KR102079601B1 - 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 방법 및 장치 - Google Patents

가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 링크 수에 따라 랜덤 억세스의 우선 순위를 다르게 줌으로써, 랜덤 억세스 충돌을 줄일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법은, 가상 셀 네트워크 시스템에서 단말에서의 랜덤 억세스 방법에 있어서, 상기 단말과 연결된 링크의 수를 결정하는 과정; 상기 링크의 수를 기반으로 하여 랜덤 억세스를 위한 랜덤 억세스 셋을 선택하는 과정; 상기 랜덤 억세스 셋에서 랜덤 억세스를 위한 슬롯 자원을 선택하는 과정; 및 상기 슬롯 자원을 통해 랜덤 억세스를 수행하는 과정을 포함한다.

Description

가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR RANDOM ACCESS IN VIRTUAL CELL NETWORK SYSTEM}
본 발명은 가상 셀 네트워크 시스템에 관한 것으로, 특히 이동 통신 시스템에서 단말의 랜덤 억세스(Random Access : RA) 방법 및 장치에 관한 것이다.
가상 셀 네트워크 시스템에서 분산 소형 기지국은 중앙관리장치(Central Management Unit: CMU)에 의해 여러 개의 가상 셀에 중복되어 포함될 수 있다. 가상 셀 네트워크 시스템은 하나의 물리적인 공간(예컨대 마크로 기지국(Micro Base Station)에 의해 서비스되는 마크로 셀(Micro Cell)) 내에서 다수의 분산 소형 기지국 (Distribute Small Base Station)이 다수의 사용자 단말들을 공유하는 형태의 시스템이 될 수 있다.
도 1은 가상 셀 네트워크 시스템에서 하나의 단말이 다수의 기지국과 하향 혹은 상향 링크 연결을 가지는 상황을 나타낸다.
기존의 셀룰러 시스템에서는 보통 기지국 간의 거리가 넓고, 단말은 대부분 하나의 기지국과 연결을 가지거나 셀 경계 영역에서 2개의 기지국과의 연결을 가지게 된다. 셀룰러 시스템에서의 랜덤 억세스 경쟁 구도는 단일 기지국의 랜덤 억세스 자원에 대한 다수 단말의 랜덤 억세스 시도로 정의할 수 있다. 그러나 도 1의 가상 셀 네트워크 시스템과 같이 기지국 간의 거리가 상대적으로 작을 경우, 셀 경계에 존재하는 단말은 2개 이상의 기지국과 연결되는 상황이 빈번하게 발생한다. 그리고 가상 셀 네트워크 시스템의 랜덤 억세스 경쟁 구도는 다수의 기지국이 공통으로 보유한 랜덤 억세스 자원에 대한 다수 단말의 랜덤 억세스 시도로 정의를 할 수 있다. 그러므로 가상 셀 네트워크 시스템에서 단말은 다수의 기지국과 상향링크 연결되기 때문에, 기지국이 아닌 단말 관점에서 랜덤 억세스 충돌 문제를 해결할 필요가 있다.
본 발명은 가상 셀 네트워크 시스템에서 기지국이 아닌 단말 관점에서 랜덤 억세스 충돌 문제를 해결하는 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 억세스 방법은, 가상 셀 네트워크 시스템에서 단말에서의 랜덤 억세스 방법에 있어서, 상기 단말과 연결된 링크의 수를 결정하는 과정; 상기 링크의 수를 기반으로 하여 랜덤 억세스를 위한 랜덤 억세스 셋을 선택하는 과정; 상기 랜덤 억세스 셋에서 랜덤 억세스를 위한 슬롯 자원을 선택하는 과정; 및 상기 슬롯 자원을 통해 랜덤 억세스를 수행하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 억세스 장치는, 가상 셀 네트워크 시스템에서 단말에서의 랜덤 억세스 장치에 있어서, 상기 단말과 연결된 링크의 수를 결정하는 링크 수 결정부; 상기 링크의 수를 기반으로 하여 랜덤 억세스를 위한 랜덤 억세스 셋을 선택하는 랜덤 억세스 셋 선택부; 상기 랜덤 억세스 셋에서 랜덤 억세스를 위한 슬롯 자원을 선택하는 랜덤 억세스 슬롯 자원 선택부; 및 상기 슬롯 자원을 통해 랜덤 억세스를 수행하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 억세스 방법은, 가상 셀 네트워크 시스템에서 중앙관리장치에서의 랜덤 억세스 방법에 있어서, 기지국으로부터 단말의 링크 정보를 수집하는 과정; 상기 단말로부터 랜덤 억세스 채널을 통해 패킷을 성공적으로 수신하였는가를 판단하는 과정; 성공적으로 수신한 경우, 랜덤 억세스 응답 메시지 전송 방식을 결정하는 과정; 및 상기 결정된 방식에 따라 적어도 하나의 기지국으로 랜덤 억세스 응답 메시지를 전송하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 억세스 장치는, 본 가상 셀 네트워크 시스템에서 중앙관리장치에서의 랜덤 억세스 장치에 있어서, 기지국으로부터 단말의 링크 정보를 수집하고, 상기 단말로부터 랜덤 억세스 채널을 통해 패킷을 성공적으로 수신하였는가를 판단하고, 성공적으로 수신한 경우, 랜덤 억세스 응답 메시지 전송 방식을 결정하는 제어부; 및 상기 결정된 방식에 따라 적어도 하나의 기지국으로 랜덤 억세스 응답 메시지를 전송하는 전송부를 포함한다.
