KR20030088730A - 무선 중계기를 이용한 지하철에서의 공중 무선랜 서비스제공 장치 및 방법 - Google Patents

무선 중계기를 이용한 지하철에서의 공중 무선랜 서비스제공 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지상에서의 무선랜 서비스와 지하철 구간에서의 서비스가 끊김없이(Seamless) 제공되도록 하며 지하철을 타고 이동 시에도 무선랜 서비스가 끊김없이 제공되도록 하기 위한, 지하철에서의 공중 무선랜 서비스 제공 장치 및 방법에 관한 것으로서, 노트북이나 피디에이(PDA) 등과 같은 이동 단말기와의 무선 구간 통신을 위한 액세스 포인트(Access Point : AP)(111); 상기 액세스 포인트와 대응 연결되어 이웃하는 장치간에 송수신 데이터를 무선 중계하는 라디오 브리지(Radio Bridge : RB)(112); 하나 이상의 상기 라디오 브리지(112)와 연결되어 그것을 관리하는 노드로서의 접속 관리 장치(120); 상기 접속 관리 장치(120)와 망(Network)(10) 사이를 연결하는 라우터(130); 상기 라우터(130)를 통해 상기 접속 관리 장치(120)와 연결되어 통신하도록 상기 망(10)에 연결된 과금/인증 서버(Accounting Authentication Authorization : AAA)(140), 망관리 시스템(Network Management System : NMS)(150) 및 주소할당/위치등록장치(160); 및 인터넷(20)을 매개로 상기 주소할당/위치등록장치(160)와 통신하는 도메인 네임 서버(Domain Name Server : DNS)(170)로 구성되어 있다.

Description

무선 중계기를 이용한 지하철에서의 공중 무선랜 서비스 제공 장치 및 방법{Apparatus and Method for public WLAN service using radio bridge in subway area}
본 발명은 무선 중계기를 이용한 지하철에서의 공중 무선랜 서비스 제공 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지상에서의 무선랜 서비스와 지하철 구간에서의 서비스가 끊김없이(Seamless) 제공되도록 하며 지하철을 타고 이동 시에도 무선랜 서비스가 끊김없이 제공되도록 하기 위한, 지하철에서의 공중 무선랜 서비스 제공 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 주지된 바와 같이 액세스 포인트(Access Point : AP)를 이용하는 무선랜 서비스는 액세스 포인트의 특성상 지하철 구간에서는 서비스가 불가능하다. 즉, 지하철이 이동 시 데이터를 송수신하지 못한다. 또한, 전파 환경이 좋지 못한 지하철 터널 구간에서 액세스 포인트로부터 데이터 송신이 제대로 이루어지지 못한다. 또한, 액세스 포인트로부터의 전파 도달거리도 지하철 터널 구간을 지원하기에는 부족한 상황이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 그 목적은 공중 무선랜(public wireless LAN) 서비스를 전파 환경이 좋지 않은 지하철 구간에서 제공할 수 있도록 하되, 특히 지하철을 타고 아동할 때에도 끊김없는 서비스를 제공할 수 있도록 해 주는, 무선 중계기를 이용한 지하철에서의 공중 무선랜 서비스 제공 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 중계기를 이용한 지하철에서의 공중 무선랜 서비스 제공 장치의 구성도이고,
도 2는 도 1 장치의 기본 적인 동작 설명을 위한 흐름도이고,
도 3은 본 발명에 따라 도 1과 같이 구성되고 도 2와 같이 기본 동작하는 시스템에서, 모바일 IP에 기반하여 이동성을 지원하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이고,
도 4는 본 발명의 시스템을 실제 지하철에 적용할 경우의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
