KR102196546B1 - Iot 환경에서 단말기의 전력소모 절감을 위한 drx 및 스케줄링 최적화 방법 - Google Patents

Iot 환경에서 단말기의 전력소모 절감을 위한 drx 및 스케줄링 최적화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동적으로 DRX 주기가 조절되는 단말 및 기지국을 포함하는 시스템에 있어서,
1) 단말에서 Scheduling Request(SR)이 발생하는 단계
2) SR이 발생한 타이밍과 현재 DRX On Duration의 시차가 지연허용값(Delay Tolerant Value)보다 작은지 판단하는 단계
3) 판단 결과 SR이 발생한 타이밍과 현재 DRX On Duration의 시차가 지연허용값보다 작으면 SR에 Delay Offset을 적용하여 SR을 DRX On Duration에 맞추어 전송하는 단계
4) 판단 결과 SR이 발생한 타이밍과 현재 DRX On Duration의 시차가 지연허용값보다 크면 SR을 즉시 전송하며 지연허용 타이머(Delay Tolerant Timer)를 개시하고 지연허용 타이머가
작동하는 동안 업링크 데이터를 버퍼링하는 단계(상기 지연허용 타이머의 시간 값은 지연허용값과 동일함)
5) 지연허용 타이머가 만료되면 업링크 데이터를 전송하는 동시에 Sub On Duration 타이머를 개시하는 단계(상기 Sub On Duration 타이머는 DRX 슬립구간 중 추가적으로 다운링크 데이터를 수신하기 위해 단말을 활성화 시키는 타이머 임)
6) 기지국에서 단말로부터 SR을 수신하면 단말에게 UL Grant를 전송하고 지연허용 타이머를 개시하는 단계
7) 기지국에서 지연허용 타이머가 만료되기 전에 단말에게 전송할 다운링크 데이터가 발생하면 다운링크 데이터에 오프셋을 적용하여 다운링크 데이터를 단말의 Sub On Duration 에 맞추어 전송하는 단계
를 포함하여 동작하는 단말 및 기지국을 포함하는 시스템이다.

Description

IOT 환경에서 단말기의 전력소모 절감을 위한 DRX 및 스케줄링 최적화 방법{DRX and scheduling optimization method to reduce the power consumption of the terminal in the IOT environment}
본 발명은 IOT 환경의 LTE DRX 및 스케줄링에 관한 발명 이다.
기존의 DRX는 주로 다운링크 트래픽의 패턴에 따라 DRX 주기를 동적으로 조절하는 방식을 적용하고 있으나, 다운링크 트래픽 패턴에 따라 DRX 주기를 조절하는 경우에도 업링크가 발생하는 경우 단말은 업링크 데이터를 전송하기 위해 활성화되기 때문에 전반적인 슬립구간이 줄어드는 문제점(도1 참조)이 있었다.
그리고 이와 관련하여 슬립구간을 증가시키기 위해 업링크 트래픽과 다운링크의 트래픽의 타이밍을 정렬하여 송수신하는 방안이 제시되고있으나 위 방안은 업링크의 트래픽이 주로 발생하는 IOT 환경의 경우 업링크 트래픽만 발생하는 경우 활성구간을 줄일 수 없고, 또한 다운링크가 업링크 스케줄링의 요청(SR)을 수신 후 SR과 UL 데이터을 전송하는 기간 사이에 발생해야 정렬할 수 있으나 해당 기간이 매우 짧기 때문에 정렬할 수 있는 기회가 많지 않다는 문제점이 있었다.
한편, 사물인터넷에서 업링크 트래픽을 포함한 업/다운링크 트래픽에 일부 지연을 허용하는 환경을 제공함에 따라(3GPP TS 22.104, "Service requirements for cyber-physical control applications in vertical domains"에 정의됨. 지능형 공장의 경우 100ms~수초 임), IOT 환경에서 일정한 송수신 간격을 정해놓고 트래픽을 전송하는 SPS(Semi-Persistent Scheduling)를 적용하는 방안이 제시되고 있으나, 위 방안은 트래픽을 송수신할 자원을 고정적으로 할당하고 있기 때문에 송수신할 트래픽이 없는 경우에도 자원이 소모되어 스케줄링 효율적으로 수행할 수 없다는 문제점이 있었다.
US2013000094379A1
일부 지연(Delay Tolerant)을 허용하는 IOT 환경(센서와 같은 특정 vertical 서비스 환경)에서 단말이 업링크 발생시 전송하는 SR(Scheduling request)을 DRX ON 주기에 맞추어 전송함으로써 슬립구간을 늘리며, DRX 주기가 동적으로 변화함에따라 SR 전송타이밍과 DRX ON 주기의 시차가 지연 허용값을 넘는 경우 SR을 즉시 전송하고 UL GRANT를 수신 후 UL data와 DL data의 정렬모드로 전환하도록 하며 이때 다운링크 발생에 따른 정렬기회를 높이기 위해 UE는 UL GRANT와 UL 데이터 전송 사이에 지연허용 타이머를 개시하고 전송할 업링크 데이터를 버퍼링한다. 그리고 이때 기지국에서는 SR이 DRX ON 주기가 아닌 별도의 타이밍에서 수신되는 경우 (추가적인 제어시그널링의 교환 없이) UL data와 DL data의 정렬모드로 전환된 것으로 인지하고 UL GRANT를 송신함과 동시에 Delay Tolerant Timer를 개시하고 발생되는 다운링크 트래픽을 업링크 전송 시점에 맞추어 전송하함으로써 슬립구간을 늘리도록 한다. 또한 다운링크 트래픽을 업링크 전송 시점에 맞추어 전송하는 경우 기존의 3GPP 표준과의 호환성을 위해 DRX 구성 파라미터에 업링크 트래픽의 버퍼링을 위한 지연허용 타이머(Delay Tolerant Timer) 및 슬립구간 중 추가적으로 다운링크 데이터를 수신하기 위한 Sub On Duration 타이머를 추가하도록 한다.
