KR20130019363A - 이동통신 시스템에서 작은 크기의 데이터 패킷을 효과적으로 전송하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

이동통신 시스템에서 작은 크기의 데이터 패킷을 효과적으로 전송하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시그널링 오버헤드를 줄이면서 작은 크기의 데이터 패킷을 효과적으로 전송하기위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예를 따르는 단말이 데이터를 전송하는 방법은 보안을 완화한 전송 과정 적용을 결정하는 단계; AS security를 적용하지 않는 임시 DRM (Temporary Data Radio Bearer) 요청을 포함하는 RRC 연결 요청 메시지를 기지국에게 전송하는 단계; Temp DRM 설정을 포함하는 RRC 연결 셋업 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계; 및 상기 Temp DRM를 통하여 IP 패킷을 상기 기지국에게 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이동통신 시스템에서 작은 크기의 데이터 패킷을 효과적으로 전송하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS TO EFFICIENTLY SUPPORT MULTIPLE FREQUENCY BAND IN THE MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 이동통신 시스템에 대한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 시그널링 오버헤드를 줄이면서 작은 크기의 데이터 패킷을 효과적으로 전송하기위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 이동통신 시스템은 사용자의 이동성을 확보하면서 통신을 제공하기 위한 목적으로 개발되었다. 이러한 이동통신 시스템은 기술의 비약적인 발전에 힘입어 음성 통신은 물론 고속의 데이터 통신 서비스를 제공할 수 있는 단계에 이르렀다.
근래에는 차세대 이동통신 시스템 중 하나로 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 LTE(Long Term Evolution) 시스템에 대한 규격 작업이 진행 중이다. 상기 LTE 시스템는 2010년 정도를 상용화 목표로 해서, 현재 제공되고 있는 데이터 전송률보다 높은 최대 100 Mbps 정도의 전송 속도를 가지는 고속 패킷 기반 통신을 구현하는 기술이며 현재 규격화가 거의 완료되었다.
최근 다양한 패킷 서비스가 상용화되면서, 크기가 작은 패킷이 단속적으로 발생하는 경우가 빈번하게 발생한다. LTE를 비롯한 일반적인 이동 통신 시스템에서는 아무리 크기가 작은 패킷이라 하더라도 패킷을 전송하기 위해서는 signaling connection과 data bearer를 설정하여야 한다. 상기 과정에서 많은 수의 제어 메시지 교환이 수반되며, 많은 단말이 크기가 작은 데이터를 송수신하기 위해서 연결 설정 과정을 수행할 경우, 망에 심각한 부하를 초래할 수 있을 뿐만 아니라 다량의 제어 메시지 교환은 단말의 배터리 성능을 저하시킬 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 시그널링 오버헤드를 줄이면서 간혈적으로 발생하는 작은 크기의 데이터 패킷을 전송할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 단말이 데이터를 전송하는 방법은 보안을 완화한 전송 과정 적용을 결정하는 단계; AS security를 적용하지 않는 임시 DRM (Temporary Data Radio Bearer) 요청을 포함하는 RRC 연결 요청 메시지를 기지국에게 전송하는 단계; Temp DRM 설정을 포함하는 RRC 연결 셋업 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계; 및 상기 Temp DRM를 통하여 IP 패킷을 상기 기지국에게 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 시그널링 오버헤드를 최소한으로 하여 간혈적으로 발생하는 작은 크기의 데이터 패킷을 전송할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 LTE 시스템의 구조를 도시하는 도면
도 2는 본 발명이 적용되는 LTE 시스템에서 무선 프로토콜 구조를 나타낸 도면
도 3은 단말이 데이터를 송수신하기 위해서 망과 연결을 설정하는 절차를 설명하는 도면
도 4는 본 발명에서 작은 크기의 패킷을 간혈적으로 송수신하는 경우에 적합한 새로운 data transfer 과정을 트리거하는 과정을 설명하는 도면
도 5는 제 1 실시 예를 설명하기 위한 동작 흐름도
도 6은 제 1 실시 예에서 사용되는 IP 패킷 포맷
도 7은 GUTI의 구성을 설명하기 위한 도면
도 8은 제 1 실시 예에서 단말 동작 블록도
도 9는 제 1 실시 예에서 기지국 동작 블록도
도 10은 제 1 실시 예에서의 단말 프로토콜 구조
도 11은 제 1 실시 예에서의 기지국 및 S-GW 프로토콜 구조
도 12는 제 1 실시 예의 전송 과정에서 종래 전송 과정으로 천이하는 방법을 설명하기 위한 도면
도 13은 제 1 실시 예의 대안 중 하나로서, RRC Connection Setup Complete 메시지에 Temp DRB request 정보와 S-GW id 정보를 수납하는 방법을 설명하기 위한 도면
도 14는 제 1 실시 예의 대안 중 하나로서, 단말 동작 변경은 없고, 최소의 정보를 가진 context setup 과정을 적용하는 방법을 설명하기 위한 도면
도 15는 종래 기술에서의 RACH 과정을 도시한 도면
도 16은 제 2 실시 예를 설명하기 위한 동작 흐름도
도 17은 제 2 실시 예에서 사용되는 MAC PDU 포맷
도 18는 제 2 실시 예에서 단말 동작 블록도
도 19는 제 2 실시 예에서 기지국 동작 블록도
도 20는 제 2 실시 예의 전송 과정에서 종래 전송 과정으로 천이하는 방법을 설명하기 위한 도면
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 구성을 나타낸 블록도
도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국, MME 및 S-GW의 구성을 나타낸 블록도
도 23은 EPS Bearer Service Architecture을 설명하기 위한 도면
도 24는 Integrity protection 과정을 설명하기 위한 도면
도 25는 ciphering 과정을 설명하기 위한 도면
본 발명은 이동통신 시스템에서 작은 크기의 데이터 패킷을 간혈적으로 전송해야 할 때, 시그널링 오버헤드를 줄이면서, 이를 효과적으로 전송하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명을 설명하기 앞서 LTE 시스템에 대해서 간략하게 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 LTE 시스템의 구조를 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 도시한 바와 같이 LTE 시스템의 무선 액세스 네트워크는 차세대 기지국(Evolved Node B, 이하 ENB, Node B 또는 기지국)(105, 110, 115, 120)과 MME (125, Mobility Management Entity) 및 S-GW(130, Serving-Gateway)로 구성된다. 사용자 단말(User Equipment, 이하 UE 또는 단말)(135)은 ENB(105 ~ 120) 및 S-GW(130)를 통해 외부 네트워크에 접속한다.
도 1에서 ENB(105 ~ 120)는 UMTS 시스템의 기존 노드 B에 대응된다. ENB는 UE(135)와 무선 채널로 연결되며 기존 노드 B 보다 복잡한 역할을 수행한다. LTE 시스템에서는 인터넷 프로토콜을 통한 VoIP(Voice over IP)와 같은 실시간 서비스를 비롯한 모든 사용자 트래픽이 공용 채널(shared channel)을 통해 서비스 되므로, UE들의 버퍼 상태, 가용 전송 전력 상태, 채널 상태 등의 상태 정보를 취합해서 스케줄링을 하는 장치가 필요하며, 이를 ENB(105 ~ 120)가 담당한다.
하나의 ENB는 통상 다수의 셀들을 제어한다. 예컨대, 100 Mbps의 전송 속도를 구현하기 위해서 LTE 시스템은 예컨대, 20 MHz 대역폭에서 직교 주파수 분할 다중 방식(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 OFDM이라 한다)을 무선 접속 기술로 사용한다. 또한 단말의 채널 상태에 맞춰 변조 방식(modulation scheme)과 채널 코딩률(channel coding rate)을 결정하는 적응 변조 코딩(Adaptive Modulation & Coding, 이하 AMC라 한다) 방식을 적용한다.
