KR20160076755A - 재난 상황에서의 긴급통신 시스템의 구축 및 운용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자연 재해/재난 또는 대형 사고에 의하여 통신 인프라가 일부 또는 전체가 와해된 상황에서, 신속하게 긴급통신망을 구축하여 재난상황을 전파하고, 긴급통신모드로서 시스템을 동작한다. 피해자들의 위치를 파악하기 위한 동작을 수행하고, 시스템이 최소한의 전력을 소모하며 피해자의 구조를 위한 통신생명선 (communication life-line)을 구축 및 유지하기 위한 필요 시, 재난안전 요원들의 지휘통제를 위한 그룹통신 기능의 동시 제공 시스템의 구축 및 그 운용 방법을 제시한다. 기본적으로 PWS (Public Warning System)의 개념을 확장하여, 긴급 재난상황에서의 피해자 단말을 원격 제어할 수 있도록 한다. 이를 통하여, 긴급모드로 운용되는 기지국 및 단말이 최소 전력 모드로서 운용될 수 있도록 한다. 또한, 단말의 위치에 대한 정밀 측위와 관련된 기능들을 추가적으로 수행하여, 피해자의 위치를 파악하고, 추가적으로 피해자 및 피해자 단말의 생존성을 높이는 기능을 수행한다.

Description

재난 상황에서의 긴급통신 시스템의 구축 및 운용 방법{ESTABLISHMENT AND OPERATION METHOD OF EMERGENCY COMMUNICATION SYSTEM IN A MASSIVE DISASTER SITUATION}

본 발명은 자연 재해/재난 또는 대형 사고에 의하여 통신 인프라에 결함이 있는 상황 (일부 또는 전체 통신 인프라의 와해)에서, 신속하게 긴급통신망을 구축하여, 재난상황을 전파하고, 긴급통신모드로서 시스템을 동작하도록 함으로써, (일반사용자 단말을 소유한) 피해자들의 위치를 파악하기 위한 동작 (어플리케이션 또는 별도의 장치 등)을 수행하도록 하고, 시스템이 최소한의 전력을 소모하며 피해자의 구조를 위한 통신생명선 (communication life-line)을 구축 및 유지하기 위한 필요 시, 재난안전 요원들의 지휘통제를 위한 그룹통신 기능의 동시 제공 시스템 및 그 운용 방법에 관한 것이다.

상용 이동통신에서는 재난 상황에서의 긴급한 상황을 전파하기 위한 Public Warning System (PWS; 공공경보시스템; 이후 PWS로 부름) 규격이 표준화되어 있다. LTE 기반의 상용 이동통신 시스템들은 PWS 기능을 의무적으로 구현해야 한다. PWS는 지진, 쓰나미, 태풍, 산불 등과 같은 재난/재해가 발생하였을 때, 일정시간 내에 영향권 내에 있는 사람들을 소개 (evacuate) 하기 위한 통지의 용도로서 사용될 수 있다. 따라서, PWS 통지는 사건들에 사람들이 충분히 준비될 수 있도록, 대중에게 정확하고 빠른 시간 내에 통지되는 것이 중요하다. 3GPP의 PWS 아키텍쳐는 Cell Broadcast Service (CBS; 셀 방송서비스)의 Cell Broadcast Center (CBC; 셀 방송센터) 및 Cell Broadcast Entity (CBE)를 채택한다.

또한, 3GPP에서는 Isolated E-UTRAN Operation for Public Safety (IOPS; 격리된 E-UTRAN에서의 공공재난안전용 운용; 이후에는 또는 E-UTRAN으로 부름)와 관련된 표준화가 Rel-13 표준화의 주요 항목으로서 진행중이다. 이 것은, 재난/재해 등에 의하여 인프라와의 연결성이 일부 또는 전체가 붕괴된 경우, 즉, EPC (Evolved Packet Core; 통상 LTE의 핵심망을 의미함)와의 정상적인 연결성을 가지지 않는 E-UTRAN 또는 (네트워크 커버리지가 없는 곳에서) E-UTRAN 기능을 가지고 배치된 (deployed) 노매딕 기지국 (Nomadic eNBs; NeNBs)에서의 공공재난안전을 위한 지휘통제용 그룹통신 기능을 제공하기 위한 규격의 표준화를 다룬다. 이 외에도, 본 발명과 관련하여, 각종 측위 기술 (Positioning Technology), 장애물이 있는 환경에서의 통신 기술 및 원격 충전 기술 등이 사용될 수 있다.

