KR20200039234A - 무선 통신 시스템에서 무선 통신망을 이용한 동기화를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 무선 통신망을 이용한 동기화를 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 LTE(Long Term Evolution)와 같은 4G(4th generation) 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G(5th generation) 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 UPF(user plane function)의 동작 방법은, 기지국으로부터 시각 동기화를 위한 제1 파라미터를 수신하는 과정과, 상기 수신된 제1 파라미터와, 제2 파라미터를 이용하여 인접 네트워크 시스템과의 시각 동기화를 수행하는 과정을 포함하고, 상기 제1 파라미터는, 상기 인접 네트워크 시스템과 상기 UPF가 포함된 네트워크 시스템 간의 연결 지연 시간과, 상기 UPF가 포함된 네트워크 시스템 내의 단말과 기지국과 상기 UPF의 체류 시간에 관한 정보를 포함하고, 상기 제2 파라미터는, 상기 기지국과 상기 UPF 간의 백홀 지연 시간에 관한 정보를 포함할 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 무선 통신망을 이용한 동기화를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SYNCHRONIZATION USING WIRELESS COMMUNICATION NETWORK IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 개시(disclosure)는 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 무선 통신 시스템에서 무선 통신망을 이용한 동기화를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
4G(4th generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5th generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후(Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE(Long Term Evolution) 시스템 이후(Post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역(예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO, FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나(large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network, cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultra-dense network), 기기 간 통신(Device to Device communication, D2D), 무선 백홀(wireless backhaul), 이동 네트워크(moving network), 협력 통신(cooperative communication), CoMP(Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거(interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation, ACM) 방식인 FQAM(Hybrid Frequency Shift Keying and Quadrature Amplitude Modulation) 및 SWSC(Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(Non Orthogonal Multiple Access), 및 SCMA(Sparse Code Multiple Access) 등이 개발되고 있다.
이동통신기술이 발달함에 따라, 유선망에서만 제공되던 시각 동기화(clock synchronization) 기술이 무선망에서도 제공될 필요성이 대두되었다. 그러므로, 무선통신망, 즉, 3GPP 5G 시스템 (5G System, 5GS)과 TSN (time sensitive network)을 지원 유선망을 연동하여 단말간 시각 동기화 (clock synchronization)를 제공하기 위한 방안이 요구될 수 있다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 무선 통신 시스템에서 무선 통신망을 이용한 동기화를 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, TSN을 지원하는 유선망에서만 지원되었던 시각 동기화 (clock synchronization) 기능이 5G 시스템 (5th generation System, 5GS)을 지원하는 무선 통신망에서도 지원되도록, 무선 구간(air link)의 상향 링크 (uplink, UL)와 하향 링크 (downlink, DL)의 전파 지연 (propagation delay) 비대칭성(asymmetric) 문제를 해결하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 UPF(user plane function)의 동작 방법은, 기지국으로부터 시각 동기화를 위한 제1 파라미터를 수신하는 과정과, 상기 수신된 제1 파라미터와, 제2 파라미터를 이용하여 인접 네트워크 시스템과의 시각 동기화를 수행하는 과정을 포함하고, 상기 제1 파라미터는, 상기 인접 네트워크 시스템과 상기 UPF가 포함된 네트워크 시스템 간의 연결 지연 시간과, 상기 UPF가 포함된 네트워크 시스템 내의 단말과 기지국과 상기 UPF의 체류 시간에 관한 정보를 포함하고, 상기 제2 파라미터는, 상기 기지국과 상기 UPF 간의 백홀 지연 시간에 관한 정보를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 방법은, 기지국으로부터 시각 동기화를 위한 제3 파라미터를 수신하는 과정과, 상기 수신된 제3 파라미터와, 제4 파라미터를 이용하여 인접 네트워크 시스템과의 시각 동기화를 수행하는 과정을 포함하고, 상기 제3 파라미터는, 상기 인접 네트워크 시스템과 상기 UPF가 포함된 네트워크 시스템 간의 연결 지연 시간과, 상기 단말과 상기 UPF가 포함된 네트워크 시스템의 기지국 간의 무선 연결 지연 시간에 관한 정보를 포함하고, 상기 제4 파라미터는, 상기 단말에서의 체류 시간과 관련된 정보를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 UPF(user plane function)는, 기지국으로부터 시각 동기화를 위한 제1 파라미터를 수신하는 송수신부와, 상기 수신된 제1 파라미터와, 제2 파라미터를 이용하여 인접 네트워크 시스템과의 시각 동기화를 수행하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 제1 파라미터는, 상기 인접 네트워크 시스템과 상기 UPF가 포함된 네트워크 시스템 간의 연결 지연 시간과, 상기 UPF가 포함된 네트워크 시스템 내의 단말과 기지국과 상기 UPF의 체류 시간에 관한 정보를 포함하고, 상기 제2 파라미터는, 상기 기지국과 상기 UPF 간의 백홀 지연 시간에 관한 정보를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 단말은, 기지국으로부터 시각 동기화를 위한 제3 파라미터를 수신하는 송수신부와, 상기 수신된 제3 파라미터와, 제4 파라미터를 이용하여 인접 네트워크 시스템과의 시각 동기화를 수행하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 제3 파라미터는, 상기 인접 네트워크 시스템과 상기 UPF가 포함된 네트워크 시스템 간의 연결 지연 시간과, 상기 단말과 상기 UPF가 포함된 네트워크 시스템의 기지국 간의 무선 연결 지연 시간에 관한 정보를 포함하고, 상기 제4 파라미터는, 상기 단말에서의 체류 시간과 관련된 정보를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, 무선 통신망을 이용하여 동기화를 수행할 수 있게 한다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, 공장자동화 (factory automation)와 같이, 노드 간의 시각 동기화 (clock synchronization)가 필요한 응용 분야에 무선 통신망을 활용할 수 있게 한다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 구성을 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 구성을 도시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 코어 망 객체의 구성을 도시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 UPF(user plane function)의 흐름도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 흐름도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 인접한 TSN 시스템 간의 지연 시간 측정 방법을 도시한다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 TSN 시스템 간의 시각 동기화(clock synchronization) 방법을 도시한다.
도 9는 제1 네트워크 시스템을 지원하는 네트워크의 시각 동기화 방법을 도시한다.
도 10은 제1 네트워크 시스템을 지원하는 네트워크와 제2 네트워크 시스템을 지원하는 네트워크를 연동함으로써 TSN(time sensitive network)을 지원하는 방법의 예를 도시한다.
도 11은 제2 네트워크 시스템이 TSN의 링크(link)인 경우, 링크 모델(link model)의 시각 동기화 과정의 예를 도시한다.
도 12는 제2 네트워크 시스템에서 QoS(quality of service) 클래스를 제공하는 방법을 도시한다.
도 13은 백홀(backhaul, BH) 지연 트레이스(delay trace)를 수행하는 방법을 도시한다.
도 14는 무선(air) 지연 트레이스를 수행하는 방법을 도시한다.
도 15는 제2 네트워크 시스템을 TSN의 브릿지(bridge)로 보는 경우, 브릿지 모델의 시각 동기화 과정의 예를 도시한다.
