KR100367439B1

KR100367439B1 - 이동 통신 시스템의 위치 등록 방법

Info

Publication number: KR100367439B1
Application number: KR10-2000-0069317A
Authority: KR
Inventors: 류시훈; 한정표; 김형섭
Original assignee: 에스케이 텔레콤주식회사
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2003-01-10
Also published as: KR20020039484A

Abstract

본 발명은 이동 통신 시스템의 위치 등록 방법에 관한 것이다.

본 발명은 MS(Mobile Station)의 위치 등록이 발생하거나 호가 도착한 후, 판단 시간(τ_d)이 경과하면, MS는 BS(Base Station)를 통하여 방송되는 SID(System Identification) 및 NID(Network Identification)와 기지국의 위도와 경도를 포함하는 위치 정보를 검색하고, 가장 최근에 등록한 셀의 위도(LATp)와 경도(LONGp), 이때의 시스템 시간(Tp), 현재의 시스템 시간(Tc) 등의 저장된 값과 위치 정보를 이용하여 거리를 계산하며, 이 값을 토대로 현재 있는 링에서의 셀의 개수 r(i), 페이징 해야 할 셀의 수 S(i)를 계산하여 호의 도착 확률과 이동 거리를 토대로 판별식을 통하여 다음 위치 등록 시간(τ_u)을 결정, 이 위치 등록 시간(τ_u) 경과 후 위치 등록을 수행하는 것을 그 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은, 이동 통신 시스템에서의 페이징 비용을 줄이면서도, MS의 속도와 호 도착율에 적응하여 MS의 위치 등록을 최적화할 수 있는 효과가 있다.

Description

이동 통신 시스템의 위치 등록 방법{METHOD FOR UPDATING A LOCATION IN A MOBILE SYSTEM}

본 발명은 이동 통신 시스템의 위치 등록 방법에 관한 것으로, 특히, 단말의 호 도착율을 판별하여 위치 등록을 갱신하는 이동 통신 시스템의 위치 등록 방법에 관한 것이다.

최근의 이동 통신 서비스의 발달은 셀(cell)의 소형화, 예컨대, 마이크로(micro) 또는 피코(pico) 셀화로 급진전하게 되었으며, 이러한 셀의 소형화는 주파수 재사용율과 가입자 용량을 증가시키는 결과를 낳게 되었다.

무선 이동 통신망에서 주파수 재사용율과 가입자 용량이 증가되면 핸드 오프(또는, 핸드 오버)와 위치 등록이 빈번하게 되는 바, 잦은 위치 등록에 따른 비용 상승 문제가 제기되었으며, 위치 등록 빈도수를 줄일 경우, 보다 넓은 영역을 페이징 해야 하는 바, 페이징 비용이 상승할 수 있다는 문제가 있었다. 즉, 위치 등록 비용과 페이징 비용은 상호 상반 관계(trade-off)가 성립하므로, 이들 비용을 절충할 수 있는 기술이 절실히 요망되어 왔다.

한편, 위치 등록 시점을 결정하는 데에는, 통상, 영역 기준(zone-based), 시간 기준(time-based), 거리 기준(distance-based), 그리고 이동 기준(movement-based)에 의한 방법으로 나뉠 수 있다. 영역 기준 방식은 여러 개의 셀들로 구성된 영역을 설정하고, 단말이 새로운 영역으로 이동하는 경우에만 위치 등록을 수행하게 하는 기술이며, 시간 기준 방식은 일정한 주기(T)마다 위치를 등록하게 하는 기술을 일컫는다. 또한, 거리 기준 방식은 가장 최근에 위치 등록한 셀로부터의 거리가 D셀이 될 때마다 위치 등록을 수행케 하는 기술이며, 이동 기준 방식은 일정 횟수(M)개 만큼의 셀을 통과할 때마다 위치 등록을 수행케 하는 기술을 말한다.

이러한 방식들 중, 거리 기준 방식이 가장 좋은 성능을 지니는 것으로 평가되고 있으나, 네 가지 방식 공히 몇 가지 문제점들을 각각 지니고 있다.

