KR20140094139A - 무선 통신 시스템에서의 패킷 처리 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

무선 통신 시스템에서의 패킷 처리 방법이 제공된다. 송신 측 PDCP 계층은 상위 계층으로부터 패킷을 수신한다. 상기 송신 측 PDCP 계층은 상기 패킷에 대한 헤더 압축을 수행하여 압축 패킷을 생성한다. 상기 송신 측 PDCP 계층은 상기 압축 패킷의 종류에 기반하여 상기 압축 패킷의 폐기 조건을 결정한다. 상기 송신 측 PDCP 계층은 하위 계층으로 상기 압축 패킷을 전달한다. 상기 압축 패킷이 상기 폐기 조건을 만족하면, 상기 송신 측 PDCP 계층은 상기 하위 계층에 상기 압축 패킷의 폐기를 지시한다.

Description

무선 통신 시스템에서의 패킷 처리 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING PACKET IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 구체적으로 무선 통신 시스템에서 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층이 패킷을 처리하는 방법 및 이를 이용하는 장치에 관한 것이다.

3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution)는 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)의 향상된 형태이며, 3GPP release 8로 소개된다. 3GPP LTE는 하향링크에서 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)를 사용하고, 상향링크에서 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access)를 사용한다. 3GPP LTE는 최대 4개의 안테나를 지원하는 MIMO(Multiple Input Multiple Output)을 사용한다. 최근에는 3GPP LTE의 진화된 형태인 3GPP LTE-A(LTE-advanced)가 논의되고 있다.

일반적으로 단말과 네트워크 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(radio interface protocol)의 계층들은 통신 시스템에서 널리 알려진 개방형 시스템 간 상호 접속(Open System Interconnection; OSI) 모델의 하위 3개의 계층을 바탕으로 L1(제1 계층), L2(제2 계층), L3(제3 계층)로 구분될 수 있다.

데이터 전송을 위해 각 계층에 제공되는 패킷은 소정의 폐기 기준(discard condition)을 만족하면 송신 버퍼에서 폐기된다. 예를 들어, 제2 계층에 속하는 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층에서는 패킷의 순서대로 시퀀스 번호(Sequence Number; SN)를 부여하고 discardTimer를 구동하여, 해당 타이머가 만료되면 해당 패킷을 폐기한다. 그러나, 데이터 전송을 위해 각 계층에 제공되는 패킷은 그 데이터의 종류가 다양하고 중요도가 서로 다를 수 있다. 어떠한 데이터를 포함하는지에 관계없이 패킷을 일률적으로 폐기하는 것은 QoS(Quality of Service)에 커다란 영향을 줄 수 있다. 중요한 데이터가 전송되지 못한다면 해당 서비스의 전체적인 QoS에 미치는 영향이 매우 클 수 있기 때문이다.

따라서, 폐기 타이머가 만료된 압축 정보 갱신 패킷과의 종속성(dependendet)으로 인해, 성공적으로 수신 측 PDCP 계층에 전송된 패킷들이 헤더 복원에 실패하여 폐기되는 것을 방지하는 방법 및 이를 이용하는 장치가 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 무선 통신 시스템에서 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층이 패킷을 처리하는 방법 및 이를 이용하는 장치를 제공함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 폐기 조건을 만족하여 폐기된 압축 정보 갱신 패킷과의 종속성(dependendet)으로 인해 성공적으로 수신 측 PDCP 계층에 전송된 패킷들이 헤더 복원에 실패하여 폐기되는 것을 방지하는 방법 및 이를 이용하는 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 무선 통신 시스템에서의 송신 측 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층에 의한 패킷 처리 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 송신 측 PDCP 계층의 상위 계층으로부터 패킷을 수신하는 단계, 상기 패킷에 대한 헤더 압축을 수행하여 압축 패킷을 생성하는 단계, 상기 압축 패킷의 종류에 기반하여 상기 압축 패킷의 폐기 조건을 결정하는 단계 및 상기 송신 측 PDCP 계층의 하위 계층으로 상기 압축 패킷을 전달하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 무선 통신 시스템에서의 송신기가 제공된다. 상기 송신기는 무선 신호를 송신 및 수신하는 RF(Radio Frequency) 부 및 상기 RF 부와 연결되어 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층을 포함하는 무선 프로토콜을 구현하는 프로세서를 포함한다. 상기 PDCP 계층은 상기 PDCP 계층의 상위 계층으로부터 패킷을 수신하고, 상기 패킷에 대한 헤더 압축을 수행하여 압축 패킷을 생성하고, 상기 압축 패킷의 종류에 기반하여 상기 압축 패킷에 대한 폐기 조건을 결정하고, 상기 PDCP 계층의 하위 계층으로 상기 압축 패킷을 전달하고 및 상기 압축 패킷이 상기 폐기 조건을 만족하면 상기 하위 계층에 상기 압축 패킷의 폐기를 지시한다.

무선 통신 시스템의 QoS(Quality of Service)를 향상시킬 수 있다.

버스트 오류(burst error), 손상 확산(damage propagation) 및 손실 확산(loss propagation)을 방지할 수 있다.

패킷 복원율 및 패킷 헤더의 압축 효율을 증가시킬 수 있다.

