KR20120134407A - 사물 통신을 지원하는 통신망에서의 동적 그랜트 요청 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 접속 제어 방법은 사물통신 서비스를 제공하는 무선망에서 단말의 접속을 제어하는 방법에 관한 것으로, 적어도 하나의 단말에 대해 공통으로 경합기반 그랜트 요청 자원을 할당하고, 할당된 경합기반 그랜트 요청 자원을 통해 적어도 하나의 단말로부터 그랜트 요청을 수신하여 그랜트 요청에 성공한 단말에 대해 상향링크 전송을 위한 그랜트를 할당함으로써, 스케줄링 요청을 위한 무선자원을 고정된 위치에 할당하지 않고 여분의 데이터 채널에서 자유롭게 할당할 함으로써 무선자원을 좀 더 효율적으로 사용 가능하다.

Description

사물 통신을 지원하는 통신망에서의 동적 그랜트 요청 장치 및 방법{Apparatus and Method for Requesting Dynamic Grant in Communication Networks Supporting Machine Type Communication}

본 발명은 사물 통신을 지원하는 통신망에서의 동적 그랜트 요청 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로는 사물 통신, 즉 MTC(Machine Type Communication)를 위한 무선 망에서 무선 자원 이용률을 높이고 다수의 사물통신 디바이스들로부터의 그랜트 요청을 효율적으로 처리하기 위한 경합 방식의 동적 그랜트 요청 장치 및 방법에 관한 것이다.

전세계적으로 사용되고 있는 이동통신 시스템은 2세대, 3세대, 4세대 시스템으로의 진화 과정을 거치면서 CDMA, WCDMA, OFDMA 기술에 기반하여 다양한 형태의 이동통신 시스템으로 발전하여 운용되고 있다.

특히, 최근에는 사용자들의 데이터 서비스 요구가 증가함에 따라, 더 높은 데이터 전송 속도를 지원하고 지연이 낮은 서비스를 제공하기 위해서 OFDMA기술을 사용한 LTE(Long-Term Evolution), Wibro 시스템 표준 기술이 만들어지고 있다. 기존의 이동통신은 움직이는 단말들을 대상으로 높은 데이터 속도, 높은 수율(throughput)을 지향하는 이동통신 시스템으로 진화발전되어 오고 있다.

한편, 사물들이 사람의 개입 없이 통신이 가능한 사물통신(Machine Type Communication)은 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.

이러한 서비스들 중 위치추적 서비스는 사물의 위치 정보를 수집하여 위치 추적 정보를 사용자들에게 알려주는 서비스이다. 이 경우에는, 사물의 위치가 시간에 따라 변화하기 때문에, 이동에 따라 변하는 사물의 위치 정보가 작은 크기, 즉 소량의 데이터라는 특징을 갖는다.

한편, 스마트 측정계량기(Smart Metering) 서비스는 사물통신 디바이스가 전력량을 보고하거나 다른 노드들과 전력 상태 감시나 전력 요청(demand) 같은 정보를 주고받는 서비스이다. 스마트 측정계량기와 같은 서비스에서는 사물통신 디바이스가 고정된 위치에서 움직이지 않은 상태에서 짧은 패킷 위주의 데이터 송수신을 수행하게 되어 높은 수율(throughput)을 요구하지 않는다. 스마트 측정계량기의 이러한 특성은 기존의 이동통신 시스템에서 높은 수율을 지향하는 서비스를 수행하는 단말들과는 다른 특성이라 할 것이다.

이처럼 일반 단말들과 사물통신 디바이스들이 혼재하는 네트워크 상황에서, 높은 데이터 속도(data rate), 높은 수율(throughput)을 요구하는 다양한 단말들을 지원하면서 동시에 다양한 사물통신 서비스를 지원하기 위해 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기술을 사용하는 이동통신 시스템의 사용이 필요케 되었다.