즉, 종래의 이동 통신 시스템에 적용되는 위치 등록 시점 결정 방법은, 단말의 속도나 호 도착율은 전혀 고려치 않고, 일정 시간, 일정 거리, 또는 일정 영역이 변경될 경우에만 위치 등록을 수행하였다. 이러한 종래의 시스템은 주로 영역 기준 위치 등록 방식을 채택하고 있는데, 이로 인해, 이동 단말이 영역 경계를 자주 넘나드는 경우에 불필요한 위치 등록을 하게 되는 진동 효과(ping-pong effect)와, 호가 요청되었을 때 영역 내에 있는 모든 셀의 페이징 채널을 사용함으로써 무선 대역폭이 불필요하게 낭비된다는 결과를 초래하게 되었다.

이러한 문제를 해결하기 위한 종래의 일환으로, 등록 영역과 페이징 영역의 크기에 따른 위치 등록과 페이징 비용 사이의 상관 관계에 따른 영역 크기의 최적화 방안과, 진동 효과를 해결하기 위한 다중 계층 등록 방식이 다각도로 연구 개발되었다. 또한, 이동체의 특성에 따라 각 이동 단말의 영역 크기를 각기 상이하게 할당함으로써 위치 등록 비용과 페이징 비용을 동시에 줄일 수 있는 방안이 제시되었다.

그러나, 이러한 방안도 단말의 이동 속도와 호 도착율을 어느 정도 비용으로 정량화하여 전가시키는가는 구체적으로 제시하지 못하였다.

즉, 시간 기준 위치 등록의 경우, 단말의 이동 속도 및 방향이 시시각각 변하는 바, 등록주기(T) 동안의 이동 거리가 매우 가변적이므로, 속도가 클수록 단위 시간당 이동 거리가 증가되어 페이징 비용이 급격히 증가하게 되는 문제가 있었다.또한, 이동 기준과 거리 기준 방식의 경우는, 같은 거리 또는 같은 개수의 셀을 이동시키는데 소요되는 시간이 상이하므로, 속도에 따라 변하는 단위 시간당 호 도착율을 충분히 반영하지 못하는 문제가 있었다. 거리 기준 위치 등록의 경우, 속도가 어느 정도 보정되어 좋은 성능을 보이지만, 최적의 위치 등록 거리 자체가 속도 및 호 도착율에 따라 변하게 된다. 또한, 단말마다 이동 특성이 다르므로 최적의 거리를 결정하는 것이 용이하지 못한 문제가 있었다. 따라서, 서로 다른 속도를 갖는 매우 다양한 단말들이 한 시스템 내에서 동시에 지원되며, 이동 속도, 이동 경로 등의 특성이 수시로 변화하는 환경에서 단말의 속도에 적응할 수 있는 방안이 절실히 요망되었다.

따라서, 본 발명은 상술한 요망에 의해 안출한 것으로, 단말의 이동 거리와 호 도착율을 이용하여 다음 위치 등록 시간을 결정한 후 위치 등록을 갱신함으로써, 위치 등록 시점을 최적화하도록 한 이동 통신 시스템의 위치 등록 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 페이징 채널을 통한 SID 및 NID, 이동 통신 시스템의 시간 정보 및 기지국의 위치 정보를 실시간 모니터링하는 이동 통신 시스템의 위치 등록 방법에 있어서, 최초 호 도착 또는 위치 등록이 발생하고 소정 시간(τ_d)이 경과하면, 모니터링되는 시간 정보 및 위치 정보에 따라 현재 단말이 속하는 셀과 최근에 등록한 단말이 속하는 셀간의 거리(D)를 연산하는 단계와; 연산되는 거리 데이터 변화에 따른 셀 수(r(i))의 변동 유무를 체크하여 호 도착시의 셀 수까지 페이징 해야 할 셀 수의 총 합(S(i))을 산출하는 단계와; 산출되는 셀 수의 총 합(S(i))과, 호 도착 간격 분포 함수에 따른 호 도착율(P_ca)을 연산하여 다음 위치 등록 시간(τ_u)을 판별하는 단계와; 위치 등록 판별 결과에 따른 단말의 위치 등록을 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템의 위치 등록 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위치 등록 방법을 구현하기 위한 이동 통신 시스템의 개략적인 구성 블록도,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 위치 등록 과정의 상세 흐름도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

