KR100391719B1 - 이동 통신 시스템의 퍼지 논리를 이용한 위치 등록 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동 통신 시스템의 퍼지 논리(a fuzzy logic)를 이용한 위치 등록 방법에 관한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 페이징 채널을 통한 SID(System Identification) 및 NID(Network Identification), 이동 통신 시스템의 시간 정보 및 기지국의 위치 정보를 실시간 모니터링하는 이동 통신 시스템의 퍼지 논리를 이용한 위치 등록 방법에 있어서, 최초 호 도착 또는 위치 등록이 발생하고 소정 시간이 경과하면, 모니터링되는 시간 정보 및 위치 정보에 따라 현재 단말이 속하는 셀과 최근에 등록한 단말이 속하는 셀간의 거리(D)를 연산하는 단계와; 소정 시간으로부터 다음 위치 등록 시까지의 잔여 시간 동안의 호 도착율(P_ca)을 연산하는 단계와; 시간 정보 및 거리 정보를 이용하여 단말의 속도(V)를 연산하고, 단말의 위치 정보를 체크하여 단말의 위치 정보가 변경되었는지를 판단하는 단계와; 단계의 판단 결과, 단말의 위치 정보가 변경되었으면, 퍼지 논리를 이용하여 연장 시간(t_ex)을 연산하는 단계와; 단계의 수행 후, 다음 위치 갱신 시간이 소정 경과 시간을 초과하였는지를 판단하는 단계와; 단계의 판단 결과, 다음 위치 갱신 시간이 소정 경과 시간을 초과하였으면, 단말의 위치 등록을 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템의 퍼지 논리를 이용한 위치 등록 방법을 제공한다.

본 발명은 이동 단말의 이동 특성 중 속도가 반영된 이동 거리와 호 도착율을 위치 등록에 반영하고, 퍼지 논리를 적용하여 이동 거리와 호 도착율에 따라 등록 주기를 가변적으로 변화시켜 위치 등록을 갱신함으로써, 이동 통신 시스템에서의 페이징 비용을 줄이면서도, MS의 속도와 호 도착율에 적응하여 MS의 위치 등록을 최적화할 수 있는 효과가 있다.

Description

이동 통신 시스템의 퍼지 논리를 이용한 위치 등록 방법{METHOD FOR UPDATING A LOCATION BY USING A FUZZY LOGIC IN A MOBILE SYSTEM}

본 발명은 이동 통신 시스템의 위치 등록 방법에 관한 것으로, 특히, 속도가 반영된 단말의 이동 거리와 호 도착율을 판별하여 단말의 위치 등록을 갱신하는 이동 통신 시스템의 퍼지 논리를 이용한 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, 이동 단말의 이동 특성 중 속도가 반영된 이동 거리와 호 도착율을 위치 등록에 반영하고, 퍼지 논리를 적용하여 이동 거리와 호 도착율에 따라 등록 주기를 가변적으로 변화시켜 위치 등록을 갱신함으로써, 위치 등록 시점을 최적화하도록 한 이동 통신 시스템의 퍼지 논리를 이용한 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 퍼지 논리를 이용한 위치 등록 방법에 있어서, 최초 호 도착 또는 위치 등록이 발생하고 소정 시간이 경과하면, 모니터링되는 시간 정보 및 위치 정보에 따라 현재 단말이 속하는 셀과 최근에 등록한 단말이 속하는 셀간의 거리(D)를 연산하는 단계와; 소정 시간으로부터 다음 위치 등록 시까지의 잔여 시간 동안의 호 도착율(P_ca)을 연산하는 단계와; 시간 정보 및 거리 정보를 이용하여 단말의 속도(V)를 연산하고, 단말의 위치 정보를 체크하여 단말의 위치 정보가 변경되었는지를 판단하는 단계와; 단계의 판단 결과, 단말의 위치 정보가 변경되었으면, 퍼지 논리를 이용하여 연장 시간(t_ex)을 연산하는 단계와; 단계의 수행 후, 다음 위치 갱신 시간이 소정 경과 시간을 초과하였는지를 판단하는 단계와; 단계의 판단 결과, 다음 위치 갱신 시간이 소정 경과 시간을 초과하였으면, 단말의 위치 등록을 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템의 퍼지 논리를 이용한 위치 등록 방법을 제공한다.

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

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 퍼지 논리를 이용한 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 퍼지 논리를 사용하여 단말의 이동 특성에 따라 등록 주기를 변화시키는 것을 특징으로 하며, 이러한 이동 특성을 결정짓는 파라미터로 단말의 이동 거리(D), 속도(V) 및 호 도착율(P_ca)을 가정하였다. 즉, 본 발명은 호 도착시와 위치 등록이 일어난 시점부터 일정 시간이 경과한 후, 속도(V)가 반영된 이동 거리(D)와 호 도착율(P_ca)을 변수로 퍼지 논리를 사용하여 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 통신 교환기(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 시간이 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 시간이 경과하면, 앞서 수신한 위치정보를 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, MS(100)의 이동 속도(V)를 연산한다. 즉, 연산되는 거리 데이터(D)가 일정한 값 이상으로 증가하거나, 감소하는 경우, r(i)값이 변동된 것으로 추정할 수 있으며, r(i)값이 변동되지 않았을 경우에는 계속하여 여기 상태에서의 동작을 수행하나, r(i)값이 변하였을 경우에는 MS(100)의 이동 속도(V)를 계산한다.

