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KR101352981B1 - 무선 통신 환경에서의 중계 경로 관리 방법 - Google Patents

무선 통신 환경에서의 중계 경로 관리 방법 Download PDF

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Abstract

멀티홉 릴레이 환경에서의 중계 경로 관리 방법이 개시된다. 중계국은 경로 관리를 위한 이웃 중계국들의 링크 품질을 파악하여 기지국에 보고하고, 기지국은 보고받은 링크 품질을 기초로 트리 구조의 최적 경로를 선택하여 중계국에 알려줌으로써, 무선 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.

Description

무선 통신 환경에서의 중계 경로 관리 방법{Method for managing a relay path in wireless communication environment}
본 발명은 모바일 멀티홉 릴레이 환경에서 중계 경로 관리(relay path management) 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기지국과 중계국들 사이의 트리 형태의 멀티홉 경로(multi-hop path)를 관리하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT전략기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[국가관리번호: 2006-S-011-01, 과제명: 멀티홉 WiBro용 relay/mesh 통신 시스템 개발].
모바일 멀티홉 릴레이(Mobile Multi-hop Relya:MMR) 환경은 기지국, 이동국 및 기지국과 이동국 사이에서 신호를 중계하는 중계국으로 구성된다. 모바일 멀티홉 릴레이 환경에서는 지금까지 경로 관리 및 라우팅 기법에 대하여 정의되어 있지 아니하여, 새로운 중계국의 진입이나 기존 링크의 품질 저하에 따른 경로의 재설정에 어려움이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 모바일 멀티홉 릴레이 환경에서 새로운 중계국의 진입이나 링크의 품질 저하 등이 발생하는 경우, 기지국과 중계국들 사이의 경로를 최적으로 관리하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 기지국에서의 경로 관리 방법의 일 실시예는, 무선 통신 환경에서 경로 관리를 위한 중계국의 품질 보고 방법에 있어서, 상기 중계국과 이웃한 중계국들과의 링크 품질을 파악하는 단계; 및 상기 파악된 링크 품질을 포함하는 보고 메시지를 기지국으로 전송하는 단계;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 중계국에서의 경로 관리 방법의 일 실시예는, 무선 통신 환경에서 기지국에서의 경로 관리 방법에 있어서, 중계국의 링크 품질을 수집하는 단계; 및 상기 링크 품질을 기초로 상기 기지국과 상기 중계국 사이의 경로를 선택하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 트리 기반의 기존 네트워크에 새로운 중계국이 진입하거나 종래 링크의 품질 저하 등에 의해 네트워크 토폴로지가 변경되는 경우, 트리 구조의 경로를 최적으로 변경하여 관리할 수 있다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 멀티홉 릴레이 환경에서 본 발명에 따른 경로 관리 방법 및 그 시스템에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 트리 구조의 네트워크 토폴로지의 일 예를 도시한 도면이다.
일반적으로, 무선국(Wireless Station)들 사이의 멀티홉 경로를 관리하는 방법으로 크게 중앙 집중화(centralized) 방식과 분산처리(distributed) 방식이 있다.
기지국에서 기지국과 기지국 셀 내의 중계국 사이의 멀티홉 경로를 위한 단대단(end-to-end) 라우트 품질 척도(route quality metric)의 계산은 가능하다. 링크 품질의 안정성(stability)은 멀티홉 경로 선택을 위한 척도로서 간주될 수 있다. 라우트 품질 척도는 CQI fast-feedback 채널(CQICH)을 통해 얻은 링크 측정값(link measurements)을 기초로 기지국에서 도출될 수 있다.
본 발명에 따른 기지국(Base Station)은 자신의 제어하에 있는 중계국(Relay Station)들로부터 수집한 링크품질정보(link quality information)에 의해 결정되는 경로 척도(path metric)를 기초로 기지국 자신을 루트로 하는 최적의 트리 구조를 구성하고 관리한다.
이동국(Mobile Station) 간의 트래픽은 하나 이상의 중계국들만을 경유하여 전송될 수 없으며, 반드시 기지국을 거쳐 전송되어야 하고, 자원(resources), 망 진입(network entry), 스케줄링(scheduling) 등에 사용되는 많은 제어 메시지들은 중앙집중화를 위해 기지국을 향해 또는 기지국으로 전송되어야 하므로, 본 발명은 도 1과 같은 트리 토폴로지를 구성하여 사용한다.
