KR20000007900A - 이동 통신망에서 트래픽 종류별 유선 자원 예약 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 ATM 기반의 이동 통신망에서 최소 개의 핸드오프용 채널의 예약으로 단말이 셀간 이동시에 통신의 연속성을 위해 수행하는 핸드오프를 최대한 신속하게 제공함과 동시에 요구되는 서비스 품질을 만족시킬 수 있도록 하는 이동 통신망에서 트래픽 종류별 유선 자원의 예약 방법에 관한 것으로, 인접 셀간에 트래픽 종류별로 핸드오프용 채널을 SVC 설정 절차를 통해 미리 예약해 두므로써 핸드오프를 신속하게 처리할 수 있는 잇점이 있고, 핸드오프 수행시, 새로운 핸드오프용 채널을 예약/설정하므로 핸드오프 요청이 연속적으로 발생하여도 유선망에서의 핸드오프 과정은 연결 지연이 거의 발생하지 않으며, 멀티미디어 통신의 경우에도 적용 가능한 잇점을 수반한다.

Description

이동 통신망에서 트래픽 종류별 유선 자원 예약 방법

본 발명은 ATM 기반의 이동 통신망에서 최소 개의 핸드오프용 채널의 예약으로 단말이 셀간 이동시에 통신의 연속성을 위해 수행하는 핸드오프를 최대한 신속하게 제공함과 동시에 요구되는 서비스 품질을 만족시킬 수 있도록 하는 이동 통신망에서 트래픽 종류별 유선 자원 예약 방법에 관한 것으로, 기존에 제시된 방법보다 예약된 채널의 낭비를 줄이고, 멀티미디어 통신에서도 사용이 가능한 고속 핸드오프에 관한 처리 기술이다.

현재 이동통신에 대한 수요가 급증하면서 더 빠른 통신 속도 및 다양한 서비스를 지원할 수 있는 멀티미디어 통신에 대한 요구가 커지게 되었고, 이를 해결하기 위한 연구가 다양하게 진행되고 있다.

종래에는 신속한 핸드오프를 위해서 가상연결나무(Virtual Connection Tree : 이하 VCT 라 칭한다) 또는 전용가상연결(Permanent Virtual Connection : 이하 PVC 라 칭한다)을 이용하는 방법등이 있었다.

그 중 도 1은 VCT 방법을 나타낸 것으로, VCT는 이동국(4)이 통화 연결 설정시 근처 셀로의 이동을 예상하여 고정 망의 뿌리 (root) 노드에 해당하는 ATM 교환기 노드(1)로부터 이동 ATM 교환기(2)와 기지국(3)을 거쳐 근처에 있는 이동국(4) 액세스 영역(5)까지 채널을 나무 (tree) 형태(6)로 미리 예약하였다가 핸드오프가 발생하면 이를 사용하는 방식이다.

이 방식을 사용하면 핸드오프는 신속하게 이루어질 수 있지만, 이동국(4)들을 위해 주변 셀들과 많은 채널을 예약해 두어야 하므로 대역 낭비가 매우 심하고, 현재의 나무 범위(5)를 벗어나는 경우에는 새로운 트리 (tree)를 찾아 핸드오프 수락 (admission)을 받아야 하므로 핸드오프가 복잡하며, 예약 채널 설정을 위해 뿌리 노드(1)에서의 처리 부하가 많은 단점이 있다.

한편, 도 2a, 도 2b는 상기 PVC(11)를 이용한 핸드오프 방식을 나타낸 것으로, 도 2a는 핸드오프 이전 상태를 나타내고, 도 2b는 핸드오프 이후의 상태를 나타낸다.

PVC 방법은 인접 기지국간을 PVC(11)로 미리 연결하여 두고, 새로운 호가 발생하면 이동국은 가상 교환 연결 (12 - Switched Virtual Connection : 이하 SVC 라 칭한다)로 채널을 설정하여 통신하다가, 이동국(13)이 현재 기지국 (예 : BS1)에서 새로운 기지국 (예 : BS2)으로 핸드오프를 할 경우 미리 설정된 PVC(11)를 통해 통신 경로를 확장 (Path Extension) 하므로써 신속하게 핸드오프를 할 수 있다.

