에 따른 트래픽 로드 분산을 위한 핸드오버 경로 재설정방법에 대한 설명도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 트래픽 로드 분산을 위한 경로 재설정 수행여부결정은 아래의 [수학식 4]에 나타낸 바와 같이 각 위성에서 자신을 지나는 목적 경로들 중 하나의 가용 대역폭이 미리 정한 임계치 Rld_threshold이하가 되는 경우 핸드오버 경로 재설정을 수행하게 된다.
여기서,는 목적 경로 p의 가용 대역폭을 나타낸다.호 경로 재설정은 목적 경로와 그 목적 경로에 대한 대체 경로들의 평균가용 대역폭을 계산하는 것으로 시작된다. 목적 경로 p에 대한 도메인의 평균 대역폭은 아래의 [수학식 5]와 같다.
여기서,는 위성 k∈Θ를 경유하는 목적 경로 p의 대체 경로의 가용 대역폭이다.
또한, 목적 경로와 대체 경로의 지연 시간 단위의 차이를 σ로 나타낼 때, 대체 경로에 대한 지연시간 제한 조건은 아래의 [수학식 6]과 같이 나타낼 수 있다.
σ≤σthreshold
여기서, 대체 경로에 대한 지연 시간제한은 서비스의 질 저하를 막고, 경로상에 루프가 포함되는 것을 막기　위한 것이다. 본 발명에 따른 σ가 1 지연시간 단위로 제한된다면, 목적 경로에 대한 위성 k∈Θ를 경유하는 대체경로는 하나만 존재하며 한 목적 경로에 대한 대체경로는 서로 겹치지 않는다.
경로 재설정은 혼잡한 목적 경로를 이용하여 설정된 경로를 트래픽이 많지 않은 대체 경로를 이용하도록 수정함으로써 수행된다. k∈Θ를 경유하는 목적경로 p에 대한 대체 경로의 가중치는 아래의 [수학식 7]에 따라 결정된다.
이 가중치들은 모두 더해져서 목적 경로 p에 대한 분산 가능한 대역폭 초과분 Xp를 결정하며 아래의 [수학식 8]과 같다.
마지막으로, 목적 링크 p를 이용한 경로 설정을 요구한 호가 위성 k를 경유하는 대체 경로에 지정될 확률은 아래의 [수학식 9]와 같이 정의된다.
만약에, 요청된 호를 위해 요구되는 대역폭을 제공할 수 있는 대체 경로가 사용　가능하지 않다면 그 핸드오버 호 요청은 초기 핸드오버 경로를 이용하여 호 설정이 이루어지거나 호 설정이 거부되게 된다(blocked).
도 2를 참조하면, 위성간 링크의 수는 8, K=8, |Pα|=K(K-1)=56, σ=0이다.예에서의 목적 노드는 위성 Si,i이며, 목적 경로 p(Si,i,Si,i+1)의 가용 대역폭이 Rld_threshold이하인 경우에 핸드오버 경로 재설정을 수행하는 경우이다. 목적 경로 p(Si,i,Si,i+1)와 해당 대체 경로들의 평균 가용 대역폭은,이다. 목적 경로 p(Si,i,Si,i+1)는 가용 대역폭을 갖고, 대체 경로는, 그리고 대체 경로 Psi-1,i(Si,i,Si,i+1)는의 가용 대역폭을 갖는다. 이 경우 목적 경로를 이용하는 핸드오버 초기 경로들은 확률로 대체 경로 Psi+1,i(Si,i,Si,i+1)를 이용해 경로가 수정되고, 확률로 대체 경로 Psi-1,i(Si,i,Si,i+1)를 이용해 핸드오버 경로가 수정되어 호 설정이 이루어진다.상기한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 트래픽 로드 분산을 위한 핸드오버 경로 재설정방법 중 부하가 낮은 이웃위성을 경유하는 경로를 이용하여 우회시켜 배준하는 기준을 살펴보면 다음과 같다.