KR20050058874A - 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 매체 접속 제어 계층의동작 스테이트 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

광대역 무선 접속 통신 시스템에서 매체 접속 제어 계층의동작 스테이트 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 이동 가입자 단말기가 어웨이크 스테이트에서 미리 설정한 제1설정 시간 동안 기지국과의 데이터 송수신이 존재하지 않을 경우 상기 어웨이크 스테이트에서 슬립 스테이트 혹은 아이들 스테이트로 스테이트 천이하고, 상기 아이들 스테이트에서 현재 속해 있는 제1호출 영역에서 상기 제1호출 영역과 상이한 제2호출 영역으로 이동함을 감지할 경우에만 위치 변경을 수행하고, 상기 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 호출이 존재함을 감지하면 상기 아이들 스테이트에서 상기 어웨이크 스테이트로 스테이트 천이하여 전력 소모를 최소화시키면서도 무선 자원 효율성을 극대화시킨다.

Description

광대역 무선 접속 통신 시스템에서 매체 접속 제어 계층의 동작 스테이트 제어 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING OPERATIONAL STATES OF MEDIUM ACCESS CONTROL LAYER IN BROADBAND WIRELESS ACCESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 광대역 무선 접속 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 매체 접속 제어 계층의 동작 스테이트를 제어하는 방법에 관한 것이다.
차세대 통신 시스템인 4세대(4th Generation; 이하 '4G'라 칭하기로 한다) 통신 시스템에서는 약 100Mbps의 전송 속도를 가지는 다양한 서비스 품질(Quality of Service; 이하 'QoS' 칭하기로 한다)을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 현재 3세대(3rd Generation; 이하 '3G'라 칭하기로 한다) 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 칭하기로 한다) 시스템은 일반적으로 20Mbps ~ 50Mbps의 전송 속도를 지원한다. 그러나, 상기 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, 이하 'SS'라 칭하기로 한다)의 이동성을 전혀 고려하지 않은 시스템이기 때문에 SS의 고속 이동에 따른 핸드오버(handover) 역시 크게 고려 되고 있지 않았다. 상기 무선 MAN 시스템은 광대역 무선 접속 통신 시스템으로서, 상기 무선 LAN 시스템에 비해서 그 서비스 영역이 넓고 더 고속의 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 형태로 새로운 통신 시스템을 개발하여 상기 4G 통신 시스템에서 제공하고자 하는 고속 서비스를 지원하도록 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.
상기 무선 MAN 시스템의 물리 채널(physical channel)에 광대역(broadband) 전송 네트워크를 지원하기 위해 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 한다) 방식 및 OFDMA 방식을 적용한 시스템이 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16a 통신 시스템이다. 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템은 상기 무선 MAN 시스템에 OFDM/OFDMA 방식을 적용하기 때문에 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들을 사용하여 물리 채널 신호를 송신함으로써 고속 데이터 송신이 가능하며, 결국 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템은 OFDM/OFDMA 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템이다.
한편, 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템은 현재 SS가 고정된 상태, 즉 SS의 이동성을 전혀 고려하지 않은 상태 및 단일 셀 구조만을 고려하고 있는 시스템이다. 이와는 달리 IEEE 802.16e 통신 시스템은 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템에 SS의 이동성을 고려하는 시스템이라고 규정하고 있으며, 따라서 상기 IEEE 802.16e 시스템은 다중 셀(multi cell) 환경에서의 SS의 이동성을 고려해야만 한다. 이렇게 다중 셀 환경에서의 SS 이동성을 제공하기 위해서는 상기 SS 및 기지국(BS: Base Station) 동작의 변경이 필수적으로 요구되며, 특히 상기 SS의 이동성 지원을 위해 다중 셀 구조를 고려한 상기 SS의 핸드오버에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 여기서, 상기 이동성을 가지는 SS를 이동 SS(MSS: Mobile Subscriber Station, 이하 'MSS'라 칭하기로 한다)라고 칭하기로 한다.
그러면 여기서 도 1을 참조하여 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템 구조를 설명하기로 한다.
상기 도 1은 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템은 다중 셀 구조를 가지며, 즉 셀(100)과 셀(150)을 가지며, 상기 셀(100)을 관장하는 기지국(110)과, 상기 셀(150)을 관장하는 기지국(140)과, 다수의 MSS들(111),(113),(130),(151),(153)로 구성된다. 그리고, 상기 기지국들(110),(140)과 상기 MSS들(111),(113),(130),(151),(153)간의 신호 송수신은 상기 OFDM/OFDMA 방식을 사용하여 이루어진다. 그런데, 상기 MSS들(111),(113),(130),(151),(153) 중 MSS(130)는 상기 셀(100)과 상기 셀(150)의 경계 지역, 즉 핸드오버 영역에 존재하며, 따라서 상기 MSS(130)에 대한 핸드오버를 지원해야만 상기 MSS(130)에 대한 이동성을 지원하는 것이 가능하게 된다.
상기 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 임의의 MSS는 다수개의 기지국들에서 송신하는 파일럿 채널 신호들을 수신한다. 상기 MSS는 수신된 파일럿 채널 신호들의 캐리어 대 간섭 잡음비(CINR: Carrier to Interference and Noise Ratio, 이하 'CINR'이라 칭하기로 한다)를 측정한다. 상기 MSS는 측정된 다수개의 파일럿 채널 신호들의 CINR들 중에서 가장 센 크기의 CINR을 가지는 파일럿 채널 신호를 송신한 기지국을 MSS 자신이 현재 속해있는 기지국, 즉 서빙 기지국(Serving BS)으로 선택한다. 즉, MSS는 파일럿 채널 신호를 송신하는 다수개의 기지국들중에서 상기 MSS가 가장 양호하게 수신할 수 있는 파일럿 채널 신호를 송신하는 기지국을 MSS 자신이 속한 기지국으로 인식하게 되는 것이다. 결국, 상기 MSS 자신이 현재 속해 있는 기지국이 서빙 기지국이 되는 것이다. 상기 서빙 기지국을 선택한 MSS는 상기 서빙 기지국에서 송신하는 다운링크 프레임 및 업링크 프레임을 수신하여 데이터를 송수신하게 된다.
상기에서 설명한 바와 같이 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 MSS의 이동성을 고려할 경우 MSS의 전력 소모는 시스템 전체의 중요한 요인으로 작용하게 되며, 따라서 상기 MSS의 전력 소모를 최소화시키기 위한 MSS와 기지국간 슬립 모드(SLEEP MODE) 동작 및 상기 슬립 모드 동작에 대응되는 어웨이크 모드(AWAKE MODE) 동작이 제안되었다.
그러면 여기서 도 2를 참조하여 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 현재 제안하고 있는 매체 접속 제어(MAC: Media Access Control, 이하 'MAC'이라 칭하기로 한다) 계층의 동작 스테이트들을 설명하기로 한다.
상기 도 2는 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템의 MAC 계층에서 지원하는 동작 스테이트들을 개략적으로 도시한 스테이트 다이아그램(state diagram)이다.
상기 도 2를 참조하면, 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템의 MAC 계층은 어웨이크 스테이트(AWAKE STATE)(210)와, 슬립 스테이트(SLEEP STATE)(220)의 2가지 종류의 동작 스테이트들을 지원한다. 먼저, 상기 슬립 스테이트(220)는 상기 어웨이크 스테이트(210)에서 패킷 데이터(packet data) 송신시 상기 패킷 테이터 전송이 일정시간 이상 전송되지 않는 아이들(idle) 구간에서 MSS의 전력 소모를 최소화하기 위해 제안되었다. 즉, 상기 어웨이크 스테이트(210)에서 MSS는 상기 슬립 스테이트(220)로 스테이트 천이하여(211) 패킷 데이터가 송신되지 않는 아이들 구간에서 MSS의 전력 소모를 최소화시킨다. 일반적으로 상기 패킷 데이터는 버스트(burst)하게 발생하는 특성을 가지기 때문에, 상기 패킷 데이터가 송신되지 않는 구간에서도 패킷 데이터가 송신되는 구간과 동일하게 동작하는 것은 불합리하여 상기 슬립 스테이트(220)가 제안된 것이다. 이와는 반대로 MSS가 상기 슬립 스테이트(220)에 존재하다가 송신할 패킷 데이터가 발생하면 MSS는 상기 어웨이크 스테이트(210)로 스테이트 천이하여 패킷 데이터를 송수신한다(221).그러나, 상기 패킷 데이터의 특성은 트래픽 모드(traffic mode)에 의존성이 강한 특성을 가지기 때문에 상기 슬립 스테이트(220)에서의 동작은 상기 패킷 데이터의 트래픽 특성 및 전송 방식 특성 등을 고려하여 유기적으로 이루어져야만 한다.
그러면 여기서 상기 슬립 스테이트(220)에서의 동작을 지원하기 위해서 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 현재 제안하고 있는 방식들을 설명하면 다음과 같다.
상기 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 현재 제안하고 있는 방식들을 설명하기에 앞서, 먼저 상기 MSS가 슬립 스테이트(220)로 스테이트 천이하기 위해서는 반드시 기지국으로부터의 스테이트 천이 허락을 받아야만 하며, 또한 상기 기지국은 상기 MSS가 상기 슬립 스테이트(220)로 스테이트 천이를 하도록 허락함과 동시에 송신할 패킷 데이터를 버퍼링(buffering) 혹은 폐기(dropping)하는 동작을 수행할 수 있어야만 한다. 또한, 상기 기지국은 상기 MSS의 청취 구간(LISTENING INTERVAL, 이하 'LISTENING INTERVAL'이라 칭하기로 한다) 동안에 상기 MSS로 송신될 패킷 데이터가 존재함을 알려야만 하며, 또한 상기 MSS는 상기 슬립 스테이트(220)에서 깨어나 상기 기지국이 상기 MSS 자신에게로 송신할 패킷 데이터가 존재하는지를 확인해야 한다. 상기 LISTENING INTERVAL은 하기에서 설명할 것이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 상기 확인 결과 상기 기지국으로부터 상기 MSS로 송신될 패킷 데이터가 존재함을 감지하면 상기 어웨이크 스테이트(210)로 스테이트 천이하여 상기 기지국으로부터 패킷 데이터를 수신하고, 만약 상기 확인 결과 상기 기지국으로부터 상기 MSS로 송신될 패킷 데이터가 존재하지 않음을 감지하면 상기 슬립 스테이트(220)를 그대로 유지할 수 있다.
그러면 여기서 상기 어웨이크 스테이트(210)와 슬립 스테이트(220)에서의 동작을 지원하기 위해 필요로 되는 파라미터(parameter)들을 설명하면 다음과 같다.
