KR20090096282A

KR20090096282A - 중단 시간을 줄이기 위한 핸드오버 수행 방법

Info

Publication number: KR20090096282A
Application number: KR1020080068206A
Authority: KR
Inventors: 정인욱; 류기선
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-07-14
Publication date: 2009-09-10
Also published as: US8811340B2; WO2009110774A3; KR101430485B1; US20110013596A1; WO2009110774A2

Abstract

중단 시간을 줄이기 위한 핸드오버 수행 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 핸드오버 수행 방법은, 핸드오버 요청 메시지를 기지국에 전송하고, 상기 기지국으로부터 상향링크 그랜트 시간을 포함하는 핸드오버 응답 메시지를 수신하며, 상기 상향링크 그랜트 시간이 도래할 때까지 상기 기지국과 데이터 통신을 유지하고, 상기 상향링크 그랜트 시간이 도래하면, 상기 기지국으로부터 상향링크 그랜트를 수신하고 핸드오버 지시 메시지를 상기 기지국에 전송하는 과정을 포함한다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 동작시간 사용을 효율적으로 개선하여 하드 핸드오버 시 불필요한 통신 두절 시간을 단축시킬 수 있고, IEEE 802.16m의 프레임 구조에 적합한 동작이 가능하다.

Interruption time, Hard handover, IEEE 802.16m, IEEE 802.16e

Description

중단 시간을 줄이기 위한 핸드오버 수행 방법{Method for performing handover to reduce interruption time}

본 발명은 핸드오버 프로시져에 관한 것으로, 특히, 동작시간 사용을 효율적으로 개선하여 하드 핸드오버 시 불필요한 통신 두절 시간을 단축시킬 수 있는 핸드오버 수행 방법에 관한 것이다.

기존의 IEEE 802.16e 핸드오버는 하드 핸드오버와 MDHO/FBSS의 기법이 있다. MDHO나 FBSS와 같은 소프트 핸드오버(Soft Handover) 기법은 적지 않은 오버헤드로 인해 부가적(optional)인 기술이며, 이보다 기본적으로 수행되는 하드 핸드오버에 많은 관심과 기법들이 제안되고 있다.

기존 IEEE 802.16e 망은 고속 레인징(Fast Ranging)을 통해 효율적인 하드 핸드오버(Hard Handover; HHO)를 지원한다. 고속 레인징 기법은 단말이 목적지 기지국(Target Base Station; TBS)에 대해 수집한 정보를 이용하여 가능한 CDMA 코드를 통한 레인징을 하지 않고 핸드오버를 시행하는 방법이다.

도 1은 종래의 고속 레인징을 이용한 하드 핸드오버 과정에 대한 신호 흐름도이다.

IEEE 802.16e에서 고속 레인징을 사용한 핸드오버 절차는 도 1과 같다. 먼저, 단말(Mobile Station; MS)은 근원지 기지국(Serving Base Station; SBS)에 핸드오버 요청(MOB_MSHO-REQ) 메시지를 전송한다(110). 이에 따라, 근원지 기지국은 목적지 기지국에 핸드오버 요청(HO-REQ)을 전송하여(120) 목적지 기지국으로부터 핸드오버 응답(HO-RSP)를 수신한다(130).

근원지 기지국은 단말에 목적지 기지국들의 고속 레인징 정보요소(Fast_Ranging_IE)가 전송될 시기를 핸드오버 응답(MOB_MSHO-RSP)의 동작시간(Action Time) 필드를 통해 알려준다(140). 단말은 핸드오버 응답(MOB_MSHO-RSP) 메시지를 수신하면, 상향링크 버퍼링을 시작한다(145).

핸드오버시 통신 두절 시간을 줄이기 위해 단말은 고속 레인징 정보요소(Fast_Ranging_IE)를 통해 미리 목적지 기지국과 동기를 맞춘 정보를 토대로 신속한 핸드오버를 한다. 이를 위해, 단말은 근원지 기지국을 통하여 목적지 기지국의 현재 정보를 핸드오버 응답(MOB_BSHO-RSP) 메시지를 통해 수신하고 핸드오버를 수행하기 위한 사전 과정을 준비한다.

