KR100888498B1

KR100888498B1 - 4세대 이동 통신 단말 프로토콜 및 이를 지원하는 단말

Info

Publication number: KR100888498B1
Application number: KR1020020069536A
Authority: KR
Inventors: 김성희; 김재호; 박옥선; 배정숙; 정광렬
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2009-03-12
Also published as: KR20040042909A

Abstract

본 발명은 4세대 이동 통신 시스템에서 사용될 이동 통신 단말의 프로토콜 구조 및 이를 탑재한 단말에 관한 것이다.

본 발명은 높은 QoS의 초고속 멀티미디어 서비스를 지원할 새로운 4세대 무선 접속 기술을 수용하고, 빠르게 변하는 무선 접속 환경에서 끊김 없는 서비스 제공을 위하여 기존 광역 셀룰러 기술과 근거리 무선 접속 기술, 그리고 4세대 무선 접속 기술 등을 통합 수용할 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명의 4세대 이동 통신 단말 프로토콜 구조는 물리계층, 적응계층, 데이터 링크 제어계층, 정합계층, 네트워크 계층 및 응용계층을 포함한다.

적응계층은 물리계층 위에 있으며, 단말의 접속 환경 변경에 따른 다양한 물리 계층간 전환과, 다양한 기술 방식의 물리 계층에 대한 독립적인 동작을 보장한다. 데이터 링크계층은 적응 계층 위에 있으며, 다양한 근거리 무선 접속 기술과 광역 셀룰러 기술의 자원 접속 제어, 무선 링크 제어, 무선 자원 관리 기능을 통합 수용하여 시그널링 절차를 간소화한다.

정합계층은 데이터 링크 제어 계층 위에 있으며, 단말이 접속할 수 있는 다양한 핵심망과의 연결 설정 및 핵심망에서의 이동성 지원을 위한 기능을 포함하고, 단말의 접속 핵심망 변경에 독립적인 무선 프로토콜의 동작을 보장한다.

4세대 이동 통신 단말, 프로토콜, 적응 계층, 데이터 링크 제어 계층, 정합 계층

Description

4세대 이동 통신 단말 프로토콜 및 이를 지원하는 단말 {4the Generation Mobile Terminal Protocol and Mobile Terminal Using the Protocol}

도 1은 본 발명의 4세대 이동 통신 단말 프로토콜이 탑재된 4세대 이동 통신 단말이 접속할 수 있는 4세대 이동 통신 환경을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 4세대 이동 통신 단말 프로토콜 구조 및 이를 탑재한 단말의 구성을 나타내는 도면이다.

도 3a 내지 도3c는 발명의 실시예에 따른 4세대 이동 통신 단말이 WCDMA 모드로 동작하는 예를 나타내는 도면이다.

도 4a 내지 도4e는 본 발명의 실시예에 따른 4세대 이동 통신 단말이 무선 LAN 모드로 동작하는 예를 나타내는 도면이다.

본 발명은 이동 통신 단말 프로토콜 구조 및 이를 지원하는 단말에 관한 것으로서, 특히 고품질의 멀티미디어 서비스를 무선 접속 환경의 변화에 영향을 받지 않고 끊김 없이 서비스를 제공하기 위한 4세대 이동 통신 단말 프로토콜 구조 및 이를 지원하는 단말에 관한 것이다.

1세대 이동통신 시스템은 1980년대 초반에 9.6 kbps 데이터 전송율로 음성중심의 서비스를 개시하였으며, FDMA를 기반으로 800MHz 대역에서 FM 변조방식을 적용하였다. 그러나 1980년대 후반에 이르러 차량전화 및 휴대전화 수요의 폭발적인 증가로 인해 한정된 주파수자원의 가입자 수용 능력이 포화단계에 이르렀으며, 반도체 소자의 고집적화 및 컴퓨터 기술, 디지털 통신의 발전으로 디지털 이동통신 시스템인 2세대 이동통신 시스템 개발이 본격화되었다.

2세대 이동통신 시스템은 13.4 kbps의 음성 코덱을 도입하여 9.6kbps 데이터 전송율로 음성중심의 서비스를 제공하였으며, 800~900MHz 대역에서 TDMA 또는 CDMA 방식을 채택하였다. 한편, 음성위주의 이동통신 서비스에서 점차로 늘어나는 인터넷 등의 멀티미디어 서비스 수요를 충족시키고 국제 로밍 서비스 등 보다 나은 서비스를 제공하기 위하여 3세대 이동통신 시스템을 개발하게 되었다.

3세대 이동통신 시스템은 최대 2Mbps의 데이터 전송율로 데이터 중심의 멀티미디어 서비스를 제공하고자 하였으며, 1.8~2.2GHz 대역에서 CDMA를 기반으로 글로벌 로밍을 제공한다.

W-CDMA는 회선 기반의 서비스를 제공하기 때문에 실시간 서비스를 효율적으로 제공할 수 있으며, 단말의 이동에 따라 빠르게 변화하는 채널의 상태에 적응할 수 있는 전력제어, 다이버시티 등의 기능을 수행한다. 그리고, 자신의 망 내에서의 수평 핸드오버뿐만 아니라 GSM, GPRS, ANSI-41 등의 다양한 망과의 수직 핸드오버를 수행 할 수 있다. 또한, 제어 데이터 전송을 위한 전용 채널을 할당하여 프로토콜의 지연을 최소화 할 수 있는 장점을 가지고 있다.