트래픽 로드 분산을 위한 경로 재설정 수행여부 결정은 각 위성에서 자신을 지나는 목적 링크들 중 하나의 가용 대역폭이 도 4에서 도시한 바와 같이 미리 정한 임계치, Rld_threshold이하가 되는 경우 핸드오버 경로 수정을 수행하게 된다(상기 [수학식 4] 참조). 여기서, Rld_threshold값은 통신 사업자의 상황에 따라 정할 수 있는 값이다. 본 발명에 대한 실험에서는 위성 링크의 최대 가용 대역폭의 20%를 사용하였다. 구체적인 값이 제시되어야만 한다면 위성 링크의 최대 가용 대역폭의 20%를 사용한다. 이 기준을 만족시키는 경우 상기의 [수학식 5]의 확률로 호의 트래픽이 우회된다.여기서, 구체적으로 트래픽이 우회될 확률을 계산해보면, 호 경로 재설정은 목적 링크와 그 목적 링크에 대한 대체 경로들의 평균가용 대역폭을 계산하는 것으로 시작된다. 목적 링크 p에 대한 도메인의 평균 대역폭은 상기의 [수학식 5]()와 같이 표현된다. 따라서, k를 경유하는 목적 링크p에 대한 대체 경로의 가중치는 상기의 [수학식 7]()다음의 식에 따라 결정된다.이 가중치들은 모두 더해져서([수학식 8] 참조)를 결정한다.결과적으로, 목적 링크p를 이용한 경로 설정을 요구한 호가 위성k를 경유하는 대체 경로에 지정될 확률은 상기의 [수학식 9]와 같이 정의된다.그러므로, 대체 경로의 가용 대역폭이 많을수록 그 대체 경로를 이용하여 호 경로가 우회 설정될 가능성이 높아진다.상기의 확률 결정 방법은 도메인의 각 위성의 가용 대역폭 값이 주어지면 모든 수식 값을 계산할 수 있다. 다만, 각 위성의 가용 대역폭 값은 시간과 경우에 따라 가변되는 값이므로 상기와 같은 수학식으로 나타낸 것이다. 확률 계산의 예는 도 2 및 후술되는 도 3에 제시하기로 한다.
도 3 은 본 발명에 따른 경로 최적화를 위한 핸드오버 경로 재설정 방법에 대한 설명도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 경로 최적화를 위한 적응적인 핸드오버 경로 재설정은 트래픽 로드 분산을 위한 적응적인 핸드오버 경로 재설정의 반대로 생각할 수 있다. 목적 링크의 가용 대역폭이 미리 정해진 임계치 이상인 경우, 목적 노드는 같은 재설정 도메인(domain)에 속한 다른 노드들에게 유휴중인 목적 링크를 이용하여 경로 최적화를 위한 핸드오버 경로 재설정을 수행할 것을 요청한다. 다른 노드들을 경유하는 대체 경로를 이용하여 연결된 핸드오버 경로들은 유휴상태인 목적 링크를 경유하도록 수정됨으로써 보다 향상된 품질의 서비스를 제공할 수 있다.
아래의 [수학식 10]에 나타낸 바와 같이，목적 경로의 가용 대역폭이 미리 정한 임계치 Rpo_threshold이상이 되면, 목적 노드는 같은 도메인내의 다른 노드들에게 목적 경로가 유휴 상태임을 알리고, 유휴중인 목적 경로를 이용하여 경로 최적화를위한 핸드오버 경로 재설정을 수행할 것을 요청한다. 이어서, 핸드오버 경로 재설정을 요청받은 노드들은 자신을 경유하는 대체 경로를 이용하여 핸드오버 경로들을 해당 유휴 목적 경로를 경유하도록 최적화를 수행한다.
여기서,는 유휴 목적 경로 p에 대한 위성 k를 지나는 대체 경로들을 이용하여 연결된 호들의 대역폭으로 정의되고, Yp는 아래의 [수학식 11]에 나타낸 바와 같이 이 값의 합으로 정의된다.
마지막으로, 위성 k∈Θ는 확률에 따라 목적 경로 p를 이용하여 경로 최적화를 위한 초기 경로 수정을 수행하게 된다.는 아래의 [수학식 12]와 같이 정의된다.
