KR20070060796A

KR20070060796A - Ｏｆｄｍａ-ｔｄｍａ 기반 휴대인터넷 시스템에서 액티브세트의 관리 기법

Info

Publication number: KR20070060796A
Application number: KR1020050120823A
Authority: KR
Inventors: 이승규; 서준배; 박남훈
Original assignee: 한국전자통신연구원; 주식회사 케이티; 하나로텔레콤 주식회사; 삼성전자주식회사; 에스케이 텔레콤주식회사
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2007-06-13
Also published as: US20070149197A1

Abstract

1. 청구 항에 기재된 발명이 속하는 기술분야

본 발명은 OFDMA-TDMA기반의 휴대인터넷 시스템에서 빠른 핸드오버를 지원하기 위한 액티브 세트의 효율적인 관리 방법에 관한 것임. 2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 OFDMA-TDMA기반의 휴대인터넷 시스템에서 액티브 세트을 편입하는데 있어서 단말의 이동확률을 적용하여 확률의 정도에 따라 사전 핸드오버 동작을 완전하게 수행하는 액티브 세트과 일부만 수행하는 준 액티브 세트으로 나누어 운영하여 단말이 이동할 확률이 낮은 기지국의 불필요한 자원 낭비를 막도록 함으로써 시스템의 효율을 높이고자 함.

3. 발명의 해결방법의 요지

단말은 과거 이동한 경로에 대한 통계치를 운영한다. 즉 단말이 현재 위치해 있는 지점에서 인접 기지국들 이동할 확률들을 얻을 수 있다. 단말은 도로나 길을 따라 이동하는 습성과 집이나 회사와 같이 친근한 장소를 반복적으로 배회하는 습성을 지니고 있으므로 이러한 확률 값은 단말이 이동할 기지국에 대한 예측 자료로서 충분한 근거가 있다.

OFDMA-TDMA, 휴대인터넷(HPi), MAC, 핸드오버, FBSS, 액티브 세트

Description

ＯＦＤＭＡ-ＴＤＭＡ 기반 휴대인터넷 시스템에서 액티브 세트의 관리 기법{The Active Set Management Method of Mobile Terminal on OFDMA-TDMA based High-speed Portable Internet System}

도 1은 액티브 세트 관리 방법의 전체 개념도

도 2는 단말이 액티브 세트과 준 액티브 세트을 선정하는 알고리즘

도 3은 준 액티브 세트을 반영하기 위한 단말과 기지국간의 정보 흐름도

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

101: 단말 103: 기지국

201: 하향채널특성 204: 신호대잡음비율

본 발명은 OFDMA-TDMA기반의 휴대인터넷 시스템에서 액티브 세트의 관리와 운용을 효율적으로 수행하기 위한 제어 방법에 관한 것이다.

휴대인터넷 시스템은 변복조에 있어서는 OFDM을, 사용자 다중화에 있어서는 FDMA/TDMA를 사용하는 시스템이다. 휴대인터넷 시스템은 여러 개의 기지국(Base Station)들이 셀룰라 형태로 서비스를 제공하기 때문에 이동 중 다른 기지국으로 제어를 옮기는 이른바 핸드오버(Handover)를 필요로 하고 있다.

핸드오버는 서비스 사용 중 제어권이 이전되기 때문에 제어권 이전에 대한 지연시간(Latency Time)은 시스템의 성능과 품질에 중요한 영향을 미치게 된다. 지연시간이 너무 길어지면 송/수신 데이터의 단절을 가져오게 되므로 연결 해제, 멀티미디어 품질저하, 상위 프로토콜의 이상 동작 등을 유발할 수 있다. 특히 TCP의 경우에는 데이터의 단절을 망 혼잡(Congestion)으로 인식할 수 있어 TCP 윈도우 제어에 영향을 미치게 되어 성능의 저하를 유발 할 수도 있다. 따라서 핸드오버에서 지연시간을 줄이려는 노력은 시스템에서 중요한 요소로 존재한다.

