KR102103777B1 - 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 mcptt 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법 - Google Patents

그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 mcptt 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT(Mission Critical Push To Talk) 레이트 엔트리(late entry) 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법으로서, 기지국이 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 과정을 시작할 가능성이 있는 단말들에 대해 BSR(Buffer Status Report)을 전송할 무선 자원을 주기적으로 할당하는 무선자원 할당단계 및 상기 기지국으로부터 상기 무선 자원을 할당받은 단말이 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 과정을 시작할 때 상기 기지국으로부터 할당받은 무선 자원을 통해 제어 메시지를 상향링크로 전송하는 제어메시지 전송단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간을 단축하여 안정적이고 신뢰성 있는 그룹통신을 수행할 수 있도록 하는 상향링크 자원 할당 방법이 제공된다.

Description

그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법{UPLINK RESOURCE ALLOCATION METHOD FOR Mission Critical Push To Talk LATE ENTRY OR FLOOR CHANGE TIME IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM SUPPORTING GROUP COMMUNICATION}
본 발명은 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간을 단축하여 안정적이고 신뢰성 있는 그룹통신을 수행할 수 있도록 하는 상향링크 자원 할당 방법에 관한 것이다.
최근 재난안전망이나 철도망 전용 통합무선망 등 특수목적 전용 이동통신 시스템에 대한 관심도가 증가하고 있으며, 대부분의 특수목적 전용 이동통신 시스템은 상용에서 활용 중인 LTE를 기반으로 구축되고 있다.
이러한 특수목적 전용 이동통신 시스템에서는 PTT(Push-to-Talk)와 같은 그룹통신 서비스 제공이 필수적이며, 이 서비스는 재난 상황과 같이 다양한 환경에서도 제공 가능해야 하는 요구사항을 가진다.
3GPP에서는 이러한 PTT 서비스와 관련해서 MCPTT(Mission Critical Push-To-Talk)라는 이름의 작업 항목(work item)으로 표준화를 진행하였으며, 이동통신 시스템 커버리지(coverage) 내에서 뿐만 아니라 단말 간 직접 통신을 활용한 커버리지 밖에서의 서비스도 정의하고, 이에 대한 기술을 논의하고 있다.
MCPTT에서 가장 중요하게 여겨지는 성능 지표는 지연 시간이며, 특히 발언권 전환 시간이나 사후 참가 내지는 뒤늦은 참가를 의미하는 레이트 엔트리(late entry)와 같은 제어 동작이 각각 300ms 및 150ms 이하가 되도록 MCPTT에서는 요구하고 있다.
한편, 이동통신 시스템에서는 경우에 따라 상향링크 패킷 전송과 관련하여 스케줄링으로 인한 자원 할당에 소요되는 시간이 수십 ms까지 걸릴 수 있으며, 이는 MCPTT 서비스 측면에서 치명적인 지연 시간에 해당하기 때문에, MCPTT 사용자에 대해서 효과적으로 상향링크 무선자원을 할당할 수 있는 스케줄링 기법을 도입하여 각종 제어 동작의 지연 시간을 최소화시킬 필요가 있다.
도 1은 MCPTT(Mission Critical Push To Talk) 제어 절차를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 단말이 이미 형성된 자신의 그룹에 대한 그룹통화 호에 참가하기 위해서 레이트 엔트리(late entry) 절차를 거치게 되며, 단말이 INVITE 메시지를 서버에 보내고, 서버에서 200 OK 메시지를 단말에 주면 단말이 ACK 메시지를 서버에 보내면서 레이트 엔트리 절차가 완료된다.
이후 그룹 호에 참가한 상태에서, 단말이 전달할 음성 정보가 있을 때 floor request 메시지 전송을 통해 서버에게 발언권을 요청하게 되고, 서버에서 floor yes 메시지를 단말에 주게 되면 단말은 음성 패킷을 RTP 형태로 연속적으로 전송하게 되며, 서버는 이를 받아서 나머지 그룹 단말에게 음성 패킷을 전달하게 된다.