경로 최적화를 위한 핸드오버 경로 재설정은 로드 분산을 위한 경로 재설정과 경로 재설정 수행을 초기화하는 방향에 있어서 차이가 있다. 여기서는 목적 노드가 도메인 내의 다른 노드들에게 자신의 목적 경로를 이용하여 경로 재설정을 하도록 요청하고 이에 대해서 다른 노드들로부터 응답을 받는다.
도 3을 참조하면, 목적 노드는 위성 Si,i이고 목적 경로 p(Si,i,Si+1,i+1)는 가용대역폭이고,이다. 이때 대체 경로 Psi+1,i(Si,i,Si+1,i+1)는이고, 대체 경로 Psi,i+1(Si,i,Si+1,i+1)는를 갖는다. 따라서, 이 예에서이 된다. 따라서, 대체 경로 Psi+1,i(Si,i,Si+1,i+1)를 경유하는 초기 핸드오버 경로는 확률로，대체 경로 Psi,i+1(Si,i,Si+1,i+1)를 경유하는 초기 핸드오버 경로는 확률로 목적 링크를 이용하여 경로 최적화를 위해 경로가 수정되어 핸드오버를 위한 호 설정이 수행된다.
도 4 는 본 발명에 따른 핸드오버 경로 재설정 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 저궤도 위성 네트워크에서 핸드오버 경로를 재설정함에 있어서, 임의의 핸드오버 호 연결 요청이 있을 때까지 기다린다(401).
요청이 오면 요청받은 입/출력 링크 쌍이 도메인내의 다른 링크를 이용하여 최적화가 가능한지를 판단한다(402).
판단결과, 최적화가 가능하지 않으면, 목적 경로 P의 가용 대역폭인가 가용 대역폭이 정한 소정의 임계치인 Rthreshold 보다 작은지를 판단한다(403).
판단결과, 목적 경로 P의 가용 대역폭인가 가용 대역폭이 정한 소정의 임계치인 Rthreshold보다 작으면, 목적 경로와 그 목적 경로에 대한 대체 경로들의 평균 가용 대역폭을 계산한다(404).
이후, 목적 경로 P에 대한 각 대체 경로의 가중치 및 각 가중치의 합을 계산하고(405), 목적 경로 P에 요청된 핸드오버 호의 경로가 K를 경유하는 대체 경로로 경로 수정될 확률을 계산한다(406).
이어, 목적 경로를 지나는 핸드오버 경로가 대체 경로를 지나도록 수정하고 필요한 노드들에게 경로 변경할　것을 요청한 후(407) 임의의 핸드오버 호 연결 요청일 있을 때까지 기다리는 과정(401)으로 넘어간다.
판단결과, 목적 경로 P의 가용 대역폭인가 가용 대역폭이 정한 소정의 임계치인 Rthreshold 보다 작지 않으면, 초기 경로 결정 방법에 의해 요청된 호 연결을 그대로 사용하여 자원을 할당한 후(411) 임의의 핸드오버 호 연결 요청이 있을 때까지 기다리는 과정(401)으로 넘어간다.
판단결과, 최적화가 가능하면, 도메인 내의 다른 노드로부터 경로 최적화 요청 메시지가 도착했는지를 확인한다(408).
확인결과, 경로 최적화 요청 메시지가 도착하지 않았으면, 목적 경로 P의 가용 대역폭인가 가용 대역폭이 정한 소정의 임계치인 Rthreshold 보다 작은지를 판단하는 과정(403)으로 넘어간다.
확인결과, 경로 최적화 요청 메시지가 도착했으면, 1 에서 0 사이의 값을 가지는 난수가값보다 작은지를 비교한다(409).
비교결과, 난수가값보다 작으면, 경로 최적화를 위해 필요한 경로를 목적 경로로 가지는 노드에게 경로를 변경할 것을 요청한 후(410) 임의의 핸드오버 호 연결 요청이 있을때 까지 기다리는 과정(401)으로 넘어간다.