무선 자원의 낭비와 데이터 손실을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 무선 통신 시스템을 나타낸다.
도 2는 사용자 평면(user plane)에 대한 무선 프로토콜 구조(radio protocol architecture)를 나타낸 블록도이다.
도 3은 제어 평면(control plane)에 대한 무선 프로토콜 구조를 나타낸 블록도이다.
도 4는 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층의 구조의 일 예를 나타낸다.
도 5는 헤더 압축 기법에 따른 전체 헤더 패킷과 압축 헤더 패킷이 전송되는 예를 나타낸다.
도 6은 일반적인 무선 프로토콜에서 송신 측과 수신 측 간의 패킷 전송을 PDCP 계층을 중심으로 나타낸 흐름도이다.
도 7은 압축기의 상태 천이 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 복원기의 상태 천이 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 일반적인 무선 프로토콜의 송신 측 PDCP 계층과 수신 측 PDCP 계층 간의 패킷 전송을 나타낸 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 측 PDCP 계층의 구조를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 프로토콜에서 송신 측과 수신 측 간의 패킷 전송을 PDCP 계층을 중심으로 나타낸 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 프로토콜의 송신 측 PDCP 계층과 수신 측 PDCP 계층 간의 패킷 전송을 나타낸 개략도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서의 패킷 처리 방법을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시예가 구현되는 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.

무선 기기(wireless device)는 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), MT(Mobile Terminal) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국은 기지국은 무선 기기와 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), AP(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

이하, 무선 통신 시스템은 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution) 또는 3GPP LTE-A(LTE-Advanced)에 기반하는 것으로 가정한다. 그러나, 본 발명에 적용되는 무선 통신 시스템이 3GPP LTE/LTE-A 시스템에 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은 다양한 무선 통신 시스템에 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 무선 통신 시스템을 나타낸다. 이는 E-UTRAN(Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access Network), 또는 LTE(Long Term Evolution)/LTE-A 시스템이라고도 불릴 수 있다.

E-UTRAN은 단말(10; User Equipment, UE)에 제어 평면(control plane)과 사용자 평면(user plane)을 제공하는 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다. 기지국(20)들은 X2 인터페이스를 통하여 서로 연결될 수 있다. 기지국(20)은 S1 인터페이스를 통해 EPC(Evolved Packet Core, 30), 보다 상세하게는 S1-MME를 통해 MME(Mobility Management Entity)와 S1-U를 통해 S-GW(Serving Gateway)와 연결된다.

EPC(30)는 MME, S-GW 및 P-GW(Packet Data Network-Gateway)를 포함한다. MME는 단말의 접속 정보나 단말의 능력에 대한 정보를 가지고 있으며, 이러한 정보는 단말의 이동성 관리에 주로 사용된다. S-GW는 E-UTRAN을 종단점으로 갖는 게이트웨이이며, P-GW는 PDN을 종단점으로 갖는 게이트웨이이다.

단말과 네트워크 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(radio interface protocol)의 계층들은 통신 시스템에서 널리 알려진 개방형 시스템 간 상호 접속(Open System Interconnection; OSI) 기준 모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 L1(제 1 계층), L2(제 2 계층), L3(제 3 계층)로 구분될 수 있는데, 이 중에서 제 1 계층에 속하는 물리 계층은 물리 채널(physical channel)을 이용한 정보 전송 서비스(information transfer service)를 제공하며, 제 3 계층에 위치하는 RRC(Radio Resource Control) 계층은 단말과 네트워크 간에 무선 자원을 제어하는 역할을 수행한다. 이를 위해 RRC 계층은 단말과 기지국 사이의 RRC 메시지를 교환한다.

도 2는 사용자 평면(user plane)에 대한 무선 프로토콜 구조(radio protocol architecture)를 나타낸 블록도이다. 도 3은 제어 평면(control plane)에 대한 무선 프로토콜 구조를 나타낸 블록도이다. 사용자 평면은 사용자 데이터 전송을 위한 프로토콜 스택(protocol stack)이고, 제어 평면은 제어 신호 전송을 위한 프로토콜 스택이다.

도 2 및 3을 참조하면, 물리 계층(physical layer; PHY layer)은 물리 채널을 이용하여 상위 계층에 정보 전송 서비스(information transfer service)를 제공한다. 물리 계층은 상위 계층인 MAC(Medium Access Control) 계층과 전송 채널(transport channel)을 통해 연결되어 있다. 전송 채널을 통해 MAC 계층과 물리 계층 간에 데이터가 이동한다. 전송 채널은 무선 인터페이스를 통해 데이터가 어떻게 어떤 특징으로 전송되는가에 따라 분류된다. 예를 들어, 전송 채널은 채널의 공유 여부에 따라 전용(dedicated) 전송 채널과 공용(common) 전송 채널로 나눌 수 있다.

서로 다른 물리 계층 사이, 즉 송신기와 수신기의 물리계층 사이에는 물리 채널을 통해 데이터가 이동한다. 상기 물리 채널은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식으로 변조되며, 시간과 주파수를 무선 자원으로 활용한다.

