KR101549120B1 - 무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 시스템 및 방법 - Google Patents

무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 IEEE 802.11 기반 기업형 무선 랜(Enterprise WLAN) 환경에서 핸드오프 결정시에 다중 전송 속도를 사용하는 무선 랜 환경에서 모바일 단말기의 이동시 성능 이상(Performance Anomaly) 현상을 고려하여 모바일 단말기의 핸드오프를 결정하는 무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 최초 연결된 AP로부터 RSSI 값에 따른 전송 속도 값의 통계를 수집하여 해당 모바일 단말기의 RSSI에 따른 전송속도 통계의 수집 완료 여부를 판단하는 통계 수집 판단부;핸드오프를 결정해야 하는 시점에서 데이터베이스에 존재하는 모바일 단말기의 RSSI 에 따른 전송 속도 데이터를 선택하는 통계 데이터 선택부;현재 연결된 AP 상태를 판단하는 AP 상태 정보 판단부;상기 AP 상태 판단 결과에 따라 모바일 단말기의 핸드오프 여부를 판단하는 핸드 오프 판단부;상기 핸드 오프 판단부의 판단 결과에 따라 해당 모바일 단말기를 다른 AP로 옮기기 위한 정보 교환 및 핸드오프 제어 메시지를 교환하고 핸드오프 제어를 수행하는 핸드 오프 제어부;를 포함하는 것이다.

Description

무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 시스템 및 방법{Handoff decision system and method for considering performance anomaly in Wireless ＬＡＮ environment}
본 발명은 IEEE 802.11 기반 기업형 무선 랜(Enterprise WLAN)환경에서 핸드오프 결정에 관한 것으로, 구체적으로 다중 전송 속도를 사용하는 무선 랜 환경에서 모바일 단말기의 이동시 성능 이상 현상을 고려하여 모바일 단말기의 핸드오프를 결정하는 무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
스마트폰, 랩탑, 테블릿 PC 등의 모바일 장치의 증가로 인해 IEEE 802.11 WLAN 표준을 기반으로 하는 무선 랜(Wireless LAN)을 통한 인터넷 서비스 사용량은 급격하게 증가하고 있다.
이에 따라 빌딩, 사무실, 캠퍼스, 공공기관 등에서는 사용자 편의를 위해 AP(Access Point)를 설치하여 무선 랜 서비스를 제공하고 있지만, 무선 신호의 특성상 AP 한 대의 서비스 영역은 셀룰러 망에 비해 상당히 좁으며, 특히 실내에서는 신호 감쇄 등으로 인해 서비스 영역이 더욱 좁아지게 된다.
또한, 각 AP 들이 무분별하게 설치되어 독립적으로 동작하는 경우 상호 간섭으로 인해 기대 성능이 상당히 낮아진다. 또한 독립적으로 설치된 AP 환경에서는 무선 랜에 있어서 주요 이슈 중에 하나인 모바일 단말기의 끊김 없는 핸드오프가 불가능하다.
이를 위해 다수의 AP 장치와 이를 제어/관리하는 AP 컨트롤러로 구성된 Enterprise WLAN 솔루션이 많이 사용되고 있다.
Enterprise WLAN 방식에서는 모든 AP들을 하나의 컨트롤러에서 통합적으로 관리할 수 있으며, 각 AP로부터 수집한 정보를 기반으로 AP들을 제어함으로써 AP 장비들의 전체 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 이러한 환경에서는 Enterprise WLAN을 구성하는 모든 AP들을 모바일 단말기의 관점에서 하나의 AP로 인식하게 하는 AP 가상화 기법을 통해 모바일 단말기에게 투명한 핸드오프 기법이 제공 가능하다.
이러한 방식은 WLAN 컨트롤러가 각 AP에서 수집되는 모바일 단말기 정보 및 채널상태를 기반으로 모바일 단말기의 서비스할 물리적인 AP를 결정하고, 모바일 단말기의 이동 및 채널 상태에 따라 모바일 단말기정보를 다른 물리 AP로 이동시킴으로써 모바일 단말기 핸드오프를 수행한다.
이 방식은 모바일 단말기의 수정을 필요로 하지 않고 AP 장비의 수정만으로 끊김없는 핸드오프가 가능하기 때문에 실제 환경에 적용하기가 용이하다.
가상화 방식을 통해 모바일 단말기에게 끊김없는 핸드오프를 지원하는 Enterprise WLAN 환경에서 모바일 단말기에게 원활한 인터넷 서비스를 제공하기 위해서는, 이동성을 가진 모바일 단말기를 적절한 물리 AP에 연결하여 해당 모바일 단말기를 서비스하게 함으로써 AP 전체 처리량을 높이기 위한 AP 선택 기법이 필요하다.
