KR101706320B1 - 펨토셀을 이용한 와이파이 오프로딩 시스템에서 대상 단말기 선택 방법 - Google Patents

펨토셀을 이용한 와이파이 오프로딩 시스템에서 대상 단말기 선택 방법 Download PDF

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KR101706320B1
KR101706320B1 KR1020160019923A KR20160019923A KR101706320B1 KR 101706320 B1 KR101706320 B1 KR 101706320B1 KR 1020160019923 A KR1020160019923 A KR 1020160019923A KR 20160019923 A KR20160019923 A KR 20160019923A KR 101706320 B1 KR101706320 B1 KR 101706320B1
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안창우
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Abstract

본 발명은 펨토셀을 이용한 WiFi 오프로딩 시스템에서 대역폭 측면에서 서비스 품질을 보장하면서 펨토셀의 부하를 줄일 수 있도록 오프로딩 대상 단말을 선택하는 방법을 제공하기 위한 것으로서, (A) SDN 제어기를 통해 WiFi AP, 펨토 기지국(HeNB), SDN 스위치로부터 무선 채널 및 트래픽 정보를 수집하고, 수집된 정보들을 기준으로 오프로딩 수행 여부를 확인하는 단계와, (B) 오프로딩 수행 여부가 확인되면, 사용자 단말의 WiFi 인터페이스의 정보를 WiFi AP에 등록하여 WiFi 스캐닝을 통해 SDN 제어기의 제어 하에 있는 WiFi AP들 중 연결 가능한 WiFi AP를 탐색하고 사용자 단말과 WiFi AP 쌍의 집합(
Figure 112016016857817-pat00089
)을 획득하는 단계와, (C) 상기 획득된 집합 중 가용 대역폭 내에서 PHY 계층의 최고 속도(
Figure 112016016857817-pat00090
)로 연결 가능한 최적의 사용자 단말 및 대상 WiFi AP를 결정하는 단계와, (D) 현재 펨토 기지국을 통해 전송중인 트래픽을 WiFi AP를 통해 모두 수용이 가능한지를 나타내는 최소 PHY 전송률인
Figure 112016016857817-pat00091
값을 통해 WiFi 연결을 수행하는 단계와, (E) SDN 제어기를 통해 SDN 스위치의 플로우 테이블을 수정하여 오프로딩이 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.

Description

펨토셀을 이용한 와이파이 오프로딩 시스템에서 대상 단말기 선택 방법{Target terminal selection scheme in WiFi offloading system using femtocell}
본 발명은 펨토셀을 이용한 WiFi 오프로딩 시스템에서 오프로딩 대상 단말기를 선택하는 방법에 관한 것으로서, 특히 대역폭 측면에서 서비스 품질(Quality of Service)을 보장하면서 펨토셀의 부하를 줄이기 위한 오프로딩 대상 선정 방법에 관한 것이다.
스마트폰을 활용한 다양한 응용의 증가로 인해, 모바일 트래픽으로 인한 셀룰러 네트워크의 부하가 급격하게 증가하고 있다. 이러한 트래픽 급증 문제를 해결하기 위해 펨토셀은 셀룰러망 커버리지와 용량 증대를 위한 방안으로 사용되고 있지만, 간섭 문제로 인해 아직까지 광범위한 활용 단계에는 이르지 못하고 있다. 또한 셀룰러망 부하 문제를 해결하기 위한 하나의 방법으로써, 다른 무선 채널 대역을 사용하는 WiFi를 통해 셀룰러망의 트래픽을 오프로딩하기 위한 연구가 많이 진행되고 있다.
3GPP LTE(Long Term Evolution)에서는 eNB(evolved NodeB) 및 Home eNB(home evolved NodeB, HeNB)라는 기지국을 정의하고 있다. eNB는 매크로 셀(Macro cell)을 관장하는 매크로 기지국이며, HeNB는 펨토 셀(Femto cell)을 관장하는 펨토 기지국으로서, 가정이나 사무실 등 옥내에 설치된 사용자 브로드밴드 망을 통해 이동통신 코어 네트워크에 접속하는 초소형 기지국을 말한다.
한편, 소프트웨어 정의 네트워킹(Software Defined Networking, 이하 SDN)은 현재의 인터넷이 가지는 구조적인 문제를 근본적으로 해결하고 혁신할 수 있도록 새로운 구조의 네트워크 패러다임으로써, 네트워크 통합 뷰를 가지는 SDN 제어기를 통해 각 장치들의 동작을 소프트웨어 수정만으로 제어할 수 있도록 한다. 이를 위해 SDN은 네트워크 제어 평면(control plane)과 데이터 전달 평면(data plane)을 분리하여, 네트워크에 존재하는 장치들이 제어 평면의 역할을 하는 SDN 제어기의 명령에 따라 데이터 전달 및 처리 동작을 수행할 수 있도록 하며, 이를 위한 대표적인 표준 인터페이스로 OpenFlow 프로토콜이 있다.