대규모의 재난/재해 상황에서는, 피해 지역의 기반시설 대부분이 파괴되는 경우가 많다. 건물 등의 붕괴와 더불어 유/무선통신망 등 통신인프라도 동시에 붕괴되는 경우가 자주 발생한다. 이 경우에, 피해자들은 건물 잔해 등에 깔리거나 고립되어 목숨이 위험한 상황에 처할 수 있는데, 현재의 기술들은 그러한 환경에서의 피해자들의 구조를 위한 기능들을 제대로 제공하지 못한다.

PWS의 경우에, 신속하게 재난 상황을 전파하여 시민들을 안전한 곳으로 대피할 수 있도록 안내하는 것이 주요 기능이라고 볼 수 있는데, PWS 기능이 잘 제공되더라도 여전히 붕괴된 건물 잔해 등에 깔리거나 고립된 피해자들이 다수 발생할 수 있으며, 이들에 대한 저전력 기반의 통신생명선 (communication lifeline)의 제공 및 위치를 측정하기 위한 기술은 제공되지 않는다. 더욱 심각한 것은, 그러한 경보 기능을 제공할 통신 인프라마저 붕괴되는 대규모의 재난 상황의 경우에는 피해자들은 정상적으로 동작하는 상용단말을 보유하고 있음에도 불구하고, 기지국 등 통신인프라가 붕괴됨에 따라 피해자들을 위한 재난상황의 전파 뿐만 아니라, 피해자들의 위치를 파악하고, 피해자들을 구조하기 위한 통신생명선의 확보도 어려워지는 문제가 발생한다. 또한, 기지국 신호가 부재하면, 통상적인 상용단말은 기지국의 탐색 과정에 불필요하게 많은 전력을 소모하게 됨으로써, 남아있는 배터리도 빨리 소모해 버리는 문제가 생긴다.

3GPP의 IOPS는 이러한 통신인프라가 붕괴되는 대규모 재난 상황에서 일부 해결책을 제공하기는 하지만, 재난안전 요원들의 지휘통제용 그룹통신에만 한정됨으로써, 정작 중요한 재난/재해 피해자의 정확한 위치의 파악 및 통화 기능을 제공하지 못한다.

따라서, 본 발명에서는, 통신인프라가 붕괴될 수도 있는, 이러한 대규모 재난 상황에서 신속하게 재난상황을 전파하고, 더 나아가 기지국 인프라 및 단말 모두 응급상황에 최적화된 모드로 동작하도록 하여 구조될 때까지 통신생명선을 최대한 유지할 수 있도록 하며, 각종 측위 기술 및 무선 충전 기술 등과 연계 운용되도록 함으로써 피해자의 정확한 위치의 파악 및 구조의 가능성을 높이기 위한 기술을 고안한다. 또한, 재난 상황에서는 피해자의 안전하고 신속한 구조를 위해서는 재난안전요원들의 지휘통제를 위한 통신망의 구축 및 운용도 중요한 문제이므로, 동 시스템/망을 통하여 피해자 (일반 상용 주파수 대역에서 운용되는 사용자 단말을 소유) 뿐만 아니라, 재난안전요원 (국가별로 규제 관련된 차이가 있을 수 있으며, 별도의 재난안전용 주파수 및 시스템이 제공되는 경우에는 별도의 공공 주파수 대역에서 운용되는 특수 사용자 단말을 소유; 별도의 주파수가 할당되지 않는 경우에는 상용 주파수 대역을 공유함)들의 지휘통제용 그룹통신 기능도 동시에 제공 가능한 솔루션을 고안한다. 본 문서에서, 피해자 단말이라고 함은 재난 지역 내에서 일반 상용주파수 대역에서 운용되는 사용자 단말을 의미하며, 재난안전요원 단말이라 함은 지휘통제용 그룹통신이 가능한 특수 사용자 단말을 의미하며, 별도의 재난용 주파수가 할당 운용되는 경우에는 상용 망과 별도의 주파수 대역에서 운용되는 것을 의미한다.