일반적으로 모바일 단말기의 경우 AP 선택 기준으로 RSSI(Received Signal Strength Indicator)가 가장 많이 사용되고 있다. 하지만 RSSI만을 기반으로 AP를 선택할 경우 특정 AP에게 모바일 단말기가 집중되어 특정 AP에 부하가 집중됨으로 인해 무선 자원을 효율적으로 사용하지 못할 뿐더러 아래에서 설명하고 있는 IEEE 802.11 기반 WLAN 환경에서의 성능 이상(Performance Anomaly) 현상으로 인해 기대 성능이 매우 저하될 수 있다.
IEEE 802.11a/b/g 표준 물리계층에서 다중 전송 속도를 지원한다. 이는 각 노드들이 고정된 전송 속도를 사용하는 것이 아니라, 무선 신호의 상태에 따라 가변적으로 전송 속도를 다르게 할 수 있다.
이를 통해 IEEE 802.11a/g 물리 계층에서는 6Mbps에서 최대 54Mbps IEEE 802.11b 에서는 1Mbps에서 최대 11Mbps의 다중 전송 속도를 지원한다.
하지만, 이러한 환경에서는 낮은 전송 속도를 사용하는 모바일 단말기로 인해 전체 처리량이 상당히 낮아지게 되는 현상이 존재한다. 이는 IEEE 802.11 에서 채널 공유를 위해 분산 경쟁기반인 DCF(Distributed Coordination Function)를 사용함으로 인해 모바일 단말기별로 채널 접근 확률은 동일하지만 한 번의 채널 점유 시에 낮은 전송 속도를 사용하는 모바일 단말기가 오랫동안 채널을 점유하기 때문에, 전체적인 처리량이 낮아지게 되는데 이를 성능 이상 현상(Performance Anomaly) 이라고 한다.
이러한 성능 이상 현상을 해결하기 위해 Chen et al.의 "SAP: Smart Access Point with Seamless Load Balancing Multiple Interfaces"에서는 다중 전송 속도를 고려해서 AP를 선택하는 방법을 제시하였으나, AP에 추가적인 인터페이스 장착이 필요하며, 모바일 단말기의 이동성을 고려하지 않았다.
그리고 성능 이상을 고려하여 AP를 선택하는 대부분의 기법들은 모바일 단말기의 수정을 필요로 하기 때문에 실제 환경에서 적용하는 데에 어려움이 있다.
한국공개특허 제10-2008-0065634호 한국공개특허 제10-2009-0042268호
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 IEEE 802.11 기반 기업형 무선 랜(Enterprise WLAN) 환경에서 핸드오프 결정 방법의 문제를 해결하기 위한 것으로, 다중 전송 속도를 사용하는 무선 랜 환경에서 모바일 단말기의 이동시 성능 이상(Performance Anomaly) 현상을 고려하여 모바일 단말기의 핸드오프를 결정하는 무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 IEEE 802.11 기반 기업형 무선 랜(Enterprise WLAN) 환경에서 다중 전송 속도로 인해 성능 이상 현상을 최소화하기 위한 AP 선택 방법을 제공하고,모바일 단말기의 수정이 필요 없는 방식을 제시하여 보다 쉽게 실제 환경에 적용할 수 있도록 한 무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 시스템은 IEEE 802.11 기반 기업형 무선 랜(Enterprise WLAN) 환경에서의 핸드오프를 수행하기 위한 핸드오프 결정 시스템에서, 최초 연결된 AP로부터 RSSI 값에 따른 전송 속도 값의 통계를 수집하여 해당 모바일 단말기의 RSSI에 따른 전송속도 통계의 수집 완료 여부를 판단하는 통계 수집 판단부;핸드오프를 결정해야 하는 시점에서 데이터베이스에 존재하는 모바일 단말기의 RSSI 에 따른 전송 속도 데이터를 선택하는 통계 데이터 선택부;현재 연결된 AP 상태를 판단하는 AP 상태 정보 판단부;상기 AP 상태 판단 결과에 따라 모바일 단말기의 핸드오프 여부를 판단하는 핸드 오프 판단부;상기 핸드 오프 판단부의 판단 결과에 따라 해당 모바일 단말기를 다른 AP로 옮기기 위한 정보 교환 및 핸드오프 제어 메시지를 교환하고 핸드오프 제어를 수행하는 핸드 오프 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 통계 데이터 선택부는, 핸드오프를 결정해야 하는 시점에서 해당 통계의 수집 