KR20130048709A - 단말 간 직접 연결 통신의 무선 자원 운용 방법 - Google Patents

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KR20130048709A
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안재영
예충일
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한국전자통신연구원
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Abstract

단말 간 직접 연결 통신의 무선 자원 운용 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 단말간 직접 통신을 위한 자원 관리 방법은, 복수의 연결 ID(CID: Connection Identifier)들을 N(N은 자연수)개의 그룹으로 분할하는 단계, 단말간 직접 통신을 위한 자원을, 상기 N개의 그룹에 대응되는 N개의 부대역(subband)으로 분할하는 단계 및 상기 N개의 그룹 각각에 속한 각각의 연결 ID를 상기 각 그룹에 대응되는 부대역의 자원과 매핑하여, 자원을 할당하는 단계를 포함하여 구성된다. 따라서, 본 발명에 따른 자원 운용 방법을 이용하면, 전체 주파수 대역을 다수의 부대역(sub-band)로 나누어 운용하는 것에 의해서, 커뮤니케이션 레인지(communication range)의 확장, 저출력 디바이스의 수용, 자원의 granularity 향상을 통한 자원 관리의 유연성을 얻을 수 있다.

Description

단말 간 직접 연결 통신의 무선 자원 운용 방법{Method for radio resource management in device-to-device communication}
본 발명은 단말 간 직접 연결 통신 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단말 간 직접 연결 통신에 있어서 무선 자원 관리(radio resource management)의 유연성(flexibility)을 증대시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.
단말간 직접 통신(이하, D2D 통신과 혼용; Device to Device 통신)은 기지국을 거치지 않고 인접한 두 단말 사이에 직접적인 데이터 송수신을 수행하는 통신 방식을 의미한다. 즉, 두 단말이 각각 데이터의 소스(source)와 목적(destination)이 되면서 통신을 수행하게 된다.
이러한 단말간 직접 통신이 효율적으로 이용될 수 있는 사용 케이스(use case)에 대해서는 여러 가지 논의가 있다. 일 예로서, 단말간 직접 통신은 록 콘서트 등에 참석한 방문자들에게 대용량의 자료(예컨대, 록 콘서트의 프로그램, 연주자에 대한 정보)를 제공하는 로컬 미디어 서버 등에 이용될 수 있다.
이때, 각 디바이스들은 서빙 셀과 접속하여 전화 통화와 인터넷 액세스 등은 종래의 셀룰러 링크를 이용하여 수행하되, D2D 통신의 상대방으로 동작하는 로컬 미디어 서버로부터는 상술된 대용량의 자료를 D2D 방식으로 직접적으로 송수신할 수 있다.
한편, D2D 링크는 동일 셀을 서빙 셀로 가지는 디바이스들간에만 가능한 것은 아니며, 서로 다른 셀을 서빙 셀로 가지는 디바이스들간에도 이루어질 수 있다. 예컨대, 제 1 기지국에 속한 디바이스3은 제 2 기지국에 속한 디바이스6과 D2D 통신을 수행할 수도 있다.
이와 같은 단말간 직접 연결 통신에는 중앙(centralized)제어 방식의 D2D 통신 방식과 분산(distributed)제어 방식의 D2D 통신 방식이 존재한다.
중앙제어 방식의 D2D 통신 방식은, 다른 디바이스와의 통신을 원하는 디바이스가 제어를 수행하는 중앙 노드(셀룰러망에서는 기지국)에 링크 설정을 요청하고, 중앙 노드는 상대 디바이스가 그 디바이스의 주변에 있는 경우 두 디바이스간 직접 통신을 할 수 있는 무선자원을 할당하여 디바이스 간 통신을 할 수 있도록 하는 방식이다. 이때, 디바이스의 거의 모든 동작은 중앙 노드에 의해 관리되며, D2D 통신을 위해 셀룰러 링크 또는 다른 D2D 링크를 위해 할당된 무선자원이 재사용(reuse)될 수 있다.
분산제어 방식의 D2D 통신 방식은, 하나의 중앙제어 노드에 의존하지 않고 디바이스들간의 직접적인 신호 교환을 통해 분산제어 방식으로 링크를 설정하고 이를 이용해 주변 디바이스와 직접 데이터를 교환하는 방식이다. 이와 같은 분산제어 방식으로는 Qualcomm이 제안한 FlashLinQ 기술이 대표적이다. FlashLinQ 기술은 TDD(Time Division Duplexing) 기반의 동기식(synchronous) 기술에 해당된다.
