KR102547760B1 - 무선 시간-민감 네트워킹 - Google Patents

무선 시간-민감 네트워킹 Download PDF

Info

Publication number
KR102547760B1
KR102547760B1 KR1020217027806A KR20217027806A KR102547760B1 KR 102547760 B1 KR102547760 B1 KR 102547760B1 KR 1020217027806 A KR1020217027806 A KR 1020217027806A KR 20217027806 A KR20217027806 A KR 20217027806A KR 102547760 B1 KR102547760 B1 KR 102547760B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
delete delete
network
tsn
spectrum
rbs
Prior art date
Application number
KR1020217027806A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210122289A (ko
Inventor
요아힘 사크스
안나 라르모
압둘라만 알랍바시
알렉세이 샤핀
앤더스 회그룬드
비크라미트 싱
디난드 로랜드
이핀 에릭 왕
페도르 체르노고로프
게자 자보
후베르투스 안드레아스 문츠
무함마드 이크람 아쉬라프
요한 룬드셰
존 왈터 디아키나
올슨 요나스 프뢰베르그
조세 루이스 프라다스
키모 힐투넨
키티퐁 키티초케차이
군 왕
마그너스 샌드그렌
마지드 제라미
마티아스 앤더슨
미구엘 로페즈
니안산 시
니클라스 안지아르트
노버트 레이데르
오스만 누리 캔 일마즈
패트릭 살멜라
프라디파 라마찬드라
산도르 라츠
사라 샌드버그
스테파노 루피니
토르스텐 두다
볼프강 토누티
진화 추
로버트 발데마이르
폴 슐리와-버틀링
안드라스 컨
벌라즈 바르가
가보르 네메쓰
야노스 파르카스
졸트 케네시
유페이 블랑켄십
잉 선
토르니 홀름버그
소로우르 파라하티
로드리고 베르그
페르 스카린
페르 페르손
올라 엔젤스마크
마르텐 월스트룀
말고르자타 스벤슨
쿠마르 바라찬드란
호세 아라우조
요한네스 나이그렌
요한 올슨
요아킴 페르손
헨릭 엔부스케
헤럴드 구스타프슨
지오르지 미클로쉬
프레드릭 스벤슨
드루빈 파텔
데니스 선드맨
버나드 스미츠
알렉산드로스 팔라이오스
Original Assignee
텔레폰악티에볼라겟엘엠에릭슨(펍)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 텔레폰악티에볼라겟엘엠에릭슨(펍) filed Critical 텔레폰악티에볼라겟엘엠에릭슨(펍)
Publication of KR20210122289A publication Critical patent/KR20210122289A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102547760B1 publication Critical patent/KR102547760B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/10—Protocols in which an application is distributed across nodes in the network
    • H04L67/104—Peer-to-peer [P2P] networks
    • H04L67/1044—Group management mechanisms 
    • H04L67/1046—Joining mechanisms
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
    • H04W24/02—Arrangements for optimising operational condition
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/06009—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code with optically detectable marking
    • G06K19/06018—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code with optically detectable marking one-dimensional coding
    • G06K19/06028—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code with optically detectable marking one-dimensional coding using bar codes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/06009—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code with optically detectable marking
    • G06K19/06037—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code with optically detectable marking multi-dimensional coding
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/0723—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips the record carrier comprising an arrangement for non-contact communication, e.g. wireless communication circuits on transponder cards, non-contact smart cards or RFIDs
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C9/00—Individual registration on entry or exit
    • G07C9/00174—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0638—Clock or time synchronisation among nodes; Internode synchronisation
    • H04J3/0658—Clock or time synchronisation among packet nodes
    • H04J3/0661—Clock or time synchronisation among packet nodes using timestamps
    • H04J3/0667—Bidirectional timestamps, e.g. NTP or PTP for compensation of clock drift and for compensation of propagation delays
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10—Flow control; Congestion control
    • H04L47/34—Flow control; Congestion control ensuring sequence integrity, e.g. using sequence numbers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/04—Network architectures or network communication protocols for network security for providing a confidential data exchange among entities communicating through data packet networks
    • H04L63/0428—Network architectures or network communication protocols for network security for providing a confidential data exchange among entities communicating through data packet networks wherein the data content is protected, e.g. by encrypting or encapsulating the payload
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/08—Network architectures or network communication protocols for network security for authentication of entities
    • H04L63/0823—Network architectures or network communication protocols for network security for authentication of entities using certificates
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/10—Protocols in which an application is distributed across nodes in the network
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/12—Protocols specially adapted for proprietary or special-purpose networking environments, e.g. medical networks, sensor networks, networks in vehicles or remote metering networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/50—Network services
    • H04L67/51—Discovery or management thereof, e.g. service location protocol [SLP] or web services
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/50—Network services
    • H04L67/60—Scheduling or organising the servicing of application requests, e.g. requests for application data transmissions using the analysis and optimisation of the required network resources
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L69/00—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass
    • H04L69/04—Protocols for data compression, e.g. ROHC
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L69/00—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass
    • H04L69/22—Parsing or analysis of headers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W12/00—Security arrangements; Authentication; Protecting privacy or anonymity
    • H04W12/03—Protecting confidentiality, e.g. by encryption
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W12/00—Security arrangements; Authentication; Protecting privacy or anonymity
    • H04W12/04—Key management, e.g. using generic bootstrapping architecture [GBA]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W12/00—Security arrangements; Authentication; Protecting privacy or anonymity
    • H04W12/06—Authentication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W12/00—Security arrangements; Authentication; Protecting privacy or anonymity
    • H04W12/08—Access security
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02—Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/0215—Traffic management, e.g. flow control or congestion control based on user or device properties, e.g. MTC-capable devices
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02—Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/06—Optimizing the usage of the radio link, e.g. header compression, information sizing, discarding information
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/50—Service provisioning or reconfiguring
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W48/00—Access restriction; Network selection; Access point selection
    • H04W48/08—Access restriction or access information delivery, e.g. discovery data delivery
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W56/00—Synchronisation arrangements
    • H04W56/001—Synchronization between nodes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W56/00—Synchronisation arrangements
    • H04W56/0055—Synchronisation arrangements determining timing error of reception due to propagation delay
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W56/00—Synchronisation arrangements
    • H04W56/0055—Synchronisation arrangements determining timing error of reception due to propagation delay
    • H04W56/0065—Synchronisation arrangements determining timing error of reception due to propagation delay using measurement of signal travel time
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/12—Wireless traffic scheduling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W92/00—Interfaces specially adapted for wireless communication networks
    • H04W92/02—Inter-networking arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W92/00—Interfaces specially adapted for wireless communication networks
    • H04W92/16—Interfaces between hierarchically similar devices
    • H04W92/18—Interfaces between hierarchically similar devices between terminal devices

Abstract

산업용 사물인터넷(IoT) 시나리오에서 성능을 개선하기 위한 기술은 시간에 민감한 네트워킹(TSN) 및 5G 무선 네트워크 통합에 대한 기술을 포함한다. 무선 통신 네트워크와 연관된 무선 디바이스에 의해 실행되는 예시적인 방법은 무선 통신 네트워크로부터 제1 타이밍 신호를 수신하는 단계, 및 무선 디바이스가 연결된 외부의 시간에 민감한 네트워킹(TSN) 데이터 네트워크로부터 제2 타이밍 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 방법은 무선 통신 네트워크에서 무선 기지국(RBS)을 통해, 외부 TSN 데이터 네트워크와 적어도 하나의 TSN 스트림을 설정하는 단계를 더 포함한다.

