KR20110036188A

KR20110036188A - 핸드오버 게이트웨이를 이용한 핸드오버 방법

Info

Publication number: KR20110036188A
Application number: KR1020090093720A
Authority: KR
Inventors: 강충구; 류현석; 정의창
Original assignee: 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2011-04-07
Also published as: KR101149060B1

Abstract

본 발명은 셀룰러 네트워크에서 복수의 기지국들이 공유하는 핸드오버 게이트웨이를 이용한 핸드오버 방법에 관한 것으로, 본 발명의 핸드오버 방법은 (a) 상기 단말이 상기 핸드오버 게이트웨이 영역으로 이동함에 따라 상기 서빙 기지국이 상기 단말의 서빙 핸드오버 게이트웨이를 결정하는 단계; (b) 상기 단말이 상기 (a) 단계에서 결정된 핸드오버 게이트웨이로 가상적인 핸드오버를 수행하는 단계; (c) 상기 단말이 핸드오버 게이트웨이 영역에서 상기 타깃 기지국으로 핸드오버를 수행하는 단계; 및 (d) 상기 단말이 상기 타깃 기지국의 영역으로 이동함에 따라 상기 타깃 기지국으로 가상적인 핸드오버를 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명의 핸드오버 방법에 따르면, 핸드오버 실패율과 핸드오버 지연 시간을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 핸드오버 수행 횟수를 최소화할 수 있다.

핸드오버, 중계기

Description

핸드오버 게이트웨이를 이용한 핸드오버 방법{HANDOVER METHOD USING HANDOVER GATEWAY}

본 발명은 무선 통신 기술에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 셀룰러 네트워크에서 복수의 기지국들이 공유하는 핸드오버 게이트웨이를 이용한 핸드오버 방법에 관한 것이다.

IEEE 802.16e에 따른 셀룰러 시스템에서의 핸드오버(handover) 절차는 먼저, 단말(Mobile Station; MS)이 네트워크 토폴로지를 획득한 후 셀 선택, 핸드오버 결정 및 초기화, 핸드오버 취소 및 결정, 서빙 기지국(serving BS)과의 서비스 종료, 타깃 기지국(target BS) 스캐닝(scanning), 타깃 BS로의 망 재진입 등의 과정을 통해 수행된다.

도 1은 이와 같은 IEEE 802.16e에 따른 셀룰러 네트워크에서 BS-initiated 핸드오버 절차를 예시적으로 보여주는 흐름도이다. 도 1을 참조하면, BS-initiated 핸드오버 절차는 크게 핸드오버 준비(handover preparation) 단계와 핸드오버 수행(handover action) 단계로 나눌 수 있다.

핸드오버 준비 단계는 서빙 BS(S-BS)가 MS에게 MOB_BSHO-REQ 메시지를 전송 하는 시점부터 시작된다(S101). MOB_BSHO-REQ 메시지를 통해 서빙 BS(S-BS)는 MS에게 타깃 BS들의 후보들을 알려준다. 이 메시지를 수신한 MS는 타깃 BS들의 후보들에 대해 스캐닝을 수행한 후 그 결과를 서빙 BS(S-BS)에게 MOB_MSHO-RSP 메시지를 통해 보고한다(S102). 서빙 BS(S-BS)는 타깃 BS에게 핸드오버 확인(confirm) 메시지를 전송한 후 MS로부터 보고 받은 결과를 이용하여 MOB_ BSHO-RSP 메시지를 통해 MS에게 최종 타깃 BS(T-BS2)를 알려준다(S103, S104).

핸드오버 수행 단계에서 MS는 실질적으로 서빙 BS(S-BS)와의 연결을 끊고 새로운 타깃 BS로 재진입 하며 이는 초기 레인징 과정이다. 핸드오버 수행 단계는 MS가 서빙 BS(S-BS)에게 MOB_HO-IND 메시지를 전송하는 시점부터 시작된다(S105). 이 메시지를 통해 MS는 서빙 BS(S-BS)와의 링크 해지 또는 타깃 BS로의 핸드오버 진행 중지를 서빙 BS(S-BS)에게 알린다. 만일 MS가 서빙 BS(S-BS)와의 링크를 해지하고 타깃 BS(T-BS2)로의 핸드오버가 확정되면 MS는 네트워크 토폴로지 획득 과정에서 획득한 타깃 BS(T-BS2)의 레인징 정보들을 이용하여 Fast_ranging_IE 메시지를 수신하고(S106), RNG-REQ/RSP 메시지들을 통해 네트워크 재진입 과정을 수행한다(S107, S108).

