KR20070067715A - 무선 통신 네트워크에서 모바일 단말기의 주파수간핸드오프를 용이하게 하는 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

무선 통신 네트워크(100)에서 모바일 노드(102)의 주파수간 핸드오프를 용이하게 하기 위한 시스템 및 방법. 시스템 및 방법은 하나의 수신기를 구비하는 모바일 노드(102)가 복수의 주파수를 스캐닝하고 액티브 통신 세션을 인터럽트할 필요 없이, 하나의 인프라구조 노드(106-1)에서 다른 인프라구조 노드(106-2)로 핸드오프를 무결절성으로 수행하도록 허용한다.
주파수간 핸드오프, 모바일 단말기, 무선 통신, 이동국, 애드혹 네트워크

Description

무선 통신 네트워크에서 모바일 단말기의 주파수간 핸드오프를 용이하게 하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD TO FACILITATE INTER-FREQUENCY HANDOFF OF MOBILE TERMINALS IN A WIRELESS COMMUNICATION NETWORK}
본 출원은 2004년 10월 15일자로 출원된 미국 가 출원 제60/619,464호의 혜택을 주장하는 것으로, 그 전체 내용이 여기에 참조로서 포함되어 있다.
본 발명은 무선 통신 네트워크에 관한 것으로, 특히 무선 통신 네트워크에서 모바일 단말기의 주파수간 핸드오프를 용이하게 하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
모바일 무선 시스템은 차단되지 않는 접속성 및 요구된 서비스 품질(QoS)으 보장하면서도 가입자 이동성을 가능하게 하기 위해 효율적인 핸드오프 알고리즘에 의존한다. 핸드오프 프로세스와 관련된 주파수 채널에 기초하여, 핸드오프 알고리즘은 크게 주파수간 핸드오프 및 동일 주파수 핸드오프로 분류될 수 있다. 주파수간 핸드오프는 핸드오프의 종료시에 다른 주파수 상에서 현재 통신 세션을 재개하게 된다. 동일한 주파수 핸드오프는 핸드오프 프로세스의 완료에 이어서 동일한 주파수를 통해 현재 통신 세션을 재개하게 된다. 환언하면, 주파수간 핸드오프에서, 이동국은 핸드오프 이전에 이동국에 의해 이용된 것과는 다른 주파수 상에서 동작하는 다른 인프라구조 노드를 통해 접속을 재확립한다. 동일 주파수 핸드오프에서는, 이동국은 핸드오프 이전에 이동국에 의해 이용된 것과 정확히 동일한 주파수 상에서 동작하는 다른 인프라구조 노드를 통해 접속을 재확립한다.
핸드오프 알고리즘은 셀룰러 시스템에서 널리 이용되고 있다. GSM(Global System for Mobile Communication)과 같은 이전 제2 세대(2G) 시스템은, 서로 다른 기지국들이 다운링크 상에서 서로 다른 주파수를 송신하고 이동국은 액티브 기지국 및 6개까지의 다른 인접 기지국의 수신된 신호 품질을 측정하여 측정치를 액티브 기지국에 주기적으로 보고하는 주파수간 핸드오프를 구현한다. 이동국은 사용자 데이터를 교환하지 않을 때 소정 기간 동안에 그 주파수를 인접하는 기지국의 것으로 튜닝함으로써 이들 측정을 수행한다. 액티브 기지국은 측정치들을, 기지국 컨트롤러와 같은 상위 네트워크 실체에 포워드한다. 기지국 컨트롤러는 측정치들로부터 핸드오프가 필요한지 여부를 결정한다. 핸드오프가 필요한 것으로 간주되는 경우, 기지국 컨트롤러는 측정된 기지국 리스트 중에서 가장 적합한 기지국을 선택한다. 그리고나서, 기지국 컨트롤러는 이동국에게 선택된 기지국과 그 송신 파라미터를 액티브 기지국을 통해 통지하고, 이동국으로 하여금 선택된 기지국으로 핸드오프하도록 지시한다.
CDPD(Cellular Digital Packet Data) 시스템 또한 액티브 채널이 허용불가능한 것으로 인지된 경우에 채널 스캐닝을 시작함으로써 주파수간 핸드오프를 수행한다. IS(Interim Standard)-95 및 더 최근의 CDMA 2000-기반 및 UMTS(Universal Mobile Telecommunications Systems)-기반 제3 세대(3G) 변동과 같은 CDMA(code division multiple access) 기술에 기초한 표준들은 동일 주파수 핸드오프를 수행한다. 국제 전기 전자 엔지니어 협회(IEEE) 표준 802.11 및 고성능 무선 근거리망(HIPERLAN) 2 표준은 둘다 주파수간 핸드오프를 지원한다. 이들은 이동국이 액티브 통신 세션을 인터럽트하고 다른 액세스 포인트들로부터 가능한 비컨 프레임들에 대한 다른 채널을 스캐닝하도록 요구한다.
최근에는 시스템간 핸드오프와 수직 핸드오프 알고리즘의 분야에 상당한 관심이 있었다. 다수의 제4 세대(4G) 네트워크들은 셀룰러와 무선 근거리망(WLAN)와 같은 다른 시스템들 간의 무결절성(seamless) 핸드오프를 제안한다. 그러한 시스템에서, 이동국은 관련된 복수의 시스템들의 신호들을 송수신하는 능력을 가지도록 요구된다. 대부분의 경우에, 이동국은 각 통신 시스템에 대해 개별의 수신기를 가지도록 요구된다.
일부 통신 시스템들은 모든 기지국이 그 존재를 광고하는 분리된 개별의 전용 채널을 이용한다. 핸드오프를 수행할 필요가 있는 이동국은 적합한 핸드오프 후보를 식별하기 위해 전체 주파수 대역을 스캐닝할 필요가 없다. 대신에, 이동국은 적합한 핸드오프 후보에 대해 스캐닝하기 위해, 광고에 이용되는 이러한 단일 채널만을 스캔한다. 이러한 프로세스가 복수의 채널을 스캐닝하는 것에 비해 시간이 덜 소모되기는 하지만, 이 프로세스는 핸드오프가 매우 빈번하지 않는 경우에는 특히, 대역폭 자원을 낭비하게 되는 경향이 있다.
