KR20110067877A - 멀티모드 이동 단말의 네트워크 선택 장치 - Google Patents

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멀티모드 이동 단말의 네트워크 선택 장치가 개시된다. 멀티모드 이동 단말의 네트워크 선택 장치는 네트워크 선택을 위해 이용되는 동적 정보와 정적 정보, 그리고 동적 정보의 상태 변화를 나타내는 가속도 계수가 저장된 메모리, 및 메모리를 참조하여 네트워크 선택을 제어하는 네트워크 선택 제어부를 포함한다.

Description

멀티모드 이동 단말의 네트워크 선택 장치{Network selection apparatus of multi-mode mobile terminal}
다양한 네트워크를 이용하여 통신을 수행할 수 있는 멀티모드 이동 단말에 관한 것으로, 특히 멀티모드 이동 단말의 네트워크 선택에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제관리번호: 2008-F-001-02, 과제명: 이동통신 무선접속방식의 환경 적응형 자율제어 기술 연구]
이동 단말에는 다양한 기능들이 구현 가능하다. 예를 들어, 데이터 및 음성 통신 기능, 카메라를 통해 사진이나 동영상을 촬영하는 기능, 음성 저장 기능, 음악파일 재생 기능, 이미지나 비디오의 디스플레이 기능 등이 이동 단말에 모두 구현될 수 있다. 또한 이동 단말은 방송이나 멀티캐스트 신호를 수신하여 비디오나 텔레비전 프로그램을 서비스하는 기능도 제공하고 있다. 한편, 최근의 이동 단말은 이기종의 다양한 네트워크를 이용하여 통신할 수 있는 멀티모드 기능도 가진다.
사용자의 현재 무선 환경과 네트워크의 자원 상태에 따라 가장 적합한 네트워크를 선택할 수 있는 네트워크 선택 장치를 제공함을 목적으로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 멀티모드 이동 단말의 네트워크 선택 장치는 네트워크 선택을 위해 이용되는 동적 정보와 정적 정보, 그리고 동적 정보의 상태 변화를 나타내는 가속도 계수가 저장된 메모리, 및 메모리를 참조하여 네트워크 선택을 제어하는 네트워크 선택 제어부를 포함한다.
본 발명은 멀티모드 이동 단말에 대하여 이용 가능한 네트워크에 대하여 현재 측정 정보를 이용하여 사용자의 현재 무선 환경과 네트워크의 자원 사용량을 인지하고, 가속도 계수를 이용하여 동적 정보의 상태 변화를 인지하여 사용자가 네트워크를 선택하는데 고려하고 있는 조건에 가장 부합하는 네트워크를 통해 통신을 수행할 수 있다. 상용 멀티모드 단말에 본 발명을 적용한다면, 간단히 현재 측정 정보와 가속도 계수만을 이용하여 동적 정보의 상태 변화를 나타낼 수 있고, 사용자는 이를 인식할 수 있게 된다.
이하 설명할 본 발명의 일 양상에 따른 단말은 다음과 같은 특징을 갖는다. 첫째, 단말은 다중 네트워크 인터페이스를 가지는 멀티모드 이동 단말이다. 둘째, 단말은 GPS 기능을 이용하여 자신의 위치 및 이동속도를 알 수 있다. 셋째, 단말은 주기적으로 네트워크 상태 정보를 수신한다. 이 정보에는 네트워크의 부하, 가격, 데이터의 전송 속도, 신뢰도 정보 등이 포함된다. 넷째, 단말은 이용 가능한 네트워크의 수신신호 세기를 주기적으로 측정한다. 다섯째, 단말이 주도적으로 통신을 위한 네트워크를 선택한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티모드 이동 단말의 네트워크 선택을 위한 구성 블록도이다.
도시된 바와 같이, 멀티모드 이동 단말은 네트워크 선택 제어부(100)와 메모리(110)를 포함한다. 그리고 네트워크 선택 제어부(100)는 단말 측정부(101), 네트워크 정보 수집부(102), 가속도 계수 계산부(103), 그리고 최적의 네트워크를 선택하기 위한 네트워크 선택부(104)를 포함한다. 단말 측정부(101)는 단말의 이동속도, 현재 연결된 네트워크의 신호 세기 및 서비스 품질(QoS) 레벨, 배터리 용량 등을 측정한다. 네트워크 정보 수집부(102)는 단말이 위치한 지역에 배치되어 있는 네트워크에 대한 정보를 수집한다. 여러 네트워크들이 오버레이 되어있는 지역에서는 다중 네트워크 정보가 수집될 것이고, 단일 네트워크만 배치되어 있는 지역에서는 단일 네트워크 정보만이 수집될 것이다. 네트워크 정보에는 네트워크의 위치, 반경, 수신신호 세기, 부하 정도, 서비스 이용 가격 등의 정보가 포함될 수 있다. 단말 측정부(101)와 네트워크 정보 수집부(102)에 의해 얻어진 정보는 네트워크 선택시 고려되는 정보이며, 동적(Dynamic) 정보와 정적(Static) 정보로 구분될 수 있다. 표 1에 네트워크 선택시 고려되는 정보를 동적 정보와 정적 정보를 구분 하여 정리하였다.
# Criteria 설명

