KR101406355B1 - 고속 이동환경에서의 분산소형 기지국 활용하는 이동 통신 시스템 및 이동 통신 서비스 제공 방법 - Google Patents

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Abstract

고속 이동환경에서의 분산소형 기지국 활용하는 이동 통신 시스템 및 이동 통신 서비스 제공 방법을 공개한다. 본 발명의 일실시예에 따른 이동 통신 시스템은 적어도 하나의 이동 통신 단말기(MS), 분산 배치되어 기설정되는 고정 영역내의 이동 통신 단말기로 이동 통신 서비스를 제공하는 가상 셀 네트워크(VCN)를 형성하는 복수개의 분산 소형 기지국(DBS) 및 적어도 하나의 이동 통신 단말기의 위치 및 이동 속도를 판별하고 적어도 하나의 이동 통신 단말기의 이동 속도가 기설정된 속도 이상이면, 복수개의 분산 소형 기지국 중 일부 분산 소형 기지국이 이동 통신 단말기의 이동 속도에 대응하는 형태의 모바일 가상 셀 네트워크(MVCN)를 구성하도록 복수개의 분산 소형 기지국를 제어하고, 이동 통신 단말기의 이동에 따라 모바일 가상 셀 네트워크가 이동가능 하도록 모바일 가상 셀 네트워크를 구성하는 분산 소형 기지국을 추가 및 제외하여 모바일 가상 셀 네트워크를 업데이트하는 적어도 하나의 매크로 기지국(MBS)을 포함한다. 따라서 고속 및 저속으로 이동하는 이동 통신 단말에 모두 양질의 이동 통신 서비스를 제공할 수 있다.

Description

고속 이동환경에서의 분산소형 기지국 활용하는 이동 통신 시스템 및 이동 통신 서비스 제공 방법{Mobile Communication System for utilizing distributed small Base Station in High Speed Mobile Environment and Method for Providing Mobile Communication Service}
본 발명은 분산소형 기지국을 활용하여 고속으로 이동하는 이동 통신 단말기와 저속으로 이동하는 이동 통신 단말기를 함께 고려하여 가변 크기의 셀과 기존의 셀을 함께 서비스하는 이동 통신 시스템 및 이동 통신 서비스 제공 방법에 관한 것이다.
정보 통신 기술의 발달에 따라 사용자는 다양한 통신 환경에서 통신 기능의 제공을 요구하고 있다. 특히 이동 통신 서비스의 경우에는 다양한 통신 환경의 변화에 유기적으로 대응할 수 있도록 셀(Cell)의 크기가 점차로 축소되어가는 경향이 있다.
이러한 통신 환경의 변화에 대응하기 위한 차세대 이동 통신 서비스에서는 기존의 매크로 기지국(Macro Base Station : 이하 MBS)을 기반으로 하는 셀보다 유동적인 셀을 구축할 수 있도록 MBS와 더불어 분산 소형 기지국((Distributed small Base Station : 이하 DBS)을 기반으로 소형 셀을 구성한다.
소형 셀 기반 서비스 환경은 다양한 셀의 형상 및 대역을 제공하기 위해 MBS와 DBS가 다중대역(UHF, SHF) 및 빔(beam)을 지원하도록 구성되고, LOS(LINE-OF-SIGHT)에서는 SHF(Super High Frequency, 3GHz~30GHz) 대역의 세밀한 빔을 통한 무선 백홀 사용하고, NLOS(NON-LOS)에서는 UHF(Ultra High Frequency, 300MHz~3GHz) 대역의 광범위한 빔을 통한 무선백홀 사용한다. 그리고 UHF 대역을 지원하는 이동 통신 단말(Mobile-station : 이하 MS)은 UHF 대역의 빔을 통해 DBS로부터 데이터를 제공받는다.
소형 셀 기반 서비스 환경은 셀의 크기가 이전 이동 통신 서비스에서의 셀 크기보다 작아짐에 따라 MS의 이동에 따라 잦은 핸드오버(Handover : 이하 HO)가 필요하다는 문제가 있었다. 이에 큰 셀 크기를 갖는 MBS와 상대적으로 작은 셀 크기를 갖는 DBS 사이에 핸드오버를 수행하는 방법이 제안되었다. 그러나 MBS 와 DBS 사이에 핸드오버를 수행하는 방법은 고속으로 이동하는 이동 통신 단말에 대해서는 여전히 잦은 HO가 발생하여 이동 통신 서비스에서 부하가 크게 발생하는 문제가 있다.
다른 방안으로서 복수개의 DBS를 릴레이 그룹으로 생성하고, 릴레이 그룹에 DBS를 추가하거나 제거하여 데이터를 MS로 전송하는 협력적 매크로 다이버시티(cooperative macro diversity) 기술이 연구되었다. 그러나 협력적 매크로 다이버시티 기술은 단순히 이동하는 이동 통신 단말을 위한 릴레이 그룹에 DBS를 추가하거나 제거하는 방안에 대해서만 정의될 뿐, 고속으로 이동하는 이동 통신 단말뿐만 아니라 정지하거나 저속으로 이동하는 이동 통신 단말을 함께 고려하지 않았다.
본 발명의 목적은 분산 소형 기지국을 활용하여 저속으로 이동하는 이동 통신 단말과 고속으로 이동하는 이동 통신 단말을 모두 고려하여 자원을 분배할 수 있는 이동 통신 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 고속 및 저속으로 이동하는 이동 통신 단말에 모두 양질의 이동 통신 서비스를 제공할 수 있는 분산 소형 기지국을 활용하는 이동 통신 서비스 제공 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 이동 통신 시스템은 적어도 하나의 이동 통신 단말기(MS); 분산 배치되어 기설정되는 고정 영역내의 상기 이동 통신 단말기로 이동 통신 서비스를 제공하는 가상 셀 네트워크(VCN)를 형성하는 복수개의 분산 소형 기지국(DBS); 및 상기 적어도 하나의 이동 통신 단말기의 위치 및 이동 속도를 판별하고 상기 적어도 하나의 이동 통신 단말기의 이동 속도가 기설정된 속도 이상이면, 상기 복수개의 분산 소형 기지국 중 일부 분산 소형 기지국이 상기 이동 통신 단말기의 이동 속도에 대응하는 형태의 모바일 가상 셀 네트워크(MVCN)를 구성하도록 상기 복수개의 분산 소형 기지국를 제어하고, 상기 이동 통신 단말기의 이동에 따라 상기 모바일 가상 셀 네트워크가 이동가능 하도록 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 구성하는 상기 분산 소형 기지국을 추가 및 제외하여 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 업데이트하는 적어도 하나의 매크로 기지국(MBS);을 포함한다.
상기 복수개의 분산 소형 기지국은 상기 모바일 가상 셀 네트워크에서 협력적 다이버시티(Cooperative diversity)를 이용하여 상기 적어도 하나의 이동 통신 단말기로 상기 이동 통신 서비스를 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 적어도 하나의 매크로 기지국 각각은 상기 적어도 하나의 이동 통신 단말기 또는 상기 복수개의 분산 소형 기지국 중 적어도 하나로부터 상기 이동 통신 단말의 위치, 이동 속도 및 이동 방향에 대한 정보가 포함된 MS 정보 리포트를 수신하고, 수신된 MS 정보 리포트를 분석하여 상기 모바일 가상 셀 네트워크에 포함될 상기 복수개의 분산 소형 기지국을 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 적어도 하나의 매크로 기지국 각각은 상기 MS 정보 리포터에서 분석된 상기 이동 통신 단말기의 이동 속도가 상기 기준 속도 미만이면, 상기 이동 통신 단말기의 위치에 대응하는 상기 가상 셀 네트워크를 통해 상기 이동 통신 단말기로 상기 이동 통신 서비스를 제공할 수 있도록 상기 복수개의 분산 소형 기지국을 제어하고, 상기 이동 통신 단말기의 이동 속도가 상기 기준 속도 이상이면, 상기 이동 통신 단말기의 위치를 중심으로 상기 이동 속도에 대응하는 크기로 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 구성하고, 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 통해 상기 이동 통신 단말기로 상기 이동 통신 서비스를 제공할 수 있도록 상기 복수개의 분산 소형 기지국을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 적어도 하나의 매크로 기지국 각각은 상기 이동 통신 단말기의 이동 방향을 추가로 고려하여 상기 모바일 가상 셀 네트워크의 크기 및 형태를 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수개의 분산 소형 기지국 중 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 구성하는 분산 소형 기지국은 상기 모바일 가상 셀 네트워크와 상기 가상 셀 네트워크 양쪽으로 자원을 분배하여 상기 모바일 가상 셀 네트워크와 상기 가상 셀 네트워크에 대해 동시에 상기 이동 통신 서비스를 제공할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 적어도 하나의 매크로 기지국 각각은 상기 모바일 가상 셀 네트워크로부터 기설정된 거리 내에 배치된 상기 분산 소형 기지국이 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 위한 자원을 예약하고, 나머지 자원을 상기 가상 셀 네트워크를 위해 사용하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수개의 분산 소형 기지국 각각은 시분할 다중화 방식(TDM), 주파수 분할 다중화 방식(FDM) 및 직교 주파수 분할 다중화 방식(OFDM) 중 하나의 방식을 이용하여 상기 자원을 분배하는 것을 특징으로 한다.