이러한 사용자 망을 이용해 셀룰러망 코어 네트워크에 연결되는 펨토 기지국의 특징과 SDN을 지원하는 사용자 네트워크의 장점을 활용해 도 1과 같이 사용자 망에 연결된 펨토 기지국과 WiFi 간에 오프로딩 시스템을 구축할 수 있다.
도 1에서 사용자 망은 SDN 제어기(40), SDN 스위치(50), WiFi AP(30), 펨토 기지국(20)으로 구성되어 있으며, 펨토 기지국(20)은 사용자망의 SDN 스위치(50)를 통해 외부망(60)과 연결되어 있다. WiFi AP(30)와 펨토 기지국(20) 역시 SDN의 동작을 SDN 제어기(40)를 통해 제어할 수 있도록 SDN 제어기(40)와 통신을 수행하는 에이전트 프로그램을 탑재하고 있다. 각 장치들은 SDN 제어기(40)의 제어에 따라 오프로딩 동작을 수행하여 펨토셀의 부하를 감소시킬 수 있다.
이러한 환경에서, 여러 개의 사용자 단말(User Equipment, UE)(10)이 펨토셀에 연결되어 있다면 어떠한 사용자 단말(10)을 WiFi를 통해 오프로딩 시키는가에 따라 오프로딩 시스템의 성능 및 효율이 달라질 수 있다. 통상적으로 가장 많이 사용되는 신호 세기(Received Signal Strength Indicator, 이하 RSSI) 기반으로 오프로딩할 사용자 단말(10)을 선택하는 경우 사용자 단말(10)이 부하가 높은 WiFi AP(30)에 연결되어 서비스 품질이 급격하게 낮아질 수 있는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-1579070호 (등록일자 2015.12.15) 공개특허공보 제10-2012-0097279호 (공개일자 2012.09.03)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 펨토셀을 이용한 WiFi 오프로딩 시스템에서 대역폭 측면에서 서비스 품질을 보장하면서 펨토셀의 부하를 줄일 수 있도록 오프로딩 대상 단말을 선택하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 WiFi AP(Access Point)의 가용 대역폭과 WiFi AP와 대상 단말의 링크 상태를 미리 검사하는 방법을 사용하여, 사용자 단말이 현재 펨토 기지국을 통해 송/수신하고 있는 트래픽을 WiFi AP로 오프로딩 되더라도 모두 수용할 수 있는 경우에만 오프로딩을 수행하도록 하여 서비스 품질을 보장할 수 있도록 하는 대상 단말기 선택 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 펨토셀을 이용한 와이파이 오프로딩 시스템에서 대상 단말기 선택 방법의 특징은 SDN 제어기, SDN 스위치, WiFi AP, 펨토 기지국으로 사용자 망이 구성되어, 펨토 기지국은 사용자망의 SDN 스위치를 통해 외부망과 연결되고, WiFi AP와 펨토 기지국 역시 SDN의 동작을 SDN 제어기를 통해 제어할 수 있도록 SDN 제어기와 통신을 수행하는 에이전트 프로그램을 탑재하고 있는 와이파이 오프로딩 시스템에서의 대상 단말기 선택 방법에 있어서, (A) SDN 제어기를 통해 WiFi AP, 펨토 기지국(HeNB), SDN 스위치로부터 무선 채널 및 트래픽 정보를 수집하고, 수집된 정보들을 기준으로 오프로딩 수행 여부를 확인하는 단계와, (B) 오프로딩 수행 여부가 확인되면, 사용자 단말의 WiFi 인터페이스의 정보를 WiFi AP에 등록하여 WiFi 스캐닝을 통해 SDN 제어기의 제어 하에 있는 WiFi AP들 중 연결 가능한 WiFi AP를 탐색하고 사용자 단말과 WiFi AP 쌍의 집합(
Figure 112016016857817-pat00001
)을 획득하는 단계와, (C) 상기 획득된 집합 중 가용 대역폭 내에서 PHY 계층의 최고 속도(
Figure 112016016857817-pat00002
)로 연결 가능한 최적의 사용자 단말 및 대상 WiFi AP를 결정하는 단계와, (D) 현재 펨토 기지국을 통해 전송중인 트래픽을 WiFi AP를 통해 모두 수용이 가능한지를 나타내는 최소 PHY 전송률인
Figure 112016016857817-pat00003
값을 통해 WiFi 연결을 수행하는 단계와, (E) SDN 제어기를 통해 SDN 스위치의 플로우 테이블을 수정하여 오프로딩이 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.
