KR102047708B1 - 요청에 대한 응답 방법 및 네트워크 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에서 제1 네트워크 장치가 사용자기기(user equipment, UE)에 대한 데이터 통지와 연관된 요청을 수신한다. 상기 UE가 착신(mobile terminated) 데이터에 대한 통신이 제약되는 모드에 있지 않고, 상기 제1 네트워크 장치가 상기 UE가 비-허용 영역에 있다고 검출하면, 상기 제1 네트워크 장치는 상기 데이터 통신이 규제 우선화 서비스에 대한 것이 아닌 한 상기 요청을 거절한다.

Description

요청에 대한 응답 방법 및 네트워크 장치{METHOD AND NETWORK DEVICE FOR RESPONDING TO REQUEST}

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 사용자기기와 관련된 요청에 응답하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

무선 통신 시스템이 음성이나 데이터 등과 같은 다양한 종류의 통신 서비스를 제공하기 위해 광범위하게 전개되고 있다. 일반적으로 무선 통신 시스템은 가용한 시스템 자원(대역폭, 전송 파워 등)을 공유하여 다중 사용자와의 통신을 지원할 수 있는 다중 접속(multiple access) 시스템이다. 다중 접속 시스템의 예들로는 CDMA(code division multiple access) 시스템, FDMA(frequency division multiple access) 시스템, TDMA(time division multiple access) 시스템, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 시스템, SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 시스템, MC-FDMA(multi carrier frequency division multiple access) 시스템 등이 있다.

기기간(Machine-to-Machine, M2M) 통신과, 높은 데이터 전송량을 요구하는 스마트폰, 태블릿 PC 등의 다양한 장치 및 기술이 출현 및 보급되고 있다. 이에 따라, 셀룰러 네트워크에서 처리될 것이 요구되는 데이터 양이 매우 빠르게 증가하고 있다. 이와 같이 빠르게 증가하는 데이터 처리 요구량을 만족시키기 위해, 더 많은 주파수 대역을 효율적으로 사용하기 위한 반송파 집성(carrier aggregation) 기술, 인지무선(cognitive radio) 기술 등과, 한정된 주파수 내에서 전송되는 데이터 용량을 높이기 위한 다중 안테나 기술, 다중 기지국 협력 기술 등이 발전하고 있다.

한편, 사용자기기(user equipment, UE)가 주변에서 접속(access)할 수 있는 노드(node)의 밀도가 높아지는 방향으로 통신 환경이 진화하고 있다. 노드라 함은 하나 이상의 안테나를 구비하여 UE와 무선 신호를 전송/수신할 수 있는 고정된 지점(point)을 말한다. 높은 밀도의 노드를 구비한 통신 시스템은 노드들 간의 협력에 의해 더 높은 성능의 통신 서비스를 UE에게 제공할 수 있다.

더 많은 통신 장치가 더 큰 통신 용량을 요구함에 따라, 레거시 무선 접속 기술(radio access technology, RAT)에 비해 향상된 모바일 광대역 통신에 대한 필요성이 대두되고 있다. 또한, 복수의 장치 및 객체(object)를 서로 연결하여 언제 어디서나 다양한 서비스를 제공하기 위한 대규모 기계 타입 통신(massive machine type communication, mMTC)는 차세대 통신에서 고려해야 할 주요 쟁점 중 하나이다. 또한, 신뢰도 및 대기 시간에 민감한 서비스/UE를 고려하여 설계될 통신 시스템에 대한 논의가 진행 중이다. 차세대(next generation) 무선 접속 기술의 도입은 향상된 모바일 광대역 통신(eMBB), mMTC, 초 신뢰성 및 저 대기 시간 통신(ultra-reliable and low latency communication, URLLC) 등을 고려하여 논의되고 있다.

새로운 무선 통신 기술의 도입에 따라, 기지국이 소정 자원영역에서 서비스를 제공해야 하는 UE들의 개수가 증가할 뿐만 아니라, 상기 기지국이 서비스를 제공하는 UE들과 전송/수신하는 데이터와 제어정보의 양이 증가하고 있다. 기지국이 UE(들)과의 통신에 이용 가능한 무선 자원의 양은 유한하므로, 기지국이 유한한 무선 자원을 이용하여 데이터 및/또는 제어정보를 UE(들)로부터/에게 효율적으로 수신/전송하기 위한 새로운 방안이 요구된다.

또한 새로운 무선 접속 기술을 지원하는 시스템에서 신호를 효율적으로 전송/수신 방법이 요구된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 이하의 발명의 상세한 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 양상으로, 제1 네트워크 장치가 제2 네트워크 장치의 요청에 응답하는 방법이 제공된다. 상기 방법은: 상기 제2 네트워크 장치로부터 착신(mobile terminated) 데이터에 대한 통신이 제약되는 모드에 있지 않은 사용자기기(user equipment, UE)에 대한 데이터 통지와 연관된 요청을 수신; 상기 UE가 통신 서비스가 제약되는 비-허용 영역(non-allowed area)에 있음을 검출; 및 상기 데이터 통지가 규제 우선화 서비스(regulatory prioritized service)에 대한 것이 아니면 상기 요청을 거절하는 것을 포함한다.

본 발명의 다른 양상으로, 제1 네트워크 장치가 제2 네트워크 장치의 요청에 응답하는 장치가 제공된다. 상기 제1 네트워크 장치는: 트랜시버(transceiver) 및 상기 트랜시버를 제어하도록 구성된 프로세서를 포함하여 구성된다. 상기 프로세서는: 상기 제2 네트워크 장치로부터 착신(mobile terminated) 데이터에 대한 통신이 제약되는 모드에 있지 않은 사용자기기(user equipment, UE)에 대한 데이터 통지와 연관된 요청을 수신하도록 상기 트랜시버를 제어; 상기 UE가 통신 서비스가 제약되는 비-허용 영역(non-allowed area)에 있음을 검출; 및 상기 데이터 통지가 규제 우선화 서비스(regulatory prioritized service)에 대한 것이 아니면 상기 요청에 대한 거절을 전송하도록 상기 트랜시버를 제어하도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 양상으로, 상기 제1 네트워크 장치는 상기 데이터 통지가 상기 규제 우선화 서비스에 대한 것이면 상기 UE에 대한 페이징을 무선 접속 네트워크 장치에게 전송할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상으로, 상기 무선 접속 네트워크 장치는 기지국일 수 있다.

본 발명의 각 양상에 있어서, 상기 제1 네트워크 장치는 상기 데이터 통지가 상기 규제 우선화 서비스에 대한 것이 아니면 상기 제2 네트워크 장치에게 상기 UE가 상기 비-허용 영역에 있음을 통지할 수 있다.

본 발명의 각 양상에 있어서, 상기 규제 우선화 서비스는 응급 서비스 또는 멀티미디어 우선 서비스(multimedia priority service, MPS)일 수 있다.

본 발명의 각 양상에 있어서, 상기 제1 네트워크 장치는 접속 및 이동성 관리 네트워크 장치일 수 있다.

본 발명의 각 양상에 있어서, 상기 제2 네트워크 장치는 세션 관리 네트워크 장치일 수 있다.

상기 과제 해결방법들은 본 발명의 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.

본 발명에 의하면, 무선 통신 신호가 효율적으로 전송/수신될 수 있다. 이에 따라, 무선 통신 시스템의 전체 처리량(throughput)이 높아질 수 있다.

또한 새로운 무선 접속 기술을 지원하는 시스템에서 신호가 효율적으로 전송/수신될 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과는 이하의 발명의 상세한 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 EPC(Evolved Packet Core)를 포함하는 EPS(Evolved Packet System)의 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 일반적인 E-UTRAN과 EPC의 아키텍처를 나타낸 예시도이다.
도 3은 제어 평면에서의 무선 인터페이스 프로토콜의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 4는 사용자 평면에서의 무선 인터페이스 프로토콜의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 5는 사용자 평면 및 제어 평면을 위한 LTE(Long Term Evolution) 프로토콜 스택들을 예시한 것이다.
도 6은 임의 접속(random access) 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 무선 자원 제어(RRC) 계층에서의 연결 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 5G 시스템 아키텍쳐를 예시한 것이다.
도 9는 차세대 접속 네트워크(new generation access network, NG-RAN)의 아키텍쳐를 예시한 것이다.
도 10은 차세대 무선 통신 시스템의 프로토콜 스택들을 예시한 것이다.
도 11은 차세대 무선 통신 시스템의 UE 상태 천이들을 예시한 것이다.
도 12는 차세대 시스템에서의 네트워크 트리거 서비스 요청 절차를 예시한 것이다.
도 13은 차세대 시스템에서의 일반적인(general) 등록 절차를 예시한 것이다.
도 14은 본 발명의 제안에 적용되는 노드 장치의 구성을 도시하는 도면이다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

이하의 실시 예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시 예를 구성할 수도 있다. 본 발명의 실시 예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시 예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시 예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시 예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.

도면에 대한 설명에서, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 절차 또는 단계 등은 기술하지 않았으며, 당업자의 수준에서 이해할 수 있을 정도의 절차 또는 단계는 또한 기술하지 아니하였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802.xx 시스템, 3GPP 시스템, 3GPP LTE/NR 시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예들 중 설명하지 않은 자명한 단계들 또는 부분들은 상기 문서들을 참조하여 설명될 수 있다.

또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서는 3GPP TS 36.211, 3GPP TS 36.213, 3GPP TS 36.321, 3GPP TS 36.322, 3GPP TS 36.323, 3GPP TS 36.331, 3GPP TS 23.203, 3GPP TS 23.401, 3GPP TS 24.301의 3GPP LTE 표준 문서들, 및 또는 3GPP NR 표준 문서들(예, 3GPP TS 38.331, 3GPP TS 23.501, 3GPP TS 23.502) 중 하나 이상에 의해 뒷받침될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

또한, 본 발명의 실시 예들에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

먼저, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 다음과 같이 정의된다.

- IMS(IP Multimedia Subsystem or IP Multimedia Core Network Subsystem): IP 상으로 음성 또는 다른 멀티미디어 서비스를 배달하기 위한 표준화를 제공하기 위한 구조적(architectural) 프레임워크(framework).

- UMTS(Universal Mobile Telecommunications System): 3GPP에 의해서 개발된, GSM(Global System for Mobile Communication) 기반의 3 세대(Generation) 이동 통신 기술.

- EPS(Evolved Packet System): IP(Internet Protocol) 기반의 PS(packet switched) 코어(core) 네트워크인 EPC(Evolved Packet Core)와 LTE/UTRAN 등의 접속(access) 네트워크로 구성된 네트워크 시스템. UMTS가 진화된 형태의 네트워크이다.

- NodeB: GERAN/UTRAN의 기지국. 옥외에 설치하며 커버리지는 매크로 셀(macro cell) 규모이다.

- eNodeB/eNB: E-UTRAN의 기지국. 옥외에 설치하며 커버리지는 매크로 셀(macro cell) 규모이다.

- UE(User Equipment): 사용자 기기. UE는 UE(terminal), ME(Mobile Equipment), MS(Mobile Station) 등의 용어로 언급될 수도 있다. 또한, UE는 노트북, 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), 스마트폰, 멀티미디어 기기 등과 같이 휴대 가능한 기기일 수 있고, 또는 PC(Personal Computer), 차량 탑재 장치와 같이 휴대 불가능한 기기일 수도 있다. MTC 관련 내용에서 UE 또는 단말이라는 용어는 MTC 디바이스를 지칭할 수 있다.

- HNB(Home NodeB): UMTS 네트워크의 기지국으로서 옥내에 설치하며 커버리지는 마이크로 셀(micro cell) 규모이다.

- HeNB(Home eNodeB): EPS 네트워크의 기지국으로서 옥내에 설치하며 커버리지는 마이크로 셀 규모이다.

- MME(Mobility Management Entity): 이동성 관리(Mobility Management, MM), 세션 관리(Session Management, SM) 기능을 수행하는 EPS 네트워크의 네트워크 노드.

- PDN-GW(Packet Data Network-Gateway)/PGW/P-GW: UE IP 주소 할당, 패킷 스크리닝(screening) 및 필터링, 과금 데이터 취합(charging data collection) 기능 등을 수행하는 EPS 네트워크의 네트워크 노드.

- SGW(Serving Gateway)/S-GW: 이동성 앵커(mobility anchor), 패킷 라우팅(routing), 휴지(idle) 모드 패킷 버퍼링, MME가 UE를 페이징하도록 트리거링하는 기능 등을 수행하는 EPS 네트워크의 네트워크 노드.

- PCRF (Policy and Charging Rule Function): 서비스 플로우(service flow)별로 차별화된 QoS 및 과금 정책을 동적(dynamic)으로 적용하기 위한 정책 결정(Policy decision)을 수행하는 EPS 네트워크의 네트워크 노드.

- OMA DM (Open Mobile Alliance Device Management): 핸드폰, PDA, 휴대용 컴퓨터 등과 같은 모바일 디바이스들 관리를 위해 디자인 된 프로토콜로써, 디바이스 설정(configuration), 펌웨어 업그레이드(firmware upgrade), 오류 보고 (Error Report)등의 기능을 수행함.

- OAM (Operation Administration and Maintenance): 네트워크 결함 표시, 성능정보, 그리고 데이터와 진단 기능을 제공하는 네트워크 관리 기능군.

- EMM (EPS Mobility Management): NAS 계층의 서브-계층으로서, UE가 네트워크 어태치(attach)되어 있는지 디태치(detach)되어 있는지에 따라 EMM은 "EMM-Registered" 아니면 "EMM-Deregistered" 상태에 있을 수 있다.

- ECM (EMM Connection Management) 연결(connection): UE와 MME가 사이에 수립(establish)된, NAS 메시지의 교환(exchange)을 위한 시그널링 연결(connection). ECM 연결은 UE와 eNB 사이의 RRC 연결과 상기 eNB와 MME 사이의 S1 시그널링 연결로 구성된 논리(logical) 연결이다. ECM 연결이 수립(establish)/종결(terminate)되면, 상기 RRC 및 S1 시그널링 연결은 마찬가지로 수립/종결된다. 수립된 ECM 연결은 UE에게는 eNB와 수립된 RRC 연결을 갖는 것을 의미하며, MME에게는 상기 eNB와 수립된 S1 시그널링 연결을 갖는 것을 의미한다. NAS 시그널링 연결, 즉, ECM 연결이 수립되어 있는지에 따라, ECM은 "ECM_CONNECTED" 아니면 "ECM-Idle" 상태를 가질 수 있다.

- AS (Access-Stratum): UE와 무선(혹은 접속) 네트워크 간의 프로토콜 스택을 포함하며, 데이터 및 네트워크 제어 신호 전송 등을 담당한다.

- NAS 설정(configuration) MO (Management Object): NAS 기능(Functionality)과 연관된 파라미터들(parameters)을 UE에게 설정하는 과정에서 사용되는 MO (Management object).

- PDN(Packet Data Network): 특정 서비스를 지원하는 서버(예를 들어, MMS(Multimedia Messaging Service) 서버, WAP(Wireless Application Protocol) 서버 등)가 위치하고 있는 네트워크.

- APN (Access Point Name): PDN을 지칭하거나 구분하는 문자열. 요청한 서비스나 네트워크에 접속하기 위해서는 특정 P-GW를 거치게 되는데, 이 P-GW를 찾을 수 있도록 네트워크 내에서 미리 정의한 이름(문자열)을 의미한다. (예를 들어, internet.mnc012.mcc345.gprs)

- RAN(Radio Access Network): 3GPP 네트워크에서 NodeB, eNodeB 혹은 gNB 및 이들을 제어하는 RNC(Radio Network Controller)를 포함하는 단위. UE와 코어 네트워크 사이에 존재하며 코어 네트워크로의 연결을 제공한다.

- HLR(Home Location Register)/HSS(Home Subscriber Server): 3GPP 네트워크 내의 가입자 정보를 가지고 있는 데이터베이스. HSS는 설정 저장(configuration storage), 식별자 관리(identity management), 사용자 상태 저장 등의 기능을 수행할 수 있다.

- PLMN(Public Land Mobile Network): 개인들에게 이동통신 서비스를 제공할 목적으로 구성된 네트워크. 사업자별로 구분되어 구성될 수 있다.

- ANDSF(Access Network Discovery and Selection Function): 하나의 네트워크 엔티티(entity)로서 사업자 단위로 UE가 사용 가능한 접속(access)을 발견하고 선택하도록 하는 정책(policy)를 제공.

- EPC 경로(또는 infrastructure data path): EPC를 통한 사용자 평면 통신 경로.

- E-RAB (E-UTRAN Radio Access Bearer): S1 베어러와 해당 데이터 무선 베어러의 연결(concatenation)을 말한다. E-RAB가 존재하면 상기 E-RAB와 NAS의 EPS 베어러 사이에 일대일 매핑이 있다.

- GTP (GPRS Tunneling Protocol): GSM, UMTS 및 LTE 네트워크들 내에서 일반 패킷 무선 서비스(general packet radio service, GPRS)를 나르기 위해 사용되는 IP-기반 통신들 프로토콜들의 그룹. 3GPP 아키텍처 내에는, GTP 및 프록시 모바일 IPv6 기반 인터페이스들이 다양한 인터페이스 포인트 상에 특정(specify)되어 있다. GTP는 몇몇 프로토콜들(예, GTP-C, GTP-U 및 GTP')으로 분해(decompose)될 수 있다. GTP-C는 게이트웨이 GPRS 지원 노드들(GGSN) 및 서빙 GPRS 지원 노드들(SGSN) 간 시그널링을 위해 GPRS 코어(core) 네트워크 내에서 사용된다. GTP-C는 상기 SGSN이 사용자를 위해 세션을 활성화(activate)(예, PDN 컨텍스트 활성화(activation))하는 것, 동일 세션을 비활성화(deactivate)하는 것, 서비스 파라미터들의 품질(quality)를 조정(adjust)하는 것, 또는 다른 SGSN으로부터 막 동작한 가입자(subscriber)를 위한 세션을 갱신하는 것을 허용한다. GTP-U는 상기 GPRS 코어 네트워크 내에서 그리고 무선 접속 네트워크 및 코어 네트워크 간에서 사용자 데이터를 나르기 위해 사용된다.

