KR100915520B1 - 하이브리드-셀룰라 네트워크 내의 라우팅 프로토콜 - Google Patents

하이브리드-셀룰라 네트워크 내의 라우팅 프로토콜

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KR100915520B1
KR100915520B1 KR1020067022501A KR20067022501A KR100915520B1 KR 100915520 B1 KR100915520 B1 KR 100915520B1 KR 1020067022501 A KR1020067022501 A KR 1020067022501A KR 20067022501 A KR20067022501 A KR 20067022501A KR 100915520 B1 KR100915520 B1 KR 100915520B1
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Abstract

하이브리드-셀룰라 네트워크 내에서 기지국으로/으로부터의 라우팅을 형성하기 위하여, 각각의 네트워크 요소에는 기지국의 수신된 신호 강도에 기초하여 "클래스(class)"(2)가 할당된다. 각각의 네트워크 요소는 기지국(3)에 정보를 중계하기 위한 하위 클래스의 네트워크 요소를 선택하도록 허용된다.

Description

하이브리드-셀룰라 네트워크 내의 라우팅 프로토콜{Routing protocol within hybrid-cellular networks}
본 발명은 일반적으로 셀룰라 네트워크, 특히 하이브리드-셀룰라 네트워크 내의 라우팅 프로토콜에 관한 것이다.
종래의 셀룰라 네트워크에서, 모바일 유닛들은 셀룰라 기지국(BTS)과 같은 백본 네트워크 액세스 포인트와의 직접 다운링크 및 업링크 접속들을 형성한다. 최근에 제안된 하이브리드-셀룰라 네트워크(hybrid-cellular network;HCN)는 업링크 및 다운링크 접속들이 하나 이상의 링크를 포함하도록 함으로써 종래의 셀룰라 시스템들의 제한들을 완화시키고 있으며, 모든 링크들은 BTS에서 발신하거나 또는 종료한다. 이러한 시스템은 셀룰라 및 ad hoc 네트워크 구조들 간의 하이브리드이며, 여기서 업링크 및/또는 다운링크 데이터는 다른 모바일 유닛들 또는 전용 중계기들에 의하여 BTS로 그리고 BTS로부터 중계된다. HCN(100)의 예는 도 1에 도시된다. 명백한 바와 같이, 기지국(102)으로/로부터의 통신은 모바일 유닛(예컨대, 모바일 유닛(101))으로의 직접 링크로서 존재하거나 또는 하나 이상의 중간 릴레이들(예컨대, 모바일 유닛(104)은 모바일 유닛(103)을 통해 라우팅된다)을 가질 수 있다. 중간 릴레이들을 도입함으로써, 장거리 전송은 여러 단거리 링크들로 분리될 수 있으며, 이로 인하여 다운링크 상의 BTS 전송전력이 감소되고 업링크의 용량이 증가된다.
하이브리드-셀룰라 네트워크를 구성할 때의 주요 문제는 효율적인 라우팅 프로토콜을 구현하는 것이다. 노드 A1으로부터 노드 A2로의 네트워크 라우팅 프로세스는 노드 A1으로부터 노드 A2로 그리고 노드 A2로부터 노드 A1으로 정보를 전송하기 위한 릴레이들로서 사용되는 중간 노드들의 시퀀스를 형성하는 단계를 포함한다. 라우팅은 노드 A1으로부터 노드 A2로 그리고 노드 A2로부터 노드 A1으로의 전송시 중간 노드가 포함되지 않을 때 직접 이루어질 수 있다. 목표는 과도한 시그널링 비용 없이 높은 모바일 네트워크에서 라우팅 정보를 유지할 수 있는 강한 라우팅 프로토콜을 생성하는 것이다. 이러한 문제에 대한 대부분의 활동적인 연구는 HCN에 사용하기 위하여 Ad hoc 주문형 벡터 라우팅(AODV), 동적 소스 라우팅(DSR) 및 목적지-순차 거리 벡터 라우팅과 같은 ad hoc 라우팅 프로토콜들을 적응시키는데 집중되었다. 이들 프로토콜들은 다중 소스-목적지 쌍들을 가진 토폴로지를 포함하는 일반적 ad hoc 네트워크에서 라우팅 정보를 수집하고 유지하는데 효율적이나, 모든 루트가 공통 소스 또는 목적지 노드를 가지는 HCN 토폴로지에 대하여 불필요하게 복잡하다. 따라서, HCN 토폴로지들에 대하여 덜 복잡하고 라우팅 정보를 수집하여 유지하는데 효율적인 HCN 내의 라우팅 토폴로지에 대한 필요성이 요구된다.
도 1은 종래의 하이브리드-셀룰라 네트워크의 블록도.
도 2는 종래의 셀룰라 시스템 또는 하이브리드 셀룰라 시스템으로서 동작할 수 있는 통신 시스템에 대한 특정 셀을 도시한 블록도.
도 3은 셀룰라 네트워크로부터 하이브리드-셀룰라 네트워크로 변환하는데 필요한 단계들을 기술한 흐름도.
도 4는 루트 발견 동안 클래스 J 네트워크 요소의 동작을 기술한 흐름도.
도 5는 네트워크 요소의 블록도.
도 6은 루트 유지를 도시한 흐름도.
전술한 필요성을 충족시키기 위하여, 하이브리드-셀룰라 네트워크에 대한 라우팅 프로토콜이 여기에 기술된다. 하이브리드-셀룰라 네트워크 내에서 기지국으로/로부터 라우팅을 형성하기 위하여, 각각의 네트워크 요소에는 기지국의 수신된 신호 강도에 기초하여 "동작 클래스(class of operation)"가 할당된다. 각각의 네트워크 요소는 기지국으로 정보를 중계하는 하부 클래스의 네트워크 요소를 선택하도록 허용된다. 전술한 라우팅 프로토콜은 모든 루트가 공통 소스 또는 목적지 노드를 가지는 하이브리드-셀룰라 네트워크에서 정보를 라우팅하는 효율적이고 단순한 수단이다.
