KR101791046B1 - 밀리미터파 백홀에 기반한 이종 네트워크에서 이중 접속을 수행하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

밀리미터파 백홀에 기반한 이종 네트워크에서 이중 접속을 수행하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 세컨더리 기지국(secondary eNB: SeNB)의 이중 접속(dual connectivity) 설정 방법은, 밀리미터파(millimeter wave) 백홀 기반 무선 네트워크에 설치된 제1 SeNB가 상기 무선 네트워크에 설치된 마스터 기지국(master eNodeB: MeNB)으로부터 멀티-홉 라우팅 지시자를 포함하는 SeNB 추가 요청 메시지를 수신하는 단계와, 상기 제1 SeNB가 상기 멀티-홉 라우팅 지시자에 기반하여 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 상기 무선 네트워크에 설치된 제2 SeNB로 전송할지 여부를 결정하는 단계와, 상기 제1 SeNB가 상기 SeNB 추가 요청 메시지에 상응하는 SeNB 추가 요청 ACK 메시지를 상기 MeNB로 전송하는 단계를 포함한다.

Description

밀리미터파 백홀에 기반한 이종 네트워크에서 이중 접속을 수행하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING DUAL CONNECTIVITY IN HETEROGENEOUS NETWORK BASED ON MILLIMETER WAVE BACKHAUL}
본 발명은 밀리미터파 백홀에 기반한 이종 네트워크에서 매크로 셀 기지국과 스몰 셀 기지국 간 이중 접속을 수행하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 이동 통신 시스템은 사용자의 활동성을 보장하면서 음성 서비스를 제공하기 위해 개발되었다. 그러나 이동통신 시스템은 점차로 음성뿐 아니라 데이터 서비스까지 영역을 확장하고 있으며, 현재에는 고속의 데이터 서비스를 제공할 수 있는 정도까지 발전하였다. 그러나 현재 서비스가 제공되고 있는 이동 통신 시스템에서는 자원의 부족 현상 및 사용자들이 보다 고속의 서비스를 요구하므로, 보다 발전된 이동 통신 시스템이 요구되고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역(예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beamforming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
한편, 이중 연결(dual connectivity)이란 하나의 단말이 두 개의 기지국에 연결되어 서비스받는 것을 말한다. 예를 들어, 상기 이중 연결은 하나의 단말이 서로 다른 기능을 가진 매크로 기지국과 소형(small, pico) 기지국에 연결되어 서비스를 받는 것을 의미할 수 있다. 상기 이중 연결 기술은 현재 통신 표준 단체들에 의해 매우 활발히 논의 중이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는, 밀리미터파 백홀에 기반한 이종 네트워크에 포함되는 복수의 기지국들 간 멀티 홉 라우팅을 통해 단말의 데이터 전송 효율을 높일 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 세컨더리 기지국(secondary eNB: SeNB)의 이중 접속(dual connectivity) 설정 방법은, 밀리미터파(millimeter wave) 백홀 기반 무선 네트워크에 설치된 제1 SeNB가 상기 무선 네트워크에 설치된 마스터 기지국(master eNodeB: MeNB)으로부터 멀티-홉 라우팅 지시자를 포함하는 SeNB 추가 요청 메시지를 수신하는 단계와, 상기 제1 SeNB가 상기 멀티-홉 라우팅 지시자에 기반하여 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 상기 무선 네트워크에 설치된 제2 SeNB로 전송할지 여부를 결정하는 단계와, 상기 제1 SeNB가 상기 SeNB 추가 요청 메시지에 상응하는 SeNB 추가 요청 ACK 메시지를 상기 MeNB로 전송하는 단계를 포함한다.
상기 결정하는 단계는, 상기 멀티-홉 라우팅 지시자가 제1 값이면 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 상기 제2 SeNB로 전송하도록 결정하고, 상기 멀티-홉 라우팅 지시자가 제2 값이면 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 상기 제2 SeNB로 전송하지 않도록 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 값은 1이고, 상기 제2 값은 0일 수 있다.
상기 세컨더리 기지국(secondary eNB: SeNB)의 이중 접속(dual connectivity) 설정 방법은, 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 상기 제2 SeNB로 전송하도록 결정하면, 상기 제1 SeNB가 상기 SeNB 추가 요청 메시지에 상기 제1 SeNB의 글로벌 식별자, 하향링크 터널 식별자, 상향링크 터널 식별자, 및 단말 베어러 특성 관리를 위한 단말의 X2 식별자를 추가하여 상기 제2 SeNB로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 세컨더리 기지국(secondary eNB: SeNB)의 이중 접속(dual connectivity) 설정 방법은, 상기 제1 SeNB가 상기 제1 SeNB의 제1 전력 상태 정보를 나타내는 전력 상태 지시 메시지를 상기 제2 SeNB로 전송하는 단계와, 상기 제1 SeNB가 상기 제2 SeNB의 제2 전력 상태 정보를 요청하는 전력 상태 요청 메시지를 상기 제2 SeNB으로 전송하는 단계와, 상기 제1 SeNB가 상기 제1 전력 상태 정보와 상기 제2 전력 상태 정보를 분석하고, 분석 결과에 따라 상기 제1 SeNB의 전력 상태를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 세컨더리 기지국(secondary eNB: SeNB)의 이중 접속(dual connectivity) 설정 방법은, 상기 제1 SeNB가 상기 제1 SeNB의 전력 상태가 변경됨을 나타내는 전력 상태 변경 메시지를 상기 제2 SeNB로 전송하는 단계와, 상기 제1 SeNB가 상기 제2 SeNB의 상기 전력 상태 변경 메시지에 대한 ACK 또는 NACK를 나타내는 전력 상태 변경 응답 메시지를 상기 제2 SeNB로부터 수신하는 단계와, 상기 제1 SeNB가 상기 전력 상태 변경 응답 메시지에 기반하여 상기 제1 SeNB의 전력 상태 변경을 유지할지 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 밀리미터파(millimeter wave) 백홀 기반 무선 네트워크에 설치되고, 이중 접속(dual connectivity)을 설정하는 세컨더리 기지국(secondary eNB: SeNB)은, 상기 무선 네트워크에 설치된 다른 SeNB와 신호를 송수신하는 통신부; 및 상기 무선 네트워크에 설치된 마스터 기지국(master eNodeB: MeNB)으로부터 멀티-홉 라우팅 지시자를 포함하는 SeNB 추가 요청 메시지를 수신하도록 제어하고, 상기 멀티-홉 라우팅 지시자에 기반하여 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 상기 다른 SeNB로 전송할지 여부를 결정하고, 상기 SeNB 추가 요청 메시지에 상응하는 SeNB 추가 요청 ACK 메시지를 상기 MeNB로 전송하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 이종 네트워크에서 이중 접속을 수행하기 위한 방법 및 장치는, 밀리미터파 백홀에 기반한 이종 네트워크에 포함되는 복수의 기지국들 간 멀티 홉 라우팅을 통해 단말의 데이터 전송 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 도심 지역에서 매크로 셀 기지국과 스몰 셀 기지국들의 연결을 보여주는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 이중 접속(dual connecitivity)를 위한 매크로 셀 기지국과 스몰 셀 기지국 간 제어 메시지 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스몰 셀 기지국 추가 절차에서 다중 홉 라우팅을 지원하기 위한 메시지 형태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터파 백홀 기반 무선 네트워크에서 스몰 셀 기지국의 전력 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스몰 셀 기지국들 간 전력 제어 모드를 위한 상태 메시지 흐름을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스몰 셀 기지국의 전력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스몰 셀 기지국의 전력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스몰 셀 기지국의 전력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스몰 셀 기지국의 전력 상태에 관련된 메시지 형태를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀리미터파 백홀 기반 무선 네트워크에서 스몰 셀 기지국의 전력 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 10 에 도시된 스몰 셀 기지국에 관한 전력 제어 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 스몰 셀 기지국을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 매크로 셀 기지국을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
본 명세서에서 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
도 1은 도심 지역에서 매크로 셀 기지국과 스몰 셀 기지국들의 연결을 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 매크로 셀 기지국(100)은 건물의 옥상에 위치하고, 복수의 스몰 셀 기지국들(111 ~ 116)은 복수의 단말들(120 ~ 126)의 사용자들의 인접 위치인 도심 가로등, 외벽 면, 상가 등에 주로 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 매크로 셀 기지국(100)과 복수의 스몰 셀 기지국들(111 ~ 116)은 밀리미터파(millimeter wave, mmWave) 백홀(backhaul) 기반 무선 네트워크에서 통신할 수 있다. 즉, 매크로 셀 기지국(100)과 복수의 스몰 셀 기지국들(111 ~ 116)은 광대역 통신이 가능한 밀리미터파(mmWave) 링크를 사용하여 상호 연결될 수 있다.
