KR20080051055A - 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법 - Google Patents

교차계층 기반 핸드오버 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법에 관한 것으로, 하드 핸드오버를 사용하는 이동통신 시스템에서 교차계층 기술과 이동성 예측 기술을 이용하여 신속하고 신뢰성 있는 핸드오버의 결정, 핸드오버로 인한 데이터 중단 시간의 최소화, 데이터 손실이 없는 핸드오버, 데이터 재전송이나 재정렬이 최소화된 핸드오버를 제공함으로써, 이동통신 시스템의 핸드오버 성능을 최적화하기 위한, 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은, 핸드오버 처리 방법에 있어서, 신호의 세기 및 라우트 추정 기반으로 소정 개수의 인접 셀들을 핸드오버 후보군으로 관리하는 핸드오버 후보군 관리단계; 보고 이벤트(reporting event)에 따라 상기 핸드오버 후보군을 담은 측정 보고 메시지를 소스 기지국으로 전송하는 측정 보고단계; 및 상기 소스 기지국으로부터의 핸드오버 명령 메시지에 따라 핸드오버를 수행하는 핸드오버 수행단계를 포함한다.
교차계층, 핸드오버 예측/결정/조정/최적화, 보고 이벤트, eNB, 3G LTE

Description

교차계층 기반 핸드오버 처리 방법{Managing method for handover based on CrossLayer}
본 발명은 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하드 핸드오버를 사용하는 이동통신 시스템에서 교차계층 기술을 이용하여 신속하고 신뢰성 있는 핸드오버의 결정, 핸드오버로 인한 데이터 중단 시간의 최소화, 데이터 손실이 없는 핸드오버, 데이터 재전송이나 재정렬이 최소화된 핸드오버를 제공함으로써, 이동통신 시스템의 핸드오버 성능을 최적화하기 위한, 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법에 관한 것이다.
이하의 본 발명에 따른 일실시예에서는 이동통신 시스템의 일예로 3G(3rd Generation) LTE(Long-Term Evolution) 시스템을 예로 들어 교차계층 기반 이동성 관리 기법을 이용하여 신속하고 손실 없는 핸드오버를 제공하는 방법을 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님을 미리 밝혀둔다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호 : 2005-S-404-22, 과제명 : 3G Evolution 액세스 기술 개발].
3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 3G 이동통신 시스템이 4G 시스템으로 가기 위한 중간 단계의 장기 진화 대상 시스템으로 표준화하는 3G LTE(Long-Term Evolution) 시스템은 효율적인 이동성 지원 기술을 필요로 한다.
3GPP는 2007년 중반에 LTE 시스템에 대한 표준 규격을 마무리하고, 2009년과 2010년 사이에 상용화를 목표로 하고 있다. 현재 표준 규격을 정하기 위하여 '3GPP TSG RAN' 회의가 진행되고 있는데, 시스템의 프로토콜 구조 및 주요 기능들에 대한 정의는 이루어졌지만, 아직도 많은 부분이 결정되지 않고 3G 시스템 기술을 토대로 토의 중에 있다.
한편, 교차계층 기술은 무선 네트워크 환경에서의 성능 향상을 위해 도입된 표준 계층 기반 통신 구조에서 벗어난 프로토콜 설계 기법으로 프로토콜 계층 간의 연관성을 능동적으로 활용한다.
이러한 교차계층 기술은 무선 네트워크에서 전력 소비 감소, 통신 성능 최적화 등의 다양한 목적으로 사용되고 있지만, 이동통신 시스템에서의 핸드오버 기술, 특히 3G 및 3G LTE 시스템에서의 핸드오버 기술에는 아직 본격적으로 도입되지 않고 있다.
따라서 현재 이동통신 시스템 구조에서 신속하고 손실 없는 최적의 핸드오버를 지원하기 위한 교차계층 기반 핸드오버 알고리즘이 요구되고 있으며, 이러한 요구에 부응하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.
본 발명은, 하드 핸드오버를 사용하는 이동통신 시스템에서 교차계층 기술과 이동성 예측 기술을 이용하여 신속하고 신뢰성 있는 핸드오버의 결정, 핸드오버로 인한 데이터 중단 시간의 최소화, 데이터 손실이 없는 핸드오버, 데이터 재전송이나 재정렬이 최소화된 핸드오버를 제공함으로써, 이동통신 시스템의 핸드오버 성능을 최적화하기 위한, 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 핸드오버 처리 방법에 있어서, 신호의 세기 및 라우트 추정 기반으로 소정 개수의 인접 셀들을 핸드오버 후보군으로 관리하는 핸드오버 후보군 관리단계; 보고 이벤트(reporting event)에 따라 상기 핸드오버 후보군을 담은 측정 보고 메시지를 소스 기지국으로 전송하는 측정 보고단계; 및 상기 소스 기지국으로부터의 핸드오버 명령 메시지에 따라 핸드오버를 수행하는 핸드오버 수행단계를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은, 핸드오버 처리 방법에 있어서, 소스 기지국이 단말로부터의 핸드오버 후보군과 자신이 관리하는 잠재적 후보군을 이용하여 핸드오버 셀을 예측하는 핸드오버 셀 예측단계; 상기 예측된 핸드오버 셀 내의 대상 기지국으로부터의 핸드오버 승인에 따라 상기 소스 기지국이 핸드오버를 결정하는 핸드오버 결정단계; 상기 소스 기지국이 상기 단말로 핸드오버 명령을 전송하는 핸드오버 명령단계; 및 상기 대상 기지국이 게이트웨이와의 시간 정합값을 계산하여 상기 게이트웨이로 전송하고, 상기 단말로 다운링크 패킷을 전송한 후 핸드오버를 완료하는 핸드오버 완료단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명은, 하드 핸드오버를 사용하는 이동통신 시스템에서 교차계층 기술과 이동성 예측 기술을 이용하여 신속하고 신뢰성 있는 핸드오버의 결정, 핸드오버로 인한 데이터 중단 시간의 최소화, 데이터 손실이 없는 핸드오버, 데이터 재전송이나 재정렬 등이 최소화된 핸드오버를 제공함으로써, 이동통신 시스템의 핸드오버 성능을 최적화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 3G LTE 시스템의 성공적인 개발과 발전에 기여할 것으로 기대되며, 향후 4G 시스템의 핸드오버 및 이종망 간의 핸드오버 등에도 적용할 수 있는 효과가 있다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
전술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에서는 이동통신 시스템의 일예로 3G LTE(Long Term Evolution) 시스템을 예로 들며, 3G LTE 시스템의 eNB(evolved Node B)를 중심으로 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 eNB의 교차계층 기반 프로토콜 스택 구조 및 연결 관계를 나타내는 일예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 교차계층은 eNB(evolved Node B) SCL(Signalling and Controlling Layer)의 XLME(Cross-Layer Mobility Engine) 및 하위계층 프로토콜과의 인터페이스로 이루어진다.
XLME는 핸드오버 예측 및 결정 알고리즘과 핸드오버 조정 및 최적화 알고리즘을 포함하는 교차계층 이동성 관리 알고리즘을 수행한다.
LTE eNB SCL(Signalling and Controlling Layer)은 RRC(Radio Resource Control), RANAP(Radio Access Network Application Protocol), RNSAP(Radio Network Subsystem Application Part)가 가지는 교차계층 기반 인터페이스 기능을 통해 하위 계층 프로토콜 정보를 관찰하고 동작을 조정하는 역할을 수행한다.
따라서 본 발명은 별도의 새로운 인터페이스를 정의할 필요가 없이 기존의 인터페이스를 이용하여 구현할 수 있는 장점을 갖는다.
도 2 는 본 발명이 적용되는 eNB SCL의 이동성 관리 엔진인 XLME 모듈의 내부 구조를 나타내는 일예시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, XLME 모듈은 XL(Cross-Layer) MM(Mobility Management) 알고리즘과 지식 데이터베이스(KDB : Knowledge DataBase)를 포함한다.
