KR20160118870A

KR20160118870A - 모바일 환경에서의 데이터 압축 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20160118870A
Application number: KR1020150047738A
Authority: KR
Inventors: 배명산; 신재욱
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2015-04-03
Filing date: 2015-04-03
Publication date: 2016-10-12

Abstract

모바일 환경에서의 데이터 압축 방법 및 그 장치에 제공된다. 전송 버퍼로부터 전달된 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) SDU(Service Data Unit)에 대응하는 무선 베어러에 대한 프로파일을 확인하여 압축이 구성되어 있으면, PDCP SDU가 IP 데이터인지를 판단한다. IP 데이터인 경우, IP 데이터 압축과 IP 헤더 압축을 동시에 수행한다. 그리고 IP 데이터가 아닌 경우, 데이터 압축만 수행한다.

Description

모바일 환경에서의 데이터 압축 방법 및 그 장치{Method and apparatus for compressing data in mobile communication environment}

본 발명은 데이터 압축에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 모바일 환경에서 데이터를 압축하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

최근의 인터넷 환경에서는 대용량 멀티미디어 데이터를 많이 다루고 있으며, 모바일 기기의 증가로 인하여 전송되는 데이터량도 급격하게 증가하고 있다.

또한 IoT(Internet of Things) 기술 발달로 모든 데이터는 패킷 트래픽으로 전송되고 있는데, 패킷 트래픽은 무선 데이터 트래픽 전송 용량 증대를 가져오고 있다. 패킷 트래픽의 대부분은 SNS(social network service)나, 사물간 통신에 사용되는 작은 패킷으로 구성되며, 사용되는 무선용량에서 유효한 값이 크지 않다.

네트워크의 사용자에게 전송되는 데이터의 신뢰성뿐만 아니라, 전송 속도도 중요한 고려 사항이므로, 데이터는 압축(Compression)하여 크기를 줄인 후 전송하는 것이 전송 속도 면에서 더 유리하다. 현재 모바일 기기에서는 IP 헤더 압축을 통해서 VoIP(voice over IP)와 같은 일정 어플리케이션에 대해서 압축에 대한 이득을 얻고 있다.

그러나, IoT 기술 확대로 IP를 사용하지 않는 기기가 확대 될 것으로 판단되며, IP 헤더 압축으로는 데이터 압축에 도움이 되지 않는다. 특히, IP를 사용하지 않는 기기나, 수 많은 센서 디바이스(sensor device), SNS(social network service)를 위한 단순 문자를 수용하는 WiFi AP(access point)나, 무선 백홀을 갖는 이동셀과 같은 소형 셀룰라(cellular) 기지국은 적은 데이터를 보내기 위해서 매크로 기지국으로 수 많은 접속 요구를 전송 처리해야만 하는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 모바일 환경에서 사용자 디바이스의 IP 데이터를 압축하는 데이터 압축 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 특징에 따른 데이터 압축 방법은, 모바일 환경에서의 데이터 압축 방법에서, 전송 버퍼로부터 전달된 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) SDU(Service Data Unit)에 대응하는 무선 베어러에 대한 프로파일을 확인하는 단계; 상기 프로파일에 압축이 구성되어 있으면 상기 PDCP SDU가 IP 데이터인지를 판단하는 단계; IP 데이터인 경우, IP 데이터 압축과 IP 헤더 압축을 수행하는 단계; 및 IP 데이터가 아닌 경우, 데이터 압축만 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 사용자 디바이스의 IP 데이터를 압축함으로써 전송되는 데이터의 크기를 효과적으로 줄일 수 있다. 또한 무선 WiFi AP나, 무선 백홀을 갖는 LTE-A 릴레이나, 이동셀과 같은 소형 셀룰라 기지국과, 사용자 무선기기나 수많은 센서 디바이스 들의 데이터를 압축함으로써, 사용자 무선 기기 및 디바이스 용량을 증가시키고, 무선 백홀의 무선용량을 증가시킬 수 있다.

또한, 모바일 기기에서 발생하는 트래픽을 압축해서 크기를 줄임으로써 무선 자원을 더욱 효율적으로 활용할 수 있다.

또한 센서 네트워크 등과 같은 수많은 자원을 관리해야 하는 소형 기지국이나, AP 디바이스는 압축율에 비례해서 수용할 수 있는 디바이스 개수 증가를 기대할 수 있다.