100 : MS

120 : BS

122 : BTS

124 : BSC

130 : MSC

140 : HLR

150 : VLR

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

설명에 앞서, 본 발명에 따른 위치 등록 방법은, 시간 기준 위치 등록을 기준으로 단말의 이동 특성에 따라 등록 주기를 변화시키는 것을 특징으로 하며, 이러한 이동 특성을 결정짓는 파라미터로 이동 거리(D)와 호 도착율(P_ca)을 가정하였다. 즉, 본 발명은 호 도착시와 위치 등록이 일어난 시점부터 일정 시간이 경과한 후, 그때까지의 이동 거리(D)와 호 도착 확률(P_ca)을 변수로 하여 다음 위치 등록 시간을 결정하는 것을 그 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위치 등록 방법을 구현하기 위한 이동 통신 시스템의 개략적인 구성 블록도이다. 도면에서 부호(100)는 단말(Mobile Station : MS)을 의미하는 것으로서, 가입자는 MS(100)를 이용하여 망(Network)과의 무선 접속이 가능하다. 기지국(Base Station : BS)(120)은 MS(100)와 이동 통신교환기(Mobile Switch Center : MSC)(130)간을 중재하는 것으로서 크게 BTS(Base Transceiver System)(122) 및 BSC(Base Station Controller)(124)로 구성된다. 여기서, BTS(122)는 소정 장소들에 위치하는 하나 이상의 송수신기들로 구성되어 MS(100)와의 무선 통신을 수행한다. BSC(124)는 BTS(122)들을 제어하기 위한 장치로서 BTS(122) 및 MSC(130)간의 메시지를 상호 교환한다. 이러한 BS(120)는 하나의 MSC(130)내에 다수개 연결될 수 있다.

MSC(130)는 무선망으로부터 유선망 또는 무선망으로의 사용자 통신을 인터페이스하는 자동 시스템을 의미한다.

홈 위치 등록기(Home Location Register : HLR) (140)는 가입자 정보(예컨대, 사용자 파일, 현재 위치)를 저장하여 이동 가입자를 관리하는 기능적 장치를 의미한다. HLR(140)은 MSC(130)와 통합되어 위치하거나 MSC(130)와 독립적으로 위치할 수 있으며, 하나의 HLR(140)은 다수의 MSC(130)에 서비스를 제공할 수 있다.

방문 위치 등록기(Visited Location Register : VLR)(150)는 하나 이상의 MSC(130)들에 접속되며, VLR(150)에 의하여 포괄되는 영역(자국)내에 가입자가 위치할 때에 MS(100)의 HLR(140)로부터 얻어지는 가입자 정보들을 저장하는 기능적 장치를 의미한다. MS(100)가 MSC(130)에 의하여 포괄되는 새로운 서비스 영역에 진입한 경우에 MSC(130)는 HLR(140)로부터 이 MS(100)에 대한 정보를 요구 및 독출하여 관련 VLR(150)에 저장한다.

이하, 상술한 구성과 함께, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 위치 등록 과정을 첨부한 도 2의 흐름도를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2의 설명에 앞서, 본 발명의 위치 등록 과정은 여기 상태(Idle State)에서 발생되는 것을 전제로 한다. 통상, MS(100)의 호 처리 상태는 초기 상태(Initialization State), 여기 상태, 시스템 접근 상태(System Access State), 트래픽 채널 상태(Traffic Channel State)의 네 가지로 구분할 수 있는데, 여기 상태에서는 페이징 채널을 모니터하여 BS(120)로부터 여러 메시지를 수신하고, 필요할 경우, 위치 등록과 여기 핸드오프(Idle Hand-off)를 수행할 수 있다. 본 과정은 이들 BS(120)로부터 수신되는 위치 정보와 상태 정보를 토대로 위치 등록을 수행함을 전제로 하였다.

먼저, 단계(S200)에서 MS(100)는 여기 상태에서 페이징 채널을 통하여 SID 및 NID를 주기적으로 모니터하고, 단계(S202)에서는 BS(102)의 위도와 경도를 포함하는 위치 정보를 주기적으로 모니터한다.

단계(S204)에서 MS(100)는 최초 호 도착 또는 위치 등록이 발생하고 소정 시간(τ_d)이 경과하면, 모니터링되는 시간 정보 및 위치 정보에 따라 현재 MS(100)가 속하는 셀과 최근에 등록한 MS(100)가 속하는 셀간의 거리(D)를 연산한다. 즉, MS(100)는 가장 최근에 등록한 BS(120)의 위치 정보와 시스템 시간을 저장하고 있다가, 호가 도착하거나 위치 등록이 발생한 후에 소정 시간(τ_d)이 경과하면, 앞서 수신한 위치 정보를 이용하여 가장 최근에 등록한 셀과 현재 셀간의 거리(D)를 계산하는 것이다.

