KR100966180B1 - 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지할 수 있는핸드오버 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지할 수 있는 핸드오버 방법에 관한 것으로, 소스 기지국이 이웃 기지국들로의 핸드오버 준비 요청에 따라, 각 이웃 기지국과 액세스 게이트웨이간에 사용자 평면 경로를 설정 또는 해제하고, 사용자 평면 경로 설정정보를 저장하고 무선자원을 할당함으로써 핸드오버를 준비하고, 이동단말로부터의 핸드오버 요청에 따라 소스 기지국이 핸드오버할 타겟 기지국을 결정하고, 결정된 타겟 기지국이 상기 사용자 평면 경로 설정정보에 등록된 경우, 타겟 기지국과의 신호 교환없이 할당된 무선자원을 이용해 핸드오버를 수행하도록 구현하여 핸드오버시의 시간 지연을 방지할 수 있도록 한 것이다.

핸드오버, 시간 지연, 사용자 평면 경로, 핸드오버 준비

Description

기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지할 수 있는 핸드오버 방법{Handover method for preventing time delay according to signal exchanging between base stations}

본 발명은 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지할 수 있는 핸드오버 방법에 관한 것으로, 특히 이동통신 시스템 기지국의 핸드오버 처리 기술에 관련한 것이다.

본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2005-S-404-23, 과제명: 3G Evolution 액세스 시스템 개발].

3GPP LTE 시스템 등의 이동통신 시스템에서 비동기식 핸드오버(Non-Synchronized Handover) 프로시저 즉, 랜덤 액세스(Random Access) 절차에 의한 충돌 기반 핸드오버(Contention-based Handover)는 비실시간 서비스에 대해서는 여러가지 대책을 마련하여 무손실(Lossless) 핸드오버를 지향할 수 있다.

그러나, VoIP, 게이밍(Gaming) 등과 같은 실시간 서비스에서는 랜덤 액세스 동기화시의 L1/L2 계층이 근본적으로 지니는 시간 지연과, 유선 시그널링 지연, 순 차적인 시그널링 등에 의한 시간 지연 때문에 무손실(Lossless) 핸드오버 수행이 어렵다.

본 발명자는 비동기식 핸드오버에 있어서의 순차적인 시그널링 처리 대신 시스널링을 동시에 병행하여 처리하고, 랜덤 액세스를 피함으로써 실시간 서비스에서 발생하는 시간 지연을 효과적으로 방지할 수 있는 핸드오버 기술에 대한 연구를 하게 되었다.

본 발명은 상기한 취지하에 발명된 것으로, 기지국들간의 유선측 자원은 핸드오버 수행전에 사전 준비시키고, 핸드오버 수행시에 특정한 경우에 있어서 소스 기지국과 타겟 기지국간에 신호 교환을 수행하지 않고 핸드오버를 진행함으로써 핸드오버 시간 지연을 줄여서 기존 방법보다 빠른 핸드오버를 수행할 수 있는 핸드오버 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 본 발명은 이동단말의 특정한 이벤트 정보에 따라 소스 기지국이 이웃 기지국들로의 핸드오버 준비 요청에 따라, 각 이웃 기지국과 액세스 게이트웨이간에 사용자 평면 경로를 설정 또는 해제하고, 사용자 평면 경로 설정정보를 저장하며, 이웃 기지국들의 자원이 충분한 경우에 무선자원 할당함으로써 핸드오버를 준비하고, 이동단말로부터의 핸드오버 요청에 따라 소스 기지국이 핸드오버할 타겟 기지국을 결정하고, 결정된 타겟 기지국이 상기 사용자 평면 경로 설정정보와 무선자원 설정정보가 등록된 경우, 타겟 기지국과의 신호 교환없이 핸드오버를 수행하여 시간 지연을 방지하는 하 는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 본 발명은 이동단말이 타겟 기지국에 접속시 프리엠블(Preamble)에 의한 충돌 기반이 아닌 업링크에 액세스 정보를 바로 제공함으로써 타겟 기지국으로의 액세스시 충돌이 발생하지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 핸드오버시 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지하고, 충돌 없이 타겟 기지국에 액세스 함으로써 효율적인 핸드오버를 수행할 수 있는 유용한 효과를 가진다.

특히, 본 발명은 실시간 서비스에서의 랜덤 액세스 동기화 절차에서의 L1/L2 계층이 근본적으로 지니는 시간 지연과, 유선 시그널링 지연, 순차적인 시그널링 등에 의한 시간 지연을 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.

도 1 은 핸드오버 개요도로, 3G LTE의 경우를 예로 든 것이다. 기지국간의 핸드오버는 이동단말(UE : User Equipment)의 이동에 따라 현재 연결중인 소스(Source) 기지국과의 연결을 끊고, 타겟(Target) 기지국과 연결하여 경로를 변경(Path Switching)하는 것을 말한다.

도면에서, eNB(evolved NodeB)은 기지국이고, 액세스 게이트웨이(aGW : access GateWay)는 3G LTE의 MME(Mobility Management Entity)와 SAE(System Architecture Evolution) 게이트웨이 등의 이동통신 시스템 관리 개체를 말한다. OP IP Serv는 운용(operational) IP 서비스 네트워크로, 예컨대 IMS(IP Multimedia Service)와 PSS(Portable Subscriber Station) 등을 의미한다.

3G LTE에서는 기지국(eNB)과 MME간의 인터페이스를 S1이라 하고, 기지국(eNB)간의 인터페이스를 X2라 하고, 기지국(eNB)과 이동단말(UE)과의 무선 인터페이스를 XU라 한다.