동적으로 DRX 주기가 조절되는 단말 및 기지국을 포함하는 시스템에 있어서, 단말에서 Scheduling Request(SR)이 발생하는 단계, SR이 발생한 타이밍과 현재 DRX On Duration의 시차가 지연허용값(Delay Tolerant Value)보다 작은지 판단하는 단계, 판단 결과 SR이 발생한 타이밍과 현재 DRX On Duration의 시차가 지연허용값보다 작으면 SR에 Delay Offset을 적용하여 SR을 DRX On Duration에 맞추어 전송하는 단계, 판단 결과 SR이 발생한 타이밍과 현재 DRX On Duration의 시차가 지연허용값보다 크면 SR을 즉시 전송하며 지연허용 타이머(Delay Tolerant Timer)를 개시하고 지연허용 타이머가 작동하는 동안 업링크 데이터를 버퍼링하는 단계(상기 지연허용 타이머의 시간 값은 지연허용값과 동일함), 지연허용 타이머가 만료되면 업링크 데이터를 전송하는 동시에 Sub On Duration 타이머를 개시하는 단계(상기 Sub On Duration 타이머는 DRX 슬립구간 중 추가적으로 다운링크 데이터를 수신하기 위해 단말을 활성화 시키는 타이머 임), 기지국에서 단말로부터 SR을 수신하면 단말에게 UL Grant를 전송하고 지연허용 타이머를 개시하는 단계, 기지국에서 지연허용 타이머가 만료되기 전에 단말에게 전송할 다운링크 데이터가 발생하면 다운링크 데이터에 오프셋을 적용하여 다운링크 데이터를 단말의 Sub On Duration 에 맞추어 전송하는 단계를 포함한다.
일부 지연(Delay Tolerant)을 허용하는 IOT 환경(센서와 같은 특정 vertical 서비스 환경)에서 단말이 업링크 발생시 전송하는 SR(Scheduling request)을 DRX ON 주기에 맞추어 전송함으로써 슬립구간을 늘리며, DRX 주기가 동적으로 변화함에따라 SR 전송타이밍과 DRX ON 주기의 시차가 지연 허용값을 넘는 경우 SR을 즉시 전송하고 UL GRANT를 수신 후 UL data와 DL data의 정렬모드로 전환하도록 하며 이때 다운링크 발생에 따른 정렬기회를 높이기 위해 UE는 UL GRANT와 UL 데이터 전송 사이에 지연허용 타이머를 개시하고 전송할 업링크 데이터를 버퍼링한다. 그리고 이때 기지국에서는 SR이 DRX ON 주기가 아닌 별도의 타이밍에서 수신되는 경우 (추가적인 제어시그널링의 교환 없이) UL data와 DL data의 정렬모드로 전환된 것으로 인지하고 UL GRANT를 송신함과 동시에 Delay Tolerant Timer를 개시하고 발생되는 다운링크 트래픽을 업링크 전송 시점에 맞추어 전송하함으로써 슬립구간을 늘리도록 한다
또한 다운링크 트래픽을 업링크 전송 시점에 맞추어 전송하는 경우 기존의 3GPP 표준과의 호환성을 위해 DRX 구성 파라미터에 업링크 트래픽의 버퍼링을 위한 지연허용 타이머(Delay Tolerant Timer) 및 슬립구간 중 추가적으로 다운링크 데이터를 수신하기 위한 Sub On Duration 타이머를 추가하도록 함으로써 본 기능을 지원하지 않는 사업자 및 기지국에서는 기존의 DRX 레거시 모드로 동작할 수 있다.
도1은 종래 UE의 DRX에서 업링크 발생에 관한 도면이다.
도2는 기존의 업링크와 다운링크를 정렬하는 방안에 관한 도면이다.
도3는 3GPP TS 36.321(MAC protocol specification)에 따른 스케줄링 절차에 관한 도면이다.
도4는 본 발명에 관한 실시예다
도5은 본 발명에 관한 순서도다
도6은 본 발명의 DRX 주기별 SR 오프셋 적용시 총 활성구간에 대한 시뮬레이션 결과이다.
도7은 본 밞명의 DRX 주기별 DL advance 오프셋 적용시 총 활성구간에 대한 시뮬레이션 결과이다.
도8는 본 발명의 DRX 주기별 발생되는 지연에 대한 시뮬레이션 결과이다.
<LTE 시스템>
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 무선 시스템에서 불연속 수신(DRX; discontinuous reception)을 향상시키기 위한 방법 및 장치가 개시된다.
3세대 파트너십 프로젝트(3GPP)의 LTE(Long Term Evolution) 프로그램의 목표는 개선된 스펙트럼 효율, 감소된 레이턴시, 보다 빠른 사용자 경험 및 보다 풍부한 애플리케이션과 서비스를 적은 비용으로 제공하기 위하여 무선 네트워크에 새로운 기술, 네트워크 아키텍쳐, 구성 및 애플리케이션과 서비스를 가져다주는 것이다. LTE의 목적은 E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)를 생성하는 것이다.
LTE 호환 네트워크에 있어서, 전력을 절약하기 위해 무선 송수신 유닛(WTRU)에 의해 불연속 수신(DRX) 동작이 사용된다. DRX는 WTRU가 정기적인 간격 동안에는 슬립(sleep) 상태가 되고 네트워크가 그 WTRU에 대한 데이터를 갖고 있는지 확인하도록 특정 시점에는 웨이크업(wake up)할 수 있게 한다.
LTE 네트워크 시스템은 WTRU, e 노드 B(eNB) 및 액세스 게이트웨이(aGW)를 포함할 수 있다. 비액세스 계층(NAS) 프로토콜 및 패킷 데이터 컨버전스 프로토콜(PDCP)은 디바이스들 사이의 통신이 가능하도록 WTRU 및 aGW에 상주할 수 있다. 무선 리소스 제어(RRC) 프로토콜, 무선 링크 제어(RLC) 프로토콜, 매체 액세스 제어프로토콜 및 물리 계층(PHY)은 이들 디바이스 사이의 통신이 가능하도록 WTRU 및 eNB 둘 다에 상주할 수 있다.
