KR20080038797A - 광대역 무선통신 시스템에서 페이징 그룹 크기를 결정하기위한 장치 및 방법 - Google Patents

광대역 무선통신 시스템에서 페이징 그룹 크기를 결정하기위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광대역 무선통신 시스템에서 페이징 및 위치갱신 비용을 최적화하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값의 가능한 조합들을 순차적으로 출력하는 발생부와, 상기 출력된 조합에 대한 페이징 비용을 계산하는 제 1 계산부와, 이동 경로에 따라 단말의 상태가 토글되는 상태 천이도를 이용해서 상기 출력된 조합에 대한 위치갱신 비용을 계산하는 제 2 계산부와, 상기 페이징 비용과 위치갱신 비용의 합이 최소가 되는 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값을 결정하는 결정부를 포함하여, 페이징 및 위치갱신 비용을 최소화하는 설정 값을 획득할 수 있다.
페이징, 위치 갱신, 페이징 그룹, 아이들 모드 타이머

Description

광대역 무선통신 시스템에서 페이징 그룹 크기를 결정하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DECIDING A VOLUME OF PAGING GROUP IN BROADBAND WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 일반적인 광대역 무선통신 시스템에서 페이징 그룹 분류의 예를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 단말의 상태 변화를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 단말의 이동가능한 셀을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머를 설정하는 장치의 블록 구성을 도시하는 도면, 및
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머를 설정하는 절차를 도시하는 도면.
본 발명은 광대역 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히 광대역 무선통신 시스템에서 페이징 그룹(Paging Group) 및 아이들 모드 타이머(Idel Mode Timer) 값을 결정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
차세대 통신 시스템인 4세대(4th Generation, 이하 4G라 칭함) 통신 시스템에서는 약 100Mbps의 전송 속도를 가지는 다양한 서비스 품질을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히, 현재 4G 통신 시스템에서는 무선 근거리 통신 네트워크 시스템 및 무선 도시 지역 네트워크시스템과 같은 광대역 무선 접속 통신 시스템에 이동성(Mobility)과 서비스 품질(QoS : Quality of Service)을 보장하는 형태로 고속 서비스를 지원하도록 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또한, 그 대표적인 통신 시스템이 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 통신 시스템이다.
상기 IEEE 802.16 통신 시스템은 물리 채널에서 광대역 전송 네트워크를 지원하기 위해 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 OFDM이라 칭함)/직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 OFDMA이라 칭함) 방식을 적용한 통신시스템이다. 상기 IEEE 802.16 통신 시스템에서 단말의 이동성 및 무선망 구성의 유연성을 확보하고, 트래픽 분포나 통화 요구량 변화가 심한 무선 환경에서 더욱 효율적인 서비스를 제공하기 위한 연구가 활발히 진행 중이다.
상기 단말이 이동 중에 지속적인 서비스를 제공받기 위해서, 통신 시스템은 상기 단말이 위치한 셀 및 기지국의 정보를 유지하여야한다. 노멀 모드(Normal Mode) 상태에 있는 단말의 경우, 지속적으로 통신을 수행하기 때문에, 시스템은 상기 단말이 위치한 셀 및 기지국의 정보를 유지할 수 있다. 하지만, 아이들 모드(Idel Mode) 상태에 있는 단말은 핸드오버(Handover)를 수행하지 않고 셀과 셀간을 이동한다. 따라서, 상기 아이들 모드 단말은 주기적으로 페이징(Paging) 메시지를 확인하여, 자신에게 페이징 온 경우 상기 아이들 모드를 벗어난다.
상기 아이들 모드 단말을 위한 페이징은 페이징 그룹 단위로 수행된다. 다시 말해, 일정 개수의 기지국들을 하나의 그룹으로 설정하여 상기 페이징을 수행한다. 통신 시스템은 상기 페이징 그룹 단위로 페이징 메시지를 송신하고, 상기 단말은 상기 페이징 메시지를 수신함으로써 현재 자신이 위치한 페이징 그룹을 확인할 수 있다. 이때, 상기 단말은 자신이 속한 페이징 그룹이 변경됨이 확인되면, 자신의 위치가 변경되었음을 통신 시스템에 알리는 위치 갱신(Location Update)를 수행한다.
