KR101639944B1 - 무선통신망 기반 타겟노드에 의한 개선된 핸드오버 수행방법 및 그 방법을 수행하는 기지국 - Google Patents

무선통신망 기반 타겟노드에 의한 개선된 핸드오버 수행방법 및 그 방법을 수행하는 기지국 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선통신망 기반 타겟노드에 의한 개선된 핸드오버 수행방법 및 그 방법을 사용하는 기지국에 관한 것으로, 사용자 단말과 기지국 노드를 포함하여 구성된 모바일 네트워크 시스템에 적용되는 핸드오버 수행방법에 있어서, (a) 서빙노드가 상기 사용자 단말의 위치정보 및 예측 이동방향 정보를 통해 탐색된 타겟 후보노드들 중 어느 하나의 노드를 핸드오버를 받을 타겟노드로 결정하는 단계; (b) 상기 서빙노드가 상기 결정된 타겟노드의 참고신호 세기에 대한 시간당 변화율(R(t))를 산출하고, 일정조건에 따라 트리거 상(Phase)을 선택하고 상기 트리거 상에 따른 핸드오버를 결정하는 단계; 및 (c) 상기 서빙노드가 핸드오버 명령 메시지를 사용자 단말(UE)로 송신하는 단계; 및 (d) 상기 사용자 단말과 서빙노드가 핸드오버를 실행하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명은, 고속으로 이동하는 사용자 단말이 원활한 신호 수신을 할 수 있도록 적절한 기지국으로 핸드오버가 이루어지도록 하는 개선된 LTE 기반의 핸드오버 수행방법 및 그 방법에 사용되는 기지국을 제공한다.

Description

무선통신망 기반 타겟노드에 의한 개선된 핸드오버 수행방법 및 그 방법을 수행하는 기지국{EFFICIENT AND PROMPT HANDOVER METHOD IN LTE-BASED SYSTEMS BY PREDICTION THE TARGET eNodeBs, AND THEREOF BASE STATION}
본 발명은 핸드오버 수행방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 4세대 이동통신인 LTE(Long Term Evolution) 환경에서 고속으로 이동하는 사용자 단말에 지속적이고 빠른 속도를 제공하기 위한 타겟노드에 의한 개선된 핸드오버 수행방법 및 그 방법을 수행하는 기지국에 관한 것이다.
최근 가정 내에서 휴대전화 이용과 모바일 데이터의 수요가 지속적으로 증가하고 있는데, 이러한 추세에 따라 옥내 브로드밴드 망을 통해 무선통신 핵심망에 접속하도록 초소형 기지국을 옥내 등에 설치하여 무선통신 서비스를 제공하는 방법이 제안되고 있다. 특히 차세대 네트워크 시스템에서는 높은 데이터 전송률에 대한 요구를 충족시키고 다양한 서비스의 안정적인 제공을 위하여 그 대안으로서 여러 개의 소규모 셀(펨토셀)들을 배치하는 방법이 제시되고 있다. 이러한 소규모 셀을 관장하는 초소형 기지국을 옥내용 기지국 또는 펨토(femto) 기지국, 3GPP에서는 Home-eNB, HeNB 등으로 부른다.
이처럼 옥내 환경에서 서비스할 수 있을 정도로 셀의 크기를 줄임으로써 높은 주파수 대역을 사용하는 차세대 네트워크 시스템의 효율을 높일 수 있고 작은 크기의 셀을 여러 개 사용하는 것은 주파수 재사용 횟수를 늘릴 수 있는 측면에서 유리하다. 또한 기존에 하나의 기지국이 전체 셀 영역을 커버할 때 발생하였던 전파 감쇄로 인한 채널 상황 악화 문제, 음영지역 사용자에 대한 서비스 불능 문제 등을 개선시킬 수 있다는 점에서 작은 크기의 다중 셀들을 통한 서비스 방법이 장점을 갖는다.
핸드오버는 단말 측정(UE measurement) 값을 바탕으로 수행되며, 단말의 측정 보고 메시지는 기지국에서 정한 파라미터에 의해 제어된다. 측정 보고 메시지를 수신받은 기지국은 어떤 셀로 핸드오버 할지를 결정한다.
구체적으로, 단말 측정(UE measurement) 값은 수신파워(RSRP/Reference Symbol Received Power) 또는 수신상태(RSRQ/Reference Symbol Received Quality)를 기준으로 한다. 도1에 도시된 바와 같이 기지국에 의해 설정된 {Hysteresis, timeToTrigger}의 시간 내에 핸드오버 조건이 충족되면 핸드오버 트리거링 이벤트(HO triggering event)가 발생된다. 단말의 측정 보고 메시지는 기지국의 설정에 따라 이벤트 트리거링(event triggering)시 또는 주기적으로 발생될 수 있다. 핸드오버 트리거링 이벤트가 발생하면, 단말은 기지국으로 측정 보고 메시지를 보내고 기지국은 핸드오버를 수행한다.
