KR20120025392A - 임의접속을 분산하는 방법 및 임의접속을 분산하여 수행하는 방법과 이를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

임의접속을 분산하는 방법 및 임의접속을 분산하여 수행하는 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 단말의 임의접속 수행 방법은, 지국으로부터 네트워크 재진입을 지시하는 페이징 메시지를 수신하는 단계를 포함하되, 상기 페이징 메시지는 상기 단말이 그룹핑된 단말 그룹의 식별자 정보 및 상기 단말 그룹에 해당하는 임의접속 구성 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 임의접속구성 정보는 상기 단말 그룹의 임의접속 대기 시간 정보 및 백오프 윈도우 크기 정보를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 임의접속 구성 정보에 기초하여 임의접속 기회를 선택하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 선택된 임의접속 기회에서 상기 기지국으로 임의접속 코드를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

Description

임의접속을 분산하는 방법 및 임의접속을 분산하여 수행하는 방법과 이를 위한 장치{Method of performing distributely random access and distributing random access and apparatus thereof}

본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 임의접속을 분산하는 방법 및 임의접속을 분산하여 수행하는 방법과 이를 위한 장치에 관한 것이다.

광대역 무선 통신 시스템은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM), 직교 주파수 분할 다중화 접속 (Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA) 방식에 기반하고 있으며, 다수의 부반송파들을 이용하여 물리채널 신호를 송신함으로써 고속 데이터 전송이 가능하다.

기지국이 단말로 전송하는 하향링크 데이터 타입은 크게 멀티캐스팅/브로드캐스팅 데이터 타입과 유니캐스트 타입으로 구분할 수 있다. 멀티캐스팅/브로드캐스팅 데이터 타입은 기지국이 불특정/특정 단말들이 속한 하나 이상의 그룹(들)에게 시스템 정보, 구성 정보(configuration information), 소프트웨어 업그레이드 정보 등의 정보를 전송하기 위해 사용될 수 있다. 그리고, 유니캐스트 데이터 타입은 기지국이 특정 단말에게 요청 정보를 전송하거나, 특정 단말에게만 전달해야 할 정보(예를 들어, 구성 정보)가 포함된 메시지를 전송하기 위해 사용될 수 있다.

한편, 단말이 기지국 또는 다른 단말 등으로 전송하는 상향링크 데이터 타입에는 유니캐스트 데이터 타입이 있다. 단말은 최종적으로 다른 단말 혹은 서버 등에 전달하기 위한 정보가 포함된 메시지를 기지국으로 전송해 줄 수 있다.

기존의 통신은 사용자가 사용하는 단말과 기지국과의 통신에 대부분이었지만, 통신 기술의 발달로, 기기 간 통신이 가능해 지게 되었다. 기기 간 통신(Machine to Machine, 이하 M2M)이란 표현 그대로 전자 장치와 전자 장치 간의 통신을 의미한다. 광의로는 전자 장치 간의 유선 혹은 무선 통신이나, 사람이 제어하는 장치와 기계간의 통신을 의미하지만 최근에는 전자 장치와 전자 장치 간 즉, 기기 간 무선 통신을 특별히 지칭하는 것이 일반적이다.

M2M 통신의 개념이 처음 도입된 1990년대 초반에는 원격 조정이나 텔레매틱스 정도의 개념으로 인식되었고, 파생되는 시장자체도 매우 한정적이었으나, 지난 몇 년간 M2M 통신은 고속 성장을 거듭하며 우리나라뿐만 아니라 전 세계적으로 주목 받는 시장으로 성장하였다. 특히, 판매 관리 시스템(Point Of Sales, POS)과 보안 관련 응용 시장에서 물류 관리(Fleet Management), 기계 및 설비의 원격 모니터링, 건설 기계 설비상의 작동시간 측정 및 열이나 전기 사용량을 자동 측정하는 지능 검침(Smart Meter) 등의 분야에서 큰 영향력을 발휘하였다. 앞으로의 M2M 통신은 기존 이동 통신 및 무선 초고속 인터넷이나 Wi-Fi 및 Zigbee 등 소 출력 통신 솔루션과 연계하여 더욱 다양한 용도로 활용되어 더 이상 B2B 시장에 국한하지 않고 B2C 시장으로 영역을 확대할 수 있는 토대가 될 것이다.

M2M 통신시대에서는 SIM 카드를 장착한 모든 기계에 데이터 송수신이 가능해 원격 관리 및 통제를 할 수 있다. 예를 들면, 자동차, 트럭, 기차, 컨테이너, 자동판매기, 가스탱크 등 수없이 많은 기기와 장비에 M2M 통신기술이 사용될 수 있는 등 적용 범위가 매우 광범위하다.

M2M 기기의 어플리케이션 타입도 계속적으로 증가함에 따라 동일한 기지국 내에 이러한 M2M 기기는 무수히 많이 존재하게 될 것이다. 무수히 많이 증가된 유휴상태로 유지하고 있는 M2M 단말들이 임의접속(random access)을 시도하게 되면 충돌이 많이 발생하게 되고 통신 성능이 저하되는 문제가 생긴다. 이러한 문제는 M2M 단말들뿐만 아니라 기존 단말 (Human Type Communication, HTC)에게 영향을 끼칠 수 있다.

그러나, 아직까지 M2M 단말들의 임의접속을 분산시키기 위한 구체적인 방법이 전혀 연구되거나 개시된 적이 없었다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 기지국이 단말의 임의접속을 분산하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 단말이 임의접속을 수행하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 단말의 임의접속을 분산하는 기지국 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 임의접속을 수행하는 단말 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 무선통신 시스템에서 기지국이 단말의 임의접속을 분산하는 방법은, 그룹핑된 각 단말 그룹으로 네트워크 재진입을 지시하는 페이징 메시지를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 페이징 메시지는 상기 각 단말 그룹의 식별자 정보 및 상기 각 단말 그룹 별로 임의접속 구성 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 임의접속 구성 정보는 상기 각 단말 그룹 별로 해당하는 임의접속 대기 시간 정보 및 백오프 윈도우 크기 정보를 포함할 수 있다. 상기 각 단말 그룹은 어플리케이션 타입 및 특성에 기초하여 그룹핑된 것이다. 이때 상기 단말은 M2M(Machine to Machine) 기기 타입일 수 있다. 상기 각 단말 그룹 별 임의접속 대기 시간은 상기 각 단말 그룹 별 임의접속 우선순위에 기초하여 결정될 수 있다. 상기 방법은, 상기 각 단말 그룹으로부터 상기 각 단말 그룹 별로 해당하는 임의접속 대기 시간 정보 및 백오프 윈도우 크기 정보에 따른 임의접속 기회(IEEE 802.16m 시스템에서는 레인징 기회(ranging opportunity))를 통해 임의접속 코드를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 무선통신 시스템에서 단말이 임의접속을 수행하는 방법은 기지국으로부터 네트워크 재진입을 지시하는 페이징 메시지를 수신하는 단계를 포함하되, 상기 페이징 메시지는 상기 단말이 그룹핑된 단말 그룹의 식별자 정보 및 상기 단말 그룹에 해당하는 임의접속 구성 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 임의접속 구성 정보는 상기 단말 그룹의 임의접속 대기 시간 정보 및 백오프 윈도우 크기 정보를 포함할 수 있다. 상기 임의접속 구성 정보에 기초하여 임의접속 기회(IEEE 802.16m 시스템에서는 ranging opportunity)를 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 선택된 임의접속 기회에서 상기 기지국으로 임의접속 코드를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 그룹핑된 단말 그룹은 상기 단말의 어플리케이션 타입 및 특성 중 적어도 하나에 기초하여 그룹핑된 것일 수 있으며 상기 단말은 M2M(Machine to Machine) 기기 타입일 수 있다. 상기 단말 그룹의 임의접속 대기 시간은 상기 단말 그룹의 임의접속 우선순위에 기초하여 결정될 수 있다.

