KR100959570B1 - 예측가능하게 이동하는 차량 내에서의 ｗｌａｎ 접속 설정및 관리를 위한 방법, 시스템 및 장치들 - Google Patents

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Abstract

예측가능하게 이동하는 차량(303)에 탄 최종 사용자들의 단말들(301)과 무선 통신 접속을 설정 및 관리하기 위한 통신 시스템이 개시된다. 차량(303) 내 중앙 장치(302)가 무선 네트워크의 허브로서 동작한다. 여러 고정 트랜시버들(304)이 존재한다. 접속부(305, 306, 705, 706, 1001, 1101, 및 1122)가 고정 트랜시버들(304)을 외부의 패킷 교환형 데이터 네트워크에 연결한다. 차량(303) 내 중앙 장치(302)는 라우팅 기능(407)을 갖춘 모바일 라우터(302)이다. 접속부(305, 306, 705, 706, 1001, 1101, 및 1122)는 다수의 고정 트랜시버들(304)과 한 고정 중앙 장치(305) 사이의 광 접속(705, 706, 1001)을 포함하며, 그 광 접속(705, 706, 1001)은 차량(303)의 예상 이동 루트(111)를 따라 놓여진 장거리 광 케이블(901)에서 취한 광 섬유(706)나 소수의 광 섬유들을 거친다. 고정 중앙 장치(305)는 라우팅 기능(1007)을 가지며, 고정 중앙 장치(305)는 모바일 라우터(302)와 함께 패킷 교환형 데이터 네트워크 및 최종 사용자의 단말(301) 간 데이터 패킷들의 라우팅을 구현한다.

Description

예측가능하게 이동하는 차량 내에서의 ＷＬＡＮ 접속 설정 및 관리를 위한 방법, 시스템 및 장치들{Method, system and arrangements for setting up and maintaining a WLAN connection within predictably moving vehicles}
본 발명은 일반적으로, 운송 차량에 타서 일괄적으로 이동하는 단말들에 대한 무선 접속 설정 및 관리 기술에 관한 것이다. 특히 본 발명은 기차 및 기타 철로 차량들에 대한 WLAN 접속 제공 기술에 관한 것이다.
WLAN 또는 무선 로컬 영역 네트워크 (Wireless Local Area Network)는 컴퓨터들이나 컴퓨터 유형의 단말들로 하여금, 근처에 있는 여러 다른 유사 장치들과 무선으로 디지털 데이터를 교환할 수 있게 하는 모든 기술들에 대한 일반적인 명칭이다. 이 명세서를 작성하는 시점에 있어서, WLAN 접속시의 데이터 레이트는 약 11 Mbit/s였다. 기존의 추정에 따르면, WLAN은 외부의 널리 퍼져 있는 공공 네트워크, 바람직하게는 인터넷에도 접속하여, WLAN의 단말이 실질적으로 전 세계를 모두 무한정 액세스할 수 있도록 한다.
WLAN 접속은 매우 광범위한 환경하에서 일상의 필수적인 한 부분이 되었다고 간주된다. 현재 계속되고 있는 개발 추세는, 많은 사람들이 한 네트워크에 동시에 액세스하기 위해 자신들의 단말을 사용할 필요 및 기회를 가질 수 있는 위치들에서 의, 소위 WLAN 핫스팟 (hotspot)들의 출현 증가이다. 그러한 위치들 중 흥미로우면서도 특별한 한 경우가, 버스, 기차 및 비행기 같은 공공 운송 차량들에 존재한다. 통상의 WLAN 접속 내에서 단말 및 기지국 간의 거리는 대략 철로 수송 등의 차원에 해당하기 때문에, 기차에 WLAN 접속을 갖추도록 하기 위한 명백한 제안은, 실제 WLAN을 설정하도록 차량 안에 기지국을 설치하고 그 기지국과 고정된 외부 세계와의 사이에 별도의 중앙집중화된 라디오 링크를 갖추도록 하려는 것이다.
도 1은 일반용 셀룰라 라디오 시스템이 다수의 고정 기지국들(101-110)을 포함하고 있는 기본적인 경우를 예시한 것으로서, 기지국 각각은 적용 영역 혹은 셀을 가지며, 개략적으로 그 셀들은 육각형의 그리드인 소정의 지리적 영역을 커버하도록 된다. 철로 트랙(111)은 상기 영역을 통과하며, 그에 따라 상기 여러 셀들 사이를 지나간다. 한 위치에서 철로 트랙(111)은 터널(112)을 통과한다. 철로 수송차량 내 WLAN 기지국(113)과 고정된 바깥 세계 사이에 라디오 링크를 설정하는 가장 수월한 선택이, WLAN 기지국(113)에 범용 셀룰라 라디오 시스템의 단말 트랜시버를 갖추도록 하고, 이동하는 WLAN을 그것이 마치 하나의 이동 단말인 것처럼 다루는 것일 수 있다. 수많은 결점들이 그러한 해법을 실시 불가능하게 만든다. 그러한 것들 가운데, 범용 셀룰라 라디오 시스템의 단말들이 이용하는 일반적으로 불충분한 대역폭, 터널(112)과 같은 난해한 위치들에서의 적용 불확실성, 및 셀들이 동작중인 통신 접속 상태에 있는 과도한 수의 일반 단말들을 이미 가졌을 수 있는 상황하에서 보장되지 않는 용량 수용능력이 들어 있다.
도 2는 범용 셀룰라 라디오 시스템의 단말과는 달리, 기차가 임의의 지리적 위치들 상에 나타나지 않고, 매우 잘 규정된 경로만을 이동할 것이라는 사실을 적극 활용한 보다 진전된 해법을 예시한 것이다. 도 2에서, 철로 트랙(111)의 경로는, 이를테면 기존의 소위 누출 (leaking) 케이블 기술을 활용하는 터널(112) 내 특정 셀(210)을 포함하는 여러 전용 셀들(201-209)에 의해 커버된다. 이 해법에 있어서, 적어도 수용능력의 이슈들만큼은 도 1의 해법에서보다 용이하게 해결될 수 있는데, 이는 셀들(201-210)로 이뤄진 시스템에서 이동 단말로 보이는, 이동하는 WLAN 기지국(113)과 경쟁하는 다른 단말들이 존재하지 않기 때문이다. 그러나, 아직 풀리지 않은 중요한 문제들은 여전히 남는다. 상당 부분의 철로 네트워크를 전용 셀들로 커버하기 위해서는 의심의 여지없이 수백 내지는 수천의 고정 기지국들이 필요로 된다. 이들이 어떻게 비용상의 효율을 담보하면서 이면에서 작동되는 코어 네트워크와 연결될 수 있고, 최종 사용자 단말들의 이동성을 어떻게 효율적으로 관리할지가 문제가 된다.
그 외에, 도플러 쉬프트 (shift) 및 도플러 페이딩 (fading)과 관련된 심각한 문제들이 존재한다. 이동형 WLAN 및 고정형 기지국들 간 접속에 사용되는 유형의 디지털 라디오 전송은, 패킷들의 전송을 수반하는데, 패킷들 각각은 소위 트레이닝 (training) 시퀀스를 포함한다. 수신기가 그 트레이닝 시퀀스의 기존 형식을 이용해 채널 추정치를 산출하며, 트레이닝 시퀀스는 라디오 채널 상의 비선형성이라는 치명적인 영향들을 상쇄하고자 하는 정합형 (matched) 필터에 대한 제어 정보 노릇을 한다. 갱신된 채널 추정치들은 새 패킷들이 들어오는 만큼의 빈도로만 이용 가능하게 된다. 패킷들이 매우 길면, 연속 채널 추정치들의 계산 간 인터벌이 길어지고, 이것은 채널의 실제 임펄스 응답이 가장 최근에 산출된 채널 추정치로부터 너무 많이 변하게 되어 패킷을 잃게 할 수 있는 위험을 증가시킨다. 한편, 패킷들이 아주 짧으면, 이들은 채널 추정치의 잦은 갱신을 가능하게 하지만, 페이로드 데이터가 이용가능한 전송 수용능력의 상대적 크기는 적어진다.
본 발명은 예측가능하게 이동하는 차량들 안에서 WLAN을 설정 및 유지하기 위한 해법들을 제공함으로써 이익을 얻을 수 있다. 그러한 해법의 일부로서, 본 발명으로부터 이익을 얻는 또 다른 방법이, 전용의 고정 기지국들을 코어 네트워크와 연결하는 효과적인 방법을 제공함에 따른 것이다. 또 다른 본 발명의 이점은, 예측가능하게 이동하는 차량 안에서 움직이는 최종 사용자들의 단말 이동성을 관리하기 위한 방법 및 적절한 하드웨어를 제공함으로써 얻어진다. 본 발명의 또 다른 이점은, 예측가능하게 이동하는 차량 안에서 움직이는 상기 유형의 고정형 기지국들 및 WLAN 부분 간 라디오 인터페이스 메커니즘들을 제공함으로써 얻어진다.