Description

무선 시간-민감 네트워킹
본 발명은 무선 통신 네트워크에 관한 것이며, 5세대(5G) 또는 다른 무선 통신 네트워크를 사용하여 산업용 애플리케이션에 적절한 네트워크 설계, 무선 디바이스, 및 무선 네트워크 노드를 설명한다.
5세대 모바일 기술(5G)은 기존의 3G/4G 기술 보다 더 넓은 범위의 서비스를 제공할 수 있다. 5G의 세가지 주요 사용 사례는: 증진된 모바일 브로드밴드(Enhanced Mobile Broadband, eMBB), 대규모 기계 타입의 통신(Massive Machine Type of Communication, mMTC), 및 초고신뢰 저지연 통신(Ultra Reliable Low Latency Communication, URLLC)이 있다. 5G 시스템의 핵심 목표는 버티컬 마켓(vertical market)으로부터의 엄격한 시스템 요구사항을 지원할 수 있는 것이다. 이러한 요구사항은 신뢰성, 대기시간, 처리량, 포지셔닝(positioning), 및 가용성의 여러 조합을 동시에 지원하는 것, 뿐만 아니라 로컬 존속성, 로컬 데이터/라우팅, 로컬 관리, 보안성, 데이터 무결성, 및 개인정보 보호 기능을 갖는 로컬 배치를 포함한다.
도 1에는 5G 시스템의 산업 네트워크 관점이 설명된다. 서비스 성능 요구사항은 자동화 애플리케이션으로부터 주어진다. 5G 시스템은 자동화 애플리케이션에 통신 서비스를 제공하고 있다. 버티컬 도메인에서 자동화를 지원하기 위해, 5G 시스템은 특정한 애플리케이션 및 사용 사례를 제공하기 위한 서비스 성능 요구사항을 충족시킬 수 있도록 안정적이고 유연할 필요가 있다. 이는 신뢰성, 가용성, 유지보수성, 안전성, 및 무결성의 시스템 특성과 함께 주어져야 한다.
5G의 사양은 3세대 파트너쉽 프로젝트(3rd-Generation Partnership Project, 3GPP)의 멤버들에 의해 개발 중이다. 문서 "버티컬 도메인에서의 사이버-물리적 제어 애플리케이션에 대한 서비스 요구사항, 스테이지 1(Service Requirements for Cyber-Physical Control Applications in Vertical Domains, Stage 1)", 3GPP TS 22.104, v.16.0.0 (2019. 1월)은 다양한 버티컬 마켓에서 사용되는 사이버-물리적 제어 애플리케이션의 다른 사용 사례를 만족스럽게 지원하기 위해 충족되어야 하는 다양한 세트의 성능 기준을 제공하는 요구사항을 지정한다.
산업 애플리케이션 공간에서, 요구사항은 동일한 배치에서의 대규모 기계 타입의 통신(mMTC), 증진된 모바일 브로드밴드(eMBB), 및 초고신뢰 저지연 통신(URLLC) 트래픽과 같이, 다른 서비스 레벨에 대한 지원을 포함하여, 공장 및 제조 환경에서 혼합된 서비스를 위한 지원을 포함한다. 산업 결정론적 서비스에 대한 지원이 필요하다. 5G 시스템(5GS)과 기존 산업 네트워크 사이의 통합도 또한 요구된다. 비공개 네트워크에 대한 지원을 포함하는 상호운용성, 및 공공 지상 모바일 네트워크(public land mobile network, PLMN)와의 상호운용성이 요구된다.
시스템 가용성 및 신뢰성에 대해, 통신 서비스 제공자로서의 5G 시스템은 가용성 및 신뢰성에 대한 3GPP 정의를 준수하게 된다. 통신 서비스 가용성은 합의된 서비스 품질(quality of service, QoS)에 따라 종단간(end-to-end) 통신 서비스가 전달되는 시간량을 특정한 영역에서의 사양에 따라 시스템이 종단간 서비스를 전달할 것으로 예상되는 시간량으로 나눈 것의 퍼센트 값으로 정의된다. 요구되는 가용성은 시스템이 이용가능하지 않을 때의 금적적 손실과, 예를 들어 중복성을 증가시킴으로서, 가용성을 증가시키기 위한 복잡성 사이의 균형을 고려하여 비지니스 측면으로 결정된다. 99.95%를 넘는 가용성은 통상적으로 공공 에너지 그리드(public energy grid)가 (유럽에서는 99.9 ~ 99.99% 가용성) 가장 약한 구성성분이 되는 것을 방지하기 위해 추가 전원을 요구하는 것으로 이해하게 된다.
통신 서비스 신뢰성은 소정의 조건 하에서, 소정의 시간 간격 동안 요구된 바에 따라 실행할 수 있는 통신 서비스의 능력으로 정의된다. 이들 조건은 작동 모드, 스트레스 레벨, 및 환경 조건과 같이, 신뢰성에 영향을 미치는 측면을 포함한다. 신뢰성은 평균 고장 시간, 또는 지정된 시간 주기 내에 고장이 없을 확률과 같은 적절한 측정을 사용하여 정량화될 수 있다.
산업 애플리케이션에서 5G를 사용하는 것은 안전성 요구사항을 충족시켜야 하고, 여기서 안전성은 위험, 리스크, 또는 손상으로부터 보호되거나 일어날 가능성이 없는 상태로 정의된다. 따라서, 안전 시스템은 처음부터 기능적으로 안전하게 설계되어야 한다. 자동 보호 기능은 작동 중 시스템에 대한 안전성을 보장하기 위해 시스템에 내장될 수 있다. 자동 보호를 보장하기 위해 시스템 설계에서 고려되어야 하는 안전성 측면은 예를 들어, 인적 에러, 하드웨어와 소프트웨어 오류, 및 운영과 환경 스트레스 요인을 포함하여야 한다.
오늘날에는 많은 산업이 로컬 네트워크 배치의 완전한 제어 내에 있다. 그래서, 로컬 존속성, 로컬 데이터/라우팅, 및 로컬 관리와 관련된 로컬 배치 측면이 산업 네트워크에 대한 요구사항이 된다. 간단히 말해, 공장 네트워크는 외부와의 연결이 끊어진 경우에도 정상적으로 운행되어야 한다. 또한, 필요에 따라 네트워크 배치를 관리 및 변경할 수 있는 로컬 IT 스태프 뿐만 아니라 사내에서 외부로 나가지 않는 데이터에 대한 요구사항이 있을 수 있다.
보안성, 데이터 무결성, 및 개인정보 보호 기능도 또한 산업에 대해 중요한 요구사항이다. 프로세스에 대한 주요 비지니스 정보 및 제조 프로세스로부터의 데이터는 유출되지 말아야 한다.
여기서는 시간에 민감한 네트워킹(time-sensitive networking, TSN) 및 5G 무선 네트워크 통합을 위한 기술을 포함하여, 산업용 사물인터넷(Industrial Internet-of-Things, IIoT) 시나리오에서 성능을 증진시키기 위한 다양한 기술이 상세히 설명된다. 대응하는 디바이스 및 노드도 또한 상세히 설명된다.
무선 디바이스에 의해 실행되는 예시적인 방법은 무선 액세스 네트워크(radio access network, RAN)의 무선 기지국(radio base station, RBS)으로부터 시스템 정보(system information, SI)를 수신하는 단계로, 여기서 SI는 RBS를 통한 TSN에 대한 지원을 나타내는 단계, 및 RBS를 통해 외부 데이터 네트워크와 적어도 하나의 TSN 데이터 스트림을 설정하는 단계를 포함한다. 예시적인 방법은 또한 RBS를 통해 무선 통신 네트워크로부터 제1 타이밍 신호를 수신하는 단계, 무선 디바이스가 연결된 외부 TSN 데이터 네트워크로부터 제2 타이밍 신호를 수신하는 단계, 제1 타이밍 신호를 제2 타이밍 신호와 비교하여 오프셋을 결정하는 단계, 및 오프셋을 무선 통신 네트워크에 전송하는 단계를 포함한다.
무선 디바이스에 의해 또한 실행되는 또 다른 예시적인 방법은 무선 통신 네트워크로부터 제1 타이밍 신호를 수신하는 단계, 무선 디바이스가 연결된 외부 TSN 데이터 네트워크로부터 제2 타이밍 신호를 수신하는 단계, 및 무선 통신 네트워크에서 무선 기지국(RBS)를 통해 외부 TSN 데이터 네트워크와 적어도 하나의 TSN 데이터 스트림을 설정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 방법은 무선 액세스 네트워크(RAN)와 연관된 코어 네트워크의 하나 이상의 노드에서 실행되고, 사용자 장비(user equipment, UE) 및 외부 네트워크와 연관된 시간에 민감한 데이터 스트림을 처리하기 위한 것이다. 이러한 예시적인 방법은 외부 네트워크로부터, 시간에 민감한 데이터 스트림과 연관된 전송 스케쥴을 수신하는 단계, 및 RAN과 제1 UE 사이의 데이터 스트림의 통신을 위해 무선 리소스를 할당하려는 요청을 RAN에 송신하는 단계를 포함하고, 여기서 그 요청은 전송 스케쥴에 관련된 정보를 더 포함한다. 그 방법은 또한 RAN으로부터, 데이터 스트림과 연관된 전송 스케쥴을 충족시키도록 무선 리소스가 할당될 수 있는가 여부를 나타내는 응답을 수신하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 데이터 스트림에 대한 구성 정보를 획득하는 단계로, 여기서 구성 정보는 정적으로 유지되는 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 헤더 내에서 하나 이상의 필드에 대한 각 값을 나타내는 단계, 제1 UE로의 구성 정보의 전송을 초기화하는 단계, 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷을 외부 데이터 네트워크로부터 수신하는 단계, 압축된 데이터 패킷을 생성하도록 데이터 패킷으로부터 하나 이상의 필드를 제거하는 단계, 및 제1 UE로의 압축된 데이터 패킷의 전송을 초기화하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 방법은 무선 통신 네트워크와 연관된 무선 디바이스에 의해 실행되고, 외부 데이터 네트워크에서 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 운송을 위한 것이다. 이러한 예시적인 방법은 RAN의 RBS로부터 SI를 수신하는 단계로, 여기서 SI는 RBS를 통한 TSN에 대한 지원을 나타내는 단계, 및 RBS를 통해 외부 데이터 네트워크와 적어도 하나의 TSN 데이터 스트림을 설정하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 또한 TSN 데이터 스트림에 대한 구성 정보를 획득하는 단계로,여기서 구성 정보는 정적으로 유지되는 TSN 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 헤더 내에서 하나 이상의 필드에 대한 각 값을 나타내는 단계, TSN 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷을 RBS로부터 수신하는 단계, 및 압축해제된 데이터 패킷을 생성하도록 데이터 패킷에 하나 이상의 필드를 부가하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 방법은 RAN과 통신하도록 구성된 무선 디바이스에 의해 실행되고, 외부 네트워크와 연관된 전송 스케쥴에 따라 RAN에서 리소스를 스케쥴링하기 위한 것이다. 이러한 예시적인 방법은 RAN의 RBS로부터 SI를 수신하는 단계로, 여기서 SI는 RBS를 통한 TSN에 대한 지원을 나타내는 단계, 및 RBS를 통해 외부 데이터 네트워크와 적어도 하나의 TSN 데이터 스트림을 설정하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 또한 TSN 데이터 스트림과 연관된 전송 스케쥴을 외부 네트워크로부터 수신하는 단계, 무선 디바이스와 RBS 사이의 TSN 데이터 스트림의 통신을 위해 무선 리소스를 할당하려는 요청을, RBS와 연관된 네트워크에 송신하는 단계로, 여기서 그 요구는 전송 스케쥴에 관련된 정보를 더 포함하는 단계, 및 TSN 데이터 스트림과 연관된 전송 스케쥴을 충족시키도록 무선 리소스가 할당될 수 있는가 여부를 나타내는 응답을 네트워크로부터 수신하는 단계를 포함한다.
무선 통신 네트워크와 연관된 무선 디바이스에 의해 또한 실행되는 또 다른 예시적인 방법은 무선 통신 네트워크로부터 제1 타이밍 신호를 수신하는 단계, 및 무선 디바이스가 연결된 외부의 시간에 민감한 네트워킹(TSN) 데이터 네트워크로부터 제2 타이밍 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 그 방법은 또한 무선 통신 네트워크에서 무선 기지국(RBS)을 통해 외부 TSN 데이터 네트워크와 적어도 하나의 TSN 데이터 스트림을 설정하는 단계, 및 대응하는 TSN 데이터 스트림과 연관된 전송 스케쥴을 외부 네트워크로부터 수신하는 단계를 포함한다.
무선 디바이스에 의해 실행되는 또 다른 예시적인 방법은 RAN의 RBS로부터 SI를 수신하는 단계로, 여기서 SI는 RBS를 통한 TSN에 대한 지원을 나타내는 단계, 및 RBS를 통해 외부 데이터 네트워크와 적어도 하나의 TSN 데이터 스트림을 설정하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 또한 TSN 데이터 스트림에 대한 구성 정보를 획득하는 단계로, 여기서 구성 정보는 정적으로 유지되는 TSN 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 헤더 내에서 하나 이상의 필드에 대한 각 값을 나타내는 단계를 포함한다. 방법은 또한 TSN 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷을 RBS로부터 수신하는 단계, 및 압축해제된 데이터 패킷을 생성하도록 데이터 패킷에 하나 이상의 필드를 부가하는 단계를 포함한다.
무선 통신 네트워크와 연관된 무선 디바이스에 의해 다시 실행되는 또 다른 방법은 무선 통신 네트워크에서 무선 기지국(RBS)을 통해 외부 TSN 데이터 스트림과 적어도 하나의 TSN 데이터 스트림을 설정하는 단계, 및 TSN 데이터 스트림에 대한 구성 정보를 획득하는 단계로, 여기서 구성 정보는 정적으로 유지되는 TSN 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 헤더 내에서 하나 이상의 필드에 대한 각 값을 나타내는 단계를 포함한다. 방법은 또한 TSN 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷을 RBS로부터 수신하는 단계, 및 압축해제된 데이터 패킷을 생성하도록 데이터 패킷에 하나 이상의 필드를 부가하는 단계를 포함한다.
무선 통신 네트워크와 연관된 무선 디바이스에 의해 실행되는 또 다른 방법은 무선 통신 네트워크에서 무선 기지국(RBS)을 통해 외부 TSN 데이터 스트림과 적어도 하나의 TSN 데이터 스트림을 설정하는 단계, 및 대응하는 TSN 데이터 스트림과 연관된 전송 스케쥴을 외부 네트워크로부터 수신하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 방법은 제1 디바이스에 의해 실행되고, 사물인터넷(IoT) 환경에 대한 제2 디바이스의 등록을 지원하고 제2 디바이스를 사용하기 위한 것이다. 이러한 예시적인 방법은 제2 디바이스와 연관된 등록 기능의 표현을 획득하는 단계로, 여기서 등록 기능은 제1 및 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 포함하는 적어도 하나의 직렬화된(serialize) 등록 애플리케이션과 연관되는 단계, 제1 디바이스와 연관된 등록 정보가 제2 디바이스와 연관된 등록 정보와 분리되도록 등록 애플리케이션을 역직렬화(deserialize, 병렬화) 하는 단계, 및 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 기반으로 제2 디바이스를 구성함으로서 제2 디바이스의 등록 프로세스의 제2 디바이스에 의한 실행을 초기화하기 위해 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 제2 디바이스에 전송하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 또한 제2 디바이스와 연관된 구성 정보를 제2 디바이스로부터 수신하는 단계, 및 제1 디바이스에서 실행되는 제1 런타임 환경을 사용하여 제2 디바이스에서 실행되는 제2 런타임 환경으로 코드 모듈을 전송하는 단계를 포함하고, 여기서 코드 모듈은 제2 런타임 환경 내에서 실행되고 제2 런타임 환경에 의해 지원되는 제2 디바이스의 기능을 제1 디바이스에 노출하도록 구성된다. 방법은 또한 제1 런타임 환경 내에서 애플리케이션을 실행하는 단계를 포함하고, 애플리케이션은 전송된 코드 모듈 및 제2 런타임 환경을 통해 제2 디바이스의 기능을 원격으로 호출한다.
대응하는 방법은 제2 디바이스에 의해 실행되고, 제1 디바이스에 의해 지원되는 IoT 환경에 대한 등록 프로세스를 실행하고 제2 디바이스의 기능에 대한 액세스를 제1 디바이스에 제공하기 위한 것이다. 이러한 예시적인 방법은 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 제1 디바이스로부터 수신하는 단계, 등록 정보를 기반으로 제2 디바이스를 구성함으로서 등록 프로세스를 실행하는 단계, 및 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 제1 디바이스에 전송하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 제2 런타임 환경에 의해 지원되는 제2 디바이스의 기능을 제1 디바이스에 노출시키도록, 제1 디바이스에서 실행되는 제1 런타임 환경으로부터 제2 디바이스에서 실행되는 제2 런타임 환경으로, 코드 모듈을 수신하는 단계, 및 제2 런타임 환경을 사용하여, 제1 런타임 환경 내에서 실행되는 애플리케이션으로부터 코드 모듈을 통해 수신된 기능의 원격 호출에 응답해 제2 디바이스의 기능의 성능을 제어하는 단계를 포함한다.
이러한 방법 및 다른 방법은 이후 첨부된 도면과 함께 상세히 설명된다. 이러한 기술이 유리하게 사용될 수 있는 네트워크 배열 및 환경과 같이, 대응하는 디바이스, 네트워크 노드 등도 상세하게 설명된다.
도 1은 5G 시스템의 네트워크 관점을 설명한다.
도 2는 인더스트리(Industry) 4.0의 개념을 설명한다.
도 3은 운영 기술(Operations Technology, OT) 시스템에 통합된 독립형 5G 비공개 네트워크를 도시한다.
도 4는 공공 광대역 네트워크와 연동되는 5G 비공개 네트워크를 도시한다.
도 5는 네트워크 슬라이스의 개념을 설명한다.
도 6은 네트워크 전체를 통한 4개의 다른 슬라이스의 예시를 도시한다.
도 7은 네트워크 슬라이스의 특성을 설명한다.
도 8은 네트워크를 슬라이싱(slicing)하기 위한 메카니즘을 도시한다.
도 9는 5G 시스템에서 QoS를 설명한다.
도 10은 네트워크 슬라이스 사이의 리소스 분할을 도시한다.
도 11은 모션 제어 애플리케이션에서 예시적인 논리적 기능 분할을 도시한다.
도 12는 클라우드에서의 제어 기능을 도시한다.
도 13은 모델화된 무선 링크를 통한 원격 로봇 제어를 위한 설계를 설명한다.
도 14는 협업적 제조업체-애그노스틱(agnostic) 로봇 어셈블리의 예시를 도시한다.
도 15는 TDOA 지리위치(geolocation)의 원리를 도시한다.
도 16은 다른 대역폭을 사용하는 3GPP 실내 개방 사무실(Indoor Open Office, IOO) 시나리오에서 포지셔닝을 위한 누적 분포를 도시한다.
도 17은 하이브리드 포지셔닝의 원리를 설명한다.
도 18은 스펙트럼 임대의 규제 뷰를 제공한다.
도 19는 모바일 서비스에 할당된 주파수 대역에 대한 스펙트럼 할당 가능성을 도시한다.
도 20은 허가된 스펙트럼을 사용하는 로컬 네트워크를 설명한다.
도 21은 모바일 네트워크 운영자(mobile network operator, MNO)와 같이, 라이센스 보유자로부터의 임대를 사용하는 로컬 네트워크를 설명한다.
도 22는 CBRS의 특성을 도시한다.
도 23은 고레벨 SAS 설계를 도시한다.
도 24는 PAL 보호 영역을 설명한다.
도 25는 산업적 클라우드 시나리오를 도시한다.
도 26은 간단한 공장 현장에서의 정보 관리를 설명한다.
도 27은 공장에서의 계층적인 네트워크 설계를 설명한다.
도 28은 다른 패킷 서비스 및 서비스 품질 관계를 도시한다.
도 29는 시간에 민감한 네트워킹(TSN)의 개념을 소개한다.
도 30은 산업적 시나리오에서 예시적인 TSN과 5G 연동 설계를 설명한다.
도 31은 5G를 사용하여 비-TSN 디바이스를 TSN 네트워크에 연결하는 가상 엔드포인트에서의 사용을 도시한다.
도 32는 5G 네트워크를 통한 TSN 시간 동기화를 설명한다.
도 33은 5G 시스템에서 다중 시간 도메인의 지원을 도시한다.
도 34는 공장 네트워크에서의 다중 시간 도메인을 도시한다.
도 35는 시간-게이트 큐잉(time-gated queuing)을 설명한다.
도 36은 신뢰성을 위한 프레임 복제 및 제거를 도시한다.
도 37은 TSN에 대한 완전 분산 모델을 도시한다.
도 38은 TSN에 대한 중앙집중식 네트워크/분산 사용자 모델을 설명한다.
도 39는 TSN에 대한 완전 중앙집중식 구성 모델을 설명한다.
도 40은 CUC 및 CNC로 구성된 구성 에이전트를 도시한다.
도 41은 CNC와 CUC 사이의 상호작용을 도시한다.
도 42는 TSN 중앙집중식 구성 모델에서 TSN 스트림 셋업을 설명하는 신호 흐름도이다.
도 43은 잠재적인 5G-TSN 통합 설계 셋업을 도시한다.
도 44는 TSN FRER 셋업을 설명한다.
도 45는 FRER를 셋업하기 위한 AF, CUC, 및 CNC 사이의 상호작용을 도시한다.
도 46은 5G 네트워크를 도시한다.
도 47은 체인 제어기 개념을 설명한다.
도 48은 공장 사이트에서 코어 네트워크 배치의 고레벨 기능 뷰를 도시한다.
도 49는 다중-연결을 위한 RAN의 제어 평면을 설명한다.
도 50은 다중-연결을 위한 RAN의 사용자 평면 설계를 설명한다.
도 51은 NR에 대한 다른 라디오 베어러(radio bearer) 타입을 설명한다.
도 52는 미니-슬롯을 사용할 때 대기시간 성능을 도시한다.
도 53은 슬롯 경계 제한을 통한 전송으로 인해 길어진 정렬 지연을 설명한다.
도 54는 슬롯 경계를 통한 미니-슬롯 반복 사용을 도시한다.
도 55는 PUSCH에서 UCI의 생략을 허용하기 위한 베타(beta)-인자의 사용을 도시한다.
도 56은 2개 심볼의 주기를 갖는, 1개 OFDM 심볼을 차지하는 짧은 PUCCH를 설명한다.
도 57은 DCI 사이즈, UE의 수, 및 CORESET 사이즈의 함수로서 모니터링 기회 당 차단 확률의 예시를 도시한다.
도 58은 한번의 재전송으로의 다운링크 데이터 대기시간을 도시한다.
도 59는 구성된 그랜트(grant) 및 한번의 재전송으로의 업링크 데이터 대기시간을 도시한다.
도 60은 다운링크 데이터 대기시간의 비교를 설명한다.
도 61은 그랜트-기반의 업링크 데이터 대기시간의 비교를 설명한다.
도 62는 구성된 그랜트 업링크 데이터 대기시간의 비교를 도시한다.
도 63은 업링크 UE-간 선점을 도시한다.
도 64는 전력-제어 멀티플렉싱 구조에서 MCS14의 성능을 도시한다.
도 65는 여러개의 다른 변조 코딩 구조에 대해, 한번의 전송 이후의 PDSCH BLER를 도시한다.
도 66은 조정된 멀티포인트 및 업링크 프리코딩을 포함하거나 포함하지 않은, 다른 다중-안테나 기술에 대한 업링크 SINR을 도시한다.
도 67은 스케쥴링 요청(scheduling request, SR) 및 버퍼 상태 리포트(buffer status report, BSR) 동작의 예시를 도시한다.
도 68은 다른 트래픽에 맵핑된 다수의 SR 구성을 설명한다.
도 69는 진행중인 장기 UL-SCH 전송으로 인해 지연된 SR을 도시한다.
도 70은 SR 과정을 통해 동적인 그랜트를 획득할 때의 지연을 도시한다.
도 71은 구성된 그랜트 타입 1 과정을 설명한다.
도 72는 구성된 그랜트 타입 1 과정을 설명한다.
도 73은 도착 및 패이로드(payload) 사이즈가 다른 산업 결정론적 스트림을 도시한다.
도 74는 패턴, 주기, 대기시간, 및 신뢰성 요구사항이 다른 산업 결정론적 스트림을 도시한다.
도 75는 오버랩핑 구성을 설명한다.
도 76은 논리 채널 우선순위(logical channel prioritization, LCP) 과정의 예시를 도시한다.
도 77은 확실한 그랜트를 통해 중요하지 않은 트래픽을 송신하는 문제점을 도시한다.
도 78은 도 77의 문제점을 방지하기 위한 제한을 설명한다.
도 79는 확실하지 않은 단기 승인을 통해 중요한 트래픽을 전송하는 것으로부터 발생되는 추가 대기시간을 도시한다.
도 80은 도 79의 문제점을 방지하기 위한 제한을 설명한다.
도 81은 구성된 그랜트를 오버라이드하는 동적인 그랜트의 문제점을 설명한다.
도 82는 구성된 그랜트가 조건부로 동적인 그랜트를 오버라이드하는 것을 가능하게 하는 이점을 도시한다.
도 83은 다른 PUSCH 기간을 갖는 오버랩핑 그랜트를 도시한다.
도 84는 네트워크 효율성을 증진시키기 위해 UE-간 선점을 가능하게 하는 것을 설명한다.
도 85는 듀얼-캐리어(dual-carrier, DC) 및 캐리어 집합체(carrier aggregation, CA) 시나리오에서 패킷 복제를 도시한다.
도 86은 복제를 포함하는 것과 포함하지 않는 것의 잔여 에러를 도시한다.
도 87은 범용 시간 도메인 및 작업 클럭 도메인을 도시한다.
도 88은 SFN 전송을 설명한다.
도 89는 세가지 시간 도메인을 갖는 산업 사용 사례를 설명한다.
도 90은 연속적인 PTP 체인 방법을 도시한다.
도 91은 IEEE 802.3 MAC 프레임 포맷의 예시를 도시한다.
도 92는 이더넷(Ethernet) 헤더 압축으로부터의 이득을 도시한다.
도 93은 가능한 이더넷 헤더 압축 앵커 포인트를 도시한다.
도 94는 PDCP 복제의 경우에서 무선 링크 실패(radio link failure, RLF)를 도시한다.
도 95는 예시적인 이동성 과정을 설명한다.
도 96은 OSI 모델에 맵핑된 산업용 IoT 프로토콜 스택의 가능한 실현을 도시한다.
도 97은 산업용 이더넷 분류를 도시한다.
도 98은 Profinet에서 사용되는 바와 같은 시간-스케쥴링 전송을 설명한다.
도 99는 Profinet IRT에 대한 프레임 구조를 도시한다.
도 100은 증가하는 로드 및 증가하는 E2E 대기시간 요구사항에 따른 신뢰성에 대해 다른 무선 기술의 추정된 성능을 설명한다.
도 101은 Wi-Fi에서 일반적인 채널 액세스 및 데이터 교환을 도시한다.
도 102는 Wi-Fi에서 채널 액세스를 도시한다.
도 103은 민스트럴 알고리즘(Minstrel algorithm)의 시뮬레이션을 설명한다.
도 104는 OPC-UA의 가능한 프로토콜 스택을 도시한다.
도 105는 TSN을 통한 OPC-UA를 설명한다.
도 106은 IEEE Std. 802.1Qbv-2015에서 지정된 바와 같이, 분산된 시간-민감 네트워킹(TSN) 구성 모델을 설명하는 블록도이다.
도 107은 IEEE Std. 802.1Qbv-2015에서 지정된 바와 같이, 중앙집중식 TSN 구성 모델을 설명하는 블록도이다.
도 108은 IEEE Std. 802.1Qbv-2015에서 지정된 바와 같이, 완전 중앙집중식 TSN 구성 모델을 설명하는 블록도이다.
도 109는 도 108에 도시된 완전 중앙집중식 구성 모델을 사용하는 예시적인 TSN 스트림 구성 과정의 시퀀스 도면을 도시한다.
도 110은 예시적인 5G 무선 네트워크의 제어 평면(control plane, CP) 및 데이터 또는 사용자 평면(user plane, UP) 설계를 설명하는 블록도이다.
도 111은 도 110에 도시된 5G 네트워크 설계와 예시적인 완전 중앙집중식 TSN 네트워크 설계 사이의 연동에 대한 예시적인 배열을 설명하는 블록도이다.
도 112는 IEEE Std. 802.1Qbv-2015에서 지정된 바와 같이, 게이트를 기반으로 하는 트래픽 큐(traffic queue) 사이의 전송 선택을 설명하는 블록도이다.
도 113은 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에 따라, TSN 네트워크와 5G를 통한 두개의 TSN 발화자/수신자 사이의 예시적인 통신 시나리오를 설명하는 블록도이다.
도 114는 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에 따라, 도 113에 도시된 네트워크 구성을 통한 TSN 스트림 패킷의 적시 전달을 구성하기 위한 예시적인 방법 및/또는 과정의 시퀀스 도면을 도시한다.
도 115는 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에 따라, 5G 네트워크를 통한 TSN 발화자/수신자 유닛과 가상화된 제어기 사이의 예시적인 통신 시나리오를 설명하는 블록도이다.
도 116은 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에 따라, 도 115에 도시된 네트워크 구성을 통한 TSN 스트림 패킷의 적시 전달을 구성하기 위한 예시적인 방법 및/또는 과정의 시퀀스 도면을 도시한다.
도 117은 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에 따라, 코어 네트워크에서 (예를 들면, 5G 코어 네트워크) 네트워크 노드에 의해 실행되는 예시적인 방법 및/또는 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 118은 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에 따라, 무선 액세스 네트워크에서 (예를 들면, NG-RAN) 네트워크 노드에 의해 실행되는 예시적인 방법 및/또는 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 119는 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에 따라, 사용자 장비(UE)에 의해 실행되는 예시적인 방법 및/또는 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 120은 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에 따른 예시적인 통신 시스템의 블록도이다.
도 121, 도 122, 및 도 123은 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에 따라, 다양한 방법으로 구성된 예시적인 무선 액세스 노드의 블록도이다.
도 124 및 도 125는 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에 따라, 다양한 방법으로 구성된 예시적인 무선 디바이스 또는 UE의 블록도이다.
도 126은 5G 코어 네트워크(5GCN) 기능 및 무선 액세스 네트워크(RAN)를 설명한다.
도 127은 이더넷 PDU 타입 데이터 1에 대한 프로토콜 스택을 도시한다.
도 128은 TSN 프레임 구조를 설명한다.
도 129는 본 발명의 실시예에 따른 다운링크 시그널링에 대한 시그널링 도면이다.
도 130은 본 발명의 실시예에 따른 업링크 시그널링에 대한 시그널링 도면이다.
도 131은 일부 실시예에 따른 방법을 설명한다.
도 132는 일부 실시예에 따른 또 다른 방법을 설명한다.
도 133은 일부 실시예에 따른 또 다른 방법을 설명한다.
도 134는 일부 실시예에 따른 또 다른 방법을 설명한다.
도 135는 무선 액세스 네트워크를 통해 시간-민감 네트워킹을 처리하는 방법을 구현하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 136은 무선 액세스 네트워크를 통해 시간-민감 네트워킹을 발표하는 방법을 구현하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 137은 무선 액세스 네트워크를 통해 시간-민감 네트워킹에 대한 구성 메시지를 배포하는 방법을 구현하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 138은 제1 예의 통신 시스템의 구조적인 블록도를 도시한다.
도 139는 제2 예의 통신 시스템의 구조적인 블록도를 도시한다.
도 140은 제3 예의 통신 시스템의 구조적인 블록도를 도시한다.
도 141은 제4 예의 통신 시스템의 기능 블록도이다.
도 142는 통신 시스템에 대한 제1 구조적 시그널링 도면을 도시한다.
도 143은 통신 시스템에 대한 제2 구조적 시그널링 도면을 도시한다.
도 144는 5G와 TSN의 연동을 설명한다.
도 145는 공장에서 다수의 TSN gPTP 시간 도메인을 도시한다.
도 146은 BS가 셀룰러 기준 시간에 UE를 동기화시킬 수 있는 방법을 설명한다.
도 147은 디바이스가 셀룰러 링크를 통해 TSN 도메인에 연결된 것으로 가정되는 시나리오를 설명한다.
도 148은 셀룰러 링크를 통해 가상 제어기에 연결된 TSN 도메인을 가정하는 현장 시나리오를 설명한다.
도 149는 셀룰러 링크를 통해 두개의 TSN 네트워크가 연결된 시나리오를 설명한다.
도 150은 예시적인 동기화 과정을 설명한다.
도 151은 또 다른 예시적인 동기화 과정을 설명한다.
도 152는 예시적인 동기화 과정에 대한 시퀀스 흐름이다.
도 153은 또 다른 예시적인 동기화 과정에 대한 시퀀스 흐름이다.
도 154는 여기서 설명되는 방법을 사용한 PTP 시간 전송을 설명한다.
도 155는 무선 디바이스에 의해 실행되는 예시적인 방법을 설명한다.
도 156은 무선 네트워크에서 가상 장치의 구조적인 블록도이다.
도 157은 기지국과 같은, 네트워크 노드에 의해 실행되는 예시적인 방법을 설명한다.
도 158은 무선 네트워크에서 가상 장치의 구조적인 블록도이다.
도 159는 무선 디바이스에 의해 실행되는 예시적인 방법을 설명한다.
도 160은 무선 네트워크에서 가상 장치의 구조적인 블록도이다.
도 161은 기지국과 같은, 네트워크 노드에 의해 실행되는 예시적인 방법을 설명한다.
도 162은 무선 네트워크에서 가상 장치의 구조적인 블록도이다.
도 163은 주어진 실시예에 따라 조합된 흐름도 및 시그널링 구조이다.
도 164는 주어진 실시예에 따라 구성을 처리하기 위한 UE를 도시하는 블록도이다.
도 165는 주어진 실시예에 따라 무선 통신 네트워크에서 구성을 처리하기 위한 무선 네트워크 노드를 도시하는 블록도이다.
도 166은 주어진 실시예에 따른 예시적인 무선 디바이스의 블록도이다.
도 167은 주어진 실시예에 따른 예시적인 무선 네트워크 노드의 블록도이다.
도 168은 일부 실시예에 따라, 사물인터넷(IoT) 환경에서 디바이스의 등록을 지원하기 위한 방법을 설명한다.
도 169는 일부 실시예에 따라, 사물인터넷(IoT) 환경에서 등록하기 위한 방법을 설명한다.
도 170은 일부 실시예에 따른 등록 프로세스를 설명하는 구조도이다.
도 171은 일부 실시예에 따른 예시적인 방법의 단계들을 설명하는 흐름도이다.
도 172는 일부 실시예에 따른 예시적인 배열을 설명하는 블록도이다.
도 173은 일부 실시예에 따른 예시적인 배열을 설명하는 블록도이다.
도 174는 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 네트워크 환경을 설명하는 블록도이다.
도 175는 하나 이상의 실시예에 따른 엔터티 사이의 예시적인 시그널링을 설명하는 호출 흐름도이다.
도 176은 하나 이상의 실시예에 따라 제1 디바이스에 의해 구현되는 예시적인 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 177은 하나 이상의 실시예에 따라 제2 디바이스에 의해 구현되는 예시적인 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 178은 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 하드웨어를 설명하는 블록도이다.
도 179는 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 제1 디바이스를 설명하는 블록도이다.
도 180은 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 제2 디바이스를 설명하는 블록도이다.
도 181은 여기서 설명되는 바와 같은 다양한 측면에 따라 연합 데이터베이스를 문의하기 위한 시스템의 한 실시예의 흐름도를 설명한다.
도 182는 여기서 설명되는 바와 같은 다양한 측면에 따라 연합 데이터베이스를 문의하기 위한 시스템의 또 다른 실시예의 흐름도를 설명한다.
도 183은 여기서 설명되는 바와 같은 다양한 측면에 따라 연합 데이터베이스를 갖는 네트워크 노드의 한 실시예를 설명한다.
도 184는 여기서 설명되는 바와 같은 다양한 측면에 따라 연합 데이터베이스를 갖는 네트워크 노드의 또 다른 실시예를 설명한다.
도 185 및 도 186은 여기서 설명되는 바와 같은 다양한 측면에 따라 동일하거나 다른 구역에 위치하는 하나 이상의 자율 또는 서브-연합 데이터베이스를 나타내는 연합 데이터베이스를 갖는 네트워크 노드에 의해 실행되는 방법의 한 실시예를 설명한다.
도 187은 여기서 설명되는 바와 같은 다양한 측면에 따라 자율 데이터베이스를 갖는 네트워크 노드의 한 실시예를 설명한다.
도 188은 여기서 설명되는 바와 같은 다양한 측면에 따라 자율 데이터베이스를 갖는 네트워크 노드의 또 다른 실시예를 설명한다.
도 189 및 도 190은 여기서 설명되는 바와 같은 다양한 측면에 따라 연합 또는 서브-연합 데이터베이스에 의해 표현되는, 특정한 구역에서, 자율 데이터베이스를 갖는 네트워크 노드에 의해 실행되는 방법의 실시예를 설명한다.
도 191은 여기서 설명되는 바와 같은 다양한 측면에 따라 연합 데이터베이스를 문의하기 위한 시스템의 또 다른 실시예를 설명한다.
도 192는 여기서 설명되는 바와 같은 다양한 측면에 따라 연합 데이터베이스를 문의하기 위한 시스템의 또 다른 실시예를 설명한다.
도 193은 여기서 설명되는 바와 같은 다양한 측면에 따라 연합 데이터베이스를 문의하기 위한 시스템의 또 다른 실시예를 설명한다.
도 194는 여기서 설명되는 바와 같은 다양한 측면에 따라 연합 데이터베이스를 문의하기 위한 시스템의 또 다른 실시예를 설명한다.
도 195는 여기서 설명되는 바와 같은 다양한 측면에 따른 네트워크 노드의 한 실시예를 설명한다.
도 196은 3GPP TS 29.561로부터 UPF에서의 이더넷 프레임 처리를 설명하는 구조적인 블록도이다.
도 197은 산업적인 셋업에서 5G-TSN 연동을 설명하는 구조적인 블록도이다.
도 198은 가상 엔드포인트를 갖는 TSN 제어 및 데이터 평면을 설명하는 구조적인 블록도이다.
도 199는 다른 PDU 세션 타입에 대한 UPF의 일부로 VEP 배치를 설명하는 구조적인 블록도이다.
도 200은 외부 TSN 네트워크 구성에서 볼 수 있는 VEP를 설명하는 구조적인 블록도이다.
도 201은 일부 실시예에 따른 예시적인 방법 단계들을 설명하는 흐름도이다.
도 202는 일부 실시예에 따른 예시적인 방법 단계들을 설명하는 흐름도이다.
도 203은 일부 실시예에 따른 예시적인 방법 단계들과 시그널링을 설명하는 조합된 흐름도 및 시그널링 도면이다.
도 204는 일부 실시예에 따른 예시적인 방법 단계들과 시그널링을 설명하는 조합된 흐름도 및 시그널링 도면이다.
도 205는 일부 실시예에 따른 예시적인 장치를 설명하는 구조적인 블록도이다.
도 206은 중복 경로를 사용하는 TSN 데이터 스트림의 전송을 도시한다.
도 207은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템을 도시한다.
도 208은 본 발명의 실시예에 따른 시그널링 도면이다.
도 209는 본 발명의 실시예에 따라 무선 네트워크에서 중복 경로를 도시하는 구조적인 도면이다.
도 210은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 무선 네트워크에서 중복 경로를 도시하는 구조적인 도면이다.
도 211은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 무선 네트워크에서 중복 경로를 도시하는 구조적인 도면이다.
도 212는 본 발명의 실시예에 따른 코어 네트워크 노드에서의 방법의 흐름도이다.
도 213은 본 발명의 실시예에 따른 구성 노드에서의 방법의 흐름도이다.
도 214는 PTP 헤더 포맷을 설명하는 도표이다.
도 215는 무선 통신 네트워크의 실시예를 설명하는 구조적인 블록도이다.
도 216은 주어진 실시예에 따라 전송 디바이스에 의해 실행되는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 217은 주어진 실시예에 따라 수신 디바이스에 의해 실행되는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 218은 주어진 일부 실시예에 따라 브로드캐스트를 사용하여 5GS에서의 다중 시간 도메인 지원의 실시예를 설명하는 구조적인 블록도이다.
도 219는 주어진 일부 실시예에 따라 관련된 gPTP 프레임만 있는 5GS에서의 다중 시간 도메인 지원의 실시예를 설명하는 구조적인 블록도이다.
도 220은 주어진 일부 실시예에 따라 5GS에서의 다중 시간 도메인 지원의 실시예를 설명하는 구조적인 블록도이다.
도 221은 주어진 실시예에 따라 전송 디바이스에 의해 실행되는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 222는 주어진 실시예에 따라 수신 디바이스에 의해 실행되는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 223은 일부 실시예에 따라, 중간 네트워크를 통해 호스트 컴퓨터에 연결된 전기통신 네트워크를 구조적으로 설명한다.
도 224는 일부 실시예에 따라, 부분적으로 무선인 연결을 통하여 사용자 장비와 기지국을 통해 통신하는 호스트 컴퓨터의 일반화된 블록도이다.
도 225, 도 226, 도 227, 및 도 228은 호스트 컴퓨터, 기지국, 및 사용자 장비를 포함하는 통신 시스템에서 구현되는 예시적인 방법을 설명하는 흐름도이다.
다음에는 5G에 대한 요구사항 및 사용 사례를 해결하기 위한 무선 통신 네트워크의 여러 측면에 대한 개념, 시스템/네트워크 설계, 및 상세 디자인에 대한 자세한 설명이 주어진다. 용어 "요구사항", "필요성", 또는 유사한 말은 모든 실시예의 필수적인 또는 기본적인 요소를 나타내는 것이 아니라, 특정한 실시예의 유리한 디자인의 의미에서 시스템의 원하는 특성이나 기능을 설명하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 다음에서 요구되는, 중요한, 필요한 것으로 설명되거나 유사한 말로 설명되는 각 요구사항 및 각 기능은 선택적인 것으로 이해되어야 한다.
운영 기술 통신 시스템 및 5G
오늘날에는 산업 통신 시스템에 다양한 기술이 사용된다. 공장의 제조 시스템에서는 도 2의 좌측에 도시된 바와 같이, 계층적인 통신 구조가 사용된다 (때로 자동화 피라미드라 칭하여지는). 이러한 디자인은 ISA95/99 모델을 기반으로 한다. 산업 장비는 예를 들어, 생산 셀을 커버하는 작은 서브시스템으로 연결된다. 이들 서브시스템은 게이트웨이에 의해 분리되고 다른 통신 기술을 사용할 수 있다; 각 서브시스템은 중요한 통신 성능을 보장할 수 있도록 면밀히 관리된다. 다음 상위 레벨에서, 이들 서브시스템은 예를 들어, 생산 셀 간의 조정 및 생산 시스템의 감독 제어를 위해 상호연결된다. 제조 운영에 관련된 이 부분은 중요한 통신을 포함하는 운영 기술(operations technology, OT) 도메인이라 칭하여지고, 여기서 요구사항은 일반적으로 하위 레벨에서 더 까다로워진다. 오늘날 중요한 통신은 주로 필드버스(fieldbus) 또는 산업용 이더넷과 같은 유선 통신 기술을 기반으로 한다. 네트워크의 OT 부분은 기업 애플리케이션 및 서비스를 포함하는 네트워크의 IT 부분으로부터 안전하게 분리된다.
제조 시스템의 광범위한 디지털화는 사이버-물리적 생산 시스템으로 제조를 변환함으로서 유연성과 효율성을 증가시킬 것으로 예상된다. 이러한 전환은 4차 산업혁명 또는 인더스트리 4.0이라고도 칭하여진다. 전체적인 생산 시스템은 디지털 트윈(digital twin)으로 모델링, 모니터링, 평가, 및 조정될 수 있을 것으로 예상된다. 이를 위해, 도 2의 우측에 도시된 바와 같이, 현장 레벨에서 고립된 연결 아일랜드를 방지하면서, 공장 전체를 통한 완전한 연결이 필요하다. 그에 의해, 네트워크의 다른 도메인의 분리는 물리적인 분리에서 (게이트웨이를 통한) 논리적 분리로 이동된다. 이러한 전이에서, IEEE 802.1 시간-민감 네트워킹(Time-Sensitive Networking, TSN)은 중요한 통신과 중요하지 않은 통신 사이에 공유되는 공통 이더넷 인프라구조에서 특정한 트래픽 흐름에 대해 보장된 고성능 연결 서비스를 제공하도록 허용하므로, 중요 역할을 한다. 완전히 표준화된 솔루션으로서, 오늘날 존재하는 다수의 독점적인 필드버스 기술을 글로벌 표준으로 수렴하도록 허용한다.
무선 연결은 제조 시스템에 큰 가치를 가져올 수 있다. 이는 광범위한 케이블 연결을 방지함으로서 비용을 절감할 수 있고, 무선으로 실현될 수 없는 새로운 사용 사례를 지원할 수 있다 (예를 들면, 모바일 구성성분의 연결). 그러나, 특히, 인더스트리 4.0의 주요 트렌드인, 현장을 재설계할 때 상당한 유연성을 제공한다. 오늘날 현장에서 무선 기술을 사용하는 것은 매우 제한적이고 다양한 다른 기술을 통해 제공되는 중요하지 않은 통신에 집중되어 있다. 오늘날에는 중요한 통신 서비스를 위해 안정적이고 결정적인 낮은 대기시간을 제공할 수 있는 무선 기술이 없다.
5G는 eMBB 및 mMTC를 동시에 지원하면서, 안정적이고 결정적인 낮은 대기시간 서비스를 제공할 것으로 약속한다 (5G mMTC는 LTE-M 및 NB-IoT를 기반으로 하고 이들은 NR 캐리어에 내장될 수 있다. 결과적으로 NR-기반의 mMTC 모드가 기대된다). 이를 위해, TSN이 유선 연결을 위해 수행하는 것과 유사한 역할을 무선 측면에서 수행할 수 있다. 이는 모든 서비스 타입을 통합하고 현장 통신의 더 큰 필드로 무선 연결을 확산시킬 수 있는 보편적이고, 글로벌하게 표준화된 기술을 제공한다.
TSN은 5G에서 수행할 수 있는 추가 역할을 갖는다. 산업 네트워크는 수명이 긴 설비이며 대부분의 공장은 이미 배치되어 있다. 새로운 기술의 도입은 기존 브라운필드 설비에 느리고 번거롭다. TSN은 건물 재설계의 실시를 트리거할 것으로 예상되고, 가능한 경우 산업 브라운필드 네트워크에도 진입할 것으로 예상된다. 5G를 TSN에 무선과 동일하게 연결함으로서, TSN은 브라운필드 마켓을 변화시키는데 도움이 되는 개방 마켓 기회를 제공한다. 이는 5G 설계 솔루션이 주로 TSN과 정렬되어야 할 필요성을 유발한다.
5G의 통합은 다수의 요구사항을 해결하여야 한다:
* 로컬 컨텐츠: 생산 관련 데이터는 산업/ 공장 구내를 벗어날 수 었다. 즉, 이러한 모든 데이터는 예를 들어, 보안성 및 신뢰성 때문에 로컬에 유지될 필요가 있다.
* 중요한 연결에 대한 완전한 제어: 중요한 통신은 산업 최종 사용자의 제어에 있어야 하고 중단없는 운영이 관리되는 운영 시스템에 연결되어야 한다.
* 로컬 관리: 관리 솔루션은 산업 비지니스 및 운영 프로세스와 통합되고 네트워크 관찰기능을 포함하기 용이해야 한다.
* 로컬 존속성: 연결 솔루션은 임의의 외부 장애에 의존하지 않아야 한다. 즉, 존속성에 대해서는 자체-포함되어야 한다.
* 수명 관리(Life Cycle Management, LCM): 여러 산업에서는 수십 년의 LCM을 요구한다. 이는 디바이스 구성, 펌웨어 업데이트, 애플리케이션 소프트웨어 업데이트, 신원(identity) 자격 프로비저닝, 설치, 필드에서의 프로비저닝 및 유지보수에 대한 방법을 포함하여, 산업 디바이스 및 네트워크 인프라구조의 장기적인 가용성이 필요함을 의미한다.
* 보안성: 연결 네트워크는 승인된 트래픽만이 허용되고 요구되는 레벨의 기밀성 보호가 (예를 들면, 암호화 및/또는 무결성 보호) 적용되도록 보장해야 한다. 인터넷으로부터의 침입(해커)에 대한 보호, 디바이스 및 서버에 도달하는 맬웨어(malware), 데이터 탬퍼링(tampering) 등과 같은 기능이 또한 지원되어야 한다. 다른 보안 구역의 지원이 가능해야 한다. 또한, 네트워크 인프라구조 자체가 안전하고 외부 공격으로부터 보호될 필요가 있다.
* 기존 솔루션과의 통합: 연결 솔루션은 기존 유선 OT 시스템 뿐만 아니라 다른 무선 연결 디바이스에 통합되어야 한다. 한 예는 산업용 이더넷 프레임의 전송이다.
시스템 설계
산업 시스템에 통합된 5G 네트워크는 도 3에 도시된 바와 같이, 다음 기능을 필요로 한다:
* 결정론적 성능을 갖춘 모든 서비스 카테고리 URLLC, eMBB, 및 mMTC를 포함하여 무선 연결, 이동성 지원, 서비스 관리 및 QoS를 포함하는 5G 연결을 위한 5G 무선 액세스 및 코어 네트워크
* 높은 가용성 및 중복성
* 개별 네트워크 서비스를 가능하게 하는 네트워크 신원 (즉, 제한된 디바이스 그룹에 대한 네트워크 액세스 및 네트워크 서비스를 제한)
* 보안 자격을 기반으로 한 보안 솔루션
* 포지셔닝 및 시간 동기화에 대한 지원
* 네트워크 모니터링 및 QoS 보증 메카니즘
* 가벼운 네트워크 관리 솔루션
* 산업용 애플리케이션을 위한 결정론적 성능 및 고가용성을 갖춘 클라우드 컴퓨팅 인프라구조
* 기존 산업용 시스템과의 (즉, 연결, 클라우드 컴퓨팅 인프라구조, 관리 시스템) 통합 기능
* 공장 안팎의 서비스 연속성이 요구되는 경우, 외부 공공 네트워크와의 연동 기능
5G 시스템은 다른 변형으로 배치될 수 있다. 전용 스펙트럼에 대한 로컬 액세스가 산업 사용자에 의해 획득될 수 있는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 독립형 5G 시스템이 배치될 수 있다. 이러한 독립형 5G 네트워크는 예를 들어, 로밍(roaming)을 통해 공공 네트워크와의 연동을 허용할 수 있다. 대안적으로, 두개 (이상의) 네트워크의 물리적 인프라구조를 기반으로 하는 논리적 네트워크 슬라이스를 생성함으로서, 연합적 네트워크 슬라이싱(network slicing)이 적용될 수 있다.
로컬 5G 시스템은 또한 도 4에 도시된 바와 같이, 산업 현장에서 공공 모바일 네트워크 운영자에 의해 제공되는 비-공공 네트워크 서비스로 실현될 수 있다. 일반적으로 네트워크 인프라구조 중 적어도 일부에 대한 현장 로컬 배치가 필요하다. 현장 데이터 브레이크아웃(data breakout)은 짧은 대기시간을 보장하고 사이트를 벗어나지 않는 정보에 대한 데이터 개인정보 보호 정책을 허용한다. 핵심 제어 기능은 MNO 사이트 외부로부터 제공되거나, 예를 들어, 로컬 존속성을 지원하기 위해 전부 또는 일부분 현장에 있을 수 있다. 중요한 통신 서비스는 로컬 브레이크아웃을 통해 현장에 유지되지만, 일부 다른 기능은 데이터 세션의 종료 외부에서도 사용될 수 있다.
독립형 로컬 네트워크와 공공 MNO 네트워크의 조합은 또한 두개 네트워크 도메인에서 비-공공 네트워크 서비스를 제공하기 위한 기본으로 사용될 수 있다. 산업 사용자는 공공 네트워크 인프라구조와 함께 연합 네트워크 슬라이싱을 통해 비-공공 네트워크 서비스를 제공하는 로컬 네트워크 현장을 배치할 수 있다. 예를 들어, 로컬 배치는 로컬 커버리지, 가용성, 용량, 및 컴퓨팅 리소스에 대해 공공 네트워크를 "강화"하도록 배치될 수 있다.
로컬 네트워크는 또한 로컬 독립형 네트워크를 제공하는 것에 부가하여 현장에서 공공 네트워크를 확장함으로서 중립-호스트 기능을 제공할 수 있다. 이를 위해, 다중-운영자 코어 네트워크(multi-operator core network, MOCN) 또는 다중-운영자 무선 액세스 네트워크(multi-operator radio access network, MORAN)와 같은 솔루션을 공유하는 네트워크가 적용될 수 있다. 공유 네트워크 접근법에서는 지원되는 다른 네트워크에 대해 (또는 네트워크 슬라이스) 보장된 리소스 및 성능을 제공할 수 있는 리소스 관리 솔루션이 필요하다. 네트워크 공유 솔루션은 로컬 및 공공 네트워크 제공자 모두에게 좋은 동기가 될 수 있다. 로컬 제공자는 MNO에 대해 자유로운 로컬 사이트를 제공할 수 있고, MNO는 네트워크에 대한 스펙트럼 리소스를 제공할 수 있다.
동일한 기지국이 공공 및 개별 서비스를 지원할 수 있기 때문에, 로컬 및 공공 네트워크 사이의 일부 개선된 공존이 가능해야 한다. 또한, 공유 솔루션은 다른 서비스에 의해 동기 부여될 수 있다. 예를 들면, 공공 MNO는 산업 현장에서 전화, 모바일 브로드밴드, 및 IT 연결과 같은 종래의 기업 서비스를 제공할 수 있으면서, 개별 독립형 로컬 네트워크는 로컬 산업 OT 연결에 사용된다.
산업 사물인터넷(IoT)을 위한 네트워크 슬라이싱
네트워크 슬라이싱은 산업 IoT 네트워크 솔루션을 가능하게 하거나 실현하기 위한 한 가지 접근법으로 고려된다. 네트워크 슬라이싱은 공통된 공유 인프라구조에서 분리되고 격리된 논리적 네트워크를 제공할 수 있다. 예를 들면, 이는 다음에 사용될 수 있다.
* 공장에서 분리된 다른 보안 구역
* 예를 들어, 중요하지 않은 통신으로부터 중요한 통신을 격리시키기 위한 분리된 다른 서비스 카테고리
* 공공 모바일 통신에도 사용되는 공공 네트워크 인프라구조에서 비-공공 IIoT 네트워크를 제공하기 위해
네트워크 슬라이싱은 제공자 네트워크를 시각화하고 실현하는 개념적인 방법이다. 다수의 목적을 제공하는 단일 또는 모놀리식(monolithic) 네트워크의 일반적인 개념 대신에, 가상화 및 SDN과 같은 기술적 진보로 공통 및 공유 인프라구조 레이어의 상단에서 논리적 네트워크를 설립하는 것이 허용된다.
"네트워크 슬라이스(network slice)"라고 칭하여질 수 있는 이러한 "논리적 네트워크(logical network)"는 특정한 비지니스 목적 또는 (제공자의) 특정한 고객을 위해 설정된다. 이들은 의도된 비지니스 목적의 맥락에서 종단간에 있고 완전하다. 이들은 요구되는 모든 기능 및 리소스를 포함하여, 자체 네트워크 처럼 동작한다. 이는 인프라구조 리소스의 공유로부터, 구성된 네트워크 기능을 통해 네트워크 관리 또는 OSS/BSS 기능까지 모든 방법을 확장시킨다. 여기서는 모바일 및 고정된 네트워크 구성성분 모두를 포함한다. 한가지 기대치는 공통된 물리적 리소스를 공유하더라도 다른 슬라이스가 독립적이고 격리되므로, 관심 사항을 분리할 수 있다는 것이다. 네트워크 슬라이스는 다수의 물리적 네트워크 인프라구조에 걸쳐있도록 정의될 수 있고, 때로 연합 네트워크 슬라이싱이라 칭하여진다. 이는 로밍에 대한 대안적인 네트워크 실현을 제공하고 가능하게 할 수 있다.
기존 네트워크가 서비스를 실현하도록 구축된 것과 같이 네트워크 슬라이스도 그러하다. 그 자체로 서비스는 아니지만, 하나 또는 여러 서비스를 실현하도록 구축된다. 특수한 경우로, 서비스가 (또는 그 인스턴스) 네트워크 슬라이스와 일-대-일로 맵핑되어, 예를 들면 대규모 타입의 서비스를 허용한다. 리소스는 (물리적이거나 논리적인) 슬라이스, 즉 개별 인스턴스에 전용되거나, 다수의 슬라이스에 걸쳐 공유될 수 있다. 이들 리소스는 반드시 제공자 내에서 모두 생성되는 것은 아니고, 일부는 실제로, 예를 들면 집합, 로밍 등을 가능하게 하는 것과 같이, 다른 공급자가 사용하는 서비스가 될 수 있다.
네트워크 슬라이스는 도 5에 도시된 바와 같이, 리소스의 세트를 포함하여 정의될 수 있다. 이는 물리적 리소스, 슬라이스에 할당된 공유 또는 프로파일, 또는 동기가 있는 경우 전용 물리적 리소스가 될 수 있다. 슬라이스는 또한 구성된 네트워크 기능, 관리 기능, VPN 등과 같은 논리적 엔터티를 포함하는 것으로 정의될 수 있다. 리소스는 (물리적 또는 논리적) 슬라이스, 즉 분리된 인스턴스에 전용되거나 다수의 슬라이스 사이에서 공유될 수 있다. 이들 리소스는 반드시 제공자 내에서 모두 생성되는 것은 아니고, 일부는 실제로, 예를 들면 집합, 로밍 등을 가능하게 하는 것과 같이, 다른 제공자가 사용하는 서비스가 될 수 있다. 네트워크 슬라이싱은 예를 들어, 연관된 서비스-레벨의 협약(service-level agreement, SLA)으로 네트워크 용량의 임대를 허용한다.
슬라이스는 새로운 비지니스 요구사항 또는 고객을 처리하기 위해 생성될 수 있고 변화에 적응될 필요가 있으므로, 생성, 변경 (예를 들면, 업그레이드), 또는 제거하는 역할을 갖는 새로운 타입의 수명 주기 관리 기능을 요구한다. 네트워크 슬라이싱은 슬라이스가 사용되고 있는 특정한 사용 사례에 최적화된 다른 네트워크 설계를 허용한다. 다른 네트워크 슬라이스에 대한 이러한 최적화는 기능적 도메인에서의 최적화 및 네트워크에서 다른 기능의 지형적 배치에 대한 최적화 모두를 포함할 수 있다. 이는 네트워크를 통해 네개의 다른 슬라이스의 예를 설명하는 도 6에서 볼 수 있다. 또한, 서비스 제공자가 비용면에서 효율적이고 시기 적절한 방식으로 다른 제3자 또는 서비스 제공자로부터의 산업 특정 서비스 및/또는 애플리케이션을 포함하여 이들을 지원하도록 기대된다.
네트워크 슬라이싱에 대한 정의는 두가지이다. 일반적인 정의로, GSMA로부터의 것이 사용된다: "모바일 운영자의 관점에서, 네트워크 슬라이스는 협의된 서비스 품질을 제공할 수 있는 공유된 물리적 인프라구조에서 실행되는 독립적인 종단간 논리적 네트워크이다". 이러한 일반적인 정의 이외에, 상기의 내용을 실현하는 여러가지 구현이 존재하고 때로 "네트워크 슬라이싱"이 언급될 때를 의미한다. 가장 두드러진 것은 5G 코어 사용, "5G 시스템(5GS)에 대한 시스템 설계, 스테이지 2", 3GPP TS 23.501, v. 15.4.0 (12월 2018): "네트워크 슬라이스: 특정한 네트워크 기능 및 네트워크 특성을 제공하는 논리적 네트워크 [...] 네트워크 슬라이스는 PLMN 내에서 정의되고 다음을 포함한다: 코어 네트워크 제어 평면 및 사용자 평면 네트워크 기능 [...]"로부터 주어진다. 상기의 정의를 적어도 일부 실현하는 방법은 5G에 제한되지 않고 4G 네트워크에서도 이용가능하다.
이러한 정의로, 기본적인 네트워크 슬라이스는 도 7에 따라 설명될 수 있다:
* 공유된 물리적 인프라구조가 있다 (도 7에서 (1)을 참조).
* 하나 이상의 독립적인 종단간 논리적 네트워크는 (도 7에서 (2)를 참조) 다음을 포함하여 정의된다:
a. 코어 네트워크 제어 평면
b. 사용자 평면 네트워크 기능
* 이러한 논리적 네트워크는 협의된 서비스 품질이나 지정된 서비스 기능, 또는 다른 말로 하면, 네트워크 슬라이스 기능에 대한 서비스 레벨 협약(SLA)을 지원할 수 있다 (도 7에서 (3)을 참조).
일단 네트워크 슬라이스가 정의되면, 첫번째 질문은 데이터 트래픽 흐름이 대응하는 네트워크 슬라이스를 통해 어떻게 지정되거나 라우팅되는가이다. 많은 경우, 단일 디바이스는 단일 슬라이스만을 사용하므로, 각 UE를 특정한 네트워크 슬라이스에 지정함으로서 할당이 이루어질 수 있다. 그러나, 일부의 경우, 디바이스가 다수의 슬라이스에 대한 트래픽을 제공할 수 있다.
특정한 서비스 성능 및 QoS를 제공하는 서비스 처리를 위한 모바일 네트워크에서의 기준은 전용 베어러(dedicated bearer)이다: 이는 때로 특정한 사용 사례 또는 서비스의 요구사항을 충족시키는 솔루션이 된다. 무선 액세스 네트워크(RAN)에서, 전용 베어러는 베어러-특정 QoS를 전달하기 위해 스케쥴러에 의해 사용될 수 있는 무선 베어러에 맵핑된다. 특정한 전용 베어러에 대해서는 특정 리소스가 예정될 수 있다. 네트워크 엣지에서, 베어러는 5-튜플(tuple) 소스 IP 어드레스, 수신지 IP 어드레스, 소스 포트 번호, 수신지 포트 번호, 및 프로토콜(UDP 또는 TCP)과 같이, 패킷 헤더에서의 필터를 기반으로 식별되고 개별적으로 처리될 수 있다.
도 8은 네트워크를 슬라이싱하기 위해 이용가능한 네가지 4G 방법을 도시한다. 첫번째의 경우, RAN 공유가 적용되어 eNB가 다수의 PLMN ID를 알리도록 허용한다. 이 접근법을 사용하기 위해, RAN 및 Core는 PLMN ID가 알려지고 트래픽이 맞는 Core 네트워크에서 적절하게 라우팅되는 것을 보장하는 특성을 지원할 필요가 있다. UE는 선호되는 (홈) 네트워크를 갖는 것을 포함하여, 네트워크 선택의 통상적인 과정을 기반으로 PLMN을 선택한다. UE는 하나의 PLMN에 의해서만 서비스를 제공받을 수 있다 (다중-SIM UE의 경우는 제외). 현재, 이 솔루션은 모든 UE에 의해 또한 적어도 일부의 네트워크측 시스템에 의해 지원된다.
두번째 솔루션은 UE에서 구성된 액세스 포인트 명칭(Access Point Name, APN)에 의존한다. 이 경우, 하나의 PLMN ID가 RAN에 의해 알려지지만, 사용자 평면 트래픽은 APN을 기반으로 맞는 Core 네트워크로 라우팅된다. UE는 PDN 세션이 설정될 때 다수의 IP 어드레스를 (멀티-호밍(multi-homing)) 생성하도록 구성된 다수의 APN을 가질 수도 있다. 업링크로 전송할 때 맞는 소스 IP 어드레스가 사용되는지 확인하는 것은 간단하지 않다. 인터넷 애플리케이션을 위해 동일한 UE에서 하나 이상의 APN을 설정하는 것은 모든 디바이스에 의해 지원되지 않을 수 있다. 이 솔루션은 RAN에 대한 변경을 요구하지 않지만 Core 네트워크에서 지원되어야 한다.
3GPP는 전용 코어 네트워크(dedicated core network, DCN)로서 표준 문서에서 이제 설명되는 DECOR라는 명칭의 연구 항목을 갖고, 이는 이전 솔루션에서 수행된 것과 같이, 선호되는 PLMN ID 또는 APN 설정 보다는 네트워크에서의 구성을 기반으로 슬라이스를 선택하도록 허용한다. 그 특성은 RAN 및 Core에서 지원되어야 하고, 홈 가입자 서버(home subscriber server, HSS)로부터의 정보를 사용하여 "UE 사용 타입"을 결정하고 이를 통해 맞는 슬라이스에 연결한다. 이 솔루션에서는 UE 영향이 없다.
eDECOR라 공지된 개념은 UE가 슬라이스를 선택하기 위한 DCN-ID를 제출하게 허용함으로서 이를 더 향상시킨다. 이 접근법을 사용하기 위해서는 RAN, Core, UE가 그 특성을 지원할 필요가 있다.
DECOR 및 eDECOR는 모두 UE 당 하나의 슬라이스만을 허용하지만, 다른 타입의 UE가 다른 슬라이스에 의해 서비스를 제공받도록 보장한다. 각각의 전용 코어 내에서, 다수의 전용 베어러 및 APN이 사용될 수 있다.
릴리스 15 이상에서, 5G 슬라이싱은 이러한 특성을 이론적으로 무제한인 수의 슬라이스로 확장시키지만, UE, RAN, 및 Core에서의 구현 및 리소스 종속 제한이 적용될 가능성이 있다. 4G에 대해, 5G에서 슬라이싱을 실현할 여러개의 서브-옵션이 존재하지만, 본 내용에서는 더 구별되지 않는다.
일단 트래픽이 대응하는 슬라이스에 지정되면, 다음 질문은 어떻게 서비스 성능이 제공될 수 있는가이다. 많은 산업용 IoT 사용 사례에서, 우선순위로 지정된 트래픽에 대해 보장된 서비스 성능이 요구된다. 일반적인 (즉, 슬라이싱되지 않은) 5G 네트워크에서, 또는 단일 네트워크 슬라이스 내에서, 다른 트래픽 흐름은 5G 시스템에서 QoS가 적용되는 방법을 도시하는 도 9에 도시된 바와 같이, 트래픽 흐름 분리에 따라 분리될 수 있다. 중요한 트래픽에 대해서는 전용 리소스 할당이 제공될 수 있다. 보장된 전송 리소스를 (즉, 보장된 비트레이트) 갖는 허가된 우선순위 트래픽 흐름의 수가 리소스 변동에 대해 충분한 여유를 갖는, 이용가능한 리소스를 넘지 않음을 보장하기 위해 허가 제어가 사용된다.
슬라이스 사이의 리소스 분할을 위해, 물리적 인프라구조에서의 리소스 예약은 개별적인 트래픽 흐름 별로 있는게 아니라, 대신에 슬라이스 내의 중요한 트래픽 흐름의 합을 기반으로 한다. 이러한 총 요구사항은 네트워크 슬라이스 SLA에서 정의될 필요가 있다. 리소스 분할은 정적일 필요가 없다. 한 슬라이스에서 사용되지 않는 리소스가 또 다른 슬라이스에 의해 사용될 수 있으면, 더 나은 효율성이 달성될 수 있다. 이는 예시적인 슬라이스 A와 B 사이의 리소스 분할을 설명하는 도 10에서 볼 수 있다. 요구되는 것은 각 네트워크 슬라이스가 어느 시점에서든 (또는 적어도 SLA에서 정의된 가용성 레벨에서) 보장된 서비스 흐름에 액세스할 수 있어야 한다는 것이다.
산업용 애플리케이션
다음에는 산업 기술에 연결된 여러 애플리케이션 및 작동이 논의된다. 이러한 논의는 이전 기술과 비교하여 많은 추가적인 이점을 제공하는 새로운 기술인 클라우드 로보틱스(cloud robotics)에 대한 논의를 포함한다.
"버티컬 도메인에서의 자동화를 위한 통신에 관한 연구(Study on Communication for Automation in Vertical Domains)", 3GPP TR 22.804, v. 16.2.0 (12월 2018)의 5.3.2 장에서, 미래 공장에 대한 사용 사례로 모션 제어가 도입된다. 모션 제어는 모든 자동화 애플리케이션에 필수적인 것이고, 예를 들면 산업용 로봇의 기본도 된다. 로봇의 모션 또는 인쇄기의 기능은 기본적으로 다수의 작동기(actuator)의 조정된 모션 제어이다.
모션 제어는 애플리케이션이 요구하는 방법으로 (또한 그렇게 수행하는 것을 보장하도록) 작동기를 (또는 작동기의 그룹) 구동시키는 작업을 칭한다. 전자 모터가 산업에서 가장 일반적인 작동기이다. 전자 모터를 분류하는데는 다양한 방법이 있다 (예를 들면, AC-DC(브러시(brushed)/브러시리스(brush-less)), 스텝퍼(stepper)-서보(servo)-하이브리드 스텝퍼(hybrid stepper)). 그럼에도 불구하고, 모션 제어 원칙은 각 모터 클래스에서 유사하다. 통신 기술은 다수의 작동기를 조정 및 동기화하기 위해 또한 상위 레이어 제어를 위해 사용된다. 정확도 또는 정밀도에 대한 요구사항이 있는 모션 제어 애플리케이션은 항상 폐쇄-루프 제어로 구현된다.
모션 제어 시스템에는 일반적인 논리적 분리가 있다:
* 물리적 작동기 (모터라고도 칭하는) & 인코더 (즉, 속도, 위치 등에 대한 하나 이상의 센서)
* 드라이버 (또한, 인버터라고도 칭하는)
* 모션 제어기
* 프로그램가능한 로직 제어기(Programmable Logic Controller, PLC)
모션 제어 기능의 이러한 논리적 분리는 도 11에 도시된다.
모션 제어 설계에서의 일반적인 통신 패턴 (도 11에서와 같은 번호):
1) PLC는 상위 레벨의 명령을 모션 제어기에 통신한다 - 이는 덜 엄격한 통신 요구사항을 부과한다.
2) 모션 제어기는 예를 들어 다음을 사용함으로서, 드라이버에 대한 소위 세트 포인트(set point)를 (속도, 토크 등이 될 수 있는) 생성한다:
a. 통신 기술이 아닌 펄스-폭 변조
b. 일반적으로 1ms 미만의 매우 낮은 싸이클 시간을 지원하는, EtherCat 또는 Profinet IRT 등과 같은 프로토콜
3) 드라이버에서 모터로 공급되는 전류 - 통신 기술이 아닌, 세트 포인트를 기반으로 하는 모터에 대한 에너지 공급
4) 드라이버 및/또는 모션 제어기로의 인코더 (센서) 피드백; 피드백은 모터 및 인코더의 타입에 의존한다. 피드백은 아날로그이거나 동일한 요구사항을 갖는 2)에서와 같이 EtherCat 또는 Profinet IRT를 기반으로 할 수 있다 (순환 폐쇄 루프 세트 포인트 전송 및 피드백).
예를 들어, 여러 모터가 동일한 기계에서 사용되는 경우, 하나의 모션 제어기가 다수의 작동기를 제어할 수 있다. 상기에 기술된 기술 리포트에는 모션 제어 애플리케이션에 대한 요구사항이 열거된다 (거기서 폐쇄-루프가 해결된다: 모션 제어기-드라이버-인코더) - 이러한 요구사항은 아래 도표 1에서 다시 주어진다.
애플리케이션 센서/작동기의 # 일반적인 메시지 사이즈 싸이클 시간 Tcycle 서비스 영역
인쇄기 > 100 20바이트 < 2 ms 100mx100mx30m
기계 툴 ~ 20 50바이트 < 0.5 ms 15mx15mx3m
포장기 ~ 50 40바이트 < 1 ms 10mx5mx3m
도표 1 - 모션 제어 요구사항
3GPP TR 22.804에서는 두개의 연속적인 패킷 손실이 허용되지 않고 포함된 모든 디바이스 사이에 (1μsec 이하의 지터(jitter)를 갖는) 매우 높은 동기성이 요구되는 것으로 더 기술된다. 후자는 분산된 인코더로부터 샘플을 취할 수 있고 또한 모션 컨트롤로부터의 새로운 세트 포인트를 공통 샘플링 포인트에서의 드라이버에 적용하려면 필수적이다. 이는 등시성 통신으로 칭하여지고, 애플리케이션이 (즉, 모션 제어 프로그램 뿐만 아니라 모든 작동기 및 인코더) 통신 기술에 (예를 들면, Profinet) 의해 주어지는 통신 싸이클 타이밍에 동기화됨을 의미한다. 이는 또한 시간 조정되는 채널 액세스를 사용하여 최소한의 결정적 대기시간을 보장한다.
모션 제어 제조업체 렌제(Lenze)와 같은 모션 제어 장비의 여러 공급업체도 단일 물리적 엔터티로 기능을 결합시킨다. 상단 "제어 레벨(control level)"에서는 사람-기계 인터페이스 옆에 결합된 PLC + 모션 제어기를 (로직 & 모션(Logic & Motion)) 사용한다. 이 제어기는 IO-디바이스(3)로부터 입력을 취하고 그 세트 포인트를 예를 들어, EtherCat을 통해 서보-인버터(2)에 공급한다 ("필드 레벨(Field Level)").
또 다른 트렌드는 인코더 및/또는 드라이브 및/또는 모션 제어기를 모터에 통합하는 것이다. 이는 때로 통합 모터 또는 스마트 모터라고도 칭하여진다.
또한, 다수의 모션 제어기가 동일한 애플리케이션에 사용되는 것이 가능하다; 각 모션 제어기는 드라이브의 서브세트를 제어한다. 조정된 모터 이동에는 분리된 모션 제어기 사이의 통신이 요구된다. 3GPP TR 22.804에서, 이는 '제어기-대-제어기' (Controller-to-Controller, C2C) 통신이라 칭하여진다. 4 내지 10ms 사이의 싸이클 시간이 가정된다. 동기화를 위한 요구사항은 동일하게 엄격하여 C2C 레벨에서도 1μsec 이하의 지터를 갖는다. 패이로드 사이즈는 최대 1kB가 될 수 있다.
안전상의 이유로, 무선 모션 제어 애플리케이션에는 추가적인 기능적 안전 제어가 배치될 수 있다. 기능적인 안전은 모션 제어 자체에 사용되는 것 옆에, 추가적인 폐쇄-루프로 구현된다. 이는 모션 제어 구성성분 내의 추가 하드웨어 또는 통합된 안전 기능을 통해 수행된다. ProfiSafe와 같은 통신 프로토콜이 사용된다. 한가지 안전 제한으로, 예를 들면 세이프 토크 오프(Safe Torque Off, STO)가 있다 (IEC 61800으로부터). STO는 PLC 또는 추가적인 안전 PLC에 의해 임의의 에러/안전 문제가 검출되는 경우, 모터로의 전력 전달이 중단될 필요가 있음을 정의한다. STO는 예를 들어, 비상 버튼을 누름으로서 트리거될 수 있다. 3GPP TR 22.804에서는 기능적 안전을 위해 종단간에 엄격한 순환 데이터 통신 서비스가 요구되는 것으로 설명된다. 연결이 중단되면, 실제 안전 이벤트가 일어나지 않은 경우에도 비상정지가 트리거된다. 다른 사용 사례에 대해서는 다른 요구조건이 있다 (4ms 내지 12ms 싸이클 시간, 패킷 사이즈 40 - 250 바이트, 3GPP TR 22.804에 따라 허용가능한 전송 지터). 안전 기능은 모션 제어 설계의 다른 구성성분에서 구현될 수 있다.
요약하면, 모션 제어에 대해 네가지 다른 타입의 통신이 있다:
1) 최저 레벨의 폐쇄-루프 모션 제어 (모션 제어기-드라이버-인코더)
2) 제어기-대제어기 통신
3) 기능적 안전 통신
4) PLC 대 모션 제어기 통신
대기시간에 대한 통신 시스템의 요구사항은 1에서 4로 감소되고 있다. 무선 통신 기술을 통해 링크 1.-4.를 설정하는 것이 의미가 있는지 여부는 애플리케이션에 의존한다. 대부분의 경우, 2), 3), 및 4)에 대한 무선 링크를 설정하는 것이 가장 적절할 수 있지만, 1)에는 그렇지 않을 수 있다.
클라우드 로보틱스
일반적으로 산업용 로봇 연구 및 로보틱스에서는 클라우드 로보틱스가 주요 토픽이다. 이는 다른 클라우드 기술이 다양한 로보틱스 작업에 추가 이점을 제공하도록 사용될 수 있는 방법을 설명하고, 그에 의해 전체 시스템의 유연성 및 기능을 개선시키게 된다. 여러 연구가 이미 로봇을 클라우드에 연결하는 이점들을 보여주고 있다:
* 클라우드에서 더 강력한 컴퓨팅 리소스 사용 (예를 들면, 인공지능(artificial intelligence, AI) 작업을 위해)
* 분석, 의사 결정, 및 학습을 위해 거의 무제한적인 데이터 사용 (디지털 새도우(digital shadow) 및 실시간 시뮬레이션을 포함)
* 새로운 타입의 사용-사례들이 가능해진다 (예를 들면, 클라우드에서의 협동 제어)
* 기능이 중앙 클라우드로 오프로드되므로, 로봇 당 비용 절감
* 한 로봇이 클라우드의 최신 백업에서 물리적으로 중단되는 경우 장애조치(failover)를 실행할 가능성이 있음.
* 클라우드에서 다수의 인스턴스를 핫 스탠바이(hot standby)로 실행함으로서 기능의 신뢰성이 개선될 수 있고 중단없이 결함이 있는 기본 기능으로부터 작동이 즉시 인계될 수 있다.
* 운영 및 유지보수가 더 쉬위진다 (소프트웨어 업데이트, 구성 변경, 모니터링 등)
* CPU 에너지 소모를 클라우드로 오프로드함으로서, 특히 모바일, 배터리 구동에 대한 에너지를 절감한다.
높은 유연성이 실제로 인더스트리 4.0에 대한 핵심 요구사항이다. 생산 라인의 신속한 재구성 뿐만 아니라 손쉬운 애플리케이션 개발을 지원함으로서 비용적으로 효율적이고 맞춤형 생산을 실현하는 것이 필요하다. 일반적인 산업용 애플리케이션은 시간에 민감하고 매우 확실한 종단간 통신을 요구한다. 그러므로, 5G URLLC 및 엣지 클라우드는 그 요구사항을 해결하는데 필수적인 기술이다. 비록 일부 클라우드 로보틱스 애플리케이션이 실시간 통신을 요구하지 않지만, 일부는, 특히 클라우드의 프로세싱이 로봇의 즉각적인 모션에 관련되는 경우 많이 수행된다. 다음에는 클라우드 로보틱스로 해결될 수 있는 산업용 애플리케이션의 주요 과제 중 일부가 나열된다:
* 제어기와 디바이스 사이의 고속 폐쇄 루프 제어 (1 - 10ms)
* 제어기와 디바이스 사이의 무선 링크
* 클라우드 실행 환경에서의 실시간 산업용 애플리케이션 (예를 들면, 서보 제어기)
* 산업-등급별 신뢰성 (예를 들면, 케이블 기반의 ProFiNet과 동일)
* 유연한 생산 라인 (용이한 재배열 및 재프로그래밍, 낮은 지연의 소프트웨어 업데이트, 재구성, 즉 FaaS 기능)
* 협동 제어 및 모듈식 설계
* 적응적 알고리즘 (예를 들면, 인간-로봇 협업의 경우, 제어는 변화하는 동적 환경에 적응적이어야 하고 학습 및 인지 기능이 필요하다).
* 다른 제어 애플리케이션에 대한 공유 데이터
다음에는 산업용 로보틱스 애플리케이션을 위해 (실제 또는 에뮬레이트된) 4G/5G 연결 및 클라우드 기술을 포함하는 일부 클라우드 로보틱스 시나리오가 간략하게 설명된다.
클라우드 로보틱스의 한가지 애플리케이션은 로봇 내의 하드웨어 프로그램가능 로직 제어기(PLC)를 소프트웨어 버젼(soft-PLC)으로 교체하고 상용 HW 구성성분에서 가상화된 환경에서 이를 운행하는 것이다. 이에 대한 개념 연구는 두개의 대형 로봇 암(arm), 컨베이어 벨트, 및 일부 다른 산업용 디바이스를 갖는 실제 로봇 셀을 포함하였다. 통신을 위해서는 ProfiNet이 사용되었다.
한가지 문제는 LTE를 통해 클라우드로 쉬프트될 수 있는 로봇 제어의 레벨이다. 이는 도 12에서 설명된다. PLC에 의해 일반적으로 수행되는 고레벨 제어는 지연이 매우 중요한 것이 아니다. 즉, 구성에 따라, 수 십 밀리세컨드의 (예를 들면, ~ 30ms) 지연시간 요구사항을 갖는다. 그러나, 전체적인 통신은 지연 변동(지터) 및 패킷 손실에 매우 민감하다. 예를 들어, 8ms 주기의 주기적인 트래픽의 경우, 세개의 연속적인 패킷 손실 또는 3*8(24)ms 지터가 전체 로봇 셀을 중단시킬 수 있다. 이러한 요구사항은 케이블-기반의 솔루션을 통해 전용 하드웨어 구성성분을 사용할 때 간단히 충족될 수 있지만, 무선 기술을 통해 가상화 실행을 사용할 때는 문제가 될 수 있다.
클라우드 플랫폼 관점에서, 가상화된 제어가 가져오는 주요 과제 중 하나는 실시간 애플리케이션의 실행이다. 애플리케이션은 PLC 코드의 실행을 담당하는 실시간 OS 옆에, 기본 OS로 윈도우즈 7을 사용하는 소프트-PLC를 사용할 수 있다. 둘 모두 나란히 운영되고 인터-프로세스 통신(inter-process communication, IPC)을 통해 통신한다. 제어 로직 구현은 항상 RTOS에 의해 실행되고 윈도우즈가 때로 사용자 인터페이스로 사용된다. RTOS는 일반적으로 정확한 타이머 및 특정한 네트워크 인터페이스 카드와 같이 필요한 성능을 보장하도록 일부 특정한 요구사항을 갖는다. 소프트웨어 PLC 플랫폼을 호스팅하고 하드웨어 PLC에서 운영되었던 것과 동일한 제어 로직을 실행할 수 있는 가상 환경이 만들어질 수 있다.
실제 공장 환경에서, 전용 HW로부터의 PLC 레벨의 제어 로직를 엣지-클라우드 플랫폼에 배치하는 것이 가능하고, LTE에서도 충분히 작동한다. 그러나, 궤적 계획, 역운동학, 및 작동기의 속도, 가속도, 또는 위치를 정확하게 조정하는 제어 루프와 같은 애플리케이션을 조사하는 경우, 1 - 5ms의 범위에서 상당히 낮은 대기시간이 요구된다. 이러한 애플리케이션을 지원하기 위해, 도 12에 도시된 바와 같이, 매우 안정적이고 낮은 대기시간의 5G 서비스가 필수적이다.
로봇의 모션 제어를 클라우드로 이동시키는 동기 중 하나는 또 유연성을 증가시키는 것이다. 예를 들어, 클라우드-제어 디바이스로 생산 라인을 재배치하는 것이 쉬울수록, 그 디바이스만이 이동될 필요가 있으므로 (제어기 박스는 아니고), 이러한 환경에서는 관리하고, 재프로그램하고, 장애조치를 수행하고, 또는 소프트웨어를 업데이트하는 것이 더 쉬워진다. 그러나, 예를 들어 연결 문제 경우에서의 일부 안전 메카니즘과 같이, 일부 기능은 로봇 내부에/부근에 (케이블을 사용하여) 유지되어야 한다. 네트워크에 대한 요구사항은 로봇이 연결 없이 그 작업을 또한 실행할 수 있는 경우 낮아진다. 일시적으로 연결이 손실되거나 성능이 저하되는 경우 (예를 들어, 현장에서 확장된 로봇 이동성으로 인해), 로봇은 작업 속도를 줄이거나 다른 메카니즘을 활성화하여 네트워크로부터의 독립성을 유지하면서 안전 또는 프로세스 타켓을 보장할 수 있다. 로봇 자체 옆에 있는 추가적인 엔터티로 로봇 제어기는 작업 현장에서 제거되어야 한다. 이러한 타입의 배치에 대한 설계가 도 13에 도시된다.
또 다른 접근법은 모션 제어가 로봇 내부에서 자율적으로 수행되고 연결이 협동 로봇 제어와 같은 새로운 사용-사례를 가능하게 하는데만 사용되는 것이 될 수 있다. 협동 제어를 위해, 하나의 제어 엔터티는 다른 제어 프로세스의 실제 상태에 대한 빠른 액세스를 여전히 필요로 할 수 있다. 이 옵션은 예를 들어, 모션 제어가 로봇 내에서 5ms 제어 루프를 가지고 있지만 매 ~ 100ms 마다 다른 인스턴스와 협동할 필요가 있는 일부 시나리오에서 유효하다.
궤적 계획 및 실행을 포함하는 로봇 제어기가 구현되었고, 모델링된 무선 채널을 통해 로컬 클라우드로부터 로봇 암 제어 애플리케이션의 성능이 평가된다. 평가되는 애플리케이션은 산업용 로봇 암의 폐쇄-루프 제어를 포함하였고, 여기서 제어는 모델링된 5G 링크를 통해 로봇 암에 연결되었다.
링크 지연이 로봇 암 운동 품질의 성능에 미치는 영향은 특정한 키 성능 표시자(key performance indicator, KPI)에 의해 측정될 수 있다. 산업용 로봇 암은 각 조인트(서보)에 대한 속도 명령을 수용하고 8ms 업데이트 시간으로 조인트 상태 정보를 제공하는 외부적으로 액세스가능한 속도 제어 인터페이스를 갖는다. KPI는 궤적 실행의 속도 및 정확도, 즉 계획된 궤적으로부터의 공간 및 시간 편차로 응답할 수 있다. 측정 결과 4ms 미만의 네트워크 지연은 이 애플리케이션에서 성능에 큰 영향을 갖지 않는 것으로 나타났다. 이는 (1) 로봇의 내부 작동이 로봇에서 사용되는 내부 샘플링으로 인해 응답 시간에서 약 2ms 표준 편차로 종료되고, (2) 로못과 제어기의 틱(tick)이 동기화되지 않기 때문이다. 4ms 미만의 네트워크 지연의 영향은 측정 설정의 배경 "잡음"에 의해 가려지게 된다.
여러가지 다른 결론에 도달할 수 있다:
* 외부 이벤트에 대한 반응: 로봇과 제어기 사이의 네트워크 지연이 반응 시간을 직접적으로 증가시키기 때문에, 낮은 네트워크 지연이 바람직하다.
* 실시간 궤적 미세조정 (즉, 로봇 암 끝부분의 정확한 포지셔닝): 궤적 실행 시간에 대한 기한은 최대 허용가능한 네트워크 지연에 대한 요구사항으로 이어진다. 일반적으로, 네트워크 지연이 더 높으면 미세조정 시간이 더 길어지고, 이 방법으로 총 궤적 실행 시간이 증가된다.
* 궤적 정확도 : 일부 작업은 최종 위치에서 뿐만 아니라, 용접과 같은 경우 경로에 따라 정확한 이동을 요구한다. 또 다른 예는 더 많은 로봇 암의 협업으로, 여기서는 정확하고 동기화된 이동이 중요하다. 이러한 작업의 경우, 궤적 계획에서 외부 정보가 존중되어야 하는 경우 낮은 네트워크 지연이 바람직하다.
로봇 암의 내부 메카니즘은 또한 네트워크 지연에 대한 요구사항을 가질 수 있다. 일반적으로, 낮은 업데이트 시간을 갖는 시스템은 더 낮은 네트워크 지연을 요구한다. 예를 들어, 20ms 업데이트 시간을 갖는 로봇 암의 제어는 1ms 업데이트 시간을 갖는 보다 정밀하고 더 빠른 암 보다 더 높은 네트워크 지연을 허용한다. 이에 부가하여, 업데이트 시간이 상대적으로 긴 시스템에 매우 짧은 대기시간 연결을 제공하면, 성능 이점이 제한된다.
궤적 실행의 성능 요구사항은 또한 네트워크 지연에 대한 요구사항을 추가할 수 있다. 더 빠른 로봇 이동은 정확한 이동을 위해 더 낮은 네트워크 지연을 요구한다. 한편, 더 높은 대기시간 연결이 이용가능한 경우, 더 낮은 로봇 속도를 사용하는 것은 증가된 네트워크 지연을 어느 정도 보상할 수 있다. 성능 최적화는 또한 요구되는 네트워크 지연에 대한 가이드라인을 제공할 수 있다. 요구되는 적절한 정확도를 선택하면, 실행 시간을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 덜 정확한 이동으로 충분한 경우, 완화된 정확도는 미세조정 시간을 단축시킬 수 있다.
새로운 로보틱스 개념 및 애플리케이션은 대규모 협업 로봇 제어 뿐만 아니라 사이버-물리적 생산 시스템에서의 디지털 트윈 사용을 포함한다. 이는 이후 섹션에서 간략하게 논의된다.
헥사포드(Hexapod)
로봇 암 및 로봇 셀 제어와 같은 산업용 애플리케이션에 더 높은 협업 및 적응 기능을 도입할 때, 대량의 서보의 협업이 요구되므로, 사용 사례를 더 어렵게 만들다. 헥사포드 로봇은 예를 들어, 서보 제어, 협업 등과 같이, 인더스트리 4.0 로봇 셀에서 일어나는 넓은 범위의 과제를 평가하기 위한 유용한 애플리케이션이다. 도 14는 헥사포드 로봇을 설명하고, 이는 클라우드-기반의 제어를 위해 5G와 결합된 협업, 로봇-공급자-애그노스틱 시스템(robot-vendor-agnostic system)으로 볼 수 있다.
헥사포드는 베이스 링크를 통해 연결된 여섯개의 3-자유도 로봇 암으로 간주될 수 있다. 5G 요구사항을 평가하기 위해, 18 조인트에서의 서보가 헥사포드로부터 떨어진 무선 네트워크 홉(hop)에 위치하는 컴퓨터로부터 분리되어 제어될 수 있다. 이 방법으로, 헥사포드는 동기화된 협업의 효과를 시각화하는데 적절한 선택인 것으로 증명된다. 잘 동기화된 협업은 안정적인 센터 위치를 가져야 하고, 시스템 내의 임의의 결함으로 인해 플랫폼의 흔들림이 주어지게 된다. 헥사포드의 무선 제어를 평가한 결과는 Geza Szabo, Sandor Racz, Norbert Reider, Jozsef Peto, "헥사포드 플랫폼의 QoC-인식 원격 제어(QoC-aware Remote Control of a Hexapod Platform)", ACM Sigcomm, 부다페스트, 2018에서 보고되었다.
디지털 트윈
디지털 트윈(Digital Twin, DT)의 개념은 실제 로봇의 제어에 대한 네트워크의 효과를 분석하는데 사용되고, 여기서 DT는 민첩한 로봇 작업을 실행하는 복합 로봇 셀에서 운영된다. 실현가능한 DT는 가제보(Gazebo) 시뮬레이션 환경에서 구현되고 산업 자동화 경쟁을 위한 애자일 로보틱스(Agile Robotics for Industrial Automation Competition, ARIAC)를 해결하는 완전히 시뮬레이트된 시나리오에 대해 평가될 수 있다. 이러한 평가는 다른 명령 주파수, 제어 루프, 및 실제 또한 시뮬레이트된 로봇의 역학처리의 문제점을 다룬다. 하드웨어 애그노스틱 가제보 플러그인에서의 설계 평가는 시뮬레이트된 로봇을 제어하는 네트워크의 시뮬레이션이 저지연 시나리오에서 사용될 수 있음을 보여준다. 고지연 시나리오에서, 시뮬레이트된 대기시간은 로봇 셀에서 완전한 장애가 일어날 때까지 지연 사이즈에 대해 약 ~ 10% 이상의 공간을 제공한다. 이러한 결과는 Ben Kehoe, Sachin Patil, Pieter Abbeel, Ken Goldberg, "클라우드 로보틱스 및 자동화에 대한 연구 조사(Survey of Research on Cloud Robotics and Automation)", IEEE Transactions on Automation Science and Engineering (T-ASE): 클라우드 로보틱스 및 자동화에 대해 특수한 문제점(Special Issue on Cloud Robotics and Automation). Vol. 12, no. 2. 4월. 2015에서 보고된다.
포지셔닝(Positioning)
포지셔닝은 산업 및 제조 시나리오에서 중요한 기능으로 인식되고, 개인 트래킹 (예를 들면, 광산에서), 안전성 (예를 들면, 지게차 가까이에서 작업할 때), 제조/조립 현장에서의 툴 위치지정, 공급 체인 최적화, 자동 가이드 차량의 운영 등과 같은 사용 사례를 갖는다. 대부분의 사용-사례는 관련된 포지셔닝만을, 예를 들면 모든 위치가 공장 현장에서 공통된 기준점에 상대적으로 정의되는 위치만을 요구한다.
요구되는 포지셔닝 정확도 뿐만 아니라 포지셔닝이 실행되는 환경 및 무선 조건은 다른 사용 사례에 따라 현저하게 변한다. 그러나, 대부분의 제조 사용 사례는 예를 들어, 공장 현장이나 광산의 터널과 같은 실내이다. 이는 실내에서 위성 전송으로부터 수신되는 신호 강도 레벨이 너무 낮으므로 커버리지가 없거나 불량해질 수 있기 때문에, 솔루션을 기반으로 하는 글로벌 네비게이션 위성 시스템(global navigation satellite system, GNSS)이 사용되기 어렵다는 것을 의미한다.
실내에서의 GNSS 시스템의 한계는 셀룰러 기반의 포지셔닝 솔루션에 대해 열려있다. 일반적으로 산업 및 공장 현장에서 오늘날 사용되는 포지셔닝 솔루션은 Wi-Fi, 무선-주파수 식별(radio-frequency identification, RFID), 블루투스 저에너지(Bluetooth low energy, BLE), 초광대역(ultra-wide band, UWB), 및 LTE를 기반으로 한다. 협대역(NB)-IoT 및 CAT-M은 낮은 복잡성, 낮은 전력, 낮은 비용의 디바이스에 대한 문제를 해결하기 위한 3GPP LTE 기술이므로, 포지셔닝될 자산이 통신 필요성을 위한 3GPP 모뎀을 이미 포함하지 않은 사용 사례에 대해서는 유일한 현실적인 3GPP 포지셔닝 솔루션이 된다. RADAR와 같은 무선 솔루션, 및 LIDAR와 컴퓨터 비젼 시스템과 같은 비무선 솔루션은 높은 (서브-미터) 정확도를 갖는 포지셔닝이 요구될 때 특히 중요한다.
다중경로 전파는 때로 포지셔닝에 중요한 에러 소스가 된다. 산업 현장에서, 일반적으로 경로의 지연 확산은 상대적으로 짧지만, 이러한 환경에서 정확한 포지셔닝에 대한 요구사항을 고려할 때 여전히 중요하다. 대부분의 포지셔닝 알고리즘은 가시선 측정의 가용성을 가정하여 작동되고, 가시선(line-of-sight, LoS)과 비-가시선(non-line-of-sight, nLoS) 사이를 구별하는 직접적인 방법은 없다. nLoS 경로가 포지셔닝을 위해 LoS 경로 대신에 잘못 사용되는 경우, 비행 시간 및 도착 각도 모두가 잘못될 수 있다. nLoS 경로의 비행 시간은 LoS 경로의 비행시간의 상단 경계가 되고, 도착 각도는 완전히 잘못될 수 있다. 그러므로, nLoS 경로는 포지셔닝 알고리즘의 성능을 현저하게 저하시킬 수 있다. 미래의 산업용 포지셔닝 구조는 이러한 문제점을 만족스럽게 해결할 필요가 있다.
정확한 포지셔닝에 대한 또 다른 장애는 네트워크 동기화 에러이다. 실제 네트워크 동기화 알고리즘은 포지셔닝 에러의 ±110m에 대응하는 360ns까지의 네트워크 동기화 에러를 의미할 수 있다. 포지셔닝 정확도를 개선하기 위한 유망한 대안은 무선-인터페이스-기반의 모니터링(radio-interface-based-monitoring, RIBM)이다. 이 솔루션은 인접 기지국으로부터의 포지셔닝 기준 신호의 기지국 타이밍 측정을 기반으로 하고 기지국 사이의 동기화 오프셋을 추정하여, 더 나은 정확도를 갖는 "가상 동기화"가 제공될 수 있다. 대안적으로, 예를 들어, 왕복 시간 및/또는 도착 각도 측정치를 기반으로 하는 기술과 같이, 네트워크 동기화를 요구하지 않은 포지셔닝 기술이 고려될 수 있다. 여기서 언급된 포지셔닝 정확도의 임의의 추정은 양호한 네트워크 동기화가 예를 들어, RIBM을 사용하여 달성되었다고 가정한 것임을 주목한다.
특히, 측정이 실행된 시간 인스턴스 사이의 포지셔닝 정확도는 이동 궤적을 고려함으로서 현저하게 개선될 수 있다. 또한, 관성 측정 유닛(inertial measurement unit, IMU)은 위치 추정을 업데이트하는 수단으로 터미널에서 증가적으로 널리 채택되고 있다. 이들은 터미널의 이동을 트래킹하는데 가속도계 및 자이로스코프를 (때로 자력계도 또한) 사용한다.
배치 측면
비용을 줄이고 배치를 간략화하기 위해, 통신 및 포지셔닝 모두를 위해 하나의 시스템이 사용되는 솔루션이 선호된다. 이는 분리된 포지셔닝 시스템의 배치가 어렵고 비용이 많이 드는 환경에서, 예를 들면 각 노드의 설치 비용이 때로 매우 높은 광산에서 특히 중요하다. 그러나, 하나 이상의 마이크로 기지국을 포함할 수 있는 통신 배치가 예를 들어, 충분하게 양호한 포지셔닝 정확도를 제공하지 못하는 경우, 고정밀 포지셔닝이 일반적으로 통신 보다 더 조밀한 배치를 요구하므로, 통신 시스템의 상부에 부가되는 분리된 또는 무료 포지셔닝 시스템이 최상의 솔루션이 될 수 있다.
달성될 수 있는 포지셔닝 정확도는 배치 밀도 및 무선 환경의 특성에 크게 의존한다. 그래서, 통신 네트워크의 고밀화는 포지셔닝 정확도를 개선시키는 수단이 될 수 있다. 조밀한 배치는 그렇지 않으면 위치를 추정하는데 이용가능한 LoS 경로가 충분히 많지 않을 수 있기 때문에, 특히 엄격한 다중경로 전파 환경에서, 특히 다중경로 전파가 동적으로 변하는 경우에 특히 중요하다. 조밀한 배치는 또한 신호 감쇠가 높은 숨겨진 객체가 로컬화될 수 있음을 보장하기 위해 필수적일 수 있다.
네트워크의 밀도는 제조 시나리오에서 충분히 양호한 포지셔닝 정확도를 제공하는데 중요한 측면이다. 고려될 또 다른 배치 측면은 앵커(anchor) 노드를 설치하는게 얼마나 간단한가이다. 설치는 예를 들어, 앵커의 정확한 위치를 수동으로 제공하는 것을 포함할 수 있고, 이는 어렵고 시간이 소모되고 에러에 취약할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 초기화 페이즈에서 각 앵커의 위치를 추정하기 위해 동시 로컬화 및 맵핑(simultaneous localization and mapping, SLAM) 알고리즘이 사용될 수 있다.
조밀한 배치를 비용면에서 효과적으로 만들기 위해, 각 앵커의 비용은 낮게 유지되어야 한다. 그러나, 통신 및 포지셔닝 모두를 제공하는 기술을 위한 각 앵커/기지국의 비용은 본래 포지셔닝만을 제공하는 기술, 예를 들면 RFID 및 UWB 기술 보다 더 높다. 고정밀 포지셔닝을 달성하기 위해 통신 네트워크의 고밀화에 포함되는 비용을 줄이는 한가지 방법은 값싼 기지국과 통신한 기술을 사용하여 포지셔닝만을 제공하는 감소된 기능을 갖는 간단한 앵커를 개발하는 것이 될 수 있다. 예를 들면, 공장 현장 천장에 설치된 단 하나의 또는 몇개의 고기능 NR 기지국이 통신 커버리지를 제공하기에 충분할 수 있다. 이때, 기능이 덜한 NR 포지셔닝 노드/앵커는 높은 정확도를 갖는 포지셔닝을 달성하기 위한 고밀화에 사용될 수 있다.
매우 조밀한 배치에 대한 필요성을 감소시키는 또 다른 방법은 NR의 진보된 빔포밍(beamforming) 기능을 리플렉터(reflector)와 조합하는 것이 될 수 있다. 이 방법으로, 모든 쌍의 전송 빔과 리플렉터가 가상 앵커로 동작할 수 있고, 그에 의해 몇개의 NR 기지국만으로 매우 조밀한 배치의 이점을 달성하게 된다. 이러한 해결법에서는 리플렉터가 안정된 포지셔닝 정확도를 보장하기 위해 고정되거나 적어도 천천히 변경되어야 하기 때문에, 한가지 문제점은 안정성이다.
스펙트럼 측면
포지셔닝 정확도가 대역폭의 증가로 개선된다는 것은 이미 공지되어 있다. 또한, 더 높은 신호 대역폭은 nLoS가 우세한 수신 신호로부터 LoS 선행 엣지(leading edge)의 해상도를 더 높게 할 수 있으므로, LoS 경로를 정확하게 검출하는 것이 더 쉽다. 한편, 더 높은 캐리어 주파수를 사용하면, 증가된 신호 감쇠로 인해 LoS 경로의 검출가능성이 감소될 수 있다.
로컬 사용을 위한 주파수 대역은 현재 정의되어 있고, 예를 들어 독일 및 스웨덴에서는 3.7 - 3.8GHz 대역이다. 전국 스펙트럼 및/또는 비-라이센싱(unlicensed) 스펙트럼도 또한 산업용으로 사용될 수 있다. 100MHz 대역폭은 서브-미터 포지셔닝 정확도를 달성하는데 충분해야 한다. 성능을 더 개선하기 위해서는 다른 스펙트럼 청크(chunk)가 조합될 수 있다.
정확도 요구사항
포지셔닝 정확도 요구사항은 밀리미터에서 수 십 미터 레벨의 범위이다. 예를 들어, 광산에서의 드릴 및 폭파 뿐만 아니라 자동화 제조는 (정렬, 조립) 밀리미터에서 센티미터까지의 정확도로 이점을 얻을 수 있다. 센티미터에서 데시미터까지의 정확도가 바람직한 다른 예시는 제조/조립 현장에서의 툴 위치지정 및 자동화된 가이드 차량의 트래킹을 포함한다. 데시미터에서 미터까지의 정확도는 일부 안전 솔루션에서, 예를 들면 사람의 트래킹 및 지게차에 근접하여 작업하는 사람의 실시간 경고, 또한 예를 들어 공급 체인 최적화 및 자산 (예를 들면, 툴, 기계) 트래킹을 고려할 때 요구된다.
3GPP는 이들 중 일부를 제외하고 TS22.104, 섹션 5.7, "포지셔닝 성능 요구사항", 도표 2에서 5G 포지셔닝 서비스에 대한 포지셔닝 요구사항을 문서화하였다. 3GPP에 따라, 사용 사례에 의존하여, 5G 시스템은 더 높은 정확도의 포지셔닝을 달성하기 위해 3GPP 및 비-3GPP 기술의 사용을 지원하여야 한다.
시나리오 수평정확도 가용성 헤딩 UE의 위치 추정을 위한 대기시간 UE 속도
안전기능을 갖춘 모바일 제어 패널(비-위험지역) < 5m 90% N/A < 5s < 30km/h
프로세스 자동화-공장 자산 관리 < 1m 90% N/A < 2s < 30km/h
스마트 공장에서의 유연한 모듈형 조립 영역(작업장 위치에서의 툴 트래킹용) < 1m
(상대적 포지셔닝)		 99% N/A 1s < 10km/h
스마트 공장에서의 증강 현실 < 1m 99% < 0.17rad < 15ms N/A
스마트 공장에서 안전기능을 갖춘 모바일 제어 패널(공장 위험구역 내에서) < 1m 99,9% < 0.54 rad < 1s < 30km/h
스마트 공장에서의 유연한 모듈형 조립 영역(자율차량, 모니터링 전용 제안용) < 50cm 99% N/A 1s < 30km/h
제조를 위한 인바운드 물류(자율주행 시스템의 주행 궤적에 대해(카메라, GNSS, IMU와 같은 추가 센서로 지원되는 경우)) < 30cm
(카메라, GNSS, IMU와 같은 추가 센서로 지원되는 경우)		 99.9% N/A 10 ms < 30km/h
제조를 위한 인바운드 물류(상품 저장용) < 20cm 99% N/A < 1s < 30km/h
도표 2 - 3GPP TS22.104로부터의 포지셔닝 요구사항에 대한 요약
포지셔닝 기술의 개요
이후에는 제조에 사용될 수 있는 포지셔닝 기술의 개요가 주어지고, 일부는 이들이 제조 시나리오에서 적용될 수 있는 방법에 초점을 둔다. 3GPP 기술에 초점이 맞추어져 있지만, 다수의 다른 기술도 또한 여기서 고려된다. RFID 및 BLE 비콘을 사용하는 포지셔닝은 본 개요에 포함되지 않았지만, 동일한 원리 중 다수가 거기서 적용되고, 여기서 설명되는 다양한 기술이 이들 및 다른 포지셔닝 기술과 조합될 수 있을 것으로 이해된다.
LTE OTDOA
릴리스 9 이후로, LTE는 3GPP TS 36.305에서 설명되는 기준-신호 시간차(reference-signal time difference, RSTD) 측정을 기반으로 하는 관찰되는 도착 시간차(observed time-difference of arrival , OTDOA) 포지셔닝을 지원한다. UE는 인접 셀로부터 포지셔닝 기준 신호(positioning reference signal, PRS)를 수신하고, RSTD 측정을 사용하여 각 셀에 대한 도착시간(time of arrival, TOA)를 추정하고, 또한 기준 셀에 대해 TOA를 다시 리포트한다. 이후에, 진화된 서빙 모바일 위치 센터(evolved serving mobile location centre, E-SMLC)는 공지된 eNB 위치를 기반으로 UE의 위치를 추정한다. 네트워크가 동기화될 필요가 있더라도 UE가 시간 동기화된다는 요구사항을 제거하기 때문에, 도착 시간차(TDOA)가 TOA 대신에 기준 셀에 대해 사용된다. 원칙적으로, 2D 포지셔닝을 위해 최소 3개 셀이 필요하고 3D 포시져닝을 위해 최소 4개 셀이 필요하다.
도 15는 OTDOA의 원리에 따라, UE 위치가 3개 eNB로부터 추정될 수 있는 방법을 설명하고, 이는 완전한 TDOA 측정을 가정한, 2D TDOA-기반의 포지셔닝에 대한 개념도이다. 각 TDOA는 (기준 eNB의 TOA - eNB의 TOA) 광속을 곱하여 거리차로 (예를 들면, 미터로) 변환된다. 각 TDOA는 가능한 UE 위치의 2D 평면에서 쌍곡선을 반환한다. 이때, 이러한 쌍곡선의 교차점이 UE 위치가 된다. 실제로, 그 위치는 가우스-뉴턴(Gauss-Newton) 검색 또는 유사한 수치 알고리즘을 사용하여 E-SMLC에 의해 추정된다.
LTE에서, RSTD는 셀-특정 신호를 기반으로, 또는 선택적으로 정의된 PRS를 기반으로 추정될 수 있다. 그러나, 다른 셀-특정 기준 신호가 낮은 (서브-6dB) 신호 대 간섭 및 잡음비(signal to interference and noise ratio.SINR)에서 인접 셀의 검출에 대해 충분히 높은 확률을 보장할 수 없기 때문에, TDOA 추정 과정은 일반적으로 PRS를 사용한다. PRS는 시간 변수 (프레임 내에서의 슬롯 번호 및 슬롯 내에서의 OFDM 심볼 번호) 및 PRS ID에 의해 초기화되고 서브캐리어에서 쉬프트된 대각선 패턴으로 할당된 골드 시퀀스(Gold sequence)로부터 정의된다. 기본적으로, 다음의 세가지 주요 요소가 높은 PRS 검출 가능성에 기여한다:
* 골드 시퀀스는 낮은 교차-상관관계 특성을 보장한다.
* 리소스 블록 당 두개의 PRS 리소스 요소 및 6개 서브캐리어 거리(재사용 계수)를 갖는 OFDM 심볼이 있다. 각 PRS 대각선의 특정 위치는 PRS ID mod 6에 의해 결정된다. PRS에 사용되지 않는 서브캐리어는 LIS(low interference subframe, 낮은 간섭의 서브프레임)을 생성하기 위해 비워진다.
* PRS는 떨어져 있는 셀로부터 PRS를 수신할 때 SINR을 증가시키기 위해 일부 전송 기회에서 음소거(mute) 될 수 있다.
RSTD는 수신된 다운링크 기저대 신호를 PRS와 교차-상관시킴으로서 생성된 전력 지연 프로파일(power delay profile, PDP)에서 가져온다. 여기서의 과제는 잡음 피크가 아닌 PDP에서 가장 빠른 피크를 검출하고, 이어서 다수의 샘플에 대해 피크 지연을 취하는 것이다. TOA 에러의 주요 원인은 LoS 경로가 블로킹(blocking) 또는 쉐도잉(shadowing)으로 인해 검출되지 않는 nLoS 조건이다.
실제 배치에서 LTE OTDOA로 달성될 수 있는 포지셔닝 정확도는 릴리스 9의 경우 약 50 - 100m 정도이다. LTE 릴리스 14에서는 E-SMLC에 대한 보고 해상도가 Ts에서 Ts/2로 변경되었고, 여기서 Ts는 LTE에서의 기본 시간 단위로 (32.55ns), 상대적인 거리 해상도를 9.8m에서 4.9m로 개선시킨다. 그러나, 실제 달성될 수 있는 정확도는 여전히 명확하지 않다. 부가하여, OTDOA는 네트워크 동기화를 요구하고 임의의 동기화 에러는 달성될 수 있는 포지셔닝 정확도를 감소시킨다. LTE의 경우, 릴리스 14까지 표준화된 대부분의 포지셔닝 방법을 커버하는 모바일 광대역(mobile broad band, MBB) UE 칩세트가 이용가능하다.
도 16은 100MHz (30kHz SCS, 275 PRB), 50MHz (15kHz SCS, 275 PRB), 10MHz (15kHz SCS, 50 PRB), 5MHz (15kHz, 25 PRB)의 다른 대역폭을 사용하는, 3GPP 실내 오픈 사무실(Indoor Open Office, IOO) 시나리오에 대한 OTDOA 포지셔닝 결과를 도시한다. 플롯은 NR에서 기준선으로 포지셔닝을 위해 이미 존재하는 트래킹 기준 신호(tracking reference signal, TRS)의 사용을 기반으로 한다.
시나리오는 20 미터로 분리된 6 gNB를 (총 12 gNB) 가정한다 ("gNB'는 NR 기지국에 대한 3GPP 용어이다). 결과에서는 대역폭이 5MHz에서 10MHz로 증가할 때, 또한 대역폭을 50MHz로 증가할 때 그만큼 포지셔닝 정확도가 현저하게 개선되는 것을 보여준다. 그러나, 100MHz 및 50MHz 결과는 80% 백분위수에서 약 8 미터의 정확도로, 크게 다르지 않음을 알 수 있다. 100MHz의 경우는 도착 시간(TOA) 추정을 위해 더 진화된 피크 검색 알고리즘을 사용함으로서 더 개선될 수 있다. 현재 시뮬레이션에서는 가장 높은 피크의 절반 이상인 PDP에서 가장 빠른 피크가 LOS 피크로 취해진다. 신호-대-잡음비(SNR)가 증가되면, 잡음 플로어(noise floor) 이상의 피크를 검출할 확률이 개선될 수 있다. 또한, 20m의 사이트 간 거리(inter-site distance, ISD) 보다 더 큰 에러는 실제로 OTDOA가 불합리해지는 경우 간단한 셀-ID(cell-ID, CID) 추정과 조합함으로서 보상될 수 있지만, 여기서는 수행되지 않는다.
협대역(NB)-IoT 및 CAT-M은 낮은 복잡성, 낮은 전력, 및 저비용 디바이스를 해결하기 위한 3GPP LTE 기술이다. 이러한 저비용 디바이스의 가용성은 위치지정되는 자산이 이미 통신 필요성을 위한 3GPP 모뎀을 포함하지 않은 사용 사례에서 이를 유일한 현실적 3GPP 솔루션으로 만든다. 그러나, 포지셔닝 정확도는 주로 사용되는 좁은 대역폭 때문에, IoT 디바이스를 사용할 때 현저히 나빠진다. 시뮬레이션 연구는 실내 배치에서 NB-IoT에 대한 70% 백분위수에서 100m 포지셔닝 에러를 입증한 반면, 포지셔닝을 위해 50개 PRB를 사용한 LTE는 동일한 시나리오로 70% 백분위수에서 - 23m를 제공하였다.
NB-IoT 디바이스의 좁은 대역폭은 시간상으로 더 긴 PRS 기회를 가능하게 함으로서 부분적으로 보상된다. 그러나, PRS가 매 프레임마다 (10ms) 반복되므로, 상관관계 특성이 열악해진다. NB-IoT 디바이스는 또한 전력 소모를 감소시키기 위해 더 낮은 샘플링 비율을 가지므로, RSTD 측정의 정확도를 감소시킨다.
LTE IoT-디바이스를 위한 칩세트는 LTE MBB를 위한 것 만큼 쉽게 이용가능하지 않다. 그러나, 개발 중이므로, 가용성이 천천히 개선되고 있다.
NR에 대한 IoT 포지셔닝은 2018년 12월에 정의되지 않았지만, 더 나은 IoT 포지셔닝 정확도를 위한 한가지 가능한 방법은 예를 들어, PRS 반복 간격을 증가시킴으로서, PRS의 시간-상관관계 특성을 개선하는 것이다. NB-IoT에 대한 캐리어-결합(Carrier-aggregation)도 논의되었고, 이 경우 증가된 대역폭은 개선된 IoT 포지셔닝을 위한 또 다른 해결법이 될 수 있다. 또 다른 대안은 eNB PRS의 페이즈를 수정하고, 그에 의해 NB-IoT 디바이스가 더 낮은 비율에서 샘플링되어 PRS의 페이즈를 여전히 검출할 수 있도록 보장하는 것이다.
LTE 증진 셀-IC 포지셔닝
증진된 셀 ID, 또는 E-CID는 LTE 릴리스 9에서 도입되었다. UE는 네트워크에 서빙 셀 ID, 타이밍 어드밴스(timing advance) 및 ID, 추정된 타이밍 및 검출된 인접 셀의 전력을 리포트한다. eNB는 도착 각도, 셀 부분, 왕복 시간 등과 같은 추가 정보를 포지셔닝 서버에 리포트할 수 있다. 포지셔닝 서버는 이 정보 및 셀 위치의 인식 내용을 기반으로 UE 위치를 추정한다.
E-CID의 정확도는 주로 배치 밀도에 의존한다. 실외 배치의 경우, E-CID의 정확도는 수백 미터 미만인 ISD를 갖는 도시 환경에서 100m 정도가 될 수 있고, 수 킬로미터까지의 ISD를 갖는 농촌 환경에서는 3000m 정도가 될 수 있다. 제조와 같은 환경에 대해서는 E-CID의 정확도가 연구되지 않았지만, 환경이 많은 다중경로를 포함하고, 예를 들어 반사로 인하여 도착 각도 데이터가 오도될 수 있으므로, 정확도는 ISD 정도인 것으로 예상된다. 한편, 이와 같이 문제가 되는 시나리오에서도, RF 지문(fingerprinting)은 무선 전파가 안정적이고 교정/훈련 페이즈가 가능한 경우 수 미터의 정확도를 제공할 수 있어야 한다.
NR 포지셔닝 특성
2018년 12월에 대한 것과 같이, NR 포지셔닝에 대해 정의된 개념이 없다. LTE OTDOA를 통해 개선된 포지셔닝 정확도을 가능하게 하는 NR 특성을 구상할 수 있다. 이러한 특성 중 일부는 또한 새로운 과제와 함께 주어진다:
* 빔-기반의 시스템에서 더 나은 범위지정 및 도착/출발 각도(angle-of-arrival/departure, AoA/AoD 추정된다.
* NR에서는 더 높은 캐리어 주파수가 지원되고, 이는 신호가 블로킹/쉐도잉에 더 민감함을 의미한다. 이는 부분적으로 빔포밍(beamforming)에 의해 처리될 수 있다. 더 높은 캐리어 주파수는 일반적으로 더 넓은 대역폭을 제공하므로, 더 나은 RSTD 해상도를 가능하게 한다.
* 더 작은 사이트 간 거리 및 셀 반지름 측면에서 더 조밀한 배치. 이는 특정한 빔에 대한 빔 ID를 사용하는 빔포밍과 조합되어, 더 복잡한 골드 시퀀스 초기화를 요구하므로, 가능한 모든 빔/셀-ID 조합에 대해 코드 직교성을 유지하게 된다.
* NR에서 더 나은 시간 정렬이 예상되고, 그에 의해 시간 동기화 에러를 감소시킨다.
* LTE와 비교해 NR에서는 기본 시간 단위가 감소된다. PRB의 최대수가 275이므로 (LTE에서의 110과 비교), LTE의 두배인 4096의 FFT 길이를 요구한다. 또한, 서브-캐리어 공간 범위가 15kHz 내지 240kHz이다. 기본적으로, 이는 LTE에서 보다 더 짧은 샘플링 간격을 의미하므로, TOA 포지셔닝 해상도를 개선시킨다.
NR Rel-16에서 표준화된 솔루션은 서브-미터 정확도를 달성하는데 필요로 하는 툴을 제공하게 될 것으로 예상된다. NR의 기술 잠재력을 나타내는 링크-레벨 시뮬레이션은 서브-데시미터 정확도가 이론적으로 가능할 것으로 보여준다. 릴리스 16 NR 포지셔닝 3GPP 연구는 2018년 10월에 시작되었다.
무선 도트 시스템(Radio Dot System)을 사용한 포지셔닝
Erricsson 사의 무선 도트 시스템(RDS)은 실내 산업 및 제조 시나리오의 통신에 아주 적합하다. 그러나, 2018년 12월에 대한 것과 같이 이용가능한 RDS 제품으로는 동일한 IRU에 연결된 DOT를 서로 구별하는 것이 불가능하기 때문에 동일한 셀-ID 기반의 포지셔닝만 이용가능하다. 또한, RDS는 때로 최대 8개 DOT가 동일한 IRU에 연결될 수 있으므로 큰 셀과 배치된다. 디지털 5G DOT로, 최대 16개 DOT가 동일한 IRU에 연결될 수 있다.
DOT 당 포지셔닝을 가능하게 하는 포지셔닝 정확도의 개선이 제안되었다. UE 위치는 DOT 레벨 전력과 조합된 업링크 도착 시간차(uplink time difference of arrival, UTDOA) 알고리즘을 사용하여 계산된다. 시뮬레이션은 1 미터 미만의 포지셔닝 에러가 양호한 SNR 및 양호한 DOT 기하형 레이아웃으로 달성될 수 있음을 보여준다. 그러나, DOT 위치의 정확도 및 DOT 케이블 길이 지연과 같은 다양한 에러 원인이 고려될 때, 1 - 5m 정도의 포지셔닝 에러가 가능하다.
엄격한 다중경로를 갖는 일반적인 제조 시나리오에서는 조밀한 배치 및 노드의 저가로 인하여, 무선 도트 시스템(RDS)이 조합된 통신 및 포지셔닝을 제공하는데 가장 적합한 솔루션인 것으로 나타난다.
Wi-Fi 포지셔닝
Wi-Fi는 산업에서 이미 일반적으로 배치되어 있으므로 때로 포지셔닝에도 사용된다. 일반적으로 배치된 한가지 Wi-Fi 솔루션은 ARUBA 솔루션으로, 이는 쉐도잉 및 안테나 패턴에 따라, 액세스 포인트 수신 신호 강도 표시자(received signal strength indicator, RSSI) 만으로, 약 5 - 10m 정확도를 달성될 수 있다. 더 나은 포지셔닝 정확도를 달성하기 위해, ARUBA 솔루션은 블루투스 저에너지(BLE) 배터리 전력 ARUMBA 비콘과 결합할 수 있다. 이러한 특수화된 포지셔닝 솔루션으로, < 3m의 매우 양호한 정확도가 달성될 수 있으며, 위치지정된 디바이스가 비콘 가까이에 위치하면 < 1m의 정확도까지도 가능할 수 있다.
업계에서 선두하는 Wi-Fi 포지셔닝 솔루션은 사무실 환경에서 1m 내지 3m 평균 정확도를 달성한다. 이러한 포지셔닝 솔루션은 특수화된 안테나 어레이를 갖는 추가적인 WiFi 라디오를 포함하고, 이는 통신을 위해 사용되는 WiFi 라디오와 통일한 유닛에 포함된다. 위치는 RSSI 및 도착 각도(AoA) 측정치의 조합을 사용하여 추정된다.
Wi-Fi 포지셔닝과 3GPP 기반의 OTDOA 포지셔닝 사이의 차이는 Wi-Fi 포지셔닝이 (IEEE 802.11mc) 왕복 시간(round-trip time, RTT)을 기반으로 할 수 있다는 것이다. 상기에 설명된 OTDOA 알고리즘과 대조적으로, RTT를 사용하는 이점은 네트워크 시간 동기화가 필요없다는 점이다.
UWB
초광대역(Ultra-wide-band, UWB) 기술은 UWB 신호에서의 고유한 높은 시간 해상도가 정확한 포지셔닝을 가능하게 하므로, 포지셔닝 솔루션에서 인기가 증가되고 있다. 여러가지 UWB-기반의 포지셔닝 제품이 이용가능하다. 이들 중 다수는 DecaWave UWB 기술을 기반으로 하지만, 독점적인 솔루션도 있다 (예를 들면, Zebra).
UWB는 다수의 알고리즘에 사용될 수 있다. 이는 다운링크 또는 업링크 TDOA, 다수의 안테나를 사용하는 도착 각도, 및 직접적인 범위 측정을 지원할 수 있고, 여기서는 네트워크 시간 동기화가 전혀 필요없다.
UWB 기술에 사용되는 매우 짧은 전송 펄스의 특성으로 인해, UWB는 반사가 개별적으로 검출되어 필터링될 수 있기 때문에, 다중경로 전파로 인한 문제점을 검출하고 제거할 수 있다. 이는 그러한 식별이 불가능한 협대역 시스템과 비교해 명확한 이점이다. 비행 시간의 정밀도는 2 - 5cm 범위이다. 실제 환경에서 적용될 때, UWB로의 포지셔닝 정확도는 10cm 단위이다.
UWB의 한가지 이점은 3GPP 모듈과 비교해 저렴한 디바이스에 대한 잠재력이다. 상업적인 UWB 송수신기는 대략 3 - 4 USD로 이용가능하다. 이는 증가된 설치 밀도, 다양한 사용 사례를 지원하는 알고리즘의 유연한 선택, 및 다양한 세그먼트에 국제적으로 서비스를 제공할 수 있는 글로벌 에코시스템을 지원하는 클라우드 플랫폼을 가능하게 한다.
라이다(Lidar)
일부 포지셔닝 기술은 객체에 대한 초음파 또는 전자기파의 왕복 지연을 측정하여 거리를 추정한다. 초음파는 공기에서 큰 손실을 입으며 몇 미터를 넘는 거리에는 도달할 수 없다. 레이더(Radar) 및 라이다는 각각 무선 및 광학 스펙트럼에서 전자기파를 사용한다. 무선 주파수파와 비교해 광학파의 더 짧은 파장은 더 나은 해상도로 나타나므로, 라이더 솔루션이 고정밀도 포지셔닝에서 선호되는 선택이다. 레이더 솔루션에서와 같이, 일반적인 라이다의 주요 구성성분은 전송기 및 수신기를 포함하고, 거리는 타켓까지의 빛의 왕복 지연을 기반으로 측정된다. 이는 전송된 빛의 파형의 강도, 페이즈, 및/또는 주파수를 변조하고 그 변조된 패턴이 다시 수신기에 나타나는데 요구되는 시간을 측정함으로서 달성된다.
인기있는 라이다 설계는 펄스형 및 주파수-변조 연속파(frequency-modulated continuous-wave, FMCW) 구조를 포함한다. 펄스형 라이다는 빛의 입자 특성에 의존하여 넓은 윈도우 범위를 통해 적절한 정밀도를 제공할 수 있고, FMCW 라이다는 빛의 파동 특성에 의존한다. 이러한 라이다에서, 변조는 빛의 필드의 주파수에 적용되고 광학 도메인에서의 큰 주파수 대역폭이 액세스가능해지므로 나노-미터 범위의 정확도로 매우 높은 정밀도의 위치파악을 달성하는데 활용될 수 있다.
포지셔닝 기능의 요약
본 섹션에서 논의된 포지셔닝 기술의 중요한 특성이 도표 3에 요약된다. 기술된 정확도 숫자는 단지 목적을 나타내는 것임을 주목한다. 실제 포지셔닝 정확도는 제한되지 않지만, 네트워크 배치, 셀 계획, 무선 환경 등을 포함하여, 다양한 요소에 의존한다.
방법 정확도 디바이스 및 앵커 통신 시스템과의 통합 요구되는 네트워크 동기화 배치 측면
LTE OTDOA Rel-9: ~50-100m
Rel-14: ~5m에 대한 표준 지원		 고가의 디바이스 및 앵커는 저렴한 디바이스가 요구되는 경우 NB-IoT와 사용될 수 있음 Yes Yes 공장 현장에서의 통신 커버리지에 대해 때로 천장의 몇몇 eNB로 충분함
NR OTDOA
AoA		 서브-미터 정확도가 예상됨 적어도 가까운 미래에 고가의 디바이스 및 앵커가 예상됨 Yes OTDOA: Yes
AoA: No		 공장 현장에서의 통신 커버리지에 대해 때로 천장의 몇몇 gNB로 충분함
무선 도트 CID
UTDOA		 오늘날: 셀-ID만, ~30-200m
H2 2020: 도트 별 로컬화 지원, ~3-5m		 앵커 당 중간 비용 Yes CID: No
UTDOA: Yes		 일반적으로 20m ISD로 배치
NB-IoT OTDOA LTE OTDOA: 70% 백분위수 실내에서 100m
RDS: 미래에, <5m가 가능할 수 있음		 저렴한 디바이스 제한된 처리량및 완화된 대기시간 요구사항에 대해, Yes Yes 통신 커버리지에 대해 하나의 eNB로 충분하지만, 포지셔닝을 실행하기 위해 더 조밀한 배치가 필요함
Wi-Fi RSSI
AoA
RTT		 표준적인 솔루션: 5-10m
특수 솔루션: 1-3m		 포지셔닝을 위해 특수화될 때 비교적 고가의 앵커 Yes No 일반적인 커버리지 범위는 약 50m이지만, Aps은 때로 더 조밀하게 배치됨
UWB OTDOA
UTDOA
AoA
RSSI		 0.1m 정확도를 주장하는 마켓 제품 저렴한 디바이스 및 디바이스에서 보다는 앵커에서의 앵커 복잡성 및 전력 소모 No OTDOA: Yes
UTDOA: Yes
AoA: No
RSSI: No		 때로 예를 들어, 10m ISD로 매우 조밀하게 배치됨
간단한 구성을 위한 솔루션이 이용가능함
도표 3 - 포지셔닝 기술의 요약
하이브리드 포지셔닝
오늘날 마켓의 많은 디바이스에는 관성 측정 유닛(IMU)과 같은 센서가 장착되어 있다. IMU는 예를 들어, 3-축 자이로스코프 및 3-축 가속도계를 포함할 수 있다. IMU에 의해 제공되는 데이터는 위치 서버가 OTDOA/E-CID 포지셔닝 세선 사이에, 그 이후에, 또는 그 동안에 UE 궤적을 추정할 수 있게 하고, 빈번한 OTDOA/E-CID 측정의 필요성을 감소시킬 수 있다. IMU를 사용하는 하이브리드 포지셔닝 솔루션은 또한 디바이스가 일정 시간 동안 포지셔닝 커버리지를 벗어날 수 있는 시나리오에서도 유용할 수 있고, 그에 의해 포지셔닝 신뢰성을 증가시킨다. 위치 추정치와 함께 IMU 데이터를 사용하는 예시가 도 17에 설명된다. IMU 측정이 이용가능하지 않더라도, 이전 위치 추적으로부터 속도 및 방향을 추정하고 UE 궤적을 예측함으로서, 동일한 방법이 적용될 수 있다.
IMU만을 기반으로 하는 포지셔닝 시스템은 상대적인 포지셔닝 시스템, 즉 공지된 좌표에 상대적인 UE의 위치를 추정할 수 있음을 주목한다. 예를 들어, 일정 기간 동안의 압력 차이는 고도 변화로 변환되고, 일정 기간 동안의 가속도는 속도 변화를 나타낸다.
무선 측정을 IMU 데이터와 융합하기 위해, UE에 장착된 IMU로부터 리포트되는 데이터가 표준화된 지구 경계 좌표 시스템과 정렬되도록 요구한다. 또는, UE 리포트 IMU 측정치로 위치 서버가 지구-경계 좌표 시스템으로 측정치를 변환할 수 있도록 요구한다. 지구 좌표로 UE 위치를 얻으려면, 디바이스의 방향이 필요하다. 방향을 결정하는 일반적인 방법은 자이로스코프, 자력계, 및 가속도계를 사용하는 것이다. 방향이 추정된 이후에는 좌표 시스템에 대한 가속도를 추정하는데 (가속도계 - 중력) 방향 및 가속도계를 사용할 수 있다. 상대적인 가속도를 가짐으로서, 예를 들어, 이중 적분에 의해 디바이스의 상대적인 변위를 추정하는 것이 가능하다.
LTE Rel-15는 IMU 포지셔닝에 대한 지원 및 위치 포지셔닝 프로토콜(Location Positioning Protocol, LPP)을 통해 IMU 포지셔닝을 지원하는 시그널링 및 과정의 사양, 뿐만 아니라 IMU 관련 추정치를 포함하는 하이브리드 포지셔닝을 포함한다.
네트워크 동기화 정확도
LTE에서 지원되는 포지셔닝 방법인, 업링크 도착 시간차(UTDOA) 및 OTDOA의 경우, TDOA 추정치에서의 에러로 이어지는 네트워크 동기화 에러는 전체적인 포지셔닝 에러를 지배할 수 있다. 그러므로, 달성될 수 있는 네트워크 동기화 정확도를 이해하는 것이 중요하다. 동기화 에러는 원칙적으로 동기화 에러에 의해 발생되는 타이밍 에러 동안 빛이 이동하는 거리를 고려함으로서 포지셔닝 에러로 직접 변활될 수 있다. 즉, 1ns의 동기화 에러는 0.3m의 포지셔닝 에러에 대응한다.
동기화 에러는 주로 네가지 추가 부분으로 구성된다:
1) 앵커로 (매트로 기지국 및 DOT를 위한 기저대 유닛) 전달되는 외부 동기화 기준에서의 에러
2) 앵커와 (기저대 유닛) 외부 동기화 기준 사이의 동기화 에러
3) 무선 기지국(RBS) 내에서의 동기화 에러
4) RBS 안테나와 UE 사이의 동기화 에러
제조 시나리오를 고려할 때, 네개 부분 각각에 대해 다음의 상황을 갖게 된다:
1) 외부 동기화 기준은 일반적으로 GNSS 수신기로부터 주어진다. GNSS 수신기는 하늘의 넓은 부분에 LoS를 갖는 경우 < 50ns의 정확도를 가질 수 있지만, 다중-경로가 있는 경우, 정확도는 빠르게 감소되고 실내 GNSS 수신기로부터 가정되는 정확도는 < 200ns이다. 외부 동기화는 더 나은 다중경로 필터링 및 더 나은 내부 정확도를 갖는 더 고가의 GNSS 수신기를 사용함으로서 개선될 수 있다.
2) 기저대 유닛은 약 150ns의 정확도로 GNSS 수신기에 동기화될 수 있다. 이 수치는 더 나은 하드웨어, 즉 새로운 기저대 유닛을 사용해야만 개선될 수 있다.
3) 내부 배급을 위한 예산은 130ns이다. 실제로 있는 것은 RBS의 많은 하드웨어 구조에 의존한다. 가장 간단한 방법은 하나의 홉(hop)으로 안테나 통합 무선(antenna integrated radio, AIR) 유닛에 직접 연결된 단일 기저대 유닛이다.
4) RBS 안테나와 UE 사이에 동기화 에러가 얼마나 큰가는 명확하지 않다. 그러나, 이 에러는 OTDOA가 현재 위치에서 UE에 의해 관찰되는 PRS의 페이즈을 기반으로 구축되므로 OTDOA 포지셔닝 에러에 영향을 미치지 않고, 네트워크와 UE 사이의 동기화가 요구되지 않는다.
상기의 논의 내용은 RBS가 참조로 시간 고정된 것으로 가정한다. RBS가 시간 홀드오버(time holdover) 되면, 정확도는 감소될 수 있다.
상기의 숫자들은 무선-인터페이스 기반의 모니터링(radio-interface based monitoring, RIBM)에 의해 현저하게 개선될 수 있고, 여기서 RBS 안테나와 기준 사이의 페이즈 차이가 측정되고 리포트된다. 리포트된 페이즈 차이는 이어서 객체의 위치를 계산할 때 고려될 수 있다. 동기화 에러가 유지되지만, 고려되는 에러 부분은 OTDOA 포지셔닝 정확도에 영향을 주지 않는다. 이는 RIBM이 RBS 사이에 약 20ns의 가상 동기화 정확도를 달성할 수 있으므로 유망한 방법이 된다. 그에 의해, 외부 동기화 기준 에러 1)은 OTDOA 포지셔닝에 영향을 주지 않고 무시될 수 있다.
RDS의 경우, IRU가 공통 DOT 하드웨어를 포함한다는 가정 하에, 동일한 실내 무선 유닛(indoor radio unit, IRU)에 연결된 DOT 사이의 동기화는 6ns 정도가 된다. 이는 오늘날 이용가능한 레거시 DOT 및 2019년에 이용가능할 디지털 5G DOT 모두에 대해 유지된다. RIBM은 다른 IRU에 연결된 DOT 사이에 동기화를 달성하기 위한 솔루션이 될 수 있지만, 표준적인 RIBM 알고리즘이 전송하지 않을 때 수신하기 위해 노드가 동기화되도록 요구하지만 DOT는 그렇지 않으므로 특수화된 특성이 운영되도록 요구할 수 있다.
요약하면, 실제 네트워크 동기화 알고리즘은 최대 ±110m의 (3 시그마) 포지셔닝 에러에 대응하는 GNSS 기준에 고정될 때, 최대 360ns의 네트워크 동기화 에러를 의미할 수 있다. RBS가 시간 홀드오버 상태이면, 정확도는 더 나빠질 수 있다. 미래에, RIBM은 약 20ns의 가상 동기화 정확도를 제공할 수 있고, 이는 6m의 포지셔닝 에러에 대응한다. RDS의 경우, 동일한 IRU에 연결된 DOT를 사용하는 포지셔닝은 약 6ns의 동기화 에러에 의해 영항을 받고, 이는 약 2m의 포지셔닝 에러에 대응한다. 다른 IRU에 연결된 DOT가 위치를 추정하는데 사용되는 경우, RIBM은 미래에 약 20ns의 가상 동기화 정확도를 제공하도록 적용될 수 있다.
엄격한 다중경로 시나리오에서의 정확도 개선
LTE OTDOA, 뿐만 아니라 다른 포지셔닝 알고리즘은 다중경로의 문제점을 처리할 방법이 없는 경우 포지셔닝 정확도 측면에서 심각한 불이익을 받게 된다. 기본적으로, OTDOA는 RSTD가 Los 경로를 나타내는 것으로 가정하지만, 일반적으로 LoS-경로가 블로킹되었는가 또는 매우 감쇠되었는가 여부를 결정하기 어렵다. 최소한, nLoS 경로가 전송기 및 수신기 사이의 거리에 대한 상단 경계치를 나타낸다고 말할 수 있다. 다중경로 문제는 전형적인 산업 환경에서, 특히 고주파수에서 중요하다. 다중경로 문제점을 해결하는 일부 접근법은 다음을 포함한다:
* 유리한 위치에 노드를 배치함으로서, 예를 들면 다수의 기준 위치의 포지셔닝 정확도를 추정할 수 있는 계획 툴을 사용함으로서, 양호한 LoS 조건을 갖도록 네트워크를 설계한다. 이는 더 높은 설치 복잡성을 의미할 수 있고, 움직이는 객체가 많은 산업 현장에서는 실행가능하지 않을 수 있다.
* 가설 테스트, 예를 들면, TOA/TDOA 추정치의 서브세트로부터의 위치를 사용하는 타탕성 테스트를 사용하여 nLoS를 추정한다. 추정치가 일관성이 없으면, 이를 nLos로 분류한다. 이 방법은 조밀한 네트워크에 대해 높은 계산 복잡성을 가질 수 있다.
* 또 다른 대안은 IMU 측정 및 추측 항법을 기반으로 하는 위치 업데이트를 기준으로 고려하고 측정된 TDOA가 기준 위치와 충분히 매칭되지 않으면 경로를 nLoS로 분류하는 것이다.
* 광선(ray) 트래킹을 위한 환경 모델을 사용하고 거리 추정치를 광선과 연관시킨다. 이 방법으로, nLoS 추정치는 포지셔닝 추정에 더 나은 방식으로 기여할 수 있다. 이러한 환경 모델은 때로 이용가능하지 않을 수 있지만, 디지털 트윈이 개발되면 사용될 수 있다.
* 편광을 사용한 nLoS 추정. 편광은 바운스 이벤트에서 변경되므로, 기준 편광이 잘못된 경우 nLoS가 감지된다.
* 어느 추정치가 LoS 인가를 결정하기 위해 개별적인 거리 추정치를 통신에 독립적인 가속도/위치 측정과 (자이로/가속도계) 비교한다. 물론, 모든 UE에 이러한 위치 센서가 장착된 것은 아니다.
* Rel-14는 다중경로의 기준-신호 시간차(reference-signal time difference, RSTD)라 칭하여지는 LTE OTDOA에 대해 중요한 개선사항을 도입하였다. 주요 개념은 전력 지연 프로파일(power delay profile, PDP)로부터 여러개의 가능한 피크 후보를 포함하고 최대 가능성을 사용하여 위치를 추정하는 것이다. 이 방법으로, 알고리즘이 LoS 경로에 대해 어려운 결정을 내리지 않으므로, 포지셔닝 정확도가 크게 개선되었다.
요약하면, 제조를 위해 가장 적합한 포지셔닝 시스템은 다음을 포함하여 여러가지 다른 측면을 고려해야 한다는 결론을 내릴 수 있다:
* 요구되는 정확도
* 요구되는 대기시간
* 배치 측면
* 디바이스
정확도와 관련하여, mm-레벨의 정확도에서 수십 분의 1 미터에 이르는 포지셔닝 요구사항을 갖는 산업 사용 사례가 있다. LoS의 확률이 높고 차단 장애물이 거의 없는 환경에서는 예를 들어, 공장 현장의 천장에, 마이크로 기지국이 하나 또는 수 개만 설치된 배치에서 10 미터 내지 수십 분의 1 미터 정확도 내의 위치를 추정하는 것이 가능할 수 있다. 그러나, 많은 제조 시나리오에서, 다중경로, 반사, 및 많은 차단 장애물을 갖는 환경이 현실이다. 이러한 시나리오에서는 노드의 조밀한 배치 및 저렴한 비용 때문에, 무선 도트 시스템(RDS)이 조합된 통신 및 포지셔닝을 제공하는데 가장 적합한 솔루션인 것 같다.
다른 포지셔닝 기술에 대해 명시된 정확도 수치는 때로 네트워크 동기화가 충분히 양호한 것으로 가정한다. 그러나, 많은 경우에서 3 - 6m 포지셔닝 에러에 대응하는 10 - 20ns 정도의 네트워크 동기화 에러를 달성하기가 어렵다. 포지셔닝 요구를 위해, RIBM을 통해 달성되는 가상 네트워크 동기화가 가장 유망한 솔루션이다.
UWB 솔루션은 높은 정확도와 상대적으로 저렴한 디바이스로 인해 산업 및 제조 사용 사례에서 점점 인기가 증가하고 있다. 그러나, 한가지 단점은 예를 들어, 3GPP-기반의 솔루션에 대한 사례로, UWB 솔루션이 통신 시스템과 통합되지 않는다는 것이다. 미래에는 NR이 또한 매우 넓은 대역폭을 사용하게 되므로 UWB를 대치할 수 있다.
대부분의 사용 사례에서는 제조시 포지셔닝 대기시간 요구사항이 완화된다. 예를 들면, 툴 및 자산의 트래킹을 유지하므로, 매우 빈번한 포지셔닝 업데이트를 요구하지 않는다. 포지셔닝 대기시간 측면에서 가장 많이 요구하는 제조 사용 사례는 안전에 관련될 수 있다. 한가지 예는 지게차가 가까이 있을 때 작업자에게 경고하는 실시간-알람이다. 이러한 사용 사례에 대한 높은 정확도와 포지셔닝 대기시간 사이의 균형은 아직 철저하게 연구되어 않았다.
디바이스와 앵커 사이의 관계도 또한 중요하게 고려되어야 한다. LTE 및 NR의 경우, 디바이스 및 앵커가 모두 복잡하고 비용이 많이 들기 때문에, 이러한 기술에 구축된 솔루션은 각 객체가 자체 LTE 또는 NR 디바이스를 가져야 하므로 많은 소형 객체가 트래킹 되어야 하는 사용 사례에 적합하지 않다. 이 경우, 대부분의 복잡성이 앵커 노드에 있고 디바이스/태그가 저렴하기 때문에, UWB 또는 RFID가 더 적합할 수 있다. NB-IoT 또는 CAT-M과 같이 저렴한 디바이스를 사용하는 3GPP-기반의 기술도 또한 이러한 타입의 사용 사례에 고려될 수 있지만, 이들 기술은 협대역이기 때문에, 달성될 수 있는 포지셔닝 정확도가 낮다.
스펙트럼
산업용 애플리케이션에서, 스펙트럼에 관련된 일부 특정한 문제는 다음을 포함한다:
* 로컬 사용에 적합한 스펙트럼
* 예를 들어, 임대 및 로컬 라이센스와 같이, 로컬 스펙트럼 사용을 가능하게 하는 규제 수단
* 예를 들어, 진화된 라이센스 공유 액세스(evolved Licensed Shared Access, eLSA) 및 시민 브로드밴드 무선 서비스(Citizens Broadband Radio Service, CBRS)와 같이, 로컬 스펙트럼 사용을 가능하게 하는 기술적 수단
* 5G NR은 현재 LTE에서 사용되는 많은 것을 포함하여 다양한 주파수 대역을 통한 액세스 기술로 사용될 것이다. 대역 계획의 변동이 존재할 수 있지만, 3400 - 3800MHz 및 24 - 29GHz 범위의 상단 부분과 같이, 일부 주파수 범위는 더 글로벌하게 조화를 이룰 가능성이 있다. IMT2020에 대한 대역 식별까지 이어지는 WRC-19(세계 무선 컨퍼런스 2019, World Radio Conference for 2019) 연구 프로세스는 예를 들어, 37 - 43GHz와 같이, 조화를 위해 양호한 잠재력이 존재하는 추가 밀리미터파(millimeter-wave, mmW) 스펙트럼 대역을 생성할 수 있다.
최근 규정은 "로컬 또는 지역별 사용"을 위한 대역을 지정한다 (예를 들면, 독일과 스웨덴의 경우 3700 - 3800MHz, 중국의 경우 3300MHz). 이러한 조치는 산업용 IoT를 위한 글로벌 무선 솔루션이 아니다. 그럼에도 불구하고, 이러한 대역의 도입은 스펙트럼의 개별 사용 라이센스를 위한 좋은 첫번째 단계이다. 이러한 규정 조치가 모든 마켓에 즉각적으로 확산될 것으로 예상되지는 않는다. 그러므로, 글로벌하게 조화된 스펙트럼에 대한 추가적인 액세스는 기본적으로 잘 정의된 서비스 레벨 협정(Service Level Agreement, SLA) 하에서의 기능의, 또는 스펙트럼의 임대를 허용하는 비지니스 협정을 통해, 모바일 네트워크 운영자(mobile network operator, MNO)에게 허가된 스펙트럼으로부터 유도된 기회를 요구하게 된다는 것이 분명하다.
mmW 스펙트럼의 가용성은 주로 마켓에서 제품을 구축하는데 필요한 시간, 및 이러한 고주파수에서의 반도체 제조의 복잡성으로 인해, 산업용 IoT에 문제를 제기하게 된다. 장비에 대한 구축 관행이 확립되지 않았고, 디바이스를 위한 비용 효율적 솔루션에 중대한 문제가 남아있다. 밀리미터파 장비는 또한 일부 이점을 제공할 수 있다: 좁은 빔 전송기의 전파 특성은 전송 전력 제어 및 빔포밍을 통해 더 나은 재사용을 가능하게 할 수 있고, 유사하게 공존이 더 쉬울 수 있다. 주파수 대역은 더 넓은 대역폭 신호에도 적합하지만, 산업용 무선에 사용가능한 스펙트럼의 양에 불확실성이 남아있다.
문헌에서 인더스트리 4.0으로 공지된 4차 산업혁명은 공장, 광산, 프로세스 산업 등에서 제조, 탐사, 및 프로세스 제어 상황 내의 5G 무선 기술을 위한 기회이다. 이러한 기회를 사용하려면, 비-라이센싱, 공유, 또는 독점 라이센스의 스펙트럼에 대한 액세스가 요구된다. 실제로 고품질 라이센스 스펙트럼에 대한 액세스 부족이 극복되어야 할 주요 장애물이라는 산업계로부터의 명확한 징후가 있다. 산업용 IoT를 위한 라이센스 스펙트럼의 액세스는 세가지 방법 중 하나로 제공될 수 있다.
1. 서비스 레벨 협정(SLA): MNO와의 협정은 MNO-제공 또는 프로비저닝된 서비스를 통해 이러한 요구사항을 충족시킬 수 있다; 예를 들면,
* 턴-키(turn-key) 기반의 온-프레이미스(on-premise) MNO 배치 또는 MNO를 사용하여 선택적으로 공공 네트워크에 연결되는 승인된 장비의 최종 사용자 배치.
이러한 경우는 본 논의에서 더 다루어지지 않는다.
* 대안은 네트워크 슬라이싱을 사용하여 MNO 네트워크에 대한 용량을 보장하는 개별 가상 네트워크를 설정하는 것이다.
2. 스펙트럼 임대: 버티컬 방향으로 임대인 역할을 하는 MNO.
3. 로컬 라이센싱: 일반적으로 포함되는 지역의 재산권과 연관되어, 제한된 지리적 배치를 통해 버티컬로 직접 연관되는 규제자 라이센스 스펙트럼.
스펙트럼 임대에 대한 규제 상황은 다음에 요약된다. 스펙트럼 임대에 대한 규제는 5G 사용 사례에서 가능한 비지니스 모델에 관심이 있다.
* US는 스펙트럼 임대와 관련하여 가장 성숙되어 있다; 임대 규정은 2003 - 2004년 이래로 이어지고 있다. 스펙트럼 임대는 상업적으로 사용된다. 공공 데이터베이스 범용 라이센싱 시스템(Universal Licensing System, ULS)이 모든 임대 협정을 기록한다.
* 남미에서는 몇몇 나라가 MNO 간의 임대를 허용한다.
* EU에서는 2012년 이래로 주요 모바일/셀룰러 대역의 임대가 규제로 허용된다. 회원국의 규정에서 반드시 시행되는 것은 아니다. 지금까지 발견된 비-MNO에 대한 MNO-소유 주파수에 대한 상업적인 임대 사례는 없다.
* 아시아에서는 미인대회가 일반적으로 여러 중요한 국가에서 스펙트럼 임대를 방지하므로, 규제의 일부가 아니다.
* 아프리카에서는 스펙트럼 임대가 일반적으로 허용되지 않는다.
로컬 라이센스와 관련되어, 이러한 라이센스는 현재 개별/공공 사용에 존재하지 않는다. 일부 5G 사용 사례는, 특히 산업 자동화 문제 해결과 연관될 때, 로컬 라이센스로부터 혜택을 받게 된다; 5G 도입은 이에 관련하여 기회를 제공한다. 유럽에서 최초 5G 대역에 대해 (3.4 - 3.8GHz) 계획된 경매는 로컬 라이센싱의 특정한 실현을 정의함으로서 두 국가에서 (독일과 스웨덴) 규제 활동을 트리거하였다. 중국에서는 산업업계가 전용 스펙트럼에 관심을 보였다.
가능한 솔루션의 완전한 관점을 제공하기 위해, 산업 애플리케이션에 적절한 비-라이센싱 대역도 또한 언급된다. 비-라이센싱 대역은 일반적으로 경쟁-기반의 작업으로 인해 간섭 가능성이 있으므로 URLLC에 적합하지 않다; 액세스 성능의 변화는 처리량의 불확실성 및 지연 성능을 만들게 된다.
진화된 LSA(eLSA)는 데이터베이스/제어기 설계를 통해 규제 내에서 임대 및 로컬 라이센싱을 지원하기 위해 현재 지정되고 있는 솔루션이다. eLSA는 임의의 대역을 지원하고 중립적인 기술인 것으로 가정된다. 유사하게, 3550 내지 3700MHz 대역에서 처음 사용되는 US에서의 시민 브로드밴드 무선 서비스(Citizens Broadband Radio Service, CBRS)는 그 대역에 대한 규제 요구사항을 처리하기 위해 스펙트럼 액세스 시스템(Spectrum Access System, SAS)을 사용하게 된다. 이는 또한 로컬 지역 사용에 임대 기회를 제공하면서 실제 라이센싱이 FFC 규제 별로 더 넓은 영역을 커버하는 데이터베이스/제어기 설계가 된다. SAS는 적절한 규제 요구사항이 주어지면 다른 대역에서도 사용될 수 있다. eLSA 및 CBRS는 국가 또는 지역에서 요구되는 규제 요구사항에 따라 다른 배치 간 공존을 지원한다. 그러나, 공존이 보장되는 방법은 eLSA와 CBRS 사이에서 다르다.
5G에 대해 많은 다른 스펙트럼 대역이 식별된다. 여기서는 NR 기술을 사용할 수 있는 대역만이 논의된다. 예를 들면, 700MHz 대역은 포털 및 통신 관리에 대한 유럽 컨퍼런스(the European Conference on Postal and Telecommunications Administration, CEPT)에서 5G 대역으로 식별되었지만, 4G를 구현할 가능성도 있다. 700MHz 대역과 관련하여 APAC에도 동일하게 적용된다. 또한, 2.3GHz 대역은 예를 들어, 스웨덴에서 논의되었지만, 현재는 주로 4G와 관련되어 있다.
현재 전 세계 모든 국가에서 유효하고 할당된 5G 3GPP 조화 대역은 없지만, 24.25 - 29.5GHz와 같은 조화 스펙트럼 범위가 존재한다. 몇가지 3GPP 대역이 각 범위 내에서 정의된다. 할당 대기 중인 많은 mmW 대역은 WRC-19의 결과에 의존한다.
유럽
3400 - 3800MHz 대역은 CEPT에서 5G를 위한 "파이오니어 대역(pioneer band)"으로 식별된다. 다른 국가에 대한 계획은 라이센스 만료 날짜가 많이 다른 기존 사용자에 따라 많이 변한다. 전체 대역을 경매할 계획이 있는 국가가 있으며, 통상적으로 스웨덴과 같이 100MHz 블록이 제안된다. 다른 국가는 기존 용도로 인하여, 예를 들어, 현재 이용가능한 200MHz 상위 또는 하위만을 갖는다. 이로 인하여 UK에서와 같이 더 좁은 대역의 라이센스가 주어진다. 나머지 스펙트럼이 이용가능해질 때, 새로운 경매가 진행된다. 대역의 재할당과 같이, 아무런 조치가 수행되지 않으면, 운영자가 비연속적인 스펙트럼을 보유하게 된다. "캐리어 집계가 존재"하므로, 재할당이 일어나지 않을 수 있다.
대부분의 국가는 기존 계획에 따라 로컬 서비스에 100MHz를 (3700 - 3800MHz) 따로 설정하도록 제안하는 독일과 스웨덴을 제외하고 국가 라이센스를 홍보한다. 그 블록은 일반적으로 2023년 스웨덴에서 이용가능하다.
EC(European Commission, 유럽 연합)으로부터의 "5G 실행 계획"에서는 모든 국가가 다음을 갖추어야 한다고 정의된다:
* 2020년 동안 각 국가의 최소 1개 도시에서 서비스되는 5G 네트워크
* 전체적인 구축 준비 2025년
이는 EC 의욕을 충족시키기 위해 다양한 국가 커버리지 요구사항이 존재하므로 대부분의 국가가 중대역에 (3 - 8GHz) 집중할 것임을 의미한다.
5G에 대해 26GHz 대역이 (24.25 - 27.5GHz) 또한 식별된다. 정확한 정의는 WRC-19의 결과에 따라 더 확장된다. 대부분의 국가에서, 26.5 - 27.5GHz 범위는 비어 있어서 지금 경매될 수 있다. 일부 국가에서는 경매가 이미 시작되었다.
미국
미국에는 mmW에서 (24 / 28 / 37 / 39GHz) 5G를 타켓으로 여러 대역이 있고, 최근에야 연방통신위원회(Federal Communications Commission , FCC)가 중대역 스펙트럼을 (예를 들면, 3.7 - 4.2 대역) 고려하기 시작하였다. 운영자는, 예를 들면 600MHz에서의 T-Mobile 및 2600MHz에서의 Sprint와 같이, NR를 배치하기 위해 기존 대역 중 일부를 식별하였다.
기존 라이센스가 소유하지 않은 28 / 39GHz에서 mmW 스펙트럼의 향후 FCC 경매가 있다.
중대역에서는 CBRS 대역에서 (3550 - 3700MHz) 5G가 허용된다. 그 대역은 10MHz 블록을 기반으로, 라이센스(PAL) 및 일반 인증(GAA) 블록을 갖는다. 37 - 37.6GHz에서는 로컬 사용을 위한 라이센스가 정의되도록 제안된다.
아시아-태평양
아시아-태평양의 주요 국가 중 일부는 2018/2019년 동안 경매를 계획하고 있다.
한국은 2018년 6월에 운영자에게 3.5GHz (3420 - 3700MHz) 및 28GHz (26.5 - 28.9GHz)를 경매하였다.
중국은 2018년 동안 2.6GHz (총 160MHz) 및 4.9GHz (100MHz)에서 추가 주파수를 CMCC에 할당하도록 계획하고 있다. 3.5GHz (3300 - 3600MHz)에 대한 경매는 2019년에 계획되었고 실내 용도로 3300 - 3400MHz가 계획되었다. 현재 2300MHz는 주로 실내 4G이지만, 지금까지 5G를 허용한다는 표시는 없다.
일본은 2019년 동안 대역 3.6 - 4.1GHz, 4.5 - 4.8GHz (개별 동작을 위해 200MHz) 및 27 - 29.5GHz (개별 동작을 위해 900 MHz)에 대한 컨테스트를 계획하고 있다. 3400 - 3600MHz 중 일부는 이미 LTE에 할당되고 결국 5G로 변환되겠지만, 일본에서는 대역 할당이 법규에 의해 정의되어 변경되는데 시간이 오래 걸릴 수 있음을 주목한다.
호주는 지난 2018년 동안 3400 - 3700MHz에 대한 5G 경매를 계획하고 있다.
5G 경매를 계획중인 다른 국가는 인도, 인도네시아, 파키스탄, 태국, 및 베트남이 있다.
중동
UAE, 사우디아라비아, 및 카타르와 같은 국가들은 3.5GHz 및 26GHz에 대해 2019 - 2021년에 구체적인 경매 계획을 가지고 있다. 다른 국가들도 또한 예정된 경매를 표시했지만, 아직 구체적으로 공지되지 않았다.
스펙트럼의 요약
도표 4에는 다른 국가에서의 4G/5G 스펙트럼 대역의 요약이 도시된다. 어둡게 표시된 항목은 로컬 서비스 및 산업 자동화에 사용될 수 있다.
스펙트럼 대역 지역/국가 로컬 사용
600 MHz (FDD) US
2300 MHz (TDD) 중국 현재 주로 실내에서 4G 사용
잠재적으로 5G도 허용 예정
2600 MHz (TDD) US, 중국
3300 - 3400 MHz (TDD) 중국, 아프리카 중국에서 실내. 5G에 대해서도 유사하게 지정
3400 - 3600 MHz (TDD) CEPT, 중국, 한국
3550 - 3700 MHz (TDD) US (CBRS) PAL은 지역 라이센스를 기반으로 함. GAA는 규제에 의한 간섭 보호 자격이 없음. 배치된 시스템만이 커버리지 영역 주변에서 보호될 수 있음
3600 - 3800 MHz (TDD) CEPT, 한국 독일과 스웨덴에서의 3.6 - 3.8 GHz
3600 - 4100 MHz (TDD) 일본
3700 - 4200 US 제안된 규칙제정의 중대역 통보(Mid-band Notice of Proposed Rulemaking, NPRM)
4500 - 4800 MHz (TDD) 일본 개별 동작을 위한 200 MHz
4900 - 5000 MHz (TDD) 중국 로컬 서비스를 위해 제안됨
5925 - 6425 MHz US 비-라이센싱, FS와 공유가능
6425 - 7125 US 라이센싱 또는 비-라이센싱 가능, FS와 공유
24.25 - 27.5 GHz (TDD) WRC-191에 따름 (24GHz 대역에서의 US 경매계획 FDD)
27 - 29.5 GHz (TDD) 일본 개별 동작을 위한 900 MHz
27.5 - 29.5 GHz (TDD) US, 한국
37 - 38.6 GHz (TDD) US 37 - 37.6 GHz에서의 로컬 사용 가능성; FCC는 규정에 의해 제안된 라이센스를 갖는다.
37 - 43.5 GHz (TDD) WRC-19에 따름 37 - 40.5 GHz
40.5 - 42.5 GHz
42.5 - 43.5 GHz
38.6 - 40 GHz (TDD) US
42 - 42.5 GHz US 제안된 규칙제정의 연방 통보(Federal Notice of Proposed Rulemaking, FNPRM) 중 일부
47.2 - 48.2 GHz US NPRM 중 일부
도표 4 - 여러 다른 국가에서의 4G/5G 스펙트럼 대역
주 1: WRC-19 (World Radio Conference 2019, 세계 무선 컨퍼런스 2019), 의제 포인트 1.13: IMT-2020 이상에서 24.25 및 86GHz 사이의 모바일 서비스에 대한 추가 할당
로컬 스펙트럼에 대한 액세스를 제어하는 규제 방법
로컬 스펙트럼에 대한 액세스를 얻기 위해 두가지 다른 규제 방법이 있다:
* 스펙트럼 임대
* 로컬 라이센싱
이러한 방법은 운영자가 스펙트럼에 대한 고객 제어에 동의하거나 규제자가 실행가능한 정책으로 로컬 라이센싱을 설정하는 경우 적용가능하다.
스펙트럼 임대 접근법에서는 임차인/임대인이 그 라이센스 일부를 임차인에게 요금을 포함하여, 또는 포함하지 않고 임대한다. 임차인은 주파수 대역의 일부, 특정한 지리적 구역에 대한 스펙트럼 일부, 또는 둘 모두를 임대할 수 있다. 전대는 임차인이 2차 임차인에게 스펙트럼을 임대하는 경우이다. 도 18에는 스펙트럼 임대에 대한 규제도가 도시된다.
스펙트럼 임대에 대한 규제는 국가마다 다르다. 다양한 측면이 규정될 수 있다:
* 용어
* 스펙트럼에 대한 법적(de jure) 제어 및 사실상 (de facto, 무선 네트워크 소유자 원칙으로) 제어 사이의 차이점이나 차이 없음
* 신청 프로세스, 예를 들면 승인을 위한 규정된 시간
* 예를 들어, 경쟁적 영향을 고려하여, 임대에 사용가능한 대역
* 라이센스 인증 기간을 초과하지 않는 임대 기간
* 전대 가능성
* 임대를 위해 지정된 면적
* 그 이상...
또한, 규제자는 임대 협정을 공개하도록 선택할 수 있다.
다음은 스펙트럼 임대에 관한 규제 상황의 개요이다:
* US는 스펙트럼 임대와 관련하여 가장 성숙되어 있다; 2003 - 2004년 이래로 규제가 존재한다. 스펙트럼 임대는 상업적으로 구현된다. 스펙트럼 임대, 스펙트럼 집계자, 스펙트럼 브로커의 예가 있다. 모든 임대 협정을 포함하는 검색가능한 공공 데이터베이스(public searchable database, ULS)가 있다.
* 남미에서는 몇몇 나라가 MNO 간의 임대를 허용한다.
* EU에서는 2012년 이래로 주요 모바일/셀룰러 대역의 임대가 규제로 허용된다. 회원국의 규정에서 반드시 시행되는 것은 아니다. 스웨덴, 핀란드, UK, 아일랜드, 독일, 프랑스, 또는 이탈리아에서 MNO-소유 주파수에 대한 상업적인 임대 예가 없는 것으로 나타난다.
* UK에서는 경쟁적 영향으로 인하여 주요 셀룰러 대역에서 임대가 Ofcom에 의해 허용되지 않는다.
* 아일랜드에서는 경쟁적 영향을 ComReg가 검토한 이후에, 주요 셀룰러 대역에서 임대가 허용된다.
* 스웨덴에서는 스펙트럼 임대가 허용된다. 규제자는 경매 계획으로 인해 지금까지 단기 임대만을 허용한다 (안정적인 장기 계획이 부족). 운영자는 네트워크 계획/구축의 불확실성으로 인해 지금까지 허용되지 않은 장기 임대를 보호가 보장되어 포함한다.
* 핀란드에서는 스펙트럼 임대가 허용되지만, MNO 라이센스와 관련된 임대가 해결되지 않았으므로, 이 경우는 규제자에 의해 구현될 수 없다.
* 독일의 경우, 2018년 가을 3.7 - 3.8GHz에 대한 협의에서 스펙트럼 임대가 처음으로 해결되었다. 규제자는 재산 소유자 및 사용자(세입자)를 라이센스로 정의하였다.
* 이탈리아에서는 스펙트럼 임대가 허용되어 상업적으로 사용된다.
* 아시아에서는 몇몇 중요한 국가에서 컨테스트가 일반적으로 스펙트럼 임대를 방지하므로, 예를 들어, 허용되지 않은 중국, 인도, 일본에서, 스펙트럼 임대가 규제의 일부가 아니지만, 스펙트럼 거래에 대한 관심은 증가되고 있다. 스펙트럼 임대는 허용되지만 한국에서는 사용되지 않는다.
* 아프리카에서는 스펙트럼 임대가 일반적으로 허용되지 않는 것으로 보인다. 그러나, 나이지리아는 최근에 스펙트럼 임대를 포함하는 스펙트럼 거래 가이드라인을 발표하였다.
* US에서 MNO 스펙트럼의 상업적인 임대는 몇가지 사례와 관련된다.
* 전국적인 운영자는 용량/커버리지/성장이 필요한 마켓을 다루기 위해 그들 사이에서 스펙트럼을 임대한다.
* 전국적인 운영자는 비-전국적인 운영자에게, 예를 들면 버라이즌의 농촌지연 LTE 프로그램(Verizon's LTE in Rural America (LRA) program)에 스펙트럼을 임대한다. 버라이즌은 21개의 농촌 및 소규모 캐리어를 프로그램에 지정하였고, 19개는 프로그램을 통해 LTE 네트워크를 시작하였다. 그 프로그램은 버라이즌이 농촌 지역에서 신속하게 구축되도록 허용한다.
*
* 예를 들어, 공장 자동화 사용 사례에서 5G 버티컬을 위한 스펙트럼을 임대하려는 MNO의 관심은 아직 확인되지 않았다.
운영자로부터의 모바일 대역의 스펙트럼 임대는 주로 규제자로부터 커버리지 및 다른 요구사항을 실행하기 위해 다른 운영자 쪽으로 수행된다. 볼륨 측면에서, 이는 거의 독점적으로 US에만 있다.
더 높은 대역에서 (> 10GHz), 고정된 서비스는 서비스 제공자에 의한 운영자로부터의 임대를 포함하는 사용 사례이다. 이는 US 및 유럽 모두에서 설정된다.
5G의 도래와 함께, 버티컬은 전용 (모바일) 스펙트럼이 필요한 사례를 제공한다. 한가지 질문은 어느 작동자가 임차인이 될 것인가 이다.
모바일 스펙트럼을 버티컬로 임대할 가능성에 대한 운영자의 장기 반응은 공지되지 않았다. 임차인 및 임대인 모두에 대해 이러한 임대 협약을 체결하는데 기회 및 문제가 있다. 예를 들면:
* 완전히 악용되지 않는 스펙트럼에서 MNO에 대한 관심
* MNO는 수요가 많거나 5 - 10년 내에 수요가 예상되는 지역에서 스펙트럼 임대를 주저할 수 있다.
* 프로세스 및 건물에 대한 투자로 인하여, 30년 이상 필요한 임대 기간은 MNO 라이센스 기간 보다 훨씬 더 길다.
5G의 도입은 네트워크 슬라이싱을 통해 SLA를 제공하는 운영자 능력에 광범위한 변화를 일으키게 된다. 네트워크 슬라이싱이 모든 3GPP 기반 네트워크로 다양한 범위까지 지원되지만, 5G CN은 사용자 사례, QoS 클래스, 및 서비스 제공자 사이의 분리를 실행하는 네트워크 슬라이스의 프로그래밍을 가능하게 하는 프레임 워크를 운영자에게 제공한다. 그러면, 슬라이싱으로 네트워크 용량의 임대가 가능한 배치 사례를 가질 수 있다. 이는 로컬 사용자가 종단간 SLA를 제어하고, 예를 들어 QoS를 포함하는 RAN의 동작을 제한 내에서 제어하도록 허용한다. MNO는 계획 및 관리에 대한 전체적인 제어를 잃지 않고 임대의 SLA에 따라 RAN를 배치하고 CN과 통합하게 된다.
스펙트럼 임대에 가능한 대역은 특정한 요구사항에 따라야 한다. 대역의 임대는 특정한 국가/지역 내의 규제에서 허용되어야 한다. 상기 도표 4에서 중국, 아프리카, 및 일본을 제거하면 다음의 도표가 주어진다:
스펙트럼 대역 지역/국가 설명
600 MHz (FDD) US
2600 MHz (TDD) US
3400 - 3600 MHz (TDD) UK를 제외한 CEPT 한국에 공지되지 않은
3550 - 3700 MHz (TDD) US (CBRS)
3600 - 3800 MHz (TDD) UK를 제외한 CEPT 한국에 공지되지 않은
24.25 - 27.5 GHz (TDD) WRC-19에 따름 (24GHz 대역에서의 US 경매계획 FDD)
27.5 - 29.5 GHz (TDD) US 한국에 공지되지 않은
37 - 38.6 GHz (TDD) US
38.6 - 40 GHz (TDD) US
42 - 42.5 GHz US
도표 5 - 임대를 위한 4G/5G 스펙트럼 대역
로컬 라이센싱
대부분의 라이센스는 다음과 같이, 라이센스를 위한 지역을 정의하기 위해 미리 정의된 관리 경계를 사용한다:
* 국경
* 지역 경계 또는 다른 더 큰 관리 구조
* 커뮤니티/지자체
다음 레벨의 세분화는 재산이 될 수 있다. 이러한 접근법으로, 재산 및 토지 사용 권한이 로컬 라이센스로 사용되도록 관리 정의로 사용될 수 있다. 더 넓은 영역의 스펙트럼 라이센스로부터 로컬 스펙트럼이 필요한 경우, 세분화를 증가시키기 위한 한가지 솔루션은 서브-영역의 임대를 사용하는 것이다. 이 솔루션은 필요한 경우, 재산 보다 더 큰 영역을 정의할 수 있다.
현재 규제자가 지역/지자체 보다 더 작은 영역에 대한 로컬 라이센스를 정의하는 경우, 그 정의는 좌표와 반지름, 이벤트 명칭, 주소, 지역을 정의하는 좌표 등이 된다. 이는 이러한 라이센스의 수가 적기 때문에 문제가 되지 않는다. 그러나, 5G 사용 사례의 도래로 인해 변하게 될 것이다. 이는 규제자를 위해 진행 중인 작업이다.
5G 사용 사례로 로컬 라이센스의 수가 증가되면, 조정 필요성도 증가된다:
* 예를 들어, 신규 지원자의 경우, 라이센스 영역을 나타내기 위해 지리적 데이터베이스가 필요하다.
* 구현 간의 간섭에는 규제 요구사항을 통해 조정이 필요하다.
상업적 서비스에 대한 국가 및 지역 라이센스가 존재하지만, 테스트 실험실 및 테스트 공장과 같이, 비상업적인 목적을 위한 로컬 라이센스가 존재한다. 일부 프로그램-제작 및 특수 이벤트(program-making and special event, PMSE) 서비스에 대한 라이센스가 로컬로 나타날 수 있다. 새로운 타입의 사용 사례와 함께, 5G의 도래는 예를 들어 공장에 대한 로컬 라이센스를 요구하게 되고, 규제에 대해 새로운 요구사항을 추가한다.
유럽에서 5G 서비스를 위한 주요 대역은 3.4 - 3.8GHz이고, 이 대역의 경매는 로컬 라이센스와 관련한 규제 활동을 트리거한다. 특히 실내에서 사용될 때 전파 특성이 공존 문제를 일으킬 가능성이 적다는 점에서, 예를 들어, 더 높은 대역 24.25 - 27.5GHz가 (유럽에서 초기 구현을 위한 파이오니어 대역) 로컬 사용에 적절할 수 있다. 현재, 이러한 대역에 대한 로컬 라이센스에 관련된 규제 논의는 대부분 범위를 벗어나거나 가능성의 영역에 막 진입할 수 있지만, 이는 산업업계 관심에 따라 변할 것으로 기대된다.
특정한 실내 환경은 특히, 네트워크가 현대식 건물에서 층별로 분리되는 경우, 다수의 용도를 통해 스펙트럼을 재사용할 수 있다. 건물의 여러 층을 통한 손실은 3.5GHz와 같은 중대역 주파수에서도 수십 dB가 될 수 있는 것으로 공지되어 있다.
중국 내 산업은 독일의 3.7 - 3.8GHz에 대한 제안을 지적하면서, 표준 포럼에서 로컬 라이센스에 대해 관심을 보였다.
산업에 지정된 라이센스의 예는 1990년대 캐나다 수력발전 산업에 제공되었던 1800 - 1800MHz에서의 할당이다.
유럽: 3.7 - 3.8GHz (5G 서비스를 위한 주요 대역 3.4 - 3.8GHz 중 일부)
여러 국가에서 스펙트럼을 경매하였고 더 많이 이어질 것이다. 두 나라는 로컬 라이센스를 포함한 협의를 거쳐 서로 준수하고 있다.
* 독일은 2018년 3분기 경매 규정을 2019년 Q1 - Q2로 스케쥴링된 경매로 발표하였다. 그 규칙은 "로컬 재산-관련 용도"에 대한 실내 및 실외 사용을 구별하여, 로컬의 정의로 재산을 의미한다. 예를 들어, 거리, 공원 등과 같이 개별 재산이 아닌 재산이 있음을 주목한다.
* 스웨덴, 최근 경매 2020년 Q1. 최근 협의는 "로컬 블록 할당"을 정의한다. 여기서 로컬은 예를 들어, 광산, 실내 설비, 및 핫 스폿과 같이, "작은 지리적 영역"을 칭하는 것으로 정의된다. 일반적으로 지자체에 대응하는 지역 라이센스도 또한 협의에서 언급된다는 점을 주목하여야 한다.
USA: 3.4 - 3.55GHz (CBRS로의 확장이 가능)
US에서, 국가 통신 및 정보 관리(National Telecommunications and Information Administration, NTIA)는 이 대역에서 군용 레이더와 모바일 브로드밴드 사이의 스펙트럼 공유를 평가하고 있다. 기존 시스템은 기존 CBRS 범위와 비교하여 여기서 다르다. CBRS 규칙이 적용되면, 라이센스 운영은 여러 카운티에서 실행되고, 제3 계층은 일반적인 인증 액세스(General Authorized Access)로 구성된다. CBRS 대역의 넓은 면적은 경매 마켓에 참여할 가능성이 없으므로 버티컬로 사용하기에 적합하지 않다.
로컬 라이센싱을 위한 대역
로컬 라이센싱에 가능한 대역은 특정한 요구사항에 따라야 한다. 로컬 라이센싱은 규제자에 의해 허용되어야 한다.
상기 도표 4에서 지역 전략을 유지하면, 다음의 도표가 주어진다:
스펙트럼 대역 지역/국가 설명
3300 - 3400MHz (TDD) 중국 중국에서 실내. 5G에 대해서도 유사하게 지정
3550 - 3700MHz (TDD) US (CBRS) PAL은 지역 라이센스를 기반으로 함. GAA는 규제에 의한 간섭 보호 자격이 없음. 배치된 시스템만이 커버리지 영역 주변에서 보호될 수 있음
3600 - 3800MHz (TDD) 독일과 스웨덴에서 3.7 - 3.8GHz 실내 및 실외
4500 - 4800 MHz (TDD) 일본 개별 동작을 위한 200 MHz
27 - 29.5GHz (TDD) 일본 개별 동작을 위한 900MHz
37 - 38.6GHz (TDD) US에서는 37 - 37.6GHz가 가능함 FCC는 대신에 규칙에 의해 제안된 라이센스를 갖고 연방 사용과 공유됨
도표 6 - 로컬 라이센스를 위한 4G/5G 스펙트럼
임대 및 로컬 라이센싱에 대한 기술적 지원
유럽에서, eLSA는 ETSI 지정 시스템 라이센스 공유 액세스의 연속으로, 합리적인 예상 시간 내에 기존 사용자를 대피시킬 수 없는 IMT 대역의 스펙트럼에 대한 액세스를 관리한다. 액세스는 시간 및 지리적 영역에서 관리될 수 있다. 시스템은 기존의 다른 사용자가 사용할 수 없는 지리적 보호 및 제외 구역을 생성한다. eLSA에서는 많은 로컬 액세스 라이센스를 부여하고 관리하는 프로세스가 자동화될 수 있는 경우 로컬 라이센스 취득자가 처리하는 것을 가능하게 하도록 허용 구역이 도입된다. 또한, MNO와 같이 설정된 라이센스에서 로컬 지역 사용자에게 주파수 임대를 처리하는 것도 포함된다. 도 19는 IMT와 같은 모바일 서비스에 할당된 주파수 대역에 대해 가정된 스펙트럼 할당 가능성을 도시한다.
eLSA 시스템에 대한 사양 작업은 ETSI (유럽)에서 시작되었고, ETSI 기술 리포트 "로컬 고품질 무선 네트워크의 임시 스펙트럼 액세스에 관한 타당성 연구(Feasibility study on temporary spectrum access for local high-quality wireless networks)"를 기반으로 한다. 시스템 요구사항에 대한 기술적 사양은 2018년 말에 준비되어 설계 및 절차 흐름에 대한 사양으로 이어지고, 또한 프로토콜 사양으로 이어질 것으로 가정된다. 아시아-태평양에서, "로컬 영역" 서비스에 관련된 정보는 공유되고 기술 리프트에 대한 시작 작업이 승인된다.
eLSA 시스템은 데이터베이스/제어기 개념을 기반으로 한다. 이는 필요한 간섭 보호 요구사항을 제공하지 않으므로, 예를 들어, 공백 또는 규칙에 의해 라이센싱된 액세스와 같이 부여된 액세스로, 라이센싱 및 임대를 지원하지만 라이센스가 없거나 라이센스-제외 작업은 지원하지 않는다.
데이터베이스는 eLSA 저장소(eLSA Repository)라 칭하여지고, 규제 도메인에 있는 것으로 가정된다. 제어기는 eLSA 제어기라 칭하여지고, eLSA 라이센스 취득자의 시스템이 라이센싱 조건에 따라 운영되는데 필요한 구성을 갖도록 보장하여, URLLC 사용 사례를 지원하는데 필요한 고품질 요구를 용이하게 지원하게 된다. 제어기는 eLSA 저장소로부터 요구되는 규정 공유 및 공존 요구사항을 얻게 된다.
도 20은 로컬 라이센스에 대해 가능한 설계 스케치를 도시하고, 도 21은 임대를 위해 가능한 설계를 도시한다. 후자의 경우, eLSA 제어기 박스는 또한 MNO가 주파수를 임대하기 때문에 eLSA 저장소 기능 중 일부를 포함한다.
US에서, 연방통신위원회(FCC)는 FCC 규칙에 규정된 규제에 따라, 3550 - 3700MHz 대역에서 시민 브로드밴드 무선 서비스(CBRS)를 정의하였다. 도 22는 CBRS의 측면들을 설명한다.
CBRS 대역은 해군 레이더와 고정된 위성 시스템(Fixed Satellite System, FCC) 서비스에 의해 사용되고 있고, 두 서비스 모두 현재 계층 1(Tier 1)의 기존 주요 사용을 구성한다. 47 CFR 파트 90, 서브파트 Z의 규칙에 따라 운영되는, 무선 인터넷 서비스 제공자(Wireless Internet Service Provider, WISP)와 같은 조부 무선 브로드밴드 서비스 사용자(Grandfathered Wireless Broadband Service User)도 또한 2020년 4월까지 CBRS의 간섭으로부터 보호된다. 나머지 두 계층은 각각 무선 브로드밴드 사용을 위한 대역에서 우선순위 액세스 라이센스(Priority Access License, PAL) 및 일반 인증 액세스(General Authorized Access, GAA) 발급을 허용한다. PAL 사용자는 취득한 라이센스 영역 및 대역폭을 기반으로 스펙트럼에 대한 라이센스로부터 이점을 취한다. GAA 사용자는 인증된 액세스를 기반으로 상위 계층에 의해 사용되지 않는 임의의 스펙트럼에 대해 액세스가 허용된다.
무선 디바이스는 그 위치 및 운영 매개변수를 기반으로 시민 브로드밴드 무선 서비스 디바이스(Citizens Broadband Radio Service Device, CBSD)로 등록된다. 자격이 있는 무선 디바이스는 우선순위 액세스 라이센스(PAL) 및 GAA 스펙트럼에 대한 액세스를 요청할 수 있다. FCC는 GAA 스펙트럼 사용자에 대해 어떠한 규제 보호도 협의하지 않기 때문에, GAA 공존을 위한 솔루션을 만드는 것은 산업업계 협정에 남겨져 있다. 무선 혁신 포럼(Wireless Innovation Forum, WInnForum)은 대부분 규제 준수를 목표로 하는 기술에 구애받지 않는 프로토콜을 지정하고 있지만, CBRS 연합(CBRS Alliance)은 CBRS에서 동작하는 LTE 네트워크의 성능을 개선하도록 시도하고 있다.
CBRS 연합은 공공 서비스와 연관된 운영자-배치 스몰 셀 네트워크, 최종 마일 교체를 위한 고정된 무선 서비스, 및 산업용 무선을 포함하여, 다양한 사용 사례에 대해, 대역 내 LTE의 운영을 촉진하고 개선하도록 시도하는 산업 트레이드 조직으로 공인되었다. 연합은 기존 운영자 배치 운영 및 중립 호스트(neutral host)를 포함하는 개별 네트워크 운영 모두를 허용하도록 네트워크 설계에 대한 변경을 지정하고 있고, LTE-TDD 및 LTE-eLSA 운영 대역에서 대역 48 및 49를 정의하기 위한 3GPP에서의 기여에 추진력을 구축하는 플랫폼을 제공하였다. CBRS 연합은 또한 2019년에 대역으로 5G NR을 도입할 것이다. 산업용 무선 애플리케이션에 대한 5G의 초점은 CBRS 연합의 사명과 부합된다.
지리적 위치 데이터베이스 및 정책 관리자인 스펙트럼 액세스 시스템(Spectrum Access System, SAS)은 CBSD에 의해 CBRS 스펙트럼에 대한 액세스 권한을 부여한다. SAS는 주로 FCC 규정에 따라 하위 계층 운영으로부터 상위 계층 사용자를 보호한다. CBRS에서의 논리적 관계는 도 23에 도시된 바와 같이, SAS-CBSD 및 SAS-SAS 인터페이스에 의해 설명되고, 도 23은 GAA 스펙트럼에 대한 공존 관리자(coexistence manager, CxM) 기능을 포함하는 고레벨 SAS 설계를 설명한다. 연방 레이더 시스템은 해안 레이더 활동에 대해 SAS에 알리는 환경 센싱 구성성분(Environmental Sensing Component, ESC)을 형성하는 센서 네트워크의 구현으로 보호된다. PAL 사용자에게는 10MHz 블록이 넘는 넓은 지리적 영역에 대한 지역 라이센스가 부여된다.
각 PAL은 10MHz이고 CBRS 대역의 처음 100MHz 내에서, 즉 3550 - 3650MHz에서, 한정되는 최대 7개의 라이센스로 제한된다. 새로운 규칙은 미국에서 3142 번호인 카운티의 라이센서 영역을 기반으로 한다. 각 라이센스 영역에는 7개 PAL이 있고, 라이센스 기간은 갱신 보증을 포함하여 10년이고, 라이센스는 분할 및 분리될 수 있다. 단일 운영자는 최대 4개 PAL 라이센스로 제한된다. 지리적 제한 하에서 스펙트럼을 임대하는 능력 및 라이센스를 분리하는 능력은 산업을 위한 스펙트럼 사용의 2차 시간을 지원하게 된다. 이 방법으로, PAL 라이센스는 큰 부담없이 URLLC를 지원할 수 있게 된다.
WInnForum은 기존 사용자 및 PAL의 보호를 포함하여, 대역을 관리하기 위한 기술-중립 메카니즘을 정의하고 있다. GAA 사용자 사이의 공존을 위한 추가 요구사항은 개발되고 있으며, 동시에 공존이 SAS의 중앙 기관에 의해 언지니어링되어야 하는가 또는 무선 환경에 대한 지식으로부터 발생되는 CBSD의 로컬 조치에 의해 엔지니어링되어야 하는지 여부에 대해 많이 논쟁되고 있다.
도 24는 PAL 스펙트럼 관리에 대한 설명이다. PAL 사용자는 하나 이상의 CBSD의 실제 배치 주위에 윤곽선으로 그려진 커버리지 영역 내에서만 보호된다. 이들 커버리지 영역은 PAL 보호 영역(PAL protection area, PPA)이라 공지되어 있고, 전송국으로부터 -96 dBm의 신호 레벨로 제한된다. PAL 보호 영역(PPA)은 PAL 또는 GAA의 관련되지 않은 다른 사용으로부터 간섭 보호를 받을 수 있는 다각형 영역을 등록하기 위해 융합될 수 있는 오버랩된 커버리지 영역으로 배치된 CBSD의 클러스터를 나타낸다. 도면은 각각 카운티에 대응하는 여러개의 라이센스 지역을 도시한다. 여러 라이센스 지역에 걸쳐 있는, 즉 하나 이상의 지역에서 라이센스를 갖는 PAL 사용자는 라이센스를 결합하여 공통 채널 지정을 생성할 수 있다.
GAA 사용자는 PPA에서의 실제 PAL 배치가 PPA 내에서 -80 dBm을 초과하는 총 간섭으로부터 보호되는 한, PAL 스펙트럼을 사용할 수 있다. 이는 도면에서 PPA C에 대해 설명되며, 여기서 두개의 GAA CBSD는 전송으로부터의 총 간섭이 PPA 경계에서 -80 dBm을 초과하지 않는 한, PAL 사용자와 동일한 채널에서 동작하도록 허용된다. 서로 오버랩되거나 충분히 근접해 있는 다른 운영자로부터의 PPA는 분명히 독점 스펙트럼 할당을 사용하게 된다. 그래서, GAA 사용자는 대역이 상위 계층에 의해 방해받지 않는 경우 모든 150MHz 스펙트럼에 대한 액세스가 보장된다.
GAA 사용자는 상호 간섭이나 상위 계층으로부터의 간섭으로부터 보호되지 않지만, WInnForum 및 CBRS 연합은 GAA 사용자에 대해 높은 품질의 경험을 생성하는 방법을 지정하기 위해 노력해 왔다. CBRS 연합 과정은 SAS에 의해 지정된 스펙트럼을 CBRS 연합 공존 그룹에 재할당하고, 환경 모델링을 기반으로 로컬 간섭 그래프를 생성하고, 또한 CBSD에 네트워크를 조언하는 공존 관리자(Coexistence Manager, CxM)로부터 스펙트럼 할당을 최적화한다. 또한, CxM은 TDD 신호에 대한 업링크-다운링크 조정을 관리한다. LTE-TDD 네트워크는 모두 셀-페이즈 동기화될 것으로 예상되고, CBRS 연합 공존 사양은 SAS 또는 CxM에 관계없이 이를 달성하는 방법을 상세히 설명한다. WInnForum 및 CBRS 연합은 CBSD 당 최소 10MHz 스펙트럼을 보장하도록 시도할 것이다. 이는 혼잡한 영역에서 eMBB 서비스를 고려하지 않을 가능성이 있다.
PAL 및 GAA 스펙트럼은 모두 URLLC 요구사항을 해결할 수 있지만, URLLC 품질은 모든 GAA 상황에서 보장될 수는 없다. 그러므로, 운영자는 커버되는 시설이 물리적으로 다른 간섭 요인으로부터 격리되지 않는 한, 용량 또는 대기시간 성능이 저하되지 않은 것이라고 고객에서 약속하는 SLA를 체결할 수 없다.
CBRS는 몇가지 단점을 갖는다:
* 라이센싱 체계의 3-계층 특성, 특히 GAA를 허용하는 규칙은 대역의 유틸리티에 많은 불확실성을 생성한다. 이러한 불확실성 중 일부는 GAA 스펙트럼이 비-라이센싱 스펙트럼과 유사한지 또는 공백과 유사한지; 그렇지 아닌지 여부를 이해하는데 부족하여 일어난다. 실제로, GAA 사용에 대한 FCC 규칙을 엄격하게 해석하면 공백 유사성을 잘못 믿게 된다.
* WINNF 사양은 간섭 보호를 보장하는 방식으로 GAA 스펙트럼을 단독으로 사용할 수 있다는 인상을 일부 운영자 사이에 생성하게 된다. 이러한 인상을 받으려면, 아마도 대역폭이 품질을 위해 상쇄되는 범위까지 사용자 사이의 스펙트럼 분할을 요구하게 된다. 이는 eMBB 사용에 적절하지 않다.
* WINNF 및 CBRS 연합 공존 사양은 실외 배치의 가치를 떨어뜨리기 쉽다. 고전력 기지국은 저전력 기지국 보다 더 넓은 범위까지 기존 보호에 카운트된다. 스펙트럼을 지정할 때 실내 배치가 선호될 수 있고, SAS가 공정성 측정을 도입하지 않는 한, 실내 노드의 대규모 네트워크는 공정한 스펙트럼 공유율 이상을 확보할 수 있다. 비지니스 보증을 기반으로 실용적인 접근법이 있을 것으로 기대하고 있다.
* CBRS의 흥미로운 사용 사례는 커버리지 및 오프로딩을 위한 도시형 소형 셀(cell) 및 마이크로(micro)이다. 그 이유는 주로 넓은 라이센스 영역에 있고, 운영자는 수익성이 좋은 마켓에서 라이센스에 입찰할 가능성이 더 높기 때문이다. CBRS의 산업 자동화 사용을 위해, 운영자는 스펙트럼을 분해하거나 임대하려는 의도로 라이센스를 취득해야 한다.
* CBRS는 5G의 주요 관심이 있는 대역에서 정의되었다. 스펙트럼이 제공되고 있는 기간, 특히 PAL은 그 대역을 eMBB 서비스에 의심스럽게 만들고, URLLC 동작 모드를 포함하여, 산업용 목적을 위해 혼합된 유틸리티를 갖는다.
한편, CBRS에 대해 좋은 점이 있다:
* CBRS에 의해 사용되는 사용-또는-손실(use-it-or-lose-it) 접근법은 스펙트럼 유틸리티를 개선하는데 있어서 잘 고려된 연습이다. 그 규칙은 실제 배치와 함께 라이센스를 사용하도록 운영자에게 동기를 부여하고, 운영자는 자체 무선을 배치하거나 PPA를 임대하여 자신의 스펙트럼에서 수익을 실현하도록 동기를 부여한다.
* CBRS에서 대부분의 사용자가 실내 소형 셀 사용자이면, 그 대역의 성공은 보장된다. 많은 산업 사용 사례가 자격이 있다.
* FCC는 산업 및 기업의 스펙트럼 사용을 선호하기 위해 경매 과정을 왜곡시킬 수 없다. 또한, 산업 사용자는 라이센스 마켓에서 경쟁하는데 실제로 관심이 없다. 실제로, Ericsson의 로컬 라이센스 개념은 규칙에 의해 부동산 소유자에게 지정되는 라이센스에 의존하고, 약간의 등록 비용이 부과될 수 있다. 라이센스의 분할을 허용함으로서, FCC는 산업 사용자에게 GAA 규칙에 따른 임대, 구매, 또는 운영과 같은 선택권을 제공하였다.
* CBRS는 상업적으로 배치될 것이고 현장에서 입증될 것이다. 대역에서 LTE 사용을 위한 표준을 포함하여 표준을 개발하는 산업 조직의 설립은 어떠한 형태로든 대역의 실제 배치 및 성공을 보장한다. 2.3GHz에서의 LSA에 대해서도 동일하도고 할 수는 없다. 실제로, Ofcom과 같은 다른 규제자 사이에 CBRS에 대한 관심이 두드러진다. CBRS를 배치한 경험은 통신 산업이 CBRS를 허용가능한 스펙트럼 공유를 구현하는 방법으로 받아들이도록 장려할 수 있다.
공존
일반적으로, 공존 문제는 셀룰러 또는 RLAN 기술을 사용하는 산업용 네트워크가 예를 들어, 위성과 같이, 다른 서비스와 스펙트럼을 공유할 때 존재한다. 지리적으로 또는 이러한 서비스 간의 경로 손실을 통해 충분한 격리가 있는 경우, 무선 네비게이션, 위성 서비스, 또는 고정 서비스에 의해 사용되도록 글로벌하게 지정된 스펙트럼에 대해 산업이 액세스를 얻는 것이 가능하다. 예를 들어, 실내 공장의 스펙트럼 사용은 위성 대역에서 쉽게 일어날 수 있다. 이러한 대역은 RLAN 사용이나 IMT에 할당된 대역에 근접해 있어 제조업체가 무선 장비 내에 이러한 대역을 포함하도록 유도하는 것이 바람직하다. CBRS 대역은 전 세계 대부분 마켓에서 이미 모바일 사용에 지정된 대역과 밀접한 연관을 갖는 대역 중 하나이다.
스펙트럼의 산업적 사용에 대한 또 다른 측면은 스펙트럼 유틸리티의 문제이다. 셀룰러 기술이 높은 스펙트럼 효율성의 이점을 갖지만, 규제가 스펙트럼의 높은 수준의 재사용을 가능하게 하는 것도 필요하다. 많은 경우에서, 이는 가깝게 근접한 곳에 있는 라이센스 영역에서 스펙트럼이 재사용될 수 있는 범위를 이해하는 것을 포함한다.
공존이 실제로 문제가 되지 않는 경우가 있다. 산업용 사용 사례에 대한 실내 스펙트럼은 예를 들어, 위성, FS, FSS, 레이더와 같은 다른 것에 대해 (실내만이 아니라) 사용할 수 없는 스펙트럼으로부터 (모바일 할당 이외의 것을 포함하는) 이점을 누릴 수 있다. 그러나, 산업용 실외 스펙트럼에 대한 사용 사례는 고려되어야 한다.
실내 산업용 사용 사례가 예를 들어, 위성, FS, FSS, 레이더 등과 같은 다른 서비스에 지정될 수 있는 2차 사용 스펙트럼으로부터 이점을 누릴 수 있지만, 산업에서 실외 사용을 위한 로컬 스펙트럼을 지정하는 것도 중요하다.
공유 스펙트럼 - 마켓 고려사항
공유 스펙트럼 규제에 대한 철학은 USA와 유럽 사이에 차이가 있다. FCC는 스펙트럼 유틸리티에 높은 가치를 두는 방식으로 CBRS를 정의하는 반면, EU는 스펙트럼 품질 및 안전성을 지향하는 경향이 있다.
유럽에서는 다른 사람으로부터의 간섭 레벨이 특정한 레벨로 제한될 수 있으므로, 산업용 IoT의 지원이 라이센싱된 대역에 초점을 맞추고 있다. 한 국가에 많은 라이센스 및 임대 계약이 있게 될 것으로 예상된다.
진화된 LSA 시스템은 효율적인 방식으로 배치 및 공존 문제점을 처리하도록 ETSI에서 디자인되고 있다. 국가에 따라, 공동 채널 가능성을 갖는 공존 시나리오는 로컬 실내 대 로컬 실내, 로컬 실내 및 오버랩되는 지역 커버리지 및 로컬 실내 대 로컬 실외가 될 수 있다. 이를 처리하는데 필요한 규제 공유 조건은 예를 들어, 주파수 도메인 (또한 가능한 재사용 패턴의 필요), 가드 거리 (필요한 경우), 벽 손실 가정에 있고, 또한 이웃에 대한 간섭의 예측가능성을 확보하는 경계에서 허용가능한 최대 신호 강도 레벨을 설정함으로서 이루어진다. 이는 원하는 네트워크 품질 레벨을 획득하기 위해 알려진 예상 간섭 레벨로 네트워크의 배치를 용이하게 한다.
예측할 수 없는 간섭 행동을 갖는 비-라이센싱 & 라이센싱 면제 대역은 높은 QoS를 요구하지 않는 서비스에 사용될 수 있고 라이센싱된 네트워크와 함께 동시에 사용될 수 있다.
US에서는 CBRS 내에서 스펙트럼의 임대 및 개별 사용이 발생할 가능성이 가장 높다. PAL 규제는 실제 배치를 보호하는 방향으로 이루어진다. 설정된 PPA가 간섭을 받지 않는 한, 임차인의 라디오에 의해 커버되지 않는 라이센스 정의 내의 영역은 GAA 사용자에게 이용가능하다. 그러나, 임차인은 개별 PPA가 라이센스를 임대하게 허용함으로서 라이센스로 수익을 창출하게 된다. 이는 스펙트럼의 유틸리티를 개선시킬 수 있다.
GAA 사용은 개별 배치에 개방되고 다음과 같은 다양한 요소에 따라 혼합된 경험 품질을 갖게 된다: 도시화, 인구 밀도, 산업적 관심, 실내 대 실외 배치, 소형 셀 대 대형 셀의 실외 배치 (저전력 대 고전력).
WInnForum 및 CBRS 연합은 할당된 스펙트럼의 공동 채널 사용으로부터 GAA 사용자에게 미치는 간섭 영향을 줄일 수 있는 GAA의 공존 원칙을 정의하는데 관여하고 있다. 공존을 위한 과정의 개발은 논쟁의 여지가 있고, 일반적으로 서로 간섭할 것으로 간주되는 인접 CBSD 사이의 스펙트럼 할당을 직교화하는 것을 포함한다. 이는 일부 환경 하에서 CBSD에 대한 개별적인 스펙트럼 할당을 감소시키는 단점을 갖는다. 이는 특정하게 eMBB 커버리지가 예상되는 경우 대역에서 NR 사용에 대해 특히 문제가 된다.
비-라이센싱 스펙트럼
산업용 무선 사용은 셀룰러 또는 무선 근거리 네트워크(RLAN) 기술과 오버랩될 수 있다. 실제로, 스펙트럼의 모든 산업적 사용을 높은 신뢰성의 파생물 또는 중요한 통신에 관련된 것으로 분류할 필요는 없다. 산업 자동화 환경의 특정한 특성으로는 스펙트럼 유용성에 대한 고레벨의 중요성, 배치의 용이성과 낮은 규제, 또한 신뢰할 수 있고 안전한 네트워킹을 개발할 수 있는 기회가 있다. 그러나, 많은 사용 사례, 및 아마도 산업용 사용에 대한 대부분의 사용 사례는 또한 라이센스-면제 스펙트럼을 사용할 수 있다. 라이센스-면제 운영 기술로서 Multefire 및 LAA의 개발은 셀룰러 산업이 RLAN 도메인으로 진입할 수 있는 길을 제공한다.
비-라이센싱 스펙트럼의 주요 단점은 간섭이 있는 상태에서 운영되어야 한다는 점과 분산된 지능을 기반으로 스펙트럼의 공유 사용으로 인한 낮은 신뢰성이다. 이는 일반적으로 무선 노드가 충돌 방지 및 통화 전 청취 에티켓을 사용하여 채널을 즉시 액세스하게 됨을 의미한다. 이는 KPI 보장에 적합하지 않다. 그러므로, 비-라이센싱 스펙트럼은 일반적으로 미션이 중요한 애플리케이션에 적합하지 않다.
산업용 애플리케이션을 위한 비-라이센싱 스펙트럼 대역은 다양한 스펙트럼 대역에 걸쳐 있다. 미국의 FCC는 최근 몇년 동안 비-라이센싱 스펙트럼의 가용성을 확대하는데 가장 공격적이다.
도표 7은 다양한 국가에서의 비-라이센싱 대역을 열거하고, 여기서 밑줄 친 문자는 고려 중인 대역을 나타낸다. 도표 내의 대역은 브로드밴드 사용을 위해 열거된 것이고, 단거리 디바이스 통신 대역으로 지정된 몇가지 대역을 포함하지 않는다. 비-라이센싱 대역은 일반적으로 간섭 가능성으로 인해 URLLC를 위해서는 적절하지 않다.
스펙트럼 대역 지역/국가 설명
600 MHz USA TVWS 규칙은 비-라이센싱 공백 디바이스가 무선 서비스 및 TV 대역 사이의 가드 대역 또한 무선 다운링크 및 업링크 대역 사이의 이중 갭에서 작동하도록 허용한다. 이는 무선 천문학 서비스(Radio Astronomy Service, RAS)를 또한 호스팅하는 UHF 채널 37에서의 비-라이센싱 운영을 포함한다.
902 - 928 MHz USA 파트 15 주파수 홉핑 또는 디지털 변조
863 - 870 MHz 유럽 무선 마이크로폰을 위한 단거리 디바이스 대역, LPWAN 사용 viqa SigFox
2400 - 2483.5 MHz 전 세계 ISM 대역, 파트 15 규칙
5.150 - 5.250 GHz USA, 유럽, 일본 US: U-NII-1 대역, 실내 사용만, 통합 안테나
유럽 RLAN 대역 1
5.250 - 5.350 GHz USA, 유럽, 일본 US: U-NII 2A, 실내 및 실외 사용
유럽: RLAN 대역 1이 TPC 요구
5.350 - 5.470 GHz 유럽 유럽: RLAN 사용에 이용가능
5.470 - 5.725 GHz USA, 전 세계 US: U-NII 2C/2E, DFS 및 레이더 검출, 실내 및 실외
유럽 RLAN 대역 2
5.725 - 5.850 GHz USA, 전 세계 U-NII 3 대역, 전 세계의 ISM 대역과 오버랩
5.725 - 5.875 유럽 BRAN
5.925 - 6.425 GHz USA U-NII 5 대역 제안, AFC 요구(데이터베이스)
6.425 - 6.525 GHz USA U-NII 6 제안, 실내만
6.525 - 6.875 GHz USA U-NII 7 제안, AFC 요구
6.875 - 7.125 GHz USA U-NII 8 제안, 실내만
57 - 64 GHz USA, 캐나다, 한국 비-라이센싱 mmW
59 - 66 GHz 일본 비-라이센싱 mmW
59.4 - 62.9 GHz 호주 비-라이센싱 mmW
57 - 66 GHz 유럽 비-라이센싱 mmW
66 - 71 GHz USA FCC에 의해 비-라이센싱된 경우 제안
도표 7 - 비-라이센싱 대역
유럽과 US에서의 스펙트럼 임대는 규제 문제가 아니지만, 운영자의 관심과 비지니스를 볼 수 있다. 아시아와 아프리카에서는 스펙트럼 임대 논의가 막 시작되었다.
산업용 사용 사례에 대한 실내 스펙트럼은 예를 들어, 위성, FS, FSS, 레이더와 같은 다른 것에 대해 (실내만이 아니라) 사용할 수 없는 스펙트럼으로부터 (모바일 할당 이외의 것을 포함하는) 이점을 누릴 수 있다. 그러나, 산업용 실외 스펙트럼에 대한 사용 사례는 고려되어야 한다.
실내 산업용 사용 사례가 예를 들어, 위성, FS, FSS, 레이더 등과 같은 다른 서비스에 지정될 수 있는 2차 사용 스펙트럼으로부터 이점을 누릴 수 있는 것이 사실이지만, 산업에서 실외 사용을 위한 로컬 스펙트럼을 지정하는 것도 중요하다.
eLSA는 스펙트럼 임대 및 로컬 라이센싱을 위한 대역 및 기술에 구애받지 않는다. CBRS는 미국에서 스펙트럼의 산업적 사용을 위한 최고의 기회가 될 것이다. CBRS는 IMT에 의해 글로벌하게 액세스가능한 스펙트럼 범위로 지정될 것이므로 규모의 경제를 가능하게 하고, 라이센스 임대 뿐만 아니라 분할도 허용한다. 분할을 허용하는 것은 CBRS가 로컬 라이센싱을 가능하게 함을 의미하는 것은 아니다.
IMT와 MBB 스펙트럼의 글로벌 조화는 적절하게 실현되지 못한 바램이었다. 수년에 걸친 모바일 서비스의 스펙트럼에 대한 다양한 규제 조치의 결과로, 산업 사용 사례에 대한 조화를 달성하기가 어려워질 것이다. 그러나, 통신 산업에서는 스펙트럼 범위 3400 - 4200MHz 및 24.25 - 29.5GHz 중 일부를 산업용으로 지정하는 것에 관심이 있다.
3400 - 4200MHz는 5G 구축이 시작되는 중국 및 미국 이외에서, 첫번째 주파수 범위가 될 것이다. 이 범위에서 로컬 라이센싱에 대해 제한된 규제 지원은 비-MNO 종속 스펙트럼 사용에 대한 지연을 생성하게 된다. 예를 들어, 스웨덴에서는 2023년 이후에 5G에서 사용하도록 로컬 라이센싱이 초기에 이용가능해질 수 있고, 대부분의 다른 유럽 국가에서는 규제 조치가 아직 고려되지 않고 있다. 그러므로, 임대는 MNO가 제공하는 서비스를 제외하고 해당 시간 프레임에서 스펙트럼에 대한 액세스를 위해 유일한 옵션이 될 가능성이 있다. mmW 스펙트럼은 적시에 로컬 라이센싱를 사용할 수 있도록 하는데 관심이 있을 수 있지만, WRC-19에서 모바일 대역의 할당에 따라 어느 정도 달라진다.
보안
때로 시스템의 보안은 가장 약한 링크 만큼만 강하다고 한다. 그러나, 시스템의 어느 부분이 깨지는가에 (또는 무시되는가에) 따라 매우 다른 결과가 얻어질 수 있다. 하나 이상의 엔터티를 포함하는 시스템에 대해 말할 때, 사용되는 보안 신원, 및 이들을 처리하고 보호하는 것은 다른 보안 기능의 큰 부분이 의존하는 블록을 구축하는 것이다. 신원은 엔터티를 인증하기 위해, 액세스를 부여하고 동작을 인증하기 위해, 또한 엔터티 사이에 안전한 세션을 설립하기 위해 사용된다. 이는 디바이스가 안전한 신원을 갖고 디바이스의 자격 및 신원을 보호하고 격리하는 하드웨어(HW) 및 소프트웨어(SW) 기반의 메카니즘을 제공할 필요가 있음을 의미한다. 이는 또한 보호될 필요가 있는 신원일 뿐만 아니라 예를 들어, 디바이스에스 실행되는 SW의 적절한 제어를 통해 디바이스 자체가 보호해야 하는 신원이다. 앞서 기술된 모든 것은 디바이스에 HW RoT(root of turst, 신뢰의 근거)를 갖고 기본적으로 신뢰하는 앵커를 기본 보안에 사용함으로서 가능해진다.
신원
디바이스의 신원은 통신 파티에 디바이스를 식별해주는데 사용된다. 신원은 일반적으로 디바이스 인증에 사용되는 키, 키 쌍, 또는 패스워드와 같은 자격증과 식별자로 구성된다. 인증된 신원은 통신 파티가 (예를 들면, 네트워크, 서비스, 또는 피어(peer) 디바이스) 네트워크/리소스 액세스 제어, 서비스 사용, 요금청구, 서비스 품질 설정 등에 대해 잘 설립된 보안 정책을 결정할 수 있게 한다.
공유되는 암호를 기반으로 하는 신원은 통신하는 모든 엔드포인트, 및 그들만이 암호 값을 안다는 사실에 의존한다. 공유된 암호의 랜덤성은 키 특성 중 하나이다. 일반적으로, 공유 암호-기반 신원의 가장 기본적인 형태인 사용자명-패드워드 쌍의 경우 매우 약하다. 랜덤성에 부가하여, 디바이스 및 서버 측 모두에서 암호의 길이 및 보안이 안전하게 처리되는지 여부가 중요하다.
비대칭 키를 사용하는 경우, 엔터티의 식별자는 비대칭 키 쌍의 공중 키이고, 대응하는 개별 키는 인증 자격증으로 동작한다. 개별 키를 사용하여 생성된 사인은 대응하는 공중 키에 액세스할 수 있는 모든 사람을 검증할 수 있다. 이는 아마도 대칭 (공유 암호) 키와 비교해 비대칭 키의 주요 강점이다.
비대칭 키-기반의 신원에 추가적인 가치를 부여하기 위해, 인증 기관(Certificate Authority, CA)에 의해 인증된 신원을 갖는 것이 가능하다. CA는 키를 소유하는 엔터티의 신원을 검증하고 소유자와 공중 키 사이의 링크를 인증하는 인증서를 발급한다. 인증서의 단점은 제한된 환경에서 문제가 될 수 있는 인증서의 (또는 인증서 체인) 사이즈, 및 인증서를 얻고 유지하는 (갱신하는) 추가 비용을 포함한다. 비용을 줄이기 위해, 기업은 또한 자체 CA를 셋업할 수 있다.
원시 공중 키(Raw Public Key, RPK) 메카니즘은 미리 공유된 키의 단순성과 비대칭 암호화 솔루션의 이점 사이에서 절충안을 만든다. RPK는 일반 인증서 보다 현저히 더 작은 최소한의 인증서로서, 특정한 포맷으로 공중 키만을 포함한다. RPK는 자체-사인된 증명서와 같다: 제공된 신원을 보증하는 신뢰할 수 있는 엔터티가 없다. 즉, 이 신원을 수신하는 피어는 이것이 통신하길 원하는 엔터티의 신원임을 신뢰하기 위한 대역 외 메카니즘을 사용할 필요가 있다.
모든 공중 키 인프라구조(Public Key Infrastructure, PKI)에 대해, 손상된 키를 취소하는 방법을 갖도록 추천된다. 인증 기관(CA)으로부터 인출될 수 있는 인증 해지 리스트(Certificate Revocation List, CRL) 또는 온라인 인증 상태 프로토콜(Online Certificate Status Protocol, OCSP)을 사용하여 온라인으로 인증 상태를 점검하는 것이 일반적인 방법이다.
3GPP 셀룰러 시스템은 공유 암호-기반의 신원이 사용되는 중요한 예시이다. 3GPP 신원은 IMSI, 15-디지트 식별자, 및 연관된 자격증인 128-비트 공유 암호로 구성된다. 이 정보는 3GPP 코어 네트워크 내의 가입자 데이터베이스에 (예를 들면, HLR 또는 HSS), 또한 사용자 장비(UE)에 설치된 UICC 또는 SIM 카드에 저장된다. UICC는 3GPP 자격증에 대한 TEE 및 보안 저장소 역할을 모두 수행한다. IoT 디바이스의 경우에는 영구적으로 통합된 내장 UICC가 (eUICC) 대신에 사용될 수 있다. eUICC는 더 작은 공간을 갖고 가입 데이터의 원격 업데이트를 허용한다.
5G의 경우, 3GPP는 "대체적인 자격증"이라 칭하여지는 기존 SIM 자격증에 대한 대안을 고려하고 있다. TR 33.899는 자격증을 포함하여, 다양한 신원 솔루션을 살펴보고 있다. 사양서에는 인증서에 대한 지원이 예를 들어, 33.501에서 설명되고, 여기서 EAP-TLS는 AKA에 대한 대안으로 정의된다. EAP-TLS는 인증서가 인증에 사용되고 있음을 의미한다. 네트워크를 식별하기 위해, 인증서의 사용은 홈 네트워크의 공중 키로 암호화된 UE의 개별 식별자(SUPI)인 은익 식별자(SUCI)의 정의를 통해 부분적으로 이용가능하다. 즉, 네트워크는 이미 공개 키가 가입자 프로파일의 일부인 비대칭 키 쌍을 갖고 있다. SUPI는 3GPP TS 23.501에서 정의된다; 거기서, 네트워크 어드레스 식별자(network address identifier, NAI)는 가능한 한가지 포맷의 식별자로 주어지고, 이는 인증서 사용을 또한 지원한다.
종단간 (E2E, End-to-End) 보안
대부분의 경우, 디바이스의 통신을 보호하는 것이 중요하다. 인증되지 않은 일부 제3자에게 유출되는 정보에 대해, 또한 제3자가 경로 상의 데이터를 수정하는 것에 대해 모두 보호가 필요하다. 이는 기밀성 (암호화) 및 무결정 (데이터의 서명) 보호를 적용함으로서 달성될 수 있다. 데이터에 대한 정확한 보안 요구는 사용 사례에 따라 크게 달라지고, 데이터, 그 사용, 민감도, 가치, 및 데이터 오용과 연관된 위험에 관련된다. 그러나, 경험상, 무결성 보호는 항상 적용되어야 하고, 기밀성 보호에 대한 필요성은 사례 별로 평가되어야 한다. 일반적으로, 단일 키는 단 하나의 목적을 위해서만 (암호화, 인증 등) 사용되어야 한다.
데이터를 보호하기 위해, TLS, IPsec, 및 SSH와 같은 "정규적인" 인터넷 보안 솔루션을 포함하여, 이용가능한 표준화된 프로토콜이 많이 있다. IoT 최적화 솔루션은 IoT에 대한 TLS 변형으로 DTLS를 포함하고, IoT 친화적 IPsec를 프로파일링하기 위해 지속적인 작업을 포함한다. 또한, IETF에서 정의된 OSCORE와 같이, 애플리케이션 레이어 보안 솔루션이 이용가능하고, 특히 제한된 디바이스에 유용하다. TLS와 비교되는 이점은 예를 들어, 슬리피 디바이스(sleepy device)와 사용되는 저장-및-전달 타입의 통신을 위해, 전송 레이어 프록시를 통해서도 종단간 보안이 제공될 수 있다는 점을 포함한다. 프로토콜 오버헤드도 또한 최적화된다.
3GPP는 또한 3GPP 네트워크 외부에서도 서비스에 트래픽 종단을 보호하기 위한 툴을 제공한다. 3GPP TS 33.220의 일반 부트스트랩핑 설계(Generic Bootstrapping Architecture, GBA)는 GBA 용어에서 네트워크 애플리케이션 기능(Network Application Function, NAF)라 칭하여지는 네트워크 서비스에 대한 UE/가입을 인증하기 위해 SIM 자격증을 사용한다. GBA는 서비스/NAF와 운영자 사이에 신뢰있는 관계가 있도록 요구한다. 그 신뢰를 이용하여, NAF는 네트워크로부터 세션 키를 요구할 수 있고, 이는 UE의 SIM 자격증을 기반으로 한다. 이러한 세션 자격증은 UE와 서비스 사이의 안전한 세션 설정 및 인증을 위해 사용될 수 있다.
하드웨어 신뢰 근거(Hardware Root of Trust)
하드웨어 신뢰 근거(HW RoT)의 개념은 다음의 측면을 포함한다:
* 안전한 저장
* 안전한/측정된 부팅(boot)
* HW-시행된 신뢰 실행 환경(Trusted Execution Environment, TEE)
* HW-보호된 암호 및 키 관리 (암호 가속화, HW-기반의 랜덤수 발생기, 안전하게 키를 발생/저장/액세스)
하드웨어 보안은 예를 들어, 제조 및 개발 중에 사용되는 메카니즘과 인터페이스의 보호, 보안 키 프로비져닝, 키 발생, 디바이스의 보안 구성, 코드 서명(code signing) 등과 같이, 디바이스가 제조되는 환경으로 확장된다.
디바이스가 의도된 대로 동작하는 것을 보안하기 위한 기반은 인증된 펨웨어/소프트웨어만이 디바이스에서 실행되도록 보장하는 것이다. 이는 하드웨어 신뢰 근거로부터 시작되는 보안 부팅 메카니즘을 요구한다. 보안 부팅 메카니즘은 디바이스 부팅 중에 로드된 모든 소프트웨어가 실행되도록 인증되었나를 확인한다. HW RoT는 본질적으로 신뢰되는 엔터티이고, 이는 그 데이터, 코드, 및 실행이 신뢰 경계 외부로부터 변경될 수 없음을 의미한다. 이는 디바이스에서 어떠한 소프트웨어가 실행되든 관계없이, 예상대로 (설계에 따라) 동작해야 하는 기능으로 구성된다.
디바이스는 또한 (오프-칩(off-chip)) 비휘발성 메모리에 저장되는 동안 암호화 키와 같이 디바이스에 민감한 데이터를 보호하기 위해 보안 저장 메카니즘을 가져야 한다. 이러한 메카니즘은 또한 예를 들어, 온-칩(on-chip) 비휘발성 메모리나 OTP 메모리에 저장되는 칩 개별 키와 같이, HW RoT에 의존한다.
악성코드(malware) 감염으로부터 복구하고 민감한 데이터의 손실 또는 디바이스의 변경된 동작의 위험을 최소화하기 위해, 펌웨어 및 소프트웨어 중 보안 관련된 부분은 다른 소프트웨어와 분리 (또한 격리 실행) 되어야 한다. 이는 HW 격리 메카니즘을 사용하여 생성된 신뢰 실행 환경(TEE)을 사용해 이루어진다.
디바이스 강화(Device Hardening)
디바이스는 일반적으로 ASIC 생산, 디바이스 생산 중에, 또는 현장에서 발견되는 주어진 디바이스의 문제점을 찾을 목적으로 디버깅 및 HW 분석을 위한 메카니즘 및 인터페이스를 포함한다. 조인트 테스트 액션 그룹(Joint Test Action Group, JTAG), IEEE 표준 1149.1이 디버깅 및 다양한 HW 분석을 위한 공통 인터페이스이다. 이들 메카니즘 및 인터페이스는 권한이 없는 자들이 FW/SW 및/또는 디바이스 데이터를 검색 또는 수정하는데 사용할 수 없도록 보호되어야 한다. 이는 인터페이스를 영구적으로 비활성화시키거나, 인증된 엔터티만이 인터페이스를 사용하도록 허용하거나, 또는 인터페이스로 액세스할 수 있는 것을 제한함으로서 달성될 수 있다. 또한, 인증된 액세스를 위해, 키와 같이, 디바이스의 소유자/사용자에게 속하는 민감한 데이터는 디버깅/폴트(fault) 분석을 실행하는 사람에 의해 액세스될 수 없도록 보장되어야 한다.
SW 보안은 디바이스 보안의 가장 중요한 구축 블록 중 하나이다. HW 및 SW 보안은 서로를 보완한다. 기본으로 HW 보안 없이 안전한 디바이스를 구축하는 것이 불가능하지만, 이는 동일하게 SW 보안에도 적용된다.
애플리케이션 프로세서를 갖는 IoT GW는 일반적으로 리눅스(Linux) 기반의 OS에서 실행되지만, MCU 기반의 IoT 디바이스는 주로 mbed OS 및 Zephyr OS와 같은 경량 OS에서 실행된다. 높은 가용성 및 보안성 요구사항을 충족시켜야 하는 디바이스에서 사용되는 다른 고도로 보안 인증된 OS도 있다. 올바른 OS를 선택하는 것이 중요하고 그 OS의 보안 강화도 또한 동일하게 중요하다. 엔트로피(entropy), 사용자 공간 구성성분, 및 네트워크 기능의 강화도 또한 OS 보안 강화 프로세스 중 일부로 고려되어야 한다. 디바이스 강화와 관련되어 고려되어야 하는 다른 측면은 다음을 포함한다.
* 최상의 보안 소프트웨어 개발 관행에 따라 개발되고 있는 SW를 사용
* 샌드박스(sandbox) 및 격리 - 샌드박스 환경에서 SW를 실행
* 최소 권한 개념 - 프로세스가 요구되는 권한만을 취득
* 암호 강화 - 추적가능하고 검토된 코드를 갖는 보안 암호 라이브러리를 사용
* 암호로 안전한 PRNG의 사용
* 인증 (적용가능한 경우)
* 안전한 SW 업데이트 - 적시에 적용되는 서명 업데이트
안전성을 위한 보안
그러나, 이러한 안전 메카니즘/툴은 (아마도 부인 방지를 제외하고) 목적이 안전한 시스템을 만드는 것인지 여부에 관계없이 모든 보안 시스템에서 구현되어야 한다. 안전 요구사항은 보안 요구사항이 없는 시스템 보다 에러가 더 큰 결과를 초래할 수 있으므로 보안 구성이 이중으로 체크할 필요가 있는 요구되는 보안 레벨의 표시 이상이 된다. 보안 구성은 또한 시스템에서 사용되는 보안/알고리즘/키의 올바른 레벨을 선택하는 것에 관련된다. 보안성에 부가하여, (적어도) 안전과 동일하게 관련된 부분은 예를 들면, 시스템의 가용성/신뢰성으로, 시스템을 구성하는 통신 채널 및 서비스 모두에, 또는 구성성분의 올바른 동작에 (정확하게 리포트되는 값, 시간 동기화 등) 관련된다.
재밍(Jamming)
안전성과 유사하게, 재밍도 또한 보안성 도메인에서 한 위치를 차지하는 주제이다. 재밍은 서비스 거부(Denial of Service, DoS) 공격의 형태이다. 일부 DoS 대응책은 예를 들면, 로드 밸런싱 및 리라우팅 트래픽(load balancing and rerouting traffic)과 같은 재밍에도 적용되고, 이는 무선 인터페이스에서 로드 밸런싱 및 비율 제한, 백업 기지국, 및 추가 주파수를 의미한다.
산업용 디바이스
산업용 디바이스는 작고 단순한 단일 목적의 센서에서 로봇 셀 및 제지 공장과 같은 복잡한 대형 디바이스 세트까지의 범위를 나타낸다. 따라서, 여기서 다루는 매우 관련성 높은 질문 중 하나는 디바이스가 무엇인가 이다. IoT 디바이스는 때로 두가지 주요 방식으로 분류된다: 센싱 디바이스 및 작동 디바이스. 센싱 디바이스는 온도, 빛 레벨, 습도, 스위치 등과 같이 특정한 측면을 측정하는 일부 종류의 센서가 장착된다. 작동 디바이스는 예를 들어, 켜거나 끌 수 있는 전구 또는 에어컨 팬 속도와 같이, 명령을 수신하고 그에 따라 상태를 변화시키는 디바이스이다. 보다 복잡한 디바이스는 센서의 세트 및 조합된 작동기를 갖지만, 여전히 하나의 통신 인터페이스만을 갖는다. 더 복잡한 기계라도 여러개의 센서와 작동기로 구성된 여러개의 더 작은 디바이스로 구성될 수 있다. 일반적으로, 소형 디바이스의 경우에도, 통신 스택 뿐만 아니라 프로세싱 기능, 메모리 등을 호스팅하기 위해 마이크로컨트롤러 또는 소형 컴퓨터가 배치된다. 기본적으로, 매우 복잡한 디바이스는 실제로 서로 상호 작용할 필요가 있거나 없을 수도 있는, 또한 동일한 통신 모듈을 통해 통신할 수 있거나 없을 수도 있는 수개의 부품으로 구성된 작은 네트워크 자체이다.
통신 자체에 대한 요구사항의 범위는 문제의 디바이스가 목표로 하는 작업의 목적 및 중요도에 의존한다. 이러한 요구사항은 처리량, 대기시간, 신뢰성, 배터리 수명, 및 확장된 커버리지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 온도 변화를 리포팅하는 간단한 센서는 통신 요구사항이 완화되는 반면, 클라우드로부터 무선으로 로봇을 제어하는 것은 URLLC 서비스를 요구한다. 네트워크는 동일한 배치에서 서비스 및 디바이스의 혼합체를 지원할 수 있어야 한다. 문제의 장치가 실제로 동일한 인터페이스를 통해 통신하는 다른 세트의 센서 및 작동기를 갖춘 복잡한 것인 경우, 네트워크는 동일한 디바이스로부터 서비스의 혼합체, 즉 다른 타입의 트래픽을 지원할 수 있어야 한다. 이는 예를 들어, 모니터링 목적의 비디오 카메라 (모바일 브로드밴드 트래픽 스트림) 및 조작 암 (URLLC 트래픽)을 갖춘 로봇, 또는 원격 제어 기능을 갖춘 항구 스트래들 크레인(straddle crane)이 될 수 있다.
수직적인 산업 마켓에 진입하기 위해, 상기에 설명된 다른 사용 사례를 해결하고 디바이스에 관련된 몇가지 중요한 연구 질문에 답할 필요가 있다. 디바이스를 다른 URLLC 요구사항과 조합하는 방법, 디바이스 내에서 다른 URLLC 스트림을 조합하는 방법, 및 디바이스 내에서 URLLC 스트림과 비-URLLC 스트림을 조합하는 방법이 있다. 디바이스 내에서 QoS 메트릭을 모니터링하고 이 정보를 BS 또는 네트워크 제어기로 적시에 송신하는 방법은 무엇인가? 디바이스 내에서 (UE, 캐리어 등) 중복성을 보장하는 방법은 무엇인가?
마지막으로, 디바이스는 특히 높은 프로세싱 기능을 갖는 경우, 네트워크의 격리된 부분이 아니다. 오히려, 디바이스는 시스템의 일부이고 시스템 기능, 예를 들면, 엣지 클라우드의 일부, 또는 연합 기계 학습 알고리즘의 애플리케이션을 호스팅할 수 있고, 이는 컴퓨팅 및 개인 정보보호 관점에서 모두 유리할 수 있다.
분산 클라우드(Distributed Cloud)
다음은 특정하게 산업용 시나리오 - 산업용 클라우드의 요구사항을 충족하기 위해 설계된 분산 클라우드의 개념을 논의한다. 또한, 제조 사이트로부터 많은 양의 데이터를 수집, 저장, 및 관리할 수 있는 정보 관리 시스템이 설명된다. 저장된 정보에 대한 액세스는 개발자가 관심있는 특정 데이터를 확보하는 방법을 파악하는 대신 데이터로 수행할 작업에 전적으로 집중할 수 있도록 허용하는 잘 정의된 API를 통해 처리된다.
클라우드에서의 기존 (IT) 중앙집중식 컴퓨팅에서는 로컬 호스팅에 비해 많은 이점을 제공한다. 기술적인 장점은 컴퓨팅 리소스에 대한 (CPU, 저장기, 네트워크, 애플리케이션, 서비스) 유비쿼터스 주문형 액세스, 탄력성 (리소스 확장 및 축소), 및 계량 측정을 (실제 사용에 대한 모니터링과 지불) 포함한다. 서비스 제공자의 리소스는 동시에 여러 소비자에게 서비스를 제공하기 위해 풀링(pooling) 된다. 서비스 제공자에 의해 배치되고, 관리되고, 또한 유지되는 원격 하드웨어를 사용함으로서, 많은 작업이 로컬 IT 부문으로부터 오프로드될 수 있다. 이러한 모든 특성은 개별 소비자의 전체 비용을 낮추는 것으로 해석된다.
중앙집중식 클라우드 모델은 많은 이점을 갖지만 모든 산업용 요구사항을 해결하지는 못한다. 고려되어야 할 주요 문제점이 두가지가 있다. 먼저, 장거리 시그널링은 전체 대기시간에 추가된다. 엄격한 타이밍 제약을 갖는 (하드) 실시간 프로세스의 경우, 클라우드까지의 왕복 지연으로 인해 성능이 저하되거나 특정한 사용 사례를 구현하는 것이 불가능해질 수 있다. 클라우드와의 통신이 거의 제어될 수 없는 많은 외부 링크를 포함할 수 있기 때문에, 지연 지터(delay jitter)도 또한 큰 문제가 될 수 있다. 두번째로, 산업 생산과 관련된 컴퓨팅 작업은 가용성, 견고성, 및 보안성에 대한 매우 엄격한 요구사항을 적용하는 경향이 있다. 클라우드-네이티브 애플리케이션(cloud-native application) 및 서비스가 중복적이고 안전한 방식으로 설계 및 설정될 수 있고 되어야 하지만, 통신이 쉽게 보장되지 않는다. 예를 들면, 광케이블이 공사로 인해 끊어질 수 있고, 라우팅 테이블이 손상될 수 있고, 또한 정전이 발생될 수 있다. 이유에 관계없이, 네트워크 연결이 중단되면, 생산에 치명적일 수 있다. 특히, 중앙 클라우드에서 실행되는 폐쇄-루프 제어 알고리즘에 의존하는 모든 것은 통신 손실을 세심하게 처리하도록 만들어져야 한다. 제어 알고리즘의 현장 복제를 의미하는지, 정상적인 성능 저하를 의미하는지, 또는 다른 것을 의미하는지 여부는 사례별로 결정되어야 한다.
클라우드 컴퓨팅의 이점을 계속 유지하면서 상기에 설명된 문제점을 완화시키기 위해, 분산 접근법이 제안된다. 그 원리는 도 25에 도시된다. 기본적으로, 중앙 클라우드는 (또한, 데이터 센서로 공지되는) 물리적으로 다른 위치에 있는 여러개의 다른 컴퓨팅 인스턴스에 연결된다. 이러한 주변 인스턴스는 프로세싱 전력, 메모리, 저장, 및 통신에 이용가능한 대역폭과 관련되어 매우 다른 기능을 가질 수 있다. 일반적으로, 애플리케이션도 또한 분리된 하드웨어에서 다른 부분을 실행하도록 분산된다. 제조와 연관되어 사용될 때, 이러한 시스템은 산업용 클라우드라 칭하여진다. 분산 클라우드와 때로 동일하게 사용되는 또 다른 용어가 엣지 클라우드(edge cloud)이다. 그러나, "엣지 클라우드"란 용어는 또한 기지국에 위치하는 클라우드 리소스를 특정하게 언급하는데도 사용될 수 있다. 명확히, 도 25에 도시된 바와 같이, 산업용 클라우드 시나리오는 더 일반적이고 기지국 이외의 위치에도 적용된다.
기능적 요구사항 (즉, 지정된 동작 및 수행할 작업) 및 비-기능적 요구사항은 (시스템 운영과 관련된 품질 특성) 특정한 작업을 배치하는 위치를 결정한다. 사용되는 위치와 가깝게 데이터를 유지하면, 시간이 제한되는 작업에 유리하다. 다른 사용 사례에서는 대역폭 제한으로 인해 데이터가 생성되는 임시 저장기가 필요할 수 있다. 결과적으로, 로컬 (온-사이트) 컴퓨팅 및 저장 리소스가 필요하다. 그러나, 중앙 클라우드에서 더 잘 처리되는 시간적으로 덜 중요한 작업도 많이 있다. 예를 들어, 예측 유지보수 및 이상 감지는 때로 로그 및 센서 데이터의 길고 완전한 시간 시리즈에 의존한다. 데이터 센서에 이러한 데이터를 저장하면, 딥러닝 알고리즘의 학습 및 사후 분석이 간소화된다.
실시간 제조 소프트웨어 플랫폼
온-사이트 엣지 클라우드 배치는 장비의 일부가 소프트웨어-전용 솔루션으로 대체될 가능성을 포함하여, 배치 및 관리의 비용을 줄이는 새롭고 개선된 애플리케이션을 위한 인에이블(enabler)로 간주된다. 전형적인 예는 로봇 제어기로, 이는 기존 레거시 배치에서 하드웨어 박스, 특정하게 각 제조 로봇 다음에 설치된 산업용-그레이드 PC이다. 이 장비는 모션 제어와 같이, 밀리세컨드-스케일의 제어 루프를 요구하는 로봇의 실시간 제어를 담당한다. 이러한 브라운필드 기술의 클라우드화에서의 첫번째 단계는 제어기에서 온-사이트 클라우드로의 소프트웨어 이동이므로, 추가 하드웨어 요소를 제거함으로서 설치를 단순화한다.
완전한 소프트웨어-정의된 공장을 향한 다음 단계는 오늘날의 소프트웨어 제어기의 기능을 보다 세분화된 기능으로 분해하여, 클라우드에서 프로그램을 실행하는 이점이 되는, 기능 별 신뢰성, 스케일링, 상태 데이터 외부화, 및 업데이트와 버전 제어 관리의 용이성을 갖는 것이다. 이러한 각 기능은 각 제조 프로세스를 제어하는 실제 비지니스 로직을 구성하는 전체적인 도메인-특정 프로그램의 특정 부분을 캡슐화하고, 이상적으로, 이들을 다른 프로그램에서 재사용할 수 있다. 5G 제조 컨텍스트에서, 프로그램은 객체 인식, 모션 제어, 또는 Faas(function-as-a-service, 서비스로서의 기능) 방식의 실시간 분석과 같이 일반적으로 사용되는 기능을 제공하여 웹-스케일 IT 산업의 개념, 툴 세트, 및 경험을 재사용하는 제조 소프트웨어 플랫폼(MSP)에서 개발되고 실행되도록 계획된다. MSP의 제공자는 서로 겹쳐지고 현실의 추상화 수준을 높이는 구성성분을 통해 물리적 디바이스의 높은 유연성 및 프로그램가능성을 가능하게 한다. 이러한 추상화는 탐지/감지/입력과 명령/작동/출력 시 모두에서 사용된다.
