KR20060072258A - 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 시스템및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 방법은, 단말이 처음 접속한 시작 액세스 포인트로부터의 위치에 따라 전송 경계를 설정하고, 설정된 전송 경계를 기준으로 하여 액세스 포인트의 종류를 결정하는 단계; 와 단말의 이동시 상기 단말의 핸드오버 수행 전에 상기 결정된 액세스 포인트의 종류에 따라 서로 다르게 설정된 서비스 컨텍스트 전송 정책에 따라 선택된 적어도 하나의 전송 대상 액세스 포인트로 서비스 컨텍스트를 전송하는 단계를 포함한다.

Description

무선 네트워크상 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 시스템 및 그 방법{System and Method for Transferring Context of Mobile Node During Hand-over in Wireless Network}
도 1은 802.11 무선 메쉬 네트워크에서 단말의 액세스 포인트간 핸드오버시 기존 방법에 의한 처리 흐름을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명이 적용되는 802.11 무선 메쉬 네트워크의 구조를 나타낸 도면.
도 3은 802.11 무선 메쉬 네트워크에서 단말이 이동하는 경우의 동작 흐름을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 액세스 포인트간 핸드오버 과정에서의 이동 단말과 액세스 포인트의 동작 흐름을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 핸드오버시 액세스 포인트간의 신호대잡음비 변화 곡선을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 점진적 프로액티브 컨텍스트 전송 방법의 처리 흐름을 나타낸 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 액세스 라우터 110 : 액세스 포인트
110-1 : nAP(new AP) 110-2 : oAP(old AP)
120 : 이동 단말(Mobile Node)
본 발명은 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 무선 메쉬 네트워크 환경에서 분석된 무선 흐름 트래픽의 특성에 따라 액세스 포인트의 자원 이용을 최소화하면서 이동하는 단말에게 서비스 지연을 최소로 할 수 있는 점진적 프로액티브 컨텍스트 전송 방식을 취하도록 하는 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
현재까지 전형적인 대부분의 인터넷 접속 방법은 이더넷 혹은 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line) 같은 유선망을 통하여 이루어져 왔다. 그러나, 무선 기술의 발달에 따라 유선 방식 이외에 무선 접속 방식을 이용해 인터넷 접속 서비스를 이용할 수 있으며, 전송 속도도 유선망에서의 속도만큼 제공되는 기술이 개발되고 있다.
이러한 무선 통신으로는 무선랜(Wireless LAN), 모바일 IP(Mobile IP), MANET 등과 같은 방식들이 최근 활발하게 연구되고 있다. 이 중, 대표적인 접속 방법이 IEEE802.11의 무선랜을 통한 인터넷 접속이다. 무선랜 기술 중에서 사용자가 무선랜을 통하여 인터넷에 접속한 후, 초기 위치와 관계없이 이동 중에 지속적으로 인터넷 접속을 제공하기 위한 이동성 제공 기술들이 연구되고 있다.
무선랜은 일정한 수준의 서비스를 지원해 주고 있다는 장점을 가지는 반면, 일정한 범위 내에서만 사용 가능하다는 단점을 가지고 있다. 즉, 이동 단말이 액세스 포인트의 서비스 가용 범위 내에 있을 때에만 서비스를 받을 수 있고, 액세스 포인트의 서비스 가용 범위를 벗어나면 서비스를 받을 수 없다. 만약, 이동 단말이 다른 액세스 포인트로 이동하는 경우에는 지속적인 서비스를 지원해주지 못한다.
최근, 중소도시나 특정 지역 전체를 대상으로 초고속 무선 액세스를 제공하기 위한 자가망 아키텍처인 무선 메쉬 네트워크(Wireless Mesh Network)기술이 수면위로 부상하고 있다. 메트로 무선랜(Metro Wireless Lan)으로도 불리는 이 기술은 기존 무선 랜에 비해 두 배 이상의 커버리지를 제공하고, 반경 1-2 km 이상을 연결할 수 있으며, 무선인터넷전화(VoWLAN) 등 데이터 통신이 가능하여, 기존의 핫스팟을 넘어서는 장점으로 주목받고 있다.
무선 메쉬 네트워크는 무선랜 기술 지원 범위를 확장시키기 위해 최근 새로 강화된 무선랜 아키텍처로 기존 무선랜 IEEE 802.11의 주파수(2.4GHz/5GHz, 국내 법적 최고 100mW 한계 출력의 비허가 대역 주파수)를 통해 랜과 랜을 무선으로 연결하는 데 쓰인다. 즉, 기존 무선랜이 다수 사용자의 연결용으로 쓰인다면 무선 메 쉬 네트워크는 주로 네트워크간의 연결용으로 쓰인다고 볼 수 있다.
특히 기존 무선랜은 각 액세스 포인트(Access Point)마다 유선 접속이 필요하지만 무선 메쉬 네트워크는 액세스 포인트와 액세스 포인트간에 무선으로 통신할 수 있으므로 하나의 유선 접속 구간으로 넓은 지역을 무선랜으로 구축할 수 있어 이더넷(Ethernet) 케이블링이 아예 없거나 설치가 곤란한 지역에서 유용하게 쓰일 수 있는 것이 장점이다. 하지만 아직 무선 메쉬 네트워크를 위한 표준이 진행 중이고, 안정성, 호환성, 신뢰성 등에 시장 검증이 필요한 단계로 지적되고 있으며, 국내 무선랜 출력에 대한 법적 한계, ISM(Industrial Scientific and Medical) 밴드로 인한 인터페이스, 그리고 정해진 주파수로 망을 구성해야 하기 때문에 망 증설에 한계가 있는 등 본격 시장형성을 위해서는 해결해야 할 문제가 산적해 있다.