완료가 이루어지지 않은 것으로 판단되면, 현재 수집된 통계를 기준으로 유사도를 판단하여 데이터베이스에 존재하는 모바일 단말기의 RSSI 에 따른 전송 속도 데이터를 선택하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 AP 상태 정보 판단부는, 현재 연결된 AP로부터 현재 RSSI 값 및 RSSI에 따른 전송 속도 분포 통계와 AP 상태 정보를 주기적으로 보고받아 AP 상태를 판단하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 방법은 IEEE 802.11 기반 기업형 무선 랜(Enterprise WLAN) 환경에서의 핸드오프를 수행하기 위하여, 최초 연결된 AP로부터 RSSI 값에 따른 전송 속도 값의 통계를 수집하여 수집 상태를 판단하는 단계;핸드오프를 결정해야 하는 시점에서 해당 통계 수집 상태가 전송 속도의 예측이 가능하지 않은 것으로 판단되면, 현재 수집된 통계를 기준으로 데이터베이스에 존재하는 모바일 단말기의 RSSI 에 따른 전송 속도 데이터를 선택하는 단계;상기 선택된 모바일 단말기의 RSSI 에 따른 전송 속도 데이터를 이용하여 새로운 모바일 단말기의 전송속도를 예측하여 AP를 선택하고 핸드오프를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 AP를 선택하고 핸드오프를 결정하는 단계는, 현재 연결된 AP로부터 현재 RSSI 값 및 RSSI에 따른 전송 속도 분포 통계와 함께 AP 상태 정보를 주기적으로 보고받는 단계와, AP 상태 정보를 기준으로 현재 연결된 AP 상태를 판단하는 단계와, 상기 AP 상태 판단 결과에 따라 모바일 단말기의 핸드오프 여부를 판단하는 단계와, 핸드오프가 결정되면 해당 모바일 단말기를 다른 AP로 옮기기 위한 정보 교환 및 핸드오프 제어 메시지를 교환하고 핸드오프 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 AP 상태 정보는, 연결된 클라이언트 수, 현재 채널 부하 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 현재 RSSI 값 및 RSSI에 따른 전송 속도 분포 통계와 함께 AP 상태 정보를 주기적으로 보고받는 단계에서, 보고받은 RSSI 값에 따른 전송속도를 모바일 단말기기별로 데이터베이스에 저장하여 RSSI 값을 기반으로 해당 모바일 단말기가 연결되었을 때 사용될 전송속도를 예측하는 것을 특징으로 한다.
그리고 해당 모바일 단말기가 연결되었을 때 사용될 전송속도를 예측하는 과정에서, RSSI 값을 예상 전송속도 레벨에 따라 최대 전송 속도가 안정적으로 유지되는 구간, 전송 속도가 설정된 기준 레벨보다 높은 구간, 그리고 전송 속도가 설정된 기준 레벨보다 낮아서 여러 BSS에 성능 이상을 일으키는 구간으로 나누고, RSSI는 각 구간 내에서 각각 다른 임계값(threshold)를 갖는 것을 특징으로 한다.
그리고 전송 속도가 설정된 기준 레벨보다 낮아서 여러 BSS에 성능 이상을 일으키는 구간에서의 핸드오프는, 현재 연결된 AP의 RSSI보다 다른 AP로부터 수집한 AP의 RSSI가 임계값 이상으로 높은 경우의 핸드오프와, 현재 연결된 AP의 RSSI와 다른 AP들로부터 수집한 RSSI의 차이가 임계값 이내인 경우 수행하는 핸드오프로 구분하여 진행하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 시스템 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, IEEE 802.11 기반 기업형 무선 랜(Enterprise WLAN) 환경에서 핸드오프 결정의 효율성을 높일 수 있다.
둘째, 다중 전송 속도를 사용하는 무선 랜 환경에서 모바일 단말기의 이동시 성능 이상(Performance Anomaly) 현상을 고려하여 유용한 모바일 단말기의 핸드오프를 결정 방법을 제공한다.
셋째, IEEE 802.11 기반 기업형 무선 랜(Enterprise WLAN) 환경에서 다중 전송 속도로 인해 성능 이상 현상을 최소화하기 위한 AP 선택 방법을 제공한다.
넷째, 모바일 단말기의 핸드오프 결정시에 모바일 단말기의 수정이 필요 없는 방식을 제시하여 보다 쉽게 실제 환경에 적용할 수 있다.
