KR101549546B1

KR101549546B1 - 프로토콜 특성을 이용한 에너지 효율적인 핸드오버 결정 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101549546B1
Application number: KR1020140014017A
Authority: KR
Inventors: 최성곤; 정경채
Original assignee: 충북대학교 산학협력단
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2015-09-04
Also published as: KR20150093876A

Abstract

본 발명은 에너지 효율적인 핸드오버 결정 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 실시간 또는 비실시간 트래픽을 이용 중이며 어느 무선 접속점과도 통신이 가능한 이동 단말과, 상기 이동 단말로 트래픽 종류 확인을 요구하고, 그 요구에 응답하는 트래픽 종류에 따라 핸드오버 여부 및 타겟 무선 접속점을 결정하여 상기 이동 단말로 핸드오버 메시지를 통지하는 서빙 무선 접속점과, 핸드오버 요구를 받은 이동 단말로부터 핸드오버 확인 메시지가 수신되는 것에 응답하여 데이터 경로 절환을 지정하는 타겟 무선 접속점을 포함함으로써, 핸드오버 시 충돌 발생으로 인한 전력 소모를 회피하여 에너지 효율을 높일 수 있다.

Description

프로토콜 특성을 이용한 에너지 효율적인 핸드오버 결정 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DECIDING ENERGY EFFICIENT HAND-OVER USING A PROTOCOL CHARACTERISTIC}

본 발명은 이동 통신 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동 단말의 라이프 타임을 최대화하기 위해 이동 단말이 사용하는 트래픽을 실시간, 비실시간 트래픽으로 구분하여 채널의 여유가 없는 무선 접속점으로 비실시간 트래픽을 사용하는 이동 단말이 핸드오버를 요청하는 경우 백오프 윈도우 사이즈를 할당하여 핸드오버 시 충돌 발생으로 인한 전력 소모를 회피하는 에너지 효율적인 핸드오버 결정 시스템 및 방법에 관한 것이다.

이동 통신에서 핸드오버란 통화 중 상태인 이동 단말(MN; mobile node)이 해당 기지국 서비스 지역(cell boundary)을 벗어나 인접 기지국 서비스 지역으로 이동할 때 단말기가 인접 기지국의 새로운 통화 채널에 자동 동조되어 지속적으로 통화 상태가 유지되는 기능을 말한다.

현재 핸드오버 방법은 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 신호 세기에 의존하여 신호 세기가 큰 쪽으로 핸드오버 하도록 운영 된다. 일반적으로 RSSI 신호 세기가 큰 무선 접속점과의 통신이 단말의 전력 소모를 줄여 주고 해당 무선 기술의 전송 속도 최대한 보장시켜 준다.

하지만, 무선 네트워크의 전력 소모는 단순히 RSSI 신호 세기만 영향을 받는 것이 아니라 무선 접속점에 연결된 단말 수, 채널 점유 현황 등에 따른 컨텐션(contention)에 의한 영향을 받는다. 종래의 기술은 RSSI 신호 세기에만 의존하기 때문에 특정 무선 접속점으로 사용자가 몰리는 현상이 발생할 수 있으며, 하나의 무선 접속점에 두 개 이상의 단말이 접속하게 되면, 채널을 사용하기 위한 컨텐션이 발생하게 되며, 접속한 단말의 수가 증가할수록 컨텐션에 의한 충돌 확률이 증가하게 된다. 이때, 컨텐션이 발생함에 따라 백오프(backoff) 알고리즘 절차를 수행하게 된다. IEEE 802.11 프로토콜을 예로 들면, 단말이 무선 접속점으로 데이터를 전송하기 위해서는 RTS(Request To Send), CTS(Clear To Send), ACK(Acknowledge) 등의 데이터 전송을 위한 시그널링(signaling) 동작을 수행하게 되는데, 컨텐션이 발생하면 채널을 할당 받기 전까지 상기 시그널링 동작을 백오프 알고리즘 동안 반복하여 수행하므로, 이로 인해 불필요한 전송 에너지가 소모된다.

따라서, 본 발명은 단말의 채널 점유 실패, 즉, 충돌 발생으로 야기되는 재전송과 이로 인한 에너지 소모를 줄이기 위해, 채널 여유가 없는 무선 접속점으로 핸드오버를 시도하는 비실시간 트래픽 사용 단말을 대상으로 컨텐션 윈도우(contention window) 할당 및 핸드오버 제어 알고리즘을 통한 에너지 소모 감소 방법을 제공한다.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0115991호(공개일 2010.10.29.) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0020398호(공개일 2011.03.03.) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0036188호(공개일 2011.04.07.)