휴대 인터넷 시스템에서 핸드오버에서 지연시간을 줄이기 위한 메커니즘 중 하나가 FBSS(Fast BS Switching)이다. 이는 단말이 이동하면서 현재 서비스중인 기지국 이외에 자신과 통신이 가능한 다른 기지국들을 여러 개를 등록하고 이를 액티브 세트(Active Set)으로 관리하면서 액티브 세트내의 기지국들은 단말과 관련된 MAC 컨텍스트(MAC Context)를 공유하고, 단말 관련 자원을 선 예약하는 등 이른바 사전 핸드오버(Pre-Handover) 동작을 수행함 으로써 단말이 엑티브 세트 내의 어느 기지국으로 제어권을 옮길 때, 빠르게 제어권 전환이 가능하도록 하는 방법이다. FBSS에서는 액티브 세트 내의 여러 기지국들 중 하나의 기지국과 통신하게 되는데, 그 기지국을 앵커 기지국(Anchor BS)라고 한다. FBSS에서는 단말은 액티브 세트내의 앵커 기지국을 업데이트 하는 작업이 곧 핸드오버가 된다.

FBSS가 가능하기 위해서는 액티브 세트내의 모든 기지국들은 공통의 타임 소스를 사용하여야 하며, 전송되는 프레임들이 단말에 프리엠블 프리픽스 (Preamble Prefix)내에 모두 도착 가능해야 하며, 프레임들은 구조적 동기가 맞아야 하며, 같은 주파수 채널을 사용하여야 하며, MAC 컨텍스트(MAC Context)를 서로 공유 할 수 있어야 하는 등의 조건이 있다. 또한 단말이 액티브 세트을 구성하는데 있어서 단말이 필요한 QoS를 만족하는가 여부를 점검하고 구성하기 때문에 액티브 세트 내의 기지국들은 등록 될 때, 그 단말이 필요로 하는 자원을 미리 예약할 수 있어야 한다.

MAC 컨텍스트란 단말과 기지국이 망 엔트리(Network Entry)들과 교환하는 모든 정보를 의미한다. 즉, 단말이 앵커 기지국과 수행했던 등록(Registration)이나 인증(Authentication) 등 은 자동으로 액티브 세트내의 다른 기지국들과도 이루어지게 된다. 또한 단말내의 서비스 플로우(Service Flow)와 연결 (Connection)간의 매핑(Mapping), 연결내의 인증 키(Authentication Key)나 암호화 키(Encryption Key)들도 액티브 세트 내의 기지국들이 공유하고 있다.

FBSS가 단말이 이동할 가능 성이 있는 기지국들에게 핸드오버의 상당부분을 미리 수행하게 함으로써 핸드오버의 지연시간을 줄일 수 있는 좋은 메커니즘이다. 그러나 액티브 세트내의 기지국들 중 결국은 어느 한 기지국에게 제어권 전환이 이루어질 것이므로 액티브 세트에 참여했지만 실지로 제어권 전환이 이루어 지지 않은 기지국 입장에서는 자원을 낭비하는 요소가 있다. 따라서 단말과 기지국의 액티브 세트의 관리 특성은 전체 시스템의 성능에 영향을 미치는 중요한 요소가 될 수 있다.

현재 액티브 세트의 관리는 단말에 들어오는 기지국의 신호 (Signal) 세기 에 의존하여 대상 기지국을 추가하거나 삭제하는 방법을 사용하고 있다. 즉, 기지국들은 DCD 메시지에 H_Add 임계치(Threshold)와 H_Delete 임계치 들을 방송하게 되는데, 단말이 운용하고 있는 CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio)의 이동평균 값과 비교하여 CINR이 H_Add보다 크면 그 기지국을 엑티브 세트에 추가하고, CINR이 H_Delete보다 작으면 그 기지국을 액티브 세트에서 제외하는 방법을 사용한다.

액티브 세트 갱신에 대하여 신호에만 의존하는 방법은 단말이 통신 가능한 기지국은 모두 대상에 올려 놓는 방식이다. 이는 단말의 이동 특성과는 무관하다. 만일 단말이 여러 셀(Cell)의 경계지역에 있다면, 상당히 많은 기지국들이 액티브 세트에 포함될 것 이므로 사전 핸드오버(Pre-Handover) 수행에 따른 자원의 낭비가 매우 심해 질 수 있다. 따라서 신호와 같은 단순한 요소 이외에 다른 통계적인 요소를 액티브 세트 관리에 적용하여 액티브 세트내의 기지국들의 수를 줄일 필요가 있다. 그리고 액티브 세트내의 기지국들이 사전 핸드오버를 수행할 때, 통계적인 기법을 적용하여 그 수준을 차별화 할 필요가 있다.

