KR101278281B1 - 핸드오버 장치 및 핸드오버 지원 방법 - Google Patents

Abstract

휴대인터넷시스템에서 셀경계지역에서의 이동성지원을 위한 핸드오버 기능을 수행하기 위해서 필수적으로 스캐닝과정이 선행 되어져야 한다. 스캐닝을 통해 인접셀의 CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio)을 측정 및 연산한다. 이를 위해 단말과 기지국 사이에는 스캐닝이 필요할 때 마다 SCN-REQ/RSP(Scanning Request/Response) 메시지를 주고 받아서 스캐닝할 시간 구간을 단말과 기지국간에 설정하게 된다. 따라서 핸드오버가 실제 일어나는 핸드오버영역(handove region)에서는 잦은 스캐닝메세지의 송수신이 필요하게 되는데, 이것은 대역폭의 낭비와 단말의 전력소비등 많은 오버헤드를 동반하게 된다. 또한 스캐닝구간이 최대 20초 정도까지 된다. 본 발명은 스캐닝 기능을 기존 방법보다 간략화 시키는 방법을 제안한다.

핸드오버, 휴대 인터넷 시스템, 스캐닝

Description

핸드오버 장치 및 핸드오버 지원 방법{HANDOVER APPARATUS AND METHOD FOR SUPPORTING HANDOVER}

도 1 : 핸드오버용 스캐닝 간소화 운용 장치도

도 2 : 기존의 스캐닝수행 기능 흐름도

도 3 : 본 발명이 제시한 방법에 따른 기능 흐름도 예

IEEE 802.16을 기반으로 한 휴대인터넷시스템에서는 핸드오버 수행을 위해 인접기지국들의 무선채널상태인 CINR을 측정 및 연산해야 한다. 이와같은 인접기지국의 CINR값을 알아내는 과정을 스캐닝이라 한다.

휴대인터넷시스템에서 스캐닝 수행시 현재의 서빙기지국과의 무선링크는 끊어지게 된다. 즉, 스캐닝구간(scanning interval)에는 인접 기지국과 동기를 맞추어 인접기지국의 무선 채널 상태를 알아내고 스캐닝을 위한 인터벌(interval)이 끝나면 다시 서빙기지국과 연결을 복원하는 과정을 반복하면서 인접기지국의 CINR 값을 모니터링하게 된다. 특히 핸드오버영역(handover region)에서는 매우 빈번하게 스캐닝이 이루어 지기 때문에 스캐닝요청 및 수락을 위한 SCN-REQ/RSP메세시의 송수신 이 비례해서 증가하게 된다. 이것은 무선자원을 낭비하는 측면이 있게 된다.

또한 스캐닝이 발생하는 스캐닝구간(scanning interval)중에는 현재의 서빙기지국과의 통신이 일시적으로 끊어지므로 트래픽 전달이 이루어 지지 않음에 따라 서비스이용의 지연을 가지고 오게 되며, 기지국 및 단말모두 스캐닝구간 동안 전달할 트래픽을 버퍼링하고 있어야 하는 부담이 생기게 된다.

본 발명은 스캐닝으로 인한 오우버로드(overload)를 줄이기 위해 스캐닝 횟수를 줄이는 방법을 제안함에 그 목적이 있다.

휴대인터넷시스템에서 핸드오버 기능이 동작 되기 위해서는 전처리 과정인 스캐닝기능이 수행되어져야 한다. 스캐닝 기능은 인접기지국의 무선채널상태인 CINR을 측정 및 연산하는 과정이다. 스캐닝의 동작 과정은 다음과 같다.

단말은 현재 서비스중인 서빙기지국의 CINR을 주기적으로 모니터링하여 그 값이 미리 정한 기준 경계 값 이하로 떨어지게 되는지를 모니터링 한다. 만일 해당 값에 도달하면, 스캐닝 기능을 수행하게 된다. 스캐닝 기능의 시작은 단말에서 스캐닝요청(SCN-REQ)메시지를 기지국에 송출함으로 개시된다.

이 메시지를 받은 서빙기지국은 단말이 타당한 인접기지국을 찾고 정보를 수집할 수 있도록 시간구간을 할당 해주며, 이를 SCN-RSP(Scanning Response) 메시지를 통해 단말로 전달하게 된다.

이 시간 구간을 스캐닝 구간(scanning interval)이라 한다. 기지국으로부터 SCN-RSP 메시지를 통해 스캐닝구간을 할당받은 단말은 기지국이 허용한 시간 구간에서 인접기지국을 찾고 인접기지국과 동기화 작업을 거친 후 인접 기지국의 채널 상태, 즉 CINR 값을 측정하게 된다.