트리 구조의 네트워크는 새로운 중계국들의 진입에 따라 점진적으로 구성된다. 즉, 중계국이 네트워크에 새로 진입함으로써 트리가 확장된다. 새로 진입하는 중계국은 망 진입 과정을 통해 기지국과 직접 연결되거나 중계국을 경유하여 간접적으로 기지국에 연결될 수 있다. 새로 진입한 중계국은 부모 노드에 해당하는 오직 한 개의 기지국 또는 상위 중계국과 연결된다. 새로운 중계국이 기존 네트워크에 참여하는 경우, 도 2의 예와 같이 트리 업데이트(tree update)가 필요한 경우가 발생할 수 있다.
도 2는 기존 네트워크에 새로운 중계국의 진입에 따라 네트워크 토폴로지가 변경되는 일 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 기지국(200), 제1 중계국(210), 제2 중계국(220)로 구성된 기존 네트워크(도 2a)에 새로운 제3 중계국(230)이 진입하는 경우(도 2b), 트리 업데이트(tree update)가 필요하다.
제3 중계국(230)은 기존 네트워크에 진입한 후, 이웃 중계국들(예를 들어, 제1 중계국 및 제2 중계국)을 탐색하여 그들의 아이디(ID)와 링크 품질(link quality) 등의 데이터를 획득한다. 제3 중계국(230)에서 획득한 데이터는 트리 업데이트 과정에 사용되도록 기지국(200)으로 전송된다. 기지국(200)은 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘 같은 최단거리(shortest path) 알고리즘을 사용하여 최적 라우팅 트리(optimal routing tree)를 나타내는 자료 구조(data structure)를 업데이트한다. 이 트리 정보를 기초로, 기지국(200)은 모든 중계국(210,220,230)에게 그들 각각의 부모 노드 정보를 알려주고, 각 중계국들은 새롭게 인지한 부모 노드로 연결을 재설정한다(도 2c). 데이터는 자원 할당(resource allocation)에 맞추어 중계국과 기지국 사이에 구성된 트리를 따라 라우팅된다.
도 3은 기존 네트워크의 링크 품질의 변화에 따라 네트워크 토폴로지가 변경되는 일 예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 기존의 네트워크에 새로운 중계국이 진입하는 경우가 아니라 종래 중계국의 링크 품질 변화로 인해 토폴로지가 변경되는 경우이다. 구체적으로, 기존 네트워크는 기지국(300) 및 제1 중계국(310), 제2 중계국(320), 제3 중계국(330) 및 제4 중계국(340)으로 구성되어 있다(도 3a). 이 상태에서 기지국(300)과 제 중계국(340) 사이의 링크가 주변의 영향 등에 의해 링크 품질이 나빠지는 경우가 발생하면(도 3b), 기지국(300)은 이러한 링크 품질 정보를 수집하고 제4 중계국(340)와 기지국(300) 사이의 링크를 배제한 최적화 트리를 재구성한다(도 3c). 최적화 트리에 따라 제4 중계국(340)이 제2 중계국(320)을 경유하여 트리 형태로 기지국(300)과 연결된다.
도 4는 본 발명에 따른 중계 경로 관리를 위한 링크 품질 보고 방법의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1 중계국(400) 및 제2 중계국(410)은 CQICH(Channel Quality Indicator Channel)을 할당받은 후(S450,S455), 그 할당받은 CQICH를 통해 링크의 채널 정보 뿐만 아니라 아래에서 살필 보고 메시지를 기지국(420)으로 전송한다. 중앙 집중화 스케줄링(centralized scheduling)의 경우, 기지국(420)은 다운 링크 전송에 대한 CQI(Channel Quality Indicator) 보고를 위한 CQICH를 기지국 셀 내의 중계국에게 할당하고. 분산 스케줄링(distributed scheduling)의 경우, 기지국 및 각 중계국은 다운스트림 중계국에게 CQICH를 할당한다. 예를 들어, 분산 스케줄링의 경우, 제2 중계국(410)은 기지국(400)으로부터 수신한 CQICH 할당 메시지(예를 들어, CQICH_allocation_IE())를 통해 업링크 서브 프레임 영역에 전용 업링크 채널을 설정하고, 제1 중계국(400)은 제2 중계국(410)으로부터 수신한 CQICH 할당 메시지(예를 들어, CQICH_allocatin_IE())를 통해 업링크 서브 프레임 영역에 전용 업링크 채널을 설정한다.
각 중계국(400,410)은 이웃 중계국들이 전송한 다운링크 프리앰블(downlink preamble) 정보를 수신하여 해당 중계국들에 대한 식별정보(예를 들어, 중계국 ID, 중계국 주소, 프리앰블 인덱스 등)와 링크 품질 정보(예를 들어, CINR(Carrier to Interference and Noise Ration), RSSI(Received Signal Strength Indicator), 신호 세기 등)를 파악한다(S460,S465). 이러한 동작은 IEEE 802.16 릴레이 그룹에서 정의한 ToC(Table of Contents)의 중계국 이웃 탐색(relay station neighborhood discovery) 과정에 의해 수행될 수 있다. 링크 품질 정보는 R-UL(중계국의 업링크), R-DL(중계국의 다운링크) 및 R-Link(기지국과 중계국 사이 또는 중계국들 사이의 링크)에 대한 품질 정보일 수 있다. 링크 품질 정보의 일 예인 CINR 은 물리적 CINR 값과 유효 CINR 값이 있다.