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 2개 이상의 무선 접속점이 공존하고 이동 단말의 핸드오버가 가능한 상황에서 비실시간 트래픽을 사용 중인 이동 단말에 대하여 핸드오버를 시도하는 무선 접속점의 채널 여유가 없을 경우 컨텐션 윈도우를 할당시켜 일정 시간 동안 채널 점유 경합 참여를 방지하고 재전송 시도로 인한 에너지 소모를 감소시키는 에너지 효율적인 핸드오버 결정 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.

다만, 본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에너지 효율적인 핸드오버 결정 시스템은, 실시간 또는 비실시간 트래픽을 이용 중이며 어느 무선 접속점과도 통신이 가능한 이동 단말과, 상기 이동 단말로 트래픽 종류 확인을 요구하고, 그 요구에 응답하는 트래픽 종류에 따라 핸드오버 여부 및 타겟 무선 접속점을 결정하여 상기 이동 단말로 핸드오버 메시지를 통지하는 서빙 무선 접속점과, 핸드오버 요구를 받은 이동 단말로부터 핸드오버 확인 메시지가 수신되는 것에 응답하여 데이터 경로 절환을 지정하는 타겟 무선 접속점을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 서빙 무선 접속점은, 상기 트래픽 유형이 실시간 트래픽인 경우, 상기 타겟 무선 접속점의 채널 상태와 무관하게 핸드오버를 수행하고, 상기 트래픽 유형이 비실시간 트래픽이고 상기 타겟 무선 접속점의 채널 상태가 할당 가능한 채널이 없는 경우, 최대 컨텐션 윈도우(contention window)를 할당하는, 에너지 효율적인 버티컬 핸드오버 결정 제어기(EEVHDC; Energy Efficient Vertical Hand-over Decision Controller)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 핸드오버 결정 시스템.

한편, 본 발명의 에너지 효율적인 핸드오버 결정 방법은, 이동 단말이 서비스 받고 있는 트래픽 유형을 판단하는 단계와, 타겟 무선 접속점의 채널 상태를 판단하는 단계와, 상기 트래픽 유형 및 타겟 무선 접속점의 채널 상태를 참조하는 에너지 효율적인 버티컬 핸드오버 결정 제어 알고리즘에 따라 핸드오버 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 에너지 효율적인 버티컬 핸드오버 결정 제어 알고리즘은, 상기 트래픽 유형이 실시간 트래픽인 경우, 상기 타겟 무선 접속점의 채널 상태와 무관하게 핸드오버를 수행하고, 상기 트래픽 유형이 비실시간 트래픽이고 상기 타겟 무선 접속점의 채널 상태가 할당 가능한 채널이 없는 경우, 최대 컨텐션 윈도우(contention window)를 할당하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 에너지 효율적인 핸드오버 결정 시스템 및 방법에 따르면, 본 발명은 채널 여유가 없는 무선 접속점으로 핸드오버를 시도하는 비실시간 트래픽 사용 단말을 대상으로 컨텐션 윈도우 할당 및 핸드오버 제어 알고리즘을 통하여 재전송 시도로 인한 에너지 소비를 절감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 환경 및 프로토콜 스택을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 트래픽 정보 전달 프로토콜을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율적인 버티컬 핸드오버 결정 제어기(EEVHDC; Energy Efficient Vertical Hand-over Decision Controller)의 알고리즘 절차를 나타내는 흐름도이다.

이하, 본 발명의 에너지 효율적인 핸드오버 결정 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 환경 및 프로토콜 스택을 나타내는 구성도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 환경(1)은 네트워크(network)(100)와, 이동 단말(mobile node)(200)과, 서빙 무선 접속점(300)과, 타겟 무선 접속점(400)을 포함하여 이루어진다.

본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크(100)는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) 네트워크일 수 있고, 이동 단말(200)은 실시간 또는 비실시간 서비스를 이용 중이며 상황에 따라 어느 무선 접속점과도 통신이 가능하다. 또한, 서빙 무선 접속점(300)은 이동 단말(200)로 트래픽 유형 확인을 요구하고 그 요구에 응답하는 트래픽 유형에 따라 핸드오버 여부를 결정하여 이동 단말(200)로 핸드오버 메시지를 통지하고, 타겟 무선 접속점(400)은 핸드오버 요구를 받은 이동 단말(200)로부터 핸드오버 확인 메시지가 수신되는 것에 응답하여 데이터 경로 절환(Path Switch)을 지정한다. 여기서, 각 무선 접속점(300, 400)은 에너지 효율적인 버티컬 핸드오버 결정 제어기(EEVHDC; Energy Efficient Vertical Hand-over Decision Controller)(310,410)를 포함하며, 각각 802.11, Wi-MAX 등과 같이 서로 다른 규격을 이용할 수 있다.

