KR20130055637A - 무선 통신 시스템에서 릴레이 노드가 기지국과의 연결을 재설정하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 릴레이 노드가 기지국과의 연결을 재설정하는 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 신호를 처리하는 방법에 관한 것이다. 특히, 상기 방법은, 무결성 검사 실패(integrity failure)가 발생한 것을 지시하는 지시자를 설정하는 단계; 및 상기 지시자를 포함하는, 연결 재수립 (connection reestablishment) 관련 제 1 메시지를 네트워크로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 무결성 검사 실패는, 허가되지 않은 제 3 자에 의하여 데이터가 삽입 또는 대체된 경우를 말한다.

Description

무선 통신 시스템에서 릴레이 노드가 기지국과의 연결을 재설정하는 방법 및 이를 위한 장치{METHOD AND APPARATUS FOR RECONFIGURING CONNECTION TO BASE STATION AT RELAY NODE IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 무선 통신 시스템에서 릴레이 노드가 기지국과의 연결을 재설정하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 일례로서 3GPP LTE (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution; 이하 "LTE"라 함) 통신 시스템에 대해 개략적으로 설명한다.
도 1은 무선 통신 시스템의 일례로서 E-UMTS 망구조를 개략적으로 도시한 도면이다. E-UMTS(Evolved Universal Mobile Telecommunications System) 시스템은 기존 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)에서 진화한 시스템으로서, 현재 3GPP에서 기초적인 표준화 작업을 진행하고 있다. 일반적으로 E-UMTS는 LTE(Long Term Evolution) 시스템이라고 할 수도 있다.
도 1을 참조하면, E-UMTS는 단말(User Equipment; UE)과 기지국(eNode B; eNB), 네트워크(E-UTRAN)의 종단에 위치하여 외부 네트워크와 연결되는 접속 게이트웨이(Access Gateway; AG)를 포함한다. 기지국은 브로드캐스트 서비스, 멀티캐스트 서비스 및/또는 유니캐스트 서비스를 위해 다중 데이터 스트림을 동시에 전송할 수 있다.
한 기지국에는 하나 이상의 셀이 존재한다. 셀은 1.25, 2.5, 5, 10, 15, 20Mhz 등의 대역폭 중 하나로 설정돼 여러 단말에게 하향 또는 상향 전송 서비스를 제공한다. 서로 다른 셀은 서로 다른 대역폭을 제공하도록 설정될 수 있다. 기지국은 다수의 단말에 대한 데이터 송수신을 제어한다. 하향 링크(Downlink; DL) 데이터에 대해 기지국은 하향 링크 스케줄링 정보를 전송하여 해당 단말에게 데이터가 전송될 시간/주파수 영역, 부호화, 데이터 크기, HARQ(Hybrid Automatic Repeat and reQuest) 관련 정보 등을 알려준다. 또한, 상향 링크(Uplink; UL) 데이터에 대해 기지국은 상향 링크 스케줄링 정보를 해당 단말에게 전송하여 해당 단말이 사용할 수 있는 시간/주파수 영역, 부호화, 데이터 크기, HARQ 관련 정보 등을 알려준다. 기지국간에는 사용자 트래픽 또는 제어 트래픽 전송을 위한 인터페이스가 사용될 수 있다. 핵심망(Core Network; CN)은 AG와 단말의 사용자 등록 등을 위한 네트워크 노드 등으로 구성될 수 있다. AG는 복수의 셀들로 구성되는 TA(Tracking Area) 단위로 단말의 이동성을 관리한다.
무선 통신 기술은 WCDMA를 기반으로 LTE까지 개발되어 왔지만, 사용자와 사업자의 요구와 기대는 지속적으로 증가하고 있다. 또한, 다른 무선 접속 기술이 계속 개발되고 있으므로 향후 경쟁력을 가지기 위해서는 새로운 기술 진화가 요구된다. 비트당 비용 감소, 서비스 가용성 증대, 융통성 있는 주파수 밴드의 사용, 단순구조와 개방형 인터페이스, 단말의 적절한 파워 소모 등이 요구된다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로 이하에서는 무선 통신 시스템에서 릴레이 노드가 기지국과의 연결을 재설정하는 방법 및 이를 위한 장치를 제안하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 무선 통신 시스템에서 신호를 처리하는 방법은, 무결성 검사 실패(integrity failure)가 발생한 것을 지시하는 지시자를 설정하는 단계; 및 상기 지시자를 포함하는, 연결 재수립 (connection reestablishment) 관련 제 1 메시지를 네트워크로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 무결성 검사 실패는, 허가되지 않은 제 3 자에 의하여 데이터가 삽입 또는 대체된 경우를 말한다.
상기 방법은, 무결성 검사와 관련된 적어도 하나의 파라미터를 재설정하기 위한 명령을 포함하는 제 2 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 파라미터를 기 설정된 값을 재설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 적어도 하나의 파라미터는 HFN (Hyper Frame Number) and PDCP (Packet Data Convergence Protocol) SN (Sequence Number)를 포함할 수 있다.
상기 기 설정된 값은 0이거나, 상기 네트워크에 의하여 결정될 수도 있다.
또한, 상기 무결성 검사 실패는 AM(acknowledgement mode) DRB(Data Radio Bearer)와 연관된 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 메시지는, 상기 무결성 검사 실패가 발생한 무선 베어러(radio bearer)를 지시하는 지시자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 메시지는, RRC(Radio Resource Control) 연결 재수립 요청(connection reestablishment request) 메시지 또는 RRC 연결 재수립 완료(connection reestablishment complete) 메시지인 것을 특징으로 하는 한다.
상기 제 2 메시지는, RRC(Radio Resource Control) 연결 재설정 (connection reconfiguration) 메시지인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양상인, 무선 통신 시스템에서 신호를 처리하는 방법은, 무결성 검사와 관련된 적어도 하나의 파라미터를 재설정하기 위한 명령을 포함하는 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 파라미터를 기 설정된 값을 재설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 무결성 검사의 실패는, 허가되지 않은 제 3 자에 의하여 데이터가 삽입 또는 대체된 경우를 말한다.
본 발명의 실시예에 따르면 릴레이 노드는 기지국과의 연결을 효과적으로 재설정할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 무선 통신 시스템의 일례로서 E-UMTS 망구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)의 네트워크 구조를 개념적으로 도시하는 도면.
도 3은 3GPP 무선 접속망 규격을 기반으로 한 단말과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 제어평면(Control Plane) 및 사용자평면(User Plane) 구조를 나타내는 도면.
도 4는 PCDP 계층의 구조를 도시하는 도면.
도 5는 PDCP 계층에서 수행되는 암호화(Ciphering)를 설명하기 위한 도면.
도 6은 PDCP 계층에서 수행되는 무결성 보호(Integrity Protection)를 설명하기 위한 도면
도 7은 릴레이 노드(RN), 기지국(DeNB) 및 단말(UE)로 구성되는 네트워크의 개념도.
도 8과 도 9는 릴레이 노드에 적용되는 프로토콜 구조를 도시.
도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 AM DRB에 대한 'COUNT' 값 초기화 하는 방법을 예시하는 도면.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들에 의해 본 발명의 구성, 작용 및 다른 특징들이 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적 특징들이 3GPP 시스템에 적용된 예들이다.