아직 해결되지 않은 문제가 있음에도 불구하고, IEEE 802.11 무선 메쉬(Mesh) 네트워크는 기존의 DSL(Digital Subscriber Line)이나 케이블(Cable) 방식의 네트워크에 비해 저렴한 설치 비용과 높은 대역폭 지원에 따라 사용량이 증가하고 있다.
무선 메시 네트워크는 단말의 이동성을 지원하며, 이를 위해 새로운 액세스 포인트로 이동할 때 물리 계층 연결성(physical layer connectivity), 상태(state), QoS(Quality of Service)나 AAA(Authentication, Authorization, Accounting) 같은 서비스 컨텍스트(service context)의 전송(Transfer)을 필요로 한다.
도 1은 802.11 무선 메쉬 네트워크에서 단말의 액세스 포인트간 핸드오버시 기존 방법에 의한 처리 흐름을 나타내고 있다.
단말이 하나의 액세스 포인트에서 다른 액세스 포인트로 연결되는 것을 액세스 포인트간 핸드오버(Inter AP Handover)라고 하며, 이 과정을 IEEE 802.11 표준에서는 재결합(re-association)이라 한다. 이때의 콘텍스트 전송을 L2 컨텍스트 전송(Context Transfer)이라 한다. 단말의 이동이 서로 다른 액세스 라우터와 연결된 액세스 포인트간에 일어나는 경우는 액세스 라우터간 핸드오버(Inter Access Router Hand-over)라고 한다.
도 1의 핸드오버 처리 절차는 크게, 단말이 접속하는 액세스 포인트를 변경하여야 함을 인지(Detect)하는 단계(S110), 새로 접속할 액세스 포인트를 찾는 검색(Search) 단계(S120), 그리고 인증(Authentication) 및 재결합(Re-association)을 수행하는 실행(Execution) 단계(S130)로 나눌 수 있다.
인지 단계(S110)에서는 단말(120)이 단말이 접속하고 있는 액세스 포인트 oAP(110-1)간의 데이터 교환을 통해, 현재 접속하고 있는 액세스 포인트와의 연결을 유지할 것인지 다른 액세스 포인트로의 이동을 검토해야 할지 결정한다.
검색 단계(S120)에서는, 단말(120)이 새로운 액세스 포인트를 찾기 위해 단말 주위에 위치하는 적어도 하나의 액세스 포인트로 프로브(Probe) 신호를 전송하고, 이를 수신한 여러 액세스 포인트들이 단말이 전송한 프로브에 대해 응답하는 절차를 거친다.
실행 단계(S130)는, 단말(120)이 새롭게 연결을 설정할 액세스 포인트 nAP(110-2)로 연결하기 위해 인증을 요청하면, nAP(110-2)가 단말의 인증 요청에 대해 인증결과를 응답하고, 단말(120)이 nAP(110-2)로 재결합 요청을 하는 과정을 포함한다.
시스템의 종류에 따라서는 실행 단계(S130)에서, 상기 절차 대신 IAPP(Inter Access Point Protocol) 컨텍스트 전송 절차를 거치기도 한다. IAPP 컨텍스트 전송 절차는 nAP(110-2)가 oAP(110-1)에게 단말의 인증에 필요한 정보를 요청하기 위해 단말(120)이 제공하는 oAP(110-1)의 MAC 주소로부터 oAP(110-1)의 IP 주소를 알아내고 oAP(110-1)에게 단말(120)의 인증에 필요한 정보를 요청하면, oAP(110-1)가 nAP(110-2)에게 단말(120)의 인증에 필요한 정보를 응답하여, nAP(110-2)가 단말(120)이 이제 자신에게 연결되었음을 이웃의 액세스 포인트들에게 알리고, 이웃의 액세스 포인트들이 이에 응답하는 단계로 이루어진다.
단말에 대한 인증이 성공적으로 끝나면, 단말(120)이 nAP(110-2)에 재결합을 요청하고, nAP(110-2)가 단말(120)의 연결 요청에 응답함으로써, 상위 프로토콜에 대한 인증 단계로 이동하는 절차가 계속된다.
도 1을 통해서 살펴본 IAPP(Inter Access Point Protocol)의 컨텍스트 전송 단계에서 IAPP MOVE 동작을 통해 단말(120)이 접속한 새로운 액세스 포인트 nAP(110-2)는 기존의 액세스 포인트 oAP(110-1)로부터 재결합 및 승인에 필요한 컨텍스트 정보를 제공받게 된다. 이러한 리액티브(Reactive) 방식의 컨텍스트 전송은 이동 단말이 실시간 멀티미디어 서비스를 이용하는 경우 서비스 지연을 유발시키는 문제점을 가진다.
