KR20190056976A - 사물 인터넷 통신 시스템에서 저지연 전력 감소 통신 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

사물 인터넷 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법이 개시된다. 본 발명에 따른, 기지국의 동작 방법은, 단말로부터 수신한 msg3(message 3)을 통해 결정된 상기 단말의 RLC(radio link control) UM(unacknowledgement) 모드에서의 RRC(radio resource control) 연결 해지 절차를 수행 가능 여부에 기초하여 상기 단말과의 RRC 연결 해지를 수행하는 경우, 상기 단말이 RLC UM 모드에서의 RRC 연결 해지 절차 수행이 가능한 경우, 상기 단말로 최대전송 횟수만큼 RRC 연결 해지 정보를 전송하는 단계, 상기 단말이 RLC UM 모드에서의 RRC 연결 해지 절차 수행이 가능하지 않은 경우, 상기 단말로 최대전송 횟수만큼 폴(poll) 비트가 1로 설정된 RRC 연결 해지 정보를 전송하는 단계 및 상기 단말과의 RRC 연결을 해지하는 단계를 포함한다.

Description

사물 인터넷 통신 시스템에서 저지연 전력 감소 통신 방법 및 장치 {METHOD FOR LOW LATENCY AND POWER SAVING COMMUNICATING IN INTERNET OF THINGS COMMUNICATION SYSTEM AND APPARATUS FOR THE SAME}

본 발명은 무선 통신 시스템에서 데이터의 송수신 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력소모 감소 및 저지연 통신을 위한 사물 인터넷 통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법 및 장치에 관한 것이다.

인간을 포함한 모든 사물이 유무선 네트워크에 연결되어 유기적으로 정보를 수집 및 공유하며, 상호 협력하는 네트워크인 사물 인터넷 기술이 주목을 받고 있다. 이러한 사물 인터넷(IoT; internet of things)은 다양한 응용 및 융합 서비스를 창출할 것으로 예상되고, 전 세계적으로 수백억 개 이상의 사물이 네트워크에 연결되는 초연결 시대로 진입할 것으로 예상된다. 이러한 사물 인터넷은 그 구현에 있어 긴 배터리 수명, 광역 연결성의 제공, 저가의 단말 및 네트워크, 소량의 데이터 전송 등의 특성을 갖는다.

이러한 사물 인터넷 통신망에 대한 표준화가 진행 중이다. 다수의 사물인터넷 관련 표준 중 3GPP(3rd generation partnership project) 계열의 NB-IoT(narrow band internet of things)는 기존 이동 통신 시스템을 통해 저전력 광역망(LPWAN; low power wide area network)를 지원하기 위한 협대역 사물 인터넷 표준이다. NB-IoT를 이용하면 이미 구축된 무선 통신 시스템의 틈새 대역을 이용하여 사물 인터넷망을 저비용으로도 신속하게 구축할 수 있다. 관련하여, NB-IoT 장치의 NB-IoT 통신망과의 통신 시의 지연 시간 감축과 전력 소비 감소를 위한 기술 개발에 대한 필요성이 높아지고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 사물 인터넷 통신 시스템에서의 저지연 통신 및 저전력 소비를 하기 위한 송신 장치의 동작 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 사물 인터넷 통신 시스템에서의 저지연 통신 및 저전력 소비를 하기 위한 수신 장치의 동작 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은, 사물 인터넷 통신 시스템에서의 저지연 통신 및 저전력 소비를 하기 위한 수신 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 사물 인터넷 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법은 단말로부터 수신한 msg3(message 3)을 통해 결정된 상기 단말의 RLC(radio link control) UM(unacknowledgement) 모드에서의 RRC(radio resource control) 연결 해지 절차를 수행 가능 여부에 기초하여 상기 단말과의 RRC 연결 해지를 수행하는 경우, 상기 단말이 RLC UM 모드에서의 RRC 연결 해지 절차 수행이 가능한 경우, 상기 단말로 최대전송 횟수만큼 RRC 연결 해지 정보를 전송하는 단계, 상기 단말이 RLC UM 모드에서의 RRC 연결 해지 절차 수행이 가능하지 않은 경우, 상기 단말로 최대전송 횟수만큼 폴(poll) 비트가 1로 설정된 RRC 연결 해지 정보를 전송하는 단계 및 상기 단말과의 RRC 연결을 해지하는 단계를 포함하고, 상기 단말로 전송할 마지막 데이터만 있는 경우, RLC 모드와는 관계없이 상기 마지막 데이터와 연관된 RLC PDU(protocol data unit)에 RRC 연결 해지를 지시하는 RLC PDU 패딩(padding)을 부가하여 상기 단말로 전송하는 단계 및 상기 단말과의 RRC 연결을 해지하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 사물 인터넷 통신 시스템에서 신속한 RRC 연결 해지를 가능하게 하여 IoT 장치와 시스템 간의 통신 지연 시간을 줄이고, IoT 장치의 전력 소모를 감소시킬 수 있다.

도 1은 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 3GPP NB-IoT 통신 시스템의 무선 인터페이스(interface) 프로토콜(protocol)을 설명하는 개념도이다.
도 4는 3GPP NB-IoT 통신 시스템에서의 임의접속 절차를 설명하는 순서도이다.
도 5는 3GPP NB-IoT 통신 시스템에서의 RRC 상태와 RRC 연결 방법에 대해 설명하는 개념도이다.
도 6은 NB-IoT 통신 시스템에서의 RRC 연결 및 해지 절차를 설명하는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 NB-IoT 통신 시스템에서의 저지연 저전력 통신을 위한 RRC 연결 해지 방법을 설명하는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 RLC UM PDU 헤더를 나타내는 개념도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 NB-IoT에서의 저지연 저전력 통신을 위한 자동 RRC 연결 해지 방법을 설명하는 순서도이다.

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.

도 1은 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 통신 노드들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2, 130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 여기서, 통신 시스템은 "통신 네트워크"로 지칭될 수 있다. 복수의 통신 노드들 각각은 적어도 하나의 통신 프로토콜을 지원할 수 있다. 예를 들어, 복수의 통신 노드들 각각은 CDMA(code division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, WCDMA(wideband CDMA) 기반의 통신 프로토콜, TDMA(time division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, FDMA(frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, SC(single carrier)-FDMA 기반의 통신 프로토콜, NOMA(non-orthogonal multiple access) 기반의 통신 프로토콜, SDMA(space division multiple access) 기반의 통신 프로토콜 등을 지원할 수 있다. 복수의 통신 노드들 각각은 다음과 같은 구조를 가질 수 있다.

도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 일 실시예를 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 통신 노드(200)는 적어도 하나의 프로세서(210), 메모리(220) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(230)를 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(200)는 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250), 저장 장치(260) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다. 다만, 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(270)가 아니라, 프로세서(210)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(210)는 메모리(220), 송수신 장치(230), 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.

