KR20110096456A - 이종 무선 통신 네트워크에서 모바일 ｉｐｔｖ 서비스를 위한 핸드오버 방법 및 그 제어 장치 - Google Patents

이종 무선 통신 네트워크에서 모바일 ｉｐｔｖ 서비스를 위한 핸드오버 방법 및 그 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모바일 노드(MN)의 이동성 예측을 기반으로 한 버티컬 핸드오버 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 방법에서는 MN이 AP로 정확하게 이동할 수 있도록 MN의 이동 속도 및 방향 그리고 수신 신호 세기(RSS)를 고려하여 버티컬 핸드오버를 수행하도록 한다. 본 발명을 적용하면, MN의 속도가 상대적으로 빠르고 AP의 개수가 다수일 경우 핸드오버 성공률 및 메시징 오버헤드 측면에서 기존 기법보다 매우 월등한 성능을 보인다.

Description

이종 무선 통신 네트워크에서 모바일 ＩＰＴＶ 서비스를 위한 핸드오버 방법 및 그 제어 장치{HANDOVER METHOD FOR PROVIDING MOBILE IPTV SERVICE IN HETEROGENEOUS WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM AND APPARATUS THEREFOR}
본 발명은 이종의 무선 통신 시스템에서 모바일 IPTV 서비스를 제공하기 위한 방법 및 그 제어 장치에 관한 것으로, 특히 이종의 무선 통신 시스템에서 모바일 IPTV 서비스를 위한 핸드오버 방법 및 그 제어 장치에 관한 것이다.
최근 무선 통신 기술의 비약적인 성장으로 인하여 모바일(mobile) IPTV 서비스와 같이 무선 통신 기술을 이용한 다양한 서비스에 대한 요구가 급속하게 증가하고 있다. 모바일 IPTV 서비스는 무선 환경의 특성 상 WLAN, IEEE 802.16, 3GPP 등 현존하는 다양한 이동통신망이 연동된 환경에서 제공할 수 있어야 한다.
현재 WLAN, IEEE 802.16, 3GPP 등 다양한 이동통신망이 제공 되고 있으며, 효율적인 모바일 IPTV 서비스를 제공하기 위해서는 이러한 다양한 접속망을 갖는 통신망에서도 끊임없는 서비스가 제공되어야 한다.
또한 이동통신망과 같은 무선 환경은 단말의 이동성으로 인하여 빈번하게 핸드오버가 발생하게 된다. 또한, 단말의 이동성으로 인해 동일 무선망에서의 핸드오버 뿐만 아니라 서로 다른 이종의 네트워크로 핸드오버가 이루어질 수 있어야 한다.
따라서 모바일 IPTV 서비스를 지원하기 위한 이동통신망에서는 동일 무선망에서의 핸드오버 뿐만 아니라 서로 다른 이종의 네트워크로 핸드오버가 이루어질 수 있어야 한다.
이처럼 서로 다른 즉, 이종의 네트워크로 핸드오버를 수행하기 위해서 단말은 이종의 네트워크 인터페이스를 하나 혹은 다수를 탑재하고 서로 다른 규격의 무선 네트워크 사이에서도 서비스 품질(Quality of Service, 이하 “QoS”라 함)과 끊김없는(seamless) 서비스를 제공해야 한다.
또한 무선 IPTV에서 핸드오버 시에 시스템에서는 단말의 이동성 및 이종망간 서비스 연속성을 고려해야 하며, 안정적인 서비스를 제공하기 위해서는 효과적인 이동성 관리 기술이 요구된다.
이와 같이 효과적인 이동성 관리 기술이란, 다양한 종류의 유무선 네트워크 간의 끊김없는 핸드오버(Seamless Handover)를 제공하는 것을 의미한다. 따라서 모바일 IPTV의 서비스를 제공받는 단말이 이동 시에 서비스 사용자가 이전(Serving) 액세스 망에서 서비스 중인 데이터 및 세션을 목표(Target) 액세스 망에서 계속 유지시켜 연속적인 서비스 제공을 가능하게 한다.
차세대 인터넷 지원 기술인 MIPv6(Mobile IPv6)은 이동성을 제공하기 위해 개발되었다. 하지만 MIPv6는 단지 이동단말의 위치 등록 및 현재 통신 중인 세션의 데이터 패킷들에 대한 경로 재설정에 관련된 프로토콜로 이동 단말의 이동 감지 및 주소 구성, 위치 등록에 상당한 지연시간이 소요되므로 실시간 통신을 만족시킬 수준의 이동성을 지원하지 못한다.
유사한 방법으로 더욱 최근에 제안된 고속 핸드오버를 위한 MIPv6(Fast Handovers for Mobile IPv6, 이하 “FMIPv6”라 함) 프로토콜이 있다.
그러나 FMIPv6 방법에서도 단말이 핸드오버 이전, 즉 핸드오버 준비(Preparation) 과정 동안에 기지국(Access Router, 이하 “AR”이라 함) 검색하여 식별하기 위한 시그널링 메시지 교환이 필요하다.
이러한 과정으로 인하여 FMIPv6 방법에서도 AR을 검색하여 식별하기 위한 시그널링 메시지 교환에 따른 지연이 발생하고, 이로 인해 재활성 모드(Reactive Mode)에서의 동작 가능성이 높아지는 등 몇 가지 문제점이 존재한다.
또한 FMIPv6 방법에서 재활성 모드(Reactive Mode)로 동작할 시에 이동 단말은 고속 바인딩 갱신(Fast Binding Update, 이하 “FBU”라 함) 메시지를 재전송하고, 고속 바인딩 응답(FBAck) 메시지를 수신하는 과정이 재 수행되게 된다.
이와 같이 FMIPv6 방법에서 재활성화 모드는 메시지 재전송으로 인하여 핸드오버 지연시간을 초래하고 메시지 전송과 같이 시스템 자원의 추가적인 사용을 요구하는 등의 문제가 있다.
본 발명에 따른 이종 무선 통신 네트워크에서 모바일 IPTV 서비스를 위한 핸드오버 방법 및 그 제어 장치는 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.