도 16은 제1 네트워크 시스템을 지원하는 네트워크와 브릿지 모델 네트워크의 상향링크(uplink, UL)를 이용한 시각 동기화 방법을 도시한다.
도 17은 제1 네트워크 시스템을 지원하는 네트워크와 브릿지 모델 네트워크의 하향링크(downlink, DL)를 이용한 시각 동기화 방법을 도시한다.
도 18은 제1 네트워크 시스템을 지원하는 네트워크와 통합된 모델의 네트워크의 하향링크를 이용한 시각 동기화 방법을 도시한다.
도 19는 제1 네트워크 시스템을 지원하는 네트워크와 통합된 모델의 네트워크의 하향링크를 이용한 시각 동기화 과정의 예를 도시한다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
이하 본 개시는 무선 통신 시스템에서 무선 통신망을 이용한 동기화를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 개시는 무선 통신 시스템에서 무선 통신망 내의 각 엔티티들(entities)의 체류 시간과, 단말과 기지국 간의 무선(air) 지연과, 기지국과 코어 망 객체 간의 백홀(backhaul, BH) 지연을 결정함으로써 무선 통신망에서의 시각 동기화(clock synchronization)를 지원하기 위한 기술을 설명한다.
이하 설명에서 사용되는 접속 노드(node)를 식별하기 위한 용어, 망 객체(network entity)들을 지칭하는 용어, 메시지들을 지칭하는 용어, 망 객체들 간 인터페이스를 지칭하는 용어, 다양한 식별 정보들을 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 발명이 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 대상을 지칭하는 다른 용어가 사용될 수 있다.
이하 설명의 편의를 위하여, 본 발명은 현재 존재하는 통신표준 가운데 3GPP (The 3rd Generation Partnership Project) 단체에서 정의하는 가장 최신의 표준인 5GS(5th generation system) 및 NR 규격에서 정의하고 있는 용어 및 명칭들을 사용한다. 하지만, 본 발명이 상기 용어 및 명칭들에 의해 한정되는 것은 아니며, 다른 규격에 따르는 무선통신망에도 동일하게 적용될 수 있다. 특히 본 발명은 3GPP 5GS/NR (5세대 이동통신 표준)에 적용할 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다.
도 1을 참고하면, 무선 통신 시스템은 무선 접속 망(radio access network, RAN) 102 및 코어 망(core network, CN) 104를 포함한다.
무선 접속 망 102는 사용자 장치, 예를 들어, 단말 120과 직접 연결되는 네트워크로서, 단말 120에게 무선 접속을 제공하는 인프라스트럭쳐(infrastructure)이다. 무선 접속 망 102는 기지국 110을 포함하는 복수의 기지국들의 집합을 포함하며, 복수의 기지국들은 상호 간 형성된 인터페이스를 통해 통신을 수행할 수 있다. 복수의 기지국들 간 인터페이스들 중 적어도 일부는 유선이거나 무선일 수 있다. 기지국 110110은 CU(central unit) 및 DU(distributed unit)으로 분리된 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 하나의 CU가 복수의 DU들을 제어할 수 있다. 기지국 110은 기지국(base station) 외에 '액세스 포인트(access point, AP)', 'gNB(next generation node B)', '5G 노드(5th generation node)', '무선 포인트(wireless point)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)', 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 단말 120은 무선 접속 망 102에 접속하고, 기지국 110과 무선 채널을 통해 통신을 수행한다. 단말 120은 단말(terminal) 외 '사용자 장비(user equipment, UE)', '이동국(mobile station)', '가입자국(subscriber station)', '원격 단말(remote terminal)', '무선 단말(wireless terminal)', 또는 '사용자 장치(user device)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.
코어 망 104는 전체 시스템을 관리하는 네트워크로서, 무선 접속 망 102을 제어하고, 무선 접속 망 102를 통해 송수신되는 단말 120에 대한 데이터 및 제어 신호들을 처리한다. 코어 망 104는 사용자 플랜(user plane) 및 제어 플랜(control plane)의 제어, 이동성(mobility)의 처리, 가입자 정보의 관리, 과금, 다른 종류의 시스템(예: LTE(long term evolution) 시스템)과의 연동 등 다양한 기능들을 수행한다. 상술한 다양한 기능들을 수행하기 위해, 코어 망 104은 서로 다른 NF(network function)들을 가진 기능적으로 분리된 다수의 객체(entity)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 코어 망 104는 AMF(access and mobility management function) 130a, SMF(session management function) 130b, UPF(user plane function) 130c, PCF(policy and charging function) 130d, NRF(network repository function) 130e, UDM(user data management) 130f, NEF(network exposure function) 130g, UDR(unified data repository) 130h을 포함할 수 있다.
단말 120은 무선 접속 망 102과 연결되어 코어 망 104의 이동성 관리 기능 (mobility management function)을 수행하는 AMF 130a에 접속한다. AMF 130a는 무선 접속 망 102의 접속과 단말 102의 이동성 관리 (mobility management)를 모두 담당하는 기능 또는 장치이다. SMF 130b는 세션을 관리하는 NF이다. AMF 130a는 SMF 130b와 연결되고, AMF 130a는 SMF 130b로 단말 120에 대한 세션 관련 메시지를 라우팅한다. SMF 130b는 UPF 130c와 연결하여 단말 120에게 제공할 사용자 평면 자원(Resource)를 할당하며, 기지국 110과 UPF 130c 사이에 데이터를 전송하기 위한 터널을 수립한다. PCF 130d는 단말 120이 사용하는 세션에 대한 정책(policy) 및 과금(charging)에 관련된 정보를 제어한다. NRF 130e는 이동통신 사업자 네트워크에 설치된 NF들에 대한 정보를 저장하고, 저장된 정보를 알려주는 기능을 수행한다. NRF 130e는 모든 NF들과 연결될 수 있다. 각 NF들은 사업자 네트워크에서 구동을 시작할 때, NRF 130e에 등록함으로써 NRF 130e로 해당 NF가 네트워크 내에서 구동되고 있음을 알린다. UDM 130f는 4G 네트워크의 HSS(home subscriber server)와 유사한 역할을 수행하는 NF로서, 단말 120의 가입정보, 또는 단말 120이 네트워크 내에서 사용하는 컨텍스트(context)를 저장한다.
NEF 130g는 제3자(3rd party) 서버와 5G 이동통신 시스템 내의 NF를 연결해주는 역할을 수행한다. 또한 UDR 130h에 데이터를 제공하거나 업데이트, 또는 데이터를 획득하는 역할을 수행한다. UDR 130h은 단말 120의 가입 정보를 저장하거나, 정책 정보를 저장하거나, 외부로 노출(Exposure)되는 데이터를 저장하거나, 또는 제3자 어플리케이션(3rd party application)에 필요한 정보를 저장하는 기능을 수행한다. 또한, UDR 103h는 저장된 데이터를 다른 NF에 제공해주는 역할도 수행한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 구성을 도시한다. 도 2에 예시된 구성은 기지국 110의 구성으로서 이해될 수 있다. 이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 2를 참고하면, 기지국은 무선통신부 210, 백홀통신부 220, 저장부 230, 제어부 240를 포함한다.