상기 IEEE 802.16 시스템에서 상기 위치 갱신이 요구되는 경우는 다음과 같다. 상술한 페이징 그룹이 변경되었을 경우, 아이들 모드 타이머가 종료되었을 경우, 단말의 전원이 정상적으로 오프(Off)되는 경우 및 MAC(Media Access Controll) Hash Skip Counter가 MAC Hash Skip 임계값을 초과하는 경우이다. 여기서, 상기 전원 오프의 경우는 단말의 사용자에 의해 발생되는 이벤트이기 때문에 시스템의 페이징 정책에 의해 영향을 받지 않는다. 또한, 상기 MAC Hash Skip Counter의 경우는 표준에서 옵션(Option)으로 정의하는 사항이다. 따라서, 이하 설명은 나머지 두 가지 경우, 즉, 페이징 그룹 변경 및 아이들 모드 타이머 종료의 경우만을 고려하여 살펴보기로 한다.
도 1은 일반적인 광대역 무선통신 시스템에서 페이징 그룹 분류의 예를 도시하고 있다. 상기 도 1에서 점선은 상기 페이징 그룹을 분류하는 경계선이고, 상기 점선 내부의 원은 기지국을 나타낸다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 페이징 그룹 경계 부근에서의 페이징 그룹 변화로 인한 잦은 위치 갱신을 방지하기 위해, 상기 경계에 위치한 기지국은 다수의 페이징 그룹에 중복 종속되어 있다. 예를 들어, 기지국A(101)는 페이징 그룹A(110) 및 페이징 그룹B(120)에 중복 종속되어 있다.
이때, 임의의 단말이 기지국B(103), 기지국C(105), 기지국D(107), 기지국E(109)의 순서로 이동하는 상황을 가정한다. 먼저, 상기 단말은 상기 기지국B(103)의 셀 내에 위치할 때 페이징 그룹B(120)에 포함되어 있다. 이후, 상기 단말이 상기 기지국C(105)의 셀 영역으로 이동한다. 상기 기지국C(105)는 상기 페이징 그룹A(110), 페이징 그룹B(120), 페이징 그룹C(130) 및 페이징 그룹D(140)에 모두 중복 종속되어 있으므로, 상기 단말은 위치 갱신을 하지 않는다. 이어서, 상기 단말은 기지국D(107)의 셀 영역에 진입하여 상기 페이징 그룹C(107)에 포함되어 위치 갱신을 수행한다. 마지막으로, 상기 단말은 기지국E(109)의 셀 영역으로 진입한다. 하지만 상기 기지국E(109)는 상기 페이징 그룹C(130) 및 페이징 그룹D(140)에 중복 종속되어 위치 갱신을 하지 않는다.
일반적으로, 상기 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값의 설정에 따라 페이징 비용 및 위치 갱신 비용이 변화하게 된다. 또한, 상기 페이징 비용 및 위치 갱신 비용은 상호 트레이드 오프(Trade Off) 관계에 있다. 즉, 페이징 그룹의 크기가 커지면 위치 갱신의 가능성이 줄어들어 위치 갱신 비용이 감소한다. 반면, 상기 페이징 시 페이징 메시지를 송신하는 기지국의 수가 증가하여 페이징 비용은 증가한다. 반대로 패이징 그룹의 크기가 작아지면 위치 갱신 비용은 증가하고, 페이징 비용은 감소한다. 따라서, 상기 페이징 그룹의 크기와 아이들 모드 타이머 값을 적절하게 설정하여 상기 페이징 비용과 위치 갱신 비용의 합을 최소화하는 방안이 필요하다. 특히, 차세대 광대역 무선통신 시스템에서 적용하기 위하여, 상기 도 1과 같이 기지국 단위로 중첩되어 구성된 페이징 그룹에 적합한 상기 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값을 설정하는 방안이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 광대역 무선통신 시스템에서 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값을 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 광대역 무선통신 시스템에서 페이징 비용과 위치 갱신 비용의 합을 최소화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 광대역 무선통신 시스템에서 상대적 위치 표현 방식을 이용한 시스템 모형을 통해 페이징 비용 및 위치갱신 비용을 산출하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 광대역 무선통신 시스템의 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값을 설정하기 위한 장치는, 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값의 가능한 조합들을 순차적으로 출력하는 발생부와, 상기 출력된 조합에 대한 페이징 비용을 계산하는 제 1 계산부와, 이동 경로에 따라 단말의 상태가 토글되는 상태 천이도를 이용해서 상기 출력된 조합에 대한 위치갱신 비용을 계산하는 제 2 계산부와, 계산하는 제 2 계산부와, 상기 페이징 비용과 위치갱신 비용의 합이 최소가 되는 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값을 결정하는 결정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 광대역 무선통신 시스템의 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값을 설정하기 위한 방법은, 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값의 가능한 모든 조합들에 대한 각각의 페이징 비용을 계산하는 과정과, 이동 경로에 따라 단말의 상태가 토글되는 상태 천이도를 이용해서 상기 조합들에 대한 각각의 위치갱신 비용을 계산하는 과정과, 상기 페이징 비용과 위치갱신 비용의 합이 최소가 되는 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값의 조합을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구 체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단 된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 광대역 무선통신 시스템에서 페이징(Paging) 비용 및 위치 갱신(Location Update) 비용의 합이 최소화 되도록 페이징 그룹(Paging Group)의 크기 및 아이들 모드 타이머(Idle Mode Timer)를 설정하는 기술에 대해 설명한다.