본 발명은 하이브리드-셀룰라 네트워크 내에서 루트를 결정하기 위한 방법을 포함한다. 본 방법은 기지국으로부터의 전송의 신호 특성을 결정하는 단계, 및 신호 특성에 기초하여 특정 동작 클래스를 결정하는 단계를 포함한다. 하부 동작 클래스를 가진 네트워크 요소는 데이터를 라우팅하기 위하여 선택되며, 데이터는 하부 동작 클래스를 가진 네트워크 요소를 통해 라우팅된다.
본 발명은 클래스 결정을 위하여 네트워크 요소에 의하여 사용될 다수의 임계치들 T1 내지 TJ를 수신하는 단계, 기지국으로부터 다운링크 전송을 수신하는 단계, 및 다운링크 전송을 위하여 신호 특성을 결정하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 신호 특성 및 다수의 임계치들에 기초하여, 특정 동작 클래스는 네트워크 요소를 위하여 결정된다. 그 다음에, 클래스 정보는 다른 네트워크 요소를 위하여 수신되며, 클래스 < k를 가진 네트워크 요소는 데이터를 라우팅하기 위하여 선택된다.
본 발명은 하이브리드-셀룰라 네트워크 내의 루트를 결정하기 위한 장치를 제공한다. 본 장치는 기지국으로부터의 전송의 신호 특성을 결정하는 수단, 신호 특성에 기초하여 특정 동작 클래스를 결정하는 수단, 데이터를 라우팅하기 위하여 하부 동작 클래스를 가진 네트워크를 선택하는 수단, 및 하부 동작 클래스를 가진 네트워크 요소를 통해 데이터를 라우팅하는 수단을 포함한다.
동일한 도면부호가 동일한 수단을 나타내는 도면들을 지금 참조하면, 도 2는 종래의 셀룰라 시스템 또는 하이브리드 셀룰라 시스템으로서 동작할 수 있는 통신 시스템에 대한 특정 셀(200)을 도시한 블록도이다. 셀(200)은 BTS(201) 및 다수의 모바일 또는 원격 유닛들(203-205)(단지 3개만 도시됨)을 포함한다. 원격 유닛들(203-205)의 세트는 BTS(201)와의 활성 통신을 유지하는 단말들(203-204) 및 "휴면(sleep)" 모드에 있는 단말들(205), 즉 켜있으나(power-on) BTS와의 활성 접속을 유지하지 않는 단말들로 구성된다. "휴면(sleep)" 모드의 단말은 페이징 채널들 또는 방송 채널들과 같은 임의의 채널들을 청취할 수 있으며 임의의 데이터 또는 제어 정보를 전송하지 않으며, 이에 따라 대부분의 시간에 BTS는 그것의 커버리지 영역 내에서 단말의 존재를 알지 못한다. 원격 유닛은 고정 또는 모바일 유닛일 수 있다. 셀(200)은 BTS(201) 및 활성 원격 유닛들(203-204) 사이에서 데이터를 중계하기 위하여 특별하게 개발된 다수의 고정 중계기들(202)을 포함할 수 있다. BTS(201), 원격 유닛들(203-205) 및 고정 중계기들(202)은 셀 내에서 네트워크 요소들의 세트를 포함한다.
동작중에, 셀(200)은 표준 셀룰라 전화 또는 HCN 모드에서처럼 기능을 할 수 있다. 표준 동작 동안, 모바일 유닛들(203-205) 및 기지국(201) 간의 모든 통신들은 모바일 유닛들(203-205) 및 기지국(201) 사이의 직접 통신으로 발생한다. 전술한 바와 같이, HCN 동작 동안, 모든 링크들을 BTS(201)에서 발신하거나 또는 종료하나, 그러나 업링크 및/또는 다운링크 데이터는 다른 원격 유닛들 또는 전용 중계기들에 의하여 BTS(201)에 중계될 수 있다. 셀(200)은 한 동작 모드로부터 다른 동작 모드로 변환될 수 있다.
전술한 바와 같이, 라우팅 정보를 수집하는데 효율적이고 종래의 프로토콜들보다 덜 복잡한 라우팅 프로토콜을 형성할 때 문제점이 존재한다. 이러한 문제점을 조절하기 위하여, 라우팅 프로토콜은 네트워크 요소들 사이에 J+1 동작 클래스들을 형성하는 것에 의하여 좌우된다. BTS(201)는 클래스 0 엔티티인 반면에, 다른 네트워크 요소들은 클래스 1 내지 J에 속한다. 임의의 주어진 시간에, 네트워크 요소는 단일 클래스에만 속할 수 있으며, 업링크 전송시(즉, BTS(201)에서 종료하는 전송들) 클래스에서 낮은 값을 가진 네트워크 요소들에 데이터를 중계할 수 있다. 유사한 방식으로, 업링크 전송을 위하여, 네트워크 요소들은 클래스에서 큰 값을 가진 네트워크 요소들로부터 중계된 전송들만을 수신할 수 있다. 따라서, 업링크 전송들을 위하여, 클래스 x를 가진 네트워크 요소는 클래스 > x를 가진 네트워크 요소들로부터 수신된 정보를 중계할 수 있으며, 클래스 < x를 가진 네트워크 요소들에만 중계 전송들을 수행할 수 있다.