본 명세서는 LTE 시스템 및 LTE-A 시스템을 사용하여 본 발명의 실시예를 설명하지만, 이는 예시로서 본 발명의 실시예는 상기 정의에 해당되는 어떤 통신 시스템에도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서는 FDD 방식을 기준으로 본 발명의 실시예에 대해 설명하지만, 이는 예시로서 본 발명의 실시예는 H-FDD 방식 또는 TDD 방식에도 용이하게 변형되어 적용될 수 있다.
도 2는 E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)의 네트워크 구조를 개념적으로 도시하는 도면이다. 특히 E-UTRAN시스템은 기존 UTRAN시스템에서 진화한 시스템이다. E-UTRAN은 셀(eNB)들로 구성되며, 셀들은 X2 인터페이스를 통해 연결된다. 셀은 무선 인터페이스를 통해 단말과 연결되며, S1 인터페이스를 통해 EPC(Evolved Packet Core)에 연결된다.
EPC에는 MME(Mobility Management Entity), S-GW(Serving-Gateway) 및 PDN-GW(Packet Data Network-Gateway)로 구성된다. MME는 단말의 접속 정보나 단말의 능력에 관한 정보를 가지고 있으며, 이러한 정보는 단말의 이동성 관리에 주로 사용된다. S-GW는 E-UTRAN을 종단점으로 갖는 게이트웨이이며, PDN-GW는 PDN(Packet Data Network)을 종단점으로 갖는 게이트웨이이다.
도 3은 3GPP 무선 접속망 규격을 기반으로 한 단말과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 제어평면(Control Plane) 및 사용자평면(User Plane) 구조를 나타내는 도면이다. 제어평면은 단말(User Equipment; UE)과 네트워크가 호를 관리하기 위해서 이용하는 제어 메시지들이 전송되는 통로를 의미한다. 사용자평면은 애플리케이션 계층에서 생성된 데이터, 예를 들어, 음성 데이터 또는 인터넷 패킷 데이터 등이 전송되는 통로를 의미한다.
제 1 계층인 물리계층은 물리채널(Physical Channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보 전송 서비스(Information Transfer Service)를 제공한다. 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어(Medium Access Control) 계층과는 전송채널(Transport Channel)을 통해 연결되어 있다. 상기 전송채널을 통해 매체접속제어 계층과 물리계층 사이에 데이터가 이동한다. 송신측과 수신측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 이동한다. 상기 물리채널은 시간과 주파수를 무선 자원으로 활용한다. 구체적으로, 물리채널은 하향 링크에서 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식으로 변조되고, 상향 링크에서 SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 방식으로 변조된다.
제 2 계층에는 매체접속제어 (Medium Access Control; MAC) 계층, 무선링크제어 (Radio Link Control; RLC) 계층 및 패킷 데이터 수렴 프로토콜(Packet Data Convergence Protocol; PDCP) 계층이 존재한다. 제 2 계층의 MAC 계층은 다양한 논리채널 (Logical Channel)을 다양한 전송채널에 매핑시키는 역할을 하며, 또한 여러 논리채널을 하나의 전송채널에 매핑시키는 논리채널 다중화 (Multiplexing)의 역할을 수행한다. MAC 계층은 상위 계층인 RLC 계층과는 논리채널 (Logical Channel)로 연결되어 있으며, 논리채널은 크게 전송되는 정보의 종류에 따라 제어 평면의 정보를 전송하는 제어채널 (Control Channel)과 사용자 평면의 정보를 전송하는 트래픽채널 (Traffic Channel)로 구분된다.
또한, 제 2 계층의 RLC 계층은 상위 계층으로부터 수신한 데이터를 분할 (Segmentation) 및 연결 (Concatenation)하여 하위 계층이 무선 구간으로 데이터를 전송하기에 적합하도록 데이터 크기를 조절하는 역할을 수행한다. 또한, 각각의 무선 베어러 (Radio Bearer; RB)가 요구하는 다양한 QoS(Quality of Service)를 보장할 수 있도록 하기 위해 투명 모드(Transparent Mode, TM), 무응답 모드 (Un-acknowledged Mode, UM), 및 응답 모드 (Acknowledged Mode, AM)의 세가지 동작 모드를 제공하고 있다. 특히, AM RLC는 신뢰성 있는 데이터 전송을 위해 자동 반복 및 요청 (Automatic Repeat and Request; ARQ) 기능을 통한 재전송 기능을 수행하고 있다.
마지막으로, 제 2 계층의 PDCP 계층은 IPv4나 IPv6와 같은 IP 패킷 전송 시에 대역폭이 작은 무선 구간에서 효율적으로 전송하기 위하여 상대적으로 크기가 크고 불필요한 제어정보를 담고 있는 IP 패킷 헤더 사이즈를 줄여주는 헤더압축 (Header Compression) 기능을 수행한다. 이는 데이터의 헤더(Header) 부분에서 반드시 필요한 정보만을 전송하도록 하여, 무선 구간의 전송효율을 증가시키는 역할을 한다. 또한, LTE 시스템에서는 PDCP 계층이 보안 (Security) 기능도 수행하는데, 이는 제 3 자의 데이터 감청을 방지하는 암호화(Ciphering)와 제 3 자의 데이터 조작을 방지하는 무결성 보호(Integrity protection)로 구성된다.
PDCP 계층에서 수행하는 기능은 상술한 바와 같이 헤더 압축, 암호화, 무결성 보호, PDCP 일렬번호(Sequence Number) 유지 등 여러 가지가 존재하며, 이들은 RB의 종류에 따라 선택적으로 수행된다. PDCP 계층의 기능을 정리하면 다음 표 1과 같다. 다만, 아래 표 1에서 DRB는 AM DRB와 UM DRB를 모두를 지칭한다.
Figure pct00001
제 3 계층의 무선 자원제어(Radio Resource Control; RRC) 계층은 제어 평면에서만 정의된다. RRC 계층은 무선 베어러(Radio Bearer; RB)들의 설정(Configuration), 재설정(Re-configuration) 및 해제(Release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. RB는 단말과 네트워크 간의 데이터 전달을 위해 제2계층에 의해 제공되는 서비스를 의미한다. 이를 위해, 단말과 네트워크의 RRC 계층은 서로 RRC 메시지를 교환한다.
무선 베어러 (Radio Bearer; RB)는 제어 평면에서 RRC 메시지를 전송하는데 사용되는 SRB (Signaling Radio Bearer)와 사용자 평면에서 사용자 데이터를 전송하는데 사용되는 DRB (Data Radio Bearer) 두 가지로 크게 구분할 수 있으며, 이 중 DRB는 사용하는 RLC의 동작 방식에 따라 UM RLC를 사용하는 UM DRB와 AM RLC를 사용하는 AM DRB로 구분될 수 있다.
이하 셀 선택 및 셀 재선택 과정에 대해 설명한다.
