KR102116158B1

KR102116158B1 - 짧은 데이터 전송들을 위한 방법들 및 장치들

Info

Publication number: KR102116158B1
Application number: KR1020157019132A
Authority: KR
Inventors: 제프리 맥하디; 스테판 티죄른런드
Original assignee: 옵티스 셀룰러 테크놀로지, 엘엘씨
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2020-06-05
Also published as: KR20150100749A; EP2936871A2; US9265031B2; CA2894794A1; JP2016507942A; US20140177534A1; WO2014097223A2; CN105027611A; JP6412880B2; BR112015014456A2; RU2658300C2; WO2014097223A3; RU2015129064A; CN105027611B

Abstract

경량 통신 프로토콜은 무선 디바이스(30)로부터 기지국(20)으로의 업링크 채널상의 작은 데이터 전송들을 위한 오버헤드를 감소시킨다. 무선 디바이스(30)는 기지국(20)에 알려진 디바이스 식별자와 함께 미리 구성된다. 미리 구성된 디바이스 식별자는 기지국(20)과 서빙 게이트웨이 사이의 정적 터널과 연관된다. 무선 디바이스(30)는 더 상위 레이어의 프로토콜들을 사용하지 않고 매체 액세스 제어 패킷 내에서 응용 데이터를 기지국(20)에 전송한다. 기지국(20)이 매체 액세스 제어 패킷을 수신하는 때, 그것은 응용 데이터를 미리 구성된 디바이스 식별자와 연관된 터널에 매핑한다.

Description

짧은 데이터 전송들을 위한 방법들 및 장치들{METHODS AND APPARATUSES FOR SHORT DATA TRANSMISSION}

본 발명은 일반적으로 무선 통신 네트워크에서의 데이터 전송에 관한 것이고, 보다 구체적으로는, 짧은 데이터 전송들을 위한 무선 통신 네트워크에서의 낮은 오버헤드 데이터 전송을 위한 방법들 및 장치에 관한 것이다.

머신-타입 통신들(machine-type communications; MTC)로도 알려진, 머신간(Machine-to-machine; M2M) 통신들은 인간의 개입이 없는 디바이스들 사이의 통신이다. 무선 통신 네트워크들은 M2M 통신들을 위하여 점점 더 사용되고 있다. 예를 들어, 무선 디바이스들은 전력 및 가스와 같은 공익 설비들의 사용량을 보고하기 위하여 계량 응용들(metering applications)에서, 센서들로부터 데이터를 수집하기 위하여 센서 네트워크들에서, 및 위치 플릿 트래킹 응용들(location fleet tracking applications)을 위하여 현재 사용되고 있다. 가까운 미래에, M2M 통신을 위한 요구가 보통의 사람 간(human-to-human; H2H) 통신을 능가할 것으로 기대된다.

LTE(Long Term Evolution) 네트워크 및 현재 사용되고 있는 다른 광대역 네트워크들은 미디어 스트리밍과 같은 고속 데이터 서비스들(high rate data services)을 지원하도록 설계되었다. 통신 세션을 설립하고 유지하는 데에 요구되는 시그널링 오버헤드는 높고, 고속 데이터 응용들에 대하여 시그널링 오버헤드는 전체 데이터의 단지 작은 부분만이 네트워크상에 전송되고 있음을 나타낸다. 일반적인 M2M 통신들에서, 데이터 전송들이 빈번하지 않고 작은 양의 데이터만을 포함하기 때문에, 일반적인 M2M 응용들에서는 시그널링 오버헤드가 몹시 높을(prohibitive) 수 있다. 예를 들어, 계량 응용들에서, 무선 디바이스는 현재의 계량기 판독값을 단지 한 달에 한 번만 전송할 수 있다. 이 경우에서, 통신 링크를 설립하기 위한 시그널링은 전송되는 사용자 데이터의 양을 초과할 수 있다. M2M 디바이스들의 수가 증가함에 따라, 정체(congestion)를 피하기 위하여 더욱 더 많은 리소스들이 시그널링 오버헤드에 할당될 필요가 있을 것이고, 그것은 사용자 데이터의 전송에는 더 적은 리소스들이 이용가능할 것을 의미한다.

또한, M2M을 위한 서비스 프로필은 단지 주기적(periodic)이고, 비동기식(asynchronous)이며, 믿을 수 없는(unreliable) 데이터 전송만을 요구할 수 있다. 고속 데이터 전송들을 위해 사용되는 프로토콜들 중 다수는 M2M 통신을 위한 서비스 요구 사항들을 꼭 만족시키는 데에 필요가 없다. 불필요한 프로토콜들은 M2M 통신을 위해 사용되는 무선 디바이스들의 복잡도와 비용을 증가시킨다.

