KR20120096138A - 이동통신 시스템에서 그룹 기반 ｍｔｃ 디바이스 제어 방법 및 장치 - Google Patents

이동통신 시스템에서 그룹 기반 ｍｔｃ 디바이스 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에서 그룹 기반 MTC 디바이스 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명은 MME(Mobility Management Entity)가 MTC 디바이스로부터 접속 요청 메시지 수신 시, 접속 보고 메시지를 HSS(Home Subscriber Server)에게 전송하는 접속 보고 메시지 전송 단계, 상기 HSS가 상기 접속 보고 메시지 수신 시 타이머를 구동시키고, 상기 타이머 구동 시간 동안 접속을 시도하는 MTC 디바이스와 접속이 완료된 MTC 디바이스들의 수를 카운트하는 카운트 단계, 상기 HSS가 상기 타이머 만료 시, 상기 카운트된 MTC 디바이스들의 수를 이용하여 액세스 포인트 네임 총 최대 비트 레이트(Access Point Name-Aggregation Maximum Bit Rate, APN-AMBR)를 계산하는 계산 단계 및 상기 계산된 APN-AMBR을 상기 MME에 전송하는 APN-ABMR 전송 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이동통신 시스템에서 그룹 기반 ＭＴＣ 디바이스 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING MACHINE TYPE COMMUNICATION DEVICE BASED ON GROUP IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 이동통신 시스템에서 그룹에 기반한 MTC 디바이스들의 제어 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 MTC 디바이스들로 구성된 MTC 그룹 내에서 접속을 시도하는 MTC 디바이스 및 이미 접속된 MTC 디바이스들의 수에 따라, 각 MTC 디바이스들에 대한 총 최대 비트 레이트(Aggregate Maximum Bit Rate, AMBR)를 결정하여, MTC 그룹에서 발생되는 비트 레이트를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 이동 통신 시스템은 사용자의 활동성을 보장하면서 음성 서비스를 제공하기 위해 개발되었다. 그러나 이동통신 시스템은 점차로 음성 뿐 아니라 데이터 서비스까지 영역을 확장하고 있으며, 현재에는 고속의 데이터 서비스를 제공할 수 있는 정도까지 발전하였다. 그러나 현재 서비스가 제공되고 있는 이동 통신 시스템에서는 자원의 부족 현상 및 사용자들이 보다 고속의 서비스를 요구하므로, 보다 발전된 이동 통신 시스템이 요구되고 있다.
최근에는 MTC(Machine Type Communication) 단말에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 상기 MTC 단말에는 예를 들어, 자판기, 가정 내에 위치하는 가전 기기
한편, LTE(Long Term Evolution)와 같은 이동통신 시스템에서는 MTC 디바이스가 데이터를 전송하고자 할 때, 네트워크에 대해 접속 절차(attach procedure)를 수행한다. 이 경우, MTC 디바이스가 접속 절차를 수행할 때 사용되는 최대 비트레이트 값이 적절하게 설정되지 않으면, 네트워크에 혼잡(congestion)을 유발시킬 수 있다.
따라서 MTC 디바이스들이 데이터를 전송할 때 발생되는 트래픽의 총 비트 레이트를 제한할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, MTC 디바이스들로 구성된 MTC 그룹 내에서, 접속을 시도하는 MTC 디바이스 및 이미 접속된 MTC 디바이스들의 수에 따라 각 MTC 디바이스들에 대한 총 최대 비트 레이트를 결정하여, MTC 그룹에서 발생되는 비트 레이트의 최대 값을 제어하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 이동통신 시스템에서 MTC(Machine Type Communication) 디바이스 제어 방법은 MME(Mobility Management Entity)가 MTC 디바이스로부터 접속 요청 메시지 수신 시, 접속 보고 메시지를 HSS(Home Subscriber Server)에게 전송하는 접속 보고 메시지 전송 단계, 상기 HSS가 상기 접속 보고 메시지 수신 시 타이머를 구동시키고, 상기 타이머 구동 시간 동안 접속을 시도하는 MTC 디바이스와 접속이 완료된 MTC 디바이스들의 수를 카운트하는 카운트 단계, 상기 HSS가 상기 타이머 만료 시, 상기 카운트된 MTC 디바이스들의 수를 이용하여 액세스 포인트 네임 총 최대 비트 레이트(Access Point Name-Aggregation Maximum Bit Rate, APN-AMBR)를 계산하는 계산 단계 및 상기 계산된 APN-AMBR을 상기 MME에 전송하는 APN-ABMR 전송 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 이동통신 시스템에서 MTC(Machine Type Communication) 디바이스를 제어하는 MME(Mobility Management Entity)는 상기 이동통신 시스템의 엔티티들과 연결 인터페이스를 제공하는 인터페이스부 및 MTC 디바이스로부터 접속 요청 메시지 수신 시 접속 보고 메시지를 HSS(Home Subscriber Server)에게 전송하고, 상기 HSS로부터 전송되는 APN-AMBR을 수신하여 상기 이동통신 시스템에 엔티티들에게 전송하는 제어부를 포함하며, 상기 APN-AMBR은 상기 MTC 디바이스가 속한 그룹에 대해 할당된 그룹-APN-AMBR을, 상기 HSS에서 설정된 타이머 구동 시간 동안 카운트된 접속을 시도하는 MTC 디바이스와 접속이 완료된 MTC 디바이스들의 수로 나누어 계산된 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 이동통신 시스템에서 MTC(Machine Type Communication) 디바이스를 제어하는 HSS(Home Subscriber Server)는 상기 이동통신 시스템의 엔티티들과 연결 인터페이스를 제공하는 인터페이스부 및 MME(Mobility Management Entity)로부터 접속 보고 메시지 수신 시 타이머를 구동시키고, 상기 타이머 구동 시간 동안 접속을 시도하는 MTC 디바이스와 접속이 완료된 MTC 디바이스들의 수를 카운트하며, 타이머 만료 시 상기 카운트된 MTC 디바이스들의 수를 이용하여 액세스 포인트 네임 총 최대 비트 레이트(Access Point Name-Aggregation Maximum Bit Rate, APN-AMBR)를 계산하여 상기 MME에 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, MTC 디바이스들로 구성된 MTC 그룹 내에서, 접속을 시도하는 MTC 디바이스 및 이미 접속된 MTC 디바이스들의 수에 따라 각 MTC 디바이스들에 대한 총 최대 비트 레이트를 결정하여, MTC 그룹에서 발생되는 비트 레이트의 최대 값을 제어할 수 있다. 따라서 네트워크에서 발생할 수 있는 혼잡(congestion)을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템의 구조를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 이동통신 시스템에서 그룹에 기반하여 MTC 디바이스의 비트 레이트를 제어하는 과정을 도시하는 순서도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MME(150)의 동작 순서를 도시하는 순서도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 HSS(160)의 동작 순서를 도시하는 순서도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 MME(150)의 내부 구조를 도시하는 블록도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 HSS(160)의 내부 구조를 도시하는 블록도.