OFDMA 기술을 이용한 상향링크 전송에 있어 단말이 기지국으로 스케줄링 요청 신호를 전송하는 방법으로는, 상향링크 제어 채널을 이용하는 방법과 랜덤 액세스 과정을 이용하는 방법 등이 제시되어 있다. 하지만, 기존에 제시된 방법들은 단말의 대기 시간이 길어지고 할당된 제어 채널 자원을 낭비하게 된다거나, 랜덤 액세스에 많은 수의 노드들이 몰리는 상황이 발생하면 다량의 충돌이 발생하여 서비스를 받을 수 없게 되는 등의 문제점을 가지고 있다.

따라서, 스케줄링 요청을 필요로 하는 사물통신 디바이스들이 효율적으로 스케줄링 요청을 전송하고 그에 따른 서비스를 받을 수 있도록 하는 방안에 대한 필요성이 절실하다 할 것이다.

본 발명은, 현재의 무선망에서 사물통신 디바이스들의 특징을 고려한 경합 방식의 동적 그랜트 요청을 수행하는, 사물 통신을 지원하는 통신망에서의 동적 그랜트 요청 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 접속 제어 방법은 사물통신 서비스를 제공하는 무선망에서 단말의 접속을 제어하는 방법에 관한 것으로, 적어도 하나의 단말에 대해 공통으로 경합기반 그랜트 요청 자원을 할당하는 단계, 상기 할당된 경합기반 그랜트 요청 자원을 통해 적어도 하나의 단말로부터 그랜트 요청을 수신하는 단계, 및 상기 그랜트 요청을 수신하고, 그랜트 요청에 성공한 단말에 대해 상향링크 전송을 위한 그랜트를 할당하는 단계를 포함한다.

여기서, 경합기반 그랜트 요청 자원은 일정한 무선 자원 구간 내에서 동적으로 변경되는 위치에 할당되거나 트래픽 부하에 따라 할당 자원의 크기가 달라지도록 할당될 수 있다.

또한, 기지국은 경합기반 그랜트 요청 자원 할당에 관한 정보를, 하향링크의 물리계층 제어 채널, 시스템 정보, 또는 별도의 제어 시그널링 메시지를 통하여 사물통신 디바이스들 및 일반 단말들에게 통보할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 접속 제어 장치는, 사물통신 서비스를 제공하는 무선망에서 단말의 접속을 제어하는 장치에 관한 것으로, 적어도 하나의 단말에 대해 공통으로 경합기반 그랜트 요청 자원을 할당하고, 상기 할당된 경합기반 그랜트 요청 자원을 통해 적어도 하나의 단말로부터 그랜트 요청을 수신하여 그랜트 요청에 성공한 단말에 대해 상향링크 전송을 위한 그랜트를 할당한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 접속 제어 장치는 기지국이 될 수 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 단말은 사물통신 디바이스의 형태로 나타날 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 사물 통신 서비스를 위한 단말의 임의 접속 절차 제어 방법은, 사물 통신 서비스를 제공하는 무선망에서 사물통신 디바이스와 기지국 간의 접속 절차의 제어 방법에 관한 것으로, 사물 통신 서비스를 제공하는 무선망에서 기지국이 경합기반 그랜트 요청 자원을 할당하여 임의 접속 절차를 제어하는 제 1 단계 및 사물통신 서비스를 제공받기 위한 단말이 경합기반 그랜트 요청 자원을 이용하여 접속 절차를 수행하는 제 2 단계를 포함한다.

상기 제1 단계에서는, 기지국이 특정한 스케줄링 식별자를 이용하여 상향링크의 경합기반 그랜트 요청 자원을 할당할 수 있으며, 또한, 기지국이 경합기반 그랜트요청 자원을 통하여 성공적으로 수신한 그랜트 요청에 대하여 그랜트 할당 정보를 단말로 전송할 수 있다.

한편, 상기 제2 단계에서는 사물통신 디바이스가 경합기반 그랜트 요청 자원을 이용하여 그랜트 요청 정보를 전송할 수 있으며, 이때, 사물통신 디바이스는 사물통신 디바이스의 식별자 정보, 사물통신 디바이스의 등급 식별 정보, 희망하는 서비스 식별 정보, 요구되는 무선자원의 크기 정보, 또는 하향링크 품질 측정 정보들 중 적어도 하나의 정보를 포함하여 그랜트 요청 정보를 구성한다.

