KR20100033840A

KR20100033840A - 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법

Info

Publication number: KR20100033840A
Application number: KR1020080092897A
Authority: KR
Inventors: 배희숙; 조준경
Original assignee: 이나루티앤티(주)
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2010-03-31
Also published as: KR101018778B1

Abstract

본 발명은 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 빠른 주파수의 선택, 실외의 현장 상황 및 다양한 주파수 상황에서 노변장치(RSE)와 차량장치(OBE) 간에 빠른 접속을 통한 무선통신을 제공할 수 있는 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법은, 차량탑재장치는 사용 채널을 선택하는 단계와; 상기 선택된 채널을 사용하는 노변장치를 선택하는 단계와; 상기 차량탑재장치와 상기 노변장치의 임계값을 설정하는 단계와; 상기 선택된 노변장치로부터 비콘신호를 수신하는 단계와; 상기 비콘신호의 수신신호강도를 상기 임계값과 상기 차량탑재장치와 상기 노변장치의 상태관리요소값의 합과 비교하는 단계와; 상기 비교한 비콘신호에 따라 노변장치를 선택하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

무선통신, 노변장치(RSE), 차량탑재장치(OBE), 비콘신호, 임계값, 핸드오버, 핸드오프

Description

다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법{A supportting method for rapid handover base on multi-channel wireless communication}

최근 노트북 및 PDA과 같은 휴대 단말의 사용이 보편화되면서 이동성을 전제로 한 초고속 인터넷 서비스에 대한 수요가 증가하고 있으며, 사용자들은 무선망과 인터넷이 통합되어 언제 어디서든 자유로이 인터넷을 이용할 수 있는 네트워크 환경을 기대하고 있다. 이에 따라 정지 또는 이동 중에도 고속 인터넷 접속이 가능한 무선 인터넷 규격인 와이브로(Wireless Broadband Internet: WiBro) 표준이 최근 한국 정보 통신 기술 협회(Telecommunications Technology Association:TTA)를 중심으로 제정되었다. 와이브로 표준은 유선망이 갖는 기존 시스템의 한계를 극복하여 시속 60Km 이하의 이동성을 지원하며 실내외에서 끊김 없이 초고속 무선 인터넷 서비스를 제공할 수 있도록 설계되었다.

한편, 텔레매틱스 무선 통신 방식은 노변장치(Road Side Equipment; RSE)와 차량탑재장치(On-Board Equipment ; OBE)간에 500m 정도의 통신 반경 내에 양방향 통신을 통하여 정보의 교환을 가능하게 하는 차량-노변 장치 간의 전용 통신을 말한다. 현재까지 텔레매틱스 차량 이동 무선 환경에서 패킷 통신용으로 개발되어 사용 중인 시스템으로는 1Mbps 데이터 전송률을 가지고 100m 통신영역의 ASK 변조방식 DSRC 시스템이 있으며, 10 Mbps급 OFDM 변조 방식의 WAVE(Wire Access in Vehicular Environments) 무선 통신 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

국내에는 현재 1 Mbps DSRC 시스템이 TTA 규격 TTAS.KO-06.0025에 따라 개발 및 상용화되어 할당받은 5.795 GHz ~ 5.815 GHz, 5.835GHz ~ 5.855 GHz 대역에서 설치 운용되고 있다. 또한 기존 1Mbsp DSRC 시스템에서 제공되는 저속의 서비스뿐만 아니라 보다 고속 멀티미디어 서비스를 제공하기 위하여 통신 반경이 확장된 보다 고속의 WAVE 시스템의 개발이 진행되고 있다. 이러한 텔레매틱스 시스템이 설치되어 서비스를 제공할 때 차량탑재장치(OBE)가 끊김 없는 서비스를 받으려면 노변장치(RSE)간 무선링크를 유지해주는 핸드오버 방식의 지원이 필수적이며, 고속의 핸드오버를 제공하지 못하면 연속적인 서비스가 불가능한 문제점이 생기게 된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 차량탑재장치와 노변장치 간에 통신을 수행하기 이전에 그룹형태의 스캔을 통해 무선채널신호를 감지하여 스캔 시간을 단축시키고, 상황에 따라 임계값을 재설정하여 무선통신을 수행함으로써 고속의 이동상황에서도 끊김 없는 무선통신을 수행할 수 있게 하는 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법에 의하면, 빠른 주파수의 선택, 실외의 현장 상황 및 다양한 주파수 상황에서 노변장치(RSE)와 차량장치(OBE) 간에 빠른 접속을 통한 무선통신을 제공하며, 이를 활용하여 다양한 불특정한 형태의 노변장치를 이용하는 현장에서 빠른 접속을 통해 고속의 이 동과 다채널의 전파 환경에서도 끊김 없는 무선통신을 제공할 수 있다는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 이탈하지 않는 한 이하의 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법에 있어서 노변장치와 차량탑재장치 간에 무선통신을 수행하기 위한 인증과정을 보여주는 도면이다.

