KR20070005872A

KR20070005872A - ＩＥＥＥ 802.16 망 기반의 ＩＰｖ6 시스템을 위한 고속핸드오버 방법

Info

Publication number: KR20070005872A
Application number: KR1020060062486A
Authority: KR
Inventors: 장희진; 한연희; 도미선
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-07-05
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2007-01-10
Also published as: US7787422B2; US20070008930A1; KR101201043B1

Abstract

본 발명은 IEEE 802.16 표준의 MAC 계층과 IPv6의 네트워크(IP) 계층을 포함하는 단말들과 기지국들로 구성되는 이동 통신 시스템에서의 단말의 핸드오버 방법으로서, 서빙 기지국과 메시지 교환을 통해 인접 기지국의 IP 망 정보를 수집하는 단계; 상기 수집된 인접 기지국의 IP 망 정보를 기반으로 핸드오버 목적 기지국을 결정하는 단계; 상기 핸드오버 목적 기지국이 결정되면 서빙 기지국이 단말로 전송될 데이터를 목적 기지국으로 터널링하는 단계; 및 상기 목적 기지국으로부터 상기 터널링 된 데이터를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

IEEE 802.16, IPv6, 핸드오버

Description

ＩＥＥＥ 802.16 망 기반의 ＩＰｖ6 시스템을 위한 고속 핸드오버 방법{FAST HANDOVER METHOD FOR IPV6 OVER IEEE 802.16 NETWORK}

도 1a는 일반적인 FMIPv6 시스템에서의 예측 모드 핸드오버 과정을 나타낸 메시지 흐름도

도 1b는 일반적인 FMIPv6 시스템에서의 반응 모드 핸드오버 과정을 나타낸 메시지 흐름도

도 2는 일반적인 와이브로 망에서의 링크 계층 핸드오버 절차를 나타낸 흐름도

도 3a 및 3b는 본 발명의 실시예에 따른 FMIPv6가 탑재될 때 고려될 수 있는 와이브로 망 구조를 나타낸 도면

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 예측 모드에서 단말이 핸드오버를 수행하는 시나리오를 나타낸 흐름도

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 반응 모드에서 단말이 핸드오버를 수행하는 시나리오를 나타낸 흐름도

도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 3계층 서브넷 구조를 나타낸 도면

도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 단말의 이동 패턴 및 확률을 나타낸 도면

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 램덤워크 모델에 의한 단말의 이동 형태에 대한 상태 전이도

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 RAS 영역 및 서브넷 영역과 단말의 이동패턴을 나타낸 도면

도 9는 본 발명의 실시예에 따라 예측 모드로 동작하는 FMIPv6 over IEEE 802.16 성능 평가를 나타낸 도면

도 10은 본 발명의 실시예에 따라 반응 모드로 동작하는 FMIPv6 over IEEE 802.16 성능 평가를 나타낸 도면

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 파라미터 값들을 이용하여 FMIPv6의 예측 모드와 반응 모드의 평균 핸드오버 지연시간을 나타낸 그래프

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 파라미터 중 단말 및 ACR 내부 프로세싱(Processing) 지연 시간이 전체 핸드오버 지연시간에 미치는 영향에 대한 분석 결과를 나타낸 그래프

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 파라미터

, 즉 단말부터 NACR까지(또는 NACR부터 단말까지) 패킷 전달 시간에 대하여

값의 변화 분석 결과를 나타낸 그래프

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 파라미터

, 즉 NACR에서 수행하는 NCoA에 대한 유일성 테스트 지연 시간에 대하여

값의 변화 분석 결과를 나타낸 그래프

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 파라미터

, 즉 NACR에서 PACR까지(또는 PACR에서 NACR까지) 패킷 도달 시간에 대하여

값의 변화 분석 결과를 나타낸 그래프

본 발명은 IEEE 802.16 망 기반의 IPv6에 관한 것으로서, 특히 IEEE 802.16 망 기반의 IPv6 시스템을 위한 고속 핸드오버 방법에 관한 것이다.

최근 노트북 및 PDA과 같은 휴대 단말의 사용이 보편화되면서 이동성을 전제로 한 초고속 인터넷 서비스에 대한 수요가 증가하고 있으며, 사용자들은 무선망과 인터넷이 통합되어 언제 어디서든 자유로이 인터넷을 이용할 수 있는 네트워크 환경을 기대하고 있다. 이에 따라 정지 또는 이동 중에도 고속 인터넷 접속이 가능한 무선 인터넷 규격인 와이브로(Wireless Broadband Internet: WiBro) 표준이 최근 한국 정보 통신 기술 협회(Telecommunications Technology Association: TTA)를 중심으로 제정되었다. 와이브로 표준은 유선망이 갖는 기존 시스템의 한계를 극복하여 시속 60Km 이하의 이동성을 지원하며 실내외에서 끊김 없이 초고속 무선 인터넷 서비스를 제공할 수 있도록 설계되었다.

현대 와이브로 규격에서 볼 수 있는 이동성 지원 방법은 기지국(Radio Access Station: RAS) 간 이동시 단말과 기지국 사이에 수행되는 매체접속제어(Medium Access Control: MAC) 프로토콜로서 기술되어 있다. 그러나, 다른 서브 넷 (Subnet)의 새로운 제어국 (Access Control Router: ACR)으로 단말이 이동하면 현재 통신 중인 세션을 유지하기 위해 IP 계층의 이동성 지원 프로토콜을 수용해야 한다. 인터넷 엔지니어링 태스크 포스(Internet Engineering Task Force: IETF)의 이동 인터넷 프로토콜 6 (Mobile Internet Protocol 6: MIP6) 워킹 그룹에 의해 제정된 MIPv6 기술은 이러한 IP 계층 이동성 지원을 위한 대표적 국제 표준 프로토콜이다. 특히, 향후 발전된 와이브로 서비스 환경에서 차세대 인터넷 프로토콜인 IPv6를 수용한다면 그에 따른 이동성 지원 프로토콜로서 MIPv6의 중요함은 더욱 부각될 것이다.

MIPv6 기술은 이원화된 주소 체계를 통해 단말의 고유 주소(Home Address: HoA)와 이동한 네트워크에서 생성한 새로운 주소(Care-of Address)를 홈 에이전트(Home Agent)로 바인딩함으로써 이동성을 지원한다. 특히, 대상 노드(Correspondent Node: CN)로도 그러한 바인딩을 보내어서 데이터 패킷에 대한 최적화된 라우팅 경로를 지원할 수 있는 장점을 지닌다. 그러나, MIPv6는 단지 이동 노드의 위치 등록 및 현재 통신 중인 세션의 데이터 패킷들에 대한 경로 재설정에 관련된 프로토콜로서, Voice over IP(VoIP)와 같은 실시간 통신을 만족시킬 수준의 이동성을 지원하기에는 여러 문제점이 존재한다.