한편, CDMA2000 Rel-A 시스템은 회선 기반의 실시간 서비스를 제공할 수 있으며, 단말의 이동에 따른 환경 변화에 따라 전력 제어, 핸드오버 등과 같은 적절한 절차를 수행하여 서비스를 끊김 없이 제공할 수 있다. 또한, 전용 채널을 이용하여 제어 메시지와 사용자 데이터를 전송함으로써 MAC(Medium Access Control) 계층에서의 지연을 최소화할 수 있는 장점을 가지고 있다.

CDMA2000 EV-DO(EVolution Data-Only)는 중앙 집중적인 자원 제어와 이를 위한 단말의 프로세싱 비율을 증가시켜 효율적인 자원 제어를 수행할 수 있고, MAC 계층에서의 시그널링을 단순화하여 별도의 시그널링 없이도 데이터 전송이 가능함으로 고속 데이터 전송에 유리하다. 그리고 저렴한 비용으로 패킷 기반 서비스를 제공할 수 있고, 셀 내의 무선 환경에 따른 가변적인 데이터 전송률 제어 등을 수행함으로써 빠르게 변화하는 무선 채널 환경에 대한 효율적인 동작이 가능하다.

한편, WLAN이나 HiperLAN과 같은 근거리 무선 접속 기술은 상시 접속(Always-On) 상태와, 고속 IP 기반의 패킷 데이터 전송을 제공한다.

앞으로 개발될 4세대 이동 통신은 언제 어디서나 이용할 수 있는 무선 통신 시스템을 통해, 다양한 구조의 다중 접속 기술에 기반한 고속의 높은 QoS(Quality of Service)의 멀티미디어 서비스를 끊김 없이 제공할 것이다. 이를 위하여 4세대 이동 통신 단말 프로토콜은 다음과 같은 요구 사항을 충족시켜야 한다.

1. 높은 QoS의 초고속 멀티미디어 서비스를 지원할 새로운 4세대 무선 기술의 수용

(1) 1Gbps급의 전송 속도를 제공할 수 있는 새로운 고성능 무선 접속기술에 대한 적응성을 모든 프로토콜 계층에서 제공

(2) 자원의 상태를 인식하여 대처하는 링크 계층의 수용

(3) 시그널링 절차의 간소화로 단말의 프로세싱 비용 감소

(4) 실시간 서비스를 위한 QoS 보장 기법 제공

(5) 프로토콜 전 계층에 걸쳐 스마트한 자원 관리

(6) 이동 단말과 기지국간에 연결을 유지하여 서비스를 위한 빠른 연결을 제공

(7) 고속(최대 500km/h) 이동 환경 지원

(8) 전용 제어 채널을 사용하여 처리 지연을 줄임

2. 광역 셀룰러 시스템, 근거리 무선 접속 시스템, 4세대 무선 접속 시스템 등의 다양한 무선 통신 시스템의 통합

(1) 다차원 및 복합 다중 접속 기법의 지원

(2) 이동망의 추세가 회선 교환 시스템에서 음성과 데이터 서비스를 통합하는 패킷 교환 시스템을 거쳐 All-IP 망으로 진화함으로써 이를 지원하기 위한 프로토콜 수용

(3) 동일 시스템 내의 수평 핸드오버뿐 아니라, 다른 시스템간의 수직 핸드오버 등을 지원하여 사용자의 이동성 보장

(4) 다양한 핵심망 접속 지원

본 발명은 상기와 같은 4세대 이동 통신 시스템의 요구 사항에 부응하기 위 하여 제안된 것으로, 4세대 이동 통신 시스템에서 높은 QoS의 고속멀티미디어 서비스를 제공해 줄 수 있는 새로운 무선 접속 기술을 수용하고, 무선 접속 환경의 변화에 상관없이 끊김 없는 서비스 제공을 위하여 기존의 2세대 및 3세대의 광역 셀룰러 기술과 무선 LAN 및 무선 PAN 등의 근거리 무선 접속 기술, 새로운 무선 접속 기술 등을 통합 수용할 수 있도록 하는 4세대 이동 통신 단말 프로토콜의 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 4세대 이동 통신 단말 프로토콜 구조는

고속 서비스를 위한 다양한 무선 접속 기술의 변조 및 코딩 기술, 접속 방식을 수용하는 물리 계층;

상기 물리계층 위에 있으며, 단말의 접속 환경 변경에 따른 다양한 물리 계층간 전환과, 다양한 기술 방식의 물리 계층에 대한 독립적인 동작을 보장하는 적응 계층;

상기 적응 계층 위에 있으며, 다양한 근거리 무선 접속 기술과 광역 셀룰러 기술의 자원 접속 제어, 무선 링크 제어, 무선 자원 관리 기능을 통합 수용하여 시그널링 절차를 간소화하는 데이터 링크 제어 계층;

상기 데이터 링크 제어 계층 위에 있으며, 단말이 접속할 수 있는 다양한 핵심망과의 연결 설정 및 핵심망에서의 이동성 지원을 위한 기능을 포함하고, 단말의 접속 핵심망 변경에 독립적인 무선 프로토콜의 동작을 보장하는 정합 계층;

상기 정합 계층 위에 있으며, 단말이 접속할 수 있는 다양한 핵심망에서 사용되는 네트워크 프로토콜들을 수용하는 네트워크 계층; 및

상기 네트워크 계층 위에 있으며, 고속의 데이터 전송률과 다양한 QoS를 요구하는 새로운 응용을 지원하기 위한 프로토콜들을 수용하는 응용 계층을 포함한다.