그러나 이 방법은 PVC를 설정해 놓을 때, 이동국의 통화 시간과 핸드오프 발생율을 미리 알아야 하고, 만일 이를 정확히 예측할 수 없을 경우에는 미리 많은 대역을 예약해 두어야 하므로 대역 낭비가 심할 수 있으며, 특히 멀티미디어 통신일 경우에는 다양한 속도 및 서비스 품질의 트래픽이 예상되므로 이를 수용하는데 복잡한 처리가 필요하다.

따라서 대역을 효율적으로 사용하며, 멀티미디어 통신도 지원하고, 신속하게 처리할 수 있는 핸드오프 방법의 개발이 요구된다.

본 발명은 상기에 기술한 바와 같은 종래 요구에 의해 제안된 것으로, 망의 고도화와 사용자의 고품질 서비스 요구에 부응하는 음성, 데이터, 비디오등 다양한 종류의 트래픽을 전송할 수 있는 멀티미디어 이동 통신 서비스 환경에서, 핸드오프시 사용자 데이터의 손실을 방지하고 순서를 유지하며, 핸드오프에 소요되는 시간을 단축시키고, 핸드오프시 사용되는 유선 구간의 자원을 효율적으로 사용하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 가상 연결 나무 (VCT)를 이용한 핸드오프 동작을 나타내는 예시도.

도 2a는 종래의 전용 가상 연결(PVC)을 이용한 핸드오프 이전의 상태를 나타내는 도면.

도 2b는 종래의 전용 가상 연결(PVC)을 이용한 핸드오프 이후의 상태를 나타내는 도면.

도 3a는 본 발명에 의한 핸드오프 이전의 상태를 나타내는 도면.

도 3b는 본 발명에 의한 핸드오프 이후의 상태를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명에 의한 핸드오프 동작시 신호 순서를 나타내는 순서도.

도 5는 본 발명에 의한 핸드오프를 위해 사전 예약 설정되는 채널의 설정 방법을 나타내는 설명도.

도 6는 본 발명의 이동국으로부터 호가 발생하여 종료될 때까지 기지국에서의 동작 과정을 나타내는 순서도.

도 7은 본 발명에서 한 셀과 이웃하는 셀간에 사전 설정된 트래픽 종류별 채널 개수를 나타내는 예시도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

21 : 이동국 22 : 기지국

23 : 이동 ATM 교환기

24 : 미리 설정된 핸드오프용 채널 (PAC)

25 : SVC 26 : 원격단말

27 : 핸드오프용 채널

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 발생할 다수의 호에 대한 각 트래픽 종류별로 인접 셀간에 핸드오프를 위한 유선 채널을 최소개로 미리 예약 설정하는 과정과;

핸드오프 발생시 해당 멀티미디어나 단일 미디어 트래픽 종류의 미리 설정된 상기 핸드오프용 유선채널을 사용하여 핸드오프를 수행하는 과정과;

상기 핸드오프 수행 후 다음에 발생할 해당 트래픽 종류의 핸드오프를 위해, 교환가상연결 설정을 통하여 핸드오프용 유선채널을 추가 예약하는 과정을 포함하여 핸드오프를 수행하므로써, 고속의 핸드오프를 수행하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적 및 특징들, 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명의 이론적인 내용을 살펴보기로 한다.

이동국 (mobile station)이 이동하여 접속되는 기지국이 바뀔 경우에, 통신중인 가상 연결은 경로 재설정 과정을 통하여 일부 구간이 새로운 기지국까지 재설정될 수 있다.

경로 재설정 방법의 하나인 경로 확장 (path extension) 방법은 현재의 기지국까지 개설된 기존 연결을 새로운 기지국까지 연장하는 것인데, 이 방법은 사용자 정보의 손실 방지 및 사용자 정보의 순서 유지가 가능하다.