도 7 및 도 8은 APN-AMBR 및 그룹-APN-AMBR을 비교 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명함에 있어서, 3GPP(3rd Generation Partnership Project)의 LTE(Long Term Evolution) 또는 반송파 결합을 지원하는 LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 시스템을 주된 대상으로 할 것이지만, 본 발명의 주요한 요지는 유사한 기술적 배경 및 채널 형태를 가지는 여타의 통신 시스템에서도 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위 내에서 약간의 변형으로 적용 가능하며, 이는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로 가능할 것이다.
LTE 통신 시스템에서는 단말의 비트 레이트(Bit Rate)를 제한하고자 최대 비트 레이트(Maximum Bit Rate, 이하, 'MBR')와, 총 최대 비트 레이트(Aggregate Maximum Bit Rate, 이하, 'AMBR')와 같은 QoS(Quality Of Service) 파라미터를 정의하고 있다. MBR은 하나의 GBR(Guaranted Bit Rate) 베어러를 통하는 트래픽의 비트 레이트를 제한하기 위한 것이고, AMBR은 어느 특정 non-GBR 베어러 집합에서 발생하는 트래픽의 총 비트 레이트를 제한하기 위한 것이다.
한편, 3GPP 에서는 하기의 두 가지 AMBR을 정의하고 있다.
1. APN-AMBR : 동일한 APN(Access Point Name)에 연결된 모든 non-GBR 베어러를 통한 트래픽의 총 비트 레이트를 제한(도 7 참조).
2. UE-AMBR : 단말의 모든 non-GBR 베어러를 통한 트래픽의 총 비트 레이트를 제한.
따라서 GBR 베어러와 non-GBR 베어러는 각각 MBR과 AMBR을 적절히 설정함으로써 무선 네트워크나 코어 네트워크에서 발생할 수 있는 혼잡(congestion_을 제어할 수 있다. 본 발명에서는 MTC 디바이스의 QoS 파라미터를 적절하게 설정함으로써 해당 MTC 디바이스가 속한 그룹에서 발생하는 트래픽의 총 비트 레이트의 최대 값을 제한하여 네트워크 상에서 발생될 수 있는 혼잡을 방지하고자 한다.
한편, 3GPP에서는 MTC 디바이스에서 동작하는 MTC 어플리케이션(또는 MTC 디바이스)에 따라 여러 가지 MTC 특성을 정의한다. 그 중에서 본 발명에서는 오프라인 스몰 데이터 전송(Offline Small Data Transmission) 특성과 시간 제어(time controlled) 특성을 갖는 MTC 어플리케이션을 고려한다.
시간 제어 특성을 갖는 MTC 어플리케이션은 다음과 같은 시간 간격(Time Interval)을 갖는다.
1. Grant time interval(승인 시간 구간): 네트워크가 MTC 디바이스의 데이터 전송을 허용하는 시간 구간으로 해당 구간 밖에서는 MTC 디바이스의 데이터 전송을 허용하지 않는다.
2. Forbidden time interval(금지 시간 구간): MTC 서버의 유지 및 보수와 같은 이유로 인해 네트워크가 MTC 디바이스의 데이터 전송을 허용하지 않는 구간으로 해당 구간에서는 MTC 디바이스의 데이터 전송을 허용하지 않는다.
한편, 승인 시간 구간과 금지 시간 구간 각각은 상호간 겹쳐지지 않아야 한다.
3GPP 표준에서는 이동성 관리 엔티티(Moblity Management Entity, MME)와 같은 로컬 네트워크 오퍼레이터(local network operator)는 자신의 트래픽 상황을 반영하여 승인 시간 구간을 변경할 수 있도록 명시하고 있다. 이 경우, MME가 승인 시간 구간을 변경할 경우, 상기 변경된 승인 시간 구간은 금지 시간 구간과 겹쳐지지 않도록 해야 한다.
본 발명에서는 시간 제어 특성을 갖는 MTC 어플리케이션에 의해 구동되는 MTC 디바이스들과 그렇지 않은 MTC 디바이스들을 함께 고려하여 모든 경우에 적용될 수 있는 MTC 디바이스 제어 방안에 대해 다룰 것이다.
한편, 오프라인 스몰 데이터 전송(Offline Small Data Transmission) 특성을 가지는 MTC 디바이스의 경우, MTC 디바이스가 데이터를 전송하기 전에 접속 해제(detached) 상태에 있게 된다. 따라서 데이터를 전송하기 위해서는 접속 절차(attach procedure)를 수행해야 하며, 접속(attached) 상태에서 데이터를 전송한 후에는 다시 접속 해제(detached) 상태로 전환된다. 즉, 데이터를 전송하고자 하는 모든 MTC 디바이스는 접속 절차(attach procedure)를 수행하게 되며 그렇지 않은 경우에는 접속 해제(detached) 상태에 있게 된다.
