(51) Int. Cl. H04B 7/26 (2006.01) (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) (45) 공고일자 (11) 등록번호 (24) 등록일자 2007 년 07 월 03 일 10-0735284 2007 년 06 월 27 일 (21) 출원번호 10-2005-0009092 (65) 공개번호 10-2006-0088259 (22) 출원일자 2005년02월01일 (43) 공개일자 2006년08월04일 심사청구일자 2005년02월01일 (73) 특허권자삼성전자주식회사경기도수원시영통구매탄동 416 재단법인서울대학교산학협력재단서울특별시관악구봉천동산 4-2 (72) 발명자박원형서울특별시관악구봉천 4 동 866-11 맥스텔 1502 호 박세웅서울특별시서초구방배 1 동흥화브라운 102 동 1303 호 이능형서울특별시강남구역삼동 769-1 삼환아르누보 717 호 최영준서울특별시서초구서초 2 동신동아아파트 7 동 1314 호 (74) 대리인이건주 (56) 선행기술조사문헌 KR 2006-0047692 A KR 2005-0059986 A 심사관 : 정헌주 전체청구항수 : 총 11 항 (54) 이동통신시스템에서이동단말의수면구간결정방법 (57) 요약 본발명은이동통신시스템에서이동단말의트래픽패턴과이동성을고려하여수면구간을결정하는방법에관한것이다. 이를위해본발명에서는문턱값을지정하고, 상기문턱값보다작은범위에서는매깨어나는시점에서수면구간이이전수면구간의 2 배수로증가되도록한다. 하지만상기문턱값보다큰범위에서는매깨어나는시점에서수면구간이이전수면구간에고정된값을가산하는형태로증가되도록한다. 그리고수면구간의상한임계값을지정함으로써, 수면구간이상한임계값보다커지는것을방지하도록한다. - 1 -
대표도 도 3 특허청구의범위 청구항 1. 이동통신시스템에서수면모드의이동단말이수면구간을결정하는방법에있어서, 상기이동단말이수면모드로천이하기이전상태를고려하여문턱값을결정하는과정과, 최초로수면상태로진입할시초기수면구간을수면구간으로결정하는과정과, 상기결정된수면구간에의해깨어났으나수신할데이터트래픽이존재하지않으면다음깨어날시점을지정하는수면구간을상기이동단말에대응한트래픽패턴에관한정보또는이동성에관한정보중적어도하나를고려하여결정하는과정을포함하며, 여기서상기초기수면구간을제외한나머지수면구간의결정은상기수면구간이상기문턱값에도달할때까지는이전수면구간의배수에의해수면구간을결정하고, 상기수면구간이상기문턱값에도달한후에는이전수면구간에고정된값을가산함으로써수면구간을결정함을특징으로하는수면구간결정방법. 청구항 2. 제 1 항에있어서, 상기이동단말에대응한트래픽패턴에관한정보에의해상기이동단말이활성상태에서수면모드로천이한경우라판단되면, 하기 < 수학식 5> 에의해상기수면구간을결정함을특징으로하는수면구간결정방법. 수학식 5 여기서 i 는수면상태에서깨어난시점의인덱스이며, I i 는 i 번째시점에서의수면구간이며, 는제 1 문턱값임. 청구항 3. 제 2 항에있어서, 상기제 1 문턱값은, 수면구간이배수로증가하는구간과고정된값이증가하는구간의경계점에의해결정됨을특징으로하는수면구간결정방법. 청구항 4. 제 1 항에있어서, 상기이동단말에대응한트래픽패턴에관한정보에의해상기이동단말이휴지상태에서수면모드로천이한경우라판단되면, 하기 < 수학식 6> 에의해상기수면구간을결정함을특징으로하는수면구간결정방법. - 2 -
수학식 6 여기서 i 는수면상태에서깨어난시점의인덱스이며, I i 는 i 번째시점에서의수면구간이며, 는제 2 문턱값이며, 는이동단말이셀직경을이동하는데걸리는평균시간임. 청구항 5. 제 4 항에있어서, 상기제 2 문턱값는, 수면구간이배수로증가하는구간과고정된값이증가하는구간의경계점에의해결정되며, 상기제 2 문턱값 이상 기제 1 문턱값에비해상대적으로큰값을가짐을특징으로하는수면구간결정방법. 청구항 6. 제2항에있어서, 상기제1문턱값하는수면구간결정방법. 은하향트래픽의상호도달시간의측정값에의해적응적으로변경됨을특징으로 청구항 7. 제4항에있어서, 상기제2문턱값하는수면구간결정방법. 은하향트래픽의휴지상태길이의측정값에의해적응적으로변경됨을특징으로 청구항 8. 이동통신시스템에서수면모드의이동단말이수면구간을결정하는방법에있어서, 상기이동단말에대응한트래픽패턴에관한정보또는이동성에관한정보중적어도하나를고려하여수면구간을결정하는과정과, 상기수면구간이경과한시점에서수신할데이터트래픽이존재하는지를확인하는과정과, 상기수신할데이터트래픽이존재하지않으면, 상기수면구간이경과한시점에서상기이동단말에대응한트래픽패턴에관한정보또는이동성에관한정보중적어도하나를고려하여상기수면구간을갱신하는과정과, 상기데이터트래픽이존재하면, 활성상태로천이하여상기데이터트래픽을수신하는과정을포함하는수면구간결정방법. 청구항 9. - 3 -