이처럼 핸드오버는 수신파워 및 수신상태를 기준으로 트리거링되고, 특히 매크로셀과 펨토셀이 혼재된 망에서 현 기지국(서빙 기지국)에서 서비스받던 단말이 인접 셀(매크로셀 또는 펨토셀)로 핸드오버할 때 인접 셀이 어떻게 구성되어 있는지를 알려주는 인접 셀 리스트(NCL: Neighbor Cell List)에는 여러 다른 크기의 셀(예컨대 매크로셀, 펨토셀 등)이 포함될 수 있다. 그러나 핸드오버할 타겟 기지국을 결정하는 주체는 서빙 기지국이므로, 서빙 기지국은 핸드오버 중인 단말의 속도와는 무관하게 단말의 수신파워 및 수신상태만을 고려하여 타겟 기지국을 결정한다. 이 경우 빠른 속도로 이동중인 단말에게 펨토셀로 핸드오버를 명령할 수 있다.
하지만 빠른 속도로 이동중인 단말은 셀 커버리지가 작은 펨토셀에 머무르는 시간이 적을 것이고, 펨토셀 영역을 벗어날 때 다시 핸드오버를 수행해야만 한다. 핸드오버시 타겟 셀의 최적의 선택은 핸드오버 성능에 큰 영향을 미친다. 따라서 타겟 셀의 최적의 선택을 통해 불필요한 핸드오버 수행 수를 줄일 수 있는 방안이 필요하다.
또한, 종래의 LTE 통신 환경에서 핸드오버 기법은 사용자 단말이 120Km/h 이하의 속도에서만 원활한 핸드오버가 이루어졌지만, 그 이상의 속도로 사용자 단말이 이동시, 핸드오버 동작이 지연되어 사용자 단말의 원활한 신호수신을 방해하는 문제점이 있다.
대한민국 공개번호 제10-2012-0069065호(2012년06월28일)
본 발명에 따른 무선통신망 기반 타겟노드에 의한 개선된 핸드오버 수행방법 및 그 방법을 수행하는 기지국은 다음과 같은 해결과제를 가진다.
첫째, 고속으로 이동하는 사용자 단말이 원활한 신호 수신을 할 수 있도록 하는 통신 서비스를 제공하고자 함이다.
둘째, LTE 무선통신망에서 사용되는 단말 휴대전화의 효율성을 더욱 높일 수 있는 핸드오버 수행방법 및 그 방법에 사용되는 기지국을 제공하고자 함이다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 되어질 수 있을 것이다.
사용자 단말과 기지국 노드를 포함하여 구성된 모바일 네트워크 시스템에 적용되는 핸드오버 수행방법에 있어서, (a) 서빙노드가 상기 사용자 단말의 위치정보 및 예측 이동방향 정보를 통해 탐색된 타겟 후보노드들 중 어느 하나의 노드를 핸드오버를 받을 타겟노드로 결정하는 단계; (b) 상기 서빙노드가 상기 결정된 타겟노드의 참고신호 세기에 대한 시간당 변화율(R(t))를 산출하고, 일정조건에 따라 트리거 상(Phase)을 선택하고 상기 트리거 상에 따른 핸드오버를 결정하는 단계; (c) 상기 서빙노드가 핸드오버 명령 메시지를 사용자 단말(UE)로 송신하는 단계; 및 (d) 상기 사용자 단말과 서빙노드가 핸드오버를 실행하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 무선통신망은 LTE(Long Term Evolution) 기반의 무선통신망인 것이 바람직하고, 상기 (a) 단계에서, 상기 후보노드의 탐색은 사용자 단말(UE)이 서빙노드와 후보노드를 포함하는 측정 정보(MR)의 교신을 통해 타겟 후보노드를 탐색하는 단계인 것이 바람직하다.
또한, 상기 (a) 단계에서, 상기 타겟노드의 결정은, 상기 서빙노드가 상기 사용자 단말의 시간별 위치와 현재의 위치에서 예측되는 이동방향 범위를 정하는 임계각도를 이용한 일정 조건식을 만족하는 후보노드를 핸드오버를 받을 타겟노드로 결정하는 단계인 것이 바람직하고, 상기 타겟노드는 이용 가능한 이용 가능한 라디오 채널(radio channel)을 갖는 후보노드들 중의 하나인 것이 바람직하다.
더하여, 상기 핸드오버를 받을 타겟노드는 가중치(weight)가 가장 높은 것이 바람직하고,
상기 일정 조건식은,
Figure 112015028342324-pat00001
(여기서, 시간별 사용자 단말의 위치를 Pt -1, Pt -2, Pt로 나타내고, α는 사용자 단말의 위치에서 예측되는 이동방향의 범위를 정한 임계 각도이고, β는 Pt -1과 Pt 사이의 각도이고, Pne는 인접 기지국 노드의 위치이고, Dist는 Pne와 Pt 사이의 거리이며, ISD는 최인접 기지국 노드 사이의 거리이다.) 를 만족하는 식인 것이 바람직하다.