단말의 전원이 켜지면 단말은 적절한 품질의 셀을 선택하여 서비스를 받기 위한 준비 절차들을 수행해야 한다. RRC 휴지 상태에 있는 단말은 항상 적절한 품질의 셀을 선택하여 이 셀을 통해 서비스를 제공받기 위한 준비를 하고 있어야 한다. 예를 들어, 전원이 막 켜진 단말은 네트워크에 등록을 하기 위해 적절한 품질의 셀을 선택해야 한다. RRC 연결 상태에 있던 단말이 RRC 휴지 상태에 진입하면, 이 단말은 RRC 휴지 상태에서 머무를 셀을 선택해야 한다. 이와 같이, 단말이 RRC 휴지 상태와 같은 서비스 대기 상태로 머물고 있기 위해서 특정 조건을 만족하는 셀을 고르는 과정을 셀 선택 (Cell Selection)이라고 한다. 중요한 점은, 셀 선택은 단말이 RRC 휴지 상태로 머물러 있을 셀을 현재 결정하지 못한 상태에서 수행하는 것이므로, 가능한 신속하게 셀을 선택하는 것이 무엇보다 중요하다. 따라서 일정 기준 이상의 무선 신호 품질을 제공하는 셀이라면, 비록 이 셀이 단말에게 가장 좋은 무선 신호 품질을 제공하는 셀이 아니라고 하더라도, 단말의 셀 선택 과정에서 선택될 수 있다.
셀 선택 기준을 만족하는 셀을 단말이 고르면, 단말은 해당 셀의 시스템 정보로부터 해당 셀에서 단말의 RRC 휴지 상태에서의 동작에 필요한 정보를 수신한다. 단말이 RRC 휴지 상태에서의 동작에 필요한 모든 정보를 수신한 후, 망으로 서비스를 요청하거나 망으로부터 서비스를 받기 위하여 RRC 휴지 상태에서 대기한다.
단말이 일단 셀 선택 과정을 통해 어떤 셀을 선택한 이후, 단말의 이동성 또는 무선 환경의 변화 등으로 단말과 기지국간의 신호의 세기나 품질이 바뀔 수 있다. 따라서 만약 선택한 셀의 품질이 저하되는 경우, 단말은 더 좋은 품질을 제공하는 다른 셀을 선택할 수 있다. 이렇게 셀을 다시 선택하는 경우, 일반적으로 현재 선택된 셀보다 더 좋은 신호 품질을 제공하는 셀을 선택한다. 이런 과정을 셀 재선택(Cell Reselection)이라고 한다. 셀 재선택 과정은, 무선 신호의 품질 관점에서, 일반적으로 단말에게 가장 좋은 품질을 제공하는 셀을 선택하는데 기본적인 목적이 있다. 무선 신호의 품질 관점 이외에, 네트워크는 주파수 별로 우선 순위를 결정하여 단말에게 알릴 수 있다. 이러한 우선 순위를 수신한 단말은, 셀 재선택 과정에서 이 우선 순위를 무선 신호 품질 기준보다 우선적으로 고려하게 된다.
다음은 LTE 시스템에서 제공하는 랜덤 접속 과정 (Random Access, RA)에 대한 설명이다. LTE 시스템에서 제공하는 랜덤 액세스 과정은 경쟁기반 랜덤 접속 과정(Contention based random access procedure)과 비경쟁기반 랜덤 접속 과정 (Non-contention based random access procedure)으로 구분되어 있다. 경쟁기반 랜덤 접속 과정과 비경쟁기반 랜덤 접속 과정의 구분은, 랜덤 접속 과정에서 사용되는 랜덤 접속 프리앰블 (Random access preamble)을 단말이 직접 선택했는지 혹은 기지국이 선택했는지의 여부에 따라 정해진다.
비경쟁 기반 랜덤 접속 과정에서는, 단말은 기지국이 자신에게 직접적으로 할당한 랜덤 접속 프리앰블을 사용한다. 따라서, 상기 기지국이 상기 특정 랜덤 접속 프리앰블을 상기 단말에게만 할당하였을 경우, 상기 랜덤 접속 프리앰블은 상기 단말만 사용하게 되고, 다른 단말들은 상기 랜덤 접속 프리앰블을 사용하지 않는다. 따라서, 상기 랜덤 접속 프리앰블과 상기 랜덤 접속 프리앰블을 사용한 단말간에 1:1의 관계가 성립하므로, 충돌이 없다고 할 수 있다. 이 경우, 기지국은 상기 랜덤 접속 프리앰블을 수신하자 마자, 상기 랜덤 접속 프리앰블을 전송한 단말을 알 수 있으므로, 효율적이라 할 수 있다.
이와 반대로, 경쟁 기반 랜덤 접속 과정에서는, 단말이 사용할 수 있는 랜덤 접속 프리앰블 중에서, 임의로 선택하여 전송하므로, 항상 복수개의 단말들이 동일한 랜덤 접속 프리앰블을 사용할 가능성이 존재한다. 따라서, 기지국이 어떤 특정 랜덤 접속 프리앰블을 수신한다고 하더라도, 상기 랜덤 접속 프리앰블을 어떤 단말이 전송하였는지 알 수가 없다.
단말은 랜덤 접속 과정을 수행하는 경우는, 1) 단말이 기지국과의 연결 (RRC Connection)이 없어 초기 접속 (initial access)을 하는 경우, 2) 단말이 핸드오버과정에서, 타겟 셀로 처음 접속하는 경우, 3) 기지국의 명령에 의해 요청되는 경우, 4) 상향링크의 시간 동기가 맞지 않거나 무선자원을 요청하기 위해 사용되는 지정된 무선자원이 할당되지 않은 상황에서 상향링크로의 데이터가 발생하는 경우, 5) 무선 연결 실패 (radio link failure) 또는 핸드오버 실패 (handover failure) 시 복구 과정의 경우 등이다.
이하, 상술한 PCDP 계층에 관하여 보다 상세히 설명한다. 도 4는 PCDP 계층의 구조를 도시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, PDCP 계층은 위로는 상위 계층인 RRC 계층 또는 사용자 애플리케이션(application)과 연결되고, 아래로는 하위 계층인 RLC 계층과 연결되어 있으며, 하나의 PDCP 엔티티(entity)는 하나의 RB를 지원한다. 하나의 PDCP 엔티티에는 송신측과 수신측이 존재하며,
도 4의 송신측은 상위 계층에서 수신한 SDU(Service Data Unit)를 PDU(Protocol Data Unit)로 구성하거나 PDCP 엔티티 자체적으로 생성한 제어 정보를 PDU로 구성하여 피어(peer) PDCP 엔티티의 수신측으로 전송하는 역할을 수행하며, 수신측은 피어 PDCP 엔티티의 송신측으로부터 수신된 PDCP PDU에서 PDCP SDU 또는 제어 정보를 추출하는 역할을 한다.
PDCP 엔티티의 송신측이 생성하는 PDU는 Data PDU와 Control PDU의 두 종류가 있다. 먼저 PDCP Data PDU는 상위 계층에서 수신한 SDU를 PDCP 계층이 가공하여 만드는 데이터 블록이며, PDCP Control PDU는 PDCP가 피어 엔티티에게 제어 정보를 전달하기 위해 PDCP 계층이 자체적으로 생성하는 데이터 블록이다.
상기 PDCP Data PDU는 SRB와 DRB에서 모두 생성되는데, PDCP의 일부 기능들은 사용하는 평면에 따라 선택적으로 적용된다. 즉, 헤더 압축 기능은 DRB에 대해서만 적용되며, 보안 기능 중 무결성 보호(Integrity Protection) 기능은 SRB에 대해서만 적용된다. 보안 기능 중 암호화(Ciphering) 기능은 SRB와 DRB 모두에 적용된다.