한편, 본 발명의 특징에 따른 이동 통신 단말은

고속 서비스를 위한 다양한 무선 접속 기술의 변조 및 코딩 기술, 접속 방식을 수용하는 물리 계층의 프로토콜을 지원하는 물리계층부;

상기 물리계층 위에 있으며, 단말의 접속 환경 변경에 따른 다양한 물리 계층간 전환과, 다양한 기술 방식의 물리 계층에 대한 독립적인 동작을 보장하는 적응 계층의 프로토콜을 지원하는 적응계층부;

상기 적응 계층 위에 있으며, 다양한 근거리 무선 접속 기술과 광역 셀룰러 기술의 자원 접속 제어, 무선 링크 제어, 무선 자원 관리 기능을 통합 수용하여 시그널링 절차를 간소화하는 데이터 링크 제어 계층의 프로토콜을 지원하는 데이터 링크 제어계층부;

상기 데이터 링크 제어 계층 위에 있으며, 단말이 접속할 수 있는 다양한 핵심망과의 연결 설정 및 핵심망에서의 이동성 지원을 위한 기능을 포함하고, 단말의 접속 핵심망 변경에 독립적인 무선 프로토콜의 동작을 보장하는 정합 계층의 프로토콜을 지원하는 데이터 링크 제어계층부;

상기 정합 계층 위에 있으며, 단말이 접속할 수 있는 다양한 핵심망에서 사 용되는 네트워크 프로토콜들을 수용하는 네트워크 계층의 프로토콜을 지원하는 네트워크 계층부; 및

상기 네트워크 계층 위에 있으며, 고속의 데이터 전송률과 다양한 QoS를 요구하는 새로운 응용을 지원하기 위한 프로토콜들을 수용하는 응용 계층의 프로토콜을 지원하는 응용계층부를 포함한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 4세대 이동통신 단말 프로토콜이 탑재된 이동 단말이 접속할 수 있는 4세대 이동통신 환경이다.

도1에 도시한 바와 같이, 4세대 이동통신 환경에 따르면, 3세대 광역 셀룰러 시스템인 IMT-2000(102), 근거리 무선 접속 시스템인 WLAN(103), WPAN(104), 2세대 광역 셀룰러 시스템인 GSM(108)과 디지털 방송 시스템인 DAB, DVB(105), 새로운 4세대 무선 시스템(109)들이 정합 계층(Convergence layer)(106)을 경유하여 IP 기반의 멀티 네트워크(130)로 통합된다.

이와 같은 이동통신 환경 하에서, 다양한 무선 시스템에 접속할 수 있는 물리적 또는 소프트웨어적으로 규정한 (software defined) 인터페이스와 프로토콜 구조를 탑재한 4세대 이동 통신 단말(120)이 M-커머스(M-commerce)(111), 위치 기반 서비스(Location Based Service)(112), 멀티미디어 서비스(Multimedia Service)(113), 멀티미디어 메시지 서비스(Multimedia Message Service)(114), 음성 서비스(voice service)(115), 온라인 게임(online game)(116), 모바일 인터넷(Mobile Internet)(117) 등의 다양한 응용(110)에 접속할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 4세대 이동통신 단말 프로토콜 및 이를 탑재한 단말의 구조를 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 단말 프로토콜은 물리계층(Physical Layer)(Ⅰ), 적응 계층(Adaptation Layer)(Ⅱ), 데이터링크 제어계층(Data Link Control Layer)(Ⅲ), 정합 계층(Convergence Layer)(Ⅳ), 네트워크 계층(Network Layer)(Ⅴ) 및 응용 계층(Application Layer)(Ⅵ)을 포함한다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 단말기는 위에서 기술한 계층의 프로토콜을 각각 구현하는 물리 계층부(210), 적응 계층부(220), 데이터링크제어 계층부(230), 정합계층부(250), 네트워크 계층부(260) 및 응용 계층부(270)를 포함한다.

최하부에 위치한 물리 계층(Ⅰ)은 고속 이동 환경에서 100Mbps 이상의 전송률과 저속 이동 환경에서 1Gbps 정도의 전송률을 제공할 수 있도록 하는 새로운 기술들과 기존의 광역 셀룰러 및 근거리 무선 접속 기술 등을 수용한다.

본 발명의 실시예에 따른 물리계층 프로토콜은 초고속 서비스를 위한 새로운 기술로서 광대역 채널 특성을 갖는 직교 주파수 분할 다중화(OFDM; Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 212) 기술을 수용할 수 있다. OFDM 방식은 복잡한 다중 경로 환경에 적합하며, 주파수채널 적응 제어를 가능하게 한다. 또한, 기존의 광역 셀룰러 기술로서 광대역 코드 분할 다중 접속(WCDMA, Wideband Code Division Multiple Access, 202) 등의 3세대 접속 기술을 수용할 수 있으며, 기타 다른 물리계층 기술인 광역 셀룰러 기술 및 근거리 접속 기술(213)도 수용할 수 있 다.