밀리미터파(mmWave)를 사용할 경우, 기지국 간 통신은 20 GHz 대역으로부터 120 GHz 대역에 이르기까지 다양한 주파수 대역을 사용할 수 있으나, 대역 손실 및 낮은 투과율로 인해 비시선(non line of sight, LOS) 환경에 부적합하고, 산소 흡수(oxygen absorption) 및 비 효과(raining effect)로 전송 거리가 제한적일 수 있다.
본 발명에서는 도 1에 도시된 것과 같이 매크로 셀 기지국(100)과 복수의 스몰 셀 기지국들(111 ~ 116) 간 LOS가 보장되지 않거나 서로 거리가 먼 경우, 복수의 스몰 셀 기지국들(111 ~ 116) 간 다중 홉 라우팅을 통해서 밀리미터파(mmWave) 백홀 통신을 가능하게 할 수 있다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 이중 접속(dual connecitivity)를 위한 매크로 셀 기지국과 스몰 셀 기지국 간 제어 메시지 흐름을 나타내는 도면이다.
매크로-스몰 셀 네트워크에서 이중 접속(dual connecitivity)은 효율적인 단말 제어와 데이터 분산 방안을 제공해 준다. 밀리미터파(mmWave) 백홀에 기반한 네트워크에서는 백홀 지연으로 3GPP Rel-10/11의 캐리어 어그리게이션(carrier aggregation, CA) 구현이 불가하므로, 스몰 셀 기지국 제어를 통한 이중 접속이 단말 트래픽을 스몰 셀로 오프로딩(offloading)할 수 있는 적절한 기술이라 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 밀리미터파(millimeter wave) 백홀 기반 무선 네트워크는 마스터 기지국(master eNodeB: MeNB) 및 복수의 세컨더리 기지국(secondary eNB: SeNB1, SeNB2)들을 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 마스터 기지국(MeNB)은 매크로 셀 기지국으로도 불릴 수 있고, 세컨더리 기지국(SeNB)은 스몰 셀 기지국으로도 불릴 수 있다.
도 2에서는 설명의 편의를 위해 두 개의 스몰 셀 기지국들(SeNB1, SeNB2)만 도시하고 있으나, 본 발명은 스몰 셀 기지국의 개수에 제한되지 않고, 매크로 셀 기지국과 이중 접속 시 추가하려는 스몰 셀 기지국 사이에는 복수의 중간 스몰 셀 기지국들이 포함될 수 있다.
도 2에서는 단말이 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)에 위치하고, 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)이 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)을 통해서만 매크로 셀 기지국(MeNB)에 연결 가능한 경우를 가정한다. 이 경우, 단말의 이중 접속을 설정하기 위해 매크로 셀 기지국(MeNB)은 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)을 통해서 SeNB 추가 절차를 수행할 수 있다.
매크로 셀 기지국(MeNB)은 멀티-홉 라우팅 지시자를 포함하는 SeNB 추가 요청 메시지를 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)으로 전송할 수 있다(S200). 상기 멀티-홉 라우팅 지시자는 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)에게 멀티-홉을 통한 이중 접속 설정 절차의 수행 여부를 지시할 수 있다.
제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 상기 멀티-홉 라우팅 지시자에 기반하여 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)으로 전송할지 여부를 결정할 수 있다(S210).
실시예에 따라, 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 상기 멀티-홉 라우팅 지시자가 미리 설정된 제1 값(예컨대, '1')이면 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)으로 전송하도록 결정하고, 상기 멀티-홉 라우팅 지시자가 제2 값(예컨대, '0')이면 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)으로 전송하지 않도록 결정할 수 있다.
상기 결정에 기반하여, 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)이 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)으로 전송할 수 있다(S220).
다른 실시예에 따라, 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)으로 전송하지 않고, 기존의 이중 접속시 SeNB 추가 동작과 같이 SeNB 추가 요청 ACK 메시지를 매크로 셀 기지국(MeNB)으로 전송할 수 있다.
실시예에 따라, 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 상기 SeNB 추가 요청 메시지에 더하여 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)의 글로벌 식별자, 하향링크 터널 식별자, 상향링크 터널 식별자, 및 단말 베어러 특성 관리를 위한 단말의 X2 식별자를 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)으로 전송할 수 있다.
제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)은 상기 SeNB 추가 요청 메시지에 응답하여 이중 접속 시 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2) 추가를 지시하는 SeNB 추가 요청 ACK 메시지를 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)으로 전송할 수 있다(S230).
다른 실시예에 따라, 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)은 상기 SeNB 추가 요청 메시지에 응답하여 이중 접속 시 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)을 추가하지 않는 것을 지시하는 SeNB 추가 요청 NACK 메시지를 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)으로 전송할 수 있다.
제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 상기 멀티-홉 라우팅 지시자에 기반하여 상기 SeNB 추가 요청 ACK 메시지를 매크로 셀 기지국(MeNB)으로 전송할지 여부를 결정할 수 있다(S240).
결정 결과에 기반하여, 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 상기 SeNB 추가 요청 ACK 메시지를 매크로 셀 기지국(MeNB)으로 전송할 수 있다(S250).
