KR20030020652A

KR20030020652A - 섹터화된 무선 ｌａｎ을 이용한 인터넷 서비스 장치와그의 섹터간 핸드오버 및 로밍 방법

Info

Publication number: KR20030020652A
Application number: KR1020010054065A
Authority: KR
Inventors: 조동호
Original assignee: 아이피원(주)
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2003-03-10
Also published as: KR100431471B1

Abstract

본 발명은 셀을 여러 개의 섹터로 분할하고 각 섹터마다 지향성 안테나를 구비하도록 무선 LAN을 구성하고, 섹터간 데이터통신 단말기의 핸드오버 및 로밍을 지원하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 무선 LAN을 이용한 인터넷 서비스 장치는, 인터넷과 망에 접속된 라우터와, 상기 라우터와 연결된 다수의 무선 LAN 억세스 포인트와, 각각의 상기 무선 LAN 억세스 포인트에 접속되어 각각의 상기 무선 LAN 억세스 포인트가 관할하는 통신 셀 내의 데이터통신 단말기와 무선 LAN 신호를 송수신하는 다수의 지향성 안테나를 포함한다. 각각의 상기 통신 셀은 상기 다수의 지향성 안테나의 지향성에 의하여 다수의 섹터로 분할되어 각 섹터 내에 위치하는 데이터통신 단말기가 해당 섹터를 관할하는 지향성 안테나를 통하여 인터넷에 접속된다.

또한, 본 발명에 따르면 데이터통신 단말기가 섹터간 이동하더라도 인터넷 접속 서비스를 지원하기 위해 핸드오버 및 로밍 방법이 제공된다.

Description

섹터화된 무선 ＬＡＮ을 이용한 인터넷 서비스 장치와 그의 섹터간 핸드오버 및 로밍 방법 { An internet service system using sectorizated wireless LAN, and its handover and roaming method among sectors }

본 발명은 무선 LAN 망에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 셀을 여러 개의 섹터로 분할하고 각 섹터마다 지향성 안테나를 구비하도록 인터넷 서비스 장치를 구성하고, 섹터간 데이터통신 단말기의 핸드오버 및 로밍을 지원하는 방법에 관한 것이다.

현재 인터넷(internet)은 현대인의 필수적인 통신 매체로 이용되고 있으며, 인터넷을 통한 정보 제공 및 정보 확인은 일반화되었으며 그 활용도가 점차적으로 넓어지고 있다.

인터넷을 이용하기 위해서는 인터넷에 접속할 수 있는 칩(chip) 또는 장치를 내장한 단말기(컴퓨터, PCS폰, 셀룰러 폰, 노트북 PC, PDA 등)를 필요로 하는데,단말기에 따라 인터넷에 접속하는 방법이 다르다. 예를 들면, 컴퓨터나 노트북 PC의 경우에는 유선 라인을 통해 인터넷에 접속하고, PCS 폰이나 셀룰러 폰, PDA는 무선 통신 프로토콜에 의거하여 인터넷에 접속한다. 경우에 따라서는 컴퓨터나 노트북 PC에 PCS 폰을 연결시켜 무선 통신으로 인터넷에 접속시킬 수 있다.

무선 통신으로 인터넷에 접속하는 방법으로는, 기지국, 기지국 제어기, 교환기 등의 외부 이동통신망을 이용하여 인터넷에 접속하는 방법과, 무선 랜 카드를 이용하여 옥내외 무선 로컬지역망(local area network : 이하 LAN이라 함)을 통해 인터넷에 접속하는 방법과, 무선 패킷망을 통해 인터넷에 접속하는 방법 등이 있다.

이중, 무선 LAN은 유선 LAN의 확장 또는 대체의 개념으로 구현되는 데이터 통신으로, 다양한 정보와 자원을 공유할 수 있게 하는 LAN의 장점과 연결의 편리성을 동시에 제공하는 무선통신 기술로서, 신뢰성있는 데이터 전송 뿐 아니라 망 구성의 유연성(Flexibility)과 설치의 용이성의 장점이 있다. 특히 무선 LAN은 케이블을 이용하지 않기 때문에 지정학적인 설치의 제한을 받지 않으며, 단말기의 위치가 변동되고 추가 또는 삭제될 때에도 선로의 증설이나 변경이 필요 없기 때문에 인적, 경제적 관리비용을 절감할 수 있다. 무선 LAN에 대한 국제 표준화는 1990년 10월부터 IEEE 802.11 위원회에 의해 무선매체접근제어(Medium Access Control)와 물리계층규격에 대한 표준화가 OSI 참조 모델에 준하여 진행되고 있다. 무선 LAN은 유선(10/100Base)을 사용하지 않고 전파(Radio Frequency) 또는 적외선을 이용하여 공중 상에서 데이터를 전송, 수신하는 방식으로 도달거리, 성능, 보안성 등을고려하여 ISM 대역(band)(902-928MHz, 2.4-2.48GHz, 5.725-5.85GHz)을 이용하는 분산 스펙트럼(Spread Spectrum) 방식의 무선 LAN이 가장 보편화되어 있다.