또한, 상기 (b) 단계에서,
상기 변화율(R(t))은,
Figure 112015028342324-pat00002
(여기서, HOM(Hand Over Margin)은 핸드오버 동작시 발생하는 서빙노드와 타겟노드의 신호 강도 차이를 나타내고, DTS는 서빙노드와 타겟노드가 보내는 참조신호의 차이이고, DDH는 DTS에서 HOM을 뺀 결과이다.) 를 만족하는 식으로 산출되는 것이 바람직하다.
더하여, 상기 (b) 단계에서,
Figure 112015028342324-pat00003
Figure 112015028342324-pat00004
의 조건식을 만족하는 경우, 상기 트리거 상을 얼리 트리거(early-trigger)로 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (b) 단계에서,
Figure 112015028342324-pat00005
의 조건식을 만족하는 경우, 상기 트리거 상을 레이지 트리거(Lazy-trigger)로 결정하는 것이 바람직하고, 상기 (d) 단계는, 상기 사용자 단말(UE)은 서빙노드로부터 연결을 해제하고, 상기 타겟노드에 엑세스하고 동기화를 시도하는 단계와, 상기 서빙노드는 상기 사용자 단말의 모든 패킷들을 상기 타겟노드로 전송하고, 타겟 게이트웨이를 통해 상기 사용자 단말로 패킷들을 전송하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명의 제2 특징은 상술한 핸드오버 수행방법을 수행하는 기지국에 있어서, 사용자 단말의 위치정보 및 예측 이동방향 정보를 포함하는 측정정보(MR)를 상기 사용자 단말로부터 수신하는 수신부; 상기 측정정보를 바탕으로 타겟노드를 결정하고, 상기 결정된 타겟노드의 참고신호 세기에 대한 시간당 변화율(R(t))를 산출하고, 일정조건에 따라 트리거 상(Phase)을 선택하고 상기 트리거 상에 따른 핸드오버를 결정하는 핸드오버 결정부; 및 상기 결정부가 결정한 결과를 기초로 핸드오버 명령 메시지를 상기 단말로 전송하는 전송부를 포함한다.
본 발명에 따른 무선통신망 기반 타겟노드에 의한 개선된 핸드오버 수행방법 및 그 방법을 수행하는 기지국은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 고속으로 이동하는 사용자 단말이 원활한 신호 수신을 할 수 있도록 적절한 기지국으로 핸드오버가 이루어지도록 하는 핸드오버 수행방법을 제공한다.
둘째, LTE 환경에서 문제점으로 지적되고 있는 고속으로 이동하는 환경에서도 원활하게 전파를 수신할 수 있는 무선통신 서비스를 제공한다.
셋째, LTE 무선통신망에서 사용되는 단말 휴대전화의 효율성을 더욱 높일 수 있는 방법 및 이 방법을 사용하는 장치를 제공한다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 핸드오버 트리거링 이벤트 발생조건을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LTE 기반 타겟노드에 의한 개선된 핸드오버 수행방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 적용되는 후보노드들을 예측하는 방법의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 적용되는 타겟노드의 후보 영역(zone)을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 적용되는 타겟노드의 후보 영역(zone)을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 핸드오버 방법에 적용되는 서빙노드와 타겟노드에서 수신된 참조신호의 세기(RSRP)에 대한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 핸드오버 수행방법에 대한 시뮬레이션 시나리오를 나타내는 그래프이다.
도 7은 종래의 LTE 핸드오버 기법과 본 발명의 실시예에서 제안한 핸드오버 기법의 성능을 비교한 그래프이다.
도 8은 종래의 LTE 핸드오버 기법과 본 발명의 실시예에서 제안한 핸드오버 기법의 성능을 비교한 그래프이다.
도 9는 종래의 LTE 핸드오버 기법과 본 발명의 실시예에서 제안한 핸드오버 기법의 성능을 비교한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서 본 발명의 일실시예에 있어서, 무선통신망은, 예컨대 GSM(Global System for Mobile communication), CDMA와 같은 2G 무선통신망, LTE망, WiFi와 같은 무선인터넷, WiBro(Wireless Broadband Internet) 및 WiMax(World Interoperability for Microwave Access)와 같은 휴대인터넷 또는 패킷 전송을 지원하는 무선통신망(예컨대, WCDMA 또는 CDMA2000과 같은 3G 무선통신망, HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 또는 HSUPA(High Speed Uplink Packet Access)와 같은 3.5G 무선통신망, 또는 4G 무선통신망 등) 및 매크로 기지국(macro-eNB), 초소형 기지국(Home-eNB) 및 단말(UE)을 구성 요소로 포함하는 임의의 기타 무선통신망을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 이하에서는 LTE 기반의 무선접속망인 E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)을 위주로 설명한다.