프로세서(210)는 메모리(220) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(220) 및 저장 장치(260) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 기지국들(base stations)(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2), 복수의 단말들(user equipment)(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 매크로 셀(macro cell)을 형성할 수 있다. 제4 기지국(120-1) 및 제5 기지국(120-2) 각각은 스몰 셀(small cell)을 형성할 수 있다. 제1 기지국(110-1)의 커버리지(coverage) 내에 제4 기지국(120-1), 제3 단말(130-3) 및 제4 단말(130-4)이 속할 수 있다. 제2 기지국(110-2)의 커버리지 내에 제2 단말(130-2), 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)이 속할 수 있다. 제3 기지국(110-3)의 커버리지 내에 제5 기지국(120-2), 제4 단말(130-4), 제5 단말(130-5) 및 제6 단말(130-6)이 속할 수 있다. 제4 기지국(120-1)의 커버리지 내에 제1 단말(130-1)이 속할 수 있다. 제5 기지국(120-2)의 커버리지 내에 제6 단말(130-6)이 속할 수 있다.

여기서, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 노드B(NodeB), 고도화 노드B(evolved NodeB), BTS(base transceiver station), 무선 기지국(radio base station), 무선 트랜시버(radio transceiver), 액세스 포인트(access point), 액세스 노드(node), 노변 장치(road side unit; RSU), DU(digital unit), CDU(cloud digital unit), RRH(radio remote head), RU(radio unit), TP(transmission point), TRP(transmission and reception point), 중계 노드(relay node) 등으로 지칭될 수 있다. 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 터미널(terminal), 액세스 터미널(access terminal), 모바일 터미널(mobile terminal), 스테이션(station), 가입자 스테이션(subscriber station), 모바일 스테이션(mobile station), 휴대 가입자 스테이션(portable subscriber station), 노드(node), 다바이스(device) 등으로 지칭될 수 있다.

복수의 통신 노드들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2, 130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 셀룰러(cellular) 통신(예를 들어, 3GPP(3rd generation partnership project) 표준에서 규정된 LTE(long term evolution), LTE-A(advanced) 등)을 지원할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 서로 다른 주파수 대역에서 동작할 수 있고, 또는 동일한 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 아이디얼 백홀(ideal backhaul) 또는 논(non)-아이디얼 백홀을 통해 서로 연결될 수 있고, 아이디얼 백홀 또는 논-아이디얼 백홀을 통해 서로 정보를 교환할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 아이디얼 백홀 또는 논-아이디얼 백홀을 통해 코어(core) 네트워크(미도시)와 연결될 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 코어 네트워크로부터 수신한 신호를 해당 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)에 전송할 수 있고, 해당 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)로부터 수신한 신호를 코어 네트워크에 전송할 수 있다.

복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 OFDMA 기반의 다운링크(downlink) 전송을 지원할 수 있고, SC-FDMA 기반의 업링크(uplink) 전송을 지원할 수 있다. 또한, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 MIMO(multiple input multiple output) 전송(예를 들어, SU(single user)-MIMO, MU(multi user)-MIMO, 대규모(massive) MIMO 등), CoMP(coordinated multipoint) 전송, 캐리어 애그리게이션(carrier aggregation) 전송, 비면허 대역(unlicensed band)에서 전송, 단말 간 직접(device to device, D2D) 통신(또는, ProSe(proximity services) 등을 지원할 수 있다. 여기서, 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2)과 대응하는 동작, 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2)에 의해 지원되는 동작을 수행할 수 있다.

예를 들어, 제2 기지국(110-2)은 SU-MIMO 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4)은 SU-MIMO 방식에 의해 제2 기지국(110-2)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 또는, 제2 기지국(110-2)은 MU-MIMO 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5) 각각은 MU-MIMO 방식에 의해 제2 기지국(110-2)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 CoMP 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4)은 CoMP 방식에 의해 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 자신의 커버리지 내에 속한 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)과 CA 방식을 기반으로 신호를 송수신할 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 제4 단말(130-4)과 제5 단말(130-5) 간의 D2D 통신을 코디네이션(coordination)할 수 있고, 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5) 각각은 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각의 코디네이션에 의해 D2D 통신을 수행할 수 있다.

다음으로, 사물 인터넷(NB-IoT) 통신 기술들이 설명될 것이다. 여기서, 통신 노드들 중에서 제1 통신 노드에서 수행되는 방법(예를 들어, 신호의 전송 또는 수신)이 설명되는 경우에도 이에 대응하는 제2 통신 노드는 제1 통신 노드에서 수행되는 방법과 상응하는 방법(예를 들어, 신호의 수신 또는 전송)을 수행할 수 있다. 즉, 단말의 동작이 설명된 경우에 이에 대응하는 기지국은 단말의 동작과 상응하는 동작을 수행할 수 있다. 반대로, 기지국의 동작이 설명된 경우에 이에 대응하는 단말은 기지국의 동작과 상응하는 동작을 수행할 수 있다.

초기의 사물 인터넷 통신은 주로 국소 지역을 대상으로 하는 센서 및 RFID(radio frequency identification) 네트워크에서 출발했으나, 점차 응용의 목적 및 특성이 다양해짐에 따라 각종 유/무선 네트워크를 통해 구현되고 있다. 특히 이동 가능한 IoT 장치에 대한 서비스 고려, 도서, 산간 및 해양 등을 포함하는 광범위한 지역에서의 서비스 지원, 네트워크 도입 및 운영 시의 비용제한, 네트워크 유지보수의 용이성, 신뢰도 높은 데이터 전송을 위한 보안, 그리고 서비스 품질 보장 등을 고려하여 종래 구축된 이동통신 네트워크를 기반으로 하는 IoT 통신 시스템 개발의 필요성이 커지고 있다.

IoT 통신 시스템은 종래 인간 사용자 중심의 이동 통신 시스템과 다른 특징을 갖는다. 일례로, IoT 장치(단말이라고도 칭함)는 극소 데이터를 간헐적으로(필요에 따라서는 단주기도 가능) 송수신할 수도 있고, 전원 공급 등이 용이하지 않을 수도 있으므로 초저전력 동작을 지원해야 할 수도 있다. 또한 IoT 장치에 따라서는 이동성에 대한 지원이 필요할 수도 있고, 특정 장소에 고정적으로 부착되어 사용될 수도 있다.

IoT 장치는 이동성 지원이 필요할 수도 있고, 상황에 따라서는 고정적으로 사용될 수도 있다. 또한 수많은 IoT 장치가 동시에 IoT 통신망과 연결될 수도 있다. IoT 장치의 전형적인 예로는 이동통신 모듈이 탑재된 스마트 미터(meter), 자판기(vending machine) 등의 형태가 고려되었고, 최근에는 사용자의 조작이나 개입 없이도 설치된 위치 및 사용 환경에 따라 자동으로 네트워크에 접속하여 통신을 수행하는 형태로도 고려되고 있다.

