KR101089286B1 - 인간 이동성 행동에 기반한 모바일 와이맥스 네트워크의 핸드오버 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동 통신 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 이동 단말에 의하여 획득된 가능한 핸드오버를 위한 타겟 기지국의 리스트를 서빙 기지국에 전송하고, 상기 서빙 기지국에서, 유일 식별자와 함께 상기 리스트의 상기 타겟 기지국에 핸드오버 요청을 제공하고, 상기 유일 식별자는 상기 타겟 기지국으로부터의 연결 응답을 수집하기 위하여 유일하게 상기 이동 단말을 식별하고, 상기 서빙 기지국에서, 상기 이동 단말에 대한 상기 유일 식별자와 함께 상기 연결 응답을 제공하여, 상기 이동 단말이 상기 유일 식별자를 사용하여 스캐닝 및 레인징 과정을 수행할 수 있도록 하고, 상기 타겟 기지국에서 가능한 핸드오버를 위하여 상기 이동 단말의 자원 예약을 수행하고, 상기 타겟 기지국들 중에서 선택된 타겟 기지국에서 서비스 흐름을 설정하고, 상기 서빙 기지국과의 상기 연결을 끊기 전에 상기 서빙 기지국으로부터 상기 이동 단말 및 상기 선택된 타겟 기지국으로 데이터를 전송하고, 상기 이동 단말에서, 새로운 서빙 기지국으로서의 상기 선택된 타겟 기지국과의 연결을 위한 초기화 절차를 수행하는 모바일 와이맥스 네트워크의 핸드오버 방법을 제공한다. 본 발명에 의하면, 인간의 이동성 행동에 기반하여 모바일 와이맥스 네트워크의 실시간 트래픽에서 핸드오버 지연을 감소시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

이동성, 행동, 모바일 와이맥스, 네트워크, 핸드오버

Description

인간 이동성 행동에 기반한 모바일 와이맥스 네트워크의 핸드오버 방법{Handover method for Mobile WiMAX network based on human mobility behavior}

본 발명은 이동 통신 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 모바일 와이맥스 네트워크(Mobile WiMAX metwork)에서 핸드오버 지연을 감소시키고, 끊김없는 핸드오버를 제공하고, 실시간 트래픽을 제공하는 인간 이동성 행동에 기반한 고속 하드 핸드오버 방법에 관한 것이다.

모바일 와이맥스 IEEE 802.16e 표준은 종래의 IEEE 802.16d에 이동성 지원을 추가하였다. 와이맥스 기지국들(Base Stations, BSs) 사이에서 이동 단말(Mobile Subscriber Station, MSS)의 핸드오버(Handover, HO)는 도 1에 나타난 것과 같이 정의된 일련의 이벤트의 순서로 이루어진다.

셀 재선택(cell reselection) 과정(102)은 서빙 기지국(serving BS)으로부터의 모바일 인접 광고 메시지인 MOB_NRB-ADV가 이동 단말에서 수집되는 주기적 과정이다. MOB_NRB-ADV 메시지는 핸드오버가 가능한 경우 동기화를 위한 인접 기지국들의 파라미터(parameter)들을 포함한다. 이동 단말이 MOB_NRB-ADV 메시지를 사용하여 가상 네트워크 토폴로지(virtual network topology)를 형성하면, 이동 단말 은 MOB_SCN-REQ 및 MOB_SCN-RSP 메시지를 사용하여 서빙 기지국에 의하여 지정되는 미리 할당된 주기 내에 인접 기지국들을 스캐닝하기 시작한다. 이동 단말은 MOB_SCN-REQ 메시지 내의 타겟 기지국들의 집합을 서빙 기지국에 제공하고, 서빙 기지국은 그 때 업링크 채널 디스크립터(uplink channel descriptor, UCD) 및 다운링크 채널 디스크립터(downlink channel descriptor, DCD) 메시지의 트리거링 이벤트 집합에 기반하여 모든 또는 선택된 타겟 기지국들과 교섭한다. 백본 네트워크(backbone network)를 통하여 서빙 기지국은 각각의 타겟 기지국에 의해 할당되는 랑데부(rendezvous) 시간을 수집한다. 이 보고는 MOB_SCN-RSP 메시지를 통하여 이동 단말로 전송된다. 랑데부 시간 또는 스캐닝 시간에, 이동 단말은 하나 이상의 타겟 기지국을 스캔한다. 그러나, 이동 단말은 MOB_SCN-RSP의 리스트 내 모든 기지국들 또는 트리거링 이벤트에 기반한 소수의 타겟 기지국들을 스캔할 수 있다.

스캐닝 하는 동안, 타겟 기지국의 ID가 확인된 후, 이동 단말은 다운링크 전송(downlink transmission)(106)과 동기화하여 PHY 채널의 품질을 측정하려고 한다. 스캐닝 중 연결(association) 또는 선택적 초기 레인징(optional initial ranging)이 완료되거나, 핸드오버 결정(104) 직후 완료되면, 동기화가 일어난다.

연결의 기능은 이동 단말이 레인징 파라미터(ranging parameter)를 얻거나 기록하게 하고, 타겟 기지국의 적절한 선택을 목적으로 하는 유효성 정보(availability information)를 서비스하고, 핸드오버 및/또는 타겟 기지국으로의 잠재적 미래 핸드오버의 촉진을 지원하는 것이다. 연결된 기지국의 기록된 레인징 파라미터는 실제 핸드오버 중 미래 레인징 이벤트의 초기 레인징 값을 설정하기 위 하여 사용될 수도 있다. 이동 단말에 저장된 연결 파라미터(예를 들어, PHY 오프셋, CIDs 등)는 타겟 기지국의 레인징 응답 메시지인 RNG-RSP로부터 얻어진다.