상기 PDCP Control PDU는 DRB에서만 생성되며, 상기의 PDCP 기능들은 적용되지 않는다. 다만, 해당 PDU가 어떤 종류의 Control PDU인지를 알려주는 PDU 타입(Type) 필드가 헤더에 추가된다. DRB에서는 Data PDU와 Control PDU가 모두 생성되기 때문에 이를 구분하기 위해 헤더의 첫 번째 비트에 D/C 필드가 추가되어 해당 PDU가 Data PDU인지 Control PDU인지를 알려준다. 그러나, SRB에서는 Data PDU만 생성되기 때문에, D/C 필드는 추가되지 않는다.
도 4의 송신측 PDCP 엔티티에서 수행하는 데이터 처리 과정은 다음과 같이 정리할 수 있다.
1) PDCP 계층은 상위 계층으로부터 수신된 PDCP SDU에 대하여 송신 버퍼에 저장하고, 각각의 PDCP SDU에 일련번호 (Sequence Number)를 할당한다.
2) 설정된 RB가 DRB인 경우, PDCP 계층은 상기 PDCP SDU에 대해서 헤더 압축을 수행한다.
3) 설정된 RB가 SRB인 경우, PDCP 계층은 상기 PDCP SDU에 대해서 무결성 보호를 수행한다.
4) 상술한 2) 또는 3)의 결과로 생성된 데이터 블록들에 대해서, PDCP 계층은 암호화(Ciphering)를 수행한다.
5) 상술한 4)에서 암호화가 적용된 데이터 블록들에 대해서, PDCP 계층은 적절한 헤더를 부가하여 PDCP PDU를 구성한 후, 상기 구성된 PDCP PDU를 RLC 계층으로 전달한다.
한편, 도 4의 수신측 PDCP 엔티티에서 수행하는 데이터 처리 과정은 아래와 같이 정리할 수 있다.
1) PDCP 계층은 수신된 PDCP PDU에 대해서, 헤더를 제거한다.
2) PDCP 계층은 상기 헤더가 제거된 PDCP PDU에 대해서 복호화(De-Ciphering)을 수행한다.
3) 설정된 Radio Bearer가 DRB인 경우, PDCP 계층은 상기 복호화 과정을 거친 PDCP PDU에 대해 헤더 복원(Header De-compression)을 수행한다.
4) 설정된 Radio Bearer가 SRB인 경우, PDCP 계층은 상기 복호화 과정을 거친 PDCP PDU에 대해 무결성 확인(Integrity Verification) 작업을 수행한다.
5) PDCP 계층은 3) 또는 4)의 과정을 거쳐 수신한 데이터 블록들, 즉 PDCP SDU들을 상위 계층으로 전달한다. 만약 설정된 RB가 AM DRB라면 필요에 따라 수신 버퍼에 저장하여 재정렬 (reordering)을 수행한 후, 상위 계층으로 전달한다.
다음으로는, PDCP 계층에서 수행하는 상술한 보안(Security) 기능에 대해 상세히 설명한다. 보안 기능에는 암호화 (Ciphering)와 무결성 보호 (Integrity Protection) 두 가지 기능이 있으며, 두 기능 모두 패킷 마다 달라지는 코드를 생성하고, 이를 이용하여 원래 데이터를 암호화 하거나 무결성 검사를 한다.
패킷 마다 달라지는 코드는 PDCP PDU마다 헤더에 추가되는 PDCP 일렬 번호를 이용하여 생성하는데, 이때 코드 생성 인자 중 하나가 ‘COUNT’이다. 상기 ‘COUNT’는 32 비트의 길이를 가지며, 이 중 하위 비트 (LSB)는 PDCP SN으로, 나머지 상위 비트 (MSB)는 HFN (Hyper Frame Number)으로 구성된다. PDCP SN의 길이는 RB마다 5, 7, 또는 12 비트로 다르기 때문에, HFN의 길이도 27, 25, 또는 20 비트로 RB마다 다르다.
도 5는 PDCP 계층에서 수행되는 암호화(Ciphering)를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 송신측은 원래 데이터에 패킷마다 변하는 코드, 즉 마스크(MASK)를 씌워 암호화된 데이터를 생성한다. 이 때 마스크를 씌운다는 의미는 원래 데이터와 마스크에 대해 비트 별 XOR 연산을 수행한다는 뜻이다. 이렇게 암호화된 데이터를 수신한 수신측은 다시 마스크를 씌워 원래 데이터를 복호화한다.
여기서 마스크는 32 비트이며 여러 가지 입력 인자로부터 생성된다. 특히 패킷 마다 다른 값을 생성하기 위해, PDCP PDU마다 변하는 PDCP 일렬번호(Sequence Number)를 이용하여 ‘COUNT’를 생성하고 이를 MASK 생성 입력 인자 중 하나로 사용하는 것이다. 마스크 생성 입력 인자는 ‘COUNT’ 외에도 해당 RB의 ID 값인 ‘Bearer’, 상향 또는 하향의 값을 갖는 ‘Direction’, 그리고 RB 설정 시에 단말과 네트워크가 교환하는 보안 키인 ‘CK (Ciphering Key)' 등이 있다.
도 6은 PDCP 계층에서 수행되는 무결성 보호(Integrity Protection)를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 무결성 보호는 암호화와 유사하게 PDCP SN을 이용한 ‘COUNT’, ‘Bearer’, ‘Direction’, 그리고 RB 설정 시에 단말과 네트워크가 교환하는 보안 키인 ‘IK(Integrity Protection Key)’ 등을 이용하여 코드, 즉 MAC-I (Message Authentication Code ? Integrity)를 생성한다. 다만, 암호화와의 차이점은 생성된 MAC-I를 원래 데이터와 XOR 연산을 하는 것이 아니라 PDCP PDU에 추가한다는 점이다.
즉, SRB의 경우 PDCP PDU의 끝부분에 4 바이트의 MAC-I 필드가 추가된다. 이를 수신한 수신측은 송신측에서 사용한 것과 같은 입력 인자를 이용하여 XMAC-I를 생성하고 이를 PDCP PDU에 추가되어 있는 MAC-I와 비교하여, 두 값이 같으면 데이터가 무결하다고 판단한다. 그러나, 두 값이 다르면 데이터가 중간에 바뀐 것으로서 무결성 검사 실패(Integrity Verification Failure)가 발생했다고 판단하며, 하고 이를 상위 계층인 RRC 계층으로 알려 RRC 연결 재수립(RRC Connection Re-establishment) 과정을 수행하도록 한다.
무결성 검사 실패(Integrity Verification Failure)가 발생하는 이유는 대표적으로 침입자(intruder)에 의한 데이터 변경(예를 들어, 데이터 삽입 및 데이터 대체 등), 하위 계층에서 검출되지 않은 패킷 자체의 오류 (residual error), 및 송신측과 수신측의 ‘COUNT’ 값 불일치 등을 들 수 있다. 만약 침입자에 의한 데이터 변경으로 무결성 검사 실패가 발생했다면, RRC 연결 재수립 과정을 통해 보안 키를 변경하고 ‘COUNT’ 값을 초기화하는 등 PDCP 상태 변수들을 변경하여 더 이상 침입자가 데이터를 변경하지 못하도록 한다.