이러한 특징들로 인해 종래 이동 통신 시스템을 이용한 IoT 통신망 구축에 대한 연구가 활발하며 특히 전세계적으로 가장 많이 적용된 이동 통신 시스템 방식인 3GPP LTE 통신 시스템을 활용한 IoT 통신 시스템인 NB-IoT가 많은 주목을 받고 있다.

NB-IoT는 인밴드(in-band), 가드밴드(guard band), 독립(stand-alone)의 세 가지 운용 모드를 지원하며, 동일한 요구사항이 적용된다. 인밴드 모드는 LTE 대역 내 자원 중 일부를 NB-IoT에 할당하여 운용하고, 가드밴드 모드는 LTE의 보호 주파수 대역을 활용하며, NB-IoT 반송파(carrier)를 LTE의 가장자리 부반송파에 최대한 가깝게 배치한다. 독립 모드는 GSM(global system for mobile communications) 대역 내 일부 반송파를 별도로 할당하여 운영한다. 다음으로 NB-IoT 통신 시스템의 무선 인터페이스(interface) 프로토콜(protocol)에 대해 설명한다.

도 3은 3GPP NB-IoT 통신 시스템의 무선 인터페이스(interface) 프로토콜(protocol)을 설명하는 개념도이다.

도 3을 참조하면, IoT 장치(이하 단말로 칭함)과 기지국(코어망 포함) 간의 무선 인터페이스 프로토콜의 계층이 통신 시스템에서 널리 알려진 OSI(open system interconnection) 모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 제1 계층(L1: 1ayer 1), 제2 계층(L2: layer 2) 및 제3 계층(L3: 1ayer 3)으로 구분되는 것을 나타낸다. NB-IoT의 프로토콜 스택은 기본적으로 3GPP LTE 프로토콜 스택의 구조를 바탕으로 IoT 통신에 맞도록 변경된 구조이다. 이를 통해 종래 검증된 구조와 절차를 재사용할 수 있고 불필요한 오버헤드(overhead)를 줄일 수 있다.

도 3을 참조하면, NB-IoT의 프로토콜 스택에서 단말과 기지국 간의 무선 인터페이스 프로토콜은 수평적으로 물리 계층, 데이터 링크 계층(data link layer) 및 네트워크 계층(network layer)으로 구분될 수 있고, 수직적으로는 제어정보 전송을 위한 프로토콜 스택(protocol stack)인 제어 평면(control plane)과 데이터(사용자 데이터 또는 트래픽이라고도 함) 정보 전송을 위한 프로토콜 스택인 사용자 평면(user plane)으로 구분될 수 있다.

L1은 물리 계층(PHY: physical layer)(310)이다. 물리 계층(310)은 물리채널을 통해 상위 계층에 정보(데이터 및 제어정보) 전송 서비스를 제공한다. 물리 계층(310)은 상위 계층인 MAC(media access control) 계층(320)과는 전송채널(transport channel)을 통해 연결된다(즉, 물리채널은 전송채널에 맵핑될 수 있다). 전송채널을 통해 MAC 계층(320)과 물리 계층(310) 사이로 데이터 및 제어정보가 전송될 수 있다. 서로 다른 물리 계층 사이, 즉 송신 장치의 물리 계층(310/370)과 수신 장치의 물리 계층(370/310) 간의 데이터 및 제어정보는 물리채널을 통해 무선 자원을 이용하여 전송될 수 있다.

물리 계층(310)에서는 데이터 외에도 제어정보를 전달하기 위해 물리 제어 채널(physical control channel)을 사용할 수 있다. 일례로, PDCCH(physical downlink control channel)은 PCH(paging channel) 및 DL-SCH(downlink shared channel)의 자원 할당에 관한 정보, DL-SCH와 관련되는 HARQ(hybrid automatic repeat request) 정보를 단말에 전달하는데 사용된다. 또한 PDCCH는 상향링크 전송을 위한 자원 할당에 관한 정보인 상향링크 그랜트(UL grant)를 포함할 수 있다.

PCFICH(physical control format indicator channel)은 PDCCH를 위해 사용되는 OFDM 심벌의 개수를 단말에 전달한다. PHICH(physical hybrid ARQ indicator channel)은 UL-SCH(uplink shared channel) 전송에 대한 HARQ ACK(acknowledgement)/NACK(non-acknowledgement) 정보를 전달하는데 사용된다. PUCCH(physical uplink control channel)은 하향링크 전송에 대한 HARQ ACK/NACK, 스케줄링 요청 및 CQI(channel quality indicator)와 같은 UL 제어정보를 전송한다.

물리채널은 시간 영역에서 복수의 서브프레임(subframe)들과 주파수 영역에서 복수의 부반송파(subcarrier)들로 구성된다. 하나의 서브프레임은 복수의 자원 블록(RB; resource block)들로 구성된다. 하나의 자원 블록은 복수의 심벌(하나의 서브프레임은 시간 영역에서 복수의 심벌들로 구성됨)들과 복수의 부반송파들로 구성된다.

또한, 각 서브프레임은 PDCCH 전송을 위하여 해당 서브프레임의 특정 심벌들의 특정 부반송파들을 이용할 수 있다. 일례로, 서브프레임의 첫 번째 심벌이 PDCCH 전송을 위하여 사용될 수 있다. 데이터가 전송되는 단위 시간인 TTI(transmission time interval)는 1개의 서브프레임의 길이와 동일할 수 있고, 하나의 서브프레임의 길이는 1ms일 수 있다.

전술한 바와 같이 물리 계층(310)은 상위 계층인 MAC 계층(320)과 전송채널을 통해 연결된다. 전송채널은 채널이 공유되는지 여부에 따라 공통 전송채널(common transport channel) 및 전용 전송채널(dedicated transport channel)로 분류된다. 하향링크 전송채널(downlink transport channel)은 시스템 정보를 전송하는 BCH(broadcast channel), 페이징(paging) 메시지를 전송하는 PCH(paging channel), 사용자 데이터 또는 제어정보를 전송하는 DL-SCH 등을 포함한다.

DL-SCH는 HARQ, 전송 전력의 변화, 잠재적인 변조 및 코딩의 변화에 의한 동적 링크 적응과 동적/반정적 자원 할당을 지원한다. MBMS(multimedia broadcast/multicast service)의 트래픽 또는 제어정보는 MCH(multicast channel)를 통해 전송된다.