이동 단말(200)의 프로토콜 스택(MN protocol stack)은 응용 계층(Application layer), 링크 계층(Link layer), 물리 계층(Physical layer)으로 구성 되고, 응용 계층(Application layer)과 링크 계층(Link layer) 사이에는 매체 무관 핸드오버 기능(MIHF; Media-Independent Hand-over Function)이 존재할 수 있다.

무선 접속점(300, 400)의 에너지 효율적인 버티컬 핸드오버 결정 제어기(310, 410) 프로토콜 스택(EEVHDC protocol stack)은 에너지 효율적인 버티컬 핸드오버 결정 제어기 알고리즘(EEVHDC algorithm), 매체 무관 핸드오버 기능(MIHF), 링크 계층(Link Layer), 물리 계층(Physical layer)으로 구성되며, 링크 계층(Link layer) 위에 에너지 효율적인 버티컬 핸드오버 결정 제어기 알고리즘(EEVHDC algorithm) 및 매체 무관 핸드오버 기능(MIHF)이 존재할 수 있다. 무선 접속점(300, 400)의 에너지 효율적인 버티컬 핸드오버 결정 제어기(310, 410)의 자세한 동작은 아래 도 3에서 설명된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 트래픽 정보 전달 프로토콜을 나타내는 구성도이다.

트래픽 정보 전달 프로토콜의 필드는 Type(200), A(201), Reserved(202), Identification(203), Data(204)로 구성되며, Type(200)은 메시지의 종류를 나타내는 필드로써, 종류는 Hello, Registration, Trigger, Query가 있다. A(201) 필드는 트리거(Trigger) 메시지에 포함된 Acknowledge request bit이다. Reserved(202)는 이동 단말(200)이 사용하는 트래픽을 실시간, 비실시간 트래픽으로 구분해주는 7비트의 필드이다. 일예로 실시간 트래픽일 경우 0000011, 비실시간 트래픽일 경우 0000010로 구분한다. Identification(203)은 트리거 수신 확인 메시지로써, 트리거 메시지 매칭을 위해 사용되는 서버에 의해 생성된 16비트의 필드이다. Data(204)는 링크 계층 이벤트가 포함된 필드이다.

그러면, 여기서 상기와 같이 구성된 시스템을 이용한 본 발명의 에너지 효율적인 핸드오버 결정 방법에 대해 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율적인 버티컬 핸드오버 결정 제어기(EEVHDC; Energy Efficient Vertical Hand-over Decision Controller)의 알고리즘 절차를 나타내는 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 우선 이동 단말(200)은 서빙 무선 접속점(300)에 접속하여 서비스를 받고 있는 것으로 가정한다. 이러한 가정 하에서 이동 단말(200)로부터 핸드오버 요청이 발생하게 되면(S302), 이동 단말(200)의 트래픽 종류가 실시간인지 비실시간인지 측정하고 그 측정 결과에 따라 보고할 것을 이동 단말(200)에게 명령한다. 이에 따라, 이동 단말(200)은 트래픽의 종류를 도 2의 트래픽 정보 전달 프로토콜 등을 이용하여 측정하고 그 결과를 서빙 무선 접속점(300)으로 전송한다(S303).

그 다음, 서빙 무선 접속점(300)이 이동 단말(200)의 트래픽을 체크한 결과 이동 단말(200)의 트래픽이 실시간 트래픽일 경우에는 핸드오버 할 타겟 무선 접속점을 결정하여 핸드오버를 수행하고(S305), 이동 단말(200)의 트래픽이 비실시간 트래픽일 경우에는 핸드오버를 수행하지 않고 현재 무선 접속점 즉, 타겟 무선 접속점(400)의 채널 상태를 확인하기 위해 단계 S304로 진행한다.