바람직하게 상기 (B) 단계는 사용자 단말을 통해 WiFi 스캐닝을 시작되면, 사용자 단말의 WiFi 인터페이스에서 전 채널에 걸쳐서 스캐닝을 위한 Probe 프레임을 전송하는 단계와, WiFi AP에서 사용자 단말로부터 전송되는 Probe 프레임을 수신하여 해당 Probe 프레임의 RSSI 값과 함께 Probe 프레임을 수신하였음을 SDN 제어기에게 전달하는 단계와, 상기 SDN 제어기에서 SDN 스위치를 이용하여 사용자 단말의 WiFi 스캐닝 과정을 통해 사용자 단말과 연결 가능한 WiFi AP 쌍의 집합을 획득하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 (C) 단계는 IEEE 802.11 표준에 정의된 채널 로드 측정 방식을 이용해 측정 시간동안 채널이 얼마나 유휴 상태인지를 산출하는 단계와, 상기 산출된 채널 유휴 비율과 함께 IEEE 802.11에서 하나의 유니캐스트 데이터 프레임을 전송하는데 걸리는 시간(
Figure 112016016857817-pat00004
)을 통해 WiFi AP의 가용 대역폭(
Figure 112016016857817-pat00005
)을 산출하는 단계와, PHY 계층의 최고 속도(
Figure 112016016857817-pat00006
)로 연결될 때, 상기 산출된 가용 대역폭을 초과하는 사용자 단말과 WiFi AP의 목록을 제거하여 최적의 사용자 단말 및 대상 WiFi AP를 결정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 채널 유휴 비율(
Figure 112016016857817-pat00007
)은 채널 비지 시간(Channel Busy Time)을 측정 지속 시간(Measurement Duration)으로 나눈 값을 1에서 감산한 값으로 계산되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 (D) 단계는 SDN 제어기를 통해 주기적으로 수집되는 SDN 스위치의 통계 정보로부터 현재 펨토 기지국을 통해 전송되고 있는 트래픽 대역폭과 평균 데이터 패킷 길이를 산출하는 단계와, 상기 산출된 트래픽 대역폭 및 평균 데이터 패킷 길이로부터, 사용 중인 PHY 계층에서 지원가능 한 PHY 전송률 중 현재 펨토 기지국을 통해 전송되는 사용자 단말의 트래픽을 WiFi AP를 통해 모두 수용하기 위해 요구되는 최소 PHY 전송률인
Figure 112016016857817-pat00008
값을 산출하는 단계와, 두 장치간의 WiFi 연결을 수립하기 위한 관리 프레임(Management Frame)을 교환하는 과정에서 WiFi AP는
Figure 112016016857817-pat00009
의 전송률로 해당 관리 프레임을 전송하도록 하여
Figure 112016016857817-pat00010
전송률로 통신이 가능한지를 확인하는 단계와, 상기 확인 결과,
Figure 112016016857817-pat00011
의 전송률로 전송한 관리 프레임을 통해 WiFi 연결이 정상적으로 성립되면, SDN 제어기를 통해 사용자 단말이 현재 펨토 기지국을 통해 전송중인 트래픽을 해당 WiFi AP를 통해 모두 수용할 수 있는 것으로 판단하는 단계와, 상기 확인 결과,
Figure 112016016857817-pat00012
전송률로 관리 프레임이 송/수신 되지 못하여 연결 절차가 정상적으로 수행되지 않는 경우, SDN 제어기를 통해 다른 사용자 단말 혹은 다른 WiFi AP를 오프로딩 대상으로 선택하고
Figure 112016016857817-pat00013
을 재계산한 후 WiFi 연결을 시도하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 펨토셀을 이용한 와이파이 오프로딩 시스템에서 대상 단말기 선택 방법의 다른 특징은 SDN 제어기, SDN 스위치, WiFi AP, 펨토 기지국으로 사용자 망이 구성되어, 펨토 기지국은 사용자망의 SDN 스위치를 통해 외부망과 연결되고, WiFi AP와 펨토 기지국 역시 SDN의 동작을 SDN 제어기를 통해 제어할 수 있도록 SDN 제어기와 통신을 수행하는 에이전트 프로그램을 탑재하고 있는 와이파이 오프로딩 시스템에서의 대상 단말기 선택 방법에 있어서, 오프로딩 준비 절차인 스캐닝 과정에서 연결 가능한 사용자 단말과 WiFi AP 쌍의 집합(
Figure 112016016857817-pat00014