레이트 엔트리나 발언권 전환 과정 모두 이전에 상향링크로 트래픽이 발생하지 않는 상황에서 첫 단계 과정으로 단말이 서버에게 제어 메시지를 전달하기 위한 상향링크 패킷 전송을 한다.
도 2는 종래 LTE에서의 상향링크 스케줄링 과정을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래 LTE 기술에서는 상향링크 트래픽이 없는 상황에서는 상향링크 무선자원을 할당받기 위해서 SR(Scheduling Request) 절차를 밟아야 하며, 이는 기지국이 PUCCH(Physical Uplink Control CHannel) 전송을 위해 주기적으로 정해진 무선 자원 위치를 할당하고 단말은 이 PUCCH 상에 SR(Scheduling Request) 신호를 실어서 전송함으로써, 기지국에게 상향링크 트래픽 전송을 위한 무선 자원 할당 요청을 한다.
이때 기지국은 단말에게 일정 부분의 상향링크 지원을 할당하고, 단말은 이를 통해 상향링크 패킷을 곧바로 전송하거나 할당된 상향링크 자원이 적은 경우에는 BSR(Buffer Status Report)을 전송하여 상향링크 트래픽 양을 기지국에게 알리고, 기지국은 이를 통해 적절한 양의 상향링크 자원을 재할당한다.
한편, 단말이 SR(Scheduling Request) 과정을 진행하기 위해서는 SR PUCCH를 위한 자원이 주기적으로 할당되는 시점까지 기다려야 하며, 최악의 경우 단말은 SR PUCCH의 할당 주기만큼 기다린 후에 SR(Scheduling Request) 신호를 전송할 수 있는 상황이 발생할 수 있다.
특히, 재난망의 특성상 한 기지국에 많은 사용자를 수용해야 하는 상황에서는, SR PUCCH가 최대한의 설정 값인 80ms로 설정되어야 하므로, 단말이 상향링크 자원 요청 시 SR(Scheduling Request) 과정이 최대 80ms 가량 소요될 수 있다.
레이트 엔트리나 발언권 전환 과정은 통상적으로 이전 상향링크 트래픽이 없는 상태에서 진행이 되므로, 대부분 SR(Scheduling Request) 과정을 거쳐야 레이트 엔트리나 발언권 전환 과정을 위한 제어 메시지를 상향링크로 전송할 수 있다.
최악의 경우, 레이트 엔트리나 발언권 전환 과정에 따라서 SR(Scheduling Request) 할당 주기인 80ms 가량의 시간이 소요되며, 이는 MCPTT에서 요구하는 지연 시간 조건인 레이트 엔트리 시간 150ms 이하나 발언권 전환 시간 300ms을 만족시켜야 하는 측면에서는 상당히 큰 지연시간에 해당하게 된다는 문제점이 있다.
따라서 MCPTT 서비스에 맞는 상향링크 스케줄링을 수행하여 레이트 엔트리 시간이나 발언권 전환 시간에 대한 단축을 도모할 필요가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2006-0014760호(공개일자: 2006년 02월 16일, 명칭: PTT콜 중재방법) 대한민국 등록특허공보 제10-0672336호(등록일자: 2007년 01월 16일, 명칭: 이동통신망에서 그룹통화를 위한 발언권 관리 방법 및 이를위한 그룹통화 시스템)
본 발명은 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간을 단축하여 안정적이고 신뢰성 있는 그룹통신을 수행할 수 있도록 하는 상향링크 자원 할당 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 상향링크로 발생하는 첫 트래픽에 대해 시간이 다소 걸리는 SR(Scheduling Request) 과정 없이 상향링크 전송을 가능하게 하여, 상향링크 스케줄링으로 인한 전송 지연 시간을 단축시킬 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 호핑 패턴(hopping pattern)을 기반으로 하여 상향링크 자원을 할당하여, 잦은 상향링크 자원 할당으로 인한 상향링크 신호 간섭의 영향을 최소화하고, 특히 그룹 내 단말 간 간섭으로 인해 전송률 성능이 저하되어 메시지 전송 지연이 증가하는 사이드-이팩트(side-effect)를 최소화시키는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT(Mission Critical Push To Talk) 레이트 엔트리(late entry) 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법으로서, 기지국이 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 과정을 시작할 가능성이 있는 단말들에 대해 BSR(Buffer Status Report)을 전송할 무선 자원을 주기적으로 할당하는 무선자원 할당단계 및 상기 기지국으로부터 상기 무선 자원을 할당받은 단말이 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 과정을 시작할 때 상기 기지국으로부터 할당받은 무선 자원을 통해 제어 메시지를 상향링크로 전송하는 제어메시지 전송단계를 포함한다.