다운링크 전송들(BTS(201)에서 발신하는 전송들)을 위하여, 네트워크 요소는 클래스에서 높은 값을 가진 네트워크 요소들에만 데이터를 중계할 수 있다. 유사한 방식으로, 다운링크 전송들을 위하여, 네트워크 요소들은 클래스에서 낮은 값을 가진 네트워크 요소들로부터 중계된 전송들을 수신할 수 있다. 따라서, 다운링크 전송들을 위하여, 클래스 x를 가진 네트워크 요소는 클래스 < x를 가진 네트워크 요소들로부터 수신된 정보를 중계할 수 있으며, 클래스 > x를 가진 네트워크 요소들에만 중계 전송들을 수행할 수 있다. 업링크 및 다운링크 전송들을 위하여, 클래스 멤버십은 BTS로부터 수신된 신호의 강도에 기초하여 결정된다.
앞서 언급된 바와 같이, BTS(201)가 셀 내의 모든 루트들에 대하여 업링크상의 공통 목적지 및 다운링크 상의 공통 소스라고 가정한다. 각각의 루트는 네트워크 요소들 간의 링크의 시퀀스를 지정함으로써 형성된다. 루트들은 클래스마다 순차적으로 형성된다. 클래스 j 네트워크에 대한 라우팅 절차를 고려하라. 이러한 프로토콜의 단계에서는 클래스들 1 내지 j-1에 속하는 모든 네트워크 요소들 및 BTS(201)간의 루트들이 형성된다. 클래스 j 네트워크 요소는 적어도 일부 그리고 바람직하게 모든 클래스 0 내지 j-1 네트워크 요소들에 대한 링크 품질을 평가하고, 최상의 요소와의 링크를 형성한다. 본 발명의 제1실시예에서, 네트워크 요소로부터 수신된 신호 강도는 링크 품질의 지시자로서 사용된다. 그러나, 대안 실시예들에서, C/I 비, C/N, C/(I+N), BER, FER, 링크 로딩, 또는 평균 경로 손실과 같은 다른 링크 품질 지시자들이 사용된다. 평균 품질 손실은 네트워크 요소들이 가변 전력 레벨들로 전송할 때 품질 메트릭으로서 가장 유용하다. 주어진 클래스 j 네트워크 요소에 대하여, 인접 클래스 0 내지 j-1 네트워크 요소들로 구성된 단지 서브세트만이 고려될 필요가 있다.
본 발명의 대안 실시예에서, 클래스 j 네트워크 요소는 적어도 일부 그리고 바람직하게 모든 클래스 0 내지 j-1 네트워크 요소들을 평가하고 중계를 위한 잠재적 네트워크 요소들의 그룹을 결정한다. 이는 이러한 그룹의 네트워크 요소들 중 하나와의 접속을 형성한다. 만일 이후 시점에서 접속 품질이 만족되지 않으면, 클래스 j 네트워크 요소는 상기 그룹의 다른 네트워크 요소와의 접속을 형성하기 시작할 수 있다.
다른 대안 실시예에서, 클래스 j 네트워크 요소는 네트워크 요소에 의하여 알려진 누적 경로 품질 메트릭에 기초하여 클래스 0 내지 j-1 네트워크 요소들 중 한 요소와의 접속을 형성할 수 있다. 또 다른 대안 실시예에서, 누적 경로 메트릭은 BTS로의 네트워크 요소의 경로를 따르는 링크 특성들의 합이다. 링크 특성들은 링크들에 대한 품질 메트릭들, 링크 C/I 비, C/N, C/(I+N), BER, FER, 링크들에 대한 평균 경로 손실, 링크들을 따라 흐르는 트래픽량(링크 부하) 등과 같은 것들을 포함할 수 있다. 누적 경로 메트릭들은 BTS로의 경로를 따를 도약(hop)들의 수에 대한 페널티 조건을 포함할 수 있다.
프로토콜은 주어진 셀내의 모든 네트워크 요소들에 대한 BTS(201)에서 기반을 둔 스패닝 트리(spanning tree)를 구성한다. 이러한 구성에 있어서, 모든 클래스 1 네트워크 요소는 반드시 BTS(201)와 직접 통신하며, 더 일반적으로 모든 클래스 j 네트워크 요소는 클래스 0 내지 j-1의 단일 네트워크 요소와 통신한다. 동일한 클래스들의 네트워크 요소들 간의 링크들은 라우팅 그래프에서 사이클들을 방지하기 위하여 금지된다는 것에 유의해야 한다. 임의의 링크에 대하여, 하위-클래스 네트워크 요소는 "부모(parent)"라 불리고, 상위-클래스 네트워크 요소는 "자식(child)"이라 불린다. 주어진 네트워크 요소는 단일 "부모(parent)"를 가지고 다수의 "자식(children)"을 가질 수 있다.
당업자가 인식하는 바와 같이, 임의의 HCN 라우팅 프로토콜은 두개의 관련 라우팅 태스크들, (i) 셀룰라로부터 HCN 토폴로지로 네트워크의 변환, 및 (ii) HCN 토폴로지가 형성된 후 루트들의 증가하는 업데이트를 어드레싱할 필요가 있을 것이다. 변환 절차는 초기 HCN을 구성하는 반면에, 루트들의 증가 업데이트들은 네트워크의 변화들에 적응된다.
셀룰라로부터 HCN 토폴로지로의 변환
앞의 라우팅 프로토콜에 기초한 셀룰라로부터 HCN 토폴로지로의 변환 절차에 대한 상세한 설명을 지금 고려한다. 이러한 변환 프로세스는 셀단위를 기반으로 하여 발생할 수 있으며, 전체 네트워크에 대하여 동시에 수행될 필요가 없다. 변환은 "휴면(sleep)" 모드에 있는 네트워크 요소들이 토폴로지에서 다음 증가 업데이트들에 의하여 HCN에 통합될 수 있기 때문에 BTS(201)와의 통신을 활성적으로 유지하는 네트워크 요소들 및 전용 중계기들을 포함한다. 선택적으로, "휴면(sleep)" 모드의 유닛들은 페이징될 수 있으며 변환 프로세스에 참여하도록 명령될 수 있다. 이러한 실시예는 전용 중계기들이 "휴면(sleep)" 모드로 전이하도록 허용되는 경우에 특히 유용하다. 변환, 즉 도 3에 도시된 흐름도는 다음과 같다.
