KR100592396B1 - Ｍａｃ 어드레스 변환기법을 이용한 핸드오프 시스템 및그 방법 - Google Patents

Ｍａｃ 어드레스 변환기법을 이용한 핸드오프 시스템 및그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 버스, 지하철, 기차 등의 고속이동체 내부의 핸드폰이나 무선랜 등의 다수의 단말기의 핸드오프 지원을 위한 MAC 어드레스 변환기법을 이용한 핸드오프 시스템에 있어서: 인터넷망에 유선으로 연결되고 고유의 IP 어드레스와 MAC 어드레스를 갖는 전용 라우팅수단(10); 통신망의 기지국에 각각 설치되고, 상기 전용 라우팅수단(10)에 유선으로 연결되며 각각 고유의 IP 어드레스와 MAC 어드레스를 갖는 고정형스위치(20); 이동체에 설치되고, 상기 고정형스위치(20)에 무선으로 연결되며, 고유의 IP 어드레스와 MAC 어드레스를 갖는 이동 라우팅수단(30); 상기 이동 라우팅수단(30)에 연결되는 AP(Access Point) 수단(40); 및 상기 AP 수단(40)에 무선 연결되고, 각각 고유의 IP 어드레스와 MAC 어드레스를 갖는 이동체 내부의 다수의 단말기(50);를 포함하는 시스템과 이 시스템에 의한 핸드오프 방법을 특징으로 한다.

Description

ＭＡＣ 어드레스 변환기법을 이용한 핸드오프 시스템 및 그 방법{Hand-Off System using MAC address translation and method therefor}
도 1은 종래의 핸드오프를 설명하기 위한 개략도;
도 2는 본 발명의 핸드오프 시스템의 개략도;
도 3은 본 발명의 핸드오프 시스템의 상세도;
도 4는 본 발명의 핸드오프 시스템의 전용 라우터의 블록도;
도 5는 본 발명의 핸드오프 시스템의 이동형 라우터의 블록도;
도 6은 광중계기를 채택하는 경우의 개략도;
도 7은 광중계기의 상세블록도;
도 8은 본 발명에 따른 핸드오프 알고리즘을 보여주는 도면.
본 발명은 버스, 지하철, 기차 등의 고속이동체 내부의 핸드폰이나 무선랜 등의 다수의 단말기의 핸드오프 지원을 위한 MAC 어드레스 변환기법을 이용한 핸드오프 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
기존의 무선 전송장비는 모두 각 사용자 별로 핸드오프가 발생하는데, 이는 기지국을 중심으로 Nomadic service에 초점이 맞추어졌기 때문이다. 즉, 핸드폰의 경우나 무선랜 공공서비스의 경우 사용자별로 개별적으로 기지국이나 AP(Access Point)에 접속해야만 한다.
그러나, 버스나, 전철, 고속철처럼 이동체 내부에서 무선전송장치인 핸드폰, 무선랜이 내장된 노트북 컴퓨터 등을 사용하려는 사람이 많을 때, 즉 단말기가 많을 때는 이동중에 이동체내에서 사용자가 한꺼번에 핸드오프를 요청하기 때문에 사용자가 많으면 핸드오프 지연이 허용치보다 초과할 수 있고 과다 트래픽을 발생시킬 수 있다.
도 1은 종래의 핸드오프 방식을 설명하기 위한 개략도이다.
도 1에서 각 사용자는 개별적으로 무선으로 기지국 A나 기지국 B에 접속하고 보행하면서 해당 기지국에서 멀어지면 다른 기지국으로 접속한다. 핸드오프 알고리즘은 통신중에 통신데이터가 아닌 핸드오프 데이터를 추가적으로 전송해야 하기 때문에 이동체에 사용자가 많을 때, 예컨대 기차나 전철처럼 100명 이상이 동시 통화를 하고 있을 때는 핸드오프 핸드쉐이크 알고리즘에 의해 request-ACK와 추가 프로토콜이 필요하여 핸드오프 지연이 생길 수 있다. 심한 경우에는 네트워크가 잠시 단절되거나 음성통화의 경우 통화 단절이 생길 수 있다. 특히, 무선랜의 경우는 어느정도 고속 데이터 서비스이기 때문에 한꺼번에 많은 핸드오프를 하면 데이터 전송이 허용치보다 지연되어, 특히 동화상 등 대용량 데이터 전송의 경우 끊어짐이 더 빈번할 수 있다.
본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고속으로 이동하는 이동체 내부에서 여러개의 무선 단말기가 핸드오프를 할 때 각각의 단말기가 개별적으로 핸드오프를 실행하지 않고, 이동체내에 모든 단말기와 통신할 수 있는 소형 기지국 기능을 하는 장치를 설치하고 이 장치와 유선으로 연결되는 핸드오프 전용 브리지장치를 설치하여, 이 브리지장치만 핸드오프를 해도 이동체내의 모든 단말기가 핸드오프를 한 것과 같은 효과를 가져오도록 함으로써 종래의 핸드오프 지연이나 통신중단을 방지하는 시스템과 방법을 제공하는 것을 주목적으로 한다.