본 발명에 따른 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법에 있어서, 상기 기지국이 할당하는 무선 자원은 그룹통신을 하는 동일 그룹 내의 단말 별로 동일한 주기를 가지되 옵셋(offset)을 다르게 설정하여 시간 축 패턴으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법에 있어서, 상기 기지국이 할당하는 nv번째 무선 자원의 PRB(Physical Resource Block) 번호는 하기 수식 1에 의해 설정되는 것을 특징으로 한다.
[수식 1]
Figure 112017112904830-pat00001
수식 1에서, NRB는 총 PRB 개수, ns는 해당 서브프레임(subframe) 번호, nv는 포스 그랜트(force grant) 할당 자원의 논리적 번호, c(i)는 i번째 length-31 Gold Sequence 기반의 의사 난수 시퀀스(pseudo-random sequence)이다.
본 발명에 따른 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법에 있어서, 상기 기지국은 그룹통신 서비스 대상인 단말들을 비활성(inactive), 대기(standby), 활성(active)의 3가지 상태로 분류하고, 상기 3가지 상태를 기반으로 상기 무선 자원을 할당하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법에 있어서, 상기 기지국은 단말이 속한 그룹이 그룹 호(group call)를 형성하지 않은 경우, 해당 단말을 비활성 상태로 분류하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법에 있어서, 상기 기지국은 단말이 속한 그룹이 그룹 호를 형성하였으나 해당 단말이 아직 그룹 호에 참가하지 않거나 그룹 내 단말들이 발언권을 부여받지 않은 경우 해당 단말을 대기 상태로 분류하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법에 있어서, 상기 기지국은 단말이 속한 그룹의 그룹 호에 참가하고 그룹 내 한 단말이 발언권을 부여받은 경우 해당 단말을 활성 상태로 분류하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법에 있어서, 상기 기지국은 단말에 대해 GBR RB(Guaranteed Bit Rate Radio Bearer)가 설정되었는지 여부를 기준으로 해당 단말이 속한 그룹이 그룹 호를 형성하였는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법에 있어서, 상기 기지국이 그룹 내 한 단말이 발언권을 부여받는 시점을 판단할 때, 해당 단말의 GBR RB(Guaranteed Bit Rate Radio Bearer)에 대해 BSR(Buffer Status Report)을 수신하거나 트래픽(traffic)을 망으로부터 수신하는 이벤트로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법에 있어서, 상기 기지국이 그룹 내 한 단말이 발언권을 해제하는 시점을 판단할 때, 상기 기지국은 활성 상태에 있는 단말 별로 GBR RB(Guaranteed Bit Rate Radio Bearer)에 대한 트래픽을 수신할 때마다 타이머를 시작 또는 재시작하고, 상기 타이머가 만료하는 시점으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법에 있어서,
상기 무선자원 할당단계 및 상기 제어메시지 전송단계는 상기 대기 상태의 단말에게만 적용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간을 단축하여 안정적이고 신뢰성 있는 그룹통신을 수행할 수 있도록 하는 상향링크 자원 할당 방법을 제공되는 효과가 있다.