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스몰 셀 기지국 추가 절차에서 다중 홉 라우팅을 지원하기 위한 메시지 형태를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 메시지는 SeNB 멀티 홉 라우팅 IE(SeNB Multihop routing IE) 및 멀티 홉 경로에 위치한 SeNB에 대한 정보(SeNB Multihop Routing Information item)를 포함한다. SeNB에 대한 정보(SeNB Multihop Routing Information item)는 SeNB Multihop Routing Information list의 아이템으로 정렬되어 있으며, 각 SeNB의 글로벌 식별자에 따라서 멀티 홉의 SeNB를 구분하여 전달할 수 있다.
즉, 도 2의 SeNB 추가 절차를 위해서 단말의 스플릿(split) 베어러에 대한 멀티 홉 라우팅에서의 단말 및 베어러 식별과 GTP 터널링을 위한 추가 정보가 도 3에 표기되어 있다.
매크로 셀 기지국에서 단말이 접속된 최종 스몰 셀 기지국에 이르기까지 다수의 중간 스몰 셀 기지국들 각각에 의해 상기 단말의 베어러가 전송되기 위해서, 각 스몰 셀 기지국은 SeNB 추가에 대한 메시지 외에 도 3의 추가 정보를 다음 스몰 셀 기지국으로 전달해야 한다. 상기 추가 정보는 각 SeNB의 글로벌 식별자(Global eNB ID), 상하향 전송을 위한 터널 식별자(SeNB Uplink GTP Tunnel Endpoint, SeNB Downlink GTP Tunnel Endpoint), 단말 베어러 특성 관리를 위한 단말의 X2 식별자(eNB UE X2AP ID)를 포함할 수 있다.
글로벌 식별자(Global eNB ID)는 각 SeNB 노드들이 주변 이웃 SeNB들과의 X2 설정을 통해 인식하고, 단말의 베어러의 상/하향 전송 대상에 대해 알려 줄 수 있다.
상하향 GTP 터널 식별자(SeNB Uplink GTP Tunnel Endpoint, SeNB Downlink GTP Tunnel Endpoint)의 경우, 이웃 SeNB 중 멀티 홉 경로에 포함된 SeNB들의 전송 계층 주소 및 네트워크 계층에서의 베어러 식별자를 포함한다. 따라서, 각 SeNB는 수신한 단말의 베어러를 상기 포함 정보를 통해 GTP 터널링으로 상하향 전송할 수 있다.
구체적으로, SeNB 추가 요청(addtion request)에서는 멀티 홉 경로에 포함된 SeNB가 본인의 GTP 터널 식별자를 포함하고, 상기 GTP 터널 식별자를 다음 SeNB로 전달할 수 있다. 이와 같이, SeNB 추가 요청 절차에 의해 상향 GTP 터널 식별자를 확보할 수 있으며, 이후 SeNB 추가 요청 ACK(acknowledgement) 절차를 통해서 하향 GTP 터널 식별자를 확보할 수 있다.
X2 식별자(eNB UE X2AP ID)는 각 SeNB 별 단말 베어러에 대한 베어러 식별자와 QoS 파라미터를 관리하는 식별자이다. 멀티 홉 라우팅의 경우, 각 SeNB에서 단말 베어러에 대한 QoS 지원을 위한 동작이 필요하다.
기존 게이트웨이에서만 라우팅에 대한 QoS 처리가 필요하고, 실제 기지국에서는 베어러에 대한 전송율만 관리했으나, 본 발명에서와 같이 기지국이 멀티 홉 라우팅을 지원하는 서비스의 경우, 각 기지국에서 베어러에 대한 전송 제어가 필요하게 된다. 또한, SeNB 추가 절차 이후, SeNB 변경(modification)과 같이 추후 메시지를 통한 단말의 정보 갱신이 필요한 경우에 각 기지국의 X2 식별자를 통해 처리할 수 있다.
도 3에서 도시된 멀티 홉 라우팅을 위한 추가 정보의 경우, SeNB addition 뿐만 아니라, SeNB modification, SeNB release를 위한 제어 메시지에서 동일하게 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터파 백홀 기반 무선 네트워크에서 스몰 셀 기지국의 전력 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 단말(UE1, 420)은 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1, 410)에 접속하고, 제1 스몰 셀 기지국(410)은 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2, 411) 및 제3 스몰 셀 기지국(412)을 통해 매크로 셀 기지국(MeNB, 400)으로 연결될 수 있다.
제2 스몰 셀 기지국(411)은 현재 접속한 단말이 없으므로 전원을 오프하거나 절전 모드에서 동작할 수 있고, 이 경우 제1 스몰 셀 기지국(410)은 매크로 셀 기지국(400) 또는 게이트웨이에 접속할 수 없으므로 단말(420)의 데이터를 매크로 셀 기지국(400)으로 전송할 수 없다.
따라서, 본 발명에서는 제2 스몰 셀 기지국(411)과 같이 멀티 홉 경로의 중간 기지국의 전력 제어 방법을 제안한다. 제2 스몰 셀 기지국(411)은 해당 셀 내에 단말의 접속 및 데이터 전송 여부와 별도로 네트워크 토폴로지에 따라 하위 스몰 기지국(예컨대, 제1 스몰 셀 기지국(410))에 대한 연결성 보장을 위해 기지국의 운용 상태 여부를 확인해야 한다. 다시 말해, 도 4에서 제2 스몰 셀 기지국(411)은 제1 스몰 셀 기지국(410)의 현재 운용 상태가 활성화에 있으면 전원 오프 모드로 동작하지 않아야 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스몰 셀 기지국들 간 전력 제어 모드를 위한 상태 메시지 흐름을 나타내는 도면이다.
초고밀도 스몰 셀 네트워크(ultra dense small cell network)에서는 스몰 셀 기지국 숫자가 증가하므로 밀리미터파(mmWave) 사용으로 인한 전력 소모가 기하급수적으로 증가할 수 있다. 따라서, 사용하지 않는 스몰 셀 기지국의 전력 소모를 줄이거나 데이터 사용에 따라 스몰 셀 기지국의 절전 모드를 운용하는 등의 방안이 요구될 수 있다.
본 발명에서는 특정 스몰 셀 기지국이 멀티 홉으로 매크로 셀 기지국 또는 게이트웨이에 연결된 경우 상기 특정 스몰 셀 기지국에 접속된 단말이 없는 경우에도 백홀 전송에 참여해야 하므로 상기 특정 스몰 셀 기지국의 전원을 오프할 수 없다. 따라서, 본 발명의 네트워크 구조에서는 에너지 절감을 위한 스몰 셀 기지국의 전력을 제어하는 추가적 절차가 요구된다.
본 발명은 스몰 셀 기지국의 전력을 제어하기 위해 상기 스몰 셀 기지국의 전력 운용 상태 정보를 전달하기 위한 메시지로서 SeNB 전력 상태 업데이트(SeNB power state update)를 정의한다.