50 : 이동 단말기
111,111a,111b,111c,113 : 액세스 포인트
112,112a,112b,112c : 라디오 브리지 120,121,122 : 접속 관리 장치
130 : 라우터 140 : 과금/인증 서버
150 : 망관리 시스템 160 : 주소할당/위치등록장치
170 : 도메인 네임 서버
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 무선 중계기를 이용한 지하철에서의 공중 무선랜 서비스 제공 장치는, 공중 무선랜에 있어서, 이동 단말기와 무선 접속을 위한 접속 수단; 상기 접속 수단에 연결되어 그 접속 수단을 통한 송수신 데이터를 상호 무선 중계하는 중계 수단; 복수개의 상기 중계 수단과 연결되어, 그 연결된 중계 수단 및 대응하는 접속 수단을 관리하며, 모바일 IP에 기반한 이동성 관리를 위한 접속 관리 수단; 상기 접속 관리 수단을 통한 상기 이동 단말기로부터의 위치 등록 요청에 근거하여, 그 이동 단말기에게 기확보된 네트워크 주소 자원으로서의 인터넷 프로토콜(IP) 주소를 동적으로 할당함과 아울러, 그 할당된 IP 주소를 상기 관리 수단의 식별 정보에 연계하여 등록, 갱신 또는 등록삭제하는 주소할당/위치등록 수단; 및 상기 주소할당/위치등록 수단의 요청에 따라 상기 할당된 주소를 등록, 갱신 및 삭제하여, 상기 이동 단말기를 인테넷망과 연동토록 하기 위한 주소 관리 수단을 포함하여 구성된다.
상기 접속 수단은 액세스 포인트로 구성되고, 상기 중계 수단은 지하철 구간에서의 가시선 정도 및/또는 지하철 차량의 속도를 고려하여 주파수 대역 및 서비스 커버리지의 범위가 적어도 상기 접속 수단의 해당 성능 이상으로 설정된 것을 특징으로 하고, 상기 접속 수단은 지하철 역사와 지하철 차량 내부에 설치되고. 이에 대응하여 상기 중계 수단이 설치되되 지하철 차량 외부에 설치되며, 지하철이 운행되는 상기 역사간 지하 터널 구간내에는 해당 구간의 거리 및 굴곡의 정도에 따라 상기 접속 수단 및 상기 중계 수단이 적어도 1개 이상 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 무선 중계기를 이용한 지하철에서의 공중 무선랜 서비스 제공 방법은, 무선랜 서비스 방법에 있어서, 액세스 포인트를 통한 송수신 메시지를 이웃하는 장치간에 상호 무선 중계하고, 모바일 IP 기반의 IP 주소를 가입자 단말에게 할당하여 그 단말의 이동성을 보장함을 특징으로 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 중계기를 이용한 지하철에서의 공중 무선랜 서비스 제공 장치 및 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 중계기를 이용한 지하철에서의 공중 무선랜 서비스 제공 장치의 구성도로서, 동 도면에 도시된 바와 같이, 노트북이나 피디에이(PDA) 등과 같은 개인 휴대 이동 단말기와의 무선 구간 통신을 위한 액세스 포인트(Access Point : AP)(111); 상기 액세스 포인트와 대응 연결되어 이웃하는 장치간에 송수신 데이터를 무선 중계하는 라디오 브리지(Radio Bridge : RB)(112); 하나 이상의 상기 라디오 브리지(112)와 연결되어 그것을 관리하는 노드로서의 접속 관리 장치(120); 상기 접속 관리 장치(120)와 망(Network)(10) 사이를연결하는 라우터(130); 상기 라우터(130)를 통해 상기 접속 관리 장치(120)와 연결되어 통신하도록 상기 망(10)에 연결된 과금/인증 서버(Accounting Authentication Authorization : AAA)(140), 망관리 시스템(Network Management System : NMS)(150) 및 주소할당/위치등록장치(160); 및 인터넷(20)을 매개로 상기 주소할당/위치등록장치(160)와 통신하는 도메인 네임 서버(Domain Name Server : DNS)(170)로 구성되어 있다.
