펨토셀(feotocell)은 무선 환경에서 광대역을 요구하는 서비스의 품질을 보장하는 기술로 주목받고 있다. 펨토셀 시스템(femtocell system)은 매크로셀(macrocell)과 많은 수의 초소형 펨토셀로 구성되어 서비스가 제공된다. 펨토셀 시스템의 동작은 셀 관리(cell management)와 핸드오버(handover)의 과정으로 구분된다. 모바일 단말기(mobile station)는 셀 관리 과정에서 많은 기지국의 정보가 담긴 네트워크 토폴로지(network topology) 정보를 인식할 수 있다. 그리고 핸드오버를 위한 네트워크 토폴로지 정보를 분석하여 빠르게 핸드오버 할 수 있다. 핸드오버 과정에서 단말기는 좋지 않은 품질의 기지국과 통신을 끊고, 좋은 품질의 기지국과 통신을 시작한다. 펨토셀 시스템은 많은 수의 펨토셀로 구성되어 셀 관리가 어렵고, 핸드오버가 많이 발생될 수 있는 문제점이 있다. 셀 관리 과정에서, 단말기와 기지국은 인접한 기지국의 정보가 담긴 셀 관리 메시지(MOB_NBR_ADV)를 교환한다. 펨토셀 시스템에서는 매크로셀의 정보뿐만 아니라 수많은 펨토셀 기지국의 정보가 셀 관리 메시지에 담겨 있어 메시지의 용량이 크다. 그러므로 단말기와 기지국은 메시지를 처리할 때 일시적인 부하가 걸린다. 그리고 핸드오버 과정에서 많은 수의 기지국으로 구성된 시스템 환경으로 인해, 단말기가 빈번히 이동하거나 셀의 신호 세기가 불안정할 경우 핑퐁(ping pong) 현상이 발생 될 수 있다. 핑퐁은 핸드오버가 매우 빈번하게 발생되는 현상이다.
무선 환경에서 광대역을 요구하는 서비스를 효율적으로 제공하기 위한 방안으로, 펨토셀 시스템과 같은 하드웨어 인프라(hardware infrastructure) 측면과 애플리케이션 소프트웨어(application software) 측면에서의 고도화로 구분 할 수 있다. 애플리케이션 소프트웨어 측면에서는 P2P(peer to peer)가 광대역을 요구하는 서비스를 효율적으로 제공할 수 있는 기술이다. 기존의 클라이언트와 서버로 통신하는 방식에서, P2P는 클라이언트와 서버의 기능을 동시에 수행하는 peer들 간의 통신을 하는 방식이다. 그리고 많은 peer들의 병렬적(parallel communication)인 세션(session)을 통해 빠르게 파일을 공유(file sharing) 할 수 있다. P2P는 기존의 서버-클라이언트 방식에서 서버에 집중되던 트래픽 문제와, 서버가 장애가 발생되었을 때 서비스를 제공하지 못하는 문제점을 극복했다. 그러나 P2P는 유선망(wired network)에 최적화 되어 개발되었다. P2P를 무선망(wireless network)에 적용할 경우, 유선망에 비하여 가변적이고 작은 대역폭(bandwidth)으로 인한 성능저하가 불가피하다. 더욱이 무선 환경에서 발생되는 핸드오버는 peer들 간의 유기적 인 협력체계를 해체시켜, 모든 peer간의 통신 경로를 재설정하게 함으로써 상당한 성능 저하를 발생시킨다. 펨토셀 시스템의 경우 기존 무선 환경에 비해 안정적이고 큰 대역폭을 보장한다. 하지만 작은 펨토셀의 커버리지(coverage)로 인해 핸드오버가 되는 경우와 핑퐁이 발생될 확률이 높다. 그러므로 기존 매크로셀에 비하여 펨토셀 시스템에서 P2P를 서비스하기 위해서는 셀 관리와 핸드오버 문제의 해결은 더욱 중요하다.
기존의 하드웨어의 인프라에서 P2P를 효율적으로 제공하기 위한 P2P 프로토콜의 동작에 관한 연구는 활성화 되고 있다. 그러나 P2P의 기술 진화에 적합한 하드웨어 인프라의 동작 방식에 관한 연구와 개발은 부족한 실정이다. 특히 P2P의 품질을 보장하기 위한 펨토셀 시스템에 관한 연구는 국내외에서 부족하다. 무선 환경에서 P2P 서비스를 효율적으로 제공하기 위해서는 애플리케이션 소프트웨어 뿐만 아니라 하드웨어 인프라 측면에서의 연구가 필수적이다.