첫째, 이종의 무선 통신 네트워크에서 IPTV 서비스를 위한 핸드오버 시 오동작을 방지할 수 있는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
둘째, 이종의 무선 통신 네트워크에서 IPTV 서비스를 위한 핸드오버 시 추가적인 자원의 사용을 방지할 수 있는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
셋째, 이종의 무선 통신 네트워크에서 핸드오버 성공률을 높일 수 있는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
넷째, 이종의 무선 통신 네트워크에서 핸드오버 시 중복 메시지를 줄일 수 있는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 이종의 무선 네트워크에서 핸드오버를 위한 방법으로, 현재 통신 중인 제1무선 네트워크의 제1기지국으로부터 수신된 신호의 세기가 핸드오버를 예측할 수 있는 미리 결정된 제1임계 범위에 있는지를 검사하는 과정과, 상기 제1기지국으로부터 수신된 신호의 세기가 핸드오버를 예상할 수 있는 범위에 존재할 경우 다른 제2무선 네트워크의 기지국들 중 적어도 하나로부터 수신되는 신호의 세기가 핸드오버를 위해 필요한 제2임계값보다 큰가를 검사하는 과정과, 위성으로부터 수신된 위치 정보를 이용하여 단말의 이동 속도 및 이동 방향을 추정하는 과정과, 상기 추정된 속도 및 추정된 위치 정보를 이용하여 핸드오버 대상 기지국을 예측하는 과정과, 상기 예측된 대상 기지국이 상기 제2임계값을 갖는 기지국들 중 하나일 경우 상기 대상 기지국으로 핸드오버를 수행하는 과정을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 장치는, 이종의 무선 네트워크에서 핸드오버를 수행하기 위한 단말 장치로, 제1무선 네트워크와 통신하며, 상기 제1무선 네트워크의 기지국으로부터 수신된 신호의 세기를 검출하는 제1무선부와, 제2무선 네트워크와 통신하며, 상기 제2무선 네트워크의 적어도 하나의 기지국으로부터 수신되는 신호의 세기를 검출하는 제2무선부와, 위성으로부터 미리 결정된 시간 단위로 위치 정보를 수신하는 GPS 수신부와, 상기 제1무선 네트워크의 예측 핸드오버 임계값 범위를 저장하며, 상기 제2무선 네트워크의 핸드오버 충족 조건의 임계값을 저장하는 임계값 버퍼와, 이동 속도 정보를 순차적으로 저장하는 속도 버퍼와, 상기 제1무선부에서 검출한 통신 중인 기지국으로부터의 수신된 신호 세기가 상기 예측 핸드오버 임계값 범위일 경우 상기 제2무선부를 제어하여 상기 제2무선 네트워크의 적어도 하나의 기지국으로부터 수신된 신호가 상기 핸드오버 충족 조건의 임계값 이상인가를 검사하고, 상기 GPS 수신부에서 수신된 위치 정보와 상기 속도 버퍼에 저장된 정보를 이용하여 이동 속도 및 이동 방향이 상기 제2무선 네트워크의 상기 핸드오버 충족 조건의 대상 기지국 방향인가를 검사하여 제2무선 네트워크의 상기 대상 기지국으로 핸드오버 조건을 충족하는 경우 상기 대상 기지국으로 핸드오버하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 핸드오버 방법은 기존 기법과는 다르게 MN의 속도, 방향 및 RSS를 고려하여 MN의 위치 정보를 예측하는 효과가 있다. 또한, 특정 AP로의 MN의 이동을 정확하게 예측함으로써 RSS만을 고려하는 기법에 비교했을 때 핸드오버 성공률을 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 핸드오버 방법은 무선 환경에서 크게 변동하는 RSS만을 기반으로 핸드오버를 수행하지 않으며, 하나의 AP와의 핸드오버만을 준비함으로써 여러 AP 신호가 중첩되는 지역에 위치한 MN의 메시지 재전송 및 중복 전송을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 Predictive Mode에서는 이동 단말이 핸드오버 시 메시지 흐름도이다.
도 2는 MIHF의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따라 이종 네트워크 환경에서 FMIPv6의 향상 방법을 적용할 IEEE 802.21 시스템의 예시도이다.
도 4는 모바일 WiMAX 네트워크 및 WLAN으로 구성된 이종망에서 MN의 버티컬 핸드오버를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따라 이종의 네트워크를 이동하는 단말에서 네트워크를 선택하기 위한 제어 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따라 이종 네트워크에서 핸드오버를 수행하기 위한 단말의 기능 블록 구성도이다.
도 7은 MN의 속도 변화 및 핸드오버 성공률 간의 관계를 시뮬레이션한 그래프이다.
도 8은 AP의 개수 및 RtSolPr, PrRtAdr 및 FBU 메시지를 포함한 생성된 메시지의 개수간의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 당업자에게 자명한 부분에 대하여는 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략하기로 한다.
또한 이하에서 설명되는 각 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 사용된 것일 뿐이며, 각 제조 회사 또는 연구 그룹에서는 동일한 용도임에도 불구하고 서로 다른 용어로 사용될 수 있음에 유의해야 한다.
먼저 본 발명에서 IPTV 서비스를 제공받는 이동 단말은 서로 다른 규격의 무선 네트워크 영역을 이동하며, 다수의 무선 접속점(AP/PoS)의 서비스 가능 범위가 중첩되는 영역에 존재하거나 통과할 수 있다.
그러나 무선 네트워크의 제한적인 환경으로 인해 수신 신호 세기(Received Signal Strength, 이하 “RSS”라 함)만 고려해서는 정확한 핸드오버를 수행할 수 없다.
따라서 본 발명에서는 이종망간 버티컬 핸드오버 문제를 해결하기 위한 방안을 제시한다.
이하의 본 발명에서 설명하는 목표(Target) 도메인은 모바일 IPTV 애플리케이션과 같이 멀티미디어 트래픽 용량이 상당량 증가하는 무선 네트워크들로 구성되며, 모바일 환경에 효율적으로 적응하기 위해 이동 단말(mobile Node, 이하 “MN”과 함께 병용함)의 이동성을 결정 요소(decision factor)로 사용한다.
또한 본 발명에서는 일 예로 끊김없는(seamless) IPTV 서비스를 WiMAX 및 WLAN 네트워크에서 제공하기 위해 미디어 독립적 핸드오버 기능(Media Independent Handover Function, 이하 “MIHF”라 함) 기반의 새로운 고속의 수직적 핸드오버(Fast Vertical Handover) 기법을 제공한다.
또한 본 발명에서 제공하는 기법은 이종망에서 기지국(Access Router, 이하 “AR”과 함께 병용함)의 도메인 프리픽스(prefix)를 지원하기 위해 새로운 L3 정보를 포함하는 확장 미디어 독립적 정보 서비스(Media Independent Information Service, 이하 “MIIS”라 함)를 정의한다.
본 발명에서 제안 기법은 MN의 속도, 방향 및 RSS를 입력변수로 받는 알고리즘을 사용하여 목표 네트워크가 핸드오버를 결정할 수 있게 한다. MN의 속도 및 방향에 대한 정보는 GPS 시스템에서 제공되는 위치 데이터에 의해 얻을 수 있다.
GPS를 활용한 핸드오버는 위치 지원 핸드오버(location aided handover)라 불리며, 『X. Kumbuza and N. Ventura, "Using the Global Positioning System(GPS) to add Intelligence to Wireless Handover in WLAN", 2006 IEEE International Conference on Electro/information Technology, pp. 2326, May. 2006.』 및 『J. Pesola and S. Ponkanen, "Location Aided Handover in Heterogeneous Wireless Networks", Wireless Personal Communications: An International Journal, Vol. 30, Issue 2-4, pp. 195-205, Sept. 2004.』 등의 자료에 이미 상세히 기술되어 있으므로 여기서는 상세히 살피지 않기로 한다. 위치 지원 핸드오버 기법에서 MN은 50ms 마다 위치 데이터를 수신할 수 있다.
본 발명에서는 핸드오버에 의한 서비스 중단 및 QoS 저하를 방지하기 위해 MN의 위치를 예측한다. 또한 MN의 위치 예측을 통해 MN이 이동할 것으로 예상되는 특정 후보 셀에서 자원 확보 및 사전 핸드오버가 가능하다.
본 발명에 따른 기법은 MN의 속도 정보를 획득함으로써 핸드오버 준비 시점을 추정할 뿐만 아니라 핸드오버를 수행하는데 있어서 소요되는 전체 시간을 단축시킨다.
본 발명의 마지막에서 시뮬레이션을 통해 본 발명에 따른 기법의 성능을 MIPv6 및 FMIPv6과 비교하여 설명할 것이며, 본 발명에 따른 기법이 특히 MN의 속도가 상대적으로 빠르고 AP의 개수가 다수일 경우 핸드오버 성공률 및 메시징 오버헤드 측면에서 기존 기법보다 월등한 성능을 보임을 확인할 수 있을 것이다.
1. 관련 연구들
IEEE 802.21 specification에 기술된 미디어 독립적 핸드오버(Media Independent Handover, 이하 “MIH"라 함)는 이종망간 핸드오버를 최적화하기 위해 상위 계층에 L2 정보 및 기타 관련 네트워크 정보를 제공하는 방식을 정의한다.
FMIPv6에서 네트워크 계층(L3)은 끊김없는 핸드오버를 수행하기 위해 L2로 부터 핸드오버 징후를 사전에 탐지해야 한다. FMIPv6는 MIH가 제공하는 이벤트 서비스, 명령 서비스 및 정보 서비스를 활용하여 인터페이스들의 상태를 관리, 결정 및 제어할 수 있다. 또한 MIH가 제공하는 서비스는 MIPv6 및 기타 프로토콜을 지원한다.