상기 액세스 포인트(111)는 기존의 무선랜 서비스에 활용되는 주지된 말단 노드로서, 지상에서는 기존과 같이 상기 라디오 브리지(112)를 매개로 하지 않고 상기 접속 관리 장치(120)에 직접 연결하도록 한다(도 4의 도면 번호 113의 액세스 포인트 참조).
상기 라디오 브리지(112)는 지하철 환경에서 무선랜 서비스를 제공하기 위해 상기 액세스 포인트(111)를 통한 송수신 데이터를 이웃하는 라디오 브리지(112)로 상호 무선 중계함과 아울러 상기 접속 관리 장치(120)로 전달하는 새로운 구성 요소이다. 즉, 상기 라디오 브리지(112)는 지하철 구내와 지하철 차량에 부착되어 자신을 통과하는 송수신 데이터를 상호 무선 중계함으로서 움직이는 지하철 객차까지의 데이터 전송을 가능토록 하여, 지하철 터널과 같은 좋지 않은 무선환경에서 데이터 전송이 이루어 질 수 있도록 한다. 특히, 가시선(Line of Sight)이 확보되지 않아도 되는 것으로 한다. 또한 지하철 속도 수준에서 데이터 송수신에 문제가 없는 것으로 한다. 상기 라디오 브리지(112)의 사용 주파수 대역은 2∼5GHz대역으로 하며 서비스 커버리지는 수백 m이상이다. 상기 라디오 브리지(112)는 지하철 차량에 한 개 이상 설치되며, 지하철 플렛폼으로부터 움직이는 차량까지의 데이터 중계역할을 수행한다.
상기 접속 관리 장치(120)는 상기 액세스 포인트(111) 및/또는 상기 라디오 브리지(112)의 관리를 위한 노드로서 사용자의 접속을 보조하거나 모바일 IP 등을 이용한 이동성 관리, 서비스 품질(Quality of Service : QoS) 관리 및 브이피앤(VPN) 기능 등을 수행하는 노드이다.
상기 라우터(130)는 송수신 메시지의 종류에 따라 상기 접속 관리 장치(120)를 상기 과금/인증 서버(140), 상기 망관리 시스템(150) 또는 상기 주소할당/위치등록장치(160)와 통신토록 하는 장치이다.
상기 과금/인증 서버(140)는 기존의 무선랜 서비스에 사용되는 것과 동일하지만 지하철 구간에서의 사용을 구분하여 차별과금을 하기 위한 기능을 추가로 고려 할 수 있다.
상기 망관리 시스템(150)은 전체 네트워크를 관리하기 위한 서버로 상기 액세스 포인트(111), 상기 라디오 포인트(112) 및 상기 접속 관리 장치(120) 등을 관리한다. 기존 무선랜 서비스에 사용되는 기능과 유사하다.
상기 주소할당/위치등록장치(160)는 상기 접속 관리 장치(120)를 통한 해당 이동 단말기로부터의 위치 등록 요청에 근거하여, 그 이동 단말기에게 기확보된 자원으로서의 IP 주소를 동적으로 할당함과 아울러, 그 할당된 IP 주소를 상기 접속 관리 장치(120)의 식별 정보에 연계하여 등록, 갱신 또는 삭제하는 기능을 수행한다.
상기 도메인 네임 서버(170)는 인터넷상의 IP 주소를 총괄적으로 관리하는 것으로서, 상기 주소할당/위치등록장치(160)로부터의 요청에 따라 상기 할당된 주소를 등록, 갱신 또는 삭제하여, 상기 이동 단말기를 인테넷망과 연동토록하는 기능을 수행한다.
또한, 본 실시예에서 사용되는 상기 이동 단말기(노트북, PDA 등)는 상기 액세스 포인트(111)와 무선구간에서 데이터 통신할 수 있는 무선랜 카드를 구비토록 한다.
도 2는 도 1 장치의 기본 적인 동작 설명을 위한 흐름도이다.