IETF의 MIPv6와 핸드오프 최적화(MIPv6 and Handoff Optimization: MIPSHOP) 워킹 그룹은 이 같은 MIPv6의 단점을 보완하고 고속 IPv6 핸드오버를 지원하기 위하여 고속 이동 IPv6(Fast Mobile IPv6: FMIPv6) 프로토콜을 제정하였다. FMIPv6는 MAC 계층의 지원과 함께 새롭게 이동할 위치를 파악하고 IPv6 핸드오버 및 서비스 재개에 필요한 정보들을 사전에 교환함으로써 실제로 이동이 발생할 경우 신속한 서비스 재개가 가능하도록 한 프로토콜이다. FMIPv6는 기본적으로 MAC 계층에 의존하여 단말의 이동성을 예측하게 되므로, MAC 계층으로부터의 이벤트 지원 및 그러한 이벤트 교환을 위한 명확한 메커니즘이 요구된다.게다가, 링크 계층에서 활용 가능한 정보는 링크 종류마다 다르고 정보가 제공되는 타이밍 또한 링크 계층의 프로토콜에 의존적이므로 실제 망에 FMIPv6를 적용시 FMIPv6은 해당 링크의 특성을 반영하여 링크 계층과의 상호 작용이 최적화되도록 재설계되어야 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 IPv6를 탑재한 단말이 와이브로 망에서 서브넷 간 이동시 핸드오버 지연 시간을 최소화 하기 위한 핸드오버 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 FMIPv6 (IP) 계층과 와이브로 (MAC) 계층의 연동 메커니즘과 지원 메시지를 정의함으로써 단말의 실시간 트래픽에 대해서도 끊김이 없는 고속 핸드오버 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 방법은 IEEE 802.16 표준의 MAC 계층과 IPv6의 네트워크(IP) 계층을 포함하는 단말들과 기지국들로 구성되는 이동 통신 시스템에서의 단말의 핸드오버 방법으로서, 서빙 기지국과 메시지 교환을 통해 인접 기지국의 IP 망 정보를 수집하는 단계; 상기 수집된 인접 기지국의 IP 망 정보를 기반으로 핸드오버 목적 기지국을 결정하는 단계; 상기 핸드 오버 목적 기지국이 결정되면 서빙 기지국이 단말로 전송될 데이터를 목적 기지국으로 터널링하는 단계; 및 상기 목적 기지국으로부터 상기 터널링 된 데이터를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작원리를 상세히 설명한다. 도면상에 표시된 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조부호로 나타내었으며, 다음에서는 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.앞서 설명한 바와 같이 FMIPv6는 이동성 예측에 바탕을 둔 프로토콜로써 이동 예측 및 핸드오버 준비 과정이 성공적으로 수행되었을 경우와 그렇지 못한 경우에 따라 “예측 모드(Predictive Mode)”와 “반응 모드(Reactive Mode)”로 구분된다.

<예측 모드(Predictive Mode)>

도 1a는 일반적인 FMIPv6 시스템에서의 예측 모드 핸드오버 과정을 나타낸 메시지 흐름도이다.

도 1a를 참조하면, 단말(mobile station: MS)(10)이 인접 기지국(New Radio Access Station: NRAS)을 감지하면, NRAS(미도시)가 속한 목적 제어국(New Access Control Router: NACR)(30)의 정보를 얻기 위해 현재 서비스 받고 있는 서빙 제어국 (Previous ACR: PACR)(20)으로 프록시를 위한 라우터 요청(Router Solicitation for Proxy: RtSolPr) 메시지를 전송한다(S101). 상기 RtSolPr 메시지를 수신하면, PACR(20)은 RtSolPr 메시지로부터 추출된 새로운 인접 기지국의 MAC 주소를 바탕으로 NACR(30)의 IP 주소, MAC 주소, 및 서브넷 프리픽스(Prefix) 정보를 검색하고, 이를 포함한 프록시 라우터 광고(Proxy Router Advertisement: PrRtAdv) 메시지를 단말로 전송한다(S102).

이와 같은 방식으로 MS(10)는 NRAS들(미도시) 및 NACR(30)의 정보를 수집하게 되며, 수집된 정보들로부터 핸드오버 할 목적 기지국(target RAS)을 결정하고, 이후 그 목적 기지국이 속한 인접 제어국은 목적 제어국이 된다. MS(10)는 상기 PrRtAdv 메시지를 통해 획득한 목적 제어국(30)의 프리픽스(Prefix) 정보를 바탕으로, 핸드오버 후 사용할 새로운 IP 주소(New Care of Address: NCoA)를 생성하고, 현재 사용하고 있는 주소(Previous Care of Address: PCoA)와 NCoA의 바인딩을 위하여 서빙 제어국에 고속 바인딩 갱신 (Fast Binding Update: FBU) 메시지를 전송한다(S103).

상기 FBU 메시지에 대한 응답으로 고속 바인딩 응답 (Fast Binding Acknowledgement: FBAck) 메시지를 성공적으로 수신하면(S106), MS(10)는 핸드오버 이후 예측 모드(predictive mode)로 동작하게 된다.

한편, MS(10)로부터 FBU 메시지를 수신하면, PACR(20)는 NACR(30)로 핸드오 버 초기화(Handover Initiation: HI) 메시지를 전송하고(S104), 이에 대한 응답으로 핸드오버 확인(Handover Acknowledge: Hack) 메시지를 수신한다(S105). 이때, PACR(20)은 Hack 메시지를 통해 이동 후 사용할 새로운 IP 주소(NCoA)의 고유성 (uniqueness)을 검증하고 FBAck 메시지에 NCoA를 포함하여 MS(10)와 NACR (30)로 전송한다(S106). 또한 PACR(20)은 PCoA-NCoA 간 터널을 생성하여 PCoA로 향하고 있는 모든 패킷을 NCoA로 터널링한다(S107). 이때 NACR(30)은 NCoA로 향하는 패킷을 가로채어 버퍼링하고 있다가 이동을 완료한 MS(10)로부터 고속 이웃 광고(Fast Neighbor Advertisement: FNA)를 수신하면(S108), 버퍼링 된 패킷을 모두 MS(10)로 전달함으로써 핸드오버 절차를 마무리한다(S109).

<반응 모드(Reactive Mode)>

도 1b는 일반적인 FMIPv6 시스템에서의 반응 모드 핸드오버 과정을 나타낸 메시지 흐름도이다.

도 1b를 참조하면, 도 1a에서와 같이 S111 및 S112 단계를 거친 후 핸드오버 이전에 단말(10)은 FBU를 전송하지 못하였거나, 전송하였더라도 FBAck 메시지를 수신하기 전에 핸드오버를 개시하였다면 반응 모드로 동작한다(S113).

이 경우 단말(10)은 FBAck를 수신하지 못하여 PACR(20) 측에 FBU가 정확히 도착했는지 알 수 없으므로, FNA 메시지에 FBU를 캡슐화(encapsulation)하여 전송한다(S114). NACR(30)이 단말(10)로부터 FBU를 수신하면 우선 포함된 NCoA가 해당 네트워크에서 사용 중인 주소와 중복되지 않은지를 확인한다. 이와 같은 유일성 검사 이후 주소가 중복되지 않으면 NACR(30)은 FNA에 포함된 FBU를 PACR에게 전송하 고(S115), FBAck가 도착하면 PCoA-NCoA간의 터널을 생성하여 터널링 된 패킷을 최종적으로 단말(10)로 전달한다(S117). 이때, FBAck의 목적지는 NCoA이므로 터널링되는 패킷들과 함께 단말(10)로 전달된다. 만일 NCoA가 이미 사용 중이면, NACR(30)은 단말로 확인 불가(NACK) 메시지를 포함한 프록시 라우터 광고(Proxy Router Advertisement: PrRtAdv) 메시지를 단말로 전송하고 FBU 메시지를 폐기한다(S119).

도 2는 일반적인 와이브로 망에서의 링크 계층 핸드오버 절차를 나타낸 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 와이브로 망에서의 핸드오버는 개념적으로 인접 망 탐색 및 정보 획득, 핸드오버 준비, 그리고 핸드오버 실행 단계로 구성된다.