- gNB: UE를 향한 NR 사용자 평면 및 제어 평면 프로토콜 종결들을 제공하고, 차세대(next generation, NG) 인터페이스(예, NG-C, NG-U)를 통해 5G 코어 네트워크(5GC)로 연결된 노드.

- 5G 코어 네트워크(5G core network, 5GC): 5G 접속 네트워크에 연결되는 코어 네트워크.

- 5G 접속 네트워크(access network): 5G 코어 네트워크에 연결하는 5G 무선 접속 네트워크(5G radio access network, 5G-RAN) 및/또는 비-5G 접속 네트워크(non-5G access network, non-5G-AN)을 포함하는 접속 네트워크. 5G-RAN은 차세대 접속 네트워크(new generation access network, NG-RAN)으로 지칭될 수 있다.

- 5G 무선 접속 네트워크(5G radio access network, 5G-RAN) (또는 RAN): 5GC에 연결된다는 공통의 특징을 가지며 다음 옵션들 중 하나 이상을 지원하는 무선 접속 네트워크을 의미한다: 독립형 새로운 무선(standalone new radio), 진화된 E-UTRA 확장을 지원하는 앵커인 새로운 무선(new radio), 독립형 E-UTRA (예, eNB), 및/또는 새로운 무선(new radio) 확장을 지원하는 지원하는 앵커.

- 네트워크 기능(network function, NF) 서비스: 서비스 기반 인터페이스를 통해 네트워크 기능(network function, NF)에 의해 노출(expose)되고 권한 있는(authorized) 다른 NF들에 의해 소비(consumed)되는 기능성(functionality).

- 5G 시스템: 5G 접속 네트워크(access network, AN), 5G 코어 네트워크 및 UE로 구성되는 3GPP 시스템. 새 무선(new radio, NR) 시스템, 혹은 차세대(next generation) 시스템이라고도 불린다.

- 네트워크 슬라이스(network slice): 특정 네트워크 능력(들) 및 네트워크 특징(들)을 제공하는 논리적인 네트워크.

- 네트워크 슬라이스 인스턴스(network slice instance): 배치되는 네트워크 슬라이스를 형성하는 NF 인스턴스(들) 및 요구되는 자원(들)(예를 들어, 계산, 저장 및 네트워킹 자원)의 세트.

- 패킷 데이터 유닛(packet data unit, PDU) 연결성 서비스(connectivity service): UE와 데이터 네트워크 간의 PDU(들)의 교환을 제공하는 서비스.

- PDU 세션(session): PDU 연결성 서비스를 제공하는 UE와 데이터 네트워크 간의 연관(association). 연관 타입은 인터넷 프로토콜(internet protocol, IP) 타입, 이더넷(ethernet) 타입 또는 비구조화된(unstructured) 타입일 수 있다.

- NAS(Non-Access Stratum): EPS 및 5G 시스템(5G system, 5GS) 프로토콜 스택에서 UE와 코어(core) 네트워크간의 시그널링, 트래픽 메시지를 주고 받기 위한 기능적인 계층으로서, UE의 이동성을 지원하고, UE에 대한 세션 관리 절차 및 IP 주소 관리 등을 지원한다.

- NGAP UE 연관(association): 5G-AN 노드와 접속 및 이동성 관리 기능(access and mobility management function, AMF) 간 UE별 논리 연관(logical per UE association).

- NG-RAN: 5G 시스템의 무선 접속 네트워크.

- NG-C: NG-RAN과 5GC 간 제어 평면 인터페이스.

- NG-U: NG-RAN과 5GC 간 사용자 평면 인터페이스.

도 1은 EPC(Evolved Packet Core)를 포함하는 EPS(Evolved Packet System)의 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.

EPC는 3GPP 기술들의 성능을 향상하기 위한 SAE(System Architecture Evolution)의 핵심적인 요소이다. SAE는 다양한 종류의 네트워크 간의 이동성을 지원하는 네트워크 구조를 결정하는 연구 과제에 해당한다. SAE는, 예를 들어, IP 기반으로 다양한 무선 접속 기술들을 지원하고 보다 향상된 데이터 전송 캐퍼빌리티를 제공하는 등의 최적화된 패킷-기반 시스템을 제공하는 것을 목표로 한다.

구체적으로, EPC는 3GPP LTE 시스템을 위한 IP 이동 통신 시스템의 코어 네트워크이며, 패킷-기반 실시간 및 비실시간 서비스를 지원할 수 있다. 기존의 이동 통신 시스템(즉, 2 세대 또는 3 세대 이동 통신 시스템)에서는 음성을 위한 CS(Circuit-Switched) 및 데이터를 위한 PS(Packet-Switched)의 2 개의 구별되는 서브-도메인을 통해서 코어 네트워크의 기능이 구현되었다. 그러나, 3 세대 이동 통신 시스템의 진화인 3GPP LTE 시스템에서는, CS 및 PS의 서브-도메인들이 하나의 IP 도메인으로 단일화되었다. 즉, 3GPP LTE 시스템에서는, IP 캐퍼빌리티(capability)를 가지는 UE와 UE 간의 연결이, IP 기반의 기지국(예를 들어, eNodeB(evolved Node B)), EPC, 애플리케이션 도메인(예를 들어, IMS(IP Multimedia Subsystem))을 통하여 구성될 수 있다. 즉, EPC는 단-대-단(end-to-end) IP 서비스 구현에 필수적인 구조이다.

EPC는 다양한 구성요소들을 포함할 수 있으며, 도 1에서는 그 중에서 일부에 해당하는, SGW(Serving Gateway), PDN GW(Packet Data Network Gateway), MME(Mobility Management Entity), SGSN(Serving GPRS(General Packet Radio Service) Supporting Node), ePDG(enhanced Packet Data Gateway)를 도시한다.

SGW(또는 S-GW)는 무선 접속 네트워크(RAN)와 코어 네트워크 사이의 경계점으로서 동작하고, eNB와 PDN GW 사이의 데이터 경로를 유지하는 기능을 하는 요소이다. 또한, UE가 eNB에 의해서 서빙(serving)되는 영역에 걸쳐 이동하는 경우, SGW는 로컬 이동성 앵커 포인트(anchor point)의 역할을 한다. 즉, E-UTRAN (3GPP 릴리즈-8 이후에서 정의되는 Evolved-UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) Terrestrial Radio Access Network) 내에서의 이동성을 위해서 SGW를 통해서 패킷들이 라우팅될 수 있다. 또한, SGW는 다른 3GPP 네트워크(3GPP 릴리즈-8 전에 정의되는 RAN, 예를 들어, UTRAN 또는 GERAN(GSM(Global System for Mobile Communication)/EDGE(Enhanced Data rates for Global Evolution) Radio Access Network)와의 이동성을 위한 앵커 포인트로서 기능할 수도 있다.

PDN GW(또는 P-GW)는 패킷 데이터 네트워크를 향한 데이터 인터페이스의 종료점(termination point)에 해당한다. PDN GW는 정책 집행 특징(policy enforcement features), 패킷 필터링(packet filtering), 과금 지원(charging support) 등을 지원할 수 있다. 또한, 3GPP 네트워크와 비-3GPP 네트워크 (예를 들어, I-WLAN(Interworking Wireless Local Area Network)과 같은 신뢰되지 않는 네트워크, CDMA(Code Division Multiple Access) 네트워크나 WiMax와 같은 신뢰되는 네트워크)와의 이동성 관리를 위한 앵커 포인트 역할을 할 수 있다.

도 1의 네트워크 구조의 예시에서는 SGW와 PDN GW가 별도의 게이트웨이로 구성되는 것을 나타내지만, 두 개의 게이트웨이가 단일 게이트웨이 구성 옵션(Single Gateway Configuration Option)에 따라 구현될 수도 있다.

MME는, UE의 네트워크 연결에 대한 접속(access), 네트워크 자원의 할당, 트래킹(tracking), 페이징(paging), 로밍(roaming) 및 핸드오버 등을 지원하기 위한 시그널링 및 제어 기능들을 수행하는 요소이다. MME는 가입자 및 세션 관리에 관련된 제어 평면(control plane) 기능들을 제어한다. MME는 수많은 eNB들을 관리하고, 다른 2G/3G 네트워크에 대한 핸드오버를 위한 종래의 게이트웨이의 선택을 위한 시그널링을 수행한다. 또한, MME는 보안 과정(Security Procedures), 단말-대-네트워크 세션 핸들링(Terminal-to-network Session Handling), 휴지 단말 위치결정 관리(Idle Terminal Location Management) 등의 기능을 수행한다.

SGSN은 다른 3GPP 네트워크(예를 들어, GPRS 네트워크)에 대한 사용자의 이동성 관리 및 인증(authentication)과 같은 모든 패킷 데이터를 핸들링한다.

ePDG는 신뢰되지 않는 비-3GPP 네트워크(예를 들어, I-WLAN, WiFi 핫스팟(hotspot) 등)에 대한 보안 노드로서의 역할을 한다.

도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, IP 능력(capability)를 가지는 UE는, 3GPP 접속은 물론 비-3GPP 접속 기반으로도 EPC 내의 다양한 요소들을 경유하여 사업자(즉, 운영자(operator))가 제공하는 IP 서비스 네트워크(예를 들어, IMS)에 접속할 수 있다.

또한, 도 1은 다양한 참조 포인트(reference point)들(예를 들어, S1-U, S1-MME 등)을 도시한다. 3GPP 시스템에서는 E-UTRAN 및 EPC의 상이한 기능 엔티티(functional entity)들에 존재하는 2 개의 기능을 연결하는 개념적인 링크를 참조 포인트라고 정의한다. 다음의 표 1은 도 1에 도시된 참조 포인트를 정리한 것이다. 표 1의 예시들 외에도 네트워크 구조에 따라 다양한 참조 포인트들이 존재할 수 있다.

Reference Point	Description
S1-MME	Reference point for the control plane protocol between E-UTRAN and MME.
S1-U	Reference point between E-UTRAN and Serving GW for the per bearer user plane tunneling and inter eNB path switching during handover.
S3	It enables user and bearer information exchange for inter 3GPP access network mobility in idle and/or active state. This reference point can be used intra-PLMN or inter-PLMN (e.g. in the case of Inter-PLMN HO).
S4	It provides related control and mobility support between GPRS Core and the 3GPP Anchor function of Serving GW. In addition, if Direct Tunnel is not established, it provides the user plane tunnelling.
S5	It provides user plane tunnelling and tunnel management between Serving GW and PDN GW. It is used for Serving GW relocation due to UE mobility and if the Serving GW needs to connect to a non-collocated PDN GW for the required PDN connectivity.
S11	Reference point between MME and Serving GW.
SGi	It is the reference point between the PDN GW and the packet data network. Packet data network may be an operator external public or private packet data network or an intra operator packet data network, e.g. for provision of IMS services. This reference point corresponds to Gi for 3GPP accesses.)

도 1에 도시된 참조 포인트 중에서 S2a 및 S2b는 비-3GPP 인터페이스에 해당한다. S2a는 신뢰되는 비-3GPP 접속 및 PDN GW 간의 관련 제어 및 이동성 지원을 사용자 평면에 제공하는 참조 포인트다. S2b는 ePDG 및 PDN GW 간의 관련 제어 및 이동성 지원을 사용자 평면에 제공하는 참조 포인트다.

도 2는 일반적인 E-UTRAN과 EPC의 아키텍처를 나타낸 예시도이다.

도시된 바와 같이, eNB는 RRC(Radio Resource Control) 연결이 활성화되어 있는 동안 게이트웨이로의 라우팅, 페이징 메시지의 스케줄링 및 전송, 방송 채널(BCH)의 스케줄링 및 전송, 업링크 및 다운링크에서의 자원을 UE에게 동적 할당, eNB의 측정을 위한 설정 및 제공, 무선 베어러 제어, 무선 허가 제어(radio admission control), 그리고 연결 이동성 제어 등을 위한 기능을 수행할 수 있다. EPC 내에서는 페이징 발생, LTE_IDLE 상태 관리, 사용자 평면의 암호화, SAE 베어러 제어, NAS 시그널링의 암호화 및 무결성 보호 기능을 수행할 수 있다.

도 3은 UE와 eNB 사이의 제어 평면에서의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 구조를 나타낸 예시도이고, 도 4는 UE와 eNB 사이의 사용자 평면에서의 무선 인터페이스 프로토콜의 구조를 나타낸 예시도이다.

상기 무선 인터페이스 프로토콜은 3GPP 무선 접속 네트워크 규격을 기반으로 한다. 상기 무선 인터페이스 프로토콜은 수평적으로 물리계층(Physical Layer), 데이터링크계층(Data Link Layer) 및 네트워크계층(Network Layer)으로 이루어지며, 수직적으로는 데이터정보 전송을 위한 사용자평면(User Plane)과 제어신호(Signaling) 전달을 위한 제어평면(Control Plane)으로 구분된다.

상기 프로토콜 계층들은 통신 시스템에서 널리 알려진 개방형 시스템간 상호접속(Open System Interconnection, OSI) 기준모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 L1 (제1계층), L2 (제2계층), L3(제3계층)로 구분될 수 있다.

이하에서, 상기 도 3에 도시된 제어 평면의 무선프로토콜과, 도 4에 도시된 사용자 평면에서의 무선 프로토콜의 각 계층을 설명한다.

제1 계층인 물리계층은 물리채널(Physical Channel)을 이용하여 정보전송서비스(Information Transfer Service)를 제공한다. 상기 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어(Medium Access Control) 계층과는 전송 채널(Transport Channel)을 통해 연결되어 있으며, 상기 전송 채널을 통해 매체접속제어계층과 물리계층 사이의 데이터가 전달된다. 그리고, 서로 다른 물리계층 사이, 즉 전송측과 수신측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 전달된다.

물리채널(Physical Channel)은 시간 축 상에 있는 여러 개의 서브프레임과 주파수축상에 있는 여러 개의 부반송파(subcarrier)로 구성된다. 여기서, 하나의 서브프레임(subframe)은 시간 축 상에 복수의 OFDM 심볼 (symbol)들과 복수의 부반송파들로 구성된다. 하나의 서브프레임은 복수의 자원블록(Resource Block)들로 구성되며, 하나의 자원블록은 복수의 OFDM 심볼(Symbol)들과 복수의 부반송파들로 구성된다. 데이터가 전송되는 단위시간인 TTI(Transmission Time Interval)는 1개의 서브프레임에 해당하는 1ms이다.

상기 전송 측과 수신 측의 물리계층에 존재하는 물리 채널들은 3GPP LTE에 따르면, 데이터 채널인 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)와 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel) 및 제어채널인 PDCCH(Physical Downlink Control Channel), PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PHICH(Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel) 및 PUCCH(Physical Uplink Control Channel) 등으로 나눌 수 있다.

제2계층에는 여러 가지 계층이 존재한다. 먼저, 제2계층의 매체접속제어 (Medium Access Control, MAC) 계층은 다양한 논리채널 (Logical Channel)을 다양한 전송채널에 매핑시키는 역할을 하며, 또한 여러 논리채널을 하나의 전송채널에 매핑시키는 논리채널 다중화 (Multiplexing)의 역할을 수행한다. MAC 계층은 상위계층인 RLC 계층과는 논리채널(Logical Channel)로 연결되어 있으며, 논리채널은 크게 전송되는 정보의 종류에 따라 제어평면(Control Plane)의 정보를 전송하는 제어채널(Control Channel)과 사용자평면(User Plane)의 정보를 전송하는 트래픽채널(Traffic Channel)로 나뉜다.

제2 계층의 무선링크제어(Radio Link Control, RLC) 계층은 상위계층으로부터 수신한 데이터를 분할(segmentation) 및 연접(concatenation)하여 하위계층이 무선 구간(radio interface)으로 데이터를 전송하기에 적합하도록 데이터 크기를 조절하는 역할을 수행한다.

제2 계층의 패킷데이터수렴(Packet Data Convergence Protocol, PDCP) 계층은 IPv4나 IPv6와 같은 IP 패킷 전송시에 대역폭이 작은 무선 구간에서 효율적으로 전송하기 위하여 상대적으로 크기가 크고 불필요한 제어정보를 담고 있는 IP 패킷 헤더 사이즈를 줄여주는 헤더 압축(Header Compression) 기능을 수행한다. 또한, LTE 시스템에서는 PDCP 계층이 보안(security) 기능도 수행하는데, 이는 제 3자의 데이터 감청을 방지하는 암호화(ciphering)와 제 3자의 데이터 조작을 방지하는 무결성 보호(integrity protection)로 구성된다.

제3 계층의 가장 상부에 위치한 무선 자원 제어(Radio Resource Control, RRC) 계층은 제어평면에서만 정의되며, 무선 베어러(Radio Bearer, RB)들의 설정(Configuration), 재설정(Re-configuration) 및 해제(Release)와 관련되어 논리 채널, 전송 채널 및 물리 채널들의 제어를 담당한다. 이때, RB는 UE와 E-UTRAN간의 데이터 전달을 위해 제2계층에 의해 제공되는 서비스를 의미한다.