) 획득하는 단계와, 상기 획득된 집합 안에서 현재 사용 중인 PHY 계층의 최고 속도(
Figure 112016016857817-pat00015
)로 연결된다고 가정하여도 WiFi AP의 가용 대역폭을 초과하는 사용자 단말과 WiFi AP의 목록을 제거하는 단계와, 상기 제거 단계를 통해, 획득된 집합에서 가장 높은 트래픽을 가지는 사용자 단말을 오프로딩 대상 사용자 단말(
Figure 112016016857817-pat00016
)로 결정하는 단계와, 상기 획득된 집합 안에 대상 사용자 단말(
Figure 112016016857817-pat00017
) 연결 가능한 WiFi AP가 여러 개 존재할 경우, 스캐닝 과정에서 가장 높은 RSSI를 보고한 WiFi AP를 대상 사용자 단말이 오프로딩할 대상 WiFi AP(
Figure 112016016857817-pat00018
)로 결정하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 펨토셀을 이용한 와이파이 오프로딩 시스템에서 대상 단말기 선택 방법은 오프로딩 대상 선정 알고리듬과 관리 프레임을 이용해 실제 오프로딩이 수행되기 전에 서비스 품질을 만족하는지 확인하는 기법을 통해, 오프로딩으로 인한 사용자 단말의 품질 저하를 막을 수 있다.
또한, 서비스 품질이 저하되지 않을 것이라 예상되는 사용자 단말 중에 가장 높은 트래픽을 발생시키는 단말을 오프로딩 함으로써 오프로딩 효율 또한 높일 수 있다.
도 1 은 기존의 SDN 기반 펨토셀과 WiFi간 오프로딩 시스템의 구성을 나타낸 구성도
도 2 및 도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 펨토셀을 이용한 와이파이 오프로딩 시스템에서 대상 단말기 선택 방법을 설명하기 위한 흐름도
도 4 는 본 발명에서 최적 오프로딩 대상 단말기와 WiFi AP를 결정하기 위한 알고리듬
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 펨토셀을 이용한 와이파이 오프로딩 시스템에서 대상 단말기 선택 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2 및 도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 펨토셀을 이용한 와이파이 오프로딩 시스템에서 대상 단말기 선택 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이때, 대상 단말기의 선택 방법은 도 1의 표시된 SDN 기반 펨토셀과 WiFi간 오프로딩 시스템을 구성하는 장치들을 통해 오프로딩을 수행하기 위한 동작 절차 및 메시지 전달 과정을 수행하게 된다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 먼저 SDN 제어기(40)는 WiFi AP(30), 펨토 기지국(HeNB)(20), SDN 스위치(50)로부터 무선 채널 및 트래픽 정보를 수집하고, 수집된 정보들을 기준으로 오프로딩 수행 조건에 해당되는지를 검색한다(S10). 이때, 상기 오프로딩 수행 조건은 사용자 단말(10)에 현재 연결되어 있는 무선 채널의 트래픽 급증으로 부하가 발생되어 서비스 품질이 미리 설정된 수치 이하로 낮아지는 경우를 나타낸다.
이어, 상기 검색결과 오프로딩을 수행하기로 결정되면(S10), SDN 제어기(40)는 SDN 제어기(40)의 제어 하에 있는 WiFi AP들 중 연결 가능한 WiFi AP를 탐색하기 위해서 사용자 단말(10)의 WiFi 인터페이스의 정보를 WiFi AP(30)에 등록하고, 사용자 단말(10)에게는 WiFi 스캐닝을 요청하여 오프로딩 준비 절차를 시작한다(S30). 이처럼, 상기 오프로딩 준비를 위해서 SDN 제어기(40)는 펨토셀을 통해 데이터 서비스를 받고 있는 사용자 단말(10)을 WiFi AP(30)를 통해 오프로딩하기 위해서 먼저 연결 가능한 WiFi AP(30)를 탐색할 수 있도록 설정한다.
이에 따라, 사용자 단말(10)은 WiFi 스캐닝을 시작하며 이 과정에서 사용자 단말(10)의 WiFi 인터페이스는 전 채널에 걸쳐서 스캐닝을 위한 Probe 프레임을 전송하게 된다. 그리고 WiFi AP(30)는 사용자 단말(10)로부터 전송되는 Probe 프레임을 수신하면 해당 Probe 프레임의 RSSI 값과 함께 Probe 프레임을 수신하였음을 SDN 제어기(40)에게 알린다.