상기한 유무선 LAN과 외부 인터넷은 라우터를 통해 접속되는데, 이 라우터는 인터넷 프로토콜(internet protocol)이 제공해 주는 정보를 기초로 메시지를 인터넷으로 보내는 역할을 한다. 또한, 라우터와 인터넷은 광대역 통신회선으로 연결되는데, 현재 사용되고 있는 광대역 통신회선으로는 전용회선, xDSL(ADSL, HDSL, SDSL, VDSL 등을 집합적으로 가리키는 용어), 전화선, 케이블 TV망,무선 주파수 대역 등이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 데이터통신 단말기에 인터넷 접속 서비스를 제공하는 무선 LAN을 이용한 인터넷 서비스 장치를 도시한 구성도이다. 이 인터넷 서비스 장치는 각 셀(100, 110, 120)에 구비된 무지향성 안테나(101, 111, 121)와 억세스 포인트(102, 112, 122), 다수의 억세스 포인트(102, 112, 122)와 연결된 라우터(130)를 포함한다. 데이터통신 단말기(150)는 자신이 속한 셀(100, 110, 120)의 무지향성 안테나(101, 111, 121)를 통해 억세스 포인트(102, 112, 122)로부터 망 관련 정보를 전달받는다. 도면에는 데이터통신 단말기(150)가 제 1 셀(cell #1) 내에 속하고, 무지향성 안테나(101)와 제 1 억세스 포인트(102)와 라우터(130)를 통해 인터넷(140)에 접속하는 것으로 예시한다.

11 Mbps의 속도를 지원하는 무선 LAN의 경우, 보통 IEEE 802.11b의 규격을 따르는 직접시퀀스확산대역(DSSS : Direct Sequence Spread Spectrum) 방식을 사용하는데, 여기서 '802'는 LAN의 규격이고, '11'은 무선을 지칭하며, 'b'는 11MbpsDS의 규격이다. 무선 LAN '11'은 규격이 모두 세 가지인데 'a'는 5GHz 대역에서 속도가 54Mbps까지 가능한 하이퍼랜과 유니밴드이고, 'b'는 앞서 언급한 11Mbps DS이며, 나머지 하나가 802.11 스탠다드를 따르는 '주파수 홉핑방식(FHSS:Frequency Hopping Spread Spectrum)'이다.

이 DSSS 방식은, 예를 들어 단말 A에서 B로 주파수 fc를 이용하여 통신하는 경우의 절차가 다음과 같다. 단말 A에서 디지털 신호(데이터)는 변조기에서 변조되어 주파수 fc의 스펙트럼 상에 실린다. 확산기는 이 fc의 스펙트럼을 다른 단말에서 데이터신호와 구별할 수 있도록 통신 상대와 같은 의사잡음코드(pseudo noise code, PN) 부호를 곱하여 주파수 축 상에서 대역을 확산시킨다. 이렇게 스펙트럼 확산한 다음, 무선통신되어 역확산기에 의해 대상의 전파를 통신기와 같은 PN 부호를 사용하여 처음의 대역으로 복원된다. 이어 필터링하여 필요한 전파만을 취하고, 이 전파를 복조기를 통해 복조된 디지털 신호가 단말 B로 전달된다.

이 DSSS 방식의 경우 한 채널은 22MHz이기 때문에 2,400 ∼ 2,483 GHz 대역에서 각 셀은 동시에 3 채널을 사용할 수 있다. 각 셀에서 사용 가능한 채널은 억세스 포인트 장비를 설치할 때 수동으로 설정되며, 그 정보는 망 관리기능을 통해 수정되고 메모리에 저장된다. 데이터통신 단말기의 전원이 초기 온되면, 이 데이터통신 단말기는 초기화된 후, 11개의 채널을 차례로 검색하여 간섭이 가장 작은 채널을 이용하여 시스템 정보를 획득하고, 인증과정을 거쳐서 억세스 포인트에 접속하여 DHCP서버로부터 동적 IP주소를 할당받는다.

이렇게 종래의 무선 LAN은 무지향성 안테나를 사용하기 때문에 무선 LAN이설치된 장소의 구조와 크기에 따라 전파가 미치지 않는 서비스 음영지역이 존재한다. 이럴 경우에는 잔여 자원이 남아있는데도 불구하고 한 장소에 여러 개의 무선 LAN을 따로 설치하여야만 하므로 경제적인 손실이 크다.

또한, 현재 무선 LAN 사용자는 점차 증가하고 있으며 사용자의 트래픽량 또한 증가하고 있다. 이렇게 사용자수와 트래픽량이 증가하면 대역을 확보하기 위하여 주파수를 재사용할 필요성이 있으나, 현재까지 무선 LAN 분야에서는 각 셀마다 주파수를 재사용하는 기술은 아직 사용되거나 개시된 바 없다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 무선 LAN의 단위 셀을 다수의 섹터들로 나누고 각 섹터마다 지향성 안테나를 설치하여 서비스 음영지역을 없애고, 자원은 셀 단위로 공유하면서 사용 주파수는 섹터 단위로 재사용하도록 하여 사용대역을 충분히 확보하도록 한 섹터화된 무선 ＬＡＮ 망을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 데이터통신 단말기의 위치를 위치등록기에 저장해놓고 있다가 서비스 사용중인 데이터통신 단말기가 섹터간 이동할 때 서비스가 끊기지 않도록 하는 핸드오버 방법과 섹터 이동한 데이터통신 단말기에 착신 호가 전달되도록 하는 로밍 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 동적 IP가 할당되는 데이터통신 단말기에 인터넷 접속 서비스를 제공하는 무선 LAN을 도시한 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 동적 IP가 할당되는 데이터통신 단말기에 인터넷 접속 서비스를 제공하는 섹터화된 무선 LAN을 이용한 인터넷 서비스 장치를 도시한 구성도,