핸드오프를 위한 경로 확장시, 확장되는 경로의 끝점을 알고 있으므로 핸드오프 과정에서는 확장되는 경로를 설정하는데 소요되는 시간만큼만 핸드오프 지연이 발생하게 된다.

본 발명에서는 도 3a(핸드오프 이전 상태)와, 도 3b(핸드오프 이후 상태)에 도시한 바와 같이 핸드오프시 이웃하는 기지국으로 경로를 확장하는데 소요되는 시간을 줄이기 위하여 인접한 모든 셀간 (인접한 이동 통신용 교환기에 속한 셀간에도 이동통신용 교환기 간의 직접 연결 경로를 통해, 즉, 해당 셀 기지국 ⟷ 해당 셀을 관할하는 이동통신용 교환기 ⟷ 인접한 이동 통신용 교환기 ⟷ 인접한 셀의 기지국)의 유선 구간에 각 트래픽별로 필요한 최소개의 핸드오프용 채널을 SVC 설정 절차를 통해 미리 설정해 둔다.

단말이 현재 셀에서 인접 기지국의 셀로 이동하여 핸드오프를 요청시 해당 트래픽 종류의 미리 설정된 핸드오프용 채널을 핸드오프에 사용한 후, 다음에 발생할 수 있는 핸드오프를 위해 또 하나의 채널을 미리 설정해 둔다.

이렇게 하므로써 인접 기지국간에 유선 자원이 가용한 경우 핸드오프를 위해 인접 셀의 기지국과는 트래픽 종류별로 최소 개의 예약된 핸드오프용 채널이 있게 되어 핸드오프가 즉시 이루어질 수 있다.

본 발명에서 구현한 방법은 사용 채널마다 특성이 다를 수 있는 멀티미디어 통신에서 핸드오프에 필요한 최소개의 채널을 트래픽 종류별로 예약하였다가 핸드오프 수행시 미리 설정된 해당 트래픽 종류의 채널을 사용하므로 신속하게 이루어지며, 다음에 일어날 핸드오프를 위한 새로운 채널 예약도 핸드오프 채널 할당 후에 처리된다.

따라서 실제 핸드오프시 소요 시간을 최소화할 수 있고, 경로 확장에 의한 방법을 택하므로 셀의 순서를 유지할 수 있는 점 등이 특징이다.

상기와 같은 논리를 바탕으로 구현된 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 멀티미디어 환경의 ATM 기반 이동 통신망에서 고속 핸드오프를 위한 트래픽 종류별 유선 채널의 예약 방법은 도 3a, 도 3b에 도시된 바와 같이 이동국(21), 경로 확장을 지원하는 기지국(22) 및 이동 통신용 ATM 교환기(23)등으로 구성된 이동 통신망에서 사용된다.

멀티미디어 통신에서 사용되는 트래픽 종류가 K개이며, 최고 셀 속도 (Peak Cell Rate : PCR) 및 서비스 품질등 각 트래픽의 특성이 종류별로 다르게 정형화되어 있다고 가정한다.

또한 경로 확장에 의한 핸드오프의 고속 수행을 위하여, 현재의 셀과 인접한 모든 셀간에는 점선으로 나타낸 것처럼 현재 사용중인 트래픽 종류별로 미리 설정해 두는 채널(Pre-Allocated handoff Channel : 이하에서 PAC라 한다.) (24)이 이동 통신용 교환기를 통해 SVC로 설정되어 있다.

이 상태에서 어떤 이동국(21)이 호 설정을 시도하면 해당 기지국 (도 3에서 기지국 1)과 이동 통신용 ATM 교환기(23)간 미사용 대역을 이용하여 SVC(25)로 채널을 설정하므로써 궁극적으로는 원격의 단말(26)과 통신이 가능하다.

이 이동국이 현재 기지국 1에서 인접 기지국 2로 이동할 경우 셀간에 미리 설정된 해당 트래픽 종류의 PAC(24)를 사용하여 핸드오프가 실행되며 기지국 1은 원격 단말(26)로 부터 수신되는 사용자 트래픽을 기지국 2로 전달(28)한다.