무선통신부 210은 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 예를 들어, 무선통신부 210은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 무선통신부 210은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 무선통신부 210은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다.
또한, 무선통신부 210은 기저대역 신호를 RF(radio frequency) 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 이를 위해, 무선통신부 210은 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(digital to analog convertor), ADC(analog to digital convertor) 등을 포함할 수 있다. 또한, 무선통신부 210은 다수의 송수신 경로(path)들을 포함할 수 있다. 나아가, 무선통신부 210은 다수의 안테나 요소들(antenna elements)로 구성된 적어도 하나의 안테나 어레이(antenna array)를 포함할 수 있다.
하드웨어의 측면에서, 무선통신부 210은 디지털 유닛(digital unit) 및 아날로그 유닛(analog unit)으로 구성될 수 있으며, 아날로그 유닛은 동작 전력, 동작 주파수 등에 따라 다수의 서브 유닛(sub-unit)들로 구성될 수 있다. 디지털 유닛은 적어도 하나의 프로세서(예: DSP(digital signal processor))로 구현될 수 있다.
무선통신부 210은 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 무선통신부 210의 전부 또는 일부는 '송신부(transmitter)', '수신부(receiver)' 또는 '송수신부(transceiver)'로 지칭될 수 있다. 또한, 이하 설명에서, 무선 채널을 통해 수행되는 송신 및 수신은 무선통신부 210에 의해 상술한 바와 같은 처리가 수행되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.
백홀통신부 220은 네트워크 내 다른 노드들과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공한다. 즉, 백홀통신부 220은 기지국에서 다른 노드, 예를 들어, 다른 접속 노드, 다른 기지국, 상위 노드, 코어 망 등으로 송신되는 비트열을 물리적 신호로 변환하고, 다른 노드로부터 수신되는 물리적 신호를 비트열로 변환한다.
저장부 230은 기지국의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 저장부 230은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부 230은 제어부 240의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.
제어부 240은 기지국의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 제어부 240은 무선통신부 210를 통해 또는 백홀통신부 220을 통해 신호를 송신 및 수신한다. 또한, 제어부 240은 저장부 230에 데이터를 기록하고, 읽는다. 그리고, 제어부 240은 통신 규격에서 요구하는 프로토콜 스택(protocol stack)의 기능들을 수행할 수 있다. 다른 구현 예에 따라, 프로토콜 스텍은 무선통신부 210에 포함될 수 있다. 이를 위해, 제어부 240은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따라, 제어부 240은 무선 통신망을 이용한 동기화를 수행하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부 240은 기지국이 후술하는 다양한 실시 예들에 따른 동작들을 수행하도록 제어할 수 있다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 구성을 도시한다. 도 3에 예시된 구성은 단말 120의 구성으로서 이해될 수 있다. 이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 3을 참고하면, 단말은 통신부 310, 저장부 320, 제어부 330를 포함한다.
통신부 310은 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 예를 들어, 통신부 310은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 통신부 310은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 통신부 310은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 또한, 통신부 310은 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 통신부 310은 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다.
또한, 통신부 310은 다수의 송수신 경로(path)들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부 310은 다수의 안테나 요소들로 구성된 적어도 하나의 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 하드웨어의 측면에서, 통신부 310은 디지털 회로 및 아날로그 회로(예: RFIC(radio frequency integrated circuit))로 구성될 수 있다. 여기서, 디지털 회로 및 아날로그 회로는 하나의 패키지로 구현될 수 있다. 또한, 통신부 310은 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부 310은 빔포밍을 수행할 수 있다.
통신부 310은 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 통신부 310의 전부 또는 일부는 '송신부', '수신부' 또는 '송수신부'로 지칭될 수 있다. 또한, 이하 설명에서 무선 채널을 통해 수행되는 송신 및 수신은 통신부 310에 의해 상술한 바와 같은 처리가 수행되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.
저장부 320은 단말의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 저장부 320은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부 320은 제어부 330의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.
제어부 330은 단말의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 제어부 330은 통신부 310를 통해 신호를 송신 및 수신한다. 또한, 제어부 330은 저장부 320에 데이터를 기록하고, 읽는다. 그리고, 제어부 330은 통신 규격에서 요구하는 프로토톨 스택의 기능들을 수행할 수 있다. 이를 위해, 제어부 330은 적어도 하나의 프로세서 또는 마이크로(micro) 프로세서를 포함하거나, 또는, 프로세서의 일부일 수 있다. 또한, 통신부 310의 일부 및 제어부 330은 CP(communication processor)라 지칭될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따라, 제어부 330은 무선 통신망을 이용한 동기화를 수행하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부 330은 단말이 후술하는 다양한 실시 예들에 따른 동작들을 수행하도록 제어할 수 있다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 코어 망 객체의 구성을 도시한다. 도 4에 예시된 구성 130은 도 1의 130a, 130b, 130c, 130d, 130e, 130f, 130g, 130h 중 적어도 하나의 기능을 가지는 장치의 구성으로서 이해될 수 있다. 이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
상기 도 4를 참고하면, 코어 망 객체는 통신부 410, 저장부 420, 제어부 430를 포함하여 구성된다.
통신부 410은 네트워크 내 다른 장치들과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공한다. 즉, 통신부 410은 코어 망 객체에서 다른 장치로 송신되는 비트열을 물리적 신호로 변환하고, 다른 장치로부터 수신되는 물리적 신호를 비트열로 변환한다. 즉, 통신부 410은 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 이에 따라, 통신부 410은 모뎀(modem), 송신부(transmitter), 수신부(receiver) 또는 송수신부(transceiver)로 지칭될 수 있다. 이때, 통신부 410은 코어 망 객체가 백홀 연결(예: 유선 백홀 또는 무선 백홀)을 거쳐 또는 네트워크를 거쳐 다른 장치들 또는 시스템과 통신할 수 있도록 한다.
저장부 420은 코어 망 객체의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 저장부 420은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부 420은 제어부 430의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.
제어부 430은 코어 망 객체의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 제어부 430은 통신부 410를 통해 신호를 송수신한다. 또한, 제어부 430은 저장부 420에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 제어부 430은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따라, 다양한 실시 예들에 따라, 제어부 430는 무선 통신망을 이용한 동기화를 수행하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부 430은 코어 망 객체가 후술하는 다양한 실시 예들에 따른 동작들을 수행하도록 제어할 수 있다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 UPF(user plane function)의 흐름도를 도시한다. 도 5는 상향링크 시, UPF 130c의 동작 방법을 예시한다.
도 5를 참고하면, 501 단계에서, UPF는 기지국으로부터 시각 동기화를 위한 제1 파라미터를 수신할 수 있다. 이때, 제1 파라미터는 TSN 시스템의 마스터와, 단말, 기지국 및 UPF가 포함된 네트워크 간의 링크 1의 지연 시간(delay link 1, D_Link1), 단말에서의 프레임 체류 시간(residence time in UE, R_UE), 단말과 기지국 간의 무선 지연(air delay, D_Air) 및 기지국에서의 프레임 체류 시간(residence time in gNB, R_gNB)을 포함할 수 있다.