우선, 본 발명에 따른 페이징 그룹의 상태 천이도에 대해 설명한다.
상기 도 1에 도시된 바와 같은 페이징 그룹 구성에서 다수의 페이징 그룹에 중복 종속된 기지국을 OUTER BS, 하나의 페이징 그룹에 종속된 기지국을 INNER BS라 칭한다. 예를 들어, 상기 도 1에서 상기 기지국B(103), 기지국D(107)는 INNER BS이고, 상기 기지국A(101), 기지국C(105), 기지국E(109)는 OUTER BS이다. 이 경우, 단말의 위치에 따른 상태를 [i1, o1, i2, o2]의 4 가지의 인덱스로 표현한다. 상기 인덱스에서 알파벳(i 또는 o)는 INNER BS 또는 OUTER BS를 의미하며, 숫자(1 또는 2)는 이동 시 페이징 그룹이 변화 여부를 의미한다. 즉, 동일한 페이징 그룹 내에서 상기 단말이 상기 INNER BS와 OUTER BS간을 이동하면 상기 인덱스 중 알파벳이 토글(Toggle)되고, 상기 페이징 그룹이 변화하면 상기 인덱스 중 숫자가 토글된다. 이에 따라, 상기 단말의 상태 천이는 4 가지로 모두 표현 가능하며, 각각의 경우는 하기 표 1에 나타난 바와 같다.
상태 변화 상태 천이 내용
i1 -> o1 INNER BS 에서 OUTER BS로 이동, 페이징 그룹 유지
o1 -> i2 OUTER BS 에서 INNER BS로 이동, 페이징 그룹 변경
i2 -> o2 INNER BS 에서 OUTER BS로 이동, 페이징 그룹 유지
o2 -> i1 OUTER BS 에서 INNER BS로 이동, 페이징 그룹 변경
즉, 상기 상태는 상기 단말이 속한 기지국의 절대적 위치가 아니라 단말의 상대적인 이동경로에 따라 토글된다. 예를 들어, 상기 도 2에 도시된 바와 같이 단말이 이동하는 경우, 상기 표 1에 나타난 규칙에 따라 상기 단말의 상태가 'i1->o1->i2->o2->i1->o1->i2' 순으로 변화하며, 시작 페이징 그룹과 종료 페이징 그룹이 동일하지만 상태는 상이함을 알 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머를 설정하는 장치의 블록 구성을 도시하고 있다. 설명의 편의를 위해, 상기 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머를 설정하는 장치를 페이징 그룹 결정기라 칭한다.
상기 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 페이징 그룹 결정기는 파라미터(Parameter) 발생부(401), 상태천이확률 결정부(403), 안정상태확률 결정부(405), 위치갱신 비용 산출부(407), 페이징 비용 산출부(409) 및 설정값 결정부(411)를 포함하여 구성된다.
상기 파라미터 발생부(401)는 상기 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머의 최적화 값을 산출하기 위해 필요한 파라미터들을 발생시킨다. 여기서, 상기 파라미터를 외부로부터 입력받거나 또는 산출 가능한 경우 연산을 통해 산출한다. 상기 파라미터들은 단위 시간당 핸드오버율(μHO), 최대 페이징 횟수(NRE), 첫 번째 페이징 메시지 유실율(PLOSS), 단위 시간당 단말로부터의 호 발생율(λMT), 단위 시간당 통신망으로부터의 호 발생율(λNT), 하나의 기지국에서의 1회 위치 갱신 비용(γLU), 하나의 기지국에서의 1회 페이징 비용(γP) 등을 포함한다. 상기 각 파라미터들의 획득 방법의 예는 하기 표 2에 나타난 바와 같다.