(1) 슬립 구간(SLEEP INTERVAL, 이하 'SLEEP INTERVAL'이라 칭하기로 한다)
상기 SLEEP INTERVAL은 MSS가 요청하고, 상기 MSS의 요청에 따라 기지국이 할당할 수 있는 구간으로서, 상기 MSS가 슬립 스테이트(220)로 스테이트 천이한 후 다시 어웨이크 스테이트(210)로 스테이트 천이할 때까지의 시구간(time interval)을 나타내며, 결과적으로 상기 MSS가 상기 슬립 스테이트(220)에 존재하는 시간으로 정의된다. 상기 MSS는 상기 SLEEP INTERVAL 이후에도 지속적으로 상기 슬립 스테이트(220)에 존재할 수도 있으며, 이 경우는 미리 설정되어 있는 초기 슬립 윈도우(initial sleep window) 및 최종 슬립 윈도우(final sleep window) 값을 이용하여 하기 Sleep Interval Update 알고리즘을 수행하여 상기 SLEEP INTERVAL을 업데이트(update)한다. 여기서, 상기 초기 슬립 윈도우 값은 상기 SLEEP INTERVAL의 최소 값을 나타내며, 상기 최종 슬립 윈도우 값은 상기 SLEEP INTERVAL의 최대 값을 나타낸다. 또한, 상기 초기 슬립 윈도우 값 및 최종 슬립 윈도우 값은 프레임수로 나타내며 모두 기지국에서 할당한 것이며, 하기에서 상세하게 설명할 것이므로 여기서는 더 이상의 설명을 생략하기로 한다.
(2) LISTENING INTERVAL
상기 LISTENING INTERVAL은 MSS가 요청하고, 상기 MSS의 요청에 따라 기지국이 할당할 수 있는 구간으로서, 상기 MSS가 슬립 스테이트(220)에서 깨어난 후 상기 기지국의 다운 링크 신호에 동기되어 다운링크 메시지들, 일 예로 트래픽 지시(TRF_IND: traffic indication) 메시지와 같은 다운링크 메시지들을 디코딩(decoding)할 수 있을 때까지 소요되는 시구간을 나타낸다. 여기서, 상기 트래픽 지시 메시지는 상기 MSS로 송신될 트래픽, 즉 패킷 데이터가 존재함을 나타내는 메시지로서, 하기에서 설명할 것이므로 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 상기 MSS는 상기 트래픽 지시 메시지의 값에 따라서 상기 슬립 스테이트(210)에 존재할지 혹은 다시 상기 어웨이크 스테이트(220)로 스테이트 천이할지를 결정하게 된다.
(3) 슬립 구간 업데이트 알고리즘(SLEEP INTERVAL UPDATE ALGORITHM, 이하 'SLEEP INTERVAL UPDATE ALGORITHM'라 칭하기로 한다)
상기 MSS는 슬립 스테이트(220)로 스테이트 천이하면 미리 설정되어 있는 초기 슬립 윈도우값을 최소 슬립 스테이트(220) 주기로 간주하여 SLEEP INTERVAL을 결정한다. 이후, 상기 LISTENING INTERVAL 동안 상기 MSS가 상기 슬립 스테이트(220)에서 깨어나서 상기 기지국으로부터 송신될 패킷 데이터가 존재하지 않는다는 것을 확인한 후에는 상기 SLEEP INTERVAL을 바로 이전의 SLEEP INTERVAL의 2배의 값으로 설정하고 계속 슬립 스테이트(220)에 존재한다. 일 예로, 상기 초기 슬립 윈도우 값이 "2"였을 경우, 상기 MSS는 SLEEP INTERVAL을 2프레임으로 설정한 후 상기 2프레임 동안 슬립 모드에 존재한다. 상기 2프레임이 경과한 후 상기 MSS는 상기 슬립 모드에서 깨어나서 상기 트래픽 지시 메시지가 수신되는지 여부를 판단하여 상기 트래픽 지시 메시지가 수신되지 않으면, 즉 상기 기지국에서 MSS로 송신되는 패킷 데이터가 존재하지 않음을 판단하면 상기 SLEEP INTERVAL을 2프레임의 2배인 4프레임으로 설정한 후 상기 4프레임 동안 슬립 스테이트(220)에 존재한다. 이렇게 상기 SLEEP INTERVAL의 증가는 상기 초기 슬립 윈도우 값에서 최종 슬립 윈도우 값 내에서 가능하며, 상기 SLEEP INTERVAL의 업데이트 알고리즘이 상기 SLEEP INTERVAL UPDATE ALGORITHM이다.
또한, 상기 어웨이크 스테이트(210)와 슬립 스테이트(220)에서의 동작을 지원하기 위해서 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 현재 정의하고 있는 메시지들은 다음과 같다.
(1) 슬립 요구(SLP_REQ: Sleep-Request) 메시지
상기 슬립 요구 메시지는 MSS에서 기지국으로 전송하는 메시지로서, 상기 MSS가 슬립 스테이트(220)로 스테이트 천이를 요구하는 메시지이다. 상기 슬립 요구 메시지에는 상기 MSS가 슬립 스테이트(220)로 동작하기 위해 필요로되는 파라미터들, 즉 정보 엘리먼트(IE: Information Element)들이 포함되며, 상기 슬립 요구 메시지 포맷(format)은 하기 표 1과 같다.
상기 슬립 요구 메시지는 가입자 단말기의 연결 식별자(CID: connection ID)를 기준으로 전송되는 전용 메시지(dedicated message)이며, 상기 표 1에 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, 상기 관리 메시지 타입이 45일 경우(MANAGEMENT MESSAGE TYPE = 45) 상기 슬립 요구 메시지를 나타낸다. 초기 슬립 윈도우 값은 상기 SLEEP INTERVAL을 위해 요구된 시작 값을 나타내며, 상기 최종 슬립 윈도우 값은 상기 SLEEP INTERVAL을 위해 요구된 종료 값을 나타낸다. 즉, 상기 SLEEP INTERVAL UPDATE ALGORITHM에서 설명한 바와 같이 상기 SLEEP INTERVAL은 상기 초기 슬립 윈도우 값부터 상기 최종 슬립 윈도우 값내에서 업데이트 가능한 것이다.
(2) 슬립 응답(SLP_RES: Sleep-Response) 메시지
상기 슬립 응답 메시지는 상기 슬립 요구 메시지에 대한 응답 메시지로서, 상기 MSS에서 요구한 슬립 스테이트(220)로의 스테이트 천이를 허락할 것인지 혹은 거부할 것인지를 나타내는 메시지로 사용되거나 혹은 비요구 지시(unsolicited instruction)를 나타내는 메시지로도 사용될 수 있다. 여기서, 상기 비요구 지시를 위한 메시지로서 상기 슬립 응답 메시지를 사용하는 경우는 하기에서 설명할 것이므로 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 상기 슬립 응답 메시지에는 상기 MSS가 슬립 스테이트(220)에서 동작하기 위해 필요로되는 정보 엘리먼트들이 포함되며, 상기 슬립 응답 메시지 포맷은 하기 표 2와 같다.
상기 슬립 응답 메시지 역시 MSS의 연결 식별자를 기준으로 전송되는 전용 메시지이며, 상기 표 2에 나타낸 슬립 응답 메시지의 정보 엘리먼트들 각각을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 관리 메시지 타입은 현재 전송되는 메시지가 어떤 메시지인지를 나타내는 정보로서, 상기 관리 메시지 타입이 46일 경우(MANAGEMENT MESSAGE TYPE = 46) 상기 슬립 응답 메시지를 나타낸다. 슬립 허락(SLEEP-APPROVED) 값은 1비트로 표현되며, 상기 슬립 허락값이 '0'일 경우 슬립 스테이트(220)로의 스테이트 천이가 불가능함을 나타내며, 상기 슬립 허락값이 '1'일 경우 슬립 스테이트(220)로의 스테이트 천이가 가능함을 나타낸다.
(3) 트래픽 지시(TRF_IND: Traffic Indication) 메시지
상기 트래픽 지시 메시지는 기지국이 상기 LISTENING INTERVAL 동안 MSS에게 송신하는 메시지로서 상기 기지국이 MSS로 송신할 패킷 데이터가 존재함을 나타내는 메시지이다. 상기 트래픽 지시 메시지의 포맷은 하기 표 3과 같다.
상기 트래픽 지시 메시지는 상기 슬립 요구 메시지 및 슬립 응답 메시지와는 달리 브로드캐스팅(broadcasting) 방식으로 전송되는 브로드캐스팅 메시지이다. 상기 트래픽 지시 메시지는 슬립 스테이트(220)에 존재하는 MSS가 상기 슬립 스테이트(220)에서 깨어나서 LISTENING INTERVAL 동안 상기 기지국으로부터 수신할 패킷 데이터가 존재하는지를 나타내는 메시지로서, 상기 MSS는 상기 브로드캐스팅되는 트래픽 지시 메시지를 상기 LISTENING INTERVAL 동안 디코딩하여 어웨이크 스테이트(210)로 스테이트 천이할 것인지 혹은 상기 슬립 스테이트(220)에 지속적으로 존재할 것인지를 결정하게 된다. 만약, 상기 MSS가 어웨이크 스테이트(210)로 스테이트 천이할 경우 상기 MSS는 프레임 동기(frame synch)를 확인하고, 상기 MSS가 예상했던 프레임 시퀀스 번호(frame sequence number)가 일치하지 않으면 상기 어웨이크 스테이트(210)에서 손실된 패킷 데이터(lost packet data)의 재전송을 요구할 수 있다. 이와는 달리 상기 MSS가 상기 LISTENING INTERVAL 동안 상기 트래픽 지시 메시지를 수신하지 못하거나, 혹은 상기 트래픽 지시 메시지를 수신하였다고 할지라도 포지티브 지시(POSITIVE INDICATION)가 포함되어 있지 않다면 상기 MSS는 다시 슬립 스테이트(220)로 되돌아간다.
그러면 여기서 상기 표 3에 나타낸 트래픽 지시 메시지의 정보 엘리먼트들 각각을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 관리 메시지 타입은 현재 전송되는 메시지가 어떤 메시지인지를 나타내는 정보로서, 상기 관리 메시지 타입이 47일 경우(MANAGEMENT MESSAGE TYPE = 47) 상기 트래픽 지시 메시지를 나타낸다. 포지티브 개수(NUM-POSITIVE)는 포지티브 가입자들의 개수와 상기 포지티브 가입자들 각각의 연결 식별자를 포함한다.
다음으로 도 3을 참조하여 MSS의 네트워크 진입(network entry) 과정을 설명하기로 한다.
상기 도 3은 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 MSS의 네트워크 진입 과정을 개략적으로 도시한 신호 흐름도이다.