상기 SeNB 전력 상태 업데이트는 해당 스몰 셀 기지국의 현재 전력 상태에 관련된 정보를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 전력 상태 업데이트는 해당 스몰 셀 기지국의 전원이 오프 모드이거나 절전 모드임을 나타낼 수 있다. 예컨대, 상기 SeNB 전력 상태 업데이트는 해당 스몰 셀 기지국에 접속 중인 단말이 있는지 여부, 해당 스몰 셀 기지국에서 매크로 셀 기지국으로의 경로 정보, 이웃 기지국의 전원 모드 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 SeNB 전력 상태 업데이트에 상응하는 SeNB 전력 상태 ACK / NACK 메시지를 정의한다. 상기 SeNB 전력 상태 ACK는 상기 SeNB 전력 상태 업데이트의 일부 정보를 변경한 메시지이거나 상기 SeNB 전력 상태 업데이트에 대한 새로운 ACK 응답 메시지일 수 있다. 상기 SeNB 전력 상태 NACK는 상기 SeNB 전력 상태 업데이트의 일부 정보를 변경한 메시지이거나 상기 SeNB 전력 상태 업데이트에 대한 새로운 NACK 응답 메시지일 수 있다.
도 5를 참조하면, 제3 스몰 셀 기지국(SeNB3)은 SeNB3 전력 상태 업데이트(ON)를 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)으로 전송할 수 있다(S500). 상기 SeNB3 전력 상태 업데이트(ON)는 제3 스몰 셀 기지국(SeNB3)의 전원 상태가 온 모드임을 의미할 수 있다.
제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 상기 SeNB3 전력 상태 업데이트(ON)에 응답하여 SeNB3 전력 상태 ACK 메시지를 제3 스몰 셀 기지국(SeNB3)으로 전송할 수 있다(S510).
제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)은 SeNB2 전력 상태 업데이트(OFF)를 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)으로 전송할 수 있다(S520). 상기 SeNB2 전력 상태 업데이트(OFF)는 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)의 전원 상태가 오프 모드임을 의미할 수 있다.
제3 스몰 셀 기지국(SeNB3)은 SeNB3 전력 상태 업데이트(OFF)를 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)으로 전송할 수 있다(S530). 상기 SeNB3 전력 상태 업데이트(OFF)는 제3 스몰 셀 기지국(SeNB3)의 전원 상태가 오프 모드임을 의미할 수 있다.
제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 상기 SeNB2 전력 상태 업데이트(OFF) 및 상기 SeNB3 전력 상태 업데이트(OFF)를 분석하고, 분석 결과에 따라 상기 SeNB2 전력 상태 업데이트(OFF) 및 상기 SeNB3 전력 상태 업데이트(OFF) 각각에 상응하는 SeNB 전력 상태 ACK / NACK 메시지를 결정할 수 있다.
도 5에서는 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)과 제3 스몰 셀 기지국(SeNB3)이 동시에 오프 모드로 전환하려는 경우를 도식화한다. 이때, 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 우선 처리된 상기 SeNB2 전력 상태 업데이트(OFF)를 승인하는 SeNB2 전력 상태 ACK 메시지를 생성하고, 나중에 처리된 상기 SeNB3 전력 상태 업데이트(OFF)를 거부하는 SeNB3 전력 상태 NACK 메시지를 생성할 수 있다.
제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 상기 SeNB2 전력 상태 업데이트(OFF)에 응답하여 SeNB2 전력 상태 ACK 메시지를 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)으로 전송할 수 있다(S540).
제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)은 상기 SeNB2 전력 상태 ACK 메시지에 응답하여 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)을 전원 오프 모드로 설정할 수 있다(S550).
제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 상기 SeNB3 전력 상태 업데이트(OFF)에 응답하여 SeNB3 전력 상태 NACK 메시지를 제3 스몰 셀 기지국(SeNB3)으로 전송할 수 있다(S560).
실시예에 따라, 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 도 9에 설정된 다음 기지국의 동작 모드(Next hop SeNB PSM)에서 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)을 오프 모드로 설정함으로써 상기 SeNB2 전력 상태 ACK 메시지를 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)으로 전송할 수 있다. 유사하게, 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 도 9에 설정된 다음 홉 기지국의 동작 모드(Next hop SeNB PSM)에서 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)을 오프 모드로 설정하고 제3 스몰 셀 기지국(SeNB3)을 온 모드로 설정함으로써 상기 SeNB3 전력 상태 NACK 메시지를 제3 스몰 셀 기지국(SeNB3)으로 전송할 수 있다.
제3 스몰 셀 기지국(SeNB3)은 전력 상태를 오프 모드로 설정하는 것이 거부되면, 전력 상태를 슬립 모드로 설정하기 위한 SeNB3 전력 상태 업데이트(SLEEP)를 생성할 수 있다. 제3 스몰 셀 기지국(SeNB3)은 상기 SeNB3 전력 상태 NACK 메시지에 응답하여 SeNB3 전력 상태 업데이트(SLEEP)를 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)으로 다시 전송할 수 있다(S570).
제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 상기 SeNB3 전력 상태 업데이트(SLEEP)에 응답하여 SeNB3 전력 상태 ACK 메시지를 제3 스몰 셀 기지국(SeNB3)으로 전송할 수 있다(S580).
제3 스몰 셀 기지국(SeNB3)은 상기 SeNB3 전력 상태 ACK 메시지에 응답하여 제3 스몰 셀 기지국(SeNB3)을 슬립 모드로 설정할 수 있다(S590).
제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)이 오프 모드로 설정되고 제3 스몰 셀 기지국(SeNB3)이 슬립 모드로 설정되면, 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 제3 스몰 셀 기지국(SeNB3)을 다음 홉(next hop)으로 간주하고 다음 절차를 진행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스몰 셀 기지국의 전력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 SeNB1 전력 상태 지시 메시지를 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)으로 전송할 수 있다(S600). 상기 SeNB1 전력 상태 지시 메시지는 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)의 제1 전력 상태 정보를 포함할 수 있다. 상기 제1 전력 상태 정보는 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)의 현재 전력 모드, 멀티 홉 라우팅 지원 능력, 단말의 접속 여부 등을 포함할 수 있다.
제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)의 제2 전력 상태 정보를 요청하는 전력 상태 요청 메시지를 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)으로 전송할 수 있다(S610).
제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)은 상기 전력 상태 요청 메시지에 응답하여 SeNB2 전력 상태 지시 메시지를 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)으로 전송할 수 있다(S620). 상기 제2 전력 상태 정보는 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)의 현재 전력 모드, 멀티 홉 라우팅 지원 능력, 단말의 접속 여부 등을 포함할 수 있다.
제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 상기 제1 전력 상태 정보와 상기 제2 전력 상태 정보를 분석하고, 분석 결과에 따라 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)의 전력 상태를 제어할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스몰 셀 기지국의 전력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)의 전력 상태가 변경됨을 나타내는 전력 상태 변경 메시지를 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)으로 전송할 수 있다(S700). 실시예에 따라, 상기 전력 상태 변경 메시지는 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)이 슬립 모드(sleep mode)에서 슬립 사이클을 변경함을 나타내는 메시지일 수 있다.
제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)은 상기 전력 상태 변경 메시지에 대한 ACK 또는 NACK를 나타내는 전력 상태 변경 응답 메시지를 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)으로 전송할 수 있다(S710).