503 단계에서, UPF는 수신한 제1 파라미터와, 제2 파라미터를 이용하여 인접 네트워크 시스템과의 시각 동기화를 수행할 수 있다. 이때, 제2 파라미터는 기지국과 UPF간의 백홀(backhaul, BH) 지연(D_BH)과, UPF에서 프레임의 체류 시간(residence time in UPF, R_UPF)을 포함할 수 있다. 여기서 백홀 지연은 미리 결정되어 UPF에 저장되어 있을 수 있다. UPF는 제1 파라미터와 제2 파라미터를 시각 동기화를 위한 보정(correction) 필드(field)에 반영함으로써 TSN 시스템과의 시각 동기화를 수행할 수 있다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 흐름도를 도시한다. 도 6은 하향링크 시, 단말 120의 동작 방법을 예시한다.
도 6을 참고하면, 601 단계에서, 단말은 기지국으로부터 시각 동기화를 위한 제3 파라미터를 수신할 수 있다. 이때, 제3 파라미터는 TSN 스위치와, 단말, 기지국 및 UPF가 포함된 네트워크 간의 링크 2의 지연 시간(delay link 2, D_Link2), 코어 네트워크에서의 체류 시간(residence time in core network, R_CN) 및 RAN에서의 체류 시간(residence time in RAN, R_RAN)을 포함할 수 있다.
603 단계에서, 단말은 수신한 제3 파라미터와, 제4 파라미터를 이용하여 인접 네트워크 시스템과의 시각 동기화를 수행할 수 있다. 이때, 제4 파라미터는 단말에서의 프레임 체류 시간과, TSN 시스템의 슬레이브와 단말, 기지국 및 UPF가 포함된 네트워크 간의 링크 3의 지연 시간(delay link 3, D_Link3)을 포함할 수 있다. 단말은 제3 파라미터와 제4 파라미터를 시각 동기화를 위한 보정 필드에 반영함으로써 TSN 시스템과의 시각 동기화를 수행할 수 있다.
일반적으로, 802.1AS를 지원하는 네트워크(network, NW)에서의 시각 동기화 절차는, IEEE 1588에서의 시각 동기화 절차와 기본적인 원리는 동일하나, 절차상으로 상이한 점이 있다. 예를 들면, 인접한 2개의 TSN 시스템(예: 앤드-스테이션(end-station) 또는 브릿지) 간의 주기적인 연결(link) 지연 시간의 측정 절차와, 브릿지에서의 체류 시간(residence time)을 포함한 보정 필드의 업데이트 절차가 상술한 상이한 절차에 포함될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 앤드-스테이션은 마스터 도는 슬레이브 역할을 수행할 수 있는 노드를 의미할 수 있다. 이하, 도 7 및 도 8은 상술한 절차들에 대한 구체적인 동작 방법을 설명한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 인접한 TSN 시스템 간의 지연 시간 측정 방법을 도시한다.
도 7을 참고하면, 피어 지연 개시자(peer delay initiator) 702가 지연 시간 측정을 요청하고, 피어 지연 응답자(peer delay responder) 704가 지연 시간 측정에 대한 요청을 수신한다. 다양한 실시 예들에서, 피어 지연 개시자는 지연 시간 측정을 요청하는 노드이고, 피어 지연 응답자는 지연 시간 측정에 대한 요청을 수신하는 노드를 의미할 수 있다. 또한, 피어 지연 개시자 및 피어 지연 응답자는 서로 다른 TSN 시스템을 의미할 수 있다. 예를 들면, 피어 지연 개시자와 피어 지연 응답자는, 각각 브릿지와 브릿지, 브릿지와 마스터, 브릿지와 슬레이브를 의미할 수 있다.
701 단계에서, 피어 지연 개시자 702는, 시각(t1) 712에 피어 지연 응답자 704로 지연 시간 측정을 요청하는 Pdelay_Req 이더넷 프레임을 피어 지연 응답자 704로 송신할 수 있다. 피어 지연 응답자 704는 시각(t2) 714에 Pdelay_Req 이더넷 프레임을 수신하고, 프레임을 수신한 시각(t2) 714를 저장할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 시간(tir) 720은 시각(t1) 712과 시각(t2) 714의 차이를 의미할 수 있다.
703 단계에서, 피어 지연 응답자 704는, 저장한 시각(t2) 714에 대한 정보를 포함하는 Pdelay_Resp 이더넷 프레임을 시각(t3) 716에 피어 지연 개시자 702로 송신할 수 있다. 이후, 피어 지연 응답자 704는 Pdelay_Resp 이더넷 프레임을 송신한 시각(t3) 716을 저장할 수 있다.
705 단계에서, 피어 지연 응답자 704는, 저장한 시각(t3) 716에 대한 정보를 포함하는 Pdelay_Resp_Follow_Up 이더넷 프레임을 피어 지연 개시자 702로 송신할 수 있다. 피어 지연 개시자 702는, 시각(t4)에 Pdelay_Resp 이더넷 프레임을 수신할 수 있다. 이후, 피어 지연 개시자 702는 Pdelay_Resp_Follow_Up 이더넷 프레임을 수신할 수 있다. 피어 지연 개시자 702는 Pdelay_Resp 이더넷 프레임과 Pdelay_Resp_Follow_Up 이더넷 프레임을 확인함으로써 시각(t2) 714와 시각(t3) 716을 알 수 있다. 피어 지연 개시자 702는 상술한 시각(t1) 712, 시각(t2) 714, 시각(t3) 716, 시각(t4) 718을 이용하여 인접한 TSN 시스템 간의 지연 시간(D)을 결정할 수 있다. 인접한 TSN 시스템 간의 지연 시간(D)은 하기의 <수학식 1>과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00001
<수학식 1>을 참고하면, D는 인접한 TSN 시스템 간의 지연 시각, t1은 피어 지연 개시자 702가 피어 지연 응답자 704로 지연 시간 측정을 요청하는 시각, t2는 피어 지연 응답자 704가 피어 지연 개시자 702로부터 Pdelay_Req 이더넷 프레임을 수신하는 시각, t3는 피어 지연 응답자 704가 피어 지연 개시자 702로 Pdelay_Resp 이더넷 프레임을 송신하는 시각, t4는 피어 지연 개시자 702가 피어 지연 응답자 704로부터 Pdelay_Resp 이더넷 프레임을 수신한 시각을 의미할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 시간(tri) 722은 시각(t3) 716과 시각(t4) 718의 차이를 의미할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 상술한 인접한 TSN 시스템 간의 지연 시간은 시간(tir) 720과 시간(tri) 722의 평균으로 결정될 수도 있고, 여기서 시간(tir) 720과 시간(tri) 722의 평균은 평균 경로 지연(meanPathDelay)으로 표현될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 개시자 시간 인식 시스템 710이 응답자 시간 인식 시스템 708으로 신호를 송신하는 경우, 시간(tir) 720만큼의 지연이 발생할 수 있다. 또한, 응답자 시간 인식 시스템 708이 개시자 시간 인식 시스템 710으로 신호를 송신하는 경우, 시간(tri) 722만큼의 지연이 발생할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 시간(tir) 720은 평균 경로 지연과 지연 비대칭값의 차이(meanPathDelay - delayAsymmetry)에 의해 결정될 수 있다. 또한, 시간(tri) 722는 평균 경로 지연과 지연 비대칭값의 합(meanPathDelay + delayAsymmetry)에 의해 결정될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 피어 지연 응답자 704는 피어 지연 개시자 702에 의해 알려진 타임스탬프 706를 저장할 수 있다. 예를 들면, 피어 지연 개시자 702에 의해 알려진 타임스탬프 706는 t1과, t1, t2, t4와, t1, t2, t3, t4를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 상술한 인접한 TSN 시스템 간의 지연 시간은 미리 결정된 주기에 따라 주기적으로 계산될 수 있다. 이때, 주기적인 지연 시간의 계산과 함께, TSN 시스템 간의 neighborRateRatio도 함께 계산될 수 있다. 예를 들면, neighborRateRatio는 피어 지연 개시자 702의 로컬 클락 프리퀀시(local clock frequency) i와, 피어 지연 응답자 704의 로컬 클락 프리퀀시 r의 비((local clock frequency i)/(local clock frequency r))를 통해 결정될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 로컬 클락 프리퀀시는 해당 TSN 시스템의 고유한 발진 진동수, 주기의 역수 등을 의미할 수 있다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 TSN 시스템 간의 시각 동기화(clock synchronization) 방법을 도시한다.