상기 도 3을 참조하면, 먼저 311단계에서 MSS는 파워 온(power on)됨에 따라 상기 MSS에 미리 설정되어 있는 모든 주파수 대역들을 모니터링하여 가장 센 크기, 일 예로 가장 센 파일럿 CINR을 가지는 파일럿 채널 신호를 검출한다. 그리고, 상기 MSS는 가장 센 파일럿 CINR을 가지는 파일럿 채널 신호를 송신한 기지국을 상기 MSS 자신이 현재 속해있는 기지국, 즉 서빙 기지국으로 판단하고, 상기 기지국에서 송신하는 다운 링크 프레임의 프리앰블(preamble)을 수신하여 상기 기지국과의 시스템 동기를 획득한다.
이후, 상기 MSS는 상기 기지국에서 방송하는 기지국 정보들, 즉 다운 링크 채널 디스크립터(DCD: Downlink Channel Descriptor, 이하 'DCD'라 칭하기로 한다) 메시지와, 업링크 채널 디스크립터(UCD: Uplink Channel Descriptor, 이하 'UCD'라 칭하기로 한다) 메시지와, DL-MAP 메시지와, UL-MAP 메시지와, 이동 가입자 단말기 인접 기지국 광고(MOB-NBR-ADV: Mobile Neighbor Advertisement, 이하 'MOB-NBR-ADV'라 칭하기로 한다) 메시지 등에 포함되어 있는 기지국 정보들을 수신하여 다운링크 동기를 획득한 후 313단계로 진행한다.
상기 313단계에서 상기 MSS는 상기 기지국으로 레인징 요구(RNG-REQ: Ranging-Request, 이하 'RNG-REQ'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신하고, 상기 기지국으로부터 상기 RNG-REQ 메시지에 대한 응답 메시지인 레인징 응답(RNG-RSP: Ranging-Response, 이하 'RNG-RSP'라 칭하기로 한다) 메시지를 수신하여 상기 기지국과 업링크 동기를 획득한 후 315단계로 진행하여 주파수 및 전력을 조정한 후 317단계로 진행한다.
상기 317단계에서 상기 MSS는 상기 기지국과 상기 MSS의 기본 용량에 대한 협상을 수행한 후 319단계로 진행한다. 상기 319단계에서 상기 MSS는 상기 기지국과 인증(authentication) 동작을 수행하여 상기 MSS에 할당된 암호화키(TEK: Traffic Encryption Key)를 획득하고 321단계로 진행한다. 상기 321단계에서 상기 MSS는 상기 기지국에 상기 MSS 자신을 등록해주기를 요청하여 등록 동작을 완료한 후 323단계로 진행한다. 상기 323단계에서 상기 MSS는 상기 기지국에 등록을 완료하였으므로 상기 기지국과 인터넷 프로토콜(IP: Internet Protocol) 연결을 수행하고 325단계로 진행한다. 상기 325단계에서 상기 MSS는 상기 기지국과 연결된 인터넷 프로토콜을 통해 운영 정보를 다운로드(download)하고 327단계로 진행한다. 상기 327단계에서 상기 MSS는 상기 기지국과 서비스 플로우(service flow) 연결 동작을 수행하고 329단계로 진행한다. 여기서, 상기 서비스 플로우라 함은 임의의 서비스 품질(QoS: Quality of Service)를 가지는 connection을 통해 MAC-SDU(Service Data Unit)가 송수신되는 플로우를 나타낸다. 상기 329단계에서 상기 MSS는 상기 기지국으로부터 제공되는 서비스를 수행하고 종료한다.
한편, IEEE 802.16e 통신 시스템에서 핸드오버를 지원하기 위해서 MSS는 인접 기지국들(neighbor BSs) 및 상기 MSS가 현재 속해있는 기지국, 즉 서빙 기지국에서 송신하는 파일럿 CINR을 측정해야만 한다. 그러면 여기서 도 4를 참조하여 IEEE 802.16e 시스템에서 MSS가 서빙 기지국 및 인접 기지국들에서 송신하는 파일럿 신호의 CINR을 측정하는 과정을 설명하기로 한다. 여기서, 상기 '파일럿 신호의 CINR을 측정한다'는 내용을 설명의 편의상 '파일럿 신호의 CINR을 스캔(scan)혹은 스캐닝(scanning)한다'고 칭하기로 한다. 여기서, 상기 스캔 혹은 스캐닝 개념은 동일한 개념이며 다만 설명의 편의상 혼용됨에 유의하여야 한다.
상기 도 4는 일반적인 IEEE 802.16e 시스템에서 서빙 기지국 및 인접 기지국들의 파일럿 신호의 CINR을 스캐닝하는 과정을 개략적으로 도시한 신호 흐름도이다.
상기 도 4를 참조하면, 먼저 서빙 기지국(410)은 MSS(400)로 이동 가입자 단말기 인접 기지국 광고(MOB-NBR-ADV: Mobile Neighbor Advertisement, 이하 'MOB-NBR-ADV'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신한다(411단계). 상기 도 4에서는 인접 기지국들의 개수가 2개인 경우를 가정한 것이다(N_Neighbors = 2). 상기 MOB-NBR-ADV 메시지를 수신함에 따라 상기 MSS(400)는 인접 기지국(neighbor BS)들에 대한 정보를 획득할 수 있으며, 상기 MSS(400) 자신이 인접 기지국들로부터 송신되는 파일럿 채널 신호들의 CINR들을 스캐닝하기를 원할 때 상기 서빙 기지국(410)으로 이동 가입자 단말기 스캔 요구(MOB-SCN-REQ: Mobile Scanning Interval Allocation Request, 이하 'MOB-SCN-REQ'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신한다(413단계). 여기서, 상기 MSS(400)는 상기 MOB-SCN-REQ 메시지에 상기 MSS(400) 자신이 스캐닝할 스캔 구간(SCANNING INTERVAL)에 대한 기간 정보를 포함시키며, 상기 도 4에서는 상기 스캔 구간을 N 프레임으로 가정한 것이다(DURATION = N FRAMES). 상기 MSS(400)가 스캔 요구를 하는 시점은 상기 파일럿 채널 신호의 CINR 스캐닝 동작과 직접적인 연관이 없으므로 여기서는 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 상기 MOB-SCN-REQ 메시지를 수신한 서빙 기지국(410)은 상기 MSS(400)가 스캐닝할 정보를 포함하는 이동 가입자 단말기 스캔 응답(MOB-SCN-RSP: Mobile Scanning Interval Allocation Response, 이하 'MOB-SCN-RSP'라 칭하기로 한다) 메시지를 상기 MSS(400)로 송신한다(415단계). 여기서, 상기 MOB-SCN-RSP 메시지에는 상기 MSS(400)가 스캐닝을 시작할 시점에 대한 정보와 상기 스캔 구간의 기간 정보가 포함되며, 상기 도 4에서는 상기 스캐닝을 시작할 시점이 상기 MOB-SCN-RSP 메시지를 수신한 시점으로부터 M 프레임 이후의 시점이 되는 것이다(START IN M FRAMES, DURATION = N FRAMES).
상기 스캐닝 정보를 포함하는 MOB-SCN-RSP 메시지를 수신한 상기 MSS(400)는 상기 M 프레임 동안을 스캐닝 대기하고(417단계), 상기 MOB-NBR-ADV 메시지 수신을 통해 획득한 인접 기지국들에 대해서 상기 MOB-SCN-RSP 메시지에 포함되어 있는 스캔 구간 동안, 즉 N 프레임 동안 파일럿 채널 신호들의 CINR 스캐닝을 수행한다(419단계).
다음으로 도 5를 참조하여, IEEE 802.16e 통신 시스템의 핸드오버 과정을 설명하기로 한다.
상기 도 5는 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템의 핸드오버 과정을 도시한 신호 흐름도이다.
상기 도 5를 참조하면, 상기 도 4에서 설명한 바와 같은 방식으로 인접 기지국들로부터 수신되는 파일럿 채널 신호들의 CINR들을 스캐닝 완료한 후(511단계) 상기 MSS(500)가 현재 상기 MSS(500) 자신이 속해있는 서빙 기지국을 변경해야함을 결정하면(513단계), 즉 상기 MSS(500)가 현재의 서빙 기지국을 기지국(510)과 상이한 새로운 기지국으로 변경해야함을 결정하면 상기 MSS(500)는 상기 서빙 기지국(510)으로 MSS 핸드오버 요구(MOB-MSSHO-REQ: Mobile Subscriber Station HandOver Request, 이하 'MOB-MSSHO-REQ'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신한다(515단계). 상기 도 5에서는 상기 MSS(500)의 인접 기지국들이 제1인접 기지국(520)과, 제2인접 기지국(530) 및 제3인접 기지국(540)의 3개의 인접 기지국들인 경우를 가정한 것이다. 여기서, 상기 MOB-MSSHO-REQ 메시지는 MSS가 스캐닝한 결과를 포함한다.
상기 서빙 기지국(510)이 상기 MSS(500)가 송신한 MOB-MSSHO-REQ 메시지를 수신하면, 상기 수신한 MOB-MSSHO-REQ 메시지에 포함되어 있는 정보를 사용하여 상기 MSS(500)가 핸드오버 가능한 인접 기지국 리스트를 검출하게 된다(517단계). 여기서, 설명의 편의상 상기 핸드오버 가능한 인접 기지국 리스트를 '핸드오버 가능 인접 기지국 리스트'라 칭하기로 하며, 상기 도 5에서는 상기 핸드오버 가능 인접 기지국 리스트에 제1인접 기지국(520)과 제2인접 기지국(530)이 존재한다고 가정하기로 한다. 물론, 상기 핸드오버 가능 인접 기지국 리스트에는 다수의 인접 기지국들이 포함될 수 있다. 상기 서빙 기지국(510)은 상기 핸드오버 가능 인접 기지국 리스트에 속한 인접 기지국들, 즉 제1인접 기지국(520)과 제2인접 기지국(530)으로 핸드오버 통지(HO-notification, 이하 'HO-notification'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신한다(519단계, 521단계).
상기 제1인접 기지국(520)과 제2인접 기지국(530)은 상기 서빙 기지국(510)으로부터 HO-notification 메시지를 수신하면, 상기 HO-notification 메시지에 대한 응답 메시지인 핸드오버 통지 응답(HO-notification-response, 이하 'HO-notification-response'라 칭하기로 한다) 메시지를 상기 서빙 기지국(510)에게 송신한다(523단계, 525단계). 상기 HO-notification-response 메시지에는 다수의 IE들, 즉 해당 인접 기지국들로 핸드오버하고자 하는 MSS(500)의 식별자(MSS ID)와, 해당 인접 기지국들이 상기 MSS(500)의 핸드오버 요구에 따라 핸드오버를 수행할 수 있는지에 대한 응답(ACK/NACK)과, 각 인접 기지국들에게 상기 MSS(500)가 핸드오버하였을 때 상기 타겟 기지국들 각각이 제공할 수 있는 대역폭 및 서비스 레벨 정보를 포함한다.