파라미터 의 미 획득 방법
μHO 단위 시간당 핸드오버율 실측 또는 수학적 산출
NRE 최대 페이징 횟수 페이징 최대 지연시간으로부터 산출
PLOSS 첫 번째 페이징 메시지의 유실율 서비스 품질 기준에 따라 정의
λMT 단위 시간당 단말로부터의 호 발생율 서비스 및 사용자 특성에 따라 결정
λNT 단위 시간당 통신망으로부터의 호 발생율 서비스 및 사용자 특성에 따라 결정
γLU 하나의 기지국에서의 1회 위치 갱신 비용 시스템 특성 값(시스템 설계시 결정)
γP 하나의 기지국에서의 1회 페이징 비용 시스템 특성 값(시스템 설계시 결정)
NPG 하나의 페이징 그룹에 포함된 기지국 수 (페이징 그룹 크기) 설정 값 결정부(411)의 제어
T 아이들 모드 타이머 종료 시간 설정 값 결정부(411)의 제어
상기 표 2에 나타난 단위 시간당 핸드오버율(μHO)은 실측을 원칙으로 하되, 상기 실측이 어려운 경우 수학적 모델링을 통해 산출할 수 있다. 예를 들어, 셀 반경이 D인 원형 셀을 가정하는 경우, 상기 단위 시간당 핸드오버율(μHO)은 하기 수학식 2 및 수학식 3을 통해 산출될 수 있다.
Figure 112006079597669-PAT00001
상기 수학식 2에서 상기 Davg는 셀 내 임의의 위치에서 셀 경계까지의 평균 거리, 상기 D는 셀 반경, 상기 r 및 θ는 원통 좌표계(Cylindrical Coordinate System)로 표현된 셀 내의 임의의 위치를 나타낸다.
또한, 단말의 평균 속도를 v라 가정하고, 단말이 직선운동을 하여 셀을 이탈한다고 가정하면, 상기 단위 시간당 핸드오버율(μHO)은 하기 수학식 3과 같이 산출될 수 있다.
Figure 112006079597669-PAT00002
상기 수학식 3에서, 상기 Davg는 셀 내 임의의 위치에서 셀 경계까지의 평균 거리(상기 수학식 2의 결과 값), 상기 v는 단말의 평균 이동속도를 나타낸다.
또한, 상기 표 2에서 상기 페이징 그룹 크기(NPG) 및 타이머 종료 시간(T)는 본 발명에서 최적화하려는 값이므로, 상기 파라미터 발생부(401)는 상기 두 값을 상기 설정값 결정부(411)의 제어에 따라 변경시켜가며 출력한다.
다시 말해, 상기 파라미터 발생부(401)는 상기 표 2에 나타난 파라미터들을 획득하여 상기 상태천이확률 결정부(403) 및 상기 페이징 비용 산출부(409)로 출력한다. 단, 상기 파라미터들은 구체적인 실시 예에 따라 달라질 수 있다.
상기 상태천이확률 결정부(403)는 상기 도 2 및 도 3에서 설명된 상태 천이도에 근거해서 하기 수학식 1과 같은 상태천이확률 행렬을 생성하여 출력한다.
Figure 112006079597669-PAT00003
상기 수학식 1에서 상기 Pi ,j는 상태가 i에서 j로 천이될 확률을 나타낸다.
먼저, 임의의 셀 A를 가정하여 상기 셀 A에 인접한 셀이 M개일 경우, 각각의 인접 셀을 B1, B2, ..., BM이라 하자. 예를 들어, 도 3과 같이 페이징 그룹이 구성된 경우, 단말A(301) 및 단말B(303)는 각각 6 개 및 5 개의 인접 셀을 갖는다.
이때, 상기 상태천이확률 산출을 위한 계수를 정의한다. 상기 계수는 하기 표 3과 같다.
IA Si ,m 임의의 셀 A와 인접 셀 Bm이 동일한 페이징 그룹에 포함되며, 상기 Bm이 하나의 페이징 그룹에 종속되어 있는 경우 '1'로 설정. 그 외의 경우 '0'으로 설정.
IA So ,m 임의의 셀 A와 인접 셀 Bm이 동일한 페이징 그룹에 포함되며, 상기 Bm이 다수의 페이징 그룹에 중복 종속되어 있는 경우 '1'로 설정. 그 외의 경우 '0'으로 설정.
IA Di ,m 임의의 셀 A와 인접 셀 Bm이 상이한 페이징 그룹에 포함되며, 상기 Bm이 하나의 페이징 그룹에 종속되어 있는 경우 '1'로 설정. 그 외의 경우 '0'으로 설정.
IA Do ,m 임의의 셀 A와 인접 셀 Bm이 상이한 페이징 그룹에 포함되며, 상기 Bm이 다수의 페이징 그룹에 중복 종속되어 있는 경우 '1'로 설정. 그 외의 경우 '0'으로 설정.