본 발명은 무선 디바이스로부터 기지국으로의 짧은 데이터 전송들을 위한 경량 통신 프로토콜을 제공한다. 무선 디바이스는 기지국에 알려진 디바이스 식별와 함께 미리 구성된다. 미리 구성된 디바이스 식별자는 기지국과 서빙 게이트웨이 사이의 정적 터널과 연관된다. 무선 디바이스는 더 상위 레이어의 프로토콜들을 사용하지 않고 매체 액세스 제어 패킷 내에서 응용 데이터를 기지국에 전송한다. 기지국이 매체 액세스 제어 패킷을 수신하는 때, 그것은 응용 데이터를 미리 구성된 디바이스 식별자와 연관된 터널에 매핑한다. 경량 통신 프로토콜은 업링크 전송들에 보통 요구되는 오버헤드의 대부분을 제거하고, 따라서 각각의 전송에서 적은 양의 데이터를 포함하고 데이터 전송들이 빈번하지 않은 M2M 통신에 적합하다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 업링크 채널상에서 무선 디바이스에 의한 작은 데이터 전송들을 지원하기 위하여 무선 통신 네트워크 내에서 기지국에 의해 구현되는 방법들을 포함한다. 일 예시적인 방법은 무선 디바이스를 위한 미리 구성된 디바이스 식별자를 기지국과 서빙 게이트웨이 사이의 터널과 연관시키는 단계; 무선 통신 채널상에서 무선 디바이스로부터 매체 액세스 제어 패킷을 수신하는 단계 - 상기 매체 액세스 제어 패킷은 목적지 디바이스로의 배달을 위하여 무선 디바이스에 의해 전송된 응용 데이터를 포함함 -; 무선 디바이스의 미리 구성된 디바이스 식별자를 연관된 터널에 매핑하는 단계; 및 상기 응용 데이터를 상기 터널을 통해 상기 서빙 게이트웨이에 포워딩하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예들은 무선 디바이스에 의한 비동기식 작은 데이터 전송들을 지원하기 위한 무선 통신 네트워크 내의 기지국을 포함한다. 일 예시적인 기지국은 무선 통신 채널상에서 신호들을 전송하고 수신하도록 구성된 송수신기 회로, 및 상기 송수신기 회로에 연결된 프로세싱 회로를 포함한다. 프로세싱 회로는 무선 디바이스를 위한 미리 구성된 디바이스 식별자를 기지국과 서빙 게이트웨이 사이의 터널에 연관시키고; 무선 통신 채널상에서 무선 디바이스로부터 매체 액세스 제어 패킷을 수신하며 - 상기 매체 액세스 제어 패킷은 목적지 디바이스로의 배달을 위하여 무선 디바이스에 의해 전송된 응용 데이터를 포함함 -; 무선 디바이스의 미리 구성된 디바이스 식별자를 연관된 터널에 매핑하고; 상기 응용 데이터를 상기 터널을 통하여 상기 서빙 게이트웨이에 포워딩하도록 구성된다.

본 발명의 다른 실시예들은 업링크 채널상에서 데이터를 기지국에 전송하기 위하여 무선 통신 네트워크 내에서 무선 디바이스에 의해 구현되는 방법들을 포함한다. 일 예시적인 방법은 응용 데이터 및 비동기식 작은 데이터 전송을 위하여 예약된 미리 구성된 디바이스 식별자를 포함하는 매체 액세스 제어 패킷을 생성하는 단계; 및 매체 액세스 제어 패킷을 더 상위 레이어의 프로토콜 헤더들 없이 무선 통신 채널상에서 서빙 기지국에 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예들은 무선 통신 네트워크 내의 무선 디바이스를 포함한다. 일 예시적인 무선 디바이스는 무선 통신 채널상에서 신호들을 전송하고 수신하도록 구성된 송수신기 회로, 및 상기 송수신기 회로에 연결된 프로세싱 회로를 포함한다. 프로세싱 회로는 응용 데이터 및 비동기식 작은 데이터 전송들을 위해 예약된 미리 구성된 디바이스 식별자를 포함하는 매체 액세스 제어 패킷을 생성하고; 매체 액세스 제어 패킷을 더 상위 레이어의 프로토콜 헤더들 없이 무선 통신 채널상에서 서빙 기지국에 전송하도록 구성된다.

본 발명은 짧은 데이터 전송들을 위하여 요구되는 오버헤드의 양을 감소시킨다. 불필요한 프로토콜들을 제거함으로써 M2M 통신들을 위한 데이터 경로(data path)를 형성하고(form), M2M 통신들을 위해 지정된 무선 디바이스의 복잡성 및 비용이 감소될 수 있다.

도 1은 예시적인 무선 통신 네트워크를 도시한다.
도 2는 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 경량 통신 프로토콜(lightweight communication protocol)을 도시한다.
도 3은 몇몇 실시예에서 사용되는 예시적인 매체 액세스 제어 패킷 데이터 유닛(medium access control packet data unit; MAC PDU)을 도시한다.
도 4는 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 업링크 전송을 위한 시그널링을 도시한다.
도 5는 발명의 다른 실시예에 따른 예시적인 업링크 전송을 위한 시그널링을 도시한다.
도 6은 몇몇 실시예에서 사용되는 예시적인 랜덤 백-오프 절차(random back-off procedure)를 도시한다.
도 7은 업링크 채널상의 짧은 데이터 전송을 수신하기 위해 기지국 내에서 구현되는 예시적인 방법을 도시한다.
도 8은 업링크 채널상의 짧은 데이터 전송을 수행하기 위해 무선 디바이스 내에 구현되는 예시적인 방법을 도시한다.
도 9는 예시적인 무선 디바이스 및 기지국의 주 기능상의 구성요소들을 도시한다.

도 1은 본원에 설명된 바와 같이 동작하도록 구성된 예시적인 무선 통신 네트워크(10)를 도시한다. 무선 통신 네트워크(10)는, 예를 들어, LTE(Long Term Evolution) 네트워크를 포함하지만; 본 기술분야에 숙련된 자들은 본원에 설명된 원리들이 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 네트워크들, WiFi 네트워크들 및 다른 WLANs(wireless local area networks), 및 WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) 네트워크들을 포함하여, 다른 타입들의 네트워크들에서 사용될 수 있음을 이해할 것이다.

무선 통신 네트워크(10)는 하나 이상의 기지국(20)을 포함하는 무선 액세스 네트워크(radio access network; RAN)(15)를 포함한다. LTE에서, 기지국(20)은 진화된 노드B(Evolved NodeB; eNodeB 또는 ENB)로도 불린다. RAN(15) 내의 각각의 기지국(20)은 코어 네트워크(35) 내의 서빙 게이트웨이(Serving Gateway; SGW)(40)에 연결하고, 기지국(20)에 의해 서빙되는(served) 셀 내의 무선 디바이스들(30)에 서비스를 제공한다. SGW(40)는 무선 디바이스들(30)을 위한 이동성 앵커(mobility anchor)의 역할을 하고 패킷들을 무선 디바이스들(30)에 및 무선 디바이스들(30)로부터 라우팅한다(routes). LTE에서, 무선 디바이스(30)는 사용자 장비(user equipment; UE)로도 불린다.