핸드오버 결정 및 초기화 과정(104)에서, 핸드오버는 이동 단말, 서빙 기지국 또는 네트워크에서의 결정으로부터 시작될 수 있다. 핸드오버는 MOB_MSHO-REQ 또는 MOB_BSHO-REQ 중 하나에게 통지함으로써 진행한다. 응답 메시지 MOB_BSHO-RSP는 네트워크에서 연산되는 가능한 이동 단말 성능에 기반하는 서빙 기지국에 의하여 컴파일되는 타겟 기지국의 리스트를 가진다. 서빙 기지국은 MOB_MSHO-REQ 메시지에서 주어지는 리스트 내의 가능한 타겟 기지국과 교섭한다. MOB_BSHO-RSP 메시지는 가능한 타겟 기지국들과의 비경쟁 조정 레인징(contention free ranging) 처리를 위한 랑데부 시간 및 기회를 포함한다. 이동 단말 또는 MOB_MSHO-RSP 메시지의 연결 테이블(association table)로부터 얻어진 랑데부 시간 동안, 이동 단말은 가능한 타겟 기지국들의 다운링크 전송과 동기화한다(106).

이동 단말이 타겟 기지국의 다운링크 전송과 동기화하면, 이동 단말은 경쟁 또는 비경쟁 기반의 이동 단말 초기 레인징 기회를 포함하는 UL-MAP을 위한 타겟 기지국을 스캔한다. 어떠한 경우든, 이동 단말은 이동 단말 MAC 주소 또는 MOB_BSHO-REQ 또는 MOB_BSHO-RSP 메시지에 할당된 HO_ID를 포함하는 RNG-REQ 메시지를 전송한다. RNG-REQ 메시지는 서빙 BSID(Base Station ID, 기지국 ID) 및 레인징 목적 인디케이션(ranging purpose indication)을 포함한다. 성공적인 레인징에서, 타겟 기지국은 이동 단말에 RNG-RSP 관리 메시지에 베이직(basic) CID 및 프라이머리(primary) CID를 할당한다(108). RNG-RSP의 수신은 이동 단말이 서빙 대 역폭 요청 헤더(bandwidth request header)를 기지국으로 보내는 성공적인 네트워크 재진입(network re-entry)을 표시한다.

가용 능력 교섭(capability negotiation) 및 등록 절차(registration process)는 보안(security), 권한(authorization), 인증(authentication) 및 서비스 흐름 리맵핑(service flow remapping)을 수립한다. 보안 기능성을 위하여, 이동 단말은 타겟 기지국에서 사용할 목적으로 도출된 권한 부여 키(authorization key) 및 키 시퀀스 넘버(key sequence number)를 사용하여 RNG-REQ 관리 메시지의 마지막 메시지 아이템으로 HMAC/CMAC 튜플(tuple)을 발행한다. 서비스 흐름의 리맵핑은 타겟 기지국이 생성할 네트워크를 포함하는 백본 메시지를 얻었을 경우 RNG-RSP에 있는 타겟 기지국에 의하여 이동 단말에 주어질 수 있다(110).

핸드오버 요청/응답 핸드쉐이크(handshake)가 완료된 후, 이동 단말은 실제 핸드오버를 시작한다. 핸드오버 과정 중 어떤 단계에서, 이동 단말은 서빙 기지국과의 서비스를 종료한다. 이것은 MOB_HO-IND 메시지를 서빙 기지국 해제(release)를 표시하는 HO-IND_type = 0b00 값과 함께 전송함으로써 이루어진다(112). 서빙 기지국은 자원 보유 타이머(resource retain timer)를 Resource_Retain_Time 값에서부터 시작시킨다. 서빙 기지국은 타이머 만료시까지의 서비스를 계속하기 위하여 연결, MAC 상태 머신 및 이동 단말과 연결된 PDU들을 보유한다.

핸드오버 취소(114)는 두 가지 다른 형태로 발생할 수 있다. 첫째, 이동 단말이 핸드오버 취소 옵션(HO_IND_type = 0b01)과 함께 MOB_HO-IND 메시지를 전송할 때, 그리고 둘째, 서빙 기지국과의 보통의 핸드오버 시퀀스(셀 재선택 및 종료 에서 약술함)가 완료되기 전에 이동 단말이 그 서빙 기지국과의 통신을 중단하는 드랍(drop)이다. 어떠한 경우든, 이동 단말은 HO_IND_type = 0b01을 전송할 수 있고, 만약 서빙 기지국이 자원 보유 타이머가 만료되기 전에 그 메시지를 수신한다면, 이동 단말과 서빙 기지국은 곧바로 통상의 동작을 시작한다.

그러나, 위에서 간략히 논의한 핸드오버 표준에 의하는 종래의 모바일 와이맥스 시스템에는, 핸드오버 알고리즘에서 소개되는 많은 논리 변화가 있다. 현재의 표준은 고른 핸드오버를 용이하게 하지만 IEEE 802.16m에 의하여 요구되는 것과 같이 적절한 시간에 핸드오버를 실행하지 않는다. 더 구체적으로, 핸드오버 과정 중, 이동 단말의 타겟 기지국들 중 하나로의 가능성 높은 핸드오버를 위하여 서빙 기지국은 타겟 기지국들을 예비 자원에 할당하지만, 이동 단말이 특정 타겟 기지국으로 결정하면, 타겟 기지국 중 나머지는 서빙 기지국에 의하여 자원을 해제하도록 요청된다. 기지국의 일부 병목 자원을 고려할 때 자원의 예약은 비용이 드는 일이다. 그러한 자원은 대역폭, 코드 등이 될 수 있다.

그러므로, 핸드오버를 위한 IEEE 802.16m 표준을 만족시키고자 하는 수요가 존재한다.

본 발명의 목적은, 모바일 와이맥스 네트워크에서 섹터들 또는 다른 셀들 사이에서 효과적이고, 시간 소모를 줄이는 이동 단말의 핸드 오버 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 관리 메시지의 오버헤드를 효율적으로 감소시키는 학습된 네트워크 및 인접 광고 관리 메시지의 결합에 의한 인접 기지국 탐색과, 타겟 기지국이 핸드오버 초기화 전에 더 높은 정확도로 알려짐에 의하여 증가된 자원 활용을 제공하는 것이다.