본 발명은 도 4와 도 5에 설명된 노매딕 기지국 (100) 및 피해자 단말 (200)에 의한 긴급통신 모드 동작 방법을 포함한다. 주된 부분인 노매딕 기지국에 의한 긴급통신 망의 구축 및 운용을 통한 피해자 단말 (일반 사용자 단말)에 대한 통신생명선 구축을 위한 시스템의 동작 등을 중심으로 기술한다. 노매딕 기지국 기반의 지휘통제를 위한 그룹통신 서비스 제공 관련된 부분은 추가적으로 구현될 수 있다.

노매딕 기지국은 (대규모의 재난에 의해 유/무선 통신 인프라의 일부 또는 전체가 붕괴된 상황에서)재난 지역에 긴급 투입되어, 또는 기존 기지국이 재난에 의한 EPC 연결성이 단절된 재난 상황을 인식하여, (재난 상황의) 긴급통신 운용 모드로의 동작을 결정 (110) 한다.

이 시점에 피해자 단말 (200)은 기존 Macro 기지국의 연결이 단절되었음을 인식 (210)한다. 즉, 아무런 기지국 신호도 수신되지 않는 상태에 있다.

노매딕 기지국은 긴급통신 운용 모드와 관련된 설정을 완료하고, 기본 시스템 운용을 위한 동작 (예, 동기 신호 및 시스템 정보의 방송)을 수행 (120) 한다. 이를 위해서, 노매딕 기지국은 EPC 연결성이 단절된 상태에서의 E-UTRAN 운용 (Isolated E-UTRAN) 및 PWS 서비스 제공을 위해 필요한 필수적인 기능들을 대행 (emulation 또는 필수적인 부분만 탑재)한다. 즉, EPC-emulation을 위한 MME 및 HSS의 일부 기능, PWS를 위한 CBE, CBC 기능과 자체적으로 긴급상황에서의 구조를 돕기 위한 컨텐츠 서버 기능을 가진다. 이러한 기능들은 노매딕 기지국에 포함되어 구현될 수도 있으며, 별도의 노드로서 구현되어 노매딕 기지국과 인터페이스를 가질 수도 있다.

피해자 단말은 긴급모드로서 설정된 노매딕 기지국 신호를 인식하고, 해당 노매딕 기지국에 접속 (Camp on; 캠프 온) (220) 한다.

노매딕 기지국은 PWS 기반의 재난경보 방송을 수행 (130) 한다. 이 것은 기본적으로 PWS 규격에 기반하며, CBS (Cell Broadcast Service) 규격에서의 Message Identifier (메시지 식별자)가 Alert level 1 (Presidential alert; 경보레벨 1: 대통령령에 의한 경보)인 Message ID를 사용하며 (예, 1110 hex), 메시지 코드로서 Emergency User Alert bit 를 (yes)로 설정하고, Popup bit를 (yes)로 설정하며, 추가로 정의가 필요한 Emergency Mode Switch bit를 로 설정되어 방송된다. 여기에서, Emergency Mode로의 전환 설정을 위한 수단은 필요하나, 상기 Mode Switch bit설정 방법만으로 제한되지는 않는다. 또한 텍스트 메시지 부분에 노매딕 기지국 기반으로 동작하는 긴급통신 운용 모드임을 표시함으로써, 피해자가 이러한 상황을 인식할 수 있도록 돕는다. 또한, 노매딕 기지국은 피해자 단말의 원격 제어를 위하여 미리 약속된 어플리케이션을 동작 (140) 시킨다.

노매딕 기지국에 캠프온 된 피해자 단말은 노매딕 기지국으로부터의 재난경보 방송을 수신 (230)한다. 노매딕 기지국에 의하여 방송되는 긴급통신 모드 설정을 인식하여, 경보메시지에 포함된 내용을 단말에 표현하며, 사용자에게 노매딕 기지국 기반으로 동작하는 긴급통신 운용 모드임을 알린다. 추가로 안내되는 행동 요령 등과 같은 정보도 사용자가 알 수 있도록 디스플레이 한다. 본 재난경보 방송을 수신 (230)한 피해자 단말은 해당 단말의 원격 제어를 위하여 미리 약속된 어플리케이션을 동작 (240) 시킨다.