본 발명의 예시적인 실시예들에서, 경량 통신 프로토콜은 무선 디바이스(30)로부터 서빙 기지국(20)으로의 짧은 데이터 전송들을 위하여 사용된다. 경량 통신 프로토콜은 업링크 전송들을 위한 시그널링 오버헤드를 감소시키고 불필요한 프로토콜 레이어들(layers)을 제거한다. 경량 통신 프로토콜은 데이터 전송들이 빈번하지 않고 각각의 전송에서 적은 양의 데이터를 포함하는 머신간(M2M) 통신들에 적합하다. 본 발명의 예시적인 응용들은 이하를 포함한다:

- 무선 디바이스들(30)이 센서 데이터를 수집하고 경량 통신 프로토콜을 이용하여 센서 데이터를 중앙 서버에 주기적으로 전송하는 센서 네트워크들;

- 공익 시설 계량기 내의 무선 디바이스들(30)이 주기적으로 계량기 판독값을 중앙 서버에 보내는 계량 응용들; 및

- 무선 디바이스들(30)이 위치 데이터를 중앙 서버에 주기적으로 보내기 위하여 사용되는 위치 추적(location tracking).

이 응용들은 M2M 통신들을 위한 응용들의 타입들의 예시이며, 한정하는 것으로 생각되어서는 안 된다.

예시적인 실시예들에서, M2M 응용들을 위해 구성된 무선 디바이스(30)는 디바이스 식별자와 함께 공급된다. 기지국(20)은 디바이스 식별자를 기지국(20)과 SGW(40) 사이의 정적 터널(static tunnel)과 연관시킨다. 예를 들어, 기지국(20)은 디바이스 식별자와 연관된 터널을 검색하기 위한 매핑 테이블(mapping table)을 유지할 수 있다. 데이터가 무선 디바이스(30)로부터 수신될 때, 디바이스 식별자는 수신된 데이터를 연관된 터널에 매핑하기 위해 사용된다. 몇몇 실시예에서, 매핑 테이블은 더 상위 레이어의 프로토콜들을 위한 미리 정해진 헤더들을 디바이스 식별자와 또한 연관시킬 수 있다. 이 미리 정해진 헤더들은 더 상위 레이어의 프로토콜 패킷들을 생성하기 위하여 응용 데이터들에 첨부될 수 있다.

짧은 데이터 전송을 위해 네트워크(10)에 액세스하기 위하여, 무선 디바이스(30)는 예약된 주기적인 업링크 승인을 사용할 수 있고, 기지국(20)은 물리 업링크 공유 채널(Physical Uplink Shared Channel; PUSCH) 상의 무선 디바이스(30)로부터의 업링크 전송들을 주기적으로 스케줄링하기 위하여 미리 구성된(preconfigured) 비동기식 무선 네트워크 임시 식별자(Asynchronous Radio Network Temporary Identifier; A-RNTI)를 사용한다. A-RNTI는 보통의 범위(normal range)로부터 할당된다. 하나 초과의 무선 디바이스(30)가 같은 A-RNTI를 공유할 수 있다. 예약된 주기적인 업링크 승인은 짧은 데이터 전송을 위해 사용하도록 무선 리소스들을 무선 디바이스(30)에 할당한다. 무선 디바이스(30)가 전송할 데이터를 가진 경우, 그것은 아래 설명된 바와 같은 경량 통신 프로토콜을 이용하여, 할당된 무선 리소스들상에서 데이터를 전송한다. A-RNTI는 그것이 처음으로 공급될 때 무선 디바이스에 의해 할당되고 저장될 수 있다. 다르게는, A-RNTI는 기지국(20)에 의해 무선 디바이스(30)에 제어 채널상에서 전송될 수 있다.

대안으로서, 무선 디바이스(30)는 네트워크(10)에 액세스하기 위하여 랜덤 액세스 절차를 사용할 수 있다. 이 경우에, 무선 디바이스(30)는 그것이 전송할 데이터를 가질 때 랜덤 프리앰블(preamble)을 포함하는 랜덤 액세스 요청을 랜덤 액세스 채널(random access channel; RACH)상에서 기지국(20)에 전송한다. 그다음에 무선 디바이스(30)는 응답에 대하여 액세스 승인 채널(Access Grant Channel; AGCH)을 모니터링한다. 기지국(20)은 랜덤 액세스 요청을 승인하거나 거부할 수 있다. 기지국(20)이 랜덤 액세스 요청을 승인하는 경우, 그것은 랜덤 액세스 응답을 무선 디바이스(30)에 전송한다. 랜덤 액세스 응답은 무선 디바이스(30)로부터 수신한 랜덤 프리앰블을 랜덤 액세스 응답 내에 포함함으로써 무선 단말(30)을 식별한다. 랜덤 액세스 응답은 무선 리소스를 할당하는 업링크 승인을 또한 포함한다. 그다음에 무선 디바이스(30)는 아래에 설명된 바와 같은 경량 통신 프로토콜을 이용하여, 할당된 무선 리소스들상에서 데이터를 전송한다.

도 2는 일 예시적 실시예에 따른 무선 디바이스(30)로부터 서빙 기지국(20)으로의 짧은 데이터 전송을 위한 예시적인 경량 통신 프로토콜을 도시한다. 짧은 데이터 통신들을 위하여, 단 3개의 프로토콜 레이어가 무선 디바이스(30)에서 관련되는데: 물리적(physical; PHY) 레이어, 매체 액세스 제어(medium access control; MAC) 레이어, 응용(application; APP) 레이어이다. 무선 링크 제어(Radio Link Control; RLC) 및 패킷 데이터 집중 프로토콜(Packet Data Convergence Protocol; PDCP) 레이어들은 생략된다. 각각 시그널링 오버헤드를 증가시키는 인터넷 프로토콜 및 유니폼 데이터그램 프로토콜(Uniform Datagram Protocol; UDP)은 무선 디바이스(30)로부터 기지국(20)에 적은 양의 데이터를 전송하기 위해 필요하지 않다. 그러므로, 이 프로토콜들은 짧은 데이터 전송들을 위하여 사용되지 않는다.

