KR100814916B1 - 이동 단말의 이동성 예측을 통한 핸드오버 제어 방법 및장치 - Google Patents

이동 단말의 이동성 예측을 통한 핸드오버 제어 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동 단말의 빠른 핸드오버를 위해 이동 단말의 신호세기의 변화에 기초하여 핸드오버 시점을 예측하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 이동 단말의 이동성 예측을 통한 핸드오버 제어 방법은 이동 단말의 신호세기를 주기적으로 측정하고 시간에 따른 변화를 파악할 수 있도록 측정된 값들을 연속적 저장공간인 제1 큐 및 제2 큐에 기록하는 단계와, 제1 큐 및 제2 큐의 값이 가장 최근의 값들로 유지되도록 갱신하는 단계와, 제1 큐에서 인접한 측정값들과의 차이를 각각 차례로 더하여 현재 망의 신호세기 기울기를 구하고, 제2 큐에서 인접한 측정값들과의 차이를 각각 차례로 더하여 인접 망의 신호세기 기울기를 구하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 서비스 영역간 경계 지역에서의 잦은 핸드오버를 예방하고, 끊김 없는 핸드오버의 구현을 지원할 수 있다.
핸드오버(handover), 신호세기, 이동성

Description

이동 단말의 이동성 예측을 통한 핸드오버 제어 방법 및 장치{A mobility prediction for fast handover in mobile terminal}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 이동 단말의 빠른 핸드오버가 요구되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 이동 단말의 연속적인 신호세기 측정값을 저장하고 갱신하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 이동 단말의 핸드오버 예측 시점을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 이동 단말의 이동성 예측을 통한 핸드오버 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 이동 단말의 이동성 예측을 통한 핸드오버 제어 장치를 나타내는 개략도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 이동 단말
10 : 무선 서비스 영역 A
20 : 무선 서비스 영역 B
30 : 핸드오버 제어 장치
본 발명은 이동 단말이 빠른 핸드오버를 할 수 있도록 이동 단말의 이동성을 예측하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 상세하게는 이동 단말의 신호세기를 통해 이동성을 예측하여 핸드오버에 적합한 시점을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 무선 통신 시스템에 사용되는 이동 단말이 다른 셀 혹은 다른 망으로 이동하는 경우 단말, 기지국, 혹은 망 내 라우터나 서버 간에 여러가지 핸드오버 절차가 수행되며, 특히 이종 망간 핸드오버 시에는 많은 절차가 필요하여 일시적으로 데이터 전송이 중단될 수도 있다. 이를 해결하기 위하여 모바일 아이피(mobile IP)에 기반한 여러 가지 빠른 핸드오버 방법들이 제안되고 있다.
한편, 종래의 이동 단말의 핸드오버 결정은 주로 단말에서 수신되는 신호세기 측정값에 의존하여 이루어지는데, 현재 망의 신호세기 측정값과 인접 망의 신호세기 측정값을 비교하거나 어떤 임계값을 정하여놓고 핸드오버를 수행한다. 그러나 단순히 현재의 신호세기 측정값만을 기준으로 할 경우에는 무선 환경 변화에 따라 불필요한 핸드오버 절차가 빈번히 수행될 수 있다. 즉, 사용자가 셀의 경계지역에서만 움직이거나 음영지역에 일시적으로 진입했다가 나오는 경우와 같이 신호세기 측정값이 자주 변화할 때에는 잦은 핸드오버에 따르는 패킷 손실 및 오버헤드를 야기할 수 있다.
따라서 이동 단말의 이동 상태를 예측하여 현재의 셀을 벗어나는 것이 명확한 시점에서 핸드오버를 시작할 경우, 종래 기술에서와 같은 빈번한 핸드오버는 예방될 수 있을 것이다. 또한 모바일 아이피 에이전트(mobile IP agent)와 같은 IP 이동성 모듈에게 핸드오버 예상 시점을 미리 지시하고 모바일 아이피는 이에 따라 핸드오버 절차를 사전에 준비함으로써, 데이터 전송이 끊김 없는 빠른 핸드오버를 개시할 수 있을 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 연속적인 신호세기 측정값의 변화 상태를 통해 이동 단말의 이동성을 예측하여 빠른 핸드오버 시점을 결정하는 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 의하면, (a) 현재망과 인접망 각각에서의 이동 단말의 신호세기를 주기적으로 측정하여 측정값을 큐에 저장하고 2개 이상의 가장 최근 측정값이 유지되도록 상기 큐를 갱신하는 단계; (b) 상기 큐에 저장된 상기 현재망과 상기 인접망 각각의 신호세기 측정값들을 이용하여 상기 현재망 및 상기 인접망 각각의 신호세기 기울기를 주기적으로 계산하여 핸드오버가 필요한지 예측하는 단계; 및 (c) 상기 핸드오버가 필요한 것으로 예측되면 핸드오버 명령을 지시하는 단계를 포함하는 이동 단말의 이동성 예측을 통한 핸드오버 제어 방법이 제공된다.
