KR100949163B1 - 무선 랜에서 응용인식 및 전력 효율적 고속 핸드오버 방법및 시스템 - Google Patents

무선 랜에서 응용인식 및 전력 효율적 고속 핸드오버 방법및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 랜에서 효율적인 2계층 고속 핸드오버 기술에 관한 것으로서, 특히 응용서비스 품질을 보장하면서 전력소모를 최소화할 수 있는 고속 핸드오버 방법 및 시스템에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 이동노드가 이동할 때 스캐닝 주기 및 한번 스캐닝할 때 액세스되는 무선채널 수가 응용형태와 주변 무선 네트워크 상황에 따라 적응적으로 조정되게 하여 응용서비스의 품질저하를 막고 전력 효율적인 방법으로 고속으로 핸드오버할 수 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 실내나 대도시와 같이 무선 액세스포인트들이 밀접하게 설치된 복잡한 무선망 환경에 특히 유용한 작용효과가 있다.
고속 핸드오버, 교차 계층 핸드오버 최적화, 서비스품질 보장형 핸드오버, 전력효율적 핸드오버

Description

무선 랜에서 응용인식 및 전력 효율적 고속 핸드오버 방법 및 시스템 {Methods and System for Application-Aware and Power-Efficient Fast Handover in Wireless LAN}
최근에 선진국을 중심으로 무선 랜(Wireless LAN: Wireless Local Area Network)에서 이동 중에도 끊김없는 멀티미디어 네트워크 서비스에 대한 사용자 요구가 급증하고 있다. 현재 IEEE 802.11 a/b/g/n 무선 랜 표준은 이동노드가 이동 시 액세스포인트 (AP: Access Point)간의 매듭없는 (seamless) 핸드오버 방법을 명시하지 않는다. 이로 인해 이동노드 (Mobile Node)가 상이한 셀 영역을 이동할 때 새로운 무선 랜을 탐색하여 접속하는 데 과도한 시간지연이 발생하기 때문에 VoIP (Voice over IP)나 영상회의등의 실시간 멀티미디어 응용서비스에 대해서는 핸드오버 기간동안 서비스가 단절되는 현상이 발생한다. 본 발명의 기술분야는 이동노드가 무선 랜에서 상이한 셀간을 이동할 때 응용의 서비스 품질을 보장하면서 전력 효율적으로 고속 핸드오버하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
무선 랜에서 2계층 핸드오버는 크게 네 가지 단계, 즉 무선 채널발견 (channel discovery), 채널스윗칭 (channel switching), 인증 (authentication) 및 연계 (association)로 구성되어있는 데 이 가운데 무선채널을 발견하는 데 90% 이상의 시간이 소모된다. 무선 랜에서 채널발견 시간을 줄여서 핸드오버 지연시간을 감소하기 위한 다양한 노력이 시도되고 있다. 이러한 노력의 대부분은 이동중 다음에 접속이 가능한 AP 정보를 사전에 파악함으로써 채널 액세스 시간을 줄이는 방법을 주로 사용한다. 대표적인 것으로 IEEE 802.11k 표준에서 규정된 이웃보고서 (Neighbor Report)를 사용한 선택적 스캐닝 방법을 들 수 있다. 선택적 스캐닝 (Selective Scanning) 이란 무선 랜 채널 전부를 한번에 스캔하는 풀스캔 (Full Scan) 대신에 접속 가능한 AP가 있는 채널만을 선택적으로 액세스함으로써 스캐닝 시간을 줄이는 것이다. 그러나 IEEE 802.11k 표준은 기존 AP의 수정을 요구하기 때문에 광범위하게 실현되기에는 어렵다. 특히 복잡한 실내환경이나 대도시 지역에서는 대부분 모든 채널에 AP가 존재하므로 이러한 환경에는 적합하지 않다.
그 외 이동노드에서 고속 2 계층 핸드오버를 가능하게 하는 대표적인 방법으로 중국 마이크로소프트 연구소에서 개발한 자발능동적 스캐닝 (Proactive Scanning)과 미국 매사추세츠 대학에서 개발한 부드러운 스캐닝 (Smooth Scanning)등이 있다. 위의 두 가지 방법 모두 현재 AP에 접속하여 데이터를 주고받는 가운데 미리 주기적인 스캔동작을 수행하여 주변 AP정보를 수집하는 사전스캐닝 (Pre-Scanning) 방법을 사용한다. 그러나 이러한 방법은 많은 경우에 부적절한 사전스캐닝 방법으로 인해 응용서비스의 품질을 저하시키고 부가적인 전력소모를 가져올 수 있다.
왜냐하면 응용서비스 형태에 따라 단대단 지연시간이나 스트리밍 요구사항이 다르기 때문에 특정 응용에 적합한 스캐닝 방법을 다른 응용에 적용할 경우 과도한 패킷손실 혹은 시간지연으로 인해 서비스 품질저하 및 커다란 부가적인 전력소모가 발생할 수 있다. 예를 들어 저장 비디오/오디오에 특화된 사전 스캐닝 방법을 VoIP에 적용할 경우 너무 느린 사전 스캐닝 주기로 인해 대화가 끊어질 수 있다. 반대로 VoIP에 특화된 사전 스캐닝 주기를 저장 비디오/오디오 서비스에 적용할 경우 너무 빈번한 스캐닝으로 인해 과도한 패킷손실이 발생할 수 있으며 이는 결국 서비스품질 저하 및 커다란 부가적인 전력소모를 가져올 수 있다. 결론적으로 무선 랜에서 지금까지 개발된 대부분의 고속 핸드오버방법은 상위 응용서비스의 특성을 반영하지 않기 때문에 핸드오버 기간동안 응용서비스의 품질저하 혹은 심한 경우 서비스 단절을 초래할 수 있고, 아울러 커다란 전력소모를 야기할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, IEEE 802.11 a/b/g/n 무선 랜에서 이동노드가 이동할 때 응용서비스의 품질을 저하시키지 않으면서 전력을 효율적으로 소모하는 고속 핸드오버방법 및 시스템을 제시하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 이동중 응용서비스의 품질저하를 막고 전력소모를 최소화하면서 최적의 AP로 고속으로 핸드오버할 수 있도록 스캐닝 주기 및 스캔 채널 수가 응용 형태와 네트워크 상태에 따라 적응적으로 조정되게 하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 실내나 대도시와 같이 AP들이 밀접하게 설치된 복잡한 무선망 환경에 특히 유용한 고속 핸드오버방법 및 시스템을 제시하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에서 제시한 응용인식 전력 효율적 고속 핸드오버 수단 및 방법은 아래과 같다. 먼저 핸드오버를 세가지 단계 즉 주변AP정보수집 단계와 핸드오버준비 단계 및 핸드오버실행 단계로 구분하고, 신호강도에 기반하여 각 단계를 구분하는 두 개의 핸드오버준비 임계치, 즉 (Handover Prepare Threshold) Tp 및 핸드오버실행 임계치 (Handover Execute Threshold) Ts를 정한다. 본 발명에서 AP로 부터의 신호강도를 측정하기 위해 신호강도 (RSSI: Received Signal Strength Indicator)를 사용하나 신호대잡음비 (SNR: Signal to Noise Ratio)를 사용할 수도 있다.
주변AP정보수집 단계에서는 현재 AP로 부터의 신호강도가 Tp보다 클 경우 응용서비스의 품질이 저하되지 않고 핸드오버로 인한 전력소모가 최소가 되도록 가변적으로 스캔주기를 조정하면서 주기적으로 주변 AP정보를 수집한다. 이 때 한번의 스캔동작시 액세스 되는 무선 채널 수 즉 스캔알갱이는 응용서비스 품질이 저하되지 않는 범위내에서 핸드오버로 인한 부가적인 전력소모가 최소가 되도록 설정한다.