먼저, 무선랜내에 위치한 이동 단말기(50)는 지상, 지하철 역사 또는 지하철 차량내에서 상기 액세스 포인트(111)에 접속되어(association)(S201), 801.1x의 인증 절차를 따라 상기 인증/과금 서버(140)를 통한 인증 절차를 수행함과 아울러(S202), 상기 액세스 포인트(111)에 대응 연결된 상기 라디오 브리지(112)는 이웃하는 라디오 브리지에게로 상기 액세스 포인트(111)를 통한 모든 데이터 메시지를 중계한다(S203).
이어, 상기 이동 단말기(50)에 구비된 모바일 IP 스텍은 IP 주소를 할당 받기 위한 절차를 상기 주소할당/위치등록장치(160)와 상호 수행한다(MIP solicitation & advertisement)(S204).
상기 단계 S204와 같이 모바일 IP와 관련된 프로토콜을 수행한 후, 상기 이동 단말기(50)는 엔에이아이(NAI : Network Access Identifier)값, 아이디(ID), 패스워드(Password)등을 이용하여 상기 접속 관리 장치(120)를 통해 상기 주소할당/위치등록장치(160)측으로 자신의 위치 등록을 요청하면(Registration Request)(S205,S206), 상기 주소할당/위치등록장치(160)는 상기 과금/인증 서버(140)로 액세스 요청 메시지(Access Request)를 보내 과금을 사작토록 하고(S207), 그에 대한 응답 메시지(Access Response)를 받는다(S208).
이어, 상기 과정의 결과로 상기 과금/인증 서버(140)와 상기 주소할당/위치등록장치(160)로부터 사용자 인증 및 모바일 IP 등록이 성공적이면 상기 주소할당/위치등록장치(160)는 상기 단계 S205와 S206에 대한 응답으로 상기 접속 관리 장치(120)와 상기 라디오 브리지(112) 및 상기 액세스 포인트(111)를 통해 상기 이동 단말기(50)에게 IP 주소를 할당하여, 상기 이동 단말기(50)가 상기 할당된 IP주소를 착신 주소로하여 데이터 통신토록 한다(S209,S210).
도 3은 본 발명에 따라 도 1과 같이 구성되고 도 2와 같이 기본 동작하는 시스템에서, 모바일 IP에 기반하여 이동성을 지원하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 도 2의 상기 단계 S205 및 S206과 동일한 과정으로서 특정 호스트 네임(이하 'han' 이라 지칭함)을 가진 가입자 이동 단말기(50)가 제 1 접속 관리 장치(121)를 통해 상기 주소할당/위치등록장치(160)에 위치 등록을 요청하면(S301,S302), 상기 주소할당/위치등록장치(160)는 상기 제 1 접속 관리 장치(121)로부터 전달된 상기 위치 등록 요청 메시지에 근거하여 자신이 구비하고 있는 IP 주소 자원 중 하나(이하 ip1)를 상기 해당 단말기(50)에게 할당하고(S303), 그 할당된 IP 주소 자원 ip1을 상기 단말기(50)의 호스트 네임인 'han' 및 상기 현재 접속된 제 1 접속 관리 장치(121)의 인식 정보와 함께 상호 연계하여 위치 등록하며(S304), 아울러 상기 위치 등록 메시지에 근거하여 상기 han:ip1에 대한 IP 주소의 등록을 상기 도메인 네임 서버(DNS)(170)측에 요청하고(S305), 상기 DNS 서버(170)는 그 요청에 근거하여 'han:ip1'을 등록한다(S306).