RRC 프로토콜(112)은 2가지 상태, 즉 RRC 유휴 상태(RRC_IDLE) 및 RRC 접속 상태(RRC_CONNECTED)에서 동작할 수 있다. RRC 유휴 상태에 있는 동안에, WTRU DRX 사이클은 NAS 프로토콜을 통한 시그널링에 의해 구성된다. 이 상태는 시스템 정보 브로드캐스트, 페이징, 및 셀 리섹션(resection) 모빌리티를 포함한다. RRC 유휴 상태에 있는 WTRU에는 바람직하게 추적 영역 내의 WTRU를 식별하는 ID 번호가 할당된다. RRC 프로토콜 컨텍스트는 eNB에 저장되지 않는다.
RRC 접속 상태에서, WTRU는 E-UTRAN과 접속을 이룰 수 있다. E-UTRAN은 네트워크가 WTRU로/로부터 데이터를 송신 및 수신할 수 있도록 WTRU가 속한 셀을 알고 있다. RRC 접속 상태에서, 네트워크는 이동성(핸드오버)을 제어하고 WTRU는 이웃 셀 측정을 수행한다. 더욱이, RLC/MAC 레벨에서, WTRU는 네트워크로/로부터 데이터를 송신 및 수신할 수 있고, 공유 데이터 채널을 통한 임의의 전송이 WTRU에 할당되었는지 알아보기 위해 공유 데이터 채널에 대한 제어 시그널링 채널을 모니터링할 수 있다. WTRU는 또한 채널 품질 정보 및 피드백 정보를 eNB에 보고한다. 전력 절약 및 효율적인 리소스 이용을 위한 WTRU 활동 레벨에 따라 DRX/불연속 송신(DTX; discontinuous transmission) 주기가 구성될 수 있다. 이는 통상적으로 eNB의 제어 하에 있다.
NAS 프로토콜은 LTE 분리(LTE_DETACHED) 상태에서 동작할 수 있으며, 이 상태에서는 RRC 엔티티가 존재하지 않는다. NAS 프로토콜은 또한 LTE 유휴(LTE_IDLE) 상태에서 동작할 수 있다. 또한, NAS 프로토콜은, LTE 분리 상태에 있는 동안, RRC 유휴 상태에서 동작할 수 있으며, 이 동안 IP 어드레스, 보안 협회, WTRU 능력 정보 및 무선 베어러와 같은 일부 정보가 WTRU 및 네트워크에 저장될 수 있다. 상태 전이에 관한 결정은 통상적으로 eNB 또는 aGW에서 결정된다.
NAS 프로토콜는 또한 RRC 접속 상태를 포함하는 LTE 활성(LTE_ACTIVE) 상태에서 동작할 수 있다. 이 상태에서, 상태 전이는 통상적으로 eNB 또는 aGW에서 결정된다.
<DRX 기술>
DRX 기술은 DRX 및 C-DRX로 나뉘며 각각 3GPP TS 36.304 및 3GPP TS 36.321(MAC protocol specification)에 따라 DRX 동작이 정의되어 있다. 첫 번째로 DRX 기술은 RRC_Connected 상태에서는 항시 활성화되어 데이터를 수신하며, RRC Idle 상태로 전환 후에는 Paging DRX Cycle에 따라 주기적으로 활성화되며 자신에게 수신되는 Paging Chanel를 모니터링하고, 해당 Paging Chanel의 PDCCH로부터 자신에게 수신되는 데이터가 있음을 확인하면 데이터를 수신 후 drx-inactivityTimer 동안 후속 데이터의 수신을 위해 활성화를 유지한 후 슬립모드로 진입하여 RRC_Idle 상태로 전환한다. 그리고 이후 Drx-Cycle에 따라 간헐적으로 활성화되어 자신에게 수신되는 데이터를 수신한다.
또한 단말은 paging DRX Cycle 당 하나의 서브프레임만 모니터링 하는데 이는 SIB2 (System Information Block Type2) 메시지로부터 수신한 Idle mode DRX configuration 정보로부터 알 수있으며 Idle mode DRX configuration 정보를 통해 어느 서브프레임에서 PDCCH를 모니터링하면 되는지 (즉 PO, 페이징 기회) 파악할 수 있다.
두 번째로 C-DRX 기술은 RRC_Connected 상태에서도 슬립모드가 가능하며 구체적으로 DRX의 경우 아래 그림5와 같이 단말이 RRC_Connected 상태에서 onDuration Timer 동안 활성화되어 기지국으로부터 수신되는 수신되는 Paging Chanel를 모니터링하고, 해당 Paging Chanel의 PDCCH로부터 자신에게 수신되는 데이터가 있음을 확인하면 데이터를 수신 후 비교적 짧은 drx-inactivityTimer 동안 활성화를 유지 후 shortDrx-cycle에 따라 먼저 슬립모드로 전환하고 후속적으로 데이터가 수신되지 않으면 longDrx-Cycle로 전환함으로써 RRC_Connected 상태에서 보다 슬립구간을 확장함으로써 전력소모를 줄이는 방법이다.
이때 longDrx-Cycle은 shortDrx-cycle의 배수로 설정된다. 이후 단말은 RRC_Idle 상태로 전환하여 Paging Drx-Cycle에 따라 간헐적으로 활성화되어 자신에게 수신되는 데이터를 수신한다.
또한 DRX, C-DRX 기술은 7개의 파라미터(onDuration Timer, drx-inactivityTimer, drx-retransmissionTimer, longDrx-Cycle, drxStartOffset, drxShortCycleTimer, shortDrx-cycle)로 구성되어 있으며, 각 파라미터에 따라 작동한다. 그리고 이는 UE와 기지국이 RRC를 설정할 때 RRC Connection Reconfiguration 메시지의 MAC MAIN Configuration 필드에 drx configuration을 구성함으로써 설정할 수 있다.(3GPP TS 36.331에 정의되어 있다.)