본 발명의 이점들을 취하기 위한 한 방법이, 연쇄 전용 액세스 포인트들을 포함하는 인프라 형성, 액세스 포인트들을 서로 서로와 내부 네트워크 구조들로 적절히 링크하고, 차량 이동 예측가능성이라는 이점을 활용하는 이동성 관리 체계를 설정하는 것이다.
본 발명의 한 양태에 따른 통신 시스템은,
- 차량 안에서, 그 차량에 탑재된 무선 네트워크의 허브로서 동작하도록 구성된 중앙 장치,
- 각각이 한 셀을 이루는 지리적 적용 범위를 갖는 다수의 고정 트랜시버들, 및
- 고정 트랜시버들을 외부 패킷 교환형 데이터 네트워크에 연결하는 접속부를 포함하고,
상기 차량 내 중앙 장치는, 그 차량 내 중앙 장치가 상주하는 셀 안에 있는 한 고정 트랜시버와 통신하도록 구성된다.
상기 통신 시스템은 다음을 특징으로 한다:
- 차량 내 중앙 장치는 라우팅 능력을 갖춘 모바일 라우터이다,
- 접속부는 다수의 고정 트랜시버들 및 한 고정 중앙 장치 간의 광 접속부를 포함하며, 상기 광 접속부는 차량의 예측가능한 이동 루트를 따라 나열된 장거리 광 케이블로부터 취해진 한 광 섬유 또는 소수의 광 섬유들을 거친다,
- 상기 고정형 중앙 장치는 라우팅 기능을 갖춘다,
- 상기 고정형 중앙 장치는 상기 모바일 라우터와 함께, 패킷 교환형 데이터 네트워크 및 차량에 탑재된 무선 네트워크상에서 작동되는 최종 사용자의 단말 사이에서 데이터 패킷들의 라우팅을 구현하도록 구성된다.
본 발명의 다른 양태는 차량에 태워져 설치될 전자 콘텐츠 배분 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은,
- 차량에 탑재되어 설치될 중앙 장치, 및
- 상기 중앙 장치와 연결되고, 차량 외부의 한 네트워크로부터 원격 생성 콘텐츠를 무선 수신하도록 구성된 수신기를 포함한다. 전자 콘텐츠 배분 시스템은,
- 중앙 장치를 차량에 탑재된 무선 네트워크의 라우터가 되게 하는, 중앙 장치 내 라우터 수단,
- 중앙 장치로부터 차량 내 시청각 배포 수단으로의 연결부를 포함하고,
상기 중앙 장치는, 수신된 원격 생성 콘텐츠를, 원격 차량에 탑승 된 무선 네트워크상에서 동작하는 무선 최종 사용자 장치들과 차량 내 상기 시청각 배포 수단 둘 모두로 전달하도록 구성된다.
본 발명의 다른 양태는, 예측가능하게 이동하는 차량에 탄 최종 사용자들의 단말들과의 무선 통신 접속 설정 및 유지 방법에 관한 것이다. 이 방법은,
- 차량에 탑재된 중앙 장치 주변에 무선 네트워크를 설정하는 단계,
- 중앙 장치 및, 여러 고정 트랜시버들 중 한 트랜시버 사이에 통신 접속을 설정하고, 이때 상기 고정 트랜시버들 각각은 한 셀을 이루는 지리적 적용 영역을 가지는 단계, 및
- 상기 고정 트랜시버를 통해, 차량에 탑재된 중앙 장치 및 외부의 패킷 교환형 데이터 네트워크 사이에서 데이터 패킷들을 전송하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 다음과 같은 단계들을 포함함을 특징으로 한다:
- 데이터 패킷들을 전송하기 위해, 여러 고정 트랜시버들 및 한 고정 중앙 장치 사이에서 광 접속부를 활용하며, 그 광 접속부는 차량의 예측 이동 경로를 따라 설치된 장거리 광 케이블로부터 취해진 한 광 섬유 또는 소수의 강 섬유들을 지나는 단계, 및
- 패킷 교환형 데이터 네트워크, 및 차량에 탑재된 무선 네트워크상에서 작동되는 최종 사용자 단말 사이에서 데이터 패킷들을 라우팅하기 위해, 차량에 탑재된 중앙 장치의 모바일 라우터 기능 및 상기 고정 중앙 장치 양쪽에 모두 라우팅 테이블들을 보유하는 단계.
이동 차량의 예측가능한 경로가 지향성 안테나들을 구비한 무선 액세스 포인트들의 셀들로 커버되고, 각 셀은 차량의 이동 경로 방향을 따라 늘어서 있는 통신 시스템을 검토할 수 있다. 무선 액세스 포인트들은 장거리 광 케이블의 작은 일부를 이루는 하나의 광 섬유나 소수의 광 섬유들과 서로 연결됨이 가장 바람직하다. 컨트롤러 레벨 관리 개체들과 액세스 포인트들이 모여 닫힌 네트워크를 이루고, 그 안에서 최종 사용자들의 단말 이동은 상기 최종 사용자 단말을 수송하는 차량의 전체 이동으로서 나타난다. 상기 단말들의 이동성은 차량의 이동성을 관리함으로써 관리되는데, 그 프로세스는, 닫힌 네트워크의 모든 적절한 부분들이 차량 이동에 대한 예측가능한 정보에 기초해 사전 설정될 수 있다는 큰 이점을 가져올 수 있다.
상술한, 예측 가능하게 이동하는 차량 내부의 적합한 인프라 구조에 대해 역시 검토할 수 있다. 모바일 라우터가, 최종 사용자들의 단말들을 위한 무선 허브뿐 아니라, 외부 네트워크들로부터 실시간으로 콘텐츠를 수신 및 배포하기 위한 연결 (linking) 노드로서의 역할을 한다.
특히 본 발명의 특징으로서 간주 되는 신규한 특징들에 대해서는 첨부된 청구항들에서 기술될 것이다. 그러나, 본 발명의 구성 및 그 동작 방법, 그리고 본 발명의 추가 목적들 및 이점들과 관련하여, 본 발명 자체는 첨부된 도면과 함께 파악되는 이하의 실시예들에 대한 상세 설명으로부터 가장 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 통신 네트워크를 도시한 것이다.
도 2는 또 다른 종래의 통신 네트워크를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 통신 시스템 내 네트워크 요소들의 위계구조를 예시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 통신 시스템의 최종 사용자 단말 및 모바일 라우터를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 통신 시스템 내 셀들의 배치를 보인 것이다.
도 6a, 6b 및 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 통신 시스템 내 인터페이스 구축을 위한 선택사항들을 예시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 통신 시스템 내 액세스 포인트 및 광 네트워크 유닛을 개략적으로 도시한 것이다.
도 8a 및 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 통신 시스템의 소정 제어 원리들을 개략적으로 예시한 것이다.
도 9는 장거리 광 섬유 케이블의 작은 일부의 사용을 예시한 것이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 통신 시스템의 광 라인 말단 유닛을 개략적으로 도시한 것이다.
도 11a, 11b 및 11c는 본 발명의 일실시예에 따른 통신 시스템의 다양한 네 트워크 토폴로지들을 예시한 것이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 13은 종래의 차량 네트워크 인프라 구조를 도시한 것이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 차량 네트워크 인프라 구조를 도시한 것이다.
도 15는 도 4에 따른 네트워크 인프라 구조 내 제어 패널의 사용 예를 도시한 것이다.
이 출원서에서 본 발명의 전형적 실시예들을, 첨부된 청구범위의 적용가능성에 대한 제약조건을 두는 것으로 해석해서는 안 될 것이다. 이 특허 출원 문서에서 "포함한다"라는 동사는, 언급하지 않은 특징들의 존재도 배제하지 않는 개방형 제약조건으로서 사용된다. 종속 청구항들에서 언급되는 특징들은 명백히 다른 말로 기술되지 않았다면 서로 자유롭게 결합 될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 랜 (wireless local area network) 솔루션의 시스템 레벨 다이어그램이다. 다수의 최종 사용자들의 단말들(301)은 차량(303) 내에서 모바일 라우터(302)라고 알려진 장치와 무선으로 통신하도록 되어 있다. 가장 일반적인 특징에 따르면, 차량(303)은, 예측가능한 방식으로 이동하기 때문에 적어도 지리적 이동 경로가 정확히 예측될 수 있는 차량을 말한다. 매우 예시적인 한 예로서, 이 차량(303)을 철로 수송기라고 생각할 수 있다. 차량(303)의 예측 이동 트랙을 따라, 여기서는 ONU/AP (Optical Network Units/Access Point)들 (304)로서 지명된 여러 개의 연속적인 고정 기지국들이 존재한다. 모바일 라우터(302)는 한번에 적어도 하나의 ONU/AP(304)와 무선 접속하도록 구성된다. 여러 ONU/AP들이 OLT (Optical Line Termination, 광 라인 말단)(305)으로 알려진 라우터에 연결된다. 여러 OLT들(305)은 다시 스위치(306)와 연결되고, 그로부터 인터넷 접속이 있게 된다. 이하에서는 도 3의 시스템 구성요소들이, 최하위에서 최상위까지, 보다 상세히 논의될 것이다.