S-GW(130)는 데이터 베어러를 제공하는 장치이며, MME(125)의 제어에 따라서 데이터 베어러를 생성하거나 제거한다. MME는 단말에 대한 이동성 관리 기능은 물론 각종 제어 기능을 담당하는 장치로 다수의 기지국 들과 연결된다.
도 2는 본 발명이 적용되는 LTE 시스템에서 무선 프로토콜 구조를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, LTE 시스템의 무선 프로토콜은 단말과 ENB에서 각각 PDCP(Packet Data Convergence Protocol 205, 240), RLC(Radio Link Control 210, 235), MAC (Medium Access Control 215,230)으로 이루어진다.
PDCP(Packet Data Convergence Protocol)(205, 240)는 IP 헤더 압축/복원 등의 동작을 담당하고, 무선 링크 제어(Radio Link Control, 이하 RLC라고 한다)(210, 235)는 PDCP PDU(Packet Data Unit)를 적절한 크기로 재구성해서 ARQ 동작 등을 수행한다.
MAC(215,230)은 한 단말에 구성된 여러 RLC 계층 장치들과 연결되며, RLC PDU들을 MAC PDU에 다중화하고 MAC PDU로부터 RLC PDU들을 역다중화하는 동작을 수행한다. 물리 계층(220, 225)은 상위 계층 데이터를 채널 코딩 및 변조하고, OFDM 심벌로 만들어서 무선 채널로 전송하거나, 무선 채널을 통해 수신한 OFDM 심벌을 복조하고 채널 디코딩해서 상위 계층으로 전달하는 동작을 한다.
도 3은 단말이 데이터를 송수신하기 위해서 망과 연결을 설정하는 절차를 설명하는 도면이다.
현재 연결이 설정되어 있지 않은 단말 (이하 idle mode UE)은 전송할 데이터가 발생하면 기지국과 RRC CONNECTION ESTABLISHMENT 과정을 수행한다. 단말은 랜덤 액세스 과정을 통해서 기지국과 역방향 전송 동기를 수립하고 RRC CONNECTION REQUEST메시지를 기지국으로 전송한다 (305). 상기 메시지에는 단말의 식별자와 연결을 설정하고자 하는 이유 등이 수납된다.
기지국은 단말이 RRC 연결을 설정하도록 RRC CONNECTION SETUP 메시지를 전송한다 (310). 상기 메시지에는 RRC 연결 구성 정보 등이 수납된다. RRC 연결은 SRB (Signaling Radio Bearer)라고도 하며, 단말과 기지국 사이의 제어 메시지인 RRC 메시지 송수신에 사용된다.
RRC 연결을 설정한 단말은 RRC CONNECTION SETUP COMPLETE메시지를 기지국으로 전송한다 (315). 상기 메시지에는 단말이 소정의 서비스를 위한 베어러 설정을 MME에게 요청하는 SERVICE REQUEST라는 제어 메시지가 포함되어 있다.
기지국은 RRC CONNECTION SETUP COMPLETE 메시지에 수납된 SERVICE REQUEST 메시지를 MME로 전송하고 (320), MME는 단말이 요청한 서비스를 제공할지 여부를 판단한다.
판단 결과 단말이 요청한 서비스를 제공하기로 결정하였다면 MME는 기지국에게 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST라는 메시지를 전송한다(325). 상기 메시지에는 DRB (Data Radio Bearer) 설정 시 적용할 QoS 정보, 그리고 DRB에 적용할 security 관련 정보 (예를 들어 Security Key, Security Algorithm) 등의 정보가 포함된다.
기지국은 단말과 security를 설정하기 위해서 SECURITY MODE COMMAND 메시지(330)와 SECURITY MODE COMPLETE 메시지(335)를 교환한다. security 설정이 완료되면 기지국은 단말에게 RRC CONNECTION RECONFIGURATION 메시지를 전송한다(340). 상기 메시지에는 사용자 데이터가 처리될 DRB의 설정 정보가 포함되며, 단말은 상기 정보를 적용해서 DRB를 설정하고 기지국에게 RRC CONNECTION RECONFIGURATION COMPLETE 메시지를 전송한다(345).
단말과 DRB 설정을 완료한 기지국은 MME에게 INITIAL CONTEXT SETUP COMPLETE 메시지를 전송하고 (350), 이를 수신한 MME는 S-GW와 S1 bearer를 설정하기 위해서 S1 BEARER SETUP 메시지와 S1 BEARER SETUP RESPONSE 메시지를 교환한다. S1 BEARER는 S-GW와 기지국 사이에 설정되는 데이터 전송용 connection이며 DRB와 1대 1로 매핑된다. 상기 과정이 모두 완료되면 단말은 기지국과 S-GW를 통해 데이터를 송수신한다(365, 370).
한편, 단말과 망은 기본적으로 두 종류의 보안 설정을 유지한다. 단말과 MME 사이의 보안을 보안 1이라 하고 단말과 기지국 사이의 보안을 보안 2라고 할 때, 이들은 아래와 같은 특징을 가진다.
보안 1: 소정의 보안 키와 소정의 보안 알고리즘 및 COUNT를 이용해서 단말과 MME 사이의 제어 메시지 (이하 단말과 MME 사이의 제어 메시지를 NAS 메시지로 명명)에 대해서 제공되는 보안이다. 보안 1은 단말이 망에 최초로 접속한 후에는 단말이 아이들 모드로 천이하더라도 유지된다. 보안 1은 integrity protection과 ciphering을 제공하는 기능을 수행한다.
integrity protection은 초기 접속 메시지를 제외한 모든 NAS 메시지에 적용되며, ciphering은 단말에 첫번째 DRB를 설정된 후부터 적용된다. 단말은 SERVICE REQUEST 메시지에 어떤 보안 키를 적용했는지를 지시하는 정보를 포함시켜서 전송하며, MME는 상기 정보 및 SERVICE REQUEST의 소정의 일련 번호 등을 이용해서 integrity check을 수행한다.
그리고 integrity check이 verify되면 이 후의 NAS 메시지들부터는 ciphering을 적용한다. COUNT는 패킷 마다 단조 증가하는 변수이며 NAS 일련 번호로부터 유도된다. 본 발명에서는 보안 1의 COUNT를 COUNT1로 명명한다.
보안 2: 소정의 또 다른 보안 키와 소정의 보안 알고리즘 및 COUNT를 이용해서 단말과 기지국 사이의 데이터 교환에 대해서 제공되는 보안이다. 보안 2는 단말이 RRC 연결을 설정하고 SECURITY MODE COMMAND/COMPLETE 메시지를 기지국과 교환한 후부터 적용되며, 단말의 PDCP 계층에 의해서 수행된다.
보안 키와 알고리즘 정보 등은 상기 SECURITY MODE 설정 과정에서 결정된다. COUNT는 패킷 마다 단조 증가하는 변수이며 PDCP 일련 번호로부터 유도된다. 본 발명에서는 보안 2의 COUNT를 COUNT2로 명명한다.
도 3의 과정은 크게 RRC 연결 설정, 보안 2 설정, DRB 설정의 3 단계로 구성된다. 일반적인 data transfer라면 이러한 과정들을 수행하는 것이 문제가 될 것이 없으나, 간혈적으로 발생하는 작은 크기의 패킷 몇 개를 송수신하기 위한 연결인 경우에 상기 과정들을 모두 수행하면 상대적인 시그널링 오버헤드가 급격하게 증가하는 문제가 야기될 수 있다.
