KR101009804B1

KR101009804B1 - 근거리무선통신망 단말을 위한 절전방법

Info

Publication number: KR101009804B1
Application number: KR1020060055055A
Authority: KR
Inventors: 김영수; 최성현; 장경훈; 진성근; 황효선; 한광훈
Original assignee: 재단법인서울대학교산학협력재단; 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2006-06-19
Publication date: 2011-01-19
Also published as: WO2007052974A1; KR20070048584A; JP4790813B2; JP2009515416A; US20070115873A1; US8619704B2

Abstract

본 발명은 다수의 접속노드들을 포함하며, 각 접속노드가 셀 내의 적어도 하나의 단말에 대해 접속 서비스를 제공하는 무선 근거리 통신 망에서, 활성 모드와 아이들 모드의 사이를 천이하는 단말을 위한 절전 방법에 대한 것으로서, 상기 접속노드들의 셀들을 적어도 두 개의 페이징 영역들로 그룹화하는 과정과, 상기 단말이 미리 정해진 매 시간 간격마다 기상 상태와 반 휴면 상태 사이를 교번하는 아이들 모드로 동작하고 있는지, 아니면 항상 기상 상태에 있는 활성 모드로 동작하고 있는지 판단하는 과정과, 상기 단말이 상기 아이들 모드로 동작하는 경우, 상기 단말이 각 페이징 영역을 벗어나는 경우에만 아이들 핸드오프를 활성화시키는 과정을 포함한다. 이러한 본 발명에서는 핸드오프가 단말이 아이들 모드에서 페이징 그룹 경계를 교차할 때만 발생하므로 전력 소모를 줄일 수 있다.

근거리무선통신망(wireless local area network: WLAN), 절전모드(power saving mode: PSM), IP 페이징, 아이들 모드 (Idle Mode: IM)

Description

근거리무선통신망 단말을 위한 절전방법{POWER-SAVING METHOD FOR MOBILE TERMINAL IN WIRELESS LOCAL AREA NETWORK}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절전 방법을 위한 PA의 구조를 도시한 개략도;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절전 방법을 위한 IM 동작을 설명하기 위한 메시지 흐름도;

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절전 방법을 위한 아이들 핸드오프를 설명하기 위한 메시지 흐름도;

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마크코프 체인 모델링을 위한 단말의 상태 다이어그램;

도 5는 상태 2에서 셀 체류 시간 변화에 따라 WNIC의 평균 전력 소비 곡선을 보인 그래프; 및

도 6은 표준 체류 시간이 20 초로 설정된 경우 대기 시간이 증가함에 따라 남아있는 에너지 곡선을 보인 그래프이다.

본 발명은 근거리 무선 통신 망 (wireless local area network: WLAN)에 관한 것으로, 특히 신규의 휴지(idle) 모드 동작을 이용한 WLAN 망에서의 절전 방법에 관한 것이다.

최근, IEEE 802.11 WLAN 이 광대역 무선 인터넷 접속을 위한 유망한 기술이 되었다. 이와 함께, 인터넷 프로토콜 (Internet Protocol: IP) 전화와 같은 새로운 형태의 애플리케이션들이 급속이 보급되고 있다. IP 전화는 이동 단말 (mobile host: MH)를 들고 있는 사용자가 움직일 경우에도 간헐적으로 걸려오는 호를 사용자에게 알려주는 기능을 요한다. 배터리 전원에 의존하는 IP 단말 장치들에 있어서, 대기시간의 연장은 중요한 관심요소이며, 오늘날 802.11는 배터리 전원을 줄일 수 있도록 최적화 되어있지 못하다. 그 이유는 이동 단말의 동작을 위한 두 가지의 동작 모드, 즉, 활성모드(Active Mode: AM)와 절전모드 (Power Saving Mode: PSM) 만을 지원하는 IEEE 802.11 WLAN 표준에 기인한다. 상기 두 모드에서 이동 단말은 송신 또는 수신 트래픽이 없는 경우에도 항상 접속 노드 (Access Point: AP)와 의 연결을 유지해야만 하기 때문에 이동 단말은 모든 접속노드들의 셀 경계에서 핸드오프를 수행해야만 한다. 다시 말해, IEEE 802.11 무선랜은 단말들에 대해 서비스할 트래픽이 없는 상황에서 단말들의 이동성을 지원하는데 근본적으로 취약하다.