또한, 상향링크로 발생하는 첫 트래픽에 대해 시간이 다소 걸리는 SR(Scheduling Request) 과정 없이 상향링크 전송이 가능하므로, 상향링크 스케줄링으로 인한 전송 지연 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 호핑 패턴(hopping pattern)을 기반으로 하여 상향링크 자원을 할당하기 때문에, 잦은 상향링크 자원 할당으로 인한 상향링크 신호 간섭의 영향을 최소화할 수 있으며, 특히 그룹 내 단말 간 간섭으로 인해 전송률 성능이 저하되어 메시지 전송 지연이 증가하는 사이드-이팩트(side-effect)를 최소화시킬 수 있다.
도 1은 MCPTT(Mission Critical Push To Talk) 제어 절차를 나타낸 도면이고,
도 2는 종래 LTE에서의 상향링크 스케줄링 과정을 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명이 수행되는 시스템 구성을 예시적으로 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT(Mission Critical Push To Talk) 레이트 엔트리(late entry) 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법을 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 포스 그랜팅(Force granting) 동작을 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상태 관리 기법을 설명하기 위한 개념도이고,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상향링크 스케줄링을 예시적으로 나타낸 도면이고,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 효과 검증을 위한 테스트베드 환경을 예시적으로 나타낸 도면이고,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 지연시간 성능 개선을 나타낸 그래프이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2구성 요소는 제1구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 핵심적인 특징들을 설명한 이후, 도 5 내지 도 9를 추가로 참조하여 본 발명의 세부적이고 예시적인 사항들을 설명한다.
도 3은 본 발명이 수행되는 시스템 구성을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT(Mission Critical Push To Talk) 레이트 엔트리(late entry) 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법을 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예는 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT(Mission Critical Push To Talk) 레이트 엔트리(late entry) 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법으로서, 무선자원 할당단계(S10) 및 제어메시지 전송단계(S20)를 포함한다.
무선자원 할당단계(S10)에서는, 기지국(10)이 레이트 엔트리(late entry) 또는 발언권 전환 과정을 시작할 가능성이 있는 단말들(20)에 대해 BSR(Buffer Status Report)을 전송할 무선 자원을 주기적으로 할당하는 과정이 수행된다.
예를 들어, 기지국(10)이 할당하는 무선 자원은 그룹통신을 하는 동일 그룹 내의 단말(20) 별로 동일한 주기를 가지되 옵셋(offset)을 다르게 설정하여 시간 축 패턴으로 설정하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 기지국(10)이 할당하는 nv번째 무선 자원의 PRB(Physical Resource Block) 번호는 수식 1에 의해 설정되도록 구성될 수 있다.
[수식 1]
Figure 112017112904830-pat00002
수식 1에서, NRB는 총 PRB 개수, ns는 해당 서브프레임(subframe) 번호, nv는 포스 그랜트(force grant) 할당 자원의 논리적 번호, c(i)는 i번째 length-31 Gold Sequence 기반의 의사 난수 시퀀스(pseudo-random sequence)이다.
예를 들어, 기지국(10)은 그룹통신 서비스 대상인 단말들(20)을 비활성(inactive), 대기(standby), 활성(active)의 3가지 상태로 분류하고, 3가지 상태를 기반으로 무선 자원을 할당하도록 구성될 수 있다.
하나의 예로, 기지국(10)은 단말(20)이 속한 그룹이 그룹 호(group call)를 형성하지 않은 경우, 해당 단말(20)을 비활성 상태로 분류하도록 구성될 수 있다.
다른 예로, 기지국(10)은 단말(20)이 속한 그룹이 그룹 호를 형성하였으나 해당 단말(20)이 아직 그룹 호에 참가하지 않거나 그룹 내 단말들(20)이 발언권을 부여받지 않은 경우, 해당 단말(20)을 대기 상태로 분류하도록 구성될 수 있다.
