KR101845558B1 - 무선 통신 시스템에서의 그룹 페이징 방법 및 장치와 이를 이용한 랜덤 액세스 수행 방법 및 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서의 그룹 페이징 방법 및 장치와 이를 이용한 랜덤 액세스 수행 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LTE 시스템을 기반으로 하는 M2M 시스템에서의 group paging 방법과 상기 group paging을 이용한 RA 수행 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른, 불연속 수신(Discontinuous Reception; DRX) 동작을 수행하는 단말이 랜덤 액세스(Random Access; RA)를 수행하기 위한 방법은, 페이징 프레임(Paging Frame; PF)을 통하여 기지국으로부터 그룹 페이징 메시지(group paging message)를 수신하는 단계; 상기 수신된 group paging message가 자신의 그룹 아이디(group ID)에 해당하는 group paging message인지 판단하는 단계; 및 상기 수신된 group paging message가 자신의 group ID에 해당하는 group paging message인 경우, 상기 기지국으로의 접속 허용 확률을 나타내는 확률 값을 기반으로 하여 현재 그룹 페이징(group paging)에 대한 응답으로 RA를 수행할 것인지 여부를 결정하는 단계를 포함한다. 전술한 바와 같은, 본 발명에 따르면, 다 수 단말의 동시 접속 시에 발생할 수 있는 RAN 오버로드(overload)를 줄일 수 있는 이점이 있다.

Description

무선 통신 시스템에서의 그룹 페이징 방법 및 장치와 이를 이용한 랜덤 액세스 수행 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF GROUP PAGING IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING RANDOM ACCESS USING THE SAME}
본 발명은 LTE(Long Term Evolution) 시스템을 기반으로 하는 M2M(Machine to Machine) 시스템에 관한 것으로, 특히 그룹 페이징(group paging) 방법 및 장치와 상기 group paging을 이용한 랜덤 액세스(Random Access; RA) 수행 방법 및 장치에 관한 것이다.
M2M 통신 환경에서는 하나의 셀(cell) 당 무수히 많은 MTC(Machine Type Communication) 기기들이 존재하며(예를 들어, 30,000 MTC / cell), MTC 기기의 특성상 수 많은 MTC 기기들이 동시에 기지국(eNB)과의 RRC_CONNECTED를 위한 random access를 시도할 수 있는데, 이러한 경우 RAN(Radio Access Network) 오버로드(overload)가 발생한다. 또한, 긴급(emergency) 상황에 처한 모든 MTC 기기들이 emergency 메시지를 수신하거나 전송하기 위해 기지국에 접속하는 경우에도 RAN overload가 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, New Access Class Barring (ACB), Separate RACH, Separate back-off mechanism 및 dynamic allocation of RACH resource and Slotted access 기법 등을 이용하는 push based overload control 기법과, 보다 유기적으로 RAN overload를 control 하기 위하여 paging에 의하여 구현되는 pull based overload control 기법이 제안되었다. 시뮬레이션 결과에 따르면, pull based overload control 기법을 이용하는 경우,push based overload control 기법을 이용하는 경우에 비하여 300% 의 동시 접속 수를 지원한다.
한편, 수 많은 MTC 기기가 존재하는 M2M 시스템에서, 개별 페이징(individual paging) 기법의 이용은 signaling congestion과 RAN overload 발생의 직접적 원인이 될 수 있다. 예를 들어, LTE 시스템과 같이 하나의 Frame에 총 2개의 Paging occasion이 있고, 하나의 paging message가 동시에 16개의 MTC 기기를 paging 할 수 있다고 가정할 때, 셀 내에 존재하는 총 MTC 기기의 수가 35670 개라면, 적어도 2230번의 paging message가 MTC 기기에게 전송되어야 하며, 결론적으로 모든 MTC 기기를 paging하기 위하여는 총 11.15sec의 시간이 필요하다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 동일한 group ID 를 이용한 group paging 을 이용하여 control signaling을 줄이고 random access 로 인해 발생하는 RAN overload를 조절하고자 하는 기법들이 제안되고 있다.
그러나, 종래 제안되고 있는 group paging을 이용하는 기법들은 모든 MTC 기기가 모든 셀 영역에 균일하게 분포되어 있다는 가정 하에 이루어진 것이기 때문에, 단말이 특정 기지국에 몰려 있는 경우 또는 여러 기지국에 수 많은 단말이 분포되어 있는 경우에는 심각한 congestion이 발생하게 된다. 왜냐하면, group paging 시에 동일한 group ID 를 가지고 있는 모든 MTC 기기들이 paging response를 시도하기 때문이다.
도 1은 종래의 group paging 기법에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다. 도 1에는 동일한 group ID를 가지고 있는 MTC 기기들이 균일하지 않게 분포하고 있을 때의 상황을 도시하였다.
각 기지국(110, 120, 130)에 분포되어 있는 MTC 기기(134)의 밀도가 균일하지 않을 경우 group paging response을 위한 MTC 기기(134)의 random access로 인해 RAN overload가 발생할 수 있다. 예를 들어, 도 1에서는 기지국(130)의 coverage(132) 내에 같은 group ID를 가지는 MTC 기기(134)가 많이 분포하기 때문에 group paging 시에 상기 MTC 기기(134)들의 group paging response로 인하여 기지국(130)에서는 RAN overload가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위하여 각 기지국(110, 120, 130)에 속한 MTC 기기(134)의 밀도를 기반으로 group paging response를 위한 MTC 기기의 RA를 조절하는 것이 필요하다.
