KR20050030510A - 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 슬립 구간 설정 방법 - Google Patents

광대역 무선 접속 통신 시스템에서 슬립 구간 설정 방법 Download PDF

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Abstract

광대역 무선 접속 통신 시스템에서 슬립 구간 설정 방법이 개시된다. 슬립 구간 설정 방법은 가입자 단말기가 최대 윈도우값의 시간을 경과하면 어웨이크 모드로 천이하고 기지국으로부터 전송할 데이터가 없음을 나타내는 메시지의 수신 여부를 판단하는 과정, 및 가입자 단말기가 전송할 메시지가 없음을 나타내는 메시지를 수신하면 슬립 모드로 천이하고 슬립 모드에 대한 최소 윈도우값을 최대 윈도우값 범위 내에서 이전 슬립 모드 루프의 최소 윈도우값 보다 큰 값으로 설정하는 과정을 포함한다.

Description

광대역 무선 접속 통신 시스템에서 슬립 구간 설정 방법{METHOD FOR CONTROLLING A SLEEP INTERVAL IN BROADBAND WIRELESS ACCESS COMMUNICATION SYSTEMS}
본 발명은 광대역 무선 접속 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 직교 주파수 분할 다중 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템의 슬립 모드 및 어웨이크 모드 제어 방법에 관한 것이다.
차세대 통신 시스템인 4세대(4th Generation; 이하 '4G'라 함) 통신 시스템에서는 약 10Mbps의 전송 속도를 가지는 다양한 서비스 품질(Quality of Service; 이하 'QoS'라 함)을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다.
현재 3세대(3rd Generation; 이하 '3G'라 함) 통신 시스템은 일반적으로 비교적 열악한 채널 환경을 가지는 실외 채널 환경에서는 약 384kbps의 전송 속도를 지원하며, 비교적 양호한 채널 환경을 가지는 실내 채널 환경에서도 최대 2Mbps 정도의 전송 속도를 지원한다. 한편, 무선 근거리 통신 네트워크(Local Area Network; 이하 'LAN'이라 칭하기로 한다) 시스템 및 무선 도시 지역 네트워크(Metropolitan Area Network, 이하 'MAN'이라 함) 시스템은 일반적으로 20Mbps ~ 50Mbps의 전송 속도를 지원한다.
따라서, 현재 4G 통신 시스템에서는 비교적 높은 전송 속도를 보장하는 무선 LAN 시스템 및 무선 MAN 시스템에 이동성(mobility)과 QoS를 보장하는 형태의 새로운 통신 시스템을 개발하고 있으며, 상기 4G 통신 시스템에서 제공하고자 하는 고속 서비스를 지원하도록 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.
그러나, 무선 MAN 시스템은 그 서비스 영역(coverage)이 넓고, 고속의 전송 속도를 지원하기 때문에 고속 통신 서비스 지원에는 적합하나, 사용자, 즉 가입자 단말기(SS; Subscriber Station)의 이동성을 전혀 고려하지 않은 시스템이기 때문에 가입자 단말기의 고속 이동에 따른 핸드오프(handoff) 역시 전혀 고려되고 있지 않다.
도 1을 참조하여 무선 MAN의 표준 스펙(Spec)인 IEEE 802.16a 통신 시스템의 구조를 설명하기로 한다. 도 1은 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면으로서, 특히 IEEE 802.16a 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 설명하기에 앞서, 무선 MAN 시스템은 광대역 무선 접속(BWA; Broadband Wireless Access) 통신 시스템으로서, 무선 LAN 시스템에 비해서 그 서비스 영역이 넓고 더 고속의 전송 속도를 지원한다. 무선 MAN 시스템의 물리 채널(physical channel)에 광대역(broadband) 전송 네트워크를 지원하기 위해 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 이하 'OFDM'이라 함) 방식 및 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; 이하 'OFDMA'라 함) 방식을 적용한 시스템이 IEEE 802.16a 통신 시스템이다.
즉, IEEE 802.16a 통신 시스템은 OFDM/OFDMA 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템이다. IEEE 802.16a 통신 시스템은 무선 MAN 시스템에 OFDM/OFDMA 방식을 적용하기 때문에 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들을 사용하여 물리 채널 신호를 송신함으로써 고속 데이터 송신이 가능하다.
한편, IEEE 802.16e 통신 시스템은 상술한 IEEE 802.16a 통신 시스템에 가입자 단말기의 이동성을 고려하는 시스템으로서, 현재 IEEE 802.16e 통신 시스템에 대해서는 구체적으로 규정된 바가 존재하지 않는다.
결과적으로 IEEE 802.16a 통신 시스템 및 IEEE 802.16e 통신 시스템 모두는 OFDM/OFDMA 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템이며, 설명의 편의상 IEEE 802.16a 통신 시스템을 일 예로 하여 설명하기로 한다.
IEEE 802.16e 통신 시스템은 상술한 바와 같이 가입자 단말기의 이동성을 고려한 시스템이므로, 가입자 단말기를 표현함에 있어 'SS(Subscriber Station)'의 표현과 함께 'MS(Mobile Station)' 또는 'MSS(Mobile Subscriber Station)'의 표현을 혼용하여 사용하기로 한다. 즉, 상기 'MS' 또는 'MSS'는 'SS'에 이동성을 부여한 개념으로 이해될 수 있다.
도 1을 참조하면, IEEE 802.16a 통신 시스템은 단일 셀(single cell) 구조를 가지며, 기지국(Base Station : BS)(10)과 기지국(10)이 관리하는 다수의 가입자 단말기들(21, 22, 23)로 구성된다. 기지국(10)과 가입자 단말기들(21, 22, 23)간의 신호 송수신은 OFDM/OFDMA 방식을 사용하여 이루어진다.
이와 같이 IEEE 802.16a 통신 시스템은 현재 가입자 단말기가 고정된 상태, 즉 가입자 단말기의 이동성을 전혀 고려하지 않은 상태 및 단일 셀 구조만을 고려하고 있다. 그런데, 상기에서 설명한 바와 같이 IEEE 802.16e 통신 시스템은 IEEE 802.16a 통신 시스템에 가입자 단말기의 이동성을 고려하는 시스템이라고 규정하고 있다. 따라서 IEEE 802.16e 시스템은 다중 셀(multi cell) 환경에서의 가입자 단말기의 이동성을 고려해야만 한다. 이렇게 다중 셀 환경에서의 가입자 단말기 이동성을 제공하기 위해서는 가입자 단말기 및 기지국의 동작의 변경이 필수적으로 요구된다. 그러나, IEEE 802.16e 통신 시스템은 다중셀과 가입자 단말기 이동성에 대해서 구체적인 방안을 제안하고 있지 않다.
한편, IEEE 802.16e 통신 시스템에서 가입자 단말기의 이동성을 고려할 경우 가입자 단말기의 전력 소모는 시스템 전체의 중요한 요인으로 작용하게 된다. 따라서, 가입자 단말기의 전력 소모를 최소화시키기 위한 가입자 단말기와 기지국간 슬립 모드(SLEEP MODE) 동작 및 슬립 모드 동작에 대응되는 어웨이크 모드(AWAKE MODE) 동작이 제안되고 있다.
도 2를 참조하여 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 현재 제안하고 있는 슬립 모드 동작에 대해서 설명하기로 한다. 도 2는 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 제안하고 있는 슬립 모드 동작을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 설명하기에 앞서, 먼저 슬립 모드는 패킷 데이터(packet data) 전송시, 패킷 데이터가 전송되지 않는 구간이 발생하는 아이들(idle) 구간에서 가입자 단말기의 전력 소모를 최소화하기 위해 제안된 것이다. 즉, 슬립 모드는 가입자 단말기와 기지국이 동시에 슬립 모드로 상태 천이 함으로써, 패킷 데이터가 전송되지 않는 아이들 구간에서의 가입자 단말기 전력 소모를 최소화시키는 것이다.
일반적으로 패킷 데이터는 버스트(burst)하게 발생하는 특성을 가지기 때문에, 패킷 데이터가 전송되지 않는 구간에서도 패킷 데이터가 전송되는 구간과 동일하게 동작하는 것은 불합리하다는 이유에서 슬립 모드가 제안된 것이다.
이와는 반대로 기지국과 가입자 단말기가 슬립 모드에 있다가 전송할 패킷 데이터가 발생하면 기지국 및 가입자 단말기 모두는 동시에 어웨이크 모드로 상태 천이하여 패킷 데이터를 송수신하여야 한다.