한편, 상기 제1인접 기지국(520) 및 제2인접 기지국(530)으로부터 HO-notification-response 메시지를 수신한 서빙 기지국(510)은 상기 제1인접 기지국(520) 및 제2인접 기지국(530)으로부터 수신한 HO-notification-response 메시지를 분석하여 상기 MSS(500)가 핸드오버하였을 때 상기 MSS(500)가 요구하는 대역폭과 서비스 레벨을 최적으로 제공해줄 수 있는 인접 기지국을 상기 MSS(500)가 핸드오버할 최종 타겟(target) 기지국으로 선택한다. 일 예로, 상기 제1인접 기지국(520)이 제공할 수 있는 서비스 레벨은 상기 MSS(500)가 요구한 서비스 레벨보다 낮고, 상기 제2인접 기지국(530)이 제공할 수 있는 서비스 레벨은 상기 MSS(500)가 요구한 서비스 레벨과 동일하다고 가정하면 상기 서빙 기지국(510)은 상기 제2인접 기지국(530)을 상기 MSS(500)가 핸드오버할 최종 타겟 기지국으로 선택하는 것이다. 따라서, 상기 서빙 기지국(510)은 상기 제2인접 기지국(530)으로 상기 HO-notification-response 메시지에 대한 응답 메시지로서 핸드오버 통지 확인(HO-notification-confirm, 이하 'HO-notification-confirm'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신한다(527단계).
또한, 상기 서빙 기지국(510)은 상기 MSS(500)로 상기 MOB-MSSHO-REQ 메시지에 대한 응답 메시지로서 MSS 핸드오버 응답(MOB-HO-RSP: Mobile HandOver Response, 이하 'MOB-HO-RSP'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신한다(529단계). 여기서, 상기 MOB-HO-RSP 메시지에는 상기 MSS(500)가 핸드오버할 타겟 기지국에 대한 정보가 포함되어 있다.
상기 MOB-HO-RSP 메시지를 수신한 MSS(500)는 상기 MOB-HO-RSP 메시지에 포함되어 있는 정보를 분석하여 상기 MSS(500) 자신이 핸드오버할 타겟 기지국을 선택한다. 상기 핸드오버할 타겟 기지국을 선택한 MSS(500)는 상기 서빙 기지국(510)에게 MOB-HO-RSP 메시지에 대한 응답 메시지인 이동 가입자 단말기 핸드오버 지시(MOB-HO-IND: Mobile Handover Indication, 이하 'MOB-HO-IND'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신한다(531단계).
상기 MOB-HO-IND 메시지를 수신한 서빙 기지국(510)은 상기 MSS(500)가 상기 MOB-HO-IND 메시지에 포함되어 있는 타겟 기지국, 즉 제2인접 기지국(530)으로 핸드오버할 것임을 인식한 후 상기 MSS(500)와 현재 셋업되어 있는 링크(link)를 해제한다(533단계). 그리고, 상기 MSS(500)는 상기 제2인접 기지국(530)과 초기 레인징(initial ranging) 절차를 수행한 후(535단계), 상기 초기 레인징에 성공하면 상기 제2인접 기지국(530)과 네트워크 진입 절차를 수행한다(537단계).
상기 도 4 및 도 5에서 설명한 핸드오버 관련 동작들은 어웨이크 스테이트에 존재하는 MSS가 수행하는 동작들이다. 한편, 슬립 스테이트에 존재하는 MSS는 상기 MSS 자신이 셀 경계(cell boundary)에 도달하였음을 감지할 경우 상기 슬립 스테이트에서 상기 어웨이크 스테이트로 스테이트 천이한 후 상기 도 4 및 도 5에서 설명한 바와 같은 핸드오버 관련 동작들을 수행하게 된다. 즉, 상기 MSS가 슬립 스테이트에 존재하는 동안 임의의 제1셀에서 상기 제1셀과 상이한 제2셀로 셀을 이동하게 되면, 상기 MSS는 상기 제1셀을 관리하는 제1기지국과의 연결을 복구할 수가 없고, 따라서 상기 제2셀을 관리하는 제2기지국과 네트워크 진입 절차를 수행하게 된다. 현재 IEEE 802.16e 통신 시스템에서는 상기 네트워크 진입 절차를 수행함에 있어 레인징 과정에서 상기 MSS가 이전에 속해있던 기지국의 식별자(BS ID)를 송신하도록 함으로써 새로운 기지국이 상기 MSS가 핸드오버를 수행하는 중임을 인식하도록 하고 있다. 그러면, 상기 새로운 기지국은 상기 이전 기지국으로부터 상기 MSS의 정보를 획득하여 상기 MSS와 핸드오버를 수행하는 것이 가능하게 된다.
상기에서는 MSS의 전력 소모 감소를 위한 방안과 핸드오버를 위한 방안에 대해서 설명하였다. 그러나, 상기 슬립 스테이트에 존재하는 MSS의 경우 상기 전력 소모 감소를 위한 방안의 효율성이 저하되게 된다. 그 이유는 상기 MSS가 아무리 슬립 스테이트에 존재하고 있더라도 셀을 이동할 때마다 상기에서 설명한 바와 같은 핸드오버 동작을 수행해야만 하기 때문이다. 특히, 트래픽 송수신이 전혀 발생하지 않는 MSS라고 할지라도 상기 셀 이동에 따른 핸드오버 동작을 수행해야하기 때문에 상기 MSS의 전력 소모 감소 효과는 저하되고, 상기 핸드오버 동작 수행으로 인한 메시지 오버헤드(overhead)가 발생한다는 문제점이 있었다. 한편, 상기 슬립 스테이트 및 어웨이크 스테이트에 존재하는 MSS들 모두는 주기적 레인징(periodic ranging)을 수행하는데, 상기 슬립 스테이트에 존재하는 MSS의 주기적 레인징 절차는 불필요한 전력 소모 및 메시지 오버헤드를 초래한다는 문제점이 있었다.
또한, 현재 IEEE 802.16e 통신 시스템은 상기와 같이 트래픽 송수신이 전혀 발생하지 않는 MSS에도 다양한 형태의 무선 자원들을 기본적으로 항상 할당한다. 여기서, 기본적으로 항상 할당되는 무선 자원들을 살펴보면 다음과 같다.
(1) 기본 연결 식별자(CID: Connection ID)(basic CID)
상기 기본 CID는 비교적 길이가 짧고 긴급하게 전송되야만 하는 메시지, 즉 긴급 제어 메시지를 전송할 때 사용되는 CID를 나타낸다.
(2) 제1관리 CID(primary management CID)
상기 제1관리 CID는 비교적 길이가 길고 그 긴급도가 비교적 떨어지는 메시지를 전송할 때 사용되는 CID를 나타낸다.
(3) 제2관리 CID(secondary management CID)
상기 제2관리 CID는 비교적 그 긴급도가 떨어지고, 표준 프로토콜에 관련된 메시지를 전송할 때 사용되는 CID를 나타낸다.
그리고, 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템에서는 인터넷 프로토콜 버전 4(IPv4: Internet Protocol version 4, 이하 'IPv4'라 칭하기로 한다) 어드레스를 할당받아 사용하는데, 상기 IPv4 어드레스 역시 한정된 무선 자원이다. 상기와 같은 무선 자원들이 실제 트래픽이 전혀 송수신되지 않는 MSS에도 할당되어 무선 자원의 효율성을 저하시킨다는 문제점이 있었다. 따라서, 고속으로 이동하는 MSS의 전력 소모를 최소화시키면서도 무선 자원의 효율성을 최대화시키는 기지국과 MSS간의 동작 지원을 위한 MAC 계층의 구체적인 동작 방안에 대한 필요성이 대두되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 광대역 무선 접속 통신 시스템의 MAC 계층 동작 스테이트들을 제어하는 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 광대역 무선 접속 통신 시스템의 MAC 계층에서 가입자 단말기 전력소모를 최소화하도록 동작 스테이트들을 제어하는 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은; 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 매체 접속 제어 계층의 동작 상태를 제어하는 시스템에 있어서, 어웨이크 스테이트에서 미리 설정한 제1설정 시간 동안 기지국과의 데이터 송수신이 존재하지 않을 경우 상기 기지국으로 등록 해제를 요청하고, 상기 등록 해제 요청에 대한 응답이 존재하면 상기 어웨이크 스테이트에서 아이들 스테이트로 스테이트 천이하며, 상기 아이들 스테이트에서 현재 속해 있는 제1호출 영역에서 상기 제1호출 영역과 상이한 제2호출 영역으로 이동함을 감지하면 호출 영역 관리자로 위치 변경을 요청하고, 상기 위치 변경 요구에 따른 위치 변경 응답을 수신하며, 이후 상기 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 호출이 존재함을 감지하면 상기 아이들 스테이트에서 상기 어웨이크 스테이트로 스테이트 천이하는 이동 가입자 단말기와, 상기 이동 가입자 단말기로부터 등록 해제 요청을 감지하면, 상기 이동 가입자 단말기의 등록을 해제하고 등록 해제를 응답하는 상기 기지국과, 상기 이동 가입자 단말기로부터 위치 변경 요청을 감지하면 상기 이동 가입자 단말기를 상기 제2호출 영역에 존재함으로 위치를 변경한 후 위치 변경을 응답하는 상기 호출 영역 관리자를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은; 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 이동 가입자 단말기가 매체 접속 제어 계층의 동작 상태를 제어하는 방법에 있어서, 어웨이크 스테이트에서 미리 설정한 제1설정 시간 동안 기지국과의 데이터 송수신이 존재하지 않을 경우 상기 어웨이크 스테이트에서 슬립 스테이트 혹은 아이들 스테이트로 스테이트 천이하는 과정과, 상기 아이들 스테이트에서 현재 속해 있는 제1호출 영역에서 상기 제1호출 영역과 상이한 제2호출 영역으로 이동함을 감지할 경우에만 위치 변경을 수행하고, 상기 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 호출이 존재함을 감지하면 상기 아이들 스테이트에서 상기 어웨이크 스테이트로 스테이트 천이하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은; 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 매체 접속 제어 계층의 동작 상태를 제어하는 방법에 있어서, 이동 가입자 단말기가 어웨이크 스테이트에서 미리 설정한 제1설정 시간 동안 기지국과의 데이터 송수신이 존재하지 않을 경우 상기 기지국으로 등록 해제를 요청하는 과정과, 상기 기지국은 상기 등록 해제 요청에 상응하게 상기 이동 가입자 단말기의 등록을 해제하고 등록 해제를 응답하는 과정과, 상기 이동 가입자 단말기는 상기 등록 해제 응답에 상응하게 상기 어웨이크 스테이트에서 아이들 스테이트로 스테이트 천이하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선 접속 통신 시스템의 매체 접속 제어(MAC: Media Access Control, 이하 'MAC'이라 칭하기로 한다) 계층에서 지원하는 동작 스테이트들을 개략적으로 도시한 스테이트 다이아그램이다.