노매딕 기지국은 미리 설정된 (pre-defined) 긴급통신 모드 파라미터들에 따른 기지국 동작을 수행(150) 한다. 여기에는 저전력 운용을 위한 설정들 (예를 들어, emergency 응용에 필요한 최소한의 시스템 정보 방송 및 추가 기능의 수행)에 따라 동작한다. 추가로, 피해자의 행동 요령 등과 같은 구조 및 안전에 도움을 줄 수 있는 정보들을 텍스트, 그래픽, 멀티미디어 등을 통하여 전송할 수도 있다. 이러한 정보의 전송은 피해자 단말과의 전용 연결성 (dedicated connection)이 확보된 경우에는 개별적으로 전송할 수도 있다.

피해자 단말은 미리 설정된 긴급통신 모드 파라미터들에 따른 단말기 동작을 수행 (250) 한다. 주로, 저전력 운용을 위한 설정들에 따라 동작 (예를 들어, emergency 응용을 위한 정보의 수신 기능을 활성화하지만, 이동성 관련 기능은 비활성화하고, 가능한 한 최대로 전력을 절약할 수 있도록 미리 약속된 파라미터에 의하여 Idle 모드로서 동작하며, 불필요하게 다른 기지국 탐색이나 호 시도를 하지 않음) 한다.

노매딕 기지국은 피해자 단말의 정밀한 위치를 측정하기 위한 기지국 측면의 측위 기능을 수행 (160) 한다. 적용될 수 있는 측위 기술들에는 기지국 기반의 측위 기술과 단말기 기반의 측위 기술이 모두 사용될 수 있으며, 보다 정밀하고 장애물들의 영향을 받지 않는 새로운 저전력의 측위 기술이 탑재될 수 있도록 개방적으로 적용된다. 피해자 단말의 정밀 측위에 필요한 경우, 기지국 이외에 추가로 별도의 장치들과 같이 운용될 수 있다. 예를 들어, 삼각 측량의 정확도를 높이기 위하여, 단말기에서 송신하는 약속된 코드를 여러 지점에서 동시에 수신하여 그 측정에 기반하여 해당 피해자 단말의 위치를 파악할 수 있도록 운용될 수 있다. 또한, 장애물의 영향을 최소화 하는 자기장 영역 통신 장치 등과 연계하여 운용될 수도 있다.

피해자 단말은 노매딕 기지국에서 설정된 측위 방식에 따라 단말기 측면의 측위 기능을 수행 (260) 한다. 예를 들어, GNSS 기반의 단말에서의 측위 기능이 수행될 수도 있으며 (피해자가 넓은 지역에 고립된 경우에 적합하며, 자체적으로 측정된 자신의 위치를 기지국에게 보고할 수 있음), 다양한 고정밀 실내 측위 기술이 적용될 수도 있다.

노매딕 기지국은, 피해자 단말의 안전과 구조를 위하여 도움이 되는 경우에, 피해자 단말의 외부 장치를 원격으로 구동하게 (170) 할 수도 있다. 예를 들어, 건물 잔해 등 장애물의 영향을 거의 받지 않는 자기장 영역 통신 장치를 구동하여 피해자와의 통화를 시도할 수 있다. 원격 무선 충전이 가능한 경우에는 원격으로 무선 충전 장치를 구동하여, 단말기의 생존 시간을 늘림으로써, 피해자의 구조 가능성을 높여줄 수도 있다.

피해자 단말은, 기지국의 판단에 의하여 자신의 단말에 부착된 외부 장치의 구동이 수행되는 경우에, 그에 따른 동작을 수행 (270) 한다. 예를 들면, 자기장 영역 통신 장치의 구동 또는 원격 무선 충전 장치의 구동 등이 해당될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 해당 통신 시스템은 핵심망과의 연결성이 유지되는 경우는 물론 핵심망과의 연결성이 단절된 경우에도 해당 기지국 (및 다수 개의 유사한 기지국들의 클러스터)의 커버리지 내에서 재난 피해자에게 통신생명선을 제공할 수 있으며, 재난안전요원들의 지휘통제용 통신수단도 제공 가능하다. 또한, 다른 다양한 기능들과 연계함으로써, 피해자(단말)의 정확한 위치를 측정하며, 저전력 모드로 동작하도록 함으로써, 구조 및 생존 가능성을 높일 수 있다.