따라서 SDN 제어기(40)는 SDN 스위치(50)를 이용하여 사용자 단말(10)의 WiFi 스캐닝 과정을 통해 사용자 단말(10)과 연결 가능한 WiFi AP(30) 쌍의 집합을 획득하게 되고, 이 집합 안에서 가용 대역폭 내에서 PHY 계층의 최고 속도(
Figure 112016016857817-pat00019
)로 연결 가능한 최적의 사용자 단말(10) 및 대상 WiFi AP(30)를 결정한다(S40).
이때, 상기 획득되는 집합 안에서 최적의 사용자 단말 및 대상 WiFi AP를 결정하는 과정을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 가용 대역폭 측정을 위해, IEEE 802.11 표준에 정의된 채널 로드 측정 방식을 활용한다. 즉, 채널 로드 측정한 시간동안 채널이 얼마나 사용 중인지를 나타내는 값으로, 이를 이용해 측정 시간동안 채널이 얼마나 유휴 상태인지를 알 수 있다.
상기 채널 유휴 비율(
Figure 112016016857817-pat00020
)은 다음 수학식 1과 같이, 채널 비지 시간(Channel Busy Time)을 측정 지속 시간(Measurement Duration)으로 나눈 값을 1에서 감산한 값으로 계산된다.
Figure 112016016857817-pat00021
이러한 채널 유휴 비율과 함께 IEEE 802.11에서 하나의 유니캐스트 데이터 프레임을 전송하는데 걸리는 시간(
Figure 112016016857817-pat00022
)을 통해 WiFi AP(30)의 가용 대역폭(
Figure 112016016857817-pat00023
)을 계산할 수 있다. 가용 대역폭 산출식과 유니캐스트 데이터 프레임 전송 시간(
Figure 112016016857817-pat00024
)을 계산은 다음 수학식 2 및 수학식 3과 같다.
Figure 112016016857817-pat00025
Figure 112016016857817-pat00026
여기에서 상기 R은 사용자 단말(10)과 WiFi AP(30) 간의 PHY 전송률이고, 상기
Figure 112016016857817-pat00027
는 패킷 길이이고, 상기
Figure 112016016857817-pat00028
는 difs 지속시간이며, 상기
Figure 112016016857817-pat00029
는 전송을 시도하는데 있어서 필요한 평균적인 백오프 시간을 나타낸다. 그리고 상기
Figure 112016016857817-pat00030
는
Figure 112016016857817-pat00031
길이의 패킷을 R 전송률로 전송하는데 걸리는 시간이고, 상기
Figure 112016016857817-pat00032
는 sifs 지속시간을, 상기
Figure 112016016857817-pat00033
는 ack 프레임을 보내는데 걸리는 시간을 나타낸다.
이때, 상기
Figure 112016016857817-pat00034
및
Figure 112016016857817-pat00035
는 다음 수학식 4와 같이 정의된다.
Figure 112016016857817-pat00036
이때, 상기
Figure 112016016857817-pat00037
는 프리앰블을 전송하는데 걸리는 시간을, 상기
Figure 112016016857817-pat00038
는 시그널 정보를 전송하는데 걸리는 시간을, 상기
Figure 112016016857817-pat00039
은 symbol 간의 간격을 나타낸다. 그리고 상기
Figure 112016016857817-pat00040
,
Figure 112016016857817-pat00041
및
Figure 112016016857817-pat00042
은 사용하는 PHY 표준에 따라 결정되어 있는 값이며, 그 예로 IEEE 802.11a 표준에서
Figure 112016016857817-pat00043
는 16 μs,
Figure 112016016857817-pat00044
는 4 μs,
Figure 112016016857817-pat00045
은 4 μs이다.
상기 수학식에서 볼 수 있듯이 WiFi AP(30)의 가용 대역폭은 PHY 전송률(R) 과 데이터 패킷 길이(
Figure 112016016857817-pat00046
)에 따라 달라지며, PHY 전송률인 R은 사용자 단말(10)과 WiFi AP(30) 간의 신호 품질에 따라 달라질 수 있다. 예로 IEEE 802.11a PHY 계층에서는 신호 품질에 따라 적절한 전송률을 사용할 수 있도록 다중 전송률을 지원하고 있으며 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 그리고 54 Mbps 의 전송률을 지원한다.
한편, 상기와 같이 WiFi AP(30)의 가용대역폭은 사용자 단말(10)과 WiFi AP(30)의 신호 품질에 따라 달라지지만, 실제 연결되어 데이터를 전송해보기 전에는 해당 링크를 통해 사용가능한 PHY 전송률을 알기 힘들다.