여기서, XL MM 알고리즘은 핸드오버(Handover) 예측 및 결정(Prediction/Decision) 과정, 핸드오버 조정 및 최적화(Coordination/ Optimization) 과정을 포함한다.
핸드오버 예측 및 결정 과정에서, UE(User equipment)는 소스 eNB가 핸드오버 대상 셀을 예측할 수 있도록 이동방향 정보를 줄 수 있는 새로운 통보 이벤트(Reporting Event)를 사용하고, 소스 eNB는 UE로부터의 측정 통보(Measurement Report)를 이용하여 핸드오버 대상 셀을 예측 및 결정한다.
이때, 소스 eNB는 핸드오버 결정 이전에 대상 eNB로의 자원 확인을 통해 핸드오버 실패 확률을 낮추며, 핸드오버 결정 후에는 UE와 대상 eNB 사이의 동기 화(Pre-synchronization)를 통해 UE의 핸드오버 중단 시간을 최소화한다.
핸드오버 조정 및 최적화 과정에서, 소스 eNB의 핸드오버 명령(HO Command) 메시지의 전송 타이밍 최적화를 통해 DL(Down Link) CBR(Constant Bit-Rate) 트래픽에서 UE의 핸드오버 중단 시간을 최소화하며, 끊김 없는 ARQ 진행(Seamless ARQ Continuation)을 통해 핸드오버 시 패킷 재전송을 최소화하고, aGW(access GateWay)에서 경로 스위칭(path switching) 시 "IU-UP+"의 DL 데이터 전송 타이밍을 최적화함으로써, 대상 eNB의 DL 패킷 혼란(packet disorder)을 방지한다.
도 3 은 본 발명에 따른 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, XL MM 알고리즘을 이용한 LTE 시스템의 핸드오버 프로시저를 나타낸다.
먼저, UE(User equipment)(31)는 3G LTE 시스템을 위해 조정되고, 핸드오버 대상 셀 예측을 위해 추가된 측정(measurement) 및 보고 이벤트(reporting event)에 따라 측정 보고(Measurement Report) 메시지를 소스 eNB(32)로 전송한다(301).
즉, UE(31)는 보고 이벤트가 발생함에 따라 핸드오버 대상 셀 예측에 이용되는 정보(핸드오버 후보)를 담은 측정 보고 메시지를 소스 eNB(32)로 전송한다. 여기서, 핸드오버 후보 생성 과정, 상기 핸드오버 후보 관리 과정, 및 보고 이벤트 발생 조건에 대한 상세 설명은 하기의 "UE(31)에서의 측정(measurement) 및 측정 보고(measurement reporting) 과정"에서 구체적으로 설명하기로 한다.
그러면, 소스 eNB(32)는 UE(31)로부터 전송받은 측정 보고 메시지를 바탕으 로 핸드오버 예측 알고리즘을 통해 최적의 핸드오버 셀 예측을 수행한다(302).
즉, 소스 eNB(32)는 전송받은 측정 보고 메시지에 삽입되어 있는 핸드오버 후보를 이용하여 최적의 핸드오버 셀을 예측한다.
이후, 핸드오버를 실행하기 전에 미리 대상 eNB(33)에서의 핸드오버 수용 가능 여부를 확인하기 위하여, 대상 eNB(33)로 핸드오버 수용 여부 확인(HO Pre-Request) 메시지를 전송한다(303). 이때, 핸드오버 수용 여부 확인 메시지는 UE(31)에게 필요한 리소스 정보를 포함한다.
그러면, 대상 eNB(33)는 자신의 리소스 정보를 담은 핸드오버 가능(HO Pre-Confirm) 메시지 또는 핸드오버 불가(HO Pre-Reject) 메시지를 소스 eNB(32)로 전송한다(304). 이때, 소스 eNB(32)가 핸드오버 불가 메시지를 수신하면 핸드오버 예측 알고리즘을 통해 상기 대상 eNB(33)에 상응하는 셀을 제외한 최적 핸드오버 셀을 예측한다.
추후, 최종 핸드오버 실행 시, 상기 "303" 및 "304" 과정을 통해 대상 eNB(33)의 핸드오버 수용 거부에 따른 핸드오버 지연을 미연에 방지할 수 있다.
이후, 소스 eNB(32)가 핸드오버 가능 메시지를 수신하면 핸드오버를 최종적으로 결정한다(305). 이때, 최적의 핸드오버 셀이 예측된 상태이므로, UE(31)의 보고 이벤트 파라미터 조정을 통해 핸드오버 결정 시점을 보다 앞당길 수 있어 빠른 핸드오버가 가능하다.
이후, 소스 eNB(32)는 대상 eNB(33)로 'UE(31)의 RAN 컨텍스트(Context)' 등 과 같은 핸드오버를 위한 컨텍스트 데이터(Context Data) 메시지를 전송한다(306). 이때, 소스 eNB(32)는 동기화(pre-synchronization)를 위해 'UE 컨텍스트(Context)' 정보를 함께 대상 eNB(33)로 전송한다.
이후, 대상 eNB(33)는 컨텍스트 데이터 메시지를 받으면 이를 저장하고, 새로운 이동국식별지시자(C-RNTI: Cell-Radio Network Temporary Identity) 값을 예약한다(307).
또한, 대상 eNB(33)는 자신과 UE(31) 사이에 UL(UpLink) 무선채널의 품질 정보와 시간 선행(TA: Timing Advance)을 평가하여 핸드오버 최종 수락 여부를 결정하고, 소스 eNB(32)로 핸드오버를 위한 컨텍스트 승인(Context Confirm) 메시지를 전송한다(308). 이때, 대상 eNB(33)는 이미 사전 승인(Pre-Confirm)을 받았으므로 핸드오버 승인이 실패할 가능성은 매우 희박하다.
여기서, 컨텍스트 승인 메시지는 새로운 C-RNTI(Cell-Radio Network Temporary Identity) 값, UE(31)와 대상 eNB(33) 간 UL(Up Link) 무선채널의 품질 정보, TA(Timing Advance) 값과 함께 UL(Up Link) 및 DL(Down Link) 자원 정보를 포함한다.
이후, 소스 eNB(32)가 대상 eNB(33)로부터 컨텍스트 승인 메시지를 받으면, UE(31)의 빠른 동기화(synchronization)를 위해 핸드오버 명령(HO Command) 메시지를 UE(31)로 전송하기 전에, 먼저 DL 사용자 데이터의 전송을 중지시키고 버퍼에 버퍼링한다(309).
그리고 소스 eNB(32)는 핸드오버 명령 메시지의 전송 타이밍을 최적으로 조정한다(310). 즉, 교차계층 기술을 통해 CP(Control Plane)와 UP(User Plane)의 메시지 전송 타이밍을 상호 간에 최적으로 조정한다. 이때, 전송 타이밍 조정 과정은 하기의 "DL CBR 데이터의 전송 최적화를 위한 CP-UP 조정 과정"을 통해 상세히 설명하기로 한다.
이후, 소스 eNB(32)는 상기 조정한 최적의 타이밍에 맞춰 핸드오버 명령 메시지를 UE(31)로 전송한다(311). 이때, 핸드오버 명령 메시지는 상기 컨텍스트 승인 메시지에 포함되어 있는 정보들을 포함한다.
이후, UE(31)는 핸드오버 명령 메시지를 수신하면 UL 사용자 데이터의 전송을 중지시키고 UE(31)의 버퍼에 버퍼링한다(312). 이때, UL 및 DL 사용자 데이터의 전송이 모두 중지되었으므로, UE(31)는 이전 셀(소스 eNB(32))에서 분리(Detach)하고, 상기 수신한 핸드오버 명령 메시지에 삽입되어 있는 정보를 이용하여 새로운 셀(대상 eNB(33))로의 동기화를 수행한다.