상기의 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 단말의 임의접속을 분산하기 위한 기지국 장치는, 그룹핑된 각 단말 그룹으로 네트워크 재진입을 지시하는 페이징 메시지를 전송하는 송신기를 포함하되, 상기 페이징 메시지는 상기 각 단말 그룹의 식별자 정보 및 상기 각 단말 그룹 별로 임의접속 구성 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기의 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 무선통신 시스템에서 임의접속을 수행하는 단말 장치는, 기지국으로부터 네트워크 재진입을 지시하는 페이징 메시지를 수신하는 수신기를 포함하되, 상기 페이징 메시지는 상기 단말이 그룹핑된 단말 그룹의 식별자 정보 및 상기 단말 그룹에 해당하는 임의접속 구성 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 단말 장치는, 상기 임의접속 구성 정보에 기초하여 임의접속 기회(IEEE 802.16m 시스템에서는 ranging opportunity)를 선택하는 프로세서를 더 포함할 수 있으며, 상기 선택된 임의접속 기회에서 상기 기지국으로 임의접속 코드를 전송하는 송신기를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따라, M2M 단말들을 그룹핑하여 페이징 단말 그룹 별로 경합 해결 레벨을 다르게 설정하여 페이징 단말 그룹 별로 임의접속을 분산시키고, 동일한 페이징 단말 그룹에 속하는 M2M 단말들도 설정된 백오프 윈도우 범위 내에서 값을 임의로 선택하도록 함으로써 동일한 페이징 단말 그룹 내에서도 임의접속이 분산되는 장점이 있다.

본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 무선 통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말(110)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 IEEE 802.16 시스템에서 기지국과 유휴상태의 단말 간에 네트워크 진입 혹은 재진입 후 상호작용(interaction)을 위한 과정의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 단계별 임의접속 분산 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 단계별 임의접속 분산 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 단계별 임의접속 분산 방법의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 예를 들어, 이하의 상세한 설명은 이동통신 시스템이 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 시스템, 3GPP(3rd Generation Partnership Project)인 경우를 가정하여 구체적으로 설명하나, IEEE 802.16 시스템, 3GPP의 특유한 사항을 제외하고는 다른 임의의 이동통신 시스템에도 적용 가능하다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

아울러, 이하의 설명에 있어서 단말은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), AMS(Advanced Mobile Station) 등 이동 또는 고정형의 사용자단 기기를 통칭하는 것을 가정한다. 또한, 기지국은 Node B, eNode B, BS(Base Station), AP(Access Point) 등 단말과 통신하는 네트워크 단의 임의의 노드를 통칭하는 것을 가정한다.

이동 통신 시스템에서 단말은 기지국으로부터 하향링크(Downlink)를 통해 정보를 수신할 수 있으며, 단말은 또한 상향링크(Uplink)를 통해 정보를 전송할 수 있다. 단말이 전송 또는 수신하는 정보로는 데이터 및 다양한 제어 정보가 있으며, 단말이 전송 또는 수신하는 정보의 종류 용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.

도 1은 무선 통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말(110)의 구성을 도시한 블록도이다.

무선 통신 시스템(100)을 간략화하여 나타내기 위해 하나의 기지국(105)과 하나의 단말(110)을 도시하였지만, 무선 통신 시스템(100)은 하나 이상의 기지국 및/또는 하나 이상의 단말을 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 기지국(105)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(115), 심볼 변조기(120), 송신기(125), 송수신 안테나(130), 프로세서(180), 메모리(185), 수신기(190), 심볼 복조기(195), 수신 데이터 프로세서(197)를 포함할 수 있다. 그리고, 단말(110)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(165), 심볼 변조기(175), 송신기(175), 송수신 안테나(135), 프로세서(155), 메모리(160), 수신기(140), 심볼 복조기(155), 수신 데이터 프로세서(150)를 포함할 수 있다. 송수신 안테나(130, 135)가 각각 기지국(105) 및 단말(110)에서 하나로 도시되어 있지만, 기지국(105) 및 단말(110)은 복수 개의 송수신 안테나를 구비하고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기지국(105) 및 단말(110)은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템을 지원한다. 또한, 본 발명에 따른 기지국(105)은 SU-MIMO(Single User-MIMO), MU-MIMO(Multi User-MIMO) 방식 모두를 지원할 수 있다.

하향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(115)는 트래픽 데이터를 수신하고, 수신한 트래픽 데이터를 포맷하여, 코딩하고, 코딩된 트래픽 데이터를 인터리빙하고 변조하여(또는 심볼 매핑하여), 변조 심볼들("데이터 심볼들")을 제공한다. 심볼 변조기(120)는 이 데이터 심볼들과 파일럿 심볼들을 수신 및 처리하여, 심볼들의 스트림을 제공한다.

심볼 변조기(120)는, 데이터 및 파일럿 심볼들을 다중화하여 이를 송신기(125)로 전송한다. 이때, 각각의 송신 심볼은 데이터 심볼, 파일럿 심볼, 또는 제로(null)의 신호 값일 수도 있다. 각각의 심볼 주기에서, 파일럿 심볼들이 연속적으로 송신될 수도 있다. 파일럿 심볼들은 주파수 분할 다중화(FDM), 직교 주파수 분할 다중화(OFDM), 시분할 다중화(TDM), 또는 코드 분할 다중화(CDM) 심볼일 수 있다.

송신기(125)는 심볼들의 스트림을 수신하여 이를 하나 이상의 아날로그 신호들로 변환하고, 또한, 이 아날로그 신호들을 추가적으로 조절하여(예를 들어, 증폭, 필터링, 및 주파수 업 컨버팅(up-converting) 하여, 무선 채널을 통한 송신에 적합한 하향링크 신호를 발생시킨다. 그러면, 송신 안테나(130)는 발생된 하향링크 신호를 단말로 전송한다.

단말(110)의 구성에서, 수신 안테나(135)는 기지국으로부터의 하향링크 신호를 수신하여 수신된 신호를 수신기(140)로 제공한다. 수신기(140)는 수신된 신호를 조정하고(예를 들어, 필터링, 증폭, 및 주파수 다운컨버팅(downconverting)), 조정된 신호를 디지털화하여 샘플들을 획득한다. 심볼 복조기(145)는 수신된 파일럿 심볼들을 복조하여 채널 추정을 위해 이를 프로세서(155)로 제공한다.

또한, 심볼 복조기(145)는 프로세서(155)로부터 하향링크에 대한 주파수 응답 추정치를 수신하고, 수신된 데이터 심볼들에 대해 데이터 복조를 수행하여, (송신된 데이터 심볼들의 추정치들인) 데이터 심볼 추정치를 획득하고, 데이터 심볼 추정치들을 수신(Rx) 데이터 프로세서(150)로 제공한다. 수신 데이터 프로세서 (150)는 데이터 심볼 추정치들을 복조(즉, 심볼 디-매핑(demapping))하고, 디인터리빙(deinterleaving)하고, 디코딩하여, 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.

심볼 복조기(145) 및 수신 데이터 프로세서(150)에 의한 처리는 각각 기지국(105)에서의 심볼 변조기(120) 및 송신 데이터 프로세서(115)에 의한 처리에 대해 상보적이다.

단말(110)은 상향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(165)는 트래픽 데이터를 처리하여, 데이터 심볼들을 제공한다. 심볼 변조기(170)는 데이터 심볼들을 수신하여 다중화하고, 변조를 수행하여, 심볼들의 스트림을 송신기(175)로 제공할 수 있다. 송신기(175)는 심볼들의 스트림을 수신 및 처리하여, 상향링크 신호를 발생시킨다. 그리고 송신 안테나(135)는 발생된 상향링크 신호를 기지국(105)으로 전송한다.

기지국(105)에서, 단말(110)로부터 상향링크 신호가 수신 안테나(130)를 통해 수신되고, 수신기(190)는 수신한 상향링크 신호를 처리되어 샘플들을 획득한다. 이어서, 심볼 복조기(195)는 이 샘플들을 처리하여, 상향링크에 대해 수신된 파일럿 심볼들 및 데이터 심볼 추정치를 제공한다. 수신 데이터 프로세서(197)는 데이터 심볼 추정치를 처리하여, 단말(110)로부터 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.