간실시간 트래픽으로 끊김없는 핸드오버를 용이하게 하기 위하여 핸드오버 지연을 감소시키는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 이동 단말에 의하여 획득된 가능한 핸드오버를 위한 타겟 기지국의 리스트를 서빙 기지국에 전송하고, 상기 서빙 기지국에서, 유일 식별자와 함께 상기 리스트의 상기 타겟 기지국에 핸드오버 요청을 제공하고, 상기 유일 식별자는 상기 타겟 기지국으로부터의 연결 응답을 수집하기 위하여 유일하게 상기 이동 단말을 식별하고, 상기 서빙 기지국에서, 상기 이동 단말에 대한 상기 유일 식별자와 함께 상기 연결 응답을 제공하여, 상기 이동 단말이 상기 유일 식별자를 사용하여 스캐닝 및 레인징 과정을 수행할 수 있도록 하고, 상기 타겟 기지국에서 가능한 핸드오버를 위하여 상기 이동 단말의 자원 예약을 수행하고, 상기 타겟 기지국들 중에서 선택된 타겟 기지국에서 서비스 흐름을 설정하고, 상기 서빙 기지국과의 상기 연결을 끊기 전에 상기 서빙 기지국으로부터 상기 이동 단말 및 상기 선택된 타겟 기지국으로 데이터를 전송하고, 상기 이동 단말에서, 새로운 서빙 기지국으로서의 상기 선택된 타겟 기지국과의 연결을 위한 초기화 절차를 수행하는 모바일 와이맥스 네트워크의 핸드오버 방법을 제공한다.

또한, 상기 타겟 기지국은 상기 이동 단말이 취하는 학습된 논리 네트워크 경로에 기반하여 획득되는 모바일 와이맥스 네트워크의 핸드오버 방법을 제공한다.

또한, 상기 학습된 논리 네트워크 경로는 이동성 행동 패턴을 사용하여 얻어지며, 상기 이동성 행동 패턴은 이동 단말의 사용자에 의하여 일반적으로 행해지는 반복적이고 예측적인 여행 경로를 활용하는 모바일 와이맥스 네트워크의 핸드오버 방법을 제공한다.

또한, 상기 서빙 기지국은 상기 이동 단말에 대한 상기 연결 응답과 함께 랑데부 시간을 제공하며, 상기 랑데부 시간 동안 상기 이동 단말이 상기 유일 식별자를 사용하여 상기 타겟 기지국을 스캔하는 모바일 와이맥스 네트워크의 핸드오버 방법을 제공한다.

또한, 상기 타겟 기지국들은, 상기 유일 식별자를 성공적으로 수신할 때, 상기 유일 식별자의 성공적 수신의 레인징 상태를 응답하며, 상기 서빙 기지국은 상기 상기 성공적 수신 을 상기 이동 단말에게 전송하는 모바일 와이맥스 네트워크의 핸드오버 방법을 제공한다.

또한, 상기 연결 끊김 후의 선택적 레인징을 더 포함하며, 상기 선택적 레인징은 상기 연결 초기화를 위한 시도의 실패에 기반하여 트리거링되는 모바일 와이맥스 네트워크의 핸드오버 방법을 제공한다.

또한, 상기 서비스 흐름의 설정은, 상기 타겟 기지국의 상기 레인징 파라미터의 업데이트를 획득하기 위하여 상기 유일 식별자를 사용하여 최종 레인징을 수행하고, 상기 타겟 기지국은 상기 서빙 기지국에 대한 연결 ID와 함께 관리되는 이 동 단말의 IP 주소와 업데이트된 레인징 파라미터를 전송하며, 상기 이동 단말로부터 상기 서빙 기지국으로 핸드오버 인디케이션 메시지를 전송하여 상기 서빙 기지국과 상기 이동 단말 간의 상기 연결을 트리거링하여 상기 서빙 기지국으로부터 상기 타겟 기지국으로의 트래픽의 방향 재설정을 끊는 모바일 와이맥스 네트워크의 핸드오버 방법을 제공한다.

또한, 상기 초기화 절차는 상기 이동 단말로부터 상기 타겟 기지국으로 초기화 메시지를 전송하고, 상기 타겟 기지국으로부터 상기 이동 단말로 상기 초기화 메시지에 대한 수신 확인을 전송하여, 상기 이동 단말 및 상기 새로운 서빙 기지국으로서의 상기 선택된 타겟 기지국 간의 통상의 동작을 재개하는 모바일 와이맥스 네트워크의 핸드오버 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 인간의 이동성 행동에 기반하여 모바일 와이맥스 네트워크의 실시간 트래픽에서 핸드오버 지연을 감소시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

본 발명의 실시예는 첨부 도면을 참조하여 다음과 같이 상세히 설명될 것이다.

본 발명은 이동 단말에 학습 능력을 구현하고, 가장 가능성이 높은 타겟 기지국을 선택함으로써 이동 단말이 자원 효율적인 핸드오버를 위해 그 획득된 지식을 사용하도록 구성된다. 타겟 기지국은 핸드오버 요구 전에도 제안될 수 있다; 이는 미래를 예측하는 것과 유사한 현상으로, 이 경우, 이동 단말이 선택할 가능성 있는 경로를 예측하는 것이다. 이동 단말의 이동 가능성은 도로에 한정된다. 이동 단말의 사용자는 주어진 출발지 및 도착지의 동일 경로를 따라가는 경향이 있다. 사회문화적 측면에 의하여 사용자들은 여행할 때 일관되게 반복되는(reoccurring) 여러 출발지 및 도착지점들에 연결될 수 있다. 예를 들어, 사람은 여러 목적으로 여행한다: 등교, 출근, 친구와의 만남, 좋아하는 쇼핑몰 가기 등. 나이, 인구통계 및 문화에 관계 없이, 사용자들의 이동 행동은 동질적이고 도처에 존재한다(ubiquitous).