또 다른 예로, 기지국(10)은 단말(20)이 속한 그룹의 그룹 호에 참가하고 그룹 내 한 단말(20)이 발언권을 부여받은 경우, 해당 단말(20)을 활성 상태로 분류하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 기지국(10)은 단말(20)에 대해 GBR RB(Guaranteed Bit Rate Radio Bearer)가 설정되었는지 여부를 기준으로 해당 단말(20)이 속한 그룹이 그룹 호를 형성하였는지 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 기지국(10)이 그룹 내 한 단말(20)이 발언권을 부여받는 시점을 판단할 때, 해당 단말(20)의 GBR RB(Guaranteed Bit Rate Radio Bearer)에 대해 BSR(Buffer Status Report)을 수신하거나 트래픽(traffic)을 망으로부터 수신하는 이벤트로 판단하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 기지국(10)이 그룹 내 한 단말(20)이 발언권을 해제하는 시점을 판단할 때, 기지국(10)은 활성 상태에 있는 단말(20) 별로 GBR RB(Guaranteed Bit Rate Radio Bearer)에 대한 트래픽을 수신할 때마다 타이머를 시작 또는 재시작하고, 타이머가 만료하는 시점으로 판단하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 무선자원 할당단계(S10) 및 제어메시지 전송단계(S20)를 포함하는 상향링크 자원 할당 방법은 대기 상태의 단말(20)에게만 적용되도록 구성될 수 있다.
제어메시지 전송단계(S20)에서는, 기지국(10)으로부터 무선 자원을 할당받은 단말(20)이 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 과정을 시작할 때 기지국(10)으로부터 할당받은 무선 자원을 통해 제어 메시지를 상향링크(Uplink)로 전송하는 과정이 수행된다.
본 발명은 일반적인 MCPTT 시스템 구성인 단말(20)과 기지국(10)/코어망, 서버 구성 중에서 단말(20)과 기지국(10)에 해당하며, 구체적으로 기지국(10)이 단말(20)에 의한 상향링크 전송을 위한 무선 자원 할당을 수행하는 방식인 포스 그랜팅(force granting) 알고리즘과 이를 효과적으로 수행하기 위한 기지국(10)의 상태(state) 관리 기법, 그리고 자원 할당에 따라 상향링크로 전송을 수행하는 단말(20)의 동작으로 구성되며, 전체 동작은 아래 표 1의 슈도코드(pseudo-code)에 개시된 바와 같이 이루어질 수 있다.
[표 1]
Figure 112017112904830-pat00003
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 포스 그랜팅(Force granting) 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 추가로 참조하면, 포스 그랜팅(Force granting)은 레이트 엔트리(late entry)나 발언권 전환 동작을 수행할 가능성이 있는 MCPTT 단말(20)을 위한 기지국(10)의 상향링크 스케줄링 알고리즘으로서, 도 5에 예시된 바와 같이 단말(20)의 상향링크 트래픽 유무와 관계없이 무조건적으로 상향링크 무선 자원을 할당하여 단말(20)로 하여금 SR(Scheduling Request) 과정 없이 상향링크 전송이 가능하도록 한다.
포스 그랜팅을 통해 할당하는 상향링크 무선 자원은 단말(20)이 BSR(Buffer Status Report)을 전송할 수 있는 최소한으로 할당할 수 있는 무선 자원 양으로 설정하여, 상향링크 용량에 최소한의 영향을 끼치도록 구성될 수 있다.
포스 그랜팅에서 무선 자원은 시간/주파수축 관점에서 호핑(hopping)을 시켜서 기지국(10)이 할당을 하도록 구성될 수 있다.
하나의 예로, 시간 축으로는 TFG라는 고정 주기로 포스 그랜팅 자원 할당을 수행하도록 구성될 수 있으며, 동일 그룹 내 단말(20)끼리는 주기적으로 할당되는 포스 그랜팅 자원 패턴의 옵셋(offset)이 서로 상이하게 하여, 그룹 내 단말(20)끼리는 동일한 서브프레임(subframe) 안에 최대한 포스 그랜팅이 이루어지지 않도록 구성될 수 있다.