단계 1. HCN 멤버십 결정. 셀룰라 다운링크 상에서, BTS(201)는 방송 제어 채널 또는 새로운 논리 채널을 통해 프로브 신호를 방송함으로써 HCN으로의 변환이 시작되는 모든 활성 네트워크 요소들을 지시한다. 그 다음에, BTS(201)는 HCN 참여 플래그를 다시 보고하도록 모든 활성 네트워크 요소에 명령한다. 이러한 플래그는 네트워크 요소가 HCN에 참여하기에 적합한지의 여부를 지시한다. 예컨대, 네트워크 요소의 배터리의 상태, 속도 또는 하드웨어 용량들에 따라, 네트워크 요소는 셀룰라 모드에서 BTS(201)과 계속해서 통신한다. 비참여 네트워크 요소들은 셀룰라 모드에서 BTS(201)과 계속해서 통신한다. 대역폭을 보존하기 위하여, HCN 참여 플래그는 HCN에 참여하는 네트워크 요소들에 의해서만 전송될 수 있다. 그 다음에, 비응답은 네트워크 요소가 HCN에 참여하지 않을 것이라는 것을 의미한다.
단계 2. 결정 클래스 멤버십. BTS(201)는 그들의 특정 동작 클래스를 결정하도록 HCN에 참여하는 모든 네트워크 요소들에 명령한다. 이는 클래스 결정을 위하여 네트워크 요소들에 의하여 사용될 임계치들 T1 내지 TJ의 세트를 방송하는 BTS(201)에 의하여 달성된다. 이러한 방송은 변환이 초기화되거나 또는 제어 채널을 통해 주기적으로 방송되는 시간에 발생할 수 있다. 대안 실시예에서, 임계치들은 네트워크 요소에서 하드-코딩된다. 네트워크 요소들은 BTS(201)로부터 다운링크 전송을 위한 신호 특성을 측정한다. 본 발명의 제1실시예에서는 BTS(201)로부터의 다운링크 수신된 신호 강도(RSS)가 이용되나, 대안 실시예들에서는 캐리어 대 간섭(C/I) 비, 비트 에러율(BER), 프레임 에러율(FER) 등과 같은 다른 신호 특성이 이용될 수 있다. RSS는 다음과 같이 그들의 클래스를 결정하기 위하여 충분한 시간에 걸쳐 평균되며, 만일 RSS>>T1이면, 네트워크 요소는 클래스 1의 멤버이다. 만일 RSS<TJ이면, 네트워크 요소는 클래스의 멤버이다. 그러나, 만일 Tk -1 > RSS ≥ Tk이면, 네트워크 요소는 클래스 k의 멤버이며, k는 1<k<J이고 정수이다. 선택적으로, BTS(201)는 셀룰라 업링크상에서 획득된 RSS 측정치들(또는 다른 메트릭들)에 기초하여 참여 네트워크 요소들의 클래스를 결정할 수 있으며, 대응 네트워크 요소들에 클래스 지정들을 전송할 수 있다. 부가적으로, 대안 실시예에서, 네트워크 요소들은 BTS(201)로부터의 다운링크 전송을 위한 신호 특성을 측정하며 이들 측정치들을 다시 BTS(201)에 보고한다. 그 다음에, BTS는 각각의 네트워크 요소에 대한 클래스를 결정하며 그 클래스를 각각의 네트워크 요소에 알린다.
단계 3. 루트 발견. 클래스 결정 단계의 완료시에, BTS(201)은 고유하게 식별가능한 파일럿 파형을 모든 참여 네트워크 요소에 할당하고 루트 발견 세션(RDS)에 참여하도록 셀(200)의 모든 참여 요소들에게 명령한다. 대안 실시예에서, 파일럿 파형들은 HCN의 형성 전에 BTS(201)에 의하여 각각의 네트워크 요소에 재할당될 수 있다. RDS 동안, 각각의 네트워크 요소는 그것의 동작 클래스에 기초하여 전송 기간을 결정하며 미리 결정된 기간 동안 신호(예컨대, 그것의 파일럿)를 방송할 것이다. 신호는 릴레이를 선택하는 다른 네트워크 요소들에 의하여 이용된다. 특히, RDS의 기간은 J 시간 기간들로 분할되며, 각각의 클래스 1 내지 J에 대하여 하나의 시간 기간이 할당된다. (셀 내에서, 모든 참여 네트워크 요소들이 적어도 개략적으로 프레임 할당된다고 가정한다). 각각의 시간 프레임에서, 대응 클래스의 모든 네트워크 요소는 그것의 고유 파일럿 및 제어 메시지를 전송한다(제어 메시지는 파일럿 파형에 의하여 변조될 수 있다). BTS(201)는 RDS 내에 있는지의 여부에 따라 그것의 고유 파일럿을 전송한다. 그것의 시간 기간 동안 전송하는 것 외에, 각각의 네트워크 요소는 다른 시간 기간들에서 다른 네트워크 요소들에 의하여 전송된 파일럿 신호들 및 제어 메시지들을 수신할 것이다. 릴레이로서 사용되는 하위 클래스의 네트워크 요소가 선택된다. 본 발명의 제1실시예에서, 선택된 네트워크 요소는 "자식(child)" 네트워크 요소에서 측정된 최상의 신호 강도를 가진 하위 클래스 중 하나일 것이다. 대안 실시예에서, 선택된 네트워크 요소는 낮은 누적 경로 메트릭을 가진 하위 클래스 중 하나일 것이다. 이러한 정보는 BTS(201)에서 이용가능하게 만들어질 것이다.