도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 억세스 포인트의 내부 구성도,

도 4는 도 2에 도시된 데이터통신 단말기와 억세스 포인트와 라우터간의 프로토콜 스택을 도시한 구성도,

도 5는 도 2에 도시된 바와 같은 인터넷 서비스 장치에서 데이터통신 단말기가 인터넷 서비스를 제공받는 과정을 도시한 동작 흐름도,

도 6은 도 2에 도시된 바와 같은 인터넷 서비스 장치에서 데이터통신 단말기가 섹터간을 이동할 때의 핸드오버 과정을 도시한 동작 흐름도,

도 7은 도 2에 도시된 바와 같은 인터넷 서비스 장치에서 억세스 포인트가데이터통신 단말기에 로밍 서비스를 제공하는 과정을 도시한 동작 흐름도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

200 : 데이터통신 단말기211, 212, 213 : 지향성 안테나

220, 221, 222 : 억세스 포인트230 : 라우터

231 : DHCP 서버232 : 위치등록기

240 : 인터넷

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 무선 LAN을 이용한 인터넷 서비스 장치는, 인터넷과 망에 접속된 라우터와, 상기 라우터와 연결된 다수의 무선 LAN 억세스 포인트와, 각각의 상기 무선 LAN 억세스 포인트에 접속되어 각각의 상기 무선 LAN 억세스 포인트가 관할하는 통신 셀 내의 데이터통신 단말기와 무선 LAN 신호를 송수신하는 다수의 지향성 안테나를 포함한다. 각각의 상기 통신 셀은 상기 다수의 지향성 안테나의 지향성에 의하여 다수의 섹터로 분할되어 각 섹터 내에 위치하는 데이터통신 단말기가 해당 섹터를 관할하는 지향성 안테나를 통하여 인터넷에 접속된다.

본 발명에 따른 상기 무선 LAN을 이용한 인터넷 서비스 장치에서, 데이터통신 단말기에 전원이 인가되면 상기 데이터통신 단말기는 모든 가용 채널의 상태를 탐색하여 신호 품질이 문턱값 이상인 채널을 사용채널로 설정하고, 상기 사용채널을 이용하여 억세스 포인트에 접속한다. 또한, 상기 데이터통신 단말기가 유휴 상태 또는 상기 사용채널을 이용한 인터넷 접속 서비스 상태에서 주기적으로 모든 가용 채널의 상태를 탐색하여 현 사용채널의 신호 품질보다 다른 채널의 신호 품질이 높아지면, 상기 억세스 포인트에게 상기 다른 채널로의 핸드오버를 요구하고, 상기 억세스 포인트에 의하여 핸드오버가 수락되면 상기 데이터통신 단말기가 상기 다른 채널을 사용채널로 설정하여, 유휴상태에서 혹은 변경된 사용채널을 이용한 인터넷 접속 서비스를 유지하는 과정을 통해 섹터간 핸드오버를 진행한다.

본 발명에 따른 상기한 무선 LAN을 이용한 인터넷 서비스 장치에서, 데이터통신 단말기의 전원이 온되어 상기 데이터통신 단말기로부터 위치등록 요청이 수신되면, 억세스 포인트는 상기 데이터통신 단말기를 인증하고 상기 데이터통신 단말기의 셀 정보와 섹터 정보가 상기 위치등록기에 갱신되어 저장되도록 한다. 이상태에서 외부로부터 착신호가 수신되면, 라우터는 상기 위치등록기를 검색하여 상기 데이터통신 단말기의 위치 정보를 알아내고, 억세스 포인트는 상기 데이터통신 단말기가 속한 위치에 페이징신호를 송출하고, 상기 데이터통신 단말기로부터 상기 페이징신호에 대한 응답신호가 수신되면 상기 억세스 포인트가 상기 데이터통신 단말기의 통신로를 개설하는 과정을 통해 섹터간 로밍을 진행한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 한 실시예에 따른 "섹터화된 무선 ＬＡＮ 망과 섹터간 핸드오버 및 로밍 방법"을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 데이터통신 단말기에 인터넷 접속서비스를 제공하는 섹터화된 무선 LAN을 이용한 인터넷 서비스 장치를 도시한 시스템 구성도이다.

무선 LAN의 단위 셀은 3개의 섹터로 분할되고 각 섹터에는 각각 해당 섹터를 커버하는 지향성 안테나가 구비된다. 각 단위 셀은 무선 LAN이 설치되는 건물의 구조에 따른 전파 환경과 가입자 분포 및 소요 대역폭을 고려하여 서비스 음영지역이 존재하지 않도록 다른 개수로도 분할될 수 있다. 본 명세서에서는 3개의 셀을 표시하고, 각 셀이 3개의 섹터로 분할된 것으로 가정한다. 그리고, 제 1 셀(셀 #1)을 분할한 섹터는 각각 섹터 #11, 섹터 #12, 섹터 #13 이라고 하고, 제 2 셀(셀 #2)을 분할한 섹터는 각각 섹터 #21, 섹터 #22, 섹터 #23 이라고 하고, 제 3 셀(셀 #3)을 분할한 섹터는 각각 섹터 #31, 섹터 #32, 섹터 #33 이라고 한다.