이동시 현재 AP로 부터의 신호강도가 Tp 이하일 경우 핸드오버준비 단계로 넘어가며 준비단계에서는 앞의 주변AP정보수집 단계에서 파악된 AP들 가운데서 신호강도 및 AP/채널 부하상태가 양호한 AP들을 후보 AP로 선정하여 주기적인 스캔동작을 다시 수행한다. 이 때 상부 응용서비스의 종류와 주변 AP환경을 고려하여 스캔알갱이가 최소가 되도록 조정한다. 그리고 스캔 주기도 더 빨리 하여 핸드오버 시간 지연을 줄이면서 후보 AP정보를 보다 정확하게 파악한다.
마지막으로 신호강도가 Ts이하인 경우 이동노드는 핸드오버 실행단계로 들어가며 핸드오버실행 단계에서는 지금까지 파악된 후보 AP들 가운데서 신호강도가 가장 크고 부하상태가 제일 양호한 후보 AP를 다음 AP로 선택하여 AP 접속점을 변경하고 핸드오버를 완료한다.
상기와 같이 본 발명은 복잡한 실내 혹은 대도시 도심의 복잡한 전파환경에서 이동노드가 이동중 VoIP등의 실시간 멀티미디어 통신서비스를 효율적으로 지원하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 이동 노드가 이동중 스캐닝 주기 및 스캔 채널 수가 응용 형태와 네트워크 상태에 따라 적응적으로 조정되므로써 응용서비스의 품질저하를 막고 전력소모를 최소화하면서 최적의 AP로 고속으로 핸드오버할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전파세기의 유동 (fluctuation)이 심한 전파환경에서는 AP로 부터의 신호강도 대신에 신호강도의 이동평균추정치를 사용하여 핸드오버 조건을 검사함으로써 실내나 대도시등의 복잡한 전파환경에서 급격한 전파환경 변화로 인한 핸드오버 오동작 확률을 줄이는 효과가 있다.
또한, 핸드오버를 위한 후보 AP를 선택할 때 선택기준은 AP로 부터의 신호강도외에도 채널 및 AP부하를 고려하여 핸드오버 후 서비스 품질의 저하를 방지하는 효과가 있다.
본 발명은 무선 랜에서 효율적인 2계층 고속 핸드오버 기술에 관한 것으로서, 특히 응용서비스 품질을 보장하면서 전력소모를 최소화할 수 있는 고속 핸드오버 방법 및 시스템에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성과 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
도 1은 이동노드가 현재 AP에서 다음 AP로 움직일 때 수신되는 신호강도 RSSI의 변화와 핸드오버준비 임계치(Handover Prepare Threshold) Tp 및 핸드오버실행 임계치 (Handover Execute Threshold) Ts를 보여준다. 본 발명에서 이동노드가 현재 접속된 AP를 현재 AP (Current AP)라 부르며 이동노드가 다음에 접속할 AP를 다음 AP (Next AP)라 부른다. 도 1에서 현재 AP로부터 측정된 신호강도가 Tp 이하로 내려가면 이동노드는 핸드오버 준비단계에 들어가며, 현재 AP로부터의 신호강도가 Ts이하이고 다음 AP로부터 수신된 신호강도가 Ts보다 큰 경우 이동노드는 접속점을 현재 AP에서 다음 AP로 바꾸어 핸드오버를 완료한다.
이동노드는 이동중 주변 AP들의 정보를 파악하기 위하여 주기적으로 탐침메시지 (Probe Message)를 송신한다. 탐침메시지를 수신한 AP는 ID(AP_id)나 MAC 주소(MAC_addr), 신호강도(RSSI: Received Signal Strength Indicator)나 접근과 관련된 보안정보를 응답메시지에 실어서 보낸다. 이동노드는 현재 AP로부터의 RSSI를 측정한다. RSSI대신에 SNR (Signal to Noise Ratio)을 사용해도 된다. 현재 AP로부터 측정된 신호강도가 Tp 보다 크면 이동노드는 주변 AP들로 부터의 신호강도를 파악하여 이동노드에 저장한다.
도 1에서 이동노드는 AP로 부터의 신호강도 대신에 아래 방정식 (1)에서 보인 신호강도의 이동평균추정치 Si(AP)를 사용할 수도 있다. 여기서 RSSIi(AP)는 시간슬롯 i일 때 AP의 RSSI 값을 나타내고 Si(AP)는 시간슬롯 i에서 AP로부터 수신한 신호강도의 이동평균추정치를 나타낸다. 여기서 시간슬롯을 사용하는 것은 탐침메시지를 주기적으로 보내기 때문이다. 일반적으로
Figure 112008005829286-pat00001
의 값은 0.4정도가 적합하다. 여기서 순간적인 신호강도의 값보다는 이동평균치를 사용하는 것은 실내나 대도시 환경에서의 주위환경에 따른 급격한 전파특성의 영향을 최소화하기 위해서이다. 여기서
Si(AP) = (1-
Figure 112008005829286-pat00002
) Si -1(AP) +
Figure 112008005829286-pat00003
{RSSIi(AP) - RSSIi -1(AP)} 방정식 (1)
도 1에서 이동노드는 지금까지 제시된 기존의 무선 랜 핸드오버 방법은 실내나 복잡한 대도시 환경에서 다수의 AP가 중첩되어 설치된 신호강도가 역동적으로 변화하는 복잡한 전파환경에 적용하기에는 적합하지 않다. 왜냐하면 이러한 전파환경의 경우 신호강도가 실내구조물의 구성상태나 자동차등의 이동체의 움직임에 따라 급격히 변화할 수 있기 때문에 단순히 신호강도에 근거하여 핸드오버를 수행하는 것은 핸드오버 결정이 잘못될 확률이 크다. 위에서 제시한 신호강도의 이동평균추정치를 사용한 방법은 좀 더 안정되고 굳건한 핸드오버 특성을 제공한다. 그러나 도 1에서 이동노드가 핸드오버 준비단계에 들어간 후부터는 이동평균추정치를 사용하지 않고 특정 시점에서 수신한 신호강도를 사용한다. 그 이유는 핸드오버 준비단계 이후에서는 이동노드가 움직임으로 인해 신호강도가 급격하지만 일관성 있게 변화하기 때문이다.
앞에서 설명한 바와 같이 기존의 무선 랜 고속 핸드오버방법은 상위 계층의 다양한 응용특성을 반영하지 않기 때문에 핸드오버 시 응용서비스 단절을 초래할 수 있고 또한 부 적절한 스캐닝 동작으로 인해 과도한 전력소모를 야기할 수 있다. 예를 들어 VoD (Video on Demand), MoD (Music on Demand)등의 스트리밍 응용서비스의 경우 핸드오버 지연시간이 수초 걸리더라도 사용자가 느끼는 서비스 품질에는 문제가 없다. 그러므로 응용특성을 반영하여 적절한 주기로 스캐닝을 수행하면 응용서비스 품질을 저하시키지 않고 효율적으로 핸드오버를 수행할 수가 있다.