즉, 802.11x를 지원하는 랜카드는 셀룰러(Cellular) 통신과 다르게 아직 소프트 핸드오버의 지원이 불가능하므로, 이동하는 단말이 VoIP(Voice over Internet Protocol)나 비디오 스트림과 같은 실시간 멀티미디어 서비스를 이용한다면 기존에 사용되는 방식인 리액티브 컨텍스트 전송(Reactive Context Transfer) 방식으로는 서비스 지연 시간이 1초 이상으로 100ms 이하의 지연을 요구하는 이러한 서비스들에는 적용하기 어렵다는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해, 단말이 이동함에 따른 정보의 전송이 일어나기 전에 먼저 단말의 컨텍스트를 액세스 포인트로 전송하면서도, 액세스 포인트 자원의 불필요한 이용을 줄이는 무선 네트워크의 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 시스템 및 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 방법은, 단말이 처음 접속한 시작 액세스 포인트로부터의 위치에 따라 전송 경계를 설정하고, 설정된 전송 경계를 기준으로 하여 액세스 포인트의 종류를 결정하는 단계; 와 단말의 이동시 상기 단말의 핸드오버 수행 전에, 상기 결정된 액세스 포인트의 종류에 따라 서로 다르게 설정된 서비스 컨텍스트 전송 정책에 따라 선택된 적어도 하나의 전송 대상 액세스 포인트로 서비스 컨텍스트를 전송하는 단계를 포함한다.
상기 시작 액세스 포인트로부터 임의의 액세스 포인트의 위치 결정은 홉(hop) 단위로 이루어지며, 상기 전송 경계는 상기 시작 액세스 포인트로부터 1홉, 3홉, 6홉의 거리에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 액세스 포인트의 종류는, 상기 시작 액세스 포인트 및 상기 전송 경계에 위치하는 액세스 포인트를 포함하는 점진적 경계 AP(Access Point)와 상기 점진적 경계 AP로부터 1홉 전에 위치하는 프로액티브 전송 AP로 구분된다.
상기 각 액세스 포인트는, 자신에게 접속하는 이동 단말에 관한 정보 등을 리스트의 형태로 관리하는 클라이언트 리스트 테이블을 포함하며, 상기 클라이언트 리스트 테이블은, 이동 단말의 MAC 주소, 컨텍스트 전송의 일렬 번호, 이동 단말과 액세스 포인트와의 연결 여부, 홉 카운트, 액세스 포인트의 상태, 유효성(Validity) 컨텍스트 정보에 대한 포인터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전송 경계는, 상기 시작 액세스 포인트로부터 1홉, 3홉, 6홉 단위의 거리에 위치하는 액세스 포인트의 3단계로 설정되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 서비스 컨텍스트 전송 단계는, 이동 단말의 처음으로 임의의 액세스 포인트에 연결되는 경우, 상기 액세스 포인트가 상기 클라이언트 리스트 테이블에서 상기 이동 단말의 정보를 검색하는 단계; 와 상기 검색 결과, 상기 이동 단말에 대한 정보를 포함하고 있지 않은 경우 자신으로부터 1홉 거리의 액세스 포인트로 컨텍스트를 전송하고, 상기 이동 단말에 대한 정보를 포함하는 경우에는 상기 액세스 포인트의 종류에 따라 상기 이동 단말의 진행 방향에 위치하는 적어도 하나의 액세스 포인트로 서비스 컨텍스트를 전송하는 차별적 전송 단계를 한다.
또한, 상기 차별적 전송 단계는, 상기 액세스 포인트가 프로액티브 전송 AP이고 이동 단말로부터 프로브 요청 신호를 중복해서 수신하는 경우, 상기 프로액티브 전송 AP의 위치의 자승에 해당하는 값만큼의 진행 방향 내에 위치하는 주위 액세스 포인트로 서비스 컨텍스트를 전송하고, 상기 액세스 포인트가 점진적 경계 AP인 경우에는, 상기 프로액티브 전송 AP에 의해 서비스 컨텍스트를 수신하였는지 확인하고, 수신하지 않았을 때에만 상기 점진적 경계 AP의 위치보다 1 홉 더 추가한 값만큼의 진행 방향 내에 위치하는 적어도 하나의 액세스 포인트로 서비스 컨텍스트를 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 이동 단말로부터의 프로브 요청 신호는, 이동 단말로부터 새로운 액세스 포인트를 탐색하는 스캔 간격 주기로 이루어진다.
한편, 상기 서비스 컨텍스트의 전송은, 상기 3 단계의 전송 경계 중 두 번째 전송 경계 내에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 방법은 와이브로(Wi-bro)에도 적용 가능한 바, 본 발명의 다른 측면에 따른 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 방법은, 단말이 처음 접속한 시작 액세스 포인트로부터의 위치에 따라 홉 단위로 증가하는 전송 경계를 설정하고, 설정된 전송 경계를 기준으로 하여 액세스 포인트의 종류를 결정하는 단계; 와 단말이 이동함에 따라 상기 결정된 액세스 포인트의 종류에 따라 서비스 컨텍스트 정책을 달리하여, 실질적인 핸드오버가 이루어지기 전에 미리 이동 방향에 위치하는 주변 액세스 포인트로 서비스 컨텍스트를 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 무선 네트워크상의 액세스 포인트는, 단말이 처음 접속한 시작 액세스 포인트로부터의 위치에 따라 점진적으로 단위가 증가하도록 설정된 전송 경계에 따라 구분된 설정된 전송 경계를 기준으로 하여 구분된 액세스 포인트의 종류에 따라 서비스 컨텍스트 전송 정책을 달리하고, 상기 이동하는 단말에 의해 실질적인 핸드오버가 이루어지기 전에 미리 이동 방향에 위치하는 주변 액세스 포인트로 상기 컨텍스트 전송 정책에 따라 서비스 컨텍스트를 전송한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시의 컨텍스트 전송 시스템은, 단말이 처음 접속한 시작 액세스 포인트로부터의 위치에 따라 점진적으로 단위가 증가하도록 설정된 전송 경계에 따라 구분된 설정된 전송 경계를 기준으로 하여 구분된 액세스 포인트의 종류에 따라 서비스 컨텍스트 전송 정책을 달리하고, 상기 이동하는 단말에 의해 실질적인 핸드오버가 이루어지기 전에 미리 이동 방향에 위치하는 주변 액세스 포인트로 상기 컨텍스트 전송 정책에 따라 서비스 컨텍스트를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 상의 액세스 포인트; 상기 적어도 하나의 액세스 포인트와 연동하고 인터넷과 연결하는 액세스 라우터; 및 상기 무선 메쉬 네트워크 내에서 접속하는 액세스 포인트를 변경하면서 이 동 하는 무선 단말을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 살펴보면서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명이 적용되는 802.11 무선 메쉬 네트워크의 구조를 나타낸다.