도 8을 참고하면, 시간 인식 시스템(time-aware system)은 TSN 시스템을 의미할 수 있다. 801 단계에서, 시간 인식 시스템 i-1 802의 마스터 포트(master port) 802-1는 시각(ts, i-1) 812에 시간 인식 시스템 i 804의 슬레이브 포트 808로 Sync 프레임을 송신할 수 있다. 슬레이브 포트 808은 시각(tr,i) 816에 상술한 Sync 프레임을 수신할 수 있다. 이때, 시각(ts, i-1) 812과 시각(tr,i) 816의 차이는, TSN 시스템 i-1 802과 TSN 시스템 i 804간의 전파 지연(propagation delay) i-1 814을 의미할 수 있다.
803 단계에서, 시간 인식 시스템 i-1 804의 마스터 포트 802-1는 시간 인식 시스템 i 1404의 슬레이브 포트 1408로 Follow_Up 프레임을 송신할 수 있다. 이때, Follow_Up 프레임은 preciseOriginTimestamp, correctionFieldi -1 및 rateRatioi -1 파라미터를 포함할 수 있다. 여기서, preciseOriginTimestamp는 TSN 도메인 내의 그랜드 마스터(Grandmaster)가 Sync 프레임을 송신한 시각을 의미할 수 있다. correctionFieldi-i는 preciseOriginTimestamp와 TSN 시스템 i-1 802이 Sync 프레임을 송신한 시각의 차이를 반영한 값을 의미할 수 있다. rateRatioi - 1는 그랜드 마스터의 클락 프리퀀시와 TSN 시스템 i-1 802의 클락 프리퀀시의 비율을 나타낸 것으로, (Grandmaster Clock Frequency)/(Local Clock Frequency i-1)과 같이 계산될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 그랜드 마스터는 TSN 시스템에서 시각 동기화를 위한 Sync 프레임을 최초로 송신하는 마스터 노드를 의미할 수 있다.
805 단계에서, 시간 인식 시스템 i 804의 마스터 포트 810는 시각(ts,i) 820에서 시간 인식 시스템 i+1 806의 슬레이브 포트 806-1로 Sync 프레임을 송신할 수 있다. 슬레이브 포트 806-1는 시각(tr, i+1) 824에 상술한 Sync 프레임을 수신할 수 있다. 이때, 시각(ts,i) 820와 시각(tr, i+1) 824의 차이는, TSN 시스템 i 804와 TSN 시스템 i+1 806의 전파 지연 i 822 을 의미할 수 있다.
807 단계에서, 시간 인식 시스템 i의 마스터 포트 810는 시간 인식 시스템 i+1 806의 슬레이브 포트 806-1로 Follow_Up 프레임을 송신할 수 있다. 이때, Follow_Up 프레임은 preciseOriginTimestamp, correctionFieldi 및 rateRatioi 파라미터를 포함할 수 있다. 여기서, correctionFieldi 및 rateRatioi는 시간 인식 시스템 i 804에 의해 계산된 값일 수 있다. correctionFieldi는 correctionFieldi = correctionFieldi-1 + LinkDelayi -1 + ResidenceTimei와 같이 계산될 수 있다. 여기서, LinkDelayi -1은 도 7에서 설명된 TSN 시스템 간의 지연 시간(D)을 의미하는 것으로, 미리 결정된 주기에 따라 주기적으로 계산되어 평균값으로 저장된 값을 의미할 수 있다. 또한, LinkDelayi - 1는 전파 지연(propagation delay) i-1을 의미할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 체류 시간(residence time) i 818은 TSN 시스템 i 804에 머무르는 시간을 나타내며, TSN 시스템 i 804가 Sync 프레임을 수신한 시각(tr,i) 816과, TSN 시스템 i 804가 TSN 시스템 i+1 806로 Sync 프레임을 송신하는 시각(ts,i) 820의 차이를 의미할 수 있다. 또한, rateRatioi는 TSN 시스템 i 804와 TSN 시스템 i+1 806의 로컬 클락 프리퀀시의 비율을 나타낸 것으로, rateRatioi = rateRatioi-1 x (Local Clock Frequencyi -1)/(Local Clock Frequencyi)과 같이 계산될 수 있다. 여기에서 (Local Clock Frequencyi -1)/(Local Clock Frequencyi)은, 도 7의 주기적인 지연 시간 측정 시에 neighborRateRatio로 계산되어 계속 업데이트하는 값을 의미할 수 있다. 일반적으로, 이더넷 LAN 구축 시, 링크 지연(link delay)의 값은 수백 ns이고, rateRatio는 1에 가까운 값이나, 체류 시간은 10ms까지 허용되는 값이므로, TSN 시스템은 체류 시간의 값을 정확하게 전달하는 것이 가장 중요하다. 다양한 실시 예들에서, rateRatio는 1을 기준으로 200bpm 이하의 차이를 갖는 값일 수 있다.
도 9는 제1 네트워크 시스템을 지원하는 네트워크의 시각 동기화 방법을 도시한다.