단말이 스캐닝을 하는 동안에는 인접기지국과의 새로운 동기화 작업을 위해 단말 안테나의 주파수대역과 서빙셀과의 무선링크 설정에 사용하고 있던 무선 파라메타를 변경하게 된다. 따라서 현재 서빙셀과의 무선 링크는 단절 되게 된다. 결과적으로 스캐닝구간에는 현재의 서빙셀과 단말은 통신을 할 수 없는 상태가 되고, 이 기간동안 해당 단말로 전달해야 하는 트래픽 데이터는 기지국이 버퍼링을 하고 있어야 하며 단말도 기지국으로 보낼 업링크 데이터를 버퍼링하고 있어야 한다.

허용된 스캐닝 구간을 끝마친 단말은 다시 현재의 서빙셀과 동기화 작업을 거쳐 무선링크를 재 설정하고, 버퍼링 되어 있던 데이터를 송수신하게 된다.

현재의 휴대인터넷시스템(WiBro)에서의 핸드오버의 전처리 과정인 스캔닝 기능의 운용은 상기와 같다.

핸드오버를 위해서는 단말은 인접기지국들간의 채널정보를 주기적으로 모니터링 하고 있어야 한다. 특히 핸드오버영역인 셀경계지역에 위치하게 되면 인접기지국의 채널 상태를 잘 파악하기 위해 빈번하게 스캐닝 동작이 발생하게 된다.

셀경계지역에 있는 단말은 일반적으로 다수의 인접기지국이 존재하게 된다. 핸드오버를 위해서는 이 모든 인접기지국의 채널 정보 수집을 위해 좀 더 많은 시간의 스캐닝구간을 필요로 하게 된다. 하나의 인접기지국의 CINR 정보 수집을 위해서는 동기화를 위해 주파수와 무선파라메타를 변경하고, 또 다른 인접기지국과의 동기화를 위해 주파수 또는 무선파라메타를 변경하는 과정중에는 단말의 H/W장치는 스위 칭 동작이 일어나게 된다. 그러므로 실제 해당하는 스캐닝시간의 앞뒤로 가드인터벌도 염두에 두어야 하므로 실제 스캐닝구간을 좀더 크게 잡아야 한다.

또한 스캐닝 구간 동안 단말은 인접기지국과 동기화 되어 있으므로 서빙기지국과 무선링크가 단절 되게 된다. 따라서 이 구간동안 기지국과 단말은 downlink및 uplink 트래픽을 버퍼링하고 있어야 한다.

핸드오버를 위해서 필수적으로 수행하여야 하는 스캐닝 기능이지만, 스캐닝에 따른 서빙기지국과 서비스 단절등 여러 문제점이 발생되게 된다. 본 발명은 이런 문제점을 개선하기 위해 꼭 필요한 인접기지국에서만 스캐닝이 일어나도록 하는 방법을 제안함으로 스캐닝 수행에 따르는 단점을 줄일 수 있도록 하였다.

현재 휴대인터넷시스템에서는 인접기지국의 정보를 담고 있는 메시지인 NBR-ADV(Neighbor Advertisement)메시지를 브로트캐스팅 방식으로 기지국이 자신의 셀 지역으로 전송하고 셀내에 있는 단말은 이 메시지를 수신하게 된다.

이 메시지에는 인접기지국들의 리스트가 들어 있고, 단말은 이 리스트를 기준으로 인접기지국들을 스캐닝하게 된다. 단말은 이 메세지를 통해 지금 서비스중인 서빙기지국의 인접기지국을 알수 있지만 이들 인접기지국들이 현재 단말이 서빙기지국을 통해 제공 받고 있는 서비스레벨를 충족시키는지에 대한 정보는 알 수 없다.

따라서 단말은 리스트에 있는 모든 인접기지국들을 다 스캐닝을 하게 된다. 단말이 스캐닝을 실시 전에 리스트의 인접기지국들이 제공 가능한 서비스 레벨을 알 수 있다면, 단말은 모든 인접기지국들을 스캐닝 할 필요 없이 선별적으로 서비스 제공 가능한 인접기지국들만을 스캐닝 할 수 있으므로 스캐닝 횟수를 줄일 수 있게 된다.

현재는 서빙기지국이 NBR-ADV 메시지에 인접기지국의 ID와 프리앰블값만을 포함시켜 송출하고 있다. 본 발명에서는 NBR-ADV 메시지에 각 인접기지국들이 제공 가능한 서비스레벨의 정보를 포함 시키도록 한다. 이렇게 하면, 단말은 브로드캐스팅 되는 NBR-ADV메시지를 통해 스캐닝수행 이전에 각 인접기지국들의 제공 가능한 서비스레벨을 알 수 있게 된다.