UE의 RRC와 무선 네트워크의 RRC 계층 사이에 RRC 연결(RRC connection)이 수립된(established) 경우 UE는 RRC 연결 모드(connected mode)에 있게 되고, 그렇지 못할 경우 RRC 휴지 모드(idle mode)에 있게 된다.

이하 UE의 RRC 상태(RRC state)와 RRC 연결 방법에 대해 설명한다. RRC 상태란 UE의 RRC가 E-UTRAN의 RRC와 논리적 연결(logical connection)이 되어 있는가 아닌가를 말하며, 연결되어 있는 경우는 RRC_CONNECTED 상태(state), 연결되어 있지 않은 경우는 RRC_IDLE 상태라고 부른다. RRC_CONNECTED 상태의 UE는 RRC 연결이 존재하기 때문에 E-UTRAN은 해당 UE의 존재를 셀 단위에서 파악할 수 있으며, 따라서 UE를 효과적으로 제어할 수 있다. 반면에 RRC_IDLE 상태의 UE는 E-UTRAN이 UE의 존재를 파악할 수는 없으며, 셀 보다 더 큰 지역 단위인 TA(Tracking Area) 단위로 코어 네트워크가 관리한다. 즉, RRC_IDLE 상태의 UE는 셀에 비하여 큰 지역 단위로 해당 UE의 존재 여부만 파악되며, 음성이나 데이터와 같은 통상의 이동통신 서비스를 받기 위해서는 해당 UE가 RRC_CONNECTED 상태로 천이하여야 한다. 각 TA는 TAI(tracking area identity)를 통해 구분된다. UE는 셀에서 방송(broadcasting)되는 정보인 TAC(tracking area code)를 통해 TAI를 구성할 수 있다.

사용자가 UE의 전원을 맨 처음 켰을 때, UE는 먼저 적절한 셀을 탐색한 후 해당 셀에서 RRC 연결을 맺고, 코어 네트워크에 UE의 정보를 등록한다. 이 후, UE는 RRC_IDLE 상태에 머무른다. RRC_IDLE 상태에 머무르는 UE는 필요에 따라서 셀을 (재)선택하고, 시스템 정보(system information)나 페이징 정보를 살펴본다. 이를 셀에 캠프 온(camp on)한다고 한다. RRC_IDLE 상태에 머물러 있던 UE는 RRC 연결을 맺을 필요가 있을 때 비로소 RRC 연결 과정(RRC connection procedure)을 통해 E-UTRAN의 RRC와 RRC 연결을 맺고 RRC_CONNECTED 상태로 천이한다. RRC_IDLE 상태에 있던 UE가 RRC 연결을 맺을(establish) 필요가 있는 경우는 여러 가지가 있는데, 예를 들어 사용자의 통화 시도, 데이터 전송 시도 등이 필요하다거나, 아니면 E-UTRAN으로부터 페이징 메시지를 수신한 경우 이에 대한 응답 메시지 전송 등을 들 수 있다.

상기 RRC 계층 상위에 위치하는 NAS(Non-Access Stratum) 계층은 연결관리(Session Management)와 이동성 관리(Mobility Management)등의 기능을 수행한다.

아래는 도 3에 도시된 NAS 계층에 대하여 상세히 설명한다.

NAS 계층에 속하는 ESM(Evolved Session Management)은 디폴트 베어러(default bearer) 관리, 전용 베어러(dedicated bearer) 관리와 같은 기능을 수행하여, UE가 네트워크로부터 PS 서비스를 이용하기 위한 제어를 담당한다. 디폴트 베어러 자원은 특정 패킷 데이터 네트워크(packet data network, PDN)에 최초 접속 할 시에 네트워크에 접속될 때 네트워크로부터 할당 받는다는 특징을 가진다. 이때, 네트워크는 UE가 데이터 서비스를 사용할 수 있도록 UE가 사용 가능한 IP 주소를 할당하며, 또한 디폴트 베어러의 QoS를 할당해준다. LTE에서는 크게 데이터 전송/수신을 위한 특정 대역폭을 보장해주는 GBR(guaranteed bit rate) QoS 특성을 가지는 베어러와 대역폭의 보장 없이 Best effort QoS 특성을 가지는 Non-GBR 베어러의 두 종류를 지원한다. 디폴트 베어러의 경우 Non-GBR 베어러를 할당 받는다. 전용 베어러의 경우에는 GBR 또는 Non-GBR의 QoS 특성을 가지는 베어러를 할당 받을 수 있다.

네트워크에서 UE에게 할당한 베어러를 EPS(evolved packet service) 베어러라고 부르며, EPS 베어러를 할당할 때 네트워크는 하나의 ID를 할당하게 된다. 이를 EPS 베어러 ID라고 부른다. 하나의 EPS 베어러는 MBR(maximum bit rate) 또는/그리고 GBR(guaranteed bit rate)의 QoS 특성을 가진다.

도 5는 사용자 평면 및 제어 평면을 위한 LTE 프로토콜 스택들을 예시한 것이다. 도 5(a)는 사용자 평면 프로토콜 스택들을 UE-eNB-SGW-PGW-PDN에 걸쳐 예시한 것이고, 도 5(b)는 제어 평면 프로토콜 스택들을 UE-eNB-MME-SGW-PGW에 걸쳐 예시한 것이다. 프로토콜 스택들의 키(key) 계층들의 기능(function)들을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

도 5(a)를 참조하면, GTP-U 프로토콜은 S1-U/S5/X2 인터페이스 상으로(over) 사용자 IP 패킷들을 포워드하기 위해 사용된다. GTP 터널이 LTE 핸드오버동안 데이터 포워딩을 위해 수립되면 종단 마커 패킷(End Marker Packet)이 마지막 패킷으로서 상기 GTP 터널 상으로 전달(transfer)된다.

도 5(b)를 참조하면, S1AP 프로토콜은 S1-MME 인터페이스에 적용된다. S1AP 프로토콜은 S1 인터페이스 관리, E-RAB 관리, NAS 시그널링 전달 및 UE 컨텍스트 관리와 같은 기능을 지원한다. S1AP 프로토콜은 E-RAB(들)을 셋업하기 위해 초기 UE 컨텍스트를 eNB에게 전달하고, 그 후 상기 UE 컨텍스트의 수정 혹은 해제를 관리한다. S11/S5 인터페이스들에는 GTP-C 프로토콜이 적용된다. GTP-C 프로토콜은 GTP 터널(들)의 생성, 수정(modification) 및 종료(termination)를 위한 제어 정보의 교환(exchange)를 지원한다. GTP-C 프로토콜은 LTE 핸드오버의 경우에 데이터 포워딩 터널들을 생성한다.

도 3 및 도 4에서 예시된 프로토콜 스택들 및 인터페이스들에 대한 설명은 도 5의 동일 프로토콜 스택들 및 인터페이스들에도 그대로 적용될 수 있다.

도 6은 3GPP LTE에서 임의 접속 과정을 나타낸 흐름도이다.

임의 접속 과정은 UE가 기지국과 UL 동기를 얻거나 UL 무선자원을 할당 받기 위해 수행된다.

UE는 루트 인덱스(root index)와 PRACH(physical random access channel) 설정 인덱스(configuration index)를 eNB로부터 수신한다. 각 셀마다 ZC(Zadoff-Chu) 시퀀스에 의해 정의되는 64개의 후보(candidate) 임의 접속(random access, RA) 프리앰블이 있으며, 루트 인덱스는 UE가 64개의 후보 임의 접속 프리앰블을 생성하기 위한 논리적 인덱스이다.

임의 접속 프리앰블의 전송은 각 셀마다 특정 시간 및 주파수 자원에 한정된다. PRACH 설정 인덱스는 임의 접속 프리앰블의 전송이 가능한 특정 서브프레임과 프리앰블 포맷을 지시한다.

임의 접속 과정, 특히, 경쟁-기반 임의 접속 과정은 다음의 3 단계를 포함한다. 다음의 단계 1, 2, 3에서 전송되는 메시지는 각각 msg1, msg2, msg4로 지칭되기도 한다.

> 1. UE는 임의로 선택된 임의접속 프리앰블을 eNB로 전송한다. UE는 64개의 후보 임의 접속 프리앰블 중 하나를 선택한다. 그리고, PRACH 설정 인덱스에 의해 해당되는 서브프레임을 선택한다. UE는 은 선택된 임의 접속 프리앰블을 선택된 서브프레임에서 전송한다.

> 2. 상기 임의 접속 프리앰블을 수신한 eNB는 임의 접속 응답(random access response, RAR)을 UE로 보낸다. 임의 접속 응답은 2단계로 검출된다. 먼저 UE는 RA-RNTI(random access-RNTI)로 마스킹된 PDCCH를 검출한다. UE는 검출된 PDCCH에 의해 지시되는 PDSCH 상으로 MAC(Medium Access Control) PDU(Protocol Data Unit) 내의 임의 접속 응답을 수신한다. RAR은 UL 동기화를 위한 타이밍 오프셋 정보를 나타내는 타이밍 어드밴스(timing advance, TA) 정보, UL 자원 할당 정보(UL 그랜트 정보), 임시 UE 식별자(예, temporary cell-RNTI, TC-RNTI) 등을 포함한다.

> 3. UE는 RAR 내의 자원 할당 정보(즉, 스케줄링 정보) 및 TA 값에 따라 UL 전송을 수행할 수 있다. RAR에 대응하는 UL 전송에는 HARQ가 적용된다. 따라서, UE는 UL 전송을 수행한 후, 상기 UL 전송에 대응하는 수신 응답 정보(예, PHICH)를 수신할 수 있다.

도 7은 무선자원제어(RRC) 계층에서의 연결 과정을 나타낸다.

도 7에 도시된 바와 같이 RRC 연결 여부에 따라 RRC 상태가 나타나 있다. 상기 RRC 상태란 UE의 RRC 계층의 엔티티(entity)가 eNB의 RRC 계층의 엔티티와 논리적 연결(logical connection)이 되어 있는가 아닌가를 말하며, 연결되어 있는 경우는 RRC 연결 상태(connected state)라고 하고, 연결되어 있지 않은 상태를 RRC 휴지 상태(idle state)라고 부른다.

상기 연결 상태(Connected state)의 UE는 RRC 연결(connection)이 존재하기 때문에 E-UTRAN은 해당 UE의 존재를 셀 단위에서 파악할 수 있으며, 따라서 UE를 효과적으로 제어할 수 있다. 반면에 휴지 모드(idle state)의 UE는 eNB가 파악할 수는 없으며, 셀 보다 더 큰 지역 단위인 트래킹 지역(tracking area) 단위로 코어 네트워크가 관리한다. 상기 트래킹 지역은 셀들의 집합단위이다. 즉, 휴지 모드(idle state) UE는 큰 지역 단위로 존재여부만 파악되며, 음성이나 데이터와 같은 통상의 이동통신 서비스를 받기 위해서는 UE는 연결 상태(connected state)로 천이해야 한다.

사용자가 UE의 전원을 맨 처음 켰을 때, 상기 UE는 먼저 적절한 셀을 탐색한 후 해당 셀에서 RRC_IDLE에 머무른다. RRC_IDLE에 머물러 있던 UE는 RRC 연결을 맺을 필요가 있을 때 비로소 RRC 연결 과정(RRC connection procedure)을 통해 eNB의 RRC 계층과 RRC 연결을 맺고 RRC 연결 상태(RRC_CONNECTED)로 천이한다.

RRC_IDLE에 있던 UE가 RRC 연결을 맺을 필요가 있는 경우는 여러 가지가 있는데, 예를 들어 사용자의 통화 시도 또는 상향 데이터 전송 등이 필요하다거나, 아니면 EUTRAN으로부터 페이징 메시지를 수신한 경우 이에 대한 응답 메시지 전송 등을 들 수 있다.

RRC_IDLE의 UE(UE in RRC_IDLE)가 상기 eNB와 RRC 연결을 맺기 위해서는 상기한 바와 같이 RRC 연결 과정(RRC connection procedure)을 진행해야 한다. RRC 연결 과정은 크게, UE가 eNB로 RRC 연결 요청(RRC connection request) 메시지 전송하는 과정, eNB가 UE로 RRC 연결 설정(RRC connection setup) 메시지를 전송하는 과정, 그리고 UE가 eNB로 RRC 연결 설정 완료(RRC connection setup complete) 메시지를 전송하는 과정을 포함한다.

> 1. RRC_IDLE의 UE는 통화 시도, 데이터 전송 시도, 또는 eNB의 페이징에 대한 응답 등의 이유로 RRC 연결을 맺고자 할 경우, 먼저 상기 UE는 RRC 연결 요청(RRC connection request) 메시지를 eNB로 전송한다.

> 2. 상기 UE로부터 RRC 연결 요청 메시지를 수신하면, 상기 eNB는 무선 자원이 충분한 경우에는 상기 UE의 RRC 연결 요청을 수락하고, 응답 메시지인 RRC 연결 설정(RRC connection setup) 메시지를 상기 UE로 전송한다.

> 3. 상기 UE가 상기 RRC 연결 설정 메시지를 수신하면, 상기 eNB로 RRC 연결 설정 완료(RRC connection setup complete) 메시지를 전송한다.

상기 UE가 RRC 연결 설정 메시지를 성공적으로 전송하면, 비로소 상기 UE는 eNB과 RRC 연결을 맺게 되고 RRC_CONNECTED 모드로 천이한다.

현재 3GPP에서는 EPC 이후의 차세대 이동 통신 시스템, 즉, 5G 시스템에 대한 스터디를 진행 중에 있다. 5G 시스템은 4세대 LTE 이동 통신 기술로부터 진보된 기술로서 기존 이동통신망 구조의 개선(evolution) 혹은 클린-스테이트(clean-state) 구조를 통해 새로운 무선 접속 기술(radio access technology, RAT), eLTE, 비-3GPP(예를 들어, WLAN) 접속 등을 지원한다.

도 8은 5G 시스템 아키텍쳐를 예시한 것이다. 특히 도 8(a)는 참조 포인트 표현을 이용한 5G 시스템 아키텍쳐를 예시한 것이고, 도 8(b)는 서비스-기반 표현을 이용한 5G 시스템 아키텍쳐를 예시한 것이다. 5G 시스템 아키텍처는 서비스-기반으로 정의되며, 네트워크 기능(network function, NF)들 간 상호작용(interaction)은 2가지 방법으로 정의된다.

> 참조 포인트 표현(도 8(a) 참조): 이는 2개 네트워크 기능들(예, AMF 및 SMF) 간 포인트-to-포인트 참조 포인트(예, N11)에 의해 설명되는 네트워크 기능들 내 NF 서비스들 간에 존재하는 상호작용을 보여준다.

> 서비스-기반 표현(representation)(도 8(b)): 여기서 제어 평면 내 네트워크 기능들(예, AMF)은 다른 공인된(authorized) 네트워크 기능들이 자신의 서비스들에 접속하는 것을 가능화(enable)한다. 이 표현은 필요한 경우 포인트-to-포인트 참조 포인트도 포함한다.

도 8(a)를 참조하면, 5G 시스템 아키텍쳐는 다양한 네트워크 기능(network function, NF)들로 구성된다. 5G 시스템 아키텍쳐를 이루는 NF들에는, 예를 들어, 인증 서버 기능(Authentication Server Function, AUSF), 접속 및 이동성 관리 기능(Access and Mobility Management Function, AMF), 데이터 네트워크(Data Network, DN), 정책 제어 기능(Policy Control Function, PCF), 세션 관리 기능(Session Management Function, SMF), 통합된 데이터 관리(Unified Data Management, UDM), 사용자 평면 기능(User Plane Function, UPF), 사용자기기(User Equipment, UE), (무선) 접속 네트워크((Radio) Access Network, (R)AN) 등이 있다.

5G 시스템의 NF들 중 AMF는 예를 들어 다음 기능성을 포함한다: RAN CP 인터페이스(즉, N2 인터페이스)의 종결(termination), NAS의 종결(N1), NAS 암호화 및 무결성 보호(ciphering and integrity protection), AS 보안 제어, 등록(registration) 관리(예, 등록 영역 관리), 연결 관리, IDLE 모드 UE 도달가능성(reachability) 관리, 이동성(mobility) 관리(예, 페이징 재전송의 수행 및 제어 포함), 이동성 관리 제어(예, 가입 및 정책), 인트라-시스템 이동성 및 인터-시스템 이동성 지원, 네트워크 슬라이싱(network slicing)의 지원, SMF 선택, (AMF 이벤트 및 합법적 감청(lawful intercept, LI) 시스템으로의 인터페이스에 대한) 합법적 감청(lawful intercept), UE와 SMF 간 세션 관리(session management, SM) 메시지들을 위한 수송(transport)을 제공, 접속 인증(access authentication), 로밍 권한 체크를 포함한 접속 허가(authorization), UE와 SMSF 간 SMS 메시지의 수송 제공, 보안 앵커 기능(security anchor function, SEAF), 보안 컨텍스트 관리(security context management, SCM) 등. EPS와의 인터워킹을 위한 EPS 베어러 ID 할당 등. AMF의 일부 또는 전체 기능들은 하나의 AMF의 단일 인스턴스 내에서 지원될 수 있다.

5G 시스템의 NF들 중 DN은 예를 들어, 운영자 서비스, 인터넷 접속 또는 제3자(3rd party) 서비스 등을 의미한다. DN은 UPF로 하향링크 프로토콜 데이터 유닛(protocol data unit, PDU)을 전송하거나, UE로부터 전송된 PDU를 UPF로부터 수신한다.