MAC 계층의 기능은 논리 채널과 전송 채널 간의 맵핑 및 논리 채널에 속하는 MAC SDU(Service Data Unit)의 전송 채널 상으로 물리 채널로 제공되는 전송 블록(transport block)으로의 다중화/역다중화를 포함한다. MAC 계층은 논리 채널을 통해 RLC(Radio Link Control) 계층에게 서비스를 제공한다.

RLC 계층의 기능은 RLC SDU의 연결(concatenation), 분할(segmentation) 및 재결합(reassembly)를 포함한다. RLC 계층은 무선 베어러(Radio Bearer; RB) 요구하는 다양한 QoS(Quality of Service)를 보장하기 위해 투명 모드(Transparent Mode; TM), 비확인 모드(Unacknowledged Mode; UM) 및 확인 모드(Acknowledged Mode; AM)의 세 가지의 동작 모드를 제공한다. UM RLC는 상위 계층으로부터 SDU를 수신하고, 오버헤드의 추가 없이 적절한 RLC PDU(Protocol Data Unit)로 SDU를 분할한다. AM RLC는 ARQ(Automatic Repeat Request)를 통해 재전송을 제공한다. UM RLC는 재전송을 제공하지 않는다.

PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층은 RLC 계층의 상위에 위치하며, IPv4나 IPv6와 같은 IP(Internet Protocol) 패킷(packet)을 이용하여 전송되는 데이터가 상대적으로 대역폭이 작은 무선 구간에서 효율적으로 전송될 수 있도록 한다. 이를 위해, PDCP 계층은 헤더 압축(header compression) 기능을 수행하는데, 이는 데이터의 헤더 부분에서 반드시 필요한 정보만을 전송하도록 하여, 무선 구간의 전송 효율을 증가시키는 역할을 한다. 또한, 사용자 평면에서의 PDCP 계층의 기능은 사용자 데이터의 전달 및 암호화(ciphering)를 포함한다. 제어 평면에서의 PDCP 계층의 기능은 제어 평면 데이터의 전달 및 암호화/무결성 보호(integrity protection)를 포함한다.

RRC 계층은 제어 평면에서만 정의된다. RRC 계층은 무선 베어러들의 설정(configuration), 재설정(re-configuration) 및 해제(release)와 관련되어 논리 채널, 전송 채널 및 물리 채널들의 제어를 담당한다. RB는 단말과 네트워크 사이의 데이터 전달을 위해 제 1 계층(PHY 계층) 및 제 2 계층(MAC 계층, RLC 계층, PDCP 계층)에 의해 제공되는 논리적 경로를 의미한다.

RB가 설정된다는 것은 특정 서비스를 제공하기 위해 무선 프로토콜 계층 및 채널의 특성을 규정하고, 각각의 구체적인 파라미터 및 동작 방법을 설정된다는 것을 의미한다. RB는 다시 SRB(Signaling RB)와 DRB(Data RB), 두 가지로 분류할 수 있다. SRB는 제어 평면에서 RRC 메시지를 전송하는 통로로 사용되며, DRB는 사용자 평면에서 사용자 데이터를 전송하는 통로로 사용된다.

단말의 RRC 계층과 E-UTRAN의 RRC 계층 사이에 RRC 연결(RRC connection)이 있을 경우, 단말은 RRC_연결(RRC_CONNECTED) 상태에 있게 되고, 그렇지 못할 경우 RRC_휴지(RRC_IDLE) 상태에 있게 된다.

데이터는 하향링크 전송 채널을 통해 네트워크로부터 단말로 전송된다. 네트워크에서 단말로 데이터를 전송하는 하향링크 전송 채널로는 시스템 정보를 전송하는 BCH(Broadcast Channel)과 그 이외에 사용자 트래픽이나 제어 메시지를 전송하는 하향링크 SCH(Shared Channel)이 있다. 하향링크 멀티캐스트 또는 브로드캐스트 서비스의 트래픽 또는 제어 메시지의 경우 하향링크 SCH를 통해 전송될 수도 있고, 또는 별도의 하향링크 MCH(Multicast Channel)을 통해 전송될 수도 있다. 한편, 데이터는 상향링크 전송 채널을 통해 단말로부터 네트워크로 전송된다. 단말에서 네트워크로 데이터를 전송하는 상향링크 전송 채널로는 초기 제어 메시지를 전송하는 RACH(Random Access Channel)와 그 이외에 사용자 트래픽이나 제어 메시지를 전송하는 상향링크 SCH(Shared Channel)가 있다.

전송 채널 상위에 있으며, 전송 채널에 매핑되는 논리 채널(logical channel)로는 BCCH(Broadcast Control Channel), PCCH(Paging Control Channel), CCCH(Common Control Channel), MCCH(Multicast Control Channel), MTCH(Multicast Traffic Channel) 등이 있다.