본 발명은 링크 수에 따라 우선 순위를 다르게 줌으로써, 랜덤 억세스 충돌을 줄일 수 있다.
본 발명은 링크 수가 많은 단말이 야기하는 다수의 기지국에서의 RA 충돌 확률을 줄일 수 있다.
도 1은 가상 셀 네트워크 시스템에서 하나의 단말이 다수의 기지국과 하향 혹은 상향 링크 연결을 가지는 상황을 나타낸 도면;
도 2는 단말이 상향링크에 접속하기 위한 효율적인 랜덤억세스 방법을 도시한 흐름도;
도 3은 둘 이상의 단말이 랜덤 억세스를 시도할 때 단말 클래스 구분을 통한 충돌 방지 방법을 도시한 랜덤 억세스 채널 구조도;
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시 예에 따른 링크 수의 정의를 나타낸 도면;
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따라 링크 수를 기반으로 한 랜덤 억세스를 수행하는 방식을 도시한 도면;
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 링크 수를 기반으로 한 랜덤 억세스 방식을 도시한 도면;
도 7은 fairness 고려한 utility function의 경향을 나타낸 도면;
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 링크 수를 기반으로 한 단말의 랜덤 억세스 방법을 도시한 흐름도;
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시 예에 따른 개별 기지국 방식의 랜덤 억세스 응답 방식을 도시한 도면;
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시 예에 따른 대표 기지국 방식의 랜덤 억세스 응답 방식을 도시한 도면;
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 랜덤 억세스 응답 메시지 수신 방법을 도시한 시나리오;
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 중앙관리장치에서의 랜덤 억세스 응답 방법을 도시한 흐름도;
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 단말 구조도;
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 중앙관리장치 구조도; 및
도 15는 가상 셀 네트워크 시스템에서 기존 방안과 본 발명의 실시 예에 따른 방안의 랜덤 억세스 충돌 확률을 비교한 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이때 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 랜덤 액세스 프로시져가 적용되는 통신 시스템에 별다른 가감 없이 적용 가능하다. 또한, 본 발명은 업링크 서비스를 지원하는 시스템에 적용 가능하다.
본 발명에서는 분산 소형 기지국(Base station: BS)을 기본 단위로 하여 여러 개의 분산 소형 기지국을 묶어 가상 셀(cluster)로 동작하는 네트워크 환경을 고려한다.
도 2는 단말이 상향링크에 접속하기 위한 효율적인 랜덤억세스 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 소정의 단말기(200)는 기지국(250)으로 접속을 시도하기 위하여 접속 요청 메세지(또는, 대역폭 할당 요구 메시지)를 경쟁 기반(contention-based) 채널을 통해 전송(211)한다. 그러나, 상술한 바와 같이 랜덤 엑세스 방식에서는 동시에 다른 단말기들이 같은 요청 메세지를 송신할 수가 있으며, 이때, 상기 다수의 단말기 들이 전송한 메시지들은 충돌이 발생할 수 있다.
상기와 같이 다수의 단말기들로부터 전송된 다수의 메시지들로 인해 충돌이 발생(215)할 경우, 상기 단말기(200)는 송신이 실패한 것을 알고 임의의 대기 시간(Backoff time)을 기다린 후 다시 동일한 요청 메세지를 재전송(213)한다.
그러나, 상기와 동일한 이유에 의하여 다시 충돌이 발생할 수가 있으며, 이에 따라 전송이 실패되고 상기 단말기는 다시 임의의 대기 시간(Backoff time)을 기다린 후 세 번째 재전송(215)을 통해 기지국으로 요청 메세지(예컨대, 대역폭 할당 요구 메시지)를 전송할 수 있다.
상기와 같이 임의 접속 구간은 항상 어느 단말기들이나 접속을 시도할 수 있기 때문에 서비스 중인 단말기들의 수가 증가할수록 상기와 같은 충돌이 빈번하게 발생하고, 이에 따른 접속 지연 및 서비스 품질 저하가 발생된다.
한편, 상기 도 2에서는 2번의 재전송을 통해 기지국으로 전송된 요청 메세지 송신은 성공하였으나, 현재 기지국 시스템 및 무선 채널 구간에서의 리소스가 부족하여 상기 기지국이 현재 단말로부터 수신한 서비스 요청에 따라 대역폭을 할당할 수 없게 되는 상태가 발생할 수 있다(217). 이러한 경우, 상기 기지국은 상기 단말기에 서비스 제공을 거절하는 메시지를 전송한다(219). 즉, 상기와 같이 재전송을 통해서 어렵게 접속이 성공된 단말기라 할지라도 상기 기지국의 채널 리소스 상황에 따라 상기 접속에 대한 요청이 거절될 수 있다.
따라서, 상기 접속 요청 거절 메시지(예컨대, 대역폭 요청 거절 메시지)를 수신한 상기 단말기는 다시 상술한 최초의 접속 시도와 마찬가지로 임의 접속 채널을 통한 메시지 전송 절차를 반복한다. 상기와 같이 서비스의 종류나 우선 순위와 관계없이 랜덤 억세스를 시도하는 단말기는 상기 요청 메세지의 송신이 성공한다고 하더라도 현재 리소스 부족으로 서비스 제공을 거절당할 경우 다시 맨 처음부터 동일한 접속 시도 절차를 다시 시작해야 한다.
기존 시스템에서와 같이 제공되는 서비스의 종류가 다양하고, 단말기로부터 기지국으로 전송되는 요청 메세지의 우선 순위에 차이가 나타나게 되므로, 상기와 같은 다양한 서비스와 환경을 만족시키기 위해서는 상술한 단말기의 기지국 접속에 있어서도 상기 우선 순위 등에 따른 보다 유연한 접속 방법이 필요하게 된다.