도 2는 무선 인터넷 환경에서 무선 스트리밍 응용서비스에 대한 이동노드의 응용버퍼 구조를 보인다. 이동노드는 스트리밍 응용에 대해 멀티미디어 데이터가 도착하는 데로 즉시 서비스를 개시하지 않고, 도 2에서 빗금친 부분에서 보여진 바와 같이 응용버퍼에 데이터가 어느 정도 채워진 후에 멀티미디어 데이터의 압축을 풀고 서비스를 개시한다. 서비스 개시 후에 망에서 유입된 데이터가 서비스 제공을 위해 빠져나간 데이터 양을 계속해서 보충시키기 때문에 응용서비스 품질이 유지된다. 도 2에서 Fill Rate F(t)는 단위시간당 이동노드에 도착하는 멀티미디어 데이터 양인 데이터 유입율을 나타내고, Drain Rate D는 단위시간당 이동노드의 응용버퍼에서 빠져나가는 데이터 양인 데이터 유출율을 나타낸다. 일반적으로 F(t)는 소스에서 목적지까지 거치는 통신망의 특성과 전체 망의 유용도, 에러율등에 의존적이기 때문에 시간에 따라 변한다. 그러나 유출율은 버퍼에 소스로부터 데이터가 이동노드 응용버퍼에 어느정도 저장된 후에 데이터를 유출시키기 때문에 시간에 의존적이지 않고 일정하다.
아래에 응용서비스 품질을 저하시키지 않고 전력 효율적인 방법으로 핸드오버하기 위한 응용서비스 모델 및 스캐닝(scanning) 방법에 대한 이론을 제시한다.
Definition 1: 응용방해허용시간 (Application_Interrupt_Allowance_Time)이란 하부계층의 핸드오버로 인한 일시적인 통신 단절에도 불구하고 상부 응용서비스 의 서비스품질 저하없이 서비스가 지속될 수 있는 시간을 말한다.
도 2에서 특정 시점 t에서의 미리 채워진 응용데이터의 양, 즉 사전 확보 데이터 (Pre-Fetched Data)의 평균 추정치를 Q(t) 하자. Q(t)는 입력단의 데이터 유입률 F(t)에 의존적이다. D는 일반적으로 멀티미디어 코덱에 종속적이며 시간에 의존적이지 않다. MPEG 1 데이터에 대해 D는 1.5 Mbps이며, MPEG 3에 대해서 D는 3~6 Mbps 정도이다. 일반적인 경우 응용방해허용시간은 응용프로토콜이나 코덱 (Codec) 특성등에 의존적이다. 도 2에서 보인바와 같이 일반적으로 응용서비스 스트리밍 프로토콜은 응용버퍼내에 저장한 데이터가 특정 데이터양인 Q바이트 이상인 경우 서비스를 시작한다. Q는 하부 2계층 핸드오버의 영향을 받지않고 응용서비스가 지속될 수 있는 데이터 양이다. 그러므로 응용방해허용시간의 최대값은 Q/D이다. 여기서 응용방해허용시간의 최대값 Q/D를 T라고 표기하자.
일반적으로 저장 비디오/오디오 서비스의 경우 RTSP (Real-time Streaming Protocol) 프로토콜을 사용하는 경우 응용방해허용시간은 대략 2초에서 5초사이의 값을 가진다. 그리고 실시간 VoIP의 경우 단대단 지연시간제한 (400 msec)과 20msec의 패킷길이를 고려하여 최대 응용방해시간은 50 msec정도를 갖는다. 그외 일반적인 웹 응용은 수초 정도의 응용방해허용시간을 가져도 서비스 품질에 저하가 없다. 마지막으로 일반적인 파일 전송, 전자우편등의 비 실시간 응용인 경우 버퍼링 시간에 대한 제한조건이 없다. 그러나 이러한 응용방해허용시간 최대값은 사용되는 이동노드의 CPU 및 코덱의 특성에 제한을 받을 수 있다.
도 3은 응용인식 핸드오버 알고리즘이다. 도 3에서 응용서비스의 형태는 TCP/UDP 포트번호로 확인할 수 있다. 그러나 인터넷 국제 표준적인 방법외에 독점적인 방법으로 사용하는 P2P등의 응용에 대해서 형태를 확인하기기 쉽지않을 수도 있다. 이러한 연구는 본 발명의 연구범위를 벗어난다.
Lemma 1: 무선 랜에서 이동노드에서 서비스 품질 저하없는 스트리밍 응용서비스의 응용방해허용시간의 최대값은 T초이다.
증명) 2계층 핸드오버로 인해 하위 계층에서 연결이 단절되어 데이터가 응용층으로 올라오지 않는 경우에도 스트리밍 응용서비스는 Q/D초 동안에는 응용버퍼에 미리 저장된 데이터를 사용하여 품질저하없이 서비스를 제공할 수 있다. Q/D초 이후에는 응용버퍼의 데이터가 고갈되어 서비스가 중단됨으로 응용방해허용시간의 최대값은 T초이다.
일반적으로 2계층 핸드오버에서 주변 AP정보를 얻기위한 스캐닝(scanning) 동작은 스캐닝 동작기간 동안 패킷손실을 야기하고 또한 부가적인 전력소모를 가져온다. 왜냐하면 스캐닝 동작기간에는 데이터 패킷을 전달할 수 없고 데이터 전달이 아닌 부가적인 전력소모를 야기하기 때문이다. 일반적으로 이동노드는 제한된 전력을 가지고 있기 때문에 이러한 부가적인 전력소모를 줄이는 것이 필요하다. 그러므로 핸드오버와 관련된 전력소모를 최소화하는 것이 필요하다.
Lemma 2: 무선 랜에서 이동노드의 특정 응용에 대해 서비스의 품질 저하없이 응용방해허용시간내에서 최소의 전력소모로 수행할 수 있는 2계층 스캐닝 동작 수는 한번이다.
증명) 이동노드는 특정 응용에 대해 서비스 품질저하를 주지 않고 응용방해허용시간 내에서 핸드오버에 필요한 주변 AP정보를 얻기 위해 한번 이상 스캐닝(scanning) 할 수 있지만 전력소모가 커진다. 그러므로 최소의 전력소모로 수행할 수 있는 2 계층 스캐닝동작은 한번이다.
Theorem 1: 무선랜에서 이동노드가 이동 중에 특정 응용에 대해 서비스 품질 저하없이 핸드오버로 인한 전력소모를 최소화 하기 위한 스캐닝 동작은 T초 동안에 한번의 스캐닝 동작을 수행하는 것이다.
증명) Lemma 2에서 이동노드가 특정 응용의 서비스품질에 저하를 주지 않으면서 핸드오버로 인한 전력소모를 최소화하면서 스캐닝동작을 수행하는 것은 응용방해허용시간 내에 한번의 스캐닝 동작을 수행하는 것이다. 그리고 핸드오버와 관련된 시그널링 오버헤드 즉 전력소모를 최소화하기 위해서는 응용방해허용시간을 최대로 해야한다. Lemma 1에서 응용방해허용시간의 최대값은 T초이므로 전력소모를 최소화 하기 위한 스캐닝 동작은 T초 동안에 한번의 스캐닝 동작을 수행하는 것이다.
Corollary 1: 무선랜에서 이동노드가 이동 중에 특정 응용에 대해 서비스 품질 저하없이 핸드오버로 인한 전력소모를 최소화하면서 주변 AP정보를 얻기 위한 스캐닝 동작은 T초 동안에 한번의 스캐닝 동작을 수행하는 것이다.
증명) Theorem 1에서 이동노드가 이동 중에 특정 응용에 대해 서비스 품질 저하없이 핸드오버로 인한 전력소모를 최소화 하기 위한 스캐닝(scanning) 동작은 T초 동안에 한번의 스캐닝 동작을 수행하는 것이다. 이동노드가 이동중에 핸드오버를 위한 스캐닝 동작을 자주하면 할수록 더욱 자세한 주변 AP 정보를 얻을 수 있다. 그러나 빈번한 스캐닝 동작은 핸드오버로 인한 전력소모를 증가시킨다. 그러므로 전력소모를 최소화하면서 주변 AP정보를 얻기 위한 스캐닝 동작은 T초 동안에 한번의 스캐닝 동작을 수행하는 것이다.