만일 핸드오프 시도시 해당 트래픽 종류의 PAC가 없으면 고속 핸드오프를 할 수 없으며, 이 경우에는 미사용 대역을 이용하여 기지국 1과 기지국 2간에 핸드오프를 위한 채널의 설정 절차를 통하여, 보통의 핸드오프와 동일한 방식으로 핸드오프를 수행하고, 미사용 대역도 없으면 요청된 핸드오프는 거절되어 호는 차단된다.

또한 도 4에 도시된 바와 같이 핸드오프시 미리 예약 설정한 채널(24)을 사용(32, 33)하게 되면, 여기에 사용된 만큼을 고려하여 새로운 채널(27)에 대한 예약 설정(38, 39)을 시작한다.

즉, 핸드오프 수행 후 향후 발생할 핸드오프를 대비해서 사용한 갯수만큼 새로운 핸드오프용 채널(27)을 즉시 예약하므로 핸드오프 요청이 연속적으로 발생하여도 유선망에서의 지연은 거의 발생하지 않는다.

도 4는 PAC를 사용한 고속 핸드오프 수행 절차 및 새로운 PAC 설정 과정을 나타낸다.

이동국이 현 기지국 셀을 벗어나 새로운 기지국 셀 영역으로 들어감에 따라 이동국은 현재 기지국에게 핸드오프 요청(31)을 하게 된다.

핸드오프 요청을 받은 현재의 기지국은 현 기지국과 이웃하는 새로운 기지국간 핸드오프를 위해 이미 설정된 채널인 PAC의 사용 요청을 새로운 기지국으로 보낸다(32).

새로운 기지국은 PAC 할당 요청을 수신함에 따라 이동국이 사용할 무선 자원을 할당해 둠과 동시에, 현재 기지국에게 이미 설정된 채널인 PAC의 할당 (또는 사용) 요청을 수락하고, 할당 완료 메시지를 현재 기지국에게 보낸다(33).

그리고, 기존 PAC의 할당 완료 메시지를 수신한 현재의 기지국은 이동국에게 핸드오프가 준비 완료되었으므로 핸드오프를 연결하라는 메시지를 보낸다(34).

이동국은 현재 기지국에게 핸드오프를 시작한다는 메시지를 보냄(35)과 동시에, 새로운 기지국과 통신하기 위해 필요시 동작 주파수를 바꾸게 된다. 핸드오프 연결 메시지를 수신한 현재 기지국은 이동국이 사용하던 무선 채널을 해제하고, 통신중인 연결의 라우팅을 새로운 기지국으로 바꾸게 된다(36).

이제 이동국은 새로운 기지국을 통해 통신을 수행하게 되며(37), 향후 발생할 수 있는 핸드오프를 위해 새로운 PAC의 설정 과정이 현 기지국과 새로운 기지국간에 일어나게 된다(38).

한편, 사전 설정되는 핸드오프용 채널 (PAC)의 설정 방법은 여러 가지인 바, 그 중 PAC 설정 방안의 일례 (一例)를 나타내면 도 5에 도시된 바와 같이, 인접 기지국간 대역은 사용 중인 대역, 예약 설정된 대역, 그리고 미사용 대역으로 구성되는데, 사용 중인 대역이란 개설된 신규 호가 점유하는 대역과 핸드오프로 인해 사용되는 대역을 포함하며, 예약 설정된 대역이란 PAC가 점유하는 대역을 의미한다.

신규 호가 발생하면 미사용 대역 중에서 채널을 할당하여 이를 사용중인 대역 (도 5에서 Call 부분)으로 표시하고, 핸드오프가 발생했을 경우 해당 트래픽 종류의 예약 설정된 핸드오프 채널 (도 5에서 PAC 부분) 이 있으면 그 중에서 1개 채널을 할당하여 이를 사용중인 대역 (도 5에서 Hand off 부분) 으로 표시하며, PAC가 없으면 미사용 대역 중에서 채널을 할당하여 사용중인 대역 (도 5에서 Hand off 부분)으로 표시한다.

