KR102371921B1

KR102371921B1 - 이동통신 시스템에서 시간에 민감한 통신 지원 정보 갱신 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102371921B1
Application number: KR1020200001735A
Authority: KR
Inventors: 문상준; 권기석
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2020-01-06
Filing date: 2020-01-06
Publication date: 2022-03-08
Also published as: EP4057714A1; EP4057714A4; US20230068462A1; KR20210088378A; WO2021141295A1

Abstract

본 개시는 LTE와 같은 4G 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 제공될 5G 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다.
본 개시에 따른 방법은 이동통신 시스템의 세션 관리 기능 장치에서 분산 시간 민감 네트워킹(TSN)을 지원하기 위한 방법으로, TSN 중앙집중화된 네트워크 구성 서버로부터 지연 요구 조건(Latency Requirements), 주기성(Periodicity), 생존 시간(Survival Time)을 수신하는 단계; 상기 이동통신 시스템의 시간에 기반하여 민감한 통신 지원 정보(Time Sensitive Communications Assistance Information, TSCAI)를 업데이트하기 위한 시간 간격(T)을 미리 결정된 시간 간격으로 결정하는 단계; 상기 수신된 생존 시간이 TSN의 주기성 값보다 크거나 같은 경우 상기 TSCAI의 업데이트 시간 간격(T)을 수정하지 않는 단계; 상기 수신된 생존 시간이 TSN의 주기성 값 미만인 경우 상기 TSCAI의 업데이트 시간 간격(T)을 설정된 주기보다 짧게 수정하는 단계; 및 상기 설정된 TSCAI의 업데이트 시간 간격(T)에 기반하여 상기 TSCAI를 업데이트하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

이동통신 시스템에서 시간에 민감한 통신 지원 정보 갱신 방법 및 장치{APPARATU AND METHOD FOR UPDATING TIME SENSITIVE COMMUNICATIONS ASSISTANCE INFORMATION IN A MOBKLE SYSTEM}

시간에 민감한 네트워킹((Time Sensitive Networking, TSN)을 지원하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히, 유선 네트워크와 연동한 이동통신 단말 간 시각 동기화 (Clock Synchronization)를 제공하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다.

높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역(예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나(large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.

또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultra-dense network), 기기 간 통신(Device to Device communication: D2D), 무선 백홀(wireless backhaul), 이동 네트워크(moving network), 협력 통신(cooperative communication), CoMP(Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거(interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.

이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM(Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC(Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및 SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.

5G 시스템에서는 기존 4G 시스템 대비 다양한 서비스에 대한 지원을 고려하고 있다. 예를 들어, 가장 대표적인 서비스들은 모바일 초광대역 통신 서비스(eMBB: enhanced mobile broad band), 초 고신뢰성/저지연 통신 서비스(URLLC: ultra-reliable and low latency communication), 대규모 기기간 통신 서비스(mMTC: massive machine type communication), 차세대 방송 서비스(eMBMS: evolved multimedia broadcast/multicast Service) 등이 있을 수 있다. 그리고, 상기 URLLC 서비스를 제공하는 시스템을 URLLC 시스템, eMBB 서비스를 제공하는 시스템을 eMBB 시스템 등이라 칭할 수 있다. 또한, 서비스와 시스템이라는 용어는 혼용되어 사용될 수 있다.

이 중 URLLC 서비스는 기존 4G 시스템과 달리 5G 시스템에서 새롭게 고려하고 있는 서비스이며, 다른 서비스들 대비 초 고 신뢰성(예를 들면, 패킷 에러율 약 10-5)과 저 지연(latency)(예를 들면, 약 0.5msec) 조건 만족을 요구한다. 이러한 엄격한 요구 조건을 만족시키기 위하여 URLLC 서비스는 eMBB 서비스보다 짧은 전송 시간 간격(TTI: transmission time interval)의 적용이 필요할 수 있고 이를 활용한 다양한 운용 방식들이 고려되고 있다.

한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE(Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다.

IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.

이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술인 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.

한편, 이동통신 네트워크에서는 시간에 민감한 네트워킹(Time Sensitive Networking, TSN)에 대한 논의가 이루어지고 있다. 이러한 TSN에서는 오디오/비디오(Audio/Video) 또는 공장 자동화와 같은 부문에서 주로 사용될 것으로 예상되고 있다.

시간 민감 네트워킹(TSN) 트래픽(Traffic)의 정보를 이동통신 네트워크 예를 들어, 3GPP Network에 시간에 민감한 통신 지원 정보(Time Sensitive Communications Assistance Information, TSCAI)로 전달할 때, 5G 클럭(Clock)과 TSN 클럭(Clock)의 차이를 반영한 업데이트 필요하다. 특히, TSN Traffic의 지연(Latency) 요구가 낮을 수록 더 자주 TSCAI의 업데이트가 필요하다. 이에 따라 3GPP Network 내에 시그널링(Signaling)을 위한 부하가 발생할 수 있다.

본 개시에서는 TSN Traffic의 또 다른 특성을 고려하여 TSCAI 업데이트 시에 시그널링 부하를 줄일 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 이동통신 시스템의 세션 관리 기능 장치에서 분산 시간 민감 네트워킹(TSN)을 지원하기 위한 방법으로, TSN 중앙집중화된 네트워크 구성 서버로부터 지연 요구 조건(Latency Requirements), 주기성(Periodicity), 생존 시간(Survival Time)을 수신하는 단계; 상기 이동통신 시스템의 시간에 기반하여 민감한 통신 지원 정보(Time Sensitive Communications Assistance Information, TSCAI)를 업데이트하기 위한 시간 간격(T)을 미리 결정된 시간 간격으로 결정하는 단계; 상기 수신된 생존 시간이 TSN의 주기성 값보다 크거나 같은 경우 상기 TSCAI의 업데이트 시간 간격(T)을 수정하지 않는 단계; 상기 수신된 생존 시간이 TSN의 주기성 값 미만인 경우 상기 TSCAI의 업데이트 시간 간격(T)을 설정된 주기보다 짧게 수정하는 단계; 및 상기 설정된 TSCAI의 업데이트 시간 간격(T)에 기반하여 상기 TSCAI를 업데이트하는 단계;를 포함할 수 있다.

일반적으로 TSCAI를 업데이트 방법은 TSN Traffic의 Latency 요구가 낮을 수록 더 자주 TSCAI 업데이트가 필요하여 3GPP Network 내의 시그널링의 부하가 발생하는 문제가 발생한다. 본 개시에 따른 방법 및 장치를 적용하는 경우TSN Traffic의 Latency 요구가 낮더라도 TSCAI 업데이트를 자주 할 필요가 없어 시그널링 부하의 발생을 줄일 수 있는 이점이 있다.

도 1은 3GPP 네트워크를 통한 TSN 동기화(Synchronization) 지원 과정을 개념적으로 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 TSN의 중앙집중 모델에서 5GS가 TSN을 지원하는 경우 3GPP Network의 구조 및 정보의 전송을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 개시의 제1실시예에 따라 TSN AF가 TSN 동기화 클라이언트(Synchronization Client)가 아닌 경우 TSCAI를 전달하기 위한 구성 및 신호 흐름을 예시한 도면이다.
도 4는 본 개시의 제2실시예에 따라 TSN AF가 TSN 동기화 클라이언트(Synchronization Client)가 아닌 경우 TSCAI를 전달하기 위한 구성 및 신호 흐름을 예시한 도면이다.
도 5는 본 개시의 제3실시예에 따라 TSN AF가 TSN 동기화 클라이언트(Synchronization Client)인 경우 TSCAI를 전달하기위한 구성 및 신호 흐름을 예시한 도면이다.
도 6은 본 개시의 따른 생존 시간(Survival Time)을 설명하기 위한 개념적인 타이밍도이다.
도 7은 본 개시에 따른 실시예에 따라 시간 민감 통신(Time Sensitive Communications, TSC) 트래픽 패턴(Traffic Pattern)과 이에 따른 TSCAI 및 Survival Time의 관계의 타이밍도를 예시한 도면이다.
도 8은 본 개시에 따라 지연(Latency) 요구사항이 주기성(Periodicity) 이상인 경우 생존 시간(Survival Time)을 고려한 TSCAI 업데이트 시의 제어 흐름도이다.
도 9는 본 개시에 따라 지연(Latency) 요구사항이 주기성(Periodicity) 미만일 경우 생존 시간(Survival Time)을 고려한 TSCAI 업데이트 시의 제어 흐름도이다.
도 10은 본 개시의 일실시예에 따라 무선통신 네트워크의 NF의 기능 블록 구성도이다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 단말의 내부 기능 블록 구성도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명하기에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하 설명에서 사용되는 접속 노드(node)를 식별하기 위한 용어, 네트워크 객체(network entity)들을 지칭하는 용어, 메시지들을 지칭하는 용어, 네트워크 객체들 간 인터페이스를 지칭하는 용어, 다양한 식별 정보들을 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시에서 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 대상을 지칭하는 다른 용어가 사용될 수 있다.

이하 설명의 편의를 위하여, 본 발명은 현재 존재하는 통신표준 가운데 3GPP (The 3rd Generation Partnership Project) 단체에서 정의하는 가장 최신의 표준인 5GS 및 NR 규격에서 정의하고 있는 용어 및 명칭들을 사용한다. 하지만, 본 개시가 상기 용어 및 명칭들에 의해 한정되는 것은 아니며, 다른 규격에 따르는 무선통신 네트워크에도 동일하게 적용될 수 있다. 특히 본 개시는 3GPP 5GS/NR (5세대 이동통신 표준)에 적용할 수 있다.

TSN은 시간 민감 네트워킹(Time Sensitive Networking)의 약자로, 오디오/비디오Audio/Video나 공장 자동화 등을 지원하기 위한 시간 동기화(Time Synchronization), 저 지연(Low Latency) 지원, 이를 위한 자원 관리(Resource Management) 및 신뢰성(Reliability) 향상에 관련된 여러 가지 표준의 집합이다. 이 TSN을 3GPP 네트워크에서 지원하기 위한 방안들이 제안되어 왔다.

도 1은 3GPP 네트워크를 통한 TSN 동기화(Synchronization) 지원 과정을 개념적으로 설명하기 위한 예시도이다.