이에 따라, 단말은 핸드오버 지시(MOB_HO-IND)를 근원지 기지국에 전송한다(150). 이후 단말은 목적지 기지국에 맞게 통신 설정을 바꾸고 목적지 기지국의 고속 레인징 정보요소(Fast_Ranging_IE)를 받기 위해 동작시간까지 기다린다. 여기서 동작시간은 핸드오버 할 후보 목적지 기지국들이 고속 레인징 정보요소(Fast_Ranging_IE)을 단말에 전송을 약속한 시간이다.

한편, 기지국은 핸드오버 지시(MOB_HO-IND)를 수신하면, 하향링크 버퍼링을 시작한다(155).

단말은 추가적인 설정 없이도 고속 레인징 정보요소(Fast_Ranging_IE)를 성공적으로 수신하여(160) 레인징 요청(RNG-REQ)을 전송하기 위한 상향링크 할당(UL allocation)을 받을 수 있다.

동작시간은 핸드오버 준비 타이머(Handover readiness timer)와 기지국 스위칭 타이머(BS switching timer)를 이용하여 근원지 기지국이 계산한다.

최종적으로, 단말이 레인징 요청(RNG-REQ)을 목적지 기지국에 전송하고(170), 목적지 기지국으로부터 레인징 응답(RNG-RSP)를 수신하면(180), 단말은 목적지 기지국과 사용자 데이터에 대한 통신을 수행하게 된다.

이러한 고속 레인징 절차는 단말이 미리 스캐닝하는 과정과 이웃 공시(MOB_NBR-ADV) 메시지의 수신 과정을 통해 필요한 레인징 파라미터들을 수신하면서 이루어진다.

이와 같이, 단말이 고속 레인징 정보요소(Fast_Ranging_IE)를 수신한 이후 레인징 요청(RNG-REQ)과 레인징 응답(RNG-RSP)을 통해 단말의 인증을 마치고 통신을 재개하는 것이 현재 IEEE 802.16e (WiMAX rel 1.x)의 일반적인 하드 핸드오버이다.

도 2는 레이턴시(latency) 측면에서 하드 핸드오버의 절차를 도시한 것이다.

도 2에서, 각 전송을 5ms, 처리 시간 1 TTI (2ms)으로 계산하면, 도 2의 하드 핸드오버 도중 통신 두절의 시간이 총 40ms 이 된다.

하드 핸드오버 중 통신 두절이 발생하는데, 통신 두절 중에 일어나는 음성 또는 데이터들이 손실되지 않게 단말, 근원지 기지국과 목적지 기지국에서 버퍼링된다. 단말은 근원지 기지국에 핸드오버 지시(MOB_HO-IND) 메시지를 보내는 시점부터, 근원지 기지국은 핸드오버 지시(MOB_HO-IND) 메시지를 받는 시점부터 버퍼링을 시작한다. 핸드오버가 성공적으로 수행된 이후, 버퍼링된 정보들부터 시작하여 송수신이 수행되며, 이후 정상적인 통신이 속행된다.

도 3은 하드 핸드오버 절차 중에 발생하는 불필요한 대기 상태를 도시한 것이다.

먼저, 단말은 근원지 기지국에 핸드오버 요청(MOB_MSHO-REQ) 메시지를 전송한다(310). 이에 따라, 근원지 기지국은 목적지 기지국에 핸드오버 요청(HO-REQ)을 전송하여(320) 목적지 기지국으로부터 핸드오버 응답(HO-RSP)를 수신한다(330).