본 발명의 실시예에 따른 적응 계층(Ⅱ)은 물리 계층 바로 위에 위치하고, 다양한 물리 계층의 다중 변조, 코딩 기술 및 다중 접속 방식에 독립적인 무선 프로토콜의 설계를 가능하게 한다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 적응 계층부(220)는 복잡한 셀 환경에서 지원되는 무선 기술에 적합하도록 여러 선택 사항과 다양한 파라미터에 대한 변환 및 조정을 수행한다. 이러한 변환 및 조정에 의해, 적응 계층부(220)는 여러 선택사항과 다양한 파라미터를 상위 계층인 데이터 링크 제어 계층(Ⅲ)간 공통적인 인터페이스로 변환하거나 특정 시스템의 PHY 프레임으로 변환할 수 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 적응 계층부(220)는 수직 핸드오버(vertical handover)시, 즉 접속 환경이 변할 때마다 시스템간 동기를 빠르게 맞추고 다양한 물리 계층 기법들간의 빠른 전환을 지원한다.

요컨대, 본 발명의 실시예에 따른 적응 계층(Ⅱ)은 물리계층에 독립적인 상위 프로토콜을 구현할 수 있도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 데이터링크제어 계층(Ⅲ)은 적응 계층(Ⅱ) 바로 위에 위치하고, 근거리 무선 접속 기술과 광역 셀룰러 기술의 매체 접속제어, 무선 링크제어, 무선 자원관리 등에 해당하는 기능들을 통합하여 수용한다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 데이터링크 제어계층은 이동통신 단말 프로토콜 내부에서의 처리 지연을 감소시키고, 계층간 시그널링과 피어 개체간 시그널링 절차를 간소화하여 처리 시간과 비용을 줄일 수 있도록 한다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 데이터 링크 제어 계층을 지원하는 데이터 링크 제어 계층부(230)는 데이터 링크 제어 계층 프로토콜의 각 기능들을 독립적인 블록으로 모듈화하여 급속도로 변하는 다양한 무선 기술 및 시스템에 적응성 있게 대처할 수 있도록 한다.

따라서 새로운 접속 무선 기술에 따라 적응계층부(220)가 물리계층과 상위 계층간 인터페이스를 데이터 링크 제어 계층간 공통적인 인터페이스로 변환하는 경우에도 데이터 링크 제어 계층부(230)에 새로운 기능 모듈을 추가하여 본 발명에서 제안한 단말 프로토콜 구조를 그대로 유지할 수 있다.

데이터 링크 제어 계층부(230)의 동기화 모듈(231)은 근거리 무선 접속 환경에서 방송 정보 제어 모듈(244)이 전달해 준 방송정보를 수신하여 이동 통신 단말과 기지국간에 동기를 조정한다.

전송 전력 제어 모듈(232)은 같은 자원을 공유하는 다른 사용자에게 불필요한 간섭을 주지 않도록 전송 전력을 조절하는 기능을 수행한다.

리피터 서비스 모듈(233)은 Ad-hoc 네트워킹시 두 단말간 무선 상태가 불안전한 경우 코디네이터(coordinator)에게 리피터 서비스를 요청할 수 있도록 한다.

스케줄링 모듈(234)은 Ad-hoc 네트워킹시 단말이 코디네이터로서 동작하는 경우에 여러 단말간 전송 순서를 제어하는 기능을 수행한다.

다중화 모듈(235)은 여러 채널의 데이터를 하나의 데이터 스트림으로 다중화하여 적응계층(Ⅱ)으로 전송하거나 적응계층으로부터 다중화된 데이터 스트림을 수신하여 채널에 따라 데이터를 역다중화하고 해당 기능 블록으로 전달하는 기능을 수행한다.

채널 접속 제어 모듈(236)은 Slotted-ALOHA, OFDMA, CSMA-CA 등과 같은 다양한 채널 접속 방식들을 지원한다.

우선 순위 제어 모듈(237)은 단말 내의 여러 논리 채널의 우선 순위에 따라 전송 순위를 결정하는 기능을 한다.

흐름 제어 모듈(238)은 단말과 기지국간의 프레임 전송량을 조절하여 프레임이 효율적인 속도로 처리될 수 있도록 하는 기능을 한다. 따라서 응답 신호인 ACK와 NACK 등을 처리하며 전송버퍼를 관리한다.

보안 모듈(239)은 접속 모듈(246)의 접속 과정에서 그 적용 여부가 결정되며 로컬 인증, 암호 키 교환, 암호화 등의 기능을 한다.

분할 모듈(241)은 전송 프레임 크기를 조절하며, 수신된 프레임을 조합하여 상위 계층으로 전달하는 기능을 한다.

재전송 모듈(242)은 피어 개체간에 승인(ACK) 전송 모드가 사용되는 경우 Selective repeat, Go Back N, Stop-and-Wait, Hybrid ARQ 재 전송 기법에 의해 전송 오류를 정정하는 기능을 한다.

무선 메시지 분배 모듈(243)은 메시지를 인코딩 또는 디코딩하여 각 해당 모듈로 분배하고 상위 계층의 제어 데이터를 송수신하며 프로토콜 오류를 처리한다.