따라서 본 논문에서는 먼저 보편적인 서비스를 고려한 펨토셀 시스템의 셀 관리와 핸드오버 방법을 제안하고, 펨토셀 시스템에서 Wireless P2P 서비스 제공을 고려한 셀 관리와 핸드오버 방법을 제안하였다. 첫째 펨토셀 시스템의 셀 관리와 핸드오버에서는 셀 관리 메시지를 시간으로 분할하여 전송함으로, 메시지를 처리할 때 발생되는 일시적인 부하를 줄인다. 둘째 단말기가 위치한 인접한 영역의 기지국 정보를 제공하여 핸드오버의 성공률을 개선했다. 셋째 중첩된 셀에서 핸드오버의 핑퐁현상을 줄이기 위해 중첩된 셀의 수를 고려하여 적응적 히스테리시스 범위(adaptive hysteresis margin) 값에 반영하였다. 이를 통해 핸드오버의 핑퐁이 발생될 확률을 줄였다.
Wireless P2P 서비스를 효율적으로 제공하기 위해서, 앞에서 제안한 세 가지의 셀 관리와 핸드오버 방법을 기본적으로 적용한다. 첫째 셀 관리에서 셀의 peer리스트의 품질을 고려하여 핸드오버의 대상이 되는지 여부를 결정한다. 둘째 핸드오버에서는 peer들의 가용대역폭(available bandwidth)과 네트워크상의 거리 정보를 통해 셀의 품질을 고려하여 적응적 히스테리시스 범위 값에 반영하였다. 이를 통해 핸드오버의 핑퐁이 발생될 확률을 줄였으며, 기존 방식에 비해 품질이 좋은 peer와 파일을 공유하는 시간이 증가하였다.
본 제안된 방법을 펨토셀 시스템와 Wireless P2P에 적용할 경우, 모바일 단말기 및 기지국의 셀 관리 부하가 절감된다. 그리고 핸드오버

Femtocell attracts our attention as a technology ensuring the broadband services in a wireless environment. Femtocell system is composed of macrocells and a large number of very small femtocell, Femtocell system operation is divided into cell management and handover process, In cell management process, mobile terminal recognizes the information of network topology consisting of many base stations. Mobile terminal analyzes network topology information before the handover of topology information, enabling fast handover. In handover process, terminals cut off the communication with poor quality base stations and start communication with good quality base stations. Femtocell system is composed of a number of femtocell, thus it is hard to manage cells and thus a lot of handover are likely to occur. In cell management process, terminals and base stations exchange cell management messages(MOB_NBR_ADV) containing the information of neighboring base stations. In Femtocell system, not only macrocell information but also the information of a number of femtocell base stations are contained in cell management messages, thus the amount of cell management messages is large, which results in transient load in processing messages. A number of femtocell overlap in handover process, which may result in ping pong incurring the temporary movement of terminals and handover allowing for frequent attenuation and amplification of cell signals.
The plans for effectively providing wireless broadband services include the upgrade of hardware infrastructure such as Femtocell system and the upgrade of application software. In the aspect of application software upgrade, P2P(peer to peer) effectively provides broadband services. In previous client-server communication methods, P2P communication enables simultaneous client and server functions. P2P enables fast file sharing through the parallel communication between a number of peers. P2P has overcame the server traffic congestion in server-client methods and the unavailability of services in the event of server failures. However P2P was optimized for wired network. In the case of application of P2P to wireless network, it is more variable in comparison with a wired network and small bandwidth will result in performance degradation. Moreover the handovers in wireless environment dismantles P2P cooperative system communication through the organic cooperation between peers, which allows for the resetting of communication paths between all peers and thereby leads to significant function degradation. Femtocell system ensures more stable and wider bandwidth in comparison with the existing wireless environment. However small femtocell coverage increases the possibility of handover and ping pong. Thus to enable the P2P services of Femtocell system, it is critical to manage cells and solve handover problems.
The studies of P2P protocol operation are under way in order for the existing hardware infra to provide P2P in an efficient way. However the studies of hardware infra operation methods that satisfy the P2P technology evolution are in adequate. In particular the studies of Femtocell system for ensuring P2P quality are seldom under way both home and abroad. To efficiently provide P2P services in wireless environments, it is essential to study both application software aspect and hardware infra aspect. In this study, cell management methods and handover methods for Femtocell system were suggested by taking account of general services first and next the cell management methods and cell management methods and handover methods of Femtocell system were suggested taking account of wireless P2P services. First, as for Femtocell system’s cell management and handover, cell messages were divided into time for transmission, which in turn reduced the transient load generated while processing messages. Second, the information of the neighboring base stations with terminals were provided, which improved handover success rate. Third, to reduce the ping pong of handover in overlapping cells, the number of overlapping cells was considered and reflected in adaptive hysteresis margin, which in turn reduced the possibility of the ping pong of handover.
To provide wireless P2P service in an efficient way, 3 cell management methods and handover methods suggested as above were applied basically. In addition, first whether they will be the subjects of handover taking account of the quality of peer list of cell in cell management was decided. Second, as for handover, cell quality was taken into consideration through the available bandwidth of peers and the distance information in network and was reflected into adaptive hysteresis margin, which reduced the possibility of handover ping pong and increased the time for sharing good quality peer and files compared to that in the past.
If the methods suggested in this study are applied to Femtocell system and Wireless P2P, cell management load in terminals and base stations will decrease and the success rate of handover will improve, which will in turn improve the overall service quality. The performance of this effect was verified through computer simulations.