(1) 인접 네트워크 탐색 및 정보 획득 단계

와이브로 망에서의 핸드오버 절차는 무선랜에서의 망진입 및 핸드오버 절차와 비교해 볼 때, 파라미터의 정교한 조정과 절차상의 유연성을 지원하기 위하여 더욱 복잡한 과정으로 구성된다. 와이브로 단말(10)은 해당 망에서 자신이 속한 기지국으로부터 주기적으로 광고되는 이웃 광고 메시지 (Neighbor Advertisement: MOB_NBR-ADV)를 수신한다(S201). MOB_NBR-ADV는 서빙 기지국(21) 및 인접 기지국들에 대한 망 속성들을 포함한다. 따라서 단말(10)이 이 메시지를 수신하면 인접 기지국들의 ID, QoS 파라미티, 채널 정보 등을 획득하여 추후에 보다 신속한 핸드오버를 수행하기 위하여 이 정보를 이용할 수 있다.

망 정보를 취득하는 또 다른 방법은 단말(10)에 의해 수행되는 스캐닝 절차 를 이용하는 방안이 있으며, 이는 인접 기지국들로부터 수신되는 하향링크의 신호품질을 측정하는 절차를 일컫는다(S202, S203, S204). 단말(10)은 MOB_NBR-ADV를 통해 인접 기지국들의 ID 목록을 획득하고 스캐닝을 통해 취득한 실시간 링크 정보를 바탕으로 적절한 기지국을 선택하여 핸드오버를 수행할 후보 기지국 리스트를 관리할 수 있다.

또한, 핸드오버 지연 시간을 줄이기 위해 스캐닝 과정에서 인접 기지국과 레인징을 포함한 연계(association) 과정을 수행할 수 있다. 레인징은 단말(10)이 새로운 망으로 진입하는 과정 중 가장 초기에 수행하는 절차로써 이 과정을 통해 목적 기지국(31)에서 사용하는 주파수를 포함한 채널의 물리적 특성, 시간 및 전력제어에 관련된 기본적인 정보들을 획득함으로써 핸드오버 절차를 가속화 시킬 수 있다.

(2) 핸드오버 준비 단계

단말(10)이 이미 획득한 인접 기지국들의 신호의 세기 및 QoS 파라미터 등을 비교하여 최적의 목적 기지국(31)을 결정한다. 단말은 서빙 기지국(21)으로부터 제공되는 서비스 품질과 신호 세기 등을 비교하여 핸드오버가 가능한 기지국들의 리스트를 단말의 핸드오버 요청 메시지 (MOB_MSHO-REQ)에 실어 기지국으로 전송하고(S205), 서빙 기지국(21)은 상기 기지국 리스트를 참조하여 얻은 후보 기지국 리스트를 기지국 핸드오버 응답 메시지 (MOB_BSHO-RSP)에 포함하여 회신한다(S206). 이때 서빙 기지국(21)은 백본 망을 통해 후보 기지국들에게 핸드오버를 통지하여 단말의 세션 및 설정 정보를 미리 전송함으로써 추후 핸드오버 수행 시간을 단축시 킬 수 있다. 한편, 본 단계에서는 서빙 기지국(21)이 먼저 기지국 핸드오버 요청 메시지 (MOB_BSHO-REQ)를 단말(10)로 전송함으로써 핸드오버 과정을 개시할 수 도 있다(S207).

(3) 핸드오버 실행 단계

단말이 목적 기지국을 결정하고 이동할 준비가 되었다면 PRAS로 MOB_HO-IND를 전송한 시점부터는 PRAS를 통해 더 이상의 패킷을 송수신할 수 없다(S208). 이동 이후 단말(10)은 네트워크 진입 과정을 수행한다(S209). 단말(10)은 먼저 레인징을 수행하여 NRAS와 링크 동기를 맞추고 레인징이 성공적으로 완료되면 NRAS와 수행 능력 조정(capability negotiation)에 들어간다. 이후, 단말(10)은 인증과정(authentication)을 거쳐 최종적으로 NRAS에 등록(registration) 한다. 이때, 만약 NRAS가 백본망을 통해 수행 능력 및 인증에 관한 단말의 정보를 미리 수신하였다면, 단말(10)은 해당 과정을 생략하여 핸드오버 과정을 단축할 수 있다. 등록 과정이 완료되어 네트워크 진입 과정이 성공적으로 완료되면 이 시점부터 NRAS는 단말에게 서비스를 개시할 수 있다(S210).

만약 단말(10)이 네트워크 서브넷이 틀린 곳으로 이동한다면 유효한 NCoA를 다시 획득하고 이를 활용한 IP 접속 재확립 과정이 추가적으로 뒤따라야 한다. 또한 NCoA를 이용하여 이전 네트워크에서 수행하던 세션을 재개하기 위해 단말은 MIPv6와 같은 IP 핸드오버 프로시저를 별도로 수행해야 한다.

단말도 3a 및 3b는 본 발명의 실시예에 따른 FMIPv6가 탑재될 때 고려될 수 있는 와이브로 망 구조를 나타낸 도면이다.

도 3a를 참조하면, 망은 ACR로 대표되는 2개의 서브넷으로 분할되어 있으며, 하나의 ACR은 복수의 RAS를 관리한다. 이 경우에서는 모든 RAS간의 이동이 항상 IPv6 이동성 관리를 필요로 하지 않는다. 임의의 ACR내의 RAS간 이동시에는 동일한 서브넷 내에서의 이동이 되기 때문에 IPv6 이동성 관리 없이 와이브로 표준에 따른 핸드오버만을 이용하여 통신을 지속할 수 있다. 그러나, 도 2a에서 RAS5에서 RAS6으로 이동하는 경우처럼 새로운 서브넷으로 이동하는 경우에는 세션 유지를 위해 IPv6 이동성 관리 및 핸드오버가 지원되어야 한다.

도 3b을 참조하면, 망은 하나의 ACR과 하나의 RAS가 일대일로 매핑되는 경우로 물리적으로 RAS는 ACR과 통합되어 하나의 네트워크 장비로 구현될 수 있다. 이와 같은 환경에서 단말의 임의 이동은 항상 새로운 ACR로의 이동을 의미하므로 MIPv6와 같은 이동성 지원 프로토콜이 지원되어야만 기존의 세션 유지가 가능하다.　이에 따라, FMIPv6을 바탕으로 본 발명에서 제안하는 방안은 단말이 새로운 서브넷으로 이동할 경우, 즉 도 3a에서 새로운 ACR로 이동하는 것으로 한정된 경우 및 도 3b에서 모든 이동에 적용될 수 있다.

본 발명에서는 핸드오버 지연시간을 최소화하기 위한 링크 계층 및 IP 계층 간의 밀접한 연동작용 및 FMIPv6를 기반으로 하는 최적화된 핸드오버 절차를 다음과 같이 예측 모드(predictive mode)와 반응 모드(reactive mode) 각각의 경우로 나누어 설명한다.

앞서 설명한 도 2에서 인접 네트워크 탐색 및 정보 획득 방법을 이용하여 일 단 목적 RAS 후보가 결정되면 이동 단말은 목적 RAS와 연동된 ACR정보를 획득해야 한다. 이때 단말은 FMIPv6에서 제안된 3계층 메시지인 RtSolPr 및 PrRtAdv 메시지 교환을 통해 목적 RAS와 연결된 ACR정보를 알 수 있다. 2계층에서 새로운 RAS가 감지되는 즉시 이를 3계층에 알림으로써 연관된 ACR의 정보를 가능한 신속히 얻기 위해, 본 발명에서는 단말 내 내부 프리미티브로서 다음과 같이 New_RAS_Found 를 정의한다.