도 4는 최종 사용자의 단말(301) 및 모바일 라우터(302)의 소정 기능들을 개략적으로 도시한 것이다. 본 발명은 최종 사용자의 단말에 대해 WLAN 인터페이스(401)를 포함한다는 것 말고는 별다른 요건을 두지 않는다. 이 명세서 작성시점에 알려진 기술을 고려할 때, 최종 사용자의 단말(301)은 통상적으로 랩탑 컴퓨터이지만, PDA (personal digital assistant), 데이터 네트워크 동작이 갖춰진 모바일 전화 등등이 될 수도 있다. 본 발명의 목적을 위한, 모바일 라우터(302)의 주요한 일은, 차량 안에 설정될 애드 호크 (ad-hoc) 타입 무선 네트워크의 지속 활동 노드로서, 그리고 최종 사용자들의 단말들을 위한 즉석 액세스 포인트로서 동작하는 데 있다. 이러한 목적을 위해, 그것은 합리적으로 예상가능한 수의 최종 사용자들의 단말들을 서비스하기 충분한 높은 용량을 갖춘 WLAN 인터페이스(402)를 포함한다. 모바일 라우터(302)는 또한 다른 종류의 로컬 인터페이스들(403)을 포함할 수도 있다. 여기에는 케이블을 통한 네트워크 접속만이 가능한 최종 사용자들의 단말들을 위한 케이블 인터페이스, 모바일 라우터(302)를 로컬 콘텐츠 서버에 연결하는 콘텐츠 서버 인터페이스, 모바일 라우터(302)를 GPS 수신기나 어떤 차량 고유의 네비게이션 시스템 같은 위치확인 시스템과 연결하는 위치확인 인터페이스, 및/또는 차량의 상태 및 동작에 대한 정보를 획득 및 관리하는 시스템에 모바일 라우터를 연결하는 원격측정 인터페이스 등이 포함될 수 있다.
모바일 라우터(302)는 -최종 사용자들의 단말들을 위한 즉석 무선 액세스 포인트로서- 사용자 인증을 담당할 뿐 아니라, 암호화 및 다른 적합한 방식을 통해 통신 접속에 대한 기밀성을 제공한다. 이러한 기능들은 보안 모듈(401) 안에 있다. 차량 LAN을 이용하는 것에 요금이 부과되면, 모바일 라우터(302)는 빌링 (billing) 정보를 생성 및 관리할 뿐 아니라 그러한 정보를 네트워크 내 다른 어딘가의 송장 (invoice) 기능들로 전달하기 위한 빌링 모듈(405)을 또한 포함할 수 있다. 전자 화폐가 접속에 대한 대가 지불에 사용되면, 빌링 모듈(405)은 직접적인 송장 작성에도 적합하게 될 수 있다. 모바일 라우터는 동시에 로컬 콘텐츠 서버로서 동작하여, 음악, 비디오 및 게임들 등과 같은 오락물을 공급할 수 있으며, 이러한 목적을 위해 로컬 콘텐츠 모듈(406)을 포함할 수 있다. 이미 그 이름을 통해 제시된 바와 같이, 모바일 라우터는 라우터 모듈(407)을 가져야 한다. 라우터 모듈(407)의 작업들과 동작은 나중에 좀 더 상세히 설명할 것이다. ONU/AP들을 향한 무선 인터페이스를 설정 및 관리하는 또 다른 인터페이스(408)가 존재한다. 이 인터페이스는 이동 보상 파트(409)를 포함할 수 있으며, 여기에 대해서는 이후에 자세히 설명할 것이다.
모바일 라우터들 및 ONU/AP들 사이의 연결은 수 GHz 또는 수십 GHz 주파수대의 라디오 접속이다. 차량 이동의 예측가능성은, 예측 이동 경로를 따라 ONU/AP들 을 놓고 이들에 지향성 안테나를 갖추게 함으로써 가장 바람직하게 활용되며, 안테나의 기본 방사 로브들 (radiation lobes)은 이동 경로의 방향과 일치한다. 도 5는 철로 트랙(111)의 경로가 연속 셀들(501)로 커버되는 방식을 예시한 것으로, 각각의 셀은 ONU/AP(304)의 적용 영역으로 이뤄지고, ONU/AP(304)의 지향성 안테나는 철로 트랙(111)의 방향을 가리킨다. 도 5에서, 터널(112)의 ONU/AP에 대한 예외를 빼고 각 ONU/AP가 하나의 기본 방사 로브를 갖는 한 개의 지향성 안테나를 가진다고 전제한다; 알려진 관례에 따라 터널의 ONU/AP는, 터널 셀(502)이 방향과 관계없이 전체 터널(112)을 커버하게 하는 누출 (leaking) 케이블 안테나를 이용한다. 차로 트랙(111)을 따라 이동하는 모바일 라우터(113)는 항상 적어도 한 ONU/AP(304) 안에 있게 된다. 트랙의 직선 세그먼트들 위에서, 트랙의 방향을 따라 놓인 한 셀의 크기는 유용한 라디오 웨이브 범위에 의해서만 제한된다. 트랙의 긴 직선 세그먼트들은 여러 개의 ONU/AP들을 차례로 놓을 것을 요할 수 있다. 트랙의 곡선 세그먼트들은 ONU/AP들을 서로 더 가까이 놓을 것을 요하는데, 이는 트랙이 고지향성을 가진 방사 로브로부터 상대적으로 빠르게 굽어지기 때문이다.
ONU/AP들 및 모바일 라우터들 모두에 있는 지향성 안테나들을 이용하여 안테나 이득을 활용해 접속 품질에 치명적인 영향들, 특히 공간 감쇠를 보상할 수 있게 된다. 지향성 안테나들은 고정된 지향성 구조를 가질 수 있으며, 이 경우, 기본 방사 로브는 항상 동일한 방향을 가리키거나, 전자적으로 조종될 수 있다. 마지막에 언급한 방안은 모바일 라우터가 소정 ONU/AP 관련 곡선 경로를 따라 이동할 때 특히 바람직하다. 그 ONU/AP를 철로 트랙이나 기타 예측가능 이동 경로와 가능한 한 가깝게 놓고, 그 경로를 따라 지향성 안테나들을 향하게 하는 것이, 도플러 쉬프트 및 기타 속도-종속 팩터들의 범위를 제한한다는 이점을 가져온다.
ONU/AP들 사이의 통상적 거리, 즉, 예측 이동 경로 방향의 한 일반적 셀의 규모 (dimension)는 약 1 킬로미터라고 추정된다.
도 6a, 6b 및 6c는 모바일 라우터(302)와 ONU/AP(304)의 안테나들 및 트랜시버들의 소정 변형예들을 도시한 것이다. 도 6a는 모바일 라우터(302)와 ONU/AP(304)에 단 하나의 인터페이스 트랜시버(각자 601 및 602)가 존재하는 기본적인 경우이며, 그 인터페이스 트랜시버들 각각은 고정된 지향성 안테나(각자 603 및 604)를 포함한다. 안테나들은 서로 마주보고 있다. 이러한 솔루션은, 이를테면 이동 안테나(603)가 위치하는 철로 수송기가, 대부분의 경우들에서 합당한 전제가 되는, ONU/AP들의 안테나들이 가리키는 방향을 기준으로 다른 길로 방향을 틀게 되지 않을 것이라는 것이 보장될 필요가 있다는 결점을 가진다. 그러한 위험을 완전히 피하기 위해, 모바일 라우터(302) 및 ONU/AP(304) 중 적어도 하나는 반대 방향을 가리키는 두 개의 기본 방사 로브들을 가진 대칭적 지향성 안테나를 갖춰야 할 것이다. 도 6b는 모바일 라우터(302)와 ONU/AP(304) 둘 모두에서 그러한 대칭적 지향성 안테나(613 및 614)를 예시하는 데까지 나아간 것이다. ONU/AP에서의 대칭적 지향성 안테나는 당연히, 그 ONU/AP의 셀이 방사 로브들에 의해 정해진 방향으로 그 ONU/AP 주위에 대칭적으로 나타날 수 있게 할 것이다.