본 발명에서는 상기 문제를 해결하기 위해서, 작은 크기의 패킷을 간혈적으로 송수신하는 경우에는 적합한 새로운 data transfer 과정(이하 small packet transfer 과정)을 정의한다.
도 4는 본 발명을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명을 따르면 아이들 상태의 단말 (RRC 연결이 설정되지 않은 단말)이 새로운 데이터를 생성하는 경우(405), 단말은 상기 새롭게 발생한 데이터가 small packet transfer 조건에 부합하는지 판단한다.(410)
단계 410에서 단말이 해당 조건에 부합하지 않는다고 판단한 경우, (즉 일반적인 데이터 송수신 절차를 적용하는 것이 바람직한 것으로 판단된다면), 415 단계로 진행해서 data transfer procedure 1을 수행할 것이다. 이때 data transfer procedure 1은 종래의 방법으로서, 도 3에서 도시한 절차를 예시할 수 있다.
반면 small packet 전송 송수신 절차를 적용하는 것이 바람직한 것으로 판단된다면 420 단계로 진행해서 data transfer procedure 2를 수행하게 된다. data transfer procedure 2는 본 발명에서 제안한 방법으로 이후 첨부된 도면과 함께 상세히 후술된다.
<제 1 실시 예>
제 1 실시를 따르면 상기 보안 2 설정에 따르는 시그널링 오버헤드를 줄일 수 있다. 구체적으로는, AS security을 적용하지 않는 것을 특징으로 하는 DRB을 이용하여, 저용량을 가진 패킷을 전송할 수 있다.
이를 위해, AS security activation 이전 (즉, 도 3에서의 330 단계 이전)에 설정할 수 있는 DRB을 제안하며, 상기 DRB을 이하 Temporary DRB 또는 Temp DRB라 칭한다. 상기 temporary DRB는 AS security activation 이전에 설정되므로, PDCP계층에서는 ROHC 및 AS security을 수행하지 않을 수 있다.
제 1 실시 예에서는 상기 Temporary DRB 설정을 위한 단말 및 NW 동작을 제안하고, Temp DRB의 보안을 위해 S-GW에서 NAS security을 적용하는 방안을 설명한다. 또한, 패킷 전송이 계속될 경우도 고려하여 본 발명의 전송 과정에서 종래 전송 과정으로 천이하는 방법도 함께 제시한다. 패킷 전송이 계속될 경우라면 종래의 data transfer procedure 1로 전환한 후, 패킷을 전송하는 것이 더 바람직하기 때문이다.
제 1 실시 예를 설명하기에 앞서, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 DRB (Data Radio Bearer)에 대해 설명한다.
도 23은 EPS Bearer Service Architecture을 보이고 있다.
도 23에서 DRB (2315)는 E-UTRAN에서 단말 (2305)과 기지국 (2310)사이에서 사용자 데이터를 교환하는데 이용된다. 일반적으로, INITIAL SECURITY ACTIVATION 과정 이 후, RRC CONNECTION RECONFIGURATION 메시지를 이용하여 DRB 설정이 이루어지며, integrity protection 및 ciphering의 보안 동작이 적용된다.
Integrity protection은 해당 패킷이 누군가에 의해, 오염되었는지를 판단하기 위해 이용된다. 반면, ciphering은 타인이 볼 수 없도록 패킷을 암호화하는 것이다.
도 24는 Integrity protection 과정을 설명하기 위한 도면이다.
송신 장치는 소정의 Key (2425)와 소정의 변수들 및 Integrity protection을 적용한 메시지(2415)를 소정의 보안 알고리즘을 구비한 장치에 입력해서 MAC을 산출한다. 상기 소정의 변수로는 COUNT(805), DIRECTION (2410), BEARER (2420) 등이 있다. COUNT는 NAS 일련 번호로부터 유도되는 변수이고, DIRECTION은 역방향/순방향에 따라 결정되는 변수이며, BEARER는 미리 정의된 소정의 값이다.
도 25는 ciphering 과정을 설명하기 위한 도면이다.
Ciphering은 ciphering이 적용되는 비트스트림 (PLAINTEXT 2535)과 동일한 길이를 가지는 KEYSTREAM BLOCK (2530)에 대해서 소정의 연산 (예를 들어 exclusive OR 연산)을 적용해서 완료된다. KEYSTREAM BLOCK은 소정의 키와 소정의 알고리즘과 소정의 변수들에 의해서 생성되며, 상기 소정의 변수들로는 COUNT (2505), BEARER (2510), DIRECTION (2515), LENGTH (2520) 등이 있다.
LENGTH는 PLAINTEXT/KEYSTREAM BLOCK의 길이를 지시하는 변수이다. eciphering은 ciphering에 적용된 동일한 키, 동일한 알고리즘 및 동일한 변수에 의해서 생성된 KEYSTREAM BLOCK과 CIPHERTEXT BLOCK에 대해서 소정의 연산을 적용함으로써 완료된다.
도 5는 제 1 실시 예를 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
505 단계에서 단말이 저용량의 패킷을 생성한 경우, 510 단계에서 단말은 저용량 패킷을 본발명의 제 1실시예를 통하여 전송할지 여부를 결정할 수 있다. 단말이 단계 510에서 적용하는 결정 규칙들은 아래와 같이 예시할 수 있다.
제 1 결정 규칙: 현재 RRC 연결이 되지 않은 때 전송할 IP 패킷이 발생하고, 해당 IP 패킷의 크기 일정 크기 이하일 때 (IP packet occurs when there is no RRC connection; and the size of the IP packet is smaller than a threshold);
제 2 결정 규칙: 현재 RRC 연결이 되지 않은 때 전송할 IP 패킷이 발생하고, 해당 IP 패킷 주소/포트/TOS (Term of Service)가 미리 정해진 것과 일치될 때 (IP packet occurs when there is no RRC connection for it; and IP address/port/TOS matches with an predefined one);
제 3 결정 규칙: 현재 RRC 연결이 되지 않은 때 전송할 IP 패킷이 발생하고, 해당 IP 패킷이 미리 정해진 어플리케이션과 관련될 때 (IP packet occurs when there is no RRC connection for it; and IP address is coming from the predefined application). 상기 소정의 어플리케이션 (application)이나 IP address/port/TOS 등은 사업자에 의해서 미리 설정될 수 있다고 가정할 수 있다.
상기 3 가지의 결정 규칙들 중, 어느 하나만 결정 규칙으로 설정하거나, 또는 3가지의 결정 규칙들이 모두 적용되고 어느 하나라도 조건이 만족한다면, 본 발명에서의 data transfer procedure을 사용할 수 있다고 설정할 수 있다. 위 나열된 이외의 결정 규칙이 본 발명에 적용될 수 있다.
이후 515 단계에서 단말은 기지국에게 RRC Connection Request 메시지를 통해, Temp DRB 을 요청한다. 520 단계에서 기지국은 RRC connection Setup 메시지를 통해, SRB 및 Temp DRB을 설정한다.
525 단계에서 단말은 저용량 패킷을 전달하기 위해 본 발명에서 정의한 포맷을 가진 IP 패킷을 기지국에게 전송한다. 상기 가공된 IP 패킷은 NAS 라우팅 정보 (NAS UP rout.), NAS security 정보, IP 패킷을 포함할 수 있다. 상기 IP 패킷에 대한 설명은 첨부된 도 6과 도 7에 대한 설명에서 상세히 후술된다.
530 단계에서 기지국은 상기 IP 패킷의 수신을 완료한 후, 상기 IP 패킷에 포함된 S-GW id을 확인한다. 기지국은 S-GW id가 지시하는 S-GW에게 공통 bearer을 이용하여 해당 IP 패킷을 전달할 수 있다.