본 발명의 이와 같은 목적은, 버스, 지하철, 기차 등의 고속이동체 내부의 핸드폰이나 무선랜 등의 다수의 단말기의 핸드오프 지원을 위한 MAC 어드레스 변환기법을 이용한 핸드오프 시스템에 있어서:
인터넷망에 유선으로 연결되고 고유의 IP 어드레스와 MAC 어드레스를 갖는 전용 라우팅수단(10);
통신망의 기지국에 각각 설치되고, 상기 전용 라우팅수단(10)에 유선으로 연결되며 각각 고유의 IP 어드레스와 MAC 어드레스를 갖는 고정형스위치(20,20');
이동체에 설치되고, 상기 고정형스위치(20,20')에 무선으로 연결되며, 고유의 IP 어드레스와 MAC 어드레스를 갖는 이동 라우팅수단(30);
상기 이동 라우팅수단(30)에 연결되는 AP(Access Point) 수단(40); 및
상기 AP 수단(40)에 무선 연결되고, 각각 고유의 IP 어드레스와 MAC 어드레 스를 갖는 이동체 내부의 다수의 단말기(50);를 포함하고,
상기 전용 라우팅수단(10)은 상기 고정형스위치(20)에 각각 연결되는 다수의 유선 입출력부(11), 상기 유선입출력부(11) 각각에 연결되어 다른 장치와 메시지를 주고받으면서 핸드오프 발생을 확인하기 위한 핸드오프 이벤트 분석기(12), 상기 유선 입출력부(11) 각각에 연결되어 표준 이더넷 패킷신호를 수신한 뒤 핸드오프가 발생된 장치의 IP어드레스와 MAC어드레스를 추출하는 IP/MAC 해석기(13), 상기 IP/MAC 해석기(13)에서 받은 정보를 어드레스 테이블에 기록하는 IP/MAC 테이블 정렬기(14), 상기 정렬기(14)에 연결되고 핸드오프 이벤트 분석기(12)로부터 패킷신호를 수신한 뒤 상기 IP/MAC 해석기(13)를 통한 수신지 어드레스가 자신의 IP 어드레스인 경우 관리정보 등의 해당 서비스를 제어하는 컨트롤러(15); 및 데이터 송신시 이더넷 패킷신호의 수신지 어드레스의 MAC 어드레스 부분에 자신의 MAC 어드레스를 삽입하는 MAC 어드레스 교환기(16)로 이루어지며;
상기 이동라우팅수단(30)은 AP수단(40)에 연결되는 유선 입출력부(31), 유선 입출력부(31)에 연결되는 IP/MAC 해석기(32), IP/MAC 해석기(32)에 연결되는 IP/MAC 테이블 정렬기(33), IP/MAC 테이블 정렬기(33)에 연결되는 컨트롤러(34), 상기 IP/MAC 테이블 정렬기(33)와 유선입출력부(31) 사이에서 이들에 연결되는 MAC 어드레스 교환기(35), 상기 고정형스위치(20,20')에 연결되는 무선 입출력부(36), 무선 입출력부(36)와 정렬기(33) 사이에서 이들에 연결되는 IP/MAC 해석기(37), 상기 IP/MAC 테이블 정렬기(33)와 무선입출력부(36) 사이에서 이들에 연결되는 MAC 어드레스 교환기(38)로 구성되는 것을 특징으로 하는 MAC 어드레스 변환기법을 이 용한 핸드오프 시스템에 의해 달성된다.
본 발명에 의한 핸드오프 시스템은 상기 어드레스 테이블을 작성하는데 있어서,
상기 단말기(50)로부터 이동라우팅수단(30)을 통해 전용라우팅수단(10)으로 데이타를 업링크할 때는 패킷별로 소스 어드레스를 MAC어드레스와 IP어드레스로 구분해 기억한 다음 단말기(50)의 IP 어드레스는 유지한채 단계별로 MAC 어드레스만 차례대로 이동라우팅수단(30)과 전용라우팅수단(10)의 MAC 어드레스로 바꿔주고, 수신지 어드레스의 IP어드레스는 인터넷망의 어드레스로 유지한채 단계별로 MAC 어드레스만 이동라우팅수단(30), 전용라우팅수단(10) 및 인터넷망의 어드레스로 바꿔주고;
역순으로 인터넷망으로부터 전용라우팅수단(10)과 이동라우팅수단(30)을 통해 단말기(50)로 데이타를 다운링크할 때는, 각각의 단말기에 대해 소스 어드레스의 경우 IP 어드레스는 인터넷망의 인터넷망의 어드레스를 유지한채 각 단계별로 MAC 어드레스는 인터넷망, 전용라우팅수단(10) 및 이동라우팅수단(30)의 어드레스로 바꿔주고, 수신지 어드레스의 경우 IP 어드레스는 단말기 자신의 어드레스를 유지한채 각 단계별로 MAC 어드레스는 전용라우팅수단, 이동라우팅수단 및 단말기 자체의 어드레스로 바꿔주는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 따른 시스템에 있어서, 송신 광신호를 RF신호로 변환한 다음 증폭시켜 출력을 높이거나 수신된 RF신호를 증폭시킨 다음 광신호로 변환시키는 광중계기(70)를 소정 갯수의 상기 고정형스위치(20)에 광케이블로 연결하는 것이 더 바람직하다.