도 1을 참조하여 살피기에 앞서 유선 네트워크 TSN에서 시간 동기화(Time Synchronization)를 지원하기 위하여 각 TSN 노드(node)는 TSN 그랜드 마스터(Grand Master, GM) 클럭(Clock)을 기준으로 한 타임 스탬프(Time Stamp)를 부가하여 동기화 프레임(Synchronization Frame)을 전송할 수 있다. GM clock은 도 1의 예시에서 TSN GM#1(101)과 같은 특정한 노드로부터 제공받을 수 있다. 이에 따라 TSN 노드0(111)는 TSN GM#1(101)로부터 수신된 GM clock을 타임 스탬프로 부가한 후 동기 메시지(Synchronization Message) 또는 동기 프레임(Synchronization Frame)을 다음 노드로 송신할 수 있다. 이처럼 동기 메시지 또는 동기 프레임을 수신한 TSN node는 Link의 전파 지연(Propagation Delay)과 자신의 node에서의 지연 시간인 체류 시간(Residence Time)을 Synchronization Frame의 수정 필드(Correction Field)에 반영하여, 다음 번의 TSN node로 전송할 수 있다. 이런 과정을 거쳐 모든 TSN node들은 TSN GM Clock을 기준으로 한 시간 동기화(Time Synchronization)를 달성할 수 있다.

한편, 이러한 TSN Synchronization을 3GPP 네트워크에서도 지원하기 위하여, 3GPP 네트워크가 하나의 TSN node로서 동작하는 방안이 제안되었다. 3GPP 네트워크가 하나의 TSN node로서 동작하는 방안에서 3GPP 네트워크 내의 UE/gNB(RAN, 기지국)/UPF은 모두 5G GM Clock에 Synchronization되야 한다. 이를 위해서 RAN은 3GPP GM에 연결된 것으로 가정하고, RAN과 유선 네트워크로 연결된 UPF도 유선 네트워크 TSN Synchronization 방안을 활용하거나 다른 방안을 동원하여 5G GM Clock에 동기되어 있는 것으로 가정한다.

3GPP 네트워크에서 RAN과 단말(UE) 간은 5G Air Protocol을 통해서 연결되는데, 이 과정에서 RAN은 단말과의 Synchronization을 정밀하게 지원하기 위해서 (예를 들어 시간 에러(Time Error)가 656ns 미만이 되도록) 여러 기능을 추가로 제공해야 한다. 추가로 제공되어야 하는 기능들을 예시하면, 상위계층에 의한 정확한 타이밍 전달(Accurate Timing Delivery by RRC/SIB), 고정밀 전송 시간 차이 보정(Finer TA(Timing Advance) Granularity), 전파 지연 보상(Propagation Delay Compensation) 등이 있을 수 있다.

그러면, 도 1의 구성을 살펴보고, 이후 도 1에 따른 동작을 살펴보기로 한다.

도 1을 참조하면, GM clock은 도 1의 예시에서 TSN GM#1(101)과 같은 GM Clock을 제공하기 위한 특정한 노드에서 TSN 유선 네트워크 상에 존재하는 적어도 하나의 TSN 노드로 제공할 수 있다. 도 1에서는 TSN GM#1(101)에서 TSN 노드0(111)로 GM Clock을 제공하는 경우를 예시하였다. 또한 다음 노드는 3GPP 네트워크로 예를 들어 5G 네트워크(120)가 될 수 있다. TSN 노드0(111)와 5G 네트워크(120) 간에는 제1링크(Link 1)가 설정되어 있음을 예시하였다. 따라서 TSN 노드0(111)는 TSN GM#1(101)에서 제공한 GM Clock을 타임스탬프로 하여 동기 메시지 또는 동기 프레임(131)을 생성한 후 다음 노드인 5G 네트워크(120)로 제공할 수 있다. 5G 네트워크(120)는 이를 처리하여 그 다음 TSN 노드인 TSN 노드(2(112)와 제2링크(Link 2)통해 동기 메시지 또는 동기 프레임(133)을 생성하여 이를 전달할 수 있다.

그러면 5G 네트워크(120)의 내부 구성을 간략히 도 1을 참조하여 살펴보기로 한다. 첫 번째 노드인 TSN 노드0(111)과 제1링크를 통해 동기 메시지 또는 동기 프레임을 수신하는 5G 네트워크(120)의 노드는 사용자 평면 기능(User Plane Function, UPF)(121)은 단말(123 or 124)이 송수신하는 packet을 전달하는 게이트웨이 역할을 수행할 수 있다. UPF(121)는 데이터 네트워크(Data Network)로 연결되는 PDU Session의 앵커(Achor) 역할을 하는 PDU 세션 앵커(PDU Session Anchor, PSA) UPF일 수 있다. 단말이 Data Network로 보내는 데이터는 모두 이 Anchor UPF를 통해서 전달될 수 있다.

UPF(121)는 또한 TSN 네트워크의 동작을 위해 네트워크 사이드 TSN 변환기(Network Side TSN Translator, NW-TT)를 포함할 수 있다. NW-TT는 5GS가 TSN 지원하기 위하여 필요한 이더넷 관련 프로토콜의 일부 기능을 담당할 수 있으며, 동기 프레임(Synchronization Frame)의 해석 및 처리, 포트 정보 관리, 링크 계층 디스커버리 프로토콜(Link Layer Discovery Protocol, LLDP)을 통한 주변 노드 정보 취합 및 관리 등을 수행할 수 있다. 이하 본 개시에 따른 모든 실시예들에서 특별히 UPF(121)가 NW-TT를 포함하지 않는다는 언급이 없는 한 NW-TT를 포함하는 것으로 가정하여 설명하기로 한다.

UPF(121)는 TSN 노드0(111)로부터 전달받은 동기 메시지 또는 동기 프레임(131)에 앞서 설명한 바와 같이 링크 지연과 전파 지연 등의 정보를 추가한 새로운 동기 메시지 또는 동기 프레임(132)를 생성하고, 5G 네트워크(120) 내의 기지국(122)으로 전송할 수 있다. 이때, 기지국(122)과 UPF(121) 간은 유선으로 연결된 상태일 수 있으며, 그 사이에 적어도 하나의 다른 네트워크 기능(Network Function) 장치가 포함될 수도 있다.

기지국(122)은 UPF(121)로부터 수신된 동기 메시지 또는 동기 프레임에 링크 지연과 전파 지연 등의 정보를 추가하여 단말(123)로 제공할 수 있다. 이때, 기지국(122)와 단말(123) 간은 잘 알려진 바와 같이 무선 채널을 통해 메시지 또는 프레임의 전송이 이루어질 수 있다.

따라서 단말(123)은 기지국(122)로부터 제공받은 동기 메시지 또는 동기 프레임에 전파 지연 및 링크 지연 등의 정보를 포함한 동기 메시지 또는 동기 프레임(133)을 생성하여 TSN 노드2(112)로 제공할 수 있다. 이때 단말(123)과 TSN 노드2(112) 간은 유선으로 연결될 수 있으며, 제2링크(Link 2)를 통해 동기 메시지 또는 동기 프레임을 전송할 수 있다.

이상에서 살핀 내용에 기반하여 다운링크(Downlink) 방향의 동기화(Synchronization)을 과정을 살펴보기로 한다.

다운링크라 함은 TSN 노드로부터 3GPP 네트워크를 통해 최종 TSN 노드의 방향으로 데이터가 전송되는 경우가 될 수 있다. 도 1에서는 TSN 노드0(111)로부터 TSN 노드2(112)로의 방향을 다운링크로 칭하기로 한다.

3GPP 네트워크 내의 엔티티(Entity) 또는 노드들은 모두 5G GM Clock에 Synchronization된 상태에서, UPF(121)가 Synchronization Frame을 받으면, 5G GM 기준의 수신 타임 스탬프(Ingress Time Stamp)를 동기 프레임 또는 동기 메시지(132)에 포함시킬 수 있다. 또한 UPF(121)는 동기 프레임 또는 동기 메시지를 송신한 TSN 노드0(111)와 미리 측정/계산하여 관리하고 있는 링크 지연(Link Delay)을 동기 프레임(Synchronization Frame) 또는 동기 메시지(132)에 담아 5G 네트워크 내의 다음 노드인 gNB(122)로 전송할 수 있다. 이에 따라 gNB(122)는 UE(123)로 이를 전달할 수 있다.

UE(123)는 gNB(122)로부터 동기 프레임 또는 동기 메시지를 수신하면, 외부 TSN node에 이를 전송하는 시각을 5G GM Clock 기준으로 계산하고, 수신 시간(Ingress Time)과의 차이를 계산하여 이를 체류 시간(Residence Time)으로 Correction Field에 반영함으로써 TSN Synchronization 동작을 완료할 수 있다. 이와 같이 생성된 동기 메시지 또는 동기 프레임(133)은 TSN 노드2(112)로 제공될 수 있다.

다음으로 업링크(Uplink) 방향의 동기화(Synchronization)에 대하여 살펴보기로 한다. 업링크라 함은 다운링크 시의 최종 TSN 노드로부터 3GPP 네트워크를 통해 제어를 수행하는 또는 데이터를 전송하는 최초 TSN 노드의 방향으로 데이터가 전송되는 경우가 될 수 있다. 도 1에서는 TSN 노드2(112)로부터 TSN 노드0(111)로의 방향을 업링크로 칭하기로 한다.

업링크 동기화를 위해 UE(123)가 이전 TSN Node인 TSN 노드0(111)로부터 Synchronization Frame을 받은 5G GM 기준의 시각인 Ingress Time과 TSN Node2(112)와의 Link Delay를 Synchronization Frame에 담아 gNB(122)를 통해 UPF(121)로 전송할 수 있다. 그러면 UPF(121)는 외부 TSN node인 TSN 노드0(111)에 이를 전송하는 시각을 5G GM Clock 기준으로 계산하고 Ingress Time과의 차이를 계산하여 이를 Residence Time으로 Correction Field에 반영할 수 있다. 이와 같은 과정을 통해 3GPP 망은 TSN Synchronization Time Error를 1μs 미만으로 유지할 수 있다.

도 2는 TSN의 중앙집중 모델에서 5GS가 TSN을 지원하는 경우 3GPP Network의 구조 및 정보의 전송을 설명하기 위한 예시도이다.

도 2를 참조하면, 제 2 TSN 시스템(210)은 중앙집중화된 네트워크 구성 서버(Centralized Network Configuration, CNC)(230)을 포함할 수 있다. 또한 무선 통신 네트워크(220)는 하나의 TSN Bridge로 동작할 수 있다. 여기서 무선 통신 네트워크는 앞서 설명한 바와 같이 3GPP 네트워크일 수 있으며, 특히 5G 또는 NR 표준에 따른 네트워크가 될 수 있다. 하지만 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 그 외의 무선 네트워크도 본 개시에서 설명하는 기능을 포함하는 경우 동일하게 적용할 수 있다.