이 경우, MTC 디바이스가 접속 절차를 수행할 때 사용되는 최대 비트레이트 값이 적절하게 설정되지 않으면, 네트워크에 혼잡(congestion)을 유발시킬 수 있다.
따라서 MTC 디바이스들이 데이터를 전송할 때 발생되는 트래픽의 총 비트 레이트를 제한할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.
현재 고려되고 있는 대부분의 MTC 통신에서는 각 MTC 디바이스들은 적은 양의 데이터를 해당 MTC 서버와 송수신한다. 그런데 비록 개별 MTC 디바이스가 주고받는 트래픽의 비트 레이트는 낮을지라도, MTC 통신 특성 상 MTC 서버와 통신을 하고자 하는 MTC 디바이스의 수가 많기 때문에 코어 네트워크 내부 혹은 코어 네트워크와 MTC 서버를 연결하는 링크에서는 혼잡이 발생할 수 있다. 이를 방지하고자, 3GPP에서는 하나의 그룹에 속한 복수 개의 MTC 디바이스들이 발생시키는 총 비트 레이트의 최대 값을 제한하기 위한 그룹 기반 폴리싱(group based policing)을 MTC 통신을 위한 요구사항으로 고려(도 8 참조)하고 있다. 본 발명은 이러한 그룹 기반 폴리싱을 가능토록 하기 위한 방법에 관한 것이다.
한편, 본 발명에서는 적은 양의 데이터를 순간적으로 보내는 특성을 갖는 MTC 디바이스를 그 대상으로 하는데, 데이터의 특성 상 MTC 디바이스는 non-GBR 베어러 만을 사용하게 된다. Non-GBR 베어러를 갖는 MTC 디바이스들로 구성된 하나의 그룹에서 발생하는 트래픽의 총 비트 레이트를 제한하기 위해 APN-AMBR 개념을 그룹으로 확장한 그룹-APN-AMBR을 사용하고자 한다. 즉, 그룹-APN-AMBR은 한 그룹에 속한 모든 MTC 디바이스들의 non-GBR 베어러를 통해 발생하는 트래픽의 총 비트 레이트를 제어하기 위한 파라미터이며, 상기 그룹-APN-AMBR은 MTC 디바이스들로 구성되는 그룹 생성 시 설정된다.
본 발명에서는 그룹-APN-AMBR이 설정된 경우, 해당 그룹에 속한 MTC 디바이스들의 APN-AMBR의 총합이 그룹-APN-AMBR을 초과하지 않도록 설정하여 그룹에 기반하여 MTC 디바이스들을 제어하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템의 구조를 도시하는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따르면 복수 개의 MTC 디바이스(110)들은 하나의 그룹을 형성하고, 네트워크로부터 그룹-APN-AMBR을 부여받는다. 그룹-APN-AMBR은 동일한 APN에 연결된 임의의 한 그룹에서 송수신될 수 있는 트래픽의 총 최대 비트레이트 값을 의미한다.
기지국(eNB)(120)은 자신의 통신 반경에 존재하는 이동성 단말 또는 비이동성 단말들에게 통신 서비스를 제공한다. 특히, 본 발명의 기지국(120)은 MTC 디바이스(110)등과 네트워크 사이에서 송수신되는 시그널링, 제어 메시지 등을 상호간 전달한다.
서빙 게이트웨이(Serving Gateway, SGW)(130)는 기지국(120) 사이의 핸드 오버 시, 또는 3GPP 무선망 사이 이동 시 이동성 앵커 역할을 수행한다. 그리고 상기 SGW(130)는 MTC 단말(110) 또는 이동성 단말들 사이에서 발생하는 베어러 시그널을 처리한다.
PDN 게이트웨이(Packet Data Network Gateway, PGW)(140)는 인터넷과 연결되며, MTC 디바이스(110) 또는 이동성 단말에 대한 IP 주소를 할당하고, 코어 망의 패킷 데이터 관련 기능을 수행한다. 또한 PGW(140)는 3GPP 무선망과 non-3GPP 무선망 사이 이동 시 이동성 앵커 역할을 수행하며, 가입자에게 제공한 베어러 대역을 결정하고, 패킷 데이터에 대한 포워딩(Forwarding) 및 라우팅(Routing) 기능을 담당한다.
이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)(150)는 유휴 모드(idle)의 단말기를 관리하고, PGW 및 SGW를 선정한다. 이와 더불어 MME(150)는 로밍(Roaming) 및 인증(Authentication) 관련 기능을 수행한다.
본 발명의 실시예에 따른 MME(150)는 시간 제어(time controlled) 특성을 가지는 MTC 어플리케이션에 의해 구동되는 MTC 디바이스(110)가 접속 시도 시, 각 MTC 디바이스(110)에 대한 승인 시간 구간을 알지 못하는 경우, HSS(160)에게 시간 주기 정보를 요청한다. 상기 시간 주기 정보는 각 MTC 디바이스(110)에 대한 승인 시간 구간 및 금지 시간 구간에 대한 정보를 포함한다. 또한, MME(150)는 네트워크 과부하 여부 등에 대한 판단 기준에 따라 각 MTC 디바이스(110)에 대한 승인 시간 구간을 수정할 수도 있다. 그리고 MME(150)는 MTC 디바이스(110)로부터 접속 요청 메시지(Attach Request)를 수신하고, 이에 대응하는 접속 보고 메시지(Attach Report)를 HSS(160)에 전송한다. 또한, MME(150)는 HSS(160)로부터 APN-AMBR을 수신하고, 상기 APN-AMBR을 필요로 하는 각각의 노드(MTC 디바이스, 단말, SGW, PGW) 등에게 전달한다.