방송 정보 제어 모듈(244)은 기지국으로부터 수신한 방송 정보를 분석하여 분석된 정보를 셀 선택 모듈(248)이나 동기화 모듈(231) 등의 관련 모듈에 전달한다. 또한, Ad-hoc 네트워킹시 단말이 코디네이터(coordinator)로 동작하는 경우에 는 해당 모듈에서 방송 정보를 구성하고 전송한다. 그리고 페이징 정보도 처리한다.

베어러 관리 모듈(245)은 베어러의 연결 설정 및 해제와 파라미터 변경 기능을 수행한다. 따라서 연결 설정 및 해제시 물리계층과 적응계층뿐만 아니라 데이터 링크 제어 계층의 각 모듈의 구성 파라미터를 설정하거나 변경한다.

접속(association)모듈(246)은 단말이 새로운 셀에 진입한 경우, 또는 상위 계층의 연결 설정 요구가 있을 경우에 접속 기능을 수행한다. 그리고, 단말이 해당 셀을 벗어날 경우와 상위 계층에서 연결 해제가 요구되는 경우에 접속 해제 기능을 수행한다. 또한, 접속 기능을 수행하는 동안 단말의 정보를 교환한다.

QoS 관리 모듈(247)은 서비스에 적합한 무선 자원을 요청하여 QoS를 보장해 주며, 현 트래픽 양에 대한 측정 기능과 그에 따른 QoS 제어 기능까지 수행한다.

셀 선택 모듈(248)은 단말의 동작 시스템을 결정하며, 무선 채널의 상태에 따라 물리 계층 및 적응 계층과 연동하여 동일 시스템 내의 수평 핸드오버와 이종 시스템간의 수직 핸드오버를 모두 지원한다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 정합 계층(Ⅳ)은 데이터 링크 제어 계층(Ⅲ)의 바로 위에 위치하고 단말이 접속할 수 있는 다양한 핵심망에 독립적으로 동작할 수 있도록 한다.

이를 위하여 본 발명의 실시예에 따른 정합계층부(250)는 각 핵심망에 따라 공통의 데이터 링크 제어 계층간 공통적인 인터페이스와 데이터 포맷으로 변환한다. 그리고 핵심망간 연결 설정 및 핵심망에서의 이동성 지원을 위해 필요한 기능 을 제공한다.

네트워크 계층(Ⅴ)은 정합 계층 프로토콜의 위에 위치하고 4세대 이동 통신 환경에서 사용자의 이동에 따라 단말과 연결될 수 있는 다양한 핵심망에서 사용되는 네트워크 프로토콜들을 수용한다. 본 발명의 실시예에 따르면, All-IP 망을 위한 IPv4/6(261), cdma-2000에서의 핵심망을 위한 ANSI-41(262), W-CDMA에서의 핵심망을 위한 GSM-MAP(263)뿐만 아니라 이외에도 접속할 수 있는 다양한 핵심망의 네트워크 프로토콜(264) 들을 수용한다.

응용 계층(Ⅵ) 프로토콜은 네트워크 계층 프로토콜의 위에 위치하고 4세대 이동 통신 환경에서 기대되는 영상전화, 모바일 게임, 텔레매틱스, 스트리밍 서비스 등과 같이 고속의 데이터 전송률과 다양한 QoS를 요구하는 새로운 응용들을 지원하기 위한 프로토콜들을 수용한다. 본 발명의 실시예에 따른 응용 계층 프로토콜은 세션 시그널링 프로토콜인 SIP와 실시간 미디어 전송을 위한 RTP/RTCP, 단말의 위치를 추적하여 위치와 관련된 정보를 제공하는 위치기반 서비스(Location-Based Services)를 위한 프로토콜, 이종 망간의 글로벌 로밍을 지원하기 위한 Mobile IP 등을 지원한다.

도 3a 내지 도3c는 본 발명의 실시예에 따른 4세대 이동 통신 단말이 WCDMA로 동작하는 경우의 예를 보여준다.

도3a에 도시한 바와 같이, 단말의 전원이 인가되어 정합 계층부(250)에 ‘Power ON’ 신호가 들어오면, 정합계층부(250)는 단말이 사용할 시스템과 해당 시스템의 셀을 선택하기 위해 셀 선택 모듈(248)에 ‘시스템 및 셀 선택’ 신호 프 리미티브를 전달한다 (S10)

셀 선택 모듈(248)은 이 프리미티브신호를 적응 계층부(220)에 전달하고(S11), 적응 계층부(220)는 시스템 및 셀 선택’ 프리미티브신호를 단말이 지원하는 물리 계층(Ⅰ)의 특정 무선기술(211, 212, 213)에서 사용하는 특정 신호 프리미티브로 변경하여 전달하여(S12) 물리계층부(210)가 현재 위치에서 사용할 수 있는 시스템의 셀을 선택하도록 한다.