상기 적어도 하나의 매크로 기지국 각각은 상기 기준 속도 이상으로 이동하는 상기 이동 통신 단말기의 이동 속도가 상기 기준 속도 미만으로 다시 느려지면, 생성된 상기 모바일 가상 셀 네트워크가 소멸되도록 상기 복수개의 분산 소형 기지국을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수개의 분산 소형 기지국 각각은 상기 모바일 가상 셀 네트워크가 소멸되면, 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 구성하는 분산 소형 기지국이 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 위해 분배한 자원을 상기 가상 셀 네트워크를 위해 활용하는 것을 특징으로 한다.
상기 적어도 하나의 매크로 기지국 각각은 상기 적어도 하나의 이동 통신 단말로 직접 상기 이동 통신 서비스를 제공할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동 통신 서비스 제공 방법은 적어도 하나의 이동 통신 단말기, 상기 이동 통신 단말기로 이동 통신 서비스를 제공하기 위해 분산 배치되는 복수개의 분산 소형 기지국 및 적어도 하나의 매크로 기지국을 구비하는 이동 통신 시스템의 이동 통신 서비스 제공 방법에 있어서, 상기 매크로 기지국이 기설정된 기준 속도 미만으로 저속 이동하는 상기 적어도 하나의 이동 통신 단말기에 대해 상기 복수개의 분산 소형 기지국(DBS)이 고정된 영역에 대해 가상 셀 네트워크(VCN)를 형성하여 상기 이동 통신 단말기로 이동 통신 서비스를 제공하도록 제어하는 단계; 상기 적어도 하나의 이동 통신 단말기 또는 상기 복수개의 분산 소형 기지국 중 적어도 하나로부터 상기 이동 통신 단말의 위치, 이동 속도 및 이동 방향에 대한 정보가 포함된 MS 정보 리포트를 수신하는 단계; 및 상기 MS 정보 리포트를 분석하여 상기 적어도 하나의 이동 통신 단말기가 상기 기준 속도 이상으로 고속 이동하면, 상기 이동 통신 단말기의 위치를 중심으로 상기 이동 속도에 대응하는 크기로 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 구성하고, 상기 이동 통신 단말기가 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 통해 상기 이동 통신 서비스를 제공받을 수 있도록 상기 복수개의 분산 소형 기지국을 제어하는 단계;를 포함한다.
상기 복수개의 분산 소형 기지국을 제어하는 단계는 상기 복수개의 분산 소형 기지국 중 상기 이동 속도에 대응하는 크기의 상기 모바일 가상 셀 네트워크에 포함될 분산 소형 기지국을 결정하는 단계; 및 상기 이동 통신 단말기의 이동에 따라 상기 모바일 가상 셀 네트워크가 이동가능하도록 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 구성하는 상기 분산 소형 기지국을 추가 및 제외하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 분산 소형 기지국을 결정하는 단계는 상기 이동 통신 단말기의 이동 속도뿐만 아니라 이동 방향을 함께 고려하여 상기 모바일 가상 셀 네트워크의 크기 및 형태를 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 저속으로 이동하는 저속이동통신단말과 고속으로 이동하는 고속이동통신단말을 구분하고, 구분된 저속 이동통신단말과 고속 이동통신단말에 대해 분산 소형 기지국이 서로 다른 소형 셀 클러스터에서 서비스를 제공하도록 하여 안정적인 협력통신 서비스를 제공할 수 있고, 고속이동통신단말은 모바일 VCN(MVCN)을 통해 핸드오버 없이 통신 서비스를 받음으로써 핸드 오버에 의한 오버헤드(overhead)가 없어 안정적인 서비스를 받을 수 있도록 할 뿐만 아니라 VCN에 대한 자원을 함께 운용할 수 있도록 하여 저속 이동통신단말 또한 안정적인 서비스를 받을 수 있도록 한다.
그리고 매크로 다이버시티(Macro diversity)를 적극적으로 활용해 이동성을 예측한 맞춤형 VCN제공이 가능하고, 중앙 집중화(centralized) 방식으로 관리되는 MVCN과 별개로VCN을 분산(decentralized) 방식으로도 운용이 가능하다.
도1 은 본 발명의 일실시예에 따른 모바일 가상 셀 네트워크의 개념을 나타낸다.
도2는 본 발명에 따른 VCN과 MVCN을 동시 운용 시에 MVCN의 이동에 따라 주변의 VCN이 영향 받는 모습을 나타낸 도면이다.
도3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 통신 시스템을 도시한 도면이다.
도4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 MVCN 구성 방법을 설명하기 위한 도면이이다.
도5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 MVCN 구성 방법을 설명하기 위한 도면이이다.
도6 은 본 발명의 일실시예에 따른 VCN과 MVCN을 운용하는 방법의 개념을 나타낸다.
도7 은 도6 의 MVCN 운용 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도8 은 도7 의 MVCN 운용 방법에 대한 MBS의 동작을 나타낸다.
도9 는 본 발명의 일실시예에 따른 MVCN을 위한 DBS의 자원 활용 방법을 나타낸다.
도10 은 MS 의 이동에 따른 DBS들의 상태를 관리하는 방법을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “...부”, “...기”, “모듈”, “블록” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도1 은 본 발명의 일실시예에 따른 모바일 가상 셀 네트워크의 개념을 나타낸다.
기존의 소형 셀 기반 이동 통신 시스템은 셀의 크기가 소형화 됨에 따라 고속(예를 들면 10Km/h 이상)으로 이동하는 MS 에 대해서 잦은 HO가 필요하였다. 이동 통신 서비스가 단순히 고속으로 이동하는 MS 와 저속(예를 들면 10Km/h 이하)(본 발명에서 저속이라함은 정지 상태를 포함한다)으로 이동하는 MS에 대해 동시에 서비스를 제공할 수 있도록 하기 위해서는 소형 셀 기반 서비스가 아닌 중형 또는 대형 셀 기반 서비스를 제공할 수도 있다. 그러나 중형 또는 대형 셀을 기반 서비스는 종래의 이동 통신 서비스에서 알려진 바와 같이 자원의 효율적 사용에 제약이 있으므로, 적합한 방법이 아니다.
따라서 소형 셀 기반 이동 통신 서비스에서 고속으로 이동하는 MS에 대한 서비스 방안이 필요하다.
본 발명에 따른 이동 통신 서비스는 기존에 알려진 가상 셀 네트워크(Virtual Cell Network, 이하 VCN)와 더불어 모바일 가상 셀 네트워크(Mobil Virtual Cell Network, 이하 MVCN)을 지원한다.
도1 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 MVCN은 VCN과 마찬가지로 적어도 하나의 MBS 또는 DBS가 그룹으로 구성되어 클러스터(cluster)를 형성한다. 그리고 MVCN은 MS의 이동에 따라 클러스터를 형성하는 적어도 하나의 MBS 또는 DBS가 추가되거나 제거되는 업데이트가 수행되어 HO 없이 고속으로 이동하는 MS에게 이동 통신 서비스를 제공할 수 있다. 즉 MVCN은 MS의 이동에 대응하여 클러스터가 업데이트 되어 MS와 함께 이동하는 형태를 나타내게 된다. 따라서 MVCN은 이동하는 MS를 위해 가변되는 VCN으로 볼 수 있다.