또한, 상기 제2 단계에서 경합기반 그랜트 요청 자원을 이용하여 그랜트요청 정보를 전송한 사물통신 디바이스는 해당 그랜트 요청 정보에 대응하는 하향링크 자원으로 그랜트 할당 정보를 수신할 수 있다.

본 발명은, 기존의 제어 채널과 랜덤 액세스 채널을 이용한 제어신호 전송 방법에 추가하여 미래 사물 지능통신 서비스의 활성화에 따른 추가적인 제어 신호 전송 방법을 확보함으로써 추가 확보된 무선 자원을 이용하여 사물 지능통신의 단말들의 액세스 관련 제어 신호를 전달 가능하도록 하며, 스케줄링 요청을 위한 무선자원을 고정된 위치에 할당하지 않고 여분의 데이터 채널에서 자유롭게 할당할 함으로써 무선자원을 좀 더 효율적으로 사용 가능하다.

그에 따라 사물통신 디바이스들의 스케줄링 요청으로 인하여 랜덤 액세스로 부하가 몰리는 현상을 완화시킴으로써, 랜덤 액세스의 지연이나 충돌을 낮출 수 있고, 또한 상향링크 제어 채널을 주기적으로 할당해 주는 방법과 본 발명을 같이 사용하는 경우, 지연 효과를 감소시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 사물통신 디바이스들을 적어도 하나의 우선순위 관련 클래스로 구분함으로써, 랜덤 액세스에서 발생할 수 있는 지연 특성을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 무선통신 시스템의 상향링크 프레임 구조의 일 예를 나타낸 도면.
도 2는 제어 채널을 통한 스케줄링 요청 절차의 일 예를 나타낸 도면.
도 3은 랜덤 액세스 과정을 이용한 스케줄링 요청 절차의 일 예를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명이 적용되는 사물통신 서비스를 제공하는 무선 통신망의 일 실시예를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상향링크 전송 방법의 동작 흐름을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상향링크 스케줄링 요청 동작의 흐름을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 경합 기반의 그랜트 요청자원 할당의 바람직한 일 실시예를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 경합기반 그랜트 요청 자원을 포함하는 프레임 구조를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 매체 접근 제어 계층에서의 그랜트 요청 메시지를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 단말의 동작 흐름을 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 본 발명이 적용되는 무선통신 시스템의 상향링크 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.

도 1은 무선통신 시스템, 특히 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기술을 적용한 3GPP 시스템의 상향링크 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.

도 1에 나타낸 3GPP 시스템은 다운링크 및 업링크 전송을 위해 10ms의 주기를 가지는 라디오 프레임들로 구성된 프레임 구조를 지원하는데, 도 1은 특히 FDD 프레임 구조를 나타낸다. 이러한 프레임 구조에서는, 10ms 길이의 하나의 라디오 프레임이 10 개의 서브프레임들로 균등 분할된 형태를 가지며, 각 서브프레임들은 두 개의 동일한 크기의 슬롯들을 가진다. FDD 프레임 구조에서는 각 10ms 주기마다 업링크 및 다운링크 각각에 10개의 서브프레임이 유효하다. 업링크 전송 및 다운링크 전송은 별개의 주파수 도메인을 통해 이루어진다. 도 1에 도시된 서브프레임은 제어 채널(110), 랜덤 액세스 채널(120), 데이터 채널(130) 등을 포함한다.

일반적으로 이동통신 시스템에서 단말들은 제어 정보 및 데이터의 송신을 위해서 기지국으로부터 무선 자원을 할당받아야 한다. 기지국으로부터 무선자원을 할당받기 위해서 단말들은 기지국으로 스케줄링 요청 신호를 전송한다. 기지국은 단말로부터 스케줄링 요청 신호를 수신하고 단말에게 무선자원을 할당하게 된다. 단말은 할당받은 무선자원을 통해 기지국으로 상향링크 데이터를 전송한다.