홈 가입자 서버(Home Subscriber Server, HSS)(160)는 통신 네트워크에 가입한 가입자들에 대한 정보를 가입 정보(subscription)의 형태로 저장한다. MTC 통신 시스템의 경우, HSS(160)는 단말(110)의 네트워크 액세스가 허용되는 지역에 대한 정보를 접속 허용 리스트로 저장할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, HSS(160)는 MME(150)로부터 새로운 접속 보고 메시지(Attach Report) 수신 시, 미리 설정된 일정 시간 동안 타이머를 구동시킨다. 그리고 HSS(160)는 상기 타이머 만료 시 까지, 접속을 시도하는 MTC 디바이스 및 이미 접속되어 데이터를 전송 중인 MTC 디바이스의 수를 카운트한다. 그리고 HSS(160)는 상기 MTC 디바이스가 속한 그룹에게 할당된 그룹-APN-AMBR을 카운트된 MTC 디바이스들의 수로 나누어 APN-AMBR을 계산하여, 네트워크의 각 엔티티 들에게 전송한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 이동통신 시스템에서 그룹에 기반하여 MTC 디바이스의 비트 레이트를 제어하는 과정을 도시하는 순서도이다.
우선, MTC 디바이스(110)는 S205 단계에서, 이동통신 네트워크와 초기 접속(initial attach) 절차 및 인증 절차를 수행한다. 초기 접속 절차는 MTC 디바이스(110)가 접속 요청 메시지(attach request)를 기지국(120)을 통해 MME(150)로 전송하는 과정을 통해 개시되며, MTC 디바이스(110)는 MME(110)와 인증 절차를 수행한다.
만약, MTC 디바이스(110)가 시간 제어(time controlled) 특성을 가지는 MTC어플리케이션에 의해 구동되는 경우, MTC 디바이스(110)는 승인 시간 간격에 대한 정보를 구비하며, 승인 시간 간격 내에서만 접속 절차를 수행한다.
한편, 초기 접속을 시도하는 MTC 디바이스(110)가 시간 제어(time control) 특성을 가지는 어플리케이션에 의해 구동되지만, MME(150)가 상기 초기 접속을 시도한 MTC 디바이스(110)에 대한 컨텍스트(context) 정보를 구비하지 않을 수 있다. 상기 컨텍스트 정보는 MTC 디바이스(110)에 대한 승인 시간 간격 및 금지 시간 간격에 대한 정보를 포함한다. 따라서 컨텍스트 정보를 구비하지 않는 MME(150)는 각 MTC 디바이스(110)에 대한 승인 시간 간격 및 금지 시간 간격에 대한 정보를 알 수 없다.
이 경우, MME(150)는 S210 단계에서, 시간 주기 보고 요청 메시지(Time Period Report Request)를 HSS(160)에 전송한다. 상기 시간 주기 보고 요청 메시지는 초기 접속을 시도하는 MTC 디바이스(110)에 대한 식별자(ID)를 포함할 수 있다.
HSS(160)는 MTC 디바이스(110)가 속한 그룹 식별자(ID) 및, 그룹에 속한 MTC 디바이스(110) 들에 대한 정보를 구비한다. 또한, HSS(160)는 시간 제어 특성을 가지는 MTC 어플리케이션에 의해 구동되는 MTC 디바이스(110) 들에 대한 승인 시간 간격 및 금지 시간 간격에 대한 정보 역시 구비한다.
MME(150)로부터 시간 주기 보고 요청 메시지를 수신한 HSS(160)는 해당 MTC 디바이스(110)의 승인 시간 간격 및 금지 시간 간격을 검색한다. 그리고 HSS(160)는 S215 단계에서, 시간 주기 보고 메시지(Time Period Report)를 통해 MTC 디바이스 식별자, 승인 시간 간격, 금지 시간 간격 정보를 MME(150)에게 전송한다.
그러면 MME(150)는 S220 단계에서, 승인 시간 간격을 수정할 필요가 있는지(예를 들어, 시그널링 오버헤드가 발생하였는지) 판단하고, 필요 시 승인 시간 간격을 수정한다. 그리고 MME(150)는 S205 단계에서 전송된 MTC 디바이스(110)의 접속 요청 메시지가 승인 시간 간격 내에서 전송되었는지 판단하고, 승인 시간 간격 외의 구간에서 전송된 경우, 접속 거절 메시지(Attach Reject)를 MTC 디바이스(110)에 전송한다. 이 경우, MTC 디바이스(110)에 전송되는 접속 거절 메시지는 S220 단계를 통해 수정된 승인 시간 간격에 대한 정보를 포함한다.
접속 요청이 거절된 MTC 디바이스(110)는 수정된 승인 시간 간격에 따라, 해당 구간에서 접속 요청 메시지를 재전송하게 된다.
상기의 S210 단계 내지 S225 단계는 MTC 디바이스(110)를 구동하는 MTC어플리케이션이 시간 제어 특성을 가지는 경우에 선택적으로 수행되는 단계이다.
한편, MME(150)는 MTC 디바이스(110)로부터 접속 요청 메시지를 수신한 MME(150)는 S230 단계에서, 접속 보고 메시지(Attach Report)를 HSS(160)에 전송한다. 상기 접속 보고 메시지(Attach Report)는 MTC 디바이스(110)에 대한 식별자를 포함한다.