본 발명의 다른 특징은, 버스, 지하철, 기차 등의 고속이동체 내부의 핸드폰이나 무선랜 등의 다수의 단말기의 핸드오프 지원을 위해 인터넷망에 유선으로 연결되고 고유의 IP 어드레스와 MAC 어드레스를 갖는 전용 라우팅수단(10); 통신망의 기지국에 각각 설치되고 상기 전용 라우팅수단(10)에 유선으로 연결되며 각각 고유의 IP 어드레스와 MAC 어드레스를 갖는 고정형스위치(20); 이동체에 설치되고, 상기 고정형스위치(20)에 무선으로 연결되며, 고유의 IP 어드레스와 MAC 어드레스를 갖는 이동 라우팅수단(30); 상기 이동 라우팅수단(30)에 연결되는 AP(Access Point) 수단(40); 및 상기 AP 수단(40)에 무선 연결되고, 각각 고유의 IP 어드레스와 MAC 어드레스를 갖는 이동체 내부의 다수의 단말기(50);를 포함하는 핸드오프 시스템의 핸드오프 방법에 있어서:
A. 전용라우팅수단(10)에 단말기(50)의 각각의 IP 어드레스를 등록하고, 이동라우팅수단(30)에 단말기(50) 각각의 IP 어드레스를 등록하는 단계;
B. 이동라우팅수단(30)이 2개 기지국 각각의 고정형 스위치(20,20') 사이를 통과하면서, 2개의 고정형스위치(20,20')의 인덱스가 포함된 고정형스위치로부터 발신된 양쪽 비콘신호들을 수신하고 비교하여, 핸드오프 여부를 결정하는 단계;
C. 이동라우팅수단(30)은 핸드오프 기준에 만족하면 HOR(Hand-Off Request) 신호를 발생시켜 핸드오프를 원하는 고정형스위치(20')로 보내는 단계;
D. 고정형스위치(20')는 HOR 신호를 수신하면 HOH(Hand-Off Holding) 신호를 발생시키고 이동라우팅수단(30)으로 보내고, 핸드오프 절차가 완료되기 전에 이동 라우팅수단(30)은 업링크 데이타의 버퍼링을 시작하는 단계;
E. 이동라우팅수단(30)은 라우팅테이블 변경을 요청하는 RTCR(Routing Table Change Request) 신호를 전용라우팅수단(10)으로 보내는 단계;
F. RTCR 신호를 받은 전용라우팅수단(10)이 기존에 형성된 데이터경로를 끊겠다는 신호인 DPRQ(Disconnect Path Request) 신호를 현재 이동라우팅수단(30)이 연결중인 고정형스위치(20)와, 고정형스위치(20)를 통해 이동라우팅수단(30)으로 보내고, 전용라우팅수단(10) 자체에 저장된 라우팅테이블, 즉 어드레스테이블을 변경하는 단계;
G. 전용라우팅수단(10)은 라우팅테이블을 변경한 후, 변경완료 신호인 RTCA(Routing Table Change Ack.) 신호를 이동라우팅수단(30)에 보내는 단계; 및
H. RTCA 신호를 받은 이동라우팅수단(30)이 핸드오프 종료신호인 HOE(Hand-Off End) 신호를 새로 연결된 고정형스위치(20')로 보내고, HOR 신호 접수시 버퍼링된 데이터를 업링크로 고정형스위치(20')를 통해 전용라우팅수단(10)으로 보내며, 새로 연결된 고정형스위치(20')도 버퍼링된 데이터를 다운링크로 이동라우팅수단(30)을 통해 단말기(50)로 보내는 단계;를 포함하는 핸드오프 방법을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 핸드오프 방법에 있어서, 상기 A 단계의 어드레스 등록 및 F 단계의 어드레스테이블 변경은,
상기 단말기(50)로부터 이동라우팅수단(30)을 통해 전용라우팅수단(10)으로 데이타를 업링크할 때는 패킷별로 소스 어드레스를 MAC어드레스와 IP어드레스로 구 분해 기억한 다음 단말기(50)의 IP 어드레스는 유지한채 단계별로 MAC 어드레스만 차례대로 이동라우팅수단(30)과 전용라우팅수단(10)의 MAC 어드레스로 바꿔주고, 수신지 어드레스의 IP어드레스는 인터넷망의 어드레스로 유지한채 단계별로 MAC 어드레스만 이동라우팅수단(30), 전용라우팅수단(10) 및 인터넷망의 어드레스로 바꿔주고;
역순으로 인터넷망으로부터 전용라우팅수단(10)과 이동라우팅수단(30)을 통해 단말기(50)로 데이타를 다운링크할 때는, 각각의 단말기에 대해 소스 어드레스의 경우 IP 어드레스는 인터넷망의 어드레스를 유지한채 각 단계별로 MAC 어드레스는 인터넷망, 전용라우팅수단(10) 및 이동라우팅수단(30)의 어드레스로 바꿔주고, 수신지 어드레스의 경우 IP 어드레스는 단말기 자신의 어드레스를 유지한채 각 단계별로 MAC 어드레스는 전용라우팅수단, 이동라우팅수단 및 단말기 자체의 어드레스로 바꿔주는 것이 바람직하다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 전체적인 구성을 보여주는 개략도로서, 이동체 내부의 구성도 개략적으로 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템은 전용라우터(10), 무선통신망의 각각의 기지국에 설치되는 고정형스위치(20,20'), 이동체 내부에 설치되는 이동형 라우터(30), AP 장비(40) 및 다수의 무선랜 단말기(50)로 구성된다. 여기서, 단말기(50)가 기존에 연결되어 있던 고정형스위치를 20으로, 새로 연결되어야 할 고정형스위치를 20'으로 표시한다. 무선랜 단말기(50)는 AP 장비(40)와 무선으로 접속할 수 있고, AP 장비(40)와 이동형 라우터(30)는 유선으로 연결되어 있으며, 차량, 버스, 지하철, 고속철, 전철 등의 이동체는 그 내부에 이동형 라우터(30), AP장비(40) 및 다수의 단말기(50)를 실은채 이동한다.
이동체 내에서는 장비(30,40,50)의 통신이 가능하지만 외부 인터넷망을 연결할 때는 이동형 라우터(30)가 고정형스위치(20)와 무선으로 접속되어야 한다. 각각의 고정형스위치(20)는 유선으로 전용라우터(10)와 연결되고, 전용라우터(10)는 외부 인터넷망과 통신이 가능하다. 즉, 사용자는 단말기(50), AP장비(40), 이동형 라우터(30), 고정형스위치(20) 및 전용라우터(10)의 연결을 통해 인터넷에 접속할 수 있다.
이동체가 이동할 때, 이동형 라우터(30)는 B 기지국과 연결되어 있다가, 이동을 하면서 A 기지국으로 접근하면, B 기지국과의 무선링크를 절단하고 A 기지국으로 연결된다.
이와 같은 핸드오프 과정을 도 3을 참조하여 자세히 설명한다. 도 3은 핸드오프 과정을 자세히 보여주기 위한 일례이다.
우선, 물리계층과 링크계층의 서브계층인 매체접근제어(MAC) 계층의 이행에 관해 명기한 표준 프로토콜인 IEEE 802.3에 따라 통신망의 각종 물리적 매체에 고유한 MAC 어드레스가 부여되고, 또한 각각의 장치에 고유의 IP 어드레스가 부여되고 있다. 본 발명은 이런 고유 MAC어드레스와 IP어드레스를 이용한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전용 라우터(10)는 인터넷망에 연결되고, 유선을 통해 각각의 기지국의 고정형스위치(20)에도 연결된다. 이동체 내부에서 이동형 라 우터(30)는 AP장비(40)에 유선으로 연결되고, 다수의 단말기(50)는 각각 무선으로 AP장비(40)에 연결된다. 이와 같은 구성에서, 각각의 장비의 어드레스를 다음과 같다고 가정한다.
