유무선 통합망 환경에서 시공간적 패턴을 가진 사용자의 이동특성에 기반한 위치정보 관리 방안의 성능분석

Abstract

One of the major challenges for the wireless network design is the efficient mobility management, which can be addressed globally and locally. Mobile IP is a commonly accepted standard to address global mobility of mobile hosts. It requires the mobile hosts to register with the network data base whenever their location areas change. However, such registrations may cause excessive signaling traffic and long service delay. To solve this problem, we propose a novel space and time information based location management strategy for mobile IP networks by taking advantage of the user’s movement behavior to improve the performance of the conventional systems. Each mobile user is associated with a set of location area (LA), which is derived from the user’s movement pattern related time (hour, day, etc.) and physical space. The registration processes in the same LA can be eliminated such that the cost of location management can be significantly reduced. Whenever network host sends packets to mobile host, the cells in LA can be given priority for paging by order of residence probability related to user’s movement pattern for every hour in a day. To justify the effectiveness of our proposed scheme, we develop an analytical model to evaluate the signaling cost. Our performance analysis shows that the proposed space and time information based location management strategy can significantly reduce the system signaling cost under various scenarios. Our analysis also shows that the new scheme can outperform the existing location management scheme and the location management scheme without considering user’s daily life style in terms of the overall signaling cost.;이동성을 지원하는 통신시스템의 설계 시 고려해야 할 사항 중 중요한 것 중의 하나가 효과적인 위치정보 관리 방법이다. 전체 시스템의 효율적인 운용과 성능에 영향을 주는 주요 요소가 바로 위치정보 관리 방법이기 때문이다. 기존의 시스템에서는 단말의 이동성을 시스템(네트워크)에서 단말이 전송하는 위치등록 정보에 따라 관리하는 표준을 채택하고 있다. 따라서, 단말은 자신의 위치등록영역(셀단위 또는 위치등록 영역단위)이 바뀔 때 마다 네트워크로의 등록절차를 수행하고 네트워크의 호스트로부터 패킷을 수신하는 경우, 위치등록정보 관리 데이터베이스에 등록된 위치정보를 이용하여 단말이 있는 지역의 라우터로 패킷을 전달한다. 이 경우 사용자가 빈번하게 이동하게 되면 원거리의 위치등록정보관리 데이터베이스로 위치 등록을 함으로 인해 네트워크에 과도한 트래픽을 야기시키며 이로 인한 서비스 지연 및 품질 열화가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 사용자 개개인의 이동 성향에 따라 지역을 설정하고 지역 내에서 이동 시에는 위치 등록을 줄이는 새로운 위치정보 관리 방법이 제안되고 있다. 사용자가 자주 방문하는 셀(cell)들을 묶어 특정한 지역으로 설정함으로 단말의 위치 이동에 따른 위치 등록 횟수를 현저히 줄여서 네트크의 오버헤드와 서비스 지연 및 품질 열화 문제를 효과적으로 극복할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 지역 설정 방법 및 단말의 위치 탐색 방법을 제안하였다. 제안한 위치정보 관리 방법은 단말 스스로 단말의 셀 당 평균 체류시간 및 체류 빈도수를 측정하여 단말의 지역을 설정하고, 단말의 위치등록영역 내의 셀 간 이동 시에는 네트워크로의 등록 절차를 수행하지 않음으로 단말 이동으로 인해 발생하는 위치등록 트래픽을 현격하게 줄일 수 있고, 요일 별 시간대 별 단말의 이동 성향을 고려하여 패킷 도달 시 페이징 우선 순위를 부여함으로 단말의 위치를 파악하기 위해 필요한 시그널링을 최소화 할 수 있어 단말의 위치정보 관리에 필요한 전체 트래픽을 줄여 네트워크의 오버헤드를 현격하게 감소시킬 수 있다. 본 논문에서는 수치 예제를 MATLAB을 사용하여 분석하여 제안한 위치등록 시스템이 기존 방법에 비하여 성능이 향상되는 것을 보인다.