APP 레이어는 기지국(20)으로의 전송을 위한 데이터를 생성하는 하나 이상의 응용들을 포함한다. 일반적으로, M2M 응용에 의해 요구되는 데이터 전송들은 빈번하지 않고 적은 양의 데이터를 포함한다. 그러한 작은 데이터 전송들을 위하여, 데이터는 APP 레이어와 MAC 레이어 사이의 다른 프로토콜 레이어들을 우회하고(bypassing) 직접 MAC 레이어에 전달된다. MAC 레이어는 본원에서 매체 액세스 제어 패킷으로도 불리는 MAC 패킷 데이터 유닛(packet data unit; PDU)을 생성하는데, 그것은 헤더 및 페이로드(payload)를 포함한다. 아래에 매우 자세히 설명될 바와 같이, MAC PDU의 헤더는 기지국(20)에게 알려진 무선 디바이스(30)를 위한 디바이스 식별자를 포함할 수 있다. MAC PDU의 페이로드는 APP 레이어로부터 전달될 응용 데이터를 수반한다. 그다음에 MAC PDU는 PHY 레이어에 전달되고 무선 채널상으로 기지국(20)에 전송된다.

PHY 레이어 및 MAC 레이어는 기지국(20)에서 종결된다. 예시적인 실시예들에서, 기지국(20)에서의 경량 프로토콜 스택(stack)은 MAC 레이어 위에 GPRS 터널링 프로토콜(GPRS Tunneling Protocol; GTP) 레이어, UDP 레이어, 및 IP 레이어를 더 포함한다. RLC 및 PDCP 레이어들은 생략된다.

PHY 레이어는 업링크 전송을 디코딩하고 디코딩된 데이터를 MAC 레이어에 전달한다. MAC 레이어는 디바이스 식별자가 존재하는 경우의 디바이스 식별자 및 응용 데이터를 MAC PDU로부터 추출하는데, 그것은 IP 레이어에 전달된다. IP 레이어는 IP 패킷을 생성하고 IP 패킷을 UDP 레이어에 전달한다. 결국 UDP 레이어는 UDP 패킷을 생성한다. IP 및 UDP 패킷들은 무선 디바이스(30)를 위한 디바이스 식별자와 연관된 미리-정해진 IP 및 UDP 헤더들 내의 응용 데이터를 캡슐화(encapsulating)함으로써 생성된다. 디바이스 식별자는 몇몇 실시예에서 MAC PDU 내에 포함될 수 있다. 다른 실시예들에서, 주기적인 스케줄링 승인 내의 디바이스 A-RNTI는 디바이스 식별자의 역할을 한다. 어느 경우에나, 디바이스 식별자는 첨부할 적절한 IP 및 UDP 헤더를 결정하기 위하여 사용된다. 미리 결정된 IP 및 UDP 헤더들은 목적지(destination) 디바이스의 목적지 네트워크 주소를 포함하는데, 그것은 일반적으로 M2M 서버이다. IP/UDP 패킷은 GTP 레이어에 전달되는데, 그것은 IP/UDP 패킷을 GTP 패킷 내에 캡슐화하고 디바이스 식별자와 연관된 미리-정해진 터널을 통하여 GTP 패킷을 SGW(40)에 전송한다. 기지국(20)으로부터 SGW(40)으로의 데이터 전송은 관습적인 프로토콜들을 사용한다.

도 3은 예시적인 MAC PDU(50)를 도시한다. MAC PDU는 MAC 헤더(55), MAC 시그널링 데이터 유닛(signaling data unit; SDU)(60), 및 패딩(padding)(65)을 포함한다. 몇몇 실시예에서의 MAC 헤더(55)는 MAC 제어 요소(MAC Control Element; MCE)(70)로 불리는 새로운 정보 요소(information element; IE)를 포함한다. MCE(70)는 미리 결정된 터널 및 미리 정해진 IP/UDP 헤더들과 연관된 디바이스 식별자를 포함한다. MAC SDU(60)는 페이로드를 포함하고 응용 데이터를 수반한다.

도 4는 제1 예시적인 실시예에 따른 짧은 데이터 전송 방법(100)을 도시한다. 무선 디바이스(30)는 기지국(20)에 알려진 디바이스 식별자와 함께 미리 구성되는 것으로 가정된다. 기지국(20)은 디바이스 식별자를 1) 미리 정해진 IP 헤더(55) 및/또는 미리 정해진 UDP 헤더(55); 및 2) 정적 GTP 터널과 연관시킨다. 무선 디바이스(30)가 전송할 데이터를 가질 때, 그것은 랜덤 액세스 채널(random access channel; RACH)상에서 랜덤 액세스 요청을 기지국(20)에 전송한다(105). 랜덤 액세스 요청은 무선 디바이스(30)에 의해 선택된 랜덤 프리앰블을 포함한다. 기지국(20)은 랜덤 액세스 요청을 승인하거나 거절할 수 있다. 랜덤 액세스 요청이 승인되는 경우, 기지국(20)은 랜덤 액세스 응답을 무선 디바이스(30)에 전송한다(110). 랜덤 액세스 응답은 랜덤 액세스 요청으로부터 얻어진 프리앰블 및 짧은 데이터 전송을 위한 무선 리소스들을 할당하는 업링크 승인을 포함한다. 랜덤 액세스 응답을 수신하면, 무선 디바이스(30)는 MAC PDU(50)를 생성한다. 응용 데이터는 MAC SDU(60) 내에 포함된다. MAC PDU(50)의 헤더(55)는 MCE(70) 내에 무선 디바이스(30)의 디바이스 식별자를 포함한다. 그다음에 MAC PDU(50)는 무선 디바이스(30)로부터 기지국(20)에 물리 채널(physical channel) 상에서 전송된다(115). 기지국(20)은 MAC PDU(50)로부터 응용 데이터 및 디바이스 식별자를 추출한다. 그다음에 기지국(20)은 미리 정해진 헤더들을 응용 데이터에 첨부함으로써 IP 및/또는 UDP 패킷들을 생성한다(120). 그다음에 기지국(20)은 IP/UDP 패킷들을 미리 결정된, 디바이스 식별자와 연관된 정적 GTP 터널에 매핑하고(125) IP/UDP 패킷을 선택된 GTP 터널을 통하여 SGW(40)에 포워딩한다(130).