상향링크 전송채널(uplink transport channel)은 초기 제어 메시지(initial control message) 전송 및 셀로의 초기 접속에 사용되는 RACH(random access channel), 사용자 데이터 또는 제어정보를 전송하는 UL-SCH 등을 포함한다. UL-SCH는 HARQ, 전송 전력의 변화, 잠재적인 변조 및 코딩의 변화에 의한 동적 링크 적응을 지원한다. RACH는 일반적으로 셀로의 초기 접속에 사용된다.

L2(layer 2)에 해당하는 MAC 계층(320)은 논리채널(logical channel)을 통해 상위 계층인 RLC(radio link control) 계층에게 서비스를 제공한다. MAC 계층(320)은 복수의 논리채널에서 복수의 전송채널로의 맵핑 기능을 제공한다(즉, 논리채널은 전송채널의 상위에 위치하고 전송채널에 맵핑될 수 있다).

또한, MAC 계층(320)은 복수의 논리채널에서 하나의 전송채널로의 맵핑에 의한 논리채널 다중화 기능을 제공한다. 논리채널은 전송되는 정보의 종류에 따라, 제어 평면(control plane)의 정보 전달을 위한 제어 논리채널과 사용자 평면(user plane)의 정보 전달을 위한 트래픽 논리채널로 나눌 수 있다. 즉, 논리채널의 종류는 MAC 계층(320)에 의해 제공되는 전송 서비스 별로 정의될 수 있다.

구체적으로 제어 논리채널은 제어 평면의 정보 전달만을 위해 사용된다. MAC 계층(320)에 의하여 제공되는 제어 논리채널은 BCCH(broadcast control channel), PCCH(paging control channel), CCCH(common control channel), MCCH(multicast control channel) 및 DCCH(dedicated control channel)을 포함한다. BCCH는 시스템 제어정보를 방송하기 위한 논리채널이다.

PCCH는 페이징 정보의 전송 및 셀 단위의 위치가 기지국에 알려지지 않은 단말을 페이징 하기 위해 사용되는 논리채널이다. CCCH는 단말이 기지국과 RRC(radio resource control) 연결을 갖지 않을 때 단말에 의해 사용된다. MCCH는 기지국으로부터 단말에게 MBMS 제어정보를 전송하는데 사용되는 일대다 하향링크 논리채널이다. DCCH는 RRC 연결 상태에서 단말과 네트워크간에 전용 제어정보 전송을 위해 단말에 의해 사용되는 일대일 양방향 논리채널이다.

트래픽 논리채널은 사용자 평면의 정보 전달만을 위해 사용된다. MAC 계층(310)에 의하여 제공되는 트래픽 논리채널은 DTCH(dedicated traffic channel) 및 MTCH(multicast traffic channel)을 포함한다. DTCH는 일대일 채널로 하나의 단말의 사용자 정보의 전송을 위해 사용되며, 상향링크 및 하향링크 모두에 존재할 수 있다. MTCH는 기지국으로부터 단말에게 데이터(트래픽)를 전송하기 위한 일대다 하향링크 논리채널이다.

RLC 계층(330)은 L2에 속한다. RLC 계층(330)의 기능은 하위 계층이 데이터를 전송하기에 적합하도록 상위 계층으로부터 수신된 데이터의 분할(segmentation)/연접(concatenation)에 의한 데이터의 크기 조정을 포함한다. 무선 베어러(RB; radio bearer)가 요구하는 다양한 QoS(quality of service)를 보장하기 위해, RLC 계층(330)은 투명 모드(TM; transparent mode), 비 확인 모드(UM; unacknowledged mode) 및 확인 모드(AM; acknowledged mode)의 세 가지의 동작 모드를 제공한다.

RLC AM 엔티티(entity)는 신뢰성 있는 데이터 전송을 위해 ARQ(automatic repeat request)를 통해 재전송 기능을 제공한다. 한편, RLC 계층(330)의 기능은 MAC 계층(310) 내부의 기능 블록으로 구현될 수 있으며, 이 경우 RLC 계층(330)은 존재하지 않을 수도 있다.

RLC 계층(330)에서의 ARQ 절차는 송신 측 RLC 엔티티에서 폴링(polling) 절차를 시작함에 의해 개시될 수 있다. 폴링 절차는 수신 측 AM RLC 엔티티로부터의 상태 보고를 트리거(trigger)할 수 있다. 폴링 절차는 송신 측에서 수신 측으로 더 이상 새로운 RLC PDU(protocol data unit)를 전송하지 않거나, 송수신 양단의 버퍼가 비워진 경우 등에 시작될 수 있다.

송신 측 RLC AM 엔티티가 폴링 절차를 개시하면, RLC 헤더(header)에 폴(poll) 비트를 1로 설정할 수 있다. 수신 측 RLC AM 엔티티가 폴 비트가 1로 설정된 RLC PDU를 수신하면, 그간 수신한 RLC PDU 중 ACK(acknowledgement) 정보가 전송되지 않은 AMD PDU에 대한 상태 정보를 송신 측 RLC AM 엔티티로 전송할 수 있다.

PDCP(packet data convergence protocol) 계층(340) 또한 L2 계층에 속한다. PDCP 계층(340)은 상대적으로 대역폭이 작은 무선 인터페이스 상에서 IPv4(internet protocol version 4) 또는 IPv6(internet protocol version 6)와 같은 IP(internet protocol) 패킷(packet)을 도입하여 전송되는 데이터가 효율적으로 전송되도록 불필요한 제어정보를 줄이는 헤더 압축 기능을 제공한다.

헤더 압축은 데이터의 헤더에 필요한 정보만을 전송함으로써 무선 채널 구간에서의 전송 효율을 높인다. 또한, PDCP 계층(340)은 보안 기능을 제공한다. 보안기능은 제3자의 검사를 방지하는 암호화 및 제3자의 데이터 조작을 방지하는 무결성 보호를 포함한다.

RRC 계층(350)은 L3에 속한다. L3의 가장 하단 부분에 위치하는 RRC 계층(350)은 오직 제어 평면에서만 정의된다. RRC 계층(350)은 단말과 기지국 간의 무선 자원을 제어하는 역할을 수행한다. 이를 위해 단말과 네트워크는 RRC 계층(350)을 통해 RRC 메시지를 교환한다. RRC 계층(350)은 RB들의 구성(configuration), 재구성(re-configuration) 및 해지(release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다.

RB는 단말과 기지국 간의 데이터 전달을 위해 L1 및 L2에 의해 제공되는 논리적 경로이다. 즉, RB는 단말과 기지국 간의 데이터 전송을 위해 L2에 의해 제공되는 서비스를 의미한다. RB가 설정된다는 것은 특정 서비스를 제공하기 위해 무선 프로토콜 계층 및 채널의 특성을 규정하고, 각각의 구체적인 파라미터 및 동작 방법을 결정함을 의미한다.