상기 표 3에 나타난 계수를 이용하여 상기 임의의 셀 A에 위치한 단말에 대한 상태천이확률을 산출할 수 있다. 예를 들어, 상기 도 3과 같이 페이징 그룹을 구성한 경우, 싱기 단말A(301)의 상태천이확률은 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006079597669-PAT00004
상기 수학식 4에서 상기 PA i ,j는 상기 단말A(301)의 상태가 i에서 j로 천이될 확률, 상기 PA HO ,m은 상기 단말A(301)의 인접 셀 Bm으로의 핸드오버 확률을 나타낸다. 또한, 상기 i1, i2, o1, o2는 상술한 단말의 상태를 나타내는 인덱스이다. 여기서, 상기 핸드오버 확률(PA HO ,m)은 각 인접 셀에 대해 얻어지는 값이다. 여기서, 각 인접 셀에 대해 상기 핸드오버 확률(PA HO ,m)을 구하기 어려운 경우, 1/M으로 가정할 수 있으며, 이때, 상기 도 3의 단말A(301)에 대한 PA i1 , i1은 1/2(3/6), PA i1 , o1은 1/2(3/6), PA i1,i2은 0, PA i1 , o2는 0이다.
즉, 하나의 페이징 그룹 내의 모든 셀에 대하여 상술한 방식을 적용하고, INNER BS 셀에서의 상태천이확률 및 OUTER BS 셀에서의 상태천이확률을 각각 평균화함으로써 상기 수학식 1과 같은 시스템에서의 상태천이확률 행렬(Pstate)을 생성할 수 있다.
다시 말해, 상기 상태천이확률 결정부(403)는 시스템에서의 상태천이확률 평균값을 생성하여, 상기 안정상태확률 결정부(405)로 상태천이확률 행렬(Pstate)을 출력한다. 여기서, 상기 상태천이확률(Pi ,j)은 상기 페이징 그룹의 크기에 따라 달라질 수 있다.
상기 안정상태확률 결정부(405)는 상기 상태천이확률 결정부(403)로부터 상태천이확률 행렬(Pstate)을 제공받아 안정상태확률을 산출한다. 다시 말해, 단말이 임의의 시점에서 하나의 상태에서 있을 확률을 산출한다. 각 상태에 대한 안정상태확률을 각각 πo1, πi1, πo2, πi2라 할 때, 하기 수학식 5와 같이 산출된다.
Figure 112006079597669-PAT00005
Figure 112006079597669-PAT00006
상기 수학식 5에서 상기 πj는 j 상태에 대한 안정상태확률, 상기 Π는 안정상태확률 백터([πo1, πi1, πo2, πi2]), 상기 Pstate는 상기 수학식 1에 나타난 상태천이확률 행렬을 나타낸다.
즉, 최초 설정된 안정상태확률에 상기 상태천이확률을 반복적으로 곱해주면, 반복 횟수가 증가함에 따라 점차 안정된 값으로 수렴하며 평균적인 단말의 위치 확률을 표현하는 안정상태확률(Π)을 산출할 수 있다.
상기 위치갱신 비용 산출부(407)은 상기 안정상태확률 결정부(405)로부터 안정상태확률 벡터를 제공받아 위치갱신 비용을 산출한다. 여기서, 상기 위치갱신 비용은 페이징 그룹 변경으로 인한 위치갱신 비용 및 아이들 모드 타이머 종료로 인한 위치갱신 비용의 합을 의미하며 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006079597669-PAT00007
상기 수학식 6에서 상기 γLU는 하나의 기지국에서 1회의 위치갱신 비용, 상기 RLU , PG는 페이징 그룹 변경으로 인한 위치 갱신률, 상기 RLU , TU는 아이들 모드 타이머 종료로 인한 위치 갱신률을 나타낸다.
상기 수학식 6에서 상기 페이징 그룹 변경으로 인한 위치 갱신률(RLU,PG)은 하기 수학식 7과 같이 산출된다.
Figure 112006079597669-PAT00008
상기 수학식 7에서 상기 μHO는 핸드오버 확률, 상기 πi는 상태 i에 대한 안정상태확률, 상기 Pi ,j는 단말의 상태가 i에서 j로 천이될 확률을 나타낸다.
즉, 상기 단말의 페이징 그룹 변경은 OUTER BS 셀에서 다른 페이징 그룹의 INNER BS 셀로 핸드오버하는 경우이므로, 상기 OUTER BS 셀에 포함되는 두 경우에 대한 안정상태확률(πo1 및 πo2)에 해당 상태에서 페이징 그룹이 변경될 확률(πo1의 경우 po1 , i2 + po1 , o2, πo2의 경우 po2 , i1 + po2 , o1)을 곱한 후, 각 상태에 대해 핸드오버 확률을 곱함으로써 상기 페이징 그룹 변경으로 인한 위치 갱신률(RLU , PG)을 산출할 수 있다.
또한, 상기 수학식 6에서 상기 아이들 모드 타이머 종료로 인한 위치 갱신률(RLU,TU)은 하기 수학식 8과 같이 산출된다.