단말이 특정 WCDMA 시스템의 셀을 선택하게 되면, 물리 계층부(210)는 해당 셀에서 전송하는 방송 정보를 수신하여 WCDMA 프리미티브신호인 ‘PHY-DATA-IND’를 이용하여 적응계층부(220)로 전달하고(S13), 적응 계층부(220)는 이를 데이터 링크 제어 계층의 공용 프리미티브인 ‘방송정보 수신’ 프리미티브신호로 변경하여 다중화 모듈(235)에 전달한다. (S14)

다중화 모듈(235)은 설정된 방송 정보를 수신하기 위해 미리 설정된 BCH-BCCH 경로를 통해 수신된 신호를 분할 모듈(241)에 전달한다. (S15)

분할 모듈(241)은 수신된 신호 내의 데이터의 재조립(reassembly)이 필요한 경우 해당 절차를 수행하여 데이터를 SDU 형태로 변경하여 무선메시지분배 모듈(243)에 전달한다. (S16)

무선메시지분배 모듈(243)은 수신한 SDU를 디코딩하여 얻어진 방송 메시지를 방송정보제어 모듈(244)에 전달하고(S17), 방송정보제어 모듈(244)은 수신된 방송정보를 분류하고 저장한 후, 다른 모듈 또는 계층의 설정이 필요한 경우 베어러관리 모듈(245)에 해당 정보를 전달한다. (S18)

베어러관리 모듈(245)은 방송정보제어 모듈(244)에서 수신한 방송정보를 이용하여 공용채널을 설정하고, 정합계층부(250)에 ‘셀선택완료’ 프리미티브신호를 송신한다. (S19)

정합계층부(250)는 최종적으로 수신한 신호를 WCDMA 프리미티브신호인 ‘RRC-PLMN-SEARCH-CNF’로 변경하여 상위 계층으로 전달한다. (S20)

도3b에 도시한 바와 같이, WCDMA 상위계층으로부터 ‘RRC-EST-REQ’ 프리미티브가 정합계층부(250)에 수신되면, 정합계층부(250)는 이를 ‘연결설정요구’ 프리미티브신호로 변경하여 접속 모듈(246)에 전달한다. (S30) 접속 모듈(246)은 연결 설정 절차를 시작하기 위해 연결설정 요구 메시지를 무선메시지분배 모듈(243)에 전달하고(S31), 무선메시지분배 모듈(243)은 이를 인코딩하여 분할 모듈(241)에 전달한다.(S32) 분할 모듈(241)은 수신된 데이터의 분할이 필요한 경우 해당 동작을 수행한 후 해당 데이터를 다중화 모듈(235)에 전달한다.(S33) 다중화 모듈(235)은 베어러관리 모듈(245)에서 설정한 상향 링크 공용 채널을 통해 데이터를 정합계층부(250)에 전달하고, 정합계층부(250)는 이를 전송하기 위한 절차를 수행한다. (S34, S35, S36)

도3c에 도시한 바와 같이, 단말의 연결 설정 요구 후 수신된 기지국의 데이터는 적응계층부(220)를 통해 다중화 모듈(235)로 전송되며(S40), 다중화 모듈(235)은 이전에 설정된 하향 링크 공용 채널을 통해 데이터를 흐름제어 모듈(238)로 전달한다.(S41) 흐름제어 모듈(238)은 순서번호를 검사한 후 수신된 데이터를 분할 모듈(241)에 전달하고(S42), 분할 모듈(241)은 데이터의 재조립이 필요한 경우 해당 동작을 수행하여 데이터를 SDU 형태로 변경하여 무선메시지분배 모듈(243)에 전달한다.(S43) 무선메시지분배 모듈(243)은 수신한 SDU를 디코딩하여 얻어진 연결 설정 메시지를 접속 모듈(246)에 전달하고(S44), 접속 모듈(246)은 해당 메시지를 분류하고 저장한 후, 다른 모듈 또는 계층의 설정이 필요한 경우 베어러관리 모듈(245)에 해당 정보를 전달한다. (S45)

베어러관리 모듈(245)은 접속 모듈(246)로부터 수신한 정보를 바탕으로 전용 제어 채널 설정을 위한 동작을 수행한다. 그리고 나서, 베어러관리 모듈(245)은 접속 모듈(246)에 설정의 완료를 알리고(S46), 접속 모듈(246)은 연결 설정 요구가 완료 되었음을 기지국에 알리기 위해서 연결 설정 완료 메시지를 무선메시지분배 모듈(243)에 전달한다.(S47)

무선메시지분배 모듈(243)은 수신된 메시지를 인코딩하여 분할 모듈(241)에 전달하고, 분할 모듈(241)은 수신된 데이터의 분할이 필요한 경우 해당 동작을 수행한 후 기지국으로 신뢰성 있는 메시지 전달을 위해 이를 재전송 모듈(242)에 전달한다. (S49) 재전송 모듈(242)은 해당 데이터를 재전송하기 위한 준비 절차를 수행하고, 데이터의 암호화가 필요한 경우 보안 모듈(239)에 데이터를 전달한다. (S50, S51)

보안 모듈(239)에서 암호화된 데이터는 베어러관리 모듈(245)에서 설정된 전용 제어 채널의 우선순위제어 모듈(237)에서 전송 우선 순위에 따라 다중화 모듈(235)로 전달되고(S52, S53), 다중화 모듈(235)은 베어러관리 모듈(245)에서 설정한 상향 링크 전용 채널을 통해 데이터를 적응계층부(220)에 전달하며(S54), 적응계층부(220)는 물리계층부(210)에 이를 전송하기 위한 절차를 수행한다. (S55)

도면 4a 내지 도4e는 본 발명의 실시예에 따른 4세대 이동 통신 단말이 무선 LAN 접속 기술을 사용하여 통신할 때의 예를 보여준다.

