KR101579464B1 - 중간 접속점에서의 미사용 대역을 이용한 트래픽 처리 방법 - Google Patents

Abstract

이하의 설명은 중계기 등의 중간 접속점에서 트래픽을 효율적으로 처리하는 기술에 대한 것이다. 2 이상의 통신 방식을 지원하는 중간 접속점이 하나 이상의 단말로부터 기지국으로 전송되는 트래픽을 처리함에 있어서, 하나 이상의 단말로부터 제 1 통신 방식에 따라 트래픽을 수신한 후, 수신된 트래픽의 혼잡 정도를 측정하며, 만일 측정된 트래픽 혼잡 정도가 소정 임계치 이상인 경우 상기 하나 이상의 단말로부터 수신된 트래픽 중 일부인 제 1 트래픽을 제 2 통신 방식에 따라 다른 중간 접속점에 전달하고, 상기 하나 이상의 단말로부터의 트래픽 중 상기 제 1 트래픽을 제외한 제 2 트래픽을 기지국에 전달함으로써 트래픽을 효율적으로 분산 처리하는 것을 제안한다.

Description

중간 접속점에서의 미사용 대역을 이용한 트래픽 처리 방법 {Method For Processing Traffic Using Unused Band In An Intermediate Access Point}

이하의 설명은 중계기 등의 중간 접속점에서 트래픽을 효율적으로 처리하는 기술에 대한 것이다.

이동통신 시스템에서 기지국과 단말 사이에 중간 접속점을 추가하는 논의가 계속되고 있다. 이와 같은 중간 접속점은 중계기(Relay Station), 팸토 기지국(Femto Station; 또는 팸토셀 기지국), 피코 기지국(Pico Station; 또는 피코셀 기지국) 등을 포함한다. 이하에서는 먼저 중간 접속점의 일례로서 중계기를 이용하는 경우를 설명한다.

도 1은 중계기를 이용하는 통신 시스템의 개념을 나타내는 도면이다.

도 1에서 기지국(100)은 복수의 중계기(110a 내지 110d)와 유선으로 연결되어 있으며, 각각의 중계기(110a 내지 110d)는 해당 커버리지 내의 단말(120a 내지 120h)에 통신 서비스를 제공한다. 예를 들어, 단말(120a)이 전송하는 신호는 중계기(110a)를 거쳐 기지국(100)에 전달될 수 있으며, 기지국(100)이 전송하는 신호는 중계기(110a)를 거쳐 단말(120a)에 전달될 수 있다.

이와 같이 기지국과 단말 사이에 추가되는 중계기 등의 중간 접속점은 기지국으로부터 단말로 전송되는 신호 또는 단말로부터 기지국으로 전송되는 신호를 수신한 후 이를 증폭 또는 경우에 따라 능동적인 처리를 가하여 단말 또는 기지국으로 전송함으로써 통신 서비스를 제공할 수 있는 커버리지를 증가시킬 수 있으며, 커버리지 내에서 기지국과 단말 사이의 통신 서비스를 개선하여 성능을 강화할 수 있다.

다만, 경우에 따라 단말과 기지국 사이의 트래픽이 어느 특정 중간 접속점에 집중될 수 있으며, 이와 같은 경우 효율적으로 트래픽을 처리할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.

본 발명의 일 실시형태에서는 단말과 기지국 사이의 트래픽이 어느 특정 중간 접속점에 집중될 경우 효율적으로 트래픽을 처리하는 방법 및 이를 위한 중간 접속점 장치를 제공하고자 한다.

특히, 미사용 주파수 대역을 이용하여 특정 중간 접속점에 집중되는 트래픽을 효율적으로 분산시키는 방법을 설명한다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에서는 2 이상의 통신 방식을 지원하는 제 1 중간 접속점에서 하나 이상의 단말로부터 기지국으로 전송되는 트래픽을 처리하는 방법에 있어서, 상기 하나 이상의 단말로부터 제 1 통신 방식에 따라 트래픽을 수신하는 단계; 상기 수신된 트래픽의 혼잡 정도를 측정하는 단계; 상기 측정된 트래픽 혼잡 정도가 소정 임계치 이상인 경우, 상기 하나 이상의 단말로부터 수신된 트래픽 중 일부인 제 1 트래픽을 제 2 통신 방식에 따라 제 2 중간 접속점에 전달하는 단계; 및 상기 하나 이상의 단말로부터의 트래픽 중 상기 제 1 트래픽을 제외한 제 2 트래픽을 상기 기지국에 전달하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 통신 방식은 다른 통신 시스템이 이용하지 않는 주파수 대역을 이용한 통신 방식을 포함하는 트래픽 처리 방법을 제안한다. 상기 다른 통신 시스템이 이용하지 않는 주파수 대역은 TVWS(TV White Space)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 TVWS에서 이용 가능한 이웃 중간 접속점 정보를 TVWS 데이터 베이스로부터 획득하는 단계; 및 상기 TVWS 데이터 베이스로부터 획득된 정보를 이용하여 상기 제 2 중간 접속점을 선택하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 제 2 중간 접속점 선택 단계는, 상기 TVWS 데이터 베이스로부터 획득된 정보에 따른 상기 이웃 중간 접속점에 상기 제 1 중간 접속점이 상기 제 2 통신 방식에 사용 가능한 채널 목록을 포함한 요청 메시지를 전송하는 단계; 상기 이웃 중간 접속점으로부터 상기 사용 가능한 채널 목록 각각에 대한 응답 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 응답 메시지에 기반하여 상기 이웃 중간 접속점 중 상기 제 2 중간 접속점을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 TVWS에서 제어 채널을 모니터링하여 소정 백오프 시간 이후 상기 제 2 중간 접속점에 임의접속(Random Access) 프리엠블을 전송하는 단계; 상기 제 2 중간 접속점으로부터 상기 임의접속 프리엠블에 대한 응답 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 응답 메시지 정보를 이용하여 상기 제 2 중간 접속점과 연결을 설정하는 단계를 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 소정 백오프 시간은 상기 제 1 중간 접속점의 트래픽 혼잡 정도에 따라 결정될 수 있다.

또한, 상기 제 2 통신 방식은 무선랜 통신 방식을 포함할 수 있으며, 상기 제 1 통신 방식과 상기 제 2 통신 방식은 서로 영향을 미치지 않는 것이 바람직하다.

한편, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에서는 2 이상의 통신 방식을 지원하는 제 1 중간 접속점 장치로서, 하나 이상의 단말로부터 제 1 통신 방식에 따라 트래픽을 수신하는 제 1 통신 모듈; 제 2 통신 방식에 따라 제 2 중간 접속점 장치에 트래픽을 전달하는 제 2 통신 모듈; 제 3 통신 방식에 따라 기지국에 트래픽을 전달하는 제 3 통신 모듈; 및 상기 제 1 통신 모듈이 수신한 트래픽의 혼잡 정도를 측정하고, 상기 측정 모듈이 측정한 트래픽 혼잡 정도가 소정 임계치 이상인 경우 상기 제 1 통신 모듈이 수신한 트래픽 중 일부인 제 1 트래픽을 상기 제 2 통신 모듈을 통해 상기 제 2 중간 접속점 장치에 전달하며, 상기 제 1 통신 모듈이 수신한 트래픽 중 상기 제 1 트래픽을 제외한 제 2 트래픽을 상기 제 3 통신 모듈을 통해 상기 기지국에 전달하도록 제어하는 프로세서를 포함하는 중간 접속점 장치를 제안한다. 상기 다른 통신 시스템이 이용하지 않는 주파수 대역은 TVWS(TV White Space)를 포함할 수 있다.