물리 채널은 시간 영역에서 여러 개의 심벌과 주파수 영역에서 여러 개의 부반송파(sub-carrier)를 포함한다. 하나의 서브프레임(sub-frame)은 시간 영역에서 복수의 심볼(symbol)들을 포함하고, 주파수 영역에서 복수의 부반송파들을 포함한다. 하나의 서브프레임은 복수의 자원 블록(resource block)들로 구성되며, 하나의 자원 블록은 복수의 심볼들과 복수의 부반송파들로 구성된다. 자원 블록은 자원 할당의 단위로서, 복수의 OFDM 심볼과 복수의 부반송파를 포함한다. 또한, 각 서브프레임은 PDCCH(Physical Downlink Control Channel) 즉, L1/L2 제어채널을 위해 해당 서브프레임의 특정 심볼들(가령, 첫 번째 심볼)의 특정 부반송파들을 이용할 수 있다. 서브프레임이 전송되는 단위 시간인 TTI(Transmission Time Interval)는 1개의 서브프레임에 해당하는 1ms일 수 있다.

도 4는 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층의 구조의 일 예를 나타낸다.

PDCP 계층은 위로는 RRC 계층 또는 사용자 어플리케이션(application) 계층과 연결되고, 아래로는 RLC 계층과 연결된다.

PDCP 계층은 송신 측 PDCP 계층과 수신 측 PDCP 계층을 포함한다. 송신 측 PDCP 계층은 상위 계층으로부터 수신한 SDU 및/또는 자체적으로 생성한 제어 정보에 기반하여 PDCP PDU를 생성한다. 송신 측 PDCP 계층이 상위 계층으로부터 수신한 SDU에 기반하여 생성한 PDCP PDU를 PDCP 데이터 PDU, 자체적으로 생성한 제어 정보에 기반하여 생성한 PDCP PDU를 PDCP 제어 PDU라 한다.

PDCP 데이터 PDU는 사용자 평면과 제어 평면 모두에서 생성될 수 있는데, PDCP 계층의 일부 기능을 사용되는 평면에 따라 선택적으로 적용된다. 예를 들어, 헤더 압축 기능은 사용자 평면의 데이터에 대해서만 적용되고, 보안(security) 기능 중 무결성 보호 기능은 제어 평면의 데이터에 대해서만 적용된다. 반면에, 또 다른 보안 기능 중 하나인 암호화 기능은 사용자 평면의 데이터와 제어 평면 데이터 모두에 적용된다.

PDCP 제어 PDU는 사용자 평면에서만 생성된다. PDCP 제어 PDU의 예로는 수신 측 PDCP 계층의 버퍼 상태를 송신 측 PDCP 계층에 알리기 위한 PDCP 상태 보고(PDCP status Report)와 헤더의 압축 상태를 피드백하기 위한 HC(Header Compression) 피드백 패킷(feedback packet)이 있다.

송신 측 PDCP 계층에 의해 생성된 PDCP PDU는 수신 측 PDCP 계층으로 전송되며, 수신 측 PDCP 계층은 상기 PDCP PDU로부터 SDU 및/또는 제어 정보를 추출한다.

한편, 데이터 전송을 위해 각 계층에 제공되는 패킷은 소정의 폐기 기준(discard condition)을 만족하면 송신 버퍼에서 폐기된다. 데이터 전송을 위한 각 계층에 제공되는 패킷의 일 예로 PDCP SDU를 고려한다. SDU는 타 계층에서 해당 계층으로 전달되는 데이터의 단위를 의미한다. 따라서, PDCP SDU는 상위 계층에서 PDCP로 전달되는 데이터 블록을 의미한다. 송신 측 PDCP 계층은 상위 계층에서 내려온 PDCP SDU들을 송신 버퍼에 저장한 후, 무선 채널의 상황에 맞추어 전송한다. 소정의 폐기 기준을 만족하는 PDCP SDU는 송신 버퍼의 과부하를 방지하기 위해 폐기된다.

PDCP SDU가 폐기되는 조건으로는 discardTimer의 만료와 PDCP SDU의 전달 성공 등이 있다.

discardTimer를 이용하는 최대 지연 시간(maximum delay time) 기법에 따르면, 송신 측 PDCP 계층은 각각의 PDCP SDU에 대해 PDCP 계층에서 지연되는 시간을 측정하기 위한 타이머를 구동한다. 상기 타이머가 소정의 최대 지연 시간에 도달할 때까지 해당 PDCP SDU가 성공적으로 전송되지 못한다면, 송신 측 PDCP 계층은 하위 계층에 해당 PDCP SDU의 폐기를 지시한다.

송신 측 PDCP 계층은 PDCP 상태 보고를 통해 자신이 전송한 PDCP SDU가 성공적으로 전달되었는지를 확인할 수 있다. 해당 PDCP SDU가 성공적으로 전달되었다면, 송신 측 PDCP 계층은 하위 계층에 해당 PDCP SDU의 폐기를 지시한다.

일반적으로 동일한 RB를 통해 전송되는 데이터는 동일한 폐기 기준이 적용된다. 그러나, 특정 경우에는 동일한 RB로 전송되는 데이터가 무선 프로토콜 계층의 처리 방법에 따라 서로 다른 중요도를 가지게 되므로, 전송되는 데이터의 종류에 따라 서로 다른 폐기 기준을 적용하는 것이 효율적일 수 있다. 이러한 경우의 대표적인 예로 PDCP 계층에서 수행하는 헤더 압축(header compression)을 들 수 있다.

도 5는 헤더 압축 기법에 따른 전체 헤더 패킷과 압축 헤더 패킷이 전송되는 예를 나타낸다.