현행 FlashLinQ 등의 분산제어 D2D 통신에서는, 전체 주파수 대역에서 각각의 D2D 링크들이 스케쥴링되어 디바이스 간 데이터 전송을 하므로 통신 거리가 감소하고, 저출력 디바이스의 수용이 어려울 뿐만 아니라 자원의 granularity를 높이고자 하면 연결 스케쥴링(connection scheduling), 레이트 스케쥴링(rate scheduling) 등을 위한 시그널링 오버헤드가 증가하는 등의 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 단말 간 직접 연결에 있어서, 자원을 유연성 있게 운용하여 자원의 충돌 가능성을 완화시키고, 높은 우선 순위를 가지는 디바이스 또는 응용(application)에게 우선적인 접속을 보장하는, 단말 간 직접 연결의 무선 자원 운용 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 단말간 직접 통신을 위한 자원 관리 방법으로서, 복수의 연결 ID(CID: Connection Identifier)들을 N(N은 자연수)개의 그룹으로 분할하는 단계(a), 상기 단말간 직접 통신을 위한 자원을, 상기 N개의 그룹에 대응되는 N개의 부대역(subband)으로 분할하는 단계(b) 및 상기 N개의 그룹 각각에 속한 각각의 연결 ID를 상기 각 그룹에 대응되는 부대역의 자원과 매핑하여, 자원을 할당하는 단계(c)를 포함한 단말간 직접 통신을 위한 자원 관리 방법을 제공한다.
여기에서, 상기 단계(b)에서 상기 N개의 부대역은 동일한 크기의 자원을 가지도록 구성될 수 있다. 또는, 상기 단계(b)에서 상기 N개의 부대역의 적어도 일부 부대역의 자원 크기는 나머지 일부 부대역들의 자원의 크기와 서로 다르게 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 단계(c)에서 상기 할당되는 자원은 RTS(Request to Send) 및 CTS(Clear to Send) 용의 자원일 수 있다.
여기에서, 상기 단계(c)에서 상기 할당되는 자원은 파일롯(pilot) 신호 전송, 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information) 전송, 데이터 송수신 및 ACK 신호 전송 중 적어도 하나를 위한 자원일 수 있다.
여기에서, 상기 단계(a)와 단계(b)에서 상기 N개의 그룹들과 상기 N개의 부대역들에 대한 설정 정보는 네트워크로부터 시스템 정보(SI: System Information) 수신 및 RRC(Radio Resource Control) 시그널링 중 적어도 하나를 이용하여 수신될 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 단말간 직접 통신을 위한 자원 관리 방법으로서, 복수의 연결 ID(CID: Connection Identifier)들을 N(N은 자연수)개의 그룹으로 분할하는 단계(a), 상기 N개의 그룹 중 적어도 하나의 그룹에 대해서 우선적인 접속을 위한 전용의 자원을 배정하는 단계(b) 및 상기 하나의 그룹에 속한 연결 ID들에 대하여 상기 우선적인 접속을 위한 전용의 자원을 할당하는 단계(c)를 포함하는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 관리 방법을 제공한다.
여기에서, 상기 단계(b)에서, 상기 단말간 직접 통신을 위한 자원을 상기 N개의 그룹 별로 RTS/CTS 자원이 할당되는 N개의 부대역(subband)으로 분할하고, 상기 단계(c)에서, 상기 적어도 하나의 그룹에 대응되는 부대역에서 상기 우선적인 접속을 위한 전용의 자원을 할당하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 단계(b)에서 상기 N개의 부대역은 동일한 크기의 자원을 가지도록 구성될 수도 있고, 상기 N개의 부대역의 적어도 일부 부대역의 자원 크기는 나머지 일부 부대역들의 자원의 크기와 서로 다르게 구성될 수도 있다.
여기에서, 상기 단계(c)에서 상기 할당되는 자원은 RTS(Request to Send) 및 CTS(Clear to Send) 용의 자원일 수 있다.
여기에서, 상기 단계(c)에서 상기 할당되는 자원은 파일롯(pilot) 신호 전송, 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information) 전송, 데이터 송수신 및 ACK 신호 전송 중 적어도 하나를 위한 자원일 수 있다.
