With the ATM network, there is an investigation for an In-door office with various base-stations distributed in room-sized pico-cells. This paper is aiming at a customer premises access network with a wireless dimension that the characteristics of mobility are low but information rate is high. This allows ATM pico-cells to be included in a customer premises network. Within one such network, the pico-cells collectively form a domain of mobility, in which mobility is supported. This means that handovers between nodes belonging to the same network are allowed.
For micro cellular networks such as a building with the in-door office, the ATM Forum defines a handover domain that is characterized by one or more ATM switches implementing the same handover protocol and all switches are the part of the same administrative domain. Also, the ATM Forum includes the handover requirements such as handover latency, the scalability, quality of service (QoS), signalling, buffer tradeoff, and so on.
Where, it must be noticed that the new connection can’t always satisfy the strict ATM QoS after the handover execution with previous connection admission control (CAC) such as the ATM Forum algorithm and handover method. In the case of real time service of multimedia environment, complications arise if this new connection is not available with the same QoS, or if it meets it in a different way or even if the new connection cannot be accommodated. So, the target of this system is to guarantee the bandwidth to the max for real time service and to ensure the bandwidth of cell site for handover at CAC execution.
In the in-door wireless ATM LAN environment, we could know that this system should be designed with modular type with distributed multiple transceivers. The modular type can be constructed at the different cell sites from existing open cell site. So, it is consisted of end user mobile supporting ATM switch (EMAS), access point (AP), and distributed transceiver (DT). the EMAS should be standard switch and be supported with mobility. the AP should have the functional capability of handover between each DT’s and the capability of ATM connection to the EMAS. the DT is the distributed transceiver with radio frequency block.
In the case of service, it is very important that we classify the service into the real time service and non-real time service. The data should be divided into real time service and non-real time service in the AP with the algorithm of dynamic bandwidth allocation. This operation could be performed with two kinds of buffers. One is the high priority buffer (HPB) for real time service and the other is the low priority buffer (LPB) for non-real time service. The service type of this system is first come first service (FCFS) and the message of low priority under service is not affected by high priority. So, this system is shown as non-preemptive two-priority queueing service system. Above all operation is to reduce and to guarantee the mean delay time of real time message.
In the separated type of the AP and the DT, the frame format should be formed to fit the non-preemptive two-priority queueing service system and to preserve the fairness of each DT’s. for these purposes, the algorithm that allocates the slot for the real time service first should be applied. Where, the algorithm decides the number of slot for real time service and for all negotiated bandwidth on the CAC execution. And it serves a message as many as decided slot number. Even if there are the rest message in the HPB of a DT after the slot for the DT is already exhausted, it is remained to the next frame time because the negotiated slot is already exhausted. So, this process keeps the fairness between each DT’s.
Under the above network architecture and system structure, we proposed an algorithm for improving a handover success rate with the same QoS to the max. In the in-door wireless ATM LAN environment, the handover areas are within a few several cell sites that are visited customarily by a mobile terminal (MT). So, the AP can calculate and store the expecting ratio and cell sites to visit if the handover is occurred. That is, the cell site can know the expected outgoing value of bandwidth from this cell site to a candidate cell site by handover execution as well as the expected incoming value from other cell site to this current cell site. By taking advantage of these characteristics and means, when new call connection is requested and the call has some real time bandwidth, the CAC algorithm checks the amount of available bandwidth. The available bandwidth is an unused bandwidth being considered the expected incoming bandwidth and can guarantee the new real time bandwidth sufficiently. If it is not sufficient, the call is rejected. If it is sufficient, the call is accepted. By using this method, we can increase the handover success rate. Compared with previous Magic WAND, this method has proved that it is good for real time service and handover with the negotiated bandwidth.
Consequently, in in-door wireless ATM LAN environment, by separating the system into AP and DT, by using the non-preemptive two priority queueing service system, and by using the CAC algorithm, the mean delay time for real time service is very low while comparing with non-real time service or previous method of Magic WAND.
In the results, by using the proposed CAC algorithm, the system can gain about 12 % increase on the handover success rate. But, the call acceptance rate on CAC rate is decreased since the unused bandwidth is reserved for guaranteed service when handover is occurred. But we can know that the handover success rate given call acceptance rate is higher than the previous method of Magic WAND. So, this system is good for the service of the real time data in in-door wireless ATM LAN environment.