PCF는 어플리케이션 서버로부터 패킷 흐름에 대한 정보를 수신하여, 이동성 관리, 세션 관리 등의 정책을 결정하는 기능을 제공한다. 구체적으로, PCF는 네트워크 동작을 통제하기 위한 단일화된 정책 프레임워크 지원, 제어 평면(control plane, CP) 기능(들)(예를 들어, AMF, SMF 등)이 정책 규칙을 시행할 수 있도록 정책 규칙 제공, 사용자 데이터 저장소(user data repository, UDR) 내 정책 결정을 위해 관련된 가입 접속하기 위한 프론트 엔드(front end) 구현 등의 기능을 지원한다.

SMF는 세션 관리 기능을 제공하며, UE가 다수 개의 세션을 가지는 경우 각 세션별로 서로 다른 SMF에 의해 관리될 수 있다. 구체적으로, SMF는 세션 관리(예, UPF와 접속 네트워크(access network, AN) 노드 간의 터널(tunnel) 유지를 포함하여 세션 수립(establishment), 수정(modification) 및 해제(release)), UE IP 주소 할당 및 관리(선택적으로 인증 포함), 사용자 평면(user plane, UP) 기능의 선택 및 제어, UPF에서 트래픽을 적절한 목적지로 라우팅하기 위한 트래픽 스티어링(traffic steering) 설정, 정책 제어 기능(policy control function)들을 향한 인터페이스의 종결(termination), 정책 및 QoS의 제어 부분 시행, )(SM 이벤트 및 LI 시스템으로의 인터페이스에 대한) 합법적 감청(lawful intercept, NAS 메시지의 SM 부분의 종단, 하향링크 데이터 통지(downlink data notification, DDN), AN 특정 SM 정보의 개시자(AMF를 경유하여 N2를 통해 AN에게 수송), 세션의 SSC 모드 결정, 로밍 기능 등의 기능을 지원한다. SMF의 일부 또는 전체의 기능들은 하나의 SMF의 단일 인스턴스(instance) 내에서 지원될 수 있다.

UDM은 사용자의 가입 데이터, 정책 데이터 등을 저장한다. UDM은 2개의 부분, 즉, 어플리케이션 프론트 엔드(front end, FE) 및 사용자 데이터 저장소(user data repository, UDR)를 포함한다. FE는 위치 관리, 가입 관리, 자격 증명(credential)의 처리 등을 담당하는 UDM FE와 정책 제어를 담당하는 PCF를 포함한다. UDR은 UDM-FE에 의해 제공되는 기능들을 위해 요구되는 데이터와 PCF에 의해 요구되는 정책 프로파일을 저장한다. UDR 내 저장되는 데이터는 가입 식별자, 보안 자격 증명(security credential), 접속 및 이동성 관련 가입 데이터 및 세션 관련 가입 데이터를 포함하는 사용자 가입 데이터와 정책 데이터를 포함한다. UDM-FE는 UDR에 저장된 가입 정보에 접속하고, 인증 자격 증명 처리(authentication credential processing), 사용자 식별자 핸들링(user identification handling), 접속 인증, 등록/이동성 관리, 가입 관리, SMS 관리 등의 기능을 지원한다.

UPF는 DN으로부터 수신한 하향링크 PDU를 (R)AN을 경유하여 UE에게 전달하며, (R)AN을 경유하여 UE로부터 수신한 상향링크 PDU를 DN으로 전달한다. 구체적으로, UPF는 인트라(intra)-RAT/인터(inter)-RAT 이동성을 위한 앵커 포인트, 데이터 네트워크(data network)로의 상호연결(interconnect)의 외부 PDU 세션 포인트, 패킷 라우팅 및 포워딩, 패킷 검사(inspection) 및 정책 규칙 시행의 사용자 평면 부분, 합법적 감청(lawful intercept), 트래픽 사용량 보고, 데이터 네트워크로의 트래픽 플로우의 라우팅을 지원하기 위한 상향링크 분류자(classifier), 멀티-홈(multi-homed) PDU 세션을 지원하기 위한 브랜치 포인트(branching point), 사용자 평면을 위한 QoS 핸들링(handling)(예를 들어 패킷 필터링, 게이팅(gating), 상향링크/하향링크 레이트 시행), 상향링크 트래픽 검증 (서비스 데이터 플로우(service data flow, SDF)와 QoS 플로우 간 SDF 매핑), 상향링크 및 하향링크 내 수송 레벨(transport level) 패킷 마킹, 하향링크 패킷 버퍼링 및 하향링크 데이터 통지 트리거링 기능 등의 기능을 지원한다. UPF의 일부 또는 전체의 기능들은 하나의 UPF의 단일 인스턴스(instance) 내에서 지원될 수 있다.

gNB는 무선 자원 관리를 위한 기능들(즉, 무선 베어러 제어(radio bearer control), 무선 허락 제어(radio admission control), 연결 이동성 제어(connection mobility control), 상향링크/하향링크에서 UE에게 자원의 동적 할당(dynamic allocation of resources)(즉, 스케줄링)), IP(Internet Protocol) 헤더 압축, 사용자 데이터 스트림의 암호화(encryption) 및 무결성 보호(integrity protection), UE에게 제공된 정보로부터 AMF로의 라우팅이 결정되지 않는 경우, UE의 어태치(attachment) 시 AMF의 선택, UPF(들)로의 사용자 평면 데이터 라우팅, AMF로의 제어 평면 정보 라우팅, 연결 셋업 및 해제, 페이징 메시지의 스케줄링 및 전송(AMF로부터 발생된), (AMF 또는 운영 및 유지(operating and maintenance, O&M)로부터 발생된) 시스템 브로드캐스트 정보의 스케줄링 및 전송, 이동성 및 스케줄링을 위한 측정 및 측정 보고 설정, 상향링크에서 수송 레벨 패킷 마킹(transport level packet marking), 세션 관리, 네트워크 슬라이싱(network slicing)의 지원, QoS 흐름 관리 및 데이터 무선 베어러로의 매핑, 비활성 모드(inactive mode)인 UE의 지원, NAS 메시지의 분배 기능, NAS 노드 선택 기능, 무선 접속 네트워크 공유, 이중 연결성(dual connectivity), NR과 E-UTRA 간의 밀접한 상호동작(tight interworking) 등의 기능을 지원한다.

도 8(a)에서는 설명의 편의 상 UE가 하나의 PDU 세션을 이용하여 하나의 DN에 접속하는 경우에 대한 참조 모델을 예시하나 이에 한정되지 않는다. UE는 다수의 PDU 세션을 이용하여 2개 데이터 네트워크(예, 지역(local) DN 및 중심(central) DN)에 동시에 접속할 수 있다. 이때, 서로 다른 PDU 세션을 위해 2개의 SMF들이 선택될 수 있다. 다만, 각 SMF는 PDU 세션 내 지역 UPF 및 중심 UPF를 모두 제어할 수 있는 능력을 가질 수 있다. 또한, UE는 단일 PDU 세션 내에서 제공되는 2개 데이터 네트워크(예, 지역(local) DN 및 중심(central) DN)에 동시에 접속할 수도 있다.

3GPP 시스템에서는 5G 시스템 내 NF들 간을 연결하는 개념적인 링크를 참조 포인트(reference point)라고 정의한다. 다음은 도 8(a)과 같이 표현된 5G 시스템 아키텍처에 포함되는 참조 포인트들을 예시한 것이다.

- N1: UE와 AMF 간의 참조 포인트.

- N2: (R)AN과 AMF 간의 참조 포인트.

- N3: (R)AN과 UPF 간의 참조 포인트.

- N4: SMF와 UPF 간의 참조 포인트.

- N5: PCF와 AF 간의 참조 포인트.

- N6: UPF와 데이터 네트워크 간의 참조 포인트.

- N7: SMF와 PCF 간의 참조 포인트.

- N7r: 방문 네트워크(visited network) 내 PCF와 홈 네트워크(home network) 내 PCF 간의 참조 포인트.

- N8: UDM과 AMF 간의 참조 포인트.

- N9: 2개의 코어 UPF들 간의 참조 포인트.

- N10: UDM과 SMF 간의 참조 포인트.

- N11: AMF와 SMF 간의 참조 포인트.

- N12: AMF와 AUSF 간의 참조 포인트.

- N13: UDM과 인증 서버 기능(AUSF: Authentication Server function) 간의 참조 포인트.

- N14: 2개의 AMF들 간의 참조 포인트.

- N15: 비-로밍 시나리오의 경우, PCF와 AMF 간의 참조 포인트, 로밍 시나리오의 경우 방문 네트워크(visited network) 내 PCF와 AMF 간의 참조 포인트.

- N16: 2개의 SMF들 간의 참조 포인트 (로밍 시나리오의 경우, 방문 네트워크(visited network) 내 SMF와 홈 네트워크(home network) 내 SMF 간의 참조 포인트).

- N17: AMF와 EIR 간의 참조 포인트.

- N18: 어떠한 NF와 UDSF 간의 참조 포인트.

- N19: NEF와 SDSF 간의 참조 포인트.

도 8(b)에 예시된 서비스-기반 인터페이스는 소정의 NF에 의해 제공되는/노출되는 서비스의 세트를 나타낸다. 다음은 도 8(a)와 같이 표현된 5G 시스템 아키텍처에 포함되는 서비스-기반 인터페이스들을 예시한 것이다.

- Namf: AMF에 의해 공개된(exhibited) 서비스-기반 인터페이스.

- Nsmf: SMF에 의해 공개된(exhibited) 서비스-기반 인터페이스.

- Nnef: NEF에 의해 공개된(exhibited) 서비스-기반 인터페이스.

- Npcf: PCF에 의해 공개된(exhibited) 서비스-기반 인터페이스.

- Nudm: UDM에 의해 공개된(exhibited) 서비스-기반 인터페이스.

- Naf: AF에 의해 공개된(exhibited) 서비스-기반 인터페이스.

- Nnrf: NRF에 의해 공개된(exhibited) 서비스-기반 인터페이스.

- Nausf: AUSF에 의해 공개된(exhibited) 서비스-기반 인터페이스.

NF 서비스는 NF(즉, NF 서비스 공급자)에 의해 다른 NF(즉, NF 서비스 소비자)에게 서비스-기반 인터페이스를 통해 노출되는 능력의 일종이다. NF는 하나 이상의 NF 서비스(들)을 노출할 수 있다. NF 서비스를 정의하기 위하여 다음과 같은 기준이 적용된다:

- NF 서비스들은 종단-to-종단(end-to-end) 기능을 설명하기 위한 정보 흐름으로부터 도출된다.

- 완전한 종단-to-종단(end-to-end) 메시지 흐름은 NF 서비스 호출(invocation)의 시퀀스에 의해 설명된다.

- NF(들)이 자신들의 서비스를 서비스-기반 인터페이스를 통해 제공하는 2가지의 동작은 다음과 같다:

i) "요청-응답(Request-response)": 제어 평면 NF_B(즉, NF 서비스 공급자)는 또 다른 제어 평면 NF_A(즉, NF 서비스 소비자)로부터 특정 NF 서비스(동작의 수행 및/또는 정보의 제공을 포함)의 제공을 요청 받는다. NF_B는 요청 내에서 NF_A에 의해 제공된 정보에 기반한 NF 서비스 결과를 응답한다.

요청을 충족시키기 위하여, NF_B는 교대로 다른 NF(들)로부터의 NF 서비스를 소비할 수 있다. 요청-응답 메커니즘에서, 통신은 두 개의 NF들(즉, 소비자 및 공급자) 간의 일대일로 수행된다.

ii) "가입-통지(Subscribe-Notify)"

제어 평면 NF_A(즉, NF 서비스 소비자)는 또 다른 제어 평면 NF_B(즉, NF 서비스 공급자)에 의해 제공되는 NF 서비스에 가입한다. 다수의 제어 평면 NF(들)은 동일한 제어 평면 NF 서비스에 가입할 수 있다. NF_B는 이 NF 서비스의 결과를 이 NF 서비스에 가입된 관심있는 NF(들)에게 통지한다. 소비자로부터 가입 요청은 주기적인 갱신 또는 특정 이벤트(예를 들어, 요청된 정보의 변경, 특정 임계치 도달 등)를 통해 트리거되는 통지를 위한 통지 요청을 포함할 수 있다. 이 메커니즘은 NF(들)(예를 들어, NF_B)이 명시적인 가입 요청없이 (예를 들어, 성공적인 등록 절차로 인하여) 암묵적으로 특정 통지에 가입한 경우도 포함한다.

도 8에 도시된 NF들 및 참조 포인트들에 대한 좀 더 자세한 사항은 3GPP TS 23.501을 참조한다.

도 9는 차세대 접속 네트워크(new generation access network, NG-RAN)의 아키텍쳐를 예시한 것이다.

도 9를 참조하면, NG-RAN(혹은 5G-RAN이라고 하기도 함)은 UE를 향한 사용자 평면 및 제어 평면 프로토콜의 종결을 제공하는, gNB(들) 및/또는 eNB(들)로 구성된다.

gNB(들) 간은 또한 gNB(들)과 5GC에 연결되는 eNB(들) 간은 Xn 인터페이스를 이용하여 상호 연결된다. gNB(들) 및 eNB(들)은 또한 5GC에 NG 인터페이스를 이용하여 연결되고, 구체적으로 NG-RAN과 5GC 간의 제어 평면 인터페이스인 NG-C 인터페이스(즉, N2 참조 포인트)를 이용하여 AMF에 연결되고, NG-RAN과 5GC 간의 사용자 평면 인터페이스인 NG-U 인터페이스(즉, N3 참조 포인트)를 이용하여 UPF에 연결된다.

도 10은 차세대 무선 통신 시스템의 프로토콜 스택들을 예시한 것이다. 특히, 도 10(a)는 UE와 gNB 간의 무선 인터페이스 사용자 평면 프로토콜 스택을 예시하고, 도 10(b)는 UE와 gNB 간의 무선 인터페이스 제어 평면 프로토콜 스택을 예시한다.

제어 평면은 UE와 네트워크가 호(call)를 관리하기 위해서 이용하는 제어 메시지들이 전송되는 통로를 의미한다. 사용자 평면은 어플리케이션 계층에서 생성된 데이터, 예를 들어, 음성 데이터 또는 인터넷 패킷 데이터 등이 전송되는 통로를 의미한다.

도 10(a)를 참조하면, 사용자 평면 프로토콜 스택은 제1 계층(Layer 1)(즉, 물리(physical layer, PHY) 계층), 제2 계층(Layer 2)으로 나뉠될 수 있다.

도 10(b)를 참조하면, 제어 평면 프로토콜 스택은 제1 계층(즉, PHY 계층), 제2 계층, 제3 계층(예, 무선 자원 제어 무선 자원 제어(radio resource control, RRC) 계층), 비-접속 층(non-access stratum, NAS) 계층으로 나뉠 수 있다.

제2 계층은 매체 접속 제어(medium access control, MAC) 서브계층, 무선 링크 제어(radio link control, RLC) 서브계층, 패킷 데이터 컨버전스 프로토콜(packet data convergence protocol, PDCP) 서브계층을 포함하며, 사용자 평면의 경우에는 서비스 데이터 적응 프로토콜(service data adaptation protocol, SDAP) 서브계층을 더 포함한다.

무선 베어러는 다음 2가지로 분류된다: 사용자 평면 데이터를 위한 데이터 무선 베어러(data radio bearer, DRB)과 제어 평면 데이터를 위한 시그널링 무선 베어러(signalling radio bearer, SRB).

이하, 무선 프로토콜의 제어 평면과 사용자 평면의 각 계층을 설명한다.

제1 계층인 PHY 계층은 물리 채널(physical channel)을 사용함으로써 상위 계층으로의 정보 송신 서비스(information transfer service)를 제공한다. 물리 계층은 상위 레벨에 위치한 MAC 서브계층으로 전송 채널(transport channel)을 통하여 연결되고, 전송 채널을 통하여 MAC 서브계층과 PHY 계층 사이에서 데이터가 전송된다. 전송 채널은 무선 인터페이스를 통해 데이터가 어떻게 어떤 특징으로 전송되는가에 따라 분류된다. 그리고, 서로 다른 물리 계층 사이, 전송단의 PHY 계층과 수신단의 PHY 계층 간에는 물리 채널(physical channel)을 통해 데이터가 전송된다.

MAC 서브계층은 논리 채널(logical channel)과 전송 채널(transport channel) 간의 매핑; 전송 채널을 통해 PHY 계층으로/으로부터 전달되는 전송 블록(transport block, TB)으로/으로부터 하나 또는 상이한 논리 채널에 속한 MAC 서비스 데이터 유닛(service data unit, SDU)의 다중화(multiplexing)/역다중화(demultiplexing); 스케줄링 정보 보고; HARQ(hybrid automatic repeat request)를 통한 에러 정정; 동적(dynamic) 스케줄링을 이용한 UE들 간의 우선순위 핸들링; 논리 채널 우선순위를 이용하여 하나의 UE의 논리 채널들 간의 우선순위 핸들링; 패딩(padding)을 수행한다. 서로 다른 종류의 데이터는 MAC 서브계층에 의해 제공되는 서비스를 전달한다. 각 논리 채널 타입은 어떠한 타입의 정보가 전달되는지를 정의한다. 논리 채널은 2가지의 그룹으로 분류된다: 제어 채널(control channel) 및 트래픽 채널(traffic channel).

제어 채널은 제어 평면 정보만을 전달하기 위하여 사용되며 다음과 같다.

- 브로드캐스트 제어 채널(broadcast control channel, BCCH): 시스템 제어 정보를 브로드캐스팅하기 위한 하향링크 채널.