단계 S304에서, 타겟 무선 접속점(400)의 채널이 할당할 여유가 있을 경우에는 핸드오버를 수행하게 되며(S305), 그렇지 않을 경우 비실시간 트래픽에 대하여 최대 컨텐션 윈도우(contention window)를 할당하게 된다(S306). 이 때, 비실시간 트래픽에 대하여 최대 컨텐션 윈도우를 할당함으로써, 비실시간 트래픽의 재전송 시도의 간격이 늘어나게 되어 재전송 시도로 인한 에너지 소비를 절감 시킬 수 있게 된다.

단계 S305의 핸드오버 프로세스에 대하여 부연 설명하면, 단계 S305에서 서빙 무선 접속점(300)은 이동 단말(200)로 핸드오버 요구 메시지를 전송한다. 이러한 핸드오버 요구 메시지에는 결정된 타겟 무선 접속점(400)에 대한 정보가 포함된다. 상기 핸드오버 요구 메시지를 수신한 이동 단말(200)은 타겟 무선 접속점(400)으로 핸드오버 확인 메시지를 전송하여 핸드오버가 수행되었음을 통지한다. 그러면 타겟 무선 접속점(400)은 게이트웨이(gateway)로 경로 절환(Path Switch)을 요청하여 서빙 무선 접속점(300)으로의 데이터 경로를 타겟 무선 접속점(400)으로 변경할 것을 요청한다. 이에 게이트웨이는 데이터 경로를 서빙 무선 접속점(300)에서 타겟 무선 접속점(400)으로 경로 절환함으로써, 일련의 핸드오버 프로세스가 종료된다(S307).

더불어, 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 효율적인 버티컬 핸드오버 결정 제어 알고리즘 절차에 의하면, 단계 S306에 있어서 할당되는 컨텐션 윈도우 범위를 랜덤하게 정할 수도 있다. 다만, 이동 단말(200, 200)에 타이머를 두고, 할당된 컨텐션 윈도우를 기다리는 동안 다른 이동 단말(200)이 핸드오버를 시도하는 경우, 다른 이동 단말(200)이 핸드오버한 것을 감지하는 동시에 타이머를 멈춰 남은 타임 슬롯을 정지함으로써 가장 오래 기다린 이동 단말이 우선순위를 갖도록 하면서 재전송 시도로 인한 에너지 소비를 절감 시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 효율적인 버티컬 핸드오버 결정 제어 알고리즘 절차에 의하면, 단계 S306에 있어서 할당되는 컨텐션 윈도우 범위를 랜덤하게 정하고, 타겟 무선 접속점의 채널이 채널을 할당할 여유가 없는 것으로 감지되면 다시 타이머를 작동하여 가장 오래 기다린 이동 단말이 우선순위를 갖도록 하면서 재전송 시도로 인한 에너지 소비를 절감 시킬 수 있게 된다.

이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.

100 : 네트워크
200 : 이동 단말
300 : 서빙 무선 접속점
400 : 타겟 무선 접속점
310, 410 : 에너지 효율적인 버티컬 핸드오버 제어기