본 발명에 따른 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법은, 2차례 이상의 주파수 스캔을 통해 채널을 선택하고, 노변장치(RSE)와 차량탑재장치(OBE) 간의 빠른 접속, 무선랜 상태관리를 위한 구성요소값(factor), 현장 상황에 따른 임계값의 변경을 위한 알고리즘을 제공하며, IEEE802.11a/b/g의 표준을 적용한다.

이하에서 설명하는 본 발명에 따른 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법은, 노변, 실내 또는 실외에 설치된 노변장치(RSE)와 차량 내에 설치된 차량탑재장치(OBE) 간에 적용되어 핸드오버 기능을 수행한다.

먼저, 차량탑재장치(OBE)에 전원이 인가되면(S100), 차량탑재장치는 사용 가능하도록 미리 할당되어 있는 주파수를 스캔하여 채널을 선택한다(S110). 여기에서 미리 할당되어 있는 주파수란 산업용, 의료용 과학용 등으로 구분되어 무료로 사용 할 수 있는 ISM 대역의 주파수를 의미하며, ISM 대역의 주파수는 대역별로 채널이 할당되어 있다.

주파수 스캔은 2차례 이상 수행될 수 있으며, 이는 먼저 상호 중첩되지 않은 다수 개의 채널로 구성되는 다수 개의 채널 그룹을 그룹별로 스캔하여 무선채널신호를 감지하는 단계와, 스캔한 채널 그룹 중 무선채널신호가 감지된 채널 그룹을 재스캔하여 사용 채널을 선택하는 단계로 이루어지며, 이러한 스캔 방법을 통해 일반 무선랜에 비하여 스캔 시간을 감소시킬 수 있다. 또한, 선택된 스캔된 채널 그룹을 저장하여 핸드오프 발생 시 단시간에 채널 스캔을 수행할 수 있도록 하여 이후 수행되는 채널 스캔에서 불필요하게 핸드오프 지연 시간이 증가하는 것을 방지할 수 있다.

다음, 사용 채널이 선택되면, 무선통신 가능한 노변장치(RSE)가 선택되는데(S120), 차량탑재장치(OBE)와 노변장치(RSE) 간에 소정의 인증과정을 수행한 후 무선통신을 수행할 수 있다.

도 2에는 기지국(center)과 무선통신을 수행하는 노변장치(RSE)와 차량탑재장치(OBE) 간의 인증과정이 나타나 있으며, 이는 IEEE802.11 규격을 준용하고 있다.

먼저, 차량탑재장치(OBE)가 노변장치(RSE)에 인증을 요구(Auth.request)하면, 노변장치(RSE)는 인증요구에 대한 응답(Auth.response)을 하고, 차량탑재장치(OBE)는 응답결과에 따라 노변장치(RSE)에 접속 요구(Assoc.request)를 하고, 노변장치(RSE)는 접속 요구에 따른 응답(Assoc.response)을 한다. 이러한 일련의 인 증과정에 의해 차량탑재장치(OBE)는 노변장치(RSE)의 응답 결과, 즉 노변장치(RSE)의 접속 명령을 대기하며, 노변장치(RSE)로부터 접속을 명령받으면 노변장치(RSE)와 차량탑재장치(OBE)는 무선통신을 위해 서로 접속하게 되고, 노변장치(RSE)에는 접속된 차량탑재장치(OBE)의 정보가 등록된다.

상기한 바와 같이 노변장치(RSE)와 차량탑재장치(OBE)가 서로 인증하는데 소요되는 시간은 하기의 [표 1]에 기재된 바와 같다.

접속절차	프레임크기(bytes)	프레임당 소요시간(㎲)
인증요구(Auth.request)	289	551
인증응답 (Auth.respons)	289	551
접속요구(Assoc.request)	350	632
접속응답 (Assoc.response)	54	238
비콘신호(Beacon)		50,000

상기의 [표 1]을 참조하면, 노변장치(RSE)와 차량탑재장치(OBE)가 서로 인증과정을 수행하는데 소요되는 시간(T)은 다음과 같다.