그리고 UE(31)는 끊김 없는 ARQ 진행(Seamless ARQ Continuation)을 위해 핸드오버 인터럽트(HO interruption) 시간 동안 모든 ARQ 타이머를 임시 정지시킨다(313).
이후, 소스 eNB(32)는 전송한 핸드오버 명령 메시지에 대한 ACK 또는 데이터를 포함한 피기백된 ACK(piggybacked ACK)를 전송받아 처리한 후, 끊김 없는 ARQ 진행(Seamless ARQ Continuation)을 위해 ARQ(Automatic Repeat reQuest)에 관련된 제반 정보를 대상 eNB(33)로 전송한다(314).
그러면, 대상 eNB(33)는 소스 eNB(32)로부터 ARQ 정보를 받으면 그 정보에 따라 ARQ를 설정하고, 모든 ARQ 타이머를 정지시킨다(315).
이후, 소스 eNB(32)는 버퍼에 저장한 UL/DL 패킷 및 현재 전송받은 UL/DL 패킷을 모두 대상 eNB(33)로 전송한다(316).
그러면, 대상 eNB(33)는 소스 eNB(32)로부터 전송되는 UL/DL 패킷을 버퍼에 저장시킨다(317).
이후, 대상 eNB(33)는 경로 스위칭(path switch) 후에 aGW(34)로부터 전송되는 패킷으로 인해 발생하는 DL 패킷의 재정렬을 최소화하기 위해, 경로 스위칭 시에 IU-UP+의 시간 정합(TA : Time Alignment)을 최적값으로 설정한다(318).
즉, 대상 eNB(33)는 aGW(34)와 소스 eNB(32) 사이의 데이터 전송 타이밍 정보, 소스 eNB(32)와 대상 eNB(33) 사이의 데이터 전송 타이밍 정보를 바탕으로 aGW(34)와의 시간 정합(TA :Time Alignment) 값을 계산한다.
한편, UE(31)는 동기화가 완료되면 데이터 전송이 가능하므로, 정지된 ARQ 타이머들을 재개시키고 별도의 핸드오버 확인(HO Confirm) 메시지 없이 바로 UL 피기패킷된(piggypacketed) 패킷을 대상 eNB(33)로 전송한다(319). 이때, UL 패킷은 실제적으로 핸드오버 명령 메시지의 기능을 수행한다.
이후, 대상 eNB(33)는 UE(31)로부터 패킷을 수신하면, 역시 정지시킨 ARQ 타 이머들을 재개시키고, UE(31)로 ACK와 버퍼링된 DL 피기패킷된(piggypacketed) 패킷들을 전송한다(320).
그리고 대상 eNB(33)는 소스 eNB(32)로 핸드오버 완료(HO Completed) 메시지를 전송한다(321).
그러면, 소스 eNB(32)는 UE(31)와의 데이터 전송에 사용되었던 자원을 해제하여 자원의 효율성을 높인다(322). 이때, DL 버퍼에 들어있는 패킷들과 aGW(34)로부터 전송되는 패킷들이 남아 있으면 대상 eNB(33)로 계속 전달한다. 또한, aGW(34)의 경로 스위칭 시간보다 충분히 큰 시간 값의 타이머를 이용한다면, aGW(34)로부터의 별도의 메시지 없이도 버퍼링된 패킷들을 안전하게 대상 eNB(33)로 모두 전송할 수 있다.
이후, 대상 eNB(33)는 MME(Mobility Management Entity)/UPE(User Plane Entity)를 갖는 aGW(34)로 경로 스위칭을 위한 UE 업데이트 메시지를 전송한다(323). 이때, UE 업데이트 메시지는 최적 타이밍의 경로 스위칭을 위한 시간 ㅈ정합(TA) 정보를 포함한다.
이후, aGW(34)는 UE 업데이트 메시지를 받으면, 소스 eNB(32)로부터 대상 eNB(33)로의 경로 스위칭을 수행한다(324).
이때, aGW(34)의 IU-UP+에는 TA(Time Alignment) 정보가 전해지고, 해당 시간 동안 대상 eNB(33)로의 DL 데이터 전송이 늦추어지므로, aGW(34)가 소스 eNB(32)로 전송한 마지막 패킷보다, 경로 스위칭에 의해 aGW(34)로부터 대상 eNB(33)로 직접 전송되는 패킷이 더 늦게 대상 eNB(33)에 도착하게 되어, 패킷의 재정렬 문제의 발생을 최소화할 수 있다.
즉, 대상 eNB(33)는 소스 eNB(32)로부터의 마지막 패킷(aGW(34)가 소스 eNB(32)로 전송한 마지막 패킷)을 수신한 후에 aGW(34)로부터의 최초 패킷을 수신하여 패킷의 재정렬 과정을 수행하지 않아도 된다.
이후, aGW(34)는 대상 eNB(33)로 DL 데이터를 전송하고, 대상 eNB(33)는 전송받은 데이터를 UE(31)로 전송한다.
이하, UE(31)에서의 측정(measurement) 및 측정 보고(measurement reporting) 과정에 대해 좀 더 상세히 살펴보기로 한다.
UE(31)는 신호 세기에 의한 거리 정보를 사용한다.
즉, UE(31)는 현재 소속된 셀(cell)과 6개의 인접 셀(1-tier cell)로부터 CPICH(Common PIlot CHannel)의 신호 세기(Ec/No)를 모니터링한다. 이때, 일반적으로 사용되는 데시벨(dB) 단위의 Ec/No는 하기의 [수학식 1]과 같다.
Ec/No(dB) = 10 log10 (Prx / (Nif + Nbg ( rx )))
여기서, Prx는 수신 전력(RX power)을 의미하고, Nif는 간섭 잡음(interference noise)을 의미하며, Nbg ( rx )는 수신배경 잡음(RX background noise) 을 의미한다.
소스 eNB(32)에서 핸드오버 예측을 위해서는 각 인접 셀의 eNB와 UE(31) 사이의 거리 정보가 필요하므로, 데시벨(dB) 단위가 아닌 하기의 [수학식 2]와 같은 와트(W) 단위의 신호 세기를 사용한다.
Ec/No(W) = Prx / (Nif + Nbg ( rx ))
이때, Prx는 경로손실(path loss)에 반비례하고, 거리는 경로손실에 비례하므로, 하기의 [수학식 3]과 같이 가정한다.
Prx ∝ 1/Lp ∝ 1/d2
여기서, Lp는 경로손실(path loss)을 의미하며, d는 거리(distance)를 의미한다.
신호 세기에 의한 거리(dSS)를 하기의 [수학식 4]와 같이 정의한다.
dSS ≡ 1/(Ec/No(W))-1/2
또한, 핸드오버 예측 및 측정 보고(measurement reporting)에 사용되는 파라미터들을 하기와 같이 정의한다.
ㆍThact : 지정된 오류율(error rate) 이하로 통신이 가능한 Ec/No 값(W), 즉 (Ec/No(CPICH) ≥ Thact)이면 핸도오버가 가능함.
ㆍThalert : Thact - △s로 Ec/No = Thalert일 때 아직 핸드오버는 가능하지 않지만 계속 Ec/No가 증가할 경우 곧 핸드오버가 예상되는 지점.
ㆍtdur : 최적 후보군(Best candidate set) 결정에 사용되는 각 셀의 신호 세기(signal strength)에 대한 시간 평균(time average) 측정 간격.
한편, 핸드오버 예측에 이용되는 측정 보고(measurement report) 메시지의 전송 여부를 결정하는 보고 이벤트(reporting event)는 하기와 같다.
먼저, 핸드오버 예측을 위해 사용하는 핸드오버 대상 집합인 핸드오버 후보군을 정의한다.
핸드오버 후보군(HO Candidate Set(CHO))은, 핸드오버(HO) 대상이 되는 셀(cell)들의 순서집합(ordered set)으로서, 하기의 두 종류(CHO ( SS ), CHO ( RE ))를 포함한다.