하나의 지점에서 다른 지점으로 이동하는 대부분의 사람들은 최단 경로를 선택한다. 주어진 출발지 및 목적지에서, 최단 경로는 언제나 고정되어 있고 그래서 이동 단말은 반복적으로 같은 경로를 택한다. 대도시는 밀집 도심, 도심, 교외 및 자유지/시골로 분류될 수 있다. 밀집 도심 지역은 인구 밀도가 높고 도시의 다른 지역에 비해 더 많은 기지국이 배치된다. 그래서 타겟 기지국은 2개 이상이 될 수 있다. 그러나, 도심 또는 교회 지역에서는 타겟 기지국이 최대 2개이다. 그러므로, 장거리 여행이 더 많은 후자의 경우, 이동 단말이 통과할 때마다 높은 확률로 동일 타겟 기지국이 선택된다.

도 2a는 이동 단말(200)이 여행할 때 가능한 기지국 시퀀싱(sequencing)을 도시하는데, 실선은 보통의 그리고 자주 발생하는 기지국 시퀀스를 나타내고, 점선은 이동 단말(200)에 의한 우회의 결과에 따른, 또 교통 체증과 같은 외부 요소에도 의존하는 드문 기지국 시퀀스를 나타낸다. 도 2b는 핸드오버 결정이 이루어지는 매 시간 기지국의 선택에 기반하는 연속 계산 확률이 있는 각 에지(edge)가 있 는 격자(trellis)의 형태로 된 논리 기지국 시퀀스 맵을 도시한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서 타겟 기지국들 선택은 이전에 학습한 이동 단말(200)에 의해 선택된 논리 네트워크 경로에 기반한다. 이동 단말(200)은 여행 중에 이동 단말(200)에 의하여 추적되고 수집된 가능한 타겟 기지국들의 리스트를 가진 경로 테이블을 보유한다.

이동 단말(200)이 네트워크에 재진입하면, 이동 단말(200)은 수집한 타겟 기지국들의 리스트를 서빙 기지국에 제공한다.

다음 핸드오버 절차는 실제 핸드오버 이전의 스캐닝인데, 도 3을 참조하여 설명될 것이다.

도 3a, 3b, 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 기지국 간의 핸드오버(HO) 절차를 위한 시퀀스도이다.

먼저, 단계 302에서 서빙 기지국(210)은 Neighborhood_Adv(Target_BS_List) 메시지를 이동 단말(200)에 전송한다.

상술한 바와 같이, 이동 단말(200)은 획득된 지식에 기반하여 타겟 기지국들(예컨대, 220 및 230)을 수집하고, 단계 304에서 타겟 기지국들(220, 230)의 리스트가 Next_BS_List(BSs) 메시지에 포함되어 서빙 기지국(210)에 전송된다.

단계 306에서 서빙 기지국(210)은 백홀 네트워크(backhaul network)(미도시)를 통하여 BS_Add_MS_request(MS_MAC)를 Next_BS_List 메시지를 통해 리스트 내의 타겟 기지국들(220, 230)에 전송한다. 이 메시지는 이동 단말 MAC 주소를 포함한다. 각 타겟 기지국들(220, 230)은 이동 단말(200)과의 모든 미래 통신을 식별 하기 위하여 MAC 주소를 사용한다. 이동 단말(200)의 MAC 주소와 함께, 서빙 기지국(210)은 이동 단말(200)을 유일하게 식별하는 SBS_HO_CDMA_Code를 타겟 기지국들(220, 230)에 전송한다.

단계 310 및 312에서 타겟 기지국들(220, 230)은 TargetBS_Add_MS_Rsp (UCD, DCD) 메시지로 서빙 기지국(210)에 응답한다.

서빙 기지국(210)은 타겟 기지국들(220, 230)로부터 응답 메시지를 수집하고, 이후 단계 314에서 scan_interval 및 SBS_HO_CDMA_Code와 함께 이동 단말(200)에 Target_BS_Association_Report를 전송한다. scan_interval은 비경쟁 스캐닝 및 선택적 연결이 가능한 타겟 기지국들에 의하여 제공되는 랑데부 시간인데, 이것은 본 발명이 속하는 기술 분야에 알려져 있다; 그러므로, 그 상세한 설명은 생략될 것이다.

SBS_HO_CDMA_Code는 핸드오버 관련 메시지 전송의 목적으로 서빙 기지국(210)에 의하여 발행된다. 이동 단말(200)은 타겟 기지국들(220, 230)과의 초기 레인징 및 실제 핸드오버를 시작하기 위하여 SBS_HO_CDMA_Code를 사용한다. CDMA 코드의 사용은 에어타임 오버헤드(airtime overhead)를 상당히 감소시킨다. 이동 단말(200)은 코드와 함께 스캐닝 시간 주기(scanning time period)을 저장한다.

스캐닝 시간 주기가 도달하면, 단계 316 및 318에서 이동 단말(200)은 서빙 기지국(210)에 의해 할당된 SBS_HO_CDMA_Code의 CDMA 코드와 사실상 동일한 HO_Init_Rng_CDMA_Code 메시지를 타겟 기지국들(220, 230)에 전송한다.

단계 320 및 322에서 HO_Init_Rng_Rsp(RangingParam, Ranging_status) 메시 지는 백홀 네트워크를 통하여 타겟 기지국들(220, 230)에 의해 서빙 기지국(210)에 전송된다.

단계 324 및 330에서, 서빙 기지국(210)은, 그에 응답하여, 이동 단말(200)에 타겟 기지국들(220, 230)로부터의 레인징 파라미터들과 함께 HO_Init_Rng_Report메시지를 전송한다. 레인징 파라미터들 중 하나는 Ranging_status이다. 핸드오버 스캔 주기 동안, 단계 326에서 이동 단말(220)은 하나 이상의 타겟 기지국들에 CDMA 코드를 보낼 수 있다.

타겟 기지국들(220, 230)이 성공적으로 핸드오버 코드를 수신하고 가능한 핸드오버를 위하여 이동 단말에 필요한 자원을 성공적으로 할당할 때, 단계 322 및 328에서 타겟 기지국(220, 230)은 ‘성공(successful)’이라는 의미로 Ranging_status를 전송하는데, 그렇지 않은 경우 상태는 ‘실패(unsuccessful)’를 전송한다.