또한 데이터의 압축/해제시, 단말별 암호화 내용을 감소시킬 수 있으므로, 암호화가 용이하며 더 강력한 보안을 유지할 수 있다.

도 1은 셀룰라 환경에서의 프로토콜 구조를 나타낸 도이다.
도 2는 PDCP에 대한 제어 동작을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 PDCP에서의 데이터 플로우를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 압축을 Wi-Fi에 적용한 경우를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 압축 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 압축 해제 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 압축 장치의 구조도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 압축 방법 및 그 장치에 대하여 설명한다.

도 1은 셀룰라 환경에서의 프로토콜 구조를 나타낸 도이다.

셀룰러 환경에서, 물리(Physical; PHY) 계층은 물리 채널 (Physical Channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보 전송 서비스를 제공한다. PHY 계층은 상위의 매체접속제어(Medium Access Control; MAC) 계층과 전송 채널(Transport Channel)을 통해 연결되어 있으며, 전송 채널을 통해 MAC 계층과 PHY 계층 사이의 데이터가 이동한다. MAC 계층은 다양한 논리 채널(Logical Channel)을 다양한 전송 채널에 매핑시키는 역할을 하며, 또한 여러 논리채널을 하나의 전송채널에 매핑시키는 논리채널 다중화(Multiplexing)의 역할을 수행한다. MAC 계층은 상위계층과 논리 채널로 연결되어 있으며, 논리채널은 크게 전송되는 정보의 종류에 따라 제어 평면(Control Plane)의 정보를 전송하는 제어채널 (Control Channel)과 사용자 평면 (User Plane)의 정보를 전송하는 트래픽 채널(Traffic Channel)로 나뉜다.

무선 링크 제어(Radio Link Control; RLC) 계층은 상위 계층으로부터 수신한 데이터를 분할(Segmentation) 및 연결(Concatenation) 하여 하위계층이 무선 구간으로 데이터를 전송하기에 적합하도록 데이터 크기를 조절하는 역할을 수행한다. 또한, 각각의 무선 베어러 (Radio Bearer)가 요구하는 다양한 QoS(quality of service)를 보장할 수 있도록 한다.

패킷 데이터 수렴(Packet Data Convergence Protocol; PDCP) 계층은 IP 패킷 전송시에 대역폭이 작은 무선 구간에서 효율적으로 전송하기 위하여 상대적으로 크기가 크고 불필요한 제어정보를 담고 있는 IP 패킷 헤더 사이즈를 줄여주는 헤더 압축(Header Compression) 기능을 수행한다. 이는 데이터의 헤더(Header) 부분에서 반드시 필요한 정보만을 전송하도록 하여, 무선 구간의 전송효율을 증가시키는 역할을 한다. 이외에도 PDCP 계층은 IP 헤더 압축 및 압축 해지, 사용자 데이터의 전송, 무선 베어러(Radio Bearer)에 대한 시퀀스 번호 유지를 수행한다.

무선 자원 제어(Radio Resource Control; RRC) 계층은 제어 평면에서만 정의되는데, 무선 베어러들의 설정(Configuration), 재설정 (Re-configuration) 및 해제 (Release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다.

이러한 프로토콜에서, 패킷 데이터는 도 1과 같이, PDCP로 전달되어 각각의 특성에 맞게 물리계층으로 전달된다. 셀룰러 환경에서 PDCP는 RRC에 의해 제어되며, RoHC(robust header compression)와 같이 프로파일 형태로 관리된다.

도 2는 PDCP에 대한 제어 동작을 나타낸 예시도이다.

PDCP는 RRC의 제어하에 동작을 시작하고 해제하는데, RRC로부터의 데이터 요청 메시지에 따라 다른 계층으로부터 오는 메시지를 처리하는 환경을 구성하고 동작할 수 있다. PDCP는 상위 계층으로부터 데이터를 받으면 그 데이터에 대한 PDCP 기능을 수행하고, 그 데이터를 RLC(radio link control)에 보낸다. 하위의 RLC로부터 데이터를 받으면 그 데이터를 상위로 보낼 형태(예를 들어, PDCP SDU)를 만들기 위한 PDCP 기능을 수행하고, 그 데이터를 상위 계층으로 전달한다.