단계 4. 자원 할당 및 링크 형성 업데이트. 루트 발견의 완료시에, BTS(201)는 "자식(children)" 및 이들의 대응하는 "부모(parents)"간의 통신 링크들에 대하여 공간-시간-주파수 그리드에서 전력들 및 세그먼트들을 전송하는 것과 같이 자원들을 할당하기 위하여 RDS 동안 수집된 토폴로지 정보에 의존한다. 할당된 자원들과 관련하여, "부모(parent)" 및 이들의 대응하는 "자식(child)"간의 링크들이 형성된다. 일반적으로, 링크 형성은 중앙집중적(BTS-지향적)일 수 있거나 또는 분산적일 수 있다. 중앙집중 방식의 경우에, 셀룰라 다운링크 상의 BTS(201)는 링크의 할당된 자원들의 전송 및 수신을 시작하도록 "부모(parent)"-"자식(child)" 쌍에 명령한다. 분산방식의 경우에, 셀룰라 다운링크의 BTS(201)는 그것의 할당된 자원들을 각각의 "부모(parent)"에 알리며, 각각의 "부모(parent)"-"자식(child)" 쌍은 다른 쌍들과 자동으로 그리고 비동기적으로 통신을 형성한다(예컨대, 경쟁 메커니즘으로 미리 할당된 슬롯들 또는 랜덤 액세스 채널 절차를 사용하여).
도 4는 루트 발견 동안 클래스-k-네트워크 요소(500)(도 5에 도시됨)의 동작을 도시하는 흐름도이다. 루트 발견과 관련하여, 파일럿들이 직접 시퀀스 스펙트럼 확산 파형들(시간영역에서 또는 주파수 영역에서)이며 트랜시버(501)에 의하여 수신된다는 것이 예상된다. (공동 채널 간섭에 강하고 고속 동기획득시 수정할 수 있는 다른 시그널링 방식들이 적절할 수 있다.) 파일럿 및 제어 메시지 전송들은 단지 인접 네트워크 요소들이 라우팅 정보를 교환할 필요가 있기 때문에 상기 전송들이 BTS(201)를 향하지 않는 경우에 저전력을 가질 수 있다. 실제로, 논리 회로(502)(예컨대, 컴퓨터-판독가능 코드를 실행하는 컴퓨터 프로그램 또는 내장된 명령들을 실행하는 마이크로프로세서 제어기)는 데이터를 라우팅하는데 허용가능한 네트워크 요소들을 결정한다. 실제로, 논리 회로(502)는 기지국으로부터의 전송의 신호 특성을 결정하는 수단, 네트워크 요소(500)에 대한 특정 동작 클래스를 결정하는 수단, 데이터를 라우팅하는 하위 동작 클래스를 가진 네트워크 요소를 선택하는 수단, 및 하위 동작 클래스를 가진 네트워크 요소를 통해 데이터를 라우팅하는 수단으로서 사용된다.
논리 흐름은 논리 회로(502)가 기지국으로부터의 전송의 신호 특성을 분석하고 특정 동작 클래스(예컨대, 클래스 k)를 결정하는 단계(400)에서 시작한다. 단계(401)에서, 논리 회로(502)는 기간들 1 내지 k-1에서 하위 클래스 네트워크 요소들(클래스 0 BTS(201)를 포함)로부터 파일럿 및 제어 메시지를 모니터링한다. 그 다음에, 논리 회로(502)는 클래스 < k인 "부모(parent)"를 결정한다(단계 403). 전술한 바와 같이, 부모는 클래스 k 네트워크 요소에서 최상으로 수신된 신호를 가진 클래스 0 내지 k-1 네트워크 요소이도록 선택된다. 대안 실시예에서, 논리 회로(502)는 하위 클래스 네트워크 요소들 중 하나를 통해 BTS에의 루트들의 누적 경로 메트릭을 평가하며 하위 누적 경로 메트릭을 가진 하위 클래스 네트워크 요소를 "부모(parent)"로서 픽업한다. k번째 시간 기간에서, 트랜시버(501)는 고유 파일럿 및 제어 메시지를 전송한다(단계 405). 클래스 J 네트워크 요소에 대하여, 파일럿의 전송은 필요치 않으나 "부모(parent)"의 선택을 지시하는 제어 메시지의 전송은 요구되지 않는다는 것을 유의해야 한다. 제어 메시지에서, 네트워크 요소는 그 자체의 클래스를 통지하며(이러한 통지는 단지 클래스-k 네트워크 요소들이 상기 시간 기간 동안 전송하기 때문에 암시적일 수 있다는 것에 유의해야 한다), 그것의 "부모(parent)"를 통지하며, 대안 실시예에 따라 BTS로의 그것의 경로의 누적 메트릭을 포함한다. k+1 내지 J 시간 기간들에서, 논리 회로(502)는 상위 클래스 네트워크 요소들로부터 제어 메시지 통지들을 모니터링하며 그것의 "자식(children)"을 결정한다. RDS의 완료시에, 모든 제어 메시지들이 그들의 의도된 목적지들에 도달하는 것을 가정하면 모든 네트워크 요소는 그것의 "부모(parent)" 및 그것의 "자식(children)"을 안다. BTS(201)는 셀룰라 다운링크상의 네트워크 요소들을 폴링함으로써 HCN의 토폴로지를 결정한다. 이러한 단계는 BTS(201)가 RDS 동안 교환된 모든 메시지들을 성공적으로 수신한 경우에 필요치 않다는 것에 유의해야 한다. 토폴로지가 시스템에 의하여 알려질 때, 업링크 전송들(네트워크 요소에서 발신하여 BTS(201)를 향하는 데이터)을 위한 표준 HCN 라우팅은 하위 동작 클래스(앞서 선택됨)를 가진 네트워크 요소를 통해 데이터를 라우팅하는 논리 회로(502)에 의하여 발생한다. 특히, 라우팅을 위하여 선택된 네트워크 요소는 그것의 논리 회로(52)가 상위 동작 클래스(즉, 클래스 > k)의 네트워크 요소들로부터 업링크 데이터를 수신하도록 할 것이며 하위 동작 클래스를 가진 네트워크 요소들에 수신된 데이터를 라우팅한다.