도 5는 무선 디바이스(30)와 기지국(20) 사이의 짧은 데이터 전송들을 수행하기 위한 다른 방법(150)을 도시한다. 이 방법(150)은 예약된 주기적 스케줄링 승인들을 사용한다. 무선 디바이스(30)는 무선 디바이스(30)로의 업링크 승인들을 스케줄링하기 위하여 기지국(20)에 의해 사용되는 A-RNTI와 함께 미리 구성되는 것으로 가정된다. 무선 디바이스(30)는 기지국(20)에 알려진 A-RNTI로부터 별도의 디바이스 식별자를 더 포함한다. 기지국(20)은 디바이스 식별자를 1) 미리 정해진 IP 헤더 및/또는 미리 정해진 UDP 헤더; 및 2) 정적 GTP 터널과 연관시킨다. 기지국(20)은 예약된 주기적인 스케줄링 승인을 소정의 미리 정해진 간격(interval)에서 무선 디바이스(30)에 전송한다(155). 주기적인 스케줄링 승인들은 스케줄링 되고 있는 무선 디바이스(30)를 위한 미리 구성된 A-RNTI를 포함한다. 위에 언급되었듯이, A-RNTI는 일군의 무선 디바이스들(30)에 할당될 수 있다. 무선 디바이스들(30) 중 하나가 전송할 데이터를 가지는 경우, 그것은 MAC PDU(50)를 생성하고 MAC PDU(50)를 기지국(20)에 전송한다(160). MAC PDU(50)는 MCE(70) 내에 디바이스 식별자를, MAC SDU(60) 내에 응용 데이터를 포함한다. MAC PDU(50)는 물리 채널 상에서 기지국(20)에 전송된다. MAC PDU(50)의 수신 후, 기지국(20)은 IP 및/또는 UDP 패킷들을 전술한 바와 같이 생성하고(165) 패킷들을 디바이스 식별자에 기초하여 미리 구성된 GTP 터널에 매핑한다(170). 패킷들은 미리 결정된 GTP 터널을 통하여 기지국(20)으로부터 SGW(40)에 전송된다(175).

예약된 주기적 업링크 승인들이 사용될 때, MAC PDU(50) 내에 디바이스 식별자를 포함하는 것이 필요하지 않다. 오히려 스케줄링 승인 내의 A-RNTI가 디바이스 식별자의 역할을 할 수 있다. 이 경우에, 기지국(20)은 예약된 주기적 업링크 승인 내에 포함된 미리 구성된 A-RNTI를 터널 및 미리 정해진 헤더들과 연관시킬 수 있다. 따라서, 매체 액세스 제어 패킷이 할당된 리소스들 상에서 수신되는 경우, 기지국(20)은 업링크 승인 내의 A-RNTI를 연관된 터널에 매핑할 수 있다.

A-RNTI는 짧은 비동기식 전송을 특정한다. 그러나 A-RNTI로부터 별도인 디바이스 식별자는 더 큰 유연성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 별도의 디바이스 식별자는 데이터를 전송하고 있는 응용의 종류의 무선 디바이스(30)의 타입을 특정하도록 사용될 수 있다.

본 기술분야의 숙련된 자들은 A-RNTI가 디바이스 식별자로 사용되는 때, 동일한 A-RNTI를 공유하는 무선 디바이스들(30)이 동일한 GTP 터널에 매핑될 수 있음을 이해할 것이다. 업링크 승인이 동일한 A-RNTI를 공유하는 복수의 무선 디바이스(30)에 전송되는 때, 충돌들(collisions)이 발생할 수 있다. 충돌 회피는 업링크 승인들의 수를 동일한 A-RNTI를 공유하는 무선 디바이스들(30)로부터의 데이터 전송들의 기대되는 수로 스케일링(scaling)함으로써 그리고 무선 디바이스들(30)이 랜덤 백-오프를 적용하게 함으로써 관리될 수 있다. 충돌의 경우에, 무선 디바이스(30)는 지난 전송에서 전송된 데이터를 임시적으로 저장하고 데이터를 다음 전송 기회에 재전송할 수 있다. 무선 디바이스(30)는 재전송에서 동일한 두 디바이스들 사이의 제2 충돌의 가능성을 최소화하기 위하여 랜덤 백-오프를 적용할 수 있다.

도 6은 충돌의 경우에 무선 디바이스(30)에 의해 구현되는 예시적인 랜덤 백-오프 절차(300)를 도시한다. 절차는 무선 디바이스(30)가 전송할 데이터를 가질 때 시작한다. 무선 디바이스(30)는 다음 전송 기회를 기다린다(블록 310). 다음 전송 기회에서, 무선 디바이스(30)는 MAC PDU(50)를 전송한다(블록 315). 전송 후, 무선 디바이스(30)는 확인 응답(acknowledgement)을 기다린다(블록 320). MAC PDU(50)의 성공적인 전송이 확인되고; 프로세스가 종료한다(블록 330). 무선 디바이스(30)가 MAC PDU(50)가 성공적으로 수신되지 않았음을 지시하는 NACK를 수신하는 경우, 무선 디바이스(30)는 랜덤 백-오프를 적용한다(블록 325). 백-오프 기간이 만료하는 때, 프로세스는 MAC PDU(50)가 성공적으로 전송될 때까지 또는 전송 시도의 최대 수가 이루어질 때까지 반복한다.