슬립 모드 동작은 전력 소모 면에서 뿐만 아니라 채널 신호들간 간섭(interference)을 최소화하기 위한 방안으로도 제안된다. 그러나, 패킷 데이터의 특성은 트래픽(traffic)에 영향을 많이 받기 때문에 슬립 모드 동작은 패킷 데이터의 트래픽 특성 및 전송 방식 특성 등을 고려하여 유기적으로 이루어져야만 한다.
도 2를 참조하면, 먼저 참조부호 31은 패킷 데이터 발생(PACKET DATA GENERATION) 형태를 도시한 것으로서, 다수의 온(ON)구간들과 오프(OFF) 구간들로 구성된다. 온 구간들은 패킷 데이터, 즉 트래픽이 발생하는 구간들로서 버스트 구간이며, 오프 구간들은 트래픽이 발생하지 않는 아이들 구간이다.
이와 같이 트래픽 발생 패턴(pattern)에 따라서 가입자 단말기와 기지국은 슬립 모드와 어웨이크 모드로 상태 천이하여 가입자 단말기의 전력 소모를 최소화함과 동시에 채널 신호들간 상호 간섭으로 작용하는 것을 제거할 수 있다.
참조부호 33은 기지국 및 가입자 단말기의 상태 천이(MODE CHANGE) 형태를 도시한 것으로, 다수의 어웨이크 모드들과 슬립 모드들로 구성된다. 어웨이크 모드들은 트래픽이 발생하는 상태들로서 기지국과 가입자 단말기간의 실질적인 패킷 데이터 송수신이 이루어진다. 이와는 반대로 슬립 모드들은 트래픽이 발생하지 않는 상태들로서 기지국과 가입자 단말기들간 실질적인 패킷 데이터 송수신이 이루어지지 않는다.
참조부호 35는 가입자 단말기의 전력 레벨(SS POWER LEVEL) 형태를 도시한 것으로, 도시된 바와 같이 어웨이크 모드의 가입자 단말기 전력 레벨은 'K'로, 슬립 모드의 가입자 단말기 전력 레벨은 'M'으로 나타내고 있다. 어웨이크 모드의 가입자 단말기 전력 레벨 K와 슬립 모드의 가입자 단말기 전력 레벨 M을 비교해 보면, M 값이 K 값에 비해 훨씬 작다. 즉, 슬립 모드에서는 패킷 데이터 송수신이 이루어지지 않기 때문에 전력이 거의 소모되지 않음을 알 수 있다.
슬립 모드 동작을 지원하기 위해서 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 제안하고 있는 방식들을 설명하면 다음과 같다.
먼저, IEEE 802.16e 통신 시스템에서 현재 제안하고 있는 방식들을 설명하기에 앞서 전제되어야 하는 조건들을 설명한다.
가입자 단말기가 슬립 모드로 상태 천이하기 위해서는 반드시 기지국으로부터의 상태 천이 허락을 받아야만 하며, 또한 기지국은 가입자 단말기가 슬립 모드로 상태 천이를 하도록 허락함과 동시에 전송할 패킷 데이터를 버퍼링(buffering) 혹은 폐기(dropping)하는 동작을 수행할 수 있어야만 한다.
또한, 기지국은 가입자 단말기의 청취 구간(LISTENING INTERVAL이라 함) 동안에 가입자 단말기로 전송될 패킷 데이터가 존재함을 알려야만 하며, 이때 가입자 단말기는 슬립 모드에서 깨어나 기지국으로부터 자신에게로 전송되어야할 패킷 데이터가 존재하는지를 확인해야 한다. 청취 구간은 하기에서 후술할 것이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
가입자 단말기는 청취 구간 동안 확인 결과 기지국으로부터 자신에게로 전송될 패킷 데이터가 존재함을 감지하면, 어웨이크 모드로 상태 천이하여 기지국으로부터 패킷 데이터를 수신하게 된다. 또한, 가입자 단말기는 확인 결과 기지국으로부터 가입자 단말기로 전송될 패킷 데이터가 존재하지 않음을 감지하면, 청취 구간 후 슬립 모드로 다시 되돌아가거나 혹은 어웨이크 모드를 그대로 유지할 수 있다.
슬립 모드와 어웨이크 모드 동작을 지원하기 위해 요구되는 파라미터(parameter)들을 설명하면 다음과 같다.
(1) 슬립 구간(SLEEP INTERVAL이하 함)
상기 슬립 구간은 가입자 단말기가 요청하고, 가입자 단말기의 요청에 따라 기지국이 할당할 수 있는 구간으로서, 가입자 단말기가 슬립 모드로 상태 천이한 후 다시 어웨이크 모드로 상태 천이할 때까지의 시구간(time interval)을 나타내며, 결과적으로 가입자 단말기가 슬립 모드로 동작하는 시간으로 정의된다.
가입자 단말기는 슬립 구간 이후에도 지속적으로 슬립 모드에 존재할 수도 있으며, 이 경우는 미리 설정되어 있는 최소 윈도우(MIN-WINDOW; minimum window) 및 최대 윈도우(MAX-WINDOW; maximum window) 값을 이용하여 exponentially increasing algorithm을 수행하여 슬립 구간을 업데이트(update)한다.
여기서, 최소 윈도우값은 슬립 구간의 최소 값을 나타내며, 최대 윈도우값은 슬립 구간의 최대 값을 나타낸다. 또한, 최소 윈도우값 및 최대 윈도우값은 프레임수로 나타내며 모두 기지국에서 할당한 것이다. 이에 대한 구체적인 설명은 하기에서 상술하기로 하고 더이상 상세한 설명은 생략하기로 한다.
(2) 청취 구간(LISTENING INTERVAL)
청취 구간은 가입자 단말기가 요청하고, 가입자 단말기의 요청에 따라 기지국이 할당할 수 있는 구간으로서, 가입자 단말기가 슬립 모드에서 잠시동안 깨어난 후 기지국의 순방향(downlink) 신호에 동기되어 순방향 메시지들(예컨대, 트래픽 지시(TRF_IND; traffic indication) 메시지와 같은 순방향 메시지들)을 수신하는 시구간을 나타낸다.
여기서, 트래픽 지시(TRF_IND) 메시지는 가입자 단말기로 전송될 트래픽 메시지(즉, 패킷 데이터가 존재함을 나타내는 메시지)로서, 하기에서 설명할 것이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 가입자 단말기는 트래픽 지시 메시지의 값에 따라서 어웨이크 모드에 있을지 혹은 다시 슬립 모드로 상태 천이할지를 결정하게 된다.
(3) 슬립 구간 업데이트 알고리즘(SLEEP INTERVAL UPDATE ALGORITHM이라 함)
가입자 단말기는 슬립 모드로 상태 천이하면 미리 설정되어 있는 최소 윈도우값을 최소 슬립 모드 주기로 간주하여 슬립 구간을 결정한다. 슬립 구간의 시간이 지난 후, 가입자 단말기는 슬립 모드에서 깨어나서 기지국으로부터 전송될 패킷 데이터의 존재 여부를 확인한다. 확인 결과 전송될 패킷 데이터가 존재하지 않는다는 것을 확인한 후에는, 가입자 단말기는 슬립 구간을 바로 이전 슬립 구간 시간의 2배로 설정하고 설정된 시간 동안 계속 슬립 모드를 유지한 후 다시 깨어난다.
예컨대, 최소 윈도우값이 '2'였을 경우, 가입자 단말기는 최초 슬립 구간을 2프레임으로 설정한 후 2프레임 동안 슬립 모드 상태로 존재한다. 2프레임이 경과한 후 가입자 단말기는 슬립 모드에서 깨어나서 트래픽 지시 메시지가 수신되는지 여부를 판단한다.
판단 결과 트래픽 지시 메시지가 수신되지 않으면(즉, 기지국에서 가입자 단말기로 전송되는 패킷 데이터가 존재하지 않음을 판단하면), 가입자 단말기는 슬립 구간을 최초 슬립 구간으로 설정한 2프레임의 2배인 4프레임으로 설정한 후 4프레임 동안 슬립 모드를 유지한다.
이렇게 가입자 단말기는 최대 윈도우 시간 동안 최소 윈도우값에서부터 최대 윈도우값까지 증가하면서 슬립 모드와 어웨이크모드를 반복 수행한다. 가입자 단말기가 매번 슬립 모드로 진입할 때마다 슬립 구간을 증가시키는 동작을 슬립 구간 업데이트 알고리즘이라 한다.
상기에서 설명한 바와 같은 슬립 모드 동작 및 어웨이크 모드 동작을 지원하기 위한 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 현재 정의하고 있는 메시지들은 다음과 같다.