따라서, 본 발명은, 기지국에 접속 가능한 단말들의 수를 고려한 group paging 방법 및 장치와 상기 group paging을 이용한 RA 수행 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은, 종래 이용되는 group paging message를 변형한 group paging 방법 및 장치와 상기 group paging을 이용한 RA 수행 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은, 기지국에 속하는 단말들의 수 및 상기 기지국의 가용 용량 중 적어도 하나를 기반으로 단말들이 RA를 수행하기 위한 PF를 분할함으로써 효율적으로 RA를 수행할 수 있도록 하는 방법 및 장치를 제공한다.
이를 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른, 불연속 수신(Discontinuous Reception; DRX) 동작을 수행하는 단말이 랜덤 액세스(Random Access; RA)를 수행하기 위한 방법은, 페이징 프레임(Paging Frame; PF)을 통하여 기지국으로부터 그룹 페이징 메시지(group paging message)를 수신하는 단계; 상기 수신된 group paging message가 자신의 그룹 아이디(group ID)에 해당하는 group paging message인지 판단하는 단계; 및 상기 수신된 group paging message가 자신의 group ID에 해당하는 group paging message인 경우, 상기 기지국으로의 접속 허용 확률을 나타내는 확률 값을 기반으로 하여 현재 그룹 페이징(group paging)에 대한 응답으로 RA를 수행할 것인지 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른, 불연속 수신 동작(Discontinuous Reception; DRX)을 수행하는 단말에 대하여 기지국이 그룹 페이징(group paging)을 수행하는 방법은, 페이징 프레임(Paging Frame; PF)에 자신에게 접속 가능한 접속 허용 확률을 나타내는 확률 값을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 확률 값을 상기 기지국에 속하는 단말들에게 전송하는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른, 불연속 수신(Discontinuous Reception; DRX) 동작을 수행하며, 랜덤 액세스(Random Access; RA)를 수행하기 위한 단말은, 페이징 프레임(Paging Frame; PF)을 통하여 기지국으로부터 그룹 페이징 메시지(group paging message)를 수신하는 수신부; 및 상기 수신된 group paging message가 자신의 그룹 아이디(group ID)에 해당하는 group paging message인 경우, 상기 기지국으로의 접속 허용 확률을 나타내는 확률 값을 기반으로 하여 현재 group paging에 대한 응답으로 RA를 수행할 것인지 여부를 결정하는 제어부를 포함한다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른, 불연속 수신(Discontinuous Reception; DRX) 동작을 수행하는 단말에 대하여 그룹 페이징(group paging)을 수행하는 기지국은, 페이징 프레임(Paging Frame; PF)에 상기 기지국으로 접속 가능한 접속 허용 확률을 나타내는 확률 값을 생성하는 제어부; 및 상기 생성된 확률 값을 그룹 페이징 메시지(group paging message) 내에 포함하여 송신하는 송신부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 다 수 단말의 동시 접속 시에 발생할 수 있는 RAN overload를 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 pull based approach를 이용한 단말의 효율적인 RACH(Random Access CHannel) 접속 관리가 가능한 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 단말의 접속 시에 발생할 수 있는 딜레이를 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 group paging 기법에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면,
도 2는 LTE 시스템에서 사용하고 있는 group paging message의 구조를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 paging message의 구조를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 group paging 방법과 RA 수행 방법을 설명하기 위한 예시도,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 group paging 방법과 RA 수행 방법을 설명하기 위한 예시도,
도 6은 본 발명의 실시 예들에 따라 이전 group paging message에 대한 응답 시에 전송하지 못한 데이터를 현재 수신된 group paging message에 대한 응답 시에 전송하기 위한 방법을 설명하기 위한 예시도,
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 group paging과 RA 수행 방법을 설명하기 위한 흐름도.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
이하에서는, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따라, LTE 기반 환경에서 MTC 기기의 group paging response 시 발생할 수 있는 RAN overload를 줄이기 위한 방안에 대하여 설명할 것이다. 그러나 본 발명이 MTC 기기에 한정되는 것은 아니며, 또한 LTE 기반 환경에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서, 단말들은 불연속 수신(Discontinuous Reception; DRX) 동작을 수행하는 것으로 전제한다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 대하여 설명한다.
도 2는 LTE 시스템에서 사용하고 있는 group paging message의 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, group paging message(210)는, 개별적인 paging을 위한 individual paging message와는 다르게 단말이 속하는 group을 구분하기 위한 group ID(212)가 포함되어있다. group paging message를 수신한 단말은 group ID(212)를 기반으로 현재 이루어진 group paging이 자신이 속한 group을 위한 것인지 판단할 수 있다.
한편, group paging과 관련한 동작을 위해서, 단말이 기지국으로부터 수신한 Broadcast SFN(System Frame Number) 값과 DRX cycle과의 modulo 연산을 통하여 IDLE 상태에서 물리 하향 링크 제어 채널(Physical Downlink Control CHannel; PDCCH)을 모니터링 하는 상태로 바뀌는 DRX 오프셋(offset)이 결정된다. 계산된 DRX 오프셋을 이용하여 연속된 두 개의 PDCCH 모니터링 간격을 DRX cycle로 나타낼 수 있다.
이 때, DRX cycle(T)은 기지국으로부터 Broadcast를 통하여 수신한 default paging cycle(Tc)과 단말의 개별적인 paging cycle을 위해 dedicated signaling을 통해 수신된 UE-specific paging cycle(Tue) 중 작은 값으로 결정된다. 이를 <수학식 1>에 나타내었다.