MIPv6 기술은 이원화된 주소 체계를 통해 단말의 홈주소(Home Address, 이하 “HoA”라 함)와 이동할 네트워크에서 생성할 새로운 의탁주소(New Care-of Address, 이하 “NCoA”라 함)를 홈 에이전트(Home Agent)에게 바인딩 함으로써 이동성을 지원한다.
하지만 MIPv6는 단지 이동 단말의 위치등록 및 현재 통신 중인 세션의 데이터 패킷들에 대한 경로 재설정에 관련된 프로토콜이다.
2계층에서의 핸드오버 이후 이동단말 스스로가 이동했음을 감지하고, NCoA를 설정하여 바인딩 갱신(Binding Update, 이하 “BU”라 함)을 전송한 후에 그에 대한 응답(acknowledgement)를 수신한다.
실제로 NCoA로 패킷을 송수신하기까지는 짧지 않은 시간 동안 핸드오버 지연이 발생하게 되므로 VoIP(Voice over IP)와 같은 실시간 통신을 만족시킬 수준의 이동성을 지원하기에는 여러 문제점이 존재한다.
앞서 설명한 바와 같이 MIPv6 핸드오버 프로토콜이 완료 될 때까지 MN에 서비스 장애가 발생한다. 이에 따라 Internet Engineering Task Force(IETF)에서는 고속 IPv6 핸드오버를 지원하기 위하여 Fast Handovers for Mobile IPv6(FMIPv6) 프로토콜을 표준화하였다. FMIPv6는 전조 모드(Predictive mode) 및 재활성화(Reactive mode)의 두 가지 모드로 나뉜다.
Predictive mode는 MN이 L2 핸드오버를 수행하기 전에 이전(previous) 서브넷으로부터 고속 바인딩 응답(Fast Binding Acknowledgement, 이하 “FBack”이라 함) 메시지를 수신하면서 수행된다.
반면에 Reactive mode는 MN이 새로운 서브넷으로부터 FBack 메시지를 수신할 때 동작한다.
Predictive Mode에서는 이동 단말의 이동성을 예측한 후, 핸드오버 동안 이동 단말로 향하는 패킷은 이동할 망으로 전달되어 저장되었다가 핸드오버 완료 후 단말에게 전달된다. 따라서 MIPv6 절차가 완성되지 않더라도 서비스 재개가 가능하므로 고속 핸드오버를 지원할 수 있다.
이동 단말이 해당 망에서 새로운 인접 기지국을 감지하게 되면, 현재 서비스 받고 있는 이전 기지국(Previous Access Router, 이하 “PAR”이라 함)과 RtSolPr(Router Solicitation for Proxy) 및 PrRtAdv(Proxy Router Advertisement) 메시지를 교환하여 인접 기지국과 연관된 새로운 기지국(New Access Router, 이하 “NAR”이라 함)의 IP 주소와 서브넷 프리픽스 정보를 획득한다.
도 1은 Predictive Mode에서는 이동 단말이 핸드오버 시 메시지 흐름도이다. 도 1을 참조하여 Predictive Mode에서 이동 단말이 핸드오버 시 메시지 흐름에 대하여 간략히 살펴보기로 한다.
먼저 MN은 이전 기지국과 RtSolPR 및 PrRtAdv 메시지를 주고 받으면서 NAR을 검색한다. 그런 후 MN은 PAR로 NAR에 대한 FBU를 전송한다. 이에 따라 PAR은 MN에서 검색된 NAR로 HI 메시지를 전송하게 된다.
그러면 NAR은 PAR로 HAck를 송신한다. 이후 PAR은 MN과 NAR로 FBAck를 송신하여 핸드오버 시 MN과 PAR간 채널이 단절된다. 따라서 PAR은 MN으로 송신할 패킷을 NAR로 제공하고, NAR은 PAR로부터 수신되는 패킷을 버퍼링한다.
즉, NAR은 MN과 통신이 이루지는 시점 즉, NAR이 MN으로 FNA를 송신하여 채널이 연결될 때까지 PAR로부터 수신되는 패킷을 버퍼링하였다가 핸드오버가 완료되어 NAR과 MN간 채널이 설정되면, 버퍼링한 패킷을 단말에게 송신하게 된다.
핸드오버 이전에 단말이 FBU(Fast Binding Update)를 전송하지 못하였거나, 전송하였더라도 FBAck 메시지를 수신하기 전에 핸드오버를 개시하였다면 단말은 Reactive mode로 동작한다. MN이 Reactive mode로 동작할 시 MN은 FBU 메시지를 재전송하고, FBAck 메시지를 재수신하게 된다.
또한 Reactive mode는 FMIPv6의 장점인 핸드오버 지연시간을 줄이지 못하며 이동단말이 이동한 후에 터널을 설립하여 패킷 손실을 줄이는 역할만 한다.
따라서 Reactive mode는 메시지 재전송으로 인하여 핸드오버 지연시간을 초래하고 메시지 전송에 따른 추가적인 비용 손실을 발생시키는 문제점이 있다.
IEEE 802.21 표준은 이종망간 다양한 핸드오버 절차를 지원하기 위한 목적으로 제시되었다. MIHF는 잘 정의된 서비스 액세스 포인트(Service Access Points, 이하 “SAP”라 함)를 통해 상위 및 하위 계층에 서비스를 제공한다. 통합된 인터페이스에 의해 제공되는 서비스는 접근 기술과 무관하다.
MIH 프로토콜은 이종망간 핸드오버를 지원하는 세가지 주요 서비스인 MIES(Media Independent Event Service), MICS(Media Independent Command Service) 및 MIIS(Media independent Information Service)로 구성된다.
도 2는 MIHF의 구조를 도시한 도면이다. MIHF는 하위 계층들(802.11, 802.16, 802.3, 3GPP. 3GPP2, …)과 상위 계층들(IP, MIP, SIP, HIP, Transport, Application)간 정보 서비스와, 명령 서비스 및 이벤트 서비스의 전달을 위한 인터페이스를 수행한다.
2. 본 발명의 개념
일반적으로 RSS는 핸드오버에서의 중요한 요소 중 하나이다. 핸드오버 지연 및 핸드오버 실패율을 줄이기 위해 RSS 정보를 활용하는 다양한 핸드오버 알고리즘이 이미 제안되어 있다.
S-MIP와 같이 낮은 지연의 Mobile IP 핸드오버를 지원하기 위해 RSS를 사용하여 MN의 위치를 기록하며, 궤도 정보(trajectory information)를 획득하는 방식의 연구 또한 일부 진행되어 왔다.
이와 같은 프로토콜은 서비스를 제공 중인 BS로부터의 RSS가 사전 정의된 임계치 이하로 낮아질 경우 핸드오버를 시작한다. MN이 AP로부터 멀리 떨어지지 않았어도 신호 세기에 영향을 미치는 중첩 채널간의 간섭 또는 네트워크 트래픽 증가 등으로 인해 RSS가 임계치에 다다를 수 있다.
이와 같은 경우 MN은 자신이 이동중인 방향과 상관없이 다른 AP로 핸드오버 할 수 있다. 기존 핸드오버 프로토콜은 성능을 최적화하는데 있어서 속도를 고려하지 않으므로 이러한 문제점이 발생한다.
따라서 본 발명에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위해 MN이 네트워크를 선택하는데 있어서 RSS 뿐만 아니라 이동 속도와 이동 방향을 고려한 효율적인 핸드오버 방식을 제안한다.
2-1. 링크 계층이벤트
본 발명에서는 이종망간 핸드오버를 가능하게 하기 위해 L2 이벤트들은 재정의 되며, 듀얼 모드 인터페이스의 MN이 RSS 정보를 활용하여 핸드오버 시점을 결정할 수 있도록 사용된다.