(1) 슬립 요구(SLP_REQ: Sleep-Request) 메시지
슬립 요구 메시지는 가입자 단말기에서 기지국으로 전송하는 메시지로서, 가입자 단말기가 슬립 모드로 상태 천이를 요구하는 메시지이다. 슬립 요구 메시지에는 가입자 단말기가 슬립 모드로 동작하기 위해 요구되는 파라미터들, 즉 정보 엘리먼트(IE: Information Element)들이 포함되며, 슬립 요구 메시지 포맷(format)은 하기 표 1과 같다.
SYNTAX SIZE NOTES
SLP-REQ_MESSAGE_FORMAT() {
MANAGEMENT MESSAGE TYPE = 45 8 bits
MIN-WINDOW 6 bits
MAX-WINDOW 10 bits
LISTENING INTERVAL 8 bits
}
슬립 요구 메시지는 가입자 단말기의 연결 식별자(CID; connection ID)를 기준으로 전송되는 전용 메시지(dedicated message)이며, [표 1]에 나타낸 슬립 요구 메시지의 정보 엘리먼트들 각각을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 관리 메시지 타입(MANAGEMENT MESSAGE TYPE)은 현재 전송되는 메시지가 어떤 메시지인지를 나타내는 정보로서, 관리 메시지 타입이 45일 경우(MANAGEMENT MESSAGE TYPE = 45) 슬립 요구 메시지를 의미한다.
최소 윈도우값은 슬립 구간(SLEEP INTERVAL)을 위해 요구된 시작 값(requested start value for the SLEEP INTERVAL(measured in frames))을 나타낸다. 최대 윈도우값은 슬립 구간을 위해 요구된 종료 값(requested stop value for the SLEEP INTERVAL(measured in frames))을 나타낸다. 즉, 슬립 구간 업데이트 알고리즘에서 설명한 바와 같이 슬립 구간은 최소 윈도우값부터 최대 윈도우값 내에서 업데이트 가능하다. 일반적으로 최소 윈도우값은 2ms로 설정되고, 최대 윈도우값은 5ms로 설정된다.
청취 구간(LISTENING INTERVAL)은 요구된 청취 구간(requested LISTENING INTERVAL(measured in frames))을 나타낸다. 청취 구간 역시 프레임 값으로 나타낸다.
(2) 슬립 응답(SLP_RSP: Sleep-Response) 메시지
슬립 응답 메시지는 슬립 요구 메시지에 대한 응답 메시지로서, 가입자 단말기에서 요구한 슬립 모드로의 상태 천이를 허락할 것인지 혹은 거부할 것인지를 나타내는 메시지로 사용되거나 혹은 비요구 지시(unsolicited instruction)를 나타내는 메시지로도 사용될 수 있다.
여기서, 비요구 지시를 위한 메시지로서 슬립 응답 메시지를 사용하는 경우는 하기에서 설명할 것이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 슬립 응답 메시지에는 가입자 단말기가 슬립 모드로 동작하기 위해 필요로 되는 정보 엘리먼트들이 포함되며, 슬립 응답 메시지 포맷은 아래 [표 2]와 같다.
SYNTAX SIZE NOTES
SLP-RSP_MESSAGE_FORMAT() {
MANAGEMENT MESSAGE TYPE = 46 8 bits
SLEEP-APPROVED 1 bit 0: SLEEP-MODE REQUEST DENIED1: SLEEP-MODE REQUEST APPROVED
IF(SLEEP-APPROVED == 0) {
RESERVED 7 bits
} ELSE {
START-TIME 7 bits
MIN-WINDOW 6 bits
MAX-WINDOW 10 bits
LISTENING INTERVAL 8 bits
}
}
슬립 응답 메시지 역시 가입자 단말기의 연결 식별자를 기준으로 전송되는 전용 메시지이며, [표 2]에 나타낸 슬립 응답 메시지의 정보 엘리먼트들 각각을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 관리 메시지 타입(MANAGEMENT MESSAGE TYPE)은 현재 전송되는 메시지가 어떤 메시지인지를 나타내는 정보로서, 관리 메시지 타입이 46일 경우(MANAGEMENT MESSAGE TYPE = 46) 슬립 응답 메시지를 나타낸다.
또한, 슬립 허락(SLEEP-APPROVED) 값은 1비트로 표현되며, 슬립 허락값이 '0'일 경우 슬립 모드로의 천이가 거부됨(SLEEP-MODE REQUEST DENIED)을 나타내며, 슬립 허락값이 '1'일 경우 슬립 모드로의 천이가 허가됨(SLEEP-MODE REQUEST APPROVED)을 나타낸다. 한편, 슬립 허락값이 '0'일 경우에는 7비트의 예약(RESERVED) 영역이 존재한다. 슬립 허락값이 '1'일 경우에는 시작 타임(START TIME) 값, 최소 윈도우, 최대 윈도우값, 및 청취 구간이 존재한다.
여기서, 시작 타임 값은 가입자 단말기가 제1 슬립 구간(the first SLEEP INTERVAL)로 진입하는 시점까지의 프레임값으로, 슬립 응답 메시지를 수신한 프레임은 포함되지 않는다(The number of frames(not including the frame in which the message has been received) until the SS shall enter the first SLEEP INTERVAL). 즉, 가입자 단말기는 슬립 응답 메시지를 수신한 프레임 이후의 바로 다음 프레임부터 시작 타임 값에 해당하는 프레임들이 경과한 후 슬립 모드로 상태 천이하게 된다.
최소 윈도우값은 슬립 구간을 위한 시작 값(start value for the SLEEP INTERVAL(measured in frames))을 나타내고, 최대 윈도우값은 슬립 구간을 위한 종료 값(stop value for the SLEEP INTERVAL(measured in frames))을 나타낸다. 청취 구간은 청취 구간을 위한 값(value for LISTENING INTERVAL(measured in frames))을 나타낸다.
(3) 트래픽 지시(TRF_IND: Traffic Indication) 메시지
트래픽 지시 메시지는 기지국이 청취 구간 동안 가입자 단말기로 전송하는 메시지로서 기지국이 가입자 단말기로 전송할 패킷 데이터가 존재함을 나타내는 메시지이다. 트래픽 지시 메시지의 포맷은 아래 [표 3]과 같다.
SYNTAX SIZE NOTES
TRF-IND_MESSAGE_FORMAT() {
MANAGEMENT MESSAGE TYPE = 47 8 bits
POSITIVE_INDICATION_LIST() { TRAFFIC HAS BEEN ADDRESSEDTO THE SS
NUM-POSITIVE 8 bits
for (i=0; i< NUM-POSITIVE; i++) {
CID 16 bits BASIC CID OF THE SS
}
}
} 128
트래픽 지시 메시지는 슬립 요구 메시지 및 슬립 응답 메시지와는 달리 브로드캐스팅(broadcasting) 방식으로 전송되는 브로드캐스팅 메시지이다. 트래픽 지시 메시지는 기지국에서 소정의 가입자 단말기로 전송할 패킷 데이터가 존재하는지를 나타내는 메시지로서, 가입자 단말기는 브로드캐스팅되는 트래픽 지시 메시지를 청취 구간 동안 디코딩하여 어웨이크 모드로 상태 천이할 것인지 혹은 슬립 모드를 지속적으로 유지할 것인지를 결정하게 된다.
만약, 가입자 단말기가 어웨이크 모드로 천이할 경우 가입자 단말기는 프레임 동기(frame synch)를 확인하고, 가입자 단말기가 예상했던 프레임 시퀀스 번호(frame sequence number)가 일치하지 않으면 어웨이크 모드에서 손실된 패킷 데이터(lost packet data)의 재전송을 요구할 수 있다. 이와는 달리 가입자 단말기가 청취 구간 동안 트래픽 지시 메시지를 수신하지 못하거나, 혹은 트래픽 지시 메시지를 수신하였다고 할지라도 포지티브 지시(POSITIVE INDICATION)가 아닌 네거티브 지시(NEGATIVE INDICATION)가 포함되어 있다면 가입자 단말기는 다시 슬립 모드로 되돌아간다.
[표 3]에 나타낸 트래픽 지시 메시지의 정보 엘리먼트들 각각을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 관리 메시지 타입(MANAGEMENT MESSAGE TYPE)은 현재 전송되는 메시지가 어떤 메시지인지를 나타내는 정보로서, 관리 메시지 타입이 47일 경우(MANAGEMENT MESSAGE TYPE = 47) 트래픽 지시 메시지를 나타낸다. 포지티브 지시 리스트(POSITIVE_INDICATION_LIST)는 포지티브 가입자들의 개수(NUM-POSITIVE)와, 포지티브 가입자들 각각의 연결 식별자를 포함한다. 결국, 포지티브 지시 리스트는 패킷 데이터가 전송될 가입자 단말기들의 개수 및 그 연결 식별자를 나타낸다.