상기 도 6을 설명하기에 앞서, 본 발명에서는 상기 광대역 무선 접속 통신 시스템의 일 예로 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 한다) 방식 및 OFDMA 방식을 적용하여 통신을 수행하는 통신 시스템인 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16e 통신 시스템을 가정하기로 한다. 상기 도 6을 참조하면, 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템의 MAC 계층은 어웨이크 스테이트(AWAKE STATE)(610)와, 슬립 스테이트(SLEEP STATE)(620)와, 아이들 스테이트(IDLE STATE)(630)의 3가지 종류의 동작 스테이트들을 지원한다. 여기서, 상기 어웨이크 스테이트(610)와 슬립 스테이트(620)는 상기 종래 기술 부분의 도 2에서 설명한 어웨이크 스테이트(210)와 슬립 스테이트(220)와 동일하므로 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 아이들 스테이트(630)는 본 발명에서 새롭게 제안하는 스테이트로서, 상기 아이들 스테이트(630)에 존재하는 이동 가입자 단말기(MSS: Mobile Subscriber Station, 이하 'MSS'라 칭하기로 한다)는 트래픽 송수신을 전혀 수행하지 않으며, 인접 기지국(neighbor)들로부터 송신되는 다운링크(downlink) 프리앰블(preamble), 즉 파일럿 채널 신호의 신호 세기를 측정하고, 상기 인접 기지국들로부터 방송되는 시스템 정보 및 호출(paging) 메시지만을 수신함으로써 전력 소모 감소 효과를 극대화시킨다. 또한, 상기 아이들 스테이트(630)에 존재하는 MSS는 현재 속해 있는 서빙 기지국(serving BS(Base Station))의 파일럿 채널 신호의 캐리어 대 간섭 잡음비(CINR: Carrier to Interference and Noise Ratio, 이하 'CINR'이라 칭하기로 한다)가 상기 인접 기지국들 중 특정 인접 기지국, 즉 타겟 기지국의 CINR 미만이 될 경우 상기 서빙 기지국에서 상기 타겟 기지국으로 이동하였다고 판단한다. 상기 아이들 스테이트(630)에 존재하는 MSS는 상기 타겟 기지국에서 방송하는 시스템 정보를 해석하여 호출 영역을 표시하는 정보값, 즉 호출 영역 식별자(PZID: Paging Zone Identifier, 이하 'PZID'라 칭하기로 한다)를 이전 기지국의 PZID와 비교한다. 상기 비교 결과 이전 기지국의 PZID와 타겟 기지국의 PZID가 상이할 경우에는 위치 등록을 수행하고, 동일할 경우에는 다시 미리 설정된 설정 시간 동안 슬립한다. 여기서, 상기 PZID와, 상기 호출 동작과, 위치 등록 동작 및 슬립 동작에 대해서는 하기에서 구체적으로 설명할 것이므로 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
또한, 상기 아이들 스테이트(630)에 존재하는 MSS는 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 기본적으로 항상 할당되어야만 하는 무선 자원들, 즉 상기 종래 기술 부분에서 설명한 바와 같은 기본 연결 식별자(CID: Connection ID)(basic CID)와, 제1관리 CID(primary management CID)와, 제2관리 CID(secondary management CID)와 같은 기본적으로 항상 할당되어야만 하는 무선 자원들을 전혀 할당받지 않아 무선 자원의 효율성을 극대화시킨다.
그러면 첫 번째로, 상기 어웨이크 스테이트(610)에서 아이들 스테이트(630)로 스테이트 천이하는 과정에 대해서 설명하기로 한다.
상기 MSS가 상기 어웨이크 스테이트(610)에서 아이들 스테이트(630)로 스테이트 천이하는 경우는(613) 기지국이 강제로 상기 MSS를 스테이트 천이시키는 경우 혹은 상기 MSS의 요구에 따라 천이하는 경우이다. 여기서, 상기 기지국의 요구에 따라 혹은 상기 MSS의 요구에 따라 상기 어웨이크 스테이트(610)에서 아이들 스테이트(630)로 스테이트 천이하는 이벤트를 "Awake-to-Idle Event"라 칭하기로 한다. 상기 어웨이크 스테이트(610)에 존재하는 MSS는 기지국으로 상기 아이들 스테이트(630)로 스테이트 천이하기를 요구하는 메시지인 등록 해제 요구(DREG-REQ: De-REGistration-Request) 메시지를 송신한다. 상기 등록 해제 요구 메시지에는 상기 MSS가 아이들 스테이트(630)로 동작하기 위해 필요로 되는 파라미터들, 즉 정보 엘리먼트(IE: Information Element)들이 포함되며, 상기 등록 해제 요구 메시지 포맷(format)은 하기 표 4와 같다.
상기 표 4에 나타낸 등록 해제 요구 메시지의 정보 엘리먼트들 각각을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 관리 메시지 타입(Management Message Type)은 현재 전송되는 메시지가 어떤 메시지인지를 나타내는 정보이며 아이들 윈도우(IDLE WINDOW)는 MSS가 요청하고, 상기 MSS의 요청에 따라 기지국이 할당할 수 있는 구간으로서, 상기 MSS가 상기 아이들 스테이트(630)로 스테이트 천이한 후 상기 MSS를 호출하는 하기 정의할 호출 메시지가 있는지 주기적으로 깨어나 확인하는 시구간(time interval)이며, 만약 상기 MSS를 호출하는 호출메시지가 존재한다면 아이들 스테이트(630)에서 어웨이크 스테이트(610)로의 천이가 일어난다. 또한, 상기 등록 해제 요구 메시지는 기본 CID를 사용하여 송신되는 메시지이다. 여기서, 상기 등록 해제 요구 메시지는 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 기존에 사용하고 있는 메시지를 변형하여 사용할 수도 있고, 혹은 새로운 메시지를 생성하여 사용할 수도 있다.
상기 MSS로부터 상기 등록 해제 요구 메시지를 수신함에 따라 상기 기지국은 상기 등록 해제 요구 메시지에 대한 응답 메시지인 등록 해제 명령(DREG-CMD: De-REGistration-Command) 메시지를 송신한다. 상기 등록 해제 명령 메시지에는 상기 MSS가 아이들 스테이트(630)로 동작하기 위해 필요로 되는 정보 엘리먼트들이 포함되며, 상기 등록 해제 명령 메시지 포맷(format)은 하기 표 5와 같다.
상기 표 5에 나타낸 등록 해제 명령 메시지의 정보 엘리먼트들 각각을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 관리 메시지 타입(Management Message Type)은 현재 전송되는 메시지가 어떤 메시지인지를 나타내는 정보이며, Idle-approved는 상기 MSS의 아이들 스테이트(630)로의 스테이트 천이를 허여할 것인지의 여부를 나타내는 정보이며, 상기 Idle-approved 값에 따라 MSS는 상기 어웨이크 스테이트(610)에서 상기 아이들 스테이트(630)로의 스테이트 천이가 허여되었는지 여부를 알 수 있다. 그리고, After-REQ-action은 상기 MSS의 아이들 스테이트(630)로의 스테이트 천이가 허여되지 않았을 경우 그 이후의 동작에 대한 정보를 나타내며, Start Frame은 상기 MSS가 상기 등록 해제 명령 메시지를 수신한 시점에서부터 상기 Start Frame 이후의 시점에서 상기 아이들 스테이트(630)로 스테이트 천이해야함을 나타낸다. 또한, 상기 등록 해제 명령 메시지는 기본 CID를 사용하여 송신되는 메시지이다. 여기서, 상기 등록 해제 명령 메시지는 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 기존에 사용하고 있는 메시지를 변형하여 사용할 수도 있고, 혹은 새로운 메시지를 생성하여 사용할 수도 있다.
두 번째로, 상기 아이들 스테이트(630)에서 상기 어웨이크 스테이트(610)로 스테이트 천이하는 과정에 대해서 설명하기로 한다.
상기 MSS가 상기 아이들 스테이트(630)에서 상기 어웨이크 스테이트(610)로 스테이트 천이하는 경우는(631) MSS가 상기 기지국으로 송신할 데이터가 존재하는 경우 혹은 상기 기지국이 상기 MSS를 호출하는 경우이다. 여기서, 상기 기지국의 요구에 따라 혹은 상기 MSS의 요구에 따라 상기 아이들 스테이트(630)에서 상기 어웨이크 스테이트(610)로 스테이트 천이하는 이벤트를 "Idle-to-Awake Event"라 칭하기로 한다. 상기 MSS가 상기 아이들 스테이트(630)에서 상기 어웨이크 스테이트(610)로 스테이트 천이하는 경우 네트워크 진입 동작을 수행해야만 하며, 상기 기지국이 상기 MSS를 호출하여 상기 MSS가 상기 아이들 스테이트(630)에서 상기 어웨이크 스테이트(610)로 스테이트 천이하는 경우에 대해서는 하기에서 설명할 것이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
세 번째로, 상기 슬립 스테이트(620)에서 상기 아이들 스테이트(630)로 스테이트 천이하는 과정에 대해서 설명하기로 한다.
상기 MSS가 상기 슬립 스테이트(620)에서 상기 아이들 스테이트(630)로 스테이트 천이하는 경우는(623) MSS가 상기 슬립 스테이트(620)에서 미리 설정한 설정 시간 Tidle 동안 송수신되는 트래픽이 존재하지 않는 경우 혹은 상기 기지국이 강제로 상기 MSS를 스테이트 천이시키는 경우이다. 여기서, 상기 기지국은 상기 등록 해제 명령 메시지를 송신하여 상기 MSS를 상기 슬립 스테이트(620)에서 상기 아이들 스테이트(630)로 스테이트 천이시킬 수 있다. 여기서, 상기 기지국의 요구에 따라 혹은 상기 MSS의 요구에 따라 슬립 스테이트(620)에서 상기 아이들 스테이트(630)로 스테이트 천이하는 이벤트를 "Sleep-to-Idle Event"라 칭하기로 한다.
다음으로 도 7을 참조하여 상기 아이들 스테이트(630)에서 MSS의 동작 과정을 설명하기로 한다.
상기 도 7은 도 6의 아이들 스테이트(630)에서 MSS의 동작 과정을 도시한 순서도이다.