도4a에 도시한 바와 같이, 단말의 전원이 인가된 후, 물리계층이 현재 위치에서 사용할 수 있는 무선 LAN 셀을 선택하도록 요구하는 절차는 앞서 설명한 WCDMA의 실시 예와 동일하다(S60 - S63)

도4b에 도시한 바와 같이, 프레임 송수신 절차(S64)를 통해 수신되는 방송 메시지(Beacon)는 방송정보제어 모듈(244)에서 처리되고(S65), 베어러관리 모듈(245)을 통해 셀 선택이 완료되었음을 정합 계층부(250)에 알린다. (S66, S67) 이때, 방송 정보에 포함되어 있는 동기화 정보도 베어러관리 모듈(245)을 통해 동기화 모듈(231)로 전달된다. 정합 계층부(250)는 셀 선택 완료 정보를 무선 LAN 관리 계층에서 사용되는 프리미티브로 변환하여 전달한다.

도4c에 도시한 바와 같이, 상위 계층 또는 관리 계층으로부터 인증 요청을 받았을 때, 정합 계층부(250)는 데이터 링크 제어 계층에서 공통으로 사용되는 로컬 인증 요구 프리미티브로 해당 요청을 변환하여 보안 모듈(239)로 전달한다. (S70) 보안 모듈(239)은 무선 LAN의 개방 인증 또는, 공유된 비밀키 인증 방식에 따라 인증 메시지를 생성한다. (S71), 생성된 메시지는 프레임 송수신 절차를 거쳐 전송된다. (S72) 수신된 인증 메시지는 보안 모듈(239)로 전달되어 처리된 후, 정합 계층부(250)로 인증 응답이 전달된다. (S73) 정합 계층부(250)는 인증 응답을 무선 LAN 시스템에 적합한 프리미티브로 변환하여 상위 계층 또는 관리 계층으로 전달한다. (S74)

도4d에 도시한 바와 같이, 상기 인증 절차가 성공적으로 완료된 접속 액세스 포인트와 통신을 통신하기 위해서는 연결 설정이 요구된다.

상위 계층 또는 관리 계층에서 연결 요청을 받았을 때, 정합 계층부(250)는 데이터 링크 제어 계층 내에서 공통으로 사용되는 연결 설정 요구 프리미티브로 해당 요청을 변환하여 접속모듈(246)로 전달하고, (S80) 접속 모듈(246)은 무선 LAN의 연결 설정 메시지를 생성한다.(S81) 생성된 해당 메시지는 프레임 송수신 절차를 거쳐 전송되고, (S82) 수신된 연결 설정 응답 메시지는 접속 모듈(246)로 전달되어 처리된 후, 정합 계층부(250)로 연결 설정 응답이 전달된다. (S83) 한편, 연결 설정 응답 메시지에 포함되어 있는 능력 및 연결 식별자, 지원 전송율 정보는 베어러관리 모듈(245)을 통해 채널 접속 제어 모듈(236)로 전달된다. 정합 계층부(250)는 연결 설정 응답을 접속 LAN 시스템에 적합한 프리미티브로 변환하여 상위 계층 또는 관리 계층으로 전달한다.

도4e에 도시한 바와 같이, 프레임은 무선 메시지 분배 모듈(243)을 통해 전송되고, 데이터 링크 제어 계층 내에서 관련된 모듈로 분배된다. (S90) 분할 모듈(241)은 무선 LAN 물리계층에서 전송 가능한 데이터 크기로 분할하고, 분할되어 수신된 데이터를 다시 재 조합하는 기능을 수행한다. (S91) 흐름 제어 모듈(238)은 무선 LAN의 Stop-and-Wait 방식의 흐름 제어 기능을 수행하며 전송 매체를 사용할 수 있을 때까지 데이터를 버퍼링한다. (S92) 채널 접속 제어 모듈(236)은 물리 계층으로부터 매체 상태를 수신하여 랜덤 액세스를 수행하거나, 접속 포인트로부터 폴링을 받아 접속 권한을 획득한다. (S93) 매체 접근 권한을 얻은 후, 송신되는 데이터는 적응 계층부(220)에서 무선 LAN PDU 형태로 변환되며, 수신되는 데이터의 헤더 및 제어 정보는 파싱되어 공통 데이터 링크 제어 프리미티브로 변환된다. (S94)또한, 적응 계층은 무선 LAN 물리 계층에서 제공하는 프리미티브를 사용하여 데이터를 송수신한다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 기존 시스템에서 계층화된 매체 접속제어, 무선 링크제어, 무선 자원관리 기능들을 통합하여 데이터링크제어 계층에서 모두 수용함으로써 이동 통신 단말 프로토콜 내부에서의 처리 지연을 감소시키고, 계층간 시그널링과 피어 개체간 시그널링 절차를 간소화하여 처리 시간과 비용을 줄일 수 있다.

또한, 프로토콜 구조 내의 각 프로토콜 계층들을 기능 모듈로 모듈화 함으로써 차후에 새로운 무선 기술들을 수용하더라도 데이터링크제어 계층에 새로운 기능 모듈을 추가하거나 적응 계층 프로토콜을 거쳐 무선접속 기술에 적합한 데이터링크제어 계층간 인터페이스로 변환할 수 있다. 이상세서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 기존 시스템에서 계층화된 매체 접속제어, 무선 링크제어, 무선 자원관리 기능들을 통합하여 데이터링크제어 계층에서 모두 수용함으로써 이동 통신 단말 프로토콜 내부에서의 처리 지연을 감소시키고, 계층간 시그널링과 피어 개체간 시그널링 절차를 간소화하여 처리 시간과 비용을 줄일 수 있다.

