조용문 블로그

그림 1) MAC 수준에서의 초기접속 절차와 핸드오버 절차

 핸드오버를 수행하기 위하여 기본 접속 이외에 추가적으로 필요한 기능들은 다음과 같다. 그림 3)에서는 PSS가 시작하는 스캔 과정과 핸드오버 절차를 보여주고 있다.

그림 3) PSS가 시작하는 스캔 및 핸드오버 절차

 셀의 재 선택은 단말이 망 연결 과정이나 핸드오버를 위한 적당한 기지국을 찾기 위해 하나 이상의 기지국과 스캔 또는 연계를 수행하는 절차이다. 셀의 재 선택 절차에서 단말은 적당한 인접 기지국 정보를 얻기 위해 serving 기지국으로부터 전송된 MOB_NBR-ADV 메시지를 활용할 수 있다. 셀 재 선택을 수행하기 위해 단말은 스캔 구간이나 sleep 구간을 스케쥴링 할 수도 있다.

  핸드오버는 단말이 serving 기지국으로부터 어떤 타겟 기지국으로 핸드오버할 것인지를 결정함으로써 시작된다. 핸드오버 결정은 단말이나 serving 기지국 또는 망에 의해 내려질 수 있으며, 각각 MOB_PSSHO-REQ 메시지와 MOB_RASHO-REQ 메시지를 전송하여 핸드오버 의사를 알림으로써 핸드오버가 시작된다. 단말이 MOB_PSSHO-REQ 메시지를 전송할 때 하나 이상의 가능한 타겟 기지국을 지정할 수 있으며, 기지국이 MOB_RASHO-REQ 메시지를 전송할 때 타겟 기지국을 지정할 수도 있다. 기지국이 추천하는 타겟 기지국들은 단말의 요구에 대한 해당 타겟 기지국의 QoS 성능 예측 같은 값들을 고려하여 선택된다. 이러한 값들은 serving 기지국이 주변 기지국들과의 백본망을 통한 통신을 통해 얻을 수 있는데, 단말의 동작과 관련된 정보 교환을 위해 serving 기지국과 주변 기지국간에 행해지는 백본망을 통한 전송은 반드시 어떤 특정한 핸드오버를 위해 수행될 필요는 없으며 핸드오버 요청 메시지 이전에 미리 주기적으로 이루어질 수도 있다.

  단말은 핸드오버 응답 메시지와는 상관없이 어떤 타겟 기지국으로든 핸드오버를 시도할 수 있다. 섹터 간 핸드오버의 경우는 현재 serving 기지국이 인접 기지국의 도움 없이 단독으로 핸드오버를 처리할 수 도 있다. 기지국은 핸드오버 요구에 대한 응답을 MOB_ RASHO-RSP 메시지로 단말에게 전송하며, MOB_RASHO-RSP 메시지에는 타겟 기지국으로서 동작할 수 있는 적당한 기지국에 대한 정보가 포함된다. 단말이 핸드오버하기로 결정하면 serving 기지국 해제를 알리는 MOB_HO-IND 메시지를 전송한다.

  핸드오버가 개시된 이후부터 MOB_HO-IND 메시지를 전송하기 전까지 단말은 언제든지 핸드오버를 취소할 수 있다. 단말은 핸드오버 취소 옵션이 설정되어 포함된 MOB_HO-IND 메시지를 기지국에게 전송하여 핸드오버를 취소한다.

  핸드오버 요구 메시지와 핸드오버 응답 메시지의 송수신이 완료된 후, 단말은 실제 핸드오버를 시작한다. 이는 serving 기지국 해제 옵션이 설정되어 포함된 MOB_HO-IND 메시지를 기지국으로 전송하면서 이루어진다. MOB_HO-IND 메시지의 serving 기지국 해제 정보 필드에 따라 serving 기지국에서는 모든 단말과 관련된 정보들을 해제하거나, 단말의 핑퐁 현상 시 서비스의 연속성을 보장하기 위하여 일정 시간 단말 정보를 유지할 수 있다.