단말(110)의 프로세서(155) 및 기지국(105)의 프로세서(180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)에서의 동작을 지시(예를 들어, 제어, 조정, 관리 등)한다. 각각의 프로세서들(155, 180)은 프로그램 코드들 및 데이터를 저장하는 메모리(160, 185)들과 연결될 수 있다. 메모리(160, 185)는 프로세서(155, 180)에 연결되어 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 및 일반 파일(general files)들을 저장한다.

프로세서(155, 180)는 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다. 한편, 프로세서(155, 180)는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어를 이용하여 본 발명의 실시예를 구현하는 경우에는, 본 발명을 수행하도록 구성된 ASICs(application specific integrated circuits) 또는 DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays) 등이 프로세서(155, 180)에 구비될 수 있다.

한편, 펌웨어나 소프트웨어를 이용하여 본 발명의 실시예들을 구현하는 경우에는 본 발명의 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등을 포함하도록 펌웨어나 소프트웨어가 구성될 수 있으며, 본 발명을 수행할 수 있도록 구성된 펌웨어 또는 소프트웨어는 프로세서(155, 180) 내에 구비되거나 메모리(160, 185)에 저장되어 프로세서(155, 180)에 의해 구동될 수 있다.

단말(110)과 기지국(105)이 무선 통신 시스템(네트워크) 사이의 무선 인터페이스 프로토콜의 레이어들은 통신 시스템에서 잘 알려진 OSI(open system interconnection) 모델의 하위 3개 레이어를 기초로 제 1 레이어(L1), 제 2 레이어(L2), 및 제 3 레이어(L3)로 분류될 수 있다. 물리 레이어는 상기 제 1 레이어에 속하며, 물리 채널을 통해 정보 전송 서비스를 제공한다. RRC(Radio Resource Control) 레이어는 상기 제 3 레이어에 속하며 UE와 네트워크 사이의 제어 무선 자원들을 제공한다. 단말, 기지국은 무선 통신 네트워크와 RRC 레이어를 통해 RRC 메시지들을 교환할 수 있다.

앞서 언급한 바 있는 M2M 방식으로 통신하는 기기는 M2M 기기(device), M2M 통신 기기, M2M 단말, MTC(Machine Type Communication) 기기, MTC 단말 등 다양하게 호칭될 수 있다. 그리고, 기존의 단말은 HTC(Human Type Communication) 단말이라고 칭할 수도 있다. 본 발명에서는 M2M 기기로 통일하여 사용하기로 한다.

M2M 기기는 기기의 어플리케이션 타입(Machine Application Type)이 증가함에 따라 일정한 네트워크에서 그 수가 점차 증가할 것이다. 논의되고 있는 기기 어플리케이션 타입으로는 (1) 보안(security), (2) 치안(public safety), (3) 트래킹 및 트레이싱(tracking and tracing), (4) 지불(payment), (5) 건강관리(healthcare), (6) 원격 유지 및 제어(remote maintenance and control), (7)검침(metering), (8) 소비자 장치(consumer device), (9) 판매 관리 시스템(POS, Point Of Sales)과 보안 관련 응용 시장에서 물류 관리(Fleet Management), (10) 자동 판매기(Vending Machine)의 기기간 통신, (11) 기계 및 설비의 원격 모니터링, 건설 기계 설비상의 작동시간 측정 및 열이나 전기 사용량을 자동 측정하는 지능 검침(Smart Meter), (12) 감시 카메라의 감시 영상(Surveillance Video) 통신 등이 있으나 이에 한정될 필요는 없으며, 그 밖에 다양한 기기 어플리케이션 타입이 논의되고 있다. 이와 같이 기기 어플리케이션 타입이 증가함에 따라 M2M 기기들의 수는 일반 이동통신 기기들의 수에 비해 비약적으로 증가할 수 있다.

M2M 기기의 특성에 따라, 기지국으로 트래픽을 롱-텀(long-term) 혹은 주기적 (periodic)으로 전송하거나, 이벤트가 트리거링되어 데이터를 전송을 수행하는 점이 있다. 즉, M2M 기기는 대부분 유휴상태로 유지하다가 주기가 돌아오거나 이벤트가 트리거링되면 깨어나서 활성 상태(Active state)로 들어갈 수 있다. 그리고, M2M 기기의 특성에 따라, 어떤 M2M 기기 (예를 들어, metering 혹은 vending machine)는 이동성이 적거나 이동성이 없을 수 있다. 다른 M2M 기기 (예를 들어, tracking and tracing 혹은 Fleet Management)는 이동성이 많을 수 있다. M2M 기기의 어플리케이션 타입도 계속적으로 증가함에 따라 동일한 기지국 내에 이러한 M2M 기기는 무수히 많이 존재하게 될 것이다. 따라서, 기지국은 유휴상태로 유지하고 있는 무수히 많은 M2M 단말들의 임의접속을 원활하게 지원해 줄 필요가 있다.

이를 위해, 기지국은 유휴상태에 있는 M2M 단말들을 위해 페이징 단말 그룹(혹은 M2M 그룹)을 구성하고, 기지국은 페이징 단말 그룹 별로 페이징 단말 그룹을 위한 식별자 할당 및 임의접속 구성 정보를 제공해 줌으로써 페이징 단말 그룹 별로 임의접속을 분산시키고 또한 동일한 페이징 단말 그룹 내에서도 M2M 단말들의 임의접속을 분산시켜서 원활한 임의접속을 지원해 줄 수 있다.

기지국은 먼저 페이징 단말들의 임의접속을 분산시키기 위한 방법으로 페이징 단말 그룹을 구성하고 이들에게 페이징 단말 그룹 식별자를 할당할 수 있다. 페이징 단말 그룹 식별자를 살펴보기 전에 무선통신 시스템에 기존의 단말들을 구분하기 위해 사용하는 식별자에 대해 간략히 살펴본다. 여기서, 3GPP LTE 시스템에서의 경우를 예를 들어 기지국이 단말에게 PDCCH를 내려 보내기 위한 과정과 관련하여 살펴본다.

기지국은 단말에게 보내려는 DCI(Downlink Control Information)에 따라 PDCCH 포맷을 결정하고, 제어정보에 CRC(Cyclic Redundancy Check)를 붙인다. CRC에는 PDCCH의 소유자(owner)나 용도에 따라 고유한 식별자(이를 Radio Network Temporary Identifier, RNTI))가 마스킹된다. 한편, IEEE 802.16m 시스템에서는 3GPP의 RNTI에 대응하는 개념으로 STID(Station IDentifier)라는 용어를 사용한다.

특정 단말을 위한 PDCCH라면 단말의 고유 식별자, 예를 들어 C-RNTI(Cell-RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다. 또는, 페이징 메시지(paging message)를 위한 PDCCH라면 페이징 지시 식별자, 예를 들어 P-RNTI(Paging-RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다. 시스템 정보를 위한 PDCCH라면 시스템 정보 식별자인 SI-RNTI(System information-RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다. 단말의 랜덤 액세스 프리앰블의 전송에 대한 응답인 랜덤 액세스 응답을 지시하기 위해 RA-RNTI(Random Access-RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다. 다음 표 1는 PDCCH에 마스킹되는 식별자들의 예를 나타낸다.

C-RNTI가 사용되면 PDCCH는 각각 해당하는 특정 단말을 위한 제어정보를 나르고, 다른 RNTI가 사용되면 PDCCH는 각각 셀 내 모든 또는 복수의 단말이 수신하는 공용 제어정보를 나른다. 기지국은 CRC가 부가된 DCI에 대해 채널 코딩을 수행하여 부호화된 데이터(coded data)를 생성한다. 그리고, 기지국은 PDCCH 포맷에 할당된 CCE의 수에 따른 레이트 매칭(rate mathching)을 수행한다. 그 후, 기지국은 부호화된 데이터를 변조하여 변조 심벌들을 생성한다. 그리고, 기지국은 변조 심볼들을 물리적인 자원 요소에 맵핑한다. 이와 같이, 기지국은 LTE 시스템에서 RNTI를 단말 식별자로, IEEE 802.16 시스템에서는 STID를 단말 식별자로 사용한다.