802.11 무선 메쉬(Wireless Mesh) 네트워크는 그림 1을 통해 보는 바와 같이 백-홀(back-haul)이라 불리는 기존의 유선 인터넷 망과 연결되는 액세스 포인트(110)와 액세스 포인트(110)간 또는 액세스 포인트(110)와 액세스 라우터(Access Router)(100)간의 무선 메쉬 연결을 통해 802.11 장치를 구비하는 무선 단말들에게 네트워크 서비스를 제공하는 기술이다.
도 1을 통해서 보듯이 하나의 액세스 라우터(100)에는 다수의 액세스 포인트(110)들이 연결되어 있으며, 하나의 액세스 포인트(110)에는 다수의 이동 단말(Mobile Node)들이 접속한다. 상술한 바와 같이, 메쉬 네트워크의 특징이라고 할 수 있는 액세스 포인트와 액세스 포인트간에 무선으로 통신이 이루어지고 있음을 확인할 수 있다. 이동 단말(120)은 노트북 PC, PDA(Personal Data Access), 또는 이동하는 차량에 장착된 802.11 장치 등 어떤 형태로도 나타낼 수 있음을 보여주고 있다.
이러한 무선 메쉬 네트워크를 구성하기 위해서는 액세스 포인트간의 라우팅을 통해서, 인터넷 백-홀로의 연결을 설정하거나 무선 단말들간의 통신을 가능하게 하고, 경로 설정 프로토콜이 동작되어야 한다.
도 3은 802.11 무선 메쉬 네트워크에서 단말이 이동하는 경우의 동작 흐름을 나타내고 있다.
도 3은 도 2와 같은 구조로 형성되는 무선 메쉬 네트워크에 있어서, 이동 단말(120)이 실제로 움직이는 경우에 있어서의 핸드오버 발생 상황을 설명하고 있다.
도 3의 경우, 이동 단말(120)이 원래 액세스 포인트1(110-1)과 접속하고 있다가 오른쪽으로 이동하면서, 액세스 포인트2(110-2), 액세스 포인트3(110-3), 액세스 포인트4(110-4)로 이동하고 있음을 보여준다. 액세스 포인트1(110-1)과 액세스 포인트2(110-2)는 액세스 라우터1(100-1)과 연결되어 있으나, 액세스 포인트3(110-3) 및 액세스 포인트4(110-4)는 액세스 라우터(100-2)와 연결되어 있으므로, 이동 단말(120)이 액세스 포인트2(110-2)의 커버리지를 벗어나 액세스 포인트3(110-3)의 커버리지로 들어가는 경우에는 액세스 라우터간 핸드오프가 일어나게 된다.
본 발명에서 제시하는 점진적 프로액티브 컨텍스트 전송(Incremental Proactive Context Transfer) 프로토콜은, 무선 공간에서 이동하는 트래픽(wireless flow traffic)의 특성을 분석하여 이루어졌다.
각종 연구 및 조사에서 밝혀진 무선 트래픽의 흐름을 살펴보면, 단말이 이동할 때 로밍 흐름(Roaming Flow)의 97.7%가 5회 이하의 핸드오버 횟수를 보인다는 것을 알 수 있다. 본 발명에서는 무선 트래픽의 이러한 특성을 이용하여, 프로액티브 컨텍스트 전송을 하는 주변 액세스 포인트의 홉 카운트(Hop Count)를 1홉, 2홉, 3홉으로 순차적으로 증가시키면서 업데이트 함으로써 이루어진다. 이러한 이유로 본 발명에 따른 프로토콜을 점진적 프로액티브 컨텍스트 전송 프로토콜이라 명명하기로 한다.
도 4와 도 5를 통해 본 발명에 따른 점진적 프로액티브 컨텍스트 전송 프로토콜에 대해 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 액세스 포인트간 핸드오버 과정에서의 이동 단말과 액세스 포인트의 동작 흐름을 나타내며, 도 5는 단말의 이동 과정에서 나타나는 신호대잡음비의 변화를 보여준다.
본 발명에 따른 점진적 프로액티브 컨텍스트 전송 프로토콜은 도 4에서와 같이 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 액세스 포인트의 이동 단말과의 상대적인 위치에 따라 다른 명칭을 부여받는다.
이동 단말(120)이 1 -> 2 -> 3 의 경로로 이동하면서 접속 액세스 포인트를 바꾸어 연결한다고 가정한다.
이동 단말(120)이 액세스 포인트1(111)에 접속하는 경우, 액세스 포인트1은 자신의 클라이언트 리스트 테이블(Client List Table)에 해당 이동 단말이 존재하는지 확인한다.