비교결과, 난수가값보다 작지 않으면, 목적 경로 P의 가용 대역폭인가 가용 대역폭이 정한 소정의 임계치인 Rthreshold보다 작은지를 판단하는 과정(403)으로 넘어간다.
한편, 목적 경로에 대한 대체 경로들의 평균 가용 대역폭은이며, 여기서 K는 소정의 위성을 나타내며,는 목적 경로 P의 가용대역폭을 나타내고,는 소정의 위성 k∈Θ를 경유하는 목적 경로p의 대체 경로의 가용 대역폭을 나타낸다.
또한, 목적 경로에 대한 각 대체 경로의 가중치는일 경우이며, 여기서,는 소정의 위성 K를 경유하는 목적 경로 P의 대체 경로의 가용 대역폭을 나타내고,는 목적 경로 P에 대한 대체 경로들의 평균 가용 대역폭을　나타내고, 각 가중치의 합은이며, 여기서는 목적 경로 P에 대한 각 대체 경로의 가중치를 나타낸다.
또한, 대체 경로에 지정된 대역폭은이며, 여기서는 목적 경로 P에 대한 대체 경로들의 가용 대역폭을 나타내고,는 목적 경로 P의 가용대역폭을 나타내며,는 목적 경로 P에 대한 각 대체 경로의 가중치를 나타내고, Xp목적 경로 P에 대한 각 가중치의 합을 나타낸다.
도 5 는 본 발명에 따른 핸드오버 경로 재설정 방법중 호 해제 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 임의의 호의 연결이 해제될때까지 기다린 후(501), 목적 경로 P의 가용 대역폭인가 가용 대역폭이 정한 소정의 임계치인 Rthreshold보다 작은지를 판단한다(502).
판단결과, 목적 경로 P의 가용 대역폭인가 가용 대역폭이 정한 소정의 임계치인 Rthreshold보다 작으면, 위성 K를 경유하는 대체 경로가 목적 경로 P를 이용하여 경로 최적화를 수행할 확률을 계산한다(503).
이후, 같은 도메인에 속하는 다른 노드들에게값과 함께 경로 최적화 요청 메시지를 전송하고(504), 임의의 호의 연결이 해제될때까지 기다리는 과정(501)으로 넘어간다.
판단결과, 목적 경로 P의 가용 대역폭인가 가용 대역폭이 정한 소정의 임계치인 Rthreshold 보다 작지 않으면, 임의의 호 연결이 해제될때까지 기다리는 과정(501)으로 넘어간다.
한편, 위성 K를 경유하는 대체 경로들을 이용하여 연결된 호들의 대역폭의 합은이며, 여기서,는 유휴 목적 경로 p에 대한 위성 k를 지나는 대체 경로들을 이용하여 연결된 호들의 대역폭을 나타내며, 경로 최적화를 수행하기 위한에서 위성 k∈Θ는 확률에 따라 목적 링크 p를 이용하여 경로 최적화를 위한 초기 경로를 나타낸다.상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 위성간의 경로 우회를 이용하여 핸드오버 경로를 재설정하고, 목적 위성을 경유하는 경로의 가용 대역폭이 일정 수준 이하로 떨어지면 도메인내의 다른 대체 경로를 이용하여 트래픽 부하를 전체 저궤도 위성 네트워크로 분산시킴으로써 지역적인 혼잡을 방지할 수 있으며, 이를 통해 전체 트래픽 로드에 대한 시스템의 정보처리량을 늘림으로써 호 불통 확률을 낮추고 보다 안정적인 서비스 제공이 가능한 효과가 있다.
또한,　본　발명은，핸드오버 경로가 설정된 경로에　대한　호 설정 요청을 부하가 낮은 대체 가능한 다른 경로들을 이용하도록 함으로써, 트래픽 부하가 분산되는 효과가 있다.