도 2는 IEEE 802.16j의 Nontransparent 시나리오에 따른 중계기(Relay Station; RS)를 사용한 셀룰러 네트워크에서의 네트워크 토폴로지(topology)를 보여주는 예시도이다. 도 2를 참조하면, IEEE 802.16j의 Nontransparent 시나리오에 따른 중계기를 이용한 릴레이 시스템에서는 셀(200) 내에 각 셀(200)을 관장하는 기지국(Base Station; BS)(210)이 있고, 각 셀(200) 내에는 여러 개의 중계기(220) 들이 설치된다.

각 셀(200) 내에 설치된 복수의 중계기(220)들로 인해 단말(MS)은 수신 신호의 신호 대 간섭비(Carrier-to-Interference and Noise Ratio; CINR)에 이득을 얻을 수 있으므로 핸드오버 메시지 및 데이터 수신에 신뢰성을 확보할 수 있다. 그러나 이와 같은 릴레이 시스템 상에서의 핸드오버 과정에서, 인접 중계기(220)들 간의 간섭(interference)으로 인해 수신 신호의 CINR이 열화되어 핸드오버 드롭이 빈번하게 발생하고 이에 따라 단말의 원활한 통신에 부정적인 영향을 미치고 있다.

또한, 서빙 기지국과 통신하는 단말이 타깃 기지국으로 핸드오버 절차를 수행할 경우, 다시 말해 서빙 기지국과 통신하는 단말이 서빙 기지국이 관장하는 중계기를 거치고, 타깃 기지국이 관장하는 중계기를 거친 후 타깃 기지국으로 진입하는 과정(즉, 단말이 서빙 기지국 → 서빙 기지국의 중계기 → 타깃 기지국의 중계기 → 타깃 기지국으로 이동)에서 송수신해야 하는 다양한 핸드오버 메시지들이 오버헤드(overhead)로 작용하고, 이에 따라 중계기가 없는 셀룰서 시스템에 비해 불필요한 핸드오버 수행을 유발하여 시스템 성능을 저하시키는 원인이 되고 있다.

따라서 IEEE 802.16j에 따른 셀룰러 네트워크 시스템에서 빈번한 핸드오버를 미연에 방지하면서 핸드오버 지연 시간을 줄일 수 있는 기술에 대한 요구가 절실한 실정이다.

본 발명의 목적은 복수의 기지국들이 하나의 핸드오버 게이트웨이를 공유함으로써 단말이 수신하는 신호의 신뢰도를 향상시켜 핸드오버의 실패율을 최소화하는 한편, 서빙 기지국과 타깃 기지국 사이의 메시지를 핸드오버 게이트웨이를 통해 무선 링크로 송수신함으로써 핸드오버 지연 시간을 최소화하고, 불필요한 핸드오버 수행을 방지할 수 있는 핸드오버 게이트웨이를 이용한 핸드오버 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 핸드오버 게이트웨이를 이용한 핸드오버 방법은, (a) 상기 단말이 상기 핸드오버 게이트웨이 영역으로 이동함에 따라 상기 서빙 기지국이 상기 단말의 서빙 핸드오버 게이트웨이를 결정하는 단계; (b) 상기 단말이 상기 (a) 단계에서 결정된 핸드오버 게이트웨이로 가상적인 핸드오버를 수행하는 단계; (c) 상기 단말이 핸드오버 게이트웨이 영역에서 상기 타깃 기지국으로 핸드오버를 수행하는 단계; 및 (d) 상기 단말이 상기 타깃 기지국의 영역으로 이동함에 따라 상기 타깃 기지국으로 가상적인 핸드오버를 수행하는 단계를 포함한다.

이상의 구성을 통한 본 발명의 핸드오버 게이트웨이를 이용한 핸드오버 방법에 따르면, 핸드오버 실패율과 핸드오버 지연 시간을 최소화할 수 있을 뿐만 아니 라 핸드오버 수행 횟수를 최소화할 수 있다.

본 발명은 IEEE 802.16j에 따른 셀룰러 네트워크 시스템에서의 빈번한 핸드오버를 미연에 방지하고, 핸드오버 지연 시간을 줄이기 위해 새로운 형태의 중계기(RS)인 핸드오버 게이트웨이(Handover Gateway; HG)를 이용한 핸드오버 방법을 제안한다. IEEE 802.16j에 따른 셀룰러 네트워크 시스템에서는 하나의 BS가 자신의 셀 커버리지(coverage) 영역 내에 설치된 다수 개의 RS들을 관리하지만 본 발명의 핸드오버 게이트웨이 시스템에서는 하나의 핸드오버 게이트웨이(HG)가 복수의 BS들을 관리한다. 이러한 특성을 통해 본 발명의 핸드오버 게이트웨이 시스템은 IEEE 802.16e 시스템과 비교하여 셀 커버리지가 확장될 뿐만 아니라 IEEE 802.16j 시스템과 비교하여 간섭원의 수가 줄어든다는 장점이 있다.

앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이라는 것이 이해되어야 하며, 청구된 발명의 부가적인 설명이 제공되는 것으로 여겨져야 한다. 참조 부호들이 본 발명의 바람직한 실시예들에 상세히 표시되어 있으며, 그것의 예들이 참조 도면들에 표시되어 있다. 가능한 모든 경우에 대해, 동일한 참조 번호들이 동일한 또는 유사한 부분을 참조하기 위해서 설명 및 도면들에 사용된다. 이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 3은 본 발명의 핸드오버 게이트웨이 시스템에 따른 네트워크 토폴로지를 보여주는 예시도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 핸드오버 게이트웨이 시스템은 셀(300)들의 경계에 복수의 핸드오버 게이트웨이(Handover Gateway; HG)(320)들이 설치되고, 복수의 기지국(BS)(310)들이 하나의 HG(320)를 공유한다. 본 발명의 핸드오버 게이트웨이 시스템은 BS(310)들이 공유하는 HG(320)를 통해 단말(MS)(미도시)이 수신하는 신호 또는 메시지의 신뢰도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, MS가 HG(320)을 인식하지 못하도록 함으로써 불필요한 핸드오버를 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 핸드오버 게이트웨이 시스템을 지원하기 위한 프레임 구조를 보여주는 예시도로서, OFDMA/TDD 방식을 따른다. 도 4를 참조하면, 각 프레임은 하향 링크(Down Link)와 상향 링크(Up Link)로 분할되고, 다시 각 링크는 MS가 BS 또는 HG와 직접 통신하기 위한 액세스 구간(access zone)과 BS와 HG 간의 링크를 제공하기 위한 릴레이 구간(relay zone)으로 분할된다. 이때 액세스 구간과 릴레이 구간의 비율은 셀 내에서 트래픽(traffic) 분포에 따라 가변적으로 설정할 수 있으며, 이때 자원 효율성을 위해서는 적절한 부하 관리(load balancing)가 요구된다.

또한 본 발명의 프레임 구조에서 하향 링크는 IEEE 802.16j의 transparent RS 모드를 지원하기 위한 프레임 구조와 같이 RS가 MS에게 프레임 동기와 셀 탐색을 위한 프리앰블과 사용자별 자원 할당 정보를 알려주는 맵(MAP)을 전송하지 않는다. 따라서 모든 MS들은 자신의 서빙 BS로부터 프리앰블과 맵을 수신한다. 즉, BS 및 HG로부터 서비스를 받는 모든 MS들은 자신의 서빙 BS로부터 프레임 동기 및 자원 할당 정보를 획득하고, 데이터 버스트(data burst)는 서빙 BS 또는 HG로부터 수신한다.

한편, BS와 HG 간의 통신을 위한 릴레이 구간은 HG를 공유하는 BS들끼리 서 로 직교해서 사용하도록 자원을 할당한다. 주파수 재사용을 극대화하기 위해 릴레이 구간을 제외한 모든 액세스 구간에서 각 BS와 HG는 링크 간 중첩을 통해 동일한 부채널을 사용한다.

HG는 프리앰블을 방송하지 않기 때문에 MS는 HG의 존재를 알 수 없다. 이로 인해 MS가 어떤 시점에, 어떤 HG로부터 서비스를 받아야 할지 결정하는 것은 불가능하다. 이러한 문제를 해결하기 위해 HG가 MS의 상향 링크 신호를 엿들을(overhearing: OH) 수 있는 특별한 자원 영역(OH zone)을 상향 링크 액세스 구간의 일부에 설정하고, OH zone을 통해 MS가 자신의 서빙 BS에게 보고하는 CQI(Channel Quality Indicator) 또는 자신의 데이터 버스트를 HG가 엿듣을 수 있도록 한다.

OH zone은 서빙 BS가 할당하는데, 주기적 또는 이벤트 트리거(event trigger) 방식에 따라 할당될 수 있다. 그러나 전자의 경우 주기적으로 액세스 구간의 자원을 OH zone을 위해 사용해야 하므로 수율의 감소를 초래할 수 있다. 따라서 이벤트 트리거 방식에 의해 OH zone이 할당되도록 하는 것이 바람직하다. 이벤트 트리거 방식에 의하는 경우 MS가 서빙 BS에게 보고한 CQI 값이 특정 임계값 이하로 떨어질 경우 OH zone이 할당된다. OH zone이 할당되면 서빙 BS는 해당 MS에게 미리 정의된 OH zone을 이용하여 데이터 또는 제어 정보를 상향링크로 전송하도록 지시한다.

