KR20100068170A - 핸드오버 지연을 줄이기 위한 주변 이동 기지국 파악 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 핸드오버 지연을 줄이기 위한 주변 이동 기지국 파악 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면은, 서로 다른 방향을 가지는 복수의 기지국 상대 이동 벡터를 가정하고, 상기 가정한 각 기지국 상대 이동 벡터의 수신 부호 강도 변화를 예측하고, 상기 수신 부호 강도 변화를 실제로 측정하고, 상기 수신 부호 강도 변화에 대한 예측 결과와 실제 측정 결과를 비교하고, 상기 비교 결과를 바탕으로 기지국 상대 이동 벡터를 파악하며, 상기 파악된 기지국 상대 이동 벡터를 이용하여 핸드오버 지연을 줄이기 위한 주변 기지국의 스캐닝 우선 순위를 결정하는 주변 이동 기지국 파악 방법을 제공한다. 본 발명에 의하면, 핸드오버 발생 가능성이 낮은 주변 기지국에 스캐닝 우선 순위를 적용하여 스캐닝 소요 시간을 줄임으로써 핸드오버 지연을 줄일 수 있게 되는 효과가 있다.
이동 기지국, 상대 이동, 핸드오버 지연, 스캐닝, 군사
Description
본 발명은 핸드오버 지연을 줄이기 위한 주변 이동 기지국 파악 방법 및 장치에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은, 전투 및 군사 작전 등 이동 기지국 도입 환경에서 단말과 기지국의 상대 이동 벡터를 가정한 예측 값과 실제 측정 값을 비교하여 단말의 상대 이동 벡터를 파악함으로써, 핸드오버 지연을 최소화하도록 주변 이동 기지국에 대한 스캐닝 우선 순위를 적용하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
핸드오버(handover)란, 통화 중 상태인 이동 단말(mobile station, MS)이 해당 기지국(base station, BS)의 서비스 지역(cell boundary)을 벗어나 인접 기지국 서비스 지역으로 이동할 때, 이동 단말이 인접 기지국의 새로운 통화 채널에 자동 동조되어 통화 상태를 유지하는 것을 말한다. 통화 채널이 자동으로 바뀌는 동안의 통화 단절 시간이 약 15ms 이하로서, 이러한 짧은 시간 동안 기지국과 단말기 간에는 메시지 교신을 수행하여 통화 중인 가입자는 순간 통화 두절 상태를 거의 감지하기 어렵다.
핸드오버는 이동 단말의 교신 대상이 하나의 기지국에서 다른 기지국으로 변하는 것이므로, 핸드오버 발생시 주변 기지국의 정보를 파악하고 스캐닝 하는 단계가 필요하다. 이 때 교신 중이던 기지국은 단말에 주변 기지국에 대한 정보(recommended BS ID/Index)를 제공하고, 이동 단말은 이에 기반하여 스캐닝을 수행하게 된다.
그런데, 전쟁과 같이 기지국 등 통신 기반 시설이 쉽게 파괴될 수 있는 극한 상황에서는, 고정 기지국을 기반으로 하는 일반적인 무선 망과 달리 헬리콥터 또는 항공기 등에 기지국 장비를 장착하여 이용하는 이동 기지국이 도입되는 경우가 있다. 이와 관련하여 최근 군 전술 정보통신 체계(Tactical Information Communication Network; TICN) 사업은, 전장에서 전투 능력을 극대화하기 위해 지휘통제·공격 무기 등 각 체계들을 유·무선으로 거미줄같이 연결하는 전술통신 기반 체계를 구축하기 위하여 이러한 이동 기지국 환경에서의 통신 기술 연구를 추진하고 있다.
도 1은 고정 기지국 및 이동 기지국 환경에서의 핸드오버 상황을 도시한 것이다.
도 1a에는 고정 기지국 환경에서 단말(110)이 이동하는 경우 핸드오버 대상 기지국을 결정하는 상황이 제시된다. 여기서 핸드오버 대상 기지국은 단말이 이동하고 있는 방향에 있는 기지국(120, 125) 중 어느 하나가 된다.