도 1은 가상화 기술이 적용된 Enterprise WLAN의 형태를 나타낸 구성도
도 2는 AP의 물리적 영역과 그에 속한 모바일 단말기의 한 형태를 나타낸 구성도
도 3은 모바일 단말기 종류에 따른 측정된 RSSI 값과 전송 속도의 상관 관계를 나타낸 그래프
도 4a는 본 발명에 따른 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 시스템 구성도
도 4b는 모바일 단말기의 통계데이터 축적 정도에 따른 핸드오프 결정 방법을 나타낸 플로우 차트
도 5는 새로운 모바일 단말기의 통계 정보와 데이터 베이스에 존재하는 통계 데이터를 나타낸 그래프
도 6은 본 발명에 따른 AP의 물리적 영역과 그에 속한 모바일 단말기의 한 형태를 나타낸 구성도
도 7은 본 발명에 따른 AP 선택 및 핸드오프 알고리즘을 나타낸 플로우 차트
이하, 본 발명에 따른 무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 시스템 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 시스템 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명은 IEEE 802.11 기반 기업형 무선 랜(Enterprise WLAN) 환경에서 핸드오프 결정 방법의 문제를 해결하기 위한 것이다.
이를 위하여, 다중 전송 속도를 사용하는 무선 랜 환경에서 모바일 단말기의 이동시 성능 이상(Performance Anomaly) 현상을 고려하여 모바일 단말기의 핸드오프를 결정하는 것이다.
도 1은 가상화 기술이 적용된 Enterprise WLAN의 형태를 나타낸 구성도이고, 도 2는 AP의 물리적 영역과 그에 속한 모바일 단말기의 한 형태를 나타낸 구성도이다.
도 1은 가상화 기법이 적용된 Enterprise WLAN의 형태를 나타낸 것으로, 각각의 AP들은 유선 LAN에 연결되어 WLAN 컨트롤러와 통신을 수행하며, 이를 통해 컨트롤러의 제어를 받아 AP 기능을 수행한다.
모바일 단말기는 모든 AP를 하나의 AP로 인식하기 때문에, 초기 연결 이 후에 모바일 단말기 기반의 핸드오버는 일어나지 않는다. 이러한 환경에서 컨트롤러는 Enterprise WLAN을 구성하는 각 AP들로부터 수집 가능한 정보를 기반으로 각 모바일 단말기에게 적절한 물리 AP를 선택함으로써 모바일 단말기에게 원활한 인터넷 서비스를 제공하고, AP의 전체 처리량을 증대시킬 수 있다.
도 2에서와 같이 모바일 단말기 X, Z 의 경우 물리적 AP 에 의해서 서비스되는 영역 안에서 중첩되지 않은 영역에 위치하기 때문에 X, Z는 AP A,B 각각에 연결되어야 한다.
하지만, 두 AP 의 중첩된 영역에 존재하는 모바일 단말기 Y의 경우 어떠한 AP에 연결되는가에 따라 모바일 단말기가 제공받을 수 있는 서비스 품질이 달라질 수 있다.
또한, 성능 이상 현상으로 인해 모바일 단말기 Y가 느린 전송속도를 사용하게 되면 AP 전체 처리량이 급격하게 감소될 수 있다. 따라서 컨트롤러는 모바일 단말기의 전송속도 및 신호 품질에 따라 연결할 적절히 AP를 선택하여 전체 처리량을 증대시키고 모바일 단말기에게 일정 이상의 신호 품질을 보장해야 한다.
먼저, 모바일 단말기의 최초 연결 요청시에 WLAN 컨트롤러는 해당 모바일 단말기를 서비스할 AP를 결정하고 연결을 수립한다.
이와 더불어 해당 모바일 단말기의 정보를 수집할 수 있도록 모든 AP에게 해당 모바일 단말기를 모니터링 하도록 제어 메시지를 송신한다.
제어 메시지를 받은 AP들은 해당 모바일 단말기가 송신한 패킷이 수신 가능한 경우 수신 패킷의 RSSI 값을 기록하고 주기적으로 컨트롤러에게 보고한다.
이를 통해 AP는 자신이 현재 서비스 중이 아닌 모바일 단말기가 전송한 패킷인 경우에도 Enterprise WLAN에 연결된 모바일 단말기가 전송한 패킷인 경우 해당 패킷의 RSSI 값을 측정하고, 이 측정된 값을 컨트롤러로 보고 하게 된다.
도 2에서 모바일 단말기 X,Y가 현재 AP A에 연결되어 있으며, 모바일 단말기 Z는 AP B에 연결되어 있다고 하면, AP A는 주기적으로 모바일 단말기 X,Y 의 RSSI 값을 그리고 AP B는 모바일 단말기 Z의 RSSI 값을 컨트롤러에게 보고한다.
이 경우 AP A, B의 중첩된 영역에 존재하는 모바일 단말기 Y가 송신하는 패킷은 AP B 역시 수신이 가능하다. AP B는 모바일 단말기 Y에서 전송한 패킷이 수신될 경우 RSSI 값을 측정하고 컨트롤러에 보고한다.