- 페이징 제어 채널(paging control channel, PCCH): 페이징 정보 및 시스템 정보 변경 통지를 전달하는 하향링크 채널.

- 공통 제어 채널(common control channel, CCCH): UE와 네트워크 간의 제어 정보를 전송하기 위한 채널. 이 채널은 네트워크와 RRC 연결을 가지지 않는 UE들을 위해 사용된다.

- 전용 제어 채널(dedicated control channel, DCCH): UE와 네트워크 간에 전용 제어 정보를 전송하기 위한 포인트-to-포인트(point-to-point) 쌍방향 채널. RRC 연결을 가지는 UE에 의해 사용된다.

트래픽 채널은 사용자 평면 정보만을 사용하기 위하여 사용된다:

- 전용 트래픽 채널(dedicated traffic channel, DTCH): 사용자 정보를 전달하기 위한, 단일의 UE에게 전용되는, 포인트-to-포인트 채널. DTCH는 상향링크 및 하향링크 모두 존재할 수 있다.

하향링크에서, 논리 채널과 전송 채널 간의 연결은 다음과 같다. BCCH는 BCH에 매핑될 수 있다. BCCH는 DL-SCH에 매핑될 수 있다. PCCH는 PCH에 매핑될 수 있다. CCCH는 DL-SCH에 매핑될 수 있다. DCCH는 DL-SCH에 매핑될 수 있다. DTCH는 DL-SCH에 매핑될 수 있다.

상향링크에서, 논리 채널과 전송 채널 간의 연결은 다음과 같다. CCCH는 UL-SCH에 매핑될 수 있다. DCCH는 UL- SCH에 매핑될 수 있다. DTCH는 UL-SCH에 매핑될 수 있다.

RLC 서브계층은 3가지의 전송 모드를 지원한다: 트랜트패런트 모드(TM: Transparent Mode), 비확인 모드(UM: Unacknowledged Mode), 확인 모드(AM: Acknowledged Mode). RLC 설정은 논리 채널 별로 적용될 수 있다. SRB의 경우 TM 또는 AM 모드가 이용되고, 반면 DRB의 경우 UM 또는 AM 모드가 이용된다. RLC 서브계층은 상위 계층 PDU의 전달; PDCP와 독립적인 시퀀스 넘버링; ARQ(automatic repeat request)를 통한 에러 정정; 분할(segmentation) 및 재-분할(re-segmentation); SDU의 재결합(reassembly); RLC SDU 폐기(discard); RLC 재-수립(re-establishment)을 수행한다.

사용자 평면을 위한 PDCP 서브계층은 시퀀스 넘버링(sequence numbering); 헤더 압축 및 압축-해제(decompression)(강인한 헤더 압축(robust header compression, RoHC)의 경우만); 사용자 데이터 전달; (PDCP 보다 상위의 계층으로 전달이 요구되는 경우) 재배열(reordering) 및 복제 검출(duplicate detection); (스플릿 베어러(split bearer)의 경우) PDCP PDU 라우팅; PDCP SDU의 재전송; 암호화(ciphering) 및 해독화(deciphering); PDCP SDU 폐기; RLC AM를 위한 PDCP 재-확립 및 데이터 복구(recovery); PDCP PDU의 복제를 수행한다. 제어 평면을 위한 PDCP 서브계층은 추가적으로 시퀀스 넘버링; 암호화(ciphering), 해독화(deciphering) 및 무결성 보호(integrity protection); 제어 평면 데이터 전달; 복제 검출; PDCP PDU의 복제를 수행한다. RRC에 의해 무선 베어러를 위한 복제(duplication)가 설정될 때, 복제된 PDCP PDU(들)을 제어하기 위하여 추가적인 RLC 엔티티 및 추가적인 논리 채널이 무선 베어러에 추가된다. PDCP에서 복제는 동일한 PDCP PDU(들)을 2번 전송하는 것을 포함한다. 한번은 원래의 RLC 엔티티에게 전달되고, 두 번째는 추가적인 RLC 엔티티에게 전달된다. 이때, 원래의 PDCP PDU 및 해당 복제본은 동일한 전송 블록(transport block)에 전송되지 않는다. 서로 다른 2개의 논리 채널이 동일한 MAC 엔티티에 속할 수도 있으며(CA의 경우) 또는 서로 다른 MAC 엔티티에 속할 수도 있다(DC의 경우). 전자의 경우, 원래의 PDCP PDU와 해당 복제본이 동일한 전송 블록(transport block)에 전송되지 않도록 보장하기 위하여 논리 채널 매핑 제한이 사용된다.

SDAP 서브계층은 i) QoS 흐름과 데이터 무선 베어러 간의 매핑, ii) 하향링크 및 상향링크 패킷 내 QoS 흐름 식별자(ID) 마킹을 수행한다. SDAP의 단일의 프로토콜 엔티티가 각 개별적인 PDU 세션 별로 설정되나, 예외적으로 이중 연결성(dual connectivity, DC)의 경우 2개의 SDAP 엔티티가 설정될 수 있다.

RRC 서브계층은 접속 층(access stratum, AS) 및 비-접속 층(non-access stratum, NAS)과 관련된 시스템 정보의 브로드캐스트; 5GC 또는 NG-RAN에 의해 개시된 페이징(paging); UE와 NG-RAN 간의 RRC 연결의 수립, 유지 및 해제(추가적으로, 반송파 집성(carrier aggregation)의 수정 및 해제를 포함하고, 또한, 추가적으로, E-UTRAN과 NR 간에 또는 NR 내에서의 DC의 수정 및 해제를 포함함); 키 관리를 포함한 보안 기능; SRB(들) 및 DRB(들)의 수립, 설정, 유지 및 해제; 핸드오버 및 컨텍스트 전달; UE 셀 선택 및 재해제 및 셀 선택/재선택의 제어; RAT 간 이동성을 포함하는 이동성 기능; QoS 관리 기능, UE 측정 보고 및 보고 제어; 무선 링크 실패의 검출 및 무선 링크 실패로부터 회복; NAS로부터 UE로의 NAS 메시지 전달 및 UE로부터 NAS로의 NAS 메시지 전달을 수행한다.

종래 LTE 시스템에서 UE가 접속 네트워크 상에서 RRC_IDLE 상태이면 코어 네트워크에서는 ECM_IDLE 상태에 있으며, 접속 네트워크 상에서 RRC_CONNECTED 상태이면 코어 네트워크 상에서는 ECM_CONNECTED 상태에 있게 된다. 다시 말해, 종래 LTE 시스템에서, RRC_IDLE인 UE(UE in RRC_IDLE)는 곧 ECM_IDLE인 UE이며, RRC_CONNECTED UE는 곧 ECM_CONNECTED인 UE(UE in ECM_CONNECTED)이다. IDLE인 UE의 경우, (S1-MME에 걸친) 논리(logical) S1-AP(S1 Application Protocol) 시그널링 연결 및 상기 UE를 위한 (S1-U 내) 모든 S1 베어러들이 없다. IDLE인 UE의 경우, 네트워크의 관점에서 제어 평면에서는 상기 UE와의 S1 시그널링 및 RRC 연결들이 그리고 사용자 평면에서는 상기 UE와의 하향링크 S1 베어러 및 데이터 무선 베어러(data radio bearer, DRB)이 수립되지 않았거나 해제되어 있다. IDLE인 UE의 관점에서 IDLE 상태는 제어 평면 및 사용자 평면 각각에서 자신의 RRC 연결 및 DRB를 없다는 것을 의미한다. 예를 들어, 연결 해제 과정을 통해 연결이 일단(once) 해제되면 UE와 MME 간의 ECM 연결이 해제되고, 상기 UE와 연관된 모든 컨텍스트들이 eNB에서 삭제된다. 그리고 나서, 상기 UE는 상기 UE 및 상기 MME에서는 ECM_CONNECTED 상태로부터 ECM_IDLE 상태로 천이하며, 상기 UE 및 상기 eNB에서는 RRC_CONNECTED 상태로부터 ECM_IDLE 상태로 천이한다. 이 때문에 UE에 대한 연결 제어가 언제나 코어 네트워크에 의해 수행되어야 하며, UE에 대한 페이징도 코어 네트워크에 의해 개시 및 관리되어야 한다. 따라서 UE와 네트워크 간 트래픽 수송이 지연될 수 있다. 또한, RRC_IDLE의 UE가 트래픽을 전송하고자 하는 경우 혹은 네트워크가 RRC_IDLE의 UE에게 트래픽을 전송하고자 하는 경우, 서비스 요청 과정을 통해 UE가 RRC_CONNECTED로 천이하는데, 이 서비스 요청 과정은 다양한 메시지 교환을 수반한다. 이 때문에 UE와 네트워크 간 트래픽 수송이 지연될 수 있다.

RRC_IDLE과 RRC_CONNECTED 간 천이 과정에서 발생하는 지연을 줄이기 위해 LTE-A 시스템에 RRC_INACTIVE 상태를 도입하자는 논의가 있었고, 5G 시스템에서도 RRC_INACTIVE 상태를 지원하는 것이 고려되고 있다. 예를 들어, 5G 시스템의 RRC 계층은 다음과 같은 특성을 갖는 3가지 상태를 지원할 수 있다(3GPP TR 38.804 V0.7.0 참조).

* RRC_IDLE

- 셀 재-선택 이동성;

- 모바일 종결 데이터(mobile terminated data)를 위한 페이징이 코어 네트워크(예, 5GC)에 의해 개시된다;

- 페이징 영역이 코어 네트워크(core network, CN)에 의해 관리된다.

* RRC_INACTIVE:

- 셀 재-선택 이동성;

- CN - NR RAN 연결(제어 평면 및 사용자 평면 둘 다)이 UE에 대해 수립(establish)되었다;

- UE 접속 층(access stratum, AS) 컨텍스트가 적어도 하나의 gNB 및 상기 UE에 저장되어 있다;

- 페이징이 NR RAN에 의해 개시된다;

- RAN-기반 통지(notification) 영역이 NR RAN에 의해 관리된다;

- NR RAN이 상기 UE가 속한 상기 RAN-기반 통지 영역을 안다;

* RRC_CONNECTED:

- UE가 NR RRC 연결을 갖는다;

- 상기 UE가 NR에 AS 컨텍스트를 갖는다;

- NR RAN이 UE가 속한 셀을 안다;

- 상기 UE로의/로부터의 유니캐스트 데이터의 전달(transfer);

- NR 내 및 E-UTRAN으로의/로부터의 네트워크 제어 이동성(network controlled mobility), 즉, 핸드오버.

도 11은 차세대 무선 통신 시스템의 UE 상태 천이들을 예시한 것이다. UE는 한 번에 하나의 RRC 상태만 갖는다.

도 11을 참조하면, 다음의 상태 천이들이 RRC 상태들 간에 지원된다: "연결 셋업" 과정(예, 요청, 셋업, 완료)을 따라(following), RRC_IDLE로부터 RRC_CONNECTED로; (적어도) "연결 해제" 과정을 따라, RRC_CONNECTED로부터 RRC_IDLE로; "연결 비활성화(connection inactivation)" 과정을 따라, RRC_CONNECTED로부터 RRC_INACTIVE로; "연결 활성화" 과정을 따라, RRC_INACTIVE로부터 RRC_CONNECTED로.

RRC_INACTIVE 상태에 있는 UE는 RAN-기반 통지 영역으로(with) 설정될 수 있고, 그 후에(whereupon): 통지 영역은 단일 혹은 다수 셀들을 커버할 수 있으며 CN 영역보다 작으며; UE는 상기 통지 영역의 경계들 내에 머무를 때에는 어떠한 "위치 갱신(location update)" 지시도 보내지 않으며; 상기 통지 영역을 떠나면 UE는 자신의 위치를 네트워크에 갱신한다.

4G 통신이 경우, UE가 EPS/LTE 시스템에 등록하기 위해서 그리고 등록 상태를 유지하기 위해 어태치 과정과 트랙킹 영역 갱신(tracking area update, TAU) 과정(3GPP TS 23.401 참조)을 수행한다. 5G 시스템에서는 기존 어태치 과정과 TAU 과정을 통합한 등록(registration) 과정(3GPP TS 23.502 참조)을 수행된다. 5G 시스템에서, 등록 관리(registration management, RM)는 UE/사용자를 네트워크에 등록 혹은 등록해제(deregister)하기 위해 사용되며 사용자 컨텍스트를 상기 네트워크에 수립(establish)한다. RM_DEREGISTRED 및 RM_REGISTERED의 2가지 RM 상태들이 UE와 AMF에서 사용되어, 선택된 PLMN 내 상기 UE의 등록 상태를 반영한다. 연결 관리(connection management, CM)는 UE와 AMF 간의 시그널링 연결을 수립 또는 해제(release)하기 위해 사용된다. CM은 N1 상에서(over) UE와 AMF 간 시그널링 연결을 수립(establishment) 및 해제(release)하는 기능들을 포함한다. 이러한 시그널링 연결은 UE와 코어 네트워크 간 NAS 시그널링 교환(exchange)를 가능하게 하기 위해 사용되며, UE와 AN 간 AN 시그널링 연결(예, 3GPP 접속 상에서 RRC 연결) 및 AN과 AMF 간 이 UE를 위한 N2 연결을 포함한다. UE의 AMF와의 NAS 시그널링 연결성(connectivity)을 반영하기 위해 2가지 연결 관리(connection management, CM) 상태들이 사용된다: CM_IDLE 및 CM_CONNECTED. CM_IDLE은 LTE(즉, 4G) 시스템의 ECM_IDLE과 유사 혹은 대응하는 상태라 할 수 있다. CM_CONNECTED는 종래 LTE 시스템의 ECM_CONNECTED와 유사 혹은 대응하는 상태이다. CM_IDLE 상태인 UE는 N1 상에서(over) AMF와 수립된 아무런 NAS 시그널링 연결이 없으며, CM_IDLE 상태인 UE에 대해서는 아무런 AN 시그널링 연결, N2 연결 및 N3 연결이 없다. AMF는 N2 연결이 UE를 위해 AN과 AMF 사이에 수립될 해제될 때는 언제나(whenever) 상기 UE에 대해 CM_CONNECTED 상태로 진입(enter)한다. CM_CONNECTED 상태인 UE는 N1 상에서(over) AMF와의 NAS 시그널링 연결을 갖는다. NAS 시그널링 연결은 UE와 NG-RAN 사이에서는 RRC 연결을 그리고 AN과 3GPP 접속을 위한 AMF 사이에서는 NGAP UE 연관(association)을 사용한다. CM_CONNECTED 상태에서 UE는 AN 시그널링 연결이 해제될 때는 언제나(whenever) CM_IDLE 상태로 진입한다. AMF 내 UE CM 상태가 CM_CONNECTED일 때, 상기 AMF는 RRC_INACTIVE를 지원하지 않는 버전의 LTE 시스템의 경우에는 ECM_CONNECTED인 UE는 곧 RRC_CONNECTED인 UE였으나, CM_CONNECTED인 UE는 RRC_CONNECTED인 UE일 수도 있고 RRC_INACTIVE인 UE일 수도 있다.

RRC_INACTIVE인 UE의 경우 코어 네트워크 관점에서는 상기 UE가 마치 RRC_CONNECTED에 있는 것과 유사하여 코어 네트워크가 수신한 데이터 및 시그널링이 상기 코어 네트워크로부터 RAN(예, gNB)에게 바로 전달(transfer)되지만, 상기 UE와 상기 RAN 사이에서는 상기 RAN이 상기 데이터/시그널링을 상기 UE에게 전달하기 위해서는 페이징 과정을 통해 상기 UE를 깨우고 상기 UE와 상기 RAN 간에 다시 연결을 수립하는 과정을 필요로 한다.

한편, 5G 시스템에서 도달 가능성(reachability) 관리는 UE가 도달 가능한지를 검출(detect)하고 상기 UE에 도달하기 위한 UE 위치(즉, 접속 노드)를 네트워크에게 제공하는 역할을 한다. 이는 UE를 페이징 하는 것 및 UE 위치 트랙킹하는 것에 의해 행해진다. 상기 UE 위치 트랙킹은 UE 등록 영역 트랙킹(즉, UE 등록 영역 갱신) 및 UE 도달가능성 트랙킹(즉, UE 주기적 등록 영역 갱신) 둘 다를 포함하다. 이러한 기능성들은 (CM_IDLE 상태의 경우에는) 5GC에 위치하거나 아니면 (CM_CONNECTD 상태의 경우에는) NG-RAN에 위치할 수 있다. UE와 AMF는 등록 절차 및 등록 갱신 절차 동안(during) CM_IDLE 상태를 위한 UE 도달가능성 특성들을 협상(negotiate)한다. 다음 2가지 UE 도달가능성 카테고리들이 CM_IDLE 상태를 위해 UE와 AMF 간에 협상된다.

1) UE가 CM_IDLE 상태인 동안(while) 착신(mobile terminated) 데이터를 허용하는 UE 도달가능성: UE 위치는 상기 네트워크에 의해 트랙킹 영역 리스트 입도(granularity)로 알려져 있다. 페이징 절차들이 이 카테고리에 적용된다. 발신(mobile originating) 및 착신(mobile terminated) 데이터가 이 카테고리에서 CM_CONNECED 및 CM_IDLE 상태 둘 다를 위해 적용된다.

2) 오직 모바일 개시 연결(mobile initiated connection only, MICO) 모드: 발신 데이터가 이 카테고리에서 CM_CONNECED 및 CM_IDLE 상태 둘 다를 위해 적용된다. 착신 데이터는 UE가 CM_CONNECTED 상태일 때만 지원된다. 다시 말해, MICO 모드에서는 CM_IDLE에서 착신 통신이 제한된다.