도 2를 참조하면, 무선 통신 네트워크(220)는 제 2 TSN 시스템(210)과 제 1 TSN 시스템(230) 사이에 위치하여 하나의 TSN Bridge로 동작하는 경우를 예시하였다. 5G의 핵심망은 다음과 같은 네트워크 기능들로 이루어질 수 있다. 여기서 각각의 네트워크 기능들은 하나의 네트워크 노드가 될 수 있다. 하나의 네트워크 노드는 물리적 또는/및 논리적으로 독립된 형태를 취할 수도 있고, 다른 특정한 노드와 함께 구성될 수도 있다. 또한 각각의 네트워크 기능들은 특정한 장치로 구현될 수도 있다. 다른 예로, 각각의 네트워크 기능들은 장치와 소프트웨어가 결합된 형태로 구현될 수도 있다. 또 다른 예로, 각각의 네트워크 기능들은 집합적인 특정 네트워크 상의 장치에서 소프트웨어적으로 구현될 수도 있다. 이하에서는 각 네트워크 기능들에 대하여 “~ 기능 장치”와 같이 표기하기로 한다. 그러면 이하에서 5G의 핵심망의 네트워크 기능들에 대하여 살펴보기로 한다.

무선 통신 네트워크(220)는 Bridge의 단말(123)을 포함할 수 있으며, 3GPP 네트워크의 단말인 경우 사용자 장치(User Equipment, UE)와 DS-TT(Device Side TSN Translator)를 포함할 수 있다. 또한 DS-TT는 TSN 변환부로 불릴 수도 있으며, 물리적인 하드웨어로 구현할 수도 있고, UE의 어플리케이션에서 또는 통신 프로세서(CP)에서 구동될 수도 있다. 다른 예로, DS-TT는 별도의 하드웨어를 가지되, UE의 어플리케이션 또는 어플리케이션의 하위 계층에 의해 제어될 수도 있다. DS-TT는 5GS가 TSN 지원하기 위하여 필요한 이더넷 관련 프로토콜의 일부 기능을 담당할 수 있으며, Synchronization Frame의 해석 및 처리, 포트 정보 관리, LLDP (Link Layer Discovery Protocol)을 통한 주변 노드 정보 취합 및 관리 등을 수행할 수 있다. 여기서 UE(123)는 5G 네트워크와 제어 신호 및 데이터의 송수신을 위한 무선 통신부(도 2에 예시하지 않음) 및 이를 제어하기 위한 제어부(일반적으로 어플리케이션 프로세서로, 도 2에 예시하지 않음)를 포함하는 장치가 될 수 있다.

RAN(122)는 5G 네트워크의 기지국이 될 수 있다. 도 2는 5G 네트워크의 기지국을 RAN으로 기재하였으나, 5G 표준에서는 gNB로 칭하고 있으므로, gNB와 RAN은 동일한 구성 요소가 될 수 있다. 따라서 이하에서는 gNB와 RAN을 혼용하여 사용하기로 한다.

따라서 단말(123)과 RAN(122)는 5G 무선 채널을 이용하여 데이터 및 제어 신호의 송수신이 이루어질 수 있다. 사용자 평면 기능 장치(User Plane Function, UPF)(121)는 단말(1223)이 송수신하는 packet을 전달하는 게이트웨이 역할을 수행할 수 있다. UPF(121)는 Data Network으로 연결되는 PDU Session의 앵커(Achor) 역할을 하는 PDU 세션 앵커(PDU Session Anchor, PSA) UPF일 수 있다. 단말이 Data Network로 보내는 데이터는 모두 이 Anchor UPF를 통해서 전달될 수 있다. Centralized Data Network 혹은 Internet Data Network로 가는 데이터 패킷은 해당 PDU Session의 PSA UPF로 전달된다.

액세스 및 이동성 관리 기능 장치(access and mobility management function, AMF)(232)는 단말의 이동성을 관리하는 네트워크 기능을 수행할 수 있다. 세션 관리 기능 장치(session management function, SMF)(224)은 단말에게 제공하는 패킷 데이터 네트워크(packet data network) 연결을 관리하는 네트워크 기능을 수행할 수 있다. 이 연결은 PDU(protocol data unit) session이라는 이름으로 불릴 수 있다.

정책 및 과금 기능 장치(policy and charging function, PCF)(227)는 단말(123)에 대한 이동통신 사업자의 서비스 정책, 과금 정책, 그리고 PDU session에 대한 정책을 적용하는 네트워크 기능을 수행할 수 있다. 통합된 데이터 관리 장치는 (unified data management, UDM)(224) 가입자에 대한 정보를 저장하고 있는 네트워크 기능을 수행할 수 있다. 네트워크 노출 기능 장치(network exposure function, NEF)(229)는 5G 네트워크에서 단말(321)을 관리하는 정보에 접근이 가능하여 해당 단말의 이동성 관리(mobility management) 이벤트에 대한 구독, 해당 단말의 세션 관리(session management) 이벤트에 대한 구독, 세션(session) 관련 정보에 대한 요청, 해당 단말의 과금(charging) 정보 설정, 해당 단말에 대한 PDU 세션 정책(session policy) 변경 요청을 할 수 있다.

이상에서 살핀 도 2의 구성을 이용하여 3GPP 네트워크(220)가 Logical Bridge로 모델되는 경우에 대하여 살펴보기로 한다.

3GPP 네트워크(220)의 DS-TT/UE(123)와 NW-TT/UPF(121)가 각각 5GS Logical Bridge의 입력 및 출력 포트(Port)로 동작하며, 해당 Port의 정보를 TSN AF(228)로 전달할 수 있다. TSN AF(228)는 이 취합된 정보를 TSN의 CNC(230) 서버로 전달할 수 있다. TSN AF(228)가 CNC(230)에서 받은 정보를 이용하여 5GS Bridge Information을 설정할 수 있다. 이때 필요한 Port 별 정보 설정도 역시 같은 Path를 이용하도록 설정할 수 있다. 예를 들어, DS-TT/UE(123)는 참조부호 201과 같이 DS-TT/UE(123) <-> gNB(122) <-> AMF(223) <-> SMF(224) <-> PCF(227) <-> TSN AF(228)의 경로를 이용할 수 있다. 또한 NW-TT/UPF(121)는 참조부호 202와 같이 NW-TT/UPF(121) <-> SMF(224) <-> PCF(227) <-> TSN AF(228)의 경로를 이용하여 필요한 정보를 TSN AF(228)로 보내거나, 반대로 그 역방향의 경로로 필요한 정보를 TSN AF(228)에서 받을 수 있다. 이 과정은 PDU Session Establishment 및 Modification 절차를 응용하여 이루어질 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이 참조부호 201의 경로 또는 참조부호 121의 경로를 이용하여 TSN(210)과 관리 정보(Management Information)를 교환하는 경우, 필요한 브리지 관리 정보(Bridge Management Information)가 취합될 수 있다.

이하에서 설명되는 도 3, 도 4 및 도 5는 도 2에서 설명한 경로를 이용하여 CNC(230)가 5GS Logical Bridge에 TSN 스트림 트래픽(Stream Traffic)의 정보를 전달하면, 5GS 내부에서 이를 어떻게 시간에 민감한 통신 지원 정보(Time Sensitive Communications Assistance Information, TSCAI)로 변환하여 QoS로 적용하는지에 대하여 설명할 것이다.

도 3은 본 개시의 제1실시예에 따라 TSN AF가 TSN 동기화 클라이언트(Synchronization Client)가 아닌 경우 TSCAI를 전달하기 위한 구성 및 신호 흐름을 예시한 도면이다.

먼저 도 3을 참조하면, 5G 네트워크는 앞서 설명한 도 1 및 도 2에서 예시한 구성들과 동일한 참조부호를 사용하고 있다. 따라서 동일한 구성 요소들에 대해서는 추가 설명은 생략하기로 한다. 도 3에서는 5G GM(301)을 추가로 예시하였다. 5G GM(301)은 5G GM 클럭에 기반하여 기지국(122)과 NW-TT/UPF(121)로 5G 시간 정보를 제공할 수 있다.

CNC(230)는 앞선 도 2에서 설명한 바와 같이 각 브리지 정보(Bridge Information)를 취합하여, TSN 네트워크의 구성과 각 브리지의 스케줄링 능력을 획득할 수 있다. 이에 따라 CNC(230)는 획득된 정보에 기반하여, TSC 트래픽 스트림(Traffic Stream)이 어느 경로를 통해서 어떤 스케줄링으로 전달되어야 하는지를 결정하고, 결정된 내용을 각각의 브리지들(111, 112, 220)으로 제공할 수 있다. 이때, 5G 네트워크(220)는 TSN 네트워크와 연결을 위해 설정된 TSN AF(228)로 결정된 정보를 제공할 수 있다. 또한 결정된 정보는 스트림 정보(Stream Info)로 구성하여, 참조부호 311, 312, 313과 같이 전달할 수 있다. 예를 들어, CNC(230)는 특정 TSN Stream에 대하여 TSN Node0(111)에서 출력되는 스케줄과 TSN Node1(220)에서 출력되는 스케줄 정보를 TSN AF(228)를 통하여 5GS Bridge에 알려줄 수 있다. 이 스트림 정보는 Message의 발생 주기(Transfer Interval), 각 발생 메시지의 크기(Message Size), 그리고 특정 메시지의 전송 시각(Transfer Time) 정보를 포함할 수 있다. 또한 이 Stream 정보는 TSN GM(101)로부터 제공된 TSN GM Clock을 기준으로 작성된 것이 될 수 있다. TSN AF(228)는 CNC(230)로부터 수신된 스트림 정보를 참조부호 421과 같이 SMF(224)로 전달할 수 있다.

SMF(224)는 TSN AF(228)로부터 수신된 스트림 정보를 5GS GM Clock 기반으로 변환(conversion)할 수 있다. SMF(224)는 5G GM(410)에서 제공한 5GS GM Clock을 UPF(121)로부터 또는 gNB(122) 및 AMF(223)를 통해 수신할 수 있다. 따라서 SMF(224)는 TSN AF(228)로부터 수신된 스트림 정보를 5GS GM Clock 기반으로 변환(conversion)할 수 있다. 이후 SMF(224)는 TSN Node0(111) 또는 TSN Node2(112)로부터 전송되는 스트림에 대하여 기지국(gNB)(122)에 도착되는 시간으로 변환할 수 있다. SMF(224)는 기지국에 특정한 TSN 노드로부터 전송되는 스트림의 도착 시간 정보를 TSCAI(Time Sensitive Communications Assistance Information)로 변환할 수 있다.