이후 상기 IP 패킷을 수신한 S-GW는 공통 bearer (즉, common GTP tunnel)을 통해 특정 S-TMSI가 security context을 포함하고 있는지 확인한다. S-TMSI (SAE Temporary Mobile Subscriber Identity)는 하나의 MME pool (하나 이상의 MME로 구성된)내에서 특정 단말을 지시하는데 사용되는 식별자이다. 만약 존재하지 않는다면, S-GW는 MME로부터 상기 context을 요청한다. S-GW가 상기 Security context을 획득하면, 상기 context을 이용하여, IP 패킷을 deciphering한다.
도 6은 제 1 실시 예에서 사용되는 IP 패킷 포맷이다.
상기 가공된 IP 패킷은 NAS 라우팅 정보 (605), NAS security 정보 (610), IP 패킷 (615)으로 구성된다. 여기서 라우팅 정보는 S-GW id와 GUTI 값이 될 수 있다.
S-GW id는 기지국이 상기 IP 패킷을 포워딩할 특정 S-GW을 지시하는데 이용된다. GUTI는 도 7과 같이, MME id (GUMMEI, 730)와 단말 id (M-TMSI, 725)로 구성된다. GUMMEI는 unique한 MME id이며, M-TMSI은 특정 MME내에서 사용되는 단말 id이다. GUTI가 포함되는 이유는 NAS security을 수행하기 위해 UE context가 필요하며, 이를 MME로부터 제공받기 위해서이다. 따라서 이를 받아오기 위해서는 관련 MME id와 단말 id을 S-GW에게 알려주어야 한다. GUTI을 구성하는 각 ID들에 대한 설명은 다음과 같다.
MCC (Mobile Country Code, 705): ITU에서 할당한 국가 코드로, 12 비트로 구성된다.
MNC (Mobile Network Code, 710): 각 나라의 관련 국가 기관에서 할당한 네트워크 코드로, 8 ~ 12 비트로 구성된다.
MMEGI (MME Group Identifier, 715): 한 PLMN내에서 한 MME 그룹을 지시하는데 이용되며, 16 비트로 구성된다.
MMEC (MME Identifier, 720): 한 PLMN내에서 한 MME을 지시하는데 이용되며, 8 비트로 구성된다.
M-TMSI (MME Mobile Subscriber Identifier, 725): 한 MME에서 한 단말을 지시하는데 이용되며, 32 비트로 구성된다.
NAS security 정보로는 KSI, MAC-I, NAS SN등이 될 수 있다. UE가 전송하는 IP 패킷 (615)은 NAS security (610)를 적용하여 ciphering 될 수 있다.
도 8은 제 1 실시 예에서 단말 동작 블록도이다.
805 단계에서 단말은 작은 크기의 패킷을 전송하기 위해, 본 발명에서 제안한 data transfer 방법을 초기화한다. 810 단계에서 단말은 기지국에게 RRC CONNECTION REQUEST 메시지를 전달한다. 상기 RRC 메시지는 temporary DRB의 설정을 요청하는데 이용된다.
815 단계에서 단말은 기지국으로부터 전송된 RRC CONNECTION SETUP 메시지를 수신한다. 상기 RRC 메시지에는 SRB와 temporary DRB 설정 정보를 포함하고 있다. 820 단계에서 단말은 설정된 temporary DRB을 이용하여, 상기 IP 패킷을 전송한다.
도 9는 제 1 실시 예에서 기지국 동작 블록도이다.
905 단계에서 기지국은 단말로부터 RRC CONNECTION REQUEST 메시지를 수신한다. 910 단계에서 기지국은 상기 RRC 메시지에 temporary DRB에 대한 요청 내용이 포함되어 있는지를 판단한다. 만약 상기 요청이 없다면, 915 단계에서 도 3에서 기술된 것과 같이 종래의 과정을 수행한다.
RRC 메시지에 temporary DRB에 대한 요청이 포함된 경우에는, 920 단계에서 상기 기지국은 제 1 실시 예에서의 작은 크기의 패킷을 전송하기 위한 data transfer procedure을 지원할지를 결정한다. 지원하지 않는다면, 915 단계를 수행한다.
지원하는 경우라면, 925 단계에서 SRB와 temporary DRB을 설정하기 위해, 단말에게 RRC CONNECTION SETUP 메시지를 전송한다. 930 단계에서 기지국은 단말로부터 temporary DRB을 이용한 IP 패킷을 수신한다. 935 단계에서 기지국은 상기 수신한 패킷을 S-GW로 포워딩한다.
도 10은 제 1 실시 예에서의 단말 프로토콜 구조이다.
IP 계층(1005)에서 단말이 전달해야 할 IP 패킷이 발생한다. 단말 프로토콜 구조에서 packet filtering (1010)은 본 발명의 전송 과정을 수행할 것인지를 결정한다.
본 발명의 전송과정을 수행할 경우, 종래의 PDCP 계층 (1015)와 RLC 계층 (1020)는 적용되지 않으며, 미리 정해진 NAS security (1035), UP routing (1040), RLC AM entity (1045)을 수행한다. MAC 계층 (1025)에서도 미리 정해진 포맷에 따라 MAC PDU을 구성한다. PHY 계층 (1030)을 통해 IP 패킷이 기지국에게 전달된다.
도 11은 제 1 실시 예에서의 기지국 및 S-GW 프로토콜 구조이다.
PHY 계층 (1140)에서 수신한 패킷은 상기 상위 계층인 MAC 계층 (1135)으로 전달된다. 상기 MAC 계층은 패킷 포맷을 보고, 종래 기술대로 처리할지, 본 발명에서의 방법을 따를지를 결정한다. 수신한 패킷의 포맷이 종래 기술과 대응된다면, RLC 계층 (1130), PDCP 계층 (1125), GTP (1120)을 통해 종래의 기술대로 패킷을 처리한다.
만약 본 발명과 연관된 패킷이라면, RLC AM (1160), UP routing (1155), 공통 GTP (1150)을 통해 패킷을 처리한다. 이 때 라우팅 정보를 디코딩하여, 일치하는 S-GW로 common GTP tunnel을 이용하여 IP 패킷을 전달한다. S-GW에서는 NAS security (1145)을 이용하여, 상기 패킷을 디코딩하여, P-GW (1110)로 전달한다.
도 12는 제 1 실시 예의 전송 과정에서 종래 전송 과정으로 천이하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
1205 단계에서 상기 기술한 결정 규칙에 따라 저용량 전송 과정 트리거한다. 1210 단계에서 저용량 전송 과정 수행한다. 그러나 1215 단계에서 단위 시간당 발생하는 패킷의 수가 일정 수준 이상을 발생하면 S-GW은 일반 전송 과정으로 전환하기로 결정한다.
이 경우 각 엔티티들은 1220 단계에서 RRC connection establishment 과정을 수행하며, 단말은 기지국에게 RRC Connection Request 메시지를 전송한다.
1225 단계에서 기지국과 MME은 context setup을 수행한다. 1230 단계에서 단말과 기지국은 Security Mode Command 과정을 통해, AS security을 적용하고, RRC Connection Reconfiguration 메시지를 통해, DRB을 설정한다.
단말은 DRB가 정상적으로 setup 되면 (또는 RRC CONNECTION RECONFIGURATION 절차가 완료되면) enhanced procedure의 적용을 중지한다. 1235 단계에서 종래 기술에서의 DRB을 통해, IP 패킷 전송한다. 1240 단계에서 종래 기술에서의 S1-U bearer을 통해, IP 패킷 전송한다.