이와 같이 휴지 모드(Idle Mode: IM)의 부재로 인해, 지금까지 IP 페이징과 PSM 같은 대안들이 고려되어 왔다. IP 페이징 기법은 B. Sarikaya and T. Ozugur에 의해 "Tracking Agent Based Paging for Wireless Lans, in Proc. IEEE CCNC' 4, 2004"에서 제안되었다. IP 페이징은 이동 단말이 절전 모드에서 동작하는 동안 IP 계층에서의 이동성을 지원한다. 그러나 제안된 IP 페이징 기법은 IP 계층에서의 IP 페이징과 절전 모드가 상호 연관 없이 페이징 동작과 절전 모드가 독립적으로 동작하기 때문에 이동 단말에 대한 효율적인 전력 소비를 지원하지 않는다. IP 페이징을 적용할 경우 대기 시간을 연장하기 위해, 절전모드보다 더 나은 절전 기법이 고려되어야 한다.

또 다른 IP 페이징 기법들로 "X. Zhan, J. Gomez, G. Castellanos, and A. T. Campbell, P-MIP: Paging Extensions for mobile IP, ACM Mobile Networks and Applications, July 2002"과 "R. Ramjee, L. Li, T. La Porta, and Sneha Kasera, IP Paging service for Mobile Hosts, in Proc. ACM MobiCom' 01, 2001"이 제안된 바 있다. 만약 매체접속제어 계층 수준의 페이징 방식이 적용되지 않는다면, IP 페이징은 그 대안으로 사용될 수 있다. 그러나, IP 페이징의 초기 개념은 매체접속 제어 계층에 관계없이 IP 계층을 위한 이동성을 지원하기 위해 개발되었기 때문에 이들 IP 페이징 방식들은 아이들 모드에서의 매체접속제어 계층이 효과적인 절전 방식으로 동작한다는 가정 하에 매체접속 제어 동작을 무시한 IP 페이징 알고리즘들을 다루고 있다. 실제로 IEEE 802.11 WLAN 표준의 경우, 매체접속 제어 계층은 IP 페이징을 이용하지 않을 때 절전모드에서 동작한다. 절전 모드에 있는 단말은, IP 페이징이 동작하는 동안, 접속노드와의 연결을 유지하기 위한 필요한 동작을 수행하고 IP 페이징 관련 동작들을 수행해야만 하기 때문에, 아이들 상태로 천이할 수 없다. "Wake on Wireless: An Event Driven Energy Saving Strategy for Battery Operated Devices,"E. Shih, P. Bahl, and M. J. Sinclair, in Proc. ACM MobiCom'02, 2002"에 페이징 개념을 적용한 절전 기법을 개시하고 있다. 이 절전 기법에서는 페이징 신호를 수신할 수 있는 장치가 이용되며 이 장치는 단말로 수신되는 패킷이 있는 경우 아이들 모드에 있는 이동 단말을 깨운다. 페이징을 위한 장치를 통해 단말의 대기 시간을 연장 가능하지만 이러한 절전 기법은 표준과 호환되지 않는다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 WLAN을 위한 신규의 아이들 모드 동작을 기반으로 하는 절전방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전력 소비 효율을 개선 함으로써 배터리 수명을 연장할 수 있는 절전 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 IEEE 802.11 WLAN에 대한 호환성을 유지하면서, 핸드오프 관련 동작들을 최소화함으로써 절전 성능을 향상시킬 수 있는 절전 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은, 다수의 접속노드들을 포함하며, 각 접속노드가 셀 내의 적어도 하나의 단말에 대해 접속 서비스를 제공하는 무선 근거리 통신 망에서, 활성 모드와 아이들 모드의 사이를 천이하는 단말을 위한 절전 방법에 있어서, 상기 접속노드들의 셀들을 적어도 두 개의 페이징 영역들로 그룹화하는 과정과; 상기 단말이 미리 정해진 매 시간 간격마다 기상 상태와 반 휴면 상태 사이를 교번하는 아이들 모드로 동작하고 있는지, 아니면 항상 기상 상태에 있는 활성 모드로 동작하고 있는지 판단하는 과정과; 상기 단말이 상기 아이들 모드로 동작하는 경우, 상기 단말이 각 페이징 영역을 벗어나는 경우에만 아이들 핸드오프를 활성화시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명은, 다수의 고정국들을 포함하며, 각 고정국이 셀 내의 적어도 하나의 단말에 대해 접속 서비스를 제공하는 무선 근거리 통신 망에서, 기상 상태와 반 휴면 상태 사이를 천이하는 단말을 위한 절전 방법에 있어서, 상기 고정국들의 셀들을 적어도 두 개의 페이징 영역들로 그룹화하는 과정과; 상기 단말이 반 휴면 상태에 있는지를 판단하는 과정과; 상기 단말이 상기 반 휴면 상태에 있으면, 상기 단말이 각 페이징 영역을 벗어나는 경우에만 핸드오프를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절전 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 잘 알려진 기능이나 구성에 대해서는 본 발명의 취지를 흐리지 않도록 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 절전 방법은 IEEE 802.11 WLAN에 적합하도록 페이징, 아이들 핸드오프, 지연 핸드오프로 구성되는 신규의 IM 동작과 함께 구현된다. 이러한 IM 동작을 통해, 이동단말은 반휴면(doze) 상태에서 오랜 시간 머물게 되고 절전모드에서 보다 적은 동작을 수행하게 된다. 본 발명의 절전 방법은 IEEE 802.11 WLAN 표준에 호환된다. 본 발명의 절전 방법으로, 이동 단말은 미리 정의된 페이징 영역 (paging area: PA)에서는 어떠한 핸드오프도 수행하지 않는다. 아이들 핸드오프 (idle handoff)라 불리는 최소의 동작에 의한 핸드오프는 이동 단말이 페이징 영역을 떠날 때에만 수행된다. 페이징을 통해 아이들 모드의 단말들에게 신규의 패킷 도착을 알리고 효율적인 전력관리가 가능하다. IP 순 핸드오프는 페이징이 성공할 때까지 지연되기 때문에 이른 지연 핸드오프라고 부른다.