도 1b에는 헬리콥터로 구현한 이동 기지국(160, 170, 180)이 단말(150) 이동 속도보다 더 빠르게 진격할 경우 핸드오버 대상 기지국을 결정하는 상황이 제시된다. 이동 기지국 도입 환경에서는, 단말(150)과 이동 기지국(160, 170, 180)의 상대적 이동 상태에 따라 핸드오버 대상 기지국을 변경해야 하고, 긴급 상황 시 신속하게 핸드오버 대상 기지국을 파악해야 한다. 이동 기지국이 진격하지 않는 경우라면 현재 단말(150)과 가장 가까운 곳에 위치한 기지국(180)을 핸드오버 대상 기지국으로 결정하게 된다. 그러나 이동 기지국이 진격하는 경우라면 단말(100)과 가까워지는 방향으로 이동하고 있는 기지국(160)을 핸드오버 대상 기지국으로 결정하는 것이 핸드오버 지연 시간 측면에서 효율적이다. 단말(150)과 기지국(160, 170, 180)의 상대 이동을 고려하지 않을 경우, 핸드 오버 발생 가능성이 낮은 주변 기지국(180)에 대한 스캐닝을 시도하게 되어 스캐닝 소요 시간이 증가하고, 결과적으로 핸드오버 지연 시간이 증가하게 된다.
따라서 이러한 이동 기지국 도입 환경에서 단말과 기지국의 상대 이동을 고려하여 핸드오버 지연을 최소화할 수 있도록 최적의 주변 이동 기지국 파악 기술에 대한 요구가 존재하고 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 핸드오버 발생 가능성이 낮은 주변 기지국에 스캐닝 우선 순위를 적용하여 스캐닝 소요 시간을 줄이는 것을 목적으 로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 1 측면은, 서로 다른 방향을 가지는 복수의 기지국 상대 이동 벡터를 가정하고, 상기 가정한 각 기지국 상대 이동 벡터의 수신 부호 강도 변화를 예측하고, 상기 수신 부호 강도 변화를 실제로 측정하고, 상기 수신 부호 강도 변화에 대한 예측 결과와 실제 측정 결과를 비교하고, 상기 비교 결과를 바탕으로 기지국 상대 이동 벡터를 파악하며, 상기 파악된 기지국 상대 이동 벡터를 이용하여 핸드오버 지연을 줄이기 위한 주변 기지국의 스캐닝 우선 순위를 결정하는 주변 이동 기지국 파악 방법을 제공한다.
또한, 상기 가정한 복수의 상대 이동 벡터는 인접한 상대 이동 벡터와 실질적으로 동일한 각도 차이를 가지고 동일한 원점을 중심으로 방사하는 주변 이동 기지국 파악 방법을 제공한다.
또한, 상기 수신 부호 강도 변화의 예측은 경로 손실 또는 음영 효과 중 어느 하나 이상을 고려하여 이루어지는 주변 이동 기지국 파악 방법을 제공한다.
또한, 상기 예측 결과와 상기 실제 측정 결과의 비교는 평균제곱오차를 사용하여 이루어지며, 상기 기지국 상대 이동 벡터의 파악은 최소평균제곱오차를 사용하여 가장 오차가 작은 벡터를 상기 기지국 상대 이동 벡터로 선택함으로써 이루어지는 주변 이동 기지국 파악 방법을 제공한다.
또한, 상기 스캐닝 우선 순위의 결정은 상기 파악된 기지국 상대 이동 벡터 에 대하여 상기 스캐닝 우선 순위를 가장 높게 설정함으로써 이루어지는 주변 이동 기지국 파악 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 2 측면은, 서로 다른 방향을 가지는 복수의 기지국 상대 이동 벡터를 가정하고, 상기 가정한 각 기지국 상대 이동 벡터의 수신 부호 강도 변화를 예측하는 RSS 예측부; 상기 수신 부호 강도 변화를 실제로 측정하는 RSS 측정부; 상기 수신 부호 강도 변화에 대한 예측 결과와 실제 측정 결과를 비교하고, 상기 비교 결과를 바탕으로 기지국 상대 이동 벡터를 파악하는 상대 이동 벡터 파악부; 및 상기 파악된 기지국 상대 이동 벡터를 이용하여 핸드오버 지연을 줄이기 위한 주변 기지국의 스캐닝 우선 순위를 결정하는 스캐닝 우선 순위 결정부를 포함하는 주변 이동 기지국 파악 장치를 제공한다.
또한, 상기 RSS 예측부는 상기 가정한 복수의 상대 이동 벡터를 인접한 상대 이동 벡터와 실질적으로 동일한 각도 차이를 가지고 동일한 원점을 중심으로 방사하도록 설정하는 주변 이동 기지국 파악 장치를 제공한다.