첫째, 신호 세기를 기반으로 하는 CHO ( SS )는, 1-tier 셀 중 신호 세기의 평균(
Figure 112007080904068-PAT00001
)이 가장 큰 3개의 셀을 요소로 갖는다. 이때,
Figure 112007080904068-PAT00002
의 측정은 다중 경로 채널의 특성상 가지게 되는 짧은 시간에 급격한 신호의 변화를 가지게 되므로, 이에 대한 "MA filter"를 통과한 CPICH Ec/No(=fMA(Ec/No))를 취하게 된다.
둘째, 라우트 추정(Route Estimation)을 기반으로 하는 CHO ( RE )는, 1-tier 셀 중 신호 세기 평균의 차(
Figure 112007080904068-PAT00003
)가 가장 큰 셀이다. 이때,
Figure 112007080904068-PAT00004
의 측정은 거리정보(kㆍEc/No(W))-1/2에 대한 "MA filter" 적용한 fMA((kㆍEc/No(W))-1/2)를 취한다.
셋째, 잠재적 핸드오버 후보군(PHO)은 1-tier 셀 중 지정된 오류율 이하로 통신이 가능한
Figure 112007080904068-PAT00005
의 조건을 만족하는 핸드오버 가능 셀들의 순서집합으로 요소는 순서대로 {pHO -1, pHO -2, ...}로 지칭한다.
이러한 핸드오버 후보군은 다음과 같이 관리된다.
UE(31)는 모니터링하는 3개의 1-tier 셀에 대해 tdur의 시간 간격으로 시간 평균(
Figure 112007080904068-PAT00006
)을 계산하여,
Figure 112007080904068-PAT00007
의 값이 큰 순서대로 3개의 셀을 CHO (SS)로 관리한다.
또한, UE(31)는
Figure 112007080904068-PAT00008
를 계산하여 값이 큰 셀을 CHO ( RE )로 관리한다.
UE(31)의 측정 보고에 사용되는 보고 이벤트는 하기와 같다.
ㆍ이벤트 R1 : CHO ( SS )에 변화가 발생한 경우로서, CHO ( SS ) 및 각 요소의
Figure 112007080904068-PAT00009
값(dB)을 보고한다.
ㆍ이벤트 R2 : CHO ( RE )에 변화가 발생한 경우로서, CHO ( RE ) 및 각 요소의
Figure 112007080904068-PAT00010
값(dB)을 보고한다.
ㆍ이벤트 R3 : PHO의 변화가 발생한 경우로서, PHO 및 각 요소의
Figure 112007080904068-PAT00011
값(dB)을 보고한다.
ㆍ이벤트 R4 : 현재 셀의
Figure 112007080904068-PAT00012
값(dB)이 예측 임계값(Thpred)을 넘어서게 될 경우 그 사실을 보고한다.
ㆍ이벤트 1D' : 현재 최적의 셀보다 더 큰 측정값을 가지는 셀이 감지되는 시점에, 히스테리시스 마진 및 타임-투-트리거를 감안하지 않고(Thhys(Threshold hysterisis margin)=0, △=0), 즉시 발생하는 이벤트로서, 최적의 셀을 갱신하며, CHO(SS) 및 각 요소의
Figure 112007080904068-PAT00013
값(dB)을 보고한다.
부가적으로, UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) 보고에서 사용하는 이벤트 1D(best cell change)를 그대로 사용할 수도 있으며, 이때 임계치(Thhys)와 타임-투-트리거(time-to-trigger)(△t)는 UMTS와 동일하게 적용된다.
여기서, tdur와 △t는 △t > nㆍtdur의 관계가 성립되며, 이때 min(△t) = nㆍ tdur, max(tdur) =△t/n 이고, n의 값은 3~5 사이에서 결정된다. 또한, Thhys와 △t의 값은 eNB의 XL 알고리즘에 의해 조절된다.
이하, 소스 eNB(32)에서의 핸드오버 예측 및 결정 과정에 대해 좀 더 상세히 살펴보기로 한다.
소스 eNB(32)는 UE(31)로부터 측정 보고(Measurement Report) 메시지를 통해 핸드오버 후보 셀(HO Candidate Cell) 정보를 받으면 하기의 [핸드오버 예측 및 결정 알고리즘]을 통해 최적의 핸드오버 대상 셀(Best HO Candidate(bHO))을 결정한다. 이때, 예측은 최적의 핸드오버 대상 셀을 찾고 업데이트하는 과정을 의미하고, 그 업데이트 하는 과정에서 최적의 셀이 바뀌는 경우를 결정(decision)이라 한다.
[핸드오버 예측 및 결정 알고리즘]
Figure 112007080904068-PAT00014
도 4 는 본 발명에 따른 핸드오버 예측 및 결정 과정에 대한 일실시예 흐름도로서, 최적의 핸드오버 대상 셀이 결정되어 있는지의 여부에 따라 각 보고 이벤트(R1/R2/R3, 1D, 1D)에 따른 처리 과정을 나타낸다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 최적의 핸드오버 셀(bHO)이 결정되지 않은 상태에서 이벤트 Rn(R1, R2, R3)에 해당하는 측정 보고 메시지를 받으면, 'UpdatebHO' 알고리즘을 통해 최적의 핸드오버 셀을 결정한 후 핸드오버 준비작업을 수행한다(401).
반면, bHO가 결정되지 않은 상태에서 셀 경계에 도달해 이벤트 1D’를 받는 경우에는 핸드오버 관련 임계(threshold) 매개변수를 갱신한 후 다음 이벤트를 기다린다(402).
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, bHO가 결정된 상태에서는 이미 핸드오버 준비작업을 수행한 상태로 이벤트 1D’을 기다리게 된다.
그러나, UE(31)의 움직임에 따라 이벤트 1D’이전에 다른 이벤트 R1, R2, R3를 수신할 수 있고, 이 경우에도 'UpdatebHO' 알고리즘을 통해 bHO를 다시 갱신하는데, 이때 bHO를 결정할 수 없게 될 경우에는 핸드오버 준비 작업을 포기하고 bHO가 결정되지 않은 상태로 돌아가고, bHO가 변경된 경우에는 새로운 bHO로의 핸드오버 준비작업을 수행한다(403).
한편, bHO가 결정된 상태에서 이벤트 1D’을 수신하면, 역시 bHO를 다시 갱신하여 bHO가 변경된 경우에는 셀 경계에서 예측하기 어려운 움직임을 보이는 경우이므로, 핸드오버 과정의 시작을 이벤트 1D를 받을 때까지 늦추는 반면, bHO가 변경되지 않은 경우에는 대상 셀이 핸드오버가 가능한 신호세기를 출력하면 핸드오버 과정을 바로 수행하고, 핸드오버가 가능한 신호세기를 출력하지 못하면 역시 핸드오버 과정의 시작을 이벤트 1D를 받을 때까지 늦춘다(404).
한편, 핸드오버 과정이 수행되면 대상 셀에게 'UE Context' 정보를 제공하고 대상 셀로부터 새로운 UE C-RNTI, TA(Timing Advance), UL/DL 리소스 등을 얻게 되므로, 만약 핸드오버 예측이 잘못되어(false alarm) 빈번한 핸드오버가 일어나는 경우 자원의 낭비와 잦은 핸드오버에 의한 성능 저하의 문제가 생길 수 있다.
그러나, 예측 알고리즘이 이러한 'false alarm'을 완벽하게 방지할 수는 없으므로 'false alarm'이 발생할 경우, 이를 지식 DB(KDB)에 저장하고 이벤트 1D’에 의한 핸드오버 수행 이전에 UE(31)의 이동패턴이 이러한 'false alarm'에 해당하는지를 확인하는 과정을 수행한다. 이때, UE(31)의 이동패턴이 최근의 'false alarm'에 해당된 패턴과 유사할 경우 bHO를 포기하고 핸드오버 임계 매개변수를 최대로 하여 일반적인 핸드오버 과정을 수행한다.
