KR101483092B1 - 효율적인 핸드오버를 위한 그룹 기반 채널 스캐닝 방법 - Google Patents

효율적인 핸드오버를 위한 그룹 기반 채널 스캐닝 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 더 낮은 트래픽 오버헤드와 더 적은 스캐닝 시간이 소요되도록 지원하는 그룹 기반 채널 스캐닝 방법에 관한 것이다.
이를 실현하기 위한 일 형태로서 본 발명은, 서빙 기지국과 이에 의해 서빙되는 복수의 이동 단말기를 포함하는 통신 시스템에 적용되는 그룹 기반 채널 스캐닝 방법으로서, (a) 상기 서빙 기지국에 의해 서빙되는 상기 복수의 이동 단말기 중의 하나의 이동 단말기가, 상기 서빙 기지국으로부터 브로드캐스팅됨과 아울러 인접 기지국에 관한 정보와 인접 스캐닝 그룹에 관한 정보를 포함하는 광고 메시지(ADV)를 체크하는 단계; (b) 상기 하나의 이동 단말기가, 상기 광고 메시지를 참조하여, 미리 결정된 통신 범위 이내에 스캐닝 그룹이 존재하는지의 여부를 체크하는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서의 체크 결과, 상기 미리 결정된 통신 범위 이내에 스캐닝 그룹이 존재하는 것으로 확인된 경우, 상기 하나의 이동 단말기가 그 스캐닝 그룹에 참여가 가능한지의 여부를 판단하는 단계; (d) 상기 (c) 단계에서의 판단 결과, 상기 스캐닝 그룹에의 참여가 가능한 경우, 상기 하나의 이동 단말기가 상기 스캐닝 그룹에 참여함과 동시에 상기 스캐닝 그룹 내의 WS(Wait Scan) 상태에 있는 다른 단말기에 대해 자신이 WI(Wait Information) 상태의 단말기로서 참여되었음을 나타내는 메시지를 전송하는 단계; (e) 상기 스캐닝 그룹에 참여한 하나의 이동 단말기가, 상기 스캐닝 그룹 내의 WS(Wait Scan) 상태에 있는 상기 다른 단말기로부터 타겟 기지국에 관한 정보를 획득하는 단계; 및 (f) 상기 스캐닝 그룹에 참여한 하나의 이동 단말기가 미리 정해진 시간 이내에 타겟 기지국으로 핸드오버하지 않는 경우, 상기 스캐닝 그룹에 참여한 하나의 이동 단말기는 상기 스캐닝 그룹으로부터 자동 탈퇴되는 단계를 포함하며, 상기 스캐닝 그룹 내의 상기 WS(Wait Scan) 상태에 있는 상기 다른 단말기만이 채널 스캐닝을 수행하고, 또한, 상기 스캐닝 그룹 내의 상기 WS(Wait Scan) 상태에 있는 상기 다른 단말기는 스캔 구간이 종료된 경우 그 결과를 상기 스캐닝 그룹에 참여한 하나의 이동 단말기를 포함하는 WI(Wait Information) 상태의 다른 단말기들에게 통지하는 것을 특징으로 하는 그룹 기반 채널 스캐닝 방법을 제공한다.

Description

효율적인 핸드오버를 위한 그룹 기반 채널 스캐닝 방법{GROUP-BASED CHANNEL SCANNING METHOD FOR PROVIDING EFFICIENT HANDOVER}
본 발명은 효율적인 핸드오버를 위한 그룹 기반 채널 스캐닝 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 더 낮은 트래픽 오버헤드와 더 적은 스캐닝 시간이 소요되도록 지원하는 그룹 기반 채널 스캐닝 방법에 관한 것이다.
크게 늘어난 이동 디바이스들의 사용으로, IEEE 802.11 WLAN(wireless local area network)은 LAN(local area network)의 효율적인 보충수단으로 부각되고 있다. 홈 네트워크 또는 소규모 사무실 네트워크와 같은 종래의 IEEE 802.11 환경에서 이동성 지원(mobility support)은, 흔히 싱글 액세스 포인트가 충분하기 때문에 심각한 문제가 아니다. 그러나, VoIP 와 멀티미디어와 같은 애플리케이션들을 요구하는 서비스 품질(QoS)에 있어서는, 심리스 핸드오버 지원(seamless handover support)이 한 BS(Base Station)로부터 다른 기지국(BS)로 이동하는 이동성을 위한 중요한 요구조건이 되었다. 802.16e-기반 무선 네트워크는 고등 교육 기관, 레스토랑, 및 상점과 같은 다양한 장소에서 사용될 수 있다. 샌프란시스코, 파리, 및 홍콩을 포함하는 대단히 많은 도시들이 이러한 도시 전체 커버리지를 위한 네트워크 배치 계획을 세우고 있다. 여기서, 연결성(connectivity)은 디바이스들 간의 자동 멀티홉 통신(autonomous multihop communication)을 인에이블시키는 자동 구성(self-organizing) 애드혹 네트워크에 기반한다. 디바이스들은 핸드오버에 의해 다수의 중계 장치들(intermediate devices)을 통해 데이터를 교환할 수 있다. 따라서, 핸드오버는 이동 노드들(mobile nodes)이 인접한 무선 네트워크들의 기지국(BS) 사이에서 오버랩되는 영역을 가로지를 경우, 일정한 데이터 전송 요구조건을 이행하기 위해 요구되는 중요한 메커니즘이다.
핸드오버는 처음 개시되는 디바이스에 따라서 이동국(MS) 핸드오버와 기지국(BS) 핸드오버로 분류된다. 본 명세서에서는, 디바이스들에 기초한 이동국(MS) 핸드오버를 설명하도록 한다. 핸드오버는 기지국(BS)들 사이에서의 하드웨어의 데이터 스위칭 단계이며, 802.16e 표준에 따라 결정된다. 또한, 디바이스들은 서빙 기지국으로 메시지를 전송하여 핸드오버를 요청한다. 메시지는 핸드오버를 수행하기 위한 타겟 기지국의 식별자를 포함한다. 현재의 핸드오버 대체의 기지국(BS)들 사이에서, 핸드오버가 가능한 기지국이 타겟 기지국으로서 선택되며, 상기 정보에 기초하여 이동국(MS)으로 핸드오버를 턴 오버한다. WiMAX는 고속 이동성의 보장을 위한 서비스를 개선할 필요가 있다. 핸드오버에 관한 대부분의 연구는 전송 타이밍을 어느 정도까지 조정함으로써 핸드오버의 딜레이를 향상시키는 것이다.
“Fast handover scheme for real-time downlink services in IEEE 802.16e BWA system," Vehicular Technology Conference, 2005, vol.3, pp.2028-2032(최식, 황경호, 권태수, 임애리, 조동호 공저)에서는, 핸드오버 프로세스 동안 다운-링크 패킷에 대한 대기 시간(waiting time)을 감소시키는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 이 방식은 인증(verification)이 없는 이동국(MS) 와 기지국(BS) 간의 패킷 전송이라는 점에서 현실적이지 않다. 또한, 이동국(MS)이 잔여 시간을 가진 타겟 기지국을 강제적으로 선택하는 방식이 존재한다. 이 방식은 핸드오버 대기 시간을 감소시킬 수 있다. 이 정책은 탐색 및 동기화 시간을 감소시킬 수 있지만, 단말의 유동성에 따라 모바일 환경을 신속하게 변경해야 한다는 것을 고려할 때 주파수 리스캐닝(frequent re-scanning)에 의해 지연될 수도 있다. 또한, 임계값이 실제의 잔존 시간 미만인 경우에는, 핸드오버를 수행하지 않는 이동국(MS)들로 인하여 핸드오버 드롭(handover drop) 가능성이 높아진다. 또한, 능동 스캔과 수동 스캔을 동시에 사용하는 방식이 존재한다. 그러나, 이것은 수동 스캐닝만큼 느린 다수의 능동 스캐닝을 필요로 한다. 또한, 가장 신뢰할 수 있는 기지국(BS)를 효율적으로 탐지하는 방식은 제안되어 있지 않다. 최근에는, 리소스들을 예약하기 위한 PCR(Predictive Channel Reservation) 기술들, 예컨대, 거리 및 시간-기반 리소스 예약 기술이 연구되고 있다. 그러나, 이 기술들은 새로운 요청들과 다수의 메시지들의 차단 확률(block probability)을 급격히 증가시키는 몇몇 문제들을 갖는다.
본 발명은 상술한 바와 같은 점들을 감안하여 착안된 것으로서, 본 발명의 목적은 더 낮은 트래픽 오버헤드와 더 적은 스캐닝 시간이 소요되도록 지원하는 그룹 기반 채널 스캐닝 방법을 제공하는 것에 있다.
상술한 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 형태는, 서빙 기지국과 이에 의해 서빙되는 복수의 이동 단말기를 포함하는 통신 시스템에 적용되는 그룹 기반 채널 스캐닝 방법으로서, (a) 상기 서빙 기지국에 의해 서빙되는 상기 복수의 이동 단말기 중의 하나의 이동 단말기가, 상기 서빙 기지국으로부터 브로드캐스팅됨과 아울러 인접 기지국에 관한 정보와 인접 스캐닝 그룹에 관한 정보를 포함하는 광고 메시지(ADV)를 체크하는 단계; (b) 상기 하나의 이동 단말기가, 상기 광고 메시지를 참조하여, 미리 결정된 통신 범위 이내에 스캐닝 그룹이 존재하는지의 여부를 체크하는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서의 체크 결과, 상기 미리 결정된 통신 범위 이내에 스캐닝 그룹이 존재하는 것으로 확인된 경우, 상기 하나의 이동 단말기가 그 스캐닝 그룹에 참여가 가능한지의 여부를 판단하는 단계; (d) 상기 (c) 단계에서의 판단 결과, 상기 스캐닝 그룹에의 참여가 가능한 경우, 상기 하나의 이동 단말기가 상기 스캐닝 그룹에 참여함과 동시에 상기 스캐닝 그룹 내의 WS(Wait Scan) 상태에 있는 다른 단말기에 대해 자신이 WI(Wait Information) 상태의 단말기로서 참여되었음을 나타내는 메시지를 전송하는 단계; (e) 상기 스캐닝 그룹에 참여한 하나의 이동 단말기가, 상기 스캐닝 그룹 내의 WS(Wait Scan) 상태에 있는 상기 다른 단말기로부터 타겟 기지국에 관한 정보를 획득하는 단계; 및 (f) 상기 스캐닝 그룹에 참여한 하나의 이동 단말기가 미리 정해진 시간 이내에 타겟 기지국으로 핸드오버하지 않는 경우, 상기 스캐닝 그룹에 참여한 하나의 이동 단말기는 상기 스캐닝 그룹으로부터 자동 탈퇴되는 단계를 포함하며, 상기 스캐닝 그룹 내의 상기 WS(Wait Scan) 상태에 있는 상기 다른 단말기만이 채널 스캐닝을 수행하고, 또한, 상기 스캐닝 그룹 내의 상기 WS(Wait Scan) 상태에 있는 상기 다른 단말기는 스캔 구간이 종료된 경우 그 결과를 상기 스캐닝 그룹에 참여한 하나의 이동 단말기를 포함하는 WI(Wait Information) 상태의 다른 단말기들에게 통지하는 것을 특징으로 하는 그룹 기반 채널 스캐닝 방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 (c) 단계에서의, 상기 스캐닝 그룹에 참여가 가능한지의 여부를 판단하는 것은 상기 스캐닝 그룹 내의 상기 WS(Wait Scan) 상태에 있는 상기 다른 단말기로부터의 수신 신호 강도가 임계값 이상인지의 여부로 판단하는 것일 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방법은 상기 (b) 단계 이후에, (c1) 상기 (b) 단계에서의 체크 결과, 상기 미리 결정된 통신 범위 이내에 스캐닝 그룹이 존재하지 않는 것으로 확인된 경우, 상기 하나의 이동 단말기가 독립적으로 타겟 후보 채널을 스캔하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방법은 상기 (c1) 단계 이후에, (c2) 상기 하나의 이동 단말기가 WS(Wait Scan) 상태의 단말기로 전환함으로써 새로운 스캐닝 그룹을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방법은 상기 (c2) 단계 이후에, (c3) 상기 하나의 이동 단말기가 상기 새로운 스캐닝 그룹에 포함되는 WI(Wait Information) 상태의 하나 이상의 다른 단말기들을 체크하는 단계; 및 (c4) 상기 하나의 이동 단말기가, 상기 새로운 스캐닝 그룹에 포함된 WI(Wait Information) 상태의 상기 하나 이상의 다른 단말기들의 스케줄 정보를 포함하는 그룹 스케줄 정보를 상기 서빙 기지국으로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 실시예들의 수행을 위해, 본 발명자들은 기지국(BS)에 의해 채널 예약을 갖는 몇몇의 그룹들로 이동국(MS)들을 나누었다. 그룹들의 수는 사용가능한 채널들의 수에 따라 결정된다. 본 발명에 따라 제공되는 방식은 전체 채널 스캐닝 시간을 실질적으로 최소화하는 그룹 채널 스캐닝 방식을 사용한다. 따라서, 이것은 실시간 전송을 위한 QoS 를 지원한다.
도 1은 기존의 일반적인 채널 스캐닝 방식을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식에서의 그룹들의 형성 과정을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식에서의 이동 단말기의 동작을 설명하기 위한 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식의 성능 평가를 위한 마코브체인을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 방식과 기존 방식의 그루핑 요청에 따른 드롭(drop) 확률을 비교하여 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예들 및 그 작용들을 설명하도록 한다. 본 명세서에 기재된 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 설명되는 것이며, 이에 의해 본 발명의 기술적 사상이 제한되는 것이 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다.
한편, 본 명세서에서 사용하는 "이동국(MS: Mobile Station)"은 이동 전화기, 개인 휴대용 단말기(PDA), 또는 이와 유사한 통신 장치를 모두 포괄하는 의미로서 사용된다.
[기존의 채널 스캐닝 방식]
도 1은 기존의 일반적인 채널 스캐닝 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, IEEE 802.16e 네트워크에서 이동하는 단말은 언제 발생할지 모르는 핸드오버에 대비하여 주기적으로 이웃 기지국의 무선채널 상태를 알아내는 스캐닝을 수행한다.
단말이 스캐닝을 하는 동안 기지국은 단말로 향하는 데이터를 버퍼에 저장했다가 스캐닝 종료 후 단말에 전송한다. 스캐닝 구간이 길어질수록 기지국이 저장해야 할 데이터가 증가하며, 결과적으로 데이터 전송 지연과 버퍼 크기의 한계로 인한 데이터 손실을 초래함으로써 원하는 서비스 품질(QoS)을 보장하기 힘들어 진다.
[본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식]
본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방법을 설명함에 있어서, 이동국(MS)은 이동 단말기인 것으로 가정하여 설명하겠지만, 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방법은 이동 단말기 이외의 유사 통신가능 장치에도 모두 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식에서는, 전술한 스캐닝 구간이 길어질수록 기지국이 저장해야 할 데이터가 증가하는 문제점을 해결하기 위하여 각 기지국이 단말의 스캐닝을 지원하기 위해 광고 메시지(advertisement message)를 브로드캐스팅하는 것으로 구성한다. 이 메시지에는 서빙 기지국이 백본망을 통해 수집한 이웃 기지국의 채널 정보 및 셀 접속 정보 사용주파수, BSID(Base Station Identifier), 프리엠블 인덱스(Premable Index), DCD(Downlink Channel Descriptor)가 포함될 수 있다. 또한, 이 메시지는 특정 단말기 주위에 존재하는 인접 스캐닝 그룹에 관한 정보가 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식에서, 단말은 상기 광고 메시지 내의 채널 정보 및 셀 접속 정보를 이용하여 핸드오버를 위해 소모하는 스캐닝 시간 및 전력을 줄일 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식에서는, 그룹 기반으로 상기 채널 정보 및 셀 접속 정보를 공유할 수 있도록 함으로써 더욱 효과적인 핸드오버를 유도할 수 있다.
본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식에서, 어느 특정의 스캐닝 그룹은 오직 하나의 WS(Wait Scan) 상태 단말과, 다수의 WI(Wait Information) 상태의 단말로 구성된다. 여기서, WS(Wait Scan) 상태 단말은 핸드오버에 필요한 BS에 대한 정보를 필요로 하는 단말을 지칭하며, WI(Wait Information) 상태의 단말은 핸드오버를 위해 상기 WS(Wait Scan) 상태 단말로부터 타겟 기지국에 대한 정보를 얻을 필요가 있는 단말을 지칭한다.
본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식에서는, WI(Wait Information) 상태의 단말이 특정 시간 내에 핸드오버를 못하게 되면, 다시 정보를 받아야 하는 것으로 구성하며, 이에 따라 그 단말의 순위가 최후로 떨어지는 것으로 구성할 수 있다. 이러한 방식을 통해, 채널을 할당받을 수 있는 단말의 최대값은 늘어나게 된다.
본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식에서, 핸드오버는 단말기가 서빙 기지국으로부터 어떤 타겟 기지국으로 핸드오버를 할 것인지를 결정함으로써 시작된다. 이러한 핸드오버 결정은 WS(Wait Scan) 상태 단말이나 WI(Wait Information) 상태 단말로부터 내려질 수 있으며, 각각 핸드오버 요청 메시를 보냄으로써 핸드오버가 시작된다.
본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식에서는, 단말이 핸드오버 요청 메시지를 전송할 때 하나 이상의 가능한 타겟 기지국을 지정할 수 있다. 서빙 기지국이 추천하는 타겟 기지국은 단말의 핸드오버 요구에 대한 해당 타겟 기지국의 서비스 품질(QoS) 성능 예측 값들을 고려하여 선택된다. 이러한 값들은 단말기의 사전 스캔과 서빙 기지국과 주변 기지국간의 백본망을 통한 통신을 통해 얻을 수 있다. 또한, 단말의 동작과 관련된 정보 교환을 위해 서빙 기지국과 주변 기지국간에 행해지는 백본망을 통한 전송은 반드시 어떤 특정한 핸드오버를 위해 수행될 필요는 없으며, 핸드오버 요청 메시지 이전에 주기적으로 이루어질 수도 있다. 그러나, 기지국의 물리적 채널 용량의 한계로 인하여 수많은 단말(MS)을 예약해 놓는 것은 비효율적이다. 따라서, 각 WI(Wait Information) 상태 단말마다 특정 시간을 두고 그 시간 이내에 핸드오버를 하지 않는다면, 단말(MS)은 핸드오버 기본정보를 잃고 그 그룹에서 벗어나게 되며, 핸드오버 기회는 그룹에 새롭게 들어오는 다른 MS에게 돌아가게 된다.
[본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식에서의 그룹들의 형성]
도 2는 본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식에서의 그룹들의 형성 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, RSS 임계값이 스캐닝 그룹들에 대해 사용된다. 스캐닝 그룹 내의 빨간 박스는 WS(Wait Scan) 상태의 단말을 나타내고, 파란 원들은 WI(Wait Information) 상태의 단말들을 나타낸다. 각각의 단말(즉, WI 상태의 단말)은 다른 단말(즉, WS 상태의 단말)로부터의 데이터 수신을 위하여 그 WS 상태의 단말의 업-링크 섹션의 RSS를 체크한다. UL-MAP 메시지는 대역폭 메시지를 포함하는 데이터를 전송하기 위해 사용된다. 기지국(BS)은 단말의 업-링크 섹션 할당에 대한 정보 메시지를 브로드캐스팅한다. 그 정보는 또한 그것의 ID 와 그것이 반송하는 채널들의 수를 나타낸다. 상기 메시지들을 수신하는 모든 단말들은 업-링크 섹션을 감지하는 것을 시도한다. 이것은 스캐닝 그룹들을 효과적으로 생성한다. 이러한 방식은 이웃하는 단말들의 고속 핸드오버를 가능하게 하며, 단말들의 요청을 감소시키는 것에 의해 기지국(BS)의 트래픽을 감소시킨다.
여기서, 기지국(BS)은 기존의 스캐닝 그룹들에 대한 정보를 주기적으로 브로드캐스팅하고, 또는 특정 단말의 요청시에 기존 스캐닝 그룹들이 유니캐스팅된다.
또한, 여기서 단말은 스캔 스케줄을 요청하기 이전에 기존의 스캐닝 그룹들을 체크한다. 스캐닝 그룹들이 존재하는 경우, 단말은 업-링크 신호를 체크함으로써 어떤 스캐닝 그룹이 그것에 근접해 있는지의 여부를 결정한다. 상기 결정에 기초하여, 단말은 그 스케줄에 관한 요청 메시지를 전송한다. 기지국(BS)이 그것을 수신한 경우에는, 자원 예약을 수행한다. 그렇지 않은 경우에는, 상기 요청이 차단된다.
[본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식에서의 이동 단말기의 동작]
도 3은 본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식에서의 이동 단말기의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식의 가장 큰 특징은 핸드오버를 위해, 채널들을 스캔하는 것을 시도하는 단말(WS(Wait Scan) 상태 단말기)이 존재하는 경우, 인접하는 단말들(WI(Wait Information) 상태의 단말기들)은 WS(Wait Scan) 상태 단말기가 수행한 스캔 결과를 활용할 수 있다는 것이다(즉, WS(Wait Scan) 상태 단말기만이 채널 스캐닝 동작을 수행함). 이때, WS(Wait Scan) 상태 단말기는 자신의 그룹에 포함된 WI(Wait Information) 상태의 단말기들의 스케줄들을 포함하는 그룹 스케줄 정보 자체를 해당 기지국으로 전송한다.
도 3을 참조하면, 통신 시스템에서 이동 단말기는 처음에 노멀(normal) 상태로 존재한다(S101).
다음으로, 이동 단말기는 서빙 기지국으로부터 브로드캐스팅되는 광고 메시지(ADV)를 체크하는 동작을 수행한다(S102).
다음으로, 이동 단말기는 미리 결정된 범위 이내에 스캐닝 그룹이 존재하는지의 여부를 체크하는 동작을 수행한다(S103).
다음으로, 이동 단말기는 스캐닝 그룹에 참여가 가능한지의 여부를 판단하는 동작을 수행한다(S104).
다음으로, 이동 단말기는 상기 S104 단계에서의 판단 결과, 상기 스캐닝 그룹에의 참여가 가능한 경우, 상기 스캐닝 그룹에 참여함과 동시에 상기 스캐닝 그룹 내의 WS(Wait Scan) 상태에 있는 단말기에 대해 자신이 WI(Wait Information) 상태의 단말기로서 참여되었음을 나타내는 메시지를 전송하는 동작을 수행한다(S105).
다음으로, 이동 단말기는 상기 스캐닝 그룹 내의 WS(Wait Scan) 상태에 있는 단말기로부터 타겟 기지국 정보를 획득하는 동작을 수행한다(S106).
한편, 만일 상기 S103 단계에서의 판단 결과, 미리 결정된 범위 이내에 스캐닝 그룹이 존재하지 않는 것을 판단되는 경우, 이동 단말기는 서빙 기지국으로부터의 수신 신호 강도(RSS)가 임계값 미만인지 여부를 판단하여(S107), 만일 임계값 미만인 경우에는 타겟 후보 채널을 스캔하는 동작을 수행한다(S108). 이 후에, 이동 단말기는 WS(Wait Scan) 상태의 단말기로 전환함으로써(S109), 새로운 스캐닝 그룹을 형성하는 동작을 수행한다(S110). 이 후에, WS(Wait Scan) 상태의 이동 단말기는 상기 새로운 스캐닝 그룹에 포함되는 WI(Wait Information) 상태의 단말기들을 체크하는 동작과, 상기 새로운 스캐닝 그룹에 포함된 WI(Wait Information) 상태의 단말기들의 스케줄 정보를 포함하는 그룹 스케줄 정보를 상기 서빙 기지국으로 전송하는 동작을 더 수행할 수 있다. 또한, 바람직한 실시예에 따라, WI(Wait Information) 상태의 단말이 특정 시간 내에 핸드오버를 못하게 되면, 다시 상기 스캐닝 그룹에 참여해야 하는 것으로 구성(즉, 다시 정보를 받아야 하는 것으로 구성)할 수 있으며, 이에 따라 상기 스캐닝 그룹 내에서의 상기 WI(Wait Information) 상태의 단말의 우선 순위가 최후로 떨어지는 것으로 구성할 수도 있다.
[본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식에서의 기지국(BS)의 채널 관리]
각각의 단말기(MS)는 상이한 잔존 시간, FfX (θ)(T)를 갖는다. FfX (θ)(T) 의 값은 핸드오버를 요청하는데 필요한, 자원 예약의 순서를 결정하는데 사용된다. FfX (θ)(T) 의 값이 클수록, 자원 예약이 더욱 보장된다. 지나치게 많은 수의 자원 예약들은 타겟 BS 에 대한 과부하를 야기할 수 있다. 반면에, 불충분한 예약은 핸드오버 요청의 드롭 확률(drop probability)을 증가시킨다.
WS(Wait Scan) 상태의 MS 는 채널을 예약한다. 실제의 채널 할당은 그 그룹에 예약된 자원에 의해 제한된다. 본 발명에서는 WS(Wait Scan) 상태의 MS 가 θ에서 채널들을 예약할 수 있는 것으로 가정한다. T에서 채널들이 예약될 확률 PN uT(θ)는 다음과 같이 표현된다.
Figure 112013020774772-pat00001
(1)
상기 식 (1)에서, XN(θ)는 N번째 단말기(MS)의 핸드오버 요청을 나타내는 랜덤 변수이다. Xi(θ)는 독립적이므로, PN uT(θ)는 다음과 같이 표현된다.
Figure 112013020774772-pat00002
(2)
식 (2)로부터 그룹 내의 MS들의 수가 큰 경우에는, 자원 예약의 확률이 증가된다는 것에 주목해야 한다.
한편, T 동안에 사용가능한 채널들보다 많은 수의 핸드오버들이 발생한 경우에는, 단말기(MS)가 더 이상 자원들을 예약하지 않을 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 그룹이 형성된 경우에는, WS(Wait Scan) 상태의 단말기의 개수가 하나로 한정된다.
다음으로, 채널 예약의 수를 최대화하는 그룹들의 수 S 가 발견된다. S 값은 다음과 같이 표현된다.
Figure 112013020774772-pat00003
(3)
식 (3)에서, θ 값은 그룹의 개수와 관련이 있다. 핸드오버가 예상되는 WS(Wait Scan) 상태의 각각의 단말기(MS)는 다음의 기준을 고려한다.
Figure 112013020774772-pat00004
여기서, τ0 는 0 이다. τm-1 보다 크고 τm 보다 작은 잔존 시간을 갖는 단말(MS)은 상기 리스트에서 m 번째가 된다. 그러나, m 은 최대의 미리결정된 예약된 채널들보다 더 크지 않을 것이다. 기지국(BS)은 단말기(MS)들의 잔존 시간에 기초하여 다양한 그룹들의 형성을 가능하게 하며 그 자원들을 예약한다. 상대적으로 작은 θ 의 단말기(MS)가 최고 레벨 그룹에 입력된다. 큰 θ 의 MS 는 낮은 레벨 그룹에 입력되며, 조기에 자원들을 예약할 수 있다. WS(Wait Scan) 상태의 각 단말기(MS)는 기지국(BS)으로부터 예약된 상이한 채널들을 갖는다. 그것은 핸드오버 시간에서 즉시 스캐닝을 수행한다.
[본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식에서의 그룹 스캐닝]
스캐닝 그룹들이 형성된 경우, 각각의 스캐닝 그룹은 서빙 기지국에 의해 할당된, 스케줄링된 구간 동안에 이웃하는 기지국 채널들을 스캔한다. WS(Wait Scan) 상태의 각각의 단말기는 스캔 구간이 종료되는 경우, 그 스캐닝의 결과를 통지한다. WI(Wait Information) 상태의 단말기는 그 스캐닝의 결과를 동일 그룹에 속하는 다른 단말기들과 공유한다.
WS(Wait Scan) 상태의 단말기는 그 스캐닝 그룹으로부터 떠날 수도 있으며, WI(Wait Information) 상태의 단말기는 WS(Wait Scan) 상태의 단말기를 감지하여 그것의 정보를 사용한다.
WS(Wait Scan) 상태의 단말기의 업-링크 메시지가 임계치보다 낮거나 그에 이르지 못한 경우, 기지국(BS)이 그 단말기(MS)의 메시지를 차단하며 새로운 스케줄을 만드는 것을 시도한다.
[본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식의 성능 평가]
본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식의 성능 평가 결과, 기존 방식에 비해 더 낮은 트래픽 오버헤드와 더 적은 스캐닝 시간을 나타낸다는 것이 확인되었다.
구체적으로, 본 성능 평가는 셀룰러 네트워크 인프라스트럭처(cellular network infrastructure)를 가진 모바일 무선 네트워크를 배경으로 한 것이다.
그룹 내의 WI(Wait Information) 상태의 단말은 핸드오버를 야기한다.
이동 단말은 핸드오버 시에 WS(Wait Scan) 상태의 단말로부터 기지국 정보를 얻지 못하면 핸드오버를 할 수 없게 되는데, 이러한 상황을 드로핑(dropping)으로 지칭할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식의 성능 평가를 위한 마코브체인을 나타낸다.
본 발명자들은 마코브체인을 이용하여 제안된 본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식에 의한 채널 예약 성능과 기존의 방식에 의한 채널 예약 성능을 비교하였다. 여기서, 기존의 채널 예약 방식은 예약 채널의 수가 정해진 최대 예약 채널 수를 넘지 않는 조건하에, WS(Wait Scan) 상태의 단말들에게 각각 자원을 예약하는 기법이다.
도 4를 참조하면, 신규 단말의 그루핑은 λg 의 레이트(rate)를 가지는 포아송 과정(poisson process)을 따른다고 가정하면, 한 그룹에서 핸드오버 홀딩 타임(handover holding time)은 평균 1/ｕ 인 지수(exponential) 분포라고 가정한다. 그룹화를 위한 그룹 요청은 λr, 그룹 내의 공간이 없어 발생하는 드롭은 λc 의 포아송 과정을 따른다고 가정한다. 또한, WS(Wait Scan) 상태 단말의 그룹 생성 요청 메시지의 발생 및 채널 예약은 λm, 예약 없이 그룹이 생성되는 경우 λm'로 가정한다. WS(Wait Scan) 상태 단말이 그룹을 해체하여 그룹이 없어지는 자원의 환원은 Gu 로 정의한다.
이와 같은 경우에 대하여 본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식은 도 3에 나타낸 2차원의 마코브 모델로 표현될 수 있다.
이 마코브 체인에서 state (I, J)는 현재 존재하는 그룹의 수가 i개, 만들수 있는 그룹의 수가 j개 일 때의 state이다.
이때 특정 그룹에 노멀(Normal) 상태의 단말로부터의 그루핑 요청 메시지의 평균 발생 비율, λm은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013020774772-pat00005
(4)
여기서 R은 그룹을 유지하는 최대 시간을 의미한다. 본 발명에 따른 그룹 기반 채널 스캐닝 방식은 기지국의 채널 수를 가지고 그룹 단위로 예약을 하기 때문에 그룹요청 λr은 다음과 같이 표현 할 수 있다.
Figure 112013020774772-pat00006
(5)
여기서 M은 전체 그룹의 개수를 의미한다. 그룹 내의 공간이 없어 발생하는 드롭(drop) 수 λc 는 λr - λm' 로 구할 수 있다. 이와 같은 경우, 그루핑시 드로핑(dropping) 확률 Pd 는 다음과 같이 표현된다.
Figure 112013020774772-pat00007
(6)
여기서 P(I,J)는 state (I,J)의 steady-state probability를 의미한다. 본 성능 평가에서는 그루핑시 드로핑(dropping) 확률 Pd 를 이용하여 시뮬레이션에 적용하고, 실험하여 기존의 방식에 의한 캔슬 확률과 Pd 성능을 비교하였다. 성능평가에서는 전체 그룹 수 I=25, 전체 단말의 수=1000, 한 그룹에서의 핸드오버 홀딩 타임(Handover holding time) 1/μ=8sec로 가정하였다.
도 5는 그루핑 요청에 따른 드롭(drop) 확률을 보여준다. 기존의 그룹기반과 제안된 기법 모두 그룹 요청이 커질수록 drop 확률이 커짐을 알 수 있다. 기존의 방식과 본 발명에 따른 방식의 Pd 를 비교했을 때 그룹의 요청 비율이 증가할수록 향상되는 Pd 를 가지는 것을 볼 수 있다. 이는 정해진 시간 이내에 핸드오버하지 못하는 단말이 빠르게 그룹에서 탈퇴함으로써, 다른 단말에게 기회를 주기 때문인 것으로 볼 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 서빙 기지국과 이에 의해 서빙되는 복수의 이동 단말기를 포함하는 통신 시스템에 적용되는 그룹 기반 채널 스캐닝 방법으로서,
    (a) 상기 서빙 기지국에 의해 서빙되는 상기 복수의 이동 단말기 중의 하나의 이동 단말기가, 상기 서빙 기지국으로부터 브로드캐스팅됨과 아울러 인접 기지국에 관한 정보와 인접 스캐닝 그룹에 관한 정보를 포함하는 광고 메시지(ADV)를 체크하는 단계;
    (b) 상기 하나의 이동 단말기가, 상기 광고 메시지를 참조하여, 미리 결정된 통신 범위 이내에 스캐닝 그룹이 존재하는지의 여부를 체크하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계에서의 체크 결과, 상기 미리 결정된 통신 범위 이내에 스캐닝 그룹이 존재하는 것으로 확인된 경우, 상기 하나의 이동 단말기가 그 스캐닝 그룹에 참여가 가능한지의 여부를 판단하는 단계;
    (d) 상기 (c) 단계에서의 판단 결과, 상기 스캐닝 그룹에의 참여가 가능한 경우, 상기 하나의 이동 단말기가 상기 스캐닝 그룹에 참여함과 동시에 상기 스캐닝 그룹 내의 WS(Wait Scan) 상태에 있는 다른 단말기에 대해 자신이 WI(Wait Information) 상태의 단말기로서 참여되었음을 나타내는 메시지를 전송하는 단계;
    (e) 상기 스캐닝 그룹에 참여한 하나의 이동 단말기가, 상기 스캐닝 그룹 내의 WS(Wait Scan) 상태에 있는 상기 다른 단말기로부터 타겟 기지국에 관한 정보를 획득하는 단계; 및
    (f) 상기 스캐닝 그룹에 참여한 하나의 이동 단말기가 미리 정해진 시간 이내에 타겟 기지국으로 핸드오버하지 않는 경우, 상기 스캐닝 그룹에 참여한 하나의 이동 단말기는 상기 스캐닝 그룹으로부터 자동 탈퇴되는 단계를 포함하되,
    상기 스캐닝 그룹 내의 상기 WS(Wait Scan) 상태에 있는 상기 다른 단말기만이 채널 스캐닝을 수행하고, 또한, 상기 스캐닝 그룹 내의 상기 WS(Wait Scan) 상태에 있는 상기 다른 단말기는 스캔 구간이 종료된 경우 그 결과를 상기 스캐닝 그룹에 참여한 하나의 이동 단말기를 포함하는 WI(Wait Information) 상태의 다른 단말기들에게 통지하는 것을 특징으로 하는 그룹 기반 채널 스캐닝 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서의, 상기 스캐닝 그룹에 참여가 가능한지의 여부를 판단하는 것은 상기 스캐닝 그룹 내의 상기 WS(Wait Scan) 상태에 있는 상기 다른 단말기로부터의 수신 신호 강도가 임계값 이상인지의 여부로 판단하는 것을 특징으로 하는 그룹 기반 채널 스캐닝 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계 이후에,
    (c1) 상기 (b) 단계에서의 체크 결과, 상기 미리 결정된 통신 범위 이내에 스캐닝 그룹이 존재하지 않는 것으로 확인된 경우, 상기 하나의 이동 단말기가 독립적으로 타겟 후보 채널을 스캔하는 단계를 더 포함하는, 그룹 기반 채널 스캐닝 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 (c1) 단계 이후에,
    (c2) 상기 하나의 이동 단말기가 WS(Wait Scan) 상태의 단말기로 전환함으로써 새로운 스캐닝 그룹을 형성하는 단계를 더 포함하는, 그룹 기반 채널 스캐닝 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (c2) 단계 이후에,
    (c3) 상기 하나의 이동 단말기가 상기 새로운 스캐닝 그룹에 포함되는 WI(Wait Information) 상태의 하나 이상의 다른 단말기들을 체크하는 단계; 및
    (c4) 상기 하나의 이동 단말기가, 상기 새로운 스캐닝 그룹에 포함된 WI(Wait Information) 상태의 상기 하나 이상의 다른 단말기들의 스케줄 정보를 포함하는 그룹 스케줄 정보를 상기 서빙 기지국으로 전송하는 단계를 더 포함하는, 그룹 기반 채널 스캐닝 방법.
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KR20100048863A (ko) * 2008-10-30 2010-05-11 한국전자통신연구원 단말, 단말의 핸드오버 방법 및 기지국의 핸드오버 지원 방법

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