또한, 상기 상대 이동 벡터 파악부는, 평균제곱오차를 사용하여 상기 예측 결과와 상기 실제 측정 결과를 비교하며, 최소평균제곱오차를 사용하여 가장 오차가 작은 벡터를 상기 기지국 상대 이동 벡터로 파악하는 주변 이동 기지국 파악 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 핸드오버 발생 가능성이 낮은 주변 기지국에 스캐닝 우선 순위를 적용하여 스캐닝 소요 시간을 줄임으로써 핸드오버 지연을 줄일 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 불필요한 스캐닝을 줄이게 되어 전력 소모를 절감할 수 있게 되는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 단말과 기지국 간의 상대 이동을 고려한 주변 기지국 파악을 위하여 몇 가지를 가정하였다. 이동기지국은 자신의 이동 속도를 파악할 수 있고, 단말에게 주변 이동 기지국에 대한 정보를 제공할 수 있다고 가정하였다. 한편, 단말은 자신의 이동 속도 및 방향을 파악할 수 없다고 가정하였다. 이는 이동 기지국이 헬리콥터 또는 항공기 등에 기지국 장비를 장착한 형태로 구현되는 경우를 상정한 것으로, 이동 기지국의 이동 속도가 단말의 이동 속도보다 매우 빠를 경우에는 현실에 적용하는 데 큰 문제가 없다.
도 2는 본 발명에 의한 주변 이동 기지국 파악 방법의 일 실시예의 개략적 인 흐름을 나타낸 흐름도이다.
첫째, 기지국 이동에 대한 단말의 상대 이동 파악 준비 단계는, 단말의 이동 벡터를 가정하고(S210), 각 벡터에 대한 수신신호강도(Received Signal Strength) 변화를 측정한다(S220). 둘째, 기지국 이동에 대한 단말의 상대 이동 파악 단계는, RSS를 측정하고(S230), 예측 값과 측정 결과를 비교하여(S240) 단말의 이동 벡터를 파악한다(S250). 셋째, 단말 상대 이동 정보 활용 단계는, 주변 기지국에 대한 스캐닝 우선 순위를 적용한다(S260).
도 3은 기지국과 단말기의 상대 이동을 파악하기 위하여 이동 벡터를 가정하는 모델을 도시한 것이다.
이는 기지국 이동에 대한 단말의 상대 이동 파악 준비 단계의 일부이다. 이동 기지국은 자신의 이동 속도 및 주변 기지국 정보를 제공(broadcasting)한다. 단말은 K개의 방향에 대한 기지국-단말 상대 이동 벡터를 가정하고, 각각의 벡터에 대하여 향후 N RSS 측정 간격(interval) 동안의 RSS 변화를 예측하는데, 이 때 단말에서 적절한 채널 모델(channel) 모델이 사용된다.
가정한 이동 벡터의 방향 D(k)는 아래 수학식 1과 같이 표현되는데, 도 3은 K=4인 경우를 도시한 것이다.
이는 기지국-단말이 동일 방향으로 이동하는지 반대 방향으로 이동하는지에 대한 상대 이동 정보를 제공한다. K 값이 커질수록 더욱 정밀한 예측이 가능하다.
도 4는 본 발명의 방법의 제 1단계의 수행 과정을 도시한 것이다.
여기서는 상기 모델에서 적절한 K 값을 설정하여 상대 이동 벡터를 가정한다(S210)(도 4a). 본 실시예에서는 K=4를 적용하였다. 여기서 원점(0,0)을 중심으로 90도 각도로 방사하는 4개의 직선(411, 412, 413, 414)은 가정한 상대 이동 벡터를 나타내며, 좌측 상단의 대각선(415)은 실제 단말의 이동 벡터를 나타낸다.
그 다음, 경로 손실(path loss)을 고려하여 가정한 4개의 상대 이동 벡터에 대하여 예측을 수행한다(S220)(도 4b). 실시예에 따라서는 경로 손실뿐만 아니라 음영 효과(shadowing)까지 고려하여 여러 개의 샘플에 대한 평균을 구하는 방식으로 예측을 수행할 수도 있다. 여기서는 경로 손실 및 음영 효과를 모두 고려하여 5개의 샘플에 대한 평균을 구하여 예측한 결과(도 4c)와, 같은 조건에서 10개의 샘플에 대한 평균을 구하여 예측한 결과(도 4d)를 비교하였다.
도 5는 본 발명의 방법의 제 2단계의 수행 과정을 도시한 것이다.