ATM 통신망이 구축된 빌딩과 같은 댁내 망 환경에서는, 사무실 또는 분산된 작은 공간에서 하나의 독립된 무선 환경을 구축하고, 기존의 Open Site 에서와는 달리 사무실 배치의 변경 등으로 인한 무선 환경의 변경, 신설 또는 제거가 빈번히 일어날 수 있다. 따라서 댁내 망 환경에 적용되는 시스템은 적절한 무선 환경의 구축을 용이하게 하기위해 설치와 제거가 용이한 시스템의 하드웨어 구성과 분리된 공간의 무선 망을 최적으로 운용할 수 있는 스위치 구조가 필요하다.
고속의 멀티미디어 정보 전송 시에는 , 대다수의 LAN 사용자가 실시간 및 비실시간 정보의 동시 사용을 필요로 하며, 특히 실시간 정보 서비스에 대해서는, 실시간 정보의 손실을 줄이기 위해 호 설정 시 협상된 대역의 보장을 요구하게 된다. 뿐만 아니라, 무선 채널을 사용함으로 인해 사용자는 임의의 다른 영역으로 이동할 수 있다. 이 경우 네트워크에서의 핸드오버 과정은 필수적이며, 이 때 발생될 수 있는 데이터의 손실 또는 지연은 고속의 무선 통신을 위해 반드시 해결해야 할 과제임이 분명하다. 따라서, 고속의 멀티미디어를 사용하는 댁내 망 무선 ATM LAN 환경에서의 시스템은 다른 영역으로, 또는 다른 영역으로부터의 핸드오버를 고려한 연결 설정이 필요하고, 연결 설정 시 협상된 대역을 비실시간 데이터에 대해서 우선적으로 서비스될 수 있어야 하며, 무선 채널의 공정한 사용을 위해 medium access control(MAC) 단계에서의 프레임 구조 및 스케쥴링 알고리즘의 최적 구성이 요구되며, ATM Forum에서는 지연시간, 확장성, QoS, Signalling, 버퍼 사용 등과 같은 핸드오버를 위한 요구사항을 권고하고 있다.
이러한 요구사항에 대해, 기존의 CAC 알고리즘과 핸드오버 수행 방법을 사용할 경우, 핸드오버가 수행되는 과정 또는 그 이후에 ATM이 요구하는 상기와 같은 QoS 를 항상 만족할 수 있는 것은 아니다. 만약, 핸드오버가 수행되어 기존에 협상된 대역폭을 만족할 수 있으면, 핸드오버가 성공적으로 수행되지만 그렇지 않은 경우, 즉, 핸드오버가 진행될 새로운 영역의 가용 대역폭이 핸드오버가 수행될 대역폭 보다 적은 경우 핸드오버는 성공하지 못하게 된다.
이러한 사항들을 고려하여 볼 때, 댁내 망 무선 ATM LAN 환경에서의 시스템은 다수의 트랜시버를 갖는 분산된 구조의 모듈 형태의 시스템으로 구성하는 것이 바람직하다. 따라서, 이 시스템은 ATM 망과 연결하는 표준 ATM 스위치에 이동성을 지원하는 end user mobility supporting ATM switch (EMAS), ATM 연결과 분산된 트랜시버의 관리 기능을 지원하는 access point (AP), 그리고 Radio frequency (RF)로의 변환과 mobile terminal (MT)과 무선으로의 연결을 지원하는 분산된 트랜시버 (DT)로 구성한다.
이러한 구조의 시스템에서 멀티미디어 정보를 적절하게 서비스할 수 있는 방안으로, 서비스는 실시간 서비스와 비실시간 서비스의 두 가지로 구분하여 실시한다. 실시간 서비스는 시간에 민감하고, 비실시간 서비스인 경우 시간에 상대적으로 덜 민감한 특성을 갖고 있다. 따라서, 멀티미디어 서비스에 있어서 실시간 서비스를 비실시간 서비스에 비해 우선적으로 처리할 필요가 있다. 이 시스템에서는 데이터 처리를 위한 버퍼로 High Priority 버퍼와 low priority 버퍼로 구분하여 둔다. 즉, 실시간 서비스를 위해 high priority 버퍼를 사용하고, 비실시간 서비스를 위해 low priority 버퍼를 사용하며, high priority 버퍼의 내용이 low priority 버퍼보다 우선적으로 처리된다. 또한 각 트랜시버의 high priority 버퍼 간 또는 low priority 버퍼 간에는 먼저 들어오는 메시지가 먼저 서비스되는 first come first service (FCFS) 의 기준이 적용되며, 이미 서비스에 들어간 low priority의 메시지는, 도착하는 high priority 메시지로부터 영향을 받지 않도록 처리한다. 따라서, 이 시스템은 마치 non-preemptive two priority queueing service model과 같이 동작하도록 구성되어진다.