그리고, 현재 이동통신단말기(UE)가 서빙되는 기지국(eNB)은 소스(Source) 기지국이라 하고, 그 이웃하는 기지국을 이웃(Neighbor) 기지국이라 하고, 이웃 기지국들 중에 어느 하나가 핸드오버할 기지국으로 결정되면 이를 타겟(Target) 기지국이라 한다.

본 발명에서 언급되는 경로 변경(Path Switching)은 이동단말의 이동으로 인하여 셀이 바뀌어 기지국을 바뀌는 상황에서 현재 연결중인 소스(Source) 기지국과 액세스 게이트웨이와의 연결을 끊고, 타겟(Target) 기지국과 엑세스 게이트웨이를 연결하여 트래픽 경로를 변경하는 것을 의미한다.

도 2 는 3G LTE 에서의 비동기식(Non-synchronized) 핸드오버 절차를 도시한 도면이다.

(1 단계) 측정 보고

이동단말(UE)로부터 핸드오버 이벤트용 측정 보고(Measurement Report) 메시지가 수신되면, 소스(Source) 기지국이 이웃(Neighbor) 기지국들중 어느 하나를 선정하여 타겟 기지국을 결정한다. 통상적으로 이웃 기지국들중 신호세기가 가장 강한 기지국이 타겟 기지국으로 선택된다. 여기서 의미하는 핸드오버 이벤트용 측정보고란 예컨대, 서빙 기지국의 신호세기 보다 이웃 기지국의 신호세기가 커지는 경우이다.

(2 단계) 핸드오버 요청

타겟 기지국이 선정되면, 소스 기지국이 타겟 기지국으로 핸드오버 요청(HO Request) 메시지를 전송한다. 이 때, 핸드오버 요청 메시지를 통해 현재 서빙 기지국에서 설정되어 있는 이동단말(UE)과의 접속 계층과, 비접속 계층에 대한 정보를 타겟 기지국에 제공한다.

(3 단계) 핸드오버 요청 확인

핸드오버 요청(HO Request) 메시지를 수신한 타겟 기지국이 자신으로 이동할 이동단말(UE)이 랜덤 액세스(Random Access)할 프리엠블(Preamble)과 RNTI(Radio Network Temporary Identity)를 핸드오버 요청 확인(HO Request Confirm) 메시지를 통해 소스 기지국에 전송한다.

(4 단계) 핸드오버 명령

핸드오버 요청 확인(HO Request Confirm) 메시지를 수신한 소스 기지국이 핸드오버 명령(HO Command) 메시지를 통해 이동단말(UE)로 새로운 타겟 기지국에 접속할 RNTI와 데디케이티드 프리엠블(Dedicated Preamble) 정보를 제공한다.

이 때, 소스 기지국은 무선 하향링크(Downlink)로의 패킷 전송을 중지하고, 이동단말은 상향링크(Uplink)로의 패킷 전송을 중지시키기 때문에 상하향 패킷이 단절된다.

(5 단계) 핸드오버 수행

핸드오버 명령(HO Command) 메시지를 수신한 이동단말(UE)이 프리엠블(Preamble)을 이용해 랜덤 액세스 절차 즉, 동기화(Synchronization)를 수행한다. 이 때 핸드오버용 전용 프리엠블(Preamble)은 상당히 제한적이므로 충동될 가능성이 높다.

랜덤 액세스가 성공하면서 이동단말을 위한 타이밍 상승(Timing Advance for UE) 및 이동단말 승인(UE Grant)을 통해 TA(Timing Advance) 정보가 전송된다. 이 때, 상향링크(UL) 자원이 할당되는 시간이 상대적으로 크며, 랜덤 액세스 실패시는 더욱 시간이 커진다. 즉, 랜덤 액세스에 의한 과정은 동기식 핸드오버(Synchronized HO) 방식에 비해 상대적으로 큰 시간을 가지며, 실패시 더욱 커지게 된다.

(6 단계) 핸드오버 완료

핸드오버 수행이 정상적으로 이루어지면, 이동단말(UE)이 타겟 기지국으로 핸드오버 완료(HO Complete) 메시지를 전송한다. 이동단말은 자신이 보낸 핸드오버 완료(HO Complete) 메시지가 타겟 기지국에 무사히 도착했다는 응답(Ack) 메시지를 수신하면, 핸드오버 명령(HO Command) 수신시 전송을 중지했던 상향링크 패킷을 전송하게 되는데, 상향링크 패킷 전송 단절시간을 UL Interruption Time이라 한다.

(7 단계) 경로 변경

핸드오버 완료(HO Complete) 메시지를 수신한 타겟 기지국은 액세스 게이트웨이 즉, MME/SAE 게이트웨이로 사용자 평면 라우트 업데이트(U-plane route update) 메시지를 보낸다.

사용자 평면 라우트 업데이트(U-plane Route Update) 메시지를 수신한 액세스 게이트웨이는 사용자 평면 라우트 업데이트(U-plane Route Update) 메시지 내용에 근거하여 타겟 기지국과 MME와의 사용자 평면 경로(U-plane Path)를 설정하고, 소스 기지국과 액세스 게이트웨이와의 이전 사용자 평면 경로(Old U-plane Path)는 끊는다.

하향링크 패킷의 경우, 핸드오버 명령(HO Command) 메시지를 이동단말이 수신한 시점부터 사용자 평면 라우트 업데이트(U-plane Route Update) 메시지를 타겟 기지국이 수신하는 시점까지 이전 사용자 평면 경로(Old U-plane Path)를 통해 전송할 경우 패킷 손실이 발생할 수 있다. 따라서, 이 과정 동안의 패킷 손실을 방지하기 위해 소스 기지국은 하향링크 패킷을 타겟 기지국으로 포워딩(Forwarding)해 야 한다.