여기에서, 상기 단계(a)와 단계(b)에서 상기 N개의 그룹들과 상기 우선적인 접속을 위한 전용의 자원에 대한 설정 정보는 네트워크로부터 시스템 정보(SI: System Information) 수신 및 RRC(Radio Resource Control) 시그널링 중 적어도 하나를 이용하여 수신될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 자원 운용 방법을 이용하면, 전체 주파수 대역을 다수의 부대역(sub-band)로 나누어 운용하는 것에 의해서, 커뮤니케이션 레인지(communication range)의 확장, 저출력 디바이스의 수용, 자원의 granularity 향상 및 자원 관리의 유연성을 얻을 수 있다.
또한, 디바이스들 간의 공정성(fairness)를 고려하면서도 디바이스 또는 응용의 priority를 적절히 고려한 자원의 운용이 가능해진다.
도 1은 단말간 직접 통신의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 분산제어 D2D 통신 방식의 통신 동작 절차를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 분산제어 D2D 통신 동작 절차의 동기적 타이밍 구조를 설명하는 타이밍도이다.
도 4는 분산제어 방식 D2D 통신 동작 절차 중 페이징 단계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 부대역 운용 방안을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 부대역 운용 방안의 다른 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 트래픽 단계에서 우선 순위 보장을 위한 본 발명에 따른 자원 운용 방법의 일 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 트래픽 단계에서 우선 순위 보장을 위한 본 발명에 따른 자원 운용 방법의 다른 예를 설명하기 위한 개념도이다.
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 고정되거나 이동하는 지점을 말하며, 베이스 스테이션(base station), 노드-B(Node-B), e노드-B(eNode-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point), 릴레이(relay) 및 펨토셀(femto-cell) 등을 통칭하는 용어일 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 단말간 직접 통신의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1은 종래의 셀룰러 통신 방식과 단말간 직접 통신을 비교하여 설명하기 위한 개념도로서, 도 1을 참조하면, 제 1 기지국(110) 및 제 2 기지국(120)으로 구성된 셀룰러 통신망이 예시되어 있다.
이때, 제 1 기지국이 생성한 셀에 속한 단말1 내지 단말3(111, 112, 113)은 제 1 기지국을 경유하는 통상적인 접속 링크(셀룰러 링크)를 통하여 통신을 수행하게 되지만, 제 1 기지국에 속한 단말4(114)와 단말5(115)는 상호간의 데이터 송수신을 기지국을 경유하지 않고 직접적으로 수행하게 된다. 이때, 상술된 단말4와 단말5는 기지국의 통제하에 상호간의 직접 통신을 수행할 수도 있지만, 기지국의 통제를 전혀 받지 않고 단말4와 단말5간의 상호 작용만으로도 직접 통신을 수행할 수 있다. 또한, 인접 셀에 위치한 단말3(113)과 단말6(121) 간의 단말간 직접 통신도 가능하다.
또한, 이러한 셀룰러망의 구조와는 별개로 기지국이 존재하지 않는 환경 하에 있는 단말 간의 직접 통신도 가능하다.
예컨대, 단말7(131), 단말8(132) 및 단말9(133)는 각각의 단말들을 관장하는 기지국이 존재하지 않으며 각자가 하나의 독립된 개체로서 상호간의 직접 통신을 수행하도록 구성된다.
본 발명에 따른 단말간 직접 연결 방법은 동기식 분산제어 D2D 통신 기술의 디스커버리 절차의 개선에 관한 것이다.
도 2는 분산제어 D2D 통신 방식의 통신 동작 절차를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 분산제어 D2D 통신 방식의 통신 동작 절차는 크게 동기화(synchronization) 단계(210), 디스커버리(discovery) 단계(220), 페이징(paging) 단계(230) 및 트래픽(traffic) 통신 단계(240)를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같은 분산제어 방식의 D2D 통신 방식의 대표적인 예로서 Qualcomm이 제안한 FlashLinQ 방식이 존재하며, FlashLinQ 또한 상술된 통신 동작 절차들을 포함하여 절차를 구성하고 있다. 다만, 후술되는 분산제어 D2D 통신 방식의 동작 절차는 동기식(synchronous) 분산제어 D2D 통신 방식의 일반적 동작 절차일 수 있으며 반드시 FlashLinQ 기술에만 한정적으로 적용되는 것은 아니다.
동기화(synchronization) 단계는 D2D 통신에 참여한 각 디바이스들이 적절한 기준 신호를 이용하여 동기를 획득하여 디스커버리, 페이징 및 트래픽 통신이 수행되는 시간 구간에 대한 타이밍을 도출하는 단계이다.