이러한 상위 레벨 개념은 예를 들어, 때로 여러 소스로부터의 정보를 결합하는 저레벨 센서 입력으로부터 합성된 관찰 결과가 된다. 예를 들면, "유닛 #32가 목적지에 도달했다"라는 것은 실내 측위 삼각측량, 목적지의 데이터베이스, 및 아마도 카메라 검증으로부터 계산될 수 있는 트리거가 된다. 원시 입력의 각 부분은 로컬화 시스템 또는 이미지 인식 시스템과 같은, 입력 디바이스 특정 구성요소에서 먼저 처리될 가능성이 있다. 이러한 상위 레벨 구성성분의 결과를 사용하면, AGV 위치를 보다 정확한 좌표를 갖는 종단점과 연관시킬 수 있다. 마지막으로, 더 높은 레벨의 구성성분도 타켓 데이터베이스 및 시스템의 전체 목표와 상관관계를 지정할 수 있다. 따라서, 입력 프로세싱은 추상화 레벨을 약간 높이고 더 많은 컨텍스트를 부가하는 구성성분의 스택에 의해 수행된다.
유사하게, 상위 레벨 명령은 예를 들어, "이 객체를 그 로봇에게 전달하라", "하얗게 페이트 칠하라", 또는 "거기에 2개의 구멍을 뚫어라"와 같이, 사람 작업자에게 주어지는 명령과 같다. 이러한 명령을 실행하는 정확한 과정은 작업 스케쥴링, 궤적 계획, 모든 방식의 모터 제어에서 원시 명령까지 서버로 내려가는 구성성분의 스택에 의해 계산된다.
이러한 접근법은 결과적으로 인간이 쉽게 이해할 수 있는 고레벨 개념을 사용한 제조 프로세스의 프로그래밍을 허용하고, 클라우드화된 애플리케이션의 분산된 특성을 단순화하거나 복잡성을 감추게 된다. 이는 또한 저레벨 구성성분이 애플리케이션에 구애받지 않고 많은 컨텍스트에서 사용될 수 있는 반면, 고레벨 구성성분은 고레벨 개념으로 작업하여 개발하기가 더 쉽기 때문에, 재사용을 지원하고 개발 시간을 절약한다.
실행 환경 및 MSP 플랫폼은 모두, 특히 유선 및 무선 연결 솔루션과 번들로 제공되어 강력하고 간결한 산업 제어 비젼을 제공하는 경우, 5G 네트워크에 있고 그에 연결되는 구성성분에 의해 제공되는 부가 가치가 될 수 있다. 이를 위해, 로봇 공급업체 및 제조 회사의 에코시스템이 탑재되어 이러한 구성성분을 사용하게 된다. 초기 단계에서의 협업이 필수적이다.
데이터/정보 관리
산업 플랜트 내에서 생성되는 모든 데이터를 관리하기 위해서는 정보 관리 시스템이 필요하다. 이러한 시스템의 중요한 특성은 분산되고 (견고성 및 필요한 데이터를 액세스하기 위해), 스케일링 가능하고 (1대 또는 100대의 기계에 대해 이를 수행하는 것은 동일한 복잡성 정도를 가져야 함), 재사용가능하고 (기존 인스턴스에 또 다른 제조 사이트의 데이터 관리를 추가하는 것은 단순해야 함), 또한 안전하다는 (기밀성 및 개인정보 보호 존중, 데이터 무결성 보장, 데이터 소유권 및 액세스 제어를 위한 수단 제공) 것이다. 이러한 시스템의 작업은 관심있는 데이터를 수집, 관리, 저장, 필터링, 추출, 및 발견하는 것이다. 명확하게, 시스템은 수명, 대기시간, 저장 및 가용성, 대역폭 등에 대해 매우 다른 요구사항을 갖는 다른 타입의 데이터를 (예를 들면, 시간 시리즈, 스트리밍 데이터, 관심있는 이벤트, 알라므, 로그 파일 등) 수용해야 한다. 또한, 민감한 데이터 및 개방 데이터 모두의 혼합체를 처리해야 한다. 데이터에 대한 저장 요구사항은 다양하지만, 예상되는 넓은 범위의 다른 요구사항에 대처하려면 "안전한" 저장을 포함하는 분산 클라우드 개념을 기반으로 하는 솔루션이 필요하다. 안전성 측면은 비행 중 (즉, 데이터 전송 중) 및 저장 중 모두에서 개인정보 보호 문제와 액세스 권리 구현을 포함한다.
많은 생산 데이터의 세트는 모든 추가 프로세싱 및 분석을 위한 기반이 된다. 더 많은 데이터를 수집하면 계획, 생산 내에서의 흐름 제어, 효율적인 물류, 예측되는 유지보수, 정보 공유, 각 기계의 제어와 작동, 이상 감지, 알람에 대한 신속한 응답, 작업 순서의 분산, 원격 모니터링, 일일 작업 등에 관련되는 새로운 사용 사례가 용이해진다. 더 많은 데이터가 수집될수록, 데이터를 관리하는 작업이 더 어려워진다. 대형 산업 사이트에서, 판독되고, 모니터링되고, 제어될 수 있는 센서 및 작동기의 총 수는 금방 10,000개를 넘을 수 있다. 샘플링 비율이 많이 다르지만, 시간이 지남에 따라 수집된 데이터의 집계량은 상당해진다. 관심있는 데이터를 찾는 것 조차도 문제가 되는 경향이 있다.
생산은 때로 보여지는 것 보다 덜 정적이다. 명확하게, 모양, 재료, 크기, 표면 광택, 드릴 구멍 배치 등과 관련된 제품 변형에 대해 설정 변경 또는 약간 다른 작업 단계 세트가 필요할 수 있다. 또한, 다른 생산 배치에서 완전히 다른 제품에 대해 동일한 툴 세트 및 기계가 사용될 수 있다. 새로운 제품이 제작되어야 할 때는 완전히 새로운 생산 라인이 셋업되도록 요구될 수 있다. 생산에서의 변화는 운영 및 분석과 관련하여 어떠한 데이터를 봐야하는지에 영향을 주게 된다. 새로운 센서 및 작동기가 사용되므로, 데이터 관리는 변경된 조건에 따라 적용될 수 있어야 한다.
때로 동일한 데이터가 다수의 목적에 유용할 수 있고 (예를 들면, 생산 모니터링 및 제품이 완료된 이후의 품질 보장 모두를 위해), 상기에 논의된 바와 같이, 완전히 새로운 매개변수가 생산이 변경될 때 관심을 받을 수 있다. 센서 데이터가 수집될 때, 미래에 사용될 수 있도록 추가 정보를 (메타데이터(metadata)라 칭하여지는) 추가하는 것이 유리하다. 이에 대한 간단한 예는 모든 센서 판독값에 타임스탬프(timestamp)를 추가하는 것이데, 이것은 처음부터 항상 존재하는 것은 아니다. 다른 유용한 메타데이터는 위치, 제품 id, 사용된 툴에 대한 세부 정보, 및/또는 배치 번호에 대한 정보이다. 일반적으로, 이러한 종류의 메타데이터는 검색을 단순화하고 추적가능성을 개선시킨다. 특히, 분석 및 기계학습 목적에 필요한 특정한 정보를 필터링하고 추출하는데 사용될 수 있다.
수집되는 일부 센서 데이터는 공장에서 실행되고 있는 산업 프로세스 이외의 것을 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 생산에 사용되지만 다른 사람이 소유하는 특정한 장비의 상태 또는 조건을 모니터링하는 것에 관련된 판독값일 수 있다. 소유자는 유지관리 및 서비스를 계획할 뿐만 아니라, 장비의 미래 세대를 개선하기 위한 통계를 수집하기 위해 장비를 모니터링하는데 관심이 있다. 이러한 데이터는 민감할 수 있으므로 공장 소유자에게 표시되어서는 안된다. 한편, 공장 소유자는 생산 라인을 떠나는 제품의 품질 또는 수량과 관련되는 데이터를 공개하고 싶지 않을 수 있다. 결과적으로, 데이터의 소유권을 정의하고 승인된 당사자에게만 데이터의 액세스를 제한하는 수단을 제공할 필요가 있다. 정보 관리 시스템은 목적 또는 그것이 속하는 사람에 관계없이 모든 데이터를 동일한 방식으로 처리하면서 이를 수용하여야 한다.
도 26은 전형적인 제조 시나리오를 설명한다. 좌측에는 공장이 배치되고, 우측에는 데이터 센터가 (즉, 중앙 클라우드) 주어진다. 연결된 툴, 기계, 및 센서는 프로세싱 및 저장을 위해 추가되고 전달되는 데이터를 생성한다. "글로벌" 디바이스 레지스트리는 이용가능한 모든 생산자(센서) 및 소비자(작동기)를 추적한다. 애플리케이션은 디바이스 레지스트리에 요청함으로서 필요한 데이터를 찾을 위치에 대한 정보를 얻는다. 출처와 마찬가지로, 저장은 현장과 데이터 센터 모두에서 관리되고 있다 (나중에 더 상세하게 설명됨). 이러한 디자인은 온-사이트 (낮은 대기시간) 및 오프-사이트 기반의 제어 애플리케이션 모두를 허용한다. 명확하게, 이러한 셋업은 다수의 생산 사이트가 포함되는 경우 복제될 수 있다.
셋업은 데이터가 공장 및 중앙 클라우드 모두에서 처리되는 분산 클라우드의 한 예이다. 사용가능한 리소스 용량을 제외하고, 로컬 셋업 및 그 기능은 데이터 센터의 대응하는 셋업 및 기능과 매우 유사하게 만들어질 수 있다. 그렇게 함으로서, 두 위치에서 실행되는 애플리케이션의 배치, 운영, 및 수명 관리를 크게 단순화하게 된다.
데이터에 추가하고, 저장하고, 처리하는 것 외에, 정보 관리 시스템은 데이터 출처도 관리하여야 한다. 간략하게, 이는 데이터 발신지, 시간 경과에 따라 이동하는 위치, 사용하는 사람, 용도, 및 사용 시기를 추적하는 프로세스이다. 이러한 매개변수의 기록을 유지하면, 회계감사, 포렌식 분석, 역추적, 및 잘못된 데이터 시리즈 사용으로부터의 복구를 용이하게 한다. 출처는 정보 관리 시스템의 관리자에게 데이터 종속성 및 파생 결과에 대한 제세한 뷰를 얻을 수 있는 방법을 제공한다. 예를 들어, 결함이 있거나 보정되지 않은 센서는 생산에 즉각적인 혼란을 일으키지 않는다면 한동안 두드러지지 않을 수 있다. 이때, 센서 데이터가 기계 학습 알고리즘에서 학습 목적으로 사용되는 경우, 결과의 모델은 결함이 생겨 사용에 부정적인 영향을 미치게 된다. 적절한 출처가 있으면, 잠재적으로 결함이 있는 모델이 사용된 위치 및 시기를 알아내고 이로 인해 발생되는 문제를 완화시키기 위한 적절한 조치를 취하는 것이 가능하다.
개발자를 위해 단순화하기 위하여, 정보 관리 플랫폼이 잘 정의된 API를 제공하여 모든 데이터를 찾고 액세스하게 되는 것이 중요하다. 이는 실시간으로 수집되는 "원시" 센서 데이터 및 이전 데이터의 과거 기록 모두에 해당된다. 특히, 분산 클라우드 모델은 관심 데이터가 지리적으로 다른 위치에 저장될 수 있고 시간이 지남에 따라 배치가 변할 수 있음을 의미함을 주목할 수 있다. 이러한 사실은 다른 필요사항 (예를 들면, 대기시간 변동에 대한 허용치), 전체적인 견고성 (예를 들면, 데이터 센터에 대한 링크 장애 처리), 및 장기 가용성에 대한 요구사항으로부터 비롯된다. 데이터를 사용하는 애플리케이션은 저장 위치 자체를 추적할 필요는 없다; 기본 정보 관리 플랫폼은 개발자가 더 중요한 것에 집중할 수 있도록 이를 수행한다.
정보 관리 시스템의 프로토타입은 현재 예테보리(Gothenburg)에 있는 SKF의 롤러 베어링 공장 중 하나에 배치되고 있다. 이 작업은 2018년 6월부터 2019년 9월까지 진행되는 5GEM II 연구 프로젝트의 일부이다. 소프트웨어는 오픈 소스 프로젝트 (예를 들면, 공장에서 데이터 센터로의 데이터 흐름을 처리하기 위한 Calvin, 및 펍-서브(pub-sub) 메시징 처리를 위한 Apache Pulsar 및 VerneMQ) 뿐만 아니라 내부 독점 코드 모두를 기반으로 한다. 정보 관리 플랫폼은 데이터용이고 Kubernetes는 컨테이너용이다. 명확하게, 모든 기능이 아직 제자리에 있는 것은 아니지만, 자주 반복하고 업데이트하고 있다. 작업은 현대적인 연속적 통합/연속적 배포 개발 방법을 사용하여 수행된다. 이는 코드에 대한 변화가 자동적으로 테스트되고 단일 명령으로 분산 시스템에 대한 배치가 이루어지게 됨을 의미한다. 전체적인 디자인은 실행 중인 애플리케이션을 중단하지 않고 대부분의 시스템 업데이트가 수행될 수 있도록 의도적으로 만들어졌다. 따라서, 플랫폼에 대한 소프트웨어 업데이트를 배치하기 위해 생산이 중단될 필요가 없다. 이러한 특성은 업데이트가 생산 사이트의 스케쥴링된 유지관리 윈도우 외에서도 이루어질 수 있으므로 공장 사이트에서 특히 중요하다. 일반적으로, 생산 중단은 제조업체에 매우 비싼 것이고, 이는 계획된 유지관리 윈도우가 매우 적고 가능한한 많은 시간으로 분리됨을 의미한다.
분산 클라우드는 탄력성, 주문형 컴퓨팅, 리소스 풀링, 측정된 서비스, 및 네트워크 액세스와 같은 중앙 클라우드의 모든 특성을 유지한다. 부가하여, 결과가 사용되는 위치에 더 가깝게 프로세싱을 배치하는 기능은 보다 확실한 솔루션, 분산, 및 낮은 대기시간 사용 사례의 구현을 용이하게 한다.
충분한 정보 관리 시스템을 갖추고 있으면, 개발자는 제조 사이트에 대한 물리적 액세스 없이, 또한 데이터가 수집되는 방법이나 저장된 위치에 대한 상세한 지식 없이, 공장에서 생산되는 데이터를 액세스하고 새로운 애플리케이션을 구축할 수 있다. 온-사이트 및 데이터 센터 내 모두에서 다른 타입의 데이터가 처리되고 저장된다. 잘 정의된 API는 서비스를 노출하고 이용가능한 메타데이터 및 임의의 매개변수를 기반으로 효율적인 검색 및 필터링을 허용한다. 데이터에 대한 액세스 권리는 사용자 및/또는 상기 사용자의 역할을 기반으로 정의될 수 있다. 진보된 로깅 특성은 수집된 데이터의 사용에 대한 회계감사 및 추적을 용이하게 한다.
운영 및 관리
운영 및 관리(operations and management, O&M)라는 용어는 공장 배치에서 네트워크 및 디바이스를 운영하고 관리하는 동작을 칭한다. 운영 지원 시스템(Operations Support System, OSS)은 이러한 작업을 달성하는데 사용되는 소프트웨어를 칭한다.
공장 현장은 상품을 생산 및 제조하는데 사용되는 기계류로 구성된다. 기계는 때로 자동화 레벨에 따라 사람의 간섭으로, 또는 간섭 없이, 상품이 흐르는 조립 라인으로 조직된다. 생산에 사용되는 다른 툴 및 기계가 연결되거나 연결되지 않을 수 있다. 연결되는 경우, 일반적으로 툴 및 기계류 자체의 예측 유지관리를 위해 또는 제조 중인 상품의 품질 보장 프로세스를 지원하기 위해 일부 종류의 데이터가 기계류로부터 모아진다. 이는 공장 현장의 운영 기술(operational technology, OT) 부분으로 칭하여진다.
공장을 포함한 대부분의 기업은 유선 및 무선 통신 (일반적으로 이더넷(Ethernet) 및 Wi-Fi), 컴퓨터, 모바일 폰 등으로 구성된 작업력을 위한 통신 인프라구조를 갖는다. 이 장비는 인트라넷(Intranet)과 인터넷, 이메일, 및 다른 일반적인 사무실 애플리케이션을 액세스하는데 사용된다. 이는 공장 현장의 정보 기술(information technology, IT) 부분으로 칭하여진다.
OT와 IT의 합병이 새로운 트렌드로 확인되었다. 실제로, 이는 디바이스, 연결, 이들 디바이스에 의해 생성된 데이터, 및 공장 내의 네트워크 인프라구조 모두를 운영 및 관리하기 위한 단일 인터페이스를 의미한다. 공장에서 OT/IT 합병에 관련된 연구 질문은 다음을 포함한다:
* OT에 어떠한 종류의 디바이스 관리 프로토콜이 사용되고 이들이 IT 시스템에 인터페이스될 수 있는가?
* 어떠한 종류의 플랫폼이 다른 모든 측면을 처리하는데 필요한가?
디지털 트윈 개념은 산업 셋팅에서 매우 대중적이다. 여기서 아이디어는 수집된 데이터를 물리적 자산 또는 전체 공장의 디지털 데이터 모델로 가져오고, 이어서 데이터에 대한 분석을 적용하여 자산 또는 프로세스의 과거, 현재, 및 미래 동작을 예측, 설명, 및 규정하는 것이다. 디지털 트윈 개념에 대한 연구 질문은 다음을 포함한다:
* 물리적 자산을 어떻게 모델링하는가?
* 캡처와 관련된 데이터가 무엇이고 얼마 동안 주어지는가?
* 어떠한 종류의 대기시간이 실시간 상호작용에 요구되고 그것을 어떻게 제공하는가?
* 어떠한 종류의 모델이 가능한 미래를 예측하는데 필요한가?
* 의미있는 예측을 실행하기 위해 어디서 컴퓨팅되고 어떠한 종류의 컴퓨팅 기능이 필요한가?
이 모든 것은 신뢰성과 가용성을 높이고 위험을 줄이며, 유지관리 비용을 낮추고 생산을 개선할 수 있는 사용하기 쉬운 시스템으로 달성되어야 한다. 운영자가 O&M의 일부만을 고객에게 노출/위임하는 솔루션이 바람직할 수 있다. 고객은 간단한 인터페이스를 가져야 한다. 솔루션은 가정에서도 사용할 수 있도록 소수의 디바이스로 축소하는 것이 가능해야 한다.
마지막으로, 디지털 트윈 아이디어와 결합된 증강 현실 및 가상 현실이 IT 및 OT 합병 공간에서 미래 네트워크 관리에 큰 영향을 줄 수 있다. 장비 관리는 동일한 공간에 있는 듯한 느낌으로 원격으로 수행될 수 있다. 또한, 스마트 글래스, 테블릿 등을 통해 사이트에 있는 사람에게 원격으로 장비 사용 또는 수리에 대한 기술적 문서 및 안내가 제공될 수 있다.
시간-민감한 네트워킹(Time-Sensitive Networking)
다음에는 시간-민감한 네트워킹(TSN)의 일반적인 아이디어 및 초기 개요가 이어지고, 여기서 제시되는 자료는 TSN에서 좋은 시작점을 얻는데 도움이 될 것이다. 또한, 5G-TSN 통합에 대한 특정 세부 내용도 제공된다.
TSN은 유선 IEEE 802.3 이더넷 통신을 개선하여, 산업용 애플리케이션의 (또한 다른 것) 매우 까다로운 도메인에 대한 지원을 가능하게 하도록 구상되었다. 이는 TSN 작업 그룹에 의해 진행중인 IEEE 표준화 취지이다. TSN을 개별적인 특성의 세트로 정의한다. 대부분의 TSN 특성은 IEEE 802.1 표준으로의 확장이다. TSN 네트워크는 이더넷 엔드 스테이션(end station) (때로, 엔드 포인트라고도 칭하여지는), 이더넷 케이블 및 브릿지를 (또한 스위치라 칭하여지는) 포함한다. 이더넷 브릿지는 TSN 특성의 특정한 (정의되지 않은) 세트를 지원하는 경우 TSN 브릿지가 된다.
TSN 표준에서의 다른 특성은 일반적으로 다음을 목적으로 한다:
* 버퍼 혼잡으로 인한 제로 패킷 손실 (버퍼가 채워지면 일반적인 이더넷 브릿지는 실제 패킷을 드롭시킨다)
* 매우 낮은 장애로 인한 패킷 손실 (장비, 비트 에러, 제어 평면 등)
* 종단간 대기시간에 대해 보장된 상단 한계치
* 낮은 패킷 지연 변동 (지터)
TSN에서의 통신은 TSN 스트림으로 일어나고, 이는 또한 TSN 데이터 스트림이라 칭하여질 수 있다. TSN에서의 한가지 특정한 특성은 한 예로, 스트림이 전송기 (화자(Talker)라고 칭하여지는 엔드 스테이션) 및 네트워크를 통해 수신기 사이에 (청취자(Listener)라 칭하여지는 엔드 스테이션) 배열되는 것과 같이 협의에 따라 예상치 못한 큐잉(queueing) 없이 낮은 대기시간의 전송을 보장하는 것이다.
다음에는 높은 레벨의 관점으로부터 TSN이 소개된다. 이후에는 TSN과 5G 연동이 어떠한지, 또한 특정한 TSN 특성이 5G에서 어떻게 지원될 수 있는지에 대한 기술적 세부 내용이 주어진다.
TSN 표준화는 오디오-비디오 브릿징(Audio-Video Bridging, AVB)이라 칭하여지는 오디오 및 비디오 통신을 위한 이더넷-기반의 통신 표준을 정의하기 위해 발견된 표준화 취지로부터 비롯되었다. TSN은 AVB를 기반으로 하고, 산업용 용도에 적합하도록 기능이 향상되었다. 지금까지, TSN 커뮤니티는 다음의 산업 사용 사례에 중점을 둔다:
* 공장 자동화를 위한 산업용 통신 (주요 사용 사례 #1)
* 현장 TSN 링크 (수평적)
* 현장 대 클라우드 TSN 링크 (수직적)
* 기계 내 통신
* 공장 백본을 위한 TSN
* 차량 내 통신 (주요 사용 사례 #2)
* 전력 생성 및 배전 (스마트 그리드 사용 사례)
* 건물 자동화 (지금까지 이에 대한 실제 사례는 발견되지 않았다)
* 프론트홀링(Fronthauling) (IEEE P802.1CM에 따른)
본 내용에서는 공장 자동화를 위한 산업 통신에서의 사용에 대해 설명되지만, 일부 상세한 기술 및 개념은 다른 사용 사례에도 적용가능하다.
도 27은 공장에서의 계층적인 네트워크 설계를 설명한다. 현장 TSN 링크는 (수평적) 생산 셀 내에 나타나고, 디바이스나 기계 및 제어기를 연결시킨다. 생산 라인 영역은 운영 기술(Operational Technology, OT) 도메인과 정보 기술(Information Technology, IT) 도메인 사이의 연결을 가능하게 하지만, 필요한 경우, 현장에서 생산 셀을 연결시키는데도 사용된다. 상기에 도입했던 TSN 분류에서, 전자는 (OT-IT) 분명하게 클라우드 TSN 링크에 대한 (수직적) 현장을 기반으로 하고 후자는 다시 현장 TSN 링크를 (수평적) 기반으로 한다. 기계 내 통신에 사용되는 TSN은 아마도 예를 들어 인쇄기나 임의의 다른 기계 툴 내부에 있는 단일 기계 공급업자에 의해 배치된 TSN 네트워크일 수 있기 때문에 수평적인 현장 TSN 링크와 많이 다르다 - 5G 관점에서 이러한 수평적 링크를 처리해야 할 가능성은 적다. 공장 백본을 위한 TSN은 공장/건물/사무실 네트워크에서 (밝은 주황색 영역) 사용된다. 예를 들어, 가상화된 제어기로부터의 결정적인 통신을 원하는 경우, TSN은 현장까지 종단 간에 필수적이다.
TSN 통신은 최선형 이더넷 패킷 네트워크를 기반으로 하지만 TSN 특성을 통해 강화된 또 다른 종류의 패킷 서비스이다. 결정론을 달성하기 위해 통신에 관련된 디바이스 사이의 합의가 사용된다. 그 합의는 TSN 스트림의 전송기를 특정한 대역폭으로 제한하고, 그 대가로, 네트워크는 필요한 대역폭을 예정하여 버퍼링 메카니즘과 스케쥴링 리소스를 예정한다. 리소스는 특정한 스트림에 의해 독점적으로 사용될 수 있다. CBR(Constant Bit Rate, 일정 비트 비율) 및 최선형의 패킷 서비스와 같은 다른 패킷 서비스와 비교해, 특정하게 관찰될 수 있다.
최선형 패킷 서비스는 아마도 패킷이 가능한 한 빨리 전해지고 전달되는 가장 잘 알려진 서비스일 것이다. 그러나, 패킷의 적시 전달을 보장하지 못한다. 종단간 대기시간 및 대기시간의 변화가 다소 크므로, 통계적인 언어로 전체적인 성능을 표현하도록 선호된다 (손실, 종단간 대기시간(end-end-latency), 지터(jitter)). 도 28의 상단부는 최선형 패킷 서비스 네트워크의 전형적인 성능을 도시한다. 종단간 대기시간의 일반적인 끝부분(tail)은 대부분의 산업 사용 사례에서 문제를 일으킨다.
이에 반하여, 애플리케이션 레이어에서 볼 수 있듯이 제로에 가까운 지터 (대기시간 변화) 및 고정된 대기시간을 제공하는 CBR 패킷 서비스도 있다. CBR은 일반적으로 SDH(synchronous digital hierarchy network, 동기화 디지털 계층 네트워크) 또는 OTN(optical transport network, 광학 전송 네트워크)이 일반적인 예로 시간 도메인에서의 멀티플렉싱에 의해 제공된다. CBR의 일반적인 성능은 도 28의 중간부분에서 볼 수 있다. CBR의 결함은 네트워크 리소스가 공유되는 방식이 매우 유연하지 않다는 것이다. 따라서, 예를 들어 대기시간이나 대역폭에 관련하여 필요한 다른 애플리케이션을 적용하기 어렵다 - 그러나, 당연히 산업적 맥락에서 요구사항이 다양하고 모든 서버에 대한 단일 네트워크가 바람직하다.
TSN의 목표는 동일한 인프라구조를 통해 모든 종류의 트래픽 클래스를 (QoS(Quality of Service, 서비스 품질) 및 비-QoS) 지원하는 것이다. 그러므로, TSN 네트워크는 CBR과 최선형 패킷 서비스 사이의 어딘가에 놓이고, 여기서 대기시간은 일반적으로 CBR 네트워크와 비교해 더 크지만, 대기시간 변화와 지터가 제한적이다 - 끝부분이 없다. 다른 말로 하면, TSN은 도 28의 하단부에서 볼 수 있는 바와 같이, 네트워크가 특정하게 합의된 종단간 대기시간 및 지터 보다 성능이 떨어지지 않도록 보장한다. 이러한 보장은 탄력적으로 적용될 수 있다. 이러한 동작은 대부분의 산업용 애플리케이션에서 요구된다.
TSN의 핵심 특성은 "스트림 개념"이고, 여기서 스트림은 전용 리소스 및 API를 포함한다. TSN 스트림은 TSN 기능의 네트워크에서 하나의 엔드 스테이션(화자(talker))으로부터 또 다른 엔드 스테이션 또는 다수의 엔드 스테이션(청취자(listener))로 유니캐스트 또는 멀티캐스트로 볼 수 있다. 각 스트림은 유일한 스트림ID(StreamID)를 갖는다. 스트림ID는 화자 소스 MAC 어드레스와 유일한 스트림 식별자로 생성된다. 브릿지(bridge)는 스트림ID와 우선순위 코드(priority code, PCP) 필드 및 내부 프레임 처리를 위해 이더넷 헤더에서의 802. 1Q VLAN 태그 내부에 포함된 VLAN ID(VID)를 사용하게 된다. TSN은 일반적인 이더넷 비-TSN 프레임 보다 더 많은 특권이 주어지는 표준적인 802.1Q 이더넷 프레임이다. 화자가 TSN 스트림에서 임의의 패킷의 전송을 시작하기 이전에, 특정한 스트림이 네트워크에 등록되어야 하고 특정한 TSN 특성이 구성되어야 한다. 보장된 QoS를 갖는 TSN 스트림 다음에는 또한 최선형 트래픽이 피어(peer)에 의해 TSN 네트워크에서 전송될 수 있다 - 그러나, 당연히 QoS에 대한 보장이 없거나 제한적이다. TSN 네트워크는 TSN 도메인에서 전송된다. TSN 도메인은 연속적인 도메인으로 볼 수 있고, 여기서 모든 디바이스는 TSN 기능의 포트를 통해 동기화되어 연속적으로 연결된다. TSN 도메인은 공통적으로 관리되는 디바이스의 양으로 결정된다; 그룹화는 관리적인 결정이다.
스트림 관리는 IEEE 802.1Qcc, Qat, Qcp 및 CS에서 정의된다. 이는 예를 들어, TSN 스트림에 대해 요구되는 보호 채널의 생성과 같이, 네트워크에서의 네트워크 리소스 및 TSN 특성의 관리와 네트워크 검색을 정의한다. 또한, 스트림 관리는 사용자 및 네트워크 관리자에게 네트워크 조건을 모니터링, 리포트, 및 구성하는 기능을 제공한다. TSN에는 세가지 구성 모델이 있다; 분산형, 중앙집중형, 완전한 중앙집중형. 나중 두개 모델에서는 중앙 네트워크 제어기(Central Network Controller, CNC)가 TSN 스위치를 관리하는 소프트웨어 정의 네트워킹(Software Defined Networking, SDN) 제어기와 유사하게 사용된다. 완전한 중앙집중형 모델에서는 엔드 스테이션 및 사용자를 위한 중앙 인터페이스로 중앙 사용자 제어기(Central User Controller, CUC)가 미리 사용된다. 분산형 모델에는 중앙 제어가 없으므로, 브릿지 및 엔드 스테이션이 TSN 요구사항에 대해 협상할 필요가 있다; 이 모델에서는 조정을 위한 중앙 인스턴스를 요구하는 일부 TSN 특성이 적용가능하지 않다. 많은 TSN 특성은 또한 CNC/CUC, 엔드 스테이션 및 브리지 (즉, YANG, Netconf, Restconf, LLDP, SNMP 등) 사이의 상호동작을 위한 공통적인 프로토콜 및 언어 표준을 목적으로 한다.
시간 동기화는 모든 TSN 인에이블 네트워크 엔터티에 의해 공유되는 공통적인 시간 기준을 설정하는데 사용된다. 시간 동기화는 IEEE 802.1AS-rev에 정의된 바와 같이 시간 정보를 포함하는 패킷의 교환을 기반으로 한다; 이는 산업용으로 널리 사용되는 정밀 시간 프로토콜(Precision Time Protocol, PTP)에 대한 일부 수정으로 정의되고, 이는 gPTP(generalized PTP, 일반화된 PTP)라 칭하여진다. gPTP는 중복 그랜드마스터 배치 뿐만 아니라 단일 PTP 네트워크에서의 다수 시간 도메인의 설정 및 일부 다른 개선사항, 또한 광범위한 PTP에 대한 제한을 지원한다는 점에서 진보된 버전의 PTP이다. gPTP의 목표는 동기화에서 마이크로세컨드(microsecond) 이하의 정확도를 달성하는 것이다. 정밀한 시간 동기화는 일부 TSN 특성을 위해 (예를 들면, IEEE 802.1Qbv) 사용될 뿐만 아니라 일반적인 시간 개념에 의존하는 (분산된 모션 제어와 같이) 애플리케이션에 제공된다.
한정된 낮은 대기시간을 제공하는 스트림 제어는 소정의 TSN 스트림에 속하는 프레임이 TSN 인에이블 브릿지 내에서 처리되는 방법을 지정한다. 이는 연관된 트래픽 클래스에 따라 프레임을 효율적으로 전달하고 적절하게 큐잉(queuing)하는 규칙을 시행한다. 기존의 모든 스트림 제어는 유사한 원칙에 따른다. 즉, 우선순위로 지정된 TSN 스트림으로부터 주어진 것이 아닌 프레임이 대기하고 지연되는 동안 특정한 권한이 TSN 스트림과 연관된다. 산업용 네트워킹을 위한 관련된 특성은 IEEE 802.1Qbv ("시간-게이트 큐잉(time-gated queueing)", 즉 프레임의 시간-조정 처리를 도입한) 및 프레임 선점을 위한 IEEE 802.1Qbu와 IEEE 802.3br 이다. 802.1Qbv는 정밀한 시간 동기화에 의존하고, 시간-분할 멀티플렉싱 방식과 유사하게 브릿지에서 전달되는 프레임을 스케쥴링하는데 CNC가 사용되는 경우에만 적용가능하다. Qbv를 사용하면, CNC는 네트워크에서의 경로를 따라 각 브릿지에 정확하게 프레임을 전달할 때를 알려준다. Qbv의 대안은 결정론적이지 않으므로 엄격한 산업 사용 사례에서 사용되지 않을 가능성이 높은, AVB로부터 유래된 크레딧-기반의 쉐이핑(Credit-Based Shaping (802.1Qav))이다. 비동기화 트레픽 쉐이핑(Asynchronous Traffic Shaping (802.1Qcr))이라 칭하여지는 추가 특성은 개발의 초기 단계에 있다. 보장된 대기시간 경계를 달성하는데 가장 적합할 수 있는 Qbv에 대한 논쟁은 스케쥴링 및 시간 동기화에 관련되어 요구되는 복잡성이다. Qbv 및 프레임 선점은 (Qbu 및 br) 분리되어 사용되거나 조합될 수 있다.
스트림 무결성은 최고의 신뢰성을 제공하는데 중요하다. 최저 대기시간 및 지터를 갖는 패킷을 전달하는 것과 별도로, TSN 스트림은 전송 에러, 물리적 고장, 및 링크 실패를 포함하여 네트워크의 동적 조건과 무관하게 프레임을 전달할 필요가 있다. 스트림 무결성은 경로 중복성, 다중경로 선택, 또한 대기열 필터링 및 정책화를 제공한다. 그러므로, 한가지 주요 특성은 프레임 복제 및 제거 중복(Frame Replication and Elimination Redundancy, FRER)을 포함하는 IEEE 802.1CB이다.
상기에 설명된 TSN 특성의 가시적 요약 내용은 도 29에 주어진다.
여기서는 5G와 TSN 사이의 연동이 논의된다. 두 시스템 모두 QoS 및 네트워크 관리를 위한 다양한 방법을 제공하므로, 새로운 해결법이 요구된다. 여기서 설명된 기술 중 일부에 따른 기본적인 개념은 5G-시스템(5GS)이 TSN 네트워크의 네트워크 설정에 적응되는 것이다. 진행중인 TSN 표준화는 특성의 세트를 정의하는 것이고 모든 특정이 모든 사용 사례에 대해 지원될 필요가 있는 것은 아님을 주목하여야 한다. 아직 실행되지 않은 사용 사례와 관련된 TSN 특성의 세트에 대한 발표가 주어진다. 이 문제를 해결하기 위한 지속적인 계획은 공동 프로젝트 IEC/IEEE 60802이다; "산업 자동화를 위한 TSN 프로파일(TSN Profile for Industrial Automation)". 이것은 개발 중이고 자주 업데이트된다. 공표는 2021년으로 계획되어 있다.
실시간 이더넷은 수직적 애플리케이션을 위해 설립된 유선 통신 기술 중 하나이다. 무선 통신 기술을 위해, 3GPP TS 22.104는 실시간 이더넷을 지원하기 위한 5G 시스템 요구사항을 지정한다. 일부 센서, 작동기, 및 모션 제어기가 5G 시스템을 사용하여 연결되고 다른 것이 산업용 (즉, 실시간) 이더넷을 사용하여 연결될 때, 실시간 이더넷과 5G 사이의 상호연결은 게이트웨이를 사용하여 실현되고, 이더넷 스위치 또는 디바이스에 연결된 UE는 이더넷 어댑터를 사용하여 데이터 네트워크에 직접 연결된다.
잠재적인 기본 시스템 요구사항은 다음과 같다:
* 5G 시스템은 브릿지 학습 및 브로드캐스트 처리와 같은 기본적인 이더넷 레이어-2 브릿지 기능을 지원하게 된다.
* 5G 시스템은 VLAN (IEEE 802.1Q)을 지원하고 인지하게 된다.
* 5G 시스템은 PDU-세션 타입 이더넷을 갖춘 5G-기반의 이더넷 링크를 통해 IEEE 802.1AS에 의해 정의된 클럭 동기화를 지원하게 된다.
* 5G 시스템은 예를 들어, IEEE 802.1Qbv (시간-인식 스케쥴링)와 같은 IEEE 802.1Q에 의해 정의된 바와 같이 TSN을 지원하게 된다.
* 5G 시스템은 시간-인식 스케쥴에 따른 중요한 실시간 트래픽과 비-TSN 하위 우선순위 트래픽의 공존을 지원하게 된다.
TSN 네트워크는 네가지 타입의 구성성분으로 구성된다: 브릿지, 엔드 스테이션, 네트워크 제어기, 및 케이블 (주: 엔드 스테이션이 예를 들어 링 토폴로지(ring topology) 및 데이지-체인(daisy-chaining)을 가능하게 하는 스위치인 것은 산업적 맥락에서 일반적인 것임). 5G 네트워크는 대부분의 경우 TSN 네트워크로의 원할한 통합이 계획되는 경우 하나 이상의 TSN 브릿지처럼 작동할 필요가 있다. 그러므로, 많은 사례에서, 5G 네트워크는 통상적인 TSN 브릿지로서 TSN 네트워크 구성에 참여하게 된다.
도 30은 공장 네트워크에서의 기본 설계를 설명하고, 여기서 TSN 구성성분은 현장 뿐만 아니라 공장 백본 TSN에서 사용된다. 5G는 현장을 클라우드 (수직적) 연결로 대체하는데 사용된다 (수직 TSN 링크를 위한 5G). 일반적으로, 도 30에 도시된 바와 같은 현장 TSN은 적어도 TSN 스위치를 갖지 않는 단일 TSN-기능의 엔드 스테이션이 될 수 있다. 화자와 청취자는 5G 네트워크의 양측에 (UE 및 UPF) 나타날 수 있다. 5G 네트워크는 TSN 도메인을 모두 연결하거나 병합하는데 사용된다. 무선 액세스 포인트 또는 5G 기지국이 TSN 도메인을 연결하는데 사용될 수 있다. 도 30에서의 CUC 및 CNC는 공장 백본 측에 배치되지만, 예를 들어, 기계 내 TSN 네트워크의 일부로 현장에 구현될 수도 있다.
동일한 현장에서 두개의 TSN 도메인을 연결하는 것이 (수평적 TSN 링크를 위한 5G) 한가지 가능한 시나리오이다. 이 경우, 5GS는 현장에서 단일 홉(hop)을 대체한다. NR이 현재 디바이스-대-디바이스(D2D) 기능을 지원하지 않으므로, 이는 5G에서 2-홉(UE A -gNB/코어 - UE B) 연결이 된다.
기계 내부에서 (기계 내 통신) 사용되는 TSN의 경우, 5G와의 연동은 상기에 소개된 바와 같이 분명히 덜 연관된다. (금속일 가능성이 있는) 기계 내부의 두개 노드는 무선으로 통신하기 위해 5G 기지국에 대한 중앙 연결에 의존하지 않을 가능성이 높다. 전형적인 예는 다른 모터가 정확한 결과를 달성하기 위해 매우 정확하게 제어되어야 하는 인쇄기이다.
또 다른 옵션은 공장 백본 TSN 네트워크에 연결된 5GS에 연결되는 레거시 5G 디바이스이다 (즉, TSN 특성 지원이 없는 디바이스, 또는 이더넷 디바이스가 아닐 수도 있는). 5G 디바이스가 TSN 특성을 인지하지 못하거나 그 자체를 지원할 수 없으므로, 5GS는 5G 디바이스 대신에 TSN 특성을 구성하는 가상 엔드포인트로 동작할 수 있어 끊김없는 QoS로 TSN 엔드포인트와 종단간 통신할 수 있게 된다. 가상 엔드포인트 기능은 5GS에서 UPF의 일부가 될 수 있다. TSN 네트워크 관점에서 보면, 가상 엔드포인트가 실제 엔드포인트인 것처럼 보인다 - 5G 엔드포인트는 감추어져 있다. 도 31은 작동하는 개념적 방법을 설명하고, 가상 엔드포인트가 5G를 사용해 비-TSN 디바이스를 TSN 네트워크에 연결하는데 사용될 수 있는 방법을 도시한다. 도면에서, "UP"는 "사용자 평면(user plane)"을 나타내고, "CP"는 "제어 평면(control plane)"을 나타낸다. 이 개념은 "애플리케이션 게이트웨이"라 칭하여질 수 있다.
일부 TSN 특성은 5GS에 대한 문제를 야기한다. 다음에는 원할한 5G TSN 연동을 가능하게 하기 위해, 일부 주요 TSN 특성이 5GS에 의해 지원될 수 있는 방법을 강조한다.
네트워크-전체의 기준 시간(IEEE 802.1AS-rev)
TSN에서, 기준 시간은 엔드 스테이션에서의 로컬 클럭을 허용하고 서로 동기화되도록 스위칭되는 IEEE 802.1AS-rev 동기화 프로토콜에 의해 제공된다. 보다 특정하게, 여기서 설명된 소위 일반화된 정밀 시간 프로토콜(Generalized Precision Time Protocol, gPTP)은 네트워크의 다른 TSN 기능의 디바이스 간에 홉 별(hop-by-hop) 시간 전달을 사용한다. 프로토콜은 TSN 네트워크에서의 다중 시간 도메인 설정 및 중복 그랜드마스터 셋업 뿐만 아니라 다른 특성을 지원한다. 5GS는 또한 gPTP 프로세스에 참여하여 TSN에서와 같은 클럭 정확도 및 동기화 기능을 지원해야 한다. gPTP 프로세스는 항상 클럭 드리프트(clock drift)를 보상하도록 주기적으로 실행되어야 한다. TSN 네트워크에서 그랜드마스터로부터 케이블을 통해 5GS에 의해 수신된 클럭 정보는 무선으로 기지국(BS)에서 UE로 또는 그 반대의 경우로 전달될 필요가 있다. 다른 옵션은 현재 어떻게 수행될 수 있는지 논의되고 있고 표준화에서 진행중인 주제이다. 다음에 일반적으로, 그랜드마스터는 gPTP에 사용되는 소스 클럭을 운반하는 디바이스가 된다.
도 32에서는 5G 네트워크를 통한 TSN 시간 동기화의 간단한 예가 설명된다. 그랜드마스터의 시간 신호는 5GS에서 UPF 측으로 수신되고 BS에 의해 무선으로 송신된다. UE는 BS로부터 수신한 시간 신호를 디바이스 1에 (도면에서 "Dev 1") 전달한다. 디바이스 1은 디바이스 2와 (도면에서 "Dev 2") 통신할 수 있도록 그랜드마스터의 시간 신호를 필요로 할 수 있다.
내부적으로, 5GS는 그랜드마스터 시간 신호를 운반하는데 gPTP에 관련되지 않은 임의의 시그널링을 사용할 수 있다. 그 경우, 5GS에서의 진입점은 (UE 및 사용자 평면 기능(UPF)에서) gPTP 슬래이브(slave) 역할을 할 필요가 있다. 이들은 도착하는 gPTP 신호로부터 그랜드마스터와 동기화되어 RAN에서 그 시간 표시를 전달한다. 물론, 시간 동기화 정확도에 대한 요구사항은 애플리케이션에 의해 정의되고 만족될 필요가 있다. LTE 릴리스 15에서는 마이크로세컨드 이하의 정확도를 갖는 정확한 시간 동기화를 위한 시그널링 메카니즘이 도입되었고 NR에서도 재사용될 수 있다.
산업용 사용 사례의 경우, 다중 시간 도메인의 지원은 도 33 및 도 34에 도시된 바와 같이 관련될 수 있다. 한가지 시간 도메인은 협정 세계시(Coordinated Universal Time, UTC)와 같이 글로벌한 것이다. 이 시간 도메인은 글로벌 시간을 기반으로 특정한 이벤트를 로그하도록 애플리케이션에 의해 사용될 수 있다. 또한, 추가 시간 도메인은 로컬 클럭, 즉 임의의 타임스케일을 기반으로 하는 클럭을 기반으로 사용될 수 있고, 특정하게 정의된 시작점 에포크(epoch)를 (예를 들면, 글로벌 클럭 타임스케일을 참고하는 대신에 디바이스의 부팅시 시작되는 그랜드마스터에서의 클록) 갖지 않는다. 이러한 로컬 클럭은 글로벌 클럭 보다 훨씬 높은 정밀도를 가질 수 있다. 이는 그랜드마스터로부터 수개의 다른 디바이스로 분산되고, 매우 정확하게 동기화된 동작을 조정하기 위해, 또는 예를 들어 802.1Qbv에 정의된 바와 같은 시간 지정 통신을 위해 애플리케이션 레이어에서 사용된다. 5GS에서 다중 시간 도메인을 지원하기 위해, 한가지 가능한 구현 방법은 예를 들어, UTC 타임스케일을 사용하여 모든 gNB와 UE 사이에 공통된 기준 시간을 설정하고, 그를 기반으로, 그 특정한 시간 도메인을 요구하는 엔드 스테이션에만 5GS에서의 각 시간 도메인 신호를 전달하는 것이다. 각 로컬 시간 신호의 전송을 위해, 공통된 기준 신호로부터의 타임스탬핑(timestamping)을 사용하거나 공통된 기준 신호를 참고로 하는 오프셋을 주기적으로 전송하는 것이 가능하다. 부가하여, gPTP 프레임의 전달이 유사한 타임스탬핑 메카니즘을 사용함으로서 RAN을 통해 투명하게 수행되는 것도 가능하다.
일반적으로 다수의 다른 시간 도메인을 지원하기 위해 공통된 기준 신호를 사용하는 개념은 도 33에서 설명된다. 이 도면에서, 5G 시간 도메인 내의 클럭은 공통된 기준 신호를 나타내고, TSN 작업 도메인에서의 클럭은 5GS를 통해 일부 UE에 전달될 필요가 있는 로컬 클럭이다. UE 및 UPF에서 공통된 기준 시간을 사용하여 수행된 타임스탬프를 기반으로, 5GS에서 다양한 전송 시간을 설명하기 위해 gPTP 패킷 (TSN 작업 도메인 클럭에 속하는) 내부의 시간을 수정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 공지(Announce)(config) 프레임 및 후속(Follow-Up) (타임스탬프를 운반하는) 프레임과 같이, 진입시 도착하는 모든 gPTP 프레임의 서브세트만이 5GS를 통해 운송될 필요가 있다. 다른 프레임은 5GS 진입부에서 소모되고 전달되지 않을 수 있다. 출구에서는 5GS가 어떠한 경우에도 gPTP 마스터 처럼 동작할 필요가 있다. 시간 도메인을 검출하고 구별하기 위해, 각 프레임의 gPTP 헤더에 있는 domainNumber 필드가 사용될 수 있다. 어떠한 UE가 어떠한 시간 도메인에 동기화될 필요가 있는지를 식별하기 위해 필요한 몇가지 노력이 있다. 최근 연구 활동은 이 문제를 해결하였다.
도 33에는 5GS에서의 애플리케이션 기능(AF)이 TSN 네트워크 내의 CNC에 대한 인터페이스로 사용된다 - 한가지 가능한 방법으로, CNC는 시간 도메인이 어떻게 설정될 필요가 있는가에 대한, 즉 어느 UE가 어느 시간 도메인 신호를 필요로 하는가에 대한 정보를 5GS에 제공할 수 있다.
시간 지정 전송 게이트(IEEE 802.1Qbv)
TSN 특성 IEEE 802.1Qbv는 전송 게이트에 의해 제어되는 트래픽의 스케쥴링된 전송을 제공한다. 이더넷 브릿지에서 각 출구 포트에는 8개까지의 대기열이 갖추어지고 각 대기열은 분리된 게이트를 갖는다. 이는 도 35에서 설명된다.
진입 트래픽은 목적지로 향하는 출구 포트의 대기열에 전달된다; 출구 대기열은 예를 들어, 프레임의 VLAN-헤드 필드에서의 우선순위 코드 포인트(priority code point, PCP)에 의해 식별된다. 각 포트에 대해 정규적인 싸이클이 ("주기적인 윈도우") 설정되고, 그 윈도우 내의 임의의 특정한 시간에, 특정한 게이트만이 개방되므로 특정한 트래픽 클래스만이 전송될 수 있다. 대기열 조정은 CNC에 의해 수행된다. CNC는 토폴로지에 대한 정보, 스트림, 또한 모든 스위치로부터의 각 지연 정보를 수집하여 게이트 제어 리스트(Gate Control List, GCL)를 생성한다. GCL은 각 스위치에서 대기열의 개폐 타이밍을 제어하지만, 대기열에서의 프레임 순서는 제어하지 않는다. 대기열에서의 프레임의 순서, 즉 대기열 상태가 결정적이지 않은 경우, 두개 스트림의 시기 적절한 동작이 진동되어 전체적인 종단간 전송에 지터를 발생시킬 수 있다. 시간-조정된 방식으로 게이트를 개폐시킴으로서, 동일한 인프라구조에 결정적이지 않은 최선형 트래픽이 존재하더라도, TSN 네트워크를 통한 결정적 대기시간을 달성하는 것이 가능하다. 최선형 트래픽은 단순히 대기열을 닫고 또 다른 대기열에서 우선순위 트래픽이 전달되게 함으로서 보류된다. 시기 적절한 전달은 단순히 한 브릿지로부터 다음 브릿지로 프레임을 늦게 전송하지 않는 것을 의미할 뿐만 아니라 연속적인 홉에서 버퍼 혼잡도에 이르게 하므로 너무 일찍 전송하는 것을 금지하는 것도 언급하는 것이 중요하다.
5GS가 TSN 네트워크 관점에서 하나 또는 다수의 TSN 스위치로 동작하는 경우, 5GS는 802.1Qbv 표준이 예상하는 방식으로, 즉 CNC에 의해 생성된 GCL에 따라 프레임을 전송할 수 있어야 한다. 이는 UE 및 UPF에서 각각 진입 및 출구 TSN 트래픽에 대해 특정한 시간 윈도우를 유지함을 의미한다. 따라서, 5GS에서의 데이터 전달은 패킷이 업링크 및 다운링크 모두에서 다음 TSN 노드로 구성된 시점에 (이전이나 이후가 아닌) 전달되도록 보장하기 위해, 특정한 시간 예산 내에 일어나야 한다. 5GS에서 대기시간 중 가장 큰 부분이 아마도 RAN에서 추가되므로, gNB에서 CNC로부터의 타이밍 정보를 사용하여 무선 리소스의 스케쥴링을 개선하는 것이 합리적으로 보인다. 구성된 그랜트 및 반-영구적 스케쥴링과 같은 메카니즘을 사용하여 BS에서 무선 리소스의 효율적인 스케쥴링을 위해 Qbv 스케쥴링에 따른 전송 타이밍에 대한 정보를 사용하는 것이 가능할 수 있다. 어쨌든 BS가 시간 신호를 UE에 전달할 수 있도록 시간을 인식할 필요가 있으므로, 전송 스케쥴을 미리 인식해야 할 필요가 있을 수 있다. Qbv 메카니즘은 프레임이 최소의 지터로 TSN 네트워크로부터 5GS에 도착하도록 보장한다.
5GS에서의 애플리케이션 기능(AF)은 CNC와 인터페이스 연결하기 위한 옵션이 될 수 있다. 거기에는 토폴로지가 발표될 수 있을 뿐만 아니라 5GS가 일반 TSN 스위치 또는 임의의 TSN 스위치 토폴로지인 것 처럼 대기시간 수치가 CNC에 제공될 수 있다. 이때, AF는 CNC로부터 시간 스케쥴을 또한 수용하고 외부 TSN 네트워크에서 일어나는 시간 게이트 큐잉을 지원하도록 5GS에 의미있는 매개변수로 이를 변환할 수 있다. CNC가 지정되는 현재 방법에서 전형적인 TSN 스위치를 통해 부가되는 지연을 정의하도록 고정된 숫자만을 수용하게 됨을 이해하는 것이 중요하다. 그러므로, 5GS가 CNC에 리포트될 필요가 있는 대기시간 숫자에 관하여 보다 "탄력적인" TSN 스위치가 되도록 허용하는 일부 새로운 방법이 요구된다.
패킷의 적시 전달을 달성하는 한가지 방법은 5G 네트워크의 출구점에서 (즉, 다운링크 또는 업링크를 위한 UE 및 UPF에서) 플레이아웃-버퍼(playout-buffer)의 사용을 포함할 수 있다. 이러한 플레이아웃 버퍼는 시간을 인식하고 또한 TSN 네트워크의 CNC에 의해 지정되고 Qbv에 사용되는 시간 스케쥴을 인식할 필요가 있다. 플레이아웃 버퍼의 사용은 지터를 감소시키는 일반적인 방법이다. 원칙적으로, 예를 들어 다운링크에서, UE 또는 UE에 이어지는 임의의 기능은 패킷을 전달하기 위해 ("플레이아웃") 특정하게 정의된 시점이 될 때까지 패킷을 보류하게 된다. TSN 트래픽에 대한 추가 기능으로 UPF에서 또는 UPF 이후에 업링크에서도 동일한 것이 가능하다.
프레임 선점(IEEE 802.1Qbu)
IEEE 802.1Qbu 수정안, "프레임 선점(Frame Pre-emption)" 및 그 동반 내용 IEEE 802.3br, "익스프레스 트래픽을 배치하기 위한 사양 및 관리 매개변수(Specification and Management parameters for Interspersing Express Traffic)"는 더 높은 우선순위의 프레임을 전송하기 위해 프레임 전송을 인터럽트하는 기능을 추가한다. 더 낮은 우선순위의 전송이 완전히 끝날 때까지 기다릴 필요가 없으므로, 익스프레스 프레임은 더 짧은 대기시간을 갖는다. 8개의 우선순위 레벨이 두개의 그룹으로 분리된다: 익스프레스 및 선점가능. 익스프레스 그룹에 속하는 우선순위 레벨에 지정된 대기열은 익스프레스 대기열이라 칭하여진다. 선점된 프레임의 전송은 익스프레스 트래픽이 종료된 이후에 재개되고, 수신기는 프래그먼트로부터 선점된 프레임을 재조립할 수 있다.
5G 네트워크는 이미 기존의 메카니즘으로 선점 기술을 지원한다. 프레임 선점을 완전히 지원하는데 필요한 추가 노력이 있는지 여부는 아직 명확하지 않다. IEEE 프레임 선점과 5G 선점 기술 사이에는 중요한 차이가 있음을 주목하여야 한다. IEEE 프레임 선점은 단순히 전송을 인터럽트하고, 익스프레스 프레임을 전달한 이후에, 선점된 프레임 전송이 계속된다. 재전송이 없다.
신뢰성을 위한 프레임 복제 및 제거 - FRER(Frame Replication and Elimination for Reliability)(IEEE 802.1CB)
IEEE 802.1CB 표준은 중복 전송을 위한 패킷의 복제와 식별을 제공하는 브릿지 및 엔드 시스템에 대한 과정, 관리 객체, 및 프로토콜을 소개한다. 이러한 과정 중 하나가 신뢰성을 위한 프레임 복제 및 제거(FRER)이고, 이는 소정의 패킷이 전달될 확률을 증가시키기 위해 제공된다 - 하나의 이더넷 플러그가 어떠한 이유로 제거되거나, 케이블이 사고로 절단된 경우에도 통신은 지속되어야 한다.
도 36은 FRER의 기본 특성 중 일부를 설명한다. FRER의 중요한 특성 중 일부는 다음과 같다:
* 소스로부터, 또는 특정한 스트림으로부터 발송된 패킷에 시퀀스 번호를 추가한다.
* 정확한 필요성/구성을 기반으로, 패킷이 복제된다. 이들은 네트워크를 통과할 두개의 (또는 그 이상의) 동일한 패킷 스트림을 생성한다.
* 네트워크 내의 특정한 지점에서 (일반적으로 수신기나 그에 가까운 지점에서) 복제 패킷이 제거된다.
* 복잡한 구성이 지원되므로, 메카니즘이 네트워크 내의 여러 지점에서 오류를 지원할 수 있다.
5GS는 예를 들어, 단일 UE에 이중 연결을 사용하거나 동일한 산업용 디바이스에 배치된 두개의 UE에 두개의 PDU 세션을 사용함으로서 ("트윈 UE(Twin UE)"라 칭하여질 수 있는) TSN에 대해 FRER에서 정의된 바와 같이 종단간 중복성을 지원할 필요가 있을 수 있다. 어쨌든 5GS에서의 중복성은 TSN 네트워크와 정확히 동일한 원리를 기반으로 하지는 않는다 (이는 분리된 장비를 사용하는 완벽한 물리적 종단간 중복성을 의미한다). 후자의 것은 고정된 유선 링크에 의존하는 반면, 5G는 동적인 무선 환경에 의존한다. 그럼에도 불구하고, FRER에 의해 정의된 바와 같은 중복성은 장비에서의 오류를 (연결 손실을 초래하는 gNB에서의 에러 등과 같은) 가르키고 있지만, 무선 상태 변화 및 핸드오버로 인한 연결 손실의 영향을 극복하는데 분명히 도움이 된다.
"트윈 UE"가 사용되면, 이들은 완전한 중복성을 지원하기 위해 언제든 두개의 BS에 연결되어야 하고, 핸드오버의 경우, 동일한 BS가 아니고 동시에 모두 실행하지 않아야 한다.
물리적 중복성이 5GS에서 구현될 필요가 있는지 여부, 또는 예를 들어, 단일 사용자 평면 기능(UPF) 또는 서버 하드웨어를 통해 각각 트래픽이 전달될 수 있는지 여부는 공개적인 논의점이다. 예를 들어, 일부 5GS 기능이 너무 안정적이어서 중복 방식으로 배치되도록 요구되지 않는 경우, 5GS의 일부에 대해 단순히 물리적인 중복성을 사용하는 것으로 충분할 수 있다.
일부 발명은 이러한 FRER 타입의 중복성이 RAN과 코어 모두에서 5GS 내에 어떻게 지원될 수 있는가를 설명하도록 진행되었다. 중복성을 위한 구성 지점으로, 애플리케이션 기능(AF)을 사용하는 것도 제안된다. 5GS는 TSN 네트워크에 대해 다른 중복 경로를 공표할 수 있고, 5GS 내부에서 특정한 구성성분의 물리적 중복성 여부에 관계없이 충분한 방식으로 중복성을 지원할 수 있다. 따라서, 중복성에 대한 실제 5G 해석은 이러한 방식으로 중복성에 대한 CNC/TSN 정의에서 감춰질 수 있다.
5G 및 TSN - 네트워크 구성
TSN에서, IEEE 802.1Qcc 확장본은 TSN의 재구성 및 런타임 구성을 지원한다. 먼저, 사용자 네트워크 인터페이스(user network interface, UNI)를 정의한다. 이 인터페이스는 사용자가 네트워크에 대한 지식 없이 스트림 요구사항을 지정할 수 있게 하므로, 그에 의해 네트워크 구성을 사용자에게 투명하게 만들게 된다. 이는 당연히 가정 및 사무실 네트워킹에 일반적이지만 특히 오늘날의 산업용 이더넷 네트워크에서는 그렇지 않으므로 플러그-앤드-플레이(plug-and-play) 동작을 달성하는 것과도 관련된다.
이러한 투명성을 가능하게 하는데는 세가지 모델이 있다. 특정하게, 완전히 분산된 모델로, 여기서는 스트림 요구사항이 화자로부터 발신되어 청취자까지 네트워크를 통해 전파된다. 거기에는 엔드 스테이션과 그의 액세스 스위치 사이에 UNI가 있다. 완전히 분산된 모델은 도 37에서 설명되고, 여기서 실선 화살표는 화자, 청취자, 및 브릿지 사이에 사용자 구성 정보의 교환을 위한 UNI 인터페이스를 나타낸다. 도면에서 점선 화살표는 TSN 사용자/네트워크 구성 정보 뿐만 아니라 추가적인 네트워크 구성 정보를 운반하는 프로토콜을 나타낸다.
중앙집중식 네트워크/분산 사용자 모델은 네트워크에서의 모든 스트림에 대해 완전한 지식을 갖춘, 중앙집중식 네트워크 구성자(centralized network configurator, CNC)라 칭하여지는 엔터티를 도입한다. 모든 구성 메시지는 CNC에서 발신된다. UNI는 아직 엔드 스테이션과 액세스 스위치 사이에 있지만, 이러한 설계에서는 액세스 스위치가 CNC와 직접 통신한다. 도 38은 중앙집중식 네트워크/분산 사용자 모델을 도시한다.
마지막으로, 완전한 중앙집중식 모델은 중앙 사용자 구성자(central user configurator, CUC) 엔터티가 엔드 스테이션 기능을 검색하고 엔드 스테이션에서 TSN 특성을 구성하도록 허용한다. 여기서, UNI는 CUC와 CNC 사이에 있다. 이러한 구성 모델은 제조 사용 사례에 가장 적합할 수 있고, 여기서는 청취자와 화자가 상당한 수의 매개변수가 구성되도록 요구한다. CUC는 엔드 스테이션과 인터페이스 연결되어 이를 구성하고, CNC는 계속하여 브릿지와 인터페이스 연결된다. 완전한 중앙집중식 모델은 도 39에서 설명된다. 다음의 논의는 제조 사용 사례에 가장 적합할 가능성이 있으므로 완전한 중앙집중식 모델에 대해 보다 상세한 내용을 제공한다.
CUC 및 CNC
CUC 및 CNC는 완전한 중앙집중식 모델에서, 도 40에 도시된 바와 같이, 두 작업을 모두 실행하는 구성 에이전트 중 일부이고 (예를 들면, 공장 자동화 맥락에서 PLC), 도면은 CUC 및 CNC로 구성된 구성 에이전트를 설명한다 (도면에서, "SW"는 스위치를 칭하고, "ES"는 엔드 스테이션을 칭하고, 또한 "UNI"는 사용자 네트워크 인터페이스를 칭한다). 표준 IEEE 802.1Qcc는 도 40에 도시된 바와 같이 CUC와 CNC 사이에서 사용되는 프로토콜을 지정하지 않는다. OPC UA(Open Platform Communications Unified Architecture, 오픈 플랫폼 통신 통합 설계)는 CUC와 엔드 스테이션 사이의 인터페이스로 가능한 선택이 될 수 있고, Netconf는 브릿지와 CNC 사이의 선택이 될 수 있다. TSN 스트림 설정을 위해, CUC는 도 41에 도시된 바와 같이 CNC에 결합 요청을 제기하게 되고, 도면은 CNC와 CUC 사이의 상호동작을 도시한다.
화자와 청취자 사이의 통신은 상기에 소개된 바와 같이 스트림으로 일어난다. 스트림은 화자 및 청취자에서 구현된 애플리케이션에 의해 주어지는 데이터 비율 및 대기시간에 관련하여 특정한 요구사항을 갖는다. TSN 구성 및 관리 특성은 스트림을 셋업하고 네트워크를 통한 스트림의 요구사항을 보장하는데 사용된다. CUC는 디바이스로부터 스트림 요구사항 및 엔드 스테이션 기능을 수집하고 CNC와 직접적으로 통신한다. 도 42는 TSN 스트림 셋업을 위한 다른 엔터티 사이에서의 시퀀스도를 도시한다.
완전한 중앙집중식 모델에서 TSN 네트워크 내의 TSN 스트림을 셋업하는 단계는 다음과 같다:
1) CUC는 예를 들어, 시간에 민감한 스트림을 교환하는 것으로 가정되는 디바이스를 지정하는 산업용 애플리케이션/엔지니어링 툴로부터 (예를 들면, PLC) 입력을 취할 수 있다.
2) CUC는 사용자 트래픽의 주기/간격 및 패이로드 사이즈를 포함하는 TSN 네트워크에서의 애플리케이션 및 엔드 스테이션의 기능을 판독한다.
3) CNC는 예를 들어, LLDP 및 임의의 네트워크 관리 프로토콜을 사용하여 물리적 네트워크 토폴로지를 검색한다.
4) CNC는 TSN 네트워크에서 브릿지의 TSN 기능을 (에를 들면, IEEE 802.1Q, 802.1AS, 802.1CB) 판독하는데 네트워크 관리 프로토콜을 사용한다.
5) CUC는 TSN 스트림을 구성하도록 CNC 쪽으로의 결합 요청을 초기화한다. CNC는 한 화자로부터 하나 이상의 청취자로의 TSN 스트림에 대한 브릿지에서 네트워크 리소스를 구성하게 된다.
6) CNC는 TSN 도메인을 구성한다.
7) CNC는 물리적 토폴로지를 체크하고 요구되는 특성이 네트워크에서 브릿지에 의해 지원되는가를 체크한다.
8) CNC는 스트림의 경로 및 스케쥴 (Qbv가 적용되는 경우) 계산을 실행한다.
9) CNC는 TSN 네트워크에서의 경로를 따라 브릿지에서 TSN 특성을 구성한다.
10) CNC는 스트림에 대한 상태를 (성공 또는 실패) CUC에 반환한다.
11) CUC는 또한 초기에 청취자와 화자 사이에 정의된 바와 같이 사용자 평면 트래픽 교환을 시작하도록 엔드 스테이션을 구성한다 (이러한 정보 교환에 사용되는 프로토콜은 IEEE 802.1Qcc 사양의 범위에 있지 않다).
5GS 애플리케이션 기능(AF)은 5GS가 TSN 제어 평면 기능과 (즉, CNC 및 CUC) 상호동작할 수 있는 잠재적인 인터페이스로 간주된다. AF는, 3GPP TS 33.501에 따라, 트래픽 라우팅에 영향을 주고, 5G 링크의 정책 제어를 위해 정책 프레임워크와 상호동작하고, 또한 서비스를 제공하도록 3GPP 코어 기능과 더 상호작용할 수 있으므로, 이는 5G TSN 연동 시나리오에서 TSN 스트림을 셋업하고 구성하는데 사용될 수 있다. 도 43은 TSN 제어 평면과 AF의 잠재적인 인터페이스를 설명한다.
도 44에는 TSN 네트워크에서의 FRER 셋업 시퀀스 스트림이 도시된다. CUC는 CUC로부터 CNC로의 결합 메시지에 대한 요청으로 매개변수의 값을 (1 보다 큰 NumSeamlessTrees) 설정한다. CNC는 이어서 경로 계산 단계에서 이 입력을 기반으로 분리된 트리(disjoint tree)를 게산한다. 이는 브릿지에서 중복 경로를 구성하는데 IEEE 802.1CB (FRER)의 관리 객체를 사용한다.
상기의 FRER 부분에서 소개된 바와 같이, AF는 CNC 쪽으로 중복 지원을 시그널링하고 그로부터 중복 경로 계산을 수용하는 인터페이스를 구현할 수 있다. 이는 도 45에서 설명되고, 이는 FRER를 셋업하기 위한 AF, CUC, 및 CNC 사이의 상호동작을 설명한다. 또한, AF는 FRER 이외의 다른 TSN 특성에 대해 CNC와 상호동작하는데 사용될 수도 있다.
TSN은 현재 연구 및 개발 단계에 있다. 여기서 열거된 TSN 특성의 서브세트만을 지원하는 초기 제품은 마켓에서 이용가능하다. 또한, TSN 표준화가 진행 중이고 일부 특성은 아직 확정되지 않았다. 특히, 어느 특성이 산업 사용 사례에 관련되는가 여부가 명확하지 않다. IEC/IEEE 60802는 산업용 TSN 프로파일을 정의하기 위해 지속적으로 노력 중이다. 그럼에도 불구하고, TSN이 향후 몇년 내에 유선 산업 자동화를 위한 주요 통신 기술이 될 것이라는 광범위한 비젼이 있다.
상기 선행하는 내용에서, 시간에 민감한 네트워크(TSN)의 개념이 소개되었고 산업용 애플리케이션에 대한 이더넷 통신을 개선하려는 비젼이 설명되었다. 이어지는 기술적 소개에서는 최선형 트래픽 뿐만 아니라 중요한 우선순위 스트림을 처리할 필요가 있는 TSN의 성능 목표 중 일부를 제공하였다. 이러한 중요한 스트림은 TSN이 지원하여야 하는 매우 낮은 경계의 대기시간을 요구한다. 이는 TSN이 산업 자동화 영역에서 새로운 사용 사례를 가능하게 하도록 허용한다.
또한, TSN이 결정적인 통신을 제공할 수 있는 방법을 설명하기 위해, TSN 운영 원리에 대해 상세한 내용이 제공되었다. 5G를 TSN 코어 기능과 통합하는 문제도 또한 논의되었다. 이러한 통합은 5G 네트워크로부터 특정한 세트의 TSN 특성의 지원을 요구한다. 이러한 특성 세트가 설명되었고, 또한 두개의 네트워크 사이의 매끄러운 연동을 가능하게 하기 위해 일부 발명 기술이 설명되었다.
코어 네트워크
코어 네트워크는 무선 액세스 네트워크(RAN)와 하나 이상의 데이터 네트워크(DN) 사이에 위치하는 시스템의 일부이다. 데이터 네트워크는 인터넷이나 폐쇄 기업 네트워크가 될 수 있다. 코어 네트워크는 완전히 가상화되어 클라우드 플랫폼의 상단에서 실행된다고 가정한다. 코어 네트워크의 작업은 다음을 포함한다: 가입자 관리; 가입자 인증, 권한 부여 및 회계; 이동성 관리; 정책 제어 및 트래픽 쉐이핑을 포함하는 세션 관리; 합법적 인터셉션; 네트워크 노출 기능. 5G 코어 네트워크는 3GPP 문서 "5G 시스템(5GS)에 대한 시스템 설계(System Architecture for the 5G System)", 3GPP TS 23.501, v. 15.4.0 (2018년 12월)에서 설명된다. 도 46은 3GPP TS 23.501에서 설명된 바와 같이, 5G 코어 네트워크의 구성성분 및 무선 액세스 네트워크(RAN)와 UE에 대한 관계를 설명한다.
오늘날의 모바일 브로드밴드(Mobile Broadband, MBB) 배치에서는 코어 네트워크 기능이 때로 수백만명의 가입자에게 서비스를 제공하는 대규모 노드에 배치된다. 노드는 때로 수개의 중앙집중식 데이터 센터에 배치되어 경제의 규모를 제공한다.
5G에서는 MBB 이외에 많은 다른 사용 사례가 발생된다. 이러한 새로운 사용 사례는 다른 배치 및 다른 기능을 요구할 수 있다. 예를 들어, 제조시에는 합법적인 인터셉션 및 많은 요구청구와 회계 기능이 필요하지 않을 수 있다. 이동성은 간략화될 수 있고, 또는 소형 공장 사이트의 경우, 전혀 필요하지 않을 수 있다. 대신에 본래 이더넷 또는 시간에 민감한 네트워킹(TSN)에 대한 지원을 포함하여 새로운 기능이 필요하다. 바람직하게, 새로운 기능은 긴 표준화 프로세스를 거치지 않고 신속하게 추가될 수 있다.
대기시간, 데이터 지역성, 및 생존가능성을 이유로, 제조를 위한 코어 네트워크가 대규모 중앙집중식 데이터 센터에서 반드시 실행될 필요는 없다. 대신에 공장 사이트에 소규모 코어 네트워크를 배치하는 것이 가능해야 한다. 제조를 위해 5G에서 필요한 것은 배치 및 기능 측면에서 유연한 코어 네트워크이다.
이러한 문제는 코어 네트워크의 사용자 평면을 마이크로 사용자 평면 기능(micro user plane function, μUPF)이라 칭하여지는 소형 기능으로 분해함으로서 해결될 수 있다. 사용 사례에 따라, 다른 세트의 μUPF가 가입자를 위한 사용자 평면 서비스로 재구성된다. 서비스는 시간에 걸쳐 변할 수 있고, μUPF는 대기시간과 같은 서비스 요구사항에 따라 실행 노드에서 호스팅된다. 코어 네트워크의 제어 평면은 추상적인 레벨로 설명함으로서 서비스를 요청한다. 체인 제어기는 이러한 고레벨 서비스 설명을 한 세트의 μUPF로 해석하고 정확한 실행 노드에서 이러한 μUPF를 인스턴스화한다. 도 47은 체인 제어기 개념을 설명한다.
이러한 접근법은 배치 및 기능과 관련하여 유연성을 제공하고 제조와 같은 사용 사례에 대한 기반으로 사용될 수 있다. 유연성의 중요한 측면으로, 이러한 접근법은 매우 작은 설치 공간으로 축소할 수 있는 구현을 허용한다.
제조 시 코어 네트워크에 대한 한가지 코어 네트워크 배치 대안은 공장에서의 로컬, 가능한 한 독립형, 배치이다. 또 다른 배치 대안은 보다 중앙집중화된 클라우드에서 코어 네트워크의 일부를 실행하는 것이다. 이러한 클라우드는 운영자 사이트 또는 일부 기업 사이트에 있을 수 있다. 코어 네트워크가 운영자에 의해 제공되면, 이러한 배치는 경제 규모에서 이점을 제공할 수 있다. 이 제조 고객을 위한 프로세스는 다른 고객을 위해서도 사용되는 노드에서 호스팅될 수 있다. 동일한 관리 시스템이 다수의 고객에서 서비스를 제공하도록 사용될 수 있다.
후자의 배치에서는 대기시간, 데이터 지역성, 및 로컬 생존가능성에 대해 특별한 주위가 필요하다. 사용자 평면 중 일부는 항상 대기시간을 위해 로컬 공장 클라우드에서 실행될 필요가 있다. 그러나, 이러한 디바이스 제어 평면 시그널링은 주로 인증 (빈번하지 않고 시간이 중요하지 않은), 세션 셋업 (일반적으로 공장 디바이스에 대해 단 한번), 및 기지국을 통한 이동성 (작은 배치에서는 전혀 일어나지 않을 수 있는)에 관한 것이므로, 제어 평면은 원격으로 매우 잘 운영될 수 있다.
시그널링은 주로 인증 (빈번하지 않고 시간이 중요하지 않은), 세션 셋업 (일반적으로 공장 디바이스에 대해 단 한번), 및 기지국을 통한 이동성 (작은 배치에서는 전혀 일어나지 않을 수 있는)에 관한 것이다. 도 48은 이러한 배치의 고레벨 기능도를 도시한다.
MBB에 사용되는 일부 코어 네트워크 기능은 제조시 필요로 하지 않는다. 이는 산업용 애플리케이션을 위한 코어 네트워크에 대해 최소한의 특성으로 축소하여야 한다는 요구사항을 부과한다. 일부 새로운 특성이 필요하게 된다. 요구되는 새로운 특성은 기본적인 이더넷 지원 (본래 이더넷 PDU 세션) 및 보다 진보된 이더넷 특성이 (예를 들면, TSN) 된다.
공장 내에서 트래픽을 구분하는 것이 가능해야 한다. 예를 들어, 생산에 중요한 디바이스는 "사무실" 디바이스와 다른 서비스를 요구한다. 이러한 구분을 달성하는데는 여러 기술이 있다: PLMN, 슬라이싱(slicing), APN 또는 μUPF 체이닝을 포함한다.
다음의 영역에서는 더 많은 특성이 구상될 수 있다:
* 복원력
* 중복성 (다중 UE)
* 데이터 지역성
* 공장 외부에서 공장 현장 네트워크를 액세스하는 기능
제조를 위한 새로운 특성은 코어 네트워크에 대한 여러 인터페이스에 영향을 주게 된다. 예를 들면, 생산에 중요한 코어 네트워크 서비스를 실행하는 것은 생산에 중요한 클라우드가 실행되도록 요구한다. 또는, 공장 소유자의 책임 하에서 로컬로 실행되는 일부 부분을 갖는 네트워크 배치, 및 운영자의 책임 하에서 중앙집중적으로 실행되는 일부 부분을 갖는 네트워크 배치는 관리 시스템에서의 변화를 요구하게 된다. 또한, 5G (코어) 네트워크 시스템이 단일 논리적 TSN 스위치로 모델링되는 경우, 추가적인 네트워크 노출 인터페이스가 필요하게 된다.
무선 액세스 네트워크
최근에는 산업용 IoT에 대한 지원을 가능하게 하는데 필요한 셀룰러 무선 액세스 기능이 많이 개선되어 LTE 및 NR 모두가 이러한 지원을 제공하는데 적합한 기술이 되었다. 안정적인 전달을 지원하는 여러 설계 옵션 뿐만 아니라 URLLC를 가능하게 하는 새로운 MAC 및 PHY 특성이 LTE 및 NR 릴리스 15에서 사양에 추가되었다. 0.5 - 1ms 대기시간 및 1 - 10-6 까지의 안전성을 달성할 목적으로 NR 릴리스 16에 대한 추가 URLLC 개선사항이 연구되고 있다. 또한, 특정하게 NR RAN에 의한 TSN 및 이더넷 PDU 전송에 대한 지원을 목표로 하는 개선 사항이 릴리스 16에서 예상된다.
다음은 3GPP 릴리스 15에서 소개되고 지정된 LTE 및 NR URLLC 특성 뿐만 아니라 NR 릴리스 16에 대해 제안된 RAN 개념을 설명한다. 먼저, 5G RAN 설계 옵션이 더 높은 신뢰성을 달성하기 위한 데이터 복제를 지원하는데 사용될 수 있는 방법이 논의된다. 이어서, NR-산업용 IoT 및 증진된 URLLC(enhanced URLLC, eURLLC)에 대해 Rel-16 작업에서 현재 고려 중인 특성을 포함하여, URLLC에 대한 레이어-1 및 레이어-2 특성이 설명된다. 다음에는 5G RAN을 통해 이더넷 PDU가 전달될 때 이더넷 압축이 수행되는 방법 뿐만 아니라 LTE 및 NR이 정밀한 시간 기준을 UE에 전달하는 방법을 설명하는 것으로 이어진다. 공장 자동화와 같이 산업용 IoT 사용 사례에 대해, 데이터 및 제어 평면 모두에 대해 신뢰성이 보장될 필요가 있다. 또한, 확실한 제어 평면 및 확실한 이동성이 달성될 수 있는 방법에 대한 설명이 주어진다. 기술 로드맵은 릴리스 15 LTE 및 릴리스 15 NR에서 지정된 특성 세트 뿐만 아니라 릴리스 16 NR에 대해 계획된 것도 강조하여 설명되고, 요약으로 결론지워진다.
5G RAN 설계 옵션
이 서브-섹션은 산업용 IoT를 지원하는 특성에 대해 이어지는 설명이 기반으로 하는 5G RAN 설계를 소개한다.
3GPP에서의 5G 표준화 작업은 NR, LTE, 또한 NR과 LTE 모두를 포함하는 다중-연결에 대해 릴리스 15에서 결론지어졌다. 릴리스 15는 새롭게 개발된 무선 액세스 기술 5G NR에 대한 첫번째 릴리스이다. 부가하여, 5G 사용 사례를 가능하게 하는데 필요한 몇가지 LTE 특성이 지정되었다. 이러한 새로운 Rel-15 NR 및 LTE 표준은 각각 E-UTRA 코어 네트워크(EPC) 및 5G 코어 네트워크(5GC)를 갖는 NR 기지국(gNB)과 연동하는 LTE 기지국(eNB)와 같이, 여러 변형에서 두 기술 모두의 통합을 지원한다. 이러한 통합 솔루션에서, 사용자 장비(UE)는 다른 캐리어를 통해 LTE 또는 NR 타입의 두개의 무선 기지국과 동시에 연결되고, 이는 일반적으로 이중 연결(Dual Connectivity, DC)이라 표시되고 LTE+NR의 경우 EN-DC/NE-DC라 표시된다. LTE 및 NR 연동을 허용하는 네트워크 설계는 도 49, 도 50, 및 도 51에서 설명된다.
도 49는 다중-연결의 경우 RAN의 제어 평면을 도시한다. 도면 좌측에 도시된 EN-DC의 경우, LTE 마스터 eNB(MeNB)는 EPC의 MME를 향한 앵커 포인트(the anchor point)이다. 이 경우, NR 노드, gNB는 LTE 네트워크로 통합된다 (그러므로, en-gNB라 표시됨). 우측에 도시된 NR-NR DC의 경우, 마스터와 2차 노드 모두 (MM 및 SN) NR gNB 타입이고, 여기서 MN은 5GC에 대한, 즉 AMF에 대한 제어 평면 인터페이스를 종료한다.
도 50은 다시 좌측에 EN-DC의 경우이고 우측에 NR-NR DC의 경우가 도시된, 사용자 평면 네트워크 설계를 도시한다. 사용자 평면에서, 데이터는 코어 네트워크로부터 2차 노드로 (EN-DC에서의 en-gNB, 또한 NR-NR DC에서의 SN) 직접 라우팅되거나, MeNB/MN을 통해 2차 노드로 라우팅될 수 있다. 이어서, UE와의 전송/수신이 두 노드로부터 일어날 수 있다.
LTE 및 NR에서의 무선 액세스를 위한 프로토콜 설계는 대체로 동일하고 물리적 레이어(physical layer, PHY), 매체 액세스 제어(medium access control, MAC), 무선 링크 제어(radio link control, RLC), 패킷 데이터 수렴 프로토콜(packet data convergence protocol, PDCP), 뿐만 아니라 (NR용 5GC로부터의 QoS 흐름 처리를 위한) 서비스 데이터 적응 프로토콜(service data adaption protocol, SDAP)로 구성된다. 하나의 전송 링크에 대해 낮은 대기시간 및 높은 신뢰성을 제공하기 위해, 즉, 하나의 캐리어를 통해 하나의 무선 베이러(radio bearer)의 데이터를 운송하기 위해, 아래의 각 섹션에서 더 살펴볼 수 있는 바와 같이, PHY 및 MAC에 대한 사용자 평면 프로토콜에서 몇가지 특성이 도입된다. 또한, 신뢰성은 다수의 전송 링크를 통해 데이터를 중복하여 전송함으로서 개선될 수 있다. 이를 위해, 다수의 베어러 타입 옵션이 존재한다.
도 51에서는 사용자 평면 및 제어 평면 베어러 모두가 (DRB 또는 SRB) 가정될 수 있는 NR을 위한 다른 무선 베이러 타입이 설명된다. 마스터 셀 그룹(Master cell group, MCG) 또는 2차 셀 그룹(secondary cell group, SCG)에서, 베어러 타입 전송은 각각 2차 노드/SN으로서 MeNB/MN 또는 en-gNB의 셀 그룹을 통해서만 일어난다. MCG와 SCG는 UE의 관점에서 정의된 것임을 주목한다. 그러나, 네트워크의 관점에서, 이들 베어러는 사용된 셀 그룹과 독립적으로, MN 또는 SN에서 종료될 수 있다.
분할 베어러 타입의 동작에서, 데이터는 PDCP에서 분할 또는 복제되고 MCG 및 SCG 셀 그룹 모두와 연관된 RLC 엔터티를 통해 전송된다. 또한, 분할 베어러는 MN 또는 SN에서 종료될 수 있다. 데이터는 하나 이상의 이러한 베어러를 통해 UE로 전달될 수 있다. MCG 또는 SCG 베어러에 대한 데이터의 복제는 셀 그룹 내에서 CA를 추가로 사용할 때, 또는 셀 그룹 간의 복제를 위해 분할 베어러를 사용하는 경우 가능하다; 이는 추후 더 설명된다. 또한, 여러 베이러를 통해, 예를 들면 MCG 종료 베어러 및 SCG 종료 베어러를 통해 동일한 데이터를 전송함으로서 중복성이 도입될 수 있고, 동시에 이러한 복제 처리는 상위 레이어, 예를 들면 RAN 외부에서 일어난다.
사용자 평면에서의 URLLC 인에이블러
URLLC 서비스의 운영을 위해, 즉 낮은 대기시간 및 높은 신뢰성 통신의 프로비져닝을 위해, Rel-15에서 LTE 및 NR 모두에 대해 몇가지 특성이 도입되었다. 이러한 특성 세트는 URLLC 지원의 기초를 구성하고, 예를 들면 1 - 10-5 신뢰성으로 1ms 대기시간을 지원한다.
설명된 RAN 개념에서, 이들 URLLC 특성은 레이어 1 및 레이어 2 모두에 대해 개발된 개선 기능을 갖는 기준선으로 사용된다. 이는 한편으로 1 - 10-6 신뢰성으로 0.5ms의 더 엄격한 대기시간 및 신뢰성 타켓을 이행하는 목적을 제공하지만, 다른 한편으로 더 효율적인 URLLC 운영, 즉 시스템 용량을 향상시키는 운영을 허용한다. 이러한 개선 사항은 특히 TSN 시나리오에서, 즉 다른 (대부분 주기적인) 트래픽 특징의 여러 서비스가 결정적 대기시간으로 제공되어야 하는 경우와 관련된다.
이 섹션에서는 사용자 평면 데이터 운송을 위한 URLLC 인에이블러, 즉 레이어 1 및 레이어 2 특성이 설명된다. 이는 전체적인 RAN 개념 중 단 일부이다; RAN으로부터의 5G TSN 통합을 지원하기 위해, 제어 평면에서의 신뢰성 및 이동성 뿐만 아니라 정확한 시간 기준 프로비져닝과 같이, 또 다른 측면이 고려된다.
대부분의 경우 여기서의 주요 설명이 NR을 기반으로 하지만, 특정한 경우에서는 LTE 설명이 기준선으로 제공되고, 그 특성이 개념적으로 NR에도 적용가능함을 주목한다. 또한, 이후에는 특성이 LTE/NR에 대해 지정되는가 여부를 식별하는 도표가 제공된다. 특성이 요구되는가 여부는 대기시간 및 신뢰성과 관련하여 특정한 URLLC QoS 요구에 의존한다. 또한, 특성 중 일부는 URLLC 자체에 대한 인에이블러가 아니라 시스템에 의한 URLLC 요구사항을 보다 효과적으로 실현할 수 있게 한다. 즉, 용량을 증진시키는 특성은 서비스가 제공될 수 있는 URLLC 서비스의 수를 증가시키게 된다. 그러므로, 이러한 특성은 낮은 대기시간을 위한 필수적인 특성, 높은 신뢰성을 위한 필수적인 특성, 및 다음과 같이 다른 것으로 대략 그룹화될 수 있다.
낮은 대기시간을 위한 필수적인 특성:
* 확장가능하고 유연한 수비학
* 미니-슬롯 및 짧은 TTI
* 낮은-대기시간으로 최적화된 동적 TDD
* 고속 프로세싱 시간 및 고속 HARQ
* 구성된 그랜트(configured grant, CG)(레이어 2)와의 업링크에서의 프리-스케쥴링
높은 신뢰성을 위한 필수적인 특성:
* 더 낮은 BLER 타켓에 대한 더 낮은 MCS 및 CQI
또한, 다음의 특성도 또한 고려된다:
* 짧은 PUCCH; 예를 들면, 고속 스케쥴링 요청(scheduling request, SR) 및 더 신속한 HARQ 피드백을 위한
* DL 선점: 다른 트래픽이 진행 중일 때 중요한 트래픽의 고속 전송을 위한
* DL 제어 개선사항: 다운링크 제어의 보다 효율적이고 확실한 전송을 위한
* 다중-안테나 기술: 신뢰성을 개선하기 위한
* 스케쥴링 요청 및 BSR 개선사항: 다수의 트래픽 타입의 처리를 위한
* PDCP 복제: 캐리어-중복성, 즉 더 많은 신뢰성을 위한
다음의 논의에서는 릴리스 15에서 지정된 이들 특성, 릴리스 16에 적합한 개선 사항에 대한 설명, 뿐만 아니라 레이어 1에서 시작하여 레이어 2로 계속되는 릴리스 16에 적합한 새로운 특성 설명을 검토하게 된다.
사용자 평면에서의 URLLC 인에이블러
NR에서는 슬롯이 14 OFDM-심볼이 되도록 정의되고 서브프레임은 1ms이다. 따라서, 서브프레임의 길이가 LTE에서와 동일하지만, OFDM 수비학에 따라, 서브프레임 당 슬롯의 수가 변한다 (용어 "수비학(numerology)"은 캐리어 간격, OFDM 심볼 기간, 및 슬롯 기간의 조합을 칭한다). 6GHz 이하의 캐리어 주파수(FR1)에서는 수비학 15kHz 및 30kHz SCS(Sub-Carrier Spacing, 서브-캐리어 간격)가 지원되고 UE에 대해서는 60kHz SCS가 옵션이다. 15kHz SCS는 일반적인 순환 프리픽스에 대해 LTE 수비학과 동일하다. 주파수 범위 2(FR2)에서는 수비학 60 및 120kHz SCS가 지원된다. 이는 도표 8에서 요약될 수 있다.
μ Δf=2μ*15[kHz] 슬롯 기간 주파수 범위 동기화 지원
0 15 1 ms FR1 Yes
1 30 0.5 ms FR1 Yes
2 60 0.25 ms FR1(옵션) 및 FR2
3 120 0.125 ms FR2 Yes
도표 8 - NR 릴리스 15에서 데이터 전송을 위해 지원되는 수비학의 요약
다른 수비학을 사용할 가능성은 NR을 넓은 범위의 다른 시나리오에 적용할 수 있다는 이점을 갖는다. 가장 작은 15kHz 서브캐리어 간격은 LTE와의 공존을 단순화하고 긴 심볼 기간 및 긴 순환 프리픽스 길이를 제공하여 큰 셀 크기에 적합하게 만든다. 더 높은 수비학은 더 넓은 대역폭을 차지하고, 더 높은 데이터 비율 및 빔포밍에 더 적합하고, 더 나은 주파수 다이버시티(frequency diversity)를 갖고, 또한 URLLC에 중요하여, 짧은 심볼 기간으로 인해 짧은 대기시간을 갖는다는 이점이 있다.
따라서, 수비학 자체는 높은 SCS에 대해 전송 시간이 더 짧기 때문에 URLLC에 대한 특성으로 고려될 수 있다. 그러나, UE가 높은 SCS에서 슬롯 단위 당 기능이 적어지므로, 제한 요인이 될 수 있는, PDCCH 모니터링, UE 기능, 및 PUCCH 전송 기회와 같은 슬롯 당 시기널링 제한을 고려할 필요가 있다.
NR은 미니-슬롯에 대한 지원을 제공한다. NR에서 지원되는 두가지 맵핑 타입으로 PDSCH 및 PUSCH 전송의 타입 A 및 타입 B가 있다. 타입 A는 일반적으로 슬롯-기반으로 칭하여지지만, 타입 B 전송은 비-슬롯-기반 또는 미니-슬롯-기반으로 칭하여질 수 있다.
미니-슬롯 전송은 동적으로 스케쥴링될 수 있고, 릴리스 15에서:
* DL에 대해 길이 7, 4, 또는 2 심볼이 될 수 있고, UL에 대해 임의의 길이가 될 수 있다.
* 한 슬롯 내의 임의의 심볼에서 시작 및 종료될 수 있다.
마지막 항목은 전송이 슬롯 경계를 넘지 않을 수 있음을 의미하므로 수비학 및 미니-슬롯 길이의 특정한 조합에 대해 복잡성이 발생할 수 있음을 주목하여야 한다.
미니-슬롯 및 짧은 TTI는 모두 최대 정렬 지연 (전송 기회를 위해 대기하는 시간) 및 전송 기간을 감소시킨다. 최대 정렬 지연 및 전송 기간은 모두 도 52에서 볼 수 있는 바와 같이, 감소된 TTI 및 미니-슬롯 길이와 선형적으로 감소되고, 이는 "일반적인" 14 OFDM 심볼 슬롯과 비교해, 미니-슬롯 사용으로 인한 대기시간을 나타낸다. 도 52의 결과는 기능-2 UE 프로세싱을 가정하여, 다운링크 FDD 원샷(one-shot), 단방향(one-way) 대기시간을 기반으로 한다. 특정한 광역 시나리오에서는 더 높은 수비학이 적절하지 않아서 (CP 길이가 단축되어 채널 시간 분산에 대처하기에 충분하지 않을 수 있다) 미니-슬롯의 사용이 대기시간을 줄이는데 주요 방법이 된다.
미니-슬롯의 단점은 더 빈번한 PDCCH 모니터링이 지정될 필요가 있다는 것이다. 빈번한 모니터링은 UE에게 문제가 될 수 있고, 또한 그렇지 않은 경우 DL 데이터에 사용될 수 있는 리소스까지 사용하게 된다. NR Rel-15에서, 구성될 수 있는 모니터링 기회의 수는 UE가 실행할 수 있는 슬롯 및 서빙 셀 당 블라인드 디코딩(blind decoding) 최대 수와, 슬롯 및 서빙 셀 당 오버랩되지 않는 제어 채널 요소(control channel element, CCE)의 최대 수에 의해 제한된다.
데이터 심볼에 대한 효율성을 유지하기 위해, DMRS에 사용되는 리소스 비율이 더 높으므로 미니-슬롯에서 더 높은 L1 오버헤드를 기대할 수 있다. OFDM 심볼 중 일부만이 DMRS에 사용되더라도, 예를 들어 한 슬롯에 대해 14개 중 2개 심볼 대신에 4개 중 하나의 심볼이 될 수 있다.
공식화된 단점을 기반으로, 미니-슬롯에 관련된 다음과 같은 문제점은 NR 릴리스 16에서 해결되고 있다:
* 미니-슬롯 반복 (슬롯 경계선을 가로지르는 반복을 포함);
* DMRS 오버헤드의 감소;
* 증진된 UE 모니터링 기능;
* UE 및 gNb에서의 고속 프로세싱
이러한 문제점에 대한 릴리스 16의 해결법이 이후 설명된다.
미니-슬롯 반복에 관련하여, URLLC 트래픽이 매우 대기시간에 민감하므로, 가장 관련된 시간 할당 방법은 타입 B이고, 여기서는 한 슬롯 내의 임의의 OFDM-심볼에서 전송을 시작할 수 있다. 동시에 신뢰성 요구사항이 매우 보수적인 링크 적응 설정으로 이어질 수 있으므로, 더 많은 RB를 요구하는 더 낮은 MCS가 선택될 수 있다. 더 넓은 할당 주파수를 갖는 대신에, gNB는 더 많은 UE를 동시에 스케쥴링하는데 도움이 될 수 있는 더 긴 전송 시간을 할당하도록 결정할 수 있다. 불행하게도, 릴리스-15 NR에서의 제한으로 인하여, 슬롯 경계와 오버랩되면 전송이 시간적으로 지연되어야 한다. 이러한 문제점의 설명은 도 53에 주어지고, 이는 NR 릴리스 15에서 슬롯 경계를 통한 전송으로 인한 긴 정렬 지연을 설명한다. 여기서, 정렬 지연은 두가지 이벤트 사이의 시간이 된다: UE가 전송 준비가 되었을 때와 다음 슬롯의 시작부에서 전송이 일어날 때.
미니-슬롯 반복을 사용하여 슬롯 경계를 가로지르는 전송의 스케쥴링을 허용함으로서 가능한 대기시간 이득을 설명하기 위해, 하나의 슬롯에 맞추어 제한된 전송 스케쥴링과 비교하여 평균 대기시간 이득을 관찰해 본다. 이를 달성하기 위해 미니-슬롯을 사용하는 방법이 도 54에 설명되지만, 다른 방법은 동일한 전체적인 대기시간을 제공한다.
데이터 패킷이 한 슬롯 내의 임의의 심볼에서 UE에 동일하게 도착할 가능성이 있는 것으로 가정하여, 도표 9 내지 도표 11은 HARQ-기반의 재전송으로 주어진 UL 구성 그랜트를 고려하여, 각각 비-교차-경계 및 교차-경계 스케쥴링에 대한 SCS 및 전송 기간의 다른 조합에 대한 최악의 경우의 대기시간을 도시한다. 한 슬롯에 14개의 심볼이 있고 일반적으로 매우 낮은 블록 에러 확률을 타켓으로 하므로, 데이터가 최악의 경우의 대기시간을 제공하는 심볼에 도착할 때 대기시간 한계가 달성될 수 있음을 확인할 필요가 있다. 여기서는 성능 2 UE를 가정하여 대기시간을 평가하고, gNB 프로세싱 시간이 UE에서의 프로세싱 시간과 동일함을 평가한다. gNB는 디코딩을 위한 프로세싱 시간의 절반을 사용하는 것으로 가정한다. 즉, 운송 블록이 정확하게 디코딩되면, 프로세싱 시간의 절반 이후에 상위 레이어에 전달될 수 있다. HARQ 재전송을 허용하면 첫번째 전송에서 더 높은 BLER을 타켓화함으로서 사용되는 리소스의 양을 상당히 줄일 수 있기 때문에, 재전송을 스케쥴링하는 PDCCH를 전송하는데 필요한 시간 및 PUSCH 재전송을 준비하는데 필요한 시간을 고려하여, 초기 전송, 제1, 제2, 및 제3 HARQ 재전송 이후에 대기시간을 평가한다. 임의의 재전송은 초기 전송과 동일한 길이를 사용한다고 가정한다.
도표 9 내지 도표 14에서는 릴리스 15로 달성가능한 HARQ-기반의 재전송에 대한 최악의 경우의 대기시간 (슬롯 경계를 가로지르지 않는 전송) 및 슬롯 경계를 가로지르게 허용하도록 미니-슬롯 반복을 사용할 때의 최악의 경우의 대기시간을 도시한다. SCS = 15, 30, 또는 120kHz 및 2 내지 14 심볼의 총 PUSCH 길이를 고려하고, 임의의 반복을 카운트, 즉 4회 반복되는 2-심볼 미니-슬롯이 길이 8 전송으로 도표에서 나타난다. 도표를 해석하기 더 쉽게 하기 위해, 각각 0.5, 1, 2, 및 3ms의 타켓 대기시간에 초점을 맞춘다. 미니-슬롯 반복을 사용한 최악의 경우의 대기시간을 나타내는 도표에서, 음영진 경우는 미니-슬롯 반복을 사용하여 이러한 타켓 대기시간 경계 중 하나를 충족시킬 수 있지만, 릴리스 15를 사용하여 달성될 수 없는 경우를 나타낸다.
길이 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
초기 전송 0.68 0.89 0.96 1.18 1.25 1.46 1.54 1.75 1.82 2.04 2.11 2.32 2.39
1차 재전송 1.68 1.89 1.96 2.18 2.54 2.68 2.82 2.96 3.82 4.04 4.11 4.32 4.39
2차 재전송 2.68 2.89 2.96 3.18 3.75 3.82 4.04 4.75 5.82 6.04 6.11 6.32 6.39
3차 재전송 3.68 3.89 3.96 4.18 4.75 5.46 5.54 5.96 7.82 8.04 8.11 8.32 8.39
도표 9 - 15kHz SCS에 대한 릴리스 15 최악-경우의 대기시간
길이 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
초기 전송 0.68 0.75 0.82 0.89 0.96 1.04 1.11 1.18 1.25 1.32 1.39 1.46 1.54
1차 재전송 1.61 1.68 1.89 1.96 2.18 2.25 2.46 2.54 2.75 2.82 3.04 3.11 3.32
2차 재전송 2.32 2.68 2.89 2.96 3.18 3.54 3.75 3.96 4.18 4.39 4.61 4.82 5.04
3차 재전송 3.18 3.68 3.89 3.96 4.18 4.82 5.04 5.25 5.46 5.82 6.04 6.54 6.75
도표 10 - 슬롯 경계에 걸쳐 스케쥴링하도록 미니-슬롯 반복을 사용한 15kHz SCS에 대한 대기시간
길이 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
초기 전송 0.40 0.51 0.54 0.65 0.69 0.79 0.83 0.94 0.97 1.08 1.12 1.22 1.26
1차 재전송 0.90 1.01 1.04 1.29 1.33 1.44 1.47 1.94 1.97 2.08 2.12 2.22 2.26
2차 재전송 1.40 1.51 1.54 1.94 1.97 2.29 2.33 2.94 2.97 3.08 3.12 3.22 3.26
3차 재전송 1.90 2.01 2.04 2.65 2.69 2.94 2.97 3.94 3.97 4.08 4.12 4.22 4.26
도표 11 - 30kHz SCS에 대한 릴리스 15 최악-경우의 대기시간
길이 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
초기 전송 0.40 0.44 0.47 0.51 0.54 0.58 0.62 0.65 0.69 0.72 0.76 0.79 0.83
1차 재전송 0.90 1.01 1.04 1.15 1.19 1.29 1.33 1.44 1.47 1.58 1.62 1.72 1.76
2차 재전송 1.40 1.51 1.54 1.79 1.83 2.01 2.04 2.22 2.26 2.44 2,47 2.58 2.62
3차 재전송 1.90 2.01 2.04 2.44 2.47 2.65 2.69 2.94 2.97 3.29 3.33 3.51 3.54
도표 12 - 슬롯 경계에 걸쳐 스케쥴링하도록 미니-슬롯 반복을 사용한 30kHz SCS에 대한 대기시간
길이 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
초기 전송 0.44 0.46 0.47 0.50 0.51 0.54 0.54 0.57 0.58 0.61 0.62 0.64 0.65
1차 재전송 0.97 1.02 1.03 1.05 1.06 1.16 1.17 1.20 1.21 1.23 1.24 1.39 1.40
2차 재전송 1.51 1.59 1.60 1.63 1.63 1.79 1.79 1.82 1.83 1.86 1.87 2.14 2.15
3차 재전송 2.04 2.14 2.15 2.18 2.19 2.41 2.42 2.45 2.46 2.48 2.49 2.89 2.90
도표 13 - 120kHz SCS에 대한 릴리스 15 최악-경우의 대기시간
길이 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
초기 전송 0.44 0.45 0.46 0.46 0.47 0.48 0.49 0.50 0.51 0.52 0.53 0.54 0.54
1차 재전송 0.97 1.00 1.01 1.04 1.04 1.07 1.08 1.11 1.12 1.14 1.15 1.18 1.19
2차 재전송 1.51 1.55 1.56 1.61 1.62 1.66 1.67 1.70 1.71 1.77 1.78 1.80 1.81
3차 재전송 2.04 2.09 2.10 2.16 2.17 2.25 2.26 2.30 2.31 2.39 2.40 2.43 2.44
도표 14 - 슬롯 경계에 걸쳐 스케쥴링하도록 미니-슬롯 반복을 사용한 120kHz SCS에 대한 대기시간
릴리스 15 스케쥴링과 비교하여, 다음의 이득에 도달할 수 있다:
* 0.5ms의 대기시간 제한에 대해, 미니-슬롯 반복의 사용은 추가로 5개 경우를 허용한다. 이득은 30 및 120kHz SCS에 대한 초기 전송에서 일어난다.
* 1ms의 대기시간 제한에 대해, 미니-슬롯 반복의 사용은 추가로 6개 경우를 허용한다. 이득은 15 및 30kHz SCS에 대한 초기 전송에서 일어난다.
* 2ms의 대기시간 제한에 대해, 미니-슬롯 반복의 사용은 추가로 11개 경우를 허용한다. 이득은 15, 30 , 또는 120kHz SCS에 대한 초기 전송, 제1, 또는 제2 재전송에서 일어난다.
* 3ms의 대기시간 제한에 대해, 미니-슬롯 반복의 사용은 추가로 7개 경우를 허용한다. 이득은 15 또는 30kHz SCS에 대한 제2 또는 제3 재전송에서 일어난다.
UL에서의 미니-슬롯 반복은 특정한 패턴에 따른 주파수 호핑 또는 반복에 걸친 프리코더 싸이클링(precoder cycling)과 같이, 더 높은 신뢰성을 가능하게 하는 다른 특성과 함께 사용될 수 있다.
PUCCH 개선사항은 단기 PUCCH의 사용을 포함한다. DL 데이터 전송의 경우, UE는 데이터의 정확한 수신을 승인하도록(ACK) HARQ 피드백을 전송한다. DL 데이터 패킷이 정확하게 수신되지 않은 경우, UE는 NACK를 전송하고 재전송을 예상한다. URLLC의 엄격한 대기시간 제한으로 인해, 1 - 2 심볼을 갖는 단기 PUCCH 포맷은 (예를 들면, PUCCH 포맷 0) 관련성이 높을 것으로 예상된다. 단기 PUCCH는 한 슬롯 내의 임의의 OFDM 심볼에서 시작되도록 구성될 수 있으므로, URLLC에 적절하게 신속한 ACK/NACK 피드백을 가능하게 한다. 그러나, HARQ 피드백의 높은 신뢰성 및 낮은 대기시간 사이에 균형이 존재한다. 더 많은 시간 리소스가 이용가능한 경우, 4 내지 14 심볼의 기간을 가질 수 있는 장기 PUCCH 포맷을 고려하는 것도 유리하다. 더 긴 시간 리소스를 사용하면, PUCCH 신뢰성을 증진시키는 것이 가능하다.
또 다른 개선사항은 PUSCH와의 UCI 멀티플렉싱이다. eMBB와 URLLC가 모두 혼합된 서비스를 실행하는 UE의 경우, PUSCH에서 전송되는 UCI에 대한 신뢰성 요구사항은 PUSCH 데이터와 상당히 다를 수 있다. UCI에 대한 신뢰성 요구사항은 예를 들어, eMBB 데이터와 동일한 시간에 DL URLLC 데이터에 대한 HARQ-ACK를 전송할 때 데이터에 대한 요구사항 보다 더 높거나, 예를 들어, URLLC 데이터와 동일한 시간에 eMBB에 대한 CQI 리포트를 전송할 때 더 낮을 수 있다. UCI가 PUSCH 데이터 보다 더 낮은 요구사항을 갖는 경우, UCI 모두 또는 그중 일부를 드롭하는 것이 바람직할 수 있다.
UCI와 PUSCH 데이터 사이의 코딩 오프셋은 UCI의 다른 타입(HARQ-ACK, CSI)에 대한 베타 요소(beta factor)를 통해 제어된다. 1.0 보다 큰 오프셋은 대응하는 UCI가 데이터 보다 신뢰성있게 코딩됨을 의미한다. 릴리스 15에서 정의된 베타 요소는 1.0의 최저값을 갖는다. 이 값은 eMBB UCI와 함께 URLLC 데이터를 고려할 때 충분히 낮지 않을 수 있다. 더 나은 해결법은 URLLC 신뢰성을 보장하기 위해 PUSCH에서 UCI를 생략할 수 있도록 하는 특수한 베터 요소값을 도입하는 것이다. 이러한 접근법은 도 55에서 설명되고, 이는 UCI 전송을 "생략(omit)"하도록 DCI 신호에서 베터 요소를 사용하는 것을 도시한다. 관련된 문제는 URLLC 미니-슬롯 전송을 위한 스케쥴링 요청(scheduling request, SR)이 슬롯-기반의 전송 중에 오는 경우이다. 이 문제는 이후 더 분석된다.
다른 개선사항은 전력 제어의 영역에 있다. UI가 PUCCH에서 전송될 때, 신뢰성 요구사항은 UCI가 eMBB 또는 URLLC/eURLLC에 관련된 경우와 상당히 다를 수 있다. 포맷 0 및 포맷 1에서, PRB의 수는 1과 같고 더 많은 PRB를 사용하여 신뢰성을 증가시키려는 시도는 PUCCH가 시간 분산에 민감해지게 만든다. 그러므로, 포맷 0 및 포맷 1에서, 다른 수의 심볼 및/또는 전력 조정에 의해 다른 신뢰성이 달성될 수 있다.
심볼의 수는 필드 "PUCCH 리소스 표시자(PUCCH resource indicator)"를 사용하여 다운링크 DCI에 동적으로 표시될 수 있고, 여기서 두개의 PUCCH 리소스는 다른 수의 심볼로 정의된다. 그러나, 전력 조정은 단일 TPC 테이블 및/또는 가능하게 PUCCH 공간 관계 정보의 사용으로 제한되고, 여기서는 다수의 전력 셋팅 (P0과 같은) 및 두개까지의 폐쇄-구성성분이 정의될 수 있다. 그러나, 다른 PUCCH 전력 셋팅은 MAC CE 시그널링을 사용해서만 선택될 수 있다. 이는 혼합된 서비스 시나리오에서 확실히 너무 느리고, 여기서 전송된 HARQ-ACK는 두개의 연속적인 PUCCH 전송 기회 사이에서 eMBB에 관련된 것에서 URLLC/eURLLC에 관련된 것으로 변경될 수 있다. 이 문제에 대한 해결법으로, eMBB에 관련된 PUCCH 전송과 URLLC에 관련된 PUCCH 전송 사이에 더 큰 전력 차이를 가능하게 하도록 PUCCH 전력 제어 개선사항이 NR 릴리스 16에서 도입될 수 있다:
* 더 큰 전력 조정 단계를 허용하는 새로운 TPC 테이블, 및/또는
* DCI 표시를 사용한 전력 셋팅의 동적 표시 (예를 들면, P0, 폐쇄-루프 인덱스)
또 다른 개선사항은 HARQ-ACK 전송 기회에 관한 것이다. 여유없는 대기시간 요구사항을 갖는 URLLC의 경우, 미니-슬롯 기반의 PDSCH 전송을 사용할 때 한 슬롯 내에서 여러 전송 기회를 가질 필요가 있고, 따라서 한 슬롯 내에서 PUCCH에 대한 HARQ-ACK 리포트의 기회가 여러번 있을 필요가 있다. 릴리스 15에서는 HARQ-ACK을 포함하여 최대 한번의 PUCCH 전송이 슬롯 당 지원된다. 이는 HARQ-ACK를 송신하기 위한 정렬 시간을 증가시키게 되므로, DL 데이터 대기시간도 증가된다. 다운링크 데이터 대기시간을 줄이기 위해, 특히 eMBB 및 URLLC 트래픽의 멀티플렉싱이 다운링크에서 지원되는 경우, 한 슬롯에서 HARQ-ACK 전송을 위한 PUCCH 기회의 수를 증가시킬 필요가 있다. UE 프로세싱 기능이 PDSCH 전송의 종료로부터 PUCCH에서 대응하는 HARQ-ACK 전송이 시작될 때까지 최소 수의 OFDM 심볼을 제공하지만, HARQ-ACK의 실제 전송 시간은 그 슬롯 내에서 허용된 수의 PUCCH에 의해 더 제한된다.
릴리스 15에서, UE는 최대 네개의 PUCCH 리소스 세트로 구성될 수 있고, 여기서 다수의 PUCCH 리소스로 구성되는 각 PUCCH 리소스 세트는 HARQ-ACK 비트를 포함하여 구성에 의해 제공되는 UCI 사이즈의 범위에 사용될 수 있다. 첫번째 세트는 HARQ-ACK 정보를 포함하여 1 - 2 UCI 비트에만 적용가능하고 최대 32 PUCCH 리소스를 가질 수 있고, 다른 세트는, 구성된 경우, HARQ-ACK를 포함하여 2 이상의 UCI 비트에 사용되고 최대 8 PUCCH 리소스를 가질 수 있다. UE는 PUCCH에서 HARQ-ACK를 리포트할 때, PUCCH 전송과 동일한 슬롯을 나타내는 PDSCH-대-HARQ 피드백 타이밍 표시자의 값을 갖는 마지막 DCI 포맷 1_0 또는 DCI 포맷 1_1에서의 PUCCH 리소스 표시자 필드 및 HARQ-ACK 정보 비트의 수를 기반으로 PUCCH 리소스 세트를 결정한다. PUCCH 리소스 세트의 크기가 최대 8일 때, PUCCH 리소스 신원은 DCI 내의 PUCCH 리소스 표시자 필드에 의해 명시적으로 나타내진다. PUCCH 리소스 세트의 크기가 8보다 크면, PUCCH 리소스 신원은 DCI 내의 PUCCH 리소스 표시자 필드에 부가하여 PUCCH 수신을 위한 제1 CCE의 인덱스에 의해 결정된다.
여유없는 대기시간 요구사항을 갖는 URCCL의 경우, PDSCH 전송을 위해 한 슬롯 내에 여러 전송 기회를 가질 필요가 있고, 따라서 앞서 기술된 바와 같이 한 슬롯 내에서 PUCCH에 대한 HARQ-ACK 리포트의 기회가 여러번 있을 필요가 있다.
이는 UE가 각 슬롯에서 하나만 사용될 수 있지만 슬롯 내에서 HARQ-ACK 전송의 다중 기회에 대한 가능성을 가능하게 하도록 여러 PUCCH 리소스로 구성될 필요가 있음을 의미한다. 예를 들어, URLLC 서비스를 실행하는 UE는 매 두번째 OFDM 심볼에서, 예를 들면 심볼 0, 2, 4, ..., 12에서 PDCCH를 수신하고, 매 두번째 심볼에서, 예를 들면, 1, 3, ..., 13에서 또한 HARQ-ACK 전송을 위한 PUCCH 리소스를 수신할 가능성으로 구성될 수 있다. 이는 UE가 소정의 UCI 사이즈 범위에서 URLLC에 대한 HARQ-ACK 리포트를 위해서만 7개 PUCCH 리소스의 세트로 구성되어야 함을 의미한다. 다른 요구에 대해 다른 PUCCH 리소스를 가질 필요가 있을 수 있으므로, DCI에서 PUCCH 리소스 표시자에 의해 명시적으로 나타내질 수 있는 최대 8개 PUCCH 리소스의 리스트가 초과될 가능성이 있다. 세트에 8개 이상의 PUCCH 리소스가 있으면, 1 - 2 HARQ-ACK 비트의 경우, 첫번째 CCE의 인덱스는 어느 PUCCH 리소스가 표시되는가를 제어하게 된다. 따라서, DCI가 전송될 수 있는 위치는 의도되는 PUCCH 리소스를 참고할 수 있도록 제한될 수 있다. 결과적으로, 이는 DCI가 전송될 수 있는 위치에서 스케쥴링 제한을 부과할 수 있고, 또한 DCI가 원하는 CCE에서 전송될 수 없는 경우 (일부 다른 UE를 위해 이미 사용되고 있기 때문에) "블로킹(blocking)"을 일으킬 수 있다. 그러므로, 상기의 예에서 7개 PUCCH 리소스를 구성하는 대신에, 하나의 로트(lot) 내에서 매 2개 심볼의 전송 기회에 대한 주기성을 갖는 하나의 PUCCH 리소스를 가정할 수 있다. 이러한 접근법은 도 56에서 설명되고, 이는 두개의 OFDM 심볼의 주기(P)로, 하나의 OFDM 심볼을 (즉, Ns = 1) 차지하는 단기 PUCCH를 도시한다. 여기서는 총 7개의 주기적인 PUCCH 리소스가 한 슬롯에서 정의된다.
상기에 설명된 해결법과 문제점은 FDD 뿐만 아니라 TDD에 대해서도 적용된다. 그러나, 고정된 "미니-슬롯" TDD 패턴의 경우, 명시적으로 표시될 수 있는 8개 PUCCH 리소스는 슬롯의 UL 부분만이 PUCCH 리소스를 포함할 수 있으므로 충분할 수 있다.
PDCCH 개선사항에 관하여, URLLC에 대해 높은 신뢰성 요구사항으로, 다운링크 제어 정보(DCI)의 전송은 충분히 신뢰성이 있는 것이 중요하다. 이는 개선된 UE/gNB 하드웨어 기능, 증진된 gNB/UE 구현, 및 양호한 NR PDDCH 디자인 선택을 포함하는 여러 수단에 의해 달성될 수 있다.
디자인 선택에 대해, NR PDCCH는 신뢰성을 증진시킬 수 있는 여러 특성을 포함한다. 이들은 다음을 포함한다:
* 빔포밍의 사용을 허용하는 DMRS-기반인 것;
* 주파수에서 분산 전송 구조의 지원;
* 집합 레벨 16;
* 증가된 CRC 길이 (24 비트).
NR은 두가지 주요 DCI 포맷, 즉 일반-사이즈의 DCI 포맷 0-1과 1-1, 및 더 작은 사이즈의 폴백 DCI 포맷 0-0과 1-0을 지원한다. 비록 스케쥴링 유연성이 제한될 수 있지만, 소정의 집합 레벨에 대한 더 낮은 코딩 비율로 인해 PDCCU 견고성을 얻도록 데이터 스케쥴링에 대한 폴-백(fall-back) DCI를 고려하는 것이 여전히 합리적일 수 있다. 또한, 일반적인 DCI는 대역폭 부분 표시자, CBG-관련 필드, 및 두번째 TB 관련 필드와 같이 URLLC에 관련되지 않은 여러 필드를 포함함을 주목할 수 있다.
한가지 가능한 개선사항은 URLLC 특정 DCI 포맷이다. 집합 레벨(ggregation level, AL)과 DCI 사이즈는 모두 PDCCH 성능에 영항을 줄 수 있다. 집합 레벨은 다른 채널 코딩 비율을 갖고 PDCCH에 대한 링크 적응에 사용되는 반면, DCI 패이로드 사이즈는 구성된 연결에 대해 고정되어 있다. PDCCH 전송을 보다 강력하게 만들기 위해, PDCCH 코드 비율을 낮추도록 높은 AL 및/또는 작은 DIC 패이로드를 사용할 수 있다. 다른 DCI 사이즈 사이의 PDCCH 성능 비교가 도표 15에서 요약된다. 여기서, DCI 사이즈 40 비트는 릴리스 15 폴백 DCI 사이즈에 대한 기준으로 사용되고, DCI 사이즈 30 및 24는 간결한 DCI 사이즈로 언급될 수 있다. DCI 사이즈를 40에서 24 비트로 줄이는 이득은 특히 높은 AL에서 작고, DCI 사이즈를 40에서 30 비트로 줄이면 더 작다는 것을 알 수 있다. 이득은 기본적으로 코드 비율 감소의 레벨에 의존한다.
BLER 타켓 CRC 비트를 제외한 패이로드 사이즈
(A->B)		 총 비트 수 감소 SNR에서의 성능 이점(dB)
AL16 AL8 AL4 AL2 AL1
1e-5 40->30 10 0.31 0.38 0.41 0.55 1.13
40->24 16 0.47 0.58 0.68 0.95 1.94
도표 15 - TDL-C 300ns, 4GHz, 4Rx, 1os에 대한 BLER 타켓에서의 SNR 개선(dB)
URLLC에 대한 높은 신뢰성 요구사항으로, 다운링크 제어 정보(DCI)의 전송은 충분히 신뢰성이 있는 것이 중요하다. 이는 개선된 UE/gNB 하드웨어 기능, 증진된 gNB/UE 구현, 및 양호한 NR PDDCH 디자인 선택을 포함하는 여러 수단에 의해 달성될 수 있다.
디자인 선택에 대해, NR PDCCH는 신뢰성을 증진시킬 수 있는 여러 특성을 포함한다. 이들은 다음을 포함한다:
* 빔포밍의 사용을 허용하는 DMRS-기반인 것;
* 주파수에서 분산 전송 구조의 지원;
* 집합 레벨 16;
* 증가된 CRC 길이 (24 비트).
NR은 두가지 주요 DCI 포맷, 즉 일반-사이즈의 DCI 포맷 0-1과 1-1, 및 더 작은 사이즈의 폴백 DCI 포맷 0-0과 1-0을 지원한다. 비록 스케쥴링 유연성이 제한될 수 있지만, 소정의 집합 레벨에 대한 더 낮은 코딩 비율로 인해 PDCCU 견고성을 얻도록 데이터 스케쥴링에 대한 폴-백 DCI를 고려하는 것이 여전히 합리적일 수 있다. 또한, 일반적인 DCI는 대역폭 부분 표시자, CBG-관련 필드, 및 두번째 TB 관련 필드와 같이 URLLC에 관련되지 않은 여러 필드를 포함함을 주목할 수 있다.
URLLC UE가 양호한 채널 조건으로 동작될 때, PDCCH에 대해 낮은 AL을 사용하는 것이 합리적이다. 채널 조건이 좋은 더 많은 UE가 낮은 AL을 사용하여 블로킹 확률을 줄일 수 있기 때문에 간결한 DCI가 PDCCH 멀티플렉싱 기능에 긍정적인 영향을 줄 수 있다고 주장되었다. 이를 체크하기 위해, PDCCH 블로킹 확률에 대한 간결한 DCI 사용의 영향이 DCI 사이즈, UE의 수, 및 CORESET 리소스의 함수로 연구된다. 한 셀에서의 URLLC UE의 수는 4 내지 10인 것으로 간주된다. CORESET 리소스는 CORESET 기간 및 대역폭을 기반으로 결정된다. CORESET은 40MHz BW에서 1 내지 2 OFDM 심볼을 차지하는 것으로 가정된다.
도 57은 DCI 사이즈, UE의 평균수, 및 CORESET 사이즈의 함수로 모니터링 기회 별 블로킹 확률을 도시한다. 시뮬레이션 가정은 릴리스 15로 인에이블되는 사용 사례에 대한 것이다. 도 57에서는 모니터링 기회 별 PDCCH 블로킹 확률이 DCI 사이즈, UE의 수, 및 CORESET 사이즈와 같은 여러 매개변수에 의존함을 볼 수 있다. 소정의 수의 UE에 대한 블로킹 확률 개선에 관하여, 작은 DCI 사이즈를 사용하는 것이 더 큰 제어 리소스를 사용하는 것과 비교해 훨씬 더 작은 이득을 제공한다는 것이 확인된다.
부가적으로, UE에서의 복조 및 디코딩 복잡성 제한으로 인해, UE가 슬롯 당 모니터링 해야 하는 DCI 크기의 수에 대한, 즉 릴리스 15에서 합의된 바와 같이 다른 RNTI에 대해 추가 1개와 C-RNTI에 의해 스크램블링(scrambling) 된 DCI에 대해 3개의 다른 사이즈에 대한 예산이 존재한다. 그래서, 더 작은 사이즈를 갖는 또 다른 DCI 포맷을 도입하는 것은 DCI 사이즈 제한을 충족시키기 위해 훨씬 더 어려울 것이다.
릴리스 16에서 PDCCH 개선사항을 위한 간결한 DCI에 대한 대안이 고려될 수 있다. NR 릴리스 15에서는 유니캐스트 데이터 스케일링을 위해 두가지 주요 DCI 포맷, 즉 폴백 DCI 포맷 0-0/1-0 및 일반적인 DCI 포맷 0-1/1-1이 있다. 폴백 DCI는 리소스 할당 타입 1을 지원하고, 여기서는 DCI 사이즈가 대역폭 부분의 사이즈에 의존한다. 이는 예를 들어, 다중-안테나 관련 매개변수 없이, 유연성이 제한된 단일 TB 전송을 위한 것이다. 한편, 일반적인 DCI는 다중-레이어 전송에 유연한 스케쥴링을 제공할 수 있다.
URLLC의 높은 신뢰성 요구사항으로 인하여, 양호한 PDCCH 성능을 위해 작은 사이즈의 폴백 DCI를 사용하는 것이 유리함을 알 수 있다. 동시에, 높은 신뢰성 전송을 지원하기 위해 다중-안테나 관련된 것과 같은 매개변수를 갖는 것이 유리할 수 있다. 이는 폴백 DCI와 동일한 사이즈를 갖지만 폴백 DCI에서 개선되어 일부 유용한 필드에서, 예를 들어 일반적인 DCI에 존재하지만 폴백 DCI에는 없는 일부 필드에서, 스왑(swap) 되도록 새로운 DCI 포맷에 동기를 부여할 수 있다. 기존 DCI 포맷과 동일한 사이즈를 갖는 새로운 DCI 포맷을 가짐으로서, 블라인드 디코딩(blind decoding) 복잡성이 동일하게 유지될 수 있다. 그 용도는 URLLC에 제한되지 않을 수 있음을 주목할 수 있다. 합리적인 스케쥴링 유연성을 갖고 높은 PDCCH 신뢰성을 요구하는 임의의 사용 사례는 새로운 DCI 포맷도 활용할 수 있어야 한다.
개선된 성능에 대한 또 다른 영역은 블라인드 디코딩 및 CCE의 수에 대한 제한이다. 상기에 논의된 바와 같이, PDSCH/PUSCH 맵핑 타입 B는 (탄력적인 시작 지점을 갖는 미니-슬롯) URLLC 사용 사례에 대한 주요 인에이블러이다. 타입 B 스케쥴링의 완전한 대기시간 이점을 달성하기 위해서는 한 슬롯 내에 다수의 PDCCH 모니터링 기회를 갖는 것이 필수적이다. 예를 들면, 2 OFDM 심볼 전송의 완전한 이점을 얻기 위해, 매 2 OFDM 심볼 마다 PDCCH 모니터링을 갖는 것이 바람직하다. 한 슬롯에서 채널 추정을 위한 비-오버랩핑 CCE 및 블라이드 디코딩(BD)의 총 수에 대한 릴리스 15에서의 제한은 검색 공간에서 후보의 수를 제한할 때에도, 이러한 종류의 구성에 대한 스케쥴링 옵션을 엄격하게 제한한다.
NR의 15kHz SSC에 대한 현재 제한은 LTE의 1ms TTI에 대한 제한과 일치하지만, 이러한 제한은 LTE에서 짧은 TTI를 도입한 후에 확장되었다. 도표 9 및 도표 10의 첫번째 로우(row)에서 도시된 바와 같은 이러한 릴리스 15의 제한은 URLLC 프레임워크의 범위로 NR 릴리스 16에서 개정될 것으로 예상할 수 있다. 예를 들어, 현재 CCE 제한의 수로, AL16이 사용되는 경우 슬롯 당 최대 3회의 전송 기회만 있다.
다수의 새로운 UE 기능 레벨을 지정하는 것 보다는 PDCCH 블라인드 디코딩에 대해 하나의 추가 지원 레벨을 지정하는 것이 제안되고, 그에 대한 수는 릴리스 15와 비교해 2배가 된다. 이러한 추가 지원 레벨에 대해, 슬롯 당 이를 단순히 정의하는 것 대신에, 미니-슬롯 동작을 위해 BD/CCE가 슬롯에 분산되는 방법을 고려하는 것이 더 합리적이다. 한가지 가능한 선택은 슬롯의 각 절반에 대해 BD/CCE 제한을 정의하는 것이다. 슬롯의 첫번째 절반에서는 다른 경우와 동일한 수를 가정하는 것이 자연스럽다. 슬롯의 두번째 절반에서는 UE가 슬롯의 첫번째 절반에서 PDCCH 프로세싱을 종료한다고 가정하여, UE는 슬롯의 두번째 절반에서 동일한 PDCCH 프로세싱 기능을 가져야 한다. 그러므로, 첫번째 슬롯에서와 동일한 수를 가정하는 것이 합리적이다.
상기의 모든 것을 고려하여, BD 제한에서의 대응하는 증가는 도표 16에 요약될 수 있다.
슬롯 당 PDCCH BD의 최대 수 서브-캐리어 간격
15kHz 30kHz 60kHz 120kHz
NR 릴리스 15 44 36 22 20
NR 릴리스 16에 제안된 값 슬롯의 1st 절반 44 36 22 20
슬롯의 2nd 절반 44 36 22 20
도표 16 - 릴리스 15에 대한 블라인드 디코딩의 수 및 릴리스 16에 대해 제안된 값
유사하게, CCE 제한에서의 대응하는 증가는 도표 17에 요약될 수 있다.
슬롯 당 PDCCH CCE의 최대 수 서브-캐리어 간격
15kHz 30kHz 60kHz 120kHz
NR 릴리스 15 56 56 48 32
NR 릴리스 16에 제한된 값 슬롯의 1st 절반 56 56 48 32
슬롯의 2nd 절반 56 56 48 32
도표 17 - 릴리스 15에 대한 CCE 제한 및 릴리스 16에 대해 제안된 값
도표 16 및 도표 17에 대안적인 해결법으로, 슬라이딩 윈도우(sliding window) 당 제한을 도입하는 것을 고려할 수 있고, 여기서 슬라이딩 윈도우 사이즈 및 윈도우 당 CCE 또는 블라인드 디코딩의 수는 사양서에서 더 정의될 수 있다.
CCE 제한 및 블라이드 디코딩의 수에서의 증가의 결과는 한 슬롯에서의 더 많은 PDCCH 기회이므로, UE는 결국 스케쥴링될 더 높은 기회를 갖게 된다. 도표 18은 셀 당 다른 수의 UE에 대해 특정한 수의 PDCCH 기회 이후의 PDCCH 블로킹 확률을 도시한다 (DCI 사이즈 = 40비트, CORESET 기간 = 1 심볼). 슬롯 내에서 PDCCH 블로킹 확률은 더 많은 PDCCH 기회로 상당히 감소될 수 있는 것으로 확인된다.
블로킹 확률 #UE = 10 #UE = 20 #UE = 30 #UE = 40
1 PDCCH 기회 이후 7.91% 39.03% 58.01% 68.46%
2 PDCCH 기회 이후 0 1.42% 19.50% 37.75%
3 PDCCH rlghl 이후 0 0 0.17% 4.15%
도표 18 - 셀 당 다른 수의 UE에 대해 1, 2, 또는 3 PUCCH 기회를 갖는 슬롯 내의 PDCCH 블로킹 확률
PDCCH에 대한 제한이 정렬 지연을 개선시킬 수 있지만, 프로세싱 지연 감소는 추가적으로 전체적인 대기시간 감소에 기여할 수 있다. 따라서, UE 프로세싱 기능은 다음에서 다루어진다.
도 58에는 다운링크 데이터 전송 타임라인이 한번의 재전송으로 설명된다. 구성된 UL 그랜트를 통한 PUSCH에 대한 UL 데이터 타임라인은 한번의 재전송을 포함하여 도 59에서 설명된다. 지연 구성성분은 다음과 같다:
* TUE,proc : UL 전송을 위한 UE 프로세싱 시간. TUE,proc는 DL 데이터 대 UL 데이터, 초기 전송 대 재전송 등에 따라 변한다. UE 기능 #1 및 기능 #2 논의에서는 변수 N1 및 N2가 사용된다:
* N1은 UE 관점에서 PDSCH의 끝에서부터 PUSCH 또는 PUCCH에서의 대응하는 ACK/NACK 전송의 가능한 가장 빠른 시작까지 UE 프로세싱에 요구되는 OFDM 심볼의 수이다.
* N2는 UE의 관점에서 UL 그랜트 수신을 포함하는 PDCCH의 끝에서부터 대응하는 동일한 PUSCH 전송의 가능한 가장 빠른 시작까지 UE 프로세싱에 요구되는 OFDM 심볼의 수이다.
* TUL,tx : UL 데이터의 전송 시간. 이는 PUSCH 기간과 대략 동일하다.
* TUL,align : 다음 UL 전송 기회를 대기하는 시간 정렬.
* TgNB,proc : DL 전송을 위한 gNB 프로세싱 시간. TgNB,proc는 DL 데이터 대 UL 데이터, 초기 전송 대 재전송 등에 따라 변한다. 예를 들어, PDSCH 재전송의 경우, 이는 UL에서 송신된 HARQ-ACK의 프로세싱 시간을 포함한다. PUSCH에서, 이는 PUSCH의 수신 시간을 포함한다.
* TDL,tx : DL 데이터의 전송 시간. 이는 PDSCH 기간과 대략 동일하다.
* TDL,align : 다음 DL 전송 기회를 대기하는 시간 정렬.
TUE,proc는 개선될 중요한 대기시간 구성성분이다. 릴리스 15에서는 UE 프로세싱 시간 기능 #1 및 #2가 정의되었고, 여기서 기능 #1은 15/30/60/120 kHz의 SCS에 대해 정의되고, 기능 #2는 15/30/60 kHz의 SCS에 대해 정의된다. 보다 적극적인 기능 #2는 여전히 1ms 대기시간 제한에 대해 충분하지 못하다. eURLLC에 대한 대기시간 요구사항이 1ms 정도이므로 (예를 들면, 0.5ms), 새로운 UE 기능 #3은 대기시간 요구사항을 충족시키도록 릴리스 16 NR에서 정의될 수 있다. 제안된 UE 기능 #3은 도표 19에서 요약된다. 제안된 기능의 영향은 도 60, 도 61, 및 도 62에서 볼 수 있다. 도 60은 릴리스 15 및 도표 19에 도시된 새로운 UE 기능 #3 사이의 다운링크 데이터 대기시간 비교를 도시한다. 도 61은 릴리스 15에 대한 그랜트-기반의 업링크 데이터 대기시간 대 새로운 UE 기능 #3의 비교를 도시한다. 도 62는 릴리스 15와 새로운 UE 기능 #3 사이에서, 구성된 그랜트 업링크 대기시간의 비교를 도시한다.
구성 HARQ 타이밍 15kHz SCS 30kHz SCS 60kHz SCS 120kHz SCS
프론트-로드된 DMRS만 N1 2.5os 2.5os 5os 10os
주파수-우선 재-맵핑 N2 2.5os 2.5os 5os 10os
도표 19 - UE 프로세싱 시간 기능 #3
또 다른 지연 구성성분 TDL,align는 PDCCH 주기에 의해 상당히 영향을 받는다. 최악의 경우의 TDL,align는 PDCCH 주기와 동일하다. 릴리스 15에서, PDCCH 주기는 다음을 포함하여 몇가지 제한에 의해 영향을 받는다: (a) 블라인드 디코딩 제한, (b) #CCE 제한, (c) DCI 사이즈. eURLLC를 위해 더 짧은 PDCCH 주기를 제공하기 위해서는 블라인드 디코딩 제한 및 CCE 제한의 수가 릴리스 16에서 완화될 필요가 있다.
또 다른 중요한 UE 기능은 CSI 리포트 발생 시간에 관련된다. UE가 CSI 리포트를 더 신속하게 제공할 수 있을수록 링크 적응 관점에서 스케쥴링 결정이 더 정확해질 것이다. 릴리스 15 사양에는 두가지 중요한 값이 정의된다:
* Z는 PDCCH를 트리거할 때부터 CSI 리포트를 운반하는 PUSCH의 시작까지의 타이밍 요구사항에 대응하므로, DCI 디코딩 시간, 가능한 CSI-RS 측정 시간, CSI 계산 시간, UCI 인코딩 시간, 및 가능한 UCI 멀티플렉싱과 UL-SCH 멀티플렉싱을 포함하여야 한다.
* 한편, Z'은 비주기적인 CSI-RS로부터 (사용되는 경우) 리포트를 운반하는 PUSCH의 시작까지의 타이밍 요구사항에 대응한다.
따라서, Z와 Z' 사이의 차이는 DCI 디코딩 시간일 뿐이다.
릴리스 15에는 "증진된 CSI 프로세싱 기능"이 존재하지 않는다. 즉, 모든 UE가 지원하여야 하는 기본선 CSI 프로세싱 기능만이 정의된다. 이러한 증진된 CSI 프로세싱 기능이 릴리스 15에 포함되도록 논의가 있었지만, 시간 부족으로 인하여 포함되지 못했다.
CSI 컨텐츠에 대해 세가지 "대기시간 클래스(latency class)"가 릴리스 15에서 정의된다.
* 빔 리포팅 클래스: CRI/SSBRI과의 L1-RSRP 리포팅
* 낮은 대기시간 CSI: 타입 1 단일 패널 코드북 또는 비-PMI 리포팅 모드를 사용하여, 최대 4개 CSI-RS 포트와의 (CRI 리포트 없이) 단일 광대역 CSI 리포트로 정의됨
* 높은 대기시간 CSI: 모든 다른 타입의 CSI 컨텐츠
이들 세가지 클래스 각각에서, (Z, Z')에 대해 다른 요구사항이 정의된다 (CSI 계산 지연 요구사항 2에 따라). 또한, UL-SCH 또는 UCI 멀티플렉싱 없이 단일의 낮은 대기시간 CSI 리포트로 UE가 트리거될 때, 또한 UE가 자신의 모든 CSI 프로세싱 유닛을 점유하지 않을 때에만 (즉, 일부 다른 CSI 리포트를 이미 계산하고 있지 않을 때) 적용가능한 보다 엄격한 CSI 요구사항, CSI 계산 지연 요구사항 1이 존재한다.
NR 릴리스 15에서, 의무적인 UE CSI 프로세싱 기능은 UE가 5개의 동시 CSI 리포트의 계산을 (다른 캐리어에 걸쳐, 동일한 캐리어에서, 또는 다중 CSI-RS 리소스를 갖는 단일 리포트로서 있을 수 있는) 지원하도록 요구한다. (Z, Z')의 값은 CSI 프로세싱 요구사항 2이므로, 모든 UE가 이 시간프레임 내에서 5개 CSI 리포트를 계산할 수 있어야 하도록 결정된다. 일부 UE 구현은 직렬 방식으로 다수의 CSI 리포트를 계산하므로, 이는 대략적으로 말하면, CSI 요구사항 2가 단일 CSI 리포트만를 계산할 필요가 있는 요구사항의 경우보다 약 5배 더 길다는 것을 의미한다.
전형적인 URLLC 시나리오에서, 즉 다수의 전형적인 배치 및 시나리오에서, gNB는 당시에 단일 CSI 리포트를 트리거하는 데만 관심이 있다. 따라서, 타이밍 요구사항이 그 경우에 대한 것 보다 5배 더 길다는 것은 약간 불행한 일이다. HARQ-ACK 지연(K1) 요구사항에 대한 데이터 및 데이터 트리거에 대한 N2 요구사항이 CSI 프로세싱 요구사항 보다 훨씬 낮기 때문에, 이렇게 과도하게 긴 CSI 계산 시간은 스케쥴러에 대해 추가 구현 제한을 가하게 된다.
또 다른 개선이 가능하다. eURLLC에 대한 CSI 프로세싱 타임라인 개선사항의 경우, 새로운 CSI 타이밍 요구사항의 ("CSI 계산 지연 요구사항 3") 도입은 gNB에서 채널 상태를 신속하게 얻기 위한 목적으로 산발적인 트래픽에 유용하다. UE가 단일 CSI 리포트로 트리거되는 경우에는 의견이 제기될 수 있다. 시작 위치는 CSI 타이밍 요구사항 2에 대해 정의된 값을 취하고 인수 5로 나누는 것이 될 수 있다. 또 다른 가능한 CSI 프로세싱 타임라인 개선사항은 증진된 CSI 프로세싱 기능을 도입하는 것이다. 이는 두개의 기존 CSI 타이밍 요구사항에 대해 (또한 제안된 제3의 요구사항에 대해서) 새로운 세트의 테이블을 도입하는 것이다. 이때, UE는 PDSCH/PUSCH에 대해 증진된 프로세싱 기능과 유사하게 더 적극적인 CSI 타임라인을 지원하는 기능을 표시할 수 있다.
신속한 HARQ가 또 다른 개선법이다. 이전 섹션에서 논의된 UE 기능 및 더 신속한 프로세싱은 더 신속한 HARQ 재전송을 가능하게 한다. gNB는 UE와 유사한 프로세싱 속도로 동작할 수 있다고 가정한다. HARQ 재전송과 함께 동작하고 낮은 대기시간을 유지하기 위해서는 빈번한 PDCCH 모니터링 기회 뿐만 아니라 HARQ-ACK가 전송될 수 있는 PUCCH 기회가 필요하다. 간략성을 위해, 비록 실제로는 가정될 수 없지만, 제로 타이밍 어드밴스(zero timing advance)를 가정한다. 제로가 아닌 타이밍 어드밴스를 갖는 경우 대기시간 값이 변할 수 있다.
여기서는 릴리스 15와 릴리스 16 사이의 비교에 초점을 맞출 수 있다. 평가 결과는 아래에 도시된다. 릴리스 15 기능 #2에 대해, 5 OFDM 심볼(os)의 PDCCH 주기를 가정한다. 슬롯 당 CCE 제한이 56인 경우, 각 기회가 적어도 하나의 AL16 후보를 포함하는 슬롯 당 최대 3회의 PDCCH 모니터링 기회가 허용된다. 릴리스 16에서는 CCE 및 블라인드 디코딩의 수에 대한 제한을 잠재적으로 개선한 결과로 N1 및 N2의 개선된 값과 (이전 섹션에서 논의되었던 기능 #3) 2 심볼의 PDCCH 주기를 가정한다.
UE간 선점이 또 다른 개선법이다. 다른 서비스의 동적인 멀티플렉싱은 기능을 최대화하기 위해 또한 시스템 리소스의 효율적인 사용을 위해 매우 바람직하다. 다운링크에서는 리소스 할당이 즉각적일 수 있고 스케쥴러 구현에 의해서만 제한되는 반면, 업링크에서는 표준적인 특정 솔루션이 요구된다. 이후에는 릴리스 15에서의 기존 솔루션 및 릴리스 16에 대한 추가 솔루션이 논의된다.
다른 서비스의 동적인 멀티플렉싱은 기능을 최대화하기 위해 또한 시스템 리소스의 효율적인 사용을 위해 매우 바람직하다. 다운링크에서는 리소스의 할당이 즉각적일 수 있고 스케쥴러 구현에 의해서만 제한된다. 일단 저-대기시간 데이터가 버퍼에 나타나면, 기지국은 리소스가 정상적으로 할당될 수 있는 (즉, 그 UE에 대해 이미 진행중인 다운링크 전송에 할당된 리소스와 충돌하지 않고) 가장 빠른 시점을 선택해야 한다. 이는 슬롯 또는 미니-슬롯의 시작점이 될 수 있고, 여기서 미니-슬롯은 임의의 OFDM 심볼에서 시작될 수 있다. 따라서, 다운링크 선점은 장기 할당이 (예를 들면, 슬롯 기반으로) 리소스를 (특히 광대역 리소스) 점유하고 일반적으로 미니-슬롯으로 할 수 있는 중요한 데이터 전송을 위한 공간이 없을 때 일어날 수 있다. 이 경우, 스케쥴러는 DCI를 중요한 데이터 UE에 송신하고 다운링크에서 진행중인 전송을 오버라이드할 수 있다. 슬롯 eMBB 전송이 선점될 때, 원래 메시지의 선점된 부분은 소프트 버퍼를 오염시키고 재전송에서 양호한 성능을 제공하기 위해 플러싱(flushing)되어야 하므로, 일어날 가능성이 있다. NR 릴리스 15 사양은 명시적 시그널링에 의해 선점에 관하여 표시하도록 허용하고, 이는 다음 중 하나에 의해 운반된다:
* 옵션 1. 그룹 공통 PDCCH를 통한 특수 DCI 포맷 2_1에 의해, 또는;
* 옵션 2. 다중-CBG 재전송 DCI "CBG 플러싱 정보"에서의 특수 플래그에 의해.
옵션 1은 14 비트 비트맵으로 표시를 제공하고, 이는 두개의 선점 표시 메시지 사이에서 다운링크 리소스 도메인을 참조하도록 어드레스 지정된다. 이 시그널링의 시간상 가장 높은 분해능(resolution)은 1 OFDM 심볼이고 주파수상으로 BWP(BandWidth Part, 대역폭 부분)의 1/2이지만, 동시에는 아니다. 메시지의 주기가 길수록 분해능은 더 커진다. 이는 그룹 공통 시그널링이므로, BWP 내의 모든 UE가 그것을 판독할 수 있다.
옵션 2는 사용자 특정 방식의 시그널링이다. 한 세트의 CB/CBG를 포함하는 HARQ 재전송 DCI는 UE가 먼저 소프트-버퍼의 관련된 부분을 플러싱하고 재전송된 CB/CBG를 소프트 버퍼에 저장하여야 함을 표시하는 특수한 비트를 가질 수 있다.
릴리스 15 URLLC에 대한 3GPP 논의 중에, 업링크 선점 특성은 3GPP URLLC 작업 항목의 부족으로 인해 범위가 축소되었다. 그러나, 그 특성은 릴리스 16에서 논의 중이다. UL 선점은 더 긴 eMBB UL 전송이 긴급한 URLLC UL 전송으로 인터럽트되는 경우 일어날 수 있다. 또한, 이는 두가지 특징을 가질 수 있다:
* 두 전송 모두 동일한 UE에 속하는 경우의 UE-내 선점. UE-내 선점은 gNB 대신에, UE가 UL 방향에서 전송을 우선시하는 DL 선점의 경우와 유사하다. 이를 위해, eMBB 전송 대신 들어오는 URLLC 전송의 gNB에 대해 일종의 표시가 필요하다.
* 높은 우선순위 UL 트래픽의 (URLLC 트래픽) 긴급 전송을 위한 일부 UE로부터의 요청을 기반으로, gNB는 지연 요구사항을 충족시키기 위해 가능한한 빨리 전송을 수용하도록 리소스를 제공할 필요가 있는 경우의 UE-간 멀티플렉싱. gNB가 지연에 관하여 덜 엄격한 요구사항으로 (eMBB 트래픽) UL 전송을 위해 하나 이상의 다른 UE에 적절한 UL 리소스를 이미 할당했을 수 있다. 따라서, gNB는 우선순위 URLLC 전송을 위해 이러한 리소스를 재-스케쥴링할 필요가 있다.
UE-내 선점은 MAC 메카니즘을 더 많이 암시하는 반면, 두번째 옵션은 명확한 물리적 레이어 범위를 갖기 때문에 이후 더 논의된다.
전력 제어 및 뮤팅(muting)을 기반으로 두가지 가능한 메카니즘이 주어지면, 선점은 1) 진행중이거나 계획된 UL 전송의 변경으로 인해 UE 및 gNB 모두에서 추가적인 시그널링 및 복잡성, 또한 2) eMBB 트래픽의 성능에 대한 영향을 희생으로 달성된다. 희생을 투자할 가치가 있으려면, URLLC 전송에 요구되는 최상의 품질을 보장하는 메카니즘을 채택하는 것이 중요하다. 두가지 접근법 모두가 도 63에 의해 설명될 수 있다.
전력 제어-기반의 방식이 갖는 단점은 URLLC 전송이 서빙 gNB에 의해 제어되는 전송에서 발생되는 간섭으로 어려움을 겪을 수 있다는 점이고, 실제로 이러한 전송은 우선순위가 낮아질 수 있다. 또한, URLLC 전송의 전력 부스팅(power boosting)은 인접 셀에 대한 간섭을 증가시킬 뿐만 아니라 eMBB 트래픽의 성능에도 영향을 미친다. 따라서, 선점-기반의 방식으로, gNB가 URLLC 전송을 위해 사용하려는 적절한 리소스에 대해 진행중이거나 미리 스케쥴링된 eMBB UL 전송을 취소함으로서, gNB는 최소한 자체 간섭으로 인한 URLLC 트래픽 성능의 가능한 저하를 방지하게 된다. 여기서의 논의는 다른 옵션이 신뢰성을 제어하는데 더 적절한 PUSCH 전송에 관한 것임을 주목하여야 한다. PUCCH에 대해서는 옵션이 더 제한된다.
전력 제어-기반의 방식의 성능은 슬롯 기반 eMBB 전송이 미니-슬롯 URLLC로 간섭될 때 4GHz, DC 100ns의 TDL-C, 4x2 안테나 구성, 및 MMSE-MRC 수신기에 대해 도 64에 도시된다. 아래 SE MCS 테이블이 사용중이다.
상기의 논의를 기반으로, 표시-기반의 방식은 URLLC 신뢰성을 보장할 수 있는 반면, 전력 제어-기반의 방식은 릴리스 15/16 연동 시나리오에서 백워드 호환 솔루션으로 간주될 수 있다. 그러나, 전자는 시그널링 비용이 많이 든다.
이는 비록 UL 선점 표시가 UE-특정 방법에서 사실상 효율적이더라도, 필요에 따라 단일 UE에서 다수의 UE로, 시나리오에 따라 그룹 사이즈를 조정할 수 있는 유연성을 갖는 그룹 공통 UL 선점 표시를 고려하는 것이 더 나은 디자인 선택임을 의미한다. 이 접근법은 단일 UE의 경우 속성을 보존하면서, 다수의 UE가 선점될 필요가 있는 경우 시그널링 오버헤드 및 블로킹 확률을 줄인다.
이미 존재하는 메카니즘을 재사용하는 것을 목적으로, 가능한 경우, UL 선점의 그룹 공통 시그널링에 대해 다음 두가지 옵션이 주로 고려된다:
* 옵션 1: DCI 포맷 2_0을 (동적인 SFI) 기반으로 하는 UL 선점 표시
* 옵션 2: DCI 포맷 2_1과 (DL 선점 표시) 유사한 UL 선점 표시 디자인.
옵션 1에서는 기존 동적인 SFI를 사용하여 다음과 같이 새로운 (또는 확장된) UE 동작을 정의하도록 제안된다. UE가 UL 전송을 위한 UE 특정 시그널링에 의해 이미 스케쥴링된 심볼에 유연한 지정을 (또는 DL) 검출할 때, UE는 UL 전송을 완전히 취소한다. 이러한 디자인 선택은 두가지 가정, 즉 UL 선점을 목적으로, 1) 동적인 SFI가 UL 특정 시그널링을 오버라이드 한다는 가정, 및 2) 선점된 UL 전송이 지연되어 재개되지 않고 단순히 취소된다는 가정을 기반으로 한다. 이러한 접근법은 간단하고 UL 전송을 취소할 필요만 있으므로 UE에서 프로세싱 시간을 덜 요구한다. 그러나, 새로운 동작을 정의하도록 요구하고, 이는 그 자체로 릴리스 15에서 사용된 디자인 철학과 모순되는 이전의 UE-특정 DCI를 나중에 SFI가 오버라이드한다는 가정을 기반으로 한다. 또한, 단순성을 위해 기존 SFI 체제에 의존한다는 것은 릴리스 15에 대해 지정된 SFI 테이블이 사용되어야 함을 의미한다. 이 테이블의 항목을 주의깊게 검토하면, 완전한 유연성을 제공하는 비트 맵 패턴과 비교하여 UL 전송 취소가 일어날 수 있는 위치에 대한 제한을 관찰할 수 있다.
옵션 2에서는 UL 선점 표시를 위해 DL 선점 메카니즘이 채택될 수 있다. 이 접근법은 비트 맵 패턴을 사용하여 선점될 필요가 있는 리소스를 gNB가 더 면밀하게 UE에 표시할 수 있게 한다. 이 메카니즘은 UE 동작이 정의될 수 있는 방법이나 그 기능에 따라, 전송을 이후 재개하지 않고 UL 전송이 중단되어야 하는 때를 나타내는데 비트 맵 패턴이 사용될 수 있다는 점에서 유연적이다. 또는, 대안적으로, UE가 합리적인 시간에 이러한 동작을 할 수 있는 경우 UL 전송을 중단하고 재개할 때를 UE에 나타내는데 사용될 수 있다.
더 낮은 BLER 타켓에 대한 더 낮은 MCS 및 CQI는 추가적인 문제이다. 상기에 주어진 평가를 기반으로, URLLC에 대한 대기시간 요구시간에 따라 한번의 무선 전송에 대한 시간만이 있을 수 있음을 관찰할 수 있다. 이러한 예에서는 에어 인터페이스가 URLLC 서비스에 요구되는 매우 낮은 BLER을 보장할 수 있어야 한다. 이를 위해, 릴리스 15에는 몇가지 개선사항이 있었다:
* 타켓 BLER 10-5에서 리포팅을 위해 새로운 64QAM CQI 테이블이 도입되었다. 새로운 테이블은 더 낮은 스펙트럼 효율(spectral efficiency, SE) 값을 포함한다.
* 변환 프리코딩 없이 사용되도록 낮은 스펙트럼 효율의 64QAM MCS 테이블이 도입되었다.
* DFT-확산 OFDM 파형 테이블에 대한 낮은 스펙트럼 효율의 64QAM MCS 테이블이 도입되었다.
한 예로, TBS = 256비트 (= 32 바이트), 4 OFDM 심볼의 전송 기간, 및 1 DMRS 심볼의 오버헤드를 고려해 본다. 도 65에서는 40MHz BW 내에서 지원되는 다른 MCS에 대한 PDSCH BLER이 주어진다. 여기서, MCS 6의 코딩 비율은 레거시 64QAM 테이블에서 MCS 0의 코딩 비율에 대응한다.
네트워크는 RRC에 의해 반-정적으로 강조 표시된 MCS 테이블을 구성할 수 있다. 또한, MCS 테이블에 대한 동적인 시그널링은 또한 MCS-C-RNTI가 항상 낮은 SE MCS 테이블과 연관되는 경우 정규적인 C-RNTI에 부가하여 MCS-C-RNTI로 UE를 구성함으로서 지원된다. UE는 항상 PDCCH CRC로 스크램블링된 MCS-C-RNTI를 검출할 때 낮은 SE MCS 테이블을 적용하고, 그렇지 않은 경우 반-정적으로 구성된 MCS 테이블을 (64QAM 또는 256QAM) 적용한다. 한가지 대안으로, MCS 테이블은 UE가 URLLC 트래픽만을 가질 때 반-정적으로 구성될 수 있고, UE가 eMBB 및 URLLC 기능을 동시에 진행할 때는 동적인 방식이 바람직하다. 동적인 MCS-테이블 시그널링의 단점은 새로운 MCS-C-RNTI 도입으로 인해 더 높아진 PDCCH CRC 오경보 비율이다.
CQI 및 MCS 테이블은 독립적으로 구성될 수 있음을, 예를 들어 레거시 64QAM MCS 테이블이 새로운 64QAM CQI 테이블 10-5 BLER 리포팅과 사용될 수 있음을 주목하여야 한다.
다중-안테나 기술이 또 다른 문제이다. 증가된 데이터 비율 (멀티플렉싱) 및 증가된 신뢰성 (다이버시티(diversity)) 사이에 이미 공지된 절충안이 있다. 이는 한가지에서의 증가가 다른 하나의 저하로 반드시 온다는 것을 의미한다. 모바일 브로드밴드에서, MIMO 기술은 일반적으로 데이터 비율 및 네트워크의 스펙트럼 효율을 증가시키는데 사용된다. 한편, URLLC의 경우에는 MIMO가 제공하는 자유도를 사용하여 신뢰성을 증가시키는 것이 더 나을 수 있다. 따라서, 최적화될 메트릭으로 처리량을 사용하는 대신에, 네트워크는 서비스 중단 확률(outage probability)과 같은 신뢰성 메트릭을 최적화할 수 있다. 예를 들면, 도 66에 도시된 바와 같이, UL 성능은 UL 프리코딩 및 인트라-사이트 UL CoMP(조인트 수신) 모두에 의해 개선될 수 있고, 이는 UL CoMP (3-섹터 인트라-사이트 조인트 수신) 및 UL 프리코딩을 (Rel-10 랭크 1 4-포트 프로코더)를 포함한 경우 및 포함하지 않은 경우에서 다른 다중-안테나 기술에 대한 UL SINR을 도시한다. "비 프리코딩(No precoding)"의 경우, 단일-안테나 전송이 사용되고, "프리코딩"의 경우, 4개 안테나 요소가 사용된다 (1x2 X-pol, 분리 = 0.5 람다(lambda)).
순환-지연 다이버시티(Cyclic-delay diversity, CDD) 또는 공간-시간 코드는 또한 사양이 투명한 방식으로 추가적인 주파수 다이버시티를 제공하기 위해 고려될 수 있다. 다중 수신 안테나는 수신 다이버시티를 제공하고 수신기에서 수신을 조합한 이후에 수신된 신호-대-간섭-잡음-비율(SINR)을 최대화하는 수단을 제공한다. 다이버시티 방식은 프리코딩 보다 채널 지식을 덜 요구하는 이점을 갖는다.
다중 안테나 요소는 또한 수신된 SINR을 증가시켜 신뢰성을 높이도록 수신기 및/또는 전송기에서 지향적 안테나 빔을 생성하는데 사용될 수 있다. 명확하게, 개선된 SINR은 빔이 정확한 방향을 기리키도록 제공되므로, 빔포밍이 빔의 정확한 방향을 결정하는데 적어도 일부 채널 지식을 요구한다.
L2 특성
이 섹션에서는 URLLC의 프로비져닝을 지원하도록 RAN에서의 레이어 2 특성이 설명된다. LTE 및 NR에 대한 다수의 특성이 릴리스 15에서 도입되었지만, 기본적인 URLLC 지원을 제공하는 릴리스 16 표준화에 대한 현재 연구는 URLLC를 제공하고 또한 특정하게, TSN 통합 지원을, 즉 다른 QoS 요구사항의 다중 트래픽 흐름의 지원을 타켓화할 때 시스템의 효율성을 개선하는 개선사항을 추구한다. 여기서는 중요하지 않은 트래픽이 효율적으로 전송되어야 할 뿐만 아니라 다른 중요한 트래픽 흐름도 결정적인 대기시간으로 제공되어야 한다고 가정한다. TSN 시나리오에서, 이러한 트래픽 흐름은 일반적으로 주기적이지만 반드시 그런 것은 아니다. 일반적으로, gNB 또는 UE에 언제, 어떤 크기, 및 어느 패턴/주기의 트래픽이 도착하는지에 대한 완전한 지식이 미리 이용가능하지 않은 시나리오를 다루게 된다. 다음 섹션에서는 SR 및 BSR, 순환 트래픽에 대한 사전-스케쥴링, UE 멀티플렉싱, 뿐만 아니라 PDCP 복제에 대한 릴리스 15 기준선 및 개선사항을 조사한다.
L2 특성은 일반적으로 FDD 또는 TDD가 사용되는가 여부에 무관함을 주목하게 된다.
버퍼 상태 리포트(Buffer Status Report, BSR) 및 스케쥴링 요청(Scheduling Request, SR)은 데이터가 전송 버퍼에서 이용가능함을 나타내기 위해 UE가 사용할 수 있는 두가지 방법이다. 이러한 표시는 네트워크가 데이터 전송을 허용하기 위해 UE에 그랜트, 즉 UL-SCH 리소스를 제공하는 결과를 초래할 수 있다. 이는 공통적으로 동적 스케쥴링이라 공지된다. 도 67에는 SR 및 BSR 동작의 예가 도시된다.
간단히 말해, SR과 BSR 사이의 주요 차이점 중 하나는 SR이 PUSCCH에서 UE가 전송할 데이터를 가지고 있다는 신호를 보내는 1-비트 표시인 반면, BSR은 UE가 논리 채널 그룹 별로 버퍼에 가지고 있는 데이터의 양의 대략적인 값을 명시적으로 제공한다는 점이다. BSR은 PUSCH에서 전송되는 MAC 제어 요소(Control Element, CE)에서 전송된다.
NR 릴리스 15에서, 하나의 SR 구성은 각 논리 채널 당 구성될 수 있고, 여러개의 논리 채널은 동일한 SR 구성으로 구성될 수 있다. SR은 PUCCH에서 전송된다. 하나의 대역폭 부분(BWP)에서, SR은 많아야 하나의 PUCCH 리소스로 구성될 수 있다. 이는 NR에서 네트워크가 다른 타입의 트래픽에 잠재적으로 사용될 수 있는 다수의 SR 구성을 구성할 수 있음을 의미한다.
과정은 다음과 같이 요약될 수 있다:
* 특정한 논리 채널로부터의 데이터가 도착한다.
* 트리거 지정 기준이 충족되면, 도착으로 인해 정규적인 BSR가 트리거된다.
* BSR을 전송하는데 이용가능한 PUSCH 리소스가 없다.
* SR이 트리거되고 BSR을 트리거한 논리 채널에 연관된 SR 리소스에서 전송된다.
동적 스케쥴링은 도 67에 도시된 바와 같이, 데이터 전송에 지연을 도입한다. 이러한 지연은 SR 구성의 주기성/오프셋 및 네트워크가 리소스를 할당하고 그랜트를 전송하는데 걸리는 시간에 의존한다.
일부 산업용 IoT 서비스 및 트래픽은 엄격한 지연 요구사항을 충족시킬 필요가 있을 수 있다. 따라서, 릴리스 15에서 지정된 바와 같은 "다중 SR 구성"은 지연 요구사항이 충족됨을 확인하고 트래픽 차별화를 확인하는 주요 역할을 할 수 있는 특성이 된다. 도 68에는 다른 트래픽에 맵핑된 다중 SR 구성을 도시하는 한 예가 도시된다.
버퍼 상태 리포트(BSR)는 지정된 바와 같이, PUSCH에서 UE에 의해 전송된다. BSR은 MAC PDU에서 MAC 제어 요소로 전송된다. BSR의 목적은 버퍼에 있는 데이터의 대략적인 양을 나타내는 것이다. 이 리포트는 논리 채널 그룹(Logical Channel Group, LCG) 당 표시된다. 각 논리 채널은 LCG에 연관되게 된다. 8개의 LCG가 있다. 제한된 세트의 트래픽 프로파일을 (DRB) 차별화할 필요가 있는 시나리오에서, LCG의 수는 논리 채널과 LCG 사이의 1-대-1 맵핑을 제공하기에 충분할 수 있다.
4개의 다른 BSR 포맷이 있고, 선택된 포맷에 따라, UE는 하나 이상의 논리 채널 그룹의 버퍼 상태를 표시할 수 있다.
BSR은 다음의 메카니즘 중 하나에 의해 트리거될 수 있다:
* 정규적인 BSR: 정규적인 BSR은 특정한 LCG에 속하는 논리 채널이 전송될 새로운 UL 데이터를 수신할 때 트리거된다. 부가하여, 이 새로운 데이터는 다음의 두 조건 중 하나를 충족시켜야 한다: 새로운 데이터는 데이터를 갖는 임의의 다른 논리 채널 보다 높은 우선순위를 갖는 논리 채널에 속한다; 또는 임의의 논리 채널의 LCG에서 전송에 이용가능한 다른 데이터가 없다. 정규적인 BSR은 더 많은 데이터가 또 다른 특정한 논리 채널에서 수신되고 그 논리 채널이 버퍼에 이미 데이터를 갖고 있는 경우 절대로 트리거되지 않는다. 정규적인 BSR은 단기 및 장기 BSR 포맷만을 사용할 수 있다.
* 주기적인 BSR: 주기적인 BSR은 네트워크에 의해 제공되는 구성에 따라 주기적으로 트리거된다. 주기적인 BSR은 단기 및 장기 BSR 포맷만을 사용할 수 있다.
* 패딩(padding) BSR: UE가 데이터를 전송할 필요가 있는 것 보다 더 큰 그랜트를 수신할 때, UE는 패딩 비트 대신에 BSR을 전송할 수 있다. 패딩 비트의 수에 따라, UE는 다른 BSR 포맷을 전송하게 된다. 패딩 BSR은 모든 BSR 포맷을 사용할 수 있다.
SR 및 BSR은 특히 트래픽 주기 및 사이즈가 예측가능하지 않을 때, 각 트래픽의 다른 요구사항을 충족시키도록 산업용 IoT 트래픽을 지원하는 중요한 역할을 하게 된다.
"다중 SR 구성"은 UL 네트워크 리소스를 할당하는 선호되는 방법으로 동적 스케쥴링 및 엄격한 지연 요구사항을 갖는 트래픽을 차별화하는 주요 특성이 될 수 있다. 특정한 SR 구성은 특정한 논리 채널에 (예를 들어, 매우 낮은 대기시간 요구사항과 같이 특정한 요구사항을 갖는 트래픽을 운반할 수 있는) 맵핑될 수 있다. 네트워크가 이 특정한 SR을 (그에 할당된 특정한 리소스에 의해 식별될 수 있는) 수신할 때, 네트워크는 낮은 대기시간 요구사항을 갖는 트래픽이 전송을 대기하고 있음을 식별할 수 있다. 이어서, 네트워크는 이 트래픽에 리소스 할당을 우선순위화할 수 있다.
한가지 가능성은 예측가능한 산업용 IoT 트래픽이 (주기성/패킷 사이즈가 공지된) 특정한 SR 구성에 맵핑되는 것이다. SR 구성은 이때 네트워크가 그 특정한 트래픽에 적절한 리소스를 할당하도록 허용하는 트래픽을 식별하게 된다. 한편, 예측가능하지 않은 트래픽을 (패킷 사이즈가 공지되지 않은) 갖는 LCH는 이때 일반적인 SR 구성에 맵핑되고, 일반적인 SR은 다수의 다른 LCH와 공유된다. 이 경우, SR 구성은 네트워크가 트래픽을 식별하도록 지원할 수 없으므로, LCH는 스케쥴링 결정을 지원할 수 있는 관련 정보를 네트워크에 제공하도록 BSR 표시에 의존할 필요가 있다. 따라서, 버퍼 상태 리포트도 또한 예측가능하지 않은 트래픽이 예상되는 시나리오에서 특히 중요한 특성이 된다.
산업용 IoT는 릴리스 15에서 디자인된 SR 과정을 기반으로 할 것으로 예상되지만, 릴리스 16에서는 약간의 개선사항이 도입될 수 있다. 예를 들어, 보류중인 SR이 여러 개인 경우 어느 SR 구성이 사용되는가를 결정하는 것은 UE에 달려 있다. 이러한 UE 동작은 가장 높은 우선순위의 논리 채널에 링크된 SR 구성이 UE에 의해 선택되도록 변경될 수 있다. 그러나, 이는 릴리스 15 동안 가능한 합의에 이르지 못한 채 논의되었다. 또한, 현재에는 중요한 데이터가 도착할 때 신속한 SR 전송을 허용하도록 빈번한 PUCCH 리소스가 할당되고 있지만, 긴 PUSCH 전송이 진행중인 경우, PUCCH 및 PUSCH는 현재 사양에 따라 오버랩될 수 없기 때문에, SR은 이 긴 PUSCH 기간 이후에 PUCCH 리소스에서만 송신될 수 있다. BSR은 이 경우 PUSCH를 통해 대신 전송될 수 있지만, PUSCH가 길면 (슬롯 길이, 낮은 OFDM 수비학), 긴 디코딩/프로세싱 지연과 연관될 수도 있다. 이는 진행중인 긴 UL-SCH로 인해 지연된 SR를 도시하는 도 69에서 설명된다. 그러므로, 릴리스 16에서는 오버랩되는 PUSCH 리소스에서 SR에 대한 병렬 전송을 허용하여 SR에 대한 대기시간을 줄이는 것이 예상된다.
산업용 IoT에 대한 BSR도 또한 릴리스 15를 기반으로 하고 약간의 개선사항이 또한 도입될 수 있다. 릴리스 15를 개발하는 동안, 새로운 데이터가 항상 BSR를 트리거하도록 제안되었다. 이 동작은 수용되지 않았고 LTE 동작이 채택되었다. 이는 논리 채널 그룹이 이미 데이터를 버퍼링하고 있거나 새로운 데이터가 더 낮은 우선순위의 논리 채널에 속하는 경우, 논리 채널로 들어오는 새로운 데이터가 정규적인 BSR을 트리거하지 않음을 의미한다. 그럼에도 불구하고, 산업용 IoT 릴리스 16의 경우, 새로운 데이터가 항상 BSR를 트리거하는가 여부가 다시 논의되었고, 이는 그렇지 않은 경우 요구되는 빈번한 주기적 BSR 전송을 피할 수 있다는 이점을 갖는다.
이 SR/BSR 섹션에서 논의되지 않은 또 다른 측면은 논리 채널 우선순위화 과정에서 BSR에 대한 MAC CE의 우선순위이다. 패딩 BSR을 제외하고 BSR에 대한 MAC CE는 임의의 DRB로부터의 데이터 보다 더 높은 우선순위를 갖는다. 다른 말로 하면, BSR에 대한 MAC CE는 현재 동작 당 임의의 사용자 데이터 이전에 전송된다. 그러나, NR 산업용 IoT에 대해 타켓화된 일부 최적화가 가능하다:
* BSR에 대한 MAC CE의 우선순위는 구성가능하다. 즉, 네트워크에 의해 수정 (감소) 될 수 있다.
* 이 방식으로, 특정한 DRB, 예를 들어 매우 낮은 지연 요구사항을 갖는 데이터를 운반하는 DRB는 MAC CE BSR 보다 더 높은 우선순위를 가질 수 있다.
다음에는 릴리스 15 및 16 모두에서 사용되는 사전-스케쥴링 그랜트에 대해 설명한다. 이러한 그랜트는 SR 전송 기회 및 대응하는 응답을 (즉, 그랜트) 대기함으로서 도입되는 지연을 제거한다.
릴리스 15에서, UE가 할당된 UL 리소스를 갖지 않고 데이터가 이용가능해질 때, UE는 스케쥴링 요구 과정, 즉 gNB로부터 UL 리소스를 요청하고 이어서 승인을 받을 필요가 있다. 이는 TSN 스트림 데이터와 같이, 중요한 트래픽의 전송에 원하지 않는 추가적인 UL 액세스 지연을 가져오게 된다. 그랜트의 사전-스케쥴링은 도 70에 설명된 바와 같이, 동적 스케쥴링을 사용할 때 SR-대-그랜트 과정으로부터 기인된 추가 대기시간을 방지하는 기술이다.
사전-스케쥴링은 gNB가 잠재적인 UL 전송에 대해 다수의 UL 그랜트를 사전에 송신하는 구현에 의해 수행될 수 있다. LTE 및 NR 릴리스 15에서의 표준은 다수의 주기적으로 반복되는 UL 그랜드의 사전-스케쥴링을 허용함으로서 이 개념을 지원한다. 이는 원래 LTE VOIP에 도입된 반-영구적 스케쥴링 개념(semi-persistent scheduling concept, SPS)을 기반으로 한다. NR에서는 이러한 사전-스케쥴링 방식이 다운링크(DL)에서 반-영구적 스케쥴링이라 칭하여지고, 업링크(UL)에서 구성된 그랜트라 (타입 1 및 타입 2) 칭하여진다.
NR DL SPS 지정은 LTE에서와 동일하고, 이는 PDCCH/L1 신호에 의해 제공되는 (또한 비활성화/활성화 될 수 있는) 구성된 지정이다.
NR UL 구성 그랜트(configured grant, CG)는 두가지 변형, 즉 구성 그랜트 타입 1 및 타입 2로 지정된다. 두 변형 모두에서, gNB는 다음을 포함하여 그랜트의 리소스를 (다른 시그널링을 통해) 미리 할당한다:
* 시간-주파수 리소스 (타입 1에 대해서는 RRC를 통하고 타입 2에 대해서는 DCI를 통해)
* 주기 (RRC를 통해), 오프셋 (타입 1에 대해서는 RRC를 통하고 타입 2에 대해서는 DCI 수신에서 암시적으로)
* MCS, 전력 매개변수 (타입 1에 대해서는 RRC를 통하고 타입 2에 대해서는 DCI를 통해)
* MDRS, 반복 (타입 1에 대해서는 RRC를 통하고 타입 2에 대해서는 DCI를 통해)
* HARQ 구성 (RRC를 통해)
* 메시지 활성화/비활성화 (타입 2에 대해 DCI를 통해)
구성 그랜트 타입 1 및 타입 2는 모두 다음과 같이, 여러 공통성을 공유한다:
* 활성화/비활성화 및 재전송을 위해 PDCCH에서 사용되는 "구성된 스케쥴링" CS RNTI.
* 타입 1 및 타입 2 모두를 위한 재전송은 CS RNTI에 대한 동적 그랜트만을 기반으로 한다 (즉, 재전송은 주기적으로 반복되는 UL 그랜트를 사용하여 송신되지 않는다).
* C-RNTI로의 동적 그랜트는 시간 도메인에서 오버랩되는 경우 초기 전송을 위해 구성된 그랜트를 오버라이드한다.
* 서빙 셀 및 BWP 당 많아야 하나의 활성화 타입 1 또는 타입 2가 있다.
타입 1과 타입 2 사이의 한가지 차이점은 셋팅 과정이다. 타입 1 CG의 과정은 도 71에서 설명되고, 타입 2 CG의 과정은 도 72에서 설명된다. 타입 1 CG가 RRC를 통해 활성화되므로, 결정적인 도착 주기를 갖는 (TSN 특징에서) 트래픽에 가장 적합하다고 주장할 수 있다. 한편, 타입 2 CG는 불확실한 오정렬이 있는 스트림을 지원하는데 적합하고, 여기서 그랜트는 DCI로 (PHY 신호) 신속하게 재구성될 수 있다.
구성 그랜트의 단점은 트래픽이 도착하는가를 알지 못하고 gNB가 리소스를 할당하기 때문에, 예측가능하지 않은 중요한 트래픽을 처리하는데 사용되는 경우 승인된 리소스의 활동도가 낮다는 것이다.
TSN 트래픽 처리는 릴리스 16에서 중요한 문제이다. 여기서는 도 73 및 도 74에 도시된 바와 같이, TSN 스트림과 같이 다수의 트래픽 흐름을 지원하는 여러 접근법이 예를 들어, 주기성, 시간 오프셋, 타켓 신뢰성, 대기시간 등과 같은 특정한 특성을 각 스트림이 갖는 경우에서 논의된다. 도 73은 다른 도착 및 패이로드 사이즈를 갖는 산업적으로 결정적인 스트림을 설명한다. 도 74는 다른 패턴과 주기성, 및 다른 대기시간과 신뢰성 요구사항을 갖는 산업적으로 결정적인 스트림을 설명한다.
TSN 스트림 특징은 각각 사용자를 스케쥴링하는데 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 주기적인 데이터이지만 초저 대기시간 요구사항을 갖는 TSN 스트림은 네트워크가 이러한 TSN 스트림 데이터의 정확한 주기성 및 도착을 아는 경우 가장 잘 수용될 수 있다 (최소 가능한 네트워크 리소스로). 그러나, 네트워크가 이러한 특징을 알지 못하면, 엄격한 대기시간 요구사항을 위반하는 것을 피하기 위해 그랜트 범위를 초과하고, 그에 의해 잠재적으로 비효율적인 무선 리소스 관리를 초래하게 된다. 또한, 특정한 MCS 인덱스 및 반복 회수로 UE의 TSN 데이터 스트림의 타켓 신뢰성에 도달할 수 있다고 가정한다. 무선 네트워크가 이러한 요구사항을 정확하게 아는 경우에만, 리소스를 과도하게 또는 부족하게 할당하지 않게 된다. 다음에는 특히 다수의 오버랩되는 TSN 스트림과 다른 중요하지 않은 트래픽이 주어질 때 이러한 트래픽 특징이 반드시 알려지는 건 아니라고 가정한다. 그러므로, 다음에는 특징이 조사되어, gNB가 트래픽 혼합을 효율적이고 강력하게 스케쥴링할 수 있는 가능성을 제공한다.
릴리스 15에서, 셀/BWP 내의 단일 CG 구성은 유사한 주기 및 다른 요구사항으로 (예를 들면, 대기시간, 신뢰성, 지터 등) 산업용 스트림/흐름을 지원할 수 있다. 그러나, 릴리스 16에서 타켓화된 바와 같은 산업용 네트워크에서는 노드에서 발생된 다수의 스트림이 (데이터 흐름) 예를 들어, 여러 작동기, 센서, 및 모니터링 디바이스를 갖는 로봇 암과 같이, 매우 일반적인 사용 사례이다.
그 결과로, 이러한 다수의 스트림은 예를 들어, 도 73에 도시된 바와 같이, 도착 시간 및 패이로드와 같은 특징이 다르다. 스트림 중 하나는 다른 것과 비교해 중간 사이즈의 패이로드를 갖는다. 또한, 이 스트림으로부터의 패킷은 제로 오프셋으로 도착하고, 다른 두개의 스트림으로부터의 패킷으로 이어져 각각 T 및 2T 오프셋으로 도착한다.
또한, 도 74에 도시된 바와 같이, 다수의 스트림은 다른 주기성, 대기시간, 및 신뢰성 요구사항에 의해 특징지워질 수 있다. 점선 외곽선을 갖는 스트림은 그렇게 중요하지 않는 신뢰성 및 대기시간을 요구하는 반면, 다른 두 스트림은 모두 까다로운 신뢰성 및 대기시간 성능을 요구한다고 가정한다. MCS 및 반복과 같은 그랜트의 구성 매개변수는 후자와 비교해 전자가 다르다. 또한, 일부 스트림은 도착 패턴 및 주기성이 다른 것과 다르다. 다른 스트림 특징으로 인해, CG가 매우 짧은 주기를 사용하여 지원되더라도 CG가 단일 세트의 구성 매개변수, 예를 들면 MCS 인덱스, 대기시간, 슬롯 주기, K-반복을 갖게 되기 때문에, 이들 스트림 모두가 단일 구성(CG)으로 지원될 수 있는 것은 아니다.
gNB가 CG의 구성을 할당하는 것을 담당하므로, 구성 사이의 오버랩은 무선 네트워크에 대한 지식으로 일어난다. gNB는 여러 시나리오를 해결하기 위한 오버랩 구성을 할당할 수 있다: 1) 중요한 데이터 도착의 오정렬을 극복, 2) 다른 특징을 갖는 여러 TSN 스트림을 수용. 구성의 특징에 따라, 오버랩은 여러가지 경우로 나뉠 수 있다:
* 경우 a) 시작 심볼을 (오프셋) 제외하고 유사한 특징 (예를 들면, MCS, 주기, K-Rep).
* 경우 b) 유사한 시작 시간 및 동일한 주기이지만 (완전하게 오버랩되는 구성) 다른 (MCS 및 K-Rep).
* 경우 c) 다른 오프셋 및/또는 다른 우선순위와 MCS/K-Rep.
오버랩 구성에서의 문제점은 어느 오버랩 구성을 선택하는가에 대해 정의되지 않은 UE 결정 기반이다. 도 75에 도시된 바와 같이, gNB는 중요한 데이터 도착에서의 오정렬을 극복하기 위해 시간 오프셋이 다른 유사한 오버랩 구성을 할당한다고 가정한다. 이러한 경우, UE는 중요한 트래픽이 도착할 때 가장 근접한 (시간적으로) 구성을 선택한다.
산업용 애플리케이션은 논리적 채널 우선순위화(logical channel prioritization, LCP) 제한 및 멀티플렉싱에 관련된 추가 고려사항을 제기한다. 이어서, 기본선 LCP 과정이 설명된다. 또한, 산업용 혼합 서비스 시나리오에 대한 멀티플렉싱을 개선하는 기술이 설명된다.
혼합된 서비스 통신 시스템은 UE-간 또한 UE-내 시나리오 모두를 해결하여야 하지만, 이 섹션에서는 UE-내에 관한 것에 초점을 둔다. 이러한 시스템에서, UE는 중요하고 중요하지 않은 트래픽으로 분류되는 여러 트래픽 타입을 갖는 것으로 가정된다. 중요한 트래픽은 이 트래픽이 매우 낮은 대기시간 및 높은 신뢰성을 업링크에서 요구하기 때문에, 구성된 그랜트로 더 좋은 서비스를 받는 것으로 가정된다. 또한, 트래픽 패턴에 대한 불확실성으로 인해, gNB는 이러한 트래픽을 제공하기 위해 구성된 그랜트 리소스를 과도하게 프로비져닝할 것으로 예상된다. 한편, 중요하지 않은 트래픽은 지연시간 및 신뢰성 요구사항을 느슨하게 하여 너무 강력한 전송으로부터 이점을 갖지 않는다; 반대로; 시스템 리소스는 용량이 제한된 시나리오에서 강력한 그랜트로 중요하지 않은 트래픽을 대량으로 전송하는데 낭비될 수 있다. 이러한 혼합 서비스 사례를 나타내고 동기를 부여하는 일반적인 사용 사례로는 작동기, 센서, 및 카메라가 통합되고 동일한 통신 디바이스/UE에 연결된 산업용 로봇 암이 있다. 이러한 중요한 트래픽이 중요하지 않은 트래픽과 오버랩될 때 여러가지 RAN1/2 문제가 나타난다.
LCP 과정은 새로운 전송이 실행될 때마다 적용되고, PHY를 통해 PUSCH로 송신될 MAC PDU를 채우게 되는 방법과 어느 LCH인가를 지정하는데 주로 사용된다. LCP 과정에는 주요한 두가지 부분이 있는데, 하나는 MAC PDU에 포함되는 LCH를 선택하는데 중점을 두고, 다른 하나는 MAC PDU를 채우도록 각 LCH의 데이터의 (선택된 것들 중에서) 양과 우선순위에 중점을 둔다.
LCH의 선택은 LCP 제한 과정이라 칭하여진다. 이러한 과정은 RRC를 통해 구성된 여러 제한에 의해 제어된다. 이들 제한 각각은 LCH가 구성된 MAC PDU에 포함되는 것을 허용/금지한다. 다음은 릴리스 15에서의 기존 LCP 제한이다:
* 전송을 위해 허용된 서브캐리어 간격을 설정하는 allowedSCS-List;
* 전송을 위해 허용된 최대 PUSCH 기간을 설정하는 maxPUSCH-Duration;
* 전송을 위해 구성 그랜트 타입 1이 사용될 수 있는가 여부를 설정하는 configuredGrantType1Allowed;
* 전송을 위해 허용된 셀을 설정하는 allowedServingCells.
논리적 채널 우선순위는 논리 채널 당 MAC 엔터티 별로 구성된다. RRC는 MAC 내에서 업링크 LCH의 데이터의 멀티플렉싱을 제어하도록 LCP 매개변수를 구성한다. 이러한 LCP 매개변수는 다음과 같이 표현된다.
* 증가하는 우선순위 값이 더 낮은 우선순위 레벨을 나타내는 priority;
* 우선순위화된 비트 비율(Prioritized Bit Rate, PBR)을 설정하는 prioritisedBitRate;
* 버킷 사이즈 기간(Bucket Size Duration, BSD)을 설정하는 bucketSizeDuration.
LCP 멀티플렉싱이 일어나는 방법의 한 예가 도 76에서 설명된다. 이 예에서는 "maxPUSCHDuration" 제한만이 고려된다. 우선순위가 높은 논리 채널에서 낮은 논리 채널로 도면에서 좌측에서 우측으로 위치한다. 우선순위가 더 높은 LCH는 MAC PDU에서 첫번째로 배치되고, 이어서 더 낮은 우순순위의 것이 이어진다. 또한, 우선순위 비트 비율(PBR)은 LCH 당 MAC PDU에 포함되는 비트의 수를 제어한다.
아래에서는 UE-내 혼합-서비스 가정으로 인한 여러가지 시나리오가 해결된다. 이러한 시나리오에서는 단일 UE가 중요한 트래픽 및 중요하지 않은 트래픽 모두를 실행한다고 가정한다. 중요한 트래픽은 주기적이거나 비주기적일 수 있고, 중요하지 않은 트래픽 그랜트 요구사항과 비교해 비교적 작은 사이즈의 그랜트로 더 강력한 코딩을 요구한다. 중요한 데이터의 요구사항은 SR 및 그 응답 과정으로 인한 대기시간을 방지하도록 주기적이고 강력하게 코딩된 구성 그랜트를 사용하여 스케쥴링되는 것이다.
또한, 중요한 데이터 도착에 대해 완전한 지식이 스케쥴러에 주어지지 않는다고 가정한다. 이는 중요한 트래픽이 비주기적이거나 완전히 주기적이지 않은, 즉 트래픽의 주기적인 도착이 일부 지터에 의해 영향을 받을 수 있거나, 일부 주기적인 전송 기회가 단순히 스킵될 수 있음을 (이용가능하지 않은 데이터로 인하여) 의미한다. 이러한 경우, 네트워크/스케쥴러는 주기적으로 구성된 그랜트의 스케쥴링을 패킷 도착 발생에 이상적으로 정렬할 수 없고, 이는 다음 섹션에서 설명되는 문제를 초래하게 된다.
또한, 구성된 그랜트의 짧은 주기성이 중요한 트래픽의 매우 낮은 대기시간-요구사항을 충족하도록 요구되는 경우, 짧은 주기성의 구성 그랜트는 UE의 다른 중요하지 않은 트래픽에 대해 스케쥴링 제한을 부과하게 된다. 이와 같이 부과된 스케쥴링 제한의 예는 1) 짧은 동적 그랜트 기간만이 구성 그랜트 사이에 할당될 수 있는 경우, 2) 동적 그랜트가 구성 그랜트와 오버랩되어야 하는 경우가 있다.
문제 1: 강력한 구성 그랜트에서 송신된 중요하지 않은 트래픽
이 서브-섹션에서는 강력한 구성 그랜트를 (즉, 중요한 트래픽으로 의도되는) 사용하여 중요하지 않은 트래픽이 수용될 때 일어나는 문제점을 설명한다. 중요하지 않은 트래픽이 산발적으로 이용가능하게 존재한다고 가정한다. 이러한 트래픽은 짧은 주기성을 갖는 산발적인 중요한 트래픽에 제공될 필요가 있는 강력한 구성 그랜트 리소스에서 스케쥴링된다. 도 77에 설명된 바와 같이, eMBB 트래픽이 (10KB로 라벨화된) 이러한 구성 그랜트에 (전송 기회 당 1KB) 수용된 경우, eMBB 전송은 너무 오래 걸리고 (예를 들면, 최대 요소 10 또는 BSR이 네트워크에 의해 수신될 때까지) 불필요한 UL 간섭을 초래하게 되므로, 특히 구성 그랜트 리소스가 사용자 사이에서 공유되는 경우 해가 된다.
도 78에 도시된 바와 같이, 중요하지 않은 트래픽을 유지하는 논리 채널(LCH)에 대한 새로운 LCH 제한은 이 문제를 완화시키기 위해 도입될수 있다. 예를 들면, 중요한 트래픽을 지원하는 LCH에 "ConfiguredGrantType2Allowed" 또는 "max ReliabilityAllowed"와 같은 제한을 적용하면, UE가 중요하지 않은 LCH로부터의 데이터가 너무 강력한 리소스를 사용하여 전송되는 것을 방지하게 할 수 있다.
문제 2: 강력하지 않은 동적 그랜트에 대한 중요한 트래픽
또 다른 문제는 산발적인 중요한 트래픽에 의도되는 강력한 구성 그랜트에 부가하여, gNB가 중요하지 않은 트래픽에 대해 스펙트럼 효율적인 동적 그랜트를 스케쥴링할 필요가 있을 때 발생된다. 이는 중요한 트래픽이 강력하지 않은 짧은 그랜트를 통해 송신될 때 추가 대기시간을 도시하는 도 79에서 설명된다. 구성된 동적 그랜트의 PUSCH 기간이 동일하다고 가정하면, 기존의 "maxPUSCHDuration" 제한은 효율적이지/충분하지 않다. 중요한 트래픽은 강력하지 않은 동적 그랜트으로 송신되도록 우선순위화 하게 되므로, 전송이 실패하여 재전송이 지연될 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 새로운 LCH 제한, 즉 "DynamicGrantAllowed" 또는 "minimumReliabilityRequired"이 도입될 수 있다. 이러한 제한은 도 80에서 설명된 바와 같이, 중요한 LCH가 강력하지 않은 동적 그랜트로 송신되는 것을 차단하게 된다.
문제 3: 구성 그랜트를 오버라이드하는 동적 그랜트에 대한 문제
현재 사양에 따라, 구성 그랜트는 언제나 오버랩 된 동적 그랜트가 할당된 경우 오버라이드된다. 일부 시니라오에서는 도 81에 설명된 바와 같이, 강력하지 않은 동작 그랜트가 강력한 구성 그랜트와 오버랩될 수 있다. 이러한 시나리오의 원인은 gNB가 산발적인 저-대기시간의 중요한 트래픽을 수용하기 위해 짧은 주기성의 구성 그랜트를 할당하여야 하기 때문이다.
이 문제를 해결하기 위해, 구성 그랜트가 조건부로 우선순위화 될 수 있다. 즉, 동적 그랜트와 오버랩될 때 중요한 데이터가 강력한 구성 그랜트를 통한 전송에 이용가능한 경우, 도 82에 설명된 바와 같이, 중요한 데이터는 항상 우선순위로 정해질 수 있고, 이는 중요한 데이터가 도착하면 조건부로 구성 그랜트가 동적 그랜트를 오버라이드할 수 있는 이점을 도시한다. 그렇지 않은 경우, 동적 그랜트가 우선순위화될 수 있다. 이 방법으로, 중요한 데이터가 전송될 위험 없이 중요하지 않은 데이터에 대해 스펙트럼 효율적인 대규모 리소스를 오버랩하도록 스케쥴링할 수 있다. 그러나, 이 방법을 사용하기 위해서는 gNB가 두개의 잠재적인 전송을 디코딩할 필요가 있다: 동적 그랜트 및 구성 그랜트. 이 문제는 문제 2의 해결법으로도 해결될 수 있음을, 즉 동적 그랜트로 전송하지 않도록 중요한 트래픽 LCH에 제한을 제공함을 주목하여야 한다. 이 솔루션이 없으면, 빈번한 동적 그랜트가 스케쥴링되어 중요한 트래픽에 대해 불가피한 지연을 발생시키게 되는 경우가 있을 수 있다.
문제 4: 다른 PUSCH 기간의 그랜트 사이에서 UE-내 UL 선점
산업적으로 혼합된 트래픽 시나리오에서, 높은 스펙트럼 효율성을 가능하게 하기 위해, gNB가 중요하지 않은 트래픽을 수용하도록 더 긴 그랜트를 할당하길 원할 수 있다. 이는 다른 PUSCH 기간을 갖는 오버랩 그랜트의 예를 도시하는 도 83에 설명된 바와 같이, 릴리스 15에서 현재 전송이 또 다른 전송에 의해 인터럽트될 수 없기 때문에, 임의의 산발적인 중요한 데이터를 송신하는 지연을 증가시키게 된다. 이를 해결하기 위해, 시나리오에 따라 UE-내 선점을 가능하게 하여 네트워크 효율성을 향상시키는 방법을 도시하는 도 84에 설명된 바와 같이, 물리적 레이어(PHY)는 진행중인 (긴) PUSCH를 중단하고 오버랩된 짧은 그랜트에 따라 새로운 (더 높은 우선순위를 갖고 짧은) PUSCH를 전송하도록 허용해야 한다.
PDCP 복제는 논의될 또 다른 문제이다. LTE, NR, 및 EN-DC에서 신뢰성을 개선하는 방법으로, RAN 내의 다중-연결이 고려된다. 이러한 특성은 앞서 사용자 처리량을 개선하는데 중점을 주었지만, 다른 캐리어의 리소스를 집성함으로서, 최근 3GPP의 중점이 바뀌었고 전송 신뢰성을 개선하기 위해 LTE에 대한 (또한 NR에 대해서도 유사하게) 새로운 특성이 개발된다.
3GPP는 UE가 다수의 캐리어를 통해 단일 기지국에 연결되는 방법으로서, 릴리스 10에서 캐리어 집성(carrier aggregation, CA)을 도입하였다. CA에서, 집성점은 매체 액세스 제어(medium access control, MAC) 엔터티이고, 중앙집중식 스케쥴러가 예를 들어, 모든 캐리어 간의 채널 지식에 따라, 패킷을 분산시키고 리소스를 할당하도록 허용하지만, 포함된 무선 프로토콜의 엄격한 통합을 요구한다. DC 또는 다중-연결로 PDCP에서 리소스 집성이 일어난다. 이 방법으로, 분리된 스케쥴링 엔터티를 갖는 두개의 MAC 프로토콜이 두개의 개별 노드에서 상호연결에 대한 엄격한 요구사항 없이 실행될 수 있으면서, 여전히 증가된 사용자 처리량을 실행하도록 허용한다.
3GPP 릴리스 15 LTE 및 NR에서, CA 및 DC의 두 설계 개념은 PHY 특성에 의해 제공되는 신뢰성 개산사항에 대한 보완으로 신뢰성을 개선하는데 도움이 되게 재사용된다. 이는 패킷 복제에 의해 달성되고, PDCP 레이어에서 사용되도록 결정된다. 예를 들어, URLLC 서비스의 들어오는 데이터 패킷은 그에 의해 PDCP에서 복제되고, 각 복제는 하위 레이어 프로토콜 RLC, MAC, PHY에 대한 절차를 거치므로, 예를 들어, 그들의 재전송 신뢰성 방식으로부터 개별적으로 이점을 갖는다. 따라서, 데이터 패킷은 결국 다른 주파수 캐리어를 통해 UE로 전송되므로, 주파수 다이버시티로 인해 상관되지 않은 전송 경로를 보장하고, 다른 사이트로부터의 DC 전송의 경우 그에 의해 매크로 다이버시티(macro diversity)를 제공한다. 그 방법은 CA 및 DC 모두에 대해 도 85에서 설명된다.
캐리어 간의 주파수 다이버시티는 동일한 캐리어에서의 물리적 레이어에 의해 제공되는 다이버시티 방식 그 이상이다. 시간-다이버시티, 예를 들어 반복 방식과 비교하여, 반복의 잠재적인 시간-상관관계를 완화하는 이점을 갖고, 이는 예를 들어 일시적인 블로킹 상황에 의해 캐리어에서 일어날 수 있다. 또한, 캐리어-다이버시티는, DC에 대해 도 85에 도시된 바와 같이, 다른 위치에서 전송점의 배치를 허용하므로, 도입된 공간 다이버시티에 의한 잠재적인 전송 상관관계를 감소시키게 된다.
PDCP에서의 패킷 복제를 사용한 다중-연결은 타켓 신뢰성 메트릭을 달성하기 위해 하위 레이어 재전송 방식에 (하이브리드 자동 반복 요청(HARQ) 및 RLC-재전송) 덜 의존하는 이점을 갖고, 이에 의해 특정한 신뢰성으로 보장되면서 대기시간을 낮추게 된다. 예를 들어, PHY가 각 HARQ 전송을 위해 0.1%의 잔여 에러 확률을 달성한다고 가정한다. 0.1%의 경우에서는 재전송이 요구되고 추가 HARQ 왕복 시간(round trip time, RTT) 만큼 전송 대기시간을 증가시킨다. 패킷 복제로, 상관되지 않은 HARQ 전송 모두가 실패할 확률은 0.1% * 0.1% 이다. 이는 단순히 첫번째 디코딩 가능한 패킷 복제가 수락되어 전달되는 반면 두번째는 폐기되므로 (PDCP에서), 1 - 10-6의 경우에 추가 HARQ RTT 없이 낮은 대기시간이 달성됨을 의미한다. 이러한 관계에 대한 설명은 도 86에서 볼 수 있고, 이는 복제를 포함한 또한 포함하지 않은 잔여 에러를 도시한다.
패킷 복제는 사용자 평면 및 제어 평면 모두에 적용가능한 것으로 고려되고, 이는 RRC 메시지도 또한 PDCP 레이어에서 복제될 수 있음을 의미한다. 이 방법으로, RRC 메시지 전달의 대기시간/신뢰성이 향상될 수 있고, 이는 예를 들어 무선 링크 실패를 방지하기 위해 핸드오버-관련 시그널링에 중요하다.
또한, 다중-연결은 사용자 평면 데이터에 대한 핸드오버 인터럽트 없이 안정된 핸드오버를 가능하게 할 잠재성을 갖는다. 그에 의해, 핸드오버가 두 단계로 수행될 수 있고, 즉 한 캐리어가 한번에 소스에서 타켓 노드로 이동되므로, UE는 항상 적어도 하나의 연결을 유지한다. 과정 중에, 패킷 복제가 사용될 수 있으므로, 패킷은 UE로의 인터럽트 없는 전송을 위해 두 노드 모두에서 사용가능하다.
CA에서 PDCP 복제를 지원하기 위해, 복제의 지원에 사용되는 (비-분할) 무선 베이러에 대한 2차 RLC 엔터티가 구성된다. 도 85를 참조한다. 다이버시티 이득을 보장하기 위해, 이들 두 RLC 엔터티와 연관된 논리 채널에 대해 제한이 정의될 수 있으므로, 각 RLC 엔터티의 전송은 구성된 캐리어에서만 (1차 또는 2차 셀) 허용된다.
또한, "스케쥴링 툴"로서 PDCP 복제를 사용하는 것을 허용하기 위해, 즉 필요할 때만 복제를 활성화 및 비활성화하도록 허용하기 위해, 즉 동적으로 스케쥴러가 되기 위해, MAC 제어 요소가 지정된다.
릴리스 16에서는 NR-산업용 IoT 내에 NR에서의 PDCP 복제에 대한 개선이 예상되고, 이는 두개 이상의 링크를 통한 복제를 허용한다. 즉, DC-기반 및 CA-기반의 복제가 함께 사용될 수 있거나, 두개 이상의 캐리어를 사용한 CA-기반의 복제가 고려된다. 또한, 복제 효율성에 대한 개선사항이 조사된다: 항상 복제하는 대신에, 원본이 특정한 시간 동안 이미 전송 중인 경우 전송기가 복제 송신을 연기할 수 있다. 그 원인으로, 복제는 원본 및 복제 모두가 대기시간 제한 내에 수신되는 경우에서만 대기시간 제한에 이르는 신뢰성을 증기시킬 목적에 부합하기 때문이다. 또한, 복제가 재전송, 즉 NACK-기반과 함께만 전송되는 시나리오를 예상할 수도 있다. 즉, 재전송 신뢰성은 개선되지만, 초기 전송 신뢰성이 동일하게 유지된다.
도표 20은 복제가 지원되는 베어러 옵션 UP, CP 등을 설명한다.
MCG SRB MCG DRB SCG SRB SCG DRB 분할 SRB 분할 DRB
CA 복제 DC 복제
LTE/LTE Yes Yes Yes Yes Yes (dupl으로만) Yes (폴백으로)
NR/NR Yes Yes Yes Yes Yes Yes
EN-DC (NR PDCP를 사용한) No (LTE CA가 되는) No (LTE CA가 되는 Yes Yes Yes (SN으로부터가 아닌) Yes
도표 20 - 복제에 대한 지원
기준 시간 프로비져닝
관심있는 NR-산업용 IoT 특성은 UE 기반의 애플리케이션에 (예를 들면, 이더넷 포트를 통해 UE에 연결된 산업용 IoT 디바이스에 위치하는) 5G 네트워크 외부의 네트워크에 위치하는 소스 클럭으로부터 유도된 클럭 정보를 제공하는 것이다. 외부 소스 클럭은 5G 시스템 내부에 있는 5G 시스템 클럭에 부가하여 제공될 수 있다. 외부 소스로부터 유도된 클럭은 도 87에 표시된 바와 같이, "범용 도메인"의 컨텍스트 내에 위치하는 작업 도메인에 대응하는 작업 클럭으로 관찰될 수 있다.
"범용 도메인"은 5G 시스템 클럭을 기반으로 하고 공장 내에서 (범용 도메인) 작업 및 이벤트를 시간순으로 정렬하는데 사용된다. 작업 클럭은 범용 도메인 내에서의 로컬 작업 도메인을 지원하는데 사용되고, 여기서 각 로컬 작업 도메인은 기계의 세트로 구성된다. 다른 작업 도메인은 다른 시간스케일 및 동기화 정확도를 가질 수 있고, 그에 의해 범용 도메인 내에서 하나 이상의 작업 클럭을 지원하도록 요구한다.
릴리스 15의 범위 내에서, RAN2는 주로 단일 기준 시간값이 무선 인터페이스를 통해 gNB에서 UE로 전달될 수 있는 방법에 중점을 두었고 다수의 기준 시간값이 UE에 운반될 필요가 있는 임의의 사용 사례에 대해서는 우려하거나 인식하지 않았다. UE에 다수의 기준 시간/작업 클럭 값을 전달해야 할 잠재적인 필요성에 대해 SA2/RAN3 내에서 진행중인 논의는 이 영역에서 계속하여 추가 개선사항을 주도하고 있다.
5G 시스템은 매우 정확하고 안정된 클럭 소스를 (예를 들면, GPS 시간) 기반으로 하고 기준 시간 정보로 eNB 및 UE에 전달하는 것을 포함하여, 필요에 따라 5G 네트워크를 통해 분산되는 내부 5G 클럭을 지원한다. 또한, 5G 시스템이 외부 노드로부터 기준 시간 정보를 획득하는 것도 가능하다 (여기서는 더 고려되지 않음). LTE 릴리스 15는 BS SFN 전송을 도시하는 도 88에 설명된 바와 같이, 또한 다음과 같은 RRC 메시지 및 SIB 기반의 방법 모두를 사용하여 UE에 기준 시간 정보의 단일 인스턴스를 (eNB에서 이용가능한 것으로 가정되는) 전달하는 방법을 지원한다:
* eNB는 먼저 기준 시간 값을 획득한다 (예를 들면, 5G 시스템 내부에 있는 GPS 수신기로부터).
* eNB는 시스템 프레임 구조에서의 특정한 기준점이 (예를 들면, SFNz의 끝) BS 안테나 기준 점(Antenna Reference Point, ARP)에 발생될 때 (도 88에서 기준점 tR을 참조) 예상되는 값으로 획득된 기준 시간을 수정한다.
* 예상된 기준 시간 값 및 대응하는 기준점을 (SFNz의 값) 포함하는 SIB/RRC 메시지는 이때 SFNx 동안 전송되고 tR에 앞서 UE에 의해 수신된다.
* SIB/RRC 메시지는 기준점 tR에 적용가능한 기준 시간의 값에 관한 불확실성 값을 나타낼 수 있다. 불확실성 값은 (a) eNB 구현으로 기준점 tR이 (SFNz의 끝) 실제로 표시된 기준 시간에 ARP에 발생됨을 보장할 수 있는 정확도, 및 (b) 기준 시간이 eNB에 의해 획득될 수 있는 정확도를 반영한다.
* (a)에 의해 도입되는 불확실성은 구현에 특정되지만, 무시할 수 있을 것으로 예상되므로 더 고려되지 않는다.
* TSN 노드가 기준 시간 정보의 소스일 때 (즉, TSN 노드가 GrandMaster 노드로 동작할 때), GrandMaster 노드 및 eNB에서의 하드웨어 타임스탬핑(timestamping)의 사용은 (b)에 사용되는 것으로 가정되고, 그 경우 대응하는 불확실성은 GrandMaster 클럭을 eNB에 운반할 때 도입되는 것으로 예상된다.
NR 릴리스 16의 경우, 상기에 설명된 바와 같이, LTE 릴리스 15와 유사한 방법이 gNB로부터 하나 이상의 UE에 기준 시간 정보를 소싱하고 전달하는데 사용될 것으로 예상된다. 그러나, NR 릴리스 16은 또한 추가 클럭 정보로서 (즉, 범용 시간 도메인에 제공된 기준 시간에 추가로) 하나 이상의 작업 클럭에 대한 (TSN 네트워크에서 외부 노드에 의해 소싱된) 지원을 도입하도록 예상된다. 도 89는 세개의 시간 도메인을 갖는 산업 사용 사례를 도시하고, 여기서 내부 5G 클럭은 범용 시간 도메인에 적용가능한 (5G 시간 도메인에서) 기준 시간으로 동작할 뿐만 아니라 TSN 작업 도메인 1 및 TSN 작업 도메인 2에 적용가능한 두개의 추가 작업 클럭으로 동작한다.
내부 5G 클럭은 (5G 그랜드 마스터로 도시된) 무선 관련 기능을 제공하는데 사용되므로, gNB 및 UE 모두에 전달된다 (그러나, UPF에 이용가능하지 않음). 일단 gNB가 내부 5G 클럭을 획득하면 (구현에 특정된), 브로드캐스팅 (예를 들면, SIB) 또는 RRC 유니캐스팅 방법을 사용하여 이를 UE에 전달할 수 있다. Uu 인터페이스를 통해 송신된 SFN은 5G 내부 클럭에 동기화되고, 이러한 의미에서 UE는 UE에 명시적으로 전달되지 않더라도 항상 5G 내부 클럭에 동기화된다.
gNB는 다른 외부 TSN 노드로부터 (즉, TSN 작업 도메인 클럭을 제어하는 TSN 노드로부터 직접) 작업 클럭 정보를 수신하고, 그에 의해 TSN 네트워크와의 통신을 위해 gNB가 PTP 시그널링 및 다수의 PTP 도메인을 (다수의 PTP 클럭 인스턴스) 지원하도록 요구한다. 이어서, gNB는 작업 클럭을 (독립적인 클럭으로서 또는 주요 내부 5G 클럭에 대한 오프셋으로서) 다음과 같은 두가지 방법 중 하나를 사용하여 대응하는 UE에 전달한다:
a) 방법 1: SFN 기반의 동기화
* 이 전달 방법은 도 89의 컨텍스트 내에서 지원되고, UE에 내부 5G 클럭을 (흑색 클럭) 전달하는데 사용된 것과 동일하고, 여기서 클럭 정보는 SFN 프레임 구조에서 특정한 지점에 동기화된다.
* gNB는 이러한 작업 클럭에 대해 업데이트된 값을 제공하는 PTP 기반의 시그널링을 수신할 때마다 UE에서 작업 클럭을 리프레쉬(refresh)할 필요가 없다. 이는 UE가 소스 TSN 노드에서 진행중일 수 있는 클럭 드리프트(clock drift)의 비율과 비교해 증진된 정확도로 (내부 5G 클럭을 사용하여) 이들 클럭의 드리프트를 관리할 수 있기 때문이다. 최종 결과는 gNB가 TSN 네트워크 내에서 이러한 업데이트가 발생할 때마다 작업 클럭 업데이트를 UE에 송신할 필요가 없기 때문에 작업 클럭 유지에 소비되는 무선 인터페이스 대역폭이 더 낮아질 수 있다는 것이다.
* 이 방법으로, gNB는 작업 클럭이 맵핑된 SFN 구조 내에서의 위치에 따라 수신한 작업 클럭 정보의 값을 직접 조정하고 이어서 조정된 값을 SIB16 또는 RRC 메시지 내에서 송신한다.
b) 방법 2: 타임스탬핑
* 이 방법으로 (또한 도 80의 컨텍스트 내에서도 지원되는), gNB는 802.1AS 당 경계 클럭 기능을 지원하므로, 작업 클럭 소스 노드가 송신하도록 결정할 때마다 TSN 네트워크로부터 (PTP 동기화 메시지 교환을 사용하여) 작업 클럭을 획득한다.
* gNB는 이어서 작업 클럭 정보를 (또는 정보의 서브세트) 포함하는 PTP 메시지를 상위 레이어 패이로드로 UE에 중계한다.
* 중계된 PTP 메시지는 또한 PTP 메시지가 gNB에 의해 수신된 지점에서 내부 5G 클럭의 값을 제공하는 시간 스탬프를 포함한다.
* 중계된 PTP 메시지를 수신하면, UE는 중계된 PTP 메시지에 포함된 시간 스탬핑된 값과 내부 5G 클럭의 현재 값 사이의 차이에 따라 그에 포함된 작업 클럭의 값을 조정하고, 그에 의해 작업 클럭의 현재 값을 획득한다.
* 방법 1에 따라, gNB는 TSN 네트워크로부터 수신할 때마다 작업 클럭을 포함하는 PTP 메시지를 UE에 중계할 필요가 없다 (UE가 증진된 정확도로 이들 클럭의 드리프트를 관리할 수 있기 때문에).
* 이 방법으로, gNB는 수신한 작업 클럭 정보의 값을 조정하지 않고 작업 클럭 정보를 송신하는데 사용된 동일한 PTP 메시지에 직접 삽입된 시간 스탬프 정보로 이를 보완한다. 이어서, SIB 또는 RRC 메시지 내에서 수정된 PTP 메시지를 송신하거나, 대역폭 효율성을 위해 패이로드 사이즈를 줄이기 위해, gNB는 대신 수정되지 않은 작업 클럭 정보와 대응하는 시간 스탬프만을 SIB16 또는 RRC 메시지로 맵핑할 수 있다.
상기의 방법 1 및 2에서, UE가 작업 클럭을 엔드 스테이션에 분산하는 주파수는 구현에 특정되는 것으로 볼 수 있다. 실행될 때, TSN 네트워크에서 실행되는 것과 같이 PTP 동기화 메시지 교환을 사용한다. 다른 말로 하면, UE는 (g)PTP 프로토콜을 사용하여 TSN 엔드 스테이션에 대한 마스터 클럭으로 동작하고 작업 클럭 값이 엔드 스테이션에서 리프레쉬될 필요가 있을 때를 결정한다. UE는 수신한 모든 작업 클럭을 관리하는 모든 엔드 스테이션에 전달한다 (즉, 엔드 스테이션이 어느 작업 클럭에 관심을 두는가를 결정한다).
NR 릴리스에서는 UPF 연속 PTP 체인 방법이 사용될 수 있다. 도 90에서 설명되는 이 방법에서, TSN 네트워크는 작업 클럭 정보를 전달할 목적으로 UPF와 인터페이스되고, 여기서 UPF 대 UE 경로는 5G 네트워크의 우측에 있는 TSN 작업 도메인과 5G 시스템의 좌측에 있는 엔드 스테이션 사이에 가상의 연속적인 PTP 체인이 있도록 PTP 링크를 에뮬레이트(emulate)한다 (즉, PTP 동기화 메시지 교환이 작업 클럭을 지원하는 TSN 노드와 UE 사이에서 실행된다).
UPF는 작업 클럭을 (예를 들면, 도 90의 우측에 있는 녹색 클럭) 각 UE에 투명하게 중계하고, 여기서 UPF는 PTP 메시지가 중계되는 지점에 적용가능한 내부 5G 클럭의 값으로 이러한 작업 클럭을 시간 스탬핑한다.
* 5G 네트워크는 이러한 PTP 메시지에 추가 시간 스탬프 정보를 제공할 필요가 있으므로 작업 클럭 정보를 포함하는 PTP 메시지를 중계할 때를 일부 인식할 필요가 있다.
* UPF로부터 gNB로 PTP 메시지를 중계하는데 사용되는 운송 레이어 PDU는 PTP 메시지가 이들 PDU에 의해 운반되는 상위 레이어 패이로드를 포함할 때의 표시를 지원하도록 잠재적으로 개선될 수 있다. 이는 무선 인터페이스 대역폭 효율성의 관점에서 gNB가 PTP 메시지 패이로드의 SIB 기반 전송을 사용할 가능성을 열어준다 (즉, PTP 메시지 전달을 위해 RRC 기반의 옵션을 사용하는 것에 부가하여).
* 중계된 PTP 메시지를 수신하면, UE는 중계된 PTP 메시지에 포함된 시간 스탬핑된 값과 내부 5G 클럭의 현재 값 사이의 차이에 따라 그에 포함된 작업 클럭의 값을 조정하고, 그에 의해 작업 클럭의 현재 값을 획득한다.
* UE는 (g)PTP 프로토콜을 사용하여 TSN 엔드 스테이션에 대한 마스터 클럭으로 동작하고 작업 클럭 값이 엔드 스테이션에서 리프레쉬될 필요가 있을 때를 결정한다. UE는 수신한 모든 작업 클럭을 관리하는 모든 엔드 스테이션에 전달한다 (즉, 엔드 스테이션이 어느 작업 클럭에 관심을 두는가를 결정한다).
* 이 방법은 장점인 등화된 업링크 및 다운링크 지연의 사용을 요구하지 않는다 (대칭적인 업링크 및 다운링크 지연이 추가 복잡성을 부과하기 때문에).
* 그러나, 한가지 잠재적인 단점은 TSN 네트워크 내에서 대응하는 소스 노드에 의해 작업 클럭이 리프레쉬되는 빈도가 5G 네트워크를 통해 UE로 얼마나 자주 중계되는가를 결정하게 된다는 점이다 (예를 들면, 이는 TSN 네트워크에서 임의의 작업 클럭이 리프레쉬될 때마다 클럭 리프레쉬 정보를 포함하는 사용자 평면 패이로드가 각 UE에 개별적으로 전송되는 경우 무선 인터페이스 대역폭에 상당한 영향을 미칠 수 있다).
이더넷 헤더 압축
3GPP 시스템을 통한 전통적인 IP 운송의 경우 헤더 압축, 즉 무선 인터페이스를 통해 송신된 데이터의 볼륨을 감소시키기 위한 강력한 헤더 압축(robust header compression, RoHC)이 지정되고, 그에 의해 UDP/TCP/IP 레이어에 RoHC가 적용되고, RoHC 압축/압축해제가 UE 및 gNB에서 PDCP 레이어에 의해 실행된다.
이더넷 전송이 예상되는 TSN에서도 또한 헤더 압축이 잠재적으로 적용될 수 있다. 이는 이더넷 PDU 세션 타입에 대한 경우가 되고, 여기서는 이더넷 프레임이 gNB와 UE 사이에서 운반되어야 한다.
일반적으로, 매우 낮은 잔여 에러 비율을 갖는 강력한 전송이 URLLC를 위해 요구되는 경우, 사용되는 코드 비율은 원래 매우 낮고, 이는 URLLC 운송이 무선 인터페이스를 통해 리소스 비용이 많이 든다는 것을 의미한다. 그러므로, 잠재적으로 이더넷 헤더와 같은 불필요한 중복을 제거하는 것은 릴리스 16 NR-산업용 IoT 3GPP 연구의 일부로 연구되는 것이 중요하다. 다음에는 이더넷/TSN 헤더 구조 및 그를 압축하는 이점에 대한 분석이 수행된다.
레이어 2(L2) 네트워크에서의 전달은 일반적으로 L2 프레임 헤더에서 이용가능한 정보를 기반으로 한다. 각 이더넷 프레임은 이더넷 헤더로 시작되고, 이는 목적 및 소스 MAC 어드레스를 처음 두개의 필드로 포함한다. 이더넷 프레임의 또 다른 헤더 필드는 태깅(tagging)을 사용하여 아주 단순하게 구성된다. 헤더 필드 중 일부는 필수적이고 일부는 선택적이며, 네트워크 시나리오에 따라 다르다.
이더넷 프레임은 다수의 포맷이 있다 (예를 들면, 802.3, 802.2 LLC, 802.2 SNAP). 이들은 EtherType 대 Length 필드의 값을 기반으로 식별된다. 도 91은 프레임 포맷의 한 예를 도시한다.
3GPP 네트워크를 통한 이더넷 프레임 전송에 관련하여, 이더넷 프레임 중 일부는 전송을 필요로 하지 않는다 (예를 들면, 프리앰블(Preamble), SFD(Start of Frame Delimiter, 프레임 구분 기호의 시작), FCS(Frame Check Sum, 프레임 체크썸), 또한 PDU 세션 타입에 대한 기존 사양, TS 23.501을 참조한다). 이더넷 헤더의 필드는 압축될 수 있지만, 압축으로 달성되는 이득은 네트워크 시나리오에 의존한다. 이더넷 링크는 액세스 링크(access link) 또는 트렁크 링크(trunk link)가 될 수 있다. 트렁크 링크의 경우에는 세션의 수가 매우 크고 일시적인 플러딩(flooding)을 초래하는 이더넷 토폴로지 변화의 영향을 받을 수 있다. 한편, 액세스 링크는 L2 세션 관점에서 매우 안정적이다. 이더넷 헤더 압축은 L2 링크 특정되어야 한다. 즉, 상기에 설명된 바와 같이, 단일 L2 홉(hop)을 (링크-대-링크 기반이라고도 칭하는) 커버해야 한다.
이더넷 헤더 압축을 위해 다음의 필드가 고려된다: MAC 소스 및 목적 어드레스 (각각 6 바이트), 태그 제어 정보 (6 바이트), VLAN-tag 및 Ethertype과 같은 유지 정보. 3GPP 네트워크를 통한 이더넷 프레임 전송은 이더넷 프레임 중 일부의 (즉, 프리앰블, SFD, FCS) 전송을 요구하지 않는다. 그래서, 총 18 바이트가 압축될 수 있다.
5G 시스템이 이더넷 액세스 링크로 사용된다고 가정하면, 제한된 수의 L2 세션만이 존재하여, 3 - 5 바이트까지의 압축이 (보수적인 가정으로) 가능하고 , 이는 도 92에 도시된 바와 같이, 작은 패킷 사이즈에 대해 (URLLC에서 전형적으로) 상당한 이득을 가져오게 된다.
이더넷에 대한 헤더 압축이 어떻게 어디서 지원될 수 있는가에 관련하여, 다음의 질문이 생길 수 있다.
* 어느 프로토콜 및 표준화 바디인가: 3GPP에서는 IETF에 의해 정의된 바와 같은 RoHC가 IP 헤더 압축에 사용된다. 이더넷을 고려하는 프로파일은 없다. 또한, 표준화 그룹이 해산된다. 정적 컨텍스트 헤더 압축(Static Context Header Compression, SCHC), 또한 IETF가 여전히 활성화 상태이고 저전력 WAN의 사용 사례에 대해, 이더넷 헤더 압축을 고려한다. 또한, 3GPP-기반의 솔루션을 생각해볼 수 있다.
* 앵커 포인트(Anchor point): 현재 RoHC 네트워크 앵커 포인트는 PDCP를 갖는 gNB이다. 또 다른 가능성은 UPF가 되고, 여기서는 이더넷 PDU 세션이 셋업된다. 도 93은 가능한 이더넷 헤더 압축 앵커 포인트를 설명한다.
* IP를 갖는 것과 같지 않는 것: 이더넷 헤더 압축이 IP 헤더 압축과 통합되어 또는 분리되어 고려되어야 하는가 여부.
신뢰할 수 있는 제어 평면
이 섹션에서는 신뢰할 수 있는 제어 평면 프로비져닝 방법, 즉 UE와 gNB 사이에서 무선 리소스 제어(RRC) 연결을 강력하게 유지하는 방법이 설명된다.
우선, 제어 평면, 즉 RRC 시그널링(SRB) 전송은 사용자 평면 데이터 전송으로 무선 프로토콜을 처리한다. 즉, RRC 시그널링 견고성은 상기의 레이어 1 및 레이어 2에 대해 설명된 바와 동일한 특성으로 설정될 수 있다. 또한, DC에서의 분리된 베어러의 경우에서의 PDCP 복제, 뿐만 아니라 CA에 대한 것도 RRC 시그널링(SRB)에 적용가능하다.
다음에서 볼 수 있는 바와 같이, SRB 시그널링 견고성 외에도, 노드 장애에 대한 복원력 및 무선 링크 장애(RRC)의 처리도 해결될 수 있다: RRC를 종료하는 네트워크 노드의 장애인 경우, UE는 연결을 잃게 된다. 또한, 현재의 릴리스 15 LTE 및 NR에서는 무선 링크 장애 처리가 대칭적으로 처리되지 않는다. 즉, 1차 셀에 관련된 장애의 경우, 무선 링크 장애(radio link failure, RLF)가 트리거되어 연결 인터럽트를 일으키고, 여기서 UE는 분리되고 연결될 새로운 노드를 검색한다. 그러나, 2차 셀 그룹(SCG)의 1차 셀에 관련된 장애의 경우에는 장애 표시만이 RRC에 송신되고, 연결은 계속된다. CA 복제의 경우 2차 셀 장애에 대해 유사한 과정이 또한 구현된다.
오늘날 RRC 다이버시티로 처리될 수 있는 장애는 두가지 경우가 있다 (릴리스 15). 특정하게, PDCP 복제를 포함하는 DC 설계의 경우, 2차 무선 링크 장애의 경우와 전체적인 SgNB 중단의 경우 모두에서 UE와의 연결이 유지될 수 있다. 그러나, 1차 셀 장애나 MgNB 장애의 경우에는 그 경우가 아니다. 릴리스 15에서의 이러한 장애의 경우는 도 94에서 설명된다.
그러므로, "진정한 RRC 다이버시티"를 가능하게 하기 위해서는 또 다른 개선사항이 고려될 필요가 있다. 즉, 노드 장애의 경우 RRC 컨텍스트를 또 다른 노드로 빠르게/선제적으로 핸드오버 또는 페일오버(failover)하고, 일반적으로 장애가 일어난 셀에 관계없이 무선 링크 장애를 대칭적으로 처리한다. RLF의 이러한 대칭적인 처리는 릴리스 16에서 NR WI DC 내에서 고려된다. 여기서 고려되는 접근법은 1차 셀과 관련된 장애가 발생될 때 장애 및 UE 인터럽트 데이터 및 제어 시그널링을 트리거하는 대신에, UE는 2차 셀을 통해 네트워크에 통보하고 네트워크에 의해 재구성될 때까지 2차 셀을 통해 데이터 및 제어의 통신을 계속하는 것이다.
그러나, 비용이 많이 드는 대안적인 방법은 동일한 산업용 디바이스에 대해 다수의 컴패니언(companion) UE가 사용되는 접근법이다. 이 경우에는 UE의 상위 레이어에서 복제 및 복제 제거가 일어나게 된다. 네트워크 측에서, UE는 (구성 옵션으로) 다른 eNB/gNB에 연결되므로, 링크 장애, UE 장애, 또는 노드 장애의 경우, 독립적인 컴패니언 UE를 통해 연결이 유지될 수 있다.
핸드오버 및 이동성 개선
RRC-연결 모드에서의 UE의 경우, 릴리스 15의 NR 이동성 메카니즘은 LTE 기준선을 따르고, 이는 도 95에서 설명된다. 소스 gNB는 (예를 들어, UE 측정 리포트를 기반으로) UE를 타켓 gNB로 핸드오버하도록 결정한다. 타켓 gNB가 UE를 승인하면, 핸드오버 승인 표시가 소스 gNB에 송신되고, 소스 gNB는 이에 따라 핸드오버 명령을 UE에 송신한다. 이어서, UE는 핸드오버 명령에 표시된 새로운 셀로 스위칭되고, 핸드오버 완료 표시를 타켓 gNB에 송신한다. 스위칭되는 동안, UE는 MAC를 재설정하고, RLC를 재설정하고, 필요한 경우 PDCP를 재설정하고 보안 키를 변경한다. 포함된 RACH 과정은 경합이 없도록, 즉 과정 동안 UE에 제공되는 RACH 프리-앰블이 사용되도록 구성될 수 있다.
핸드오버가 인터럽트 되지 않도록, 즉 0ms의 핸드오버 인터럽트 시간을 달성하기 위해, UE에 의한 스위칭 시간이 최소화되어야 한다. 이를 위해, LTE 릴리스 15에서는 (NR이 아니고) 이중 Tx-Rx UE가 0ms 핸드오버 인터럽트 시간을 보장하도록 향상된 브레이크 전 메이크(make-before-break) 솔루션을 실행할 수 있도록 합의하였다. 이 솔루션에서, UE는 타켓 eNB로부터 데이터를 수신/전송하기 시작할 때까지 소스 gNB에 대한 연결을 유지한다. UE에서 이중 프로토콜 스택이 처리되는 방법에 대한 상세한 내용은 UE 구현에 맡겨진다.
LTE 및 NR 모두의 릴리스 16에서, 일부 또 다른 이동성 개선이 예상된다. NR에서 핸드오버 인터럽트 시간을 줄이기 위해, 이중 Tx-Rx UE에 대해 논의 중인 몇가지 솔루션이 있다. 그중 하나는 LTE와 유사한 향상된 브레이크 전 메이크 접근법이다 (상기에 설명된). DC 설계에 의존하는 다른 접근법은 MN과 SN 사이의 역할 스위칭 동작을 고려하므로 0ms '핸드오버'를 가능하게 한다. 즉, 핸드오버를 진행하면서 노드 중 하나에 대한 연결을 항상 유지한다. UE가 이중 Tx-Rx 기능을 갖지 않는 시나리오의 경우, 개선된, 즉 개선된 TA 계산 접근법을 기반으로 더 신속한 RACH 없는 핸드오버, 또는 소스 노드에 대한 더 신속한 폴백 가능성과 같이 다른 접근법이 예상된다. 일반적인 핸드오버 견고성을 (URLLC 또는 안테나 도메인으로부터의 다양한 시나리오에 적용가능한) 개선하기 위해, 더 높은 네트워크 리소스 사용 오버헤드와 교환되는 핸드오버 장애/핑-퐁(ping-pong) 가능성을 줄이는 조건부 핸드오버 명령을 기반으로 하는 (특정한 네트워크 구성 조건이 만족될 때 핸드오버를 실행하는) 솔루션이 예상된다.
핸드오버로 인한 대기시간을 증가시키지 않고 UE에서 임의의 기능 개선사항을 요구하지 않고 이동성을 제공하는 한가지 방법은 소위 조합된 셀을 배치하는 것이다. 조합 셀(combined cell)은 에릭슨(Ericsson)사의 LTE 네트워크에서 상업적으로 이용가능한 특성이다. 조합 셀에서는 다수의 원격 라디오가 동일한 기저대 디지털 유닛에 연결되고, 동일한 셀에 서비스를 제공한다. 이는 다수의 섹터 캐리어가 동일한 셀에 속하도록 허용한다. 조합 셀은 셀의 커버리지를 확장시키는데 사용될 수 있고, 다음의 추가 이점을 제공한다:
* 다른 안테나 사이트로부터 오버랩되는 커버리지 영역을 가능하게 함으로서 커버리지 홀을 감소 또는 제거한다.
* UE에서 수신되는 신호 강도를 증가시킨다.
* 업링크 매크로-다이버시티를 제공한다.
* 조합 셀 내에서 셀-간 핸드오버에 대한 필요성을 제거한다.
URLLC는 상기에 열거된 모든 이점을 활용한다. 공장 현장에서는 예를 들어, 대형 금속 표면의 존재로 인하여 쉐도잉(shadowing)이 문제가 될 수 있다. 조합 셀은 안테나 사이트의 주의깊은 선택에 의해 이 문제를 줄이거나 제거하도록 도울 수 있다. UE에서 신호 강도를 증가시키는 것은 매크로 다이버시티 때문에 신뢰성을 증가시키는데 명확하게 유리하다. 핸드오버의 필요성을 방지하거나 줄이는 것도 또한 핸드오버가 일반적으로 대기시간을 상당히 증가시키기 때문에 이동하는 UE에 매우 유리하다. 또한, 조합 셀은 그렇지 않은 경우 (더 많은) 핸드오버를 요구하는 실내-실내 (예를 들면, 다층의 홀) 또는 실내-실외 사이의 전환 영역에서 연속적인 커버리지를 제공한다. 이는 예를 들어, 공장 현장이 확장될 때 네트워크의 커버리지 영역을 바람직하게 확장하는 확실한 메카니즘을 제공한다.
마지막으로, 조합 셀은 자체 이점을 제공하는 캐리어 집성과 함께 사용될 수 있다.
도표 21에서는 3GPP 릴리스 15 및 16에서의 URLLC 특성 도입이 요약된다. 표시된 것은 엄격한 URLLC 요구사항을 갖는 산업용 IoT 사용 사례를 지원하는데 필요한 특성을 나타내고, 일반적으로 표시된 것은 효율성 최적화 또는 스케쥴링 유연성을 위한 특성으로 고려된다.
릴리스 15는 LTE FDD 및 NR FDD와 TDD 모두가 1ms의 대기시간으로 99.999% 신뢰성의 IMT-2020 URLLC 요구사항을 실행할 수 있게 하는 코어 URLLC 특성을 설정한다. LTE의 경우, 산업용 IoT를 위한 기본적인 특성은 단기 TTI, HARQ 피드백 없는 자동 반복, UL 반-영구적 스케쥴링(semi-persistent scheduling, SPS), 신뢰할 수 있는 PDCCH, 제어-평면 신뢰성을 달성하기 위한 RRC 다이버시티, 뿐만 아니라 네트워크 내의 다수의 디바이스 사이에서 등시 동작을 허용하기 위한 고정밀 시간 동기화로 구성된다. 비록 LTE FDD가 IMT-2020 URLLC 요구사항을 달성하지만, LTE TDD는 TDD 구성의 제한으로 인해 그렇지 못하다. 데이터 전송을 위한 최저 일방향 사용자-평면 대기시간은 LTE TDD에서 4ms로 제한된다.
릴리스 15 NR은 LTE 보다 더 높은 효율성으로 IMT-2020 URLLC 요구사항을 충족시킨다. 한가지 주요 개선사항은 NR에서 사용되는 스케일 조정가능한 OFDM 수비학이고, 이는 단기 TTI와 조합되어 전송 시간을 상당히 단축시킨다. NR에서의 또 다른 주요 개선사항은 동적인 TDD 및 더 신속한 DL과 UL의 스위칭이다. NR TDD는 0.51ms 만큼 짧은 일방향 사용자-평면 대기시간을 달성할 수 있다.
산업용 IoT 지원의 진화는 NR 릴리스 16에서 계속된다. 한가지 주요 개선사항은 NR이 구현된 산업용 이더넷 프로토콜과 함께 작업가능하게 하는 TSN 통합이다. NR 릴리스 16은 또한 NR이 예를 들어, 0.5ms의 대기시간과 99.9999% 신뢰성과 같이, 더 엄격한 요구사항을 충족시킬 수 있도록 URLLC 개선사항을 도입하게 된다.
특성 릴리스 15 LTE 릴리스 15 NR 릴리스 16 NR (개념)
스케일 조정가능한 OFDM 수비학 15 kHz SCS만
14OS = 1 ms		 SCS = {15,30,60,120,240} kHz
14OS = {1,0.5,0.25,0.125,0.0625} ms 		릴리스 15와 동일
단기 TTI 단기 TTI = {2,3,7}
OS 		DL 단기 TTI = {2.4.7} OS
UL 단기 TTI = {1,2.3,...,13} 		미니-슬롯 반복, DMRS 오버헤드 감소와 같은 개선사항을 고려
저-대기시간 최적화 동적 TDD 포함안됨 포함 릴리스 15와 동일
자동 반복 최대 6회 반복 K 반복 (슬롯-경계 교차 없이) 슬롯-경계 교차를 허용한 K 반복 제안
UL 구성 그랜트 포함 (UL SPS) 포함 증진된 스케쥴링 유연성 제안
낮은 BLER 리포팅을 위해 강력한 MCS 테이블 & CQI 포함안됨 포함 릴리스 15와 동일
신뢰할 수 있는 PDCCH AL 8; SPDCCH 반복 포함 빔포밍, AL 16, 24-비트 CRC; 주파수 다이버시티 릴리스 15 + 작은 개선사항 (새로운 DCI 포맷 제안)
PDCCH 블라인드 디코딩의 수 1 ms에 대해 44 0.5 ms에 대해 TTI68 {2 또는 3}OS에 대해 TTI80 슬롯 당 {15,30,60,120} kHz SCS에 대해 {44,36,22,20} 반-슬롯 당 {15,30,60,120} kHz SCS에 대해 {44,36,22,20} 제안
PDCCH CCE의 수 슬롯 당 {15,30,60,120} kHz SCS에 대해 {56,56,48,32} 반-슬롯 당 {15,30,60,120} kHz SCS에 대해 {56,56,48,32}
단기 PUCCH 포함 포함 릴리스 15와 동일
더 빠른 UE 프로세싱 기능 포함안됨 포함 (UE 기능 2) UE 기능 3 제안
스케쥴링 유연성 경계를 넘어 허용되지 않는 슬롯에서 경계를 넘어 허용된 슬롯에서 제안
멀티플렉싱(LCH) 제한 예를 들어, 셀 또는 PUSCH 기간에 대한 링크 LCH 예를 들어, 셀 또는 PUSCH 기간에 대한 링크 LCH 동적 및 구성 그랜트에 대한 제한; 가능하게 신뢰성에 대해 더 계획
URLLC를 위한 SR 및 BSR 포함안됨 다수의 SR 구성 특정한 사소 개산사항 계획
PDCP 복제 DC 및 CA 모두 DC 및 CA 모두 효율성 개선사항; 2 이상의 카피 방향으로 확장
제어 평면 신뢰성 RRC 다이버시티 RRC 다이버시티 대칭적 RLF 처리
DL 선점 포함안됨 포함 릴리스 15와 동일
UL UE-내 멀티플렉싱 포함안됨 포함안됨 계획
UL UE-간 선점 포함안됨 포함안됨 계획
이더넷 운송 & 헤더 압축 포함안됨 운송을 위한 이더넷 PDU 세션 헤더 압축
고정밀 시간 동기화 0.25μs 단위의 시간 기준 포함안됨 0.25μs 단위의 시간 기준 및 다중-시간 도메인 지원 계획
이동성 브레이크 전 메이크 핸드오버, 이중 Tx/Rx UE 포함 포함안됨 제안
이동성 조건부 핸드오버 포함안됨 포함안됨 제안
도표 21 - 3GPP 릴리스 15 및 16에서의 URLLC 특성 도입
요약하면, NR은 낮은 대기시간을 달성하고 처음부터 높은 신뢰성을 보장한다는 명확한 목적으로 설계되었다. 릴리스 15에서 한 어레이의 레이어-1 및 레이어-2 특성은 URLLC가 다음을 가능하게 한다:
* 스케일 조정가능한 수비학 및 단기 TTI. 스케일 조정가능한 수비학으로, OFDM 심볼 및 슬롯 기간은 더 큰 서브캐리어 간격을 사용하여 감소될 수 있다. 전송 시간 간격은 미니-슬롯 스케쥴링을 사용함으로서 더 감소될 수 있고, 이는 2 OFDM 심볼 만큼 작은 시간 단위로 패킷이 전송되게 허용한다.
* 스케쥴링 디자인. NR은 빈번한 PDCCH 모니터링을 지원하고, 이는 DL 및 UL 데이터 모두에 대해 스케쥴링 기회를 증가시킨다. 이는 대기시간을 줄이는데 도움이 된다. UL의 경우, 구성 그랜트는 UE가 먼저 스케쥴링 요청을 송신하고 업링크 그랜트를 기다림으로서 생기는 지연을 제거하는데 사용될 수 있다. 혼합된 트래픽 시나리오에서, NR은 URLLC 트래픽이 우선순위화되도록 허용한다; 또한 스케쥴러가 URLLC UE에 서비스를 제공하기 위한 충분한 무선 리소스를 갖지 못한 경우, NR은 DL URLLC 트래픽에 서비스를 제공하는데 사용되도록 이미 할당된 eMBB 타입 리소스를 선점하는 메카니즘을 갖는다.
* 신속한 HARQ. DL 데이터 전송은 HARQ 승인에 의해 완료되므로, 신속한 HARQ 처리 시간은 낮은 대기시간을 달성하는데 필요하다. NR에서, 이는 보다 엄격한 UE 수신기 프로세싱 시간 요구사항을 (즉, UE 기능 2) 정의하고, 또한 단기 PUCCH의 사용을 통해 UE가 짧은 시간 간격에 HARQ 전송을 완료하는 것을 가능하게 함으로서 가능해진다. 신속한 HARQ 처리 시간은 짧은 대기시간에 기여할 뿐만 아니라, 주어진 대기시간 예산 내에서 더 많은 HARQ 재전송을 허용함으로서 데이터 전송의 스펙트럼 효율성 또는 신뢰성을 개선하는데 사용될 수 있다. 또한, HARQ 없는 반복은 (송신자가 HARQ 피드백을 기대하기 전에 K 반복을 전송) 또한 HARQ 처리 시간에 의해 도입되는 지연 없이 신뢰성을 개선시키도록 NR에서 채택된다.
* 저-대기시간 최적화 동적 TDD. NR은 DL 및 UL 지정 스위칭을 심볼 레벨에서 허용하는 매우 유연한 TDD 구성을 지원한다.
* 강력한 MCS. 신뢰성은 더 낮은 BLER 타켓에 대해 더 낮은 MCS 및 CQI를 포함함으로서 향상된다.
부가하여, RAN 설계 옵션은 앞서 언급된 특성을 넘어서, 즉 다중 gNB를 통해 또한/또는 다중 캐리어를 통해 데이터를 복제함으로서 신뢰성을 향상시키는데 이용가능하다.
따라서, 릴리스 15 NR은 URLLC 서비스를 지원하기 위한 견고한 기초를 마련한다. 이는 릴리스 15 NR이 1ms 대기시간으로 99.999% 신뢰성의 IMT-2020 URLLC 요구사항을 완전히 충족시킨다는 3GPP IMT-2020 자체-평가에서 검증되었다.
릴리스 15에서의 견고한 URLLC 기초를 기반으로, 산업용 IoT는 이제 릴리스 16에서 중점을 두고 있다. 우선순위화된 사용 사례는 공장 자동화, 전력 분배, 및 운송을 포함한다. 이러한 우선순위화된 사용 사례의 요구사항은 변하지만, 가장 중요하게 요구되는 사용 사례는 0.5ms 만큼 작은 대기시간으로 99.9999% 신뢰성을 요구한다. 또한, NR 산업용 IoT의 주요 측면은 NR이 구축된 산업용 이더넷 프로토콜과 함께 작업할 수 있게 하는 것이다. TSN이 산업용 이더넷 프로토콜의 기초로 부상됨에 따라, 릴리스 16의 주력 특성은 "NR과 TSN의 통합"이다.
* NR 릴리스 16은 UE 측에 있는 TSN 디바이스를 무선으로 네트워크 측에 있는 TSN 작업 시간 도메인과 동기화시키기 위해, UE에 대한 정확한 시간 기준 프로비져닝을 지원하게 된다.
* 구성 그랜트 스케쥴링 및 UE 멀티플렉싱과 선점은 혼합된 TSN 트래픽 시나리오에 보다 효율적으로 대처하기 위해 향상되도록 제안된다.
* PDCP 복제는 신뢰성 프로비져닝을 보다 효과적으로 처리하도록 설계된다.
* 이더넷 헤더 압축은 RAN에서의 오버헤드 감소를 위해 연구 중이다.
* 레이어-1 URLLC 개선사항은 대기시간을 더 줄이고, 신뢰성 및 스펙트럼 효율성을 개선하고, 또한 다른 서비스 타입으로부터의 업링크 제어 및 데이터 멀티플렉싱의 처리를 개선하도록 (예를 들면, eMBB로부터의 데이터와 멀티플렉싱된 URLLC에 대한 제어 등) 릴리스 16에서 고려되고 있다.
TSN 통합과 추가 URLLC 개선사항으로, NR 릴리스 16은 스마트 무선 제조를 가능하게 하고 산업 디지털화 및 변환의 새로운 시대를 여는데 큰 진전을 이루게 될 것이다.
TSN 및 5G와 함께 산업 통신 기술 및 프로토콜
TSN 및 5G가 미래의 공장과 다른 산업 사용 사례를 위한 기본적인 연결 기술이 될 것이라는 것은 널리 받아들여지고 있다. 그럼에도 불구하고, 대부분의 산업 관계자는 초기 개발 환경에서 산업용 IoT 스토리를 처음부터 시작하지 않는다. 오히려, 많은 산업 프로세스는 이미 자체 산업에서 정의된 연결 메카니즘을 사용하여 연결된 디바이스를 이미 포함하고 있다. 이러한 배치는 일반적으로 브라운필드(brownfiled)라 칭하여진다. 대부분의 브라운필드 배치는 (94%) 유선이지만, 특히 데이터 수집을 위한 많은 무선 솔루션도 존재한다. 업계는 보수적이고 이미 이루어진 투자는 방어된다. 따라서, 상당한 부가 가치가 나타나지 않는 한, 산업 현장의 기존 인프라구조에 대한 보완 솔루션으로 새로운 기술이 도입되는데는 여러번의 시도가 필요하다.
산업용 IoT를 위한 프로토콜 스택은 다른 프로토콜 레이어의 선택에 따라 매우 다르게 보일 수 있다. 도 96은 오픈 시스템 상호연결(Open Systems Interconnect, OSI) 프로토콜 스택 레이어에 맵핑된 다른 레이어에 대한 일부 가능한 프로토콜 대안을 도시한다.
완전한 그림을 얻기 위해, 이 장에서는 오늘날 사용되는 유선 및 무선 모두의 통신 기술이 소개된다. 브라운필드 배치에 4G 및 5G를 사용하는 것에 관련하여, 두가지 측면이 중요하게 다루어진다:
* 레거시 유선 기술과의 연동 (예를 들면, Profinet과 같은)
* 다른 무선 기술과의 경쟁 (임의의 IEEE 802.11 기술과 같은)
또한, OPC-UA 및 SECS/GEM은 오늘날 공장 자동화에서 사용되는 두가지 통신 프로토콜로 소개되고, 이는 미래에 주요 역할을 할 것으로 가정된다.