여기서는 기지국 이동에 대한 단말 상대 이동을 파악한다. 단말은 원천 기지국(serving base station)으로부터 N 간격 동안의 실제 RSS 측정을 수행한다(S230)(도 5a). 그리고 가정한 각각의 벡터에 대해서 N 간격 동안의 예측 결과(도 5b)와 실제 측정 결과(도 5a) 사이의 오차를 계산하고(S240)(도 5c, 도 5d, 도 5e), 가정한 각각의 벡터 중 가장 오차가 작은 벡터를 상대 이동 벡터로 선택한다(S250). 본 실험에서는 오차 계산 방식으로 평균제곱오차(mean square error, MSE)를 사용하고, 가장 오차가 작은 벡터를 선택하는 과정에서 최소 평균제곱오차(minimum MSE, MMSE) 방식을 사용하였다. 아래에 MSE의 계산 방법을 수학식 2로, MMSE의 계산 방법을 수학식 3으로 나타내었다.
도 5를 참조하면, 단말이 측정한 RSS 데이터(S230)(도 5a)와, 가정한 각각의 벡터에 대한 N 간격 동안의 예측 결과(S220)(도 5b) 및 그 비교 과정(S240)(도 5c, 도 5d, 도 5e)이 나타나 있다. 그리고 다양한 조건에서 가정한 각각의 벡터에 대한 MSE의 계산 결과가 도시되어 있다. 도 5c는 10개의 샘플에 대한 평균 MSE, 도 5d는 5개의 샘플에 대한 평균 MSE, 도 5e는 음영 효과를 고려하지 않은 MSE를 각각 나타낸다. 본 실험에서는 어떠한 조건에 의하더라도 2번째 벡터(412)의 MSE가 가장 작다는 것을 알 수 있다. 이로부터 기지국 이동에 대한 단말의 실제 상대 이동이 2번째 벡터(412)과 가장 유사하다고 판단할 수 있다(S250).
본 실험에서는, 단말은 10km/h의 직선 운동을 하고, 기지국은 100km/h의 직선 운동을 하는 단순한 모델을 사용하였다. 본 실험에서 사용한 조건만으로도 본 발명의 구성 및 효과를 증명하기에 부족함이 없으나, 채널 모델 등 군(military) 환경 및 고속 이동 파라미터 등 다른 변수들까지 고려한다면 조금 더 정교한 결과를 얻을 수 있을 것이다.
도 6는 본 발명의 방법의 제 3단계의 수행 과정을 도시한 것이다.
여기서는 단말 상대 이동 정보를 활용한다. 단말은 위 단계를 통하여 파악한 단말-기지국 상대 이동 벡터를 이용하여, 최적의 주변 이동 기지국에 대하여 스캐닝 우선 순위를 설정한다. 이로써 불필요한 스캐닝 수행 빈도가 감소되어 핸드오버 지연을 줄일 수 있게 된다.
도 6을 참조하면, 임의의 순서로 스캐닝하여 불필요한 스캐닝이 발생하는 경우(610)와, 해당 이동 벡터 상에 주변 기지국 3(neighbor BS 3)이 존재한다는 것을 알고 있을 경우 이에 대한 우선 스캐닝을 수행하는 경우(620)의 차이가 도시되어 있다.
본 실시예에서는 단말 측에서 단말-기지국 상대 이동 벡터를 가정하여 RSS를 예측하고, 실제 RSS를 측정하며, 예측 값과 측정 값을 비교하여 상대 이동 벡터를 선택하나, 다른 형태의 실시예도 가능할 수 있다.
도 7은 본 발명에 의한 주변 이동 기지국 파악 장치의 일 실시예의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
RSS 예측부(710)는 서로 다른 방향을 가지는 복수의 기지국 상대 이동 벡터를 가정하고, 가정한 각 기지국 상대 이동 벡터의 수신 부호 강도 변화를 예측한다. RSS 측정부(720)는 수신 부호 강도 변화를 실제로 측정한다. RSS 측정 부(720)는 안테나 등의 수신부(725)와 연결되도록 구현될 수 있다. 상대 이동 벡터 파악부(730)는 RSS 예측부(710)로부터 수신 부호 강도 변화에 대한 예측 결과를 전달 받고 RSS 측정부(720)로부터 실제 측정 결과를 전달 받아 양자를 비교하고, 비교 결과를 바탕으로 기지국 상대 이동 벡터를 파악한다. 스캐닝 우선 순위 결정부(750)는 파악된 기지국 상대 이동 벡터를 이용하여 핸드오버 지연을 줄이기 위한 주변 기지국의 스캐닝 우선 순위를 결정한다. 이 때 스캐닝 우선 순위 결정부(750)는 스캐너(750)와 연결되도록 구현될 수 있다.