도 3은 분산제어 D2D 통신 동작 절차의 동기적 타이밍 구조를 설명하는 타이밍도이다.
도 3을 참조하면, 동기를 획득한 디바이스는 디스커버리 구간(peer discovery slot; 310)에서는 디스커버리와 관련된 동작을, 페이징 구간(paging slot; 320)에서는 페이징과 관련된 동작을, 그리고 트래픽 구간들(traffic slot; 330)에서는 트래픽 데이터 교환을 위한 동작만을 수행하도록 구성된다. 이는 동기식 분산제어 D2D 통신의 특징적인 필수 절차로서 기본적으로 D2D에 참여한 디바이스들이 디스커버리와 페이징에 소모하는 전력을 최소화하기 위함이다.
디스커버리(discovery) 단계는 D2D 통신이 가능한 다른 디바이스를 발견하기 위한 단계이다. 즉, 각 디바이스는 다른 디바이스가 사용하고 있지 않은 PDR(Peer Discovery Resource)을 이용하여 자신의 존재를 알리기 위해 필요한 정보("표식(expression)"; 예를 들어, 디바이스 ID와 응용 ID를 이용해 생성)를 송신하고, 또한 다른 디바이스들이 송신한 정보를 수신함으로써 각각의 디바이스가 주변에 어떤 peer들이 있는지 파악하는 단계이다.
페이징(paging) 단계는 디스커버리 후 송수신이 필요한 디바이스가 인접 디바이스와 연결을 설정하기 위한 절차로서, 트래픽 단계에서 연결 설정 과정에 참여하기 위한 별도의 ID, 즉 연결 ID(CID: Connection ID)를 확보하기 위한 단계이다. 이때, CID는 임시적(temporal)이고 지역적(local)인 값일 수 있다.
트래픽(traffic) 단계는 데이터 송수신이 이루어지는 단계로서 페이징 과정에서 CID를 확보한 디바이스들이 모두 참여하여 분산 스케쥴링을 수행하고, 여기에서 송수신 권한을 확보한 디바이스들이 데이터의 송신과 수신을 수행하는 단계이다.
도 4는 분산제어 방식 D2D 통신 동작 절차 중 페이징 단계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4를 참조하면, 페이징 단계는 CID 브로드캐스트(broadcast) 단계(321), 페이징 요청(request) 단계(322) 및 페이징 응답(response) 단계(333)로 세분화될 수 있다. 페이징 과정을 통하여 페이징을 요청한 디바이스(pager)와 페이징에 응답하는 디바이스(pagee)는 동일한 CID를 확보하게 된다.
CID 브로드캐스트 단계는 기존에 CID를 확보하고 이를 이용해 뒤이은 트래픽 단계에서 계속 링크 스케쥴링에 참여하고자 하는 디바이스들이 이 CID에 대항하는 자원을 이용해 CID를 방송하는 단계이다. 이 구간 동안 CID를 방송하는 디바이스를 제외한 나머지 디바이스들은 모두 수신 동작을 수행하게 된다.
페이징 요청 단계는 트래픽 통신을 원하는 각 디바이스(pager)가 자신의 표식과 상대 디바이스(pagee)의 표식 및 현재시간 등을 이용해서 CID를 생성하고(hash 함수를 이용), 생성된 CID가 CID 방송 구간에 수신된 CID들과 일치하지 않으면 pager는 이 CID에 해당하는 무선자원을 이용해 페이징 요청 신호를 송신하게 된다. 페이징 요청 신호를 송신한 디바이스를 제외한 모든 다른 디바이스들은 각 CID의 수신 여부를 확인하는 동작을 이 구간 동안 수행하게 된다.
페이징 응답 단계에서 pager를 제외한 모든 디바이스들은 자신이 가진 사적 표식(private expression) 및 상대 디바이스의 표식을 이용하여 CID들을 생성하고, 또한 공적 표식(public expression)을 이용해 CID를 생성한다. 한편, 공적 표식은 해당 표식과 해당 표식의 목적이 미리 정의되어 디스커버리에 참여한 모든 디바이스들에게 공유되어 있는 표식을 의미할 수 있다.
즉, pagee는 pager와 동일한 표식 정보를 이용해 동일한 CID를 생성하게 되며 페이징 요청 구간에서 수신된 CID들과 자신이 생성한 CID들이 일치하는지 여부를 확인하여, 일치하는 CID가 있고 이것이 CID 방송 구간에서 수신한 CID들과 일치하지 않으면 해당 디바이스(page)는 그 CID에 해당하는 자원을 이용해 페이징 응답을 송신한다.