여기서 이벤트 트리거는 사전 핸드오버의 가능성을 예측하고 MN이 MIIS로부터 인접 네트워크 PoA에 대한 정보를 수신 할 수 있게 한다.
이로 인해 Predictive mode가 수행될 수 있으며, RSS가 핸드오버의 조건으로 사용된다. L2로부터의 이벤트 트리거 사용 여부는 사전 정의된 RSS 임계값에 의해 결정된다.
현재 링크 상황을 알려주는 L2 이벤트들은 Link Up(LU), Link Coming Up (LCU), Link Going Down(LGD), Link Down(LD), Link Detected and Link Parameter Change가 있다.
본 발명에서 중점을 두는 이벤트 트리거는 LGD이며, 이는 QoS 지원 핸드오버를 보장하는 중요 요소이기 때문이다.
MN이 현재 결합된 AP로부터 멀어지며 서비스 구역으로부터 벗어나 있어서 최소 QoS만을 만족할 경우 RSS가 감소하며 L2는 LGD 이벤트를 트리거 한다.
L2 핸드오버가 끝나자마자 이동을 탐지하기 위해 제안하는 기법은 MN 및 AP간의 L2 결합의 설정 및 해제를 나타내는 링크계층 상태 정보를 활용한다.
2-2. 네트워크 환경
도 3은 본 발명에 따라 이종 네트워크 환경에서 FMIPv6의 향상 방법을 적용할 IEEE 802.21 시스템의 예시도이다.
그러면 이하에서 도 3을 참조하여 이종 네트워크 환경에서 FMIPv6의 향상 방법을 적용하기 위한 각 시스템 구성 요소의 동작에 대하여 살펴보기로 한다.
먼저 MN(Mobile Node)(100)은 MIH 서비스가 가능한 다중 모드의 이동 단말로 가정한다. 그리고 MN(100)과 통신을 수행하는 각 기지국들(110)은 서비스를 제공하기 위한 서비스 접속점(Point of Service to Serving, 이하 “PoS”라 함)은 무선 채널을 통해 MN(100)과 통신을 수행하며, MN(100)과 통신을 수행하는 방식은 해당하는 무선 네트워크의 표준 규약에 따른다.
즉, mobile WiMAX 네트워크(10)에 위치한 기지국(BS)(110)은 WiMAX 무선 네트워크 규약에 따라 MN(100)과 통신을 수행하며, WLAN 네트워크(20)의 기지국(AP)(110)은 WLAN 무선 네트워크 규약에 따라 MN(100)과 통신을 수행한다.
즉, 각 네트워크의 기지국들은 모두 PoS가 된다. 따라서 각 기지국들(110)은 AR을 통해 유선 네트워크와 연결된다.
다음으로, 정보 서버(Information Server, 이하 “IS”라 함)(130)는 기지국과 같은 PoS 또는/및 코어 네트워크에 위치할 수 있는 이웃한 네트워크의 정보를 관리한다.
즉, 정보 서버(130)는 기지국들과 이웃한 네트워크의 정보를 저장하고 관리하는 기능을 수행한다.
또한 IS(130)는 MIIS 기능을 가지며, MIIS 기능을 통하여 수집되는 이웃 네트워크의 L2 및 L3의 정보를 각 특성에 맞게 분류하고, 저장한다. 본 발명에서는 FMIPv6 방식에서 MIIS로부터 제공되는 L2 연결 정보를 사용하므로, 무선 접속점을 검색하는데 발생하는 핸드오버 지연은 감소한다. 이에 대한 자세한 내용은 이하에서 더 살피기로 한다.
상기 도 3에서 도시한 바와 같이 서로 다른 인터페이스를 갖는 MN(100)이 이종의 무선 네트워크 영역이 중첩되는 지역에 위치하게 될 때의 상태를 가정한다. 도 3에 도시한 바와 같이 Mobile WiMAX 무선 네트워크(10)의 서비스 커버리지 영역은 WLAN 무선 네트워크(20)의 서비스 영역을 포함한다.
이때, MN(100)이 Mobile WiMAX 무선 네트워크(10)에서 서비스를 제공받는 중에 WLAN 무선 네트워크(20)의 영역으로 이동하게 되면, MN(100)은 패킷을 수신 받고 있는 mobile WiMAX 무선 네트워크(10)의 BS로부터 WLAN 네트워크의 AP로 버티칼 핸드오버 수행이 필요하다.
이를 도 3을 참조하여 설명하면, MN(100)이 Mobile WiMAX 무선 네트워크(10)에서 WLAN 무선 네트워크(20)의 영역과 중첩된 위치의 BS로부터 서비스를 제공받는 중에 WLAN 무선 네트워크(20)의 영역으로 진입하여 WLAN 무선 네트워크(20)의 AP로부터 서비스를 제공받아야 하는 경우가 발생한다.
이러한 경우 서로 다른 이종망간 핸드오버가 발생하며, 이때, 정확한 핸드오버 시점이 결정되어야 한다.
현재 MN(100)은 WLAN 무선 네트워크(20)의 다수의 AP들로부터 신호를 수신할 수 있다. 그러나 MN(100)은 단지 하나의 AP와 연결을 수행할 수 있기 때문에, 가장 최적의 AP를 선택할 수 있는 방법이 필요하다.
따라서 MN(100)은 RSS의 변화를 이용할 수 있으며, RSS의 변화는 IEEE 802.21 표준안의 근거한 이벤트 트리거를 사용하여 동적으로 인지할 수 있다.
또한 MN(100)이 다수의 AP들로부터 수신하는 신호세기뿐만 아니라 MN(100)의 이동속도와 방향을 함께 종합적으로 고려하여야만 여러 주변 환경에 민감한 무선 환경에서의 핸드오버를 성공적으로 수행할 수 있다.
2-3 MN 의 결정 알고리즘
도 4는 모바일 WiMAX 네트워크 및 WLAN으로 구성된 이종망에서 MN의 버티컬 핸드오버를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4에서 모바일 WiMAX 네트워크의 기지국은 참조부호 110-1을 부여하였고, WLAN의 제1AP 내지 제3AP에는 각각 참조부호를 110-2, 110-3, 110-4를 부여하였다. 또한 MN(100)의 이동 경로는 참조부호 200과 같이 도시하였다.
즉, MN(100)은 모바일 WiMAX 네트워크의 기지국(110-1)의 신호만 수신할 수 있는 영역에서 이동하여 WLAN의 AP들(110-2, 110-3, 110-4)의 신호를 수신할 수 있는 영역으로 이동하는 경우를 가정하였다.
또한 모바일 WiMAX 네트워크의 기지국은 이해의 편의를 돕기 위해 기지국으로부터 근접한 거리부터 원거리로 갈수록 신호의 세기가 작아지며, 기지국을 중심으로 육각 셀의 형태로 신호의 세기가 줄어드는 것으로 가정하였다. 즉, 기지국으로부터 가장 가까운 근접 거리의 신호 세기는 제1임계값(
Figure pat00001
)을 가지며, 가장 원거리의 신호 세기는 제5임계값(
Figure pat00002
)를 가지는 것으로 가정한다.
또한 MN(100)은 이동경로(200)를 따라 WLAN 네트워크로 진입하여 각 AP들(110-2, 110-3, 110-4)로부터 RSS를 측정할 수 있는 위치에 존재하는 것으로 가정한다.
즉, MN(100)은 핸드오버가 수행되어야 할 구역인 제4임계값(
Figure pat00003
)과 제5임계값(
Figure pat00004
)의 사이에 위치한다. 상기 각 임계치들은 앞에서 설명한 바와 같이 기지국으로부터의 거리 또는 채널 환경 등에 영향을 받을 수 있으며, 기지국으로부터 수신되는 신호의 세기에 따라 결정되는 값이다.