고속으로 이동하는 MS에 대해서 MVCN은 빠른 클러스터의 업데이트를 수행하거나, 잦은 HO가 필요하다. 클러스터가 자주 업데이트 되면 기존 VCN에서 이용하는 기지국 협력 통신(Coordinated Multi-Point : CoMP) 기법은 채널의 상황을 측정하여 고려해야하므로 활용이 어려우며, 클러스터 업데이트 시마다 다시 이뤄져야 하는 채널 정보 측정/교환 및 계산의 절차가 고속이동환경에 적합하지 않다. 또한 HO는 상기한바와 같이, HO 시에 발생하는 오버헤드(overhead)로 인해 이동성이 큰 단말의 성능에 큰 영향을 미친다.
반면, 협력적 다이버시티(Cooperative diversity) 기법의 경우에는 협력하는 DBS에 변화가 생겨도 추가적인 정보의 교환이나 계산의 절차가 적고, 클러스터를 구성하는 DBS가 가변될 때, 오버헤드가 적기 때문에 HO가 발생하지 않도록 MVCN의 HO가 발생하지 않도록 클러스터를 업데이트하면서 서비스를 제공할 수 있는 장점을 제공한다. 따라서 본 발명에서 MVCN은 클러스터를 형성하는 적어도 하나의 MBS 또는 DBS가 다이버시티 모드로만 서비스를 제공한다.
그러나 이동 통신 서비스 네트워크 내에는 이동하는 MS만 존재하는 것이 아니라 정지한 MS도 존재한다. 또한 이동하는 MS 에서도 고속으로 이동하는 MS와 저속으로 이동하는 MS는 구분하여 서비스를 제공할 필요가 있다.
이에 본 발명에서는 고속 이동 사용자를 위한 클러스터 형성 및 업데이트 동작과, 기존의 VCN과 MVCN을 동시 운영하는 방안을 제안한다.
도2는 본 발명에 따른 VCN과 MVCN을 동시 운용 시에 MVCN의 이동에 따라 주변의 VCN이 영향 받는 모습을 나타낸 도면이다.
상기한 MVCN은 MS의 이동에 따라 클러스터를 업데이트하여 가급적 MS에 HO에 의한 오버헤드가 발생하지 않도록 하고 있으나, 이동 통신 서비스에서는 고속으로 이동하는 MS 뿐만 아니라 저속으로 이동하는 MS도 존재하므로 모든 MS 각각에 대해 MVCN을 제공할 수는 없다. 즉 이동 통신 서비스는 고속으로 이동하는 MS를 위한 MVCN 뿐만 아니라 기존과 같이 저속으로 이동하는 MS를 위해 VCN을 함께 운용해야한다. 그러나 MVCN의 클러스터가 이동하는 MS에 따라 가변되므로 도2 에 도시된 바와 같이 MVCN의 클러스터 영역과 VNC의 클러스터 영역이 중첩되는 경우가 발생할 수 있으며, MVCN의 클러스터 영역과 VNC의 클러스터 영역이 중첩되면, MVCN 뿐만 아니라 우선 서비스가 제공되고 있던 VCN의 성능에도 영향을 미치게 된다.
또한, 도2에서와 같이, MVCN의 경우 잦은 클러스터의 업데이트가 필요하므로, VCN과 MVCN을 별개로 운용하는 것이 바람직하다. 이는 기지국 협력 통신(CoMP) 기법을 이용하는 VCN은 클러스터를 자주 업데이트하기가 힘들고, 채널의 상황을 측정/고려하는 전송기술로서 업데이트 시 많은 계산이 필요하고, MVCN의 경우 사용자의 이동에 따라 구성되므로 VCN과 같이 운용하는 경우 이동하는 사용자 주변의 VCN이 영향을 받아, 도시한 바와 같이 주변 VCN이 낼 수 있는 성능이 저하되기 때문이다.
본 발명의 MVCN는 MBS로 서비스하는 것보다 높은 성능(소형셀 기반 토폴로지의 장점)과 단일 DBS에 비해 넓은 서비스 영역(coverage(VCN의 장점)))를 제공하므로, 이동성이 높은 사용자도 DBS를 기반으로 서비스를 제공할 수 있도록 한다.
MVCN을 구성한 후 지속적으로 MVCN을 업데이트 하여 HO의 횟수를 극단적으로 줄일 수 있게 됨에 따라 MS에 발생하는 오버헤드를 줄일 수 있으며, 양질의 서비스 제공할 수 있다.
또한, MVCN은 협력적 다이버시티 기법을 이용하므로 다이버시티 이득(diversity gain)을 얻을 수 있는 장점을 가지며, 채널 정보를 측정하거나 교환하는 것과 같은 복잡한 절차가 불필요하므로, 고속 이동 MS 에 대해 서비스를 제공하기에 적합하다.
도3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 통신 시스템을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 이동 통신 시스템은 적어도 하나의 MBS(MBS), 적어도 하나의 DBS(DBS), 및 적어도 하나의 MS(MS)을 포함하여 구성된다.
적어도 하나의 MS(MS)는 각각은 MS 정보 관리부(310)를 구비한다. MS 정보 관리부(310)는 MS(MS)의 위치와 이동 속도 및 이동 방향에 대한 정보를 수집하여 적어도 하나의 MBS(MBS) 및 적어도 하나의 DBS(DBS) 중 대응하는 MBS(MBS) 또는 DBS(DBS)로 전송하여 현재 MS(MS)의 상태를 상위 네트워크로 전달한다.
적어도 하나의 DBS(DBS) 각각은 적어도 하나의 MBS 중 대응하는 MBS의 제어에 따라 운용되어 VCN 및 MVCN의 클러스터에 추가되거나 제거된다. DBS는 MS(MS)의 위치와 이동 속도 및 이동 방향에 대한 정보를 수집하여 적어도 하나의 MBS(MBS)중 대응하는 MBS(MBS)로 전송하는 MS 정보 관리부(210)와 MBS(MBS)의 제어에 응답하여 DBS(DBS)의 셀 영역 내에 MVCN의 존재 여부에 따라 DBS의 동작 모드를 제어하는 DBS 제어부(220) 및 MVCN과 VCN에 대해 동시에 서비스를 제공하기 위한 송수신부(230)를 구비한다. DBS(DBS)에서 MS 정보 관리부(210)는 MS(MS)의 MS 정보 관리부(210)와 유사한 기능을 수행하므로 DBS(DBS) 및 MS(MS) 중 한쪽에만 구비될 수도 있으며, 양쪽 모두에 구비되어도 무방하다.
적어도 하나의 MBS(MBS)는 중앙 제어부(Centeral Management Unit : CMU)의 기능을 수행하여 MS(MS)의 상태에 따른 DBS(DBS)의 동작을 제어한다. 적어도 하나의 MBS(MBS)는 DBS(DBS) 및 MS(MS)의 MS 정보 관리부(210, 310)으로부터 수신한 MS 정보를 분석하여 MVCN의 생성, 변경 및 해제를 관리하는 MVCN 구성부(110)와 MVCN에 대응하는 DBS의 자원을 할당하거나 반환하는 자원 관부(120)을 포함한다. MVCN 구성부(110)는 MS 정보 관리부(210, 310)으로부터 수신한 MS 정보에 포함된 MS의 위치, 이동 속도 및 이동 방향을 분석하여 적어도 하나의 DBS(DBS) 중 MVCN을 위한 클러스터에 포함될 DBS(DBS)를 결정하고, MVCN의 생성, 변경 및 소멸을 위한 메세지를 송수신하기 위한 DBS(DBS)와 MBS(MBS)간의 메시지 프로토콜을 운용한다. 특히 MVCN 구성부(110)는 MS(MS)의 현재 위치가 특정 DBS(DBS)의 셀 범위에 포함되어 있지 않더라도, MS(MS)의 이동 속도 및 방향을 고려하여 DBS(DBS)가 MVCN에 대응할 수 있도록 미리 DBS(DBS)를 MVCN의 클러스터에 포함되도록 할 수 있다. MVCN 구성부(110)는 MS(MS)의 이동 속도가 빠를수록 MVCN이 더 큰 클러스터를 구성하도록 한다.