이는 pager와 pagee가 CID 방송 구간에서 수신한 CID들이 다를 수 있기 때문에 이에 따라 다른 디바이스 쌍(pair)들이 동일한 CID를 생성하여 트래픽 단계로 넘어갈 수 있는 위험을 해소하기 위함이다.
트래픽 단계는 데이터 송수신이 이루어지는 단계로서 페이징 과정에서 CID를 확보한 디바이스들이 모두 참여하여 분산 스케쥴링을 수행하고, 여기에서 송수신 권한을 확보한 디바이스들이 데이터의 송신과 수신을 수행하는 단계이다.
트래픽 단계가 수행되는 구간은 링크 스케쥴링(link scheduling; 331), 파일롯 구간(332), CQI 구간(333), 데이터 구간(334) 및 ACK 구간(335)으로 세분화된다.
링크 스케쥴링(또는 연결 스케쥴링: connection scheduling) 구간은 신호 교환을 통해 디바이스들이 서로에게 간섭을 유발하지 않고 최대한 효율적으로 전파 자원의 공간적 재사용을 하면서 중앙 노드의 제어 없이 분산적인 방법으로 데이터 구간에서의 송수신 권한을 스케쥴링하기 위한 구간이다. 즉, 보낼 데이터가 있는 디바이스들은 트래픽 구간 동안 반복적으로 링크 스케쥴링에 참여하며, 링크 스케쥴링 구간은 RTS(Request to Send)와 CTS(Clear to Send) 구간으로 구성된다.
각 CID는 RTS와 CTS의 한 쌍의 무선자원에 맵핑된다. RTS와 CTS의 무선자원은 그 위치 등에 따라 스케쥴링에서의 우선권이 결정되며, 한 쌍의 무선자원의 선택은 CID를 기반으로 의사(pseudo) 랜덤화되며, CID간의 공정성(fairness)을 위하여 각 트래픽 슬롯마다 새롭게 선택된다.
보낼 데이터가 있는 디바이스는 RTS 구간에서 자신이 확보한 CID에 해당하는 무선자원을 이용해 신호를 송신하며, 이를 수신한 디바이스는 수신 SIR(Signal to Interference Ratio)가 일정 수준 이상이면 CTS 구간에서 동일 CID에 해당하는 무선자원을 이용하여 CTS 신호를 송신하고, 일정 수준 이하이면 CTS 송신을 포기한다.
RTS를 송신한 디바이스는 동일 CID에 해당하는 자원에서 CTS 신호가 수신되지 않거나(수신 레벨이 일정 수준 이하이거나), 보다 높은 우선권을 가진(CID로 결정) 링크들에 일정 수준 이상의 간섭을 발생시킬 것으로 판단되면 트래픽 데이터 송신을 포기하고 파일롯부터 ACK까지의 과정에 참여하지 않는다.
파일롯 및 CQI 구간을 합쳐서 레이트 스케쥴링(rate scheduling) 구간이라 할 수 있으며 연결 스케쥴링 과정을 통해 분산적인 방법으로 무선자원을 확보한 송신 디바이스는 파일롯 신호를 보내고, 수신 디바이스는 이를 이용해 채널을 측정하여 적절한 CQI 정보를 생성해 송신 디바이스에 응답하게 된다.
데이터 및 ACK 구간에서 송신 디바이스는 CQI 정보에 따라 데이터를 송신하고 수신 디바이스는 ACK로 응답하게 된다.
본 발명에 따른 단말 간 직접 연결 방법은 동기식 분산제어 D2D 통신 기술의 자원 운용 방법에 관한 것이다.
종래 분산제어 D2D 통신 기술은 전체 대역을 이용해 디바이스 간 데이터 전송을 하므로 통신 거리가 감소하고, 저출력 디바이스의 수용이 어려우며, 자원의 granularity를 높이고자 하면 연결 스케쥴링, 레이트 스케쥴링 등의 시그널링 오버헤드가 증가하는 등의 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 대부분의 분산 제어 D2D 방식 통신 기술들이 전체 주파수 대역에서 D2D 링크가 스케쥴링되는 것에 의해 발생되는 비효율적인 자원 운용의 문제점을 개선하는 것을 목적으로 한다.