스캔 과정과 초기 레인징 과정은 주기적으로 반복되는데, 그 성공적이지 못한 스캔 응답 때문에, 이동 단말(200)은 CDMA 코드를 ‘실패’ 상태의 타겟 기지국들(220, 230)에 다시 전송하고, 이동 단말(200)은 반복에 의하여 타겟 기지국들(220, 230)로부터 ‘성공’ 상태를 수신할 수 있다.

설명된 바와 같이, 서빙 기지국(210)은 레인징 파라미터를 수집하기 위하여 백홀 네트워크를 통하여 타겟 기지국들(220, 230)과 통신하고, 수집된 레인징 파라미터들을 이동 단말(200)로 전송한다. 단계 318에서, 수집된 레인징 파라미터들은 이동 단말(200)에 저장된다.

아래에서는, 본 발명의 실시예에 의한 실제 핸드오버 절차를 포함하는 후-핸드오버(post-HO) 절차가 설명될 것이다.

이동 단말(200)은 서빙 기지국(210)과 타겟 기지국들(220, 230)의 신호 강도를 스캔한다. 타겟 기지국들 중의 하나는 신호 강도에 기반하여 핸드오버를 서브(serve)하는 새로운 서빙 기지국(예컨대, 기지국 220)으로서 선택된다. 그 다음, 단계 332에서 이동 단말(200)은 파라미터로서 타겟 기지국의 ID와 함께 MS_HO_REQ 신호를 서빙 기지국(210)에 전송한다.

단계 334에서 서빙 기지국(210)은 이동 단말 관련 서비스 흐름 정보를 선택된 타겟 기지국(220)으로 전달(migrate)한다. 게다가, 단계 336에서 서빙 기지국(210)은 파라미터로서 이동 단말 MAC과 함께 Release_resource 메시지를 통해 가능한 핸드오버를 예측하여 다른 타겟 기지국(들)(230)이 유보된 자원을 해제하도록 알려주어야 한다.

그에 따라, 단계 338에서, 이동 단말(200)은 선택된 타겟 기지국(220)의 레인징 파라미터의 업데이트를 위한 HO_Rng_Req(SBS_HO_CDMA_Code) 요청을 전송한다. 보통의 스캔 간격은 ‘최종 핸드오버 레인징 과정’을 의미하는 목적으로 사용된다. HO_Rng_Req는 또한 핸드오버 절차가 시작할 때 서빙 기지국(210)에 의하여 할당된 핸드오버 CDMA 코드이다.

성공적인 MAC CS 계층의 서빙 흐름 파라미터의 생성 및 이동 단말(200)로부터의 SBS_HO_CDMA_Code의 수신 시, 선택된 타겟 기지국(220)은 단계 340에서 연결 ID(Connection ID, CID), 레인징 파라미터와 같은 MAC 계층 서비스 흐름 파라미터 와, MAC 또는 (관리되는 이동 단말을 위한) IP 주소와 같은 상위계층 파라미터와 함께 Ready_to_Receiver 메시지를 백홀을 통하여 서빙 기지국(210)으로 전송한다. 이 메시지는 또한 ‘계속’ 또는 ‘성공’을 의미하는 Ranging_status 파라미터를 가지며 HO_init_Rng_Rsp 메시지에서 사용되는 것과 동일한 목적으로 사용된다.

단계 342에서, 서빙 기지국(210)은 선택된 타겟 기지국(220)으로부터 획득된 모든 파라미터와 함께 이동 단말(200)에 Target_BS_Ready 메시지를 전송한다.

이동 단말(200)이 Target_BS_Ready 메시지를 수신하면, 단계 344에서 이동 단말(200)은 HO_Indication 메시지와 함께 서빙 기지국(210)에 응답한다. 여기까지 이동 단말(200)은 통상의 동작 상태로 서빙 기지국(210)에 연결되어 있다. 그러나, 서빙 기지국(210)이 HO_Indication 메시지를 수신할 때, 단계 346 및 348에서, 서빙 기지국(210)은 모든 서비스 흐름 트래픽을 선택된 타겟 기지국(220)으로 향하게 하고 이동 단말(200)과의 연결을 끊는데, 이것은 실제 핸드오버의 시작을 가리킨다.

이동 단말(200)은 HO_Indication 메시지를 전송한 후 선택된 타겟 기지국(220)과의 연결 절차를 바로 시작한다. Target_BS_Ready 메시지에서 수신된 Ranging_status에 기반하여, 이동 단말(200)은 단계 350에서 각각 ‘성공’ 또는 ‘계속’을 나타내는 Ranging_status 값에 기반한 Optional_Rng 메시지를 전송하거나, 단계 354에서 Initialize_Connection(Next_BS, MS_MAC, CMAC, HMAC) 메시지를 전송한다.

Optional_Rng 메시지는 선택된 타겟 기지국(220)에 그것에 연결하고자 시도 하는 이동 단말(220)이 다운링크 전송에 동기화하는 데 성공적이지 못했고 업링크 전송도 마찬가지였다는 점을 알려주는 단지 하나의 코드인 SBS_HO_CDMA_Code이다.

그러한 경우는, 드물지만, 이전에 획득된 레인징 파라미터들이 시간 경과된 경우 또는 거리가 매우 길어서 사용자가 단시간에 이동하지 못하여 더 이상 유효하지 않은 경우에 일반적으로 행해질 수 있다.

어떠한 경우든 선택된 타겟 기지국(220)은 이미 그 서빙 기지국(210)과의 연결이 해제된 이동 단말(200)을 식별하고, 단계 352에서 실제 핸드오버 시간 주기가 IEEE 802.16m 표준의 요구조건인 100msec 이하가 될 수 있도록 빠른 레인징 응답 Connection_Rng_Rsp 메시지를 용이하게 한다. 보통의 경우, 이동 단말(200)은 Initialize_Connection 메시지를 통하여 선택된 타겟 기지국(220)과의 연결을 시작하고, 응답으로서, 단계 356 및 358에서, 이제 새로운 서빙 기지국이 된 선택된 타겟 기지국(220)은, 그것과 함께 이동 단말(200)이 보통의 동작을 시작하고 서비스 흐름을 재개하는 Connection_Ack(CDMA_Allocation)메시지를 전송한다.