헤더 압축 기법은, 동일한 패킷 스트림(packet stream)에 속하는 IP 패킷들의 헤더는 많은 부분이 변하지 않고 유지된다는 사실을 이용한 것으로서, 송신 측의 압축기(compressor)와 수신 측의 복원기(decompressor)에 변하지 않은 필드들을 문맥(context)의 형태로 저장하고, 문맥이 형성된 이후에는 변하는 필드만을 전송하는 방법이다. 헤더 압축 기법에 따르면, 헤드의 오버헤드를 획기적으로 줄일 수 있다.

도 5를 참조하면, 헤더 압축 초기 단계에서 해당 패킷에 대한 문맥이 형성될 때까지, 압축기는 전체 헤더(full header) 패킷을 전송한다. 이후 해당 패킷에 대한 문맥이 형성되면, 압축기는 복원기와의 문맥 동기를 위해 특정 이벤트마다 한 번씩 전체 헤더 패킷이 전송할 뿐, 대부분 압축 헤더(compressed header) 패킷을 전송한다.

특정 패킷 스트림에서 어떤 패킷을 전체 헤더로 전송하고 어떤 패킷을 압축 헤더로 전송하는가는 송신 측 PDCP 압축기가 결정한다. 압축기는 상위 계층으로부터 수신한 패킷을 헤더 패턴에 따라 전체 헤더 또는 압축 헤더로 수신 측으로 전송한다. 예를 들어, 새로운 문맥을 형성하거나 현재의 문맥을 갱신할 필요가 있다고 판단되면, "문맥을 형성/갱신하는 패킷", 즉 전체 헤더 패킷이 전송된다. 반면에, 해당 패킷의 헤더 패턴에 대한 문맥이 이미 복원기에 형성되어 있다고 판단되면, "해당 패킷을 문맥을 형성/갱신하지 않는 패킷", 즉 압축 헤더 패킷이 전송된다.

수신 측 PDCP 복원기는 송신 측 PDCP 압축기로부터 수신된 패킷 스트림의 전체 헤더 패킷을 이용하여 문맥을 형성한다. 형성된 문맥은 압축 헤더를 복원할 수 있는 근거가 된다.

도 6은 일반적인 무선 프로토콜에서 송신 측과 수신 측 간의 패킷 전송을 PDCP 계층을 중심으로 나타낸 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 송신 측 PDCP 계층의 상위 계층(예컨대, RRC 계층)은 RB를 설정하는 과정에서 PDCP discardTimer와 헤더 압축 알고리즘을 설정한다(S610).

3GPP LTE/LTE-A 시스템에서는 헤더 압축 알고리즘으로 IETF RFC의 ROHC (RObust Header Compression)을 사용한다. ROHC에 따르면, 헤더의 필드들은 고정 부분(static part)와 변경 부분(dynamic part)를 포함하며, 하나의 패킷 스트림에 속하는 패킷들에 포함되는 헤더의 필드들 간에는 규칙이 존재한다. 압축기는 이러한 헤더의 필드들 사이의 규칙을 고정 부분 및 변경 부분으로 분류하여 하나의 문맥을 구성한다. 상술한 바와 같이, 상기 문맥은 헤더 압축 초기 단계 또는 일정 시간마다 전송되며, 일반적인 경우에는 변동 부분을 대표하는 압축 패킷의 시퀀스 번호만이 전송된다. 복원기는 이들에 기반하여 패킷 헤더를 복원한다.

도 7은 압축기의 상태 천이 과정을 나타낸 흐름도이다.

ROHC 압축기에는 IR(Initialization and Refresh), FO(First Order) 및 SO(Second Order)의 3가지 상태가 존재하며, 각 상태에 따라 압축 정도를 달리하여 복원기의 문맥을 갱신한다. IR 상태에서는 압축기가 고정 부분, 변동 부분 및 규칙을 포함하는 압축 정보 갱신 패킷인 IR 패킷을 전송한다. FO 상태에서는 압축기가 변동 부분 및 규칙을 포함하는 압축 정보 갱신 패킷인 IR-DYN(Dynimic) 패킷을 전송한다. SO 상태에서는 압축기가 변동 부분 및 규칙을 대표하는 압축 패킷인 SN을 전송한다.

압축기는 가장 낮은 압축 상태인 IR에서 시작하여 점차 높은 압축 상태로 천이하며, 가능한 높은 압축 상태에서 동작한다. 이때, 압축기는 복원기가 압축된 헤더를 복원하는데 필요한 정보를 가진다는 것을 충분히 보장할 수 있어야 한다.

도 8은 복원기의 상태 천이 과정을 나타낸 흐름도이다.

ROHC 복원기에는 가지고 있는 문맥의 정도에 따라 NC(No Context), SC(Static Context) 및 FC(Full Context)의 3가지 상태가 존재한다. NC 상태에서는 복원기가 문맥을 가지고 있지 않으며, IR 패킷만을 처리 및 복원한다. SC 상태에서는 복원기가 고정 부분만을 포함하는 문맥을 가지고 있으며, IR 및 IR DYN 패킷을 처리/복원한다. FC 상태에서는 복원기가 고정 부분 및 변동 부분에 대한 모든 문맥을 가지고 있으며, 모든 압축 패킷을 처리/복원할 수 있다.