모바일 WiMAX 네트워크의 기지국(110-1)으로부터 서비스를 제공받는 MN(100)은 참조부호 200의 경로를 따라 이동하면서 앞에서 설명한 바와 같이 임계값이 제4임계값과 제5임계값 사이에 위치할 경우 신호 저하로 인해 QoS를 만족하지 못하게 된다.
따라서 MN(100)은 핸드오버 준비를 수행하기 전에, 과거에서의 MN(100)의 속도 값을 사용하여 다음 시간(시점)에서의 예측 속도를 구한다. 이와 같이 MN(100)의 속도를 예측하는 방법은 MN 속도의 초기 추정치를 필요로 한다.
초기 추정치를 결정하기 위해 본 발명에서는 현재 시점으로부터 인접한 이전 시간들 즉, 최근 몇 구간(period)의 평균을 계산하여 추정치로 이용한다.
이때, 시간이 경과할수록 즉, 보다 이전 구간의 값은 초기 추정치의 영향을 줄이도록 하고, 최근 구간의 비중을 크게 한다. 또한 과거 자료에 부여한 가중치를 지수적으로 감소시킨다.
이러한 방법을 사용하면, MN(100)의 최근 움직임에 보다 높은 가중치를 부여하기 때문에 현재와 가까운 과거 속도의 변화를 민감하게 반영할 수 있다. 또한 본 발명에서는 MN(100)의 이동속도와 방향 정보는 GPS를 통해서 획득한다.
이와 같이 획득된 이동속도와 방향 정보를 바탕으로 다음 시간 지점에서의 MN(100)의 속도와 방향을 예측할 수 있다.
이를 수학식으로 도시하면, 아래 <수학식 1>과 같이 도시할 수 있다.
Figure pat00005
상기 <수학식 1>에서 Vt는 시간 t에 대한 MN(100)의 평균속도이며, vt는 시간 t에서 MN(100)의 속도를 의미한다.
이러한 <수학식 1>을 다시 일반화하면, 하기 <수학식 2>와 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00006
<수학식 2>에서 k는 현재 시간 t를 기준으로, 각 이전 시간에서 얻은 속도 데이터 값 수를 나타내는 상수이다. α는 0과 1사이의 값을 갖는 평활 상수이며, 많은 횟수의 시뮬레이션을 통하여 결정할 수 있는 값이다.
위와 같은 방법으로 MN(100)의 속도를 파악하면 핸드오버를 위한 준비시점을 미리 예측할 수 있을 뿐만 아니라, 핸드오버에 소요되는 전체 시간 단축이 가능하다.
예를 들어 MN(100)의 평균 속도가 MN(100)의 현재 속도보다 크면, 핸드오버 시점 또는 현재 시점 이후의 시점에서 MN(100)의 속도는 현재보다 작다고 예측할 수 있다.
또한 MN(100)의 이동 속도와 더불어 MN(100)의 이동 방향을 알 수 있으면, 다수의 AP들이 혼재하는 WLAN 네트워크 환경에서 MN(100)이 어느 AP로 이동할지 판단할 수 있다.
즉, MN(100)의 진행 중인 방향에 대해 예상 경로를 구할 수 있다면, 중첩된 다수의 네트워크들에 대해서 사전 자원 예약 범위를 줄일 수 있으므로 자원 낭비 없이 핸드오버를 수행할 수 있다.
따라서 본 발명에서는 MN(100)의 이동방향을 예측하기 위한 방법으로 하기 <수학식 3> 및 <수학식 4>를 이용하여 MN(100)의 이동방향을 예측할 수 있다.
Figure pat00007
Figure pat00008
<수학식 3>에서 D는 MN(100)의 다음 시점 t에서의 예측된 방향이고, dt는 현재 시간 t에서 MN(100)의 이동 방향을 나타낸다.
또한 <수학식 4>에서 MN(100)의 이전시간 t-1에서의 이동 방향과 현재 시간 t에서의 방향의 변화가 π/2보다 클 경우, MN(100)은 진행방향의 반대방향 즉, 뒤쪽으로 이동한다고 판단할 수 있다.
본 발명에서는 또한 MN(100)의 속도에 따라 적응적인 타이머를 이용하여 적응적인 타이머에 설정되는 각 시간대마다 MN(100)의 속도를 구하여 움직임의 변화를 파악한다.
이와 같이 적응적인 타이머를 사용하면, MN(100)의 속도가 일정하고, 저속인 경우 불필요하게 많은 횟수의 속도 측정을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 방법을 통해 MN(100)의 움직임을 시간에 따른 속도와 방향의 변화에 대한 정보를 획득할 수 있다.
또한 MN(100)의 속도와 방향 정보는 앞에서 상술한 바와 같이 GPS를 통해 주기적인 시간마다 얻는 정보를 이용한다. 또한 속도와 방향은 시간에 따라 변화될 수 있다.
따라서 위치정보를 판단하는 시점도 MN(100)의 속도에 따라서 달라질 필요가 있다. 즉, MN(100)의 이동 거리는 속도에 의해 큰 영향을 받기 때문에, 하기 <수학식 5>와 같이 속도 변화에만 초점을 맞춰 타이머의 주기를 설정한다.
Figure pat00009
여기서,
Figure pat00010
는 MN(100)의 속도 변화를 반영한 새로운 타이머 주기이다.
Figure pat00011
는 이전 타이머 주기와 1/Vt/Vt -1의 곱으로 계산하며, vt은 현재 시간에서의 MN(100)의 속도이고, vt -1은 이전 시간에서의 속도이다.
만일 MN(100)의 현재속도가 이전속도보다 빠르면, 타이머 주기 의 값은 짧아지게 된다.
즉, MN(100)의 속도가 증가하면 타이머의 주기는 짧아져야 하고, 반대의 경우는 길게 조정되어야 이동단말의 속도 변화를 정확하게 감지할 수 있다. 단, 은 50ms보다 짧아지면 안 된다. 왜냐하면 GPS로부터 수신하는 위치 정보는 최소 50ms가 소요되기 때문이다.
그러나, 만일 GPS로부터 수신하는 위치 정보의 시간이 변화한다면, 그에 따라 최소 시간 또한 함께 변경되어야 한다.
MN(100)의 위치 정보 업데이트 주기를 단말의 이동 속도를 충분히 고려하여 설정하면, MN(100)의 속도 변화에 따른 위치변화를 더욱 민감하게 반영할 수 있다.
또한 이동 중인 MN(100)에 대한 핸드오버 시점 및 위치를 정보를 정확하게 판단할 수 있으며, 동시에 RSS 값을 측정하는데 활용한다.
적응적 타이머는 MN(100)의 이동 속도 및 방향의 추정치를 계산하는 지속시간을 조절한다. 목표 BS의 RSS가 현재 서비스를 제공 중인 BS보다 훨씬 높을 경우 는 보다 짧을 것이다.
속도 및 방향을 고려하여 MN(100)의 위치를 예측하는 절차는 앞에서 설명한 바와 동일하므로, 여기서는 더 살피지 않기로 한다.
도 5는 본 발명에 따라 이종의 네트워크를 이동하는 단말에서 네트워크를 선택하기 위한 제어 흐름도이다.
이하 도 5를 참조하여 이종의 네트워크 특히, WiMAX 네트워크와 WLAN 네트워크간을 이동하는 단말에서 본 발명에 따라 네트워크를 선택하기 위한 과정에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.
먼저 MN(100)은 300단계에서 핸드오버를 위해 앞에서 설명한 바와 같이 이동 속도 및 이동 방향을 예측하기 위한 타이머를 적응적으로 설정하고, 설정된 타이머를 구동시킨다.
이때 초기 타이머 구동인 경우라면, 미리 결정된 소정의 시간 값으로 타이머 값이 설정될 수 있다.