UE와 AMF는 CM_IDLE 상태일 때 MICO 모드를 활성화함으로써 UE의 전력 효율성 및 시그널링 효율성을 최적화할 수 있다. UE는 초기 등록 혹은 등록 갱신 절차 동안 MICO 모드에 대한 선호도(preference)를 지시할 수 있다. AMF는, 로컬 설정, 이용가능하면(if available) 예상 UE 행동(expected UE behavior), UE 지시 선호도(UE indicated preference)들, UE 가입 정보 및 네트워크 정책들, 또는 이들의 조합(combination)을 기초로, MICO 모드가 상기 UE에 대해 허용되는지를 결정하고 등록 절차 동안 이를 상기 UE에게 지시한다. 등록 절차 동안 상기 UE가 MICO에 대한 선호도를 지시하지 않으면, 상기 AMF는 이 UE에 대해 MICO 모드를 활성화하지 않는다. UE와 AMF가 매 이어지는(subsequent) 등록 절차마다 상기 MICO 모드를 재-협상한다. UE가 CM_CONNECTED에 있으면, AMF는 UE 설정 갱신 과정을 통해 등록 갱신을 트리거링함으로써 MICO 모드를 비활성화할 수 있다. AMF는 등록 절차 동안 등록 영역을 상기 UE에게 할당한다. 이동성 제약들이 MICO 모드의 UE에게 적용되면 AMF는 허용 또는 비-허용 영역을 상기 UE에게 할당할 필요가 있다. AMF가 MICO 모드를 UE에게 지시한 경우, 상기 AMF는 상기 AMF 내 UE CM 상태가 CM_IDLE인 동안에는 상기 UE가 항상 도달불가능(unreachable)하다고 간주한다. AMF는 MICO 모드이면서 UE CM 상태가 CM_IDLE인 UE에 대한 하향링크 데이터 배달(delivery)를 위한 어떠한 요청도 거절한다. MICO 모드의 UE는 착신 데이터 및 시그널링에 대해서 상기 UE가 CM_CONNECED에 있을 때만 도달 가능하다. MICO 모드에 있는 UE는 CM_IDLE에 있을 동안에는 페이징을 들을 필요가 없다. MICO 모드의 UE는, 다음 트리거들 중 하나로 인한 상기 UE가 CM_IDLE에서 CM_CONNECTED로의 천이를 개시할 때까지, CM_IDLE에서 어떠한 접속 층 절차들도 중단할 수 있다:

- 상기 UE 내 변경(change) (예, 설정(configuration)에서의 변경)이 네트워크와의 등록의 갱신을 요구(require)한다.

- 주기적 등록 타이머가 만료한다.

- 발신(mobile originated) 데이터 펜딩.

- 발신(mobile originated) 시그널링 펜딩(예, SM 절차가 개시됨).

서비스 요청(service request) 절차가 CM_IDLE 상태의 UE(UE in CM_IDLE state) 또는 5GC가 안전한 연결(secure connection)의 수립을 AMF에게 요청하기 위해 사용된다. UE가 CM_IDLE에 있을 때 그리고 CM_CONNECTED에 있을 때 둘 다에서, 서비스 요청 절차는 수립된 PDU 세션을 위한 사용자 평면 연결을 활성화(activate_하기 위해 사용되기도 한다. 서비스 요청 절차에는 상향링크 시그널링 메시지들, 사용자 데이터를 보내기 위해 혹은 네트워크 페이징 요청에 대한 응답으로서 CM_IDLE 상태의 UE가 개시하는 UE 트리거 서비스 요청(UE triggered service request) 절차와, 네트워크가 UE에게 신호(예, UE로의 N1 시그널링, 착신(mobile-terminated SMS), 착신 사용자 데이터(mobile terminating user data)를 배달(deliver)하기 위한 사용자 평면 연결 활성화)를 줄 필요가 있을 때 사용되는 네트워크 트리거 서비스 요청(network triggered service request) 절차가 있다.

도 12는 차세대 시스템에서의 네트워크 트리거 서비스 요청 절차를 예시한 것이다.

UE가 CM_IDLE 상태 또는 CM_CONNECTED 상태에 있으면, 네트워크는 네트워크 트리거 서비스 요청 절차를 개시(initiate)한다. UE가 CM_IDLE 상태에 있고 비동기식(asynchronous) 통신이 활성화되지 않은 경우, 네트워크는 (R)AN/UE로 페이징 요청을 보낸다. 페이징 요청은 UE에서의 서비스 요청 절차를 트리거한다. 비동기식 통신이 활성화되면, 네트워크는 수신된 메시지를 저장하고, UE가 CM_CONNECTED 상타에 진입할 때 (R)AN 및/또는 상기 UE에게 메시지를 포워드(forward)한다(즉, (R)AN 및/또는 UE와의 컨텍스트를 동기화한다).

도 12를 참조하여, 네트워크 트리거 서비스 요청 절차를 간략히 설명하면 다음과 같다.

> 1. UPF가 PDU 세션의 하향링크 데이터를 수신하고 상기 PDU 세션에 대해 상기 UPF에 저장된 (R)AN 터널 정보가 없는 경우, 상기 UPF가 이전에 버퍼링-오프(buffering-off)를 지시 받지 않았다면, 상기 UPF는 상기 하향링크 데이터를 버퍼링한다.

> 2a. UPF to SMF: (PDU 세션 ID를 포함하는) 데이터 통지.

> 2b. SMF to UPF: 데이터 통지 ACK.

> 3a. SMF to AMF: (UE(즉, 가입자) 영구(permanent) ID, PDU 세션 ID, N2 SM 정보(예, QoS 프로파일(들), CN N3 터널 정보 등) 등을 포함하는) N11 메시지. 상기 UE가 도달불가능하다고 상기 SMF가 이전에 통지 받지 않았으면, 데이터 통지 메시지의 수신 시, 상기 SMF는 AMF를 결정하고 단계 2a에서 수신된 PDU 세션 ID를 포함하는 N11 메시지를 상기 AMF에게 보낸다.

> 3b. [조건적(conditional)] 상기 AMF가 상기 SMF에 응답(response)한다.

UE가 CM_IDLE 상태에 있고, 상기 AMF가 UE가 페이징을 위해 도달가능하지 않다고 결정하면, AMF는 상기 SMF에게, 아니면 단계 3a에서 상기 AMF가 상기 요청 메시지를 수신한 다른 네트워크 기능들에게, 상기 UE가 도달가능하지 않음을 지시하면서 N11 메시지를 전송하거나, 상기 AMF는 비동기식 통신을 수행하고 상기 N11 메시지를 저장한다. 비동기식 타입 통신이 발동(invoke)되고 상기 AMF가 N11 메시지를 저장했으면, 상기 AMF는 상기 UE가 도달가능할 때, 예를 들어, 상기 UE가 CM_CONNECTED 상태에 진입할 때 상기 UE 및 (R)AN과의 통신을 개시한다.

상기 UE가 MICO 모드에 있다면, 상기 AMF는 SMF로부터의 요청을 거절(reject)하고, 하향링크(downlink, DL) 데이터 통지를 상기 AMF에게 보낼 필요가 없다는 지시(indication)를 가지고 (상기 SMF가 상기 UE 도달가능성에 가입하지 않았을 경우에 대비하여) 상기 UE가 도달불가능함을 상기 SMF에게 통지 할 수 있다. 상기 AMF는 상기 SMF가 상기 UE가 도달불가능함을 통지받았다는 지시를 저장한다.

구 AMF가 N11 메시지룰 수신한 때 AMF 변경이 있는 등록 절차(registration procedure with AMF change)가 진행 중(in progress)이면, 상기 구 AMF는 상기 N11 메시지가 임시적으로(temporarily) 거절되었다는 지시(indication)를 가지고 상기 N11 메시지를 거절할 수 있다.

> 3c. [조건적] SMF가 상기 UPF에 응답한다. SMF는 UPF에게 사용자 평면 셋업 실패를 통지할 수 있다. 상기 SMF가 상기 UE가 도달불가능하다는 지시를 상기 AMF로부터 수신하면, 상기 SMF는 네트워크 정책들을 기초로 UPF에게 데이터 통지를 보내는 것을 중단(stop) 및/또는 DL 데이터를 버퍼링하는 것을 중단하도록 지시하거나 아니면 확장(extended) 버퍼링을 적용할 것을 지시할 수 있다. SMF로부터 요청된 상기 N11 메시지가 임시적으로 거절되었다는 정보를 수신 시, 그리고 UPF로부터의 하향링크 데이터 통지를 수신하면, 상기 SMF는 상기 UPF에게 확장(extended) buffering)을 적용할 것을 요청할 수 있다.

> 4. [조건적] AMF가 페이징 메시지를 (R)AN 노드에게 보낸다.

상기 UE가 CM_CONNECTED 상태에 있으면, 상기 AMF는 이 PDU 세션을 위한 사용자 평면 연결을 활성화하기 위한 UE 트리거 서비스 요청 절차의 일부(3GPP TS 23.502의 UE 트리거 서비스 요청 절차 참조)를 수행한다. 상기 UE가 RM_REGISTERED 상태 및 CM_IDLE 및 도달가능한 경우, AMF는 상기 UE가 등록된 등록 영역 (들)에 속하는 (R)AN 노드에 페이징 메시지(페이징을 위한 NAS ID, 등록 영역 리스트, 페이징 불연속수신(discontinuous reception, DRX) 길이, 페이징 우선순위(priority) 지시 등을 포함)를 보낸다.

> 5. [조건적] 상기 (R)AN 노드가 상기 UE를 페이징한다.

상기 (R)AN 노드가 상기 AMF로부터 페이징 메시지(들)을 수신하면 상기 UE가 상기 (R)AN 노드에 의해 페이징된다.

> 6. [조건적] AMF to SMF: N11 메시지 ACK. 상기 AMF는 타이머를 사용하여 페이징 절차를 감독(supervise)한다. 상기 AMF가 상기 UE로부터 페이징 요청 메시지에 대한 응답을 수신하지 않으면, 상기 AMF는 적용가능한 페이징 전략에 따라 추가 페이징을 적용할 수 있다. 상기 AMF가 상기 UE로부터 아무 응답도 수신하지 않으면, 상기 AMF는 상기 UE가 도달불가능으로 간주하며 SM N2 메시지가 (R)AN으로 라우팅 될 수 없으므로, UE가 응답하는 것을 막는(prevent) 진행중(ongoing) MM 절차를 상기 AMF가 인지(aware)하지 않는 한, 즉, 상기 AMF가 다른 AMF와의 등록 절차를 수행한다고 지시하는 N14 컨텍스트 요청 메시지를 수신하지 않는 한, 상기 AMF는 적절한 "실패 원인(failure cause)"(예, UE 도달불가능성)을 갖는 "N11 메시지 거절"을 SMF 또는 다른 네트워크 기능들에게 보내 "메시지 라우팅 서비스"의 실패를 지시한다. "N11 메시지 거절"이 수신되면 SMF는 UPF에게 알린다.

> 7. UE가 CM_IDLE 상태에 있을 때, 페이징 요청을 수신 시, 상기 UE는 UE 트리거 서비스 요청 절차를 개시한다.

> UPF는 서비스 요청 절차를 수행한 (R)AN 노드를 통해 버퍼링된 DL 데이터를 UE를 향해 전송한다.

도 12에서 N11 메시지 및 N11 메시지 ACK은 SMF와 AMF 간 인터페이스인 N11 인터페이스 상으로 전달되는 메시지들이며, N11 메시지 및 N11 메시지 ACK은 다른 이름으로 불릴 수도 있다. 도 12에 설명된 네트워크 트리거 서비스 요청 절차 중 후술될 본 발명과 직접적 연관성이 없는 혹은 적은 부분에 대한 좀 더 자세한 설명은 3GPP TS 23.502를 참조할 수 있다.

도 13은 차세대 시스템에서의 일반적인(general) 등록 절차를 예시한 것이다.

> 1. UE to (R)AN: AN 메시지(AN 파라미터들, 등록 요청(등록 타입, 가입자 영구 식별자(subscriber permanent identifier, SUPI) 혹은 5G 글로벌 고유 임시 식별자(5G globally unique temporary identity, 5G-GUTI), 보안 파라미터들, 네트워크 슬라이스 선택 보조 정보(network slice selection assistance information, NSSAI), PDU 세션 상태, 재-활성화될 PDU 세션(들) 및 MICO 모드 선호도(preference) 등 포함) 포함).

> 2. SUPI가 포함되거나 상기 5G-GUTI가 유효(valid) AMF를 지시하지 않으면 상기 (R)AN은, (R)AT 및 NSSAI를 기초로, 이용가능하면(if available), AMF를 선택한다.

> 3. (R)AN to 새 AMF: N2 메시지(N2 파라미터들, 등록 요청(등록 타입, SUPI 또는 5G-GUTI, 보안 파라미터들, NSSAI 및 MICO 모드 파라미터들 등 포함).

> 4. [조건적] 새 AMF to 구 AMF: 정보 요청(완료 등록 요청(complete Registration Request) 포함). UE의 5G가 상기 등록 요청 내에 포함되었고 서빙 AMF가 마지막 등록 이후에 변경되었으면, 상기 새 AMF는 UE의 SUPI 및 MM 컨텍스트를 요청하기 위해 구 AMF에게 상기 완료 등록 요청 IE를 포함하는 정보 요청을 보낼 수 있다.

> 5. [조건적] 구 AMF to 새 AMF: 정보 응답(SUPI, MM 컨텍스트, SMF 정보).

> 6. [조건적] 새 AMF to UE: 식별자(identity) 요청. SUPI가 UE에 의해 제공되지 않고 상기 구 AMF부터 검색(retrieve)되지도 않으면 식별자 요청 절차가 AMF에 의해 식별자 요청 메시지를 상기 UE에게 보냄으로써 개시된다.

> 7. [조건적] UE to 새 AMF: 식별자 응답. 상기 UE는 상기 SUPI를 포함하는 식별자 응답 메시지로 응답한다.

> 8. 상기 AMF는 AUSF를 발동(invoke)할 것을 결정할 수 있다. 이 경우, 상기 AMF는 SUPI에 기초하여 AUSF를 선택한다.

> 9a. 상기 AUSF는 상기 UE의 인증(authentication)을 개시한다.

> 9b. 상기 AMF는 NAS 보안(security) 기능들을 개시한다.

> 10. [조건적] 새 AMF to 구 AMF: 정보 인정(information acknowledged). AMF가 변경되었으면 상기 새 AMF는 UE MM 컨텍스트의 전달(transfer)를 인정한다.

> 11. [조건적] 새 AMF to UE: 식별자 요청. 영구 기기 식별자(permanent equipment identity, PEI)가 UE에 의해 제공되지 않았었고 구 AMF로부터 검색되지도 않으면 식별자 응답 절차가 상기 PEI를 검색하기 위해 AMF에 의해 식별자 요청 메시지를 상기 UE에게 보냄으로써 개시된다.

> 12. 선택적으로(optionally) 상기 새 AMF가 ME 식별자 체크를 개시한다.

> 13. 단계 14가 수행될 것이면, 상기 새 AMF는 SUPI를 기초로 UDM을 선택한다.

> 14. 마지막 등록 이후에 AMF가 변경되었거나, AMF에 상기 UE에 대한 유효한 가입 컨텍스트가 존재하지 않거나 또는 상기 UE가 상기 AMF 내 유효한 컨텍스트를 참조하지 않는 SUPI를 제공하거나, 상기 UE가 비-3GPP 접속에 이미 등록한 동일 AMF에 등록하면(즉, 상기 UE는 비-3GPP 접속을 통해 등록되고 3GPP 접속을 추가하기 위해 이 등록 절차를 개시한다면), 상기 새로운 AMF는 갱신 위치(Update Location) 절차를 개시한다. 상기 새로운 AMF는 UDM에게 상기 UE에 대해 서비스하는 접속 타입을 제공하고 상기 접속 타입은 "3GPP 접속"으로 세팅된다. 상기 UDM은 연관된(associated) 접속 타입을 서빙 AMF와 함께 저장한다. 이는 UDM로 하여금 3GPP 접속에 해당하는 이전 AMF에 대한 취소 위치(Cancel Location)를 개시하게 한다. 상기 구 AMF는 MM 컨텍스트를 제거(remove)하고 모든 연관 가능성 있는(possibly associated) SMF(들)에게 통지하며, 상기 새로운 AMF는 AMF 관련(related) 가입 데이터를 상기 UDM으로부터 얻은 후에 상기 UE에 대한 MM 컨텍스트를 생성(create)한다.

> 15. 조건적으로 상기 AMF는 SUPI에 기초하여 PCF를 선택한다.

> 16. [선택적(optional)] 새 AMF to PCF: UE 컨텍스트 수립 요청(SUPI를 포함). 상기 AMF가 상기 UE에 대한 접속 및 이동성 정책을 아직 얻지 못했으면 또는 상기 AMF 내 접속 및 이동성 정책이 더 이상 유효하지 않으면, 상기 AMF는 PCF에게 상기 UE를 위한 사업자(operator) 정책들을 적용할 것을 요청한다.

> 17. PCF to 새 AMF: UE 컨텍스트 수립 인정(UE Context Establishment Acknowledged)(접속 및 이동성 정책 데이터를 포함)

> 18. [조건적] 새 AMF to SMF: N11 요청. 상기 UE가 MICO 모드에 있었고 상기 AMF가 SMF에게 상기 UE의 도달불가능 및 상기 SMF가 DL 데이터 통지를 상기 AMF에게 보낼 필요가 없음을 통지했었으면, 상기 AMF는 상기 SMF에게 상기 UE가 도달가능하다고 알린다.