또한, 하위 계층에서 검출되지 않은 패킷 자체의 오류는 아주 드문 확률(10-6 이하)로 발생하는데, 이 경우 해당 패킷 하나에만 문제가 국한되지만, 역시 RRC 연결 재수립 과정을 통해 PDCP 상태 변수들을 변경한다.
마지막으로, 송신측과 수신측의 ‘COUNT’ 값 불일치는 PDCP 프로토콜의 동작 오류로 PDCP 일렬변호가 잘못 처리될 때 발생하는데, 이 경우 송신측과 수신측에서 ‘COUNT’ 값의 MSB에 해당하는 HFN 값이 차이가 나게 되어 무결성 검사 실패가 발생하게 된다. 즉, 송신측과 수신측의 HFN 값을 일치시키기 위해, RRC 연결 재수립 과정을 수행하여 ‘COUNT’ 값을 0으로 초기화 한다.
이하, PDCP 재수립(re-establishment)에 관하여 설명한다.
PDCP 계층은 RRC 계층의 명령에 따라 PDCP 개체(entity)를 재수립(re-establishment)한다. 이 때, PDCP 재수립 과정은 RLC 재수립 과정과 항상 같이 수행되며, PDCP 재수립 과정을 시작하기 전에 RLC 재수립 과정에 의해 전달되는 PDCP PDU를 먼저 처리한다. PDCP 재수립 과정은 RB의 종류에 따라 다르며, 다음 A) 내지 C)와 같이 수행된다.
A) 첫 번째는 RB가 SRB인 경우로서, 수신측 PDCP 계층은 RLC 계층으로부터 RLC 재수립(re-establishment)에 의해 전달되는 PDCP PDU를 폐기하고, ‘COUNT’ 값과 이에 해당하는 PDCP 상태 변수들 (HFN 및 PDCP SN)을 초기화(reset)한다. 즉, 모두 0으로 세팅한다.
또한, 송신측 PDCP는, 송신되지 않고 송신 버퍼에 남아 있는 PDCP SDU를 폐기하고, 보안 키(Security key)와 보안 알고리즘을 RRC 계층이 알려주는 대로 변경한다.
B) 두 번째는 RB가 UM DRB인 경우로서, 수신측 PDCP는 RLC 계층로부터 RLC 재수립에 의해 전달되는 PDCP PDU를 처리하여 복원된 PDCP SDU를 상위 계층으로 전달하고, 헤더 압축 프로토콜을 초기화한다. 또한, ‘COUNT’ 값과 이에 해당하는 PDCP 상태 변수들 (HFN 및 PDCP SN)을 초기화(reset)하여 0으로 세팅하며, 보안 키(Security key)와 보안 알고리즘을 RRC 계층이 알려주는 대로 변경한다.
송신측 PDCP는, 송신되지 않고 송신 버퍼에 남아 있는 PDCP SDU들은 다시 0부터 PDCP SN을 할당하고, PDCP 재수립 과정이 끝난 후에 전송한다.
C) 마지막으로, RB가 AM DRB인 경우로서, 수신측 PDCP는 RLC 계층으로부터 RLC 재수립 과정에 의해 전달되는 PDCP PDU를 처리하여 복원된 PDCP SDU를 수신버퍼에 저장하고 재배열(reordering)하고, 헤더 압축 프로토콜을 초기화한다. 그러나, ‘COUNT’ 값과 이에 해당하는 PDCP 상태 변수들 (HFN 및 PDCP SN)은 PDCP 재수립 이전에 사용하던 값을 그대로 유지한다. 보안 키(Security key)와 보안 알고리즘을 RRC 계층이 알려주는 대로 변경한다.
또한, 송신측 PDCP는 송신 성공 여부가 확인되지 않았거나 송신이 되지 않아 송신버퍼에 남아 있는 PDCP SDU들을 PDCP 재수립 과정이 끝난 후에 다시 전송한다. 이 때, PDCP SN은 PDCP 재수립 과정 이전에 사용하던 값을 그대로 사용하여 전송한다.
상기에서 AM DRB에 대해서는 PDCP 재수립 과정를 수행할 때 ‘COUNT’ 값을 유지하는 이유는, AM DRB에서는 PDCP 재수립 과정이전에 전송이 성공하지 못한 PDCP SDU가 PDCP 재수립 과정 이후에 재전송될 수 있기 때문이다. PDCP는 핸드오버 시 재수립 과정을 수행하는데, 이 때 PDCP SDU의 무손실(lossless) 전송을 보장하기 위해 PDCP SDU의 재전송을 수행하도록 하고, 이를 지원하기 위해 ‘COUNT’ 값을 그대로 유지하는 것이다.
다음으로, PDCP 재수립 과정의 트리거링 조건에 관하여 설명한다. 단말은 다음과 같은 핸드오버 시와 RRC 연결 재수립(RRC Connection Re-establishment) 두 가지 상황에서 PDCP 재수립 과정을 수행한다.
우선, 핸드오버 시 PDCP 재수립 과정의 경우, 단말이 기지국으로부터 ‘mobilityControlInfo’를 포함한 ‘RRCConnectionReconfiguration’ 메시지를 수신하면 PDCP를 재수립한다. 상기 ‘RRCConnectionReconfiguration’ 메시지는 RB 재설정(reconfiguration)에 사용되는 메시지이며, ‘mobilityControlInfo’에는 핸드오버에 필요한 정보가 포함되어 있다.
한편, 단말이 RRC 연결 자체에 심각한 문제가 발생했다고 판단하면, 기지국과의 연결을 재수립하기 위해 RRC 연결 재수립 과정을 수행한다. 이 때, 단말은 RRC 연결 재수립 과정을 수행한 후, ‘mobilityControlInfo’를 포함하지 않은 ‘RRCConnectionReconfiguration’ 메시지를 수신하고 PDCP를 재수립 한다.
RRC 연결의 심각한 문제는 무선 링크 실패(Radio Link Failure), 핸드오버 실패(Handover Failure), E-UTRA로부터의 이동(Mobility from E-UTRA), PDCP 무결성 검사 실패(PDCP Integrity Verification Failure) 및 RRC 연결 재설정 실패(RRC Connection Reconfiguration Failure) 등 5가지 사유가 정의되어 있다.
상기와 같은 문제 중 하나가 발생하면, 단말은 타이머를 구동하고 RRC 연결 재수립 과정을 개시한다. RRC 연결 재수립 과정 중에 단말은 셀 선택(Cell Selection), 랜덤 접속(Random Access) 절차 등을 거쳐 새로운 셀에 접속하게 된다. 단말이 새로운 셀에 RRC 연결 재수립 과정을 성공적으로 수행한 후에는, ‘mobilityControlInfo’를 포함하지 않은 ‘RRCConnectionReconfiguration’ 메시지를 수신하고 사용하던 RB 들을 재설정한다.