먼저, 본 발명에 따른 효율적인 자원 관리 방안을 설명하도록 한다. 본 발명에 따른 효율적 자원 관리 방안에서는 트래픽 단계에서 전체 주파수 대역을 다수 개로 분할하여 분할된 주파수 대역 내에서 자원 운용이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다. 주파수 대역을 다수로 분할하여 제한적으로 경쟁 등이 이루어지도록 하는 것에 의해서, 커뮤니케이션 레인지(communication range)의 확장, 저출력 디바이스의 수용, 자원의 granularity 향상 및 자원 관리의 유연성을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 대역 분할을 통한 자원 운용 방안
본 발명에 따른 자원 운용 방안은 전체 대역을 다수 개의 부대역(sub-band)으로 분할하여 운용하는 것을 특징으로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 부대역 운용 방안을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5를 참조하면, 페이징 단계에서 결정된 CID에 기반하여 의사 랜덤(pseudo random)하게 RTS/CTS 자원 쌍이 결정되는 과정이 설명되어 있다. 즉, 페이징 단계에서 확보된 CID에 따라 RTS/CTS 단계에서 이용할 무선자원은 의사 랜덤하게 선택되며, 각 CID는 특정 부대역의 RTS/CTS 자원으로 맵핑된다.
예컨대, CID 그룹0(600)이 N개의 CID로 구성되고, 이들에 대응되는 4개의 부대역들(510, 520, 530, 540)이 존재한다면, 0~N-1까지 N개의 CID들에 대해서 0부터 (N/4)-1까지의 CID들에 대해서는 부대역#1(510)의 자원에 매핑시키고, (N/4)부터 2*(N/4)-1까지의 CID들에 대해서는 부대역#2(520)의 자원에 매핑시키는 방식을 취할 수 있다.
이러한 대역 분할의 개념은 연결 스케쥴링부터 ACK 과정까지 트래픽 구간 전체에 걸쳐 적용되며, RTS/CTS 단계에서 수행되는 yielding 과정을 고려하여 RTS/CTS가 전송되는 주파수 자원과 실제 트래픽 데이터가 전송되는 주파수 자원은 동일하게 구성된다.
RTS/CTS 전송은 부대역 단위로 이루어지며, 이는 해당 부대역 내의 RTS/CTS 자원이 선택된 CID들 간에만 스케쥴링 경쟁(scheduling contention)이 이루어짐을 의미한다.
경쟁을 통하여 데이터 전송 권한을 획득한 디바이스 쌍은 RTS/CTS 단계(연결 스케쥴링 단계)와 동일한 부대역 내에서 파일롯, CQI, 데이터 및 ACK를 송수신하도록 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 부대역 운용 방안의 다른 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에서 분할되는 부대역들의 대역폭이 서로 다르게 구성되는 경우가 예시되어 있다. 즉, 보다 많은 대역폭을 요구하는 디바이스/응용(expression)을 위해 보다 넓은 대역폭을 가지는 부대역(들)이 준비될 수 있다.
예컨대, 도 6에서는 CID 그룹1(601)을 위해서 상대적으로 CID 그룹0(600)을 위한 부대역(sub-band#0; 610, sub-band#1; 620, sub-band#2; 630)보다 넓은 대역폭을 가지는 부대역(sub-band#3; 640)이 준비되는 경우가 예시되어 있다.
각 CID 그룹에 속한 CID들은 각 그룹에 대응된 부대역 내에서 해당 CID 그룹을 위한 자원을 의사랜덤하게 선택하도록 구성된다. 즉, CID 그룹0에 속한 CID들은 도 5를 통하여 상술된 방법과 동일하게 대응되는 부대역들(610, 620, 630)의 자원에 매핑시킬 수 있다.
한편, 상술한 각 부대역의 대역폭, 각 CID 그룹별 CID 개수 등의 대역의 분할 운용을 위한 설정(configuration) 정보는, 분산제어 D2D 통신이 셀룰러망 내에서 지원될 경우에 네트워크(기지국)에 의하여 시스템 정보(SI: System Information) 또는 RRC(Radio Resource Control) 시그널링을 통하여 디바이스로 전달되도록 구성될 수 있다.
다음으로, 우선 순위(priority)가 보장되어야 하는 디바이스 또는 응용(application)에 대해서 높은 자원 할당의 우선 순위를 보장할 수 있도록 하는 본 발명에 따른 우선 순위 보장 방법을 설명한다.