또한, 이벤트 1D’에 의한 핸드오버 과정이 수행중인 동안에도 UE(31)로부터 소스 eNB로의 상향링크(UL) 전송이 중단되지 않았다면 계속적으로 측정 보고 메시지를 수신할 수 있다.
따라서, 소스 eNB(32)는 이벤트 1D’와 R1, R2, R3 수신 시, bHO를 갱신하여 bHO가 변경된 경우 'false alarm'으로 간주하고 UE(31)의 이동정보를 KDB에 저장한다. 여기서, 소스 eNB가 이벤트 1D를 수신하는 경우는 정상적인 경우로 핸드오버 예측이 성공한 경우를 의미한다.
도 5 는 본 발명에 따른 예측 알고리즘에서의 잘못된 예측(false alarm) 발생 상태를 나타내는 일예시도이다.
보통, 'false alarm'은 UE가 핸드오버 수행 후에 Thpred 영역 내에 진입하기 전에 다시 다른 셀로의 핸드오버를 수행하게 될 경우에 발생한다. 여기서, Case 2, 3이 'false alarm'에 해당하는 경우이고, Case 1은 Thpred 영역 내에 진입 후 다시 핸드오버가 발생하였으므로 'false alarm'이 아닌 경우이다.
Case 4는 두 셀의 경계를 넘나드는 'ping-pong'인 경우로, 아직 'false alarm'이 발생하지 않았으나 이대로 다른 셀로 진입하게 될 경우 'flase alarm'인 경우이다. 그러나 일정시간 이상 이 영역에서 대기하게 될 경우에는 'flase alarm'이 발생되지 않을 수도 있다.
이러한 문제를 완화시키기 위해 UE(31)가 이러한 예측 불가능한 패턴을 보여 알고리즘이 잘못된 예측(false alarm)을 한 경우에 대해 이 정보를 DB화하고 UE가 DB에 저장된 것과 유사한 이동 패턴을 보이는 경우, 예측 알고리즘이 아닌 핸드오버 임계치(HO threshold)의 조절만을 통해 불필요한 핸드오버가 최소화되도록 한다.
도 6 은 본 발명에 따른 두 가지 유형을 가지는 KDB 구조에 대한 일예시도로서, (a)는 Road-based 이동 패턴을 나타내고, (b)는 각 사용자의 UE ID와 시간 정보를 가지고 있는 time-based 이동패턴을 나타낸다.
KDB의 정보는 eNB에서 관리하게 되는데 만일 이동 중인 UE가 'false alarm'의 상황이 발생하여 핸드오버 예측에 실패하면 이에 대한 기록을 KDB에 기록하거나 갱신하게 된다.
핸드오버 준비기간 동안 대상 eNB(33)가 소스 eNB(32)로부터 핸드오버 'preparation request'를 받으면, 먼저 대상 eNB(33)는 해당 요청정보를 KDB 요소에 기록되어 있는 정보와 비교한다. 만일, 보내진 정보가 KDB에 기록된 요소와 일치하면 해당 요청을 거부하고 ‘Cellnext’에 기록된 셀을 핸드오버 셀로 추천한다. 그 후 소스 eNB(32)는 추천된 셀로 핸드오버 'preparation request'를 다시 보내거나 또는 핸드오버 준비단계를 그만두고 일반적인 절차를 따라 핸드오버를 진행한다.
이하, 소스 eNB(32)에서의 핸드오버 조정(coordination) 및 최적화(optimization) 알고리즘에 대해 좀 더 상세히 살펴보기로 한다.
핸드오버 조정 및 최적화 알고리즘은 핸드오버 수행 시 데이터 전송 중단 시간(interruption time) 최소화, 무손실(lossless) 핸드오버, 패킷(packet) 중복(duplication) 및 재정렬(reordering) 최소화 등을 위해, 제어 메시지 및 사용자 데이터의 전송 타이밍 조정, 하위 계층 프로토콜 조정 등의 최적화를 교차계층 기술을 통해 수행한다.
즉, 핸드오버 조정 및 최적화 알고리즘은 DL(Down Link) CBR(Constant Bit Rate) 데이터 전송 최적화를 위한 CP-UP(Control Plane - User Plane) 조정, 끊김 없는 ARQ 진행(Seamless ARQ Continuation), 최적 경로 스위칭(Path Switching)을 위한 'IU-UP+ TA' 조정의 세 가지 조정 및 최적화를 수행한다.
먼저, DL CBR 데이터의 전송 최적화를 위한 CP-UP 조정 과정에 대해 살펴보기로 한다.
3G LTE 시스템은 하드(Hard) 핸드오버를 사용하므로, 핸드오버에 의해 데이터 전송 중단(이하, "핸드오버 중단"이라 함)이 발생하기 때문에 이를 최소화하는 것은 LTE 핸드오버 기술에서 중요한 부분이다.
DL 데이터 전송의 경우 소스 eNB(32)에서 핸드오버 명령(HO Command) 메시지와 함께 전송을 제어할 수 있으며, CBR 데이터 전송의 경우 내부 패킷 타임(inter-packet time)의 예측이 가능하므로, CP와 UP의 조정을 통한 핸드오버 명령 메시지의 전송 타이밍 제어로 핸드오버 중단 시간을 최소화할 수 있다.
도 7 는 DL 패킷 전송 직후에 핸드오버 명령 메시지를 전송한 경우를 나타내고, 도 8 은 DL 패킷 전송 직전에 핸드오버 명령 메시지를 전송한 경우를 나타낸다.
도 7 및 도 8은 통해, 핸드오버 명령 메시지를 전송한 후 DL 데이터의 전송이 중지되므로, DL 패킷을 전송한 이후 핸드오버 명령 메시지를 보내는 시점이 길어질수록, UE(31)에서 수신하는 패킷의 내부 패킷 타임(inter-packet time)이 길어지는 것을 알 수 있다.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, DL 패킷을 보낸 직후에 핸드오버 명령 메시지를 보낸다면, 핸드오버 명령 메시지의 전송 타이밍에 따른 핸드오버 중단 시간을 최소화할 수 있다.
여기서, VBR(Variable Bit Rate) 트래픽이나 비스티(bursty) 트래픽의 경우, DL 패킷의 내부 패킷 타임(inter-packet time)을 예측하기 어렵기 때문에, CBR(Constant Bit Rate) 트래픽에 더욱 바람직하다.
한편, 소스 eNB(32)가 DL 데이터를 보낸 직후에 핸드오버 명령 메시지를 전송하기 위해서, CP(Control Plane)의 RRC+(Radio Resource Control+) 프로토콜에서 UP(User Plane)의 RLC(Radio Link Control) 프로토콜의 사용자 데이터 전송 시점을 알 수 있도록 교차계층 인터페이스를 사용하여 하기의 절차에 따라 핸드오버 명령 메시지를 보내는 시점을 결정한다.
먼저, 소스 eNB(32)에서 핸드오버 예측 및 결정 알고리즘을 통해 핸드오버를 최종 결정하고, 대상 eNB(33)로 컨텍스트 데이터(Context Data) 메시지를 보낸다.
이때, 소스 eNB(32)의 RRC+는 RLC에게 하향링크 체크 요구(DL Check Request) 메시지를 보낸다.
그리고 소스 eNB(32)의 RLC가 RRC+로부터 하향링크 체크 요구 메시지를 받으면, UP(User Plane) 메시지를 전송할 때마다 하향링크 체크 응답(DL Check Response) 메시지를 RRC+에게 전송한다.
이후, 소스 eNB(32)의 RRC+에서는 대상 eNB(33)로부터 컨텍스트 승인(Context Confirm) 메시지를 받고 핸드오버 명령 메시지를 보낼 준비가 되면, RLC로부터 하향링크 체크 응답 메시지를 기다린다. 이때, CBR 트래픽의 내부 패킷 타임(inter-packet time)을 tCBR이라 하면 최대 대기 시간은 2tCBR가 된다.