상기 프로세서는 상기 TVWS에서 이용 가능한 이웃 중간 접속점 정보를 TVWS 데이터 베이스로부터 획득하고, 상기 TVWS 데이터 베이스로부터 획득된 정보를 이용하여 상기 제 2 중간 접속점을 선택하도록 구성될 수 있으며, 이 경우 상기 프로세서는 상기 TVWS 데이터 베이스로부터 획득된 정보에 따른 상기 이웃 중간 접속점에 상기 제 2 통신 모듈이 사용 가능한 채널 목록을 포함한 요청 메시지를 전송하고, 상기 이웃 중간 접속점으로부터 상기 사용 가능한 채널 목록 각각에 대한 응답 메시지를 수신하여, 상기 응답 메시지에 기반하여 상기 이웃 중간 접속점 중 상기 제 2 중간 접속점을 선택하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 프로세서는 상기 TVWS에서 제어 채널을 모니터링하여 소정 백오프 시간 이후 상기 제 2 중간 접속점에 임의접속(Random Access) 프리엠블을 전송하고, 상기 제 2 중간 접속점으로부터 상기 임의접속 프리엠블에 대한 응답 메시지를 수신하여, 상기 응답 메시지 정보를 이용하여 상기 제 2 중간 접속점과 연결을 설정하도록 구성될 수 있으며, 이 경우 상기 소정 백오프 시간은 상기 제 1 중간 접속점의 트래픽 혼잡 정도에 따라 결정될 수 있다.

상기 제 1 통신 모듈은 셀룰러 통신 모듈을 포함하며, 상기 제 2 통신 모듈은 무선랜 통신 모듈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 1 중간 접속점 장치는 중계기를 포함할 수 있으며, 상기 제 3 통신 모듈은 상기 중계기와 상기 기지국 사이에 연결된 유선망을 이용한 유선통신 모듈을 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 각 실시형태에 따를 경우 단말과 기지국 사이의 트래픽이 어느 특정 중간 접속점에 집중될 경우에도 큰 지연 없이 트래픽을 효율적으로 처리할 수 있으며, 각 트래픽의 특성을 고려하여 경로를 설정하여 줄 경우 더욱 통신 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 트래픽이 집중되는 경우 이기종망으로 핸드오버하는 기술과 비교하여, 각 단말이 이기종망으로 핸드오버하는데 소요되는 시간을 절약하고, 시스템 변경을 최소화하면서도 효율적으로 트래픽을 처리할 수 있다.

아울러, 미사용 주파수 대역(예를 들어, TVWS)을 이용하여 트래픽 분배를 수행하는 경우, 기존 통신 방식과 간섭 없이 넓은 커버리지로 트래픽 분배를 효율적으로 수행할 수 있다.

도 1은 중계기를 이용하는 통신 시스템의 개념을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태가 적용될 수 있는 중계기의 기능을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 기지국과 단말 사이의 통신에서 중간 접속점 역할을 수행할 수 있는 다양한 노드들을 포함하는 통신 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 특정 중계기에 트래픽이 집중되는 경우를 나타내기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라 특정 중간 접속점에 사용자 트래픽이 집중되는 경우 이웃하는 중간 접속점에 트래픽을 분산시켜 처리하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 CR 기반 서비스 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 TV 주파수 대역의 CR 공유 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 중간 접속점의 동작 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따라 무선 랜 기능을 가지는 중계기를 이용하여 트래픽을 분산 처리하는 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따라 트래픽 혼잡 정도를 판정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따라 사용자 트래픽 중 일부를 다른 중계기에 분산 처리를 위해 전달할 경우 어떤 트래픽을 전달할 것인지를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따라 각 중계기가 스스로 helping relay를 검색하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시형태에 따라 각 중계기가 기지국을 통해 helping relay를 검색하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시형태에 따라 각 중계기가 helping relay를 검색하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시형태에 따라 중계기가 TVWS 대역을 이용하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시형태에 따라 TVWS 데이터 베이스를 이용하여 이웃 중간 접속점과 연결을 설정하고 트래픽 분산 처리를 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시형태에 따른 중계기 구성을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

아울러, 이하의 설명에 있어서 단말은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station) 등 이동 또는 고정형의 사용자단 기기를 통칭하는 것을 가정한다. 또한, 중간 접속점은 상술한 바와 같이 중계기뿐만 아니라 팸토 기지국, 피코 기지국, 홈 NodeB, eHNB 등을 포함하는 것을 가정한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시형태에서는 단말과 기지국 사이의 트래픽이 어느 특정 중간 접속점에 집중될 경우 효율적으로 트래픽을 처리하는 방법을 제공하고자 한다. 이를 위해 기지국과 단말 사이에 추가되는 접속점의 일례로서 이하에서는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers, 미국 전기 전자 학회) 802.16에서 논의되는 중계기에 대해 좀더 구체적으로 설명한다. 다만, IEEE 802.16j에서 고려하던 중계기에 대한 설명은 3GPP IMT-Advanced(예를 들어, LTE-A)에서 고려하고 있는 중계기에도 동일하게 적용할 수 있다. 아울러, 이하의 중계기에 대한 설명은 다른 중간 접속점에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.

2006년도 IEEE 802.16에서는 고정 가입자 단말을 대상으로 하는 표준 규격인 IEEE 802.16-2004와 가입자 단말의 이동성을 제공하기 위한 표준 규격인 IEEE 802.16e-2005의 발간 후, 멀티 홉 릴레이라는 새로운 주제의 표준화 프로젝트가 진행되었다. IEEE 802.16 내의 작업반(Task Group) j에서 담당하고 있는 이 프로젝트는 지난 2006년 5월 첫 공식 회의를 가진 이래 7월 두 번째 회의에서는 활용 모델(Usage Model), 관련 용어(Terminology), 기술적 요구사항(Technical Requirement)에 대해서 본격적으로 논의가 시작되었다. 이하, IEEE 802.16 TGj를 줄여서 IEEE 802.16j라고 표기하기도 한다.

IEEE 802.16j의 PAR(Project Authorization Request, 프로젝트 승인 요청)에서 진행될 표준화 작업의 다음과 같은 두 가지 목적이 명기되어 있다.

(1) 서비스 지역의 확장(Coverage Extension)

(2) 성능 강화(Throughput Enhancement)

도 2는 본 발명의 일 실시형태가 적용될 수 있는 중계기의 기능을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 2에서 도면부호 701은 기지국을, 도면부호 702a 내지 702d는 중계기를, 도면부호 703a 내지 703d는 단말을 나타낸다. 도 2에 나타난 바와 같이 기지국(701)의 커버리지 영역 밖의 지역 또는 통신이 불가능한 지역에도 중계기(702a, 702b 및 703c)를 설치함으로써 기지국(701)과의 통신을 가능하게 할 수 있다. 구체적으로, 중계기(702a)를 통해 기지국(701)의 옥외 커버리지를 증가시킬 수 있으며, 중계기(702b)를 통해 기지국(701)의 옥내 커버리지를 증가시킬 수 있다. 또한, 중계기(702c)를 통해 기지국(701)이 고속 전철 등으로 인하여 서비스를 제공할 수 없었던 영역에도 통신 서비스를 제공할 수 있다.