제 8 항에있어서, 상기트래픽패턴에관한정보는, 상기이동단말이수면모드로천이하기이전의상태에관한정보와평균패킷도착률및평균휴지상태의길이에관한정보를포함함을특징으로하는수면구간결정방법. 청구항 10. 제 9 항에있어서, 상기이동단말이활성상태에서수면모드로천이한경우, 상기수면구간은 에의해결정되거나갱신되고, 문턱값은에의해결정되 며, 하향패킷의상호도달시간의측정값는에의해계산되며, 여기서 I i 는 i 번째수면구간이고, 은이전하향패킷의상호도달시간의측정값이고, B i 는기지국의버퍼에쌓인 패킷의수이며, α 는 0 보다크고 1 보다작은범위에서결정되는가중치임을특징으로하는수면구간결정방법. 청구항 11. 제 9 항에있어서, 상기이동단말이휴지상태에서수면모드로천이한경우, 상기수면구간은 에의해결정되며, 여기서 I i 는 i 번째수면구간이고, 는제 2 문턱값이며, 는이동단말이셀직경을이동하는데걸리는평균시간 임을특징으로하는수면구간결정방법. 명세서 발명의상세한설명 발명의목적 발명이속하는기술및그분야의종래기술 본발명은이동통신시스템에서이동단말의수면구간을결정하는방법에관한것으로, 특히이동단말의트래픽패턴과이동성을고려하여수면구간을결정하는방법에관한것이다. 일반적으로일반사용자들이체감하는무선통신의큰단점중하나는이동단말의배터리를매우자주충전하여사용해야한다는점이다. 이러한무선통신이음성서비스에서데이터서비스로진화하면서발생하는통신의고속화는전송파워의증가를유발한다. 하지만배터리의기술발전은그에따라가지못하고있다. 이러한이유로인해이동단말에서는한정된배터리의용량을최대한효율적으로사용하기위한에너지관리방안들의마련이중요한이슈중의하나일것이다. 따라서배터리의전력소모를절약하기위한다양한방안들이제안되었다. 그중대표적인방안이데이터트래픽이없는구간에서이동단말을수면모드로천이시키는것이다. 상기수면모드는이동단말에서의전력소모를최소화할수있는상태를의미한다. 하지만상기수면모드의이동단말이라하더라도주기적또는비주기적으로자신이수신하여야할데이터트래픽이존재하는지를확인할필요가있다. 이를위해이동단말이깨어나는시점을결정하는중요한파라미터가수면구간이다. 상기수면구간이결정되면, 상기이동단말은상기수면구간이경과할시깨어나자신이수신할데이터트래픽이존재하는지를확인한다. - 4 -
종래에는수면모드의이동단말에대한수면구간을결정하는대표적인방안으로써, 두가지가제안되었다. 즉고정된수면구간을사용하는방안과가변적인수면구간을사용하는방안이다. 도 1a 는종래고정된수면구간을사용하는경우에있어서의동작을보이기위한도면이며, 도 1b 는종래가변수면구간을사용하는경우에있어서의동작을보이기위한도면이다. 상기도 1a 와상기도 1b 에서는이동단말이수면모드에있음을가정하고있다. 상기도 1a 를참조하면, 기지국은해당이동단말로전송할데이터트래픽의존재를알리기위한정보를포함하는비컨메시지 (beacon message) 를소정주기로전송한다. 참조번호 110-a 내지 110-e 는주기적으로전송되는비컨메시지의예를보이고있다. 그리고상기비컨메시지가전송되는소정주기를비컨간격 (beacon interval) 이라한다. 한편이동단말은미리결정된수면구간 (sleep interval) 을주기로깨어나기지국으로부터전송되는비컨메시지를수신한다. 그리고상기수신한비컨메시지를통해자신이수신할데이터트래픽이존재하는지를확인한다. 이때자신이수신할데이터트래픽이존재하지않으면, 계속하여수면모드를유지한다. 이로써상기이동단말은자신이수신할데이터트래픽이존재함을알리는비컨메시지가수신될때까지수면모드를유지하게된다. 상기도 1a 에의하면이동단말은시점 a 에서깨어나제 1 비컨메시지 (110-a) 를수신한다. 그리고상기제 1 비컨메시지 (110-a) 를통해자신이수신할데이터트래픽이존재하지않음을감지함으로써, 계속하여수면모드를유지한다. 그후수면구간이경과한시점 b 에서다시깨어나제 4 비컨메시지 (110-d) 를수신한다. 만약상기제 4 비컨메시지 (110-d) 를통해자신이수신할데이터트래픽이존재하면, 수면모드에서활성상태로천이한다. 상기활성상태에서는기지국으로부터의데이터를수신한다. 하지만전술한첫번째방안의경우에는트래픽패턴을전혀고려하고있지않다. 여기서의트래픽패턴은트래픽이중단되는주기등을의미한다. 이로인해트래픽이발생한후수신할때까지의지연이증가하는상황이발생할수있다. 예컨대제 2 비컨메시지 (110-b) 를통해데이터트래픽이존재함이통보되었으나이동단말은이를제 4 비컨메시지 (110-d) 를통해확인하게된다. 상기도 1b 를참조하면, 상기이동단말은시점 a 에서깨어나자신이수신할데이터프레임이존재하는지를확인한다. 이때자신이수신할데이터트래픽이존재하지않으면, 초기수면구간 (sleep interval #1) 동안수면모드를유지한다. 상기도 1b 에서는상기초기수면구간을한프레임간격 (frame interval) 이라가정하고있다. 상기초기수면구간이경과한후상기이동단말은시점 b 에서깨어나자신이수신할데이터트래픽이존재하는지를확인한다. 이때에도자신이수신할데이터트래픽이존재하지않으면, 제 2 수면구간 (sleep interval #2) 을상기초기수면구간의두배로결정한다. 따라서상기이동단말은상기제 2 수면구간 ( 두개의프레임전송구간 ) 동안수면모드를유지한다. 상기제 2 수면구간이경과한시점 c 에서상기이동단말은다시깨어나자신이수신할데이터트래픽이존재하는지를확인한다. 