패킷 포워딩은 핸드오버 명령(HO Command) 메시지를 이동단말이 수신한 시점부터 사용자 평면 라우트 업데이트(U-plane Route Update) 메시지를 타겟 기지국이 수신하는 시점까지 계속되므로, 이동단말과 타겟 기지국의 무선 인터페이스(X2-U)의 지연시간을 감안한다면, 사용자 평면 라우트 업데이트(U-plane Route Update) 메시지를 타겟 기지국이 수신한 시점 이후에도 패킷 포워딩이 지속될 수 있다.

핸드오버 명령(HO Command) 메시지를 이동단말이 수신한 시점부터 사용자 평면 라우트 업데이트(U-plane Route Update) 메시지를 타겟 기지국이 수신하는 시점까지의 하향링크 패킷 전송 단절시간을 DL Interruption Time이라고 한다.

한편, 핸드오버가 완료되면, 타겟 기지국은 소스 기지국으로 이전(Old) 자원을 해제하라는 자원 해제(Resource Release) 메시지를 보낸다.

도 2 에 도시한 비동기식 핸드오버(Non-sychronized Handover)는 모든 과정이 순차적으로 진행되기 때문에 핸드오버에 소요되는 전체 시간은 각 단계에 소요되는 시간을 순차적으로 더하면 된다.

그러나, 타겟 기지국과 소스 기지국간의 무선 인터페이스(X2)를 통한 신호 교환 시간은 시스템 구성이나 트래픽 부하에 따라 지연시간이 상당히 큰 폭으로 가변되며, 랜덤 액세스에 의한 동기화 및 자원 할당은 기본적으로 실패 확률도 높고 상대적으로 동기식 핸드오버(Synchronized Hadnover)에 비해 소요시간이 크기 때문에 실시간 서비스를 제공하는데 한계가 있다.

따라서, 본 발명에서는 도 3 에 도시한 방법을 통해 도 2 에 도시한 것과 같은 비동기식 핸드오버(Non-synchronzied Handover)가 가진 문제를 해결하고자 한다. 도 3 은 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지할 수 있는 핸드오버 방법의 일 실시예에 따른 흐름도이다.

도면에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지할 수 있는 핸드오버 방법은 핸드오버 준비단계(S100)와, 핸드오버 수행단계(S200)를 포함하여 이루어진다.

상기 핸드오버 준비단계(S100)는 소스(Source) 기지국이 이웃(Neighbor) 기지국들로의 핸드오버 준비요청에 따라, 각 이웃 기지국과 액세스 게이트웨이(Access Gateway)간에 사용자 평면 경로(U-plane Path)를 설정 또는 해제하고, 각 이웃 기지국의 무선자원 정보를 저장한다.

상기 핸드오버 수행단계(S200)는 소스 기지국이 핸드오버(Handover)할 타겟 기지국을 결정하고, 결정된 타겟 기지국이 상기 사용자 평면 경로 설정정보에 등록된 경우, 타겟 기지국과의 신호 교환없이 핸드오버를 수행하여 시간 지연을 방지한다.

따라서, 본 발명은 상기 핸드오버 준비단계(S100)를 통해 소스(Source) 기지국과 이웃(Neighbor) 기지국들간의 유선측 자원은 핸드오버 수행전에 사전 준비시키고, 핸드오버 수행단계(S200)에서는 소스 기지국과 타겟 기지국간의 신호 교환을 수행하지 않고 핸드오버를 진행함으로써 핸드오버시 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지할 수 있으므로, 효율적인 핸드오버를 수행할 수 있어 상기에서 제 시한 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

도 4 는 핸드오버 준비단계의 일 실시예에 따른 흐름도이다. 도면을 참조하여 소스(Source) 기지국과 이웃(Neighbor) 기지국들간의 유선측 자원을 핸드오버 수행전에 사전 준비시키는 핸드오버 준비단계(S100)에 대해 구체적으로 알아본다.

먼저, 단계 S110 에서 소스 기지국이 이동단말로부터 이웃 기지국셀들의 신호세기에 따른 이벤트 정보를 포함하는 측정 보고(Measurement Report)를 수신한다. 이 때, 상기 이벤트 정보는 이웃 기지국셀의 신호세기가 통신 가능한 신호 세기 이상인가 여부에 따라 결정되는 사용자 평면 경로 설정 또는 해제 이벤트 중 어느 하나일 수 있다.

그 다음, 단계 S120 에서 소스 기지국이 현재 이동단말과의 연결설정에 필요한 이동단말 식별정보, 접속 계층 정보 및 비접속 계층 정보를 포함하는 핸드오버 준비 요청(HO Preparation) 정보를 각 이웃 기지국으로 전송한다. 상기 이동단말 식별정보는 전화번호나 장치고유번호 등 이동단말을 식별할 수 있는 고유의 정보를 말한다.

그러면, 핸드오버 준비 요청(HO Preparation) 정보를 수신한 각 이웃 기지국이 단계 S130 에서 핸드오버 준비 요청(HO Preparation) 정보에 포함된 접속계층 정보 및 비접속 계층 정보에 따라 게이트웨이와 사용자 평면 경로(U-plane Path)를 설정 또는 해제하고, 핸드오버 준비 확인(HO Preparation Confirm) 정보를 소스 기지국으로 전송한다. 또한, 이웃 기지국의 무선자원이 상황에 따라 무선자원 설정 또는 해제도 가능하다.