Figure 112011050162369-pat00001
한편, DRX 시작 오프셋은 기지국으로부터 수신된 broadcast SFN을 기반으로 계산할 수 있다. 즉, DRX 시작 오프셋은 SFN과 DRX cycle의 modulo 연산을 통하여 계산할 수 있다. 이 때, SFN은 MIB를 통하여 기지국으로부터 broadcasting되고 있는 시스템 프레임의 번호이다.
DRX 시작 오프셋이 계산되면, 어떤 프레임을 통하여 paging을 할 것인지를 나타내는 페이징 프레임(Paging Frame; PF)을 계산한다. 이를 <수학식 2>에 나타내었다. 'mod'는 modulo 연산을 나타낸다.
Figure 112011050162369-pat00002
이 때, N은 페이징 주기(T) 내에 몇 개의 페이징 프레임이 있는지를 나타내며, N은 <수학식 3>과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112011050162369-pat00003
이 때, nPS(number of Phasing Subframe)은 한 개의 프레임에 몇 개의 서브 프레임을 페이징 프레임으로 사용하고 있는지를 의미한다. 한편, SFN은 <수학식 4>의 조건을 만족하며, <수학식 4>에서 MAX_SFN은 SFN의 최대 값을 의미한다.
Figure 112011050162369-pat00004
한편, 결정된 페이징 프레임(PF) 내에서 어떤 서브프레임을 사용하여 페이징을 할 것인지 나타내는 Paging Occasion(PO)은 미리 정해진 값을 이용한다.
이상에서는, 종래 이용되는 group paging message의 구조와 group paging과 관련한 동작에 대하여 살펴보았다. 이하에서는, 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따라 변형된 group paging message에 대하여 살펴본다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 group paging message의 구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 group paging message(310)는 group paging을 위한 group ID(312)와 group paging의 response 시에 사용할 확률 값을 나타내는 N bits의 확률 값(Paccess)(314)을 포함한다. 상기 group ID(312)는 도 2에 도시한 group ID(312)를 동일하게 이용할 수 있다.
전술한 바와 같이, group ID(312)는 현재 수신된 group paging message가 자신이 속해 있는 group을 위한 것인지 판단하는 데 이용된다.
한편, 확률 값(314)은 RAN overload control을 위하여 MTC 기기의 접속 여부를 결정하는 데 이용된다. 확률 값(314)은 종래 이용되는 group paging message의 Reserved bits를 이용하여 전송될 수 있으며, 기지국 용량에 따라 그 길이를 달리하여 전송될 수 있다.
이하, 확률 값(314)을 이용하여 MTC 기기의 접속 여부를 결정하는 개념에 대하여 설명한다.
기지국으로부터 group paging message를 수신한 각각의 MTC 기기는 현재 수신한 group paging message에 대한 paging response를 수행해야 하는지 판단한다.
이를 위하여, 각각의 MTC 기기는 난수(random number)(Nrandom)를 생성하고, 생성된 난수(Nrandom)와 기지국으로부터 수신된 group paging message에 포함된 확률 값(Paccess, 214)을 비교한다.
상기 비교 결과, 만약 생성된 난수(Nrandom)가 확률 값(Paccess)보다 작거나 같다면, MTC 기기는 현재 수신한 group paging message에 대한 paging response를 위하여 기지국으로 RA를 시도한다.
한편, 생성된 난수(Nrandom)가 확률 값(Paccess)보다 크다면, MTC 기기는 현재 수신한 group paging message에 대한 paging response를 수행하지 않고, 이 후에 수신되는 추가적인 전송을 위한 group paging message를 이용하여 RA를 시도한다. 이를 <수학식 5>에 나타내었다.
Figure 112011050162369-pat00005
이상에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 group paging message의 구조와 이를 이용한 group paging 방법과 RA 수행 방법의 개념에 대하여 살펴보았다. 이하에서는, 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 group paging 방법과 RA 수행 방법에 대하여 좀 더 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 group paging 방법과 RA 수행 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이루어지는 group paging과 RA 수행 절차를 시간 축에 따라 도시하였다. 이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따라 수행되는 group paging 과 RA에 대하여 설명한다.
먼저, 구간(401)에서 기지국은 특정 group ID에 해당하는 MTC 기기들로의 group paging을 수행하기 위하여, 상기 <수학식 1> 및 <수학식 2>를 이용하여 상기 특정 group ID로부터 계산된 PF에 group paging을 수행한다.
이 후, 기지국으로부터 group paging message를 수신한 MTC 기기들은, 도 3을 참조하여 설명한 group paging message 내에 포함된 group ID(312)를 확인하고, 확인된 group ID(312)가 자신의 group ID와 같다면, 기지국으로 RA를 수행할 것인지 여부를 결정한다.
기지국으로의 RA 수행 여부를 결정하는 과정에 대하여 설명하면 다음과 같다. .
도 3을 참조하여 설명한 group paging message(310)에 포함된 group ID(312)와 동일한 group ID를 갖는 MTC 기기들은 난수(Nrandom)를 생성하고, 생성된 난수(Nrandom)를 group paging message(310)에 포함된 확률 값(Paccess)(314)과 비교한다.