여기서는 제 1 셀을 중심으로 설명한다. 제 1 셀(셀 #1)을 분할한 각 섹터(섹터 #11, 섹터 #12, 섹터 #13)에는 각각 해당 섹터를 커버하는 지향성 안테나(211, 212, 213)가 설치된다. 이 각 섹터를 커버하는 3개의 지향성 안테나(211, 212, 213)는 제 1 억세스 포인트(220)에 부착되어 데이터통신 단말기(200)와 제 1 억세스 포인트(220)간에 데이터를 송수신할 수 있도록 한다. 제 1 셀의 경우와 마찬가지로, 제 2 셀에는 제 2 억세스 포인트(221)가 구비되고 제 3 셀에는 제 3 억세스 포인트(222)가 구비된다. 각 억세스 포인트는 기저대역 처리모듈을 포함하는데, 모든 지향성 안테나로 송수신되는 데이터를 하나의 기저대역 처리모듈을 이용하여 신호처리할 수도 있고, 각 지향성 안테나마다 별도의 기저대역 처리모듈을 연결하여 신호처리할 수도 있다. 기저대역 처리모듈을 각 지향성 안테나마다 연결하면 동시처리용량이 증대된다.

즉, 억세스 포인트는 도 3a 와 도 3b에 도시된 바와 같이 지향성 안테나(211, 212, 213)로 송수신되는 RF 신호를 변복조하는 적어도 하나 이상의 기저대역 처리모듈(301, 304, 305, 306)과, 상기 하나 이상의 기저대역 처리모듈와 접속되어 데이터접속기능과 VoIP 기능 및 관리 기능 등 억세스 포인트의 기능을 지원하는 디지털 하드웨어 및 소프트웨어 처리모듈(302, 307)과, 억세스 포인트와 라우터(230)를 유선으로 연결하는 유선 랜 접속모듈(303, 308)로 구성된다.

도 3a에 도시된 바와 같이 다수의 지향성 안테나(211, 212, 213)를 하나의 기저대역 처리모듈(301)에 접속하여 사용할 경우, 기저대역 처리모듈(301)에서 변복조되는 RF 신호가 다수의 지향성 안테나(211, 212, 213)를 통해 동시에 전파되기 때문에 하나의 무지향성 안테나를 사용하는 것에 비해 적은 비용으로 셀 내에서의통신 음영지역을 방지할 수 있다. 또한, 도 3b에 도시된 바와 같이 각 지향성 안테나(211, 212, 213)에 각각 하나의 기저대역 처리모듈(304, 305, 306)을 접속하여 사용하면, 각 기저대역 처리모듈(304, 305, 306)에서 변복조되는 RF 신호가 각 지향성 안테나(211, 212, 213)를 통해 전파되기 때문에 시스템 처리 용량을 증대시킬 수 있다.

위와 같이 다수의 억세스 포인트(220, 221, 222)는 하나의 라우터(230)에 연결되는데, 라우터(230)에는 데이터통신 단말기(200)에 동적 IP를 할당하는 DHCP 서버(231)와 각 데이터통신 단말기(200)의 위치를 저장하는 위치등록기(232)가 연결되고, 인터넷(240)이 연결되어 데이터통신 단말기(200)에 인터넷 접속 서비스가 제공되도록 한다.

데이터통신 단말기(200)는 이용자에 의해 휴대되는 PDA, 노트북 PC 등으로서, 전파를 매체로 하여 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 무선 랜카드가 내장된다. 이 데이터통신 단말기(200)는 무선매체에 적합한 매체접근제어(MAC) 프로토콜 및 물리계층 프로토콜을 갖는다. 데이터통신 단말기(200)는 지향성 안테나를 통해 방송되는 채널을 검색하여 간섭이 가장 적은 채널의 시스템 정보를 이용하여 인증과정을 거쳐 억세스 포인트에 접속한다. 이때, 데이터통신 단말기가 위치한 셀과 섹터의 위치가 위치등록기(232)에 자동 등록되며 이 정보는 로밍 및 페이징시에 사용된다.

억세스 포인트(access point)(220, 221, 222)는 라우터(230)와는 유선으로 연결되고 데이터통신 단말기(200)와는 지향성 안테나를 통해 무선으로 연결되어,데이터의 전송 및 버퍼링(buffering)기능을 제공한다. 이 억세스 포인트(220, 221, 222)는 분산시스템에 접근을 가능하게 하는 객체로써, 하나의 셀 내에서 각 단말간의 또는 섹터간의 프레임 연계기능을 제공하고, 다른 셀 간의 프레임 연계기능을 제공한다. 또한, 억세스 포인트는 각 섹터의 지향성 안테나를 통해 각 셀의 시스템 정보를 방송한다. 또한 이 액세스 포인트는 단말과 유선 LAN 간의 연계를 제공하는데, 단말과 유선 LAN간의 IPX/IP 라우팅과 브리징 기능을 수행한다. 또한, 이밖에도 액세스 포인트는 다양한 NOS(Network Operating System)를 지원하며, SNMP 지원, 프레임 여과기능, IP 공유기능 등과 같은 다양한 기능을 제공한다. 보통 하나의 액세스 포인트는 3 ~ 15 개 채널을 지원하고 수십 내지 수백 대의 단말기를 지원한다.