한편, 기지국은 베어러(Bearer)별로 압축 방식을 선택해서 사용할 수 있다. 일반 채팅(Chatting)과 같은 텍스트 형태의 데이터는 압축을 사용하며, 동영상 플레이 등의 데이터는 자체로 압축이 되어 있어서, 프로파일을 선택해서 압축되지 않도록 할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는 프로파일 구성시, 압축을 하지 않는 것과 압축을 수행하는 것을 구현한다. 압축 수행시에는 일반적으로 알려진 압축 알고리즘을 사용하는 것으로 프로파일을 구성하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

다음 표 1은 압축 프로파일을 나타낸 예이다.

프로파일	사용(Usage)	레퍼런스(Reference)
0x0000	No compression
0x0001	Zlib	RFC-1950
0x0002	DEFLATE	RFC-1951
0x0003	Gzip	RFC-1952
	Reserved

프로파일 "0x000"에 압축을 하지 않는 것으로 정의하고, "0x0001", "0x0002", "0x0003"에 대해서는 각각 Zlib, DEFATE, Gzip의 압축 알고리즘을 사용하는 것으로 각각 정의할 수 있다. 이외에도, 필요한 프로파일을 추가하거나, 기존 프로파일을 변경할 수 있다. 또한 단말별 암호를 추가해서 암호화/복호화 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 PDCP에서의 데이터 플로우를 나타낸 도이다.

상향링크 PDCP 엔티니(Entity)는 전송 버퍼(Transmission Buffer)로부터 PDCP SDU(service data unit)를 획득하고 PDCP 시퀀스를 선택한다. 선택된 시퀀스에 대응하는 무선 베어러에 압축이 구성되어 있으면, IP 데이터 압축과 IP 헤더 압축을 동시에 수행한다. 이때, 수신된 PDCP SDU가 IP 데이터가 아닌 경우, 데이터 압축만 수행할 수 있다. 압축되는 데이터의 최대 크기는 3GPP PDCP 규격(예를 들어, 8188byte)을 따를 수 있다. 보안(Security)을 위해서 압축된 헤더와 압축된 데이터를 붙여서 암호화(Cyphering)를 수행할 수 있다. 암호화된 데이터는 PDCP 헤더를 붙여서 하위 계층으로 전송된다.

하향링크 PDCP 엔티티는 하위 계층으로부터 전송된 PDU(packet data unit)를 수신하고, 수신된 PDU로부터 헤더를 분리하여 데이터에 대하여 복호화(De-ciphering)를 수행한다. 복호화 수행에 따라 압축된 헤더와 데이터를 획득한다. 압축된 헤더는 RoHC 압축 해제부(De-compressor)로 보내지고, 데이터는 IP 압축 해제부(IP De-compressor)로 보내진다. 압축 해제가 완료된 데이터와 IP 데이터는 재배열 버퍼(Reordering Buffer)로 전달되어 재배열처리된다.

채팅이나 SNS 등은 데이터를 압축하지 않는 어플리케이션인데, 위에 기술된 바와 같은 데이터 압축으로 예를 들어 2~10배의 무선 전송에 대한 이득을 얻을 수 있다.

또한 MT(mobile terminal)의 성능이 2개 이상의 코어를 갖는 구조에서는 기존 처리 능력(Processing Power)이 뛰어나서 데이터 압축시 문제를 일으키지 않는다. 단지, IP 헤더에 대한 압축보다 실제 데이터 압축으로 무선 전송에 대한 이득을 얻을 수 있다. 또한 MT의 성능이 2개 이상의 코어를 갖는 구조에서는 기존 처리 시간(Processing Time)으로 할 수 없었던 데이터 압축을 실시함으로써, 제어 기능 이상의 성능을 발휘할 수 있다.

이러한 데이터 압축을 Wi-Fi에 적용할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 압축을 Wi-Fi에 적용한 경우를 나타낸 예시도이다.

첨부한 도 4에서와 같이, WiFi AP(Access Point)에 연결된 디바이스는 무선 자원을 사용할 때, 압축 및 압축 해제(Compressor & Decompressor) 블록을 사용함으로써, 자원의 중요한 요소인 무선 자원을 줄일 수 있다.

이와 같이, 모바일 디바이스에서 발생하는 트래픽을 압축해서 크기를 줄여, 무선 자원을 더욱 효율적으로 활용할 수 있다. 또한 센서 네트워크등과 같은 수많은 자원을 관리해야 하는 소형 기지국이나, AP 디바이스는 압축율에 비례해서 수용할 수 있는 디바이스 개수 증가를 기대할 수 있다. 마지막으로, 압축/해제할 때 단말 별 암호화 내용을 감소 시킬 수 있으며, 암호화에 도움을 주어, 더 강력한 보안을 유지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 압축 방법의 흐름도이다.