또한 무선 채널의 트래픽이 많은 경우, 단말은 상향링크 랜덤 억세스를 거절당할 수 있는 상황에서 데이터의 종류와 우선 순위에 따라 단말의 데이터를 처리함으로써 QoS를 보장한다. 구체적으로 처리해야 할 데이터 우선 순위가 높은 경우, dedicated PN(Pseudo Noise) code를 활용함으로써 비경쟁 접속으로 상향링크 랜덤 억세스를 수행한다.
도 3은 둘 이상의 단말이 랜덤 억세스를 시도할 때 단말 클래스 구분을 통한 충돌 방지 방법을 도시한 랜덤 억세스 채널 구조도이다.
도 3은 주어진 랜덤 억세스 채널에 존재하는 다수 개의 랜덤 억세스 슬롯을 이등분하여 각각 서로 다른 최소 랜덤 억세스 우선순위(minimum access class)를 적용한 것이다. 다시 말해, 6 개의 랜덤 억세스 슬롯 중 3개는 PMAC(Primary Minimum Access Class)으로 할당하고 나머지 3개의 랜덤 억세스 슬롯은 SMAC(Secondary Minimum Access Class)으로 할당한다. 왼쪽 3개의 랜덤 억세스 슬롯에서는 PMAC이 2 이상인 단말들만이 랜덤 억세스를 수행할 수 있고, 오른쪽 3개의 랜덤 억세스 슬롯에서는 SMAC이 4 이상인 단말들만 랜덤 억세스를 수행할 수 있다. 따라서, 높은 우선순위를 갖는 단말과 낮은 우선순위를 갖는 단말들이 랜덤 억세스를 수행할 수 있는 랜덤 억세스 슬롯을 서로 다르게 할당하여 높은 우선순위의 단말이 낮은 우선순위를 갖는 단말과 랜덤 억세스 경쟁을 수행하는 상황을 방지하고 시스템 내에 존재하는 높은 우선순위 단말의 수와 낮은 우선순위 단말의 수 등에 따라서 랜덤 억세스 슬롯의 적응적으로 나누어 서 전체적인 경쟁 성공 확률을 조절할 수 있다.
이 경우, 단말 간에 딜레이 기반 서비스 타입과 우선 순위를 클래스로 부여하여 랜덤 억세스 시도 시 충돌을 최소화한다. 각 클래스 별로 랜덤 억세스 가능한 자원 슬롯을 구분하여 높은 클래스의 단말이 랜덤 억세스를 시도할 경우, 충돌을 줄이도록 한다.
그러나, 가상 셀 네트워크 시스템과 같이, 소형 기지국들이 많이 분포된 환경에서 많은 상향 기지국 링크를 가지고 있는 단말은 랜덤 억세스를 통해 단말들의 접속을 방해할 가능성이 높은데 종래에는 도 2 및 도 3과 같이, 이런 점들이 고려되지 않았다. 즉, 경쟁 구도가 하나의 기지국에 다수의 단말이 접속하는 상황에서만 고려가 되었을 뿐, 다수의 기지국에 대한 다수의 단말이 접속하는 상황에 대해서는 고려되지 않았다.
다시 정리하면, 기존 시스템에서는 채널 기반, 혹은 데이터 우선 순위에 기반한 기지국 중심의 랜덤 억세스를 수행한다. 그러나, 랜덤 억세스를 기지국 선택 문제로 생각하게 되면, 링크가 많은 단말은 주변 기지국들에 속한 단말들에게 충돌을 미칠 확률이 커지게 때문에 새로운 랜덤 억세스 문제가 발생하게 된다. 그러므로 본 발명에서는 이를 적절히 제어할 수 있는 방안이 필요하다. 즉, 본 발명에서는 링크 수 기반의 랜덤 억세스 설계를 통해 제안 시스템 도입 시, 새롭게 발생할 수 있는 랜덤 억세스 충돌 문제를 해결하고자 한다.
본 발명은 다수의 소형기지국이 존재하는 환경에서 단말은 다수의 기지국과 연결된 링크 수를 기반으로 상향링크 랜덤 억세스 방안을 제안한다. 본 발명의 실시 예에 따른 동작은 다음 3단계로 구성된다.
1) 첫 번째 단계에서 단말은 주변 기지국으로부터 링크 연결 수 및 가용할 수 있는 랜덤 억세스 자원을 확인한다.
2) 두 번째 단계에서 단말은 개별적으로 자신의 링크 연결 수를 기반으로 back-off timing을 조절하든지 랜덤 억세스 자원 영역을 선택하여 경쟁 기반 랜덤 억세스를 수행한다.
3) 세 번째 단계에서 랜덤 억세스 요청을 받은 기지국은 단말에게 랜덤 억세스 응답을 전달함으로써 단말은 자신의 랜덤 억세스 성공 여부를 판단한다.
이하에서, 본 발명의 실시 예에 따른 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 방법을 본 발명의 동작 3단계를 이용하여 설명하기로 한다.
1) 단말의 링크 수 확인 방법
본 발명에서 설명하는 링크 수는 도 4a 내지 도 4d에 나타낸 바와 같이 4 가지로 정리할 수 있다.
첫 번째, 도 4a에서의 단말과 연결된 링크 수는 단말의 sounding과 같은 uplink reference signal을 통해 기지국으로 전송할 때, 일정 임계 값 이상을 수신하는 기지국들의 수로 정의할 수 있다. 즉, 단말의 프리앰블 전송 범위에 걸치는 기지국들의 수로 정의할 수 있다.