이상에서와 같이, 휴대인터넷 시스템에서 FBSS를 위한 액티브 세트을 관리하는데 있어서 기존에 적용하였던 신호 정보 이외에 통계적인 정보를 이용하여 액티브 세트내의 기지국들의 수를 줄이거나, 기지국들의 사전 핸드오버 수행 수준을 차별화 할 수 있도록 하는 개선된 방식의 액티브 세트 관리 메커니즘이 필요하다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 제안된 것으로 휴대 인터넷 시스템 단말장치가 대역폭 관리를 수행하는데 있어서 OFDMA-TDMA 특성을 반영한 효율적인 메커니즘을 고안하는데 본 발명의 목적이 있다.

이하, 첨부 된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따라 액티브 세트을 관리하는 방법을 도시한 것이다. 단말은 과거 이동한 경로에 대한 통계치를 운영한다. 따라서 단말(101)이 현재 위치해 있는 지점에서 인접 기지국들(BS-1(103), BS-2(104), BS-4(106), BS-5(107), BS-6(108))들과 앵커 기지국(BS-0(102))으로 이동할 확률(109-114)들을 얻을 수 있다. 단말은 도로나 길을 따라 이동하는 습성과 집이나 회사와 같이 친근한 장소를 반복적으로 배회하는 습성을 지니고 있으므로 이러한 확률 값은 단말이 이동할 기지국에 대한 예측 자료로서 충분한 근거가 있다.

본 발명에서는 단말은 액티브 세트에 기지국을 추가하는데 있어서 신호조건(CINR > H_Add)과 함께 이동 경로에 대한 확률 값을 이용한다. 신호조건에 따라 액티브 세트 추가 대상으로 선정된 기지국은 이동확률 값에 의하여 다시 심사된다. 이동 확률 값이 시스템에서 정한 임계치보다 클 경우에는 액티브 세트(Active Set)에 편입시키고, 그렇지 못하다면 이는 준 액티브 세트(Semi-Active Set)에 포함 시킨다.

본 발명에서는 사전 핸드오버 수행 정도에 따라 액티브 세트에 레벨을 두게 되는데, 일반적인 액티브 세트(116) 이외에 준 액티브 세트(117)을 운영한다. 준 액티브 세트(117)은 액티브 셀내(116)의 기지국이 취하는 사전 핸드오버 동작들 중 자원예약 부분을 수행하지 않는 기지국 그룹이다. 따라서 확률적으로 이동 기회가 적은 기지국들의 불필요한 자원 예약을 막도록 한다.

도에서 단말(101)에게 신호조건(CINR > H_Add)을 만족하는 대상 기지국들은 BS-0(102), BS-1(103), BS-2(104), BS-4(106), BS-5(107), BS-6(108)가 되는데, 이 기지국들에 대하여 확률 값들(109-114)들과 임계치 0.5를 적용한다면, 이동 확률이 임계치 보다 높은 그룹(BS-0(102), BS-1(103), BS-2(104), BS-6(108))들과 이동 확률이 임계치 보다 낮은 그룹(BS-4(106), BS-5(107))들로 분류되게 되는데, 첫번째 그룹을 엑티브 세트(116)에 두번째 그룹을 준 액티브 세트(117)에 각각 배치 하게 된다.

도 2는 단말이 기지국을 액티브 세트 및 준 액티브 세트에 편입하는 절차를 나타내는 흐름도이다. 우선 이웃 기지국 들 중에 하나의 기지국을 선정한 후, DCD 정보로부터 H_Add를 얻는다(201). 다음은 단말이 운용중인 CINR의 평균값이 H_Add보다 높은 지 여부를 점검한다.(202) 만일 그렇다면 이번에는 그 기지국으로 이동할 확률이 임계치 보다 큰지 여부를 점검한다.(203) 만일 임계치보다 크다면 그 기지국은 단말의 액티브 세트에 편입되며(204), 그렇지 않다면, 준 액티브 세트에 편입한다.(205). 액티브 세트에 편입되면 단말이 필요한 대역폭을 예약하고(206), 다른 기지국으로부터 MAC Context를 얻어 공유하는 절차를 수행한다.(207) 만일 준 액티브 세트에 편입되면 대역폭 예약 절차는 하지 않고, MAC 컨텍스트를 공유하는 절차만 수행한다.(207)