우리는 지금까지 주어진 응용의 서비스 품질을 저하하지 않으면서 최소의 핸드오버 전력소모를 가지는 스캐닝(scanning) 동작은 T초내에 한번의 스캐닝 동작을 수행하는 것이 최적임을 파악하였다. 그러나 핸드오버 스캐닝 동작으로 인한 2계층에서의 패킷손실 때문에 T초 이후에는 응용버퍼의 데이터 내용이 완전하지 않고 또한 데이터 저장량이 부족할 수 있어 상부 응용서비스 품질이 저하될 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 스캐닝 동작으로 인한 2계층 패킷 손실을 최소화하는 것이 필요하다. 전송계층에서 TCP 프로토콜을 사용하여 스캐닝 동작으로 인한 패킷손실을 복구하는 것이 가능하나 이 경우 스트리밍을 위한 사전 데이터를 채우는 데 시간이 많이 걸릴 수 있다. 그러므로 스캐닝 동작으로 인한 패킷손실을 최소화하면서 상부 응용서비스의 품질을 보장하는 스캐닝 방법이 필요하다.
Lemma 3: 2 계층에서 한번의 스캐닝으로 패킷 손실은 스캐닝할 때 액세스 하는 무선랜의 채널 수에 비례하며 최소 패킷손실은 한번의 스캐닝동작시 한 개의 채널을 액세스하는 것이다.
증명) 무선랜에서 채널 액세스 시간은 일반적으로 일정하다. 그러므로 스캐닝 동작으로 인한 패킷손실은 한번의 스캐닝 동작시 액세스 되는 채널수에 비례한다. 그러므로 최소 패킷손실은 한번의 스캐닝때 한 개의 채널을 액세스하는 것이다.
Theorem 2: 무선랜에서 이동노드가 이동 중에 특정 응용에 대해 서비스 품질 저하없이 핸드오버로 인한 전력소모를 최소화하면서 패킷손실을 최소화 하기위한 스캐닝 동작은 T초 동안에 한 개의 채널을 한번 스캐닝하는 것이다.
증명) Theorem 1 및 Lemma 3으로부터 자명함.
Corollary 2: 무선랜에서 이동노드가 이동중에 매 T초 마다 스캐닝 하더라고 응용버퍼 Q가 가득찬다고 가정하자. 이 경우 특정 응용에 대해 매 T초 동안에 한 개의 채널의 돌아가면서 한번 스캐닝 하면 서비스 품질 저하가 없고 핸드오버로 인한 전력소모 및 패킷손실이 최소화된다.
증명) Theorem 2에서 한 주기 T동안 한 개의 채널을 스캐닝하면 스캐닝으로 인한 전력소모 및 패킷손실이 최소화된다는 것을 알고있다. 가정에서 주어진 응용에 대해 Fill Rate가 커서 매 T초 마다 한번씩 스캐닝 동작을 수행하더라고 응용버퍼가 가득찬다고 했다. 그러므로 매 주기마다 응용버퍼에 있는 데이터는 T*D 즉 Q보다 크므로 매 주기마다 응용서비스 품질이 유지된다.
그러나 실제의 경우 주기 T로 스캐닝 동작을 수행할 때 네트워크의 상태에 따라 응용버퍼에 데이터가 Q만큼 채워질 수도 있고 아니면 네트워크의 혼잡이나 고장 때문에 극단적인 경우에 고갈되어 있을 수도 있다. 그리고 한번 스캐닝 시간동안 한 개의 채널만을 액세스하는 것은 패킷손실을 최소화 하나 여전히 스캐닝으로 인한 패킷손실이 발생하며 스캐닝 주기가 짧은 경우 응용서비스 품질을 저하시킬 수 있다. 마지막으로 앞에서 언급한 바와 같이 한번에 한 개의 채널만을 액세스 하는 것은 특정 시간동안에 AP 정보의 완전성이 좋지 않다. 완전한 주변 AP 정보를 얻기 위해서 한번의 스캐닝 동작시 액세스한 할 수 있는 채널 수를 가변적으로 하기 위하여 우리는 아래와 같은 스캔알갱이 개념을 도입한다.
Definition 3: 스캔알갱이 (Scan Granularity)란 한번의 스캔동작에서 액세스하는 무선 랜 채널 수를 의미한다.
스캔알갱이(Scan Granularity) 란 한번의 스캐닝 동작시 조사되는 무선 랜 채널 수로 정의된다. 무선 랜에서 한 개의 채널을 액세스할 때 걸리는 시간은 대략 20msec에서 60msec의 범위를 갖는다. 그리고 일반적으로 VoIP서비스의 경우 최대 응용방해허용시간이 수십 msec이므로 스캔알갱이가 1개 정도가 적합하며 저장 비디오/오디오 응용의 경우 최대 응용방해허용시간이 수초이므로 스캔알갱이를 최대 채널 수, 즉 11 (혹은 13)으로 할 수 있다.
Lemma 4: 무선랜에서 이동노드가 이동 중에 핸드오버로 인한 전력소모를 최소화하면서 주변 AP 정보의 완전성 (integrity)를 최대로 얻기 위한 스캔알갱이는 11 (혹은 13)이다.
증명) 핸드오버로 인한 전력소모를 최소화하기 위해서는 한번의 스캐닝 동작에 가능한 한 많은 채널을 액세스하여 주변 모든 AP정보를 가져오는 것이 바람직하다. 그러므로 한번의 스캔 동작에 풀스캔을 사용하면 주변 AP정보의 완전성을 최대로 할 수 있다. IEEE 802.11 무선랜의 최대 채널 수는 11 (혹은 13)이다.
Theorem 3: 무선랜에서 이동노드가 이동 중에 특정 응용에 대해 서비스 품질 저하없이 핸드오버로 인한 전력소모를 최소화하면서 주면 AP정보의 완전성을 최대화 하기위한 스캐닝 동작은 T시간 동안에 풀스캔을 한번 수행하는 것이다.
증명) Theorem 1 및 Lemma 4로부터 자명함.
지금까지 우리는 매 주기 T마다 스캐닝 동작을 수행할 때 응용서비스의 품질을 유지하면서 전력소모 및 패킷손실을 최소화 하는 방법에 대한 이론적인 분석을 제시하였다. 그러나 실제적인 경우 네트워크의 상태에 따라 응용버퍼의 유입율이 달라지기 때문에 응용버퍼의 상태가 네트워크 상태에 따라 변한다. 이러한 네트워크 상태에 따라 스캐닝주기가 가변적으로 변하게 함으로써 서비스의 품질을 유지하면서 전력소모 및 패킷손실을 최소화 하는 것이 바람직하다. 스캔알갱이를 작게하는 것은 좁은 지역에 다수의 AP가 설치가 되어있는 실내나 대도시 환경에 적용이 가능하다. 왜냐하면 이러한 전파환경에서는 한번의 스캐닝 주기동안 한 개의 채널만을 액세스하더라도 핸드오버에 필요한 만큼의 주변 AP정보를 얻을 수 있기 때문이다.