제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 상기 전력 상태 변경 응답 메시지에 기반하여 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)의 전력 상태 변경을 유지할지 결정할 수 있다(S720).
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스몰 셀 기지국의 전력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)에서 매크로 셀 기지국으로의 경로 정보 요청 메시지를 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)으로 전송할 수 있다(S800).
제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 상기 경로 정보 요청 메시지에 응답하여 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)에서 매크로 셀 기지국으로의 경로 정보를 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)으로부터 수신할 수 있다(S810).
상기 경로 정보는 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)에서 상기 매크로 셀 기지국으로의 경로의 개수, 상기 경로의 활성화 여부, 및 상기 경로에 포함된 스몰 셀 기지국의 글로벌 식별자 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 상기 경로 정보에 기반하여 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)의 전력 상태를 제어할 수 있다(S820). 예컨대, 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)은 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2)에서 매크로 셀 기지국으로의 경로가 존재하고 활성화되었다면, 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1)의 전력 모드를 절전 모드로 변경할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스몰 셀 기지국의 전력 상태에 관련된 메시지 형태를 나타내는 도면이다.
도 9에서는 멀티 홉 라우팅에 포함되는 스몰 셀 기지국의 전력 상태에 관련된 X2AP 메시지를 도시하고 있다. 상기 X2AP 메시지는 도 5 내지 도 8에 도시된 메시지들에 대응될 수 있다.
상기 X2AP 메시지는 SeNB 전력 상태 업데이트(SeNB Power State Update), SeNB 전력 상태 요청(SeNB Power State Request), SeNB 전력 상태 지시자(SeNB Power State Indication), SeNB 다중 경로(SeNB MultiPath), SeNB 다중 경로의 개수(Number of SeNB MultiPath), 및 SeNB 다중 경로 아이템(SeNB MultiPath item) 등을 포함할 수 있다.
SeNB 전력 상태 요청(SeNB Power State Request)은 현재 전력 모드에 대한 요청, 모드 변경에 대한 ACK / NACK 요청, 슬립 사이클 업데이트 요청 등을 포함할 수 있다.
구체적으로 보면, SeNB Power State Request IE는 크게 3가지 요청에 대해 설정할 수 있다. 첫번째는 이웃 스몰 셀 기지국의 현재 전력 상태에 대한 정보를 요청할 수 있으며, 두번째는 자신의 전력 운용을 변경하고자 할 경우, 이에 대한 ACK / NACK를 요청할 수 있고, 세번째는 슬립 모드에서 슬립 사이클을 변경하고자 할 때 사용될 수 있다.
슬립 동작의 경우는 슬립 패턴을 통해 슬립 사이클에 대한 정보를 전달할 수 있다. 예컨대, 스몰 셀 기지국의 셀 내 로드(load)가 20% 정도라고 가정하면 10개의 서브프레임 중에서 8개의 서브프레임에서 동작하지 않을 수 있다. 이러한 슬립 동작(sleep operation)의 주기는 단말의 애플리케이션 및 베어러 특성에 따라 달라질 수 있다.
본 발명에서는 2 개의 전력 상태 모드에 대한 패턴 정의 방법이 포함될 수 있다. 첫번째는 40개의 서브프레임(subframe)에 대한 비트맵(bitmap) 정보를 통해서 슬립 사이클의 주기를 세밀하게 표현할 수 있다. '0'의 경우는 해당 서브프레임에 활성화되지 않는다는 의미이며, '1'의 경우는 해당 서브프레임에 동작한다는 의미이다. 따라서 해당 비트맵 정보를 수신할 경우, 스몰 셀 기지국은 다른 스몰 셀 기지국의 스케쥴링에 따라서 슬립 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, SeNB2와 SeNB1의 밀리미터파 백홀 지연을 1ms 이내라고 가정하면, SeNB1의 스케쥴링 서브프레임의 전후 N-1, N+1 프레임에서 활성 모드로 동작되어야 한다.
두번째는 슬립 사이클의 주기와 활성 모드 구간을 나타내는 정보로 이루어져 있다. 이는 보다 지연에 민감하지 않은 트래픽들을 위해 슬립 동작을 수행하는데 유리하다. 슬립 패턴이 불규칙하고 산발적인 경우, 슬립 동작을 통한 전력 절감 효율이 저하되므로, SeNB Power State Request IE를 통해서 슬립 사이클의 주기를 업데이트하도록 요청할 수 있다. 예를 들어, SeNB1의 전력 상태 모드의 주기가 짧은 경우, SeNB2에서 플래그 비트(flag bit)를 사용하여 업데이트를 요청할 경우, SeNB2는 현재 슬립 패턴의 주기를 늘려서 슬립 구간을 늘릴 수 있도록 할 수 있다.
SeNB 다중 경로의 개수(Number of SeNB MultiPath)는 단말이 접속한 스몰 셀 기지국으로부터 중간 스몰 셀 기지국을 거쳐 매크로 셀 기지국으로 향하는 가능한 경로들의 개수를 의미한다.
SeNB 다중 경로 아이템(SeNB MultiPath item)은 스몰 셀 기지국의 글로벌 식별자(Global eNB ID), 상기 스몰 셀 기지국의 동작 모드(예컨대, on, off, sleep) 등을 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀리미터파 백홀 기반 무선 네트워크에서 스몰 셀 기지국의 전력 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 단말(UE1, 1020)은 제1 스몰 셀 기지국(SeNB1, 1010)에 접속하고, 제1 스몰 셀 기지국(1010)은 제2 스몰 셀 기지국(SeNB2, 1011)를 통해 매크로 셀 기지국(MeNB, 1000)으로 연결될 수 있다. 도 4와 달리, 단말(1020)은 제1 스몰 셀 기지국(1010), 제3 스몰 셀 기지국(SeNB3, 1013)를 통해서도 매크로 셀 기지국(1000)으로 연결될 수 있다.
본 발명에서는 단말(1020)이 접속된 제1 스몰 셀 기지국(1010)에서 매크로 셀 기지국(1000)으로의 라우팅 경로가 복수 개인 경우, 어떤 경로를 통해 제1 스몰 셀 기지국(1010)과 매크로 셀 기지국(1000)이 연결될지 결정될 수 있다.
매크로 셀 기지국(1000)은 밀리미터파(millimeter wave) 백홀 기반 무선 네트워크의 전체 전력 소모량에 기반하여 스몰 셀 기지국들(1010 ~ 1012) 각각에 대한 전력 상태 제어 메시지를 생성할 수 있다.
예컨대, 매크로 셀 기지국(1000)은 제2 스몰 셀 기지국(1011)으로 활성화하는 제1 전력 상태 제어 메시지를 생성하고, 제3 스몰 셀 기지국(1013)으로 비활성화하는 제2 전력 상태 제어 메시지를 생성할 수 있다.
도 11은 도 10 에 도시된 스몰 셀 기지국에 관한 전력 제어 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
매크로 셀 기지국(MeNB)은 임의의 스몰 셀 기지국(SeNB)을 선택할 수 있다(S1100).