1. 인터넷망
IP - 192.168.10.10; MAC - 12:34:56:78:9A:FF
2. 전용 라우터
IP - 192.168.1.8; MAC - 12:34:56:78:9A:08
3. 고정형스위치 A
IP - 192.168.1.7; MAC - 12:34:56:78:9A:07
4. 고정형스위치 B
IP - 192.168.1.6; MAC - 12:34:56:78:9A:06
5. 이동형 라우터
IP - 192.168.1.5; MAC - 12:34:56:78:9A:05
6. 단말기 A
IP - 192.168.1.2; MAC - 12:34:56:78:9A:02
7. 단말기 B
IP - 192.168.1.3; MAC - 12:34:56:78:9A:03
8. 단말기 C
IP - 192.168.1.4; MAC - 12:34:56:78:9A:04
브리지장비를 이용한 핸드오프 시스템의 경우, 단말기 C에서 인터넷을 사용 하려면 다음과 같은 경로를 거친다.
단말기 C - AP장비(40) - 이동라우터(30) - 고정형 스위치 B(20) - 전용라우터(10) - 인터넷망.
만약, 이동형 라우터(30)에서 고정형스위치 B와 통신하다가 고정형스위치 A와 통신하고자 하면(핸드오프 발생), 다음과 같이 경로가 재설정된다.
단말기 C - AP장비(40) - 이동라우터(30) - 고정형 스위치 A(20) - 전용라우터(10) - 인터넷망.
이 때 단말기가 N개 있다면, 핸드오프시 전용라우터(10)는 라우팅 테이블을 N개 재설정해야 하고, 또한 이동라우터(30)와 고정형스위치(20) 사이의 핸드오프 메시지가 N개 발생하므로, N의 수가 100 이상으로 증가하게 되어 핸드오프 자체의 부담이 매우 증가된다. 본 발명은 단말기의 개수에 상관 없이 단 한번의 핸드오프로 모든 단말기의 핸드오프 동작을 완료하는 것을 특징으로 하는데, 이를 구체적으로 예를 들어 설명한다.
먼저 Uplink의 경우에 대해 설명한다.
단말기 C는 이동형라우터(30)와는 고유의 MAC어드레스와 IP를 갖고 통신된다. 하지만, 이동형 라우터(30)를 통과하면서 소스 MAC 어드레스는 이동형 라우터의 어드레스로 변경되고 IP어드레스는 자신의 것을 유지한다. 각 단계별로 각각의 어드레스는 아래 표와 같이 설정된다.
업링크시의 각 통신 단계별 어드레스
구간 소스(Source) 수신지(Destination)
MAC IP MAC IP
단말기 C의 통신
단말기 C 12:34:56:78:9A:04 192.168.1.4 12:34:56:78:9A:05 192.168.10.10
이동형 라우터 12:34:56:78:9A:05 192.168.1.4 12:34:56:78:9A:08 192.168.10.10
전용 라우터 12:34:56:78:9A:08 192.168.1.4 12:34:56:78:9A:FF 192.168.10.10
단말기 B의 통신
단말기 B 12:34:56:78:9A:03 192.168.1.3 12:34:56:78:9A:05 192.168.10.10
이동형 라우터 12:34:56:78:9A:05 192.168.1.3 12:34:56:78:9A:08 192.168.10.10
전용 라우터 12:34:56:78:9A:08 192.168.1.3 12:34:56:78:9A:FF 192.168.10.10
단말기 A의 통신
단말기 A 12:34:56:78:9A:02 192.168.1.2 12:34:56:78:9A:05 192.168.10.10
이동형 라우터 12:34:56:78:9A:05 192.168.1.2 12:34:56:78:9A:08 192.168.10.10
전용 라우터 12:34:56:78:9A:08 192.168.1.2 12:34:56:78:9A:FF 192.168.10.10
한편, 다운링크의 경우, 전용 라우터(10)는 외부에서 데이터를 받으면 수신지 MAC 어드레스는 이동형 라우터(30)의 것이 되고 수신지 IP는 단말기 C의 것이 되는바, 구체적으로는 표 2와 같다.
다운링크시의 각 통신 단계별 어드레스
구간 소스(Source) 수신지(Destination)
MAC IP MAC IP
단말기 C의 통신
인터넷망 12:34:56:78:9A:FF 192.168.10.10 12:34:56:78:9A:08 192.168.1.4
전용 라우터 12:34:56:78:9A:08 192.168.10.10 12:34:56:78:9A:08 192.168.1.4
이동형 라우터 12:34:56:78:9A:05 192.168.10.10 12:34:56:78:9A:04 192.168.1.4
단말기 B의 통신
인터넷망 12:34:56:78:9A:FF 192.168.10.10 12:34:56:78:9A:08 192.168.1.3
전용 라우터 12:34:56:78:9A:08 192.168.10.10 12:34:56:78:9A:05 192.168.1.3
이동형 라우터 12:34:56:78:9A:05 192.168.10.10 12:34:56:78:9A:03 192.168.1.3
단말기 A의 통신
인터넷망 12:34:56:78:9A:FF 192.168.10.10 12:34:56:78:9A:08 192.168.1.2
전용 라우터 12:34:56:78:9A:08 192.168.10.10 12:34:56:78:9A:05 192.168.1.2
이동형 라우터 12:34:56:78:9A:05 192.168.10.10 12:34:56:78:9A:02 192.168.1.2
즉, 각 단계별로 MAC 어드레스는 바꾸지만 IP어드레스는 바꾸지 않는다.
표에서 알 수 있듯이, 고정형스위치(20)와 이동형 라우터(30) 사이의 무선구간에서 핸드오프가 발생하였을 때, 기존의 방법에서는 각각의 단말기별로 IP와 MAC을 일치시켜 라우팅 테이블을 변경시켜 주어야 한다. 이 경우, 단말기가 많을 경우 모든 라우팅 테이블을 변경시켜야 하기 때문에 핸드오프에 시간이 지연되고, 심지어는 데이터 송신이 끊어질 수도 있다.