도 3에서는 가 5G GM Clock을 수신하는 경우 이 정보에 기반하여 TSN GM Clock 차이인 타임 오프셋(Time Offset)과 주파수 오프셋(Frequency Offset)을 결정할 수 있다. 이에 따라 UPF(121)는 참조부호 431과 같이 타임 오프셋(Time Offset)과 주파수 오프셋(Frequency Offset)을 SMF(224)로 제공할 수 있다.

따라서 SMF(224)는 TSN AF(228)로부터 수신된 Stream 정보를 5G GM Clock 기준으로 변환하고 NW-TT/UPF(121)에서 gNB(122)에 이르는 지연 시간을 감안하여, TSCAI를 획득할 수 있다. TSCAI는 기지국(122)에 도착하는 트래픽을 기준으로 정보를 정리할 수 있으며, 트래픽 버스트(Burst)의 도착 주기 (Periodicity), 트래픽 Burst의 크기(Burst Size), 특정 Traffic Burst의 gNB(122)에 도착 시점(Burst Arrival Time)으로 구성될 수 있다. SMF(224)는 이와 같이 생성된 TSCAI를 참조부호 341과 같이 QoS 설정 과정을 통하여 gNB(122)로 전달할 수 있다. 이에 따라 gNB(122)는 SMF(224)로부터 수신된 TSCAI 정보를 기반으로 효율적인 무선 자원 스케줄링에 활용할 수 있다.

예컨대, 도 3에 예시한 Link 1에서 TSN Node0(111)로부터 수신된 정보가 UPF(121)를 통해 gNB(122)로 제공되는 경우 TSCAI 정보에 기반하여 무선 자원 스케줄링에 활용할 수 있다. 동일한 방식으로 TSN Node2(112)와 UE(123) 간의 Link2를 통해 gNB(122)로 제공되는 스트림에 대하여도 TSCAI 정보에 기반하여 무선 자원 스케줄링에 활용할 수 있다.

도 4는 본 개시의 제2실시예에 따라 TSN AF가 TSN 동기화 클라이언트(Synchronization Client)가 아닌 경우 TSCAI를 전달하기 위한 구성 및 신호 흐름을 예시한 도면이다.

먼저 도 4를 참조하기에 앞서 도 3과 대비하여 살펴보면, 도 3과 모든 구성 요소들은 동일한 형태를 취함을 알 수 있다. 따라서 도 3과 동일한 구성을 갖는 경우 동일한 참조부호를 사용하고 있음에 유의하자. 따라서 동일한 구성 요소들 및 동일한 동작에 대해서는 구체적인 추가 설명은 생략하기로 한다.

도 4의 동작을 간략히 살펴보면, 앞서 설명한 도 3에서와 마찬가지로 TSN AF(228)가 CNC(230)로부터 스트림 정보를 수신할 수 있다. 이 스트림 정보는 TSN GM Clock을 기준으로 한 정보이다.

본 개시의 제2실시예에서는 TSN AF(228)가 이 정보를 5GS GM Clock 기반으로 바꾸어 SMF(224)로 전달할 수 있다. 이를 위해, NW-TT/UPF(121)가 5G GM Clock과 TSN GM Clock 차이인 Time Offset과 Frequency Offset을 SMF(224)를 거쳐 TSN AF(228)로 전달해야 한다. 이후 SMF(224)는 NW-TT/UPF(121)에서 gNB(122)에 이르는 지연 시간을 감안하여 TSCAI를 생성할 수 있다. 이때, TSN AF(228)는 NW-TT/UPF(121)에서 gNB(122)에 이르는 지연 시간을 감안하여 TSCAI를 만들어 SMF(224)로 전달할 수 있다. 따라서 SMF(224)는 TSN AF(228)가 생성한 TSCAI를 그대로 사용할 수도 있다. SMF(224)는 이 TSCAI를 QoS 설정 과정을 통하여 gNB(122)로 전달할 수 있다. 따라서 gNB(122)는 TSCAI 정보에 기반하여 무선 자원 스케줄링을 수행할 수 있다.

종합적으로, 도 4의 동작은 UFP(121)가 5G GM clock을 5G GM(301)로부터 수신하여 참조부호 401과 같이 TSN AF(228)로 제공하는 점에서 도 3의 동작과 차이가 있다. 또한 UPF(121)는 5G GM Clock과 TSN GM Clock 차이인 Time Offset과 Frequency Offset을 제공할 수 있다. 이에 따라 TSN AF(228)는 CNC(130)로부터 스트림 정보를 수신할 시 이를 5G GM에 맞춰 변환할 수 있다. 또한 변환된 스트림 정보(Converted Stream Info)를 참조부호 411과 같이 SMF(224)로 제공할 수 있다. 이후 SMF(224) 및 gNB(122)의 동작은 도 3에서 설명한 바와 동일하게 동작할 수 있다.

도 5는 본 개시의 제3실시예에 따라 TSN AF가 TSN 동기화 클라이언트(Synchronization Client)인 경우 TSCAI를 전달하기위한 구성 및 신호 흐름을 예시한 도면이다.

먼저 도 5를 참조하기에 앞서 도 3 및 도 4와 대비하여 살펴보면, 도 3 및 도 4와 모든 구성 요소들은 동일한 형태를 취함을 알 수 있다. 따라서 도 3 및 도 4에서 설명한 것과 동일한 구성을 갖는 경우 동일한 참조부호를 사용하고 있음에 유의하자. 따라서 동일한 구성 요소들 및 동일한 동작에 대해서는 구체적인 추가 설명은 생략하기로 한다.

도 5를 참조하면, TSN AF(228)가 CNC(130)로부터 스트림(Stream) 정보를 수신할 수 있다. 이 Stream 정보는 TSN GM Clock을 기준으로 한 정보이다. 도 4에서는 TSN AF(228)가 이 정보를 5GS GM Clock 기반으로 바꾸어 SMF(224)로 전달하는 형태를 설명하였다. 하지만, 도 5에서는 앞서 설명한 도 4와는 다르게 TSN AF(228)가 5G GM Clock 및 TSN GM Clock과 동기화(Synchronization) 과정을 거쳐 정보를 알고 있으므로, 두 Clock간의 차이인 시간 오프셋(Time Offset)과 주파수 오프셋(Frequency Offset)을 이미 계산하여 알고 있는 상태일 수 있다. 따라서 TSN AF(228)는 CNC(130)로부터 수신한 스트림(Stream) 정보에 시간 오프셋(Time Offset)과 주파수 오프셋(Frequency Offset)을 반영하여 5G GM Clock 기준으로 변환할 수 있다. 이는 TSN AF(228)가 TSN 동기화 클라이언트(Synchronization Client)이므로, TNS Node0(111)와 참조부호 501과 같은 Link1을 가지고 있으므로, TSN GM Clock을 알 수 있으며, 5G GM Clock 또한 알 수 있는 상태이기 때문에 가능하다.TSN AF(228)는 5G GM Clock을 도 4에서 설명한 바와 같이 UPF(121), SMF(224), PCF(227)을 통해 수신한 상태일 수 있다. 다만 도 5에서는 이러한 5G GM Clock의 수신 경로를 예시하지 않았음에 유의하자. 따라서 TSN AF(228)는 수신한 스트림(Stream) 정보에 시간 오프셋(Time Offset)과 주파수 오프셋(Frequency Offset)을 반영하여 5G GM Clock 기준으로 변환한 스트림 정보를 SMF(224)로 참조부호 521과 같이 제공할 수 있다.

이후 SMF(224)는 NW-TT/UPF(121)에서 gNB(122)에 이르는 지연 시간을 감안하여 TSCAI를 생성할 수 있다. 이때, TSN AF(228)가 NW-TT/UPF(121)에서 gNB(122)에 이르는 지연 시간을 고려한 TSCAI를 만들어 SMF(224)로 전달할 수도 있다. 이런 경우, SMF(224)는 TSN AF(228)가 제공한 TSCAI를 그대로 사용할 수도 있다. SMF(224)는 이 TSCAI를 QoS 설정 과정을 통하여 gNB(122)에 전달할 수 있다. 따라서 gNB(122)는 이 TSCAI 정보에 기반하여 효율적인 무선 자원 스케줄링을 수행할 수 있다.

도 6은 본 개시의 따른 생존 시간(Survival Time)을 설명하기 위한 개념적인 타이밍도이다.

도 6을 참조하기에 앞서 아래의 TSN 네트워크에 대하여 간략히 살펴보기로 한다. 공장 자동화 제어/감지 신호 등 여러 TSN(Time Sensitive Networking)용 트래픽은 작은 크기(Message Size)(예: 20~50 바이트)의 메시지를 일정 주기 (Transfer Interval)(예: 0.5ms, 1ms, 2ms 등)로 연속하여 전송되는 특징을 갖는다. 따라서 이러한 작은 크기의 메시지를 총칭하여 스트림(Stream)이라 부른다. 이 Stream의 생산자(Talker)와 소비자(Listener)들 간은 미리 결정된 지연 시간(E2E Latency)를 만족해야 한다. 따라서 소비자는 연속된 메시지들을 주기적으로 받을 것으로 기대한다. 이때, 만일, 예상되는 시점 즉, 설정된 주기에 기반한 메시지의 수신 시점에 해당하는 메시지를 받지 못하더라도 일정 시간 까지는 정상으로 동작할 수 있는 경우가 존재한다. 왜냐하면, 메시지를 받지 못하더라도 정상으로 동작할 수 있는 최대 시간을 생존 시간(Survival Time)이라고 하며, 메시지의 전송 주기가 생존 시간보다 짧은 경우 생존 시간 내에서 유실된 즉, 메시지를 수신하지 못하더라도 어플리케이션(Application) 측면에서는 이를 이상이 발생하지 않은 것으로 판단할 수도 있다.

반면에, Survival Time을 넘어서까지 메시지를 받지 못하면 Application 측면에서도 이상이 발생한 것으로 판단하여 Down 상태가 된다. 이처럼 Down 상태 이후 메시지를 다시 정상적으로 수신하더라도, Application 관점에서 Down 상태에서 정상 상태인 Up 상태로 회복되는 데에도 일정 시간(Application Recovery Time)이 소요될 수 있다.

이를 도 6을 참조하여 살펴보기로 한다. 도 6을 참조하면, 메시지 전송에 관련된 메시지 송신 및 수신의 관점이 가장 위의 타이밍도에 예시되어 있다.