Figure 112006079597669-PAT00009
상기 수학식 8에서 상기 λE는 단말 이동으로 인한 페이징 그룹 변경률과 단말로부터의 호 발생률 및 통신망으로부터의 호 발생율의 합(RLU , PG + λMT + λNT), 즉, 단위 시간당 아이들 모드 타이머 리셋률(Reset Rate)을 나타낸다. 또한, 상기 XTU는 상기 아이들 모드 타이머가 리셋되는 동안 발생하는 타이머 종료 횟수의 랜덤 변수(Random Variable), 상기 TTU는 상기 아이들 모드 타이머가 리셋되지 않고 유지되는 시간의 랜덤 변수, 상기 T는 상기 아이들 모드 타이머 값을 나타낸다.
즉, 상기 XTU는 성공확률이 p(TTU<T)인 기하 분포(Geometric Distribution)에 따르므로, 상기 E[XTU]를 상기 수학식 8과 같이 나타내어 단위 시간당 타이머 종료로 인한 위치 갱신율을 산출할 수 있다.
상기 페이징 비용 산출부(409)는 상기 파라미터 발생부(401)로부터 해당 파라미터를 제공받아 하나의 페이징 그룹에 대한 페이징 비용을 산출한다. 예를 들어, 상기 페이징 비용은 하기 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006079597669-PAT00010
상기 수학식 9에서 상기 λMT는 단말로부터의 호 발생률, 상기 γPG는 하나의 기지국에서의 1회 페이징 비용, 상기 NPG는 하나의 페이징 그룹에 포함된 기지국 수, 상기 NRE는 최대 페이징 횟수, 상기 PLOSS는 첫 번째 페이징 메시지의 유실율을 나타낸다.
상기 설정값 결정부(411)는 상기 위치갱신 비용 산출부(407)로부터 위치갱신 비용 정보를 제공받고, 상기 페이징 비용 산출부(409)로부터 페이징 비용 정보를 제공받아 저장하고, 상기 위치갱신 비용 및 페이징 비용을 산출하기 위한 파라미터를 변화시키도록 상기 파라미터 발생부(401)를 제어한다. 이후, 다른 위치갱신 비용 및 페이징 비용이 산출되면 이전에 산출된 값들과 비교하여 상기 두 값의 합이 최소가 되는 페이징 그룹 크기(NPG) 및 타이머 종료 시간(T)를 결정한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머를 설정하는 절차를 도시하고 있다.
상기 도 5를 참조하면, 상기 페이징 그룹 결정기는 501단계에서 상기 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값을 설정하기 위한 파라미터들을 확인한다.
이후, 상기 페이징 그룹 결정기는 503단계로 진행하여 상기 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값을 선택한다. 이때 만일, 상기 두 값을 선택하는 동작이 최초가 아닌 경우, 상기 페이징 그룹 결정기는 앞서 선택하지 않았던 조합을 선택한다.
상기 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값을 선택한 후, 상기 페이징 그룹 결정기는 505단계로 진행하여 시스템에서의 평균 상태천이확률을 산출한다. 다시 말해, 상기 페이징 그룹 결정기는 상기 수학식 4와 같은 계산을 하나의 페이징 그룹 내의 모든 셀에 대해 수행하여, 결과 값을 평균화함으로써 시스템에서의 평균 상태천이확률을 산출한다. 여기서, 상기 상태천이확률은 상기 표 1에 나타난 각 상태천이 경우에 대하여 각각 산출되며, 상기 수학식 1과 같이 행렬의 형태로 구성된다.
상기 상태천이확률을 산출한 후, 상기 페이징 그룹 결정기는 507단계로 진행하여 상기 상태천이확률을 참조하여 시스템에서의 평균 안정상태확률을 산출한다. 다시 말해, 상기 수학식 5와 같이 모든 상태에 대한 안정상태확률이 1이 되도록 초기 설정을 한 후, 상기 상태천이확률을 반복 곱셈하여 안정된 값으로 수렴된 결과 값, 즉 안정상태확률을 산출한다.
상기 안정상태확률을 산출한 후, 상기 페이징 그룹 결정기는 509단계로 진행하여 상기 안정상태확률을 참조하여 하나의 페이징 그룹에 대한 단위 시간당 위치갱신 비용을 산출한다. 다시 말해, 상기 수학식 7 및 수학식 8 같은 계산을 통해 페이징 그룹 변경으로 인한 위치 갱신률(RLU , PG) 및 아이들 모드 타이머 종료로 인한 페이징 그룹 변경률(PLU , TU)을 획득하고, 상기 수학식 6과 같은 계산을 통해 상기 위치갱신 비용을 산출한다.