상향링크 데이터를 전송하기 위해 단말이 기지국으로 스케줄링 요청 신호를 전송하는 방법으로는 상향링크 제어 채널을 이용하는 방법과 랜덤 액세스 과정을 이용하는 방법을 들 수 있다.

상향링크 제어 채널을 이용하는 방법은 도 1에 나타낸 상향링크 프레임 구조에서 제어 채널(110)을 통해서 스케줄링 요청 신호를 전달하는 방법이고, 랜덤 액세스 과정을 이용하는 방법은 도 1의 프레임 구조 중 랜덤 액세스 채널(120)을 통해 스케줄링 요청 신호를 전달하는 방식이다.

도 2는 제어 채널을 통한 스케줄링 요청 절차의 일 예를 나타낸다.

도 2는 일반 단말이 기지국으로 데이터를 전송하기 위한 스케줄링 요청 신호를 전송하는 방법 중 상향링크 제어 채널을 이용한 경우의 스케줄링 요청 절차를 나타낸다.

도 2를 참조하여 설명하면, 기지국은 상향링크 제어 채널을 통해 스케줄링 요청 신호를 전달하기 위해서 기지국이 단말에게 스케줄링 요청의 전송 시점이나 자원 할당에 관한 정보를 알려 준다(S210). 이때, 스케줄링 요청을 위한 자원은 주기적으로 할당될 수 있다. 스케줄링 요청을 위한 자원을 할당받은 단말은 할당받은 스케줄링 요청을 위한 자원을 통해서 스케줄링 요청 신호를 전달하게 된다(S220). 스케줄링 요청 신호를 전달받은 기지국은 해당 단말에게 상향링크 데이터 전송을 위한 그랜트를 알려준다(S230).

도 3은 랜덤 액세스 과정을 이용한 스케줄링 요청 절차의 일 예를 나타낸다.

스케줄링 요청 신호를 전달할 수 있는 방법 중 하나로 랜덤 액세스 채널을 이용할 수 있음을 이미 설명한 바 있다. 랜덤 액세스 채널을 사용하는 경우는, 단말이 망(network)에 접속하기 위한 과정으로서 1) 초기 접속(initial access), 2) 핸드 오버(handover), 3) 스케줄링 요청(scheduling request) 4) 상향링크 시간 동기 획득 등의 경우가 될 수 있다.

도 3은 랜덤 액세스 채널의 사용 경우 중 스케줄링 요청을 위한 랜덤 액세스 채널을 사용하는 경우를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 단말은 기지국으로부터 수신한 랜덤 액세스 관련 시스템 정보(System Information, SI)를 이용하여 랜덤 액세스 프리엠블을 랜덤하게 선택한다. 단말은 선택한 랜덤 액세스 프리엠블을 물리 랜덤 액세스 채널인 PRACH(Physical Random Access Channel) 자원을 통해 기지국으로 전송한다(S100). 기지국은 단말로부터 랜덤 액세스 프리엠블을 수신하고, 이에 대한 응답으로 랜덤 액세스 응답 메시지를 단말로 전송한다(S110). 랜덤 액세스 응답 메시지는 단말의 시간 동기 보정을 위한 옵셋 정보, 상향링크 무선자원 할당정보, 랜덤 액세스 프리엠블의 인덱스 정보 및 단말의 임시 식별자(Temporary C-RNTI)를 포함한다.

단말은 기지국으로부터 수신한 랜덤 액세스 응답 메시지 내의 정보들을 이용해 시간 동기를 보정하고, 상향링크 무선자원 할당 정보를 이용하여 단말 식별자를 포함하는 스케줄링된 메시지를 기지국으로 전송한다(S120). 단말은 또한, 경합 해결 타이머라는 타이머를 동작시킨다(S130). 경합 해결 타이머는 설정된 시간 T_expiry 동안 동작하며, 설정된 시간을 경과하면 중지된다.