여기서, 무선통신망은 하나 이상의 네트워크 셀로 구성될 수 있고, 무선통신망에 서로 다른 종류의 네트워크 셀이 혼재할 수 있다. 무선통신망은 옥내 등 소규모의 네트워크 셀(이하, '펨토셀'이라 함)을 관리하는 초소형 기지국(11~15,21~23,31~33), 옥외에서 넓은 범위의 셀(이하, '매크로셀'이라 함)을 관리하는 매크로 기지국(macro-eNB 또는 eNB), 사용자 단말(UE), SON(Self Organizing&optimizing Networks) 서버 및 MME를 포함할 수 있다.
매크로 기지국은, 예컨대 LTE망, WiFi망, WiBro망, WiMax망, WCDMA망, CDMA망, UMTS망, GSM망 등에서 사용될 수 있는, 예를 들어 1km 내외의 반경을 갖는 셀을 관리하는 매크로셀 기지국의 특징을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
초소형 기지국은, 예컨대 LTE망, WiFi망, WiBro망, WiMax망, WCDMA망, CDMA망, UMTS망, GSM망 등에서 사용될 수 있는, 예를 들어 수 m ~ 수십 m 내외의 반경을 갖는 셀을 관리하는 옥내용 기지국 또는 펨토 기지국의 특징을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
초소형 기지국이나 매크로 기지국은 각각 독자적으로 코어망의 접속성을 가질수 있다. 단말(UE)은 GSM망, CDMA망와 같은 2G 무선통신망, LTE망, WiFi망과 같은 무선인터넷망, WiBro망 및 WiMax망과 같은 휴대인터넷망 또는 패킷 전송을 지원하는 무선통신망에서 사용되는 무선 이동 단말기의 특징을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
초소형 기지국 관리 서버(네트워크 관리 장치)는 초소형 기지국(11~15,21~23,31~33)과 옥외용 기지국의 구성정보 및 관리를 담당한다. 관리 서버는 SON 서버 및 MME의 기능을 모두 수행할 수 있다. SON 서버는 옥외용/초소형 기지국 설치 및 최적화를 수행하고 각 기지국에 필요한 기본 파라미터 또는 데이터를 제공하는 기능을 하는 임의의 서버를 포함할 수 있다. MME는 단말의 이동성 등을 관리하기 위하여 사용되는 임의의 개체를 포함할 수 있다.
일실시예에 있어서, 하나의 네트워크 관리 장치가 SON 서버와 MME의 기능을 모두 수행할 수 있고, SON 서버 및 MME는 하나 이상의 매크로 기지국과 하나 이상의 초소형 기지국을 관리할 수 있다. 상기 무선통신망에서 매크로셀 및 펨토셀이 혼재된 네트워크 셀을 가정하였지만, 네트워크 셀은 매크로셀 또는 펨토셀 만으로도 구성 가능하다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LTE 기반 타겟노드에 의한 개선된 핸드오버 수행방법을 나타낸 흐름도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예는 사용자 단말(100)과 기지국 노드를 포함하여 구성된 모바일 네트워크 시스템에 적용되는 핸드오버 수행방법에 있어서, (a) 서빙노드(200)가 상기 사용자 단말(100)의 위치정보 및 예측 이동방향 정보를 통해 탐색된 타겟 후보노드들 중 어느 하나의 노드를 핸드오버를 받을 타겟노드(300)로 결정하는 단계(S100); (b) 상기 서빙노드(200)가 상기 결정된 타겟노드(300)의 참고신호 세기에 대한 시간당 변화율(R(t))를 산출하고, 일정조건에 따라 트리거 상(Phase)을 선택하고 상기 트리거 상에 따른 핸드오버를 결정하는 단계(S200); 및 (c) 상기 서빙노드(200)가 핸드오버 명령 메시지를 사용자 단말(100)(UE)로 송신하는 단계(S300); 및 (d) 상기 사용자 단말(100)과 서빙노드(200)가 핸드오버를 실행하는 단계(S400)를 포함한다.
이와 같이 본 발명은 LTE 환경에서 고속으로 이동하는 모바일 기기와 같은 사용자 단말(100)에 지속적이고 빠른 속도를 제공하기 위해 서비스를 제공받는 기지국 또는 중계기를 변경하는 보다 효율적인 핸드오버 기법에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명은 120km/h 이상의 속도로 사용자 단말(100)이 이동함에 따라 발생하는 핸드오버 지연과 관련된 문제점을 해결하기 위하여 고속으로 이동하는 사용자 단말(100)이 원활하게 신호를 수신을 할 수 있도록 적절한 기지국으로 핸드오버를 수행하는 방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명에서는 사용자 단말(100)의 이동속도를 고려하여 고속 핸드오버(early-trigger) 기법 또는 저속 핸드오버(lazy-trigger) 기법 중 선택하여 중계기 또는 기지국을 핸드오버 할 수 있는 선택적 핸드오버 기법을 제안한다.