그리고 자원 관리부(120)는 VCN을 위해 자원이 할당된 DBS(DBS)가 MVCN의 클러스터에 포함되는 경우 MVCN을 위한 자원을 할당하도록 하고, DBS(DBS)가 MVCN의 클러스터에서 제외되는 경우에 할당된 자원을 다시 VCN을 이용하도록 한다. 자원 관리부(120)은 MVCN의 운용을 위한 주변 VCN의 자원 예약하기 위한 DBS, MBS간의 메시지 프로토콜을 운용함으로서, MVCN과 VCN을 동시 운용할 수 있도록 한다.
도4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 MVCN 구성 방법을 설명하기 위한 도면이이다. 도4 에서 (a)는 MS의 이동 속도를 고려하지 않는 MVCN을 도시하였으며, (b)는 MS의 이동속도를 고려한 MVCN을 도시하였다. 그리고 (a)와 (b)에서 모두 왼쪽의 그림은 MS의 이동 속도(v1)가 느린 경우를 나타내며, 오른쪽 그림은 MS의 이동 속도(v2)가 빠른 경우를 나타낸다.
(a)에 도시한 바와 같이 이동 속도를 고려하지 않는 경우, MVCN은 MS의 이동 속도에 무관하게 동일한 크기의 클러스터를 갖는 MVCN을 제공하게 된다. 즉 도4 의 (a)에서는 왼쪽과 오른쪽 그림에서 MS 의 이동 속도가 서로 다름에도 MVCN의 클러스터 크기가 동일하다. 그러므로 MS 의 이동 속도가 빠른 경우에 이동 통신 시스템은 MS에 대해 서비스를 제공하기 위해서는 MS의 이동 속도에 따라 빠르게 클러스터를 업데이트하거나, 자주 HO를 수행할 필요가 있다. 그리고 이러한 클러스터의 업데이트나 HO는 오버헤드를 발생시켜 이동 통신 시스템의 성능을 떨어뜨리는 결과를 초래한다.
이에 비해 (b)는 이동 속도를 고려하여, MS의 이동 속도가 느린 왼쪽 그림보다 MS의 이동 속도가 빠른 오른쪽 그림에서 클러스터의 크기가 크게 구현되었다. 따라서 이동 속도가 빠른 MS에 대해서 클러스터의 업데이트나 HO의 수행 빈도를 (a)에 비해 크게 낮출 수 있다.
(b) 에 도시된 바와 같이 MS의 속도를 고려하여 MVCN을 구성하는 경우, 복수개의 DBS 중 클러스터에 포함될 DBS를 선택하는 것이 중요하다.
MVCN을 위한 클러스터에 포함될 DBS를 선택하는 방법은 이동 통신 시스템의 복수개의 DBS(b1, b2, b3, ..., bn)의 집합을 Stot = {b1, b2, b3, ..., bn}을 표현할 때, 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112012074225535-pat00001
(여기서
Figure 112012074225535-pat00002
는 i번째 MS인 MSi를 위한 MVCN의 DBS의 집합을 나타내고, vi 는 MSi 의 속도를 나타내고, di,k는MSi 로부터 k번째 DBS인 DBSk 까지의 거리를 나타낸다. 그리고 thi 는 MSi를 위한 MVCN의 DBS의 집합
Figure 112012074225535-pat00003
의 문턱값을 나타낸다. c는 이동 통신 시스템의 MBS에 기설정되는 상수이다.)
수학식 1 에 나타난 바와 같이 본 발명의 이동 통신 시스템은 MBS(MBS)의 MVCN 구성부(110)가 서비스를 제공하고자 하는 MSi의 이동 속도를 고려하여 MVCN의 클러스터에 포함될 DBS(DBS)를 구성하므로, MSi의 이동 속도가 빠를수록 더 먼 거리의 DBS(DBS)를 클러스터에 포함하여 MSi의 이동 속도에 비례하여 클러스터의 크기가 커지도록 구성한다. 즉, 사용자의 이동 속도를 고려하지 않는 경우, MVCN는 일정하게 유지되나, 사용자의 이동 속도를 고려하는 경우에는 MVCN의 크기가 사용자의 이동 속도에 따라 가변된다. 클러스터의 크기가 MSi의 이동 속도 비례하기 대문에 MSi의 이동 속도가 빠르더라도 MVCN의 클러스터에 대한 업데이트나 HO의 빈도가 낮더라도 안정적인 이동 통신 서비스를 제공할 수 있다. 상수(c)의 값은 MVCN 구성부(110)에 기설정되어 저장될 수 있으며, 이동 통신 시스템의 관리자는 상수(c)를 조절하여 서비스를 제공할 클러스터의 크기를 조절할 수 있다.
수학식 1 에서는 vi가 0인 경우, 즉 MSi가 정지한 경우 문턱값(thi)이 0이 되므로, 어떠한 DBS도 MVCN의 DBS의 집합(
Figure 112012074225535-pat00004
)에 포함되지 않는 경우가 발생한다. 그러나 상기한 바와 같이 수학식 1 은 MVCN의 구성 방법에 대한 수식으로서 MBS가 MSi가 기설정된 속도(예를 들면 10Km/h) 이상인 경우에만 MVCN가 구성하도록 설정하므로 상기한 오류는 해소될 수 있다.
도5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 MVCN 구성 방법을 설명하기 위한 도면이이다.
도4 의 MVCN 구성 방법은 MSi 의 이동 속도를 고려하여 클러스터의 크기를 조절하였다. 그러나 MSi 의 이동은 방향성을 갖고 있다. MSi 의 이동이 방향성을 갖고 있기 때문에 MSi 의 이동 속도만을 고려하여 클러스터의 크기를 크게 설정하는 경우에, 클러스터는 MSi 의 이동 방향과 다른 방향의 DBS 또한 다수로 포함할 수 있으며, 이렇게 포함된 다른 방향의 DBS는 실질적으로 MSi 에 대한 서비스를 제공하지 못하는 경우가 많기 때문에 불필요한 자원의 낭비를 발생하게 된다.
이에 도5 에서는 단순히 MSi 의 이동 속도를 고려하여 클러스터의 크기를 조절하는 것이 아니라, MSi 의 이동 속도와 방향을 함께 고려하여 진행 예상 방향을 산출하고, MVCN 를 설정함으로써, MSi 의 이동성을 반영하는 더 효율적인 MVCN을 설정할 수 있도록 한다. 도5 에 도시된 바와 같이 MSi 의 이동 속도와 방향을 함께 고려하여 클러스터의 형상을 조절하면, MSi 의 이동 방향에 배치된 DBS는 먼거리의 DBS도 포함되는 반면, MSi 의 이동 방향과 반대 방향에 배치된 DBS는 상대적으로 짧은 거리에 배치된 DBS만 포함된다. 따라서 MSi 의 이동 방향과 반대 방향에 배치된 DBS는 불필요하게 MVCN을 위해 자원을 할당하지 않아도 되므로, VCN 또는 다른 MVCN을 위해 자원을 사용할 수 있고, 결과적으로 이동 통신 시스템 전체의 효율성이 높아지게 된다.
MSi 의 이동 속도와 방향을 함께 고려하는 MVCN을 위한 클러스터에 포함될 DBS를 선택하는 방법은 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112012074225535-pat00005
(여기서
Figure 112012074225535-pat00006
는 i번째 MS인 MSi를 위한 MVCN의 DBS의 집합을 나타내고,
Figure 112012074225535-pat00007
는 MSi 의 이동 방향 벡터를 나타내며,
Figure 112012074225535-pat00008
는 MSi 로부터 k번째 DBS인 DBSk 까지의 방향 벡터를, vi 는 MSi 의 속도를 나타내고, di,k는MSi 로부터 DBSk 까지의 거리를 나타낸다. 그리고
Figure 112012074225535-pat00009
는 MSi를 위한 MVCN의 DBS의 집합
Figure 112012074225535-pat00010
의 문턱값을 나타낸다. c는 이동 통신 시스템의 MBS에 기설정되는 상수이다.)