단말이 전송한 스케줄링된 메시지를 기지국이 수신하는 경우(S140의 예), 기지국은 단말이 전송한 단말 식별자를 이용하여 경합 해결 메시지를 단말로 전송하게 된다(S150). 이때, 스케줄링된 메시지를 전송한 단말은 경합 해결 타이머의 값이 0이 되기 전에, 즉 시간 T_expiry 가 경과하기 전에 기지국으로부터 경합 해결 메시지가 도착하는지 확인한다. 단말이 경합 해결 타이머에 설정된 시간 안에 기지국으로부터 충돌 해결 메시지를 수신하는 경우(S160의 예), 단말은 경합 해결 타이머를 중지시키게 되고(S170), 스케줄링 요청 메시지를 기지국으로 전송한다(S190). 이로써 랜덤 액세스 과정은 성공적으로 종료된다. 반대로 단말이 경합 해결 타이머에 설정된 시간 안에 기지국으로부터 충돌 해결 메시지를 수신하지 못하는 경우(S160의 아니오)에는, 단말이 전송한 랜덤 액세스 프리엠블이 다른 단말과 충돌을 일으켰음을 인지하게 되고(S180), 백오프 수행 후(S181), 랜덤 액세스 프리엠블 전송을 재시도하기 위해 초기 단계로 돌아간다.

도 2 및 도 3을 통해 살펴본 두 가지의 스케줄링 요청 방법은, 아래와 같은 문제점을 가진다.

우선, 상향링크 제어 채널을 통해 스케줄링 요청을 하는 경우를 살펴보자. 기지국이 상향링크 제어 채널을 단말이 주기적으로 액세스하도록 제어 채널을 할당하는 방식을 택하면, 단말은 제어 채널이 할당된 시간이 될 때까지 기다려야 한다는 단점을 지닌다. 액세스 주기성이 길어질수록 더 많은 수의 단말들을 제어 채널에서 수용할 수 있지만 각 단말은 스케줄링 요청에 대한 지연이 길어지게 된다. 또한, 각 단말마다 기지국이 전용 제어 채널을 할당해 주어야 하기 때문에, 할당된 제어 채널에 대해서 단말이 스케줄링 요청을 하지 않게 되면 제어 채널 자원을 낭비하게 된다는 단점을 지닌다.

한편, 이번에는 랜덤 액세스를 이용해서 스케줄링을 요청하는 방법을 살펴보자. 랜덤 액세스 무선 자원은 여러 목적(초기 접속, 핸드오버, 상향링크 시간 동기획득 등)으로 단말들이 사용하게 된다. 많은 수의 사물 통신 노드들이 스케줄링 요청 및 초기 접속 등으로 사용하게 되면 랜덤 액세스 무선 자원에서 충돌이 많이 발생하게 되고 지연이 길어지게 된다.

따라서, 랜덤 액세스의 부하에 따라서 스케줄링 요청을 할 수 있도록 만드는 자원을 동적으로 할당하는 방안이 필요하다. 특히, 동적으로 자원을 할당하는 방식에 있어서 무선 자원을 전용으로 할당하는 경우는 상향링크 제어 채널에서 설명한 단점인 자원 낭비 특성을 지니기 때문에, 경합을 통하여 동작하는 방법이 필요하다 할 것이다.

본 발명에서는, 랜덤 액세스에서 충돌을 완화시키는 방법으로 사물통신 디바이스들을 여러 클래스로 나누어 랜덤 액세스의 이용을 조절하는 방법을 고려한다. 즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 우선권이 높은 클래스일수록 랜덤 액세스를 자주 이용할 수 있게 조정하고, 우선권이 낮은 클래스일수록 랜덤 액세스의 이용에 제한을 두는 방법을 취한다. 사물통신 노드가 낮은 우선권을 갖는 경우, 랜덤 액세스에서 발생할 수 있는 지연 특성을 개선할 수 있다.

이러한 방법을 사용하는 이유는, 이동통신 시스템에서 기존의 음성, 데이터 통신을 요구하는 이동단말기들이 사물통신 디바이스들보다 우선적으로 서비스되기 때문이다. 기존의 이동통신 단말기와 우선권이 높은 사물통신 디바이스들이 서비스를 받게 될 때, 무선자원들 중에서 여분의 무선자원이 발생할 수 있을 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 여분의 무선자원을 통해서 우선권이 낮은 사물통신 디바이스들의 스케줄링 요청을 받아 데이터를 전송할 수 있는 방법을 생각할 수 있다.