도 3을 참조하여 가입자 단말기의 요구에 따라 가입자 단말기가 슬립 모드로 상태 천이하는 동작을 설명하기로 한다. 도면은 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 제안하고 있는 가입자 단말기의 요구에 따른 가입자 단말기의 슬립 모드 상태 천이 과정을 도시한 신호 흐름도이다.
먼저 가입자 단말기(40)는 슬립 모드로 상태 천이하기를 원하면 기지국(50)으로 슬립 요구 메시지를 전송한다(S31). 여기서, 슬립 요구 메시지는 [표 1]에서 설명한 바와 같은 정보 엘리먼트들이 포함된다. 가입자 단말기(40)로부터 슬립 요구 메시지를 수신한 기지국(50)은 가입자 단말기(40) 및 기지국(50)의 상황을 고려하여 가입자 단말기(40)의 슬립 모드로의 상태 천이를 허락할지 여부를 판단하고, 그 판단결과에 따라 가입자 단말기(40)로 슬립 응답 메시지를 전송한다(S33).
여기서, 기지국(50)은 가입자 단말기(40)로 전송할 패킷 데이터가 존재하는지 등을 고려하여 가입자 단말기(40)의 슬립 모드로의 상태 천이를 허락할지를 결정하게 되는데, [표 2]에서 설명한 바와 같이 슬립 모드로의 상태 천이를 허락할 경우에는 슬립 허락값을 '1'로 설정하고, 이와는 반대로 슬립 모드로의 상태 천이를 거부할 경우에는 슬립 허락값을 '0'으로 설정하며, 슬립 응답 메시지에 포함되는 정보 엘리먼트들은 [표 2]에서 설명한 바와 같다.
기지국(50)으로부터 슬립 응답 메시지를 수신한 가입자 단말기(40)는 슬립 응답 메시지에 있는 슬립 허락값을 파악하여, 슬립 모드로의 상태 천이가 허락되었을 경우 슬립 모드로 상태 천이한다(S35). 한편, 슬립 응답 메시지의 슬립 허락값이 슬립 모드로의 상태 천이가 거부되었음을 표시하였을 경우에는 가입자 단말기(40)는 현재의 모드, 즉 어웨이크 모드를 유지한다.
또한, 가입자 단말기(40)는 슬립 모드로 상태 천이함에 따라 슬립 응답 메시지들로부터 해당하는 정보 엘리먼트들을 읽어 슬립 모드 동작을 수행하게 된다.
다음으로 도 4를 참조하여 기지국의 제어에 따라 가입자 단말기가 슬립 모드로 상태 천이하는 동작을 설명하기로 한다. 도 4는 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 제안하고 있는 기지국에 제어에 따른 가입자 단말기의 슬립 모드 상태 천이 과정을 도시한 신호 흐름도이다.
도 4의 설명에 앞서, IEEE 802.16e 통신 시스템에서는 현재 상기 슬립 응답 메시지를 비요구 지시를 나타내는 메시지로서 사용하는 방안에 대해서도 제안하고 있다. 여기서, 비요구 지시라함은 말 그대로 가입자 단말기로부터 별도의 요구가 없어도 기지국의 지시, 즉 제어에 따라 가입자 단말기가 동작하는 것을 의미하며, 도 4에서는 비요구 지시에 따라 가입자 단말기가 슬립 모드로 상태 천이하는 경우를 도시하고 있다.
먼저, 기지국(50)은 가입자 단말기(40)로 슬립 응답 메시지를 전송한다(S41). 여기서, 슬립 응답 메시지는 [표 2]에서 설명한 바와 같은 정보 엘리먼트들을 동일하게 포함한다. 기지국(50)으로부터 슬립 응답 메시지를 수신한 가입자 단말기(40)는 슬립 응답 메시지에 있는 슬립 허락값을 파악하여, 슬립 모드로의 상태 천이가 허락되었을 경우 슬립 모드로 상태 천이한다(S43).
도 4에서 슬립 응답 메시지는 비요구 지시 메시지로서 사용되기 때문에 슬립 허락값은 '1'로만 표기된다. 또한, 가입자 단말기(40)는 슬립 모드로 상태 천이함에 따라 슬립 응답 메시지들로부터 해당하는 정보 엘리먼트들을 읽어 슬립 모드 동작을 수행하게 된다.
도 5를 참조하여 기지국의 제어에 따라 가입자 단말기가 어웨이크 모드로 상태 천이하는 동작을 설명하기로 한다. 도 5는 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 제안하고 있는 기지국의 제어에 따른 가입자 단말기의 어웨이크 모드 상태 천이 과정을 도시한 신호 흐름도이다.
먼저 기지국(50)은 가입자 단말기(40)로 전송할 트래픽이 발생하면, 즉 패킷 데이터가 발생하면 가입자 단말기(40)로 트래픽 지시 메시지를 전송한다(S51).
여기서, 트래픽 지시 메시지는 [표 3]에서 설명한 바와 같은 정보 엘리먼트들을 포함한다. 기지국(50)으로부터 트래픽 지시 메시지를 수신한 가입자 단말기(40)는 트래픽 지시 메시지로부터 포지티브 지시의 존재 유무를 검사하고, 포지티브 지시가 존재할 경우 트래픽 지시 메시지에 포함되어 있는 연결 식별자를 읽어 가입자 단말기(40) 자신의 연결 식별자가 포함되어 있는지를 검사한다.
검사 결과, 트래픽 지시 메시지에 가입자 단말기(40) 자신의 연결 식별자가 포함되어 있을 경우 가입자 단말기(40)는 현재의 모드, 즉 슬립 모드에서 어웨이크 모드로 상태 천이한다(S53).
도 6은 상기에서 설명한 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 제안하고 있는 슬립 모드 동작들을 통합하여 도시한 도면이다.
먼저 가입자 단말기(SS)(60)는 슬립 모드를 요구하는 메시지(Sleep-request)를 기지국(BS)(70)에 전송한다. 여기서 슬립 요구 파라미터에는 가입자 단말기(60)가 자신의 입장에서 설정한 최소 윈도우값, 최대 윈도우값, 및 청취 구간에 대한 정보가 포함된다.
슬립 요구 메시지를 수신한 기지국(70)은 슬립 요구 메시지에 대응하여 할당 가능한 슬립 응답 메시지(Sleep-request)를 설정하여 가입자 단말기(60)로 전송한다. 여기서 슬립 응답 메시지에는 기지국(70)이 가입자 단말기(60)에 할당한 최소 윈도우값, 최대 윈도우값, 청취 구간, 및 슬립 모드 시작 시간에 대한 정보가 포함된다. 여기서 상기 값들의 단위는 프레임이고 초(sec) 단위이다.
슬립 응답 메시지를 수신한 가입자 단말기(60)는 슬립 모드 시작 시간에 최초 설정된 시간 동안 슬립 모드로 동작하다가 청취 구간으로 할당된 시간 동안 어웨이크모드를 유지한다. 어웨이크모드인 상태에서 기지국(70)으로부터 네거티브 트래픽 지시메시지를 수신하면, 가입자 단말기(60)는 청취 구간이 지난 후 이전 단계의 슬립 모드 시간의 2배 시간 동안 슬립모드를 유지한다. 슬립모드가 끝나서 청취 구간 동안 어웨이크모드를 유지하는 가입자 단말기(60)는 청취 구간 동안 포지티브 트래픽 지시메시지를 수신하면, 슬립 모드로 전환하도록 설정된 시간과 상관없이 어웨이크모드를 유지하면서 기지국(70)으로부터 전송되는 데이터를 수신한다.
상기에서는 현재 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 제안하고 있는 슬립 모드 동작들에 대해서 설명하였으며, 상기에서 설명한 슬립 모드 동작들의 문제점들을 설명하면 다음과 같다.
상술한 바와 같이 슬립 모드에 있는 가입자 단말기는 슬립 구간을 최소 윈도우값에서부터 설정하고, 슬립 구간이 지난 이후 청취 구간 동안 기지국으로부터 전송되는 트래픽 지시 메시지를 통하여 자신에게 전송될 패킷 데이터의 유무를 확인한다.