(T = 인증요구(Auth.request) + 인증응답(Auth.response) + 접속요구(Assoc.request) + 접속응답(Assoc.response)

상기한 바에 따르면, 노변장치(RSE)와 차량탑재장치(OBE)가 서로 접속하는데 소요되는 시간은 1.972㎳로 나타났는데, 이는 50ms 단위로 송출되는 비콘신호에 대비해 볼 때 신속하게 진행됨을 알 수 있다.

이러한 과정을 통해 노변장치(RSE)와 차량탑재장치(OBE)가 서로 접속한 이후에는, 선택된 노변장치(RSE)의 임계값을 설정한다(S130). 여기에서 임계값은 노변장치(RSE)와 차량탑재장치(OBE)의 상태관리요소값(주파수 채널, SSID(Service Set IDentification), 수신신호강도(Received Signal Strength Indication ; RSSI), MAC(Midium Access Control) 프로토콜, MAC 테이블, 통신 상호 간의 패킷 에러율 등)과 접속통계를 이용하여 설정되며, 초기에는 임계값을 임의로 설정하게 된다. 여기에서 상태관리요소값은 현재 수신되는 신호 세기의 값과 임계값과의 차이에 대한 임의의 값을 의미한다. 이러한 임계값을 통해 노변장치(RSE)와 차량탑재장치(OBE)의 신속한 선택을 가능하게 한다. 또한, 설정된 임계값은 현재 수신되고 있는 신호 세기보다 일정 상태관리요소값이 낮을 경우에는 설정된 임계값을 높여주게 되는데, 무선 신호의 특성상 일시적으로 신호 세기가 급격하게 커지거나 작아질 수 있기 때문에 몇 번의 비콘 프레임을 수신하여 임계값을 설정하여야 한다.

선택된 노변장치(RSE)의 임계값이 설정되면, 차량탑재장치(OBE)는 노변장치(RSE)로부터 비콘신호(beacon signal)를 수신한다(S140). 비콘신호는 지리적인 위치를 표시하기 위해 사용되는 신호로서, 노변장치(RSE)의 인덱스, 신호의 품질, 송수신 시간, 채널 사용 가능 등의 정보가 포함되어 있다. 차량탑재장치(OBE)는 비콘신호를 수신하여 비콘신호의 수신신호강도(RSSI)와 임계값을 비교하여 핸드오버를 결정한다(S150, S152, S154).

이때, 비콘신호의 수신신호강도와 임계값을 비교하는 단계는 2차례에 걸쳐 수행될 수 있는데, 먼저 임계값(threshold value) 및 무선랜 상태관리요소값(factor)의 합과 비콘신호의 수신신호강도(RSSI)를 비교하여(S152) 비콘신호의 수신신호강도(RSSI)가 크면 현재 설정된 임계값이 현재 수신되고 있는 비콘신호의 수신신호강도보다 낮은 것으로 판단되어 설정된 임계값을 높여주기 위해 임계값 설정단계로 복귀하고(S130), 비콘신호의 수신신호강도(RSSI)가 작으면, 즉 현재 설정된 임계값이 현재 수신되고 있는 비콘신호의 수신신호강도보다 높은 경우에는 다시 비콘신호의 수신신호강도(RSSI)와 임계값을 비교하여(S154) 비콘신호의 수신신호강도(RSSI)가 크면 비콘신호를 계속해서 수신하고(S140), 비콘신호의 수신신호강도(RSSI)가 작으면 다른 노변장치(RSEx)로부터 비콘신호를 수신하기 위해 주파수 스캔을 활성화한다(S160). 여기에서 다른 노변장치(RSEx)로부터 비콘신호를 수신하기 위해 주파수 스캔을 활성화할 때, 검색된 노변장치 리스트로부터 가장 큰 신호 세기를 갖는 노변장치가 존재하면 새로운 노변장치로 접속하게 되지만, 검색된 리스트 중에서 가장 큰 신호 세기를 가지는 노변장치보다 접속되어 있는 노변장치의 신호 세기가 클 경우에는 현재 검색된 채널에서는 새로 접속할 노변장치가 존재하지 않음을 의미하기 때문에 스캔할 채널을 변경하여 새로 스캔을 수행해야한다. 새로 스캔을 해도 주변 노변장치들의 신호 세기가 현재 신호 세기보다 작거나 비슷한 경우에는 설정된 임계값을 일정 값만큼 감소시키지만, 계속해서 임계값을 줄일 수 없기 때문에 일반적인 무선랜 단말의 최대 수신 감도 이상의 값보다는 크게 설정한다. 임계값을 일정 값만큼 감소시키면 현재 수신되는 신호 세기가 임계값보다는 크기 때문에 스캔 동작을 하지 않고 현재 접속된 노변장치로부터 서비스를 계속해서 제공받을 수 있다.