이러한 MS(100)의 이동 속도(V)는 다음 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.

이때, 단계(S206)에서는 이동 속도(V) 연산과 함께, 산출되는 셀 수의 총합(S(i))과, 호 도착 간격 분포 함수에 따른 호 도착율(P_ca)을 연산한다. 즉, 호의 도착 간격의 확률분포함수(cumulative distribution function)가 F_T(t)를 가지고, 최근에 호가 도착한 시간으로부터 소정 시간이 지났을 때, 판단 시점에서 위치 등록시까지 잔여 시간동안에 호가 도착할 확률(P_ca)은 다음 수학식 3과 같이 구할 수 있다.

수학식 3에서 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.

한편, 단계(S208),(S210)에서는 MS(100)의 위치 정보를 체크하여, MS(100)의위치 정보가 변경되었으면 단계(S212)로 진행하여 위치 등록 연장 시간(t_ex)을 연산한다. 즉, 상술한 호 도착율(P_ca)과 거리 정보(D)를 입력 변수로 하고 퍼지 이론을 통하여 등록 연장 시간을 추론한다. 추론 시점은 일정 판단 주기마다 수행하고, 판단 주기만큼의 시간이 경과하지 않더라도 r(i)가 변동되면 항상 수행하는 것으로 가정한다. 이를 통하여 MS(100)의 이동 거리(D)와 호 도착율(P_ca)에 따라 등록 주기를 가변적으로 변화시킬 수 있을 것이다.

단계(S212)의 수행 후, 단계(S214)에서는 다음 위치 갱신 시간(NLUT : Next Location Update Time)(등록주기(T)와 연장 시간(t_ex)의 합)이 소정 경과 시간(ET : Elapsed Time)을 초과하였는지를 판단한다.

단계(S214)의 판단 결과, 다음 위치 갱신 시간(NLUT)이 소정 경과 시간(ET)을 초과하였으면, 단계(S216)로 진행하여 MS(100)의 위치 등록을 갱신하고, 본 과정을 종료한다.

이상과 같이, 본 발명은 MS(100)의 위치 등록이 발생하거나 호가 도착한 후, 판단 시간이 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 거리(D) 및 속도(V)를 계산하며, 이 값을 토대로 현재 있는 링에서의 셀의 개수 r(i), 페이징 해야 할 셀의 수 S(i)를 계산하여 호의 도착 확률과 속도가 반영된 이동 거리를 토대로 퍼지 이론을 통하여 다음 위치 등록 시간을 결정, 이 위치 등록 시간 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.

Claims (5)

1. 페이징 채널을 통한 SID(System Identification) 및 NID(Network Identification), 이동 통신 시스템의 시간 정보 및 기지국의 위치 정보를 실시간 모니터링하는 이동 통신 시스템의 퍼지 논리(a fuzzy logic)를 이용한 위치 등록 방법에 있어서,

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

   상기 소정 시간으로부터 다음 위치 등록 시까지의 잔여 시간 동안의 호 도착율(P_ca)을 연산하는 단계와;

   상기 시간 정보 및 거리 정보를 이용하여 상기 단말의 속도(V)를 연산하고, 상기 단말의 위치 정보를 체크하여 상기 단말의 위치 정보가 변경되었는지를 판단하는 단계와;

   상기 단계의 판단 결과, 상기 단말의 위치 정보가 변경되었으면, 상기 퍼지 논리를 이용하여 연장 시간(t_ex)을 연산하는 단계와;

   상기 단계의 수행 후, 다음 위치 갱신 시간(NLUT : Next Location Update Time)이 소정 경과 시간(ET : Elapsed Time)을 초과하였는지를 판단하는 단계와;

   상기 단계의 판단 결과, 다음 위치 갱신 시간(NLUT)이 소정 경과 시간(ET)을초과하였으면, 상기 단말의 위치 등록을 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템의 퍼지 논리를 이용한 위치 등록 방법.
2. 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 퍼지 논리를 이용한 위치 등록 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 단말의 속도는 D/(Tc-Tp)인 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템의 퍼지 논리를 이용한 위치 등록 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 다음 위치 갱신 시간(NLUT)은 등록주기(T)와 상기 연장 시간(t_ex)의 합인 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템의 퍼지 논리를 이용한 위치 등록 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 퍼지 논리를 이용한 연장 시간 연산은, 상기 호 도착율(P_ca)과 상기 단말의 속도(V)를 이용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템의 퍼지 논리를 이용한 위치 등록 방법.