이하에서 기지국을 노드(eNodeB) 라고하고 사용자 단말(100)를 사용다 단말(UE:User Equipment)이라고 한다. 그리고 서빙노드(200)는 사용자 단말(100)이 엑세스하고 동기화하여 현재 무선통신 서비스를 받는 기지국을 말하고, 타겟노드(300)는 이동하는 사용자 단말(100)이 서빙노드(200)와의 연결을 해제하고 핸드오버 되어 새롭게 엑세스 및 동기화 되어 서비스 받을 기지국을 말한다.
그리고, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 상술한 핸드오버 수행방법을 사용하는 기지국으로서, 사용자 단말(100)의 위치정보 및 예측 이동방향 정보를 포함하는 측정정보(MR)를 상기 사용자 단말(100)로부터 수신하는 수신부; 상기 측정정보를 바탕으로 타겟노드(300)를 결정하고, 상기 결정된 타겟노드(300)의 참고신호 세기에 대한 시간당 변화율(R(t))를 산출하고, 일정조건에 따라 트리거 상(Phase)을 선택하고 상기 트리거 상에 따른 핸드오버를 결정하는 핸드오버 결정부; 상기 결정부가 결정한 결과를 기초로 핸드오버 명령 메시지를 상기 단말로 전송하는 전송부를 포함하여 구성된다.(도시하지 않음)
도 2 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 제안된 핸드오버 동작 프로세스는 다음과 같다.
먼저, (a) 단계(S100)는 타겟노드(300)를 결정하는 로서, (정상 동작 간 동안에 사용자 단말(100)(UE)은 후보노드를 예측하고 타겟노드(300)를 포함하는 후보노드에 대한 측정정보(MR:Mesurement Report)를 주기적으로 서빙노드(200)로 송신한다. 그리고, 상기 측정정보(MR)를 바탕으로, 서빙노드(200)는 후보노드들과 교신을 시작하고 사용자 단말(100)이 핸드오버를 수행해야하는 타겟노드(300) 하나를 결정한다.
여기서, 결정된 타겟노드(300)는 이용 가능한 라디오 채널(radio channel)을 갖는 후보노드들 중에 하나인 것이 바람직하다. 이는 비록 큰 참조 신호 세기를 갖지만 이용 가능하지 않은 밴드폭(bandwidth)에 대한 핸드오버를 결정하면, 핸드오버가 실패 되기 때문이다.
그리고, 상기 결정된 타겟노드(300)는 사용자 단말(100)이 이미 지나갔던 노드에 대한 핸드오버를 피하기 위해 가장 큰 가중치(weight)를 가져야 한다. 이처럼, 서빙노드(200)가 가중치를 체크하는 것은 후보노드가 긴 시간 동안 서비스되는(long-term residence) 실제 타켓 노드임을 보장하고, 핸드오버의 수와 연결해제(disconnection)의 위험을 감소시키는 것을 보장하기 위함이다.
(b) 단계(S200)는 핸드오버를 결정하는 단계로, 서빙노드(200)가 상기 결정된 타겟노드(300)의 참고신호 세기(RSRP)에 대한 시간당 변화율(R(t))를 산출하고, 일정조건에 따라 트리거 상(Phase)을 선택하고 상기 트리거 상에 따른 핸드오버를 결정한다.
즉, 핸드오버 결정은 DDH(t)가 핸드오버 마진(HOM)보다 크고 시간당 변화율(R(t))이 1보다 크면 일찍 일어난다. 만약 그렇지 않다면, 핸드오버를 시작하기위한 전체 TTT(Time-to-Trigger) 기간 동안 DTS가 HOM 보다 연속적으로 더 커지고 있었는지 여부를 체크한다. 그리고, 핸드오버 결정이 되었을 때, 언제나 가중치(weight)는 그외의 후보노드들에 대하여 제로(zero)로 리셋한다.
(c) 단계(S300)로서, 상술한 바와 같이 핸드오버에 대한 결정이 이루어졌을 때, 서빙노드(200)는 사용자 단말(100)이 다른 노드로 핸드오버 될 것이라는 것을 알리는 핸드오버 명령 메세지는 사용자 단말(100)로 보내진다.