이후, 주파수 스캔을 통해 수신된 다른 비콘신호의 수신신호강도(others RSSI)와 이전에 수신된 비콘신호의 수신신호강도(RSSI)를 비교하여(S170), 이전에 수신된 비콘신호의 수신신호강도(RSSI)가 큰 경우에는 임계값을 재설정한 후 일련의 과정을 반복해서 수행하고, 이전에 수신된 비콘신호의 수신신호강도(RSSI)가 작은 경우에는 다른 노변장치(RSEx)를 선택하여 일련의 과정을 수행한다.

본 출원인은 상기한 바와 같은 과정으로 이루어지는 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법을 이용하여 고속 이동시에 안정적이고 빠른 접속을 통해 데이터 통신 및 끊김 없는 실시간 영상전송을 수행하는 시험을 실시하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

140㎞로 주행하고 있는 차량탑재장치(OBE)가 주변의 노변장치(RSE)와 무선통신을 위해 접속하는데 27㎳ 내지 28㎳ 소요되는 것으로 측정되었고, 노변장치(RSE)는 대당 84대 이상의 차량탑재장치(OBE)와 동시에 접속할 수 있는 것으로 측정되었다.

주행중인 차량탑재장치(OBE)가 노변장치(RSE)들과 핸드오버하는데 있어서, 총 48회의 핸드오버 중 46번이 기준을 만족하여 96%의 성공률을 보였다.

또한, 실시간 영상전송 시험에 있어서는 웹 카메라 영상이 기지국 서버와 후미차량으로 동시에 실시간으로 전송되는 것으로 확인됨으로써 데이터, 즉 영상 데이터의 끊김 없는 전송을 확인하였다.

상기와 같은 실험 결과는 다음과 같은 테스트를 통해 보다 정확하게 확인할 수 있었다.

도 3은 종래기술과 본 발명에 따른 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법에 사용되는 알고리즘이 적용된 전송률을 보여주는 그래프이고, 도 4는 종래기술과 본 발명에 따른 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법에 사용되는 알고리즘이 적용된 응답시간을 보여주는 그래프이다.

본 실험은 시뮬레이션 프로그램(Chariot)을 설치하여 서버와 통신하도록 하고, 시뮬레이터를 통해서 노변장치(RSE)의 출력을 제어하여 핸드오프가 지속적으로 발생할 수 있도록 한 후, 프로그램을 통해 데이터를 측정하였다.

실험 순서는 종래기술과 본 발명에 따른 알고리즘을 적용한 차량탑재장치(OBE)의 데이터를 측정하여 그 값을 통해 성능을 비교할 수 있도록 하였다. 핸드오프 성능을 확인하기 위한 시험에 앞서 두 장치가 핸드오프가 발생하지 않는 일반적인 상태에서 실험을 수행한 후 핸드오프 성능을 확인하기 위해서 노변장치(RSE)의 출력을 조정할 수 있도록 한 후에 두 장치 간의 전송률과 응답시간을 비교 시험하였다.

데이터의 측정은 10분간 진행하였으며, 평균 20초 마다 핸드오프가 발생하도록 설정하였다. 컴퓨터에 설치된 프로그램은 두 엔드포인트(endpoint) 사이에서 일정 시간 동안 데이터의 송수신이 발생하지 않으면 데이터 통신을 중단시키게 된다. 즉, 송신 패킷에 대한 응답을 일정 시간 안에 보내지 않게 되면 타임아웃(timeout)이 발생하여 테스트를 종료하도록 설정되어 있다.

도 3의 (a)를 참조하면, 세 번의 핸드오프가 발생한 후 약 1분 26초 후에는 링크가 단절되어 핸드오프가 정상적으로 이루어지지 않았으며, 링크 단절이 발생하였기 때문에 타임아웃(timeout)이 발생하여 테스트 진행 도중 프로그램이 종료되었다. 또한, 링크 단절이 생긴 후 다시 링크가 연결되어 통신을 재개할 수 있을 때까지 많은 시간이 소요되었다.