목적지 기지국 간의 프레임 전송 주기 및 핸드오버 준비 타이머와 기지국 스위칭 타이머를 토대로 근원지 기지국은 동작시간을 계산하여 고속 레인징 정보요소(Fast_Ranging_IE)가 정확히 전송되는 시간을 단말에 핸드오버 응답(MOB_BSHO-RSP) 메시지로 알려준다(340).

그러나, 단말은 동작시간과 관계없이 최대한 빨리 고속 레인징 정보요소(Fast_Ranging_IE)를 수신받을 수 있는 상태로 준비를 한다. 즉, 단말은 핸드오버 응답(MOB_BSHO-RSP) 메시지를 디코딩한 후 핸드오버 지시(MOB_HO-IND) 메시지를 근원지 기지국에 전송하고(350), 목적지 기지국과 통신 환경을 설정하여 고속 레인징 정보요소(Fast_Ranging_IE)를 수신하는 상태로 대기한다.

이후에는 도 1에서와 같이, 단말이 레인징 요청(RNG-REQ)을 목적지 기지국에 전송하고(370), 목적지 기지국으로부터 레인징 응답(RNG-RSP)를 수신하는(380) 절차로 연결된다.

이때 동작시간의 시점이 MS의 기지국 스위칭(BS switching) 이후의 대기 상태로부터 멀리 떨어진 경우 그 시점까지 불필요한 대기 상태 (NOOP: no operation)로 통신 두절 시간이 발생한다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 하드 핸드오버의 동작시간을 효율적으로 사용하여 레이턴시를 줄일 수 있는 단말의 핸드오버 수행 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 단말이 하드 핸드오버의 동작시간을 효율적으로 사용하게 하는 기지국의 핸드오버 수행 방법을 제공하는 데 있다.

상기의 첫 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 핸드오버 수행 방법은, 핸드오버 요청 메시지를 기지국에 전송하고, 상기 기지국으로부터 상향링크 그랜트 시간을 포함하는 핸드오버 응답 메시지를 수신하며, 상기 상향링크 그랜트 시간이 도래할 때까지 상기 기지국과 데이터 통신을 유지하고, 상기 상향링크 그랜트 시간이 도래하면, 상기 기지국으로부터 상향링크 그랜트를 수신하고 핸드오버 지시 메시지를 상기 기지국에 전송하는 과정을 포함한다.

바람직하게는, 상기 상향링크 그랜트 시간은 프레임 단위의 지연 시간일 수 있다.

바람직하게는, 상기 상향링크 그랜트 시간은 목적지 기지국으로부터 고속 레인징 정보요소가 수신되는 동작시간을 고려하여 결정될 수 있다.

바람직하게는, 상기 핸드오버 지시 메시지를 상기 기지국에 전송하는 과정에 서, 핸드오버 준비 타이머의 완료된 시점부터 상기 상향링크 그랜트 시간이 경과된 이후에 핸드오버 지시 메시지를 전송할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 핸드오버 수행 방법은 상기 핸드오버 지시 메시지를 전송한 후, 기지국 스위칭 타이머가 만료되면, 핸드오버할 목적지 기지국으로부터 고속 레인징 정보요소를 수신하는 과정을 더 포함할 수 있다.

상기의 두 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 핸드오버 수행 방법은, 단말로부터 핸드오버 요청 메시지가 수신되면, 상향링크 그랜트 시간을 포함하는 핸드오버 응답 메시지를 상기 단말에 전송하고, 상기 상향링크 그랜트 시간이 도래할 때까지 상기 단말과 데이터 통신을 유지하며, 상기 상향링크 그랜트 시간이 도래하면, 상향링크 그랜트를 상기 단말에 전송하고 핸드오버 지시 메시지를 수신하는 과정을 포함한다.

바람직하게는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 핸드오버 수행 방법은 상기 핸드오버 지시 메시지가 수신되면, 하향링크 버퍼링을 시작하는 과정을 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 상향링크 그랜트 시간은, 프레임 단위의 지연 시간일 수 있다.