도 9를 참고하면, 제1 네트워크 시스템은 IEEE 802.1AS를 포함할 수 있다. 도 9에서, 마스터 910는 Sync 프레임을 송신하고, 이후, Follow_Up 프레임을 송신할 수 있다. 이때, 마스터 910이 Sync 프레임을 송신하는 시각은 T1으로, preciseOriginTimestamp로서 타임 스탬프에 설정될 수 있고, 보정 필드의 보정 값은 0으로 설정될 수 있다. 도 9에서, 링크 1의 지연(D_Link1) 901은 마스터 910과 브릿지 920 간의 링크 1의 전파 지연(propagation delay)을 나타내고, 링크 2의 지연(D_Link2) 905는 브릿지 1 920과 브릿지 2 930 간의 링크 2의 전파 지연을 나타내고, 링크 3의 지연(D_Link3) 909은 브릿지 2 930와 슬레이브 940 간의 링크 3의 전파 지연을 나타낸다. D_Link1 901, D_Link2 905, D_Link3 909는 인접 노드들 간에 주기적으로 측정되어 평균값으로 저장되어 있을 수 있다. 또한, 브릿지 1의 체류 시간(R_Bridge1) 903 및 브릿지 2의 체류 시간(R_Bridge2) 907은 프레임이 각 브릿지에 머무르는 시간에 관한 것으로, 매 Sync 프레임에 대해서 실시간으로 계산되어 Follow_Up 프레임에 저장될 수 있다.
도 10은 제1 네트워크 시스템을 지원하는 네트워크와 제2 네트워크 시스템을 지원하는 네트워크를 연동함으로써 TSN(time sensitive network)을 지원하는 방법의 예를 도시한다.
도 10을 참고하면, 제1 네트워크 시스템은 IEEE 802.1AS를 포함할 수 있고, 제2 네트워크 시스템은 3GPP를 포함할 수 있다. 즉, 도 10은 IEEE 802.1AS를 지원하는 네트워크와 3GPP를 지원하는 네트워크를 연동함으로써 TSN을 지원하는 방법을 분류한 것이다. 예를 들면, 첫 번째로, 링크 모델 1010은 5GS가 TSN의 링크로 설정된 모델을 의미할 수 있다. 두 번째로, 브릿지 모델 1020은 5GS가 TSN의 브릿지로 설정된 모델을 의미할 수 있다. 세 번째로, 통합된 모델(integrated model) 1030은 5GS의 구성 요소들이 TSN 시스템의 앤드-스테이션 또는 브릿지로 설정된 모델을 의미할 수 있다. 여기서 5GS는 단말, 기지국, UPF가 포함된 네트워크 시스템을 의미할 수 있다.
도 11은 제2 네트워크 시스템이 TSN의 링크(link)인 경우, 링크 모델(link model)의 시각 동기화 과정의 예를 도시한다.
도 11을 참고하면, 제2 네트워크 시스템은 5GS를 포함할 수 있다. 즉, 도 11은 5GS가 TSN의 링크로 설정된 경우, 링크 모델의 시각 동기화 과정의 예를 도시한다. 도 11에서 단말 120 및 기지국 110 및 UPF 130c를 포함하는 네트워크 시스템인 5GS는, 인접한 두 TSN 시스템인 마스터(또는 그랜드마스터) 1110 와 브릿지 2 1120 사이의 링크로 설정될 수 있다. 이때, 5GS는 지연시간 D_3GPP 1107을 가질 수 있다. 인접한 두 TSN 시스템인 마스터 1110 와 브릿지 2 1120는 이러한 지연시간 D_3GPP을 주기적으로 측정하여 평균값으로 저장하고 사용할 수 있다. 이때, 지연 시간 D_3GPP의 정확도는 지연 시간의 변동(variance)이 임계값 보다 작고, 방향에 따른 차이가 없는 경우, 높아질 수 있다. 또한, 5GS 구간내의 단말 120, 기지국 110, UPF 130c에서의 체류 시간이 일정하고, 방향에 대칭적이고, 무선 지연(air delay)과 백홀 지연(BH delay)도 일정하고 방향에 대칭적인 경우, 지연 시간의 정확도가 높은 것으로 간주될 수 있다. 이러한 일정하고 대칭적인 지연 시간을 제공하기 위해서는, 5GS에 특별한 QoS 클래스(class)가 제공되어야 한다. 도 11에서, 링크 1의 지연(D_Link1) 1101은 마스터 1110와 5GS 간의 전파 지연을 나타내고, 5GS의 체류 시간(R_5GS) 1103은 5단말 120 및 기지국 110 및 UPF 130c가 포함된 5GS 에서 프레임의 체류 시간을 나타내고, 링크 2의 지연(D_Link2) 1105는 5GS와 브릿지 2 1120 간의 전파 지연을 나타내고, 브릿지 2의 체류 시간(R_Bridge2) 1109은 브릿지 1120에서 프레임의 체류 시간을 나타내고, 링크 3의 지연(D_Link3) 1111은 브릿지 2 1120와 슬레이브 1130 간의 전파 지연을 나타낼 수 있다. 후술하는 도 12는, 대칭적이고 일정한 지연 시간을 제공하기 위해 5GS에 QoS 클래스를 제공하는 과정을 도시한다.
도 12는 제2 네트워크 시스템에서 QoS(quality of service) 클래스를 제공하는 방법을 도시한다.
도 12를 참고하면, QoS는 지연 시간 측정 및 시각 동기화와 관련된 이더넷 프레임에 적용될 수 있다. 1201 단계에서, 먼저, 기지국 110, UPF 130c, AMF/SMF 1210 및 TCE/OAM/Mgmt_Sys/PCF 1220은, 백홀 지연 트레이스(BH delay trace)를 통해 측정한 값들 중에서 최소의 값으로 목표 지연 시간 값인 백홀 지연 값(BH_DELAY)을 결정할 수 있다.
1203 단계에서, UPF 130c는 결정된 백홀 지연 값(BH_DELAY)을 저장할 수 있다. 또한, 도 12에 도시되지 아니하였으나, UPF 130c는 저장한 백홀 지연 값(BH_DELAY)을 TCE/OAM/Mgmt_Sys/PCF 1220의 관리 시스템(management system, Mgmt_Sys)으로 보고할 수 있다.
1205 단계에서, 단말 120, 기지국 110, UPF 130c, AMF/SMF 1210 및 TCE/OAM/Mgmt_Sys/PCF 1220은, 무선 지연 값(AIR_DELAY)을 결정할 수 있다. 예를 들면, 무선 지연 값은 상향링크 무선 지연 값과 하향링크 무선 지연 값 중 큰 값으로 결정될 수 있다.
1207 단계에서, 기지국 110은 결정된 무선 지연 값(AIR_DELAY)을 저장할 수 있다. 또한, 도 12에 도시되지 아니하였으나, 기지국 110은 저장한 무선 지연 값(AIR_DELAY)을 TCE/OAM/Mgmt_Sys/PCF 1220의 관리 시스템으로 보고할 수 있다.
1209 단계에서, TCE/OAM/Mgmt_Sys/PCF 1220의 관리 시스템은 PCF 130d를 통하여 고정된 지연 클래스(fixed delay class)의 QoS 설정(QoS Setup)을 AMF/SMF 1210의 SMF 130b로 요청할 수 있다. 이때, QoS 설정 요청 메시지에는 PDB(packet delay budget)와, 손실 허용치(loss tolerance)와, 우선순위(priority)를 나타내는 파라미터들이 포함될 수 있다.