그러나, 본 발명에 의하면, MAC 어드레스로서 단말기의 어드레스가 아닌 이동형 라우터(30)의 MAC어드레스를 사용하기 때문에, MAC어드레스 관점에서 보면, 한번의 핸드오프만, 즉 이동형 라우터(30)만의 핸드오프만 발생한다. 다운링크시 전용라우터(10)는 이동형 라우터(30)의 MAC어드레스에 소속된 각 단말기의 IP어드레스를 미리 알고 있기 때문에, MAC어드레스 하나만 관리해도 핸드오프시 모든 단말기의 라우팅 테이블(MAC어드레스 + IP어드레스)을 변경시키는 효과를 갖는다. 이동형 라우터(30)는 IP어드레스를 참조하여 다시 원래의 각 단말기의 수신지 MAC어드레스로 변경시켜 수신지로 데이터를 보낸다.
이를 구체적으로 살펴보면, 라우팅테이블, 즉 어드레스 테이블을 작성하는데 있어서, 단말기(50)로부터 이동라우터(30)를 통해 전용라우터(10)로 데이타를 업링크할 때는 패킷별로 소스 어드레스를 MAC어드레스와 IP어드레스로 구분해 기억한 다음 단말기(50)의 IP 어드레스는 유지한채 단계별로 MAC 어드레스만 차례대로 이동라우터(30)와 전용라우터(10)의 MAC 어드레스로 바꿔주고, 수신지 어드레스의 IP어드레스는 인터넷망의 어드레스로 유지한채 단계별로 MAC 어드레스만 이동라우터(30), 전용라우터(10) 및 인터넷망의 어드레스로 바꿔준다.
반대로, 인터넷망으로부터 전용라우터(10)와 이동라우터(30)를 통해 단말기(50)로 데이타를 다운링크할 때는, 각각의 단말기에 대해 소스 어드레스의 경우 IP 어드레스는 인터넷망의 인터넷망의 어드레스를 유지한채 각 단계별로 MAC 어드레스는 인터넷망, 전용라우터(10) 및 이동라우터(30)의 어드레스로 바꿔주고, 수신지 어드레스의 경우 IP 어드레스는 단말기 자신의 어드레스를 유지한채 각 단계별로 MAC 어드레스는 전용라우터, 이동라우터 및 단말기 자체의 어드레스로 바꿔주게 된다.
즉, 본 발명에서는 MAC 어드레스의 변환기법을 사용하여 패킷의 MAC 어드레스가 이동형 라우터를 통과하는 순간 모두 이동형 라우터의 MAC 어드레스로 변환되므로, 핸드오프는 마치 한번만 발생하는 효과를 볼 수 있다.
이하, 전용라우터(10)의 블록도인 도 4를 참조하여 전용라우터(10)의 구성에 대해 구체적으로 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전용 라우팅수단(10)는 고정형스위치(20)에 각각 연결되는 다수의 유선 입출력부(11), 핸드오프 이벤트 분석기(12), IP/MAC 해석기(13), IP/MAC 테이블 정렬기(14), 컨트롤러(15) 및 MAC 어드레스 교환기(16)로 이루어진다.
핸드오프 이벤트 분석기(12)는 유선입출력부(11) 각각에 연결되어 다른 장치와 메시지를 주고받으면서 핸드오프 발생을 확인하기 위한 것이다. IP/MAC 해석기(13)는 유선 입출력부(11) 각각에 연결되어 표준 이더넷 패킷신호를 수신한 뒤 핸드오프가 발생된 장치의 IP어드레스와 MAC어드레스를 추출하는 기능을 갖는다. IP/MAC 테이블 정렬기(14)는 IP/MAC 해석기(13)에서 받은 정보를 어드레스 테이블에 기록하는 기능을 갖고, 컨트롤러(15)는 상기 정렬기(14)에 연결되고 핸드오프 이벤트 분석기(12)로부터 패킷신호를 수신한 뒤 IP/MAC 해석기(13)를 통한 수신 지 어드레스가 자신의 IP 어드레스인 경우 관리정보 등의 해당 서비스를 제어하는 기능을 갖는다. 또, MAC 어드레스 교환기(16)는 데이터 송신시 이더넷 패킷신호의 수신지 어드레스의 MAC 어드레스 부분에 자신의 MAC 어드레스를 삽입하는 기능을 한다.
도 5는 이동라우터(30)의 블록도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 이동라우터(30)는 AP장비(40)에 연결되는 유선 입출력부(31), 유선 입출력부(31)에 연결되는 IP/MAC 해석기(32), IP/MAC 해석기(32)에 연결되는 IP/MAC 테이블 정렬기(33), IP/MAC 테이블 정렬기(33)에 연결되는 컨트롤러(34), IP/MAC 테이블 정렬기(33)와 유선입출력부(31) 사이에서 이들에 연결되는 MAC 어드레스 교환기(35), 고정형스위치(20)에 연결되는 무선 입출력부(35), 무선 입출력부(36)와 정렬기(33) 사이에서 이들에 연결되는 IP/MAC 해석기(37), 상기 IP/MAC 테이블 정렬기(33)와 무선입출력부(36) 사이에서 이들에 연결되는 MAC 어드레스 교환기(38)로 구성되고, 각 구성부의 기능은 도 4의 전용라우터(10)의 구성부와 동일한 기능을 한다.
이동 라우터(30)에는 소스/수신지 IP/MAC 어드레스가 기록된 이더넷 데이터가 입력되고, 초기화시 자신의 장비에 딸려있는 모든 단말기의 IP를 기록한다. 업링크시, 이동라우터(30)가 각 단말기(50)로부터 데이터를 수신하면 각 IP별로 MAC 어드레스를 자신의 메모리에 기억해 두었다가, 무선으로의 연결은 소스 어드레스의 경우 자신의 MAC 어드레스를 삽입하고 단말기의 IP는 그대로 유지한 채 데이터를 고정형스위치(20)로 보낸다. 한편, 다운링크시, 전용라우터(10)로부터 데이터를 받 으면 수신지 어드레스에서 IP 어드레스를 읽어보고 해당하는 MAC 어드레스를 자신의 테이블에서 읽어내어 데이터를 보낸다. 이런, 어드레스 변화는 전술한 바와 같다.