만약, 생성한 난수(Nrandom)가 확률 값(Paccess)보다 작거나 같다면, MTC 기기는 현재 이루어진 group paging에 대한 paging response를 위하여 기지국으로 RA를 시도하고, 생성한 난수(Nrandom)가 확률 값(Paccess)보다 크다면, MTC 기기는 현재 PF에서 RA를 수행하지 않고 다음 PF까지 기다린다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 상기 생성한 난수(Nrandom)가 확률 값(Paccess)보다 커서 현재 PF에서 RA를 수행하지 않고 다음 PF까지 기다리는 MTC 기기를 residual MTC 기기라 한다.
한편, 동일한 group ID를 갖는 MTC 기기들에 대한 group paging을 수행하는 데 이용되는 기존의 PF와, 상기 동일한 group ID를 갖는 MTC 기기들 중 상기 확률 값(Paccess)을 이용한 조건을 만족하지 못하는 residual MTC 기기들에 대한 group paging을 수행하는 데 이용되는 PF가 같다면 동일한 PF 사용으로 인한 에러가 발생할 수 있다. 따라서, residual MTC 기기들에 대한이 group paging을 수행하는 데 이용되는 PF는 상기 기존의 PF와 구분될 필요가 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, residual MTC 기기들에 대하여 group paging을 수행하는 데 이용되는 PF를 상기 기존의 PF와 구별하여 PFresidualMTC라 한다.
따라서, PFresidualMTC가 기존의 PF와 일정한 offset을 갖도록 할 필요가 있으며, 본 발명의 일 실시 예에서는, 상기 offset(이하, PFoffset이라 함)을 도 3을 참조하여 설명한 group paging message(310) 내에 포함된 group ID(312)와 확률 값(Paccess)(314)을 기반으로 계산한다. 이를 <수학식 6>에 나타내었다.
Figure 112011050162369-pat00006
<수학식 6>을 이용하여 계산된 PFoffset은 residual MTC 기기의 RA 수행을 위한 새로운 PF(PFresidualMTC)을 계산하는 데 이용된다. 이를 <수학식 7>에 나타내었다.
Figure 112011050162369-pat00007
즉, residual MTC 기기들이 RA를 수행하는 데 이용되는 페이징 프레임인 PFresidualMTC는 기존의 PF와 PFoffset 만큼의 차이를 가지며, PFoffset 만큼의 차이로 인하여 기존의 PF를 이용하여 RA를 수행하는 MTC 기기들과 residual MTC 기기들 간에 신호 간섭이 발생하지 않는다.
한편, 확률 값(Paccess)을 만족하는 MTC 기기가 RA를 수행할 때, 시스템 특성으로 인하여 딜레이가 발생할 수 있다. 이러한 딜레이는 실험적으로 계산될 수 있으며, group paging message를 수신한 시점부터 상기 딜레이를 고려한 시점까지의 MTC 기기의 전송 구간(403)(이하, wait time이라 함)에서는 기지국의 가용 PRACH가 모두 사용되고 있기 때문에 상기 확률 값(Paccess)을 이용한 조건을 만족하지 못한 MTC 기기, 즉 residual MTC 기기에 데이터 전송을 요청하는 것은 불필요하게 RAN overload를 유발시키는 요인이 된다.
예를 들어, MTC 기기를 위한 기존의 group paging 시점 또는 residual MTC 기기를 위한 group paging 시점에 MTC 기기들은 DRX 모드에서 빠져 나와야 하지만, wait time(403) 구간에서는 상기 확률 값(Paccess)을 이용한 조건을 만족하는 MTC 기기가 RA를 수행 중이므로, 이 구간 동안 MTC 기기에 데이터 전송을 요청하는 것은 불필요한 RAN overload를 유발시킨다.
따라서, residual MTC 기기들이 wait time(403) 동안 DRX 모드를 유지하도록 한다면 RAN overload를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, MTC 기기의 전력 소모를 줄일 수 있다. 이를 위해, wait time(403) 동안에는 MTC 기기들이 group paging message의 수신을 위한 on-duration을 수행하지 않도록 한다. 설명의 편의를 위하여, wait time(403) 동안 group paging message의 수신을 위한 on-duration을 수행하지 않는 PF를 skipped PF라 한다. 도 4의 도면 부호(405, 406)가 이를 나타낸다. .
wait time(403)이 종료하면 추가적으로 설정된 PFresidualMTC에서 residual MTC기기들은 group paging message를 수신하기 위하여 DRX 모드에서 빠져 나와 PDCCH를 모니터링(monitoring)한다
한편, residual MTC 기기들은 IDLE 상태를 유지하는 시간인 상기 wait time (Ttime)(403)을 초기화 할 필요가 있다. 이를 <수학식 8>에 나타내었다.
Figure 112011050162369-pat00008
<수학식 8>에서, 초기 값(Tinitial)은 기지국의 RACH 할당 여부에 따라 달라질 수 있으며, 허용 가능한 MTC 기기의 수에 따라 실험적으로 구한 평균적인 delay를 기반으로 설정될 수 있다.
예를 들어, 500개의 MTC 기기가 group paging에 의하여 동시에 RA를 수행하는 경우에 평균 delay가 105ms정도로 나타난다. 이러한 경우, 초기 값(Tinitial)을 105ms 로 설정하면 DRX cycle이 10ms인 MTC 기기의 경우 IDLE 상태에서 약 20 번의 PDCCH monitoring(PF, PFresidualMTC를 포함)을 생략할 수 있기 때문에 MTC 기기의 전력 소모를 줄임과 동시에 RAN overload를 조절할 수 있는 이점이 있다.