한편, NB-IOT에서는 단말이 전력소모를 절감하기 위해 하이퍼프레임 주기를 도입하였으며, 이에 따라 접속빈도가 낮은 애플리케이션의 경우 eDRX 주기를 최대 2h 54ms 46s로 설정가능하다. 이외에 절차는 LTE와 동일하다.
<동적 DRX 기술>
또한 DRX는 RRC 접속 상태에 대응하는 LTE 활성 상태에서 활성화될 수 있다. LTE 활성 상태에서 실행될 서비스 중 일부는 VoIP(voice over IP)와 같이 정기적으로 작은 패킷을 생성하는 서비스들이다. 또한, FTP와 같이 드물게 지연 무관 벌크 패킷(delay insensitive bulk packet)을 생성하는 서비스들은 물론, 프레즌스(presence) 서비스와 같이 드물게 작은 패킷을 생성하는 서비스들도 LTE 활성 상태에서 실행할 수 있다.
전술한 서비스들의 특성에 기초하여, 데이터 송신/수신은 RRC 시그널링 없이 DRX 동작 동안 수행될 수 있다. 또한, DRX 사이클 길이는 배터리 전력 절약을 위해 충분히 길어야 한다. 더욱이, DRX 사이클 내에 전송되는 데이터의 양은 사이클 별로 가변할 수 있어야 한다. 예를 들어, FTP 서비스에 대한 DRX는 각각의 DRX 사이클에 대하여 데이터량의 증가를 가능하게 할 수 있다.
RX 신호 구조는 활성 주기는 WTRU의 송신기/수신기가 온(on)되어 있는 동안인 기간이고, 슬립 주기는 WTRU의 송신기/수신기가 오프(off)되어 있는 동안인 기간이다. DRX 사이클 길이는 연속적인 활성 주기 시작 위치 사이의 시간 간격이다.
DRX 사이클 길이는 WTRU에서 활성화되는 서비스의 서비스 품질(QoS) 요건을 고려하여 네트워크에 의해 결정될 수 있다. 활성 주기 시작 위치는 WTRU와 eNB 둘 다에 의해 명백하게 식별되어야 한다.
활성 주기 시작 위치에서, WTRU는 들어오는 데이터가 있는지 여부를 보도록 미리 정의된 시간 간격 동안 L1/L2 제어 채널을 모니터링할 수 있다. 활성 주기의 길이는 DRX 사이클 동안 전송될 데이터의 양에 따라 변동될 수 있다. 활성 주기의 종료 위치는 eNB에 의해 명시적으로 시그널링될 수 있거나 미리 정의된 시간 간격의 비활동(inactivity) 후에 암시적으로 추정될 수 있다. 업링크 데이터 전송은 슬립 주기 동안 언제든지 시작될 수 있다. 업링크 전송이 완료되면 활성 주기 업링크 데이터 전송이 종료할 수 있다.
2계층 DRX 방법은 유연성있는(flexible) DRX를 지원하는데 사용될 수 있고, DRX 신호를 고레벨 및 저레벨로 분할(split)하는 것을 포함한다. 고레벨 DRX 신호는 RRC에 의해 제어된다. 고레벨 DRX 간격은 접속의 기본적인 흐름 요건, 예를 들어 VoIP, 웹 브라우징 등에 따라 좌우된다. 고레벨 DRX 간격은 바람직하게 eNB에서의 RRC에 의해 결정되고 RRC 제어 시그널링을 사용하여 WTRU에 시그널링된다.
저레벨 DRX 신호는 MAC 계층에 의해 시그널링된다. 저레벨 DRX 간격은 유연적이고, DRX 간격의 빠른 변화를 지원할 수 있다. MAC 헤더는 저레벨 설정에 관한 정보를 수송할 수 있다.
고레벨 DRX와 저레벨 DRX 사이의 의존성(dependence)은 최소한이어야 하는데, 저레벨 DRX 간격을 적용하여 임의의 에러가 발생하는 경우에 고레벨 DRX 간격이 대체(fallback) DRX 간격으로서 사용될 수 있기 때문이다. 네트워크 및 WTRU는 바람직하게 고레벨 DRX 간격과 동기화되어야 한다.
상대적으로 긴 고레벨 DRX 간격은 WTRU 전력 절약을 위해서는 이롭지만, 다운링크(DL) 스케쥴링 유연성 및 쓰루풋을 제한한다. 상당한 양의 데이터가 eNB 또는 WTRU 전송 버퍼에 버퍼링되어 있는 경우, 버퍼링된 데이터의 전송에 적합한 시간 주기에 대하여 짧은 저레벨 DRX 간격으로 변경하는 것이 이로울 수 있다. 데이터 전송 후에, WTRU 및 eNB는 고레벨 DRX 간격을 다시 시작할 수 있다.
DRX는 정기적인(regular) 신호와 중간(interim) 신호로 분할되며, RRC에서의 DRX 시그널링은 기본 접속 요건의 정기성(regularity)에 기초하며, 그 결과 접속 요건을 보장하여 정기적인 DRX 신호가 될 수 있다. 정기적인 DRX는 eNB에서 결정된다. WTRU는 정기적인 DRX를 적용할 것을 RRC 시그널링을 통하여 알아야 한다. 즉, WTRU가 활성 모드로 진입하면, WTRU에 전달되는 RRC 파라미터 중 하나는 적용될 정기적인 DRX 파라미터일 것이다. 활성 모드에 있는 동안에 eNB는 어느 시점에서든 RRC 시그널링을 통하여 WTRU에 의해 사용되는 정기적인 DRX 파라미터를 변경할 수 있다.
정기적인 DRX(400)에 대한 RRC 시그널링은 eNB에서 WTRU에 RRC 신호를 전송한다. RRC 신호는 정기적인 DRX 요청을 포함한다. WTRU는 WTRU가 정기적인 DRX 요청을 수신하였음을 표시하는 RRC 신호로 eNB에 응답한다.