단말은 스캐닝 이전에 각 인접기지국들의 서비스레벨을 미리 알기 때문에 모든 인접기지국들을 스캐닝 할 필요 없이 현재 서비스중인 서비스레벨과 동등수준의 서비스를 제공할 수 있는 인접기지국들만을 선택적으로 스캐닝을 하게 된다.

결과적으로 불필요한 스캐닝을 줄일 수 있게 된다. 기지국은 인접 기지국들의 서비스 레벨 수집을 위해 NBR-ADV메세지 송출이전에 백본(backbone)메시지를 통해 각 인접기지국들의 서비스레벨을 수집하여 이 정보를 NBR-ADV 메시지에 포함 시키게 된다. 기지국간의 전달받는 메시지는 백본용이므로 무선채널의 자원 낭비를 줄이게 된다.

본 발명을 위해 구성 될수 있는 장치의 예는 도 1과 같다. 중앙제어부는 단말의 제반기능을 제어하는 주제어보드로 CPU로 구성 되어있고, 기지국과의 제어 메시지를 인코딩하고 디코딩하는 기능을 수행한다. NBR-ADV 메시지 수신과 스캐닝을 위한 SCN-REQ/RSP 메시지 처리가 이 주제어보드에서 수행되게 된다. 변복조부(Modulator/Demodulator)는 신호를 변환하고 수신한 신호를 복원하는 기능을 수행 하며, 신호를 복원시 해당 기지국 신호의 CINR값을 측정하게 된다.

RF부는 이들 신호들을 무선 신호로 변환하여 전파되게 하고, 기지국으로부터 무선 신호를 수신 받는다. RF부는 기지국들간의 통신을 위한 무선파라메타와 주파수세팅에 따라 동작을 하게 된다. 단말이 처음에 power on이 되거나 초기 동작을 시작하면 셀셀렉션(cell selection) 과정을 거쳐 서빙기지국과 통신을 개시하며, 시그날링 절차를 거쳐 서비스가 개시된다. 시그나링 절차가 완료 되면 서빙기지국과 해당단말 사이에는 제공되는 서비스레벨이 결정되게 된다.

서비스레벨에는 제공 될 수 있는 QoS 수준, 대역폭, 이용가능한 서비스 종류등으로 분류 될 수 있게 된다.

서빙기지국은 해당 단말이 인접기지국으로 핸드오버 될 수 있는 상황을 대비하여 각 인접기지국들과 백본메세지를 이용하여 인접기지국들이 제공 가능한 서비스레벨을 수집한다. 서빙기지국은 수집한 각 인접기지국들의 서비스레벨을 NBR-ADV 메시지에 포함시켜 자신의 셀로 브로드캐스팅한다.

셀내에 있는 모든 단말은 브로드캐스팅 되는 NBR-ADV 메시지를 수신 받게 되며, 주기적으로 오는 NBR-ADV 메시지내의 인접기지국 리스트 정보를 갱신하게 된다.

단말은 주기적으로 서빙기지국의 CINR 값을 모니터링 하고 있다가, 미리 정한 기준 값 이하가 되면 핸드오버영역(handover region)에 도달 된걸로 인식하여 스캐닝 실시를 준비한다. 이때 NBR-ADV 메시지 내의 인접기지국 리스트 중에서 현재 자신이 제공 받고 있는 서비스레벨을 충족시키는 인접기지국들만 선별하고, 이들 인접기지국들만 스캐닝을 수행하도록 동작한다.

중앙제어보드는 가장 선호하는 인접기지국의 무선 파라메타를 RF 처리부에 세팅하여 RF 처리부가 해당 인접기지국으로 스위칭 되도록 한다. 인접기지국의 정보대로 세팅 된 RF 수신부는 인접기지국과 동기화를 이루게 되며, 인접기지국이 송출하는 프리앰블을 수신 받게 된다. 수신 받은 프리앰블은 모뎀처리부로 전달 되고, 모뎀부에서는 이 값을 기준으로 CINR을 구하게 된다. 연산과정을 통해 구한 CINR 결과 값은 중앙처리부로 전달 된다.

중앙처리부는 구한 CINR 값과 서빙기지국의 CINR 값을 비교하면서 핸드오버 동작개시를 준비하게 된다. 이와 같은 일련의 과정은 현재의 제공받는 서비스수준을 만족해 주는 인접기지국 개수 만큼 반복 시행을 하게 된다. 중앙처리부는 각 인접기지국들의 CINR과 서빙기지국의 CINR 값을 비교한다. 비교결과 그 차이 값(offset value)이 미리 정한 기준값에 만족하면 ,중앙처리부는 핸드오버 동작을 시작하게 된다.