메시지 송신 및 수신 관점의 타이밍도를 참조하면, 송신 측에서는 미리 설정된 전송 주기(610)의 단위로, 짧은 메시지들(610, 611, 612, 613, 614, 615, 616, 617, 618, 619)을 주기적으로 전송할 수 있다. 따라서 수신 측에서도 미리 결정된 주기(610) 단위로 짧은 메시지들의 수신을 시도(620, 621, 622, 623, 624, 625, 626, 627, 628, 629)할 수 있다.

이때, 도 6에 예시한 바와 같이 3번째 메시지(612)의 전송 또는 수신에 실패하는 경우가 발생할 수 있다. 이런 경우 수신 측에서는 622와 같이 메시지의 수신에 실패한 경우가 될 수 있다. 또한 5G 네트워크가 하나의 TSN 브릿지 노드로 동작하는 경우 채널 상황의 갑작스런 변화 등에 기인하여 연속한 2개의 메시지들(624, 625)의 수신에 실패할 수도 있다.

도 6의 2번째 타이밍도는 메시지 단위의 네트워크 상태에 대한 타이밍도이다. 2번째 타이밍도를 참조하면, 631과 같이 첫 번째 메시지와 2번째 메시지를 정상적으로 수신하는 경우 네트워크 상태는 정상(up) 상태일 수 있다. 하지만, 3번째 메시지의 수신 또는 송신에 실패한 경우 참조부호 633과 같이 네트워크 상태는 비정상(down) 상태일 수 있다. 이후 다시 메시지가 전상적으로 수신되면, 참조부호 633과 같이 정상 상태로 천이할 수 있다.

이때, 5번째 및 6번째 메시지와 같이 연속하여 메시지 수신에 실패하는 경우 네트워크 상태는 참조부호 634와 같이 2주기 동안 비정상 상태일 수 있다. 이후 다시 정상적으로 메시지를 수신하는 경우 참조부호 635와 같이 정상 상태로 천이할 수 있다.

이를 통신 서비스 상태에 기반한 3번째 타이밍도를 이용하여 살펴보기로 한다.

3번째 타이밍도에 참조부호 641은 생존 시간(survival time)이 메시지의 전송 주기보다 긴 시간으로 설정된 경우를 예시하였다. 따라서 하나의 메시지 전송 또는 수신에 실패한 경우 즉, 3번째 메시지(622)만 수신에 실패하고, 생존 시간 내에 4번째 메시지(623)를 다시 정상적으로 수신하는 경우 마지막 타이밍도인 어플리케이션 계층의 상태는 정상 상태를 유지할 수 있다.

반면에 생존 시간보다 긴 시간 동안 즉, 2회 이상의 메시지들(625, 626)의 수신에 실패하는 경우 생존 시간(641)을 초과하므로, 통신 서비스 상태는 참조부호 642와 같이 비정상 상태로 천이할 수 있다.

이때, 어플리케이션 계층에서는 단지 통신 서비스 상태의 시간 외에도 참조부호 651과 같이 어플리케이션 복구 시간(Application recovery time)만큼의 추가적인 시간이 필요함을 알 수 있다.

도 7은 본 개시에 따른 실시예에 따라 시간 민감 통신(Time Sensitive Communications, TSC) 트래픽 패턴(Traffic Pattern)과 이에 따른 TSCAI 및 Survival Time의 관계의 타이밍도를 예시한 도면이다.

도 7을 설명함에 있어, 앞서 설명한 도 3, 도 4 및 도 5에서 TSN Node0(111),에서 Link 1을 통해 전송되는 데이터(1)과 UPF(121)에서 처리되어 3GPP 네트워크의 내부를 경유하여 gNB(122)로 제공되는 데이터(1’), gNB(122)에서 에어(air) 상을 통해 UE(123)로 제공되는 데이터(2) 및 UE(123)의 DS-TT에서 TSN Node2(112)로 제공되는 데이터(3)의 경우를 가정하여 트래픽의 패턴에 대한 타이밍도를 살펴보기로 한다.

따라서 스트림 화자(Stream Talker)는 앞서 설명한 도 3, 도 4 및 도 5의 TSN Node0(111)이 될 수 있으며, Link 1을 통해 전송되는 데이터(1)가 화자로부터 출력되는 데이터가 될 수 있다.

TSN Node0(111)의 출력(Output)은 Link1의 일정 전파 지연(Propagation Delay)을 겪은 후 TSN Node1의 입력 포트(Input Port)인 NW-TT/UPF(121)에 도착한다. CNC(230)는 스트림 정보(Stream Info)를 이용하여 이 트래픽의 도착 시간 패턴 정보를 TSN AF(228)로 제공할 수 있다.

TSN Node0(111)에서 주기적으로 출력되어 Link1의 일정 전파 지연(Propagation Delay)을 겪은 후 NW-TT/UPF(121)로 입력되는 트래픽 패턴은 도 7에 예시한 (1)과 같이 TSN GM(713)에 기반하여 주기적으로 전송될 수 있다. 도 7에서는 7개의 패킷들(Data Burst 1, Data Burst 2, Data Burst 3, Data Burst 4, Data Burst 5, Data Burst 6, Data Burst 7)이 TSN GM(713)에 기반하여 주기적으로 전송되는 경우를 예시하였다.

앞서 설명한 바와 같이 TSN AF(228)는 이 정보를 SMF(224)로 전달할 수 있다. SMF(224)는 이를 TSN GM Clock 기반에서 5G GM Clock 기반으로 변환할 수 있다. 또한 SMF(224)는 NW-TT/UPF(121)에서 gNB(122)에 이르는 예상 지연시간인 코어 네트워크 패킷 지연 버짓(Core Network Packet Delay Budget, CN PDB)을 5G GM Clock에 기반하여 변환된 정보에 반영할 수 있다. 이후 SMF(224)는 상기 변환된 정보에 기반하여 특정한 버스트한 스트림이 기지국(gNB)(122)에 도착하는 시간으로 변환하고, 이를 TSCAI로 설정하여 QoS 설정 과정을 통하여 gNB(122)로 제공할 수 있다. TSCAI에 기반하여 기지국(122)에 도착하는 즉, 기지국(122)로 입력되는 예상 트래픽 패턴은(1A)와 같이 예시할 수 있다.

기지국(gNB)(122)는 TSCAI를 참고하여 무선 자원을 스케줄링하므로, 5G GM Clock으로 표현된 주기에 맞추어 기지국에 도착해 있는 메시지들을 UE(123)에게 무선으로 전송할 수 있다. 5G GM Clock과 TSN GM Clock의 차이를 반영하여 TSCAI로 변환하는 과정에 오차가 있을 수 있기 때문에, 실제로 기지국에 도착하는 트래픽은 (1’)로 예시한 형태와 같이 약간의 오차(731)가 발생할 수 있다. 따라서 앞서 설명한 도 3 내지 도 5에서는 gNB(122)로의 입력은 (1A)가 아닌 (1’)로 예시하였다.

기지국 버퍼(도면에 미도시)에 도착해 있는 실제 트래픽을 무선 자원 스케줄링 주기에 맞추어 보낼 때 2개 이상의 메시지가 버퍼에 있다면 가장 최근의 트래픽을 전송할 수 있다. 왜냐하면, 지연시간이 경과한 메시지는 전송할 의미가 없기 때문이다. 기지국 버퍼에 전송할 메시지가 없을 경우에는 기지국이 트래픽을 전송할 수 없다. (1)의 주기성(Periodicity)과 (1A)의 주기성(Periodicity)을 비교하여 (1A)의 Periodicity가 더 짧다면 전자 즉, 가장 최근의 트래픽을 전송하는 현상이 발생하고, (1A)의 Periodicity가 더 길다면 후자 즉, 트래픽을 전송하지 않는 현상이 발생할 수 있다. 여기서 (1)은 TSN Node0가 결정할 수 있다. 이것은 TSN GM Clock 기준으로 표현되어 있으므로, SMF(224)가 이를 5G GM Clock 기준으로 변환하여 TSCAI를 만들 수 있으며, 이와 같이 SMF(224)가 5G GM Clock 기준으로 변환하여 TSCAI를 (1A)로 표시하였다.

또한 (1)이 UPF(121)를 거쳐서 gNB(122)의 input으로 들어오는 실제 트래픽 패턴은 (1’)입니다. 그런데, gNB(122)에 이 트래픽의 도착시간 패턴 정보를 알려줄 때 TSCAI로 알려주므로 (1A)로 알려줄 수 있다. 이처럼 서로 시각 정보가 달라지는 것 즉, TSN Node들은 TSN GM clock 기준으로 동작하며, 5G Entity들은 5G GM clock 기준으로 움직이기 때문에 각각의 표시를 달리하였음에 유의하자. 또한 5G 네트워크에서 5G GM clock과 TSN GM clock을 동시에 사용할 수 있는 노드들은 NW-TT/UPF(121)와 DS-TT/UE(123)이 될 수 있다.

이런 경우 기지국인 gNB(122)는 TSCAI로 전달받은 정보에 따라서 무선(Air) 자원의 스케줄링(Scheduling)을 수행하므로 (1A)에 따라 동작하게 된다. 그런데, 실제 기지국 버퍼에 들어오는 트래픽은 (1’)을 따르기 때문에, 문제가 발생할 수 있다.

위의 현상을 기지국(122)에서 UE(122)로 전송하는 과정 즉, (1’)의 데이터가 (2)로의 입력 동작을 참조하여 살펴보기로 한다. 참조부호 741은 기지국(122)에서 UE(122)로 Data Burst 1이 전송될 수 있음을 예시하고 있다. 참조부호 742는 기지국(122)에서 UE(122)로 Data Burst 2가 전송될 수 있음을 예시하고 있다. 또한 참조부호 743는 기지국(122)에서 UE(122)로 Data Burst 3가 전송될 수 있음을 예시하고 있다. 그런데 참조부호 744는 기지국(122)에서 UE(122)로 Data Burst 4가 전송되어야 하지만, 기지국(122)에서 단말(123)으로의 스케줄링 시점이 서로 상이하여 Data Burst 5가 미리 수신된 상태일 수 있다. 이런 경우 앞서 설명한 바와 같이 기지국(122)는 단말(123)로 Data Burst 4가 아닌 Data Burst 5를 전송하게 된다.