현재 셀의 위도와 경도를 각각 LATc, LONGc, 가장 최근에 등록한 셀의 위도와 경도를 각각 LATp, LONGp, 그리고, 최근에 위치 등록한 시점의 시스템 시간과 현재의 시스템 시간을 각각 Tp, Tc라 가정하면, 최근에 등록한 셀과 현재 셀간의 거리(D)는 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

한편, 단계(S206)에서는 수학식 1에서 연산되는 거리 데이터(D) 변화에 따른 셀 수(r(i))의 변동 유무를 체크하고, 호 도착시의 셀 수까지 페이징 해야 할 셀 수의 총 합(S(i))을 산출한다. 즉, 연산되는 거리(D)가 일정한 값 이상으로 증가하거나, 감소하는 경우, r(i)값이 변한 것으로 추정할 수 있으며, 이를 이용하여 호 도착시 r(i)까지 페이징해야 할 셀의 수 S(i)를 구할 수 있다.

단계(S208)에서는 산출되는 셀 수의 총 합(S(i))과, 호 도착 간격 분포 함수에 따른 호 도착율(P_ca)을 연산하고, 단계(S210)로 진행하여 다음 위치 등록 시간(τ_u)을 판별한다.

이때, 호의 도착 간격의 확률분포함수(cumulative distribution function)가 F_T(t)를 가지고, 최근에 호가 도착한 시간으로부터 t_e가 지났을 때, 판단 시점에서 위치 등록시까지 잔여 시간 τ동안에 호가 도착할 확률(P_ca)은 다음 수학식 2와 같이 구할 수 있다.

여기서, t_e는 이전 호의 도착 시간에만 의존한다. 호의 도착으로 인하여 MS(100)의 위치가 파악된 경우에는 t_e는 τ_d와 동일한 값을 갖지만, 위치 등록이 발생하여 MS(100)의 위치가 파악된 경우에는 t_e와 τ_d는 상이한 값을 가지게 된다.

수학식 2에서 알 수 있는 바와 같이, 시간에 따라 호의 도착 누가 분포가 증가하므로, t_e가 증가함에 따라 τ동안에 호가 도착할 확률(P_ca)이 커지게 된다. 즉, 본 발명에서는 거리 기반 위치 등록인 경우와 같이 시간 함수를 전혀 반영시킬 수 없는 단점을 보완하기 위해 호 도착율(P_ca)을 사용하였다. 이러한 호의 도착 확률 정보는 네트워크를 통해 연산 과정을 수행하고 데이터베이스에 저장해 두었다가 MS(100)의 정보 요청에 따라 이들 정보를 전송할 수 있고, MS(100)가 자신의 호 도착 확률을 계산할 수도 있으며, 이러한 사실은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있는 바, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

다른 한편, 하나의 셀을 페이징하는데 필요한 시그널링 비용을 Cp, 위치 등록시의 시그널링 비용을 Cu로 가정하면, 페이징 비용 α=Cu/Cp로 정의될 수 있으며, 상술한 수학식 1에서 연산된 거리(D)를 이용하여 현재 위치 정보와 최근에 위치 등록한 셀과의 상대적 위치 정보 r(i)를 추정하고, 이 두 값을 가지고 호 도착시 r(i)까지 페이징해야 할 셀의 수 S(i)를 구할 수 있다. MS(100)는 호가 도착하거나 위치 등록이 발생한 후 일정 시간(τ_d)이 경과한 후, 이 시간 동안의 이동 거리와 시간 T 동안에 호 도착율(P_ca)이 반영된 판별식을 이용하여 다음 위치 등록 시간(τ_u)을 결정한다. 이러한 판별식은 다음 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.

P_ca (τ_u , t_e ) S(i) = α

여기서, 페이징 비용 α=Cu/Cp이므로, Cp를 좌변으로 이항하면, 좌변은 호 도착시 페이징 비용과 호 도착율(P_ca)의 곱의 형태로 표현되고, 우변은 위치 등록 비용이 된다. 따라서, 판별식을 이용하여 위치 등록 시간을 결정할 경우, 위치 등록 비용과 호 도착율(P_ca)이 가중된 페이징 비용이 같아지는 시점에서 위치 등록이 발생하게 된다. 따라서, 위치 등록과 페이징 비용의 합인 총 비용은 최소화된다.