다른 예로, 주파수 축으로는 아래 수식 1과 같은 주파수 호핑(hopping) 패턴으로 포스 그랜팅 자원 할당이 이루어지도록 구성될 수 있다.
[수식 1]
Figure 112017112904830-pat00004
수식 1에서, NRB는 총 PRB 개수, ns는 해당 서브프레임(subframe) 번호, nv는 포스 그랜트(force grant) 할당 자원의 논리적 번호, c(i)는 i번째 length-31 Gold Sequence 기반의 의사 난수 시퀀스(pseudo-random sequence)이다.
단말(20)은 포스 그랜트(Force grant)를 받았을 때 상향링크 트래픽이 없으면 패딩(padding) 메시지를 보내고, 레이트 엔트리(late entry)나 발언권 전환 과정에서 발생된 제어 메시지가 상향링크 트래픽으로 보유하고 있으면 직접 포스 그랜트(force grant)를 통해 해당 제어 메시지를 전송하거나 BSR을 전송하여 충분한 양의 상향링크 무선자원을 획득한 뒤 해당 제어 메시지를 전송하도록 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상태 관리 기법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6을 추가로 참조하면, 기지국(10)의 상태(state) 관리 기법은 포스 그랜팅(force granting) 기법을 효율적으로 수행하기 위한 것으로, 포스 그랜팅이 필요한 단말(20)을 상태 관리 기법을 통해 파악하여 선택적으로 포스 그랜팅을 수행한다.
기지국(10)의 상태 관리 기법은 도 6에 개시된 바와 같이 동작하며, 여기서 기지국(10)은 각 단말(20) 별로 상태를 비활성(inactive)/대기(standby)/활성(active) 세 가지로 분류하여 정의한다.
단말(20)은 최초에 비활성 상태(inactive state)에 머무르며, 단말(20)의 그룹 호가 형성되면 기지국(10)은 단말(20)의 그룹 호 참가여부와 관계없이 단말(20)을 대기 상태(standby state)로 천이시킨다.
여기서 기지국(10)은 해당 단말(20)의 그룹 호가 형성되었는지 여부를 관련 GBR(Guaranteed Bit Rate) 성격의 DRB(Data Radio Bearer)이 설정 되었는지 여부를 통해 파악할 수 있다.
단말(20)이 대기 상태(standby state)에 있으면, 기지국(10)은 해당 단말(20)에게 포스 그랜팅(force granting)을 수행한다.
단말(20)이 발언권을 부여받아서 음성 패킷을 전송하거나 다른 그룹 단말이 발언을 하면서 음성 패킷을 수신하는 상황이 되면, 기지국(10)은 해당 단말(20)의 상태(state)를 활성 상태(active state)로 천이시키며, 이때는 해당 단말(20)에게 수행하던 포스 그랜팅(force granting)을 중단한다.
여기서 기지국(10)은 해당 단말(20)로부터 해당 GBR DRB(Guaranteed Bit Rate Data Radio Bearer)에 대한 BSR(Buffer Status Report)을 수신하거나 해당 GBR DRB(Guaranteed Bit Rate Data Radio Bearer)로 전송되는 하향링크 트래픽을 수신하는 이벤트를 통해 위의 상황을 판단하며, 이런 이벤트가 발생하면 기지국(10)은 단말(20)의 상태를 활성 상태(active state)로 천이시킨다.
단말(20)이 활성 상태(active state)에 머물러 있을 때는 발언이 진행되는지 여부를 확인하는 Ta 타이머(timer)를 항시 관리하며, 매번 해당 GBR DRB(Guaranteed Bit Rate Data Radio Bearer)를 통해 상향링크로 패킷을 수신하거나 하향링크로 전송할 패킷을 수신할 때마다 Ta 타이머(timer)를 시작한다.
Ta 타이머(timer)가 만료되는 경우에는 기지국(10)은 발언이 더 이상 이루어지지 않는다고 판단하며, 이때 기지국(10)은 해당 단말(20)의 상태를 활성(active)에서 대기(standby)로 천이시키고, 이때 중단했던 포스 그랜팅(force granting)을 재개한다.