물리적 및 매체 액세스 레이어에 관련하여, 산업용 사용에 전용된 많은 유선 통신 기술이 과거에 개발되었다. 초기에는 Fieldbus 기술이 예를 들어, IEC 61158에서 표준화된 것으로 사용되었다. 오늘날 산업용 이더넷 솔루션으로의 전환이 이루어졌고 Profinet이 그 한 예이다. 이러한 기술의 주요 특성은 1ms 이하의 엄격한 시간 제한 하에서 데이터를 전달하도록 설계된다는 것이다. Fieldbus 및 일부 산업용 이더넷 변형의 단점은 일반적으로 서로 호환되지 않고 표준적인 사무용-이더넷 장비 이상으로 이러한 기술을 실행하기 위해서는 특수한 하드웨어가 필요하다는 것이다. 시간에 민감한 네트워크(TSN)는 IEEE 표준의 세트이고, 표준화된 이더넷 (IEEE 802.3) 위에 신뢰성 및 결정적인 낮은 대기시간 기능을 부가한다. 그 목적은 분열된 유선통신 기술의 산업용 시장에 공통적인 표준을 구축한다는 것이다. 현재 많은 산업장비 공급업체가 그들의 포트폴리오를 위해 TNS으로 이동하기 시작했거나 적어도 표시하고 있다.
산업용 이더넷은 이더넷이 다른 도메인에서 주요 통신 표준이 되었기 때문에 상당히 대중화되어 레거시 필드버스 기술에 비해 시장 점유율을 높이고 있다. 한가지 이유는 저렴하고 부품이나 케이블 등이 일반적이기 때문이다. 다른 산업용 이더넷 기술은 호환가능하지 않고 특수한 게이트웨이 또는 유사한 추가 장비를 사용하지 않고 연동을 허용하지 않는다는 것은 이미 기술되었다. 이는 산업 사용 사례에 대한 요구사항을 충족시키기 위해 다른 개념을 사용했기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 산업용 이더넷에는 몇가지 공통적인 사실이 있다:
* 산업용 이더넷은 거의 항상 '스위칭되는 이더넷'이다.
* 100 Mbit/s 및 완전-듀플렉스 링크(full-duplex link)
* 다른 토폴로지가 가능하지만 (선형, 별형, 고리형 등) 기술에 의해 엄격하게 정의될 수 있다.
* 중복 방법 (예를 들면, 병렬 중복 프로토콜(Parallel Redundancy Protocol, PRP))
* 마스터/제어기-슬레이브 설계
* 통신 에러를 검출하는 기능 (패킷 손실에 대한 카운터 및 타이머와 같은)
도 97은 산업용 이더넷의 개념 및 표준 이더넷에 구축되는 방법을 도시한다. 레이어 2에서, 일부 산업용 이더넷 기술은 네트워크에서 결정적인 대기시간을 달성하기 위해 시간 스케쥴링된 전송을 (Profinet RT와 같은) 기반으로 한다. 네트워크 싸이클 시간은 기술을 홍보하고 비교하는데 널리 사용되는 메트릭이다 - 지원되는 네트워크 싸이클 시간이 낮을수록, 더 좋다. 일반적으로, 네트워크 싸이클 시간은 지원되는 최소 애플리케이션 싸이클 시간이 된다 (즉, 애플리케이션이 매 네트워크 싸이클에 특정한 메시지를 전송한다). 매우 도전적인 사용 사례는 예를 들어, 모션 제어에 충분한 정확도를 달성하기 위해, 50 마이크로세컨드 미만의 놀랍게 작은 애플리케이션 싸이클 시간을 요구한다. 예를 들어, EtherCat은 매우 낮은 네트워크 싸이클 시간을 달성하기 위해 새로운 이더넷 레이어 2를 정의한다.
도 97에서 볼 수 있는 바와 같이, Profinet은 다양한 특징을 갖는다:
* Profinet CBA(component based automation, 구성성분 기반의 자동화) - 덜 엄격한 전송 특징과 요구사항을 갖는 프로세스 자동화를 위해서만
* Profinet-IO RT (실시간)
* Profinet-IO IRT (등시적 실시간) - 이 변형은 31.25 마이크로세컨드 아래의 애플리케이션 싸이클 시간을 지원한다 (31.25 마이크로세컨드의 네트워크 싸이클 시간을 사용함으로서).
도 98은 Profinet에서의 시간 스케쥴링된 전송의 한 예를 도시한다 - 도면은 주기적으로 반복되는 하나의 네트워크 싸이클을 도시한다. 여기서, 네트워크 액세스 시간은 엄격한 QoS 및 비-RT 페이즈를 모두 제공하도록 순환적 IRT 페이즈와 순환적 RT 페이즈 사이에서 공유되고, 이는 QoS에 대한 보장이 없는 최선의 노력 단계와 동일하다. Profinet은 IEEE1588과 같은 시간 동기화 프로토콜을 사용하여 모든 노드 사이에 공통된 시간 개념을 설정한다. 매우 엄격한 애플리케이션에 대해서는 RT 또는 비-RT 페이즈가 포함되지 않을 수 있다. IRT 통신은 언제나 UDP/TCP/IP를 사용하지 않는 순수한 레이어 2 통신이다. 도 99에서는 Profinet IRT이 설명된다.
Profinet 경우의 (또한, 다른 기술에 대한 것도) 네트워크 관리는 수동으로 사전 구성되고 일반적으로 디바이스가 즉시 추가될 수 없다 - 그래서, 플러그 앤 플레이(plug-and-play)가 대부분 가능하지 않지만, 대신에 업계에서 고충이 되는 이러한 네트워크를 설정하는데 필요한 몇가지 전문 지식이 있다.
산업용 이더넷 장비는 표준적인 이더넷과 다르다:
* 특정한 스위치 - 견고하고, QoS 최적화되고, 고가용성인 구현
* 대부분의 기술이 특정한 ASIC을 요구하고, 일부는 소프트웨어를 기반으로 하고, 일부 공급업자는 다중-기술 ASIC도 판매한다 (예를 들면, HMS, Hilshcer, AD).
* 일반적으로 PLC가 다수의 기술을 지원하기 위해 다른 통신 모듈을 제공한다.
* 디바이스는 (센서에서 로봇까지) 일반적으로 제한된 세트의 기술 인터페이스만을 제공한다.
산업용 이더넷 기술 중 일부는 아마도 사라지고 조만간 TSN 제품으로 대체될 것이다. 그럼에도 불구하고, 산업에서 제품 수명 싸이클은 매우 길다. TSN은 또한 기존 산업용 이더넷 기술에서 사용되는 많은 특성을 채택한다. 또한, Profinet 및 EtherCat을 지원하는 조직은 이미 TSN과 함께 동작하는 벙법을 설명하는 백서를 발행하였다. 그들은 TSN을 Profinet 및 다른 기술이 공존할 수 있는 공통 인프라구조로 본다.
오늘날 산업용 이더넷이 배치되는 방법은 아일랜드(island)와 유사하다. 높은 QoS는 이러한 아일랜드 내에서만 보장될 수 있다. 하나의 아일랜드는 하나의 통신 기술, 예를 들어 Profinet을 사용하여 배치된다. 일반적으로, 프로그램가능한 로직 제어기(PLC)는 아일랜드의 마스터로 사용된다 (예를 들면, Profinet 마스터). 아일랜드는 일반적으로 동일한 작업 현장에만 있는 몇개의 디바이스로 구성된다. 예를 들어, Profinet 및 셀룰러의 연동은 특히 이들 디바이스 중 하나가 (예를 들면, PLC) 가상화된 경우 (중앙 링크) 또는 한 디바이스 (디바이스-대-아일랜드) 또는 게이트웨이를 사용하는 디바이스 그룹이 (아일랜드-간 링크) 현장에서 아일랜드로부터 분리된 경우에만 관련된다. 예를 들어, LTE와 Profinet의 연동은 일부 연구 개념의 증가 학습에서 이미 도시되었다 - LTE 네트워크의 구성에 따라, 애플리케이션 싸이클 시간이 특정한 제한 (예를 들면, 한 예로 32ms) 이상인 경우 가능하다.
대기시간 및 패킷 에러 비율(PER)과 관련하여 셀룰러 네트워크에 대한 요구사항은 예를 들어, Profinet과 같은 통신 기술에 의해 설정되지 않지만, 그를 사용한 애플리케이션 또는 각각 사용되는 애플리케이션 싸이클 시간에 의해 설정된다. 일반적으로, 지원되는 최저 네트워크 싸이클 시간은 산업용 통신 기술에 대한 KPI가 된다. 비록 Profinet IRT가 31.25 μsec 아래의 네트워크 싸이클 시간을 지원하지만, 이는 또한 훨씬 더 낮은 요구사항을 갖는 애플리케이션에 (즉, 이것 보다 훨씬 더 높은 애플리케이션 싸이클 시간) 사용되고 있다. Profinet IRT는 4ms 까지의 애플리케이션 싸이클 시간에 사용될 수 있다. Profinet의 경우, 더 높은 네트워크 싸이클 시간만을 지원하는 RT 버전은 적어도 산업 파트너와의 임의의 시험에서 항상 사용되었다.
다른 무선 솔루션도 5G와 동시에 이 분야에 진입하도록 시도하고 있다. 한가지 흥미로운 기술은 MulteFire로, 산업 연결을 위해 많이 판매되고 있다. 기술로서의 MulteFire는 LTE와 매우 유사하지만, 비면허 스펙트럼에서만 실행되므로 시스템 내에서의 스케쥴링 및 이동성의 이점이 있다. 디바이스 가용성은 현 시점에서 MulteFire에 대해 문제가 된다. WiMAX는 산업에서 무선 기술로 일부 사용되지만, 낮은 규모의 경제로 인해 어려움을 겪고 있다.
산업 등급 Wi-Fi는 산업용 디바이스를 연결하는데 작은 영역을 차지하고 있다. 신뢰성 및 대기시간 문제는 구현을 통해 해결된다. 글로벌 인증이 존재하지 않지만, 솔루션은 공급업체 별로 특정되고 상호운영되지 않는다. 보다 일반적으로, 정규적인 Wi-Fi는 직원이 랩탑, 테블릿, 및 모바일폰에서 인터넷에 액세스할 수 있도록 산업 공간에 배치된다. 이러한 연결성은 작업 현장 직원에게 가치있고 중요하다.
도 100은 증가되는 신뢰성 요구 및 증가하는 종단간(end to end, E2E) 대기시간 요구에 관련하여 Wi-Fi, MulteFire, LTE, 및 5G NR 사이의 추정된 차이점을 도시한다. 예시적인 사용 사례는 각각에 대해 대략적으로 충족될 필요가 있는 요구사항이 무슨 종류인가를 보여주기 위해 그림에 배치된다.
무선 센서 네트워크는 센서 데이터를 수집하고 기계를 모니터링하는데 사용된다. 산업용 블루투스 구현이 공급업체 특정 솔루션으로 존재한다. 일반적으로, 블루투스는 작업자가 근접한 거리에 있을 때 기계로부터의 판독을 획득하기 위한 연결로 사용된다. 지속적인 연결을 위한 게이트웨이를 배치하는데 관심이 증가되고 있다. 또한, IEEE802.15.4 프로토콜의 많은 다른 변형이 산업용으로 존재한다. 가장 잘 공지된 것은 WirelessHART 및 ISA100.11a이고, 이들은 업계 관계자에 의해 정의되고 인증된다. 6TiSCH는 IEEE802.15.4 무선 인터페이스에 결정성 및 신뢰성을 제공하기 위해 IETF에 의해 표준화되고 있다.
IO-Link 무선 표준은 10-9의 PER를 달성하고 5ms 아래의 싸이클 시간을 지원할 수 있으므로 관심을 받을 수 있다. 그러나, 제한된 스케일 조정성을 가지므로 통신 범위에서 제한된다.
MulteFire는 비면허 스펙트럼에서 완전히 운영되는 LTE 기반의 기술이다. MulteFire의 주요 목적은 비면허 스펙트럼에서 Wi-Fi와 같은 손쉬운 배치로 LTE와 같은 성능을 제공하는 것이다. eLAA와 비교해, MulteFire RAN은 독립적인 운영을 갖도록 설계되었다. 특히, MulteFire는 모든 제어 시그널링 및 데이터 시그널링을 비면허 스펙트럼에서 실행한다. 오늘날 MulteFire는 또한 모바일 브로드밴드로부터 기계형 통신까지 넓은 범위의 애플리케이션을 지원하기 위한 무선 액세스 기술(Radio Access Technology, RAT)로 eMTC-U 및 NB-IoT-U를 포함한다.
MulteFire(MF)는 3GPP 릴리스 13 및 14 LAA를 기반으로 하는 캐리어 선택, 불연속 전송, 및 대화하기 전 청취(listen before talk, LBT)의 원리를 사용한다. MulteFire는 5.0GHz 글로벌 스펙트럼을 타켓화하고 일부가 부가된 릴리스-13 LBT 과정을 사용한다. LTE 프로토콜 스택과 비교해, MF는 UL, DL 물리적 레이어, DRS 전송, SIB-MF 브로드캐스트와 그 컨텐츠, RACH 과정에서 유일하고 추가적인 S1, X2 정보 시그널링을 갖는다.
MulteFire 1.0은 그랜트 업링크 액세스, 광대역 커버리지 확장(Wideband Coverage Extension, WCE), 자율적 이동성(Autonomous Mobility, AUM), sXGP 1.9GHz 지원, eMTC-U 및 NB-IoT 기능과 같은 추가 특성으로 더 확장되었다. 이러한 특성은 더 많은 산업적 배치를 타켓으로 하고 기계형 통신을 지원한다.
그랜트 업링크 액세스는 UL 제어 시그널링 오버헤드를 감소시키고, 이는 낮은 로드 시나리오에서 매우 잘 동작한다. 이 특성은 3GPP 릴리스 15에 정의된 바와 같은 3GPP 특성 자율 UL을 기반으로 한다. WCE 특성은 레거시 MF MBB 운영과 비교해 8dB까지 커버리지를 증가시키는 것을 목적으로 한다. 허가된 스펙트럼과 비교해, LBT 및 거의 없는 RRM과 RLF에 대한 측정은 이동성을 매우 까다롭게 만든다. 이를 해결하기 위해, MF는 빠르게 변하는 채널 품질 및 핸드오버를 다루기 위해 AUM을 지정하였고, 여기서 UE 및 잠재적인 eNB는 핸드오버 관련 매개변수로 미리 구성될 수 있다. 특히, UE는 8개까지의 AUM 셀에 대한 AUM 관련 이동성 보조 정보로 구성될 수 있다. 이러한 셀은 기본적으로 잠재적인 UE 컨텍스트로 준비된 잠재적인 후보 타켓 셀이 된다. UE에 공유되는 매개변수는 후보 타켓 셀의 물리적 셀 ID(PCI) 및 주파수를 포함한다.
대규모 IoT 사용 사례를 지원하기 위해, MF는 2.4GHz 주파수 대역에 적용된 1.4MHz 캐리어 대역폭을 기반으로 하는 3GPP Rel-13 eMTC 기술을 채택하였다. 그러나, 2.4GHz 주파수 대역에서는 규정이 USA, 유럽, 일본, 및 중국에 유일하다. 그 중에, 유럽의 ETSI는 엄격한 규칙을 갖고 규정을 준주하기 위해 주파수 호핑 메카니즘이 적용되었다. eMTC와 유사한 성능을 가능하게 하기 위해, 두개의 고정된 시간-주기를 갖는 새로운 시간-주파수 프레임 구조가 정의되고, 여기서 첫번째 시간-주기는 앵커 채널이고 두번째는 데이터 채널 드웰(dwell)이다. 데이터 채널은 일반적으로 LBT에 의해 선행되는 UL/DL 전송을 포함하고, 이는 항상 DL 전송으로 시작된다. 앵커 채널은 항상 동일한 채널에서 유지되고, eNB가 전송할 앵커 채널 중 하나를 선택할 수 있는 여러 앵커 채널이 정의된다. 데이터 채널은 주파수 홉핑을 사용하여 전송을 유지하고, 82.5MHz를 56개 채널로 분할하여 홉핑 채널 사이에 1.4GHz의 간격을 두고 수행된다. 비면허 대역에서 Rel-13 NB-IoT 지원을 더 확장하기 위해 사양이 현재 마무리되고 있다.
일반적으로 Wi-Fi라 칭하여지는 IEEE 802.11 기술 패밀리는 가정에서 무선 인터넷 액세스를 제공하는 인기있는 기술이다. 이전 섹션에 열거된 산업 등급 Wi-Fi 솔루션은 일반적으로 IEEE 802.11 Wi-Fi에 대한 수정이다. 산업 등급 Wi-Fi는 일반적으로, 주로 MAC 레이어가 제거된, IEEE 802.11 Wi-Fi 인증 칩셋을 기반으로 한다. 특히, Wi-Fi에서의 LBT 메카니즘은 스펙트럼 규제에 필요하지만 때로 제거된다. 각 산업 등급 Wi-Fi-가 서로 독립적으로 개발되므로, 산업 등급 Wi-Fi의 문제점은 상호운영성이다. 대조적으로, IEEE 802.11는 이미 공지된 표준이고, 다른 공급업체로부터의 제품이 서로 잘 동작할 것으로 예상할 수 있다. 이 섹션에서는 몇가지 메카니즘이 간략하게 고려된다: 채널 액세스 (대기시간에 크게 영향을 주는), 서비스 품질 (우선순위에 영향을 주는), 또한 링크 적응 (스펙트럼 효율성).
Wi-Fi의 채널 액세스를 이해하기 위해서는 비면허 대역에서 디자인 원리 중 일부에 대한 배경을 이해하여야 한다. 비면허 대역에서는 허가된 대역과 반대로, 물리적 제어 엔터티가 일반적으로 없다. 스펙트럼 규칙의 세트가 있지만, 이 규칙을 준수하는 사람은 무선 매체를 액세스하는데 동일한 권리와 우순순위를 갖는다. 그러므로, 비면허 대역에서의 주요 디자인 원리는 조정되지 않은 경쟁-기반의 채널 액세스이다. 이는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, 충돌 방지 기능을 갖는 캐리어 감지 다중 액세스)라 칭하여진다. 기본적인 개념은 각 채널 액세스와 연관된 랜덤수가 있다는 것이고, 랜덤수는 백오프 시간(backoff time)을 결정한다. 실패한 각 채널 액세스에 대해, 이 랜덤수는 더 커진다. 이 채널 액세스의 결과는 왕복 대기시간이 랜덤 요소를 포함한다는 것이다. 무선 매체를 넓은 범위까지 사용하지 않는 경우, 대기시간은 매우 낮아지지만, 무선 매체가 많이 점유된 경우, 대기시간도 매우 커질 수 있다. 산업 시나리오에서는 대기시간에서의 이러한 불확실성이 관심이 된다. 도 101에서는 전형적인 채널 액세스 및 데이터 전송이 도시된다. Wi-Fi에서의 채널 액세스는 보장된 대기시간이 가능하지 않은 주요 원인이 되고, 이는 규정을 준수하는데 필요한 특성이다. 셀룰러 기술의 강점은 스펙트럼 전용으로 설계된다는 것이고, 이는 보장된 대기시간이 얻어질 수 있음을 의미한다.
랜덤 백오프에 부가하여, Wi-Fi에는 프레임간 간격 시간(interframe spacing time, IFS)이 있다. 3가지 주요 프레임간 간격 시간이 있다: 단기 IFS(short IFS, SIFS), PCF(Point Coordination Function, 포인트 좌표 기능) IFS(PIFS), DCF(Distributed Coordination Function, 분산 좌표 기능) IFS(DIFS). 요약하면, IFS < PCF < DIFS이고, 여기서 IFS는 스펙트럼 응답 프레임, 즉 ACK를 위해 사용된다. PCF는 특정한 우선순위 프레임을 위해 사용되고, DIFS는 표준적인 프레임을 위해 사용된다.
Wi-Fi는 증진된 분산 채널 액세스(Enhanced Distributed Channel Access, EDCA)라 칭하여지는 서비스의 품질(QoS) 메카니즘을 갖는다. EDCA는 주로 채널 액세스를 실행할 때 랜덤 백오프 시간을 조정하는 것을 기반으로 하지만, 중재 IFS(arbitration IFS, AIFS)라 칭하여지는 새로운 IFS를 도입한다. 더 높은 우선순위는 감소된 백오프 시간으로 인하여 평균적으로 우선순위 액세스를 갖는다. 그러나, 각 채널 액세스에는 여전히 랜덤성이 있어서 보장될 수 없음을 주목한다. EDCA에는 4개의 우선순위 클랙스가 도입된다: 음성, 비디오, 최선의 노력, 및 배경. 다른 우선순위 클랙스가 채널 액세스를 획득할 수 있는 방법에 대한 설명은 도 102에 도시된다. 각 우선순위 클래스는 개별적인 IFS를 갖고 랜덤 백오프가 다름을 주목한다.
Wi-Fi에서의 링크 적응은 전체 데이터 재전송을 기반으로 한다. 패킷이 디코딩되지 못한 경우, 패킷은 다시 송신된다 (가능하게 또 다른 코딩 및 변조와 함께). Wi-Fi에서의 데이터 패킷은 자체 제한되고, 패킷이 실패하는 경우 모든 정보가 폐기됨을 주목한다. 이는 초기 전송 동안 수신된 소프트 정보가 재전송 동안 수신된 소프트 정보와 조합되는 LTE 또는 NR과 비교해 주요 단점이 된다. 재전송이 이전 코딩 비트의 반복인가 (체이스 조합(Chase combinig)이라 칭하여지는) 또는 추가 패리티 비트가 전송되는가 (증분 중복(incremental redundancy)이라 칭하여지는) 여부에 따라, 소프트 조합에 의한 이득은 3 - 6dB 정도이다.
선택된 코딩 및 변조는 일반적으로 민스트럴 알고리즘(Minstrel algorithm)에 의해 선택된다. 민스트럴 알고리즘은 다른 코딩 및 변조로 송신된 패킷에 대한 시도 및 에러 통계를 유지함으로서 작동되고 처리량을 최대화하도록 시도한다. 그 알고리즘은 간섭이 거의 없는 정적인 환경에서 잘 작동되지만, 채널 특징이 빠르게 변할 때는 어려움을 겪는다. 그 결과로 민스트럴이 일반적으로 도 103에 도시된 바와 같이, 개선된 채널을 채택하는데 느린 것으로 나타나고, 도면은 단일-링크 무선 시뮬레이터에서 민스트럴 알고리즘의 시뮬레이션을 설명한다.
IP/이더넷 레이어 위의 산업 서비스는 당면한 작업을 수행하는데 다양한 프로토콜을 사용한다. 기준은 제한 애플리케이션 프로토콜(Constraint Application Protocol, CoAP), 하이퍼텍스트 전달 프로토콜(Hypertext Transfer Protocol, HTTP) 및 HTTP/2, 메시지 대기열 원격측정 전송(Message Queue Telemetry Transport, MQTT), 오픈 연결성 기본(Open Connectivity Foundation, OCF), 실시간 시스템을 위한 데이터 분산 서비스(Data Distribution Service, DDS) 등과 같은 프로토콜을 도입한다. 다음에는 산업 영역에서 주요 프로토콜 중 하나인 OPC UA에 대한 간략한 소개가 주어진다. 마지막으로, 반도체 산업에서 사용되는 SECS/GEM에 대해 간략히 살펴본다.
상기에 소개된 바와 같이, 일반적으로 레거시 산업 통신 기술 사이에는 연동이 가능하지 않다. 그 결과로, 최종 고객과 디바이스 제조업체는 생산, 실행, 진단, 유지보수, 및 재고를 유지할 필요가 있는 다양한 기술에 직면하게 된다. 제품과 서비스의 가용성은 대체로 만족스럽지만, 다수의 솔루션을 처리하면 엄청난 비용이 발생되고 IoT 기능이 제한된다. OPC-UA(Open Platform Communication-Unified Architecture, 오픈 플랫폼 통신-통합 설계)가 이러한 문제점을 해결하도록 시도한다. 이는 원래의 OPC, "OPC 클래식(OPC Classic)" 보다 더 나은 보안성 및 더 완전한 정보 모델을 제공하여야 한다. OPC 클래식은 (주로) 마이크로소프트사에서 자동화를 위해 잘 구축된 프로토콜이다. OPC-UA는 기업-타입의 시스템과 제어 종류 사이에 데이터를 이동시키고, 실제 데이터와 상호동작하는 디바이스 및 센서를 모니터링하기 위해 매우 유연하고 적응가능한 메카니즘이라고 언급된다. OPC-UA는 독립적인 플랫폼이고 다수의 공급업체로부터의 디바이스 사이에 원활한 정보 흐름을 보장한다. OPC 기본(OPC Foundation)은 이 표준에 대한 개발 및 유지보수를 담당한다. 도 104는 OPC-UA 프로토콜 스택을 설명한다.
TSN에서의 사용을 위해, OPC-UA 표준은 보다 결정적이고 특정한 TSN 특성을 지원하도록 적응된다. 도 105는 TSN을 통해 OPC-UA의 사용을 설명한다. 일반적으로, TSN 네트워크 인프라구조는 각 타입의 개별 속성을 유지하면서, 하드 실시간에서 최선의 노력까지, 모든 타입의 산업 트래픽을 동시에 운반할 수 있다. OPC-UA TSN 취지는 게시자-가입자 통신 모델을 사용하고 TCP/UDP/IP 없는 OPC-UA를 사용하는 것이다.
OPC-UA는 또한 TSN에서 구성-프로토콜로 사용된다고 가정한다.
OPC-UA 및 TSN의 시간선에 관련하여: Q4 2018에는 대부분의 산업 자동화 공급업체가 (Siemens, Bosch, Cisco, ABB, Rockwell, B&R, TTTEch 등을 포함하여) '필드 레벨 아래의 TSN을 포함한 OPC UA' 취지를 지원하고 있다는 발표가 있었다. 작업은 산업 자동화를 위한 TSN의 공통 프로토콜을 정의한 IEC/IEEE 60802에서의 작업과 밀접하게 정렬될 것이라고 언급된다. 현재 OPC-UA 및 TSN을 설명하는 일부 최종 문서를 게시하는 것과 아마도 동일한 날짜인 2021년 중에 60802에서의 작업을 완료할 것으로 계획되어 있다.
SEMI(앞서 국제적 반도체 장비 및 재료(Semiconductor Equipment and Materials International)라 공지된) 표준은 차례로 장비가 데이터 통신을 호스팅하기 위한 프로토콜 인터페이스를 제공하는 SEMI 장비 통신 표준/일반 장비 모델(SEMI Equipment Communications Standard / Generic Equipment Model, SECS/GEM)을 정의한다. SEMI의 목적은 반도체 제조 공장, 즉 팹(fab)에서 전자제품 생산을 위한 제조 공급 체인에 서비스를 공급하는 것이다.
SECS/GEM은 반도체 산업에서 사용되는 OPC UA의 대안이다. 사양은 장비가 공장에서 호스트와 통신하는 방법을 정의하였다.
산업용 IoT에 대한 특정한 애플리케이션
다음에는 산업용 IoT 컨텍스트에서 상기에 설명된 기술의 여러 애플리케이션에 대해 상세히 논의된다. 당연히, 이들 애플리케이션은 이 컨텍스에 제한되지 않는 것으로 이해하게 된다. 리소스를 스케쥴링하고, 5G 네트워크에서 시간에 민감한 데이터 스트림을 처리하고, TSN에 대한 시스템 지원을 검출하고, 다른 네트워크로부터의 다른 타이밍을 처리하고, 또한 데이터를 압축 및 압축해제하는 기술을 포함하여, 여러 다른 애플리케이션이 설명된다. 또한, 이들 기술의 몇가지 조합이 설명된다. 그러나, 이들 기술 중 임의의 기술은 임의의 다른 기술, 뿐만 아니라 상기에 설명된 다른 기술 중 하나 이상과 조합되어 요인 또는 다른 산업 셋팅의 특별한 요구사항을 해결하게 되는 것으로 이해하여야 한다.
RAN에서의 리소스 스케쥴링
상기에 논의된 바와 같이, 5G는 롱 텀 에볼루션(Long-Term Evolution, LTE) 및/또는 뉴 라디오(New Radio, NR) 기술을 사용한 무선 통신을 기반으로 하고, TSN은 "최선형" 서비스 품질(QoS)을 위해 설계된 유선 통신 표준인 IEEE 802.3 이더넷 표준을 기반으로 한다. TSN은 시간 동기화, 보장된 낮은 대기시간 전송, 및 개선된 신뢰성을 포함하여, 레거시 이더넷 성능을 보다 결정적으로 만들도록 의도된 특성의 수집을 설명한다. 오늘날 이용가능한 TSN 특성은 다음의 카테고리로 (연관된 IEEE 사양과 아래 도시된) 그룹화될 수 있다:
* 시간 동기화 (예를 들면, IEEE 802.1AS);
* 한정된 낮은 대기시간 (예를 들면, IEEE 802.1Qav, IEEE 802.1Qbu, IEEE 802.1Qbv, IEEE 802.1Qch, IEEE 802.1Qcr);
* 초-신뢰성 (예를 들면, IEEE 802.1CB, IEEE 802.1Qca, IEEE 802.1Qci);
* 네트워크 구성 및 관리 (예를 들면, IEEE 802.1Qat, IEEE 802.1Qcc, IEEE 802.1Qcp, IEEE 802.1CS).
TSN 네트워크의 구성 및 관리는 도 106, 도 107, 및 도 108에 설명된 바와 같이, 다른 방법으로 구현될 수 있다. 보다 특정하게, 도 106 내지 도 108은 IEEE Std. 802.1Qbv-2015에 지정된 바와 같은, 분산, 중앙집중식, 및 완전 중앙집중식의 시간에 민감한 네트워크(TSN) 구성 모델을 각각 설명하는 블록도이다. TSN 네트워크 내에서, 통신 엔드포인트는 "화자(Talker)"와 "청취자(Listener)"라 칭하여진다. 화자와 청취자 사이의 모든 스위치 및/또는 브릿지는 IEEE 802.1AS 시간 동기화와 같이, 특정한 TSN 특성을 지원할 수 있다. "TSN 도메인"은 네트워크에서 동기화되는 모든 노드를 포함하고, TSN 통신은 이러한 TSN 도메인 내에서만 가능하다.
화자와 청취자 사이의 통신은 스트림에 있다. 각 스트림은 화자와 청취자 모두에서 구현되는 애플리케이션의 데이터 비율 및 대기시간 요구사항을 기반으로 한다. TSN 구성 및 관리 특성은 스트림을 셋업하고 네트워크를 통한 스트림의 요구사항을 보장하는데 사용된다. 도 106으로부터의 분산형 모델에서, 화자와 청취자는 예를 들어, 스트림 예정 프로토콜(Stream Reservation Protocol, SRP)을 사용하여, TSN 네트워크에서 화자로부터 청취자로의 경로를 따라 모든 스위치에서 TSN 스트림을 셋업하고 구성할 수 있다.
그럼에도 불구하고, 일부 TSN 특성은 도 107에 도시된 바와 같이, 중앙집중식 네트워크 구성(Centralized Network Configuration, CNC)이라 칭하여지는 중앙 관리 엔터티를 요구할 수 있다. CNC는 예를 들어, Netconf 및 YANG 모델을 사용하여 각 TSN 스트림에 대해 네트워크 내의 스위치를 구성할 수 있다. 이는 또한 결정적인 대기시간으로 TSN 네트워크에서 데이터 운송을 가능하게 하는 시간-게이트 큐잉(time-gated queueing)의 사용을 (IEEE 802.1Qbv에서 정의된) 용이하게 한다. 각 스위치에서의 시간-게이트 큐잉으로, 정확한 스케쥴에 따라 대기열이 개폐되므로, 그에 의해 최소의 대기시간 및 지터로 높은 우선순위의 패킷이 통과하도록 허용한다. 당연히, 패킷은 게이트가 열리도록 스케쥴링되기 이전에 스위치 수신 포트에 도착할 수 있다. 도 108에 도시된 완전 중앙집중식 모델은 또한 청취자와 화자에 대한 접촉점으로 사용되는 중앙집중식 사용자 구성(Centralized User Configuration, CUC)을 포함한다. CUC는 디바이스로부터 스트림 요구사항 및 엔드포인트 기능을 수집하고 CNC와 직접 통신한다. TSN 구성에 대한 더 상세한 내용은 IEEE 802.1Qcc에서 주어진다.
도 109는 도 108에 도시된 완전 중앙집중식 구성 모델을 기반으로 하는 예시적인 TSN 스트림 구성 과정의 시퀀스도를 도시한다. 도 109에 도시된 번호가 정해진 동작은 아래 설명에 대응한다. 그래도, 숫자 라벨은 동작의 순서를 지정하기 보다는 설명을 위해 사용된다. 다른 말로 하면, 도 109에 도시된 동작은 다른 순서로 실행될 수 있고 도면에 도시된 것과 다른 동작으로 조합 및/또는 분할될 수 있다.
1. CUC는 예를 들어, 시간에 민감한 스트림을 교환하도록 디바이스 및/또는 엔드 스테이션을 지정한 산업용 애플리케이션 및/또는 엔지니어링 툴로부터 (예를 들면, 프로그램가능한 로직 제어, PLC) 입력을 수신할 수 있다.
2. CUC는 사용자 트래픽의 주기/간격 및 패이로드 사이즈를 포함하여, TSN 네트워크에서의 애플리케이션 및 엔드 스테이션의 기능을 판독한다.
3. 이러한 상기의 정보를 기반으로, CUC는 각 TSN 스트림에 대한 식별자인 StreamID, StreamRank, 및 UsertoNetwork 요구사항을 생성한다. TSN 네트워크에서, StreamID는 스트림 구성을 유일하게 식별하고 사용자의 스트림에 TSN 리소스를 지정하는데 사용된다. StreamID는 두개의 튜플로 구성된다: 1) TSN 화자와 연관된 MacAddress; 및 2) MacAddress에 의해 식별된 엔드 스테이션 내에서 다수의 스트림 사이를 구별하는 UniqueID.
4. CNC는 예를 들어, 링크 레이어 검색 프로토콜(Link Layer Discovery Protocol, LLDP) 및 임의의 네트워크 관리 프로토콜을 사용하여 물리적 네트워크 토폴로지를 검색한다.
5. CNC는 TSN 네트워크에서 브릿지의 TSN 기능을 판독하는데 네트워크 관리 프로토콜을 (예를 들면, IEEE 802.1Q, 802.1AS, 802.1CB) 사용한다.
6. CUC는 하나의 화자에서 하나의 청취자로의 TSN 스트림에 대해 브릿지에서 네트워크 리소스를 구성하도록 결합 요청을 초기화한다.
7. 화자 및 청취자 그룹은 (TSN 스트림을 지정하는 요소들의 그룹) IEEE 802.1Qcc, 46.2.2에 지정된 바와 같이, CUC에 의해 생성된다. CNC는 TSN 도메인을 구성하고, 물리적 토폴로지 및 시간에 민감한 스트림이 네트워크에서 브릿지에 의해 지원되는가를 점검한다. CNC는 또한 스트림의 경로 및 스케쥴 계산을 실행한다.
8. CNC는 계산된 경로를 따라 브릿지에서의 TSN 특성을 구성한다 (예를 들면, 이후 더 설명될 바와 같이, 전송 스케쥴의 구성).
9. CNC는 스트림에 대한 결과적인 리소스 지정에 대한 상태를 (성공 또는 실패) CUC에 반환한다.
10. CUC는 초기에 청취자와 화자 사이에서 정의된 바와 같이 사용자 평면(UP) 트래픽 교환을 시작하도록 엔드포인트를 더 구성한다.
도 106에 설명된 바와 같은 분산 구성 모델에서는 CUC와 CNC가 없다. 그러므로, 화자는 TSN 스트림의 초기화를 담당한다. CNC가 존재하지 않으므로, 브릿지는 상기에 기술된 시간-게이트 큐잉의 사용을 허용하지 않고 그 자체를 구성한다. 대조적으로, 도 107에 도시된 중앙집중식 모델에서는 화자가 스트림 초기화를 담당하지만, 브릿지는 CNC에 의해 구성된다.
3GPP-표준화 5G 네트워크는 무선 디바이스 및/또는 엔드 스테이션을 802.1 TSN 네트워크에 연결하기 위한 한가지 솔루션이다. 일반적으로, 5G 네트워크 설계는 차세대 무선 액세스 네트워크(Next Generation radio access network, NG-RAN) 및 5G 코어 네트워크(5GC)로 구성된다. NG-RAN는 하나 이상의 NG 인터페이스를 통해 5GC에 연결된 한 세트의 gNodeB를 (또한 기지국이라고도 칭하여지는 gNB) 포함할 수 있는 반면, gNB는 하나 이상의 Xn 인터페이스를 통해 서로 연결될 수 있다. 각 gNB는 주파수 분할 듀플렉싱(frequency division duplexing, FDD), 시간 분할 듀플렉싱(time division duplexing, TDD), 또는 그들의 조합을 지원할 수 있다. 디바이스는 (또한 사용자 장비(UE)라고도 칭하여지는) gNB를 통해 5G 네트워크와 무선으로 통신한다.
도 110은 5G 네트워크 설계를 제어 평면(CP) 및 데이터 또는 사용자 평면(UP) 기능으로 분할한 예를 설명하는 블록도이다. 예를 들어, UE는 서빙 gNB를 통해 사용자 평면 기능(UPF)에 송신함으로서 외부 네트워크에서 (예를 들면, 인터넷) 디바이스 및/또는 애플리케이션에 데이터 패킷을 통신할 수 있고, 사용자 평면 기능은 5G 네트워크로부터 다른 외부 네트워크로의 인터페이스를 제공한다. CP 기능은 UP 기능과 협력적으로 운영될 수 있고, 액세스 관리 기능(AMF) 및 세션 관리기능(SMF)를 포함하여, 도 110에 도시된 다양한 기능을 포함할 수 있다.
그래도, 5G와 TSN 네트워크의 적절한 연동을 위해 해결되어야 할 몇가지 과제 및/또는 문제점이 있다. 특히, 5G 네트워크 보다는 외부 네트워크에 의해 결정된 시간이 중요한 스케쥴이 적용되는 외부 네트워크에서 (예를 들면, TSN 네트워크) 데이터 통신을 처리하도록 5G 네트워크를 구성하는 것과 관련된 몇가지 문제가 있다.
도 111은 도 110에 도시된 5G 네트워크 설계와 예시적인 완전 중앙집중식 TSN 네트워크 설계 사이의 연동을 위한 예시적인 배열을 설명하는 블록도이다. 다음의 논의에서는 5G 네트워크에 연결된 디바이스가 5G 엔드포인트라 칭하여지고, TSN 도메인에 연결된 디바이스가 TSN 엔드포인트라 칭하여진다. 도 111에 도시된 배열은 UE에 연결된 청취자 5G 엔드포인트 및 화자 TSN 엔드포인트를 포함한다. 다른 배열에서는 UE가 대신에 적어도 하나의 TSN 브릿지 및 적어도 하나의 TSN 엔드포인트를 포함하는 TSN 네트워크에 연결될 수 있다. 이 구성에서는 UE가 TSN-5G 게이트웨이의 일부가 될 수 있다.
5G 및 TSN 네트워크는 모두 네트워크 관리 및 구성을 위한 특정한 과정, 및 결정적 성능을 달성하기 위한 특정한 메카니즘을 사용한다. 산업용 네트워크에 대한 종단간 결정적 네트워킹을 용이하게 하기 위해, 이러한 다른 과정 및 메카니즘은 함께 협력적으로 작동되어야 한다.
IEEE 802.1Qbv-2015에 설명된 바와 같이, TSN은 산업용 애플리케이션에 대한 결정적인 낮은 대기시간을 용이하게 하기 위해 특정한 시간-인식 트래픽 스케쥴링을 제공하고, 여기서 싸이클 시간은 미리 공지된다. 이러한 트래픽 스케쥴링은 소정의 시간 스케일에 따라 각 대기열로부터의 전송을 가능하게 하는 시간-인식 게이트를 기반으로 한다. 도 112는 IEEE Std. 802.1Qbv-2015에 지정된 바와 같이, 게이트 기반의 트래픽 대기열 중의 게이트-기반의 전송 선택을 설명하는 블록도이다. 소정의 대기열에 대해, 전송 게이트는 두개의 상태가 될 수 있다: 열림 또는 닫힘.
또한, 각 전송 게이트는 특정한 대기열과 연관된 트래픽 클래스와 관련되고, 잠재적으로 다수의 대기열이 소정의 포트와 연관된다. 어느 시점에서든, 게이트는 on 또는 off 될 수 있다. 이 메카니즘은 시간을 인식하고 예를 들어, TSN 브릿지 또는 TSN 엔드포인트 내의 PTP 애플리케이션을 기반으로 할 수 있다. 이 메카니즘은 게이트 제어 리스트의 실행이 네트워크 전체에서 정확하게 조정되게 허용하므로, 주어진 클래스의 트래픽에 대해 엄격하게-스케쥴링된 전송을 용이하게 한다. 여기서, 전송 스케쥴은 제시간에 전송이 일어날 시기를 나타내는 스케쥴로 정의될 수 있다. 또한, 시간이 중요한 전송 스케쥴은 시간에 민감한 네트워크(TSN)의 전송이 제시간에 일어날 시기를 나타내는 스케쥴로 정의될 수 있다.
도 109에 관련되어 상기에 설명된 바와 같이, TSN 스트림 스케쥴에 대한 정보는 화자 및/또는 청취자에 의해 제공된 (또한/또는 CUC 엔터티를 통해) 사용자 대 네트워크 요구사항을 기반으로 (예를 들면, IEEE 802.1Qcc § 46.2.3.6), 완전한 중앙집중식 TSN 모델에서 CNC 엔터티에 의해 계산된다. 부가하여, 표준적인 관리 객체 (예를 들면, IEEE 802.1Qvc에서 정의된) 및 원격 네트워크 관리 프로토콜이 TSN 브릿지에서 전송 스케쥴을 구성하도록 CNC에 의해 사용된다 (도 109에서의 동작(8)).
그럼에도 불구하고, 이러한 특성은 TSN 네트워크에 특정되고, 도 111에 설명된 바와 같은, 연동하는 5G 네트워크 설계를 고려하지 않는다. 예를 들어, 5G 네트워크는 UE와 gNB 사이의 무선 인터페이스를 통해 스케쥴링을 전송할 때 외부 네트워크에 의해 (예를 들면, TSN 네트워크) 설정된 시간이 중요한 전송 스케쥴을 고려하기 위한 소자에 대한 (예를 들면, UE, gNB 등) 메카니즘을 제공하지 않는다. 예를 들어, 시간이 중요한 전송 스케쥴이 UE에 (예를 들면, TSN 엔드포인트에 연결된) 알려지더라도, UE가 이러한 스케쥴을 gNB에 알리는 메카니즘이 없다. 또한, gNB 또는 UE가 5G 네트워크로부터 주어지는 스케쥴링 요청을 이해하고 처리할 수 있도록 하는 메카니즘이 없다.
본 발명의 예시적인 실시예는 특정하게 경계지정된 대기시간 요구조건을 충족시키기 위해 시간-인지 전송 스케쥴을 기반으로 (예를 들면, 외부 네트워크로부터의) 특정한 사용자 및/또는 QoS 흐름에 대한 소정의 시간 스케쥴링을 위한 새로운 기술을 제공함으로서 이러한 문제점과 다른 문제점 또한/또는 이전 솔루션의 단점을 해결한다. 예를 들면, 이러한 기술은 UE가 (또는 gNB와 같은 네트워크 노드) 이러한 전송 시간 스케쥴을 통보받고 네트워크 노드에 (또는 UE) 스케쥴을 통보하는 메카니즘을 제공할 수 있다. 이 방법으로, 이러한 새로운 기술은 다른 스케쥴러 및/또는 스케쥴링 메카니즘을 사용하는 셀룰러 (예를 들면, 5G) 및 TSN 네트워크 사이의 협력적인 연동을 포함하는 다양한 이점을 제공할 수 있고, 그에 의해 5G 네트워크를 통한 화자/청취자 엔드포인트 사이에서 시간이 중요한 전송의 제한된 대기시간을 용이하게 한다.
도 113은 본 발명의 일부 예시적인 실시예에 따라, 5G 및 TSN 네트워크를 통한 두개의 TSN 화자/청취자 유닛 사이의 예시적인 통신 시나리오를 설명하는 블록도이다. 이 시나리오에서, UE는 TSN 화자/청취자에 연결되고, 차례로 소정의 싸이클 시간에 따라 애플리케이션을 실행하도록 요구되는 공장 장비에 (예를 들면, 로봇 제어) 연결될 수 있다. 이 시나리오에서의 한가지 과제는 장비 및/또는 애플리케이션에 의해 요구되는 제한된 대기시간에 따라, gNB에서 UE로 TSN 스트림 패킷의 적시 전송을 용이하게 하는 것이다.
도 114는 예시적인 실시예에 따라, 도 113에 도시된 네트워크 구성을 통해 TSN 스트림 패킷의 적시 전송을 구성하기 위한 예시적인 방법 및/또는 과정의 시퀀스도를 도시한다. 도 114에 도시된 번호 지정 동작은 아래 설명에 대응한다. 그럼에도 불구하고, 번호 라벨은 동작의 순서를 지정하기 보다는 설명을 위해 사용된다. 다른 말로 하면, 도 114에 도시된 동작은 다른 순서로 실행될 수 있고, 도면에 도시된 것 이외의 동작으로 조합 또한/또는 분할수 있다.
동작(11)에서, CUC는 TSN 네트워크와 연결되도록 사용자에 대한 CNC 결합 요청을 전송한다. 예를 들어, 이 요청은 센서 (화자) 및 PLC 제어기 (청취자) 사이의 TSN 스트림을 스케쥴링하기 위해 요구하는 프로그램가능 로직 제어(PLC) 애플리케이션을 기반으로 또한/또는 그에 응답하여 이루어질 수 있다. 동작(12)에서, CNC는 동작(11)에서 식별된 TSN 스트림의 특정한 요구사항을 기반으로 전송 스케쥴을 계산한다.
동작(13)에서, CNC는 센서와 PLC 제어기 사이의 경로에 있는 TSN 스위치의 관리 객체를 구성한다. 증진된 시간-인식 스케쥴링에 대해 구성되는 예시적인 관리 객체는 IEEE 802.1Qbv-2015 § 12에서 설명된다. 예시적인 실시예에서, CNC는 5G 네트워크를 경로 내의 TSN 네트워크로 취급하므로, 5G 코어 네트워크(5GC)에게 이 TSN 스트림에 대한 리소스를 구성하도록 요청한다. 예를 들어, 이는 TSN 스트림 내의 트래픽 클래스에 대한 게이트 제어 리스트 및 싸이클 시간을 CNC가 액세스 관리 기능에 (도 110 및 도 111에 도시된 AMF) 전달함으로서 수행될 수 있다.
동작(14)에서, 5GC에서의 수신 엔터티는 (예를 들면, AMF) 요청된 TSN 스트림 요구사항을 (예를 들면, 싸이클 시간, 게이트 제어 리스트 등) TSN 화자/청취자에 (예를 들면, 센서) 연결된 UE에 대한 QoS 요구사항으로 변환할 수 있다. 또한, AMF는 요청된 TSN 스트림 요구사항을 UE가 이 TSN 스트림을 수신 및/또는 전송하게 될 gNB에 대한 주기 및 시간 윈도우로 변환할 수 있다.
일부 실시예에서, 동작(14)은 다양한 서브-동작을 포함할 수 있다. 예를 들면, UE 및 TSN 스트림에 대응하는 PDU 세션이 식별될 수 있고, 이 TSN 스트림 내의 트래픽 클래스와 UE의 QoS 흐름 사이의 맵핑이 식별될 수 있다. 각 QoS 흐름에 대해 (하나 또는 다수의 트래픽 클래스에 대응할 수 있는), 특정한 QoS 요구사항이 gNB에 표시될 수 있다. 일부 실시예에서, gNB에 대한 이러한 표시는 QoS 흐름의 패킷이 전송되도록 보장되어야 하는 시간-윈도우의 표시자를 포함할 수 있다. 이 시간 윈도우는 예를 들어, 윈도우의 길이와 함께 (예를 들면, 대기시간 경계로) 시간 윈도우 시작에 절대 시간 기준을 제공함으로서 표시될 수 있다. 예를 들면, 절대 시간 기준은 글로벌 네비게이션 위성 시스템(GNSS, 예를 들면, GPS)에 의해 제공되는 것과 같은, 세계시 좌표(universal time coordinate, UTC) 또는 gNB 서브프레임(gNB subframe, SFN) 타이밍과 같은 특정한 절대 기준에 대한 오프셋으로 표시될 수 있다. 일부 실시예에서, gNB에 대한 표시는 또한 시간 윈도우의 주기성을 (또는 주기) 포함할 수 있다. 이는 예를 들어, TSN 스트림이 주기적인 스케쥴에 따라 일어나는 다수의 전송 이벤트를 포함하는 경우, 포함될 수 있다.
UE의 QoS 흐름 당 이 시간-윈도우 정보를 표시함으로서, 한 TSN 스트림 또는 다수의 TSN 스트림의 다수의 트래픽 클랙스에 독립적으로 서비스가 제공될 수 있다. 다른 말로 하면, 이 정보는 영향을 받은 gNB가 이들 QoS 흐름과 연관된 각 시간 윈도우 동안 QoS 흐름 각각에 대한 무선 리소스를 예정하는 것을 용이하게 한다. 예를 들어, 이는 gNB가 다른 무선 베어러에 다양한 QoS 흐름을 맵핑시키는 것 또한 무선 베어러 당 리소스 할당/예정을 적용하는 것을 용이하게 한다. 여기서, 무선 베어러는 3세대 파트너쉽 프로젝트(3GPP)로부터의 통상적인 정의를 갖는다.
동작(14)에서, 상기에 논의된 바와 같이 정보를 결정한 이후에, AMF는 QoS, 시간 윈도우, 및/또는 주기성 요구사항이 충족될 수 있음을 확인하도록 gNB에 요청 및/또는 표시를 전송한다. 동작(15)에서 동작(14)으로 송신된 요청/표시를 수신한 이후, gNB는 (또는 경우에 따라 다수의 gNB) 표시된 시간-윈도우 요구사항으로 이러한 추가 QoS 흐름을 제공할 수 있는가 여부를 결정한다. 예를 들어, 이 결정을 할 때, gNB는 현재 및 추정되는 트래픽 로드에 사용되는 리소스, UE의 기능 (예를 들면, 스펙트럼 효율성, 지원되는 전송/수신 모드 등), RAN과 UE 사이의 채널 품질, 및 추가 보장된 리소스가 UE에 할당될 필요가 있는가 여부를 (또한/또는 몇번 할당되는가) 고려할 수 있다. 결정 이후에, gNB는 요청을 수용함으로서("yes") 또는 요청을 거절함으로서("no") 5GC 기능에 (예를 들면, AMF) 응답한다. 일부 실시예에서, 요청을 거절할 때, gNB는 gNB가 대응하는 요청을 수용할 수 있는 대안적 시간 윈도우를 나타낼 수 있다 (예를 들면, 요청된 시간 윈도우에 대한 오프셋에 의해). gNB가 요청을 수용하는 경우, gNB는 요청된 전송 스케쥴을 충족시키기 위해 요구되는 것으로 식별된 임의의 추가 리소스를 예정할 수도 있다.
동작(16)에서, gNB로부터 응답을 수신한 이후에, 5GC 기능은 이 응답을 - QoS 흐름 당 맵핑을 기반으로 - 트래픽 흐름/TSN 스트림 레벨의 세분성으로 변환할 수 있고, TSN CNC에 대한 응답을 제공한다. 응답은 TSN CNC에 의해 디코딩될 수 있는 포맷이 될 수 있다. 동작(17)에서, 이 응답을 수신한 이후에, CNC는 동작(11)에서 수신된 결합 요청에 대응하는 응답을 CUC에 제공한다. 동작(18)에서, CNC로부터 결합 응답을 수신한 이후에, CUC는 또한 원래 요청과 연관된 모든 화자 및 청취자 엔드 스테이션을 구성한다. 일부 실시예에서, CUC는 또한 UE에 대한 연결을 초기화하도록 5GC에 요청할 수 있고, 다른 실시예에서는 5GC나 CUC가 디폴트 및/또는 이미 존재하는 PDU 세션을 사용할 수 있다.
도 115는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따라, 5G 시스템을 통한 가상화된 제어기와 TSN 화자/청취자 유닛 사이의 또 다른 예시적인 통신 시나리오를 설명하는 블록도이다. 이 시나리오에서, TSN 네트워크는 UE에 연결되고, UE는 5G 네트워크에 대한 무선 링크를 통해 화자/청취자 엔드 스테이션을 연결시키는 게이트웨이로 동작한다. 이 시나리오에서의 한가지 과제는 TSN 네트워크의 CNC에 의해 계산된 스케쥴에 의해 요구되는 한정된 대기시간에 따라, UE로부터 gNB로 TSN 스트림 패킷의 적시 전송을 용이하게 하는 것이다.
도 116은 이러한 예시적인 실시예에 따라, 도 115에 도시된 네트워크 구성을 통해 TSN 스트림 패킷의 적시 전달을 구성하기 위한 예시적인 방법 및/또는 과정의 시퀀스도를 도시한다. 도 116에서 번호가 정해진 동작은 아래 설명에 대응한다. 그래도, 숫자 라벨은 동작의 순서를 지정하기 보다는 설명을 위해 사용된다. 다른 말로 하면, 도 116에 도시된 동작은 다른 순서로 실행될 수 있고 도면에 도시된 것과 다른 동작으로 조합 및/또는 분할될 수 있다.
동작(21)에서, CNC는 CUC에 의해 제공된 요구사항을 기반으로 전송 스케쥴을 계산하고 이를 5G 네트워크의 TSN 인터페이스에, 이 경우에서는 UE에, 송신한다. 동작(22)에서, UE는 메시지에 포함될 수 있는 CNC에 의해 제공된 전송 스케쥴에 따라 업링크(UL) 무선 리소스를 요청한다는 메시지를 생성하여 전송한다. 예를 들면, UE는 5GC에서의 AMF에 메시지를 송신할 수 있다. 동작(23)에서, 이 메시지를 수신한 이후에, AMF는 5GC에서의 사용자 데이터 관리(UDM) 기능으로부터 UE 프로파일을 검색하고, 이 정보를 기반으로, 어느 gNB에 UE가 연결되는가를 결정한다. 동작(24)에서, AMF는 요청에 포함될 수 있는 전송 스케쥴을 기반으로 UE를 향한 TSN QoS 특성을 가능하게 하도록 gNB에 요청을 송신한다. 일부 실시예에서, AMF는 또한 수정된 시간 기준을 5G 네트워크에 연결된 다른 화자/청취자에게 (예를 들면, 가상화된 제어기) 송신할 수 있다 (동작 24a).
동작(25)에서, 수신 gNB는 도 114의 동작(15)를 참조로 상기에 설명된 것과 상당히 유사한 동작을 실행할 수 있지만, 다운링크 보다는 업링크와 관련된다. 동작(25)에서 송신된 gNB로부터의 응답을 수신한 이후에, AMF는 동작(22)에서 UE로부터 수신된 리소스에 대한 요청에 응답할 수 있다 (동작 26). 도 114에 도시된 동작(16)과 유사하게, AMF는 gNB 응답을 - QoS 흐름 당 맵핑을 기반으로 - 트래픽 흐름/TSN 스트림 레벨의 세분성으로 변환하고 이 포맷의 응답을 UE에 제공한다. 동작(27)에서, UE는 동작(21)에 수신된 요청 전송 스케쥴에 응답하여, 이 정보를 CNC에 전달할 수 있다. 도 114에 의해 설명된 특정한 실시예와 관련하여 상기에 논의된 바와 같이, gNB가 요청된 전송 스케쥴을 거절하지만 수용할 수 있는 대안적인 시간 윈도우를 제공하는 경우, 도 114의 동작(15) 내지 (17) 및 도 116의 동작(25) 내지 (27)에서 송신된 응답은 이러한 대안적인 시간 윈도우를 포함할 수 있고, 각 수신자의 요구사항 및/또는 프로토콜에 따라 포맷화되고 또한/또는 변환될 수 있다.
상기 설명으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 이러한 또한 다른 예시적인 실시예는 TSN 네트워크와 같은 외부 네트워크의 시간에 민감한 (예를 들면, 한정된 대기시간) 요구사항에 따라 셀룰러 네트워크에서 (예를 들면, 5G 네트워크) 전송의 시간-인지 스케쥴을 용이하게 한다. 예시적인 실시예는 외부 네트워크에서 제공되는 트래픽과 연관된 타이밍 및 주기성에 관한 정보를 수집하고 (AMF와 같은 네트워크 기능 또는 UE를 통하여) 이러한 정보를 셀룰러 네트워크에서의 하나 이상의 기지국에 (예를 들면, gNB) 전달하기 위한 새로운 기술을 통해 이러한 특성을 용이하게 한다. 이러한 경우, 기지국은 요구된 트래픽의 외부 시간에 민감한 요구사항이 지원될 수 있는가 여부를 결정할 수 있고, 그런 경우, UE와 기지국 사이의 업링크 또는 다운링크 전송을 스케쥴링하기 위해 이러한 정보를 사용할 수 있다.
도 117은 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에 따라, 외부 네트워크와 연관된 전송 스케쥴에 따른 무선 액세스 네트워크(RAN)에서 리소스를 스케쥴링하기 위한 예시적인 방법 및/또는 과정을 설명하는 흐름도이다. 도 117에 도시된 예시적인 방법 및/또는 과정은 여기서 다른 도면에 관련되어 설명되거나 도시된 코어 네트워크 노드에 (예를 들면, AMF) 의한 것과 같이, RAN과 (예를 들면, NG-RAN) 연관된 코어 네트워크에서 (예를 들면, 5GC) 구현될 수 있다. 또한, 아래 설명될 바와 같이, 도 117에 도시된 예시적인 방법 및/또는 과정은 여기서 설명된 다양한 예시적인 이점을 제공하기 위해, 도 118 및/또는 도 119에 도시된 (이후 설명되는) 예시적인 방법 및/또는 과정과 협력하여 사용될 수 있다. 도 117이 특정한 순서로 블록을 도시하지만, 이 순서는 단순히 예시적인 것이고, 예시적인 방법 및/또는 과정의 동작은 도 117에 도시된 것과 다른 순서로 실행될 수 있고 다른 기능을 갖는 블록으로 조합 또한/또는 분할될 수 있다. 선택적인 동작은 점선으로 표시된다.
도 117에 설명된 예시적인 방법 및/또는 과정은 네트워크 노드가 외부 네트워크로부터, 시간에 민감한 데이터 스트림과 연관된 전송 스케쥴을 수신할 수 있는 블록(1210)의 동작을 포함할 수 있다. 여기서, 시간에 민감한 데이터 스트림은 시간에 민감한 네트워크(TSN)의 데이터 스트림이 될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 외부 네트워크는 여기서 논의되는 IEEE 표준에서 설명된 바와 같이, 시간에 민감한 네트워크(TSN)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 데이터 스트림은 예를 들어, TSN 내의 화자 및/또는 청취자 엔드 스테이션과 연관된 TSN 스트림을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 전송 스케쥴은 TSN 스트림을 포함하는 하나 이상의 트래픽 클래스에 대한 게이트 제어 리소트 및 싸이클 시간을 포함할 수 있다.
예시적인 방법 및/또는 과정은 또한 네트워크 노드가 RAN과 사용자 장비(UE) 사이의 데이터 스트림의 통신을 위해 무선 리소스를 할당하려는 요청을 RAN에 송신할 수 있는 블록(1220)의 동작을 포함할 수 있고, 여기서 요청은 또한 전송 스케쥴에 관련된 정보를 포함한다. 일부 실시예에서, 전송 스케쥴에 관련된 정보는 다음 중 하나 이상을 포함한다: UE의 식별자; 데이터 스트림과 연관된 하나 이상의 서비스 품질(QoS) 흐름의 식별자; 및 QoS 흐름 각각과 연관된 QoS 요구사항. 일부 실시예에서, 각 QoS 요구사항은 이어지는 시간 윈도우를 식별하는 초기 시간 윈도우 및 주기성을 포함한다.
예시적인 방법 및/또는 과정은 또한 네트워크 노드가 RAN으로부터, 데이터 스트림과 연관된 전송 스케쥴을 충족시키도록 무선 리소스가 할당될 수 있는가 여부를 나타내는 응답을 수신할 수 있는 블록(1230)의 동작을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 서브-블록(1235)에 따라, 응답에서 무선 리소스가 데이터 스트림의 전송 스케쥴을 충족시키도록 할당될 수 없는 것으로 나타나면, 응답은 또한 무선 리소스가 할당될 수 있는 하나 이상의 추가 시간 윈도우의 표시를 포함한다.
일부 실시예에서, 응답은 QoS 흐름 각각과 연관된 QoS 요구사항이 충족될 수 있는가 여부를 나타낼 수 있다. 이러한 실시예에서, 예시적인 방법 및/또는 과정은 또한 QoS 흐름 각각과 연관된 QoS 요구사항이 충족될 수 있는가 여부의 표시를 기반으로 전송 스케쥴이 충족될 수 있는가 여부를 네트워크 노드가 결정할 수 있는 블록(1240)의 동작을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 예시적인 방법 및/또는 과정은 또한 네트워크 노드가 외부 네트워크에, 전송 스케쥴이 충족될 수 있는가 여부의 표시를 송신할 수 있는 블록(1250)의 동작을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 그 방법은 5G 코어 네트워크(5GC)에서 액세스 관리 기능(AMF)에 의해 실행될 수 있다. 일부 실시예에서, 전송 스케쥴은 외부 네트워크로부터 수신될 수 있고; 무선 리소스는 RAN에서 UE로의 다운링크 통신을 위한 것이다. 일부 실시예에서, 전송 스케쥴은 UE로부터 수신된고; 무선 리소스는 UE에서 RAN으로의 업링크 통신을 위한 것이다.
도 118은 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에 따라, 외부 네트워크와 연관된 전송 스케쥴에 따른 무선 액세스 네트워크(RAN)에서 리소스를 스케쥴링하기 위한 예시적인 방법 및/또는 과정을 설명하는 흐름도이다. 도 118에 도시된 예시적인 방법 및/또는 과정은 여기서 다른 도면에 관련되어 설명되거나 도시된 RAN 노드에 (예를 들면, gNB) 의한 것과 같이, 코어 네트워크와 (예를 들면, 5GC) 연관된 RAN에서 (예를 들면, NG-RAN) 구현될 수 있다. 또한, 아래 설명될 바와 같이, 도 118에 도시된 예시적인 방법 및/또는 과정은 여기서 설명된 다양한 예시적인 이점을 제공하기 위해, 도 117 및/또는 도 119에 도시된 (이전 및 이후에 설명되는) 예시적인 방법 및/또는 과정과 협력하여 사용될 수 있다. 도 118이 특정한 순서로 블록을 도시하지만, 이 순서는 단순히 예시적인 것이고, 예시적인 방법 및/또는 과정의 동작은 도 118에 도시된 것과 다른 순서로 실행될 수 있고 다른 기능을 갖는 블록으로 조합 또한/또는 분할될 수 있다. 선택적인 동작은 점선으로 표시된다.
도 118에 도시된 예시적인 방법 및/또는 과정은 네트워크 노드가 코어 네트워크로부터, 시간에 민감한 데이터 스트림의 통신을 위해 RAN과 사용자 장비(UE) 사이에 무선 리소스를 할당하려는 요청을 수신할 수 있는 블록(1310)의 동작을 포함할 수 있고, 여기서 요청은 또한 데이터 스트림과 연관된 전송 스케쥴에 관련되는 정보를 포함한다. 일부 실시예에서, 외부 네트워크는 시간에 민감한 네트워크(TSN)를 포함하고; 데이터 스트림은 TSN 스트림을 포함한다.
일부 실시예에서, 전송 스케쥴과 관련된 정보는 다음 중 하나 이상을 포함한다; UE의 식별자; 데이터 스트림과 연관된 하나 이상의 서비스 품질(QoS) 흐름의 식별자; 및 QoS 흐름 각각과 연관된 QoS 요구사항. 일부 실시예에서, 각 QoS 요구사항은 데이터 스트림이 전송되도록 요구되는 하나 이상의 시간 윈도우를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 각 QoS 요구사항은 이어지는 시간 윈도우를 식별하는 초기 시간 윈도우 및 주기성을 포함한다.
도 118에 설명된 예시적인 방법 및/또는 과정은 또한 노트워느 노드가 전송 스케쥴에 관련된 정보를 기반으로, 전송 스케쥴을 충족시키도록 무선 리소스가 할당될 수 있는가 여부를 결정할 수 있는 블록(1320)의 동작을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전송 스케쥴을 충족시키도록 무선 리소스가 할당될 수 있는가 여부를 결정하는 것은 다음 중 하나 이상을 더 기반으로 할 수 있다: 현재 또는 추정된 트래픽 로드에 필요로 하는 리소스, UE의 기능, RAN과 UE 사이의 채널 품질, 및 UE에 할당되도록 보장된 추가 리소스에 대한 필요성.
일부 실시예에서, 무선 리소스가 데이터 스트림과 연관된 전송 스케쥴을 충족시키도록 할당될 수 없는 것으로 블록(1320)에서 결정되면, 예시적인 방법 및/또는 과정은 블록(1340)의 동작을 포함하고, 여기서 네트워크 노드는 무선 리소스가 할당될 수 있는 하나 이상의 추가 시간 윈도우를 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 무선 리소스가 데이터 스트림과 연관된 전송 스케쥴을 충족시키도록 할당될 수 있는 것으로 블록(1320)에서 결정되면, 예시적인 방법 및/또는 과정은 블록(1340)의 동작을 포함하고, 여기서 네트워크 노드는 RAN과 UE 사이의 적어도 하나의 무선 베어러에 하나 이상의 QoS 흐름을 맵핑하고 적어도 하나의 무선 베어러에 대한 전송 리소스를 예정할 수 있다.
예시적인 방법 및/또는 과정은 또한 블록(1350)의 동작을 포함하고, 여기서 네트워크 노드는 코어 네트워크에, 무선 리소스가 전송 스케쥴을 충족시키도록 할당될 수 있는가 여부를 나타내는 응답을 송신할 수 있다. 일부 실시예에서, 무선 리소스가 전송 스케쥴을 충족시키도록 할당될 수 없는 것으로 블록(1320)에서 결정되면, 블록(1350)에서 송신된 응답은 또한 선택적인 서브블록(1330)에서 결정된 하나 이상의 추가 시간 윈도우의 표시를 포함할 수 있다. 이는 선택적인 서브블록(1355)에 의해 설명된다.
도 119는 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에 따라, 외부 네트워크와 연관된 전송 스케쥴에 따른 무선 액세스 네트워크(RAN)에서 리소스를 스케쥴링하기 위한 예시적인 방법 및/또는 과정을 설명하는 흐름도이다. 도 119에 도시된 예시적인 방법 및/또는 과정은 여기서 다른 도면에 관련되어 설명되거나 도시된 바와 같이, 예를 들어, 코어 네트워크와 (예를 들면, 5GC) 연관된 RAN과 (예를 들면, NG-RAN) 통신하는 사용자 장비에 의해 (예를 들면, 무선 디바이스, IoT 디바이스, M2M 디바이스 등과 같은 UE) 구현될 수 있다. 아래 설명될 바와 같이, 도 119에 도시된 예시적인 방법 및/또는 과정은 여기서 설명된 다양한 예시적인 이점을 제공하기 위해, 도 117 및/또는 도 118에 도시된 (이전에 설명된) 예시적인 방법 및/또는 과정과 협력하여 사용될 수 있다. 도 119가 특정한 순서로 블록을 도시하지만, 이 순서는 단순히 예시적인 것이고, 예시적인 방법 및/또는 과정의 동작은 도 119에 도시된 것과 다른 순서로 실행될 수 있고 다른 기능을 갖는 블록으로 조합 또한/또는 분할될 수 있다. 선택적인 동작은 점선으로 표시된다.
도 119에 도시된 예시적인 방법 및/또는 과정은 UE가 외부 네트워크로부터, 시간에 민감한 데이터 스트림과 연관된 전송 스케쥴을 수신할 수 있는 블록(1410)의 동작을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 외부 네트워크는 여기서 논의된 IEEE 표준에서 설명된 바와 같은 시간에 민감한 네트워크(TSN)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 데이터 스트림은 예를 들어, TSN 내의 화자 및/또는 청취자 엔드 스테이션과 연관된 TSN 스트림을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 전송 스케쥴은 TSN 스트림을 포함하는 하나 이상의 트래픽 클래스에 대한 게이트 제어 리스트 및 싸이클 시간을 포함할 수 있다.
예시적인 방법 및/또는 과정은 또한 UE가 RAN과 연관된 코어 네트워크에, UE와 RAN 사이의 데이터 스트림의 통신을 위해 무선 리소스를 할당하려는 요청을 송신할 수 있는 블록(1420)의 동작을 포함할 수 있고, 여기서 요청은 또한 전송 스케쥴에 관련된 정보를 포함한다. 일부 실시예에서, 전송 스케쥴에 관련된 정보는 전송 스케쥴을 포함한다.
예시적인 방법 및/또는 과정은 또한 UE가 코어 네트워크로부터, 데이터 스트림과 연관된 전송 스케쥴을 충족시키도록 무선 리소스가 할당될 수 있는가를 나타내는 응답을 수신할 수 있는 블록(1430)의 동작을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 무선 리소스가 데이터 스트림의 전송 스케쥴을 충족시키도록 할당될 수 없는 것으로 코어 네트워크로부터의 응답에서 나타나면, 응답은 또한 무선 리소스가 할당될 수 있는 하나 이상의 추가 시간 윈도우의 표시를 포함한다. 이는 선택적인 서브블록(1435)에 의해 설명된다. 일부 실시예에서, 요청은 (블록 1420) 5GC에서의 액세스 관리 기능(AMF)에 송신될 수 있고, 응답은 (블록 1430)은 그로부터 수신될 수 있다.
일부 실시예에서, 예시적인 방법 및/또는 과정은 또한 UE가 외부 네트워크로, 전송 스케쥴이 충족될 수 있는가 여부의 표시를 송신할 수 있는 블록(1440)의 동작을 포함할 수 있다 일부 실시예에서, 블록(1430)에서 수신된 응답이 무선 리소스가 할당될 수 있는 하나 이상의 추가 시간 윈도우의 표시를 포함하면 (서브블록 1435), 외부 네트워크에 송신된 표시는 또한 하나 이상의 추가 시간 윈도우에 관련된 정보를 포함한다. 이는 선택적인 서브블록(1445)에 의해 설명된다.
도 120은 여기서 설명된 임의의 예시적인 방법을 구현하는데 사용가능한 다양한 디바이스 및/또는 시스템을 포함하는, 셀룰러 통신 시스템 및/또는 네트워크의 한 예를 설명한다. 여기서 설명된 실시예에서, 셀룰러 통신 네트워크(1500)는 5G NR 네트워크이다. 본 예에서, 셀룰러 통신 네트워크(1500)는 기지국(1502-1) 및 (1502-2)를 포함하고, 이는 LTE에서 eNB라 칭하여지고 5G NR에서 gNB라 칭하여지며, 대응하는 매크로 셀(1504-1) 및 (1504-2)을 제어한다. 기지국(1502-1) 및 (1502-2)은 일반적으로 여기서 집합적으로 기지국(1502)이라 칭하여지고 개별적으로도 기지국(1502)이라 칭하여진다. 유사하게, 매크로 셀(1504-1) 및 (1504-2)은 일반적으로 여기서 집합적으로 매크로 셀(1504)이라 칭하여지고 개별적으로도 매크로 셀(1504)이라 칭하여진다.
셀룰러 통신 네트워크(1500)는 또한 대응하는 소형 셀(1508-1) 내지 (1508-4)을 제어하는 일정 수량의 저전력 노드(1506-1) 내지 (1506-4)를 포함할 수 있다. 저전력 노드(1506-1) 내지 (1506-4)는 소형 기지국 (피코(pico) 또는 펨토(femto) 기지국과 같은), 원격 무선 헤드(Remote Radio Head, RRH) 등이 될 수 있다. 명시적으로 설명되지는 않지만, 소형 셀(1508-1) 내지 (1508-4) 중 하나 이상은 대안적으로 기지국(1502)에 의해 제공될 수 있다. 저전력 노드(1506-1) 내지 (1506-4)는 일반적으로 여기서 집합적으로 저전력 노드(1506)라 칭하여지고 개별적으로도 노드(1506)라 칭하여진다. 유사하게, 소형 셀(1508-1) 내지 (1508-4)은 일반적으로 여기서 집합적으로 소형 셀(1508)이라 칭하여지고 개별적으로도 소형 셀(1508)이라 칭하여진다. 기지국(1502)은 (선택적으로 저전력 노드(1506)) 코어 네트워크(6150)에 연결된다.
기지국(1502) 및 저전력 노드(1506)는 대응하는 셀(1504) 및 (1508)에서 무선 디바이스(1512-1) 내지 (1512-5)에 서비스를 제공한다. 무선 디바이스(1512-1) 내지 (1512-5)는 일반적으로 여기서 집합적으로 무선 디바이스(1512)라 칭하여지고 개별적으로도 무선 디바이스(1512)라 칭하여진다. 무선 디바이스(1512)는 또한 때로 여기서 UE라 칭하여진다. 무선 디바이스(1512)는 MCT 및/또는 NB-IoT와 호환가능한 것을 포함하여, 다양한 형태를 취할 수 있다.
도 121은 본 발명의 일부 실시예에 따른 무선 액세스 노드(2200)의 구조적인 블록도이다. 무선 액세스 노드(2200)는 예를 들어, 하나 이상의 다른 도면과 관련되어 여기서 설명된 기지국이 (예를 들면, gNB 또는 eNB) 될 수 있다. 설명된 바와 같이, 무선 액세스 노드(2200)는 또한 하나 이상의 프로세서(2204) (예를 들면, 중앙 연산 유닛(CPU), 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC), 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA) 등과 같은), 메모리(2206), 및 네트워크 인터페이스(2208)를 제어하는 제어 시스템(2202)을 포함한다. 또한, 무선 액세스 노드(2200)는 각각 하나 이상의 안테나(2216)에 연결된 하나 이상의 전송기(2212) 및 하나 이상의 수신기(2214)를 포함하는 하나 이상의 무선 유닛(2210)을 포함한다. 일부 실시예에서, 무선 유닛(2210)은 제어 시스템(2202) 외부에 있고 예를 들어, 유선 연결을 통해 (예를 들면, 광케이블) 제어 시스템(2202)에 연결된다. 그러나, 일부 다른 실시예에서는 무선 유닛(2210) 및 잠재적으로 안테나(2216)가 제어 시스템(2202)과 함께 통합된다. 하나 이상의 프로세서(2204)는 여기서 설명된 바와 같은 무선 액세스 노드(2200)의 하나 이상의 동작을 제공하도록 동작된다. 일부 실시예에서, 그 기능은 예를 들어, 메모리(2206)에 저장된 소프트웨어에서 구현되고 하나 이상의 프로세서(2204)에 의해 실행된다.
도 122는 본 발명의 일부 실시예에 따라 무선 액세스 노드(2200)의 가상화된 실시예를 설명하는 구조적인 블록도이다. 이러한 논의는 다른 타입의 네트워크 노드에도 동일하게 적용가능하다. 또한, 다른 타입의 네트워크 노드는 유사한 가상화 설계를 가질 수 있다.
여기서 사용되는 바와 같이, "가상화된" 무선 액세스 노드는 노드(2200) 기능 중 적어도 일부가 가상 구성성분으로 (예를 들면, 네트워크내의 물리적 프로세싱 노드에서 실행되는 가상 기계를 통해) 구현되는 무선 액세스 노드(2200)의 구현이다. 설명된 바와 같이, 본 예에서, 무선 액세스 노드(2200)는 상기에 설명된 바와 같이, 하나 이상의 프로세서(2204) (예를 들면, CPU, ASIC, FPGA 등), 메모리(2206), 및 네트워크 인터페이스(2208)를 포함하는 제어 시스템(2202), 및 각각 하나 이상의 안테나(2223)에 연결된 하나 이상의 전송기(2212) 및 하나 이상의 수신기(2214)를 포함하는 하나 이상의 무선 유닛(2210)을 포함한다. 제어 시스템(2202)은 예를 들어, 광케이블 등을 통해 무선 유닛(2210)에 연결된다. 제어 시스템(2202)은 네트워크 인터페이스(2308)를 통해 네트워크(2302)에 연결되거나 그의 일부로 포함되는 하나 이상의 프로세싱 노드(2300)에 연결될 수 있다. 각 프로세싱 노드(2300)는 하나 이상의 프로세서(2310) (예를 들면, CPU, ASIC, FPGA 등), 메모리(2306), 및 네트워크 인터페이스(2308)를 포함할 수 있다.
본 예에서, 여기서 설명된 무선 액세스 노드(2200)의 기능(2310)은 임의의 원하는 방식으로 하나 이상의 프로세싱 노드(2300)에서 구현되거나 제어 시스템(2202) 및 하나 이상의 프로세싱 노드(2300)에 걸쳐 분산된다. 일부 특정한 실시예에서, 여기서 설명된 무선 액세스 노드(2200)의 기능(2310) 중 일부 또는 모두는 프로세싱 노드(2300)에 의해 호스팅되는 가상 환경에 구현된 하나 이상의 가상 기계에 의해 실행되는 가상 구성성분으로 구현된다. 종래 기술에 숙련된 자가 이해하게 될 바와 같이, 프로세싱 노드(2300)와 제어 시스템(2202) 사이의 추가 시그널링 또는 통신은 원하는 기능(2310) 중 적어도 일부를 실행하기 위해 사용된다. 일부 실시예에서는 제어 시스템(2202)이 포함되지 않을 수 있고, 그 경우 무선 유닛(2210)은 적절한 네트워크 인터페이스를 통해 프로세싱 노드(2300)와 직접 통신한다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 적어도 하나의 프로세서가 여기서 설명된 임의의 실시예에 따라 가상 환경에서 무선 액세스 노드(2200)의 기능(2310) 중 하나 이상을 구현하는 무선 액세스 노드(2200) 또는 노드의 (예를 들면, 프로세싱 노드(2300)) 기능을 실행하게 하는 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다. 일부 실시예에서는 상술된 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는 캐리어가 제공된다. 캐리어는 전자 신호, 광학 신호, 무선 신호, 또는 컴퓨터 판독가능 저장 매체 (예를 들면, 메모리와 같은 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체) 중 하나가 된다.
도 122는 본 발명의 일부 다른 실시예에 따른 무선 액세스 노드(2200)의 구조적인 블록도이다. 무선 액세스 노드(2200)는 각각 소프트웨어로 구현되는 하나 이상의 모듈(2400)을 포함한다. 모듈(2400)은 여기서 설명된 무선 액세스 노드(2200)의 기능을 제공한다. 이 논의는 도 123의 프로세싱 노드(2300)에도 동일하게 적용가능하고, 여기서 모듈(2400)은 하나 이상의 프로세싱 노드(2300) 및/또는 제어 시스템(2202)에서 구현되고 또한/또는 그를 통해 분산될 수 있다.
도 124는 본 발명의 일부 실시예에 따른 UE(2500)의 구조적인 블록도이다. 설명된 바와 같이, UE(2500)는 하나 이상의 프로세서(2502) (예를 들면, CPU, ASIC, FPGA 등), 메모리(2504), 및 각각 하나 이상의 안테나(2512)에 연결된 하나 이상의 전송기(2508) 및 하나 이상의 수신기(2510)를 포함하는 하나 이상의 송수신기(2506)을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 설명된 UE(2500)의 기능은 예를 들어, 메모리(2504)에 저장되고 프로세서(2502)에 의해 실행되는 소프트웨어로 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 적어도 하나의 프로세서가 여기서 설명된 임의의 실시예에 따라 UE(2500)의 기능을 실행하게 하는 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다. 일부 실시예에서는 상술된 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는 캐리어가 제공될 수 있다. 캐리어는 전자 신호, 광학 신호, 무선 신호, 또는 컴퓨터 판독가능 저장 매체 (예를 들면, 물리적 메모리와 같은 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체) 중 하나가 될 수 있다.
도 125는 본 발명의 일부 다른 실시예에 따른 UE(2500)의 구조적인 블록도이다. 이들 실시예에서, UE(2500)는 각각 소프트웨어로 구현되는 하나 이상의 모듈(2600)을 포함할 수 있다. 모듈(2600)은 상기에 설명된 UE(2500)의 기능 중 적어도 일부를 제공할 수 있다.
셀룰러 네트워크를 통한 데이터 흐름의 운송
도 126은 5G 시스템의 설계를 설명하고 사용자 평면 기능(User Plane Function, UPF)과 같이 관련된 코어 네트워크 기능을 소개한다.
NR PDCP에서는 헤더 압축이 사용된다. 프로토콜은 IETF RFC 5795에서 정의된 강력한 헤더 압축(Robust Header Compression, ROHC) 프레임워크를 기반으로 한다: "강력한 헤더 압축(RoHC) 프레임워크". 기본적인 아이디어는 새로운 패킷의 프로토콜 헤더에서 중복성을 사용하는 것, 즉 앞서 수신된 패킷과 유사하거나 동일하다는 사실을 사용하는 것이다. 그러므로, 이어지는 패킷은 앞서 수신된 패킷으로부터 이미 공지되어 있으므로 전체적인 프로토콜 헤더 정보를 포함할 필요는 없다. 압축/압축해제 컨텍스트는 그 정보의 트랙을 추적하도록 유지된다. 다른 헤더 압축 알고리즘/변형을 갖는 여러 다른 RoHC 프로파일이 존재하고 이는 NR PDCP 사양에서 정의되고 그를 참조한다.
UE는 1차 셀을 변경할 때 핸드오버 절차를 걸친다. 소스 및 타켓 셀은 다른 gNB에 속할 수 있다. 이 과정에 포함된 사용자 평면 프로토콜 스택에 집중하여: UE는 HARQ 프로세스로 MAC를 재설정 하고, 또한 RLC 엔터티를 재설정한다 (플러싱(flushing)한다). PDCP 프로토콜은 핸드오버 앵커로 동작하고, 이는 PDCP가 승인 모드에서 핸드오버 시 MAC/HARQ 및 RLC 플러싱으로 인해 손실되었을 수 있는 아직 승인되지 않은 데이터의 재전송을 수행함을 의미한다.
이중 연결에서는 핸드오버 외에, 무선 베어러가 MAC 타입에서 SCG 타입 또는 분할 타입(Split type)으로/그로부터 변경될 수 있다. 이는 PDCP 재설정을 포함하는 핸드오버 과정으로, 또는 대안적으로 PDCP 데이터 복구 과정으로 실현될 수 있다.
5G 네트워크를 통한 이더넷 PDU 세션에 대한 지원은 3GPP TS 23.501 및 TS 23.502에서 소개되었다 (예를 들어, 두 사양 모두의 버전 15.2.0을 참조한다).
도 127은 3GPP TS 29.561의 릴리스 15, "5G 네트워크와 외부 데이터 네트워크 사이의 연동; 스테이지 3"에 정의된 바와 같이, 이더넷 PDU 타입 데이터에 (사용자 평면) 대한 프로토콜 스택을 도시한다. 외부 데이터 네트워크는 예를 들어, 이더넷 LAN을 포함할 수 있다. 외부 데이터 네트워크(DN)와의 이러한 연동에 대한 주요 특징은 다음을 포함한다:
* UPF는 DN 또는 UE로부터 수신된 MAC 어드레스를 저장한다; 5G 네트워크는 UE에 MAC 어드레스를 지정하지 않는다.
* 이더넷 프리앰블, 시작 프레임 구분자(Start Frame Delimiter, SFD), 및 프레임 체크 시퀀스(Frame Check Sequence, FCS)는 5GS를 통해 송신되지 않는다.
* SMF는 이더넷 프레임 구조 및 UE MAC 어드레스를 기반으로 이더넷 필터 세트 및 전달 규칙을 UPF에 제공한다.
* PDU 세션을 설정하는 동안, DN-AAA(Data Network - Authentication, Authorization and Accounting, 데이터 네트워크-인증, 권한부여, 및 회계) 서버는 이 특정한 PDU 세션에 허용되는 MAC 어드레스의 리스트를 제공할 수 있다 (3GPP TS 29.561의 릴리스 15를 참조).
* IP 레이어는 이더넷 PDU 세션의 일부가 아닌 애플리케이션 레이어로 간주된다 (3GPP TS 29.561의 릴리스 15를 참조).
시간에 민감한 네트워킹(TSN)은 이더넷 기반의 유선 통신 네트워크에서 결정적인 네트워킹을 허용하는 특성의 세트이다. TSN 네트워크 내에서, 통신 엔드포인트는 화자 및 청취자라 칭하여진다. 화자와 청취자 사이의 모든 스위치는 (예를 들면, 브릿지) IEEE 802.1AS 시간 동기화와 같은 특정한 TSN 특성을 지원할 필요가 있다. 네트워크에서 동기화된 모든 노드는 소위 TSN 도메인에 속한다. TSN 통신은 이러한 TSN 도메인 내에서만 가능하다. 결정적인 통신을 허용하기 위해, TSN 통신은 테이터 통신이 일어나기 이전에 TSN 도메인 전체에 셋업되는 스트림으로 발생된다. TSN 네트워크에는 IEEE 802.1CB에 정의된 바와 같이, 프레임이 식별되고 TSN 스트림에 맵핑되는 방법에 대해 다른 가능성이 있다. 식별은 MAC 어드레스와 VLAN-헤더 및/또는 IP 헤더를 기반으로 할 수 있다. 그러나, TSN 표준이 현재 개발 중에 있으므로, 다른 측면이 (예를 들면, Ether-타입 필드) 프레임을 식별하는데 도입될 수 있다. TSN 스트림이 TSN 네트워크에서 설정된 이후에, 프레임은 특정한 스트림 식별자를 기반으로 전체적인 TSN 네트워크에서 식별된다.
현재 5G 네트워크를 위한 이더넷 프레임에 대해 정의된 헤더 압축은 없다. 이는 비압축 이더넷 프레임의 전송으로 이어지고, 이는 산업용 IoT/URLLC 트래픽과 같은 특정한 타입의 트래픽에 대해 일반적으로 작은 패이로드 사이즈가 주어질 때 상당한 오버헤드를 수반한다.
핸드오버 재설정 및 데이터 복구 동안, RoHC 성능은 보장될 수 없고, 이는 전송 성공 보장에 의존하는 서비스에 문제가 된다. 서비스에 (RoHC를 사용하지 않는) 더 많은 리소스를 프로비저닝함으로서 이 문제를 대응하면, 허용할 수 없는 리소스 낭비가 발생될 수 있다.
RoHC와 정렬된 이더넷 헤더 압축에 대한 프로토콜은 때로 양호한 압축 비율로 이어질 수 있지만, 예를 들어, 상기의 핸드오버 상황에서와 같이, 결정적으로는 그렇지 않을 수 있다. 이는 무선 액세스 노드가 (예를 들면, gNB) 최소 필요로 하는 리소스를 결정론적으로 예약할 수 없다는 단점으로 이어진다. 즉, 이러한 노드는 헤더 압축이 전체 압축으로 이어지지 않아 추가 리소스 낭비가 발생하는 경우에 대비하여 더 많은 리소스를 예약할 필요가 있을 수 있다.
RoHC 압축 컨텍스트 손실은 (예를 들면, 핸드오버로 인한) URLLC 트래픽에 수용가능하지 않을 수 있는 수신기에서의 패킷 전달의 지연을 초래하게 된다.
본 발명 및 그 실시예의 특정한 측면은 이들 또는 다른 문제에 솔루션을 제공할 수 있다.
본 발명은 3GPP NR 무선 기술의 컨텍스트 내에서 (예를 들면, 3GPP TS 38.300 V1.3.0) 설명된다. 그러나, 종래 기술에 숙련된 자는 본 발명의 실시예가 또한 다른 셀룰러 통신 네트워크에 적용됨을 이해하게 된다. 본 발명의 실시예는 중복 정보를 압축함으로서 셀룰러 (예를 들면, 5G) 네트워크를 통한 데이터 흐름의 (예를 들면, 시간이 민감한 네트워킹(TSN)에 대한 것과 같이, 시간이 민감한 데이터 흐름) 효율적은 운송을 가능하게 한다. 이는 하나 이상의 코어 네트워크 노드가 TSN을 인지하여, 불필요한 오버헤드를 줄이면서 TSN 흐름의 처리를 지원하게 함으로서 달성된다.
본 설명에서는 5G 네트워크에서의 이더넷/TSN 스트림-기반 전송의 헤더 압축에 대한 방법이 개략적으로 설명된다. IP 헤더 압축에 대한 RoHC와 같이 공지된 방법과 비교하여, 여기서 개요가 설명되는 방법은 결정적인 압축 비율을 가능하게 하도록 이더넷/TSN 스트림의 특정한 속성에 의존한다.
여기서 논의된 문제점 중 하나 이상을 해결하는 다양한 실시예가 여기서 제안된다.
특정한 실시예는 다음의 기술적 이점 중 하나 이상을 제공할 수 있다. 셀룰러 네트워크에서의 이더넷 헤더 압축은 일반적으로 리소스의 사용량을 낮추고 용량을 증가시킨다. 본 발명의 실시예는 결정적인 압축 비율, 즉 이 최적의 압축 비율이 충족될 수 없는 상황을 고려할 필요 없이 흐름/UE에 대해 결정론적인 최소 필요로 하는 리소스 예정을 가능하게 할 수 있다. 이 방법으로, 시스템의 용량이 개선된다.
이후 설명될 바와 같이, 본 발명의 실시예는 데이터 패킷 헤더에서 (예를 들면, 이더넷 헤더) 하나 이상의 필드에 대한 값이 TSN 스트림과 같이 설정된 데이터 스트림에 대해 정적이라고 가정한다. 본 내용에서, 값이 데이터 스트림 내에서 순차적으로 다수의 데이터 패킷에 대해 동일하게 유지되는 경우 그 값은 "정적"이라 간주될 수 있다. 따라서, 이는 헤더에서의 필드에 대한 값이 필요에 따라 업데이트되는 (즉, 반-정적) 실시예를 배제할 수 없다. 필드에 대한 값은 데이터 스트림의 수명 동안 동일하게 유지되거나 유지되지 않을 수 있다.
TSN 스트림이 설정되고 데이터 패킷이 전송되기 이전에 TSN 스트림에 관련된 모든 노드를 통해 구성이 적용된다. 이는 또한 TSN 스트림 식별자가 공표되는 것도 포함한다.
도 128은 TSN 데이터 패킷에 대한 프레임 구조를 도시한다. TSN 스트림 내에서는 헤더 필드가 스트림을 식별하는데 사용된다. 이들 필드는 예를 들어, DST MAC 어드레스 (6바이트), VLAN-헤더 (4바이트), 및 IP-헤더 필드로 (다양한 필드) 구성된다. 이들 필드는 TSN 스트림이 셋업된 이후에 일반적으로 변경되지 않는다. 그러므로, 이들 필드는 5G 네트워크 전체에서, 예를 들면, UPF에서 UE로, gNB에서 UE로 등과 같이, 정적 압축 가능성을 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 따라, 데이터 패킷에 대한 헤더 내의 하나 이상의 필드는 데이터 전송이 일어나기 이전에 UE 및/또는 gNB 또는 UPF에 대해 구성된다. 예를 들어, 하나 이상의 필드는 이더넷 헤더를 포함할 수 있고, 아마도 TSN 스트림 식별에 사용되는 경우 예를 들어 IP-헤더의 일부로 다른 헤더 필드를 포함할 수 있다.
QoS 흐름에서 수신되거나 전송된 패킷에 대한 헤더 내의 필드에 대한 값은 QoS 흐름 당 구성될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, PDU 세션에서 수신되거나 전송된 패킷에 대한 헤더 내의 필드에 대한 값은 PDU 세션 당 구성될 수 있다.
다운링크에 대한 과정이 도 129에 설명된다.
다운링크에서의 TSN 스트림의 경우, 5G CN이 (예를 들면, AMF나 UPF, 또는 둘의 조합과 같은 코어 네트워크 노드) TSN 스트림과 관련하여 TSN 네트워크의 정보를 사용할 수 있고, 어느 필드가 정적인가 여부를 처리할 수 있거나, 또는 이를 위해 사전-구성을 사용할 수 있다.
식별자는 동일한 세션이나 흐름 내에서 다수의 TSN/이더넷 스트림을 구별하도록 PDU 세션 또는 QoS 흐름 내부에서 데이터 패킷에 부가될 수 있다 (따라서, 식별자는 특정한 TSN/이더넷 스트림에 관한 것이다). 예를 들면, 식별자는 전송을 위해 정적으로 제거된 이더넷 헤더 필드 대신에 사용될 수 있다; 8-비트 헤더는 세션이나 흐름 내부에서 TSN 스트림을 분리하는데 충분할 수 있다.
UPF와 UE 사이의 (5G CN에 의해 초기화된) 헤더 압축을 위해, NAS 시그널링이 사용된다. 이는 UE에 정적으로 맵핑된 헤더 컨텐츠를 시그널링하는 것과, 또한 다른 TSN 스트림 사이를 구별하기 위해 PDU 세션 내에서 또는 QoS 흐름 내에서 사용되는 스트림 식별자를 선택적으로 시그널링하는 것을 포함한다. 5G CN은 정적 맵핑을 위한 UPF를 구성한다.
gNB와 UE 사이의 헤더 압축을 위한 다운링크 전송의 경우, RRC 시그널링이 사용될 수 있다. 즉, 새로운 QoS 흐름이 UE에 대해 설정될 때, UE는 이 QoS 흐름에서 수신된 패킷에 대해 구성된 헤더를 사용하도록 지시받는다. 대안적인 실시예에서, PDCP 제어 시그널링은 그렇지 않은 경우 정적 헤더 컨텍스트에 대한 업데이트를 (즉, 새로운 헤더 컨텍스트를 UE에 제공) 나타내는데 사용되어 , UE에 대한 반-정적 헤더 구성을 허용한다.
또한, 상기의 모든 경우에서는 정적 헤더의 업데이트가 표시될 때 또는 새로운 정적 헤더가 표시될 때, 새로운 헤더가 압축해제에 사용되어야 하는 패킷을 식별하는 시퀀스 번호가 옆에 표시될 수 있다.
또 다른 실시예에서는 수신 엔터티에서 (예를 들면, DL에서의 UE), 헤더 압축해제 이전에 시퀀스 번호에 따라 수신된 패킷의 재정렬이 적용되어야 한다. 이 방법은, 시퀀스 번호와 함께 새롭게 구성된 헤더를 표시할 때, 새로 구성된 헤더가 유효한 첫번째 패킷이 식별된다.
업링크에 대한 과정이 도 130에 설명된다.
업링크에서의 TSN 스트림의 경우, UE는 TSN 스트림 식별과 관련하여 TSN 네트워크로부터 정보를 얻을 수 있고, 어느 필드가 정적인가 여부를 처리할 수 있거나, 또는 그에 따라 5G CN에 알릴 수 있다 (예를 들면, TSN 네트워크로부터 5G CN으로 요청을 전달함으로서).
식별자는 동일한 세션이나 흐름 내에서 다수의 TSN/이더넷 스트림을 구별하도록 PDU 세션 또는 QoS 흐름 내부에서 데이터 패킷에 부가될 수 있다 (따라서, 식별자는 특정한 TSN/이더넷 스트림에 관한 것이다). 예를 들면, 식별자는 전송을 위해 정적으로 제거된 이더넷 헤더 필드 대신에 사용될 수 있다; 8-비트 헤더는 세션이나 흐름 내부에서 TSN 스트림을 분리하는데 충분할 수 있다.
UE와 UPF 사이의 (UE에 의해 초기화된) 헤더 압축을 위해, 다시 NAS 시그널링이 사용된다. UE는 TSN 스트림 패킷 헤더에 관하여 TSN 네트워크로부터 수신된 임의의 TSN 구성 데이터와 함께 NAS를 통한 요청을 시그널링함으로서 5GCN으로부터 정적 헤더 압축을 요청할 수 있다. 이어서, 5GCN은 UPF에서의 정적 맵핑을 구성하고, 다수의 TSN 스트림을 구별하기 위해 PDU 세션 내에서 또는 QoS 흐름 내에서 사용되는 스트림 식별자를 지정할 수도 있다. 5GCN은 정적 맵핑 뿐만 아니라 사용할 잠재적인 식별자에 관해 UE에 통보하는데 NAS 시그널리을 사용할 수 있다. 5GCN은 정적 맵핑을 위한 UPF를 구성한다.
또한, 상기의 모든 경우에서, 정적 헤더에 대한 업데이트가 표시될 때 또는 새로운 정적 헤더가 표시될 때, 새로운 헤더가 압축해제에 사용되어야 하는 패킷을 식별하는 시퀀스 번호가 옆에 표시될 수 있다.
업링크 전송의 경우, UE는 전송 이전에 이더넷 헤더 필드를 제거하도록 구성된다. 그 구성은 RRC 시그널링 또는 NAS 시그널링을 통해 표시될 수 있다. 헤더 제거 기능은 SDAP 또는 PDCP 전송 알고리즘에서 구현될 수 있다. 시퀀스 번호는 이더넷 헤더 필드의 제거가 적용되는 첫번째 패킷을 식별하여 표시될 수 있다.
업링크 전송의 경우, UE는 데이터 전송 이전에 (제거된) 헤더를 5G 네트워크에 표시하므로, 5G 네트워크는 UE로부터 패킷을 수신할 때 헤더를 고려할수 있다. 또한, 이 경우에는 헤더가 QoS 흐름 당 또는 PDU 세션 당 구성될 수 있다. 또한, 헤더가 제거되었고 구성된 헤더가 적용되어야 하는 첫번째 패킷을 식별하여 시퀀스 번호가 표시될 수 있다.
또 다른 실시예에서는 수신 엔터티에서 (gNB 또는 UL에서의 UPF), 헤더 압축해제 이전에 시퀀스 번호에 따라 수신된 패킷의 재정렬이 적용되어야 한다. 이 방법은, 시퀀스 번호와 함께 새롭게 구성된 헤더를 표시할 때, 새로 구성된 헤더가 유효한 첫번째 패킷이 식별된다.
무선을 통한 TSN 스트림을 처리하기 위해, 예를 들어 반-영구적 스케쥴링(semi-persistent scheduling, SPS) 또는 인스턴트-업링크 액세스(instant-uplink access, IUA)를 사용하여 무선 리소스가 사전-할당될 수 있다. 리소스 사전-할당은 전송을 위해 공지된 패이로드 사이즈로부터 이득을 얻게 된다. RoHC 프레임워크에서, 최악의 패이로드 사이즈는 여전히 모든 헤더를 포함하는 전체 패킷이다; 전체 컨텍스트를 전송할 필요가 있을 때를 결정할 수 없으므로, 최악의 경우를 위해 리소스를 예정할 필요가 있다. 이는 상기에 개요가 설명된 정적 헤더 압축 방법에 대한 경우가 아니다.
TSN은 패킷의 적시 전달을 기반으로 한다. 컨텍스트 비인지로 인하여 재전송되거나 버퍼링되어야 하는 패킷은 수용가능하지 않은 패킷 대기시간으로 이어진다. 패킷을 폐기하거나 대신에 이전 (또는 본 설명에서 도입된 바와 같이, 정적으로 구성된) 컨텍스트를 사용하는 것이 더 낫다.
도 131은 특정한 실시예에 따른 방법을 도시한다. 그 방법은 하나 이상의 코어 네트워크 노드에 의해 실행될 수 있다. 예를 들어, 방법은 AMF 및/또는 UPF에 의해 (도 126과 관련하여 상기에 설명된 AMF 및 UPF와 같은) 실행될 수 있다. 또한, 방법은 상기에 설명된 도 129에서의 요소 "5G CN"에 관련되거나 그 동작에 대응할 수 있다. 방법은 외부 데이터 스트림에서 (이더넷 네트워크 또는 LAN과 같은) 데이터 스트림과 (TSN 또는 다른 시간이 중요한 데이터 스트림과 같은) 연관된 데이터 패킷의 운송을 가능하게 한다.
방법은 단계(VV102)에서 시작되고, 여기서 코어 네트워크 노드는 외부 데이터 네트워크에서 데이터 스트림에 대한 구성 정보를 획득한다. 구성 정보는 정적으로 유지될 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 헤더 내에서의 하나 이상의 필드에 대한 각 값을 나타낸다. 코어 네트워크 노드는 직접적으로 외부 데이터 네트워크로부터 이러한 구성 정보를 수신하거나 (예를 들면, 데이터 스트림을 설정하기 위한 요청 메시지에서), 또는 그 정보로 사전-구성될 수 있다. 값이 정적일 수 있는 하나 이상의 필드는 다음 중 하나 이상 (또는 모두)과 같이, 하나 이상의 이더넷 헤더 필드를 포함할 수 있다: 목적 어드레스 필드; 소스 어드레스 필드; 가상 LAN 태그 필드; 및 타입/길이 필드. 하나 이상의 필드는 부가적으로 또는 대안적으로 IP 헤더에서 하나 이상의 필드를 포함한다.
단계(VV104)에서, 코어 네트워크 노드는 데이터 스트림을 수신할 무선 디바이스에 대한 구성 정보의 전송을 초기화한다. 예를 들면, 구성 정보는 NAS 시그널링을 통해 전송될 수 있다.
코어 네트워크 노드는 다른 데이터 스트림과 구별될 수 있게 하도록 데이터 스트림에 대한 식별자를 설정할 수 있다. 데이터 패킷이 PDU 세션 또는 QoS 흐름의 일부로 무선 디바이스에 전송되는 실시예에서, 식별자는 PDU 세션 또는 QoS 흐름 내에서 유일할 수 있다 (그러므로, 이러한 실시예에서는 식별자 값이 PDU 세션 또는 QoS 흐름 외부의 다른 데이터 흐름에 대해 재사용될 수 있다). 구성 정보는 부가적으로 연관된 데이터 스트림에 대한 식별자를 포함할 수 있다.
단계(VV106)에서, 코어 네트워크 노드는 외부 데이터 네트워크로부터 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷을 수신한다. 데이터 패킷은 임의의 적절한 메카니즘을 통해 데이터 스트림과 연관되거나 그에 속하는 것으로 식별될 수 있다. 식별은 MAC 어드레스와 VLAN-헤더 및/또는 IP 헤더를 기반으로 할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 다른 측면이 (예를 들면, Ether-타입 필드) 데이터 패킷을 식별하도록 그에 도입될 수도 있다.
단계(VV108)에서, 코어 네트워크 노드는 압축된 데이터 패킷을 생성하도록 데이터 패킷에서 하나 이상의 필드를 제거한다. 즉, 코어 네트워크 노드는 단계(VV102)에서 획득된 구성 정보에서 식별되었던 하나 이상의 필드를 제거한다. 선택적으로, 코어 네트워크 노드는 압축된 데이터 패킷에 데이터 스트림에 대한 식별자를 부가할 수 있다. 식별자는 하나 이상의 필드가 제거되기 이전에 또는 그 이후에 데이터 패킷에 부가될 수 있는 것으로 이해될 것이다.
단계(VV110)에서, 코어 네트워크 노드는 무선 디바이스에 대한 압축 데이터 패킷의 전송을 초기화한다. 예를 들어, 코어 네트워크 노드는 무선 디바이스로의 전송을 위해 무선 액세스 노드에 (gNB 또는 다른 기지국과 같은) 압축 데이터 패킷을 송신할 수 있다.
본 설명의 또 다른 실시예에서, 데이터 스트림에 대한 구성 정보는 상기 구성이 설정된 이후에 업데이트될 수 있다. 이러한 실시예에서, 업데이트된 구성 정보는 데이터 스트림에 대해 획득될 수 있고 (예를 들면, 외부 데이터 네트워크로부터), 정적으로 유지될 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 헤더 내에서의 하나 이상의 필드에 대해 업데이트된 각 값의 표시를 포함한다. 정적인 값을 갖는 하나 이상의 필드는 원래 식별된 하나 이상의 필드와 동일하거나 그와 다를 수 있다. 업데이트된 구성 정보는 이어서 업데이트된 구성에 따라 제거된 헤더 정보를 갖는 데이터 패킷을 무선 디바이스가 압축해제하는 것을 가능하게 하도록 무선 디바이스 (예를 들면, NAS 시그널링을 통해) 전송될 수 있다. 업데이트된 구성 정보는 업데이트된 구성이 적용될 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 시퀀스에서 데이터 패킷을 표시하는 시퀀스 번호를 포함할 수 있다.
도 132는 특정한 실시예에 따른 방법을 도시한다. 그 방법은 하나 이상의 코어 네트워크 노드에 의해 실행될 수 있다. 예를 들어, 방법은 AMF 및/또는 UPF에 의해 (도 126과 관련하여 상기에 설명된 AMF 및 UPF와 같은) 실행될 수 있다. 또한, 방법은 상기에 설명된 도 130에서의 요소 "5G CN"에 관련되거나 그 동작에 대응할 수 있다. 방법은 외부 데이터 스트림에서 (이더넷 네트워크 또는 LAN과 같은) 데이터 스트림과 (TSN 또는 다른 시간이 중요한 데이터 스트림과 같은) 연관된 데이터 패킷의 운송을 가능하게 한다.
방법은 단계(VV202)에서 시작되고, 여기서 코어 네트워크 노드는 외부 데이터 네트워크에서 데이터 스트림에 대한 구성 정보를 획득한다. 구성 정보는 정적으로 유지될 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 헤더 내에서의 하나 이상의 필드에 대한 각 값을 나타낸다. 코어 네트워크 노드는 직접적으로 외부 데이터 네트워크로부터 (예를 들면, 데이터 스트림을 설정하기 위한 요청 메시지에서), 데이터 스트림과 연관되거나 그에 속하는 데이터 패킷을 전송할 무선 디바이스로부터 (예를 들어, NAS 시그널링과 같은 시그널링을 통해 무선 디바이스에 의해 전달되는 외부 데이터 네트워크로부터의 요청 메시지에서), 또는 그 정보로 사정-구성된 이러한 구성 정보를 수신할 수 있다. 값이 정적일 수 있는 하나 이상의 필드는 다음 중 하나 이상 (또는 모두)과 같이, 하나 이상의 이더넷 헤더 필드를 포함할 수 있다: 목적 어드레스 필드; 소스 어드레스 필드; 가상 LAN 태그 필드; 및 타입/길이 필드. 하나 이상의 필드는 부가적으로 또는 대안적으로 IP 헤더에서 하나 이상의 필드를 포함한다.
데이터 스트림에 대한 식별자는 다른 데이터 스트림과 구별될 수 있도록 설정될 수 있다. 데이터 패킷이 PDU 세션 또는 QoS 흐름의 일부로 무선 디바이스에 의해 전송되는 실시예에서, 식별자는 PDU 세션 또는 QoS 흐름 내에서 유일할 수 있다 (그러므로, 이러한 실시예에서는 식별자 값이 PDU 세션 또는 QoS 흐름 외부의 다른 데이터 흐름에 대해 재사용될 수 있다). 구성 정보는 부가적으로 연관된 데이터 스트림에 대한 식별자를 포함할 수 있다. 대안적으로, 코어 네트워크 노드가 데이터 스트림에 대한 식별자를 설정하는 경우, 식별자는 코어 네트워크 노드에 의해 무선 디바이스로 전송될 수 있다.
선택적으로, 방법은 데이터 스트림과 연관되거나 그에 속하는 데이터 패킷을 전송할 무선 디바이스로 구성 정보를 송신하는 단계를 (도시되지 않은) 더 포함할 수 있다. 이 단계는 특정하게 단계(VV202)에서의 구성 정보가 무선 디바이스로부 터 수신되지 않을 때, 또는 무선 디바이스가 구성 정보 자체를 획득하고 (예를 들면, 외부 데이터 네트워크로부터 수신된 요청 메시지로부터) 프로세스할 수 없을 때 적용될 수 있다. 구성 정보는 예를 들어, NAS 시그널링을 통해 송신될 수 있다.
단계(VV204)에서, 코어 네트워크 노드는 무선 디바이스로부터 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷을 수신한다. 데이터 패킷은 단계(VV202)에서 획득된 구성 정보에 따라, 헤더에서의 하나 이상의 필드의 제거에 의해 (예를 들면, 아래 도면 133에서 설명될 방법에 따라 무선 디바이스에 의해) 압축된다.
단계(VV206)에서, 코어 네트워크 노드는 압축해제된 데이터 패킷을 생성하도록 데이터 패킷으로부터의 하나 이상의 필드를 부가한다. 즉, 코어 네트워크 노드는 단계(VV202)에서 획득된 구성 정보에서 식별되었던 하나 이상의 필드를 부가한다.
단계(VV208)에서, 코어 네트워크 노드는 외부 데이터 네트워크를 통한 압축해제 데이터 패킷의 전송을 초기화한다.
본 설명의 또 다른 실시예에서, 데이터 스트림에 대한 구성 정보는 상기 구성이 설정된 이후에 업데이트될 수 있다. 이러한 실시예에서, 업데이트된 구성 정보는 데이터 스트림에 대해 획득될 수 있고 (예를 들면, 외부 데이터 네트워크 또는 무선 디바이스로부터), 정적으로 유지될 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 헤더 내에서의 하나 이상의 필드에 대해 업데이트된 각 값의 표시를 포함한다. 정적인 값을 갖는 하나 이상의 필드는 원래 식별된 하나 이상의 필드와 동일하거나 그와 다를 수 있다. 업데이트된 구성 정보는 특정하게, 업데이트된 구성 정보가 외부 데이터 네트워크로부터 직접 수신되는 경우 무선 디바이스에 전송된다 (예를 들면, NAS 시그널링을 통해). 부가적으로 또는 대안적으로, 업데이트된 구성 정보는 업데이트된 구성에 따라 무선 디바이스에 의해 압축된 수신 데이터 패킷을 미래에 압축해제하는데 사용된다. 업데이트된 구성 정보는 업데이트된 구성이 적용될 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 시퀀스에서 데이터 패킷을 표시하는 시퀀스 번호를 포함할 수 있다. 따라서, 코어 네트워크 노드는 업데이트된 구성 정보에 표시된 시퀀스 번호에 이어지는 모든 데이터 패킷에 대한 업데이트된 구성에 따라 헤더 필드를 부가할 수 있다. 선택적으로, 코어 네트워크 노드는 이 프로세싱을 용이하게 하기 위해 각각의 시퀀스 번호에 따라 수신된 데이터 패킷을 재정렬할 수 있다.
도 133은 특정한 실시예에 따른 방법을 도시한다. 그 방법은 무선 디바이스에 의해 (도 126과 관련하여 상기에 설명된 UE와 같은) 실행될 수 있다. 또한, 방법은 상기에 설명된 도 129에서의 요소 "UE"에 관련되거나 그 동작에 대응할 수 있다. 방법은 외부 데이터 스트림에서 (이더넷 네트워크 또는 LAN과 같은) 데이터 스트림과 (TSN 또는 다른 시간이 중요한 데이터 스트림과 같은) 연관된 데이터 패킷의 운송을 가능하게 한다.
방법은 단계(XX102)에서 시작되고, 여기서 무선 디바이스는 외부 데이터 네트워크에서 데이트 스트림에 대한 구성 정보를 획득한다. 구성 정보는 정적으로 유지될 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 헤더 내에서의 하나 이상의 필드에 대한 각 값을 나타낸다. 무선 디바이스는 직접적으로 외부 데이터 네트워크로부터 (예를 들면, 데이터 스트림을 설정하기 위한 요청 메시지에서), 또는 하나 이상의 코어 네트워크 노드로부터 (예를 들어, NAS 시그널링을 통해, gNB 또는 다른 기지국과 같은 무선 액세스노드로부터의 전송을 통하여) 이러한 구성 정보를 수신할 수 있다. 값이 정적일 수 있는 하나 이상의 필드는 다음 중 하나 이상 (또는 모두)과 같이, 하나 이상의 이더넷 헤더 필드를 포함할 수 있다: 목적 어드레스 필드; 소스 어드레스 필드; 가상 LAN 태그 필드; 및 타입/길이 필드. 하나 이상의 필드는 부가적으로 또는 대안적으로 IP 헤더에서 하나 이상의 필드를 포함할 수 있다.
데이터 스트림에 대한 식별자는 다른 데이터 스트림과 구별될 수 있도록 설정될 수 있다. 데이터 패킷이 PDU 세션 또는 QoS 흐름의 일부로 무선 디바이스에 의해 수신되는 실시예에서, 식별자는 PDU 세션 또는 QoS 흐름 내에서 유일할 수 있다 (그러므로, 이러한 실시예에서는 식별자 값이 PDU 세션 또는 QoS 흐름 외부의 다른 데이터 흐름에 대해 재사용될 수 있다). 구성 정보는 부가적으로 연관된 데이터 스트림에 대한 식별자를 포함할 수 있다.
단계(XX104)에서, 무선 디바이스는 무선 액세스 네트워크 노드로부터 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷을 수신한다. 데이터 패킷은 단계(XX102)에서 획득된 구성 정보에 따라, 헤더에서의 하나 이상의 필드의 제거에 의해 (예를 들면, 상기에 설명된 방법에 따라 무선 액세스 네트워크 노드 또는 코어 네트워크 노드 자체에 의해) 압축된다.
단계(XX106)에서, 무선 디바이스는 압축해제된 데이터 패킷을 생성하도록 데이터 패킷으로부터의 하나 이상의 필드를 부가한다. 즉, 무선 디바이스는 단계(XX102)에서 획득된 구성 정보에서 식별되었던 하나 이상의 필드를 부가한다. 선택적으로, 압축해제된 데이터 패킷은 외부 데이터 네트워크를 통해 전송될 수 있다.
본 설명의 또 다른 실시예에서, 데이터 스트림에 대한 구성 정보는 상기 구성이 설정된 이후에 업데이트될 수 있다. 이러한 실시예에서, 업데이트된 구성 정보는 데이터 스트림에 대해 획득될 수 있고 (예를 들면, 코어 네트워크 노드로부터), 정적으로 유지될 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 헤더 내에서의 하나 이상의 필드에 대해 업데이트된 각 값의 표시를 포함한다. 정적인 값을 갖는 하나 이상의 필드는 원래 식별된 하나 이상의 필드와 동일하거나 그와 다를 수 있다. 업데이트된 구성 정보는 업데이트된 구성에 따라 코어 네트워크 노드 또는 무선 액세스 네트워크 노드에 의해 압축된 수신 데이터 패킷을 미래에 압축해제하는데 사용된다. 업데이트된 구성 정보는 업데이트된 구성이 적용될 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 시퀀스에서 데이터 패킷을 표시하는 시퀀스 번호를 포함할 수 있다. 따라서, 무선 디바이스는 업데이트된 구성 정보에 표시된 시퀀스 번호에 이어지는 모든 데이터 패킷에 대한 업데이트된 구성에 따라 헤더 필드를 부가할 수 있다. 선택적으로, 무선 디바이스는 이 프로세싱을 용이하게 하기 위해 각각의 시퀀스 번호에 따라 수신된 데이터 패킷을 재정렬할 수 있다.
도 134는 특정한 실시예에 따른 방법을 도시한다. 그 방법은 무선 디바이스에 의해 (도 126과 관련하여 상기에 설명된 UE와 같은) 실행될 수 있다. 또한, 방법은 상기에 설명된 도 130에서의 요소 "UE"에 관련되거나 그 동작에 대응할 수 있다. 방법은 외부 데이터 스트림에서 (이더넷 네트워크 또는 LAN과 같은) 데이터 스트림과 (TSN 또는 다른 시간이 중요한 데이터 스트림과 같은) 연관된 데이터 패킷의 운송을 가능하게 한다.
방법은 단계(XX202)에서 시작되고, 여기서 무선 디바이스는 외부 데이터 네트워크에서 데이트 스트림에 대한 구성 정보를 획득한다. 구성 정보는 정적으로 유지될 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 헤더 내에서의 하나 이상의 필드에 대한 각 값을 나타낸다. 무선 디바이스는 직접적으로 외부 데이터 네트워크로부터 (예를 들면, 데이터 스트림을 설정하기 위한 요청 메시지에서), 또는 하나 이상의 코어 네트워크 노드로부터 (예를 들어, NAS 시그널링 또는 RRC 시그널링을 통하여) 이러한 구성 정보를 수신할 수 있다. 값이 정적일 수 있는 하나 이상의 필드는 다음 중 하나 이상 (또는 모두)과 같이, 하나 이상의 이더넷 헤더 필드를 포함할 수 있다: 목적 어드레스 필드; 소스 어드레스 필드; 가상 LAN 태그 필드; 및 타입/길이 필드. 하나 이상의 필드는 부가적으로 또는 대안적으로 IP 헤더에서 하나 이상의 필드를 포함할 수 있다.
데이터 스트림에 대한 식별자는 다른 데이터 스트림과 구별될 수 있도록 설정될 수 있다 (예를 들면, 하나 이상의 코어 네트워크 노드에 의해). 데이터 패킷이 PDU 세션 또는 QoS 흐름의 일부로 무선 디바이스에 의해 수신되는 실시예에서, 식별자는 PDU 세션 또는 QoS 흐름 내에서 유일할 수 있다 (그러므로, 이러한 실시예에서는 식별자 값이 PDU 세션 또는 QoS 흐름 외부의 다른 데이터 흐름에 대해 재사용될 수 있다). 구성 정보는 부가적으로 연관된 데이터 스트림에 대한 식별자를 포함할 수 있다.
단계(XX204)에서, 무선 디바이스는 데이터 스트림과 연관되거나 그에 속하는 데이터 패킷을 획득한다. 예를 들어, 데이터 패킷은 외부 데이터 네트워크로부터 수신되거나 무선 디바이스에 의해 생성될 수 있다 (예를 들어, 일부 사용자 상호작용에 응답하여 또는 무선 디바이스에서의 애플리케이션 실행에 의해).
단계(XX206)에서, 무선 디바이스는 압축된 데이터 패킷을 생성하도록 데이터 패킷으로부터 하나 이상의 필드를 제거한다. 즉, 무선 디바이스는 단계(XX202)에서 획득된 구성 정보에서 식별되었던 하나 이상의 필드를 제거한다. 선택적으로, 무선 디바이스는 압축된 데이터 패킷에 데이터 스트림에 대한 식별자를 부가할 수 있다. 식별자는 하나 이상의 필드가 제거된 이후에 또는 이전에 데이터 패킷에 부가될 수 있음을 이해하게 된다. 헤더 제거 기능은 SDAP 또는 PDCP 전송 알고리즘에서 구현될 수 있다.
단계(XX208)에서, 무선 디바이스는 외부 데이터 네트워크를 통한 압축 데이터 패킷의 전송을 초기화한다. 예를 들어, 무선 디바이스는 하나 이상의 코어 네트워크 노드 및 이후에 외부 데이터 네트워크로의 전송을 위해 무선 액세스 네트워크 노드로의 (gNB 또는 다른 기지국과 같은) 전송으로 압축 데이터 패킷을 송신할 수 있다. 하나 이상의 코어 네트워크 노드는 예를 들어, 상기에 설명된 방법에 따라, 외부 데이터 네트워크를 통한 전송 이전에 압축된 데이터 패킷을 압축해제하도록 인에이블된다.
또 다른 실시예에서, 데이터 스트림에 대한 구성 정보는 상기 구성이 설정된 이후에 업데이트될 수 있다. 이러한 실시예에서, 업데이트된 구성 정보는 데이터 스트림에 대해 획득될 수 있고 (예를 들면, 외부 데이터 네트워크로부터), 정적으로 유지될 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 헤더 내에서의 하나 이상의 필드에 대해 업데이트된 각 값의 표시를 포함한다. 정적인 값을 갖는 하나 이상의 필드는 원래 식별된 하나 이상의 필드와 동일하거나 그와 다를 수 있다. 업데이트된 구성 정보는 업데이트된 구성에 따라 제거된 헤더 정보를 갖는 데이터 패킷을 코어 네트워크 노드가 압축해제하는 것을 가능하게 하도록 무선 디바이스에 의해 (예를 들면, NAS 시그널링을 통해) 하나 이상의 코어 네트워크 노드에 전송될 수 있다. 업데이트된 구성 정보는 업데이트된 구성이 적용될 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 시퀀스에서 데이터 패킷을 표시하는 시퀀스 번호를 포함할 수 있다.
도 131 내지 도 134에 도시된 방법은 적절하게, 도 120 내지 도 125에 도시된 하나 이상의 노드에서 구현될 수 있는 것으로 이해하게 된다.
리소스-스케쥴링 및 헤더-압축 기술의 조합
상기에 기술된 바와 같이, 여기서 설명된 다양한 기술은 대기시간, 신뢰성 등에 대한 이점을 제공하기 위해 서로 조합될 수 있다. 예를 들어, 유리한 하나의 특정한 조합은 TSN 프레임의 헤더를 압축하기 위해 설명된 기술 및 리소스의 스케쥴리을 위해 상기에 설명된 기술의 조합이다.
따라서, 예를 들어, 도 117에 설명된 방법은 도 131에 도시된 방법과 조합되어, 사용자 장비(UE) 및 외부 네트워크와 연관된 시간에 민감한 데이터 스트림을 처리하기 위해 무선 액세스 네트워크(RAN)와 연관된 코어 네트워크의 하나 이상의 노드에서 실행되는 방법을 제공할 수 있다. 이 방법은 도 117의 블록(1210)에 도시된 바와 같이, 시간에 민감한 데이터 스트림과 연관된 전송 스케쥴을 외부 네트워크로부터 수신하는 단계를 포함하고, 또한 동일한 도면의 블록(1220)에 도시된 바와 같이, RAN과 제1 UE 사이에서의 데이터 스트림의 통신을 위해 무선 리소스를 할당하기 위한 요구를 RAN에 송신하는 단계를 포함하고, 여기서 그 요청은 또한 전송 스케쥴에 관련된 정보를 포함한다. 도 117의 블록(1230)에 도시된 바와 같이, 방법은 또한 데이터 스트림과 연관된 전송 스케쥴을 충족시키도록 무선 리소스가 할당될 수 있는가 여부를 나타내는 응답을 RAN으로부터 수신하는 단계를 포함한다.
방법은 또한 데이터 스트림에 대한 구성 정보를 획득하는 단계를 포함하고, 그 구성 정보는 정적으로 유지될 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 헤더 내에서의 하나 이상의 필드에 대한 각 값을 나타내고; 이 단계는 도 131에서 블록(VV102)에 도시된다. 방법은 여전히 도 131의 블록(VV104), (VV106), (VV108), 및 (VV110)에 도시된 바와 같이, 제1 UE에 대한 구성 정보의 전송을 초기화하는 단계, 외부 데이터 네트워크로부터 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷을 수신하는 단계, 압축된 데이터 패킷을 생성하도록 데이터 패킷으로부터 하나 이상의 필드를 제거하는 단계, 및 제1 UE에 대한 압축 데이터 패킷의 전송을 초기화하는 단계를 더 포함한다.
이러한 기술에 대해 상기에 논의된 임의의 변형이 여기서 조합된 기술에 적용될 수 있음을 이해하게 된다. 따라서, 예를 들어, 일부 실시예에서는 외부 네트워크가 시간에 민감한 네트워크(TSN)를 포함하고, 데이터 스트림이 TSN 스트림을 포함한다. 여기서, 전송 스케쥴은 TSN 스트림을 포함하는 하나 이상의 트래픽 클래스에 대한 게이트 제어 리스트 및 싸이클 시간을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 전송 스케쥴과 관련된 정보는 다음 중 하나 이상을 포함한다: 제1 UE의 식별자; 데이터 스트림과 연관된 하나 이상의 서비스 품질 QoS 흐름의 식별자; 및 각 QoS 흐름과 연관된 QoS 요구사항. 이들 실시예 중 일부에서, 각 QoS 요구사항은 데이터 스트림이 전송되도록 요구되는 하나 이상의 시간 윈도우 및/또는 이어지는 시간 윈도우를 식별하는 주기성 및 초기 시간 윈도우를 포함한다. 이들 후자 실시예 중 일부에서, 무선 리소스가 데이터 스트림의 전송 스케쥴을 충족시키도록 할당될 수 없는 것으로 응답에서 나타나면, 응답은 무선 리소스가 할당될 수 있는 하나 이상의 추가 시간 윈도우의 표시를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 응답은 각 QoS 흐름과 연관된 QoS 요구사항이 충족될 수 있는가 여부를 나타내고, 방법은 또한 각 QoS 흐름과 연관된 QoS 요구사항이 충족될 수 있는가 여부의 표시를 기반으로 전송 스케쥴이 충족될 수 있는가 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 또한 전송 스케쥴이 충족될 수 있는가 여부의 표시를 외부 네트워크에 송신하는 단계를 포함한다. 이들 실시예 중 일부와 다른 실시예에서, 그 방법은 5G 코어 네트워크(5GC)에서 액세스 관리 기능(AMF)에 의해 실행된다. 일부 실시예에서, 전송 스케쥴은 외부 네트워크로부터 수신될 수 있고 무선 리소스는 RAN으로부터 제1 UE로의 다운링크 통신을 위한 것을 수 있고, 다른 실시예에서는 전송 스케쥴이 제1 UE로부터 수신될 수 있고 무선 리소스가 제1 UE에서 RAN으로의 업링크 통신을 위한 것을 수 있다.
일부 실시예에서, 구성 정보를 획득하는 단계는 외부 데이터 네트워크로부터 구성 정보를 수신하는 단계를 포함한다. 다른 것에서, 구성 정보는 코어 네트워크의 하나 이상의 노드에서 사전-구성된다.
일부 실시예에서, 압축된 데이터 패킷은 데이터 스트림에 대한 식별자를 포함한다. 식별자는 코어 네트워크의 하나 이상의 노드에 의해 부가될 수 있다.
일부 실시예에서, 압축된 데이터 패킷은 프로토콜 데이터 유닛(PDU) 세션 또는 서비스 품질(QoS) 흐름의 일부로 제1 UE에 전송된다. 이러한 실시예 중 일부에서, 상기에 기술된 식별자는 PDU 세션 또는 QoS 흐름 내에서 유일할 수 있다.
일부 실시예에서, 구성 정보는 비-액세스 계층(NAS) 시그널링을 사용해 제1 UE로 전송된다. 일부에서, 구성 정보는 데이터 스트림에 대한 식별자를 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 또한 데이터 스트림에 대한 업데이트된 구성 정보를 획득하는 단계를 포함하고, 업데이트된 구성 정보는 정적으로 유지될 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 헤더 내에서의 하나 이상의 필드에 대해 업데이트된 각 값의 표시를 포함하고, 또한 제1 UE에 대한 업데이트된 구성 정보의 전송을 초기화하는 단계를 포함한다. 이 업데이트된 구성 정보는 또한 업데이트된 각 값이 적용되는 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷을 식별하는 시퀀스 번호의 표시를 포함할 수 있다.
선행하는 실시예 중 임의의 실시예에서, 데이터 패킷은 사용자 데이터를 포함할 수 있고, 제1 UE로의 압축 데이터 패킷의 전송을 초기화하는 단계는 기지국으로의 전송을 통해 제1 UE에 사용자 데이터를 전달하는 단계를 포함한다.
상기에 설명된 압축해제 기술도 또한 이러한 기술과 조합될 수 있다. 따라서, 코어 네트워크의 하나 이상의 노드에 의해 실행되는 일부 방법은 도 132의 블록(VV204), (VV206), 및 (VV208)에 도시된 바와 같이, 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷을 제2 UE로부터 수신하는 단계; 압축해제된 데이터 패킷을 생성하도록 데이터 패킷에 하나 이상의 필드를 부가하는 단계; 및 외부 데이터 네트워크를 통한 압축해제된 데이터 패킷의 전송을 초기화하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 방법은 정적으로 유지될 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 헤더 내에서의 하나 이상의 필드에 대한 각 값의 표시를 제2 UE에 전송하는 것을 초기화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 데이터 패킷은 사용자 데이터를 포함할 수 있고, 외부 데이터 네트워크를 통한 압축해제 데이터 패킷의 전송을 초기화하는 단계는 외부 데이터 네트워크를 통해 호스트 컴퓨터에 사용자 데이터를 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
RAN을 통한 TSN
자율적, 다기능, 및/또는 모바일 기계 및 로봇과 같은 공장 자동화의 적어도 일부 유닛은 무선 라디오 통신을 통한 네트워킹을 요구한다. 그러나, 예를 들어, 3GPP 사용자 장비(UE)와 같이, RAN의 모바일 터미널로 동작하는 공장 유닛은 단지 이 특정한 무선 기지국이 TSN을 지원하지 않는다는 것을 알아내기 위해 RAN의 무선 기지국과 무선 연결을 설정해야 한다.
따라서, 무선 라디오 통신을 통해 TSN을 인에이블하는 기술이 필요하다. 대안적인 또는 보다 특정한 목적은 바람직하게 모바일 터미널과 무선 기지국 사이에 무선 연결을 설정하기 전에, 모바일 터미널이 TSN을 지원하는 무선 기지국을 구체적으로 선택하는 것을 가능하게 하는 것이다.
도 135는 RAN을 통한 TSN을 다루는 방법(400)에 대한 흐름도를 도시한다. 방법(400)은 RAN의 RBS로부터 SI를 수신하는 단계(402)를 포함한다. SI는 RBS를 통한 TSN 지원에 대해 암시적이거나 지시적이다. 방법(400)은 또한 수신된 SI에 따라, RBS를 통한 TSN의 적어도 하나의 TSN 스트림을 설정하거나 설정하도록 초기화하는 단계(404)를 포함한다. 방법(400)은 RAN에 무선-연결되거나 무선-연결가능한 UE에 의해 실행될수 있다.
도 136은 RAN을 통한 TSN을 공표하는 방법(500)에 대한 흐름도를 도시한다. 방법(500)은 RAN의 RBS로부터 SI를 전송하는 단계(502)를 포함한다. SI는 RBS를 통한 TSN 지원에 대해 암시적이거나 지시적이다. SI는 RBS-특정적일 수 있다. 방법(500)은 또한 전송된 SI에 따라, RBS를 통한 TSN의 적어도 하나의 TSN 스트림을 지원하는 단계(504)를 포함한다. 방법(500)은 예를 들어, RAN의 RBS에 의해 실행될 수 있다.
도 137은 RAN을 통한 TSN에 대해 구성 메시지를 배포하는 방법(600)에 대한 흐름도를 도시한다. 방법(600)은 RAN의 적어도 하나의 RBS를 통한 TSN 지원에 대해 암시적이거나 지시적인 적어도 하나의 구성 메시지를 결정하는 단계(602)를 포함한다. 방법(600)은 또한 CN으로부터 RAN의 적어도 하나의 RBS 각각에 적어도 하나의 구성 메시지를 송신하는 단계(604)를 포함한다.
방법(600)은 CN에 의해, 또한/또는 CN, AMF, 또는 MME의 네트워크 구성성분을 사용하여, 또한/또는 TSN 기능을 사용하여 실행될 수 있다. TSN 기능은 중앙집중식 네트워크 구성(CNC) 또는 중앙집중식 사용자 구성(CUC)이 될 수 있다.
수신된 SI에 따라, 적어도 하나의 TSN 스트림을 설정하거나 설정하도록 초기화하는 단계(404)는 적어도 하나의 TSN 스트림을 선택적으로 (예를 들면, 조건부로) 설정하거나 선택적으로 (예를 들면, 조건부로) 설정하는 것을 초기화하는 단계를 포함할 수 있다. 선택성은 (예를 들면, 조건) 수신된 SI에 의존할 수 있다. UE는 RBS로부터의 SI를 기반으로, 예를 들어 기지국을 액세스하거나 그와 연결하기 이전에, TSN 스트림을 설정하도록 의도하는가 여부를 결정할 수 있다.
적어도 하나의 TSN 스트림을 설정하거나 설정하도록 초기화하는 단계(404)는 RAN의 RBS로의 랜덤 액세스 과정; RAN의 RBS로의 무선 리소스 제어(RRC) 연결 셋업; 및 RAN에 연결된 CN으로의 네트워크 첨부 과정 중 적어도 하나를 선택적으로 실행하거나 선택적으로 실행하도록 초기화하는 단계를 포함할 수 있다. 선택성은 수신된 SI에 의존할 수 있다.
설정하는 단계(404)는 설정된 적어도 하나의 TSN 스트림을 사용하는 TSN 애플리케이션을 실행하거나 실행하도록 초기화하는 단계를 포함할 수 있다. TSN 애플리케이션 또는 TSN 애플리케이션의 클라이언트는 UE에서 실행될 수 있다. 단계(404)에서의 선택성은 (예를 들면, 조건) 수신된 SI가 TSN 애플리케이션에 의해 요구되는 TSN 특성을 나타내는 경우 수행될 수 있다.
SI를 수신하는 단계(402)는 RAN의 다수의 RBS 각각에 대해 실행된다. 적어도 하나의 TSN 스트림을 설정하거나 설정하도록 초기화하는 단계(404)는 다수의 RBS 중에서, 그 SI가 TSN 애플리케이션에 의해 요구되는 TSN 특성을 나타내는 RBS를 선택하는 단계를 포함한다.
각 SI에 따라 요구되는 TSN 특성을 가장 잘 수행하는 RBS가 선택될 수 있다 (예를 들어, 다수의 RBS 중 어느 것도 요구되는 TSN 특성을 수행하지 못하는 경우). 대안적으로 또는 부가적으로, SI가 가장 바람직한 TSN 특성을 나타내는 RBS가 선택될 수 있다 (예를 들어, 다수의 RBS 중 하나 이상이 요구되는 TSN 특성을 수행하는 경우).
방법(400)은 또한 제어 메시지를 CN에 송신하는 단계를 포함할 수 있다. 제어 메시지는 TSN 애플리케이션에 의해 요구되는 TSN 특성을 나타낼 수 있다. 제어 메시지는 비-액세스 계층(NAS) 메시지가 될 수 있다.
제어 메시지는 TSN에 대한 요청을 나타낼 수 있다. 제어 메시지는 CUC로 전달될 수 있다.
SI는 RBS에 의해 또는 그를 통해 지원되는 적어도 하나의 TSN 특성에 대해 암시적이거나 지시적일 수 있다. 단계(404)에서의 선택성은 (예를 들면, 조건) 지원되는 적어도 하나의 TSN 특성에 의존할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, TSN 스트림은 지원되는 적어도 하나의 TSN 특성에 따라 RAN을 통해 설정될 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 TSN 스트림을 설정하는 것은 지원되는 적어도 하나의 TSN 특성에 따라 RBS와 랜덤 액세스를 실행하거나 실행하도록 초기화하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, TSN 특성은 TSN을 위해 RBS에서 이용가능한 임의의 특성 또는 기능을 포함할 수 있다. RBS를 통해 지원되는 적어도 하나의 TSN 특성은 또한 RBS의 TSN 기능이라 칭하여질 수 있다.
적어도 하나의 TSN 특성은 시간-동기화, 적어도 하나의 TSN 스트림에 대한 대기시간 경계, 및 적어도 하나의 TSN 스트림에 대한 신뢰성 측정 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 시간-동기화는 적어도 하나의 TSN 스트림을 처리하는 (예를 들면, 운송하는) 네트워크 구성성분 및/또는 RBS의 시간 동기화가 될 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, SI는 RBS를 통해 TSN에 대한 TSN 구성을 (또한 TSN 구성 구조) 나타낼 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 TSN 스트림을 설정하는 단계(404)는 TSN 구성에 따라 TSN 셋업을 실행하거나 초기화하는 단계를 포함할 수 있다. TSN 구성은 CNC 및 CUC 중 적어도 하나의 가용성 또는 비가용성을 나타낼 수 있다.
SI는 단계(502)에서 RBS로부터 브로드캐스트 될 수 있다. SI는 브로드캐스트 메시지가 될 수 있다. SI는 하나 이상의 시스템 정보 블록(SIB)에 포함될 수 있다.
방법(500)은 RBS에서 CN으로부터 TSN에 대한 지원을 나타내는 구성 메시지를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. RBS에 의해 전송된 SI는 수신된 구성 메시지로부터 유도될 수 있다.
SI는 RBS에 의해 또는 그를 통해 지원되는 적어도 하나의 TSN 특성을 의미하거나 나타낼 수 있다. SI는 하나 이상의 SIB에서 브로드캐스트 될 수 있다. 방법(500)은 또한 UE의 컨텍스트에서 설명되는 임의의 특성 및/또는 단계 및 방법(400), 또는 그에 대응하는 임의이 특성이나 단계를 포함할 수 있다.
구성 메시지는 CN의 AMF로부터 송신될 수 있다. 구성 메시지는 RBS에 의해 또는 그를 통해 지원되거나 지원되는 것으로 가정되는 적어도 하나의 TSN 특성을 의미하거나 나타낼 수 있다.
방법(600)은 또한 방법(400) 및 (500)의 임의의 특성이나 단계, 또는 그에 대응하는 임의의 특성이나 단계를 포함할 수 있다.
기술의 실시예는 "5G 시스템에 대한 시스템 설계" (스테이지 2)를 지정하는 3GPP 문서 TS 23.501 버전 15.1.0 또는 그 이후 버전과 호환성을 유지한다.
네트워크는 (예를 들면, 3GPP에 의해 정의된 바와 같이 NR 액세스를 제공하는 RAN을 구비한 5G 네트워크) 적어도 하나의 RBS를 통해 TSN 전송을 지원하도록 구성된다. RAN을 통해 (예를 들면, 5G 라디오 또는 NR) 이러한 TSN 네트워크에 부착되는 UE의 경우, 일반적으로 네트워크가, 또한 특정하게 RBS가 (예를 들면, gNB) TSN 전송을 지원하는가 여부에 대한 정보를 얻는 기존의 방법이 없다. 기술의 실시예에서, SI는 무선 리소스 제어(RRC) 연결 모드로 들어가 5G 네트워크와 추가로 시그널링하기 이전에, 특정한 TSN 특성이 지원되는가 여부 및/또는 지원되는 방법을 UE가 결정할 수 있게 한다. 따라서, 그 기술로, UE, 또한 UE가 연결된 TSN 애플리케이션이 네트워크에 의해, 특정하게 RAN 및/또는 SI를 전송하는 RBS에 의해 TSN 특성이 지원되는가 여부, 어느 TSN 특성이 지원되는가, 또한/또는 지원되는 방법을 인지할 수 있다.
SI는 TSN 특성의 지원을 의미하거나 나타낼 수 있다. TSN 특성은 시간 동기화, 중복성, 신뢰성, 및 대기시간 (예를 들면, 추정된 종단간 대기시간) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
기술의 실시예로, UE는 5G 네트워크에 연결되기 이전에 SI에서 필요한 TSN-관련 정보를 수신할 수 있다. 이 방법으로, UE는 5G 네트워크에 의해 어느 TSN 특성이 지원되는가를 인지하게 된다. 또한, 5G 네트워크는 동일한 방법으로 TSN 네트워크의 구성에 대한 상세한 내용 및/또는 예를 들어, 동기화 및 네트워크 관리를 실행하는 방법을 하나 이상의 UE에 통지할 수 있다.
예를 들어, 영역을 (예를 들면, 공장에 배치된) 커버하는 모든 RBS가 (예를 들면, gNB) TSN 트래픽을 지원하는 것은 아니다. 그 기술은 특정한 RBS로부터 (예를 들면, gNB), 예를 들어 TSN을 지원하지 않거나 UE에 의해 요구되는 TSN 특성을 지원하지 않는 RBS로부터 TSN 트래픽을 요구하는 UE를 차단하도록 구현될 수 있다.
SI는 하나 이상의 시스템 정보 블록(SIB)에 의해 구현될 수 있다.
NR에 대한 마스터 정보 블록(MIB) 및 SIB의 전체적인 기능 및 구조는 LTE에서와 기본적으로 동일할 수 있다. NR과 LTE의 차이점은 NR에서는 두개의 다른 타입의 SIB를 제공한다는 것이다. 첫번째 타입의 SIB는 주기적으로, 예를 들어 LTE에서의 SIB 전송과 동일하거나 유사하게 전송된다. 두번째 타입의 SIB는 UE로부터 요청이 있는 경우에만 전송된다.
SIB는 RBS에 (예를 들면, gNB) 의해 브로드캐스트 되고, RBS에 의해 서빙되는 셀을 액세스하도록 UE가 요구하는 시스템 정보의 주요 부분 및 셀 재선택에 관한 다른 정보를 포함한다. SIB는 다운링크 공유 채널(Downlink Shared Channel, DL-SCH)을 통해 전송된다. 서브프레임에서 DL-SCH에 대한 시스템 정보의 존재는 특수한 시스템-정보 무선 네트워크 임시 식별자(system-information Radio Network Temporary Identifier, SI-RNTI)로 표시된 대응하는 물리적 다운링크 제어 채널(PDCCH)의 전송으로 표시된다.
다수의 다른 SIB는 LTE 및 NR에 대해 3GPP에 의해, 예를 들어 SIB에 포함된 정보의 타입에 의해 특징지워져서 정의된다. 이 시스템 정보는 UE에 네트워크 기능을 통보한다. 모든 SIB가 존재해야 하는 것은 아니다. SIB는 RBS에 (예를 들면, gNB) 의해 반복적으로 브로드캐스트 된다.
TSN 네트워크, 즉 TSN을 지원하는 네트워크 내에서, 통신 엔드포인트는 TSN 화자 및 TSN 청취자라 칭하여진다. TSN 화자 및 TSN 청취자 중 적어도 하나는 UE이다. TSN의 지원을 위해, TSN 화자와 TSN 청취자 사이의 네트워크 구성성분 (예를 들면, 스위치, 브릿지, 또는 라우터) 및 모든 RBS는 특정한 TSN 특성, 예를 들면, IEEE 802.1AS 시간 동기화를 지원한다. 네트워크에서 동기화된 모든 노드는 (예를 들면, RBS 및/또는 네트워크 구성성분) 소위 TSN 도메인에 속한다. TSN 통신은 이러한 TSN 도메인 내에서만 가능하다.
RAN에 대한 TSN 또는 TSN을 위해 구성된 RAN은 결정적인 네트워킹에 대한 특성을 포함할 수 있고, 이는 또한 TSN 특성이라 칭하여진다. TSN 특성은 시간 동기화, 보장된 (예를 들면, 낮은) 대기시간 전송 (예를 들면, 대기시간에 대한 상단 경계), 및 보장된 (예를 들면, 높은) 신뢰성 (예를 들면, 패킷 에러 비율에 대한 상단 계계) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 시간 동기화는 RAN의 구성성분 (예를 들면, RBS) 및/또는 네트워크 구성성분 (예를 들면, 백홀 도메인 및/또는 CN에 있는) 사이의 시간 동기화를 포함할 수 있다.
선택적으로, SI는 각각의 RBS를 통해 지원되는 TSN 특성을 나타낸다.
지원되는 TSN 특성은 다음 그룹의 카테고리 중 적어도 하나를 포함하거나 그와 호환가능할 수 있다. 첫번째 카테고리는 예를 들어, 표준적인 IEEE 802.1AS에 따른 시간 동기화를 포함한다. 두번째 카테고리는 예를 들어, 표준적인 IEEE 802.1Qav, IEEE 802.1Qbu, IEEE 802.1Qbv, IEEE 802.1Qch, 및 IEEE 802.1Qcr 중 적어도 하나에 따른 한정된 낮은 대기시간을 포함한다. 세번째 카테고리는 예를 들어, 표준적인 IEEE 802.1CB, IEEE 802.1Qca, 및 IEEE 802.1Qci 중 적어도 하나에 따른 초-신뢰성을 포함한다. 네번째 카테고리는 예를 들어, 표준적인 IEEE 802.1Qat, IEEE 802.1Qcc, IEEE 802.1Qcp 및 IEEE 802.1CS 중 적어도 하나에 따른 네트워크 구성 및 관리를 포함한다.
RAN을 포함하는 TSN 네트워크의 구성 및/또는 관리는 다른 방식으로, 예를 들어, 표준적인 IEEE 802.1Qcc에 의해 정의된 바와 같이 중앙집중식 또는 분산된 셋업으로 구현될 수 있다. 다른 구성 모델의 예는 도 138, 도 139, 및 도 140을 참조로 설명된다.
도 138은 도 135, 도 136, 및 도 137에서 각각 설명된 방법을 실행하도록 구성될 수 있는 디바이스(100), (200), 및 (300)의 실시예를 포함하는 제1 예의 통신 시스템(700)에 대한 블록도를 구조적으로 설명한다. 통신 시스템(700)은 RAN(710) 및 CN(730)을 포함한다. RAN(710)은 디바이스(200)의 적어도 하나의 실시예를 포함할 수 있다. CN(730)은 디바이스(300), 예를 들어 네트워크 구성성분(300-1)의 적어도 하나의 실시예를 포함할 수 있다. 네트워크 구성성분(300-1)은 스위치, 브릿지, 또는 라우터가 될 수 있다. 백홀 도메인(720)은 RAN(710)의 RBS(200) 사이에서 또한/또는 적어도 하나의 RBS(200)와 CN(730) 사이에서 데이터 링크를 제공한다. 데이터 링크는 마이크로웨이브 링크, 이더넷 링크, 광섬유 링크 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
SI(712)는 단계(402) 및 (502)에 따라 RBS(200)에 의해 UE(100)로 브로드캐스트 된다. RBS(200)는 단계(502)에 따라 SI(712)를 브로드캐스트 하고 네트워크 구성성분(300-1)으로부터 또는 그를 통해 수신된 구성 메시지(722-1)에 응답하여 단계(504)에 따라 TSN 스트림을 지원하도록 구성된다.
도 138에서 제1 예로 설명되는 분산된 TSN 구성의 구조에서는 TSN 네트워크에 대한 CUC 및 CNC가 없다. 그러므로, TSN 화자(100)가 단계(404)에서 TSN 스트림의 초기화를 담당한다. CNC이 존재하지 않으므로, 네트워크 구성성분(300-1)은 (예를 들면, 스위치나 브릿지) 그 자체를 구성하고 있으므로, 예를 들어, IEEE 802.1Qbv에 정의된 바와 같은 시간-게이트 큐잉을 사용하는 것을 허용하지 않을 수 있다. 분산된 TSN 구성은 문서 IEEE P802.1Qcc/D2.3, "로컬 및 도시 영역 네트워크를 위한 드래프트 표준-브릿지 및 브릿지화된 네트워크 수정안: 스트림 예정 프로토콜(Stream Reservation Protocol, SRP) 향상 및 성능 개선", IEEE TSN Task Group, 예를 들어 드래프트 상태 03-05-2018과 호환가능하거나 일치할 수 있다.
통신 시스템(700)의 제2 예에 대해 도 139에 구조적으로 도시된 중앙집중식 TSN 구성에 대한 제1 구조에서, TSN 화자(100)는 단계(404)에서 TSN 스트림의 초기화를 담당하고, 네트워크 구성성분(300-1)은 CNC(300-2)에 의해 구성된다. 중앙집중식 TSN 구성은 문서 IEEE P802.1Qcc/D2.3와 호환가능하거나 일치할 수 있다.
SI(712)는 단계(402) 및 (502)에 따라 RBS(200)에 의해 UE(100)로 브로드캐스트 된다. 구성 메시지(722-1)에 대안적으로 또는 부가적으로, RBS(200)는 단계(502)에 따라 SI(712)를 브로드캐스트하고 CNC(300-2)로부터 또는 그를 통해 수신된 구성 메시지(722-2)에 응답하여 단계(504)에 따라 TSN 스트림을 지원하도록 구성된다.
통신 시스템(700)의 제3 예에 대해 도 140에 구조적으로 도시된 중앙집중식 TSN 구성에 (또한: 완전한 중앙집중식 TSN 구성) 대한 제2 구조에서, 네트워크 구성성분(300-1)은 각각 네트워크 구성 정보 및 사용자 구성 정보로 CNC(300-2) 및 CUC(300-3)에 의해 구성된다. 한 구현에서, CUC(300-3)은 TSN 화자(100)가 RBS(200)에 무선-연결되자마자 TSN 스트림을 설정하도록 네트워크 구성성분을 구성할 수 있다. 상기 한 구현과 조합가능한 또 다른 구현에서, TSN 화자(100)는 적어도 하나의 TSN 스트림의 초기화를 담당하고, 적어도 하나의 TSN 스트림에 대한 TSN 화자(100)의 품질 요구사항 및/또는 TSN 화자(100)에 대한 TSN 스트림의 수는 CUC(300-3)에 의해 구성된다. 완전한 중앙집중식 TSN 구성은 문서 IEEE P802.1Qcc/D2.3과 호환가능하거나 일치할 수 있다.
SI(712)는 단계(402) 및 (502)에 따라 RBS(200)에 의해 UE(100)로 브로드캐스트 된다. 구성 메시지(722-1) 및 구성 메시지(722-2)에 대안적으로 또는 부가적으로, RBS(200)는 단계(502)에 따라 SI(712)를 브로드캐스트하고 CUC(300-3)로부터 수신된 구성 메시지(722-3)에 응답하여 단계(504)에 따라 TSN 스트림을 지원하도록 구성된다.
선택적으로, 예를 들어, 통신 시스템(700)에 대한 세가지 예 중 임의의 하나에서, SI(712)는 RAN(710)의 브로드캐스트 채널에서 전송된다. SI(712)는 예를 들어, 사용자 및/또는 네트워크 구성 정보 없이, TSN의 지원을 (예를 들어, 긍정적으로) 나타낼 수 있다. UE(100)는 TSN-특정 프로토콜에 의해 RBS(200)로부터 또한/또는 비-액세스 계층(NAS) 프로토콜을 사용하여 CN(710)으로부터 (예를 들어, 디바이스(300-1)) 다운링크 제어 채널에서 사용자 및/또는 네트워크 구성 정보를 수신할 수 있다. 대안적으로 또는 조합하여, SI(712)는 사용자 및/또는 네트워크 구성 정보를 (적어도 일부) 포함할 수 있다.
TSN 화자 (디바이스(100)의 한 실시예로) 및 TSN 청취자 (디바이스(100)의 또 다른 실시예가 되거나 되지 않을 수 있는) 사이의 TSN 통신은 TSN 스트림에서 일어난다. TSN 스트림은 TSN 화자와 TSN 청취자에서 구현되는 애플리케이션에 (TSN 애플리케이션) 의해 주어진 데이터 비율 및 대기시간에 관련하여 특정한 요구사항을 기반으로 한다. TSN 구성 및 관리 특성은 TSN 스트림을 셋업하고 네트워크 전체에서 TSN 스트림의 요구사항을 보장하는데 사용된다.
분산된 구조에서 (예를 들면, 도 138에서의 제1 예에 따른), TSN 화자(100) 및 TSN 청취자(100)는 TSN 네트워크에서 TSN 화자(100)로부터 TSN 청취자(100)로의 경로를 따라 모든 네트워크 구성성분(300-1) (예를 들면, 모든 스위치) 및/또는 모든 RBS(200)에서 적어도 하나의 TSN 스트림을 셋업하고 구성하는데 스트림 예정 프로토콜(SRP)을 사용할 수 있다. 선택적으로, 일부 TSN 특성은 중앙 관리 엔터티로 CNC(300-2)를 요구한다 (예를 들어, 도 139에서의 제2 예에 따라). CNC(300-2)는 각 TSN 스트림에 대해 네트워크 내의 네트워크 구성성분(300-1) (예를 들면, 스위치) 및/또는 RBS(200)를 구성하는데 예를 들어, 네트워크 구성 프로토콜(Network Configuration Protocol, Netconf) 및/또는 "또 다른 차세대(Yet Another Next Generation, YANG)" 모델을 사용한다. 이는 또한 결정적인 대기시간으로 TSN 네트워크에서 데이터 운송을 가능하게 하는 IEEE 802.1Qbv에서 정의된 바와 같이 시간-게이트 큐잉의 사용을 허용한다. 각 RBS(200) 및/또는 각 네트워크 구성성분(300-1)에서의 (예를 들면, 스위치) 시간-게이트 큐잉으로, 대기열은 게이트가 열리도록 스케쥴링된 시간 내에 수신 포트에 도착하는 경우 최소의 대기시간 및 지터로 높은 우선순위 패킷이 RBS(200) 또는 네트워크 구성성분(300-1)을 통과하게 허용하는 정확한 스케쥴에 따라 개폐된다. 완전한 중앙집중식 구조에서 (예를 들어, 도 140에서의 제3 예에 따른), 통신 시스템(700)은 TSN 청취자(100) 및/또는 TSN 화자(100)에 대한 접촉점으로 CUC(300-3)을 포함한다. CUC(300-3)는 TSN 청취자(100) 및/또는 TSN 화자(100)로부터 스트림 요구사항 및/또는 엔드포인트 기능을 수집한다. CUC(300-3)는 CNC(300-2)와 직접 통신할 수 있다. TSN 구성은 표준적인 IEEE 802.1Qcc에서 상세히 설명된 바와 같이 구현될 수 있다.
도 141은 디바이스(100), (200), 및 (300)의 실시예를 포함하는 통신 시스템(700)의 제4 예에 대한 기능적인 블록도를 도시한다. 제4 예는 제1, 제2, 및/또는 제3 예에 대해 설명된 임의의 특성을 더 포함할 수 있고, 여기서 유사한 참고기호는 교환가능하거나 동일한 특성을 칭한다. 5G 네트워크 (예를 들면, RAN(710) 및 CN(730)을 포함하는) 및 TSN 네트워크 설계 (예를 들면, CNC(300-2) 및 CUC(300-3)) 사이의 선택적인 연동은 예를 들어, 도 141에 설명된 바와 같이, 각각 CNC(300-2) 및 CUC(300-3)로부터의 제어 메시지(722-2) 및 (722-3) 중 적어도 하나를 기반으로 할 수 있다. 제어 메시지(722-2) 및 (722-3) 중 적어도 하나는 5G 네트워크의 제어 평면을 사용하여 AMF(300-4) (CN(730)에서) 및/또는 RBS(200)로 (RAN(710)에서) 전달될 수 있다. 대안적으로 또는 부가하여, CN(730), 예를 들어 AMF(300-4)는 CNC(300-2) 및 CUC(300-3) 중 적어도 하나를 구현할 수 있다.
기술은 예를 들어, 3GPP에 의해 정의된 바와 같은 5G 네트워크를 사용하여, TSN 청취자(100) 및 TSN 화자(100)를 무선으로 TSN 네트워크에 연결하는 것을 가능하게 한다. 3GPP에 의해 정의된 5G 표준은 특히, RAN에서 (예를 들면, 5G NR을 제공하는), 다수의 특성을 통해 공장 사용 사례를 해결하므로, 진화된 UMTS 무선 액세스 네트워크와 (E-UTRAN, 즉 4G LTE의 무선 액세스 기술) 비교해 보다 신뢰성을 높이고 전송 대기시간을 감소시킨다.
5G 네트워크는 UE(100), gNB(200)로 인스턴스화된 RAN(730), 및 코어 네트워크(5G CN) 내의 노드(300-4)를 포함한다. 5G 네트워크 설계에 대한 한 예는 도 141에서 좌측에 도시된다. TSN 네트워크 설계에 대한 한 예는 도 141에서 우측에 도시된다.
두 기술, 5G 네트워크 및 TSN 네트워크는 모두 네트워크 관리 및/또는 구성에 대해 자체적인 방법을 정의한다. 통신 결정론을 달성하기 위한 다른 메카니즘은 예를 들어, 산업용 네트워크에서 TSN 스트림을 지원하도록 종단간 결정론적 네트워킹을 가능하게 하도록 배열된다. 예정된 3GPP 릴리스 16에 대한 연구 항목은 예를 들어, 공장 자동화 사용 사례를 위해 TSN을 지원하도록 3GPP 문서 RP-181479에서 초기화된다.
여기서, RAN(710)에 (따라서, 5G 네트워크에) 연결된 무선 디바이스인 UE(100)는 또한 5G 엔드포인트라 칭하여질 수 있다. TSN 네트워크에 (또한, TSN 도메인) 연결된 디바이스는 TSN 엔드포인트라 칭하여질 수 있다.
도 141에 도시된 것에도 불구하고, UE(100)가 단일 엔드포인트에 연결되지 않고, 대신에 적어도 하나의 TSN 브릿지 및 적어도 하나의 엔드포인트를 포함하는 TSN 네트워크에 연결되는 것도 가능하다. UE(100)는 이때 TSN-5G 게이트웨이의 일부가 된다.
5G 네트워크의 제어 평면은 네트워크 저장소 기능(Network Repository Function, NRF), AMF(300-4), 세션 관리 기능(Session Management Function, SMF), 네트워크 노출 기능(Network Exposure Function, NEF), 정책 제어 기능(Policy Control Function, PCF), 및 통합 데이터 관리(Unified Data Management, UDM) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
5G 네트워크의 데이터 평면은 사용자 평면 기능(UPF), RBS(200)의 적어도 하나의 실시예, 및/또는 UE(100)의 적어도 하나의 실시예를 포함한다.
TSN 청취자(1002)는 UE(100)에 의해 구현되거나 UE(100)에서 실행될 수 있다 (예를 들면, 애플리케이션으로). UE(100)는 도 114에 도시된 통신 시스템(700)의 제4 예에서 TSN 청취자(1002)로 동작하거나 그에 의해 사용되지만, UE(100)는 대안적으로 또는 부가적으로 임의의 예에서 TSN 화자로 동작할 수 있다. 선택적으로, TSN 화자(1004)는 동일하거나 또 다른 RBS(200)를 통해 통신 시스템(700)에 연결된 또 다른 UE(100)에 의해 구현된다.
방법(600)의 단계(604)는 다음의 변형 (예를 들면, 도 138 내지 도 141에서의 통신 시스템(700)의 제4 예의 컨텍스트에서) 중 적어도 하나에 따라 구현될 수 있다. 첫번째 변형에서, CNC(300-2)는 구성 메시지(722-2)를 송신함으로서 gNB(200)를 구성한다. 두번째 변형에서는 CUC(300-3)가 구성 메시지(722-3)를 AMF(300-4)에 송신하고, 그에 의해 gNB(200)를 구성한다. 예를 들어, AMF(300-4)는 구성 메시지(722-3)를 gNB(200)에 전달하거나 구성 메시지(722-3)로부터 구성 메시지(722-4)를 유도한다. 세번째 변형에서 (도시되지 않은), CUC(300-3)는 구성 메시지(722-3)를 gNB(200)에 송신한다. 네번째 변형에서는 (도시되지 않은) CNC(300-2)가 구성 메시지(722-2)를 AMF(300-4)에 송신한다. 선택적으로, 예를 들어 임의의 변형에서, AMF(300-4)는 CNC(300-2) 및 CUC(300-3) 중 적어도 하나를 구현한다.
대안적으로 또는 부가적으로, CNC(300-2)는 구성 메시지(722-2)를 네트워크 구성성분(300-1)에 (예를 들면, 스위치 또는 라우터) 송신하고, 그에 의해 gNB(200)를 구성한다. 예를 들어, 네트워크 구성성분(300-1)은 구성 메시지(722-2)를 gNB(200)로 전달하거나 구성 메시지(722-2)로부터 구성 메시지(722-1)를 유도한다.
이 기술이 명확성과 구체성을 위해 제조 및 공장 자동화의 내용에서 실시예와 함께 여기서 설명되지만, 이 기술은 자동차 통신 및 홈 자동화에 추가로 적용될 수 있다.
도 142는 디바이스(100)의 (예를 들면, TSN 화자로서의 UE(100) 및/또는 TSN 청취자로서의 UE(100)) 예시적인 실시예 및 디바이스(300)의 (즉, (300-1), (300-2), 및 (300-3)) 예시적인 실시예를 포함하여 TSN 스트림 구성에 대한 시그널링도(1100)를 도시한다. 디바이스(100) 및 (300)의 다수의 실시예가 도시되고 조합되어 설명되지만, 임의의 서브조합이 실현가능한다. 예를 들면, 네트워크 구성성분(300-1), CNC(300-2), 및 CUC(300-3) 중 하나만이 디바이스(300)를 구현할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, TSN 화자 및 TSN 청취자 중 하나만이 디바이스(100)의 실시예가 될 수 있다.
TSN 스트림 구성에 대한 단계는 (예를 들면, 시그널링도(1100)에 따른) 단계(402)에서 수신된 SI를 기반으로 UE(100)가 RBS(200)를 (간략성을 위해 도 141에는 도시되지 않은) 액세스하기로 (예를 들면, 무선-연결 및/또는 부착) 결정한 이후에 실행될 수 있다. 단계(404)는 TSN 스트림 구성에 대한 단계들 중 적어도 하나를 초기화할 수 있다.
TSN 화자 또는 TSN 청취자를 구현하는 각 UE(100)는 RBS(200)의 한 실시예를 통해 네트워크 구성성분(300-1), CNC(300-2), 및 CUC(300-3) 중 적어도 하나에 무선-연결된다. UE(100)는 동일한 RBS(200) 또는 다른 RBS(200)를 통해 무선-연결될 수 있다. TSN 스트림 구성은 IEEE 802.1Qcc와 호환가능하거나 일치할 수 있다.
완전한 중앙집중식 구성 구조에 따른 TSN 스트림 구성은 (즉, TSN 네트워크에서 적어도 하나의 TSN 스트림을 셋업하는) 다음 단계 중 적어도 하나를 포함한다.
제1 단계(1102)에서, CUC(300-3)는 예를 들어, 산업용 애플리케이션이나 엔지니어링 툴로부터 (예를 들면, 프로그램가능한 로직 제어기, PLC) 입력을 취할 수 있고, 이는 예를 들어, 시간에 민감한 스트림을 (즉, TSN 스트림) 교환할 것으로 가정되는 디바이스를 지정한다. PLC는 조립 라인, 또는 로봇 디바이스, 또는 높은 신뢰성 제어 및/또는 용이한 프로그래밍 및 프로세스 오류 진단을 요구하는 임의의 활동과 같이, 제조 프로세스를 제어하도록 적응될 수 있다.
제2 단계(1104)에서, CUC(300-2)는 TSN 네트워크에서 애플리케이션 및 엔드 스테이션의 기능을 판독하고, 이는 사용자 트래픽의 주기 및/또는 간격과 패이로드 사이즈를 포함한다.
제3 단계(1106)에서는 상기의 이러한 정보를 기반으로, CUC(300-3)가 각 스트림에 대한 식별자로 StreamID, StreamRank, 및 UserToNetwork 요구사항 중 적어도 하나를 생성한다.
제4 단계(1108)에서, CNC(300-2)는 예를 들어, 링크 레이어 검색 프로토콜(Link Layer Discovery Protocol, LLDP) 및 임의의 네트워크 관리 프로토콜을 사용하여 물리적 네트워크 토폴로지를 검색한다.
제5 단계(1110)에서, CNC(300-2)는 TSN 네트워크에서 브릿지의 TSN 기능을 (예를 들어, IEEE 802.1Q, 802.1AS, 802.1CB) 판독하는데 네트워크 관리 프로토콜을 사용한다.
제6 단계(1112)에서, CUC(300-3)는 하나의 TSN 화자(100)에서 하나의 TSN 청취자(100)로 TSN 스트림에 대한 브릿지(300-1)에서 네트워크 리소스를 구성하기 위해 적어도 하나의 TSN 스트림을 구성하는 결합 요청을 초기화한다.
제7 단계에서, TSN 화자(100) 및 TSN 청취자(100)의 그룹은 (즉, TSN 스트림을 지정하는 요소들의 그룹) 예를 들어, 표준적인 IEEE 802.1Qcc, 46.2.2절에 지정된 바와 같이, CUC(300-3)에 의해 생성된다.
제8 단계(1114)에서, CNC(300-2)는 TSN 도메인을 구성하고, 물리적 토폴로지를 체크하고, 시간에 민감한 스트림이 네트워크에서 브릿지에 의해 지원되는가를 체크하고, 또한 스트림의 경로 및 스케쥴 계산을 실행한다.
제9 단계(1116)에서, CNC(300-2)는 TSN 네트워크에서의 경로를 따라 브릿지에서 TSN 특성을 구성한다.
제10 단계(1118)에서, CNC(300-2)는 적어도 하나의 TSN 스트림에 대한 결과적인 리소스 할당의 상태를 (예를 들면, 성공 또는 실패) CUC(300-3)에 반환한다.
제11 단계(1120)에서, CUC(300-3)는 TSN 화자(100) 및 TSN 청취자(100) 사이에서 초기에 정의된 바와 같이, 사용자 평면 트래픽 교환을 시작하도록 엔드 포인트를 더 구성한다 (여기서, 이 정보 교환에 사용되는 프로토콜은 IEEE 802.1Qcc 사양의 범위 밖에 있을 수 있다).
TSN 네트워크에서, streamID는 스트림 구성을 유일하게 식별하는데 사용된다. 이는 TSN 화자의 TSN 스트림에 TSN 리소스를 지정하는데 사용된다. streamID는 두개의 튜플 MacAddress 및 UniqueID를 포함한다. MacAddress는 TSN 화자(100)와 연관된다. UniqueID는 동일한 MacAddress에 의해 식별된 엔드 스테이션 내에서 다수의 스트림 사이를 구별한다.
기술의 임의의 실시예 및 구현은 하나 이상의 SIB에서의 전용 정보 요소에서 SI(712)를 인코딩할 수 있다. 단계(402) 및 (502)에 따라, UE(100)는 네트워크의 RBS(200)에 의해 지원되는 TSN 특성 및/또는 그들이 지원되는 방법을 검출하도록 인에이블된다. UE(100)는 네트워크에 연결되기 이전에 SI(712)를 수신하고, SI(712)를 포함하는 SIB 메시지를 청취함으로서 먼저 점검할 수 있다. 수신된 SI(712)는 UE(100)가 서빙하는 TSN 애플리케이션(1002) 또는 (1004)에 전달될 수 있고, 또한/또는 UE(100)가 SI(712)를 사용하여 5G 네트워크로의 연결을 셋업한다.
RBS(200)의 임의의 실시예는 예를 들어 특정하게 RBS(200)가 되는, 5G 시스템에 의해 지원되는 TSN 특성 및/또는 TSN 구성 상세 내용을 UE에 표시하기 위해 SIB에 하나 이상의 SIB 및/또는 정보 요소를 포함함으로서 기술을 구현할 수 있다.
UE(100)의 임의의 실시예는 여기에 포함된 하나 이상의 SIB 및/또는 정보 요소를 판독함으로서 단계(402)를 구현할 수 있다. 선택적으로, 지원되는 TSN 특성 및/또는 TSN 구성에 대해 포함된 정보는 서빙 중인 TSN 애플리케이션으로 전달된다. 조건부로, 즉 SI(712)에서 지원되는 것으로 표시된 특성에 따라, 정보는 RBS에 대한 (예를 들면, 5G 네트워크에 대한) 연결을 설정하는데 사용된다.
단계(402) 및 (502)에서 SI(712)에 대한 SIB 블록 구조의 (확장가능한) 예는 추상 구문 표기법(Abstract Syntax Notation One, ASN.1)을 사용하여 아래 개요가 설명된다. 동일한 정보는 방법(600)의 구성 메시지(722)에도 포함될 수 있다.
-- ASN1START
SystemInformationBlockType16-r11 ::= SEQUENCE {
TSNFeatures SEQUENCE {
Time synchronisation Boolean
Time Synchornisation accuracy Integer OPTIONAL, -- Need OR
FRER Boolean
TSN configuration details Integer
Credit based shaper boolean
Time aware shaper boolean
Max. Latency added by 5G network integer }
}
또한, SIB 블록은 예를 들어, 미래에 정의될 예정 필드를 도입함으로서 미래 버전의 TSN 특성에 적용될 수 있다.
종단간 시간 동기화의 경우 (예를 들면, 절대 시간 기준의 프로비져닝), 다수의 구현 방법이 가능하다. SI(712)는 시간 동기화가 RAN에 의해 (예를 들어, 5G 네트워크에서) 다루어지는 방법에 대한 정보를 포함할 수 있다.
"FRER" 매개변수는 5G 네트워크에 의해 지원되는 중복 특성을 칭한다. 네트워크가 중복성을 지원하지 않는 경우, 예를 들어 중복 프로토콜 데이터 유닛(PDU) 세션을 설정할 필요가 없다.
TSN 구성은 TSN 네트워크에서의 CUC(300-3) 및또는 CNC(300-2)의 존재 및/또는 지원되는 특정한 TSN 구성 구조를 포함할 수 있다.
"5G 네트워크에 의해 부가되는 최대 대기시간(Max. Latency added by 5G network)" 매개변수는 5G 시스템에 의해 UE(100)에 지원될 수 있는 대기시간 및/또는 신뢰성에 관련된 QoS 레벨을 시그널링하는데 사용될 수 있다. 이 매개변수를 표현하는 필드는 충분한 신뢰성 또는 분류 값으로 (예를 들면, 비-실시간, 실시간, 하드-실시간(hard-real-time) 또는 그 유사한 것) 보장될 수 있는 대기시간 값을 (예를 들면, 밀리세컨드로) 포함할 수 있다. 그 값은 소정의 인덱스 값으로 표시될 수 있다. 이 정보는 연결 설정 이전에 RBS(200)로의 (또는 5G 네트워크) 연결이 TSN 애플리케이션(1002) 또는 (1004)의 요구사항을 지원할 수 있을 것인가 여부를 알아내도록 UE(100)에 의해 (또는 UE(100)를 넘어 TSN 네트워크의 엔드포인트(1002) 또는 (1004)에 의해) 사용될 수 있다.
RBS(200)는 (예를 들면, gNB) 그 필드의 계산에 현재 셀 로드 및/또는 다른 메트릭을 더 포함할 수 있다. 선택적으로, SI(712)는 트래픽 쉐이퍼 지원(traffic shaper support)을 나타내고, 이는 RBS에 (예를 들면, 5G 네트워크) 의해 보장될 수 있는 서비스 품질(QoS)를 칭한다. 예를 들어, SI(712)는 쉐이퍼가 크레딧을 (예를 들면, 시간 및 UE 당 데이터 볼륨) 기반으로 하는가 또는 TSN에 대한 시간 인지 쉐이퍼(time aware shaper, TAS)를 기반으로 하는가 여부를 나타낼 수 있다.
도 143은 각각 디바이스(100), (200), 및 (300)의 실시예에 의해 실행되는 방법(400), (500), 및 (600)의 구현으로부터 주어지는 시그널링도(1200)를 도시한다. 보다 특정하게, 기술은 UE(100)의 실시예가 하나 이상의 SIB에 포함된 SI(712)를 통해 네트워크에 의해 지원되는 TSN 특성을 인지하게 되는 것을 가능하게 한다. TSN 스트림 구성에 대한 시그널링도(1200)는 (또한 대응하는 흐름도) 완전한 중앙집중식 구성 구조를 (도 140에 도시된 바와 같은) 사용하지만, 기술은 다른 구성 구조에도 (예를 들면, 도 138 또는 도 139에 도시된 바와 같은) 쉽게 적용가능하다.
방법(400), (500), 및 (600)의 구현으로, UE(100)는 SI(712)를 포함하는 하나 이상의 SIB를 통해 네트워크에 의해 또한/또는 특정하게 RBS(200)에 의해 지원되는 TSN 특성을 인지할 수 있게 된다.
단계(604)에서, 5G 코어 기능은 (예를 들면, AMF(300-4)) 어느 TSN 특성이 (예를 들어, 상기의 비-포괄적인 리스트에 따라) 지원되는가 또는 인에이블될 것으로 가정되는가 (예를 들면, 모든 gNB 중 서브세트만이 TSN을 지원할 수 있다) 또한 이들 TSN 특성이 어떻게 지원되는가를 특정한 RBS(200)에 (예를 들면, gNB) 구성 메시지(722)를 송신함으로서 나타낸다.
구성 메시지(722)의 수신에 응답하여 (예를 들면, 상기 구현(722-1) 내지 (722-4) 중 임의의 구현에서), RBS(200)는 (예를 들면, gNB) SI(712)를 생성하고 (예를 들면, 상기에 개요가 설명된 바와 같은 SIB 블록 정보) 단계(502)에서, 예를 들어 DL-SCH를 통해 SI(712)를 브로드캐스팅하기 시작한다.
UE(100)는 단계(402)에서 SIB로 SI(712)를 수신 및/또는 판독한다. 선택적으로, UE(100)는 TSN 애플리케이션(1002) 또는 (1004)에 대한 SI(712)에서의 정보 중 적어도 일부를, 예를 들면 RBS(200)에 의해 지원되는 TSN 특성의 리스트를 전달한다. TSN 애플리케이션(1002) 또는 (1004)은 단계(404)에서 조건 또는 선택성에 대한 한 예로, 지원되는 TSN 특성의 리스트가 충분한 경우, UE(100)로의 TSN 연결을 요청할 수 있다.
단계(404)에서 TSN 스트림을 초기화하기 위해, UE(100)는 아직 그 모드가 아닌 경우 RRC 연결 모드로 들어가 이더넷 타입이 될 수 있는 PDU 세션을 요청한다. UE는 TSN 특성이 요구되는 NAS 시그널링을 통하여 정보를 더 제공할 수 있다.
TSN 제어기는 (예를 들면 CNC(300-2)) CN(730)으로부터 확인을 수신하고 경로 계산 및 시간 스케쥴링을 실행한다. TSN 스트림 통신이 시작되고, 여기서 RBS(200)는 단계(504)에 따라 TSN 스트림을 지원한다.
임의의 실시예에서, TSN 애플리케이션이 특정한 TSN 특성을 요구하고, 단계(404)에서의 조건 또는 선택성에 대한 한 예로, UE(100)가 하나 이상의 이러한 특성이 지원됨을 SIB 브로드캐스트(402)에서 수신하지 못한 경우, UE(100)는 단계(404)에서 RRC 연결 셋업을 요청하는 것을 지연하거나 금지할 수 있다.
동일한 또는 또 다른 실시예에서, UE(100)는 다수의 RBS(200)의 (예를 들면, gNB) SI(712)를 (즉, 하나 이상의 SIB에 포함된 TSN 정보) 판독하고, UE(100)의 TSN 요구사항을 가장 잘 충족시킬 수 있는 RBS(200)를 선택한다. 모든 RBS(200)가 요구사항을 충족시키면, UE(100)는 선택 규칙에 따라, 예를 들어 최저 대기시간을 나타내는 RBS(200)를 선택하도록 동작할 수 있다.
임의의 실시예에서, UE(100)는 단계(402)에서 수신된 SI(712)를 저장할 수 있다. 기술은 단계(402)까지 또한 이를 포함하여 설명된 바와 같이 구현될 수 있다. TSN 애플리케이션(1002) 또는 (1004)이 TSN 통신을 (즉, 하나 이상의 TSN 스트림) 요구하면, UE(100)는 저장된 SI(712)를 사용하여 지원되는 방식으로 적어도 하나의 TSN 스트림을 셋업하거나 지원되지 않는 경우 거절한다.
UE(100)는 예를 들어, TSN 전송을 위해 들어오는 패킷의 패킷 필터링을 초기화하도록 SIB로부터의 SI(712)를 더 사용할 있다. 또한, 수신된 SI(712)는 5G 네트워크로 디폴트 PDU 세션을 설정하는데 사용될 수 있다.
TSN 지원 검출 및 헤더-압축 기술의 조합
한번 더, 상기에 기술된 바와 같이, 여기서 설명된 다양한 기술은 대기시간, 신뢰성 등에 대한 이점을 제공하기 위해 서로 조합될 수 있다. 예를 들면, 유리한 한가지 특정한 조합은 TSN에 대한 지원을 검출하기 위해 상기에 설명된 기술과 TSN 프레임의 헤더를 압축하기 위해 설명된 기술의 조합이다.
따라서, 예를 들어, 도 135에 설명된 방법은 도 133에 도시된 방법과 조합되어, 외부 데이터 네트워크에서 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 운송을 위해, 무선 통신 네트워크와 연관된 무선 디바이스에 의해 실행되는 방법을 제공할 수 있다. 이 방법은 도 135의 블록(402)에 도시된 바와 같이, 무선 액세스 네트워크(RAN)의 무선 기지국(RBS)으로부터 시스템 정보(SI)를 수신하는 단계를 포함하고, SI는 RBS를 통한 시간에 민감한 네트워킹(TSN)의 지원을 나타내고, 또한 도 135의 블록(404)에 도시된 바와 같이, RBS를 통해 외부 데이터 네트워크와 적어도 하나의 TSN 스트림을 설정하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 도 133의 블록(XX102)에 도시된 바와 같이, TSN 스트림에 대한 구성 정보를 획득하는 단계를 포함하고, 구성 정보는 정적으로 유지될 TSN 스트림과 연관된 데이터 패킷의 헤더 내에서의 하나 이상의 필드에 대해 각 값을 나타내고, 도 133의 블록(XX104)에 도시된 바와 같이, TSN 스트림과 연관된 데이터 패킷을 RBS로부터 수신하는 단계를 포함한다. 방법은 여전히 도 133의 블록(XX106)에 도시된 바와 같이, 압축해제된 데이터 패킷을 생성하도록 데이터 패킷에 하나 이상의 필드를 부가하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, SI는 하나 이상의 시스템 정보 블록(SIB)에 포함된다. 일부 실시예에서, 구성 정보를 획득하는 단계는 무선 통신 네트워크의 네트워크 노드로부터 구성 정보를 수신하는 단계를 포함한다. 데이터 패킷은 TSN 스트림에 대한 식별자를 포함할 수 있다; 일부 실시예에서, 이 식별자는 코어 네트워크 노드에 의해 부가된다.
일부 실시예에서, 압축된 데이터 패킷은 프로토콜 데이터 유닛(PDU) 세션 또는 서비스 품질(QoS) 흐름의 일부로 수신된다. 이들 실시예 중 일부에서는 TSN 스트림에 대한 식별자가 PDU 세션 또는 QoS 흐름 내에서 유일하다.
일부 실시예에서, 구성 정보는 비-액세스 계층(NAS) 시그널링을 사용하여 무선 디바이스에 전송된다. 구성 정보는 TSN 스트림에 대한 식별자를 포함할 수 있다.
방법은 또한 일부 실시예에서, TSN 스트림에 대해 업데이트된 구성 정보를 획득하는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 업데이트된 구성 정보는 정적으로 유지될 TSN 스트림과 연관된 데이터 패킷의 헤더 내에서의 하나 이상의 필드에 대해 업데이트된 각 값의 표시를 포함한다. 이러한 실시예에서, 방법은 또한 업데이트된 구성 정보를 사용하여 하나 이상의 필드에 대해 업데이트된 각 값을 RBS로부터 수신된 데이터 패킷에 부가하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 실시예 중 일부에서, 업데이트된 구성 정보는 업데이트된 각 값이 적용되는 TSN 스트림과 연관된 데이터 패킷을 식별하는 시퀀스 번호의 표시를 더 포함한다.
일부 실시예는 도 134에 도시된 방법의 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 실시예는 도 134의 블록(XX204)에 도시된 바와 같이, TSN 스트림과 연관된 데이터 패킷을 획득하는 단계를 포함할 수 있고, 또한 도 134의 블록(XX206)에 도시된 바와 같이, 압축된 데이터 패킷을 생성하도록 데이터 패킷으로부터 하나 이상의 필드를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 도 134의 블록(XX206)에 도시된 바와 같이, RBS로의 전송을 통하여 외부 데이터 네트워크를 통한 압축 데이터 패킷의 전송을 초기화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
구성 정보를 획득하는 단계는 무선 통신 네트워크의 코어 네트워크 노드로부터 구성 정보를 수신하는 단계, 또는 일부 실시예에서, 다른 곳에 있는 외부 데이터 네트워크로부터 구성 정보를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 방법은 또한 무선 통신 네트워크의 코어 네트워크 노드에 대한, 정적으로 유지될 TSN 스트림과 연관된 데이터 패킷의 헤더 내에서의 하나 이상의 필드에 대한 각 값의 표시의 전송을 초기화하여, 외부 데이터 네트워크를 통한 전송 이전에 코어 네트워크 노드가 압축된 데이터 패킷을 압축해제하는 것을 가능하게 하는 단계를 포함한다.
이들 실시예 중 일부에서, 데이터 패킷은 사용자 데이터를 포함하고, 여기서 외부 데이터 네트워크를 통한 압축 데이터 패킷의 전송을 초기화하는 단계는 외부 데이터 네트워크를 통해 호스트 컴퓨터에 사용자 데이터를 전달하는 단계를 포함한다.
TSN 지원 검출 및 리소스 스케쥴링 기술의 조합
한번 더, 상기에 기술된 바와 같이, 여기서 설명된 다양한 기술은 대기시간, 신뢰성 등에 대한 이점을 제공하기 위해 서로 조합될 수 있다. 예를 들면, 유리한 한가지 특정한 조합은 TSN에 대한 지원을 검출하기 위해 상기에 설명된 기술과 TSN 프레임의 헤더를 압축하기 위해 설명된 기술의 조합이다.
따라서, 예를 들어, 도 135에 설명된 방법은 도 119에 도시된 방법과 조합되어, 외부 네트워크와 연관된 전송 스케쥴에 따라 RAN에서 리소스를 스케쥴링하기 위해 무선 액세스 네트워크(RAN)와 통신하도록 구성된 무선 디바이스에 의해 실행되는 방법을 제공할 수 있다. 이 방법은 도 135의 블록(402)에 도시된 바와 같이, 무선 액세스 네트워크(RAN)의 무선 기지국(RBS)으로부터 시스템 정보(SI)를 수신하는 단계를 포함하고, SI는 RBS를 통한 시간에 민감한 네트워킹(TSN)의 지원을 나타내고, 도 135의 블록(404)에 도시된 바와 같이, RBS를 통해, 외부 데이터 네트워크와 적어도 하나의 TSN 스트림을 설정하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 도 119의 블록(1410)에 도시된 바와 같이, TSN 스트림과 연관된 전송 스케쥴을 외부 네트워크로부터 수신하는 단계를 포함하고, 또한 도 119의 블록(1420)에 도시된 바와 같이, 무선 디바이스와 RAN 사이의 TSN 스트림 통신을 위해 무선 리소스를 할당하려는 요청을, RBS와 연관된 네트워크로 송신하는 단계를 포함하고, 여기서 요청은 전송 스케쥴에 관련된 정보를 더 포함한다. 도 119의 블록(1430)에 도시된 바와 같이, 방법은 TSN 스트림과 연관된 전송 스케쥴을 충족시키도록 무선 리소스가 할당될 수 있는가 여부를 나타내는 응답을 네트워크로부터 수신하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 전송 스케쥴은 TSN 스트림을 포함하는 하나 이상의 트래픽 클래스에 대한 게이트 제어 리스트 및 싸이클 시간을 포함한다. 일부 실시예에서, 네트워크로부터의 응답에서 무선 리소스가 데이터 스트림의 전송 스케쥴을 충족시키도록 할당될 수 없는 것으로 나타나면, 응답은 무선 리소스가 할당될 수 있는 하나 이상의 추가 윈도우의 표시를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 방법은 또한 네트워크로부터의 응답을 기반으로, 전송 스케쥴이 충족될 수 있는가 여부의 표시를 외부 네트워크에 송신하는 단계를 포함한다. 이들 실시예 중 일부에서, 응답이 하나 이상의 추가 시간 윈도우의 표시를 포함하면, 외부 네트워크로 송신된 표시는 하나 이상의 추가 시간 윈도우에 관련된 정보를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 네트워크는 5G 코어 네트워크(5GC)를 포함하고, 5GC의 액세스 관리 기능(AMF)으로 요청이 전송되고 그로부터 응답이 수신된다.
TSN 전송을 지원하기 위한 5G에서의 다수의 시간 도메인에 대한 지원
5G와 TSN의 연동이 도 144에 설명된다. 두 기술은 모두 네트워크 관리 및 구성을 위한 자체적인 방법과, 산업용 네트워크에 대한 종단간 결정론적 네트워킹을 가능하게 하도록 어느 정도 배열되어야 하는 통신 결정론을 달성하기 위한 다른 메카니즘을 정의한다. 다음에서는 5G 네트워크에 연결된 디바이스가 5G 엔드포인트라 칭하여진다. TSN 도메인에 연결된 디바이스는 TSN 엔드포인트라 칭하여진다.
도 144에 도시된 것에도 불구하고, UE가 단일 엔드포인트에 연결되지 않고, 대신에 적어도 하나의 TSN 브릿지 및 적어도 하나의 엔드포인트를 포함하는 TSN 네트워크에 연결되는 것도 가능하다. UE는 이때 TSN-5G 게이트웨이의 일부가 된다.
도 144의 UPF는 정밀 시간 프로토콜(PTP)을 지원한다고 가정되므로, UDP/IP를 사용하여 (예를 들면, IEEE 1588-2008 당) 운송되는 PTP 메시지를 사용해 TSN 네트워크에서 GrandMaster 클럭에 동기화될 수 있음을 주목하여야 한다.
UPF가 순차적으로 클럭 정보를 (GrandMaster 클럭으로부터 유도된) gNB에 전달하는 방법은 특정한 구현인 것으로 고려된다.
gNB는 필요한 경우, 5G 네트워크 기반의 방법을 사용하여 UE에 다수의 소스로부터 (예를 들면, GPS 기반, GrandMaster 기반) 유도된 클럭 정보의 다수의 인스턴스를 송신할 수 있다.
UE로부터 하나 이상의 엔드포인트로 클럭 정보의 추가 분배가 가능하다 (예를 들면, 클럭 정보를 소유한 UE는 하나 이상의 엔드포인트에 대해 소스 클럭으로 동작할 수 있다).
도 144는 이더넷 PDU 프로세싱에 대한 두가지 기본적인 시나리오를 지원할 수 있다. 첫번째 시나리오는 5G 네트워크를 통해 중계되는 이더넷 PDU이다. 이 시나리오는 단일 UE가 다수의 엔드포인트를 지원할 필요가 있고, 각각 별개의 이더넷 MAC 어드레스를 갖는 (즉, UE가 다수의 이더넷 포트를 지원하는) 경우를 가정한다.
TSN 스위치와 인터페이스되는 UPF는 상위 레이어 패이로드로 IP 패킷을 운반하지 않는 이더넷 PDU의 수신 및 전송을 지원하는 것으로 가정된다. TSN 스위치로부터 이더넷 PDU를 수신하면, UPF는 목적 MAC 어드레스를 특정한 IP 어드레스와 연관시키기 위한 방법을 가져야 하고 이어서 5G 네트워크에서 적절한 노드로 (예를 들면, PDN-GW) 이더넷 PDU를 중계하여야 한다. 적절한 5G 네트워크 노드는 특정한 UE 및 대응하는 RNTI를 식별하는데 IP 어드레스를 사용하므로, 이더넷 PDU가 식별된 RNTI를 사용하여 전달을 위해 적절한 gNB로 전달될 수 있다.
gNB는 이더넷 PDU 전송을 지원하기에 적절한 신뢰성 및 대기시간 속성을 갖는 데이터 무선 베어러(data radio bearer, DRB)를 사용해 UE로 이더넷 PDU를 송신한다. UE는 이더넷 PDU를 복구하고 (예를 들면, PDCP 레이어로부터) 이를 목적 MAC 어드레스와 연관된 엔드포인트로 송신한다 (즉, UE는 하나 이상의 이더넷 연결 엔드포인트를 지원할 수 있다).
요약하면, TSN 스위치로부터 UPF에 의해 수신된 원래의 이더넷 PDU는 5G 네트워크를 통해 투명하게 전달된다.
업링크 방향의 경우, 5G 네트워크는 RNTI가 이더넷 동작과 연관되는 시점을 결정할 것으로 예상되고, 그에 의해 이러한 RNTI와 연관된 업링크 패이로드가 (즉, 이더넷 PDU) UPF로 라우팅되도록 허용하게 된다. UPF는 이어서 간단하게 수신된 이더넷 PDU를 TSN 스위치에 송신한다.
두번째 시나리오는 5G 네트워크에서 종료되는 이더넷 PDU이다. 이 시나리오는 UE가 임의의 이더넷 포트를 지원할 필요가 없는 경우에 단일 UE가 단일 엔드포인트를 지원하는 경우를 가정한다. TSN 스위치와 인터페이스되는 UPF는 상위 레이어 패이로드로 IP 패킷을 운반하는 이더넷 PDU의 수신 및 전송을 지원하는 것으로 가정된다.
TSN 스위치로부터 이더넷 PDU를 수신하면, UPF는 이더넷 PDU로부터 IP 패킷을 추출하고 이를 더 라우팅하기 위해 적절한 5G 네트워크 노드로 송신한다. 5G 네트워크는 특정한 UE 및 대응하는 RNTI를 식별하는데 목적 IP 어드레스를 사용하므로, IP 패킷이 식별된 RNIT를 사용하여 전달을 위해 적절한 gNB로 전달될 수 있다.
gNB는 이더넷 PDU 전송을 지원하기에 적절한 신뢰성 및 대기시간 속성을 갖는 데이터 무선 베어러(DRB)를 사용해 UE로 IP 패킷을 송신한다 (즉, 이더넷 PDU가 UPF에서 종료되더라도, 5G 네트워크는 이더넷 PDU에 의해 운반되는 IP 패킷을 전달할 때 QoS와 같은 이더넷 속성을 지원하여야 한다). UE는 IP 패킷을 복구하고 (예를 들면, PDCP 레이어로부터) 이를 IP 레이어 애플리케이션에 송신한다.
요약하면, 이더넷 프로토콜 레이어는 이더넷 PDU가 TSN 스위치로부터 UPF에 의해 수신될 때 종료되지만, 그 IP 패킷 패이로드는 5G 네트워크를 통해 투명하게 전달된다.
업링크 방향의 경우, 5G 네트워크는 RNTI가 이더넷 동작과 연관되는 시점을 결정할 것으로 예상되고, 그에 의해 이러한 RNTI와 연관된 업링크 패이로드가 (즉, IP 패킷) UPF로 라우팅되도록 허용하게 된다. UPF는 이때 소스 및 목적 IP 어드레스를 소스 및 목적 MAC 어드레스에 (예를 들면, ARP를 사용해) 맵핑할 수 있는 방법을 가져야 하므로, TSN 스위치에 대한 전송을 위한 패이로드로 이들 MAC 어드레스 및 IP 패킷을 포함하는 이더넷 PDU를 구성할 수 있게 된다.
많은 TSN 특성은 모든 피어(peer) 사이의 정확한 시간 동기화를 기반으로 한다. 상기에 소개된 바와 같이, 이는 예를 들어 IEEE 802.1AS 또는 IEEE 802.1AS-rev를 사용하여 달성된다. 그러므로, TSN 네트워크 내에서는 마이크로세컨드 미만의 에러로 동기화를 달성하는 것이 가능하다. 이 레벨의 정확도를 달성하기 위해서는 하드웨어 지원이 필수적이다; 예를 들면, 패킷의 타임스탬핑(timestamping)을 위해.
네트워크에서, 그랜드마스터(grandmaster, GM)는 마스터-슬래이브 설계에서 다른 모든 노드에 타이밍 정보를 전송하는 노드이다. 이는 선택된 그랜드마스터를 뛰어나게 만드는 특정한 기준에 의해, 여러 잠재적인 노드 중에서 선출될 수 있다.
802.1AS의 TSN 확장에서는 주요 GM 다음에 또한 중복 백업 GM이 구성될 수 있다고 정의된다. 제1 GM이 어떠한 이유로 실패한 경우, TSN 도메인 내의 디바이스는 제2 GM에 동기화될 수 있다. 중복 GM은 상시-대기 구성으로 작동할 수 있다.
IEEE 802.1AS-rev을 기반으로 하는 TSN에는 (또한, gPTP(generalized Precise Timing Protocol, 일반화된 정밀 타이밍 프로토콜)라고도 칭하여지는) TSN 네트워크에서 지원되는 다수의 시간 도메인이 있다. 한 시간 도메인은 예를 들어, PTP 에포크(epoch)를 기반으로 하는 글로벌 시간 도메인이 될 수 있고, 다른 시간 도메인은 임의적인 에포크를 갖는 로컬 시간 도메인이 될 수 있다. gPTP에 의해 지원되는 두가지의 타임스케일이 있다:
* 타임스케일 PTP: 에포크가 PTP 에포크이고 (IEEE 802.1 AS-rev 섹션 8.2.2에서 상세히 설명되는) 이 타임스케일은 연속적이다. 시간의 측정 단위는 순환 주기에서 실현되는 SI초(SI second)이다.
* 타임스케일 ARB (임의적인): 이 시간스케일에 대한 에포크는 도메인 시동 시간이고 관리적인 과정에 의해 셋업될 수 있다 (IEEE 802.1AS-rev, 섹션 3.2에서 더 상세히 설명되는).
TSN 네트워크 내의 디바이스는 다수의 시간 도메인에 동기화될 수 있다. 로컬 임의적 시간 도메인은 또한 작업 클럭이라 칭하여진다. 작업 클럭은 TSN 기능을 위한 산업용 네트워크에서 사용된다.
TSN 스트림을 셋업하는 초기 단계 중 하나는 시간에 민감한 스트림을 교환한 것으로 가정되는 엔드포인트를 (화자 및 청취자) 그룹화함으로서, CNC에 의해 TSN 도메인을 설정하는 것이다. 이 리스트는 CUC에 의해 CNC에 제공된다. CNC는 또한 각 TSN 도메인이 (화자, 청취자, 및 브릿지) 자체 작업 클럭을 갖도록 이들 엔드포인트를 연결시키는 브릿지를 구성한다. 기술적으로, 이는 외부 포트 역할 구성, 메카니즘을 구성함으로서, IEEE 802.1AS-rev에 따라 수행될 수 있다.
산업용 애플리케이션 시나리오에서 다수의 시간 도메인이 이제 설명된다. 상기에 소개된 바와 같이, TSN 도메인은 다른 클럭으로 (글로벌 및 작업 클럭) 동작한다. 또한, 각 TSN 도메인의 클럭은 반드시 동기화되는 것은 아니므로, 공장 네트워크가 여러 TSN 도메인으로 구성될 수 있다. 그러므로, 공장 네트워크 전반에 걸쳐 서로 다르고 오버랩 될 수 있는 디바이스 서브세트가 동기화될 필요가 있는 경우 임의의 타임스케일을 갖는 여러 독립적인 TSN 도메인이 있을 수 있다. 도 145에 도시된 바와 같이, 각 TSN 도메인은 자체 작업 클럭을 가질 수 있다.
제조 사용 사례에서 TSN에 대한 시간 동기화 요구사항을 만족시키기 위해, 셀룰러 네트워크는 모든 기계가 (센서 또는 작동기) 동기화될 수 있는 시간 기준을 제공하도록 요구된다.
현재 3GPP 표준화에서는 릴리스 15에서 LTE 무선 액세스를 통한 시간 동기화를 실현하려는 노력이 보인다.
한가지 가능한 접근법에서는 두가지 정보 요소(Information Element, IE), 즉 0.25μs 세분성 및 불확실성값을 갖는 시간 기준, 및 RRC 메시지에 부가된 세개의 IE를 갖는 UE에 GPS 시간을 알려주는 DL RRC 메시지 UETimeReference가 SIB 16에 부가된다. 이 과정의 주요 목적은 그 정보의 부정확성화 함께 GPS 기반의 시간 기준 정보를 UE에 전달하는 것이다.
LTE는 SBI 16에서 타이밍 정보와 관련된 여러 시스템 정보 블록(SIB)을 정의하고, 이는 GPS 신호 및 협정 세계시(UTC)에 관련된 정보를 포함한다. SIB는 다운링크 공유 채널(DL-SCH)을 통해 전송된다. 서브프레임에서의 SIB의 존재는 특수한 시스템 정보 RNTI(SI-RNTI)로 표시된 대응하는 PDCCH의 전송에 의해 표시된다. IE SIB 16은 GPS 시간 및 UTC에 관련된 정보를 포함한다. UE는 GPS 및 로컬 시간을 획득하는데 매개변수 블록을 사용한다.
이것은 SIB 16 메시지의 구조이다:
-- ASN1START
\SystemInformationBlockType16-r11 ::= SEQUENCE {
timeInfo-r11 SEQUENCE {
timeInfoUTC-r11 INTEGER (0..549755813887),
dayLightSavingTime-r11 BIT STRING (SIZE (2)) OPTIONAL, -- Need OR
leapSeconds-r11 INTEGER (-127..128) OPTIONAL, -- Need OR
localTimeOffset-r11 INTEGER (-63..64) OPTIONAL -- Need OR
} OPTIONAL, -- Need OR
lateNonCriticalExtension OCTET STRING OPTIONAL,
...,
[[ granularityOneQuarterUs-r15 INTEGER (0..36028797018963967) OPTIONAL, -- Need OR
uncert-quarter-us-r15 INTEGER (0..3999) OPTIONAL
]]
}
정보 요소는 도표 22에 정의된다.
S ystemInformationBlockType16 필드 설명
dayLightSavingTime
로컬 시간을 획득하기 위해 일광절약 시간(daylight saving time, DST)이 적용되고 있는가 여부와 방법을 나타낸다. 의미는 TS 24.301 [35] 및 TS 24.008 [49]에서의 일광절약 시간 IE(Daylight Saving Time IE)의 의미와 동일하다. 비트 스트링 중 첫번째/최좌측 비트는 옥텟 3의 b2를 포함하고, 즉 일광절약 시간 IE의 값 부분을 포함하고, 비트 스트링 중 두번째 비트는 옥텟 3의 b1을 포함한다.
leapSeconds
GPS 시간과 UTC 사이의 리프(leap) 초 오프셋의 수. UTC 및 GPS 시간은 관련된다. 즉, GPS 시간 - leapSeconds = UTC 시간.
localTimeOffset
15분 단위의 UTC와 로컬 시간 사이의 오프셋. 실제 값 = 필드 값 * 15분. 현지 로컬 시간은 UTC 시간 + localTimeOffset으로 계산된다.
granularityOneQuarterUs
협정 세계시는 SystemInformationBlockType16이 전송되는 SI-윈도우의 경계가 끝날 때 또는 끝난 직후의 SFN 경계에 대응한다. 이 필드는 1980년 1월 6일 그레고리력 날짜 00:00:00 이래로 (GPS 시간의 시작) 0.25μs의 단위로 GPS 시간의 수를 카운트한다.
timeInfoUTC
협정 세계시는 SystemInformationBlockType16이 전송되는 SI-윈도우의 경계가 끝날 때 또는 끝난 직후의 SFN 경계에 대응한다. 필드는 1900년 1월 1일 그레고리력 날짜 00:00:00 이래로 (1899년 12월 31일 일요일과 1900년 1월 1일 월요일 사이의 자정) 10ms의 단위로 GPS 시간의 수를 카운트한다. 노트 1.
이 필드는 시스템 정보의 변경을 추정할 때 제외된다. 즉, timeInfoUTC의 변경은 시스템 정보 변경 통지 또는 SIB1에서 systemInfoValueTag의 변경을 초래하지 말아야 한다.
uncert-quarter-us
기준 시간의 불확실성을 나타내고, 여기서 'k'값은 ±0.25(k+1)μs의 불확실성을 나타낸다. 즉, '0'은 ±0.25μs의 불확실성을 나타내고, '1'의 값은 ±0.5μs의 불확실성을 나타낸다. UE는 granularityOneQuarterUs 필드의 값을 해석하는 방법을 결정하는데 이 필드 값을 사용한다. 예를 들어, uncert-quarter-us = '3' 이면, 불확실성은 2μs이고, UE는 granularityOneQuarterUs±2μs 범위 내에 있는 것으로 granularityOneQuarterUs 필드의 값을 해석하게 된다.
도표 22 - 제안된 시스템 정보 블록 타입 16
RRC 시그널링에서의 시간 기준 정보 메시지는 또한 GPS 시간을 UE에 전송하는데 사용될 수 있다.
특정한 문제점이 존재한다. 예를 들어, 최신 기술에 따라, UE는 연결된 BS(예를 들면, eNB)에 의해 지원되는 하나의 클럭에만 동기화될 수 있다. 여기서의 주요 문제는 3GPP 라디오를 통해 시간 기준을 제공하는데 사용되는 클럭이 TSN 도메인에 시간 기준을 제공하는데 사용되는 작업 클럭과 (임의의 GM 클럭) 다를 수 있다는 점이다. 현재에는 BS에서 UE로의 시간 기준 전송에 사용되고 있는 클럭과 동기화되지 않은 TSN 도메인 시간 클럭을 제공하는 메카니즘이 없다.
또한, 또 다른 문제는 UE가 TSN-셀룰러 게이트웨이로 사용되는 경우, 독립적인 클럭 그랜드마스터가 셀룰러 네트워크의 UE-측에 존재하는 것이 가능할 수 있다는 점이다. TSN 애플리케이션은 이때 TSN 네트워크가 작동하도록 BS 대신에 시간-동기화 소스에 연결된다. 이 시나리오에서는 또한, 현재 UE가 이 타이밍 정보를 셀룰러 네트워크 내의 다른 피어(peer)에 전송할 수 있는 방법이 없다.
본 발명 및 그 실시예의 특정한 측면은 이러한 문제 및 다른 문제에 솔루션을 제공할 수 있다. 예를 들면, 특정한 실시예에 따라, 정확한 셀룰러 네트워크 동기화를 기반으로 BS 또는 UE측에서, 또는 둘 모두에서 다중 시간 도메인의 설정을 허용하는 방법이 제공된다. 그에 의해, 셀룰러 네트워크는 예를 들어, UE에 위치하는 TSN 애플리케이션 쪽으로, 즉 BS로부터 수신하는 시간 동기화 정보를 기반으로 하는 애플리케이션 쪽으로 두개 이상의 다른 시간 도메인을 (예를 들면, 글로벌 클럭 및 작업 클럭) 지원할 수 있다. 또한, 본 발명은 셀룰러 네트워크에서, 작동 클럭 GM이 UE-측에 존재하는 경우 UE가 BS에 시간을 시그널링할 수 있고, UE는 동일한 TSN 도메인에 위치하는 다른 TSN 장비를 연결시키도록 (즉, 정확한 셀룰러 네트워크 동기화 정보를 제공하도록) 요구될 수 있는 방법을 제공한다.
특정한 실시예는 다음의 기술적 이점 중 하나 이상을 제공할 수 있다. 예를 들면, 한가지 기술적 이점은 특정한 실시예에서 무선을 통한 하나의 정확한 시간 기준 시그널링을 기반으로 다중 시간-도메인과 종단간 시간 동기화를 허용하는 이점이 될 수 있다. 추가 시간-도메인을 지원하려는 노력은 여기서 제안된 방법으로 인하여 감소된다.
일부 실시예에서, 보다 일반적인 용어 "네트워크 노드"가 사용될 수 있고, 이는 UE와 (직접적으로 또는 또 다른 노드를 통해) 또한/또는 또 다른 네트워크 노드와 통신하는 임의의 타입의 무선 네트워크 노드 또는 임의의 네트워크 노드에 대응할 수 있다. 네트워크 노드의 예로는 NodeB, MeNB, ENB, MCG 또는 SCB에 속하는 네트워크 노드, 기지국(BS), MSR BS와 같은 다중-표준 라디오(multi-standard radio, MSR) 무선 노드, eNodeB, gNodeB, 네트워크 제어기, 무선 네트워크 제어기(RNC), 기지국 제어기(BSC), 릴레이, 릴레이를 제어하는 도너 노드, 베이스 송수신국(BTS), 액세스 포인트(AP), 전송 포인트, 전송 노드, RRU, RRH, 분산 안테나 시스템(DAS)에서의 노드, 코어 네트워크 노드 (예를 들면, MSC, MME 등), O&M, OSS, SON, 위치지정 노드 (예를 들면, E-SMLC), MDT, 테스트 장비 (물리적 노드 또는 소프트웨어) 등이 있다.
일부 실시예에서, 비-제한적인 용어 사용자 장비(UE) 또는 무선 디바이스가 사용될 수 있고, 이는 셀룰러 또는 모바일 통신 시스템에서 네트워크 노드와 또한/또는 또 다른 UE와 통신하는 임의의 타입의 무선 디바이스를 칭할 수 있다. UE의 예로는 타켓 디바이스, 디바이스 대 디바이스(D2D) UE, 기계형 UE 또는 기계 대 기계(M2M) 통신이 가능한 UE, PDA, PAD, 테블릿, 모바일 터미널, 스마트폰, 랩탑 내장 장비(LEE), 랩탑 장착 장비(LME), USB 동글, UE 카테고리 M1, UE 카테고리 M2, ProSe UE, V2V UE, V2X UE 등이 있다.
부가적으로, 기지국/gNodeB 및 UE와 같은 용어는 비제한적인 것으로 간주되어야 하고 특히 둘 사이의 특정한 계층적 관계를 암시하지 않는다; 일반적으로, "gNodeB"는 디바이스 1으로 간주될 수 있고, "UE"는 디바이스 2로 간주될 수 있고, 이들 두 디바이스는 일부 무선 채널을 통해 서로 통신한다. 또한, 다음에서는 전송기 또는 수신기가 gNB나 UE가 될 수 있다.
특정한 실시예에 따라, UE가 시간 동기화 솔루션을 기반으로 하나 또는 다수의 TSN 도메인 작업 클럭에 동기화될 수 있는 방법이 제공된다. 또한, 그 솔루션은 UE 뒤에서 (여기서 UE는 TSN 게이트웨이로 동작한다) 실행되는 TSN 도메인의 작업 클럭과 동기화되는 디바이스를 (셀룰러 링크를 통해 TSN 도메인에 연결된) 지원하도록 확장된다. 또한, 관련된 GM 클럭이 UE 측에 배치되는 경우, UE는 예를 들어, 기지국(BS)과 같은 셀룰러 네트워크에 이 클럭 신호를 시그널링할 수 있게 된다. 셀룰러 네트워크는 이 정보를 연결된 TSN 엔드포인트나 네트워크에 전달할 수 있다.
여기서는 셀룰러 네트워크에서 충분한 정확도로 BS에 UE를 동기화시키는 메카니즘이 있다고 가정한다. TSN 특성에 (예를 들어, 시간 인지 트래픽 스케쥴러에 대한) 의해 요구되는 TSN 종단간 동기화의 경우, 이 에러는 1 마이크로세컨드 정도가 될 수 있다. 일반적으로, 셀룰러 네트워크에서의 동기화는 GPS 신호와 같이 신뢰할 수 있게 이용가능한 소스로부터의 공통 글로벌 클럭을 기반으로 한다.
여기서는 5G 동기화 신호에 대한 에러가 충분히 작아서 TSN 통신을 위해 원하는 작업 클럭 정확도를 지원하는 것으로 가정한다. 도 146은 BS가 UE를 셀룰러 기준 시간에 동기화시키는 방법을 설명한다.
특정한 실시예에 따라, 소개된 방법은 이후 설명되는 세가지 시나리오에 의해 예시화되고 도 147 내지 도 149에 도시된다. 디바이스(Dev x)는 TSN 엔드포인트인 것으로 가정되고, GM은 TSN 네트워크에 대한 클럭 GM으로 동작하는 TSN 엔드포인트이다.
특정하게, 도 147은 디바이스(Dev 1)가 셀룰러 링크를 통해 TSN 도메인에 연결된 것으로 가정되는 시나리오를 설명한다. 이 TSN 도메인은 작업 클럭(GM)을 가질 수 있다. 셀룰러 네트워크는 예를 들어 GPS를 기반으로, 전용 RRC 시그널링을 통해, 또는 증진된 SIB 블록으로 (상기 섹션에서 설명된 바와 같이) UE에 시간 기준 정보를 제공하고 있다. 특정한 실시예에 따라, Dev 1이 예를 들어, GPS를 기반으로 셀룰러 네트워크에 의해 이미 제공되는 시간 기준을 기반으로 하는 TSN 작업 클럭에 대한 정보를 얻는 방법이 제안된다.
도 148은 셀룰러 링크를 통해 가상 제어기(Dev 2)에 연결된 TSN 도메인을 가정하는 현장 시나리오이다. 여기서, 문제는 Dev 2가 UE를 통해 연결된 TSN 도메인의 작업 클럭(GM)에 동기화될 수 있는 방법이다. UE가 GM의 이 로컬 작업 클럭을 BS 및 Dev 2에 각각 통신할 수 있게 하는 방법이 제안된다.
도 149는 셀룰러 링크를 통해 연결된 두개의 TSN 네트워크를 가정하는 세번째 시나리오를 설명한다. 네트워크의 첫번째 부분은 셀룰러 네트워크의 백본으로 간주되고 다른 부분은 현장으로 가정된다. GM 클럭은 네트워크의 백본에 또는 현장 측에 있을 수 있다. 이는 시나리오 a) 및 b)의 일반적인 조합이다.
상기 세가지 시나리오에서 예시화된 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 실시예로서 두가지 방법을 정의한다:
방법 1: 공통 셀룰러 기준 타이밍 신호 (예를 들면, GPS를 기반으로 하는) 및 다양한 다른 타이밍 신호 (예를 들면, TSN GM의 작업 클럭과 같은) 사이에 타이밍 오프셋 및 편차를 측정하는 BS에서의 방법. 이 오프셋은 TSN 도메인에 맵핑될 수 있다. 오프셋은 전용 RRC 시그널링을 통해 UE에 전송되거나, SIB 블록 정보 요소를 사용하여 브로드캐스트 될 수 있다 (SIB를 통한 브로드캐스트의 경우, 오프셋 값은 TSN 도메인 식별 매개변수와 함께 맵핑될 필요가 있다). UE는 공통 셀룰러 기준 시간을 기반으로 원래의 시간 신호를 재설정하는데 이 오프셋을 사용하게 된다. UE는 이 시간을 TSN 애플리케이션에 제공할 수 있다. 도 150은 방법 1의 과정을 설명한다.
방법 2: 셀룰러 네트워크로부터 수신하고 있는 공통 셀룰러 기준 타이밍 신호 (예를 들면, GPS를 기반으로 하는) 및 그 일부가 되는 단일 TSN 도메인으로부터 또는 다른 TSN 도메인으로부터 수신하고 있는 다른 작업 클럭과 같은 다양한 다른 타이밍 신호 사이에 타이밍 오프셋 및 편차를 측정하는 UE의 방법. 여기서, UE는 TSN 네트워크와 (TSN 클럭 그랜드마스터를 포함하는) 셀룰러 네트워크 사이의 게이트웨이로 동작한다. UE는 예를 들어, RRC 시그널링을 통해 BS에 이 오프셋을 전송하게 된다. BS는 이 오프셋을 사용하여 공통 셀룰러 기준 시간을 기반으로 원래 시간 신호를 (즉, UE가 일부가 되는 TSN 네트워크에 대응하는) 재설정한다. BS는 이어서 이 추가 시간 정보를 동일한 TSN 도메인으로 동작하는 애플리케이션에 제공할 수 있다. 도 151은 특정한 실시예에 따른, 방법 2의 과정을 설명한다.
두 방법은 모두 다중 시간 도메인을 지원할 수 있는 타이밍 오프셋에 대해 셀룰러 네트워크의 다른 측에 통신하기 위해 타임-오프셋의 주기적인 시그널링을 고려한다.
이제 방법 1이 더 상세히 설명된다. 방법 1의 과정에 대한 기본적인 가정은 5G 시간 기준 및 작업 클럭의 에포크가 동일하거나 UE와 BS 사이에서 미리 협상되고, 또는 추가 시간 신호의 에포크가 임의적이라는 것이다. 또한, UE 및 BS에서 사용되는 클럭은 시간 신호를 지원하기에 충분한 정확도를 갖는다. 또한, UE는 공통 셀룰러 기준 시간에 대해 BS에 충분히 동기화된다. UE와 BS는 모두 병렬로 다른 시간 신호를 지원하기 위해 다중 클럭 및 관련 기능을 갖추고 있을 수 있다.
도 152는 특정한 실시예에 따른, 방법 1에 대한 흐름도를 설명한다. 방법 1의 시퀀스는 또한 다음과 같이 제공된다:
* GM 클럭은 (TSN 네트워크로부터) 셀룰러 네트워크에서 BS에 로컬 시간 기준을 제공한다.
* 셀룰러 네트워크에서의 BS는 UE에 주기적으로 전송되는 셀룰러 기준 시간과 (예를 들면, 글로벌 GPS 기반의 셀룰러 기준 시간) GM으로부터 수신된 로컬 시간 기준을 비교함으로서 오프셋을 계산한다.
* 다른 필수적인 정보와 함께 (예를 들면, 에포크, TSN 도메인 수, 시간 도메인 식별자) 계산된 오프셋은 예를 들어, 전용 RRC 신호를 통해 하나 또는 다수의 UE에 전달된다.
* UE는 오프셋을 디코딩하고 예를 들어, TSN 디바이스, 브릿지, 또는 TSN 엔드포인트에 이를 제공하기 이전에 표시된 오프셋 별로 로컬 시간 기준을 조정한다.
특정한 실시예에 따라, 방법 1의 실시예는 셀룰러 UE에 대한 다중 시간 도메인의 정의를 허용한다. 이와 같이, 셀룰러 기준 시간은 (예를 들면, GPS 기반의) 모든 UE에 브로드캐스트된다.
부가적으로, TSN 도메인 특정 작업 시간은 각 UE에 대한 시간 오프셋의 전송에 의해 BS와 UE 사이에 설정된다. 오프셋은 브로드캐스트된 공통 셀룰러 기준 시간을 기반으로 BS에서 계산된다.
특정한 실시예에 따라, BS는 브로드캐스트 또는 유니캐스트에 의해 TNS 도메인 식별자와 함께 오프셋을 소정의 도메인 내의 UE에 전송한다. UE는 요구되는 TSN 도메인을 식별하므로 (또는 특정 TSN 도메인을 사용하여 구성되므로), 그 TSN 도메인에 대응하는 시간 오프셋을 고려하여 특정한 TSN 도메인 작업 시간/로컬 기준 시간에 그들의 클럭을 튜닝한다. 즉, 셀룰러 기준 시간 + 특정한 시간 오프셋을 고려한다.
도 150에서, 방법 1은 5G 셀룰러 네트워크 및 백본에서의 TSN 도메인으로부터의 하나의 추가 시간 신호를 가정하여 설명된다. 특정한 실시예에 따라, BS는 정의된 시점에 셀룰러 기준 시간을 (10:00, 10:10, 10:20 ...) 모든 UE에 브로드캐스트 한다; 부가하여, BS는 또한 셀룰러 기준 시간에 오프셋을 시그널링함으로서 TSN-도메인 특정 작업 클럭을 UE1에 전송한다. BS와 UE 사이의 기본적인 셀룰러 기준 시간 동기화 방법과 비교해, 오프셋 전송에 대한 요구사항은 전송 및 프로세싱 시간 계산이 필요하지 않으므로 낮아진다. 여전히, 오프셋은 충분한 주기성 및 불확실성/정확도와 함께 통신될 필요가 있다.
도 153은 특정한 실시예에 따른, 방법 2에 대한 시퀀스도를 설명한다. 방법 2의 단계도 또한 다음과 같이 제공된다:
* UE는 연결된 TSN 네트워크로부터 직접적으로 작업 클럭 시간 기준을 수신하고, 이어서 UE는 각 오프셋을 계산하기 위해 BS로부터 수신된 셀룰러 시간 기준과 이 시간 기준을 비교한다.
* UE는 예를 들어, RRC 시그널링에 의해 계산된 오프셋을 BS로 더 전달한다. BS는 UE로부터 오프셋 메시지를 수신하고 UE로부터 수신된 오프셋을 기반으로 시간 기준을 조정한다. 이어서, BS는 시나리오 2에서 설명된 바와 같이, 셀룰러 네트워크에서 TSN 디바이스에 수정된 시간 기준을 송신한다. 이 방법으로, 네트워크 측에 있는 TSN 디바이스는 셀룰러 기준 시간 대신에 TSN 작업 시간으로 튜닝된다.
방법 2는 방법 1과 동일한 가정을 기반으로 한다.
도 151에서, 방법 2는 5G 셀룰러 네트워크 및 UE 측에 있는 TSN 도메인으로부터의 하나의 추가 시간 신호를 가정하여 설명된다. 특정한 실시예에서, 방법 2는 BS에서의 다중 클럭을 가질 필요가 있거나 다중 클럭을 병렬로 지원하는 셀룰러 기준 시간을 기반으로 TSN 네트워크에 대한 작업 클럭을 계산하는데 오프셋을 사용하는 코어 네트워크 기능을 가질 필요가 있다.
특정한 다른 실시예에 따라, 타임스탬프를 사용한 수신기-측 오프셋 계산이 실행될 수 있다. 특정하게, 설명된 솔루션은 예를 들어, 시간-인지 방식으로 UE와 gNB 사이의 외부 그랜드마스터로부터 PTP 시간 정보를 수신하는데 사용될 수 있다. 그러므로, 공통 기준 시간은 두 노드 중 하나에서의 한 레이어에서 다른 노드에서의 또 다른 레이어로 패킷을 전송하는데 걸리는 가변 시간 t_d를 평가하는데 사용된다.
UE와 gNB 사이의 공통 기준 시간은 t_d를 추정하는데 사용된다. 상기에 이미 설명된 바와 같이, PTP는 때로 산업적 맥락에서 시스템을 동기화하는데 사용된다. 이 메카니즘은 물론 UE가 PTP 그랜드마스터에 동기화되는 다른 방식으로도 작동한다. ptp 패킷의 이러한 전송은 외부 PTP 디바이스에 투명하게 수행되거나 UE와 gNB가 경계 클럭처럼 결합하여 작동하게 함으로서 수행될 수 있다. 언급해야 할 중요한 점은 이 경우의 타임스탬핑은 왕복 지연을 계산하기 위해 PTP에서 수행되는 것처럼 왕복 방식으로 요구되지 않는다는 것이다 - 이는 상위 레이어에서 일어날 수 있고, UE와 gNB 모두가 이미 기본으로 충분히 동기화되어 있으므로 단방향 지연 t_d만이 요구된다.
이는 gNB 대 UE 동기화에 대해 도 154에서 설명된다.
지금 제공된 상세한 설명에 관하여, 도 155는 특정한 실시예에 따라, 공통 셀룰러 기준 타이밍 신호 사이에서 편차를 줄이기 위해 무선 디바이스에 의해 실행되는 방법(2600)을 도시한다. 방법은 무선 디바이스가 셀룰러 네트워크로부터 제1 타이밍 신호를 수신하는 단계(2602)에서 시작된다. 단계(2604)에서, 무선 디바이스는 적어도 무선 디바이스가 연결된 TSN로부터 제2 타이밍 신호를 수신한다. 제1 타이밍 신호는 제2 타이밍 신호와 비교되어 단계(2606)에서 오프셋을 결정한다. 단계(2608)에서, 무선 디바이스는 오프셋을 네트워크 노드에 전송한다.
도 156은 무선 네트워크에서 가상 장치(2700)의 구조적인 블록도를 설명한다. 장치는 무선 디바이스 또는 네트워크 노드에서 구현될 수 있다. 장치(2700)는 도 155를 참조로 설명된 예시적인 방법 및 가능하게 여기서 설명되는 임의의 다른 프로세스나 방법을 실행하도록 동작될 수 있다. 도 155의 방법은 반드시 장치(2700)에 의해서만 실행되는 것은 아님을 또한 이해하여야 한다. 방법 중 적어도 일부 동작은 하나 이상의 다른 엔터티에 의해 실행될 수 있다.
가상 장치(2700)는 프로세싱 회로를 포함할 수 있고, 이는 하나 이상의 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러, 뿐만 아니라 디지털 신호 프로세서(DSP), 특수 목적의 디지털 로직 등을 포함할 수 있는 다른 디지털 하드웨어를 포함할 수 있다. 프로세싱 회로는 메모리에 저장된 프로그램 코드를 실행하도록 구성될 수 있고, 메모리는 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리, 캐시 메모리, 플래쉬 메모리 디바이스, 광학 저장 디바이스 등과 같은 하나 또는 여러 타입의 메모리를 포함할 수 있다. 메모리에 저장된 프로그램 코드는 여러 실시예에서, 하나 이상의 전기통신 및/또는 데이터 통신 프로토콜을 실행하기 위한 프로그램 명령 뿐만 아니라 여기서 설명된 기술 중 하나 이상을 실행하기 위한 명령을 포함한다. 일부 구현에서, 프로세싱 회로는 제1 수신 모듈(2710), 제2 수신 모듈(2720), 비교 모듈(2730), 전송 모듈(2740), 및 장치(2700)의 임의의 다른 적절한 유닛이 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 대응하는 기능을 실행하게 하는데 사용될 수 있다.
특정한 실시예에 따라, 제1 수신 모듈(2710)은 장치(2700)의 특정한 수신 기능을 실행할 수 있다. 예를 들어, 제1 수신 모듈(2710)은 셀룰러 네트워크로부터 제1 타이밍 신호를 수신할 수 있다.
특정한 실시예에 따라, 제2 수신 모듈(2720)은 장치(2700)의 특정한 다른 수신 기능을 실행할 수 있다. 예를 들어, 제2 수신 모듈(2720)은 적어도 무선 디바이스가 연결된 TSN으로부터 제2 타이밍 신호를 수신할 수 있다.
특정한 실시예에 따라, 비교 모듈(2730)은 장치(2700)의 특정한 비교 기능을 실행할 수 있다. 예를 들어, 비교 모듈(2730)은 오프셋을 결정하도록 제1 타이밍 신호를 제2 타이밍 신호와 비교할 수 있다.
특정한 실시예에 따라, 전송 모듈(2740)은 장치(2700)의 특정한 전송 기능을 실행할 수 있다. 예를 들어, 전송 모듈(2740)은 오프셋을 네트워크 노드에 전송할 수 있다.
유닛이란 용어는 전자, 전기 디바이스 및/또는 전자 디바이스 분야에서 통상적인 의미를 가질 수 있고, 여기서 설명된 것과 같이, 예를 들어 전기 및/또는 전자 회로, 디바이스, 모듈, 프로세서, 메모리, 논리적 솔리드 스테이트(logic solid state) 및/또는 이산적 디바이스, 각 작업, 과정, 계산, 출력, 및/또는 디스플레이 기능 등을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이나 명령을 포함할 수 있다.
도 157은 특정한 실시예에 따라, 공통 셀룰러 기준 타이밍 신호 사이에서 편차를 줄이기 위한, 예를 들어, 기지국과 같은 네트워크 노드에 의한 방법을 도시한다. 방법은 네트워크 노드가 무선 디바이스에 셀룰러 네트워크에 대한 제1 타이밍 신호를 전송하는 단계(2802)에서 시작된다. 단계(2804)에서, 네트워크 노드는 무선 디바이스로부터 무선 디바이스에 의해 측정된 오프셋을 수신한다. 오프셋은 셀룰러 네트워크에 대한 제1 타이밍 신호와 적어도 무선 디바이스가 연결된 시간에 민감한 네트워크(TSN)와 연관된 제2 타이밍 신호 사이의 차이를 기반으로 한다. 무선 디바이스로부터 수신된 오프셋을 기반으로, 단계(2806)에서는 셀룰러 네트워크에 대한 제3 타이밍 신호가 결정된다. 제3 타이밍 신호는 제1 타이밍 신호가 조정된 시간 신호이다. 단계(2808)에서, 네트워크 노드는 무선 디바이스에 제3 타이밍 신호 네트워크 노드를 전송한다.
도 158은 무선 네트워크에서 가상 장치(2900)의 구조적인 블록도를 설명한다. 장치는 무선 디바이스 또는 네트워크 노드에서 구현될 수 있다. 장치(2900)는 도 157을 참조로 설명된 예시적인 방법 및 가능하게 여기서 설명되는 임의의 다른 프로세스나 방법을 실행하도록 동작될 수 있다. 도 157의 방법은 반드시 장치(2900)에 의해서만 실행되는 것은 아님을 또한 이해하여야 한다. 방법 중 적어도 일부 동작은 하나 이상의 다른 엔터티에 의해 실행될 수 있다.
가상 장치(2900)는 프로세싱 회로를 포함할 수 있고, 이는 하나 이상의 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러, 뿐만 아니라 디지털 신호 프로세서(DSP), 특수 목적의 디지털 로직 등을 포함할 수 있는 다른 디지털 하드웨어를 포함할 수 있다. 프로세싱 회로는 메모리에 저장된 프로그램 코드를 실행하도록 구성될 수 있고, 메모리는 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리, 캐시 메모리, 플래쉬 메모리 디바이스, 광학 저장 디바이스 등과 같은 하나 또는 여러 타입의 메모리를 포함할 수 있다. 메모리에 저장된 프로그램 코드는 여러 실시예에서, 하나 이상의 전기통신 및/또는 데이터 통신 프로토콜을 실행하기 위한 프로그램 명령 뿐만 아니라 여기서 설명된 기술 중 하나 이상을 실행하기 위한 명령을 포함한다. 일부 구현에서, 프로세싱 회로는 제1 전송 모듈(2910), 수신 모듈(2920), 결정 모듈(2930), 제2 전송 모듈(2940), 및 장치(2900)의 임의의 다른 적절한 유닛이 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 대응하는 기능을 실행하게 하는데 사용될 수 있다.