아울러, 기지국(701) 영역 내에 있는 단말(703d)에 대해서는 중계기(702d)을 통한 높은 수준의 적응변조코딩(Adaptive Modulation and Coding)방식을 가지는 고품질의 경로를 설정할 수 있도록 함으로써 동일한 무선 자원으로 시스템 용량의 증대를 꾀할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이 기지국과 단말 사이에 배치되어, 기지국과 단말 사이의 통신에서 중간 접속점 역할을 수행할 수 있는 노드로는 중계기 이외에도 팸토 기지국(Femto Station; 또는 팸토셀 기지국), 피코 기지국(Pico Station; 또는 피코셀 기지국) 등을 포함할 수 있으며, 도 3은 이와 같이 다양한 중간 접속점들이 배치된 통신 시스템을 도시하고 있다. 팸토 기지국의 경우 도 3에 도시된 바와 같이 인터넷을 통해 셀룰러 핵심망(Core Network)에 연결될 수 있다. 이하에서는 중간 접속점이 중계기인 경우를 예를 들어 중점적으로 설명하나, 이에 한정될 필요는 없다.

상술한 바와 같이 특정 중계기에 트래픽이 집중되는 경우가 발생할 수 있다. 도 4는 특정 중계기에 트래픽이 집중되는 경우를 나타내기 위한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이 특정 중계기(310)에 트래픽이 집중되는 경우 지연(delay)이나 지터(jitter)에 민감한 트래픽을 처리하는데 문제가 발생할 수 있다. 다만, 본 발명에서는 특정 중계기(310)에 트래픽이 집중되는 경우 이웃하는 중계기(320)는 트래픽 처리에 여유가 있을 수 있다는 점을 이용한다. 즉, 본 발명의 일 실시형태에서는 특정 중계기(310)에 집중되는 트래픽 중 일부를 이웃하는 중계기(320)에 독립적인 통신 방식을 이용하여 전달함으로써 지연이나 지터에 의한 성능 열화를 방지하는 방법을 제안하고자 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라 특정 중간 접속점에 사용자 트래픽이 집중되는 경우 이웃하는 중간 접속점에 트래픽을 분산시켜 처리하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이 중간 접속점, 예를 들어 중계기(310)가 단말로부터 제 1 통신 방식(A)에 따라 트래픽을 수신하여 이를 기지국(400)으로 전달할 때, 특정 중계기(310)에만 트래픽이 집중되어 상술한 바와 같이 지연이나 지터가 문제가 될 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 따른 중계기(310)는 트래픽의 혼잡 정도를 측정하여, 혼잡 정도가 일정 기준 이상인 경우 사용자 트래픽 중 일부를 이웃하는 중계기(320)에 제 2 통신 방식(B)에 따라 전달하고, 이웃하는 중계기(320)가 전달받은 트래픽을 기지국(400)에 전달할 수 있도록 처리하는 것을 제안한다. 이때 제 1 통신 방식(A)과 제 2 통신 방식(B)은 서로 영향을 미치지 않는 이종 통신 방식인 것이 바람직하며, 본 발명의 바람직한 일 실시형태에서는 무선 랜(예를 들어, WLAN(Wireless Local Area Network) 기능을 포함하는 중계기를 이용하는 것을 가정하며, 중계기(310)가 셀룰러 통신 방식에 따라 수신한 사용자 트래픽 중 일부를 무선 랜 통신 방식에 따라 이웃하는 중계기(320)에 전달하고, 이웃 중계기(320)는 이를 기지국(400)과의 유선 연결(C)을 통해 전달하도록 설정하는 것을 제안한다. 한편, 중계기(310)가 이웃 중계기(320)에 전달한 트래픽을 제외하고 사용자로부터 수신한 트래픽은 자신의 기지국(400)과의 유선 연결(C)을 이용하여 기지국(400)으로 전달할 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시형태에서 중간 접속점들은 기존에 미사용되고 있는 주파수 대역을 이용하여 중간 접속점간 트래픽을 분배할 수 있도록 설정되는 것을 제안한다. 미 사용 주파수 대역은 고정된 주파수 대역일 수도, 시간에 따라 가변적인 주파수 대역일 수도 있으며, 이하에서 설명하는 CR(Cognitive Radio) 기술을 이용하여 능동적으로 구성되는 주파수 대역일 수도 있다.

도 6은 CR 기반 서비스 방식을 설명하기 위한 도면이다.

CR은 기본적으로 특정한 기법을 지정하지 않는다. 단지 현재 스펙트럼 자원을 보다 효율적으로 사용하기 위해서 단말의 구성이 스펙트럼 자원에 따라 변화하는 것을 CR이라고 한다. 도 6은 스펙트럼에서 사용되지 않은 곳이 있을 경우 CR 단말이 어떻게 접근하는지 보여준다. 관찰하고자 하는 스펙트럼 대역이 있고 그 대역에서 사용되지 않는 영역이 발견되면 그 영역 내에서 CR로 구현하고자 하는 통신 서비스를 제공한다. 이 서비스는 고정 대역 서비스가 될 수도 있고 가변 대역 서비스가 될 수도 있다. 단지 기존 서비스와 다른 점은 사용하는 스펙트럼이 시간에 따라서 변화하므로 이를 관리하기 위한 프로토콜과 학습과정이 필요하다는 것이 다르다. 현재 CR을 구현하는 표준안은 802.22 WRAN 시스템이다.

이러한 설명을 바탕으로 CR은 주변 무선 환경을 인지하고 무선 환경에 최적인 통신 파라미터를 자체적으로 결정해 타 기기에 간섭을 주지 않고 무선 신호를 송수신하는 기술로 정의할 수 있다. 일반적으로 대부분의 국가에서 개인용 근거리 무선 기기들은 비허가(unlicensed) 주파수 대역을 사용하고 있다. 하지만 허가 없이 사용하는 주파수 대역은 한정되어 있고 나머지 부분은 거의 다른 용도로 할당되어 있어 신규 서비스를 위한 주파수 대역 확보가 어렵다. 그러나 실제 주파수 사용 현황을 살펴보면 상황은 조금 달라진다. 2GHz 이상에서는 많은 주파수 대역이 실제 사용되고 있지 않으며, 1GHz 이하의 TV나 이동통신 등 주요 주파수 대역에서도 시간, 공간적으로 사용이 되지 않는 주파수 대역들이 존재한다. FCC(Federal Communications Commission)에서는 주파수의 실제 사용률에 대한 연구를 진행하여, 일시적으로나 지역적으로 변화하는 평균 주파수 사용률을 조사해본 결과 약 15%에서 85% 정도의 사용률을 보이고 있는 것으로 분석하였다. 이에 FCC에서는 주파수 사용 효율을 올리고자 NPRM(Notice of Proposed Rulemaking)을 발표하여, 비어 있는 주파수에 대한 중복 사용 가능성에 대한 내용을 발표하였으며, 이로써 주파수 부족 문제를 많이 완화할 수 있는 계기가 마련되었다.