이하에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예에서는 사물통신 디바이스의 동작을 주된 예로 들어 설명하겠지만, 본 발명은 사물통신 디바이스뿐 아니라 일반 단말들에게도 적용할 수 있음을 밝혀둔다. 또한 이하에서, 상향링크는 단말에서 기지국으로 향하는 전송 링크를 의미하며, 하향링크는 기지국에서 단말로 향하는 전송 링크를 의미하는 것으로 정의한다.

우선, 본 발명이 고려하는 사물통신 서비스가 적용되는 무선 통신망의 구조에 대해 먼저 살펴보기로 한다.

도 4는 본 발명이 적용되는 사물통신 서비스를 제공하는 무선 통신망의 일 실시예를 나타낸다.

본 발명은 이동 통신 시스템에서 고정된 위치의 사물통신 디바이스의 서비스를 지원할 때 사용될 수 있다. 설명을 명확하게 하기 위해, 도 4를 비롯한 본 발명의 실시예에서는 3GPP LTE 시스템을 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 사상이 3GPP LTE 시스템에 제한되는 것은 아니다.

도 4를 참조하면, 이동 통신 시스템은 적어도 하나의 기지국(400)과 단말들(410, 420)을 포함한다. 각 기지국은 특정한 지리적 영역 안에 존재하는 단말들에게 통신 서비스를 제공한다. 단말은 고정되거나 이동성을 가질 수 있는데, 단말들 중에서 사물통신 서비스를 제공하는 디바이스를 사물통신 디바이스라 한다.

사물통신(Machine Type Communication, MTC) 서비스를 제공하는 무선 통신망은 일반 단말(410) 및 이를 지원하는 네크워크를 포함한 기존의 무선 통신망에 더하여, 사물통신 서비스를 제공하기 위한 MTC 서버, 사물통신 디바이스, 그리고 MTC 사용자 등을 추가로 포함할 수 있다.

사물통신 디바이스(420)는 PLMN(Public Land Mobile Network)을 통해 MTC 서버 및 다른 사물통신 디바이스들과 통신하는 사물통신 기능을 가지는 단말(UE)을 의미하며, 사물통신 서비스의 종류에 따라 도 4에 나타낸 바와 같이 냉장고, 세탁기 등의 가전기기의 형태로 나타날 수도 있고, 수도 계량기, 가스 계량기 등의 측정기의 형태로 나타날 수도 있다. 사물통신 디바이스는 그 위치가 고정되는 것이 일반적이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상향링크 전송 방법의 동작 흐름을 나타낸다.

도 5를 참조하면, 단말은 상향링크 전송을 위해 먼저 기지국으로 스케줄링 요청을 전송한다(S501). 스케줄링 요청은 단말이 상향링크 무선자원 할당을 기지국에 요청하는 것이다. 기지국은 스케줄링 요청에 대한 응답으로 상향링크 그랜트를 단말로 전송한다(S502). 여기서, 상향링크 그랜트는 상향링크 무선자원의 할당 정보를 포함하고 있다. 단말은 할당된 상향링크 무선자원을 통해 상향링크 데이터를 전송한다(S503).

도 5에서 살펴본 바와 같이, 상향링크 전송을 위해 단말은 기지국으로 스케줄링 요청을 하고, 기지국에서는 단말이 스케줄링 요청을 할 수 있는 무선자원을 알려주어야 한다.

이하에서 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 기지국이 단말에게 스케줄링 요청을 하는 무선자원을 어떻게 할당하는지, 그리고 단말은 할당받은 무선 자원에 어떠한 스케줄링 정보를 실어 전송하는지 구체적인 절차에 대해 설명한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상향링크 스케줄링 요청 동작의 흐름을 나타낸다.