결과적으로 스트림을 수신하는 TSN 청자의 입력에서는 Data Burst 1, Data Burst 2, Data Burst 3, Data Burst 5와 같이 전송되는 형태가 될 수 있다. 즉, TSN Node2(112)는 Data Burst 4를 수신하지 못하는 상태(751)가 될 수 있다.

즉, 실제로 기지국(122)이 전송하여 UE(123)에 도착하는 트래픽 패턴은 (2)와 같다. DS-TT/UE(122)를 거쳐 최종 TSN Stream Listener인 TSN Node2(112)의 입력(Input)은 DS-TT/UE(122)의 체류 시간(Residence Time)을 포함하며, CNC(230)가 알려준 TSN Node1(220)의 출력(Ouput)에 맞추어 전송된 트래픽이 Link2의 일정 Propagation Delay를 겪은 후에 도착하는 트래픽이 될 수 있다. 그러므로 그 패턴은 (3)과 같다. Listener인 TSN Node2(112)는 E2E Latency 요구에 맞고, 일정 간격(TSN GM Clock 기준의 Periodicity)에 맞추어 메시지가 도착되는 것을 기대하게 된다. 하지만 (3)의 패턴에서는 Data Burst 4에 해당하는 메시지가 손실된 상태가 될 수 있다.

이런 경우, 본 개시에 따르면, 생존 시간(Survival Time)(752) 이내에 Data Burst 5에 해당하는 메시지를 받는 경우, 어플리케이션(Application) 측면에서는 정상 동작을 할 수 있다.

도 8은 본 개시에 따라 지연(Latency) 요구사항이 주기성(Periodicity) 이상인 경우 생존 시간(Survival Time)을 고려한 TSCAI 업데이트 시의 제어 흐름도이다.

도 8의 동작은 아래의 경우와 같이 각각의 노드들에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 경우 SMF(224)가 TSCAI를 TSN GM clock 기준에서 5G GM clock 기준으로 변경하는 경우라면, SMF(224)가 동작의 주체가 될 수 있다. 따라서 이런 경우 SMF(224)에서 이루어지는 동작이 될 수 있다.

또한 도 4와 같이 TSN AF(228)가 TSCAI를 TSN GM clock 기준에서 5G GM clock 기준으로 변경하는 경우 TSN AF(228)이 동작의 주체가 될 수 있다. 따라서 도 4의 실시예인 경우에는 도 8의 제어 흐름은 TSN AF(228)에서 이루어질 수 있다.

도 3 또는 도 4에서 UFP(121)가 세션 레벨(Session Level)에 보고(Report)로 5G GM clock과 TSN GM clock간의 차이를 전송 비율(rateRatio)의 형태로 SMF(224)에게 혹은 SMF(224)를 통하여 TSN AF(228)로 알려 주고, SMF(224)나 TSN AF(228)가 이 정보를 수신할 때에 무조건 TSCAI를 업데이트하는 방식으로 동작한다면, UPF(121)가 주체가 될 수 있다.

이러한 관점에서 이하의 도 8의 동작들에 대하여 살펴보기로 한다. 또한 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 도 3의 경우를 가정하여 설명하기로 한다. 즉, SMF(224)가 주체가 되는 경우를 가정하여 설명하기로 한다.

800단계에서 SMF(224)는 지연 요구 조건(Latency Requirements), 주기성(Periodicity), 생존 시간(Survival Time) 등의 파라미터를 수신할 수 있다. 이러한 파라미터들을 CNC(230)로부터 수신할 수도 있고, 네트워크 관리 서버로 동작하는 운영 유지 및 관리(Operation Administration and Management, OAM: Network Management Server) 서버로부터 수신할 수도 있으며, PCF(227)를 통하여 정책(Policy) 규칙을 통해서 수신할 수도 있다.

802단계에서 SMF(224)는 다음 번 TSCAI 업데이트를 수행할 간격 시간 T를 결정할 수 있다. SMF(224)는 802단계에서 원래 TSN Clock 기준이던 주기성(Periodicity(TSN))을, 5GS GM clock 기준으로 변경한 주기성(Periodicity(5GS))으로 표시할 수 있다. 이때, 5G 시스템 내에서 발생하는 누적 오차는 n*|Periodicity(5GS)-Periodicity(TSN)|와 같이 계산할 수 있다. 이 누적 오차가 Latency Requirements를 넘어서면 이슈가 발생하기 시작한다. 따라서 SMF(224)는 이슈가 발생하지 않는 최대 n 값을 정하고, 이에 기반하여 T 값을 n*Periodicity(5GS)로 정의할 수 있다. 여기서 n은 5G 네트워크에서 Periodicity(5GS)을 사용하는 횟수가 될 수 있다. SMF(224)는 T 값으로 설정된 시간이 경과되기 전에 TSCAI를 다시 업데이트해 주어야 문제 발생을 방지할 수 있다. 여기서 n은 5G 네트워크에서 Periodicity(5GS)을 사용하는 횟수에 대응하므로, 자연수 값이 될 수 있다.

804단계에서, SMF(224)는 Survival Time이 Periodicity(TSN)보다 크거나 같다면, 연속적인 메시지 중에서 하나 정도는 전송되지 않더라도 Application 측면에서는 문제가 발생하지 않는 것을 의미할 수 있다. 따라서 SMF(224)는 추가적인 검사를 수행하기 위하여 806단계로 이동한다. 만일 Survival Time이 Periodicity(TSN) 보다 작은 경우, SMF(224)는 바로 810단계로 이동할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 806단계에서, SMF(224)는 Latency Requirements가 Periodicity(5GS)보다 크거나 같다면, 기지국에서 스케줄링(Scheduling)을 할 때 한 주기가 어긋나더라도 Latency Requirements를 만족하는 것을 의미할 수 있다. 즉, Latency Requirements가 Periodicity(5GS)보다 크거나 같다면 연속된 메시지 손실을 유발할 수 있지만 앞의 804단계를 이미 통과하였기 때문에 Survival Time에 의해 Application 측면에서 메시지 1개의 손실은 문제되지 않는 것을 알 수 있다. 따라서, SMF(224)는 TSCAI를 전혀 업데이트하지 않더라도 Application 관점의 문제는 발생하지 않는 것을 알 수 있다.

이후 SMF(224)는 808단계에서, TSCAI를 전혀 업데이트하지 않더라도 Application 관점의 문제는 발생하지 않는다. 그러므로, SMF(224)는 TSCAI를 즉시 업데이트하지 않고, TSCAI 업데이트 주기 값인 Default Value를 다음 번 TSCAI 업데이트 시간 T로 설정하고, 810단계로 이동할 수 있다. 이를 통해 SMF(224)는 TSCAI 업데이트로 유발되는 Signaling 부하를 줄일 수 있다. 도 8에서는 설정된 T 시간 단위의 TSCAI 업데이트 동작은 생략되었음에 유의하자. 만일 미리 설정된 T 시간이 도래하면, SMF(224)는 TSCAI 업데이트를 수행할 수 있다.

810단계에서, SMF(224)는 현재 시간에서 T만큼 경과되기 이전에 TSCAI 업데이트를 수행하고, 다시 802 단계로 이동한다. 민감한 통신 지원 정보(Time Sensitive Communications Assistance Information, TSCAI)

앞서 설명한 바와 같이 생존 시간(Survival Time)의 정의에 기반하여 TSCAI 오류에 의한 문제가 발생하더라도 TSN 네트워크의 청자 어플리케이션(Application)은 Survival Time 이내에 데이터를 수신하는 경우 정상적인 동작이 가능할 수 있다. 이 Survival Time이 Periodicity 이상이면, 메시지 전송을 한번 실패하는 것은 Application 관점에서 허용될 수 있다는 의미이다. TSN GM Clock 기준의 Periodicity인 Periodicity (TSN)과 5GS GM Clock 기준의 Periodicity인 Periodicity (5GS)가 이상적으로는 같아야 하지만, Frequency Offset 혹은 rateRatio를 계산하는 과정이나, Periodicity (TSN)을 Periodicity (5GS)로 변환하는 과정에서 에러(Error)가 있을 수 있고, 이 Error가 누적되면 한 패킷 혹은 한 Traffic Burst를 잃어버릴 수 있다. Survival Time이 TSN에서 요구하는 Periodicity 이상이라면, Application 관점에서, 한 메시지를 수신하지 못하더라도 다음 메시지를 수신하는 경우 정상 동작할 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 따라서, Error 누적에 의한 손실이 허용됨을 알 수 있다.

다음으로 Latency 요구사항이 Periodicity 이상인 경우, 스케줄링 관점에서 한 5G 네트워크의 Periodicity 뒤에 전송된 트래픽도 수용할 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, Error가 누적된 결과가 Latency 요구를 넘어서면 문제가 발생하는데, 그 전에 다음 주기로 스케줄링된 무선 자원에 의해서 패킷/메시지가 전달되므로, 결과적으로 Error가 다시 줄어든 것과 동일한 효과가 발생하여 TSCAI를 업데이트하지 않아도 Latency 요구를 만족할 수 있게 된다. 실제 구현은 시그널링 부하를 주지 않는 범위 내의 디폴트 TSCAI 업데이트 주기로 TSCAI를 업데이트하도록 할 수 있다.

앞서 설명한 도 3 내지 도 5의 SMF(224)나 TSN AF(228)가 TSCAI를 업데이트할 때, 상술한 바와 같이 동작하면, Latency 요구가 낮더라도 시그널링 부하 증가를 방지할 수 있다. 또한 도 3과 도 4에서는 SMF(224)나 TSN AF(228)가 UPF(121)의 Report를 수신할 때마다 TSCAI를 업데이트할 수도 있다. 이 경우에는 UPF(121)가 도 8의 원칙에 따라 동작하면 Latency 요구가 낮더라도 시그널링 부하 증가를 방지할 수 있다.

도 9는 본 개시에 따라 지연(Latency) 요구사항이 주기성(Periodicity) 미만일 경우 생존 시간(Survival Time)을 고려한 TSCAI 업데이트 시의 제어 흐름도이다.

도 9의 동작을 수행하는 주체는 다음과 같다. 도 3에서와 같이 SMF(224)가 TSCAI를 TSN GM clock 기준에서 5G GM clock 기준으로 변경하는 경우 SMF(224)가 주체가 될 수 있다.