도 5는 본 발명에 따른 핸드오버 게이트웨이를 이용한 핸드오버 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다. 도 5에서는 설명의 편의를 위해 MS는 서빙 BS(BS1) 영역으로부터 HG를 거쳐 타깃 BS(BS2) 영역으로 이동한다고 가정한다. 도 5를 참조하면, 단계 S501에서 MS는 BS1의 영역 내에 위치하고, 서빙 BS(BS1)는 도 4의 하향 링크 및 상향 링크의 액세스 구간을 통해 MS를 서비스 한다.

이후 MS가 BS1 영역에서 HG 영역으로 이동하는 경우(즉, BS1과 통신하는 MS가 셀 경계로 이동하는 경우), 셀 경계 수율의 증대 및 서비스 불능 성능을 향상시키기 위해 인접 HG로부터 서비스 받아야 한다. 그러나 MS는 HG의 존재를 알 수 없기 때문에 도 4에서 설명한 OH zone을 통해 MS의 서빙 HG를 결정한다(S502). MS의 서빙 HG를 결정하는 절차는 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 핸드오버 방법에 따른 서빙 HG를 결정하는 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 먼저 서빙 BS(BS1)는 CQI를 통해 MS가 보고한 CINR 값이 특정 임계값(C1) 이하로 떨어지면 해당 MS가 상향 링크 액세스 구간으로 전송하도록 OH zone을 할당함과 동시에 HG들에게 이 영역을 엿듣도록 릴레이 구간을 통해 지시한다(S601 내지 S605).

서빙 BS(BS1)로부터 지시를 받은 HG들은 OH zone으로 송신되는 MS의 CQI 또는 data burst를 엿들은 후 RSS(Received Signal Strength)를 측정하고, 측정한 RSS 값을 서빙 BS(BS1)에게 보고한다(S606, S607). 서빙 BS(BS1)는 HG들로부터 보고된 RSS 값들을 바탕으로 다음의 수학식 1을 만족하는 HG를 결정한다(S608).

여기서

은 M 번째 HG가 수신한 k 번째 MS의 순시적인(instantaneous) RSS 값을 나타내고

는 미리 정의된 RSS의 최저 임계값을 나타낸다.

서빙 BS(BS1)는 수학식 1을 통해 결정된 HG(HG1)에게 OH zone으로 송신한 MS의 정보(CID, CQI 등)를 알려줌과 동시에 HG(HG1)에게 MS를 위한 자원 할당을 요청한다(S609). HG(HG1)는 HG scheduling response 메시지를 통해 MS가 자신으로부터 서비스 받을 수 있는 자원 영역을 서빙 BS(BS1)에게 알려주고(S610), 서빙 BS(BS1)는 수신한 HG scheduling response 메시지를 바탕으로 MS에게 MS가 송신 또는 수신할 자원 영역을 알려준다(S611). MS는 서빙 BS(BS1)로부터의 상향 링크 또는 하향 링크 자원 할당 정보를 이용하여 HG(HG1)와 데이터 및 제어 정보의 송수신을 시작한다(S612).

다시 도 5를 참조하면, 단계 S503에서 MS는 HG 영역 내에 위치하며, HG와 데이터 또는 제어 정보를 송수신한다. 그러나 이 경우에도 MS는 서빙 BS(BS1)로부터 프리앰블(preamble)과 맵(MAP)을 수신해야 한다. 즉, MS는 프레임 동기 및 맵을 서빙 BS(BS1)로부터 수신하기 때문에 HG 서비스 영역 내에서 핸드오버가 수행되었음을 인지하지 못한다. 따라서 이는 서빙 BS(BS1)와 HG 간의 가상적인 핸드오버(virtual handover)로 볼 수 있다. 만일 셀 경계를 확장하기 위해 HG 서비스 영역에 HG를 대체하는 추가적인 BS 또는 non-transparent RS가 설치될 경우, 단계 S503에서 MS는 핸드오버를 인지하게 되어 빈번한 핸드오버가 발생하게 된다. 반면 에 본 발명은 HG를 통해 서빙 BS의 셀 경계를 확보하는 한편, 셀 경계에서의 빈번한 핸드오버의 발생을 방지할 수 있다.