도 3은 액티브 세트 추가 정보흐름 관련 기본 흐름에 본 발명에서 고안한 준 액티브 세트을 지원하기 위하여 수정된 부분을 도시한 것이다. 단말(301)이 현재 서빙(Serving)을 담당하고 있는 기지국이 BS-1(302)이고 액티브 세트에 편입 대상이 될 수 있는 기지국이 BS-2(302)라고 할 때, NBR-ADV에 의하여 인접 기지국인 BS-2를 인식하고(303), 인접 기지국과 동기를 맞춘다(304). 이후 도 2에서 제시한 액티브 세트 및 준 액티브 세트 선정 알고리즘에 의하여 편입 여부와 편입 대상을 결정한다. 만약 BS-2(302)가 준 액티브 세트 편입 대상이라면, 이를 BS-REQ(305)의 Candidate Semi-Active Set 파라미터에 실어서 서빙 기지국인 BS-1(302)에게 요청하고(305), 그 결과로 기지국이 BSHO-RSP(306)의 Semi-Active BS Set으로 허락하며 단말의 확인인 HO-IND(307)을 거쳐 BS-2(302)가 준 액티브 세트에 편입된다.

이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

상술한 바와 같이 휴대 인터넷 시스템의 FBSS를 위한 액티브 세트 관리 방법을 설계함에 있어서, 신호조건 이외에 단말의 이동 습성에 대한 통계적인 자료를 활용함으로써 이동 가능성이 높은 기지국들 위주로 액티브 세트을 구성하고, 이동 가능성이 낮은 기지국들은 준 액티브 세트으로 관리하면서 사전 핸드오버 내용 중 자원의 예약을 생략할 수 있게 함으로써 불필요한 자원의 낭비를 막아 전체 시스템의 성능을 높이는 효과가 있다.

Claims

휴대 인터넷 시스템의 액티브 세트 관리 방법을 설계함에 있어서, 신호조건 이외에 단말의 이동 습성에 대한 통계적인 자료를 활용하여 액티브 세트과 준 액티브 세트으로 구분 운영하는 것을 특징으로 하는 OFDMA-TDMA기반 휴대인터넷 시스템에서 액티브 세트의 관리 방법.
제 1 항에 있어서,

단말은 현 위치에서 이웃 기지국들로 이동할 확률을 과거 경험치를 바탕으로 운영하고 있고, 액티브 세트 대상 기지국들 중에서 단말이 기지국으로 이동할 확률이 시스템에서 운영하는 어느 임계치 보다 작으면, 이를 준 액티브 세트에 편입하도록 하는 것을 특징으로 하는 OFDMA-TDMA기반 휴대인터넷 시스템에서 액티브 세트의 관리 방법.
제 1 항에 있어서,

액티브 세트은 단말이 필요한 대역폭의 자원 예약과 MAC Context 공유를 수행하는 반면, 준 액티브 세트은 자원 예약을 생략하고 MAC Context 공유만을 수행하도록 하는 등, 사전 핸드오버의 정도에 따라 액티브 세트에 레벨을 두도록 하는 것을 특징으로 하는 OFDMA-TDMA기반 휴대인터넷 시스템에서 액티브 세트의 관리 방법.
제 1 항에 있어서,

단말이 기지국을 액티브 세트 및 준 액티브 세트에 편입하는 절차에 있어서, 이웃 기지국 들 중에 하나의 기지국을 선정하여 DCD 정보로부터 H_Add를 얻는 단계와, 단말이 운용중인 CINR의 평균값이 H_Add보다 높은 지 여부를 점검하는 단계와, 만일 그렇다면 이번에는 그 기지국으로 이동할 확률이 임계치 보다 큰지 여부를 점검하는 단계와, 만일 임계치보다 크다면 그 기지국은 단말의 액티브 세트에 편입되며 그렇지 않다면, 준 액티브 세트에 편입하는 단계와, 액티브 세트에 편입되면 단말이 필요한 대역폭을 예약하고, 다른 기지국으로부터 MAC 컨텍스트(MAC Context)를 얻어 공유하는 절차를 수행하는 단계와, 만일 준 액티브 세트에 편입되면 대역폭 예약 절차는 하지 않고, MAC 컨텍스트를 공유하는 절차만 수행하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 OFDMA-TDMA기반 휴대인터넷 시스템에서 액티브 세트의 관리 방법.
단말과 기지국들간 액티브 세트을 갱신하는 정보흐름에 있어서,

단말이 기지국에게 액티브 세트을 갱신을 요청하는 MAC 메시지인 MSHO-REQ내에 Candidate Active BS Set이외에 Candidate Semi-Active BS Set파라미터를 추가하는 것과 기지국이 액티브 세트 갱신을 수락하는MAC 메시지인 BSHO-RSP내에 Active BS Set이외에 Semi-Active BS Set 파라미터를 추가하는 것을 특징으로 하는 OFDMA-TDMA기반 휴대인터넷 시스템에서 액티브 세트의 관리 방법.