New_RAS_Found (New RAS IDs)

송신자: 단말내 2계층

수신자: 단말내 3계층

송신시: 새로운 목적 RAS 후보를 발견

수신시 조치: RtSolPr 메시지를 PACR으로 송신

새로운 RAS들의 ID가 포함된 New_RAS_Found 메시지를 수신하면 단말 내의 3계층은 RtSolPr 메시지에 그러한 ID를 포함시켜 신속히 PACR로 전송한다. 한편 PACR이 RtSolPr 메시지를 수신하면, [BSID, ACR-Info]의 목록을 포함한 PrRtAdv 메시지로 회신한다. ACR-Info는 NACR의 IP 및 MAC 주소와 NACR이 관리하는 프리픽스(Prefix)가 포함된다.

인접 RAS들의 정보 수집 및 후보 RAS 선정과 이와 연관된 NACR의 정보 취득 과정은 와이브로의 핸드오버의 절차 중 특정 타이밍에 실행될 필요는 없으며 이동 단말은 유휴시간과 같이 자신이 편리한 시간에 수행할 수 있다.

<핸드오버 제안방안>

다음은 3 계층의 FMIPv6 및 2 계층의 와이브로 표준 사이의 밀접한 연동을 통하여 최적화된 핸드오버 방안을 자세히 기술한다. 제안하는 핸드오버 절차는 크게 (1) 이동 준비 단계, (2) 이동 실행 단계, (3) 와이브로망 진입 단계, (4) 이동 완료 단계로 구분된다.

(1) 이동 준비 단계

단말이 최종적으로 목적 RAS와 핸드오버를 결정하여 MOB_MSHO-REQ를 송신하거나 또는 RAS로부터 MOB_MSHO-RSP를 수신하게 되면 2계층에서 와이브로 핸드오버 절차가 개시된다. 핸드오버 시간을 최소화하기 위해서 단말의 2계층은 MOB_BSHO-RSP/MOB_BSHO-REQ를 수신한 후, 지연 없이 PACR로 FBU를 전송해야 한다.

그러나 2계층의 와이브로 핸드오버 과정과 3계층의 고속 핸드오버 메커니즘은 기존에는 독립적으로 동작하므로 MOB_BSHO-RSP/MOB_BSHO-REQ 수신 전에 FBU가 전송되거나, MOB_BSHO-RSP 또는 MOB_BSHO-REQ이 수신되었더라도 3계층인 FMIPv6가 이 사실을 인지하지 못하여 FBU의 전송을 지연함으로써 전체적으로 핸드오버 수행이 지연되는 결과를 초래할 수 있다. 그러므로, 2계층에서의 MOB_BSHO-RSP/MOB_BSHO-REQ 수신을 3계층에 통보하기 위한 다음과 같은 프리미티브가 새로이 필요하다.

Link_Going_Down

송신자: 단말내 2계층

수신자: 단말내 3계층

송신시: MOB_BSHO-RSP 또는　MOB_BSHO-REQ 메시지 수신

수신시 조치: FBU 메시지를 PACR로 송신

PACR은 단말로부터 FBU를 수신하면 NACR과 HI 및 HAck 메시지 교환을 통해 PCoA-NCoA 간의 터널을 생성하고 FBAck 메시지를 단말로 전송한 이후 곧바로 데이터 패킷을 NCoA로 터널링 한다. HAck 메시지에는 이동할 네트워크에서 사용할 주소인 NCoA 유일성에 대한 여부가 포함된다.

와이브로 표준에 따르면 단말이 PRAS에 MOB_HO-IND메시지를 전송하고 PRAS가 이를 수신하면, RAS에서 해당 단말에 대한 자원 유지 타이머가 만료되지 않더라도, 단말과 RAS간의 통신은 더 이상 허락되지 않는다. 그러므로 단말이 예측 모드로 동작하기 위해서는, MOB_HO-IND를 보내기 전에 PACR와 FBU 및 FBAck 메시지 교환이 성공적으로 이루어져야 한다.

(2) 이동 실행 단계

단말이 핸드오버 실행 전에 FBAck 메시지를 성공적으로 수신하고 그 메시지를 통해 NCoA에 대한 유일성을 회신 받았다면, 단말은 빠르게 2계층 핸드오버를 수행해야 한다. 특히, PACR은 이 때 이미 패킷을 NCoA로 터널링을 하고 있으므로 가능한 신속하게 단말이 핸드오버를 수행해야 한다. 이러한 2계층 핸드오버는 MOB_HO-IND 메시지를 단말이 PRAS에게 송신함으로써 개시된다. 본 논문에서는 FBAck 메시지 수신 후 즉시 MOB_HO-IND 메시지를 보내고 신속한 핸드오버를 수행하기 위해 다음과 같은 프리미티브를 정의한다.

Link_Switch

송신자: 단말내 3계층

수신자: 단말내 2계층

송신시: FBAck 메시지 수신

수신시 조치: MOB_HO-IND 메시지를 PRAS에게 보내고 이동을 수행함

상기 프리미티브는 3계층에서 2계층으로 내보내는 일종의 명령(command)과 같은 것으로서 단말의 3계층이 FBAck 메시지를 수신 이후에 MOB_HO-IND를 전송하도록 하는 기능도 포함한다. 즉, FMIPv6가 가능한 예측 모드로 동작하도록 유도하기 위하여 단말의 2계층은 정의된 Link_Switch 명령을 수신할 때까지 MOB_HO-IND 송신을 지연해야 한다.

MOB_HO-IND 송신 전에 FBAck를 받지 못하더라도 단말이 매우 빠른 속도로 이동하거나 해당 RAS로부터의 하향링크 신호 품질이 급속도로 나빠진다면 단말은 신속하게 MOB_HO-IND 송신할 수 밖에 없다. 이런 경우에는 FMIPv6은 반응 모드로 동작한다. 즉, Link_Switch는 단말이 3계층에서 이동 준비가 완료되는 즉시 신속히 이동을 개시하거나, 3계층의 이동 준비가 완료될 때까지 2계층에서의 이동 개시를 보류하기 위해 사용함으로써 핸드오버의 지연 시간을 단축하고 가능한 예측 모드로 동작할 확률을 높이는 효과가 있다.

그러나 해당 RAS로터의 신호품질이 급격히 저하되어 서비스의 단절이 예상되면, 단말은 3계층의 이동 준비가 완료되지 않더라도 NRAS로의 이동을 개시해야 한다. 이 경우, Link_Switch 메시지는 활용되지 않으며 단말은 핸드오버 이후 반응 모드로 동작하게 된다.

(3) 신규 네트워크 진입 단계

단말이 새로운 네트워크로 이동을 한다면 NRAS와 동기를 맞추고 네트워크 진입 절차(network entry)를 수행한다. 이 단계에서 단말은 NRAS와 RNG-REQ/RSP, SBC-REQ/RSP, PKM-REQ/RSP, REG-REQ/RSP 메시지를 교환한다. 핸드오버 전 또는 핸드오버 동안 NRAS가 PRAS로부터 단말의 세션이나 설정에 관한 정보를 이미 수신하였다면 해당 정보를 위한 메시지 교환은 생략될 수 있다. 네트워크 진입 절차의 완료와 함께 2계층에서의 핸드오버 과정은 완료된다.

2계층에서 핸드오버 과정이 완료되는 즉시 다음과 같은 프리미티브를 3계층으로 송신한다.