이후 단계 S504에서 MS는 HG 영역 내에서 타깃 BS로 핸드오버를 한다. 상술한 바와 같이 단계 S503에서 MS는 BS1의 서비스 영역에서 HG의 서비스 영역으로 이동하여 CINR이 향상되므로 좋은 품질의 링크 상태를 보장받게 된다. 그러나 HG 영역 내의 MS가 서빙 BS(BS1)로부터 점점 멀어질수록 서빙 BS(BS1)로부터 프리앰블과 맵 수신이 어려워 지고, 이에 따라 MS는 새로운 BS로 핸드오버 해야 한다. 즉, 단계 S504에서 MS가 새로운 프리앰블과 맵 정보를 수신할 타깃 BS를 결정하게 된다. 단계 S504에서의 핸드오버 절차는 다음과 같다.

도 7은 본 발명에 따른 핸드오버 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다. 도 7을 참조하면, MS는 서빙 BS(BS1)에게 주기적으로 순시적인 CINR 값을 보고하고, 서빙 BS(BS1)는 MS로부터 보고 받은 순시적인 CINR 값을 이용하여 다음과 같이 이동 평균(moving average) 연산을 수행한다.

여기서 T ₁ 과 N은 각각 MS가 CINR을 측정하는 주기(일례로 5 ms)와 무빙 윈도우(moving window) 크기를 나타내고,

은 k 번째 MS가 측정한 서빙 BS(BS1)의 신호 대 노이즈 간섭 비를 의미하며, β는 Hysteresis margin을 나타낸다.

또한 MS는 타깃 BS로의 핸드오버를 위해서 서빙 BS(BS1)가 아닌 주변 BS들을 주기적으로 스캐닝하고 HG를 통해 스캐닝 결과를 서빙 BS(BS1)에 보고한다. 서빙 BS(BS1)는 MS로부터 보고 받은 순시적인 스캐닝 결과를 바탕으로 다음과 같이 이동 평균(moving average) 연산을 수행한다.

은 k 번째 MS가 측정한 타깃 BS의 신호 대 노이즈 간섭 비를 의미한다.

서빙 BS는 수학식 2와 수학식 3을 비교하여 다음 조건을 만족하는 MS에 대해 타깃 BS로 핸드오버를 결정한다(S701).

여기서 N은 무빙 윈도우(moving window) 크기를 나타내고, L은 dwell time을 의미하며 수학식 2와 수학식 3의 이동 평균(moving average) 연산과 함께 MS의 핑퐁(ping-pong) 현상을 방지하기 위한 파라미터이다.

수학식 4를 통해 핸드오버가 결정되면, 서빙 BS(BS1)는 HG를 통해 MS를 위한 대역과 QoS 등을 타깃 BS와 협상한다(S702 내지 S704). 이 과정에서 HG는 각 BS로부터 사용 가능한 레인징 코드들의 집합을 업데이트하고 핸드오버 시 MS에게 할당한다. 이와 같은 HG의 기능을 통해 MS는 타깃 BS와 초기 레인징을 경쟁 없이 수행할 수 있으므로 핸드오버 지연 시간을 줄일 수 있다. 또한, 종래의 셀룰러 시스템에서는 서빙 BS와 타깃 BS가 협상을 위한 메시지들(HO-pre-notification 및 HO-pre-notification response)을 백본 망을 통해 유선으로 주고받는다. 그러나 본 발명의 핸드오버 게이트웨이 시스템에서는 이러한 메시지들이 HG를 통해 무선으로 중계된다.

한편, 본 발명의 핸드오버 방법은 BS-initiated 방식을 따르므로, MS의 핸드오버가 결정되면 서빙 BS(BS1)는 HG로 HO-command 메시지를 전송하고(S705), HG는 MS에게 이를 중계한다(S706). MS는 HG로부터 수신한 HO-command 메시지로부터 타깃 BS(BS2)에 대한 정보(예컨대, 타깃 BSID, 레인징 코드 등)를 알 수 있다. 또한 HG는 타깃 BS(BS2)에게 HO-notification-confirm 메시지를 전송한다(S707). MS는 자신이 수신한 HO-command 메시지에 대한 ACK(acknowledgement)을 HG로 전송하고(S708), HG는 이를 서빙 BS(BS1)에게 중계한다(S709). 마지막으로 MS는 HG를 통해 타깃 BS(BS2)와 RNG-REQ, RNG-RSP 메시지들을 주고받는다(S710 내지 S713).