유사한 방식에서, 다운링크 전송들(즉, 네트워크 요소에서 최종 목적지를 가진 BTS(201)에서 발신하는 데이터)에 대한 라우팅은 하위 동작 클래스를 가진 네트워크 요소로부터 수신된 데이터를 라우팅하는 논리 회로(502)에 의하여 이루어진다. 특히, 라우팅을 위하여 선택된 네트워크 요소는 논리 회로(502)로 하여금 하위 동작 클래스를 가진 네트워크 요소들로부터 다운링크 데이터를 수신하도록 하며, 그 다음에 상위 동작 클래스를 가진 네트워크 요소에 수신된 데이터를 라우팅한다.
RDS가 직렬 프로세스이라는 것을 유의해야 하며, 하위 동작 클래스들로부터의 파일럿 파형들 및 제어 메시지들은 상위 클래스들의 네트워크 요소들로부터의 메시지들전에 수신되어야 한다. 이러한 조건은 클래스 J의 네트워크 요소들 아래까지 라우팅 트리가 우선 BTS(201)로부터 순차적으로 구축되도록 한다.
도 3을 참조로 하여 앞서 기술된 바와 같이, 각각의 네트워크 요소에는 고유 파일럿 파형이 할당된다. 파일럿 할당들은 네트워크 요소들의 클래스 멤버십들에 기초하지 않는다. 그러므로, 각각의 RDS 기간 동안, 네트워크 요소는 부모 또는 자식 노드들을 학습하기 위하여 파일럿 파형들의 전체 세트를 모니터링할 필요가 있다. 각각의 RDS 기간 동안 탐색될 가능한 파일럿 파형들의 세트를 감소시키기 위하여, 파일럿 파형들의 세트는 J 서브세트들로 분할되며, 각각의 클래스에 대하여 하나의 서브세트가 할당된다. 이러한 할당에 있어서, 단지 j-서브세트는 j-번째 RDS 기간 동안 탐색될 필요가 있다. 서브세트들의 할당은 미리 결정되거나 또는 BTS(201)에 의하여 동적으로 할당될 수 있으며 참여 네트워크 요소들에 통지될 수 있다. 클래스-기반 파일럿 할당을 용이하게 하기 위하여, BTS(201)는 참여 네트워크 요소들로부터 클래스 보고들을 수신할 필요가 있다. 이는 HCN 참여 플래그들을 가진 클래스 보고들을 포함함으로써 효율적으로 수행될 수 있다. 비록 클래스 기반 파일럿 할당이 탐색 복잡성을 감소시킬지라도, 이는 파일럿 파형들이 네트워크 요소들의 클래스 변화시에 재할당될 필요가 있기 때문에 증가된 시그널링 오버헤드를 야기한다.
링크 형성 실패로 인하여 HCN 루트를 형성할 수 없는 네트워크 요소들은 BTS(201)와 계속해서 직접 통신한다. 이들은 다음 RDS 동안 HCN에 참여하기 시작할 수 있다. HCN에 참여하는 네트워크 요소들은 그들의 셀룰라 데이터 채널들을 분리하며 그들의 HCN 루트들을 사용하여 데이터를 전송하고 수신하기 시작한다. 선택적으로, HCN은 단지 업링크 또는 다운링크상에서 사용될 수 있는 반면에, 다른 링크는 셀룰라 모드를 유지한다. BTS(201)로부터의 메시징을 추가로 제어하기 위하여, 다운링크 제어 채널 구조는 모든 활성 네트워크 요소들(HCN에 참여하고 그리고 참여하지 않는)에 대하여 제 위치에 유지된다.
네트워크 요소는 임의의 전송을 중계하지 않으면서 전송하기 위하여 HCN 모드를 사용할 것을 결정할 수 있다. 이는 단말의 배터리 수명이 낮을 때 발생할 수 있거나 또는 상기 네트워크 요소를 가진 가입자가 임의의 통화들을 중계하지 않도록 구성하기 때문에 발생할 수 있다. 이러한 경우에, 네트워크 요소는 그것의 클래스가 도 3의 단계 2에서 "클래스 J(class J)" 이도록 할 것이다. 도 3에 기술된 알고리즘의 다른 단계들은 동일한 것을 유지한다. 선택적으로, 이러한 네트워크 요소는 다른 네트워크 요소들로부터 모든 메시지를 수신할 수 있으나 임의의 파일럿 파형 또는 제어 메시지를 방송하지 않는다. 이러한 네트워크 요소가 전송할 필요가 있을 때, 네트워크 요소는 BTS가 네트워크 요소에 도달하는 방법을 알도록 BTS에 라우팅 경로를 전송할 필요가 있다.
루트 보존
루트 보존 절차(RMP)는 HCN 멤버십 및 토폴로지의 변화들을 극복하기 위하여 필요하다. 루트 보전 절차는 BTS-초기화되며, 전형적으로 소수의 수퍼프레임들마다 각각의 셀에서 주기적으로 수행된다. 업데이트들 간의 시간 간격은 네트워크의 토폴로지 및 멤버십의 변화들을 추적하기 위하여 충분히 짧아야 한다. 대안 실시예에서, RMP는 HCN 멤버십의 변화시에 트리거링될 수 있다.