본 발명에서는 IEEE 802.11 WLAN을 위한 신규 동작모드, 즉 IM이 도입된다. 절전 효율을 최대화하기 위해, IM에서 요구되는 동작들은 최소화되어야 한다. IM에서 동작하는 경우, 이동 단말(MT)에 구비되는 무선 네트워크 인터페이스 카드 (wireless network interface card: WNIC)는 앞으로 깨어나기 위한 필수적인 동작만을 수행하게 된다. IM 모드에서 요구되는 동작은 다음과 같다.

1. 절전모드(PSM)에 있는 WNIC와는 달리 모든 셀 경계에서 핸드오프가 발생하지 않는다. 아이들 핸드오프라 불리는 이 핸드오프는 이동단말이 페이징 영역(PA)을 떠나 다른 PA로 진입하는 경우에만 수행된다.

2. WNIC가 IM으로 동작하는 경우, WNIC는 어떤 AP와도 연결되어 있지 않는다. IM에서 WNIC가 해야 할 일은 활성모드(AM)로 전환하기 위해 미리 정해진 매 시간격마다 주기적으로 비콘을 듣는(listen) 것이다. 일반적으로 AP들이 매 100분의 1초 마다 비콘을 전송하는데 반해, 단말의 깨어나기 위해 비콘을 수신하는 비콘 수신 간격은 일반적으로 1초로 설정된다.

3. 페이징이 성공할 때만이 IM에 있는 WNIC가 AM으로 전환한다.

<아이들 모드의 프로토콜>

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절전 방법을 위한 PA의 구조를 도시한 개략도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 이웃 AP 셀들은 각각의 PA (110, 120)로 그룹화된다. 첫 번째 PA (110)는 다수의 AP들 (111, 112, 113, 114, 115)로 구성된다. 제 1 PA 110 의 제1 내지 제3 AP들 (111, 112, 113)은 제1 라우터 130과 연결되어 있으며 제4 및 제5 AP들 (114, 115)은 제2 라우터 (140)에 연결되어 있다. 한편, 제2 PA는 제3 라우터 (150)에 연결되어 있는 AP들 (121, 122, 123, 124)로 구성된다.