FCC NPRM에서 CR 기술에 의한 주파수 공용 사용 가능성이 언급된 이후 이를 현실적인 시스템으로 개발하려는 노력이 IEEE802.22에서 이루어지고 있다. 본 기구에서는 도 7에 도시한 바와 같이 TV 대역에서 CR 기술을 적용한 WRAN에 대해서 표준화를 논의하고 있다.

도 7은 TV 주파수 대역의 CR 공유 개념을 설명하기 위한 도면이다.

IEEE 802.22에서는 도 7에 도시된 바와 같이 TV 대역을 공유하면서 WRAN서비스를 제공하는데, 서비스 단위는 사용 가능한 TV 채널(도 7는 6MHz TV 채널로 도시함)의 정수배로 결정된다. 즉, 도 7에서 "미사용 TV 채널"로 도시된 바와 같이 기지국이 파악한 사용되지 않는 TV 채널이 있다면, 이 채널을 WRAN 서비스에 사용할 수 있다. 그리고 표준안에서 제시한 범위 내에서 TV 채널이 연속적으로 사용 가능하다면, 이 채널들을 묶어서 하나의 대역으로 사용하며, 이때 전체를 이용한 서비스를 제공할 수 있다. 도 7은 이러한 일례로서 미사용 TV 채널 환경에 맞춰 다중 캐리어로 전송하는 예를 도시하고 있다. 또한, 단말에서는 기지국의 이러한 채널 상황을 모두 파악하고 마찬가지로 자신의 수신 능력을 늘려야 한다.

상술한 미사용 TV 채널은 예시적인 것이며, 소위 TVWS(TV White Space)는 국가별, 지역별로 달라질 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 중간 접속접은 상술한 TVWS 대역을 이용한 통신 방식을 이용할 수 있는 것을 가정한다.

도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 중간 접속점의 동작 방식을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시형태에 따른 중간 접속점은 TVWS의 통신 방식을 지원한다고 가정한다. 예를 들어, 본 실시형태에 따른 중간 접속점은 2가지 이상의 통신 모듈을 탑재하고 있어서 하나의 모듈은 TVWS의 통신 방식을 지원하며, 다른 모듈은 기존의 셀룰러 시스템 통신 방식이나 무선랜 시스템 통신 방식 혹은 모두를 지원할 수 있다. 도 8에서는 중계기1과 중계기2가 모두 TVWS 대역의 통신 커버리지 내에 존재하는 경우를 가정한다. 이때, 중계기 1에 트래픽 로드(Load)가 일정 수준 이상 증가하는 경우, 중계기 1은 TVWS를 통해 트래픽의 전부 또는 일부를 중계기2로 전달하여, 중계기 2가 자신의 기지국(BS2)로 전송할 수 있도록 설정되는 것을 가정한다. 이에 따라 기존 셀룰러 통신과 간섭을 최소화하면서도 효율적으로 트래픽 분배를 수행할 수 있다.

본 발명을 적용함에 있어서 특정 중간 접속점(예를 들어, 중계기1)이 다른 중간 접속점(예를 들어, 중계기 2)으로 트래픽을 전달하는 방식으로는 상기 특정 중간 접속점이 기 사용중인 통신 방식에 영향을 주지 않는 한 다양한 방식이 이용될 수 있다. 이하에서는 (1) 일반 무선랜 대역에서 무선랜 방식을 이용하여 트래픽을 분산 처리하는 방법, (2) TVWS에서 (무선랜 방식) 제어 채널을 이용하여 트래픽을 분산 처리하는 방법, 및 (3) TVWS에서 TVWS 데이터베이스를 활용하여 링크를 설정하고 트래픽을 분산 처리하는 방법을 설명한다.

제 1 실시형태 - 일반 무선랜 대역에서 무선랜 방식을 이용하는 경우

이하에서는 일례로서 무선랜 방식을 이용하여 트래픽을 분산 처리하는 경우를 설명한다. 이하의 설명에서는 중간 접속점이 무선랜 기능을 가지는 중계기인 경우를 가정하여 설명하나, 중간 접속점은 팸토 셀 기지국 등 다양한 유무선 소형 기지국이 이용될 수 있다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따라 무선 랜 기능을 가지는 중계기를 이용하여 트래픽을 분산 처리하는 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 바람직한 일 실시형태는 도 9에 도시된 바와 같이 셀룰러(cellular) 환경에서 다수의 중계기가 하나의 기지국에 소속되어 있는 환경에서 동작하며, 중계기들은 서로 어느 정도 근접해 있다고 가정한다.

각각의 중계기는 기지국과 유선으로, 사용자와는 무선 셀룰러(wireless cellular) 방식으로 연결되어 있을 뿐만 아니라 각 중계기는 추가로 무선 랜 인터페이스 카드(WLAN interface card)를 장착하고 있어 WLAN을 이용한 무선통신이 가능한 것을 가정한다. WLAN은 셀룰러 통신과 서로 무시할 정도의 영향만 미치는 것을 가정한다.

상술한 바와 같이 본 실시형태에서는 각각의 중계기에 WLAN 카드를 부착하는 것을 바탕으로 한다. 중계기의 복잡도 감소 및/또는 WLAN 카드의 가격 하락 등이 이와 같은 실시형태를 구현하는 장점으로 생각할 수 있다. 이때 중계기는 이웃하는 다른 WLAN 기기들의 통신이 없을 경우 WLAN을 통하여 다양한 활동을 할 수 있다. WLAN 통신은 독자적인 카드를 장착하는 것이므로 유선 라인(wired line)이나 무선 셀룰러 통신과는 별개로 동시에 통신이 가능하다.

WLAN은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)방식으로 동작한다. CSMA/CA 방식은 무선 LAN에 이용되고 있는 액세스 제어 방식으로서, WLAN은 충돌(예를 들어, 같은 회선을 흐르는 신호의 충돌)을 검출할 수 없기 때문에, 각 단말은 통신로가 일정시간 이상 계속해서 비어있는지를 확인하고 난 후에 데이터를 송신하게 하는 방식을 말한다. 때문에 WLAN 방식을 이용하는 경우 항상 CCA(Clear Channel Assessment)를 통하여 현재 채널상태를 알 수 있다. 도 10은 본 실시형태에 따른 중계기가 채널 활용(Channel Utilization)을 위해 채널 상태 정보를 확인하는 과정을 도시하고 있다.

이를 바탕으로 본 실시형태에 따른 중계기에서는 채널을 관찰한 결과를 바탕으로 일정 전체 기간 동안 다른 WLAN 기기에서 사용하는 시간의 비율을 구해, 이 수치를 바탕으로 WLAN의 채널 상태를 알 수 있다. 해당 채널의 사용 비율이 낮을수록 좋은 채널로서 본 실시형태에 따른 중계기간 협력통신을 위한 효용도가 높고, 해당 채널의 사용 비율이 높을수록 본 실시형태에 따른 중계기간 협력통신을 위한 효용도가 낮은 것으로 판정할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시형태에 따라 트래픽 혼잡도 정도를 판정하여 트래픽을 분산 처리하는 방식을 좀더 구체적으로 설명한다.

도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따라 트래픽 혼잡 정도를 판정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 11에 도시된 바와 같이 각각의 중계기(310)는 기지국(400)과 유선망을 통하여 사용자가 보내는 트래픽을 기지국(400)으로 전달한다. 이때 본 실시형태에 따른 중계기(310)는 이 유선망의 체증정도(Congestion)를 해당 링크의 대기열(Queue) 크기를 보고 판단할 수 있다. 즉, 사용자로부터 수신된 트래픽을 기지국(400)으로 보내기 전까지 저장해 놓는 버퍼(buffer)의 전체크기 중 어느 부분까지 데이터가 쌓였는지를 보고 체증정도를 판단할 수 있다.