두 번째, 도 4b에서의 단말과 연결된 링크 수는 단말이 ranging 과정을 수행하는 기지국 수로 정의할 수 있다. 이 때, ranging 과정을 수행하는 기지국은 그 단말과의 동기화가 이루어진 기지국이라 할 수 있다.
세 번째, 도 4c에서의 단말과 연결된 링크 수는 개별 기지국들이 BS specific reference signal을 전송하는 상황에서 단말이 일정 임계 값 이상의 신호를 수신할 수 있는 기지국들의 수로 정의할 수 있다.
네 번째, 도 4d에 도시한 바와 같이, 단말이 스캐닝(scanning) 과정 동안 이웃 기지국들의 인접 광고(neighbor advertisement) 메시지를 통해 단말의 액티브 셋(active set)에 존재하는 기지국들의 수로 정의할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 4 가지의 링크 수를 정의하고 있지만, 그 이외 비슷한 목적을 가지고 기지국 혹은 단말의 측정된 값으로 링크 수를 정의하는 모든 것들이 본 발명에서 사용되는 링크 수로 활용할 수 있음은 물론이다.
2) 단말의 링크 수 기반 랜덤 억세스 전송
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따라 링크 수를 기반으로 한 랜덤 억세스를 수행하는 방식을 도시한 도면이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 가상 셀 네트워크 시스템에서 단말의 경쟁 기반 랜덤 억세스 방식은 단말의 채널 혹은 로드 기반의 방식이 아닌 링크 수 기반의 랜덤 억세스 방식이다. 그리고 모든 기지국들은 동일한 랜덤 억세스 자원을 가지고 있는 상황을 고려한다. 그러므로 다수의 기지국과 링크를 가지는 단말은 하나의 랜덤 억세스 자원을 통해 다수의 기지국에게 랜덤 억세스 수행이 가능하다. 이 때, 링크 수가 많은 단말일수록 다른 단말들에게 랜덤 억세스 충돌 영향을 끼칠 가능성이 높기 때문에 이에 따라 우선 순위를 정하여 단말의 back-off timer를 설계하는 방식 혹은 랜덤 억세스 자원 영역을 선택하여 랜덤 억세스를 수행한다. Back-off timer를 설정하는 기준은 링크 수가 많을 수록 back-off time을 길게 하거나 링크 수가 적을수록 back-off time을 길게 하는 방법이 존재한다. 혹은 그 반대의 방법이 적용될 수도 있다. 더 나아가 단말의 이동성에 의해 채널/링크 변화를 고려한 back-off time 설계도 포함한다. 이렇게 하는 이유는 back-off time을 설정할 때의 채널/링크 상황과 실제 랜덤 억세스를 수행할 때 혹은 uplink data를 전송할 때의 채널/링크 상황이 다를 수도 있기 때문에 이를 보정할 수 있는 정보가 필요하다.
정리하면, 링크 수 기반의 랜덤 억세스 방식은 크게 back-off time 설계를 통한 접속 방식과 랜덤 억세스 자원 영역을 선택하여 접속하는 방식으로 나눠진다. 먼저, 첫 번째 방식인 back-off time 설계는 다시 두 가지 metric에 의해 설계가 가능하다.
도 5a는 한 시점에서 얻은 링크 수 정보를 바탕으로 랜덤 억세스를 수행하기 위한 방법을 나타낸다.
Figure 112013073948638-pat00001
<수학식 1>을 참조하면, back-off time은 △-R k 를 기반으로 결정될 수 있다. 가능한 실시 예로써, back-off time은 △/R k 를 기반으로 결정될 수 있다. 이 때, △는 링크 임계 값을 의미하며, R k 는 단말 k의 링크 수를 의미한다. <수학식 1>은 한 시점에서 얻은 링크 정보를 바탕으로 랜덤 억세스를 수행한다.
도 5b는 일정 시간 동안 얻은 링크 정보를 바탕으로 랜덤 억세스를 수행하기 위한 방법을 도시도록 나타낸 것이다.
Figure 112013073948638-pat00002
<수학식 2>를 참조하면, back-off time은
Figure 112013073948638-pat00003
를 기반으로 결정될 수 있다. 가능한 실시 예로써, back-off time은 (
Figure 112013073948638-pat00004
) + (
Figure 112013073948638-pat00005
)를 기반으로 결정될 수 있다. 이 때,
Figure 112013073948638-pat00006
는 t 시점의 단말 k의 링크 수를 의미한다. 본 발명에서는 두 시점만을 기재하였지만, N(N>2) 시점에서도 같은 방식으로 적용 가능하다. 여기서, N은 시점의 수를 나타낸다. 즉, <수학식 2>는 시점의 수(N)이 2일 때를 의미한다. 다시 말하면, 한 사용자가 back-off time을 설계하기 위해서 몇 개 시점에서 링크를 측정할 지를 판단하게 된다. <수학식 1>은 한 시점에서 판단한 링크 수를 기반으로 back-off time을 결정한 경우를 나타내며, <수학식 2>는 서로 다른 두 시점에서 판단한 링크 수를 기반으로 back-off time을 결정한 경우를 나타낸다. 임의의 N에 대해서 back-off time은 하기 <수학식 3> 또는 <수학식 4>와 같이 결정할 수 있다.
Figure 112013073948638-pat00007
Figure 112013073948638-pat00008
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 링크 수를 기반으로 한 랜덤 억세스 방식을 도시한 도면이다.