동일한 PA에 소속되어 있는 AP들은 동일한 식별자를 가지게 되며, 이 식별자는 신규로 정의된 페이징 영역 식별자 (paging area identifier: PAID)로서 비콘을 통해 방송된다. IM 모드에 있는 각 WNIC 는 PAID를 통해 PA를 구분하게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절전 방법을 위한 IM 동작을 설명하기 위한 메시지 흐름도이다.

도 2에서 보는 바와 같이, 하나의 세션(예를 들어, VoIP 세션) 완료 후, WNIC는 IM로 진입하기 위해 연결분리요청 메시지(Dissociation-Request)를 1로 설정된 절전 모드 (Power-saving Mode: PM) 비트와 함께 전송한다. 이에 대한 응답으로 현재 연결된 AP로부터 연결분리응답 메시지(Dissociation-Response)를 수신하면, IM 에 있는 WNIC는, 연결분리응답 메시지를 전송한 AP가 앞으로의 핸드오프 절차 수행을 위한 WNIC 컨택스트(context)를 유지하는 한 동일한 PA 내에서 이동할 수 있다. 이러한 AP를 홈 AP(Home-AP) 혹은 홈 노드라 부른다. IM으로 진입한 후 WNIC 는 주기적으로, 즉 매 1초마다, 비콘을 청취하기 시작한다. WNIC 가 비콘 정보를 통해 AP 셀의 변화을 인지하는 경우에도 WNIC 는 동일한 PA 에 머무는 한 비콘 청취를 지속한다. 이러한 지속적인 비콘 청취 동작은 AP 재선택 (AP-Reselection)이라 불린다. 효과적인 AP 재선택을 위해 많은 최적화 문제가 존재할 수 있다. 그러나, AP 재선택 문제는 본 발명의 범위를 벗어나므로 고려되지 않을 것이다. 편의상, AP 재선택은 최적화를 통해 스캐닝과 같은 오버헤드 없이 수행된다고 가정한다.

IM에 있는 특정 WNIC로 향하는 패킷이 Home-AP에 도착하면, 상기 Home-AP는 페이지 알림 메시지(Page-Notify)를 동일 PA에 속해 있는 모든 AP(신규 AP, 다른 AP)로 전송하고, 따라서 상기 AP들은 목적지 WNIC에 대한 페이징을 시작한다. 다시 말해, 상기 AP들은 비콘 프레임을 통해 페이징 정보를 전송한다. 만약 WNIC가 어떤 AP(즉 신규 AP)로부터 그러한 비콘을 수신하여 페이징 되고 있음을 인지하면, WNIC는 재연결요청 메시지(Reassociation-Request)를 전송함으로써 신규 AP에 대한 연결을 시도한다. 페이징된 WNIC를 성공적으로 찾은 후, 신규 AP는 WNIC를 위한 지연 핸드오프 동작을 수행하기 시작한다. 상기 WNIC에 대한 서비스를 위한 모든 준비가 완료되면, 신규 AP는 연결응답 메시지(Reassociation-Response)로 상기 WNIC에 응답하고 동일 PA 내의 다른 AP들에게 페이징 히트 메시지(Paging-hit)를 방송하여 상기 다른 AP들의 페이징 동작을 종료시킨다.

<아이들 및 지연 핸드오프>

아이들 핸드오프는 IM으로 동작하고 있는 WNIC 가 PA 경계를 넘을 때 마다 수행된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절전 방법을 위한 아이들 핸드오프를 설명하기 위한 메시지 흐름도이다.

새로운 PA로 진입하면, WNIC는 새로 수신한 비콘으로 PA를 확인하고 재연결 요청 메시지(Reassociation-Request)를 기본 서비스 세트 식별자(Basic Service Set Identifier: BSSI)와 함께 새로운 PA 내의 AP들로 전송한다. 재연결요청 메시지(Reassociation-Request)를 수신하면, 신규 AP는 재연결응답 메시지 (Reassociation-Response)로 응답한다. 계속해서, 상기 WNIC는 초기 IM 진입 시와 동일한 방법으로, 즉 1로 설정된 PM과 함께 연결분리요청 메시지(Disassociation-Request)를 전송한다. 3-웨이 관리 메시지 교환이 성공적으로 완료된 후, 상기 WNIC는 페이징 정보를 수신하기 위해 주기적인 비콘 청취를 재개한다. 상기 3-웨이 메시지 교환에 참여한 AP는 최근 연결 AP(Most Recently Associated AP: MRA-AP) 혹은 MRA 노드로 불린다.