RB는 SRB(signaling RB)와 DRB(data RB) 두 가지로 구분될 수 있다. SRB는 제어 평면에서 RRC 메시지를 전송하는 통로로 사용되며, DRB는 사용자 평면에서 사용자 데이터를 전송하는 통로로 사용된다.

RRC 계층(350) 상위에 위치하는 NAS(Non-Access Stratum) 계층(360)은 연결관리(Session Management)와 이동성 관리(Mobility Management) 등의 기능을 수행한다.

다시 도 3을 참조하면, 제어 평면의 RLC(330) 및 MAC 계층(320)은 스케줄링, ARQ 및 HARQ와 같은 기능을 수행할 수 있다. RRC 계층(350)은 방송, 페이징, RRC 연결 관리, RB 제어, 이동성 기능 및 단말 측정 보고/제어와 같은 기능을 수행할 수 있다. NAS 계층(360)의 NAS 제어 프로토콜은 SAE(system architecture evolution) 베어러 관리, 인증, LTE_IDLE 이동성 핸들링, LTE_IDLE에서 페이징 개시 및 단말과 게이트웨이(gateway) 간의 시그널링을 위한 보안 제어와 같은 기능을 수행할 수 있다(구체적인 설명은 생략한다).

사용자 평면의 RLC 및 MAC 계층은 제어 평면에서의 기능과 동일한 기능을 수행할 수 있다(도 3의 경우 제어 평면의 무선 인터페이스 프로토콜임). PDCP 계층은 헤더 압축, 무결성 보호 및 암호화와 같은 사용자 평면 기능을 수행할 수 있다.

NB-IoT에서 단말이 기지국에 접속(access)하는 절차는 3GPP LTE 방식과 동일하다. 먼저 NB-IoT 통신 시스템에 접속하려는 단말이 전원을 켜면 적절한 주파수 대역에서 주변의 기지국을 탐색하고, 해당 기지국으로부터 시스템 정보를 수신하여 RRC 연결을 설정하기 위한 임의접속(random access) 절차를 시작한다.

RRC 연결을 통해 NAS 계층을 통해 핵심망(core network)에 등록(register)을 한 후, 단말은 기지국으로의 데이터 전송을 위한 임의접속을 시도하거나 기지국으로부터의 페이징(paging)을 기다린다. 다음으로 NB-IoT에서의 임의접속 절차에 대해 설명한다.

도 4는 3GPP NB-IoT 통신 시스템에서의 임의접속 절차를 설명하는 순서도이다.

도 4를 참조하면, 3GPP LTE와 동일한 절차대로 NB-IoT 통신 시스템의 단말이 기지국으로 임의접속을 하는 것을 나타낸다(단, LTE와 동일한 메시지를 이용하나, LTE와는 다른 파라미터를 이용한다).

NB-IoT에서의 임의접속 절차는 경쟁 기반이며, 단말의 기지국으로의 프리앰블(preamble) 전송으로 개시될 수 있다(S410). 단말로부터의 프리앰블을 수신한 기지국은 단말에게 적절한 임의접속 응답을 전송할 수 있다(S420). 단말은 수신한 임의접속 응답을 통해 임시 C-RNTI 정보 및 타이밍 어드밴스(timing advance) 명령을 획득할 수 있다. 또한 후술한 msg3에 대한 상향링크 그랜트(uplink grant)를 획득할 수 있다.

이후 단말은 경쟁 해소(contention resolution) 절차를 개시하기 위해 스케줄된 메시지인 msg3를 단말로 전송할 수 있다(S430). 다음 절차로 임의접속 절차의 성공적인 수행을 알리는 경쟁 해소 메시지가 기지국으로부터 단말로 전송될 수 있다(S440). 다음으로 단말의 RRC 상태(RRC state)와 RRC 연결 방법에 대해 설명한다.

도 5는 3GPP NB-IoT 통신 시스템에서의 RRC 상태와 RRC 연결 방법에 대해 설명하는 개념도이다.

도 5를 참조하면, IoT 장치(이하 단말로 칭함) 전원의 켜짐(510)에 따른 RRC 상태 변화를 나타낸다.

RRC 상태는 단말의 RRC 계층이 기지국(코어망 포함)의 RRC 계층과 논리적으로 연결되어 있는지 여부를 나타낸다. RRC 상태는 RRC 연결 상태(RRC_CONNECTED)(530) 및 RRC 휴지 상태(RRC_IDLE)(520)와 같이 두 가지로 나누어질 수 있다. 단말의 RRC 계층과 기지국의 RRC 계층 간의 RRC 연결이 설정되어 있을 때, 단말은 RRC 연결 상태(530)에 있게 되며, 그렇지 않은 경우 단말은 RRC 휴지 상태(520)에 있게 된다.

RRC 연결 상태(530)의 단말은 기지국과 RRC 연결이 설정되어 있으므로, 기지국은 RRC 연결 상태(530)의 단말의 존재를 파악할 수 있고, 단말을 효과적으로 제어할 수 있다. 한편, 기지국은 RRC 휴지 상태(520)의 단말을 파악할 수 없으며, 코어망(CN; core network)이 셀보다 더 큰 영역인 트래킹 영역(tracking area) 단위로 단말을 관리한다. 즉, RRC 휴지 상태(520)의 단말은 더 큰 영역의 단위로 존재만 파악되며, 음성 또는 데이터 통신과 같은 통상의 이동 통신 서비스를 받기 위해서 단말은 RRC 연결 상태(530)로 천이해야 한다.

RRC 휴지 상태(520)에서, 단말이 NAS에 의해 설정된 DRX(discontinuous reception)를 지정하는 동안에, 단말은 시스템 정보 및 페이징 정보의 방송을 수신할 수 있다. 그리고, 단말은 트래킹 영역에서 단말을 고유하게 지정하는 ID(identification)를 할당 받고, PLMN(public land mobile network) 선택 및 셀 재선택을 수행할 수 있다.

RRC 연결 상태(530)에서, 단말은 기지국에서 기지국 RRC 연결 및 RRC 컨텍스트(context)를 가져와서, 기지국으로 데이터를 전송 및/또는 기지국으로부터 데이터를 수신하는 것이 가능하다. 또한, 단말은 기지국으로 채널 품질 정보 및 피드백 정보를 보고할 수 있다. RRC 연결 상태(530)에서, 기지국은 단말이 속한 셀을 알 수 있다. 그러므로 기지국은 단말에게 데이터를 전송 및/또는 단말로부터 데이터를 수신할 수 있다.

RRC 휴지 상태(520)에서 단말은 페이징 DRX(discontinuous reception) 주기를 지정한다. 구체적으로 단말은 단말 특정 페이징 DRX 주기마다의 특정 페이징 기회(paging occasion)동안 페이징 신호를 모니터링 한다. 페이징 기회는 페이징 신호가 전송되는 동안의 시간 간격이다. 단말은 자신만의 페이징 기회를 가지고 있다. 페이징 메시지는 동일한 트래킹 영역에 속하는 모든 셀에 걸쳐 전송된다.