도 3의 (b)를 참조하면, 차량탑재장치(OBE)에서는 테스트가 진행되는 10분 동안 약 20초마다 정상적으로 핸드오프가 수행되었다.

시험 결과에 따르면, 핸드오프가 이루어지는 시점에서 짧은 단절이 생겼으나, 핸드오프가 신속하게 이루어져 전송률의 손실이 훨씬 줄어든 것을 알 수 있었다.

도 4의 (a)를 참조하면, 종래기술에서는 도 3의 (a)에서 처럼 통신 단절이 생겨 테스트 시간인 10분간의 테스트가 진행되지 않았으며, 응답시간 또한 100ms가 넘어서는 상태를 보여주고 있다.

그러나 도 4의 (b)를 참조하면, 본 발명에 따른 알고리즘이 적용된 차량탑재장치(OBE)에서는 10분간의 정상적인 테스트가 진행되고 있으며, 응답시간이 도 4의 (a)에 비해 향상된 결과를 보여주고 있다. 또한, 최대 핸드오프 지연시간인 150ms 내에 응답을 줌으로써 끊김이 없는 서비스가 가능함을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이 전송률과 응답시간 두 가지 항목에 대한 비교를 통해서 본 발명에 따른 알고리즘이 핸드오프 시 성능을 향상시킴을 알 수 있었고, 이를 통해 연속적인 서비스를 제공할 수 있는 적합한 방안이 될 수 있음을 확인할 수 있었다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법을 설명하기 위한 순서도.

도 2는 본 발명에 따른 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법에 있어서 노변장치와 차량탑재장치 간에 무선통신을 수행하기 위한 인증과정을 보여주는 도면.

도 3은 종래기술과 본 발명에 따른 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법에 사용되는 알고리즘이 적용된 전송률을 보여주는 그래프.

도 4는 종래기술과 본 발명에 따른 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법에 사용되는 알고리즘이 적용된 응답시간을 보여주는 그래프.

Claims

차량탑재장치는 사용 채널을 선택하는 단계와;

상기 선택된 채널을 사용하는 노변장치를 선택하는 단계와;

상기 차량탑재장치와 상기 노변장치의 임계값을 설정하는 단계와;

상기 선택된 노변장치로부터 비콘신호를 수신하는 단계와;

상기 비콘신호의 수신신호강도를 상기 임계값과 상기 차량탑재장치와 상기 노변장치의 상태관리요소값의 합과 비교하는 단계와;

상기 비교한 비콘신호에 따라 노변장치를 선택하는 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법.
제 1 항에 있어서,

상기 사용 채널을 선택하는 단계는,

상호 중첩되지 않는 다수 개의 채널로 구성되는 다수 개의 채널 그룹을 스캔하여 무선채널신호를 감지하는 단계; 및

상기 채널 그룹 중 무선채널신호가 감지된 채널 그룹을 재스캔하여 사용 채널을 선택하는 단계;

로 구성되는 것을 특징으로 하는 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법.
제 1 항에 있어서,

상기 임계값은,

초기에는 임의로 설정되며, 상기 상태관리요소값에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 상태관리요소값은,

주파수 채널, SSID, RSSI, MAC 프로토콜, MAC 테이블 및 통신 상호간의 패킷 에러율로 이루어지는 군에서 한 가지 이상인 것을 특징으로 하는 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법.
제 1 항에 있어서,

상기 비콘신호의 수신신호강도를 상기 임계값과 상태관리요소값의 합과 비교하는 단계는,

상기 비콘신호의 수신신호강도가 상기 상기 임계값과 상태관리요소값의 합보다 높으면, 상기 임계값이 현재 수신되고 있는 비콘신호의 수신신호강도보다 낮은 것으로 판단하여 상기 임계값을 높여주고, 상기 비콘신호의 수신신호강도가 상기 임계값과 상태관리요소값의 합보다 낮으면 상기 비콘신호의 수신신호강도와 상기 임계값을 비교하여 상기 비콘신호의 수신신호강도가 높으면 현재 수신되고 있는 상 기 비콘신호를 계속해서 수신하고, 상기 비콘신호의 수신신호강도가 상기 임계값보다 낮으면 다른 노변장치를 선택하는 것을 특징으로 하는 다채널 무선 통신 기반의 고속 핸드오버 지원방법.