여기서, 클라이언트 리스트 테이블은, 각각의 액세스 포인트마다 보유하는 것으로, 각 액세스 포인트가 자신에게 접속하는 이동 단말에 관한 정보 등을 리스트의 형태로 관리하는 테이블을 의미한다. 클라이언트 리스트 테이블에는 아래의 [표 1]과 같은 항목이 포함되어 있다.
클라이언트 ID
Seq. Number
연결 여부(Connect)
IPCT 카운트
액세스 포인트의 상태(AP Status)
유효성(Validity)
컨텍스트(Context)
[표 1]에서 클라이언트 ID는 이동 단말의 MAC 주소를 의미하며, 액세스 포인트는 단말의 MAC 주소로부터 해당 단말의 IP 주소를 유추할 수 있다. 컨텍스트 전송의 일렬 번호를 나타내며, 연결 여부는 상기 클라이언트 ID의 이동 단말이 액세스 포인트에 연결된 상태인지의 여부를 나타내는 항목이다. 또한 IPCT 카운트는 n 의 변수로 나타내어지는 IPCT 홉 카운트를 의미하고, 액세스 포인트의 상태는 해당 클라이언트 리스트 테이블을 보유하는 액세스 포인트가 점진적 경계 AP인지, 프로액티브 전송 AP인지, 아니면 별다른 이름으로 명명되지 않은 일반 액세스 포인트(None)인지의 종류를 나타내 주는 항목이다.
유효성(Validity)은 액세스 포인트 자체에서 구동하는 타이머에 의한 컨텍스트 정보의 유효성을 나타내는 항목으로, 시간이 많이 지난 정보는 무용하기 때문에 일정한 기준 시간을 두고 관리하는 것이다. 컨텍스트(Context) 항목은, 이동 단말의 컨텍스트 정보를 저장하고 있는 메모리 주소에 대한 포인터를 포함하고 있다.
이동 단말(120)이 새로이 액세스 포인트1(111)에 처음 접속하는 경우에는 액 세스 포인트1(111)이 해당 이동 단말에 대한 정보를 포함하고 있지 않을 것이다. 액세스 포인트1(111)은 자신의 클라이언트 리스트 테이블에 새로이 접속하는 이동 단말(120)에 대한 정보를 추가할 것이다.
이 때 액세스 포인트1(111)은 점진적 경계 AP가 되는데, 점진적 경계 AP가 되는 조건은 이동 단말이 처음으로 연결된 액세스 포인트이거나, 처음으로 연결된 액세스 포인트로부터 1홉, 3홉, 6홉 단위로 떨어져 있는 주변 액세스 포인트일 것이 요구된다. 여기서, 경계의 단위를 N이라 하고 1홉의 경우는 N=1, 1홉부터 3홉 내에 위치하는 구역은 N=2, 3홉부터 6홉 내에 위치하는 구역에 대해서는 N=3으로 설정하기로 한다.
6홉 이상의 주변 액세스 포인트에 대해서는 상기한 바와 같이, 무선 트래픽의 특성에 따라 다시 1홉, 3홉, 6홉의 주변 액세스 포인트로서 동작하게 되므로, 홉 카운트를 리셋하여 홉 카운트의 무한 증가를 방지한다.
도 4에서는 액세스 포인트1(111), 액세스 포인트2(112), 액세스 포인트3(113), 액세스 포인트4(114)가 점진적 경계 AP가 되는데, 액세스 포인트1(111)은 이동 단말이 처음 접속한 액세스 포인트이고, 액세스 포인트2(112)는 액세스 포인트1로부터 1홉 거리에 있으며, 액세스 포인트3(113)과 액세스 포인트114)는 액세스 포인트1로부터 3홉 거리에 있기 때문에 점진적 경계 AP로 설정된다.
본 발명에 따른 프로토콜에 따르면, 점진적 경계 AP 외에 프로액티브 전송 AP도 존재하는데, 점진적 경계 AP가 시작 AP로부터 N 경계에 위치에 있는 액세스 포인트라면 N-1홉 AP가 프로액티브 전송 AP가 된다. 도 4에서는 액세스 포인트 5(115)가 프로액티브 전송 AP가 된다.
이렇게 점진적 경계 AP와 프로액티브 전송 AP로 나누어진 이동 단말(120) 주변의 액세스 포인트들은 설정된 AP 종류에 따라 이동 단말의 핸드오버시의 컨텍스트 전송 정책이 달라진다.
우선, 점진적 경계 AP의 동작부터 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 4에서 이동 단말(120)이 3의 위치에서 액세스 포인트5(115)에 연결되어 있는 상황이라면 액세스 포인트5(115)는 프로액티브 전송 AP이므로, 신호대잡음비 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 변화에 따라 이동 단말(120)의 이동성을 예측하여 컨텍스트 전송한다. 어떠한 방법으로 단말의 이동성을 예측하는지 도 5와 함께 살펴본다.
도 5는 본 발명에 따른 핸드오버시 액세스 포인트간의 신호대잡음비 변화 곡선을 나타낸다.