사용자가 단말의 전원을 최초로 키면(510), 단말은 먼저 적절한 셀을 탐색한 후 해당 셀에서 RRC 휴지 상태에 머무른다(510). RRC 연결을 맺을 필요가 있을 때, RRC 휴지 상태에 머무르던 단말은 RRC 연결 절차를 통해 기지국의 RRC와 RRC 연결을 맺고 RRC 연결 상태(530)로 천이할 수 있다.

RRC 휴지 상태(520)에 머무르던 단말은 사용자의 통화 시도 등의 이유로 상향링크 데이터 전송이 필요할 때, 또는 기지국으로부터 페이징 메시지를 수신하고 이에 대한 응답 메시지 전송이 필요할 때 등에 기지국과 RRC 연결을 맺기 위한 연결 설정(connection establishment)(540)을 수행하여 RRC 휴지 상태(520)에서 RRC 연결 상태(530)로 전환한다.

반대로 연결 해지(connection release)(550)을 수행하여 RRC 연결 상태(530)에서 RRC 휴지 상태(420)로 전환한다. 이상과 같이 기지국과 단말간의 데이터 전송의 기본이 되는 무선 인터페이스 프로토콜과 RRC 상태 변화에 대해 설명하였다.

한편, 도 4에 도시된 RRC 상태에는 존재하지 않는 RRC 비활성화(RRC_INACTIVE) 상태도 고려될 수 있다. RRC 비활성화 상태는 mMTC(massive machine type communication) 단말을 효율적으로 관리하기 위해 도입된 RRC 상태이다.

RRC 비활성화 상태는 mMTC 단말의 RRC 상태 천이 시 전력소모를 줄이도록 하기 위해 추가된 RRC 상태로서 RRC 휴지(RRC_IDLE) 상태와 유사하다. 그러나 mMTC 단말이 RRC 연결(RRC_CONNECTED) 상태가 아닌 상태(RRC_INACTIVE 상태)에서 RRC 연결 상태로 천이할 때 소요되는 제어 절차를 최소화해 단말의 전력 소모를 줄이도록 한다. 이를 위해 RRC 비활성화 상태의 mMTC 단말과 이동 통신 시스템 간의 연결 상태는 RRC 연결 상태와 유사하게 유지된다.

즉, NB-IoT 통신 시스템 구현 요구 상황에 따라 RRC 휴지 상태와 RRC 연결 상태 간의 천이 과정을 거치도록 구현 가능하고, RRC 비활성화 상태와 RRC 연결 상태 간의 천이와 RRC 비활성화 상태에서 RRC 휴지 상태로의 천이 과정을 거치도록 구현 할 수도 있다. 다음은 NB-IoT 통신 시스템에서의 구체적인 RRC 연결 및 해지 절차에 대해 설명한다.

도 6은 NB-IoT 통신 시스템에서의 RRC 연결 및 해지 절차를 설명하는 순서도이다.

도 6을 참조하면, NB-IoT 통신 시스템에서의 단말과 기지국간의 RRC 연결부터 RRC 연결 해지까지의 과정이 종래 사용자 단말의 기지국간의 RRC 연결 및 해지 과정과 동일함을 나타낸다.

단말이 NB-IoT 통신 시스템에 초기 접속에 성공한 단말이 기지국으로 데이터를 전송하기 위해서는 단말은 RRC 연결 요청(RRC_Connection_Request) 메시지를 기지국으로 전송할 수 있다(S610). 기지국은 단말에게 RRC 연결 셋업(RRC_connection_Setup) 메시지를 전송한다(S620). RRC 연결 셋업 메시지를 통해 기지국은 시그널링 무선 베어러(SRB; signaling radio bearer), 데이터 무선 베어러(DRB; data radio bearer) 및 프로토콜(protocol) 의 구성(configuration)을 단말에게 제공할 수 있다.

다음으로 단말은 RRC 연결 셋업 완료(RRC_Connection_Setup_Complete) 메시지를 전송할 수 있다(S630). 이를 통해 단말은 선택한 PLMN(public land mobile network) 및 MME(mobile management entity)에 대한 정보를 기지국으로 전송할 수 있다. 단말과 기지국간 모든 데이터가 송수신되면 기지국은 단말로 RRC 연결 해지(RRC_Connection_Release; RRC_Connection_Suspend로도 칭할수 있음)를 전송하여(S640) RRC 휴지 상태로 진입할 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 NB-IoT는 저비용, 저복잡도, 저전력소모 장치, 실내외 커버리지 향상, 초 다수 장치 수용력, 지연 민감도가 낮은 소량의 데이터 전송 등의 요구사항을 충족하도록 설계가 필요하다. 이 중에서도 장시간의 배터리(battery) 사용을 위한 저전력 동작에 대해 설명하면 다음과 같다.

NB-IoT는 비충전식 소형 건전지를 사용하여 10년 이상의 배터리 수명을 유지하는 것을 목표로 하고 있으며, 이를 위해 배터리 수명 연장을 위한 전력절약모드(PSM; power saving mode)와 확장 DRX(eDRX; extended Discontinuous Reception)를 지원한다. NB-IoT는 지연 민감도가 낮은 데이터 전송을 지원하도록 하고 있으므로, 긴 주기의 eDRX 사용함으로써 단말의 전력소모를 저감할 수 있다.

단말의 전력 소모를 저감할 수 있는 또 다른 방편으로, 단말과 기지국 간 송수신할 데이터가 없을 경우 RRC 연결을 빠르게 해지하거나 중지하는 방법도 가능하다. 관련하여 RRC 연결 상태인 단말이 기지국으로 더 이상 전송할 데이터가 없는 경우, RRC 연결 상태는 RRC 연결 해지 절차를 통해 RRC 휴지(또는 RRC 정지(RRC suspend))로 천이하게 된다.

이러한 RRC 연결 해지 절차를 전술한 RLC AM 모드에서 수행하게 되면, 기지국에서 단말로 RRC 연결 해지 메시지가 전송될 때 poll 비트가 부가되어 전송되므로, 이를 수신한 단말이 ACK(acknowledgement)/NACK(non-acknowledgement) 정보를 기지국으로 전송할 수 있다. 그러나 이러한 과정으로 인해 RRC 연결 해지시 처리 시간 지연 및 추가적인 전력 소비가 발생하게 된다. 다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 NB-IoT에서의 저지연 저전력 통신을 위한 RRC 연결 해지 방법에 대해 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 NB-IoT 통신 시스템에서의 저지연 저전력 통신을 위한 RRC 연결 해지 방법을 설명하는 순서도이다.