한편, 이동체의 속도가 아주 고속일 경우, 예컨대 250Km/h 이상의 속도로 이동할 경우에 대해 고려해본다. 고정형스위치(20)는 각각의 기지국마다 설치되어 있다. 현재 국내에서는 기지국 사이의 간격이 대개 약 400m이다. 이 경우 80km/h의 저속 이동체의 경우 각 기지국을 통과할 때마다 핸드오프를 해야 하므로, 핸드오프의 시간 간격이 약 18초 정도이다. 그러나, 250km/h의 고속 이동체의 경우, 각 기지국 사이를 통과하는 시간이 약 5.7초이고, 이 시간마다 핸드오프를 해야만 한다. 따라서, 고속주행시는 핸드오프 시간 간격이 너무 짧다는 문제가 있으므로, 고속 주행체의 경우 저속 이동체와 동일한 시간 간격으로 핸드오프를 하도록 할 필요가 있다. 250Km/h=69.4m/s이므로, 18초 X 69.4 = 1250m 간격으로 핸드오프를 중계하는 중계기를 설치하는 것이 바람직하다.
즉, 도 6과 같이 고정형스위치(20)를 일정 구간마다 묶어서 하나의 광중계기(70)에 광케이블로 연결하면, 고속 이동체에서 핸드오프 시간간격이 너무 좁은 문제를 해결할 수 있다. 광중계기를 적당한 간격으로 설치하면, 설치 구간 자체가 광케이블로 연결된 고정형스위치와 똑같은 커버리지로 작용하므로 커버리지를 확대하는 효과를 볼 수 있다.
도 7은 광중계기의 연결상태를 보여주는 블록도이다.
도시된 바와 같이, 송신 광신호를 RF신호로 변환한 다음 증폭시켜 출력을 높 이거나 수신된 RF신호를 증폭시킨 다음 광신호로 변환시키는 광중계기(70)를 소정 갯수의 고정형스위치(20)에 광케이블로 연결한다. 바람직하게는, 광중계기(70)와 고정형스위치(20) 사이에 광컨버터(75)가 연결되고, 광컨버터(75)는 광 스플리터(77)를 통해 광중계기(70)에 연결된다. 광컨버터(75)는 RF신호를 광신호로 변환하거나(E/O; Electrical to Optical Converter), 광신호를 RF 신호로 변환하여 주는 장치로서, WDM은 두 신호를 합치거나 분리하는 부분이다. 광스플리터(77)는 광신호를 분배시켜주는 장치이다.
도 8은 본 발명에 의한 핸드오프 알고리즘을 설명하기 위한 도면으로서, 도면에 표시된 각각의 번호는 핸드오프를 실현하는 각 단계를 보여준다.
우선, 전용라우터(10)에 단말기(50)의 각각의 IP 어드레스를 등록하고, 이동라우터(30)에도 단말기(50) 각각의 IP 어드레스가 등록된다. 다음, 1로 표시된 단계에서, 이동라우터(30)는 2개 기지국 각각의 고정형 스위치(20,20') 사이를 통과하면서, 2개의 고정형스위치(20,20')의 인덱스가 포함된 고정형스위치로부터 발신된 양쪽 비콘신호들을 수신하고 비교하여, 핸드오프 여부를 결정한다. 이때, 양쪽의 비콘신호의 세기를 비교하여 핸드오프 여부를 결정하는 것이 일반적이다.
다음, 2로 표시된 단계에서, 이동라우터(30)는 핸드오프 기준에 만족하면 HOR(Hand-Off Request) 신호를 발생시켜 핸드오프를 원하는 고정형스위치(20')로 보낸다. 이어서, 3 단계에서, 고정형스위치(20')는 HOR 신호를 수신하면 HOH(Hand-Off Holding) 신호를 발생시켜 이동라우터(30)로 보내고, 핸드오프 절차가 완료되기 전에 이동라우터(30)는 업링크 데이타의 버퍼링을 시작한다. 4 단계에서, 이동 라우터(30)는 라우팅테이블(어드레스테이블) 변경을 요청하는 RTCR(Routing Table Change Request) 신호를 전용라우터(10)로 보내며, 5 단계에서, RTCR 신호를 받은 전용라우터(10)는 기존에 형성된 데이터경로를 끊겠다는 신호인 DPRQ(Disconnect Path Request) 신호를 현재 이동라우터(30)가 연결중인 고정형스위치(20)를 통해 이동라우터(30)로 보내고, 전용라우터(10) 자체에 저장된 라우팅테이블, 즉 어드레스테이블을 변경한다.
다음, 6 단계에서, 전용라우터(10)가 라우팅테이블을 변경한 후, 변경완료 신호인 RTCA(Routing Table Change Ack.) 신호를 이동라우터(30)에 보내고, 7 단계에서, RTCA 신호를 받은 이동라우터(30)는 핸드오프 종료신호인 HOE(Hand-Off End) 신호를 새로 연결된 고정형스위치(20')로 보내고, HOR 신호 접수시 버퍼링된 데이터를 업링크로 새로 연결된 고정형스위치(20')를 통해 전용라우터(10)로 보내며, 새로 연결된 고정형스위치(20')도 버퍼링된 데이터를 다운링크로 이동라우터(30)를 통해 단말기(50)로 보낸다.
이런 방법에 있어서, 상기 어드레스 등록 및 어드레스테이블 변경은 아래와 같이 이루어진다.
단말기(50)로부터 이동라우터(30)를 통해 전용라우터(10)로 데이타를 업링크할 때는 패킷별로 소스 어드레스를 MAC어드레스와 IP어드레스로 구분해 기억한 다음 단말기(50)의 IP 어드레스는 유지한채 단계별로 MAC 어드레스만 차례대로 이동라우터(30)와 전용라우터(10)의 MAC 어드레스로 바꿔주고, 수신지 어드레스의 IP어드레스는 인터넷망의 어드레스로 유지한채 단계별로 MAC 어드레스만 이동라우터(30), 전용라우터(10) 및 인터넷망의 어드레스로 바꿔준다.
