[논문]효율적인 3G LTE 시스템을 위한 핸드오버 기법

신준범

효율적인 3G LTE 시스템을 위한 핸드오버 기법
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신준범 (고려대학교 컴퓨터정보통신공학과)

최근 스마트폰의 사용자가 증가함에 따라 고속 이동통신에 대한 수요가 증가하고 있으며, 특히 3G LTE(Long Term Evolution) 시스템은 대형 통신사업자로부터 차세대 기술로 선택되어 상용화가 예상되고 있다. 이 논문은 표준 시스템 모델을 제시하여 동일한 환경에서 성능비교 및 평가를 통해 3G LTE 시스템에 대한 핸드오버 기법을 제안하여 기지국 운용 자동화와 서비스 Interruption을 줄이는 방안을 제시한다. 결론적으로 3G LTE 기술에 효율적인 핸드오버 기법을 적용하여 이동통신망을 최적화 시키는 효과를 얻을 수 있다.

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문제 정의

이 논문은 LTE 시스템에 핸드오버 기법을 효율적으로 적용하여 이동통신망을 최적화 시키는 방안을 제시하고 있다.

가설 설정

2tier의 19개의 셀룰러 환경을 기본으로 하며, 셀 중심에는 섹터 구분 없이 Omni-directional 안테나를 사용하고 셀 반경은 1km로 설정하였다. 한 각 셀들은 5MHz 의 대역폭을 가지며 주파수 효율은 4bps/Hz 로 가정하여 데이터 효율은 20Mbps이고 호 도착율은 0.034로 가정한다.

제안 방법

2tier의 19개의 셀룰러 환경을 기본으로 하며, 셀 중심에는 섹터 구분 없이 Omni-directional 안테나를 사용하고 셀 반경은 1km로 설정하였다. 한 각 셀들은 5MHz 의 대역폭을 가지며 주파수 효율은 4bps/Hz 로 가정하여 데이터 효율은 20Mbps이고 호 도착율은 0.
3G LTE 시스템과 3G CS(Circuit Switched) 시스템 사이에 끊김없는 핸드오버를 제공하기 위한 방법으로 핸드오버가 가능하려면 첫 번째로 두 시스템사이의 연동을 가능하도록 해야하며, 두 번째로 라이도 자원의 사용에 있어서의 제약을 극복해야하며, 마지막으로 3G LTE시스템에 접속과정의 일부분인 PDP(Packet Data Protocol) context activation과 IMS(IP Multimedia Subsystem) registration 과정을 간략히 하기 위하여 Gateway를 도입하였다.
3G LTE시스템에서의 기지국 운용 자동 최적화를 위해 혼합 목표 셀 선택방식과 다중 능동 기반 히스테리시스 방식 핸드오버 알고리즘을 제안하였고 3G LTE망과 3G CS망 사이에서의 핸드오버 문제를 해결하기 위해 SCSE 방법을 제안하였다.
SCSE의 구조는 3G LTE망에서 사용되는 GTP (GPRS (General Packet Radio Service) Tunneling Protocol) signal과 3G CS망에서 사용되는 MAP (Mobile Application Part) signal을 전환하는 시그널링 게이트웨이 역할을 담당하며 이 기능을 통해 3G LTE망과 3G CS 망 사이의 연동을 통해 핸드오버 과정에서 상대망의 자원을 예약할 수 있다. 또한 Session Anchoring Function은 음성 세션에 대한 anchoring point (B2BUA (Back-to-Back User Agent))의 역할을 수행하여 call에 관한 정보를 저장하고 해당 call이 생성되는 과정에 참여하여 call의 유지 및 이동 등을 관리하기 위한 call anchoring 과정을 수행한다. 이 같은 call anchoring 과정을 통해 SCSE는 세션에 관한 정보를 저장하고 3rd party user agent로서 역할을 수행 할 수 있으며 핸드오버 과정에서 PDP context activation 과정과 IMS registration 과정을 간략히 하여 service interruption time을 최소화 할 수 있다.

이론/모형

034로 고정 시켰을 때 발생된 신규서비스들의 총합에 따른 고정 히스테리시스방식과 다중 요소 기반 능동 히스테리시스 방식의 핸드오버 실패율을 보여주고 있다. 여기서 목표 셀 선택 방법으로는 혼합형 목표 셀 선택 방식을 사용되었다. [그림2]로부터 다중 요소 기반 능동 히스테리시스 방식은 고정 히스테리시스 방식보다 더 낮은 핸드오버 실패율을 가짐을 알 수가 있다.

성능/효과

3G LTE망과 3G CS망 사이의 핸드오버 문제를 해결하기 위한 기존의 방법과 제안된 4.1 시스템 모델에서 SCSE 방법을 적용하여 각각의 경우의 서비스에 장애가 발생하는 시간을 비교 및 평가하였으며 각 상황에서 라디오 채널의 변화에 따른 전송율의 변화를 분석한 결과 SCSE 방법을 적용했을때 Service interruption이 가장 낫음을 알 수가 있다.

후속연구

차세대 정보통신기술로 주목 받고 있는 LTE시스템에 효율적인 핸드오버 기술을 적용하여 이동통신망을 최적화 하는 결과를 얻을 수 있을 것이라고 예상한다.

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