이 때, 상기 이벤트 정보에 포함되는 이벤트가 사용자 평면 경로 설정 이벤트라 판단된 경우, 각 이웃 기지국이 셀 내에서의 이동단말 고유 구분자(C-RNTI : Cell-Radio Network Temporary Identity)를 할당하여 액세스 게이트웨이와 사용자 평면 경로를 설정할 수 있다. 즉, 이 말은 각 이웃 기지국이 무선 접속에 관련된 설정은 하지 않고, 사용하지 않는 이동단말 고유 구분자(C-RNTI)중 하나를 결정하여 이 자원을 사용자 평면 경로로 이용한다는 의미이다. 이웃 셀의 자원이 충분한 경우에 있어서는 무선 접속에 관련된 설정도 할 수 있다.

만약, 이 때, 상기 이벤트 정보에 포함되는 이벤트가 사용자 평면 경로 해제 이벤트라 판단된 경우에는, 타겟 기지국과 액세스 게이트웨이 간에 설정된 사용자 평면 경로를 해제하고, 이와 관련된 데이터들을 삭제한다.

한편, 상기 핸드오버 준비 확인(HO Preparation Confirm) 정보가 핸드오버 준비 성공 또는 실패를 나타내는 정보 예컨대, ACK/NACK용 파일럿(Pilot) 신호인 RS(Reference Signal)와, 이동단말 고유 구분자(C-RNTI) 정보 및 채널 품질정보(CQI : Channel Quality Indicator)를 포함할 수 있다. 상기 이동단말 고유 구분자(C-RNTI) 정보 및 채널 품질정보(CQI : Channel Quality Indicator)는 이후의 핸드오버 수행단계(S200)에서의 핸드오버를 위한 자원 할당시 이용된다.

그 다음, 상기 단계 S130 에 의해 전송된 핸드오버 준비 확인(HO Preparation Confirm) 정보를 수신한 소스 기지국이 단계 S140 에서 각 이웃 기지국으로부터 수신한 핸드오버 준비 확인 정보(HO Preparation Confirm)에 따라 각 이웃 기지국의 무선자원 정보를 저장한다. 이 때, 무선자원 정보에 이동단말 고유 구분자(C-RNTI) 정보가 포함되어 저장되는 것이 바람직하다.

따라서, 이렇게 함에 의해 핸드오버 수행전에 소스(Source) 기지국과 이웃(Neighbor) 기지국들간의 유선측 자원이 사전 준비되게 된다.

도 5 는 핸드오버 수행단계의 일 실시예에 따른 흐름도이다. 도면을 참조하여 소스 기지국과 타겟 기지국간의 신호 교환을 수행하지 않고 핸드오버를 진행함으로써 핸드오버시 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지하는 핸드오버 수행단계(S200)에 대해 구체적으로 알아본다.

먼저, 단계 S210 에서 소스 기지국이 이동단말로부터 이동단말 고유 구분자(C-RNTI) 정보 및 기지국 식별정보(Cell Identity)를 포함하는 핸드오버 요청 정보(Measurement Report)를 수신한다. 이 때, 상기 기지국 식별정보는 예컨대, 셀 명세 스크렘블링 코드(Cell Specific Scrambling Code) 등과 같은 기지국을 식별할 수 있는 고유의 정보를 말한다.

상기 단계 S210 에 의해 핸드오버 요청 정보(Measurement Report)를 수신한 소스 기지국이 핸드오버할 타겟 기지국이 상기 사용자 평면 경로 설정정보에 등록되었는지 검색하여 등록된 경우, 소스 기지국이 단계 S220 에서 타겟 기지국과의 신호 교환없이 이동단말로 핸드오버 명령(HO Command)을 전송하고, 핸드오버를 위한 자원을 할당한다. 만약, 핸드오버할 타겟 기지국이 상기 사용자 평면 경로 설정정보에 등록되지 않은 경우에는 도 2 에 도시한 방법으로 핸드오버 절차가 수행되 게 된다.

이 때, 이웃 기지국에서 사용자 평면 경로와 무선자원 모두를 설정했다면, 종래와는 달리 소스 기지국에서 타겟 기지국으로의 핸드오버 요청(HO Request) 메시지가 필요없지만, 이웃 기지국에서 무선자원 정보만 소스기지국에 넘기고 무선자원을 설정하지 않은 경우에는 핸드오버 요청 트리거(HO Request Trigger)가 필요하다.

상기 핸드오버 요청(HO Request) 메시지는 현재 소스기지국에서 접속/비접속 계층정보가 포함되지만, 핸드오버 요청 트리거(HO Requst Trigger) 메시지는 사실상 내용이 거의 없고 타겟 기지국에서 사용될 이동단말 고유 구분자(C-RNTI) 정보만 포함된다. 이 경우엔 핸드오버 명령(HO Command)을 전송할 때 핸드오버 준비 확인(HO Preparation Confirm) 메시지를 통해 전송된 무선자원 정보를 포함하여 전송하면 된다.

한편, 상기 소스 기지국이 사용자 평면 경로 설정정보에 포함된 이동단말 고유 구분자(C-RNTI : Cell-Radio Network Temporary Identity) 식별정보 및 채널품질정보(CQI : Channel Quality Indicator)와, L1/L2 제어 정보(Layer 1/Layer 2 Control Information)를 이용해 자원 할당할 수 있다. 상기 L1/L2 제어 정보는 소스 기지국의 자원 관리 수단(도면 도시 생략) 등으로부터 획득될 수 있는 소스 기지국이 이미 알고 있는 정보이다.