도 1의 IEEE 802.16e 시스템에서 핸드오버 단절 시간은 모든 메시지가 오류 없이 전송되었다고 가정할 때 15 프레임이 소요된다. 반면에 도 7에 도시된 본 발명의 핸드오버 방법에서는 메시지들이 HG를 경유해야 하므로 도 1에 도시된 IEEE 802.16e 시스템보다 6 프레임이 더 소모되어 핸드오버 지연 시간이 증가하는 것처 럼 보인다. 그러나 종래의 셀룰러 시스템에서의 핸드오버가 셀 경계 또는 RS와 RS의 경계에서 이루어지는 것과 달리, 본 발명의 핸드오버 방식에서는 실제 핸드오버가 HG들의 주변에서 이루어지므로 핸드오버 실패율이 줄어들게 된다. 이는 본 발명에 따른 핸드오버 게이트웨이 시스템이 종래의 셀룰러 시스템에 비해 상대적으로 안정적인 링크 상태를 보장할 가능성이 높기 때문이다. 따라서 전체적인 핸드오버 성능을 고려할 경우, 본 발명에 따른 핸드오버 게이트웨이 시스템이 종래의 셀룰러 시스템에 비해 좋은 성능을 보일 수 있다.

다시 도 5를 참조하면, MS가 HG 영역에서 BS2 영역으로 이동하면 단계 S504를 통해 BS1에서 BS2로 실제 핸드오버를 하더라도 HG 영역 내에 존재하는 MS는 HG로부터 지속적으로 데이터를 수신할 수 있다. 따라서 단계 S505에서 MS는 HG 영역에서 BS2 영역으로 가상적인 핸드오버를 한다. 이때 서빙 BS(BS2)는 MS의 상향 링크 전송을 위해 OH zone을 할당한다. MS는 할당받은 OH zone에서 HG로 상향 링크 전송을 수행하고 서빙 BS(BS2)는 이를 엿듣는다. 이러한 과정은 단계 S502에서의 절차와 유사하며 엿듣는(overhearing) 주체가 HG에서 서빙 BS(BS2)로 전환된다. 그러나 서빙 BS(BS2)가 이미 HG를 통해 서비스 받는 MS의 존재를 알고 있으므로 도 6의 HG scheduling request /response 메시지를 주고받을 필요는 없다.

이후, 단계 S506에서 MS는 BS2 영역에 존재하고, 단계 S501과 동일하게 서빙 BS(BS2)는 하향 링크 및 상향 링크 액세스 구간을 통해 MS를 서비스 한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 모의 실험을 위한 단말의 이동 경로를 나타내는 도면이고, 도 9 내지 도 12는 도 8에 도시된 단말의 이동 경로에 따른 핸드오 버 단절 시간과 핸드오버 실패율 성능을 보여주는 그래프이다.

도 9 및 도 10은 도 8에서 단말이 ①의 경로를 따라 이동하는 경우에 IEEE 802.16e 시스템과 본 발명의 핸드오버 게이트웨이 시스템의 핸드오버 단절 시간 성능과 핸드 오버 실패율 성능을 각각 비교한다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 핸드오버 게이트웨이 시스템이 IEEE 802.16e 시스템보다 핸드오버 단절 시간이 감소하고, 특히 핸드오버 실패율이 현저하게 낮음을 알 수 있다.

도 11 및 도 12는 도 8에서 단말이 ②의 경로를 따라 이동하는 경우에 IEEE 802.16e 시스템과 본 발명의 핸드오버 게이트웨이 시스템의 핸드오버 단절 시간 성능과 핸드 오버 실패율 성능을 각각 비교한다. 도 11 및 도 12를 참조하면, 도 8에서 단말이 ②의 경로를 따라 이동하는 경우에 본 발명의 핸드오버 게이트웨이 시스템과 IEEE 802.16e 시스템 모두 핸드오버 단절 시간 성능은 큰 차이가 없으나, 핸드오버 게이트웨이의 전력이 12W일 때 핸드오버 실패율은 본 발명의 핸드오버 게이트웨이 시스템이 IEEE 802.16e 시스템보다 감소함을 알 수 있다.

도 13은 본 발명의 핸드오버 게이트웨이 시스템과 IEEE 802.16e 및 IEEE 802.16j 시스템의 하향 링크 평균 수율 성능을 비교하는 그래프이고, 도 14는 상향 링크의 평균 수율 성능을 각 기지국이 overhearing zone(OH zone)으로 할당한 서브 채널의 수에 따라 비교한 그래프이다. 도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 핸드오버 게이트웨이 시스템(HGS)은 IEEE 802.16e 시스템보다 우수하고, IEEE 802.16j 시스템과 유사한 수준의 평균 수율 성능을 보여준다. 다만 상향 링크의 경우에 도 14에서 알 수 있는 바와 같이 OH zone으로 할당한 서브 채널의 수가 증가함에 따라 상향 링크의 평균 수율 성능이 저하됨을 알 수 있다.