본 발명에 따른 우선 순위( priority ) 보장 방법
공정성(fairness)을 보장하면서도, 최대한 신속하게 데이터 전송이 필요하거나 전송 지연(latency)에 민감한 디바이스/응용에 대해서는 다른 디바이스들에 비하여 신속하게 데이터를 전송할 수 있도록 높은 priority를 보장하기 위한 방법이 필요하다.
이러한 방법은 트래픽 단계에서 전체 대역을 이용하여 디바이스 간 데이터 전송을 하는 경우와 다수개의 부대역으로 나누어 디바이스 간 데이터 전송을 하는 경우 각각에 대해서 서술될 수 있다.
1) 트래픽 단계에서 전체 대역을 이용하여 데이터 전송을 하는 경우
트래픽 단계에서 전체 대역을 이용하여 디바이스 간 데이터 전송을 하는 경우는 우선권이 다른 디바이스/응용을 위해 각기 다른 CID 그룹을 운용하는 방법이 이용될 수 있다.
도 7은 트래픽 단계에서 우선 순위 보장을 위한 본 발명에 따른 자원 운용 방법의 일 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7을 참조하면, 높은 우선 순위가 요구되는 디바이스/응용에 대해서는 CID 그룹0(700)을 할당하고, 해당 CID 그룹에 대해서는 높은 우선 순위를 가지는 디바이스/응용에 전용으로 배정되는 무선 자원(710, 720)이 배정되는 경우가 예시되어 있다. 도 7에서는 2개의 CID 그룹(700, 701)만이 운용되는 경우가 예시되지만 더 많은 수의 그룹이 운용될 수 있음은 자명하다.
페이징 단계에서 우선 순위가 다른 표식(expression)들은 각기 다른 CID 그룹에 속한 CID를 생성하도록 구성된다. 높은 우선 순위를 갖는 디바이스들을 위한 CID 그룹에 속한 CID들은 연결 스케쥴링(RTS/CTS)에서 높은 우선 순위를 갖는 자원 그룹에 속한 자원을 의사 랜덤하게 선택하도록 구성된다.
2) 트래픽 단계에서 전체 대역을 다수의 부 대역을 나누어 데이터 전송을 하는 경우
둘째로, 트래픽 단계에서 다수개의 부대역으로 나누어 디바이스 간 데이터 전송을 하는 경우는 앞서 설명된 전체 대역을 이용해 디바이스 간 데이터 전송을 하는 경우에서는 높은 우선 순위(high priority) 디바이스/응용을 지원하는 방법을 다수개의 서로 다른 부대역을 운용하는 경우로 확대 적용이 가능하다.
도 8은 트래픽 단계에서 우선 순위 보장을 위한 본 발명에 따른 자원 운용 방법의 다른 예를 설명하기 위한 개념도이다.
즉, 보통의 우선 순위를 가지는 디바이스/응용에 대해서는 다수개의 서로 다른 부대역을 운용하는 방법과 기본적으로 동일하다. 도 8을 참조하면 CID 그룹1(802)과 CID 그룹2(803)가 보통의 우선 순위를 갖는 디바이스/응용에 대해서 할당되는 경우가 예시되어 있다.
페이징 단계에서 우선권이 다르거나 요구 대역폭이 다른 표식들은 각기 다른 CID 그룹에 속한 CID를 생성하도록 한다. 예컨대, 높은 우선 순위를 갖는 디바이스/응용을 위한 별도의 CID 그룹(도 8에서는 CID 그룹 0a; 800으로 예시)이 존재하며, 우선 순위가 높으면서도 보다 넓은 대역폭을 요구하는 디바이스/응용을 위한 별도의 CID 그룹(도 8에서는 CID 그룹 0b; 801로 예시)이 존재할 수 있다.
따라서, 높은 우선 순위를 갖는 디바이스들을 위한 CID 그룹(예컨대, CID 그룹 0a)에 속한 CID들은 연결 스케쥴링(RTS/CTS)에서 높은 우선 순위를 갖는 자원 그룹(810, 820, 830, 840, 850, 860)에 속한 자원을 의사 랜덤하게 선택하도록 구성하고, 특히 높은 대역폭을 요구하는 디바이스/응용을 위한 별도의 CID 그룹(예컨대, CID 그룹 0b)에 속한 CID들은 넓은 대역폭의 부대역에 있는 자원 중에서 높은 우선권을 갖는 자원 그룹(870, 880)에 속한 자원을 의사 랜덤하게 선택하도록 구성될 수 있다.