그러면 HSS(160)는 최초 접속 보고 메시지를 수신한 경우 타이머를 구동시키고, S235 단계에서 미리 설정된 시간 동안 대기한다. 타이머가 구동되는 동안, HSS(160)는 접속을 요청하는 MTC 디바이스, 및 이미 접속되어 데이터를 전송 중인 MTC 디바이스의 수를 카운트 한다. 그리고 타이머가 만료되면, HSS(160)는 그룹-APN-AMBR을 상기 카운트된 MTC 디바이스들의 수로 나누어 APN-AMBR을 계산한다.
HSS(160)는 S245 단계에서, APN-AMBR 보고 메시지(APN-AMBR Report)를 통해 상기 계산된 APN-AMBR을 MME(150)에게 전송한다. 그러면 MME(150)는 APN-AMBR을 MTC 디바이스(110), 기지국(120), PGW(140) 등의 엔티티들에게 전달한다.
그리고 MTC 디바이스(110)는 S250 단계에서 PDN 연결(PDN Connection)을 생성하는 나머지 절차를 수행한다.
상기한 본 발명의 실시예에 따르면, 임의의 그룹에 속한 MTC 디바이스들의 APN-AMBR의 총합이 그룹-APN-AMBR을 초과하지 않도록 설정할 수 있으므로, 네트워크 혼잡(Congestion)을 효율적으로 제어할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MME(150)의 동작 순서를 도시하는 순서도이다.
우선, MME(150)는 S305 단계에서, MTC 디바이스(110)로부터 접속 요청 메시지를 수신한다. 그러면 MME(150)는 S310 단계에서, 접속 요청 메시지를 전송한 MTC 디바이스(110)가 시간 제어 특성을 가지는 MTC　어플리케이션에 의해 구동되는지 여부를 판단한다.
시간 제어 특성을 가지는 경우, MME(150)는 S312 단계로 진행하여 상기 MTC 디바이스(110)에 대한 승인 시간 구간을 알고 있는지 판단한다. MTC 디바이스(110)에 대한 승인 시간 구간을 모르는 경우, MME(150)는 S315 단계로 진행하여 시간 주기 보고 정보 요청 메시지(Time Period Report Request)를 HSS(160)에 전송한다. 그리고 MME(150)는 S320 단계에서, HSS(160)에서 전송되는 시간 주기 보고 메시지(Time Period Report)를 수신하여 MTC 디바이스(110)에 대한 승인 시간 구간 및 금지 시간 구간에 대한 정보를 획득한다.
그러면 MME(150)는 S325 단계에서, 자신의 트래픽 상황을 고려하여 MTC 디바이스(110)에 대한 승인 시간 구간을 변경할 필요가 있는지 여부를 판단한다. 필요 시, MME(150)는 S330 단계로 진행하여 MTC 디바이스(110)에 대한 승인 시간 구간을 변경한다. 이 경우, MME(150)가 변경한 승인 시간 구간은 MTC 디바이스(110)가 속한 그룹 중에서 해당 MME(150)에 연결을 맺고 있는 MTC 디바이스에 대해 공통적으로 적용된다.
그리고 MME(150)는 S335 단계에서, S305 단계에서 수신한 MTC 디바이스(110)의 접속 요청 메시지가 승인 시간 구간 내에서 수신되었는지 판단한다. 승인 시간 구간 내라면, MME(150)는 S345 단계로 진행한다. 반면, 승인 시간 구간 이외의 구간이라면, MME(150)는 S340 단계로 진행하여 MTC 디바이스(110)에게 접속 거절 메시지(Attach Reject)를 전송한다. 이 경우, MME(150)는 상기 접속 거절 메시지에 수정된 승인 시간 구간에 대한 정보를 포함시켜, 접속 요청을 거절당한 MTC 디바이스(110)가 수정된 승인 시간 구간 내에서 접속 요청 메시지를 전송하도록 한다.
한편, 접속 요청 메시지를 전송한 MTC 디바이스(110)가 시간 제어 특성을 가지지 않는 MTC 어플리케이션에 의해 구동되거나, 또는 시간 제어 특성을 가지는 MTC 어플리케이션에 의해 구동되는 MTC 디바이스(110)가 승인 시간 구간 내에서 접속 요청 메시지를 전송한 경우, MME(150)는 S345 단계로 진행한다. S345 단계로 진행한 MME(150)는 HSS(160)에 접속 보고 메시지(Attach Report)를 전송한다. 상기 접속 보고 메시지는 MTC 디바이스(110)가 접속 요청 메시지를 전송하였음을 HSS(160)에 보고하는 메시지이다. HSS(160)는 상기 접속 보고 메시지에 기반하여 접속을 시도하는 MTC 디바이스(110)의 수를 카운트 할 수 있다.
그리고 MME(150)는 S350 단계로 진행하여, HSS(160)로부터 APN-AMBR이 수신되는지 판단한다. 미수신 시, MME(150)는 S355 단계로 진행하여 APN-AMBR의 수신을 대기한다.
반면, APN-AMBR을 수신한 경우, MME(150)는 S360 단계에서 상기 수신한 APN-AMBR을 네트워크의 필요한 엔티티들에게 전송한다. 예를 들어, MME(150)는상기 APN-AMBR를 MTC 디바이스(110), 기지국(120), PGW(140)에게 전송할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 HSS(160)의 동작 순서를 도시하는 순서도이다.
우선, HSS(160)는 S405 단계에서, MME(150)로부터 새로운 접속 보고 메시지(Attach Report)를 수신하였는지 판단한다. 여기서 새로운 접속 보고 메시지라는 것은 타이머가 구동되지 않는 시점에서 최초 수신된 접속 보고 메시지를 의미한다. 새로운 접속 보고 메시지 수신 시, HSS(160)는 S410 단계로 진행하여 타이머를 리셋한다.