이상의 본 발명의 핸드오버 게이트웨이 시스템 및 이를 이용한 핸드오버 방법에 따르면 핸드오버 실패율과 핸드오버 지연 시간을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 핸드오버 수행 횟수를 최소화할 수 있다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 IEEE 802.16e에 따른 셀룰러 네트워크에서 BS-initiated 핸드오버 절차를 예시적으로 보여주는 흐름도

도 2는 IEEE 802.16j의 Nontransparent 시나리오에 따른 중계기를 사용한 셀룰러 네트워크에서의 네트워크 토폴로지를 보여주는 예시도

도 3은 본 발명의 핸드오버 게이트웨이 시스템에 따른 네트워크 토폴로지를 보여주는 예시도

도 4는 본 발명의 핸드오버 게이트웨이 시스템을 지원하기 위한 프레임 구조를 보여주는 예시도

도 5는 본 발명에 따른 핸드오버 게이트웨이를 이용한 핸드오버 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도

도 6은 본 발명의 핸드오버 방법에 따른 서빙 핸드오버 게이트웨이를 결정하는 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도

도 7은 본 발명에 따른 핸드오버 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 모의 실험을 위한 단말의 이동 경로를 나타내는 도면

도 9 내지 도 12는 도 8에 도시된 단말의 이동 경로에 따른 핸드오버 단절 시간과 핸드오버 실패율 성능을 보여주는 그래프

도 13은 본 발명의 핸드오버 게이트웨이 시스템과 IEEE 802.16e 및 IEEE 802.16j 시스템의 하향 링크 평균 수율 성능을 비교하는 그래프

도 14는 상향 링크의 평균 수율 성능을 각 기지국이 OH zone으로 할당한 서브 채널의 수에 따라 비교한 그래프

Claims

서빙 기지국과 타깃 기지국 그리고 상기 서빙 기지국과 타깃 기지국이 공유하는 핸드오버 게이트웨이를 포함하는 핸드오버 게이트웨이 시스템에서 상기 서빙 기지국과 통신하는 단말의 핸드오버 방법에 있어서,

(a) 상기 단말이 상기 핸드오버 게이트웨이 영역으로 이동함에 따라 상기 서빙 기지국이 상기 단말의 서빙 핸드오버 게이트웨이를 결정하는 단계;

(b) 상기 단말이 상기 (a) 단계에서 결정된 핸드오버 게이트웨이로 가상적인 핸드오버를 수행하는 단계;

(c) 상기 단말이 핸드오버 게이트웨이 영역에서 상기 타깃 기지국으로 핸드오버를 수행하는 단계; 및

(d) 상기 단말이 상기 타깃 기지국의 영역으로 이동함에 따라 상기 타깃 기지국으로 가상적인 핸드오버를 수행하는 단계를 포함하는 핸드오버 방법.
제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는,

(a-1) 상기 서빙 기지국이 상향 링크의 액세스 구간에 오버히어링 구간(OH zone)을 할당하고, 핸드오버 게이트웨이들에게 상기 오버히어링 구간을 엿듣도록 지시하는 단계;

(a-2) 상기 핸드오버 게이트웨이들이 상기 오버히어링 구간으로 송신되는 상 기 단말의 CQI(Channel Quality Indicator) 정보를 엿들은 후 RSS(Received Signal Strength) 값을 측정하여 상기 서빙 기지국으로 전송하는 단계;

(a-3) 상기 서빙 기지국이 상기 전송된 RSS 값들을 근거로 상기 단말의 서빙 핸드오버 게이트웨이를 결정하는 단계;

(a-4) 상기 서빙 기지국이 상기 결정된 핸드오버 게이트웨이에게 상기 단말의 정보를 알려줌과 동시에 단말을 위한 자원 할당을 요청하는 단계;

(a-5) 상기 핸드오버 게이트웨이가 상기 단말이 서비스 받을 수 있는 자원 영역을 상기 서빙 기지국에 알려주고, 이에 따라 상기 서빙 기지국이 상기 단말이 송신 또는 수신할 자원 할당 정보를 상기 단말에게 알려주는 단계; 및

(a-6) 상기 단말이 상기 서빙 기지국으로부터 수신한 자원 할당 정보를 이용하여 상기 핸드오버 게이트웨이와 통신하는 단계를 포함하는 핸드오버 방법.
제2항에 있어서, 상기 오버히어링 구간은 상기 단말이 상기 서빙 기지국에게 보고한 CQI 값이 미리 설정된 임계값 이하로 떨어지는 경우에 할당되는 것을 특징으로 하는 핸드오버 방법.
제2항에 있어서, 상기 (a-3) 단계는 다음의 수학식에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 핸드오버 방법.