한편, 기지국과 단말 간의 채널 상태가 열악한 경우에는 기지국과 단말 간에 릴레이 노드(Relay Node, RN)를 설치하여 채널 상태가 보다 우수한 무선 채널을 단말에게 제공할 수 있다. 또한, 기지국으로부터 채널 상태가 열악한 셀 경계 지역에서 RN를 도입하여 사용함으로써 보다 고속의 데이터 채널을 제공할 수 있고, 셀 서비스 영역을 확장시킬 수 있다. 이와 같이, RN은 무선 통신 시스템에서 전파 음영 지역 해소를 위해 도입된 기술로서 현재 널리 사용되고 있다. 이 때 RN을 관리하는 기지국을 도너 기지국(Donor eNB, DeNB)라고 부른다. 또한, RN 으로 인해 새롭게 생성된 RN ? DeNB 사이의 인터페이스를 Un 인터페이스라고 정의하여, 단말과 네트워크 노드(RN 또는 eNB) 사이의 인터페이스인 Uu 인터페이스와 구분한다.
도 7은 릴레이 노드(RN), 기지국(DeNB) 및 단말(UE)로 구성되는 네트워크의 개념도이다.
도 7을 참조하면, RN은 DeNB를 대신하여 UE를 관리하는 역할을 한다. 즉, UE의 입장에서는 RN이 DeNB로 보이게 되며, 따라서 UE ? RN 사이의 Uu 인터페이스에서는 종래 LTE 시스템에서 사용하던 Uu 인터페이스 프로토콜인 MAC/RLC/PDCP/RRC를 그대로 사용한다.
DeNB의 입장에서 RN은 상황에 따라 UE로도 보이고 eNB로도 보일 수 있다. 즉, RN이 처음 DeNB에 접속할 때는 DeNB가 RN의 존재를 모르기 때문에 UE처럼 랜덤 접속 절차를 통해 접속을 하며, 일단 RN이 DeNB에 접속한 이후에는 자신과 연결된 UE를 관리하는 eNB처럼 동작하는 것이다. 따라서, Un 인터페이스에서는 RN이 UE처럼 동작할 때 사용하는 Un 무선 프로토콜(radio protocol)과, RN이 eNB처럼 동작할 때 사용하는 네트워크 프로토콜이 모두 사용된다.
Un 무선 프로토콜은 Uu 무선 프로토콜과 별다른 차이가 없다. 이는 RN이 UE처럼 동작하기 때문에 기존에 UE와 eNB 사이의 동작과 차이가 없기 때문이다. 따라서, Uu 무선 프로토콜을 근간으로 일부 기능만 변형하여 Un 무선 프로토콜로 그대로 사용하고 있다.
네트워크 프로토콜이란 네트워크 노드 간에 사용되는 프로토콜로서 S1 프로토콜 및 X2 프로토콜이 있다. 네트워크 측면에서 RN은 하나의 네트워크 노드로 동작하기 때문에, 기존의 S1 프로토콜 및 X2 프로토콜이 RN에 그대로 적용된다. 즉, RN는 무선 구간인 Un 인터페이스에서, MME 또는 S-GW와 통신하는데 사용되는 S1 프로토콜, 그리고 다른 eNB와 통신하는데 사용되는 X2 프로토콜을 모두 지원한다.
도 8과 도 9는 릴레이 노드에 적용되는 프로토콜 구조를 도시한다. 특히 도 8은 사용자 평면 프로토콜 구조이며, 도 9는 제어 평면 프로토콜 구조를 도시한다.
도 8및 도 9를 참조하여, 프로토콜 구조 측면에서 릴레이 노드를 살펴보면, Un 인터페이스에서는 사용자 평면 데이터와 제어 평면 데이터가 모두 DRB로 전송된다. 즉, S1-AP (또는 X2-AP) 메시지가 사용자 데이터와 마찬가지로 IP 계층을 통해 전달되기 때문에, PDCP 입장에서는 S1-AP 메시지를 사용자 데이터처럼 DRB를 통해 전송하게 된다. 이러한 S1-AP 또는 X2-AP와 같은 제어 메시지는 무결성 보호 (Integrity Protection)가 매우 중요하기 때문에, Un 인터페이스에서는 특별히 DRB에 대해서도 무결성 보호를 적용한다.
상술한 바와 같이 RN과 DeNB 사이의 Un 인터페이스에서 S1-AP 등의 제어 메시지를 전송하는 AM DRB는 무결성 보호가 적용되기 때문에, 수신측에서는 수신한 PDCP PDU에 대해 무결성 검사를 수행한다. 만약 무결성 검사 실패가 발생하면, PDCP계층은 이를 RRC계층에 알리고, RRC계층은 RRC 연결 재수립 과정을 수행하여, 무결성 검사 실패 문제를 해결하려고 한다.
그러나, AM DRB에 대해서는 RRC 연결 재수립 과정을 수행하더라도 ‘COUNT’ 값을 유지한다. 즉, 보안 키는 바꿀 수 있지만, HFN 과 PDCP SN와 같은 PDCP 상태 변수들은 PDCP 재수립 과정 전후에 그대로 유지되는 것이다.
문제는, 만약 무결성 검사 실패가 송신측과 수신측의 ‘COUNT’ 값 불일치에 의해 발생한 것이라면, RRC 연결 재수립 과정을 수행하더라도 AM DRB에 대해서는 잘못된 ‘COUNT’ 값이 그대로 유지되기 때문에, RRC 연결 재수립 과정 이후에 수신하는 PDCP PDU는 다시 무결성 검사 실패가 발생한다는 점이다. 즉, AM DRB에 있어서 ‘COUNT’ 값 불일치로 무결성 검사 실패가 발생하게 되면, “무결성 검사 실패 -> RRC 연결 재수립 -> RRC 연결 재설정 -> PDCP 재수립 -> 무결성 검사 실패 -> ........” 와 같이 계속해서 무결성 검사 실패가 발생하기 때문에, RN가 스스로 RRC 연결을 해제(release)하고 휴지 모드(IDLE mode)로 천이하여 새롭게 RRC 연결을 구성하기 전에는 무결성 검사 실패 문제를 해결할 수 없다.
따라서, 본 발명에서는 무결성 검사가 적용되는 AM DRB에 있어서, 송신측과 수신측 ‘COUNT’ 값 불일치로 인해 발생하는 연속적인 무결성 검사 실패 문제를 해결하기 위해, PDCP 재수립 과정 수행 시 ‘COUNT’ 값, 즉 HFN과 PDCP SN을 초기화하는 방법을 제안한다. 특히, 모든 AM DRB에 대해 항상 ‘COUNT’ 값을 초기화하는 것이 아니라, 필요한 AM DRB에 대해서만 ‘COUNT’ 값을 초기화하도록 하여, 나머지 AM DRB에 대해서는 종래와 같이 ‘COUNT’ 값을 유지하며 무손실(lossless) 핸드오버를 지원할 수 있도록 한다. 이러한 목적을 실현하기 위한 방법으로, 다음과 같은 제 1 실시예 및 제 2 실시예를 제안한다.
<제 1 실시예>
RN은 RRC 연결 재수립 과정을 시작할 때, 상기 RRC 연결 재수립 과정이 무결성 검사 실패로 인하여 시작된 것인지를 DeNB에게 알려준다. 이를 위해 RN은 RRC 연결 재수립 요청 메시지 또는 RRC 연결 재수립 완료 메시지에 재수립 사유(Re-establishment cause) 필드를 무결성 검사 실패(Integrity Failure)로 설정하여 DeNB로 전송하여, DeNB가 AM DRB의 ‘COUNT’ 값을 초기화하여야 하는지 여부를 알려준다.