바람직하게, 상기 (a)단계에서 상기 현재망에서의 상기 이동 단말의 신호세 기는 제1 큐에 저장하고 상기 인접망에서의 상기 이동 단말의 신호세기는 제2 큐에 저장한다.
바람직하게, 상기 (b)단계는, (b1) 상기 제1 큐에 저장된 이웃하는 측정값들 간의 차이를 차례로 더함으로써 상기 현재망의 신호세기 기울기를 구하는 단계; (b2) 상기 제2 큐에 저장된 이웃하는 측정값들 간의 차이를 차례로 더함으로써 상기 인접망의 신호세기 기울기를 구하는 단계; 및 (b3) 상기 현재망의 신호세기 기울기가 0보다 작고 가장 최근 신호세기값이 임계값 이하이고 상기 인접망의 신호세기 기울기가 0보다 큰 경우에 핸드오버가 필요한 것으로 예측하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 임계값은 서비스 영역의 최외곽에서 측정되는 신호세기 최저값보다 큰 값으로 설정된다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 이동 단말의 송수신 신호를 처리하는 기지국에 결합되어 상기 이동 단말의 핸드오버를 제어하는 장치에 있어서, 프로그램이 저장되는 메모리; 및 상기 메모리에 결합되어 상기 프로그램을 수행하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 프로그램에 의해, 전술한 이동 단말의 이동성 예측을 통한 핸드오버 제어 방법들 중 어느 하나를 수행하는 이동 단말의 이동성 예측을 통한 핸드오버 제어 장치가 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 본 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 충분히 이해하도록 하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 이동 단말의 빠른 핸드오버가 요구되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 이동 단말(1)이 현재 망(network)의 무선 서비스 영역 A(10)에서 인접한 다른 망의 무선 서비스 영역 B(20)로 이동한다. 이때, 이동 단말(1)에 빠른 핸드오버가 제공되지 않으면, 이동 단말(1)에는 통화 중 잡음이 발생하거나 통화가 끊기는 현상이 발생하게 된다. 전술한 무선 서비스 영역 A(10)와 B(20)는 각각 동종 망 내에서의 인접한 셀이 될 수 있고, 혹은 인접한 이종 망이 될 수 있다. 또한 무선 서비스 영역 A(10) 또는 B(20)는 모바일 IPv6망을 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 이동 단말의 연속적인 신호세기 측정값을 저장하고 갱신하는 과정을 나타내는 도면이다.
이동 단말의 빠른 핸드오버를 위한 이동성 결정을 위하여 이동 단말의 신호세기 측정값을 주기적으로 측정하고 측정된 값들을 큐(queue)에 연속적으로 기록하는 것은 본 발명의 주된 특징 중의 하나이다. 큐(queue)에 연속적으로 기록되는 이동 단말의 신호세기를 이용하면 이동 단말의 핸드오버 시점을 정확하게 예측하는 것이 가능하다.
도 2를 참조하면, 새로운 신호세기 측정값이 입력되는 순간, 큐의 정보가 시간(time) 경과에 따라 하나씩 밀려나면서 항상 가장 최근의 값들이 유지된다. 도 2에서는 편의상 t, t-1, t-2, t-3, t-4와 같이 5개의 큐만을 도시하였으나, 실시예에 따라 큐의 크기는 2개부터 n개까지의 범위에서 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 이동 단말의 핸드오버 예측 시점을 나타내는 도면이다. 도 3은 도 1에서와 같이 이동 단말이 무선 서비스 영역 A(10)에서 무선 서비스 영역 B(20)로 이동하는 경우에 따르는 신호세기 변화 상태를 보여준다.