이후, 상기 페이징 그룹 결정기는 511단계로 진행하여 상기 501단계에서 확인한 파라미터들을 참조하여 하나의 페이징 그룹에 대한 단위 시간당 페이징 비용을 산출한다. 다시 말해, 상기 수학식 9와 같은 계산을 통해 상기 페이징 비용을 산출한다.
상기 페이징 비용을 산출한 후, 상기 페이징 그룹 결정기는 513단계로 진행하여 상기 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값의 모든 조합에 대해 시스템 비용, 즉, 상기 위치갱신 비용 및 페이징 비용을 산출하였는지 확인한다.
만일, 상기 모든 조합에 대해 상기 시스템 비용을 산출하지 않은 경우, 상기 페이징 그룹 결정기는 503단계로 되돌아가 새로운 조합에 대해 다시 본 절차를 수행한다.
반면, 상기 모든 조합에 대해 상기 시스템 비용을 산출한 경우, 상기 페이징 그룹 결정기는 515단계로 진행하여 상기 위치갱신 비용 및 페이징 비용의 합이 최소가 되는 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값을 선택하여 최적의 설정 값을 결정한 후, 본 절차를 종료한다.
상술한 구성 및 실시 예에 따라 광대역 무선통신 시스템에서 페이징 그룹 크 기 및 아이들 모드 타이머 값을 결정할 수 있다. 여기서, 상기 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값의 결정은 시스템 설계 과정에서 수행되며, 시스템 운용 중엔 고정된 값으로 사용된다.
하지만 만일, 시스템 운용중에 상기 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값이 조절 가능한 경우, 시스템 내에서 상기 표 2에 나타난 파라미터들을 측정할 수 있는 위치에 상술한 구성을 포함하여 상술한 절차에 의해 상기 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값을 결정할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 광대역 무선통신 시스템에서 시스템 비용을 고려하여 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값을 결정함으로써, 상기 페이징 및 위치갱신 비용을 최소화하는 설정 값을 획득할 수 있다.

Claims (14)

  1. 광대역 무선통신 시스템의 페이징 그룹(Paging Group) 크기 및 아이들 모드 타이머(Idle Mode Timer) 값을 설정하기 위한 장치에 있어서,
    페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값의 가능한 조합들을 순차적으로 출력하는 발생부와,
    상기 출력된 조합에 대한 페이징 비용을 계산하는 제 1 계산부와,
    이동 경로에 따라 단말의 상태가 토글(Toggle)되는 상태 천이도를 이용해서 상기 출력된 조합에 대한 위치갱신 비용을 계산하는 제 2 계산부와,
    상기 페이징 비용과 위치갱신 비용의 합이 최소가 되는 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값을 결정하는 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상태 천이도는, 다음과 같은 4 개의 상태들로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치,
    제 1 상태(i1), 제 2 상태(o1), 제 3 상태(i2) 및 제 4 상태(o2),
    여기서, 상기 i와 o의 토글은 단말이 동일 페이징 그룹 내에서 하나의 페이징 그룹에 속하는 기지국과 둘 이상의 페이징 그룹에 속하는 기지국 간을 이동할 때 발생되며, 상기 1과 2의 토글은 단말이 속한 페이징 그룹이 변화할 때 발생됨.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 계산부는, 하기 수학식 10을 이용하여 단위 시간당 페이징 비용을 계산하는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure 112006079597669-PAT00011
    여기서, 상기 λMT는 단말로부터의 호 발생률, 상기 γPG는 하나의 기지국에서의 1회 페이징 비용, 상기 NPG는 하나의 페이징 그룹에 포함된 기지국 수, 상기 NRE는 최대 페이징 횟수, 상기 PLOSS는 첫 번째 페이징 메시지의 유실율을 나타냄.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 계산부는,
    상기 상태 천이도를 이용해서 i 상태에서 j 상태로 천이될 확률을 모두 계산하여 행렬을 구성하는 상태천이확률 결정부와,
    상기 상태천이확률 결정부로부터의 행렬을 이용해서 각 상태에 대한 안정상태확률을 계산하는 안정산태확률 결정부와,
    상기 안정상태확률 결정부로부터의 안정상태확률 값들 및 상기 선택된 조합의 아이들 모드 타이머 값을 이용해서 단위 시간당 위치갱신 비용을 계산하는 위치갱신 비용 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 위치갱신 비용 산출부는,
    상기 안정상태확률 값들을 이용해서 페이징 그룹 크기에 따른 제 1 위치갱신 비용을 계산하고, 상기 아이들 모드 타이머 값에 따른 제 2 위치갱신 비용을 계산하며, 상기 제 1 위치갱신 비용 및 제 2 위치갱신 비용을 가산하여 상기 단위 시간당 위치갱신 비용을 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 위치갱신 비용은, 하기 수학식 11과 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure 112006079597669-PAT00012
    여기서, 상기 γLU는 하나의 기지국의 1회 위치갱신 비용, 상기 μHO는 핸드 오버 확률, 상기 πi는 상태 i에 대한 안정상태확률, 상기 Pi ,j는 단말의 상태가 i에서 j로 천이될 상태천이확률을 나타냄.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제 2 위치갱신 비용은, 하기 수학식 12와 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure 112006079597669-PAT00013
    여기서, 상기 γLU는 하나의 기지국의 1회 위치갱신 비용, 상기 λE는 단위 시간당 아이들 모드 타이머 리셋률(Reset Rate), 상기 XTU는 상기 아이들 모드 타이머가 리셋되는 동안 발생하는 타이머 종료 횟수의 랜덤 변수(Random Variable), 상기 TTU는 상기 아이들 모드 타이머가 리셋되지 않고 유지되는 시간의 랜덤 변수, 상기 T는 상기 아이들 모드 타이머 값을 나타냄.