다시 도 6을 참조하면, 송신 측 PDCP 계층은 상위 계층(예컨대, 사용자 어플리케이션 계층)으로부터 수신한 패킷의 discardTimer를 구동하고, 설정된 알고리즘에 따라 헤더 압축을 수행하여 압축 패킷을 생성한다(S620). 해당 패킷의 discardTimer가 만료되면, PDCP 계층은 압축 패킷을 폐기할 것을 하위 계층에 지시한다.

수신 측 PDCP 계층은 수신된 패킷의 시퀀스 번호를 이용하여 해당 압축 패킷에 설정된 알고리즘에 따라 헤더 복원을 수행한다(S630). 복원된 패킷은 상위 계층으로 전달된다.

한편, 폐기되는 패킷들에 압축 정보 갱신 패킷, 즉 IR 패킷 또는 IR-DYN 패킷이 포함된다면, 압축기와 복원기 사이의 문맥 동기가 유지되지 않으므로, 해당 압축 정보 갱신 패킷 이후에 수신되는 패킷은 복원되지 못한다. 이러한 현상은 다음 압축 정보 갱신 패킷이 수신될 때까지 연속적으로 발생한다.

도 9는 일반적인 무선 프로토콜의 송신 측 PDCP 계층과 수신 측 PDCP 계층 간의 패킷 전송을 나타낸 개략도이다.

송신 측 PDCP 계층은 IP 패킷, 즉 PDCP SDU를 헤더 압축하여 압축 패킷(COmpressed Packet; CO), 즉 PDCP PDU를 생성한다. 도 9를 참조하면, 송신 측 PDCP 계층은 IP 패킷 #0, #5 및 #10에 대한 압축 패킷을 IR 패킷(Initialization and Refresh packet; IR)의 형태로 생성한다. 상술한 바와 같이, IR 패킷은 압축 정보 갱신 패킷으로서, 고정 부분, 변동 부분 및 규칙을 포함을 포함한다. 압축 패킷의 헤더는 해당 헤더 패킷보다 먼저 전송되는 압축 정보 갱신 패킷에 기반하여 압축된다. 예를 들어, 패킷 #1 내지 #4는 패킷 #0 에 대응되는 IR 패킷에 기반하여 압축되고, 패킷 #6 내지 #9는 패킷 #5에 대응되는 IR 패킷에 기반하여 압축된다. 수신 측 PDCP 계층은 상술한 과정을 통해 압축된 압축 패킷을 수신하여 헤더 복원을 수행한다.

한편, 패킷 #4 내지 #6의 discardTimer가 만료되어 해당 패킷들이 폐기되는 경우, 패킷 #0 내지 #3은 패킷 #0에 대응되는 IR 패킷에 기반하여 패킷 복원을 성공적으로 수행할 수 있지만, 패킷 #7은 패킷 #5에 대응되는 IR 패킷이 유실되었으므로 패킷 복원을 성공적으로 수행할 수 없다. 이러한 현상은 패킷 #10에 대응되는 IR 패킷이 수신될 때까지 연속적으로 발생한다. 따라서, 에러가 일시적으로 연속하여 발생하는 버스트 오류(burst error), 이전 헤더의 손상 또는 손실로 인해 연속적인 패킷에 대해 부정확하게 헤더가 복원되는 손상 확산(damage propagation) 및 이전 헤더의 손상 또는 손실로 인해 헤더 복원에 실패하여 연속적으로 패킷이 폐기되는 손실 확산(loss propagation)이 발생할 수 있다. 이를 복원하기 위해 압축기와 복원기 간에 복구 알고리즘(feedback-NACK)이 수행될 수 있지만, 이로 인해 압축 효율이 감소한다는 단점이 있다. 또한, 정상적으로 전송된 패킷들이 폐기되므로, 무선 자원이 낭비되고, 데이터 손실이 발생하게 된다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 측 PDCP 계층의 구조를 나타낸다.

도 10을 참조하면, 송신 측 PDCP 계층은 상위 계층으로부터 수신한 패킷에 대한 헤더 압축을 수행하여 압축 패킷을 생성한다. 이때, 상기 압축 패킷에 대한 정보, 종류 등을 메모리(1010)에 저장할 수 있다. 또한, 상기 압축 패킷의 종류에 따라 폐기 조건을 다르게 하거나, 폐기 조건들 중 일부를 만족하더라도 해당 압축 패킷이 중요한 패킷인 경우, 해당 압축 패킷을 폐기하지 않도록 설정할 수 있다. 이를 위해. 송신 측 PDCP 계층은 패킷의 폐기를 위한 패킷 폐기부(1020)를 포함할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 프로토콜에서 송신 측과 수신 측 간의 패킷 전송을 PDCP 계층을 중심으로 나타낸 흐름도이다.

도 11을 참조하면, 송신 측 PDCP 계층의 상위 계층(예컨대, RRC 계층)은 RB를 설정하는 과정에서 PDCP discardTimer와 헤더 압축 알고리즘을 설정한다(S1110).