상기 MRA-AP는 Home-AP 와 WNIC 의 컨택스트를 교환한다. 이러한 동작을 통해, MRA-AP 는 WNIC 의 매제접속제어(Media Access Control: MAC) 주소를 이용한 사용자 인증 확인을 수행하게 된다. 사용자 인증 확인은 전력 소비는 물론 WNIC 의 기상 시간을 줄이기 위해 WNIC 와의 메시지 교환이 완료된 후에 수행된다. 사용자 인증 확인이 성공적으로 완료되면, Home-AP 는, 컨택스트제거 메시지(Remove-Context)(도시하지 않음)를 전송함으로써, WNIC 의 신규 MRA-AP로의 이동을 WNIC 가 신규 PA 진입 직전에 방문한 PA 내의 구 MRA-AP에 알린다. 상기 컨택스트제거 메시지(Remove-Context) 수신 후, 상기 구 MRA-AP는 WNIC의 컨택스트를 제거한다. 본 발명에서 제안된 방법에 대한 여러가지 보안 문제가 있을 수 있지만 상세한 보안 관련 문제는 본 발명의 범위를 벗어나기 때문에 설명하지 않는다.

적어도 하나의 아이들 핸드오프가 발생하는 경우, Home-AP 는 실제로 페이지 알림 메시지(Page-Notify)(도시하지 않음)를 MRA-AP로 전송하고, 상기 MRA-AP는 상기 페이지 알림 메시지를 동일한 PA에 있는 모든 AP들로 전달한다. 본 발명은 IEEE 802.11 WLAN이 IM 에 있는 이동 단말들의 위치를 추적할 수 있도록 하기 때문에 IP 페이징을 포함한 IP 계층 관련 핸드오프 동작들은 성공적인 페이징 완료 후로 연기된다. 이러한 이유로, IP 계층의 활성화를 지연시키는 이러한 핸드오프를 지연 핸드오프 (delayed handoff) 라 칭하기로 한다. 지연 핸드오프를 수행하는 동안 사용자 인증 동작들도 함께 수행된다.

분석을 위한 목표 애플리케이션으로서 VoIP를 고려하면, 사용자가 VoIP 단말을 사용하는 경우, 수신(incoming) 또는 발신(outgoing) 호에 의해 세션이 초기화된다. VoIP 세션이 진행되는 동안에는 절전모드(PSM)가 사용되지 않는다. 다시 말해 전체 진행 세션 중에는 기상 상태(awake state)에서 반휴면 상태(doze state)로의 상태 천이가 발생하지 않는다고 가정한다. 또한, 이동 단말은 호를 수신하기 위해 항상 전원이 켜진 상태에 있음을 가정한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마크코프 체인 모델링을 위한 단말의 상태 다이어그램이다.

도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명에서는 두 가지 동작 상태 즉, 활성모드(active mode: AM)를 위한 상태 1 과 아이들 모드 또는 절전 모드(PSM)를 위한 상태 2를 정의한다.

1. 상태 1 (AM) : 단말이 이 상태에 있는 경우, WNIC 는 기상 상태에 있고 휴대 장치 (handheld device: HD)는 전원이 켜진 상태이다. 단말은 트래픽을 위한 진행중인 세션을 갖고 있다. 상기 단말은 AP 셀 경계를 이동할 때마다 핸드오프를 수행한다. 반휴면 상태로의 천이는 세션이 종료될 때 발생한다.

2. 상태 2 (IM 또는 PSM): 단말이 이 상태에 있는 경우, WNIC 는 페이징 정보를 포함하는 비콘을 수신하기 위해 미리 정해진 매 시구간마다 기상 상태와 반휴면 상태로 전환된다. 만약 IM 이용되는 경우, WNIC 는 각 PA를 떠날 때마다 아이들 핸드오프를 수행한다. 단말은 페이징에 성공하거나 또는 호를 내보낼 경우에만 상태 1로 진입한다.