다음으로, 본 발명에서 제안하는 유휴상태로 동작하는 페이징 단말의 임의접속 시 발생할 수 있는 충돌을 방지하기 위한 임의접속 분산 방법을 설명하기에 앞서, 먼저 유휴상태(Idle State) 또는 유휴모드(Idle Mode)에 대해 설명한다. 유휴상태(Idle State) 또는 유휴모드(Idle Mode) 동작은 일반적으로 단말이 다중 기지국으로 구성된 무선링크 환경을 이동 시, 특정 기지국에 등록하지 않더라도 하향링크 브로드캐스트 트래픽 전송을 주기적으로 수행할 수 있도록 지원해주는 동작을 말한다. 단말은 일정 시간 동안 기지국으로부터 트래픽(traffic)을 수신하지 않는 경우, 전력을 절약(Power saving)하기 위해 유휴상태로 천이할 수 있다. 유휴모드로 천이한 단말은 평균적 기간(Available interval) 동안 기지국이 방송하는 방송 메시지(예를 들어, 페이징 메시지)를 수신하여 일반모드(normal mode)로 천이할지 또는 유휴상태로 남아 있을지를 판단할 수 있다. 또한, 유휴상태에 있는 단말은 위치갱신을 수행함으로써, 페이징 제어기(Paging controller)에 자신의 위치를 알릴 수 있다.

유휴상태는 핸드오버와 관련된 활성 요구 및 일반적인 운영 요구들을 제거함으로써 단말에 혜택을 줄 수 있다. 유휴상태는 단말 활동을 이산 주기에서 스캐닝하도록 제한함으로써, 단말이 사용하는 전력 및 운용 자원을 절약할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 유휴상태는 단말에 팬딩(pending) 중인 하향링크 트래픽에 대해 알릴 수 있는 간단하고 적절한 방식을 제공하고, 비활동적인 단말로부터 무선 인터페이스 및 네트워크 핸드오버(HandOver, HO) 트래픽을 제거함으로써 네트워크 및 기지국에 혜택을 줄 수 있다.

페이징이란 이동통신에서 착신호 발생시 해당하는 단말의 위치(예를 들어, 어느 기지국 또는 어느 교환국 등)를 파악하는 기능을 말한다. 유휴상태 또는 유휴모드를 지원하는 다수의 기지국들은 특정 페이징 그룹(Paging Group)에 소속되어 페이징 영역을 구성할 수 있다. 이때, 페이징 그룹은 논리적인 그룹을 나타낸다. 페이징 그룹의 목적은 단말을 타겟(target)으로 하는 트래픽이 있다면, 하향링크로 페이지(page)될 수 있는 인접범위 영역을 제공하기 위한 것이다. 페이징 그룹은 특정 단말이 동일 페이징 그룹 내에서 대부분의 시간 동안 존재할 수 있을 정도로 충분히 크고, 페이징 부하가 적정한 수준을 유지하기 위해 충분히 작아야 한다는 조건을 충족하도록 구성되는 것이 바람직하다.

페이징 그룹은 하나 이상의 기지국을 포함할 수 있으며, 하나의 기지국은 하나 또는 그 이상의 페이징 그룹에 포함될 수 있다. 페이징 그룹은 관리 시스템에서 정의한다. 페이징 그룹에서는 페이징 그룹-실행(action) 백본망 메시지를 사용할 수 있다. 또한, 페이징 제어기는 백본망 메시지 중 하나인 페이징 공지(paging-announce) 메시지를 이용하여 유휴상태인 단말들의 리스트를 관리하고, 페이징 그룹에 속하는 모든 기지국의 초기 페이징을 관리할 수 있다.

도 2는 IEEE 802.16 시스템에서 기지국과 유휴상태의 단말 간에 네트워크 진입 혹은 재진입 후 상호작용(interaction)을 위한 과정의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 기지국은 데이터를 송수신하기 위한 유휴상태 단말들의 정확한 위치를 모르기 때문에, 동일한 페이징 그룹 내의 모든 기지국들은 해당 단말들에게 네트워크 재진입을 요구하기 위한 페이징 메시지를 전송할 필요가 있다. 따라서, 기지국은 유휴상태의 단말과의 상호작용(interaction)을 위해서, 단말(들)이 속한 동일한 페이징 그룹 내의 각 기지국들은 해당 단말(들)의 리스닝 구간(listening interval)에서 이들에게 네트워크 (재)진입을 요구하는 페이징 메시지를 전송한다(S210).

단말은 페이징 메시지에 자신의 정보(예를 들어, 페이징 그룹 식별자(Paging Group ID, PGID), 등록해제 식별자(Deregistration ID, DID) 및 페이징 주기(paging cycle) 중 적어도 하나를 포함함)가 포함되어 있으면 활성(active) 상태로 전환하기 위한 절차를 수행할 필요가 있다(S220). 즉, 유휴상태 단말들은 네트워크 진입을 위한 임의 접속(random access) 등의 절차를 각각 수행할 수 있다(S220). 예를 들어, IEEE 802.16 시스템에서는 유휴상태 단말은 레인징 (ranging), 기본 성능 협상, 등록(registration) 등과 같은 네트워크 재진입 절차를 수행할 수 있다. 한편, LTE 시스템에서의 유휴상태 단말은 RRC 연결 (재)설정 절차(connection (re)establishment procedure)를 수행할 수 있다. 여기서, IEEE 802.16 시스템에서는 기지국이 유휴상태 단말에게 TSTID, STID를 할당하지만, 3GPP LTE, LTE-A 시스템에서는 기지국이 유휴상태 단말에게 RNTI, M2M 그룹 식별자(ID)를 할당할 수 있다.

즉, 유휴상태 단말은 레인징 요청 메시지(예를 들어, AAI-RNG-REQ)를 기지국으로 전송하고, 이에 대한 응답으로 기지국은 유휴상태 단말에게 할당한 임시 스페이션 식별자인 TSTID(Temporary STID)를 포함하는 레인징 응답 메시지(예를 들어, AAI-RNG-RSP)를 전송해 줄 수 있다(S230).

그리고, 유휴상태 단말은 기지국과 SBC-REQ/RSP 메시지를 교환하고, 기지국과 인증(authorization) 과정을 함께 수행할 수 있다(S235).

그 후, 유휴상태 단말은 기지국으로 등록 요청 메시지(예를 들어 AAI-REG-REQ)를 전송하고, 이에 대한 응답으로 기지국은 유휴상태 단말에게 STID를 할당하여 등록 응답 메시지(예를 들어, AAI-REQ-RSP)에 포함시켜 전송해 줄 수 있다(S240).

그 후 유휴상태 단말과 기지국은 동적 서비스(Dynamic Service) 관련 메시지(예를 들어, AAI-DSx-REQ/RSP)를 서로 주고 받을 수 있다(S250). 그 후, 유휴상태 단말과 기지국은 하향링크/상향링크 데이터를 송수신할 수 있다(S260).

도 2와 관련하여, 기지국이 유휴상태 단말들의 정확한 위치를 모르기 때문에 동일한 페이징 그룹 내의 모든 기지국들이 일일이 페이징 메시지를 전송해 주어야 하고, 이때 페이징 메시지 내에 페이징되는 단말 별로 파라미터(예를 들어, IEEE 802.16m 시스템에서의 등록해제 식별자 -Deregistration ID, DID 및 페이징 주기 - paging cycle와 요구되는 동작 - action code)를 포함시켜 전송해야 한다. 그러나 M2M 단말이 급증하고 있는 통신 환경에서 유휴상태의 M2M 단말 마다 개별적으로 페이징한다면 이는 엄청난 하향링크 오버헤드를 유발하게 될 것이다.

네트워크는 동일 시점 또는 짧은 기간 동안 다수의 M2M 단말들에게 네트워크 재진입을 요구할 수 있다. 이때, 기존 단말 단위의 페이징을 이용할 경우에는 위에서 살펴본 바와 같이 시그널링 오버헤드가 증가하며 페이징 지연(paging delay)가 길어질 수 있다. 따라서, 개별 단말 단위가 아닌 그룹 단위로 페이징하여 페이징과 관련된 부하(load)는 크게 줄일 수 있을 것이다. 예를 들어, 기지국은 페이징 메시지에 하나의 그룹 식별자와 요구동작을 포함시킴으로써 해당 그룹에 속한 모든 단말을 깨울 수 있다.