Dynamic
 (1) Signal Quality: S(t) 단말의 위치에서 수신한 네트워크 신호 세기
(2) Mobile velocity: v(t) 단말의 이동속도
(3) Load: ρ(t) 네트워크의 부하 정보

Static
 (4) Battery Lifetime: L 단말의 lifetime
(5) Cost: C 네트워크의 가격
(6) User Preference: UP 네트워크에 대한 사용자 선호도
동적 정보는 단말의 현재 무선환경, 이동속도, 네트워크의 접속사용자 수 및 자원 사용량 등에 따라 동적으로 변하는 정보이다. 그리고 정적 정보는 사용자 또는 네트워크의 특성에 의해 정해지고, 사용자 또는 네트워크 운영자가 값을 재설정하지 않는 한 변하지 않는 정보이다. 정적 정보 중 배터리 잔여시간(Battery Lifetime)은 변하는 값이지만, 단말의 남은 배터리 잔여량에 따라 계산되므로 정적인 정보로 구분하였다.
가속도 계수 계산부(103)는 네트워크 선택시 고려되는 정보 중 동적 정보에 대하여, 현재 측정시간 t 시점부터 k개의 측정 정보를 이용하여 동적 정보의 상태 변화를 나타내는 가속도 계수 ax(t)를 계산한다. 가속도 계수 계산부(103)는 측정 윈도우(measurement window) 안의 k개의 측정 정보를 이용하고, 이동 평균(moving average) 방법으로 수학식 1과 같이 가속도 계수를 계산한다. 이때, 시간 t-1 이전의 정보가 존재하지 않을 경우 현재 측정값으로 대신한다.
Figure 112009077420418-PAT00001
가속도 계수는 현재 측정값에 대하여 과거 상태 변화를 인지할 수 있게 해준다. 현재시간 t에 측정한 값은 x로써, 도 2의 (a), (b), 그리고 (c)의 경우 모두 동일한 값을 가진다. 하지만 가속도 계수는 도 2의 (a)의 경우는 마이너스 값, (b)의 경우는 플러스 값, (c)의 경우는 제로 값을 가지며, 이는 현재 측정값 x의 상태 변화를 인지할 수 있게 해준다.
메모리(110)에는 단일 또는 다중 네트워크에 대하여 네트워크 선택을 위해 고려되는 정보와 동적 정보에 대한 가속도 계수가 저장된다. 표 2에 메모리(110)에 저장되는 동적 정보와 정적 정보를 나타내었다. 일 실시예에 있어서, k개의 측정 정보를 모두 메모리(110)에 저장하지 않고, 현재 측정 정보와 가속도 계수만을 저장함으로써 메모리를 효율적으로 사용할 수 있으며, 메모리(110)에 저장된 정보를 통해 동적 정보를 상태변화를 인지할 수 있다.
정보 동적 정보에 대한 가속도 계수

Dynamic
 Signal Quality: S(t) Signal Quality에 대한 가속도 계수: as(t)
Mobile velocity: v(t) Mobile Velocity에 대한 가속도 계수: av(t)
Load: ρ(t) Load에 대한 가속도 계수: aρ(t)