도 3을 참조하면, 무선 서비스 영역 A에서의 이동 단말의 신호세기의 값을 SA라고 하고 무선 서비스 영역 B에서의 이동 단말의 신호세기의 값을 SB라 할 때, SA 및 SB에 대해 현재 시점의 신호세기를 각각 1개씩만 비교할 경우, 종래 기술에 의하면 H2 시점에서 핸드오버 명령이 내려지게 된다. 그러나 본 발명에 의하면 도 3에서와 같이 SA의 기울기가 아래로 떨어지는 경우에는 이동 단말이 무선 서비스 영역 A의 외곽으로 점차 다가가고 있음을 의미하며, 잠시 후에는 무선 서비스 영역 A를 완전히 벗어날 가능성이 높다고 볼 수 있다. 따라서 H1 시점에서 미리 핸드오버 명령을 내릴 수 있고, 핸드오버에 필요한 사전 작업을 개시할 수 있게 된다.
연속적으로 측정된 신호세기 값인 t(n)의 집합에서 기울기(gradient) Sg를 측정하기 위한 방법은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006083246553-pat00001
위의 수학식 1에서 n=0인 경우 가장 최근의 신호세기 값을 의미한다. 즉, 인접한 신호세기 값의 차이를 하나씩 차례로 구하여 더한 값이다.
이때 무선 서비스 영역 A의 기울기 Sg(A) < 0이라면, 무선 서비스 영역 A에 위치하는 기지국 A로부터의 신호세기가 대체적으로 감소하고 있음을 의미한다. 또한 이동 단말이 망의 경계 부근에 왔을 때에만 핸드오버 지시가 내려질 수 있도록 하기 위해 가장 최근의 신호세기값 t(0)은 적절한 임계값(handover_threshold) Sh_t 이하일 경우에 핸드오버가 지시되도록 한다. 이 Sh_t의 값은 반드시 망의 최외곽에서 측정되는 신호세기의 최저값일 필요는 없으며, 이 최저값보다 조금 더 큰 값을 임계값으로 설정할 경우에 보다 빠른 핸드오버의 효과를 볼 수 있을 것이다. 한편, 무선 서비스 영역 B의 신호세기 변화를 측정한 기울기 값은 무선 서비스 영역 A에서와는 반대로 0보다 커야 한다. 즉, 이동 단말이 현재 망의 기지국 A의 무선 서비스 영역 A 밖으로 벗어나고 있으며 핸드오버를 지시해도 되는 최종 조건들은 다음 세 가지로 나타낼 수 있다.
Sg(A) < 0,
Sg(B) > 0,
t(0) < Sh_t
위의 조건식들은 주기적으로 계산되며, 상기 조건들을 모두 만족하는 경우, 핸드오버 명령을 모바일 아이피(mobile IP)와 같은 이동성 처리 모듈에게 내릴 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 이동 단말의 이동성 예측을 통한 핸드오버 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 이동 단말의 핸드오버 제어 방법은 먼저 이동 단말의 신호세기를 연속적으로 측정하고 그 기울기 값을 통해 이동 단말의 이동성을 예측하여 핸드오버를 결정하는 방법으로서, 이동 단말의 신호세기를 주기적으로 그리고 연속적으로 저장하며 최근값들로 유지하는 단계와, 현재 망과 인접 망의 신호세기 변화 추이를 계산하는 단계와, 이를 근거로 단말의 이동성을 예측하여 사전에 핸드오버 결정을 내리고 지시하는 단계를 포함하여 이루어진다.
다시 말해서, 본 발명에 의한 이동 단말의 신호세기 측정을 통한 이동성 예측 방법은 이동 단말의 신호세기를 주기적으로 측정하고 측정값을 큐(queue)에 저장하면서 가장 최근의 값들로 유지되도록 갱신하는 단계(S10, S12)와, 기록된 신호세기 큐(queue)의 값들을 주기적으로 계산하여 핸드오버가 필요한 시점인지 판단하는 단계(S14, S16)와, 이동 단말의 핸드오버가 명확히 예상되는 경우에 상기 이동 단말에 대한 다른 망의 신호세기가 더 크지 않더라도 미리 핸드오버 명령을 지시하는 단계(S18)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 이동 단말의 이동성 예측을 통한 핸드오버 제어 장치를 나타내는 개략도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 이동 단말의 핸드오버 제어 장치는 메모리 시스템(31)과, 메모리 시스템(31)에 결합되어 고속 동작을 수행하는 적어도 하나의 중앙 처리 장치(central processing unit: CPU, 34)를 포함한다.