이때에도자신이수신할데이터트래픽이존재하지않으면, 제 3 수면구간 (sleep interval #3) 을상기제 2 수면구간의두배로결정한다. 따라서상기이동단말은상기제 3 수면구간 ( 세개의프레임전송구간 ) 동안수면모드를유지한다. 상기제 3 수면구간이경과한시점 d 에서상기이동단말은다시깨어나자신이수신할데이터트래픽이존재하는지를확인한다. 이때자신이수신할데이터트래픽이존재하면, 수면모드에서활성상태로천이한다. 상기활성상태에서는기지국으로부터의데이터를수신한다. 전술한두번째방안에의하면, 이동단말은자신이수신할데이터트래픽이존재하지않으면수면구간을두배씩늘려서적용하고있다. 이러한두번째방안은트래픽패턴을일부반영하고있다고볼수있으나이동단말의이동성을고려하고있지는않다. 따라서이동단말이수면모드에서다른셀로이동하게되면, 해당셀과의연결을위한초기구동절차를수행하여야만한다. 상기초기구동절차는이동단말의전원이켜질시에수행하게되는절차로써, 자신이속한셀을탐색하는과정을포함한다. 이로인해이동단말은수면모드에서셀을이동할시통신을재개하기까지불필요한시간소모뿐만아니라배터리의소모가발생할수있다. 또한전술한두번째방안의경우오랜동안데이터트래픽이발생하기않게되면, 2 의배수로수면구간이증가하게된다. 이러한경우에는기지국으로부터의데이터트래픽에대해이동단말이신속하게대응하지못하는상황이야기될수있다. - 5 -
앞에서살펴본종래의두방식들은공통적으로이동단말의셀간이동성을고려하고있지않다. 즉수면모드가존재하는이동단말은수면모드에서깨어났을때이미다른셀로이동한경우에대해고려하고있지않다. 통상적으로수면모드가존재하는이동단말의핸드오버는활성상태에서의핸드오버 ( 이하 " 활성핸드오버 " 라칭함 ) 와수면모드에서의핸드오버 ( 이하 " 수면핸드오버 " 러칭함 ) 로구분할수있다. 상기활성핸드오버의경우에는종래의두가지방식을적용하더라도문제가발생하지않는다. 하지만수면핸드오버의경우에는그렇지않다. 상기수면핸드오버의경우는이동단말이수면모드에서깨어날시다른셀로이동한상황에해당한다. 이때이동한셀이이동하기전에자신이위치하던셀의주변셀인경우에는이미주변셀에대한정보를가지고있기때문에핸드오버를수행하는데용이할것이다. 하지만이동한셀이주변셀에속하지않는경우가발생할수있다. 이와같이수면모드에서주변셀이아닌다른셀로이동하는상황은이동성이큰이동단말일수록많이발생할수있다. 이러한경우에는저장된주변셀에대한정보를이용하지못함으로, 셀탐색과정부터수행하여야한다. 이러한수면핸드오버는다른상황에서의핸드오버에비해많은시간이소요된다. 한편앞에서살펴본종래의두가진방안은트래픽패턴을완벽하게고려하지않는다. 특히두번째방안에서는이동단말로전송되는데이터의유무만으로수면구간을결정한다. 하지만실제데이터트래픽은돌발적인특성이있다. 따라서데이터트래픽이존재하는구간에서수면구간을늘리게되면, 상기데이터트래픽에대한처리지연이발생한다. 그리고데이터트래픽이존재하지않는구간에서는수면모드의이동단말이자주깨어날필요가없다. 이러한관점에서볼때, 종래두가지방식은데이터트래픽이가지는특성을고려하고있지않아성능의개선여지가있다. 발명이이루고자하는기술적과제 따라서전술한바를달성하기위한본발명은이동단말의수면구간을최적화하는방법을제공함에있다. 또한본발명은이동단말의이동성을고려하여수면구간을결정하는방법을제공함에있다. 또한본발명은이동단말의하향트래픽패턴을고려하여수면구간을결정하는방법을제공함에있다. 또한본발명은이동단말의이동성과하향트래픽패턴을고려하여수면구간을결정하는방법을제공함에있다. 또한본발명은이동단말의수면구간을트래픽패턴에적응적으로조절하는방법을제공함에있다. 또한본발명은휴면상태에서의핸드오버가발생하지않도록이동단말의수면구간을결정하는방법을제공함에있다. 또한본발명은하향트래픽이활성화상태일때이동단말에대한수면구간을이동성과하향트래픽패턴을고려하여결정하는방법을제공함에있다. 또한본발명은하향트래픽이휴지상태일때이동단말에대한수면구간을이동성과하향트래픽패턴을고려하여결정하는방법을제공함에있다. 또한본발명은임의의기준점에의해양분되는구간별로서로다른규칙을적용하여이동단말의수면구간을결정하는방법을제공함에있다. 또한본발명은소정구간에서는이동단말의수면구간이 2 의배수로증가하도록하고, 상기소정구간을벗어날시에는이동단말의수면구간이단조증가하도록하는수면구간결정방법을제공함에있다. 또한본발명은하향트래픽이휴지상태일때이동단말의수면구간이최대임계값을넘지않도록수면구간을결정하는방법을제공함에있다. 전술한바를달성하기위한제 1 견지에있어, 본발명은이동통신시스템에서수면모드의이동단말이수면구간을결정하는방법에있어서, 상기이동단말이수면모드로천이하기이전상태를고려하여문턱값을결정하는과정과, 최초로수면상태로진입할시초기수면구간을수면구간으로결정하는과정과, 상기결정된수면구간에의해깨어났으나수신할데이터트래픽이존재하지않으면다음깨어날시점을지정하는수면구간을상기이동단말에대응한트래픽패턴에관한 - 6 -