또한 도 4에서와 같이 TSN AF(228)가 TSCAI를 TSN GM clock 기준에서 5G GM clock 기준으로 변경하는 경우 TSN AF(228)가 주체가 될 수 있다. 도 3 또는 도 4에서 UFP(121)가 세션 계층(Session Level)에 보고(Report)로 5G GM clock과 TSN GM clock간의 차이를 전송 비율(rateRatio)의 형태로 SMF(224)에게 혹은 SMF(224)를 통하여 TSN AF(228)에 알려 주고, SMF(224)나 TSN AF(228)가 이 정보를 수신할 때에 무조건 TSCAI를 업데이트하는 방식으로 동작한다면, UPF(121)가 주체가 될 수 있다.

이러한 관점에서 이하의 도 9의 동작들에 대하여 살펴보기로 한다. 또한 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 도 3의 경우를 가정하여 설명하기로 한다. 즉, SMF(224)가 주체가 되는 경우를 가정하여 설명하기로 한다.

900단계에서 SMF(224)는 지연 요구 조건 (Latency Requirements), 주기성(Periodicity), 생존 시간(Survival Time) 등의 파라미터를 수신할 수 있다. 이러한 파라미터들을 CNC(230)로부터 수신할 수도 있고, 네트워크 관리 서버로 동작하는 운영 유지 및 관리 (Operation Administration and Management, OAM: Network Management Server) 서버로부터 수신할 수도 있고, PCF(227)를 통하여 정책(Policy) 규칙을 통해서 수신할 수도 있다.

902단계에서 SMF(224)는 다음 번 TSCAI 업데이트를 수행할 간격 시간 T를 결정할 수 있다. SMF(224)는 902단계에서 원래 TSN Clock 기준이던 주기성(Periodicity(TSN))을, 5GS GM clock 기준으로 변경한 주기성(Periodicity(5GS))으로 표시할 수 있다. 이때, 5G 시스템 내에서의 발생하는 누적 오차는 n*|Periodicity(5GS)-Periodicity(TSN)|와 같이 계산할 수 있다. 이 누적 오차가 Latency Requirements를 넘어서면 이슈가 발생하기 시작한다. 따라서 SMF(224)는 이슈가 발생하지 않는 최대 n 값을 정하고, 이에 기반하여 T 값을 n*Periodicity(5GS)로 정의할 수 있다. SMF(224)는 T 값으로 설정된 사간이 경과되기 전에 TSCAI를 다시 업데이트해 주어야 문제 발생을 방지할 수 있다. 여기서 n은 자연수 값이다.

904단계에서, SMF(224)는 Survival Time이 Periodicity(TSN)보다 크거나 같다면, 연속적인 메시지 중에서 하나 정도는 전송되지 않더라도 Application 측면에서는 문제가 발생하지 않는 것을 의미할 수 있다. 따라서 SMF(224)는 추가적인 검사를 수행하기 위하여 906단계로 이동할 수 있다. 아니라면, 즉, Survival Time이 Periodicity(TSN)보다 작은 경우 SMF(224)는 바로 910단계로 이동할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 906단계에서, SMF(224)는 Latency Requirements가 m*Periodicity(5GS)보다 크거나 같다면, 기지국에서 m배의 자원을 투입하여 1/m * Periodicity(5GS)로 스케줄링을 할 때, 한 주기가 어긋나더라도 Latency Requirements를 만족하는 것을 의미할 수 있다. 여기서 m 의 최대값은 OAM으로 설정되어 있거나 PCF를 통해서 정해지는 값 범위 내에서 SMF가 선택할 수 있다.

매우 짧은 지연을 요구하는 TSN 스트림 또는 TSN 트래픽을 지원하기 위해서 3GPP Network은 자원을 예상보다 더 많이 할당할 수 있다. 이렇게 서비스 보장을 위해 더 많은 자원을 할당하는 것을 잉여(Redundancy)라 하자. 이 Redundancy를 제공하는 방안은 여러 가지가 있을 수 있지만, 본 개시의 실시예에서는 더 자주 트래픽 스케줄링을 하는 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 원래 기지국은 Periodicity(5GS)마다 무선 자원을 할당하여 트래픽을 처리하였지만, 2배의 자원을 할당하여 즉, 1/2*Periodicity(5GS)마다 무선 자원을 할당하여 트래픽을 처리할 수도 있다. 이 Redundancy의 양을 나타내기 위하여 잉여 팩터(Redundancy Factor)로 m을 설정할 수 있다. 따라서 기지국(gNB)(122)은 Redundancy Factor m에 기반하여 m배의 무선 스케줄링을 제공하는 것으로 정의할 수 있다. 이를 이용하면, 기지국(gNB)(122)은 1/m * Periodicity(5GS) 마다 무선 자원스케줄링을 제공할 수 있다. 이렇게 무선 자원을 할당하면, 도 8에서 다룬 것과 동일하게 Latency 요구를 만족시킬 수 있다.

한편, 앞서 설명한 904단계에 이어 906단계에서의 조건은 연속된 메시지 손실을 유발할 수 있지만 앞의 904단계를 이미 통과하였기 때문에 Survival Time에 의해 Application 측면에서 메시지 1개의 손실은 문제되지 않는 것을 알 수 있다. 따라서, SMF(224)는 현재 TSCAI를 업데이트하지 않더라도 Application 관점의 문제는 발생하지 않는 것을 알 수 있다.

908단계에서, SMF(224)는 현재 TSCAI를 업데이트하지 않더라도 Application 관점의 문제는 발생하지 않기 때문에 원래 설정된 TSCAI 업데이트 주기 값인 Default Value를 다음 번 TSCAI 업데이트 시간 T로 설정한 후 902단계로 이동할 수 있다. 이를 통해 SMF(224)는 TSCAI 업데이트로 유발되는 Signaling 부하를 줄일 수 있다. 도 9에서는 설정된 T 시간 단위의 TSCAI 업데이트 동작은 생략되었음에 유의하자. 만일 미리 설정된 T 시간이 도래하면, SMF(224)는 TSCAI 업데이트를 수행할 수 있다.

910단계에서, 현재 시간에서 T만큼 경과되기 이전에 TSCAI 업데이트를 수행하고, 다시 902 단계로 이동한다.

도 9 또한 앞서 설명한 도 8에서와 마찬가지로 Survival Time의 정의에 의해서 TSCAI 오류에 의한 문제가 발생하더라도 Application은 Survival Time 이내에 데이터를 수신하는 경우 정상적인 동작이 가능할 수 있다. 이 Survival Time이 Periodicity 이상이면, 메시지 전송을 한번 실패하는 것은 Application 관점에서 허용될 수 있다는 의미이다. TSN GM Clock 기준의 Periodicity인 Periodicity (TSN)과 5GS GM Clock 기준의 Periodicity인 Periodicity(5GS)가 이상적으로는 같아야 하지만, Frequency Offset 혹은 rateRatio를 계산하는 과정이나, Periodicity(TSN)을 Periodicity(5GS)로 변환하는 과정에서 에러(Error)가 있을 수 있고, 이 Error가 누적되면 한 패킷 혹은 한 Traffic Burst를 잃어버릴 수 있다. Survival Time이 TSN에서 요구하는 Periodicity 이상이라면, Application 관점에서, 한 메시지를 수신하지 못하더라도 다음 메시지를 정상적으로 수신하는 경우 정상 동작할 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 따라서, Error 누적에 의한 손실을 허용됨을 알 수 있다.

예컨대, m > (Periodicity(5GS)/(Latency 요구)) 을 만족하도록 2이상의 정수 m을 정하면, Latency 요구사항이 (1/m*Peirodicy(5GS)) 이상인 경우, 스케줄링 관점에서 (1/m*Periodicity(5GS)) 뒤에 전송된 트래픽도 수용할 수 있다는 것을 의미한다. Error가 누적된 결과가 Latency 요구를 넘어서면 문제가 발생하는데, 그 전에 다음 주기로 스케줄링된 무선 자원에 의해서 패킷/메시지가 전달되므로, 결과적으로 Error가 다시 줄어든 것과 동일한 효과가 발생하여 TSCAI를 업데이트하지 않아도 Latency 요구를 만족할 수 있게 된다. 실제 구현은 시그널링 부하를 주지 않는 범위 내의 디폴트 TSCAI 업데이트 주기로 TSCAI를 업데이트하도록 할 수 있다.

도 3 내지 도 5에서 SMF(224)나 TSN AF(228)가 TSCAI를 업데이트할 때, 이 도 9의 원칙에 따라 따르면 Latency 요구가 낮더라도 시그널링 부하 증가를 방지할 수 있다. 또한 도 3 및 도 4에서는 SMF(224)나 TSN AF(228)가 모두 UPF(121)의 Report를 수신할 때마다 TSCAI를 업데이트할 수도 있다. 이 경우에는 UPF(121)가 도 9의 원칙에 따라 동작하면 Latency 요구가 낮더라도 시그널링 부하 증가를 방지할 수 있다.

도 10은 본 개시의 일실시예에 따라 무선통신 네트워크의 NF의 기능 블록 구성도이다.

도 10을 참조하면, 네트워크 인터페이스(1010)는 이동통신 코어 네트워크의 다른 네트워크 엔티티 및/또는 적어도 하나의 TSN 노드와 통신을 수행할 수 있다. 예컨대, NF가 RAN(122)인 경우 UPF(121), AMF(223) 등과 통신을 수행할 수 있다. 다른 예로, NF가 UPF(121)인 경우 경우 RAN(122), SMF(224) 등과 통신을 수행할 수 있다. 또 다른 예로, NF가 TSN AF(228)인 경우 TSN의 CNC(230) 및/또는 TSN 시스템의 적어도 하나의 노드와 통신할 수 있으며, 동시에 NEF(229) 및/또는 PCF(227)과 통신할 수 있다. 이와 유사한 동일하게, NF가 특정한 하나의 네트워크 엔티티인 경우 네트워크 인터페이스(1010)는 이동통신 네트워크의 다른 엔티티 및/또는 TSN 시스템의 적어도 하나의 노드와 통신할 수 있다. 따라서 본 개시에 따른 네트워크 인터페이스(1010)는 특정한 경우 예컨대, UPF(326)에 포함되는 경우 NW-TT의 기능을 포함할 수 있다.

제어부(1011)는 NF의 동작을 수행하기 위한 적어도 하나의 프로세서 또는/및 프로그램으로 구현될 수 있다. 예컨대, NF가 UPF(326)인 경우 제어부(1011)는 이상에서 상술한 UFF(326)의 동작을 수행할 수 있다. 다른 예로 NF가 TSN AF(228)인 경우 상술한 TSN AF(228)의 동작을 수행할 수 있다. 그 외의 다른 네트워크 엔티티인 경우에도 동일하게 이상에서 설명된 동작에 필요한 제어를 수행할 수 있다.