대기열에 많은 데이터가 쌓일수록 사용자의 트래픽은 큰 지연 특성을 가지게 되므로 지연에 민감한 QoS(Quality of Service)를 갖는 사용자들에게 안 좋은 영향을 미칠 수 있다. 대기열의 크기에 따른 예상 지연 시간은 대기열 이론(Queueing Theory)를 이용하여 수학적으로 계산해 낼 수 있다. 바람직하에 유선망의 특성을 제대로 파악하기 위해 상향링크(uplink) 대기열의 크기뿐만 아니라 하향링크(downlink) 대기열의 크기도 아는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 기지국(400)과 대기열의 크기를 계속 주고 받는 과정을 설정하는 것이 바람직하다.

도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따라 사용자 트래픽 중 일부를 다른 중계기에 분산 처리를 위해 전달할 경우 어떤 트래픽을 전달할 것인지를 설명하기 위한 도면이다.

도 12에 도시된 바와 같이 중계기(310)는 각각의 사용자가 요구하는 QoS를 보고 다른 사용자들과 다른 요구사항을 갖는 사용자의 트래픽을 구별해 낼 수 있는 것이 바람직하다. 즉, 본 실시형태에 따른 중계기(310)는 사용자가 요구하는 QoS가 현재 유선망의 체증 정도로는 만족시키기가 어려운지 아닌지를 판단한다. 이와 같은 판단을 통해 다른 중계기에 사용자 트래픽의 분산 여부를 판정하는 기준을 설정할 수 있다.

또한, 도 12에 도시된 바와 같이 사용자의 트래픽 중에는 지연에 민감한 트래픽과 지연에 그다지 민감하지 않은 트래픽이 존재할 수 있다. 어떠한 트래픽을 이웃 중계기에 전달할 것인지 여부는 유선망 채증 정도 및 트래픽의 지연 민감도에 따라 결정될 수 있으나, 바람직하게 지연에 그다지 민감하지 않은 트래픽을 이웃 중계기에 전달하여 처리하고, 지연에 민감한 트래픽은 해당 중계기(310)가 직접 기지국(400)에 자신의 유선망을 통해 전달하도록 설정하는 것을 제안한다. 물론, 반대로 지연에 민감한 트래픽을 이웃 중계기에 전단하여 처리하고, 지연에 민감하지 않은 트래픽을 해당 중계기(310)가 직접 처리하는 방식 역시 가능하다.

한편, 이하에서는 특정 중계기에 트래픽이 집중되는 경우 이 트래픽 처리를 도와줄 helping relay를 찾는 방법에 대해 설명한다.

도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따라 각 중계기가 스스로 helping relay를 검색하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 13에 도시된 바와 같이 각 중계기는 WLAN 접속점(WLAN Access Point)처럼 자신의 존재를 알리는 비콘 메시지(beacon message)를 주기적으로 방송(broadcast)할 수 있다. 이에 따라 본 실시형태에 따른 중계기들은 서로 이 메시지를 수신함으로써 근처에 자신 외에 다른 중계기가 존재한다는 것을 알 수 있다. 만약 하나의 중계기에서 WLAN 경로(path)를 생성할 필요가 생기면 자신이 알고 있는 이웃하는 중계기에게 마치 자신은 WLAN 사용자인 것처럼 접속하여 통신을 할 수 있다.

본 실시형태의 장점은 다른 네트워크의 도움없이 중계기에만 수정을 가함으로써 실현할 수 있고, 당시 주변 WLAN 기기들의 사용 현황을 반영하여 통신을 하게 된다는 것이다. 또한 본 실시형태에 따를 경우 WLAN 세션(session)을 여는데 걸리는 시간이 짧다는 장점도 있다. 다만, helping relay의 트래픽 정보를 알기 어려워 helping relay로 검색한 중계기가 한가한 중계기가 아닐 수 있는 단점을 가진다.

도 14는 본 발명의 일 실시형태에 따라 각 중계기가 기지국을 통해 helping relay를 검색하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 14에 도시된 바와 같이 본 실시형태에 따른 중계기(310)는 helping relay가 필요한 경우 기지국(400)에 helping relay에 대한 정보를 요청하게 된다(S1010). 기지국(400)은 자신이 알고 있는 중계기 로드(relay load) 정보를 이용하여 helping relay를 요청한 중계기(310)에게 가장 도움이 되는 중계기(320)를 지정해 줄 수 있다(S1020). 이에 따라 중계기(310)는 기지국이 지정해준 중계기(320)와 WLAN을 통해 경로를 설정하게 된다(S1030).

본 실시형태에 따를 경우 기지국이 각 중계기의 로드 상태를 정확히 알 수 있기 때문에 각 중계기에 적절한 helping relay를 지정해 줄 수 있는 장점을 가진다. 또한, 도 13에 도시된 실시형태와 달리 따로 비콘 메시지와 같은 제어 메시지를 방송할 필요가 없는 장점을 가진다. 하지만 각 중계기의 로드 상태를 기지국이 알고 이 정보를 유지하고 있어야 하며, 중계기가 매번 현재 WLAN 채널 상태를 반영하기 어려운 단점을 가질 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시형태에 따라 각 중계기가 helping relay를 검색하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 15에 도시된 방식은 도 13 및 도 14에 도시된 방식을 결합한 방식을 제안한 것이다. 이에 따라 주변에 어떤 중계기가 존재하는지에 대한 정보는 각 중계기가 비콘 메시지를 주기적으로 주고 받음으로써 서로 유지하는 것을 제안한다(S1110). 이에 따라 각 중계기로부터 특정 중계기까지의 WLAN 채널 정보와 각 중계기의 존재를 주기적으로 알 수 있다. 그리고 기지국은 주기적으로 모든 중계기의 로드 정보를 각각의 중계기에게 전달해 주는 것을 제안한다(S1120).

중계기(310)가 WLAN 경로를 찾고자 하는 경우, 기지국이 전달해 준 각 중계기의 로드 정보를 바탕으로 트래픽이 집중되지 않은 중계기를 선택하여 WLAN 경로를 설정할 수 있다(S1130). 이때, 중계기(310)는 자신이 현재 유지하고 있는 이웃 중계기들 중에 채널상태가 좋은 중계기(320)를 선택하는 것이 바람직하다. 즉 helping relay의 로드 상태와 해당 helping relay까지의 WLAN 채널상태를 모두 반영하여 최적의 helper를 선택할 수 있다.

상술한 바와 같은 실시형태에 따를 경우 현재 셀룰러 중계기에 WLAN 인터페이스 카드를 장착하여 어느 특정 중계기에 트래픽이 집중될 경우, 이웃하는 다른 helping relay로 WLAN 통신을 통해 트래픽을 분산시킴으로써 중계기간의 load balancing 효과를 얻을 수 있다. 이때, 사용자들이 생성하는 트래픽을 특성별로 분리하여 본래 유선 경로와 WLAN을 통해 이웃하는 중계기로 전달된 후 유선 경로를 거치는 두 경로 중 상황에 따라 다르게 분리하여 보냄으로써 사용자 트래픽의 지연이나 지터 QoS를 현재 시스템보다 더 잘 만족시켜 줄 수 있다.