라우터(230)는 인터넷 프로토콜(internet protocol)이 제공해 주는 정보를 기초로 메시지를 인터넷으로 보내는 역할을 한다. 보다 상세히는, 수백 또는 수천 대의 컴퓨터들은 각각의 디바이스(device)에 서로 약속된 어드레스(address)를 가지고 통신을 한다. 네트워크가 점점 커지게 되면 인터넷 안에 있는 각각의 컴퓨터가 모든 어드레스를 기억하는 것은 불가능해진다. 따라서, 컴퓨터가 모든 어드레스 정보를 다 가지고 있지 않고, 적은 정보만으로도 통신이 가능하도록 하는 체계를 구성할 필요가 생긴다. 이와 같은 체계가 바로 인터넷을 분할하는 것이다. 이렇게 상호 연결을 유지하며 기능적으로 분할된 네트워크를 서브 네트워크라 하고, 이들 서브 네트워크를 서로 연결시켜 주는 특별한 컴퓨터를 라우터라 부른다. 무선라우터는 라우터의 기능에 무선패킷기능을 추가한 것이다.

DHCP 서버(231)는 임의의 데이터통신 단말기가 망에 접속하는 초기 구동시에 해당 서브넷의 환경 정보를 다운로드받아 자신의 네트워크 환경을 설정할 수 있도록 하는 기법으로 클라이언트 서버 모델로 동작한다. 즉, 이 DHCP 서버(231)는 무선 LAN에 접속되는 각 단말기에 동적 IP를 할당하는 모듈로서, 단말기가 초기 전원 온되거나 인터넷 접속을 요청하면 가용 IP 주소를 찾아서 해당 단말기에게 할당한다. 이렇게 IP 주소가 할당되면 단말기는 할당된 IP 주소를 이용하여 인터넷을 통해 데이터와 음성을 송수신한다.

위치등록기(232)는 이동(mobile) IP 프로토콜 기반으로 동작하여 가입자의 현재 위치를 기록하는 모듈이다. 앞서 설명한 DHCP 서버(231)는 전원이 초기 온되거나 인터넷에 접속하고자 하는 데이터통신 단말기에게 동적 IP 주소를 할당하는데, 이때 위치등록기(232)는 해당 데이터통신 단말기의 고유식별정보와 할당된 동적 IP 주소, 해당 데이터통신 단말기가 현재 위치한 셀 정보와 섹터 정보를 매핑하여 저장한다. 그러다가 라우터(230)로부터 착신 관련 단말기의 고유식별정보가 입력되면, 해당 고유식별정보를 이용하여 동적 IP 주소와 현재 위치한 셀과 섹터 정보를 라우터에 제공한다.

도 4는 도 2에 도시된 데이터통신 단말기와 억세스 포인트와 라우터간의 프로토콜 스택을 도시한 구성도이다.

데이터통신 단말기(400)는 상위 응용계층(401)과 그 하위의 TCP 계층(402), 그 하위의 네트워크 계층인 IP 계층(403), 그 하위의 무선 MAC 계층(404), 그 하위의 무선 물리계층(PHY 계층)(405)을 구비한다. 또한 억세스 포인트(410)는 데이터통신 단말기(400)의 무선 물리계층(405)과 같은 데이터를 송수신하는 무선 물리계층(411), 그 상위의 무선 MAC 계층(412), 무선 MAC과 유선 MAC을 상호 변환하는 변환기(413), 유선 MAC 계층(414), 그 하위의 라우터(420)와의 유선 데이터 송수신을 위한 유선 물리계층(PHY 계층)(415)을 구비한다. 또한 라우터(420)는 억세스 포인트의 유선 물리계층과 데이터 송수신하는 유선 물리계층(421), 그 상위의 유선 MAC 계층(422), 그 상위의 인터넷 접속을 위한 IP 계층(423)을 구비한다.

여기서, MAC(Media Access Control) 계층은 데이터를 매체(유선 케이블 또는 무선) 상으로 송출하기 위해 제어하는데, 이더넷 등과 같은 IEEE 802.3 표준의 유선 MAC 계층 프로토콜은 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with collision Detection, 반송파 감지 다중접근/충돌장치) 방식을 사용하고, 무선 MAC 계층 프로토콜은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, 반송파 감지 다중접속/충돌회피) 방식을 사용한다.

즉, CSMA/CD는 억세스 포인트와 라우터 사이에 커넥션을 확립하지 않고 데이터를 송신하는데, 이것을 비연결형 통신이라고 한다. 데이터 전송 시 충돌한 경우에는 반사된 반송파의 레벨 차이에 따라 탐지하고 일정 시간 후에 해당 패킷을 재전송한다. 이에 반해 무선 LAN은 수신 에너지가 송신 에너지에 비해 작고 충돌 검출이 어렵기 때문에, CAMA/CA는 다음의 과정을 통해 데이터를 송신한다. 즉, 데이터를 전송하고자 하는 단말기는 다른 단말기가 데이터 송신중인지 여부를 반송파를 감지함으로써 판별한다. 다른 단말기가 송신중이면 랜덤한 시간 후에 반송파 감지를 다시 하고, 다른 반송파가 없으면 데이터(패킷) 송신을 시작한다.