따라서 본 발명에는 오프로딩으로 인한 사용자 단말의 성능 저하를 피하기 위해서 현재 펨토 기지국(20)을 통해 전송중인 트래픽을 WiFi AP(30)를 통해 모두 수용이 가능한지를 나타내는 최소 PHY 전송률인
Figure 112016016857817-pat00047
값을 통해 WiFi 연결 절차를 수행한다(S50).
이를 위해, 먼저 SDN 제어기(40)는 주기적으로 수집되는 SDN 스위치(50)의 통계 정보로부터 현재 펨토 기지국(20)을 통해 전송되고 있는 트래픽 대역폭과 평균 데이터 패킷 길이를 산출한다. 이 값으로부터, 사용 중인 PHY 계층에서 지원가능 한 PHY 전송률 중 현재 펨토 기지국(20)을 통해 전송되는 사용자 단말(10)의 트래픽을 WiFi AP(30)를 통해 모두 수용하기 위해 요구되는 최소 PHY 전송률인
Figure 112016016857817-pat00048
값을 산출해 낼 수 있다. 즉, 오프로딩 될 사용자 단말(10)과 해당 WiFi AP(30)간의 무선 링크에서
Figure 112016016857817-pat00049
의 PHY 전송률로 전송이 가능하다면 해당 사용자 단말(10)의 트래픽을 WiFi AP(30)를 통해 수용가능 함을 알 수 있다.
따라서 본 발명 오프로딩 대상 사용자 단말과 WiFi AP 간의 무선 링크에서
Figure 112016016857817-pat00050
전송률로 전송이 가능한지를 확인하기 위해 다음과 같은 동작을 수행한다.
IEEE 802.11 표준에 따르면, 새로운 사용자 단말(10)과 WiFi AP(30)의 연결을 위해 Probe, Authentication, Association 요청/응답으로 이루어진 관리 프레임(Management Frame)을 교환하며, 이러한 절차를 통해 상호간에 데이터 전송 가능 상태로 천이하게 된다. 통상적으로 이러한 관리 프레임 전송에는 사용 중인 PHY 계층에서 지원하는 가장 낮은 전송률을 사용하게 된다. 예로 IEEE 802.11a PHY를 사용하는 경우 6 Mbps 의 전송률로 관리 프레임을 전송한다.
본 발명에서는 두 장치간의 WiFi 연결을 수립하기 위한 관리 프레임(Management Frame)을 교환하는 과정에서 WiFi AP(30)는
Figure 112016016857817-pat00051
의 전송률로 해당 관리 프레임을 전송하도록 하여
Figure 112016016857817-pat00052
전송률로 통신이 가능한지를 확인한다. 만약
Figure 112016016857817-pat00053
의 전송률로 전송한 관리 프레임을 통해 WiFi 연결이 정상적으로 성립된다면 WiFi AP(30)와 사용자 단말(10)은 SDN 제어기(40)에게 연결이 완료됨을 보고한다.
이에 따라 SDN 제어기(40)는 사용자 단말(10)이 현재 펨토 기지국(20)을 통해 전송중인 트래픽을 해당 WiFi AP(30)를 통해 모두 수용할 수 있는 것으로 판단하고(S60), SDN 스위치(50)의 플로우 테이블을 수정하여 오프로딩이 수행될 수 있도록 한다(S80).
만약
Figure 112016016857817-pat00054
전송률로 관리 프레임이 송/수신 되지 못하여 연결 절차가 정상적으로 수행되지 않는 경우(S60), SDN 제어기(40)는 해당 WiFi AP(30)를 통해 오프로딩할 경우 사용자 단말(10)의 서비스 품질이 감소할 것이라 판단하고 다른 사용자 단말 혹은 다른 WiFi AP를 오프로딩 대상으로 선택하고
Figure 112016016857817-pat00055
을 재계산한 후 WiFi 연결을 시도한다(S70).
도 4 는 본 발명에서 최적 오프로딩 대상 단말기와 WiFi AP를 결정하기 위한 알고리듬을 나타낸다.
도 4에서 나타내고 있는 것과 같이, 먼저 오프로딩 준비 절차인 스캐닝 과정에서 연결 가능한 사용자 단말(10)과 WiFi AP(30) 쌍의 집합(
Figure 112016016857817-pat00056
) 획득한다(1).
이 집합 안에서 현재 사용 중인 PHY 계층의 최고 속도(
Figure 112016016857817-pat00057
)로 연결된다고 가정하여도 WiFi AP(30)의 가용 대역폭을 초과하는 사용자 단말(10)과 WiFi AP(30)의 목록을 제거한다(2~5).