이상에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따라, group paging message를 이용하여 RA를 수행하고, 상기 group paging message를 수신한 시점에 설정된 조건을 만족하지 못하여 RA를 수행하지 못한 residual MTC 기기들의 추가적인 RA 수행 방안에 대하여 설명하였다.
한편, MTC 기기의 특성상 확장된(extended) DRX cycle을 갖는 MTC 기기가 있을 수 있는데, residual MTC 기기들에 대하여 위 확장된 DRX cycle을 적용하게 된다면 데이터 전송이 많이 지연될 수 있다.
따라서, 이하에서는 확장된 DRX cycle을 갖는 residual MTC 기기가 지연 없이 RA를 수행할 수 있는 방안에 대하여, 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 group paging 방법과 RA 수행 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5에는 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 확장된 DRX cycle을 갖는 MTC 기기에 대하여 이루어지는 group paging과 RA 수행 절차를 시간 축에 따라 도시하였다. 이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따라 수행되는 group paging과 RA에 대하여 설명한다.
먼저, 구간(501)에서 기지국은 특정 group ID에 해당하는 MTC 기기로의 group paging을 수행하기 위하여, <수학식 1> 및 <수학식 2>를 이용하여 상기 특정 group ID로부터 계산된 기존의 PF에 group paging을 수행한다 .
이 후, 기지국으로부터 group paging message를 수신한 MTC 기기들은, group paging message 내에 포함된 group ID를 확인하고, 확인된 group ID가 자신의 group ID와 같다면, 기지국으로 RA를 수행할 것인지 여부를 결정한다.
이 후, MTC 단말은 기존의 PF을 이용한 RA 수행 또는 PFresidualMTC를 이용한 RA 수행을 하게 되는데, 기존의 PF을 이용한 기지국으로의 RA의 수행은 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 바와 같으므로, 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
한편, 확장된 DRX cycle을 갖는 MTC 기기의 경우, 다음 번 paging frame을 기반으로 residual MTC 기기의 데이터 전송을 위한 PFresidualMTC을 계산하게 되면 재전송까지 delay가 발생하게 된다.
이를 도 5를 참조하여 설명하면, 확장된 DRX 주기(504)를 갖는 MTC 기기에서 다음 paging frame 수신 시(508)를 기반으로 residual MTC 기기의 RA 수행을 위한 PFresidualMTC를 계산하게 되면 데이터 전송이 너무 지연된다.
따라서, residual MTC 기기에 대한 PF를 재 설정할 필요가 있다. 예를 들어, 확장된 DRX cycle을 갖는 residual MTC 기기의 PDCCH 모니터링 수행을 위한 주기를 재설정하여 데이터 전송을 위한 delay를 줄일 필요가 있다.
<수학식 9>는 이러한 확장된 DRX cycle보다 주기가 짧은 DRX cycle을 갖는 PF를 계산하는 것을 나타낸다. <수학식 9>에서는 일 예로, MAX_SFN의 주기(TMAX _ SFN)를 이용하여 PFMAX _ SFN을 계산한 것을 나타내었다.
Figure 112011050162369-pat00009
<수학식 9>와 같이 PFMAX _ SFN가 계산되면, 계산된 PFMAX _ SFN을 기반으로 확장된 DRX cycle을 갖는 residual MTC 기기의 데이터 전송을 위하여 PFoffset이 계산되고, 계산된 PFoffset을 이용하여 residual MTC 기기를 위한 새로운 페이징 프레임인 PFresidualMTC가 계산된다. 상기 PFoffset은 <수학식 6>을 이용하여 계산될 수 있으며, 계산된 PFoffset을 이용하여 PFresidualMTC를 계산하는 것은 <수학식 10>에 나타내었다.
Figure 112011050162369-pat00010
<수학식 10>에 따라 계산된 새로운 PF인 PFresidualMTC에 최초 RA 수행 조건을 만족하지 못한 확장된 DRX cycle을 갖는 residual MTC 기기들은 기지국으로부터 group paging message를 수신하기 위하여 PDCCH를 monitoring한다.
한편, 상기 확률 값(Paccess)을 이용한 조건을 만족한 MTC 기기의 데이터 전송 중에 residual MTC 기기의 데이터 전송이 이루어지면 RAN overload를 유발할 확률이 크다.
따라서, 일정 시간 동안 residual MTC 기기의 데이터 전송을 위한 PDCCH monitoring을 제한할 필요가 있다. 즉, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, wait time(503) 동안 residual MTC 기기의 PDCCH monitoring을 제한할 필요가 있다. Wait time(503)과 관련하여서는 도 4를 참조하여 설명한 바와 같으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
이상에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 MTC 기기의 group paging 방법과 본 발명의 다른 실시 예에 따라 확장된 DRX 주기를 갖는 MTC 기기의 group paging 방법 및 상기 방법들에 의한 group paging에 대한 response로서 RA를 수행하는 과정에 대하여 살펴보았다.
상기와 같은 방법들에 의할 때, 전체 MTC 기기를 호출하는 추가적인 group paging message가 수신되는 경우, 이전 group paging message에 대한 응답으로 미처 전송하지 못한 데이터가 있을 수 있다. 따라서, 이러한 경우 이전 paging message 수신 시에 전송되지 못한 데이터를 전송하기 위한 방안이 필요하다. 이하에서는, 이러한 방안을 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 예들에 따라 이전 group paging message에 대한 응답 시에 전송하지 못한 데이터를 현재 수신된 group paging message에 대한 응답 시에 전송하기 위한 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6에는 본 발명의 실시 예들에 따라 이루어지는 group paging과 RA 수행 절차를 시간 축에 따라 도시하였다. 이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따라 수행되는 group paging과 RA에 대하여 설명한다.