  8. 광대역 무선통신 시스템의 페이징 그룹(Paging Group) 크기 및 아이들 모드 타이머(Idle Mode Timer) 값을 설정하기 위한 방법에 있어서,
    페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값의 가능한 모든 조합들에 대한 각각의 페이징 비용을 계산하는 과정과,
    이동 경로에 따라 단말의 상태가 토글(Toggle)되는 상태 천이도를 이용해서상기 조합들에 대한 각각의 위치갱신 비용을 계산하는 과정과,
    상기 페이징 비용과 위치갱신 비용의 합이 최소가 되는 페이징 그룹 크기 및 아이들 모드 타이머 값의 조합을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 상태 천이도는, 다음과 같은 4 개의 상태들로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법,
    제 1 상태(i1), 제 2 상태(o1), 제 3 상태(i2) 및 제 4 상태(o2),
    여기서, 상기 i와 o의 토글은 단말이 동일 페이징 그룹 내에서 하나의 페이징 그룹에 속하는 기지국과 둘 이상의 페이징 그룹에 속하는 기지국 간을 이동할 때 발생되며, 상기 1과 2의 토글은 단말이 속한 페이징 그룹이 변화할 때 발생됨.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 단위 시간당 페이징 비용은, 하기 수학식 13을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure 112006079597669-PAT00014
    여기서, 상기 λMT는 단말로부터의 호 발생률, 상기 γPG는 하나의 기지국의 1회 페이징 비용, 상기 NPG는 하나의 페이징 그룹에 포함된 기지국 수, 상기 NRE는 최대 페이징 횟수, 상기 PLOSS는 첫 번째 페이징 메시지의 유실율을 나타냄.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 위치갱신 비용을 계산하는 과정은,
    상기 상태 천이도를 이용해서 i 상태에서 j 상태로 천이될 확률을 모두 계산하여 행렬을 구성하는 과정과,
    상기 행렬을 이용해서 각 상태에 대한 안정상태확률을 계산하는 과정과,
    상기 안정상태확률 및 상기 선택된 조합의 아이들 모드 타이머 값을 이용해서 단위 시간당 위치갱신 비용을 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 위치갱신 비용을 계산하는 과정은,
    상기 안정상태확률 값들을 이용해서 페이징 그룹 크기에 따른 제 1 위치갱신 비용을 계산하는 과정과,
    상기 아이들 모드 타이머 값에 따른 제 2 위치갱신 비용을 계산하는 과정과,
    상기 제 1 위치갱신 비용 및 제 2 위치갱신 비용을 가산하여 상기 단위 시간당 위치갱신 비용을 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 위치갱신 비용은, 하기 수학식 14과 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 방법,
    Figure 112006079597669-PAT00015
    여기서, 상기 γLU는 하나의 기지국의 1회 위치갱신 비용, 상기 μHO는 핸드오버 확률, 상기 πi는 상태 i에 대한 안정상태확률, 상기 Pi ,j는 단말의 상태가 i에서 j로 천이될 상태천이확률을 나타냄.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 제 2 위치갱신 비용은, 하기 수학식 15와 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 방법,
    Figure 112006079597669-PAT00016
    여기서, 상기 γLU는 하나의 기지국의 1회 위치갱신 비용, 상기 λE는 단위 시간당 아이들 모드 타이머 리셋률(Reset Rate), 상기 XTU는 상기 아이들 모드 타이머가 리셋되는 동안 발생하는 타이머 종료 횟수의 랜덤 변수(Random Variable), 상기 TTU는 상기 아이들 모드 타이머가 리셋되지 않고 유지되는 시간의 랜덤 변수, 상기 T는 상기 아이들 모드 타이머 값을 나타냄.
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