이 과정을 거친 후, 이 집합에서 가장 높은 트래픽을 가지는 사용자 단말을 오프로딩 대상 사용자 단말(
Figure 112016016857817-pat00058
)로 결정한다(6). 이때,
Figure 112016016857817-pat00059
안에
Figure 112016016857817-pat00060
연결 가능한 WiFi AP가 여러 개 존재할 경우 스캐닝 과정에서 가장 높은 RSSI를 보고한 WiFi AP를 대상 단말이 오프로딩할 대상 WiFi AP(
Figure 112016016857817-pat00061
)로 결정한다(7~9).
이때, 도 4에서
Figure 112016016857817-pat00062
는 사용자 단말_i(
Figure 112016016857817-pat00063
)의 현재 트래픽 대역폭을,
Figure 112016016857817-pat00064
는 사용자 단말_i(
Figure 112016016857817-pat00065
) 트래픽의 평균 데이터 패킷 길이를,
Figure 112016016857817-pat00066
는 WiFi AP_j(
Figure 112016016857817-pat00067
)로부터 보고된
Figure 112016016857817-pat00068
의 RSSI값이다. 그리고
Figure 112016016857817-pat00069
는 사용하는 PHY 계층에서 지원하는 최고 전송률을, 출력 값인
Figure 112016016857817-pat00070
은 오프로딩 대상 사용자 단말(UE) 및 WiFi AP(AP)를 나타낸다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. SDN 제어기, SDN 스위치, WiFi AP, 펨토 기지국으로 사용자 망이 구성되어, 펨토 기지국은 사용자망의 SDN 스위치를 통해 외부망과 연결되고, WiFi AP와 펨토 기지국 역시 SDN의 동작을 SDN 제어기를 통해 제어할 수 있도록 SDN 제어기와 통신을 수행하는 에이전트 프로그램을 탑재하고 있는 와이파이 오프로딩 시스템에서의 대상 단말기 선택 방법에 있어서,
    (A) SDN 제어기를 통해 WiFi AP, 펨토 기지국(HeNB), SDN 스위치로부터 무선 채널 및 트래픽 정보를 수집하고, 수집된 정보들을 기준으로 오프로딩 수행 여부를 확인하는 단계와,
    (B) 오프로딩 수행 여부가 확인되면, 사용자 단말의 WiFi 인터페이스의 정보를 WiFi AP에 등록하여 WiFi 스캐닝을 통해 SDN 제어기의 제어 하에 있는 WiFi AP들 중 연결 가능한 WiFi AP를 탐색하고 사용자 단말과 WiFi AP 쌍의 집합(
    Figure 112016016857817-pat00071
    )을 획득하는 단계와,
    (C) 상기 획득된 집합 중 가용 대역폭 내에서 PHY 계층의 최고 속도(
    Figure 112016016857817-pat00072
    )로 연결 가능한 최적의 사용자 단말 및 대상 WiFi AP를 결정하는 단계와,
    (D) 현재 펨토 기지국을 통해 전송중인 트래픽을 WiFi AP를 통해 모두 수용이 가능한지를 나타내는 최소 PHY 전송률인
    Figure 112016016857817-pat00073
    값을 통해 WiFi 연결을 수행하는 단계와,
    (E) SDN 제어기를 통해 SDN 스위치의 플로우 테이블을 수정하여 오프로딩을 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 펨토셀을 이용한 와이파이 오프로딩 시스템에서 대상 단말기 선택 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 (B) 단계는
    사용자 단말을 통해 WiFi 스캐닝을 시작하면, 사용자 단말의 WiFi 인터페이스에서 전 채널에 걸쳐서 스캐닝을 위한 Probe 프레임을 전송하는 단계와,
    WiFi AP에서 사용자 단말로부터 전송되는 Probe 프레임을 수신하여 해당 Probe 프레임의 RSSI 값과 함께 Probe 프레임을 수신하였음을 SDN 제어기에게 전달하는 단계와,
    상기 SDN 제어기에서 SDN 스위치를 이용하여 사용자 단말의 WiFi 스캐닝 과정을 통해 사용자 단말과 연결 가능한 WiFi AP 쌍의 집합을 획득하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 펨토셀을 이용한 와이파이 오프로딩 시스템에서 대상 단말기 선택 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 (C) 단계는
    IEEE 802.11 표준에 정의된 채널 로드 측정 방식을 이용해 측정 시간동안 채널이 얼마나 유휴 상태인지를 산출하는 단계와,
    상기 산출된 채널 유휴 비율과 함께 IEEE 802.11에서 하나의 유니캐스트 데이터 프레임을 전송하는데 걸리는 시간(
    Figure 112016016857817-pat00074
    )을 통해 WiFi AP의 가용 대역폭(
    Figure 112016016857817-pat00075