1211 단계에서, AMF/SMF 1210의 SMF 130b는 UPF 130c로 PDU 세션 수정(PDU_Session_Modification)을 요청하는 메시지를 송신할 수 있다. 이때, 세션 수정 요청 메시지에는 PDB와, 손실 허용치와, 우선순위를 나타내는 파라미터들이 포함될 수 있다.
1213 단계에서, UPF 130c는 하향링크 패킷(packet, PKT)을 스케줄링할 수 있다. 예를 들면, UPF 130c는 PDU 세션 수정 메시지를 수신하는 경우, 저장된 백홀 지연 값을 고려하여 하향링크 패킷이 UPF 130c에 머무를 수 있는 값을 계산하고, 하향링크 패킷의 우선순위를 고려하여 스케줄링을 수행할 수 있다. 저장된 백홀 지연 값에 따라 스케줄링 할 수 없는 경우, UPF 130c는 연속한 하향링크 패킷의 손실(loss)이 손실 허용치 이하가 되도록 하향링크 패킷을 드랍(drop)할 수 있다. 또한, UPF 130c는 연속한 하향링크 패킷의 손실이 손실 허용치를 초과하는 경우, 우선순위를 높여서 하향링크 패킷을 다시 스케줄링할 수 있다. 이러한 스케줄링 기법은, 지연 시간 내에 하향링크 패킷이 도착하지 못하는 경우, 패킷이 전달되지 않는 것보다 악화된 결과를 초래하는 것을 방지하기 위한 것이다. 상술한 손실 허용치는 TSN 환경에 따라 결정될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 상향링크 패킷 전송은 5GS의 QoS 제공 만으로는 수행되지 아니할 수 있고, 우선순위에 따라 상향링크 패킷이 스케줄링될 수 있다.
1215 단계에서, AMF/SMF 1210의 SMF 130b는 기지국 110으로 N2 세션 수정(session modification, SM) 메시지를 송신할 수 있다. 여기서 N2 SM 메시지는 상향링크 패킷의 스케줄링을 수행하기 위한 것이다.
1217 단계에서, N2 SM 메시지를 수신한 기지국 110은 백홀 지연 값을 고려하여 상향링크 패킷의 스케줄링을 수행할 수 있다. 기지국 110이 저장된 백홀 지연 값에 따라 스케줄링할 수 없는 경우, 기지국 110은 연속한 상향링크 패킷의 손실(loss)이 손실 허용치 이하가 되도록 상향링크 패킷을 드랍(drop)할 수 있다. 또한, 기지국 110은 연속한 상향링크 패킷의 손실이 손실 허용치를 초과하는 경우, 우선순위를 높여서 상향링크 패킷을 다시 스케줄링할 수 있다. 기지국 110은 하향링크 패킷을 스케줄링하는 경우, 무선 지연의 값(AIR_DELAY)을 고려하여 스케줄링할 수 있다. 기지국 110이 저장된 무선 지연 값에 따라 스케줄링할 수 없는 경우, 연속하는 하향링크 패킷의 손실이 손실 허용치 이하가 되도록 하향링크 패킷을 드랍할 수 있다. 또한, 기지국 110은 연속한 하향링크 패킷의 손실이 손실 허용치를 초과하는 경우, 우선순위를 높여서 하향링크 패킷을 다시 스케줄링할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 기지국 110은 무선 지연 값을 저장하고 있으므로, 백홀 지연 값을 PDB와 무선 지연 값의 차이(PDB-AIR_DELAY)를 통해 계산할 수 있다.
1219 단계에서, 기지국 110은 고정된 지연 클래스의 QoS 설정을 수행한 후, QoS 통지 메시지를 AMF/SMF 1210의 SMF 130b로 송신할 수 있다. 여기서, QoS 통지 메시지는 무선 지연 값과 관련된 파라미터를 포함할 수 있다. QoS 메시지에 포함된 무선 지연 값은 이후 단말 120으로 전송되어 단말의 상향링크 QoS 설정 절차에 사용될 수 있다.
1221 단계에서, AMF/SMF 1210의 SMF 130b는 단말 120로 PDU 세션 수정 메시지를 송신할 수 있다. 여기서 PDU 세션 수정 메시지는 PDB, 손실 허용치, 우선순위에 관한 파라미터들을 포함할 수 있다.
1223 단계에서, AMF/SMF 1210의 SMF 130b는 단말 120로, PDU 세션 수정 메시지를 송신할 수 있다. 여기서 PDU 세션 수정 메시지는 무선 지연 값을 나타내는 파라미터를 포함할 수 있다.
1225 단계에서, 단말 120은 상술한 PDU 세션 수정 메시지에 포함된 무선 지연 값을 고려하여 상향링크 패킷의 스케줄링을 수행할 수 있다. 단말 120이 무선 지연 값에 따라 스케줄링할 수 없는 경우, 단말 120은 연속한 상향링크 패킷의 손실(loss)이 손실 허용치 이하가 되도록 상향링크 패킷을 드랍할 수 있다. 또한, 단말 120은 연속한 상향링크 패킷의 손실이 손실 허용치를 초과하는 경우, 우선순위를 높여서 상향링크 패킷을 다시 스케줄링할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 상술한 1211, 1215 및 1221 단계는 순서에 관계없이 수행될 수 있다. 후술하는 도 13 및 도 14는 각각 백홀 지연 값과 무선 지연 값을 계산하는 과정을 도시한다.
도 13은 백홀 지연 트레이스(delay trace)를 수행하는 방법을 도시한다.
도 13을 참고하면, 1301 단계에서, TCE/OAM/Mgmt_Sys/PCF 1310의 관리 시스템은 SMF 130b로 트레이스 세션 활성화 메시지를 송신할 수 있다. 여기서 트레이스 세션 활성화 메시지는 UPF 130c와, 기지국 110을 나타내는 정보를 포함할 수 있다.
1303 단계에서, SMF 130b는 UPF 130c로, UPF 130에게 필요한 기지국 110을 나타내는 측정 요청 메시지를 송신함으로써, 백홀 지연 트레이스를 요청할 수 있다.
1305 단계에서, UPF 130c는 시간을 기록할 수 있다. 예를 들면, UPF 130c는 측정 요청이 SMF 130b로부터 송신된 시각(Req_snd)을 T1으로 기록할 수 있다. 또한, UPF 130c는 기지국 110과의 GTP-U(GPRS(general packet radio service) tunneling protocol - user plane) 메시지를 이용하여 지연을 측정할 수 있다.
1307 단계에서, UPF 130c는 기지국 110으로 GTP-U 메시지를 송신할 수 있다. 이때, UPF 130c가 송신하는 GTP-U 메시지는 기존 GTP-U 메시지 타입 중 에코 요청(echo request)과 에코 응답(echo response) 타입의 파라미터가 포함되어 있을 수 있다. 에코 요청은 전용 연장 필드(private extension filed)를 이용함으로써, Command = Measurement, ID=XX, Req_Snd=T1 파라미터를 포함시켜 전송될 수 있다. 이때, Command는 현재의 에코 요청 메시지의 목적이 무엇인지를 나타내고, ID는 같은 Command를 구분하기 위한 값을 나타내고, Req_Snd는 측정 요청이 전송되는 시각을 나타낼 수 있다.