이와 같이 타이머가 설정되어 구동하면서 단말은 302단계 및 310단계를 수행한다. 먼저 302단계를 살펴보면, MN(100)은 모바일 WiMAX 네트워크로부터 RSS를 측정한다.
RSS는 앞에서 설명한 바와 같이 모바일 WiMAX 네트워크의 기지국으로부터 수신된 신호의 세기이다.
이와 같이 수신된 신호의 세기를 측정하고 난 후 MN(100)은 304단계에서 수신된 RSS가 제5임계값과 제4임계값 사이의 값을 갖는지 검사한다.
즉, 도 4에서 설명한 바와 같이 모바일 WiMAX 네트워크의 기지국으로부터 수신 신호 세기에 따라 미리 설정된 임계값들 중 최외곽의 임계값과 그 이전 외곽의 임계값 사이에 존재하는지를 검사하는 것이다.
만일 304단계의 검사결과 MN(100)의 위치가 상기한 조건을 만족한다면, MN(100)은 306단계를 수행한다.
반면에 304단계의 조건이 아니라면, 302단계로 진행하여 계속적으로 또는 미리 결정된 시간 단위로 모바일 WiMAX 네트워크의 기지국으로부터 수신된 신호의 세기를 검사하고, 304단계의 조건과 비교하게 된다.
304단계의 조건은 요구된 QoS를 만족할 수 없는 상황으로, 핸드오버가 이루어져야 하는 상황이다.
따라서 MN(100)은 306단계로 진행하면, WLAN의 AP로부터 수신된 신호의 세기를 측정한다. 즉, RSS를 측정하는 것이다.
그런 후 MN(100)은 현재 수신된 WLAN의 AP로부터 수신된 신호의 세기가 핸드오버에 필요한 신호의 세기 즉, 의 값보다 큰가를 검사한다. 308 단계의 검사결과 수신된 신호의 세기가 핸드오버에 필요한 임계값보다 큰 신호라면, 326단계로 진행하여 모바일 WiMAX 네트워크로부터 WLAN으로 핸드오버를 수행한다.
한편, MN(100)은 302단계를 수행함과 동시에 310단계에서 GPS로부터 MN(100)의 위치 정보를 수신한다. 그런 후 MN(100)은 312단계 및 314단계를 수행한다. 먼저 314단계에 대하여 설명하면, MN(100)은 자신의 이동 속도를 추정한다.
이러한 속도 추정은 MN(100)이 GPS로부터 이전 시간 중 가장 최근의 위치 정보 수신 시간에서 측정한 위치 정보와 현재 위치 정보를 이용하여 MN(100)의 속도를 추정할 수 있다.
또한 312단계에서는 이전 시간의 속도와 현재 시간의 속도가 같은지를 검사하는 것이다. 만일 속도가 간다면, 318단계로 진행하여 타이머 값을 이전 값과 동일하게 설정한다.
반면에 이전 속도와 현재 속도가 서로 다른 경우라면, MN(100)은 316단계로 진행하여 타이머의 값을 변화된 속도에 맞도록 변경한다.
이때, 속도의 변경은 미리 결정된 속도 범위를 이용하여 해당 범위에 속하는 범위인 경우 같은 속도로 판별할 수도 있다.
예를 들어 이전 이동 속도가 5km/h인 경우이고, 현재 속도가 4km/h라고 가정하고, 속도의 범위가 1km/h ~ 10km/h까지를 동일한 속도 범위의 타이머를 설정하도록 하고, 10km/h ~ 30km/h까지를 동일한 속도 범위로 가정하는 형식으로 범위가 설정되는 경우 현재 속도가 4km/h이고, 이전 시간에 측정된 속도가 5km/h라면 동일한 타이머 값을 갖도록 설정할 수 있다.
다른 방법으로 매 속도마다 다른 가중치를 두고, 속도와 가중치의 연산에 의해 타이머값을 결정하도록 구성할 수도 있다. 이러한 타이머 설정 방법은 이 외에도 다양한 방법으로 구성될 수 있으며, 본 발명에서는 타이머 설정에 대하여는 특별한 제약을 두지 않기로 한다.
상술한 바와 같이 318단계 및 320단계를 수행한 이후 MN(100)은 322단계로 진행하여 MN(100)의 위치를 추정한다. 그런 후 MN(100)은 324단계로 진행하여 현재의 위치가 도 4에서 설명한 모바일 WiMAX 네트워크의 제4임계값과 제5임계값의 사이에 위치하며, 향후 위치가 제5임계값의 범위를 벗어날 것으로 예측되는지 검사한다. 상기한 2가지 조건이 모두 만족되면, 326단계로 진행하고, 그렇지 않은 경우 322단계를 수행한다.
여기서 앞에서 설명한 302단계 내지 308의 조건과 310단계 내지 324의 조건이 모두 만족되면, 326단계를 수행한다. 만일 그렇지 않다면, 326단계와 같이 모바일 WiMAX 네트워크로부터 WLAN으로의 핸드오버 수행은 발생하지 않는다.
즉, WLAN으로부터 수신된 RSS가 기준치 이상으로 핸드오버 요건을 충족해야 하며, MN(100)의 위치가 핸드오버를 예측하기 위한 임계값 범위 내의 위치에 존재하고, 향후 위치가 핸드오버를 필요로 하는 위치에 있는 경우에만 모바일 WiMAX 네트워크로부터 WLAN으로의 핸드오버가 이루어진다.
따라서 이러한 경우 MN(100)은 326단계에서 모바일 WiMAX 네트워크로부터 WLAN으로 핸드오버를 수행하며, WLAN으로 핸드오버를 예측하여 미리 핸드오버를 준비할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 모바일 WiMAX 네트워크에서 WLAN으로의 핸드오버를 위한 즉, 네트워크 선택에 필요한 파라미터들은 아래 <표 1>과 같이 정리하여 예시할 수 있다.
Figure pat00012
이상에서 설명한 내용을 다시 정리하면, MN(100)은 모바일 WiMAX 네트워크의 BS로부터 수신된 RSS와 목표 AP로부터 수신된 RSS가 핸드오버의 세가지 조건을 만족하는지 결정한다.
첫 번째 조건은 모바일 WiMAX 네트워크의 BS로부터 수신된 RSS가 사전 정의된 제4임계값 및 제5임계값의 범위 내에 들어가야 한다. 또한 현재 WLAN으로부터 수신된 RSS는 미리 정의된 임계치보다 높은 값이어야 한다.
이 경우 핸드오버가 수행될 조건을 일부 만족한다. 이러한 요구사항이 만족되지 않을 경우 MN(100)은 타이머가 만료될 때 RSS를 확인한다. 다음으로 다른 핸드오버 조건인 MN(100)의 예상 위치가 확인되어야 한다.
이러한 예상 위치는 앞에서 상술한 <수학식 2> 및 <수학식 3>을 통해 결정할 수 있다. 핸드오버 조건은 MN(100)이 RSS에 따라 거리 정보를 획득했을 때 MN(100)의 현재 위치가 제4임계값보다 작고 제5임계값보다 큰 위치이어야 하고, 동시에 다음 예상 위치가 제5임계값보다 낮아지는 경우이다.
이러한 경우 MN(100)은 핸드오버 시점을 결정할 수 있으며 이 두 개의 조건이 만족 되었을 경우에만 핸드오버를 준비한다.
이때, AP가 어느 라우터에 연결되어 있는지를 확인함으로써 사전에 터널링을 통한 패킷 전송이 준비될 수 있다. 이는 라우터 탐색 및 핸드오버 준비에 불필요한 메시징 오버헤드가 줄어든다는 장점이 있다.
도 6은 본 발명에 따라 이종 네트워크에서 핸드오버를 수행하기 위한 단말의 기능 블록 구성도이다. 이하 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 단말의 각 기능 블룩들의 동작에 대하여 살펴보기로 한다. 도 6에서는 본 발명에 따른 핸드오버 수행을 위한 블록 구성만을 도시하였음에 유의해야 한다.