상기 설명된 모든 형태의 주파수간 핸드오프 알고리즘은, 모바일 단말기가 핸드오프의 대상이 될 수 있는 다른 인프라구조 노드를 청취하기 위해 하나 이상의 다른 주파수를 스캐닝하도록 액티브 통신 세션을 인터럽트해야 한다. 그러므로, 이러한 시스템은 실제 사용자 데이터가 송신될 수 있는 경우에 핸드오프 후보를 스캐닝하는데 상당한 양의 송신 시간이 낭비된다. 이러한 시스템은 또한 그 수신기가 잠재적인 핸드오프 후보를 평가하기 위해 다른 주파수를 스캐닝하는데 바쁜 동안에, 액티브 통신 채널 상의 상당한 양의 정보를 잃어버릴 위험을 가지고 있다. 액티브 통신 세션을 인터럽트해야 하는 것을 회피하기 위해, 특정 핸드오프 알고리즘은 액티브 주파수 이외의 주파수에 대한 동시 측정을 수행하는 하나 이상의 2차 수신기의 이용을 필요로 한다. 이러한 시스템은 여분의 수신기 또는 수신기들을 이용하여 모든 채널 또는 전용 핸드오프 채널을 계속해서 스캐닝하고, 이는 주 수신기가 스캐닝을 위해 채널을 이탈할 필요를 제거함으로써 데이터 손실의 위험을 제거한다. 그러나, 모바일 노드에 복수의 수신기를 장착하는 것은 복잡성뿐만 아니라 그 비용도 증가시킨다.
유사한 참조번호가 분리된 도면에 걸쳐 동일하거나 기능 유사한 구성요소를 지칭하고 이하의 상세한 설명과 함께 본 명세서에 포함되고 그 일부를 형성하는 첨부된 도면들은 다양한 실시예를 추가적으로 예시하고 본 발명에 따른 다양한 원리 및 장점들을 완전하게 설명하는 기능을 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 및 방법을 채용하는 복수의 노드를 포함하는 애드혹 무선 통신 네트워크의 예의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 네트워크에 채용된 모바일 노드의 예를 예시하는 블록 도이다.
도 3은 하나의 커버리지 영역에서 다른 영역으로 이동하는 도 1에 도시된 네트워크의 모바일 노드의 예를 예시하는 개념적인 블록도이다.
도 4A 및 도 4B는 본 발명의 일 실시예에 따라 핸드오프 프로세스를 겪는 모바일 노드에 의해 수행되는 동작의 예를 예시하는 플로우차트이다.
도 5는 도 4A 및 도 4B에 도시된 핸드오프 프로세스에서 메시지 플로우의 예를 예시하는 메시지 시간도이다.
본 기술분야의 숙련자라면, 도면의 구성요소들이 단순화 및 명백함을 위해 예시되어 있고 반드시 스케일링되어 도시될 필요가 없다는 것을 잘 알고 있을 것이다. 예를 들면, 본 발명의 실시예의 이해를 개선하는데 도움을 주기 위해 도면에서 일부 구성요소들의 치수는 다른 구성요소에 비해 과장될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명하기에 앞서서, 본 실시예들은 주로 무선 통신 네트워크에서 모바일 단말기의 주파수간 핸드오프를 용이하게 하기 위한 시스템 및 방법에 관련된 방법 단계 및 장치 컴포넌트의 조합에 속한다는 것을 알아야 한다. 따라서, 장치 컴포넌트 및 방법 단계들은 도면에서 종래 심볼에 의해 적절한 경우에 표현되었고, 본 설명의 장점을 가지는 본 기술분야의 숙련자들에게 자명한 세부사항으로 본 공개를 모호하지 않도록 하기 위해, 본 발명의 실시예를 이해하는 것과 관련된 특정 세부사항만을 도시하고 있다.
본 문서에서, 제1 및 제2, 상부 및 하부, 등과 같은 관계 용어는 그러한 실 체 또는 액션들간의 임의의 실제적인 그러한 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 함축하는 것을 요구하지 않고 하나의 실체 또는 액션을 다른 실체 또는 액션과 구별하는데만 이용될 수 있다. 용어 "포함하다", "포함하는", 그 임의의 다른 변동은 비-배타적 포함을 커버하려는 것으로, 구성요소 리스트를 포함하는 프로세스, 방법, 제품 또는 장치는 단지 이들 구성요소들만을 포함하는 것이 아니라, 특별히 리스트되지 않았거나 그러한 프로세스, 방법, 제품 또는 장치에 본질적인 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. "하나의 … 를 포함하는"에 의해 이어지는 구성요소는 더 이상의 제한없이, 그 구성요소를 포함하는 프로세스, 방법, 제품 또는 장치의 추가적으로 동일한 구성요소의 존재를 전제로하는 것은 아니다.
여기에 설명된 실시예들은 하나 이상의 종래 프로세서, 및 여기에 설명된 바와 같이 무선 통신 네트워크에서 모바일 단말기의 주파수간 핸드오프를 용이하게 하기 위한 시스템 및 방법의 일부, 대부분 또는 모든 기능을 특정 비-프로세서 회로와 조합하여 구현하도록 하나 이상의 프로세서를 제어하는 고유 저장된 프로그램 명령을 포함하는 것은 자명하다. 비-프로세서 회로는 무선 수신기, 무선 송신기, 신호 드라이버, 클럭 회로, 전력 소스 회로, 및 사용자 입력 디바이스를 포함하고, 이들로 제한되지 않는다. 그럼으로써, 이들 기능들은 무선 통신 네트워크에서 모바일 단말기의 주파수간 핸드오프를 용이하게 하는 방법의 단계들로 해석될 수 있다. 다르게는, 일부 또는 모든 기능들은 어떠한 저장된 프로그램 명령도 가지지 않는 상태 머신에 의해 또는 각 기능 또는 특정 기능들의 일부 조합이 관례적인 로직으로 구현되는 하나 이상의 어플리케이션 특정 집적 회로(ASIC)으로 구현될 수 있다. 물론, 2개의 접근법의 조합이 이용될 수 있다. 그러므로, 이들 기능들에 대한 방법 및 수단이 여기에 설명된다. 또한, 예를 들면 가용한 시간, 현재 기술 및 경제적 고려에 의해 동기유발되는 가능한 상당한 노력 및 다수의 설계 선택에도 불구하고, 본 기술분야의 통상의 기술자라면, 여기에 개시된 개념 및 원리에 의해 유도될 때, 최소의 실험으로 그러한 소프트웨어 명령 및 프로그램 및 IC를 용이하게 생성할 수 있을 것으로 예상된다.