도 7을 참조하면, 기지국은 임의 접속 절차를 통해 단말이 전송한 msg3에 기초해서 해당 단말이 본 발명의 일 실시예에 따른 RRC 연결 해지 정보를 수신하는 과정을 나타낸다.

임의 접속 절차를 통해 단말은 NB-IoT 시스템에 접속을 할 수 있다. 임의 접속 절차 중 단말은 기지국으로 msg3를 전송할 수 있다(S710). 이 msg3는 해당 단말이 RLC UM 모드로 RRC 연결 해지가 가능한 단말인지를 나타내는 정보를 포함할 수 있다.

기지국은 msg3를 통해 해당 단말이 RLC UM 모드에서의 RRC 연결 해지 절차를 지원하는 단말인지 여부를 파악하여 추후 RRC 휴지 상태로 천이할 때 적용할 RRC 연결 해지 정보 전송 방법을 결정할 수 있다(S720).

임의 접속에 성공한 단말이 기지국에게 데이터를 전송하는 경우(또는 기지국이 단말로 데이터를 전송하는 경우) RRC 연결 상태로 상태 천이된 후 데이터를 전송할 수 있다(S730).

더 이상 단말이 기지국으로 전송할 데이터가 없는 경우(또는 그 반대의 경우), 전술한 바와 같이 RRC 휴지(또는 RRC 비활성화) 상태로 천이하도록 기지국이 단말로 RRC 연결 해지 정보를 전송할 수 있다. 이 때 기지국은 임의 접속 절차를 통해 파악한 단말의 RLC UM 모드에서의 RRC 연결 해지 절차 지원 여부 및 그에 따른 RRC 연결 해지 정보 전송 방법을 이용하여 RRC 연결 해지 정보를 단말에 전송할 수 있다.

단말이 RLC UM 모드를 통한 RRC 연결 해지 절차를 지원하는 경우, 기지국은 RRC 연결 해지 정보를 RLC UM 모드로 사전 정의된 최대 횟수(최대RRC연결해지전송 횟수/maxRRCConnectionReleaseTx)만큼 단말로 전송할 수 있다(S740, S750). 최대RRC연결해지전송 횟수(maxRRCConnectionReleaseTx) 정보는 시스템 정보로서 기지국에서 단말에게 전송될 수 있다.

기지국은 최대RRC연결해지전송 횟수만큼의 RRC 연결 해지 정보 전송 후 RRC 휴지(또는 RRC 비활성화) 상태로 천이되었다고 판단할 수 있다. 단말은 최대RRC연결해지전송 횟수 중 한번이라도 RRC 연결 해지 정보를 수신하게 되면 RRC 휴지(또는 RRC 비활성화) 상태로 천이할 수 있다.

이러한 RLC UM 모드에서의 최대RRC연결해지전송횟수만큼의 RRC 연결 해지 정보 전송 절차 수행을 통해 기지국은 단말으로부터의 RRC 연결 해지 정보 수신에 대한 ACK/NACK 정보 수신 없이도 RRC 연결 해지를 신속히 수행할 수 있다. 비록 ACK/NACK 정보가 없더라도 기지국과 단말간에 복수 횟수만큼 RRC 연결 해지 정보를 송수신하는 관계로 단말과 기지국간의 RRC 상태 불일치(mismatch)가 발생될 확률을 극히 떨어진다.

이와 달리, msg3를 통해 단말이 RLC UM 모드에서의 RRC 연결 해지를 지원하지 않는 단말로 파악된 경우, 기지국은 RLC AM 모드에서 RRC 연결 해지 정보를 단말로 전송할 때 전술한 폴링 비트를 1로 설정하지 않고(즉, 0으로 설정함) 최대RRC연결해지전송횟수(maxRRCConnectionReleaseTx)만큼 전송할 수 있다(S760, S770).

기지국은 최대RRC연결해지전송 횟수만큼의 RRC 연결 해지 정보 전송 후 RRC 휴지(또는 RRC 비활성화) 상태로 천이되었다고 판단할 수 있다. 단말은 최대RRC연결해지전송 횟수 중 한번이라도 RRC 연결 해지 정보를 수신하게 되면 RRC 휴지(또는 RRC 비활성화) 상태로 천이할 수 있다.

RLC AM 모드임에도 ACK/NACK 정보 송수신 과정이 없지만 복수 횟수만큼 RRC 연결 해지 정보를 단말과 기지국간에 송수신하는 관계로 단말과 기지국간의 RRC 상태 불일치(mismatch)가 발생될 확률을 극히 떨어진다.

한편, RLC AM 모드로 동작할 때, 폴링 비트가 1로 설정된 상태인 RRC 연결 해지 정보를 단말이 기지국으로부터 수신하더라도 해당 단말은 ACK/NACK 정보를 기지국으로 전송하지 않아도 RRC 휴지(또는 RRC 비활성화) 상태로 천이하도록 기지국과 단말이 동작할 수 있다.

즉, 특별히 신속한 RRC 휴지(또는 RRC 비활성화) 상태로 천이가 필요한 경우 RLC AM 모드임에도 기지국은 RRC 연결 해지 정보를 단말로 전송하고 바로 RRC 휴지(또는 RRC 비활성화) 상태로 천이할 수 있다.

또한 이 경우 단말은 RLC AM 모드임에도 기지국으로부터 폴링 비트가 설정된 RRC 연결 해지 정보를 수신하더라도 기지국으로 ACK/NACK 정보를 전송하지 않고 바로 RRC 휴지(또는 RRC 비활성화) 상태로 천이할 수 있다. 다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 RLC UM 모드에서의 RRC 연결 해지 절차를 지원하는 지 여부를 나타내는 정보를 생성하는 방법에 대해 설명한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 RLC UM PDU 헤더를 나타내는 개념도이다.

도 8을 참조하면, 10비트 SN(sequence number)를 가지는 RLC UM PDU 헤더에서 첫 번째 바이트의 최초 3비트를 이용하여 RLC UM 모드에서의 RRC 연결 해지 절차 지원 여부 정보를 전달하는 것을 나타낸다.

RLC PDU는 상위 계층으로부터 전달된 RLC SDU(service data unit)들과 헤더(RLC 헤더)(810)를 결합하여 생성될 수 있다. RLC 헤더는 SN(sequence number) 정보, FI(framing info) 정보, E(extension) 정보, RLC PDU 내의 각 RLC SDU에 대한 길이정보인 LI(length indicator) 정보를 포함할 수 있다.

이 때 RLC 헤더는 추후 사용을 위한 예비 영역인 R(reserved) 비트를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 RLC 헤더는 10비트 SN 구조에서 최초 옥텟(octet)의 MSB(most significant bit) 3비트 영역(830)에 단말의 RLC UM 모드에서의 RRC 연결 해지 절차 지원 여부에 대한 정보를 할당할 수 있다(예약 영역의 크기 및 위치는 이에 한정되지 않는다).