특정한 실시예에 따라, 제1 전송 모듈(2910)은 장치(2900)의 특정한 전송 기능을 실행할 수 있다. 예를 들어, 제1 전송 모듈(2910)은 무선 디바이스에, 셀룰러 네트워크에 대한 제1 타이밍 신호를 전송할 수 있다.
특정한 실시예에 따라, 수신 모듈(2920)은 장치(2900)의 특정한 수신 기능을 실행할 수 있다. 예를 들어, 수신 모듈(2920)은 무선 디바이스로부터, 무선 디바이스에 의해 측정된 오프셋을 수신할 수 있다. 오프셋은 셀룰러 네트워크에 대한 제1 타이밍 신호와 적어도 무선 디바이스가 연결된 시간에 민감한 네트워크(TSN)와 연관된 제2 타이밍 신호 사이의 차이를 기반으로 한다.
특정한 실시예에 따라, 결정 모듈(2930)은 장치(2900)의 특정한 결정 기능을 실행할 수 있다. 예를 들어, 결정 모듈(2930)은 무선 디바이스로부터 수신된 오프셋을 기반으로 셀룰러 네트워크에 대한 제3 타이밍 신호를 결정할 수 있다.
특정한 실시예에 따라, 제2 전송 모듈(2940)은 장치(2900)의 특정한 다른 전송 기능을 실행할 수 있다. 예를 들어, 제2 전송 모듈(2940)은 무선 디바이스에, 제3 타이밍 신호 네트워크 노드를 전송할 수 있다.
유닛이란 용어는 전자, 전기 디바이스 및/또는 전자 디바이스 분야에서 통상적인 의미를 가질 수 있고, 여기서 설명된 것과 같이, 예를 들어 전기 및/또는 전자 회로, 디바이스, 모듈, 프로세서, 메모리, 논리적 솔리드 스테이트 및/또는 이산적 디바이스, 각 작업, 과정, 계산, 출력, 및/또는 디스플레이 기능 등을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이나 명령을 포함할 수 있다.
도 159는 특정한 실시예에 따라, 공통 셀룰러 기준 타이밍 신호 사이에서 편차를 줄이기 위해 무선 디바이스에 의해 실행되는 방법(3000)을 도시한다. 방법은 무선 디바이스가 셀룰러 네트워크로부터 제1 타이밍 신호를 수신하는 단계(3002)에서 시작된다. 단계(3004)에서, 무선 디바이스는 적어도 하나의 시간에 민감한 네트워크(TSN)로부터 제2 타이밍 신호를 수신한다. 단계(3006)에서, 무선 디바이스는 셀룰러 네트워크와 연관된 네트워크 노드로부터, 네트워크 노드에 의해 측정된 오프셋을 수신한다. 오프셋은 셀룰러 네트워크에 대한 제1 타이밍 신호와 적어도 하나의 TSN으로부터의 제2 타이밍 신호 사이의 차이를 기반으로 한다. 오프셋은 단계(3008)에서 제1 시간 신호와 제2 시간 신호 사이의 편차를 줄이는데 사용된다.
도 160은 무선 네트워크에서 가상 장치(3170)의 구조적인 블록도를 설명한다. 장치는 무선 디바이스 또는 네트워크 노드에서 구현될 수 있다. 장치(3100)는 도 159를 참조로 설명된 예시적인 방법 및 가능하게 여기서 설명되는 임의의 다른 프로세스나 방법을 실행하도록 동작될 수 있다. 도 159의 방법은 반드시 장치(3100)에 의해서만 실행되는 것은 아님을 또한 이해하여야 한다. 방법 중 적어도 일부 동작은 하나 이상의 다른 엔터티에 의해 실행될 수 있다.
가상 장치(3100)는 프로세싱 회로를 포함할 수 있고, 이는 하나 이상의 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러, 뿐만 아니라 디지털 신호 프로세서(DSP), 특수 목적의 디지털 로직 등을 포함할 수 있는 다른 디지털 하드웨어를 포함할 수 있다. 프로세싱 회로는 메모리에 저장된 프로그램 코드를 실행하도록 구성될 수 있고, 메모리는 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리, 캐시 메모리, 플래쉬 메모리 디바이스, 광학 저장 디바이스 등과 같은 하나 또는 여러 타입의 메모리를 포함할 수 있다. 메모리에 저장된 프로그램 코드는 여러 실시예에서, 하나 이상의 전기통신 및/또는 데이터 통신 프로토콜을 실행하기 위한 프로그램 명령 뿐만 아니라 여기서 설명된 기술 중 하나 이상을 실행하기 위한 명령을 포함한다. 일부 구현에서, 프로세싱 회로는 제1 수신 모듈(3110), 제2 수신 모듈(3120), 제3 수신 모듈(3130), 사용 모듈(3140), 및 장치(3100)의 임의의 다른 적절한 유닛이 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 대응하는 기능을 실행하게 하는데 사용될 수 있다.
특정한 실시예에 따라, 제1 수신 모듈(3110)은 장치(3100)의 특정한 수신 기능을 실행할 수 있다. 예를 들어, 제1 수신 모듈(3110)은 셀룰러 네트워크로부터 제1 타이밍 신호를 수신할 수 있다.
특정한 실시예에 따라, 제2 수신 모듈(3120)은 장치(3100)의 특정한 다른 수신 기능을 실행할 수 있다. 예를 들어, 제2 수신 모듈(3120)은 적어도 하나의 시간에 민감한 네트워크(TSN)로부터 제2 타이밍 신호를 수신할 수 있다.
특정한 실시예에 따라, 제3 수신 모듈(3130)은 장치(3100)의 특정한 다른 수신 기능을 실행할 수 있다. 예를 들어, 제3 수신 모듈(3130)은 셀룰러 네트워크와 연관된 네트워크 노드로부터, 네트워크 노드에 의해 측정된 오프셋을 수신할 수 있다. 오프셋은 셀룰러 네트워크에 대한 제1 타이밍 신호와 TSN으로부터의 제2 타이밍 신호 사이의 차이를 기반으로 한다.
특정한 실시예에 따라, 사용 모듈(3140)은 장치(3100)의 특정한 사용 기능을 실행할 수 있다. 예를 들어, 사용 모듈(3140)은 제1 시간 신호와 제2 시간 신호 사이의 편차를 줄이도록 오프셋을 사용할 수 있다.
유닛이란 용어는 전자, 전기 디바이스 및/또는 전자 디바이스 분야에서 통상적인 의미를 가질 수 있고, 여기서 설명된 것과 같이, 예를 들어 전기 및/또는 전자 회로, 디바이스, 모듈, 프로세서, 메모리, 논리적 솔리드 스테이트 및/또는 이산적 디바이스, 각 작업, 과정, 계산, 출력, 및/또는 디스플레이 기능 등을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이나 명령을 포함할 수 있다.
도 161은 특정한 실시예에 따라, 공통 셀룰러 기준 타이밍 신호 사이에서 편차를 줄이기 위한, 예를 들어, 기지국과 같은 네트워크 노드에 의한 방법을 도시한다. 방법은 네트워크 노드가 적어도 하나의 시간에 민감한 네트워크(TSN)로부터 제2 타이밍 신호를 수신하는 단계(3202)에서 시작된다. 단계(3204)에서, 네트워크 노드는 셀룰러 네트워크에 대한 제1 시간 신호와 제2 타이밍 신호의 비교를 실행한다. 비교를 기반으로, 단계(3206)에서는 셀룰러 네트워크에 대한 제1 타이밍 신호와 TSN으로부터의 제2 타이밍 신호 사이의 차이를 포함하는 오프셋이 결정된다. 단계(3208)에서, 오프셋은 TSN에 연결된 무선 디바이스에 전송된다.
도 162는 무선 네트워크에서 가상 장치(3300)의 구조적인 블록도를 설명한다. 장치는 무선 디바이스 또는 네트워크 노드에서 구현될 수 있다. 장치(3300)는 도 161을 참조로 설명된 예시적인 방법 및 가능하게 여기서 설명되는 임의의 다른 프로세스나 방법을 실행하도록 동작될 수 있다. 도 161의 방법은 반드시 장치(3300)에 의해서만 실행되는 것은 아님을 또한 이해하여야 한다. 방법 중 적어도 일부 동작은 하나 이상의 다른 엔터티에 의해 실행될 수 있다.
가상 장치(3300)는 프로세싱 회로를 포함할 수 있고, 이는 하나 이상의 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러, 뿐만 아니라 디지털 신호 프로세서(DSP), 특수 목적의 디지털 로직 등을 포함할 수 있는 다른 디지털 하드웨어를 포함할 수 있다. 프로세싱 회로는 메모리에 저장된 프로그램 코드를 실행하도록 구성될 수 있고, 메모리는 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리, 캐시 메모리, 플래쉬 메모리 디바이스, 광학 저장 디바이스 등과 같은 하나 또는 여러 타입의 메모리를 포함할 수 있다. 메모리에 저장된 프로그램 코드는 여러 실시예에서, 하나 이상의 전기통신 및/또는 데이터 통신 프로토콜을 실행하기 위한 프로그램 명령 뿐만 아니라 여기서 설명된 기술 중 하나 이상을 실행하기 위한 명령을 포함한다. 일부 구현에서, 프로세싱 회로는 수신 모듈(3310), 실행 모듈(3320), 결정 모듈(3330), 전송 모듈(3340), 및 장치(3300)의 임의의 다른 적절한 유닛이 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 대응하는 기능을 실행하게 하는데 사용될 수 있다.
특정한 실시예에 따라, 수신 모듈(3310)은 장치(3300)의 특정한 수신 기능을 실행할 수 있다. 예를 들어, 수신 모듈(310)은 적어도 하나의 시간에 민감한 네트워크(TSN)으로부터 제2 타이밍 신호를 수신할 수 있다.
특정한 실시예에 따라, 실행 모듈(3320)은 장치(3300)의 특정한 실행 기능을 실행할 수 있다. 예를 들어, 실행 모듈(3320)은 셀룰러 네트워크에 대한 제1 시간 신호와 제2 타이밍 신호의 비교를 실행할 수 있다.
특정한 실시예에 따라, 결정 모듈(3330)은 장치(3300)의 특정한 결정 기능을 실행할 수 있다. 예를 들어, 결정 모듈(3330)은 비교를 기반으로 셀룰러 네트워크에 대한 제1 타이밍 신호와 TSN으로부터의 제2 타이밍 신호 사이의 차이를 포함하는 오프셋을 결정할 수 있다.
특정한 실시예에 따라, 전송 모듈(3340)은 장치(3300)의 특정한 전송 기능을 실행할 수 있다. 예를 들어, 전송 모듈(3340)은 오프셋을 TSN에 연결된 무선 디바이스에 전송할 수 있다.
TSN 검출 및 다중 시간 도메인에 대한 지원의 조합
다시, 상기에 기술된 바와 같이, 여기서 설명된 다양한 기술은 대기시간, 신뢰성 등에 대한 이점을 제공하기 위해 서로 조합될 수 있다. 예를 들면, 유리한 한가지 특정한 조합은 TSN에 대한 지원을 검출하기 위해 상기에 설명된 기술과 다중 시간 도메인을 지원하기 위해 상기에 막 설명된 기술의 조합이다.
따라서, 예를 들어, 도 135에 설명된 방법은 도 155에 도시된 방법과 조합되어, 무선 통신 네트워크와 연관된 무선 디바이스에 의해 실행되는 방법을 제공할 수 있다. 이 방법은 도 135의 블록(402)에 도시된 바와 같이, 무선 액세스 네트워크(RAN)의 무선 기지국(RBS)으로부터 시스템 정보(SI)를 수신하는 단계로, SI가 RBS를 통해 시간에 민감한 네트워킹(TSN)을 위한 지원을 표시하는 단계, 뿐만 아니라 도 135의 블록(404)에 도시된 바와 같이, RBS를 통해, 외부 데이터 네트워크와 적어도 하나의 TSN 스트림을 설정하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 도 155의 블록(2602)에 도시된 바와 같이, RBS를 통해, 무선 통신 네트워크로부터 제1 타이밍 신호를 수신하는 단계, 및 도 155의 블록(2604)에 도시된 바와 같이, 무선 디바이스가 연결된 외부 TSN 데이터 네트워크로부터 제2 타이밍 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 도 155의 블록(2606) 및 블록(2608)에 도시된 바와 같이, 방법은 또한 오프셋을 결정하기 위해 제1 타이밍 신호와 제2 타이밍 신호를 비교하고 그 오프셋을 무선 통신 네트워크에 전송하는 단계를 포함한다.
이들 실시예 중 일부에서, SI는 하나 이상의 시스템 정보 블록(SIB)에 포함된다. 일부 실시예에서, 제1 타이밍 신호는 셀룰러 시간 기준을 포함한다. 일부 실시예에서, 제2 타이밍 신호는 작업 클럭 시간 기준을 포함한다. 일부 실시예에서, 오프셋은 제1 타이밍 신호와 제2 타이밍 신호 사이의 시간 차이를 측정한 값이다. 일부 실시예에서, 오프셋은 RRC 시그널링을 통해 무선 통신 네트워크에 전송된다.
일부 실시예는 RBS로부터, 무선 통신 네트워크로부터의 제3 타이밍 신호를 수신하는 단계로, 제3 타이밍 신호가 제1 타이밍 신호의 조정된 시간 신호인 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 오프셋을 기반으로 로컬 시간 기준을 조정하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 방법은 외부 TSN 데이터 네트워크에 오프셋을 전송하는 단계를 더 포함한다. 방법은 RBS 및 외부 TSN 데이터 네트워크 중 적어도 하나에서 에포크, TSN 도메인 수, 시간 도메인 식별자 중 적어도 하나를 전송하는 단계를 더 포함한다.
그랜트 우선순위화
업링크(UL) 트래픽은 동적 UL 그랜트 또는 구성된 UL 그랜트로 스케쥴링될 수 있다. 동적 그랜트의 경우, gNB는 각 UL 전송에 대해 UL 그랜트를 UE에 제공한다. 구성된 그랜트는 미리 할당된다. 즉, UE에 한번 제공되고, 이후에 구성된 UL 그랜트는 구성된 주기에 따라 UE 전송을 위한 사용에 유효해진다. UE은 UL 데이터가 전송에 이용가능하지 않은 경우 이들 UL 리소스에 대한 패딩(padding)을 전송할 필요가 없다. 즉, 이러한 그랜트에서 UL 전송을 스킵할 수 있다.
일반적인 NR-IoT 디바이스는 예를 들어, 주기적 초-신뢰성 저 대기시간 통신(URLLC) 타입의 로봇 제어 메시지, 주기적인 리소스가 구성될 필요가 있는 URLLC 타입의 비정기적 알람 신호, 비정기적 센서 데이터 전송, 비정기적 비디오 전송이나 소프트웨어 업데이트와 같은 다른 모바일 브로드밴드(mobile broadband, MBB) 타입의 트래픽과 같이, 다수의 서비스 타입에 대한 통신을 다루게 된다. 이는 UL 전송을 위해 UE에 의해 멀티플렉싱된 트래픽 믹스로 이어질 수 있다. 즉, 미디어 액세스 제어(media access control, MAC)에서 서로 다른 우선순위를 갖는 다중 논리적 채널이 구성될 필요가 있다.
주기적인 URLLC 트래픽은 결정적인 대기시간 내에서 전달되어야 한다. 즉, 리소스 사용에 관련하여 비용이 많이 드는 강력한 전송이 보장되어야 한다. 한편, 센서/MBB 타입의 트래픽도 서빙되어야 하고, 이를 위해, 리소스는 가능한한 효율적으로, 즉 덜 강력하게 사용되어야 한다. 다른 요구사항을 갖는 두개의 트래픽 타입의 UE 멀티플렉싱이 NR 시스템에서 어떻게 효율적으로 다루어질 수 있는가는 현재 불분명하다.
특정하게, 현재 표준에 따라, 예를 들어 MBB 또는 다른 UL 그랜트에 대해 덜 강력하고 큰 경우, 동적 UL 그랜트는 구성된 UL 그랜트를 오버라이드하고, 예를 들어 URLLC 전송에 대해 매우 강력한 경우, 일부 리소스 상황에서 실현가능하지 않을 수 있는 구성된 UL 그랜트 "주변에서의" 스케쥴링에 의해, URLL 전송에 대한 결정론을 파괴하거나 이러한 오버라이드를 방지하기 위해 gNB에 대한 복잡성을 초래한다. 따라서, 이는 무선 통신 네트워크의 성능을 줄이거나 제한시킬 수 있다.
여기서의 실시예에 따라, gNB 또는 다른 무선 기지국(RBS)과 같은 무선 네트워크 노드는 UL 전송을 위한 동적 그랜트 및/또는 구성 그랜트로 UE를 구성한다. 동적 또는 구성 그랜트가 UE에 의한 UL 전송에 사용되는가 여부에 대한 결정은 논리적인 채널 우선순위화 결정에 따라 구성 그랜트 UL 리소스에서 전송하도록 UL 데이터가 획득되었나 여부에 대해, 즉 특정하게 MAC 프로토콜 데이터 유닛(PDU)이 MAC 멀티플렉싱/어셈블리 엔터티로부터 획득가능한가 여부에 대해, 즉 업링크 그랜트가 구성 UL 그랜트에서 전송하도록 허용된 논리적 채널에서 이용가능한 데이터가 없기 때문에 스킵되는가 여부에 대해 조건부이다.
구성가능한 논리적 채널 제한 조건에 따라, 일부 논리적 채널의 데이터 전송은 구성된 UL 그랜트에서 허용되지 않는 것으로, 즉 MBB 타입의 비-주요 논리적 채널에 대해 허용되지 않는 것으로 가정된다. 이 방법으로, 강력한 리소스를 요구하지 않는 MBB 타입의 트래픽을 전송함으로서 가치있는 강력한 리소스가 낭비되지 않지만, 다소 시간을 더 기다리거나 일부 시간이 지연될 수 있으며 더 효율적이고 덜 강력한 동적 스케쥴링된 리소스에서 전송될 수 있다.
보다 특정하게, 여기서의 실시예에 따라, 구성된 UL 그랜트에 대해 (URLLC 데이터와 같이 안정적으로 전송되는 데이터를 위해 의도되는 빈번하게 요구되고 강력하지만 작은 할당을 갖는):
* 셀 무선 네트워크 임시 식별자(C-RNTI)에 대한 물리적 다운링크 제어 채널(PDCCH)에서 수신된, 새로운 전송에 대해 수신된 UL 동적 그랜트를 우선순위화하고, 예를 들어 효율적인 (덜 강력한) 전송 매개변수를 갖는 그랜트가 더 크고, 구성된 그랜트에 UL 전송이 없다는 조건 하에서, 구성 스케쥴링(CS)-RNTI에 대한 PDCCH에서 앞서 수신된 구성 그랜트가, 그 경우에 우선순위화되고, 즉 구성된 그랜트에서 전송에 이용가능한 UL 데이터가 없는 경우, 즉 구성된 그랜트가 허용되는 URLLC 타입의 논리적 채널에 대해, 이용가능한 UL 데이터가 없다. 현재의 표준에 따라, 수신된 동적 UL 그랜트는 UL 데이터 이용가능성에 관계없이 항상 우선순위화됨을 주목하여야 한다.
* 구성된 논리적 채널 제한에 따라 UL 구성 그랜트에서의 전송이 허용된 임의의 논리적 채널에 대해 UL 구성 그랜트에서의 전송에 이용가능한 UL 데이터가 있을 때 UL 구성 그랜트가 우선순위화된다. 예를 들면, URLLC 논리적 채널(logical channel, LCH) 데이터이다.
* 또 다른 실시예에 따라, UL 구성 그랜트는 상기의 조건에 따라 논리적 채널 전송이 구성 그랜트에서만 허용된 경우, 즉 그렇지 않은 경우, 이 논리적 채널 데이터가 동적 그랜트가 우선화되었던 때 전송될 가능성이 없는 경우에만 우선순위화된다.
요청된 전송이 항상 우선순위화될 수 있음을, 즉 또 다른 실시예에서, 이전 구성 그랜트에서 송신된 MAC PDU의 재전송이 나중 구성 그랜트 보다 우선순위화됨을 주목한다. 보다 상세하게, 동적 UL 그랜트가 구성 그랜트의 재전송을 위한 것일 경우, 즉 수신된 하이브리드 자동 반복 요청(HARQ) 정보에서 CS-RNTI와 뉴 데이터 표시자(New Data Indicator, NDI)가 스크램블링된 것이 1인 경우, 이 동적 그랜트는 MAC PDU가 획득되었나 여부에 관계없이 구성 UL 그랜트를 오버라이드한다.
또 다른 실시예에서, 상기에 따라 UL 구성 그랜트를 우선순위화할 때, 다음의 예외가 고려된다: 동적 그랜트를 통해서만 전송되도록 제한된 LCH가 구성 UL 그랜트에서만 전송하도록 제한이 구성된 또 다른 LCH 보다 높은 우선순위를 갖는 경우 UL 구성 그랜트를 우선순위화하지 않는다.
한 실시예에서, gNB는 동적 UL 그랜트 또는 구성 UL 그랜트 중 어느 하나에서의 전송을, 즉 두 가능성을 모두를 블라인드 디코딩(blindly decoding)하는 것을 기대한다.
UE는 논리적 채널 우선순위화 과정에 따라 UL 데이터가 구성 그랜트 리소스에서 전송되는 조건 하에서, 동적 UL 그랜트가 리소스를 오버랩하게 수신되는 경우에도 구성 UL을 사용한다.
일반적인 시나리오에서, 용어 "무선 네트워크 노드"는 "전송 포인트"로 대치될 수 있음을 주목한다. 전송 포인트(TRP) 사이의 구별은 일반적으로 전송된 CRS 또는 다른 동기화 신호를 기반으로 할 수 있다. 여러개의 TP가 논리적으로 동일한 무선 네트워크 노드에 연결될 수 있지만, 이들이 지형적으로 분리된 경우 또는 다른 전파 위치를 지시하는 경우, TP에는 다른 무선 네트워크 노드와 동일한 이동성 문제가 주어질 수 있다. 이어지는 섹션에서는 용어 "무선 네트워크 노드" 및 "TP"가 상호교환가능한 것으로 간주될 수 있다.
도 163은 여기서의 실시예에 따른 조합된 흐름 및 시그널링 구조이다. 여기서 설명되고 이후 설명되는 동작은 임의의 적절한 순서로 실행될 수 있다.
동작 201: 무선 네트워크 노드(12)는 논리적 채널 우선순위화 과정에 따라 구성 그랜트에서 전송되는 UL 데이터가 있다는 조건 하에서, 동적 UL 그랜트의 UL 전송 보다 구성된 주기적 UL 그랜트의 UL 전송을 우선순위화하도록 UE(10)를 구성할 수 있다. 구성된 주기적 UL 그랜트는 제1 타입의 전송, 예를 들어 URLLC 전송과 같은 중요한 데이터 전송을 위한 것을 수 있고, 동적 UL 그랜트는 제2 타입의 전송, 예를 들어 MBB 전송과 같은 중요하지 않은 데이터 전송을 위한 것일 수 있다.
동작 202: 무선 네트워크 노드(12)는 제2 타입의 UL 전송을 위한, 예를 들면 브로드밴드 서비스 등을 위해 대기시간에 민감하지 않은 전송과 같은 비-주요 데이터 전송을 위한 동적 그랜트로 UE(10)를 스케쥴링할 수 있다. 이는 무선 네트워크 노드가 동적 UL 그랜트를 UE(10)에 전송함을 의미한다. 따라서, UE(10)는 UL 전송에 대한 스케쥴링 요청을 송신하고, 이어서 UL 전송에 대한 동적 UL 그랜트를 수신할 수 있다.
동작 203: UE(10)는 논리적 채널 우선순위화 과정에 따라 구성된 주기적 UL 그랜트에서 전송되는 UL 데이터가 있다는 조건 하에서, 동적 UL 그랜트의 UL 전송 보다 구성된 주기적 UL 그랜트의 UL 전송을 우선순위화한다. 구성된 주기적 UL 그랜트는 URLLC 전송과 같은 제1 타입의 전송을 위한 것을 수 있고, 동적 UL 그랜트는 MBB 전송과 같은 제2 타입의 전송을 위한 것일 수 있다.
동작 204: UE가 동작(203)에서 주기적 UL 그랜트를 우선순위화할 때, UE는 URLLC 전송과 같은 제1 타입의 전송을 전송할 수 있다.
동작 205: UE가 동작(203)에서 동적 UL 그랜트를 우선순위화할 때, UE는 MBB 전송과 같은 제2 타입의 전송을 전송할 수 있다.
도 164는 여기서의 실시예에 따라, 예를 들어 무선 통신 네트워크(1)에서 무선 네트워크 노드에 대한 통신을 처리하거나 가능하게 하는 구성을 처리하기 위한 UE(10)를 도시하는 블록도이다. UE(10)는 예를 들어, 하나 이상의 프로세서와 같이 여기서의 방법을 실행하도록 구성된 프로세싱 회로(801)를 포함할 수 있다. UE(10)는 예를 들어, 수신기 또는 송수신기와 같은 수신 유닛(802)을 포함할 수 있다. UE(10), 프로세싱 회로(801), 및/또는 수신 유닛(802)은 무선 네트워크 노드(12)로부터 구성 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 구성 데이터는 UE가 논리적 채널 우선순위화 과정에 따라 구성된 그랜트에서 전송되는 UL 데이터가 있다는 조건 하에서, 동적 UL 그랜트의 UL 전송 보다 구성된 주기적 UL 그랜트의 UL 전송을 우선순위화함을 정의할 수 있다. 구성된 주기적 UL 그랜트는 URLLC 전송과 같은 제1 타입의 전송을 위한 것을 수 있고, 동적 UL 그랜트는 MBB 전송과 같은 제2 타입의 전송을 위한 것일 수 있다. UE(10), 프로세싱 회로(801), 및/또는 수신 유닛(802)은 UL 전송을 위한 동적 UL 그랜트를 수신하도록 구성된다.
UE(10)는 우선순위화 유닛(803)을 포함할 수 있다. UE(10), 프로세싱 회로(801), 및/또는 우선순위화 유닛(803)은 논리적 채널 우선순위화 과정에 따라 구성된 주기적 UL 그랜트에서 전송되는 UL 데이터가 있다는 조건 하에서, 동적 UL 그랜트의 UL 전송 보다 구성된 주기적 UL 그랜트의 UL 전송을 우선순위화하도록 구성될 수 있다. UE(10)는 예를 들어, 전송기 또는 송수신기와 같은 전송 유닛(804)을 포함할 수 있다. UE(10), 프로세싱 회로(801), 및/또는 전송 유닛(804)은 논리적 채널 우선순위화 과정에 따라 구성된 주기적 UL 그랜트에서 전송되는 UL 데이터가 있다는 조건 하에서, 동적 UL 그랜트의 UL 전송 보다 구성된 주기적 UL 그랜트의 UL 전송을 우선순위화하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 우선순위화 유닛(803)은 우선순위화를 실행한다. 그러므로, 이러한 예에서, UE(10), 프로세싱 회로(801), 및/또는 전송 유닛(804)은 UE(10), 프로세싱 회로(801), 및/또는 우선순위화 유닛(803)에 의해 우선순위화된 바에 따라 제1 타입의 전송 또는 제2 타입의 전송을 전송하도록 구성될 수 있다.
UE(10)는 또한 메모리(807)를 포함한다. 메모리는 RS, 강도나 품질, UL 그랜트, 지시, 요청, 명령, 실행될 때 여기서 설명된 방법을 실행하는 애플리케이션 등과 같은 데이터를 저장하는데 사용되는 하나 이상의 유닛을 포함한다. UE(10)는 하나 이상의 안테나를 포함하는 통신 인터페이스를 포함한다.
UE(10)에 대해 여기서 설명된 실시예에 따른 방법은 예를 들어, 컴퓨터 프로그램 제품(805) 또는 컴퓨터 프로그램을 통해 각각 구현될 수 있고, 이는 명령, 즉 적어도 하나의 프로세서에서 실행될 때 적어도 하나의 프로세서가 UE(10)에 의해 실행되는 것으로 여기서 설명된 동작을 실행하게 하는 소프트웨어 코드 부분을 포함한다. 컴퓨터 프로그램 제품(805)은 컴퓨터-판독가능 저장 매체(806), 예를 들면 범용 직렬 버스(universal serial bus, USB) 스틱, 디스크 등에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품이 그에 저장된 컴퓨터-판독가능 저장 매체(806)는 적어도 하나의 프로세서에서 실행될 때 적어도 하나의 프로세서가 UE(10)에 의해 실행되는 것으로 여기서 설명된 동작을 실행하게 하는 명령을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 컴퓨터-판독가능 저장 매체는 비-일시적 또는 일시적 컴퓨터-판독가능 저장 매체가 될 수 있다.
도 165는 여기서의 실시예에 따라, 무선 통신 네트워크(10)에서의 구성을 처리하기 위한, 예를 들어 용이하게 하기 위한 무선 네트워크 노드(12)를 도시하는 블록도이다. 무선 네트워크 노드(12)는 예를 들어, 하나 이상의 프로세서와 같이 여기서의 방법을 실행하도록 구성된 프로세싱 회로(1001)를 포함할 수 있다.
무선 네트워크 노드(12)는 구성 유닛(1002)을 포함할 수 있다. 무선 네트워크 노드(12), 프로세싱 회로(1001), 및/또는 구성 유닛(1002)은 논리적 채널을 통한 UL 전송을 위한 UL 그랜트로 UE(10)를 구성하도록 구성된다. 무선 네트워크 노드(12)는 스케쥴러와 같은 스케쥴링 유닛(1003)을 포함할 수 있다. 무선 네트워크 노드(12), 프로세싱 회로(1001), 및/또는 스케쥴링 유닛(1003)은 브로드밴드 서비스 등의 UL 전송을 위한 동적 그랜트로 UE(10)를 스케쥴링하도록 더 구성될 수 있다.
무선 네트워크 노드(12)는 예를 들어, 수신기 또는 송수신기와 같은 수신 유닛(1004)을 포함할 수 있다. 무선 네트워크 노드(12), 프로세싱 회로(1001), 및/또는 수신 유닛(1004)은 무선 리소스에서의 데이터를 UE(10)로부터 수신하도록 구성된다. 무선 네트워크 노드(12)는 메모리(1005)를 더 포함한다. 메모리는 강도나 품질, 그랜트, 스케쥴링 정보, 실행될 때 여기서 설명된 방법을 실행하는 애플리케이션 등과 같은 데이터를 저장하는데 사용되는 하나 이상의 유닛을 포함한다. 무선 네트워크 노드(12)는 전송기, 수신기, 송수신기, 및/또는 하나 이상의 안테나를 포함하는 통신 인터페이스를 포함한다.
무선 네트워크 노드(12)에 대해 여기서 설명된 실시예에 따른 방법은 예를 들어, 컴퓨터 프로그램 제품(1006) 또는 명령, 즉 적어도 하나의 프로세서에서 실행될 때 적어도 하나의 프로세서가 무선 네트워크 노드(12)에 의해 실행되는 것으로 여기서 설명된 동작을 실행하게 하는 소프트웨어 코드 부분을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 통해 각각 구현된다. 컴퓨터 프로그램 제품(1006)은 컴퓨터-판독가능 저장 매체(1007), 예를 들면 USB 스틱, 디스크 등에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품이 그에 저장된 컴퓨터-판독가능 저장 매체(1007)는 적어도 하나의 프로세서에서 실행될 때 적어도 하나의 프로세서가 무선 네트워크 노드(12)에 의해 실행되는 것으로 여기서 설명된 동작을 실행하게 하는 명령을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 컴퓨터-판독가능 저장 매체는 비-일시적 또는 일시적 컴퓨터-판독가능 저장 매체가 될 수 있다.
TSN 검출 및 그랜트 우선순위화의 조합
다시 한번, 상기에 기술된 바와 같이, 여기서 설명된 다양한 기술은 대기시간, 신뢰성 등에 대한 이점을 제공하기 위해, 서로 조합될 수 있다. 예를 들면, 유리한 한가지 특정한 조합은 TSN에 대한 지원을 검출하기 위해 상기에 설명된 기술과 그랜트를 우선수위화하기 위해 상기에 막 설명된 기술의 조합이다.
따라서, 예를 들어, 도 135에 설명된 방법은 도 163에 도시된 방법과 조합되어, 무선 통신 네트워크와 연관되어 무선 디바이스에 의해 실행되는 또 다른 방법을 제공할 수 있다. 이 방법은 도 135의 블록(402)에 도시된 바와 같이, 무선 액세스 네트워크(RAN)의 무선 기지국(RBS)으로부터 시스템 정보(SI)를 수신하는 단계로, SI가 RBS를 통해 시간에 민감한 네트워킹(TSN)을 나타내는 단계, 뿐만 아니라 도 135의 블록(404)에 도시된 바와 같이, RBS를 통해, 외부 데이터 네트워크와 적어도 하나의 TSN 스트림을 설정하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 도 163의 단계(201)에 도시된 바와 같이, 구성 정보가 무선 통신 네트워크에 대한 업링크 전송에 사용할 업링크 리소스를 나타내는 주기적 업링크 그랜트를 구성하는 단계, 및 도 163의 단계(202)에 도시된 바와 같이, 무선 통신 네트워크에 대한 업링크 전송을 위해 동적 업링크 그랜트를 수신하는 단계를 포함한다. 도 163의 단계(203)에 도시된 바와 같이, 이 예시적인 방법은 또한 논리적 채널 우선순위화 과정에 따라 구성된 주기적 업링크 그랜트에서 전송되는 UL 데이터가 있다는 조건 하에서, 동적 업링크 그랜트를 사용하는 업링크 전송 보다 구성된 주기적 업링크 그랜트를 사용하는 업링크 전송을 우선순위화하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, SI는 하나 이상의 시스템 정보 블록(SIB)에 포함된다. 일부 실시예에서, 논리적인 채널 우선순위화 과정은 구성된 주기적 업링크 그랜트에서 일부 논리적 채널의 전송을 방지한다. 이들 후자의 실시예 중 일부에서, 논리적 채널 우선순위화 과정은 구성된 주기적 업링크 그랜트를 사용하여 초-신뢰성 저 대기시간 통신(URLLC) 메시지에 대한 통신을 제한할 수 있다. 일부 실시예에서, 동적 업링크 그랜트는 모바일 브로드밴드(MBB) 전송을 위한 것이다.
IoT 환경에서의 디바이스 등록
사물인터넷(IoT)은 일반적으로 디바이스를 연결하여 정보를 교환할 수 있게 하는 전자장치, 소프트웨어, 센서, 작동기, 및 연결성이 내장된 물리적 디바이스, 차량, 가전제품, 및/또는 다른 항목의 네트워크로 공지되어 있다. 여기서 논의되는 바와 같이, 산업용 IoT는 단순히 공장과 같은 산업 설정에 적용되는 IoT이다.
새로운 디바이스를 IoT 시스템 또는 IoT 환경에 (본 설명에서 용어가 상호교환가능하게 사용될 수 있는) 부가하는 것, 또는 처음으로 전체 IoT 시스템을 배치하는 것은 일반적으로: 각 물리적 위치에 디바이스, 즉 센서, 작동기 등을 물리적으로 설치하는 단계; 예를 들어, 지형적 위치, 소유자, 목적 등과 같이, 신원 및 다른 속성으로 디바이스를 구성하는 단계; 예를 들어, Wi-Fi 액세스 포인트 및 패스워드, 암호화 키 및 인증과 같은, 통신 매개변수를 셋업하는 단계; 및 디바이스를 사용할 또한 디바이스가 사용할 서비스를 디바이스에 등록하는 디바이스의 등록 단계를 포함한다.
전형적인 예는 새로운 감시 시스템을 (가정용 또는 상업용) 설치하는 것이다. 각 디바이스는 기능으로 사전 구성되지만, 일반적으로 위치 (예를 들면, 거실) 및 통신과 같이 (예를 들면, IoT 시스템의 통신 허브를 접촉하는 방법), 상황, 컨텍스트 및/또는 의도되는 용도를 기반으로 변할 수 있는 특정한 구성을 요구한다. 통신 허브는 일반적으로 전화번호 (GSM/GPRS 통신을 위한) 또는 네트워크 어드레스 (IP-기반의 통신을 위한), 및 서비스를 위한 패스워드와 같이, 소유자에 대한 접촉 내용으로 구성되어야 한다. 일반적으로, 일부 매개변수는 일괄적으로 구성될 수 있고 (예를 들면, 제조 중에), 일부는 설치 후에 구성되어야 한다.
디바이스의 등록을 처리하는 다양한 방법이 존재한다. 공통적인 방법은 일반적으로 다음을 포함한다:
* 설치 전에/이후에 바로 디바이스를 구성한다. 일반적으로 처음 시작될 때 디바이스가 "신뢰(trusting)" 되도록 허용하는 것이 일반적이다 (TOFU(Trust On First Use(처음 사용시 신뢰)로 공지된). 이는 설치자 또는 운영자가 보안을 전혀 사용하지 않거나, 모든 디바이스에 공통적이며 때로 인터넷에서 찾을 수 있는 사용자 또는 패스워드 조합과 같이 제조 중에 설정된 보안 자격증명을 사용함으로서, IoT 디바이스를 용이하게 구성하도록 허용한다. 이러한 접근법의 일반적인 단점은 메시지 가로채기 공격에 (man-in-the-middle attack) 취약하고 구성 이후 디폴트 패스워드가 때로 변경되지 않고 유지되어 추가 변조(tampering)가 가능하기 때문에 보안이 쉽게 손상된다는 점이다.
* 구성 매개변수를 수신하기 위해 일반적으로 미리 결정된 어드레스로 "폰 홈(phone home)" 함으로서 디바이스를 부트스트랩(bootstrap)한다. 그러나, 이 접근법은 인터넷 액세스, 또는 일반적으로 IP-기반의 통신을 사용한 적어도 하나의 미리 결정된 어드레스로의 액세스를 요구한다.
따라서, IoT 환경에 대한 디바이스의 등록을 위한 종래의 접근법은 일반적으로 불안전하고 또한/또는 유연하지 못하다. 그러므로, IoT 시스템에서 디바이스 등록을 위한 안전하고 유연한 수단을 제공할 필요가 있다.
상기에 기술된 바와 같이, 시스템에 새로운 디바이스를 부가하거나 처음으로 IoT 시스템을 배치하는 것은 일반적으로 다음을 포함한다:
* 물리적으로 디바이스를 설치하는 단계
* 신원 및 다른 속성으로 이들을 구성하는 단계
* 통신 매개변수를 셋업하는 단계, 및
* 디바이스의 등록 단계.
일반적인 예는 공장 자동화 시스템에 새로운 제어기를 부가하는 것이다. 제어기는 일반적으로 제어 루프를 구성/재구성할 수 있는 사람과 경고/에러를 송신할 위치 및 방법을 알 필요가 있다. 또한, 일반적으로 암호화 통신을 위한 개별 키를 요구하고, 다른 디바이스 및 서비스와 통신하는 방법을 (즉, 인증서, 키 등에 대한 정보 수신) 알 것을 요구한다.
그러나, 앞서 기술된 바와 같이, 종래의 등록 프로세스는 일반적으로 디바이스의 구성이 동일한 디폴트 패스워드를 사용하여 다시 실행되거나 인터넷 연결이 요구된다는 사실에 의해 등록이 금지되므로, 불안전한 시스템으로 이어질 수 있다.
일반적으로 모든 컴퓨터 애플리케이션은 일부 형식으로 직렬화될 수 있는 것으로 공지되어 있다. 컴퓨터 직렬화(serialization)는 일반적으로 데이터 구조 또는 객체 상태를 저장될 수 있는 또는 전송되어 추후 재구성될 수 있는 (가능하게 다른 컴퓨터 환경에서) 포맷으로 해석하는 프로세스이다. 일련의 바이트로부터 데이터 구조를 추출하는 반대 동작은 일반적으로 역직렬화(deserialization)라 공지되어 있다. 그러나, 직렬화는 복잡하고 상세해야 하므로, 애플리케이션이 실행될 환경이 매우 복잡한 기능의 상위-레벨 추상화를 지원하지 않는 한, 더 많은 저장 공간을 요구하게 된다.
여기서 설명된 직렬화/역직렬화는 데이터를 직렬화/역직렬화하는 임의의 적절한 방법에 따라 수행될 수 있다.
여기서의 일부 실시예에 따라, 애플리케이션은 IoT 환경에 디바이스의 등록 실행을 지원/가능하게 하기 위한 등록 정보를 포함하는 등록 애플리케이션이 될 수 있다.
예를 들어, QR 코드나 바코드와 같은 제한된 포맷을 사용하여 등록 애플리케이션을 인코딩하는 것은 이용가능한 공간에 일부 제한을 부여한다 (HCCB와 같은 고밀도 포맷도 대략적으로 30 바이트/cm2로 제한된다).
그러나, 등록 애플리케이션의 고레벨 설명을 사용하여, 직렬화를 사용함으로서 제한된 양의 공간을 사용하여 내부 공간, 매개변수 등으로 완성된 애플리케이션을 스트링, 바코더, 또는 QR 코드로 인코딩하는 것이 가능하다.
일부 실시예에 따라, 이 사실은 인터넷 연결을 요구하지 않는 안전한 인코딩 등록 프로세스를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
여기서의 일부 실시예에 따른 예에서, 등록 애플리케이션은 여러 디바이스를 통해 분산되거나, 일부 실시예에서 여러 등록 애플리케이션이 다른 디바이스에서 실행될 수 있고, 여기서 한 디바이스는 또 다른 디바이스의 등록을 지원하는데 사용될 수 있고, 지원하는 디바이스로부터 지리적 & 조직적 위치, 소유권, 암호화 키, 통신 매개변수에 (예를 들면, Wi-Fi 액세스 포인트, 로그인 자격증명, 및 게이트웨이나 웹 서비스에 대한 어드레스 등) 대한 정보를 검색하여 예를 들어, 등록되는 디바이스 중 하나 이상에 영구적으로 저장할 수 있다. 또한, 애플리케이션의 상태에서 통신 및 식별을 위한 키와 같은 정보가 검색된 디바이스의 소유권을 가정하는데 필요한 모든 정보가 포함될 수 있다.
이러한 등록 애플리케이션은 이어서 직렬화되고, 예를 들어 패키지 내부의 노트에 의해, 하나 이상의 IoT와 함께 등록되거나, 디바이스의 한 측에 프린트되거나, 발생되어 영수증에 프린트되거나, 제조자의 웹사이트에서 다운로드되거나, 일부 다른 형태로 배급된다.
예를 들어, 모바일 폰과 같은 보조 디바이스를 통해 코드를 획득하거나, 다른 방법으로 이를 검색하고, 이어서 예를 들어 모바일 폰에서 애플리케이션이나 기능을 사용하여 역직렬화하는 것은 등록 애플리케이션의 디지털 표현을 제공하고, 이는 이어서 적어도 IoT-디바이스 및 (예를 들어) 등록에 사용된 모바일 폰으로 구성된 시스템에 배치될 수 있다.
보조 디바이스가 반드시 모바일 폰일 필요는 없지만, 일부 실시예에서 또 다른 IoT 디바이스, 또는 등록 정보를 역직렬화하기 위한 다른 적절한 디바이스가 될 수 있음을 주목하여야 한다.
등록 애플리케이션은 적어도 두개의 디바이스를 통해 (등록되는 IoT 디바이스, 및 등록을 지원하는 모바일 폰) 배급될 수 있고, IoT 디바이스 및 모바일 폰에 관련된 모든 정보를 전달함으로서 등록 프로세스를 실행하기 시작한다.
등록 애플리케이션은 또한 일부 실시예에서 보조 디바이스 (예를 들면, 모바일 폰) 및 등록되는 IoT 디바이스 중 어느 하나 또는 둘 모두에 의해 실행될 필요가 있을 수 있는 등록 단계에 관련된 등록 정보를 포함할 수 있다.
IoT 디바이스는 등록 정보를 영구적으로 저장하고, 애플리케이션을 종료하고, 이어서 의도되는 동작을 재개한다.
IoT 디바이스는 선택적으로 데이터의 변조 또는 변경을 방지하기 위해 퓨즈(fuse) 또는 이와 유사한 것을 태워서 소유권을 영구적으로 만들 수 있다. 모바일 폰은 선택적으로 등록의 결과를 서버에 전달할 수 있다.
IoT 프레임워크에서, 기능을 설명하기 위해 상당히 높은-레벨의 추상화를 사용하여, 즉 "set_pin(18,0)"과 같이 상세하고 낮은 레벨의 명령 보다는 "트리거 알람"과 같이 높은 레벨의 설명을 사용하여 의미론적으로 높은 레벨에서 기능이 설명되므로, 매우 크고 복잡한 애플리케이션도 예를 들어, 모바일 디바이스에 의해 해석될 수 있는 바코드 또는 QR 코드로 인코딩하는 것이 가능하다. 애플리케이션 자체는 여러 디바이스를 커버하는 분산 애플리케이션이거나 데이터를 교환하는 분리 애플리케이션이 될 수 있다.
인코딩된 애플리케이션은 예를 들어, 일부 실시예에서 다음과 같이 될 수 있다:
1) IoT 디바이스에 프린트
2) IoT 디바이스 패키징에서의 노트에 포함
3) IoT 디바이스와 함께 공급된 유일한 식별자를 사용하여 웹-서비스로부터 배치(batch) 형태로 다운로드
인코딩된 애플리케이션을 전달하기 위한 다른 옵션도 물론 가능하다.
IoT 디바이스를 설치하는 기술자 또는 운영자는 이때 보조 디바이스로 모바일 디바이스를 사용하여 바코드/바코드들을 획득하고 (예를 들어, 코드를 스캔하여) 애플리케이션 또는 애플리케이션들을 배치할 수 있다. 모바일 폰에서 실행되는 애플리케이션은 (또는 애플리케이션 중 일부) 위치, 목적, 소유권, 자격증명, 및 다른 중요한 정보와 같은 구성 데이터를 입력하는 반면, 디바이스에서의 애플리케이션은 (또는 애플리케이션 중 일부) 이 정보를 영구적으로 저장하여 등록된다.
구성/등록이 완료된 이후에, 애플리케이션은 폐기되고, IoT 디바이스는 공급된 구성/등록 데이터를 사용하여 정상적인 작동을 재개한다.
이 접근법은 인터넷 또는 등록 디바이스와 통신하는 수단 이외의 다른 연결에 (블루투스, NFC, Wi-Fi 등) 대한 액세스를 디바이스가 요구하지 않고, IoT 디바이스의 직접적인 자동화 등록, 구성, 등록을 허용한다.
도 168은 사물인터넷(IoT) 환경에 대한 제2 디바이스의 등록 프로세스를 초기화하기 위해 일부 실시예에 따른 제1 디바이스의 예시적인 방법(100)을 설명한다.
제1 디바이스는 예를 들어, 모바일 폰과 같은 무선 통신 디바이스가 될 수 있다. 제1 디바이스는 휴대용 컴퓨터, 랩탑, 또는 서핑 패드(surf pad)와 같이, 고레벨 추상화를 역직렬화할 수 있는 임의의 디바이스가 될 수 있다. 비록 모바일 디바이스가 선호되지만, 제1 디바이스가 예를 들어, 고정 컴퓨터와 같은 고정 디바이스인 것을 제외하지 않는다.
제2 디바이스는 예를 들어, 로봇, 물리적 디바이스, 센서, 카메라, 또는 IoT 시스템에 적절한 임의의 다른 디바이스가 될 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 디바이스는 사물인터넷(IoT) 디바이스이다. 일부 실시예에서, 제1 디바이스는 무선 통신 디바이스이다.
방법(100)은 제2 디바이스와 연관된 등록 기능의 표현을 획득하는 단계(110)에서 시작되고, 여기서 등록 기능은 제1 및 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 포함하는 적어도 하나의 직렬화된 등록 애플리케이션과 연관된다.
등록 기능의 표현은 예를 들어, 표현을 스캔하여, 또는 다른 방법으로 카메라나 다른 센서를 사용하여 표현을 캡처하여 획득될 수 있다.
등록 기능의 표현은 제2 디바이스에 프린트되거나, 제2 디바이스의 패키징 또는 유사한 것에 공급된 QR 코드가 될 수 있다. 등록 기능의 표현은 부가적으로 또는 대안적으로 예를 들어, 직렬화된 등록 기능의 아날로그 또는 디지털 저장이 가능한 바코드 또는 RF-ID 칩이 될 수 있다. 다른 표현도 가능하다.
직렬화된 등록 애플리케이션에 포함된 제1 및 제2 디바이스와 연관된 등록 정보는 예를 들어, 제1 및 제2 디바이스 사이의 통신을 셋업하기 위한 명령, 등록 프로세스가 실행되어야 한다는 표시, 등록 프로세스의 단계, 지형적 위치, 조직적 위치, 소유권, 암호화 키, 통신 매개변수, 통신 키, 및 식별 중 하나 이상과 연관된 정보, 및 자격증명 등과 같이 디바이스 사이에서 무슨 매개변수가 교환되어야 하는가에 대한 정보 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기의 매개변수는 두 디바이스 사이에 흐르는 정보의 믹스를 표현할 수 있다. 예를 들어, 지형적 위치, 조직적 위치, 및 소유권과 같이, 제1 디바이스에서 발신되는 추가 데이터는 제1 디바이스에 의해 제2 디바이스로 송신되고 제2 디바이스에 의해 저장되는 데이터가 될 수 있다.
암호화 및 통신 키/매개변수는 또한 등록 애플리케이션을 배치하는 동안, 즉 등록 프로세스 동안 어느 한 방향으로 (예를 들면, 핸드쉐이크, 통신 수단 협상 동안) 송신될 수 있다.
신원(ID)은 제2 디바이스로부터 제1 디바이스로 (제조시 설정된 일련번호 또는 고유 식별자의 경우) 또는 제1 디바이스로부터 제2 디바이스로 (사람이 읽을 수 있는 이름이나 조직 내의 식별자의 경우) 송신될 수 있다.
방법(100)은 이어서 제1 디바이스와 연관된 등록 정보가 제2 디바이스와 연관된 등록 정보와 분리되도록 등록 애플리케이션을 역직렬화하는 단계(120)로 이어진다.
따라서, 제1 및 제2 디바이스는 반드시 동일한 등록 정보를 수신하는 것은 아니다. 제1 디바이스와 연관된 등록 정보는 예를 들어, 제1 디바이스가 제2 디바이스에 공급하여야 하는 매개변수에 대한 정보를 포함할 수 있다. 동일한 방식으로, 제2 디바이스와 연관된 등록 정보는 등록이 일어나야 한다는 명령, 및 제2 디바이스가 제1 디바이스에 공급하여야 하는 제2 디바이스와 연관된 매개변수 및/또는 정보에 대한 지시를 포함할 수 있다.
매개변수는 정보와 동일한 데이터를 포함할 수 있음을 주목하여야 한다. 즉, 매개변수는 정보이거나 그 반대가 될 수 있으므로, 본 설명에서는 매개변수라는 용어가 다른 방법으로 명시적으로 언급되지 않은 한, 정보라는 용어로 대치될 수 있다.
일부 실시예에서, 방법(100)은 선택적으로, 제1 및 제2 디바이스 사이의 통신을 가능하게 하기 위해 제2 디바이스에 연결되는 단계(130)를 포함할 수 있다.
연결은 예를 들어, 블루투스, Wi-Fi, NFC, 및 디바이스 사이의 물리적 연결이나 케이블을 통해 설정될 수 있다. 그러나, 이 단계는 또한 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 기반으로 제2 디바이스의 구성에 의해 제2 디바이스의 등록 프로세서의 제2 디바이스에 의한 실행을 초기화하기 위해 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 제2 디바이스에 전송하는 다음 단계(140)에 통합될 수 있다.
따라서, 제2 디바이스와 연관된 역직렬화 등록 정보는 등록 프로세스를 초기화하고 제2 디바이스가 연관된 등록 정보에 의해 (제2 디바이스로) 표시된 등록 프로세스를 실행하는 것을 가능하게 하기 위해, 제1 디바이스로부터 제2 디바이스로 전송된다.
일부 실시예에 따라, 제2 디바이스와 연관된 등록 정보는 제2 디바이스에 공지되지 않는다. 따라서, 제1 디바이스가 제2 디바이스와 연관된 역직렬화 등록 애플리케이션에 포함된 등록 정보를 제2 디바이스에 공급하지 않으면, 등록은 일어날 수 없다.
또한, 일부 실시예에서, 제2 디바이스가 연관된 등록 정보는 IoT 시스템과 통신을 위한 공공 암호화 키, 소프트웨어 시스템, IoT-환경의 기능과 성능 중 적어도 하나를 포함한다.
방법은 이어서 제2 디바이스와 연관된 구성 정보를 제2 디바이스로부터 수신하는 단계(150)로 이어진다.
상기에 상세히 설명된 바와 같이, 제2 디바이스와 연관된 등록 정보는 제1 디바이스에 공지되지 않은 제2 디바이스와 연관된 특정한 구성 정보/매개변수를 제2 디바이스가 제1 디바이스에 공급하여야 한다는 명령을 포함할 수 있다.
제2 디바이스와 연관된 이러한 구성 정보는 예를 들어, 제2 디바이스의 물리적 신원, 및 제2 디바이스와 통신하기 위한 공공 암호화 키가 될 수 있다. 제2 디바이스와 연관된 정보는 또한 일부 실시예에서, 제2 디바이스의 성공적인 등록에 대한 승인을 포함할 수 있다.
제1 디바이스는 예를 들어, 수신된 구성 정보를 저장할 수 있고, 일부 실시예에서, IoT 시스템에 대한 제2 디바이스의 연결을 가능하게 하기 위해, 이를 IoT 시스템으로 중계할 수 있다.
예를 들어, 일부 실시예에 따라, 중앙 클라우드 서버에 의존하는 IoT-시스템의 경우, 필수적인 통신 상세내용이 (공공 키 및 신원과 같은) (안전한) 통신을 가능하게 하기 위해 클라우드 서버에 전달될 수 있다.
일부 실시예에서, 등록 기능은 적어도 두개의 직렬화된 등록 애플리케이션을 포함하거나 표현할 수 있다. 이러한 경우, 하나의 애플리케이션은 제1 디바이스에 대해 의도될 수 있고, 하나의 애플리케이션은 제2 디바이스에 대해 의도될 수 있다.
따라서, 방법은 일부 실시예에서, 적어도 두개의 직렬화된 등록 애플리케이션을 제1 디바이스와 연관된 등록 정보를 포함하는 적어도 하나의 등록 애플리케이션 및 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 포함하는 적어도 하나의 등록 애플리케이션으로 역직렬화하는 단계를 더 포함한다. 제1 디바이스는 이어서 제2 디바이스와 연관된 적어도 하나의 등록 애플리케이션을 제2 디바이스에 전송할 수 있다.
따라서, 일부 실시예에 따라, 등록 기능은 하나의 애플리케이션 (즉, 두 디바이스에 대한 하나의 분할 애플리케이션, 또는 제2 디바이스에 대한 것 하나만) 또는 두개의 애플리케이션을 (제1 디바이스에 대한 것 하나와 제2 디바이스에 대한 것 하나) 포함할 수 있고, 또한 일부 실시예에서, 특정한 구성 데이터를 (애플리케이션 중 일부가 아닐 수 있는 어드레스 등) 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 방법은 제2 디바이스가 성공적으로 등록되었음을 결정하고 제1 디바이스에서 적어도 하나의 등록 애플리케이션을 종료하는 단계(160)를 더 포함할 수 있다.
제2 디바이스가 성공적으로 등록되었다는 결정은 예를 들어, 제2 디바이스로부터 수신되는 성공적인 등록의 표시를 기반으로 할 수 있다. 일부 실시예에서, 성공적인 등록의 표시는 제2 디바이스로부터 수신된 또한 제2 디바이스와 연관된 정보에 포함될 수 있다.
따라서, 방법(100)은 예를 들어, 일부 실시예에 따라 IoT 시스템에 등록되도록 IoT 디바이스를 초기화하고 지원하는 단계를 설명한다.
또한, 도 169는 제1 디바이스에 의해 초기화되고 지원되는 사물인터넷(IoT) 환경에 대한 등록 프로세스를 실행하기 위한 제2 디바이스의 예시적인 방법(200)을 설명한다.
제1 및 제2 디바이스는 예를 들어, 도 168과 연관되어 설명된 바와 같은 제1 및 제2 디바이스가 될 수 있다.
방법(200)은 제1 디바이스로부터, 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 수신하는 단계(210)에서 시작된다 (방법(100)의 단계(140)와 비교). 등록 정보는 적어도 하나의 역직렬화된 등록 애플리케이션으로부터 발신될 수 있고, 등록 애플리케이션은 방법(100)에 따라 제1 디바이스에 의해 역직렬화될 수 있다.
일부 실시예에서, 방법(200)은 등록 정보가 등록 프로세스를 실행하기 위한 것임을 결정하는 단계(220)를 더 포함할 수 있다.
제2 디바이스는 예를 들어, 특정한 명령이나 신호가 수신될 때 초기화될 수 있는 다른 기능 및 프로세스를 포함할 수 있다. 제2 디바이스는 예를 들어, 등록 프로세스를 실행하기 위한 정확한 등록 정보가 수신될 때만 사용되는 등록을 위한 기능을 포함할 수 있다.
그러나, 이 단계는 또한 제2 디바이스가 등록 정보를 수신할 때 자동적으로 실행될 수 있다. 즉, 등록 정보의 수신은 자동적으로 등록 프로세스를 트리거하므로, 단계(220)는 방법(200)에 내재된 것으로 볼 수 있다.
방법(200)은 이어서 등록 정보를 기반으로 제2 디바이스를 구성함으로서 등록 프로세스를 실행하는 단계(230)로 이어진다.
제2 디바이스는 예를 들어, 등록 프로세서에 대한 액세스를 이미 적어도 일부 가질 수 있지만, 제1 디바이스에 의해 공급될 수 있는 특정한 정보 또는 매개변수가 부족할 수 있다. 제2 디바이스는 예를 들어, 상기에 기술된 바와 같이, 등록을 위한 기능으로 제조시 구성되었을 수 있고, 이 기능은 등록하는 동안 디바이스에 의해 취해져야 하는 일부 단계를 포함할 수 있지만, 예를 들어 특정한 필수 매개변수 또는 단계에 대한 정보가 부족할 수 있다.
따라서, 등록 정보는 등록 프로세스가 배치될 때까지 제2 디바이스에 공지되지 않은 정보를 포함할 수 있다. 이러한 정보는 예를 들어, 지형적 위치, 조직적 위치, 게이트웨이 자격증명, 및 제1 디바이스로부터 제2 디바이스로 송신되고 제2 디바이스에 의해 저장될 수 있는 소유권 및 IoT 시스템과의 통신을 위한 (공공) 암호화 키와 같이, 제1 디바이스에서 발신되는 정보에 관련될 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 디바이스와 연관된 등록 정보는 공공 암호화 키, 소프트웨어 시스템, IoT-환경의 기능과 성능 중 적어도 하나를 포함한다.
일부 실시예에서, 제2 디바이스와 연관된 등록 정보는 제2 디바이스에 공지되지 않는다. 따라서, 제1 디바이스에 의해 초기화되지 않으면, 등록이 일어날 수 없다.
방법(200)은 이어서 제2 디바이스와 연관된 구성 정보를 제1 디바이스에 전송하는 단계(240)로 이어질 수 있다 (방법(100)의 단계(150)과 비교).
제1 디바이스로 전송된 제2 디바이스와 연관된 구성 정보는 예를 들어, 제2 디바이스의 물리적 신원 및 제2 디바이스와의 통신을 위한 공공 암호화 키 중 하나 이상이 될 수 있다. 제2 디바이스와 연관된 구성 정보는 또한 일부 실시예에서, 제2 디바이스의 성공적인 등록에 대한 승인을 포함한다.
일부 실시예에서, 방법(200)은 등록이 성공적임을 결정하고, 가능하게 예를 들어, 제2 디바이스로부터의 등록 정보를 삭제함으로서 등록 애플리케이션을 종료하는 단계(250)를 더 포함할 수 있다.
등록 프로세스의 보안을 더 강화하고 미래의 데이터 변조를 방지하기 위해, 제2 디바이스는 예를 들어, 퓨즈를 끊거나, 다른 방법으로 퓨즈를 재구성할 가능성을 제거할 수 있다.
또한, 제1 디바이스로 전송된 제2 디바이스와 연관된 정보는 또한 일부 실시예에서, 제2 디바이스의 성공적인 등록에 대한 승인을 포함할 수 있다.
도 170은 일부 실시예에 따른 방법(100) 및 (200)의 실행을 구조적으로 설명한다.
등록 기능(330)의 표현은 제1 디바이스(310) 및 제2 디바이스(320)와 각각 연관된 등록 정보(301, 302)을 차례로 포함하는 적어도 하나의 직렬화된 등록 애플리케이션(300)을 포함한다. 제1 및 제2 디바이스는 예를 들어, 도 169 및 도 170 중 임의의 것과 연관되어 설명된 바와 같은 제1 및 제2 디바이스가 될 수 있다.
이러한 예에서, 등록 기능의 표현은 QR-코드이다. 그러나, 바코드, 숫자 시퀀스, RF-ID 칩 등과 같은, 다른 표현도 가능하다.
제1 디바이스는 예를 들어, 스캐너나 카메라를 사용하여 스캔함으로서, 또는 표현을 검출하거나 포착하거나 캡처하는 다른 수단으로 등록 기능의 표현을 획득한다.
제1 디바이스(310)는 이어서 제1 디바이스(310)와 연관된 등록 정보(301)가 제2 디바이스(320)와 연관된 등록 정보(302)와 분리되도록 등록 애플리케이션을 역직렬화할 수 있다 (방법(100)의 단계(120)과 비교).
일부 실시예에서, 제1 디바이스는 외부 데이터 베이스(311)로부터 제2 디바이스에 관련된 추가 구성 정보를 더 획득할 수 있고, 또한 일부 실시예에서, 상기 외부 저장 데이터 베이스(311)로부터 상기 추가 구성 데이터를 획득하도록 등록 애플리케이션에 의해 프롬트(prompt) 처리될 수 있다.
제1 디바이스는 제1 디바이스와 연관된 등록 정보(301)를 유지하고 제2 디바이스(320)와 연관된 등록 정보(302)를 제2 디바이스(320)에 전송한다 (방법(100) 및 (200)의 단계(140) 및 (210)과 각각 비교).
등록 기능은 하나 이상의 직렬화된 애플리케이션을 포함할 수 있음을 주목하여야 한다. 하나 이상의 직렬화된 애플리케이션의 경우, 제1 디바이스 및 제2 디바이스는 각 하나의 애플리케이션과 연관될 수 있고, 제1 디바이스는 애플리케이션을 제1 디바이스에 대한 한 애플리케이션과 제2 디바이스에 대한 한 애플리케이션으로 역직렬화할 수 있다.
단일 직렬화 애플리케이션의 경우, 제1 디바이스는 이를 제1 디바이스에 관련된 정보 및 제2 디바이스에 관련된 정보로 역직렬화할 수 있다. 즉, 두개의 디바이스에 대한 애플리케이션을 분리한다. 일부 실시예에서, 하나의 직렬화 애플리케이션의 경우, 단일 애플리케이션은 제2 디바이스에 대해서만 의도될 수 있다.
제2 디바이스는 다른 프로세스와 연관될 수 있는 다수의 기능을 차례로 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 제2 디바이스는 각각 기능 #1 - #4 (321, 322, 323, 324)를 포함할 수 있다. 이러한 기능은 제조 중에 제2 디바이스에 구성/부가될 수 있다.
이러한 특정한 예에서, 등록 기능 정보(330)의 표현은 기능 #3 (223)에 대응한다. 따라서, 제2 디바이스가 역직렬화된 정보를 수신할 때, 기능 #3이 초기화되어야 한다고 결정하게 된다. 이 경우, 기능 #3은 등록 프로세스이다 (방법(200)의 단계(220)과 비교).
기능 #3은 일부 등록 단계를 포함할 수 있지만, 예를 들어 방법(100) 및 (200)과 비교하여, 역직렬화된 등록 애플리케이션으로부터 획득되고 제2 디바이스(320)에 의해 수신되는 등록 정보에 제공될 수 있는 정보가 부족할 수 있다.
제2 디바이스는 이어서 수신된 등록 정보에 따라 등록을 실행할 수 있다. 일부 실시예에서는 또한 제1 디바이스가 그 자체를 구성하기 위해 제1 디바이스와 연관된 등록 정보 뿐만 아니라 제2 디바이스와 연관되고 그로부터 수신된 정보를 사용할 수 있다.
또한, 제2 디바이스의 다른 기능이 등록에 사용될 수 있음을 주목하여야 한다. 따라서, 등록 기능은 단일 기능으로 (예를 들면, 기능 #3) 구성되지 않고, 제2 디바이스에서의 다른 기능 중 하나 이상을 포함하는 명령이 될 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 등록 정보는 매개변수 a, b를 사용하여 기능 #1을 실행하고 매개변수 x, y 등을 사용하여 기능 #4를 실행하도록 제2 디바이스에 지시하는 명령을 포함할 수 있고, 여기서 기능 #1 및 #4는 기존에 존재하는 기능이다.
방법(100) 및 (200)은 제2 디바이스의 등록을 가능하게 하기 위해 제1 디바이스 및 제2 디바이스에 의해 각각 실행되므로 가깝게 관련되어 있음을 주목하여야 한다. 따라서, 방법(100) 및 (200)은 일부 실시예에서 도 171에 의해 설명되는 바와 같이, 하나의 방법(400)으로 조합될 수 있다.
도 171에서, 제1 디바이스(DEV 1)(401) 및 제2 디바이스(DEV 2)(402)는 서로 통신할 수 있다. 제1 디바이스(401) 및 제2 디바이스(402)는 예를 들어, 도 1 내지 도 3 중 임의의 도면과 연관되어 각각 설명된 바와 같은 제1 및 제2 디바이스가 될 수 있다. 동일한 방식으로, 방법(400)은 앞서 설명된 바와 같이 방법(100) 및 (200)의 조합이 될 수 있다.
방법(400)은 제1 디바이스(401)가 제2 디바이스(402)와 연관된 등록 기능의 표현을 획득하는 단계(410)에서 시작된다 (방법(100)의 단계(110)와 비교). 그 표현은 예를 들어, QR-코드, 바코드 등 중 하나 이상이 될 수 있다. 표현은 예를 들어, 스캐닝이나 NFC 리더 및 다른 적절한 수단을 통해 획득될 수 있다.
등록 기능의 표현은 적어도 하나의 직렬화된 등록 애플리케이션을 포함하거나 그와 연관되고, 등록 애플리케이션은 제1 디바이스 및 제2 디바이스와 각각 연관된 등록 정보를 포함할 수 있다. 직렬화는 많은 양의 데이터가 제한된 공간을 사용해 그 표현에 저장되는 것을 가능하게 한다.
표현은 일부 실시예에서 제2 디바이스에 저장될 수 있다. 예를 들어, 바코드가 제2 디바이스의 하우징에 프린트되거나, 예를 들어, 종이로 공급되어 제2 디바이스의 패키징 일부가 될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서 예를 들어, 인터넷으로부터 표현을 검색하는 것도 가능하다.
제1 디바이스가 등록 기능의 표현을 획득할 때, 방법은 정보의 디지털 표현을 추출하고 제2 디바이스와 연관된 등록 정보로부터 제1 디바이스와 연관된 등록 정보를 분리하기 위해 제1 디바이스가 직렬화된 등록 애플리케이션을 역직렬화하는 단계(411)로 이어진다 (방법(100)의 단계(120)와 비교).
등록 기능은 일부 실시예에서, 제1 및 제2 디바이스에 관한 다른 블록의 정보로 역직렬화되는 하나의 직렬화된 등록 애플리케이션을 포함한다. 일부 실시예에서, 등록 기능은 하나 이상의 직렬화된 등록 애플리케이션을 포함할 수 있고, 이는 제1 디바이스에 대해 의도되는 하나 이상의 애플리케이션 및 제2 디바이스에 대해 의도되는 하나 이상의 애플리케이션으로 역직렬화될 수 있다.
일부 실시예에서, 단일 애플리케이션의 경우, 단일 애플리케이션은 전적으로 디바이스 중 하나에 의도될 수 있다.
획득 단계 이후에, 방법(400)은 통신을 위해 (제1 및 제2 디바이스 사이에 점선 화살표로 표시된 바와 같이, 방법(100)의 단계(130)와 비교) 제1 디바이스 및 제2 디바이스 사이에 연결을 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 연결은 예를 들어, 블루투스 연결, NFC, Wi-Fi를 통해 또는 케이블에 의해 설정될 수 있고, 반드시 인터넷이나 네트워크 액세스를 요구하는 것은 아니다.
연결은 방법의 분리된 단계로 초기화되거나, 표현을 획득한 이후에 자동적으로 실행되거나 트리거될 수 있다. 따라서, 역직렬화된 등록 애플리케이션으로부터 추출된 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 제2 디바이스에 전송하는 다음 단계(412)로 암시적인 조치로 통합될 수 있다 (방법(100)의 단계(140)와 비교).
등록 애플리케이션에 포함된 등록 정보는 등록 프로세스를 배치하기 이전에 디바이스 어느 정도 공지되지 않을 수 있다. 따라서, 등록 기능의 표현은 예를 들어, 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 포함할 수 있고, 제2 디바이스는 이전에 정보로 구성되지 않았기 때문에 인지하지 못한다.
이러한 등록 정보는 예를 들어, 제1 디바이스, 또는 제2 디바이스가 등록될 IoT 시스템과 연관된 자격증명이 될 수 있다. 이러한 정보는 예를 들어, IoT 시스템에서 다른 디바이스나 서비스와 통신하는데 필수적인 자격증명, 뿐만 아니라 소유권, 위치 (예를 들면, GPS 좌표 또는 어드레스), 제2 디바이스의 사람이 판독가능한 명칭, 또는 등록 시 이전에 공지되지 않은 다른 정보가 될 수 있다. 이와 같은 다른 정보는 예를 들어, 제2 디바이스의 지형적 위치, 조직 위치, 및 소유권도 될 수 있다.
방법(400)의 단계(420)에서, 제2 디바이스는 역직렬화된 등록 애플리케이션에 포함된 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 수신한다 (방법(200)의 단계(210)와 비교). 이 수신 단계는 등록 프로세스를 초기화하도록 제2 디바이스를 트리거할 수 있다 (예를 들어, 도 169에 대해, 방법(200)의 단계(220) 내지 (230)과 비교).
따라서, 방법(400)의 단계(421)에서, 제2 디바이스는 수신된 등록 정보를 기반으로 등록 프로세스를 실행한다 (방법(200)의 단계(230)과 비교).
등록 프로세스 동안, 제1 및 제2 디바이스 사이에 추가 데이터가 교환될 수 있고, 이러한 데이터는 예를 들어, 암호화 키, 자격증명, 디바이스의 신원 등이 될 수 있다.
제2 디바이스는 예를 들어, 단계(422)에서 제2 디바이스와 연관된 정보를 제1 디바이스에 전송할 수 있다 (방법(200)의 단계(240)와 비교). 이러한 정보는 예를 들어, 공공 암호화 키, 소프트웨어 버전, 제2 디바이스와 연관된 기능과 성능 등이 될 수 있다.
제2 디바이스는 또한 등록이 성공적이라는 표시 또는 승인을 제1 디바이스에 전송할 수 있다.
방법(400)의 단계(413)에서, 제1 디바이스는 제2 디바이스로부터, 제2 디바이스와 연관된 정보를 수신한다 (방법(100)의 단계(150)와 비교). 제1 디바이스는 예를 들어, IoT 시스템에 대한 제2 디바이스의 연결을 가능하게 하도록 이 정보를 저장하고 IoT 시스템으로 중계할 수 있다.
이어서, 성공적인 등록 이후에, 단계(414) 및 (423)에서, 제1 및 제2 디바이스는 각각 자체 단말지점에서 등록 애플리케이션을 종료할 수 있다 (각각 방법(100) 및 (200)의 단계(160) 및 (250)과 비교). 일단 등록이 완료되면 보안을 더 강화하기 위해, 제2 디바이스는 예를 들어, 데이터의 추가 변조를 방지하는 퓨즈를 태우거나 등록 기능을 완전히 삭제할 수 있다.
등록 정보는 등록이 완료될 때 어떠한 조치를 취해야 하는가에 대해 제2 디바이스에 대한 명령을 포함하거나, 제2 디바이스가 이러한 단계로 이미 사전 구성될 수 있다는 것을 고려한다.
또한, 제1 디바이스는 제2 디바이스의 등록 프로세스 동안 구성될 수 있다는 것을 고려한다. 이는 제1 디바이스가 IoT 시스템의 일부이고 제2 디바이스에 대한 지식을 유지하여야 하는 경우가 될 수 있다. 제1 디바이스는 이러한 경우, 직렬화된 등록 애플리케이션에 포함된 등록 정보 및 등록 프로세스가 실행되는 동안 제2 디바이스로부터 수신되는 정보를 기반으로 그 자체를 구성할 수 있다. 이는 예를 들어, IoT 시스템과 통신하기 위해 제2 디바이스가 사용하는 게이트웨이로 제1 디바이스가 동작하는 경우가 된다.
여기서 설명된 제1 및 제2 디바이스는 일반적으로 물리적 디바이스이지만, 일부 실시예에서는 제1 디바이스가 제2 디바이스 보다 많은 컴퓨팅 리소스를 포함한다. 그러나, 제1 및 제2 디바이스 모두가 IoT 디바이스임을 주목하여야 한다.
도 172는 일부 실시예에 따라, 사물인터넷(IoT) 환경에 대한 제2 디바이스의 등록 프로세스를 초기화하고 지원하기 위한 제1 디바이스의 예시적인 배열(500)을 설명한다.
본 설명에서, 배열이란 용어는 예를 들어, 집적되거나 제거가능하게 부착된 구성성분을 갖는 회로 보드와 같이, 집합된 구성성분의 시스템으로 해석됨을 주목한다. 배열이란 용어는 예를 들어, 시스템이란 용어와 대체될 수 있다.
제1 디바이스는 예를 들어, 도168 내지 도171 중 임의의 도면과 연관되어 설명된 바와 같은 제1 디바이스가 될 수 있다. 제2 디바이스는 예를 들어, 도168 내지 도171 중 임의의 도면과 연관되어 설명된 바와 같은 제2 디바이스가 될 수 있다.
배열(500)은 도168 내지 도171 중 임의의 도면과 연관되어 설명된 바와 같은 방법을 실행하도록 더 구성될 수 있다.
배열(500)은 제어 회로(CNTR; 예를 들면, 제어기)(520) 및 송수신 회로(RX/TX; 예를 들면, 송수신기)(510)를 포함한다. 일부 실시예에서, 제어 회로는 획득 회로(OB; 예를 들면, 획득 모듈)(523), 역직렬화 회로(DESER; 예를 들면, 역직렬화기)(522), 및 결정 회로(DET; 예를 들면, 결정기)(521)를 더 포함할 수 있다.
송수신 회로(510)는 일부 실시예에서 분리된 전송기 및 분리된 수신기가 될 수 있다.
제어 회로(520)는 획득 회로(523)에 의해, 제2 디바이스와 연관된 등록 기능의 표현을 획득하도록 구성될 수 있고, 여기서 등록 기능은 제1 및 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 포함하는 적어도 하나의 직렬화된 등록 애플리케이션과 연관되다 (방법(100)의 단계(110)과 비교).
획득 회로는 예를 들어, 모바일 폰에 공급되는 카메라를 포함할 수 있다. 획득 회로(523)는 일부 실시예에서, 이미지 또는 칩 등에 포함된 정보를 획득 또는 캡처하기 위한 임의의 적절한 회로/수단이 될 수 있다.
제어 회로(520)는 역직렬화 회로(522)에 의해, 제1 디바이스와 연관된 등록 정보가 제2 디바이스와 연관된 등록 정보와 분리되도록 등록 기능 정보를 역직렬화하게 더 구성될 수 있다 (방법(100)의 단계(120)와 비교).
제어 회로(520)는 송수신 회로에 의해, 제1 및 제2 디바이스 사이의 통신이 인에이블되도록 송수신 회로가 제2 디바이스에 신호를 전달하게 연결되도록 더 구성될 수 있다 (방법(100)의 단계(130)와 비교).
제어 회로(520)는 송수신 회로(510)에 의해, 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 기반으로 제2 디바이스의 구성에 의해 제2 디바이스의 등록 프로세스의 실행을 제2 디바이스에 의해 초기화하기 위해 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 제2 디바이스에 전송하도록 더 구성될 수 있다 (방법(100)의 단계(140)와 비교).
등록 프로세스를 실행하는 동안 또한/또는 그 이후에, 제어 회로는 예를 들어, 송수신 회로에 의해, 제2 디바이스와 연관된 구성 정보의 제2 디바이스로부터의 수신을 수신하도록 더 구성될 수 있다 (방법(100)의 단계(150)과 비교).
일부 실시예에서, 제어 회로(520)는 예를 들어, 결정 회로(521)에 의해, 제2 디바이스로부터의 정보 수신을 기반으로 등록 프로세스가 실행되고 있음을 또는 완료되었음을 결정하도록 더 구성될 수 있다. 제어 회로는 이어서 제2 디바이스로부터 수신된 정보를 저장하고 (예를 들면, 도 5에 도시되지 않은 메모리에) 그 정보를 IoT 시스템에 중계하도록 더 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 회로(520)는 예를 들어, 제2 디바이스의 등록이 완료된 것으로 결정될 때 또한/또는 제1 디바이스가 제1 디바이스와 연관된 등록 정보를 포함하는 역직렬화된 등록 애플리케이션을 기반으로 그 자체의 구성을 실행했을 때 등록 애플리케이션을 종료시키도록 더 구성될 수 있다 (단계(100)의 단계(160)와 비교).
배열(500)은 예를 들면, 무선 통신 디바이스에 포함될 수 있다. 무선 통신 디바이스는 예를 들어, 모바일 폰, 스마트폰, 서핑 패드, 랩탑, 휴대용 컴퓨터 등이 될 수 있다. 배열(500)은 또한 일부 실시예에서, 카메라, 로봇, 센스 등과 같이 IoT 디바이스에 포함될 수 있다.
도 173은 제1 디바이스에 지원되어 사물인터넷(IoT) 환경에 대한 등록 프로세스를 실행하기 위한 제2 디바이스의 배열(600)을 설명한다.
제1 및 제2 디바이스는 예를 들어, 도 168 내지 도 172 중 임의의 도면과 연관되어 각각 설명된 제1 및 제2 디바이스가 될 수 있다.
배열(600)은 배열(500) 및 도 172와 연관되어 설명된 것과 동일하거나 유사한 특성과 조합되거나 그를 포함할 수 있음을 주목하여야 한다.
배열(600)은 예를 들어, 도 168 내지 도 171 중 임의의 도면과 연관되어 설명된 바와 같은 방법을 실행하도록 구성될 수 있다.
배열(600)은 제어 회로(CNTR; 예를 들면, 제어기)(620) 및 송수신 회로(RX/TX; 예를 들면, 송수신기)(610)를 포함한다. 송수신 회로(610)는 일부 실시예에서 분리된 전송기 및 분리된 수신기가 될 수 있고, 또한/또는 다수의 안테나를 포함할 수 있다.
제어 회로(620)는 일부 실시예에서, 기능 회로(FUNC; 예를 들면, 기능 모듈)(622) 및 결정 회로(DET; 예를 들면, 결정기)(621)를 더 포함할 수 있다.
제어 회로(620)는 일부 실시예에서, 예를 들어 송수신 회로(610)에 의해, 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 제1 디바이스로부터 수신하도록 더 구성될 수 있다 (방법(200)의 단계(210)와 비교).
일부 실시예에서, 제어 회로(620)는 예를 들어, 결정 회로(621)에 의해, 등록 정보가 등록 프로세스를 실행하기 위한 것임을 결정하도록 더 구성될 수 있다 (방법(200)의 단계(220)와 비교).
일부 실시예에서, 제어 회로(620)는 예를 들어, 기능 회로(622)에 의해, 등록 정보를 기반으로 제2 디바이스를 구성함으로서 등록 프로세스를 실행하고 (방법(200)의 단계(230)와 비교), 또한 예를 들어, 송수신 회로(610)가 제1 디바이스에 전송하게 함으로서, 제2 디바이스와 연관된 구성 정보를 제1 디바이스로 전송하도록 (방법(200)의 단계(240)와 비교) 더 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 회로(620)는 등록/구성이 완료될 때 등록 애플리케이션을 종료하도록 더 구성될 수 있다 (방법(200)의 단계(250)와 비교).
배열(600)은 일부 실시예에서, 사물인터넷(IoT) 디바이스에 포함될 수 있다. 이러한 디바이스는 예를 들어, 로봇, 부엌가전, 카메라, 센서, 신호등, 기계 등이 될 수 있다.
여기서 설명된 실시예의 이점은 실행가능한 애플리케이션이 예를 들어, QR-코드로 인코딩되어 IoT 디바이스와 함께 배급된다는 점이다. IoT 디바이스를 등록할 때, 애플리케이션이 디코딩되고 IoT 디바이스 및 다른 디바이스에, 예를 들면 IoT 디바이스의 등록에 사용되는 모바일 폰에 분산 애플리케이션으로 배치된다. 따라서, 여기서 설명된 실시예는 중앙 서버/소프트웨어를 위한 저장소에 의존하지 않는다.
또한, 여기서의 실시예는 예를 들어, 인터넷이나 등록 디바이스와 통신하는 수단 이외의 다른 연결에 (블루투스, NFC, Wi-Fi 등과 같은) 액세스를 요구하지 않고, 즉각적인 자동 등록, 디바이스의 구성 및 등록을 허용한다.
또한, 등록되는 디바이스가 등록에 필요한 모든 정보로 미리 구성되지 않으므로, 보안이 강화된다.
설명된 실시예 및 그 동일한 내용은 소프트웨어나 하드웨어 또는 그들의 조합으로 실현될 수 있다. 이들은 디지털 신호 프로세서(DSP), 중앙 처리 유닛(CPU), 보조 프로세서 유닛, 필드-프로그램가능 게이트 어레이(FPGA) 또는 다른 프로그램가능한 하드웨어와 같이, 통신 디바이스와 연관되거나 그에 통합되는 범용 회로에 의해, 또는 예를 들어, 애플리케이션-특정 집적 회로(ASIC)와 같은 특수화된 회로에 의해 실행될 수 있다. 이러한 모든 형태는 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다.
실시예는 회로/로직을 포함하거나 임의의 실시예에 따른 방법을 실행하는 전자 장치 내에 (무선 통신 디바이스와 같은) 나타날 수 있다. 전자 장치는 예를 들어, 이동형 또는 휴대용 모바일 무선 통신 장비, 모바일 무선 터미널, 모바일 전화, 기지국, 기지국 제어기, 페이저, 통신기, 전자 수첩, 스마트폰, 컴퓨터, 노트북, USB-스틱, 플러그-인 카드, 내장 드라이브, 또는 모바일 게임 디바이스가 될 수 있다.
전달되는 코드 모듈을 사용한 보안 디바이스 동작
로컬이든 네트워크를 통해서든 디바이스의 기능을 사용하기 위해, 사용자는 일반적으로 그 디바이스로 인증되어야 한다. 일단 인증되면, 사용자는 하나 이상의 기능을 실행하는데 그 디바이스를 사용할 수 있다.
인증은 때로 디바이스에 의해 인식되는 특정한 자격증명을 제공함으로서 실행된다. 예를 들면, 사용자가 패스워드를 제공하거나 애플리케이션이 디지털 키를 제공할 수 있다. 패스워드나 키가 도난당하거나 위조될 경우, 디바이스의 보안은 침해될 수 있다. 일단 이러한 디바이스가 침해되면, 임의의 수의 기능이 악용될 수 있다. 일반적으로, 악의적인 사용자가 점점 더 정교해짐에 따라, 개발자는 디바이스를 보호하기 위해 새롭고 더 나은 기술을 고안하도록 지속적으로 압력이 주어진다.
본 발명의 실시예는 전통적인 접근법과 다르게 디바이스 기능을 호출한다. 예를 들어, 스마트 락은 잠금 해제 기능을 지원하는 런타임(runtime) 환경을 실행한다. 잠금 해제 기능을 얻기 위해, 또 다른 디바이스는 (예를 들면, 사용자의 스마트폰) 코드 모듈을 스마트 락에 전송할 수 있는 권한을 획득한다. 코드 모듈은 스마트 락의 런타임 환경 내에서 실행되고 잠금 해제 기능을 사용자의 스마트폰에 노출하도록 (예를 들면, 무선 통신을 통해) 구성된다. 일단 잠금 해제 기능이 사용자의 디바이스에 노출되면, 사용자의 디바이스의 런타임 환경 내에서 실행되는 애플리케이션은 코드 모듈을 통해 잠금 해제 기능을 호출할 수 있다.
특정한 실시예에 따라, 이러한 시스템은 침입에 대해 탄력적이다. 예를 들어, 상기에 논의된 스마트 락이 어떠한 방식으로 손상되더라도, 코드 모듈이 없으면, 잠금 해제 기능을 쉽게 호출하는 방법이 없을 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 사용자의 디바이스에 다운로드된 악성 소프트웨어 에이전트는 스마트 락과 사용자 디바이스 런타임 환경 사이에 교환되는 자격증명을 인터셉트하지 못할 수 있다. 제1 디바이스가 제2 디바이스를 사용하는 다른 실시예와 함께, 다른 이점이 아래에 논의되거나, 관련된 기술에 숙련된 자에게 명백해질 것이다.
본 발명의 실시예는 디바이스의 기능을 또 다른 디바이스에 노출시키는 코드 모듈을 포함한다. 코드 모듈은 기능이 원격으로 호출될 수 있도록 런타임 환경 사이의 무선 통신을 통해 안전하게 전송된다. 이러한 전송은 서로 인접해 있는 디바이스에 의해 트리거될 수 있다. 코드 모듈을 전송하기 위한 권한은 런타임 환경 사이에서 처리되므로, 원격 애플리케이션이 디바이스에 의해 사용되는 특정한 보안 체계를 지원할 필요가 없다. 기능은 코드 모듈 없이 원격 호출을 통해 액세스가능하지 않을 수 있고, 코드 모듈은 기능이 호출된 이후에 또한/또는 예를 들어, 다른 디바이스가 인증 없이 기능을 호출하는 것을 방지하기 위해, 디바이스가 더 이상 근접하지 않은 경우, 삭제되거나 반환될 수 있다.
일부 실시예에서, 디바이스는 분산된 사물인터넷(IoT) 시스템의 일부이다. 이러한 시스템의 한 예는 캘빈(Calvin) 애플리케이션 환경을 기반으로 할 수 있다. 이러한 캘빈-기반의 시스템에서, 애플리케이션은 디바이스에 연결된 런타임에서 실행되는 기능 블록으로부터 (때로, 작동기라 칭하여지는) 빌드될 수 있다. 실시예에 따라, 작동기는 특정한 디바이스에서 그 기능을 실행하기 위해 필요에 따라 런타임 사이에서 이동될 수 있다.
도 174는 제1 디바이스(110) 및 제2 디바이스(115)를 포함하는 예시적인 네트워크 환경(100)을 설명한다. 제1 디바이스(110) 및 제2 디바이스(115)는 모두 서로 통신되게 연결되고 서로 신호를 교환한다 (예를 들면, 무선으로, 포인트-대-포인트 연결을 통해). 일부 실시예에서, 제1 디바이스(110) 및/또는 제2 디바이스(115)는 네트워크(105)에 연결되고 원격 디바이스(145)와, 또한/또는 서로 네트워크(105)를 통해 통신하도로 구성된다. 따라서, 제1 및 제2 디바이스(110, 115)는 각각 예를 들어, 근거리 통신(NFC), Wi-Fi, 블루투스, 지그비(ZIGBEE), 롱-텀 에볼루션(LTE), 뉴 라디오(NR), 이더넷 등과 같은, 하나 이상의 호환가능한 기술을 통해 유선 및/또는 무선 통신을 지원할 수 있다.
제1 및 제2 디바이스(110, 115)는 각각 제1 및 제2 런타임 환경(120, 125)을 실행한다. 제1 디바이스(110)의 제1 런타임 환경(120)은 예를 들어, 제1 디바이스(110)의 무선 전송기를 제어함으로서, 제2 디바이스(115)의 제2 런타임 환경(125)에 코드 모듈(140)을 전송하도록 구성된다. 그에 대응하여, 제2 디바이스(115)는 예를 들어, 제2 디바이스(115)의 무선 수신기를 능동적으로 제어함으로서, 또는 제2 디바이스(115)의 메모리가 제1 디바이스(110)에 의해 기록되게 수동적으로 허용함으로서 (예를 들면, 제1 디바이스(110)로부터의 RF 전송을 메모리 기록 명령으로 변환하는 회로를 사용하여, 이러한 회로는 일부 실시예에서, 이러한 전송의 RF 에너지에 의해 전력을 공급받음), 제1 런타임 환경(120)에서 제2 런타임 환경(125)으로 코드 모듈(140)을 전달하도록 구성된다.
코드 모듈(140)은 제2 런타임 환경(125) 내에서 실행되고, 제2 런타임 환경(125)에 의해 지원되는 제2 디바이스(115)의 기능을 제1 디바이스(110)에 노출시키도록 구성된다. 이후 더 논의될 바와 같이, 제1 디바이스(110)의 제1 런타임 환경(120) 내에서 실행되는 애플리케이션은 전달된 코드 모듈(140) 및 제2 런타임 환경(125)을 통해 제2 디바이스(115)의 기능을 호출한다.
제1 디바이스(110)의 전형적인 예는 (제한되지 않지만) 스마트폰과 같은 모바일 디바이스, 사용자 장비, 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 및/또는 웨어러블 컴퓨터를 포함한다. 제2 디바이스(115)의 전형적인 예는 (제한되지 않지만) 컴퓨터 및/또는 스마트 가전을 포함한다. 제1 및 제2 디바이스(110, 115)의 다른 예는 다른 타입의 컴퓨팅 디바이스를 포함한다.
네트워크(105)는 하나 이상의 물리적 디바이스, 및/또는 제1 및/또는 제2 디바이스(110, 115)와 통신 신호를 교환할 수 있는 시그널링 매체를 포함한다. 이러한 네트워크(105)의 예는 (제한되지 않지만) 다음 중 하나 이상을 포함한다: 인터넷 (또는 그 일부); 하나 이상의 근거리 네트워크; 하나 이상의 무선 네트워크; 하나 이상의 셀룰러 네트워크; 하나 이상의 인터넷 프로토콜-기반의 네트워크; 하나 이상의 이더넷 네트워크; 하나 이상의 광학 네트워크; 및/또는 하나 이상의 회로 스위칭 네트워크. 이러한 네트워크(105)는 이러한 통신 신호의 교환을 지원하는, 라우터, 게이트웨이, 스위치, 허브, 방화벽(firewall) 등과 (도시되지 않은) 같은 임의의 수의 네트워킹 디바이스를 포함할 수 있다.
원격 디바이스(145)는 네트워크(105)를 통해 제1 및/또는 제2 디바이스(110, 115)에 통신가능하게 연결된 임의의 컴퓨팅 디바이스가 될 수 있다. 원격 디바이스(145)는 예를 들어, 다른 용량을 제외하고 제2 디바이스(110)로 동작할 수 있다. 예를 들어, 원격 디바이스(145)는 네트워크(105)를 통해, 예를 들어 제2 디바이스(115)에 연결된 물리적으로 보안되거나 암호화된 네트워크를 통해, 제2 디바이스(115)에 대한 안전한 액세스를 갖는 관리자 워크스테이션이 될 수 있다. 따라서, 원격 디바이스(145)의 사용자는 또한 코드 모듈(140)을 제2 디바이스에 전달하고 예를 들어, 제1 디바이스(110)의 사용자를 지원하도록 특정한 기능을 호출함으로서 제2 디바이스(115)의 동일한 또한/또는 다른 기능을 호출할 수 있다. 원격 디바이스(145)의 전형적인 예는 (제한되지 않지만) 워크스테이션, 개인용 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 및/또는 테블릿 컴퓨터를 포함한다.
도 175는 상기에 논의된 측면과 일치하는, 모바일 디바이스(210) 및 스마트 락(215) 사이의 예시적인 호출 흐름을 설명한다. 도 175의 예에서, 모바일 디바이스(210)는 제1 디바이스(110)의 한 예이고, 스마트 락(215)은 제2 디바이스(115)의 한 예이다. 도 175는 모바일 디바이스(210) 및 스마트 락(215)이 상호동작하는 특정한 예를 설명하지만, 대안적인 실시예는 이후 설명되는 것과 다른 기능을 안전하게 액세스하기 위해 제1 및/또는 제2 디바이스(110, 115)로 동작하는 다른 디바이스를 포함할 수 있다.
도 174의 일반적인 논의와 일치하여, 도 175에 설명된 모바일 디바이스(210)는 모바일 런타임 환경(220)을 실행한다. 락 제어 소프트웨어(230)는 예를 들어, 모바일 디바이스(210)의 사용자에 의해 시동되는 것에 응답하여 또는 서비스로서, 모바일 런타임 환경(220) 내에서 실행된다. 스마트 락(215)은 스마트 락 런타임(225)을 실행한다. 스마트 락 런타임(225)은 예를 들어, 스마트 락(215)을 잠금 및 잠금 해제하는 잠금 제어 동작을 지원한다. 그러나, 스마트 락 런타임(225)은 본 예에서는 모바일 디바이스(210)에 의해 제공되는 코드 모듈(140) 없이 이러한 동작의 원격 호출을 허용하지 않는다.
도 175에 설명된 예에 따라, 모바일 및 스마트 락 런타임 환경(220, 225)은 각각 예를 들어, 다른 디바이스에 의해 생성되는 무선 주파수(RF) 에너지를 감지함으로서, 서로를 검출한다 (단계 250). 일부 실시예에서, 디바이스(210, 215) 중 하나 또는 둘 모두는 추가적인 또는 대안적인 근접 검출 기술을 사용하여, 예를 들어 대응하는 센서 및/또는 수신기를 통한 광학 및/또는 청각 검출을 사용하여 서로 검출할 수 있다.
서로 검출하는 것에 응답하여, 모바일 및 스마트 락 런타임 환경(220, 225)은 인증 과정에 참여한다 (단계 252). 이 인증 과정은 모바일 디바이스(210)가 스마트 락(215)의 특정한 보호 기능을 (예를 들면, 잠금 해제 기능) 사용하도록 허가되었나 여부를 스마트 락 런타임 환경(225)이 결정할 수 있는 하나 이상의 자격증명의 교환을 포함할 수 있다. 특정하게, 이러한 인증 과정의 성능에 의해, 모바일 및 스마트 락 런타임 환경(220, 225) 사이에 신뢰 관계가 설정될 수 있다.
성공적인 인증 이후에, 모바일 런타임 환경(220)은 코드 모듈(140)을 스마트 락 런타임 환경(225)에 전달한다 (단계 254). 코드 모듈(140)은 스마트 락 런타임 환경(225) 내에서 실행되고 스마트 락(215)의 잠금 해제 기능을 모바일 디바이스(210)에 노출하도록 구성된다.
락 제어 소프트웨어(230)는 이어서, 도 175에서 "module.unlock()" 함수 호출로 표현된 바와 같이, 예를 들어 코드 모듈(140)의 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)에 대한 적절한 함수 호출을 사용하여, 전달된 코드 모듈(140)을 통해 스마트 락(215)의 잠금 해제 기능을 호출한다 (단계 256). 특히, 락 제어 소프트웨어(230)는 신뢰 관계가 설정된 자격증명을 요구하는 것으로, 잠금 해제 기능을 호출하기 위해 모바일 및 스마트 락 런타임 환경(220, 225) 사이에 설립된 신뢰 관계의 이점을 이용할 수 있다. 이는 예를 들어, 특정한 애플리케이션에 민감한 자격증명을 제공하는 것을 방지할 때 유리할 수 있다. 특정하게, 실시예는 사용자가 제3자 및/또는 신뢰할 수 없는 애플리케이션을 자유롭게 다운로드하고 사용하여 애플리케이션이 디바이스(210, 215) 중 하나의 자격증명을 얻을 수 있다는 우려 없이 기능을 호출하는 것을 가능하게 할 수 있다.
코드 모듈(140)은 도 175에서 "runtime.unlock()" 함수 호출로 표현된 바와 같이, 스마트 락 런타임 환경에 의해 지원되는 API를 대응하게 호출함으로서 "module.unlock()" 함수 호출을 처리하도록 스마트 락 런타임 환경(225) 내에서 실행된다 (단계 258). 따라서, 도 175에 설명된 실시예에 따라, 코드 모듈(140)은 무엇보다도, 모바일 디바이스(210)에서의 락 제어 소프트웨어(230)와 스마트 락(215)의 잠금 해제 기능을 제어하는 스마트 락 런타임 환경(225) 사이의 변환 레이어로 동작할 수 있다. 코드 모듈(140)로부터의 잠금 해제 기능 호출에 응답하여, 스마트 락 런타임 환경(225)은 그에 따라 스마트 락(215)을 제어함으로서, 즉 스마트 락(215)을 잠금 해제함으로서 응답한다 (단계 260).
잠금 해제가 실행된 이후에, 스마트 락 런타임 환경(225)은 코드 모듈(140)을 검출하기 위한 하나 이상의 기준이 만족되었음을 검출한다 (단계 266). 본 특정한 실시예에서, 코드 모듈(140)은 스마트 락(215)에 로드된 상태를 무기한으로 유지하도록 허용되지 않는다. 따라서, 스마트 락 런타임 환경은 코드 모듈(140)이 삭제되어야 할 때를 결정하기 위한 하나 이상의 기준을 갖는다. 코드 모듈(140)을 삭제하기 위한 기준은 모바일 디바이스(210)가 검출될 수 있는가 여부 또한/또는 코드 모듈(140)이 전달된 이래로 한계치 시간 주기가 경과하였나 여부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 코드 모듈(140)이 스마트 락(215)에 존재하는 동안, 스마트 락(215)은 예를 들어, 인증 없이 또한/또는 모바일 디바이스(210)의 특성을 스푸핑(spoofing) 함으로서, 코드 모듈(140)을 통해 스마트 락(215)의 보호 기능을 호출하는 일부 다른 디바이스에 (도시되지 않은) 취약할 수 있다. 따라서, 코드 모듈(140)이 전달된 이래로 한계치 시간 주기가 경과한 이후에, 또한/또는 모바일 디바이스(210)가 더 이상 스마트 락(215)에 근접해 있지 않은 경우, 스마트 락 런타임 환경(225)은 코드 모듈(140)이 삭제되어야 함을 결정할 수 있다. 특정하게, 스마트 락 런타임 환경(225)은 모바일 디바이스(210)로부터 특정한 RF 에너지를 검출하는데 실패함으로서 모바일 디바이스(210)가 스마트 락(215) 주변 영역을 떠났음을 결정할 수 있다.
특정한 모듈 검출 기준이 충족된 것으로 검출되면, 스마트 락 런타임 환경(225)은 코드 모듈(140)을 검출한다 (단계 268). 일부 실시예에서, 스마트 락 런타임 환경(225)은 또한 모바일 디바이스(210)에 (예를 들면, 모바일 런타임 환경(220)에) 다시 코드 모듈(140)을 전달한다. 따라서, 일부 실시예에서, 코드 모듈(140)은 락 제어 소프트웨어(230)가 사용되는 방법을 제한하는 토큰으로 동작할 수 있다. 즉, 코드 모듈(140)이 스마트 락(215)으로 전달되는 동안, 락 제어 소프트웨어(230)는 예를 들어, 다른 디바이스로 module.unlock() 명령을 송신하는 것을 방지할 수 있다.
일부 실시예에서, 스마트 락 런타임 환경(225)은 코드 모듈(140)을 요구하지 않는 다른 기능을 지원한다. 이러한 기능은 예를 들면, 인증을 필요로 하지 않고 호출될 수 있는 공공 및/또는 판독 전용 기능이 될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 모바일 런타임 환경(220) 및/또는 락 제어 소프트웨어(230)는 스마트 락 런타임 환경(225)과 직접 통신함으로서 스마트 락(215)의 기능을 호출할 수 있다. 도 175의 예에서는 모바일 런타임 환경(220) 및 락 제어 소프트웨어(230) 각각에 의해 스마트 락 런타임 환경(225)의 "runtime.info()" 함수 호출을 부르는 것이 설명된다 (단계 262, 264). 이러한 함수 호출은 예를 들어, 스마트 락(215)에 대한 디바이스 상태 정보를 반환할 수 있다. 이러한 정보는 디바이스 신원, 소유자 신원, 관리자를 위한 접촉 정보, 잠금 상태인가 잠금 해제 상태인가 여부, 및/또는 스마트 락(215)에 관련된 다른 정보를 포함할 수 있다.
예를 들어, 모바일 디바이스(210)의 사용자는 스마트 락(215)을 잠금 해제하려고 시도하는데 어려움을 겪을 수 있다. 이러한 시나리오에서, 사용자는 스마트 락 런타임 환경(225)에 코드 모듈(140)을 전달하여 스마트 락(215)을 잠금 해제하기 위해, 또는 모바일 디바이스(210)의 사용자가 락 제어 소프트웨어(230)를 사용하여 잠금 해제하는 것을 가능하게 하기 위해, 원격 디바이스(145)를 사용할 수 있는 관리자와 접촉하는 방법에 대한 정보를 획득하는데 락 제어 소프트웨어(230)를 사용할 수 있다. 다른 디바이스, 컨텍스트, 및/또는 사용자 역할을 포함하는 무수한 실시예가 있지만, 이러한 관리자의 한 예는 시스템 사용에 문제가 있는 게스트가 원격으로 방에 들어가는 것을 도울 수 있는 호텔 매니저가 될 수 있다.
단계(254, 256, 258, 262, 264, 및 268)에서 실행되는 동작이 단방향 동작인 것으로 설명되지만, 이들 단계 중 하나 이상은 예를 들어, 설명된 동작의 결과를 나타내기 위해 값이 반환되는 대응하는 응답을 트리거할 수 있음을 더 주목하여야 한다. 예를 들어, 스마트 락 런타임 환경(225)은 각각 스마트 락이 성공적으로 잠금 해제되었나 여부를 기반으로 제로 또는 비-제로 값으로 runtime.unlock() 함수 호출에 응답할 수 있다.
상기와 일치하게, 본 발명의 실시예는 도 176에 설명된 방법(300)과 같이, 제1 디바이스(110)에 의해 구현되고 제2 디바이스(115)를 사용한 방법(300)을 포함한다. 방법(300)은 제2 디바이스(115)에서 실행되는 제2 런타임 환경(125)에 코드 모듈(140)을 전달하기 위해 제1 디바이스(110)에서 실행되는 제1 런타임 환경(120)을 사용하는 단계를 포함한다 (블록 310). 코드 모듈(140)은 제2 런타임 환경(125) 내에서 실행되고 제2 런타임 환경(125)에 의해 지원되는 제2 디바이스(115)의 기능을 제1 디바이스에 노출시키도록 구성된다. 방법(300)은 또한 제1 런타임 환경(120) 내에서 애플리케이션(130)을 실행하는 단계를 포함한다 (블록 210). 애플리케이션은 전달된 코드 모듈(140) 및 제2 런타임 환경(125)을 통해 제2 디바이스(115)의 기능을 호출한다.
다른 실시예는 도 177에 도시된 바와 같이, 제2 디바이스(115)에 의해 구현되고 제2 디바이스(115)의 기능에 대한 액세스를 제1 디바이스(110)에 제공하는 방법(400)을 포함한다. 방법(400)은 제1 디바이스(110)에서 실행되는 제1 런타임 환경(120)으로부터 제2 디바이스(115)에서 실행되는 제2 런타임 환경(125)으로 코드 모듈(140)을 전달하여, 제2 런타임 환경(125)에 의해 지원되는 제2 디바이스(115)의 기능을 제1 디바이스(110)에 노출시키는 단계를 포함한다 (블록 410). 방법(400)은 또한 제1 런타임 환경(120) 내에서 실행되는 애플리케이션(130)으로부터 코드 모듈(140)을 통해 수신된 기능의 원격 호출에 응답하여 제2 디바이스(115)의 기능의 성능을 제어하는데 제2 런타임 환경(125)을 사용하는 단계를 포함한다 (블록 420).
도 178은 하나 이상의 실시예에 따라, 제1 및/또는 제2 디바이스(110, 115)를 구현 또한/또는 지원하기에 적절한 하드웨어(500)를 설명한다. 도시된 바와 같이, 하드웨어(500)는 프로세싱 회로(510) 및 무선 회로(520)를 포함한다. 무선 회로(520)는 하드웨어(500)의 일부이거나 그에 연결된 하나 이상의 안테나를 통해 (도시되지 않은) 전송 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다. 프로세싱 회로(510)는 예를 들어, 메모리(530)에 저장된 명령을 실행함으로서, 도 175 및/또는 도 176에서 상기에 설명된 프로세싱을 실행하도록 구성된다. 이후 논의될 바와 같이, 프로세싱 회로(510)는 이에 관련하여 하나 이상의 물리적 유닛을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 메모리(530)에 저장된 명령은 하나 이상의 소프트웨어 모듈에 포함될 수 있다.
도 179는 이에 관련하여 특정한 실시예에 따른 제1 디바이스(110)의 추가 상세 내용을 설명한다. 특정하게, 제1 디바이스(110)는 전달 유닛 또는 모듈(605) 및 실행 유닛 또는 모듈(610)을 포함할 수 있다. 전달 유닛 또는 모듈(605)은 제2 디바이스(115)에서 실행되는 제2 런타임 환경(125)에 코드 모듈(140)을 전달하는데 제1 디바이스(110)에서 실행되는 제1 런타임 환경(120)을 사용하도록 구성될 수 있다. 코드 모듈(140)은 제2 런타임 환경(125) 내에서 실행되고 제2 런타임 환경(125)에 의해 지원되는 제2 디바이스(115)의 기능을 제1 디바이스(110)에 노출시키도록 구성된다.
도 180은 특정한 실시예에 따른 제2 디바이스(115)의 추가 상세 내용을 설명한다. 특정하게, 제2 디바이스(115)는 전달 유닛 또는 모듈(705) 및 제어 유닛 또는 모듈(710)을 포함할 수 있다. 전달 유닛 또는 모듈은 제1 디바이스(110)에서 실행되는 제1 런타임 환경(120)으로부터 제2 디바이스(115)에서 실행되는 제2 런타임 환경(125)을 코드 모듈(140)을 전달하여, 제2 런타임 환경(125)에 의해 지원되는 제2 디바이스(115)의 기능을 제1 디바이스(110)에 노출시키도록 구성될 수 있다. 제어 유닛 또는 모듈(710)은 제1 런타임 환경(120) 내에서 실행되는 애플리케이션(130)으로부터 코드 모듈(140)을 통해 수신된 기능의 원격 호출에 응답하여 제2 디바이스(115)의 기능의 성능을 제어하는데 제2 런타임 환경(125)을 사용하도록 구성될 수 있다.
전달된 코드 모듈을 사용한 안전한 디바이스 동작 및 디바이스 등록의 조합
다시, 상기에 기술된 바와 같이, 여기서 설명된 다양한 기술은 신뢰성, 보안성 등에 대한 이점을 제공하기 위해 서로 조합될 수 있다. 예를 들면, 유리한 한가지 특정한 조합은 전달된 모듈을 사용한 안전한 디바이스 동작 및 IoT 환경에서의 디바이스 등록에 대해 상기에 설명된 기술의 조합이다.
따라서, 예를 들어, 도 168에 설명된 방법은 도 176에 도시된 방법과 조합되어, 사물인터넷(IoT) 환경에 제2 디바이스의 등록을 지원하고 제2 디바이스를 사용하기 위한 제1 디바이스의 방법을 획득할 수 있다. 이 예시적인 방법은 도 168의 블록(110, 120, 및 140)에 도시된 바와 같이, 제2 디바이스와 연관된 등록 기능의 표현을 획득하는 단계로, 여기서 등록 기능은 제1 및 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 포함하는 적어도 하나의 직렬화된 등록 애플리케이션과 연관되는 단계, 제1 디바이스와 연관된 등록 정보가 제2 디바이스와 연관된 등록 정보로부터 분리되도록 등록 애플리케이션을 역직렬화하는 단계, 및 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 기반으로 제2 디바이스를 구성함으로서 제2 디바이스의 등록 프로세서의 제2 디바이스에 의한 실행을 초기화하기 위해 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 제2 디바이스에 전송하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 도 168의 블록(150)에 도시된 바와 같이, 제2 디바이스로부터 제2 디바이스와 연관된 구성 정보를 수신하는 단계를 포함한다.
본 예는 여전히 도 176의 블록(310)에 도시된 바와 같이, 제2 디바이스에서 실행되는 제2 런타임 환경에 코드 모듈을 전송하기 위해 제1 디바이스에서 실행되는 제1 런타임 환경을 사용하는 단계를 더 포함하고, 여기서 코드 모듈은 제2 런타임 환경 내에서 실행되고 제2 런타임 환경에 의해 지원되는 제2 디바이스의 기능을 제1 디바이스에 노출시키도록 구성된다. 마지막으로, 본 예는 제1 런타임 환경 내에서 애플리케이션을 실행하는 단계를 포함하고, 여기서 애플리케이션은 전달된 코드 모듈 및 제2 런타임 환경을 통해 제2 디바이스의 기능을 원격으로 호출한다.
제2 디바이스는 일부 실시예에서 사물인터넷(IoT) 디바이스가 될 수 있고, 제1 디바이스는 무선 통신 디바이스가 될 수 있다. 등록 기능의 표현은 예를 들어, QR-코드, 바코드, 및 RF-ID 칩 중 하나 이상이 될 수 있다. 제2 디바이스와 연관된 등록 정보는 일부 실시예에서, 공공 암호화 키, 소프트웨어 시스템, 기능, 등록 프로세스에 관련된 단계, 및 IoT-환경의 기능 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 등록 정보는 일부 실시예에서, 지형적 위치, 조직적 위치, 소유권, 암호화 키, 통신 매개변수, 통신 키, 및 신원 중 하나 이상과 연관된 정보를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 등록 기능은 적어도 두개의 직렬화된 등록 애플리케이션을 포함하고, 그 방법은 또한 적어도 두개의 직렬화된 등록 애플리케이션을 제1 디바이스와 연관된 등록 정보를 포함하는 적어도 하나의 등록 애플리케이션 및 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 포함하는 적어도 하나의 등록 애플리케이션으로 역직렬화하는 단계, 및 제2 디바이스와 연관된 적어도 하나의 등록 애플리케이션을 제2 디바이스에 전송하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 또한 제2 디바이스가 성공적으로 등록되었음을 결정하는 단계 및 제1 디바이스에서 적어도 하나의 등록 애플리케이션을 종료하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 또한 제2 런타임 환경 내에서 실행하기 위해 제2 런타임 환경에 코드 모듈을 전달하기 위한 권한을 획득하도록 제2 런타임 환경으로 제1 런타임 환경을 인증하는 단계, 및/또는 제2 디바이스의 다른 기능을 호출하기 위해 제2 런타임 환경과 직접적으로 통신하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 제2 런타임 환경으로의 코드 모듈의 전달은 제1 디바이스와 제2 디바이스 사이의 무선 포인트-대-포인트 연결을 통해 실행된다. 제2 디바이스는 전자 락이 될 수 있고, 예를 들어, 여기서 제2 런타임 환경에 의해 지원되는 기능은 전자 락을 잠금 또는 잠금 해제한다.
유사하게, 도 169에 도시된 방법은 도 177에 도시된 방법과 조합되어, 제1 디바이스에 의해 지원되는 사물인터넷(IoT) 환경에 대한 등록 프로세스를 실행하고 제2 디바이스의 기능에 대한 액세스를 제1 디바이스에 제공하기 위한 제2 디바이스의 방법을 획득할 수 있다. 이 예시적인 방법은 도 169의 블록(210, 230, 및 240)에 도시된 바와 같이, 제1 디바이스로부터 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 수신하는 단계, 등록 정보를 기반으로 제2 디바이스를 구성함으로서 등록 프로세스를 실행하는 단계, 및 제2 디바이스와 연관된 구성 정보를 제1 디바이스에 전송하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 도 177의 블록(410, 420)에 도시된 바와 같이, 제2 런타임 환경에 의해 지원되는 제2 디바이스의 기능을 제1 디바이스에 노출시키도록 제1 디바이스에서 실행되는 제1 런타임 환경으로부터 제2 디바이스에서 실행되는 제2 런타임 환경으로 코드 모듈을 수신하는 단계, 및 제1 런타임 환경 내에서 실행되는 애플리케이션으로부터 코드 모듈을 통해 수신된 기능의 원격 호출에 응답하여 제2 디바이스의 기능의 성능을 제어하는데 제2 런타임 환경을 사용하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 또한 등록이 성공적임을 결정하는 단계 및 제2 디바이스로부터 등록 정보를 삭제하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 제2 디바이스와 연관된 등록 정보는 공공 암호화 키, 소프트웨어 시스템, 기능, 등록 프로세스에 관련된 단계, 및 IoT-환경의 기능 중 적어도 하나를 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 또한 제2 런타임 환경 내에서 실행하기 위해 제2 런타임 환경에 코드 모듈을 전달하기 위한 권한받도록 제2 런타임 환경으로 제1 런타임 환경을 인증하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 방법은 또한 제1 디바이스로부터 제2 런타임 환경으로의 직접적인 통신에 응답하여 제2 디바이스의 다른 기능의 성능을 제어하는데 제2 런타임 환경을 사용하는 단계를 포함한다.
제1 런타임 환경으로부터의 코드 모듈의 전달은 일부 실시예에서, 제1 디바이스 및 제2 디바이스 사이의 무선 포인트-대-포인트 연결을 통해 실행될 수 있다. 제2 디바이스는 전자 락이 될 수 있고, 예를 들어, 여기서 제1 런타임 환경에 의해 지원되는 기능은 전자 락을 잠금 또는 잠금 해제한다.
관할권 개별 정보 제한에 따른 연합 데이터베이스 질문
헬스케어, 전자상거래, 정부, 및 소매와 같은 많은 비지니스 섹터에서의 회사 및 조직은 이러한 정보의 개별 정보를 보호하는 것을 이러한 엔터티에 가장 큰 관심사가 되게 하는 식별가능한 정보로 (예를 들면, 개인 정보, 개별 정보, 기밀 정보 등) 위임된다. 대부분의 경우, 이러한 엔터티는 이 정보의 개별 정보가 보호되는 방법을 지정하고 정의한다.
"히포크라테스 데이터베이스: 개별 정보-인지 데이터베이스(Hippocratic Database: A Privacy-Aware Database)" 명의 백서 저자는 각각의 개별 정보-정책 테이블 및 개별 정보 권한 부여 테이블에 저장된 개별 정보 정책 및 개별 정보 권한으로 구성되는 메카데이터를 사용하는 데이터베이스 설계를 제안하였다. N. Ghani, Z. Sidek, 히스크라테스 데이터베이스: 개별 정보-인지 데이터베이스(Hippocratic Database: A Privacy-Aware Database), Int'l J. Computer Info. Engineering, vol. 2, No. 6 (2008)를 참조한다. 저자는 데이터베이스가 질문(query) 프로세싱 동안 개별 정보 점검을 실행하는 프레임워크를 설명한다. 예를 들어, 데이터베이스는 질문을 발행한 사용자가 데이터베이스를 액세스할 수 있는 권한이 부여되었나 여부를 점검한다. 또한, 권리가 개별 정보-권한 테이블에 명시적으로 열거된 속성만을 액세스하였나 여부를 점검한다. 또한, 데이터베이스는 질문의 목적을 포함한 속성을 갖는 데이터베이스에서의 정보만을 액세스하도록 허용한다. 따라서, 의도된 목적에 권한이 부여된 사용자만이 데이터베이스 내의 정보를 액세스할 수 있다. 그러나, 이 개별 정보-인지 데이터베이스는 자신이 위치하는 관할권의 개별 정보 제한을 고려하지 않는다. 또한, 이 데이터베이스는 여러 데이터베이스로부터의 질문에 대한 응답에서 추론할 수 있는 식별가능한 정보를 보호하지 않는다.
연합 데이터베이스 시스템은 구성 데이터베이스를 단일 연합 데이터베이스로 맵핑하는 메타-데이터베이스 관리 시스템이다. 이와 같이, 연합 데이터베이스는 가상 데이터베이스이며, 표현하는 구성 데이터베이스의 합성물이다. 연합 데이터베이스 시스템은 각 구성 데이터베이스에 질문을 송신하고 이어서 각 구성 데이터로부터 수신된 질문에 대한 응답을 조합함으로서 하나의 데이터 시스템으로 인식된다. 또한, 각 구성 데이터베이스는 다른 데이터베이스와 독립적으로 통신하거나, 그 동작을 실행 및 제어하거나, 또는 다른 데이터베이스와 그 자체를 연관시키는 (또는 분리시키는) 기능을 갖는 자율적인 데이터베이스가 될 수 있다. 그러나, 현재 연합 데이터베이스 시스템은 표현하는 관할권의 개별 정보 제한을 고려하지 않고 동일하거나 다른 관할권에서 다수의 데이터베이스로부터의 질문에 대한 응답에서 추론될 수 있는 식별가능한 정보를 보호하지 못한다.
앞서 논의된 바와 같이, 현재의 개별 정보-인식 데이터베이스 및 연합 데이터베이스 시스템은 표현하는 관할권의 개별 정보 제한을 고려하지 않는다. 그러나, 데이터베이스 사용자는 일반적으로 동일하거나 다른 관할권에서 데이터베이스로부터의 질문에 대한 응답을 조합하길 원한다. 그렇게 함으로서, 응답에 포함되거나 그에 의해 추론되는 식별가능한 정보가 어드레스 지정된 각 데이터베이스의 관할권의 개별 정보 법률에 따라 보호되지 않을 수 있다. 한 예로, 두개의 다른 데이터베이스로부터 특정한 범위의 소득 및 특정 교육 범위를 갖는 사람의 수를 카운트하는 것과 관련된 질문은 개인의 식별가능한 정보를 (예를 들면, 이름, 주민번호, 주소 등) 기반으로 질문에 대한 응답을 조합하도록 요구하고, 이는 각 데이터베이스의 관할권에서 개별 정보 제한을 위반할 수 있다. 또 다른 예에서, 제1 데이터베이스에서의 사람 리스트 (예를 들면, 사용자 식별자) 및 방문자에 (예를 들면, 사용자 식별자) 의해 인덱싱(indexing)된 방문 웹사이트의 로그에 관련된 질문은 각 데이터베이스의 관할권의 개별 정보 제한의 위반으로 (예를 들면, 서핑 습관이 US 데이터베이스에 저장된 EU 시민) 조합되지 않을 수 있다. 또 다른 예에서, 음식 습관에 대한 기대와 같은 링크에 관련된 질문은 각 데이터베이스의 관할권의 개별 정보 제한을 위반하여 응답에서의 식별가능한 정보를 기반으로, 식료품점 체인의 식료품점 쇼핑 영수증이 포함된 데이터베이스로부터의 제1 응답, 신용카드사로부터의 식당 영수증을 갖는 데이터베이스로부터의 제2 응답, 및 정부 세무서로부터 수명 기간을 포함한 데이터베이스로부터의 제3 응답을 조합할 수 있다.
따라서, 관할권 개별 정보 제한에 따라 연합 데이터베이스를 문의하기 위한 개선된 기술이 필요하다. 부가하여, 본 발명의 다른 바람직한 특성 및 특징은 첨부된 도면과 상기의 기술 분야 및 배경과 연관되어 취해진, 이어지는 상세 설명 및 실시예로부터 명백해질 것이다.
이 설명은 관할권 개별 정보 제한에 따라 연합 데이터베이스를 문의하는 방법 및 시스템의 설명을 포함한다. 또한, 본 설명은 데이터베이스에 저장된 개인 데이터의 무결성을 존중하면서 동일하거나 다른 관할권에 위치하는 데이터베이스로부터 수신된 질문에 대한 응답을 구성하거나 조합하는 새로운 기술을 설명한다. 예를 들어, 도 181은 여기서 설명된 다양한 측면에 따라 연합 데이터베이스에 질문하기 위한 시스템(100)의 한 실시예의 흐름도이다. 도 181에서, 시스템(100)은 클라이언트 노드(101) (예를 들면, 스마트폰), 연합 데이터베이스를 갖는 네트워크 노드(121) (예를 들면, 컴퓨터 서버), 및 자율적 데이터베이스를 (예를 들면, 국세청의 개인 기록) 갖는 네트워크 노드(141)를 (예를 들면, 컴퓨터 서버) 포함한다. 연합 데이터베이스는 특정한 관할권에 (예를 들면, 미국) 위치하는 하나 이상의 자율적 데이터베이스, 서브-연합 데이터베이스를 통해 직접 또는 간접적으로 표현된다.
도 181에서, 한 실시예로, 클러이언트 디바이스(101)는 자율적 데이터베이스에 저장된 식별가능한 정보에 관련된 질문, 또는 참고번호(161)로 표현된 바와 같이, 자율적 데이터베이스 및 동일한 관할권에 위치하는 또 다른 자율적 데이터베이스로부터 수신된 질문(161)에 대한 응답의 조합으로부터 결정가능한 질문을 (예를 들면, 특정한 소득 범위를 갖는 사람의 수를 식별하는) 송신한다. 연합 네트워크 노드(221)는 질문을 수신하고, 블록(123)으로 표현된 바와 같이, 그 자율적 데이터베이스의 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한을 기반으로 자율적 데이터베이스에 대한 질문에 적응한다. 연합 네트워크 노드(121)는 이어서 참고번호(163)로 표현된 바와 같이, 자율적 네트워크 노드(141)에 적응된 질문을 송신한다. 자율적 네트워크 노드(141)는 적응된 질문을 수신하고, 블록(143)으로 표현된 바와 같이, 자율적 데이터베이스로부터 적응된 질문에 대한 응답(167)을 획득한다. 자율적 네트워크 노드(141)는 참고번호(165)로 표현된 바와 같이, 연합 네트워크 노드(221)에 응답을 송신한다. 연합 네트워크 노드(121)는 블록(127)으로 표현된 바와 같이, 수신된 응답을 기반으로 질문에 대해 적응된 응답을 구성한다. 부가적으로, 연합 네트워크 노드(121)는 참고번호(171)로 표현된 바와 같이, 적응된 응답을 클라이언트 노드(101)에 송신한다.
클라이언트 노드(101)는 사용자 장비, 이동국(MS), 터미널, 셀룰러 폰, 셀룰러 핸드셋, 개인용 디지털 보조기(PDA), 스마트폰, 무선 폰, 전자수첩, 휴대용 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 테블릿 컴퓨터, 셋탑 박스, 텔레비젼, 가전, 게임 디바이스, 의료 디바이스, 디스플레이 디바이스, 측정 디바이스 등이 될 수 있다. 각 네트워크 노드(121, 141)는 컴퓨터 서버, 기지국, 코어 네트워크 노드, 휴대용 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 테블릿 컴퓨터, 셋탑 박스, 텔레비젼, 가전, 의료 디바이스, 또는 일부 다른 유사한 터미널과 같이, 네트워크에서 통신 재분배 포인트 또는 통신 엔드포인트인 컴퓨터-구현 노드가 될 수 있다.
식별가능한 정보는 특정한 개인, 장소 등과 연관된 임의의 정보가 될 수 있다. 또한, 식별가능한 정보는 개인, 비지니스, 조직, 정부 엔터티 등과 연관된 개인 정보를 포함할 수 있다. 식별가능한 정보는 또한 비밀 또는 기밀 정보를 포함할 수 있다. 기밀 정보는 승인되지 않은 제3자에게 공개되지 않을 것이라는 기대와 함께 공유되는 정보를 포함한다. 관할권은 정의된 책임 분야 내에서 특정한 개별 정보 제한을 관리하기 위해 특정한 기관에 부여하는 권한을 나타낼 수 있다 (예를 들면, 미국 연방법, 미시간 세법, 국세청, 환경보호국 등). 또한, 관할권은 연방 (예를 들면, EU), 국가, 주, 지방, 시, 카운티, 시정촌, 타운쉽 등과 같은 특정 영토와 연관될 수 있다. 개별 정보 제한은 관할권의 법률, 규칙, 또는 규정과 연관된다. 예를 들어, 개별 정보 제한은 이름, 주소, 전화번호, 재정 기록, 의료 기록, 위치, 개인 속성 등과 같은 개인 정보를 공유하는 기능을 제한하거나 한정시킬 수 있다.
도 182는 여기서 설명된 다양한 특성에 따라 연방 데이터베이스에 질문하기 위한 시스템(200)의 한 실시예의 흐름도이다. 도 182에서, 시스템(200)은 클라이언트 노드(201), 연합 데이터베이스를 갖는 네트워크 노드(221), 제1 자율적 데이터베이스를 (예를 들면, 국세청에서의 개인 기록) 갖는 네트워크 노드(241a), 및 제2 자율적 데이터베이스를 (예를 들면, 미국 인구조사국의 개인 기록) 갖는 네트워크 노드(241b)를 포함한다. 연방 데이터베이스는 동일하거나 다른 관할권에 (예를 들면, 미국) 위치하는 제1 및 제2 데이터베이스, 서브-연합 데이터베이스를 통해 직접 또는 간접적으로 표현된다.
도 182에서, 한 실시예로, 클라이언트 서버(201)는 참고번호(261)로 표현된 바와 같이, 제1 또는 제2 자율적 데이터베이스에 저장된 식별가능한 정보에 관련된, 또는 제1 및 제2 데이터베이스로부터 수신된 질문에 대한 응답의 조합으로부터 결정될 수 있는 질문을 송신한다. 연합 네트워크 노드(221)는 질문을 수신하고, 블록(223)에 의해 표현된 바와 같이, 대응하는 자율적 데이터베이스의 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한을 기반으로 식별가능한 정보에 대응하는 질문의 하나 이상의 데이터 필드를 식별한다. 질문의 하나 이상의 필드가 식별가능한 정보에 대응함을 식별한 것에 응답하여, 연합 네트워크 노드(221)는 블록(225)에 의해 표현된 바와 같이, 질문에 대해 랜덤화된 솔트(salt)를 결정한다. 연합 네트워크 노드(221)는 이어서 참고번호(263a)로 표현된 바와 같이, 질문과 솔트를 자율적 네트워크 노드(241a)에 전송한다.
본 실시예에서, 자율적 네트워크 노드(241a)는 질문과 솔트를 수신하고, 블록(243a)에 의해 표현된 바와 같이, 제1 자율적 데이터베이스로부터 질문에 대한 응답을 획득한다. 자율적 네트워크 노드(241a)는 이어서 블록(245a)에 의해 표현된 바와 같이, 솔트를 기반으로 응답의 식별가능한 정보를 익명화한다. 한 예에서, 식별가능한 정보 및 솔트는 익명화된 정보를 획득하기 위해 암호화된 해시 기능(cryptographic hash function)으로 처리된다. 자율적 네트워크 노드(241a)는 참고번호(265a)로 표현된 바와 같이, 익명화된 정보를 포함하는 응답을 연합 네트워크 노드(221)에 송신한다. 연합 네트워크 노드(221)는 블록(227)에 의해 표현된 바와 같이, 응답 및 익명화된 정보를 기반으로 질문에 대해 적응된 응답을 구성한다. 또한, 연합 네트워크 노드(221)는 참고번호(271)로 표현된 바와 같이, 적응된 응답을 클라이언트 노드(201)에 송신한다.
또 다른 실시예에서, 연합 네트워크 노드(221)는 참고번호(263a, 263b)로 표현된 바와 같이, 각 자율적 네트워크 노드(241a, 241b)에 동일한 질문 및 솔트를 송신한다. 자율적 네트워크 노드(241a, 241b)는 동일한 관할권에 있거나 다른 관할권에 있을 수 있다. 각 자율적 네트워크 노드(241a, 241b)는 질문과 솔트를 수신하고 자율적 데이터베이스를 통해 질문에 대해 대응하는 응답을 획득한다. 또한, 각 자율적 네트워크 노드(241a, 241b)는 솔트를 기반으로 대응하는 응답의 식별가능한 정보를 익명화한다. 각 자율적 네트워크 노드(241a, 241b)는 각 참고번호(265a, 265b)로 표현된 바와 같이, 익명화된 정보를 갖는 대응하는 응답을 연합 네트워크 노드(221)로 송신한다. 연합 네트워크 노드(221)는 이어서 각 응답에서 수신된 익명화된 정보를 기반으로 제1 및 제2 자율적 데이터베이스로부터의 질문에 대한 응답을 조합한다.
상기에 설명된 장치는 임의의 기능적 수단, 모듈, 유닛, 또는 회로를 구현함으로서 여기서의 방법 및 임의의 다른 프로세싱을 실행할 수 있다. 한 실시예에서, 예를 들어, 장치는 방법의 도면에 도시된 단계를 실행하도록 구성된 각 회로 또는 회로망을 포함한다. 이에 관련하여, 회로 또는 회로망은 메모리와 연관되어 특정한 기능적 프로세싱 및/또는 하나 이상의 프로세서를 실행하기 위한 전용 회로를 포함할 수 있다. 예를 들면, 회로는 하나 이상의 마이크로프로세서나 마이크로컨트롤러, 뿐만 아니라 디지털 신호 프로세서(DSP), 특수-목적의 디지털 로직 등을 포함할 수 있는 다른 디지털 하드웨어를 포함할 수 있다. 프로세싱 회로는 메모리에 저장된 프로그램 코드를 실행하도록 구성될 수 있고, 메모리는 판독-전용 메모리(ROM), 랜덤-액세스 메모리, 캐시 메모리, 플래쉬 메모리 디바이스, 광학 저장 디바이스 등과 같은 하나 또는 여러 타입의 메모리를 포함할 수 있다. 메모리에 저장된 프로그램 코드는 하나 이상의 전기통신 및/또는 데이터 통신 프로토콜을 실행하기 위한 프로그램 명령 뿐만 아니라 여러 실시예에서 설명된 하나 이상의 기술을 실행하기 위한 명령을 포함할 수 있다. 메모리를 사용하는 실시예에서, 메모리는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 여기서 설명된 기술을 실행하는 프로그램 코드를 저장한다.
도 183은 여기서 설명된 바와 같은 다양한 측면에 따라 연합 데이터베이스를 갖는 네트워크 노드(300)의 한 실시예를 설명한다. 도시된 바와 같이, 네트워크 노드(300)는 프로세싱 회로(310) 및 통신 회로(330)를 포함한다. 통신 회로(330)는 예를 들어, 임의의 통신 기술을 통하여 하나 이상의 다른 노드에 또한/또는 그로부터 정보를 전송 및/또는 수신하도록 구성된다. 프로세싱 회로(310)는 메모리(320)에 저장된 명령을 실행함으로서, 상기에 설명된 프로세싱을 실행하도록 구성된다. 이에 관련하여, 프로세싱 회로(310)는 특정한 기능적 수단, 유닛, 또는 모듈을 구현할 수 있다.
도 184는 여기서 설명된 바와 같은 다양한 측면에 따라 연합 데이터베이스를 갖는 네트워크 노드(400)의 또 다른 실시예를 설명한다. 도시된 바와 같이, 네트워크 노드(400)는 다양한 기능적 수단, 유닛이나 모듈 (예를 들면, 도 183에서의 프로세싱 회로(310)를 통해, 소프트웨어 코드를 통해), 또는 회로를 구현한다. 한 실시예에서, 이러한 기능적 수단, 유닛, 모듈, 또는 회로는 (예를 들면, 여기서의 방법을 구현하기 위한) 예를 들어: 적어도 하나의 자율적 데이터베이스에 저장된 식별가능한 정보에 관련되는, 또는 적어도 두개의 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스로부터 수신된 질문에 대한 응답의 조합에서 결정가능한 질문을 획득하는 획득 유닛(413); 그 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스의 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한(431)을 기반으로 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스에 대해 질문을 적응시키는 적응 유닛(415); 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스에, 그 데이터베이스에 대해 적응된 질문을 송신하는 송신 유닛(421); 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스로부터, 대응하는 적응된 질문에 대한 응답을 수신하는 수신 유닛(411); 및 적응된 응답이 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스의 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한(431)을 충족시키도록 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스로부터 수신된 대응하는 적응된 질문에 대한 응답을 기반으로 질문에 대해 적응된 응답을 구성하는 구성 유닛(413)을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 이러한 기능적 수단, 유닛, 모듈, 또는 회로는 예를 들어: 적어도 하나의 자율적 데이터베이스에 저장된 식별가능한 정보에 관련되는, 또는 적어도 두개의 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스로부터 수신된 질문에 대한 응답의 조합에서 결정가능한 질문을 획득하는 획득 유닛(413); 질문에 대해 랜덤화된 솔트를 결정하는 솔트 결정 유닛(419); 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스에, 그 데이터베이스에 대해 적응된 질문을 송신하는 송신 유닛(421); 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스로부터, 대응하는 적응된 질문에 대한 응답을 수신하는 수신 유닛(411); 및 각 응답에서 수신된 익명화된 정보를 기반으로 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스로부터 적응된 질문에 대한 응답을 조합하는 조합 유닛(425)을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 이러한 기능적 수단, 유닛, 모듈, 또는 회로는 예를 들어, 그 데이터베이스의 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한(431)을 기반으로 식별가능한 정보에 대응하는 질문의 하나 이상의 데이터 필드를 식별하는 식별 유닛(417)을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 이러한 기능적 수단, 유닛, 모듈, 또는 회로는 예를 들어, 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스로부터, 그 데이터베이스의 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한(431)에 따라 그 데이터베이스에 질문하는 연합 데이터베이스에 권한을 부여하는 그 데이터베이스로부터의 인증 키(433)를 수신하는 수신 유닛(411)을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 이러한 기능적 수단, 유닛, 모듈, 또는 회로는 예를 들어, 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스로부터, 그 데이터베이스의 대응하는 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한(431)을 수신하는 수신 유닛(411)을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 이러한 기능적 수단, 유닛, 모듈, 또는 회로는 예를 들어, 클라이언트 디바이스에, 적응된 응답을 송신하는 송신 유닛(421)을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 이러한 기능적 수단, 유닛, 모듈, 또는 회로는 예를 들어, 익명화된 정보로부터 식별가능한 정보를 결정하는 기능이 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스로부터 익명화된 정보를 수신하는 단계와 솔트를 삭제하는 단계 사이에서만 일어나도록 응답을 조합하는 것에 응답하여 질문에 대한 솔트를 삭제하는 삭제 유닛(427)을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 이러한 기능적 수단, 유닛, 모듈, 또는 회로는 예를 들어, 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한을 획득하는 제한 획득 유닛(431)을 포함할 수 있다.
도 185는 여기서 설명된 바와 같은 다양한 측면에 따라, 동일하거나 다른 관할권에 위치하는 하나 이상의 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스를 나타내는 연합 데이터베이스를 갖는 네트워크 노드에 의해 실행되는 방법(500a)의 한 실시예를 설명한다. 도 185에서, 방법(500a)은 예를 들어, 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스로부터, 그 데이터베이스의 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한에 따라 그 데이터베이스에 질문하는 연합 데이터베이스에 권한을 부여하는 데이터베이스로부터의 인증 키를 수신하는 단계를 포함한 블록(501a)에서 시작될 수 있다. 또한, 방법(500a)은 블록(503a)을 참조로, 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스로부터, 그 데이터베이스의 대응하는 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한을 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 블록(505a)에서, 방법(500a)은 적어도 하나의 자율적 데이터베이스에 저장된 식별가능한 정보에 관련되는, 또는 적어도 두개의 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스로부터 수신된 질문에 대한 응답의 조합에서 결정가능한 질문을 획득하는 단계를 (예를 들면, 클라이언트 디바이스로부터 수신하는 단계) 포함한다. 또한, 방법(500a)은 블록(507a)을 참조로, 그 데이터베이스의 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한을 기반으로 식별가능한 정보에 대응하는 질문의 하나 이상의 데이터 필드를 식별하는 단계를 포함할 수 있다.
도 185의 블록(509a)에서, 방법(500a)은 식별가능한 정보를 식별하는 단계에 응답하여, 그 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스의 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한을 기반으로 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스에 대한 질문을 적응시키는 단계를 포함한다. 블록(511a)에서, 방법(500a)은 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스에, 그 데이터베이스에 대해 적응된 질문을 송신하는 단계를 포함한다. 블록(513a)에서, 방법(500a)은 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스로부터, 대응하는 적응된 질문에 대한 응답을 수신하는 단계를 포함한다. 블록(515a)에서, 방법(500a)은 적응된 응답이 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스의 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한을 충족시키도록 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스로부터 수신된 대응하는 적응된 질문에 대한 응답을 기반으로 적응된 응답을 구성하는 단계를 포함한다. 또한, 방법(500a)은 블록(517a)에 의해 표현된 바와 같이, 적응된 응답을 클라이언트 디바이스에 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
도 186은 여기서 설명된 바와 같은 다양한 측면에 따라, 동일하거나 다른 관할권에 위치하는 하나 이상의 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스를 나타내는 연합 데이터베이스를 갖는 네트워크 노드에 의해 실행되는 방법(500b)의 한 실시예를 설명한다. 도 186에서, 방법(500b)은 예를 들어, 적어도 하나의 자율적 데이터베이스에 저장된 식별가능한 정보에 관련되는, 또는 적어도 두개의 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스로부터 수신된 질문에 대한 응답의 조합에서 결정가능한 질문을 획득하는 단계를 포함한 블록(505b)에서 시작될 수 있다. 또한, 방법(500b)은 블록(507b)에 의해 표현된 바와 같이, 그 데이터베이스의 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한을 기반으로 식별가능한 정보에 대응하는 질문의 하나 이상의 데이터 필드를 식별하는 단계를 포함할 수 있다. 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스에 대해 적응된 질문은 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스가 솔트를 기반으로 질문에 대한 각 응답에서 식별가능한 정보를 익명화하게 동작할 수 있도록 질문 및 랜덤화된 솔트를 포함한다. 따라서, 블록(509b)에서, 방법(500b)은 질문에 대한 솔트를 결정하는 단계를 포함한다. 블록(511b)에서, 방법(500b)은 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스에, 질문과 솔트를 송신하는 단계를 포함한다. 블록(513b)에서, 방법(500b)은 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스로부터, 솔트를 기반으로 익명화된 각 응답에서의 식별가능한 정보를 포함하는 질문에 대한 응답을 수신하는 단계를 포함한다. 블록(515b)에서, 방법(500b)은 각 응답에서 수신된 익명화된 정보를 기반으로 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스로부터의 적응된 질문에 대한 응답을 조합하는 단계를 포함한다. 또한, 방법은 블록(519b)에 의해 표현된 바와 같이, 익명화된 정보로부터 식별가능한 정보를 결정하는 기능이 각 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스로부터 익명화된 정보를 수신하는 단계와 솔트를 삭제하는 단계 사이에서만 일어나도록 응답을 조합하는 것에 응답하여 질문에 대한 솔트를 삭제하는 단계를 포함할 수 있다.
도 187은 여기서 설명된 바와 같은 다양한 측면에 따라, 자율적 데이터베이스(640)를 갖는 네트워크 노드(600)의 한 예를 설명한다. 도시된 바와 같이, 네트워크 노드(600)는 프로세싱 회로(610), 통신 회로(620), 및 자율적 데이터베이스(640)를 포함한다. 통신 회로(620)는 예를 들어, 임의의 통신 기술을 통해 하나 이상의 다른 노드에 또한/또는 그로부터 정보를 전송 및/또는 수신하도록 구성된다. 프로세싱 회로(610)는 메모리(630)에 저장된 명령을 실행함으로서 프로세싱을 실행하도록 구성된다. 또한, 프로세싱 회로(610)는 자율적 데이터베이스(640)와 연관된 프로세싱을 실행하도록 구성된다. 이와 관련하여, 프로세싱 회로(610)는 특정한 기능적 수단, 유닛, 또는 모듈을 구현할 수 있다.
도 188은 여기서 설명된 바와 같은 다양한 측면에 따라, 자율적 데이터베이스(735)를 갖는 네트워크 노드(700)의 또 다른 예를 설명한다. 도시된 바와 같이, 네트워크 노드(700)는 다양한 기능적 수단, 유닛이나 모듈 (예를 들면, 도 187에서의 프로세싱 회로(610)를 통해, 소프트웨어 코드를 통해), 또는 회로를 구현한다. 한 실시예에서, 이러한 기능적 수단, 유닛, 모듈, 또는 회로는 (예를 들면, 여기서의 방법을 구현하기 위한) 예를 들어: 연합 또는 서브-연합 데이터베이스로부터, 질문 및 질문에 대해 랜덤화된 솔트를 수신하는 수신 유닛(711); 식별가능한 정보를 갖는 응답으로 자율적 데이터베이스(735)로부터 질문에 대한 응답을 획득하는 응답 획득 유닛(713); 수신된 솔트를 기반으로 응답의 식별가능한 정보를 익명화하는 익명화 유닛(715); 및 응답이 자율적 데이터베이스의 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한(731)를 충족시키도록 연합 또는 서브-연합 데이터베이스에, 익명화된 정보를 갖는 응답을 송신하는 송신 유닛(717)을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 이러한 기능적 수단, 유닛, 모듈, 또는 회로는 예를 들어: 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한에 따라 자율적 데이터베이스(735)에 질문하도록 연합 또는 서브-연합 데이터베이스에 권한을 부여하는 인증 키(733)를 획득하는 키 획득 유닛(721); 연합 또는 서브-연합 데이터베이스에, 인증 키(733)를 송신하는 송신 유닛(717); 연합 또는 서브-연합 데이터베이스로부터, 질문, 질문에 대해 랜덤화된 솔트, 및 키를 수신하는 수신 유닛(711); 수신된 키 및 인증 키(733)를 기반으로 연합 또는 서브-연합 데이터베이스가 자율적 데이터베이스(735)에 질문하도록 권한이 부여되었나 여부를 결정하는 인증 결정 유닛(719)을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 이러한 기능적 수단, 유닛, 모듈, 또는 회로는 예를 들어: 자율적 데이터베이스(735)의 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한(731)을 획득하는 제한 획득 유닛(723); 및 연합 또는 서브-연합 데이터베이스에, 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한(731)을 송신하는 송신 유닛(717)을 포함할 수 있다.
도 189는 여기서 설명된 바와 같은 다양한 측면에 따라, 연합 또는 서브-연합 데이터베이스에 의해 표현되는, 특정한 관할권에서 자율적 데이터베이스를 갖는 네트워크 노드에 의해 실행되는 방법(800a)의 한 실시예를 설명한다. 도 189에서, 방법(800a)은 예를 들어, 연합 또는 서브-연합 데이터베이스로부터, 질문 및 질문에 대해 랜덤화된 솔트를 수신하는 단계를 포함하는 블록(801a)에서 시작될 수 있다. 또한, 질문은 자율적 데이터베이스에 저장된 식별가능한 정보에 관련되거나, 연합 또는 서브-연합 데이터베이스에 의해 표현되는 하나 이상의 다른 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스 및 자율적 데이터베이스로부터 연합 또는 서브-연합 데이터베이스에 의해 수신되는 질문에 대한 응답의 조합에서 결정가능하다. 또한, 방법(800a)은 블록(803a)에 의해 표현된 바와 같이, 식별가능한 정보를 갖는 응답으로 자율적 데이터베이스로부터 질문에 대한 응답을 획득하는 단계를 포함한다. 또한, 방법(800a)은 블록(805a)에 의해 표현된 바와 같이, 수신된 솔트를 기반으로 응답의 식별가능한 정보를 익명화하는 단계를 포함한다. 부가하여, 방법(800a)은 블록(807a)에 의해 표현된 바와 같이, 응답이 자율적 데이터베이스의 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한을 충족시키도록 연합 또는 서브-연합 데이터베이스에 익명화된 정보를 갖는 응답을 송신하는 단계를 포함한다.
도 190은 여기서 설명된 바와 같은 다양한 측면에 따라, 연합 또는 서브-연합 데이터베이스에 의해 표현되는, 특정한 관할권에서 자율적 데이터베이스를 갖는 네트워크 노드에 의해 실행되는 방법(800b)의 한 실시예를 설명한다. 도 190에서, 방법(800b)은 예를 들어, 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한에 따라 자율적 데이터베이스에 질문하도록 연합 또는 서브-연합 데이터베이스에 권한을 부여하는 인증 키를 획득하는 단계를 포함하는 블록(801b)에서 시작될 수 있다. 또한, 방법(800b)은 블록(803b)에 의해 표현된 바와 같이, 연합 또는 서브-연합 데이터베이스에, 인증 키를 송신하는 단계를 포함한다. 블록(805b)에서, 방법(800b)은 자율적 데이터베이스의 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한을 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 방법(800b)은 블록(807b)에 의해 표현된 바와 같이, 연합 또는 서브-연합 데이터베이스에, 관할권에 대한 하나 이상의 개별 정보 제한을 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
도 190의 블록(809b)에서, 방법(800b)은 연합 또는 서브-연합 데이터베이스로부터, 질문, 질문에 대해 랜덤화된 솔트, 및 키를 수신하는 단계를 포함한다. 질문은 자율적 데이터베이스에 저장된 식별가능한 정보에 관련되거나, 연합 또는 서브-연합 데이터베이스에 의해 표현되는 하나 이상의 다른 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스 및 자율적 데이터베이스로부터 연합 또는 서브-연합 데이터베이스에 의해 수신되는 질문에 대한 응답의 조합에서 결정가능하다. 또한, 방법(800b)은 블록(811b)에 의해 표현된 바와 같이, 수신된 키 및 인증 키를 기반으로 연합 또는 서브-연합 데이터베이스가 자율적 데이터베이스에 질문하도록 권한이 부여되었나 여부를 결정하는 단계를 포함한다. 연합 또는 서브-연합 데이터베이스가 자율적 데이터베이스에 질문하도록 권한이 부여됨을 결정한 것에 응답하여, 방법(800b)은 블록(813b)에 의해 표현된 바와 같이, 질문에 대한 응답을 획득하고, 수신된 솔트를 기반으로 응답의 식별가능한 정보를 익명화하고, 또한 연합 또는 서브-연합 데이터베이스에 익명화된 정보를 갖는 응답을 전송하는 단계를 포함한다.
도 191은 여기서 설명된 바와 같은 다양한 측면에 따라, 연합 데이터베이스에 질문하기 위한 시스템(900)의 또 다른 실시예를 설명한다. 도 191에서, 시스템(900)은 특정한 관할권에 위치하는 자율적 데이터베이스를 갖는 네트워크 노드(941a) 및 연합 데이터베이스를 갖는 네트워크 노드(901)를 포함한다. 연합 네트워크 노드(901)는 블록(903)에 의해 표현된 바와 같이, 자율적 네트워크 노드(941a)에 질문 및 선택적인 키를 송신한다. 또한, 키는 그 자율적 데이터베이스의 관할권에 대한 개별 정보 제한에 따라 자율적 디바이스에 질문하도록 연합 또는 서브-연합 데이터베이스에 권한을 부여하는데 사용된다.
도 191에서, 자율적 네트워크 노드(941a)는 블록(943a)에 의해 표현된 바와 같이, 질문 및 선택적인 키를 수신한다. 자율적 네트워크 노드(941a)는 블록(945a)에 의해 표현된 바와 같이, 자율적 네트워크 노드(941a)에 저장된 인증 키 및 수신된 키를 기반으로 질문이 인증되었나 여부를 결정할 수 있다. 자율적 네트워크 노드(941a)는 블록(947a)에 의해 표현된 바와 같이, 자율적 데이터베이스로부터 질문에 대한 응답을 획득한다. 또한, 자율적 네트워크 노드(941a)는 블록(949a)에 의해 표현된 바와 같이, 연합 네트워크 노드(901)에 질문에 대한 응답을 송신한다. 연합 네트워크 노드(901)는 각 블록(905, 909)에 의해 표현된 바와 같이, 응답을 수신하고, 수신된 응답을 기반으로 질문에 대해 적응된 응답을 구성하고, 적응된 응답을 예를 들어, 클라이언트 디바이스에 송신한다.
또 다른 실시예에서, 연합 네트워크 노드(901)는 자율적 네트워크 노드(941a, 941b)에 질문 및 선택적인 키를 송신한다. 자율적 네트워크 노드(941a, 941b)는 동일한 관할권 또는 다른 관할권에 위치할 수 있다. 각 자율적 네트워크 노드(941a, 941b)는 질문 및 선택적인 키를 수신하고, 자율적 네트워크 노드(941a, 941b)에 저장된 인증 키 및 수신된 키를 기반으로 질문이 인증되었나 여부를 결정할 수 있다. 각 자율적 네트워크 노드(941a, 941b)는 자율적 데이터베이스로부터 질문에 대한 응답을 획득하고 그 응답을 연합 네트워크 노드(901)에 송신한다. 연합 네트워크 노드(901)는 각 블록(905, 909)에 의해 표현된 바와 같이, 각 응답을 수신하고, 질문에 대한 응답을 조합한다. 연합 네트워크 노드(901)는 이어서 블록(909)에 의해 표현된 바와 같이, 조합된 응답을 예를 들어, 클라이언트 디바이스에 송신할 수 있다.
도 192는 여기서 설명된 바와 같은 다양한 측면에 따라, 연합 데이터베이스에 질문하기 위한 시스템(1000)의 또 다른 실시예를 설명한다. 도 192에서, 시스템(1000)은 특정한 관할권과 연관된 서브-연합 데이터베이스를 갖는 네트워크 노드(1021), 및 그 특정한 관할권과 연관된 자율적 데이터베이스를 갖는 네트워크 노드(1041)를 포함한다. 연합 네트워크 노드(1001)는 블록(1003)에 의해 표현된 바와 같이, 서브-연합 네트워크 노드(1021)에 질문 및 선택적인 키를 송신한다.
도 192에서, 서브-연합 네트워크 노드(1021)는 블록(1023)에 의해 표현된 바와 같이, 질문 및 선택적인 키(1061)를 수신한다. 서브-연합 네트워크 노드(1021)는 블록(1025)에 의해 표현된 바와 같이, 그 데이터베이스에 대해 적응된 질문을 획득하도록 질문의 데이터 필드 및 그 데이터베이스의 개별 정보 제한을 기반으로 각 자율적 데이터베이스에 대해 질문을 분할하거나 적응시키는 것을 결정할 수 있다. 서브-연합 네트워크 노드(1021)는 블록(1025)에 의해 표현된 바와 같이, 질문 또는 적응된 질문, 및 선택적인 키를 송신한다. 자율적 네트워크 노드(1041)는 블록(1043)에 의해 표현된 바와 같이, 질문 또는 적응된 질문, 및 선택적인 키를 수신한다. 또한, 자율적 네트워크 노드(1041)는 블록(1045)에 의해 표현된 바와 같이, 수신된 키 및 네트워크 노드(1041)에 저장된 인증 키를 기반으로 질문 또는 적응된 질문이 인증되는가 여부를 결정할 수 있다. 자율적 네트워크 노드(1041)는 이어서, 블록(1047)에 의해 표현된 바와 같이, 자율적 데이터베이스로부터 질문 또는 적응된 질문에 대한 응답을 획득한다. 자율적 네트워크 노드(1041)는 블록(1049)에 의해 표현된 바와 같이, 서브-연합 네트워크 노드(1021)에 응답을 송신한다.
또한, 서브-연합 네트워크 노드(1021)는 블록(1029)에 의해 표현된 바와 같이, 응답을 수신하고, 수신된 응답을 기반으로 응답을 구성한다 (또는, 자율적 데이터베이스를 갖는 하나 이상의 네트워크 노드로부터 수신된 응답을 조합한다). 서브-연합 네트워크 노드(1021)는 블록(1031)에 의해 표현된 바와 같이, 또 다른 데이터베이스를 업데이트하거나, 관련된 데이터베이스 모델을 (예를 들면, ML 모델) 적용하거나, 표시를 (예를 들면, 문자 메시지, 이메일) 송신하는 등과 같이, 관할권에 의해 허용되는 다른 기능을 실행할 수 있다. 서브-연합 네트워크 노드(1021)는 블록(1033)에 의해 표현된 바와 같이, 연합 네트워크 노드(1001)에 응답을 송신한다. 연합 네트워크 노드(1001)는 응답(1063)을 수신하고, 수신된 응답(1063)을 기반으로 응답을 구성한다 (또는, 자율적 데이터베이스를 갖는 하나 이상의 네트워크 노드로부터 수신된 응답을 조합한다). 연합 네트워크 노드(1001)는 구성된 응답을 (또는 조합된 응답) 송신할 수 있다.
도 193은 여기서 설명된 바와 같은 다양한 측면에 따라, 연합 데이터베이스에 질문하기 위한 시스템(1100)의 또 다른 실시예를 설명한다. 도 193에서, 시스템(1100)은 연합 또는 서브-연합 데이터베이스를 갖는 네트워크 노드(1101), 및 그 특정한 관할권에 위치하는 자율적 데이터베이스를 갖는 네트워크 노드(1141a)를 포함한다. 서브/연합 네트워크 노드(1101)는 블록(1103)에 의해 표현된 바와 같이, 자율적 네트워크 노드(1141a)에 질문, 질문에 대해 랜덤화된 솔트, 및 선택적인 키(1161a)를 송신한다.
도 193에서, 자율적 네트워크 노드(1141a)는 블록(1143a)에 의해 표현된 바와 같이, 질문, 랜덤화된 솔트, 및 선택적인 키를 수신한다. 자율적 네트워크 노드(1141a)는 블록(1145a)에 의해 표현된 바와 같이, 수신된 키 및 자율적 네트워크 노드(1141a)에 저장된 인증 키를 기반으로 질문이 인증되었나 여부를 결정할 수 있다. 자율적 네트워크 노드(1141a)는 블록(1147a)에 의해 표현된 바와 같이, 자율적 데이터베이스로부터 질문에 대한 응답을 획득한다. 또한, 자율적 네트워크 노드(1141a)는 블록(1149a)에 의해 표현된 바와 같이, 수신된 솔트를 기반으로 응답에서의 식별가능한 정보를 익명화한다. 자율적 네트워크 노드(1141a)는 이어서, 블록(1151a)에 의해 표현된 바와 같이, 서브/연합 네트워크 노드(1101)에 익명화된 정보를 갖는 응답을 송신한다. 서브/연합 네트워크 노드(1101)는 블록(1105)에 의해 표현된 바와 같이, 응답을 수신한다. 또한, 서브/연합 네트워크 노드(1101)는 블록(1109)에 의해 표현된 바와 같이, 수신된 응답 및 익명화된 정보를 기반으로 응답을 구성한다. 서브/연합 네트워크 노드(1101)는 이어서 블록(1109)에 의해 표현된 바와 같이, 구성된 응답을 송신할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 연합 네트워크 노드(1101)는 자율적 네트워크 노드(1141a, 1141b)에 질문, 랜덤화된 솔트, 및 선택적인 키를 송신한다. 자율적 네트워크 노드(1141a, 1141b)는 동일한 관할권 또는 다른 관할권에 위치할 수 있다. 각 자율적 네트워크 노드(1141a, 1141b)는 질문, 랜덤화된 솔트, 및 선택적인 키를 수신하고, 수신된 키 및 자율적 네트워크 노드(1141a, 1141b)에 저장된 인증 키를 기반으로 질문이 인증되었나 여부를 결정할 수 있다. 각 자율적 네트워크 노드(1141a, 1141b)는 자율적 데이터베이스로부터 질문에 대한 응답을 획득한다. 또한, 각 자율적 네트워크 노드(1141a, 1141b)는 수신된 솔트를 기반으로 응답에서의 식별가능한 정보를 익명화한다. 각 자율적 네트워크 노드(1141a, 1141b)는 이어서 연합 네트워크 노드(1101)에 익명화된 정보를 갖는 응답을 송신한다. 연합 네트워크 노드(1101)는 각 블록(1105, 1107)에 의해 표현된 바와 같이, 각 응답을 수신하고, 익명화된 정보를 기반으로 질문에 대한 응답을 조합한다. 연합 네트워크 노드(1101)는 이어서 블록(1109)에 의해 표현된 바와 같이, 조합된 응답을 예를 들어, 클라이언트 디바이스에 송신할 수 있다.
도 194는 여기서 설명된 바와 같은 다양한 측면에 따라, 연합 데이터베이스에 질문하기 위한 시스템(1200)의 또 다른 실시예를 설명한다. 도 194에서, 연합 데이터베이스(1201)는 관할권(1203)에 위치한다. 연합 데이터베이스(1201)는 각 관할권(1213, 1223)에 위치하는 서브-연합 데이터베이스(1211, 1221)를 나타낸다. 또한, 각 서브-연합 데이터베이스(1211, 1221)는 각 관할권(1211, 1221)에 위치하는 각 자율적 데이터베이스(1215-1217, 1225-1227)를 나타낸다. 연합 데이터베이스(1201)는 또한 서브-연합 데이터베이스(1211, 1221)를 통해 각 자율적 데이터베이스를 나타낸다.
한 실시예에서, 연합 데이터베이스(1201)는 하나 이상의 제1 개별 정보 제한을 갖는 제1 관할권(1213)에 위치하는 하나 이상의 제1 자율적 데이터베이스(1215-1217)를 갖는 제1 서브-연합 데이터베이스(1211)를 나타낸다.
부가하여 또는 대안적으로, 연합 데이터베이스(1201)는 하나 이상의 제2 개별 정보 제한을 갖는 제2 관할권(1223)에 위치하는 하나 이상의 제2 자율적 데이터베이스(1225-1227)를 갖는 제2 서브-연합 데이터베이스(1223)를 나타낸다.
또 다른 실시예에서, 연합 데이터베이스(1201)는 하나 이상의 개별 정보 제한을 갖는 특정한 관할권(1213)에 위치하는 단일 자율적 데이터베이스(1215)를 나타낸다.
또 다른 실시예에서, 연합 데이터베이스(1201)는 하나 이상의 개별 정보 제한을 갖는 동일한 관할권(1213)에 위치하는 다수의 자율적 데이터베이스(1215-1217)를 나타낸다.
또 다른 실시예에서, 연합 데이터베이스(1201)는 하나 이상의 다른 개별 정보 제한을 갖는 다른 관할권(1213, 1223)에 위치하는 다수의 자율적 데이터베이스(1215-1217, 1225-1227)를 나타낸다.
도 195는 여기서 설명된 바와 같은 다양한 측면에 따른 네트워크 노드의 또 다른 실시예를 설명한다. 일부 예에서, 네트워크 노드(1300)는 서버, 기지국, 코어 네트워크 노드, 휴대용 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 테블릿 컴퓨터, 셋탑 박스, 텔레비젼, 가전, 의료 디바이스, 또는 일부 다른 유사한 터미널로 칭하여질 수 있다. 다른 예에서, 네트워크 노드(1300)는 하드웨어 구성성분의 세트가 될 수 있다. 도 195에서, 네트워크 노드(1300)는 무선 주파수(RF) 인터페이스(1309), 네트워크 연결 인터페이스(1311), 랜덤 액세스 메모리(RAM)(1317), 판독 전용 메모리(ROM)(1319), 저장 매체(1331) 등을 포함하는 메모리(1315), 통신 서브시스템(1351), 전원(1333), 또 다른 구성성분이나 그들의 임의의 조합과 동작가능하게 연결된 프로세서(1301)을 포함하도록 구성될 수 있다. 메모리(1315)는 하나 이상의 데이터베이스를 저장하는데 사용될 수 있다. 저장 매체(1331)는 운영 시스템(1333), 애플리케이션 프로그램(1335), 데이터 또는 데이터베이스(1337) 등을 포함할 수 있다. 특정한 디바이스는 도 13에 도시된 모든 구성성분 또는 구성성분의 서브세트만을 사용할 수 있고, 집적도는 디바이스에 따라 변할 수 있다. 또한, 특정한 디바이스는 다수의 프로세서, 메모리, 송수신기, 전송기, 수신기 등과 같은 다수의 구성성분 예를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 디바이스가 프로세서와 메모리를 포함하도록 구성될 수 있다.
도 195에서, 프로세서(1301)는 컴퓨터 명령 및 데이터를 처리하도록 구성될 수 있다. 프로세서(1301)는 메모리에 기계-판독가능한 컴퓨터 프로그램으로 저장된 기계 명령을 실행하도록 동작하는 임의의 시퀀스 상태 기계로 구성될 수 있고, 예를 들면, 하나 이상의 하드웨어-구현 상태 기계 (예를 들면, 이산적인 로직, FPGA, ASIC 등); 적절한 펌웨어를 갖춘 프로그램가능한 로직; 마이크로프로세서나 디지털 신호 처리기(DSP)와 같이, 적절한 소프트웨어를 갖춘 하나 이상의 저장-프로그램, 범용 프로세서; 또는 상기의 임의의 조합이 될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(1301)는 두개의 컴퓨터 프로세서를 포함할 수 있다. 한 정의에서, 데이터는 컴퓨터에 의해 사용되기 적절한 형태의 정보이다. 종래 기술에 숙련된 자는 본 발명의 주제가 다양한 운영 시스템 또는 운영 시스템의 조합을 사용하여 구현될 수 있음을 인식하게 됨을 주목하는 것이 중요하다.
도 195에서, RF 인터페이스(1309)는 전송기, 수신기, 및 안테나와 같은 RF 구성성분에 통신 인터페이스를 제공하도록 구성될 수 있다. 네트워크 연결 인터페이스(1311)는 네트워크(1343a)에 통신 인터페이스를 제공하도록 구성될 수 있다. 네트워크(1343a)는 근거리 네트워크(LAN), 광역 네트워크(WAN), 컴퓨터 네트워크, 무선 네트워크, 전기통신 네트워크, 또 다른 유사한 네트워크, 또는 그들의 임의의 조합과 같은 유선 및 무선 통신 네트워크를 포함할 수 있다. 예를 들어, 네트워크(1343a)는 Wi-Fi 네트워크가 될 수 있다. 네트워크 연결 인터페이스(1311)는 이더넷, TCP/IP, SONET, ATM 등과 같이, 개발될 수 있는 또는 종래 기술에서 공지된 하나 이상의 통신 프로토콜에 따라, 통신 네트워크를 통해 하나 이상의 다른 노드와 통신하는데 사용되는 수신기 및 전송기 인터페이스를 포함하도록 구성될 수 있다. 네트워크 연결 인터페이스(1311)는 통신 네트워크 링크에 적절한 (예를 들면, 광학적, 전기적 등) 수신기 및 전송기 기능을 구현할 수 있다. 수신기 및 전송기 기능은 회로 구성성분, 소프트웨어, 또는 펌웨어를 공유할 수 있거나, 대안적으로 분리되어 구현될 수 있다.
본 실시예에서, RAM(1317)은 운영 시스템, 애플리케이션 프로그램, 및 디바이스 드라이버와 같은 소프트웨어 프로그램을 실행하는 동안 데이터 또는 컴퓨터 명령의 저장 또는 캐싱(caching)을 제공하도록 버스(1303)를 통해 프로세서(1301)에 인터페이스되도록 구성될 수 있다. ROM(1319)은 프로세서(1301)에 컴퓨터 명령 또는 데이터를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, ROM(1319)은 기본 입력 및 출력(I/O), 시동, 또는 비휘발성 메모리에 저장된 키보드로부터의 키스트로크 수신과 같은 기본적인 시스템 기능을 위해 불변하는 저-레벨 시스템 코드 또는 데이터가 되도록 구성될 수 있다. 저장 매체(1331)는 RAM, ROM, 프로그램가능 판독-전용 메모리(PROM), 삭제가능한 프로그램가능 판독-전용 메모리(EPROM), 전기적으로 삭제가능한 프로그램가능 판독-전용 메모리(EEPROM), 자기 디스크, 광학 디스크, 플로피 디스크, 하드 디스크, 제거가능한 카트리지, 플래쉬 드라이브와 같은 메모리를 포함하도록 구성될 수 있다. 한 예에서, 저장 매체(1331)는 운영 시스템(1333), 웹 브라우저 애플리케이션, 위젯(widget)이나 가젯(gadget) 엔진, 또는 또 다른 애플리케이션과 같은 애플리케이션 프로그램(1335), 및 데이터 파일(1337)을 포함하도록 구성될 수 있다.
도 195에서, 프로세서(1301)는 통신 서브시스템(1351)을 사용하여 네트워크(1343b)와 통신하도록 구성될 수 있다. 네트워크(1343a) 및 네트워크(1343b)는 동일한 네트워크이거나 다른 네트워크가 될 수 있다. 통신 서브시스템(1351)은 네트워크(1343b)와 통신하는데 사용되는 하나 이상의 송수신기를 포함하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 송수신기는 IEEE 802.xx, CDMA, WCDMA, GSM, LTE, NR, NB IoT, UTRAN, WiMax 등과 같이, 개발될 수 있거나 종래 기술에서 공지된 하나 이상의 통신 프로토콜에 따라, 또 다른 네트워크 노드나 클라이언트 디바이스의 하나 이상의 원격 송수신기와 통신하는데 사용될 수 있다.
또 다른 예에서, 통신 서브시스템(1351)은 IEEE 802.xx, CDMA, WCDMA, GSM, LTE, NR, NB IoT, UTRAN, WiMax 등과 같이, 개발될 수 있거나 종래 기술에서 공지된 하나 이상의 통신 프로토콜에 따라, 또 다른 네트워크 노드나 클라이언트 디바이스의 하나 이상의 원격 송수신기와 통신하는데 사용되는 하나 이상의 송수신기를 포함하도록 구성될 수 있다. 각 송수신기는 각각 RAN 링크에 적절한 (예를 들면, 주파수 할당 등) 전송기 또는 수신기 기능을 구현하도록 전송기(1353) 또는 수신기(1355)를 포함할 수 있다. 또한, 각 송수신기의 전송기(1353) 및 수신기(1355)는 회로 구성성분, 소프트웨어, 또는 펌웨어를 공유하거나 대안적으로 분리되어 구현될 수 있다.
현재 실시예에서, 통신 서브시스템(1351)의 통신 기능은 데이터 통신, 음성 통신, 멀티미디어 통신, 블루투스와 같은 단거리 통신, 근거리 통신, 위치를 결정하는 글로벌 위치지정 시스템(GPS)의 사용과 같은 위치-기반의 통신, 또 다른 유사한 통신 기능이나 그들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 통신 서브시스템(1351)은 셀룰러 통신, Wi-Fi 통신, 블루투스 통신, 및 GPS 통신을 포함할 수 있다. 네트워크(1343b)는 근거리 네트워크(LAN), 광역 네트워크(WAN), 컴퓨터 네트워크, 무선 네트워크, 전기통신 네트워크, 또 다른 유사한 네트워크나 그들의 임의의 조합과 같은 유선 및 무선 통신 네트워크를 포함할 수 있다. 예를 들면, 네트워크(1343b)는 셀룰러 네트워크, Wi-Fi 네트워크, 및 근거리 네트워크가 될 수 있다. 전원(1313)은 네트워크 노드(1300)의 구성성분에 교류(AC) 또는 직류(DC) 전력을 제공하도록 구성될 수 있다.
도 195에서, 저장 매체(1331)는 독립 디스크의 중복 어레이(RAID), 플로피 디스크 드라이브, 플래쉬 메모리, USB 플래쉬 드라이브, 외부 하드 디스크 드라이브, 텀 드라이브, 펜 드라이브, 키 드라이브, 고밀도 디지털 다목적 디스크(HD-DVD) 광학 디스크 드라이브, 내부 하드 디스크 드라이브, 블루-레이 광학 디스크 드라이브, 홀로그래픽 디지털 데이터 저장(HDDS) 광학 디스크 드라이브, 외부 미니-듀얼 인-라인 메모리 모듈(DIMM) 동기화 동적 랜덤 액세스 메모리(SDRAM), 외부 마이크로-DIMM SDRAM, 가입자 신원 모듈이나 제거가능한 사용자 신원(SIM/RUIM) 모듈과 같은 스마트카드 메모리, 다른 메모리나 그들의 임의의 조합과 같은, 다수의 물리적 드라이브 유닛을 포함하도록 구성될 수 있다. 저장 매체(1331)는 네트워크 노드(1300)가 일시적 또는 비-일시적 메모리 매체에 저장된 컴퓨터-실행가능 명령, 애플리케이션 프로그램 등을 액세스하거나, 데이터를 오프-로드하거나, 또는 데이터를 업로드하도록 허용할 수 있다. 통신 시스템을 사용하는 것과 같은 제조 물품은 컴퓨터-판독가능 매체를 포함할 수 있는 저장 매체(1331)에 유형적으로 구현될 수 있다.
여기서 설명된 방법의 기능은 네트워크 노드(1300)의 다수의 구성성분을 통해 분할되거나 네트워크 노드(1300)의 구성성분 중 하나에 구현될 수 있다. 또한, 여기서 설명된 방법의 기능은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 펌웨어의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 한 예에서, 통신 서브시스템(1351)은 여기서 설명된 구성성분 중 임의의 것을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(1301)는 버스(1303)를 통해 이러한 구성성분 중 임의의 것과 통신하도록 구성될 수 있다. 또 다른 예에서, 이러한 구성성분 중 임의의 것은 프로세서(1301)에 의해 실행될 때 여기서 설명된 대응하는 기능을 실행하는 메모리 내의 프로그램 명령에 의해 표현될 수 있다. 또 다른 예에서, 이러한 구성성분 중 임의의 것의 기능은 프로세서(1301)와 통신 서브시스템(1351) 사이에 분할될 수 있다. 또 다른 예에서, 이러한 구성성분 중 임의의 것의 비-계산-집약적 기능은 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현될 수 있고, 계산-집약적 기능은 하드웨어로 구현될 수 있다.
종래 기술에 숙련된 자는 또한 여기서의 실시예가 대응하는 컴퓨터 프로그램을 더 포함함을 이해하게 될 것이다. 컴퓨터 프로그램은 장치의 적어도 하나의 프로세서에서 실행될 때, 그 장치가 상기에 설명된 각 프로세싱 중 임의의 것을 실행하게 하는 명령을 포함한다. 이와 관련하여, 컴퓨터 프로그램은 상기에 설명된 수단이나 유닛에 대응하는 하나 이상의 코드 모듈을 포함할 수 있다. 실시예는 또한 이러한 컴퓨터 프로그램을 포함하는 캐리어를 포함한다. 이 캐리어는 전자 신호, 광학 신호, 무선 신호, 또는 컴퓨터 판독가능 저장 매체 중 하나를 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 여기서의 실시예는 또한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 (저장 또는 기록) 매체에 저장되고 장치의 프로세서에 의해 실행될 때 그 장치가 상기에 설명된 바와 같이 실행하게 하는 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 포함한다. 실시예는 또한 컴퓨터 프로그램 제품이 컴퓨팅 디바이스에 의해 실행될 때 여기서의 실시예 중 임의의 것의 단계를 실행하기 위한 프로그램 코드 부분을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 포함한다. 이 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 판독가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이제는 추가 실시예가 설명된다. 이들 실시예 중 적어도 일부는 설명을 목적으로 특정한 컨텍스트 및/또는 무선 네트워크 타입에서 적용가능한 것으로 설명될 수 있지만, 실시예는 명시적으로 설명되지 않은 다른 컨텍스트 및/또는 무선 네트워크에서도 유사하게 적용가능하다.
앞서 기술된 바와 같이, 현재의 연합, 서브-연합, 및 자율적 데이터베이스는 질문을 실행할 때 관할권 법률을 고려하지 않는다. 따라서, 본 설명은 관할권 내 또는 관할권 사이의 데이터베이스 시스템 사이에 개인 식별 정보를 기반으로 데이터를 결합할 필요가 있을 때 통계적인 질문을 실행하는 다른 방법을 사용하는 것을 포함하여, 이 문제에 대한 실시예를 설명한다.
한가지 예시적인 실시예에서, 데이터베이스 시스템을 조합할 필요가 있는 임의의 다른 적응을 포함하여, 공식화된 관할권 규정을 기반으로 질문과 응답을 적응시키는 수정된 연합 데이터베이스 시스템에 질문이 송신된다. 자율적 데이터베이스는 "식별 정보", "민감한 정보", "일반 정보", "관할권 X에 대한 수출 제한", "비상업적 용도만", "감소된 해상도가 내보내질 수 있음" (예를 들면, 위치, 이미지, 수입과 같은 숫자) 등과 같은 태그를 포함하는 정보의 타입으로 데이터에 주석을 단다. 이러한 태그는 연관된 데이터에 대한 연합 또는 서브-연합 데이터베이스에 의한 프로세싱/트랜잭션을 공식화한다. 따라서, 연합 또는 서브-연합 데이터베이스는 연합 또는 서브-연합 데이터베이스에 질문을 적응하는 방법을 알리기 위해 자율적 데이터베이스로부터 이러한 태그를 수신한다.
또 다른 실시예에서, 동일하거나 다른 관할권에 위치하고 각 식별 정보가 자율적 데이터베이스 중 하나에 있는 하나 이상의 자율적 데이터베이스를 나타내는 연합 또는 서브-연합 데이터베이스를 갖는 데이터베이스 시스템 내에서 통계적 연산을 요구하는 질문에 대해, 연합 또는 서브-연합 데이터베이스는 그 질문을 각 자율적 데이터베이스에 송신한다. 또한, 연합 또는 서브-연합 데이터베이스는 각 자율적 데이터베이스로부터 결과를 수신하고, 이어서 하나 이상의 통계적 연산을 기반으로 그 결과를 결합시킨다. 예를 들어, 여러 자율적 데이터베이스로부터의 데이터를 기반으로 웹-페이지에 대한 방문 카운트와 연관된 질문에 대해 (예를 들면, 신원, 시간, 및 웹 페이지의 로그를 포함하여), 연합 또는 서브-연합 데이터베이스는 질문에 대한 각 응답에서 카운트를 실행하고 이어서 그 카운트를 결합시킨다. 이러한 통계적 연산은 중앙값(median), 평균, 합계, 여러 데이터베이스를 사용한 진보된 필터링 등과 연관될 수 있다. 또한, 이러한 통계적 연산은 벡터, 테이블, 컬럼 등과 연관될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 그 관할권 내의 자율적 데이터베이스로부터 응답을 조합하도록 요구하고 이러한 조합을 허용하는 관할권을 포함하여, 다른 관할권으로부터 응답을 수신하는 질문에 대해, 다른 관할권에서 하나 이상의 서브-연합 데이터베이를 갖고 각 서브-연합 데이터베이스가 동일한 관할권에서 하나 이상의 자율적 데이터베이를 나타내는 연합 데이터베이스로 구성된 데이터베이스 계층구조가 사용될 수 있다. 예를 들면, 이 계층구조는 다른 관할권에 (예를 들면, 다른 지역) 있는 사람들로부터의 웹-페이지 방문을 카운트하는데 사용될 수 있다. 또한, 각 서브-연합 데이터베이스는 동일한 관할권에 있는 각 자율적 데이터베이스로부터 수신된 질문에 대한 응답을 결합시킨다. 연합 데이터베이스는 이어서 각 서브-연합 데이터베이스로부터의 응답을 결합시킨다.
또 다른 실시예에서, 연합 데이터베이스는 각 서브-연합 데이터베이스에 질문을 송신한다. 각 서브-연합 데이터베이스는 임의의 식별 정보를 추출하도록 질문을 분할한다. 예를 들어, 웹페이지 방문, 각 웹페이지 방문자 신원의 로그, 및 각 웹페이지 방문 시간으로 제1 자율적 데이터베이스를 표현하고, 각 웹페이지 방문자의 신원, 각 웹페이지 방문자의 주소, 및 각 주소가 지방 주소인가 여부의 표시로 제1 자율적 데이터베이스와 동일한 관할권에 있는 제2 자율적 데이터베이스를 표현하는 서브-연합 데이터베이스로부터의 데이터를 기반으로 지방 주소로부터의 웹페이지의 방문 카운트와 연관된 질문에 대해, 서브-연합 데이터베이스는 웹페이지를 방문한 각 카운트로부터의 식별 정보를 추출하도록 질문을 분할하게 된다. 이와 같이, 서브-연합 데이터베이스는 분할된 질문을 제2 데이터베이스에 송신하고 지방 주소의 신원을 수신한다. 또한, 서브-연합 데이터베이스는 지방 주소로부터의 각 카운트를 서브-합계 카운트에 부가하여 연합 데이터베이스에 송신한다. 연합 데이터베이스는 각 서브-연합 데이터베이스로부터의 서브-합계 카운트를 합산하여 총 카운트를 획득한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 다른 관할권에서 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스로부터의 응답을 조합하는 연합 데이터베이스의 경우, 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스는 연합 데이터베이스가 응답을 조합하기 이전에 질문에 대한 응답을 익명화할 수 있다. 랜덤 솔트를 사용하는 단방향 암호화 해시 기능이 사용될 수 있고, 익명화된 정보를 생성하기 위해 각 질문에 대해 새로운 솔트가 사용된다. 또한, 솔트 중 임의의 또한 모든 기록은 연합 또는 서브-연합 데이터베이스에 의해 각 질문의 프로세싱이 완료될 때 (하나의 질문은 하나의 문장에만 제한되지 않고, 예를 들어, 여러개의 문장을 포함할 수 있음) 파괴될 수 있다. 따라서, 질문을 프로세싱하는 동안에만, 익명화된 정보로부터 식별가능한 정보를 도출하는 것이 가능하다. 또한, 익명화된 정보로부터 식별가능한 정보를 도출하는데 계산상으로 복잡성이 주어지면, 이 짧은 질문 프로세싱 기간 동안 식별가능한 정보가 도출될 수 있는 가능성은 거의 없다.
또한, 연합 데이터베이스는 랜덤 솔트를 생성하고 이를 각 질문 또는 서브-질문과 함께 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스에 송신한다. 또한, 연합, 서브-연합, 및 자율적 데이터베이스의 데이터베이스 계층구조는 각 응답과 송신된 식별가능한 정보를 익명화하는데 솔트와 동일한 단방향 암호화 해시 기능을 사용한다. 따라서, 연합 데이터베이스는 동일한 식별가능한 정보에 대응하는 동일한 익명화된 정보를 갖는 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스로부터 응답을 수신하고, 예를 들어, 지방 주소에 대해 익명화된 정보를 기반으로 각 지방 주소에 대한 웹페이지의 방문 카운트를 허용하게 된다.
한 예에서, 해당 웹페이지로부터 구매로 이어진 웹페이지에 대한 방문수 카운트와 관련된 질문은 연합 데이터베이스에 의해 처리된다. 연합 데이터베이스는 웹페이지 방문 로그로 제1 자율적 데이터베이스를 표현하고, 제1 데이터베이스는 식별 정보가 그 관할권으로부터 내보내지도록 허용되지 않은 관할권에 있다. 또한, 제2 자율적 데이터베이스는 신용 카드 정보를 포함하고, 제2 데이터베이스는 제1 데이터베이스와 다른 관할권에 있고 식별가능한 정보가 그 관할권으로부터 내보내지도록 허용되지 않는다. 또한, 제1 및 제2 데이터베이스는 동일한 식별가능 정보를 포함한다. 연합 데이터베이스는 제1 질문에 대해 랜덤화된 솔트를 생성하고 제1 질문 및 랜덤화된 솔트를 제1 데이터베이스에 송신한다. 제1 데이터베이스는 제1 질문과 솔트를 수신하고, 웹페이지 방문 로그와 연관된 제1 질문에 대한 응답을 획득하고, 랜덤화된 솔트 및 단방향 암호화 해시 기능을 기반으로 응답의 식별가능한 정보를 (예를 들면, 방문자의 이름) 익명화하고, 또한 익명화된 정보와 함께 응답을 연합 데이터베이스에 송신한다.
부가하여, 연합 데이터베이스는 제2 질문 및 랜덤화된 솔트를 제2 데이터베이스에 송신한다. 제2 데이터베이스는 제2 질문과 솔트를 수신하고, 신용 카드 정보와 연관된 질문에 대한 응답을 획득하고, 랜덤화된 솔트 및 단방향 암호화 해시 기능을 기반으로 응답의 식별가능한 정보를 (예를 들면, 신용 카드 소유자) 익명화하고, 또한 익명화된 정보와 함께 응답을 연합 데이터베이스에 송신한다. 연합 데이터베이스는 익명화된 정보를 기반으로 수신된 정보를 결합시킨다.
단방향 암호화 해시 기능은 연합 데이터베이스에 의해 또한 조합될 수 있는 식별가능한 정보 이외의 데이터 카테고리에 적용될 수 있다. 또한, 이러한 조합 프로세스는 카테고리-기반의 데이터에 적용될 수 있다. 예를 들어, 카테고리-기반의 데이터는 의료 진단 데이터, 감소된-해상도의 위치, 도시 등을 포함할 수 있다. 또한, 연합 데이터베이스 시스템은 특정한 진단 또는 도시가 클러스터(cluster)나 조합으로부터 식별가능할 수 없도록 카테고리-기반의 데이터를 클러스터화 또는 조합할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 민감한 스칼라 정보에 대한 다른 단방향 기능으로 동형 암호화 구조(homomorphic encryption scheme)가 사용될 수 있다. 이는 민감한 암호화 스칼라 정보를 갖는 응답이 연합 데이터베이스에 의해 비교되도록 (예를 들면, 이상, 이하, 동일함 등) 허용한다. 이는 자율적 데이터베이스가 동일한 동형 암호화 구조 및 키를 사용하도록 요구한다. 랜덤화된 솔트는 앞서 설명된 바와 같은 방식으로, 연합 데이터베이스 시스템에 의해 자율적 또는 서브-연합 데이터베이스에 제공될 수 있다.
질문은 구조화된 질문 언어(SQL) 질문, 비-SQL(NOSQL) 질문, 그래픽 데이터베이스 질문, 관련 데이터베이스 질문, 분석적 질문 (예를 들면, Spark 또는 Hadoop), 기계 학습 질문, 딥러닝 질문, 정보 질문에 대한 웹-기반 프론트-엔드 등을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
주석은 실제 데이터를 기반으로 수동 또는 자동으로 수행될 수 있다. 후자의 한 예로는 이름이나 주소가 자동적으로 식별 정보로 인식될 수 있고, 의료 기록 또는 위치 정보가 민감한 정보로 식별될 수 있고, 얼굴을 도시하는 이미지가 비-상업적 용도로만 주석이 달릴수 있는 것이 있다.
무선 및 유선 통신 네트워크 사이의 연동
상기에 논의된 바와 같이, 진행중인 연구의 문제는 5G와 TSN의 연동이다. 두 기술은 모두 산업용 네트워크를 위해 종단간 결정론적 네트워킹을 가능하게 하도록 어떻게든 배열되어야 하는 통신 결정론을 달성하도록 네트워크 관리와 구성에 대한 자체 방법 및 다른 메카니즘을 정의한다.
5G-TSN 연동의 한가지 방법은 5G 시스템이 TSN 브릿지로 동작하게 하는 것이다. 5G 네트워크는 상기에 설명된 바와 같이 선택된 TSN 구성 모델에 따라 TSN 네트워크 방향으로 일부 제어 인터페이스를 제공할 필요가 있다. 중앙 구성 모델에서, 중앙 제어 엔터티 CUC/CNC는 5G 네트워크의 양측 모두에서 발생될 수 있다. 또한, 다양한 토폴로지의 TSN 네트워크는 단일 엔드포인트만이 UE 뒤에 도시되는 도 5와 대조적으로, 양측 모두에 배치될 수 있다. 5G 네트워크가 TSN 브릿지로 동작되면, TSN-기능의 디바이스, 예를 들면 브릿지 및 엔드포인트가 5G 네트워크의 양측에 배치되도록 요구된다.
3GPP TS 23.501 섹션 5.6.10.2에서는 5G 네트워크에서의 타입 이더넷의 프로토콜 데이터 유닛(PDU) 세션 지원이 설명된다. PDU 세션 앵커(PDU Session Anchor, PSA) UPF와 데이터 네트워크(DN) 사이의 N6 인터페이스에서는 두가지 잠재적인 옵션이 타입 이더넷의 PDU 세션에 대해 설명된다. 먼저, N6 인터페이스와 PDU 세션 사이에 일-대-일 맵핑을 갖고 두번째 옵션으로 다중 PDU 세션의 MAC 어드레스를 기반으로 N6 인터페이스에 대한 맵핑을 갖는 것이 가능하다. 여기서 설명되는 솔루션은 임의의 구성 옵션에 적용될 수 있다.
도 196은 3GPP TS 29.561에 설명된 바와 같은 이더넷 타입 PDU 세션에 대한 PSA UPF에서의 프로토콜 전이, 즉 UPF에서의 이더넷 프레임 처리를 설명한다.
5G 네트워크를 통해 TSN 네트워크에 대한 TSN-특성의 세트를 지원하지 않거나 제한적으로만 지원하는, 5G를 사용한 디바이스의 연결을 허용하는데 이용가능한 방법은 없다.
TSN 스트림으로 TSN 도메인에 등록되지 않고 (상기에 설명된 바와 같이) TSN 네트워크에 브릿지 연결된 임의의 트래픽은 서비스 품질(QoS)에 대한 보장 없이 최선형 트래픽으로 처리된다. 이 방법으로, 종단간 QoS는 보장될 수 없다.
그러므로, 여기서의 실시예의 목적은 무선 통신 네트워크, 예를 들면 5G 네트워크와 유선 통신 네트워크, 예를 들어 TSN 네트워크 사이에 보장된 QoS로 종단간 연결을 가능하게 하는 방법을 제공하는 것이다.
여기서의 실시예에 따라, 솔루션은 5G를 통해 TSN에 연결되는 디바이스에 대한 특정한 TSN 특성을 처리하는 5G 사용자 평면에서의 기능을 정의한다. 그러므로, 솔루션은 종단간 보장된 QoS로 5G와 TSN 네트워크 사이의 연동을 허용한다. 이 기능은 가상 엔드포인트(Virtual Endpoint, VEP)라 칭하여질 수 있다. VEP는 5G 디바이스의, 예를 들면, UE 또는 각각 상단에서 실행되는 응용 프로그램의 역할에 따라 가상 청취자 및/또는 가상 화자로 실현될 수 있다.
VEP는 임의의 TSN 구성 모드에서 사용될 수 있으므로, 상기에 소개된 바와 같이, 분산식, 중앙집중식, 또는 완전한 중앙집중식이 된다.
분산된 TSN 구성 모델의 경우, VEP는 TSN 네트워크에서 가장 가까운 스위치와 직접 통신할 수 있다. 완전한 중앙집중식 모델에서는 CUC에 대한 기준점이 될 수 있다.
5G 네트워크에서는 다중 VEP 인스턴스가 구현될 수 있다. TSN에서, 하나의 엔드포인트는 다중 TSN 스트림을 사용하여 통신할 수 있다. TSN 관점에서 VEP는 단일 엔드포인트이다. 가장 일반적인 시나리오에서, VEP는 또한 5G 네트워크에서 하나의 PDU 세션을 갖는 하나의 5G 디바이스에 대응한다. 하나의 TSN 스트림으로부터의 트래픽은 VEP에서 하나의 QoS 흐름으로 또는 그 반대로 맵핑된다. 다중 TSN 스트림으로부터의 트래픽은 동일한 PDU 세션 내에서 다수의 QoS 흐름에 맵핑된다.
5G 사용자 평면에서 가상 엔드포인트(VEP) 기능을 도입함으로서 다수의 이점이 달성될 수 있다:
* 보장된 종단간 QoS로 TSN 네트워크에 비-TSN 디바이스를 연결하도록 허용한다.
* 보장된 종단간 QoS로 TSN 네트워크에 비-이더넷 디바이스를 연결하도록 허용한다.
* TSN 특성은 예를 들어, 에어 인터페이스를 통한 구성을 방지하도록 또는 엔드포인트나 브릿지에서 특성이 부족한 경우, 5G 네트워크에서 중심적으로 구현될수 있다.
* TSN 및 이더넷 제어 트래픽, 예를 들어 링크 레이어 발견 프로토콜(Link Layer Discovery Protocol, LLDP), 시간 동기화 등은 5G 무선 인터페이스를 통해 운반될 필요는 없지만 VEP에 의해 처리된다.
여기서의 실시예에 따라, 5G 엔드포인트를 TSN 네트워크에 연결하는 솔루션은 새로운 5G 사용자 평면 특성을 도입하는 것이다. 새로운 5G 사용자 평면 특성은 5G 및 TSN 부분으로 구성된 네트워크에서 종단간 QoS-보장 연결을 가능하게 한다. 도입된 기능이나 특성은 가상 엔드포인트(VEP)라 칭하여질 수 있다.
VEP가 산업용 도메인으로부터 사용될 수 있는 일반적인 예가 도 197에 주어지고, 이는 산업용 셋업에서 5G-TSN 연동을 도시한다. 5G 엔드포인트는 여기서 5G 네트워크에 무선으로 연결된 산업용 로봇이 될 수 있다. 로봇은 공장 현장에 있을 수 있다. 대응하는 로봇 제어기, 예를 들어 프로그램가능 로직 제어기(PLC)는 예를 들어, 공장의 IT 룸에서 TSN 네트워크에 연결된다. 로봇이 종단간 QoS-인에이블 방식으로 제어기와 통신할 수 있기 위해, 둘 모두는 상기에 설명된 바와 같이, 동일한 TSN 도메인에 속할 필요가 있다. VEP는 TSN 특성의 완전한 세트 또는 일부, 및 TSN-5G 연동에 요구되는 5G QoS 기능에 대한 해당 맵핑을 구현한다.
VEP는 사용자 평면 기능(UPF)에 근접한 또는 그 일부로 5G 사용자 평면에서 구현된다. 5G 네트워크와 TSN 네트워크에서 QoS를 맵핑하는 것을 담당하고 구성에 포함된다.
VEP는 타입 이더넷 또는 IP의 PDU 세션에 사용될 수 있다. 가장 일반적인 시나리오에서, VEP는 하나의 QoS 흐름에서 하나의 TSN 스트림으로, 또한 그 반대로 트래픽을 맵핑하는데 사용될수 있다. 그럼에도 불구하고, 하나의 VEP 인스턴스를 사용하여 하나 이상의 TSN 스트림과 하나 이상의 QoS 흐름 사이에 트래픽을 맵핑하는 것이 가능할 수 있다. 이는 하나의 PDU 세션에 하나의 VEP 인스턴스를 사용함을 의미한다. 부가하여, 단일 VEP에서 다수의 PDU 세션으로부터의 트래픽을 결합시키는 것도 가능할 수 있다.
다중 VEP 인스턴스가 하나의 UPF 내에서 사용될 수 있다. 하나의 VEP 인스턴스가 하나의 PDU 세션에 대해 사용되면, 다중 TSN 스트림이 그 VEP에 연결될 수 있고, 예를 들어 상기에 설명된 바와 같이, PDU 세션 내에서 다중 QoS 흐름으로 일-대-일 맵핑될 수 있다.
도 198은 모든 이더넷 및 TSN 제어 평면 트래픽이 VEP에서 처리되는 경우, 예를 들면 UE 뒤에 있는 비-이더넷, 비-TSN 디바이스와 같이, 타입 IP의 PDU 세션에 대해, VEP를 도입할 때 제어 및 사용자 평면의 흐름을 설명한다.
도 199는 타입 IP 또는 타입 이더넷의 PDU 세션에 대해 UPF의 일부로 VEP가 구현될 수 있는 방법을 설명한다. 패킷 필터링과 같은 UPF의 추가 기능은 여기서 도시되지 않지만, VEP와 연관되어 사용될 수도 있다. TSN을 완전히 지원하지 않는 PDU 세션에 대한 VEP는 UPF 내에서 타입 이더넷의 PDU 세션과 나란히 사용될 수 있고, 여기서 TSN은 도 200에 설명된 바와 같이, 5G 네트워크에 걸친 두개의 엔드포인트 사에서 종단간 지원된다.
VEP의 주요 기능은 다음과 같다:
* TSN 스트림에 대한 PDU 세션의 맵핑 - PDU 세션이 타입 IP인 경우에만 관련되고, 그렇지 않은 경우 UPF에서 수행되는 표준 작업이 된다.
* TSN 스트림 또는 PDU 세션 또는 QoS 흐름을 설정 및 수정하고 그에 대응하게 다른 QoS 도메인을 번역
* 목적을 위해 사용되는 802.1Qbv에서 정의된 바와 같은 시간-인지 트래픽 쉐이핑(time-aware traffic shaping) 및 802.1AS-rev에서 정의된 바와 같은 시간 동기화와 같이, TSN에서 사용되는 특정한 사용자 및 제어 평면 특성을 구현 및 지원.
* TSN 도메인에서 CUC 및/또는 가장 가까운 TSN 브릿지와 인터페이스
VEP는 상기에 설명된 바와 같이, 하나 이상의 TSN 스트림을 하나 이상의 PDU 세션 또는 QoS 흐름에 맵핑한다. 그러므로, 내부적으로 맵핑 테이블을 유지한다. 맵핑을 위해, VEP는 각각 TSN 스트림 ID 또는 PDU 세션 ID 또는 QoS 흐름 ID(QFI)를 사용할 수 있다. 예를 들어, 하나의 QoS 흐름 대 하나의 TSN 스트림의 일-대-일 맵핑의 경우, 이 맵핑은 당연히 훨씬 간단하다.
타입 IP의 PDU 세션이 사용되는 경우, VEP는 로컬 MAC 어드레스 풀로부터의 또는 예를 들어, 수동으로 지정된 MAC 어드레스와 같은 다른 소스로부터의 매체 액세스 제어(MAC) 어드레스를 사용하게 된다. 이때, IP PDU 세션으로부터의 IP 패킷을 외부 이더넷 DN 네트워크로 이더넷 전송하는 것이 가능하다. 이 MAC 어드레스는 DN에 보급되고 TSN 제어 인스턴스 쪽으로도 주어진다.
맵핑을 위해, VEP가 또한 802.1AS, 802.1Qbv, 802.1Qcc 등과 같은 다양한 TSN 특성을 지원할 수 있는 것이 더 필요하다.
PDU 세션을 생성하거나 수정할 수 있도록, VEP는 5G 네트워크에서 SMF를 인터페이스할 필요가 있을 수 있다. 이러한 인터페이스는 VEP가 UPF의 일부로 구현되는 경우 기존의 N4 인터페이스를 사용하여 수행될 수 있다. 또한, 아래에는 화자, 즉 데이터의 전송기, 또는 청취자, 즉 데이터의 수신기로 동작하는 5G 엔드포인트와 VEP 사이의 통신 시퀀스를 설명하는 두가지 실시예의 방법이 설명된다.
5G 엔드포인트가 화자인 경우의 과정:
1. 5G 엔드포인트에 있는 애플리케이션은 UE로부터 통신 링크를 요청하게 된다.
2. UE PDU 세션은 VEP/UPF에 요청하거나 기존 것을 사용한다.
3. VEP는 다음 중 어느 하나 또는 한 조합에 의해 TSN 스트림에 대해 요구되는 QoS를 추정한다;
a. TSN 스트림 QoS에 대해 UE에 의해 선택된 QoS 흐름 ID(QFI)의 맵핑;
b. 상단의 애플리케이션 또는 UE에 의해 주어진 TSN에 특정된 전용 애플리케이션 QoS;
c. TSN 네트워크에 대해 VEP 내에서 사전-구성된 QoS;
d. TSN 네트워크에 대해 TSN 네트워크에서 CUC로 QoS 셋팅을 체크;
4. QoS 셋팅을 기반으로, VEP는 TSN 스트림을 설정하도록 시도하게 된다; 또는 이를 기존 TSN 스트림에 맵핑하거나 TSN 네트워크가 구성된 방법에 따라 CNC 또는 CUC 쪽으로 TSN 스트림 셋업을 초기화하고, 여기서 VEP는 예를 들어, 802.1Qcc에 정의된 바와 같이 TSN 특성을 사용함으로서 인지하게 된다.
5. TSN 스트림 셋업이 성공적인 경우, 사용자 평면 통신이 시작된다; VEP는 이때 상기에 설명된 바와 같이 PDU 세션 또는 특정한 QoS 흐름으로부터 설정된 TSN 스트림으로 사용자 평면 패킷을 맵핑하고, 또한 TSN 네트워크에서 사용되는 TSN 특성에 의해 정의된 요구되는 동작을 실행한다.
한 실시예에 따라, 단계 3에서 TSN 스트림에 대해 요구되는 QoS를 추정할 때, VEP는 5G 네트워크 내에서, 즉 VEP와 단말-디바이스 사이에서, 예를 들어 단방향 또는 왕복 대기시간, 패킷 에러 비율, 또는 신뢰성 표시자 등과 같은, 내부 통신 성능 매개변수를 고려한다. VEP가 QoS 요구사항을 TSN 네트워크에 통신할 때, TSN 네트워크는 VEP 및 엔드포인트가 동일한 것으로 "생각"하므로, VEP가 이들 내부 성능 매개변수를 고려한다. 그러므로, 예를 들어, TSN 네트워크에 통신되어야 하는 종단간 대기시간 값이 요구될 때, X ms의 실제 요구사항을 표시하는 대신에, X ms - (VEP 대 단말-디바이스 지연)의 더 엄격한 요구사항이 표시된다. 내부 통신 성능 매개변수를 찾기 위해, 다음과 같이 5G 네트워크 내에서의 통신 프로토콜이 사용될 수 있다:
* VEP는 UE-gNB. 즉 5G 무선 인터페이스 통신 성능의 측정치 또는 추정치를 획득하기 위해 직접적으로 또는 추가 5G 코어 기능을 통해 gNB와 통신한다. 예를 들면, 대기시간 측정치 또는 추정치를 획득한다. gNB는 UE 자체에 대한 측정치를 사용할 수 있고, 또한 자체의 트래픽 또는 로드 상황을 고려하여 특정한 UE에 얼마나 양호하게 또는 얼마나 신속하게 서비스를 제공할 수 있는가를 더 추정할 수 있다.
* 예를 들어, VEP와 UE 사이의 대기시간을 획득하기 위해, VEP와 UE 사이에, 또는 그 반대로 프로빙 패킷(probing packet)이 사용될 수 있다.
5G 엔드포인트가 청취자인 경우의 과정:
1. 5G 엔드포인트에 있는 애플리케이션이 TSN 스트림을 요청하거나 TSN 스트림이 구성 모델에 따라 CUC에 의해 요청된다.
2. TSN 스트림 요청은 VEP에서 수신된다.
3. VEP는 또한 TSN 스트림에 대한 QoS를 수신하고 이를 5G QoS에 맵핑한다. 맵핑은 고정된 구성 셋팅을 기반으로 할 수 있다. QoS가 5G 네트워크에 의해 지원될 수 없는 것으로 VEP가 분석하면, TSN 스트림 요청을 거부할 수 있다.
4. QoS 셋팅을 기반으로, VEP는 새로운 PDU 세션을 설정하거나 기존 PDU 세션을 사용하거나 요청된 QoS를 충족시키도록 기존 PDU 세션을 수정한다.
5. TSN 스트림 및 PDU 세션 셋업이 성공적인 경우, 사용자 평면 통신이 시작된다. VEP는 이때 TSN 스트림으로부터의 사용자 평면 패킷을 대응하는 PDU 세션 및 QoS 흐름에 맵핑하고, 또한 TSN 네트워크에서 사용되는 TSN 특성에 의해 정의된 요구되는 동작을 실행한다.
한 실시예에 따라, 단계(3)에서, TSN 스트림의 QoS가 충족될 수 있는가 여부를 결정할 수 있도록, VEP는 VEP와 단말-디바이스 사이에 5G 내부 통신 성능의 측정치 또는 추정치를 고려한다. 이러한 측정치는 화자 과정에 대해 상기 단계(3)에서 설명된 바와 같이 획득될 수 있다.
VEP가 지원할 수 있는 특정한 특성은 예를 들어, IEEE 802.1Qbv에 정의된 바와 같은 시간-인지 스케쥴링을 지원하기 위한 IEEE 802.1AS-rev에서 설명된 바와 같은 외부 그랜드마스터 클럭에 대한 시간 동기화이다. VEP는 시간-인지 TSN 통신의 셋업에 포함되고, 그에 따라 시간을 인지하지 않는 5G 엔드포인트에/그로부터 패킷을 전달한다.
미래에는 산업용 사용 사례를 가능하게 하도록 5G 네트워크가 TSN과 연동될 것으로 예상된다. 이러한 상황에서, UE 측에 복잡한 TSN 특성을 구현하는 것은 번거로운 작업이 될 것이다. 여기서의 실시예는 TSN과 5G 네트워크의 연동을 가능하게 하는 가상 엔드포인트(VEP)라 칭하여지는 5G 사용자 평면에 새로운 특성을 제안한다. 이는 또한 5G를 사용하여 TSN 네트워크에 비-TSN 디바이스 및 비-이더넷 디바이스를 연결하도록 허용한다.
예를 들어 5G인 무선 통신 네트워크와, 예를 들어 TSN 네트워크인 유선 통신 네트워크 사이에 종단간 연결을 가능하게 하기 위한 방법의 예시적인 실시예가 다음에 설명된다.
실시예 1: 예를 들어 5G인 무선 통신 네트워크와, 예를 들어 TSN 네트워크인 유선 통신 네트워크 사이에 종단간 연결을 가능하게 하기 위한 통신 네트워크에서의 방법. 그 방법은 다음 단계를 포함한다:
* 무선 통신 네트워크에서 가상 포인트(VEP)를 구현하는 단계;
* 유선 통신 네트워크에서 사용되는 특정한 사용자 및 제어 평면 특성을 VEP에서 구현하는 단계;
* VEP에서, 서비스 품질(QoS)을 기반으로 무선 통신 네트워크에서의 디바이스와 유선 통신 네트워크에서의 디바이스 사이에 데이터 트래픽을 맵핑하는 단계;
* 유선 통신 네트워크에서 사용되는 특성에 의해 정의된 요구되는 동작을 실행하는 단계.
일부 실시예에 따라, VEP는 사용자 평면 기능(UPF)에 가까운, 또는 그 일부로 5G 네트워크 사용자 평면에서 구현될 수 있다.
일부 실시예에 따라, QoS를 기반으로 무선 통신 네트워크에서의 디바이스와 유선 통신 네트워크에서의 디바이스 사이에 데이터 트래픽을 맵핑하는 단계는 TSN 스트림 또는 프로토콜 데이터 유닛(PDU) 세션 또는 QoS 흐름을 설정 또는 수정하고, 그에 대응하게 다른 QoS 도메인을 번역하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예 2: 유선 통신 네트워크에 대한 종단간 연결을 가능하게 하기 위해 무선 통신 네트워크에 구현된 가상 엔드포인트(VEP)에서 실행되는 방법. 그 방법은 다음 단계를 포함한다:
* 무선 통신 네트워크 또는 유선 통신 네트워크에 있는 디바이스로부터 통신 요청을 수신하는 단계;
* 요구되는 QoS를 추정하는 단계;
* 요구되는 QoS를 기반으로 무선 통신 네트워크에서의 디바이스와 유선 통신 네트워크에서의 디바이스 사이에 데이터 트래픽을 맵핑하는 단계;
* 유선 통신 네트워크에서 사용되는 특성에 의해 정의된 요구되는 동작을 실행하는 단계.
무선 통신 네트워크는 5세대(5G) 네트워크가 될 수 있고, 유선 통신 네트워크는 시간에 민감한 네트워킹(TSN) 네트워크가 될 수 있다. 통신 세션은 프로토콜 데이터 유닛(PDU) 세션이고, 데이터 스트림은 TSN 스트림이다.
실시예 3: 유선 통신 네트워크에 대한 종단간 연결을 가능하게 하기 위해 무선 통신 네트워크에 구현된 가상 엔드포인트(VEP)에서 실행되는 방법. 무선 통신 네트워크에서의 엔드포인트 또는 디바이스는 화자이고, 그 방법은 다음 단계를 포함한다:
* 무선 통신 네트워크에 있는 디바이스로부터 통신 세션 요청을 수신하는 단계;
* 유선 통신 네트워크에서 데이터 스트림에 대해 요구되는 QoS를 추정하는 단계;
* 요구되는 QoS를 기반으로 유선 통신 네트워크에서 데이터 스트림을 설정하는 단계;
* 통신 세션 또는 특정한 QoS 흐름으로부터의 사용자 평면 패킷을 설정된 데이터 스트림에 맵핑하는 단계;
* 유선 통신 네트워크에서 사용되는 특성에 의해 정의된 요구되는 동작을 실행하는 단계.
무선 통신 네트워크는 5세대(5G) 네트워크가 될 수 있고, 유선 통신 네트워크는 시간에 민감한 네트워킹(TSN) 네트워크가 될 수 있다. 통신 세션은 프로토콜 데이터 유닛(PDU) 세션이고, 데이터 스트림은 TSN 스트림이다.
여기서의 일부 실시예에 따라, 요구되는 QoS를 기반으로 데이터 스트림을 설정하는 단계는 기존 데이터 스트림에 맵핑하거나 유선 통신 네트워크에서 데이터 스트림 셋업을 초기화하는 단계를 포함한다.
여기서의 일부 실시예에 따라, 요구되는 QoS를 추정하는 단계는 다음 중 하나 또는 한 조합에 의해 실행될 수 있다:
* 디바이스에 의해 선택된 QoS 흐름 ID(QFI)를 TSN 스트림 QoS에 맵핑;
* 디바이스에 의해 주어진 TSN에 특정된 전용 애플리케이션 QoS를 선택;
* TSN 네트워크에 대한 VEP 내에서 사전-구성된 QoS 셋팅에서의 선택;
* TSN 스트림에 대해 TSN 네트워크에서 CUC로 QoS 셋팅을 체크.
실시예 4: 유선 통신 네트워크에 대한 종단간 연결을 가능하게 하기 위해 무선 통신 네트워크에 구현된 가상 엔드포인트(VEP)에서 실행되는 방법. 무선 통신 네트워크에서의 엔드포인트 또는 디바이스는 청취자이고, 그 방법은 다음 단계를 포함한다:
* 무선 통신 네트워크에 있는 디바이스로부터 데이터 스트림 요청을 수신하는 단계;
* 데이터 스트림에 대한 QoS를 수신하는 단계;
* 무선 통신 네트워크의 QoS가 데이터 스트림의 QoS를 충족시키는가를 체크하는 단계;
* 무선 통신 네트워크의 QoS가 데이터 스트림의 QoS를 충족시키면,
a. 데이터 스트림에 대한 QoS를 기반으로 무선 통신 네트워크에서 통신 세션을 설정하는 단계;
b. 유선 통신 네트워크에서 사용되는 특성에 의해 정의된 요구되는 동작을 실행하는 단계.
여기서의 일부 실시예에 따라, 데이터 스트림의 QoS를 기반으로 통신 세션을 설정하는 단계는 새로운 통신 세션을 설정하거나 기존의 통신 세션을 사용하거나 데이터 스트림의 QoS를 충족시키도록 기존 통신 세션을 수정하는 단계를 포함한다.
분산된 저장 데이터를 기반으로 하는 동작의 실행
데이터 저장 시, 데이터는 때로 여러 노드에 복제되어, 예를 들어 신속한 데이터 가용성을 획득하고 또한/또는 데이터 손상/손실을 방지하게 된다. 따라서, 동일한 데이터의 여러 표현이 다른 저장 엔터티에 유지될 수 있다. 예를 들면, 클라우드-기반의 시스템 및 엣지 컴퓨팅 시스템에서, 저장은 때로 여러 노드를 (예를 들면, 컴퓨터, 서버, 저장 유닛 등) 통해 또한 여러 단계의 성능을 (예를 들면, 캐시, 동적 랜덤-액세스 메모리(DRAM), 플래쉬 디스트, 회전 디스트 등) 통해 분산된다.
다른 저장 엔터티에 유지되는 여러 표현으로 저장된 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 것은 시간 소모적이고, 동작 실행의 결과가 제공될 때까지의 대기시간은 일부 상황에서 허용할 수 없을 정도로 높을 수 있다.
그러므로, 데이터를 기반으로 하는 동작 세트를 실행하기 위한 대안적인 접근법이 필요하고, 여기서 데이터의 다수의 표현은 다수의 저장 엔터티의 각각에 유지된다. 바람직하게, 이러한 접근법은 데이터 질문의 송신으로부터 동작 세트의 실행 결과가 제공될 때까지 대기시간을 감소시킨다.
일부 실시예의 목적은 상기 또는 다른 단점 중 적어도 일부를 해결하거나, 완화하거나, 해소하거나, 제거하는 것이다.
제1 측면은 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 관리를 위한 제어기의 방법이고, 여기서 데이터의 다수의 표현은 다수의 저장 엔터티의 각각에 유지된다.
방법은 (다수의 저장 엔터티 중 두개 이상의 저장 엔터티 각각에 대해) - 저장 엔터티로 - 데이터에 관련된 각 질문을 송신하고, - 저장 엔터티로부터 - 저장 엔터티에 유지되는 데이터의 표현을 포함하는 응답을 수신하는 단계를 포함한다.
방법은 또한 (두개 이상의 저장 엔터티 중 적어도 두개인 각각에 대해) 응답에 포함된 데이터의 표현을 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 동작을 초기화하는 단계를 포함한다.
또한, 방법은 (응답에 포함된 데이터의 표현을 기반으로) 초기화된 동작 중 하나를 - 결정적인 동작을 - 데이터의 결정적인 표현을 기반으로 하는 것으로 결정하고, 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행한 결과로 결정적인 동작의 결과를 제공하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 동작의 세트를 실행하는 동작은 응답에 포함된 데이터의 표현이 앞서 수신된 응답에 포함된 데이터의 표현과 다른 저장 엔터티에 대해서만 초기화된다.
일부 실시예에서, 방법은 또한 응답에 포함된 데이터의 표현 중에서 과반수, 또는 가중화된 과반수 결정을 취함으로서 데이터의 결정적인 표현을 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 결정적인 동작의 결정은 초기화된 모든 동작이 완료되기 이전에 실행된다.
일부 실시예에서, 동작은 결정적인 동작의 결정 이전에 초기화된다.
일부 실시예에서, 결정적인 표현은 두개 이상의 저장 엔터티 중 적어도 하나에 대한 저장 엔터티에 유지되는 데이터의 표현과 일치한다.
일부 실시예에서, 방법은 또한 결정적인 동작을 결정하는 것에 응답하여, 결정적인 표현을 기반으로 하지 않는 초기화된 동작을 취소하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 또한 결정적인 동작을 결정하는 것에 응답하여, 결정적인 표현을 기반으로 하는 것을 제외하고, 초기화된 모든 동작을 취소하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 또한 결정적인 동작을 결정하기 이전에, 데이터의 결정적인 표현을 기반으로 할 확률이 확률 한계치 값 아래로 떨어지는 초기화된 동작을 취소 또는 중지시키는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 두개 이상의 저장 엔터티 중 적어도 두개는 제어기와 저장 엔터티 사이에 다양한 시그널링 지연을 갖는다.
다양한 시그널링 지연을 갖는 것은 일부 실시예에 따라 다른 시그널링 지연을 갖는 것으로 해석될 수 있다.
일부 실시예에서, 저장 클라이언트는 제어기 및 두개 이상의 저장 엔터티 중 하나를 포함하고, 하나의 저장 엔터티는 디폴트 표현 또는 최종 공지된 표현인 데이터의 표현을 유지한다.
제2 측면은 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 관리를 위한 제어기의 방법이고, 여기서 데이터의 다수의 표현은 다수의 저장 엔터티의 각각에 유지된다.
방법은 (다수의 저장 엔터티 중 두개 이상의 저장 엔터티 각각에 대해) - 저장 엔터티로 - 데이터에 관련된 각 질문을 송신하여 그에 의해 저장 엔터티에 유지되는 데이터의 표현을 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 동작을 초기화하고, - 저장 엔터티로부터 - 저장 엔터티에 유지되는 데이터의 표현의 표시자를 포함하는 응답을 수신하는 단계를 포함한다.
방법은 또한 (응답에 포함된 표시자를 기반으로) 초기화된 동작 중 하나를 - 결정적인 동작을 - 결정적인 표시자에 대응하는 데이터의 표현을 기반으로 하는 것으로 결정하고, 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행한 결과로 결정적인 동작의 결과를 제공하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 또한 응답에 포함된 표시자 중에서 과반수, 또는 가중화된 과반수 결정을 취함으로서 결정적인 표시자를 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 결정적인 동작의 결정은 초기화된 모든 동작이 완료되기 이전에 실행된다.
일부 실시예에서, 동작은 결정적인 동작의 결정 이전에 초기화된다.
일부 실시예에서, 결정적인 표시자에 대응하는 데이터의 표현은 두개 이상의 저장 엔터티 중 적어도 하나에 대한 저장 엔터티에 유지되는 데이터의 표현과 일치한다.
일부 실시예에서, 방법은 또한 결정적인 동작을 결정하는 것에 응답하여, 결정적인 표시자에 대응하는 데이터의 표현을 기반으로 하지 않는 초기화된 동작을 취소하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 또한 결정적인 동작을 결정하는 것에 응답하여, 결정적인 표시자에 대응하는 데이터의 표현을 기반으로 하는 것을 제외하고, 초기화된 모든 동작을 취소하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 또한 결정적인 동작을 결정하기 이전에, 결정적인 표시자에 대응하는 데이터의 표현을 기반으로 할 확률이 확률 한계치 값 아래로 떨어지는 초기화된 동작을 취소 또는 중지시키는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 두개 이상의 저장 엔터티 중 적어도 두개는 제어기와 저장 엔터티 사이에 다양한 시그널링 지연을 갖는다.
다양한 시그널링 지연을 갖는 것은 일부 실시예에 따라 다른 시그널링 지연을 갖는 것으로 해석될 수 있다.
일부 실시예에서, 저장 클라이언트는 제어기 및 두개 이상의 저장 엔터티 중 하나를 포함하고, 하나의 저장 엔터티는 디폴트 표현 또는 최종 공지된 표현인 데이터의 표현을 유지한다.
제1 및 제2 측면은 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 관리를 위한 제어기의 방법으로 설명될 수 있고, 여기서 데이터의 다수의 표현은 다수의 저장 엔터티의 각각에 유지된다.
방법은 (다수의 저장 엔터티 중 두개 이상의 저장 엔터티 각각에 대해) - 저장 엔터티로 - 데이터에 관련된 각 질문을 송신하고, - 저장 엔터티로부터 - 저장 엔터티에 유지되는 데이터의 표현에 관련된 정보를 포함하는 응답을 수신하는 (예를 들어, 정보는 표현 또는 표현의 표시자를 포함함) 단계를 포함한다.
방법은 또한 (두개 이상의 저장 엔터티 중 적어도 두개인 각각에 대해) 데이터의 표현을 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 동작을 초기화하는 (여기서 초기화는 예를 들어, 질문을 송신함으로서 또는 초기화를 실행함으로서 일어날 수 있음) 단계를 포함한다.
또한, 방법은 (응답에 포함된 데이터의 표현에 관련된 정보를 기반으로) 초기화된 동작 중 하나를 - 결정적인 동작을 - 데이터의 표현에 관련된 결정적인 정보에 대응하는 데이터의 표현을 기반으로 하는 것으로 결정하고 (여기서 결정적인 정보는 예를 들어, 데이터의 결정적인 표현 또는 결정적인 표시자가 될 수 있음), 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행한 결과로 결정적인 동작의 결과를 제공하는 단계를 포함한다.
일반적으로, 결정적인 동작은 동작의 세트를 실행하는 초기화된 동작 중 하나이다. 동작의 세트를 실행하는 초기화된 동작은 또한 여기서 이후 추측 동작(speculative activity)으로 칭하여진다. 따라서, 그 용어로, 결정적인 동작은 추측 동작 중 하나이다. 결정적인 동작은 일반적으로 데이터 일관성 결정을 기반으로 초기화된 동작 중에서 선택된다.