모바일 WiMAX MAC 계층 기능성의 보안 서브 계층(security sublayer)은 관련 기술에 기반하며, 본 특허의 범위를 벗어나므로 상세한 설명은 생략한다. 본 실시예에서, 인증(authentication) 및 권한(authorization)과 같은 보안 관련 과정은 실제 핸드오버 과정의 시작 중 또는 그 전에 또는 서빙 및 타겟 기지국들 사이의 백홀 네트워크에 의하여 일어난다.

2개의 다른 기지국들 간의 핸드오버 절차가 도 3a, 3b, 3c를 참조하여 설명되었다; 그러나, 도 4에 도시된 것과 같이 서빙 기지국(210)의 2개의 다른 섹터들(sectors)(섹터 1 및 섹터 2) 간의 핸드오버 절차도 있을 수 있다. 도 4에서, 아포스트로피(‘)가 붙은 유사한 참조 번호는 도 3a, 3b, 3c에 도시된 것과 유사한 단계를 의미한다.

도 4에서, 섹터 1은 서빙 기지국(210)으로, 섹터 2는 타겟 기지국 1(220)으로 간주하면, 2개의 섹터 간의 핸드오버 절차는 도 3a, 3b, 3c에서와 같이 연결 끊기(Break Connection)까지 두 기지국들 간의 핸드오버 절차와 유사하다. 주요한 차이는 이동 기지국(200)이 레인징에 필요하지 않고 서빙 기지국(210)이 서비스 흐름 관련 정보를 전달(pass on)할 필요가 없다는 것이다. 단계 354’, 356’, 358’에서, 한 섹터, 예컨대 섹터 1과의 연결 종료 후, 오직 Initial_Connection 메시지만이 섹터 2와 연결하고 섹터 2과 통상의 동작을 재개하기 위하여 요청된다. 그러므로, 2개의 다른 섹터 1과 섹터 2 간의 핸드오버 절차는 추가 설명되지 않을 것이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 레인징 과정 중의 타이머 설정 특성을 제공하는 흐름도이다.

도 3의 단계 338을 다시 참조하면, 타이머 T1은 HO_Rng_Reg 메시지가 선택된 타겟 기지국(220)으로 전송될 때 이동 단말(200)에 의하여 설정된다.

이동 단말(200)이 SBS_HO_CDMA_Code를 전송한 후, 단계 502에서 이동 단말은은 타이머 T1이 만료될 때까지 Target_BS_Ready 메시지를 기다린다.

단계 504에서, 타이머 T1가 종료된 것인지의 여부가 판단된다. 타이머 T1이 만료되고 재전송 카운터가 0이 아니면, 이동 단말은 단계 506에서 HO_Rng_Reg 메시지를 재전송하고, 단계 508에서 재전송 카운터를 감소시키며, 단계 510에서 타이머 T1을 다시 설정한다.

재전송 카운터 및 타이머 T1은 각각 최대 값 및 이동 단말 초기화 중의 주어진 값으로 설정되는데, 그것은 본 발명의 범위를 벗어나므로 상세 설명은 생략한다. 타이머 T1 및 재전송 카운터 값은, 재전송 카운터가 소진되었을 때 이동 단말(200)이 서빙 기지국(210)과의 연결을 잃기 전 다른 타겟 기지국을 선택할 수 있도록 설정되어야 한다.

도 6은 본 발명의 핸드오버 중지 과정을 도시한 시퀀스도이다.

핸드오버 초기화 하에서, 단계 602에서 이동 단말(200)이 서빙 기지국(210)에 HO_Indication(Init)을 전송할 때, 단계 604 및 606에서 이동 단말(200)은 타이머 TH를 시작시키고 선택된 타겟 기지국(220)에 Initialize_Connection(Next_BS, MS_MAC, CMAC, HMAC)을 전송한다.

단계 608에서 선택된 타겟 기지국(220)은 이동 단말(200)에 Connection_Ack(CDMA_Allocation)을 전송한다.

레인징 파라미터의 무효성 때문에 이동 단말(200)이 아직 동기화를 할 수 없음에 따라, 단계 610에서 타이머 TH가 만료될 때; 그러한 경우, 이동 단말(200)은 단계 612에서 status = ‘중단(Abort)’과 함께 서빙 기지국(210)에 HO_Indication을 전송하고, 단계 614에서 다른 타이머 TA를 시작시킨다.

서빙 기지국(210)은, 타이머 Tr이 아직 만료되지 않았다면, 단계 616에서 중단 신호에 응답하여 HO_Indication(Conn_Resume) 메시지와 함께 응답한다. 그러므로, 이동 단말(200)과 서빙 기지국(210)은 이동 단말(200)이 아직 다른 핸드오버를 시도할 때까지 보통의 동작을 재개한다.

만약 중단 신호가 수신되기 전에 단계 618에서 타이머 TA 및 Tr이 만료되거나 이동 단말(200)이 HO_Indication(Conn_Resume) 메시지를 수신할 수 없다면, MAC 상태가 이미 서빙 기지국(210)에서 삭제되기 때문에 서빙 기지국(210)과의 재연결은 더 이상 가능하지 않다. 그러한 경우, 이동 단말(200)은 보통의 초기 레인징 및 실제 레인징 에 사용되는 것처럼 단계 620 및 622에서 SBS_HO_CDMA_Code와 함께 Urgent_network_entry_code를 전송한다. 그 메시지는 HO_Indication(Init) 메시지로부터 100ms 동안 SBS_HO_CDMA_Code를 유지하는 서빙 기지국(210) 및 선택된 타겟 기지국(220)에 전송된다.

이동 단말(200)은 양 기지국 모두 또는 오직 하나의 기지국으로부터 Connection_Rng_Rsp(RangingParam, Ranging_status)을 수신할 수 있다. 어떠한 경우든, 이동 단말(200)은 단계 624 및 626에서 Connection_Rng_Rsp 메시지의 첫 번째 수신한 응답을 확인 통지(acknowledge)하고 두 번째 수신한 응답을 버린다(discard).