도 1은 3GPP의 E-UTRAN에서의 PWS의 아키텍쳐를 나타낸 도이다.
도 2는 노매딕 기지국에 의한 긴급통신망 구성 예를 나타낸 도이다.
도 3은 확장된 노매딕 기지국의 클러스터 구성 예를 나타낸 도이다.
도 4는 노매딕 기지국의 긴급통신 모드 동작 예를 나타낸 도이다.
도 5는 노매딕 기지국의 긴급통신 모드 동작에 따른, 피해자 단말의 동작 예이다.

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.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

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.

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.

명세서 전체에서 망(network)은, 예를 들어, WiFi(wireless fidelity)와 같은 무선인터넷, WiBro(wireless broadband internet) 또는 WiMax(world interoperability for microwave access)와 같은 휴대인터넷, GSM(global system for mobile communication) 또는 CDMA(code division multiple access)와 같은 2G 이동통신망, WCDMA(wideband code division multiple access) 또는 CDMA2000과 같은 3G 이동통신망, HSDPA(high speed downlink packet access) 또는 HSUPA(high speed uplink packet access)와 같은 3.5G 이동통신망, LTE(long term evolution)망 또는 LTE-Advanced망과 같은 4G 이동통신망, 및 5G 이동통신망 등을 포함할 수 있다.

명세서 전체에서 단말(terminal)은 이동국(mobile station), 이동 단말(mobile terminal), 가입자국(subscriber station), 휴대 가입자국(portable subscriber station), 사용자 장치(user equipment), 접근 단말(access terminal) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, 이동국, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치, 접근 단말 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

여기서, 단말로 통신이 가능한 데스크탑 컴퓨터(desktop computer), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 태블릿(tablet) PC, 무선전화기(wireless phone), 모바일폰(mobile phone), 스마트 폰(smart phone), 스마트 워치(smart watch), 스마트 글래스(smart glass), e-book 리더기, PMP(portable multimedia player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 디지털 카메라(digital camera), DMB (digital multimedia broadcasting) 재생기, 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 영상 녹화기(digital picture recorder), 디지털 영상 재생기(digital picture player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player) 등을 사용할 수 있다.

명세서 전체에서 기지국(base station)은 접근점(access point), 무선 접근국(radio access station), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved nodeB), 송수신 기지국(base transceiver station), MMR(mobile multihop relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 기지국, 접근점, 무선 접근국, 노드B, eNodeB, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

[핵심 망 기능의 대행 (Emulation)]

핵심망 (Evolved Packet Core; 이후에는 로 부름)과의 연결성을 가지는 경우의 PWS 지원 시스템은, 그림 1에서 보인 것처럼 각종 재난관련 기관들로부터 실시간으로 제공되는 재난관련 정보들을 수신하여 Warning (Alert, 또는 경보; 이후에는 으로서 통일하여 사용) 메시지를 생성하고, 형식에 맞도록 만드는 (formatting) 역할을 수행하는 CBE (Cell Broadcast Entity; 셀 방송엔티티; 이후에는 로 부름); CBE로부터 warning 메시지를 수신하여 방송을 위한 규칙을 만들고 예를 들어, 어떠한 지역에 방송될 것인지, 얼마의 주기로 몇 번을 방송할 것인지, 그리고, 어떠한 IE (Information Element) 형식을 사용할 것인지 등 전송하는 CBC (Cell Broadcast Center; 셀 방송센터; 이후에는 로 부름); 그리고, CBC를 통하여 수신된 warning 메시지를 제어 평면을 통하여 기지국들로 방송하는 해당 지역에 속하는 기지국들의 목록을 식별해 내는 것과 그 기지국들로 이러한 메시지를 전달하는 역할을 수행하는 MME (Mobility Management Entity; 이동성관리 엔티티; 이후에는 로 부름) 등과 같은 엔티티들이 존재하고 그 기능을 별도로 수행할 수 있다. 그러나, EPC 연결성이 단절된 경우의 노매딕 기지국 (또는 이동셀; 이후에는 노매딕 기지국으로서 통일하여 부름)에서는 이러한 CBE, CBC, MME의 역할도 또한 노매딕 기지국이 대신 수행 (예를 들어, 완전한 상기 장치들의 기능들을 수행하도록 구성할 수도 있으나, 일부 필수적인 기능만을 수행하도록 만들 수도 있음) 하여야 한다. 이들은 하나의 장치 내에 구성될 수도 있으며 (이 경우에는, 이 기능들간에 표준화된 인터페이스를 S1-MME, SBc-AP 등 따라야 할 필요는 없음), 노매딕 기지국과의 표준화된 인터페이스를 가지는 별도의 노드들로 구성될 수도 있다. 그러나, 어떠한 경우이든, EPC 연결성이 단절된 상태인 노매딕 기지국은 이러한 기능들을 수행할 수 있도록 구성되어야 한다.