가입자 단말기의 트래픽 지시 메시지 확인 결과 자신에게 전송될 패킷 데이터가 없다고 판단될 경우, 가입자 단말기는 슬립 구간을 바로 이전 슬립 구간의 2배 값으로 설정하고, 설정된 값에 대응하는 시간 동안 청취 구간이 끝난 후 슬립 모드를 유지한다. 상기와 같은 절차가 반복되면서 계속적으로 전송될 패킷 데이터가 없을 경우, 슬립 구간은 최대 윈도우값에 도달하게 된다.
상기와 같이 슬립 구간이 최대 윈도우값에 도달할 경우, 가입자 단말기가 취해야할 동작에 대해서는 현재로서 정의된 바가 없는 실정이다. 따라서, 상기와 같이 가입자 단말기의 슬립 구간 값이 최대 윈도우값에 도달될 경우, 패킷 전송 환경을 고려한 가입자 단말기 또는 기지국의 효과적인 대응 방안이 필요하다.
도 7은 종래의 방식에 따라 슬립 모드를 구현하는 것을 도시한 도면이다. 여기서 최소 윈도우값은 2ms이고, 최대 윈도우값은 5ms이며, 청취 구간은 2ms인 것으로 가정한다.
도시된 바와 같이, 가입자 단말기는 최초 2ms동안 슬립 모드를 유지하다가 2ms가 지나면 2ms동안 파워를 온(on)하고 청취 구간을 유지한다. 가입자 단말기는 2ms의 청취 구간이 지나면 2번째 슬립 모드를 유지한다. 여기서 2번째 슬립 모드를 위한 슬립 구간은 4ms(=2ms*2)가 된다. 4ms의 슬립 모드 구간이 지나면, 가입자 단말기는 2ms동안 파워 온(Power On) 하고 청취 구간을 유지한다.
가입자 단말기는 2ms의 청취 구간이 지나면 3번째 슬립 모드를 유지한다. 여기서 3번째 슬립 모드를 위한 슬립 구간은 8ms(=4ms*2)가 된다. 8ms의 슬립 모드 구간이 지나면, 가입자 단말기는 2ms동안 파워 온 하고 청취 구간을 유지한다.
이러한 과정에 따라 가입자 단말기의 마지막 슬립 모드는 12번째 슬립 구간이 된다. 여기서 슬립 모드를 위한 슬립 구간은 2ms의 정수배인 4.096s가 된다.
한편, 가입자 단말기에 할당되는 최소 윈도우값, 최대 윈도우값, 및 청취 구간 중 최소 윈도우값과 최대 윈도우값은 할당된 값을 항상 유지한다. 따라서, 가입자 단말기와 기지국 간에 데이터 전송이 필요 없는 경우에도, 가입자 단말기는 설정된 시간에 어웨이크 모드를 유지해야하는 문제점이 있다. 게다가 가입자 단말기와 기지국 간에 데이터 전송이 필요 없는 불필요한 시간 동안에도 가입자 단말기가 설정된 시간 동안 어웨이크 모드를 유지함에 따라, 슬립 모드의 궁극적인 목적인 파워 세이브의 효과가 미흡한 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1목적은, 광대역 무선 접속 통신 시스템의 슬립 구간 설정 방법에 있어서, 기지국과 가입자 단말기 간의 데이터 전송을 위한 통신 트래픽 환경에 따라 적응적으로 슬립 구간을 설정하는 슬립 구간 설정 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제2목적은, 최소 윈도우값에서 부터 시작하여 최대 윈도우값으로 슬립모드를 수행하는 구간이 끝난 후에도 다시 최대 윈도우값 까지 슬립 모드를 반복 구현하고 기지국과 가입자 단말기 간의 데이터 전송을 위한 통신 트래픽 환경이 고려하여 슬립 구간을 재설정할 수 있는 슬립 구간 설정 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제3목적은, 슬립 모드 루프 구현시 보다 효율적으로 파워를 세이브할 수 있는 슬립 구간 설정 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적은 본 발명에 따라, 전송할 데이터가 존재하지 않는 슬립 모드(sleep mode)와, 전송할 데이터가 존재하는 어웨이크 모드(awake mode)를 가지는 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 슬립 모드의 슬립 구간을 설정하는 방법에 있어서, 가입자 단말기가 최대 윈도우값의 시간을 경과하면 어웨이크 모드(상태)로 천이하고, 기지국으로부터 전송할 데이터가 없음을 나타내는 메시지의 수신 여부를 판단하는 과정; 및 가입자 단말기가 전송할 메시지가 없음을 나타내는 메시지를 수신하면 슬립 모드의 슬립 상태로 천이하고, 슬립 모드에 대한 최소 윈도우값을 최대 윈도우값 범위 내에서 이전 슬립 모드 루프의 최소 윈도우값 보다 큰 값으로 설정하는 과정을 포함하는 슬립 구간 설정 방법에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 슬립모드를 수행하여 최소 윈도우값에서 최대 윈도우값까지 도달하게되면 슬립 모드 루프를 수행하여 초기 최소 윈도우값의 정수배로 최소 윈도우값을 설정하고 설정한 최소 윈도우값을 기초로 최대 윈도우값에 도달할 때까지 슬립모드를 수행하는 방법을 적용하여 반복 수행하는 슬립 모드 루프를 수행하고 슬립 모드 루프의 반복 횟수가 바뀔 때마다 최소 윈도우값을 이전 슬립 모드 루프의 최소 윈도우값의 소정 배수로 설정함으로써, 최소 윈도우값에서 부터 시작하여 최대 윈도우값으로 슬립모드를 수행하는 구간이 끝난 후에도 슬립 모드 루프를 구현하고 기지국과 가입자 단말기 간의 데이터 전송을 위한 통신 트래픽 환경에 따라 적응적으로 슬립 구간을 설정할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 8은 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하기 위한 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8을 설명하기에 앞서, 종래 기술 부분에서 설명한 바와 같이 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16e 통신 시스템은 IEEE 802.16a 통신 시스템에 가입자 단말기(SS; Subscriber Station)의 이동성(mobility)을 고려하는 통신 시스템으로서 현재 구체적으로 제안된 바가 없다.
한편, IEEE 802.16a 통신 시스템에 가입자 단말기의 이동성을 고려하면 다중셀(multi cell) 구조와, 다중셀간 가입자 단말기의 핸드오프(handoff)를 고려할 수 있으며, 따라서 본 발명에서는 IEEE 802.16e 통신 시스템 구조를 도 8과 같이 제안하기로 한다.
그리고, IEEE 802.16e 통신 시스템은 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplex; 이하 'OFDM'이라 함) 방식 및 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; 이하 'OFDMA'이라 함) 방식을 사용하는 광대역 무선 접속(BWA; Broadband Wireless Access) 통신 시스템이다. 도 8에서는 OFDM/OFDMA 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템을 IEEE 802.16e 통신 시스템에서의 일 예로 들어 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, IEEE 802.16e 통신 시스템은 다중 셀 구조를 가지며(즉, 셀(100)과 셀(150)을 가지며), 제1셀(100)을 관장하는 기지국(BS; Base Station)(110)과, 제2셀(150)을 관장하는 기지국(140)과, 다수의 가입자 단말기들(111, 113, 130, 151, 153)로 구성된다.
그리고, 기지국들(110, 140)과 가입자 단말기들(111, 113, 130, 151, 153)간의 신호 송수신은 OFDM/OFDMA 방식을 사용하여 이루어진다. 한편, 가입자 단말기들(111, 113, 130, 151, 153) 중 참조부호 130의 가입자 단말기는 두 셀들(100, 150)의 경계 지역, 즉 핸드오프 영역에 존재한다. 따라서, 가입자 단말기(130)에 대한 핸드오프를 지원해야만 가입자 단말기(130)에 대한 이동성을 지원하는 것이 가능하게 된다.
여기서, 핸드오프를 지원하지 않던 IEEE 802.16a 통신 시스템에서 핸드오프를 지원하기 위한 동작들은 본 발명과는 직접적인 관련이 없으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 도 8에서 설명한 바와 같이 IEEE 802.16e 통신 시스템은 IEEE 802.16a 통신 시스템에 가입자 단말기의 이동성을 고려해야 하기 때문에 결과적으로 가입자 단말기의 전력 소모는 시스템 전체의 중요한 요인으로 작용하게 되며, 따라서 가입자 단말기의 전력 소모를 최소화시키기 위한 가입자 단말기와 기지국간 슬립 모드(SLEEP MODE) 동작 및 슬립 모드 동작에 대응되는 어웨이크 모드(AWAKE MODE) 동작이 제안되었다.