상기한 바와 같이, IM에서 동작하는 WNIC를 가진 단말이 IP 동작을 수행할 필요가 없으므로, 휴대 장치는 전력모드를 대기 모드(standby-mode)로 전환한다. 반면, IP 페이징과 절전모드(power-saving mode: PSM)를 이용하는 종래의 방식에서는,IP 페이징이 적용될 경우 이동 단말이 AP 간 핸드오프 또는 AP 간 핸드오프 및 IP 관련 핸드오프를 수행해야만 한다. 이러한 이유로 휴대 장치의 전원은 켜져 있어야 한다.

<수치적 분석>

수치적 분석을 통해, 본 발명에 따라 IM 을 적용한 WNIC를 가지는 MH에 의해 소비되는 전력은 계산된다. 고정 상태 분석 (steady state analysis)은, 상태 변화가 마르코프 체인과 함께 발생하지만 변화 사이에 임의의 시간이 취해지기 때문에, 반-마르코프 프로세스 (semi-Markov process)를 기반으로 한다. 반-마르코프 프로세스를 기반으로 한 분석은 몇몇 논문에서 제시된 바 있다. 본 발명에서는 새로운 에너지 소비 모델이 도입된다.

상태 1 및 상태 2, 각 상태에서의 고정 상태 확률과 평균 에너지 소비를 결정하기 위해 다음과 같은 가정을 한다.

1. 이동 단말의 수신 및 발신 호는 각각 변화율

와

을 가지는 포이송 추이(Poisson process)에 따라 발생한다.

2. 세션 유지 시간은 일반적으로 평균

를 갖는 밀도함수

로 분포한다.

3. 셀에 머무는 시간과 PA에 머무는 시간은 평균적으로 동일하게 분산되고(independent identically distributed: i.i.d.), 각각 평균

와

인 지수적 분산을 따른다. 더욱이, 이고,

여기서

는 PA를 구성하는 평균 AP의 수이다.

분석을 위해 사용된 파라미터들은 표 1과 같다.

파라미터	정의
	비콘 청취 간격
	기상 상태에서 WNIC 의 평균 전력 소비
	반휴면 상태에서 WNIC 의 최소 전력 소비
	활성 모드에서 휴대장치(HD)의 평균 전력 소비
	아이들 모드에서 휴대장치(HD)의 최소 전력 소비
	비콘 프레임 전송 구간
	페이징 절차를 위한 평균 시간
	휴대장치가 대기 모드에서 활성모드로 전환하기 위한 평균 시간
	아이들 핸드오프 절차를 위한 평균 시간
	지연 핸드오프 절차를 위한 평균 시간
	재연결 절차를 위한 평균 시간
	연결분리 절차를 위한 평균 시간
	인증 절차를 위한 평균 시간
	IAPP 절차를 위한 평균 시간
	802.1x 절차를 위한 평균 시간
	L3 수준 핸드오프를 위한 평균 시간
	이동 단말이 PA를 떠나는 평균 횟수
	IM에서 평균 비콘 청취 횟수
	L2 수준 핸드오프의 평균 횟수
	L3 수준 핸드오프의 평균 횟수
	페이징 메시지 전송을 위한 평균 지연

도 4에서,

와

는 각각 상태 1에서의 세션 완료 및 상태 2에서의 세션 도착을 나타내는 상태 천이 확률들이다. 상기

와

는 1이고 따라서, 임베디드 마크로프 체인의 고정 확률을 각각

와

쉽게 얻을 수 있다. 더욱이, 이동 단말이 각 상태에서 머무르는 평균 시간

와

을 분석할 수 있다. 여기서

이다. 반-마르코프 프로세스의 고정 상태 확률은 다음 수학식 1과 같이 얻어진다.

첫 번째, 상태 1에서 임의의 시간 t 동안 소비된 에너지

는 다음 수학식 2과 같이 결정된다.

여기서,

이고,

이다.

한편, 임의의 시간 t 동안 상태 2에서 소비된 에너지

는 IM 이 적용되었는지의 여부에 따라 다르다. IM이 적용된 경우

이고,

이다.

여기서, 처음 두 항은 각각 WNIC 와 HD가 반휴면 및 아이들 상태에 있는 경우 소비된 에너지를 나타내면 다음 수학식 3과 같이 정의된다.