긴급통신의 제공을 위한 노매딕 기지국 (긴급통신망의 구성을 위한 Nomadic eNB 또는 그들의 클러스터; 본 문서에서 별도로 특별히 언급하지 않는 한, 노매딕 기지국이라 함은 이러한 단일 기지국 뿐만 아니라 이들의 클러스터도 개념적으로 포괄하는 것으로 간주함)의 커버리지 내에 속한 재난안전요원들의 단말간에 그들의 지휘통제용 그룹통신을 제공하기 위해서는, EPC 연결성을 가진 상태에서의 그러한 그룹통신 서비스를 제공하는 데 필요한 각종 시그널링, 미디어 및 어플리케이션 서버 기능을 노매딕 기지국이 대신 수행할 수 있어야 한다. 예를 들어, 제한된 지역 내에서의 단말들 간에만 경로를 제공할 수 있도록, 노매딕 기지국은 3GPP의 IMS (IP Multimedia Subsystem) 서버, Media 서버, PTT-over-Cellular (PoC) 서버 등의 핵심 기능들을 가져야 한다.

그림 2는 이러한 노매딕 기지국에 의한 긴급통신망 구성의 아키텍쳐를 예시한 것이다.

본 발명에 의한 노매딕 기지국은 PWS 경보 방송의 제공을 위한 CBE, CBC, MME의 핵심 기능 뿐만 아니라, 노매딕 기지국 커버리지 내에서의 재난안전 요원들의 지휘통제를 위한 그룹통신의 제공을 위한 각종 서버 기능 (IMS 서버, Media 서버, PoC 서버 등)의 필수적인 부분을 포함한다. 노매딕 기지국은 EPC와의 연결이 단절되어 있을 수 있으므로, 기존 시스템의 각종 재난 관련 기관으로부터의 실시간 재난관련 정보에 대한 인터페이스 기능에 추가적으로 자체적인 재난경보 관련한 정보의 생성 기능을 가져야 한다. 이러한 재난경보 정보에는 재난 지역에 고립된 피해자들에 대한 행동 요령 등이 포함될 수도 있다.

또한, 해당 지역 내의 피해자 단말들에 대하여 이러한 경보 메시지들이 전달되어야 하므로, 본 노매딕 기지국은 RRC (Radio Resource Control) 계층에서의 이러한 시스템 정보 (System Information)를 전달하는 기능을 제공하여야 한다. 예를 들어, SIB 10/11에 ETWS (Earthquake and Tsunami Warning System) Primary/Secondary Notification, SIB 12에 CMAS (Commercial Mobile Alert System)/KPAS (Korean Public Alert System) Notification 또는 이후의 표준에서 추가적인 형태의 시스템 정보가 이러한 경보정보의 전송을 위하여 추가될 수도 있다.

노매딕 기지국은 경보신호의 생성 뿐만 아니라 이 시스템을 통하여 커버리지 내의 재난 피해자들에게 행동 요령 등 재난 대응에 필요한 정보들의 방송 기능을 제공할 수도 있으며, 이를 위하여 노매딕 기지국은 별도의 컨텐츠 서버 (Contents Server) 기능을 추가로 가질 수도 있다.

[긴급 재난 상황의 전파 및 단말의 동작 모드의 원격 설정]

PWS 시스템은 경보 메시지의 성격에 따라 기본적으로 세 가지 레벨의 심각성 수준 (severity levels)을 지원한다. 미국의 CMAS와 유럽의 EU-ALERT는 서로 대응되는 세 가지 레벨을 가지는데, 경보레벨 1 (Alert level 1)은 CMAS의 Presidential Alert (대통령령에 의하여 지정된 경보)에 해당되며, 사용자에 의하여 선택되지 않은 경우에도 강제로 사용자의 단말기에 화면에 표시/진동/별도로 지정된 벨소리 등에 의하여 통지가 되어야 한다. 경보레벨 2 및 3 (Alert levels 2 & 3)은 각각 CMAS Extreme Alert (CMAS 위기 경보) 및 CMAS Severe Alert (CMAS 심각성 경보)에 대응되며, 사용자의 선택에 의하여 통지 되지 않도록 설정될 수도 있다. 한국의 경우에는 두 가지의 클래스 만을 지원하는데, Class 0는 Alert level 1과 동일하며, 사용자의 선택과 무관하게 통지되며, Class 1은 Alert level 2 또는 3에 해당되며, 사용자가 해당 메시지가 본인의 단말에 통지되는 지의 여부를 선택할 수 있다.