제 1 실시 예에서 여러 대안들이 존재할 수 있다. 도 13과 도 14는 이러한 대안들을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 제 1 실시 예의 대안 중 하나로서, RRC Connection Setup Complete 메시지에 Temp DRB request 정보와 S-GW id 정보를 수납하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
1305 단계에서 단말은 저용량의 패킷을 발생시킨다. 1310 단계에서 단말은 미리 정해진 소정의 규칙에 따라 본 발명의 동작 과정을 수행하여 저용량 패킷을 전송할지 결정한다. 1315 단계에서 단말은 기지국에게 RRC CONNECTION REQUEST 메시지를 전송한다. 이 때, 도 5와 달리, 상기 RRC 메시지는 temporary DRB 요청 정보를 포함하지 않는다. 이러한 이유는 RRC Connection Request 메시지는 매우 제한된 크기를 가지므로, Temp DRB 요청 정보가 부담이 될 수 있다. 따라서, 상기 temp DRB 요청을 RRC CONNECTION REQUEST 메시지 대신에 RRC Connection Setup Complete에 포함시키는 것이다.
1320 단계에서 기지국은 단말에게 RRC CONNECTION SETUP 메시지를 보낸다. 1325 단계에서 단말은 기지국에게 temp DRB 요청 정보를 포함한 RRC CONNECTION SETUP COMPLETE 메시지를 전달한다. 이 때, 기지국은 S-GW id 정보를 단말이 MME와 NAS procedure을 수행하는 과정에서 획득할 수 있다. 예를 들어, TAU update 과정에서 제공 가능하다. 이는 제 1 실시 예에서 각 IP 패킷마다 S-GW id을 수납하여, 오버헤드가 늘어나는 것을 막기 위해서이다.
1330 단계에서 기지국은 단말에게 RRC CONNECTION RECONFIGURATION 메시지를 이용하여, temp DRB을 설정한다. 1335 단계에서 단말은 temp DRB을 이용하여 패킷을 전송한다. 1340 단계에서 기지국은 S-GW에게 common bearer을 이용하여 상기 패킷을 포워딩한다.
도 14는 제 1 실시 예의 대안 중 하나로서, 단말 동작 변경은 없고, 최소의 정보를 가진 context setup 과정을 적용하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
1405 단계에서 단말은 저용량의 패킷을 발생시킨다. 1410 단계에서 단말은 MME에게 REQUEST을 수행하면서, security에 필요한 정보들을 전달한다. 1415 단계에서 NAS security을 설정한다. 1420 단계에서 AS security는 setup 하고, routing 정보를 context에서 알려줘서 단말이 IP packet에 routing 정보를 포함시킬 필요가 없게 만든다.
1425 단계에서 단말과 기지국은 Security Mode Command 과정을 통해, AS security을 적용하고, RRC Connection Reconfiguration 메시지를 통해, DRB을 설정한다. 1430 단계에서 security 동작을 수행한다. 1435 단계에서 종래의 일반적인 DRB을 이용하여 IP 패킷을 기지국에게 전송한다. 1440 단계에서 기지국은 종래의 일반적인 EPS bearer을 이용하여 상기 패킷을 포워딩한다.
종래의 기술에서 수행했던 과정을 모두 수행하므로, 시그널링 수를 크게 줄일 수는 없지만, 단말 영향은 최소화하면서, MME가 최소한의 context만 보내주게 함으로써 시그널링 오버헤드를 줄일 수 있다.
<제 2 실시 예>
제 2 실시예에서의 특징은 종래의 RACH 과정을 개선하여, 저용량을 가진 패킷을 전송하는데 이용하는데 있다. RACH 과정을 활용함으로써, AS security을 적용할 수 없는 문제를 NAS security을 적용하여 해결한다.
제 2 실시예에서는 RAR 수신 이후, 단말에서 기지국으로 전달되는, 라우터 헤더, NAS security 정보, IP 패킷 등으로 구성된 메시지의 형식을 제안한다. 해당 발명을 지원하기 위한 새로운 protocol stack 구성 및 각 layer별 기능은 제 1 실시 예와 동일하며, 이미 도 10과 도 11에서 상세히 설명하였다. 또한, 패킷 전송이 계속될 경우, 본 실시 예의 전송 과정에서 종래 전송 과정으로 천이하는 방법도 제시한다.
본 실시 예에 대한 설명에 앞서, 발명의 이해를 돕기 위하여 종래 RACH 과정을 설명한다.
도 15는 종래 기술에서의 RACH 과정을 도시한 도면이다.
단말은 1505단계에서 기지국으로부터 random access 수행을 위해 필요한 정보 (prach-config; Physical Random Access Channel-configuration)를 시스템 정보 블록(SIB; System Information Block)2를 통해 전달받는다. 이때 정보는 프리엠블(preamble) 선택 기준, RA response window 크기, preamble 송신 전력 정보 등을 포함하고 있다. 단말은 1510단계에서 연결이 필요하다고 판단되면, 1515단계에서 초기 램덤 억세스 프리앰블(random access(RA) preamble) 을 기지국으로 전송한다.
다음으로 단말은 1520단계에서 초기 RA preamble을 전송하는데 사용된 자원의 시간 및 주파수 위치 정보를 바탕으로 RA-RNTI(Random Access- Radio Network Temporary Identifier)을 계산한다. 이 RA-RNTI 값은 하향링크 제어 채널(PDCCH; Physical Downlink Control Channel)에서 단말로 전달되는 랜덤 억세스 응답 (RAR;Random Access Response)의 스케줄링 정보를 찾는데 이용된다.
단말은 1525단계에서 계산된 RA-RNTI을 이용하여, PDCCH을 디코딩 한다. 그리고 단말은 1530단계에서 디코딩된 PDCCH로부터 RAR의 스케줄링 정보를 획득한다. 단말은 1540단계에서 획득한 RAR 스케줄링 정보를 이용하여, RAR을 수신한다.
RAR는 백오프 지시자(BI;Backoff Indicator) 정보를 포함한다. 그리고 RAR 수신 시도는 특정 시간 구간 내에서만 이루어지는데 이 시간 구간을 RA response window(1535)라고 한다. 이 시간 구간이 끝나도록 RAR가 수신되지 않으면, 단말은 해당 랜덤 억세스(random access)가 실패했다고 판단한다. 또한 RAR이 수신되더라도, 상기 단말이 전송한 프리앰블(preamble)의 RAPID(Random Access Preamble Identifier)을 해당 RAR가 가지고 있지 않으면, 단말은 1545단계에서 랜덤 억세스가 실패했다고 판단한다.
그리고 단말은 수신된 BI 정보를 저장한다. Random access가 실패로 판단되면, 단말은 1550단계에서 0부터 BI정보가 지시하는 값 사이의 랜덤한 값을 선택하여 백오프를 수행한다. 백오프 시간 이후, 단말은 랜덤 억세스를 재시도한다. 상기 단말이 전송한 프리앰블의 RAPID을 해당 RAR가 가지고 있다면, 1555 단계에서 상기 단말은 msg3 메시지를 기지국에게 전송한다.
Msg3는 RAR 메시지를 수신한 후, 6 서브프레임 이후에 전송된다. 상기 msg3는 상기 RACH을 수행하는 목적에 따라, 관련 RRC 메시지를 포함한다. 예를 들어, 초기 엑세스를 위해, RACH을 수행했다면, 상기 msg3 메시지에 RRC CONNECTION REQUEST 메시지를 포함시킨다. RRC CONNECTION REESTABLISHMENT 과정을 위해 RACH을 수행했다면, 상기 msg3 메시지에 RRC CONNECTION REESTABLISHMENT REQUEST 메시지를 포함시킨다.