Static
 Battery Lifetime: L 없음
Cost: C 없음
User Preference: UP 없음
메모리(110)에 저장된 측정 정보와 가속도 계수를 함께 표시한 그래프를 도 3에 나타내었다. 도 3의 (a)는 현재사용 가능한 네트워크에서 수신한 신호 품질(Signal Quality)에 기반한 데이터 레이트(Data Rate)와 가속도 계수를 표시한 것이다. UMTS의 경우, 최대 데이터 레이트 1Mbps를 수신할 수 있는 신호 품질 상태를 가지고 있다. WiBRO의 경우, 최대 데이터 레이트 1Mbps를 수신할 수 있는 신호 품질 상태이지만, 이 값은 기준 시간당 0.1Mbps 정보도 증가되고 있는 상태임을 나타낸다. 또한 WLAN의 경우, 최대 데이터 레이트 2Mbps를 수신할 수 있는 신호 품질 상태이고, 이 값도 기준 시간당 1Mbps 정도로 증가되고 있는 상태임을 나타낸다. 도 3의 (b)는 단말의 현재 이동 속도와 가속도 계수를 표시한 것으로, 이를 통해 단말의 현재 이동속도 및 상태 변화를 인지할 수 있다. 도 3의 (c)는 각 네트워크의 부하 상태와 가속도 계수를 이용한 상태 변화를 나타낸 것이다. 이를 통해 각 네트워크의 현재 부하 정도뿐 아니라 상태 변화를 인지할 수 있다. 도 3에서와 같이 동적 정보에 대하여 현재 측정 정보 및 가속도 계수를 이용한 상태 정보를 함께 표시함으로써, 동적 정보에 대한 상태 정보를 인지할 수 있도록 하여 최적의 네트워크를 선택할 수 있게 한다.
이상에서 수집된 정보를 바탕으로, 서비스의 시작, 현재 서비스의 QoS 저하, 또는 더 높은 사용자 만족도를 제공하는 네트워크 발견 등의 이유로 네트워크 선택부(104)의 동작이 개시된다. 네트워크 선택부(104)는 메모리(110)에 저장된 정보를 바탕으로 현재 사용자의 무선 환경, 네트워크의 부하, 그리고 사용자 선호도 등을 기반으로 최적의 네트워크를 선택한다. 네트워크 선택부(104)는 다수의 파라미터를 고려하여 네트워크를 선택해야 하므로, Multiple Criteria Decision Making 방법을 이용하여 다음의 단계를 순차적으로 수행한다.
◆ 제1단계: 네트워크 선택부(104)는 사용 가능한 네트워크에 대하여, 각 네트워크 선택 파라미터에 대하여 요구사항을 얼마나 만족하는지를 계산한다. 만족도 레벨을 유틸리티(utility)로 정의하였으며, 동적 정보에 대하여는 현재 측정값뿐 아니라 가속도 계수를 이용하여 예측한 값을 함께 사용하여 계산하였다. 네트워크 i에 대하여 네트워크 선택 파라미터 x에 대한 utility는 수학식 2나 수학식 3을 통해 계산된다. 신호 품질, 사용자 선호도와 같이 크면 클수록 좋은 파라미터에 대해서는 상향 기준(upward criterion)을 위한 수학식 2를 사용하고, 부하(Load), 비용(Cost)과 같이 작으면 작을수록 좋은 파라미터에 대해서는 하향 기준(downward criterion)을 위한 수학식 3을 사용한다.
Figure 112009077420418-PAT00002
Figure 112009077420418-PAT00003
수학식 2와 수학식 3에서의 파라미터 정의는 다음과 같다. u(x)는 네트워크 i에 대하여 네트워크 선택 파라미터 x에 대한 utility 계산 값이다(0≤u(x)≤1). xi min는 네트워크 i에 대하여 네트워크 선택 파라미터 x 측면에서 최소로 요구하는 임계치이다. 신호 품질을 예로 들면, 통신을 하기 위해 필요한 최소 신호 품질 레벨을 말한다. xi pref는 네트워크 i에 대하여 네트워크 선택 파라미터 x 측면에서 선호하는 임계치이다. 신호 품질을 예로 들면, 최적의 모드(가장 높은 Adaptive Modulation and Coding(AMC) 모드 등)로 동작하기 위해 필요한 신호 품질 레벨을 말한다. 또한 비용을 예로 들면, 사용자가 선호하는 서비스 비용에 대한 임계치를 의미한다. xi max는 네트워크 i에 대하여 네트워크 선택 파라미터 x 측면에서 허용하는 최대 임계치이다. 이는 각 네트워크마다 지원하는 최대 이동속도, 사용자가 지불할 만한 최대 서비스 비용을 의미한다.
네트워크 선택부(104)는 도 4의 (a)와 같이 동적인 네트워크 선택 정보에 대하여는 현재 측정값과 예측한 값을 함께 이용하여 utility를 계산한다. 시간 (t+1) 시점의 x의 값은 가속도 계수를 이용하여 수학식 4와 같이 계산한다.
x(t＋1)＝x(t)＋ax(t)×dT(t＋1,t)
그리고 현재 측정값과 수학식 4에 의한 예측 값을 함께 사용하여 수학식 5와 같이 utility를 계산한다.