  단말과 타겟 기지국은 망 진입/재진입을 위한 관리 메시지 송수신 절차를 수행하기 위해 비경쟁 방식의 초기 레인징 전송 기회를 획득할 수도 있다는 점을 제외하고는 초기 레인징과 같다. 단말은 serving 기지국 ID와 레인징 목적 indicator 정보를 RNG-REQ 메시지에 포함함으로써 현재 핸드오버를 수행하고 있다는 것을 타겟 기지국에게 알릴 수 있다. 이 경우 타겟 기지국이 해당 단말의 정보를 백본을 통해 미리 수신하지 못하였다면, 타겟 기지국은 백본을 통해 serving 기지국에게 단말의 정보를 요청할 수도 있다.

  망 재진입 절차는 타겟 기지국이 serving 기지국이나 백본을 통해 획득한 단말 정보를 이용함으로써 IP 연결 설정이나 시스템 시간 설정과 같이 망재진입 절차 등이 기본 제공 능력 협상, 단말 인증 및 키 교환, IP 연결 설정 등의 절차가 생략되거나 간소화될 수 있다. 타겟 기지국은 핸드오버하려는 단말에 대한 정보를 백본을 통해 전달받은 경우 생략 가능한 망 재진입 메시지들을 알려주기 위해 HO Process Optimization 정보를 RNG-RSP 메시지에 포함해야 한다. 타겟 기지국은 단말 운용 정보를 갱신하기 위해 unsolicited SBC-RSP 또는 REG-RSP 관리 메시지를 전송하거나, SBC-RSP 또는 REG-RSP 관리 메시지에 포함되어야 할 정보를 RNG-RSP 메시지에 포함해 전송할 수 있다.

 3) 소프트 핸드오버 기술

  소프트 핸드오버는 하나의 단말이 동시에 두 개 이상의 기지국과 송수신을 하는 것을 말한다. 동시에 두개 이상의 기지국과 통신함으로서 하향 링크에서는 diversity combining 효과를 얻고 상향 링크에서는 선택적 다이버시티 (selective diversity) 효과를 얻는다. 소프트 핸드오버에 대한 능력 협상은 등록 과정에서 이루어진다. 소프트 핸드오버를 위해 기지국과 단말은 액티브 셋(Active set)이라는 기지국들의 리스트를 관리하는데, 단말이 기지국으로부터 MOB_NBR-ADV 메시지를 통하여 제공되는 인접 기지국 리스트에서 인접 기지국을 스캔하여 가용한 기지국의 리스트를 serving 기지국으로 보고하고 이를 이용하여 액티브 셋을 관리한다. 단말은 H_Add Threshold 와 H_Delete Threshold 값들을 기준으로 CINR(Carrier to interference‐and‐noise ratio)을 측정하여 기지국이 액티브 셋에 포함될 지 삭제될 지 여부를 결정하고 MOB_PSSHO-REQ 메시지를 이용하여 기지국으로 전송한다. 액티브 셋에 포함된 기지국들은 그 단말에 대하여 같은 셋의 CID를 사용해서 단말로 패킷을 전송해야 해야 한다. 앵커 기지국이란 액티브 셋에 포함되어 있는 기지국 중에 단말이 등록되어 있는 기지국으로 단말과의 동기화를 담당하고 레인징이나 제어 정보를 단말로 전송하는 기지국을 의미한다. 단말의 이동 등의 이유로 단말이 앵커 기지국을 변경하고자 할 때에는 SHOFBSS_IND_type을 포함한 MOB_HO-IND 메시지를 이용한다.

  FBSS(Fast BS Switching)을 이용한 기지국 변경 방법은 링크 품질을 향상시키기 위한 방법이다. 액티브 셋에 속한 기지국들은 단말에 대한 정보를 공유하지만, 단말은 어떤 주어진 프레임에서 액티브 셋에 속하는 활성화된 기지국 중의 하나, 즉 앵커 기지국으로만 통신하는 방법이다. FBSS도 MOB_PSSHO-REQ 혹은 MOB_RASHO-REQ 메시지에 의해 추가되거나 삭제된다. 단말과 기지국은 액티브 셋에 현재 FBSS 기능이 활성화된 기지국 리스트를 관리하며, SHO와는 달리 단말은 앵커 기지국과만 제어 및 트래픽 정보를 송수신한다. 액티브 셋을 관리하고 변경하는 방법은 SHO와 동일하다.