Link_Up

송신자: 단말내 2계층

수신자: 단말내 3계층

송신시: 네트워크 진입 절차 완료

수신시 조치: FNA 메시지를 NACR로 송신

단말은 Link_Up을 통하여 3계층에게 2계층 핸드오버가 모두 완료되어 링크를 통한 패킷 송수신이 가능함을 통보하고 3계층은 이를 수신하는 대로 바로 NACR에　 FNA 메시지를 전송한다. 이때 반응 모드의 경우에는 FNA 메시지 내에 FBU를 포함해야 한다.

(4) 핸드오버 완료 단계

NACR이 단말로부터 FNA를 수신하면 예측 모드인 경우 NACR은 핸드오버 동안 자신이 버퍼링하던 터널링 패킷들을 단말에게 전송한다. 반응 모드일 경우, NACR은 수신된 FNA 메시지에 포함된 FBU 메시지를 추출하여 PACR로 전송하여 PCoA-NCoA간의 터널을 설립한 후, 터널을 통해 전달받은 패킷을 최종적으로 단말로 전달한다. 반응 모드에서 NACR은 FBU에 들어 있는 NCoA에 대한 유일성 검사를 수행해야 한다.

<핸드오버 시나리오>

본 절에서는 예측 모드와 반응 모드의 경우에 있어서 앞서 제안된 핸드오버 절차에 따라 단말이 핸드오버를 수행하는 시나리오를 보여준다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 예측 모드에서 단말이 핸드오버를 수행하는 시나리오를 나타낸 흐름도이다.

PRAS(21)는 MOB_NBR-ADV를 주기적으로 브로드캐스트한다(S401). 단말의 2계층(12)이 이 메시지에서 인접한 새로운 RAS들을 발견하면 New_RAS_Found를 3계층으로 송신한다(S10). 이전에 단말은 보다 자세한 링크 정보를 얻기 위해 스캐닝을 수행할 수 있다(S402). 단말의 3계층(13)이 New_RAS_Found 메시지를 수신하면, PACR(22)과 RtSolPr 및 PrRtAdv 메시지를 교환하여 새로 발견된 RAS와 연결된 ACR 정보를 취득한다(S403, S404).

단말이 핸드오버를 결정하였다면 PRAS와 MOB_MSHO-REQ 및　 MOB_BSHO-RSP을 교환하고 목적 RAS, 즉 NRAS를 선정한다(S405, S406). 또는 서빙 PRAS(21)가 단말로 MOB_BSHO-REQ를 송신함으로써 핸드오버를 시작할 수 있다(S407). 단말이 PRAS로부터 MOB_MSHO-REQ에 대한 MOB_BSHO-RSP 또는 MOB_BSHO-REQ를 수신하면(S406 또는 S407), 단말의 2계층(12)은 Link_Going_Down을 발생하여 3계층(13)으로 알린다(S20). 단말의 3계층(13)은 Link_Going_Down 수신 즉시 PACR(22)과 FBU 및 FBAck 을 교환한다(S408, S411). PACR(22)은 FBAck를 보내기 전에 NACR(32)과 HI 및 HAck 메시지를 교환하여 터널을 설립한다(S409, S410). NACR(32)은 HAck 메시지를 통해 NCoA의 유일성 여부를 통지한다. 이 순간에 패킷은 NCoA로 터널링된다.

S411에서 FBAck을 수신한 단말은 Link_Switch를 이용하여 2계층으로 하여금 MOB_HO-IND를 전송하도록 한다(S30, S412).

단말은 와이브로 표준에 따른 네트워크 진입 절차를 수행한다(S413). 네트워크 진입 절차가 완료되면 단말의 2계층은 Link_Up을 발생시켜 3계층에 알리고(S40) 3계층은 NACR(32)로 즉시 FNA를 전송한다(S414). NACR(32)이 단말로부터 FNA를 수신하면, 해당 단말을 위해 버퍼링하고 있던 터널링 패킷들의 전송을 시작한다(S415).

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 반응 모드에서 단말이 핸드오버를 수행하는 시나리오를 나타낸 흐름도이다.

PRAS(21)는 MOB_NBR-ADV를 주기적으로 브로드캐스트한다(S501). 단말의 2계층(12)이 이 메시지에서 인접한 새로운 RAS들을 발견하면 New_RAS_Found를 3계층으로 송신한다(S10). 이전에 단말은 보다 자세한 링크 정보를 얻기 위해 스캐닝을 수행할 수 있다(S502). 단말의 3계층(13)이 New_RAS_Found 메시지를 수신하면, PACR(22)과 RtSolPr 및 PrRtAdv 메시지를 교환하여 새로 발견된 RAS와 연결된 ACR 정보를 취득한다(S503, S504).

단말이 핸드오버를 결정하였다면 PRAS와 MOB_MSHO-REQ 및　 MOB_BSHO-RSP을 교환하고 목적 RAS, 즉 NRAS를 선정한다(S505, S506). 또는 서빙 PRAS(21)가 단말 로 MOB_BSHO-REQ를 송신함으로써 핸드오버를 시작할 수 있다(S507). 단말이 PRAS로부터 MOB_MSHO-REQ에 대한 MOB_BSHO-RSP 또는 MOB_BSHO-REQ를 수신하면(S506 또는 S507), 단말의 2계층(12)은 Link_Going_Down을 발생하여 3계층(13)으로 알린다(S20). 단말의 3계층(13)은 Link_Going_Down 수신 즉시 PACR(22)로 FBU 메시지를 전송한다. 이러한 전송을 할 수 없거나 전송을 하더라도 FBU에 대한 응답으로 FBAck 수신에 실패하면 반응 모드로 동작한다(S509).

단말은 와이브로 표준에 따른 네트워크 진입 절차를 수행한다(S510). 네트워크 진입 절차가 완료되면 단말의 2계층(12)은 Link_Up을 발생시켜 3계층(13)으로 알리고 3계층(13)은 NACR(32)로 즉시 FNA를 전송한다(S511). 이때 단말은 반응 모드로 동작하므로 FNA 메시지에 FBU 메시지를 포함한다.

NACR(32)이 FNA 메시지를 수신하면, 포함된 NCoA의 유일성을 점검하고, 주소가 유일하다면 PACR과 FBU 및 FBAck 메시지를 교환하여 터널을 만들고 터널링된 패킷을 최종적으로 단말에게 전달한다(S512, S513, S514). 만일 NCoA가 이미 사용 중이면, NACR은 단말에게 확인 불가(NACK) 메시지를 포함한 프록시 라우터 광고(Proxy Router Advertisement: PrRtAdv) 메시지를 단말로 전송하고, FBU 메시지는 폐기한다(S515).

상기한 바와 같이 동작하는 본 발명의 성능분석을 위해 패킷수준 트래픽 모델, 시스템 모델 및 단말의 이동성 모델을 정의한다. 이러한 모델을 이용하여 이하에서는 FMIPv6의 성능을 분석한다. 이때 중요한 분석 기준은 한번 이동하는데 요구되는 L2/L3 핸드오버 지연시간이다.

<시스템 및 이동성 모델>

도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 3계층 서브넷 구조를 나타낸 도면이다. 또한, 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 단말의 이동 패턴 및 확률을 나타낸 도면이다.

도 6a 및 6b를 참조하면, 일반적으로, 하나의 서브넷은 하나 이상의 RAS영역으로 구성된다. 편의상 모든 RAS영역은 같은 모양과 같은 크기를 가지는 메쉬형 사각형 구조를 갖는다고 가정한다. 또한 단말은 2차원 랜덤워크 모델(Random Walk Model)을 따라 이동한다고 가정한다. 본 발명에서는 RAS 및 ACR 밑에 산재한 단말들의 밀도는 고려하지 않고 단지 하나의 단말에 대한 시그널링 비용 및 핸드오버 시간을 비교한다.