수학식 2 에 나타난 바와 같이 본 발명의 이동 통신 시스템은 MBS(MBS)의 MVCN 구성부(110)가 서비스를 제공하고자 하는 MSi의 이동 속도와 방향을 함께 고려하여 MVCN의 클러스터에 포함될 DBS(DBS)를 구성하므로, MVCN 구성부(110)는 MS(MS)의 이동 속도 및 방향에 대응하는 편중된 형상으로 클러스터가 형성될 수 있도록 DBS(DBS)를 MVCN의 클러스터에 포함할 수 있다. 상수(c)의 값은 MVCN 구성부(110)에 기설정되어 저장될 수 있으며, 이동 통신 시스템의 관리자는 상수(c)를 조절하여 서비스를 제공할 클러스터의 크기를 조절할 수 있다.
상기에서는 기설정된 문턱 값에 의해 생성되는 클러스터 영역 내의 모든 DBS를 통해 MVCN을 구성하는 것으로 설명하였다. 그러나 비록 도시하지 않았으나 경우에 따라서는 클러스터 내부에 복수개의 서브셋(subset)을 구성하고, 각 서브셋 별로 서브셋에 포함된 DBS의 전송 전력(transmit power)을 조절함으로서 서브셋에 포함되지 않는 DBS를 자원을 절약할 수 있도록 할 수 있으며, MBS 및 DBS 의 에너지를 절약할 수 있다. 이때 서브셋의 크기는 백홀(Backhole)에서 사용가능한 빔의 수에 의해 제약되며, DBS의 전송 전력은 DBS가 사용가능한 최대 전송 전력을 초과할 수 없음은 자명하다.
도6 은 본 발명의 일실시예에 따른 VCN과 MVCN을 운용하는 방법의 개념을 나타낸다.
도6 에서 MS의 이동 상태를 시간에 따라 나타낸 것으로서, (a)와 (e)는 각각 저속으로 이동하는 상태의 MS를 나타내며, (b), (c), (d)는 고속으로 이동 중인 MS를 나타낸다. 따라서 저속으로 이동하는 MS가 고속으로 이동하면, MS의 상태는 (a)에서 (b)로 변경된다. 그리고 MS가 고속으로 이동 중인 경우에 MS의 상태는 (b), (c), (d)와 같이 나타나며, 다시 MS가 저속으로 이동하면, MS의 상태는 (d)로부터 (e)로 변경된다.
MS의 상태가 (a)에서 (b)로 변경되는 경우, 즉 저속으로 이동하는 MS가 고속으로 이동하면, 이동 통신 시스템은 (a)에서 VCN을 통해 서비스를 제공받는 MS는 (b)와 같이 MVCN을 통해 서비스를 제공받도록 MBS(MBS)의 MVCN 구성부(110)가 MVCN을 구성할 DBS를 결정하여 MVCN을 생성하고, 생성된 MVCN의 아이디를 등록하여 어떤 MS를 위해 생성된 MVCN인지를 구분할 수 있도록 한다. 그리고 현재 MS에 대해 서비스를 제공하고 있는 VCN로부터 MVCN이 서비스를 제공할 수 있도록 HO를 수행한다.
그리고 (b), (c), (d)와 같이 MS가 고속으로 이동하는 동안, 이동 통신 시스템은 MS가 계속적으로 MVCN을 통해 서비스를 받을 수 있도록 MVCN의 클러스터에 포함되는 DBS를 추가 및 제거하여 MVCN을 업데이트 한다. 따라서 MS가 고속으로 이동하는 동안 MVCN의 업데이트가 수행되어 MVCN의 클러스터가 MS의 이동에 따라 변경되므로 HO가 발생하지 않는다.
(d)로부터 (e)로 변경되어, MS가 고속에서 저속으로 이동하게 되면, MBS(MBS)의 MVCN 구성부(110)는 MS에 대해 MVCN을 통해 서비스를 제공할 필요가 없으므로, VCN이 MS에 대한 서비스를 제공할 수 있도록 HO를 수행하고, MS를 위해 생성된 MVCN은 소멸시킨다.
도7 은 도6 의 MVCN 운용 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도7 을 참조하여 도6 의 MVCN 운용 방법을 설명하면, 복수개의 DBS(DBS11, DBS12, DBS13, DBS21, DBS22) 중 DBS(DBS11, DBS12, DBS13)은 제1 VCN의 제1 클러스터에 포함되는 DBS 이고, DBS(DBS11, DBS12)는 제2 VCN을 위한 제2 클러스터에 포함되는 DBS 이다. MS는 도6 의 (a)에 도시된 바와 같이 초기에 저속으로 이동하는 것으로 가정하여 VCN 서비스를 제공받게 되며, 도8 에서는 제1 VCN으로부터 서비스를 제공받고 있는 상태를 나타낸다.
이후 MS가 고속으로 이동하게 되면, 현재 MS에 서비스를 제공하고 있는 제1 클러스터의 DBS(DBS11, DBS12, DBS13) 또는 MS 에 포함된 MS 정보 관리부(210, 310)가 MS의 위치와 이동 속도 및 이동 방향에 대한 정보를 포함하는 MS 정보 리포트를 MBS로 전송하여 MS의 이동 속도가 변화되었음을 통지한다.
이에 MBS는 수신한 MS 정보 리포트에서 MS의 위치와 이동 속도 및 이동 방향을 분석하여 MVCN의 클러스터에 포함될 DBS를 결정하여, 결정된 DBS(DBS11, DBS12, DBS13)로 MVCN의 클러스터에 포함되었음을 통지하여 MVCN을 생성한다. 또한 MBS 는 MVCN의 클러스터에 포함된 DBS(DBS11, DBS12, DBS13)로 MVCN의 아이디를 등록하여 VCN 또는 다른 MVCN과 구분될 수 있도록 한다.
MVCN이 생성되어 등록되면, MBS는 MS로 HO를 요청한다. 이때 요청되는 HO는 현재 VCN을 통해 서비스를 제공 받는 MS가 새로이 생성된 MVCN으로부터 서비스를 제공 받을 수 있도록 하기 위함이다. 상기에서는 MBS 가 직접 MS로 HO를 요청하는 것으로 도시하였으나, 제1 클러스터의 DBS(DBS11, DBS12, DBS13)가 MS로 HO를 요청할 수도 있다.
MS 는 HO 요청을 수신하면 제1 클러스터의 DBS(DBS11, DBS12, DBS13)와 정보 교환을 통해 HO를 수행한다. 그리고 HO 가 완료되면, MBS는 제1 클러스터의 DBS(DBS11, DBS12, DBS13)로부터 HO 결과를 수신하고, MS는 MVCN을 통해 서비스를 제공받게 된다. 그리고 MS가 고속으로 이동함에 따라 제1 클러스터의 DBS(DBS11, DBS12, DBS13)는 MBS로 MVCN 업데이트를 요청한다. 이때, 제1 클러스터의 DBS(DBS11, DBS12, DBS13)는 MBS로 MS 정보 리포트를 전송할 수 있다.
MVCN 업데이트 요청을 수신한 MBS는 MS 정보 리포트로부터 MS의 위치와 이동 속도 및 이동 방향을 분석하여 MVCN을 업데이트하게 되며, 도6 에서는 먼저 제1 VCN의 DBS(DBS11)가 MVCN의 클러스터에서 제거되며, 제2 VCN의 DBS(DBS21)가 MVCN의 클러스터로 추가되었다. 이후 다시 MVCN 업데이트 요청이 수신됨에 따라 제2 VCN의 DBS(DBS22)가 MVCN의 클러스터로 추가된다. 즉 MS의 이동에 따라 MVCN은 VCN의 구분에 상관없이 DBS를 추가하거나 제거하여 업데이트 될 수 있다.