이후, 소스 eNB(32)의 RRC+가 RLC로부터 2tCBR의 시간 내에 하향링크 체크 응답 메시지를 받거나, 하향링크 체크 응답 메시지를 받지 못하고 2tCBR의 시간이 경과하면 즉시 UE(31)에게 핸드오버 명령 메시지를 전송한다.
다음으로, 끊김 없는 ARQ 진행(Seamless ARQ Continuation) 과정에 대해 살펴보기로 한다.
3G LTE 시스템에서 핸드오버 시 데이터 전송이 중단되면, RLC 프로토콜에서 AM(Acknowledged Mode)으로 이미 전송한 데이터에 대해 아직 응답(ACK)을 받지 못하는 경우가 발생하므로, 핸드오버 후에 상기 데이터를 다시 전송해야 한다. 이때, 재전송으로 인한 자원의 낭비, 데이터 전송 재개 시간의 지연 등의 문제가 발생하게 된다.
끊김 없는 ARQ 진행(Seamless ARQ Continuation)은 RLC ARQ 프로토콜이 핸드오버에 의해 초기화되거나 영향을 받아 발생하는 재전송 및 시간지연 등의 문제를 최소화하여 핸드오버가 진행되더라도 UE(31)에서 핸드오버에 의한 데이터 전송 중단 시간 이외에는 다른 영향을 받지 않도록 교차계층 기술을 통해 최적화하는 기술이다.
DL(Down Link) 데이터 전송과 UL(Up Link) 데이터 전송에서 끊김 없는 ARQ 진행(Seamless ARQ Continuation) 과정은 다음과 같이 수행된다.
도 9 는 본 발명에 따른 DL 데이터 전송에서의 끊김 없는 ARQ 진행(Seamless ARQ Continuation) 과정에 대한 일예시도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 소스 eNB(32)는 대상 eNB(33)로부터 컨텍스트 승인 메시지를 받으면, 데이터 전송 최적화를 위한 CP-UP 조정(CBR 데이터의 경우)에 따라 PDU(Packet Data Unit) 전송 직후 핸드오버 명령 메시지를 보내고, DL 데이터 전송을 중지시킨다.
이때, RLC의 버퍼에는 다음과 같은 패킷들이 존재한다.
- 아직 응답(ACK)을 받지 못한 PDU
- 아직 완전히 ACK되지 않은 SDU(Service Data Unit)
- 아직 보내지지 않은 PDU
이후에도 aGW(access GateWay)로부터 소스 eNB(32)로 계속해서 해당 DL 데이터는 전송된다. 이때, SDU도 RLC의 버퍼에 존재하게 된다.
즉, 소스 eNB(32)의 RRC+는 핸드오버 명령 메시지를 보낸 후 교차계층 인터페이스를 통해 RLC에게 ARQ 포워드 요구(ARQ forward request) 메시지를 보내면, RLC는 DL 데이터의 전송을 중지하고, UE(31)로부터 핸드오버 명령 이전에 전송한 데이터에 대한 ACK 메시지를 받기 위하여, tpmax(UE - 소스 eNB(32) 간 최대 전파 시간) 동안의 지연시간 후에 ARQ(Automatic Repeat reQuest)의 각 타이머(timer)를 정지(pending)시키고, 각 타이머의 남은 시간 값을 포함하여 ARQ에 사용되는 모든 관리 및 제어 변수 값을 ARQ 정보(Infomation) 메시지(DL과 UL의 모든 정보 포함)를 통해 대상 eNB(33)의 RLC로 전송한다.
그리고 소스 eNB(32)의 RRC+는 현재 버퍼에 들어있는 모든 PDU와 SDU를 대상 eNB(33)의 RLC로 전송한다.
이후, 대상 eNB(33)의 RLC는 소스 eNB(32)로부터 ARQ 정보(Information) 메시지를 받으면, RRC+로 ARQ 전달 지시(forward indicate)를 보내고 자신의 ARQ 상태를 전송받은 ARQ 정보대로 설정한다. 이때, ARQ의 각 타이머들은 정지 상태를 유지한다.
UE(31)는 핸드오버 명령 메시지를 받으면 UL 패킷의 전송을 중지하고 ARQ 타이머들을 정지시킨다. 이후, 핸드오버를 위한 동기화(synchronization) 과정을 수행하고, 대상 eNB(33)에게 데이터를 전송할 준비가 완료되면 ARQ 타이머들을 재개시키고 다음 UL 패킷을 전송한다. 이때, DL 패킷에 대한 ACK가 피기백(piggybacking)으로 UL 패킷에 함께 보내어진다.
대상 eNB(33)는 Ue(31)로부터 패킷을 수신하면 ARQ 타이머를 재개시켜 다음 DL 패킷을 정상적인 ARQ 기법에 따라 전송한다.
이러한 과정을 통해, 핸드오버에 의한 DL 데이터의 재전송은 발생하지 않는다.
도 10 은 본 발명에 따른 UL 데이터 전송에서의 끊김 없는 ARQ 진행(Seamless ARQ Continuation) 과정에 대한 일예시도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 소스 eNB(32)는 정상적으로 ACK된 SDU를 aGW(34)로 전송한다.
핸드오버 시, 핸드오버 명령 메시지를 UE(31)에게 보낸 후에도 tpmax 이내에서는 UE(31)로부터 패킷을 수신할 수 있다. 이렇게 수신한 패킷이 오류가 없다면 해당 SDU는 aGW(34)로 전송될 수 있다. RLC 프로토콜이 AM(Acknowledged Mode)으로 동작할 경우 수신 패킷에 대해 ACK를 보내야 하지만, 소스 eNB(32)는 이미 DL 데이터 전송이 중지되었으므로 ACK 전송은 불가능하다.
핸드오버 명령 메시지를 UE(31)에게 보내고, tpmax 시간이 지난 후 DL 데이터의 경우와 동일하게 ARQ의 각 타이머를 정지(pending)시키고, ARQ 정보를 ARQ 정보 메시지에 담아 대상 eNB(33)의 RLC로 전송한 후 아직 완전히 이용되지 않은 PDU들을 대상 eNB(33)로 전송한다.
대상 eNB(33)의 RLC도 DL의 경우와 같이 소스 eNB(32)로부터 ARQ 정보 메시지를 받으면, 자신의 ARQ 상태를 전송된 ARQ 정보대로 설정하고 ARQ의 각 타이머들을 정지 상태로 유지한다.
UE(31)는 DL 데이터 전송에서 설명한 대로 핸드오버 명령 메시지를 받으면 UL 패킷의 전송을 중지하고, ARQ 타이머들을 정지시킨 후 핸드오버를 위한 동기화( synchronization) 과정을 수행하고, 대상 eNB(33)에게 데이터를 전송할 준비가 완료되면 ARQ 타이머들을 재개시키고 다음 UL 패킷을 전송한다.
대상 eNB(33)는 UE(31)로부터 패킷을 수신하면 ARQ 타이머를 재개시키고, 정상적인 ARQ 기법에 따라 ACK를 UE(31)에게 전송하고, 완성된 SDU를 aGW(34)에게 전송한다.
이러한 과정을 통해, 핸드오버에 의한 UL 데이터의 재전송은 발생하지 않는다.
다음으로, 최적의 경로 스위칭(Path Switching)을 위한 IU-UP+ TA 조정 과정에 대해 살펴보기로 한다.
UE(31)가 소스 eNB(32)에서 대상 eNB(33)로 핸드오버를 수행하여 대상 eNB(33)로 최초의 UL 패킷을 전송하고, 이를 대상 eNB(33)에서 수신한 경우 대상 eNB(33)는 소스 eNB(32)에게 핸드오버 명령 메시지를 보내고, aGW(34)로 경로 스위칭을 요청한다.
이후, aGW(34)에서 경로 스위칭을 수행한 경우, aGW(34)로부터의 DL 데이터는 소스 eNB(32)가 아닌 대상 eNB(33)로 직접 전송된다.