핸드오버 수행 후, msg3 메시지는 목적 셀 (Target cell)에 RRC CONNECTION RECONFIGURATION 메시지를 전송하는데 이용된다. 단말은 상기 msg3 메시지가 전송한 후, mac-ContentionResolutionTimer 타이머를 시작한다. 1560 단계에서 기지국은 단말에게 Contention Resolution 메시지를 전송한다. 상기 메시지는 최종적으로 상기 단말이 엑세스 경쟁에서 성공하였음을 확인시켜주는데 이용된다. 또한, 상기 msg3 메시지에 포함된 RRC 메시지에 따라 이에 대응하는 응답 RRC 메시지를 포함한다.
상기 단말은 상기 Contention Resolution 메시지를 수신하게 되면, mac-ContentionResolutionTimer 타이머를 종료한다. 만약 단말이 상기 타이머가 만료될 때까지 (1565) 상기 Contention Resolution 메시지를 수신하지 못한다면, RACH 과정을 처음부터 다시 시작한다.
도 16은 제 2 실시 예를 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
1605 단계에서 단말은 저용량의 패킷을 발생시킨다. 1610 단계에서 단말은 미리 정해진 소정의 규칙에 따라 본 발명의 동작 과정을 수행하여 저용량 패킷을 전송할지 결정한다. 상기 소정의 규칙의 예들은 이미 도 5에서 설명하였다.
1615 단계에서 단말은 기지국에게 Random Access Preamble을 전송한다. 1620 단계에서 기지국은 RAR을 단말에게 전송한다. 1625 단계에서 단말은 저용량 패킷을 전달하기 위해 본 실시 예에서 정의한 포맷을 가진 MAC PDU을 종래의 msg3 대신에 기지국에게 전송한다. 해당 MAC PDU는 첨부된 도 17에 대한 설명과 함께 후술된다.
1630 단계에서 UP PDU를 한번에 전달하지 못할 경우, 여러 세그먼트(Segment)로 보내야 하며, 이를 위해 기지국은 UL grant을 단말에게 전송한다. 상기 UL grant을 전송할지 여부는 1625 단계에서 단말로부터 수신한 BSR (Buffer Status Report)을 참고하여 결정한다.
1635 단계에서 단말은 UP PDU의 나머지 세그먼트를 기지국에게 전송한다. 1640 단계에서 기지국은 UP PDU의 수신을 완료한 후, UP PDU에 포함된 S-GW id을 확인한다. S-GW id가 지시하는 S-GW로, 공통 bearer을 이용하여 해당 IP 패킷을 전달한다.
도 17은 제 2 실시 예에서 사용되는 MAC PDU 포맷이다.
상기 가공된 IP 패킷은 NAS 라우팅 정보 (1705), NAS security 정보 (1710), IP 패킷 (1715)으로 구성된다. 라우팅 정보에는 S-GW id (1720)와 GUTI (1725)값이 될 수 있다. S-GW id는 기지국이 상기 IP 패킷을 포워딩할 특정 S-GW을 지시하는데 이용된다. GUTI는 도 7에서 이미 상세히 설명하였다.
NAS security 정보로는 KSI, MAC-I, NAS SN등이 될 수 있다. 보내질 IP 패킷 (1715)은 NAS security (1710)를 적용하여 ciphering 된다. 상기 가공된 IP 패킷은 MAC PDU에 수납할 수 있도록 적절히 분할된다.
분할된 UP PDU (1730)은 본 실시 예에서 정의한 새로운 MAC PDU에 수납된다. 상기 MAC PDU의 포맷은 BSR (1760), PHR (Power Headroom Report, 1765), UP PDU (1730), Connectionless C-RNTI (1755)와 각 IE들에 대응되는 서브헤더들 (1735, 1740, 1745, 1750)로 구성된다.
상기 Connectionless C-RNTI은 해당 MAC PDU가 저용량 패킷을 전송할 때 사용한다. 가용한 C-RNTI들 중에서 미리 정해진 몇 개의 C-RNTI들을 해당 목적을 위해 전용한다. 단말은 저용량 패킷을 전송하기로 결정하면, Connectionless C-RNTI의 세트 중에서 임의의 하나를 선택하여 MAC PDU에 포함시킨다.
상기 Connectionless C-RNTI (1755)는 단말이 특정 C-RNTI 집합에서 하나를 임의의 선택하는 것이므로, 다수의 단말이 동일한 Connectionless C-RNTI을 선택할 경우, 충돌이 발생할 수 있다. 이와 같은 경우, 해당 단말들은 여러 번의 시도에도 불구하고 패킷 전송에 실패할 것이다.
따라서, 정해진 시도 동안 패킷 전송에 실패할 경우, 단말은 해당 과정을 종료하고 과정을 초기화하여 다시 시작한다. 또한, Connectionless C-RNTI을 선택하여 사용할 때, 하나의 validity timer을 적용한다.
한편, 1625 단계와 함께, 단말과 기지국은 하나의 validity timer을 시작한다. 해당 validity timer가 만료된 후에도 단말 또는 기지국이 보낼 패킷이 존재한다면, validity timer을 갱신한다. 이는 사용 중인 Connectionless C-RNTI을 관리하는데 유용하다.
상기 BSR (1760)은 UL grant가 추가적으로 필요한지 판단하는데 사용한다. 한번의 전송으로 IP 패킷을 모두 전달할 수 없다면, 단말은 BSR을 전달한다. 기지국은 해당 BSR을 수신 후, 추가적으로 자원이 필요한지를 판단한다. 필요하다고 판단될 경우, 단말에게 UL grant을 전송한다.
상기 PHR (1765)은 전력 제어에 도움을 주기 위해 추가시킬 수 있다. BSR과 PHR은 추가 패킷 전송 유무, 유용성에 따라 선택 사항으로 추가시킬 수 있다.
상기 UP PDU (1730)은 본 실시 예에서의 RLC PDU을 칭한다.
Connectionless C-RNTI, BSR, PHR, UP PDU에 대응되는 각 서브헤더들 (1735, 1740, 1745, 1750)은 상기 MAC PDU에 상기 IE들이 어느 순서로 포함되었는지를 지시하며, 가변적인 크기를 가진 IE의 경우엔, 해당 IE의 크기 정보도 함께 포함하고 있다.
도 18는 제 2 실시 예에서 단말 동작 블록도이다.
1805 단계에서 단말은 작은 크기의 패킷을 전송하기 위해, 본 발명에서 제안한 data transfer 방법을 초기화한다. 1810 단계에서 단말은 기지국에게 Random access preamble을 전송한다. 1815 단계에서 단말은 기지국으로부터 RAR 메시지를 수신한다.
1820 단계에서 단말은 BSR, PHR, UP PDU로 구성된 MAC PDU을 구성하여, 기지국에게 전송한다. 1825 단계에서 단말은 기지국으로부터 UL grant을 수신한다. 1830 단계에서 단말은 아직 보내지 못한 UP PDU을 전송한다.
도 19는 제 2 실시 예에서 기지국 동작 블록도이다.
1905 단계에서 기지국은 단말로부터 random access preamble을 수신한다. 1910 단계에서 기지국은 단말에게 RAR 메시지를 전송한다. 1915 단계에서 기지국은 단말로부터 msg3을 수신하며, 상기 메시지가 종래의 msg3인지 또는 본 실시 예에서 정의한 MAC PDU인지를 판단한다. 만약 종래의 msg3라면, 1920 단계에서 종래의 과정을 수행한다. 종래의 RACH 과정은 이미 도 15에서 상세히 설명하였다.