제1무선부(412)는 제1무선 네트워크와 설정된 방식으로 통신을 수행하며, 제1무선 네트워크는 예를 들어 모바일 WiMAX 네트워크가 될 수 있다.
따라서 제1무선부(412)는 제1무선 네트워크와 미리 설정된 방식에 따라 통신을 수행할 수 있으며, 아울러 제1무선 네트워크로부터 수신된 신호의 세기 즉, RSS를 측정할 수 있다. 또한 제1무선부(412)는 경우에 따라 다수의 안테나를 가질 수도 있다. 이와 같이 측정된 RSS는 제어부(411)로 제공된다.
제2무선부(413)는 제2무선 네트워크와 설정된 방식으로 통신을 수행하며, 제2무선 네트워크는 예를 들어 WLAN이 될 수 있다. 따라서 제2무선부(413)는 제2무선 네트워크와 미리 결정된 방식에 따라 통신을 수행할 수 있으며, 아울러 제2무선 네트워크로부터 수신된 신호의 세기 즉, RSS를 측정할 수 있다.
또한 제2무선부(413)는 경우에 따라 다수의 안테나를 가질 수 있으며, 각 안테나를 통해 서로 다른 기지국의 신호를 수신할 수도 있다. 이와 같은 방법으로 측정된 RSS는 제어부(411)로 제공된다.
GPS 수신부(414)는 위성으로부터 단말의 위치에 대응하는 정보를 추정하기 위한 위치 정보를 수신하고, 수신된 정보를 제어부(411)로 제공한다.
타이머(415)는 앞에서 설명한 바와 같이 단말의 이동 속도에 따라 미리 결정된 시간들 중 하나의 값으로 설정되어 구동하며, 위치 정보를 수신하기 위한 타임오프 정보를 제어부(411)로 제공한다.
임계값 버퍼(416)는 제1무선 네트워크의 임계값들 예를 들어 제1임계값 내지 제5임계값을 저장하고 있으며, 동시에 제2무선 네트워크로 핸드오버를 위한 임계값을 저장하고 있다. 임계값 버퍼(416)에 저장된 임계값은 핸드오버의 측정이 이루어질 때, 제어부(411)로 제공된다.
속도 버퍼(417)는 미리 결정된 횟수의 속도 정보를 저장하는 메모리로, 이동 단말의 이동 방향 결정 및 이후 속도 추정을 위해 누적하여 속도 데이터를 저장하며, 본 발명에 따른 핸드오버 판단 시에 제어부(411)로 제공된다. 또한 속도 버퍼(417)는 GPS 수신부(414)에서 수신된 신호를 이용하여 획득된 위치 정보를 속도 정보와 함께 저장할 수 있다.
응용 메모리(418)는 본 발명에 따른 핸드오버 동작의 제어 과정에 필요한 제어 프로그램 및 각 무선 네트워크와 통신을 위해 필요한 제어 프로그램들을 저장한다.
제어부(411)는 단말의 통신을 위한 기본적인 제어를 수행하며, 아울러 본 발명에 따른 이종 네트워크의 핸드오버를 제어한다. 즉, 제어부(411)는 앞에서 설명한 도 5의 제어 흐름에 따른 모든 제어를 수행한다. 이를 좀 더 상술하면, 제어부(411)는 단말의 위치 정보를 획득하고, 획득된 위치 정보와 이전 위치 정보들을 이용하여 속도 및 이동 방향을 계산한다.
또한 제어부(411)는 계산된 단말의 이동 속도를 속도 버퍼(417)에 저장하고, 필요한 경우 저장된 데이터를 읽어온다. 뿐만 아니라 제어부(411)는 속도의 변화에 따라 설정할 타이머 값을 계산하고, 계산된 값으로 타이머(415)의 설정을 제어한다.
2-4. 검증
이하에서는 본 발명에 따른 버티컬 핸드오버 기법의 성능을 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 다른 기법들과 비교하여 살펴보기로 한다. 본 발명에 따른 기법과 다른 기법으로는 RSS만을 사용하는 기법과 대비할 것이다. 이에 대한 시뮬레이션 파라미터는 하기 <표 2>와 같이 정의하였다.
Figure pat00013
이하에서는 먼저 본 발명의 성능을 평가하기 위한 가정 즉, 시뮬레이션 조건을 살펴보기로 한다. MN(100)은 이종망간의 통신을 지원하기 위한 별개 인터페이스를 지닌 듀얼 모드 모바일 단말로 가정한다. 모바일 WiMAX의 서비스 범위는 5km로 설정하었으며, RSS에 따라 5개의 계층으로 구분하였다.
또한 RSS의 중첩지역은 15m로 가정하고, MN이 RSS를 수신할 수 있는 최대 AP 개수는 3개로 한정하였다. 그리고 각 AP는 서로 다른 AR에 연결되어 있는 것으로 가정하였다.
또한 WLAN의 AP는 반지름 50m의 무선 인터넷 사용 가능 영역을 지닌 것으로 가정하였다. 그리고 『Q. B. Mussabbir, and W. Yao, “Optimized FMIPv6 Handover Using IEEE802.21 MIH Services”, in Proc. of MobiArch 2006, pp.43-48, 2006.』의 내용을 기반으로 WLAN L2 스캐닝 지연시간을 400~800ms로 설정하였다.
GPS에 의해 제공되는 MN의 위치정보는 타이머의 주기에 의해 결정되며, 타이머는 50ms 또는 그 이상의 값을 갖는다. MN은 불규칙적으로 0 과 18 사이의 값으로 속도를 변화하는 것으로 가정하였다.
위와 같은 시뮬레이션 조건 하에서 MN(100)의 속도 변화 및 핸드오버 성공률 간의 관계를 시뮬레이션 하면 도 7과 같은 결과를 얻을 수 있다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이 RSS만을 고려한 기존 방식은 신호 세기가 가장 높은 AP를 선택하므로 환경 변화에 따른 RSS의 감소 및 MN(100)의 속도 변화와 같은 기타 요소들에 의해 핸드오버가 부정확하게 발생할 수 있다.
또한 도 7에서 알 수 있듯이 MN(100)의 속도 및 방향 그리고 RSS를 고려하는 본 발명에 따른 방법은 다른 기법보다 더 좋은 성능을 보이며 MN(100)의 속도가 증가함에 따라 성능 향상이 크게 증가한다.
도 8은 AP의 개수 및 RtSolPr, PrRtAdr 및 FBU 메시지를 포함한 생성된 메시지의 개수간의 관계를 나타내는 그래프이다.
자원 확보에 필요한 메시지 개수는 핸드오버를 위해 MN이 자원을 확보하는데 필요한 AP의 개수에 따라 변화한다. 도 8은 본 발명에 따른 핸드오버 방법이 기존 기법보다 훨씬 적은 개수의 메시지를 필요로 한다는 점을 나타낸다.
또한 본 발명에 따른 핸드오버 방법의 성능은 AP의 개수가 많아질수록 더욱 향상된다. FMIPv6 에서 핸드오버가 부정확하게 처리 되었을 경우 Predictive mode가 수행될 확률은 낮아지며 Reeactive mode로의 전환이 요구된다. 그 결과 추가 메시지 전송이 요구된다.
기존 기법과 비교 했을 때 본 발명에 따른 핸드오버 방법은 핸드오버 하려는 AP를 선택하는데 있어서 RSS 뿐만 아니라 MN의 속도 및 방향을 고려하는 것이다. 이와 같은 방법을 통해 L2 링크가 끊어지기 전에 MN이 Predictive mode에서 핸드오버를 준비하는 확률을 증가 시킨다.