먼저 구간(601)에서 기지국은 특정 group ID에 해당하는 MTC 기기로의 group paging을 수행하기 위하여, 상기 <수학식 1> 및 <수학식 2>를 이용하여 상기 특정 group ID로부터 계산된 기존의 PF에 group paging을 수행한다.
이 후, 수행되는 MTC 기기에서의 RA 수행 여부 판단 과정, residual MTC를 위한 offset 계산 과정, IDLE 모드 동작 유지를 위한 wait time 설정 및 초기화 과정은 도 4를 참조하여 설명한 바와 같으므로, 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
.
한편, RA로 인한 RAN overload가 발생하여 기지국이 residual MTC 기기의 추가적인 접속을 지연시키는 상황이 발생할 수 있다. 도면 부호(610)가 이를 나타낸다.
이렇게 residual MTC 기기의 접속이 지연되고 있는 상황에서, 기존의 PF를 통해서 또 다른 group paging(612)이 이루어지는 경우에는 이전 PF에서 전송하지 못한 데이터를 가지고 있는 residual MTC 기기가 상기 데이터를 전송하기 위한 방안이 요구된다.
이를 위해, 본 발명의 실시 예에서는 MTC 기기의 지연 둔감(delay tolerant)한 특성과, MTC 시스템의 적은 데이터 트래픽(small data traffic) 특성을 이용한다.
즉, 최초 group paging(601) 수신 시점의 경우와 같이, group paging(612) 시에 group paging message 내에 포함된 확률 값을 이용하여 group paging(612)에 대한 RA 수행 여부를 결정하고, group paging(612)에 대한 RA 수행이 결정된 MTC 기기가 이전 group paging(601)에 대한 RA 수행 여부 결정 시에 residual MTC 기기로 분류된 경우, 이전 group paging(601)에 대한 paging response와 현재 group paging(612)에 대한 paging response를 함께 수행하도록 한다. 이러한 방법을 이용하면 이전 group paging 시에 전송하지 못한 데이터의 누락을 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시 예들에 따른 group paging 방법과 RA 수행 방법 각각을 시간 축에 따라 도시한 도면을 기반으로 설명하였다. 이하에서는, 본 발명의 실시 예들에 따른 group paging 방법과 RA 수행 방법을 관련되는 흐름도를 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따라 이루어지는 group paging과 RA 수행 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따라 이루어지는 group paging과 RA 수행 방법을 설명한다.
단계(701)에서, DRX 모드에 있는 MTC 기기는 PF를 통하여 group paging message가 수신되면, 단계(703)로 진행한다.
단계(703)에서, 상기 MTC 기기는 단계(701)에서 수신된 group paging message가 자신을 위한 것인지 판단한다. 즉, 상기 MTC 기기는 단계(701)에서 수신된 group paging message 내에 포함된 group ID와 자신의 group ID가 일치하는지 비교하고, 일치한다면, 단계(705)로 진행한다.
단계(705)에서, 상기 MTC 기기는 RA 수행 여부를 판단한다. RA 수행 여부를 판단하기 위하여 각각의 MTC 기기는 난수를 생성하고, 생성한 난수와 단계(701)에서 수신한 group paging message 내에 포함된 확률 값을 비교한다. 상기 확률 값은 기지국이 자신에게 속한 MTC 기기의 수 및 자신의 가용 용량 중 적어도 하나를 기반으로 하여 계산될 수 있다.
상기 비교 결과, 만약, 생성한 난수가 상기 확률 값보다 작거나 같다면 MTC 기기는 RA 수행을 위하여 단계(707)로 진행하고, 생성한 난수가 상기 확률 값보다 크다면 다음 PF에서 RA를 수행하기 위하여, 단계(717)로 진행한다.
단계(705)에서 생성한 난수가 상기 확률 값보다 작거나 같다고 판단하여 진행한 단계(707)에서, MTC 기기는, 이전 group paging 시에 전송하지 못한 데이터가 있는지 판단하고, 이전 group paging 시에 전송하지 못한 데이터가 있다면 단계(709a)로 진행하여 이전 group paging에 대한 response와 함께 현재 group paging에 대한 response를 함께 수행하고, 이전 group paging 시에 전송하지 못한 데이터가 없다면 단계(709b)로 진행하여, 현재 group paging에 대한 response만을 수행한다.
한편, 단계(705)에서 생성한 난수가 상기 확률 값보다 크다고 판단하여 진행한 단계(717)에서, residual MTC 기기는, 새로운 PF인 PFresidualMTC를 계산한 후, 단계(719)로 진행한다.
단계(719)에서, residual MTC 기기는 group paging message가 수신되면, 단계(721)로 진행한다.
단계(721)에서, residual MTC 기기는 단계(719)에서 수신된 group paging message가 자신을 위한 것인지 판단한다. 즉, 상기 residual MTC 기기는 단계(719)에서 수신된 group paging message 내에 포함된 group ID와 자신의 group ID가 일치하는지 비교하고, 일치한다면, 단계(723)로 진행한다.
단계(723)에서, 상기 residual MTC 기기는 단계(719)에서 수신된 group paging message가 상기 단계(717)에서 계산된 새로운 PF인 PFresidualMTC를 통하여 수신된 것인지 판단한다. 만약, 새로운 PF인 PFresidualMTC를 통하여 수신되었다고 판단되면 단계(707)로 진행하고, 그렇지 않다면 즉 기존의 PF를 통하여 수신되었다고 판단되면 단계(705)로 진행한다.