만약 RN이 재수립 사유를 무결성 검사 실패(Integrity Failure)로 설정하여 전송하였다면, 이후 PDCP 재수립 과정 시 모든 AM DRB에 대해 ‘COUNT’ 값을 초기화한다. 그러나, 만약 재수립 사유가 무결성 검사 실패가 아니었다면, PDCP 재수립 과정 시 AM DRB의 ‘COUNT’ 값을 그대로 유지한다.
또한, RN은 무결성 검사 실패가 발생한 AM DRB의 식별자(ID)도 함께 알려줄 수 있다. 이 경우 RN은 모든 AM DRB에 대해 ‘COUNT’ 값을 초기화하는 것이 아니라, 무결성 검사 실패가 발생한 AM DRB에 대해서만 ‘COUNT’ 값을 초기화한다.
한편, RN은 DeNB로 무결성 검사 실패 발생 사실만 알려주고, AM DRB에 대해 ‘COUNT’ 값을 초기화할지 여부는 DeNB의 명령에 따라 할 수도 있다. 즉, DeNB는 RN으로부터 RRC 연결 재수립 요청 메시지 또는 RRC 연결 재수립 완료 메시지를 수신하면, 메시지에 포함된 재수립 사유(Re-establishment cause)를 바탕으로 RN에 무결성 검사 실패가 발생했는지 판단하고, AM DRB의 ‘COUNT’ 값을 초기화할지 여부를 결정한다. 이후 RRC 연결 재설정 메시지를 RN으로 전송할 때, RN의 AM DRB에 대해 PDCP 재수립 과정 시 ‘COUNT’ 값을 초기화하여야 하는지 여부를 RN에게 알려준다. 이를 위해 RRC 연결 재설정 메시지에 AM DRB의 ‘COUNT’ 값 초기화 여부를 알려주는 지시자(indicator)를 추가할 수 있다. 이후 RN은 상기 지시자에 따라 ‘COUNT’ 값을 초기화 또는 유지할 수 있다. 상기 ‘COUNT’ 값의 초기화 여부를 알려주는 지시자는 각 AM DRB마다 설정할 수 있다. 즉, RRC 연결 재설정 메시지에 각 AM DRB 마다 ‘COUNT’ 값의 초기화 여부를 알려주는 1 비트 크기의 지시자를 추가하는 것으로 구현할 수도 있다.
‘COUNT’ 값을 초기화하는 것은 구체적으로 송신측에서는 Next_PDCP_TX_SN=0, TX_HFN=0으로 설정하고, 수신측에서는 Last_Submitted_PDCP_RX_SN=4095, Next_PDCP_RX_SN=0, RX_HFN=0으로 설정하는 것을 의미한다. 그러나, 다른 특정 값으로 설정해야 할 필요가 있을 경우, DeNB가 설정해야 하는 특정 값을 알려줄 수도 있다. 이 경우 모든 AM DRB에 대해 하나의 특정 값을 알려줄 수도 있고, 각각의 AM DRB에 대해 특정 값을 알려줄 수도 있다.
<제 2 실시예>
RN은 PDCP 재수립 과정 수행 시 PDCP 재수립 과정을 시작하게 된 원인에 따라 AM DRB의 ‘COUNT’ 값을 초기화하거나 그대로 유지한다. 즉, 핸드오버로 인해 PDCP 재수립 과정이 시작했다면 ‘COUNT’ 값을 그대로 유지하며, 핸드오버가 아닌 이유로 인해 PDCP 재수립 과정이 시작했다면 ‘COUNT’ 값을 초기화한다.
PDCP 재수립 과정이 핸드오버로 인해 시작했는지 아니면 다른 이유로 인해 시작했는지에 대한 판단은 RRC 연결 재설정 메시지에 핸드오버 관련 정보인 ‘mobilityControlInfo’가 존재하는지 여부로 판단한다. 즉, RN이 수신한 RRC 연결 재설정 메시지에 ‘mobilityControlInfo’가 존재하면, RN은 핸드오버가 발생했다고 판단하고, PDCP 재수립 과정을 수행할 때 ‘COUNT’ 값을 유지한다. 반대로 RRC 연결 재설정 메시지에 ‘mobilityControlInfo’가 존재하지 않으면, RN은 핸드오버가 발생하지 않았다고 판단하고, PDCP 재수립 과정을 수행할 때 ‘COUNT’ 값을 초기화한다.
다른 방법으로 RRC 연결 재설정 메시지 수신 직전에 RRC 연결 재수립 과정이 수행되었는지 여부에 따라 AM DRB의 ‘COUNT’ 값을 초기화할 수도 있다. 즉, 핸드오버 시에는 RRC 연결 재수립 과정 수행 없이 RRC 연결 재설정 메시지를 수신하게 되므로, RN은 RRC 연결 재설정 메시지 수신 직전에 RRC 연결 재수립이 수행된 경우에만 AM DRB의 ‘COUNT’ 값을 초기화하는 것이다.
또 다른 방법으로 RRC 연결 재수립 과정이 임의의 RB에서의 무결성 검사 실패로 인해 시작했는지 아니면 다른 이유로 인해 시작했는지에 따라, AM DRB의 ‘COUNT’ 값을 초기화 여부를 결정할 수도 있다. 즉, RRC 연결 재수립 과정이 임의의 RB의 무결성 검사 실패로 인해 발생했다면, PDCP 재수립 과정 시 AM DRB의 ‘COUNT’ 값을 초기화하고, 다른 이유로 발생했다면 ‘COUNT’ 값을 초기화하지 않는다. 이 때 ‘COUNT’ 값의 초기화은 무결성 검사 실패가 발생한 AM DRB에 대해서만 이루어질 수 있고, 모든 AM DRB에 대하여도 초기화가 이루어질 수도 있다.
마지막으로, RRC 연결 재수립 과정이 AM DRB의 무결성 검사 실패로 인해 시작했는지 아니면 다른 이유로 인해 시작했는지에 따라 AM DRB의 ‘COUNT’ 값을 초기화 여부를 결정할 수도 있다. 즉, RRC 연결 재수립 과정이 AM DRB의 무결성 검사 실패로 인해 시작했다면, PDCP 재수립 과정 시 AM DRB의 ‘COUNT’ 값을 초기화하고, 다른 이유로 발생했다면 ‘COUNT’ 값을 유지하는 것이다. 마찬가지로, 이 때 ‘COUNT’ 값의 초기화은 무결성 검사 실패가 발생한 AM DRB에 대해서만 이루어질 수 있고, 모든 AM DRB에 대하여도 초기화가 이루어질 수도 있다.
도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 AM DRB에 대한 ‘COUNT’ 값 초기화 하는 방법을 예시하는 도면이다.
도 10을 참조하면, 우선적으로 단계 1000에서 RN의 PDCP 계층은 AM DRB에서 PDCP PDU의 무결성 검사 실패를 감지한다. 이후, RN의 PDCP 계층은 RRC 계층으로 AM DRB에서 PDCP PDU의 무결성 검사 실패가 발생하였다는 사실을 알린다.