제 2 실시형태 - 제어채널을 이용하는 경우

한편, 이하에서는 본 발명의 일 실시형태에 따라 중간 접속점이 미 사용 주파수 대역을 이용하여 트래픽을 분산시키는 방식에 대해 설명한다.

도 16은 본 발명의 일 실시형태에 따라 중계기가 TVWS 대역을 이용하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 16에서는 기지국과 중계기, 중계기에 연결된 다수의 단말이 통신을 수행하고 있는 것을 가정한다. 본 실시형태에 따른 중계기는 기존 무선 통신 모듈과 TVWS 통신 방식을 지원하는 통신 모듈을 가지고 있는 것을 가정한다. 또한, 중계기(Relay 1)의 TVWS 대역의 통신 커버리지 안에 인접한 중계기(Relay 2)가 위치하고 있는 것을 가정한다.

이때 특정 중계기(Relay 1)에 데이터 트래픽이 집중되는 현상이 발생할 수 있다. 이는 기지국과 중계기 간의 릴레이 링크의 용량을 초과한 트래픽 요구가 특정 중계기에 연결된 특정 몇 단말로부터 발생했거나, 혹은 초과 수요를 발생시킬 만큼의 다수의 단말이 특정 중계기(Relay 1)에 연결되었기 때문으로 볼 수 있다. 이와 같이 트래픽이 특정 중계기에 집중되는 경우, 지연이나 지터에 민감한 QoS 트래픽(음성, 영상 등)을 지원하기 힘들고, 상대적으로 지연에 덜 민감한 데이터 트래픽의 경우도 지연 정도가 심화되는 문제가 발생하게 된다. 만약 적절한 CAC(Call Admission Control)가 중계기에서 사용된다고 하더라도 초과 수요를 발생시키는 단말에 대해서는 서비스 불능 처리가 되므로 서비스 불능 단말이 존재하게 되는 현상이 발생하게 된다.

따라서 본 실시형태에서는 인접한 중계기가 상대적으로 낮은 부하를 가지는 경우, 트래픽이 집중된 특정 중계기로부터 인접 중계기로 TVWS 통신 방식을 사용하여 부하를 분산해 줌으로써 시스템 성능 열화를 방지하고자 한다. 중계기는 단말들로부터 수신한 트래픽의 혼잡 정도를 판정하여 혼잡 정도에 따라 트래픽을 구분하여 일부를 인접 중계기로 전송하고 인접 중계기가 기지국으로 전달해주도록 할 수 있다.

이때 중계기 간에는 TVWS 통신 방식을 사용하게 되는데, 기존 통신 방식을 사용하지 않고 TVWS를 사용하는 데에는 몇 가지 장점이 있다.

우선 중계기 간의 통신이, 중계기와 단말 간 혹은 중계기와 기지국 간의 통신에게 미치는 영향을 최소화하여야 한다. TVWS 통신 방식은 기존 통신 방식이 사용하는 대역과 독립적인 대역을 사용함으로써 기존의 통신 방식을 사용하는 셀룰러 네트워크 등과 중계기 간 링크들로 형성되는 네트워크가 독립적으로 동작할 수 있음을 의미한다. 또한 TVWS 대역을 사용하게 되면 GHz대역의 주파수를 사용하는 것보다 거리에 따른 신호의 감쇄 정도가 적고 투과율이 우수하여 인접 중계기를 발견할 확률이 높으며 같은 거리를 가지는 중계기-인접 중계기간 신호 특성이 좋기 때문에 중계기 링크에서 상대적으로 높은 데이터 전송률을 기대할 수 있다.

TVWS 대역을 사용하게 되면 FCC(Federal Communications Commission) 규정에 따라 반드시 중계기는 주기적으로 스펙트럼 센싱을 수행해야 하는데, 센싱 자체는 오버헤드가 될 수 있으나, 비어있다고 판단되는 스펙트럼에 대해서는 무선 자원 할당에 대한 자유도가 높아지기 때문에 무선 자원을 유동적으로 활용할 수 있다.

구체적으로 도 16에서 중계기 1과 중계기 2 사이의 트래픽 분산 처리 절차를 살펴보면 다음과 같다.

트래픽을 분산해서 인접 중계기로 보내고자 하는 중계기(Relay 1)는 일정 시간(예를 들어 DIFS-11 spec) 동안 TVWS 제어 채널이 휴지(idle) 상태인지 여부를 확인한 후, 소정 임의 백오프(Random Backoff) 시간 동안 기다릴 수 있다. 여전히 제어 채널이 휴지 상태라면 본 실시형태에 따른 중계기(Relay1)는 도움 요청 메시지를 제어 채널에서 방송하는데, 바람직하게는 자신의 체증 정도, 즉 대기열 정보를 같이 송신할 수 있다(S1401). 도움 요청 메시지는 임의접속 절차(Random Access Procedure)에서의 임의접속 프리엠블(Random Access Preamble)에 대응할 수도 있다.

도움 요청 메시지를 수신한 커버리지 안의 인접 중계기들(Relay 2)은 도움 요청 메시지로부터 추정한 링크 이득과 자신의 로드를 복합적으로 고려하여 helper가 될 수 있다고 판단하면, 임의 백오프 시간 이후 도움 응답 메시지로 응답할 수 있다(S1402). 이때 도움 응답 메시지는 사용 가능채널 목록을 포함할 수 있다.

이를 수신한 중계기(Relay1)는 확인 메시지를 방송 또는 특정 중계기(Relay 2)에 전송함으로써 링크를 설정할 수 있다(S1403). 이와 같은 3-way handshake 과정을 통해 중계기 1과 중계기 2는 링크를 설정할 수 있다. 이때, 확인 메시지에는 중계기 간 링크에 사용할 채널과 시간을 알려주어, 인접 중계기들이 이를 인지할 수 있도록 할 수 있다.

본 실시형태에서 만일 중계기 1이 중계기 2에 전송한 도움 요청 메시지에 대한 응답 메시지를 수신하지 못하는 경우, 메시지 충돌이 발생하였기 때문인지 인접 중계기가 없기 때문인지를 구분할 수 없으므로, 미리 정해진 소정 횟수까지 도움 요청 메시지 전송을 반복할 수 있다. 도움 요청 메시지와 도움 응답 메시지에 대하여 백오프 시간은 중계기의 혼잡 정도에 따라 달리 설정될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서는 도움을 요청하는 중계기 관점에서 대기열이 클수록, 즉 과부하가 걸린 중계기일수록, 백오프 시간을 짧게 설정하는 것을 제안한다. 또한, 도움을 주는 중계기 관점에서는 대기열이 작을 수록, 즉 중계기 링크의 체증 정보가 작을수록 백오프 시간을 짧게 설정해 주는 것을 제안한다. 이는 펨토 기지국과 같이 다수의 중계기가 밀집해 있는 환경에서 중계기 간 링크를 형성하고자 하는 경우, 부하가 가장 심각한 중계기로부터 가장 적은 중계기로 링크를 형성해 주고자 함이다. 백오프 시간은 중계기 별로 분산적으로 결정할 수 있는 것이 바람직하다. 임의 백오프를 사용하는 경우는, 기존의 무선랜에서와 같은 방식으로 경쟁 윈도우에서 임의의 백오프 시간을 선택할 수 있다. 체증 정도에 따라 백오프 시간을 조절해 주는 경우, 경쟁 윈도우의 최대값을 조절할 수도 있고, 대기열 정보에 따라 정적인 값으로 계산할 수도 있다.