단계(707) 이후의 과정은 전술한 바와 같다. 한편, 전술한 바와 같이, 각각의 group paging 시점부터 설정된 시간 동안(wait time), MTC 기기는 PDCCH monitoring을 위한 on-duation을 수행하지 않고, DRX모드를 유지한다.
이상에서는 관련되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따라 이루어지는 group paging과 RA 수행 과정에 대하여 살펴보았다. 이하에서는, 본 발명의 실시 예들이 적용되는 기지국과 MTC 기기의 구조에 대하여 살펴본다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국은, PF에 자신에게 접속 가능한 접속 허용 확률을 나타내는 확률 값을 생성하는 제어부 및 상기 생성된 확률 값을 MTC 기기에 송신하는 송신부를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 확률 값은 상기 기지국에 속하는 MTC 기기의 수 및 상기 기지국의 가용 용량 중 적어도 하나를 기반으로 계산될 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 송신부는, 상기 확률 값을 group paging message내에 삽입하여 MTC 기기들에 송신할 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 송신부는, 상기 group paging message의 Reserved bits를 이용하여 송신할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 MTC 기기는, PF를 통하여 기지국으로부터 group paging message를 수신하는 수신부 및 상기 수신된 group paging message가 자신의 group ID에 해당하는 group paging message인 경우, 상기 기지국으로의 접속 허용 확률을 나타내는 확률 값을 기반으로 하여 현재 group paging에 대한 응답으로 RA를 수행할 것인지 여부를 결정하는 제어부를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 확률 값은, 상기 기지국에 속하는 MTC 기기의 수 및 상기 기지국의 가용 용량 중 적어도 하나를 기반으로 계산될 수 있다. 일 실시 예에서 상기 확률 값은 상기 group paging message 내에 포함되어 수신된다. 일 실시 예에서 상기 확률 값은 상기 group paging message의 Reserved bits를 이용하여 수신된다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 설정된 범위를 갖는 난수를 생성하고, 상기 생성된 난수가 상기 확률 값보다 작거나 같다면 상기 현재 group paging에 대한 응답으로 RA를 수행할 것으로 결정한다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 현재 group paging에 대한 응답으로 RA를 수행할 것으로 결정한 이후에, 상기 group paging message 수신 시점부터 설정된 시간 동안 PDCCH 모니터링을 수행하지 않도록 제어한다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 생성된 난수가 상기 확률 값보다 크다면 상기 현재 group paging에 대한 응답으로 RA를 수행하지 않을 것으로 결정한다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 현재 group paging에 대한 응답으로 RA를 수행하지 않을 것으로 결정한 경우, 상기 PF와 일정한 offset을 갖는 새로운 PF를 계산한다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 새로운 PF를 통하여 수신되는 group paging message가 자신의 group ID에 해당하는 group paging message라고 판단되면, 상기 새로운 PF를 통하여 수신되는 group paging에 대한 응답으로 RA를 수행할 것으로 결정한다.
일 실시 예에서, 상기 offset은 상기 group ID와 상기 확률 값을 기반으로 계산된다.
일 실시 예에서, 상기 새로운 PF를 계산함에 있어서, 상기 MTC 기기가 확장된 DRX cycle로 동작하는 경우, 상기 확장된 DRX cycle보다 짧은 주기를 갖도록 계산한다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 새로운 PF를 통하여 수신된 group paging에 대한 응답으로 RA를 수행할 것으로 결정되고, 이전 group paging에 대한 응답이 이루어지지 않았다고 판단되면, 이전 group paging에 대한 응답과 현재 group paging에 대한 응답을 함께 수행하도록 제어한다.
이상에서는 본 발명의 실시 예들에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어 져서는 안 될 것이다.