상부 전송 혹은 응용계층에서 패킷손실에 대한 보상이 제대로 이루어지면 T 시간내에 한번의 풀 스캔을 수행하는 것은 전력소모를 최소화하면서 주변 AP 정보의 완전성을 최대화하는 효과적인 스캐닝 방법임을 알 수 있다. 그러나 만약에 풀스캔으로 인해 과도한 패킷손실이 발생하면 T시간 후에 응용버퍼에 패킷이 충분히 채워지지 않을 수가 있기 때문에 응용서비스 품질이 저하될 수 있다. 그러므로 응용버퍼의 상태에 따라 스캔알갱이를 조정하는 것이 필요하다. 특히 한번의 스캐닝 동작시 한 개의 채널만을 액세스하면 주변 AP정보를 제대로 파악할 수 없다. 특히 해당 채널에 AP가 존재하지 않거나 혹은 해당 채널에 관련된 AP로 부터의 신호강도가 아주 미약한 경우 이동노드는 핸드오버할 수 없는 문제가 발생한다. 그러므로 전력소모 및 패킷손실을 최소화하는 스캐닝 동작과 핸드오버를 위한 주변 AP 정보의 완전성 (integrity) 획득간에는 트레이드오프(tradeoff)가 발생한다.
도 4는 응용의 타입과 네트워크 상태를 고려하여 응용서비스 품질을 보장하면서 전력소모를 및 패킷손실을 최소화하면서 최적 AP를 찾은 핸드오버 알고리즘을 보여준다. 도 4의 핸드오버 알고리즘은 크게 세 부분 즉 응용인식과 주변 AP정보 획득단계와 핸드오버 준비단계 및 AP 스위칭단계로 구성된다. 먼저 응용인식 부분은 앞의 도 3에 상세하게 나타나 있다. 응용인식 부분에서는 이동노드에서 현재 실행중인 주요 응용프로그램의 특성을 파악하여 응용방해허용시간최대값 및 스캔알갱이 값이 결정된다. 응용에 따른 단대단 지연시간 및 패킷손실을 고려하여 응용에 따라 적절한 스캔알갱이를 선택되게 함으로써 응용의 서비스 품질을 보장하게 한다.
앞의 Theorem 1~3에서 우리는 최소의 패킷손실과 전력소모를 야기하면서 주어진 응용의 서비스 품질을 저하하기 않고 스캐닝하는 방법은 T시간내에 한번의 스캐닝을 수행하며 이 경우 한 채널을 액세스하면 된다는 것을 파악하였다. 이러한 사실을 반영하여 도 4에서 한번의 스캐닝을 수행하고 난 뒤 T시간을 기다린 후에 응용버퍼에 축적된 데이터가 Q보다 많으면 스캐닝 동작을 다시 실행한다. 그러나 일반적으로 응용버퍼의 유입율은 망의 대역폭이나 사용상태에 따라 변한다. 그러므로 네트워크 상태의 변화로 인해 스캐닝 동작으로 인해 데이터 축적이 이루어 지지 않을 수 있다. 이 경우 T시간 동안에 저장된 데이터가 Q보다 크지 않으면 스캐닝 주기를 증가시켜 응용버퍼에 사전 저장된 데이터 크기가 Q가 될 때까지 기다린다. 그러므로 한번 스캐닝하고 난 뒤 이동 노드가 기다리는 시간 즉 사전 스캐닝 주기는 주어진 응용타입과 네트워크 상태에 T의 정수배로 가변적이며 최대 N*T배 기다린다. 여기서 N은 자연수이며 최대 5정도의 값을 가지며 응용 및 네트워크 상태에 따라 다른 값을 가지게 할 수 있다.
도 4의 응용인식 전력최소화 고속 핸드오버 알고리즘은 아래과 같다. 먼저 핸드오버를 수행을 세가지 단계 즉 주변 AP 정보탐색 단계와 핸드오버 준비단계 및 핸드오버 실행단계로 구분하고, 신호강도에 기반하여 단계를 구분하기 위한 핸드오버 준비임계치 Tp 및 핸드오버실행 임계치 Ts를 정한다. 그리고 이동노드에서 현재 실행중인 주요 응용프로그램의 특성에 파악하여 응용방해허용시간최대값 T과 서비스개시응용데이터 Q 및 스캔알갱이 G 값을 초기화한다. 이것은 응용에 따른 단대단 지연시간 및 패킷손실을 고려하여 응용에 따라 적절한 스캔알갱이를 선택되게 함으로써 응용의 서비스 품질을 보장하게 한다.
주변 AP 정보탐색단계에서는 현재 AP로부터 수신된 신호강도의 이동평균추정치를 구하여 Tp보다 크면 전체 채널가운데서 스캔알갱이 G개의 채널을 스캔하여 주변 AP정보를 주변 AP 정보 파일에 저장한다. 그리고 응용방해허용시간 최대값 T만큼 기다린 후 앞에서 스캔되지 않는 나머지 채널가운데서 그 다음 G개의 채널을 골라서 스캔동작을 수행하여 주변 AP 정보 파일에 저장한다. 이러한 과정은 매 주기마다 응용버퍼에 서비스개시응용데이터 Q만큼 데이터가 채워지는 한 주기 T로 반복되며 전체 모든 채널이 스캔된 뒤에는 처음부터 G개의 채널에 대한 스캔이 다시 시작된다. 만약 네트워크의 상태변화로 인해 T주기 동안 응용버퍼에 채워진 데이터가 Q보다 작으면 서비스 품질 저하를 막기위해 Q만큼 채워질 때까지 스캔 주기를 T의 정수배만큼 기다린 뒤 스캔한다. 이렇게 함으로써 주변 AP 정보탐색단계에서는 핸드오버로 인한 응용서비스 품질 저하를 막고 전력소모를 최소화한다.
만약 현재 AP로 부터의 신호강도의 이동평균추정치가 Tp이하면 핸드오버준비 단계로 들어간다. 핸드오버준비 단계에서는 응용서비스 품질 보장보다는 다음에 옮겨갈 최적의 AP를 찾아서 고속으로 핸드오버하는 데 우선권을 둔다. 핸드오버 준비단계에서는 먼저 주변 AP 정보 화일에 저장된 AP들 가운데서 신호강도가 Ts보다 크고 AP/채널 부하상태가 좋은 것들을 골라서 후보 AP 정보 파일에 저장한다. 여기서 AP/채널 부하 (AP/Channel Load)란 AP의 채널부하 및 트래픽 부하를 의미한다. 그리고 상부 응용서비스의 종류와 주변 패킷손실을 고려하여 스캔알갱이 G를 다시 조정한다. 그리고 현재 AP로부터 신호강도를 측정하여 Ts보다 크면 응용서비스 및 주변 무선망 상황을 판단하여 주기를 적절히 줄여서 후보 AP 정보에 포함된 AP를 대상으로 스캔동작을 다시 수행하여 후보 AP정보를 갱신한다. 이와 같이 응용서비스 및 주변 무선상황에 따라 스캔 주기 및 스캔알갱이를 다시 줄임으로써 핸드오버 지연시간을 줄이면서 최적의 다음 AP를 찾을 수 있게한다.
핸드오버 준비단계에서 만약 현재 AP로 부터의 신호강도가 Ts이하면 핸드오버 실행단계로 넘어간다. 핸드오버 실행단계에서는 후보 AP 가운데서 신호강도가 가장 크고 AP/채널 부하상태가 제일 양호한 것을 선택하여 AP 접속점을 변경하여 핸드오버를 완료한다. 위의 주변 AP 정보 및 후보 AP 정보 파일의 구조는 아래 도 5와 같다. 주변 AP 정보 및 후보 AP 정보화일은 일반적으로 빠른 액세스를 위해 CPU 캐쉬 메모리 (Cash Memory)에 저장된다.