본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 RLC UM 모드에서의 RRC 연결 해지 절차 지원 여부에 대한 정보는 RLC 헤더 내의 예약 영역이 아닌 별도의 추가 영역, RLC PDU의 페이로드(payload)에 해당하는 RLC 데이터(820), 또는 RLC 패딩(padding) 영역을 통해 전송될 수도 있다. 다음으로 본 발명의 다른 실시예에 따른 NB-IoT에서의 저지연 저전력 통신을 위한 자동 RRC 연결 해지 방법에 대해 설명한다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 NB-IoT에서의 저지연 저전력 통신을 위한 자동 RRC 연결 해지 방법을 설명하는 순서도이다.

도 9를 참조하면, 기지국이나 단말이 상대 장치로 더 이상 전송할 RLC PDU가 없으면 마지막 RLC PDU의 테일(tail)에 패딩(padding)을 부가 후 상대 장치로 전송하여 자동으로 RRC 연결을 해지하는 것을 나타낸다. 이때 RLC PDU 패딩은 RRC 연결 해지를 지시하는 지시자(indication)라 칭할 수 있다(RRC 연결 해지 지시자로 칭함).

단말과 기지국이 RRC 연결 상태에서 상호 데이터를 송수신하는 도중 더 이상 상호 송수신할 데이터가 없는 경우, RLC AM 모드나 RLC UM 모드 등 여부에 상관없이 신속한 RRC 휴지(또는 RRC 비활성화) 상태로의 천이를 위해 RRC 연결 해지 지시자로서 RLC PDU의 마지막 부분에 1 옥텟 크기의 RLC PDU 패딩을 부가할 수 있다. 이때 부가되는 패딩의 패턴(pattern) 및 길이는 제한이 없으며 사전에 정의된 값 또는 기지국과 단말의 상호 협의 절차에 의해 결정된 값이 사용될 수 있다.

구체적으로는 기지국이 더 이상 하향링크로 전송할 데이터가 없는 경우, 마지막으로 단말로 전송하는 RLC PDU에 1 옥텟 크기의 RLC PDU 패딩을 부가하여 단말에게 전송하고 RRC 휴지(또는 RRC 비활성화) 상태로 천이할 수 있다. RLC PDU 패딩이 부가된 RLC PDU를 수신한 단말이 RRC 연결 해지를 나타내는 RLC PDU 패딩을 검출하게 되면 RLC AM 모드, RLC UM 모드 등 여부에 상관없이 RRC 휴지(또는 RRC 비활성화) 상태로 천이할 수 있다.

이 경우 RLC PDU 길이는 RLC PDU 헤더 길이, RLC PDU 데이터 길이 및 추가된 RLC PDU 패딩의 길이를 더한 값일 수 있다. RLC PDU 패딩 값은 사전에 단말과 기지국간에 협의되거나 기지국이 단말에게 통보한 값을 사용할 수 있다.

마찬가지로 단말이 더 이상 상향링크로 전송할 데이터가 없는 경우, 마지막으로 기지국으로 전송하는 RLC PDU에 1 옥텟 크기의 RLC PDU 패딩을 부가하여 기지국에게 전송하고 RRC 휴지(또는 RRC 비활성화) 상태로 천이할 수 있다. RLC PDU 패딩이 부가된 RLC PDU를 수신한 기지국이 RRC 연결 해지를 나타내는 RLC PDU 패딩을 검출하게 되면 RLC AM 모드, RLC UM 모드 등 여부에 상관없이 RRC 휴지(또는 RRC 비활성화) 상태로 천이할 수 있다.

한편 단말은 상향링크로 데이터 전송을 하기 위해서는 기지국으로부터 무선자원 영역을 할당 받아야 하므로 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 RLC PDU 패딩 전송을 위한 무선 자원 영역을 기지국으로부터 할당 받을 수 있다.

일례로, 단말의 기지국에 대한 BSR(buffer status report) 결과에 따라 RLC 데이터 전송 블록 요청에 RLC PDU 패딩 길이 값을 추가하여 기지국으로 자원할당 요청을 전송할 수 있다. 그 후 단말은 기지국으로부터 허여(grant)받은 후 무선 자원 영역을 통해 RLC PDU 패딩을 부가하여 전송할 수 있다.

BSR은 상향링크의 무선 자원의 효율적 사용을 위하여 일반적으로 MAC 계층에서 수행하는 절차(또는 정보)로서, 기지국으로 하여금 무선 링크(link) 설정된 각 단말 별로 어떤 종류의 데이터가 얼마만큼 상향링크 전송이 요구되는 지 알도록 하는 절차(또는 상향링크 정보)이다.

즉, 단말이 전송하고자 하는 상향링크 데이터에 관한 정보(버퍼에 저장되어 있는 상향링크 데이터의 양)를 기지국으로 전달하고, 기지국은 이에 기초하여 해당 단말에 상향링크 자원을 할당할 수 있다.

그러므로, 단말이 BSR이 0 (기지국으로 전송할 데이터가 버퍼에 더 이상 없는 경우)인 경우 RLC 데이터 전송 블록 크기에 RLC PDU 패딩 길이만큼 부가하여 무선 자원을 할당 받은 후 RLC PDU 마지막에 RRC 연결 해지 지사자 역할을 하는 RLC PDU 패딩을 부가할 수 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. 사물 인터넷 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법으로서,
   단말로부터 수신한 msg3(message 3)을 통해 결정된 상기 단말의 RLC(radio link control) UM(unacknowledgement) 모드에서의 RRC(radio resource control) 연결 해지 절차 수행 가능 여부에 기초하여 상기 단말과의 RRC 연결 해지를 수행하는 경우,
   상기 단말이 RLC UM 모드에서의 RRC 연결 해지 절차 수행이 가능한 경우, 상기 단말로 최대전송 횟수만큼 RRC 연결 해지 정보를 전송하는 단계;
   상기 단말이 RLC UM 모드에서의 RRC 연결 해지 절차 수행이 가능하지 않은 경우, 상기 단말로 최대전송 횟수만큼 폴(poll) 비트가 1로 설정된 RRC 연결 해지 정보를 전송하는 단계; 및
   상기 단말과의 RRC 연결을 해지하는 단계를 포함하고,
   상기 단말로 전송할 마지막 데이터만 있는 경우, RLC 모드와는 관계없이 상기 마지막 데이터와 연관된 RLC PDU(protocol data unit)에 RRC 연결 해지를 지시하는 RLC PDU 패딩(padding)을 부가하여 상기 단말로 전송하는 단계; 및
   상기 단말과의 RRC 연결을 해지하는 단계를 포함하는, 기지국의 동작 방법.

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