메모리(1012)는 제어부(1011)에서 필요한 프로그램 및 각종 제어 정보를 저장할 수 있으며, 그 외에 본 개시에서 설명된 각 정보들을 저장할 수 있다.

이상에서 설명한 구성 외에 NF는 운영자와 접속을 위한 다양한 인터페이스들을 더 포함할 수 있다. 본 개시에서는 이러한 추가적인 구성에 대하여 특별한 제약을 두지는 않는다.

도 11은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 단말의 내부 기능 블록 구성도이다.

도 11를 참조하면, 단말(123)은 송수신부(1110), 제어부(1120) 및 메모리(1130)을 포함할 수 있다. 단말(123)은 구현 방식에 따라 추가적으로 더 많은 구성 요소들을 가질 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스를 위한 표시부(display), 입력부, 센서 등의 다양한 부가 장치들을 더 포함할 수 있다. 본 개시에서는 이러한 추가적인 구성에 대하여 제약을 두지는 않는다.

송수신부(1110)은 도 1 내지 도 9에서 설명된 각각의 실시예들에 기반하여 기지국(122)과 무선 채널을 통해 연결될 수 있으며, 기지국(122)과 신호 및/또는 메시지의 송수신을 수행할 수 있다. 단말(123)이 5G 네트워크와 통신하는 경우 송수신부(1110)은 5G 통신 네트워크와 송/수신이 가능한 장치가 될 수 있다. 또한 송수신부(1110)은 필요에 따라 통신 프로세서를 포함할 수 있다. 송수신부(1110)에서 통신 프로세서를 포함하지 않는 경우 모든 신호 및/또는 메시지는 제어부에서 처리될 수 있다.

또한 본 개시에 따라 송수신부(1110)는 TSN 시스템의 적어도 하나의 노드와 통신을 수행할 수 있다. 이때 TSN 시스템의 적어도 하나의 노드는 앞서 설명한 바와 같이 화자(Talker) 및/또는 청자(Listener) 중 하나이거나 또는 다른 브릿지(Bridge)가 될 수 있다. 따라서 본 개시에 따른 송수신부(1110)는 이동통신 시스템과 무선 형식으로 통신하기 위한 구성과 DS-TT의 구성을 모두 포함할 수 있다.

제어부(1120)는 기본적인 단말(123)의 동작을 제어할 수 있으며, 이상에서 설명된 메시지들의 수신, 전달, 전송 및 저장의 제어를 수행할 수 있다.

메모리(1130)는 단말(123)의 제어에 필요한 각종 데이터들을 저장할 수 있으며, 이상에서 설명한 네트워크 슬라이스를 이용하여 통신하기 위해 기지국(122) 및/또는 코어 네트워크의 특정 NF로부터 수신된 메시지를 저장하기 위한 영역을 가질 수 있다.

한편, 이상에서 설명된 본 명세서와 도면에 개시된 실시 예들은 본 발명의 내용을 쉽게 설명하고, 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

101: TSN GM
111, 120, 112: TSN Node
121: UPF
122: gNB
123, 124: UE
230: CNC(Centralized Network Configuration)
223: AMF 224: SMF
225: UDM 227: PCF
228: TSN AF

Claims

이동통신 시스템의 세션 관리 기능(session management function, SMF) 장치에서 시간 민감 네트워킹(time sensitive networking, TSN) 데이터 전송을 위한 시간 동기화 방법에 있어서,
TSN 중앙집중화된 네트워크 구성 서버로부터 데이터 전송 파라미터들을 수신하는 단계, 상기 데이터 전송 파라미터들은 지연 요구 조건(Latency Requirements), 주기성(Periodicity), 생존 시간(Survival Time)을 포함하고;
TSN 기준 클럭에 기반하여 상기 TSN 데이터를 전송하는 제1주기와 상기 이동통신 시스템의 기준 클럭에 기반하여 상기 TSN 데이터를 전송하는 제2주기 간의 차에 기반하여 시간에 민감한 통신 지원 정보(Time Sensitive Communications Assistance Information, TSCAI)를 업데이트하기 위한 제1시간 간격을 결정하는 단계;
상기 수신된 파라미터들에 기반하여 상기 제1시간 간격의 갱신 여부를 식별하는 단계;
상기 식별 결과 상기 제1시간 간격의 갱신이 필요한 경우 상기 수신된 파라미터들에 기반하여 상기 제1시간 간격을 상기 제1시간 간격보다 긴 제2시간 간격으로 갱신하는 단계;
상기 식별된 갱신 여부에 기반하여 상기 제1시간 간격 또는 상기 제2시간 간격을 TSCAI의 업데이트를 위한 디폴트 시간 간격으로 결정하는 단계; 및
상기 디폴트 시간 간격을 상기 이동통신 시스템에서 TSN 데이터를 전송하는 노드들로 전송하는 단계;를 포함하는, 이동통신 시스템에서 TSN 데이터 전송을 위한 시간 동기화 방법.
제1항에 있어서, 상기 이동통신 시스템에서 TSN 데이터를 전송하는 노드들은 기지국과 적어도 하나의 사용자 평면 기능 장치(user plane function, UPF)를 포함하는, 이동통신 시스템에서 TSN 데이터 전송을 위한 시간 동기화 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1시간 간격은,
상기 제1주기와 상기 제2주기의 차의 절대 값의 n배로 결정하고, 상기 n은 자연수인, 이동통신 시스템에서 TSN 데이터 전송을 위한 시간 동기화 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1시간 간격을 제2시간 간격으로의 갱신은,
상기 제1주기가 상기 수신된 파라미터들에 포함된 생존 시간보다 크거나 같은 경우에 갱신하는, 이동통신 시스템에서 TSN 데이터 전송을 위한 시간 동기화 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1시간 간격을 제2시간 간격으로의 갱신은,
상기 제2주기가 상기 수신된 파라미터들의 지연 요구 조건의 정수 m의 배수보다 작은 경우에 갱신하며,
상기 m의 최대 값은 상기 이동통신 시스템에서 할당할 수 있는 자원에 기반하여 결정되는, 이동통신 시스템에서 TSN 데이터 전송을 위한 시간 동기화 방법.
제5항에 있어서, 상기 m의 값은,
상기 이동통신 시스템의 정책 및 과금 기능(policy and charging function, PCF) 장치 또는 운영 유지 및 관리(Operation Administration and Management, OAM) 서버로부터 미리 수신된 값인, 이동통신 시스템에서 TSN 데이터 전송을 위한 시간 동기화 방법.
제1항에 있어서,
상기 디폴트 시간 간격이 도래하기 전에 상기 TSCAI를 업데이트하는 단계를 더 포함하는, 이동통신 시스템에서 TSN 데이터 전송을 위한 시간 동기화 방법.
시간 민감 네트워킹(time sensitive networking, TSN) 데이터를 전송하는 이동통신 시스템에서 상기 TSN 데이터의 동기화를 제어하기 위한 세션 관리 기능(session management function, SMF) 장치에 있어서,
상기 이동통신 시스템의 노드들 및 TSN 노드와 통신하기 위한 네트워크 인터페이스;
상기 TSN 데이터의 동기화를 위한 정보를 저장하는 메모리; 및
적어도 하나의 프로세서를 포함하며,
상기 적어도 하나의 프로세서는:
상기 네트워크 인터페이스를 통해 TSN 중앙집중화된 네트워크 구성 서버가 제공한 TSN 데이터 전송 파라미터들을 수신하고, 상기 데이터 전송 파라미터들은 지연 요구 조건(Latency Requirements), 주기성(Periodicity), 생존 시간(Survival Time)을 포함하고,
TSN 기준 클럭에 기반하여 상기 TSN 데이터를 전송하는 제1주기와 상기 이동통신 시스템의 기준 클럭에 기반하여 상기 TSN 데이터를 전송하는 제2주기 간의 차에 기반하여 시간에 민감한 통신 지원 정보(Time Sensitive Communications Assistance Information, TSCAI)를 업데이트하기 위한 제1시간 간격을 결정하고,
상기 수신된 파라미터들에 기반하여 상기 제1시간 간격의 갱신 여부를 식별하고,
상기 식별 결과 상기 제1시간 간격의 갱신이 필요한 경우 상기 수신된 파라미터들에 기반하여 상기 제1시간 간격을 상기 제1시간 간격보다 긴 제2시간 간격으로 갱신하고,
상기 식별된 갱신 여부에 기반하여 상기 제1시간 간격 또는 상기 제2시간 간격을 TSCAI의 업데이트를 위한 디폴트 시간 간격으로 결정하고, 및
상기 디폴트 시간 간격을 상기 네트워크 인터페이스를 통해 상기 이동통신 시스템에서 TSN 데이터를 전송하는 노드들로 전송하도록 제어하는, TSN 데이터의 동기화를 제어하기 위한 SMF 장치.
제8항에 있어서, 상기 이동통신 시스템에서 TSN 데이터를 전송하는 노드들은 기지국과 적어도 하나의 사용자 평면 기능 장치(user plane function, UPF)를 포함하는, TSN 데이터의 동기화를 제어하기 위한 SMF 장치.
제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
상기 제1시간 간격을 상기 제1주기와 상기 제2주기의 차의 절대 값의 n배로 결정하고,
상기 n은 자연수인, TSN 데이터의 동기화를 제어하기 위한 SMF 장치.
제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
상기 제1주기가 상기 수신된 파라미터들에 포함된 생존 시간보다 크거나 같은 경우에 상기 제1시간 간격을 제2시간 간격으로의 갱신하는, TSN 데이터의 동기화를 제어하기 위한 SMF 장치.
제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
상기 제2주기가 상기 수신된 파라미터들의 지연 요구 조건의 정수 m의 배수보다 작은 경우에 상기 제1시간 간격을 제2시간 간격으로의 갱신하고,
상기 m의 최대 값은 상기 이동통신 시스템에서 할당할 수 있는 자원에 기반하여 결정되는, TSN 데이터의 동기화를 제어하기 위한 SMF 장치.
제12항에 있어서, 상기 m의 값은,
상기 이동통신 시스템의 정책 및 과금 기능(policy and charging function, PCF) 장치 또는 운영 유지 및 관리(Operation Administration and Management, OAM) 서버로부터 상기 네트워크 인터페이스를 통해 미리 수신된 값인, TSN 데이터의 동기화를 제어하기 위한 SMF 장치.
제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
상기 디폴트 시간 간격이 도래하기 전에 상기 TSCAI를 업데이트하는, TSN 데이터의 동기화를 제어하기 위한 SMF 장치.