이후 MS가 저속으로 이동하게 되면, MS 또는 DBS가 MBS로 MS 정보 리포트를 전송하고, MBS는 MS 정보 리포트에 응답하여 MVCN에서 서비스를 제공받는 MS가 현재 위치의 VCN(여기서는 제2 VCN)으로부터 서비스를 제공받을 수 있도록 HO를 요청한다. HO 요청을 수신한 MS는 제2 VCN의 DBS(DBS21, DBS22)와 HO를 수행하고, 제2 VCN의 DBS(DBS21, DBS22)는 HO 결과를 MBS로 통지함과 더불어 MS로 VCN 서비스를 제공한다.
MS가 VCN 서비스를 제공받게 됨에 따라 MBS는 생성한 MVCN을 소멸할 것을 현재 MVCN에 포함된 DBS(DBS12, DBS13, DBS21, DBS22)로 통지한다.
도8 은 도7 의 MVCN 운용 방법에 대한 MBS의 동작을 나타낸다.
도8 의 MBS는 우선 저속으로 이동하는 MS에 대해, 제1 VCN의 DBS(DBS11, DBS12, DBS13)를 제어하여 MS로 VCN 서비스를 제공한다(S10). 그리고 MS 정보 리포트를 수신하여 MS가 고속으로 이동하는지를 판별한다(S20). 만일 MS가 저속으로 이동하는 것으로 판별되면, 그대로 제1 VCN을 통해 서비스를 제공한다(S10). 그러나 MS가 고속으로 이동하는 것으로 판별되면, MBS는 MVCN에 포함될 DBS들을 결정하고, 결정된 DBS들로 MVCN 서비스를 수행할 것을 요청하여 MVCN을 생성한다(S30). 이때 MBS는 MVCN에 포함되는 DBS들과 MVCN 주변 기 설정된 거리내의 DBS들이 모든 자원을 MVCN을 위해서 사용하도록 하는 것이 아니라 VCN을 위한 자원을 남겨두도록 제어한다. 그리고 MVCN이 생성되면, MS 및 DBS로 VCN에서 MVCN 서비스로의 HO를 수행할 것을 요청한다(S40). MVCN으로의 HO 가 수행되면, MS에 대해 MVCN을 통해 서비스를 제공한다(S50).
그리고 MS가 고속 이동 상태를 유지하고 있는지를 MS 정보 리포트를 수신하여 판별한다(S60). MS가 고속 이동을 유지하고 있으면, MBS는 MVCN에 대한 업데이트 요청이 수신되는지 판별한다(S70). MVCN에 대한 업데이트가 수신되면, MVCN을 업데이트 요청을 DBS로 전송하고(S80), MVCN을 통해 서비스를 제공한다(S50). MVCN 업데이트시에도 MBS는 MVCN에 포함되는 DBS들과 MVCN 주변 기 설정된 거리내의 DBS들이 VCN을 위한 자원을 남겨두도록 제어한다. 만일 MVCN에 대한 업데이트가 수신되지 않으면, MVCN 업데이트 없이 그대로 MVCN을 통한 서비스를 제공한다(S50).
그에 반해 MS가 다시 저속으로 이동하는 것으로 판별되면, MBS는 MS로 VNC 서비스를 제공받기 위한 HO를 수행할 것을 요청한다(S90). 그리고 VCN로의 HO가 수행되면, MVCN을 소멸하기 위해 DBS를 제어한다(S100). MVCN이 소멸되면, MBS는 DBS들이 VCNVCN을 위한 서비스를 위해 모든 자원을 사용할 수 있도록 제어하여 전체적으로 시스템의 효율성을 높인다.
도9 는 본 발명의 일실시예에 따른 MVCN을 위한 DBS의 자원 활용 방법을 나타낸다.
본 발명에 따른 이동 통신 시스템은 VCN뿐만 아니라 MVCN을 지원하므로, 복수개의 DBS 각각의 상태는 VCN을 지원하는 경우와 MVCN을 지원하는 경우로 구분할 수 있다. 또한 MVCN을 지원하는 경우에도 다시 2가지의 상태로 구분할 수 있다.
도9 에서 원형 영역은 VNC을 나타내며, 점선으로 표시된 타원 영역이 MVCN을 나타낸다. 그리고 VNC에서 파란색으로 표시된 VCN은 MVCN과 중첩되지 않는 VCN을 나타내고, 붉은 색으로 표시된 VCN은 MVCN과 중첩된 VCN을 나타낸다.
먼저 VCN 만을 지원하는 경우에는, 파란색 VCN에 포함된 DBS들로서 풀 VCN 모드(Full VCN Mode) DBS(vm)을 나타내며, MVCN과 중첩되는 영역이 없으므로 MVCN을 지원할 필요가 없다. 따라서 모든 자원을 VCN 만을 위해 사용한다.
그리고 MVCN을 지원하는 경우에는, 먼저 MVCN에 직접 포함된 DBS들과 MVCN에는 포함되지 않지만, DBS가 포함된 VCN이 MVCN과 중첩된 영역을 갖는 DBS로 구분할 수 있다.
MVCN에 직접 포함되된 DBS는 MVCN을 위한 자원을 현재 사용해야 하는 DBS들이므로 MVCN을 위한 자원과 더불어 VCN을 운용하기 위한 자원을 나누어서 사용하는 MVCN/VNC 모드(mvm)로 동작한다.
그러나 직접 MVCN에 포함되지는 않았으나, 자신이 포함된 VCN이 MVCN과 중첩되는 영역이 있는 DBS은, 이후 MVCN에 포함될 가능성이 있는 DBS들이다. 이러한 DBS은 MVCN을 위해 우선적으로 자원을 할당하고 남는 자원을 VCN으로 운용하도록 부분 VCN 모드(Partial VCN Mode)(pvm)로 동작한다. 즉 추후 MVCN에 포함되더라고 즉각적으로 MS에 대한 서비스를 제공할 수 있도록 자원을 예약한다.
상기에서는 VCN과 MVCN의 영역의 중첩 여부에 따라 DBS들의 상태가 변환되는 것으로 설명하였으나, DBS들의 상태는 MVCN과의 거리에 따라 변화될 수도 있다. 즉 DBS가 MVCN 내에 포함되는지, MVCN으로부터 기설정된 거리 내에 있는지 여부에 따라 DBS의 상태를 가변할 수 있다.
그리고 (b)에 도시된 바와 같이, 각 DBS의 상태(vm, mvm, pvm)는 MVCN의 생성, 업데이트, 소멸에 따라 변경될 수 있다.
도10 은 MS 의 이동에 따른 DBS들의 상태를 관리하는 방법을 나타낸다.
도10 에서 (a)는 MVCN의 업데이트에 따라 주변 VCN에 포함된 DBS 들의 상태 변화를 나타내며, (a)에 도시된 MVCN의 업데이트에 따라 (b)는 MBS에서 각 VCN 별로 DBS의 상태를 변경하기 위한 명령을 전송하는 과정을 나타낸다.
도10 에서는 복수개의 DBS들과 MVCN 과의 거리에 따라 DBS의 상태를 변경하는 것으로 가정하여 설명한다.
각각 서로 다른 색상(노란색, 녹색, 파란색, 보라색, 남색)으로 구분되어 표시된 5개의 VCN 중 남색으로 표시된 VCN의 경우에는 MVCN1 및 MVCN2 모두와 중첩되는 영역이 존재하지 않으며, MVCN의 이동 방향과 무관한 위치에서 상대적으로 먼 거리에 배치되어 있으므로, DBS들의 상태가 풀 VCN 모드(vm)로 유지된다.
녹색 VCN의 경우에는 DBS들이 MVCN1과는 먼거리에 배치되어 있으나, MVCN2와는 상대적으로 가까운 거리에 배치되어 있다. 따라서 녹색의 VCN에 포함된 DBS들은 풀 VCN 모드(vm)에서 부분 VCN 모드(pvm)으로 상태가 변화된다.
파란색으로 표시된 VCN의 DBS들은 MVCN1 과는 먼 거리에 배치되어 있으나, MVCN2 와는 1개의 DBS가 직접 포함되며, 다른 1개의 DBS는 가까운 거리에 배치된다. 따라서 1개의 DBS들은 풀 VCN 모드(vm)에서 부분 VCN 모드(pvm)로 변환되고, 나머지 1개의 DBS는 MVCN2에 직접 포함됨에 따라 풀 VCN 모드(vm)에서 부분 MVCN/VCN 모드(mvm)로 변환된다.