도 5에서 SNR1은 도 4의 액세스 포인트5의 통신 품질(Communication Quality)라고 하고, SNR2가 도 4의 액세스 포인트3(113)의 통신 품질이라고 한다면, 이동 단말(12)은 3의 위치에서 4의 위치로 이동함에 따라, SNR1이 탐색개시 기준치(SNRcst) 이하로 통신 품질이 떨어지면 이동 단말(12) 주위에 위치하는 액세스 포인트들의 모든 채널에 대해 새로운 액세스 포인트를 찾기 위해 프로브 요청 프레임(Probe Request Frame)을 전송하다. 이러한 프로브 요청 프레임의 전송은 스캔 간격(Tsl) 주기로 이루어지며, SNR2가 SNR1보다 핸드오버수행 기준치(SNRcomp) 이상으로 커지게 되는 순간까지 계속된다.
이 시점에서 이동 단말은 액세스 포인트5와의 연결을 해제하고, 액세스 포인트3과 새로운 연결을 설정한다. 이 과정에서 프로액티브 전송 AP인 액세스 포인트5(115)는 이동 단말(120)로부터 프로브 요청 프레임을 2번 이상 수신하게 되면, 이동 단말(120)이 이동하려는 것으로 판단하고 n2 홉 거리 내에 위치하는 주변 액세스 포인트들에게 컨텍스트 전송을 수행한다.
이러한 컨텍스트 전송은 모든 이동 단말들에 대해서 이루어지는 것은 아니며, 이동 성향을 나타내는 단말들만을 선택적으로 컨텍스트 전송함으로써 주변 액세스 포인트의 자원 낭비를 줄일 수 있게 된다.
다음으로, 점진적 경계 AP의 동작을 살펴보기로 한다.
도 4에서 이동 단말(120)이 1의 위치에서 2의 위치로 이동하여 액세스 포인트2(112)에 연결되어 있는 상황을 가정해 보자. 이 경우 액세스 포인트2(112)는 점진적 경계 AP가 된다.
점진적 경계 AP는 이동 단말이 연결되었을 때, 바로 이전 홉에 위치하는 프로액티브 전송 AP로부터 IPCT를 받지 못하였다면, n+1 홉 거리 내에 위치하는 주변 액세스 포인트들에게 IPCT를 전송한다. 여기서 n은 자신의 홉 수를 의미한다. 도 4에서 액세스 포인트2(112)의 n 값은 1이므로, 2홉 거리 내의 이동 방향 주변 액세스 포인트들에게 IPCT를 전송한다.
만약 점진적 경계 AP가 프로액티브 전송 AP로 IPCT를 전송해 오는 경우, 이는 단말(120)의 이동 속도가 프로액티브 전송 AP가 단말의 이동성을 판단하는 데 쓰이는 도 5의 스캔 간격(Tsl)보다 큰 것을 의미한다.
프로액티브 전송 AP는 단말이 이동하는 것을 인지하는 메커니즘(2회 이상의 액세스 포인트 스캔 신호 수신시 이동하는 것으로 판단)에 의해 컨텍스트를 전송하지만, 점진적 경계 AP는 단말이 연결되자마자 이웃의 액세스 포인트에게 컨텍스트를 전송한다. 이는 단말의 이동 속도가 고속일 때(보통 100Km/h 이상) 프로액티브 전송 AP와의 연결 없이(프로액티브 전송 AP가 단말로부터 2번의 AP 스캔 신호를 수신하지 않을 정도의 고속으로 단말이 이동하는 경우) 점진적 경계 AP에 연결되면 컨텍스트를 전송함을 뜻하며, 컨텍스트의 전송에 단말의 이동 속도가 결정 인자로 작용한다는 것을 의미한다.
본 발명에서는 이러한 방법으로 GPS(Global Positioning System)와 같은 특별한 하드웨어의 도움 없이도 이동 속도가 큰 이동 단말을 고려한 IPCT 전송 효과를 나타낼 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 점진적 프로액티브 컨텍스트 전송 방법의 처리 흐름을 나타낸다.
우선, 이동 단말이 처음으로 임의의 액세스 포인트에 연결되면(S601), 해당 액세스 포인트는 자신이 보유하는 클라이언트 리스트 테이블에서 접속한 이동 단말의 정보를 검색한다(S602).
검색 결과, 액세스 포인트가 해당 이동 단말의 정보를 저장하고 있지 않는 경우에는 자신의 보유하는 클라이언트 리스트 테이블에 접속 이동 단말의 정보를 기록하고(S603), 자신으로부터 1홉 떨어진 액세스 포인트로 IPCT(Incremental Proactive Context Transfer)를 수행한다(S604). 즉, 접속 단말의 물리 계층 연결성(physical layer connectivity), 상태(state), QoS(Quality of Service)나 AAA(Authentication, Authorization, Accounting) 등을 포함하는 컨텍스트를 이웃하는 액세스 포인트로 사전에 전송하는 것이다.
만일, 액세스 포인트가 보유하는 클라이언트 리스트 테이블에 접속 단말의 정보가 존재하는 경우에는, 보유하는 클라이언트 리스트 테이블 항목 중 액세스 포인트의 상태 항목을 참조하여(S605), 접속 단말에 대해 해당 액세스 포인트가 어떤 종류의 액세스 포인트로 기능하고 있는지 판단한다(S606).
해당 액세스 포인트가 프로액티브 전송 AP인 경우에는 단말로부터 중복된 프로브 요청을 수신하고 있는지를 살펴(S607), n2 홉 거리 내에 위치하는 액세스 포인트로 단말의 컨텍스트를 전송한다(S608). 하지만, 해당 액세스 포인트가 점진적 경계 AP인 경우에는 프로액티브 전송 AP에 의한 단말의 컨텍스트 전송이 있었는지 살펴보고(S609), 그렇지 않은 경우(프로액티브 전송 AP에 의한 컨텍스트 전송이 없었던 경우)에 한하여 n+1 홉 거리 내에 위치하는 액세스 포인트로 단말의 컨텍스트를 전송한다(S610).