그러나, 현재 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 제안하고 있는 슬립 모드 동작 및 어웨이크 모드 동작에서는 상술한 바와 같이 슬립 구간 설정에 있어 최대 윈도우값에 도달한 이후 동작에 대한 제어 방법이 없다는 문제점을 가지고 있다.
슬립 구간 설정의 방법들은 슬립 구간의 값을 최대 윈도우값으로 계속 유지하는 제1방법과, 슬립 구간 값을 최소 윈도우값으로 설정한 후 최대 윈도우값까지 증가되는 동작을 계속하여 반복하게 하는 제2방법이 고려될 수 있다. 또한, 슬립 구간 값이 최대 윈도우값에 도달하면 새로운 슬립 구간 설정을 위한 슬립 요구 메시지를 송신하여 주는 제3방법이 고려될 수 있다.
그러나 상기 제1 및 제2 방법은 기지국과 각 가입자 단말기 간의 통신 트래픽이 고려되지 않고 단순히 설정된 윈도우값으로 슬립모드를 수행하는 것일 뿐이다. 또한, 상기 제3방법은 가입자 단말기가 최대 윈도우값에 도달할 때마다 매번 새로운 슬립 구간 설정을 위한 슬립 요구 메시지를 기지국에 요청해야하고 이에 대한 응답을 수신 받아 슬립 모드를 설정해야 하는 단점이 있다.
본 발명에서는 상기에서 제안된 세 가지 방법을 고려하여 보다 효율적으로 슬립 구간 설정할 수 있는 방법은 아래와 같다.
도 9는 본 발명에 따른 슬립 모드 루프를 수행할 때 가입자 단말기의 슬립 구간 설정 방법의 바람직한 실시예를 도시한 도면이다. 여기서, 슬립 모드 루프란, 최소 윈도우값으로 시작하여 설정된 구간 동안 슬립 모드를 최대 윈도우값에 도달할 때까지 수행한 후에도 재설정한 최소 윈도우값에서 부터 상기 최대 윈도우값 까지 슬립 모드를 수행하는 동작을 반복하는 것을 말한다.
기지국은 송신할 데이터가 없을 경우, 트래픽 지시 메시지에 네거티브(negative)정보를 포함하여 가입자 단말기로 전송하며, 상기 메시지를 수신한 가입자 단말기는 계속 슬립 모드로 존재하게 된다. 그러나, 상기 기지국이 송신할 데이터의 형태가 실시간 데이터가 아니므로, 데이터 발생 빈도 수가 랜덤한 성격을 갖게 된다.
따라서, 슬립 구간이 최대 윈도우에 도달하게 되면 최소 윈도우값을 초기 최소 윈도우값 보다 크게 설정한 뒤 2배씩 증가시키는 방법이 고려될 수 있다.
도면을 참조하면, 가입자 단말기(220)는 기지국(240)으로부터 전송된 최소 윈도우값, 최대 윈도우값, 청취 구간에 대한 정보를 수신하고 최대 윈도우 카운트를 '0'으로 설정한다(Max Window Count(C)=0).
이에 따라 가입자 단말기(220)는 최소 윈도우값에 대응하는 슬립 구간 동안(311) 슬립 모드를 유지한다(S210). 슬립모드(S210)로 천이한 가입자 단말기(220)는 최소 윈도우값이 경과(311)한 후, 어웨이크 모드로 천이(S211)하여 기지국(240)으로부터 트래픽 지시 메시지를 수신(S212)한다. 여기서, 어웨이크 모드는 청취 구간 동안 가입자 단말기(220)가 기지국(240)으로부터 트래픽 지시 메시지를 수신하기 위한 모드이다.
기지국(240)으로부터 수신한 트래픽 지시 메시지가 네거티브 트래픽 지시 메시지인 경우, 가입자 단말기(220)는 첫 번째 슬립 모드 루프에서 2번째 슬립 모드로 천이한다(S213). 이때 가입자 단말기(220)는 슬립 구간을 첫 번째 슬립 구간 즉 최소 윈도우값의 2배의 시간(2*Min-Window)(312)으로 설정한다. 2번째 슬립 모드로 천이한 가입자 단말기(220)는 첫 번째 슬립 구간의 2배의 시간(312)이 경과한 후, 어웨이크모드로 천이(S214)한다. 이때 가입자 단말기(220)는 기지국(240)으로부터 트래픽 지시 메시지를 수신(S215)한다.
트래픽 지시 메시지로서 네거티브 트래픽 지시 메시지를 수신할 경우, 가입자 단말기(220)는 슬립 구간이 최대 윈도우값에 도달할 때까지 상기와 같은 방법으로 슬립 구간을 설정하고 설정된 슬립 구간에 따라 슬립 구간에서의 슬립 모드(상태)와 청취 구간에서의 어웨이크 모드(상태)를 반복 수행한다.
최대 윈도우값에 도달하게 되면, 가입자 단말기(220)는 최대 윈도우값에 대응하는 슬립 구간(315) 동안 슬립 상태를 유지(S216)하다가 최대 윈도우값의 슬립 구간(315)이 지나면 어웨이크 모드로 천이(S217)한다. 이때 가입자 단말기(220)는 기지국(240)으로부터 트래픽 지시 메시지를 수신한다(S218). 여기서 수신한 트래픽 지시 메시지가 네거티브 트래픽 지시 메시지이면, 가입자 단말기(220)는 슬립 모드 동작을 위한 두 번째 슬립 모드 루프를 수행한다.
가입자 단말기(220)는 두 번째 슬립 모드 루프를 수행하기 위해, 최대 윈도우 카운트를 1로 설정(Max Window Count(C) = C+1 = 0+1 = 1)한다. 또한, 가입자 단말기(220)는 아래 [수학식 1]을 기초로 최소 윈도우값을 설정한다.
첫 번째 슬립 모드 루프에서 초기 최소 윈도우값이 2ms인 것으로 가정하면, 두 번째 슬립 모드 루프에서 최소 윈도우값은 4ms가 된다.
이에 따라 가입자 단말기(220)는 설정한 최소 윈도우값에 대응하는 슬립 구간(411)에서 슬립모드를 유지하다가 슬립 구간(411)이 지나면 어웨이크모드로 천이(S220)하여 기지국(240)으로부터 트래픽 지시 메시지를 수신한다(S221).
수신한 트래픽 지시 메시지가 네거티브 트래픽 지시메시지이면, 가입자 단말기(220)는 슬립모드로 천이(S222)한다. 이때 가입자 단말기(220)는 슬립모드를 유지하기 위한 슬립 구간을 이전 슬립모드의 2배로 설정한다. 이전 슬립모드의 2배의 시간동안(412) 슬립 모드를 유지한 후, 가입자 단말기(220)는 어웨이크모드로 천이한다(S223).
가입자 단말기(220)는 기지국으로부터 포지티브 트래픽 지시메시지가 수신되지 않으면, 상기와 같은 방법으로 슬립 모드 루프를 반복 수행한다. 이때 슬립 구간의 최소 윈도우값이 최대 윈도우값을 초과하는 값이 되면, 가입자 단말기(220)는 이전 슬립 모드에서 설정한 슬립 구간을 슬립 모드를 위한 슬립 구간으로 설정한다.
따라서, 슬립모드를 수행하여 최소 윈도우값에서 최대 윈도우값까지 도달하게되면 슬립 모드 루프를 수행하여 초기 최소 윈도우값의 정수배로 최소 윈도우값을 설정하고 설정한 최소 윈도우값을 기초로 최대 윈도우값에 도달할 때까지 슬립모드를 수행하는 방법을 적용하여 반복 수행하고 슬립 모드 루프의 반복 횟수가 바뀔 때마다 최소 윈도우값을 이전 슬립 모드 루프의 최소 윈도우값의 소정 배수로 설정함으로써, 최소 윈도우값에서 부터 시작하여 최대 윈도우값으로 슬립모드를 수행하는 구간이 끝난 후에도 슬립 모드 루프를 구현하고 기지국과 가입자 단말기 간의 데이터 전송을 위한 통신 트래픽 환경에 따라 적응적으로 슬립 구간을 설정할 수 있다.
또한, OFDM/OFDMA 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템, 즉 IEEE 802.16e 통신 시스템의 슬립 모드 및 어웨이크 모드에서 슬립 구간을 기지국과 가입자 단말기 간의 통신 트래픽 환경을 고려하여 설정함으로써, 불필요하게 어웨이크 모드로 깨어나는 동작 횟수를 줄여 슬립 모드의 취지인 효율적인 전력 세이브의 효과를 얻을 수 있다.
도 10은 도 9를 기초로 최초 슬립 모드 루프를 수행할 때의 파라미터를 나타낸 도면이다.