그렇지 않다면, 1925 단계에서 기지국은 새로운 MAC PDU을 저장한다. 1930 단계에서 기지국은 상기 MAC PDU에 포함된 BSR을 확인하고, 상기 단말이 보내야 할 데이터가 더 있는지를 판단한다. 만약 보내야 할 데이터가 더 있다면, 1935 단계에서 기지국은 단말에게 UL grant을 전송한다.
1940 단계에서 기지국은 단말로부터 추가적으로 데이터를 수신한다. 만약 단말이 더 이상 보낼 데이터가 없다면, 1945 단계에서 기지국은 수신한 데이터들을 결합한다. 1950 단계에서 기지국은 상기 결합된 데이터를 S-GW로 전송한다.
도 20는 제 2 실시 예의 전송 과정에서 종래 전송 과정으로 천이하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
2005 단계에서 상기 기술한 결정 규칙에 따라 저용량 전송 과정을 트리거한다. 2010 단계에서 저용량 전송 과정을 수행한다. 2015 단계에서 단위 시간당 발생하는 패킷의 수가 일정 수준 이상을 발생하면 단말은 일반 전송 과정으로 전환한다.
2020 단계에서 RRC connection establishment 과정을 수행하며, 단말은 기지국에게 RRC Connection Request 메시지를 전송한다. 2025 단계에서 단말은 기지국에게 RRC Connection Setup 메시지를 전송한다. 2030 단계에서 단말은 기지국에게 RRC Connection Setup Complete 메시지를 전송한다.
2035 단계에서 기지국은 MME에게 Service Request 메시지를 전송한다. 2040 단계에서 기지국과 MME은 context setup 수행한다.
2045 단계에서 단말과 기지국은 Security Mode Command 과정을 통해, AS security을 적용하고, RRC Connection Reconfiguration 메시지를 통해, 일반적인 DRB을 설정한다. 2050 단계에서 종래 기술에서의 DRB을 통해, IP 패킷을 전송한다. 2055 단계에서 종래 기술에서의 S1-U bearer을 통해, IP 패킷을 전송한다.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 21을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 단말은 송수신부(2105), 제어부(2110), 다중화 및 역다중화부(2115), 제어 메시지 처리부(2130), 각 종 상위 계층 처리부(2120, 2125), EPS bearer manager (2140) 및 NAS 계층 장치(2145)를 포함한다.
상기 송수신부(2105)는 서빙 셀의 순방향 채널로 데이터 및 소정의 제어 신호를 수신하고 역방향 채널로 데이터 및 소정의 제어 신호를 전송한다. 다수의 서빙 셀이 설정된 경우, 송수신부(2105)는 상기 다수의 서빙 셀을 통한 데이터 송수신 및 제어 신호 송수신을 수행한다.
다중화 및 역다중화부(2115)는 상위 계층 처리부(2120, 2125)나 제어 메시지 처리부(2130)에서 발생한 데이터를 다중화하거나 송수신부(2105)에서 수신된 데이터를 역다중화해서 적절한 상위 계층 처리부(2120, 2125)나 제어 메시지 처리부(2130)로 전달하는 역할을 한다.
제어 메시지 처리부(2130)는 RRC 계층 장치이며 기지국으로부터 수신된 제어 메시지를 처리해서 필요한 동작을 취한다. 예를 들어 RRC CONNECTION SETUP 메시지를 수신하면 SRB1과 temporary DRB를 설정한다.
상위 계층 처리부(2120, 2125)는 DRB 장치를 의미하며 서비스 별로 구성될 수 있다. FTP(File Transfer Protocol)나 VoIP(Voice over Internet Protocol) 등과 같은 사용자 서비스에서 발생하는 데이터를 처리해서 다중화 및 역다중화부(2115)로 전달하거나 상기 다중화 및 역다중화부(2115)로부터 전달된 데이터를 처리해서 상위 계층의 서비스 어플리케이션으로 전달한다. 하
나의 서비스는 하나의 EPS bearer와 하나의 상위 계층 처리부와 일 대 일로 매핑될 수 있다. 만약 임의의 EPS bearer가 본 발명에서 제안한 data transfer procedure 2 (제 1 실시 예 또는 제 2 실시 예)을 사용한다면, 해당 EPS bearer에 대해서는 상위 계층 처리부가 설정되지 않는다.
제어부(2110)는 송수신부(2105)를 통해 수신된 스케줄링 명령, 예를 들어 역방향 그랜트들을 확인하여 적절한 시점에 적절한 전송 자원으로 역방향 전송이 수행되도록 송수신부(2105)와 다중화 및 역다중화부(2115)를 제어한다.
EPS bearer manager는 data transfer procedure 2을 적용할지 여부를 판단하고, 만약 이러한 data transfer procedure를 적용한다면 IP packet을 RRC 계층 장치 혹은 temporary DRB 장치로 전달한다.
도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국, MME 및 S-GW의 구성을 나타낸 블록도로서, 도 22의 기지국 장치는 송수신부 (2205), 제어부(2210), 다중화 및 역다중화부 (2220), 제어 메시지 처리부 (2235), 각 종 상위 계층 처리부 (2225, 2230), 스케줄러(2215), EPS bearer 장치(2240, 2245) 및 NAS 계층 장치(2250)를 포함한다. EPS bearer 장치는 S-GW에, NAS 계층 장치는 MME에 위치한다.
송수신부(2205)는 순방향 캐리어로 데이터 및 소정의 제어 신호를 전송하고 역방향 캐리어로 데이터 및 소정의 제어 신호를 수신한다. 다수의 캐리어가 설정된 경우, 송수신부(2205)는 상기 다수의 캐리어로 데이터 송수신 및 제어 신호 송수신을 수행한다.
다중화 및 역다중화부(2220)는 상위 계층 처리부(2225, 2230)나 제어 메시지 처리부(2235)에서 발생한 데이터를 다중화하거나 송수신부(2205)에서 수신된 데이터를 역다중화해서 적절한 상위 계층 처리부(2225, 2230)나 제어 메시지 처리부(2235), 혹은 제어부 (2210)로 전달하는 역할을 한다. 제어 메시지 처리부(2235)는 단말이 전송한 제어 메시지를 처리해서 필요한 동작을 취하거나, 단말에게 전달할 제어 메시지를 생성해서 하위 계층으로 전달한다.
상위 계층 처리부(2225, 2230)는 EPS 베어러 별로 구성될 수 있으며 EPS 베어러 장치에서 전달된 데이터를 RLC PDU로 구성해서 다중화 및 역다중화부(2220)로 전달하거나 다중화 및 역다중화부(2220)로부터 전달된 RLC PDU를 PDCP SDU로 구성해서 EPS 베어러 장치로 전달한다.
스케줄러는 단말의 버퍼 상태, 채널 상태 등을 고려해서 단말에게 적절한 시점에 전송 자원을 할당하고, 송수신부에게 단말이 전송한 신호를 처리하거나 단말에게 신호를 전송하도록 처리한다.
EPS 베어러 장치는 EPS 베어러 별로 구성되며, 상위 계층 처리부에서 전달한 데이터를 처리해서 다음 네트워크 노드로 전달한다.
상위 계층 처리부와 EPS 베어러 장치는 S1-U 베어러에 의해서 상호 연결된다. common DRB에 해당하는 상위 계층 처리부는 common DRB를 위한 EPS 베어러와 common S1-U 베어러에 의해서 연결된다.
NAS 계층 장치는 NAS 메시지에 수납된 IP 패킷을 처리해서 S-GW로 전달한다.