연속적인 ONU/AP들의 셀들은 어떤 지리적 중복을 포함할 수 있는데, 이것은 서로로부터 각자의 전송들을 분리할 것을 요한다. 코드 분할 다중화 액세스가 사 용되는 경우, 서로 다른 ONU/AP들에서 서로 다른 확산 코드들을 사용하는 것으로 충분하다. 다른 경우들에서는, 서로 다른 전송 주파수들이나, 적절한 시간 동기를 이용할 필요가 있을 수 있다. 어떤 경우든, 셀들 간 완만한 핸드오버를 위한 요건은, 모바일 라우터(302) 및 ONU/AP 중 적어도 하나에 병렬 인터페이스 트랜시버들을 필요로 할 것이다. 모바일 라우터에서, 그러한 병렬 트랜시버들 중 하나가 계속해서 "옛" ONU/AP와 통신하는 동안, 다른 하나는 이미 "새" ONU/AP와 접속을 설정하고 있을 수 있다. 병렬 인터페이스 트랜시버들은 또한 모바일 라우터(302)와 ONU/AP(304) 사이의 라디오 인터페이스에서 리던던시 (redundancy)를 제공하는데 사용될 수도 있다. 도 6c는 모바일 라우터(302)가 두 개의 병렬 인터페이스 트랜시버들(621 및 622)을 포함하는 전형적인 경우를 도시한 것이다. 이들 각각은 각자 한 방향을 가리키는 지향성 안테나(623 및 624)를 포함하며, 두 안테나들은 서로 반대 방향을 가리키도록 된다. ONU/AP(304)에도 역시 두 개의 병렬 인터페이스 트랜시버들(625 및 626)이 존재한다. 이들 각각은 두 방향을 가리키는 한 지향성 안테나 (각자 627 및 628)을 포함한다. 수많은 인터페이스 트랜시버들, 수많은 안테나들 및 수많은 안테나들의 지시 방향들 간에 여러 치환들이 있을 수 있다.
도 7은 ONU/AP(304)의 소정 구성요소들을 개략적으로 도시한 것이다. 라디오 인터페이스(701)가 이동 차량에 실려 지나가는 모바일 라우터들 및 ONU/AP(304) 사이의 무선 통신을 가능하게 한다. 여기서는 분리된 것으로 보여지고 있지만 라디오 인터페이스(701)의 일부를 이루는 것이라고도 간주 될 수 있는 라디오 링크 관리 개체(702)가, 최적화된 용량 (capacity) 및 처리율 (throughput)을 가지고 접 속을 설정 및 관리하는 것을 목표로하는 동작들을 수행하는 역할을 한다. 패킷 필터링 개체(703)는 들어오는 모든 패킷들을 모니터하고, 추후 전송을 위해 그들 중 적합한 것들만을 선택한다. 광 네트워크 인터페이스(704)는 그를 통해 ONU/AP가 네트워크 내 다른 고정 기기와 통신할 인터페이스이다. 그러한 통신을 위한 물리적 수단에, 광 커플러(705) 및 광 섬유 (또는 소수의 광 섬유들)(706)가 포함된다.
특히 철로 어플리케이션들의 틀 안에서, 한 ONU/AP(304)와 모바일 라우터(302) 사이의 라디오 인터페이스의 소정 양태들에 대해 논의할 수 있다. 모바일 라우터(302)가 철로 수송기 상에 있고 ONU/AP(304)는 트랙 옆에 세워져 있다고 가정할 때, 그들 사이의 상대 속도는 시속 0과 300 킬로 이상 사이의 어떤 것일 수 있다. 라디오 주파수의 도플러 쉬프트는 의미가 중대하다. 적어도 두 종류의 교정 측정 (corrective measures)이 가능하다: 도플러 쉬프트를 상쇄하기 위한 정밀 튜닝 전송 주파수 및/또는 타이밍, 또는 도플러 쉬프트 크기에 반비례하도록 패킷 사이즈를 선택함 (도플러 쉬프트가 클 수록, 패킷들은 적음).
전송 품질 측정치들을 제어 알고리즘에 대한 피드백으로서 동적으로 사용하여, 주파수 정정 및 패킷 사이즈 선택 모두가 행해질 수 있다. 도 8a는 동적 패킷 사이즈 선택을 개략적으로 예시한 것이다. 전송 상태(801) 도중에, 전송 품질이 측정된다; 이 측정은, 이를테면, 비트 에러율, 프레임 에러율, 또는 수신기에서 산출된 채널 추정치들 사용의 성공을 반영한다고 알려진 어떤 다른 특징을 포함할 수 있다. 802 단계에 따라, 전송 데이터량 당 에러들이 최초 리밋이나 문턱치 보다 많으면, 803 단계에 따라 패킷 사이즈는 보다 작게 만들어진다. 804 단계에 따라 전송 데이터량 당 에러들이 제2리밋 또는 문턱치보다 적으면, 805 단계에 따라 패킷 사이즈는 더 크게 만들어진다. 동적 주파수 정정 알고리즘들은 이 기술 분야에 잘 알려져 있으므로 여기서 더 설명할 필요가 없을 것이다. 주파수 정정 및 이런 유형의 패킷 사이즈 선택은 이동 트랜시버 및 고정 트랜시버 둘 모두에서 똑같이 수행될 수 있다.
본 발명의 철로 어플리케이션의 특징은, 이동 트랜시버 및 고정 트랜시버 사이의 상대 속도에 대한 정확한 지식을 얻기가 매우 쉽다는 데 있다. 최근의 모든 기차들은 측정된 기차 속도에 대한 정보를 전자적 형태로써 실시간으로 생성 및 배포하는 수단을 포함한다. 본질적으로 기존 속도계 설비나 그 이외에 것에 대한 액세스가 존재하지 않더라도, 모바일 라우터는 속도 정보가 쉽게 입수될 수 있는 GPS 확장부나 그와 비슷한 위치확인 장치를 구비할 수 있다. 트랙 측에 있는 고정 트랜시버는 지나가는 기차로부터 시그날링을 통해 실시간 속도 정보를 수신하거나, 내장된 속도 레이더, 트랙 아래에 놓인 센서들, 또는 자체 비교 측정 장치를 활용할 수 있다.
도 8b는 패킷 사이즈 선택을 위한 속도 정보 이용의 전형적인 한 경우를 예시한 것이다. 전송 상태(811) 중에, 속도 정보가 얻어진다. 812 단계에 따라, 속도가 제1리밋이나 문턱치보다 증가하면, 패킷 사이즈는 813 단계에 따라 더 작게 만들어진다. 814 단계에 따라 속도가 제2리밋이나 문턱치보다 감소하면, 815 단계에 따라 패킷 사이즈는 더 크게 만들어진다. 속도 정보가 모바일 라우터 및 ONU/AP 둘 모두에서 쉽게 입수가능하기 때문에, 비슷한 제어 알고리즘이 이들 둘 다에 적용될 수 있다. 동적 주파수 정정은 매우 유사한 방식을 통해 구현될 수 있다.
주파수 정정 및 패킷 사이즈 선택은 모두 이동 보상 유닛 안에서 구현되는데, 이러한 유닛의 예들이 도 4의 409 및 도 7의 711과 712에 예시되어 있다. 그러한 제어 절차의 물리적 구현은 보통 필요로 되는 전송 품질 및/또는 속도 정보를 수신하기 위한 입력 연결부, 튜닝가능 전송 주파수 생성기 및/또는, 패킷을 생성하고 그에 따라 패킷들의 사이즈를 결정하는 기저대역 신호 처리 블록에 대한 출력 연결부를 포함한다. 철로 어플리케이션들에서 그러한 제어 구성을 활용하는 또 다른 가능한 방식은, 지나는 기차들의 속도에 있어서의 현저한 규칙성에 의존하는 것이다. 각각의 트랙 측 ONU/AP에는 기차가 지나갈 디폴트 속도가 있게 된다. 그러한 디폴트 속도는 측정치 또는 철로 트래픽 제어 센터로부터 수신된 정보에 기초해 규칙적으로 갱신될 수도 있다. 각각의 ONU/AP는 이미 주파수 정정 및/또는 패킷 사이즈에 대한 개별 선택 디폴트 값을 우선 적용할 수 있고, 그 디폴트 값은 지나가는 기차의 디폴트 속도와 매치하도록 선택된 것이다. 기차 안에서, 모바일 라우터는 기차의 속도가 항상 소정 시간 스케줄에 따를 것이라고 추정하여, 실시간의 실제 속도에 대한 지식 없이 기차가 움직이기 시간 이후 경과된 시간에 따라 주파수 정정 및/또는 패킷 사이즈의 디폴트 값을 선택할 것이다.