따라서, 모바일 단말기가 각 AP의 중첩된 영역에 존재하는 경우 각 AP 로부터 RSSI 값을 보고받게 되기 때문에, 컨트롤러는 모바일 단말기 Y 가 중첩된 영역에 있음을 인지하고, 각 AP로부터 수집되는 정보를 바탕으로 최적의 AP를 결정하고, 필요에 따라 핸드오프를 수행된다.
최적 AP 결정에 있어서 RSSI 값만을 기반으로 선택할 경우 낮은 전송속도를 가진 모바일 단말기로 인해 성능 이상 현상을 야기할 수 있다.
본 발명에서는 이를 해결하기 위해, 해당 모바일 단말기가 특정 AP와 연결되었을 경우 사용될 전송속도를 예측하는 방법을 사용한다.
모바일 단말기의 수정 없이도 각 AP는 모바일 단말기의 RSSI 값을 측정할 수 있으며, 현재 연결된 AP의 경우 현재 RSSI 값에 따라 사용되고 있는 전송 속도를 알 수 있다.
이를 통해 현재 연결을 유지하고 있는 AP는 해당 모바일 단말기의 RSSI 값에 따른 전송속도를 기록하고 주기적으로 컨트롤러에게 보고한다. 컨트롤러는 이러한 RSSI 값에 따른 전송속도를 모바일 단말기별로 데이터베이스에 저장해 둠으로써 RSSI 값을 기반으로 해당 모바일 단말기가 연결되었을 때 사용될 전송속도를 예측할 수 있다.
도 3은 다른 두 종류의 노트북을 AP에 연결하고, 이동하면서 RSSI 값에 따라 사용된 평균 전송 속도를 보여준다.
도 3에서와 같이 노트북에 따라 RSSI 값과 사용된 전송 속도의 차이가 존재한다는 것을 확인할 수 있다. 이는 모바일 단말기에 따른 전송 파워, 안테나 이득 등의 차이로 인해 발생하며, 이러한 결과를 통해 RSSI 값에 따른 전송 속도를 모든 모바일 단말기에 일반화해서 사용하기 힘들다는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 RSSI 값에 따른 전송 속도를 모바일 단말기 별(하드웨어 MAC 주소 기준)로 데이터베이스에 저장하며, 이를 통해 RSSI 값으로 모바일 단말기가 연결되었을 때 사용될 전송속도를 예측할 수 있다.
또한, 데이터베이스에 존재하지 않는 모바일 단말기가 연결되었을 때는 다음과 같은 방식이 적용될 수 있다.
도 4a는 본 발명에 따른 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 시스템 구성도이고, 도 4b는 모바일 단말기의 통계데이터 축적 정도에 따른 핸드오프 결정 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
본 발명에 따른 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 시스템은 도 4a에서와 같이, 최초 연결된 AP로부터 RSSI 값에 따른 전송 속도 값의 통계를 수집하여 해당 모바일 단말기의 RSSI에 따른 전송속도 통계가 충분히 수집되었는지를 판단하는 통계 수집 판단부(40)와, 핸드오프를 결정해야 하는 시점에서 해당 통계가 전송 속도를 예측하기에는 충분하지 않다고 판단되면, 현재 수집된 통계와 데이터베이스에 존재하는 모바일 단말기 중 가장 유사한 형태을 보이는 모바일 단말기의 RSSI 에 따른 전송 속도 데이터를 선택하는 통계 데이터 선택부(41)와, 현재 연결된 AP로 부터 현재 RSSI 값 및 RSSI에 따른 전송 속도 분포 통계와 함께 AP 상태 정보(연결된 클라이언트 수, 현재 채널 부하 정보) 를 주기적으로 보고받아 AP 상태를 판단하는 AP 상태 정보 판단부(42)와, AP 상태 정보 판단부(42)의 AP 상태 판단 결과에 따라 모바일 단말기의 핸드오프 여부를 판단하는 핸드 오프 판단부(43)와, 핸드 오프 판단부(43)의 판단 결과에 따라 해당 모바일 단말기를 다른 AP로 옮기기 위한 정보 교환 및 핸드오프 제어 메시지를 교환하고 핸드오프 제어를 수행하는 핸드 오프 제어부(44)를 포함한다.
본 발명에 따른 무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 방법은 모바일 단말기의 통계 데이터 축적 정도 따른 핸드오프 결정을 다음과 같이 수행한다.