버퍼 및 데이터 처리과정에서 구분된 실시간과 비실시간의 효과적인 전송을 위해서는, AP와 DT 간에 적합한 형태의 메시지 전송 프레임 구조가 필요하다. 즉, 하나의 AP는 여러 개의 DT를 관리하고, 각각의 DT에는 다시 실시간과 비실시간 서비스를 위한 high priority와 low priority로 구분하여 처리하는 별개의 버퍼들이 존재 한다. 또한 각각의 DT는 AP에서 서비스될 때 공정한 형태로 처리될 필요가 있다. 이러한 필요성에 따라, DT에서 AP로의 스위칭 처리는 마치 멀티플렉서와 같은 동작을 하게 되고, 서비스를 위한 기본 단위는 하나의 슬롯으로 구성한다. 따라서 각 DT는 호 연결 설정 시 협상된 대역폭 만큼의 슬롯을 할당 받게 되고, 그 대역폭 내에서 실시간과 비실시간을 위한 데이터를 구분하게 되며, AP는 각 DT에서 협상된 대역폭 및 실시간 대역폭에 대해 비실시간보다 우선적으로 처리하여 공정한 서비스가 이루어지도록 동작한다.
또한 이 논문에서는 댁내망 무선 ATM LAN 환경에서 이동 단말의 이동성을 고려한 CAC 알고리즘을 제안하였다. AP에서 처리되는 대역폭은 호 연결 설정 시 모두 결정된다. 또한 댁내망 환경에서 MT가 이동하는 지역은 매우 한정되어 있다. 이러한 두 가지의 기능과 특성을 잘 이용할 경우, 핸드오버 성공율을 높일 수 있다. 제안한 알고리즘을 설명하면 다음과 같다. 댁내망 환경에서 이동 단말은 사용 중 이동 하는 지역이 매우 습관적이다. 이 특성은 사용 중인 이동 단말이 핸드오버 되어 방문할 후보 지역의 기대값을 어느 정도 추출할 수 있다는 것이다. 이 값으로부터, 다른 지역에서 서비스 중에 있는 단말의 이동 습관을 과거의 기록을 통해 계산하여, 그 기대값을 모두 합하면 다른 지역에서부터 임의의 지역으로 방문할 기대값이 계산될 수 있다. 여기서 기존 사용 중인 다른 CAC 알고리즘과 차이가 나는 사항은 이러한 기대값을 호 연결 설정 시 고려한다는 것이다. 즉, 새로운 호의 연결 설정 시, 새롭게 요구되는 대역폭이 연결 설정을 요구하는 지역의 가용한 대역폭 이내인 경우 호의 연결이 수락되도록 한다. 특히, 여기서 가용한 대역폭은 최대 대역폭에서 현재 사용 중인 대역폭을 뺀 나머지 값에서 다시 다른 지역에서 핸드오버되어 들어올 것으로 기대되는 기대값을 뺀 값으로 한다. 따라서, 호의 연결 설정을 통해 현재서비스 중에 있는 이동 단말의 핸드오버를 고려한 값을 예약해 둠으로써 이동 단말이 핸드오버할 경우 성공율을 높일 수 있다.
결론적으로, 댁내망 무선 ATM LAN 환경에서 분리된 AP와 DT를 갖는 분산된 구조로 시스템을 설계하고, non-preemptive two priority queueing service 형태를 적용하며, 제안한 CAC 알고리즘을 적용함으로 해서, 기존의 Magic WAND 시스템 등과 비교해 볼 때, 실시간 서비스에 있어서는 평균 지연 시간을 효과적으로 처리할 수 있으며, 핸드오버의 경우 성공율을 높일 수 있었다. 제안한 CAC 알고리즘을 사용할 경우, 핸드오버의 성공율이 전체 대역폭에 대해 평균 약 12 % 상승함을 알 수 있었다. 반면, 제안한 CAC의 경우는, 현재 가용한 대역폭을 핸드오버를 위해 일부 예약해 두는 방식이므로 호가 블록킹 처리되는 비율 또한 높아짐을 알 수 있었다. 그러나, 시스템의 특성을 호의 연결 설정이 성공한 경우에 있어서 핸드오버를 고려해보면, 기존의 방법을 사용한 경우보다 훨씬 우수한 성능이 됨을 볼 수 있었다. 즉, 이 시스템은 분산된 구조와 제안한 스위칭 및 호 연결 설정에 관한 알고리즘을 사용하여 댁내망 무선 ATM LAN 환경에서 실시간 서비스를 위해 우수한 성능을 가진다.