PDCP 엔티티는 전송 버퍼로부터 PDCP SDU가 전달되면(S100), PDCP 시퀀스를 선택하고 선택된 시퀀스에 대응하는 무선 베어러에 대한 프로파일을 확인한다(S110). 확인 결과, 압축이 구성되어 있으면 압축이 구성되어 있으면, PDCP 엔티티는 수신된 PDCP SDU가 IP 데이터인지를 판단한다(S120).

IP 데이터인 경우, PDCP 엔티티는 IP 데이터 압축과 IP 헤더 압축을 수행한다(S130). 반면, 수신된 PDCP SDU가 IP 데이터가 아닌 경우, PDCP 엔티티는 데이터 압축만 수행한다(S140).

PDCP 엔티티는 압축 후, 압축된 헤더와 압축된 데이터를 붙여서 암호화를 수행하고(S150), 암호화된 데이터에 PDCP 시퀀스를 가지는 PDCP 헤더를 붙여서 하위 계층으로 전송된다(S160).

이와 같이, 모바일 디바이스에서 발생하는 IP 데이터의 압축을 수행하여 데이터 전송 용량을 향상시킬 수 있다.

위에 기술된 바와 같이 압축된 IP 데이터는 다른 디바이스로 전달되며, 해당 디바이스는 수신되는 압축된 IP 데이터를 다음과 같이 처리할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 압축 해제 방법의 흐름도이다.

PDCP 엔티티는 하위 계층으로부터 전송된 PDU를 수신하고, 수신된 PDU를 디코딩하여 헤더와 데이터를 분리한다(S200, S210). 그리고 분리된 데이터에 대하여 복호화를 수행하여 압축된 IP 헤더와 데이터를 획득한다(S220).

압축된 IP 헤더에 대하여 압축 해제를 수행하고, 또한 데이터에 대하여 압축 해제를 수행한다(S230, S240).

압축 해제가 완료된 데이터와 IP 데이터는 재배열 버퍼(Reordering Buffer)로 전달되어 재배열처리된다(S250).

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 압축 장치의 구조도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 데이터 압축 장치(100)는 압축 판단부(10), 데이터 압축부(20), 헤더 압축부(30)를 포함하며, 이외에도, 데이터 압축 해제부(40) 및 헤더 압축 해제부(50)를 더 포함한다. 데이터 압축 장치(100)는 PDCP 엔티티에 대응한다.

압축 판단부(10)는 입력되는 PDCP SDU에 대응하는 무선 베어러에 대한 프로파일을 토대로 압축 여부를 판단한다.

데이터 압축부(20)는 PDCP SDU가 IP 데이터인 경우, IP 데이터 압축을 수행한다.

헤더 압축부(30)는 PDCP SDU가 IP 데이터인 경우, IP 헤더 압축을 수행한다. 헤더 압축부(30)는 RoHC 압축부일 수 있다.

수신된 PDCP SDU가 IP 데이터가 아닌 경우, 데이터 압축부(20)에 의한 데이터 압축만 이루어진다.

한편, 데이터 압축 해제부(40)는 하위 계층으로부터 전송된 PDU로부터 획득한 데이터에 대한 압축 해제를 수행한다.

헤더 압축 해제부(50)는 하위 계층으로부터 전송된 PDU로부터 획득한 IP 헤더에 대한 압축 해제를 수행한다. 헤더 압축 해제부(50)는 RoHC 압축 해제부일 수 있다.

데이터 압축 해제부(40)와 헤더 압축 해제부(60)는 압축 해제된 데이터와 IP 헤더를 재배열 버퍼로 전달하여 재배열 처리되도록 한다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

모바일 환경에서의 데이터 압축 방법에서,
전송 버퍼로부터 전달된 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) SDU(Service Data Unit)에 대응하는 무선 베어러에 대한 프로파일을 확인하는 단계;
상기 프로파일에 압축이 구성되어 있으면 상기 PDCP SDU가 IP 데이터인지를 판단하는 단계;
IP 데이터인 경우, IP 데이터 압축과 IP 헤더 압축을 수행하는 단계; 및
IP 데이터가 아닌 경우, 데이터 압축만 수행하는 단계
를 포함하는, 데이터 압축 방법.