MeNB는 임의의 SeNB에 접속한 단말의 제1 개수(L1) 및 상기 임의의 SeNB의 이웃 기지국의 제2 개수(L2)를 카운트할 수 있다(S1110).
MeNB는 제1 개수(L1) 및 제2 개수(L2)에 기반하여 상기 임의의 SeNB의 가중치 값(W = a*L1 + b*L2, 여기서 a, b는 설정 파라미터 값)을 계산할 수 있다(S1120). 상기 설정 파라미터 값은 네트워크 토폴리지를 고려하여 MeNB에서 미리 설정한 값일 수 있다.
MeNB는 복수의 SeNB들 중에서 가중치 값(W)이 낮은 순서대로 해당 SeNB의 전원을 차단하고(S1130), 상기 복수의 SeNB들 중에서 전원 차단 시 무선 네트워크의 전체 전력 소모량을 최소화하는 SeNB 선택할 수 있다(S1140).
상기 전체 전력 소모량은 아래의 수학식 1 내지 수학식 3에 의해 계산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016030567945-pat00001
상기 수학식 1에서 Po는 기지국 sleep 모드 동작에서 발생하는 전력 소모량이며, Po는 데이터 송출 시 발생하는 출력 전력으로서 기지국의 경우, access network (AN)과 backhaul network (BH)의 다수 개 트랜시버에서 발생하는 소모 전력의 합으로 표현된다. 상기 출력 전력은 기지국 전체 소모 전력에 상기 선형식으로 표현 될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112016030567945-pat00002
상기 수학식 2 는 AN에서의 전력 소모량을 구하는 식으로, Pmax는 기지국에서 트랜시버 별 송출 가능한 최대 전력량을 나타내며, Nant 는 다중 안테나 기술, 즉 MIMO를 위한 안테나 개수이며, Np는 physical resource block (PRB) 개수이다. Bp 는 상기 PRB 의 대역폭을 나타내고, SINR은 신호 대 잡음 비율을 나타낸다. f의 경우, 각 UE 단말 별 획득 가능한 데이터 전송율을 나타낸다.
[수학식 3]
Figure 112016030567945-pat00003
상기 수학식 3은 초고주파 백홀 통신에서 발생하는 전력 소모를 구하는 식으로, f/B는 대역폭 효율성을 나타내며, 알파 값은 SNR 대비 기준 전력 값을 나타낸다.
[수학식 4]
Figure 112016030567945-pat00004
상기 수학식 4는 상기 수학식 3의 알파 값을 구하는 식으로 Lp0는 기준 경로 손실이며, Lp는 경로 손실, IL은 구현 손실, Nth는 노이즈, NF 노이즈 형상, G는 각각 송수신 안테나 이득이다.
[수학식 5]
Figure 112016030567945-pat00005
상기 수학식 5는 단말의 데이터 전송률을 MIN-MAX하기 위한 수식으로 F는 단말의 데이터 전송률의 집합이고, 감마는 단말당 최저 데이터 전송률이다.
[수학식 6]
Figure 112016030567945-pat00006
상기 수학식 6은 각 단말의 최저 데이터 전송률에 관한 제약식이다.
[수학식 7]
Figure 112016030567945-pat00007
상기 수학식 7은 단말 전송률의 보존에 관한 제약식으로 fij는 단말의 전송률 중에 노드 간 링크, ij에서 차지하는 부분을 나타낸다. N은 매크로 및 스몰셀 기지국을 나타낸다.
[수학식 8]
Figure 112016030567945-pat00008
상기 수학식 8은 단말 접속의 전송 및 수신에 관한 제약식이다.
[수학식 9]
Figure 112016030567945-pat00009
상기 수학식 9는 단말 전송률이 0보다 크다는 것을 나타낸 제약식이다.
[수학식 10]
Figure 112016030567945-pat00010
상기 수학식 10은 단말의 초고주파 대역에 기반한 멀티홉 네트워크에서 매크로까지의 경로가 단일 경로로 지정하는 제약식이다. x는 상기 단말의 전송 경로를 나타내는 바이너리 값이다.
[수학식 11]
Figure 112016030567945-pat00011
상기 수학식 11은 단말의 전송률이 링크 용량 보다 작아야 하는 제약식이다.
[수학식 12]
Figure 112016030567945-pat00012
상기 수학식 12는 기지국 내 단말의 전송량이 기지국 용량에 제한되는 식이다.
[수학식 13]
Figure 112016030567945-pat00013
상기 수학식 13은 전체 단말의 전송률의 합이 특정 초고주파 대역의 링크 전송량 보다 작아야 하는 제약식이다.
[수학식 14]
Figure 112016030567945-pat00014
상기 수학식 14는 기지국의 초고주파 대역의 백홀 전송이 대역 내에 전송하기 위한 시분할 동작이 필요할 경우의 제약식이다. H는 상기 인접 백홀 링크의 집합을 나타내며, 각 링크에 대한 분할비 b에 따른다.
[수학식 15]
Figure 112016030567945-pat00015
상기 수학식 15는 단일 경로를 나타내는 제약식이다.
[수학식 16]
Figure 112016030567945-pat00016
상기 수학식 16은 스몰셀 기지국 전력 상태를 제어하기 위한 변수이다.
[수학식 17]
Figure 112016030567945-pat00017
상기 수학식 17은 기지국 i의 전력 상태에 따라 단말 전송률을 제어하기 위한 제약식이다. Po는 출력 전력 합이며, 베타는 큰 값을 나타낸다.
[수학식 18]
Figure 112016030567945-pat00018
상기 수학식 18은 기지국 i의 전력 상태에 따라 기지국 전력 소모에 제약을 나타낸 식이다. Po는 출력 전력 합이며, 베타는 큰 값을 나타낸다.
MeNB는 선택된 SeNB의 전원을 차단하도록 설정하는 전력 상태 제어 메시지를 생성할 수 있다(S1150).
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 스몰 셀 기지국을 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 스몰 셀 기지국은 통신부(1200), 제어부(1210), 및 저장부(1220)를 포함할 수 있다.
통신부(1200)는 스몰 셀 기지국의 무선 통신을 위한 해당 데이터의 송수신 기능을 수행한다. 통신부(1200)는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF송신기와, 수신되는 신호를 저 잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF수신기 등으로 구성될 수 있다.
또한, 통신부(1200)는 무선 채널을 통해 데이터를 수신하여 제어부(1210)로 출력하고, 제어부(1210)로부터 출력된 데이터를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다.
제어부(1210)는 스몰 셀 기지국이 본 발명의 실시예들에 따라 동작하도록 각 블록 간 신호 흐름을 제어한다. 보다 구체적으로, 제어부(1210)는 밀리미터파(millimeter wave) 백홀 기반 무선 네트워크에서 매크로 셀 기지국(MeNB)으로부터 멀티-홉 라우팅 지시자를 포함하는 SeNB 추가 요청 메시지를 수신하도록 제어하고, 상기 멀티-홉 라우팅 지시자에 기반하여 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 다른 스몰 셀 기지국으로 전송할지 여부를 결정하고, 상기 SeNB 추가 요청 메시지에 상응하는 SeNB 추가 요청 ACK 메시지를 상기 매크로 셀 기지국으로 전송하도록 제어할 수 있다.