반대로, 인터넷망으로부터 전용라우터(10)와 이동라우터(30)를 통해 단말기(50)로 데이타를 다운링크할 때는, 각각의 단말기에 대해 소스 어드레스의 경우 IP 어드레스는 인터넷망의 인터넷망의 어드레스를 유지한채 각 단계별로 MAC 어드레스는 인터넷망, 전용라우터(10) 및 이동라우터(30)의 어드레스로 바꿔주고, 수신지 어드레스의 경우 IP 어드레스는 단말기 자신의 어드레스를 유지한채 각 단계별로 MAC 어드레스는 전용라우터, 이동라우터 및 단말기 자체의 어드레스로 바꿔준다. 이런 어드레스 변환은 표 1, 2에 구체적으로 기재되어 있다.
기존에 기지국을 교차하면서 이동체내의 모든 단말기가 핸드오프를 하여야 할 경우 사용자가 많을 때 부하가 커서 핸드오프가 지연되거나 데이터 송수신이 단절되는 문제점이 빈번한데 반해, 이상과 같은 본 발명에 따른 시스템과 방법에 의하면, 이동체내에 브리지 장치를 설치하여 사용자의 단말기가 많을 경우에도 핸드오프는 브리지장치 하나에서만 발생하는 효과를 가져, 빠른 핸드오프를 수행할 수 있다.
특히, 고속 이동체와 같이 핸드오프가 더욱 빈번하게 발생할 경우 기존의 방법으로는 모든 단말기의 핸드오프를 적절히 수행하기 어려운 문제가 있지만, 본 발명에 의하면 마치 하나의 단말기만 핸드오프를 하는 것과 같으므로, 핸드오프의 부담이 아주 현저하게 줄어들 수 있다.

Claims (5)

  1. 버스, 지하철, 기차 등의 고속이동체 내부의 핸드폰이나 무선랜 등의 다수의 단말기의 핸드오프 지원을 위한 MAC 어드레스 변환기법을 이용한 핸드오프 시스템에 있어서:
    인터넷망에 유선으로 연결되고 고유의 IP 어드레스와 MAC 어드레스를 갖는 전용 라우팅수단(10);
    통신망의 기지국에 각각 설치되고, 상기 전용 라우팅수단(10)에 유선으로 연결되며 각각 고유의 IP 어드레스와 MAC 어드레스를 갖는 고정형스위치(20);
    이동체에 설치되고, 상기 고정형스위치(20)에 무선으로 연결되며, 고유의 IP 어드레스와 MAC 어드레스를 갖는 이동 라우팅수단(30);
    상기 이동 라우팅수단(30)에 연결되는 AP(Access Point) 수단(40); 및
    상기 AP 수단(40)에 무선 연결되고, 각각 고유의 IP 어드레스와 MAC 어드레스를 갖는 이동체 내부의 다수의 단말기(50);를 포함하고,
    상기 전용 라우팅수단(10)은 상기 고정형스위치(20)에 각각 연결되는 다수의 유선 입출력부(11), 상기 유선입출력부(11) 각각에 연결되어 다른 장치와 메시지를 주고받으면서 핸드오프 발생을 확인하기 위한 핸드오프 이벤트 분석기(12), 상기 유선 입출력부(11) 각각에 연결되어 표준 이더넷 패킷신호를 수신한 뒤 핸드오프가 발생된 장치의 IP어드레스와 MAC어드레스를 추출하는 IP/MAC 해석기(13), 상기 IP/MAC 해석기(13)에서 받은 정보를 어드레스 테이블에 기록하는 IP/MAC 테이블 정 렬기(14), 상기 정렬기(14)에 연결되고 핸드오프 이벤트 분석기(12)로부터 패킷신호를 수신한 뒤 상기 IP/MAC 해석기(13)를 통한 수신지 어드레스가 자신의 IP 어드레스인 경우 관리정보 등의 해당 서비스를 제어하는 컨트롤러(15); 및 데이터 송신시 이더넷 패킷신호의 수신지 어드레스의 MAC 어드레스 부분에 자신의 MAC 어드레스를 삽입하는 MAC 어드레스 교환기(16)로 이루어지며;
    상기 이동라우팅수단(30)은 AP수단(40)에 연결되는 유선 입출력부(31), 유선 입출력부(31)에 연결되는 IP/MAC 해석기(32), IP/MAC 해석기(32)에 연결되는 IP/MAC 테이블 정렬기(33), IP/MAC 테이블 정렬기(33)에 연결되는 컨트롤러(34), 상기 IP/MAC 테이블 정렬기(33)와 유선입출력부(31) 사이에서 이들에 연결되는 MAC 어드레스 교환기(35), 상기 고정형스위치(20)에 연결되는 무선 입출력부(36), 무선 입출력부(36)와 정렬기(33) 사이에서 이들에 연결되는 IP/MAC 해석기(37), 상기 IP/MAC 테이블 정렬기(33)와 무선입출력부(36) 사이에서 이들에 연결되는 MAC 어드레스 교환기(38)로 구성되는 것을 특징으로 하는 MAC 어드레스 변환기법을 이용한 핸드오프 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 어드레스 테이블을 작성하는데 있어서,
    상기 단말기(50)로부터 이동라우팅수단(30)을 통해 전용라우팅수단(10)으로 데이타를 업링크할 때는 패킷별로 소스 어드레스를 MAC어드레스와 IP어드레스로 구분해 기억한 다음 단말기(50)의 IP 어드레스는 유지한채 단계별로 MAC 어드레스만 차례대로 이동라우팅수단(30)과 전용라우팅수단(10)의 MAC 어드레스로 바꿔주고, 수신지 어드레스의 IP어드레스는 인터넷망의 어드레스로 유지한채 단계별로 MAC 어드레스만 이동라우팅수단(30), 전용라우팅수단(10) 및 인터넷망의 어드레스로 바꿔주고;