도 4의 핸드오버 알고리즘의 특징은 이동노드가 이동중 네트워크의 상태에 따라 응용버퍼에 충분한 데이터가 계속해서 저장되는 경우에는 스캔동작을 T주기로 하고 그렇지 않는 경우에는 스캔동작을 뜸하게 수행하여 서비스 품질이 보장되게 하는 것이다. 이와 같이 이동노드는 이동 중 주변 AP정보를 수집할 때 스캔주기가 네트워크 상태에 따라 자동적으로 적응적으로 변하게 함으로써 스캐닝 동작으로 인한 응용서비스 품질의 저하를 방지한다.
도 4의 핸드오버 알고리즘의 또 다른 특징은 전파세기의 유동 (fluctuation)이 심한 전파환경에서는 주변AP정보수집, 핸드오버준비 및 핸드오버실행 단계에서 AP로 부터의 신호강도 대신에 앞의 방정식 (1)에서 보인 신호강도의 이동평균추정치를 사용하여 이동성 패턴을 확인할 수도 있다는 것이다. 이렇게 함으로써 실내나 대도시등의 복잡한 전파환경에서 급격한 전파환경 변화로 인한 핸드오버 에러를 줄이고 보다 정확한 AP정보를 수집할 수 있다. 핸드오버 알고리즘의 또 다른 특징은 핸드오버 후보 AP를 선택할 때 선택기준은 AP로 부터의 신호강도외에도 IEEE 802.11k등에서 정의된 채널 및 AP부하가 고려된다는 것이다.
도 4의 핸드오버 알고리즘의 또 다른 특징은 핸드오버 준비단계에서 스캔주기를 정할 때 만약 주변 무선망 AP가 밀집하게 설치되어 있으면 스캔알갱이를 줄이고 그렇지 않으면 스캔알갱이를 크게 하여 패킷손실을 가급적 줄이면서 최적의 AP를 선택하여 고속 핸드오버를 성취하고자 하는 것이다. 그리고 스캔주기도 스캔할 때 마다 T/K 초씩 혹은 특정 시퀀스 <I1초, I2초, ..., In초>로 점차로 감소하게 하여 주어진 시간내에 최적 AP를 발견할 확률을 높인다. 여기서 K 및 Ii는 실수이고 I1>I2>...>In이다. 스캔알갱이는 AP가 밀집된 경우 작게하고 그렇지 않은 경우 크게하여 최적 AP를 발견할 확률을 높인다. 이와 같이 핸드오버 준비단계에서는 스캔주기나 스캔알갱이를 응용이나 주변 무선환경에 따라 적응적으로 조정함으로써 응용서비스의 품질저하, 패킷손실 및 핸드오버 지연시간을 최소화하면서 최적의 AP로 고속 핸드오버할 수 있게한다.
마지막으로 현재 접속된 AP로 부터의 신호강도가 핸드오버실행임계치 Ts보다 작거나 같으면 핸드오버 실행단계로 들어간다. 핸드오버 실행단계에서는 후보 AP들가운데서 신호강도 및 부하측면에서 최적의 조건을 제공하는 것을 다음 AP로 선택하여 AP 접속점을 변경함으로써 핸드오버동작을 완료한다. 결론적으로 응용인식 전력 효율적 알고리듬의 특징은 이동중 응용서비스의 품질저하 및 전력소모를 최소화하면서 최적의 AP로 고속으로 핸드오버할 수 있도록 스캐닝 주기 및 스캔알갱이가 응용 형태와 주변 네트워크 상태에 따라 자동으로 조정된다는 것이다.
본 발명에 따른 실시 예를 도면에 기초하여 살펴본다. 도 6은 무선 랜에서 응용인식 전력 효율적 고속 핸드오버알고리즘을 적용한 예를 보인다. 도 6에서 이동노드는 AP정보수집단계에서 이동중 현재 AP로 부터의 신호강도를 측정하여 이동성 패턴을 조사한다. 이 때 현재 AP로부터 수신된 신호강도의 이동평균추정치가 핸드오버준비 임계치 Tp보다 크면 응용서비스의 품질을 유지하기 위하여 응용방해허용시간 최대치의 정수배 (도 6에서는 2T)로 스캔한다. 이 경우 스캔알갱이는 응용에 따라 다르지만 일반적으로 풀스캔(Full Scan)을 사용하는 것이 바람직하다. AP 정보수집 단계에서 주요 목표는 주변 AP정보를 파악하면서 주어진 응용서비스 품질에는 거의 영향을 미치지 않도록 하는 것이다. 그래서 이동노드는 응용서비스 품질 보장 영역에 있다고 한다. 이동노드가 응용서비스 품질 보장영역에 있는 경우에는 앞의 Theorem 1~3에서 증명하였듯이 핸드오버로 인한 전력소모도 최소화된다.
현재 접속된 AP로부터 거리가 멀어질 경우 수신신호강도가 감소한다. 만약 이동노드에서 수신된 신호강도의 이동평균추정치가 Tp보다 작아지면 이동노드는 핸드오버 준비단계로 들어간다. 이 때 이동노드의 목표는 응용 서비스 품질을 유지하면 좋지만 보다 중요한 것은 최적 조건을 제공하는 다음 AP로 핸드오버 시가지연을 최대로 줄이면서 고속으로 핸드오버하는 것이다. 그렇지만 주어진 응용서비스 품질을 가능한한 최상으로 유지하기 하고자한다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 이동노드는 지금까지 이동하면서 수집한 주변 AP가운데서 신호강도가 특정 임계치보다 크고 AP/채널 부하가 크지않는 AP를 핸드오버 후보 AP로 선택한다. 그리고 후보 AP들을 대상으로 스캔알갱이를 다시 조정하여 스캔주기를 빨리하여 스캔으로인한 패킷손실을 최소화하면서 최적조건을 제공하는 AP를 찾고자 한다.
도 6에서 이동노드가 핸드오버준비단계에 들어간 뒤에는 앞에서 설명한바와 같이 최적 AP를 선택하는 것이 우선이므로 최적 AP선택영역에 있다고 말한다. 만약 앞의 AP정보수집단계에서와 같이 스캔주기 및 스캔알갱이를 크게하면 핸드오버 조건을 만족하는 AP를 찾지못할 수도 있기 때문이다. 그러나 스캔주기를 너무 빠르게 하면 주어진 응용서비스 단절이 발생할 수 있으므로 스캔주기를 단계적으로, 즉 T/K씩 혹은 특정 시퀀스로, 줄여나간다. 도 6에서 최적 AP선택영역에서 스캔알갱이 도 줄어든 것을 보인다. 마지막으로 고속 핸드오버가 가능한 것은 후보 AP를 선택하여 탐색대상을 줄이고, 아울러 스캔알갱이를 줄여서 스캔시간을 줄이고, 마지막으로 스캔주기까지 줄임으로써 후보 AP들로 부터의 신호강도 변화를 빨리 파악함으로써 결과적으로 고속핸드오버가 가능하게 된다.