제 3 실시형태 - TVWS 데이터 베이스를 이용하는 경우

이하에서는 TVWS 데이터 베이스를 이용하여 이웃 중간 접속점에 대한 정보를 획득하고, 이웃 중간 접속점 중 특정 중간 접속점과 접속하여 트래픽을 분산 처리하는 방법에 대해 설명한다.

도 17은 본 발명의 일 실시형태에 따라 TVWS 데이터 베이스를 이용하여 이웃 중간 접속점과 연결을 설정하고 트래픽 분산 처리를 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 17에서는 TVWS 데이터 베이스의 일례로서 지리적 위치 데이터 베이스(1510)를 도시하고 있다. 중간 접속점으로서 접속점(AP; 1520) 및 중계기(1530)를 도시하고 있으며, 접속점(1520)은 공용 인터넷 망을 통해 데이터 베이스(1510)에 연결될 수 있다. 중계기(1530)의 경우 기지국(1540), 셀룰러 접속 네트워크, 핵심 셀룰러 네트워크 및 공용 인터넷망을 통해 데이터 베이스(1510)에 연결될 수 있다. 다만, 시스템 구성은 이에 한정될 필요는 없다.

본 실시형태에서 각 중간 접속점들(1520, 1530)은 초기에 TVWS 데이터 베이스(1510)에 자신의 위치를 등록하는 것을 제안한다. TVWS 데이터 베이스(1510)는 이와 같은 중간 접속점들의 위치를 리스트화하여 저장할 수 있다. 본 실시형태에 따른 중간 접속점은 TVWS 데이터 베이스에 이웃 중간 접속점에 대한 문의를 할 수 있으며, 이에 응답하여 이웃 중간 접속점 리스트를 수신하고, 이를 이용하여 트래픽 분산 처리의 도움을 요청할 중간 접속점을 선택할 수 있다.

한편, 본 실시형태에 따른 중계기(1530)가 인접 후보 중계기들에게 대기열 정보를 요청할 때, 사용 가능 채널의 목록을 같이 요청하는 것이 바람직하다. 이를 수신한 대상 중계기는 대기열 정보와 센싱 및 TVWS 데이터베이스 접속을 통해 획득한 사용 가능 채널의 목록을 동시에 응답할 수 있다. 중계기(1530)는 자신과 대상 중계기에게 공통적으로 사용 가능한 채널 목록에 대하여 채널 상태를 측정하고 최상의 채널을 선택할 수 있다. 즉, 각 인접 중계기 후보들로부터 수신한 대기열 정보와 최상 채널의 상태를 동시에 고려하여 트래픽을 전송할 중계기와 중계기 간 링크에 사용할 채널을 선택하게 된다.

TVWS 통신 방식을 사용하는 중계기들은 TV 대역에 가까운 900MHz ISM 대역에서 무선랜과 같은 방식으로 비콘 메시지를 브로드캐스팅하고 비콘 메시지를 수신하는 중계기들이 자신의 인접 중계기를 발견하고 필요한 정보(대기열 및 사용 가능 채널 정보 등)를 요청, 응답할 수 있다. 예를 들어, 중계기들이 셀룰러 중계기에 제한되는 경우, 인접 중계기 리스트를 획득하고자 하는 중계기 즉, 트래픽을 인접 중계기에게 분할해주고자 하는 중계기는 기지국에게 인접 중계기 리스트를 요청하는 메시지를 셀룰러 통신 방식을 통해 요청하고, 이를 수신한 해당 기지국은 인접 기지국들에게 다시 중계기 리스트를 요청해서 각 기지국의 중계기 리스트를 획득할 수 있다. 기지국은 이웃하는 기지국들로부터 획득한 중계기 리스트와 자신의 중계기 리스트를 인접 중계기 리스트를 요청한 중계기에게 응답하여 준다. 도 15에서와 같이 이종 중계기가 사용되는 환경이라도 TVWS 데이터베이스를 활용하면 더욱 쉽고 정확하게 인접 중계기 리스트를 획득할 수 있다. FCC 규정에 따라 TV대역에서 비허가 사용자로 동작하는 AP나 중계기와 같은 고정기기들은 데이터 베이스에 자신의 위치(위도와 경도)를 등록해야 한다. 따라서 도 17과 같이 자신의 위치를 등록한 중계기가 인접 중계기 리스트를 획득하고자 하면, 유선 혹은 무선으로 데이터베이스에 접속해서 인접 중계기 리스트 요청을 할 수 있다. 데이터 베이스는 요청한 중계기의 등록된 지리적 위치를 보고 TV 대역의 반경 안에 등록된 TVWS 중계기들의 리스트를 알려주거나 해당 중계기로부터 가장 가까운 곳에 위치한 특정 후보 중계기들을 알려줄 수 있다. 이는 앞으로 데이터 베이스 사업자들이 자신의 이윤을 위해 부가 가치 사업의 일환으로 제공해 줄 수 있는 서비스라고 기대된다. 이와 같은 방법으로 인접 중계기 리스트를 획득한 중계기는 역시 900MHz 등의 제어 채널에서 CSMA/CA방식으로 대기열 정보를 요청하는 메시지를 보내고, 인접 중계기로부터 대기열 정보를 수신받아 필요한 정보를 획득할 수 있다.

한편, 이하에서는 상술한 실시형태들에 따른 방법을 수행하기 위한 중간 접속점 장치에 대해 설명한다.

도 18은 본 발명의 일 실시형태에 따른 중계기 구성을 도시한 도면이다.

도 18에 도시된 바와 같이 본 실시형태에 따른 중계기(1200)는 하나 이상의 사용자(1250, 1260)와 셀룰러 통신을 수행하여 트래픽을 수신하는 무선 셀룰러 통신 모듈(1210), 다른 중계기(1270)와 WLAN 경로를 설정하여 사용자(1250, 1260)로부터 수신한 트래픽을 전달할 수 있는 WLAN 통신 모듈(1220), 기지국(1290)과의 유선 연결을 이용하는 유선 통신 모듈(1230) 및 이들을 제어하기 위한 프로세스(1240)를 포함한다. 물론, 실시형태에 따라 다른 중계기(1270)와 트래픽 분산 처리를 수행하기 위한 통신 모듈(1220)은 미사용 주파수 대역(예를 들어, TVWS 대역)을 이용하는 통신 모듈로 대체될 수도 있다.

본 실시형태에 따를 중계기(1200)의 프로세서(1240)는 무선 셀룰러 통신 모듈(1210)이 사용자(1250, 1260)로부터 수신한 트래픽의 혼잡 정도를 측정하여, 혼잡 정도가 일정 수준 이상이 되는 경우 WLAN 통신 모듈(1220)을 이용하여 사용자(1250, 1260)로부터 수신한 트래픽의 일부, 바람직하게는 지연 민감도가 상대적으로 낮은 트래픽을 helping relay station(1270)에 전달하여 helping relay station(1270)이 자신의 기지국(1290)과의 유선 통신 모듈(1280)을 이용하여 전달받은 트래픽을 전달할 수 있도록 설정되는 것을 제안한다. 또한, 프로세서(1240)는 WLAN 통신 모듈(1220)을 통해 helping relay station(1270)에 전달되지 않은 트래픽을 자신의 유선 통신 모듈(1230)을 통해 기지국에 전달하도록 제어하는 역할 수행한다.