따라서 기지국이 전송하는 하나의 페이징 메시지 내에는 네트워크 (재)진입이 요구되는 그룹 ID들이 존재할 수 있으며, 해당 그룹 ID들에 소속되어 있는 모든 M2M 단말들은 임의접속 과정에서 서로 경쟁한다. 즉, 하나의 페이징 메시지 수신과 동시에 많은 M2M 단말들이 임의접속 과정을 수행한다. 많은 M2M 단말들이 동시에 임의 접속을 시도하면서 상향링크 간섭이 발생하게 되고, 또한 임의접속을 시도한 단말 (M2M 단말뿐만 아니라 HTC 단말도 포함) 간의 충돌이 발생할 수 있는 확률이 높아지게 될 수 있는 문제가 있다. 따라서, 이들 M2M 단말들의 임의접속을 분산하기 위한 방법이 필요하게 되었다.

본 발명에서는 제안하는 M2M 단말들의 임의접속을 분산하기 위한 방법을 구현하기 위해, 먼저 M2M 단말이 자신의 타입 및 특성에 관한 정보를 전송하는 방법을 설명한다.

M2M 단말은 네트워크에 진입(혹은 재진입)하거나 또는 유휴상태 전환하는 과정에서 자신의 타입 및 특성을 기지국에게 전달한다. 앞서 M2M 단말의 타입 또는 어플리케이션 타입(Machine Application Type)으로 (1) 보안(security), (2) 치안(public safety), (3) 트래킹 및 트레이싱(tracking and tracing), (4) 지불(payment), (5) 건강관리(healthcare), (6) 원격 유지 및 제어(remote maintenance and control), (7)검침(metering), (8) 소비자 장치(consumer device), (9) 판매 관리 시스템(POS, Point Of Sales)과 보안 관련 응용 시장에서 물류 관리(Fleet Management), (10) 자동 판매기(Vending Machine)의 기기간 통신, (11) 기계 및 설비의 원격 모니터링, 건설 기계 설비상의 작동시간 측정 및 열이나 전기 사용량을 자동 측정하는 지능 검침(Smart Meter), (12) 감시 카메라의 감시 영상(Surveillance Video) 통신을 예로 들었다. 이는 일 예일 뿐이며 M2M 단말 어플리케이션 타입은 더 다양해 질 수 있다.

M2M 단말의 특성으로는 예를 들어, 상기 (9)의 보안 관련 응용 시장에서 물류 관리(Fleet Management)의 경우, 운행 중/대기 중/서비스 중단과 같은 특성이 있을 수 있고, 상기 (12)의 감시 카메라의 감시 영상(Surveillance Video) 타입의 특성으로는 항상 on 상태(always on)/이벤트 발생시 트리거링되거나/, 실시간 트래픽인지 여부, 이동성이 있는지 여부 등이 있을 수 있다.

이와 같이, M2M 단말은 네트워크에 진입(혹은 재진입)하거나 또는 유휴상태로 전환하는 과정에서 자신의 타입 및 특성을 기지국에게 알려줄 수 있다. 예를 들어, IEEE 802.16 시스템(일 예로, IEEE 802.16e, IEEE 802.16m, IEEE 802.16p)에서, M2M 단말은 단말의 타입 및 특성을 네트워크 (재)진입 절차에서 예를 들어, 레인징 요청 메시지, 등록 요청 메시지, 기본 성능협상 메시지, 동적 서비스 관련 메시지 등 중 어느 한 메시지를 통해 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, M2M 단말은 타입 및 특성에 대한 정보를 유휴상태로 전환하는 절차에서 예를 들어 등록해제(Deregistration)와 같은 메시지를 통해 기지국으로 전송할 수 있다.

3GPP 시스템 (예를 들어, HSDPA, UMTS, LTE)에서, M2M 단말은 단말의 타입 및 특성에 관한 정보를 네트워크 연결 (재)설정(network connection (re)establishment) 절차에서 예를 들어 연결 (재)설정과 관련된 메시지 중 어느 하나를 통해 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, M2M 단말은 타입 및 특성에 관한 정보를 유휴상태로 전환하는 절차에서 예를 들어 연결 해제(connection release)와 관련된 메시지를 통해 기지국으로 전송할 수 있다.

다음으로, 본 발명에서는 제안하는 M2M 단말들의 임의접속(random access) 분산 방법을 위해 먼저 M2M 단말 별 우선순위를 결정하는 방법을 설명한다.

해당 M2M 단말이 유휴상태로 전환하는 절차에서, 기지국은 해당 M2M 단말의 타입 및 특성에 대한 정보를 페이징 제어기(Paging Cycle, PC) 또는 이동 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)에게 전달해 줄 수 있다. 그러면, 페이징 제어기(PC) 또는 이동 관리 엔티티(MME)는 해당 M2M 단말의 타입 및 특성에 따라 단말의 그룹핑을 수행하고, 그룹핑된 그룹 별로 페이징 그룹 식별자(group ID)를 할당할 수 있다. 이미 기존 시스템에서 페이징 그룹 식별자라는 용어가 단일 사업자 네트워크 내의 기지국들을 논리적인 나눈 그룹의 식별자를 의미하는 것으로 사용되고 있기 때문에, 본 발명에서는 M2M 단말의 타입, 특성에 기초하여 그룹핑된 그룹 식별자를 지칭하는 용어로 “페이징 단말(장비) 그룹 식별자”(Paging Mobile station (Device) Group Identifier, PMGID)라고 칭하고 사용하도록 한다. 그러나 이러한 호칭은 일 예일뿐이며 이에 제한되는 것은 아니다.

기지국의 프로세서(180)는 하나의 페이징 단말 그룹 내에 동일한 타입 및/또는 특성을 갖는 M2M 단말들이 포함되도록 구성할 수 있다. 그리고, 기지국의 프로세서(180)는 페이징 단말 그룹 별로 임의접속을 위한 우선순위를 정할 수 있다. 이때 기지국의 프로세서(180)는 우선순위에 따라 임의접속을 위한 경합 해결(contention resolution) 레벨을 페이징 단말 그룹 별로 할당해줄 수 있다. 예를 들어, 기지국의 프로세서(180)는 가장 우선순위가 높은 페이징 단말 그룹에 대해 경합 해결 레벨 1을 할당하고, 다음으로 우선순위가 높은 페이징 단말 그룹 순서로 차례로 경합 해결 레벨 2, 3,…N을 각각 할당할 수 있다. 우선순위가 높은 그룹에 할당된 경합 해결 레벨(예를 들어, 경합 해결 레벨 1)에 해당하는 임의접속 대기 시간(혹은 대기 옵셋 시간(waiting offset time) 등으로 호칭될 수도 있다)은 우선순위가 상대적으로 낮은 그룹에 할당된 경합 해결 레벨(예를 들어, 경합 해결 레벨 2, 3,…N)의 임의접속 대기 시간보다는 짧을 수 있다. 즉, 우선순위가 높은 페이징 단말 그룹의 M2M 단말들의 임의접속 대기 시간이 보다 더 짧을 수 있다.

임의접속 대기 시간, 백오프 윈도우 크기 등은 경합 해결 레벨에 따라 사전에 정의될 수 있으며, 이러한 정보는 기지국과 단말들 간에 공유하고 있을 수 있다. 또는 기지국이 페이징 메시지를 통해 경합 해결 레벨과 임의접속 대기 시간 및 백오프 윈도우 크기를 결정하여 페이징 단말 그룹 별로 전달해 줄 수도 있다. 페이징 메시지는 임의접속 구성 정보를 포함할 수 있으며, 임의접속 구성 정보는 임의접속 파라미터들을 포함할 수 있다. 경합 해결 레벨, 임의접속 대기 시간 정보, 백오프 윈도우 크기 정보 등은 임의접속 파라미터일 수 있다.

다음 표 2는 경합 해결 레벨 별로 대응하는 임의접속 대기 시간 및 백오프 윈도우 크기 정보의 일 예를 나타낸 표이다.