상기 단계 S220 에 의해 핸드오버를 위한 자원이 할당되면, 단계 S230 에서 이동단말과 소스 기지국간에 상기 할당된 핸드오버를 위한 자원을 이용해 핸드오버 가 수행된다. 만약, 핸드오버가 완료되면, 단계 S240 에서 이동단말이 소스 기지국과 연결을 종료하고, 타겟 기지국에 연결하여 핸드오버를 완료(HO Complete)한다.

따라서, 랜덤 액세스 방식의 충돌 기반의 동기 및 자원 할당을 하지 않고, 이동단말 고유 구분자(C-RNTI) 정보(C-RNTI) 및 채널품질정보(CQI : Channel Quality Indicator)를 이용해 자원 할당 가능하고, 소스 기지국이 이미 알고 있는 L1/L2 제어 채널을 이용하도록 함으로써 랜덤 액세스 방식처럼 채널이 충돌할 염려가 없고, 프로세싱 시간도 현저히 줄일 수 있다.

한편, 본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 핸드오버 수행단계(S200)에서 소스 기지국이 사용자 평면 경로 설정정보에 등록된 이웃 기지국들로 하향패킷을 멀티캐스팅(Multicasting)하도록 구현할 수도 있다.

이 때, 이웃 기지국이 멀티캐스팅되는 하향패킷을 버퍼링하고 있다가, 해당 이웃 기지국이 타겟 기지국으로 결정된 경우에는 패킷 포워딩을 수행하고, 결정되지 않은 경우에는 버퍼링된 패킷을 폐기한다. 한편, 타겟 기지국으로 결정되지 않은 이웃 기지국의 사용자 평면 경로는 제거되고, 할당된 자원은 반환된다.

즉, 이 실시예는 기지국간 핸드오버시의 하향패킷 손실을 방지하는 패킷 포워딩을 수행하기 위해 이웃 기지국들 모두에 대해 하향 패킷을 멀티캐스팅하여 버퍼링되도록 하고, 타겟 기지국으로 결정되는 이웃 기지국은 버퍼링된 패킷의 패킷 포워딩을 수행하고, 타겟 기지국으로 결정되지 않은 나머지 이웃 기지국들은 사용자 평면 경로를 제거하고, 할당된 자원을 반환하도록 하여 효율적인 패킷 포워딩을 수행하도록 한 실시예이다.

한편, 본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 핸드오버 수행단계(S200)에서 소스 기지국이 액세스 게이트웨이로 경로 변경 요청 정보를 전송하고, 상기 액세스 게이트웨이가 경로 변경 요청 정보에 따라, 타겟 기지국 이외의 이웃 기지국에 설정된 사용자 평면 경로를 삭제하도록 구현할 수도 있다.

즉, 이 실시예는 상기와 같이 멀티 캐스팅 방식으로 패킷 포워딩을 수행하지 않고, 소스 기지국이 이동단말로 핸드오버 명령(HO Command)을 전송함과 동시에, 소스 기지국이 액세스 게이트웨이로 경로 변경(Path Switching)을 요청하여, 타겟 기지국으로 경로를 변경하고, 타겟 기지국 이외의 이웃 기지국에 설정된 사용자 평면 경로는 모두 삭제함으로써 하향 패킷이 타겟 기지국을 통해 이동단말로 전송되도록 함으로써 멀티캐스트 방식의 패킷 포워딩시의 부하를 줄일 수 있도록 한 실시예이다.

도 6 을 참조하여 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지할 수 있는 핸드오버 방법을 3G LTE 시스템에 적용한 일 예를 들어본다. 도 6 은 3G LTE 시스템에서의 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지할 수 있는 핸드오버 과정을 도시한 도면이다.

(0a 단계) 측정 보고

이동단말(UE)이 이웃 셀(Neighbor Cell)들을 서치하여 측정 채널의 신호세기가 통신가능한 신호세기에 이상인지 또는 아닌지 여부에 따라 이벤트를 발생시킨다. 전자를 1e 이벤트, 후자를 1f 이벤트로 정의한다. 1e 또는 1f 이벤트가 발생하면 이동단말은 측정 보고(Measuremt Report) 메시지에 이벤트와, 기지국 식별정보(Cell Identity) 및 이동단말 식별정보(UE Identity)를 포함하여 소스 기지국(Source eNB)으로 전송한다.

(0b1 단계) 핸드오버 준비 요청

1e 이벤트와, 기지국 식별정보(Cell Identity) 및 이동단말 식별정보(UE Identity)를 포함한 측정 보고(Measuremt Report) 메시지를 수신한 소스 기지국은 자신의 데이터베이스로부터 기지국 식별정보(Cell Identity)에 해당하는 이웃(Neighbor) 기지국들을 찾아서 각 이웃(Neighbor) 기지국들로 핸드오버 준비 요청(HO Preparation) 메시지를 전송한다.

이 핸드오버 준비 요청(HO Preparation) 메시지를 통해 현재 이동단말이 가진 접속/비접속 계층의 정보(예컨대, 서비스 품질, 이동단말 식별정보 등)를 전달한다.

(0d1, 0d2 단계) 사용자 평면 경로 설정

핸드오버 준비 요청(HO Preparation) 메시지를 수신한 각 이웃 기지국은 액세스 게이트웨인인 MME/SAE 게이트웨이와의 접속을 만들기 위하여 사용자 평면 경 로 요청(U-plane Path Preparation) 메시지를 MME로 전송하고, 이에 대한 응답(U-plane Path Preparation Ack) 메시지 수신을 통해 사용자 평면 경로(U-plane Path)를 설정하고, 해당 이웃 기지국의 무선자원이 충분할 경우 무선자원을 설정한다.