계속하여, RN은 단계 1001과 같이 RRC 연결 재수립 과정을 수행하며, 이 경우, RRC 연결 재수립 요청 메시지 또는 RRC 연결 재수립 완료 메시지에 재수립 사유(Re-establishment cause) 필드를 무결성 검사 실패(Integrity Failure)로 설정하여 DeNB로 전송한다. 또한, 무결성 검사 실패가 발생한 AM DRB의 식별자(ID)도 함께 알려줄 수 있다.
RRC 연결 재수립 과정이 완료된 경우, DeNB는 RRC 연결 재설정 과정을 개시하며, RRC 연결 재수립 요청 메시지 또는 RRC 연결 재수립 완료 메시지에 포함된 재수립 사유(Re-establishment cause)를 바탕으로 RN에 무결성 검사 실패가 발생했는지 판단하고, AM DRB의 ‘COUNT’ 값을 초기화할지 여부를 결정한다.
이후 DeNB는 단계 1003과 같이 RN의 AM DRB에 대해 PDCP 재수립 과정 시 ‘COUNT’ 값을 초기화하여야 하는지 여부를 알려주기 위한 지시자(indicator)를 포함하는 RRC 연결 재설정 메시지를 RN으로 전송한다. 여기서 RRC 연결 재설정 메시지는 ‘mobilityControlInfo’가 존재하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 상기 ‘COUNT’ 값의 초기화 여부를 알려주는 지시자는 각 AM DRB마다 설정할 수 있다.
RN이 상기 ‘mobilityControlInfo’가 존재하지 않는 RRC 연결 재설정 메시지를 수신한 경우, 상기 RN의 RRC 계층은 단계 1003과 같이 PDCP 재수립 과정의 개시를 명령하되, 상기 지시자에 따라 ‘COUNT’ 값을 초기화할 수 있다. 즉, HFN 및 PDCP SN을 0으로 설정할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, AM DRB에 대해 PDCP 재수립 과정을 수행할 때, 무결성 검사 실패가 발생한 경우에는 ‘COUNT’ 값을 초기화하도록 하고 다른 경우에는 ‘COUNT’ 값을 그대로 유지하도록 함으로써, AM DRB에 대해 무손실(lossless) 핸드오버를 보장하면서도 보안 오류로 인한 지속적인 RRC 연결 재수립 (RRC Connection Re-establishment) 과정의 수행을 방지하도록 할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.
도 11을 참조하면, 통신 장치(1100)는 프로세서(1110), 메모리(1120), RF 모듈(1130), 디스플레이 모듈(1140) 및 사용자 인터페이스 모듈(1150)을 포함한다.
통신 장치(1100)는 설명의 편의를 위해 도시된 것으로서 일부 모듈은 생략될 수 있다. 또한, 통신 장치(1100)는 필요한 모듈을 더 포함할 수 있다. 또한, 통신 장치(1100)에서 일부 모듈은 보다 세분화된 모듈로 구분될 수 있다. 프로세서(1110)는 도면을 참조하여 예시한 본 발명의 실시예에 따른 동작을 수행하도록 구성된다. 구체적으로, 프로세서(1110)의 자세한 동작은 도 1 내지 도 10에 기재된 내용을 참조할 수 있다.
메모리(1120)는 프로세서(1110)에 연결되며 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 프로그램 코드, 데이터 등을 저장한다. RF 모듈(1130)은 프로세서(1110)에 연결되며 기저대역 신호를 무선 신호를 변환하거나 무선신호를 기저대역 신호로 변환하는 기능을 수행한다. 이를 위해, RF 모듈(1130)은 아날로그 변환, 증폭, 필터링 및 주파수 상향 변환 또는 이들의 역과정을 수행한다. 디스플레이 모듈(1140)은 프로세서(1110)에 연결되며 다양한 정보를 디스플레이한다. 디스플레이 모듈(1140)은 이로 제한되는 것은 아니지만 LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Diode)와 같은 잘 알려진 요소를 사용할 수 있다. 사용자 인터페이스 모듈(1150)은 프로세서(1110)와 연결되며 키패드, 터치 스크린 등과 같은 잘 알려진 사용자 인터페이스의 조합으로 구성될 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
본 문서에서 본 발명의 실시예들은 주로 릴레이 노드와 기지국 간의 데이터 송수신 관계를 중심으로 설명되었다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행된다고 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 그 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수 있다. 즉, 기지국을 포함하는 복수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. 기지국은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), 억세스 포인트(access point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
본 발명은 본 발명의 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
상술한 바와 같은 무선 통신 시스템에서 릴레이 노드가 기지국과의 연결을 재설정하는 방법 및 이를 위한 장치는 3GPP LTE 시스템에 적용되는 예를 중심으로 설명하였으나, 3GPP LTE 시스템 이외에도 다양한 무선 통신 시스템에 적용하는 것이 가능하다.

Claims (15)

  1. 무선 통신 시스템에서 신호를 처리하는 방법으로서,
    무결성 검사 실패(integrity failure)가 발생한 것을 지시하는 지시자를 설정하는 단계; 및
    상기 지시자를 포함하는, 연결 재수립 (connection reestablishment) 관련 제 1 메시지를 네트워크로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    신호 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    무결성 검사와 관련된 적어도 하나의 파라미터를 재설정하기 위한 명령을 포함하는 제 2 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 파라미터를 기 설정된 값을 재설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    신호 처리 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 파라미터는,
    HFN (Hyper Frame Number) and PDCP (Packet Data Convergence Protocol) SN (Sequence Number)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    신호 처리 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 기 설정된 값은 0인 것을 특징으로 하는,
    신호 처리 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 기 설정된 값은,
    상기 네트워크에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
    신호 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 무결성 검사 실패는,
    AM(acknowledgement mode) DRB(Data Radio Bearer)와 연관된 것을 특징으로 하는,
    신호 처리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 메시지는,
    상기 무결성 검사 실패가 발생한 무선 베어러(radio bearer)를 지시하는 지시자를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    신호 처리 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 메시지는,
    RRC(Radio Resource Control) 연결 재수립 요청(connection reestablishment request) 메시지 또는 RRC 연결 재수립 완료(connection reestablishment complete) 메시지인 것을 특징으로 하는,
    신호 처리 방법.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 메시지는,
    RRC(Radio Resource Control) 연결 재설정 (connection reconfiguration) 메시지인 것을 특징으로 하는,
    신호 처리 방법.
  10. 무선 통신 시스템에서 신호를 처리하는 방법으로서,
    무결성 검사와 관련된 적어도 하나의 파라미터를 재설정하기 위한 명령을 포함하는 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 파라미터를 기 설정된 값을 재설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    신호 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 파라미터는,
    HFN (Hyper Frame Number) and PDCP (Packet Data Convergence Protocol) SN (Sequence Number)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    신호 처리 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 기 설정된 값은 0인 것을 특징으로 하는,
    신호 처리 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 기 설정된 값은,
    상기 네트워크에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
    신호 처리 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 무결성 검사는,
    AM(acknowledgement mode) DRB(Data Radio Bearer)와 연관된 것을 특징으로 하는,
    신호 처리 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 메시지는,
    RRC(Radio Resource Control) 연결 재설정 (connection reconfiguration) 메시지인 것을 특징으로 하는,
    신호 처리 방법.
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