경합 해결 레벨(Contention resolution level)	임의접속 대기 시간	백오프(backoff) 윈도우 크기
1	20ms	0~7
2	50ms	4-15
???	???	???

표 2를 참조하면, 임의접속 대기 시간은 특정 페이징 단말 그룹에 속한 M2M 단말들이 네트워크 재진입을 요구하는 페이징 메시지를 기지국으로부터 수신하고 임의접속 절차를 수행하기 전(즉, 백오프 알고리즘 시작점)까지 대기하고 있는 시간을 의미한다. 그리고, 백오프(BACKOFF) 윈도우 크기는 임의접속 대기 시간이 끝나고 해당 단말이 임의접속 코드를 전송하기 전까지 대기할 수 있는 최대 시간 혹은 최대 임의접속 기회/RACH 횟수를 의미한다.

이때, 해당 백오프(backoff) 윈도우 크기는 시스템 정보(예를 들어, IEEE 802.16e 시스템에서는 UCD(Uplink Channel Descriptor), IEEE 802.16m 시스템에서는 수퍼프레임 헤더(SFH), 3GPP에서는 BCH) 내의 일반 단말(예를 들어, HTC 단말)을 위한 백오프 값과 경합 해결 레벨(contention resolution level)을 곱한 값으로 정의될 수도 있으며, M2M 단말은 해당 윈도우 크기 내에서 임의로 선택한 값만큼 기다린 후 임의접속 코드를 전송할 수 있다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.

유휴상태를 유지하고 있는 M2M 단말들의 임의접속을 분산하기 위한 방법으로, 먼저 M2M 단말들의 타입 및/또는 특성에 기초하여 페이징 단말 그룹을 그룹핑하고, 각 그룹핑된 페이징 단말 그룹 별로 서로 다른 경합 해결 레벨을 할당하여 일차적으로 임의접속을 분산할 수 있다. 즉, 기지국의 프로세서(180)는 페이징 단말 그룹 별로 서로 다른 임의접속 대기 시간을 갖는 경합 해결 레벨을 할당해 줄 수 있다. 그리고, 페이징 단말 그룹 내 혹은 동일한 경합 해결 레벨을 할당받은 M2M 단말들은 백-오프 윈도우 크기 구간 내에서 임의로 값을 선택하여 해당 값 타이밍에서 임의접속을 시도하도록 함으로써 이차적으로 임의접속을 더 분산할 수 있다.

또한, 기지국의 프로세서(180)은 M2M 단말에게 페이징 단말 그룹 또는 경합 해결 레벨에 따라 차별화된 백오프 윈도우 크기 구간을 할당해 줄 수 있다.

본 발명에서 제안하는 단계별 임의접속 분산 방법은 다음과 가정을 일 예로 고려한 것이다. 예를 들어, 기지국이 시스템 정보(예를 들어, BCCH(Broadcast Control CHannel), SFH, UCD)를 통해 전송하는 일반 단말의 최소 백오프 윈도우(minimum backoff window) 크기는 0~7이고, 5ms당 임의접속 기회(random access opportunity)는 2번이 존재한다. 이때, 기지국, 페이징 제어기 또는 이동 관리 엔티티(MME)는 최대 백오프 윈도우(maximum backoff window)의 크기 정보를 M2M 단말들에게 전송할 수 있다. 최소 백오프 윈도우는 첫 경합 해결(contention resolution)에서 사용된다.

단말이 임의접속을 실패 때마다 이전 윈도우 크기의 2의 지수씩 증가하게 되는데(예를 들어, Truncated binary exponential backoff 알고리즘 참고), 최대 백오프 윈도우는 증가할 수 있는 최대 크기를 의미한다. 본 발명에서 설명하는 단계별 임의접속 분산의 방법의 일 예를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 단계별 임의접속 분산 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 3에서 기지국은 M2M 단말 1(MTC 1)과 M2M 단말 3(MTC 3)에 대해 페이징 단말 그룹 식별자 PMGID A, 경합 해결 레벨 1, 임의접속 대기 시간을 25ms로 결정하여 해당 M2M 단말들에게 전달한다고 가정한다. 경합 해결 레벨 1에 대응되는 백오프 윈도우 크기를 결정하는 방법에 대해 간략히 설명한다. 기지국의 프로세서(180)는 일반 단말의 최소 백오프 윈도우 크기 값과 해당 페이징 단말 그룹(혹은 해당 M2M 그룹)에 할당한 경합 해결 레벨에 대응하는 M2M 단말의 백오프 윈도우 크기를 계산할 수 있다. 여기서 최대 백오프 윈도우 크기를 계산하는 방법의 설명은 생략하기로 한다.

기지국의 프로세서(180)는 M2M 단말을 위한 최소 백오프 윈도우 시작 값과 끝 값을 산출하여 M2M 단말의 백오프 윈도우 크기를 계산할 수 있다. 기지국의 프로세서(180)는 M2M 단말을 위한 최소 백오프 윈도우 시작 값을 다음 수학식 1을 이용하여 산출할 수 있다.

[수학식 1]

최소 백오프 윈도우 시작 값(Minimum Backoff window start value) = 일반 단말을 위한 최소 백오프 윈도우 시작 값 * 경합 해결 레벨

예를 들어, 일반 단말을 위한 최소 백오프 윈도우 시작 값을 0으로 사전에 정의해 두면, 기지국의 프로세서(180)는 일반 단말을 위한 최소 백오프 윈도우 시작값 0과 M2M 단말 1 및 3에 할당한 경합 해결 레벨 1을 곱하여(0 * 1 = 0) 최소 백오프 윈도우 시작 값을 0으로 산출할 수 있다. 다음으로, 기지국의 프로세서(180)는 M2M 단말을 위한 최소 백오프 윈도우 끝 값을 다음 수학식 2를 이용하여 산출할 수 있다.

[수학식 2]

최소 백오프 윈도우 끝 값(Minimum Backoff window end value) = 일반 단말을 위한 최소 백오프 윈도우 끝 값 * 경합 해결 레벨

예를 들어, 일반 단말을 위한 최소 백오프 윈도우 끝 값을 7으로 사전에 정의해 두면, 기지국의 프로세서(180)는 일반 단말을 위한 최소 백오프 윈도우 끝 값 7과 M2M 단말 1 및 3에 할당한 경합 해결 레벨 1을 곱하여(7 * 1 = 7) 산출할 수 있다. 즉, 기지국의 프로세서(180)는 M2M 단말 1 및 3에 대해 최소 백오프 윈도우 끝 값은 7임을 알 수 있다.

한편, 기지국의 프로세서(180)는 M2M 단말 1 및 3에 대해 최소 백오프 윈도우 끝 값을 또 다른 예로서 다음 수학식 3을 이용하여 산출할 수 있다.

[수학식 3]

M2M 단말의 최소 백오프 윈도우 끝 값= 2x+(경합 해결 레벨-1) - 1

여기서, x는 시스템 정보를 통해 전송된 일반 단말의 최소 백오프 윈도우 끝 값이다.

시스템 정보를 통해 전송된 일반 단말을 위한 최소 백오프 윈도우 끝 값이 3이고, M2M 단말 1 및 3은 경합 해결 레벨 1을 할당 받았기 때문에 M2M 단말의 최소 백오프 윈도우 끝 값은 수학식 3에 따라 23+(1-1) - 1 =7이 된다.

이때, 수학식 2 혹은 3을 통해 백오프 윈도우 끝 값만이 계산되고, 백오프 윈도우 시작 값은 특정 값(예를 들어, 0)으로 고정될 수 있다.

기지국은 M2M 단말 1 및 M2M 단말 3에게 페이징 단말 그룹 식별자 PMGID A 및 네트워크 재진입을 지시하는 액션 코드를 포함하는 페이징 메시지를 전송할 수 있다. 또한, 기지국은 페이징 메시지에 M2M 단말 1 및 M2M 단말 3에게 경합 해결 레벨에 관한 정보(예를 들어, 경합 해결 레벨 1), 임의접속 대기시간 및 백오프 윈도우 크기 정보를 더 포함하여 전송해 줄 수 있다.