각 중계국(400,410)은 이웃 노드 탐색 과정을 통해 획득한 이웃 중계국들의 식별정보와 링크 품질 정보를 포함하는 보고 메시지를 이전에 할당받은 CQICH을 통 해 기지국(420)으로 전송된다(S470,S475). 예를 들어, 제1 중계국(400)은 제2 중계국(410)을 통해 기지국(420)과 연결되어 있으므로, 보고 메시지는 제1 중계국(400)과 제2 중계국(410) 사이의 CQICH 및 제2 중계국(410)과 기지국(420) 사이의 CQICH을 각각 경유하여 기지국(420)으로 전송된다. 또한, 제2 중계국(410)의 보고 메시지는 제2 중계국(410)과 기지국(420) 사이의 CQICH를 통해 기지국(420)으로 전송된다.
기지국(420)은 도 5에서 설명하는 바와 같이, 각 중계국들로부터 수집한 보고 메시지를 기초로 트리 구조를 재설정한 후 재설정된 정보를 각 중계국들에게 전송한다.
도 5는 본 발명에 따른 중계 경로 관리를 위한 경로 최적화 방법의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 기지국(520)은 각 중계국들(500,510)로부터 수신한 보고 메시지(도 4 참조)에 포함된 링크 품질 정보를 기초로 최적 트리를 계산한다(S550). 기지국(520)은 보고 메시지에 포함된 각 중계국들(500,510)의 링크 품질 값으로부터 도출되는 링크 비용(link cost)이 최소가 되도록 중계국들 사이의 경로를 새롭게 설정하여 기존 트리를 최단 거리의 최적 트리로 업데이트한다. 이를 위해 기지국은 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘 같은 최단거리(shortest path) 알고리즘을 사용할 수 있다.
기지국(520)은 계산된 최적 트리를 기초로 각 중계국들의 부모 노드를 파악하고, 파악된 각 중계국들의 부모 노드에 대한 정보를 포함하는 경로 설정 메시지 를 중계국들에게 방송한다(S555,S560). 트리 최적화 메시지는 부모 노드(중계국 또는 기지국)가 변경되는 각 중계국들의 식별정보, 새롭게 연결될 부모 노드의 식별정보, RS 네트워크 리엔트리 동작에서 생략될 수 있는 과정들을 명시한 최적화 파라미터 등을 포함한다.
트리 최적화 메시지를 수신한 중계국들은 자신의 부모 노드가 변경되어야 하는지 파악한다. 부모 노드가 변경되어야 하는 중계국은 기존의 부모 노드와 연결을 종료하고 새로운 부모 노드와 연결하는 RS 네트워크 리엔트리 과정을 수행한다(S565,S570). 이때 중계국은 RS 재진입 과정을 신속하게 하기 위하여, 트리 최적화 메시지에 포함된 최적화 파라미터를 기초로 RS 네트워크 리엔트리 과정 중의 몇몇 과정을 생략할 수 있다. 생략될 수 있는 과정의 일 예로, RS basic capability REG/RSP, RS registration REQ/RSP, 주소 획득(address acquistion) 과정 등이 있다.
부모 노드가 변경되는 중계국은 기존 부모 노드와 연결을 종료하고 일정시간 대기한 후 RS 네트워크 리엔트리 과정을 수행하는 것이 바람직하다. 일정시간 대기하는 이유는 연결이 변경되어야 하는 모든 중계국들이 자신의 부모 노드와의 연결을 종료할 때까지 대기해야 하기 때문인데, 부모노드와의 연결이 종료될 때까지 대기하지 않으면 다운링크 방향으로 연결된 상태의 노드와 RS 네트워크 리엔트리 동작을 시도하는 등의 문제가 발생할 수 있다.
도 6은 기지국에서 설정된 최적 경로를 알리기 위한 경로 설정 메시지의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 새롭게 설정된 트리 구조의 최적 경로를 각 중계국에게 알려주기 위하여 기지국은 경로 설정 메시지를 셀 내에 방송한다. 경로 설정 메시지는 중계국이 새롭게 연결되어야 하는 액세스 스테이션(기지국 또는 중계국)의 식별정보(600)와 중계국의 네트워크 재진입 절차 중 생략가능한 절차에 대한 정보(610)를 포함한다. 액세스 스테이션의 식별정보(600)로 그 액세스 스테이션의 프리앰블 인덱스를 사용할 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)에 의한 표시의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으 로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 트리 구조의 네트워크 토폴로지의 일 예를 도시한 도면,
도 2는 기존 네트워크에 새로운 중계국의 진입에 따라 네트워크 토폴로지가 변경되는 일 예를 도시한 도면,
도 3은 기존 네트워크의 링크 품질의 변화에 따라 네트워크 토폴로지가 변경되는 일 예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 중계 경로 관리를 위한 링크 품질 보고 방법의 일 예를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 중계 경로 관리를 위한 경로 최적화 방법의 일 예를 도시한 도면, 그리고,
도 6은 기지국에서 설정된 최적 경로를 알리기 위한 경로 설정 메시지의 일 예를 도시한 도면이다.