그리고 HSS(160)는 S415 단계에서, 접속을 시도하는 MTC 디바이스 및 이미 접속되어 데이터를 전송 중인 MTC 디바이스의 수를 카운트한다. 이 경우, HSS(160)는 MTC 디바이스들이 전송하는 접속 요청 메시지에 대응하여 MME(150)로부터 전송되는 접속 보고 메시지들의 수를 이용하여 접속을 시도하는 MTC 디바이스들의 수를 카운트 할 수 있다. 또한, HSS(160)는 접속 완료 후, 접속 해제(detach) 절차를 수행하지 않은 MTC 디바이스들을 데이터 전송 중인 MTC 디바이스의 수로서 카운트 한다.
HSS(160)는 S420 단계에서, 구동된 타이머가 만료되었는지 판단한다. 만료되지 않은 경우, HSS(160)는 S415 단계로 진행하여 MTC 디바이스들의 수를 계속하여 카운트 한다.
반면, 만료된 경우, HSS(160)는 S425 단계에서 카운트된 MTC 디바이스들의 수가 0인지 판단한다. 접속 절차가 진행 중인 MTC 디바이스의 무선 환경 영향으로 인해 접속 절차가 중도에 종료될 수 있으며, 이러한 경우 카운트된 MTC 디바이스들의 수가 0일 수 있다. 카운트된 MTC 디바이스들의 수가 0인 경우, HSS(160)는 S405 단계로 복귀한다.
반면, 0이 아닌 경우, HSS(160)는 S430 단계로 진행하여 그룹-APN-AMBR로부터 APN-AMBR을 계산한다. 이를 수학식으로 표현하면 하기와 같다.
Figure pat00001
상기 수학식 1의 그룹-APN-AMBR는 각각의 MTC 디바이스들이 속한 그룹에 대해 네트워크가 미리 할당한 값으로서, HSS(160)는 각 그룹에 대한 그룹-APN-AMBR를 미리 저장한다.
그리고 HSS(160)는 S440 이하의 단계에서, 계산된 APN-AMBR을 각 네트워크 엔티티에게 전달한다. 이 경우, HSS(160)는 APN-AMBR을 전달하고자 하는 MTC 디바이스가 접속 시도 중인지 또는 이미 접속이 완료되었는지 여부에 따라 그 동작을 달리한다.
이를 위해, HSS(160)는 S440 단계에서, APN-AMBR을 전달하고자 하는 MTC 디바이스가 접속을 시도 중인지 여부를 판단한다. 접속을 시도 중이라면, HSS(160)는 S460 단계로 진행하여, APN-AMBR 보고 메시지를 MME(150)로 전송한다. 그러면, MME(150)는 MTC 디바이스와 PDN 연결을 형성하는 과정을 수행하며, 상기 APN-AMBR을 상기 MTC 디바이스 및 이동통신 네트워크 엔티티들에게 전달한다.
반면, S440 단계에서, APN-AMBR을 전달하고자 하는 MTC 디바이스가 접속을 시도 중인 것이 아니라면, HSS(160)는 S450 단계로 진행하여, MTC 디바이스가 이미 접속을 완료하여 데이터 전송 중인지 판단한다. 접속이 완료된 경우, HSS(160)는 계산된 APN-AMBR이 데이터 전송 중인 MTC 디바이스에 대해 적용된 APN-AMBR과 다른지 여부를 판단한다(도면에는 미도시). 동일한 경우, HSS(160)는 계산된 APN-AMBR을 MTC 디바이스 및 이동통신 네트워크 엔티티들에게 별도로 전송할 필요는 없다.
반면, 상이한 경우, HSS(160)는 QoS 수정 절차를 통해 데이터 전송 중인 MTC 디바이스 및 이동통신 네트워크 엔티티들에게 새로 계산된 APN-AMBR을 전달한다. 상기 QoS 수정 절차는 3GPP에서 정의된 "HSS initiated subscribed QoS modification procedure"에 따르기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 MME(150)의 내부 구조를 도시하는 블록도이다. 도 5에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 MME(150)는 인터페이스부(510), 저장부(520), 제어부(530)를 포함할 수 있다.
인터페이스부(510)는 기지국(120), SGW(130), 또는 HSS(160)와 제어 신호, 데이터, 각종 메시지들을 송수신하기 위한 연결 인터페이스를 제공한다.
저장부(520)는 MME(150)의 동작에 필요한 각종 프로그램 및 데이터 등을 저장한다.
제어부(530)는 MME(150)의 전반적인 동작을 제어하며, 네트워크의 각 엔티티들로부터 전송되는 제어 신호, 메시지 등을 수신하여 처리한다. 이를 위해, 제어부(530)는 접속 요청 처리부(531), 시간 주기 정보 관리부(532), APN-AMBR 관리부(533)를 더 구비할 수 있다.
접속 요청 처리부(531)는 MTC 디바이스(110)로부터 접속 요청 메시지(attach request) 수신 시, 이를 HSS(160)에 보고 하기 위하여 접속 보고 메시지(attaach report)를 생성한다. 상기 접속 보고 메시지는 접속 요청 메시지를 전송한 MTC 디바이스에 대한 식별자(ID)를 포함한다. 그리고 접속 요청 처리부(531)는 상개 생성된 접속 보고 메시지를 인터페이스부(510)릍 통해 HSS(160)에 전송하도록 제어한다.
시간 주기 정보 관리부(532)는 접속 요청 메시지를 전송한 MTC 디바이스(110)를 구동하는 MTC　어플리케이션이 시간 제어 특성을 가지는지 판단한다. 시간 제어 특성을 가지는 경우, 시간 정보 관리부(532)는 상기 MTC 디바이스(110)에 대한 시간 주기 정보 즉, 승인 시간 구간 및 금지 시간 구간에 대한 정보를 구비하는지 판단한다. 구비하지 않는 경우, 시간 주기 정보 관리부(532)는 시간 주기 보고 요청 메시지(Time Period Report Request)를 HSS(160)에 전송하여, 상기 MTC 디바이스(110)에 대한 시간 주기 정보를 요청한다.