정보또는이동성에관한정보중적어도하나를고려하여결정하는과정을포함하며, 여기서상기초기수면구간을제외한나머지수면구간의결정은상기수면구간이상기문턱값에도달할때까지는이전수면구간의배수에의해수면구간을결정하고, 상기수면구간이상기문턱값에도달한후에는이전수면구간에고정된값을가산함으로써수면구간을결정함을특징으로한다. 전술한바를달성하기위한제 2 견지에있어, 본발명은이동통신시스템에서수면모드의이동단말이, 이동단말에대응한트래픽패턴에관한정보또는이동성에관한정보중적어도하나를고려하여수면구간을결정하는과정과, 상기수면구간이경과한시점에서수신할데이터트래픽이존재하는지를확인하는과정과, 상기수신할데이터트래픽이존재하지않으면, 상기수면구간이경과한시점에서상기이동단말에대응한트래픽패턴에관한정보또는이동성에관한정보중적어도하나를고려하여상기수면구간을갱신하는과정과, 상기데이터트래픽이존재하면, 활성상태로천이하여상기데이터트래픽을수신하는과정에의해수면구간을결정함을특징으로한다. 발명의구성 이하본발명에따른바람직한실시예를첨부한도면을참조하여상세히설명한다. 하기의설명에서는본발명의실시예에따른동작을이해하는데필요한부분만이설명되며그외의부분의설명은본발명의요지를흩트리지않도록생략됨에유의하여야한다. 먼저본발명에서제안하고자하는실시예들을구체적으로살펴보기에앞서본발명의실시예들이적용될수있는이동단말의상태천이에대해살펴보면다음과같다. 도 2 는통상적으로이동단말의 MAC 계층에적용되는상태천이를보이고있는도면이다. 상기도 2 를참조하면, 이동단말은활성상태 (Active State)(210) 에서자신에게발생하는데이터트래픽을처리한다. 상기활성상태 (210) 에서데이터트래픽의군집성으로인해한동안데이터트래픽이존재하지않을시상기이동단말은전력절약상태 (Power Save State)(220) 로천이한다. 상기전력절약상태 (220) 에서새로운데이터트래픽이발생하면, 상기이동단말은상기활성상태 (210) 로천이한다. 그리고이동단말이기지국에연합을하고있지만데이터전송이이루어지지않는경우에는상기활성상태 (210) 에서휴지상태 (Idle State)(230) 로천이한다. 상기휴지상태 (230) 로천이할때에는데이터서비스를위해할당되었던 CID 를해제한다. 상기이동단말은상기휴지상태 (230) 에서소모전력을줄이기위해휴면상태 (Doze State)(240) 로천이한다. 즉상기이동단말은소모전력을최소화하기위해상기휴지상태 (230) 와상기휴지상태 (240) 를교번적으로천이하게된다. 앞에서살펴본활성상태, 전력절약상태, 휴지상태및휴면상태는수면모드와비수면모드로구분할수있다. 본발명의실시예에서사용되는수면모드는이동단말이기지국과의통신이이루어지지않는상태를의미한다. 따라서상기전력절약상태와상기휴면상태가수면모드에속한다. 그리고상기수면모드에서깨어난비수면모드에는상기활성상태와휴지상태가속한다. 통상적으로이동단말이수면모드로천이하기위해서는기지국으로부터의승인을획득하여야한다. 이는기지국이이동단말의상태를추적하여수면모드의이동단말로전송할데이터를보관하도록하기위함이다. 상기기지국은수면모드의이동단말에게수신할데이터가있음을통보한다. 상기기지국으로부터수신할데이터가있음을통보받은이동단말은활성상태로천이하여해당데이터를수신하게된다. 한편활성상태와전력절약상태는데이터서비스를위한 CID 가할당되어있는상태이다. 그리고휴지상태와휴면상태는데이터서비스를위해할당받았던 CID 를해제한상태이다. 따라서같은수면모드라하더라도상기휴면상태와상기전력절약상태는구분되어야한다. 후술될본발명의실시예에서는수면모드에서의수면구간을결정하는방법을제안할것이다. 이때상기수면모드가휴면상태에기인한것인지아니면전력절약상태에기인한것인지에따라서로상이한기법에의해수면구간을결정하도록한다. 도 3 은수면모드, 즉휴면상태와전력절약상태에대해공통으로적용될수있는본발명의실시예에따른수면구간결정절차를보이고있는제어흐름도이다. 상기도 3 을통해보이고있는제어흐름은수면모드로의천이가필요한지를판단하는과정과, 수신상태로천이할시의초기수면구간과매번깨어났다가수면모드로돌아갈시의수면구간을결정하는과정과, 상기수면모드에서활성상태로천이하는과정으로이루어진다. - 7 -
상기도 3 을참조하면, 이동단말은수면모드로의천이가요구되는지를판단한다 (310 단계 ). 상기수면모드로의천이는두가지경우로구분할수있다. 즉휴지상태에서휴면상태로천이하는경우와, 활성상태에서전력절약상태로천이하는경우이다. 상기이동단말은상기두가지경우들중어느하나도만족하지않으면현재의상태, 즉활성상태를그대로유지한다 (324 단계 ). 하지만상기이동단말은상기두가지경우들중어느한가지의경우를만족하면, 수면모드로천이한다 (312 단계 ). 그후상기이동단말은미리설정된초기수면구간을수면구간으로결정한다 (314 단계 ). 상기이동단말은수면모드에서상기초기수면구간이경과하는지를판단한다 (316). 상기수면구간이경과하면, 상기이동단말은자신이수신할데이터트래픽이존재하는지를확인한다 (318 단계, 320 단계 ). 이때상기수면모드가휴면상태에기인한경우라면, 상기이동단말은수신할데이터트래픽의유무를확인하기위해비수면모드 ( 휴지상태 ) 로천이하는것이필요하다. 하지만도 3 에서는설명이편의를위해이를위한구체적인단계를표현하고있지않음에주의하여야할것이다. 상기확인에의해데이터트래픽이존재하지않으면, 상기이동단말은새로운수면구간을결정한다 (314 단계 ). 