    역순으로 인터넷망으로부터 전용라우팅수단(10)과 이동라우팅수단(30)을 통해 단말기(50)로 데이타를 다운링크할 때는, 각각의 단말기에 대해 소스 어드레스의 경우 IP 어드레스는 인터넷망의 인터넷망의 어드레스를 유지한채 각 단계별로 MAC 어드레스는 인터넷망, 전용라우팅수단(10) 및 이동라우팅수단(30)의 어드레스로 바꿔주고, 수신지 어드레스의 경우 IP 어드레스는 단말기 자신의 어드레스를 유지한채 각 단계별로 MAC 어드레스는 전용라우팅수단, 이동라우팅수단 및 단말기 자체의 어드레스로 바꿔주는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 송신 광신호를 RF신호로 변환한 다음 증폭시켜 출력을 높이거나 수신된 RF신호를 증폭시킨 다음 광신호로 변환시키는 광중계기(70)를 소정 갯수의 상기 고정형스위치(20)에 광케이블로 연결한 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 버스, 지하철, 기차 등의 고속이동체 내부의 핸드폰이나 무선랜 등의 다수의 단말기의 핸드오프 지원을 위해 인터넷망에 유선으로 연결되고 고유의 IP 어드레스와 MAC 어드레스를 갖는 전용 라우팅수단(10); 통신망의 기지국에 각각 설치되고 상기 전용 라우팅수단(10)에 유선으로 연결되며 각각 고유의 IP 어드레스와 MAC 어 드레스를 갖는 고정형스위치(20,20'); 이동체에 설치되고, 상기 고정형스위치(20)에 무선으로 연결되며, 고유의 IP 어드레스와 MAC 어드레스를 갖는 이동 라우팅수단(30); 상기 이동 라우팅수단(30)에 연결되는 AP(Access Point) 수단(40); 및 상기 AP 수단(40)에 무선 연결되고, 각각 고유의 IP 어드레스와 MAC 어드레스를 갖는 이동체 내부의 다수의 단말기(50);를 포함하는 핸드오프 시스템의 핸드오프 방법에 있어서:
    A. 전용라우팅수단(10)에 단말기(50)의 각각의 IP 어드레스를 등록하고, 이동라우팅수단(30)에 단말기(50) 각각의 IP 어드레스를 등록하는 단계;
    B. 이동라우팅수단(30)이 2개 기지국 각각의 고정형 스위치(20,20') 사이를 통과하면서, 2개의 고정형스위치(20,20')의 인덱스가 포함된 고정형스위치로부터 발신된 양쪽 비콘신호들을 수신하고 비교하여, 핸드오프 여부를 결정하는 단계;
    C. 이동라우팅수단(30)은 핸드오프 기준에 만족하면 HOR(Hand-Off Request) 신호를 발생시켜 핸드오프를 원하는 고정형스위치(20')로 보내는 단계;
    D. 고정형스위치(20')는 HOR 신호를 수신하면 HOH(Hand-Off Holding) 신호를 발생시키고 이동라우팅수단(30)으로 보내고, 핸드오프 절차가 완료되기 전에 이동라우팅수단(30)은 업링크 데이타의 버퍼링을 시작하는 단계;
    E. 이동라우팅수단(30)은 라우팅테이블 변경을 요청하는 RTCR(Routing Table Change Request) 신호를 전용라우팅수단(10)으로 보내는 단계;
    F. RTCR 신호를 받은 전용라우팅수단(10)이 기존에 형성된 데이터경로를 끊겠다는 신호인 DPRQ(Disconnect Path Request) 신호를 현재 이동라우팅수단(30)이 연결중인 고정형스위치(20)와, 고정형스위치(20)를 통해 이동라우팅수단(30)으로 보내고, 전용라우팅수단(10) 자체에 저장된 라우팅테이블, 즉 어드레스테이블을 변경하는 단계;
    G. 전용라우팅수단(10)은 라우팅테이블을 변경한 후, 변경완료 신호인 RTCA(Routing Table Change Ack.) 신호를 이동라우팅수단(30)에 보내는 단계; 및
    H. RTCA 신호를 받은 이동라우팅수단(30)이 핸드오프 종료신호인 HOE(Hand-Off End) 신호를 새로 연결된 고정형스위치(20')로 보내고, HOR 신호 접수시 버퍼링된 데이터를 업링크로 고정형스위치(20')를 통해 전용라우팅수단(10)으로 보내며, 새로 연결된 고정형스위치(20')도 버퍼링된 데이터를 다운링크로 이동라우팅수단(30)을 통해 단말기(50)로 보내는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드오프 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 A 단계의 어드레스 등록 및 F 단계의 어드레스테이블 변경이,
    상기 단말기(50)로부터 이동라우팅수단(30)을 통해 전용라우팅수단(10)으로 데이타를 업링크할 때는 패킷별로 소스 어드레스를 MAC어드레스와 IP어드레스로 구분해 기억한 다음 단말기(50)의 IP 어드레스는 유지한채 단계별로 MAC 어드레스만 차례대로 이동라우팅수단(30)과 전용라우팅수단(10)의 MAC 어드레스로 바꿔주고, 수신지 어드레스의 IP어드레스는 인터넷망의 어드레스로 유지한채 단계별로 MAC 어드레스만 이동라우팅수단(30), 전용라우팅수단(10) 및 인터넷망의 어드레스로 바꿔 주고;
    역순으로 인터넷망으로부터 전용라우팅수단(10)과 이동라우팅수단(30)을 통해 단말기(50)로 데이타를 다운링크할 때는, 각각의 단말기에 대해 소스 어드레스의 경우 IP 어드레스는 인터넷망의 인터넷망의 어드레스를 유지한채 각 단계별로 MAC 어드레스는 인터넷망, 전용라우팅수단(10) 및 이동라우팅수단(30)의 어드레스로 바꿔주고, 수신지 어드레스의 경우 IP 어드레스는 단말기 자신의 어드레스를 유지한채 각 단계별로 MAC 어드레스는 전용라우팅수단, 이동라우팅수단 및 단말기 자체의 어드레스로 바꿔주는 것을 특징으로 하는 방법.
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