한편, 상술한 각 CID 그룹별 CID 개수 등 우선순위 차등 지원을 위한 configuration 정보는, 분산제어 D2D 통신이 셀룰러망 내에서 지원될 경우에 네트워크(기지국)에 의하여 SI(System Information) 또는 RRC(Radio Resource Control) 시그널링을 통하여 디바이스로 전달되도록 구성될 수 있다.
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.
500, 600, 601, 700, 701, 800, 801, 802, 802: CID 그룹
510~540, 610~640: 부대역(subband)
710, 720, 810, 820, 830, 840, 850, 860, 870, 880: 전용 자원

Claims (13)

  1. 단말간 직접 통신을 위한 자원 관리 방법으로서,
    복수의 연결 ID(CID: Connection Identifier)들을 N(N은 자연수)개의 그룹으로 분할하는 단계(a);
    상기 단말간 직접 통신을 위한 자원을, 상기 N개의 그룹에 대응되는 N개의 부대역(subband)으로 분할하는 단계(b); 및
    상기 N개의 그룹 각각에 속한 각각의 연결 ID를 상기 각 그룹에 대응되는 부대역의 자원과 매핑하여, 자원을 할당하는 단계(c)를 포함한 단말간 직접 통신을 위한 자원 관리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(b)에서 상기 N개의 부대역은 서로 자원의 크기가 동일한, 단말간 직접 통신을 위한 자원 관리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(b)에서 상기 N개의 부대역의 적어도 일부 부대역의 자원 크기는 나머지 일부 부대역들의 자원의 크기와 서로 다른, 단말간 직접 통신을 위한 자원 관리 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(c)에서 상기 할당되는 자원은 RTS(Request to Send) 및 CTS(Clear to Send) 용의 자원인, 단말간 직접 통신을 위한 자원 관리 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(c)에서 상기 할당되는 자원은 파일롯(pilot) 신호 전송, 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information) 전송, 데이터 송수신 및 ACK 신호 전송 중 적어도 하나를 위한 자원인, 단말간 직접 통신을 위한 자원 관리 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(a)와 단계(b)에서 상기 N개의 그룹들과 상기 N개의 부대역들에 대한 설정 정보는 네트워크로부터 시스템 정보(SI: System Information) 수신 및 RRC(Radio Resource Control) 시그널링 중 적어도 하나를 이용하여 수신되는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 관리 방법.
  7. 단말간 직접 통신을 위한 자원 관리 방법으로서,
    복수의 연결 ID(CID: Connection Identifier)들을 N(N은 자연수)개의 그룹으로 분할하는 단계(a);
    상기 N개의 그룹 중 적어도 하나의 그룹에 대해서 우선적인 접속을 위한 전용의 자원을 배정하는 단계(b); 및
    상기 하나의 그룹에 속한 연결 ID들에 대하여 상기 우선적인 접속을 위한 전용의 자원을 할당하는 단계(c)를 포함하는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 관리 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 단계(b)에서, 상기 단말간 직접 통신을 위한 자원을 상기 N개의 그룹 별로 RTS/CTS 자원이 할당되는 N개의 부대역(subband)으로 분할하고,
    상기 단계(c)에서, 상기 적어도 하나의 그룹에 대응되는 부대역에서 상기 우선적인 접속을 위한 전용의 자원을 할당하도록 구성되는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 관리 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 단계(b)에서 상기 N개의 부대역은 서로 자원의 크기가 동일한, 단말간 직접 통신을 위한 자원 관리 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 단계(b)에서 상기 N개의 부대역의 적어도 일부 부대역의 자원 크기는 나머지 일부 부대역들의 자원의 크기와 서로 다른, 단말간 직접 통신을 위한 자원 관리 방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 단계(c)에서 상기 할당되는 자원은 RTS(Request to Send) 및 CTS(Clear to Send) 용의 자원인, 단말간 직접 통신을 위한 자원 관리 방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 단계(c)에서 상기 할당되는 자원은 파일롯(pilot) 신호 전송, 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information) 전송, 데이터 송수신 및 ACK 신호 전송 중 적어도 하나를 위한 자원인, 단말간 직접 통신을 위한 자원 관리 방법.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 단계(a)와 단계(b)에서 상기 N개의 그룹들과 상기 우선적인 접속을 위한 전용의 자원에 대한 설정 정보는 네트워크로부터 시스템 정보(SI: System Information) 수신 및 RRC(Radio Resource Control) 시그널링 중 적어도 하나를 이용하여 수신되는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 관리 방법.
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