125: MME
130 : S-GW
105, 110, 115, 120 : ENB
135: UE

Claims (20)

  1. 단말이 데이터를 전송하는 방법에 있어서,
    보안을 완화한 전송 과정 적용을 결정하는 단계;
    AS security를 적용하지 않는 임시 DRM (Temporary Data Radio Bearer) 요청을 포함하는 RRC 연결 요청 메시지를 기지국에게 전송하는 단계;
    Temp DRM 설정을 포함하는 RRC 연결 셋업 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계; 및
    상기 Temp DRM를 통하여 IP 패킷을 상기 기지국에게 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 IP 패킷을 전송하는 단계는 상기 IP 패킷과 함께 NAS 라우팅 정보 및 NAS security 정보를 전송하는 단계이며,
    상기 NAS 라우팅 정보는 상기 기지국이 상기 IP 패킷을 전송할 게이트웨이 정보 및 GUTI 정보를 포함하며, 상기 GUTI 정보는 MCC(Mobile Country Code), MNC(Mobile Network Code), MMEGI(MME Group Identifier), MMEC(MME Identifier) 또는 M-TMSI(MME Mobile Subscriber Identifier) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 IP 패킷을 전송하는 단계 이후에,
    단위 시간 당 발생하는 IP 패킷의 수가 미리 설정된 값 이상인 경우, AS security을 적용한 DRB를 설정하고 상기 DRB를 통하여 상기 IP 패킷을 상기 기지국에게 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    아이들 상태에서 상기 IP 패킷을 생성하는 단계; 및
    상기 IP 패킷이 미리 설정된 기준 크기 이하인 경우, 상기 IP 패킷의 주소, 포트 및 TOS (Term of Service)가 미리 설정된 값과 일치하는 경우, 또는 상기 IP 패킷이 미리 설정된 어플리케이션에서 생성된 경우 중 적어도 하나 이상에 해당하면, 상기 보안을 완화한 전송 과정을 적용하기로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 단말이 데이터를 전송하는 방법에 있어서,
    보안을 완화한 전송 과정 적용을 결정하는 단계;
    랜덤 엑세스 프리엠블을 기지국에게 전송하고, 상기 기지국으로부터 RAR 메시지를 수신하는 단계; 및
    분할된 UP PDU를 포함하는 MAC PUD를 통하여 IP 패킷을 상기 기지국에게 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 MAC PUD는 Connectionless C-RNTI 및 상기 C-RNTI의 서브헤더를 포함하며, BSR, PHR (Power Headroom Report) 또는 UP PDU 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 IP 패킷을 전송하는 단계 이후에,
    기지국으로부터 UL grant를 수신하는 단계; 및
    상기 MAC PUD에서 전송하지 못한 상기 UP PDU의 세그먼트를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 기지국이 데이터를 수신하는 방법에 있어서,
    AS security를 적용하지 않는 임시 DRM (Temporary Data Radio Bearer) 요청을 포함하는 RRC 연결 요청 메시지를 단말로부터 수신하는 단계;
    Temp DRM 설정을 포함하는 RRC 연결 셋업 메시지를 상기 단말에게 전송하는 단계; 및
    상기 Temp DRM를 통하여 IP 패킷을 상기 단말로부터 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 IP 패킷을 수신하는 단계는 상기 IP 패킷과 함께 NAS 라우팅 정보 및 NAS security 정보를 수신하는 단계이며,
    상기 NAS 라우팅 정보는 상기 기지국이 상기 IP 패킷을 전송할 게이트웨이 정보 및 GUTI 정보를 포함하며, 상기 GUTI 정보는 MCC(Mobile Country Code), MNC(Mobile Network Code), MMEGI(MME Group Identifier), MMEC(MME Identifier) 또는 M-TMSI(MME Mobile Subscriber Identifier) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 IP 패킷을 수신하는 단계 이후에,
    단위 시간 당 발생하는 IP 패킷의 수가 미리 설정된 값 이상인 경우, AS security을 적용한 DRB를 설정하고 상기 DRB를 통하여 상기 IP 패킷을 상기 단말로부터 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 기지국이 데이터를 수신하는 방법에 있어서,
    랜덤 엑세스 프리엠블을 단말에게 수신하고, 상기 단말에게 RAR 메시지를 전송하는 단계; 및
    분할된 UP PDU를 포함하는 MAC PUD를 통하여 IP 패킷을 상기 단말로부터 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 MAC PUD는 Connectionless C-RNTI 및 상기 C-RNTI의 서브헤더를 포함하며, BSR, PHR (Power Headroom Report) 또는 UP PDU 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 IP 패킷을 수신하는 단계 이후에,
    상기 BSR을 이용하여 상기 MAC PUD에서 수신하지 못한 IP 패킷의 존재 여부를 확인하는 단계;
    단말에게 UL grant를 전송하는 단계; 및
    상기 MAC PUD에서 수신하지 못한 상기 UP PDU의 세그먼트를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 데이터를 전송하는 단말에 있어서,
    기지국과 신호를 송수신하는 송수신부; 및
    보안을 완화한 전송 과정 적용을 결정하고, AS security를 적용하지 않는 임시 DRM (Temporary Data Radio Bearer) 요청을 포함하는 RRC 연결 요청 메시지를 기지국에게 전송하고, Temp DRM 설정을 포함하는 RRC 연결 셋업 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하고, 상기 Temp DRM를 통하여 IP 패킷을 상기 기지국에게 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 IP 패킷과 함께 NAS 라우팅 정보 및 NAS security 정보를 전송하도록 제어하며,
    상기 NAS 라우팅 정보는 상기 기지국이 상기 IP 패킷을 전송할 게이트웨이 정보 및 GUTI 정보를 포함하며, 상기 GUTI 정보는 MCC(Mobile Country Code), MNC(Mobile Network Code), MMEGI(MME Group Identifier), MMEC(MME Identifier) 또는 M-TMSI(MME Mobile Subscriber Identifier) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 단말.
  16. 데이터를 전송하는 단말에 있어서,
    기지국과 신호를 송수신하는 송수신부; 및
    보안을 완화한 전송 과정 적용을 결정하고, 랜덤 엑세스 프리엠블을 기지국에게 전송하고, 상기 기지국으로부터 RAR 메시지를 수신하며, 분할된 UP PDU를 포함하는 MAC PUD를 통하여 IP 패킷을 상기 기지국에게 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 MAC PUD는 Connectionless C-RNTI 및 상기 C-RNTI의 서브헤더를 포함하며, BSR, PHR (Power Headroom Report) 또는 UP PDU 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 단말.
  18. 데이터를 수신하는 기지국에 있어서,
    단말과 신호를 송수신하는 송수신부; 및
    AS security를 적용하지 않는 임시 DRM (Temporary Data Radio Bearer) 요청을 포함하는 RRC 연결 요청 메시지를 상기 단말로부터 수신하고, Temp DRM 설정을 포함하는 RRC 연결 셋업 메시지를 상기 단말에게 전송하고, 상기 Temp DRM를 통하여 IP 패킷을 상기 단말로부터 수신하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 IP 패킷과 함께 NAS 라우팅 정보 및 NAS security 정보를 수신하도록 제어하며,
    상기 NAS 라우팅 정보는 상기 기지국이 상기 IP 패킷을 전송할 게이트웨이 정보 및 GUTI 정보를 포함하며, 상기 GUTI 정보는 MCC(Mobile Country Code), MNC(Mobile Network Code), MMEGI(MME Group Identifier), MMEC(MME Identifier) 또는 M-TMSI(MME Mobile Subscriber Identifier) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 기지국.
  20. 데이터를 수신하는 기지국에 있어서,
    단말과 신호를 송수신하는 송수신부; 및
    랜덤 엑세스 프리엠블을 단말에게 수신하고, 상기 단말에게 RAR 메시지를 전송하며, 분할된 UP PDU를 포함하는 MAC PUD를 통하여 IP 패킷을 상기 단말로부터 수신하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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