MAC 계층 DRX는 예를 들어 데이터 스루풋의 순간(instantaneous) 증가와 같은 빠르고 불규칙한 변화를 다룰 수 있다. MAC 계층 중간 DRX는 임시일 수 있다. 중간 DRX 설정은 바람직하게 eNB에서 결정된다. WTRU는 MAC 시그널링을 통하여 적용할 중간 DRX 파라미터에 관한 정보를 획득한다. eNB로부터 WTRU에의 MAC 시그널링은 중간 DRX 정보를 포함할 수 있다. WTRU는 네트워크 명령에 따라 중간 DRX를 적용할 수 있다. 중간 DRX를 적용하는 것은 정기적인 DRX 간격에 영향을 미치지 않는다. WTRU가 더 이상 중간 DRX를 적용하지 않으면, WTRU는 정기적인 DRX를 다시 시작할 것이다.
정기적인 DRX에 대한 MAC 시그널링은 노드 B에서 WTRU에 MAC 신호를 전송한다. WTRU는 하이브리드 자동 재전송 요청(HARQ; hybrid automatic retransmit request) 프로세스로써 eNB에 응답한다.
이하 언급될 때, 용어 "무선 송수신 유닛(WTRU)"은 사용자 기기(UE), 이동국, 고정 또는 이동 가입자 유닛, 페이저, 셀룰러 전화, PDA, 컴퓨터, 또는 무선 환경에서 동작할 수 있는 임의의 기타 유형의 사용자 디바이스를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이하 언급될 때, 용어 "기지국"은 노드 B, 사이트 컨트롤러, 액세스 포인트(AP), 또는 무선 환경에서 동작할 수 있는 임의의 기타 유형의 인터페이싱 디바이스를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
DRX 사이클은 바람직하게 활성 주기 및 슬립 주기를 포함한다. 활성 주기 시작 위치는 WTRU와 eNB 둘 다에 의해 명백하게 식별될 수 있으며, 활성 주기 길이는 가변일 수 있고 DRX 사이클 동안 전송될 데이터의 양에 따라 좌우될 수 있다.
DRX 시그널링 메시지는 바람직하게 DRX 사이클을 활성화하거나 DRX 모드로 진입하려는 시간을 표시하는데 사용되는 활성화 시간 또는 시작 시간을 지정한다. 활성화 시간은 WTRU와 eNB가 둘 다 DRX 사이클의 시작을 명백하게 식별할 것을 보장하도록 절대값으로 또는 현재 시간에 상대적으로 표시될 수 있다. DRX에 사용되는 MAC 또는 RRC 시그널링 메시지는 바람직하게 DRX 활성화 또는 시작 시간을 포함한다.
WTRU는 최소 활성 주기 동안 웨이크 상태의(awake) DRX 모드로 남아 있을 수 있다. 최소 활성 주기는 바람직하게 RRC나 MAC에서의 DRX 시그널링 메시지로 전달되거나, 또는 미리 정의될 수 있다. 최소 활성 주기는 WTRU가 일부 전송을 놓친 경우 그것들을 수신하도록 곧장 웨이크 상태가 될 것을 보장할 수 있다.
DRX 구조는 주기적으로, 예를 들어 매 50 msec마다 일 DRX 사이클로 정의될 수 있다. DRX의 유연성을 증가시키기 위하여, DRX 사이클 시작 시간이 이전의 DRX 사이클 동안 정의되는, 다른 모드의 DRX 동작이 이용될 수 있다. 이 모드는 DRX 동작의 주기적 모드에 독립적으로 또는 이에 더하여 사용될 수 있다. 일 예로서, DRX 사이클의 활성 주기 동안, WTRU가 그가 의도한 데이터를 수신하고 eNB에서 그 WTRU에 전송할 더 이상의 패킷이 없다면, eNB는 MAC나 RRC에서의 시그널링 메시지를 통하여 미리 결정된 시간 동안 슬립 상태로 진행하도록 그리고/또는 미리 결정된 시간에 웨이크업하도록 WTRU에 명령할 수 있다.
또한, 특정 상황에서는 다음 DRX 사이클까지 슬립 상태로 진행하도록 하는 대신에 DRX 사이클 동안 WTRU를 웨이크 상태로 유지하는 것이 유리할 수 있다. 이를 달성하기 위하여, MAC나 RRC에서의 DRX 시그널링 메시지를 사용하여 예를 들어 다음 DRX 사이클과 같은 지정된 시간까지 웨이크 상태로 머물도록 WTRU에 명령할 수 있다.
WTRU는 활성/접속 상태에 있으면 디폴트(default)로서 DRX에 진입할 수 있다. 대안으로서, 시그널링 메시지를 사용하여 WTRU가 활성/접속 상태에서 DRX 동작을 지원하는지에 관한 능력 정보를 교환할 수 있다. eNB는 WTRU의 활성 모드 DRX 능력 및 이러한 능력과 연관된 임의의 기타 파라미터를 얻을 수 있다. 따라서, eNB는 필요하다고 간주되는 경우에 활성 모드 DRX로 진행하도록 WTRU에 명령할 수 있다.
WTRU는 최소 활성 주기 동안 웨이크 상태에 남아 있을 수 있다. 이 주기 동안, eNB는 데이터가 특정 DRX 사이클 동안 WTRU에 전송될 것인지 표시하도록 계층 1, 계층 2 또는 계층 3 시그널링 메시지를 사용할 수 있다. WTRU는 다음 DRX 사이클의 시작까지 활성 주기에 머무를 수 있다. WTRU는 다음 DRX 사이클의 시작까지 그의 데이터의 수신 다음에도 슬립 상태에 있지 않을 것이다.
WTRU는 특정 WTRU에 대하여 데이터의 존재를 표시하도록 eNB로부터의 명시적 신호를 기다릴 수 있다. WTRU가 eNB로부터의 표시를 수신하지 못하는 경우, WTRU는 신호가 전송되지 않았거나 신호를 놓쳤지만 WTRU에 대한 다운링크 상에 어떤 것이 있을 수 있기 때문에 웨이크 상태에 머무를 것이라고 결정할 수 있다.