랜덤 억세스 자원 영역을 선택하여 접속하는 방식은 back-off time에서 사용된 두 방식과 비슷하며, 얻은 결과가 시간의 값(t)이 아닌 자원 영역을 의미한다. 그래서 앞서 결정된 링크 수를 기반으로 단말은 랜덤 억세스 slot set을 선택함으로써 같은 링크 수를 가진 단말들끼리의 경쟁을 유도하도록 한다. 여기서 랜덤 억세스 slot set은 다수의 랜덤 억세스 slot들로 구성할 수 있으며, 이를 통해 같은 slot set을 선택한 두 단말이더라도 충돌 방지 효과를 높이게 할 수 있다. 여기서, 랜덤 억세스 slot set는 단말과 기지국간 미리 정의된 셋일 수 있다.
도 6a은 랜덤 억세스 slot set 별로 5개의 slot이 존재하는 경우를 보여준다. 이 때, 각 set 별로 사용자의 분포를 long-term 관점에서 추정함으로써 한 set에 속한 사용자가 다른 set에 속한 사용자보다 많을 경우, 해당 set에 포함된 slot을 확장할 수 있다.
도 6b는 각 랜덤 억세스 set 별로 다른 slot 수를 가지게 조절 가능한 경우를 도시한다.
도 6b에 나타낸 바와 같이, 각 set 별로 사용자의 비율에 따라 slot 수를 적응적으로 조절할 수 있다. 이를 위해 중앙관리장치는 링크 수에 따른 사용자 비율을 측정한다. 그 측정 방법의 일 예는 다음과 같다.
링크의 정의에서 첫 번째와 두 번째의 경우, 중앙관리장치는 직접 기지국으로부터 단말의 정보를 수집하고, 단말 당 링크 수 계산 및 링크 수에 따른 사용자 비율 추정할 수 있다.
중앙관리장치는 일정 time window(superframe 단위)동안 추정된 사용자 비율을 사용 가능하다. 중앙관리장치는 추정된 사용자 비율에 따라 back-off slot set 비율을 조정할 수 있다. 최대 3개의 링크가 형성될 수 있는 상황에서 링크 수에 따른 사용자 비율이 각각 20%/20%/60%일 경우, 중앙관리장치는 각 랜덤 억세스 set 별로 slot 수를 도 6b와 같이 구성한다.
중앙관리장치는 Back-off slot set 구성 비율 정보를 랜덤 억세스 자원 위치 정보와 같이 단말에게 브로드캐스팅한다.
한편, 같은 단말이 연속적으로 랜덤 억세스를 시도해 fairness를 해치는 경우를 방지하기 위해 본 발명에서는 fairness 고려한 단말의 랜덤 억세스 방법도 제공한다. 관련 utility function은 하기 <수학식 3>과 같이 설계한다.
<수학식 3>
Figure 112013073948638-pat00009
여기서 c는 비례상수이며, number of continuous attempt는 일정 시간 동안 단말의 랜덤 억세스를 수행한 횟수를 의미한다. <수학식 3>에서 α는 랜덤 억세스 시도 횟수를 얼마나 더 반영할지를 결정한다. α가 크면, 랜덤 억세스 시도 횟수를 더 반영하겠다는 의미가 된다.
도 7은 fairness 고려한 utility function의 경향을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 많은 링크를 가지고 있고 지난 일정 시간 동안 적은 랜덤 억세스를 시도한 단말일수록 작은 back-off time을 가짐으로써 랜덤 억세스의 높은 우선 순위를 가지게 된다. 반대로 적은 링크를 가지고 있고 지난 일정 시간 동안 많은 랜덤 억세스를 시도한 단말일수록 큰 back-off time을 가짐으로써 랜덤 억세스의 낮은 우선 순위를 가지게 한다. 이와 같은 방식을 통해 단말들은 공평하게 접속 기회를 가지게 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 링크 수를 기반으로 한 단말의 랜덤 억세스 방법을 도시한 흐름도이다.
단말은 801 단계에서 랜덤 억세스 채널 정보를 수신한다. 단말은 803 단계에서 수신한 랜덤 억세스 채널 정보를 기반으로, 기지국과 연결된 링크 수를 확인한다. 링크 수를 확인한 단말은 805 단계에서 랜덤 억세스 채널을 통해 전송할 패킷이 존재하는가를 판단한다. 존재하지 않을 경우, 단말은 801 단계로 귀환한다. 그러나, 만약 존재할 경우, 단말은 807 단계에서 복수의 slot set들 중에서 자신의 링크 수 정보를 기반으로 랜덤 억세스를 수행할 slot set을 선택하고, 선택한 slot set 내에서 랜덤 억세스를 수행할 slot 을 결정한다. 이때, slot set을 선택하는 과정은 생략될 수도 있다.
LTE(Long Term Evolution) 표준에서는 충돌을 줄이기 위해 비경쟁 기반/경쟁 기반의 랜덤 억세스 방식을 사용하고, 그 중 경쟁 기반 방식에서도 프리앰블 셋을 두 개로 나눠서 운영하는데 본 발명에서도 이와 같은 운영 방법이 적용 가능하다.
단말은 809 단계에서 결정된 slot 자원을 통해 랜덤 억세스 전송을 수행한다. 이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 링크 수가 많은 단말이 야기하는 다수의 기지국에서의 랜덤 억세스 충돌 확률을 줄일 수 있다.
3) 단말의 랜덤 억세스 응답 수신
단말의 랜덤 억세스 응답 수신을 설명하기에 앞서, 랜덤 억세스 성공을 본 발명의 다른 실시 예에서 다음과 같이 새롭게 정의하도록 한다.