이때상기수면구간의결정은상기이동단말이전력절약상태인지아니면휴면상태인지에의해서로다른기법이적용된다. 이는이동단말이전력절약상태에머무는시간이휴면상태에머무는시간에비해상대적으로작기때문이다. 상기수면모드가전력절약상태에기인한경우에는수면구간이소정문턱값에도달할때까지 2 의배수로증가되며, 수면구간이상기문턱값에도달할시에는정해진일정값만큼씩증가된다. 하지만수면모드가휴면상태에기인한경우에는수면구간이정해진임계값을넘지않도록한다. 이와같이수면구간이임계값을넘지않도록하는것은수면핸드오버가발생하는것을방지하기위함이다. 상기수면구간을결정하는구체적인실시예에대해서는후술될것이다. 상기이동단말은새로운수면구간이결정되면, 상기새로운수면구간에의해깨어날시점이도래하는지를감시한다 (316 단계 ). 상기수면구간에의해깨어날시점이도래하였다면, 상기이동단말은자신이수신할데이터트래픽이존재하는지를검사한다 (318 단계, 320 단계 ). 이때자신이수신할데이터트래픽이존재한다면, 상기이동단말은활성상태로천이한다 (322 단계 ). 상기활성상태로천이한상기이동단말은자신이수신하여야할데이터를수신할것이다. 하지만수신할데이터트래픽이존재하지않으면, 상기이동단말은수면구간을새로이결정한다 (314 단계 ) 이하본발명의실시예에따른수면구간을결정하는구체적인방안에대해설명한다. 여기서구체적으로설명될수면구간결정은이동단말의상태에따라두가지로구별되어야한다. 첫번째는데이터서비스를위한 CID 가있는상태에서의수면모드로서, 활성상태와전력절약상태를오고가는경우의구간제어이다. 이것을 " 활성구간제어 " 라고한다. 두번째는휴지상태와휴면상태를오고가는경우의구간제어이다. 이것을 " 휴지구간제어 " 라고한다. 이두가지경우는수면모드에머무르는시간의길이가매우큰차이가나기때문에구간을결정하는알고리즘도서로다르다. 따라서수면구간을결정하기에앞서어떠한수면구간기법을적용할지를결정하는것이선행되어야할것이다. 통상적으로활성상태에서는데이터들이돌발적 (burst) 으로발생한다. 하지만그사이사이에도데이터가존재하지않는시간들이존재한다. 따라서활성상태인지를판단할때에는그러한작은구간이휴지상태가아니고활성상태의일부임을판단해야한다. 이러한판단은활성상태에서의패킷도달율과활성상태의길이를가지고이루어진다. 활성상태의판별은다음과같은순서로이루어진다. (1) 기지국의버퍼에전송할데이터가존재하는경우에는현재의상태에관계없이활성상태로판별한다. (2) 기지국의버퍼에전송할데이터가존재하지않지만, 현재상태가활성상태이고활성상태를확인하는변수인 active_ trial 이일정값을넘지않았을경우활성상태라판별한다. (3) 위의조건들을모두만족하지않는경우는휴지상태라판별한다. - 8 -
여기서변수 active_trial 은두번째조건이만족해서활성상태로판별이될때마다새로갱신한다. 한편앞에서도밝힌바와같이본발명에서는기존의트래픽패턴에관한정보와함께이동단말의이동성에대한정보를함께고려하여수면구간을조절한다. 따라서수면구간의조절은아래와같이두가지요소를고려하여이루어진다. 먼저트래픽패턴을고려하여야한다. 수면구간의조절을위한중요한트래픽패턴의요소는트래픽의상태와활성상태일때의패킷도착율, 휴지상태일때의휴지상태의길이이다. 트래픽이활성상태이면패킷도착율, 트래픽이휴지상태이면휴지상태의길이에따라서수면구간이정해지기때문이다. 이에따라서트래픽패턴의정보는각이동단말마다세가지로저장이된다. 트래픽의상태와평균적인패킷도착율과평균적인휴지상태의길이이다. 평균적인패킷도착율은휴면상태에서깨어났을때기지국의버퍼에쌓인패킷의수와그동안휴면상태에있었던시간을가지고얻어지고, 평균적인휴지상태의길이는패킷이도착하지않고서휴면상태에있었던시간으로얻어진다. 이정보들은휴면상태에서깨어날때마다갱신된다. 다음으로이동성을고려하여야한다. 이동단말의이동은필연적으로핸드오버를유발한다. 이동성이작으면휴지핸드오버가일어나게되며, 이동성이크면수면핸드오버가더자주일어나게된다. 이동단말의이동성이큰데도수면핸드오버가적게일어나도록하기위해서는, 수면구간이너무길어지지않도록하면된다. 이에따라서본발명에서는이동단말의이동성이클경우수면구간을좀더작게유지하는방법을제시한다. 이동단말의이동성은일정기간동안발생한핸드오버로표현된다. A. 활성구간제어에의한수면구간결정 이하활성구간제어에의해수면구간을결정하기위한본발명의구체적인실시예를설명하도록한다. 앞에서도밝힌바와같이트래픽이활성상태일때는수면모드에머무르는시간이길지않다. 따라서이동단말의이동성이알고리즘에영향을주지못한다. 이동단말은기지국으로부터수면모드로가는승인을얻으면처음수면모드에진입한다. 이와같이이동단말이처음수면모드에진입할경우 (i=0) 에는초기수면구간을사용한다. 그리고상기초기수면구간이경과한후비수면모드가되었을때, 자신이수신할데이터트래픽이존재하지않으면기존의수면구간을변경하게된다. 상기기존수면구간의변경은하기 < 수학식 1> 에의해이루어진다. 수학식 1 여기서 i 는수면상태에서깨어난시점의인덱스이며, I i 는 i 번째시점에서의수면구간이다. 그리고는문턱값으로써, 배수증가구간과단조증가구간의경계점에의해결정된다. 상기은고정방식과적응방식에의해결정할수있다. 상기고정방식에서는상기을하향패킷의상호도달시 간 (inter arrival time) 과무관하게고정된값으로결정한다. 상기적응방식에서는상기 을트래픽의형태에따라조 절한다. 즉상기을하향패킷의상호도달시간 (inter arrival time) 의측정값에따라가변적으로결정한다. 상기적응방식의일예로써하기 < 수학식 2> 를사용할수있다. 수학식 2 여기서는하향패킷의상호도달시간의측정값이다. 상기의측정예는하기 < 수학식 3> 과표현될수있다. - 9 -