이하에 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 발명은 무선 통신 네트워크에서 모바일 단말기의 주파수간 핸드오프를 용이하게 하는 시스템 및 방법을 제공함으로써, 모바일 단말기는 핸드오프에 대한 후보를 결정하기 위해 다른 채널을 스캐닝하는데 시간을 소비할 필요가 없다. 또한, 본 발명에 따르면, 각 모바일 단말기가 주파수간 핸드오프를 달성하기 위해 하나 이상의 수신기를 구비할 필요가 없다. 그러므로, 시스템 및 방법은 하나의 수신기를 구비한 모바일 단말기가 복수의 주파수를 통해 스캐닝할 필요도 없고 액티브 통신 세션을 인터럽트할 필요도 없이, 무선 통신 네트워크의 하나의 인프라구조 노드에서 다른 노드로 직접 또는 복수의 홉을 통해 핸드오프를 수행하도록 허용한다. 그러므로, 본 발명에 따른 시스템 및 방법은 핸드오프 동안의 패킷 손실을 감소시키고 핸드오프가 발생할 수 있는 속도를 개선시킨다.
본 기술분야의 숙련자라면 잘 알고 있는 바와 같이, 핸드오프 알고리즘은 기존 접속을 무결절성으로 단절하고 모바일 가입자와 고정형 인프라구조 네트워크 간의 새로운 접속을 확립하려고 시도한다. 이들 알고리즘은 이하의 바람직한 속성을 가질 것으로 예상된다.
낮은 핸드오프 레이턴시-기존 링크를 단절하고 새로운 링크를 재생성하는데 필요한 시간은 최소가 되어야 한다. 모바일 가입자와 인프라구조 네트워크간의 통신 세션은 가능한 한 짧게 인터럽트되어야 한다.
최소의 서비스 품질(QoS) 저하 및 최소 데이터 손실. 세션이 인터럽트되어야 한다면, 사용자 경험 또는 물리적 데이터 자체의 손실은 최소화되어야 한다.
최소의 추가 시그널링 - 핸드오프 프로세스는 최소의 시그널링 오버헤드와 관련되어야 한다.
최소의 추가 하드웨어 - 핸드오프 프로세스는 고정형 네트워크 인프라구조뿐만 아니라 모바일 단말기 양쪽에서 추가 하드웨어를 거의 또는 전혀 요구하지 않아야 한다.
본 기술분야의 숙련자들에게 잘 알려져 있는 바와 같이, 최근에, "애드-혹"네트워크로서 알려진 모바일 통신 타입이 개발되었다. 이러한 타입의 네트워크에서, 각 모바일 노드는 다른 모바일 노드들을 위한 기지국 또는 라우터로서 동작할 수 있고, 따라서 고정형 인프라구조의 기지국에 대한 필요성을 없앤다. 본 기술분야의 숙련자들에게 잘 알려져 있는 바와 같이, 네트워크 노드는 시분할 다중 액세스(TDMA) 포맷, 코드분할 다중 액세스(CDMA) 포맷, 또는 주파수 분할 다중 액세스(FDAM) 포맷과 같은 멀티플렉싱된 포맷으로 데이터 패킷 통신을 송수신한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 채용하는 애드혹 패킷 스위칭형 무선 통신 네트워크(100)의 예를 예시하는 블록도이다. 특히, 네트워크(100)는 복수의 모바일 무선 사용자 단말기(102-1 내지 102-n, 일반적으로 노드(102) 또는 모바일 노드(102)로 지칭됨)를 포함하고, 이에 제한되는 바는 아니지만, 노드(102)에 고정형 네트워크(104)로의 액세스를 제공하기 위한 복수의 지능형 액세스 포인트(106-1, 106-2, ..., 106-n, 일반적으로 노드(106), 액세스 포인트(106), 또는 지능형 액세스 포인트(IAP, 106)로 지칭됨)를 구비하는 고정형 네트워크(104)를 포함한다. 고정형 네트워크(104)는 예를 들면, 코어 로컬 액세스 네트워크(LAN) 또는 광역망(WAN) 백본, 및 네트워크 노드에 다른 애드혹 네트워크, 공중 전화교환망(PSTN), 및 인터넷과 같은 다른 네트워크로의 액세스를 제공하는 복수의 서버 및 게이트웨이 라우터를 포함할 수 있다. 네트워크(100)는 다른 노드들(102, 106 또는 107) 사이에서 데이터 패킷을 라우팅하기 위한 복수의 고정형 라우터(107-1 내지 107-n, 일반적으로는 노드(107) 또는 고정형 라우터(107)로 지칭됨)를 더 포함할 수 있다. 유의할 점은, 이러한 설명의 목적상, 상기 설명된 노드들이 일괄적으로 "노드(102, 106 및 107)" 또는 단순히 "노드"로 지칭될 수 있다는 점이다.