도 6의 실시예에서, 경합기반으로 스케줄링 요청을 할 수 있는 무선자원을 경합기반 그랜트 요청자원(Contention-Based Grant Request Resource)이라고 칭하기로 한다.

기지국(400)은 우선 사물통신 디바이스들(420)에게 경합기반 그랜트 요청자원을 할당하여 사물통신 디바이스들에게 알려준다(S600). 기지국으로부터 경합기반 그랜트 요청자원을 확인한 사물통신 디바이스들(420)은 상향링크 전송을 위한 그랜트를 요청하는 메시지를 기지국으로 전달한다(S610). 그랜트 요청 메시지는, 단말기의 식별자 정보, 단말기의 등급 식별 정보, 희망하는 서비스 식별 정보, 요구되는 무선자원의 크기 정보, 또는 하향링크 품질 측정 정보들 중에 적어도 하나의 정보로 구성될 수 있다.

기지국(400)은 경합 기반 방식에서 그랜트 요청에 성공한 사물통신 디바이스들에게 데이터 전송을 위한 그랜트를 전송한다(S620). 기지국으로부터 그랜트를 할당받은 사물통신 디바이스(420)는 기지국으로 전송하고자 하는 데이터를 전송한다(S630).

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 경합 기반의 그랜트 요청자원 할당의 바람직한 일 실시예를 나타낸다.

도 7은, 상향링크 무선 자원 채널 구조에서 경합기반 그랜트 요청자원이 할당되는 경우의 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.

도 7에 도시된 바와 같이 본 발명에 따르면, 제어 채널(110)이나 랜덤 액세스 채널(120)이 아닌 여분의 데이터 채널(130)의 일부를 사용하여 경합기반의 그랜트 요청자원(710)이 할당된다.

여기서, 경합기반의 그랜트 요청자원이 할당되는 방법의 실시예로는, 상황에 따라서 동적으로 다른 위치에 할당되는 방법과 반 고정된 위치에 트래픽 부하에 따라서 할당되는 방법 등이 사용될 수 있다. 이때, 기지국은 경합기반 그랜트 요청 자원 할당에 관한 정보를, 하향링크의 물리계층 제어 채널, 시스템 정보, 또는 별도의 제어 시그널링 메시지를 통하여 사물통신 디바이스들 및 일반 단말들에게 통보할 수 있다.

또한, 본 실시예에서 사물통신 디바이스들은 무선망 임시 식별자(Radio Network Temporary Identifier(RNTI))를 이용하여 할당된 경합기반 그랜트 요청자원을 탐지한다. 경합기반 그랜트 요청자원을 탐지하는 RNTI를 경합-기반 그랜트 요청 RNTI(Contention-Based Grant Request RNTI, CB-GR-RNTI)라고 하자.

일반적으로 3GPP LTE 시스템에서 RNTI는, 각 단말들과 기지국 사이에서 기지국이 각 단말을 식별하기 위한 정보로서, 단말들이 기지국으로부터 방송(broadcasting) 정보를 얻거나 랜덤 액세스를 이용하는 데도 사용될 수 있다. 즉, 각 단말은 자신에게 할당된 RNTI 정보를 통해서 기지국이 자신에게 보내는 정보를 도출해낸다. 기지국으로부터 방송 정보를 얻거나 랜덤 액세스에 사용되는 RNTI 값들은 공용으로 모든 단말들에게 알려주어, 한 셀 내의 모든 단말이 동일한 정보를 기지국으로부터 획득할 수 있도록 설정된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 이처럼, 경합기반 그랜트 요청자원을 탐지하기 위해서 사전에 공지된 공용의 RNTI를 알려주거나 그룹 형태로 RNTI 정보를 사물통신 디바이스들에게 알려주는 방식을 취한다. 즉, 공용 또는 그룹으로 RNTI를 설정함으로써, 사물통신 디바이스들 간에 경합을 통해서 그랜트 요청을 수행하도록 한다.

도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 경합기반 그랜트 요청 자원을 포함하는 프레임 구조를 나타낸 도면이다.

도 8에 나타낸 실시예에서는, 데이터 채널에 경합기반 그랜트 요청자원이 2개 할당된 경우를 나타내고 있다.