무선 LAN은 설치되는 건물의 구조에 따라 전파환경이 달라지므로 이 전파환경과 가입자 분포와 소요용량을 고려하여, 섹터화할 필요성이 있으면 무선 LAN의 단위 셀을 2, 3, 4, 6개의 섹터로 나누고, 각 섹터에는 해당 섹터를 커버하는 180°, 120°, 90°, 60°의 지향성 안테나를 각각 설치한다. 분할할 섹터의 수를 결정할 때, 해당 단위셀 내에 서비스 음영지역이 존재하지 않도록 한다. 그 후, 각 섹터에 4 내지 14개의 채널 중에서 전파 간섭이 제일 작은 채널을 선택하여 각 섹터마다 하나 내지 세 개의 채널을 할당한다. 이때, 각 지향성 안테나별로 기저대역 처리모듈을 별도로 설치하면 무선 LAN 용량을 증대시킬 수 있다.

도 5는 도 2에 도시된 바와 같은 인터넷 서비스 장치에서 데이터통신 단말기가 인터넷 서비스를 제공받는 과정을 도시한 동작 흐름도이다.

이용자가 데이터통신 단말기를 파워 온시키면 해당 단말기가 초기화되면서 전원이 인가된다(S51). 데이터통신 단말기는 11개의 채널을 탐색하는데(S52), 신호 품질이 문턱값 이상인 양호한 채널이 존재하면(S53), 해당 채널의 억세스 포인트로부터 시스템 정보를 수신한다(S54). 이때, 데이터통신 단말기는 자신이 속한 단위 셀 내의 섹터의 지향성 안테나로부터 방송되는 채널중에서 양호한 채널을 감지한다. 또한, 데이터통신 단말기는 억세스 포인트와의 인증 절차를 거쳐 해당 억세스 포인트에 접속한다. 이때, 데이터통신 단말기의 위치(셀 번호와 섹터 번호)는 위치등록기에 등록된다(S55).

이렇게 데이터통신 단말기와 억세스 포인트간의 접속이 성공적으로 이루어지면, DHCP 서버는 해당 단말기에 할당할 가용 동적 IP 주소가 있는 지를 확인하고해당 가용 동적 IP 주소를 DHCP 인증을 수행하여 해당 데이터통신 단말기에 할당한다(S56). 그리고, 데이터통신 단말기에게 할당된 동적 IP 주소가 위치등록기에 저장된다(S57). 이렇게 단말기에 동적 IP 주소가 할당되면 단말기는 할당된 동적 IP 주소를 이용하여 인터넷에 접속할 수 있게 된다(S58). 단말기는 인터넷에 접속하여 데이터를 송수신한 후(S59) 해제한다(S60).

도 6은 도 2에 도시된 바와 같은 인터넷 서비스 장치에서 데이터통신 단말기가 섹터간을 이동할 때의 핸드오버 과정을 도시한 동작 흐름도이다.

데이터통신 단말기가 유휴상태이거나 인터넷에 접속하여 통신 중인 상태(S61)에서, 섹터간 이동을 하면 현재 사용중인 채널의 신호 품질은 떨어지고 새롭게 이동한 섹터에 할당된 채널의 신호 품질이 높아지는데, 이때 데이터통신 단말기는 기존의 섹터(이하, 관장섹터라고 함)에서 현 섹터(이하, 목표섹터라고 함)로의 핸드오버 과정을 수행한다.

즉, 데이터통신 단말기는 일정한 주기로 모든 채널의 신호 품질을 탐색하는데(S62), 목표섹터의 채널의 신호품질이 관장섹터의 채널의 신호품질보다 좋으면(S63), 데이터통신 단말기는 억세스 포인트에게 관장섹터에서 목표섹터로의 핸드오버를 요구한다(S64). 이때, 데이터통신 단말기는 데이터 전송 채널을 이용하여 핸드오버 요구와 같은 제어정보도 전송한다.

데이터통신 단말기는 억세스 포인트에게 핸드오버를 요구하는 순간에 목표섹터 내에 위치하고 있을 수도 있고(이때의 목표섹터를 활성 목표섹터라고 함), 목표섹터 쪽으로 근접하게 이동하는 경우(이때의 목표섹터를 후보 목표섹터라고 함)일 수도 있는데, 억세스 포인트는 데이터통신 단말기로부터 전달되는 목표섹터의 채널의 크기를 감지하여 해당 목표섹터가 활성 목표섹터인지 아니면 후보 목표섹터인지를 감지한다. 즉, 억세스 포인트는 목표섹터의 채널의 신호가 제1임계값보다 크고 제2임계값보다 작으면(여기서, 제1임계값 < 제2임계값) 해당 목표섹터를 후보 목표섹터로 설정하고, 제2임계값보다 크면 해당 목표섹터를 활성 목표섹터로 설정하는데, 활성 목표섹터에 대해 우선적으로 핸드오버를 처리한다. 억세스 포인트는 목표섹터의 자원이 남아 있으면 데이터통신 단말기에게 핸드오버 수락 메시지를 전달하고, 자원이 남아있지 않으면 핸드오버 거절 메시지를 전달한다.

데이터통신 단말기는 억세스 포인트로부터 핸드오버 거절 메시지가 수신되면 단계 S62로 되돌아가고, 핸드오버 수락 메시지가 수신되면 사용 채널을 목표섹터의 채널로 전환하고(S66), 해당 데이터통신 단말기의 위치(섹터번호)는 위치등록기에 갱신되어 저장된다(S67).