본 기술분야의 숙련자에게 잘 알려져 있는 바와 같이, 노드(102, 106, 107)는 각각이 여기에 참조로 포함된 미국특허출원 일변 번호 제09/897,790호 및 미국 특허 제 6,807,165호 및 제 6,873,839호에 기재된 바와 같이, 서로 직접, 또는 패킷이 노드들 사이에서 전송되기 위한 라우터 또는 라우터들로서 동작하는 하나 이상의 다른 노드(102, 106 또는 107)를 통해 통신할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 각 노드(102, 106, 107)는 컨트롤러(112)의 제어 하에, 안테나(110)에 결합되어 패킷화된 신호와 같은 신호를 노드(102, 106 또는 107)와 송수신할 수 있는 트랜시버 또는 모뎀(108)을 포함한다. 패킷화된 데이터 신호는 예를 들면, 노드 업데이트 정보를 포함하여, 음성, 데이터 또는 멀티미디어 정보 및 패킷화된 제어 신호를 포함할 수 있다.
각 노드(102, 106, 107)는 다른 것들 중에서, 네트워크(100)에서 그 자체 및 다른 노드에 관련된 정보를 저장하고 라우팅할 수 있는 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같은 메모리(114)를 더 포함한다. 도 2에 추가적으로 도시된 바와 같이, 특정 노드, 특히 모바일 노드(102)는 노트북 컴퓨터 단말기, 모바일 전화기 유닛, 모바일 데이터 유닛, 또는 임의의 다른 적합한 디바이스와 같은 임의의 개수의 디바이스로 구성되는 호스트(116)를 포함할 수 있다. 각 노드(102, 106, 107)는 인터넷 프로토콜(IP) 및 어드레스 레졸루션 프로토콜(ARP)을 수행하는 적합한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하고, 이들의 목적은 본 기술분야의 숙련자들에게는 주지되어 있다. 송신 제어 프로토콜(TCP) 및 사용자 데이터그램 프로토콜(UDP)을 수행하는 적절한 하드웨어 및 소프트웨어가 포함될 수도 있다.
도 3은 모바일 디바이스(모바일 노드(102-1))가 하나의 IAP(106-1)의 커버리지 영역(300)에서 다른 IAP(106-2)의 커버리지 영역(302)으로 이동하도록 도시된 네트워크(100)의 일 예를 도시하고 있다. 이러한 예에서, 모바일 노드(102-1)는 처음에 IAP(106-1)와 직접적으로, 또는 다른 모바일 노드(102) 또는 고정형 라우터(107)와 같은 다른 노드를 통한 멀티 홉 루트로 연관된다. 이러한 예의 목적상, IAP(106-1, 106-2)가 스펙트럼 활용을 최대화하기 위해 다른 주파수 상에서 동작하는 것으로 가정된다. 그러므로, 이러한 예에서, IAP(106-1)는 무선 에어 인터페이 스를 통해 직접 IAP(106-2)와 통신하지 않는다. 이러한 예의 목적상, 네트워크(100)의 모든 IAP(106)는 이들 주위에 배치된 다른 IAP(106)에 대해 알고 있고 또한 이들 다른 IAP(106)가 동작하고 있는 주파수를 알고 있다고 가정한다. 이것은 중앙 네트워크 컨트롤러 또는 네트워크 관리 시스템에 의해 미리 구성되거나 분배될 수 있고, 또는 본 기술분야의 숙련자에 의해 자명한 바와 같이 적합한 방법에 의해 다이나믹하게 결정될 수 있다.
상기 설명된 네트워크(100)에서, 핸드오프 프로세스는, 예를 들면 그 전체 내용이 참고로 여기에 포함되어 있는, 공개된 미국특허 출원 번호 제2004/0143842호(발명의 명칭: System and Method for Achieving Continuous Connectivity to an Access Point or Gateway in a Wireless Network Following an On-Demand Rounting Protocol, and to Perform Smooth Handoff of Mobile Teminals Between Fixed Terminals in The Network) 및 공개된 미국특허 출원 번호 제2004/0246935호(발명의 명칭: System and Method for Characterizing the Quality of a Link Wireless Network)에 기재된 바와 같이, 예를 들면 IAP(106-1)로의 현재 루트와 연관된 라우팅 메트릭이 임계값 이하로 떨어지거나 일부 다른 노드(예를 들면, 모바일 노드(102) 또는 고정형 라우터(107))가 IAP(106-2)로의 더 나은 루트를 나타내는 메트릭을 제공하고 있다고 판정된 경우에 시작된다. 주파수간 핸드오프의 경우에, IAP(106-2)로의 새로운 루트는 다른 주파수 상에 존재할 수 있고, 모바일 노드(102-1)는 다른 주파수 상에서 동작하는 IAP(106)로의 라우팅 메트릭을 배울 수 없고, 이들 라우팅 메트릭과 모바일 노드(102-1)가 현재 연관된 IAP(106-1)로의 루 트에 관련된 라우팅 메트릭을 비교할 수 없다. 그러므로, 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, IAP(106)는 노드(102)를 그 이웃 또는 인접하는 IAP(106) 및 그 각각의 주파수 채널의 존재에 대해 통지된 브로드캐스트 범위 내로 유지한다. 이것은 노드(102)가 그 각각의 연관된 IAP(106)와 처음으로 통신하기 시작할 때, 또는 노드(102) 및 그 IAP(106)의 연관의 지속기간 전체에 걸쳐 주기적으로 수행될 수 있다. 모바일 노드(102)에 관하여, IAP(106)에 의해 모바일 노드(102)에 제공되는 이러한 정보는 인접하는 IAP(106)의 QoS 성능에 관한 가장 최근의 정보를 포함할 수 있다. 그러한 정보가 모바일 노드(102)에 주기적으로 전달되는 경우, 인접하는 IAP(106)의 순시적인 QoS 성능이 모니터링될 수 있다. 뿐만 아니라, IAP(106)로부터 이러한 정보를 수신하는 노드(102)는 이러한 정보를 상기 설명된 바와 같이 멀티-호핑 방식으로 다른 노드(예를 들면, 노드(102 또는 107))에 더 전파할 수 있다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같은 네트워크(100)에서, 모바일 노드(102-1)가 다른 IAP(예를 들면, IAP(106-2))로의 핸드오프를 필요로 한다고 결정하는 경우, 모바일 노드(102-1)의 컨트롤러(112)는 이하에 설명되는 바와 같이 핸드오프 프로세스를 개시하고 수행할 수 있다. 즉, 상기 설명된 바와 같이, 모바일 노드(102-1)의 컨트롤러(112)는 모바일 노드(102-1)가 현재 연관된 IAP(106-1)로의 라우팅 메트릭이 특정 임계값 아래로 떨어지는 때, 또는 IAP(106-1)가 노드(102-1)로 하여금 부하 밸런싱 또는 다른 이유로 인해 다른 IAP(예를 들면, IAP(102-6))로 핸드오프하도록 명령하는 경우에 이러한 결정을 할 수 있다. 핸드오프 프로세스의 예는 도 4A 및 도 4B에 도시된 플로우차트 및 도 5에 도시된 메시지 타이밍 도에 예시되어 있다.