여기서, 최대 윈도우 카운트는 '0'(Max Window Count(C)= 0), 최소 윈도우값은 '2ms'(Min Window = 2ms), 최대 윈도우값은 '5sec'(Max Window = 5sec), 청취 구간은 '2ms'(Listening Interval = 2ms), 및 현재 슬립 구간은 '2*이전 슬립 구간'으로 설정되어 있다.
도시된 바와 같이 가입자 단말기는 초기 윈도우값 즉 최소 윈도우값인 2ms동안 슬립 모드를 유지한 후, 2ms 동안 파워를 온하여 청취 구간 동안 어웨이크모드를 유지한다. 2ms 동안 어웨이크 모드를 유지한 후, 가입자 단말기는 슬립 모드로 상태를 천이하여 4ms 동안 슬립 모드를 유지한다.
도면에서와 같이 최대 윈도우값 보다 작은 마지막 슬립 구간의 윈도우값은 4.096sec가 된다.
도 11은 도 9를 기초로 2번째 슬립 모드 루프를 수행할 때의 파라미터를 나타낸 도면이다.
여기서, 최대 윈도우 카운트는 '1'(C = C+1), 최소 윈도우값은 상기 [수학식 1]을 이용하여 산출한 '4ms'(= 2ms*21), 최대 윈도우값은 '5sec'(Max Window = 5sec), 청취 구간은 '2ms'(Listening Interval = 2ms), 및 현재 슬립 구간은 '2*이전 슬립 구간'으로 설정되어 있다.
도시된 바와 같이, 가입자 단말기는 두 번째 슬립 루프에서 최소 윈도우값인 4ms동안 슬립 모드를 유지한 후, 2ms 동안 파워를 온하여 청취 구간 동안 어웨이크모드를 유지한다. 2ms 동안 어웨이크 모드를 유지한 후, 가입자 단말기는 슬립 모드로 상태를 천이하여 8ms 동안 슬립 모드를 유지한다.
도면에서와 같이 최대 윈도우값 보다 작은 마지막 슬립 구간의 윈도우값은 4.096sec가 된다.
가입자 단말기가 이러한 방법으로 슬립 모드를 수행할 경우, 첫 번째 슬립 모드 루프를 수행할 때 보다 전력 소비를 줄일 수 있다.
도 12는 도 9를 기초로 3번째 슬립 모드 루프를 수행할 때의 파라미터를 나타낸 도면이다.
여기서, 최대 윈도우 카운트는 '2'(C = C+1), 최소 윈도우값은 상기 [수학식 1]을 이용하여 산출한 '8ms'(= 2ms*22), 최대 윈도우값은 '5sec'(Max Window = 5sec), 청취 구간은 '2ms'(Listening Interval = 2ms), 및 현재 슬립 구간은 '2*이전 슬립 구간'으로 설정되어 있다.
도시된 바와 같이, 가입자 단말기는 두 번째 슬립 루프에서 최소 윈도우값인 8ms동안 슬립 모드를 유지한 후, 2ms 동안 파워를 온하여 청취 구간 동안 어웨이크모드를 유지한다. 2ms 동안 어웨이크 모드를 유지한 후, 가입자 단말기는 슬립 모드로 상태를 천이하여 16ms 동안 슬립 모드를 유지한다.
도면에서와 같이 최대 윈도우값 보다 작은 마지막 슬립 구간의 윈도우값은 4.096sec가 된다.
가입자 단말기가 이러한 방법으로 슬립 모드를 수행할 경우, 두 번째 슬립 모드 루프를 수행할 때 보다 전력 소비를 줄일 수 있다.
도 13은 도 9를 기초로 11번째와 12 및 13번째 슬립 모드 루프를 수행할 때의 파라미터를 나타낸 도면이다.
가입자 단말기가 11번째 슬립 모드 루프를 수행할 때, 최대 윈도우 카운트는 '10'(C = C+1), 최소 윈도우값은 상기 [수학식 1]을 이용하여 산출한 '2.048sec'(= 2ms*210), 최대 윈도우값은 '5sec'(Max Window = 5sec), 청취 구간은 '2ms'(Listening Interval = 2ms), 및 현재 슬립 구간은 '2*이전 슬립 구간'으로 설정되어 있다.
도시된 바와 같이, 가입자 단말기는 11번째 슬립 루프에서 최소 윈도우값인 2.048sec동안 슬립 모드를 유지한 후, 2ms 동안 파워를 온하여 청취 구간 동안 어웨이크모드를 유지한다. 2ms 동안 어웨이크 모드를 유지한 후, 가입자 단말기는 슬립 모드로 상태를 천이하여 4.096sec 동안 슬립 모드를 유지한다.
도면에서와 같이 최대 윈도우값 보다 작은 마지막 슬립 구간의 윈도우값은 4.096sec가 된다.
가입자 단말기가 이러한 방법으로 슬립 모드를 수행할 경우, 이전 슬립 모드 루프를 수행할 때 보다 전력 소비를 줄일 수 있다.
한편, 가입자 단말기가 12번째 슬립 모드 루프를 수행할 때, 최대 윈도우 카운트는 '11'(C = C+1), 최소 윈도우값은 상기 [수학식 1]을 이용하여 산출한 '4.096sec'(= 2ms*211), 최대 윈도우값은 '5sec'(Max Window = 5sec), 청취 구간은 '2ms'(Listening Interval = 2ms), 및 현재 슬립 구간은 '2*이전 슬립 구간'으로 설정되어 있다.
도시된 바와 같이, 가입자 단말기는 12번째 슬립 루프에서 최소 윈도우값인 4.096sec동안 슬립 모드를 유지한 후, 2ms 동안 파워를 온하여 청취 구간 동안 어웨이크모드를 유지한다. 2ms 동안 어웨이크 모드를 유지한 후, 가입자 단말기는 슬립 모드로 상태를 천이하여 다시 4.096sec 동안 슬립 모드를 유지한다.
또한, 가입자 단말기가 13번째 슬립 모드 루프를 수행할 때, 최대 윈도우 카운트는 '12'(C = C+1), 최소 윈도우값은 최소 윈도우값이 윈도우값 보다 큼에 따라 아래 [수학식 2]를 이용하여 산출한 '4.096sec'(= 2ms*212-1), 최대 윈도우값은 '5sec'(Max Window = 5sec), 청취 구간은 '2ms'(Listening Interval = 2ms), 및 현재 슬립 구간은 '2*이전 슬립 구간'으로 설정되어 있다.
도시된 바와 같이, 가입자 단말기는 13번째 슬립 루프에서 최소 윈도우값인 4.096sec동안 슬립 모드를 유지한 후, 2ms 동안 파워를 온하여 청취 구간 동안 어웨이크모드를 유지한다. 2ms 동안 어웨이크 모드를 유지한 후, 가입자 단말기는 슬립 모드로 상태를 천이하여 다시 4.096sec 동안 슬립 모드를 유지한다.
가입자 단말기가 이러한 방법으로 슬립 모드를 수행할 경우, 이전 슬립 모드 루프를 수행할 때 보다 전력 소비를 줄일 수 있다.
도 14는 도 9를 적용할 경우 가입자 단말기에서의 동작을 나타내는 순서도이다.
먼저, 가입자 단말기는 기지국으로부터 초기 최소 윈도우값, 최대 윈도우값, 청취 구간에 대한 정보를 수신하고, 최대 윈도우 카운트를 '0'으로 설정한다(S510). 이에 따라 가입자 단말기는 슬립 구간이 최대 윈도우값에 도달할 때까지 설정한 슬립 구간에 따라 슬립 모드 루프 동안 슬립 모드 동작을 수행한다(S520).
슬립 모드를 수행하여 슬립 구간이 최대 윈도우값에 도달하면, 가입자 단말기는 최대 윈도우 카운트를 '1' 증가시키고(S530), 상기 [수학식 1]과 같이 초기 최소 윈도우값과 '2'에 대한 현재 슬립 모드 루프에서 최대 윈도우 카운트를 승산한 값을 곱셈 연산하여 최소 윈도우값을 산출한다(S540).
이때 가입자 단말기는 이렇게 산출한 최소 윈도우값과 최대 윈도우값의 크기를 비교한다(S550). S540 단계에서 산출한 최소 윈도우값이 최대 윈도우값 보다 작은 것으로 판단되면, 가입자 단말기는 설정한 슬립 구간에 따라 슬립 모드를 수행하는 S520 단계 내지 S550 단계를 반복 수행한다.