제어부(1210)는 상기 기능을 수행하기 위해, 멀티 홉 처리부(1211)와 전력 상태 처리부(1213)를 더 구비할 수 있다.
멀티 홉 처리부(1211)는 상기 멀티-홉 라우팅 지시자가 미리 설정된 제1 값(예컨대, '1')이면 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 상기 다른 스몰 셀 기지국으로 전송하도록 결정하고, 상기 멀티-홉 라우팅 지시자가 미리 설정된 제2 값(예컨대, '0')이면 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 상기 다른 스몰 셀 기지국으로 전송하지 않도록 결정할 수 있다.
멀티 홉 처리부(1211)는 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 상기 다른 스몰 셀 기지국으로 전송하도록 결정하면, 상기 SeNB 추가 요청 메시지에 상기 스몰 셀 기지국의 글로벌 식별자, 하향링크 터널 식별자, 상향링크 터널 식별자, 및 단말 베어러 특성 관리를 위한 단말의 X2 식별자를 추가하여 상기 다른 스몰 셀 기지국으로 전송하도록 제어할 수 있다.
전력 상태 처리부(1213)는 상기 스몰 셀 기지국의 제1 전력 상태 정보를 나타내는 전력 상태 지시 메시지를 상기 다른 스몰 셀 기지국으로 전송하고, 상기 다른 스몰 셀 기지국의 제2 전력 상태 정보를 요청하는 전력 상태 요청 메시지를 상기 다른 스몰 셀 기지국으로 전송하고, 상기 제1 전력 상태 정보와 상기 제2 전력 상태 정보를 분석하고, 분석 결과에 따라 상기 스몰 셀 기지국의 전력 상태를 제어할 수 있다.
전력 상태 처리부(1213)는 상기 스몰 셀 기지국의 전력 상태가 변경됨을 나타내는 전력 상태 변경 메시지를 상기 다른 스몰 셀 기지국으로 전송하고, 상기 다른 스몰 셀 기지국의 상기 전력 상태 변경 메시지에 대한 ACK 또는 NACK를 나타내는 전력 상태 변경 응답 메시지를 상기 다른 스몰 셀 기지국으부터 수신하고, 상기 전력 상태 변경 응답 메시지에 기반하여 상기 스몰 셀 기지국의 전력 상태 변경을 유지할지 결정할 수 있다.
전력 상태 처리부(1213)는 상기 다른 스몰 셀 기지국에서 상기 매크로 셀 기지국으로의 경로 정보를 상기 다른 스몰 셀 기지국으로부터 수신하고, 상기 경로 정보에 기반하여 상기 스몰 셀 기지국의 전력 상태를 제어할 수 있다. 상기 경로 정보는 상기 다른 스몰 셀 기지국에서 상기 매크로 셀 기지국으로의 경로의 개수, 상기 경로의 활성화 여부, 및 상기 경로에 포함된 임의의 스몰 셀 기지국의 글로벌 식별자 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
저장부(1220)는 스몰 셀 기지국의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하는 역할을 수행하며, 프로그램 영역과 데이터 영역으로 구분될 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 매크로 셀 기지국을 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 매크로 셀 기지국은 통신부(1300), 제어부(1310), 및 저장부(1320)를 포함할 수 있다.
통신부(1300)는 매크로 셀 기지국의 무선 통신을 위한 해당 데이터의 송수신 기능을 수행한다. 통신부(1300)는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF송신기와, 수신되는 신호를 저 잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF수신기 등으로 구성될 수 있다.
또한, 통신부(1300)는 무선 채널을 통해 데이터를 수신하여 제어부(1310)로 출력하고, 제어부(1310)로부터 출력된 데이터를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다.
제어부(1310)는 매크로 셀 기지국이 본 발명의 실시예들에 따라 동작하도록 각 블록 간 신호 흐름을 제어한다. 제어부(1310)는 상기 기능을 수행하기 위해, 전력 상태 제어 메시지 생성부(1311)를 더 구비할 수 있다.
전력 상태 제어 메시지 생성부(1311)는 밀리미터파(millimeter wave) 백홀 기반 무선 네트워크의 전체 전력 소모량에 기반하여 해당 스몰 셀 기지국의 전력 상태를 제어하기 위한 전력 상태 제어 메시지를 생성할 수 있다.
전력 상태 제어 메시지 생성부(1311)는 상기 전력 상태 제어 메시지를 해당 스몰 셀 기지국으로 전송하고, 상기 해당 스몰 셀 기지국은 상기 전력 상태 제어 메시지에 기반하여 상기 해당 스몰 셀 기지국의 전력 상태를 제어할 수 있다.
저장부(1320)는 매크로 셀 기지국의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하는 역할을 수행하며, 프로그램 영역과 데이터 영역으로 구분될 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100, 400, 1000: 매크로 셀 기지국
110 ~ 116, 410 ~ 412, 1010 ~ 1013: 스몰 셀 기지국
120 ~ 126, 420, 1020: 단말
1200, 1300: 통신부
1210, 1310: 제어부
1211: 멀티 홉 처리부
1213: 전력 상태 처리부
1311: 전력 상태 제어 메시지 생성부
1220, 1320: 저장부

Claims (20)

  1. 세컨더리 기지국(secondary eNB: SeNB)의 이중 접속(dual connectivity) 설정 방법에 있어서,
    밀리미터파(millimeter wave) 백홀 기반 무선 네트워크에 설치된 제1 SeNB가 상기 무선 네트워크에 설치된 마스터 기지국(master eNodeB: MeNB)으로부터 멀티-홉 라우팅 지시자를 포함하는 SeNB 추가 요청 메시지를 수신하는 단계;
    상기 제1 SeNB가 상기 멀티-홉 라우팅 지시자에 기반하여 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 상기 무선 네트워크에 설치된 제2 SeNB로 전송할지 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 제1 SeNB가 상기 SeNB 추가 요청 메시지에 상응하는 SeNB 추가 요청 ACK 메시지를 상기 MeNB로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    상기 멀티-홉 라우팅 지시자가 제1 값이면 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 상기 제2 SeNB로 전송하도록 결정하고, 상기 멀티-홉 라우팅 지시자가 제2 값이면 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 상기 제2 SeNB로 전송하지 않도록 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 값은 1이고, 상기 제2 값은 0인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 SeNB 추가 요청 메시지를 상기 제2 SeNB로 전송하도록 결정하면,
    상기 제1 SeNB가 상기 SeNB 추가 요청 메시지에 상기 제1 SeNB의 글로벌 식별자, 하향링크 터널 식별자, 상향링크 터널 식별자, 및 단말 베어러 특성 관리를 위한 단말의 X2 식별자를 추가하여 상기 제2 SeNB로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 SeNB가 상기 제1 SeNB의 제1 전력 상태 정보를 나타내는 전력 상태 지시 메시지를 상기 제2 SeNB로 전송하는 단계;
    상기 제1 SeNB가 상기 제2 SeNB의 제2 전력 상태 정보를 요청하는 전력 상태 요청 메시지를 상기 제2 SeNB으로 전송하는 단계; 및