도 4b에서와 같이, 먼저 최초 연결된 AP로부터 RSSI 값에 따른 전송 속도 값의 통계를 수집하며, 핸드오프를 결정해야 하는 시점에서 해당 통계가 전송 속도를 예측하기에 충분한지를 판단한다.(S401)
핸드오프를 결정해야 하는 시점에서 해당 통계가 전송 속도를 예측하기에 충분하지 않다고 판단되면, 현재 수집된 통계와 데이터베이스에 존재하는 모바일 단말기 중 가장 유사한 형태을 보이는 모바일 단말기의 RSSI 에 따른 전송 속도 데이터를 이용하여(S402), 새로운 모바일 단말기의 전송속도를 예측하여 AP 선택 및 핸드오프 알고리즘에 따라 핸드오프를 결정한다.(S403)
도 5에서와 같이 새로운 모바일 단말기의 데이터가 충분하게 수집되지 않은 경우, 데이터베이스에 존재하는 모바일 단말기 통계 데이터 중에 가장 유사한 곡선을 보이는 모바일 단말기의 통계 데이터를 사용한다.
도 5와 같은 경우 데이터 베이스에 존재하는 모바일 단말기 B의 데이터를 사용하여 새로운 모바일 단말기의 RSSI에 따른 전송 속도 예측값을 도출한다. 이러한 전송 속도 예측 방식은 저장된 데이터베이스가 점점 누적될수록 예측 정확도가 높아진다는 장점이 있다.
그리고 본 발명에서는 측정되는 RSSI 값과 누적된 데이터베이스를 기반으로 한 전송 속도 예측값을 가지고 표 1에서와 같은 알고리즘을 통해 AP를 선택하고 핸드오프를 수행한다.
Figure 112014013622698-pat00001
이 알고리즘의 동작은 다음과 같다.
먼저, RSSI 값을 예상 전송속도 레벨에 따라 총 세 구간으로 나눈다.
최대 전송 속도가 안정적으로 유지되는 구간, 비교적 전송 속도가 높은 구간, 그리고 전송 속도가 낮아서 여러 BSS에 성능 이상을 일으키는 구간으로 나눈다.
또한, RSSI는 각 구간 내에서 각각 다른 임계값(threshold)를 가진다.
예를 들어, 안정 구간에서는 높은 임계값을, 저하 구간에서는 낮은 임계값을 가지는 것이다. 이러한 RSSI 임계값을 가지고 현재 연결된 AP에서 수집한 RSSI가 속한 구간에 따라 다른 AP들 중에서 수집한 RSSI값이 가장 높은 AP RSSI가 해당 구간의 threshold값보다 높다면 해당 AP로 핸드오프를 수행한다.
이를 통해 AP RSSI 가 비슷한 두 AP간에 반복적으로 핸드오프가 발생하는 oscillation현상을 방지한다.
표 1에서 사용되는 각 구간을 구분하기 위한 bab,bc 와 임계값 tha ,b,c는 앞서 수집된 RSSI 값에 따른 전송 속도 통계 데이터를 기반으로 결정된다.
그리고 성능 이상 현상을 야기할 것으로 예상되는 전송 속도 구간에 대한 핸드오프 결정 방식은 다음과 같다.
현재 AP를 포함하여 핸드오프가 가능한 AP 중 어떤 AP 에 연결되어도 낮은 전송 속도로 연결될 것으로 예상될 때는 두 가지 종류의 핸드오프를 수행한다.
하나는 위에서 설명한 것과 같이 현재 연결된 AP의 RSSI보다 다른 AP로부터 수집한 AP의 RSSI가 임계값 이상으로 높다면 핸드오프를 수행하는 것이다.
다른 하나는 현재 연결된 AP의 RSSI와 다른 AP들로부터 수집한 RSSI의 차이가 임계값 이내인 경우 수행하는 핸드오프이다.
후자의 경우, 두 RSSI의 차이가 크지 않다면 예상 전송 속도도 낮은 것이라 예측된다. 따라서 어느 AP에 연결되어도 성능 이상 현상을 유발하므로, 채널 점유율을 줄일 수 있는 AP로 연결하여야 네트워크 전체 처리량이 증가한다.
즉, 낮은 전송 속도로 연결될 것으로 예상되는 모바일 단말기의 채널 점유율을 줄임으로써, 해당 모바일 단말기의 처리량은 소폭 줄어들지만 전체 네트워크 관점에서는 성능 이상 현상의 영향을 제한하게 됨으로써 더 높은 네트워크 전체 처리량을 기대 할 수 있다.
본 발명에서는 낮은 전송 속도로 연결될 핸드오프 대상 모바일 단말기의 채널 점유율을 줄이기 위해서, 많은 수의 모바일 단말기를 가지고 현재 채널이 혼잡한 AP로 모바일 단말기를 연결한다.