마지막으로 (d) 단계(S400)는 핸드오버를 실행하는 단계로서, 핸드오버 명령 메시지가 보내지자마자, 사용자 단말(100)은 즉각적으로 서빙노드(200)로부터 연결을 해제하고, 램덤 억세스를 이용하여 타겟노드(300)에 접근하고 동기화를 시도한다. 동시에, 서빙노드(200)는 모든 사용자 단말(100)의 패킷들을 타겟노드(300)로 전송(포워딩)하고, 그리고나서 타겟 게이트웨이를 통해 사용자 단말(100)로 패킷들을 전송한다. 그리고, 핸드오버 프로세스는 타겟노드(300)가 사용자 단말(100)로부터 핸드오버 완료 메시지를 수신받은 후 종료한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 적용되는 후보노드들을 예측하는 방법의 모식도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 적용되는 타겟노드(300)의 후보 영역(zone)을 나타내는 도면이다. 이하에서 타겟노드(300)를 결정하는 방법과 핸드오버를 결정하는 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
상술한 (a) 단계에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 사용자 단말(100)(UE)로 하여금 어떤 노드에게서 서비스를 받을지 결정하기 위해 시간별 사용자 단말(100)의 위치를 계산하고, 사용자 단말(100)의 위치에서 예측되는 이동방향의 범위에 따라 핸드오버 받을 타겟노드(300)를 설정한다.
보다 구체적으로, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 후보 타겟노드(300) 중에서 어떤 노드에게서 서비스를 받을지 결정하기 위해 시간 별 사용자 단말(100)의 위치를 Pt -1, Pt -2, Pt로 표현하였다. 그 다음 Pt -1 와 Pt 사이의 각도 β를 아래의 [수학식 1]과 같이 계산한다.
Figure 112015028342324-pat00006
현재 사용자 단말(100)의 위치에서 예측되는 이동방향 범위를 정한 임계각도 α를 적용하여, 아래와 같은 조건식인 [수학식 2]를 도출하였다.
Figure 112015028342324-pat00007
[수학식 2]의 조건식을 만족하는 후보노드를 핸드오버 받을 타겟노드(300)로 설정한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 핸드오버 방법에 적용되는 서빙노드(200)와 타겟노드(300)에서 수신된 참조신호의 세기(RSRP)에 대한 그래프를 나타낸다.
도 5에 나타낸 그래프는 기존에 사용자 단말(100)이 서비스를 받던 서빙노드(200) S에서 타겟노드(300) T로 가는 상황을 나타낸다. 시간이 지날수록 타겟노드(300) T의 참조수신 신호(RSRP)의 강도가 강해지고, 이에 따라 핸드오버 마진값이 더욱 커지게된다. 이에 종래의 핸드오버 방식인 레이지-트리거와 본 발명에서 제안하는 핸드오버 방식인 얼리-트리거 방식 두가지를 선택할 수 있음을 나타내는 그래프이다.
도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 타겟노드(300)로 설정한 뒤, 핸드오버 동작을 결정하기 위해 DTS(t), DDH(t), R(t)를 계산하였고, DTS(t)는 기존 노드와 타겟노드(300)가 보내는 참고신호의 차이로 아래의 [수학식 3]으로 계산할 수 있다.
Figure 112015028342324-pat00008
그리고, DDH(t)는 앞서 구한 DTS(t)에서 핸드오버 동작 시 발생하는 기존 노드와 타겟노드(300)의 신호 강도 차이(핸드오버 마진:HOM)을 뺌으로서 [수학식 4]와 같이 계산할 수 있다.
Figure 112015028342324-pat00009
앞서 계산된 [수학식 3]과 [수학식 4]를 이용하여 얼마나 빨리 타겟노드(300)가 보내는 참고신호의 세기가 커지는지, 즉 타겟노드(300)의 참고신호 세기에 대한 시간당 변화율 R(t)를 아래의 [수학식 5]로 산출할 수 있다.
Figure 112015028342324-pat00010
본 발명의 실시예에서의 핸드오버 기법은 얼리-트리거(early-Trigger) 방법과 레이지-트리거(lazy-Trigger) 방법 두 가지로 구성되어 진다. 아래의 [수학식 6]과 같은 조건식을 만족할 때, 얼리-트리거 방법을 수행한다.
Figure 112015028342324-pat00011
Figure 112015028342324-pat00012

또한 아래의 [수학식 7]의 조건식을 만족 할때, 레이지-트리거 방법으로 핸드오버를 실행한다.
Figure 112015028342324-pat00013
실험결과
본 발명의 실시예에서는 제안하는 새로운 핸드오버 기법의 성능을 측정하기위해 LTE-sim 시뮬레이션을 사용하였으며, 기존의 핸드오버 기법과 성능 비교하였다. 환경설정은 아래와 같다.
셀룰러 레이아웃 : 8각 그리드, 19셀
내부 셀 간 거리 : 2km
케리어 주파수 : 2000Mhz
대역폭 : 10Mhz
자원 블록 너비 : 180Khz
참조 신호 수신 강도 : 1ms
노드 노이즈 수치 : 5dB
사용자 사용자 단말(100) 노이즈 : 9dB
노드 TX 강도 : 46dBm
듀플랙싱 : FDD
시뮬레이션 시간 : 35,000ms
환경설정 후에 시나리오 작성을 위해 아래와 같이 추가적으로 설정하였다.