Connection_Rng_Rsp 메시지에서 획득된 레인징 파라미터를 사용하여, 이전에 단계 628에서 보통의 핸드오버 동작에서 논의된 바와 같이 이동 단말(200)은 Initialize_Connection 메시지와 함께 네트워크에 재진입한다.

이제 새로운 기지국이 된 선택된 타겟 기지국(220)은, 단계 630 및 632에서 그것과 함께 이동 단말(200)이 보통의 동작을 시작시키고 서비스 흐름을 재개하는 Connection_Ack 메시지를 전송한다.

핸드오버 조절 타이머 간의 관계는 아래 수학식 1과 같이 요약할 수 있다.

Tr ≥ TH + TA

Tr ≪ 100ms

이동 단말과 네트워크 간의 실시간 트래픽 교환 중의 고른 핸드오버를 위하여, Tr은 100ms보다 상당히 작게 선택되어야 한다. 이것은 이동 단말이 타겟 기지국으로의 핸드오버에 실패하고 그 서빙 기지국과의 연결마저 잃을 때 이동 단말의 적절한 시기의 재진입 및 보통의 동작 재개를 보장한다.

본 발명은 바람직한 실시예에 의하여 개시되고 기술되었으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 아래의 특허청구범위에서 정의되는 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 다양한 변경 및 변경이 이루어질 수 있다.

본 발명의 상기 및 다른 목적 및 특징은 첨부된 도면과 함께 주어지는 실시예의 아래 설명에 의하여 명백해질 수 있다.

도 1은 IEEE 802.16e 표준의 전형적인 핸드오버 과정을 도시한다.

도 2a는 이동 단말이 여행할 때 가능한 기지국 시퀀싱(sequencing)을 도시한다.

도2b는 핸드오버 결정이 이루어지는 매 시간 기지국의 선택에 기반하는 연속 계산 확률이 있는 각 에지(edge)가 있는 격자(trellis)의 형태로 된 논리 기지국 시퀀스 맵을 도시한다.

도 3a, 3b, 3c는 본 발명의 일 실시예에 따르는 2개의 기지국 간의 핸드오버(HO) 절차를 위한 시퀀스도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 2개의 다른 섹터 간의 핸드오버(pre-HO) 절차를 위한 시퀀스도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 레인징 과정 중의 타이머 설정 특성을 제공하는 흐름도이다.

도 6은 본 발명의 핸드오버 중지 과정을 도시한 시퀀스도이다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 이동 단말에 의하여 획득된 가능한 핸드오버를 위한 타겟 기지국의 리스트를 서빙 기지국에 전송하고,

   상기 서빙 기지국에서, 유일 식별자와 함께 상기 리스트의 상기 타겟 기지국에 핸드오버 요청을 제공하고, 상기 유일 식별자는 상기 타겟 기지국으로부터의 연결 응답을 수집하기 위하여 유일하게 상기 이동 단말을 식별하고,

   상기 서빙 기지국에서, 상기 이동 단말에 대한 상기 유일 식별자와 함께 상기 연결 응답을 제공하여, 상기 이동 단말이 상기 유일 식별자를 사용하여 스캐닝 및 레인징 과정을 수행할 수 있도록 하고,

   상기 타겟 기지국에서 가능한 핸드오버를 위하여 상기 이동 단말의 자원 예약을 수행하고,

   상기 타겟 기지국들 중에서 선택된 타겟 기지국에서 서비스 흐름을 설정하고,

   상기 서빙 기지국과의 상기 연결을 끊기 전에 상기 서빙 기지국으로부터 상기 이동 단말 및 상기 선택된 타겟 기지국으로 데이터를 전송하고,

   상기 이동 단말에서, 새로운 서빙 기지국으로서의 상기 선택된 타겟 기지국과의 연결을 위한 초기화 절차를 수행하고,

   상기 타겟 기지국은 상기 이동 단말이 취하는 학습된 논리 네트워크 경로에 기반하여 획득되는

   모바일 와이맥스 네트워크의 핸드오버 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 학습된 논리 네트워크 경로는 이동성 행동 패턴을 사용하여 얻어지며,

   상기 이동성 행동 패턴은 이동 단말의 사용자에 의하여 일반적으로 행해지는 반복적이고 예측적인 여행 경로를 활용하는

   모바일 와이맥스 네트워크의 핸드오버 방법.
4. 이동 단말에 의하여 획득된 가능한 핸드오버를 위한 타겟 기지국의 리스트를 서빙 기지국에 전송하고,

   상기 서빙 기지국에서, 유일 식별자와 함께 상기 리스트의 상기 타겟 기지국에 핸드오버 요청을 제공하고, 상기 유일 식별자는 상기 타겟 기지국으로부터의 연결 응답을 수집하기 위하여 유일하게 상기 이동 단말을 식별하고,

   상기 서빙 기지국에서, 상기 이동 단말에 대한 상기 유일 식별자와 함께 상기 연결 응답을 제공하여, 상기 이동 단말이 상기 유일 식별자를 사용하여 스캐닝 및 레인징 과정을 수행할 수 있도록 하고,

   상기 타겟 기지국에서 가능한 핸드오버를 위하여 상기 이동 단말의 자원 예약을 수행하고,

   상기 타겟 기지국들 중에서 선택된 타겟 기지국에서 서비스 흐름을 설정하고,

   상기 서빙 기지국과의 상기 연결을 끊기 전에 상기 서빙 기지국으로부터 상기 이동 단말 및 상기 선택된 타겟 기지국으로 데이터를 전송하고,

   상기 이동 단말에서, 새로운 서빙 기지국으로서의 상기 선택된 타겟 기지국과의 연결을 위한 초기화 절차를 수행하고,

   상기 서빙 기지국은 상기 이동 단말에 대한 상기 연결 응답과 함께 랑데부 시간을 제공하며,

   상기 랑데부 시간 동안 상기 이동 단말이 상기 유일 식별자를 사용하여 상기 타겟 기지국을 스캔하는

   모바일 와이맥스 네트워크의 핸드오버 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 타겟 기지국들은, 상기 유일 식별자를 성공적으로 수신할 때, 상기 유일 식별자의 성공적 수신의 레인징 상태를 응답하며, 상기 서빙 기지국은 상기 상기 성공적 수신 을 상기 이동 단말에게 전송하는