수학식 3 여기서 은이전하향패킷의상호도달시간의측정값이며, I i-1 는이전에깨어난시점부터현재깨어난시점간의 시간차 ( 즉수면구간 ) 이다. 그리고 B i 는기지국의버퍼에쌓인패킷의수이다. α 는 0 보다크고 1 보다작은범위에서결정 되는가중치로써, 계산시점간의간격이불규칙하기때문에계산시점간의간격을맞추기위해사용된다. 도 4 는본발명의실시예에따른활성구간제어로결정된수면구간에의한동작예를보이고있는도면이다. 상기도 4 에서는모든깨어나는시점들에서수신할데이터트래픽이발생하지않는것을가정하고있다. 상기도 4 를참조하면, 참조번호 410 은기지국으로부터의데이터트래픽확인정보의전송단위이다. 상기전송단위는슈퍼프레임또는비컨메시지의전송주기가될수있다. 참조번호 420 내지 460 은각깨어나는시점들 (a 내지 f) 간의시간차, 즉구간별수면구간들을가리킨다. 상기수면구간은각시점에서는다음에깨어날시점을결정함으로써계산된다. 시점 a 내지시점 d 각각에서계산되어지는각구간별수면구간들은 2 의배수로증가한다. 이는상기시점 a 에서상기시 점 e 까지의각구간별수면구간들은문턱값을초과하지않음을의미한다. 한편상기시점 e에서이동단말은다음깨어날시점 f를결정한다. 이때이전시점들 (a 내지 d) 에서적용된룰 (2의배수로증가시킴 ) 을적용함으로써계산되는수면구간은문턱값을초과하게된다. 따라서상기시점 e에서는이전수면구간보다일정구간 ( 도 4에서는하나의전송단위구간 ) 증가된수면구간 (460) 에의해다음깨어날시점 f를결정한다. 유추컨대상기도 4에서는상기문턱값로 8보다크고 16보다는작은값을사용하고있음을알수있다. 도 7 은전술한도 4 를참조할때깨어나는시점에대응하여결정된수면구간의관계를보이고있는그래프이다. 상기도 7 을참조하면, 수면구간의결정은배수증가구간과단조증가구간으로구분된다. 즉깨어나는시점이배수증가구간에위치할경우, 해당수면구간은이전수면구간의 2 배로써결정된다. 시점 a 내지시점 d 에서의수면구간결정이이에해당한다. 하지만깨어난시점이단조증가구간에위치할경우, 해당수면구간은이전수면구간에정해진일정한 값이가산되어결정된다. 상기배수증가구간과상기단조증가구간의구분은문턱값에의해구분된다. 한편상기도 7에서보이고있는수면구간결정그래프는앞에서살펴본 < 수학식 1> 을참조하고있다. B. 휴지구간제어에의한수면구간결정 이하휴지구간제어에의해수면구간을결정하기위한본발명의구체적인실시예를설명하도록한다. 앞에서도밝힌바와같이트래픽이휴지상태일때에는수면모드에머무르는시간이길다. 따라서이동단말의이동으로인한수면핸드오버가발생할가능성이높다. 상기수면핸드오버가발생하면, 이동단말이깨어난후초기기지국탐색부터시작하게하므로핸드오버로인한지연이커지게된다. 그때문에수면구간의최대값은이동단말의이동성을고려하여제한해야한다. 이동단말이기지국으로부터수면모드로가는승인을얻으면처음수면모드에진입한다. 이와같이이동단말이처음으로수면모드에진입할경우 (i=0) 에는초기수면구간을사용한다. 그리고상기초기수면구간이경과한후비수면모드가되었을때, 자신이수신할데이터트래픽이존재하지않으면기존의수면구간을변경하게된다. 상기기존수면구간의변경은하기 < 수학식 4> 에의해이루어진다. 수학식 4-10 -
여기서 i 는수면상태에서깨어난시점의인덱스이며, I i 는 i 번째시점에서의수면구간이다. 그리고는문턱값으로써, 배수증가구간과단조증가구간의경계점에의해결정된다. 이때상기은 < 수학식 1> 에서사용되는에비해상 대적으로큰값으로결정된다. 는이동단말의이동성에따른값으로써, 이동단말이셀직경을이동하는데걸리는평 균시간이다. 상기은물리계층에서측정하여 MAC 계층으로전달한다. 상기 < 수학식 4> 는와의관계에의해하기의두가지경우로구분될수있다. 먼저조건이만족하도록와가지정되었다면, 수면구간은 에의해서결정된다. 하지만조건 이만족 하도록와가지정되었다면, 수면구간은에의해서만결정된다. 도 5 는본발명의실시예에따른휴지구간제어로결정된수면구간에의한첫번째동작예를보이고있는도면이다. 즉 조건이만족하도록와가지정된경우에수면구간이결정되는예를보이고있다. 한편상기도 5 에서는모든깨어나는시점들에서수신할데이터트래픽이발생하지않는것을가정하고있다. 상기도 5 를참조하면, 참조번호 510 은기지국으로부터의데이터트래픽확인정보의전송단위이다. 상기전송단위는슈퍼프레임또는비컨메시지의전송주기가될수있다. 참조번호 520 내지 570 은각깨어나는시점들 (a 내지 g) 간의시간차, 즉구간별수면구간들을가리킨다. 상기수면구간은각시점에서는다음에깨어날시점을결정함으로써계산된다. 