ONU/AP들 및 OLT들 사이의 접속은 숙고 될 만하다. 이 장치들의 이름들이 제시하는 바와 같이, 또한 도 7이 이미 보인 바와 같이, 이러한 접속은 광 섬유를 통해 가장 바람직하게 된다. 철로 어플리케이션들에 있어서, 광 섬유를 전송 매체 로서 선택하는 각별히 바람직한 이유들이 있다. 첫째, 광 섬유는 전기 기관차들에 수반되는 고전압 및 전류로부터의 전기적 간섭에 실질적으로 둔하다. 둘째, 도 9에 따르면, 철로 트랙 운영자들이 고용량 광 케이블들(901)을 모든 철로 트랙들의 가 (side)를 따라 놓는 것이 관습이 되어 왔다. 이 케이블들은 원래 도시들 간 장거리 트렁크 (trunk) 루트들로 사용되기 위한 것이었다. 철로 트랙 건설 및 수리 중에 케이블을 깐다는 상대적인 용이함으로 인해, 케이블들은 보통 두껍게 과치수화되어 있어 (overdimensioned) 그 전송 용량 중 많은 부분이 미사용인 채 남아 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 그러한 장거리 케이블들의 전체 용량 중 작은 일부가 "할당된 도메인" 안에서 사용되도록 고려될 수 있다, 즉, 적은 ONU/AP들이, 원래는 트렁크 루트들이 구축되어 의도되어 있던 강력한 (heavy-duty) 스위칭 센터들보다 서로에 대해 훨씬 더 근접하여 트랙 측에 위치할 수 있다. 상기 작은 일부는 도 9에서 라인 706으로 표시되어 있으며, 이것은 도 7의 참조 부호가 지시한 것의 비슷한 사용에 해당한다. 통신 장치를 한 광 섬유(706)나 소수개의 광 섬유들(706)에 연결하기 위해 상기 광 섬유나 소수개의 광섬유들을 연속 케이블로부터 분리하여 분기 (branching) 접속 (cf. 도 7의 광 커플러(705))을 구축하는 것이 그 자체로 알려져 있는 기술이므로, 여기서는 그에 대해 설명할 필요가 없을 것이다.
도 10은 OLT(305)의 소정 구성요소들을 개략적으로 도시한 것이다. 그것은 광 커플러(1001) 및 광 네트워크 인터페이스(1002)를 통해 광 섬유 (또는 소수개의 광 섬유들)에 연결된다. OLT(305)는 사용자 인증 및 암호화 절차들과 같은 보안 양태들에 대해 책임을 지는 보안 모듈(1003)을 포함할 수 있다. 이동하는 차량 안 에서의 WLAN 접속에 비용이 부과되고 모바일 라우터들 및/또는 네트워크 내 다른 어디에도 빌링 기능들 전부가 다 존재하지는 않은 경우, 이들 중 일부가 빌링 개체(1004)의 형태로 OLT(305) 안에 존재할 수 있다. OLT(305)가 모바일 라우터들과 통신하는 단말들에 대한 콘텐츠 서버로서 기능 해야 하는 경우, 콘텐츠 제공 유닛이 있을 수 있고, 이것은 최종 사용자들의 단말들과 상대적으로 먼 위치로 인해 여기서는 원격 콘텐츠 개체(1005)라고 명명되어 있다. 최종 사용자들의 단말들의 이동성 관리를 지원하기 위해, 플랫폼 이동성 모니터링 개체(1006)가 있을 수 있으며, 그것의 일은 철로 수송기 같은 차량 플랫폼들의 위치 및 속도에 관하여 OLT(305)를 최신 상태로 유지하는 것이다.
OLT(305)의 주요한 과업 중 하나가, 라우터로서 동작하는 것인데, 그러한 용도를 위해 라우팅 개체(1007)가 존재하고, 라우팅 개체는 시스템 내 최종 사용자들의 단말들의 논리적 위치와 관련된 기능들을 처리하기 위한 이동성 관리 파트(1008)를 포함한다. 네트워크 인터페이스(1009)는 OLT(305)를 패킷 교환형 데이터 네트워크로 연결하기 위한 수단으로서 동작한다. 이러한 접속의 성격은 도 11a, 11b 및 11c의 네트워크 토폴로지 예들에 따라 가변될 수 있다.
도 11a는 전형적인 네트워크 토폴로지를 도시한 것으로서, 여기서 각 OLT(305)는 ONU/AP들(304)의 그룹을 관리하여, 한 그룹에 속하는 ONU/AP들(304)과 이들을 관리하는 OLT(305)를 합쳐 서브 네트워크(1102)가 구성되게 된다. 서브 네트워크(1102)에서, 인터넷이나 어떤 전매특허형 데이터 네트워크 같은 외부의 패킷 교환형 데이터 네트워크로의 접속은 OLT(305)로부터 직접적으로 일어난다. 서브 네트워크(1102)에 속하는 각 장치는 광 섬유(706)와의 접속을 포함한다. 도 11a에서 이들 접속은 각각 광 커플러들(705 및 1001))을 지난다. 연속적인 서브 네트워크들은 ONU(1101)를 브리지 삼아 서로 연결되는데, 그것은 여기서 각 서브 네트워크와 개별 접속하는 것으로서 그려진다. ONU(1101)를 브리지 삼는 일은, 각 서브 네트워크를 단절시키는 것, 즉 한 서브 네트워크에만 배포되어야 하는 패킷들은 통과시키지 않으면서, 동시에 서브 네트워크들 간 통신을 나타내는 패킷들에 대해서는 자유 통행을 제공하는 것이다. ONU/AP들(304)이 아닌 다른 장치로서 ONU(1101)를 브리지 삼는 것이 도 11a에서 도시되었지만, 서브 네트워크의 마지막 ONU/AP(304)를 브리지 기능을 갖게 만드는 것 역시 전적으로 가능하다.
각 그룹 내 ONU/AP들의 개수는 어느 정도 숙고할 만하다. 제1전제로서, OLT는 16개에서 32개의 ONU/AP들 같은 것을 처리할 수 있다. 한편, 그러한 제1전제는, 각각의 ONU/AP가 최종 사용자들의 단말들과 동시에 능동적으로 통신할 가능성이 아주 많은 사무소 유형 네트워크를 구축하는 것과 유사한 것일 뿐이다. 다시 철로의 예를 생각하면, 기차들이 철로 트랙 상에서 서로를 바로 뒤따르는 것이 아니라, 안전을 위해 그들 사이에 빈 간격이 있을 것임을 주지해야 한다. 예를 들어, 각 기차가 200 미터 길이이고 (따라서 하나의 셀에 딱 맞음) 연속되는 기차들 사이에 적어도 2 킬로미터의 안전 거리가 유지된다고 추정할 때, 한 번에 ONU/AP들의 10분의 일 정도 되는 것들이 동적 접속을 이룰 수 있다. ONU/AP들이 반대 방향으로 가는 기차들을 서비스해야 한다고 하더라도, 이들의 평균 10분의 1 만이 임의의 한 시점에 동적 접속을 행할 수 있을 것이다. 따라서, 단일 OLT의 감독 아래에 서 동작하는 단일 ONU/AP들의 개수는 어떤 유사한 사무소 어플리케이션들에서보다 훨씬 더 많을 것이라는 것을 추측할 수 있다. 한편, 네트워크를 구체화 (dimensioning)함에 있어, 한 ONU/AP에 의해 경험되는 트래픽 량의 변동이 클 것이라는 것 역시 주지해야 한다: 대부분의 시간 동안 ONU/AP는 어떠한 동적 접속도 전혀 행하지 않으면서, 때때로 하나의 셀 안에서 반대방향으로 진행하면서 서로를 지나치는 두 대의 만원 기차들 안에 있는 모든 동작중인 최종 사용자들의 단말들을 서비스해야 한다.
도 11b는 외부의 패킷 교환형 데이터 네트워크로의 접속들을 제외한 도 11a와 유사한 다른 네트워크 토폴로지를 예시한 것이다. 접속들은 OLT들(305)이 아닌 스위치(306)로부터 나오는데, 스위치는 한 서브 네트워크의 중추를 이루는 광 섬유와의 자체 연결(1112)을 포함한다. 도 11c는 또 다른 네트워크 토폴로지를 보인 것으로, 여기서 서브 네트워크들은 어떤 브리지 용 ONU에 의해 서로 링크되는데; 대신, 각 OLT(305)에서 스위치(306)로의 연결(1122)이 존재하고, 스위치로부터 외부 패킷 교환형 데이터 네트워크로의 연결이 이뤄진다.