APN-AMBR 관리부(533)는 HSS(160)로부터 전송되는 APN-AMBR을 네트워크의 각 엔티티들에게 전송한다. 구체적으로, APN-AMBR 관리부(533)는 APN-AMBR을 MTC 디바이스(110), 기지국(120), PGW(140) 등으로 전송할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 APN-AMBR이 MTC 디바이스(110)에게 전달될 경우, MTC 디바이스(110)가 접속을 시도 중이라면 PDN 연결 절차 과정을 통해 APN-AMBR이 MTC 디바이스(11)에게 전달된다. 반면, 데이터를 전송 중인 MTC 디바이스(110)에게 APN-AMBR을 전달하는 경우에는 3GPP에서 정의하고 있는 "HSS initiated subscribed QoS modification procedure"를 수행하게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 HSS(160)의 내부 구조를 도시하는 블록도이다. 도 6에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 HSS(160)는 인터페이스부(610), 저장부(620), 제어부(630)를 포함할 수 있다.
인터페이스부(610)는 MME(150)와 제어 신호, 데이터, 각종 메시지들을 송수신하기 위한 연결 인터페이스를 제공한다.
저장부(620)는 HSS(160)의 동작에 필요한 각종 프로그램 및 데이터 등을 저장한다. 특히, 저장부(620)는 MTC 디바이스들의 가입 정보(subscription), MTC 디바이스들로 구성된 임의의 그룹에 대해 할당된 그룹-APN-AMBR, 시간 제어 특성을 가지는 MTC 디바이스들에 대한 승인 시간 구간 및 금지 시간 구간 정보 등을 저장할 수 있다.
제어부(630)는 HSS(160)의 전반적인 동작을 제어하며, 네트워크의 각 엔티티들로부터 전송되는 제어 신호, 메시지 등을 수신하여 처리한다. 이를 위해, 제어부(630)는 타이머 구동부(631)와 APN-AMBR 계산부(632)를 더 구비할 수 있다.
타이머 구동부(631)는 MME(150)로부터 새로운 접속 보고 메시지 수신 시, 미리 설정된 일정 시간 동안 타이머를 구동한다. 이 경우, 타이머가 구동되는 시간이 길어질수록 접속을 시도하는 MTC 디바이스의 수가 많아지므로 APN-AMBR이 작은 값을 가질 수 있다. 그러나 타이머 만료 시마다 이미 접속되어 데이터를 전송 중인 MTC 디바이스에 대해 QoS 수정 절차를 실행해야 하는데, 타이머 구동 시간이 길어질수록 이미 접속되어 데이터를 전송 중인 MTC 디바이스 중에서 접속 해제(detached) 상태로 전환되는 MTC 디바이스들의 수가 증가되며, 타이머 만료 시점 간의 간격이 증가됨으로 인해 QoS 수정 절차의 실행 빈도수가 낮아지게 되어 시그널링 오버헤드 감소 효과를 얻을 수 있다.
APN-AMBR 계산부(632)는 타이머 구동 시점부터 타이머 만료 시 까지, 접속을 시도하는 MTC 디바이스 및 이미 접속되어 데이터를 전송 중인 MTC 디바이스의 수를 카운트한다. 그리고 APN-AMBR 계산부(632)는 타이머가 만료되면, 해당 MTC 디바이스가 포함된 그룹에 대한 그룹-APN-AMBR을 카운트된 MTC 디바이스들의 수로 나누어 APN-AMBR을 계산한다. 그리고 APN-AMBR 계산부(632)는 계산된 APN-AMBR을 각 네트워크 엔티티에게 전달한다.
한편, 상기에서는 MME(150) 또는 HSS(160)의 제어부가 별도의 블록들을 구비하고, 각 블록이 상이한 기능을 수행하는 것으로 기술하였지만 이는 기술상의 편의를 위한 것일 뿐, 반드시 이와 같이 각 기능이 구분되어지는 것은 아니다. 예를 들어, MME(150)의 접속 요청 처리부(531)가 수행하는 특정 기능을 MME(150)의 제어부(530) 자체가 수행할 수도 있음에 유의해야 한다.