그리고 DRX 사이클은 최소 활성 시간및 슬립 시간을 포함한다. WTRU는 각각의 최소 활성 시간(710)에 커맨드를 수신할 수 있다. WTRU에 대하여 데이터가 이용가능한 경우, WTRU는 커맨드에서 표시를 수신하고, 데이터를 수신하고, 다음 DRX 사이클까지 웨이크 상태에 머무른다.
대안의 실시예에서, eNB가 이 DRX 사이클 동안 WTRU에 대하여 데이터를 전송하지 않았거나 전송하지 않을 경우, 커맨드를 보내지 않는다. WTRU는 커맨드가 없는 것을, 수신할 데이터가 없으므로 다음 DRX 사이클까지 슬립 상태로 다시 진행할 수 있다는 표시로서 해석할 수 있다.
그리고 WTRU는 최소 활성 시간 동안 WTRU에 대하여 데이터가 있는지 여부를 표시하는 커맨드를 수신한다. eNB가 DRX 사이클동안 전송하고 있다는 것을 표시하는 커맨드를 WTRU가 수신하면, WTRU는 DRX를 완전히 빠져나가고, 자신의 이전의 DRX 동작 및 구성을 무시할 수 있다. 그 다음, WTRU는 비(non)-DRX 사이클에서 웨이크 상태에 머무를 수 있다. eNB는 시그널링 메시지를 사용하여 시간 et에서 DRX 동작으로 다시 진행하도록 WTRU에게 명령할 수 있다. 시그널링은 RRC, MAC 또는 PHY 시그널링일 수 있고, 시그널링을 생성하려는 트리거는 데이터의 데이터 전송 다음의 유휴 또는 비활동 시간의 검출일 수 있다. 다른 트리거로는 WTRU에 전송되어야 할 더 이상의 패킷이 없다는 것을 eNB가 인지하는 것일 수 있다. 그러면, WTRU는 DRX 동작을 다시 시작하고, 다음 DRX 사이클에서 다음 최소 활성 시간 동안 커맨드를 수신한다.
DRX 동작을 활성화하는데 사용되는 DRX 시그널링 메시지는 DRX 사이클의 주기성(즉, DRX 사이클 시간), 최소 활성 시간, 및 WTRU가 DRX 동작을 시작하거나 활성화하여야 할 상대 또는/및 절대 시간을 포함할 수 있다. WTRU는 다음 DRX 사이클에서 다음 DRX 사이클이 일어난 후에 DRX 동작으로 다시 돌아갈 수 있다.
DRX 모드에 있지 않은 WTRU는 WTRU가 DRX 모드로 진입하기를 원한다는 것을 표시하는 시그널링 메시지를 eNB에 보낼 수 있다. 시그널링은 RRC, MAC, 또는 PHY 시그널링일 수 있다. WTRU는 예를 들어 WTRU에 의한 데이터의 수신 다음의 유휴 시간 또는 비활동 시간의 검출과 같이 시그널링을 생성하는데 트리거를 사용할 수 있다. 다른 트리거도 존재할 수 있다. 시그널링 메시지를 수신하면, eNB는 DRX 동작 및 DRX 설정으로 진행하도록 WTRU에 명령하는 응답 신호를 생성한다.
또한 시그널링 메시지는 데이터 전송이 시작되어야 할 상대 또는 절대 시간 및 선택적으로 데이터 전송이 종료할 상대 또는 절대 시간을 표시한다. WTRU는 DRX 모드로 머물러 있다.
DTX 동안, WTRU는 미리 결정된 간격 중에 전송하고 나머지 중에는 슬립한다. DTX와 DRX 사이의 조정이 이용될 수 있고, 전력 소모에 있어서 최대 효율을 가능하게 하기 위하여 DRX와 DTX 간격/사이클은 가능한 많이 일치할 수 있다. 예를 들어, 업링크 리소스 할당은 주기적으로 행해질 수 있다. 업링크 리소스 할당을 DRX 주기에 맞추어 조절하면 더 큰 효율을 이끌어낼 수 있다. 특히, 주기적인 얇은 채널 할당은 DRX 사이클과 일치할 수 있다.
WTRU 이동성 양상도 또한 LTE 활성 모드에서 DRX 사이클을 결정할 요인이 될 수 있다. VoIP, 웹 브라우징 트래픽 등과 같은 상이한 서비스에 대하여 개별 DRX 설정이 구현될 수 있다. WTRU는 서비스 각각에 대하여 다수의 개별 또는 독립적 DRX 사이클을 가질 수 있거나, WTRU는 DRX 설정/파라미터가 가장 흔한 트래픽 패턴을 충족시키는 것인 단일 DRX 사이클을 가질 수 있다. 다수의 DRX 사이클이 사용되는 경우, 사이클은 전력 절약을 위한 잠재성을 최대화하기 위하여 가능한 많이 조절 또는 일치될 수 있다.
<업링크 스케줄링 절차>
업링크 스케줄링 절차는 3GPP TS 36.231 “Medium Access Control (MAC) protocol specification” 정의되어 있으며, 이는 도2에서 보는 바와 같이 RRC 구성되고 베어러가 셋업된 상태(예, RRC_Connected 상태)에서는 업링크 트래픽이 발생하는 경우 다음과 같은 절차를 수행한다.
단말(UE)이 eNB과 베어러를 구성한 후 버퍼에 송신할 UL 데이터가 발생시 RRC_Idle 상태에서 RRC_Connected 상태로 전환 후 eNB에 스케줄링 요청(Scheduling Request, SR)을 송신하고, eNB로부터 이에 대한 승인으로 업링크 그랜트(UL Grant)를 수신한다. 이후 송신할 데이터의 크기에 대한 정보를 알리기 위해 버퍼상태보고(Buffer Status Repotiong)를 수행 후 eNB로부터 승인을 수신하면 업링크 데이터(UL data)를 전송하게 되고 eNB로부터 데이터의 수신 여부인 Ack 또는 Nack를 수신함으로서 업링크 전송을 마치게 된다. 그리고 이때 각 메시지(Scheduling Request, Buffer Status Repotiong, grant 등)의 전송간격은 User Plan에서 4ms로 설정되어 있다.