도 7은 무선 디바이스(30)에 의한 짧은 데이터 전송들을 지원하기 위해 기지국(20)에 구현된 예시적인 방법(200)을 도시한다. 기지국(20)은 무선 디바이스(30)를 위한 디바이스 식별자를 기지국(20)과 SGW(40) 사이의 터널과 연관시킨다(블록 205). 그다음에 기지국(20)은 무선 디바이스(30)로부터 MAC PDU(50)를 수신한다(블록 210). MAC PDU(50)는 페이로드 내에 응용 데이터를 포함한다. 기지국(20)은 무선 디바이스(30)를 위한 디바이스 식별자를 기지국(20)과 서빙 게이트웨이(40) 사이의 상응하는 터널에 매핑한다(블록 215). 몇몇 실시예에서, 디바이스 식별자는 MAC PDU(50) 내에 포함된다. 다른 실시예들에서, 기지국(20)은 기지국(20)에 의해 전송된 업링크 승인 내에 포함된 A-RNTI와 같은 무선 디바이스(30)를 위한 미리 설정된 디바이스 식별자를 무선 디바이스(30)에 매핑한다. 그다음에 기지국(20)은 응용 데이터를 식별된 터널을 통하여 SGW(40)에 포워딩한다(블록 220). 몇몇 예시적인 실시예에서, MAC PDU(50)로부터 추출된 응용 데이터는 디바이스 식별자와 연관된 미리 정해진 헤더들을 응용 데이터에 첨부함으로써 SGW(40)로의 전송을 위하여 UDP 및/또는 IP 패킷들 내에 캡슐화된다.

도 8은 기지국(20)으로의 짧은 데이터 전송을 전송하기 위해 무선 디바이스(20)에 의해 구현된 예시적인 방법(250)을 도시한다. 무선 디바이스(30)는 기지국(20)에 알려진 디바이스 식별자와 함께 미리 구성된다. 무선 디바이스(20)는 MAC PDU(50)의 헤더(55) 내에 디바이스 식별자를 포함하고, MAC PDU(50)의 페이로드 내에 응용 데이터를 포함하는 MAC PDU(50)를 생성한다(블록 255). 예약된 주기적 스케줄링 승인들을 사용하는 실시예들에서, 미리 구성된 디바이스 식별자는 MAC PDU(50)로부터 생략될 수 있다. 이 경우, 기지국(20)은 업링크 승인 내의 A-RNTI를 매핑을 수행하기 위한 디바이스 식별자로 사용한다. 그다음에 무선 디바이스(30)는 더 상위 레이어의 프로토콜 헤더들 없는 MAC PDU(50)를 기지국(20)에 전송한다(블록 260).

도 9는 기지국(20) 및 무선 디바이스(30)의 주 기능상의 구성요소들을 도시한다. 무선 디바이스(30)는 무선 채널상에서 기지국(20)과 통신하기 위한 무선 송수신기(32), 및 무선 디바이스(30)에 의해 전송되고 수신되는 데이터를 프로세싱하기 위한 프로세싱 회로(34)를 포함한다. 무선 송수신기는 LTE, WiMax, WiFi, 또는 다른 무선 통신 표준과 같은 알려진 표준에 따라 동작하는 셀룰러(cellular) 송수신기를 포함할 수 있다. 프로세싱 회로(34)는 무선 디바이스(30)의 동작을 제어하고 무선 디바이스(30)에 의해 전송되고 수신되는 데이터를 프로세싱한다. 프로세싱 회로는 하나 이상의 프로세서, 마이크로제어기(microcontrollers), 하드웨어, 펌웨어, 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다.

기지국(20)은 무선 채널상에서 무선 디바이스(30)와 통신하기 위한 무선 송수신기(22), SGW(40)와 통신하기 위한 네트워크 인터페이스(26), 및 프로세싱 회로(24)를 포함한다. 무선 송수신기(22)는 전술한 바와 같은 셀룰러 송수신기를 포함할 수 있다. 네트워크 인터페이스(26)는 이더넷(Ethernet) 인터페이스와 같은 표준 IP 네트워크 인터페이스를 포함할 수 있다. 프로세싱 회로(24)는 본원에 설명된 바와 같이 기지국(20)의 동작을 제어하고, 무선 디바이스(30)에 또는 무선 디바이스(30)로부터 전송된 데이터를 프로세싱한다. 프로세싱 회로(24)는 전술한 바와 같이 MAC PDU(50) 또는 업링크 스케줄링 승인 내에 포함된 디바이스 식별자를 기지국(20)과 SGW(40) 사이의 상응하는 터널들에 연관시키는 매핑 테이블(28)을 저장한다. 매핑 테이블(28)은 내부 또는 외부 메모리에 저장될 수 있다. 매핑 테이블(28)은 디바이스 식별자와 연관된 미리 정해진 헤더들 및 연관된 터널을 검색하기 위하여 사용된다. 프로세싱 회로(24)는 하나 이상의 프로세서, 마이크로제어기, 하드웨어, 펌웨어, 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다.

본 발명은 짧은 데이터 전송들을 위하여 요구되는 오버헤드의 양을 감소시킨다. 또한, 불필요한 프로토콜들을 제거함으로써 M2M 통신들을 위한 데이터 경로(data path)를 형성하고, M2M 통신들을 위해 지정된 무선 디바이스의 복잡성 및 비용이 감소될 수 있다.

따라서, 전술한 설명 및 첨부 도면들은 본원에 교시된 방법들 및 장치의 비-한정적인 예들을 나타낸다. 따라서, 본 발명은 전술한 설명 및 첨부 도면들에 의해 한정되지 않는다. 대신, 본 발명은 오직 이하의 청구항들 및 그들의 법적 균등물들에 의하여만 한정된다.