도 11a-11c의 네트워크 토폴로지들은 이동성 관리 면에서 볼 때 서로 상이하다. 도 11b 및 11c의 실시예들에서, 전체 "기차 WLAN"은 기본적으로 하나의 스위치 뒤에 있다 (리던던시를 추가하고 결정적인 단일 포인트 오류 위험을 줄이기 위해, 몇몇 예비 접속 수단을 제공하는 것이 현명하지만). 이것은, 일단 이동하는 최종 사용자의 단말이 "기차 WLAN"과 결부되었으면, 거기서 한 셀로부터 다른 셀까지, 그리고 심지어 한 서브 네트워크로부터 다른 서브 네트워크까지의 이동은 스위 치 (각각 1111 또는 1121) 너머에 있는 어떤 외부 네트워크 요소들로부터 그와 무관하게 완전히 감춰진 채로 있다는 것을 의미한다. 모든 이동성 관리 기능들은 "트레인 WLAN" 안으로 제한된다: 스위치는 그 최종 사용자의 단말이 현재 들어 있는 것이 어느 서브 네트워크인지를 인지해야 한다; 그 서브 네트워크의 OLT는 특정 최종 사용자의 단말을 목적지로 하는 패킷들이 대기공간을 통해 전송되어야 하는 셀 또는 셀들을 알아야 한다; 또한 당연히 모바일 라우터는 그것이 통신하고 있는 것이 어느 최종 사용자의 단말들인가를 알아야 한다. 최종 사용자의 단말을 한 철로 수송기에서 다른 수송기로 옮기고, 모바일 라우터들 사이에서 핸드오버 메커니즘의 필요성을 가리키면서 계속 네트워크 접속을 운용하는 것이 틀림없이 가능할 것이다.
한편, "기차 WLAN"이도 11a에서와 같은 여러 개의 개별 서브 네트워크들로 이뤄져 있을 때, 모바일 루트가 한 서브 네트워크에서 다른 것으로 바뀔 때마다 OLT들(305) 너머의 어떤 라우팅 개체들의 라우팅 테이블들의 변경이 필요로 된다. 단일 여정을 따라 이용 가능한 서로 다른 네트워크 운영자들의 "기차 WLAN들"이 존재하고, 그들 중 하나에서 다른 하나로의 즉각적 변경이 허용되는 경우, 도 11b 및 11c의 구성들에서도 비슷한 상황이 일어난다. 이것은 주로, 적어도 큰 규모의 "기차 WLAN" 시스템들의 배치가 이뤄진 후이고/이거나, 많은 수의 철로 운영자들 각자가 그들 각자의 트랙 섹션들을 소유하고 있고 상호 경쟁하는 통신 운용자들에게 그 WLAN 권리를 기꺼이 경매에 부치고자 하는 나라들 내에서 일어나는 경우가 될 것이다.
마지막에 언급한 경우에 있어서도 하나의 서브 네트워크는, 최종 사용자들의 단말이 계속해서 기차 안에서 이동하고 있어도 수시간 동안의 동작이 아니면 수십 분의 동작을 가능하게 하기 충분한 정도로 광범위하다고 안심하고 추정할 수 있다. 기존의 WLAN 기술들은 매우 느린 타임 스케일로 네트워크 노드들을 이동하는 이동성을 관리하기 위해 존재한다.
그러나, 기존의 WLAN들의 메커니즘들은 너무 느려서, ONU/AP나 셀의 정확도로 모바일 라우터들 및 최종 사용자들의 단말들의 이동성을 관리하는데 사용할 수는 없다. ONU/AP들 간 거리가 약 1 킬로미터, 혹은 곡선구간 또는 난해한 트랙 섹션들에서 훨씬 짧고, 기차가 약 250 km/h의 속도로 통과한다고 가정하면, 셀 변경 간 시간 인터벌은 15초에 훨씬 못 미치기 쉽다. 모든 셀 변경의 예측가능한 성격이, 모든 링크 계층 협의를 최소로 유지하게 돕는데, 이는 일반적인 애드-호크 타입 WLAN들 안에서 협의되어야 할 많은 팩터들이 현재 미리 알려져 있고 사전 설정될 수 있기 때문이다. 본 발명에 따른 "기차 WLAN" 안에서의 이동성 관리는 아래의 예에서 예시될 것이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 배치를 운영할 때의 전형적인 연쇄 이벤트들을 도시한 것이다. 논의를 쉽고 이해가능한 실용적 예로 적절히 구속하기 위해, 문제의 예측가능하게 이동하는 차량이 철로 수송기라고 다시 가정할 것이다. 그 수송기가 한 역에 서 있을 때 동작이 개시된다. 1201 단계에서, 수송기의 모바일 라우터가 제1ONU/AP와 라디오 접속을 설정한다. 이 접속이 유효할 때, 모바일 라우터는 그것을 활용해 (1202 단계) 제1OLT를 접촉하며, 그러면 그것 은 네트워크 내에서의 모바일 라우터의 논리적 위치를 인지하고, 모바일 라우터로의 링크를 "UP (업)" 상태로 세팅한다(1203 단계).
1204 단계에서 최종 사용자 단말이 모바일 라우터와 로컬 무선 접속을 설정하고, 관련 액세스 제어 루틴들을 실행한다. 최종 사용자가 적절히 인증될 수 있고 모든 것이 접속 설정을 위한 순리하에 있다고 전재하면, 모바일 라우터가 그 자체의 라우팅 테이블을 갱신하고, 최종 사용자의 단말로의 링크를 "UP"으로 세팅한다(1205 단계). 1206 단계에서 최종 사용자의 단말은 제1OLT로 메시지를 전송하면, 그것은 이제 모바일 라우터에 의해 감독되는 논리적 도메인 내 최종 사용자의 단말의 존재를 인지하게 된다. 다른 실시예에서, 그 메시지가 모바일 라우터에서 나와 제1OLT로 갈 수도 있다. 제1OLT는 그에 따라 자신의 라우팅 테이블을 갱신한다(1207 단계). 그런 후에 최종 사용자의 단말이, 모바일 라우터, 제1ONU/AP 및 OLT 접속을 거쳐 어떤 외부 네트워크와 통신을 시작할 수 있다(1208 단계). 최종 사용자의 단말이 기차 WLAN과 결부되게 되는 단계들은 보통, 최종 사용자의 단말로/로부터의 모든 트래픽의 라우팅을 적절히 설정하기 위해 일반적인 패킷 교환형 데이터 네트워크 안으로 깊이 시그날링하는 단계를 포함한다. 그러한 시그날링 및 라우팅 절차들은 그러나, 모바일 IP (Mobile Internet Protocol) 같은 어떤 범용 프로토콜에 따라 수행될 수 있으므로 여기서는 자세히 논의할 필요가 없을 것이다.
기차가 이동하면서 철로 수송기를 제2ONU/AP의 셀을 향해 끌기 시작한다. OLT로부터, 모바일 라우터 및 그 너머의 최종 사용자 단말들로 가야하는 모든 다운링크 패킷들이 그 특정 서브 네트워크 안의 모든 ONU/AP들로 배포된다. 그러나, 모든 ONU/AP가 다 이들을 전파공간을 통해 무선 전송하지는 않는데, 이는 OLT가 이들 패킷들에, ONU/AP들이 인식하는 MAC (Media Access Control) 어드레스를 갖춰 놓았기 때문이다. ONU/AP는 자신의 것과 매치되는 MAC 어드레스를 가진 OLT로부터 수신한 다운링크 패킷들만을 전송할 것이다.
1209 및 1210 단계들에서, 혹은 이들 단계들 가운데 적어도 한 단계에서, 제2ONU/AP나 모바일 라우터 또는 그 둘 모두는 접속 설정 가능성을 인지하게 된다. 새 접속이 1211 단계에서 설정된다. 모바일 라우터는 그러한 새 접속을 제1ONU/AP에 대한 접속보다 나은 것으로 평가한 뒤에, 모든 연결이 제2ONU/AP를 거치도록 자신의 라우팅 테이블을 갱신한다(1212 단계). 1213 단계에서 모바일 라우터로부터 OLT로의 메시지가 뒤따라와, 1214 단계에서 라우팅이 OLT에서도 변경될 수 있도록 만든다. 한동안 최종 사용자의 단말과 외부 네트워크들 사이의 모든 통신은 모바일 라우터, 제2ONU/AP 및 제1OLT를 거친다(1215 단계).
OLT가 적어도 모바일 라우터가 이동하는 속도를 알거나 적어도 그에 근사한 추정을 하도록 하는 수단이 주어지면, OLT가 어느 것이 모바일 라우터와 접촉할 다음 ONU/AP인지를 확실히 알 것이라는 사실을 이용하는 것이 가능하다. OLT는 훨씬 일찌감치 다운링크 패킷들에 붙여놓은 MAC 어드레스들을 변경해, 다음 ONU/AP 역시, 공식적으로 모바일 라우터와 연결을 설정하지 않았어도 패킷들을 수신하고 버퍼링할 수 있도록 할 수 있다. 모바일 라우터의 이동에 관한 시그날링 정보가 OLT에서 입수가능하면, 그 정보는 MAC 어드레스들의 변경 순간들을 정하는 데 사용될 수 있다. 어떤 시그날링 정보도 입수 가능하지 않으면, OLT가 항상, 알려진 현재 의 ONU/AP 및 이동 방향으로 바로 인접한 ONU/AP 둘 모두에 모든 다운링크 패킷들을 수신하라고 말하는 간단한 실시예를 제시하는 것이 가능하다.