Claims (14)

  1. 무선 통신 환경에서 경로 관리를 위한 중계국의 링크 품질 보고 방법에 있어서,
    상기 중계국과 이웃한 중계국들과의 링크 품질을 파악하는 단계; 및
    상기 파악된 링크 품질을 포함하는 보고 메시지를 기지국으로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계국의 링크 품질 보고 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 보고 메시지 전송 단계는,
    CQICH를 통해 상기 보고 메시지를 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 링크 품질 보고 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 보고 메시지는 상기 링크 품질 및 상기 이웃한 중계국들의 식별정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계국의 링크 품질 보고 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 수신한 경로 정보에 따라 상기 중계국이 새롭게 연결되어야 하는 스테이션에 대해 네트워크 재진입을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 링크 품질 보고 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 링크 품질은 CINR(Carrier to Interference and Noise Ration)인 것을 특징으로 하는 링크 품질 보고 방법.
  6. 무선 통신 환경에서 기지국에서의 경로 관리 방법에 있어서,
    중계국의 링크 품질을 수집하는 단계; 및
    상기 링크 품질을 기초로 상기 기지국과 상기 중계국 사이의 경로를 선택하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 경로 관리 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 링크 품질 수집 단계는,
    상기 중계국과 이웃한 중계국들 사이의 링크 품질을 수집하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 경로 관리 방법.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 링크 품질 수집 단계는,
    상기 중계국에게 할당된 CQICH를 통해 상기 링크 품질을 수집하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 경로 관리 방법.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 경로 선택 단계는,
    상기 기지국을 루트로 하는 트리 형태의 경로를 선택하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 경로 관리 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 경로 선택 단계는,
    최단 경로 알고리즘을 이용하여 상기 트리 형태의 경로를 선택하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 경로 관리 방법.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 선택된 경로를 기초로 상기 중계국이 연결되어야 할 액세스 스테이션을 파악하고, 상기 액세스 스테이션의 식별정보를 포함하는 경로 설정 메시지를 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경로 관리 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 중계국의 상기 액세스 스테이션에 대한 네트워크 재진입 절차 중 생략 가능한 절차에 대한 정보를 포함하는 상기 경로 설정 메시지를 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경로 관리 방법.
  13. 무선 통신 환경에서 중계국에서의 경로 관리 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 있어서,
    상기 중계국의 이웃한 중계국들과의 링크 품질을 파악하는 단계; 및
    상기 파악된 링크 품질을 포함하는 보고 메시지를 기지국으로 전송하는 단 계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  14. 무선 통신 환경에서 기지국에서의 경로 관리 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체 있어서,
    중계국의 링크 품질을 수집하는 단계; 및
    상기 링크 품질을 기초로 상기 기지국과 상기 중계국 사이의 경로를 선택하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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