Claims

무선 디바이스에 의한 작은 데이터 전송들을 지원하기 위하여 무선 통신 네트워크 내에서 기지국에 의해 구현되는 방법으로서,
상기 무선 디바이스를 위한 미리 구성된(preconfigured) 디바이스 식별자를 상기 기지국과 서빙 게이트웨이(serving gateway) 사이의 터널(tunnel)과 연관시키는 단계;
상기 기지국에서, 상기 무선 디바이스로부터의 매체 액세스 제어 패킷(medium access control packet)을 무선 통신 채널 상에서 경량 통신 프로토콜을 통해 수신하는 단계 - 상기 매체 액세스 제어 패킷은 목적지(destination) 디바이스로의 배달(delivery)을 위하여 상기 무선 디바이스에 의해 전송된 응용 데이터를 포함하고, 상기 경량 통신 프로토콜은 응용 계층, 매체 액세스 제어 계층 및 물리 계층으로 본질적으로 구성되는 프로토콜 스택을 포함함 -;
상기 무선 디바이스의 상기 미리 구성된 디바이스 식별자를 연관된 상기 터널에 매핑하는(mapping) 단계; 및
상기 응용 데이터를 포함하는 데이터 패킷을 연관된 상기 터널을 통해 상기 서빙 게이트웨이에 포워딩(forwarding)하는 단계
를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 응용 데이터를 상기 서빙 게이트웨이에 포워딩하는 단계는:
상기 미리 구성된 디바이스 식별자에 기초하여, 상기 데이터 패킷을 생성하기 위하여 목적지 네트워크 주소를 포함하는 미리 결정된 헤더를 상기 응용 데이터에 추가하는 단계; 및
상기 데이터 패킷을 연관된 상기 터널을 통하여 상기 서빙 게이트웨이에 포워딩하는 단계
를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 디바이스 식별자를 상기 연관된 터널에 매핑하는 단계는:
상이한 무선 디바이스들을 위한 하나 이상의 디바이스 식별자들을 상기 기지국과 상기 서빙 게이트웨이 사이의 상응하는 터널들에 연관시키는 매핑 테이블 내에 상기 미리 구성된 디바이스 식별자를 저장하는 단계; 및
상기 매핑 테이블 내에서 상기 연관된 터널을 검색하기 위하여 상기 미리 구성된 디바이스 식별자를 이용하는 단계
를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 데이터 패킷은 인터넷 프로토콜(Internet Protocol) 패킷을 포함하고 네트워크 주소는 인터넷 프로토콜 주소를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 매체 액세스 제어 패킷은 상기 무선 디바이스의 상기 미리 구성된 디바이스 식별자를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서,
주기적인 스케줄링 승인을 상기 무선 디바이스에 전송하는 단계 - 상기 주기적인 스케줄링 승인은 상기 미리 구성된 디바이스 식별자를 포함함 -
를 더 포함하고,
상기 매체 액세스 제어 패킷은 상기 주기적인 스케줄링 승인들 중 하나에 응답하여 수신되는, 방법.
제6항에 있어서,
상기 주기적인 스케줄링 승인 내의 상기 미리 구성된 디바이스 식별자는 수신된 상기 매체 액세스 제어 패킷을 연관된 상기 터널에 매핑하기 위하여 사용되는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 무선 디바이스로부터 랜덤 액세스 요청을 수신하는 단계; 및
상기 랜덤 액세스 요청에 응답하여 상기 무선 디바이스에 랜덤 액세스 응답을 전송하는 단계 - 상기 랜덤 액세스 응답은 상기 작은 데이터 전송을 위한 업링크 승인을 포함함 -
를 더 포함하고,
상기 매체 액세스 제어 패킷은 상기 업링크 승인에 응답하여 상기 무선 디바이스로부터 수신되는, 방법.
무선 디바이스에 의한 작은 데이터 전송들을 지원하기 위한 무선 통신 네트워크 내의 기지국으로서,
상기 기지국은 무선 통신 채널 상에서 신호들을 전송하고 수신하도록 구성된 송수신기 회로, 및 상기 송수신기 회로에 연결된 프로세싱 회로를 포함하고,
상기 프로세싱 회로는
상기 무선 디바이스를 위한 미리 구성된 디바이스 식별자를 상기 기지국과 서빙 게이트웨이 사이의 터널과 연관시키고;
무선 통신 채널 상에서 경량 통신 프로토콜을 통해 상기 무선 디바이스로부터의 매체 액세스 제어 패킷을 수신하고 - 상기 매체 액세스 제어 패킷은 목적지 디바이스로의 배달을 위하여 상기 무선 디바이스에 의해 전송된 응용 데이터를 포함하고, 상기 경량 통신 프로토콜은 응용 계층을 포함하지만, 무선 링크 제어 계층을 포함하지 않음 -;
상기 무선 디바이스의 상기 미리 구성된 디바이스 식별자를 연관된 상기 터널에 매핑하고;
상기 응용 데이터를 포함하는 데이터 패킷을 터널을 통해 상기 서빙 게이트웨이에 포워딩
하도록 구성되는, 기지국.
제9항에 있어서,
상기 프로세싱 회로는:
상기 미리 구성된 디바이스 식별자에 기초하여, 상기 데이터 패킷을 생성하기 위해 목적지 네트워크 주소를 포함하는 미리 결정된 헤더를 상기 응용 데이터에 추가하는 단계; 및
상기 데이터 패킷을 상기 터널을 통해 상기 서빙 게이트웨이에 포워딩하는 단계
에 의하여 상기 응용 데이터를 상기 서빙 게이트웨이에 포워딩하도록 구성된, 기지국.
제9항에 있어서,
상기 프로세싱 회로는:
상기 미리 구성된 디바이스 식별자를, 상이한 무선 디바이스들을 위한 하나 이상의 미리 구성된 디바이스 식별자를 상기 기지국과 상기 서빙 게이트웨이 사이의 상응하는 터널들과 연관시키는 매핑 테이블에 저장하는 단계; 및