본 노매딕 기지국 시스템에서의 긴급통신 운용시에는 경보레벨 1 (Presidential Alert)을 적용하며, 별도로 구분되는 인식 코드에 의하여 긴급통신망 운용시의 경보방송 메시지임을 표시할 수 있다. 특히, 노매딕 기지국 시스템에서는 기존 PWS에서 경보레벨 1에 대하여 문자/그래픽/진동 등에 의한 해당 사용자 단말에 표시되도록 하는 기능까지로 한정되는데 반해 경보레벨 1이면서 동시에 긴급통신 운용모드에서의 방송메시지로 설정된 경우 (별도의 코드를 할당하여 식별되도록 함)에 대해서는, 사용자의 설정 여부와 관계 없이 단말이 긴급 재난상황에 맞도록 설정된 특정한 모드/어플리케이션 또는 외부 장치를 구동하기 위한 트리거링 (triggering) 역할을 할 수 있다.

이렇게 함으로써, 재난 상황에 처한 사용자 단말은 사용자의 선택/판단 및 행동 여부에 관계없이 (사용자가 부상을 당하거나 해당 단말을 제어할 수 없는 상태에 있을 수 있으므로) 피해자 단말을 재난구조 시스템에서 직접 제어할 수 있다. 이에 따라, 별도의 피해자의 위치 정보를 정확하게 현장 재난안전 요원들에게 알려줄 수 있도록 측위 관련 기능을 수행 (노매딕 기지국 또는 외부 장치의 지원을 받아 수행할 수 있음)할 수 있고, 저전력 모드로 동작하기 위하여 미리 지정된 모드 (예를 들어, 약속된 주기의 Idle mode로 동작하며, 불필요한 셀 탐색 및 기타 방송 정보의 수신을 하지 않도록 설정)로 동작 하도록 할 수 있으며, 별도의 장치 (예를 들어, 건물 잔해 등 장애물이 있는 지역에서도 통신이 가능한 자기장 영역 통신 장치; 원격으로 무선 충전을 가능하게 하는 무선충전 시스템 등)을 구동하도록 함으로써 피해자의 구조 및 생존 가능성을 높일 수 있다.

구체적인 실시예로서 (물론 본 예로서만 국한되지는 않음), CBS (Cell Broadcast Service) 규격에서는 메시지 식별자 (Message Identifier) 범위 4352~6399 (1100 hex ~ 18FF hex)가 PWS에 적용될 수 있으며, KPAS (Korean Public Alert System)에서는 4370~4379 (1112 hex ~ 111B hex) 및 4383~4392 (111F hex ~ 1128 hex)가 적용될 수 있다. 본 긴급재난 상황의 노매딕 기지국 운용을 위해서는 Alert level 1 (Presidential Alert)가 제공되어야 하므로, 메시지 식별자는 그에 따른 것들 (예를 들어, 4370 (1111 hex) 등이 적용될 수 있으며, 메시지 코드로는 현 CBS 규격에는 Emergency User Alert (응급 사용자 경보) 여부와 Popup (팝업) 여부 만을 설정하도록 되어 있으나, 이 것을 본 발명에서는 Mode Switch (응급 모드 변경)여부를 설정하는 비트를 추가함으로써, 그에 따른 동작을 제어할 수 있다.

[긴급통신망의 전력절약 모드 운용]

재난상황의 노매딕 기지국으로 구성되는 긴급통신망은 외부의 전원 공급 없이도 최대 1주일 동안 운용 가능해야 하며, 커버리지 내의 피해자 단말들 또한 구조의 한계인 1주일까지 추가적인 배터리의 충전 없이 현장 재난구조 요원과의 통신생명선의 유지, 위치의 측위와 관련된 신호처리 등을 수행할 수 있어야 한다.