  앵커 기지국의 변경은 SHOFBSS_IND_type을 포함한 MOB_HOIND 메시지를 이용하거나 빠른 앵커 기지국 선택 방법(fast Anchor BS selection)을 이용한다. 빠른 앵커 기지국 선택 방법은 단말이 fast-feedback 채널(CQICH)을 이용해서 현재 앵커 기지국에 빠른 앵커 기지국 선택 정보를 전달한다. 빠른 앵커 기지국 선택 방법에서는 단말이 기지국을 변경하고자 할 때 스위칭 기간이란 시간동안 앵커 스위칭 보고(Anchor switching reporting) 슬롯에 현재 앵커 기지국의 채널 상태 정보(CQI: Channel Quality Indicator)와 핸드오버 할 타겟 기지국을 지정하는 앵커 스위칭 통보(anchor switching indication)를 번갈아 올린다. 이를 수신한 기지국은 해당 단말의 정보를 타겟 기지국으로 전송하고 새 타겟 기지국에 CQICH을 할당함으로써 기지국이 변경되었음을 알린다.

3. IEEE 802.16e 에서의 Handover(predictive/reactive mode)

 

 1) Predictive mode 에서의 핸드오버 절차

 

  ① BS는 주기적으로 MOB_NBR-ADV 메시지를 브로드캐스팅 한다.
  ② MN이 이러한 메시지 내에 포함된 새로운 인접 BS를 발견하면 스캐닝 과정을 수행할 수도 있다
  ③ MN이 MOB_NBR-ADV나 스캐닝을 통해 새로운 BS를 찾았다면 MN의 링크 계층은   New_BS_Found를 통해 IP 계층(FMIPv6)에게 새로운 BS를 발견했음을 알린다.
  ④ IP 계층에게 알리고 난 후에 MN은 PAR과 주고받은 RtSolPr과 PrRtAdv에서 관련된 이웃 AR들의 BSID를 획득하는 과정을 거친다.
  ⑤ MN은 serving BS에게 MOB_MSHO-REQ를 보내고 MOB_BSHO-RSP를 받는 과정을 통해 핸드오버 초기화를 수행한다. 그리고 serving BS는 MOB_BSHO-REQ를 보낼 때 핸드오버 초기화가 진행된다.
  ⑥ MN이 BS로부터 MOB_BSHO-RSP이나 MOB_BSHO-REQ 메시지를 받고나면 링크계층은 IP 계층에게 Link_Going_Down을 알린다.
  ⑦ LGD를 받고나면 MN의 IP 계층은 PAR과 FBU와 FBAck 메시지를 주고받게 된다. FBAck이 전송되기 전에 PAR는 NAR와 터널을 생성하기 위해 HI와 HAck를 교환한다.
  ⑧ FBAck이 핸드오버가 이루어지기 전에 도착했을 경우에 MN은 predictive mode로 동작하게 된다. 이때 핸드오버의 마지막 과정에서 MOB_HO-IND 메시지를 보내게 된다.
  ⑨ MN은 타겟 BS으로 핸드오버되고 802.16e 네트워크 진입 과정을 수행한다.
  ⑩ 망 진입과정이 모두 종료되고 나면 MN의 링크 계층은 IP 계층으로 Link_Up 신호를 보내게 되고 MN은 NAR에게 FNA를 전송한다.

  ⑪ NAR이 MN으로부터 FNA를 받게 되면 MN은 버퍼에 저장되어 있던 패킷들을 전송하기 시작한다.