그룹 통화 세션이 종료되면, 해당 단말(20)에게 설정된 GBR DRB(Guaranteed Bit Rate Data Radio Bearer)이 해제되고, 이때 기지국(10)은 해당 단말(20)의 상태를 비활성 상태(inactive state)로 천이시키면서 포스 그랜팅(force granting)을 종료한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상향링크 스케줄링을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 7을 추가로 참조하면, 그룹 호가 형성된 단말(20)은 대기 상태(standby state)에 머무르며, 이때 기지국(10)은 포스 그랜팅(force granting)을 해당 단말(20)에게 제공한다.
시간 축 관점에서는, 해당 단말(20)은 상단의 그림과 같이 TFG=4를 주기로 서브프레임(subframe) 1, 5, 9 등에서 상향링크 트래픽과 관계없이 무조건적으로 무선 자원을 할당받는다.
그룹 내 다른 단말은 서브프레임(subframe) 3, 7 등에서 상향링크 트래픽과 관계없이 무조건적으로 무선 자원을 할당받는다.
발언권 전환 과정으로 인해 단말(20)이 발언권 요청(floor request) 메시지에 대한 상향링크 트래픽이 6번째 서브프레임에서 발생하면, 단말(20)은 9번째 서브프레임에서 받은 포스 그랜트(force grant)를 통해 BSR(Buffer Status Report)를 기지국(10)에게 전송하고, 기지국(10)은 BSR(Buffer Status Report)을 통해 파악된 발언권 요청(floor request) 메시지 크기를 수용할 수 있는 상향링크 무선 자원을 10번째 서브프레임부터 할당한다.
이때 단말(20)이 활성 상태(active state)로 천이되면서 포스 그랜팅(force granting)을 중단하며, 동일 그룹 내에서 음성 패킷을 수신하는 단말에 대해서도 포스 그랜팅(force granting)을 중단한다.
음성 패킷 전달이 끝나면, Ta 타이머(timer) 만료와 함께 단말(20)의 상태가 대기 상태(standby state)로 천이되고, 이때부터 그룹 내 모든 단말에게 포스 그랜팅(force granting)을 수행한다.
주파수 축 관점에서는 매 서브프레임(subframe)마다 포스 그랜트(force grant)로 할당되는 PRB(Physical Resource Block)가 달라지며, 그룹 내 단말(20)별로 도 PRB(Physical Resource Block)가 달라지도록 할당된다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 효과 검증을 위한 테스트베드 환경을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 지연시간 성능 개선을 나타낸 그래프이다.
도 8 및 도 9를 추가로 참조하면, 본 발명을 통해서 상향링크로 발생하는 첫 트래픽에 대해 시간이 다소 걸리는 SR(Scheduling Request) 과정 없이 상향링크 전송이 가능하므로, 상향링크 스케줄링으로 인한 전송 지연 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 호핑 패턴(hopping pattern)을 기반으로 하여 상향링크 자원을 할당하기 때문에, 잦은 상향링크 자원 할당으로 인한 상향링크 신호 간섭의 영향을 최소화 할 수 있으며, 특히 그룹 내 단말(20) 간 간섭으로 인해 전송률 성능이 저하되어 메시지 전송 지연이 증가하는 사이드-이팩트(side-effect)를 최소화할 수 있다.
실제로, 도 8에 개시된 바와 같은 테스트베드(testbed) 환경에서 본 발명을 실제로 구현하고, 레이트 엔트리(late entry)와 발언권 전환 과정을 반복하면서 지연 시간을 측정하였으며, 그 결과 도 9에 개시된 바와 같이 본 발명의 적용을 통해 레이트 엔트리(late entry) 과정이나 발언권 전환 과정의 지연시간이 60-75ms 가량 감소하는 효과가 있었다.