이와 같이 상기 단말기(50)가 상기 제 1 접속 관리 장치(121)에 접속되어 위치 등록 및 IP 주소 자원이 등록되어 있다가, 이동하여 상기 제 1 접속 관리 장치(121)에 이웃하는 제 2 접속 관리 장치(122)를 통해 상기 주소할당/위치등록장치(160)에 자신의 호스트 네임인 'han'과 상기 할당된 IP 주소인 'ip1'의 정보와 함께 위치 등록을 요청하면(S307,S308), 상기 주소할당/위치등록장치(160)는 상기 제 2 접속 관리 장치(122)로부터 전달된 상기 위치 등록 요청 메시지에 근거하여 상기 연계 등록된 'han:ip1'의 소속 주소할당/위치등록장치(120)가 상기 제 1 주소할당/위치등록장치(121)에서 상기 제 2 주소할당/위치등록장치(122)로 바뀌었음을 인식하고 그 'han:ip1'을 상기 제 2 주소할당/위치등록장치(122)의 인식 정보와 함께 연계하여 위치 등록한다(S309).
상기 주소할당/위치등록장치(160)는 상술된 바와 같이 위치 등록 요청 메시지에 근거하여 IP 주소 자원을 할당하고 그 할당된 IP 주소를 등록하고서, 그 등록된 'han:ip1'에 대한 위치 등록 요청 메시지가 수신되는 가를 확인하여 미수신 지속 시간을 기산하고(S310), 그 기산된 미수신 지속 시간이 기 설정된 시간을 초과할 경우(S311), 상기 DNS 서버(170)에게 상기 등록된 'han:ip1'에 대한 삭제를 요청하고(S312), 상기 DNS 서버(170)는 그 삭제 요청 메시지에 근거하여 상기 등록된'han:ip1' 등록 정보를 삭제하고(S313), 삭제 완료되었음을 상기 주소할당/위치등록장치(170)에게 알려 이후 상기 할당된 주소 자원 ip1이 동적으로 다른 단말기에게 할당될 수 있도록 한다(S314).
도 1 내지 도 3을 참조하여 상술된 본 발명의 기술적 내용을 배경으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 지하철에서의 공중 무선랜 서비스 제공 방법에 의한 서비스 과정의 일예를 도 4를 참조로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 지하철 구내에서 지하철을 기다리 던 승객(무선랜 서비스에 가입된 사용자)이 자신의 단말기(50)를 이용하여 서비스 사용을 시작하였다고 가정한다.
지하철 객차(420)에 승차하여 계속적으로 무선랜 서비스를 이용하면서 지하철역 A(410)에서 지하철역 B(430)로 이동한다고 한다.
사용자는 기존의 무선랜 서비스와 동일하게 노트북 또는 PDA등의 상기 단말기(50)를 이용하여 서비스를 받을 수 있다. 지하철(140)의 각 차량 내부에는 사업자가 설치한 액세스 포인트(111b)가 한 개 이상 있다. 이들 액세스 포인트(111)는 차량에 설치되어 있는 라디오 브리지(112)로부터 데이터를 받아 지상에 설치된 액세스 포인트(113)처럼 동작을 수행한다.
상기 라디오 브리지(112)는 지하철 터널의 환경에 따라 터널의 중간 중간에 추가될 수 있다. 사용자가 무선랜 접속 시 상기 접속 관리 장치(120)와 인증, 과금을 담당하는 상기 과금/인증 서버(140)의 연동을 통해 서비스가 시작된다.
역 A(410)의 라디오 브리지(112a)가 지하철 객차(420)의 라디오 브리지(112b)에게 데이터를 중계한다. 이후 지하철(420)이 역 A(410)와 역 B(430)사이를 지나게 되면 지하철 터널에 설치된 새로운 라디오 브리지가 데이터 중계를 한다.
역 B(430)에 도착하면 그 역 B(430)에 있는 라디오 브리지(112c)가 지하철 객차(420)의 라디오 브리지(111b)에게 데이터를 중계한다. 지하철 객차(420)의 내부에 있는 액세스 포인트(111b)들은 상기 라디오 브리지(112b)로부터 데이터를 받아 차량 내부의 사용자들을 위해 무선랜 서비스를 제공한다. 사용자들은 끊김없는 무선랜 서비스를 제공 받는다.