바람직하게는, 상기 상향링크 그랜트 시간은 상기 단말이 핸드오버할 목적지 기지국이 고속 레인징 정보요소를 상기 단말에 전송하는 동작시간을 고려하여 결정될 수 있다.

바람직하게는, 상기 핸드오버 지시 메시지를 수신하는 과정에서, 상기 단말 의 핸드오버 준비 타이머의 완료된 시점부터 상기 상향링크 그랜트 시간이 경과된 이후에 핸드오버 지시 메시지를 수신할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 동작시간 사용을 효율적으로 개선하여 하드 핸드오버 시 불필요한 통신 두절 시간을 단축시킬 수 있고, IEEE 802.16m의 프레임 구조에 적합한 동작이 가능하다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시 예에서는 통신 두절 시간을 최대한 줄여 핸드오버로 인한 중단 시간(HO interruption time)에 대한 30ms 미만의 요구 조건을 만족시키기 위해, 현재 하드 핸드오버의 동작시간을 효율적으로 사용하여 레이턴시를 줄이는 방법을 제공한다. 30ms 미만의 요구 조건은 IEEE 802.16m의 요구 조건이기도 하다.

이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에서는 하드 핸드오버 시의 대기 상태에서 낭비되는 통신 두절 시간을 줄이기 위해, 핸드오버 지시(MOB_HO-IND) 메시지를 보내는 시점을 동작시간 바로 전으로 늦춰 시간을 조율하는 방법을 제공한다. 이에 따라, 근원지 기지국과 단말은 그만큼 통신을 더 오래 할 수 있게 된다.

고속 레인징 정보요소(Fast_Ranging_IE)를 사용하는 하드 핸드오버로 동작시간에 맞춰 하드 핸드오버를 효율적으로 시행할 수 있기 위해 함축적으로(implicit) 핸드오버 지시(MOB_HO-IND) 메시지를 보내는 방법을 제안한다.

도 4는 이동 단말이 IEEE 802.16m 네트워크에서 그랜트 시간(grant_time)에 맞게 실질적인 핸드오버를 수행하는 과정을 나타내는 실시 예이다.

먼저, 단말은 근원지 기지국에 핸드오버 요청(MOB_MSHO-REQ) 메시지를 전송한다(410). 이에 따라, 근원지 기지국은 목적지 기지국에 핸드오버 요청(HO-REQ)을 전송하여(420) 목적지 기지국으로부터 핸드오버 응답(HO-RSP)를 수신한다(430).

근원지 기지국은 동작시간을 알고 있기 때문에, 단말에 어느 시점까지 근원지 기지국으로부터 계속적인 서비스를 받을 수 있는 지에 대한 정보를 알려 줄 수 있다. 근원지 기지국은 이 시점을 프레임 단위로 환산하여 그랜트 시간(grant_time)을 통해 핸드오버 응답(MOB_BSHO-RSP) 메시지에 포함시켜 보낸다(440).

단말은 실질적인 핸드오버를 시행하기 전에 근원지 기지국에 반드시 핸드오버 지시(MOB_HO-IND)를 보내야 하며, 이를 위해 상향링크 그랜트(UL grant)를 근원지 기지국으로부터 할당받아야 한다. 그랜트 시간(grant_time)은 이러한 상향링크 그랜트를 근원지 기지국으로부터 할당받는 시점을 가리킨다.

마찬가지로, 근원지 기지국의 하향링크 버퍼링 시점(455)은 그랜트 시간(grant_time) 만큼 지연이 된다. 도 4에는 도시되지 않았으나, 단말에서 상향링크로 전송할 데이터를 버퍼링하는 시점도 그랜트 시간(grant_time) 만큼 지연이 된다. 이에 따라, 버퍼링이 지연되는 만큼 근원지 기지국과 단말은 통신을 계속 할 수 있다.

그랜트 시간(grant_time)은 도 4에서와 같이, 기지국 스위칭 타이머의 수행 시간과, 버퍼링을 위한 준비과정의 수행 시간을 염두에 두고 설정된다.