<IOT 환경에서 허용가능한 지연에 관한 사항>
3GPP TS 22.104(Service requirements for cyber-physical control applications in vertical domains)에는 최대허용가능한 지연시간에 대하여 서비스별로 정의되어 있다. 특히 지능형 공장의 경우 최대지연을 100ms에서 수초까지 허용하고 있다.
Characteristic parameter Influence quantity
End-to-end latency: maximum (note 2) (note 12a) Survival time (note 12a) UE
speed (note 13) 		# of UEs Service area
(note 3) 		Remarks
≤ 50 ms 50 ms - 5 to 10 1000 m x 30 m x 10 m Control-to-control in motion control (A.2.2.2); (note 9)
1 ms to 50 ms (note 6) (note 7) transfer interval value ≤ 50 km/h ≤ 100 ≤ 1 km2 Mobile robots (A.2.2.3)
10 ms to 100 ms (note 7) transfer interval value ≤ 50 km/h ≤ 100 ≤ 1 km2 Mobile robots - video-operated remote control (A.2.2.3)
100 ms to 60s (note 7) ≥ 3 x transfer interval value typically stationary ≤ 10 000 to 100 000 ≤ 10 km x 10 km x 50 m Plant asset management (A.2.3.3)
<본 발명의 실시예>
구체적으로 도3,4를 참조하면, 허용가능한 지연수준에서 발생되는 트래픽에 개별적으로 지연 오프셋을 적용하도록 하며, DRX주기가 동적으로 조절되는 환경에서 업링크 트래픽이 발생시 현재 전송할 스케줄링 요청(SR)의 타이밍과 DRX On Duration의 시차를 판단하고, 만약 시차가 허용가능한 지연 임계치(Delay Tolerant Threshold)보다 낮은 경우 스케줄링 요청(SR)에 Delay Offset을 적용하여 SR이 DRX On Duration의 타이밍에 전송되도록 하고, SR이 발생한 타이밍과 현재 DRX On Duration의 시차가 허용가능한 지연 임계치보다 크게 되면 SR을 즉시 전송 후 UL data와 DL data의 정렬모드로 전환한다. 이를 위해 UE는 허용가능한 지연 임계치 동안 전송할 업링크 데이터를 버퍼링하며 기지국으로부터 다운링크 트래픽이 발생될 기회(DL OCCATION)을 확보하도록 하고, 이때 기지국에서는 SR이 DRX ON 주기가 아닌 별도의 타이밍에서 수신되는 경우 (추가적인 제어시그널링의 교환 없이) UL data와 DL data의 정렬모드로 전환된 것으로 인지하고 UL GRANT를 송신함과 동시에 Delay Tolerant Timer를 개시하고 다운링크 트래픽의 발생을 기다린다. 만약 다운링크 트래픽이 발생하면 다운링크 트래픽에 ADVANCE 오프셋을 적용하여 다운링크 트래픽을 업링크 트래픽에 맞추어 전송하도록 한다. 또한 현재 3GPP TS 36.231의 경우 DRX 슬립 기간 중 다운링크 트래픽이 발생하는 경우 다음 주기의 DRX ON 구간에서 송신하도록 되어 있음(DRX 사이클이 정해지면 해당 사이클의 슬립구간 중 다운링크를 수신하기 위해 추가적으로 웨이크업 하는 구성에 대해서 정의되어 있지 않음)으로 기존 표준과 호환성을 지원하기 위해 지연허용 타이머가 만료되는 즉시 추가적으로 다운링크 트래픽을 수신할 수 있도록 하나의 DRX On Duration 안에 추가적인 Sub On Duration을 구동하도록 한다(DRX 슬립구간이 만료되기 이전 추가적으로 웨이크업 활성 기회를 갖음). 그리고 지연 임계치는 3GPP TS 22.104에 정의되어 있는 값에 따라 100ms일 수 있다.
그리고 도3의 상단 도면에 대해 설명하면, 단말이 업링크 데이터로 발생으로 인해 송신하는 SR 요청을 DRX 주기에 정렬하여 전송한다. UE는 DRX ON Cycle에 따라 웨이크업 하여 기지국으로부터 자신에게 전송되는 DL 데이터가 있는지 모니터링 후 SLEEP 상태로 진입을 반복하게 되며 이때 UL 데이터가 발생하면 웨이크업하여 기지국으로 UL 데이터의 전송을 위해 SR을 전송하게 된다. 예를 들어 그림과 같이 DRX ON Cycle이 4ms이면, UE가 DRX Off 기간인 3ms에서 전송할 업링크 데이터가 발생시 UE는 4ms에 DRX ON Cycle을 위해 웨이크업 해야할 것을 알고 있으므로, UL 데이터를 즉시 전송하지 않고 4ms인 DRX OnDuration에 일치시켜 전송하게 된다.
또한 도3의 하단도면에 대해 설명하면, 기지국에서 다운링크 데이터를 업링크 데이터가 송신되는 타이밍에 정렬하여 전송하도록 한다. 구체적으로 설명하면 지연 허용값이 10 ms, DRX 주기가 16 ms로 설정되어 있는 경우 UE에서 상향링크 트래픽이 2 ms에서 발생한 경우를 가정하자. 이러한 경우 단말은 2 ms에 상향링크 요청 트래픽을 즉시 전송 후 4 ms 후 상향링크 그랜트를 수신한다. 이후 상향링크 그랜트와 상향링크 데이터를 송신하는 시간 간격 사이에 어드밴스 오프셋 타이머를 시작하며, 이때 기지국에서 하향링크(DL) 트래픽이 발생하면 기존의 경우 UE가 비연속적 수신(DRX)의 슬립(Sleep) 상태에 있기 때문에 하향링크(DL) 트래픽을 바로 보내지 않고 DRX 주기인 16 ms에서 전송해야한다. 하지만 16 ms 해당 사이클이 도달하기 수신한 스케줄링 요청(SR)으로부터 상향링크 그랜트와 어드밴스 오프셋 타이머를 합산한 시간 이후 단말이 활성화할 것을 알게 되므로 이에 맞추어 하향링크 데이터를 이에 맞추어 15 ms에 전송하도록 함으로써 상향링크 데이터와 하향링크 데이터 트래픽을 정렬할 수 있도록 한다.