이 때, MME/SAG 게이트웨이에서는 소스 기지국으로 보내는 하향링크 패킷을 기존의 소스 기지국과 MME/SAG 게이트웨이간의 이전 경로(Old Path)와 새로 설정된 경로를 통해 동시에 전송할 수도 있고, 사용자 평면 라우터 업데이트(U-plane Route Update) 메시지를 받은 후에 전송할 수도 있다.

(0b2 단계) 핸드오버 준비 확인

사용자 평면 경로 요청(U-plane Path Preparation)에 대한 응답(U-plane Path Preparation Ack) 메시지를 수신한 각 이웃 기지국이 핸드오버 준비 확인(HO preparation Confirm) 메시지를 핸드오버 준비 요청(HO Preparation) 메시지에 대한 응답으로 소스 기지국으로 전송한다. 그러면, 소스 기지국이 핸드오버 준비 확인(HO preparation Confirm) 메시지에 따라 무선자원 정보를 저장한다.

이 핸드오버 준비 확인(HO preparation Confirm) 메시지에는 각 이웃 기지국과 액세스 게이트웨이인 MME/SAE 게이트간의 핸드오버 준비 완료 성공 또는 실패 여부를 나타내는 정보, C-RNTI(Cell-Radio Network Temporary Identity), Sounding RS(Reference Signal)/CQI(Channel Quality Indicator) 등의 정보가 포함될 수 있다.

그러나, 각 이웃 기지국들은 무선접속에 관련된 설정은 하지 않고, 각 이웃 기지국에서 사용하지 않는 C-RNTI중 하나를 결정하여 이 값과 이동단말 식별정보(UE Identity) 값을 관리한다. 실질적으로 RNTI는 16비트로 이론적으로는 하나의 셀이 655536개의 이동단말을 구분하기 때문에 셀에서 전체를 사용한다는 것은 어렵고, 또한 데디케이트 프리엠블(Dedicated Preamble)에 비하면 충돌 확률을 매우 낮고, 상기 1e, 1f 이벤트 발생의 기준치인 통신가능 신호세기에 마진을 두어 충돌 확률을 더 낮출 수도 있다.

또한, 하나의 이웃 기지국에서 두 개의 소스 기지국에 동일한 C-RNTI를 할당하는 식으로 관리한다 하더라도 충돌 확률이 낮으며, 1f 이벤트에 의해서 자원을 다시 반납함으로 모든 C-RNTI가 풀(Full)이 되는 상황은 거의 없다. 즉, 데디케이트 프리엠블(Dedicated Preamble)보다 풀(Pool)이 크므로, 자원고갈 및 충돌 확률은 거의 없다.

한편, 상기 0a 단계에서 1f 이벤트를 포함한 측정 보고(Measuremt Report) 메시지가 전송된다면, 1e 이벤트의 경우와 동일하게 0b1, 0d1, 0d2, 0b2의 과정을 거치되, 1e 이벤트의 경우와는 반대로 각 이웃 기지국과 MME/SAE 게이트웨이간에 설정된 사용자 평면 경로(U-plane path)를 제거하고, 각 이웃 기지국에서 이와 관련된 정보 예컨대, 기지국 식별정보(Cell Identity), 이동단말 식별정보(UE Identity), C-RNTI를 포함하는 테이블 등을 삭제하고, 무선자원을 해제한다.

이러한 테이블 및 사용자 평면 경로(U-plane path) 삭제는 1f 이벤트에 의해서도 발생할 수 있지만, 각 이웃 기지국의 자체 라이프타임(Life Time) 관리에 따 라 자동으로 삭제할 수도 있다. 이러한 핸드오버 준비 과정은 도 2 에서 도시한 순차적 핸드오버를 수행할 경우 발생하는 핸드오버 지연중 X2 및 S1 시그널링으로 인한 지연을 상당 부분 감소시킬 수 있다.

한편, 핸드오버 준비 과정에서의 시그널링 부하는 유선상황에서는 그렇게 큰 문제가 발생하지 않으므로, 핸드오버에 필요한 유선측의 자원을 핸드오버를 수행하기 전에 미리 준비함으로써 핸드오버시의 소스 기지국과 타겟 기지국간의 신호 교환을 최소화할 수 있어 핸드오버 지연 시간을 단축할 수 있다.

(1 단계) 핸드오버 요청

상기한 핸드오버 준비 과정이 수행된 상태에서 핸드오버 상황이 발생하면, 이동단말(UE)이 소스 기지국으로 측정 보고(Measurement Report) 즉, 핸드오버 요청 메시지를 전송한다. 이 때, 상기 핸드오버 요청 메시지에는 핸드오버를 지시하는 이벤트(Event) 정보, 기지국 식별정보(Cell Idnetity) 등이 포함된다.

(2 단계) 핸드오버 명령

핸드오버 요청 메시지를 수신한 소스 기지국은 핸드오버를 결정하고, 기지국 식별정보(Cell Identity)를 근간으로 데이터베이스를 검색하여 타겟 기지국(Target eNB)을 결정하고, 이동단말(UE)로 핸드오버 명령(HO Command) 메시지를 전송한다.

이 때, 소스 기지국은 이웃 기지국에서 전송되어 데이트베이스에 저장된 타겟 기지국의 C-RNTI, SR/CQI 정보를 검색하여 핸드오버 명령(HO Command) 메시지에 포함하여 이동단말로 전송한다.