이러한 예에서, 모바일 노드(102-1)는 처음에 IAP(106-1)와 연관되고, 자신과 IAP(106-1) 사이에 양방향 통신 링크를 가지고 있다. 양방향 통신 링크를 통해, 모바일 노드(102-1)는, 예를 들면 도 4A의 플로우차트의 단계 400 및 도 5의 IAP 리스트 메시지 500에 나타낸 바와 같이, 인접하는 IAP(106)의 리스트, 그 동작 주파수 및 제공되는 QoS 레벨에 관련된 정보를 그 현재 IAP(106-1)로부터 주기적으로 수신한다. 단계 402 동안에, 모바일 노드(102-1)는 그 통신 세션(505)을 계속한다 (도 5 참조).
단계 404에서, 모바일 노드(102-1)는 IAP(106-1)로부터 다른 IAP(예를 들면, IAP(106-2))로 핸드오프할지 여부를 결정한다. 이번에는 어떠한 핸드오프도 일어나지 않는 경우, 플로우는 단계 400으로 리턴하여, 모바일 노드(102-1)가 다른 IAP 메시지 리스트를 수신하고 단계 402에서 그 통신 세션을 계속한다. 그러나, 단계 404에서, 모바일 노드(102-1)가 상기 주어진 임의의 이유로 인해 핸드오프가 발생할 것으로 결정하는 경우, 처리는 단계 406으로 진행하여, 모바일 노드(102-1)가 IAP(106-1)에 의해 제공된 리스트로부터 하나의 IAP(예를 들면, IAP(106-2))를 선택한다. 이러한 결정은 랜덤하거나, 예를 들면 리스트에 제공된 QoS 레벨에 기초한다. 즉, 모바일 노드(102-1)는 그 요구되는 QoS 레벨을 최상으로 만족시키는 IAP를 선택할 수 있다. 상기 예에서, IAP(106-2)는 핸드오프 대상으로 선택된다.
단계 408에서, 모바일 노드(102-1)는 IAP(106-2)의 주파수 fAP2(도 5의 동작(510))로 튜닝하고, 단계 410에서, IAP(106-2)에 의해 수신될 수 있는 핸드오프 요구(HANDOFF_REQ) 메시지(515)를 전송한다. 핸드오프 요구 메시지는 이하의 필드를 포함하는 정보의 조합을 포함할 수 있으나, 이들로 제한되지는 않는다.
a. 메시지 식별자: 핸드오프 요구
b. 모바일 노드(102-1)의 어드레스,
c. 모바일 노드(102-1)가 현재 통신하고 있고 연관되어 있는 IAP(106-1)의 어드레스,
d. 최소 QoS 요구조건, 및
e. 인증 정보.
HANDOFF-REQ의 송신 완료시, 단계 412에서, 모바일 노드(102-1)는 IAP 1의 주파수, fAP1로 다시 튜닝하고(도 6의 동작(520)), 단계 414에서, 현재 통신 세션(525)에 계속해서 참여한다. 단계 416에서, HANDOFF_REQ 메시지는 IAP(106-2)에 의해 수신되고, 단계 418에서 IAP(106-2)는 메시지의 수신에 기초하여 모바일 노드(102-1)로의 메트릭을 결정하며, 이것이 모바일 노드(102-1)의 QoS 요구조건을 충족할 수 있는지를 또한 결정할 수 있다. HANDOFF_REQ는 또한 주파수 fAP2 상에서 동작하는 다른 디바이스(102 및/또는 107)의 복수의 홉을 횡단함으로써 IAP(106-2)에 도달할 수 있다.
단계 420에서 IAP(106-2)가 QoS 요구조건을 충족할 수 있는 것으로 결정하는 경우, 단계 424에서, IAP(106-2)는 예를 들면 IAP(106-1)에 의한 수신을 위해, LAN 또는 WAN 백본을 통해 모바일 노드(102-1)로 지향된 핸드오프 응답(HANDOFF_REP) 메시지(530)를 전송한다. 그러나, IAP(106-2)가 최소 요구조건을 충족할 수 없는 경우, 단계 422에서 서비스를 제공하는 것이 불가능하다는 것을 나타내는 부정의 핸드오프 응답을 전송할 수 있다. 핸드오프 응답 메시지(530)는 또한 IAP(106-2)로의 라우팅 메트릭에 관한 정보를 포함할 수 있고, 모바일 노드(102-1)가 핸드오프를 위한 가능한 후보로서 복수의 IAP(106)를 고려하고 있는 경우에, 이러한 정보는 모바일 노드(102-1)에 의해 핸드오프를 위한 최상의 IAP(106)를 선택하는데 이용될 수 있다.
단계 426에서, IAP(106-1)는 핸드오프 응답 메시지를 포워딩된 핸드오프 응답 메시지(535, 도 5 참조)로서 모바일 노드(102-1)에 포워드한다. 단계 428에서, 모바일 노드(102-1)는, HANDOFF_REP 메시지를 수신하는 경우에, IAP(106-2)로의 라우팅 메트릭이 원하는 라우팅 기준 및/또는 QoS 기준을 충족하는지 여부를 결정한다. 라우팅 메트릭 및/또는 가용한 QoS 레벨이 원하는 기준을 충족시키지 않는 경우, 상기 프로세스는 동일한 IAP(106-2) 또는 다른 IAP(106)에 대해 다시 반복될 수 있다.