상술한 판별식에서 P_ca(τ_u, t_e)는 1을 넘지 않기 때문에 S(i)≥α일 때에만 τ를 구할 수 있다. 이로 인해 S(i)가 일정값 이하가 될 때에는 위치 등록을 수행하지 않게 된다. 이는 호 도착시 페이징해야 할 셀의 수가 일정치 이하일 경우에는 위치 등록을 수행하지 않음을 의미한다. 페이징 비용이 위치 등록 비용에 비하여 상대적으로 적은 경우에는 위치 등록보다는 페이징 과정을 통하여 단말의 위치를 파악하는 것이 바람직할 것이다. 상술한 수학식 3의 판별식을 사용하여 등록 시간을 결정할 경우, 페이징 비용이 일정치 이하이면, 자동적으로 위치 등록을 수행하지 않는 특성이 있음을 알 수 있다. 이동 거리가 변화함에 따라 링 값과 페이징해야 할 셀의 수가 변하며, 이에 따라 위치 등록 간격이 조정된다. 만약, S(i)〈α이면 τ가 무한대가 되어 위치 등록은 발생하지 않음을 알 수 있다. 이러한 경우, 판단 시간 (τ_d)만큼을 기다려 다시 판별식을 계산하여 등록 시간을 결정한다.

끝으로, 단계(S212)에서는 상술한 위치 등록 판별 결과에 따른 MS(100)의 위치 등록을 VLR(150)에 갱신하고, 본 과정을 종료한다.

이상과 같이, 본 발명은 MS(100)의 위치 등록이 발생하거나 호가 도착한 후, 판단 시간(τ_d)이 경과하면, MS(100)는 BS(102)를 통하여 방송되는 SID, NID와 기지국의 위도와 경도를 포함하는 위치 정보를 검색하고, 가장 최근에 등록한 셀의 위도(LATp)와 경도(LONGp), 이때의 시스템 시간(Tp), 현재의 시스템 시간(Tc) 등의 저장된 값과 위치 정보를 이용하여 거리를 계산하며, 이 값을 토대로 현재 있는 링에서의 셀의 개수 r(i), 페이징 해야 할 셀의 수 S(i)를 계산하여 호의 도착 확률과 이동 거리를 토대로 판별식을 통하여 다음 위치 등록 시간(τ_u)을 결정, 이 위치 등록 시간(τ_u) 경과 후 위치 등록을 수행하는 것을 그 특징으로 한다.

Claims

페이징 채널을 통한 SID(System Identification) 및 NID(Network Identification), 이동 통신 시스템의 시간 정보 및 기지국의 위치 정보를 실시간 모니터링하는 이동 통신 시스템의 위치 등록 방법에 있어서,

최초 호 도착 또는 위치 등록이 발생하고 소정 시간(τ_d)이 경과하면, 상기 모니터링되는 시간 정보 및 위치 정보에 따라 현재 단말이 속하는 셀과 최근에 등록한 단말이 속하는 셀간의 거리(D)를 연산하는 단계와;

연산되는 거리 데이터 변화에 따른 셀 수(r(i))의 변동 유무를 체크하여 호 도착시의 셀 수까지 페이징 해야 할 셀 수의 총 합(S(i))을 산출하는 단계와;

상기 산출되는 셀 수의 총 합(S(i))과, 호 도착 간격 분포 함수에 따른 호 도착율(P_ca)을 연산하여 다음 위치 등록 시간(τ_u)을 판별하는 단계와;

상기 위치 등록 판별 결과에 따른 단말의 위치 등록을 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템의 위치 등록 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 시간 정보는 현재 시스템 시간(Tc) 및 최근 위치 등록했을 때의 시스템 시간(Tp)이며, 상기 위치 정보는 현재 셀의 위도(LATc)/경도(LONGc) 및 최근 위치 등록한 셀의 위도(LATp)/경도(LONGp)인 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템의 위치 등록 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 호 도착율(P_ca)은 최초 호 도착 시점으로부터 소정 시간(t_e)이 경과한 경우, 상기 소정 시간(t_e)으로부터 다음 위치 등록 시까지의 잔여 시간 동안의 호 도착율인 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템의 위치 등록 방법.