상기 도 7을 참조하면, 먼저 711단계에서 어웨이크 스테이트(610) 혹은 슬립 스테이트(620)에 존재하는 MSS는 기지국으로부터 등록 해제 명령 메시지를 수신하고 713단계로 진행한다. 상기 713단계에서 상기 MSS는 상기 등록 해제 명령 메시지를 수신한 시점부터 상기 등록 해제 명령 메시지에 포함되어 있는 START FRAME을 대기하고 715단계로 진행한다. 상기 715단계에서 상기 MSS는 상기 어웨이크 스테이트(610) 혹은 슬립 스테이트(620)에서 상기 아이들 스테이트(630)로 스테이트 천이하고 717단계로 진행한다.
상기 717단계에서 상기 MSS는 상기 등록 해제 명령 메시지에 포함되어 있는 아이들 구간동안 슬립한 후 719단계로 진행한다. 상기 719단계에서 상기 MSS는 상기 아이들 스테이트(630)에서 깨어나 호출 메시지 수신 여부를 모니터링하고 721단계로 진행한다. 상기 721단계에서 상기 MSS는 상기 모니터링 결과 호출 메시지가 수신되었는지 검사한다. 여기서, 상기 호출 메시지에 대해서는 하기에서 설명할 것이므로 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 상기 검사 결과 상기 호출 메시지가 수신되지 않았을 경우 상기 MSS는 상기 717단계로 되돌아간다. 만약, 상기 검사 결과 상기 호출 메시지가 수신되었을 경우 상기 MSS는 723단계로 진행한다. 상기 723단계에서 상기 MSS는 상기 호출 메시지를 수신함에 따라 상기 어웨이크 스테이트(610)로 스테이트 천이하여 네트워크 진입 동작을 수행한 후 종료한다.
그러면 여기서 상기 호출 메시지에 대해서 설명하기로 한다.
상기 호출 메시지는 방송(broadcasting) 메시지로서, 상기 호출 메시지는 네트워크로부터의 호출이 존재하는, 상기 아이들 스테이트(630)에 존재하는 MSS들의 MAC 어드레스(address) 리스트를 포함하고 있다. 여기서, 본 발명에서는 무선 자원의 사용을 최소화시키면서도, 상기 아이들 스테이트(630)에 존재하는 MSS들을 호출하기 위해 상기 IEEE 802.11e 통신 시스템에서 기본적으로 할당받는 MAC 어드레스를 사용하고 있으나, 상기 MAC 어드레스 이외의 다른 식별자를 포함시켜 상기 아이들 스테이트(630)에 존재하는 MSS들을 호출할 수도 있음은 물론이다.
상기 호출 메시지 포맷은 하기 표 6과 같다.
상기 표 6에 나타낸 호출 메시지의 정보 엘리먼트들 각각을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 관리 메시지 타입(Management Message Type)은 현재 전송되는 메시지가 어떤 메시지인지를 나타내는 정보이며, NUMBER OF PAGED TERMINALS는 상기 아이들 스테이트(630)에 존재하는 MSS들 중 네트워크로부터 호출이 있는 MSS들의 개수를 나타내며, MAC ADDRESS는 상기 호출된 MSS들의 MAC 어드레스, 즉 고유 식별자를 나타낸다. 여기서, 상기 호출 메시지는 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 기존에 사용하고 있는 메시지를 변형하여 사용할 수도 있고, 혹은 새로운 메시지를 생성하여 사용할 수도 있다.
한편, 상기 아이들 스테이트(630)에 존재하는 MSS가 현재 속해있는 서빙 기지국이 관리하는 셀에서 상기 서빙 기지국과 상이한 인접 기지국의 셀로 셀을 이동하게 되는 경우, 상기 MSS는 상기 서빙 기지국과 인접 기지국 각각에서 수신되는 파일럿 채널의 CINR을 측정하여 셀 이동을 인식할 수 있다. 이렇게 셀 이동을 지원하면서도 정확한 호출을 제공하기 위해서는 네트워크에서 상기 MSS의 위치를 인식하고 있어야만 한다. 따라서, 상기 MSS는 셀을 이동하게 되는 경우 MSS 자신의 위치를 네트워크에 등록해야만 하고, 이렇게 위치 등록이 됨에 따라서 정확한 호출이 가능하게 된다.
그러나, 상기에서 설명한 바와 같이 셀 이동에 따른 빈번한 위치 등록, 즉 네트워크 진입 절차는 MSS의 전력 소모를 증가시키게 되고, 또한 상기 네트워크 진입 절차 수행으로 인한 메시지 오버헤드를 발생시키게 된다. 따라서, 본 발명에서는 상기 MSS의 전력 소모를 최소화시키면서도, 네트워크 진입 절차 수행으로 인한 메시지 오버헤드를 최소화시키면서도 무선 자원의 효율성을 극대화시키기 위해 호출 영역(paging zone)을 설정하기로 한다.
그러면 여기서 상기 호출 영역에 대해서 설명하기로 한다.
상기 호출 영역은 다수개의 기지국들을 하나의 호출 단위로 그룹화시킨 것이다. 즉, 다수개의 기지국들을 하나의 호출 단위로 그룹화시켜 호출 영역으로 칭하고, 상기 호출 영역 단위로 MSS들의 위치 정보를 관리한다. 상기 호출 영역들 각각은 호출 영역 식별자(PZID: Paging Zone Identifier, 이하 'PZID'라 칭하기로 한다)를 사용하여 구분하며, 기지국들 각각은 상기 기지국들 자신의 PZID 값을 다른 시스템 정보와 함께 매 프레임마다 방송한다. 만약, MSS가 현재의 호출 영역을 벗어나 새로운 호출 영역에 진입한 경우, 상기 새로운 호출 영역의 해당 기지국으로부터 PZID를 수신하게 되고, 상기 새로운 호출 영역의 해당 기지국으로부터 수신한 PZID 값과 이전 서빙 기지국으로부터 수신하여 저장하고 있던 PZID 값이 상이하게 되어 상기 MSS는 이전 호출 영역에서 새로운 호출 영역으로 진입하였음을 식별하게 된다. 여기서, 상기 PZID 값은 DL-MAP 메시지 등에 포함될 수 있다.
이렇게, 호출 영역이 변경된 MSS는 상기 새로운 호출 영역의 해당 기지국에 위치 변경을 요청하여 상기 위치 변경 이후의 네트워크로부터 발생하는 호출에 응답할 수 있게 된다. 본 발명에서는 상기 호출 영역을 다수개의 셀들로 그룹화시키는 경우를 일 예로 하여 설명하지만, 상기 호출 영역은 단일 셀로 구성될 수 있음은 물론이며, 이렇게 단일 셀로 호출 영역이 구성될 경우에는 셀간 핸드오버 동작에도 동일하게 적용될 수 있다. 이렇게, 상기 호출 영역 개념이 단일 셀과 동일할 경우에는 MSS가 DL-MAP 메시지에 포함되어 있는 기지국 식별자를 가지고 이전 셀에서 새로운 셀로 이동하였는지를 인지할 수 있다.
다음으로 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템의 핸드오버 과정을 설명하기로 한다.
상기 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템의 핸드오버 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 8에서는 기지국 C(803)와 접속하여 어웨이크 스테이트에서 서비스를 받고 있는 MSS(위치 A)(830)를 중심으로 설명하기로 한다. 여기서, 상기 MSS(위치 A)(830)와 하기에서 설명할 MSS(위치 B)(831)와 MSS(위치 C)(832)는 실질적으로는 동일한 MSS이며, 그 위치에 따라 표기만을 상이하게 한 것이다. 즉, 상기 MSS(위치 A)(830)는 위치 A에 존재하는 MSS를 나타내며, MSS(위치 B)(831)는 위치 B에 존재하는 MSS를 나타내며, MSS(위치 C)(832)는 위치 C에 존재하는 MSS를 나타낸다.
먼저, 상기 MSS(위치 A)(830)는 상기 기지국 C(803)를 통해 서비스를 받고 있다가 서비스가 완료되면, 상기 MSS(위치 A)(830)는 상기 기지국 C(803)와 더 이상 송수신할 데이터가 존재하지 않게 된다. 그러면 상기 MSS(위치 A)(830)는 상기 기지국 C(803)로 슬립 요구 메시지를 송신하게 되고, 상기 기지국 C(803)는 상기 슬립 요구 메시지에 대한 응답 메시지인 슬립 응답 메시지를 상기 MSS(위치 A)(830)로 송신한다. 상기 MSS(위치 A)(830)는 상기 슬립 응답 메시지를 수신함에 따라 상기 어웨이크 스테이트에서 슬립 스테이트로 스테이트 천이하게 된다. 물론, 상기 MSS(위치 A)(830)의 요청없이도 상기 기지국 C(803)에서 상기 MSS(위치 A)(830)으로 슬립 응답 메시지를 송신하여 강제적으로 스테이트 천이시킬 수도 있음은 물론이다. 상기 슬립 스테이트에서 상기 MSS(위치 A)(830)는 LISTENING INTERVAL 동안 깨어나 트래픽 지시 메시지를 수신하여 상기 MSS(위치 A)(830) 자신을 타겟으로 하는 데이터가 수신되는지를 주기적으로 체크한다. 여기서, 상기 MSS(위치 A)(830)가 슬립 모드일 경우에는 CID 및 IP 어드레스 등이 할당되어 있다.
한편, 상기 MSS(위치 A)(830)는 슬립 스테이트에서 미리 설정한 Tidle 시간 동안 송수신하는 데이터가 존재하지 않을 경우에는 상기 기지국 C(803)로 등록 해제 요구 메시지를 요청하고, 상기 기지국 C(803)은 상기 등록 해제 메시지에 대한 응답 메시지인 등록 해제 응답 메시지를 상기 MSS(위치 A)(830)로 송신한다. 상기 등록 해제 응답 메시지를 수신한 상기 MSS(위치 A)(830)는 상기 슬립 스테이트에서 아이들 스테이트로 스테이트 천이한다. 물론, 상기 MSS(위치 A)(830)의 요청없이도 상기 기지국 C(803)에서 상기 MSS(위치 A)(830)으로 등록 해제 응답 메시지를 송신하여 강제적으로 스테이트 천이시킬 수도 있음은 물론이다. 만약 상기 어웨이크 스테이트에서 상기 MSS(위치 A)(830)가 상기 슬립 스테이트를 통하지 않고 바로 아이들 스테이트로 스테이트 천이하기 위해서는 상기 MSS(위치 A)(830)가 상기 기지국 C(803)로 등록 해제 요구 메시지를 송신하고, 상기 기지국 C(803)로부터 등록 해제 응답 메시지를 수신하면 아이들 스테이트로 스테이트 천이한다. 물론, 상기 MSS(위치 A)(830)의 요청없이도 상기 기지국 C(803)에서 상기 MSS(위치 A)(830)으로 등록 해제 응답 메시지를 송신하여 강제적으로 스테이트 천이시킬 수도 있음은 물론이다. 아이들 스테이트로 천이한 상기 MSS(위치 A)(830)는 상기 어웨이크 스테이트 혹은 슬립 스테이트에서 소유하고 있던 CID들과 IP 어드레스를 점유하지 않으며, 따라서 무선 자원의 효율성을 높일 수 있다.