라우팅 메트릭이 원하는 라우팅 메트릭 기준 및/또는 QoS 기준을 충족하는 경우, 모바일 노드(102-1)는 단계 430에서 IAP(106-2)를 선택하여 그 주파수를 IAP(106-2)의 주파수로 튜닝할지 여부를 결정할 수 있다. 그리고나서, 처리는 단계 432에서, 메트릭 또는 이들에 의해 보고된 QoS를 비교하기 위해 다른 IAP(106) 에 대해 상기 프로세스를 반복할지 여부를 결정할 수 있다. 프로세스가 예를 들면, 그 전체적으로 반복되지 않는 경우, 처리는 단계 434에서, 예를 들면 단계 408에서 시작하는 프로세스의 일부를 반복할지 여부를 결정할 수 있고, 따라서 모바일(102-1)은 수 개 이상의 핸드오프 요구 메시지를 동일한 IAP(106-2)에 전송할 수 있고, 추가적인 핸드오프 응답 메시지를 수신하여 IAP(106-2)의 메트릭을 더 잘 추정할 수 있다.
처리가 최종적으로 단계 432 및 434에서 상기 프로세스를 더 이상 반복하지 않는 것으로 결정하는 경우, 모바일 노드(102-1)는 단계 436에서 비연관 메시지(540, 도 5 참조)를 IAP(106-1)에 전송함으로써 새로운 IAP(106-2)와 연관하도록 선택할 수 있다. 단계 438에서, 노드(102-1)는 IAP(106-2)의 주파수로 튜닝하고, 단계 440에서, 연관 메시지(545)를 IAP(106-2)에 전송한다. 단계 442에서, 모바일 노드(102-1)는 IAP(106-2)의 주파수를 이용하는 IAP(106-2)를 이용하여 통신 세션(550)을 재개하고, 핸드오프 프로세스가 완료된다.
여기에 설명된 본 발명의 실시예들은 상기 프로세스에 대한 수 개의 변동들을 수행할 수 있고, 이들은 이하에 설명된다.
예를 들면, IAP(106)가 MAC(media access control) 설계(예를 들면, IEEE 표준 802.11e에 따른 MAC 설계)의 일부로서 경합(contention period)과 및 무경합 주기(contention-free period)의 일부 조합을 이용하고 있는 경우에, 현재의 IAP(106-1)는 모바일 노드(102-1)에 다른 IAP(106)의 경합 주기에 관해 통지할 수 있으므로, 모바일 노드(102-1)는 핸드오프 프로세스를 개시하고 있는 동안에 임의 의 다른 노드(102) 또는 고정형 라우터(107)를 방해하지 않고, 따라서 HANDOFF_REQ는 에러 없는 수신의 더 높은 가능성을 가지고 있다. IAP(106)가 MAC 알고리즘의 일부로서 시간 슬롯 할당 스킴을 이용하고 있는 경우, 패킷 손실을 더 줄이면서 추가적인 단계들이 수행된다. 이 경우에, 현재의 IAP(106-1)는 인접하는 IAP(106)에서 QoS 및 시간 슬롯 가용성에 관한 정보를 결정하고 핸드오프를 위한 최상의 후보를 선택할 수 있다. 그리고나서, 현재의 IAP(106-1)는 모바일 노드(102-1)가 핸드오프 요구 메시지를 송신할 수 있는 선택된 IAP(예를 들면, IAP(106-2))로 슬롯을 예비할 수 있고, 그리고나서 모바일 노드(102-1)에게 선택된 IAP(106-2), IAP(102-6)가 현재 이용하고 있는 주파수, 및 예비된 시간 슬롯에 관해 통지한다. 이러한 프로세스는 모든 적합한 이웃 IAP(106)에 대해 반복될 수 있으므로, 모바일 노드(102-1)는 가용한 다른 라우팅 메트릭을 비교하여 최상의 핸드오프 후보를 선택할 수 있다.
멀티 홉 무선 네트워크(100)에서 핸드오프 요구 메시지는 선택된 IAP(106) 이외의 디바이스에 의해 수신될 수 있다. 예를 들면, 인접하는 IAP(106)의 서비스 영역에 존재하는 다수의 노드 및 고정형 라우터(107)가 있는 경우, 하나의 노드(102) 또는 고정형 라우터(107)가 송신/수신하느라 바쁘지 않을 수 있고 성공적으로 이러한 메시지를 수신할 가능성이 높다. 특정 디바이스(예를 들면, 노드(102) 또는 고정형 라우터(107))는 그 대응하는 IAP(예를 들면, 106-2)에 이러한 메시지를 통지할 책임을 가지고 있고, IAP(106-2)는 그 자신과 모바일 노드(102-1)간의 누적 라우팅 메트릭을 수집하여 모바일 노드(102-1)에 예를 들면 WAN(104)을 통해 통지할 것이다. 그러므로, 상기 설명된 프로세스에서, 핸드오프 요구 메시지는 IAP(106-2)에 의해 직접적으로 청취되지 않을 수 있고, IAP(106-2)와 동일한 주파수로 튜닝되는 네트워크의 일부 다른 노드(102) 및/또는 고정형 라우터(107)를 통한 멀티-호핑 후에 IAP(106-2)에 실제로 도달할 수 있다.