임의의 서브넷이

RAS영역들로 구성된다면 이 서브넷을

서브넷이라 부른다. 도 6a는

서브넷 구조를 나타낸다. 각 서브넷은 중심부로부터 링을 그리며

,

.... 등으로 명기하고

RAS영역을 둘러싸고 있는 RAS영역을

RAS영역이라고 한다.

서브넷은

RAS영역부터

RAS영역까지 구성된다.

단말이 어느 기간 동안 하나의 RAS영역에 머물다가 도 6b처럼 이웃한 4개중 하나의 RAS영역으로 동일한 확률 (즉, 1/4)로 이동한다고 가정한다면, 하나의 서브넷 내의 모든 RAS영역들은 몇 가지의 RAS영역

그룹으로 나눌 수 있다. RAS영역 그룹은 형태로 구분된다. 이때 x는 RAS영역이

내에 있음을 나타내고, y는

내에서 y+1번째 그룹임을 나타낸다. 동일한 유형의 RAS영역은 동일한 이동 패턴을 보인다. 도 6a는

서브넷에 대한 RAS영역의 유형들을 표시하고 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 램덤워크 모델에 의한 단말의 이동 형태에 대한 상태 전이도이다.

도 7을 참조하면, 랜덤워크 모델에서 상태

는 임의의 단말이

그룹의 RAS영역 중 하나에 위치하고 있음을 나타낸다.

인

에 대해서, 흡수(absorbing) 상태

는 단말이 상태에서부터 해당 서브넷 밖으로 나간 상태를 의미한다. 한편 이와 같은 랜덤워크 상태 전이도에 대한 전이행렬(Transition Matrix)은

으로서 다음 <수학식 1>과 같이 표현된다.

상기

행렬을 이용하여 Chapman-Kolmogorov 등식을 이용하여 행렬

를 구할 수 있다.

에 대해서,

의 임의의 구성 원소

는 상태

에서 상태

로 정확히

단계 만에 이동할 확률을 의미한다.

두 행렬

와

를 이용하여 마지막으로

를 다음 <수학식 2>와 같이 정의할 수 있다.

상기 <수학식 2>로부터

는 초기에

그룹의 RAS중 하나에 위치하던 단말이

번째 단계에서

그룹의 RAS로 이동했다가 마지막 번째 단계에서 해당 서브넷을 벗어날 확률을 의미한다.

또한,　

인

에 대해서

를 단말이

유형의 RAS영역을 통해서 서브넷으로 들어올 확률이라고 정의한다. 이와 비슷하게

를

유형의 RAS영역을 통해서 서브넷을 나갈 확률이라고 정의한다. 이 때,

이고

인 n과 j에 대하여 다음과 같은 식이 성립한다.

상기 <수학식 3>에서 오른쪽의 세부 식들이 의미하는 것은 단말이 초기에

RAS 영역에 위치하다가 k번째 이동 이후

RAS 영역에서 현재 위치하는 서브넷을 빠져나가는 확률의 곱을 표현하고 있다. 도 6a와 본 발명의 실시예에 따른 RAS 영역 및 서브넷 영역과 단말의 이동패턴을 나타낸 도 8로부터 다음 <수학식 4>을 알 수 있다.

상기 수학식들로부터

에 대한 선형 시스템(linear system) 및 해를 얻을 수 있다.

서브넷에 대해서는

및

을 얻을 수 있다. 또한,

서브넷에 대해서

이고,

일 때

임을 얻을 수 있다. 또한

서브넷의 경우

이고

에 대해서

임을 알 수 있다. 마지막으로

서브넷의 경우

이고

에 대하여

을 구할 수 있다. 이러한 확률은 동일한 방법에 의해서 임의의 계층까지 확장될 수 있다. 상기 해를 구할 때에 무한대까지의 합을 위하여 500개의 항을 더하였으며 이 때 오차는

이하이다.

마지막으로, 단말이 임의의 서브넷을 들어가서 나올 때까지 M개의 RAS영역을 이동한다고 가정할 때, n = 1이면

이고

일 때

은 다음 <수학식 5>와 같다.

<성능 평가 결과>

본 발명에서 평가 대상이 되는 FMIPv6 핸드오버 지연시간에 대한 정의는 이전 RAS영역에서 받은 마지막 패킷의 시각과 새로운 RAS영역에서 받은 첫 번째 (터 널링) 패킷의 시각 차이로 정한다. 한편, IEEE 802.16e에서 기술된 2계층의 핸드오버 지연시간의 정의는 이전 RAS영역에서 단말이 MOB_HO-IND를 전송하는 시각과 새로운 RAS영역에서 네트워크 진입 과정을 완료하고 3계층으로 Link_Up 트리거를 전송하는 시각 차이로 정한다.

이와 같은 정의와 함께 FMIPv6의 핸드오버 지연시간을 정확하게 구하기 위하여 다음과 같은 파라미터를 정의한다.

: PACR로부터 FBAk과 마지막 패킷을 받은 후 MOB_HO-IND 메시지를 내보내는 시간

: Layer 1/2 핸드오버 지연시간

: Link_Up 트리거를 받고 FNA를 내보내는 시간

: 단말부터 NACR까지 (또는 NACR에서 단말까지) 패킷 전달 시간

: NACR에서 수행하는 NCoA에 대한 유일성 테스트 지연 시간

: NACR에서 PACR까지 (또는 PACR에서 NACR까지) 패킷 도달 시간

: PACR에서 FBU를 받고 데이터 패킷 터널링을 시작할 때까지의 시간

도 9는 본 발명의 실시예에 따라 예측 모드로 동작하는 FMIPv6 over IEEE 802.16 성능 평가를 나타낸 도면이다. 본 발명을 간단 명료하게 표현하기 위하여, 핸드오버에 관련된 모든 시그널링 및 데이터는 그 근원지와 목적지가 같다면 시그널링 메시지와 데이터의 크기에 관계없이 같은 지연 시간이 걸린다고 가정한다.

도 9를 참조하면, FMIPv6의 예측 모드가 사용될 때 ACR간 이동 시 핸드오버 지연시간은 다음 <수학식 6>과 같다.

핸드 오버 지연시간 =

또한 ACR간 이동 없이 단지 RAS간의 이동도 함께 고려하여, FMIPv6의 예측 모드가 사용될 때 단말의 임의 이동시에 요구되는 평균 핸드오버 지연 시간

은 다음과 같다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따라 반응 모드로 동작하는 FMIPv6 over IEEE 802.16 성능 평가를 나타낸 도면이다.

도 10을 참조하면, 한편, FMIPv6의 반응 모드가 사용될 때 ACR간 이동 시 핸드오버 지연시간은 다음 <수학식 8>과 같다.

또한 ACR간 이동 없이 단지 RAS간의 이동도 함께 고려하여, FMIPv6의 Reactive 모드가 사용될 때 단말의 임의 이동시에 요구되는 평균 핸드오버 지연시간

은 다음과 같다.

성능분석을 위하여 사용될 각 파라미터에 대한 기본 값 리스트는 <표 1> 과 같다. 이 값들은 가정에 의한 값이며 무선 환경, 네트워크 구조, 단말과 RAS, ACR 내부의 프로토콜 구현 방법 등에 의하여 다양하게 바뀔 수 있다.