2) Reactive mode 에서의 핸드오버 절차

  ① BS는 주기적으로 MOB_NBR-ADV메시지를 브로드캐스팅 한다.
  ② 만약 MN이 이러한 메시지내에 포함된 새로운 이웃 BS를 발견했다면 스캐닝과정을 수행할 수도 있다.
  ③ MN이 MOB_NBR-ADV나 스캐닝을 통해 새로운 BS를 찾았다면 MN의 링크 계층은    New_BS_Found를 통해 IP 계층 (FMIPv6)에게 새로운 BS를 발견했음을 알린다.
  ④ IP 계층에게 알리고 난 후에 MN은 PAR과 주고받은 RtSolPr과 PrRtAdv 메시지를 교환하여 이웃 AR들의 BSID를 획득하는 과정을 거친다.
  ⑤ MN은 serving BS에게 MOB_MSHO-REQ를 보내고 MOB_BSHO-RSP를 받는 과정을 통해 핸드오버 초기화를 수행한다. 또한 serving BS는 MOB_BSHO-REQ를 보낼 때 핸드오버 초기화가 진행된다.
  ⑥ MN이 BS로부터 MOB_BSHO-RSP이나 MOB_BSHO-REQ 메시지를 받고나면 링크계층은 IP 계층에게 Link_Going_Down을 알린다.
  ⑦ MN이 현재 링크에서 FBAck을 받지 못했다면 reactive mode로 동작하게 된다. 타겟 BS로 핸드오버를 수행한 후에 MN은 802.16e 망 진입 과정을 수행하게 된다.
  ⑧ 망 진입 과정이 완전히 종료되면 MN의 링크 계층은 IP 계층에게 Link_Up 신호를 즉시 보내게 되고 MN은 NAR에게 FNA를 전송하게 된다.
  ⑨ FNA를 받은 NAR은 NCoA의 유효성을 확인하는 과정을 거치고 난 후에 터널을 만들어 FBU를 PAR에게 보내준다.
  ⑩ 만약 NCoA가 이미 사용하고 있는 것이라고 판단되면 MN에게 NAACK를 전송한다.

그림 4) 802.16e 망에서의 Predictive Fast Handover 절차

2) Reactive mode 에서의 핸드오버 절차

① BS는 주기적으로 MOB_NBR-ADV메시지를 브로드캐스팅 한다.
  ② 만약 MN이 이러한 메시지내에 포함된 새로운 이웃 BS를 발견했다면 스캐닝과정을 수행할 수도 있다.
  ③ MN이 MOB_NBR-ADV나 스캐닝을 통해 새로운 BS를 찾았다면 MN의 링크 계층은    New_BS_Found를 통해 IP 계층 (FMIPv6)에게 새로운 BS를 발견했음을 알린다.
  ④ IP 계층에게 알리고 난 후에 MN은 PAR과 주고받은 RtSolPr과 PrRtAdv 메시지를 교환하여 이웃 AR들의 BSID를 획득하는 과정을 거친다.
  ⑤ MN은 serving BS에게 MOB_MSHO-REQ를 보내고 MOB_BSHO-RSP를 받는 과정을 통해 핸드오버 초기화를 수행한다. 또한 serving BS는 MOB_BSHO-REQ를 보낼 때 핸드오버 초기화가 진행된다.
  ⑥ MN이 BS로부터 MOB_BSHO-RSP이나 MOB_BSHO-REQ 메시지를 받고나면 링크계층은 IP 계층에게 Link_Going_Down을 알린다.
  ⑦ MN이 현재 링크에서 FBAck을 받지 못했다면 reactive mode로 동작하게 된다. 타겟 BS로 핸드오버를 수행한 후에 MN은 802.16e 망 진입 과정을 수행하게 된다.
  ⑧ 망 진입 과정이 완전히 종료되면 MN의 링크 계층은 IP 계층에게 Link_Up 신호를 즉시 보내게 되고 MN은 NAR에게 FNA를 전송하게 된다.
  ⑨ FNA를 받은 NAR은 NCoA의 유효성을 확인하는 과정을 거치고 난 후에 터널을 만들어 FBU를 PAR에게 보내준다.
  ⑩ 만약 NCoA가 이미 사용하고 있는 것이라고 판단되면 MN에게 NAACK를 전송한다