사용자 사용자 단말 개수 : 190개, 각 셀당 10개씩 초기배치
사용자 단말 속도 : 120km/h, 350km/h
사용자 단말 이동 : 무작위 방향
데이터 트래픽 : 1 사용자 단말 당 1VoIP
VoIP 지속시간 : 30000ms
최대 지연시간 : 100ms
핸드오버 마진 : 1~10ms
재 시작시간 : 10ms
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 핸드오버 수행방법에 대한 시뮬레이션 시나리오를 나타내는 그래프이다. 즉, 본 발명의 우수성을 실험하기 위해 LTE-sim 시뮬레이션을 통해 작성한 시나리오를 나타낸다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 파란 8각형은 셀룰러 레이아웃이며, 빨간 점은 사용자 사용자 단말의 초기설정이다. 1셀당 10개의 사용자 사용자 단말를 배치하였다.
도 7은 종래의 LTE 핸드오버 기법과 본 발명의 실시예에서 제안한 핸드오버 기법의 성능을 비교한 그래프이다. 초록색과 파란색이 기존기법이며, 하늘색과 분홍색이 본 발명한 기법이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 핸드오버 마진의 값이 클수록 사용자 단말(100)에게 보내는 패킷의 유실률을 표현한 것인데, 종래의 핸드오버 기법으로 350km/h의 속도로 이동하는 사용자 단말(100)의 경우 초록색 그래프의 흐름대로 전반적으로 유실률이 매우 높다는 것을 알 수 있다. 하지만 본 발명의 실시예에 따른 핸드오버 기법으로 350km/h의 속도로 이동하는 사용자 단말(100)의 경우 분홍색 그래프의 흐름대로 유실률이 5% 미만으로 매우 낮음을 알 수 있다.
도 8은 종래의 LTE 핸드오버 기법과 본 발명의 실시예에서 제안한 핸드오버 기법의 성능을 비교한 그래프이다. 초록색과 파란색이 기존기법이며, 하늘색과 분홍색이 본 발명한 기법이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 핸드오버 마진의 값이 클수록 사용자 단말(100)에게 보내는 패킷의 지연시간을 표현한 것인데, 종래의 핸드오버 기법으로 350km/h의 속도로 이동하는 사용자 단말(100)의 경우 초록색 그래프의 흐름대로 전반적으로 지연시간이 매우 높다는 것을 알 수 있다. 하지만 본 발명의 핸드오버 기법으로 350km/h의 속도로 이동하는 사용자 단말(100)의 경우 분홍색 그래프의 흐름대로 지연시간이 200ms 미만으로 매우 낮음을 알 수 있다.
도 9는 종래의 LTE 핸드오버 기법과 본 발명의 실시예에서 제안한 핸드오버 기법의 성능을 비교한 그래프이다. 초록색과 파란색이 기존기법이며, 하늘색과 분홍색이 본 발명한 기법이다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 핸드오버 마진의 값이 클수록 사용자 단말(100)에게 보내는 패킷이 셀당 성공적으로 전송된 데이터양을 표현한 것인데, 기존의 핸드오버 기법으로 350km/h의 속도로 이동하는 사용자 단말(100)의 경우 초록색 그래프의 흐름대로 셀당 굿풋의 수가 현저히 줄어들었음을 알 수 있다. 하지만 본 발명의 핸드오버 기법으로 350km/h의 속도로 이동하는 사용자 단말(100)의 경우 분홍색 그래프의 흐름대로 굿풋의 수가 매우 높음을 알 수 있다.
이처럼, 사용자 단말의 이동 속도는 동일한 환경에서 120km/h 와 350km/h 두가지 속도와 기존 핸드오버 기법과 본 발명의 실시예에서 제안하는 핸드오버 기법 두 가지로 측정하였는데, 패킷 지연율과 전송 실패율, 데이터 수신율 세 가지로 시뮬레이션 결과, 기존의 핸드오버 기법보다 전반적으로 성능향상이 이루어졌으며, 본 발명의 실시예에서 제안한 고속의 속도 350km/h 일 때, 그 차이가 훨씬 더 커졌음을 알 수 있다.