> 19. SMF to 새 AMF: N11 응답.

> 20. [조건적] 구 AMF to PCF: UE 컨텍스트 종료 요청(UE Context Termination Request). 구 AMF가 이전에 UE 컨텍스트가 PCF에 수립되도록 요청했으면, 상기 구 AMF는 상기 PCF 내 상기 UE 컨텍스트를 종료한다.

> 21. PCF to AMF: UE 컨텍스트 종료 인정(UE Context Termination Acknowledged).

> 22. 새 AMF to UE: 등록 수용(Registration Accept)(5G-GUTI, 등록 영역, 이동성 제약들, PDU 세션 상태, NSSAI, 주기적 등록 갱신 타이머, 지역 데이터 네트워크(local area data network, LADN) 정보 및 수용된 MICO 모드 등 포함). 상기 UE가 상기 요청에 MICO 모드를 포함시켰으면 상기 AMF는 MICO 모드가 사용되어야 하는지를 응답한다.

> 23. [조건적] UE to 새 AMF: 등록 완료(Registration Complete). 새 5G-GUTI가 할당되었으면, 상기 UE는 AMF에게 등록 완료 메시지를 보내 인정한다.

도 13에서 N11 요청(N11 Request) 및 N11 응답(N11 Response)은 SMF와 AMF 간 인터페이스인 N11 인터페이스 상으로 전달되는 메시지들이며, N11 요청 및 N11 응답은 다른 이름으로 불릴 수도 있다. 도 13에 설명된 일반적인 등록 절차 중 후술될 본 발명과 직접적 연관성이 없는 혹은 적은 부분에 대한 좀 더 자세한 설명은 3GPP TS 23.502를 참조할 수 있다.

UE 이동성(UE mobility)와 관련하여, 5G 시스템에서는 이동성 제약 기능성(mobility restriction functionality)이 상기 5G 시스템 내 UE의 이동성 핸들링 또는 서비스 접속을 제약(restrict)하기 위해 UE, 무선 접속 네트워크 및 코어 네트워크에 의해 제공된다. 이동성 제약들은 3GPP 접속에만 적용되고 비-3GPP 접속에는 제공되지 않는다. CM_IDLE 상태 및 CM_CONNECTED 상태에 대한 이동성 제약들은 코어 네트워크로부터 수신된 정보에 기초하여 RRC_INACTIVE 상태에 있을 때 UE에 의해 실행(execute)된다. CM_CONNECTED 상태에 대한 이동성 제약들이 무선 접속 네트워크 및 코어 네트워크에 의해 RRC_CONNECTED 상태에 있을 때 실행된다. CM_CONNECTED 상태에서, 코어 네트워크는 핸드오버 제약 리스트를 가지고 무선 액접속 네트워크에 이동성 제약들을 제공한다. 이동성 제약들은 다음과 같이 RAT 제약, 금지(forbidden) 영역, 및 서비스 영역 제약들로 구성된다.

- RAT 제약: UE가 접속할 수 없는 3GPP 무선 접속 기술(들)을 정의한다. 제약된 RAT에서, UE는 네트워크와의 임의의(any) 통신을 개시하도록 허가(permit)되지 않은 가입(subscription)에 기반으로 한다.

- 금지 영역: 주어진 RAT 하의 금지 영역에서, UE는 네트워크와의 임의의(any) 통신을 개시하도록 허가되지 않은 가입을 기반으로 한다.

- 서비스 영역 제약들: UE가 네트워크와의 통신을 개시할 수 있는 혹은 없는 지역들을 정의한다. 즉, 서비스 영역 제약들은 UE가 통신을 개시하는 것이 허용(allow)되는 허용 영역(allowed area)과, UE가 등록 절차를 개시(initiate)하는 것이 허용되나 다른 통신은 허용되지 않는 영역인 비-허용 영역(non-allowed area)을 정의한다. 주어진 RAT 하에서의 허용 영역 내에서, UE는 가입에 의해 허용된 대로 네트워크와의 통신을 개시하는 것이 허가된다. 주어진 RAT 하에서의 비-허용 영역 내에서, UE는 가입에 기반하여 서비스 영역이 제약된다. 비-허용 영역 내에서, 상기 UE 및 상기 네트워크는 (CM_IDLE 및 CM_CONNECTED 상태들 둘 다에서) 사용자 서비스들을 얻기(obtain) 위한 서비스 요청 또는 SM 시그널링을 개시하는 것이 허용되지 않는다. 비-허용 영역 내에서, RM 절차는 UE가 허용 영역에 있을 때와 비교하여 변경되지 않는다. 비-허용 영역 내 UE는 서비스 요청(예, 네트워크 트리거 서비스 요청)을 가지고(with) 코어 네트워크 페이징에 응답해야 한다. 페이징은 사용자 서비스가 아니라 RM 시그널링(예, UE 설정 갱신) 혹은 응급 서비스일 수 있기 때문이다.

주어진 UE에 대해, 코어 네트워크는 UE 가입 정보에 기초하여 서비스 영역 제약들을 결정한다. 선택적으로, 허용 영역은, 예를 들어, UE 위치(location), 영구 기기 식별자(permanent equipment identifier, PEI) 및 네트워크 정책들에 기초한, 정책 제어 기능(policy control function, PCF)에 의해 추가로 미세-조정(fine-tune)될 수 있다. 서비스 지역 제약들은, 예를 들어, 가입, 위치(location), PEI 및/또는 정책 변경으로 인해 변경될 수 있다. 서비스 영역 제약들은 등록 절차 동안 갱신될 수 있다. UE가 RAT 제약들, 금지 영역들, 허용 영역들 및 비-허용 영역들 또는 이들의 임의의(any) 조합 간 중첩하는(overlapping) 영역을 갖는 경우, 상기 UE는 다음의 우선 순위(precedence order)로 진행(proceed)한다:

- RAT 제약들의 평가(evaluation)는 어떠한 다른 이동성 제약들의 평가에 대해 우선한다; 및

- 금지 지역들의 평가는 허용 영역들 및 비-허용 영역들의 평가에 대해 우선한다.

UE는 응급(emergency) 서비스들 및 멀티미디어 우선 서비스(multimedia priority service, MPS)와 같은 규제 우선화 서비스(regulatory prioritized service)들을 위해 네트워크에 접속할 때마다 금지 영역 및 비-허용 영역 제약들을 무시한다. 또한 네트워크는 응급 서비스 및 MPS와 같은 규제 우선화 서비스에 대한 비-허용 영역 제약들을 무시한다. 서비스 영역 제약은 하나 이상(예: 최대 16 개)의 전체 트랙킹 영역들을 포함할 수 있다. UE의 가입 데이터는 명시적인 트래킹 영역 식별자를 사용한 허용 또는 비-허용 영역들을 포함할 수 있다. 상기 허용 영역은 또한 트랙킹 영역의 최대 허용 개수에 의해 제한(limit)될 수 있다. 혹은, 상기 허용 영역은 대안적으로(alternatively) 무제한(unlimited)으로서 설정(configure), 즉, PLMN의 모든 트랙킹 영역들을 포함할 수 있다. 비-허용 영역 내 UE의 등록(registration) 영역은 상기 UE의 비-허용 영역에 속하는 트랙킹 영역(tracking area, TA)들의 세트로 구성된다. 허용 영역 내의 UE의 등록 영역은 상기 UE의 허용 영역에 속하는 TA들의 세트로 구성된다. UDM은 UE의 가입 데이터의 일부로서 UE의 서비스 영역 제한을 저장한다. 서빙 네트워크 내의 PCF는 (예를 들어, UE의 위치, 사용중인 어플리케이션(application in use), 시간 및 날짜와 같은 다양한 조건들로 인해) 허용 영역을 확장함으로써, 또는 비-허용 영역을 감소시킴으로써, 또는 트랙킹 영역의 최대 허용 개수를 증가시킴으로써, UE의 서비스 영역 제약들을 더 조정할 수 있다. UDM과 PCF는 언제든지 UE의 서비스 영역 제약들을 갱신할 수 있다. CM_CONNECTED 상태에 있는 UE에 대해, AMF는 상기 UE 및 RAN을 즉시 갱신한다. CM_IDLE 상태에 있는 UE에 대해, AMF는 상기 UE를 즉시 페이징하거나, 또는 갱신된 서비스 영역 제약을 저장하고 상기 UE와의 다음(next) 시그널링 상호작용 시에 상기 UE를 갱신할 수 있다. 등록(registration) 동안, UE의 서비스 영역 제약들이 AMF에 존재하지 않으면, 상기 AMF는 PCF에 의해 추가로 조정될 수 있는 상기 UE의 서비스 영역 제약을 UDM으로부터 가져온다(fetch). 서빙 AMF는 UE의 서비스 영역 제약들을 시행(enforce)한다. 트랙킹 영역의 최대 허용 개수에 의해 주어진 제한(limit)된 허용 영역은, 트랙킹 영역의 최대 허용 개수에 도달할 때까지, (UE에 의해) 아직 방문되지 않은 트랙킹 영역들을 허용 영역에 추가(add)하여 AMF에 의해 동적으로 할당될 수 있다. AMF가 제한된 허용 영역을 상기 UE에 할당할 때, 상기 AMF는 임의의(any) 사전 설정된 및/또는 동적으로 할당된 허용 영역을 UE에 제공한다. CM_CONNECTED 상태에 있는 UE의 경우, AMF는 이 UE의 서비스 영역 제약들을 RAN에게 지시한다. UE는 수신된 이동성 제약들을 저장하고 이동성 제약들에서 식별된 영역 내에서 이를 준수한다. 이동성으로 인해 서빙 AMF가 변경되면, 구(old) AMF는 새로운(new) AMF에게 UE의 서비스 영역 제약들을 제공할 수 있으며, 이는 PCF에 의해 추가 조정될 수 있다. 네트워크는 일반 UE 설정 갱신(Generic UE Configuration Update) 절차(3GPP TS 23.502 참조)를 가지고 서비스 영역 제약들을 갱신하기 위해 비-허용 영역에 있는 UE에 대한 페이징을 수행할 수 있다. 로밍의 경우, 서비스 영역 제약들은 방문(visited) AMF를 통해 UDM으로부터 방문 네트워크의 서빙 PCF로 전달(transfer)된다. 방문 네트워크의 서빙 PCF는 서비스 영역 제약들을 더 조정할 수 있다.

도 8(a)를 참조하면, (R)AN과 UPF 사이에 N3 인터페이스가 수립되어 있으면 DN으로부터 UPF에 제공된 데이터/시그널링이 바로 (R)AN에게 전달될 수 있다. N3 인터페이스가 없을 때 DN으로부터 데이터를 수신하면 UPF는 보낼 데이터가 있음을 SMF에게 통지하고, 상기 SMF가 AMF에게 데이터 통지 관련 메시지를 보낸다(도 12의 단계 3a 참조). 일반적으로 상기 AMF는 UE가 CONNECTED 상태(예, CM_CONNECTED 상태)이면 N3 인터페이스의 수립을 위한 절차를 수행하며, UE가 RRC_IDLE 혹은 RRC_INACTIVE이면 페이징을 수행한다. 그런데 UE가 특정 영역에서 등록 절차 및 페이징 수신 등은 허용되지만 서비스 요청 및 사용자 서비스가 허용되지 않는 이동성 제약, 특히, 비-허용 영역이 제안되었다. 즉, UE가 MICO 모드에 있으면 상기 UE가 아예 페이징을 수신하지 못하는 상태임에 반해 UE가 비-허용 영역에 위치한 경우에는 페이징이 불허되는 것은 아니다. UE가 비-허용 영역에 있으면 일반적으로 상기 UE는 CONNECTED 상태(예, CM_CONNECTED 상태)에 있지 않을 것이다. 따라서, UE가 비-허용 영역에 있을 때에도 종래의 일반적인 네트워크 트리거 서비스 절차에 따라 상기 UE에 대한 페이징 절차가 수행되어야 하는지 문제된다. 본 발명은 UE가 비-허용 영역에 위치할 때 상기 UE에 대한 데이터 서비스 제어 방법을 제안한다. 예를 들어, AMF가 비-허용 영역에 있는 UE에 대한 DL 데이터가 있음을 나타내는 요청(예, N11 메시지)을 SMF로부터 수신한 경우, 상기 데이터 통지를 어떻게 처리할 것인지를 제안한다.

본 발명은, 네트워크 트리거된 서비스 요청 절차의 경우, AMF는 SMF로부터 하향링크 데이터 통지(downlink data notification, DDN) 관련 메시지를 수신하였을 때, UE가 MICO를 적용하지 않고 있고 상기 UE가 비-허용에 있음을 인지하는 경우, 상기 AMF가 페이징을 전송하는 대신에 상기 SMF로 상기 DDN 관련 메시지에 대한 거절을 전송할 것을 제안한다. 다만, 상기 AMF가 수신한 DDN 관련 메시지에 포함된 할당 및 보존 우선순위(allocation and retention priority, ARP) 정보를 확인하고 해당 데이터가 규제 우선화 서비스(예, 응급 서비스 혹은 MPS)을 인지하는 경우, 본 발명은 상기 AMF가 비-허용 영역인 경우에도 페이징을 전송하고 DDN 관련 요청을 거절하지 않을 것을 제안한다. 본 발명에서 상기 AMF는 UE가 비-허용 영역에 있는 것으로 인해 DDN에 의한 SMF의 요청에 대한 거절을 SMF에게 전송할 때, 상기 UE가 서비스 불가능 지역에 있다는 지시/원인을 함께 전송할 수 있다. 상기 지시/원인은 상기 UE가 비-허용 영역에 있다는 정보를 포함할 수 있다. 상기 UE가 비-허용 영역에 위치함을 이유로 한 SMF의 요청에 대한 거절은 상기 UE가 MICO 모드 등을 사용하는 경우와는 다른 원인으로 표시될 수 있다. 예를 들어, 도 12의 단계 3a에서, 본 발명에 의하면, UE가 도달불가능(unreachable)하거나 비-허용 영역에 있다고 상기 SMF가 이전에 통지 받지 않았으면, 데이터 통지 메시지의 수신 시, 상기 SMF는 AMF를 결정하고 단계 2a에서 수신된 PDU 세션 ID를 포함하는 N11 메시지를 상기 AMF에게 보낼 수 있다. 즉, 도 12의 단계 3a에서, 본 발명에 의하면, UE가 규제 우선 서비스에 대해서만 도달가능한 비-허용 영역에 있다고 이전에 통지 받은 SMF는 규제 우선 서비스가 아닌 PDU 세션에 대한 데이터 통지와 관련된 요청(예, N11 메시지)를 AMF에게 보내지 않는다. 다른 예로, 도 12의 단계 3b에서, 본 발명에 의하면, UE가 MICO 모드에 있지 않고 AMF가 UE가 비-허용 영역 내에 있음을 검출(detect)하면, SMF으로부터의 요청(예, SMF로부터 AMF로의 데이터 통지 관련 요청)이 규제 우선화 서비스를 위한 것이 아닌 한, 상기 AMF는 상기 SMF로부터의 상기 요청을 거절하고 상기 SMF에게 상기 UE가 규제 우선화 서비스에 대해서만 도달가능함을 통지한다. 또 다른 예로, 본 발명에 의하면, 상기 SMF가 상기 UE가 도달불가능하거나 비-허용 영역에 있다는 지시를 상기 AMF로부터 수신하면, 도 12의 단계 3c에서, 상기 SMF는 네트워크 정책들을 기초로 UPF에게 데이터 통지를 보내는 것을 중단(stop) 및/또는 DL 데이터를 버퍼링하는 것을 중단하도록 지시하거나 아니면 확장(extended) 버퍼링을 적용할 것을 지시할 수 있다.

SMF로부터의 하향링크 데이터 통지 관련 요청을 거절한 AMF는 해당 DDN 거절을 상기 SMF에게 전송했다는 정보를 저장, 즉, 상기 AMF는 상기 SMF가 UE가 서비스 제약 영역(예, 비-허용 영역)에 있음을 통지 받았다고 저장할 수 있다. 상기 AMF는 추후 등록 절차를 수행할 때 상기 UE가 허용 지역으로 이동하면 상기 SMF에게 상기 UE의 서비스가 가능하다는 통지를 수행하는 데 상기 정보를 사용할 수 있다.

본 발명에서 SMF는 AMF로부터 해당 원인을 갖는 DDN 거절을 수신하면, (규제 우선화 서비스를 위한 DDN이 아닌 한 비-허용 영역에 있는 UE에 대해) 네트워크 정책에 의해 DDN을 보내지 않거나(예, SMF가 AMF로부터 UE가 허용 영역에 진입했다는 통지를 받기 전까지는 추가적인 DL 패킷을 수신하더라도 상기 AMF에게 이를 전송해줄 것을 요청(DDN 전송)하지 않거나), 혹은 버퍼링을 오프할 것을 UPF에게 명령할 수 있다. 경우에 따라 SMF는 PDU 세션 해제를 수행할 수 있다.

이후 UE가 이동성에 의해 등록 절차를 수행하는 경우, 예를 들어, 도 13의 단계 18에서, 본 발명에 의하면, UE에 대해 상기 UE가 서비스 불가능 지역(서비스 제약(restricted) 지역이라고도 함)(또는 비-허용 지역)에 위치한다고 DDN 거절을 이전에 SMF에게 보냈다는 이벤트를 저장한 경우, 그리고 상기 UE가 허용 영역에 진입했음을 검출한 경우, 상기 AMF는 상기 SMF에 상기 UE가 서비스 가능 지역으로 이동했다고 통지할 수 있다. 이 경우, 상기 SMF는 해당 PDU 세션에 대한 버퍼링을 시작할 것을 UPF로 명령하거나 중단했던 DDN 동작을 다시 개시할 수 있다.