   모바일 와이맥스 네트워크의 핸드오버 방법.
6. 이동 단말에 의하여 획득된 가능한 핸드오버를 위한 타겟 기지국의 리스트를 서빙 기지국에 전송하고,

   상기 서빙 기지국에서, 유일 식별자와 함께 상기 리스트의 상기 타겟 기지국에 핸드오버 요청을 제공하고, 상기 유일 식별자는 상기 타겟 기지국으로부터의 연결 응답을 수집하기 위하여 유일하게 상기 이동 단말을 식별하고,

   상기 서빙 기지국에서, 상기 이동 단말에 대한 상기 유일 식별자와 함께 상기 연결 응답을 제공하여, 상기 이동 단말이 상기 유일 식별자를 사용하여 스캐닝 및 레인징 과정을 수행할 수 있도록 하고,

   상기 타겟 기지국에서 가능한 핸드오버를 위하여 상기 이동 단말의 자원 예약을 수행하고,

   상기 타겟 기지국들 중에서 선택된 타겟 기지국에서 서비스 흐름을 설정하고,

   상기 서빙 기지국과의 상기 연결을 끊기 전에 상기 서빙 기지국으로부터 상기 이동 단말 및 상기 선택된 타겟 기지국으로 데이터를 전송하고,

   상기 이동 단말에서, 새로운 서빙 기지국으로서의 상기 선택된 타겟 기지국과의 연결을 위한 초기화 절차를 수행하고,

   상기 연결 끊김 후의 선택적 레인징을 더 포함하며, 상기 선택적 레인징은 상기 연결 초기화를 위한 시도의 실패에 기반하여 트리거링되는

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7. 이동 단말에 의하여 획득된 가능한 핸드오버를 위한 타겟 기지국의 리스트를 서빙 기지국에 전송하고,

   상기 서빙 기지국에서, 유일 식별자와 함께 상기 리스트의 상기 타겟 기지국에 핸드오버 요청을 제공하고, 상기 유일 식별자는 상기 타겟 기지국으로부터의 연결 응답을 수집하기 위하여 유일하게 상기 이동 단말을 식별하고,

   상기 서빙 기지국에서, 상기 이동 단말에 대한 상기 유일 식별자와 함께 상기 연결 응답을 제공하여, 상기 이동 단말이 상기 유일 식별자를 사용하여 스캐닝 및 레인징 과정을 수행할 수 있도록 하고,

   상기 타겟 기지국에서 가능한 핸드오버를 위하여 상기 이동 단말의 자원 예약을 수행하고,

   상기 타겟 기지국들 중에서 선택된 타겟 기지국에서 서비스 흐름을 설정하고,

   상기 서빙 기지국과의 상기 연결을 끊기 전에 상기 서빙 기지국으로부터 상기 이동 단말 및 상기 선택된 타겟 기지국으로 데이터를 전송하고,

   상기 이동 단말에서, 새로운 서빙 기지국으로서의 상기 선택된 타겟 기지국과의 연결을 위한 초기화 절차를 수행하고,

   상기 서비스 흐름의 설정은,

   상기 타겟 기지국의 레인징 파라미터의 업데이트를 획득하기 위하여 상기 유일 식별자를 사용하여 최종 레인징을 수행하고, 상기 타겟 기지국은 상기 서빙 기지국에 대한 연결 ID와 함께 관리되는 이동 단말의 IP 주소와 업데이트된 레인징 파라미터를 전송하며,

   상기 이동 단말로부터 상기 서빙 기지국으로 핸드오버 인디케이션 메시지를 전송하여 상기 서빙 기지국과 상기 이동 단말 간의 상기 연결을 트리거링하여 상기 서빙 기지국으로부터 상기 타겟 기지국으로의 트래픽의 방향 재설정을 끊는

   모바일 와이맥스 네트워크의 핸드오버 방법.
8. 이동 단말에 의하여 획득된 가능한 핸드오버를 위한 타겟 기지국의 리스트를 서빙 기지국에 전송하고,

   상기 서빙 기지국에서, 유일 식별자와 함께 상기 리스트의 상기 타겟 기지국에 핸드오버 요청을 제공하고, 상기 유일 식별자는 상기 타겟 기지국으로부터의 연결 응답을 수집하기 위하여 유일하게 상기 이동 단말을 식별하고,

   상기 서빙 기지국에서, 상기 이동 단말에 대한 상기 유일 식별자와 함께 상기 연결 응답을 제공하여, 상기 이동 단말이 상기 유일 식별자를 사용하여 스캐닝 및 레인징 과정을 수행할 수 있도록 하고,

   상기 타겟 기지국에서 가능한 핸드오버를 위하여 상기 이동 단말의 자원 예약을 수행하고,

   상기 타겟 기지국들 중에서 선택된 타겟 기지국에서 서비스 흐름을 설정하고,

   상기 서빙 기지국과의 상기 연결을 끊기 전에 상기 서빙 기지국으로부터 상기 이동 단말 및 상기 선택된 타겟 기지국으로 데이터를 전송하고,

   상기 이동 단말에서, 새로운 서빙 기지국으로서의 상기 선택된 타겟 기지국과의 연결을 위한 초기화 절차를 수행하고,

   상기 초기화 절차는 상기 이동 단말로부터 상기 타겟 기지국으로 초기화 메시지를 전송하고,

   상기 타겟 기지국으로부터 상기 이동 단말로 상기 초기화 메시지에 대한 수신 확인을 전송하여, 상기 이동 단말 및 상기 새로운 서빙 기지국으로서의 상기 선택된 타겟 기지국 간의 통상의 동작을 재개하는

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