컨텍스트의 전송은 경계의 범위가 2 이하인 경우에만 동작하며, 3 이상인 경 우에는 경계의 범위를 정하는 값 N이 다시 리셋(reset)된다. 이는 상술한 바와 같이, 시작 액세스 포인트로부터 1홉, 3홉, 6홉 단위까지만을 고려하여 전송 정책을 세웠기 때문이며, 이러한 정책은 로밍 흐름의 대다수가 5홉 이내에서 핸드오버 횟수를 보이는 특성을 이용한 것이다.
상술한 바와 같은 점진적 프로액티브 컨텍스트 전송 프로토콜에 따라 실시간 서비스를 제공한 결과, 실제 네트워크에서 발생하는 단말에서의 서비스 지연 시간이 기존의 1.1초 이상에서 25m 초 이하로 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 본 발명은 본 명세서에서 주로 예를 들어 설명한 메쉬 네트워크에서 큰 효과를 발휘하며 그 역할을 다하지만, 다른 종류의 통신망에서는 적용되지 않는 것은 아니며, 홉 단위 통신이 이루어지는 어떠한 종류의 망에서도 변환 적용할 수 있는 가능성이 있다 할 것이다.
한 예로, 와이브로(Wi-bro)를 들 수 있는데, Wi-bro(Wireless-Broadband)는 무선 랜과 같이 인터넷 연결 데이터 통신이 가능하면서도 휴대 전화와 같은 장거리 통신이 가능한 서비스이다. '휴대 인터넷'이라고도 불리는 이 서비스는 주파수 대역 2.3 GHz로 배정되어 있고, 서비스 대역폭은 약 1Mbps 정도의 ADSL급 통신이 될 것이다.
와이브로는 1홉 단위의 통신만이 가능하여 2홉 이상 단위로 컨텍스트 전송이 이루어질 수 없는 특징을 가지고 있으므로, 본 발명을 와이브로에 적용할 때에는 무선 메쉬 네트워크에서 적용했던 (1홉, 2홉, 3홉) 식의 전송 방법은 사용할 수 없 으며, (1홉, 1홉, 1홉, ...) 식의 진행만이 가능하다 할 것이다.
본 발명은, 이동 단말의 선택적인 컨텍스트 전송을 통해 액세스 포인트의 오버로드를 최소화하면서도 고속의 이동 단말을 지원하는 실시간 어플리케이션을 구현함으로써, 통용되는 랜카드의 수정 없이 기존의 무선 단말들을 수용하고, 현재 진행되는 802.11 표준화 작업에 수정을 가하지 않은 독자적인 라우터의 액세스 포인트의 솔루션을 제공하는 효과를 가진다.

Claims (18)

  1. 무선 메쉬 네트워크 내에 위치하는 단말이 핸드오버 하는 경우의 서비스 컨텍스트(Context) 전송 방법에 있어서,
    단말이 처음 접속한 시작 액세스 포인트로부터의 위치에 따라 전송 경계를 설정하고, 설정된 전송 경계를 기준으로 하여 액세스 포인트의 종류를 결정하는 단계; 와
    단말의 이동시, 상기 단말의 핸드오버 수행 전에 이동 방향에 위치하는 주변 액세스 포인트 중 상기 결정된 액세스 포인트의 종류에 따라 서비스 컨텍스트 전송 정책을 서로 달리하여 컨텍스트를 전송하는 단계를 포함하는 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 시작 액세스 포인트로부터 임의의 액세스 포인트의 위치 결정은 홉(hop) 단위로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전송 경계는,
    상기 시작 액세스 포인트로부터 1홉, 3홉, 6홉의 거리에 위치하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 액세스 포인트의 종류는,
    상기 시작 액세스 포인트 및 상기 전송 경계에 위치하는 액세스 포인트를 포함하는 점진적 경계 AP(Access Point)와 상기 점진적 경계 AP로부터 1홉 전에 위치하는 프로액티브 전송 AP로 구분되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    각 액세스 포인트는,
    자신에게 접속하는 이동 단말에 관한 정보 등을 리스트의 형태로 관리하는 클라이언트 리스트 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 클라이언트 리스트 테이블은,
    이동 단말의 MAC 주소, 컨텍스트 전송의 일렬 번호, 이동 단말과 액세스 포인트와의 연결 여부, 홉 카운트, 액세스 포인트의 상태, 유효성(Validity) 컨텍스트 정보에 대한 포인터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전송 경계는,
    상기 시작 액세스 포인트로부터 1홉, 3홉, 6홉 단위의 거리에 위치하는 액세스 포인트의 3단계로 설정되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 컨텍스트 전송 단계는,
    이동 단말의 처음으로 임의의 액세스 포인트에 연결되는 경우, 상기 액세스 포인트가 상기 클라이언트 리스트 테이블에서 상기 이동 단말의 정보를 검색하는 단계; 와
    상기 검색 결과, 상기 이동 단말에 대한 정보를 포함하고 있지 않은 경우 자신으로부터 1홉 거리의 액세스 포인트로 컨텍스트를 전송하고, 상기 이동 단말에 대한 정보를 포함하는 경우에는 상기 액세스 포인트의 종류에 따라 상기 이동 단말의 진행 방향에 위치하는 적어도 하나의 액세스 포인트로 서비스 컨텍스트를 전송하는 차별적 전송 단계를 포함하는 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 차별적 전송 단계는,
    상기 액세스 포인트가 프로액티브 전송 AP이고 이동 단말로부터 프로브 요청 신호를 중복해서 수신하는 경우, 상기 프로액티브 전송 AP의 위치의 자승에 해당하는 값만큼의 진행 방향 내에 위치하는 주위 액세스 포인트로 서비스 컨텍스트를 전송하고,
    상기 액세스 포인트가 점진적 경계 AP인 경우에는, 상기 프로액티브 전송 AP에 의해 서비스 컨텍스트를 수신하였는지 확인하고, 수신하지 않았을 때에만 상기 점진적 경계 AP의 위치보다 1 홉 더 추가한 값만큼의 진행 방향 내에 위치하는 적어도 하나의 액세스 포인트로 서비스 컨텍스트를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 서비스 컨텍스트의 전송은,
    상기 3 단계의 전송 경계 중 두 번째 전송 경계 내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 이동 단말로부터의 프로브 요청 신호는,
    이동 단말로부터 새로운 액세스 포인트를 탐색하는 스캔 간격 주기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 방법.