    상기 제1 SeNB가 상기 제1 전력 상태 정보와 상기 제2 전력 상태 정보를 분석하고, 분석 결과에 따라 상기 제1 SeNB의 전력 상태를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 SeNB가 상기 제1 SeNB의 전력 상태가 변경됨을 나타내는 전력 상태 변경 메시지를 상기 제2 SeNB로 전송하는 단계;
    상기 제1 SeNB가 상기 전력 상태 변경 메시지에 대한 ACK 또는 NACK를 나타내는 전력 상태 변경 응답 메시지를 상기 제2 SeNB로부터 수신하는 단계; 및
    상기 제1 SeNB가 상기 전력 상태 변경 응답 메시지에 기반하여 상기 제1 SeNB의 전력 상태 변경을 유지할지 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전력 상태 변경 메시지는,
    상기 제1 SeNB가 슬립 모드(sleep mode)에서 슬립 사이클을 변경함을 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 SeNB가 상기 제2 SeNB에서 상기 MeNB로의 경로 정보를 상기 제2 SeNB로부터 수신하는 단계; 및
    상기 제1 SeNB가 상기 경로 정보에 기반하여 상기 제1 SeNB의 전력 상태를 제어하는 단계를 더 포함하고,
    상기 경로 정보는 상기 제2 SeNB에서 상기 MeNB로의 경로의 개수, 상기 경로의 활성화 여부, 및 상기 경로에 포함된 SeNB의 글로벌 식별자 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 SeNB가 상기 무선 네트워크의 전체 전력 소모량에 기반하여 상기 MeNB에 의해 생성된 전력 상태 제어 메시지를 상기 MeNB로부터 수신하는 단계; 및
    상기 제1 SeNB가 상기 전력 상태 제어 메시지에 기반하여 상기 제1 SeNB의 전력 상태를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전력 상태 제어 메시지는,
    상기 무선 네트워크에 포함된 해당 SeNB에 접속한 단말의 개수 및 상기 해당 SeNB의 이웃 기지국의 개수에 기반하여 상기 해당 SeNB의 가중치 값이 계산되고, 상기 가중치 값에 따라 상기 해당 SeNB의 전원이 차단됨으로써 상기 무선 네트워크의 상기 전체 전력 소모량을 최소화하는 SeNB가 선택되고, 선택된 SeNB의 전원이 차단되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 밀리미터파(millimeter wave) 백홀 기반 무선 네트워크에 설치되고, 이중 접속(dual connectivity)을 설정하는 세컨더리 기지국(secondary eNB: SeNB)에 있어서,
    상기 무선 네트워크에 설치된 다른 SeNB와 신호를 송수신하는 통신부; 및
    상기 무선 네트워크에 설치된 마스터 기지국(master eNodeB: MeNB)으로부터 멀티-홉 라우팅 지시자를 포함하는 SeNB 추가 요청 메시지를 수신하도록 제어하고, 상기 멀티-홉 라우팅 지시자에 기반하여 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 상기 다른 SeNB로 전송할지 여부를 결정하고, 상기 SeNB 추가 요청 메시지에 상응하는 SeNB 추가 요청 ACK 메시지를 상기 MeNB로 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 세컨더리 기지국.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 멀티-홉 라우팅 지시자가 제1 값이면 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 상기 다른 SeNB로 전송하도록 결정하고, 상기 멀티-홉 라우팅 지시자가 제2 값이면 상기 SeNB 추가 요청 메시지를 상기 다른 SeNB로 전송하지 않도록 결정하는 것을 특징으로 하는 세컨더리 기지국.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 값은 1이고, 상기 제2 값은 0인 것을 특징으로 하는 세컨더리 기지국.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 SeNB 추가 요청 메시지를 상기 다른 SeNB로 전송하도록 결정하면, 상기 SeNB 추가 요청 메시지에 상기 SeNB의 글로벌 식별자, 하향링크 터널 식별자, 상향링크 터널 식별자, 및 단말 베어러 특성 관리를 위한 단말의 X2 식별자를 추가하여 상기 다른 SeNB로 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 세컨더리 기지국.
  15. 제11항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 SeNB의 제1 전력 상태 정보를 나타내는 전력 상태 지시 메시지를 상기 다른 SeNB로 전송하고, 상기 다른 SeNB의 제2 전력 상태 정보를 요청하는 전력 상태 요청 메시지를 상기 다른 SeNB으로 전송하고, 상기 제1 전력 상태 정보와 상기 제2 전력 상태 정보를 분석하고, 분석 결과에 따라 상기 SeNB의 전력 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 세컨더리 기지국.
  16. 제11항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 SeNB의 전력 상태가 변경됨을 나타내는 전력 상태 변경 메시지를 상기 다른 SeNB로 전송하고, 상기 전력 상태 변경 메시지에 대한 ACK 또는 NACK를 나타내는 전력 상태 변경 응답 메시지를 상기 다른 SeNB로부터 수신하고, 상기 전력 상태 변경 응답 메시지에 기반하여 상기 SeNB의 전력 상태 변경을 유지할지 결정하는 것을 특징으로 하는 세컨더리 기지국.
  17. 제16항에 있어서, 상기 전력 상태 변경 메시지는,
    상기 SeNB가 슬립 모드(sleep mode)에서 슬립 사이클을 변경함을 나타내는 것을 특징으로 하는 세컨더리 기지국.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 다른 SeNB에서 상기 MeNB로의 경로 정보를 상기 다른 SeNB로부터 수신하고, 상기 경로 정보에 기반하여 상기 SeNB의 전력 상태를 제어하고,
    상기 경로 정보는 상기 다른 SeNB에서 상기 MeNB로의 경로의 개수, 상기 경로의 활성화 여부, 및 상기 경로에 포함된 SeNB의 글로벌 식별자 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 세컨더리 기지국.
  19. 제11항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 무선 네트워크의 전체 전력 소모량에 기반하여 상기 MeNB에 의해 생성된 전력 상태 제어 메시지를 상기 MeNB로부터 수신하고, 상기 전력 상태 제어 메시지에 기반하여 상기 SeNB의 전력 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 세컨더리 기지국.
  20. 제19항에 있어서, 상기 전력 상태 제어 메시지는,
    상기 무선 네트워크에 포함된 해당 SeNB에 접속한 단말의 개수 및 상기 해당 SeNB의 이웃 기지국의 개수에 기반하여 상기 해당 SeNB의 가중치 값이 계산되고, 상기 가중치 값에 따라 상기 해당 SeNB의 전원이 차단됨으로써 상기 무선 네트워크의 상기 전체 전력 소모량을 최소화하는 SeNB가 선택되고, 선택된 SeNB의 전원이 차단되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 세컨더리 기지국.
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