만약, S540 단계에서 산출한 최소 윈도우값이 최대 윈도우값 보다 큰 것으로 판단되면, 가입자 단말기는 상기 [수학식 2]와 같은 방법으로 슬립 구간을 산출한다(S560). 가입자 단말기는 이렇게 산출한 슬립 구간 동안 슬립 모드를 유지하다가 2ms의 청취구간 동안 어웨이크모드로 천이한 후, S560 단계에서 산출한 슬립 구간 동안 다시 슬립모드를 수행하는 동작을 반복한다(S570).
한편, 가입자 단말기는 S570 단계에서 어웨이크모드의 청취 구간 동안 포지티브 트래픽 지시메시지의 수신 여부를 판단한다(S580). 포지티브 트래픽 지시메시지가 수신되지 않은 것으로 판단되면, 가입자 단말기는 S560 단계에서 산출한 슬립 구간을 이용하여 슬립 모드를 반복 수행한다.
S580 단계에서 포지티브 트래픽 지시메시지가 수신된 것으로 판단되면, 가입자 단말기는 파워를 온하여 어웨이크모드로 동작을 천이하고 기지국으로부터 데이터를 수신 받는다(S590).
기지국으로부터 포지티브 트래픽 지시메시지를 수신하여 데이터 통신을 수행하고 난 후, 가입자 단말기는 최소 윈도우값 및 최대 윈도우 카운트를 초기화한다. 즉, 가입자 단말기는 최소 윈도우값을 초기 윈도우값(본 실시예에서는 2ms)으로 설정하고, 최대 윈도우 카운트를 '0'으로 리셋하여 S510 단계 내지 S590 단계를 수행한다.
본 발명에 따르면, 슬립모드를 수행하여 최소 윈도우값에서 최대 윈도우값까지 도달하게되면 슬립 모드 루프를 수행하여 초기 최소 윈도우값의 정수배로 최소 윈도우값을 설정하고 설정한 최소 윈도우값을 기초로 최대 윈도우값에 도달할 때까지 슬립모드를 수행하는 방법을 적용하여 반복 수행하고 슬립 모드 루프의 반복 횟수가 바뀔 때마다 최소 윈도우값을 이전 슬립 모드 루프의 최소 윈도우값의 소정 배수로 설정함으로써, 최소 윈도우값에서 부터 시작하여 최대 윈도우값으로 슬립모드를 수행하는 구간이 끝난 후에도 슬립 모드 루프를 구현하고 기지국과 가입자 단말기 간의 데이터 전송을 위한 통신 트래픽 환경에 따라 적응적으로 슬립 구간을 설정할 수 있다.
또한, OFDM/OFDMA 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템, 즉 IEEE 802.16e 통신 시스템의 슬립 모드 및 어웨이크 모드에서 슬립 구간을 기지국과 가입자 단말기 간의 통신 트래픽 환경을 고려하여 설정함으로써, 불필요하게 어웨이크 모드로 깨어나는 동작 횟수를 줄여 슬립 모드의 취지인 효율적인 전력 세이브의 효과를 얻을 수 있다.
이상에서는 본 발명에서 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.
도 1은 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 제안하고 있는 슬립 모드 동작을 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 제안하고 있는 가입자 단말기의 요구에 따른 가입자 단말기의 슬립 모드 상태 천이 과정을 도시한 신호 흐름도,
도 4는 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 제안하고 있는 기지국에 제어에 따른 가입자 단말기의 슬립 모드 상태 천이 과정을 도시한 신호 흐름도,
도 5는 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 제안하고 있는 기지국의 제어에 따른 가입자 단말기의 어웨이크 모드 상태 천이 과정을 도시한 신호 흐름도,
도 6은 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 제안하고 있는 슬립 모드 동작들을 통합하여 도시한 도면,
도 7은 종래의 방식에 따라 슬립 모드를 구현하는 것을 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하기 위한 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 슬립 모드 루프를 수행할 때 가입자 단말기의 슬립 구간 설정 방법의 바람직한 실시예를 도시한 도면,
도 10은 도 9를 기초로 최초 슬립 모드 루프를 수행할 때의 파라미터를 나타낸 도면,
도 11은 도 9를 기초로 2번째 슬립 모드 루프를 수행할 때의 파라미터를 나타낸 도면,
도 12는 도 9를 기초로 3번째 슬립 모드 루프를 수행할 때의 파라미터를 나타낸 도면,
도 13은 도 9를 기초로 11번째와 12 및 13번째 슬립 모드 루프를 수행할 때의 파라미터를 나타낸 도면, 그리고
도 14는 도 9를 적용할 경우 가입자 단말기에서의 동작을 나타내는 순서도이다.

Claims (9)

  1. 전송할 데이터가 존재하지 않는 슬립 모드(sleep mode)와, 전송할 데이터가 존재하는 어웨이크 모드(awake mode)를 가지는 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 슬립 모드의 슬립 구간을 설정하는 방법에 있어서,
    상기 가입자 단말기가 최대 윈도우값의 시간을 경과하면 어웨이크 모드로 천이하고, 기지국으로부터 전송할 데이터가 없음을 나타내는 메시지의 수신 여부를 판단하는 과정; 및
    상기 가입자 단말기가 상기 전송할 메시지가 없음을 나타내는 메시지를 수신하면 슬립 모드로 천이하고, 현재 상기 슬립 모드에 대한 최소 윈도우값을 상기 최대 윈도우값 범위 내에서 기 설정된 최소 윈도우값으로 시작하여 상기 최대 윈도우값의 시간이 끝날 때 까지 슬립 모드를 반복 수행한 이전 슬립 모드 루프의 상기 기 설정된 최소 윈도우값 보다 큰 값으로 설정하는 과정을 포함하며,
    상기 가입자 단말기는 상기 설정한 현재 최소 윈도우값을 기초로 상기 최대 윈도우값의 슬립 모드가 끝날 때까지 현재 슬립 모드 루프를 수행하는 것을 특징으로 하는 슬립 구간 설정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가입자 단말기가 상기 슬립 모드 루프를 최초로 수행하기 전에, 상기 기지국으로부터 전송된 초기 최소 윈도우값, 최대 윈도우값, 및 청취 구간을 수신하고, 최대 윈도우 카운트를 0으로 설정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 가입자 단말기는 상기 초기 최소 윈도우값, 최대 윈도우값, 및 청취 구간을 기초로 상기 초기 슬립 모드 루프를 수행하는 것을 특징으로 하는 슬립 구간 설정 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 가입자 단말기는 상기 슬립 모드 루프의 수행 횟수가 증가할 때마다 상기 최대 윈도우 카운트를 1씩 증가시키며,
    아래 [수학식 1]에 따라 상기 최소 윈도우값을 산출하는 것을 특징으로 하는 슬립 구간 설정 방법.
    [수학식 1]
    여기서, Min Window : 최소 윈도우값,
    초기 Min Window : 초기 최소 윈도우값,
    Max Window Count : 최대 윈도우 카운트임.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 가입자 단말기는 상기 [수학식 1]에 따라 산출한 해당 슬립 모드 루프의 최소 윈도우값이 상기 최대 윈도우값 보다 큰 것 경우,
    아래 [수학식 2]에 따라 상기 최소 윈도우값을 산출하는 것을 특징으로 하는 슬립 구간 설정 방법.
    [수학식 2]
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 가입자 단말기는 상기 기지국으로부터 전송한 데이터가 있음을 나타내는 메시지를 수신하면, 파워를 온하여 해당 데이터를 수신 받은 후 상기 최소 윈도우값 및 최대 윈도우 카운트를 초기화하는 것을 특징으로 하는 슬립 구간 설정 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 상기 가입자 단말기에 전송되는 상기 전송할 데이터의 유무를 나타내는 메시지는 트래픽 지시 메시지인 것을 특징으로 하는 슬립 구간 설정 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 상기 가입자 단말기에 전송할 데이터가 있는 경우 상기 트래픽 지시 메시지는 포지티브 트래픽 지시 메시지이고,
    상기 기지국으로부터 상기 가입자 단말기에 전송할 데이터가 없는 경우 상기 트래픽 지시 메시지는 네거티브 트래픽 지시 메시지인 것을 특징으로 하는 슬립 구간 설정 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    해당 슬립 모드 루프에서 상기 최소 윈도우값을 제외한 현재 슬립 구간은 이전 슬립 구간의 2배인 것을 특징으로 하는 슬립 구간 설정 방법.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 초기 최소 윈도우값은 2ms, 상기 최대 윈도우값은 5ms, 및 상기 청취 구간은 2ms인 것을 특징으로 하는 슬립 구간 설정 방법.
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