중앙 처리 장치(34)는 계산을 수행하기 위한 ALU(arithmetic logic unit, 35)와, 데이터 및 명령어의 일시적인 저장을 위한 레지스터(36) 및 이동 단말의 빠른 핸드오버를 위한 이동성을 제어하는 컨트롤러(37)를 포함한다. 중앙 처리 장 치(34)는 디지털(Digital) 사의 알파(Alpha), MIPS 테크놀로지, NEC, IDT, 지멘스(Siemens) 등의 MIPS, 인텔(Intel)과 사이릭스(Cyrix), AMD 및 넥스젠(Nexgen)을 포함하는 회사의 x86, IBM과 모토롤라(Motorola)의 파워PC(PowerPC) 및 ARM사의 ARM과 같이 다양한 아키텍처(architecture)를 갖는 프로세서 중 적어도 하나를 포함한다.
또한 중앙 처리 장치(34)는 다양한 운영체계(OS: Operating System) 중 어느 하나가 선택되어 사용되도록 구현될 수 있다. 이 경우, 선택된 특정 운영체계는 응용 프로그램 인터페이스(application program interface: API)에 하이 레벨 명령어를 제공하여 모바일 아이피와 같은 이동성 처리 모듈 등의 응용 모듈의 동작을 제어하는 것이 바람직하다.
메모리 시스템(31)은 일반적으로 RAM(random access memory)과 ROM(read only memory)과 같은 저장 매체 형태인 고속의 메인 메모리(32)와, 플로피 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, CD-ROM, 플래시 메모리 등의 장기(long time) 저장 매체 형태의 보조 메모리(33) 및 전기, 자기, 광학이나 그 밖의 저장 매체를 이용하여 데이터를 저장하는 기록장치를 포함한다. 또한, 메인 메모리(32)는 디스플레이 장치를 통하여 이미지를 디스플레이하는 비디오 메모리를 포함할 수 있다.
통신 장치(38)는 기지국, 랜 라우터 또는 서버 등과 통신을 수행하기 위한 통신 인터페이스 또는 무선 송수신 인터페이스를 포함한다.
입력 장치(39)는 키보드, 마우스 등을 포함한다. 마우스는 예컨대 터치스크린이나 마이크로폰과 같은 물리적 변환기(physical transducer) 등을 포함한다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(carrier wave) 예를 들어 인터넷을 통한 전송의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
전술한 실시예는 이해를 돕기 위하여 도면을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 신호세기의 변화를 측정하여 이동 단말이 현재의 서비스 영역을 벗어나고 있음을 사전에 예측함으로써, 빠른 핸드오버 절차를 수행할 수 있고, 망간 경계 지역에서의 잦은 핸드오버 수행을 예방할 수가 있다.

Claims (5)

  1. (a) 현재망과 인접망 각각에서의 이동 단말의 신호세기를 주기적으로 측정하여 측정값을 큐에 저장하고 2개 이상의 가장 최근 측정값이 유지되도록 상기 큐를 갱신하는 단계;
    (b) 상기 큐에 저장된 상기 현재망과 상기 인접망 각각의 신호세기 측정값들을 이용하여 상기 현재망 및 상기 인접망 각각의 신호세기 기울기를 주기적으로 계산하여 핸드오버가 필요한지 예측하는 단계; 및
    (c) 상기 핸드오버가 필요한 것으로 예측되면 핸드오버 명령을 지시하는 단계를 포함하는 이동 단말의 이동성 예측을 통한 핸드오버 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (a)단계에서 상기 현재망에서의 상기 이동 단말의 신호세기는 제1 큐에 저장하고 상기 인접망에서의 상기 이동 단말의 신호세기는 제2 큐에 저장하는 이동 단말의 이동성 예측을 통한 핸드오버 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 (b)단계는,
    (b1) 상기 제1 큐에 저장된 이웃하는 측정값들 간의 차이를 차례로 더함으로써 상기 현재망의 신호세기 기울기를 구하는 단계;
    (b2) 상기 제2 큐에 저장된 이웃하는 측정값들 간의 차이를 차례로 더함으로써 상기 인접망의 신호세기 기울기를 구하는 단계; 및
    (b3) 상기 현재망의 신호세기 기울기가 0보다 작고 가장 최근 신호세기값이 임계값 이하이고 상기 인접망의 신호세기 기울기가 0보다 큰 경우에 핸드오버가 필요한 것으로 예측하는 단계를 포함하는 이동 단말의 이동성 예측을 통한 핸드오버 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 임계값은 서비스 영역의 최외곽에서 측정되는 신호세기 최저값보다 큰 값으로 설정되는 이동성 예측을 통한 핸드오버 제어 방법.
  5. 삭제
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