도 1은 이동노드의 움직임에 따른 신호강도의 변화와 핸드오버 임계치
도 2는 무선 스트리밍 응용서비스에 대한 이동노드의 응용버퍼 구조
도 3은 응용 인식 알고리즘
도 4는 응용서비스 품질 보장 및 전력 효율적 고속 핸드오버 알고리즘
도 5는 주변 AP 정보 및 후보 AP 정보 파일의 구조
도 6은 응용인식 전력 효율적 고속 핸드오버 실행 예제

Claims (12)

  1. 무선 랜에서 2계층 고속 핸드오버 방법에 있어서,
    응용서비스 품질을 보장하고 전력 효율적인 고속 핸드오버를 위해 두개의 핸드오버 임계치 Tp 및 Ts를 두어 핸드오버 과정을 세가지 단계인 주변AP정보수집, 핸드오버준비 및 핸드오버실행 단계로 구분하는 단계와,
    이동노드가 무선 랜간을 이동 시 주변AP정보수집 단계에서는 현재 실행중인 주요 응용프로그램의 특성을 파악하여 응용방해허용시간최대값 T, 스캔알갱이 값 G 및 서비스개시응용데이터 Q를 초기화하고 현재 AP로 부터의 신호강도가 핸드오버준비 임계치 Tp보다 큰 경우 응용서비스의 품질이 저하되지 않는 범위내에서 핸드오버로 인한 전력소모가 최소가 되도록 가변적으로 스캔주기를 조정하면서 주기적으로 주변 AP정보를 수집하여 주변AP정보 파일에 등록하는 단계와,
    상기 이동노드가 무선 랜간을 이동 시 현재 AP에서 수신된 신호강도가 Tp 이하일 경우 핸드오버준비 단계로 진입하며, 이 경우 주변 AP정보에 등록된 AP가운데서 신호강도 및 AP/채널 부하가 양호한 AP들을 핸드오버 후보 AP로 선정하여 후보AP정보 파일에 저장하고, 응용서비스 형태 및 주변 무선망 환경에 따라 스캔 주기 및 스캔알갱이를 다시 조정하여 후보 AP들에 대해 스캔동작을 다시 수행함으로써 최적의 상태를 제공하는 후보 AP를 찾는 단계와,
    상기 이동노드가 무선 랜간을 이동 시 현재 AP로 부터의 신호강도가 핸드오버 실행임계치 Ts 이하면 핸드오버실행 단계로 진입하며, 이 경우 후보 AP 가운데 서 신호강도가 제일 크고 AP/채널 부하상태가 제일 양호한 것을 선택하여 AP 접속점을 변경하여 핸드오버를 완료하는 단계로 이루어진 응용인식 전력 효율적 고속 핸드오버 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가변적으로 스캔주기를 조정하면서 주기적으로 주변 AP정보를 수집하여 주변AP정보 파일에 등록하는 단계는 현재 AP로부터 수신된 신호강도가 Tp보다 크면 전체 채널가운데서 G개의 채널을 골라 스캔하여 관련 AP정보를 주변 AP 정보 파일에 저장하고, T초 후에 G개의 다른 채널을 골라 스캔하여 관련 AP정보를 주변 AP 정보 파일에 저장하며, 이러한 과정은 응용버퍼에 Q의 용량만큼 데이터가 채워질 때 주기 T초로 반복되며 모든 채널이 스캔된 뒤에는 처음부터 G개의 채널에 대한 스캔이 다시 시작되고, 만약 네트워크의 상태변화로 인해 주기 T초 동안 응용버퍼에 채워진 데이터가 Q의 용량보다 작으면 서비스 품질 저하를 막기위해 Q의 용량만큼 채워질 때까지 스캔 주기를 주기 T초의 정수배만큼 기다린 뒤 스캔하는 것을 특징으로 하는 응용인식 전력 효율적 고속 핸드오버 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 응용서비스 형태 및 주변 무선망 환경에 따라 스캔 주기 및 스캔알갱이를 다시 조정하여 후보 AP들에 대해 스캔동작을 다시 수행함으로써 최적의 상태를 제공하는 후보 AP를 찾는 단계에서 먼저 주변 AP 정보 화일에 저장된 AP들 가운데서 신호강도가 Ts보다 크고 AP/채널 부하상태가 좋은 것들을 골라서 후보 AP 정보 파일에 저장하고, 현재 AP로부터 신호강도를 측정하여 Ts보다 크면 응용서비스 및 주변 무선망 상황을 판단하여 스캔 주기 및 스캔알갱이 G를 적절히 줄이고, 후보 AP 정보에 포함된 AP를 대상으로 스캔동작을 수행하여 후보 AP정보만 갱신함으로써 핸드오버 지연시간을 줄이면서 최적 AP를 찾는 것을 특징으로 하는 응용인식 전력 효율적 고속 핸드오버 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 현재 AP로부터 신호강도를 측정하여 Ts보다 크면 응용서비스 및 주변 무선망 상황을 판단하여 스캔 주기 및 스캔알갱이 G를 적절히 줄이는 단계에서 스캔주기를 정할 때 만약 주변 무선망 AP가 밀집하게 설치되어 있으면 스캔알갱이를 줄이고 그렇지 않으면 스캔알갱이를 크게 하여 패킷손실을 줄이면서 최적의 AP를 선택하여 고속 핸드오버를 이루며, 실수 K, Ii와 I1>I2>...>In에 대해서, 스캔주기도 스캔할 때 마다 T/K 초씩 혹은 특정 시퀀스 <I1초, I2초, ..., In초>로 점차로 감소하게 하여 주어진 시간내에 최적 AP를 발견할 확률을 높여서 스캔동작으로 인한 응용서비스의 품질저하를 막고 패킷손실 및 지연시간을 최소화하는 것을 특징으로 하는 응용인식 전력 효율적 고속 핸드오버 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 주변 AP 정보 화일에 저장된 AP들 가운데서 신호강도가 Ts보다 크고 AP/채널 부하상태가 좋은 것들을 골라서 후보 AP 정보 화일에 저장하는 단계에서 주변 AP 정보화일 및 후보 AP 정보 화일은 AP_id와 MAC_addr, 신호강도, AP/채널 부하와 인증정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 응용인식 전력 효율적 고속 핸드오버 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 주변AP정보수집, 핸드오버준비 및 핸드오버실행 단계에서 전파세기의 유동 (fluctuation)이 심한 전파환경에서는 AP로 부터의 신호강도 대신에 신호강도의 이동평균추정치를 사용하여 이동성 패턴을 확인할 수 있도록 하여, 실내나 대도시등의 복잡한 전파환경에서 급격한 전파환경 변화로 인한 핸드오버 에러를 줄이고 보다 정확한 AP정보를 수집할 수 있는 것을 특징으로 하는 응용인식 전력 효율적 고속 핸드오버 방법.