이는 대부분의 트래픽 방향이 다운링크 이므로 모바일 단말기를 위한 채널 점유는 AP가 시도하게 된다. 연결된 모바일 단말기 수가 많으며 현재 부하가 높은 AP 경우 채널 점유 기회가 각 모바일 단말기에 분할되기 때문에 해당 AP에 연결된 모바일 단말기를 채널 점유기회가 상대적으로 낮아지게 된다.
따라서, 해당 AP에서 낮은 전송 속도를 가진 모바일 단말기를 서비스하게 될 경우 성능 이상 현상을 완화시킬 수 있다. AP의 부하 정도는 아래와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112014013622698-pat00002
Channel Load는 IEEE 802.11k에서 정의되어 있는 채널 부하 값 산출식이며,
Figure 112015052160217-pat00003
는 AP에 연결되어 있는 모바일 단말기 중 현재 하향링크 트래픽을 발생시키고 있는 모바일 단말기 수를 뜻한다.
IEEE 802.11k에서 정의된 채널로드 산출식은 다음과 같다.
Figure 112014013622698-pat00004
Channel Load는 각 AP에서 주기적으로 측정 가능하며, 현재 자신이 사용하고 있는 채널이 얼마나 붐비는지를 0에서 255 값으로 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예를 보여준다.
현재 AP C에 연결된 모바일 단말기 X가 AP A,B 사이로 이동하게 될 경우, 두 AP에서 측정되는 RSSI 값은 비슷하게 측정되며, 모바일 단말기 X 와 AP A,B 간의 거리로 인해 낮은 전송률로 연결될 것이라 예측되는 상황일 때, 컨트롤러는 모바일 단말기 수가 적은 AP B로 연결하기 보다는 AP A로 연결하게 된다.
모바일 단말기 트래픽의 대부분이 AP에서 모바일 단말기로 전송하는 다운 링크라고 가정하면, 현재 AP A에 연결될 경우 AP A에 대한 모바일 단말기 X의 채널 점유율은 1/5 이 되지만, AP B로 연결될 경우 AP B에 대한 모바일 단말기 X의 채널 점유율은 1/2이 된다.
따라서, 느린 전송속도를 가진 모바일 단말기 X로 인한 성능이상 현상을 줄일 수 있게 된다. 또한 히든 노드 문제를 제거하기 위해 RTS/CTS 메커니즘을 사용하게 되면, 중첩된 영역에 존재하는 모바일 단말기 X로 인한 성능이상 현상이 AP A,B 에 모두 영향을 끼치기 때문에, AP B에 연결될 경우 AP B에서의 채널 점유율 1/2 만큼 AP A 에 영향을 미치기 때문에 전체 처리량은 더욱 더 감소 되게 된다.
따라서, 본 발명에서는 성능 이상 현상을 감소시키기 위해 느린 모바일 단말기를 오히려 붐비는 AP에 연결함으로써 성능 이상 현상을 완화할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 AP 선택 및 핸드오프 알고리즘을 나타낸 플로우 차트이다.
모바일 단말과 서비스 AP(AP C)가 데이터 통신을 하여(S701), 현재 연결된 AP C로 부터는 현재 RSSI 값 및 RSSI에 따른 전송 속도 분포 통계와 함께 AP 상태 정보(연결된 클라이언트 수, 현재 채널 부하 정보) 를 주기적으로 보고받는다.(S702)
또한 AP A, B에서도 AP 상태 정보를 주기적으로 보고받으며 모바일 단말기 X의 패킷이 모니터링 되는 경우 수신한 패킷의 RSSI값을 주기적으로 보고하게 된다.(S703)
이를 바탕으로 모바일 단말기의 핸드오프 여부를 판단하고(S704), 핸드오프가 필요하다고 판단되면, 해당 모바일 단말기를 AP B로 옮기기 위한 정보 교환 및 핸드오프 제어 메시지를 교환하고 핸드오프 제어를 수행함으로써 AP B로의 핸드오프가 이루어진다.(S705)
이와 같은 본 발명에 따른 무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 시스템 및 방법은 IEEE 802.11 기반 기업형 무선 랜(Enterprise WLAN) 환경에서 핸드오프 결정 방법의 문제를 해결하기 위하여, 다중 전송 속도를 사용하는 무선 랜 환경에서 모바일 단말기의 이동시 성능 이상(Performance Anomaly) 현상을 고려하여 모바일 단말기의 핸드오프를 결정하는 것이다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
40. 통계 수집 판단부 41. 통계 데이터 선택부
42. AP 상태 정보 판단부 43. 핸드 오프 판단부
44. 핸드 오프 제어부

Claims (9)

  1. IEEE 802.11 기반 기업형 무선 랜(Enterprise WLAN) 환경에서의 핸드오프를 수행하기 위한 핸드오프 결정 시스템에서,
    모바일 단말기에 최초 연결된 AP로부터 RSSI 값에 따른 전송 속도 값의 통계를 수집하여 해당 모바일 단말기의 RSSI에 따른 전송속도 통계의 수집 완료 여부를 판단하는 통계 수집 판단부;
    핸드오프를 결정해야 하는 시점에서 해당 통계의 수집 완료가 이루어지지 않은 것으로 판단되면, 현재 수집된 통계를 기준으로 유사도를 판단하여 데이터베이스에 존재하는 모바일 단말기의 RSSI 에 따른 전송 속도 데이터를 선택하는 통계 데이터 선택부;
    모바일 단말기에 현재 연결된 AP 상태를 판단하는 AP 상태 정보 판단부;
    상기 AP 상태 판단 결과에 따라 모바일 단말기의 핸드오프 여부를 판단하는 핸드 오프 판단부;
    상기 핸드 오프 판단부의 판단 결과에 따라 해당 모바일 단말기를 다른 AP로 옮기기 위한 정보 교환 및 핸드오프 제어 메시지를 교환하고 핸드오프 제어를 수행하는 핸드 오프 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 AP 상태 정보 판단부는,
    모바일 단말기에 현재 연결된 AP로부터 현재 RSSI 값 및 RSSI에 따른 전송 속도 분포 통계와 AP 상태 정보를 주기적으로 보고받아 AP 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 시스템.