또한, 모바일 노드(102-1)가 핸드오프 요구 메시지를 선택된 IAP(106-2)에 전송하는 대신에, 현재의 IAP(106-1)는 그 이웃하는 IAP(106)에게 핸드오프를 용이하게 하도록 요구할 수 있다. 예를 들면, 현재의 IAP(106-1)는 다른 IAP(106)들에게 그들의 주파수를 현재의 IAP(106-1)의 주파수로 재튜닝하여 특정 모바일 노드(102-1)를 청취하도록 요구할 수 있다. 이 경우에, 모바일 노드(102-1)는 주기적인 간격으로 특정 메시지를 전송해야 한다. 예를 들면, 모바일 노드(102-1)가 데이터를 액티브하게 전송하고 있지 않는 경우, 모바일 노드(102-1)는 일부 헬로우 메시지를 전송할 수 있다. 인접하는 IAP(106)는 이러한 재튜닝이 그 자신의 기존의 트래픽을 중단시키지 않을 때 재튜닝할 수 있다. 멀티 홉 시나리오에서, IAP(106)는 모든 노드 또는 노드(102)의 서브세트 및/또는 이들과 연관된 고정형 라우터(107)를 지시하고, 특정 주파수로 특정 모바일 노드(102-1)를 청취한다. 이러한 기술은 거의 또는 전혀 없는 트래픽으로 IAP(106)를 가로질러 이동하는 높은 우선도 모바일 노드(102-1)가 존재하는 경우에 유용하다.
마지막으로, 어떤 노드(모바일 노드(102-1) 또는 IAP(106-2))도 주파수를 변경하지 않고 주파수간 핸드오프가 실행될 수 있다. 이것은 모바일 노드(102-1)가 핸드오프 필요성의 결정 후에 핸드오프 요구 메시지를 현재 연관된 IAP(106-1)에 직접 전송하고, IAP(106-1)는 이러한 메시지를 적절한 IAP, 예를 들면 IAP(106-2)에 중계하는 경우에 가능하다. IAP(106-2)로부터 들어오는 응답 메시지는 도 4A 및 도 4B 및 5와 관련하여 상기 설명된 동일한 방식으로 중계된다. 유의할 점은, 측정(예를 들면, QoS)이 후속 데이터 패킷이 송신될 동일한 주파수 상에서 수행되는 경우에 핸드오프에 대한 필요성이 결정되므로, 핸드오프가 메트릭에 기초하지 않는 경우에 이러한 기술이 적합하다는 점이다.
상기 명세서에서, 본 발명의 특정 실시예들이 설명되었다. 그러나, 본 기술분야의 통상의 기술자라면, 이하의 청구의 범위에 제시된 본 발명의 범주에서 벗어나지 않고서도 다양한 변형 및 변경이 가해질 수 있다는 것을 잘 알고 있을 것이다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미라기 보다는 예시적인 것으로 간주되어야 하고, 모든 그러한 변형들은 본 발명의 범주 내에 포함된다고 할 것이다. 잇점, 장점, 문제에 대한 해결책, 및 임의의 잇점, 장점 또는 해결책이 발생하거나 더욱 현저하게 하는 구성요소(들)는 임의의 또는 모든 청구의 범위의 핵심적이고, 요구되거나 필수적인 특징 또는 구성요소로서 간주되어서는 안된다. 본 발명은 본 출원서의 계류 동안에 만들어지는 임의의 보정을 포함한 첨부된 청구의 범위 및 이들 결정된 청구의 범위의 모든 등가물에 의해서만 정의된다.

Claims (20)

  1. 무선 통신 네트워크에서의 모바일 노드의 연관성(association)을 제1 액세스 포인트에서 제2 액세스 포인트로 변경하기 위한 방법에 있어서,
    상기 모바일 노드가, 상기 모바일 노드가 연관된 상기 제1 액세스 포인트와 제1 주파수로 통신하도록 동작시키는 단계;
    상기 모바일 노드가 상기 제2 액세스 포인트와 연관되는 것으로 결정한 경우, 상기 모바일 노드가, 그 통신 주파수를 상기 제2 액세스 포인트가 통신하는 제2 주파수로 변경하도록 동작시키고, 상기 제2 액세스 포인트에 의한 수신을 위해 상기 제2 주파수로 요구 메시지를 전송하도록 동작시키는 단계; 및
    상기 요구 메시지를 전송한 후에 그리고 임의의 추가 패킷을 전송하기 이전에, 상기 모바일 노드가, 그 통신 주파수를 상기 제1 주파수로 다시 변경하도록 동작시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 요구 메시지의 수신에 응답하여, 상기 제2 액세스 포인트가, 상기 제1 액세스 포인트와 상기 제2 액세스 포인트가 서로 통신하는 통신 매체를 통해 상기 제1 액세스 포인트에 응답 메시지를 전송하도록 동작시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 통신 매체는 근거리망(local area network) 및 광역망(wide area network) 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 액세스 포인트가, 상기 응답 메시지를 상기 제1 주파수에서 상기 모바일 노드에 포워드하도록 동작시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 요구 메시지에 응답하여, 상기 모바일 노드가 상기 제2 액세스 포인트에 의해 전송된 응답 메시지를 수신하고, 상기 응답 메시지의 특성을 검토하도록 동작시키는 단계; 및
    상기 특성이 원하는 기준을 충족시키는 경우에, 상기 모바일 노드가, 그 주파수를 상기 제2 주파수로 변경하고 상기 제2 액세스 포인트와 연관되도록 동작시키는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 특성은 상기 모바일 노드가 원하는 서비스 품질과 관련되는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액세스 포인트가 상기 모바일 노드에 정보를 전송하도록 동작시키는 단계; 및
    상기 모바일 노드가 상기 정보에 기초하여 연관될 상기 제2 액세스 포인트의 실체(identity)를 결정하도록 동작시키는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 다른 노드가 상기 요구 메시지를 수신하고 그 요구 메시지를 상기 제2 액세스 포인트에 전송하도록 동작시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    다른 액세스 포인트들 각각에 대해,
    상기 모바일 노드가, 그 통신 주파수를 다른 액세스 포인트가 통신하는 주파수로 변경하도록 동작시키고, 상기 다른 액세스 포인트에 의한 수신을 위해 상기 다른 액세스 포인트가 통신하는 주파수로 다른 요구 메시지를 전송하도록 동작시키는 단계; 및