  7. 무선 랜에서 2계층 고속 핸드오버 시스템에 있어서,
    응용서비스 품질을 보장하고 전력 효율적인 고속 핸드오버를 위해 두개의 핸드오버 임계치 Tp 및 Ts를 두어 핸드오버 과정을 세가지 단계인 주변AP정보수집, 핸드오버준비 및 핸드오버실행 단계로 구분하는 수단과,
    이동노드가 무선 랜간을 이동 시 주변AP정보수집 단계에서는 현재 실행중인 주요 응용프로그램의 특성을 파악하여 응용방해허용시간최대값 T, 스캔알갱이 값 G 및 서비스개시응용데이터 Q를 초기화하고 현재 AP로 부터의 신호강도가 핸드오버준 비 임계치 Tp보다 큰 경우 응용서비스의 품질이 저하되지 않는 범위내에서 핸드오버로 인한 전력소모가 최소가 되도록 가변적으로 스캔주기를 조정하면서 주기적으로 주변 AP정보를 수집하여 주변AP정보 파일에 등록하는 수단과,
    상기 이동노드가 무선 랜간을 이동 시 현재 AP에서 수신된 신호강도가 Tp 이하일 경우 핸드오버준비 단계로 진입하며, 이 경우 주변 AP정보에 등록된 AP가운데서 신호강도 및 AP/채널 부하가 양호한 AP들을 핸드오버 후보 AP로 선정하여 후보AP정보 파일에 저장하고, 응용서비스 형태 및 주변 무선망 환경에 따라 스캔 주기 및 스캔알갱이를 다시 조정하여 후보 AP들에 대해 스캔동작을 다시 수행함으로써 최적의 상태를 제공하는 후보 AP를 찾는 수단과,
    상기 이동노드가 무선 랜간을 이동 시 현재 AP로 부터의 신호강도가 핸드오버 실행임계치 Ts 이하면 핸드오버실행 단계로 진입하며, 이 경우 후보 AP 가운데서 신호강도가 제일 크고 AP/채널 부하상태가 제일 양호한 것을 선택하여 AP 접속점을 변경하여 핸드오버를 완료하는 단계로 이루어진 응용인식 전력 효율적 고속 핸드오버 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 가변적으로 스캔주기를 조정하면서 주기적으로 주변 AP정보를 수집하여 주변AP정보 파일에 등록하는 수단은 현재 AP로부터 수신된 신호강도가 Tp보다 크면 전체 채널가운데서 G개의 채널을 골라 스캔하여 관련 AP정보를 주변 AP 정보 파일에 저장하고, T초 후에 G개의 다른 채널을 골라 스캔하여 관련 AP정보를 주변 AP 정보 파일에 저장하며, 이러한 과정은 응용버퍼에 Q의 용량만큼 데이터가 채워질 때 주기 T초로 반복되며 모든 채널이 스캔된 뒤에는 처음부터 G개의 채널에 대한 스캔이 다시 시작되고, 만약 네트워크의 상태변화로 인해 주기 T초 동안 응용버퍼에 채워진 데이터가 Q의 용량보다 작으면 서비스 품질 저하를 막기위해 Q의 용량만큼 채워질 때까지 스캔 주기를 주기 T초의 정수배만큼 기다린 뒤 스캔하는 것을 특징으로 하는 응용인식 전력 효율적 고속 핸드오버 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 응용서비스 형태 및 주변 무선망 환경에 따라 스캔 주기 및 스캔알갱이를 다시 조정하여 후보 AP들에 대해 스캔동작을 다시 수행함으로써 최적의 상태를 제공하는 후보 AP를 찾는 수단은 먼저 주변 AP 정보 화일에 저장된 AP들 가운데서 신호강도가 Ts보다 크고 AP/채널 부하상태가 좋은 것들을 골라서 후보 AP 정보 파일에 저장하고, 현재 AP로부터 신호강도를 측정하여 Ts보다 크면 응용서비스 및 주변 무선망 상황을 판단하여 스캔 주기 및 스캔알갱이 G를 적절히 줄이고, 후보 AP 정보에 포함된 AP를 대상으로 스캔동작을 수행하여 후보 AP정보를 갱신함으로써 핸드오버 지연시간을 줄이면서 최적 AP를 찾는 것을 특징으로 하는 응용인식 전력 효율적 고속 핸드오버 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 현재 AP로부터 신호강도를 측정하여 Ts보다 크면 응용서비스 및 주변 무선망 상황을 판단하여 스캔 주기 및 스캔알갱이 G를 적절히 줄이는 수단은 스캔주기를 정할 때 만약 주변 무선망 AP가 밀집하게 설치되어 있으면 스캔알갱이를 줄이고 그렇지 않으면 스캔알갱이를 크게 하여 패킷손실을 줄이면서 최적의 AP를 선택하여 고속 핸드오버를 이루며, 실수 K, Ii와 I1>I2>...>In에 대해서, 스캔주기도 스캔할 때 마다 T/K 초씩 혹은 특정 시퀀스 <I1초, I2초, ..., In초>로 점차로 감소하게 하여 주어진 시간내에 최적 AP를 발견할 확률을 높여서 스캔동작으로 인한 응용서비스의 품질저하를 막고 패킷손실 및 지연시간을 최소화하는 것을 특징으로 하는 응용인식 전력 효율적 고속 핸드오버 시스템.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 주변 AP 정보 화일에 저장된 AP들 가운데서 신호강도가 Ts보다 크고 AP/채널 부하상태가 좋은 것들을 골라서 후보 AP 정보 화일에 저장하는 수단은 주변 AP 정보화일 및 후보 AP 정보 화일은 AP_id와 MAC_addr, 신호강도, AP/채널 부하와 인증정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 응용인식 전력 효율적 고속 핸드오버 시스템.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 주변AP정보수집, 핸드오버준비 및 핸드오버실행 수단에서 전파세기의 유동 (fluctuation)이 심한 전파환경에서는 AP로 부터의 신호강도 대신에 신호강도의 이동평균추정치를 사용하여 이동성 패턴을 확인할 수 있도록 하여, 실내나 대도 시등의 복잡한 전파환경에서 급격한 전파환경 변화로 인한 핸드오버 에러를 줄이고 보다 정확한 AP정보를 수집할 수 있는 것을 특징으로 하는 응용인식 전력 효율적 고속 핸드오버 시스템.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5712854B2 (ja) * 2011-08-04 2015-05-07 富士通セミコンダクター株式会社 セルサーチ周期決定方法、無線通信装置及び無線通信システム
KR101335299B1 (ko) * 2011-10-31 2013-12-02 삼성에스디에스 주식회사 핸드 오버 제어 장치 및 방법
WO2013187813A1 (en) * 2012-06-13 2013-12-19 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Handover prediction using historical data
WO2014195563A1 (en) * 2013-06-06 2014-12-11 Nokia Corporation Scanning of access nodes
KR101588195B1 (ko) * 2013-11-20 2016-01-25 (주)에이텍티앤 운전자 단말기의 채널 혼잡 회피장치 및 그 방법
US9253620B2 (en) 2014-05-09 2016-02-02 Qualcomm Incorporated Methods, apparatuses, and devices for wireless transceiver discovery using re-allocated scan times
KR102368461B1 (ko) * 2015-08-06 2022-02-28 삼성전자주식회사 전자 장치에서 전원을 관리하는 장치 및 방법
US9867106B2 (en) * 2015-12-30 2018-01-09 T-Mobile Usa, Inc. Codec-specific handover thresholds
CN107820289B (zh) * 2017-11-20 2020-09-25 珠海市魅族科技有限公司 一种wifi网络切换方法、装置、终端和介质
US10659190B1 (en) 2019-02-25 2020-05-19 At&T Intellectual Property I, L.P. Optimizing delay-sensitive network-based communications with latency guidance

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040075599A (ko) * 2003-02-22 2004-08-30 아이피원(주) 무선랜 핸드오프 방법
KR20050114186A (ko) * 2004-05-31 2005-12-05 삼성전자주식회사 무선랜에서의 빠른 핸드오프를 위한 접속노드 탐색 방법
KR20070027794A (ko) * 2005-08-29 2007-03-12 삼성전자주식회사 무선 랜의 링크 계층에서 신속하고 효율적으로핸드오버하는 방법 및 장치
KR20080056914A (ko) * 2006-12-19 2008-06-24 주식회사 케이티 이기종 시스템 간의 수직핸드오프 방법 및 그를 이용한데이터파일 송수신 방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4054341B2 (ja) * 2004-05-17 2008-02-27 三星電子株式会社 Ｉｅｅｅ８０２．１１網に最適化した高速ハンドオーバー方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040075599A (ko) * 2003-02-22 2004-08-30 아이피원(주) 무선랜 핸드오프 방법
KR20050114186A (ko) * 2004-05-31 2005-12-05 삼성전자주식회사 무선랜에서의 빠른 핸드오프를 위한 접속노드 탐색 방법
KR20070027794A (ko) * 2005-08-29 2007-03-12 삼성전자주식회사 무선 랜의 링크 계층에서 신속하고 효율적으로핸드오버하는 방법 및 장치
KR20080056914A (ko) * 2006-12-19 2008-06-24 주식회사 케이티 이기종 시스템 간의 수직핸드오프 방법 및 그를 이용한데이터파일 송수신 방법

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