따라서 대상 eNB(33)는 소스 eNB(32)로부터의 DL 데이터와 aGW(34)로부터의 DL 데이터를 모두 수신한다.
도 7에서 나타난 바와 같이, DL 패킷의 내부 패킷 타임이 충분하다면 대상 eNB(33)에서 'aGW -> 소스 eNB -> 대상 eNB'의 경로와 'aGW -> 대상 eNB'의 경로로부터 수신하는 패킷들의 순서는 바뀌지 않는다.
그러나 DL 트래픽이 하기의 조건을 만족하는 경우 대상 eNB(33)에서 수신한 패킷의 순서가 바뀔 수 있고, 이에 따라 UE(31)로 전송하기 전 대상 eNB(33) 또는 UE(31)에서 패킷의 재정렬(reordering)을 수행해야 한다.
[조건]
tip < taGW - seNB + tseNB - teNB - taGW - teNB
- tip : DL 트래픽의 내부 패킷 타임
- taGW - seNB : aGW - 소스(s) eNB 간 전송 시 전파 지연 및 처리 시간
- taGW - teNB : aGW - 대상(t) eNB 간 전송 시 전파 지연 및 처리 시간
- tseNB - teNB : 소스 eNB(32) - 대상 eNB 간 전송 시 전파 지연 및 처리 시간
위 조건에서 taGW - seNB = taGW - teNB 라고 가정하면, 위 조건은 tip < tseNB - teNB로 간단히 할 수 있다. 즉, DL 트래픽의 내부 패킷 타임이 10ms 정도 이하의 작은 값을 갖는 경우, 핸드오버 시 대상 eNB(33)에서 DL 패킷의 수신 순서가 달라진다.
따라서 대상 eNB(33)와 aGW(34) 사이의 IU-UP+ 프로토콜의 TA(Timing Alignment) 기능을 이용하여, aGW(34)에서 경로 스위칭 후 DL 패킷의 전송 시간을 최적화한다.
즉, 소스 eNB(32)의 RLC는 대상 eNB(33)의 RLC로 ARQ 정보 메시지를 전송할 때 전송 시각을 기록하여 보낸다.
이후, 대상 eNB(32)의 RLC는 ARQ 정보 메시지를 수신하면 수신 시각을 확인하여 전송 지연시간(tseNB - teNB)을 계산한 후 ARQ 전달 지시 메시지를 통해 RRC+로 전송한다. 이때, 소스 eNB(32)와 대상 eNB(33)가 동일한 시각으로 동기화되어 있다고 가정하면, 전송 지연시간(tseNB - teNB)을 경로 스위칭 시 DL 패킷 전송 타이밍 최적화에 사용할 수 있다.
이후, 대상 eNB(33)가 소스 eNB(32)로 핸드오버 완료(HO Completed) 메시지를 보내고, aGW(34)로 UE 업데이트 메시지를 보내어 경로 스위칭을 요구한다. 이때, 대상 eNB(33)는 전송 지연시간(tseNB - teNB)을 TA 조정 정보로 함께 보낸다.
이후, aGW(34)는 UE 업데이트 메시지를 수신하면, IU-UP+에게 전송 지연시간(tseNB - teNB)을 TA 요구(request) 메시지에 넣어 보낸다.
이후, aGW(34)의 iU-UP+는 TA 요구 메시지를 받으면, tseNB - teNB 값으로 설정된 타이머 TTA를 실행시켜 데이터 전송이 그 시간 동안은 일어나지 않도록 한다.
이후, aGW(34)가 경로 스위칭을 수행한 후 aGW(34)의 IU-UP+는 TTA가 만료되면 IU-UP+의 버퍼에 저장되어 있는 패킷을 대상 eNB(33)로 전송할 수 있다.
만약, DL 트래픽이 tip < tseNB - teNB의 조건을 만족시키지 않는 경우에는 IU-UP+의 버퍼에 DL 패킷이 존재하지 않게 되며, 따라서 aGW(34)의 TA 수행이 DL 데이터의 전송에 영향을 미치지 않는다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨 터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
본 발명은 이동통신 시스템에서의 핸드오버 등에 이용될 수 있다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 eNB의 교차계층 기반 프로토콜 스택 구조 및 연결 관계를 나타내는 일예시도,
도 2 는 본 발명이 적용되는 eNB SCL의 이동성 관리 엔진인 XLME 모듈의 내부 구조를 나타내는 일예시도,
도 3 은 본 발명에 따른 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 4 는 본 발명에 따른 핸드오버 예측 및 결정 과정에 대한 일실시예 흐름도,
도 5 는 본 발명에 따른 예측 알고리즘에서의 잘못된 예측(false alarm) 발생 상태를 나타내는 일예시도,
도 6 은 본 발명에 따른 두 가지 유형을 가지는 KDB 구조에 대한 일예시도,
도 7 은 본 발명에 따른 DL 패킷 전송 직후에 핸드오버 명령 메시지를 전송한 경우 핸드오버 중단 시간이 최소화되는 것을 나타내는 일예시도,
도 8 은 본 발명에 따른 DL 패킷 전송 직전에 핸드오버 명령 메시지를 전송한 경우 핸드오버 중단 시간이 최대화되는 것을 나타내는 일예시도,
도 9 는 본 발명에 따른 DL 데이터 전송에서의 끊김 없는 ARQ 진행(Seamless ARQ Continuation) 과정에 대한 일예시도,
도 10 은 본 발명에 따른 UL 데이터 전송에서의 끊김 없는 ARQ 진행(Seamless ARQ Continuation) 과정에 대한 일예시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
31 : UE 32 : 소스 eNB
33 : 대상 eNB 34 : aGW

Claims (20)

  1. 핸드오버 처리 방법에 있어서,
    신호의 세기 및 라우트 추정 기반으로 소정 개수의 인접 셀들을 핸드오버 후보군으로 관리하는 핸드오버 후보군 관리단계;
    보고 이벤트에 따라 상기 핸드오버 후보군을 담은 측정 보고 메시지를 소스 기지국으로 전송하는 측정 보고단계; 및
    상기 소스 기지국으로부터의 핸드오버 명령 메시지에 따라 핸드오버를 수행하는 핸드오버 수행단계
    를 포함하는 단말에서의 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 핸드오버 수행단계는,
    상기 소스 기지국으로부터 핸드오버 명령 메시지를 수신함에 따라 자동재전송요구(ARQ) 타이머를 임시 정지시킨 후 대상 기지국과의 동기화를 수행하는 동기화단계; 및
    상기 동기화가 완료됨에 따라 상기 정지된 ARQ 타이머들을 재개시키고, 별도의 핸드오버 확인 없이 상향링크 패킷을 상기 대상 기지국으로 전송하는 단계; 및
    상기 대상 기지국으로부터 기 전송된 상향링크 패킷에 대한 응답과 버퍼링되 어 있는 하향링크 패킷을 전달받는 단계
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 동기화단계는,
    상기 핸드오버 명령 메시지에 따라 상향링크 사용자 데이터의 전송을 중지시키고 버퍼링하는 단계;
    상기 소스 기지국과 분리한 후 상기 수신한 핸드오버 명령 메시지에 삽입되어 있는 정보를 이용하여 대상 기지국과의 동기화를 수행하는 단계; 및
    핸드오버 인터럽트 시간 동안 ARQ 타이머를 임시 정지시키는 단계
    를 포함하는 단말에서의 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 핸드오버 후보군 관리단계는,
    상기 인접 셀 중에서 신호세기의 평균이 큰 소정 개수의 셀을 핸드오버 후보군으로 관리하는 신호세기 기반의 핸드오버 후보군 관리단계;
    상기 인접 셀 중에서 신호세기 평균의 차가 가장 큰 셀을 핸드오버 후보로 관리하는 라우트 추정 기반의 핸드오버 후보 관리단계; 및
    상기 인접 셀 중에서 지정된 오류율 이하로 통신이 가능한 조건을 만족하는 셀을 잠재적 핸드오버 후보군으로 관리하는 단계
    를 포함하는 단말에서의 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 측정 보고단계는,
    상기 신호세기 기반의 핸드오버 후보군에 변화가 발생한 경우 해당 셀 정보와 각 셀의 신호세기 평균값을 보고하는 단계;
    상기 라우트 추정 기반의 핸드오버 후보에 변화가 발생한 경우 해당 셀 정보와 각 셀의 신호세기 평균의 차 값을 보고하는 단계; 및
    상기 잠재적 핸드오버 후보군에 변화가 발생하여 제 3 이벤트가 발생한 경우 해당 셀 정보와 각 셀의 신호세기 평균값을 보고하는 단계
    를 포함하는 단말에서의 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 보고단계는,
    핸드오버 이후 현재 셀의 신호세기 평균값이 예측 임계치를 초과한 경우 이를 보고하는 단계; 및
    현재 최적 셀의 측정값을 초과하는 셀이 감지되는 시점에 히스테리시스 마진 및 타임-투-트리거를 감안하지 않고, 즉시 최적의 셀을 갱신한 후 해당 셀 정보와 각 셀의 신호세기 평균값을 보고하는 단계
    를 포함하는 단말에서의 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 핸드오버 명령 메시지는,
    이동국식별지시자, 단말과 대상 기지국 간의 상향링크 무선채널의 품질 정보, 시간 선행값, 상향링크 및 하향링크 자원 정보 중 하나 이상의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말에서의 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법.