Claims (20)

  1. 불연속 수신(Discontinuous Reception; DRX) 동작을 수행하는 단말이 랜덤 액세스(Random Access; RA)를 수행하기 위한 방법에 있어서,
    페이징 프레임(Paging Frame; PF)을 통하여 기지국으로부터 그룹 페이징 메시지(group paging message)를 수신하는 단계;
    상기 수신된 group paging message가 자신의 그룹 아이디(group ID)에 해당하는 group paging message인지 판단하는 단계; 및
    상기 수신된 group paging message가 자신의 group ID에 해당하는 group paging message인 경우, 상기 기지국으로의 접속 허용 확률을 나타내는 확률 값을 기반으로 하여 현재 그룹 페이징(group paging)에 대한 응답으로 RA를 수행할 것인지 여부를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 확률 값은 상기 기지국의 서비스 영역에 속하는 단말들의 수 및 상기 기지국의 가용 용량 중 적어도 하나에 기초하는 랜덤 액세스 수행 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 확률 값은,
    상기 group paging message 내에 포함되어 전송되는
    랜덤 액세스 수행 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 확률 값은,
    상기 group paging message의 예약 비트(Reserved bits)를 통하여 전송되는
    랜덤 액세스 수행 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 RA를 수행할 것인지 여부를 결정하는 단계는,
    설정된 범위를 갖는 난수를 생성하는 단계;
    상기 생성된 난수와 상기 확률 값을 비교하는 단계; 및
    상기 생성된 난수가 상기 확률 값보다 작거나 같다면 상기 현재 group paging에 대한 응답으로 RA를 수행할 것으로 결정하는 단계
    를 포함하는 랜덤 액세스 수행 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 RA를 수행할 것으로 결정하는 단계 이후에,
    상기 group paging message 수신 시점부터 설정된 시간 동안 PDCCH(Physical Downlink control CHannel) 모니터링을 수행하지 않는 단계
    를 더 포함하는 랜덤 액세스 수행 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 RA를 수행할 것인지 여부를 결정하는 단계는,
    상기 생성된 난수가 상기 확률 값보다 크다면 상기 현재 group paging에 대한 응답으로 RA를 수행하지 않을 것으로 결정하는 단계
    를 포함하는 랜덤 액세스 수행 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 RA를 수행할 것인지 여부를 결정하는 단계는,
    상기 RA를 수행하지 않을 것으로 결정되면, 상기 PF와 일정한 옵셋(offset)을 갖는 새로운 PF를 계산하는 단계;
    상기 새로운 PF를 통하여 상기 group paging message를 수신하는 단계; 및
    상기 새로운 PF를 통하여 수신된 상기 group paging message가 자신의 group ID에 해당하는 group paging message인 경우, 상기 새로운 PF를 통하여 수신된 group paging에 대한 응답으로 RA를 수행할 것으로 결정하는 단계
    를 더 포함하는 랜덤 액세스 수행 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 offset은,
    상기 group ID와 상기 확률 값을 기반으로 계산되는
    랜덤 액세스 수행 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 PF와 일정한 offset을 갖는 새로운 PF를 계산하는 단계는,
    확장된 DRX 주기(Extended DRX cycle)로 동작하는 경우, 상기 extended DRX cycle보다 짧은 주기를 갖는 상기 새로운 PF를 계산하는 단계
    를 포함하는 랜덤 액세스 수행 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 새로운 PF를 통하여 수신된 group paging에 대한 응답으로 RA를 수행할 것으로 결정하는 단계 이후에,
    이전 group paging에 대한 응답이 이루어지지 않았다고 판단되는 경우, 이전 group paging에 대한 응답과 현재 group paging에 대한 응답을 함께 수행하는 단계
    를 더 포함하는 랜덤 액세스 수행 방법.
  12. 불연속 수신 동작(Discontinuous Reception; DRX)을 수행하는 단말에 대하여 기지국이 그룹 페이징(group paging)을 수행하는 방법에 있어서,
    페이징 프레임(Paging Frame; PF)에 자신에게 접속 가능한 접속 허용 확률을 나타내는 확률 값을 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 확률 값을 상기 기지국에 속하는 단말들에게 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 확률 값은 상기 기지국의 서비스 영역에 속하는 단말들의 수 및 상기 기지국의 가용 용량 중 적어도 하나에 기초하는 그룹 페이징 방법.
  13. 삭제
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 확률 값은,
    상기 그룹 페이징 메시지(group paging message) 내에 포함되어 전송되는
    그룹 페이징 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 확률 값은,
    상기 group paging message의 예약 비트(Reserved bits)를 통하여 전송되는
    그룹 페이징 방법.
  16. 불연속 수신(Discontinuous Reception; DRX) 동작을 수행하며, 랜덤 액세스(Random Access; RA)를 수행하기 위한 단말에 있어서,
    페이징 프레임(Paging Frame; PF)을 통하여 기지국으로부터 그룹 페이징 메시지(group paging message)를 수신하는 수신부; 및
    상기 수신된 group paging message가 자신의 그룹 아이디(group ID)에 해당하는 group paging message인 경우, 상기 기지국으로의 접속 허용 확률을 나타내는 확률 값을 기반으로 하여 현재 group paging에 대한 응답으로 RA를 수행할 것인지 여부를 결정하는 제어부를 포함하고,
    상기 확률 값은 상기 기지국의 서비스 영역에 속하는 단말들의 수 및 상기 기지국의 가용 용량 중 적어도 하나에 기초하는 단말.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 확률 값은,
    상기 group paging message 내에 포함되어 전송되는
    단말.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 제어부는,
    설정된 범위를 갖는 난수를 생성하고, 생성된 난수가 상기 확률 값보다 작거나 같다면 상기 현재 그룹 페이징(group paging)에 대한 응답으로 RA를 수행할 것으로 결정하는
    단말.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 생성된 난수가 상기 확률 값보다 크다면 상기 현재 group paging에 대한 응답으로 RA를 수행하지 않을 것으로 결정하고, 상기 PF와 일정한 옵셋(offset)을 갖는 새로운 PF를 계산한 후, 상기 새로운 PF를 통하여 수신되는 group paging message가 자신의 group ID에 해당하는 group paging message라고 판단되면, 상기 새로운 PF를 통하여 수신된 group paging에 대한 응답으로 RA를 수행할 것으로 결정하는
    단말.
  20. 불연속 수신(Discontinuous Reception; DRX) 동작을 수행하는 단말에 대하여 그룹 페이징(group paging)을 수행하는 기지국에 있어서,
    페이징 프레임(Paging Frame; PF)에 상기 기지국으로 접속 가능한 접속 허용 확률을 나타내는 확률 값을 생성하는 제어부; 및
    상기 생성된 확률 값을 그룹 페이징 메시지(group paging message) 내에 포함하여 송신하는 송신부를 포함하고,
    상기 확률 값은 상기 기지국의 서비스 영역에 속하는 단말들의 수 및 상기 기지국의 가용 용량 중 적어도 하나에 기초하는 기지국.
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