단말은 그랜트 시간(grant_time)이 경과한 후에, 근원지 기지국으로부터 상향링크 그랜트를 수신하고(445), 근원지 기지국에 핸드오버 지시(MOB_HO-IND)를 전송한다(450).

단말이 핸드오버 지시(MOB_HO-IND)를 전송한 후, 기지국 스위칭 타이머가 만료되는 시점에 단말은 목적지 기지국으로부터 고속 레인징 정보요소를 수신한다(460).

이후, 단말은 레인징 요청(RNG-REQ)을 목적지 기지국에 전송하고(470), 목적지 기지국으로부터 레인징 응답(RNG-RSP)를 수신한다(480).

핸드오버 응답(MOB_BSHO-RSP) 메시지는 빠른 핸드오버를 위해 추천된 목적지 기지국들의 여러 정보가 담겨 있으며, 단말은 주관적으로 가장 좋은 목적지 기지국을 골라 핸드오버를 수행 여부를 결정을 한다. 예를 들어, 핸드오버 응답(MOB_BSHO-RSP) 메시지는 각 목적지 기지국들의 프리엠블(preamble)이나 어느 정도의 핸드오버 최적화(HO optimization)를 지원할 수 있는지에 대한 정보를 포함한다.

표 1은 핸드오버 응답(MOB_BSHO-RSP)의 수정된 부분을 나타낸다.

Syntax	Size ( bit )	Notes
MOB _ BSHO - RSP _ Message _ format () {	-	-
Management Message Type = 58	8	-
Mode	3	0b000: HO request 0b001: MDHO/FBSS request 0b010: MDHO/FBSS request 0b011: MDHO/FBSS request 0b100: MDHO/FBSS request 0b101: MDHO/FBSS request 0b111: MS HO request not 추천된 (BS in list unavailable)
Reserved	2
HO _ IND _ grant _ time	3	Time , in number of frames , of expected UL grant from SBS to MS for the MOB_HO-IND message .

}

본 발명의 일 실시 예에서 새롭게 수정한 메시지의 구조는 다음과 같다.

핸드오버 응답(MOB_BSHO-RSP) 메시지에서, 현재 5비트의 리저브된 영역 중 그랜트 시간(grant_time) 3비트를 할당하여, 최대 8개의 프레임 구간(duration)에 따라 동작시간까지의 시간을 나타낼 수 있도록 수정한다. 그랜트 시간(grant_time)에 할당되는 비트 수로서 3비트는 예시에 불과하고, 필요에 따라 변경될 수 있는 부분이다.

단말은 그랜트 시간(grant_time)을 통해 핸드오버 지시(MOB_HO-IND)메시지를 보내기 위한 상향링크 그랜트를 수신하게 될 시점을 확인한다.

단말은 확인된 시점까지 근원지 기지국으로부터 계속적인 서비스를 받고, 그랜트 시간(grant_time) 시점에 맞춰 상향링크로 보낼 데이터가 있을 경우 버퍼링을 시작한다. 버퍼링된 데이터는 목적지 기지국으로 핸드오버한 이후에 계속 전송하게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 핸드오버 수행 방법의 흐름도이다.

단말은 핸드오버 요청 메시지를 기지국에 전송한다. 기지국은 단말로부터 핸드오버 요청 메시지가 수신되면(S510), 상향링크 그랜트 시간을 포함하는 핸드오버 응답 메시지를 단말에 전송한다(S520).

다음, 단말과 기지국은 상향링크 그랜트 시간이 도래할 때까지 데이터 통신을 유지한다(S530). 즉, 단말과 기지국은 통상의 데이터 송수신을 수행한다.

상향링크 그랜트 시간이 도래하면(S540), 상향링크 그랜트를 단말에 전송한다(S550). 상향링크 그랜트를 수신한 단말은 기지국에 핸드오버 지시 메시지를 전송한다.