  12. 와이브로(Wi-bro) 네트워크 내에 위치하는 단말이 핸드오버 하는 경우의 서비스 컨텍스트(Context) 전송 방법에 있어서,
    단말이 처음 접속한 시작 액세스 포인트로부터의 위치에 따라 홉 단위로 증가하는 전송 경계를 설정하고, 설정된 전송 경계를 기준으로 하여 액세스 포인트의 종류를 결정하는 단계; 와
    단말의 이동시 상기 단말의 핸드오버 수행 전에, 상기 결정된 액세스 포인트의 종류에 따라 서로 다르게 설정된 서비스 컨텍스트 전송 정책에 따라 선택된 적 어도 하나의 전송 대상 액세스 포인트로 서비스 컨텍스트를 전송하는 단계를 포함하는 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시 컨텍스트 전송 방법.
  13. 무선 네트워크 상에서 핸드오버를 수행하는 이동 단말이 접속하는 액세스 포인트에 있어서,
    단말이 처음 접속한 시작 액세스 포인트로부터의 위치에 따라 점진적으로 단위가 증가하도록 설정된 전송 경계에 따라 구분된 설정된 전송 경계를 기준으로 하여 구분된 액세스 포인트의 종류에 따라 서비스 컨텍스트 전송 정책을 달리하고,
    상기 이동하는 단말에 의해 실질적인 핸드오버가 이루어지기 전에 미리 이동 방향에 위치하는 주변 액세스 포인트로 상기 컨텍스트 전송 정책에 따라 서비스 컨텍스트를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 상의 액세스 포인트.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 시작 액세스 포인트로부터 임의의 액세스 포인트의 위치 결정은 홉(hop) 단위로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 상의 액세스 포인트.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 액세스 포인트의 종류는,
    상기 시작 액세스 포인트 및 상기 전송 경계에 위치하는 액세스 포인트를 포함하는 점진적 경계 AP(Access Point)와 상기 점진적 경계 AP로부터 1홉 전에 위치하는 프로액티브 전송 AP로 구분되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 상의 액세스 포인트.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 전송 경계는,
    상기 시작 액세스 포인트로부터 1홉, 3홉, 6홉 단위의 거리에 위치하는 액세스 포인트의 3단계로 설정되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 상의 액세스 포인트.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 액세스 포인트가 프로액티브 전송 AP이고 이동 단말로부터 프로브 요청 신호를 중복해서 수신하는 경우, 상기 프로액티브 전송 AP의 위치의 자승에 해당하는 값만큼의 진행 방향 내에 위치하는 주위 액세스 포인트로 서비스 컨텍스트를 전송하고,
    상기 액세스 포인트가 점진적 경계 AP인 경우에는, 상기 프로액티브 전송 AP 에 의해 서비스 컨텍스트를 수신하였는지 확인하고, 수신하지 않았을 때에만 상기 점진적 경계 AP의 위치보다 1 홉 더 추가한 값만큼의 진행 방향 내에 위치하는 적어도 하나의 액세스 포인트로 서비스 컨텍스트를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 상의 액세스 포인트.
  18. 무선 메쉬 네트워크 내에 위치하는 단말이 핸드오버 하는 경우의 서비스 컨텍스트(Context) 전송 시스템에 있어서,
    단말이 처음 접속한 시작 액세스 포인트로부터의 위치에 따라 점진적으로 단위가 증가하도록 설정된 전송 경계에 따라 구분된 설정된 전송 경계를 기준으로 하여 구분된 액세스 포인트의 종류에 따라 서비스 컨텍스트 전송 정책을 달리하고, 상기 이동하는 단말에 의해 실질적인 핸드오버가 이루어지기 전에 미리 이동 방향에 위치하는 주변 액세스 포인트로 상기 컨텍스트 전송 정책에 따라 서비스 컨텍스트를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 상의 액세스 포인트;
    상기 적어도 하나의 액세스 포인트와 연동하고 인터넷과 연결하는 액세스 라우터; 및
    상기 무선 메쉬 네트워크 내에서 접속하는 액세스 포인트를 변경하면서 이동하는 무선 단말을 포함하는 무선 네트워크상 단말의 핸드오버시의 컨텍스트 전송 시스템.
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