·

여기서,

>>

라고 가정하고, 이는 합리적이다. 두 번째, 페이징을 위해 요구되는 에너지

와

는 수신 호에 대한 것이다. 세 번째, 시간 t 동안 IM 에서의 비콘 청취 회수가

인 주기적 비콘 청취를 위한 에너지는

와 같다. 네 번째, 각 아 이들 핸드오프를 위해 소비된 에너지는

이고, 아이들 핸드오프는

발생한다. 여기서,

이다. 마지막으로, 이동 단말이 확률

로 적어도 한번 PA 경계를 넘는 경우, 지연 핸드오프가 초기화되고

이다. PA 체류 시간이 지수적 분산

을 따른 다고 가정한다.

반면, 만약 IM이 적용되지 않는 경우

이고, 이는 다시 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

이고,

이며,

는 IP 핸드오프를 위해 요구되는 전력이다.

와

는 각각

와

이다.

표 2는 수치적 평가를 위해 사용된 모든 파라미터들의 값은 보여주고 있다.

파라미터	값	파라미터	값
측정된 값
	500μs		5ms
	1.2ms		0.1ms
	178ms		100ms/1s
데이터 시트로부터 얻은 값
	(925+2565)/2mW		45mW
	625mW		86mW
가정된 값
	2회/h		2회/h
	5min		2s
		셀 반경	115미터
배터리 용량	1250mAh	PA 당 AP	10

도 5는 상태 2에서 셀 체류 시간 변화에 따라 WNIC의 평균 전력 소비 곡선을 보인 그래프이다.

도 5로부터, 본 발명의 절전 방법이 다른 비콘 청취 간격

을 가지는 종래의 방식에 비해 적은 전력 소비를 보이고 있음을 알 수 있다. 종래의 방식과 본 발명의 절전 방법이 동일한

값을 사용하는 경우에도, 본 발명이 모든 셀 경계에서 핸드오프를 수행하지 않아도 되기 때문에 종래의 방식보다 좋은 성능을 보인다. 종래의 방식에서 요구되는 전력 소비와 관련하여, 셀 체류 시간이 증가하면 핸드오프를 위한 전력 소비가 감소하여 결국 상수 값에 수렴한다.

비교에 공정성을 기하기 위해, 실제로 구현되기 어려운 이상적인 종래 방식을 고려하였다. 이 방식에서는, 방송 패킷이 도착할 때에만 해당 방송/멀티캐스트 패킷을 수신하기 위해 휴대 장치가 깨어난다. 그렇지 않은 경우, 휴대 장치는 대기 모드를 유지한다. 깨어나기 위해 휴대 장치는 천이 시간을 필요로 하며 그 시간은 0.43 ms 내지 1143ms 사이이다. 이러한 이상적인 방식의 전력 소비는

를 조절함으로써 수학식 4로부터 쉽게 구할 수 있다. 상기한 바와 같이, IP 페이징 방식의 성능은 매

(=1s)마다 수많은 패킷이 기대되는 동안 방송/멀티캐스팅 패킷들에 의해 많은 영향을 받는다. 그러나, 편의상 그러한 패킷을 받고 처리하는 시간을 0으로 가정한다. 이러한 가정으로 이상적인 방식의 분석 결과는 실제 성능의 상한 값이 될 것이다.

도 6에서 보는 바와 같이, 이동 단말의 에너지를 소진하기 위해서는 100ms 로 설정된

와 항상 활성 상태인 휴대 장치로 9.04 시간이 걸린다. 이상적인 방식에서, 3가지 다른 천이 시간 값, 즉 최소 (0.430), 평균, 그리고 최대(1143) 값이 고려되었다. 도 6으로부터, 본 발명의 절전 성능이 모든 형태의 이상적 방식을 (즉, 이상적 방식이 0.43ms의 천이 시간을 적용한 경우 조차도) 능가함을 알 수 있다. 상기 관찰로부터, 본 발명을 적용할 경우, 종래의 방식과 비교하여, 적은 에너지 소비로 인해 단말이 대기 모드에서 더 오래 동안 머물 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 절전 방법은 아이들 모드에 있는 단말에 대해 핸드오프에 필요한 동작을 최소화함으로써 절전 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 절전 방법은 IEEE 802.11 WLAN 에서의 아이들 모드 동작을 지원하며 표준에 호환되기 때문에, 이미 전개되어 있는 네트워크 장치들의 펌웨어 또는 장치 드라이버들을 갱신하는 것만으로 쉽게 적용될 수 있다.