이렇게 핸드오버가 완료되면, 데이터통신 단말기는 유휴상태를 유지하고 있다가 인터넷 접속시 새로운 목표 섹터의 채널을 이용하여 인터넷에 접속하던지, 아니면 핸드오버된 목표 섹터의 채널을 이용하여 통신을 계속한다(S68).

도 7은 도 2에 도시된 바와 같은 인터넷 서비스 장치에서 억세스 포인트가 데이터통신 단말기에 로밍 서비스를 제공하는 과정을 도시한 동작 흐름도이다.

데이터통신 단말기가 주기적으로 억세스 포인트를 통해 자신이 속한 셀과 섹터를 위치 등록한 상태(S71)에서, 외부로부터 착신호가 들어오면 위치등록기는 피호출 무선 LAN 가입자가 등록되어 있는 셀과 섹터를 검색하고, 해당 셀 또는 섹터에서 해당 단말기를 페이징한다. 해당 데이터통신 단말기가 해당 페이징에 대해 응답하면 통신로를 개설하여 통신이 이루어지도록 한다.

즉, 데이터통신 단말기의 위치를 주기적으로 갱신한 상태(S71)에서 외부로부터 착신호가 입력되면(S72), 라우터에서는 착신호에 포함된 해당 데이터통신 단말기의 고유식별정보를 이용하여 위치등록기를 검색한다(S73). 위치등록기에 해당 데이터통신 단말기가 속한 셀이 등록되어 있고(S74), 해당 데이터통신 단말기가 속한 섹터가 등록되어 있으면(S75), 해당 셀의 해당 섹터에 해당 단말기 페이징신호를 출력한다. 한편, 단계 S75에서 데이터통신 단말기가 속한 섹터가 등록되어 있지 않으면 해당 셀의 모든 섹터에 해당 단말기 페이징신호를 출력한다(S77).

해당 단말기로부터 상기 페이징신호에 대한 응답신호가 억세스 포인트에 수신되면(S78), 발신측과의 통신로를 개설하여(S80) 해당 데이터통신 단말기와 발신측간에 통신이 이루어지도록 한다(S81). 이러한 통신로는 해당 데이터통신 단말기와 발신측의 요구에 의해 해제된다(S82).

한편, 단계 S74에서 위치등록기에 해당 데이터통신 단말기가 속한 셀이 등록되어 있지 않거나, 단계 S78에서 해당 데이터통신 단말기로부터 해당 페이징신호에 대한 응답신호가 수신되지 않으면, 통신불가 메시지를 송신측에 전달한다(S79).

위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 옥내외 무선 LAN의 단위셀을 섹터화하고 각 섹터마다 지향성 안테나를 설치하여 서비스 음영지역을 없애고, 자원은 셀 단위로 공유하면서 사용 주파수는 섹터 단위로 재사용하도록 함으로써 저비용으로 사용대역을 충분히 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 데이터통신 단말기가 섹터간 이동하면 위치 이동한 섹터에서 채널이 할당되도록 하고, 데이터통신 단말기의 현 위치를 위치등록기에 저장해놓고 있다가 외부로부터 착신호가 전달되면 해당 단말기를 페이징함으로써, 무선 LAN 가입자가 항상 최상의 인터넷 서비스를 제공받을 수 있는 잇점이 있다.

Claims

인터넷과 망에 접속된 라우터;

상기 라우터와 연결된 다수의 무선 LAN 억세스 포인트;

각각의 상기 무선 LAN 억세스 포인트에 접속되어 각각의 상기 무선 LAN 억세스 포인트가 관할하는 통신 셀 내의 데이터통신 단말기와 무선 LAN 신호를 송수신하는 다수의 지향성 안테나를 포함하고,

각각의 상기 통신 셀이 상기 다수의 지향성 안테나의 지향성에 의하여 다수의 섹터로 분할되어 각 섹터 내에 위치하는 데이터통신 단말기가 해당 섹터를 관할하는 지향성 안테나를 통하여 인터넷에 접속되는 것을 특징으로 하는 무선 LAN을 이용한 인터넷 서비스 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 라우터에 접속되어 각각의 상기 데이터통신 단말기가 위치하는 상기 통신 셀과 상기 섹터의 정보를 저장하는 위치등록기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 LAN을 이용한 인터넷 서비스 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 억세스 포인트는,