단말은 자신과 연결된 링크(L개)로 랜덤 억세스 수행 시, 최소 s(s=[L/d]) 이상 기지국에서 응답을 받아야 성공으로 정의한다. 예를 들면, d가 L일 경우 s는 1개이며, d 값은 L보다 작은 값으로 설정된다. 그리고 일정 비율 이상의 링크 연결을 보장함으로써 단말은 다수의 기지국과 uplink timing 획득이 가능하며, 이를 uplink cooperation 시 활용할 수 있다. d값은 단말이 uplink로 전송할 서비스의 종류(혹은 QoS level)에 따라 결정된다.
만약, 단말 1과 단말 2과 3개의 링크를 보유할 경우, 단말 1 또는 단말 2의 s 값이 1일 경우, 랜덤 억세스 성공으로 판단한다. 그러나 단말 1 또는 단말 2의 s 값이 2 이상일 경우, 랜덤 억세스 실패로 판단한다.
다수의 기지국이 하나의 단말로부터 랜덤 억세스를 수신할 때, 중앙관리장치에 의해 두 가지 방식으로 랜덤 억세스 응답을 단말에게 전송할 수 있다.
첫 번째 방식은 도 9a와 같이, 랜덤 억세스를 성공적으로 수신한 기지국들은 도 9b와 같이, 중앙관리장치(910)에 의해서 서로 다른 타이밍 혹은 자원 영역을 이용하여 개별적으로 단말에게 랜덤 억세스 응답 메시지를 전송하는 방식이다. 첫 번째 방식은 도 9a 및 도 9b에 도시하였다. 실시 가능한 예로써, 중앙관리장치(910) 없이, 기지국들간 통신을 통해 개별적으로 단말에게 랜덤 억세스 응답 메시지를 전송할 수 있다.
다음, 두 번째 방식은 도 10a와 같이, 랜덤 억세스를 성공적으로 수신한 기지국들 중에 하나의 대표 기지국이 도 10b와 같이, 다른 기지국이 보낼 정보들도 취합하여 랜덤 억세스 응답을 수행하는 방식이다. 여기서, 서빙(serving) 단말이 적은(즉, traffic이 적은) 기지국에서 랜덤 억세스 응답을 수행하거나 해당 단말과의 채널 상태가 가장 좋은 기지국이 대표 기지국이 되어 응답을 수행할 수 있다. 대표 기지국이 아닌 다른 기지국에 대한 정보는 중앙관리장치(1010)으로부터 수신할 수 있고, 기지국들간 통신에 의해서 수신할 수 있다. 두 번째 방식은 도 10a 및 도 10b에 도시하였다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 랜덤 억세스 응답 메시지 수신 방법을 도시한 시나리오이다.
이하에서 기술될 중앙관리장치의 동작은 BS1과 BS2에서도 진행될 수 있는 동작임을 유의해야 한다.
단말이 둘 이상의 기지국에게 랜덤 억세스를 요청(1101 단계, 1103 단계)한 이후에 각 기지국은 1105 단계에서 해당 단말에 대한 랜덤 억세스의 수신 여부를 파악하고, 1107 단계, 1109 단계에서 이를 중앙관리장치로 보고한다. 그리고 중앙관리장치는 1111 단계에서 해당 단말의 랜덤 억세스의 성공 조건을 파악하고(즉, 앞서 정의한 파라미터 s를 판단함) 및 1113 단계에서 어떤 기지국이 랜덤 억세스에 대한 응답을 수행할 지를 결정한다. 어떤 기지국이 랜덤 억세스에 대한 응답을 수행하는지에 대해 도 9a 및 도 9b, 도 10a 및 도 10b를 참조하여 설명한 바 있다.
이후, 중앙관리장치는 랜덤 억세스 응답 메시지를 1113 단계에서 결정된 방법에 따른 적어도 하나의 기지국에게 전달한다. 만약, 중앙관리장치 없이 기지국들끼리 직접 연결된 상황에서는 BS 1 혹은 BS 2가 중앙관리장치의 역할을 맡게 되어 판단 및 인접 기지국에 대한 지시를 수행할 수 있다.
만약, 개별 기지국 방식의 랜덤 억세스 응답 방식을 선택할 경우(참조번호 : 1100), 중앙관리장치는 1115 단계, 1117 단계에서 BS 1 및 BS 2 각각에게 랜덤 억세스 응답 지시 메시지를 전송한다. 이후, BS 1 및 BS 2는 1119 단계, 1121 단계에서 단말로 랜덤 억세스 응답 절차를 수행한다.
한편, 대표 기지국 방식의 랜덤 억세스 응답 방식을 선택할 경우(참조번호 : 1120), 중앙관리 장치는 예컨대 BS1을 대표 기지국으로 결정하고, 1123 단계에서 BS1으로 랜덤 억세스 응답 지시 메시지를 전송한다. 이후, BS1은 1125 단계에서 단말로 랜덤 억세스 응답 절차를 수행한다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 중앙관리장치에서의 랜덤 억세스 응답 방법을 도시한 흐름도이다.
중앙관리장치는 1201 단계에서 단말의 링크 정보를 수집하고, 1203 단계에서 수집한 단말의 링크 정보를 근거로 하여 채널 정보를 구성하고, 단말로 브로드캐스팅한다.
중앙관리장치는 1205 단계에서 랜덤 억세스 채널을 통해 패킷이 성공적으로 수신하였는가를 판단한다. 만약, 성공적으로 수신하지 못한 경우, 중앙관리장치는 1207 단계에서 단말의 랜덤 억세스에 대한 응답 실패 메시지를 기지국을 통해 단말로 전송한다.