그러면 여기서 상기 아이들 스테이트에 존재하는 상기 MSS(위치 A)(830)가 핸드오버하는 과정에 대해서 살펴보기로 한다.
먼저, 상기 도 8에 도시되어 있는 모든 기지국들은 상기 기지국들 각각이 속한 PZID를 방송하고 있다. 아이들 스테이트에 존재하는 상기 MSS(위치 A)(830)는 PZID = 1인 호출 영역에 존재하고 있다. 상기 MSS(위치 A)(830)가 상기 기지국 C(803)에서 기지국 B(801)로 이동하게 되면, 상기 기지국(801) 역시 동일한 PZID를 방송하고 있으므로 상기 MSS(위치 A)(830)는 핸드오버 절차를 수행하지 않는다. 이와 마찬가지로, PZID가 동일한 기지국들간을 이동하는 경우 상기 MSS(위치 A)(830)는 어떠한 기지국과도 핸드오버 절차를 수행할 필요가 없어 전력 소모 감소 효과를 가져온다.
이와는 달리, 상기 MSS(위치 A)(830)가 위치 B로 이동하면, MSS(위치 B)(831)는 상기 기지국 C(803)에서 수신하는 신호의 세기가 약해짐에 따라 인접 기지국들을 스캐닝하게 되고, 상기 스캐닝 결과 가장 센 파일럿 CINR 값을 가지는 기지국 F(852)로 핸드오버하게 된다. 한편, 상기 기지국 F(852)로 핸드오버한 MSS(위치 C)(832)는 이전 기지국, 즉 기지국 C(803)의 PZID와 상기 기지국 F(852)의 PZID가 상이하기 때문에 상기 호출 영역을 관리하는 호출 영역 관리자, 일 예로 기지국 제어기로 위치 업데이트 요구(LU-REQ: Location Update Request, 이하 'LU-REQ'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신한다. 여기서, 상기 LU-REQ 메시지는 경쟁 방식의 접속 방식을 사용하여 송신하며, 상기 LU-REQ 메시지에 대해서는 하기에서 구체적으로 설명할 것이므로 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 상기 LU-REQ 메시지를 수신한 호출 영역 관리자는 상기 MSS(위치 C)(832)의 위치를 업데이트하여 관리하게 된다.
이후, 상기 기지국 F(852)가 상기 아이들 스테이트에 존재하는 MSS(위치 C)(832)로 송신할 데이터가 존재할 경우 상기 기지국 F(852)는 상기 아이들 스테이트에서 어웨이크 스테이트로 스테이트 천이를 해야만 한다. 상기 기지국 F(852)는 호출 메시지를 방송하여 MSS(위치 C)(832)로 송신할 데이터가 존재하는지를 알려주게 된다. 여기서, 상기 호출 메시지는 호출 영역 단위로 방송되며, 따라서 기지국 E(851)와, 기지국 F(852)와, 기지국 G(853)와, 기지국 H(854) 모두 호출 메시지를 방송한다. 상기 호출 메시지를 수신한 MSS(위치 C)(832)는 네트워크 진입 절차를 수행하여 상기 어웨이크 스테이트로 스테이트 천이한다.
다음으로 도 9를 참조하여 아이들 스테이트에 존재하는 MSS와 기지국간 패킷 데이터를 송수신하는 과정에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 아이들 스테이트에 존재하는 MSS와 기지국간 패킷 데이터를 송수신하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 9를 참조하면, 먼저 상기 MSS(910)가 아이들 스테이트에 존재하는 상태에서(911단계) 기지국(900)이 상기 MSS(910)로 송신할 패킷 데이터가 발생하면, 상기 기지국(900)은 상기 MSS(910)의 고유 식별자, 즉 MAC 어드레스를 포함시켜 호출 메시지를 방송한다(913단계). 상기 아이들 스테이트에 존재하고 있던 MSS(910)는 해당 시점에서 깨어나 상기 호출 메시지를 수신하고, 상기 수신한 호출 메시지에 상기 MSS(910)의 MAC 어드레스가 포함되어 있으므로 상기 아이들 스테이트에서 어웨이크 스테이트로 스테이트 천이한다(915단계). 이후 상기 MSS(910)는 상기 기지국(900)으로부터 패킷 데이터를 수신하게 되는 것이다(917단계).
상기 도 9에서는 아이들 스테이트에 존재하는 MSS로 기지국이 먼저 패킷 데이터를 송신하는 경우에 대해서 설명한 것이다. 만약 상기 아이들 스테이트에 존재하는 MSS에서 기지국으로 먼저 패킷 데이터를 송신하는 경우에는 상기 MSS는 어웨이크 스테이트로 천이하여 상기 기지국과 네트워크 진입 절차를 수행한 후 상기 기지국으로 패킷 데이터를 송신하게 되는 것이다.
다음으로 도 10을 참조하여 위치 등록에 따른 기지국과 MSS간 신호 송수신에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 위치 등록시 기지국과 MSS간 신호 송수신 과정을 도시한 신호 흐름도이다.
상기 도 10을 참조하면, 먼저 기지국(1000)은 MSS(1050)와 동기를 획득하면 상기 MSS(1050)로 다운 링크 채널 디스크립터(DCD: Downlink Channel Descriptor, 이하 'DCD'라 칭하기로 한다) 메시지와, DL-MAP 메시지를 송신한다(1011단계). 상기 기지국(1000)은 상기 UCD 메시지와 DL-MAP 메시지를 송신한 후 상기 MSS(1050)로 업링크 채널 디스크립터(UCD: Uplink Channel Descriptor, 이하 'UCD'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신한다(1013단계).
상기 기지국(1000)은 상기 UCD 메시지를 송신한 후 상기 MSS(1050)로 UL-MAP 메시지를 송신한다(1015단계). 상기 기지국(1000)으로부터 UL-MAP 메시지까지 수신한 후 상기 MSS(1050)는 상기 UCD 메시지로부터 수신한 상기 초기 레인징에 사용되는 레인징 코드들과, 변조 방식 및 코딩 방식 정보와, UL-MAP 메시지로부터 수신한 레인징 채널과 레인징 슬럿을 인식할 수 있다. 상기 MSS(1050)는 상기 초기 레인징에 사용되는 레인징 코드들중 랜덤하게 한 레인징 코드를 선택하고, 상기 초기 레인징에 사용되는 레인징 슬럿들 중 랜덤하게 한 레인징 슬럿을 선택한 후, 상기 선택한 레인징 슬럿을 통해 상기 선택한 레인징 코드를 상기 기지국(1000)으로 송신한다(1017단계).
상기 기지국(1000)은 상기 MSS(1050)로부터 임의의 레인징 슬럿을 통해서 임의의 레인징 코드를 수신하면, 레인징 코드 수신에 성공하였음을 나타내는 성공 정보, 일 예로 OFDMA 심벌 번호와, 서브 채널, 레인징 코드 등과 같은 레인징 응답(RNG-RSP: Ranging-Response, 이하 'RNG-RSP'라 칭하기로 한다) 메시지를 상기 MSS(1050)로 송신한다(1019단계). 여기서, 도시하지는 않았지만 상기 MSS(1050)는 상기 RNG-RSP 메시지를 수신함에 따라, 상기 RNG-RSP 메시지에 포함되어 있는 성공 정보를 사용하여 시간 및 주파수 오프셋을 조정하고, 송신 전력을 조정하게 되는 것이다.
이후, 상기 MSS(1050)는 대역폭 요구(BW-REQ: BandWidth REQuest, 이하 'BW-REQ'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신하고(1021단계), 상기 MSS(1050)로부터 상기 BW-REQ 메시지를 수신한 기지국(1000)은 상기 MSS(1050)로 상기 MSS(1050)를 위한 업링크 정보를 포함하여 UL-MAP 메시지를 송신하다(1023단계). 그러면, 상기 MSS(1050)는 상기 UL-MAP 메시지에 포함되어 있는 업링크 정보를 사용하여 LU-REQ 메시지를 상기 기지국(1000)으로 송신한다(1025단계). 여기서, 상기 LU-REQ 메시지 포맷은 하기 표 7과 같다.
상기 표 7에 나타낸 LU-REQ 메시지의 정보 엘리먼트들 각각을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 관리 메시지 타입(Management Message Type)은 현재 전송되는 메시지가 어떤 메시지인지를 나타내는 정보이며, MAC ADDRESS는 상기 LU-REQ 메시지를 송신하는 MSS(1050)의 MAC 어드레스를 나타낸다. 여기서, 상기 LU-REQ 메시지는 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 기존에 사용하고 있는 메시지를 변형하여 사용할 수도 있고, 혹은 새로운 메시지를 생성하여 사용할 수도 있다.
상기 LU-REQ 메시지를 수신한 기지국(1000)은 상기 MSS(1050)의 위치 변경을 알 수 있고, 따라서 상기 LU-REQ 메시지에 포함되어 있는 MAC 어드레스를 상기 MSS(1050)의 위치를 관리하고 있는 위치 관리 노드, 일 예로 기지국 제어기로 전달하여 상기 MSS(1050)의 위치를 네트워크에서 알 수 있도록 한다. 한편, 상기 기지국(1000)은 상기 LU-REQ 메시지에 대한 응답 메시지인 위치 변경 응답(LU-RSP: Location Update Response, 이하 'LU-RSP'라 칭하기로 한다) 메시지를 상기 MSS(1050)로 송신한다(1025단계). 여기서, 상기 LU-RSP 메시지 포맷은 하기 표 8과 같다.