데이터 일관성 결정은 예를 들어, 데이터의 표현 중 하나를 결정적인 표현으로 결정할 수 있고, 결정적인 동작은 결정적인 표현을 기반으로 초기화되었던 활동으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 수신된 응답에 포함된 데이터의 표현 중 과반수 결정이 결정적인 표현을 제공할 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 데이터 일관성 결정은 예를 들어, 데이터의 표현의 표시자 중 하나를 결정적인 표시자로 결정할 수 있고, 결정적인 동작은 결정적인 표시자에 대응하는 데이터의 표현을 기반으로 초기화되었던 활동으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 수신된 응답에 포함된 표시자 중 과반수 결정이 결정적인 표시자를 제공할 수 잇다.
제3 측면은 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하고, 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 갖는 컴퓨터 프로그램 제품이다. 컴퓨터 프로그램은 데이터 프로세싱 유닛으로 로드가능하고, 컴퓨터 프로그램이 데이터 프로세싱 유닛에 의해 실행될 때 제1 및 제2 측면 중 임의의 측면에 따른 방법을 실행시키도록 구성된다.
제4 측면은 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 관리 및 제어기를 위한 장치이고, 여기서 데이터의 다수의 표현은 다수의 저장 엔터티의 각각에 유지된다.
장치는 (다수의 저장 엔터티 중 두개 이상의 저장 엔터티 각각에 대해) - 저장 엔터티로 - 데이터에 관련된 각 질문을 송신하고, - 저장 엔터티로부터 - 저장 엔터티에 유지되는 데이터의 표현을 포함하는 응답을 수신하도록 구성된 제어 회로를 포함한다.
제어 회로는 또한 (두개 이상의 저장 엔터티 중 적어도 두개인 각각에 대해) 응답에 포함된 데이터의 표현을 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 동작을 초기화하도록 구성된다.
또한, 제어 회로는 (응답에 포함된 데이터의 표현을 기반으로) 초기화된 동작 중 하나를 - 결정적인 동작을 - 데이터의 결정적인 표현을 기반으로 하는 것으로 결정하고, 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행한 결과로 결정적인 동작의 결과를 제공하도록 구성된다.
제5 측면은 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 관리 및 제어기를 위한 장치이고, 여기서 데이터의 다수의 표현은 다수의 저장 엔터티의 각각에 유지된다.
장치는 (다수의 저장 엔터티 중 두개 이상의 저장 엔터티 각각에 대해) - 저장 엔터티로 - 데이터에 관련된 각 질문을 송신하여 그에 의해 저장 엔터티에 유지되는 데이터의 표현을 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 동작을 초기화하고, - 저장 엔터티로부터 - 저장 엔터티에 유지되는 데이터의 표현의 표시자를 포함하는 응답을 수신하도록 구성된 제어 회로를 포함한다.
또한, 제어 회로는 (응답에 포함된 표시자를 기반으로) 초기화된 동작 중 하나를 - 결정적인 동작을 - 결정적인 표시자에 대응하는 데이터의 표현을 기반으로 하는 것으로 결정하고, 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행한 결과로 결정적인 동작의 결과를 제공하도록 구성된다.
제4 및 제5 측면은 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 관리 및 제어기를 위한 장치로 설명될 수 있고, 여기서 데이터의 다수의 표현은 다수의 저장 엔터티의 각각에 유지된다.
장치는 제1 및 제2 측면 중 임의의 측면의 방법 단계를, 또는 제1 및 제2 측면을 조합한 방법을 실행하게 구성된 제어 회로를 포함한다.
제6 측면은 제4 및 제5 측면 중 임의의 측면의 장치를 포함하는 저장 클라이언트이다.
제7 측면은 제4 및 제5 측면 중 임의의 측면의 장치 및/또는 제6 측면의 저장 클라이언트를 포함하는 클라이언트 노드이다.
일부 실시예에서, 상기의 측면 중 임의의 측면은 부가적으로 다른 측면 중 임의의 측면에 대해 상기에 설명된 바와 같은 다양한 특성과 일치하거나 그에 대응하는 특성을 가질 수 있다.
일부 실시예의 이점은 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하기 위한 대안적인 접근법이 제공된다는 점이고, 여기서 데이터의 다수의 표현은 다수의 저장 엔터티의 각각에 유지된다.
일부 실시예의 또 다른 이점은 데이터 질문의 송신으로부터 동작 세트의 실행 결과가 제공될 때까지 대기시간을 감소시킨다는 점이다.
일부 실시예의 또 다른 이점은 감소된 전력 소모 및/또는 동작-실행 리소스의 감소된 사용이 달성될 수 있다는 점이다.
또 다른 이점은 동작의 세트를 실행한 결과가 동작의 세트를 실행하는 임의의 동작이 초기화되기 이전에 데이터 일관성이 획득될 때 달성된 결과에 대응한다는 점이다.
상기에 기술된 바와 같이, 각각의 저장 엔터티에 의해 각각 유지되는, 여러 표현에 저장된 데이터를 기반으로 동작의 세트가 실행되어야 할 때 대기시간의 문제가 있을 수 있다.
동작의 세트가 여러 표현에 저장된 데이터를 기반으로 실행되어야 할 때, 두개 이상의 표현이 일반적으로 획득되고, 동작의 세트가 실행될 때 데이터의 어느 표현이 사용되는가를 결정하도록 데이터 일관성 결정이 (예를 들면, 과반수 결정) 취해진다. 동작의 세트를 실행하는데 사용되는 데이터의 표현은 데이터의 결정적인 표현이라 칭하여질 수 있다.
예를 들어, 7개의 데이터 표현이 있고, 여기서 표현 중 4개가 동일한 (일치하는) 경우, 그 표현은 과반수 결정이 적용되면 결정적인 표현으로 선택된다. 본 예를 더 설명하기 위해, 7개 중 4개 표현이 제1 값 "a"를 갖고, 7개 중 2개 표현은 제2 값 "b"를 갖고, 또한 7개 중 1개 표현은 제3 값 "c"를 갖는다고 가정한다. 이때, 과반수 결정이 적용되는 경우, 제1 값 "a"를 갖는 표현이 7개 표현 중 과반수이므로, 결정적인 표현은 제1 값 "a"를 갖는다.
일반적으로, 데이터 질문을 전송한 이후에, 데이터의 표현이 획득될 수 있기 이전에, 지연이 있다. 지연은 일부 경우에서, 예를 들면, 질문을 송신하는 디바이스와 데이터의 표현을 유지하는 저장 엔터티 사이에 비교적 큰 지형적 거리가 있을 때, 또한/또는 데이터의 표현을 유지하는 저장 엔터티가 저속-액세스 저장 엔터티일 때, 더 두드러질 수 있다. 또한, 지연은 다른 저장 엔터티에 대해 달라질 수 있다.
예를 들어, 제1 응답은 (데이터의 표현을 포함하는) 질문이 송신된 이후에 비교적 빨리 도착할 수 있다; 예를 들어, 그 데이터 표현이 로컬로 유지되고 심지어 질문하는 집단과 동일한 장치에 포함된 메모리/캐시에도 유지되는 경우이다. 데이터 일관성을 획득하는데 필요한 다른 응답은 (데이터의 표현을 포함하는) 몇 배 나중에 도착할 수 있다; 예를 들어, 지리적으로 분산된 시스템에 대해 질문이 송신된 이후 대략 100밀리세컨드 이상.
따라서, 데이터의 표현은 다른 지연을 갖고; 다른 시점에 도착할 수 있다. 이러한 지연 문제는 모든 표현이 획득될 때까지 과반수 결정을 (그에 의해, 데이터의 결정적인 표현을 기반으로 하는 동작의 실행과 그 결과의 제공도) 연기시킨다.
다음에는 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 관리에 대한 실시예가 설명되고, 여기서 데이터의 다수의 표현은 다수의 저장 엔터티의 각각에 유지된다.
제어기는 (예를 들면, 제어 회로 또는 제어 엔터티/모듈) 동작 세트의 실행을 관리할 수 있다. 제어기는 예를 들어, 저장 클라이언트에 포함될 수 있다.
데이터의 다수의 표현은 데이터에 대한 여러 진실 소스를 제공한다. 데이터의 다수의 표현은 예를 들어, 다음 중 하나 이상이 될 수 있다: 일관성 처리, 중복성, 신뢰성, 유효성, 에러 보호, 에러 감지, 에러 정정 등.
데이터의 다수의 표현 중 하나 이상은 동일한 데이터의 다른 표현과 다를 수 있다. 예를 들면, 일부 표현은 다른 표현이 아직 업데이트를 거치지 않은 동안 (예를 들면, 시그널링 지연으로 인해) 기록 동작을 통해 업데이트될 수 있다.
데이터는 (제한되지 않지만) 하나 이상의 스칼라 또는 복소수값, 하나 이상의 벡터, 하나 이상의 매트릭스, 하나 이상의 다른 데이터 구조, 하나 이상의 문서, 하나 이상의 데이터 파일, 하나 이상의 이미지, 하나 이상의 비디오, 하나 이상의 오디오 트랙 등을 포함하여, 임의의 적절한 형태를 가질 수 있다.
다수의 저장 엔터티는 예를 들어, 다른 (물리적 또는 가상) 노드에서의 저장 및/또는 동일한 (물리적 또는 가상) 노드의 다른 계층에서의 저장을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 다른 계층은 동일한 저장 배열에 (예를 들면, 동일한 데이터 센터 또는 동일한 컴퓨터 랙에서의 여러 컴퓨터의 배열) 포함될 수 있다.
일반적으로, 다른 계층은 상위 수의 계층에 저장된 데이터 중 일부 부분 세트를 유지하는 하위 수의 계층을 칭할 수 있고, 여기서 하위 수의 계층은 상위 수의 계층 보다 더 낮은 대기시간을 갖는다. 예를 들어, 계층 0은 동적 랜덤-액세스 메모리(DRAM)이 될 수 있고, 계층 1은 솔리스-스테이트 드라이브(SSD) 디스크, 또한 계층 2는 회전 하드 디스크가 될 수 있다.
또한, 하나 이상의 저장 엔트티는 클라우드-기반의 저장을 적용할 수 있다. 하나 이상이지만 모두는 아닌 저장 엔터티는 동작의 세트를 실행하는 것을 관리하는 제어기의 로컬 저장 엔터티가 (예를 들면, 캐시 메모리 또는 레지스터) 될 수 있다. 예를 들어, 저장 클라이언트는 디폴트 표현 또는 최종으로 공지된 표현인 데이터의 표현을 유지하는 하나의 저장 엔터티 및 제어기를 포함할 수 있다.
따라서, 데이터의 다수의 표현의 저장은 분산된다 (예를 들면, 다른 계층, 다른 노드, 다른 지형적 위치 등 중 하나 이상을 통하여).
일부 실시예에 따라, 동작의 세트를 실행하는 동작은 데이터 일관성 결정이 이루어지기 이전에 초기화된다. 일반적으로, 이는 동작 세트의 실행이 여러 인스턴스에서 초기화됨을 의미한다; 각각 동작의 세트를 실행하는 추측 동작으로 볼 수 있다. 예를 들어, 동작 세트 실행의 추측 동작은 다수의 데이터 표현 (예를 들면, 데이터의 다수의 유일한 표현) 각각을 기반으로 초기화될 수 있다.
여기서 사용될 때, 용어 "동작의 세트를 실행하는 동작"은 예를 들어, 동작의 세트를 실행하는 단계를 포함하는 (또는 단계로 구성되는) 동작을 칭할 수 있다.
동작의 세트를 실행하는 추측 동작은 데이터 일관성 결정이 이루어지기 이전에 동작의 세트를 (적어도 일부를) 실행하는 것으로 정의될 수 있다. 일반적으로, 초기화된 모든 추측 동작은 동일한 동작 세트를 실행하는 것을 포함하는 반면, 동작의 세트가 실행될 때 기반으로 하는 데이터의 표현은 동작의 세트를 실행하는 초기화된 추측 동작 사이에서 다를 수 있다.
이어서, 데이터 일관성 결정이 이루어졌을 때, 일부 실시예는 데이터 일관성 결정에 대응하는 데이터의 표현을 기반으로 하지 않는 동작 세트의 실행의 추측 동작을 취소하는 단계를 (또한, 가능하게 데이터 일관성 결정에 대응하는 데이터의 표현을 기반으로 하는 동작 세트의 실행의 중복 추측 동작을 취소하는 단계) 포함한다. 일부 실시예는 데이터 일관성 결정에 대응하는 데이터의 표현을 기반으로 하지 않더라도 또한/또는 중복되더라도, 데이터 일관성 결정이 이루어진 이후에 하나 이상의 추측 동작이 계속되게 하는 단계를 포함한다.
일반적으로, 동작의 세트를 실행하는 동작을 취소하는 것은 동작의 세트를 실행하는 동작을 중단, 중지, 또는 조기 종료하는 것으로 볼 수 있다.
어떠한 경우든, 데이터 일관성 결정이 이루어졌을 때, 데이터 일관성 결정에 대응하는 데이터의 표현을 기반으로 하는 동작 세트를 실행하는 추측 동작의 결과는 데이터를 기반으로 동작 세트를 실행한 결과로 제공될 수 있다.
데이터 일관성 결정은 여기서 데이터의 결정적인 (일관된) 표현 및/또는 데이터 표현의 결정적인 (일관된) 표시자를 제공하는 것으로 칭하여진다. 데이터의 결정적인 표현은 예를 들어, 데이터의 표현 중 하나에 대응할 수 있다. 데이터 일관성 결정은 예를 들어, 데이터의 획득된 표현 또는 데이터 표현의 획득된 표시자 중에서 과반수, 또는 가중화된 과반수 결정과 같이, 합의-기반의 결정이 될 수 있다.
추측 동작에서 동작의 세트를 실행하는 단계는 예를 들어, 소프트웨어 코드 부분을 실행하는 단계를 포함할 수 있다. 동작의 세트는 실행파일, 또는 소프트웨어 인공물을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 동작의 세트는 하드웨어 실행을 포함할 수 있다. 실행파일 또는 소프트웨어 인공물의 예는 소프트웨어 기능, 방법, 스크립, 이진수 실행가능 모듈, 실행가능 컨텍스트, 소프트웨어 코드 부분 등을 포함한다. 이러한 또한/또는 다른 예의 동작 세트 중 임의의 것은 추측 동작에서 실행될 수 있다. 동작의 세트를 실행하는 추측 동작은 일부 시나리오에서 추측 실행이라 칭하여진다.
도 201은 일부 실시예에 따른 예시적인 방법(100)을 설명한다. 방법은 데이터를 기반으로 하는 동작 세트의 실행의 관리에 대한, 또한 제어기에 대한 것이고, 여기서 데이터의 다수의 표현은 다수의 저장 엔터티의 각각에 유지된다.
단계(110)에서는 각 질문이 다수의 저장 엔터티의 저장 엔터티 콜렉션의 각 저장 엔터티에 송신된다. 저장 엔터티의 콜렉션이 다수의 저장 엔터티로부터 선택되는 방법은 임의의 적절한 접근법에 따를 수 있다. 이러한 적절한 접근법은 다양하게 종래 기술에 공지되어 있다.
질문은 데이터에 관련된다. 예를 들면, 질문은 데이터에 (저장 엔터티에 유지되는 데이터의 표현) 대한 요청 또는 프롬프트를 포함할 수 있다.
단계(120)에서는 엔터티 콜렉션의 두개 이상의 저장 엔터티로부터 응답이 (예를 들면, 질문 응답) 수신된다. 응답은 응답이 수신된 저장 엔터티에 유지되는 데이터의 표현을 포함한다. 일반적으로, 응답은 저장 엔터티와 제어기 사이에서, 다른 저장 엔터티에 대해, 다른 지연으로 인하여 다른 시점에 수신된다. 이전에 기술된 바와 같이, 다른 지연은 예를 들어, 다른 시그널링 지연 (예를 들면, 다른 지형적 거리로 인한) 및/또는 다른 저장 액세스 시간 때문일 수 있다.
도 201에서, 두개 이상의 저장 엔터티는 제1 저장 엔터티, 제n 저장 엔터티, 제p 저장 엔터티, 및 제x 저장 엔터티로 표시된 네개의 저장 엔터티로 표현된다.
일부 실시예에서, 응답은 저장 엔터티의 콜렉션에 있는 (즉, 저장 엔터티의 콜렉션은 두개 이상의 엔터티로 구성됨) 모든 저장 엔터티로부터 수신된다. 일부 실시예에서, 응답은 저장 엔터티의 콜렉션에 있는 (즉, 저장 엔터티의 콜렉션은 두개 이상의 엔터티 및 하나 이상의 다른 저장 엔터티로 구성됨) 모든 저장 엔터티 보다 적은 엔터티로부터 수신된다. 어떠한 경우든, 저장 엔터티의 콜렉션은 두개 이상의 엔터티를 포함한다. 따라서, 저장 엔터티의 콜렉션의 각 저장 엔터티에 각 질문을 송신하는 단계는 두개 이상의 저장 엔터티 각각에 각 질문을 송신하는 단계를 포함한다.
예를 들면, 응답은 7개 저장 엔터티로부터 수신될 수 있다; 따라서, 7개의 데이터 표현을 제공하고, 여기서 예를 들어, 표현 중 4개는 값 "a"를 갖고, 표현 중 2개는 값 "b"를 갖고, 표현 중 하나는 값 "c"를 갖는다.
동작의 세트를 실행하는 동작은 이때 단계(130)에 의해 설명된 바와 같이, 두개 이상의 저장 엔터티 중 적어도 두개에 대해 초기화된다. 일반적으로, 각 초기화는 대응하는 응답의 수신에 응답하여 즉시 실행된다. 그래서, 응답이 다른 시점에 수신되면, 초기화는 다른 시점에 실행된다.
동작의 세트는 제어기 자체에서 또는 제어기에 연결되거나 다른 방법으로 제어기와 연관된 장치에서 실행될 수 있다. 예를 들어, 동작의 세트는 저장 클라이언트에서 실행되거나, 분산되어 실행될 수 있다 (예를 들면, 클라우드-기반의 실행).
초기화된 동작은 응답에 포함된 데이터의 표현을 기반으로 한다.
일반적으로, 동작의 세트를 실행하는 동작은 응답에 포함된 데이터의 표현이 앞서 수신된 (동작의 세트를 실행하기 위한 동일한 요청에 관련된) 응답에 포함된 데이터의 표현과 다른 저장 엔터티에 대해서만 초기화된다. 따라서, 동작의 세트를 실행하는 동작은 유일한 데이터 표현에 대해서만 초기화된다. 이는 동작의 세트를 실행하기 위해 리소스를 (프로세싱 하드웨어, 전력 소모 등) 불필요하게 사용하지 않는 이점을 갖는다.
예를 들면, 동작의 세트를 실행하는 동작은 일반적으로 제1 저장 엔터티에 대해 초기화된다 (대응하는 단계(130)에서 실선으로 도시된). 이이서, 새로운 각 응답에 대해, 응답에 포함된 데이터의 표현이 이미 수신된 응답에 포함된 데이터의 표현과 일치하는가 여부를 결정한다.
그런 경우, 그 저장 엔터티에 대한 동작의 세트를 실행하는 동작은 초기화하지 않는 것으로 결정될 수 있다 (대응하는 단계(130)에서 점선으로 제n 및 제x 저장 엔터티에 대해 도시된).
응답에 포함된 데이터의 표현이 이미 수신된 응답에 포함된 데이터의 표현과 일치하지 않으면 (즉, 응답에 포함된 데이터의 표현이 유일하면), 그 저장 엔터티에 대해 세트의 동작을 실행하는 동작이 초기화된다 (대응하는 단계(130)에서 실선으로 제p 저장 엔터티에 대해 도시된).
7개의 수신된 응답을 갖는 예의 경우, 여기서 표현 중 4개는 값 "a"를 갖고, 표현 중 2개는 값 "b"를 갖고, 표현 중 하나는 값 "c"를 갖으면, 동작의 세트를 실행하는 세가지 (추측) 동작이 초기화될 수 있다 - 값 "a"를 기반으로 하는 한번, 값 "b"를 기반으로 하는 한번, 또한 값 "c"를 기반으로 하는 한번.
단계(150)에서, 동작의 세트를 실행하는 초기화된 동작 중 하나는 데이터의 결정적인 표현을 기반으로 하는 것으로 결정된다. 이 동작은 결정적인 동작이라 칭하여진다. 따라서, 결정적인 동작은 동작의 세트를 실행하는 초기화된 동작 중 하나이다. 결정적 동작의 결정은 응답에 포함된 데이터의 표현을 기반으로 한다. 예를 들어, 단계(150)는 응답에 포함된 데이터의 표현 중에서 과반수, 또는 가중화된 과반수 결정을 취함으로서 데이터의 결정적인 표현을 결정하는 단계, 및 데이터의 결정적인 표현에 대응하는 (예를 들어, 일치하는) 데이터의 표현을 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 초기화된 동작으로 결정적인 동작을 선택하는 단계를 포함한다.
데이터의 결정적인 표현을 결정하는 단계 및/또는 결정적인 동작을 결정하는 단계는 데이터 일관성 결정에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
따라서, 결정적인 동작은 데이터 일관성 결정을 기반으로 초기화된 동작 중에서 선택되고, 여기서 데이터 일관성 결정은 결정적인 표현으로 데이터 표현 중 하나를 결정하고, 결정적 동작은 결정적인 표현을 기반으로 초기화되었던 동작으로 선택된다.
단계(150)는 저장 엔터티 콜렉션의 모든 저장 엔터티로부터 응답이 수신되었을 때 실행될 수 있다. 대안적으로, 단계(150)는 응답이 저장 엔터티 콜렉션의 모든 저장 엔터티로부터 수신되기 이전에, 예를 들면, 특정한 수의 응답이 수신되었을 때 (예를 들면, 한계값을 넘는 수), 또는 동일한 데이터 표현을 포함하는 특정한 수의 응답이 수신되었을 때 (예를 들면, 한계값을 넘는 수), 실행될 수 있다.
일반적으로, 단계(150)는 동작의 세트를 실행하는 초기화된 모든 동작이 완료되기 이전에 실행된다.
결정적인 동작을 결정한 것에 응답하여, 선택적인 단계(160)에 의해 설명된 바와 같이, 결정적 표현을 기반으로 하지 않는 초기화된 동작은 취소될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 결정적인 표현을 기반으로 하는 것을 제외하고, 초기화된 모든 동작은 또한, 선택적인 단계(160)에 의해 설명된 바와 같이, 결정적인 동작을 결정한 것에 응답하여 취소될 수 있다.
이는 동작의 세트를 실행하기 위해 리소스를 (프로세싱 하드웨어, 전력 소모 등) 불필요하게 사용하지 않는 이점을 가질 수 있다.
일부 실시예에서는 결정적인 동작이 결정된 이후에도, 또한 결정적인 동작 이외에 초기화된 동작이 (예를 들면, 초기화된 모든 동작) 완료되도록 허용됨을 주목하여야 한다. 이는 예를 들어, 동작의 실행을 취소하는 것보다 동작의 실행을 계속하도록 허용하는 것이 계산적으로 또한/또는 신호면에서 더 저렴한 경우에 유리할 수 있다.
일부 실시예에서, 초기화된 일부 동작은 선택적인 단계(140)에 의해 설명된 바와 같이, 결정적인 동작이 결정되기 이전에도 취소되거나 중단될 수 있다. 예를 들어, 데이터의 표현을 기반으로 할 확률이 확률 한계치 값 이하로 떨어지는 초기화된 동작은 취소되거나 중단될 수 있다.
한계치 값은 제로와 같거나 (결정적인 표현이 될 수 없는 표현에 대해서만 취소/중단), 제로 보다 크지만 1 보다 작을 수 있다 (결정적인 표현이 될 수 없는 표현에 대해 또한 결정적이 표현이 될 가능성이 없는 표현에 대해 취소/중단).
결정적인 표현을 기반으로 할 확률은 중간 데이터 일관성 결정을 통해 추정될 수 있다. 예를 들어, 10개 응답이 결정적인 표현을 결정하는데 필요한 경우, 또한 제1 데이터 표현을 한번, 제2 데이터 표현을 세번, 또한 제3 데이터 표현을 4번 포함하는 8개 응답이 수신된 경우, 제1 데이터 표현은 결정적인 표현이 될 수 없음이 명확하다. 이때, 제1 데이터 표현을 기반으로 동작의 세트를 실행하는 초기화된 동작은 취소될 수 있다.
이는 동작의 세트를 실행하기 위해 리소스를 (프로세싱 하드웨어, 전력 소모 등) 불필요하게 사용하지 않는 이점을 가질 수 있다.
단계(170)에서, 결정적인 동작의 결과는 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행한 결과로 제공된다 (또는 제공되게 한다).
데이터 일관성 결정 이전에 결정적인 동작이 초기화되므로 (동작의 세트를 실행하는 추측 동작 중 하나로), 전체적인 대기시간은 동작의 세트를 실행하기 이전에 데이터 일관성 결정을 할 때와 비교해 감소될 수 있다.
표현 중 4개는 값 "a"를 갖고, 표현 중 2개는 값 "b"를 갖고, 표현 중 하나는 값 "c"를 갖는 수신된 7개 응답을 갖는 예에서 계속하여, 과반수 결정이 적용되면, 결정적인 표현은 값 "a"를 갖는다. 값 "b"를 기반으로 하고 값 "c"를 기반으로 하여 초기화되었던 두개의 (추측) 동작은 결정적인 표현이 결정될 때 취소될 수 있고, 값 "a"를 기반으로 초기화되었던 (추측) 동작의 결과는 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행한 결과로 제공될 수 있다.
도 202는 일부 실시예에 따른 예시적인 방법(105)를 설명한다. 방법은 데이터를 기반으로 하는 동작 세트의 실행의 관리에 대한, 또한 제어기에 대한 것이고, 여기서 데이터의 다수의 표현은 다수의 저장 엔터티의 각각에 유지된다.
예를 들면, 7개의 데이터 표현이 다른 저장 엔터티에 유지될 수 있고, 여기서 예를 들어, 표현 중 4개는 값 "a"를 갖고, 표현 중 2개는 값 "b"를 갖고, 표현 중 하나는 값 "c"를 갖는 수신된 7개 응답을 갖는다.
단계(110)에서는 각 질문이 다수의 저장 엔터티의 저장 엔터티 콜렉션의 각 저장 엔터티에 송신된다. 저장 엔터티의 콜렉션이 다수의 저장 엔터티로부터 선택되는 방법은 임의의 적절한 접근법에 따를 수 있다. 이러한 적절한 접근법은 다양하게 종래 기술에 공지되어 있다.
질문은 데이터에 관련된다. 예를 들면, 질문은 데이터에 (저장 엔터티에 유지되는 데이터의 표현) 대한 요청 또는 프롬프트, 또는 데이터 표현의 표시자에 대한 요청를 포함할 수 있다. 표시자는 데이터 보다 더 쉽게 운반될 수 있다 (예를 들면, 더 간결할 수 있다). 표시자는 데이터로부터 (데이터의 표현으로부터) 유도될 수 있다. 예를 들어, 표시자는 데이터의 압축된 버전, 데이터의 해시-기능, 데이터의 체크썸(checksum), 데이터 핑거프린트(fingerprint), 데이터의 암호화 해시-기능 등이 될 수 있다.
또한, 질문은 예를 들어, 제1 저장 엔터티, 제n 저장 엔터티, 제p 저장 엔터티, 및 제x 저장 엔터티로 표시된 저장 엔터티에 대해, 서브-단계(135)에 의해 설명된 바와 같이, 저장 엔터티에 유지된 데이터의 표현을 기반으로 동작의 세트를 실행하는 동작을 초기화하도록 구성된다. 이는 예를 들어, 동작 요청, 소프트웨어 기능 식별자, 실행파일, 또는 질문에서 유사한 것을 포함함으로서 달성될 수 있다. 초기화된 동작은 저장 엔터티에 유지되는 데이터의 표현을 기반으로 한다. 일반적으로, 각 초기화는 질문의 수신에 응답하여 즉시 실행된다.
동작의 세트는 대응하는 저장 엔터티에서 실행될 수 있다. 동작의 세트는 저장 엔터티 자체에서, 또는 저장 엔터티에 연결되거나 다른 방법으로 저장 엔터티와 연관된 장치에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 동작의 세트는 분산되어 실행될 수 있다 (예를 들면, 클라우드-기반의 실행).
예를 들어, SQL(structured query language, 구조화된 질문 언어) 질문이 응답을 반환하기 이전에 동작의 세트를 실행하는 동작이 초기화되게 할 수 있다. 이러한 동작의 예는 간단한 프로세싱 (예를 들면, 합산) 및 진보된 프로세싱을 (예를 들면, 등록된 소프트웨어 기능의 실행) 포함한다.
표현 중 4개는 값 "a"를 갖고, 표현 중 2개는 값 "b"를 갖고, 표현 중 하나는 값 "c"를 갖는 7개 표현을 갖는 예의 경우, 동작의 세트를 실행하는 7개 (추측) 동작은 값 "a"를 기반으로 4번, 값 "b"를 기반으로 두번, 또한 값 "c"을 기반으로 한번 초기화될 수 있다.
단계(125)에서는 엔터티 콜렉션의 두개 이상의 저장 엔터티로부터 응답이 (예를 들면, 질문 응답) 수신된다. 응답은 응답이 수신된 저장 엔터티에 유지되는 데이터의 표현의 표시자를 포함한다. 일반적으로, 응답은 저장 엔터티와 제어기 사이에서, 다른 저장 엔터티에 대해, 다른 지연으로 인하여 다른 시점에 수신된다. 이전에 기술된 바와 같이, 다른 지연은 예를 들어, 다른 시그널링 지연 (예를 들면, 다른 지형적 거리로 인한) 및/또는 다른 저장 액세스 시간 때문일 수 있다.
일부 실시예에서, 응답은 저장 엔터티의 콜렉션에 있는 (즉, 저장 엔터티의 콜렉션은 두개 이상의 엔터티로 구성됨) 모든 저장 엔터티로부터 수신된다. 일부 실시예에서, 응답은 저장 엔터티의 콜렉션에 있는 (즉, 저장 엔터티의 콜렉션은 두개 이상의 엔터티 및 하나 이상의 다른 저장 엔터티로 구성됨) 모든 저장 엔터티 보다 적은 엔터티로부터 수신된다. 어떠한 경우든, 저장 엔터티의 콜렉션은 두개 이상의 엔터티를 포함한다. 따라서, 저장 엔터티의 콜렉션의 각 저장 엔터티에 각 질문을 송신하는 단계는 두개 이상의 저장 엔터티 각각에 각 질문을 송신하는 단계를 포함한다.
일반적으로, 응답은 동작의 세트를 실행하는 초기화된 동작이 완료되기 이전에 수신된다.
단계(150)에서, 동작의 세트를 실행하는 초기화된 동작 중 하나는 결정적인 표시자에 대응하는 데이터의 표현을 기반으로 하는 것으로 결정된다. 동작의 세트를 실행하는 이 동작은 결정적인 동작이라 칭하여진다. 따라서, 결정적인 동작은 동작의 세트를 실행하는 초기화된 동작 중 하나이다.
결정적인 동작의 결정은 응답에 포함된 데이터 표현의 표시자를 기반으로 한다. 예를 들어, 단계(150)는 응답에 포함된 표시자 중에서 과반수, 또는 가중화된 과반수 결정을 취함으로서 결정적인 표시자를 결정하는 단계, 및 결정적인 표시자에 대응하는 데이터의 표현을 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 초기화된 동작으로 결정적인 동작을 선택하는 단계를 포함한다.
결정적인 표시자를 결정하는 단계 및/또는 결정적인 동작을 결정하는 단계는 데이터 일관성 결정에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
따라서, 결정적인 동작은 데이터 일관성 결정을 기반으로 초기화된 동작 중에서 선택되고, 여기서 데이터 일관성 결정은 결정적인 표시자로 데이터 표현의 표시자 중 하나를 결정하고, 결정적 동작은 결정적인 표시자에 대응하는 데이터의 표현을 기반으로 초기화되었던 동작으로 선택된다.
바람직하게, 결정적인 동작은 먼저 완료될 것으로 예상되는 초기화된 동작으로, 결정적인 표시자에 대응하는 표현을 기반으로 하는 초기화된 동작 중에서 선택된다.
단계(150)는 응답이 저장 엔터티 콜렉션의 모든 저장 엔터티로부터 수신되었을 때 실행될 수 있다. 대안적으로, 단계(150)는 응답이 저장 엔터티 콜렉션의 모든 저장 엔터티로부터 수신되기 이전에, 예를 들면, 특정한 수의 응답이 수신되었을 때 (예를 들면, 한계값을 넘는 수), 또는 동일한 표시자를 포함하는 특정한 수의 응답이 수신되었을 때 (예를 들면, 한계값을 넘는 수), 실행될 수 있다.
일반적으로, 단계(150)는 동작의 세트를 실행하는 초기화된 모든 동작이 완료되기 이전에 실행된다.
결정적인 동작을 결정한 것에 응답하여, 선택적인 단계(160)에 의해 설명된 바와 같이, 결정적 표시자에 대응하는 표현을 기반으로 하지 않는 동작의 세트를 실행하는 초기화된 동작은 취소될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 결정적인 표시자에 대응하는 표현을 기반으로 하는 것을 제외하고, 동작의 세트를 실행하는 초기화된 모든 동작은 또한, 선택적인 단계(160)에 의해 설명된 바와 같이, 결정적인 동작을 결정한 것에 응답하여 취소될 수 있다.
이는 동작의 세트를 실행하기 위해 리소스를 (프로세싱 하드웨어, 전력 소모 등) 불필요하게 사용하지 않는 이점을 가질 수 있다.
일부 실시예에서는 결정적인 동작이 결정된 이후에도, 또한 결정적인 동작 이외에 초기화된 동작이 (예를 들면, 초기화된 모든 동작) 완료되도록 허용됨을 주목하여야 한다. 이는 예를 들어, 동작의 실행을 취소하는 것보다 동작의 실행을 계속하도록 허용하는 것이 계산적으로 또한/또는 신호면에서 더 저렴한 경우에 유리할 수 있다.
일부 실시예에서, 동작의 세트를 실행하는 초기화된 일부 동작은 선택적인 단계(140)에 의해 설명된 바와 같이, 결정적인 동작이 결정되기 이전에도 취소되거나 중단될 수 있다. 예를 들어, 결정적인 표시자에 대응하는 표현을 기반으로 할 확률이 확률 한계치 값 이하로 떨어지는 초기화된 동작은 취소되거나 중단될 수 있다.
확률 한계치 값은 제로와 같거나 (결정적인 표시자가 될 수 없는 표시자에 대응하는 표현에 대해서만 취소/중단), 제로 보다 크지만 1 보다 작을 수 있다 (결정적인 표시자가 될 수 없는 표시자에 대응하는 표현에 대해 또한 결정적이 표시자가 될 가능성이 없는 표시자에 대응하는 표현에 대해 취소/중단).
결정적인 표시자에 대응하는 표현을 기반으로 할 확률은 도 201과 연관되어 상기에 설명된 바와 같이, 중간 데이터 일관성 결정을 통해 추정될 수 있다.
이는 동작의 세트를 실행하기 위해 리소스를 (프로세싱 하드웨어, 전력 소모 등) 불필요하게 사용하지 않는 이점을 가질 수 있다.
단계(170)에서, 결정적인 동작의 결과는 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행한 결과로 제공된다 (또는 제공되게 한다).
데이터 일관성 결정 이전에 결정적인 동작이 초기화되므로 (동작의 세트를 실행하는 추측 동작 중 하나로), 전체적인 대기시간은 동작의 세트를 실행하기 이전에 데이터 일관성 결정을 할 때와 비교해 감소될 수 있다.
표현 중 4개는 값 "a"를 갖고, 표현 중 2개는 값 "b"를 갖고, 표현 중 하나는 값 "c"를 갖는 7개 표현을 갖는 예에서 계속하여, 7개 응답이 수신될 수 있고, 여기서 4개는 값 "a1"을 (값 "a"를 갖는 표현으로부터 유도가능한) 갖는 표시자를 포함하고, 두개는 값 "b1"을 (값 "b"를 갖는 표현으로부터 유도가능한) 갖는 표시자를 포함하고, 하나는 값 "c1"을 (값 "c"를 갖는 표현으로부터 유도가능한) 갖는 표시자를 포함한다. 이때, 과반수 결정이 적용되면, 결정적인 표시자는 값 "a1"을 (값 "a"를 갖는 표현에 대응하는) 갖는다. 값 "b"를 기반으로 초기화되었던 두개 (추측) 동작 및 값 "c"를 기반으로 초기화되었던 두개의 (추측) 동작, 뿐만 아니라 값 "a"를 기반으로 초기화되었던 4개 (추측) 동작 중 세개는 결정적인 표현이 결정될 때 취소될 수 있다. 값 "a"를 기반으로 초기화되었던 취소되지 않은 (추측) 동작의 결과는 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 결과로 제공될 수 있다.
도 203은 도 201의 방법(100)을 구현하는 일부 실시예를 예시화하기 위한 방법 단계 및 시그널링을 설명한다.
도 203은 애플리케이션(APP)(201) 및 저장 클라이언트(SC)(202)를 포함하는 클라이언트 노드(CN)(200)를 구조적으로 도시하고, 저장 클라이언트는 차례로 저장 클라이언트 라이브러리(SCL)(203) 및 로컬 저장 엔터티(SE)(204)를 포함한다. 로컬 저장 엔터티는 예를 들어, 캐시 메모리가 될 수 있다. 도 203은 또한 세개의 저장 노드(SN)(291, 292, 293)를 구조적으로 도시하고, 여기서 저장 노드(291)는 저장 엔터티(SE)(294)를 포함하고, 저장 노드(292)는 두 개의 저장 엔터티(SE)(295, 296)를 포함하고, 또한 저장 노드(293)는 저장 엔터티(SE)(297)를 포함한다. 두 개의 저장 엔터티(295, 296)는 예를 들어, 계층 0 저장 엔터티(295) 및 계층 1 저장 엔터티(296)가 될 수 있다.
저장 클라이언트 및/또는 저장 클라이언트 라이브러리는 데이터를 기반으로 하는 동작 세트의 실행의 관리를 위해, 도 201의 방법(100)을 실행하도록 구성된 제어기를 포함하는 것으로 해석될 수 있다. 데이터의 다수의 표현은 저장 엔터티(204, 294, 295, 296, 297) 각각에 유지된다.
도 203의 프로세스는 애플리케이션(201)이 저장 클라이언트(202)에 트리거 신호(280)를 송신함으로서 시작된다. 트리거 신호는 일반적으로 예를 들어, 질문 및 소프트웨어 기능 식별자를 포함할 수 있다. 트리거 신호(280)는 (205)로 설명된 바와 같이, 저장 클라이언트 라이브러리(203)에서 수신된다.
단계(210)에서 (도 201의 단계(110)과 비교), 각 질문(281a-e)은 각 저장 엔터티에 송신된다. 각 질문은 일반적으로 트리거 신호(280)를 기반으로 할 수 있다. 예를 들어, 트리거 신호(280)에 포함된 질문이 질문(281a-e)으로 사용되거나, 또는 질문(281a-e)으로 번역될 수 있다.
단계(220a-e)에서 (도 201의 단계(120)과 비교), 응답(282a-e)은 각 저장 엔터티로부터 수신된다. 응답은 그 응답이 수신된 저장 엔터티에 유지되는 데이터의 표현을 포함한다. 응답은 저장 엔터티와 저장 클라이언트 라이브러리 사이에서, 다른 저장 엔터티에 대해, 다른 지연으로 인하여 다른 시점에 수신된다.
먼저, 단계(220a)에서는 응답(282a)이 로컬 저장 엔터티(204)로부터 수신된다. 동작의 세트를 실행하는 동작은 - 로컬 저장 엔터티(204)에 유지되고 응답(282a)에 포함되는 데이터의 표현을 기반으로 하는 - 초기화 신호(283a) 및 단계(230a)에 (도 201의 단계(130)과 비교) 의해 설명된 바와 같이, 응답(282a)의 수신에 응답하여 초기화된다. 본 예에서, 로컬 저장 엔터티(204)에 대한 동작의 세트는 (231a)에 의해 설명된 바와 같이, 저장 클라이언트에서 실행된다.
나중에, 단계(220b)에서는 응답(282b)이 저장 엔터티(294)로부터 수신된다. 응답(282b)에 포함된 데이터의 표현은 응답(282a)에 포함된 데이터의 표현과 다른가 여부가 점검된다. 그런 경우, 동작의 세트를 실행하는 동작은 - 저장 엔터티(204)에 유지되고 응답(282b)에 포함되는 데이터의 표현을 기반으로 하는 - 초기화 신호(283b) 및 단계(230b)에 (도 201의 단계(130)과 비교) 의해 설명된 바와 같이, 응답(282b)의 수신에 응답하여 초기화된다. 본 예에서, 저장 엔터티(204)에 대한 동작의 세트는 (231b)에 의해 설명된 바와 같이, 저장 클라이언트에서 실행된다.
더 나중에, 단계(220c-e)에서는 응답(282c-e)이 저장 엔터티(295, 296, 297)로부터 수신된다. 각 응답에 대해, 응답에 포함된 데이터의 표현이 앞서 수신된 임의의 응답에 포함된 데이터의 표현과 다른가 여부를 점검한다. 그런 경우, 동작의 세트를 실행하는 동작은 - 저장 엔터티에 유지되고 응답에 포함되는 데이터의 표현을 기반으로 하는 - 응답의 수신에 응답하여 초기화된다 (도 201의 단계(130)과 비교). 그렇지 않은 경우, 동작의 세트를 실행하는 새로운 동작은 초기화되지 않는다. 후자는 응답(282c-e)와 관련하여 도 203의 예에 대한 경우이다.
예를 들어, 응답(282c, 282e)는 응답(282a)에 포함된 데이터의 표현과 일치하는 데이터의 표현을 포함할 수 있고, 응답(282d)는 응답(282b)에 포함된 데이터의 표현과 일치하는 데이터의 표현을 포함할 수 있다.
단계(250)에서 (도 201의 단계(150)과 비교), 동작의 세트를 실행하는 초기화된 동작(231a, 231b) 중 하나는 데이터의 결정적인 표현을 기반으로 하는 것으로 결정된다. 결정적인 동작의 결정은 응답에 포함된 데이터의 표현을 기반으로 한다. 예를 들어, 단계(250)는 응답에 포함된 데이터의 표현 중에서 과반수 결정을 취함으로서 데이터의 결정적인 표현을 결정하는 단계, 및 데이터의 결정적인 표현과 일치하는 데이터의 표현을 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 초기화된 동작으로 결정적인 동작을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
도 203의 예에서, 초기화된 동작(231a)은 결정적인 동작으로 결정된다. 이는 예를 들어, 응답(282a-e)의 과반수(282a, 282c, 282e)에 포함되었던 데이터의 표현을 기반으로 하기 때문일 수 있다.
결정적인 동작(231a)을 결정한 것에 응답하여, 초기화된 동작(231b)은 결정적인 표현을 기반으로 하지 않기 때문에, 취소 신호(284) 및 단계(260)에 (도 201의 단계(160)과 비교) 의해 설명된 바와 같이 취소된다.
결정적인 동작이 완료될 때, 그에 대한 결과는 결과 신호(286) 및 단계(270)에 (도 201의 단계(170)과 비교) 의해 설명된 바와 같이, 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 결과로 애플리케이션(201)에 제공된다.
도 204는 도 202의 방법(105)을 구현하는 일부 실시예를 예시화하기 위한 방법 단계 및 시그널링을 설명한다.
도 204는 애플리케이션(APP)(301) 및 저장 클라이언트(SC)(302)를 포함하는 클라이언트 노드(CN)(300)를 구조적으로 도시하고, 저장 클라이언트는 차례로 저장 클라이언트 라이브러리(SCL)(303)를 포함한다. 도 204는 또한 세개의 저장 노드(SN)(391, 392, 393)를 구조적으로 도시하고, 여기서 저장 노드(391)는 저장 엔터티(SE)(394)를 포함하고, 저장 노드(392)는 두 개의 저장 엔터티(SE)(395, 396)를 포함하고, 또한 저장 노드(393)는 저장 엔터티(SE)(397)를 포함한다. 두 개의 저장 엔터티(395, 396)는 예를 들어, 계층 0 저장 엔터티(395) 및 계층 1 저장 엔터티(396)가 될 수 있다.
저장 클라이언트 및/또는 저장 클라이언트 라이브러리는 데이터를 기반으로 하는 동작 세트의 실행의 관리를 위해, 도 202의 방법(105)을 실행하도록 구성된 제어기를 포함하는 것으로 해석될 수 있다. 데이터의 다수의 표현은 저장 엔터티(394, 395, 396, 397) 각각에 유지된다.
도 204의 프로세스는 애플리케이션(301)이 저장 클라이언트(302)에 트리거 신호(380)를 송신함으로서 시작된다. 트리거 신호는 일반적으로 예를 들어, 질문 및 소프트웨어 기능 식별자를 포함할 수 있다. 트리거 신호(380)는 (305)로 설명된 바와 같이, 저장 클라이언트 라이브러리(303)에서 수신된다.
단계(310)에서 (도 202의 단계(110)과 비교), 각 질문(381a-e)은 각 저장 엔터티에 송신된다. 각 질문은 일반적으로 트리거 신호(380)를 기반으로 할 수 있다. 예를 들어, 트리거 신호(380)에 포함된 질문이 질문(381b-e)으로 사용되거나, 또는 질문(381b-e)으로 번역될 수 있다.
질문(381b-e)은 데이터에 관련된다. 예를 들어, 질문(381b-e)은 데이터의 해시-기능에 대한 요청을 포함할 수 있다. 또한, 질문(381b-e)은 (331b-e)에 의해 설명된 바와 같이, 저장 엔터티에 유지되는 데이터의 표현을 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 동작을 초기화하도록 (도 202의 서브-단계(135)와 비교) 구성된다.
단계(320b-e)에서 (도 202의 단계(125)과 비교), 응답(382b-e)은 각 저장 엔터티로부터 수신된다. 응답은 그 응답이 수신된 저장 엔터티에 유지되는 데이터 표현의 표시자를 (본 예에서는, 해시-기능) 포함한다. 응답은 저장 엔터티와 저장 클라이언트 라이브러리 사이에서, 다른 저장 엔터티에 대해, 다른 지연으로 인하여 다른 시점에 수신된다.
예를 들면, 응답(382b, 382c, 382e)은 동일한 표시자 값을 (해시-값) 포함할 수 있고, 응답(382d)은 또 다른 표시자를 (해시-값) 포함할 수 있다.
단계(350)에서 (도 202의 단계(150)과 비교), 동작의 세트를 실행하는 초기화된 동작(331b-e) 중 하나는 결정적인 표시자에 대응하는 데이터의 표현을 기반으로 하는 것으로 결정된다. 결정적인 동작의 결정은 응답에 포함된 표시자를 기반으로 한다. 예를 들어, 단계(350)는 응답에 포함된 표시자 중에서 과반수 결정을 취함으로서 결정적인 표시자를 결정하는 단계, 및 결정적인 표시자에 대응하는 데이터의 표현을 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 초기화된 동작으로 결정적인 동작을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
도 204의 예에서, 초기화된 동작(331b)는 결정적인 동작으로 결정된다. 이는 예를 들어, 응답(382b-e)의 과반수(382b, 382c, 382e)에 포함되었던 데이터의 표현을 기반으로 하기 때문이고, 초기화된 동작(331c, 331e) 이전에 완료될 것으로 예상되기 때문일 수 있다.
결정적인 동작(331b)을 결정한 것에 응답하여, 초기화된 동작(331c-e)은 결정적인 표시자에 대응하는 표현을 기반으로 하지 않기 때문에, 또는 결정적인 동작의 중복으로 추정되기 때문에, 취소 신호(384c-e) 및 단계(360)에 (도 202의 단계(160)과 비교) 의해 설명된 바와 같이 취소된다.
결정적인 동작이 완료될 때, 그에 대한 결과(385)는 결과 신호(386) 및 단계(370)에 (도 202의 단계(170)과 비교) 의해 설명된 바와 같이, 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 결과로 애플리케이션(301)에 제공된다.
상기에 설명된 방법을 트리거하는 (트리거 신호(280, 380)과 비교) 일부 예가 이제 주어진다. 이러한 트리거는 예를 들어, 애플리케이션 인터페이스에서 구현될 수 있다.
일반적으로, 애플리케이션은 동작 세트의 추측 실행을 트리거하기 위해 (예를 들면, 추측 실행) 저장 클라이언트에 명령을 송신한다. 명령은 일반적으로 동작 요청, 소프트웨어 기능 식별자, 실행파일, 또는 유사한 것을 포함한다.
실행파일은 예를 들어, 실행파일 영상에서 (애플리케이션의) 심볼 또는 위치를 참조, 실행파일 블랍(blob)의 카피, 해석가능한 코드 또는 스크립, 바이트코드(bytecode)의 카피 - 그를 참조 - 와 같은 많은 다른 방법으로 표현될 수 있다.
명령은 또한 추측 실행의 스케쥴링을 위한 스케쥴링 정책을 포함할 수 있다. 예시적인 스케쥴링 정책은 프로세싱 속도가 지속적으로 낮은 리소스에 대한 추측 실행의 초기화를 스케쥴링하는 것이다 (처음 초기화된 실행이 가능한 한 빨리 완료되게 허용하도록).
명령은 또한 컨텍스트, 예를 들면 실행파일에 대한 호출 이전에 선언된 데이터 구조, 다른 곳에서 선언된 소프트웨어 기능이나 라이브러리 등을 포함할 수 있다.
명령은 또한 질문을 포함할 수 있다. 질문은 예를 들어, 키 대 값 룩업, SQL 질문, 그래프 질문 등과 같은 많은 방법으로 공식화될 수 있다.
직접적인 애플리케이션 인터페이스의 예는 다음과 같이 의사 코드(pseudo code)로 표현될 수 있다:
def myfunc(value):
return heavyprocessing.do(value)
mykey = "something"
response = storageclient.getkey(myfunc, mykey)
An example of a more evolved application interface may be expressed in pseudo code as:
mykey = "something"
with StorageClient(key=mykey) as client:
response = spawn heavyprocessing.do(client.value)
여기서, myfunc은 실행파일을 나타내고, 값은 데이터의 표현을 나타내고, mykey는 질문을 나타낸다. 보다 진화된 애플리케이션 인터페이스에서는 실행파일이 스폰 키워드(spawn keyword) 이후의 표현이다.
도 205는 일부 실시예에 따른 예시적인 장치(400)를 구조적으로 설명한다. 장치는 예를 들어, 클라이언트 노드(CN)(430)에 포함될 수 있다. 클라이언트 노드는 애플리케이션(APP)(440) 및/또는 로컬 저장 엔터티(LS)(450)를 더 포함할 수 있다.
장치는 데이터를 기반으로 하는 동작 세트 실행의 관리를 위한 제어 회로(CNTR; 예를 들면 제어기)(400)를 포함하고, 여기서 데이터의 다수의 표현은 다수의 저장 엔터티의 각각에 유지된다. 제어 회로는 예를 들어, 도 207, 도 208, 도 209, 및 도 210에 관련되어 상기에 설명된 바와 같은 방법 단계 중 하나 이상을 실행하게 하도록 구성될 수 있다.
제어 회로는 (다수의 저장 엔터티 중 두개 이상의 저장 엔터티 각각에 대해) 저장 엔터티에, 데이터에 관련된 각 질문을 전송하도록 구성된다 ((110, 210, 310)과 비교).
제어 회로는 또한 (다수의 저장 엔터티 중 두개 이상의 저장 엔터티 각각에 대해) 저장 엔터티로부터, 질문에 대한 응답을 수신하도록 구성된다 ((120, 125, 220a-e, 320b-e)과 비교). 응답은 저장 엔터티에 유지되는 데이터의 표현 및 저장 엔터티에 유지되는 데이터 표현의 표시자를 포함할 수 있다.
이를 위해, 제어 회로는 통신 인터페이스(I/O)(420)와 연관될 수 (예를 들면, 그에 연결 - 또는 연결가능) 있다. 통신 인터페이스는 로컬 저장 엔터티 이외의 저장 엔터티에 대해, 데이터에 관련된 각 질문을 송신하고 그 질문에 대한 응답을 수신하도록 구성될 수 있다.
또한, 제어 회로는 (두개 이상의 저장 엔터티 중 적어도 두개인 각각에 대해) 데이터의 표현을 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 동작을 초기화하도록 구성된다 ((130, 135, 230a-b, 310)과 비교).
이를 위해, 통신 인터페이스(420)는 일부 실시예에 따라 초기화 신호를 송신하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 제어 회로는 동작의 세트 자체를 실행하도록 구성될 수 있다.
제어 회로는 또한 응답에 포함된 표시자 또는 데이터의 표현을 기반으로, 동작의 세트를 실행하는 초기화된 동작 중 하나를 (결정적인 동작이라 칭하여지는) 결정적인 표시자에 대응하는 데이터의 표현 또는 데이터의 결정적인 표현을 기반으로 하는 것으로 결정하도록 구성된다 ((150, 250, 350)과 비교).
이를 위해, 제어 회로는 결정자(DET; 예를 들면, 결정 회로)를 포함하거나, 다른 방법으로 그와 연관될 수 (예를 들면, 그에 연결 - 또는 연결가능) 있다. 결정자는 결정적인 동작을 결정하도록 구성될 수 있다.
제어 회로는 또한 결정적인 동작의 결과를 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 결과로 제공하도록 - 예를 들면, 애플리케이션(440)에 - 구성된다. 이를 위해, 통신 인터페이스(420)는 결정적인 동작의 결과를 데이터를 기반으로 하는 동작의 세트를 실행하는 결과로 제공하도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 배열이 여기서 언급될 때, 이는 물리적인 제품; 예를 들면 장치로 이해되어야 한다. 물리적인 제품은 하나 이상의 제어기 형태의 제어 회로, 하나 이상의 프로세서 등과 같은, 하나 이상의 부품을 포함할 수 있다.
설명된 실시예 및 그와 동일한 내용은 소프트웨어 또는 하드웨어로, 또는 그들의 조합으로 실현될 수 있다. 실시예는 범용 회로에 의해 실행될 수 있다. 범용 회로의 예는 디지털 신호 프로세서(DSP), 중앙 처리 유닛(CPU), 코-프로세서 유닛, 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA), 및 다른 프로그램가능한 하드웨어를 포함한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 실시예는 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC)와 같은 특수화된 회로에 의해 실행될 수 있다. 범용 회로 및/또는 특수화된 회로는 예를 들어, 클라이언트 노드와 같은 장치에 (예를 들면, 서버, 컴퓨터 등) 포함되거나 그와 연관될 수 있다.
실시예는 여기서 설명된 임의의 실시예에 따른 배열, 회로, 및/또는 로직을 포함하는 전자 장치 내에서 (클라이언트 노드와 같은) 나타날 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 전자 장치는 (클라이언트 노드와 같은) 여기서 설명된 임의의 실시예에 따른 방법을 실행하도록 구성될 수 있다.
중복 경로의 구성
상기에 상세히 논의된 바와 같이, 미래의 모바일 통신 시스템은 산업용 제조 도메인과 같은 분야에서 통신을 지원하는 것을 목적으로 한다. 전화 통화 및 인터넷 데이터와 같은 모바일 통신 트래픽의 전형적인 사용 사례와 비교하여, 산업용 제조 애플리케이션/서비스는 더 높은 신뢰성, 가용성, 및 낮고 결정론적인 대기시간을 요구한다. 다른 사용 사례는 원격 수술, 자율주행 차량 등과 같이, 유사한 요구사항을 가질 수 있다.
이러한 통신은 일반적으로 무선 네트워크 (예를 들면, 3GPP에 의해 표준화된 것과 같은 셀룰러 네트워크; LTE, NR 등) 및 유선 네트워크 (예를 들면, 이더넷 네트워크 등) 모두를 가로지르는 경로를 통해 이동하게 된다. 유선 및 무선 통신 네트워크에서 높은 신뢰성, 가용성, 및 낮고 결정론적인 대기시간을 달성하기 위해 다양한 노력이 이루어졌다.
IEEE 802.1 시간에 민감한 네트워킹(TSN)은 IEEE 802.3 이더넷 표준을 기반으로 하므로, 유선 통신 표준이다. TSN은 이전에 주로 최선형 통신에 사용되었던 이더넷을 결정론적으로 만들기 위한, 예를 들어, 시간 동기화, 보장된 낮은 대기시간 전송, 및 높은 신뢰성에 관한 기능의 콜렉션을 설명한다. 특성은 다음의 카테고리로 그룹화될 수 있다:
* 시간 동기화 (예를 들면, IEEE 802.1AS);
* 한정된 낮은 대기시간 (예를 들면, IEEE 802.1Qav, IEEE 802.1Qbu, IEEE 802.1Qbv, IEEE 802.1Qch, IEEE 802.1Qcr);
* 초-신뢰성 (예를 들면, IEEE 802.1CB, IEEE 802.1Qca, IEEE 802.1Qci);
* 네트워크 구성 및 관리 (예를 들면, IEEE 802.1Qat, IEEE 802.1Qcc, IEEE 802.1Qcp, IEEE 802.1CS).
TSN은 하나 이상의 화자와 하나 이상의 청취자 사이의 데이터 교환을 위해 스트림의 (또는 흐름) 개념을 사용한다. 화자 및 청취자는 또한 "엔드 디바이스(end device)", 즉 TSM 스트림의 소스 및 목적 디바이스로 칭하여질 수 있다. TSN 스트림을 구성하기 위해, 청취자 및 화자는 예를 들어, 청취자와 화자 사이에 어떻게 브릿지가 (또한, 스위치 또는 이더넷 스위치로 공지된) 동작되어야 하는가와 같이, 스케쥴링 및 구성 결정에 사용되는 TSN 네트워크에 대한 요구사항을 제공한다.
IEEE 802.1Qcc 표준은 세가지 TSN 구성 모델을 지정한다: 완전히 분산된 모델; 중앙집중식 네트워크와 분산된 사용자 모델; 및 완전한 중앙집중식 모델. 산업용 제조 사용 사례의 경우, 완전한 중앙집중식 구성 모델이 가장 적절할 수 있다. 그러나, 본 설명의 실시예는 대안적으로 완전히 분산된 모델 또는 중앙집중식 네트워크 및 분산된 사용자 모델을 사용할 수 있다.
완전한 중앙집중식 구성 모델의 경우에는 네트워크에서의 실제 물리적 노드 보다는 중앙 사용자 구성(CUC) 및 중앙 네트워크 구성(CNC)이 논리적인 기능이다. CUC는 청취자 및 화자의 구성을 담당하는 엔터티이다. CNC는 네트워크 내의 브릿지에서 TSN 특성을 구성하는 엔터티이다.
무선 통신 네트워크의 설명은 롱 텀 에볼루션(LTE) 및/또는 뉴 라디오(NR)을 사용한 5G 네트워크의 맥락에 있다. 설명의 실시예는 대안적으로 다른 무선 통신 네트워크에, 특정하게 3GPP에 의해 표준화된 것과 같은 셀룰러 네트워크에 관련될 수 있다.
TS 23.501, v 15.3.0에서 설명된 바와 같은 5G 시스템(5GS) 설계는 이더넷 프로토콜 데이터 유닛(PDU) 세션의 지원을 지정한다. 이 PDU 세션에 대한 매체 액세스 제어(MAC) 어드레스는 5G 시스템에 의해 제공되지 않는다.
이더넷 PDU 세션 셋업을 위해, 세션 관리 기능(SMF) 및 사용자 평면 기능(UPF)이 PDU 세션 앵커로 동작한다. 또한, 구성을 기반으로, SMF는 UPF로부터 SMF로 어드레스 확인 프로토콜(address resolution protocol, ARP) 트래픽을 다시 전달하도록 PDU 세션 앵커로 동작하는 UPF에 요청할 수 있다. 또한, UPF는 UE로부터 수신된 MAC 어드레스를 저장하고 이를 적절한 PDU 세션과 연관시키는 것으로 가정된다.
또한, 서비스 품질(QoS) 프로비져닝을 위해, SMF는 이더넷 프레임 구조 및 사용자 장비 MAC 어드레스를 기반으로 이더넷 패킷 필터 세트 및 전달 규칙을 제공한다.
3GPP 시스템 설계에서의 애플리케이션 기능(AF)은 기능적인 노드로, 예를 들어 다음과 같은 서비스를 제공하도록 3GPP 코어 네트워크와 상호동작한다:
* 트래픽 라우팅에 대한 애플리케이션 영향 (TS 23.501, v 15.3.0, 5.6.7절).
* 네트워크 노출 기능의 액세스 (TS 23.501, v 15.3.0, 5.20절).
* 정책 제어를 위한 정책 제어 프레임워크와의 상호동작 (TS 23.501, v 15.3.0, 5.14절).
또한, AF는 예를 들어, PDU 세션 수정과 같이, UE에 대한 특정한 서비스를 트리거할 수 있다. 애플리케이션 트리거 서비스에 대해 더 상세한 내용은 3GPP TS 23.501, v 15.3.0, 4.4.5절에서 설명된다.
현재에는 5GS를 통해 중복 TSN 스트림을 구성하는 방법에 대한 메카니즘이 없다. 현재 3GPP 표준은 듀얼 또는 멀티 연결(DC), 캐리어 집성(CA), 및 패킷 복제와 같이, 전송의 신뢰성을 증가시키기 위한 다른 방법을 지원한다. 그러나, 중복성을 셋업하는 방법에 관하여 (전송 신뢰성을 증가시키는 방법을 사용할 수 있는) 5GS와 TSN 사이에 정의된 통신이나 인터페이스가 없다.
사용 사례의 예로서, 5GS와 TSN 사이의 연동이 산업용 네트워크 배치에 많이 관련된다. 불행하게도, 이러한 타입의 원할한 연동은 현재 네트워크에서 실현가능하지 않다.
본 발명의 특정한 측면 및 그 실시예는 이러한 문제 또는 다른 문제에 대한 솔루션을 제공할 수 있다.
예를 들면, 한 측면으로, 본 발명은 무선 통신 네트워크에 대한 코어 네트워크 노드에서의 방법을 제공한다. 방법은: 유선 통신 네트워크와 연관된 구성 노드와의 인터페이스를 통해 구성 메시지를 수신하는 단계로, 구성 메시지는 유선 통신 네트워크에 연결된 제1 노드와 무선 통신 네트워크에 연결된 제2 노드 사이의 다수의 경로에 대한 셋팅을 포함하고, 다수의 경로는 제1 및 제2 노드 사이에 다수의 데이터 스트림을 운반하고, 다수의 데이터 스트림은 적어도 하나의 중복 데이터 스트림을 포함하는 단계; 및 셋팅에 따라 무선 통신 네트워크 내에 다수의 경로를 구성하는 단계를 포함한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 유선 통신 네트워크에 대한 구성 노드에서의 방법을 제공한다. 방법은: 무선 통신 네트워크에 대한 코어 네트워크 노드와의 인터페이스를 통해 요청 메시지를 전송하는 단계로, 요청 메시지는 무선 통신 네트워크의 토폴로지에 관련된 정보에 대한 요청을 포함하는 단계; 및 코어 네트워크 노드와의 인터페이스를 통해 정보 메시지를 수신하는 단계로, 정보 메시지는 무선 통신 네트워크의 토폴로지에 관련된 정보를 포함하는 단계를 포함한다.
특정한 실시예는 다음의 기술적 이점 중 하나 이상을 제공할 수 있다: TSN 및 5GS를 통한 종단간 결정론적 패킷 전송; 5GS를 통한 TSN 스트림 중복 특성; 및 5G 코어 네트워크의 설계로의 원할한 통합.
도 206은 중복 경로를 사용한 TSN 데이터 스트림의 전송을 도시한다.
미래에는 5G가 TSN 기능을 지원하고 5G 무선 링크를 통해 TSN 스트림을 전송할 것으로 예상된다. 이는 TSN이 본 섹터에서 주요 통신 기술이 될 것으로 기대되기 때문에 산업용 사용 사례와 많이 관련된다. 5G 시스템에서의 TSN 트래픽의 지원으로, 무선 통신은 TSN과 함께 배치된 산업용 네트워크에서, 케이블을 대체하여, 사용될 수 있다. TSN의 중요한 특성 중 하나는 IEEE 802.1CB - 신뢰성을 위한 프레임 복제 및 제거이고, 이는 전송된 경로 중 하나에서 장애가 일어난 경우 신뢰성을 증가시키기 위해 중복 전송을 가능하게 한다.
이러한 시나리오는 도 206에서 설명된다. 회색 화살표는 네트워크를 통해 복제된 프레임을 설명한다. 검정색 화살표는 단일 TSN 스트림을 도시한다. 화자의 스트림은 좌측에 도시되고, 청취자에서 전달된 데이터 스트림은 도면의 우측에 있다.
본 발명의 실시예에 따라, TSN 네트워크와 이러한 상호동작을 가능하게 하는 인터페이스가 5GS에서 제안된다. 5G 측에서의 이러한 인터페이스는 애플리케이션 기능(AF)의 일부 또는 또 다른 네트워크 엔터티가 (또 다른 코어 네트워크 노드 또는 기능) 될 수 있다. 이러한 제안된 새로운 인터페이스의 한가지 역할은 예를 들어, CNC와 같이, 네트워크를 통해 프레임의 중복 경로를 구성하는 TSN 네트워크 내에서의 하나 이상의 노드와 상호동작하고, TSN 스트림에 대한 요구사항을 5GS를 통해 관련된 특성으로 변환하는 것이다.
도 207은 이러한 통합의 한 예를 도시한다. 5GS는, AF를 (또는 상기에 설명된 바와 같은 대안적인 코어 네트워크 노드 또는 기능) 사용함으로서, 하나 또는 다수의 TSN 스위치로 동작하고, CNC 및 TSN 네트워크에서의 다른 TSN 스위치에 의해 하나 이상의 TSN 스위치로 보여진다.
TSN에서 두가지 독립적인 데이터 경로의 구성은 애플리케이션 소프트웨어로부터의 (예를 들면, 프로그램가능한 로직 제어기(PLC)) 요구사항에 의존한다. 관련된 구성 매개변수는 IEEE 802.1Qcc 46.2.3.6.1에서 지정된 "NumSeamlessTrees"가 될 수 있다. 이 매개변수의 값이 1 보다 크면, CNC는 최대로 분리된 트리(disjoint tree)를 계산하고 셋업할 필요가 있다 (값이 2인 경우, 거의 분리된 두개의 트리가 있다).
본 발명의 한 실시예에서, 5G 코어 네트워크 기능은 (AF와 상호동작하는) 두개의 독립적인 경로가 (원할한 트리) 5G 네트워크 내에 셋업될 수 있는가를 결정한다. 이를 수행하기 위해, RAN에, 예를 들어 단일 gNB 또는 다수의 gNB에 요청이 송신될 수 있다. 5G 네트워크는 5G 네트워크로부터의 하나 또는 다수의 기술을 사용함으로서 전송된 패킷의 중복성을 지원할 수 있다 (예를 들면, 신뢰성을 증가시키기 위해). 적절한 예로는 듀얼 연결, 캐리어 집성, 및 복제가 포함될 수 있다. 5GS에서 TSN 스트림에 대한 중복 경로 또는 다중 경로를 사용하기 위해, 두개 이상의 UE가 동일한 이더넷 네트워크 또는 디바이스에 부착되고 중복성을 위한 다른 특성과 조합되어 또는 그에 대한 대안으로 사용될 수 있다. 도 209 내지 도 211은 무선 네트워크에서의 중복 경로의 다양한 예를 제공한다.
도 211은 중복성을 이유로 두개의 UE가 사용되는 설계를 도시한다. 도 209는 다른 TSN 경로를 시뮬레이트하는 5GS를 도시한다. 도 210은 이러한 증가된 중복성을 가능하게 할 때 가능한 5G 순열 중 일부를 보여줌으로서 이러한 다중 경로가 시뮬레이트될 수 있는 방법에 대해 더 많은 통찰력을 제공한다.
예를 들어, 가장 간단한 경우, 들어오는 중복 스트림 모두가 동일한 UPF, gNB, 및 UE를 통해 전달된다. UE는 이들을 다중 중복 TSN 노드에 전달할 수 있다.
이 시나리오는 5GS가 물리적 중복 없이 충분히 신뢰성이 있다고 가정되는 경우 적용가능할 수 있다. 또 다른 옵션은 무선 네트워크에서만 중복성을 사용하지만 코어 네트워크에서는 단일 UPF를 사용하거나 - 단일 UE를 사용하지만 듀얼 연결을 사용하는 것이다. 종래 기술에 숙련된 자는 다수의 옵션이 있음을 이해하게 될 것이다.
본 발명의 일부 실시예에 따라, 5GS에서 중복성이 지원되는 방법은 외부 TSN 네트워크에 노출되지 않는다; 이러한 실시예에서, AF를 통해 통신되는 유일한 것은 중복성이 지원되는가 여부와 어느 정도인가 이다 (예를 들면, 중복 경로의 수 또는 중복 토폴로지의 모양).
상기에 기술된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 유선 통신 네트워크 (TSN 네트워크와 같은) 및 무선 통신 네트워크 (5G 네트워크와 같은) 사이에 종단간 중복성을 셋업하고 가능하게 하는 기능을 인에이블하는 새로운 인터페이스를 제공한다.
도 207은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템을 도시하고, 특정하게 5GS와 TSN 사이의 이러한 상호동작이 도 206을 참조로 상기에 논의된 TSN 네트워킹에 대한 완전한 중앙집중식 접근법에 대해 설명됨을 도시한다.
도 207에서의 시나리오는 AF가 무선 네트워크 도메인의 일부인 것으로 가정한다. 무선 네트워크와 유선 네트워크 사이의 통신을 위한 인터페이스가 제안된다. 이러한 타입의 상호동작이 두 네트워크의 다른 부분/엔터티에서도 일어날 수 있지만, 명확성을 개선하기 위해, 여기서는 AF와 CNC 사이의 예를 제공한다. TSN 네트워크에서의 디바이스는 화자가 될 수 있고, 5G 네트워크에 연결된 디바이스는 청취자가 될 수 있다. 다른 실시예에서는 이 시나리오가 다를 수 있다. 예를 들어, 화자가 무선 네트워크에 (예를 들면, 5GS) 있고 청취자가 유선 네트워크에 (예를 들면, TSN) 있을 수 있다.
도 208은 본 발명의 실시예에 따른 시그널링 도면이고, AF와 CNC 사이의 상호동작을 도시한다. TSN 흐름을 셋업하는 상호동작의 시퀀스는 다음과 같다.
0. 5GS가 TSN 네트워크에 연결되고, 링크 레이어 발견 프로토콜(link layer discovery protocol, LLDP) 또는 다른 적절한 관리 프로토콜을 (예를 들면, 간단한 네트워크 관리 프로토콜(simple network management protocol, SNMP), 네트워크 구성 프로토콜(Network Configuration Protocol, NETCONF), 대표 상태 전송 구성 프로토콜(Representational State Transfer Configuration Protocol, RESTCONF) 사용하여 TSN 네트워크 내의 TSN 브릿지를 검색하고 TSN 브릿지에 의해 LLDP 요청에 응답할 수 있다.
1. PLC는 디바이스 ID 및 가능하게 공공 3GPP 식별자를 (예를 들면, 이동국 국제 가입자 디렉토리 번호(mobile station international subscriber directory number, MSISDN)) CUC 또는 MAC 어드레스와 같은 다른 어드레스에 전송함으로서 통신을 초기화한다. CUC 또는 다른 어드레스에 송신된 메시지는 다음의 정보 컨텐츠 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
i. 디바이스 ID를 갖는 작동기와 센서 사이에 전달된 데이터의 패이로드 사이즈
ii. 시간 간격
iii. 3GPP UE 공공 식별자(MSISDN) (선택적)
2. CNC는 네트워크의 물리적 토폴로지를 (예를 들면, 네트워크 노드 및 그들 사이의 링크) 검색한다. 엔드 스테이션과 브릿지 사이의 물리적 링크를 검색하기 위해, CNC는 IEEE Std 802.1AB (예를 들어, LLDP) 및/또는 임의의 원격 관리 프로토콜을 사용할 수 있다.
* 본 발명의 한 실시예에서, AF는 토폴로지 요청에 응답하고 임의의 중복 필요성을 충족시킬 수 있도록 5GS를 통한 다중 경로를 광고한다. 다중 경로는 두개 이상의 경로를 포함할 수 있다. 5GS에서의 중복 경로는 예를 들어, 경로 당 다중 TSN 스위치 또는 단일 스위치와 같이 내부적으로 다른 토폴로지로 광고될 수 있다.
* 이러한 광고는 PDCP 복제 및/또는 다중 UE 연결, 전송과 코어 네트워크 및 기능 중복과 같이, 증가된 전송 신뢰성을 지원할 수 있는 모든 관련 5G 메카니즘을 아는 것으로 이루어질 수 있다 - 이는 5GS 종단간에서 완전한 물리적 중복성을 포함할 수 있다.
* 본 발명의 또 다른 실시예로, 중복성은 또한 TSN 네트워크 방향으로 시뮬레이트될 수 있다. 5GS는 다중 경로를 시뮬레이트하고 관련된 메카니즘이 필요한 기능을 지원하는 것을 가능하게 할 수 있다 - AF는 이러한 시뮬레이트된 분리 경로를 CNC에 대한 법적 분리 경로로 발표하게 된다.
* AF가 CNC에 대한 다중 경로를 발표하면, 이들은 내부에서 동적으로 변경 또는 수정될 수 있지만, 동시에 이들은 CNC에 대해 정적일 수 있다. 설정된 스트림의 경우, 이러한 경로는 특정한 스트림 합의가 유효한 한 변경되지 않아야 한다.
3. CNC는 네트워크로부터 (AF로부터의 토폴로지 정보를 포함하여) 또한 CUC로부터 검색된 정보, 및 특정한 PLC 애플리케이션에 대해 정보를 기반으로, 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있는 TSN 구성 매개변수를 생성한다.
* 트래픽 사양; 예를 들면, 화자가 스트림에 대한 프레임을 전송하는 방법을 지정
* 스트림 ID(StreamID)
* 사용자 대 네트워크 요구사항; 대기시간 및 중복성과 같이 스트림에 대한 하나 이상의 사용자 요구사항을 지정
상기 및 추가 매개변수는 IEEE 802.1Qcc, 46.2.3절에 지정되어 있다. 이러한 구성 정보는 또한 중앙집중식 및 분산형 사용자 접근법과 같은 다른 TSN 구성 모델 내에서 수집 및 생성될 수 있다.
4. CUC는 화자 그룹 및 청취자 그룹을 (요구되는 정보) 생성하고 CNC에 대한 결합 요청을 생성한다.
5. CNC는 결합 요청을 수신하고 TSN 스트림의 경로 계산을 (엣지 브릿지로부터 엔드 스테이션까지 5GS를 통한 경로를 포함하여) 실행한다. 계산 알고리즘은 표준에서 지정되지 않고, 종래 기술에 숙련된 자는 경로 계산을 위해 다수의 방법 및 알고리즘이 존재함을 이해하게 된다. 본 발명은 그에 대해 제한되지 않는다. 이러한 알고리즘은 예를 들어, 네트워크 처리량, 전체적인 네트워크 대기시간, 경로 대기시간 등과 같은 하나 이상의 네트워크 성능 메트릭을 최소화 또는 최대화하도록 추구할 수 있다.
o. 경로 계산은 5G 경로를 포함하여 화자에서 청취자까지 프레임을 전송하는데 사용되는 경로를 계산하는 단계를 포함한다.
o. CUC는 또한 목적 MAC 어드레스, VLAN ID, 및 PCP(priority code point, 우선순위 코드 포인트)를 포함하는 유일한 식별자(streamID)를 각 스트림에 대해 할당하고, streamID를 CNC로 통신한다.
6. CNC는 스케쥴링 셋팅에 대한 출력을 제공한다. 이 스케쥴링 및 경로 셋팅은 상태 그룹을 통해 CUC에 반환된다 (IEEE 802.1 Qcc, 46.2.5).
7. CNC는 예를 들어, IEEE 802.1Q에 지정된 바와 같이 브릿지에서 netconf 또는 또 다른 차세대(Yet Another Next Generation, YANG) 관리 객체와 같은 관리 프로토콜을 통해 브릿지에서 경로 셋팅을 구성한다.
* 이러한 셋팅은 스위치가 패킷을 전달하는 방법을 정의한다.
* 한 실시예에서, AF는 이 구성 정보를 CNC로부터 얻고 셋팅된 경로에 대해 알고 중복성에 대해 인지한다 - 이 정보를 사용하여 중복성 특성을 가능하게 하고 보장한다.
8. 상태 그룹이 어떠한 장애 코드도 포함하지 않으면, CNC는 구성 셋팅을 AF에 제공한다.
9. AF는 5GS에 대한 TSN 구성 셋팅을 변환하고, PDU 세션 수정을 트리거하고, 또한 SMF에 관련된 전달 규칙 및 패킷 필터 세트를 제공하며, 이는 UPF 전달 규칙 및 패킷 필터 세트를 구성하기 위해 SMF에 의해 더 사용된다. 이는 5GS에서 스트림 트래픽을 전달하기 위해 경로가 CNC에 의해 선택되는 것에 대한 지식을 포함할 수 있다; 이 지식은 5GS에 의해 그에 따라 스트림을 라우팅하는데 사용될 수 있다.
상기의 설명은 CNC, CUC, 및 AF (또는, 다른 코어 네트워크 노드나 기능) 사이의 상호동작에 중점을 두었다. TSN 네트워크가 중앙 조정을 사용하지 않는 (즉, CNC 및 CUC가 존재하지 않는) 실시예에서, 본 발명에서 설명된 방법은 유사한 방식으로 적용될 수 있지만, AF는 5GS에 연결된 스위치에 (예를 들면, TSN 스위치) 직접적으로 대화하게 된다.
도 209는 본 발명의 실시예에 따른 무선 네트워크에서 중복 경로를 도시하는 구조도이다. 중복 경로는 유선 네트워크에 있는 다수의 스위치로부터 5GS에 도착하고 무선 네트워크에서 대응하는 경로로 전해질 수 있음을 볼 수 있다.
도 210은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 네트워크에서 중복 경로를 도시하는 구조도이다. 중복 경로는 상세히 도시되고, 공통적으로 하나 이상의 요소를 포함할 수 있다 (예를 들면, 무선 네트워크에서의 단일 요소가 하나 이상의 경로에서 사용될 수 있다). 이에 대한 극단적인 예에서, 경로는 서로 동일한 두개 이상의 경로를 포함할 수 있다 (예를 들면, 동일한 데이터가 동일한 물리적 또는 가상적 경로를 통해 한번 이상 전송된다). 경로는 또한 서로 구별되는 하나 이상의 요소를 포함할 수 있다 (예를 들면, 두개 이상의 경로는 하나 이상의 측면에서 다를 수 있다). 예를 들어, 경로는 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 다른 코어 네트워크 노드나 기능 (도 210에 설명된 사용자 평면 기능과 같은); 다른 무선 액세스 네트워크 노드 (도 210에 도시된 gNodeB와 같은); 또한 다른 터미널 디바이스 (도 210에 도시된 UE와 같은). 따라서, 경로는 최대로 분리되는 또한/또는 완전히 분리되는 두개 이상의 경로를 포함할 수 있다.
도 211은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 네트워크에서 중복 경로를 도시하는 구조도이고, 가장 상세한 내용을 포함한다. 본 실시예에서는 두개의 중복 경로가 도시되고, 이들은 화자 및 청취자 사이에서 (즉, PLC에서의 이더넷 호스트 및 제어하는 디바이스 사이에서) 분리된다. 각 이더넷 호스트는 신뢰성을 위한 프레임 복제 및 제거(frame replication and elimination for reliability, FRER) 모듈을 포함하고, 이는 프레임이 복제되고 (즉, 화자 또는 전송 디바이스에서) 복제 제거 또는 제거되도록 (예를 들면, 청취자 또는 수신 디바이스에서) 허용한다.
도 212는 본 발명의 실시예에 따른 코어 네트워크 노드 또는 기능에서의 방법에 대한 흐름도이다. 코어 네트워크 노드는 예를 들어, 도 213, 도 214, 및 도 217 중 하나 이상에 대해 상기에 설명된 AF의 기능 및 시그널링을 실행할 수 있으므로, 애플리케이션 기능(AF)을 포함 또는 구현할 수 있다. 그러나, 상기에 기술된 바와 같이, 이러한 기능은 다른 코어 네트워크 노드 또는 기능에서 구현될 수 있다. 또한, 도 212에 관련하여 아래에서 설명되는 단계는 하나 이상의 코어 네트워크 기능에서 실행될 수 있다.
단계(700)에서, 코어 네트워크 노드는 유선 통신 네트워크와 연관된 구성 노드로부터 (예를 들면, 상기에 설명된 바와 같은 CNC 또는 TSN 스위치) 요청 메시지를 수신한다. 요청 메시지는 LLDP, SNMP, NETCONF, RESTCONF, 또는 임의의 적절한 네트워크 관리 프로토콜에 따라 구성될 수 있다. 요청 메시지는 예를 들어, 무선 통신 네트워크 내의 하나 이상의 노드의 신원, 이들 노드 사이의 링크, 이들 노드가 중복 경로를 가능하게 하는 기능 등과 같이, 무선 통신 네트워크의 토폴로지에 관련된 정보에 대한 요청을 포함할 수 있다.
단계(702)에서, 코어 네트워크 노드는 무선 통신 네트워크의 토폴로지에 관련된 정보를 포함하는 정보 메시지를 구성 노드에 전송한다. 예를 들면, 정보 메시지는 중복 경로를 제공하는 무선 네트워크의 기능에 대한 표시를 포함할 수 있다. 정보 메시지는 특정한 엔드 포인트 또는 디바이스에 대해 (요청 메시지에서 식별될 수 있는) 무선 통신 네트워크에서 구성될 수 있는 다수의 경로의 표시를 포함할 수 있다. 정보 메시지는 또한 LLDP, SNMP, NETCONF, RESTCONF, 또는 임의의 적절한 관리 프로토콜를 통해 구성될 수 있다.
단계(704)에서, 코어 네트워크 노드는 구성 노드로부터 구성 메시지를 수신한다. 구성 메시지는 유선 통신 네트워크에 연결된 제1 노드와 무선 통신 네트워크에 연결된 제2 노드 사이에서의 다수의 경로에 대한 셋팅을 포함한다. 예를 들어, 셋팅은 다수의 경로 각각에 대해 입력 포트와 출력 포트 사이의 연관성에 대한 세트, 즉 각 입력 포트로부터의 출력 포트 데이터가 전달될 명령을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 215 및 도 216을 참조한다. 다수의 경로는 제1 및 제2 노드 사이에서, 적어도 하나의 중복 데이터 스트림을 포함하는 다수의 데이터 스트림을 운반한다.
한 실시예에서, 다수의 경로는 무선 통신 네트워크에서 서로 공통적으로 적어도 하나의 요소를 갖는 제1 경로 및 제2 경로를 포함한다. 예를 들어, 한 실시예에서는 제1 경로 및 제2 경로가 무선 통신 네트워크에서 동일하다.
또 다른 실시예에서, 다수의 경로는 무선 통신 네트워크에서 서로 공통적이지 않는 적어도 하나의 요소를 갖는 제3 경로 및 제4 경로를 (상기에 설명된 제1 및 제2 경로에 대해 부가적이거나 대안적일 수 있는) 포함한다. 예를 들어, 제3 경로 및 제4 경로는 무선 통신 네트워크에서 분리된 경로이거나, 무선 통신 네트워크에서 최대로 분리된 경로가 될 수 있다. 제3 및 제4 경로 사이에서 공통적이지 않는 적어도 하나의 요소는 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 사용자 장비; 무선 액세스 네트워크 노드; 및 코어 네트워크 노드 또는 기능. 제3 및 제4 경로는 사용자 장비 및 다중 무선 액세스 네트워크 노드 사이의 듀얼 연결, 또한/또는 사용자 장비 및 하나 이상의 무선 액세스 네트워크 노드 사이의 캐리어 집성을 사용할 수 있다.
경로는 하나 이상의 물리적 경로 또한/또는 하나 이상의 가상 경로를 포함할 수 있다.
단계(706)에서, 코어 네트워크 노드는 구성 메시지에서의 셋팅을 다음 중 하나 이상으로 변환한다: 패킷 필터 세트 및 하나 이상의 전달 규칙. 예를 들면, AF가 이 기능을 실행할 수 있고, 또는 대안적으로, 정책 제어 기능(PCF)과 같은 또 다른 코어 네트워크 노드나 기능에 셋팅을 전달하여 이 기능을 실행할 수 있다. AF 또는 PCF는 무선 통신 네트워크에서 중복이 지원되는 (예를 들어, 상기에 설명된 임의의 기술을 사용하여) 방법에 대한 정보로 구성될 수 있다. PCF 또는 AF는 이 정보를 요청할 수 있다 (즉, 무선 통신 네트워크에서 이러한 중복 경로가 실제 셋업되는 방법 - CNC의 관점에서 이는 관련없다. 내부적으로 일부 무선 네트워크 기능은 가상적으로만 중복될 수 있다. 예를 들어, 하나의 UPF만 사용된다).
단계(708)에서, 코어 네트워크 노드는 셋팅에 따라 무선 통신 네트워크 내에 다수의 경로를 구성한다. 선택적으로, 특히 셋팅이 단계(706)에서의 패킷 필터 세트 및 전달 규칙 중 하나 이상으로 변환되었을 경우, 이는 패킷 필터 세트 및/또는 전달 규칙을 제2 코어 네트워크 노드에 (예를 들면, SMF) 전달하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, AF는 (또는 PCF) 요구되는 경우 PDU 세션을 셋업하고 수정되도록 SMF에 시그널링할 수 있고, AF 입력 및 중복성이 5GS에서 지원되는 방법에 대한 정보를 기반으로 중복성을 지원한다. SMF는 이어서 그에 따라 UPF에서 PDU 세션을 수정하게 된다.
또 다른 실시예에서, AMF는 AF로부터의 입력 및 중복이 지원되는 방법에 대한 5GS 내부 정보에 따라 중복성이 RAN에서 셋업되어야 하는 방법을 통보받는다.
도 213은 본 발명의 실시예에 따른 구성 노드에서의 방법에 대한 흐름도이고, 구성 노드는 이더넷 네트워크와 같은 유선 통신 네트워크와 연관된다. 구성 노드는 예를 들어, 도 213, 도 214, 및 도 217 중 하나 이상에 대해 상기에 설명된 CNC 및/또는 CUC의 기능 및 시그널링을 실행할 수 있으므로, CNC 및/또는 CUC를 포함하거나 구현할 수 있다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 특히 유선 네트워크가 중심적으로 구성되지 않은 경우 (그래서, CNC 또는 CUC가 존재하지 않는 경우), 구성 노드는 유선 네트워크의 스위치를 (예를 들면, TSN 스위치) 포함할 수 있다. 또한, 도 213과 관련하여 아래에서 설명되는 단계는 하나 이상의 네트워크 노드 또는 기능에서 실행될 수 있다.
단계(800)에서, 구성 노드는 무선 통신 네트워크와 연관된 코어 네트워크 노드에 (예를 들면, 상기에 설명된 바와 같은 AF) 요청 메시지를 전송한다. 요청 메시지는 LLDP, SNMP, NETCONF, RESTCONF, 또는 임의의 적절한 네트워크 관리 프로토콜에 따라 구성될 수 있다. 요청 메시지는 예를 들어, 무선 통신 네트워크 내의 하나 이상의 노드의 신원, 이들 노드 사이의 링크, 이들 노드가 중복 경로를 가능하게 하는 기능 등과 같이, 무선 통신 네트워크의 토폴로지에 관련된 정보에 대한 요청을 포함할 수 있다.
단계(802)에서, 구성 노드는 무선 통신 네트워크의 토폴로지에 관련된 정보를 포함하는 정보 메시지를 코어 네트워크 노드로부터 수신한다. 예를 들면, 정보 메시지는 중복 경로를 제공하는 무선 네트워크의 기능에 대한 표시를 포함할 수 있다. 정보 메시지는 특정한 엔드 포인트 또는 디바이스에 대해 (요청 메시지에서 식별될 수 있는) 무선 통신 네트워크에서 구성될 수 있는 다수의 경로의 표시를 포함할 수 있다. 정보 메시지는 또한 LLDP, SNMP, NETCONF, RESTCONF, 또는 임의의 적절한 관리 프로토콜를 통해 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 무선 통신 네트워크를 통한 중복 경로는 자체가 정보 메시지에 공지되지 않을 수 있다. 즉, 구성 노드는 중복 경로가 무선 통신 네트워크에서 설정되는 방법, 또는 중복성을 달성하고 신뢰성을 높이기 위해 무선 네트워크에서 사용되는 중복성 기술을 (예를 들면, 듀얼 연결, 패킷 복제, 캐리어 집성 등) 인지하지 못할 수 있다. 그러나, 정보 메시지는 예를 들어, 무선 통신 네트워크에서 지원될 수 있는 중복 경로의 수에 대한 표시를 포함할 수 있다.
단계(804)에서, 구성 노드는 유선 통신 네트워크에 연결된 제1 노드와 무선 통신 네트워크에 연결된 제2 노드 사이에 중복 데이터 스트림을 위한 다수의 경로를 결정한다. 다수의 경로는 제1 및 제2 노드 사이에서, 적어도 하나의 중복 데이터 스트림을 포함하는 다수의 데이터 스트림을 운반한다.
한 실시예에서, 구성 노드가 무선 통신 네트워크 내에서의 정확한 경로를 인지하지 못하는 경우, 이 단계는 완전한 무선 통신 네트워크가 하나 이상의 TSN 브릿지에 동일한 것으로 가정할 수 있다.
단계(806)에서, 구성 노드는 다수의 경로 각각에 대한 셋팅을 포함하는 구성 메시지를 코어 네트워크 노드에 전송한다. 예를 들면, 셋팅은 다수의 경로 각각에 대한 입력 포트와 출력 포트 사이의 연관성 세트, 즉 각 입력 포트로부터의 출력 포트 데이터가 전달되는 명령을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 215 및 도 216을 참조한다.
시간에 민감한 네트워크로부터의 정확한 타이밍 프로토콜 시그널링의 처리
시간에 민감한 네트워킹(TSN)은 IEEE 802.3 이더넷 표준을 기반으로 한다. TSN은 결정론적인 최선형 통신에 대해 설계된, 예를 들어, 시간 동기화, 보장된 낮은 대기시간 전송, 및 레거시 이더넷을 만드는 높은 신뢰성과 같이, IEEE 802.3 네트워크를 통해 결정론적인 서비스를 제공한다. 오늘날 이용가능한 TSN 특성은 다음의 카테고리로 그룹화될 수 있다:
* 시간 동기화 (예를 들면, IEEE 802.1AS);
* 한정된 낮은 대기시간 (예를 들면, IEEE 802.1Qav, IEEE 802.1Qbu, IEEE 802.1Qbv, IEEE 802.1Qch, IEEE 802.1Qcr);
* 초-신뢰성 (예를 들면, IEEE 802.1CB, IEEE 802.1Qca, IEEE 802.1Qci);
* 네트워크 구성 및 관리 (예를 들면, IEEE 802.1Qat, IEEE 802.1Qcc, IEEE 802.1Qcp, IEEE 802.1CS).
TSN 네트워크의 구성 및 관리는 IEEE 802.1Qcc에 정의된 바와 같이, 중앙집중식이거나 분산형 셋업으로, 다른 방식으로 구현될 수 있다. 다른 구성 모델은 도 106 내지 도 108에 도시된다. IEEE P802.1Qcc/D2.3에 정의된 바와 같이, 도 106은 분산된 TSN 구성 모델을 도시하고, 도 107은 중앙집중식 TSN 구성 모델을 도시하고, 도 108은 완전한 중앙집중식 TSN 구성 모델을 도시한다.
TSN 내의 통신 엔드포인트는 화자 및 청취자라 칭하여진다. TSN 네트워크는 다수의 엔터티 및 특성으로 구성된다. 도 106 내지 도 108에서 브릿지라 칭하여지는 모든 스위치는 화자와 청취자 사이에서, IEEE 802.1AS 시간 동기화와 같은 특정한 TSN 특성을 지원할 필요가 있다. TSN 도메인은 노드 사이에 동기화된 통신을 가능하게 한다. 화자와 청취자 사이의 통신은 스트림으로 실행된다. 스트림은 화자 및/또는 청취자에서 구현되는 애플리케이션에 의해 주어진 데이터 비율 및 대기시간에 관련하여 특정한 요구사항을 기반으로 한다. TSN 구성 및 관리 특성은 스트림을 셋업하고 네트워크 전체에서 스트림의 요구사항을 보장하는데 사용된다. 도 106에 도시된 분산형 모델에서, 화자 및 청취자는 예를 들어, 스트림 예정 프로토콜(Stream Reservation Protocol, SRP)을 사용하여 TSN 네트워크에서 화자로부터 청취자로의 경로를 따라 모든 스위치에 TSN 스트림을 셋업하고 구성할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 일부 TSN 특성은 도 107에 도시된 바와 같이, 중앙집중식 네트워크 구성(CNC) 툴이라 칭하여지는 중앙 관리 엔터티를 요구한다. CNC는 예를 들어, Netconf 및 YANG 모델을 사용하여 각 TSN 스트림에 대해 네트워크에 스위치를 구성할 수 있다. 이는 또한 결정론적인 대기시간으로 TSN 네트워크에서의 데이터 전송을 가능하게 하는 IEEE 802.1Qbv에 정의된 바와 같이 시간-게이트 큐잉(time-gated queueing)의 사용을 허용한다. 각 스위치에서의 시간-게이트 큐잉으로, 게이트가 열리도록 스케쥴링된 시간 내에 입구 포트에 도착하는 경우 최소의 대기시간 및 지터로 높은 우선순위의 패킷이 스위치를 통과하게 허용하는 정확한 스케쥴에 따라 대기열이 열리거나 닫힌다. 완전한 중앙집중식 모델에서는 도 108에 도시된 바와 같이, 청취자 및 화자에 대한 접촉 포인트로 사용되는 중앙집중식 사용자 구성(CUC) 엔터티가 더 부가된다. CUC는 디바이스로부터 스트림 요구사항 및 엔드 포인트 기능을 수집하고 CNC와 직접 통신한다. TSN 구성에 대한 상세 내용은 IEEE 802.1Qcc에서 더 상세히 설명된다.
도 109는 도 108에 도시된 바와 같은 완전한 중앙집중식 구성 모델을 사용하는 TSN 스트림 구성의 과정에 대한 시퀀스도를 도시한다.
완전한 중앙집중식 구성 모델에서 TSN 네트워크 내의 TSN 스트림을 셋업하도록 실행되는 단계는 다음과 같다:
1. CUC는 시간에 민감한 스트림을 교환하도록 디바이스를 지정한 예를 들어, 프로그램가능한 로직 제어(PLC)와 같은 산업용 애플리케이션/엔지니어링 툴로부터 입력을 수신할 수 있다.
2. CUC는 사용자 트래픽의 주기/간격 및 패이로드 사이즈에 대한 정보를 포함하여, TSN 네트워크에서의 애플리케이션 및 엔드 스테이션의 기능을 판독한다.
3. 이러한 상기의 정보를 기반으로, CUC는 다음을 생성한다:
- 각 TSN 스트림에 대한 식별자인 StreamID
- StreamRank, 및
- UsertoNetwork 요구사항
4. CNC는 예를 들어, 링크 레이어 검색 프로토콜(LLDP) 및 임의의 네트워크 관리 프로토콜을 사용하여 물리적 네트워크 토폴로지를 검색한다.
5. CNC는 예를 들어, 네트워크 관리 프로토콜을 통해, TSN 네트워크에서 브릿지의 TSN 기능을 (예를 들면, IEEE 802.1Q, 802.1AS, 802.1CB) 판독한다.
6. CUC는 하나의 화자에서 하나의 청취자로의 TSN 스트림에 대해 브릿지에서 네트워크 리소스를 구성하기 위해 스트림을 구성하도록 결합 요청을 초기화한다.
7. 화자 및 청취자 그룹은 (TSN 스트림을 지정하는 요소들의 그룹) IEEE 802.1Qcc, 46.2.2에 지정된 바와 같이, CUC에 의해 생성된다.
8. CNC는 TSN 도메인을 구성한다.
9. CNC는 물리적 토폴로지를 점검하고 시간에 민감한 스트림이 네트워크에서 브릿지에 의해 지원되는가를 점검한다.
10. CNC는 스트림의 스케쥴링 및 경로 계산을 실행한다.
11. CNC는 TSN 네트워크에서 경로를 따라 브릿지에서의 TSN 특성을 구성한다.
12. CNC는 스트림에 대한 결과적인 리소스 지정에 대한 상태를 (성공 또는 실패) CUC에 반환한다.
13. CUC는 청취자와 화자 사이에서 초기에 정의된 바와 같이 사용자 평면 트래픽 교환을 시작하도록 엔드포인트를 더 구성한다.
TSN 네트워크에서, streamID는 스트림 구성을 유일하게 식별하는데 사용될 수 있다. 이는 사용자의 스트림에 TSN 리소스를 할당하는데 사용된다. streamID은 다음과 같은 두개의 튜플로 구성된다:
1. TSN 화자와 연관되 MacAddress
2. MacAddress에 의해 식별된 엔드 스테이션 내의 다수의 스트림 사이를 구별하는 UniqueID
도 106에 도시된 바와 같은 분산된 구성 모델에서는 CUC 및 CNC가 없다. 그러므로, 화자가 TSN 스트림의 초기화를 담당한다. CNC가 존재하지 않으므로, 브릿지는 802.1Qbv에 정의된 바와 같이 예를 들어, 시간-게이트 큐잉의 사용을 허용하지 않고 자체적으로 구성된다.
도 107에 도시된 바와 같은 중앙집중식 모델에서, 화자는 스트림 초기화를 담당하지만, 브릿지는 CNC에 의해 구성된다.
TSN 네트워크에 디바이스를 무선으로 연결하려면, 5G가 유망한 솔루션이다. 5G 표준은 또한 4G와 비교해 보다 안정적이고 전송 대기시간을 줄이기 위해 특히, RAN에서 많은 새로운 특성을 통해 공장 사용 사례를 해결한다. 5G 네트워크는 세가지 주요 구성성분을 포함하고, 이는 UE, gNG 및 노드로 인스턴스화된 RAN, 5G 코어 네트워크(5GCN) 내에서의 사용자 평면 기능(UPF)이다. 5G 네트워크 설계는 도 110에서 설명된다. 5G 네트워크의 제어 평면은 네트워크 저장 기능(NRF), 액세스 관리 기능(AMF), 세션 관리 기능(SMF), 네트워크 노출 기능(NEF), 정책 제어 기능(PCF), 및 통합된 데이터 관리(UDF)를 더 포함한다.
진행중인 연구 과제는 도 111에 설명된 바와 같이 5G 및 TSN의 연동이다. 두 기술은 모두 네트워크 관리 및 구성을 위한 자체 방법, 및 산업용 네트워크에 대한 종단간 결정론적 네트워킹을 가능하게 하도록 어떻게든 배열되어야 하는 통신 결정론을 달성하기 위한 다른 메카니즘을 정의한다. 다음에서는 5G 네트워크에 연결된 디바이스가 5G 엔드포인트라 칭하여진다. TSN 도메인에 연결된 디바이스는 TSN 엔드포인트라 칭하여진다.
도 111에 도시된 것에도 불구하고, UE가 단일 엔드포인트에 연결되지 않고 대신에 적어도 하나의 TSN 브릿지 및 적어도 하나의 엔드포인트로 구성된 TSN 네트워크에 연결되는 것도 가능하다. UE는 이러한 상황에서 TSN-5G 게이트웨이 중 일부가 되고, 여기서 엔드 스테이션은 5G 네트워크에 의해 주요 TSN 네트워크로부터 고립된 로컬 TSN 네트워크의 컨텍스트 내에서 UE와 통신한다.
다음에는 도 111에 도시된 시나리오에 따라 5G 시스템(5GS)에서 이더넷 전송이 작업될 수 있는 방법의 한 예가 설명된다.
* 이 시나리오는 단일 UE가 하나 또는 다수의 엔드포인트를 지원할 필요가 있는 경우를 가정하고, 각 엔드포인트는 구별되는 이더넷 MAC 레이어 어드레스를 갖는다. 다른 말로 하면, UE는 다수의 이더넷 포트를 지원할 수 있다.
* TSN 스위치와 인터페이스되는 사용자 평면 기능(UPF)은 이더넷 PDU의 수신 및 전송을 지원하는 것으로 가정된다.
* TSN 스위치로부터 이더넷 PDU를 수신하면, UPF는 예를 들어, 목적 MAC 어드레스와 연관된 UE의 IP 어드레스를 기반으로, 목적 MAC 어드레스를 예를 들어, PDU 세션에 연관시키고, 이어서 이더넷 PDU를 5G 네트워크 내의 적절한 노드에 중계할 수 있어야 한다.
* gNB는 이더넷 PDU 전송을 지원하기에 적절한 신뢰성 및 대기시간 속성을 갖는 데이터 무선 베어러(DRB)를 사용하여 이더넷 PDU를 UE에 송신한다.
* UE는 하나 이상의 이더넷 연결 엔드포인트를 지원할 수 있으므로, UE는 예를 들어, PDCP 레이어로부터 이더넷 PDU를 복구하고, 목적 MAC 어드레스와 연관된 엔드포인트에 이더넷 PDU를 송신한다.
* 요약하면, TSN 스위치로부터 UPF에 의해 수신된 원래의 이더넷 PDU는 5G 네트워크를 통해 투명하게 전달된다.
* 업링크 방향의 경우, 5G 네트워크는 무선 네트워크 임시 식별자(RNTI)가 이더넷 동작과 연관되는 시기를 결정할 것으로 예상되므로, 그에 의해 이더넷 PDU와 같이, RNTI와 연관된 업링크 패이로드가 UPF에 라우팅되도록 허용한다. UPF는 이어서 수신된 이더넷 PDU를 간단하게 TSN 스위치에 송신한다.
많은 TSN 특성은 모든 피어(peer) 사이의 정확한 시간 동기화를 기반으로 한다. 또한, 많은 산업용 애플리케이션이 정확한 동기화에 의존한다. 상기에 소개된 바와 같이, 이는 예를 들어, IEEE 802.1AS 또는 IEEE P802.1AS-rev를 사용하여 달성된다. 그러므로, TSN 네트워크 내에서는 마이크로세컨드 이하의 에러로 동기화를 달성하는 것이 가능하다. 이 레벨의 정확도를 달성하기 위해서는 하드웨어 지원이 요구될 수 있다; 예를 들면, 패킷의 타임스탬핑에 관한.
네트워크에서, 그랜드마스터(GM)는 마스터-슬래이브 설계 내의 모든 다른 노드에 타이밍 정보를 전송하는 노드이다. GM은 선택된 그랜드마스터를 뛰어나게 만드는 특정한 기준에 의해, 여러 잠재적인 노드 중에서 선택될 수 있다.
802.1AS (즉, P802.1AS-rev)의 TSN-확장에서는 주요 GM 다음에 또한 제2 중복 백업 GM이 구성될 수 있는 것으로 정의된다. 주요 GM이 어떠한 이유로 실패되는 경우, TSN 도메인 내의 디바이스는 제2 중복 GM에 동기화될 수 있다. 중복 GM은 상시 대기 구성으로 동작될 수 있다.
일반화된 정밀한 타이밍 프로토콜(generalized Precise Timing Protocol, gPTP)이라고도 칭하여지는 IEEE P802.1AS-rev 기반의 TSN에서는 다수의 시간 도메인 및 TSN 네트워크에서 지원되는 연관된 gPTP 도메인이 있을 수 있다. gPTP는 두가지 타임스케일을 지원한다:
* 타임스케일 PTP: 에포크가 PTP 에포크이고 (IEEE 802.1 AS-rev 섹션 8.2.2에서 상세히 설명되는) 이 타임스케일은 연속적이다. 시간의 측정 단위는 순환 주기에서 실현되는 SI초(SI second)이다.
* 타임스케일 ARB (임의적인): 이 시간스케일에 대한 에포크는 도메인 시동 시간이고 관리적인 과정에 의해 셋업될 수 있다 (IEEE 802.1AS-rev, 섹션 3.2에서 더 상세히 설명되는).
TSN 네트워크 내의 디바이스는 다수의 시간 도메인에 동기화될 수 있다. 로컬 임의적 시간 도메인은 또한 작업 클럭이라 칭하여진다.
TSN 스트림을 셋업하는 초기 단계 중 하나는 도 109에 도시되어 상기에 설명된 바와 같이, 시간에 민감한 스트림을 교환한 것으로 가정되는 엔드포인트를 (화자 및 청취자) 그룹화함으로서, CNC에 의해 TSN 도메인을 설정하는 것이다. 이 리스트는 CUC에 의해 CNC에 제공된다. CNC는 또한 각 TSN 도메인이 (화자, 청취자, 및 브릿지) 자체 작업 클럭을 갖도록 이들 엔드포인트를 연결시키는 브릿지를 구성한다. 기술적으로, 이는 외부 포트 역할 구성, 메카니즘을 구성함으로서, IEEE 802.1AS-rev에 따라 수행될 수 있다.
도 214는 모든 PTP 패킷에 사용되는 PTP 헤더를 도시한다 (일부 필드의 해석은 IEEE1588의 새로운 에디션 및 그에 대응하게 IEEE P802.1ASRev에서 수정되고 있음을 주목한다). domainNumber는 각 프레임에 대해 정의되고 어느 시간 도메인에 프레임이 속하는가를 나타낸다. PTP 시간 도메인은 단일 네트워크 인프라구조에서 다수의 독립적인 PTP 클럭을 사용하는 것을 허용한다. 이러한 숫자는 각 엔드스케이션이 요구하는 시간 도메인을 인지하도록 각 엔드스테이션에서 구성될 필요가 있다.
IEEE P802.1AS-Rev/D7.3에 따라, 시그널링 메시지 및 발표의 목적 어드레스는 멀티캐스트 어드레스 01-80-C2-00-00-0E로 예정되어야 한다고 지정된다. 또한, 모두 피어-대-피어 동기화에 사용되는 SYNC의 목적 MAC 어드레스, Follow-Up, Pdelay_Request, Pdelay_Response 및 Pdelay_Response_Follow_Up도 멀티캐스트 어드레스 01-80-C2-00-00-0E로 예정된다. IEEE802.1Q에 따라, 이 어드레스를 갖는 프레임은 결코 전달될 수 없지만 (전달될 수 없는 어드레스) 브릿지에 의해 종료되어야 함을 주목하여야 한다. 소스 어드레스로, 출구 물리적 포트의 MAC 어드레스를 사용하게 된다.
상기에 소개된 바와 같이, TSN 도메인은 예를 들어, 글로벌 및 작업 클럭과 같이, 다른 클럭으로 작업된다. 또한, 각 TSN 도메인의 클럭은 반드시 동기화될 필요는 없지만, 공장 네트워크는 여러 TSN 도메인으로 구성될 수 있다. 그러므로, 공장 네트워크 전체에서 임의의 타임스케일을 갖는 독립적인 TSN 도메인이 여러개 있을 수 있고, 여기서 디바이스 중 다르고 오버랩될 수도 있는 서브세트는 동기화될 필요가 있다. 도 145에 도시된 바와 같이, 각 TSN 도메인은 자체 작업 클럭을 가질 수 있다.
제조 사용 사례에서 TSN에 대한 시간 동기화 요구사항을 충족시키기 위해, 셀룰러 네트워크는 예를 들어, 센서나 작동기와 같은 모든 기계가 동기화될 수 있는 시간 기준을 제공하도록 요구된다.
현재 LTE 라디오에 대한 3GPP 표준화 릴리스 15에서, 서브-마이크로세컨드의 정확도로 기지국(BS)과 UE 사이에 시간 동기화를 허용하는 메카니즘이 개발되었다.
3GPP RAN 2에서는 예를 들어, 0.25μs의 특정한 세분성과 불확실성 값을 갖는 시간 기준, 및 RRC 메시지에 부가된 세개의 IE로 UE에 GPS 시간을 전송하는 DL 무선 리소스 제어(RRC) 메시지 UETimeReference와 같이, 두개의 정보 요소(IE)를 SIB 16에 부가하도록 제안되었다.
이 과정의 주요 목적은 GPS 기반의 시간 기준 정보를 그 정보의 부정확성과 함께 UE에 전달하는 것이다.
LTE는 SIB 16에서의 타이밍 정보에 관련된 여러개의 시스템 정보 블록(SIB)을 정의하고, 이는 GPS 시간 및 협정 세계시(UTC)에 관련된 정보를 포함한다.
SIB는 다운링크 공유 채널(DL-SCH)을 통해 전송된다. 서브프레임에서의 SIB의 존재는 특수한 시스템 정보 RNTI(SI-RNTI)로 표시된 대응하는 물리적 다운링크 제어 채널(PDCCH)의 전송에 의해 표시된다.
정보 요소(IE) SIB 16은 GPS 시간 및 UTC에 관련된 정보를 포함한다. UE는 GPS 및 로컬 시간을 획득하는데 매개변수 블록을 사용할 수 있다.
시간 동기화를 제공하는 또 다른 방법은 GPS 시간을 UE에 전송하기 위해 RRC 시그널링에서의 시간 기준 정보 메시지를 사용하는 것이다.
릴리스 16 작업은 진행중이고, TSN 및 산업용 애플리케이션에 의해 요구되는 바와 같이 시간 동기화에 대한 필요성을 해결하기 위해 다른 옵션이 논의된다. 특히, 5G에서의 다중 시간 도메인의 지원이 개방된 주제이다.
이러한 논의를 위해, 5GS 내부 시그널링이 시간 정보를 전달하는데 사용된다고 가정된다. 이 경우, 5GS는 gPTP 시간-인지 디바이스로 (IEEE1588 경계 클럭과 호환되도록 정의된) 동작할 수 있다 - 이것은 자체적으로 시간을 인지하기 위해 입구 gPTP 프레임을 사용하거나, 5G 시스템 클럭 및 외부 TSN 클럭을 처리하는 분리된 gPTP 인스턴스를 가질 수 있다. RAN 및 코어에서의 내부 시그널링은 관련된 gPTP 정보를 내부적으로 전달하는데 사용될 수 있고, UE에 의해 수신될 때 UE 출구에서 gPTP 마스터로 동작할 수 있다. 이 경우의 5GS는 모든 최상의 마스터 클럭 알고리즘(Best Master Clock Algorithm, BMCA)을 지원하고 그에 참여하거나 (이 경우, gPTP 도메인 당 하나의 gPTP 인스턴스가 동작되어야 한다), 외부 엔터티에 의해 gPTP 역할로 구성되어야 한다. 정적인 BMCA가 구현되는 간략화된 옵션이 가능하다. BMCA의 실제 동작은 본 발명의 범위 이외에 있지만, 여기서 식별된 솔루션은 발표 메시지를 통해 수신된 관련 정보의 전달을 지원한다. 발표 메시지의 생성은 또한 종속화된 시간-인지 시스템이 구현되는 경우, 5GS 인터페이스에서 또는 5GS 노드의 내부 인터페이스에서 요구될 수 있다.
gPTP 메시지는 슬래이브를 마스터에 동기화시키기 위해 송신된다. gPTP에서는 예를 들어, 네트워크에서 나란히 다수의 시간 도메인을 설정하기 위해 도메인 번호가 사용된다. 이러한 번호는 슬래이브가 특정한 시간 도메인 마스터에 클럭을 동기화하는데 도움이 된다. 지금까지는 5G 시스템이 산업용 자동화 애플리케이션에 의해 요구되는 바와 같이 다중 시간 도메인을 효과적으로 지원할 수 있는 방법이 없었다. 이는 예를 들어, 32개 도메인과 같이, 많은 수의 도메인이 지원될 필요가 있고 많은 수의 UE가 연결된 경우 특히 중요하다.
5GS에서 시간 신호가 전달되는 방법에 의존하여, 특히 RAN에서 어떠한 전송 타입이 (브로드캐스트, 멀티캐스트, 유니캐스트) 선택되는가에 의존하여, 어떤 UE가 어떤 시간 도메인 신호를 필요로 하는가에 대한 RAN 지식은 매우 중요할 수 있다. 그러나, 이것은 오늘날 지원되지 않는다.
도 215는 여기서의 실시예가 구현될 수 있는 제1 시나리오에 따른 통신 네트워크(100)의 한 예를 도시한다. 통신 네트워크(100)는 예를 들어, LTE, E-Utran, WCDMA, GSM 네트워크, 임의의 3GPP 셀룰러 네트워크, Wimax, 또는 임의의 셀룰러 네트워크나 시스템과 같은 무선 통신 네트워크이다.
통신 네트워크(100)는 무선 액세스 네트워크(RAN) 및 코어 네트워크(CN)를 포함한다. 통신 네트워크(100)는 몇가지 가능한 구현을 기술한 롱 텀 에볼루션(LTE), LTE-어드밴스, 5G, 광대역 코드 분할 다중 액세스(WCDMA), 모바일 통신을 위한 글로벌 시스템/GSM 에볼루션을 위한 진화된 데이터 비율(GSM/EDGE), 마이크로웨이브 액세스를 위한 전세계 상호운영성(WiMax), Wi-Fi, 또는 울트라 모바일 브로드밴드(UMB)와 같이, 다수의 다른 기술을 사용할 수 있다. 통신 네트워크(100)에서, 하나 이상의 UE(120)는 예를 들어, RAN과 같은 하나 이상의 액세스 네트워크(AN)를 통해 하나 이상의 CN에 통신할 수 있다. UE(120)는 예를 들어, 무선 디바이스(WD), 이동국, 비-액세스 포인트(비-AP) STA, STA, 및/또는 무선 터미널이 될 수 있다. 종래 기술에 숙련된 자는 "무선 디바이스"가 임의의 터미널, 무선 통신 터미널, 사용자 장비, 기계형 통신(MTC) 디바이스, 디바이스 대 디바이스(D2D) 터미널, 또는 스마트폰, 랩탑, 모바일 폰, 센서, 릴레이, 모바일 테블릿과 같은 노드, 또는 셀 내에서 통신하는 기지국을 의미하는 비제한적인 용어임을 이해하여야 한다.
RAN은 5G, LTE, UMTS, Wi-Fi 등과 같은 무선 액세스 기술(RAT)의 셀(130, 131)과 같은 하나 이상의 지형적 영역을 통해 무선 커버리지를 각각 제공하는 무선 네트워크 노드(110, 111)와 같은 한 세트의 무선 네트워크 노드를 포함한다. 무선 네트워크 노드(110, 111)는 무선 네트워크 제어기, 무선 근거리 네트워크(WLAN) 액세스 포인트나 액세스 포인트 스테이션(AP STA)와 같은 액세스 포인트, 액세스 제어기, 기지국, 예를 들어 gNB, NodeB, 진보된 노드 B(eNB, eNodeB)와 같은 무선 기지국, 베이스 송수신국, 액세스 포인트 기지국, 기지국 라우터, 무선 기지국의 전송 배열, 독립형 액세스 포인트, 또는 사용되는 제1 무선 액세스 기술 및 용어에 따라 무선 네트워크 노드(110, 111)에 의해 서비스가 제공되는 서비스 영역이라 칭하여질 수 있는 셀 내에서 무선 디바이스에 서비스를 제공할 수 있는 임의의 다른 네트워크 유닛과 같은 무선 액세스 네트워크 노드가 될 수 있다.
CN은 또한 예를 들어, S1 인터페이스를 통해 무선 네트워크 노드(110, 111)와 통신하도록 구성된 코어 네트워크 노드(140)를 포함한다. 코어 네트워크 노드는 예를 들어, 모바일 스위칭 센서(MSC), 모빌리티 관리 엔터티(MME), 운영 & 관리(O&M) 노드, 운영, 관리, 및 유지보수(OAM) 노드, 운영 지원 시스템(OSS) 노드, 및/또는 자체-조직 네트워크(SON) 노드가 될 수 있다. 코어 네트워크 노드(140)는 또한 클라우드(141)에 포함된 분산 노드가 될 수 있다.
UE(120)는 서빙 셀이라 칭하여지는, 네트워크 노드(110)의 셀(130)에 위치하고, 네트워크 노드(111)의 셀(131)은 인접 셀이라 칭하여진다. 도 215의 네트워크 노드(110)는 서빙 셀(130)을 제공하는 것으로만 도시되지만, 네트워크 노드(110)는 서빙 셀(130)에 하나 이상의 인접 셀(131)을 더 제공할 수 있다.
3GPP 5G로부터의 용어가 여기서의 실시예를 에시화하기 위해 본 설명에서 사용되었지만, 이는 여기서의 실시예의 범위를 상술된 시스템에만 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다는 점을 주목하여야 한다. WCDMA, WiMax, UMB, GSM 네트워크, 임의의 3GPP 셀룰러 네트워크, 또는 임의의 셀룰러 네트워크나 시스템을 포함하여, 다른 무선 시스템도 또한 본 설명 내에 포함되는 개념을 활용하여 이점을 얻을 수 있다.
다음에는 여기서의 실시예가 더 상세히 설명된다.
여기서의 실시예에 따라, 5GS는 그랜드마스터가 배치된 외부 네트워크로부터 gPTP 메시지를 수신할 수 있다. GM으로부터의 gPTP 메시지는 5GS의 UPF 측에서 또는 UE에서 수신될 수 있다. 상기에 소개된 바와 같이 산업용 네트워크에서 다중 시간 도메인이 사용되므로, 다수의 신호가 5GS에 도착할 수 있다. 그랜드마스터가 5GS의 UPF-측에 위치하는 시나리오에 대한 5GS에서의 다중 시간 도메인 지원에 대한 한가지 예는 도 89에서 설명된다. 도 89에서, gPTP 메시지는 gNB에 직접 전송되고, 이것은 한가지 가능한 구현이다. 임의의 gPTP 메시지는 gPTP 메시지가 속하는 시간 도메인을 정의하는 도메인 번호를 포함한다.
여기서의 본 실시예는 5GS에서 gPTP 프레임의 불투명한 운송이 사용되는 것으로, 다른 말로 하면, 정보가 gPTP 프레임으로부터 추출되고 3GPP 시그널링을 사용해 5GS를 통해 중계되는 것으로 가정한다. 시간 도메인에 대한 정보 및 어느 UE가 어느 시간 도메인에 속하는가는 많은 수의 UE가 연결되고, 예를 들어, 두개 이상의 gPTP 도메인과 같이, 상당한 수의 gPTP 도메인이 지원될 필요가 있는 경우에 특히 중요하다.
한가지 시나리오는 그랜드마스터가 5GS의 UPF 측 - 다운링크에 있는 경우이다; UPF나 gNB는 gPTP 메시지를 수신할 수 있고 외부 TSN 네트워크에 대해 슬래이브로 동작할 수 있다. 따라서, 예를 들어, UPF나 gNB에서 구현되는 gPTP 애플리케이션의 인스턴스화와 같이, 한가지 특정한 gPTP 인스턴스는 domainNumber 속성에 의해 표시된 바와 같이, 그 특정한 gPTP 도메인에 속하는 gPTP 메시지를 처리할 수 있고, 예를 들어 특정한 gPTP 도메인에 대한 BMCA의 결과로, 관련된 GM에 고정될 수 있다. UPF가 인스턴스화를 제공하는 경우, UPF는 gPTP 메시지로부터 추출된 시간 정보를 속하는 시간 도메인에 대한 정보와 함께 하나 이상의 gNB로 전달한다. UPF는 예를 들어, 대응하는 시간 정보 및 시간 도메인 정보를 하나 이상의 gNB에 중계하는 한 세트의 이더넷 MAC 멀티캐스트 어드레스로 구성될 수 있다. UPF가 UE로의 추가 배급을 위해 gNB로 중계하는 gPTP 메시지로부터, 예를 들어, 외부 TSN 작업 클럭 값 및 대응하는 시간 도메인과 같은 타이밍 정보를 획득할 때, 실제 gPTP 메시지는 중계되지 않음을 주목하여야 한다. 다른 옵션은 특히, gNB의 관여를 반드시 요구하지는 않는 RAN에서 타이밍 정보를 전송하는데 이용가능하다. 예를 들면, 분산된 시간-인지 접근법이 구현되는 경우, 5GS의 엣지에 있는 디바이스만이 gPTP 메시지를 처리하고 프로세스할 필요가 있다. 그러나, 여기서의 실시예는 RAN이 반드시 관여되고 UE에 타이밍 정보를 전달하기 위해 SIB 기반 또는 RRC 기반의 방법을 사용하는 경우에 중점을 둔다.
무선 브로드캐스트가 (예를 들면, SIB 메시지) RAN에서 사용되면: UE는 어느 브로드캐스트 신호가 어느 시간 도메인에 속하는가를 알 필요가 있다. 각 시간 도메인은 개별적으로 브로드캐스트되거나, 하나의 브로드캐스트 신호가 다중 시간 도메인에 대한 정보를 운반할 수 있다.
- 한 실시예에서, 이는 SIB 신호에서 송신된 추가 매개변수를 예를 들어, 0-127 사이의 정수와 같은 domainNumber를 나타내는 UE에 부가함으로서 해결될 수 있다; 각 브로드캐스트 신호에서 또는 한 신호에서 여러번.
- 또 다른 실시예에서, 브로드캐스트된 신호는 추가 매개변수를 운반하지 않지만, 브로드캐스트될 때, 도메인 0과 같은 특정한 시간 도메인 신호 또는 도메인 0, 1, 2, ..., N과 같은 도메인 번호의 리스트를 항상 운반한다. 브로드캐스트 메시지에서 어느 도메인 번호 또는 어느 도메인 번호의 리스트가 송신되는가는 미리 구성되거나, 타이밍 신호와 브로드캐스트 메시지를 송신하기 이전에 UE에 송신될 수 있다.
- 또 다른 실시예에 따라, UE는 UE가 연결되는 엔드 스테이션이 어느 시간 도메인을 요구하는가를 학습할 수 있다. UE는 예를 들어, 엔드 스테이션에 의해 주기적으로 전달되는 gPTP 발표 메시지를 청취함으로서 이를 학습할 수 있다. BMCA의 결과로, UE는 5G 네트워크로부터 시간 신호를 전달하는 마스터 상태로 운영되는 PTP 포트를 구현하게 되고 지원을 필요로 하는 특정한 PTP 도메인에서만 운영된다. 이는 UE가 요구하는 브로드캐스트된 시간 신호 정보로부터 시간 도메인만을 선택하게 됨을 의미한다.
- 한가지 방법에서, 5GS는 예를 들어, UE 식별자, 또는 각각 UE에 연결된 엔드 스테이션의 MAC 어드레스를 통해, 어느 시간 도메인 신호가 어느 UE에 전달될 필요가 있는가에 대한 정보를 TSN 네트워크 제어기로부터 획득할 수 있다. 이 정보는 예를 들어, CNC가 TSN 네트워크에서 TSN 도메인을 셋업할 때 외부 TSN CNC로부터 애플리케이션 기능(AF)으로 송신될 수 있다. CNC는 어느 시간 도메인 신호가 어느 포트에, 예를 들어 UE 또는 MAC 어드레스에 전달될 필요가 있는가를 발표할 수 있다. AF는 어느 시간 도메인 신호를 청취하여야 하는가를 UE에 알리도록 SMF 또는 AMF 또는 또 다른 코어 네트워크 기능을 트리거할 수 있다. 상세하게:
- CUC는 엔드 스테이션이 무슨 클럭 도메인을 원하는가 정확히 알 수 있다.
- CUC는 이어서 5G "브릿지"를 (즉, 브릿지/시간 인지 릴레이로 모델링된 5G 시스템) 구성하도록 CNC에 알릴 수 있다. CNC는 예를 들어, 5G 브릿지의 북쪽 경계와 5G 브릿지의 남쪽 경계 사이에 링크를 셋업하도록 5GS에 요청하여, 정확한 타이밍이 대응하는 엔드 스테이션에 전달될 수 있게 할 수 있다.
- 5GS는 CNC로부터 AF 정보를 수신할 수 있고 CNC 명령을 5GS 시그널링으로 번역할 수 있다. 이는 여기서의 실시예에 따라 5GS 내에서, 또는 스위치 내에서 gPTP 고속 스패닝 트리(spanning tree)를 정의하기 위해 CNC에 의해 실행될 수 있는 외부 포트 구성이라 칭하여질 수 있다. 외부 포트 구성이 CNC로부터의 정보로 이용가능한 경우, BCMA는 더 이상 요구되지 않는다. 포트는 예를 들어, MasterPort, SlavePort, PassivePort, 또는 DisabledPort와 같은 다른 역할을 취하도록 CNC에 의해 구성될 수 있고, 각 시간 도메인 신호가 IEEE P802.1AS-rev 표준에 따라 5GS에서 라우팅될 필요가 있는 경우 해석될 수 있다. AF로부터의 5GS 내부 시그널링은 예를 들어, 브로드캐스트가 사용되는 경우 어느 시간 도메인 신호를 청취하여야 하는가에 대해 UE에게 통보하는데 사용될 수 있다.
라디오 멀티캐스트 또는 유니캐스트가 (예를 들어, RRC 시그널링을 사용하여) 사용되면: gNB는 일반적으로 어느 UE가 어느 시간 도메인으로부터의 어느 시간 신호를 요구하는가를 알 필요가 있다.
- 한 실시예에 따라, 이는 UE로부터 gNB로, UE가 어느 시간 도메인에 관심이 있는가, 또는 보다 정확하게 UE에 연결된 엔드 스테이션이 어느 시간 도메인에 관심이 있는가에 대한 신호를 송신함으로서 달성될 수 있다. 이 정보는 각 디바이스가 어느 시간 신호를 청취해야 하는가를 알기 때문에, UE가 연결된 엔드 스테이션에서 이용가능하다. 상기 정보를 획득하는데는 BCMA로부터의 방법이 사용될 수 있다. 이는 예를 들어, 다수의 엔드 스테이션으로 이어지는 스위치 또는 단일 엔드 스테이션과 같이 UE가 연결되는 방법에 따라 단일 또는 다중 시간 도메인이 될 수 있고, 브로드캐스팅 사례와 관련되어 설명된 것과 같은 방법은 엔드 스테이션의 관심을 학습하는데 유효하다. gNB는 UE가 요구하는 시간 도메인에 대한 UE 정보를 문의하거나, 네트워크에 연결된 이후에 요구하는 시간 도메인에 대한 정보를 UE가 gNB로 송신할 수 있다. 이는 예를 들어, UE와 gNB 사이의 RRC 메시징을 사용하여 실행될 수 있다.
- 또 다른 실시예에 따라, UE는 특정한 시간 도메인으로 수동으로 구성될 수 있고, UE가 요구하는 시간 도메인에 대한 정보는 코어 네트워크 기능에서 이용가능할 수 있다. UE 5G 내부 식별자는 예를 들어, 5GS에서 데이터베이스에 문의하는데 사용될 수 있고, 여기서 UE가 동기화되어야 하는 시간 도메인이 데이터베이스에 기록된다. gNB는 코어 네트워크 기능을 문의할 수 있다. 코어 네트워크 기능은 어느 UE가 어느 시간 도메인 신호를 요구하는가를 gNB에 알릴 수 있다. 한가지 솔루션은 PDU 세션이 셋업될 때 SMF가 이 정보를 RAN에 제공하는 것이다. 브로드캐스트 사례에 대해, 어느 시간 도메인 신호가 어느 UE에 전달될 필요가 있는가에 대한 이러한 정보는 예를 들어, AF를 통해, TNS 도메인 셋업 페이즈 동안 외부 TSN CNC로부터 (외부 포트 구성) 수신될 수 있다. 이 정보는 어느 UE가 어느 시간 도메인 신호를 필요로 하는지 RAN이 알게 하기 위해, 5GS에서 RAN으로 내부적으로 전달될 수 있다. UE는 다른 디바이스로 전달되도록 요구되는 시간 신호만을 수신하고, 이는 이러한 신호만이 gNB에 의해 UE로 송신될 수 있기 때문이다. UE에 송신된 다른 시간 신호를 분리하기 위해, 식별자는 UE와 gNB 사이에서 협의되거나 사전-구성되어, UE가 다른 시간 도메인 사이를 구별하고 그에 따라 gPTP 프레임을 전달하도록, 즉 올바른 domainNumbers를 gPTP 프레임에 놓도록 허용할 수 있다. 사전-구성은 도메인 번호가 유니캐스트 RRC 메시지에서 시그널링되지 않고 UE가 메시지가 참조하는 도메인 번호를 인지하는 것이다. UE에 의해 지원되는 시간 도메인이 단 하나인 경우, 이는 간단하다. UE에 의해 지원되는 시간 도메인이 다수인 경우, 유니캐스트 메시지는 예를 들어, 시간 도메인 번호의 오름차순 또는 내림차순으로 정렬된 시간 정보의 리스트를 포함할 수 있다.
5GS의 출구에서, 즉 메시지가 5GS를 떠날 때, UE는 그에 연결된 임의의 디바이스에 대해 gPTP 마스터로 동작할 수 있다. 이는 gNB로부터의 domainNumbers와 같은 타이밍 및 다른 정보를 기반으로, Sync, Follow_up, Pdelay_request, Pdelay_response, PDelay_Response_Follow_up, Announce 등과 같은 다양한 gPTP 프레임의 생성 또는 재생성을 포함할 수 있다. 이는 도 217에서 수신 디바이스에 의해 실행된 방법에 대해 설명된 동작(1202)과 유사하다.
상기에 설명된 모든 실시예에 대해, 유니캐스트, 멀티캐스트, 또는 브로드캐스트인가 여부 이외에, 시간 신호가 RAN에서 운송되는 방법은 (즉, 어느 신호가 사용되고 이들 신호가 충분한 정확도를 달성하도록 설계된 방법) 중요하지 않다.
상기에 설명된 모든 실시예에 대해, 예를 들어 BMCA의 처리에 관련된 정보 및 클럭 식별자와 같이 나가는 PTP 메시지를 생성하는데 요구되는 관련 정보와 같이, 다른 gPTP 정보를 UE에/그로부터 또한 전송하는 것과 더 관련될 수 있다. 이는 상기에 설명된 세가지 모든 사례, 즉 시간 신호 전송 다음에 전용 RRC나 SIB 시그널링으로, 또는 RRC나 SIB 메시지에서의 시간 시그널링의 일부로, 브로드캐스트, 멀티캐스트, 및 유니캐스트에 있는 사례가 될 수 있다.
또한, 인터넷 프로토콜(IP)은 gPTP 프레임을 전송하는데 사용될 수 있다. 여기서의 모든 방법은 IP가 레이어 3(L3)에서 이더넷 위에 사용되는 경우에서와 유사한 방식으로 적용가능할 수 있다.
또 다른 시나리오는 그랜드마스터가 5GS의 UE측에 있을 때이다 - 업링크: 그랜드마스터가 5GS의 UE 측에 있을 때, UE는 시간 정보를 gNB에 전송할 필요가 있다. UE는 gPTP 메시지를 수신할 수 있으므로, 시간 인지적이다. 5GS는 전송된 신호가 어느 시간 도메인에 속하는가에 대해 통보받을 필요가 있다. 예를 들어, RRC 시그널링을 사용하는 것과 같은 유니캐스트만이 업링크에서 가능하다.
한 실시예에서, 5G 네트워크는 시간 도메인 번호를 나타내는 UE로부터 gNB로의 전용 RRC 시그널링을 통해 시간 도메인에 대해 통보받을 수 있다. 다중 도메인이 존재할 때, RRC 시그널링은 다중 시간 도메인 번호를 포함할 수 있다. gNB는 이 정보를 수신하여 UPF로 전송하거나 타이밍 정보를 UE로부터 정확한 시간 도메인으로 전송하기 위해 그 자체를 사용할 수 있으므로, 최종적으로 정확한 domainNumber로 gPTP 프레임을 재설정하게 된다. RRC 시그널링은 시간 시그널링의 일부로 실행되거나 사전에 협의될 수 있다. UE가 다중 시간 도메인으로부터 시간을 시그널링하도록 협의되면, 식별자는 시간 신호 내에서 시간 도메인을 구별하는데 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에 따라, 시간 도메인은 또한 사전-구성될 수 있다 (UE #12345는 시간 도메인 i에 속하는 시간 도메인 신호만을 업링크하도록 구성될 수 있다). UE가 다중 시간 도메인으로부터 시간을 시그널링하도록 사전-구성되면, 식별자는 이들을 구별하는데 사용될 수 있다. 사전-구성은 또한 다운링크 실시예에 대해 설명된 바와 같이, 예를 들어 AF를 통한 외부 TSN CNC로부터의 입력을 기반으로, 상기 실시예에서 설명된 바와 같이 실행될 수 있다.
여기서의 실시예는 다중 시간-도메인으로 종단간 시간 동기화를 허용하는 이점을 갖는다. 그에 의해 5GS 시스템은 이제 다중 시간 도메인으로부터 시간 신호를 효율적으로 전송할 수 있다.
도 216은 TSN으로부터의 gPTP 시그널링을 처리하기 위해, 5GS와 같은 무선 통신 시스템(100)에서, 예를 들어 UE(120), 네트워크 노드(110) 및/또는 UPF와 같은, 전송 디바이스에 의해 실행되는 방법을 설명한다.
- 동작(1101): 전송 디바이스는 TSN 네트워크로부터 gPTP 메시지를 수신할 수 있다. gPTP 메시지는 시간 정보 및 시간 정보에 관련된 시간 도메인을 포함한다.
- 동작(1102): 전송 디바이스는 gPTP 메시지로부터 시간 정보 및 시간 도메인을 추출할 수 있다.
- 동작(1103): 전송 디바이스는 수신 디바이스가 관련된 시간 도메인에 대한 정보를 획득할 수 있다. 특정한 디바이스가 관련된 시간 도메인에 관한 정보는 수신 디바이스가 관련된 시간 도메인을 나타내는 수신 디바이스로부터의 신호를 수신함으로서 획득될 수 있다: 그 표시는 예를 들어, RRC 시그널링을 통해 시그널링될 수 있다. 일부 실시예에서, 수신 디바이스는 하나 이상의 특정한 시간 도메인으로 사전구성될 수 있고, 수신 디바이스가 관련된 시간 도메인에 관한 정보는 문의함으로서, 즉 특정한 수신 디바이스가 지원하도록 구성된 시간 도메인을 포함하는 데이터베이스에 질문을 송신함으로서, 전송 디바이스에 의해 획득될 수 있다. 3GPP 메시지에 포함되는 시간 도메인은 식별자를 사용해 표시될 수 있다. 식별자는 데이터베이스에 질문을 전송할 때 사용될 수 있다.
- 동작(1104): 전송 디바이스는 또한 예를 들어, 무선 네트워크 노드(110), UPF, 및/또는 UE(120)와 같은 수신 디바이스에, 시간 정보 및 그 시간 정보에 관련된 시간 도메인을 포함하는 3GPP 메시지를 전송할 수 있다. 3GPP 메시지는 예를 들어, 브로드캐스팅에 사용되는 세션 초기화 프로토콜(SIP) 메시지 또는 무선 리소스 제어(RRC) 메시지가 될 수 있다.
- 동작(1104a): 전송 디바이스는 시간 정보 및 그 시간 정보에 관련된 시간 도메인을 포함하는 3GPP 메시지를 동작(1103)에서 수신된 정보를 기반으로, 멀티캐스트 또는 유니캐스트를 사용하여, 3GPP 메시지에 포함된 시간 도메인에 관련된 하나 이상의 수신 디바이스에 전송할 수 있다.
- 동작(1104b): 전송 디바이스가 무선 네트워크 노드 또는 UPF일 때, 전송 디바이스는 브로드캐스팅을 사용하여 3GPP 메시지를 수신 디바이스에 전송할 수 있다. 전송 디바이스는 3GPP 메시지에서 추가 매개변수나 전용 시그널링을 전송할 수 있다. 추가 매개변수는 브로드캐스트된 3GPP 메시지가 관련되는 시간 도메인 또는 시간 도메인 번호를 나타낼 수 있다.
도 217은 TSN으로부터의 gPTP 시그널링을 처리하기 위해, 5GS와 같은 무선 통신 시스템(100)에서, 예를 들어 UE(120), 네트워크 노드(110) 및/또는 UPF와 같은, 수신 디바이스에 의해 실행되는 방법을 설명한다. 수신 디바이스는 여기서 또한 수신 엔터티라 칭하여질 수 있다.
- 동작(1201): 수신 디바이스는 예를 들어, 무선 네트워크 노드(110), UPF, 및/또는 UE(120)와 같은 전송 디바이스로부터, 시간 정보 및 그 시간 정보에 관련된 시간 도메인을 포함하는 3GPP 메시지를 수신할 수 있다. 3GPP 메시지는 멀티캐스팅, 유니캐스팅, 또는 브로드캐스팅을 사용하여 수신될 수 있다.
- 동작(1202): 수신 디바이스는 3GPP 메시지에 포함된 시간 정보 및 시간 도메인을 기반으로, 시간 정보 및 그 시간 정보에 관련된 시간 도메인을 포함하는 gPTP 메시지를 생성 및/또는 재생성할 수 있다.
- 동작(1203): 3GPP 메시지가 브로드캐스팅된 메시지로 수신될 때, 수신 디바이스는 또한 TSN 네트워크에서 하나 이상의 엔드 스테이션에 의해 지원되는 시간 도메인에 관한 정보를 획득할 수 있고, 그 엔드 스테이션을 수신 디바이스에 연결된다. TSN에서 엔드 스테이션에 의해 지원되는 시간 도메인에 관한 정보는 예를 들어, 엔드 스테이션에 의해 주기적으로 전달되는 gPTP 발표 메시지와 같은, gPTP 메시지를 수신함으로서 획득될 수 있다. TSN에서 엔드 스테이션에 의해 지원되는 시간 도메인에 관한 정보는 또 다른 실시예에서, TSN 네트워크 제어기로부터 정보를 수신함으로서 획득될 수 있고, 여기서 정보는 예를 들어, UE 식별자 또는 엔드 스테이션의 MAC 어드레스와 같은, 수신 디바이스 식별자를 포함한다.
- 동작(1204): 수신 디바이스는 TSN 네트워크 내의 하나 이상의 엔드 스테이션에 gPTP 메시지를 전송할 수 있고, 여기서 gPTP 메시지는 3GPP 메시지로부터 추출된 시간 정보 및 그 시간 정보에 관련된 시간 도메인을 포함한다.
- 동작(1204a): 수신 디바이스는 동작(1203)에서 획득된 정보를 기반으로, TSN의 엔드 스테이션에 의해 지원되는 시간 도메인에 관련된 브로드캐시팅 시간 정보를 엔드 스테이션에 전송할 수 있다. 따라서, 수신 디바이스에 연결된 TSN의 엔드 스테이션에 의해 지원되는 시간 도메인에 관련되지 않은 브로드캐스트팅 시간 정보는 수신 디바이스에 의해 엔드 스테이션으로 전송되지 않는다.
시간에 민감한 네트워크로부터 정확한 타이밍 프로토콜 시그널링을 처리하기 위한 기술의 추가 실시예는 이후 설명된다.
여기서의 실시예에 따라, 5GS는 그랜드마스터(GM)가 배치된 외부 네트워크로부터 gPTP 메시지를 수신할 수 있다. GM으로부터의 gPTP 메시지는 5GS의 UPF 측에서 또는 UE에서 수신될 수 있다. 상기에 소개된 바와 같이, 산업용 네트워크에서 다중 시간 도메인이 사용되므로, 5GS에 다수의 신호가 도착할 수 있다. 이후의 실시예에서는 gPTP 프레임이 5GS에서 투명하게 전송된다고 가정한다. 이 경우에는 많은 수의 UE가 연결되고 예를 들어, 두개 이상의 gPTP 도메인과 같이 상당한 수의 gPTP 도메인이 지원될 필요가 있는 사례에 대해, 어느 노드가 어느 시간 도메인 신호를 (즉, 특정한 domainNumber에 운반되는 gPTP 프레임) 요구하는가를 아는 것이 특히 중요하다. 시간 신호의 업링크 및 다운링크 전송 모두에 대한 솔루션이 소개된다. 시간 도메인 및 어느 UE가 어느 시간 도메인에 속하는가에 대한 정보는 많은 수의 UE가 연결되고 예를 들어, 두개 이상의 gPTP 도메인과 같이 상당한 수의 gPTP 도메인이 지원될 필요가 있는 사례에서 특히 중요하다.
5GS의 UPF 측에 있는 그랜드마스터 - 다운링크: 5GS는 gPTP 프레임이 시간 정보를 운반하는 종단간에 (즉, 소정의 작업 클럭을 지원하는 TSN 소스 노드는 UE와, 또는 그 UE와 연관된 엔드 스테이션과 gPTP 프레임을 교환한다) gPTP 프레임을 전송한다. 각 gPTP 프레임은 gPTP 프레임이 속하는 시간 도메인을 나타내는 domainNumber 헤더 필드를 포함할 수 있다. gPTP 프레임은 PDU 세션에서 UE 또는 다수의 UE에 전송될 필요가 있다. 관련된 솔루션의 상세한 내용은 예를 들어, 분산된 투명 클럭으로 동작하거나 대칭적인 채널을 생성하도록 양방향에서의 지연을 동등화하는 것과 같이, 5GS 전체에서 PTP 시간 정보를 "투명하게" 운반하기 위해 구현된 특정한 메커니즘에 의존한다. 이 경우에는 5GS가 BMCA에 참여할 필요가 없다.
gPTP 프레임의 브로드캐스트가 5GS에서 사용되는 경우: gPTP 프레임의 브로드캐스트가 5GS 대신에, 예를 들어 gNB에 의해 실행되는 경우, UE는 특정한 브로드캐스트를 청취하고 있는가 여부를 결정할 필요가 있다. 이는 UE에 연결된 디바이스가 특정한 PTP 도메인에 속하는 발표 메시지를 송신하는가 여부를 점검함으로서 상기의 제1 실시예에서와 유사한 방식으로 실행될 수 있다. 연결된 엔드 스테이션이 이 PTP 도메인에서 동작하고 있지 않은 경우, UE는 특정한 gPTP 시간 도메인 브로드캐스트를 더 이상 청취하지 않거나 gPTP를 전송하지 않을 수 있다. 이는 UE가 브로드캐스트된 모든 gPTP 프레임을 전송하는 경우에 대한 도 218에서, 또는 UE가 관련된 gPTP 프레임만을 각 엔드 스테이션에 전송하는 도 219에서 설명된다. UE는 또한 어느 엔드 스테이션이 어느 시간 도메인 신호를 필요로 하는가 학습하기 위해 특정한 도메인 번호에 대한 응답을 점검하도록 예를 들어, 발표 메시지와 같은 gPTP 프레임을 엔드 스테이션에 송신할 수 있다.
gPTP 프레임의 유니캐스트 또는 멀티캐스트가 5GS에서 사용되는 경우: 5GS로의 입구 프레임은 멀티캐스트 목적 MAC 어드레스를 운반하게 된다 - 5GS 네트워크는 (예를 들면, UPF) 어느 UE로 (즉, PDU 세션) gPTP 프레임을 전송하는가 결정할 필요가 있다; gPTP 프레임은 PTP - 특정한 Ethertype 필드에 의해 검출될 수 있다.
한 실시예에서, UE에 연결된 엔드 스테이션은 동작하고 있는 gPTP 도메인에서의 정보를 (PTP 헤더에서 운반된 domainNumber) 운반하는 발표 메시지를 생성하게 되고, 또는 5GS 노드가 예를 들어, 발표 메시지를 사용하여 엔드 스테이션의 관심을 검출할 수 있다. 예를 들어, UPF와 같은 5GS 내의 노드는 어느 UE가, UE 뒤에 있는 각 엔드 스테이션이 어느 gPTP 메시지에 관심이 있는가를 학습할 수 있고, 예를 들어 그에 따라, 들어오는 gPTP 프레임을 라우팅하기 위한 규칙을 설정할 수 있다.
임의의 follow up / sync 메시지는 이들 gPTP 패킷에 (특정한 gPTP 도메인에서 동작하는 것들인) 관심이 있는 UE에만 전송된다; UE는 연결된 엔드 스테이션으로부터 예를 들어, 엔드 스테이션의 필요성을 학습한 UPF로 gPTP 메시지를 투명하게 전송한다.
본 실시예의 예:
* gPTP 프레임은 (예를 들면, 발표 메시지 또는 동기화 메시지) 외부 TSN 네트워크로부터 UPF에 도착한다; 이들 프레임은 gPTP 멀티캐스트 이더넷 목적 MAC 어드레스 및 참고하는 시간 도메인을 나타내는 특정한 domainNumber을 운반한다.
* UPF는 MAC 어드레스가 멀티캐스트를 나타내므로 이 시간 도메인(domainNumber)으로부터의 프레임에 UE가 관심을 두는 해당 시점을 알지 못한다; 그러므로, gPTP 프레임 모두나 그 서브세트를, 또는 특정한 gPTP 프레임을 (발표 메시지와 같은) 모든 UE나 관련된 UE의 임의의 서브세트에 송신한다 (옵션 A). 부가하여 또는 또 다른 솔루션으로 (옵션 B), 엔드 스테이션은 UE가 5G 네트워크에 전송하는 임의의 gPTP 프레임을 5GS 자체에 송신한다.
* 옵션 A) 5G 네트워크로부터 gPTP 프레임을 수신하는 UE는 이들을 연결된 엔드 스테이션에 전송한다. 엔드 스테이션 또는 그 엔드 스테이션에 연결된 임의의 다른 피어가 이 시간 도메인으로부터의 gPTP 프레임에 관심을 두면 (domainNumber을 점검함으로서), gPTP 프로토콜에서 정의된 방법으로 이들 gPTP 프레임에 응답한다 (이는 5GS가 PTP 링크의 동작을 에뮬레이트하는 경우에 적용가능할 수 있는 접근법이고, 여기서 5G 시스템 전체에서 pdelay 메시지가 교환된다). 이러한 패킷은 UE에 의해 다시 5G로 전송되고, 5G 네트워크는 어느 UE가 어느 시간 도메인으로부터의 프레임에 관심을 두는가를 검출하도록 허용된다.
* (옵션 B): UE는 예를 들어, 한 엔드 스테이션 또는 다수의 엔드 스테이션으로부터 발표 메시지 또는 임의의 다른 PTP 메시지를 수신한다; UE는 이들을 5G 네트워크에 전송한다; 발표 메시지에 의해 운반되는 domainNumber을 기반으로, 5GS는 엔드 스테이션이나 UE에 각각 송신되는 정확한 domainNumber을 학습한다.
또 다른 실시예에 따라, 5G 네트워크에서 어느 UE가 특정한 시간 도메인으로부터 프레임을 수신할 것인가 사전-구성될 수 있다; 프레임은 domainNumber을 기반으로 UPF에서 PDU 세션에 전송될 수 있다. SMF는 PDU 세션의 셋업 또는 수정 시 UPF에서 필터를 구성하는 엔터티가 될 수 있다. 한 방법으로, 5GS는 어느 시간 도메인 신호가 어느 UE에, 즉 UE 식별자 또는 UE에 각각 연결된 엔드 스테이션의 MAC 어드레스에 전달될 필요가 있는가에 대한 정보를 TSN 네트워크로부터 획득하게 된다. 이는 예를 들면, CNC가 TSN 네트워크에서 TSN 도메인을 셋업할 때 외부 TSN CNC로부터 애플리케이션 기능(AF) 쪽으로 획득될 수 있다. CNC는 어느 시간 도메인 신호가 어느 포트로, 즉 UE 또는 MAC 어드레스로 전달될 필요가 있는가를 발표할 수 있다. AF는 domainNumber를 사용하여 gPTP 프레임을 올바른 PDU 세션에 전달하도록 UPF에서 올바른 필터 또는 규칙을 설정하기 위해 임의의 다른 코어 네트워크 기능을 트리거할 수 있다.
이는 도 220에서 설명된다. 상세하게:
1. CUC는 엔드 스테이션이 무슨 클럭 도메인을 원하는지 정확히 알 수 있다.
2. CUC는 이어서 CNC가 5G "브릿지"를 구성하도록 (브릿지/시간 인지 릴레이로 모델링된 5G 시스템), 명령하는 것으로도 칭하여질 수 있도록, 말한다. 예를 들면, CNC는 5G 브릿지의 북쪽 경계와 5G 브릿지의 남쪽 경계 사이의 링크를 셋업하도록 5GS에 요청하여, 대응하는 엔드 스테이션에 정확한 타이밍이 전달될 수 있다 (예를 들면, 어느 입구 포트로부터 어느 출구 포트로).
3. 5GS는 변역 기능을 포함할 수 있는 AF에서, CNC로부터 정보를 수신하고 그 CNC 명령을 3GPP 시그널링이라고도 칭하여질 수 있는 5GS 시그널링으로 번역할 수 있다. IEEE P802.1AS-rev 문서에서, 이는 스위치 내부에서, 또는 본 사례에서는 5GS 내부에서 gPTP 고속 스패닝 트리를 정의하기 위해 CNC에 의해 실행될 수 있는 외부 포트 구성으로 칭하여진다. 외부 포트 구성이 CNC로부터의 정보로 이용가능하면, BCMA는 더 이상 요구되지 않는다. 포트는 MasterPort, SlavePort, PassivePort, 또는 DisabledPort와 같이 IEEE P802.1ASrev 표준에 따라 각 시간 도메인 신호가 5GS에서 라우팅될 필요가 있는 위치로 해석될 수 있는 다른 역할로 CNC에 의해 구성될 수 있다. AF로부터의 5GS 내부 시그널링은 선택된/필터링된 클럭 도메인만이 대응하는 UE/엔드 스테이션에 전달되는 경우에서, 예를 들어, UPF에서 UE로 PDU 세션을 셋업/업데이트하는데 사용된다.
상기에 설명된 모든 실시예의 경우 (예를 들어, 유니캐스트 또는 브로드캐스트와 같이), gPTP 프레임이 UE로 유니캐스트, 멀티캐스트, 또는 브로드캐스트 되는가 여부 이외에, gPTP가 5GS에서 전송되는 방법에는 더 관련되지 않는다. 이는 5GS에서 정확한 시간을 계산하고 변하는 지연을 보상하기 위해 5GS 입구 및 출구에서 gPTP 프레임의 타임스탬핑을 포함할 수 있다. 이는 메시지가 5GS에 들어갈 때 5GS의 시간이 메시지에 부가되는 도 224, 도 225, 및 도 226에서 도시된다. 5GS가 모든 gPTP 패킷을 (Sync, Follow_up, Pdelay_request, Pdelay_response, PDelay_Response_Follow_up, Announce 등), 또는 예를 들어 실제 시간 스탬프를 포함하는 Follow-Up 메시지만과 같이, RAN을 통한 패킷 중 일부만을 전송할 필요가 있는가 여부를 지정하지 않고, 전송되지 않는 패킷은 임의의 연결된 엔드 스테이션과 유효한 gPTP 통신 처리를 보장하도록, 예를 들어 UE 측에서 생성될 수 있다. 한 실시예에 따라, 적어도 하나의 gPTP 프레임이 필요한 모든 정보를 (domainNumber, timestamp 등) 운반하여 주기적으로 전송된다. gPTP 프레임은 데이터 패킷으로 전송될 수 있다.
또한, 인터넷 프로토콜(IP)이 gPTP 프레임을 전송하는데 사용되는 것이 또한 가능하다. 여기서 설명된 모든 실시예는 IP가 레이더 3(L3)에서 이더넷 위에서 사용되는 경우에서와 유사한 방법으로 적용가능할 수 있다. 도 225 및 도 226에 설명된 바와 같은 번역 기능은 개별적인 엔터티가 되거나 UPF 기능의 일부가 될 수 있다. 번역 기능은 포인트-대-포인트 PDU 세션을 통해 클럭/시간 도메인을 UE에 송신하거나 PDU 세션 내부에서 다수의 흐름으로 송신될 수 있다. 번역 기능은 또한 여기서 설명된 예시적인 실시예에 따른 전송 디바이스가 될 수 있다. 도 220은 TSN CNC가 도메인 신호를 전송하는 방법에 관련하여 UPF 및/또는 gNB에 입력을 제공하는 한 실시예를 도시한다. 도 220에 도시된 시나리오에서, gPTP 프레임은 유니캐스트 및/또는 멀티캐스트를 사용하여 UPF에 의해 예를 들어, UE와 같은 수신 디바이스에 전송된다.
5GS의 UE 측에서의 그랜드마스터 - 업링크: 그랜드마스터가 5GS의 UE 측에 위치하면, UE는 gNB에 시간 정보를 전송할 필요가 있다. 이 경우, UE는 전송 디바이스가 될 수 있고, gNB 및/또는 UPF는 수신 디바이스가 될 수 있다. UE는 TSN으로부터 gPTP 메시지를 수신하므로, 시간을 인지할 수 있다. 5GS는 UE로부터 전송된 시간 정보가 어느 시간 도메인에 속하는가에 대해 알기 위해 시간 도메인에 대한 정보를 요구한다.
UE는 항상 유니캐스트를 사용하여 gPTP 프레임을 5G 네트워크에 전송한다. gPTP 프레임 헤더를 기반으로, 네트워크는 시간 도메인을 결정할 수 있다. 여기서의 한 실시예에 따라, 모든 gPTP 프레임을 전송할 필요는 없지만 서브세트만이 전송되고 다른 것을 UE 측에서 필터링할 수 있다. 5G 네트워크는, 예를 들어 UPF에서, 전송되지 않은 임의의 gPTP 프레임을 재생성할 수 있다.
특수한 경우에 따라, 또 다른 UE 대신에, 데이터 네트워크와 같은 외부 TSN 네트워크로 시간 신호를 전송할 필요가 있을 수 있다. 이 경우, 5GS는 다운링크에 관련된 실시예에서 상기에 도입된 방법 중 하나를 사용하여, 수신한 프레임 헤더로부터 시간 도메인 번호에 관한 정보를 획득할 수 있다.
여기서의 실시예는 다중 시간 도메인으로 종단간 시간 동기화를 허용하는 이점을 갖는다. 그에 의해, 5GS 시스템은 이제 다중 시간 도메인으로부터 시간 신호를 효율적으로 전송할 수 있다.
도 221은 TSN으로부터의 gPTP 시그널링을 처리하기 위해, 5GS와 같은 3GPP 무선 통신 시스템(100)에서, 예를 들어 UE(120), 네트워크 노드(110), UPF 및/또는 번역 기능과 같은, 전송 디바이스에 의해 실행되는 방법을 설명한다.
* 동작(1301): 전송 디바이스는 TSN 네트워크로부터, 예를 들어 발표 메시지나 전송 메시지와 같은 gPTP 프레임을 수신할 수 있다. gPTP 프레임은 시간 정보, 그 시간 정보에 관련된 시간 도메인의 표시, 및/또는 수신 디바이스에 연결된 제2 엔드 스테이션의 MAC 어드레스를 포함할 수 있다.
* 동작(1302): 전송 디바이스는 시간 도메인의 표시 및/또는 MAC 어드레스를 기반으로, gPTP 프레임이 관련된 수신 디바이스를 결정할 수 있다.
* 동작(1302a): 전송 디바이스는 수신 디바이스 및/또는 수신 디바이스에 연결된 하나 이상의 제2 엔드 스테이션이 관련되는 시간 도메인에 관한 정보를 획득함으로서 gPTP 프레임이 관련된 수신 디바이스를 결정할 수 있다. 전송 디바이스는 수신 디바이스로부터 정보를 수신하여 정보를 획득할 수 있다. 전송 디바이스는 어느 수신 디바이스가 특정한 시간 도메인에 관련되는가를 나타내는 사전-구성을 수신함으로서 정보를 획득할 수 있다. 전송 디바이스는 또한 TSN 네트워크 제어기로부터 정보를 수신함으로서, TSN 내의 하나 이상의 제2 엔드 스테이션에 의해 지원되는 시간 도메인에 관한 정보를 획득할 수 있고, 여기서 그 정보는 수신 디바이스 식별자, 예를 들면 UE 식별자 또는 하나 이상의 제2 엔드 스테이션의 MAC 어드레스를 포함한다.
* 동작(1302b): 전송 디바이스는 또한 gPTP 프레임에 포함된 MAC 어드레스 또는 시간 도메인의 표시가 수신 디바이스 및/또는 수신 디바이스에 연결된 하나 이상의 제2 엔드 스테이션이 관련된 시간 도메인에 관해 획득된 정보에 대응할 때, 수신된 gPTP 프레임이 수신 디바이스에 관련된 것으로 결정함으로서, gPTP 프레임이 관련된 수신 디바이스를 결정할 수 있다.
* 동작(1303): 전송 디바이스는 또한 gPTP 프레임이 전송 디바이스에 의해 수신 및/또는 전송될 때 gPTP 프레임에 제1 시간 스탬프를 설정할 수 있고, 여기서 제1 시간 스탬프는 3GPP 무선 통신 시스템(100)에서 변하는 지연에 대한 보상을 위해 정정 시간을 계산하는데 사용될 수 있다.
* 동작(1304): 전송 디바이스는 예를 들어, UL에서의 무선 네트워크 노드(110) 또는 UPF 및/또는 DL에서의 UE(120)와 같이, 결정된 수신 디바이스에, 결정된 수신 디바이스에 관련된 PDU 세션에서 gPTP 프레임을 전송할 수 있다. 전송 디바이스는 무선 네트워크 노드 또는 UPF가 될 수 있고, gPTP 프레임은 브로드캐스팅을 사용하여 전송될 수 있다. 전송 디바이스는 또한 멀티캐스팅 또는 유니캐스팅을 사용하여 gPTP 프레임을 전송할 수 있다.
도 222는 TSN으로부터의 gPTP 시그널링을 처리하기 위해, 5GS와 같은 3GPP 무선 통신 시스템(100)에서, 예를 들어 UE(120), 네트워크 노드(110), UPF 및/또는 번역 기능과 같은, 수신 디바이스에 의해 실행되는 방법을 설명한다. 수신 디바이스는 여기서 또한 수신 엔터티라 칭하여질 수 있다.
* 동작(1401): 수신 디바이스는 예를 들어, 무선 네트워크 노드(110), UPF, 및/또는 UE(120)와 같은 전송 디바이스로부터, 차례로 시간 정보, 그 시간 정보에 관련된 시간 도메인의 표시, 및/또는 수신 디바이스에 연결된 하나 이상의 제2 엔드 스테이션의 MAC 어드레스를 포함하는 gPTP 프레임을 포함한 PDU 세션을 수신할 수 있다. PDU 세션은 멀티캐스팅, 유니캐스팅, 또는 브로드캐시팅을 사용하여 수신될 수 있다.
* 동작(1402): 수신 디바이스는 시간 도메인의 표시 및/또는 MAC 어드레스를 기반으로, 수신된 gPTP 프레임을 전송할 TSN 네트워크 내의 하나 이상의 제2 엔드 스테이션을 결정할 수 있다.
* 동작(1403): PDU 세션이 브로드캐스트된 메시지로 수신될 때, 수신 디바이스는 또한 TSN 네트워크에서 하나 이상의 제2 엔드 스테이션에 의해 지원되는 시간 도메인에 관한 정보를 획득할 수 있고, 그 엔드 스테이션은 수신 디바이스에 연결된다. TSN 내의 엔드 스테이션에 의해 지원되는 시간 도메인에 관한 정보는 예를 들어, 하나 이상의 제2 엔드 스테이션에 의해 주기적으로 전달되는, gPTP 발표 메시지와 같은, gPTP 메시지를 수신함으로서 획득될 수 있다. TSN 내의 하나 이상의 엔드 스테이션에 의해 지원되는 시간 도메인에 관한 정보는 또 다른 실시예에서, TSN 네트워크 제어기로부터 정보를 수신하여 획득될 수 있고, 여기서 그 정보는 수신 디바이스 식별자, 예를 들면 UE 식별자 또는 하나 이상의 제2 엔드 스테이션의 MAC 어드레스를 포함한다.
* 동작(1404): 수신 디바이스는 또한 gPTP 프레임을 포함한 PDU 세션이 수신될 때 또한/또는 gPTP 프레임이 수신 디바이스에 의해 전송될 때 gPTP 프레임에 제2 시간 스탬프를 설정할 수 있다. 제2 시간 스탬프는 gPTP 프레임에서 수신된 제1 시간 스탬프와 조합해 사용되어, 3GPP 무선 통신 시스템(100)에서 변하는 지연에 대한 보상을 위한 정정 시간을 계산할 수 있다.
* 동작(1405): 수신 디바이스는 TSN 네트워크 내의 하나 이상의 제2 엔드 스테이션에 gPTP 프레임을 전송할 수 있다. gPTP 프레임은 PDU 세션에 포함된 시간 정보 및 그 시간 정보에 관련된 시간 도메인을 포함한다.
* 동작(1405a): 수신 디바이스는 동작(1403)에서 획득된 정보를 기반으로, 브로드캐스트된 PDU 세션이 TSN의 하나 이상의 제2 엔드 스테이션에 의해 지원되는 시간 도메인에 관련될 때, 브로드캐스트된 시간 정보를 하나 이상의 엔드 스테이션에 전송할 수 있다. 따라서, 수신 디바이스에 연결된 TSN의 엔드 스테이션에 의해 지원되는 시간 도메인에 관련되지 않은 브로드캐스트 시간 정보는 수신 디바이스에 의해 엔드 스테이션으로 전송되지 않는다.
상기에 설명된 방법은 본 내용의 다른 곳에서 설명된 노드 중 다양한 것에 의해 실행될 수 있음을 이해하게 된다. 유사하게, 적절한 노드에 의해 구현되는 바와 같은, 상기의 조합이 가능하고 본 발명에 의해 고려된다.
무선 디바이스/UE
상기에 설명된 많은 기술은 무선 디바이스 또는 UE에 의해, 전체적으로 또는 부분적으로 실행된다. 여기서 사용되는 바와 같이, "무선 디바이스", "사용자 장비", 및 "UE"는 특정한 용도에 대한 컨텍스트가 다른 방법으로 명시적으로 표현되지 않은 한 상호교환가능하게 사용되고, 네트워크 장비 및/또는 다른 무선 디바이스와 무선으로 통신할 수 있는, 그렇게 구성된, 배열된, 또한/또는 동작가능한 디바이스를 칭한다. 본 내용에서는 무선으로 통신하는 것이 전자기 신호를 사용하여 무선 신호를 전송 및/또는 수신하는 것을 포함한다. 특정한 실시예에서, 무선 디바이스는 직접적인 사람의 상호동작 없이 정보를 수신 및/또는 전송하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 무선 디바이스는 내부 또는 외부 이벤트에 의해 트리거될 때, 또는 네트워크로부터의 요청에 응답하여, 소정의 스케쥴로 네트워크에 정보를 전송하도록 설계될 수 있다. 일반적으로, 무선 디바이스는 예를 들어, 무선 통신 디바이스와 무선 통신할 수 있는, 그렇게 구성된, 배열된, 또한/또는 동작가능한 임의의 디바이스를 나타낼 수 있다. 무선 디바이스의 예는, 제한되지 않지만, 스마트 폰과 같은 사용자 장비(UE)를 포함한다. 또 다른 예는 무선 카메라, 무선-인에이블 태블릿 컴퓨터, 랩탑-내장 장비(LEE), 랩탑-장착 장비(LME), USG 동글, 및/또는 무선 고객 전자 장치(CPE) 를 포함한다.
한가지 특정한 예로, 무선 디바이스는 3GPP의 GSM, UMTS, LTE, 및/또는 5G 표준과 같은 3세대 파트너쉽 프로젝트(3GPP)에 의해 공표되는 하나 이상의 통신 표준에 따른 통신을 위해 구성된 UE를 나타낼 수 있다. 여기서 사용되는 바와 같이, "사용자 장비" 또는 "UE"는 관련된 디바이스를 소유 또한/또는 동작시키는 사람 사용자의 의미에서 반드시 "사용자"를 가질 필요는 없다. 대신에, UE는 사람 사용자에게 판매 또는 그에 의해 운영될 의도이지만, 특정한 사람 사용자와 초기에 연관되지 않을 수 있는 디바이스를 나타낼 수 있다. 상기에 상세한 논의에서, 용어 "UE"가 편의상 사용되었지만, 보다 일반적으로 5G의 컨텍스트에서, UE가 "사용자"와 연관되는가 여부에 관계없이, 5G 네트워크에 의해 액세스되고 또한/또는 서비스가 제공되는 임의의 타입의 무선 디바이스를 포함하는 것으로 이해하여야 한다. 따라서, 상기에 상세한 논의에서 사용된 용어 "UE"는 예를 들어, 기계형 통신(MTC) 디바이스 (때로 기계-대-기계(M2M) 디바이스라 칭하여지는) 뿐만 아니라 "사용자"와 연관될 수 있는 핸드셋 또는 무선 디바이스를 포함한다.
일부 무선 디바이스는 예를 들어, 사이드링크 통신을 위한3GPP 표준을 구현함으로서 디바이스-대-디바이스(D2D) 통신을 지원할 수 있고, 이 경우 D2D 통신 디바이스라 칭하여질 수 있다.
또 다른 특정한 예로, 사물인터넷(IoT) 시나리오에서, 무선 디바이스는 모니터링 및/또는 측정을 실행하고 이러한 모니터링 및/또는 측정의 결과를 또 다른 무선 디바이스 및/또는 네트워크 장비에 전송하는 기계 또는 다른 디바이스를 나타낼 수 있다. 이 경우, 무선 디바이스는 3GPP 컨텍스트에서 기계형 통신(MTC) 디바이스라 칭하여지는 기계-대-기계(M2M) 디바이스가 될 수 있다. 한가지 특정한 예로, 무선 디바이스는 3GPP 협대역 사물인터넷(NB-IoT) 표준을 구현하는 UE가 될 수 있다. 이러한 기계나 디바이스의 특정한 예로는 센서, 전력 계량기와 같은 측정 디바이스, 산업용 기계, 또는 냉장고, 텔레비전, 시계와 같은 개인용 웨어러블 등의 가정용이나 개인용 가전이 있다. 다른 시나리오에서, 무선 디바이스는 동작 상태 또는 동작과 연관된 다른 기능에 대한 모니터링 및/또는 리포팅이 가능한 차량 또는 다른 장비를 나타낼 수 있다.
상기에 설명된 바와 같은 무선 디바이스는 무선 연결의 엔드포인트를 나타낼 수 있고, 그 경우 디바이스는 무선 터미널이라 칭하여질 수 있다. 또한, 여기서 설명된 바와 같은 무선 디바이스는 이동형이 될 수 있고, 그 경우 모바일 디바이스 또는 모바일 터미널이라 또한 칭하여질 수 있다.
여기서 논의된 무선 디바이스의 특정한 실시예가 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 다양한 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있는 것으로 이해하게 되지만, 여기서 설명된 또한/또는 여기서 설명된 다양한 기술에 따른 무선 통신 네트워크에서 동작하도록 구성된 무선 디바이스는 특정한 실시예에서, 도 166에 도시된 예시적인 무선 디바이스(1000)로 표현될 수 있다.
도 166에 도시된 바와 같이, 예시적인 무선 디바이스(1000)는 안테나(1005), 무선 프론트-엔드 회로(1010), 및 프로세싱 회로(1020)를 포함하고, 설명된 예에서는 컴퓨터-판독가능한 저장 매체(1024), 예를 들면 하나 이상의 메모리 디바이스를 포함한다. 안테나(1005)는 하나 이상의 안테나 또는 안테나 어레이를 포함할 수 있고, 무선 신호를 송신 및/또는 수신하도록 구성되고, 무선 프론트-엔드 회로(1010)에 연결된다. 특정한 대안적인 실시예에서, 무선 디바이스(1000)는 안테나(1005)를 포함하지 않을 수 있고, 안테나(1005)는 대신에 무선 디바이스(1000)에서 분리되어 인터페이스나 포트를 통해 무선 디바이스(1000)에 연결될 수 있다.
예를 들어, 다양한 필터 및 증폭기를 포함할 수 있는 무선 프론트-엔드 회로(1010)는 안테나(1005) 및 프로세싱 회로(1020)에 연결되고, 안테나(1005)와 프로세싱 회로(1020) 사이에서 통신되는 신호를 컨디셔닝하도록 구성된다. 특정한 대안적인 실시예에서, 무선 디바이스(1000)는 무선 프론트-엔드 회로(1010)를 포함하지 않을 수 있고, 프로세싱 회로(1020)가 대신에 무선 프론트-엔드 회로(1010) 없이 안테나(1005)에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 무선 프론트-엔드 회로(1010)는 일부 경우에서 동시에 다중 주파수 대역의 신호를 처리하도록 구성된다.
프로세싱 회로(1020)는 하나 이상의 무선 주파수(RF) 송수신 회로(1021), 기저대 프로세싱 회로(1022), 및 애플리케이션 프로세싱 회로(1023)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, RF 송수신 회로(1021), 기저대 프로세싱 회로(1022), 및 애플리케이션 프로세싱 회로(1023)는 분리된 칩세트에 있을 수 있다. 대안적인 실시예에서는 기저대 프로세싱 회로(1022) 및 애플리케이션 프로세싱 회로(1023) 중 일부 또는 모두가 하나의 칩세트로 조합될 수 있고, RF 송수신 회로(1021)는 분리된 칩세트에 있을 수 있다. 또 다른 대안적인 실시예에서는 RF 송수신 회로(1021) 및 기저대 프로세싱 회로(1022) 중 일부 또는 모두가 동일한 칩세트에 있고, 애플리케이션 프로세싱 회로(1023)는 분리된 칩세트에 있을 수 있다. 또 다른 대안적인 실시예에서는 RF 송수신 회로(1021), 기저대 프로세싱 회로(1022), 및 애플리케이션 프로세싱 회로(1023) 중 일부 또는 모두가 동일한 칩세트에 조합될 수 있다. 프로세싱 회로(1020)는 예를 들어, 하나 이상의 중앙 처리 유닛(CPU), 하나 이상의 마이크로프로세서, 하나 이상의 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC), 및/또한 하나 이상의 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA)를 포함할 수 있다.
특정한 실시예에서, 사용자 장비, MTC 디바이스, 또는 다른 무선 디바이스에 관련 것으로 여기서 설명된 기능 중 일부 또는 모두는 무선 디바이스에서 구현되거나, 대안적으로 도 166에 도시된 바와 같이, 컴퓨터-판독가능 저장 매체(1025)에 저장된 명령을 실행하는 프로세싱 회로(1020)에 의해 구현될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 기능 중 일부 또는 모두는 하드-유선 방식에서와 같이, 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령을 실행하지 않고 프로세싱 회로(1020)에 의해 제공될 수 있다. 이러한 특정한 실시예 중 임의의 실시예에서, 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령을 실행하는가 여부에 관계없이, 프로세싱 회로(1020)는 설명된 기능을 실행하도록 구성될 수 있다고 말할 수 있다. 이러한 기능에 의해 제공되는 이점은 프로세싱 회로(1020) 하나에, 또는 무선 디바이스의 다른 구성성분에 제한되지 않고, 전체적으로 무선 디바이스에 의해 또한/또는 단말 사용자 및 무선 디바이스에 의해 일반적으로 향유된다.
프로세싱 회로(1020)는 여기서 설명된 임의의 결정 동작을 실행하도록 구성될 수 있다. 프로세싱 회로(1020)에 의해 실행되는 것으로 결정하는 단계는 프로세싱 회로(1020)에 의해 프로세싱 정보를 획득하고, 예를 들어 획득된 정보를 다른 정보로 변환하고, 획득된 정보 또는 변환된 정보를 무선 디바이스에 저장된 정보에 비교하고, 또한/또는 획득된 정보 또는 변환된 정보를 기반으로 하나 이상의 동작을 실행하여, 상기 프로세싱의 결과로 결정을 내리는 단계를 포함한다.
안테나(1005), 무선 프론트-엔드 회로(1010), 및/또는 프로세싱 회로(1020)는 여기서 설명된 임의의 전송 동작을 실행하도록 구성될 수 있다. 임의의 정보, 데이터 및/또는 신호는 네트워크 장비 및/또는 또 다른 무선 디바이스에 전송될 수 있다. 유사하게, 안테나(1005), 무선 프론트-엔드 회로(1010), 및/또는 프로세싱 회로(1020)는 무선 디바이스에 의해 실행되는 것으로 여기서 설명된 임의의 수신 동작을 실행하도록 구성될 수 있다. 임의의 정보, 데이터 및/또는 신호는 네트워크 장비 및/또는 또 다른 무선 디바이스로부터 수신될 수 있다.
컴퓨터-판독가능 저장 매체(1025)는 일반적으로 컴퓨터 프로그램, 소프트웨어, 하나 이상의 로직, 규칙, 코드, 테이블 등을 포함하는 애플리케이션 및/또는 프로세서에 의해 실행될 수 있는 다른 명령과 같은 명령을 저장할 수 있다. 컴퓨터-판독가능 저장 매체(1025)의 예는 컴퓨터 메모리 (예를 들면, 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 판독 전용 메모리(ROM)), 대량 저장 매체 (예를 들면, 하드 디스크), 제거가능한 저장 매체 (예를 들면, 컴팩트 디스크(CD) 또는 디지털 비디오 디스크(DVD)), 및/또는 프로세싱 회로(1020)에 의해 사용될 수 있는 정보, 데이터, 및/또는 명령을 저장하는 임의의 다른 휘발성 또는 비-휘발성, 비-일시적 컴퓨터-판독가능 또한/또는 컴퓨터-실행가능 메모리 디바이스를 포함한다. 일부 실시예에서, 프로세싱 회로(1020) 및 컴퓨터-판독가능 저장 매체(1025)는 통합되는 것으로 고려될 수 있다.
무선 디바이스(1000)의 대안적인 실시예는 도 166에 도시된 것 이외에, 여기서 설명된 기능 및/또는 여기서 설명된 솔루션을 지원하는데 필수적인 기능을 포함하는, 무선 디바이스의 기능의 특정한 측면을 제공하는 것을 담당할 수 있는 추가 구성성분을 포함할 수 있다. 한가지 예로, 무선 디바이스(1000)는 입력 인터페이스, 디바이스와 회로, 및 출력 인터페이스, 디바이스와 회로를 포함할 수 있다. 입력 인터페이스, 디바이스와 회로는 무선 디바이스(1000)로의 정보 입력을 허용하고 프로세싱 회로(1020)가 입력 정보를 처리하게 허용하도록 프로세싱 회로(1020)에 연결된다. 예를 들면, 입력 인터페이스, 디바이스와 회로는 마이크로폰, 근접 또는 다른 센서, 키/버튼, 터치 디스플레이, 하나 이상의 카메라, USB 포트, 또는 다른 입력 요소를 포함할 수 있다. 출력 인터페이스, 디바이스와 회로는 무선 디바이스(1000)로부터의 정보 출력을 허용하고 프로세싱 회로(1020)가 무선 디바이스(1000)로부터 정보를 출력하게 허용하도록 프로세싱 회로(1020)에 연결된다. 예를 들면, 출력 인터페이스, 디바이스 또는 회로는 스피커, 디스플레이, 진동 회로, USB 포트, 헤드폰 인터페이스, 또는 다른 출력 요소를 포함할 수 있다. 하나 이상의 입력 및 출력 인터페이스, 디바이스, 및 회로를 사용하여, 무선 디바이스(1000)는 단말 사용자 및/또는 무선 네트워크와 통신하고 이들이 여기서 설명된 기능으로부터 이득을 취하도록 허용할 수 있다.
또 다른 예로, 무선 디바이스(1000)는 전력 공급 회로(1030)를 포함할 수 있다. 전력 공급 회로(1030)는 전력 관리 회로를 포함할 수 있다. 전력 공급 회로는 전력 공급 회로(1030)에 포함되거나 외부에 있을 수 있는 전원으로부터 전력을 수신한다. 예를 들어, 무선 디바이스(1000)는 전력 공급 회로(1030)에 연결되거나 그에 통합된 배터리 또는 배터리 팩의 형태로 전원을 포함할 수 있다. 태양광 디바이스와 같은 다른 타입의 전원도 사용될 수 있다. 또 다른 예로, 무선 디바이스(1000)는 입력 회로 또는 전기 케이블과 같은 인터페이스를 통해 외부 전원에 (전기콘센트와 같은) 연결될 수 있고, 그에 의해 외부 전원이 전력 공급 회로(1030)에 전력을 공급한다.
전력 공급 회로(1030)는 무선 프론트-엔드 회로(1010), 프로세싱 회로(1020), 및/또는 컴퓨터-판독가능 저장 매체(1025)에 연결되고, 프로세싱 회로(1020)를 포함하는 무선 디바이스(1000)에 여기서 설명된 기능을 실행하기 위한 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.
무선 디바이스(1000)는 또한 예를 들어, GSM, WCDMA, LTE, NR, WiFi, 또는 블루투스 무선 기술과 같이, 무선 디바이스(1000)에 통합된 다른 무선 기술을 위해, 다수의 세트의 프로세싱 회로(1020), 컴퓨터-판독가능 저장 매체(1025), 무선 회로(1010), 및/또는 안테나(1005)를 포함할 수 있다. 이러한 무선 기술은 동일하거나 다른 칩세트에, 또한 무선 디바이스(1000) 내의 다른 구성성분에 통합될 수 있다.
무선 디바이스(1000)는, 다양한 실시예에서, 여기서 설명된 특성 및 기술의 다양한 조합을 실행하도록 적응된다. 이후에는 제한되지 않는 여러 예가 설명된다.
제1 예에서, 무선 디바이스는 무선 통신 네트워크와 통신하도록 구성된 송수신 회로 및 송수신 회로에 동작되게 연결된 프로세싱 회로를 포함한다. 프로세싱 회로는 송수신 회로를 제어하고 (예를 들면, 메모리에 저장된 프로그램 코드를 사용하여), RBS를 통해 시간에 민감한 네트워킹(TSN)에 대한 지원을 표시하는 시스템 정보(SI)를 무선 액세스 네트워크(RAN)의 무선 기지국(RBS)으로부터 수신하고, RBS를 통해 외부 TSN 데이터 네트워크와 적어도 하나의 TSN 스트림을 설정하고, 또한 RBS를 통해 무선 통신 네트워크로부터 제1 타이밍 신호를 수신하도록 구성된다. 프로세싱 회로는 또한 무선 디바이스가 연결된 외부 TSN 데이터 네트워크로부터 제2 타이밍 신호를 수신하고, 오프셋을 결정하도록 제1 타이밍 신호를 제2 타이밍 신호와 비교하고, 또한 오프셋을 무선 통신 네트워크에 전송하도록 구성된다. 이러한 무선 디바이스 실시예에 대응하는 방법에 대해 상기에 설명된 변형 모두는 다양한 실시예에서, 본 예의 무선 디바이스에 적용될 수 있고, 이러한 무선 디바이스의 실시예는 여기서 설명된 추가 기술을 실행하도록 구성될 수 있다.
무선 통신 네트워크에서 유사하게 사용되도록 구성된 또 다른 예의 무선 디바이스는 무선 통신 네트워크와 통신하도록 구성된 송수신 회로, 및 송수신 회로에 동작되게 연결되고 송수신 회로를 제어하도록 구성된 프로세싱 회로를 포함한다. 본 예의 무선 디바이스 내의 프로세싱 회로는 RBS를 통해 TSN에 대한 지원을 표시하는 SI를 RAN의 RBS로부터 수신하고, RBS를 통해 외부 데이터 네트워크와 적어도 하나의 TSN 스트림을 설정하고, 또한 TSN 스트림에 대한 구성 정보를 획득하도록 구성되고, 구성 정보는 정적으로 유지되는 TSN 스트림과 연관된 데이터 패킷의 헤더 내에서 하나 이상의 필드에 대한 각 값을 나타낸다. 프로세싱 회로는 또한 RBS로부터 TSN 스트림과 연관된 데이터 패킷을 수신하고, 압축해제된 데이터 패킷을 생성하도록 데이터 패킷에 하나 이상의 필드를 부가하도록 구성된다. 다시, 무선 디바이스 실시예에 대응하는 방법에 대해 상기에 설명된 변형 모두는 다양한 실시예에서, 본 예의 무선 디바이스에 적용될 수 있고, 이러한 무선 디바이스의 실시예는 여기서 설명된 추가 기술을 실행하도록 구성될 수 있다.
RAN과 통신하도록 구성된 또 다른 예의 무선 디바이스는 또한 무선 통신 네트워크와 통신하도록 구성된 송수신 회로, 및 송수신 회로에 동작되게 연결되고 송수신 회로를 제어하도록 구성된 프로세싱 회로를 포함한다. 본 예의 프로세싱 회로는 RBS를 통해 TSN에 대한 지원을 표시하는 SI를 RAN의 RBS로부터 수신하고, RBS를 통해 외부 데이터 네트워크와 적어도 하나의 TSN 스트림을 설정하고, 외부 네트워크로부터 TSN 스트림과 연관된 전송 스케쥴을 수신하도록 구성된다. 무선 디바이스는 또한 RBS와 연관된 네트워크노드에, 무선 디바이스와 RAN 사이의 TSN 스트림 통신을 위한 무선 리소스를 할당하기 위한 요청을 송신하고, 여기서 요청은 전송 스케쥴에 관련된 정보를 더 포함하고, 또한 네트워크로부터, TSN 스트림과 연관된 전송 스케쥴을 충족시키도록 무선 리소스가 할당될 수 있는가 여부를 나타내는 응답을 수신하도록 구성된다. 다시 한번, 무선 디바이스 실시예에 대응하는 방법에 대해 상기에 설명된 변형 모두는 다양한 실시예에서, 본 예의 무선 디바이스에 적용될 수 있고, 이러한 무선 디바이스의 실시예는 여기서 설명된 추가 기술을 실행하도록 구성될 수 있다.
무선 통신 네트워크에서 사용되도록 구성된 또 다른 예시적인 무선 디바이스는 무선 통신 네트워크와 통신하도록 구성된 송수신 회로, 및 송수신 회로에 동작되게 연결되고 송수신 회로를 제어하도록 구성된 프로세싱 회로를 포함한다. 프로세싱 회로는 RBS를 통해 TSN에 대한 지원을 표시하는 SI를 RAN의 RBS로부터 수신하고, RBS를 통해 외부 TSN 데이터 네트워크와 적어도 하나의 TSN 스트림을 설정하고, 무선 통신 네트워크에 대한 업링크 전송에 사용되는 업링크 리소스를 나타내는 주기적 업링크 그랜트를 구성하는 구성 정보를 수신하고, 또한 무선 통신 네트워크에 대한 업링크 전송을 위한 동적 업링크 그랜트를 수신하도록 구성된다. 프로세싱 회로는 또한 논리적 채널 우선순위화 과정에 따라, 구성된 주기적 업링크 그랜트에서 전송되는 업링크 데이터가 있다는 조건에서, 동적 업링크 그랜트를 사용하여 업링크 전송을 통해 구성된 주기적 업링크 그랜트를 사용한 업링크 전송을 우선순위화하도록 구성된다. 다시, 무선 디바이스 실시예에 대응하는 방법에 대해 상기에 설명된 변형 모두는 다양한 실시예에서, 본 예의 무선 디바이스에 적용될 수 있고, 이러한 무선 디바이스의 실시예는 여기서 설명된 추가 기술을 실행하도록 구성될 수 있다.
다른 예는 사물인터넷(IoT) 환경에 제2 디바이스의 등록을 지원하도록 구성된 제1 디바이스를 포함하고, 제1 디바이스는 제2 디바이스와 통신하도록 구성된 송수신 회로, 및 송수신 회로에 동작되게 연결되고 송수신 회로를 제어하도록 구성된 프로세싱 회로를 포함한다. 프로세싱 회로는 제2 디바이스와 연관된 등록 기능의 표현을 획득하고, 여기서 등록 기능은 제1 및 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 포함하는 적어도 하나의 직렬화된 등록 애플리케이션과 연관되고, 제1 디바이스와 연관된 등록 정보가 제2 디바이스와 연관된 등록 정보와 분리되도록 등록 애플리케이션을 역직렬화하고, 또한 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 기반으로 제2 디바이스를 구성함으로서 제2 디바이스의 등록 프로세스의 실행을 제2 디바이스에 의해 초기화하도록 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 제2 디바이스에 전송하도록 구성된다. 프로세싱 회로는 또한 제2 디바이스로부터, 제2 디바이스와 연관된 구성 정보를 수신하고, 제1 디바이스에서 실행되는 제1 런타임 환경을 사용하여 제2 디바이스에서 실행되는 제2 런타임 환경에 코드 모듈을 전송하고, 여기서 코드 모듈은 제2 런타임 환경 내에서 실행되고 제2 런타임 환경에 의해 지원되는 제2 디바이스의 기능을 제1 디바이스에 노출시키도록 구성되고, 제1 런타임 환경 내에서 애플리케이션을 실행하고, 그 애플리케이션은 전달된 코드 모듈 및 제2 런타임 환경을 통해 제2 디바이스의 기능을 호출하도록 구성된다. 다시 한번, 무선 디바이스 실시예에 대응하는 방법에 대해 상기에 설명된 변형 모두는 다양한 실시예에서, 본 예의 무선 디바이스에 적용될 수 있고, 이러한 무선 디바이스의 실시예는 여기서 설명된 추가 기술을 실행하도록 구성될 수 있다.
또 다른 예는 제1 디바이스에 의해 지원되는 IoT 환경에 대한 등록 프로세스를 실행하도록 구성된 대응하는 제2 디바이스이고, 제2 디바이스는 제1 디바이스와 통신하도록 구성된 송수신 회로, 및 송수신 회로에 동작되게 연결되고 송수신 회로를 제어하도록 구성된 프로세싱 회로를 포함한다. 이러한 제2 디바이스에서의 프로세싱 회로는 제1 디바이스로부터, 제2 디바이스와 연관된 등록 정보를 수신하고, 등록 정보를 기반으로 제2 디바이스를 구성함으로서 등록 프로세스를 실행하고, 또한 제2 디바이스와 연관된 구성 정보를 제1 디바이스에 전송하도록 구성된다. 프로세싱 회로는 또한 제1 디바이스에서 실행되는 제1 런타임 환경으로부터 제2 디바이스에서 실행되는 제2 런타임 환경으로 코드 모듈을 수신하여, 제2 런타임 환경에 의해 지원되는 제2 디바이스의 기능을 제1 디바이스에 노출하고, 또한 제2 런타임 환경을 사용하여 제1 런타임 환경 내에서 실행되는 애플리케이션으로부터 코드 모듈을 통해 수신된 기능의 원격 호출에 응답하여 제2 디바이스의 기능의 성능을 제어하도록 구성된다. 다시 한번, 무선 디바이스 실시예에 대응하는 방법에 대해 상기에 설명된 변형 모두는 다양한 실시예에서, 본 예의 무선 디바이스에 적용될 수 있고, 이러한 무선 디바이스의 실시예는 여기서 설명된 추가 기술을 실행하도록 구성될 수 있다.
네트워크 장비 및 방법
여기서 사용되는 바와 같이, 용어 "네트워크 장비" 또는 "네트워크 노드"는 무선 디바이스에 대한 무선 액세스를 가능하게 또한/또는 제공하는 무선 통신 네트워크 내의 무선 디바이스 및/또는 다른 장비와 직접 또는 간접적으로 통신할 수 있는, 그렇게 구성된, 배열된, 또한/또는 동작하는 장비를 칭한다. 네트워크 장비의 예는, 제한되지 않지만, 액세스 포인트(AP), 특정하게 무선 액세스 포인트를 포함한다. 네트워크 장비는 무선 기지국과 같은 기지국(BS)을 나타낼 수 있다. 무선 기지국의 특정한 예는 노드 B, 및 진화된 노드 B(eNB)를 포함한다. 기지국은 제공하는 커버리지의 양을 (또는, 다르게 말하면, 전송 전력 레벨) 기반으로 분류될 수 있고, 그에 따라 펨토 기지국, 피코 기지국, 마이크로 기지국, 또는 매크로 기지국이라 칭하여질 수 있다. "네트워크 장비"는 또한 때로 원격 무선 헤드(RRH)라 칭하여지는 원격 무선 유닛(RRU) 및/또는 중앙집중식 디지털 유닛과 같이 분산된 무선 기지국 중 하나 이상의 일부분을 (또는 모두) 포함한다. 이러한 원격 무선 유닛은 안테나 통합 라디오로서 안테나와 통합되거나 통합되지 않을 수 있다. 분산된 무선 기지국 중 일부는 또한 분산 안테나 시스템(DAS) 내의 노드로 칭하여질 수 있다.
제한되지 않는 특정한 예로, 기지국은 릴레이 노드 또는 릴레이를 제어하는 릴레이 도너 노드가 될 수 있다.
네트워크 장비의 또 다른 예는 MSR BS와 같은 다중-표준 라디오(MSR) 무선 장치, 무선 네트워크 제어기(RNC) 또는 기지국 제어기(BSC)와 같은 네트워크 제어기, 베이스 송수신국(BTS), 전송 포인트, 전송 노드, 다중-셀/멀티캐스트 조정 엔터티(MCE), 코어 네트워크 노드 (예를 들면, MSC, MME), O&M 노드, OSS 노드, SON 노드, 위치지정 노드 (예를 들면, E-SMLC), 및/또는 MDT를 포함한다. 그러나, 보다 일반적으로, 네트워크 장비는 무선 통신 네트워크에 대한 무선 디바이스 액세스를 가능하게 또한/또는 제공하거나, 무선 통신 네트워크에 액세스한 무선 디바이스에 일부 서비스를 제공할 수 있도록, 그에 따라 구성된, 배열된, 또한/또는 동작되는 임의의 적절한 디바이스를 (또는 디바이스의 그룹) 나타낼 수 있다.
여기서 사용된 바와 같이, 용어 "무선 네트워크 장비"는 무선 기능을 포함하는 네트워크 장비를 칭하는데 사용된다. 따라서, 무선 네트워크 장비의 예는 상기에 논의된 무선 기지국 및 무선 액세스 포인트가 된다. 일부 무선 네트워크 장비는 상기에 논의된 분산된 무선 기지국과 (RRH 및/또는 RRU를 갖춘) 같이 분산된 장비를 포함할 수 있음을 이해하게 된다. 여기서 eNB, eNodeB, Node B 등으로 칭하여지는 다양한 용어는 무선 네트워크 장비의 예를 칭하고 있음을 이해하게 된다. 또한, 여기서 사용되는 바와 같이, 용어 "무선 네트워크 장비"는 단일 기지국이나 단일 무선 노드, 일부 경우에서는 예를 들어, 다른 위치에 있는 다수의 기지국 또는 노드를 칭할 수 있는 것으로 이해하여야 한다. 일부의 경우, 본 설명은 무선 장비의 다수의 분리된 실시예나 설치가 포함되는 특정한 시나리오를 명시적으로 설명하기 위해 무선 네트워크 장비의 "인스턴스"를 칭할 수 있다. 그러나, 무선 네트워크 장비에 대한 논의와 관련하여 "인스턴스"에 대한 참조가 부족하다는 것은 단일 인스턴스만 참조되고 있음을 의미하는 것으로 이해하여서는 안된다. 무선 네트워크 장비의 소정의 인스턴스는 대안적으로 "무선 네트워크 노드"라 칭하여질 수 있고, 여기서 단어 "노드"의 사용은 참조된 장비가 네트워크에서 논리적인 노드로 동작하고 있지만 모든 구성성분이 반드시 같은 위치에 있는 것을 의미하지는 않는다.
무선 네트워크 장비는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있지만, 무선 네트워크 장비(1100)의 한 인스턴스의 한 예는 도 167에 의해 더 상세히 설명된다. 도 167에 도시된 바와 같이, 예시적인 무선 네트워크 장비(1100)는 안테나(1105), 무선 프론트-엔드 회로(1110), 및 프로세싱 회로(1120)를 포함하고, 도시된 예에서는 컴퓨터-판독가능 저장 매체(1025), 예를 들어 하나 이상의 메모리 디바이스를 포함한다. 안테나(1105)는 하나 이상의 안테나 또는 안테나 어레이를 포함할 수 있고, 무선 신호를 송신 및/또는 수신하도록 구성되고, 무선 프론트-엔드 회로(1110)에 연결된다. 특정한 대안적인 실시예에서는 무선 네트워크 장비(1100)가 안테나(1005)를 포함하지 않고, 안테나(1005)가 대신에 무선 네트워크 장비(1100)에서 분리되어 인터페이스나 포트를 통해 무선 네트워크 장비(1100)에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 무선 프론트-엔드 회로(1100) 중 일부 또는 모두는 예를 들어, RRH 또는 RRU에서와 같이, 프로세싱 회로(1120)에서 떨어진 하나 또는 여러 위치에 배치될 수 있다. 유사하게, 프로세싱 회로(1120) 중 일부는 물리적으로 서로 분리될 수 있다. 무선 네트워크 장비(1100)는 또한 다른 네트워크 노드와, 예를 들면 다른 무선 네트워크 장비 또는 코어 네트워크 내의 노드와 통신하도록 통신 인터페이스 회로(1140)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 다양한 필터 및 증폭기를 포함할 수 있는 무선 프론트-엔드 회로(1110)는 안테나(1105) 및 프로세싱 회로(1120)에 연결되고, 안테나(1105)와 프로세싱 회로(1120) 사이에서 통신되는 신호를 컨디셔닝하도록 구성된다. 특정한 대안적인 실시예에서, 무선 네트워크 장비(1100)는 무선 프론트-엔드 회로(1110)를 포함하지 않을 수 있고, 프로세싱 회로(1120)가 대신에 무선 프론트-엔드 회로(1110) 없이 안테나(1105)에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 무선 프론트-엔드 회로(1110)는 일부 경우에서 동시에, 다중 주파수 대역의 신호를 처리하도록 구성된다.
프로세싱 회로(1120)는 하나 이상의 RF 송수신 회로(1121), 기저대 프로세싱 회로(1122), 및 애플리케이션 프로세싱 회로(1123)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, RF 송수신 회로(1121), 기저대 프로세싱 회로(1122), 및 애플리케이션 프로세싱 회로(1123)는 분리된 칩세트에 있을 수 있다. 대안적인 실시예에서는 기저대 프로세싱 회로(1122) 및 애플리케이션 프로세싱 회로(1123) 중 일부 또는 모두가 하나의 칩세트로 조합될 수 있고, RF 송수신 회로(1121)는 분리된 칩세트에 있을 수 있다. 또 다른 대안적인 실시예에서는 RF 송수신 회로(1121) 및 기저대 프로세싱 회로(1122) 중 일부 또는 모두가 동일한 칩세트에 있고, 애플리케이션 프로세싱 회로(1123)는 분리된 칩세트에 있을 수 있다. 또 다른 대안적인 실시예에서는 RF 송수신 회로(1121), 기저대 프로세싱 회로(1122), 및 애플리케이션 프로세싱 회로(1123) 중 일부 또는 모두가 동일한 칩세트에 조합될 수 있다. 프로세싱 회로(1120)는 예를 들어, 하나 이상의 CPU, 하나 이상의 마이크로프로세서, 하나 이상의 ASIC, 및/또한 하나 이상의 FPGA를 포함할 수 있다.
특정한 실시예에서, 무선 네트워크 장비, 무선 기지국, eNB, gNB 등에 관련 것으로 여기서 설명된 기능 중 일부 또는 모두는 무선 네트워크 장비에서 구현되거나, 대안적으로 도 183에 도시된 바와 같이, 컴퓨터-판독가능 저장 매체(1125)에 저장된 명령을 실행하는 프로세싱 회로(1120)에 의해 구현될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 기능 중 일부 또는 모두는 하드-유선 방식에서와 같이, 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령을 실행하지 않고 프로세싱 회로(1120)에 의해 제공될 수 있다. 이러한 특정한 실시예 중 임의의 실시예에서, 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령을 실행하는가 여부에 관계없이, 프로세싱 회로는 설명된 기능을 실행하도록 구성될 수 있다고 말할 수 있다. 이러한 기능에 의해 제공되는 이점은 프로세싱 회로(1120) 하나에, 또는 무선 네트워크 장비의 다른 구성성분에 제한되지 않고, 전체적으로 무선 네트워크 장비(1100)에 의해 또한/또는 단말 사용자 및 무선 네트워크에 의해 일반적으로 향유된다.
프로세싱 회로(1120)는 여기서 설명된 임의의 결정 동작을 실행하도록 구성될 수 있다. 프로세싱 회로(1120)에 의해 실행되는 것으로 결정하는 단계는 프로세싱 회로(1120)에 의해 프로세싱 정보를 획득하고, 예를 들어 획득된 정보를 다른 정보로 변환하고, 획득된 정보 또는 변환된 정보를 무선 네트워크 장비에 저장된 정보에 비교하고, 또한/또는 획득된 정보 또는 변환된 정보를 기반으로 하나 이상의 동작을 실행하여, 상기 프로세싱의 결과로 결정을 내리는 단계를 포함한다.
안테나(1105), 무선 프론트-엔드 회로(1110), 및/또는 프로세싱 회로(1120)는 여기서 설명된 임의의 전송 동작을 실행하도록 구성될 수 있다. 임의의 정보, 데이터 및/또는 신호는 임의의 네트워크 장비 및/또는 무선 디바이스에 전송될 수 있다. 유사하게, 안테나(1105), 무선 프론트-엔드 회로(1110), 및/또는 프로세싱 회로(1120)는 무선 네트워크 장비에 의해 실행되는 것으로 여기서 설명된 임의의 수신 동작을 실행하도록 구성될 수 있다. 임의의 정보, 데이터 및/또는 신호는 임의의 네트워크 장비 및/또는 무선 디바이스로부터 수신될 수 있다.
컴퓨터-판독가능 저장 매체(1125)는 일반적으로 컴퓨터 프로그램, 소프트웨어, 하나 이상의 로직, 규칙, 코드, 테이블 등을 포함하는 애플리케이션 및/또는 프로세서에 의해 실행될 수 있는 다른 명령과 같은 명령을 저장할 수 있다. 컴퓨터-판독가능 저장 매체(1125)의 예는 컴퓨터 메모리 (예를 들면, RAM 또는 ROM), 대량 저장 매체 (예를 들면, 하드 디스크), 제거가능한 저장 매체 (예를 들면, CD 또는 DVD), 및/또는 프로세싱 회로(1120)에 의해 사용될 수 있는 정보, 데이터, 및/또는 명령을 저장하는 임의의 다른 휘발성 또는 비-휘발성, 비-일시적 컴퓨터-판독가능 또한/또는 컴퓨터-실행가능 메모리 디바이스를 포함한다. 일부 실시예에서, 프로세싱 회로(1120) 및 컴퓨터-판독가능 저장 매체(1125)는 통합되는 것으로 고려될 수 있다.
무선 네트워크 장비(1100)의 대안적인 실시예는 도 167에 도시된 것 이외에, 여기서 설명된 기능 및/또는 여기서 설명된 솔루션을 지원하는데 필수적인 기능을 포함하는, 무선 네트워크 장비의 기능의 특정한 측면을 제공하는 것을 담당할 수 있는 추가 구성성분을 포함할 수 있다. 한가지 예로, 무선 네트워크 장비(1100)는 입력 인터페이스, 디바이스와 회로, 및 출력 인터페이스, 디바이스와 회로를 포함할 수 있다. 입력 인터페이스, 디바이스와 회로는 무선 네트워크 장비(1100)로의 정보 입력을 허용하고 프로세싱 회로(1120)가 입력 정보를 처리하게 허용하도록 프로세싱 회로(1120)에 연결된다. 예를 들면, 입력 인터페이스, 디바이스와 회로는 마이크로폰, 근접 또는 다른 센서, 키/버튼, 터치 디스플레이, 하나 이상의 카메라, USB 포트, 또는 다른 입력 요소를 포함할 수 있다. 출력 인터페이스, 디바이스와 회로는 무선 네트워크 장비(1100)로부터의 정보 출력을 허용하고 프로세싱 회로(1120)가 무선 네트워크 장비(1100)로부터 정보를 출력하게 허용하도록 프로세싱 회로(1120)에 연결된다. 예를 들면, 출력 인터페이스, 디바이스 또는 회로는 스피커, 디스플레이, USB 포트, 헤드폰 인터페이스, 또는 다른 출력 요소를 포함할 수 있다. 하나 이상의 입력 및 출력 인터페이스, 디바이스, 및 회로를 사용하여, 무선 네트워크 장비(1100)는 단말 사용자 및/또는 무선 네트워크와 통신하고 이들이 여기서 설명된 기능으로부터 이득을 취하도록 허용할 수 있다.
또 다른 예로, 무선 네트워크 장비(1100)는 전력 공급 회로(1130)를 포함할 수 있다. 전력 공급 회로(1130)는 전력 관리 회로를 포함할 수 있다. 전력 공급 회로(1130)는 전력 공급 회로(1130)에 포함되거나 외부에 있을 수 있는 전원으로부터 전력을 수신한다. 예를 들어, 무선 네트워크 장비(1100)는 전력 공급 회로(1130)에 연결되거나 그에 통합된 배터리 또는 배터리 팩의 형태로 전원을 포함할 수 있다. 태양광 디바이스와 같은 다른 타입의 전원도 사용될 수 있다. 또 다른 예로, 무선 네트워크 장비(1100)는 입력 회로 또는 전기 케이블과 같은 인터페이스를 통해 외부 전원에 (전기콘센트와 같은) 연결될 수 있고, 그에 의해 외부 전원이 전력 공급 회로(1130)에 전력을 공급한다.
전력 공급 회로(1130)는 무선 프론트-엔드 회로(1110), 프로세싱 회로(1120), 및/또는 컴퓨터-판독가능 저장 매체(1125)에 연결되고, 프로세싱 회로(1120)를 포함하는 무선 네트워크 장비(1100)에 여기서 설명된 기능을 실행하기 위한 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.
무선 네트워크 장비(1100)는 또한 예를 들어, GSM, WCDMA, LTE, NR, WiFi, 또는 블루투스 무선 기술과 같이, 무선 네트워크 장비(1100)에 통합된 다른 무선 기술을 위해, 다수의 세트의 프로세싱 회로(1120), 컴퓨터-판독가능 저장 매체(1125), 무선 회로(1110), 및/또는 안테나(1105)를 포함할 수 있다. 이러한 무선 기술은 동일하거나 다른 칩세트에, 또한 무선 네트워크 장비(1100) 내의 다른 구성성분에 통합될 수 있다.
무선 네트워크 장비(1100)의 하나 이상의 인스턴스는 무선 기지국, gNB 등에 의해 실행되는 것으로 여기서 설명된 방법 및 기술을 포함하여, 다양한 조합으로, 여기서 설명된 기술 중 일부 또는 모두를 실행하도록 적응될 수 있다. 소정의 네트워크 구현에서, 무선 네트워크 장비(1100)의 다중 인스턴스가 사용중인 것으로 이해하게 된다. 일부의 경우, 무선 네트워크 장비(1100)의 여러 인스턴스가 한번에 소정의 무선 디바이스 또는 무선 디바이스의 그룹과 통신하거나 신호를 그에 전송할 수 있다. 따라서, 여기서 설명된 많은 기술이 무선 네트워크 장비(1100)의 단일 인스턴스에 의해 실행되지만, 이러한 기술은 일부의 경우 조정된 형태로, 무선 네트워크 장비(1100)의 하나 이상의 인스턴스의 시스템에 의해 실행되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 도 167에 도시된 무선 네트워크 장비(1100)는 이러한 시스템의 가장 간단한 예시이다.
여기서 설명된 다른 네트워크 장비 또는 네트워크 노드는 하나 이상의 무선 디바이스와 통신하기 위한 무선 송수신기가 부족하지만, 대신에 일반적으로 표준화된 인터페이스를 통해, 통신 시스템에서 하나 이상의 다른 네트워크 노드와 통신하도록 구성된다는 점에서 무선 네트워크 장비가 아니다. 이러한 다른 네트워크 노드는 무선 특성 없이, 도 167에 설명된 예시적인 무선 네트워크 장비(1100)에 도시된 동일한 특성 중 많은 것을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 이러한 다른 네트워크 노드 중 하나 또는 그 조합은 예를 들어, 프로세싱 회로에 의해 실행되기 위해 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 적절한 프로그램 코드로, 여기서 설명된 방법 및 기술 중 많은 것을 실행하도록 구성될 수 있다.
여기서 설명된 것과 같은 네트워크 노드는 여기서 설명된 방법 중 하나 또는 여러 개를 실행하도록 구성될 수 있다. 제한되지 않는 한 예에서, 사용자 장비(UE) 및 외부 네트워크와 연관된 시간에 민감한 데이터 스트림을 처리하기 위해, RAN과 연관된 코어 네트워크에서 사용되도록 구성된 네트워크 노드는 하나 이상의 다른 네트워크 노드와 통신하도록 구성된 통신 인터페이스 회로, 및 통신 인터페이스 회로에 동작되게 연결된 프로세싱 회로를 포함한다. 프로세싱 회로는 외부 네트워크로부터, 시간에 민감한 데이터 스트림과 연관된 전송 스케쥴을 수신하고, RAN과 제1 UE 사이의 데이터 스트림의 통신을 위해 무선 리소스를 할당하기 위한 요청을 RAN에 송신하고, 여기서 요청은 전송 스케쥴에 관련된 정보를 더 포함하고, 또한 데이터 스트림과 연관된 전송 스케쥴을 충족시키도록 무선 리소스가 할당될 수 있는가 여부를 나타내는 응답을 수신하도록 구성된다. 프로세싱 회로는 또한 데이터 스트림에 대한 구성 정보를 획득하고, 구성 정보는 정적으로 유지되는 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷의 헤더 내에 하나 이상의 필드에 대한 각 값을 나타내고, 제1 UE에 대한 구성 정보의 전송을 초기화하고, 외부 데이터 네트워크로부터 데이터 스트림과 연관된 데이터 패킷을 수신하고, 압축된 데이터 패킷을 생성하도록 데이터 패킷으로부터 하나 이상의 필드를 제거하고, 또한 제1 UE에 대한 압축된 데이터 패킷의 전송을 초기화하도록 구성된다. 이 네트워크 노드 실시예에 대응하는 방법에 대해 상기에 설명된 변형 모두는 다양한 실시예에서, 본 예의 네트워크 노드에 적용될 수 있고, 이러한 네트워크 노드의 실시예는 여기서 설명된 추가 기술을 실행하도록 구성될 수 있다.
여기서 설명된 임의의 적절한 단계, 방법, 특성, 기능, 또는 이점은 하나 이상의 가상 장치의 하나 이상의 기능적 유닛 또는 모듈을 통해 실행될 수 있다. 각 가상 장치는 다수의 이러한 기능적 유닛을 포함할 수 있다. 이러한 기능적 유닛은 하나 이상의 마이크로프로세서나 마이크로컨트롤러, 뿐만 아니라 디지털 신호 프로세서(DSP), 특수-목적의 디지털 로직 등을 포함할 수 있는 다른 디지털 하드웨어를 포함할 수 있는 프로세싱 회로를 통해 구현될 수 있다. 프로세싱 회로는 메모리에 저장된 프로그램 코드를 실행하도록 구성될 수 있고, 메모리는 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 캐시 메모리, 플래쉬 메모리 디바이스, 광학 저장 디바이스 등과 같은 하나 또는 여러 타입의 메모리를 포함할 수 있다. 메모리에 저장된 프로그램 코드는 하나 이상의 전기통신 및/또는 데이터 통신 프로토콜을 실행하기 위한 프로그램 명령 뿐만 아니라 여기서 설명된 기술 중 하나 이상을 실행하기 위한 명령을 포함한다. 일부 구현에서, 프로세싱 회로는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 각 기능적 유닛이 대응하는 기능을 실행하게 하는데 사용될 수 있다.
호스트 컴퓨터를 포함한 네트워크에 대해 현재 설명된 기술의 애플리케이션
상기에 제공된 상세한 논의 및 예시에서는 예를 들어, 무선 디바이스, 무선 액세스 네트워크, 또는 무선 전기통신 코어 네트워크 노드에서 실행되는 동작에 대해 여러 기술이 설명되었다. 그러나, 이러한 기술은 제한되지 않지만, 이러한 무선 네트워크 구성성분을 포함하는 통신 시스템의 더 넓은 컨텍스트에서 실행되는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 이 통신 시스템은 고정된 (유선) 네트워크, 애플리케이션 서버, 서브 팜, 무선 네트워크에 관련된 서비스를 액세스하는 사용자 컴퓨터 등을 더 포함할 수 있다. 유사하게, 여기서 설명된 기술은 무선 네트워크 자체를 초월하는 서비스 및/또는 애플리케이션을 포함하거나 그에 의해 사용될 수 있다. 결과적으로, 개선된 대기시간, 신뢰성, 보안성 등과 같이, 설명된 다수의 기술에 대해 여기서 설명된 이점은 이러한 서비스 및/또는 애플리케이션에 발생될 수 있다.
도 223은 일부 실시예에 따라, 무선 액세스 네트워크와 같은 액세스 네트워크(611) 및 코어 네트워크(614)를 포함하는 3GPP-타입 셀룰러 네트워크와 같은 전기통신 네트워크(610)를 포함한 통신 시스템을 설명한다. 액세스 네트워크(611)는 NB, eNB, gNB, 또는 다른 타입의 무선 액세스 포인트와 같은, 다수의 기지국(86a, 612b, 612c)를 포함하고, 각각은 대응하는 커버리지 영역(613a, 613b, 613c)를 정의한다. 각 기지국(612a, 612b, 612c)은 유선 또는 무선 연결(615)을 통해 코어 네트워크(614)에 연결될 수 있다. 커버리지 영역(613c)에 위치하는 제1 사용자 장비(UE)(691)는 대응하는 기지국(66c)에 무선으로 연결되거나 그에 의해 페이징되도록 구성된다. 커버리지 영역(613a)에 있는 제2 UE(692)는 대응하는 기지국(612a)에 무선으로 연결될 수 있다. 본 예에서는 다수의 UE(691, 692)가 도시되지만, 설명된 실시예는 단일 UE가 커버리지 영역에 있거나 단일 UE가 대응하는 기지국(612)에 연결되어 있는 상황에 동일하게 적용가능하다.
전기통신 네트워크(610)는 그 자체로 호스트 컴퓨터(630)에 연결되고, 호스트 컴퓨터는 독립형 서버, 클라우드-구현 서버, 분산된 서버, 또는 서버 팜 내의 프로세싱 리소스의 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 호스트 컴퓨터(630)는 서비스 제공자의 소유 또는 제어 하에 있거나, 서비스 제공자에 의해 또는 그 대신에 운영될 수 있다. 전기통신 네트워크(610)와 호스트 컴퓨터(630) 사이의 연결(621, 622)은 코어 네트워크(614)로부터 호스트 컴퓨터(630)로 직접 확장되거나, 선택적인 중간 네트워크(620)를 통해 진행될 수 있다. 중간 네트워크(620)는 공공, 개별, 또는 호스팅된 네트워크 중 하나, 또는 하나 이상의 조합이 될 수 있다; 중간 네트워크(620)는, 있는 경우, 인터넷의 백본 네트워크가 될 수 있고, 특정하게 중간 네트워크(620)는 두개 이상의 서브-네트워크를 (도시되지 않은) 포함할 수 있다.
도 223의 통신 시스템은 전체적으로 연결된 UE(691, 692) 중 하나와 호스트 컴퓨터(630) 사이에 연결을 가능하게 한다. 연결은 오버-더-탑(over-the-top, OTT) 연결(650)로 설명될 수 있다. 호스트 컴퓨터(630) 및 연결된 UE(691, 692)는 액세스 네트워크(611), 코어 네트워크(614), 임의의 중간 네트워크(620), 및 가능하게 중간매체로 추가 인프라구조를 (도시되지 않은) 사용하여, OTT 연결(650)을 통해 데이터 및/또는 시그널링을 통신하도록 구성된다. OTT 연결(650)은 OTT 연결(650)이 통과하는 참여 통신 디바이스가 업링크 및 다운링크 통신의 라우팅을 인지하지 못한다는 점에서 투명할 수 있다. 예를 들어, 기지국(612)은 연결된 UE(691)에 전송되도록 호스트 컴퓨터(630)로부터 발신된 데이터와 통신하는 들어오는 다운링크 통신의 과거 라우팅에 대해 통보받을 수 없거나 받을 필요가 없다. 유사하게, 기지국(612)은 UE(691)로부터 호스트 컴퓨터(630) 방향으로 발신된 나가는 업링크 통신의 미래 라우팅을 인지할 필요가 없다.
한 실시예에 따라, 상기에서 논의된 UE, 기지국, 및 호스트 컴퓨터의 예시적인 구현은 이제 도 224를 참조로 설명된다. 통신 시스템(700)에서, 호스트 컴퓨터(710)는 통신 시스템(700)의 다른 통신 디바이스의 인터페이스와 유선 또는 무선 연결을 셋업하고 유지하도록 구성된 통신 인터페이스(716)를 포함한다. 호스트 컴퓨터(710)는 또한 저장 및/또는 프로세싱 기능을 가질 수 있는 프로세싱 회로(718)를 포함한다. 특정하게, 프로세싱 회로(718)는 하나 이상의 프로그램가능한 프로세서, 애플리케이션-특정 집적 회로, 필드 프로그램가능 게이트 어레이, 또는 명령을 실행하도록 적응된 이들의 조합을 (도시되지 않은) 포함할 수 있다. 호스트 컴퓨터(710)는 호스트 컴퓨터(710)에 저장되거나 그에 의해 액세스 가능하고 프로세싱 회로(718)에 의해 실행가능한 소프트웨어(711)를 더 포함한다. 소프트웨어(711)는 호스트 애플리케이션(712)을 포함한다. 호스트 애플리케이션(712)은 UE(730) 및 호스트 컴퓨터(710)에서 종료되는 OTT 연결(750)을 통해 연결되는 UE(730)와 같은 원격 사용자에게 서비스를 제공하도록 동작가능할 수 있다. 원격 사용자에게 서비스를 제공할 때, 호스트 애플리케이션(712)은 OTT 연결(750)을 사용하여 전송되는 사용자 데이터를 제공할 수 있다.
통신 시스템(700)은 또한 전기통신 시스템에 제공되고 호스트 컴퓨터(710) 및 UE(730)와의 통신을 가능하게 하는 하드웨어(725)를 포함한다. 하드웨어(725)는 통신 시스템(700)의 다른 통신 디바이스의 인터페이스와 유선 또는 무선 연결을 셋업하고 유지하기 위한 통신 인터페이스(726), 및 기지국(720)에 의해 서비스가 제공되는 커버리지 영역에 (도 224에 도시되지 않은) 위치하는 UE(730)와 적어도 무선 연결(770)을 셋업하고 유지하기 위한 무선 인터페이스(727)를 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(726)는 호스트 컴퓨터(710)로의 연결(760)을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 연결(760)은 직접적이거나, 전기통신 시스템의 코어 네트워크를 (도 224에 도시되지 않은) 또한/또는 전기통신 시스템 외부에 있는 하나 이상의 중간 네트워크를 통과할 수 있다. 도시된 실시예에서, 기지국(720)의 하드웨어(725)는 또한 하나 이상의 프로그램가능한 프로세서, 애플리케이션-특정 집적 회로, 필드 프로그램가능 게이트 어레이, 또는 명령을 실행하도록 적응된 그들의 조합을 (도시되지 않은) 포함할 수 있는 프로세싱 회로(728)를 포함한다. 기지국은 내부적으로 저장되거나 외부 연결을 통해 액세스 가능한 소프트웨어(721)를 더 갖는다.
통신 시스템(700)은 이미 언급된 UE(730)를 더 포함한다. 그 하드웨어(735)는 UE(730)가 현재 위치하는 커버리지 영역에 서비스를 제공하는 기지국과의 무선 연결(770)을 셋업하고 유지하도록 구성된 무선 인터페이스(737)를 포함할 수 있다. UE(730)의 하드웨어(735)는 또한 하나 이상의 프로그램가능한 프로세서, 애플리케이션-특정 집적 회로, 필드 프로그램가능 게이트 어레이, 또는 명령을 실행하도록 적응된 그들의 조합을 (도시되지 않은) 포함할 수 있는 프로세싱 회로(738)를 포함한다. UE(730)는 UE(730)에 저장되거나 그에 의해 액세스 가능하고 프로세싱 회로(738)에 의해 실행가능한 소프트웨어(731)를 더 포함한다. 소프트웨어(731)는 클라이언트 애플리케이션(732)을 포함한다. 클라이언트 애플리케이션(732)은 호스트 컴퓨터(710)의 지원으로, UE(730)를 통해 사람 또는 비-사람 사용자에게 서비스를 제공하도록 동작가능할 수 있다. 호스트 컴퓨터(710)에서, 실행되는 호스트 애플리케이션(712)은 UE(730) 및 호스트 컴퓨터(710)에서 종료되는 OTT 연결(750)을 통해 실행되는 클라이언트 애플리케이션(732)과 통신할 수 있다. 사용자에게 서비스를 제공할 때, 클라이언트 애플리케이션(732)은 호스트 애플리케이션(712)으로부터 요청 데이터를 수신하고 요청 데이터에 응답하여 사용자 데이터를 제공할 수 있다. OTT 연결(750)은 요청 데이터 및 사용자 데이터 모두를 전달할 수 있다. 클라이언트 애플리케이션(732)은 제공되는 사용자 데이터를 생성하기 위해 사용자와 상호동작할 수 있다.
도 224에 설명된 호스트 컴퓨터(710), 기지국(720), 및 UE(730)는 각각 도 223의 호스트 컴퓨터(630), 기지국(612a, 612b, 612c) 중 하나, 또한 UE(691, 692) 중 하나와 동일할 수 있음을 주목한다. 말하자면, 이러한 엔터티의 내부 작업은 도 224에 도시된 바와 같고, 독립적으로 주변 네트워크 토폴로지는 도 223의 내용이 될 수 있다.
도 224에서, OTT 연결(750)은 디바이스를 통한 메시지의 정확한 라우팅 및 임의의 중간 디바이스를 명시적으로 참고하지 않고, 기지국(720)을 통한 호스트 컴퓨터(710)와 사용자 장비(730) 사이의 통신을 추상적으로 설명하도록 도시되었다. 네트워크 인프라구조는 UE(730)로부터, 또는 호스트 컴퓨터(710)를 운영하는 서비스 제공자로부터, 또는 둘 모두로부터 숨겨지도록 구성될 수 있는 라우팅을 결정할 수 있다. OTT 연결(750)이 활성화 상태인 동안, 네트워크 인프라구조는 라우팅을 동적으로 변경하는 결정을 더 내릴 수 있다 (예를 들면, 로드 균형을 고려하거나 네트워크 재구성을 기반으로).
UE(730)와 기지국(730) 사이의 무선 연결(770)은 본 설명을 통해 설명된 실시예의 지시에 따른다. 다양한 기술은 설명된 각 기술과 연관되어 상기에 설명된 바와 같이, OTT 연결(750)을 사용하여 네트워크 및 UE(730)에 대한 데이터 비율, 용량, 대기시간, 신뢰성, 보안성, 및/또는 전력 소모를 개선시킬 잠재력을 갖고, 그에 의해 감소된 사용자 대기 시간, 더 큰 용량, 더 나은 응답성, 및 더 나은 디바이스 배터리 수명과 같은 이점을 제공한다.
하나 이상의 실시예가 개선시킨 데이터 비율, 대기시간, 및 다른 요소를 모니터할 목적으로 측정 과정이 제공될 수 있다. 측정 결과에서의 변동에 응답하여, 호스트 컴퓨터(710)와 UE(730) 사이의 OTT 연결(750)을 재구성하기 위한 선택적인 네트워크 기능이 더 있을 수 있다. OTT 연결(750)을 재구성하기 위한 측정 과정 및/또는 네트워크 기능은 호스트 컴퓨터(710)의 소프트웨어(711) 또는 UE(730)의 소프트웨어(731)에서, 또는 둘 모두에서 구현될 수 있다. 실시예에서, 센서는 (도시되지 않은) OTT 연결(750)이 통과하는 통신 디바이스에 배치되거나 그와 연관될 수 있다; 센서는 상기에 예시화된 모니터링 양의 값을 공급하거나, 소프트웨어(711, 731)가 모니터링 양을 계산 또는 추정할 수 있는 다른 물리적 양의 값을 공급함으로서 측정 과정에 참여할 수 있다. OTT 연결(750)의 재구성은 메시지 포맷, 재전송 셋팅, 선호되는 라우팅 등을 포함할 수 있다; 재구성이 기지국(720)에 영향을 줄 필요는 없고, 기지국(720)에 공지되지 않거나 인지되지 않을 수 있다. 이러한 과정 및 기능은 종래 기술에 공지되어 있어 실시될 수 있다. 특정한 실시예에서, 측정은 처리량, 전파시간, 대기시간 등의 호스트 컴퓨터(710)의 측정을 용이하게 하는 독점적인 UE 시그널링을 포함할 수 있다. 측정은 전파 시간, 에러 등을 모니터링하는 동안, OTT 연결(750)을 사용하여, 메시지가 특히, 비거나 '더미' 메시지로 전송되게 하는 소프트웨어(711, 713)에서 구현될 수 있다.
도 226은 한 실시예에 따라, 통신 시스템에서 구현되는 방법을 설명하는 흐름도이다. 통신 시스템은 도 229 및 도 230을 참고로 설명된 것이 될 수 있는 호스트 컴퓨터, 기지국, 및 UE를 포함한다. 본 설명의 간략성을 위해, 이 섹션에서는 도 226을 참조하는 도면만이 포함된다. 방법의 제1 단계(810)에서, 호스트 컴퓨터는 사용자 데이터를 제공한다. 제1 단계(810)의 선택적인 서브단계(811)에서, 호스트 컴퓨터는 호스트 애플리케이션을 실행함으로서 사용자 데이터를 제공한다. 제2 단계(820)에서, 호스트 컴퓨터는 UE로 사용자 데이터를 운반하는 전송을 초기화한다. 선택적인 제3 단계(830)에서, 기지국은 본 설명을 통해 설명된 실시예의 지시에 따라, 호스트 컴퓨터가 초기화했던 전송에서 운반된 사용자 데이터를 UE에 전송한다. 선택적인 제4 단계(840)에서, UE는 호스트 컴퓨터에 의해 실행된 호스트 애플리케이션과 연관된 클라이언트 애플리케이션을 실행한다.
도 226은 한 실시예에 따라, 통신 시스템에서 구현되는 방법을 설명하는 흐름도이다. 통신 시스템은 도 223 및 도 224을 참고로 설명된 것이 될 수 있는 호스트 컴퓨터, 기지국, 및 UE를 포함한다. 본 설명의 간략성을 위해, 이 섹션에서는 도 226을 참조하는 도면만이 포함된다. 방법의 제1 단계(910)에서, 호스트 컴퓨터는 사용자 데이터를 제공한다. 선택적인 서브단계에서 (도시되지 않은), 호스트 컴퓨터는 호스트 애플리케이션을 실행함으로서 사용자 데이터를 제공한다. 제2 단계(920)에서, 호스트 컴퓨터는 UE로 사용자 데이터를 운반하는 전송을 초기화한다. 전송은 본 설명을 통해 설명된 실시예의 지시에 따라, 기지국을 통과할 수 있다. 선택적인 제3 단계(830)에서, UE는 전송으로 운반된 사용자 데이터를 수신한다.
도 227은 한 실시예에 따라, 통신 시스템에서 구현되는 방법을 설명하는 흐름도이다. 통신 시스템은 도 223 및 도 224을 참고로 설명된 것이 될 수 있는 호스트 컴퓨터, 기지국, 및 UE를 포함한다. 본 설명의 간략성을 위해, 이 섹션에서는 도 227을 참조하는 도면만이 포함된다. 방법의 선택적인 제1 단계(1010)에서, UE는 호스트 컴퓨터에 의해 제공된 입력 데이터를 수신한다. 부가하여 또는 대안적으로, 선택적인 제2 단계(1020)에서, UE는 사용자 데이터를 제공한다. 제2 단계(1020)의 선택적인 서브단계(1021)에서, UE는 클라이언트 애플리케이션을 실행함으로서 사용자 데이터를 제공한다. 제1 단계(1010)의 추가 선택적인 서브단계(1011)에서, UE는 호스트 컴퓨터에 의해 제공된 수신 입력 데이터에 응답하여 사용자 데이터를 제공하는 클라이언트 애플리케이션을 실행한다. 사용자 데이터를 제공할 때, 실행된 클라이언트 애플리케이션은 사용자로부터 수신된 사용자 입력을 더 고려할 수 있다. 사용자 데이터가 제공된 특정한 방법에 관계없이, UE는 선택적인 제3 서브단계(1030)에서, 호스트 컴퓨터에 대한 사용자 데이터의 전송을 초기화한다. 방법의 제4 단계(1040)에서, 호스트 컴퓨터는 본 설명을 통해 설명된 실시예의 지시에 따라, UE로부터 전송된 사용자 데이터를 수신한다.
도 228은 한 실시예에 따라, 통신 시스템에서 구현되는 방법을 설명하는 흐름도이다. 통신 시스템은 도 223 및 도 224을 참고로 설명된 것이 될 수 있는 호스트 컴퓨터, 기지국, 및 UE를 포함한다. 본 설명의 간략성을 위해, 이 섹션에서는 도 228을 참조하는 도면만이 포함된다. 방법의 선택적인 제1 단계(1110)에서, 본 설명을 통해 설명된 실시예의 지시에 따라, 기지국은 UE로부터 사용자 데이터를 수신한다. 선택적인 제2 단계(1120)에서, 기지국은 호스트 컴퓨터에 대한 수신 사용자 데이터의 전송을 초기화한다. 제3 단계(1130)에서, 호스트 컴퓨터는 기지국에 의해 초기화된 전송으로 운반된 사용자 데이터를 수신한다.
도 231 및 도 234에 설명된 방법은 여기서 설명된 다양한 다른 방법 중 임의의 것과 조합될 수 있고 동일하거나 오버랩되는 디바이스 또는 노드를 포함함을 이해하게 된다.
본 발명의 개념의 원리에서 실질적으로 벗어나지 않고 실시예에 대해 많은 변경 및 수정이 이루어질 수 있다. 이러한 모든 변경 및 수정은 본 발명의 개념의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 따라서, 상기에 설명된 주제는 제한적인 것이 아니라 설명적인 것으로 고려되어야 하고, 실시예의 예시는 본 발명의 개념의 범위 및 의도 내에 드는 수정, 개선, 및 다른 실시예를 모두 커버하도록 의도된다. 따라서, 법률이 허용하는 최대 범위까지, 본 발명의 개념의 범위는 실시예의 예시 및 그와 동일한 내용을 포함하는 본 설명의 최대 허용가능한 해석에 의해 결정되어야 하고, 상기의 상세 설명에 의해 제한 또는 한정되지 말아야 한다.
710 : 호스트 컴퓨터
712 : 호스트 애플리케이션
716 : 통신 인터페이스
718 : 프로세싱 회로
720 : 기지국
726 : 통신 인터페이스
727 : 무선 인터페이스
728 : 프로세싱 회로
732 : 클라이언트 애플리케이션
737 : 무선 인터페이스
738 : 프로세싱 회로