상기한 본 발명의 실시예에 따르면, MTC 디바이스들로 구성된 MTC 그룹 내에서, 접속을 시도하는 MTC 디바이스 및 이미 접속된 MTC 디바이스들의 수에 따라 각 MTC 디바이스들에 대한 총 최대 비트 레이트를 결정하여, MTC 그룹에서 발생되는 비트 레이트의 최대 값을 제어할 수 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
110 : MTC 디바이스 120 : 기지국
130 : SGW 140 : PGW
150 : MME 160 : HSS
<MME>
510 : 인터페이스부 520 : 저장부
530 : 제어부 531 : 접속 요청 처리부
532 : 시간 주기 정보 관리부
533 : APN-AMBR 관리부
<HSS>
610 : 인터페이스부 620 : 저장부
630 : 제어부 631 : 타이머 구동부
632 : APN-AMBR 계산부

Claims (15)

  1. 이동통신 시스템에서 MTC(Machine Type Communication) 디바이스 제어 방법에 있어서,
    MME(Mobility Management Entity)가 MTC 디바이스로부터 접속 요청 메시지 수신 시, 접속 보고 메시지를 HSS(Home Subscriber Server)에게 전송하는 접속 보고 메시지 전송 단계;
    상기 HSS가 상기 접속 보고 메시지 수신 시 타이머를 구동시키고, 상기 타이머 구동 시간 동안 접속을 시도하는 MTC 디바이스와 접속이 완료된 MTC 디바이스들의 수를 카운트하는 카운트 단계;
    상기 HSS가 상기 타이머 만료 시, 상기 카운트된 MTC 디바이스들의 수를 이용하여 액세스 포인트 네임 총 최대 비트 레이트(Access Point Name-Aggregation Maximum Bit Rate, APN-AMBR)를 계산하는 계산 단계; 및
    상기 계산된 APN-AMBR을 상기 MME에 전송하는 APN-ABMR 전송 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 MTC 디바이스 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 계산 단계는,
    상기 MTC 디바이스가 속한 그룹에 대해 할당된 그룹-APN-AMBR을 상기 카운트된 MTC 디바이스들의 수로 나누어 상기 APN-AMBR을 계산하는 것을 특징으로 하는 MTC 디바이스 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 MME의 접속 요청 메시지 수신 단계 이후,
    상기 MME가, 상기 접속 요청 메시지를 전송한 MTC 디바이스가 시간 제어 특성을 가지는 MTC 어플리케이션에 의해 구동되는 지 판단하는 단계;
    시간 제어 특성을 가지는 MTC 어플리케이션에 의해 구동 시, 상기 MME가 상기 MTC 디바이스에 대한 시간 주기 정보를 구비하는지 판단하는 단계; 및
    미 구비 시, 상기 MME가 상기 MTC 디바이스에 대한 시간 주기 정보를 상기 HSS에게 요청하여 획득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MTC 디바이스 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 시간 주기 정보는,
    상기 MTC 디바이스의 데이터 전송을 허용하는 승인 시간 구간, 및 데이터 전송을 허용하지 않는 금지 시간 구간에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 MTC 디바이스 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 시간 주기 정보 획득 단계 이후에,
    상기 MME가, 상기 MTC 디바이스에 대한 승인 시간 구간의 변경이 필요한지 판단하는 단계;
    필요 시, 상기 MME가 상기 금지 시간 구간과 겹쳐지지 않다록 상기 승인 시간 구간을 변경하는 단계; 및
    상기 승인 시간 구간 이외의 구간에서 상기 MTC 디바이스로부터 접속 요청 메시지 수신 시, 상기 MME가 상기 접속 요청 메시지를 거절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MTC 디바이스 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 HSS가, 접속을 시도하는 MTC 디바이스에게 패킷 데이터 네트워크 연결 과정을 통해 상기 APN-AMBR을 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MTC 디바이스 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 HSS가, 접속이 완료된 MTC 디바이스에게 서비스 품질 수정 절차를 통해 상기 APN-AMBR을 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MTC 디바이스 제어 방법.
  8. 이동통신 시스템에서 MTC(Machine Type Communication) 디바이스를 제어하는 MME(Mobility Management Entity)에 있어서,
    상기 이동통신 시스템의 엔티티들과 연결 인터페이스를 제공하는 인터페이스부; 및
    MTC 디바이스로부터 접속 요청 메시지 수신 시 접속 보고 메시지를 HSS(Home Subscriber Server)에게 전송하고, 상기 HSS로부터 전송되는 APN-AMBR을 수신하여 상기 이동통신 시스템에 엔티티들에게 전송하는 제어부를 포함하며,
    상기 APN-AMBR은 상기 MTC 디바이스가 속한 그룹에 대해 할당된 그룹-APN-AMBR을, 상기 HSS에서 설정된 타이머 구동 시간 동안 카운트된 접속을 시도하는 MTC 디바이스와 접속이 완료된 MTC 디바이스들의 수로 나누어 계산된 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 접속 요청 메시지를 전송한 MTC 디바이스가 시간 제어 특성을 가지는 MTC 어플리케이션에 의해 구동되는 지 판단하고, 시간 제어 특성을 가지는 MTC 어플리케이션에 의해 구동 시 상기 MTC 디바이스에 대한 시간 주기 정보를 구비하는지 판단하며, 미 구비 시 상기 MTC 디바이스에 대한 시간 주기 정보를 상기 HSS에게 요청하여 획득하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 시간 주기 정보는,
    상기 MTC 디바이스의 데이터 전송을 허용하는 승인 시간 구간, 및 데이터 전송을 허용하지 않는 금지 시간 구간에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 MTC 디바이스에 대한 승인 시간 구간의 변경이 필요한지 판단하고, 필요 시 상기 MME가 상기 금지 시간 구간과 겹쳐지지 않다록 상기 승인 시간 구간을 변경하며, 상기 승인 시간 구간 이외의 구간에서 상기 MTC 디바이스로부터 접속 요청 메시지 수신 시 상기 접속 요청 메시지를 거절하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 이동통신 시스템에서 MTC(Machine Type Communication) 디바이스를 제어하는 HSS(Home Subscriber Server)에 있어서,
    상기 이동통신 시스템의 엔티티들과 연결 인터페이스를 제공하는 인터페이스부; 및
    MME(Mobility Management Entity)로부터 접속 보고 메시지 수신 시 타이머를 구동시키고, 상기 타이머 구동 시간 동안 접속을 시도하는 MTC 디바이스와 접속이 완료된 MTC 디바이스들의 수를 카운트하며, 타이머 만료 시 상기 카운트된 MTC 디바이스들의 수를 이용하여 액세스 포인트 네임 총 최대 비트 레이트(Access Point Name-Aggregation Maximum Bit Rate, APN-AMBR)를 계산하여 상기 MME에 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 MTC 디바이스가 속한 그룹에 대해 할당된 그룹-APN-AMBR을 상기 카운트된 MTC 디바이스들의 수로 나누어 상기 APN-AMBR을 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제어부는,
    접속을 시도하는 MTC 디바이스에게 패킷 데이터 네트워크 연결 과정을 통해 상기 APN-AMBR을 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제어부는,
    접속이 완료된 MTC 디바이스에게 서비스 품질 수정 절차를 통해 상기 APN-AMBR을 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
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