Claims

다수의 접속노드들을 포함하며, 각 접속노드가 셀 내의 적어도 하나의 단말에 대해 접속 서비스를 제공하는 무선 근거리 통신 망에서, 활성 모드와 아이들 모드의 사이를 천이하는 단말을 위한 절전방법에 있어서,

상기 접속노드들의 셀들을 적어도 두 개의 페이징 영역들로 그룹화하는 과정과;

상기 단말이 미리 정해진 매 시간 간격마다 기상 상태와 반 휴면 상태 사이를 교번하는 아이들 모드로 동작하고 있는지, 아니면 항상 기상 상태에 있는 활성 모드로 동작하고 있는지 판단하는 과정과;

상기 단말이 상기 아이들 모드로 동작하는 경우, 상기 단말이 각 페이징 영역을 벗어나는 경우에만 아이들 핸드오프를 활성화시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 절전방법.
제1항에 있어서, 상기 페이징 영역들 각각은 어떠한 핸드오프도 수행되지 않도록 미리 정해지는 영역으로 결정됨을 특징으로 하는 절전 방법.
제1항에 있어서, 상기 아이들 핸드오프는 매체접속제어 수준에서 수행되는 것을 특징으로 하는 절전방법.
제1항에 있어서, 상기 단말이 활성 모드로 동작하고 있는 경우, 상기 단말이 셀 경계를 교차할 때마다 발생하는 일반 핸드오프를 활성화시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절전방법.
제4항에 있어서, 상기 일반 핸드오프는 매체접속 제어 수준의 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 절전방법.
제5항에 있어서, 상기 일반 핸드오프는 인터넷 프로토콜 수준의 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 절전방법.
제4항에 있어서, 상기 일반 핸드오프를 활성화시키는 단계는:

상기 단말이 상기 아이들 모드의 기상 상태에서 페이징 되었는지를 판단하는 과정과;

상기 단말이 페이징 된 경우, 활성모드로 천이하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 절전방법.
제7항에 있어서, 상기 일반 핸드오프를 활성화시키는 단계는:

상기 아이들 모드에서 전송할 데이터가 발생했는지를 판단하는 과정과;

상기 판단 결과 상기 데이터가 생성되었으면 활성 모드로 천이하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 절전방법.
다수의 고정국들을 포함하며, 각 고정국이 셀 내의 적어도 하나의 단말에 대해 접속 서비스를 제공하는 무선 근거리 통신 망에서, 기상 상태와 반 휴면 상태 사이를 천이하는 단말을 위한 절전방법에 있어서,

상기 고정국들의 셀들을 적어도 두 개의 페이징 영역들로 그룹화하는 과정과;

상기 단말이 반 휴면 상태에 있는지를 판단하는 과정과;

상기 단말이 상기 반 휴면 상태에 있으면, 상기 단말이 각 페이징 영역을 벗어나는 경우에만 핸드오프를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 절전방법.
제9항에 있어서, 상기 페이징 영역들 각각은 어떠한 핸드오프도 수행되지 않도록 미리 정해지는 영역으로 결정됨을 특징으로 하는 절전방법.
제9항에 있어서, 상기 단말이 기상 상태에 있는 경우, 상기 고정국들의 셀 경계를 교차할 때 핸드오프를 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절전방법.
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제9항에 있어서, 상기 핸드오프를 수행하는 과정은:

상기 단말이 어느 한 고정국에 의해 페이징 되었는지를 판단하는 과정과;

상기 단말이 페이징 되었으면, 상기 반 휴면 상태에서 상기 기상 상태로 천이하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 절전방법.
제18항에 있어서, 상기 핸드오프를 수행하는 과정은:

상기 단말이 전송할 데이터가 있는지 판단하는 과정과;

상기 전송할 데이터가 있으면 상기 반 휴면 상태에서 상기 기상 상태로 천이하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 절전방법.
제19항에 있어서, 상기 반 휴면 상태에서의 핸드오프는 매체접속제어 수준에서 수행되는 것을 특징으로 하는 절전방법.
제19항에 있어서, 상기 기상 상태에서의 핸드오프는 인터넷 프로토콜 수준에서 수행되는 것을 특징으로 하는 절전방법.
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