Claims (109)

  1. 무선 통신 네트워크와 연관된 무선 디바이스에 의해 실행되는 방법으로서:
    상기 무선 통신 네트워크의 무선 기지국(RBS)으로부터, 시스템 정보(SI) 또는 무선 리소스 제어(RRC) 메시지를 수신하는 단계로, 여기서 상기 SI 또는 RRC 메시지는 상기 RBS를 통해 적어도 하나의 시간에 민감한 네트워킹(TSN) 특성에 대한 지원을 표시하는 단계;
    상기 무선 통신 네트워크로부터 제1 타이밍 신호를 수신하는 단계로, 여기서 상기 제1 타이밍 신호는 상기 무선 통신 네트워크 내부의 시스템 클럭에 대한 시간 기준을 포함하는 단계;
    상기 무선 디바이스가 연결된 외부의 TSN 데이터 네트워크로부터 제2 타이밍 신호를 수신하는 단계로, 여기서 상기 제2 타이밍 신호는 작업 클럭 시간 기준을 포함하는 단계; 및
    상기 수신된 SI 또는 RRC 메시지에 따라, 상기 RBS를 통해, 상기 외부 TSN 데이터 네트워크와 적어도 하나의 TSN 스트림을 설정하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 SI 또는 RRC 메시지를 수신하는 단계는 상기 RBS를 통해 TSN에 대한 상기 적어도 하나의 특성에 대한 지원을 표시하는 SI를 수신하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 SI는 하나 이상의 시스템 정보 블록(SIB)에 포함되는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 제1 타이밍 신호는 상기 RBS로부터 수신된 SI에서 수신되는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 SI 또는 RRC 메시지를 수신하는 단계는 상기 RBS를 통해 TSN에 대한 상기 적어도 하나의 특성에 대한 지원을 표시하는 RRC 메시지를 수신하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 타이밍 신호는 상기 RRC 메시지에서 수신되는 방법.
  7. 제1항 내지 제3항, 제5항, 제6항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 무선 통신 네트워크는 뉴 라디오 무선 통신 네트워크와 같은, 셀룰러 통신 네트워크인 방법.
  8. 무선 통신 네트워크에서 사용하기 위한 무선 디바이스로서:
    상기 무선 통신 네트워크의 무선 기지국(RBS)으로부터, 시스템 정보(SI) 또는 무선 리소스 제어(RRC) 메시지를 수신하고, 여기서 상기 SI 또는 RRC 메시지는 상기 RBS를 통해 적어도 하나의 시간에 민감한 네트워킹(TSN) 특성에 대한 지원을 표시하고;
    상기 무선 통신 네트워크로부터 제1 타이밍 신호를 수신하고, 여기서 상기 제1 타이밍 신호는 상기 무선 통신 네트워크 내부의 시스템 클럭에 대한 시간 기준을 포함하고;
    상기 무선 디바이스가 연결된 외부의 TSN 데이터 네트워크로부터 제2 타이밍 신호를 수신하고, 여기서 상기 제2 타이밍 신호는 작업 클럭 시간 기준을 포함하고; 또한
    상기 수신된 SI 또는 RRC 메시지에 따라, 상기 RBS를 통해, 상기 외부 TSN 데이터 네트워크와 적어도 하나의 TSN 스트림을 설정하도록 적응된 무선 디바이스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 무선 디바이스는 상기 RBS를 통해 TSN에 대한 상기 적어도 하나의 특성에 대한 지원을 표시하는 SI를 수신하도록 적응된 무선 디바이스.
  10. 제8항 또는 제9항 중 한 항에 있어서,
    상기 무선 디바이스는 상기 RBS로부터 수신된 SI에서 상기 제1 타이밍 신호를 수신하도록 적응된 무선 디바이스
  11. 제8항에 있어서,
    상기 무선 디바이스는 상기 RBS를 통해 TSN에 대한 상기 적어도 하나의 특성에 대한 지원을 표시하는 RRC 메시지를 수신하도록 적응된 무선 디바이스.
  12. 무선 디바이스에 의해 실행되는 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 비-일시적인 컴퓨터-판독가능 매체로서, 상기 프로그램 명령은 상기 무선 디바이스가 제1항 내지 제3항, 제5항, 제6항 중 임의의 한 항의 방법을 실행하게 하도록 구성되는 비-일시적인 컴퓨터-판독가능 매체.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 삭제
  37. 삭제
  38. 삭제
  39. 삭제
  40. 삭제
  41. 삭제
  42. 삭제
  43. 삭제
  44. 삭제
  45. 삭제
  46. 삭제
  47. 삭제
  48. 삭제
  49. 삭제
  50. 삭제
  51. 삭제
  52. 삭제
  53. 삭제
  54. 삭제
  55. 삭제
  56. 삭제
  57. 삭제
  58. 삭제
  59. 삭제
  60. 삭제
  61. 삭제
  62. 삭제
  63. 삭제
  64. 삭제
  65. 삭제
  66. 삭제
  67. 삭제
  68. 삭제
  69. 삭제
  70. 삭제
  71. 삭제
  72. 삭제
  73. 삭제
  74. 삭제
  75. 삭제
  76. 삭제
  77. 삭제
  78. 삭제
  79. 삭제
  80. 삭제
  81. 삭제
  82. 삭제
  83. 삭제
  84. 삭제
  85. 삭제
  86. 삭제
  87. 삭제
  88. 삭제
  89. 삭제
  90. 삭제
  91. 삭제
  92. 삭제
  93. 삭제
  94. 삭제
  95. 삭제
  96. 삭제
  97. 삭제
  98. 삭제
  99. 삭제
  100. 삭제
  101. 삭제
  102. 삭제
  103. 삭제
  104. 삭제
  105. 삭제
  106. 삭제
  107. 삭제
  108. 삭제
  109. 삭제
KR1020217027806A 2019-02-13 2020-02-11 무선 시간-민감 네트워킹 KR102547760B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/274,800 US20200259896A1 (en) 2019-02-13 2019-02-13 Industrial Automation with 5G and Beyond
US16/274,800 2019-02-13
PCT/SE2020/050139 WO2020167222A2 (en) 2019-02-13 2020-02-11 Industrial automation with 5g and beyond