핸드오버 지시 메시지를 수신되면(S560), 기지국은 단말에 전송할 데이터에 대해 하향링크 버퍼링을 시작한다(S570).

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시 예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그리고, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

본 발명은 동작시간 사용을 효율적으로 개선하여 하드 핸드오버 시 불필요한 통신 두절 시간을 단축시킬 수 있고, IEEE 802.16m의 프레임 구조에 적합한 동작이 가능한 핸드 오버 수행 방법에 관한 것으로, IEEE 802.16m의 기지국, 단말 등에 적 용될 수 있다.

도 2는 레이턴시 측면에서 하드 핸드오버의 절차를 도시한 것이다.

도 4는 이동 단말이 IEEE 802.16m 네트워크에서 그랜트 시간에 맞게 실질적인 핸드오버를 수행하는 과정을 나타내는 실시 예이다.

Claims

가변적인 상향링크 그랜트 시간을 이용하여 핸드오버를 수행하는 방법에 있어서,

핸드오버 요청 메시지를 기지국에 전송하는 단계;

상기 기지국으로부터 상향링크 그랜트 시간을 포함하는 핸드오버 응답 메시지를 수신하는 단계;

상기 상향링크 그랜트 시간이 도래할 때까지 상기 기지국과 데이터 통신을 유지하는 단계; 및

상기 상향링크 그랜트 시간이 도래하면, 상기 기지국으로부터 상향링크 그랜트를 수신하고 핸드오버 지시 메시지를 상기 기지국에 전송하는 단계

를 포함하는, 핸드오버 수행 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 상향링크 그랜트 시간은, 프레임 단위의 지연 시간인 것을 특징으로 하는, 핸드오버 수행 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 상향링크 그랜트 시간은,

목적지 기지국으로부터 고속 레인징 정보요소가 수신되는 동작시간을 고려하 여 결정되는 것을 특징으로 하는, 핸드오버 수행 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 핸드오버 지시 메시지를 상기 기지국에 전송하는 단계는,

핸드오버 준비 타이머의 완료된 시점부터 상기 상향링크 그랜트 시간이 경과된 이후에 핸드오버 지시 메시지를 전송하는 단계인 것을 특징으로 하는, 핸드오버 수행 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 핸드오버 지시 메시지를 전송한 후, 기지국 스위칭 타이머가 만료되면, 핸드오버할 목적지 기지국으로부터 고속 레인징 정보요소를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 핸드오버 수행 방법.
가변적인 상향링크 그랜트 시간을 이용하여 핸드오버를 수행하는 방법에 있어서,

단말로부터 핸드오버 요청 메시지가 수신되면, 상향링크 그랜트 시간을 포함하는 핸드오버 응답 메시지를 상기 단말에 전송하는 단계;

상기 상향링크 그랜트 시간이 도래할 때까지 상기 단말과 데이터 통신을 유지하는 단계; 및

상기 상향링크 그랜트 시간이 도래하면, 상향링크 그랜트를 상기 단말에 전 송하고 핸드오버 지시 메시지를 수신하는 단계

를 포함하는, 핸드오버 수행 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 핸드오버 지시 메시지가 수신되면, 하향링크 버퍼링을 시작하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 핸드오버 수행 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 상향링크 그랜트 시간은, 프레임 단위의 지연 시간인 것을 특징으로 하는, 핸드오버 수행 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 상향링크 그랜트 시간은,

상기 단말이 핸드오버할 목적지 기지국이 고속 레인징 정보요소를 상기 단말에 전송하는 동작시간을 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 핸드오버 수행 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 핸드오버 지시 메시지를 수신하는 단계는,

상기 단말의 핸드오버 준비 타이머의 완료된 시점부터 상기 상향링크 그랜트 시간이 경과된 이후에 핸드오버 지시 메시지를 수신하는 단계인 것을 특징으로 하는, 핸드오버 수행 방법.