도 6은 이동국으로부터 호가 발생하여 종료될 때까지 기지국의 동작 흐름도를 나타낸다.

m개 (여기서 m은 자연수)의 연결을 갖는 멀티미디어 호가 이동국에서 발생하여 어떤 기지국에 도착(51)했을 때, 이동국으로부터 기지국까지 가용 무선 채널이 있고 기지국에서 원격단말까지 유선 자원이 가용할 경우, 요청된 호는 수락된다(52).

그렇지 않으면 요청된 호는 거부되어 차단된다(53).

수락된 호는 통신이 개시되며(54), 그 호는 통신중에 이동으로 인하여 핸드오프를 요청(55)할 수도 있고, 핸드오프의 요청없이 호가 종료(56)될 수도 있다.

핸드오프가 요청(55)되면, m개 연결에 대해 가용 PAC가 있으면(57) 이를 사용하므로써 고속의 핸드오프가 수행(58)된다. 그리고 향후에 발생할 해당 트래픽 종류의 핸드오프를 위하여, m개의 새로운 PAC를 설정하게 된다(60).

상기에서 가용 PAC가 없거나 부족하면 핸드오프용 자원가능 여부에 따라 기지국은 경로 확장에 의한 일반적인 핸드오프를 수행하며, 만약 일반적인 핸드오프 수행을 위한 연장 경로의 설정 과정에서 핸드오프를 위해 가용한 자원이 부족하면 핸드오프를 요청한 호는 강제 종료된다(59).

한편, 유선망에서 경로 확장에 의한 핸드오프 수행시, 유선 구간상에서의 확장 경로 설정에 소요되는 시간만큼 핸드오프 지연이 발생하게 되는데, 본 발명에서는 도 4에 나타난 바와 같이 미리 설정된 채널인 PAC를 사용하여 핸드오프가 일어나므로, 핸드오프 연결시 유선망내에서 연장 경로의 설정 소요 시간이 추가로 필요하지 않으므로 신속하게 핸드오프를 수행할 수 있다.

멀티미디어를 지원하는 ATM 기반의 이동 통신망에서 사용하는 트래픽 종류는 유한 갯수, 예를 들어 K개 라고 가정한다.

즉 K개의 각 종류별 트래픽들은 최고 셀 속도(Peak Cell Rate : PCR)등 트래픽 특성 값이 종류에 따라 다르게 정해져 있다고 가정한다.

도 7은 K개의 트래픽 종류가 존재할 때 셀 A를 기준으로 이웃하는 셀과 사전 설정된 PAC 채널의 갯수를 표시하였다. 도 7에서 N_i,j는 트래픽 종류 i (i=1, 2, ..., K)와 관련하여 인접 기지국간 (j=AB, AC, AD, AE, AF, AG등) 설정된 PAC 갯수로 0 이상의 정수 값을 가질 수 있다.

m개(여기서 m은 자연수) 연결을 갖는 멀티미디어 호가 핸드오프를 요청시, m개 연결 각각에 해당하는 트래픽 종류의 PAC를 사용하여 고속 핸드오프를 수행하며, 향후 발생할 고속 핸드오프를 위해 사용된 PAC 갯수만큼 추가적으로 해당 트래픽 종류의 PAC를 설정한다.

핸드오프용 채널의 사전 설정 과정은 기지국 초기화 단계, PAC를 사용한 고속 핸드오프 수행 후, 또는 통신중인 호의 갯수가 어떤 임계치를 넘는 경우에 이루어질 수 있다.