그러나 만약, 성공적으로 수신한 경우, 중앙관리장치는 1209 단계에서 랜덤 억세스 응답 방법을 결정한다. 어떤 기지국이 랜덤 억세스에 대한 응답을 수행하는지에 대해 도 9a 및 도 9b, 도 10a 및 도 10b를 참조하여 설명한 바 있다. 또한 1209 단계에서 랜덤 억세스 응답 방법을 결정하는 것은 도 11의 1113 단계에서 랜덤 억세스 응답 방법을 결정하는 것과 동일한 것이다.
중앙관리장치는 랜덤 억세스 응답 방법이 결정되면, 1211 단계 결정된 방법에 따라서 단말의 랜덤 억세스에 대한 응답 성공 메시지를 기지국을 통해 단말로 전송한다. 이와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 링크 수가 많은 단말이 야기하는 다수의 기지국에서의 랜덤 억세스 충돌 확률을 줄일 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 단말 구조도이다.
도 13을 참조하면, 단말은 송신부(1300), 수신부(1310), 제어부(1320)를 포함한다.
상기 송신부(1300), 수신부(1310)는 통신 시스템에서 본 발명의 실시 예에 따라 기지국과 데이터를 송수신하기 위한 송신 모듈과 수신 모듈을 각각 포함한다.
상기 제어부(1120)는 본 발명의 실시 예에 따라 기지국과 연결된 링크 수를 확인하고, 링크 수를 기반으로 하여 랜덤 억세스를 수행할 set을 선택하고, 선택한 set에서 slot을 선택하고, 선택한 slot 자원을 통해 랜덤 억세스를 수행한다.
실시 가능한 예로써, 도면에 도시하지 않은 링크 수 결정부는 상기 단말과 연결된 링크의 수를 결정하고, 도면에 도시하지 않은 랜덤 억세스 셋 선택부는 상기 링크의 수를 기반으로 하여 랜덤 억세스를 위한 랜덤 억세스 셋을 선택한다.
도면에 도시하지 않은 랜덤 억세스 슬롯 자원 선택부는 상기 랜덤 억세스 셋에서 랜덤 억세스를 위한 슬롯 자원을 선택하고, 상기 제어부(1120)는 상기 슬롯 자원을 통해 랜덤 억세스를 수행한다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 중앙관리장치 구조도이다.
도 14를 참조하면, 중앙관리장치는 송신부(1400), 수신부(14210), 제어부(1420)를 포함한다. 도면에 도시하지 않았지만, 중앙관리장치의 구조도는 기지국에도 적용 가능함은 물론이다.
상기 송신부(1400), 수신부(1410)는 본 발명의 실시 예에 따라 기지국을 통해 단말과 송수신하기 위한 송신 모듈과 수신 모듈을 각각 포함한다.
상기 제어부(1420)는 단말의 링크 정보를 수집하고, 랜덤 억세스 채널을 통해 패킷을 성공적으로 수신한 경우, 응답 메시지 전송 방식을 결정하고, 결정된 방식에 따라서 랜덤 억세스 응답 메시지를 기지국을 통해 단말로 전송한다. 상기 제어부(1420)는 어떤 기지국이 랜덤 억세스에 대한 응답을 수행할 지를 결정한다. 어떤 기지국이 랜덤 억세스에 대한 응답을 수행하는지에 대해 도 9a 및 도 9b, 도 10a 및 도 10b를 참조하여 설명한 바 있다.
도 15는 가상 셀 네트워크 시스템에서 기존 방안과 본 발명의 실시 예에 따른 방안의 랜덤 억세스 충돌 확률을 비교한 그래프이다.
참조번호 1500은 링크 수에 따른 RA 자원 블록(resource block)을 구분없이 사용한 경우를 나타내고, 참조번호 1510은 링크 수에 따른 자원 블록을 구분하여 사용한 경우를 나타낸다. 예컨대, 링크 수가 5개인 경우, RA0~RA3를 사용하고, 링크 수가 1개인 경우, RA17~RA20를 사용함을 가정한다.
본 발명은 도 15를 통해 기존 대비 약 5% ~ 10% 충돌 확률이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 방법과 장치는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (22)

  1. 가상 셀 네트워크 시스템에서 단말에서의 랜덤 억세스 방법에 있어서,
    상기 단말과 연결된 링크의 수를 결정하는 과정;
    상기 링크의 수를 기반으로 하여 랜덤 억세스를 위한 랜덤 억세스 셋을 선택하는 과정;
    상기 랜덤 억세스 셋에서 랜덤 억세스를 위한 슬롯 자원을 선택하는 과정; 및
    상기 슬롯 자원을 통해 랜덤 억세스를 수행하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 링크 수는,
    상기 단말의 프리앰블 전송 범위에 걸치는 기지국 수;
    상기 단말이 동기화를 위한 레인징(ranging) 과정을 수행하는 기지국 수;
    다운 링크 채널 추정 결과가 일정 임계값 보다 높은 기지국 수; 및
    상기 단말의 엑티브 셋 내 인접 기지국들의 스캐닝을 위한 인접 광고(neighbor advertisement) 메시지에 존재하는 기지국 수 중 하나로 정의됨을 특징으로 하는 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    일정 시간 동안 단말이 수행했었던 랜덤 억세스 횟수와 상기 링크의 수를 기반으로 하여 랜덤 억세스를 위한 랜덤 억세스 셋을 선택하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가상 셀 네트워크 시스템은 소형 기지국을 관리하는 통신 시스템이고, 상기 소형 기지국들은 동일한 랜덤 억세스 자원을 가짐을 특징으로 하는 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 링크 수에 기반하여 백오프 타임(back-off time)을 다르게 설정하여 랜덤 억세스를 수행하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 백오프 타임은 한 시점에서 측정된 링크 수 및 여러 시점에서 측정된 링크의 수들의 합 중 하나를 이용함을 특징으로 하는 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 방법.