따라서, M2M 단말 1 및 M2M 단말 3은 수신한 경합 해결 레벨 1에 대응하는 임의접속 대기 시간 및 백오프 윈도우 크기 구간을 알 수 있다. 이때, M2M 단말의 프로세서(155)는 백오프 윈도우 크기 구간(백오프 윈도우 0~7) 내에서 임의의 백오프 윈도우 값(혹은 임의접속 기회)를 선택할 수 있다. 일 예로, M2M 단말 1의 프로세서(155)는 임의의 백오프 윈도우 값 1을 선택할 수 있고, 도 3에 도시한 바와 같이 M2M 단말 1은 해당 임의접속 기회(opportunity)에서 임의 접속 코드를 전송할 수 있다. M2M 단말 3의 프로세서(155)도 임의의 백오프 윈도우 값 7을 선택할 수 있고, 도 3에 도시한 바와 같이 M2M 단말 3은 해당 임의접속 기회(opportunity)에서 임의접속 코드를 전송할 수 있다.

이와 같이, 동일한 페이징 단말 그룹 내 또는 동일한 경합 해결 레벨을 할당받은 M2M 단말 간에도 설정된 백오프 윈도우 범위 내에서 임의로 선택한 백오프 윈도우 값에 기초하여 해당하는 백오프 윈도우 값에 대응하는 임의접속 기회에서 임의접속 코드를 전송함으로써 임의접속 충돌을 방지하고 임의접속을 분산할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 단계별 임의접속 분산 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 4에서는, 기지국은 M2M 단말 2(MTC 2)와 M2M 단말 4(MTC 4)에 대해 페이징 단말 그룹 식별자 PMGID B, 경합 해결 레벨 2, 임의접속 대기 시간 40ms로 결정하여 해당 M2M 단말들에게 전달한다고 가정한다. 기지국은 M2M 단말 2 및 M2M 단말 4에게 페이징 단말 그룹 식별자 PMGID B 및 네트워크 재진입을 지시하는 액션 코드를 포함하는 페이징 메시지를 전송할 수 있다. 또한, 기지국은 M2M 단말 2 및 M2M 단말 4에게 경합 해결 레벨에 관한 정보(예를 들어, 경합 해결 레벨 2), 입의접속 대기 시간 및 백오프 윈도우 크기 정보를 더 포함하여 전송해 줄 수 있다.

따라서, M2M 단말 2 및 M2M 단말 4는 수신한 경합 해결 레벨 2에 대응하는 임의접속 대기 시간 및 백오프 윈도우 크기 구간을 알 수 있다.

도 3에서 설명한 바와 같이, 기지국의 프로세서(180)는 일반 단말의 최소 백오프 윈도우 크기 값과 경합 해결 레벨에 따라 M2M 단말 2 및 4에 대한 백오프 윈도우 크기를 계산할 수 있다. 기지국의 프로세서(180)는 M2M 단말을 위한 최소 백오프 윈도우 시작 값과 끝 값을 산출하여 M2M 단말의 백오프 윈도우 크기를 계산할 수 있다. 기지국의 프로세서(180)는 M2M 단말 2 및 4를 위한 최소 백오프 윈도우 시작값을 상기 수학식 1을 이용하여 산출할 수 있다. 예를 들어, 일반 단말을 위한 최소 백오프 윈도우 시작 값은 0으로 사전에 정의해 두면, 기지국의 프로세서(180)는 일반 단말을 위한 최소 백오프 윈도우 시작값 0과 M2M 단말 2 및 4에 할당한 경합 해결 레벨 2를 곱하여(0 * 2 = 0) 산출할 수 있다. 즉, 기지국의 프로세서(180)는 M2M 단말 2 및 4에 대해 최소 백오프 윈도우 시작 값은 0으로 결정하게 된다

다음으로, 기지국의 프로세서(180)는 도 3에서 설명한 바와 마찬가지로 M2M 단말 2 및 4를 위한 최소 백오프 윈도우 끝 값을 상기 수학식 2를 이용하여 산출할 수 있다. 예를 들어, 일반 단말을 위한 최소 백오프 윈도우 끝 값을 0으로 사전에 정의해 두면, 기지국의 프로세서(180)는 일반 단말을 위한 최소 백오프 윈도우 끝 값 7과 M2M 단말 2 및 4에 할당한 경합 해결 레벨 2를 곱하여(7 * 2 = 14) 산출할 수 있다. 즉, 기지국의 프로세서(180)는 M2M 단말 2 및 4에 대해 최소 백오프 윈도우 끝 값을 14로 결정할 수 있다. 기지국의 프로세서(180)는 M2M 단말 2 및 4에 대해 최소 백오프 윈도우 끝 값을 또 다른 예로서 상기 수학식 3을 이용하여 산출할 수 있다. 이때 상기 수학식 3에 따라 M2M 단말의 최소 백오프 윈도우 끝 값= 23+(2-1) - 1 =15로 산출될 수 있다.

M2M 단말 2 및 M2M 단말 4는 기지국으로부터 수신하여 경합 해결 레벨 2에 대응하는 임의접속 대기 시간(예를 들어, 40ms) 및 백오프 윈도우 크기 구간(0~15)을 알 수 있다. 이때, M2M 단말 2 및 4 각각의 프로세서(155)는 백오프 윈도우 크기 구간(백오프 윈도우 0~15) 내에서 임의의 백오프 윈도우 값을 선택할 수 있다.

일 예로, M2M 단말 2의 프로세서(155)는 임의의 백오프 윈도우 값 2를 선택할 수 있고, 도 4에 도시한 바와 같이 M2M 단말 2는 해당 임의접속 기회(opportunity)에서 임의 접속 코드를 전송할 수 있다. M2M 단말 4의 프로세서(155)도 임의의 백오프 윈도우 값 9를 선택할 수 있고, 도 4에 도시한 바와 같이 M2M 단말 4는 해당 임의접속 기회(opportunity)에서 임의접속 코드를 전송할 수 있다.

이와 같이, 동일한 페이징 단말 그룹 내 또는 동일한 경합 해결 레벨을 할당받은 M2M 단말 간(M2M 단말 2 및 4)에도 설정된 백오프 윈도우 범위 내에서 임의로 선택한 백오프 윈도우 값에 기초하여 해당하는 백오프 윈도우 값에 대응하는 임의접속 기회에서 임의접속 코드를 전송함으로써 임의접속 충돌을 방지하고 임의접속을 분산할 수 있다. 지금까지 도 3 및 도 4에서는 특정 페이징 단말 그룹에 속한 M2M 단말들을 위한 임의접속 분산 방법의 일 예를 도시하였지만 이하 도 5에서는 특정 페이징 단말 그룹(혹은 M2M 그룹) 내뿐만 아니라 특정 페이징 단말 그룹 별로 임의접속 대기 시간을 다르게 하여 임의접속을 분산하는 방법을 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 단계별 임의접속 분산 방법의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 5에서는, 기지국의 프로세서(155)는 M2M 단말 1(MTC 1) 및 M2M 단말 3(MTC 3)을 하나의 페이징 단말 그룹으로 그룹핑하고 페이징 단말 그룹 식별자 PMGID A를 할당한다. 기지국의 프로세서(155)는 M2M 단말 2(MTC 2) 및 M2M 단말 4(MTC 4)를 다른 하나의 페이징 단말 그룹으로 그룹핑하고 페이징 단말 그룹 식별자 PMGID B를 할당한다. 그리고, 기지국의 프로세서(155)는 페이징 단말 그룹 식별자 PMGID A에 대해 경합 해결 레벨 1을 할당하고, 페이징 단말 그룹 식별자 PMGID B에 경합 해결 레벨 2를 할당할 수 있다. 그리고, 기지국은 각 페이징 단말 그룹 별로 할당한 경합 해결 레벨 값을 전달해 줄 수 있다. 이때, 기지국은 경합 해결 레벨 별로 대응하는 임의접속 대기 시간 정보, 백오프 윈도우 크기 구간 정보를 각 페이징 단말 그룹 별로 알려줄 수 있다.