파라미터	값

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 파라미터 값들을 이용하여 FMIPv6의 예측 모드와 반응 모드의 평균 핸드오버 지연시간을 나타낸 그래프이다.

도 11을 참조하면, 우선 서브넷의 크기가 클수록, 즉 한 서브넷 내에 RAS 의 개수가 많을 수록 단말의 평균 핸드오버 지연 시간은 줄어듦을 알 수 있다. 이러한 결과의 원인은 네트워크 레벨의 L3 핸드오버가 발생하는 경우가 줄어들기 때문이다. 한편, 모든 RAS가 하나의 서브넷으로 구성될 때, 즉 n=1일 때는 반응 모드와 예측 모드의 핸드오버 지연시간이 계층 1/2 평균 핸드오버 지연시간 (30ms)에 비해 각각 2배와 1.5배 정도 늘어남을 알 수 있다. 마지막으로, 서브넷의 크기가 커질 수록 예측 모드와 반응 모드의 성능 차이가 줄어드는 것도 알 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 파라미터 중 단말 및 ACR 내부 프로세싱(Processing) 지연 시간이 전체 핸드오버 지연시간에 미치는 영향에 대한 분석 결과를 나타낸 그래프이다.

도 12를 참조하면, 이 분석에서는 예측 모드 핸드오버 지연시간을 반응 모드 핸드오버 지연시간으로 나눈 비율 값,

을 메트릭(metric)으로 정하였다. 그러므로, 이 비율 값이 작으면 작을수록 예측 모드가 반응 모드보다 성능면에서 더 좋다는 것을 알 수 있다.

도 10에서 이미 알 수 있었듯이 서브넷 크기가 커질 수록 예측 모드의 성능은 반응 모드 보다 그다지 크지 않음을 알 수 있다. 즉, 예측 모드의 효과를 극대화 하기 위해서는 가급적 서브넷 크기를 줄일 필요가 있다.

한편, 단말 및 ACR이 가급적 빨리 내부 프로세싱을 끝내야지 예측 모드의 성능이 높아짐도 알 수 있다. 이러한 결과로부터 예측 모드의 성능이 내부 프로세싱 지연 시간에 민감하다는 사실을 알 수 있다.

도 13은 파라미터

값의 변화 분석 결과를 나타낸 그래프이다.

도 5에서 보여준 분석과 비슷하게

값이 작을수록 예측 모드가 반응 모드보다 더 성능이 좋아짐을 알 수 있다. 즉, 예측 모드의 성능이 단말부터 NACR까지(또는 NACR부터 단말까지) 패킷 전달 시간에 대해서도 민감하다는 사실을 알 수 있다. 또한, 도 5로부터 서브넷의 크기가 상당히 커서 1/2계층 핸드오버가 상대적으로 3계층 핸드오버보다 매우 많이 발생되는 환경에서는 예측 모드나 반응 모드간의 성능 차이는 거의 발생하지 않음을 알 수 있다.

한편, 파라미터

즉 NACR에서 수행하는 NCoA에 대한 유일성 테스트 지연 시간에 대하여

값의 변화 분석 결과는 다음 도 14에 도식화되어 있다.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 파라미터

값의 변화 분석 결과를 나타낸 그래프이다.

도 14를 참조하면,

는 예측 모드와 반응 모드 성능에 상당히 큰 영향을 준다. 그 이유는 NACR에서 수행하는 NCoA에 대한 유일성 테스트 지연 시간은 반응 모드인 경우 핸드오버 지연 시간을 이루는 요소가 되지만 예측 모드일 경우는 그렇지 않기 때문이다. 그래서,

값이 클 수록 예측 모드의 성능이 반응 모드보다 월등히 앞서는 것을 알 수 있다. 또한

,

과 같은 파라미터에 대한 영향과는 달리

값은 서브넷 크기에 관계없이 일정한 영향을

값에 준다는 점도 특이할 만하다.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 파라미터

값의 변화 분석 결과를 나타낸 그래프이다.

도 15를 참조하면,

에 대한 변화 분석 결과와 비슷하게

값도 서브넷 크기에 관계없이 일정한 영향을

값에 준다는 점을 알 수 있다. 한편,

은 반응 모드의 핸드오버 지연시간의 요소가 되지만 예측 모드에서는 그렇지 않기 때문에

의 값이 클수록 예측 모드의 성능은 반응 모드 보다 좋아진다.

이상과 같은 본 발명을 정리하면 다음과 같다. 와이브로는 기존 고정 사용자를 지원하는 것 외에 이동 사용자까지 지원하기 위한 핸드오버 기술을 가장 핵심 기능으로 표방하고 있다. 그러므로 단일 ACR(단일 서브넷) 하에 두 RAS간 이동에 관한 표준 스펙이 이미 잘 정의되어 있다. 하지만 IPv6 서비스를 와이브로 망에서 실현할 때 고려해야 할 두 ACR(다른 서브넷) 사이의 IP 핸드오버 기술에 대한 구체적인 언급은 아직 어느 표준에서도 찾아보기 힘들다.

본 발명은 IETF에서 최근에 RFC로 제정한 IPv6 핸드오버 기술인 FMIPv6을 와이브로 망에 적용할 때 고려해야 할 네트워크 탐색, 이동 준비, 이동 실행, 네트워크 진입, 이동 완료 등과 관련된 구체적 기술을 설명하고 있다. 특히, 본 발명은 <표 2>에서와 같이 핸드오버 수행 단계마다 필요한 2계층과 3계층 사이의 상호 연동을 위한 프리미티브들을 제안한다.

또한, 이러한 프리미티브들을 활용하여 FMIPv6 핸드오버 절차와 와이브로 핸드오버 절차가 어떻게 섞여서 동작해야 하는지를 예측 모드(predictive mode)와 반응 모드(reactive mode)로 나누어 제안하고 구체적 시나리오를 제시한다.

마지막으로, 성능평가에서는 전체 핸드오버 과정을 시간축으로 다시 전개하면서 지연 시간 파라미터들을 도출하고 각각의 도출된 파라미터 마다 적절한 값을 가정하면서 와이브로 망에서 FMIPv6의 핸드오버 지연 시간을 분석하였다. 파라미터 값에 따라 크게 변동은 있겠지만 분석 결과로서 적절한 파라미터 값 하에 FMIPv6을 활용할 때에 2계층과 3계층 통합 핸드오버 지연시간이 예측 모드인 경우 30∼45ms, 반응 모드인 경우 35∼60ms 정도로 분포됨을 알 수 있었다. 또한, 예측 모드가 반응 모드보다 여러 가지 파라미터 값들에 따라 대체로 5∼30% 정도 핸드오버 지연 시간을 줄일 수 있음을 확인하였다.

프리미티브	전송방향	설명
New_RAS_Found	L2->L3	2계층에서 새로운 RAS가 발견되었으므로 RAS와 연결된 ACR의 정보를 획득해야할 필요가 있음을 3계층에 통보함
Link_Going_Down	L2->L3	링크에서 감지되는 신호의 세기가 점차 약화되어 핸드오버가 임박하다고 판단되므로 3계층에게 핸드오버 프로시저를 준비해야 함을 통보함
Link_Switch	L3->L2	3계층의 핸드오버 준비가 완료되었으므로 2계층에 실질적인 핸드오버 수행을 지시함
Link_Up	L2->L3	핸드오버 후, 새로운 링크에서 네트워크 진입과정 완료 후, 링크가 사용 가능함을 3계층에게 통보함

지금까지 본 발명에 대해서 상세히 설명하였으나, 그 과정에서 언급한 실시예는 예시적인 것일 뿐, 한정적인 것은 아님을 분명히 하며, 본 발명은 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 범위 내에서, 본 발명으로부터 균등하게 대체될 수 있는 정도의 구성요소 변경은 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 핸드오버 방법에서는 MAC 계층과 IP 계층 사이의 상호 연동을 위한 프리미티브들을 정의하고 이들 프리미티브들을 활용하여 FMIPv6 핸드오버 절차 및 와이브로 핸드오버 절차를 최적화함으로써 단말의 핸드오버 지연 시간을 최소화할 수 있다.