현 기지국과 인접 기지국간에 각 트래픽 종류별로 사전 설정되는 핸드오프용 채널의 갯수는 각 트래픽 종류마다 사용중인 채널 수, 한 채널 예약 설정에 소요되는 시간, 핸드오프 요청 빈도, 이동국들의 이동 방향 특성등을 고려하여 결정된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 멀티미디어 환경의 ATM 기반 이동 통신망에서 고속 핸드오프를 위한 트래픽 종류별 유선 자원의 예약 방법은 인접 셀간에 트래픽 종류별로 핸드오프용 채널(24)을 SVC 설정 절차를 통해 미리 예약해 두므로써 핸드오프를 신속하게 처리할 수 있다.

또한 핸드오프 수행(31 ∼ 37)시, 새로운 핸드오프용 채널을 예약/설정(38)하므로 핸드오프 요청이 연속적으로 발생하여도 유선망에서의 핸드오프 과정은 연결 지연이 거의 발생하지 않으며, 멀티미디어 통신의 경우에도 적용 가능하다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (4)

1. 이동통신 망에서의 핸드오프 방법에 있어서,

   발생할 다수의 호에 대한 각 트래픽 종류별로 인접 셀간에 핸드오프를 위한 유선 채널을 최소개로 미리 예약 설정하는 과정과;

   핸드오프 발생시 해당 멀티미디어나 단일 미디어 트래픽 종류의 미리 설정된 상기 핸드오프용 유선채널을 사용하여 핸드오프를 수행하는 과정과;

   상기 핸드오프 수행 후 다음에 발생할 해당 트래픽 종류의 핸드오프를 위해, 교환가상연결 설정을 통하여 핸드오프용 유선채널을 추가 예약하는 과정을 포함하여 핸드오프를 수행하므로써,

   고속의 핸드오프를 수행하는 것을 특징으로 하는 이동통신망에서 트래픽 종류별 유선자원 예약 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 유선채널 예약 설정시 설정되는 채널의 수는, 해당 트래픽 종류마다 사용중인 채널의 수, 한 채널 예약 설정에 소요되는 시간, 핸드오프 요청 빈도, 이동국들의 이동 방향 특성등을 고려하여 설정하는 것을 특징으로 하는 이동통신망에서 트래픽 종류별 유선자원 예약 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 핸드오프를 위해 사전 예약 설정되는 채널의 설정 과정은, 신규 호가 발생하면 미사용 대역 중에서 채널을 할당하여 이를 사용중인 대역으로 표시하는 과정과;

   핸드오프가 발생했을 경우 해당 트래픽 종류의 예약 설정된 핸드오프 유선채널이 있으면 그 중에서 1개 채널을 할당하여 이를 사용중인 대역으로 표시하는 과정과;

   상기 과정에서 예약 설정된 핸드오프 유선채널이 없으면 미사용 대역 중에서 채널을 할당하여 사용중인 대역으로 표시하는 과정을 통해 채널을 설정하는 것을 특징으로 하는 이동통신망에서 트래픽 종류별 유선자원 예약 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 핸드오프 수행 과정은, m개 (m은 자연수)의 연결을 갖는 멀티미디어 호가 발생하면, 발생한 이동국으로부터 기지국까지 가용 무선 채널이 있고 기지국에서 원격단말까지 유선 자원이 가용할 경우, 요청된 호를 수락하는 제 1 과정과;

   상기 수락된 호의 통신 수행중에 핸드오프 요청이 발생하면, m개 연결에 대해 가용 핸드오프용 유선채널이 있으면 이를 사용하여 고속의 핸드오프를 수행하는 제 2 과정과;

   핸드오프 수행 후, 추후에 발생할 해당 트래픽 종류의 핸드오프를 위해, m개의 새로운 핸드오프용 유선채널을 설정하는 제 3 과정과;

   상기 제 2 과정에서 가용 유선채널이 없거나 부족하면 핸드오프용 자원가능 여부에 따라 기지국은 경로 확장에 의한 일반적인 핸드오프를 수행하며, 만약 일반적인 핸드오프 수행을 위한 연장 경로의 설정 과정에서 핸드오프를 위해 가용한 자원이 부족하면 핸드오프를 요청한 호를 강제 종료시키는 제 4 과정을 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 이동통신망에서 트래픽 종류별 유선자원 예약 방법.