이를 위해서, 노매딕 기지국은 원칙적으로 커버리지 내의 모든 피해자 단말들에 대하여, (시스템에서 정해진) Paging 주기에 따라 동작되도록 강제 설정할 수 있는 기능을 가진다. 시스템 방송 정보 등은 긴급망의 운용에 필요한 정보들로만 한정되어 방송되도록 함으로써, (안전 및 구조와 관련되지 않은) 불필요한 정보의 수신에 따른 전력소모를 최소화 한다. 예를 들어, 노매딕 기지국 시스템에서는 단말들에 대한 이동성 제어 (핸드오버 등)와 관련된 정보의 제공 및 절차는 필수적일 필요는 없으며, 이와 관련된 정보의 방송은 제한될 수 있다.

또한, 피해자 단말들의 정확한 위치를 파악하기 위한 별도의 동작들이 수행되도록 강제할 수 있다. 이 때, 운용되는 측위기술은 제한되지 않으며, 향후의 새롭고 정확도가 높은 측위기술들의 수용이 가능하다. 예를 들어, GNSS (Global Navigation Satellite Systems) 기반의 단말 측위기술, 기지국 인프라 기반의 측위 기술 등이 적용 가능하다.

[노매딕 기지국 클러스터를 통한 확장된 커버리지에서의 긴급통신 서비스의 제공]

확장된 커버리지를 제공하기 위하여 클러스터를 구성하기 위해서는 긴급통신 노매딕 기지국들의 구성정보/토폴로지를 관장하는 노매딕 기지국이 필요하며, 이 것을 본 발명에서는 헤드 노매딕 기지국 (Head Nomadic eNB)라고 부르기로 한다. 이 헤드 노매딕 기지국은 클러스터를 구성하는 기지국들의 동기의 기준을 제공하며, 제한된 형태의 백홀 기능을 제공하는 경우에 핵심망과의 게이트웨이 역할을 수행한다. 또한, 클러스터 내의 모든 노매딕 기지국들에 대한 라우팅 관련 정보 (위치, IDs 등)를 관리하며, 로컬 라우팅 (local routing) 기반의 통신에 대한 경로 관리를 관장한다. 또한, 헤드 노매딕 기지국은 자체적으로 생성한 재난지역 내의 경보방송 메시지를 클러스터 내의 노매딕 기지국들로 분배하는 역할도 수행한다.

노매딕 기지국 클러스터의 기지국간 통신 방식은 제한되지 않는다. 예를 들어, 기지국 액세스 링크의 단말간 직접통신을 위한 자원을 활용할 수도 있으며 (이 경우, 노매딕 기지국들간의 통신에서 각자는 단말처럼 행동함), 위성통신 또는 마이크로웨이브 통신이 사용될 수도 있다. 어떠한 경우이든, 헤드 노매딕 기지국은 핵심적인 역할을 수행하며, 커버리지 내에서의 지휘통제용 그룹통신을 위해서는 핵심적인 어플리케이션 서버 및 시그널링 서버 (PoC Server, IMS Server 등)의 역할을 수행한다. 그림 3에 확장된 노매딕 기지국 클러스터의 구성 예를 보였다.

[노매딕 기지국의 추가적인 기능]

노매딕 기지국은 대규모 재난 지역에서의 민간인 피해자의 안전 및 구조가 주된 목적인 시스템이므로, 통상의 피해자 단말이 가지고 있는 상용망의 기지국 인프라의 역할을 대신한다. 또한, 어떠한 사업자의 어떤 기지국이 피해를 입을지 예측할 수는 없으므로, 기본적으로 본 노매딕 기지국 시스템은 해당 재난지역의 규제정책 (regulatory policy)에 따라 허용되는 모든 LTE 기반의 상용 이동통신 주파수 대역 (각국의 규제 정책에 따라 달라질 수 있음)에서 동작 가능하여야 한다.

만약 상기 노매딕 기지국이 재난안전 현장 요원들간의 지휘통제를 위하여 커버리지 내에서의 그룹통신도 동시에 제공하는 경우에는, 노매딕 기지국은 (규제기관에 의해 별도의 재난안전 통신용 주파수가 할당된 경우) 해당 대역에서도 동작할 수도 있다.

본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.

컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (1)

1. 재난 상황에서의 긴급통신 시스템의 구축 및 운용 방법.
   

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