u(x)＝αu(x(t))＋(1-α)u(x(t＋1))
이때 α는 시간 t에 대해 측정한 정보에 대한 가중치이며, (1-α)는 시간 t에 대해 예측한 정보에 대한 가중치이다. 동적인 네트워크 선택 정보에 대하여 현재 측정값과 예측 값을 함께 사용함으로써, 동적 정보의 상태 변화를 네트워크 선택에 반영할 수 있다. 그리고 동적인 네트워크 선택 정보에 대하여는 도 4의 (b)와 같이 현재 값에 대하여만 utility를 계산하였다.
◆ 제2단계: 네트워크 선택부(104)는 각 네트워크에 대하여 모든 네트워크 선택 정보(표 1의 (1)~(6)의 파라미터)에 대한 utility를 반영하여 수학식 6과 같이 Multi-Criteria Utility를 평가한다. 이때 각 네트워크 선택 파라미터 간의 가중치는 각 서비스에 대하여 디폴트로 정의되거나, 사용자에 의해 정의된 가중치 정보를 이용한다.
Figure 112009077420418-PAT00004
Ui(x)는 네트워크 i에 대하여 네트워크 선택 정보를 반영하여 계산한 총체적인 utility 값이다. 그리고 ws, wv, wρ, wL, wc, wUP는 각각 신호 품질, 단말 가속도, 부하, 배터리 잔여시간, 비용, 그리고 사용자 선호도에 대한 가중치 값이다. 네트워크 선택부(104)는 최종적으로 가장 높은 Multi-Criteria Utility를 가지는 네트워크를 선택한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티모드 이동 단말의 네트워크 선택 제어부의 동작 흐름도이다.
네트워크 선택 제어부(100)는 측정 타이머에 따라 주기적으로 단말 측정 절차를 수행한다(단계 510)(단계 520). 네트워크 선택 제어부(100)는 단말 측정 절차를 통해 현재 단말의 이동속도, 수신 신호의 품질, 수신 서비스에 대한 QoS, 배터리 잔량 등의 측정 정보를 수집한다. 단말의 이러한 측정 정보는 현재 단말의 상태와 서비스 만족도를 인지하여 현재 단말이 연결된 네트워크가 사용하기에 적합 한지를 판단하게 해주며, 후에 네트워크 선택에 이용된다. 단말 측정 절차를 수행한 후, 네트워크 선택 제어부(100)는 현 측정 시점에 사용 가능한 단일 또는 다중 네트워크 정보를 수집한다(단계 530). 네트워크 정보에는 네트워크의 수신신호 세기, 부하 정도, 서비스 이용 가격 등의 정보가 포함된다. 네트워크 정보는 단말의 무선 환경에서 더 사용하기에 적합한 네트워크가 존재하는지를 판단하게 해주며, 후에 네트워크 선택에 이용된다.
이후, 네트워크 선택 제어부(100)는 단말의 측정 정보나 네트워크 정보 중 네트워크 선택을 위한 동적 정보에 대하여 상태 변화를 인지하기 위해, 위에서 설명한 방식대로 가속도 계수를 계산한다(단계 540). 그리고 단말의 측정 정보와 동적 정보의 가속도 계수를 메모리(110)에 업데이트한다(단계 550). 네트워크 선택 제어부(100)는 메모리(110)에 업데이트된 정보를 바탕으로 현재 연결된 네트워크의 서비스 품질이 저하되었거나 또는 더 선호하는 네트워크 사용 가능성이 발견된 경우, 네트워크 선택을 트리거한다(단계 560). 그리고 네트워크 선택 제어부(100)는 메모리(110)에 저장된 정보를 기반으로 네트워크 선택 절차를 수행한다(단계 570). 이때 동적 정보에 대하여는 메모리(110)에 저장된 측정값과 가속도 계수를 이용하여 동적 정보의 상태 변화를 인지하고, 이를 네트워크 선택에 반영한다. 마지막으로, 네트워크 선택 제어부(100)는 선택된 네트워크에 대하여 단말 재구성 및 접속 절차를 수행한다(단계 580).
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티모드 이동 단말의 네트워크 선택을 위한 구성 블록도.
도 2는 현재 측정값의 변화추이에 따른 예측 값을 나타낸 도면.
도 3은 동적 정보의 측정값과 가속도 계수를 예시한 도면.
도 4는 유틸리티 계산 방법을 나타낸 참조도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티모드 이동 단말의 네트워크 선택 제어부의 동작 흐름도.

Claims (1)

  1. 네트워크 선택을 위해 이용되는 동적 정보와 정적 정보, 그리고 동적 정보의 상태 변화를 나타내는 가속도 계수가 저장된 메모리;
    상기 메모리를 참조하여 네트워크 선택을 제어하는 네트워크 선택 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티모드 이동 단말의 네트워크 선택 장치.
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