송신 측 PDCP 계층은 상위 계층(예컨대, 사용자 어플리케이션 계층)으로부터 수신한 패킷의 discardTimer를 구동하고, 설정된 알고리즘에 따라 헤더 압축을 수행하여 압축 패킷을 생성한다. 또한, 송신 측 PDCP 계층은 압축 패킷의 종류에 기반하여 해당 압축 패킷의 폐기 기준을 설정한다(S1120).

예를 들어, 해당 압축 패킷이 압축 정보 갱신 패킷인 경우, discardTimer가 만료하더라도, 해당 압축 패킷을 폐기하지 않는 것으로 설정할 수 있다. 즉, 해당 압축 패킷이 압축 정보 갱신 패킷이 아닌 경우에만 해당 압축 패킷을 폐기하는 것으로 설정할 수 있다.

다른 예를 들어, 압축 정보 갱신 패킷의 discardTimer 값을 압축 정보 갱신이 아닌 압축 패킷보다 크게 설정할 수 있다.

수신 측 PDCP 계층은 수신된 패킷의 시퀀스 번호를 이용하여 해당 압축 패킷에 설정된 알고리즘에 따라 헤더 복원을 수행한다(S1130). 복원된 패킷은 상위 계층으로 전달된다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 프로토콜의 송신 측 PDCP 계층과 수신 측 PDCP 계층 간의 패킷 전송을 나타낸 개략도이다.

송신 측 PDCP 계층은 IP 패킷, 즉 PDCP SDU를 헤더 압축하여 압축 패킷, 즉 PDCP PDU를 생성한다. 도 12를 참조하면, 송신 측 PDCP 계층은 IP 패킷 #0, #5 및 #10에 대한 압축 패킷을 IR 패킷의 형태로 생성한다. 상술한 바와 같이, 압축 패킷의 헤더는 해당 패킷보다 먼저 전송되는 압축 정보 갱신 패킷에 기반하여 압축된다. 예를 들어, 패킷 #1 내지 #4는 패킷 #0 에 대응되는 IR 패킷에 기반하여 압축되고, 패킷 #6 내지 #9는 패킷 #5에 대응되는 IR 패킷에 기반하여 압축된다.

한편, 패킷 #4 내지 #6의 discardTimer가 만료되는 경우, 압축 정보 갱신 패킷이 아닌 압축 패킷들은 폐기되지만, 압축 정보 갱신 패킷인 두 번째 IR 패킷은 폐기되지 않고 수신 측 PDCP 계층으로 전송된다. 두 번째 IR 패킷이 폐기되지 않았으므로, 두 번째 IR 패킷에 기반하여 패킷 #7 내지 #10을 성공적으로 복원할 수 있다.

따라서, 상술한 방법에 따르면, 버스트 오류(burst error), 손해 확산(damage propagation) 및 손실 확산(loss propagation)을 방지할 수 있으며, 패킷 복원율과 압축 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 정상적으로 전송된 패킷들에 대한 손실을 방지할 수 있으므로, 무선 자원이 절약되는 효과가 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서의 패킷 처리 방법을 나타낸다.

상술한 바와 같이, 무선 통신 시스템에서의 단말과 네트워크 사이의 무선 인터페이스 프로토콜은 PDCP 계층을 중심으로 상위 계층(예컨대, RRC 계층)과 하위 계층(예컨대, RLC 계층)으로 구분될 수 있다.

PDCP 계층은 상위 계층으로부터 IP 패킷을 수신한다(S1310). 상기 IP 패킷은 PDCP SDU를 의미할 수 있다. 또한, 상기 과정에서 상위 계층은 RB를 설정하는 과정에서 폐기 타이머, 즉 PDCP discardTimer와 헤더 압축 알고리즘을 설정할 수 있다.

PDCP 계층은 상위 계층으로부터 수신한 IP 패킷에 대한 헤더 압축을 수행하여 압축 패킷을 생성한다(S1320). 상기 압축 패킷은 PDCP PDU를 의미할 수 있다.

PDCP 계층은 압축 패킷의 종류에 기반하여 폐기 조건을 결정한다(S1320). 상기 폐기 조건은 해당 압축 패킷이 폐기되는 조건을 의미한다.

예를 들어, 압축 패킷이 압축 정보 갱신 패킷인 경우, PDCP 계층은 해당 압축 패킷의 폐기 타이머를 압축 정보 갱신 패킷이 아닌 패킷, 즉 비(非) 압축 정보 갱신 패킷의 폐기 타이머보다 큰 값으로 결정할 수 있다.

다른 예를 들어, 압축 패킷이 압축 정보 갱신 패킷인 경우, PDCP 계층은 폐기 타이머가 만료하더라도 해당 압축 패킷을 폐기하지 않는 것으로 폐기 조건을 결정할 수 있다. 즉, 폐기 타이머가 만료되는 것을 폐기 조건에서 제외할 수 있다. 요컨대, 압축 정보 갱신 패킷의 폐기 조건은 해당 압축 패킷이 성공적으로 수신 측 PDCP 계층에 전송되는 것이고, 압축 정보 갱신 패킷이 아닌 압축 패킷의 폐기 조건은 해당 압축 패킷의 폐기 타이머가 만료되거나, 해당 압축 패킷이 성공적으로 수신 측 PDCP 계층에 전송되는 것이다.