  7. 가상 셀 네트워크 시스템에서 단말에서의 랜덤 억세스 장치에 있어서,
    상기 단말과 연결된 링크의 수를 결정하는 링크 수 결정부;
    상기 링크의 수를 기반으로 하여 랜덤 억세스를 위한 랜덤 억세스 셋을 선택하는 랜덤 억세스 셋 선택부;
    상기 랜덤 억세스 셋에서 랜덤 억세스를 위한 슬롯 자원을 선택하는 랜덤 억세스 슬롯 자원 선택부; 및
    상기 슬롯 자원을 통해 랜덤 억세스를 수행하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 링크 수는,
    상기 단말의 프리앰블 전송 범위에 걸치는 기지국 수;
    상기 단말이 동기화를 위한 레인징(ranging) 과정을 수행하는 기지국 수;
    다운 링크 채널 추정 결과가 일정 임계값 보다 높은 기지국 수; 및
    상기 단말의 엑티브 셋 내 인접 기지국들의 스캐닝을 위한 인접 광고(neighbor advertisement) 메시지에 존재하는 기지국 수 중 하나로 정의됨을 특징으로 하는 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 랜덤 억세스 셋 선택부는 일정 시간 동안 단말이 수행했었던 랜덤 억세스 횟수와 상기 링크의 수를 기반으로 하여 랜덤 억세스를 위한 랜덤 억세스 셋을 선택함을 특징으로 하는 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 가상 셀 네트워크 시스템은 소형 기지국을 관리하는 통신 시스템이고, 상기 소형 기지국들은 동일한 랜덤 억세스 자원을 가짐을 특징으로 하는 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 링크 수에 기반하여 백오프 타임(back-off time)을 다르게 설정하여 랜덤 억세스를 수행함을 특징으로 하는 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 백오프 타임은 한 시점에서 측정된 링크의 수 및 여러 시점에서 측정된 링크의 수들의 합 중 하나를 이용함을 특징으로 하는 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 장치.
  13. 가상 셀 네트워크 시스템에서 중앙관리장치에서의 랜덤 억세스 방법에 있어서,
    기지국으로부터 단말의 링크 정보를 수집하는 과정;
    상기 단말로부터 랜덤 억세스 채널을 통해 패킷을 성공적으로 수신하였는가를 판단하는 과정;
    성공적으로 수신한 경우, 랜덤 억세스 응답 메시지 전송 방식을 결정하는 과정; 및
    상기 결정된 방식에 따라 적어도 하나의 기지국으로 랜덤 억세스 응답 메시지를 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 랜덤 억세스 응답 메시지 전송 방식은 상기 중앙관리장치가 각 기지국들로부터 수신한 단말의 랜덤 억세스 수신 정보들을 취합한 후 각 기지국들에게 개별 자원을 할당하여 랜덤 억세스 응답을 수행하는 방식을 포함함을 특징으로 하는 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 랜덤 억세스 응답 메시지 전송 방식은 상기 중앙관리장치가 하나의 대표 기지국을 선정하고, 선정된 대표 기지국에게 자원을 할당하여 랜덤 억세스 응답을 수행하는 방식을 포함함을 특징으로 하는 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 방법.
  16. 삭제
  17. 제13항에 있어서,
    상기 가상 셀 네트워크 시스템은 소형 기지국을 관리하는 통신 시스템이고, 상기 소형 기지국들은 동일한 랜덤 억세스 자원을 가짐을 특징으로 하는 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 방법.
  18. 가상 셀 네트워크 시스템에서 중앙관리장치에서의 랜덤 억세스 장치에 있어서,
    기지국으로부터 단말의 링크 정보를 수집하고, 상기 단말로부터 랜덤 억세스 채널을 통해 패킷을 성공적으로 수신하였는가를 판단하고, 성공적으로 수신한 경우, 랜덤 억세스 응답 메시지 전송 방식을 결정하는 제어부; 및
    상기 결정된 방식에 따라 적어도 하나의 기지국으로 랜덤 억세스 응답 메시지를 전송하는 전송부를 포함함을 특징으로 하는 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 랜덤 억세스 응답 메시지 전송 방식은 상기 중앙관리장치가 각 기지국들로부터 수신한 단말의 랜덤 억세스 수신 정보들을 취합한 후 각 기지국들에게 개별 자원을 할당하여 랜덤 억세스 응답을 수행하는 방식을 포함함을 특징으로 하는 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 랜덤 억세스 응답 메시지 전송 방식은 상기 중앙관리장치가 하나의 대표 기지국을 선정하고, 선정된 대표 기지국에게 자원을 할당하여 랜덤 억세스 응답을 수행하는 방식을 포함함을 특징으로 하는 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 장치.
  21. 삭제
  22. 제18항에 있어서,
    상기 가상 셀 네트워크 시스템은 소형 기지국을 관리하는 통신 시스템이고, 상기 소형 기지국들은 동일한 랜덤 억세스 자원을 가짐을 특징으로 하는 가상 셀 네트워크 시스템에서 랜덤 억세스 장치.
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