HCN 멤버십의 변화는 예컨대 셀내로의 새로운 네트워크 요소의 도착, "휴면(sleep)" 모드로부터 활성 모드로 네트워크 요소의 전이 또는 셀로부터 네트워크 요소의 이탈 때문일 수 있다. 게다가, HCN 멤버십은 "휴면(sleep)" 모드 상태에 있는 네트워크 요소들 또는 전용 중계기들을 HCN에 포함시키는 경우에 변화할 것이다. HCN 토폴로지의 변화는 예컨대 참여 네트워크 요소들의 클래스 멤버십들의 변화 때문일 수 있다. 앞의 4-단계 HCN 변환 절차와 유사한 절차가 루트 보존을 위하여 주기적으로 수행된다는 것이 예상된다. 단계들은 다음과 같으며 도 6에 기술된다:
단계 1. HCN 멤버십 업데이트. 셀룰라 다운링크 제어 채널들을 사용하면, BTS(210)는 루트 보존 절차가 시작된다는 것을 셀내의 모든 활성 네트워크 요소들에 지시한다. 그 다음에, BTS(201)는 참여 플래그를 다시 보고하도록 모두 활성적이나 미리 참여하지 않는 네트워크 요소에 명령한다. 모든 활성적이나 참여하지 않는 네트워크 요소들은 셀룰라 모드에서 BTS(201)과의 쌍방향 통신을 유지한다. 모든 이전 참여 네트워크 요소들은 클래스 기반 파일럿 할당이 수행되지 않는 경우에 그들의 참여 플래그를 재전송하지 않는다. 이러한 경우에, 클래스 변화를 가진 각각의 네트워크 요소는 HCN 참여 플래그를 전송한다. BTS(201)는 HCN 참여 플래그를 다시 보고하도록 네트워크 요소를 페이징 및 명령함으로써 "휴면(sleep)" 모드의 네트워크 요소 또는 중계기 네트워크 요소를 HCN에 포함시킬 수 있다.
단계 2. 클래스 멤버십 업데이트. BTS(201)는 그들의 클래스를 결정하도록 HCN에 참여하는 모든 네트워크 요소들에 명령한다. 네트워크 요소는 앞의 HCN 초기화 절차의 단계 2에서 기술된 그들의 클래스를 결정한다.
단계 3. 루트 발견 업데이트. 클래스 결정 단계의 완료시에, BTS(201)는 고유하게 식별가능한 파일럿 파형을 모든 새로이 참여하는 네트워크 요소에 할당하고 앞의 HCN 초기화 절차의 단계 3에서 특정된 RDS에 참여하도록 HCN의 모든 요소들에 명령한다. 대안 실시예에서, 파일럿 파형들은 RMP를 수행하기 전에 할당된다. HCN에 참여하기 위하여 비활성화되거나 또는 부적격하기 때문에 가지는 모든 이전에 참여하는 네트워크 요소들은 RDS 동안 휴지상태를 유지한다. RDS동안 휴지상태를 유지함으로써 이들 네트워크 요소들은 HCN에의 참여로부터 효과적으로 제외된다. BTS(201)와의 계속해서 통신하기 위하여, 그들은 BTS(201) 업링크 랜덤 액세스 채널에 의하여 바람직하게 셀룰라 통신 모드로 스위칭된다.
단계 4. 자원 할당 및 업링크 형성 업데이트. 이러한 단계는 HCN 초기화 절차의 단계 4와 동일하다.
라우팅 실패 복원
주기적으로 수행된 루트 보존 절차는 라우팅 실패들로부터 복원하기에 효율적인 메커니즘을 제공한다. 즉, 루트가 단순하게 분열되는 HCN 참여 네트워크 요소는 다음 루트 보전 절차를 통지하기 위하여 BTS(201) 다운링크 제어 채널을 모니터링한다. 다음 루트 보존 절차에 참여함으로써, 네트워크 요소는 새로운 HCN 루트를 형성한다. 만일 네트워크 요소가 루트 보존 절차들을 통해 HCN 루트를 형성할 때 반복적으로 성공적이지 않으면, 네트워크 요소는 BTS(201) 업링크 랜덤 액세스 채널에 의하여 셀룰라 동작 모드로 전환된다. 선택적으로, 라우팅 실패는 RDS를 트리거링하는 사건일 수 있다.
HCN 핸드오프 동작
네트워크 요소들에 참여하는 셀간 핸드오프는 셀룰라 모드에서 셀간 핸드오프와 동일하다. 특히, 모든 참여 네트워크 요소는 셀간 핸드오프를 위한 후보 BTS들의 리스트를 유지한다. 새로운 BTS와의 통신링크를 형성하기 위하여, 참여 네트워크 요소는 우선 BTS의 업링크 랜덤 액세스 채널을 사용하여 새로운 BTS를 액세스한다. 이러한 단계에서, (낮은) 데이터율 채널은 새로운 BTS와 셀룰라 모드에서 형성된다. 새로운 서비스 셀에서 셀룰라 링크를 형성할 때, 네트워크 요소는 기존 셀에서 HCN 접속을 해제한다. 일단 새로운 셀의 셀 링크가 형성되면, 응용가능한 경우에 네트워크 요소는 새로운 서비스 셀에 대한 루트 보전 절차에 참여한다. 핸드오프 프로세스 동안, 네트워크 요소는 그것이 루트 보존 절차에 참여하여 새로운 셀에 HCN 네트워크를 연결할 때까지 낮은 데이터율을 경험할 수 있다. 선택적으로, 도달하는 네트워크 요소는 전체 RDS를 트리거링할 수 있다. 또는, 도달 네트워크 요소는 다음 RDS까지 전송되는 것이 방지될 수 있다.
전원끄기 절차
소유자에 의하여 전원이 꺼진 "부모(parent)" 네트워크 요소를 고려한다. 이러한 경우에, BTS로의 새로운 루트는 이러한 "부모(parent)" 노드를 통해 BTS와 통신하는 모든 "자식(child)" 노드들에 의하여 발견될 필요가 있다. 본 발명의 제1실시예에서, 이들 "자식(child)" 노드들은 전원이 꺼진 "부모(parent)" 노드와의 접속을 종료할 때 다운링크 제어 채널을 단순하게 모니터링하고 이하의 RMP 세션에 참여한다. 제2실시예에서, "부모(parent)" 네트워크 요소는 "전원 꺼짐(power-off)" 플래그를 BTS에 전송한다. 그 다음에, BTS는 즉시 RMP를 초기화한다. 다른 실시예에서, "자식(children)"은 다음의 규칙적으로 스케줄링된 RMP 기간까지 BTS와의 직접 통신을 형성한다. 또 다른 실시예에서, 네트워크 요소의 전원 꺼짐은 다음의 주기적 루트 발견 세션까지 지연된다.