따라서 본 발명은 LTE 환경에서 문제점으로 지적되고 있는 고속으로 이동하는 환경에서도 원활하게 전파를 수신할 수 있고 LTE 무선통신망에서 사용되는 단말 휴대전화의 효율성을 더욱 높일 수 있게 된다. 즉, 본 발명은 LTE 기반 환경에서 타켓 노드에 대한 예측으로 빠른 핸드오버 기법과 높은 성능의 시스템을 제공한다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 사용자 단말, 200: 서빙노드, 300: 타겟노드

Claims (12)

  1. 사용자 단말과 기지국 노드를 포함하여 구성된 모바일 네트워크 시스템에 적용되는 핸드오버 수행방법에 있어서,
    (a) 서빙노드가 상기 사용자 단말의 위치정보 및 예측 이동방향 정보를 통해 탐색된 타겟 후보노드들 중 어느 하나의 노드를 핸드오버를 받을 타겟노드로 결정하는 단계;
    (b) 상기 서빙노드가 상기 결정된 타겟노드의 참고신호 세기에 대한 시간당 변화율(R(t))를 산출하고, 일정조건에 따라 트리거 상(Phase)을 선택하고 상기 트리거 상에 따른 핸드오버를 결정하는 단계;
    (c) 상기 서빙노드가 핸드오버 명령 메시지를 사용자 단말(UE)로 송신하는 단계; 및
    (d) 상기 사용자 단말과 서빙노드가 핸드오버를 실행하는 단계를 포함하되,
    상기 핸드오버를 받을 타겟노드는 가중치(weight)가 가장 높고,
    상기 (a) 단계에서, 타겟노드의 결정은, 상기 서빙노드가 상기 사용자 단말의 시간별 위치와 현재의 위치에서 예측되는 이동방향 범위를 정하는 임계각도를 이용한 일정 조건식을 만족하는 후보노드를 핸드오버를 받을 타겟노드로 결정하며,
    상기 일정 조건식은,
    Figure 112016050133508-pat00028

    (여기서, 시간별 사용자 단말의 위치를 Pt-1, Pt-2, Pt로 나타내고, α는 사용자 단말의 위치에서 예측되는 이동방향의 범위를 정한 임계 각도이고, β는 Pt-1과 Pt 사이의 각도이고, Pne는 인접 기지국 노드의 위치이고, Dist는 Pne와 Pt 사이의 거리이며, ISD는 최인접 기지국 노드 사이의 거리이다.)를 만족하는 식인 것을 특징으로 하는 무선통신망 기반 타겟노드에 의한 개선된 핸드오버 수행방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 무선통신망은 LTE(Long Term Evolution) 기반의 무선통신망인 것을 특징으로 하는 무선통신망 기반 타겟노드에 의한 개선된 핸드오버 수행방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 후보노드의 탐색은 사용자 단말(UE)이 서빙노드와 후보노드를 포함하는 측정 정보(MR)의 교신을 통해 타겟 후보노드를 탐색하는 단계인 것을 특징으로 하는 무선통신망 기반 타겟노드에 의한 개선된 핸드오버 수행방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 타겟노드는 이용 가능한 라디오 채널(radio channel)을 갖는 후보노드들 중의 하나인 것을 특징으로 하는 무선통신망 기반 타겟노드에 의한 개선된 핸드오버 수행방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 변화율(R(t))은,
    Figure 112016050133508-pat00015

    (여기서, HOM(Hand Over Margin)은 핸드오버 동작시 발생하는 서빙노드와 타겟노드의 신호 강도 차이를 나타내고, DTS는 서빙노드와 타겟노드가 보내는 참조신호의 차이이고, DDH는 DTS에서 HOM을 뺀 결과이다.)
    를 만족하는 식으로 산출되는 것을 특징으로 하는 무선통신망 기반 타겟노드에 의한 개선된 핸드오버 수행방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    Figure 112015028342324-pat00016

    Figure 112015028342324-pat00017

    의 조건식을 만족하는 경우, 상기 트리거 상을 얼리 트리거(early-trigger)로 결정하는 것을 특징으로 하는 무선통신망 기반 타겟노드에 의한 개선된 핸드오버 수행방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    Figure 112015028342324-pat00018

    의 조건식을 만족하는 경우, 상기 트리거 상을 레이지 트리거(Lazy-trigger)로 결정하는 것을 특징으로 하는 무선통신망 기반 타겟노드에 의한 개선된 핸드오버 수행방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    상기 사용자 단말(UE)은 서빙노드로부터 연결을 해제하고, 상기 타겟노드에 엑세스하고 동기화를 시도하는 단계와,
    상기 서빙노드는 상기 사용자 단말의 모든 패킷들을 상기 타겟노드로 전송하고, 타겟 게이트웨이를 통해 상기 사용자 단말로 패킷들을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신망 기반 타겟노드에 의한 개선된 핸드오버 수행방법.
  12. 청구항 1의 핸드오버 수행방법을 수행하는 기지국에 있어서,
    사용자 단말의 위치정보 및 예측 이동방향 정보를 포함하는 측정정보(MR)를 상기 사용자 단말로부터 수신하는 수신부;
    상기 측정정보를 바탕으로 타겟노드를 결정하고, 상기 결정된 타겟노드의 참고신호 세기에 대한 시간당 변화율(R(t))를 산출하고, 일정조건에 따라 트리거 상(Phase)을 선택하고 상기 트리거 상에 따른 핸드오버를 결정하는 핸드오버 결정부; 및
    상기 결정부가 결정한 결과를 기초로 핸드오버 명령 메시지를 상기 단말로 전송하는 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신망 기반 타겟노드에 의한 개선된 핸드오버 수행방법을 수행하는 기지국.


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