(3 단계) 핸드오버 수행

소스 기지국으로부터 핸드오버 명령(HO Command) 메시지를 수신한 이동단말은 핸드오버를 수행하는데, 만약, 핸드오버 준비 과정이 수행되는 동안에 축적된 데이터베이스내에 핸드오버될 타겟 기지국에 해당하는 기지국이 없다면 도 2 에 도시한 과정을 거쳐 핸드오버가 수행된다.

만약, 핸드오버될 타겟 기지국에 해당하는 기지국이 데이터베이스내에 있다면, 소스 기지국과 타겟 기지국간의 신호 교환없이 핸드오버를 수행함으로써 도 2 에 도시한 순차적으로 핸드오버를 수행하는 방법에 비해 시간 지연을 감소시킨다.

이동단말은 도 2 에 도시한 바와 같은 랜덤 액세스 방식의 충돌기반의 동기 및 자원할당을 하지 않고, SR/CQI 정보와, L1/L2 제어 정보를 이용해 자원할당 한다. 이동단말은 이미 타겟 기지국의 L1/L2 제어 채널을 정보를 알고, 이 채널을 바로 이용함으로써 도 2 에 도시한 랜덤 액세스 방식에서 처럼 충돌될 확률이 없고, 프로세싱 시간이 현저히 줄게 된다.

또한, 랜덤 액세스 방식의 경우 핸드오버 실패한 경우 다시 몇번을 수행할지 모르므로, 정확한 핸드오버 지연시간 예측이 어렵고 변동이 크나, 본 발명은 바로 액세스가 가능하므로, 프로세싱 시간의 변동이 작다.

(4 단계) 핸드오버 완료

핸드오버 수행이 정상적으로 이루어지면, 이동단말(UE)이 타겟 기지국으로 핸드오버 완료(HO Complete) 메시지를 전송한다. 이동단말은 자신이 보낸 핸드오버 완료(HO Complete) 메시지가 타겟 기지국에 무사히 도착했다는 응답(Ack) 메시지를 수신하면, 핸드오버 명령(HO Command) 수신시 전송을 중지했던 상향링크 패킷을 전송하게 되는데, 상향링크 패킷 전송 단절시간을 UL Interruption Time이라 한다.

(5 단계) 하향링크 패킷 처리

핸드오버가 수행되는 동안에는 하향 링크 패킷이 손실될 가능성이 있으므로, 패킷 포워딩(Packet Forwarding)을 통해 패킷 손실을 방지해야 한다. 본 발명에서는 2가지 방법으로 하향링크 패킷의 손실을 방지할 수 있다.

하나의 방법은 핸드오버 수행시 소스 기지국이 사용자 평면 경로(U-plane Path) 설정정보에 등록된 이웃 기지국들로 하향패킷을 멀티캐스팅(Multicasting)하도록 구현하는 방법이다.

이 방법은 이웃 기지국이 멀티캐스팅되는 하향패킷을 버퍼링하고 있다가, 해당 이웃 기지국이 타겟 기지국으로 결정된 경우에는 패킷 포워딩을 수행하고, 결정되지 않은 경우에는 버퍼링된 패킷을 폐기한다. 한편, 타겟 기지국으로 결정되지 않은 이웃 기지국의 사용자 평면 경로는 제거되고, 할당된 자원은 반환된다.

즉, 기지국간 핸드오버시의 하향패킷 손실을 방지하는 패킷 포워딩을 수행하기 위해 이웃 기지국들 모두에 대해 하향 패킷을 멀티캐스팅하여 버퍼링되도록 하고, 타겟 기지국으로 결정되는 이웃 기지국은 버퍼링된 패킷의 패킷 포워딩을 수행 하고, 타겟 기지국으로 결정되지 않은 나머지 이웃 기지국들은 사용자 평면 경로를 제거하고, 할당된 자원을 반환함으로써 효율적인 패킷 포워딩을 수행하게 된다.

타겟 기지국으로 결정되지 못한 이웃 기지국의 입장에서는 일정한 하향링크 패킷을 버퍼링하고 있다가, 라이프타임이 끝났는데도 핸드오버 완료(HO Complete)가 없으면, 버퍼(Buffer)를 비우고, 소스 기지국을 통해 소스 기지국이 관리하는 C-RNTI, 이동단말 식별정보(UE Identity), SR/CQI 정보 등의 관련 정보를 제거하고, 이웃 기지국과 MME/SAE 게이트웨이간에 설정된 사용자 평면 경로(U-plane Path) 제거를 MME/SAE 게이트웨이에 요청한다.

또 다른 방법은 핸드오버 수행시 소스 기지국이 액세스 게이트웨이인 MME/SAE 게이트웨이로 경로 변경 요청 정보를 전송하고, 상기 MME/SAE 게이트웨이가 경로 변경 요청 정보에 따라, 타겟 기지국 이외의 이웃 기지국에 설정된 사용자 평면 경로를 삭제하는 방법이다.

즉, 이 실시예는 상기와 같이 멀티 캐스팅 방식으로 패킷 포워딩을 수행하지 않고, 소스 기지국이 이동단말로 핸드오버 명령(HO Command)을 전송함과 동시에, 소스 기지국이 MME/SAE 게이트웨이로 경로 변경(Path Switching)을 요청하여, 타겟 기지국으로 경로를 변경하고, 타겟 기지국 이외의 이웃 기지국에 설정된 사용자 평면 경로는 모두 삭제함으로써 하향 패킷이 타겟 기지국을 통해 이동단말로 전송되도록 함으로써 멀티캐스트 방식의 패킷 포워딩시의 부하를 줄여 핸드오버 지연 효과를 감소시킬 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 의해 참조되는 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만, 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 범위 내에서 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.