기차가 더 이동하면서, 모바일 라우터는 다음 ONU/AP가 다른 OLT의 도메인에 속하는 한계에 접근하기 시작한다. 도 12에서, 모바일 라우터 및 제3ONU/AP 사이의 접속 설정은 1216 단계나 1217 단계 또는 두 단계 모두로부터 일어난다. 완만한 OLT 상호간 핸드오버를 돕도록, 옛 OLT가 가능한 한 일찍 그것을 수행하도록 접근 필요성을 인식하는 것이 중요하다. 도 12에서는 모바일 라우터가 옛 OLT에 정보를 제공하기 위해 시그날링 정보를 전송한다(1218 단계). 동시에 모바일 라우터는 제2ONU/AP와 접속을 설정하기 시작한다(1219 단계). 옛 OLT로의 시그날링 메시지는 옛 OLT가 라우팅 테이블을 갱신하게 만든다(1220 단계)-그 방법에 대해서는 다음에 더 상세히 논의할 것이다. 제2ONU/AP와의 접속이 유효하게 된 후, 모바일 라우터는 그것을 이용해 자신을 새 OLT에 공표한다(1221 단계). 상기 새 OLT는 모바일 라우터와의 링크를 "UP" 상태로 세팅한다(1222 단계). 모바일 라우터는 자신의 라우팅 테이블 안에서 새 OLT를 디폴트 OLT가 되게 변경한다(1223 단계).
1220 단계에서의 옛 OLT의 라우팅 테이블 변경은, 옛 OLT가 다음 ONU/AP (이 예에서 제2ONU/AP)가 실제로 다른 OLT에 의해 감독되는 서브 네트워크에 속한다는 사실에도 불구하고 그 다른 ONU/AP로 다운링크 패킷들을 터널링하기 시작하기 위해 매우 바람직한 것이다. 그러한 서브 네트워크 상호 간 터널링에 어떤 종류의 논리적이거나 물리적인 접속이 사용되는가 하는 것은 본 발명에서 중요한 것이 아니다. 다운링크 패킷들을 서브ㅔ트워크 경계를 지나 터널링하는 것이 OLT 상호 간 핸드오 버 도중의 데이터 지연 및 손실 방지를 돕는다. 단기간 동안, 다운링크 패킷들이 1224 단계에 따라 제3ONU/AP를 통하더라도 옛 OLT로부터 나오면서, 1225 단계에 따라 업링크 패킷들이 제3ONU/AP를 지나고 새 OLT를 더 지나는 상황이 일어날 수 있다.
궁극적으로, 모바일 라우터 및 옛 서브 네트워크의 모든 구성요소들 간의 접속은 도 12에서 1226 단계로서 도시된 것과 같이 끊어진다. 1227 단계에 따르면 옛 OLT에서 그것은 모바일 라우터에 대한 링크를 "DOWN (다운)" 상태로 세팅되게 만든다. 다운링크 패킷들을 옛 OLT로 제공하고 있던 라우터나 스위치가, 인접한 새 OLT로 사전 설정된 옵션 루트를 가져서, 1227 단계에서 링크를 다운으로 세팅하는 것이 그 옵션 루트를 디폴트 루트가 되게 만드는 것이 바람직하다. 이때, 최종 사용자의 단말과 외부 네트워크들 간 모든 통신은 1228 단계에 따라, 모바일 라우터, 제3ONU/AP 및 새 OLT를 거친다.
1229-1234 단계들은 모바일 라우터가 한 ONU/AP의 셀에서 다른 ONU, AP의 셀로 이동하는 경우의 "OLT 상호 핸드오버" 또는 절차에 관해 위에서 설명된 것을 반복하며, ONU/AP들은 둘 다 같은 서브 네트워크에 속한다. 1229-1234 단계들은 각각 1209-1214 단계들의 복제 버전에 불과하다. 1235 단계에서, 최종 사용자의 단말과 외부 네트워크들 간 모든 통신은 모바일 라우터, 제4ONU/AP 및 새 OLT를 거친다.
이어서, 앞서 기술한 네트워크를 통해 예측가능하게 이동하는 차량으로 배포되는 콘텐츠의 소정 가능한 용도들이 논의될 것이다. 도 13은 종래의 기차 엔터테 인먼트 시스템을 도시한 것으로서, 그 안에서 비디오 플레이어(1301) 및 카 FM 라디오 수신기(1302)가 콘텐츠 소스들로서 기능한다. 비디오 플레이어(1301)는 로컬 콘텐츠 소스의 예지만, FM 수신기(1302)는 실질적으로 다른 어디선가 (라디오 방송국에서) 출력된 콘텐츠를 원격 수신하는 수단이 된다. 로컬 및 리모트 콘텐츠 소스들로부터의 콘텐츠 배포는 비디오 스크린(1304) 및 헤드폰(1305) 같은 프레젠테이션 장치를 통해 이뤄진다. 그러한 종래 구성의 결점들 자명하다: 로컬 콘텐츠 소스(1301)는 다만, 앞서 구매된 비디오 카세트로부터의 영화 같이 기차 운영자가 정한 어떤 것을 미리 준비하여 제공할 수 있다. FM 라디오 수신기(1302)의 대역폭은 일반 FM 라디오 프로그램들 같은 원격 출력 콘텐츠 중 매우 제한된 정도만을 액세스할 수 있다.
도 14는 모바일 라우터(302)를 콘텐츠 소스로 취함으로써 차량의 엔터테인먼트 시스템이 얼마나 많이 향상될 수 있는지를 보인 것이다. 여기서, 모바일 라우터(302) 및 엔터테인먼트 서버(1303)는 서로 상이한 장치들이지만 이들의 기능들이 하나의 컴퓨터 안에서 구현될 수도 있다고 가정한다. 모바일 라우터(302)는 앞서 기술한 바와 같이 패킷 교환형 데이터 네트워크의 라우터 및 네트워크 노드로서 동작할 수 있다. 한편, 수반되는 대량의 전송 용량으로 인해, 그것은 DVB-T (Digital Video Broadcasting-Terrestrial) 및/또는 MPEG (Motion Picture Experts Group) 전송을 위한 수신기로도 동작할 수 있다. 큰 스케일의 로컬 스토리지 장비(1401)를 통해 증대될 때, 모바일 라우터(302)는 온라인 상으로 들어오는 수많은 디지털 방송 스트림들을 저장하고, 수많은 최종 사용자들에게 그들이 원하는 속도 로 저장된 콘텐츠를 보게할 가망성을 제공할 수 있다.
비디오 스크린(1304)이 퍼스널 비디오 스크린이어서 각각의 최종 사용자가 시청할 콘텐츠에 대한 각자의 선택을 행할 수 있다고 전제할 수 있다. 도 14의 시스템의 일부로서, 각 자리 주변에 편리하게 자리한 작은 제어 패널(1402)이 있으며, 그로부터 엔터테인먼트 서버 및 옵션으로서 모바일 라우터까지의 업스트림(upstream) 제어 채널 접속이 있게 된다. 도 15는 제어 패널 사용의 전형적인 시퀀스를 예시한 것이다. 맨 위의 단계에서 제어 패널 내 디스플레이(1501)는 두 가지 선택사항만을 포함한다. 최종 사용자가 빗금으로 그려진 좌상단 버튼(1502)을 눌러, 중간 단계와 같이 제목들이 나타나게 한다. 이제 우상단 버튼(1503)을 누르면 최종 사용자로 하여금, 모바일 라우터가 DVB-T 형식 등으로 수신하여 로컬 스토리지 설비 안에 저장하였던 최근의 풋볼 매치를 볼 수 있게 한다. 최종 사용자는 재생 시작, 되감기, 빨리 감기, 일시 정지를 위해 제어 버튼들을 사용할 수 있고, 그 동작들은 모두 모바일 라우터가 스토리지 설비로부터 저장된 콘텐츠를 읽고 그것을 최종 사용자의 퍼스널 비디오 스크린으로 포워드하는 방식들을 말한다.
수신된 (그리고 저장된) 콘텐츠를 차량의 내장된 프레젠테이션 시스템(1304 및 1305)을 통해 배포하는 다른 방법으로서, 모바일 라우터(302)가 그것을 로컬 WLAN 접속을 통해 최종 사용자 자신의 단말(301)로 포워드할 수도 있을 것이다.