본 발명에서 SMF와 UPF 간 N4 인터페이스 관련 상호작용은 다음과 같을 수 있다. SMF(들)은 (UPF(들)을 제어하기 위한 임의의(any) N4 인터페이스를 포함하여) PDU 세션들 상에서 종단-to-종단(end-to-end) 기능들을 지원한다. 몇몇 DL 데이터가 하향링크 N3 터널이 없는 UE에 대해 도착(arrive)했음이 UPF에 의해 인지(aware)되면, SMF가 UE가 도달불가능하고 인지하지 않는 한 그리고 DL 데이터 통지들이 AMF에게 보내질 필요가 없거나 상기 UE가 (규제 우선화 서비스를 제외하고) 비-허용 영역에 있다고 인지하지 않는 한, 상기 PDU 세션을 위한 사용자 평면 자원들의 활성화를 트리거하기 위해 상기 SMF는 AMF와 상호작용(interact)한다. UE가 CM_IDLE 상태에 있고 상기 UE가 MICO 모드에 있지 않으면, 그리고 상기 UE가 비-허용 영역에 있지 않거나 상기 UE가 비-허용 영역에 있더라도 상기 UE에 대한 페이징이 규제 우선화 서비스를 위한 것이면 상기 AMF는 (AN의 타입에 의존하여) 상기 AN으로부터의 UE 페이징을 트리거한다. 상기 UE가 MICO 모드에 있으면, 상기 AMF는 상기 UE가 도달불가능하고 DL 데이터 통지가 AMF에게 보내질 필요가 없다고 상기 SMF에게 통지할 수 있다. 상기 UE가 비-허용 영역에 있으면, 상기 AMF는 상기 SMF로부터의 (규제 우선화 서비스를 위한 것이 아닌) DDN 요청을 거절할 수 있고 상기 SMF에게 UE가 서비스 제약 지역에 있다고 통지할 수 있다.

지금까지 비-허용 영역에 위치한 UE에 대한 하향링크 서비스 관련 동작이 코어 네트워크를 중심으로 제안되었다. 이하에서는, 비-허용 영역에 위치한 UE에 대한 하향링크 서비스 관련 동작이 RAN 레벨을 중심으로 제안된다. 특히, 이하에서는 UE가 RRC_INACTIVE 상태에서 BS가 비-허용 영역 관련 동작을 효율적으로 수행할 수 있는 방법을 더 제안한다. UE가 네트워크로부터 수신한 비-허용 트랙킹 영역 정보를 기반으로 CM-IDLE 상태에서 자신이 비-허용 트랙킹 영역에 속한 것을 인지하면, 상기 UE는 발신(mobile originated) 서비스를 수행하지 않는다. RAN은 CM_CONNECTED로 전환하면서 AMF로부터 핸드오버 제약(handover restricted)를 제공 받으면, 상기 RAN은 상기 핸드오버 제약 리스트에 속한 셀 혹은 상기 핸드오버 제약 리스트에서 지시된 트랙킹 영역에 속한 셀로는 핸드오버를 수행하지 않는다. UE의 이동성 제약(예, 비-허용 영역)에 속하는 셀 이외에는 핸드오버가 불가능할 경우, 소스 RAN은 RRC 해제를 수행하고 이에 따라 상기 UE는 이후 사용자 데이터 전송을 위한 서비스 요청을 수행하지 않는다. AMF는 UE가 비-허용 영역에 있다는 것을 인지할 경우, 해당 PDU 세션에 대한 비활성화(deactivation) 혹은 PDU 해제를 위한 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 AMF는 상기 UE가 서비스가 불가능한 지역(즉, 서비스 제약 지역)으로 이동했다고 SMF에게 통지할 수 있다. 그런데, UE가 RRC_INACTIVE 상태에 있는 경우, 어떻게 네트워크가 동작해야 하는지가 현재 명확히 정의되지 않은 상태이다. 예를 들어, UE가 CM_CONNECTED/RRC_CONNECTED 인 경우에는 RAN이 상기 UE의 이동성을 관리하기 때문에 핸드오버 제약 리스트 등에 의해 상기 UE가 비-허용 영역의 셀로 핸드오버하는 것이 제약되며, UE 주변에 비-허용 영역 셀들만 존재하는 경우에는 RRC 연결이 해제되고 상기 UE가 마치 CM_IDLE일 때 서비스 요청을 수행하는 것처럼 상기 UE의 이동성 제어가 가능하다. 하지만 UE가 RRC_INACTIVE인 경우에는 UE에 의한 셀 재선택에 의해 이동성(mobility)가 제어되기 때문에 정확한 이동 제어가 불가능하다. UE가 CM_CONNECTED이면서 RRC_INACTIVE인 경우에는 UPF와 RAN 사이의 N3 인터페이스가 유지되어, 상기 UE가 RRC_CONNECTED 상태인지 유무와 상관없이 UPF로부터 RAN 노드로 사용자 데이터가 바로 제공되고 상기 RAN이 상기 데이터를 위해 페이징을 전송한 후에 상기 UE가 이동성 제약 영역(예, 비-허용 영역)에서 상기 페이징에 응답한 경우에는 상기 데이터가 상기 UE에게 계속 전송되어야 하는지에 대한 동작이 명확하지 않다. 이는 이동성 제약 (특히, 서비스 영역 제약) 운용에 문제를 야기할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 RAN이 다음과 같이 동작할 것을 제안한다.

RAN(예, gNB)는 UE가 페이징에 응답하거나, 혹은 RAN 기반 통지 갱신을 요청하는 경우, 상기 UE가 비-허용 영역에 위치함을 인지할 수 있다. 이 경우, 상기 RAN은 하향링크 패킷을 수신하면 상기 하향링크 패킷의 QoS 정보를 확인(예, 상기 하향링크 패킷의 ARP 값을 확인하여 MPS 혹은 응급 서비스임을 구분)하고, 상기 UE에게 페이 전송을 수행할 것인지를 판단할 수 있다. 상기 UE에 대해 수신한 하향링크 패킷의 QoS 정보가 MPS 혹은 응급 서비스에 해당하지 않는 경우, 상기 RAN은 페이징 전송을 중단할 수 있다. 페이징 전송을 중단하는 경우(예, 하향링크 데이터 전송을 거절하는 경우), 상기 RAN은 SM N2 메시지(세션 ID를 포함)를 전송하여 (AMF를 통해) 해당 PDU를 지원하는 SMF에게 상기 PDU 세션에 대해 상기 UE가 서비스 불가능 영역에 있어 하향링크 데이터 전송에 실패했다고 알릴 수 있다. 이후 상기 RAN 혹은 상기 SMF는 상기 PDU 세션에 대한 비활성화를 요청하거나 PDU 해제를 트리거할 수 있다.

도 14는 본 발명의 제안에 적용되는 노드 장치의 구성을 도시하는 도면이다.

본 발명의 UE 장치(100)는, 송수신 모듈(110), 프로세서(120) 및 메모리(130)를 포함할 수 있다. UE 장치(100)의 송수신 모듈(110)는 무선 주파수(radio frequency, RF) 유닛 혹은 트랜시버로 칭해지기도 한다. 송수신 모듈(110)은 외부 장치로 각종 신호, 데이터 및 정보를 전송하고, 외부 장치로 각종 신호, 데이터 및 정보를 수신하도록 구성될 수 있다. 또는, 송수신 모듈(110)는 전송부와 수신부로 분리되어 구현될 수도 있다. UE 장치(100)는 외부 장치와 유선 및/또는 무선으로 연결될 수 있다. 프로세서(120)는 UE 장치(100) 전반의 동작을 제어할 수 있으며, UE 장치(100)가 외부 장치와 송수신할 정보 등을 연산 처리하는 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(120)는 본 발명에서 제안하는 UE 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 프로세서(120)은 본 발명의 제안에 따라 데이터 혹은 메시지를 전송하도록 송수신 모듈(110)을 제어할 수 있다. 메모리(130)는 연산 처리된 정보 등을 소정시간 동안 저장할 수 있으며, 버퍼(미도시) 등의 구성요소로 대체될 수 있다.

본 발명의 네트워크 노드 장치(200)는, 송수신 모듈(210), 프로세서(220) 및 메모리(230)를 포함할 수 있다. UE 장치(100)와 통신하는 경우, 송수신 모듈(210)는 무선 주파수(radio frequency, RF) 유닛 혹은 트랜시버로 칭해지기도 한다. 송수신 모듈(210)는 외부 장치로 각종 신호, 데이터 및 정보를 전송하고, 외부 장치로 각종 신호, 데이터 및 정보를 수신하도록 구성될 수 있다. 네트워크 노드 장치(200)는 외부 장치와 유선 및/또는 무선으로 연결될 수 있다. 송수신 모듈(210)는 전송부와 수신부로 분리되어 구현될 수도 있다. 프로세서(220)는 네트워크 노드 장치(200) 전반의 동작을 제어할 수 있으며, 네트워크 노드 장치(200)가 외부 장치와 송수신할 정보 등을 연산 처리하는 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(220)는 본 발명에서 제안하는 네트워크 노드 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 프로세서(220)은 본 발명의 제안에 따라 데이터 혹은 메시지를 UE 혹은 다른 네트워크 노드에 전송하도록 송수신 모듈(110)을 제어할 수 있다. 메모리(230)는 연산 처리된 정보 등을 소정시간 동안 저장할 수 있으며, 버퍼(미도시) 등의 구성요소로 대체될 수 있다. 접속 네트워크에서 네트워크 장치(200)는 eNB 혹은 gNB일 수 있다. 코어 네트워크에서 네트워크 장치(200)들에는 네트워크 기능들에 따라 접속 및 이동성 관리 기능을 갖는 AMF 장치, 세션 관리 기능을 갖는 SMF 장치, 사용자 평명 기능을 갖는 UPF 장치 등이 있을 수 있다.

또한, 위와 같은 UE 장치(100) 및 네트워크 장치(200)의 구체적인 구성은, 전술한 본 발명의 다양한 실시예들에서 설명한 사항들이 독립적으로 적용되거나 또는 2 이상의 실시예들이 동시에 적용되도록 구현될 수 있으며, 중복되는 내용은 명확성을 위하여 설명을 생략한다.

이하에서는 네트워크 장치(200)가 AMF 장치에 해당한다고 가정하고, 본 발명에 따른 AMF 장치의 동작을 설명한다. AMF 장치(200)의 트랜시버(210)는 SMF 장치로부터 UE 장치(100)에 대한 데이터 통지와 연관된 요청을 수신한다. 상기 AMF 장치(200)의 프로세서(220)는 상기 요청과 상기 UE의 상태를 바탕으로 상기 요청에 따른 동작을 수행하도록 상기 트랜시버(210)을 제어하거나 상기 요청에 대한 거절을 상기 SMF 장치에 전송하도록 상기 트랜시버(210)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 UE가 착신(mobile terminated) 데이터에 대한 통신이 제약되는 모드(예, MICO 모드)에 있지 않고 상기 AMF 장치(200)의 상기 프로세서(220)가 상기 UE가 사용자 서비스가 제약되는 비-허용 영역(non-allowed area)에 있음을 검출한 경우, 상기 프로세서(220)는 상기 데이터 통지가 규제 우선화 서비스(regulatory prioritized service)에 대한 것이 아니면 상기 요청에 대한 거절을 전송하도록 상기 트랜시버(210)를 제어할 수 있다. 상기 프로세서(220)는 상기 데이터 통지가 상기 규제 우선화 서비스에 대한 것이면, 상기 UE에 대한 페이징을 무선 접속 네트워크 장치(예, 기지국)에게 전송하도록 상기 트랜시버(210)을 제어할 수 있다. 상기 프로세서(220)는 상기 데이터 통지가 상기 규제 우선화 서비스에 대한 것이 아니면 상기 SMF 장치에게 상기 UE가 상기 비-허용 영역에 있음을 나타내는 정보를 통지하도록 상기 트랜시버(210)를 제어할 수 있다. 상기 프로세서(220)는 응급 서비스 또는 멀티미디어 우선 서비스(multimedia priority service, MPS)를 상기 규제 우선화 서비스라고 간주할 수 있다.

상술한 본 발명은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.

하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 장치, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

상술한 바와 같은 통신 방법은 3GPP 기반 시스템뿐 아니라, 그 외에도 IEEE 802.16x, 802.11x 시스템을 포함한, 다양한 무선 통신 시스템들에 적용하는 것이 가능하다. 나아가, 제안한 방법은 초고주파 대역을 이용하는 mmWave 통신 시스템에도 적용될 수 있다.

Claims (12)

1. 네트워크에서 제1 코어 네트워크 기능이 제2 코어 네트워크 기능의 요청에 응답함에 있어서,
   상기 제2 코어 네트워크 기능으로부터, 착신(mobile terminated) 데이터에 대한 통신이 제약되는 모드에 있지 않은 사용자기기(user equipment, UE)에 대한 데이터 통지와 연관된 요청을 수신;
   상기 UE가 통신 서비스가 제약되는 비-허용 영역(non-allowed area)에 있음을 검출; 및
   상기 데이터 통지가 규제 우선화 서비스(regulatory prioritized service)에 대한 것이 아니면, 상기 요청을 거절하고 상기 제2 코어 네트워크 기능에게 상기 UE가 비-허용 영역에 있음을 알리는 메시지를 보내는 것을 포함하며,
   상기 제1 코어 네트워크 기능은 접속 및 이동성 관리 기능(access and mobility management function, AMF)이고, 상기 제2 코어 네트워크 기능은 세션 관리 기능(session management function, SMF)인,
   응답 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 데이터 통지가 상기 규제 우선화 서비스에 대한 것이면 상기 UE에 대한 페이징을 무선 접속 네트워크 노드에게 전송하는 것을 포함하는,
   응답 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 무선 접속 네트워크 노드는 기지국인,
   응답 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 규제 우선화 서비스는 응급 서비스 또는 멀티미디어 우선 서비스(multimedia priority service, MPS)인,
   응답 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 UE가 비-허용 영역에 있는 경우, 상기 UE 및 상기 네트워크는 연결 관리(connection management) 유휴(CM-IDLE) 상태 및 연결 관리 연결(CM-CONNECTED) 상태에서 상기 규제 우선화 서비스를 제외한 사용자 서비스들을 얻기 위해 서비스 요청 혹은 세션 관리 시그널링을 개시하는 것이 허용되지 않는,
   응답 방법.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 코어 네트워크 기능이 상기 UE가 비-허용 영역에 있다는 알림을 받았다는 지시를 저장하고,
   상기 UE가 허용 영역으로 이동하면 상기 제2 코어 네트워크 기능에게 상기 UE가 허용 영역에 있음을 알리는 것을 포함하는,
   응답 방법.
7. 네트워크에서 코어 네트워크 노드가 코어 네트워크 기능의 요청에 응답함에 있어서,
   트랜시버(transceiver), 및
   상기 트랜시버를 제어하도록 구성된 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는:
   상기 코어 네트워크 기능으로부터, 착신(mobile terminated) 데이터에 대한 통신이 제약되는 모드에 있지 않은 사용자기기(user equipment, UE)에 대한 데이터 통지와 연관된 요청을 수신하도록 상기 트랜시버를 제어;
   상기 UE가 통신 서비스가 제약되는 비-허용 영역(non-allowed area)에 있음을 검출; 및
   상기 데이터 통지가 규제 우선화 서비스(regulatory prioritized service)에 대한 것이 아니면, 상기 요청을 거절하고 상기 코어 네트워크 기능에게 상기 UE가 비-허용 영역에 있음을 알리는 메시지를 보내도록 상기 트랜시버를 제어하도록 구성되며,
   상기 코어 네트워크 노드는 접속 및 이동성 관리 기능(access and mobility management function, AMF)을 가지며, 상기 코어 네트워크 기능은 세션 관리 기능(session management function, SMF)인,
   코어 네트워크 노드.
8. 제7항에 있어서,
   상기 프로세서는 상기 데이터 통지가 상기 규제 우선화 서비스에 대한 것이면 상기 UE에 대한 페이징을 무선 접속 네트워크 노드에게 전송하도록 상기 트랜시버를 제어하도록 구성된,
   코어 네트워크 노드.
9. 제8항에 있어서,
   상기 무선 접속 네트워크 노드는 기지국인,
   코어 네트워크 노드.
10. 제7항에 있어서,
    상기 규제 우선화 서비스는 응급 서비스 또는 멀티미디어 우선 서비스(multimedia priority service, MPS)인,
    코어 네트워크 노드.
11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 UE가 비-허용 영역에 있는 경우, 상기 UE 및 상기 네트워크는 연결 관리(connection management) 유휴(CM-IDLE) 상태 및 연결 관리 연결(CM-CONNECTED) 상태에서 상기 규제 우선화 서비스를 제외한 사용자 서비스들을 얻기 위해 서비스 요청 혹은 세션 관리 시그널링을 개시하는 것이 허용되지 않는,
    코어 네트워크 노드.
12. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세서는:
    상기 코어 네트워크 기능이 상기 UE가 비-허용 영역에 있다는 알림을 받았다는 지시를 저장하고,
    상기 UE가 허용 영역으로 이동하면 상기 코어 네트워크 기능에게 상기 UE가 허용 영역에 있음을 알리도록 구성된,
    코어 네트워크 노드.

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