경합기반 그랜트 요청자원 1(710)을 좀더 살펴보면, 사물통신 디바이스들이 그랜트 요청을 할 수 있는 영역이 다시 3개 서브 영역(711, 712, 713)으로 나뉘어져 있고, 사물통신 디바이스들은 나누어진 3개의 영역 중에 하나를 선택하여 그랜트 요청 메시지를 전달할 수 있음을 알 수 있다. 여기서, 3개의 영역 중 하나를 선택하는 방법으로는 랜덤하게 선택하는 방법 또는 선택 알고리즘을 이용하는 방법을 들 수 있다.

도 8에서 경합기반 그랜트 요청 영역이 3 개로 구분되는 것은 일 예일 뿐이고, 1개 이상의 영역으로 구분되어 사용될 수 있음은 물론이다. 또한, 도 8에서 경합기반 그랜트 요청 영역이 주파수적으로 구분된 구성 또한 일 예일 뿐이고, TDM이나 CDM과 같은 기법을 통해서도 여러 명이 액세스할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 매체 접근 제어 계층에서의 그랜트 요청 메시지를 나타낸다.

도 9를 참조하면, 매체 접근 제어(MAC, Medium Access Control) 계층에서의 그랜트 요청 메시지는 자신의 식별자 RNTI 정보(910)와 버퍼 상태 정보(920)를 포함하고 있다. 단말은 기지국이 자신을 구별할 수 있도록 하기 위한 RNTI 정보를 전달함으로써, 스케줄링 요청을 전송한다. 단말은 또한, RNTI 정보와 함께 버퍼 상태 정보를 같이 전달함으로써, 기지국에게 자신이 전송해야 하는 패킷의 크기를 알려주게 된다.

도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 단말의 동작 흐름을 나타낸 다.

상향링크 데이터 전송이 필요한 단말은 상향링크 무선자원이 할당되어 있는지 확인한다(S1000). 상향링크 무선자원이 할당되지 않았을 경우(S1000의 아니오), 단말은 스케줄링 요청과정으로 진입한다(S1010). 이후, 단말은 기지국이 경합기반 그랜트 요청자원을 할당했는지 확인한다(S1020). 기지국이 할당한 경합기반 그랜트 요청자원을 수신하지 못하였을 경우(S1020의 아니오), 스케줄링 요청 단계(S1010)로 돌아간다.

반대로, 단말이 경합기반 그랜트 요청자원을 수신한 경우(S1020의 예)에는, 경합기반 그랜트 요청자원에 그랜트 요청 메시지를 전송한다(S1030). 이때, 단말은 단말의 식별자 정보, 단말의 등급 식별 정보, 희망하는 서비스 식별 정보, 요구되는 무선자원의 크기 정보, 또는 하향링크 품질 측정 정보들 중 적어도 하나의 정보를 포함하여 그랜트 요청 메시지를 구성한다.

그랜트 요청 메시지를 전송한 단말은 그랜트 할당 메시지를 수신 대기한다(S1040). 기지국으로부터 그랜트 할당 메시지를 일정시간 내에 수신하지 못하면(S1040의 아니오), 단말은 다시 스케줄링 요청 단계(S1010)로 되돌아간다. 만약 그랜트 할당을 일정 시간 내에 수신한 경우(S1040의 예), 해당하는 무선자원에 데이터를 실어 기지국으로 전송한다(S1050).

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 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 (1)

1. 사물통신 서비스를 제공하는 무선망에서 단말의 접속을 제어하는 방법으로서,
   적어도 하나의 단말에 대해 공통으로 경합기반 그랜트 요청 자원을 할당하는 단계;
   상기 할당된 경합기반 그랜트 요청 자원을 통해 적어도 하나의 단말로부터 그랜트 요청을 수신하는 단계; 및
   상기 그랜트 요청을 수신하고, 그랜트 요청에 성공한 단말에 대해 상향링크 전송을 위한 그랜트를 할당하는 단계를 포함하는, 접속 제어 방법.

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