본 실시형태의 모듈, 기능 블록들 또는 수단들은 전자 회로, 집적 회로, ASIC (Application Specific Integrated Circuit) 등 공지된 다양한 소자들로 구현될 수 있으며, 각각 별개로 구현되거나 2 이상이 하나로 통합되어 구현될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 이해를 위하여 그 실시예를 기술하였으나, 당업자라면 알 수 있듯이, 본 발명은 본 명세서에서 기술된 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형, 변경 및 대체될 수 있다. 예를 들어, 문자 대신 기타 LCD 등 디스플레이에 의해 표시될 수 있는 그림, 영상 등에도 본 발명의 기술이 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 사상 및 범주에 속하는 모든 변형 및 변경을 특허청구범위에 의하여 모두 포괄하고자 한다.
도 1은 고정 기지국 및 이동 기지국 환경에서의 핸드오버 상황을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 주변 이동 기지국 파악 방법의 일 실시예의 개략적인 흐름을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 기지국과 단말기의 상대 이동을 파악하기 위하여 이동 벡터를 가정하는 모델을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 방법의 제 1단계의 수행 과정을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 방법의 제 2단계의 수행 과정을 도시한 것이다.
도 6는 본 발명의 방법의 제 3단계의 수행 과정을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 의한 주변 이동 기지국 파악 장치의 일 실시예의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
Claims (8)
- 서로 다른 방향을 가지는 복수의 기지국 상대 이동 벡터를 가정하고,상기 가정한 각 기지국 상대 이동 벡터의 수신 부호 강도 변화를 예측하고,상기 수신 부호 강도 변화를 실제로 측정하고,상기 수신 부호 강도 변화에 대한 예측 결과와 실제 측정 결과를 비교하고,상기 비교 결과를 바탕으로 기지국 상대 이동 벡터를 파악하며,상기 파악된 기지국 상대 이동 벡터를 이용하여 핸드오버 지연을 줄이기 위한 주변 기지국의 스캐닝 우선 순위를 결정하는주변 이동 기지국 파악 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 가정한 복수의 상대 이동 벡터는 인접한 상대 이동 벡터와 실질적으로 동일한 각도 차이를 가지고 동일한 원점을 중심으로 방사하는주변 이동 기지국 파악 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 수신 부호 강도 변화의 예측은 경로 손실 또는 음영 효과 중 어느 하 나 이상을 고려하여 이루어지는주변 이동 기지국 파악 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 예측 결과와 상기 실제 측정 결과의 비교는 평균제곱오차를 사용하여 이루어지며,상기 기지국 상대 이동 벡터의 파악은 최소평균제곱오차를 사용하여 가장 오차가 작은 벡터를 상기 기지국 상대 이동 벡터로 선택함으로써 이루어지는주변 이동 기지국 파악 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 스캐닝 우선 순위의 결정은 상기 파악된 기지국 상대 이동 벡터에 대하여 상기 스캐닝 우선 순위를 가장 높게 설정함으로써 이루어지는주변 이동 기지국 파악 방법.
- 서로 다른 방향을 가지는 복수의 기지국 상대 이동 벡터를 가정하고, 상기 가정한 각 기지국 상대 이동 벡터의 수신 부호 강도 변화를 예측하는 RSS 예측부;상기 수신 부호 강도 변화를 실제로 측정하는 RSS 측정부;상기 수신 부호 강도 변화에 대한 예측 결과와 실제 측정 결과를 비교하고, 상기 비교 결과를 바탕으로 기지국 상대 이동 벡터를 파악하는 상대 이동 벡터 파악부; 및상기 파악된 기지국 상대 이동 벡터를 이용하여 핸드오버 지연을 줄이기 위한 주변 기지국의 스캐닝 우선 순위를 결정하는 스캐닝 우선 순위 결정부를 포함하는 주변 이동 기지국 파악 장치.
- 제 6항에 있어서,상기 RSS 예측부는 상기 가정한 복수의 상대 이동 벡터를 인접한 상대 이동 벡터와 실질적으로 동일한 각도 차이를 가지고 동일한 원점을 중심으로 방사하도록 설정하는주변 이동 기지국 파악 장치.
- 제 6항에 있어서,상기 상대 이동 벡터 파악부는, 평균제곱오차를 사용하여 상기 예측 결과와 상기 실제 측정 결과를 비교하며, 최소평균제곱오차를 사용하여 가장 오차가 작은 벡터를 상기 기지국 상대 이동 벡터로 파악하는주변 이동 기지국 파악 장치.
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