본 발명이 특히 특정 실시예와 관련하여 기술될지라도, 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 형태 및 세부사항의 변형들이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이러한 변형들은 이하의 청구항들의 범위 내에 있다는 것이 의도된다.

Claims (14)

  1. 하이브리드-셀룰라 네트워크 모드(hybrid-cellular network mode)에서 동작하는 셀 내의 루트를 결정하는 방법에 있어서,
    기지국으로부터 제 1 송수신기에 의해 수신된 전송을 위한 신호 특성을 결정하는 단계로서, 상기 신호 특성은 수신된 신호 강도, 캐리어 대 간섭비, 비트 에러율, 및 프레임 에러율 중 하나 이상을 포함하는, 전송의 신호 특성 결정 단계;
    상기 신호 특성에 기초하여, 특정 동작 클래스를 결정하는 단계; 및
    데이터를 라우팅하기 위하여 하위 동작 클래스를 가진 네트워크 요소를 선택하는 단계를 포함하는, 루트 결정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 특정 동작 클래스를 결정하는 단계는 상기 신호 특성을 임계치들의 세트에 비교하는 단계와, 상기 비교에 기초하여 상기 특정 동작 클래스를 결정하는 단계를 포함하는, 루트 결정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 네트워크 요소를 선택하는 단계는,
    다른 네트워크 요소들에 의하여 전송된 신호들을 수신하는 단계; 및
    최상의 신호 강도를 가진 하위 클래스의 네트워크 요소를 결정하는 단계를 포함하는, 루트 결정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상위 동작 클래스를 가진 네트워크 요소로부터 업링크 데이터를 수신하는 단계; 및
    상기 하위 동작 클래스를 가진 네트워크 요소에 상기 수신된 데이터를 라우팅하는 단계를 포함하는, 루트 결정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하위 동작 클래스를 가진 상기 네트워크 요소로부터 상기 다운링크 데이터를 수신하는 단계; 및
    상위 동작 클래스를 가진 상기 네트워크 요소에 상기 다운링크 데이터를 라우팅하는 단계를 더 포함하는, 루트 결정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 특정 동작 클래스를 가진 네트워크 요소들에 대한 전송 시간 기간을 결정하는 단계; 및
    상기 시간 기간 동안, 릴레이(relay)를 선택하기 위하여 다른 네트워크 요소들에 의하여 이용되는 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는, 루트 결정 방법.
  7. 제1항에 있어서, 데이터를 라우팅하기 위하여 상기 하위 동작 클래스를 가진 네트워크 요소를 선택하는 단계는 상기 네트워크 요소의 누적 경로 품질 메트릭(cumulative path quality metric)에 기초하여 상기 네트워크 요소를 선택하는 단계를 포함하는, 루트 결정 방법.
  8. 클래스 결정을 위하여 네트워크 요소에 의하여 사용될 다수의 임계치들 T1 내지 TJ를 수신하는 단계;
    기지국으로부터 다운링크 전송을 수신하는 단계;
    상기 다운링크 전송에 대한 신호 특성을 결정하는 단계;
    상기 신호 특성 및 상기 다수의 임계치들에 기초하여, 상기 네트워크 요소에 대한 특정 동작 클래스(k)를 결정하는 단계;
    다른 네트워크 요소들에 대한 클래스 정보를 수신하는 단계; 및
    데이터를 라우팅하기 위하여 클래스 < k를 가진 네트워크 요소를 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 특정 동작 클래스를 결정하는 단계는 상기 신호 특성을 상기 다수의 임계치들에 비교하는 단계와, 상기 비교에 기초하여 상기 특정 동작 클래스를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 네트워크 요소를 선택하는 단계는,
    하위 클래스의 나머지 네트워크 요소들에 의하여 전송된 신호들을 수신하는 단계; 및
    최상의 신호 강도를 가진 하위 클래스의 단일 네트워크 요소를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    클래스 > k를 가진 네트워크 요소로부터 업링크 데이터를 수신하는 단계; 및
    클래스 < k를 가진 상기 네트워크 요소에 상기 업링크 데이터를 라우팅하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    클래스 < k를 가진 네트워크 요소로부터 다운링크 데이터를 수신하는 단계; 및
    클래스 > k를 가진 네트워크 요소에 상기 다운링크 데이터를 라우팅하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    클래스-k를 가진 네트워크 요소들에 대한 전송 시간 기간을 결정하는 단계; 및
    상기 시간 기간 동안, 릴레이를 선택하기 위하여 다른 네트워크 요소들에 의하여 이용되는 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 하이브리드-셀룰라 네트워크 내의 루트를 결정하는 장치에 있어서,
    기지국으로부터 제 1 송수신기에 의해 수신된 전송을 위한 신호 특성을 결정하는 수단으로서, 상기 신호 특성은 수신된 신호 강도, 캐리어 대 간섭비, 비트 에러율, 및 프레임 에러율 중 하나 이상을 포함하는, 전송의 신호 특성 결정 수단;
    상기 신호 특성에 기초하여 특정 동작 클래스를 결정하는 수단;
    데이터를 라우팅하기 위하여 하위 동작 클래스를 가진 네트워크 요소를 선택하는 수단; 및
    상기 하위 동작 클래스를 가진 상기 네트워크 요소를 통해 상기 데이터를 라우팅하는 수단을 포함하는, 루트 결정 장치.
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