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210122289A KR20210122289A (ko) 2021-10-08
KR102547760B1 true KR102547760B1 (ko) 2023-06-23

Family

ID=69726678

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217027806A KR102547760B1 (ko) 2019-02-13 2020-02-11 무선 시간-민감 네트워킹

Country Status (15)

Country Link
US (1) US20200259896A1 (ko)
EP (2) EP3925239B1 (ko)
JP (1) JP7241899B2 (ko)
KR (1) KR102547760B1 (ko)
CN (1) CN113615239A (ko)
BR (1) BR112021015413A2 (ko)
CO (1) CO2021008919A2 (ko)
DK (1) DK3925239T3 (ko)
ES (1) ES2928297T3 (ko)
MX (1) MX2021009432A (ko)
PL (1) PL3925239T3 (ko)
SG (1) SG11202106332XA (ko)
TW (2) TWI770803B (ko)
WO (1) WO2020167222A2 (ko)
ZA (1) ZA202106710B (ko)

Families Citing this family (241)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016163032A1 (ja) 2015-04-10 2016-10-13 富士通株式会社 無線通信システム、基地局、移動局および処理方法
JP6606355B2 (ja) * 2015-05-29 2019-11-13 キヤノン株式会社 情報処理装置、情報処理方法、及びプログラム
US11350449B2 (en) * 2016-09-29 2022-05-31 Apple Inc. Frequency hopping for unlicensed internet of things
US11256641B2 (en) * 2017-01-27 2022-02-22 National Instruments Corporation Asynchronous start for timed functions
EP3665810B1 (en) * 2017-08-09 2022-10-19 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (Publ) Transient protection interval
US10536859B2 (en) 2017-08-15 2020-01-14 Charter Communications Operating, Llc Methods and apparatus for dynamic control and utilization of quasi-licensed wireless spectrum
US10951359B2 (en) * 2018-01-18 2021-03-16 Asustek Computer Inc. Method and apparatus for providing control resource set configuration in a wireless communication system
KR102616557B1 (ko) 2018-02-13 2023-12-26 삼성전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 데이터 및 제어 정보 송수신 방법 및 장치
US11690068B2 (en) * 2018-06-21 2023-06-27 Nokia Technologies Oy Optimal BSR for limited traffic mix
US11281200B2 (en) * 2018-10-01 2022-03-22 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Drone-enabled operator rounds
JP6885909B2 (ja) * 2018-10-12 2021-06-16 ファナック株式会社 ロボット制御装置
KR102651436B1 (ko) 2018-11-02 2024-03-25 아싸 아브로이 에이비 액세스 제어를 위한 시스템들, 방법들, 및 디바이스들
CN111200848B (zh) * 2018-11-19 2022-03-25 华为技术有限公司 一种通信方法及装置
US11424868B2 (en) * 2019-01-24 2022-08-23 Mediatek Singapore Pte. Ltd. Method and apparatus for user equipment processing timeline enhancement in mobile communications
CN111510419B (zh) * 2019-01-31 2021-03-30 华为技术有限公司 一种数据压缩的方法及基站
CN112740630B (zh) * 2019-02-01 2024-02-13 Oppo广东移动通信有限公司 业务处理方法、设备、芯片及计算机程序
US11349764B2 (en) * 2019-02-15 2022-05-31 Qualcomm Incorporated Methods and apparatus for signaling offset in a wireless communication system
WO2020169170A1 (en) * 2019-02-18 2020-08-27 Lenovo (Singapore) Pte. Ltd. Calculating round trip time in a mobile communication network
EP3928473B1 (en) * 2019-02-20 2024-05-15 Level 3 Communications, LLC Systems and methods for communications node upgrade and selection
KR20200104217A (ko) * 2019-02-26 2020-09-03 한국전자통신연구원 이동통신망에서 패킷 처리 방법 및 이를 수행하는 네트워크 엘리먼트
US11239939B2 (en) 2019-03-22 2022-02-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Scheduling in communication systems with multiple service types
EP3928114A1 (en) * 2019-03-25 2021-12-29 Assa Abloy Ab Physical access control systems with localization-based intent detection
KR102592842B1 (ko) 2019-03-25 2023-10-20 아싸 아브로이 에이비 액세스 제어 판독기 시스템을 위한 초광대역 디바이스
WO2020192748A1 (en) * 2019-03-27 2020-10-01 FG Innovation Company Limited Method and apparatus for handling overlapping pusch durations
EP3949311B1 (en) * 2019-03-28 2024-02-07 British Telecommunications public limited company Competitor selection
JP6704548B1 (ja) * 2019-03-28 2020-06-03 三菱電機株式会社 通信システム、通信装置及びプログラム
EP3715983B1 (de) * 2019-03-28 2022-06-29 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur bereitstellung von steuerungsanwendungen über ein kommunikationsnetz zur übermittlung zeitkritischer daten und koordinierungseinrichtung
EP3935795A1 (en) * 2019-03-29 2022-01-12 Huawei Technologies Co., Ltd. Switch device, control device and corresponding methods for enhanced schedulability and throughput on a tsn network
US11184872B2 (en) * 2019-04-04 2021-11-23 Qualcomm Incorporated Reference timing delivery to user equipment with propagation delay compensation
EP3962187A4 (en) * 2019-04-26 2022-12-07 Ntt Docomo, Inc. WIRELESS BASE STATION
EP3963829A1 (en) * 2019-05-02 2022-03-09 Nokia Technologies Oy Integration of communication network in time sensitive networking system
US20200351814A1 (en) * 2019-05-02 2020-11-05 Qualcomm Incorporated Group delay timing accuracy for positioning in new radio
US11395244B2 (en) * 2019-05-03 2022-07-19 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for supporting burst arrival time reference clock based on time-sensitive communication assistance information in wireless communication network
KR20220006090A (ko) * 2019-05-07 2022-01-14 지티이 코포레이션 무선 통신에서 시간 매핑을 위한 방법, 장치 및 시스템
US11520322B2 (en) * 2019-05-24 2022-12-06 Markforged, Inc. Manufacturing optimization using a multi-tenant machine learning platform
EP3984183A1 (en) * 2019-06-14 2022-04-20 Nokia Technologies Oy Supporting bridge managed objects
CN110267312B (zh) * 2019-06-17 2023-09-19 腾讯科技（深圳）有限公司 数据传输的方法、管理服务质量流的方法、设备及介质
CN112118073B (zh) * 2019-06-19 2022-04-22 华为技术有限公司 一种数据处理方法、光传输设备及数字处理芯片
EP3758249A1 (en) * 2019-06-27 2020-12-30 Nokia Technologies Oy Adaptive antenna arrangements for cellular communication system
RU2739862C2 (ru) * 2019-06-28 2020-12-29 Акционерное общество "Лаборатория Касперского" Способ адаптивного выбора путей передачи данных пользователя
US11374779B2 (en) * 2019-06-30 2022-06-28 Charter Communications Operating, Llc Wireless enabled distributed data apparatus and methods
CN117412346A (zh) 2019-07-09 2024-01-16 荣耀终端有限公司 灾害期间的网络重选的方法、装置和系统
CN114051715A (zh) * 2019-07-22 2022-02-15 华为技术有限公司 控制设备、交换设备和方法
DE102019211843A1 (de) * 2019-08-07 2021-02-11 Kuka Deutschland Gmbh Kommunikation mit automatisierbaren industriellen Vorrichtungen oder Anlagen oder mit deren Steuerung
US11176149B2 (en) * 2019-08-13 2021-11-16 International Business Machines Corporation Predicted data provisioning for analytic workflows
US11184097B2 (en) * 2019-08-16 2021-11-23 Arista Networks, Inc. VLAN-aware clock hierarchy
US10951745B1 (en) * 2019-08-23 2021-03-16 Asustek Computer Inc. Method and apparatus for header compression configuration for sidelink radio bearer in a wireless communication system
US11736933B2 (en) * 2019-08-26 2023-08-22 Qualcomm Incorporated Capability signaling for physical uplink shared channel repetition
US11172501B2 (en) * 2019-09-05 2021-11-09 Qualcomm Incorporated Methods and apparatus for signaling offset in a wireless communication system
US11528748B2 (en) 2019-09-11 2022-12-13 Charter Communications Operating, Llc Apparatus and methods for multicarrier unlicensed heterogeneous channel access
CN114391235B (zh) * 2019-09-13 2024-04-09 鸿颖创新有限公司 执行用于非优先的上行链路授权的混合自动重复请求进程的方法及相关设备
CN114651489A (zh) * 2019-09-30 2022-06-21 三星电子株式会社 支持tsc的设备和方法
US11785632B2 (en) * 2019-10-02 2023-10-10 Ofinno, Llc On demand system information for sidelink communications
US11632774B2 (en) * 2019-10-04 2023-04-18 Qualcomm Incorporated Systems and methods for determining cancellation timeline for user equipment with mixed processing capabilities
US11716626B2 (en) * 2019-10-22 2023-08-01 General Electric Company Network access control system
CN115699050A (zh) * 2019-11-05 2023-02-03 强力价值链网络投资组合2019有限公司 价值链网络控制塔和企业管理平台
WO2021092260A1 (en) * 2019-11-05 2021-05-14 Strong Force Vcn Portfolio 2019, Llc Control tower and enterprise management platform for value chain networks
EP4055786A1 (en) * 2019-11-08 2022-09-14 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Qos mapping
US11563529B2 (en) * 2019-11-08 2023-01-24 Mediatek Singapore Pte. Ltd. Method and apparatus for out-of-order hybrid automatic repeat request feedback in mobile communications
CN110989605B (zh) * 2019-12-13 2020-09-18 哈尔滨工业大学 一种三体智能系统架构及探测机器人
US11411925B2 (en) * 2019-12-31 2022-08-09 Oracle International Corporation Methods, systems, and computer readable media for implementing indirect general packet radio service (GPRS) tunneling protocol (GTP) firewall filtering using diameter agent and signal transfer point (STP)
US20210211886A1 (en) * 2020-01-08 2021-07-08 Qualcomm Incorporated Interference coordination in licensed shared radio frequency spectrum
US11356234B1 (en) * 2020-01-28 2022-06-07 T-Mobile Innovations Llc Scheduling full-duplex transmissions in 5G networks
FI130347B (en) * 2020-01-31 2023-06-30 Cumucore Oy System and method for transmission of isochronous data in industrial network
CN113498585A (zh) * 2020-02-07 2021-10-12 Oppo广东移动通信有限公司 信息接收的方法、发送的方法、装置和设备
CN113260039B (zh) * 2020-02-13 2023-04-07 维沃移动通信有限公司 信息控制方法及通信设备
EP3866442B1 (en) * 2020-02-17 2023-06-07 ABB Schweiz AG Interface apparatus between tsn-devices and non-tsn-devices
US11553376B2 (en) * 2020-03-09 2023-01-10 Qualcomm Incorporated Communication link selection for non-RSRP based association in wireless industrial internet-of-things
EP3882662A1 (en) * 2020-03-16 2021-09-22 Nxp B.V. Localization device and method of operating a localization device
US11228942B2 (en) * 2020-03-27 2022-01-18 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Scheduling data traffic in wireless time sensitive networks
EP3893450A1 (en) * 2020-04-08 2021-10-13 NTT DoCoMo, Inc. Method for forwarding an ethernet frame by a time-sensitive networking ethernet bridge provided by means of a mobile radio communication system and mobile radio communication system arrangement
US11012857B1 (en) * 2020-04-13 2021-05-18 Sprint Communications Company L.P. Fifth generation core (5GC) authentication for long term evolution (LTE) data service
US20210329574A1 (en) * 2020-04-15 2021-10-21 Qualcomm Incorporated Selection of initial acquisition parameters for reduced-capability devices
US11407109B2 (en) * 2020-04-16 2022-08-09 Boston Dynamics, Inc. Global arm path planning with roadmaps and precomputed domains
US11678284B2 (en) * 2020-04-17 2023-06-13 Electronics And Telecommunications Research Institute Radio communication method for time-sensitive network, and apparatus therefor
US20210337622A1 (en) 2020-04-28 2021-10-28 Apple Inc. Framework for Supporting Custom Signaling Between a Wireless Device and a Cellular Network
GB2594512B (en) * 2020-04-30 2022-08-24 Spatialbuzz Ltd Network fault diagnosis
WO2021226634A1 (en) * 2020-05-05 2021-11-11 Apple Inc. System and method for survival time delivery in 5gc
CN113677005A (zh) * 2020-05-14 2021-11-19 华为技术有限公司 一种通信方法及装置
JP2021180412A (ja) * 2020-05-14 2021-11-18 キヤノン株式会社 通信装置、通信装置の制御方法およびプログラム
JP2023527384A (ja) 2020-05-27 2023-06-28 ピヴォタル コムウェア インコーポレイテッド ５ｇワイヤレスネットワーク用ｒｆ信号リピータデバイスの管理方法
US11133959B1 (en) * 2020-06-15 2021-09-28 Moxa Inc. Apparatuses and methods for routing packets for a time-sensitive networking (TSN) network by virtual local area network (VLAN) tag replacement
US11121889B1 (en) * 2020-06-15 2021-09-14 Moxa Inc. Apparatuses and methods for routing packets between a time-sensitive networking (TSN) network and a non-TSN network by virtual local area network (VLAN) tag manipulation
US11653400B2 (en) * 2020-06-16 2023-05-16 Blu Wireless Technology Limited Wireless communication for vehicle based node
US11503557B2 (en) * 2020-06-18 2022-11-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Time synchronization in integrated 5G wireless and time-sensitive networking systems
US11438770B2 (en) 2020-07-01 2022-09-06 Celona, Inc. Method and apparatus for monitoring and predicting channel availability and preemptively reconfiguring the network in a spectrum controlled network
US11399290B2 (en) * 2020-07-01 2022-07-26 Celona, Inc. Method and apparatus for monitoring and predicting capacity utilization and preemptively reconfiguring the network in a spectrum controlled network
US11553342B2 (en) 2020-07-14 2023-01-10 Oracle International Corporation Methods, systems, and computer readable media for mitigating 5G roaming security attacks using security edge protection proxy (SEPP)
US11233715B1 (en) * 2020-07-14 2022-01-25 Juniper Networks, Inc. Dynamic prediction and management of application service level agreements
US11616588B2 (en) * 2020-07-24 2023-03-28 Dish Wireless L.L.C. Method and system for timing synchronization in a cellular network
US11363103B2 (en) * 2020-07-27 2022-06-14 T-Mobile Usa, Inc. Dynamic user plane function (UPF) selection based on supported protocol type
US11849341B2 (en) * 2020-07-27 2023-12-19 Verizon Patent And Licensing Inc. Systems and methods for simulating wireless user equipment and radio access network messaging over packet-based networks
US11533217B2 (en) * 2020-07-31 2022-12-20 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Systems and methods for predictive assurance
US11026055B1 (en) 2020-08-03 2021-06-01 Pivotal Commware, Inc. Wireless communication network management for user devices based on real time mapping
WO2022042833A1 (en) * 2020-08-26 2022-03-03 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Methods and systems for improving controlling of a robot
EP4205340A1 (en) * 2020-08-28 2023-07-05 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Radio network node, user equipment and methods performed in a wireless communication network
US11751056B2 (en) 2020-08-31 2023-09-05 Oracle International Corporation Methods, systems, and computer readable media for 5G user equipment (UE) historical mobility tracking and security screening using mobility patterns
US20220067509A1 (en) * 2020-09-02 2022-03-03 Alibaba Group Holding Limited System and method for learning from partial compressed representation
WO2022047684A1 (en) * 2020-09-03 2022-03-10 Qualcomm Incorporated Voice over new radio reliability enhancement by duplicate transmission of internet protocol multimedia subsystem signaling
US11297606B2 (en) 2020-09-08 2022-04-05 Pivotal Commware, Inc. Installation and activation of RF communication devices for wireless networks
US11832172B2 (en) 2020-09-25 2023-11-28 Oracle International Corporation Methods, systems, and computer readable media for mitigating spoofing attacks on security edge protection proxy (SEPP) inter-public land mobile network (inter-PLMN) forwarding interface
US11825310B2 (en) 2020-09-25 2023-11-21 Oracle International Corporation Methods, systems, and computer readable media for mitigating 5G roaming spoofing attacks
US11924696B2 (en) * 2020-10-01 2024-03-05 Nokia Technologies Oy Reducing traffic interruption during handover
US20230379081A1 (en) * 2020-10-02 2023-11-23 Nokia Solutions And Networks Oy Frer support of wireless communication system operable as tsn bridge
US11622255B2 (en) 2020-10-21 2023-04-04 Oracle International Corporation Methods, systems, and computer readable media for validating a session management function (SMF) registration request
EP4236120A4 (en) * 2020-10-30 2023-12-13 Huawei Technologies Co., Ltd. METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING MESSAGES
US11528251B2 (en) 2020-11-06 2022-12-13 Oracle International Corporation Methods, systems, and computer readable media for ingress message rate limiting
KR102656209B1 (ko) * 2020-11-09 2024-04-09 한국전자통신연구원 시동기 서비스를 제공하기 위한 5g 시스템의 포트 구성 방법 및 이를 수행하는 네트워크 엔티티
CN112511376B (zh) * 2020-11-12 2022-04-15 鹏城实验室 一种tsn网络转发时间特性的测量方法及终端
US11770694B2 (en) 2020-11-16 2023-09-26 Oracle International Corporation Methods, systems, and computer readable media for validating location update messages
US20240008091A1 (en) * 2020-11-18 2024-01-04 Beijing Xiaomi Mobile Software Co., Ltd. Modulation and coding scheme (mcs) configuration method and apparatus, and communication device
US11627511B2 (en) 2020-11-19 2023-04-11 Cisco Technology, Inc. Techniques to facilitate data stream routing and entitlement
US11736359B2 (en) * 2020-11-20 2023-08-22 Ge Aviation Systems Llc Method and system for generating a time-sensitive network configuration
CN112436929B (zh) * 2020-11-24 2023-09-15 北京中航通用科技有限公司 一种混合双通道热冗余近场通信的方法及装置
US11895603B2 (en) * 2020-11-25 2024-02-06 Electronics And Telecommunications Research Institute Frame structure and terminal synchronization method and apparatus in wireless communication system
US11564117B2 (en) * 2020-11-30 2023-01-24 Verizon Patent And Licensing Inc. User equipment based network capability scoring for wireless wide area network management
US11570806B2 (en) * 2020-12-04 2023-01-31 Qualcomm Incorporated Conditional configured grant (CG) occasions for uplink transmission
US20220191303A1 (en) * 2020-12-10 2022-06-16 Amazon Technologies, Inc. Intersection of on-demand network slicing and content delivery
CN112637290B (zh) * 2020-12-14 2024-03-19 厦门宏泰科技研究院有限公司 一种基于微基站及边缘计算的全球通信网络系统
US11575751B2 (en) * 2020-12-14 2023-02-07 International Business Machines Corporation Dynamic creation of sensor area networks based on geofenced IoT devices
WO2022126399A1 (zh) * 2020-12-15 2022-06-23 华为技术有限公司 一种通信方法及通信装置
US11818570B2 (en) 2020-12-15 2023-11-14 Oracle International Corporation Methods, systems, and computer readable media for message validation in fifth generation (5G) communications networks
US11658911B2 (en) 2020-12-16 2023-05-23 Microchip Technology Inc. System and method for low latency network switching
DE112021005053T5 (de) * 2020-12-16 2023-07-13 Microchip Technology Inc. System und Verfahren für Netzwerkumschaltung mit niedriger Latenz
US11537227B2 (en) 2020-12-17 2022-12-27 CEO Vision, Inc Systems and methods for control of a virtual world
US11812271B2 (en) 2020-12-17 2023-11-07 Oracle International Corporation Methods, systems, and computer readable media for mitigating 5G roaming attacks for internet of things (IoT) devices based on expected user equipment (UE) behavior patterns
US11375526B1 (en) 2020-12-28 2022-06-28 Charter Communications Operating, Llc Uplink resource allocation in fixed wireless access systems using WiFi controller
EP4272517A1 (en) * 2020-12-30 2023-11-08 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Wireline communication technique
EP4278645A1 (en) 2021-01-15 2023-11-22 Pivotal Commware, Inc. Installation of repeaters for a millimeter wave communications network
EP4280768A4 (en) * 2021-01-28 2024-02-28 Huawei Tech Co Ltd SERVICE DATA FLOW TRANSMISSION METHOD, COMMUNICATION DEVICE AND COMMUNICATION SYSTEM
EP4238489A1 (en) * 2021-01-29 2023-09-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Electronic device and method for synchronizing times of different data records
WO2022160346A1 (zh) * 2021-02-01 2022-08-04 华为技术有限公司 一种通信方法及装置
TWI742999B (zh) * 2021-02-09 2021-10-11 中華電信股份有限公司 聯網設備資料缺漏分析與補值裝置、系統、方法及電腦可讀媒介
CN114915988A (zh) * 2021-02-10 2022-08-16 维沃移动通信有限公司 信息传输方法、通信设备及存储介质
US11700510B2 (en) 2021-02-12 2023-07-11 Oracle International Corporation Methods, systems, and computer readable media for short message delivery status report validation
US11876871B2 (en) * 2021-02-18 2024-01-16 Verizon Patent And Licensing Inc. Systems and methods for providing firmware over-the-air updates
US11516671B2 (en) 2021-02-25 2022-11-29 Oracle International Corporation Methods, systems, and computer readable media for mitigating location tracking and denial of service (DoS) attacks that utilize access and mobility management function (AMF) location service
US11533688B2 (en) * 2021-03-17 2022-12-20 T-Mobile Usa, Inc. Dynamic switching of user equipment power class
CN113055303B (zh) * 2021-03-24 2022-06-03 重庆邮电大学 一种适用于时间敏感网络中多周期应用的门控调度方法
CN112702282B (zh) * 2021-03-25 2021-07-09 浙江大学 时间敏感网络的柔性化配置方法和系统
KR20220133716A (ko) * 2021-03-25 2022-10-05 삼성전자주식회사 가상 기업망을 구성하기 위한 장치 및 방법
CN113068263B (zh) * 2021-03-26 2022-07-05 鹏城实验室 一种时间敏感网络时隙调度方法、终端及存储介质
WO2022198648A1 (en) * 2021-03-26 2022-09-29 Zte Corporation Methods for information configuration in wireless communication
CN112734945B (zh) * 2021-03-30 2021-08-17 上海交大智邦科技有限公司 一种基于增强现实的装配引导方法、系统及应用
CN115150841B (zh) * 2021-03-30 2024-02-23 南宁富联富桂精密工业有限公司 上下行覆盖增强方法、电子设备及计算机存储介质
EP4072042A1 (en) * 2021-04-08 2022-10-12 Deutsche Telekom AG Synchronizing a distributed application via a communication network
CN112804043B (zh) * 2021-04-12 2021-07-09 广州迈聆信息科技有限公司 时钟不同步的检测方法、装置及设备
CN117044134A (zh) * 2021-04-15 2023-11-10 华为技术有限公司 在移动网络上跨tsn域进行时间敏感通信的移动网络实体
US20220335431A1 (en) * 2021-04-16 2022-10-20 Somos, Inc. Systems and methods for fraudulent activity detection
US11824788B2 (en) * 2021-04-22 2023-11-21 Moxa Inc. Apparatuses and methods for supporting class-based scheduling in a time-sensitive networking (TSN) network
CN113194424B (zh) * 2021-04-27 2023-09-12 大连理工大学 工业物联网中基于中断概率的raw分组接入方法
TWI765677B (zh) * 2021-04-27 2022-05-21 啟碁科技股份有限公司 用於次世代無線電存取網路的超可靠低延遲通信的本地分流方法及系統
EP4087369A1 (en) * 2021-05-03 2022-11-09 Mavenir Systems, Inc. Method and apparatus for survival time handling for time sensitive connections
US11689912B2 (en) 2021-05-12 2023-06-27 Oracle International Corporation Methods, systems, and computer readable media for conducting a velocity check for outbound subscribers roaming to neighboring countries
US11601363B2 (en) * 2021-05-14 2023-03-07 Comcast Cable Communications, Llc Intelligent internet traffic routing
CN113271575B (zh) * 2021-05-14 2022-04-29 重庆邮电大学 基于信息和用户意识耦合的d2d信息传播建模方法
US11936740B2 (en) * 2021-05-18 2024-03-19 Schneider Electric USA, Inc. Modeling and management of industrial network using OPCUA
US11641630B2 (en) * 2021-05-18 2023-05-02 Qualcomm Incorporated Time-sensitive networking support over sidelink
US11582672B2 (en) * 2021-05-18 2023-02-14 Thales Avionics, Inc. Dynamic roaming for aircraft data traffic connectivity between communication networks based on performance measurements
US11653218B2 (en) * 2021-05-20 2023-05-16 Charter Communications Operating, Llc. 5G bandwidth part configuration method in CBRS fixed wireless access network
CN113038590B (zh) 2021-05-25 2021-08-10 深圳艾灵网络有限公司 时间同步方法、电子设备及存储介质
CN115412507A (zh) * 2021-05-28 2022-11-29 中国移动通信有限公司研究院 数据处理、信息确定方法及设备、存储介质
US11892955B2 (en) 2021-06-01 2024-02-06 Microchip Technology Inc. System and method for bypass memory read request detection
EP4360265A1 (en) * 2021-06-23 2024-05-01 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Transmitting node, receiving node and methods performed therein
US11317371B1 (en) * 2021-06-30 2022-04-26 Hubstar International Limited Scheduling allocation of resources to a number of devices based on time and location
CN113259081B (zh) * 2021-07-05 2021-09-28 中国人民解放军国防科技大学 一种跨时间域的数据同步系统及方法
US11570066B1 (en) * 2021-07-07 2023-01-31 Cisco Technology, Inc. Slice intent efficiency assurance and enhancement in enterprise private 5G network
EP4367919A1 (en) 2021-07-07 2024-05-15 Pivotal Commware, Inc. Multipath repeater systems
CN115701043A (zh) * 2021-07-14 2023-02-07 南宁富联富桂精密工业有限公司 网络切片管理方法、装置及计算机可读存储介质
US11671861B2 (en) * 2021-07-14 2023-06-06 At&T Intellectual Property I, L.P. Intelligent customer oriented mobility network engineering at edges
WO2023288098A1 (en) * 2021-07-15 2023-01-19 General Electric Company System and method for configuring network slices for time-sensitive networks
CN117917058A (zh) * 2021-07-15 2024-04-19 通用电气公司 用于网络切片的时间敏感性网络(tsn)实现的系统和方法
CN115696366A (zh) * 2021-07-23 2023-02-03 维沃移动通信有限公司 数字孪生子系统及服务提供装置
US11336732B1 (en) * 2021-07-26 2022-05-17 Schneider Electric USA, Inc. IoT licensing platform and architecture
US11757707B2 (en) * 2021-07-28 2023-09-12 Cisco Technology, Inc. Network assurance for 5G enterprise networks
CN113783842B (zh) * 2021-08-09 2022-05-24 中国科学院计算技术研究所 一种5g专网upf的计算存储资源分配方法
WO2023017296A1 (en) * 2021-08-11 2023-02-16 Nokia Technologies Oy Method and apparatus for communication system involving synchronisaton of local clocks
US20230052998A1 (en) * 2021-08-12 2023-02-16 Abb Schweiz Ag Systems and methods for configuring industrial devices through a secured wireless side channel
US20230051166A1 (en) * 2021-08-12 2023-02-16 Wisys Technology Foundation, Inc. Delay Sensitive Network Estimation System
US20230058614A1 (en) * 2021-08-13 2023-02-23 Qualcomm Incorporated Conditional use of allocated periodic resources
US11765087B1 (en) * 2021-08-19 2023-09-19 T-Mobile Innovations Llc Rapid packet processing at user plane function
CN113746605B (zh) * 2021-08-26 2023-01-24 深圳市盛博科技嵌入式计算机有限公司 可靠的工业数据流的传输方法
CN113904991B (zh) * 2021-08-26 2023-08-22 北京邮电大学 一种流量整形方法、装置及系统
US20230075864A1 (en) * 2021-09-03 2023-03-09 Qualcomm Incorporated Resource bundle for time sensitive networking bridge
EP4149074A1 (en) * 2021-09-13 2023-03-15 Nokia Solutions and Networks Oy Slice configuration across operations technology and network domains
CN113848779B (zh) * 2021-09-15 2023-11-10 北京和利时系统工程有限公司 一种控制器、工业控制系统和数据传输方法
WO2023061566A1 (en) * 2021-10-13 2023-04-20 Nokia Technologies Oy Utc traceability support for terminal devices
CN113992671B (zh) * 2021-10-25 2024-01-30 中国电信股份有限公司 数据处理方法、电子设备和计算机可读存储介质
TWI784773B (zh) * 2021-10-27 2022-11-21 財團法人工業技術研究院 取得豐富資訊的方法及控制器
EP4181478A1 (en) 2021-11-11 2023-05-17 Abb Schweiz Ag Improving communication in an industrial automation system
US11818646B2 (en) * 2021-11-15 2023-11-14 Kabushiki Kaisha Toshiba System-level schedule generation for integrated TSN and 5G deployments
CN113810918A (zh) * 2021-11-16 2021-12-17 矿冶科技集团有限公司 地下巷道数据的传输方法、装置和电子设备
US11627063B1 (en) * 2021-12-02 2023-04-11 Verizon Patent And Licensing Inc. Systems and methods for measuring unidirectional latency of applications over asymmetric links
CN116249192A (zh) * 2021-12-07 2023-06-09 瑞昱半导体股份有限公司 网络及节点同步方法
US11902788B2 (en) * 2021-12-08 2024-02-13 T-Mobile Innovations Llc 5G hyperledger slice security framework
WO2023110052A1 (en) * 2021-12-13 2023-06-22 Nokia Solutions And Networks Gmbh & Co. Kg Frer support using 5g system bridges
CN114326566A (zh) * 2021-12-13 2022-04-12 中国航发北京航科发动机控制系统科技有限公司 一种航发液压产品试验设备的远程集中系统及控制方法
TWI792784B (zh) * 2021-12-20 2023-02-11 國立清華大學 基於聯邦強化學習的邊緣計算卸載優化方法及通信系統
WO2023122576A1 (en) * 2021-12-20 2023-06-29 General Electric Company Network configuration using coupled oscillators
WO2023122654A1 (en) * 2021-12-21 2023-06-29 General Electric Company Disaggregated time-sensitive network (tsn)-based 5g system
US20220311710A1 (en) * 2021-12-22 2022-09-29 Kishore Kasichainula Multi-stream scheduling for time sensitive networking
CN114302402B (zh) * 2021-12-24 2023-05-12 国网福建省电力有限公司 一种基于5g的电力调控业务安全通信方法
WO2023136757A1 (en) * 2022-01-17 2023-07-20 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Distribution of data packets for controlling of industrial devices
WO2023141907A1 (zh) * 2022-01-27 2023-08-03 Oppo广东移动通信有限公司 无线通信的方法、终端设备和网络设备
WO2023163924A1 (en) * 2022-02-23 2023-08-31 Qorvo Us, Inc. Fine ranging slot scheduler
CN114527425B (zh) * 2022-02-24 2023-01-10 中国科学院空天信息创新研究院 一种基于数字孪生的矿井人员定位方法
CN114389944B (zh) * 2022-03-01 2023-11-17 重庆邮电大学 一种面向工业应用的时间敏感网络完全分布式配置方法
US11930541B2 (en) * 2022-03-01 2024-03-12 Cisco Technology, Inc. Coordinating best effort traffic to an associationless, overhead mesh of access points
WO2023173321A1 (en) * 2022-03-16 2023-09-21 Qualcomm Incorporated Network assisted application layer federated learning member selection
CN114626868A (zh) * 2022-03-22 2022-06-14 歌尔股份有限公司 智能门铃防盗版方法、系统、智能门铃及可读存储介质
CN116867067A (zh) * 2022-03-23 2023-10-10 华为技术有限公司 通信方法及装置
US20230309136A1 (en) * 2022-03-24 2023-09-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Scheduling time-critical data on a radio interface
CN114884557B (zh) * 2022-03-25 2023-07-25 重庆邮电大学 一种基于网络演算的卫星时间敏感网络路径选择方法
US20230319125A1 (en) * 2022-03-29 2023-10-05 Nokia Technologies Oy Two-way delay budget for interactive services
US20230328720A1 (en) * 2022-04-08 2023-10-12 EdgeQ, Inc. Downlink and uplink disaggregation in a radio access network
CN115065646B (zh) * 2022-04-29 2024-04-02 中国电子技术标准化研究院 一种基于软硬件协同的报文定时发送方法及装置
CN114697159B (zh) * 2022-04-29 2024-02-02 中国航空无线电电子研究所 一种在线集中资源规划控制模式下确定性乒乓传输方法
WO2023213418A1 (en) * 2022-05-04 2023-11-09 Lenovo (Singapore) Pte. Ltd Method for supporting deterministic networks in a wireless communications network
WO2023214383A1 (en) * 2022-05-06 2023-11-09 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Timing services over cellular communication system mobility
CN114979942B (zh) * 2022-05-12 2023-03-24 煤炭科学技术研究院有限公司 矿用移动通信系统及方法
TWI823408B (zh) * 2022-05-27 2023-11-21 國立成功大學 機械設備雲端控制系統
WO2023228426A1 (ja) * 2022-05-27 2023-11-30 三菱電機株式会社 フレーム伝送システム、５ｇコア装置、５ｇ端末、トランスレータ、フレーム伝送方法、およびフレーム伝送プログラム
CN115002093B (zh) * 2022-05-30 2023-08-29 中国船舶重工集团公司第七二二研究所 一种复杂移动场景下内外远程通信的方法
CN115051938B (zh) * 2022-05-31 2024-02-13 中国电子技术标准化研究院 Opc ua-tsn传输时延测试系统及方法
US11843699B1 (en) * 2022-06-09 2023-12-12 The Government of the United States of America, as represented by the Secretary of Homeland Security Biometric identification using homomorphic primary matching with failover non-encrypted exception handling
WO2023238410A1 (ja) * 2022-06-10 2023-12-14 日本電信電話株式会社 制御装置、制御方法、及びプログラム
EP4297338A1 (en) * 2022-06-20 2023-12-27 Nokia Technologies Oy Automatic certificate management in 5gc network
CN115243359B (zh) * 2022-07-26 2023-05-26 深圳市汇顶科技股份有限公司 一种nb-iot端的时间确定方法、nb-iot芯片、设备及通信系统
TWI811050B (zh) * 2022-08-03 2023-08-01 優式機器人股份有限公司 多台移動機器人協作的控制方法
TWI825896B (zh) * 2022-08-03 2023-12-11 優式機器人股份有限公司 環境整理控制方法
WO2024035005A1 (en) * 2022-08-06 2024-02-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus of secure multi-path transmission for proximity services in wireless communication system
CN115243362B (zh) * 2022-09-26 2023-03-28 南方电网数字电网研究院有限公司 一种应用于行波定位装置的时间同步系统及方法
CN116319534A (zh) * 2023-02-20 2023-06-23 重庆邮电大学 一种基于改进frer的无缝冗余传输方法
CN116582855B (zh) * 2023-04-26 2023-10-20 北京科技大学 一种基于深度强化学习的5g-tsn融合网络切片管理方法及系统
CN116760486B (zh) * 2023-08-23 2023-10-13 深圳市飞瑞航空服务有限公司 一种对讲机用自动对频系统和方法
CN117098142B (zh) * 2023-10-18 2023-12-26 济南华科电气设备有限公司 一种基于uwb技术的煤矿井下人员定位方法及系统
CN117674961A (zh) * 2023-11-20 2024-03-08 航天恒星科技有限公司 基于时空特征学习的低轨卫星网络时延预测方法
CN117411792B (zh) * 2023-12-15 2024-02-13 深圳中科德能科技有限公司 智能箱连接发现方法、装置、设备及存储介质
CN117491960B (zh) * 2024-01-02 2024-03-26 精华隆智慧感知科技（深圳）股份有限公司 雷达产品检测方法、装置、设备及介质
CN117556221B (zh) * 2024-01-09 2024-03-26 四川大学 基于智能电气控制交互会话的数据分析方法及系统
CN117808123A (zh) * 2024-02-28 2024-04-02 东北大学 一种基于多中心分层联邦学习的边缘服务器再分配方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120140743A1 (en) 2010-12-03 2012-06-07 Interdigital Patent Holdings, Inc. Methods, apparatus and systems for performing multi-radio access technology carrier aggregation

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2841247B2 (ja) * 1994-01-21 1998-12-24 コニンクリジケ ピーティーティー ネーダーランド エヌ ブィー 一連のデータパケットをデータ圧縮により変換する方法および装置
US8780885B2 (en) * 2007-07-09 2014-07-15 Qualcomm Incorporated Synchronization of a peer-to-peer communication network
CN102356588A (zh) * 2009-03-16 2012-02-15 瑞典爱立信有限公司 无线通信系统中的方法和配置
US8634313B2 (en) * 2009-06-19 2014-01-21 Qualcomm Incorporated Method and apparatus that facilitates a timing alignment in a multicarrier system
US9578649B2 (en) * 2011-01-20 2017-02-21 Qualcomm Incorporated Method and apparatus to facilitate support for multi-radio coexistence
CN103002513A (zh) * 2011-09-14 2013-03-27 中兴通讯股份有限公司 一种tsn长度配置方法及系统
US9179397B2 (en) * 2012-08-22 2015-11-03 Qualcomm Incorporated Wireless local area network discovery using non-WLAN timing reference
KR102058563B1 (ko) * 2013-08-07 2019-12-24 인터디지탈 패튼 홀딩스, 인크 디바이스 대 디바이스 통신을 위한 분산형 스케줄링
CN104811997B (zh) * 2014-01-26 2019-07-05 中兴通讯股份有限公司 用户设备的配置状态管理方法、无线网络控制器及基站
US20160295426A1 (en) * 2015-03-30 2016-10-06 Nokia Solutions And Networks Oy Method and system for communication networks
EP3289805A1 (en) * 2015-04-27 2018-03-07 Nokia Solutions and Networks Oy Providing service
US10536914B2 (en) * 2016-09-22 2020-01-14 Qualcomm Incorporated Synchronizing a 5G communication channel using a 4G timing synchronization parameter
US20180132234A1 (en) * 2016-11-09 2018-05-10 Dave Cavalcanti Enhanced wireless networks for time sensitive applications
EP3944642A1 (en) * 2016-12-21 2022-01-26 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Support of circuit switched service in a 5g core network
US10425321B2 (en) * 2017-04-25 2019-09-24 Keysight Technologies Singapore (Sales) Pte. Ltd. Methods, systems, and computer readable media for testing time sensitive network (TSN) elements
CN108810979B (zh) * 2017-04-28 2023-05-16 华为技术有限公司 系统信息的传输方法及终端设备、网络设备
US10979368B2 (en) * 2017-08-02 2021-04-13 Nebbiolo Technologies, Inc. Architecture for converged industrial control and real time applications
US11233594B2 (en) * 2017-12-19 2022-01-25 Qualcomm Incorporated Time synchronization for wireless communications
US11368972B2 (en) * 2018-02-14 2022-06-21 Qualcomm Incorporated Receiver-side buffering for time-aware scheduling across cellular link
EP3815418A1 (en) * 2018-06-26 2021-05-05 Nokia Technologies OY Methods and apparatuses for enhanced data packet flow handling in communications systems
US11297541B2 (en) * 2018-08-17 2022-04-05 Qualcomm Incorporated Signaling timing information for a time sensitive network in a wireless communications system
DE102018214144A1 (de) * 2018-08-22 2020-02-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Verbinden einer Maschine mit einem drahtlosen Netzwerk
US11304092B2 (en) * 2018-09-12 2022-04-12 Ofinno, Llc Session packet duplication control
US10785082B2 (en) * 2018-09-19 2020-09-22 Solid, Inc. Distributed antenna system-based on time sensitive network
ES2910997T3 (es) * 2018-09-21 2022-05-17 Ericsson Telefon Ab L M Métodos y aparato para planificar recursos en redes de acceso por radio
US11172397B2 (en) * 2018-10-15 2021-11-09 Qualcomm Incorporated Timing information for multiple periodic traffic streams sharing a same quality of service
WO2020081060A1 (en) * 2018-10-16 2020-04-23 Nokia Technologies Oy. Synchronization in wireless networks for supporting ieee tsn-based industrial automation
US20200229055A1 (en) * 2019-01-11 2020-07-16 Institute For Information Industry Base station and user equipment for mobile communication system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120140743A1 (en) 2010-12-03 2012-06-07 Interdigital Patent Holdings, Inc. Methods, apparatus and systems for performing multi-radio access technology carrier aggregation

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
비특허문헌1(3GPP, 3GPP TR 23.734 V16.0.0, 2018.12.)*
비특허문헌2(CMCC, 3GPP TSG-RAN WG2 Meeting #103bis, 2018.10.12)*
비특허문헌3(3GPP, 3GPP TR 23.734 V0.2.0, 2018.09)*

Also Published As

Publication number Publication date
BR112021015413A2 (pt) 2021-10-05
TWI791950B (zh) 2023-02-11
ZA202106710B (en) 2022-08-31
TW202135580A (zh) 2021-09-16
EP3925239A2 (en) 2021-12-22
WO2020167222A3 (en) 2020-10-15
EP3925239B1 (en) 2022-07-06
DK3925239T3 (da) 2022-08-01
JP2022522630A (ja) 2022-04-20
JP7241899B2 (ja) 2023-03-17
CO2021008919A2 (es) 2021-10-29
KR20210122289A (ko) 2021-10-08
TWI770803B (zh) 2022-07-11
ES2928297T3 (es) 2022-11-16
CN113615239A (zh) 2021-11-05
PL3925239T3 (pl) 2022-11-07
EP4109937A1 (en) 2022-12-28
EP4109937C0 (en) 2024-01-31
SG11202106332XA (en) 2021-07-29
US20200259896A1 (en) 2020-08-13
MX2021009432A (es) 2021-09-10
TW202037208A (zh) 2020-10-01
EP4109937B1 (en) 2024-01-31
WO2020167222A2 (en) 2020-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102547760B1 (ko) 무선 시간-민감 네트워킹
Ahmadi 5G NR: Architecture, technology, implementation, and operation of 3GPP new radio standards
RU2693848C1 (ru) Сетевая архитектура, способы и устройства для сети беспроводной связи
TWI825148B (zh) 用信號通知用於無線通訊系統中的時間敏感網路的定時資訊
JP7075897B2 (ja) 異なるサブキャリアスペーシングを用いたサブフレームの多重化
LEI. et al. 5G system design
JP2021505021A (ja) 基準信号および横取りされたリソースのコリジョンの取り扱い
5G PPP Architecture Working Group View on 5G Architecture: Version 2.0
TW201924420A (zh) 特定於波束的定時提前組
TW202123745A (zh) 無線通訊系統中的邊緣發現技術
JP2020529156A (ja) ハンドオーバーのためのセキュリティキーの導出
US20230328683A1 (en) Sensing systems, methods, and apparatus in wireless communication networks
Mahmood et al. Factory 5G: A review of industry-centric features and deployment options
US20220286179A1 (en) Channel state information for multiple communication links
TW202133653A (zh) 用於封包延遲額度受限方案的模式二資源（重新）選擇的通訊設備及通訊方法
WO2023215720A1 (en) Authorization and authentication of machine learning model transfer
Muzaffar et al. 5g deployment models and configuration choices for industrial cyber-physical systems–a state of art overview
OA20434A (en) Wireless time-sensitive networking
US11641630B2 (en) Time-sensitive networking support over sidelink
US20230388871A1 (en) Mobility features for next generation cellular networks
US20220408451A1 (en) Prioritization techniques for sidelink channel state information reporting
CN116830672A (zh) 用于具有部分感测的nr侧行链路ue的选择和感测窗口的通信装置和通信方法
CN116686371A (zh) 无线通信中的上行链路调度参数的用户设备指示

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant