KR20120070690A - 사물통신 서비스를 위한 오버로드 제어 장치 및 방법 - Google Patents

사물통신 서비스를 위한 오버로드 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 사물 통신 서비스를 위한 오버로드 제어 방법은, 무선 통신망에서 사물 통신 서비스를 위한 오버로드 제어 방법에 관한 것으로, 네트워크로부터 오버로드 상황이 발생했음을 통지받은 경우, 기지국이 단말로 전송할 랜덤 액세스 응답 메시지 내의 MAC 서브헤더에 오버로드 지시자를 포함시키고, 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 전송하는 단계, 랜덤 액세스 절차를 수행하고자 하는 사물 통신 디바이스가 상기 기지국으로 랜덤 액세스 프리엠블을 전송하기 전, 상기 기지국으로부터 전송되는 랜덤 액세스 응답 메시지가 있는지 탐색하고, 탐색 결과 전송되는 랜덤 액세스 응답 메시지가 있는 경우 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 엿보기 수신하는 단계, 및 상기 사물 통신 디바이스는 엿보기 수신한 상기 랜덤 액세스 응답 메시지 내에 오버로드 지시자가 포함되어 있다고 판단한 경우, 기 설정된 지연 시간 대기하였다가 랜덤 액세스 절차 수행을 위한 랜덤 액세스 프리엠블을 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함한다.

Description

사물통신 서비스를 위한 오버로드 제어 장치 및 방법{Random Access Apparatus and Method for Machine Type Communications}
본 발명은 3GPP LTE-Advanced 시스템에서 사물통신 서비스로 인한 오버로드 상황을 제어하기 위한 것으로, 사물통신 서비스를 위한 오버로드 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
사물 통신(Machine Type Communication 또는 Machine to Machine Communication)은 인간의 개입이 필수적으로 필요치 않은 하나 이상의 요소들(entities)과 연관된 데이터 통신의 형태를 의미한다. 사물 통신에 최적화된 서비스는 인간 대 인간 통신에 최적화된 서비스와는 다른데, a) 여러 시장 시나리오들, b) 데이터 통신들, c) 더 낮은 비용 및 노력, d) 통신하는 매우 많은 숫자의 잠재적인 단말들, e) 큰 범위까지, 단말당 매우 적은 트래픽과 같은 특성들과 관련된다는 점에서 현재의 모바일 네트워크 통신과 그 특징을 달리한다.
사물통신은 다양한 서비스 형태로 나타날 수 있는데, 예를 들면, 스마트 측정계량기(Smart Metering), 위치추적(Tracking & Tracing), 원격 보수 및 제어(Remote Maintenance & Control), eHealth 등이 있다.
최근 3GPP에서도 사람과 사물, 사물과 사물간 지능 통신을 위한 MTC (Machine Type Communication) 표준화 작업을 진행하고 있다. 스마트 미터링 및 원격제어 등을 주요 기능으로 하는 다양한 MTC 응용을 위해 대량의 MTC 디바이스들이 배치되어 운용된다.
3GPP LTE 시스템에서는 MTC 디바이스 혹은 일반 단말 모두 하나의 단말(UE)로 취급되어, 개별적으로 LTE 네트워크에 등록되어야(registered) 한다. 이러한 다수의 MTC 디바이스의 배치는 채널할당을 위한 스케줄링 경쟁, 무선자원의 고갈, 신호 발생에 의한 오버로드 등을 야기하여 기존의 일반 단말에게 부정적 영향을 미치게 된다.
한편, 3GPP LTE-Advanced 시스템의 단말은 기본적으로 기지국으로부터 상향링크 타이밍 정보를 받아서 동기를 맞추거나, 초기 상향 링크 전송을 위한 전력 제어 설정 또는 사용자 메시지를 전송하기 위해 랜덤 액세스 절차를 수행해야 한다.
3GPP에서는 MTC 디바이스의 배치에 의한 악영향을 최소화하는 데 역점을 두고 표준화를 진행하고 있다. 그러나, 네트워크의 오버로드 상황에서 MTC 단말에 의한 집중적인 랜덤 액세스 시도 및 수락은 오버로드 상황을 악화시켜 사용 중인 단말의 서비스 열화 및 일반 단발의 접속 제한을 초래하게 된다.
따라서, 네트워크의 오버로드 상황을 인지하고 이를 기반으로 MTC 디바이스의 랜덤 액세스 집중을 제어하기 위한 효율적인 방법이 요구된다. 이를 해결하기 위한 표준화가 3GPP SA2 및 RAN2에서 진행 중이나 명확한 해결책이 제시되지 않고 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위하여, 3GPP LTE-Advanced 기반의 이동통신시스템에서 네트워크의 오버로드 상황을 고려하여 이를 MTC 디바이스의 랜덤 액세스 절차에 적용하는, 사물통신 서비스를 위한 오버로드 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 사물 통신 서비스를 위한 오버로드 제어 방법은, 무선 통신망에서 사물 통신 서비스를 위한 오버로드 제어 방법에 관한 것으로, 네트워크로부터 오버로드 상황이 발생했음을 통지받은 경우, 기지국이 단말로 전송할 랜덤 액세스 응답 메시지 내의 MAC(Medium Access Control) 서브헤더에 오버로드 지시자를 포함시키고, 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 전송하는 단계, 랜덤 액세스 절차를 수행하고자 하는 사물 통신 디바이스가 상기 기지국으로 랜덤 액세스 프리엠블을 전송하기 전, 상기 기지국으로부터 전송되는 랜덤 액세스 응답 메시지가 있는지 탐색하고, 탐색 결과 전송되는 랜덤 액세스 응답 메시지가 있는 경우 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 엿보기 수신하는 단계, 및 상기 사물 통신 디바이스는 엿보기 수신한 상기 랜덤 액세스 응답 메시지 내에 오버로드 지시자가 포함되어 있다고 판단한 경우, 기 설정된 지연 시간 대기하였다가 랜덤 액세스 절차 수행을 위한 랜덤 액세스 프리엠블을 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함한다.
상기 기 설정된 지연 시간은, 상기 오버로드 지시자가 나타내는 오버로드 레벨이 증가함에 따라 증가한다.
상기 MAC 서브헤더는 백오프 지시자를 더 포함하고, 상기 기 설정된 지연 시간은 상기 오버로드 지시자가 나타내는 오버로드 레벨 및 상기 백오프 지시자가 나타내는 백오프 값에 비례하여 증가한다.
상기 기지국으로부터 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신한 일반 단말은 상기 랜덤 액세스 응답 메시지 내에 포함된 MAC 서브헤더가 포함하는 오버로드 지시자를 무시하고 통상적인 랜덤 액세스 절차를 진행한다.
상기 기지국이 네트워크로부터 오버로드 상황이 종료되었음을 보고받은 경우, 기 기지국은 단말로 전송할 랜덤 액세스 응답 메시지의 MAC 서브헤더에서 오버로드 지시자를 삭제하고, 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 전송하는 단계를 더 포함한다.
상기 기지국은, 네트워크 오버로드 상황인 경우 상기 MAC 서브헤더 내의 유보 비트(reserved bits)를 이용해 오버로드 지시자를 구성하며, 네트워크 오버로드 상황이 아닌 경우 상기 MAC 서브헤더 내의 유보 비트는 원래의 상태로 유지시키는 것을 특징으로 한다.
네트워크가 오버로드 상황인 경우 상기 MAC 서브헤더는 오버로드 지시자 및 백오프 지시자를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 무선 통신 시스템은, 네트워크로부터 오버로드 상황이 발생했음을 통지받은 경우 단말로 전송할 랜덤 액세스 응답 메시지 내의 MAC 서브헤더에 오버로드 지시자를 포함시키고, 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 전송하는 기지국 및 랜덤 액세스 절차를 수행하고자 하는 경우, 상기 기지국으로 랜덤 액세스 프리엠블을 전송하기 전, 상기 기지국으로부터 전송되는 랜덤 액세스 응답 메시지가 있는지 탐색하고, 탐색 결과 전송되는 랜덤 액세스 응답 메시지가 있는 경우 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 엿보기 수신하며, 수신한 상기 랜덤 액세스 응답 메시지 내에 오버로드 지시자가 포함되어 있다고 판단한 경우, 기 설정된 지연 시간 대기하였다가 랜덤 액세스 절차 수행을 위한 랜덤 액세스 프리엠블을 상기 기지국으로 전송하는 사물 통신 디바이스를 포함한다.
상기 무선 통신 시스템은, 상기 기지국으로부터 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신하고, 상기 랜덤 액세스 응답 메시지 내에 포함된 MAC 서브헤더가 포함하는 오버로드 지시자를 무시하고 통상적인 랜덤 액세스 절차를 진행하는 일반 단말을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 사물통신 서비스를 위한 오버로드 제어 장치는, 네트워크로부터 오버로드 상황이 발생했음을 통지받은 경우 단말로 전송할 랜덤 액세스 응답 메시지 내의 MAC 서브헤더에 오버로드 지시자를 포함시켜 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 전송하고, 네트워크로부터 오버로드 상황이 종료되었음을 보고받은 경우, 상기 기지국은 단말로 전송할 랜덤 액세스 응답 메시지의 MAC 서브헤더에서 오버로드 지시자를 삭제하고 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 사물통신 서비스를 위한 오버로드 제어 장치는, 네트워크 오버로드 상황인 경우 상기 MAC 서브헤더 내의 유보 비트(reserved bits)를 이용해 오버로드 지시자를 구성하며, 네트워크 오버로드 상황이 아닌 경우에는 상기 MAC 서브헤더 내의 유보 비트는 원래의 상태로 유지시키는 것을 특징으로 한다.
네트워크가 오버로드 상황인 경우 상기 MAC 서브헤더는, 오버로드 지시자 및 백오프 지시자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른, 사물통신 서비스를 위한 오버로드 제어 장치의 바람직한 일 실시예는 기지국이다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 사물통신 디바이스는, 사물통신 서비스를 위해 기지국과 통신하며, 랜덤 액세스 절차를 수행하고자 하는 경우, 상기 기지국으로 랜덤 액세스 프리엠블을 전송하기 전, 상기 기지국으로부터 전송되는 랜덤 액세스 응답 메시지가 있는지 탐색하고, 탐색 결과 전송되는 랜덤 액세스 응답 메시지가 있는 경우 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 엿보기 수신하며, 수신한 상기 랜덤 액세스 응답 메시지 내에 오버로드 지시자가 포함되어 있다고 판단한 경우, 기 설정된 지연 시간 대기하였다가 랜덤 액세스 절차 수행을 위한 랜덤 액세스 프리엠블을 상기 기지국으로 전송한다.
본 발명에 따르면, 3GPP LTA-Advanced 시스템에서 MTC 서비스로 인해 증가되는 네트워크의 오버로드 상황을 실시간으로 MTC 디바이스의 랜덤 액세스 절차에 반영하여, 랜덤 액세스를 감소 및 분산 시킬 수 있다. 따라서, 기 발생한 오버로드 상태에서 서비스 중인 단말의 안정적 서비스 유지 및 네트워크 전반에 걸친 오버로드를 감소시키는 이점이 있다.
도 1은 3GPP LTE-Advanced 시스템에서의 단말의 랜덤 액세스 절차를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MTC 디바이스의 랜덤 액세스 절차를 도시한 도면.
도 3은 네트워크에서 오버로드 상황이 해제된 경우의 네트워크 구성요소의 동작 흐름을 나타낸 도면.
도 4는 일반적인 랜덤 액세스 응답 메시지(MSG.2)의 MAC 서브헤더 구조를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버로드 지시자를 포함하는 랜덤 액세스 응답 메시지의 MAC 서브헤더 구조를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 MAC 서브헤더를 포함하는 랜덤 액세스 응답 메시지(MSG2)의 전체 구조를 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 출원에서 사용하는 '단말'은 이동국(MS), 사용자 장비(UE; User Equipment), 사용자 터미널(UT; User Terminal), 무선 터미널, 액세스 터미널(AT), 터미널, 가입자 유닛(Subscriber Unit), 가입자 스테이션(SS; Subscriber Station), 무선 기기(wireless device), 무선 통신 디바이스, 무선송수신유닛(WTRU; Wireless Transmit/Receive Unit), 이동 노드, 모바일 또는 다른 용어들로서 지칭될 수 있다. 단말의 다양한 실시예들은 셀룰러 전화기, 무선 통신 기능을 가지는 스마트 폰, 무선 통신 기능을 가지는 개인 휴대용 단말기(PDA), 무선 모뎀, 무선 통신 기능을 가지는 휴대용 컴퓨터, 무선 통신 기능을 가지는 디지털 카메라와 같은 촬영장치, 무선 통신 기능을 가지는 게이밍 장치, 무선 통신 기능을 가지는 음악저장 및 재생 가전제품, 무선 인터넷 접속 및 브라우징이 가능한 인터넷 가전제품뿐만 아니라 그러한 기능들의 조합들을 통합하고 있는 휴대형 유닛 또는 단말기들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 출원에서 사용하는 '기지국'은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점을 말하며, 베이스 스테이션(base station), 노드-B(node-B), e노드-B(enode-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 3GPP LTE-Advanced 시스템에서의 단말의 랜덤 액세스 절차를 나타낸다.
랜덤 액세스 절차는 단말의 망에 접속하기 위한 과정으로, 초기 접속, 핸드오버, 스케쥴링 요청, 상향링크 시간 동기 획득 등의 경우에 수행된다. 즉, 모든 단말은 초기 접속 및 데이터 전송을 위해 랜덤 액세스를 수행한다.
랜덤 액세스 절차는 경합 기반(contention based) 액세스 절차와 비경합 기반(non-contention based) 액세스 절차로 나눌 수 있는데, 도 1에서는 경합 기반 액세스 절차를 설명한다. 경합 기반 랜덤 액세스 절차는 공통으로 사용되는 다수의 랜덤 액세스 프리엠블 중 임의로 하나를 선택하여 사용하는 기법으로, 다른 단말들과의 충돌이 발생할 수 있다.
도 1에 도시된 랜덤 액세스 절차를 살펴보면, 우선 단말(100)은 기지국으로부터 이전에 수신한 랜덤 액세스 관련 시스템 정보(System Information)를 이용하여 랜덤 액세스 프리엠블을 랜덤하게 선택하고 선택된 프리엠블(MSG1)을 기지국(200)으로 전송한다(S101).
기지국(200)은 단말(100)이 전송한 프리엠블을 수신하고, 랜덤 액세스 응답 메시지(MSG2)를 단말로 전송한다(S102). 여기서, 랜덤 액세스 응답 메시지는 백오프 지시자를 포함할 수 있다. 백오프 지시자가 없는 경우에는 백오프 값이 0인 것으로 간주한다.
단말(100)은 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신하고, 수신한 랜덤 액세스 응답 메시지의 내용이 자신이 기지국으로 전송한 프리엠블(MSG1)에 대한 응답이 아니라고 판단되는 경우(S103의 아니오), 해당 랜덤 액세스를 실패한 것으로 간주한다. 시도했던 랜덤 액세스가 실패라고 판단한 경우 단말은, 랜덤 액세스 응답 메시지(MSG2)에 포함된 백오프 지시자(BI)를 기준으로 백오프 값을 선택한다(S104). 그리고, 선택된 백오프 값에 따라 다시 접속을 시도한다. 즉, 랜덤 액세스 프리엠블(MSG1) 전송을 반복 수행한다(S101).
만약, 단말이 자신이 전송한 프리엠블에 대한 랜덤 액세스 응답 메시지를 성공적으로 수신하였다면(S103의 예), 단말은 기지국으로부터 할당받은 상향링크 무선자원을 이용해 단말 식별자를 포함하는 스케쥴링된 업링크 공유자원(UL-SCH)(MSG3)를 기지국으로 송신한다(S105). 단말로부터 업링크 공유자원을 수신한 기지국이 이에 대한 응답으로 경합 해결 메시지(MSG4)를 전송하고(S106), 단말이 경합 해결 메시지(MSG.4)를 수신하게 되면 랜덤 액세스 절차는 완료된다.
즉, 랜덤 액세스 절차는 MSG1 ~ MSG4까지의 절차가 성공적으로 이루어지는 것이 보장되어야 한다.
이러한 랜덤 액세스는 절차는 MTC 서비스의 경우, MTC 서비스의 고유 특성으로 인해 많은 MTC 디바이스들에 의해 동시 다발적으로 발생 가능하며, 앞서 살펴본 바와 같이 실패한 랜덤 액세스로 인한 랜덤 액세스 재시도는 랜덤 액세스의 집중-실패로 악순환되는 결과를 초래한다.
따라서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법에 따르면, 네트워크의 오버로드 상황을 반영한 랜덤 액세스 응답 메시지(MSG2)를 MTC 디바이스가 랜덤 액세스 절차 시작 (즉, 랜덤 액세스 프리엠블(MSG1) 송신) 전에 수신하고, 랜덤 액세스 응답 메시지에 포함된 오버로드상황 지시자(overload Indicator) 및 백오프 지시자(backoff indicator)를 기반으로 MTC 디바이스의 랜덤 액세스를 제어한다.
관련하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법을 도 2를 통해 상세히 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MTC 디바이스의 랜덤 액세스 절차를 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 MTC 디바이스의 랜덤 액세스 방법은 MME(Mobility Management Entity)(300), 기지국(200), 적어도 하나의 일반 단말(100), 적어도 하나의 MTC 디바이스(110)를 포함하는 이동통신 시스템, 특히 3GPP 시스템에 적용될 수 있다.
여기서, MME(300)는 UE(User Equpment)와 CN(Core Network) 간의 시그널링을 처리하는 제어 노드이다. MME가 제공하는 주요 기능은 베어러 관리(bearer management) 관련 기능들 및 연결 관리(connection management) 관련 기능들을 포함한다.
도 2에 도시된 절차는 네트워크에서 오버로드 상황이 발생(S201)하고, 기지국이 MME(300)로부터의 통지를 통해 오버로드 상황을 인지한 상태(S202)를 전제로 한다.
이러한 상황에서, 임의의 일반 단말(100)이 랜덤 액세스를 위한 랜덤 액세스 프리엠블(MSG1)을 송신한다(S203). 일반 단말로부터 랜덤 액세스 프리엠블을 수신한 기지국(200)은, MME(300)를 통해 네트워크 오버로드 상태를 통지받아 네트워크의 오버로드 상황을 이미 인지하고 있으므로, 단말로 전송할 랜덤 액세스 응답 메시지(MSG2) 내의 MAC 서브헤더에 오버로드 지시자(OI)를 포함시키고(S204), 이를 전송한다(S205). 여기서, 기지국이 전송하는 랜덤 액세스 응답 메시지는 백오프 지시자 및 오버로드 지시자를 포함할 수 있다. 이러한 구성, 즉, 랜덤 액세스 응답 메시지(MSG2)에 네트워크 오버로드 상황을 반영한 오버로드 지시자를 포함시켜 전송하는 구성이 본 발명의 중요한 특징 중 하나이다.
오버로드 지시자가 포함된 랜덤 액세스 응답 메시지(MSG2)를 수신한 일반 단말은, 일반적인 랜덤 액세스 절차라면 랜덤 액세스 응답 메시지 내에 포함된 유보 비트(reserved bit)로 지정되어 있는 오버로드 지시자 비트를 무시하고 기존 절차와 동일하게 일반적인 랜덤 액세스 절차를 진행한다.
반면, MTC 디바이스는 랜덤 액세스를 시도하기 전에 다른 단말에 의해 야기된 랜덤 액세스로 인해 기지국으로부터 송신되는 MSG2가 존재하는지를 먼저 탐색한다(S210).
랜덤 액세스 응답 메시지(MSG2)는 랜덤 액세스 임시 식별자(RA-RNTI)로 마스킹되며, 따라서, 랜덤 액세스 응답 메시지(MSG2)는 모든 단말에서 수신 가능하다. 본 발명의 일 실시예는 랜덤 액세스 응답 메시지의 이러한 특성을 이용하여 랜덤 액세스를 시도하지 않은 MTC 디바이스가 다른 일반 단말로 향하는 랜덤 액세스 응답 메시지를 엿보기하는 랜덤 액세스 전처리 과정을 포함한다.
MTC 디바이스가 랜덤 액세스 응답 메시지(MSG1)를 송신하기 전의 전처리 동작들을 보다 상세히 살펴보기로 한다.
MTC 디바이스는 랜덤 액세스 절차가 필요한 경우, 랜덤 액세스 프리엠블(MSG1)을 송신하기 전에, 기지국이 송신하는 유효한 랜덤 액세스 응답 메시지가 존재하는지 기 설정된 지연 시간 동안 탐색한다(S210).
탐색 결과, 유효한 랜덤 액세스 응답 메시지(MSG2)가 존재하지 않는 경우(S210의 아니오), 현재 랜덤 액세스를 시도하는 단말이 없고, 따라서, 랜덤 액세스 성공 가능성이 높음을 의미한다. 따라서, MTC 디바이스(110)는 기지국으로 랜덤 액세스 프리엠블(MSG1)을 송신하며 랜덤 액세스 절차를 진행한다(S220).
반대로 탐색 결과, 유효한 랜덤 액세스 응답 메시지(MSG2)가 존재하는 경우(S210의 예)는 랜덤 액세스 응답 메시지가 오버로드 지시자를 포함하고 있는지 여부를 검토한다(S211). 만일 랜덤 액세스 응답 메시지 내에 오버로드 지시자가 포함(즉, 네트워크가 오버로드 상태)되어 있다면(S211의 예), 백오프 값에 오버로드 지시자 값을 의미 있게 적용한 지연 시간 (지연 시간은 일 예로, 백오프 값 * N(오버로드_레벨)로 설정될 수 있음.) 동안 대기한다. 그리고, 정해진 지연 시간이 경과한 후에 랜덤 액세스 응답 메시지(MSG2) 엿보기 과정을 재시도한다(S210).
즉, 랜덤 액세스 응답 메시지(MSG2)에 포함된 오버로드 지시자 값을 MTC 디바이스의 랜덤 액세스 분산에 이용하는 것이 본 발명의 또 하나의 중요한 특징이라 할 것이다.
만일 랜덤 액세스 응답 메시지 엿보기 과정(S210)에서 유효한 MSG2가 존재하고, 오버로드 지시자가 없는 경우(즉, 네트워크가 오버로드 상태가 아니면)에는(S211의 아니오), MTC 디바이스가 랜덤 액세스 프리엠블(MSG1)을 송신(S220)함으로써 랜덤 액세스 절차를 진행한다.
MTC 디바이스가 랜덤 액세스 응답 메시지(MSG1)를 송신한 이후의 랜덤 액세스 과정은 일반 단말과 마찬가지로 기존의 랜덤 액세스 절차와 동일하게 수행한다.
다음으로, 네트워크에서의 오버로드 상황이 해제된 경우의 동작에 대해 살펴보기로 한다.
도 3은 네트워크에서 오버로드 상황이 해제된 경우의 네트워크 구성요소의 동작 흐름을 나타낸다.
네트워크에서 오버로드가 발생했다가 오버로드 상황이 해제된 경우(S301), 기지국은 MME(300)를 통해 오버로드가 중단되었음을 알리는 메시지를 수신한다. 이런 상황에서 일반 단말에 의해 랜덤 액세스 프리엠블(MSG1)을 수신(S302)한 기지국은 이에 대한 응답으로 랜덤 액세스 응답 메시지를 구성할 때 오버로드 지시자의 적용을 중지한다(S303).
즉, 이후에 설명되는 실시예에서 설명되겠지만, 오버로드 지시자로 사용될 유보 비트를 오버로드 지시자로 사용하지 않는다. 이렇게 함으로써, 결국은 네트워크 오버로드 상황이 아님을 간접적으로 MTC 단말에게 알려주게 된다.
기지국은 이러한 방식으로 랜덤 액세스 응답 메시지를 구성하고, 구성된 랜덤 액세스 응답 메시지를 MTC 디바이스로 전송한다(S304). 이때, 랜덤 액세스 응답 메시지는, 오버로드 지시자를 포함하지 않고 백오프 지시자만 포함하게 된다.
도 3의 경우와 같이 네트워크에 오버로드 상황이 발생하지 않은 경우, 일반 단말 및 MTC 디바이스의 동작은 오버로드 상황인 경우와 동일함으로써 일관적인 구현이 가능하다.
도 4는 일반적인 랜덤 액세스 응답 메시지(MSG.2)의 MAC 서브헤더 구조를 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이 랜덤 액세스 응답 메시지의 MAC 서브헤더(400)는 옥텟(octet, 8 비트) 단위로 구성될 수 있으며 그 길이는 가변적이다. 도 4에서는 도시의 편의상 하나의 옥텟을 기준으로 도시하였다.
도 4의 MAC 서브헤더(400)는 각각 한 비트씩의 E(410), T(420), 그리고 백오프 지시자인 4 비트의 BI(440), 그리고 두 비트의 유보(Reserved) 필드(R)(430)를 포함한다. 통상적으로 이러한 구조를 E/T/R/R/BI 구조라 칭한다.
여기서, E(410) 필드는 확장(extension) 필드로, MAC 헤더 내에 추가적인 필드가 존재하는지 아닌지 여부를 나타내는 플래그이다. 즉, E(410) 필드가 "1"로 세팅된 경우 후속하는 다른 일련의 E/T/RAPID 필드들의 있음을 의미한다. 만일 E 필드가 "0"으로 설정된 경우에는 MAC RAR(Random Access Responses) 혹은 패딩(padding)이 바로 다음 바이트부터 시작됨을 의미한다.
T(420) 필드는 MAC 서브헤더가 랜덤 액세스 ID 혹은 백오프 지시자(Backoff indicator)를 가지는지 여부를 나타내는 타입 플래그이다.
일반적인 랜덤 액세스 응답 메시지의 경우, 유보(R) 비트(430)로 "0"을 사용한다. 즉, 일반 단말은 랜덤 액세스 응답 메시지 내에 포함된 R 필드(430)는 무시하고 절차를 진행한다. 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 유보 비트를 오버로드 지시자로 사용한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버로드 지시자를 포함하는 랜덤 액세스 응답 메시지의 MAC 서브헤더 구조를 나타낸다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 응답 메시지의 MAC 서브헤더(500)는 일반적인 랜덤 액세스 응답 메시지와 비교하여 유보 비트 자리(430)에 오버로드 지시자(530)를 포함한다는 구조적 특징을 가진다.
도 5에 나타난 본 발명의 일 실시예에 따르면 오버로드 지시자(530) 필드는 2비트로 구성되며, 0이 아닌 값을 가질 때, 네트워크가 오버로드임을 나타낸다. 오버로드 지시자(530) 필드의 값은 오버로드의 정도를 상대적으로 표현 가능하다. 예를 들어, 도 5의 실시예와 같이 2 비트를 이용하여 0, 1, 2, 3의 값 중 하나의 값을 사용해 오버로드 레벨을 표현할 수 있다.
이러한 오버로드 레벨을 수신한 MTC 디바이스 측에서는, 오버로드 레벨 N(N≠0)으로서 나타내는 오버로드 지시자를 백오프 값에 곱하여, 이를 최종적인 백오프 지연 값으로 사용할 수 있다.
정리하자면, 오버로드 지시자를 포함하는 MAC 서브헤더의 구조 및 이를 네트워크 오버로드 상태 표시자로 사용하는 도 5에 나타낸 일 실시예가 본 발명의 또 다른 중요한 특징들 중 하나라 할 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 MAC 서브헤더를 포함하는 랜덤 액세스 응답 메시지(MSG2)의 전체 구조를 나타낸다.
도 6에 나타낸 MAC PDU 구조는 MAC 헤더(610)와 페이로드 부분인 MAC RAR(Randon Access Responses)(620)를 포함하고, 선택적으로 패딩(630) 부분을 포함할 수 있다. MAC 헤더의 길이는 가변적이며, 적어도 하나의 MAC 서브헤더들을 포함한다. 각 서브헤더는 백오프 지시자 서브헤더를 제외하고는 하나의 MAC RAR에 대응한다.
MAC 서브헤더는 E/T/RAPID의 세 헤더 필드를 가지는 구성(620)을 취할 수도 있고, 도 4에 나타낸 바와 같은 E/T/R/R/BI 구조(400), 즉 5 개의 필드로 구성되는 백오프 지시자 서브헤더를 가질 수도 있다. 여기서, RAPID(The Random Access Preamble IDentitfier) 필드는 전송되는 RAR의 식별자를 나타낸다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 MAC 서브헤더는 E/T/R/R/BI 구조를 변형하여 도 5에 이미 도시된 바와 같은 E/T/OI/BI 구조의 MAC 서브헤더(500)를 사용한다. E/T/OI/BI 구조의 MAC 서브헤더(500) 내에 포함된 OI(530) 필드가 본 발명의 일 실시에에 따른 오버로드 지시자를 포함하고 있음은 이미 도 5를 통해 설명한 바 있다.
이상, 3GPP LTE-Advanced 시스템을 기반으로 MTC 서비스를 제공함에 있어, 본 발명의 실시예들에 따라 네트워크 오버로드 상태를 실시간으로 반영한 사물통신 서비스를 위한 오버로드 제어 장치 및 방법에 대해 살펴보았다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 무선 통신망에서 사물 통신 서비스를 위한 오버로드 제어 방법에 있어서,
    네트워크로부터 오버로드 상황이 발생했음을 통지받은 경우, 기지국이 단말로 전송할 랜덤 액세스 응답 메시지 내의 MAC(Medium Access Control) 서브헤더에 오버로드 지시자를 포함시켜 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 구성하고, 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 전송하는 단계;
    랜덤 액세스 절차를 수행하고자 하는 사물 통신 디바이스가 상기 기지국으로 랜덤 액세스 프리엠블을 전송하기 전, 상기 기지국으로부터 전송되는 랜덤 액세스 응답 메시지가 있는지 탐색하고, 탐색 결과 전송되는 랜덤 액세스 응답 메시지가 있는 경우 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 엿보기 수신하는 단계; 및
    상기 사물 통신 디바이스는 엿보기 수신한 상기 랜덤 액세스 응답 메시지 내에 오버로드 지시자가 포함되어 있다고 판단한 경우, 기 설정된 지연 시간 대기하였다가 랜덤 액세스 절차 수행을 위한 랜덤 액세스 프리엠블을 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는, 사물 통신 서비스를 위한 오버로드 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기 설정된 지연 시간은,
    상기 오버로드 지시자가 나타내는 오버로드 레벨이 증가함에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는, 사물 통신 서비스를 위한 오버로드 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 MAC 서브헤더는 백오프 지시자를 더 포함하고,
    상기 기 설정된 지연 시간은, 상기 오버로드 지시자가 나타내는 오버로드 레벨 및 상기 백오프 지시자가 나타내는 백오프 값에 비례하여 증가하는 것을 특징으로 하는, 사물 통신 서비스를 위한 오버로드 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신한 일반 단말은 상기 랜덤 액세스 응답 메시지 내에 포함된 MAC 서브헤더가 포함하는 오버로드 지시자를 무시하고 통상적인 랜덤 액세스 절차를 진행하는 것을 특징으로 하는, 사물 통신 서비스를 위한 오버로드 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기지국이 네트워크로부터 오버로드 상황이 종료되었음을 보고받은 경우, 상기 기지국은 단말로 전송할 랜덤 액세스 응답 메시지의 MAC 서브헤더에서 오버로드 지시자를 삭제하고, 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는, 사물 통신 서비스를 위한 오버로드 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기지국은,
    네트워크 오버로드 상황인 경우 상기 MAC 서브헤더 내의 유보 비트(reserved bits)를 이용해 오버로드 지시자를 구성하며,
    네트워크 오버로드 상황이 아닌 경우 상기 MAC 서브헤더 내의 유보 비트는 원래의 상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는, 사물 통신 서비스를 위한 오버로드 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    네트워크가 오버로드 상황인 경우 상기 MAC 서브헤더는,
    오버로드 지시자 및 백오프 지시자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 사물 통신 서비스를 위한 오버로드 제어 방법.
  8. 사물 통신 서비스를 제공하는 무선 통신 시스템으로서,
    네트워크로부터 오버로드 상황이 발생했음을 통지받은 경우 단말로 전송할 랜덤 액세스 응답 메시지 내의 MAC 서브헤더에 오버로드 지시자를 포함시켜 랜덤 액세스 응답 메시지를 구성하고, 구성된 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 전송하는 기지국; 및
    랜덤 액세스 절차를 수행하고자 하는 경우, 상기 기지국으로 랜덤 액세스 프리엠블을 전송하기 전, 상기 기지국으로부터 전송되는 랜덤 액세스 응답 메시지가 있는지 탐색하고, 탐색 결과 전송되는 랜덤 액세스 응답 메시지가 있는 경우 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 엿보기 수신하며, 수신한 상기 랜덤 액세스 응답 메시지 내에 오버로드 지시자가 포함되어 있다고 판단한 경우, 기 설정된 지연 시간 대기하였다가 랜덤 액세스 절차 수행을 위한 랜덤 액세스 프리엠블을 상기 기지국으로 전송하는 사물 통신 디바이스를 포함하는 무선 통신 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신하고, 상기 랜덤 액세스 응답 메시지 내에 포함된 MAC 서브헤더가 포함하는 오버로드 지시자를 무시하고 통상적인 랜덤 액세스 절차를 진행하는 일반 단말을 더 포함하는 무선 통신 시스템.
  10. 사물 통신 서비스를 위한 오버로드 제어 장치로서,
    네트워크로부터 오버로드 상황이 발생했음을 통지받은 경우 단말로 전송할 랜덤 액세스 응답 메시지 내의 MAC 서브헤더에 오버로드 지시자를 포함시켜 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 구성하여 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 전송하며,
    네트워크로부터 오버로드 상황이 종료되었음을 보고받은 경우, 상기 기지국은 단말로 전송할 랜덤 액세스 응답 메시지의 MAC 서브헤더에서 오버로드 지시자를 삭제하고 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 전송하는, 사물 통신 서비스를 위한 오버로드 제어 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    네트워크 오버로드 상황인 경우 상기 MAC 서브헤더 내의 유보 비트(reserved bits)를 이용해 오버로드 지시자를 구성하며, 네트워크 오버로드 상황이 아닌 경우에는 상기 MAC 서브헤더 내의 유보 비트는 원래의 상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는, 사물 통신 서비스를 위한 오버로드 제어 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    네트워크가 오버로드 상황인 경우 상기 MAC 서브헤더는,
    오버로드 지시자 및 백오프 지시자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 사물 통신 서비스를 위한 오버로드 제어 장치.
  13. 사물통신 서비스를 위해 기지국과 통신하는 사물통신 디바이스로서,
    랜덤 액세스 절차를 수행하고자 하는 경우, 상기 기지국으로 랜덤 액세스 프리엠블을 전송하기 전, 상기 기지국으로부터 전송되는 랜덤 액세스 응답 메시지가 있는지 탐색하고, 탐색 결과 전송되는 랜덤 액세스 응답 메시지가 있는 경우 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 엿보기 수신하며, 수신한 상기 랜덤 액세스 응답 메시지 내에 오버로드 지시자가 포함되어 있다고 판단한 경우, 기 설정된 지연 시간 대기하였다가 랜덤 액세스 절차 수행을 위한 랜덤 액세스 프리엠블을 상기 기지국으로 전송하는, 사물 통신 디바이스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기 설정된 지연 시간은,
    상기 오버로드 지시자가 나타내는 오버로드 레벨이 증가함에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는, 사물 통신 디바이스.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 MAC 서브헤더는 백오프 지시자를 더 포함하고,
    상기 기 설정된 지연 시간은 상기 오버로드 지시자가 나타내는 오버로드 레벨 및 상기 백오프 지시자가 나타내는 백오프 값에 비례하여 증가하는 것을 특징으로 하는, 사물통신 디바이스.
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