또한, 프로토콜 구조 내의 각 프로토콜 계층들을 기능 모듈로 모듈화 함으로써 차후에 새로운 무선 기술들을 수용하더라도 데이터링크제어 계층에 새로운 기능 모듈을 추가하거나 적응 계층 프로토콜을 거쳐 무선접속 기술에 적합한 데이터링크제어 계층간 인터페이스로 변환할 수 있다. 따라서 프로토콜 구조의 변경없이 새로운 무선 기술들을 효율적으로 수용할 수 있어 개발비용 및 시설비를 낮출 수 있다.

또한 복잡한 셀 환경에서 수직 핸드오버를 지원하기 위해 우선적으로 특정 물리계층이 연결되면 이에 적합하도록 적응 계층 프로토콜이 파라미터를 조정하여 데이터링크제어 계층간 인터페이스로 변환하기 때문에, 사용자가 하나의 단말로 모든 셀 환경에서 개인 응용 서비스에 접속하는 이동성을 보장받을 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 4세대 이동 통신 시스템에서 높은 QoS의 고속멀티미디어 서비스를 제공해 줄 수 있는 새로운 무선 접속 기술을 수용하고, 무선 접속 환경의 변화에 상관없이 끊김 없는 서비스 제공을 위하여 기존의 2세대 및 3세대의 광역 셀룰러 기술과 무선 LAN 및 무선 PAN 등의 근거리 무선 접속 기술, 새로운 무선 접속 기술 등을 통합 수용할 수 있도록 한다.

Claims

4세대 이동 통신 단말 프로토콜 구조에 있어서,

고속 서비스를 위한 하나 이상의 무선 접속 기술의 변조 및 코딩 기술, 접속 방식을 수용하는 물리 계층;

상기 물리계층 위에 있으며, 단말의 접속 환경 변경에 따른 하나 이상의 물리 계층간 전환과, 하나 이상의 기술 방식의 물리 계층에 대한 독립적인 동작을 보장하는 적응 계층;

상기 적응 계층 위에 있으며, 하나 이상의 근거리 무선 접속 기술과 광역 셀룰러 기술의 자원 접속 제어, 무선 링크 제어, 무선 자원 관리 기능을 통합 수용하여 시그널링 절차를 간소화하는 데이터 링크 제어 계층;

상기 데이터 링크 제어 계층 위에 있으며, 단말이 접속할 수 있는 하나 이상의 핵심망과의 연결 설정 및 핵심망에서의 이동성 지원을 위한 기능을 포함하고, 단말의 접속 핵심망 변경에 독립적인 무선 프로토콜의 동작을 보장하는 정합 계층;

상기 정합 계층 위에 있으며, 단말이 접속할 수 있는 하나 이상의 핵심망에서 사용되는 네트워크 프로토콜들을 수용하는 네트워크 계층; 및

상기 네트워크 계층 위에 있으며, 고속의 데이터 전송률과 하나 이상의 QoS를 요구하는 새로운 응용을 지원하기 위한 프로토콜들을 수용하는 응용 계층

을 포함하는 것을 특징으로 하는 4세대 이동 통신 단말 프로토콜 구조.
고속 서비스를 위한 하나 이상의 무선 접속 기술의 변조 및 코딩 기술, 접속 방식을 수용하는 물리 계층의 프로토콜을 지원하는 물리계층부;

상기 물리계층 위에 있으며, 단말의 접속 환경 변경에 따른 하나 이상의 물리 계층간 전환과, 하나 이상의 기술 방식의 물리 계층에 대한 독립적인 동작을 보장하는 적응 계층의 프로토콜을 지원하는 적응계층부;

상기 적응 계층 위에 있으며, 하나 이상의 근거리 무선 접속 기술과 광역 셀룰러 기술의 자원 접속 제어, 무선 링크 제어, 무선 자원 관리 기능을 통합 수용하여 시그널링 절차를 간소화하는 데이터 링크 제어 계층의 프로토콜을 지원하는 데이터 링크 제어계층부;

상기 데이터 링크 제어 계층 위에 있으며, 단말이 접속할 수 있는 하나 이상의 핵심망과의 연결 설정 및 핵심망에서의 이동성 지원을 위한 기능을 포함하고, 단말의 접속 핵심망 변경에 독립적인 무선 프로토콜의 동작을 보장하는 정합 계층의 프로토콜을 지원하는 정합 계층부;

상기 정합 계층 위에 있으며, 단말이 접속할 수 있는 하나 이상의 핵심망에서 사용되는 네트워크 프로토콜들을 수용하는 네트워크 계층의 프로토콜을 지원하는 네트워크 계층부; 및

상기 네트워크 계층 위에 있으며, 고속의 데이터 전송률과 하나 이상의 QoS를 요구하는 새로운 응용을 지원하기 위한 프로토콜들을 수용하는 응용 계층의 프로토콜을 지원하는 응용계층부를 포함하는 이동 통신 단말.
제2항에 있어, 상기 데이터 링크 제어계층부는 각 기능들을 독립적인 모듈로 모듈화한 다수의 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말.