    상기 다른 요구 메시지를 전송한 후에 그리고 임의의 추가적인 메시지를 전송하기 이전에, 상기 모바일 노드가 그 통신 주파수를 상기 제1 주파수로 다시 변경시키도록 동작시키는 단계
    를 수행함으로써, 상기 모바일 노드가, 다른 액세스 포인트들의 특성을 검토하여 상기 제2 액세스 포인트를 선택하도록 동작시키는 단계; 및
    상기 모바일 노드가, 상기 각각의 다른 액세스 포인트들과 관련된 각 정보를 포함하는 상기 각각의 다른 액세스 포인트들로부터 수신된 각각의 응답 메시지에 기초하여, 상기 다른 액세스 포인트들 중 하나를 상기 제2 액세스 포인트로서 선택하도록 동작시키는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 모바일 노드가, 그 통신 주파수를 상기 제2 액세스 포인트가 통신하는 상기 제2 주파수로 변경하고, 상기 제2 액세스 포인트에 의한 수신을 위해 상기 제2 주파수에서 상기 요구 메시지를 전송하며, 그 통신 주파수를 다시 상기 제1 주파수로 변경하는 단계를 반복하도록 동작시키는 단계;
    각 수신된 요구 메시지에 응답하여, 상기 제2 액세스 포인트가 각 응답 메시지를 전송하도록 동작시키는 단계; 및
    상기 모바일 노드가 상기 각 응답 메시지를 수신하고, 상기 각 응답 메시지에 포함된 상기 제2 액세스 포인트에 관련된 정보에 기초하여 상기 제2 액세스 포인트를 연관시킬지 여부를 결정하도록 동작시키는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  11. 무선 통신 네트워크에 있어서,
    적어도 하나의 모바일 노드; 및
    제1 액세스 포인트 및 제2 액세스 포인트
    를 포함하고,
    상기 모바일 노드는 상기 모바일 노드가 연관된 상기 제1 액세스 포인트와 제1 주파수로 통신하도록 적응되며, 그 통신 주파수를 상기 제2 액세스 포인트가 통신하는 제2 주파수로 변경하고, 상기 제2 액세스 포인트에 의한 수신을 위해 상기 제2 주파수로 요구 메시지를 전송하며, 상기 요구 메시지를 전송한 후에 그리고 임의의 추가 패킷을 전송하기 이전에, 그 통신 주파수를 상기 제1 주파수로 다시 변경함으로써 상기 제2 액세스 포인트와 연관시킬지 여부를 결정하도록 또한 적응되는 무선 통신 네트워크.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 액세스 포인트는 상기 요구 메시지의 수신에 응답하여, 상기 제1 및 상기 제2 액세스 포인트가 서로 통신할 수 있는 통신 매체를 통해 상기 제1 액세스 포인트에 응답 메시지를 전송하도록 적응되는 무선 통신 네트워크.
  13. 제12항에 있어서, 상기 통신 매체는 근거리망 및 광역망 중 적어도 하나를 포함하는 무선 통신 네트워크.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제1 액세스 포인트는 상기 응답 메시지를 상기 제1 주파수에서 상기 모바일 노드에 포워드하도록 적응되는 무선 통신 네트워크.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 요구 메시지에 응답하여, 상기 모바일 노드가 상기 제2 액세스 포인트에 의해 전송된 응답 메시지를 수신하고, 상기 응답 메시지의 특성을 검토하도록 동작시키며,
    상기 특성이 원하는 기준을 충족시키는 경우에, 상기 모바일 노드가 그 주파수를 상기 제2 주파수로 변경하고 상기 제2 액세스 포인트와 연관되도록 동작시키는 무선 통신 네트워크.
  16. 제15항에 있어서, 상기 특성은 상기 모바일 노드가 원하는 서비스 품질과 관련되는 무선 통신 네트워크.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 액세스 포인트는 상기 모바일 노드에 정보를 전송하도록 적응되고,
    상기 모바일 노드는 상기 정보에 기초하여 연관될 상기 제2 액세스 포인트의 실체를 결정하도록 적응되는 무선 통신 네트워크.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 요구 메시지를 수신하고, 상기 요구 메시지를 상기 제2 액세스 포인트에 전송하도록 적응된 적어도 하나의 다른 노드를 더 포함하는 무선 통신 네트워크.
  19. 제11항에 있어서,
    제2 액세스 포인트를 포함하는 복수의 다른 액세스 포인트들을 더 포함하고,
    상기 모바일 노드는 상기 다른 액세스 포인트들 각각에 대해
    그 통신 주파수를 상기 다른 액세스 포인트가 통신하는 주파수로 변경하고, 상기 다른 액세스 포인트에 의한 수신을 위해 상기 다른 액세스 포인트가 통신하는 주파수로 다른 요구 메시지를 전송하는 동작, 및
    상기 다른 요구 메시지를 전송한 후에 그리고 임의의 추가적인 메시지를 전송하기 이전에, 그 통신 주파수를 상기 제1 주파수로 다시 변경시키는 동작
    을 수행하도록 또한 적응되며,
    상기 모바일 노드는, 상기 각각의 다른 액세스 포인트들과 관련된 각 정보를 포함하는 상기 각각의 다른 액세스 포인트들로부터 수신된 각각의 응답 메시지에 기초하여 상기 다른 액세스 포인트들 중 하나를 상기 제2 액세스 포인트로서 선택하도록 또한 적응되는 무선 통신 네트워크.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 모바일 노드는 그 통신 주파수를 상기 제2 액세스 포인트가 통신하는 상기 제2 주파수로 반복적으로 변경하고, 상기 제2 액세스 포인트에 의한 수신을 위해 상기 제2 주파수에서 상기 요구 메시지를 전송하며, 그 통신 주파수를 다시 상기 제1 주파수로 변경하도록 또한 적응되고,
    상기 제2 액세스 포인트는 각 수신된 요구 메시지에 응답하여 각 응답 메시지를 전송하도록 적응되며,
    상기 모바일 노드는 상기 각 응답 메시지를 수신하고, 상기 각 응답 메시지에 포함된 상기 제2 액세스 포인트에 관련된 정보에 기초하여 상기 제2 액세스 포인트와 연관시킬지 여부를 결정하도록 또한 적응되는 무선 통신 네트워크.
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