보래색으로 표시된 VCN은 MVCN1에서 1개의 DBS가 직접 MVCN1에 포함되고, 다른 1개의 DBS는 MVCN1에 가까운 거리이므로 각각 MVCN/VCN 모드(mvm) 및 부분 VCN 모드(pvm) 상태이지만, MVCN2 에서는 MVCN1에서 포함되었던 DBS는 MVCN2와 가까운 거리인 상태이고, MVCN1에서 가까운 거리이었던 DBS는 MVCN2와 거리가 멀다. 그러므로 각각 부분 VCN 모드(pvm)와 풀 VCN 모드(vm)로 변경되었다.
한편 노란색으로 표시된 VCN은 MVCN1에 포함된 2개의 DBS와 MVCN1과 가까운 1개의 DBS가 있으므로, 각각 MVCN/VCN 모드(mvm) 및 부분 VCN 모드(pvm) 상태이다. 그러나 MVCN2에서는 MVCN1에 포함되었던 2개의 DBS 중 하나의 DBS만이 MVCN2에 포함됨에 따라 1개의 DBS는 MVCN/VCN 모드(mvm)를 유지하고, 다른 1개의 DBS는 MVCN/VCN 모드(mvm)에서 부분 VCN 모드(pvm)로 변환된다. 그리고 MVCN1에서 부분 VCN 모드(pvm) 상태인 DBS는 MVCN2에서도 부분 VCN 모드(pvm) 상태를 유지한다.
도10 에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 이동 통신 시스템은 MBS가 VCN에 포함된 DBS들의 상태를 관리함으로서 각 VCN은 스케쥴링(scheduling)의 독립성을 확보할 수 있다. 즉 각각의 VCN은 MBS의 제어에 따라 MVCN을 위한 자원을 미리 예약하고, 나머지 자원은 VCN을 위해 자유롭게 내부적으로 조절하여 사용할 수 있다.
도11 은 VCN 및 MVCN을 위한 DBS의 자원 할당 방법의 일예를 나타낸다.
MVCN/VCN 모드(mvm), 부분 VCN 모드(pvm) 상태의 DBS들은 도11 에 도시된 바와 같이, 시분할 다중화 방식(TDM)(a), 주파수 분할 다중화 방식(FDM)(b) 및 직교 주파수 분할 다중화 방식(OFDM)(c) 등의 기법을 이용하여 VCN과 MVCN 에 자원을 서로 다르게 할당할 수 있다.
결과적으로 본 발명에 따른 이동 통신 시스템은 분산 소형 기지국을 활용하여 VCN과 더불어 다이버시티 모드로 서비스를 제공하는 MVCN을 생성하고, 저속으로 이동하는 MS에는 VCN으로 서비스를 제공하고, 고속으로 이동하는 MS에 대해서는 MVCN을 이용하여 서비스를 제공함에 따라 저속 및 고속으로 이동하는 MS 모두에 대해 양질의 이동 통신 서비스를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (23)

  1. 적어도 하나의 이동 통신 단말기(MS);
    분산 배치되어 기설정되는 고정 영역내의 상기 이동 통신 단말기로 이동 통신 서비스를 제공하는 가상 셀 네트워크(VCN)를 형성하는 복수개의 분산 소형 기지국(DBS); 및
    상기 적어도 하나의 이동 통신 단말기의 위치 및 이동 속도를 판별하고 상기 적어도 하나의 이동 통신 단말기의 이동 속도가 기설정된 속도 이상이면, 상기 복수개의 분산 소형 기지국 중 일부 분산 소형 기지국이 상기 이동 통신 단말기의 이동 속도에 대응하는 형태의 모바일 가상 셀 네트워크(MVCN)를 구성하도록 상기 복수개의 분산 소형 기지국를 제어하고, 상기 이동 통신 단말기의 이동에 따라 상기 모바일 가상 셀 네트워크가 이동가능 하도록 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 구성하는 상기 분산 소형 기지국을 추가 및 제외하여 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 업데이트하는 적어도 하나의 매크로 기지국(MBS);을 포함하고,
    상기 복수개의 분산 소형 기지국은,
    상기 모바일 가상 셀 네트워크에서 협력적 다이버시티(Cooperative diversity)를 이용하여 상기 적어도 하나의 이동 통신 단말기로 상기 이동 통신 서비스를 제공하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 매크로 기지국 각각은
    상기 적어도 하나의 이동 통신 단말기 또는 상기 복수개의 분산 소형 기지국 중 적어도 하나로부터 상기 이동 통신 단말의 위치, 이동 속도 및 이동 방향에 대한 정보가 포함된 MS 정보 리포트를 수신하고, 수신된 MS 정보 리포트를 분석하여 상기 모바일 가상 셀 네트워크에 포함될 상기 복수개의 분산 소형 기지국을 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 매크로 기지국 각각은
    상기 MS 정보 리포터에서 분석된 상기 이동 통신 단말기의 이동 속도가 기설정된 기준 속도 미만이면, 상기 이동 통신 단말기의 위치에 대응하는 상기 가상 셀 네트워크를 통해 상기 이동 통신 단말기로 상기 이동 통신 서비스를 제공할 수 있도록 상기 복수개의 분산 소형 기지국을 제어하고,
    상기 이동 통신 단말기의 이동 속도가 상기 기준 속도 이상이면, 상기 이동 통신 단말기의 위치를 중심으로 상기 이동 속도에 대응하는 크기로 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 구성하고, 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 통해 상기 이동 통신 단말기로 상기 이동 통신 서비스를 제공할 수 있도록 상기 복수개의 분산 소형 기지국을 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 매크로 기지국 각각은
    상기 복수개의 분산 소형 기지국(b1, b2, b3, ..., bn)의 집합을 Stot = {b1, b2, b3, ..., bn}을 표현할 때,
    상기 모바일 가상 셀 네트워크에 포함될 분산 소형 기지국을 수학식
    Figure 112012074225535-pat00011

    (여기서
    Figure 112012074225535-pat00012
    는 i번째 MS인 MSi를 위한 MVCN의 DBS의 집합을 나타내고, vi 는 MSi 의 속도를 나타내고, di,k는MSi 로부터 k번째 DBS인 DBSk 까지의 거리를 나타낸다. 그리고 thi 는 MSi를 위한 MVCN의 DBS의 집합
    Figure 112012074225535-pat00013
    의 문턱값을 나타낸다. c는 이동 통신 시스템의 MBS에 기설정되는 상수이다.)
    에 근거하여 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  6. 제4 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 매크로 기지국 각각은
    상기 이동 통신 단말기의 이동 방향을 추가로 고려하여 상기 모바일 가상 셀 네트워크의 크기 및 형태를 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 매크로 기지국 각각은
    상기 복수개의 분산 소형 기지국(b1, b2, b3, ..., bn)의 집합을 Stot = {b1, b2, b3, ..., bn}을 표현할 때,
    상기 모바일 가상 셀 네트워크에 포함될 분산 소형 기지국을 수학식
    Figure 112012074225535-pat00014

    (여기서
    Figure 112012074225535-pat00015
    는 i번째 MS인 MSi를 위한 MVCN의 DBS의 집합을 나타내고,
    Figure 112012074225535-pat00016
    는 MSi 의 이동 방향 벡터를 나타내며,
    Figure 112012074225535-pat00017
    는 MSi 로부터 k번째 DBS인 DBSk 까지의 방향 벡터를, vi 는 MSi 의 속도를 나타내고, di,k는MSi 로부터 DBSk 까지의 거리를 나타낸다. 그리고
    Figure 112012074225535-pat00018
    는 MSi를 위한 MVCN의 DBS의 집합
    Figure 112012074225535-pat00019
    의 문턱값을 나타낸다. c는 이동 통신 시스템의 MBS에 기설정되는 상수이다.)