시점 a 내지시점 c 각각에서계산되어지는각구간별수면구간들은 2 의배수로증가한다. 이는상기시점 a 에서상기시 점 d 까지의각구간별수면구간들은문턱값을초과하지않음을의미한다. 한편상기시점 d에서이동단말은다음깨어날시점 e를결정한다. 이때이전시점들 (a 내지 c) 에서적용된룰 (2의배수로증가시킴 ) 을적용함으로써계산되는수면구간은문턱값을초과하게된다. 따라서상기시점 d에서는이전수면구간보다일정구간 ( 도 5에서는하나의전송단위구간 ) 증가된수면구간 (550) 에의해다음깨어날시점 e를결정한다. 유추컨대상기도 5에서는상기문턱값로 4보다크고 8보다는작은값을사용하고있음을알수있다. 상기시점 e 에서깨어난이동단말은자신이수신할데이터트래픽이존재하는지를확인한다. 이때수신할데이터트래픽이존재하지않으면, 이전수면구간보다일정구간 ( 하나의전송단위구간 ) 증가된수면구간 (560) 에의해다음깨어날시점 f 를결정한다. 한편상기시점 f 에서깨어난이동단말은자신이수신할데이터트래픽이존재하는지를확인한다. 이때수신할데이터트래픽이존재하지않으면, 이전수면구간보다일정구간 ( 하나의전송단위구간 ) 증가된수면구간에의해다음깨어날시점 g 를결정하고자할것이다. 하지만상기시점 f 에서는이전수면구간보다일정구간증가된수면구간이선택되지않 고, 에의한수면구간이선택된다. 이는이전수면구간보다일정구간증가된수면구간에비해가작은 값을갖기때문에상기이동단말은상기시점 f에서의수면구간 (570) 을로선택하는것이다. 따라서상기시점 f 에서결정된수면구간 (570) 은이전시점 e에서결정한수면구간 (560) 과동일하도록유지한다. 만약상기이동단말은상기시점 g 뿐만아니라그이후에깨어나는시점에서도자신이수신할데이터트래픽이존재하지않으면, 상기수면구간 (570) 을그대로유지할것이다. 도 8 은전술한도 5 를참조할때깨어나는시점에대응하여결정된수면구간의관계를보이고있는그래프이다. 상기도 8 을참조하면, 수면구간의결정은배수증가구간과단조증가구간및고정구간으로구분된다. 즉깨어나는시점이배수증가구간에위치할경우, 해당수면구간은이전수면구간의 2 배로써결정된다. 시점 a 내지시점 c 에서의수면 - 11 -
구간결정이이에해당한다. 그리고깨어난시점이단조증가구간에위치할경우, 해당수면구간은이전수면구간에정해진일정한값이가산되어결정된다. 시점 d 와시점 e 에서의수면구간결정이이에해당한다. 상기배수증가구간과상 기단조증가구간의구분은문턱값 에의해구분된다. 한편상기도 8 에서보이고있는수면구간결정그래프는앞 에서살펴본수학식을참조하고있다. 마지막으로깨어난시점이고정구간에위치할경우, 해당수면구간은이전수면구간을그대로유지한다. 시점 f 와시점 g 에서의수면구간결정이이에해당한다. 상기고정구간을두고있는것은수면구간이너무길어짐으로인해수면핸드 오버가발생하는것을방지하기위함이다. 상기수면구간이길어지는것을방지하는데사용되는임계값이이다. 따라서수면구간은상기임계값을넘지않아야하므로, 상기고정구간에서는수면구간이로고정된다. 도 6 은본발명의실시예에따른휴지구간제어로결정된수면구간에의한두번째동작예를보이고있는도면이다. 즉 이만족하도록와가지정된경우에수면구간이결정되는예를보이고있다. 한편상기도 5 에서는모든깨어나는시점들에서수신할데이터트래픽이발생하지않는것을가정하고있다. 상기도 6 을참조하면, 참조번호 610 은기지국으로부터의데이터트래픽확인정보의전송단위이다. 상기전송단위는슈퍼프레임또는비컨메시지의전송주기가될수있다. 참조번호 620 내지 670 은각깨어나는시점들 (a 내지 f) 간의시간차, 즉구간별수면구간들을가리킨다. 상기수면구간은각시점에서는다음에깨어날시점을결정함으로써계산된다. 시점 a 내지시점 c 각각에서계산되어지는각구간별수면구간들은 2 의배수로증가한다. 이는상기시점 a 에서상기시 점 d까지의각구간별수면구간들은문턱값 을초과하지않았을뿐만아니라임계값 를초과하지않음을 의미한다. 한편상기시점 d 에서이동단말은다음깨어날시점 e 를결정한다. 이때이전시점들 (a 내지 c) 에서적용된룰 (2 의배수로 증가시킴 ) 을적용함으로써계산되는수면구간은문턱값을초과하지는않으나임계값를초과하게된다. 따라서상기시점 d에서는가작은값을갖기때문이다. 에의한수면구간 (650) 을선택한다. 이는이전수면구간의 2 의배수에비해 만약상기이동단말은상기시점 e 뿐만아니라그이후에깨어나는시점 ( 시점 f, 시점 g) 에서도자신이수신할데이터트래픽이존재하지않으면, 상기수면구간 (650) 을그대로유지할것이다. 도 9 는전술한도 6 을참조할때깨어나는시점에대응하여결정된수면구간의관계를보이고있는그래프이다. 상기도 9 를참조하면, 수면구간의결정은배수증가구간과고정구간으로구분된다. 즉깨어나는시점이배수증가구간에위치할경우, 해당수면구간은이전수면구간의 2 배로써결정된다. 시점 a 내지시점 c 에서의수면구간결정이이에해당한다. 그리고깨어난시점이고정구간에위치할경우, 해당수면구간은이전수면구간을그대로유지한다. 시점 d 내지시점 g 에서의수면구간결정이이에해당한다. 