  4. IEEE 802.11 기반 기업형 무선 랜(Enterprise WLAN) 환경에서의 핸드오프를 수행하기 위하여,
    모바일 단말기에 최초 연결된 AP로부터 RSSI 값에 따른 전송 속도 값의 통계를 수집하여 수집 상태를 판단하는 단계;
    핸드오프를 결정해야 하는 시점에서 해당 통계 수집 상태가 전송 속도의 예측이 가능하지 않은 것으로 판단되면, 현재 수집된 통계를 기준으로 데이터베이스에 존재하는 모바일 단말기의 RSSI 에 따른 전송 속도 데이터를 선택하는 단계;
    상기 선택된 모바일 단말기의 RSSI 에 따른 전송 속도 데이터를 이용하여 새로운 모바일 단말기의 전송속도를 예측하여 AP를 선택하고 핸드오프를 결정하는 단계;를 포함하고,
    상기 AP 선택하고 핸드오프를 결정하는 단계는,
    현재 연결된 AP로부터 현재 RSSI 값 및 RSSI에 따른 전송 속도 분포 통계와 함께 AP 상태 정보를 주기적으로 보고받는 단계와, AP 상태 정보를 기준으로 현재 연결된 AP 상태를 판단하는 단계와, 상기 AP 상태 판단 결과에 따라 모바일 단말기의 핸드오프 여부를 판단하는 단계와, 핸드오프가 결정되면 해당 모바일 단말기를 다른 AP로 옮기기 위한 정보 교환 및 핸드오프 제어 메시지를 교환하고 핸드오프 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 방법.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 AP 상태 정보는, 연결된 클라이언트 수, 현재 채널 부하 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 현재 RSSI 값 및 RSSI에 따른 전송 속도 분포 통계와 함께 AP 상태 정보를 주기적으로 보고받는 단계에서,
    보고받은 RSSI 값에 따른 전송속도를 모바일 단말기별로 데이터베이스에 저장하여 RSSI 값을 기반으로 해당 모바일 단말기에 연결되었을 때 사용될 전송속도를 예측하는 것을 특징으로 하는 무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 해당 모바일 단말기에 연결되었을 때 사용될 전송속도를 예측하는 과정에서,
    RSSI 값을 예상 전송속도 레벨에 따라 최대 전송 속도가 안정적으로 유지되는 구간, 전송 속도가 설정된 기준 레벨보다 높은 구간, 그리고 전송 속도가 설정된 기준 레벨보다 낮아서 여러 BSS에 성능 이상을 일으키는 구간으로 나누고, RSSI는 각 구간 내에서 각각 다른 임계값(threshold)를 갖는 것을 특징으로 하는 무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 전송 속도가 설정된 기준 레벨보다 낮아서 여러 BSS에 성능 이상을 일으키는 구간에서의 핸드오프는,
    현재 연결된 AP의 RSSI보다 다른 AP로부터 수집한 AP의 RSSI가 임계값 이상으로 높은 경우의 핸드오프와, 현재 연결된 AP의 RSSI와 다른 AP들로부터 수집한 RSSI의 차이가 임계값 이내인 경우 수행하는 핸드오프로 구분하여 진행하는 것을 특징으로 하는 무선랜 환경에서 성능 이상 현상을 고려한 핸드오프 결정 방법.
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