    에 근거하여 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  8. 제4 항에 있어서, 상기 복수개의 분산 소형 기지국 중 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 구성하는 분산 소형 기지국은 상기 모바일 가상 셀 네트워크와 상기 가상 셀 네트워크 양쪽으로 자원을 분배하여 상기 모바일 가상 셀 네트워크와 상기 가상 셀 네트워크에 대해 동시에 상기 이동 통신 서비스를 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 매크로 기지국 각각은
    상기 모바일 가상 셀 네트워크로부터 기설정된 거리 내에 배치된 상기 분산 소형 기지국이 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 위한 자원을 예약하고, 나머지 자원을 상기 가상 셀 네트워크를 위해 사용하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 복수개의 분산 소형 기지국 각각은
    시분할 다중화 방식(TDM), 주파수 분할 다중화 방식(FDM) 및 직교 주파수 분할 다중화 방식(OFDM) 중 하나의 방식을 이용하여 상기 자원을 분배하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  11. 제8 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 매크로 기지국 각각은
    상기 기준 속도 이상으로 이동하는 상기 이동 통신 단말기의 이동 속도가 상기 기준 속도 미만으로 다시 느려지면, 생성된 상기 모바일 가상 셀 네트워크가 소멸되도록 상기 복수개의 분산 소형 기지국을 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 복수개의 분산 소형 기지국 각각은
    상기 모바일 가상 셀 네트워크가 소멸되면, 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 구성하는 분산 소형 기지국이 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 위해 분배한 자원을 상기 가상 셀 네트워크를 위해 활용하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  13. 제3 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 매크로 기지국 각각은
    상기 적어도 하나의 이동 통신 단말로 직접 상기 이동 통신 서비스를 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  14. 적어도 하나의 이동 통신 단말기, 상기 이동 통신 단말기로 이동 통신 서비스를 제공하기 위해 분산 배치되는 복수개의 분산 소형 기지국 및 적어도 하나의 매크로 기지국을 구비하는 이동 통신 시스템의 이동 통신 서비스 제공 방법에 있어서,
    상기 매크로 기지국이 기설정된 기준 속도 미만으로 저속 이동하는 상기 적어도 하나의 이동 통신 단말기에 대해 상기 복수개의 분산 소형 기지국(DBS)이 고정된 영역에 대해 가상 셀 네트워크(VCN)를 형성하여 상기 이동 통신 단말기로 이동 통신 서비스를 제공하도록 제어하는 단계;
    상기 적어도 하나의 이동 통신 단말기 또는 상기 복수개의 분산 소형 기지국 중 적어도 하나로부터 상기 이동 통신 단말의 위치, 이동 속도 및 이동 방향에 대한 정보가 포함된 MS 정보 리포트를 수신하는 단계; 및
    상기 MS 정보 리포트를 분석하여 상기 적어도 하나의 이동 통신 단말기가 상기 기준 속도 이상으로 고속 이동하면, 상기 이동 통신 단말기의 위치를 중심으로 상기 이동 속도에 대응하는 크기로 모바일 가상 셀 네트워크를 구성하고, 상기 이동 통신 단말기가 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 통해 상기 이동 통신 서비스를 제공받을 수 있도록 상기 복수개의 분산 소형 기지국을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 복수개의 분산 소형 기지국은,
    상기 모바일 가상 셀 네트워크에서 협력적 다이버시티(Cooperative diversity)를 이용하여 상기 적어도 하나의 이동 통신 단말기로 상기 이동 통신 서비스를 제공하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 서비스 제공 방법.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 복수개의 분산 소형 기지국을 제어하는 단계는
    상기 복수개의 분산 소형 기지국 중 상기 이동 속도에 대응하는 크기의 상기 모바일 가상 셀 네트워크에 포함될 분산 소형 기지국을 결정하는 단계; 및
    상기 이동 통신 단말기의 이동에 따라 상기 모바일 가상 셀 네트워크가 이동가능하도록 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 구성하는 상기 분산 소형 기지국을 추가 및 제외하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 서비스 제공 방법.
  16. 제15 항에 있어서, 상기 분산 소형 기지국을 결정하는 단계는
    상기 복수개의 분산 소형 기지국(b1, b2, b3, ..., bn)의 집합을 Stot = {b1, b2, b3, ..., bn}을 표현할 때,
    상기 모바일 가상 셀 네트워크에 포함될 분산 소형 기지국을 수학식
    Figure 112012074225535-pat00020

    (여기서
    Figure 112012074225535-pat00021
    는 i번째 MS인 MSi를 위한 MVCN의 DBS의 집합을 나타내고, vi 는 MSi 의 속도를 나타내고, di,k는MSi 로부터 k번째 DBS인 DBSk 까지의 거리를 나타낸다. 그리고 thi 는 MSi를 위한 MVCN의 DBS의 집합
    Figure 112012074225535-pat00022
    의 문턱값을 나타낸다. c는 이동 통신 시스템의 MBS에 기설정되는 상수이다.)
    에 근거하여 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 서비스 제공 방법.
  17. 제15 항에 있어서, 상기 분산 소형 기지국을 결정하는 단계는
    상기 이동 통신 단말기의 이동 속도뿐만 아니라 이동 방향을 함께 고려하여 상기 모바일 가상 셀 네트워크의 크기 및 형태를 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 서비스 제공 방법.
  18. 제17 항에 있어서, 상기 분산 소형 기지국을 결정하는 단계는
    상기 복수개의 분산 소형 기지국(b1, b2, b3, ..., bn)의 집합을 Stot = {b1, b2, b3, ..., bn}을 표현할 때,
    상기 모바일 가상 셀 네트워크에 포함될 분산 소형 기지국을 수학식
    Figure 112012074225535-pat00023

    (여기서
    Figure 112012074225535-pat00024
    는 i번째 MS인 MSi를 위한 MVCN의 DBS의 집합을 나타내고,
    Figure 112012074225535-pat00025
    는 MSi 의 이동 방향 벡터를 나타내며,
    Figure 112012074225535-pat00026
    는 MSi 로부터 k번째 DBS인 DBSk 까지의 방향 벡터를, vi 는 MSi 의 속도를 나타내고, di,k는MSi 로부터 DBSk 까지의 거리를 나타낸다. 그리고
    Figure 112012074225535-pat00027
    는 MSi를 위한 MVCN의 DBS의 집합
    Figure 112012074225535-pat00028
    의 문턱값을 나타낸다. c는 이동 통신 시스템의 MBS에 기설정되는 상수이다.)
    에 근거하여 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 서비스 제공 방법.
  19. 제15 항에 있어서, 상기 복수개의 분산 소형 기지국을 제어하는 단계는
    상기 복수개의 분산 소형 기지국 중 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 구성하는 분산 소형 기지국이 상기 복수개의 분산 소형 기지국을상기 모바일 가상 셀 네트워크와 상기 가상 셀 네트워크 양쪽으로 자원을 분배하여 상기 모바일 가상 셀 네트워크와 상기 가상 셀 네트워크에 대해 동시에 상기 이동 통신 서비스를 제공 할 수 있도록 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 서비스 제공 방법.
  20. 제19 항에 있어서, 상기 복수개의 분산 소형 기지국을 제어하는 단계는
    상기 복수개의 분산 소형 기지국 중 상기 모바일 가상 셀 네트워크로부터 기설정된 거리 내에 배치된 상기 분산 소형 기지국이 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 위한 자원을 예약하고, 나머지 자원을 상기 가상 셀 네트워크를 위해 사용하도록 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 서비스 제공 방법.
  21. 제19 항에 있어서, 상기 이동 통신 서비스 제공 방법은
    상기 적어도 하나의 매크로 기지국 각각이 상기 기준 속도 이상으로 이동하는 상기 이동 통신 단말기의 이동 속도가 상기 기준 속도 미만으로 다시 느려지면, 상기 복수개의 분산 소형 기지국을 제어하여 생성된 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 소멸하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 서비스 제공 방법.
  22. 제21 항에 있어서, 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 소멸하는 단계는
    상기 모바일 가상 셀 네트워크를 구성하는 분산 소형 기지국이 상기 모바일 가상 셀 네트워크를 위해 분배한 자원을 상기 가상 셀 네트워크를 위해 활용하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 통신 서비스 제공 방법.
  23. 제14 항 내지 제22 항 중 어느 한 항에 따른, 상기 통신 서비스 제공 방법을 구현하기 위한 프로그램 명령어가 기록된 기록 매체.
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