현재의 휴대인터넷시스템에서 핸드오버가 수행 되기 위해서는 전처리 과정인 스캐닝이 필수적으로 수행 되어져야 한다. 스캐닝은 인접기지국의 수신 세기를 측정하고 연산하는 과정이므로 인접기지국과 동기화를 이루기 위해서는 현재의 서빙기지국과의 무선연결이 일시적으로 중단해야 한다.

따라서 스캐닝수행에 따른 성능저하가 발생하며, 스캐닝에 따라 서비스도 중단을 해야 한다. 이 스캐닝 구간에 전달해야 하는 트래픽은 단말과 기지국에서 버퍼링하고 있어야 한다.

단말이 핸드오버영역(handover region)에 있게 되면 스캐닝 수행 빈도는 많이 증가하기 때문에 가급적 스캐닝횟수를 줄이는 방법이 필요하다. 본 발명은 채택할 경우 기존의 서빙기지국이 핸드오버 수행이 시작 된 후 각 후보 인접기지국들과 백본메세지를 통해 서비스레벨을 모니터링하는 방법 대신, 핸드오버가 발생 되기 전에 각 인접기지국들의 서비스 레벨 정보를 알아 내는 방법을 제안한다.

이 방법을 채택할 경우 단말은 이미 각 인접기지국들의 서비스레벨을 알 수 있으므로 해당되는 인접기지국만 스캐닝하면 되므로, 기존의 방법에 비해 스캐닝 횟수를 줄이는 효과를 볼 수 있다.

Claims (8)

1. 단말의 핸드오버 장치로서,

   서빙 기지국으로부터 인접 기지국의 리스트와 각 인접 기지국이 제공 가능한 서비스 레벨의 정보를 포함하는 메시지를 수신하는 RF 처리부, 그리고

   상기 인접 기지국의 리스트 중에서 현재 서비스 중인 서비스 레벨을 충족시키는 서비스 레벨을 가진 적어도 하나의 인접 기지국을 선택하며, 선택한 상기 적어도 하나의 인접 기지국을 스캐닝하는 중앙 제어부

   를 포함하며,

   상기 중앙 제어부는 상기 서빙 기지국의 CINR(carrier to interference and noise ratio) 값이 제1 기준 값 이하인 경우에 상기 적어도 하나의 인접 기지국의 스캐닝을 시작하는 핸드오버 장치.
2. 제1항에서,

   상기 서비스 레벨은 QoS(quality of service) 레벨, 허용 가능한 대역폭 및 이용 가능한 서비스 종류 중 적어도 하나를 포함하는 핸드오버 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에서,

   모뎀 처리부를 더 포함하며,

   상기 RF 처리부는 적어도 하나의 인접 기지국의 프리앰블을 수신하고,

   상기 모뎀 처리부는 상기 프리앰블에 기초하여 상기 적어도 하나의 인접 기지국의 CINR 값을 측정하며,

   상기 중앙 제어부는 상기 적어도 하나의 인접 기지국의 CINR 값과 상기 서빙 기지국의 CINR 값에 기초하여 핸드오버 동작을 시작하는

   핸드오버 장치.
6. 기지국의 핸드오버 지원 방법으로서,

   각 인접 기지국의 서비스 레벨 정보를 수집하는 단계,

   각 인접 기지국의 서비스 레벨 정보와 인접 기지국의 리스트를 포함하는 메시지를 방송하는 단계, 그리고

   상기 메시지를 수신한 단말로부터 핸드오버 시작 명령을 수신하는 단계

   를 포함하며,

   상기 서비스 레벨 정보를 수집하는 단계는 백본 메시지를 통해서 각 인접 기지국의 서비스 레벨 정보를 수집하는 단계를 포함하고,

   상기 수신하는 단계는 상기 단말에 의해 서빙 기지국의 CINR(carrier to interference and noise ratio) 값이 제1 기준 값 이하인 경우에 상기 인접 기지국의 리스트 중에서 현재 서비스 중인 서비스 레벨을 충족시키는 서비스 레벨을 가진 적어도 하나의 인접 기지국만이 스캐닝되는 단계를 포함하는 핸드오버 지원 방법.
7. 삭제
8. 제6항에서,

   상기 서비스 레벨은 QoS(quality of service) 레벨, 허용 가능한 대역폭 및 이용 가능한 서비스 종류 중 적어도 하나를 포함하는 핸드오버 지원 방법.

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