그 결과 모바일 WiMAX 및 WLAN간의 핸드오버에 필요한 메시지의 개수가 감소한다. 다시 말해 핸드오버 하려는 다음 AP를 정확하게 예측함으로써 MN이 모든 인접 라우터에 FMIPv6 Duplicate Address Detection(DAD) 메시지를 보낼 필요가 없다. 즉 DAD 메시지는 하나의 라우터로만 전송되며 이는 메시지 오버헤드를 상당 감소시키며 비용을 절감할 수 있게 한다.
10 : mobile WiMAX 20 : WLAN
110 : BS 및 AP 120 : AR
130 : MIIS 411 : 제어부
412, 413 : 제1 및 제2 무선부 414 : GPS 수신부
415 : 타이머 416 : 임계값 버퍼
417 : 속도 버퍼 418 : 응용 메모리

Claims (12)

  1. 이종의 무선 네트워크에서 핸드오버를 위한 방법에 있어서,
    현재 통신 중인 제1무선 네트워크의 제1기지국으로부터 수신된 신호의 세기가 핸드오버를 예측할 수 있는 미리 결정된 제1임계 범위에 있는지를 검사하는 과정과,
    상기 제1기지국으로부터 수신된 신호의 세기가 핸드오버를 예상할 수 있는 범위에 존재할 경우 다른 제2무선 네트워크의 기지국들 중 적어도 하나로부터 수신되는 신호의 세기가 핸드오버를 위해 필요한 제2임계값보다 큰가를 검사하는 과정과,
    위성으로부터 수신된 위치 정보를 이용하여 단말의 이동 속도 및 이동 방향을 추정하는 과정과,
    상기 추정된 속도 및 추정된 위치 정보를 이용하여 핸드오버 대상 기지국을 예측하는 과정과,
    상기 예측된 대상 기지국이 상기 제2임계값을 갖는 기지국들 중 하나일 경우 상기 대상 기지국으로 핸드오버를 수행하는 과정을 포함하는, 이종 무선 통신 네트워크에서 모바일 IPTV 서비스를 위한 핸드오버 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1무선 네트워크는 WiMAX 네트워크이며, 제2무선 네트워크는 WLAN인, 이종 무선 통신 네트워크에서 모바일 IPTV 서비스를 위한 핸드오버 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 속도 및 이동 방향의 추정은,
    현재에 위성으로부터 수신된 위치 정보와 이전에 위성으로부터 수신된 정보들 중 가장 최근의 정보들 중 미리 결정된 개수의 정보를 이용하여 이동 속도 및 이동 방향을 예측하는, 이종 무선 통신 네트워크에서 모바일 IPTV 서비스를 위한 핸드오버 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 이동 속도 및 이동 방향의 예측은,
    하기 <수학식 6> 및 <수학식 7>을 이용하여 예측하는, 이종 무선 통신 네트워크에서 모바일 IPTV 서비스를 위한 핸드오버 방법,
    <수학식 6>
    Figure pat00014

    <수학식 7>
    Figure pat00015

    여기서, k는 현재 시간 t를 기준으로, 각 이전 시간에서 얻은 속도 데이터 값 수를 나타내는 상수이고, α는 0과 1사이의 값을 갖는 평활 상수이며, 많은 횟수의 시뮬레이션을 통하여 결정할 수 있는 값이고, D는 이동 단말의 다음 시점 t에서의 예측된 방향이고, dt는 현재 시간 t에서 이동 단말의 이동 방향을 의미한다.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 위성으로부터 위치 정보의 수신은 타이머에 설정된 시간 단위로 위치 정보를 수신하는, 이종 무선 통신 네트워크에서 모바일 IPTV 서비스를 위한 핸드오버 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 타이머의 값은,
    현재 추정된 속도와 이전에 추정된 속도들 중 가장 최근의 속도가 동일한 값인 경우 타이머 값을 그대로 유지하며, 속도가 변경된 경우 변경된 속도에 따라 타이머를 적응적으로 설정하는, 이종 무선 통신 네트워크에서 모바일 IPTV 서비스를 위한 핸드오버 방법.
  7. 이종의 무선 네트워크에서 핸드오버를 수행하기 위한 단말 장치에 있어서,
    제1무선 네트워크와 통신하며, 상기 제1무선 네트워크의 기지국으로부터 수신된 신호의 세기를 검출하는 제1무선부와,
    제2무선 네트워크와 통신하며, 상기 제2무선 네트워크의 적어도 하나의 기지국으로부터 수신되는 신호의 세기를 검출하는 제2무선부와,
    위성으로부터 미리 결정된 시간 단위로 위치 정보를 수신하는 GPS 수신부와,
    상기 제1무선 네트워크의 예측 핸드오버 임계값 범위를 저장하며, 상기 제2무선 네트워크의 핸드오버 충족 조건의 임계값을 저장하는 임계값 버퍼와,
    이동 속도 정보를 순차적으로 저장하는 속도 버퍼와,
    상기 제1무선부에서 검출한 통신 중인 기지국으로부터의 수신된 신호 세기가 상기 예측 핸드오버 임계값 범위일 경우 상기 제2무선부를 제어하여 상기 제2무선 네트워크의 적어도 하나의 기지국으로부터 수신된 신호가 상기 핸드오버 충족 조건의 임계값 이상인가를 검사하고, 상기 GPS 수신부에서 수신된 위치 정보와 상기 속도 버퍼에 저장된 정보를 이용하여 이동 속도 및 이동 방향이 상기 제2무선 네트워크의 상기 핸드오버 충족 조건의 대상 기지국 방향인가를 검사하여 제2무선 네트워크의 상기 대상 기지국으로 핸드오버 조건을 충족하는 경우 상기 대상 기지국으로 핸드오버하도록 제어하는 제어부를 포함하는, 이종 무선 통신 네트워크에서 모바일 IPTV 서비스를 위한 핸드오버 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1무선 네트워크는 WiMAX 네트워크이며, 제2무선 네트워크는 WLAN인, 이종 무선 통신 네트워크에서 모바일 IPTV 서비스를 위한 핸드오버 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부에서 상기 이동 속도 및 이동 방향의 추정은,
    상기 GPS 수신부로부터 수신된 정보를 이용하여 현재 위치 정보를 추정하고, 상기 현재 위치와 상기 속도 버퍼에 저장된 이전 위치 정보들을 이용하여 이동 속도 및 이동 방향을 예측하는, 이종 무선 통신 네트워크에서 모바일 IPTV 서비스를 위한 핸드오버 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 이동 속도 및 이동 방향의 예측은,
    하기 <수학식 8> 및 <수학식 9>을 이용하여 예측하는, 이종 무선 통신 네트워크에서 모바일 IPTV 서비스를 위한 핸드오버 장치,
    <수학식 6>
    Figure pat00016

    <수학식 7>
    Figure pat00017

    여기서, k는 현재 시간 t를 기준으로, 각 이전 시간에서 얻은 속도 데이터 값 수를 나타내는 상수이고, α는 0과 1사이의 값을 갖는 평활 상수이며, 많은 횟수의 시뮬레이션을 통하여 결정할 수 있는 값이고, D는 이동 단말의 다음 시점 t에서의 예측된 방향이고, dt는 현재 시간 t에서 이동 단말의 이동 방향을 의미한다.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 GPS 수신부의 구동 시간을 결정하기 위한 타이머를 더 포함하는, 이종 무선 통신 네트워크에서 모바일 IPTV 서비스를 위한 핸드오버 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 타이머의 값의 설정 시, 현재 추정된 속도와 이전에 추정된 속도들 중 가장 최근의 속도가 동일한 값인 경우 타이머 값을 그대로 유지하며, 속도가 변경된 경우 변경된 속도에 따라 타이머를 적응적으로 설정하는, 이종 무선 통신 네트워크에서 모바일 IPTV 서비스를 위한 핸드오버 장치.
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