Claims

IEEE 802.16 표준의 MAC 계층과 IPv6의 네트워크(IP) 계층을 포함하는 단말들과 기지국들로 구성되는 이동 통신 시스템에서의 단말의 핸드오버 방법에 있어서,

서빙 기지국과 메시지 교환을 통해 인접 기지국의 IP 망 정보를 수집하는 단계;

상기 수집된 인접 기지국의 IP 망 정보를 기반으로 핸드오버 목적 기지국을 결정하는 단계;

상기 핸드오버 목적 기지국이 결정되면 서빙 기지국이 단말로 전송될 데이터를 상기 목적 기지국으로 터널링하는 단계; 및

상기 목적 기지국으로부터 상기 터널링 된 데이터를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드오버 방법.
제1항에 있어서,

상기 IP 망 정보 수집 단계는, 상기 단말의 MAC 계층에서 스캐닝을 통해 인접 기지국의 ID를 확인하는 단계;

상기 인접 기지국의 ID를 포함하는 신규 기지국 확인 프리미티브를 생성하여 IP 계층으로 전달하는 단계; 및

상기 신규 기지국 확인 프리미티브를 수신하면 IP 계층에서 IP 망 정보 수집을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드오버 방법.
제1항에 있어서,

상기 IP 망 정보 수집을 수행 단계는, IP 계층에서 프록시 광고를 위한 라우터 요청 메시지(RtSolPr)를 상기 서빙 기지국의 상위 노드로 전송하는 단계;

상기 프록시 광고를 위한 라우터 요청 메시지(RtSolPr)에 대한 응답으로 서빙 기지국의 상위노드로부터 프록시 라우터 광고 메시지(PrRtAdv)를 수신하는 단계; 및

상기 프록시 라우터 광고 메시지(PrRtAdv)로부터 IP 망 정보를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드오버 방법.
제1항에 있어서,

상기 핸드오버 목적 기지국을 결정하는 단계는, 상기 단말과 상기 서빙 기지국이 MAC 메시지 교환을 통해 목적 기지국을 선택하는 단계;

상기 핸드오버 목적 기지국이 선택되면, 목적 기지국 선택 프리미티브를 생성하여 IP 계층으로 전달하는 단계;

상기 목적 기지국 선택 프리미티브를 수신하면 IP 계층은 서빙 기지국의 상 위노드로 고속 바인딩 갱신 메시지(FBU)를 전송하는 단계;

상기 고속 바인딩 갱신 메시지를 수신하면, 상기 서빙 기지국의 상위노드에서 선택된 목적 기지국으로 핸드오버 초기화 메시지 (HI)를 전송하는 단계:

상기 핸드오버 초기화 메시지에 대한 응답으로 핸드오버 확인 메시지 (Hack)를 수신하면 상기 서빙 기지국의 상위노드로부터 상기 고속 바인딩 갱신 메시지에 대한 응답으로 고속 바인딩 확인 메시지(FBAck)를 상기 단말과 목적 기지국으로 전송하는 단계;

상기 고속 바인딩 확인 메시지를 수신하면 상기 단말의 IP 계층은 링크 전환 프리미티브를 생성하여 MAC 계층에 전달하는 단계;

상기 링크 전환 프리미티브를 수신하면 단말의 MAC 계층은 실제 핸드오버를 위한 핸드오버 지시 메시지(MOB_HO-IND)를 서빙 기지국으로 전달하는 단계; 및

상기 핸드오버 지시 메시지를 수신하면, 서빙 기지국은 상기 단말로의 서비스를 종료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드오버 방법.
제1항에 있어서,

상기 핸드오버 목적 기지국을 결정하는 단계는, 상기 단말과 상기 서빙 기지국이 MAC 메시지 교환을 통해 목적 기지국을 선택하는 단계;

상기 핸드오버 목적 기지국이 선택되면, 목적 기지국 선택 프리미티브를 생성하여 IP 계층으로 전달하는 단계;

단말의 MAC 계층은 실제 핸드오버를 위한 핸드오버 지시 메시지(MOB_HO-IND)를 서빙 기지국으로 전달하는 단계;

상기 핸드오버 지시 메시지를 수신하면, 서빙 기지국은 상기 단말로의 서비스를 종료하는 단계;

상기 목적 기지국 선택 프리미티브를 수신하면 IP 계층은 서빙 기지국의 상위노드로 고속 바인딩 갱신 메시지(FBU)를 전송하는 단계; 및

상기 고속 바인딩 확인 메시지를 수신에 실패하면 예측 모드를 반응 모드로 전환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드오버 방법.
제1항에 있어서,

상기 터널링 단계는, IEEE 802.16 망 진입 절차를 수행하여 MAC 계층 핸드오버를 완료하는 단계;

상기 MAC 계층 핸드오버가 완료되면 새로운 링크를 통해 데이터 수신이 가능함을 통보하기 위해 단말의 MAC 계층에서 링크 활성화 프리미티브(link_Up)를 생성 IP 계층으로 전달하는 단계; 및

상기 링크 활성화 프리미티브를 수신하면 상기 목적 기지국의 상위노드로 고속 이웃 광고 메시지(FNA)를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드오버 방법.
제1항에 있어서,

상기 터널링 단계는, IEEE 802.16 망 진입 절차를 수행하여 MAC 계층 핸드오버를 완료하는 단계;

상기 MAC 계층 핸드오버가 완료되면 새로운 링크를 통해 데이터 수신이 가능함을 통보하기 위해 단말의 MAC 계층에서 링크 활성화 프리미티브(link_Up)를 생성하여 상기 IP 계층으로 전달하는 단계;

상기 링크 활성화 프리미티브를 수신하면 상기 목적 기지국의 상위노드로 고속 이웃 광고 메시지(FNA)를 전송하는 단계; 및

상기 목적 기지국의 상위노드가 상기 고속 이웃 광고 메시지(FNA)를 수신하면 새로운 IP 주소(NCoA)의 유일성을 점검하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드오버 방법.
제7항에 있어서,

상기 고속 이웃 광고 메시지(FNA)는 고속 바인딩 갱신 메시지(FBU)를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드오버 방법.
제7항에 있어서,

상기 유일성을 점검 단계에서, 상기 주소가 유일하면 서빙 기지국의 상위노드과 목적 기지국의 상위노드는 고속 바인딩 갱신 메시지(FBU)과 고속 바인딩 확인 메시지(FBAck)를 교환하여 터널을 만들고 패킷을 전송하는 것을 특징으로 하는 핸드오버 방법.
제7항에 있어서,

상기 유일성 점검 단계에서, 상기 주소가 유일하지 않으면 서빙 기지국의 상위노드로부터 목적 기지국의 상위노드는 확인 불가(NACK) 메시지를 포함한 프록시 라우터 광고(Proxy Router Advertisement: PrRtAdv) 메시지를 수신하고 고속 바인딩 갱신 메시지(FBU)는 폐기되는 것을 특징으로 하는 핸드오버 방법.