한편, 상술한 바와 같이 TVWS 데이터 베이스를 이용하는 실시형태에 따를 경우, 프로세서(1240)는 TVWS 대역에서 이용 가능한 이웃 중간 접속점 정보를 TVWS 데이터 베이스로부터 획득하고, TVWS 데이터 베이스로부터 획득된 정보를 이용하여 다른 중간 접속점(1270)을 선택하도록 구성될 수 있다.

또한, 프로세서(1240)는 TVWS 데이터 베이스로부터 획득된 정보에 따른 이웃 중간 접속점에 TVWS 대역에서 이용 가능한 특정 통신 모듈(도 16의 WLAN 통신 모듈(1220)에 기능을 추가하거나, 대체한 통신 모듈)이 사용 가능한 채널 목록을 포함한 요청 메시지를 상기 특정 통신 모듈을 통해 전송하고, 이웃 중간 접속점으로부터 사용 가능한 채널 목록 각각에 대한 응답 메시지를 수신하여, 이를 기반하여 이웃 중간 접속점 중 트래픽 분산 처리를 도와줄 중간 접속점(1270)을 선택하도록 구성될 수 있다.

또한, 상술한 제 2 실시형태에 따를 경우, 프로세서(1240)는 다른 중간 접속점(1270)과의 연결을 수행할 때 이용되는 임의접속의 백오프 시간을 관리할 수 있다. 즉, 도움을 요청하는 중간 접속점의 측면에서 프로세서(1240)는 대기열이 클수록 도움 요청 메시지 전송에 이용되는 백오프 시간을 짧게 설정하고, 도와주는 중간 접속점의 측면에서 프로세서(1240)는 대기열이 작을수록 도움 응답 메시지를 전송하는데 이용되는 백오프 시간을 짧게 설정할 수 있다.

상술한 실시형태들에서 기지국과 단말 사이에 추가되는 중간 접속점이 중계기인 경우를 중심으로 설명하였으나, 중간 접속점은 팸토 셀, 피코 셀 등 다른 중간 접속점이 이용될 수도 있다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시형태들에 따른 트래픽 처리 방법은 3GPP LTE 및 이의 진보 시스템, IEEE 802 계열 시스템 등 중계기 또는 이와 대응되는 중간 접속점을 이용하는 다양한 통신 시스템에 적용될 수 있다.

Claims (16)

1. 2 이상의 통신 방식을 지원하는 제 1 중간 접속점이 하나 이상의 단말로부터 기지국으로 전송되는 트래픽을 처리하는 방법에 있어서,
   상기 제 1 중간 접속점이 상기 하나 이상의 단말로부터 제 1 통신 방식에 따라 트래픽을 수신하는 단계;
   상기 제 1 중간 접속점이 상기 수신된 트래픽의 혼잡 정도를 측정하는 단계;
   상기 측정된 트래픽 혼잡 정도가 미리 정해진 임계치 이상인 경우, 상기 제 1 중간 접속점이 상기 하나 이상의 단말로부터 수신된 트래픽 중 일부인 제 1 트래픽을 상기 제 1 통신 방식과 다른 제 2 통신 방식에 따라 제 2 중간 접속점으로 전달하는 단계; 및
   상기 제 1 중간 접속점이 상기 하나 이상의 단말로부터의 트래픽 중 상기 제 1 트래픽을 제외한 제 2 트래픽을 상기 기지국에 전달하는 단계를 포함하며,
   상기 제 2 통신 방식은 다른 통신 시스템이 이용하지 않는 주파수 대역을 이용한 통신 방식을 포함하는, 트래픽 처리 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 다른 통신 시스템이 이용하지 않는 주파수 대역은 TVWS(TV White Space)를 포함하는, 트래픽 처리 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 TVWS에서 이용 가능한 이웃 중간 접속점 정보를 TVWS 데이터 베이스로부터 획득하는 단계; 및
   상기 획득된 정보를 기초로 상기 제 2 중간 접속점을 선택하는 단계를 추가적으로 포함하는, 트래픽 처리 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 2 중간 접속점 선택 단계는,
   상기 획득된 정보에 따른 상기 이웃 중간 접속점에 상기 제 1 중간 접속점이 상기 제 2 통신 방식에 사용 가능한 채널 목록을 포함한 요청 메시지를 전송하는 단계;
   상기 이웃 중간 접속점으로부터 상기 사용 가능한 채널 목록 각각에 대한 응답 메시지를 수신하는 단계; 및
   상기 응답 메시지에 기반하여 상기 이웃 중간 접속점 중 상기 제 2 중간 접속점을 선택하는 단계를 포함하는, 트래픽 처리 방법.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 TVWS에서 제어 채널을 모니터링하여 미리 정해진 백오프 시간 이후 상기 제 2 중간 접속점에 임의접속(Random Access) 프리엠블을 전송하는 단계;
   상기 제 2 중간 접속점으로부터 상기 임의접속 프리엠블에 대한 응답 메시지를 수신하는 단계; 및
   상기 응답 메시지에 따라 상기 제 2 중간 접속점과 연결을 설정하는 단계를 포함하는, 트래픽 처리 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 미리 정해진 백오프 시간은 상기 제 1 중간 접속점의 트래픽 혼잡 정도에 따라 결정되는, 트래픽 처리 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 통신 방식은 무선랜(WLAN: Wireless Local Area Network) 통신 방식을 포함하는, 트래픽 처리 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 통신 방식과 상기 제 2 통신 방식은 서로 영향을 미치지 않는, 트래픽 처리 방법.
9. 2 이상의 통신 방식을 지원하는 제 1 중간 접속점 장치로서,
   하나 이상의 단말로부터 제 1 통신 방식에 따라 트래픽을 수신하는 제 1 통신 모듈;
   상기 제 1 통신 방식과 다른 제 2 통신 방식에 따라 제 2 중간 접속점에 트래픽을 전달하는 제 2 통신 모듈;
   상기 제 1 통신 방식 및 상기 제 2 통신 방식과 다른 제 3 통신 방식에 따라 기지국에 트래픽을 전달하는 제 3 통신 모듈; 및
   상기 제 1 통신 모듈이 수신한 트래픽의 혼잡 정도를 측정하고, 측정 모듈이 측정한 트래픽 혼잡 정도가 미리 정해진 임계치 이상인 경우 상기 제 1 통신 모듈이 수신한 트래픽 중 일부인 제 1 트래픽을 상기 제 2 통신 모듈을 통해 상기 제 2 중간 접속점에 전달하며, 상기 제 1 트래픽을 제외하고 상기 제 1 통신 모듈이 수신한 트래픽 중 남아있는 제 2 트래픽을 상기 제 3 통신 모듈을 통해 상기 기지국에 전달하도록 제어하는 프로세서를 포함하며,
   상기 제 2 통신 방식은 다른 통신 시스템이 이용하지 않는 주파수 대역을 사용하는 통신 방식인, 제 1 중간 접속점 장치.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제

Images