도 5에서는 설명의 편의를 위해 PMGID A를 할당받은 M2M 단말 1 및 3에 대해서는 도 3에서 할당한 경합 해결 레벨(즉, 경합 해결 레벨 1), 임의접속 대기 시간(25ms), 백오프 윈도우 크기 구간 정보(백오프 윈도우 0~7)와 동일하게 할당하였다고 가정하자. 그리고, PMGID B를 할당받은 M2M 단말 2 및 4에 대해서는 도 4에서 할당한 경합 해결 레벨(즉, 경합 해결 레벨 2), 임의접속 대기 시간(40ms), 백오프 윈도우 크기 구간 정보(0~15)와 동일하게 할당하였다고 가정하자.

도 5를 참조하면, M2M 단말 1 및 3은 기지국으로부터 페이징 메시지를 통해 페이징 단말 그룹 식별자 PGMID A와 네트워크 재진입을 지시하는 액션 코드를 수신할 수 있다. 마찬가지로, M2M 단말 2 및 4도 기지국으로부터 페이징 메시지를 통해 페이징 단말 그룹 식별자 PGMID B와 네트워크 재진입을 지시하는 액션 코드를 수신할 수 있다.

그러면, 각 페이징 단말 그룹은 페이징 메시지를 수신한 후, 해당하는 임의접속 대기 시간 동안 기다린다. 그리고, 각 페이징 단말 그룹의 각 단말은 지시된 백오프 윈도우 크기 정보에 기초하여 임의접속 기회(ranging opportunity)를 선택한다.

예를 들어, 페이징 단말 그룹 식별자 PMGID A와 경합 해결 레벨 1을 할당받은 M2M 단말 1 및 3은 해당 임의접속 대기 시간 25ms를 기다린 후 지시된 백오프 윈도우 범위 내에서 임의로 선택한 임의접속 기회에서 임의접속 코드를 각각 전송할 수 있다. 이때, 도 5에 도시한 바와 같이, M2M 단말 1은 백오프 윈도우 값 1을 임의로 선택할 수 있고, 이때 해당 백오프 윈도우 값에 대응하는 임의접속 기회에서 임의접속 코드를 전송한다. M2M 단말 3은 백오프 윈도우 값을 7로 임의로 선택할 수 있고 해당 백오프 윈도우 값에 대응하는 임의접속 기회에서 임의접속 코드를 전송할 수 있다. 따라서, 동일한 경합 해결 레벨 1을 갖는 M2M 단말들 간의 임의접속이 분산되는 효과가 있다.

한편, 페이징 단말 그룹 식별자 PMGID B와 경합 해결 레벨 2를 할당받은 M2M 단말 2 및 4는 해당 임의접속 대기 시간 40ms를 기다린 후 지시된 백오프 윈도우 크기 구간에서 임의로 선택한 임의접속 기회에서 임의접속 코드를 각각 전송할 수 있다. 이때, 도 5에 도시한 바와 같이, M2M 단말 2는 백오프 윈도우 값 2를 임의로 선택할 수 있고, 이때 해당 백오프 윈도우 값에 대응하는 임의접속 기회에서 임의접속 코드를 전송한다. M2M 단말 4는 백오프 윈도우 값을 9로 임의로 선택할 수 있고 해당 백오프 윈도우 값에 대응하는 임의접속 기회에서 임의접속 코드를 전송할 수 있다. 마찬가지로, 동일한 경합 해결 레벨 2를 갖는 M2M 단말들 간의 임의접속이 분산되는 효과가 있다.

또한, 기지국은 페이징 단말 그룹 식별자들 간에 서로 다른 경합 해결 레벨을 할당하여 서로 다른 임의접속 대기 시간을 할당해 줌으로써 페이징 단말 그룹들 간에도 임의접속 시도가 분산되는 효과가 있다.

상술한 본 발명의 실시예에 따라, M2M 단말들을 그룹핑하여 페이징 단말 그룹 별로 경합 해결 레벨 및 임의접속 대기 시간을 다르게 할당하여 페이징 단말 그룹 별로 임의접속을 분산시키고, 동일한 페이징 단말 그룹에 속하는 M2M 단말들도 백오프 윈도우 범위 내에서 값을 임의로 선택하도록 함으로써 동일한 페이징 단말 그룹 내에서도 임의접속이 분산되는 효과가 있다.

이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (17)

1. 무선통신 시스템에서 기지국이 단말의 임의접속을 분산하는 방법에 있어서,
   그룹핑된 각 단말 그룹으로 네트워크 재진입을 지시하는 페이징 메시지를 전송하는 단계를 포함하되,
   상기 페이징 메시지는 상기 각 단말 그룹의 식별자 정보 및 상기 각 단말 그룹 별로 임의접속 구성 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 임의접속 분산 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 임의접속 구성 정보는 상기 각 단말 그룹 별로 해당하는 임의접속 대기 시간 정보 및 백오프 윈도우 크기 정보를 포함하는, 임의접속 분산 방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 각 단말 그룹은 어플리케이션 타입 및 특성에 기초하여 그룹핑된, 임의접속 분산 방법.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 단말은 M2M(Machine to Machine) 기기 타입인, 임의접속 분산 방법.
5. 제 2항에 있어서,
   상기 각 단말 그룹 별 임의접속 대기 시간은 상기 각 단말 그룹 별 임의접속 우선순위에 기초하여 결정되는, 임의접속 분산 방법.
6. 제 2항에 있어서,
   상기 각 단말 그룹으로부터 상기 각 단말 그룹 별로 해당하는 임의접속 대기 시간 정보 및 백오프 윈도우 크기 정보에 따른 임의접속 기회(ranging opportunity)를 통해 임의접속 코드를 수신하는 단계를 더 포함하는, 임의접속 분산 방법.
7. 무선통신 시스템에서 단말이 임의접속을 수행하는 방법에 있어서,
   기지국으로부터 네트워크 재진입을 지시하는 페이징 메시지를 수신하는 단계를 포함하되,
   상기 페이징 메시지는 상기 단말이 그룹핑된 단말 그룹의 식별자 정보 및 상기 단말 그룹에 해당하는 임의접속 구성 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 임의접속 수행 방법.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 임의접속 구성 정보는 상기 단말 그룹의 임의접속 대기 시간 정보 및 백오프 윈도우 크기 정보를 포함하는, 임의접속 수행 방법.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 임의접속 구성 정보에 기초하여 임의접속 기회를 선택하는 단계를 더 포함하는, 임의접속 수행 방법.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 선택된 임의접속 기회에서 상기 기지국으로 임의접속 코드를 전송하는 단계를 더 포함하는, 임의접속 수행 방법.
11. 제 7항에 있어서,
    상기 그룹핑된 단말 그룹은 상기 단말의 어플리케이션 타입 및 특성 중 적어도 하나에 기초하여 그룹핑된, 임의접속 수행 방법.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 단말은 M2M(Machine to Machine) 기기 타입인, 임의접속 수행 방법.
13. 제 8항에 있어서,
    상기 단말 그룹의 임의접속 대기 시간은 상기 단말 그룹의 임의접속 우선순위에 기초하여 결정되는, 임의접속 수행 방법.
14. 무선통신 시스템에서 단말의 임의접속을 분산하기 위한 기지국 장치에 있어서,
    그룹핑된 각 단말 그룹으로 네트워크 재진입을 지시하는 페이징 메시지를 전송하는 송신기를 포함하되,
    상기 페이징 메시지는 상기 각 단말 그룹의 식별자 정보 및 상기 각 단말 그룹 별로 임의접속 구성 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 기지국 장치.
15. 무선통신 시스템에서 임의접속을 수행하는 단말 장치에 있어서,
    기지국으로부터 네트워크 재진입을 지시하는 페이징 메시지를 수신하는 수신기를 포함하되,
    상기 페이징 메시지는 상기 단말이 그룹핑된 단말 그룹의 식별자 정보 및 상기 단말 그룹에 해당하는 임의접속 구성 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 단말 장치.
16. 제 15항에 있어서,
    상기 임의접속 구성 정보에 기초하여 임의접속 기회(ranging opportunity)를 선택하는 프로세서를 더 포함하는, 단말 장치.
17. 제 16항에 있어서,
    상기 선택된 임의접속 기회에서 상기 기지국으로 임의접속 코드를 전송하는 송신기를 더 포함하는, 단말 장치.

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