Claims

이동 통신 시스템의 핸드오버 결정 시스템에 있어서,
실시간 또는 비실시간 트래픽을 이용 중이며 어느 무선 접속점과도 통신이 가능한 이동 단말;
상기 이동 단말로 트래픽 종류 확인을 요구하고, 그 요구에 응답하는 트래픽 종류에 따라 핸드오버 여부 및 타겟 무선 접속점을 결정하여 상기 이동 단말로 핸드오버 메시지를 통지하고, 타겟 무선 접속점의 채널 상태를 판단하고, 판단 결과, 컨텐션 윈도우의 할당을 결정하는 서빙 무선 접속점; 및
핸드오버 요구를 받은 이동 단말로부터 핸드오버 확인 메시지가 수신되는 것에 응답하여 데이터 경로 절환을 지정하는 타겟 무선 접속점;
을 포함하는 핸드오버 결정 시스템.
청구항 제1항에 있어서,
상기 서빙 무선 접속점은,
상기 트래픽 유형이 실시간 트래픽인 경우, 상기 타겟 무선 접속점의 채널 상태와 무관하게 핸드오버를 수행하고, 상기 트래픽 유형이 비실시간 트래픽이고 상기 타겟 무선 접속점의 채널 상태가 할당 가능한 채널이 없는 경우, 최대 컨텐션 윈도우(contention window)를 할당하는, 에너지 효율적인 버티컬 핸드오버 결정 제어기(EEVHDC; Energy Efficient Vertical Hand-over Decision Controller)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 핸드오버 결정 시스템.
청구항 제1항에 있어서,
상기 서빙 무선 접속점은,
상기 트래픽 유형이 비실시간 트래픽이고 상기 타겟 무선 접속점의 채널 상태가 할당 가능한 채널이 없는 경우, 컨텐션 윈도우를 랜덤으로 할당하는, 에너지 효율적인 버티컬 핸드오버 결정 제어기(EEVHDC; Energy Efficient Vertical Hand-over Decision Controller)를 포함하고,
상기 이동 단말은,
할당된 상기 컨텐션 윈도우를 대기하는 동안 다른 이동 단말의 핸드오버 시도를 감지하는 경우 남은 타임 슬롯을 정지하는, 타이머(timer)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 핸드오버 결정 시스템.
청구항 제1항에 있어서,
상기 서빙 무선 접속점은,
상기 트래픽 유형이 비실시간 트래픽인 경우, 컨텐션 윈도우를 랜덤으로 할당하는, 에너지 효율적인 버티컬 핸드오버 결정 제어기(EEVHDC; Energy Efficient Vertical Hand-over Decision Controller)를 포함하고,
상기 이동 단말은,
상기 타겟 무선 접속점의 채널이 여유가 없는 것으로 감지되는 경우 작동되는 타이머를 포함하는 것을 특징으로 하는, 핸드오버 결정 시스템.
이동 통신 시스템의 핸드오버 결정 방법에 있어서,
이동 단말이 서비스 받고 있는 트래픽 유형을 판단하는 단계;
서빙 무선 접속점이 상기 이동 단말로 트래픽 종류 확인을 요구하고, 그 요구에 응답하는 트래픽 종류에 따라 핸드오버 여부 및 타겟 무선 접속점을 결정하여 상기 이동 단말로 핸드오버 메시지를 통지하는 단계;
상기 서빙 무선 접속점이 상기 타겟 무선 접속점의 채널 상태를 판단하는 단계;
상기 채널 상태의 판단에 대응하여 상기 서빙 무선 접속점이 컨텐션 윈도우의 할당을 결정하는 단계;
상기 서빙 무선 접속점이 상기 트래픽 유형 및 타겟 무선 접속점의 채널 상태를 참조하는 에너지 효율적인 버티컬 핸드오버 결정 제어 알고리즘에 따라 핸드오버 여부를 결정하는 단계; 및
타겟 무선 접속점이 핸드오버 요구를 받은 이동 단말로부터 핸드오버 확인 메시지가 수신되는 것에 응답하여 데이터 경로 절환을 지정하는 단계;
를 포함하는 핸드오버 결정 방법.
청구항 제5항에 있어서,
상기 에너지 효율적인 버티컬 핸드오버 결정 제어 알고리즘은,
상기 트래픽 유형이 실시간 트래픽인 경우, 상기 타겟 무선 접속점의 채널 상태와 무관하게 핸드오버를 수행하고,
상기 트래픽 유형이 비실시간 트래픽이고 상기 타겟 무선 접속점의 채널 상태가 할당 가능한 채널이 없는 경우, 최대 컨텐션 윈도우(contention window)를 할당하는 것을 특징으로 하는, 핸드오버 결정 방법.
청구항 제5항에 있어서,
상기 에너지 효율적인 버티컬 핸드오버 결정 제어 알고리즘은,
상기 트래픽 유형이 실시간 트래픽인 경우, 상기 타겟 무선 접속점의 채널 상태와 무관하게 핸드오버를 수행하고,
상기 트래픽 유형이 비실시간 트래픽이고 상기 타겟 무선 접속점의 채널 상태가 할당 가능한 채널이 없는 경우, 컨텐션 윈도우를 랜덤으로 할당하며,
할당된 상기 컨텐션 윈도우를 대기하는 동안 다른 이동 단말의 핸드오버 시도가 감지되는 경우, 남은 타임 슬롯을 정지하는 것을 특징으로 하는, 핸드오버 결정 방법.
청구항 제5항에 있어서,
상기 에너지 효율적인 버티컬 핸드오버 결정 제어 알고리즘은,
상기 트래픽 유형이 실시간 트래픽인 경우, 상기 타겟 무선 접속점의 채널 상태와 무관하게 핸드오버를 수행하고,
상기 트래픽 유형이 비실시간 트래픽인 경우, 컨텐션 윈도우를 랜덤으로 할당하며,
상기 타겟 무선 접속점의 채널 상태가 할당 가능한 채널이 없는 것으로 감지되는 경우, 할당된 상기 컨텐션 윈도우의 타이머를 작동하는 것을 특징으로 하는, 핸드오버 결정 방법.