상기 라디오 브리지(112)는 지하철 플렛폼에서 움직이는 차량까지의 데이터 중계를 위한 것이므로 기존 액세스 포인트가 사용하는 주파수와 동일한 대역이거나 동일한 방식으로 데이터를 전송치 않아도 된다. 즉, 다른 주파수 대역과 다른 대역폭을 갖을 수 있는 장비로 한다. 특히, 전송 대역폭은 액세스 포인트의 대역폭 이상인 것을 우선으로 한다.
이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 지하철에서의 공중 무선랜 서비스 제공 장치 및 방법에 의하면, 인터넷에 대한 사용 욕구가 매우 높은 지역인 지하철에서 사용자들에게 무선랜 서비스를 제공함으로써 사업자의 수익 증대에 기여할 뿐만 아니라 사용자들의 욕구를 충족시킬 수 있으며, 지상과 지하의 서비스 제공이 끊김없이 이루어지도록 하고 지하철의 이동시에도 서비스가 이루어지도록 하며, 지하철 객차 외부에는 무선 브리지를 설치하고 내부에는 액세스 포인트를 설치하여 상기 무선 브리지간에 데이터를 무선 중계할 수 있도록 함으로써 기존의 무선랜 카드를 가지고 서비스를 제공받을 수 있는 효과가 창출된다.

Claims (5)

  1. 공중 무선랜에 있어서,
    이동 단말기와 무선 접속을 위한 접속 수단;
    상기 접속 수단에 연결되어 그 접속 수단을 통한 송수신 데이터를 상호 무선 중계하는 중계 수단;
    복수개의 상기 중계 수단과 연결되어, 그 연결된 중계 수단 및 대응하는 접속 수단을 관리하며, 모바일 IP에 기반한 이동성 관리를 위한 접속 관리 수단;
    상기 접속 관리 수단을 통한 상기 이동 단말기로부터의 위치 등록 요청에 근거하여, 그 이동 단말기에게 기확보된 자원으로서의 네트워크 주소를 동적으로 할당함과 아울러, 그 할당된 네트워크 주소를 상기 관리 수단의 식별 정보에 연계하여 등록, 갱신 또는 등록삭제하는 주소할당/위치등록 수단; 및
    상기 주소할당/위치등록 수단의 요청에 따라 상기 할당된 주소를 등록, 갱신 또는 삭제하여, 상기 이동 단말기를 인테넷망과 연동토록 하기 위한 주소 관리 수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무선 중계기를 이용한 지하철에서의 공중 무선랜 서비스 제공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접속 수단은 액세스 포인트로 구성되고, 상기 중계 수단은 지하철 구간에서의 가시선 정도 및/또는 지하철 차량의 속도를 고려하여 주파수 대역 및 서비스 커버리지의 범위가 적어도 상기 접속 수단의 해당 성능 이상으로 설정된 것을 특징으로 하는 무선 중계기를 이용한 지하철에서의 공중 무선랜 서비스 제공 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 접속 수단은 지하철 역사와 지하철 차량 내부에 설치되고. 이에 대응하여 상기 중계 수단이 설치되되 지하철 차량 외부에 설치되며, 지하철이 운행되는 상기 역사간 지하 터널 구간내에는 해당 구간의 거리 및 굴곡의 정도에 따라 상기 접속 수단 및 상기 중계 수단이 적어도 1개 이상 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 중계를 이용한 지하철에서의 공중 무선랜 서비스 제공 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 주소 관리 수단은 도메인 네임 서버(Domain Name Server : DNS)로 구성된 것을 특징으로 하는 지하철에서의 공중 무선랜 서비스 제공 장치.
  5. 무선랜 서비스 방법에 있어서,
    액세스 포인트를 통한 송수신 메시지를 이웃하는 장치간에 상호 무선 중계하고 모바일 IP 기반의 네트워크 주소를 가입자 단말에게 할당하여 그 단말의 이동성을 보장함을 특징으로 하는 무선 중계를 이용한 지하철에서의 공중 무선랜 서비스 제공 방법.
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