본 발명은 기지국간 핸드오버 기술 분야 또는 이의 응용 기술 분야에서 산업상으로 이용 가능하다.

도 1 은 핸드오버 개요도

도 2 는 3G LTE 에서의 비동기식 핸드오버 절차를 도시한 도면

도 3 은 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지할 수 있는 핸드오버 방법의 일 실시예에 따른 흐름도

도 4 는 핸드오버 준비단계의 일 실시예에 따른 흐름도

도 5 는 핸드오버 수행단계의 일 실시예에 따른 흐름도

도 6 은 3G LTE 시스템에서의 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지할 수 있는 핸드오버 과정을 도시한 도면

Claims (10)

1. a) 소스 기지국이 이웃 기지국들로의 핸드오버 준비 요청에 따라, 각 이웃 기지국과 액세스 게이트웨이간에 사용자 평면 경로를 설정 또는 해제하고, 각 이웃 기지국의 무선자원 정보를 저장하는 핸드오버 준비단계와;

   b) 소스 기지국이 핸드오버할 타겟 기지국을 결정하고, 사용자 평면 경로 설정정보에 상기 결정된 타겟 기지국이 등록된 경우 타겟 기지국과의 신호 교환없이 핸드오버를 수행하여 시간 지연을 방지하는 핸드오버 수행단계를;

   포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지할 수 있는 핸드오버 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 a) 단계가:

   a1) 소스 기지국이 이동단말로부터 이웃 기지국셀들의 신호세기에 따른 이벤트 정보를 포함하는 측정 보고를 수신하는 단계와;

   a2) 소스기지국이 현재 이동단말과의 연결설정에 필요한 이동단말 식별정보, 접속 계층 정보 및 비접속 계층 정보를 포함하는 핸드오버 준비 요청 정보를 각 이웃 기지국으로 전송하는 단계와;

   a3) 각 이웃 기지국이 핸드오버 준비 요청 정보에 포함된 접속계층 정보 및 비접속 계층 정보에 따라 게이트웨이와 사용자 평면 경로를 설정 또는 해제하고, 핸드오버 준비 확인 정보를 소스 기지국으로 전송하는 단계와;

   a4) 소스 기지국이 각 이웃 기지국으로부터 수신한 핸드오버 준비 확인 정보에 따라 각 이웃 기지국의 무선자원 정보를 저장하는 단계를;

   포함하는 것을 특징으로 하는 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지할 수 있는 핸드오버 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 이벤트가:

   이웃 기지국셀의 신호세기가 통신 가능한 신호 세기 이상인가 여부에 따라 결정되는 사용자 평면 경로 설정 또는 해제 이벤트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지할 수 있는 핸드오버 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 a3) 단계에서:

   이웃 기지국이 사용자 평면 경로 설정 이벤트라 판단된 경우, 이동단말 고유 구분자를 할당하여 액세스 게이트웨이와 사용자 평면 경로를 설정하는 것을 특징으로 하는 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지할 수 있는 핸드오버 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 b) 단계가:

   b1) 소스 기지국이 이동단말로부터 기지국 식별정보를 포함하는 핸드오버 요청 정보를 수신하는 단계와;

   b2) 핸드오버할 타겟 기지국이 상기 사용자 평면 경로 설정정보에 등록된 경우, 소스 기지국이 타겟 기지국과의 신호 교환없이 이동단말로 핸드오버 명령을 전송하고, 핸드오버를 위한 자원을 할당하는 단계와;

   b3) 이동단말과 소스 기지국간에 상기 할당된 핸드오버를 위한 자원을 이용해 핸드오버를 수행하는 단계와;

   b4) 이동단말이 소스 기지국과 연결을 종료하고, 타겟 기지국에 연결하여 핸드오버를 완료하는 단계를;

   포함하는 것을 특징으로 하는 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지할 수 있는 핸드오버 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 b2) 단계에서:

   사용자 평면 경로 설정정보에 포함된 이동단말 고유 구분자(C-RNTI) 정보 및 채널 품질정보와, L1/L2 제어 정보를 이용해 자원 할당하는 것을 특징으로 하는 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지할 수 있는 핸드오버 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 b) 단계에서:

   소스 기지국이 핸드오버가 수행되는 동안 사용자 평면 경로 설정정보에 등록된 이웃 기지국들로 하향패킷을 멀티캐스팅하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지할 수 있는 핸드오버 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   이웃 기지국이 멀티캐스팅되는 하향패킷을 버퍼링하고 있다가, 해당 이웃 기지국이 타겟 기지국으로 결정된 경우에는 패킷 포워딩을 수행하고, 결정되지 않은 경우에는 버퍼링된 패킷을 폐기하는 것을 특징으로 하는 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지할 수 있는 핸드오버 방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   타겟 기지국으로 결정되지 않은 이웃 기지국의 사용자 평면 경로는 제거되고, 할당된 자원은 반환되는 것을 특징으로 하는 기지국간 신호 교환에 의한 시간 지연을 방지할 수 있는 핸드오버 방법.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 b) 단계에서:

    소스 기지국이 액세스 게이트웨이로 경로 변경 요청 정보를 전송하고, 상기 액세스 게이트웨이가 경로 변경 요청 정보에 따라, 타겟 기지국 이외의 이웃 기지국에 설정된 사용자 평면 경로를 삭제하는 것을 특징으로 하는 기지국간 신호 교환 에 의한 시간 지연을 방지할 수 있는 핸드오버 방법.

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