    )을 산출하는 단계와,
    PHY 계층의 최고 속도(
    Figure 112016016857817-pat00076
    )로 연결될 때, 상기 산출된 가용 대역폭을 초과하는 사용자 단말과 WiFi AP의 목록을 제거하여 최적의 사용자 단말 및 대상 WiFi AP를 결정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 펨토셀을 이용한 와이파이 오프로딩 시스템에서 대상 단말기 선택 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 채널 유휴 비율(
    Figure 112016016857817-pat00077
    )은 채널 비지 시간(Channel Busy Time)을 측정 지속 시간(Measurement Duration)으로 나눈 값을 1에서 감산한 값으로 계산되는 것을 특징으로 하는 펨토셀을 이용한 와이파이 오프로딩 시스템에서 대상 단말기 선택 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 (D) 단계는
    SDN 제어기를 통해 주기적으로 수집되는 SDN 스위치의 통계 정보로부터 현재 펨토 기지국을 통해 전송되고 있는 트래픽 대역폭과 평균 데이터 패킷 길이를 산출하는 단계와,
    상기 산출된 트래픽 대역폭 및 평균 데이터 패킷 길이로부터, 사용 중인 PHY 계층에서 지원가능 한 PHY 전송률 중 현재 펨토 기지국을 통해 전송되는 사용자 단말의 트래픽을 WiFi AP를 통해 모두 수용하기 위해 요구되는 최소 PHY 전송률인
    Figure 112016016857817-pat00078
    값을 산출하는 단계와,
    두 장치간의 WiFi 연결을 수립하기 위한 관리 프레임(Management Frame)을 교환하는 과정에서 WiFi AP는
    Figure 112016016857817-pat00079
    의 전송률로 해당 관리 프레임을 전송하도록 하여
    Figure 112016016857817-pat00080
    전송률로 통신이 가능한지를 확인하는 단계와,
    상기 확인 결과,
    Figure 112016016857817-pat00081
    의 전송률로 전송한 관리 프레임을 통해 WiFi 연결이 정상적으로 성립되면, SDN 제어기를 통해 사용자 단말이 현재 펨토 기지국을 통해 전송중인 트래픽을 해당 WiFi AP를 통해 모두 수용할 수 있는 것으로 판단하는 단계와,
    상기 확인 결과,
    Figure 112016016857817-pat00082
    전송률로 관리 프레임이 송/수신 되지 못하여 연결 절차가 정상적으로 수행되지 않는 경우, SDN 제어기를 통해 다른 사용자 단말 혹은 다른 WiFi AP를 오프로딩 대상으로 선택하고
    Figure 112016016857817-pat00083
    을 재계산한 후 WiFi 연결을 시도하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 펨토셀을 이용한 와이파이 오프로딩 시스템에서 대상 단말기 선택 방법.
  6. SDN 제어기, SDN 스위치, WiFi AP, 펨토 기지국으로 사용자 망이 구성되어, 펨토 기지국은 사용자망의 SDN 스위치를 통해 외부망과 연결되고, WiFi AP와 펨토 기지국 역시 SDN의 동작을 SDN 제어기를 통해 제어할 수 있도록 SDN 제어기와 통신을 수행하는 에이전트 프로그램을 탑재하고 있는 와이파이 오프로딩 시스템에서의 대상 단말기 선택 방법에 있어서,
    오프로딩 준비 절차인 스캐닝 과정에서 연결 가능한 사용자 단말과 WiFi AP 쌍의 집합(
    Figure 112016016857817-pat00084
    )을 획득하는 단계와,
    상기 획득된 집합 안에서 현재 사용 중인 PHY 계층의 최고 속도(
    Figure 112016016857817-pat00085
    )로 연결된다고 가정하여도 WiFi AP의 가용 대역폭을 초과하는 사용자 단말과 WiFi AP의 목록을 제거하는 단계와,
    상기 제거 단계를 통해, 획득된 집합에서 가장 높은 트래픽을 가지는 사용자 단말을 오프로딩 대상 사용자 단말(
    Figure 112016016857817-pat00086
    )로 결정하는 단계와,
    상기 획득된 집합 안에 대상 사용자 단말(
    Figure 112016016857817-pat00087
    ) 연결 가능한 WiFi AP가 여러 개 존재할 경우, 스캐닝 과정에서 가장 높은 RSSI를 보고한 WiFi AP를 대상 사용자 단말이 오프로딩할 대상 WiFi AP(
    Figure 112016016857817-pat00088
    )로 결정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 펨토셀을 이용한 와이파이 오프로딩 시스템에서 대상 단말기 선택 방법.
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