10: 기지국
20: 단말
S10: 무선자원 할당단계
S20: 제어메시지 전송단계

Claims (11)

  1. 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT(Mission Critical Push To Talk) 레이트 엔트리(late entry) 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법으로서,
    기지국이 그룹통신 서비스 대상인 단말들을 그룹통신 서비스 상황에 따라 비활성(inactive), 대기(standby), 활성(active)의 3가지 상태로 분류하고, 상기 3가지 상태를 기반으로 무선 자원을 할당하되, GBR RB(Guaranteed Bit Rate Radio Bearer)가 설정되었는지 여부와 상기 GBR RB가 설정된 경우 그 GBR RB를 통해 음성 패킷이 실제 전달되고있는지 여부를 통해 해당 단말을 대기 상태로 분류하여, 대기 상태의 단말에 대해 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 과정을 시작할 가능성이 있는 단말들로 예측하여, 포스 그랜팅(force granting)을 통해 BSR(Buffer Status Report)을 상시 전송할 무선 자원을 주기적으로 할당하되, 상기 BSR을 전송할 수 있는 최소한의 무선 자원 양으로 설정하여 할당하는 무선자원 할당단계; 및
    상기 기지국으로부터 상기 무선 자원을 할당받은 단말이 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 과정을 시작할 때 상기 기지국으로부터 할당받은 무선 자원을 통해 제어 메시지를 상향링크로 전송하는 제어메시지 전송단계를 포함하는, 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기지국이 할당하는 무선 자원은 그룹통신을 하는 동일 그룹 내의 단말 별로 동일한 주기를 가지되 옵셋(offset)을 다르게 설정하여 시간 축 패턴으로 설정하는 것을 특징으로 하는, 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기지국이 할당하는 nv번째 무선 자원의 PRB(Physical Resource Block) 번호는 하기 수식 1에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는, 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법
    [수식 1]
    Figure 112017112904830-pat00005

    수식 1에서, NRB는 총 PRB 개수, ns는 해당 서브프레임(subframe) 번호, nv는 포스 그랜트(force grant) 할당 자원의 논리적 번호, c(i)는 i번째 length-31 Gold Sequence 기반의 의사 난수 시퀀스(pseudo-random sequence)이다.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기지국은 단말이 속한 그룹이 그룹 호(group call)를 형성하지 않은 경우, 해당 단말을 비활성 상태로 분류하는 것을 특징으로 하는, 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기지국은 단말이 속한 그룹이 그룹 호를 형성하였으나 해당 단말이 아직 그룹 호에 참가하지 않거나 그룹 내 단말들이 발언권을 부여받지 않은 경우 해당 단말을 대기 상태로 분류하는 것을 특징으로 하는, 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기지국은 단말이 속한 그룹의 그룹 호에 참가하고 그룹 내 한 단말이 발언권을 부여받은 경우 해당 단말을 활성 상태로 분류하는 것을 특징으로 하는, 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 기지국은 단말에 대해 GBR RB(Guaranteed Bit Rate Radio Bearer)가 설정되었는지 여부를 기준으로 해당 단말이 속한 그룹이 그룹 호를 형성하였는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는, 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 기지국이 그룹 내 한 단말이 발언권을 부여받는 시점을 판단할 때, 해당 단말의 GBR RB(Guaranteed Bit Rate Radio Bearer)에 대해 BSR(Buffer Status Report)을 수신하거나 트래픽(traffic)을 망으로부터 수신하는 이벤트로 판단하는 것을 특징으로 하는, 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 기지국이 그룹 내 한 단말이 발언권을 해제하는 시점을 판단할 때, 상기 기지국은 활성 상태에 있는 단말 별로 GBR RB(Guaranteed Bit Rate Radio Bearer)에 대한 트래픽을 수신할 때마다 타이머를 시작 또는 재시작하고, 상기 타이머가 만료하는 시점으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 그룹통신을 지원하는 무선통신 시스템에서 MCPTT 레이트 엔트리 또는 발언권 전환 시간 단축을 위한 상향링크 자원 할당 방법.

  11. 삭제
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