각각의 상기 섹터마다 설치된 상기 지향성 안테나와 접속되어 상기 지향성 안테나를 통해 수신된 무선 주파수 대역 변조데이터를 복조하고, 상기 지향성 안테나를 통해 송출할 데이터를 무선주파대역으로 변조하는 기저대역 처리모듈을 하나이상 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 LAN을 이용한 인터넷 서비스 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 통신 셀 내에 설치된 상기 지향성 안테나는 상기 통신 셀 내의 건물의 구조에 따른 전파 환경, 가입자 분포 및 소요 대역폭을 고려하여 서비스 음영지역이 존재하지 않도록 하는 개수와 유형으로 설치되는 것을 특징으로 하는 무선 LAN을 이용한 인터넷 서비스 장치.
제 4 항에 있어서, 각각의 상기 통신 셀은 상기 지향성 안테나에 의하여 2개 이상의 섹터로 분할되고, 각 섹터에는 해당 섹터를 관할하는 180°, 120°, 90°, 60°중 하나의 방사각을 가지는 지향성 안테나가 설치되는 무선 LAN을 이용한 인터넷 서비스 장치.
제 1 항에 있어서, 각각의 상기 각 섹터에는 섹터간 전파 간섭이 최소화 되도록 하나 내지 세 개의 통신 채널이 할당되는 것을 특징으로 하는 무선 LAN을 이용한 인터넷 서비스 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 데이터통신 단말기는 컴퓨터, 이동전화기, 노트북 컴퓨터, PDA 등을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 LAN을 이용한 인터넷 서비스 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 라우터에는 상기 데이터통신 단말기에 동적 IP를 할당하는 DHCP 서버가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 LAN을 이용한 인터넷 서비스 장치.
인터넷에 접속된 라우터, 상기 라우터와 연결된 다수의 무선 LAN 억세스 포인트, 각각의 상기 무선 LAN 억세스 포인트에 접속되어 각각의 상기 무선 LAN 억세스 포인트가 관할하는 통신 셀을 다수의 섹터로 분할하는 다수의 지향성 안테나, 및 상기 라우터에 접속되어 각각의 상기 통신 셀 내에 위치하는 데이터통신 단말기의 셀 정보 및 섹터 정보를 저장하는 위치등록기를 포함하는 무선 LAN을 이용한 인터넷 서비스 시스템에서 사용되는 무선 LAN 섹터간의 핸드오버 방법에 있어서,

상기 데이터통신 단말기에 전원이 인가되면, 상기 데이터통신 단말기가 모든 가용 채널의 상태를 탐색하여 신호 품질이 문턱값 이상인 채널을 사용채널로 설정하는 단계;

상기 데이터통신 단말기가 상기 사용채널을 이용하여 상기 억세스 포인트에 접속하는 단계;

상기 데이터통신 단말기가 유휴 상태 또는 상기 사용채널을 이용한 인터넷 접속 서비스 상태에서 주기적으로 모든 가용 채널의 상태를 탐색하여 현 사용채널의 신호 품질보다 다른 채널의 신호 품질이 높아지면, 상기 억세스 포인트에게 상기 다른 채널로의 핸드오버를 요구하는 단계; 및

상기 억세스 포인트에 의하여 핸드오버가 수락되면 상기 데이터통신 단말기가 상기 다른 채널을 사용채널로 설정하여, 유휴상태 혹은 변경된 사용채널을 이용한 인터넷 접속 서비스를 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 LAN 섹터간 핸드오버 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 데이터통신 단말기가 상기 무선 LAN을 이용한 인터넷 서비스 시스템에 초기 등록하거나 핸드오버가 발생하면, 상기 억세스 포인트가 상기 데이터통신 단말기의 셀 정보와 섹터 정보를 상기 위치등록기에 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 LAN 섹터간 핸드오버 방법.
인터넷에 접속된 라우터, 상기 라우터와 연결된 다수의 무선 LAN 억세스 포인트, 각각의 상기 무선 LAN 억세스 포인트에 접속되어 각각의 상기 무선 LAN 억세스 포인트가 관할하는 통신 셀을 다수의 섹터로 분할하는 다수의 지향성 안테나, 및 상기 라우터에 접속되어 각각의 상기 통신 셀 내에 위치하는 데이터통신 단말기의 셀 정보 및 섹터 정보를 저장하는 위치등록기를 포함하는 무선 LAN을 이용한 인터넷 서비스 시스템에서 사용되는 무선 LAN 섹터간의 로밍 방법에 있어서,

상기 데이터통신 단말기로부터 위치등록 요청이 수신되면, 상기 억세스 포인트가 상기 데이터통신 단말기를 인증하고 상기 데이터통신 단말기의 셀 정보와 섹터 정보가 상기 위치등록기에 갱신되어 저장되도록 하는 단계;

외부로부터 착신호가 수신되면, 상기 라우터가 상기 위치등록기를 검색하여 상기 데이터통신 단말기의 위치 정보를 알아내는 단계;

상기 억세스 포인트가 상기 데이터통신 단말기가 속한 위치에 페이징신호를 송출하는 단계;

상기 데이터통신 단말기로부터 상기 페이징신호에 대한 응답신호가 수신되면 상기 억세스 포인트가 상기 데이터통신 단말기의 통신로를 개설하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 LAN 섹터간의 로밍 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 위치등록기에 상기 데이터통신 단말기가 위치한 셀 정보와 섹터 정보가 모두 등록되어 있으면, 상기 억세스 포인트가 해당 셀의 해당 섹터에 상기 단말기 페이징신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 무선 LAN 섹터간의 로밍 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 위치등록기에 상기 데이터통신 단말기가 위치한 셀 정보는 등록되어 있고 섹터 정보는 등록되어 있지 않으면, 상기 억세스 포인트가 해당 셀에 상기 단말기 페이징신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 무선 LAN 섹터간의 로밍 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 위치등록기에 상기 데이터통신 단말기가 속한 셀이 등록되어 있지 않으면, 상기 억세스 포인트가 상기 발신측에 호 접속 불능 메시지를 회신하는 것을 특징으로 하는 무선 LAN 섹터간의 로밍 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 데이터통신 단말기로부터 상기 페이징신호에 대한 응답신호가 수신되지 않으면, 상기 억세스 포인트가 상기 발신측에 호 접속 불능 메시지를 회신하는 것을 특징으로 하는 무선 LAN 섹터간의 로밍 방법.