도 14의 시스템은 많은 종류의 자동화된 기능을 가능하게 한다. 예를 들어, 모바일 라우터(302)와 엔터테인먼트 서버(1303)의 조합이 프로그램되어, 시간, 검출 위치, 또는 djEJs 다른 유사한 트리거 (triggering) 입력에 따라 엔터테인먼트 및 기타 콘텐츠 제공을 시작, 종료 및 변경할 수 있다. 가장 바람직한 시스템은 차량의 내장된 공지 시스템으로부터의 입력 접속부를 또한 포함하여, 가령 철로 가드 (guard)가 이 시스템을 이용해 공지문을 배포할 수 있도록 한다. 이를테면 진행중인 콘텐츠 배포가 직원 공지사항 중에 일시 정지되어야 하는지 여부나, 콘텐츠 배포를 이면에서 계속될 수 있게 할 것인지 여부 등에 대한 프로그램 가능한 선택을 제공하는 것이 용이하다.
본 발명은 위에서 특정 예들을 가지고 예시되었으나, 지금까지의 내용이 어떤 명백한 다른 대안적 실시예들을 배제하는 것으로 추론되어서는 안 될 것이다. 예를 들어, 상기 내용은 유일하게 철로 어플리케이션들을 중심으로 되풀이되고 있으나, 본 발명은 차로 트래픽에도 마찬가지로 적용될 수 있다. 특히 대부분의 도시 지역 바깥에서, 개인 운전자의 차도 상대적으로 예측이 잘되는 루트를 따라 이동한다: 운전자들은 가장 주요한 노선을 따라 운전하면서 장거리를 여행하는 경향이 있고, 각각의 주요 분기점에서는 가야할 가능한 새 도로들 및 궁극적으로 들어가야 할 가능한 새 셀들의 수는 매우 제한되어 있다. 분기점들 간 차의 진행은 철로 트랙을 따라 가는 기차의 진행과 매우 흡사하다. 차가 주요 분기점에 다가오고 있을 때, 네트워크는 각각의 가능한 새 도로를 따라 제1셀을 예측된 다음 셀들의 그룹으로 선택할 수 있다. 버스는 개인 차량보다 훨씬 더 정확히 예측된 루트를 따라 이동할 것이고, 그 경우 본 발명을 적용하면 철로 어플리케이션들에서와 매우 유사한 절차를 다르게 된다.
도로 기반 WLAN은 주요 도로의 전체 길이 혹은 여러 주요 도로들을 커버하도 록 확장된 "핫 스팟 (hot spot)"으로서 간주될 수 있다. 한 차나 버스가 그러한 주요 도로들 상에 머무는 한, 논리적인 위치의 관점에서 볼 때, 그 안의 최종 사용자의 단말은 "도로 WLAN 안에" 있고, 이동성 관리는 철로 예에서와 매우 동일한 방식으로 닫힌 도로 기반 WLAN 네트워크 안에서만 수행되어야 한다. 차나 버스가 부차적 (minor) 도로를 택하(거나 최종 사용자가 기차 밖으로 나와 그 역을 커버하는 ONU/AP의 셀로부터 벗어나면), 최종 사용자의 단말은 도로 기반 WLAN 네트워크에서 나오게 되지만, 여전히 일반 셀룰라 네트워크 등과 통신할 수 있고, 이 네트워크 내에서는 보통 이용가능한 대역폭이 더 적게 된다. 따라서 논리적인 위치의 맥락에서, 도로 기반 WLAN이나 철로 WLAN은 하나의 "섬"을 이루고, 최종 사용자의 단말이 적절한 ONU/AP들 중 하나와 통신하는 한 그 안에 머문다.
다른 명백한 일반화가, 장거리 광 케이블로부터 취하여 ONU/AP들을 OLT들에 접속하기 위해 사용되는 광 섬유나 소수의 광 섬유들의 사용에 관한 것이다. 이것은 대다수의 트랙측 ONU/AP들에서 사용될 가장 바람직한 선택사항이라고 간주 되나, 모든 ONU/AP가 단지 이런 종류의 접속만을 가질 것이라고 예상하는 것은 불합리하다. 예를 들어, 대형 철로 역에서, 적용범위 요건은 전용 ONU/AP들을 그들의 셀들이 철로 구내나 대기실 등을 포괄하도록 배치할 필요가 있을 것이다. OLT 또한 그 역에 존재하면, 강제로 ONU/AP를 어딘가 장거리 광 케이블이 놓인 곳에 가깝게 배치하려고 하는 대신, OLT로부터 그 분리된 ONU/AP까지 별도의 광 섬유를 잇는 것이 바람직할 수 있다.

Claims (24)

  1. 모바일 라우터(302)에 있어서,
    상기 모바일 라우터(302)는 예측가능하게 이동하는 차량(303) 안에 위치하고 그 차량(303)에 탑재된 무선 네트워크의 허브로서 동작하도록 구성되고,
    상기 모바일 라우터(302)는 모바일 라우터(302)가 상주하는 셀(501, 502) 내 고정 트랜시버(304)와 통신하도록 구성되고,
    상기 모바일 라우터(302)는 라우팅 기능(407)을 갖추고,
    상기 모바일 라우터(302)는 패킷 교환형 데이터 네트워크 및, 차량(303)에 탑재된 무선 네트워크상에서 작동하는 최종 사용자의 단말(302) 간 데이터 패킷들의 라우팅을 구현하도록 구성되고,
    상기 모바일 라우터(302)는, 속도 결정 수단(409, 711, 712)으로부터 수신된 속도 표시에 기초해, 상기 모바일 라우터(302)의 트랜시버(601, 621, 622) 및 상기 고정 트랜시버(304) 간 라디오 접속시의 교정 측정 (corrective measure)을 수행하도록 구성되고,
    상기 속도 표시에 기초해 수행되는 교정 측정은 패킷 사이즈의 동적 결정을 포함함을 특징으로 하는 모바일 라우터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 속도 결정 수단(409, 711, 712)으로서, 위치확인 시스템 수신기(409)를 포함함을 특징으로 하는 모바일 라우터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 속도 결정 수단(409, 711, 712)으로서, 기차 속도계에서 상기 모바일 라우터(302)로의 인터페이스를 포함함을 특징으로 하는 모바일 라우터.
  4. 예측가능하게 이동하는 차량(303)에 태워진 최종 사용자들의 단말들(301)과 무선 통신 접속을 설정 및 관리하기 위한 방법에 있어서,
    - 차량(303)에 태워진 모바일 라우터(302) 주변에 무선 네트워크를 설정하는 단계(1204, 1205),
    - 각각이 한 셀(501, 502)을 이루는 지리적 적용 영역을 가진 다수의 고정 트랜시버들(304) 중 하나와 모바일 라우터(302)의 트랜시버(601, 621, 622) 간 라디오 접속을 설정하는 단계(1201, 1211, 1219, 1231),
    - 상기 라디오 접속을 이용해, 차량(303)에 태워진 모바일 라우터(302) 및 외부의 패킷 교환형 데이터 네트워크 사이에서 데이터 패킷들을 전송하는 단계(1208, 1215, 1224, 1225, 1228, 1235),
    - 패킷 교환형 데이터 네트워크 및, 차량(303)에 탑재된 무선 네트워크상에서 작동하는 최종 사용자의 단말(301) 사이에서 데이터 패킷들을 라우팅하도록, 상기 차량에 태워진 모바일 라우터에서 라우팅 테이블들을 관리하는 단계(1205, 1212, 1223, 1232)를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 차량(303)에 탄 모바일 라우터(302) 및 외부의 패킷 교환형 데이터 네트워크 사이의 지속적 접속을 가능하게 하기 위해,
    - 차량(303)에 탄 모바일 라우터(302)가 통신하고 있는 한 고정 트랜시버(304), 및 추가로 차량(303)에 탄 모바일 라우터(302)가 다음에 통신할 가능성이 가장 큰 고정 트랜시버(304)인 다른 고정 트랜시버(304)에, 다운링크 패킷들을 전송하는 단계(1208)를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    - 여러 개의 고정 트랜시버들(304)이 한 서브 네트워크(1102)에 속하고,
    - 차량(303)의 예상 이동 루트를 따라 여러 개의 연속 서브 네트워크들(1102)이 존재하며,
    - 차량(303)에 탄 모바일 라우터(302)가, 제1서브 네트워크의 한 고정 트랜시버(304)의 셀(501, 502)로부터 제2서브 네트워크에 속하는 인접한 한 고정 트랜시버(304)의 셀로 예측가능하게 이동하고 있는 상황에서,
    상기 방법은, 상기 제2서브 네트워크에 속하는 상기 고정 트랜시버(304)로부터 차량(303)에 탄 모바일 라우터(302)까지의 추가 전송을 위해, 차량(303)에 탄 모바일 라우터(302)로 가기로 된 다운링크 데이터 패킷들을, 상기 제1서브 네트워크에서 상기 제2서브 네트워크까지 터널링하는 단계(1224)를 포함함을 특징으로 하는 방법.
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