또한，본　발명은，네트워크의　노드　또는　링크의　고장에도　실시간적으로　대응할　수　있는　효과가　있다．

Claims (7)

  1. 위성시스템에 적용되는 핸드오버 경로 재설정 방법에 있어서,
    이웃 위성들의 트래픽 부하 정보를 이용하여 과부하 상태에 있는 위성을 경유하는 핸드오버 경로를 부하가 낮은 이웃 위성을 경유하는 경로를 이용하여 우회시켜 배분시키는 제 1 단계; 및
    최적화된 경로 설정에 필요한 자원이 사용 가능한 경우에, 최적경로가 아닌 우회경로를 이용하는 핸드오버 경로를 최적화하여 핸드오버 경로를 재설정하는 제 2 단계
    를 포함하는 위성시스템에서의 핸드오버 경로 재설정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 우회 경로(대체 경로)나 최적화 경로를 이용할 수 없는 호 설정 요청에 대해서는 초기 경로 결정 방법에 따라 자원을 할당하는 제 3 단계
    를 더 포함하는 성시스템에서의 핸드오버 경로 재설정 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    소정의 목적 경로의 호 연결이 해제되면 상기 이웃 위성을 경유하는 우회 경로(대체 경로)를 상기 해제된 목적 경로를 이용하여 최적화하는 제 4 단계
    를 더 포함하는 위성시스템에서의 핸드오버 경로 재설정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 4 단계는,
    임의의 호의 연결이 해제되면 상기 목적 경로(P)의 가용 대역폭()이 소정의 임계치(Rthreshold)보다 작은지를 확인하는 제 5 단계;
    상기 이웃 위성(K)을 경유하는 우회 경로(대체 경로)가 상기 목적 경로(P)를 이용하여 경로 최적화를 수행할 확률을 구하는 제 6 단계; 및
    동일 도메인에 속하는 다른 위성(노드)들에게 상기 구한 확률()값과 함께 경로 최적화 요청 메시지를 전송하는 제 7 단계
    를 포함하는 위성시스템에서의 핸드오버 경로 재설정 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 단계는,
    임의의 핸드오버 경로에 대한 호 설정 요청에 따라 상기 목적 경로(P)의 가용 대역폭()이 소정의 임계치(Rthreshold)보다 작은지를 확인한 후에, 상기 목적 경로와 그 목적 경로에 대한 우회 경로(대체 경로)들의 평균 가용 대역폭을 구하는 제 5 단계;
    상기 목적 경로(P)에 대한 각 대체 경로의 가중치 및 각 가중치의 합을 구하는 제 6 단계;
    상기 목적 경로(P)에 요청된 핸드오버 호의 경로가 상기 이웃 위성(K)을 경유하는 우회 경로(대체 경로)로 경로 수정될 확률을 구하는 제 7 단계; 및
    상기 목적 경로를 지나는 핸드오버 경로가 우회 경로(대체 경로)를 지나도록 수정하고, 필요한 노드들에게 경로 변경을 요청하는 제 8 단계
    를 포함하는 위성시스템에서의 핸드오버 경로 재설정 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는,
    임의의 핸드오버 경로에 대한 호 설정 요청에 따라 도메인 내의 다른 링크를 이용한 최적화가 가능한지를 확인하는 제 5 단계;
    도메인 내의 다른 위성(노드)으로부터 경로 최적화 요청 메시지가 도착하는지를 확인하는 제 6 단계;
    소정의 난수 값이 소정의 확률()값보다 작은지를 확인하는 제 7 단계; 및
    경로 최적화를 위해 필요한 경로를 목적 경로로 가지는 상기 이웃 위성(노드)에게 경로 변경을 요청하는 제 8 단계
    를 포함하는 위성시스템에서의 핸드오버 경로 재설정 방법.
  7. 프로세서를 구비한 위성시스템에,
    이웃 위성들의 트래픽 부하 정보를 이용하여 과부하 상태에 있는 위성을 강유하는 핸드오버 경로를 부하가 낮은 이웃 위성을 경유하는 경로를 이용하여 우회시켜 배분시키는 제 1 기능; 및
    최적화된 경로 설정에 필요한 자원이 사용 가능한 경우에, 최적경로가 아닌 우회경로를 이용하는 핸드오버 경로를 최적화하여 핸드오버 경로를 재설정하는 제 2 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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