여기서
은 M 번째 핸드오버 게이트웨이가 수신한 k 번째 단말의 순시적인(instantaneous) RSS 값을 나타내고
는 미리 정의된 RSS의 최저 임계값을 나타낸다.
제1항에 있어서, 상기 (b) 단계는,

상기 단말이 상기 핸드오버 게이트웨이로부터 데이터 또는 제어 정보를 송수신하고, 상기 서빙 기지국으로부터 프리앰블(preamble)과 맵(MAP)을 수신하는 것을 특징으로 하는 핸드오버 방법.
제1항에 있어서, 상기 (c) 단계는,

(c-1) 상기 서빙 기지국이 상기 단말의 핸드오버를 결정하는 단계;

(c-2) 상기 서빙 기지국이 상기 타깃 기지국과 협상하는 단계;

(c-3) 상기 서빙 기지국이 상기 핸드오버 게이트웨이로 HO-command 메시지를 전송하고, 상기 핸드오버 게이트웨이가 이를 상기 단말로 중계하는 단계;

(c-4) 상기 단말이 상기 HO-command 메시지에 대한 ACK 메시지를 상기 핸드오버 게이트웨이로 전송하고, 상기 핸드오버 게이트웨이가 이를 상기 서빙 기지국 으로 중계하는 단계; 및

(c-5) 상기 단말이 상기 핸드오버 게이트웨이를 통해 상기 타깃 기지국과 RNG-REQ 메시지 및 RNG-RSP 메시지를 주고 받는 단계를 포함하는 핸드오버 방법.
제6항에 있어서, 상기 (c-1) 단계는,

상기 단말이 상기 서빙 기지국에게 주기적으로 순시적인 CINR(Carrier-to-Interference and Noise Ratio) 값을 보고하는 단계;

상기 서빙 기지국이 상기 단말로부터 주기적으로 보고 받은 상기 순시적인 CINR(Carrier-to-Interference and Noise Ratio) 값을 이용하여 제1 이동 평균 연산을 수행하는 단계;

상기 단말이 상기 서빙 기지국을 제외한 다른 기지국들을 주기적으로 스캐닝하고 스캐닝 결과를 상기 서빙 기지국으로 보고하는 단계;

상기 서빙 기지국이 상기 단말로부터 주기적으로 보고 받은 상기 순시적인 스캐닝 결과를 이용하여 제2 이동 평균 연산을 수행하는 단계; 및

상기 서빙 기지국이 상기 제1 이동 평균 연산과 제2 이동 평균 연산을 비교하여 타깃 기지국으로 핸드오버를 결정하는 단계를 포함하는 핸드오버 방법.
제7항에 있어서, 상기 제1 이동 평균 연산은 다음의 수학식에 따라 이루어진 는 것을 특징으로 하는 핸드오버 방법.

여기서 T ₁ 과 N은 각각 단말이 CINR 값을 측정하는 주기와 무빙 윈도우(moving window) 크기를 나타내고,
은 k 번째 단말이 측정한 서빙 기지국의 CINR 값을 의미하며, β는 Hysteresis margin을 나타낸다.
제7항에 있어서, 상기 제2 이동 평균 연산은 다음의 수학식에 따라 이루어진는 것을 특징으로 하는 핸드오버 방법.

여기서 T ₁ 과 N은 각각 단말이 CINR 값을 측정하는 주기와 무빙 윈도우(moving window) 크기를 나타내고,
은 k 번째 단말이 측정한 타깃 기지국의 CINR 값을 의미한다.
제7항에 있어서, 상기 제1 이동 평균 연산과 제2 이동 평균 연산의 비교는 다음의 수학식에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 핸드오버 방법.

여기서 N은 무빙 윈도우(moving window) 크기를 나타내고, L은 dwell time을 의미한다.
제6항에 있어서, 상기 (c-2) 단계에서 상기 서빙 기지국과 상기 타깃 기지국 간의 협상을 위한 메시지들은 상기 핸드오버 게이트웨이를 통해 무선으로 중계되는 것을 특징으로 하는 핸드오버 방법.
제6항에 있어서, 상기 (c-2) 단계에서 상기 핸드오버 게이트웨이는 상기 타깃 기지국으로부터 사용 가능한 레인징 코드들의 집합을 업데이트하고,

상기 (c-3) 단계에서 상기 핸드오버 게이트웨이가 상기 레인징 코드를 상기 단말에게 할당하는 것을 특징으로 하는 핸드오버 방법.
제1항에 있어서, 상기 (d) 단계는,

상기 타깃 기지국이 상기 단말의 상향 링크 전송을 위해 오버히어링 구간을 할당하는 단계; 및

상기 단말이 상기 할당 받은 오버히어링 구간에서 상향 링크 전송을 수행하고, 상기 타깃 기지국이 이를 엿듣는 단계를 포함하는 핸드오버 방법.