따라서, 일부 지연(Delay Tolerant)을 허용하는 IOT 환경(센서와 같은 특정 vertical 서비스 환경)에서 단말이 업링크 발생시 전송하는 SR(Scheduling request)을 DRX ON 주기에 맞추어 전송함으로써 슬립구간을 늘리며, DRX 주기가 동적으로 변화함에따라 SR 전송타이밍과 DRX ON 주기의 시차가 지연 허용값을 넘는 경우 발생 가능한 다운링크 트래픽을 업링크 전송 시점에 맞추어 전송하도록 하며 다운링크 발생에 따른 정렬기회를 높이기 위해 SR에 따른 UL GRAN와 UL 데이터 전송 사이에 지연허용 타이머를 둠으로써 단말의 슬립구간을 확장할 수 있다.
또한 다운링크 트래픽을 업링크 전송 시점에 맞추어 전송하는 경우 기존의 3GPP 표준과의 호환성을 위해 DRX 구성 파라미터에 업링크 트래픽의 버퍼링을 위한 지연허용 타이머(Delay Tolerant Timer) 및 슬립구간 중 추가적으로 다운링크 데이터를 수신하기 위한 Sub On Duration 타이머를 추가하도록 함으로써 본 기능을 지원하지 않는 사업자 및 기지국에서는 기존의 DRX 레거시 모드로 동작할 수 있다. 그리고 레거시 모드로 작동을 위해 해당 기지국에 최초 접속시 본 기능에 대한 지원여부를 제어 시그널링 통해 교환할 수 있다.
이상으로 특정 조합의 바람직한 실시예에서 특징 및 구성요소가 설명되었지만, 각각의 특징 또는 구성요소는 바람직한 실시예의 다른 특징 및 구성요소 없이 단독으로 사용될 수 있거나, 다른 특징 및 구성요소와 함께 또는 다른 특징 및 구성요소 없이 다양한 조합으로 사용될 수 있다. 제공된 방법 또는 흐름도는 범용 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 실행하기 위한 컴퓨터 판독가능한 저장 매체에 실체적으로 구현된 컴퓨터 프로그램, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 저장 매체의 예로는 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 레지스터, 캐시 메모리, 반도체 메모리 디바이스, 내부 하드 디스크 및 탈착가능한 디스크와 같은 자기 매체, 자기 광학 매체, 및 CD-ROM 디스크 및 DVD와 같은 광학 매체를 포함한다.
적합한 프로세서는 예로써, 범용 프로세서, 특수 용도 프로세서, 종래 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 복수의 마이크로프로세서, DSP 코어와 연관되는 하나 이상의 마이크로프로세서, 컨트롤러, 마이크로컨트롤러, ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 회로, 임의의 기타 유형의 집적 회로(IC), 및/또는 상태 머신을 포함한다.
소프트웨어와 연관된 프로세서는 무선 송수신 유닛(WTRU), 사용자 기기(UE), 단말기, 기지국, 무선 네트워크 제어기(RNC), 또는 임의의 호스트 컴퓨터에 사용하기 위한 무선 주파수 트랜시버를 구현하는 데 사용될 수 있다. WTRU는 카메라, 비디오 카메라 모듈, 비디오폰, 스피커폰, 진동 장치, 스피커, 마이크로폰, 텔레비전 트랜시버, 핸즈프리 헤드셋, 키보드, 블루투스 모듈, 주파수 변조(FM) 라디오 유닛, LCD 디스플레이 유닛, OLED 디스플레이 유닛, 디지털 뮤직 플레이어, 미디어 플레이어, 비디오 게임 플레이어 모듈, 인터넷 브라우저, 및/또는 임의의 무선 로컬 영역 네트워크(WLAN) 모듈과 같이 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현되는 모듈과 함께 사용될 수 있다.

Claims (1)

  1. 동적으로 DRX 주기가 조절되는 단말 및 기지국을 포함하는 시스템에 있어서,
    1) 단말에서 Scheduling Request(SR)이 발생하는 단계
    2) SR이 발생한 타이밍과 현재 DRX On Duration의 시차가 지연허용값(Delay Tolerant Value)보다 작은지 판단하는 단계
    3) 판단 결과 SR이 발생한 타이밍과 현재 DRX On Duration의 시차가 지연허용값보다 작으면 SR에 Delay Offset을 적용하여 SR을 DRX On Duration에 맞추어 전송하는 단계
    4) 판단 결과 SR이 발생한 타이밍과 현재 DRX On Duration의 시차가 지연허용값보다 크면 SR을 즉시 전송하며 지연허용 타이머(Delay Tolerant Timer)를 개시하고 지연허용 타이머가
    작동하는 동안 업링크 데이터를 버퍼링하는 단계(상기 지연허용 타이머의 시간 값은 지연허용값과 동일함)
    5) 지연허용 타이머가 만료되면 업링크 데이터를 전송하는 동시에 Sub On Duration 타이머를 개시하는 단계(상기 Sub On Duration 타이머는 DRX 슬립구간 중 추가적으로 다운링크 데이터를 수신하기 위해 단말을 활성화 시키는 타이머 임)
    6) 기지국에서 단말로부터 SR을 수신하면 단말에게 UL Grant를 전송하고 지연허용 타이머를 개시하는 단계
    7) 기지국에서 지연허용 타이머가 만료되기 전에 단말에게 전송할 다운링크 데이터가 발생하면 다운링크 데이터에 오프셋을 적용하여 다운링크 데이터를 단말의 Sub On Duration 에 맞추어 전송하는 단계
    를 포함하여 동작하는 단말 및 기지국을 포함하는 시스템
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