상기 표 8에 나타낸 LU-RSP 메시지의 정보 엘리먼트들 각각을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 관리 메시지 타입(Management Message Type)은 현재 전송되는 메시지가 어떤 메시지인지를 나타내는 정보이며, MAC ADDRESS는 상기 LU-RSP 메시지를 수신하는 MSS(1050)의 MAC 어드레스를 나타내며, SLEEP INTERVAL은 상기 MSS(1050)가 아이들 스테이트에서 사용하게 될 슬립 구간을 나타내며, SLEEP START FRAME은 상기 MSS(1050)가 아이들 스테이트로 천이시작해야하는 시점을 나타낸다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 광대역 무선 접속 통신 시스템에 적합한 새로운 MAC 계층 동작 스테이트들을 제공함으로써 MSS의 이동성과 고속 데이터 송신 지원을 가능하게 하면서도 전력 소모를 최소화시킨다는 이점을 가진다. 또한, 본 발명은 동일한 호출 영역에서의 네트워크 진입 절차를 생략하도록 함으로써 불필요한 무선 자원 점유를 제거하여 자원의 효율성을 최대화시키면서도, 네트워크 진입으로 인한 메시지 오버헤드 역시 제거할 수 있다는 이점을 가진다.
도 1은 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 2는 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템의 MAC 계층에서 지원하는 동작 스테이트들을 개략적으로 도시한 스테이트 다이아그램(state diagram)
도 3은 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 MSS의 네트워크 진입 과정을 개략적으로 도시한 신호 흐름도
도 4는 일반적인 IEEE 802.16e 시스템에서 서빙 기지국 및 인접 기지국들의 파일럿 신호의 CINR을 스캐닝하는 과정을 개략적으로 도시한 신호 흐름도
도 5는 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템의 핸드오버 과정을 도시한 신호 흐름도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선 접속 통신 시스템의 MAC 계층에서 지원하는 동작 스테이트들을 개략적으로 도시한 스테이트 다이아그램
도 7은 도 6의 아이들 스테이트(630)에서 MSS의 동작 과정을 도시한 순서도
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템의 핸드오버 과정을 개략적으로 도시한 도면
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 아이들 스테이트에 존재하는 MSS와 기지국간 패킷 데이터를 송수신하는 과정을 개략적으로 도시한 도면
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 위치 등록시 기지국과 MSS간 신호 송수신 과정을 도시한 신호 흐름도

Claims (28)

  1. 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 이동 가입자 단말기가 매체 접속 제어 계층의 동작 상태를 제어하는 방법에 있어서,
    어웨이크 스테이트에서 미리 설정한 제1설정 시간 동안 기지국과의 데이터 송수신이 존재하지 않을 경우 상기 어웨이크 스테이트에서 슬립 스테이트 혹은 아이들 스테이트로 스테이트 천이하는 과정과,
    상기 아이들 스테이트에서 현재 속해 있는 제1호출 영역에서 상기 제1호출 영역과 상이한 제2호출 영역으로 이동함을 감지할 경우에만 위치 변경을 수행하고, 상기 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 호출이 존재함을 감지하면 상기 아이들 스테이트에서 상기 어웨이크 스테이트로 스테이트 천이하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬립 스테이트에서 미리 설정한 제2설정 시간이 경과되면 상기 슬립 스테이트에서 상기 아이들 스테이트로 스테이트 천이하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 호출 영역은 동일한 호출 영역 식별자를 사용하는, 다수의 기직국들 각각이 서비스하는 영역들임을 특징으로 하는 상기 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 위치 변경을 수행하는 과정은;
    상기 이동 가입자 단말기 자신의 이동 가입자 단말기 식별자를 포함시켜 상기 호출 영역들을 관리하는 호출 영역 관리자로 위치 변경을 요구하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이동 가입자 단말기 식별자는 상기 이동 가입자 단말기의 매체 접속 제어 어드레스임을 특징으로 하는 상기 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 호출이 존재함을 감지하는 과정은; 상기 아이들 스테이트에서 미리 설정한 호출 주기에 상응하게 상기 이동 가입자 단말기가 현재 속해있는 기지국으로부터 방송되는 호출 정보를 수신하고, 상기 호출 정보에 상기 이동 가입자 단말기 자신의 이동 가입자 단말기 식별자가 존재할 경우 상기 호출이 존재함을 감지하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이동 가입자 단말기 식별자는 상기 이동 가입자 단말기의 매체 접속 제어 어드레스임을 특징으로 하는 상기 방법.
  8. 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 매체 접속 제어 계층의 동작 상태를 제어하는 방법에 있어서,
    이동 가입자 단말기가 어웨이크 스테이트에서 미리 설정한 제1설정 시간 동안 기지국과의 데이터 송수신이 존재하지 않을 경우 상기 기지국으로 등록 해제를 요청하는 과정과,
    상기 기지국은 상기 등록 해제 요청에 상응하게 상기 이동 가입자 단말기의 등록을 해제하고 등록 해제를 응답하는 과정과,
    상기 이동 가입자 단말기는 상기 등록 해제 응답에 상응하게 상기 어웨이크 스테이트에서 아이들 스테이트로 스테이트 천이하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 이동 가입자 단말기가 아이들 스테이트에서 현재 속해 있는 제1호출 영역에서 상기 제1호출 영역과 상이한 제2호출 영역으로 이동함을 감지하면 호출 영역 관리자로 위치 변경을 요구하는 과정과,
    상기 호출 영역 관리자는 상기 위치 변경 요구에 따라 상기 이동 가입자 단말기를 상기 제2호출 영역에 존재함으로 위치를 변경한 후 위치 변경을 응답하는 과정과,
    이후 상기 이동 가입자 단말기는 상기 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 호출이 존재함을 감지하면 상기 아이들 스테이트에서 상기 어웨이크 스테이트로 스테이트 천이하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 등록 해제를 요청하는 과정은;
    상기 이동 가입자 단말기가 상기 아이들 스테이트에 존재하기를 원하는 슬립 구간에 대한 정보를 포함하여 등록 해제를 요청하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 등록 해제를 응답하는 과정은;
    상기 이동 가입자 단말기가 상기 아이들 스테이트에 존재해야하는 슬립 구간에 대한 정보를 포함하여 등록 해제를 응답하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 호출 영역은 동일한 호출 영역 식별자를 사용하는, 다수의 기직국들 각각이 서비스하는 영역들임을 특징으로 하는 상기 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 위치 변경을 요청하는 과정은; 상기 이동 가입자 단말기 자신의 이동 가입자 단말기 식별자를 포함시켜 상기 호출 영역 관리자로 위치 변경을 요구하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 이동 가입자 단말기 식별자는 상기 이동 가입자 단말기의 매체 접속 제어 어드레스임을 특징으로 하는 상기 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 위치 변경을 응답하는 과정은; 상기 이동 가입자 단말기의 이동 가입자 단말기 식별자와, 상기 이동 가입자 단말기가 상기 아이들 스테이트에서 슬립을 시작해야하는 시점과, 상기 슬립 구간에 대한 정보를 포함하여 위치 변경을 응답하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 이동 가입자 단말기 식별자는 상기 이동 가입자 단말기의 매체 접속 제어 어드레스임을 특징으로 하는 상기 방법.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 호출이 존재함을 감지하는 과정은;
    상기 아이들 스테이트에서 미리 설정한 호출 주기에 상응하게 상기 이동 가입자 단말기가 현재 속해있는 기지국으로부터 방송되는 호출 정보를 수신하고, 상기 호출 정보에 상기 이동 가입자 단말기 자신의 이동 가입자 단말기 식별자가 존재할 경우 상기 호출이 존재함을 감지하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 이동 가입자 단말기 식별자는 상기 이동 가입자 단말기의 매체 접속 제어 어드레스임을 특징으로 하는 상기 방법.
  19. 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 매체 접속 제어 계층의 동작 상태를 제어하는 시스템에 있어서,
    어웨이크 스테이트에서 미리 설정한 제1설정 시간 동안 기지국과의 데이터 송수신이 존재하지 않을 경우 상기 기지국으로 등록 해제를 요청하고, 상기 등록 해제 요청에 대한 응답이 존재하면 상기 어웨이크 스테이트에서 아이들 스테이트로 스테이트 천이하며, 상기 아이들 스테이트에서 현재 속해 있는 제1호출 영역에서 상기 제1호출 영역과 상이한 제2호출 영역으로 이동함을 감지하면 호출 영역 관리자로 위치 변경을 요청하고, 상기 위치 변경 요구에 따른 위치 변경 응답이 수신하며, 이후 상기 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 호출이 존재함을 감지하면 상기 아이들 스테이트에서 상기 어웨이크 스테이트로 스테이트 천이하는 이동 가입자 단말기와,
    상기 이동 가입자 단말기로부터 등록 해제 요청을 감지하면, 상기 이동 가입자 단말기의 등록을 해제하고 등록 해제를 응답하는 상기 기지국과,
    상기 이동 가입자 단말기로부터 위치 변경 요청을 감지하면 상기 이동 가입자 단말기를 상기 제2호출 영역에 존재함으로 위치를 변경한 후 위치 변경을 응답하는 상기 호출 영역 관리자를 포함함을 특징으로 하는 상기 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 이동 가입자 단말기는 상기 아이들 스테이트에 존재하기를 원하는 슬립 구간에 대한 정보를 포함하여 등록 해제를 요청함을 특징으로 하는 상기 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 기지국은 상기 이동 가입자 단말기가 상기 아이들 스테이트에 존재해야하는 슬립 구간에 대한 정보를 포함하여 등록 해제를 응답함을 특징으로 하는 상기 시스템.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 호출 영역은 동일한 호출 영역 식별자를 사용하는, 다수의 기직국들 각각이 서비스하는 영역들임을 특징으로 하는 상기 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 이동 가입자 단말기는 상기 이동 가입자 단말기 자신의 이동 가입자 단말기 식별자를 포함시켜 상기 호출 영역 관리자로 위치 변경을 요구함을 특징으로 하는 상기 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 이동 가입자 단말기 식별자는 상기 이동 가입자 단말기의 매체 접속 제어 어드레스임을 특징으로 하는 상기 시스템.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 호출 영역 관리자는 상기 이동 가입자 단말기의 이동 가입자 단말기 식별자와, 상기 이동 가입자 단말기가 상기 아이들 스테이트에서 슬립을 시작해야하는 시점과, 상기 슬립 구간에 대한 정보를 포함하여 위치 변경을 응답함을 특징으로 하는 상기 시스템.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 이동 가입자 단말기 식별자는 상기 이동 가입자 단말기의 매체 접속 제어 어드레스임을 특징으로 하는 상기 시스템.
  27. 제19항에 있어서,
    상기 이동 가입자 단말기는 상기 아이들 스테이트에서 미리 설정한 호출 주기에 상응하게 상기 이동 가입자 단말기가 현재 속해있는 기지국으로부터 방송되는 호출 정보를 수신하고, 상기 호출 정보에 상기 이동 가입자 단말기 자신의 이동 가입자 단말기 식별자가 존재할 경우 상기 호출이 존재함을 감지함을 특징으로 하는 상기 시스템.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 이동 가입자 단말기 식별자는 상기 이동 가입자 단말기의 매체 접속 제어 어드레스임을 특징으로 하는 상기 시스템.
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