  8. 핸드오버 처리 방법에 있어서,
    소스 기지국이 단말로부터의 핸드오버 후보군을 이용하여 핸드오버 셀을 예측하는 핸드오버 셀 예측단계;
    상기 예측된 핸드오버 셀 내의 대상 기지국으로부터의 핸드오버 승인에 따라 상기 소스 기지국이 핸드오버를 결정하는 핸드오버 결정단계;
    상기 소스 기지국이 상기 단말로 핸드오버 명령을 전송하는 핸드오버 명령단계; 및
    상기 대상 기지국이 게이트웨이와의 시간 정합값을 계산하여 상기 게이트웨 이로 전송하고, 상기 단말로 하향링크 패킷을 전송한 후 핸드오버를 완료하는 핸드오버 완료단계
    를 포함하는 기지국에서의 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 핸드오버 결정단계는,
    상기 예측된 셀 내의 상기 대상 기지국으로 요구 리소스 정보를 전송한 후 핸드오버 가능 메시지를 전달받음에 따라 컨텍스트 데이터 메시지를 상기 대상 기지국으로 전송하는 단계;
    상기 대상 기지국이 전달받은 컨텍스트 데이터 메시지를 저장하고, 새로운 이동국식별지시자값을 예약하는 단계; 및
    상기 대상 기지국이 상기 단말과의 상향링크 무선채널의 품질 정보와 시간 선행값을 평가하여 핸드오버 최종 수락 여부를 결정하고, 상기 소스 기지국으로 컨텍스트 승인 메시지를 전송하는 단계
    를 포함하는 기지국에서의 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 핸드오버 가능 메시지는,
    상기 대상 기지국의 리소스 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국에서의 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 컨텍스트 데이터 메시지는,
    동기화를 위한 사용자 컨텍스트 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국에서의 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 컨텍스트 승인 메시지는,
    이동국식별지시자, 단말과 대상 기지국 간의 상향링크 무선채널의 품질 정보, 시간 선행값, 상향링크 및 하향링크 자원 정보 중 어느 하나 이상의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국에서의 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 핸드오버 명령단계는,
    상기 소스 기지국이 상기 대상 기지국으로부터 컨텍스트 승인 메시지를 전달 받음에 따라 하향링크 사용자 데이터의 전송을 중지시키고 버퍼링하는 단계; 및
    상기 소스 기지국이 핸드오버 명령 메시지를 상기 단말로 전송하는 핸드오버 명령 메시지 전송단계
    를 포함하는 기지국에서의 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 핸드오버 명령 메시지 전송단계는,
    상기 하향링크 사용자 데이터가 하향링크 계수 비트율(CBR) 데이터인 경우, 하향링크 데이터를 먼저 전송한 다음 바로 핸드오버 명령 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 기지국에서의 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 핸드오버 명령 메시지 전송단계는,
    상기 소스 기지국이 상기 대상 기지국으로부터 컨텍스트 승인 메시지를 전송받고 핸드오버 명령 메시지를 보낼 준비가 완료된 후, 무선링크제어기(RLC)로부터 하향링크 체크 응답 메시지를 전송받으면 바로 상기 핸드오버 명령 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 기지국에서의 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 핸드오버 명령 메시지 전송단계는,
    상기 소스 기지국이 상기 대상 기지국으로부터 컨텍스트 승인 메시지를 전송받고 핸드오버 명령 메시지를 보낼 준비가 완료된 후, 무선링크 제어기(RLC)로부터 하향링크 체크 응답 메시지를 전송받지 못하는 경우 계수 비트율 데이터의 내부 패킷 타임의 두 배의 시간이 초과하면 바로 상기 핸드오버 명령 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 기지국에서의 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법.
  17. 제 8 항에 있어서,
    상기 핸드오버 완료단계는,
    상기 소스 기지국으로부터 자동재전송요구(ARQ) 제반정보, 패킷을 전송받은 상기 대상 기지국이 ARQ 타이머를 정지시킨 후 데이터 전송 타이밍 정보를 바탕으로 시간 정합값을 계산하여 상기 게이트웨이로 전송하는 시간 정합값 전송단계;
    상기 대상 기지국이 상기 단말로부터 패킷을 수신함에 따라 상기 정지된 ARQ 타이머를 재개시키고, 상기 단말로 기 전송된 상향링크 패킷에 대한 응답과 상기 버퍼링된 다운링크 패킷을 전송하는 단계;
    상기 대상 기지국으로부터 핸드오버 완료 메시지를 전달받은 상기 소스 기지국이 상기 단말과의 데이터 전송에 사용된 자원을 해제하는 단계; 및
    핸드오버된 새로운 경로에 따라 패킷을 전송하는 패킷 전송단계
    를 포함하는 기지국에서의 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 시간 정합값 전송단계는,
    상기 소스 기지국이 기 전송한 핸드오버 명령 메시지에 대한 응답을 처리한 후, ARQ 제반정보를 상기 대상 기지국으로 전송하는 단계;
    상기 대상 기지국이 상기 소스 기지국으로부터 전달받은 ARQ 제반정보로 ARQ를 설정하고, ARQ 타이머를 정지시키는 단계;
    상기 소스 기지국이 자신의 버퍼에 저장된 패킷 및 현재 전송받은 패킷을 상기 대상 기지국으로 전송하여 버퍼링시키는 단계; 및
    상기 대상 기지국이 상기 게이트웨이와 상기 소스 기지국 사이의 데이터 전송 타이밍 정보, 상기 소스 기지국과 상기 대상 기지국 사이의 데이터 전송 타이밍 정보를 바탕으로 상기 게이트웨이와의 시간 정합값을 계산하여 상기 게이트웨이로 전송하는 단계
    를 포함하는 기지국에서의 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 패킷 전송단계는,
    상기 게이트웨이가 상기 대상 기지국으로부터의 시간 정합값을 적용한 후 상기 소스 기지국에서 상기 대상 기지국으로 경로를 스위칭하는 단계;
    상기 대상 기지국이 상기 소스 기지국으로부터의 마지막 패킷을 수신한 후에 상기 게이트웨이로부터의 최초 패킷을 수신하는 단계; 및
    상기 게이트웨이가 상기 대상 기지국을 통해 상기 단말로 다운링크 데이터를 전송하는 단계
    를 포함하는 기지국에서의 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법.
  20. 제 8 항에 있어서,
    상기 게이트웨이는,
    이동성 관리 엔티티(MME) 및 사용자 플래인 엔티티(UPE)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국에서의 교차계층 기반 핸드오버 처리 방법.
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