상기고정구간을두고있는것은수면구간이너무길어짐으로인해수면핸드오버가발생하는것을방지하기위함이다. 상기수면구간이길어지는것을방지하는데사용되는임계값이 C. 실험결과 이다. 따라서수면구간은상기임계값 로고정된다. 을넘지않아야하므로, 상기고정구간에서는수면구간이 총 50 개의전방향셀이있는환경에서모의실험을수행하였다. 각각의셀반경은 1000m 로하였으며, 프레임길이는 1ms, 슈퍼프레임길이는 10ms 으로하였다. 이동단말들은슈퍼프레임의배수단위로수면모드전환을하게된다. 수면구간이끝나서깨어야하는이동단말은다음슈퍼프레임이시작될때깨어나서자신이받을패킷이있는지여부의정보를 AP 로부터수신한이후에, 만일받을패킷이없는경우에는휴면상태로돌아가게된다. 또한이동단말들은슈퍼프레임중간에활성상태로전환되지않는다. 이동단말의속도는 20m/s 로하였으며, 셀구조와이동단말의이동은도 10 을가정하였다. - 12 -
도 11a 와도 11b 에서는트래픽이활성상태일때의수면구간제어기법의동작효과를보이고있다. 상기도 11a 에서는제안알고리즘 (MILI) 과 802.16e 에서제안하는수면구간제어기법 (Doubling), 그리고 802.11 에서와같은고정된수면구간방식 (Periodic; 괄호안의숫자는슈퍼프레임의개수를의미 ) 간의깨어있는시간을비교하고있다. 깨어있는시간은이동단말이활성상태에머무르는시간을의미하며, 깨어있는시간이길수록전력의소비가크다. 상기도 11b 는평균지연으로도 11a 와비교해보았을때깨어있는시간이길수록평균지연은작아지는것을알수있다. 이결과를통해전력소모와평균지연에상관관계가있음을알수있는데, 제안된알고리즘은이상관관계곡선을낮추어동일한평균지연에대해보다적은전력을소모하도록성능을향상시켰다. 이는도 12 에서확인할수있다. 도 13a 와도 13b 는트래픽이휴지상태인경우의성능을비교한그래프이다. 802.16e 에서제안하는수면구간제어기법 (Doubling), 그리고 802.11 에서와같은고정된수면구간방식 (Periodic), 제안한 MILI 기법을셀반경이동거리를추정하여반영한 MILI 과 MOES 의결합기법과함께비교하였다. 상기도 13a 에서 MILI 방식을셀반경이동거리를추정하는방식과함께사용한 MILI 와 MOES 의결합기법이가장좋은성능을보임을확인할수있다. 트래픽의휴지상태가길어지는경우제안알고리즘과주기적방식의성능이거의비슷하나, 트래픽의휴지상태가작은경우에는제안방식의평균지연이더작음을알수있다. 따라서트래픽의휴지상태길이가변화하는실제망에서는제안알고리즘이더좋은성능을보일것임을예상할수있다. 상기도 13b 에서는비교알고리즘들을사용하였을때수면핸드오버가일어나는횟수를측정하였다. 수면핸드오버가일어나는경우셀검색에의해전력소모가심하다는것을감안한다면, 휴면핸드오버가가장적게일어나는본알고리즘의전력효율이높을것이라는것을알수있다. 발명의효과 전술한본발명의실시예들을적용함으로써, 다음과같은효과를얻을수있다. 첫번째로, 본발명은이동단말에전송되는트래픽의패턴을고려하여수면구간의길이를정하여, 불필요하게깨어있는시간을줄임으로써전력소모면에서효율적인통신을가능하게한다. 두번째로, 본발명은이동단말의이동성을고려하여핸드오버시발생할수있는불필요한셀검색을줄임으로써이동단말의추가적인부담을줄인다. 세번째로, 이동단말의트래픽패턴과이동성을간단한몇가지상태변수로표현하고, 저장하는방식을제시함으로써수면구간의결정을간소화할수있다. 도면의간단한설명 도 1a 는종래고정된수면구간을사용하는경우에있어서의동작을보이기위한도면. 도 1b 는종래가변수면구간을사용하는경우에있어서의동작을보이기위한도면. 도 2 는통상적으로이동단말의 MAC 계층에적용되는상태천이를보이고있는도면. 도 3 은수면모드, 즉휴면상태와전력절약상태에대해공통으로적용될수있는본발명의실시예에따른수면구간결정절차를보이고있는제어흐름도. 도 4 는본발명의실시예에따른활성구간제어로결정된수면구간에의한동작예를보이고있는도면. 도 5 는본발명의실시예에따른휴지구간제어로결정된수면구간에의한첫번째동작예를보이고있는도면. 도 6 은본발명의실시예에따른휴지구간제어로결정된수면구간에의한두번째동작예를보이고있는도면. - 13 -
도 7 은도 4 를참조할때깨어나는시점에대응하여결정된수면구간의관계를보이고있는그래프. 도 8 은도 5 를참조할때깨어나는시점에대응하여결정된수면구간의관계를보이고있는그래프. 도 9 는도 6 을참조할때깨어나는시점에대응하여결정된수면구간의관계를보이고있는그래프. 도 10 은실험을위해가정하고있는이동단말의경로를보이고있는도면. 도 11a 와도 11b 는트래픽이활성상태일때의수면구간제어기법의동작효과를보이고있는도면. 도 12 는전력소모와평균지연의상관관계를보이고있는도면. 도 13a 와도 13b 는트래픽이휴지상태인경우의성능을비교한그래프. 도면 도면 1a - 14 -
도면 1b 도면 2-15 -
도면 3-16 -
도면 4-17 -
도면 5-18 -
도면 6-19 -
도면 7 도면 8-20 -
도면 9-21 -
도면 10 도면 11a - 22 -
도면 11b 도면 12 도면 13a - 23 -
도면 13b - 24 -