PDCP 계층은 RLC 계층으로 압축 패킷을 전달하고, 압축 패킷은 RLC 계층, MAC 계층 및 PHY 계층 등을 거쳐 수신 측으로 전송된다(S1340). 패킷의 전송은 해당 패킷이 성공적으로 전송되거나 폐기 타이머가 만료될 때까지, 즉 폐기 조건을 만족할 때까지 시도된다.

압축 패킷이 패킷 조건을 만족하면, PDCP 계층은 하위 계층에 해당 패킷의 폐기를 지시한다(S1350).

도 14는 본 발명의 실시예가 구현되는 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.

송신기(1400)는 프로세서(processor, 1410), 메모리(memory, 1420) 및 RF부(Radio Frequency unit, 1430)를 포함한다. 메모리(1420)는 프로세서(1410)와 연결되어, 프로세서(1410)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(1430)는 프로세서(1410)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다. 프로세서(1410)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 예를 들어, 도 10 내지 13의 실시예에서 송신 측의 동작은 프로세서(1410)에 의해 구현될 수 있다.

수신기(1500)는 프로세서(processor, 1510), 메모리(memory, 1520) 및 RF부(Radio Frequency unit, 1530)를 포함한다. 메모리(1520)는 프로세서(1510)와 연결되어, 프로세서(1510)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(1530)는 프로세서(1510)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다. 프로세서(1510)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 예를 들어, 도 10 내지 13의 실시예에서 수신 측의 동작은 프로세서(1510)에 의해 구현될 수 있다.

프로세서는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. RF부는 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다.

상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

1. 무선 통신 시스템에서의 송신 측 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층에 의한 패킷 처리 방법에 있어서,
   상기 송신 측 PDCP 계층의 상위 계층으로부터 패킷을 수신하는 단계;
   상기 패킷에 대한 헤더 압축을 수행하여 압축 패킷을 생성하는 단계;
   상기 압축 패킷의 종류에 기반하여 상기 압축 패킷의 폐기 조건을 결정하는 단계;
   상기 송신 측 PDCP 계층의 하위 계층으로 상기 압축 패킷을 전달하는 단계; 및
   상기 압축 패킷이 상기 폐기 조건을 만족하면 상기 하위 계층에 상기 압축 패킷의 폐기를 지시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 폐기 조건은 상기 압축 패킷에 대한 폐기 타이머(discardTimer)가 만료되거나, 상기 압축 패킷이 성공적으로 수신 측 PDCP 계층에 전송되는 것임을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 폐기 조건을 결정하는 단계에서,
   압축 정보 갱신 패킷의 폐기 타이머는 압축 정보 갱신 패킷이 아닌 압축 패킷의 폐기 타이머보다 큰 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 압축 패킷이 압축 정보 갱신 패킷인 경우,
   상기 폐기 조건은 상기 압축 패킷이 성공적으로 수신 측 PDCP 계층에 전송되는 것인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 압축 패킷이 압축 정보 갱신 패킷이 아닌 경우,
   상기 폐기 조건은 상기 압축 패킷에 대한 폐기 타이머(discardTimer)가 만료되거나, 상기 압축 패킷이 성공적으로 수신 측 PDCP 계층에 전송되는 것임을 특징으로 하는 방법.
6. 무선 통신 시스템에서의 송신기에 있어서,
   무선 신호를 송신 및 수신하는 RF(Radio Frequency) 부; 및
   상기 RF 부와 연결되어 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층을 포함하는 무선 프로토콜을 구현하는 프로세서를 포함하되, 상기 PDCP 계층은
   상기 PDCP 계층의 상위 계층으로부터 패킷을 수신하고;
   상기 패킷에 대한 헤더 압축을 수행하여 압축 패킷을 생성하고;
   상기 압축 패킷의 종류에 기반하여 상기 압축 패킷에 대한 폐기 조건을 결정하고;
   상기 PDCP 계층의 하위 계층으로 상기 압축 패킷을 전달하고; 및
   상기 압축 패킷이 상기 폐기 조건을 만족하면 상기 하위 계층에 상기 압축 패킷의 폐기를 지시하는 것을 특징으로 하는 송신기.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 폐기 조건은 상기 압축 패킷에 대한 폐기 타이머(discardTimer)가 만료되거나, 상기 압축 패킷이 성공적으로 수신기의 PDCP 계층에 전송되는 것임을 특징으로 하는 송신기.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 PDCP 계층은 압축 정보 갱신 패킷의 폐기 타이머를 압축 정보 갱신 패킷이 아닌 압축 패킷의 폐기 타이머보다 큰 값으로 상기 폐기 조건을 결정하는 것을 특징으로 하는 송신기.
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 압축 패킷이 압축 정보 갱신 패킷인 경우,
   상기 폐기 조건은 상기 압축 패킷이 성공적으로 수신기의 PDCP 계층에 전송되는 것인 것을 특징으로 하는 송신기.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 압축 패킷이 압축 정보 갱신 패킷이 아닌 경우,
    상기 폐기 조건은 상기 압축 패킷에 대한 폐기 타이머(discardTimer)가 만료되거나, 상기 압축 패킷이 성공적으로 수신기의 PDCP 계층에 전송되는 것임을 특징으로 하는 송신기.

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