상기 매핑 테이블 내에서 상기 연관된 터널을 검색하기 위하여 상기 미리 구성된 디바이스 식별자를 사용하는 단계
에 의하여 상기 미리 구성된 디바이스 식별자를 상기 연관된 터널에 매핑하도록 구성된, 기지국.
제9항에 있어서,
상기 데이터 패킷은 인터넷 프로토콜 주소를 포함하는 네트워크 주소를 포함하는 인터넷 프로토콜(Internet Protocol) 패킷을 포함하는, 기지국.
제9항에 있어서,
상기 매체 액세스 제어 패킷은 상기 미리 구성된 디바이스 식별자를 포함하는, 기지국.
제9항에 있어서,
상기 프로세싱 회로는:
주기적인 스케줄링 승인을 상기 무선 디바이스에 전송하도록 더 구성되고, 상기 주기적인 스케줄링 승인은 상기 미리 구성된 디바이스 식별자를 포함하며;
상기 매체 액세스 제어 패킷은 상기 주기적인 스케줄링 승인들 중 하나에 응답하여 수신되는, 기지국.
제14항에 있어서,
상기 주기적인 스케줄링 승인 내의 상기 미리 구성된 디바이스 식별자는 수신된 상기 매체 액세스 제어 패킷을 상기 연관된 터널에 매핑하기 위하여 사용되는, 기지국.
제9항에 있어서,
상기 프로세싱 회로는:
상기 무선 디바이스로부터 랜덤 액세스 요청을 수신하고;
상기 랜덤 액세스 요청에 응답하여 랜덤 액세스 응답을 상기 무선 디바이스에 전송
하도록 더 구성되고, 상기 랜덤 액세스 응답은 상기 작은 데이터 전송을 위한 업링크 승인을 포함하며,
상기 매체 액세스 제어 패킷은 상기 업링크 승인에 응답하여 상기 무선 디바이스로부터 수신되는, 기지국.
무선 통신 네트워크 내에서 무선 디바이스에 의해 구현되는 비동기식(asynchronous) 작은 데이터 전송의 방법으로서,
미리 구성된 디바이스 식별자 및 응용 데이터를 포함하는 매체 액세스 제어 패킷을 생성함으로써 상기 응용 데이터를 목적지 디바이스에 전송하는 단계 - 상기 미리 구성된 디바이스 식별자는 상기 목적지 디바이스로의 비동기식 작은 데이터 전송들을 위하여 예약됨 -; 및
상기 매체 액세스 제어 패킷을 무선 통신 채널 상에서 경량 통신 프로토콜을 통해 서빙 기지국에 전송하는 단계 - 상기 경량 통신 프로토콜은 응용 계층, 매체 액세스 제어 계층 및 물리 계층으로 본질적으로 구성되는 프로토콜 스택을 포함하고, 상기 미리 구성된 디바이스 식별자는 상기 서빙 기지국과 서빙 게이트웨이 사이의 터널과 연관되고, 연관된 상기 터널은 상기 응용 데이터를 상기 목적지 디바이스에 포워딩하도록 구성됨 -
를 포함하는 방법.
제17항에 있어서,
랜덤 액세스 요청 메시지를 상기 서빙 기지국에 랜덤 액세스 채널 상에서 전송하는 단계; 및
상기 랜덤 액세스 요청 메시지에 응답하여, 상기 비동기식 작은 데이터 전송을 위한 리소스들을 할당하는 업링크 승인을 포함하는 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신하는 단계
를 더 포함하고,
상기 매체 액세스 제어 패킷은 할당된 상기 리소스들 상에서 전송되는, 방법.
제17항에 있어서,
주기적인 스케줄링 승인을 상기 무선 디바이스에 수신하는 단계 - 상기 주기적인 스케줄링 승인은 상기 미리 구성된 디바이스 식별자를 포함함 -
를 더 포함하고,
상기 매체 액세스 제어 패킷은 상기 주기적인 스케줄링 승인들 중 하나에 응답하여 전송되는, 방법.
제17항에 있어서,
상기 미리 구성된 디바이스 식별자는 비동기식 무선 네트워크 임시 식별자(A-RNTI)를 포함하는, 방법.
목적지 디바이스와의 비동기식 작은 데이터 전송들을 위해 구성된 무선 디바이스로서,
신호들을 무선 통신 채널 상에서 전송하고 수신하도록 구성된 송수신기 회로; 및
상기 송수신기 회로에 연결된 프로세싱 회로
를 포함하고,
상기 프로세싱 회로는:
미리 구성된 디바이스 식별자 및 응용 데이터를 포함하는 매체 액세스 제어 패킷을 생성하고 - 상기 미리 구성된 디바이스 식별자는 상기 목적지 디바이스와의 비동기식 작은 데이터 전송들을 위하여 예약됨 -;
상기 매체 액세스 제어 패킷을 상기 무선 통신 채널 상에서 경량 통신 프로토콜을 통해 서빙 기지국에 전송하도록 구성되며,
상기 경량 통신 프로토콜은 응용 계층, 매체 액세스 제어 계층 및 물리 계층으로 본질적으로 구성되는 프로토콜 스택을 포함하고, 상기 미리 구성된 디바이스 식별자는 상기 서빙 기지국과 서빙 게이트웨이 사이의 터널과 연관되고, 연관된 상기 터널은 상기 응용 데이터를 상기 목적지 디바이스에 포워딩하도록 구성되는, 무선 디바이스.
제21항에 있어서,
상기 프로세싱 회로는
랜덤 액세스 요청 메시지를 랜덤 액세스 채널 상에서 상기 서빙 기지국에 전송하고;
상기 랜덤 액세스 요청 메시지에 응답하여, 상기 비동기식 작은 데이터 전송을 위한 리소스들을 할당하는 업링크 승인을 포함하는 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신하도록 더 구성되고,
상기 매체 액세스 제어 패킷은 할당된 상기 리소스들 상에서 전송되는, 무선 디바이스.
제21항에 있어서,
상기 프로세싱 회로는
주기적인 스케줄링 승인을 상기 서빙 기지국으로부터 수신하도록 더 구성되고, 상기 주기적인 스케줄링 승인은 상기 미리 구성된 디바이스 식별자를 포함하며,
상기 매체 액세스 제어 패킷은 상기 주기적인 스케줄링 승인들 중 하나에 응답하여 전송되는, 무선 디바이스.
제21항에 있어서,
상기 미리 구성된 디바이스 식별자는 비동기식 무선 네트워크 임시 식별자(A-RNTI)를 포함하는, 무선 디바이스.