1309 단계에서, 기지국 110은 시간을 기록할 수 있다. 즉, 기지국 110은 GTP-U 메시지를 수신한 시각(Req_rcv)을 T2로 설정할 수 있다.
1311 단계에서, 기지국 110은 시간을 기록할 수 있다. 즉, 기지국 110은 에코 요청에 대한 응답 메시지인 에코 응답 메시지를 송신하는 시각(Req_snd)을 T3로 설정할 수 있다.
1313 단계에서, 기지국 110은 UPF 130c로 에코 응답 메시지를 송신할 수 있다. 이때, 에코 응답 메시지는 전용 연장 필드를 이용함으로써, Command= Measurement, ID=XX, Req_Rcv=T2, Rsp_Snd=T3 파라미터를 포함시켜 전송될 수 있다. 이때, Command는 현재의 에코 응답 메시지의 목적이 무엇인지를 나타내고, ID는 같은 Command를 구분하기 위한 값을 나타낼 수 있다. 여기서 ID는 직전에 수신한 에코 요청의 ID와 동일한 값을 의미할 수 있다. 또한, Req_Rcv는 에코 요청이 수신된 시각이고, Rsp_Snd는 에코 응답이 전송된 시각을 나타낼 수 있다.
1315 단계에서, UPF 130c는 시간을 기록할 수 있다. 즉, UPF 130c는 기지국 110으로부터 에코 응답을 수신한 시각(Rsp_rcv)을 T4로 설정할 수 있다.
1317 단계에서, UPF 130c는 기록된 시각 값들을 이용하여 백홀 지연 값을 계산할 수 있다. 예를 들면, 백홀 지연은 <수학식 2>와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00002
<수학식 2>를 참고하면, BH_delay는 백홀 지연을, T1은 측정 요청이 SMF 130b로부터 UPF 130c로 송신되는 시각, T2는 기지국 110이 GTP-U 메시지를 수신하는 시각, T3는 기지국 110이 에코 응답 메시지를 UPF 130c로 송신하는 시각, T4는 UPF 130c가 기지국 110으로부터 에코 응답 메시지를 수신하는 시각을 나타낸다.
1319 단계에서, UPF 130c는 SMF 130b로 측정 응답을 송신할 수 있다. 즉, UPF 130c는 계산된 백홀 지연 값을 SMF 130b로 송신할 수 있다. 이때, SMF 130b로 송신되는 측정 응답 메시지는 UPF 130c, 기지국 110, 백홀 지연에 관한 정보를 포함할 수 있다.
1321 단계에서, SMF 130b는 TCE/OAM/Mgmt_Sys/PCF 1310의 관리 시스템으로 트레이스 기록을 보고할 수 있다.
도 14는 무선(air) 지연 트레이스를 수행하는 방법을 도시한다.
도 14를 참고하면, 1401 단계에서, TCE/OAM/Mgmt_Sys/PCF 1420의 관리 시스템은 기지국 110으로 트레이스 세션 활성화 메시지를 송신할 수 있다. 이때, 트레이스 세션 활성화 메시지는 AMF/SMF 1410 및 UPF 130c를 통과할 수 있다.
1403 단계에서, 기지국 110은 트레이스 세션을 시작하고, MDT(minimization drive test) 파라미터들을 저장할 수 있다. 즉, 기지국 110은 해당하는 단말 120과의 세션을 시작하고 필요한 파라미터들을 저장할 수 있다.
1405 단계에서, 기지국 110은 해당 단말 120과의 기존 MDT 과정을 수행할 수 있다. 기지국 110은 수행된 결과를 저장할 수 있다. 이때, 1403 단계에서 저장된 MDT 파라미터들이 이용될 수 있다.
1407 단계에서, 기지국 110은 트레이스 기록을 보고할 수 있다. 즉, 기지국 110은 TCE/OAM/Mgmt_Sys/PCF 1420의 관리 시스템으로 MDT 수행 결과를 포함하는 메시지를 송신할 수 있다. 이때, 트레이스 기록 보고 메시지는 UPF 130c 및 AMF/SMF 1410을 통과할 수 있다.
도 15는 제2 네트워크 시스템을 TSN의 브릿지(bridge)로 보는 경우, 브릿지 모델의 시각 동기화 과정의 예를 도시한다.
도 15를 참고하면, 제2 네트워크 시스템은 5GS를 포함할 수 있다. 즉, 도 15는 5GS 시스템이 TSN의 브릿지로 설정되는 경우, 브릿지 모델의 시각 동기화 과정을 예시한 것이다. 예를 들면, 단말 120과 UPF 130c는 인접한 TSN 시스템과 공유하는 링크에 대한 주기적인 지연시간 측정을 수행할 수 있다. 도 15에서 단말 120은 링크 1 지연(D_Link1) 1501을, UPF 130c는 링크 2 지연(D_Link2) 1505을 주기적으로 측정하여 저장하여 평균값으로 저장할 수 있다. 도 15에서, 단말 120, 기지국 110 및 UPF 130c를 포함하는 5GS는 인접한 브릿지 2 1520에게 Sync 프레임 및 Follow_Up 프레임을 송신하는 경우, 링크 지연 및 5GS 내에 체류하는 시간인 R_5GS를 보정 필드에 업데이트할 수 있다. 이때, 상술한 도 12에서의 고정된 지연 QoS 클래스가 적용되어 무선 지연과 백홀 지연이 고정적이고 대칭적인 값을 갖는 것으로 가정될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 상술한 R_5GS는 5GS 구간내의 단말 120, 기지국 110 및 UPF 130c에서의 체류 시간과 무선 지연과 백홀 지연의 합을 통해 계산될 수 있다. 예를 들면, 5GS는 Sync 프레임에 링크 1 지연과과 R_5GS를 보정 필드에 업데이트 함으로써 보정 필드의 값이 T3-T1가 된 것을 확인할 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 마스터 1510는 5GS에 포함된 단말 120로, 시간 T1에 Sync 프레임을 송신할 수 있다. 이후, 마스터 1510는 Follow_Up 프레임을 송신할 수 있다. 이때, 링크 1 지연(D_Link1)은 마스터 1510이 Sync 프레임을 송신한 시각 T1과 단말 120이 Sync 프레임을 수신한 시각 T2의 차이를 의미할 수 있다. 그리고, 타임 스탬프는 T1으로, 보정 필드는 0으로 설정될 수 있다. UPF 130c는 시각 T3에 브릿지 2 1520로 Sync 프레임을 송신할 수 있다. 브릿지 2 1520는 T4에 Sync 프레임을 수신할 수 있다. 이후, UPF 130c는 Follow_Up 프레임도 송신할 수 있다. 이때, T2와 T3의 차이는 R_5GS를 의미할 수 있다. 또한, T3와 T4의 차이는 링크 2 지연(D_Link2)를 의미할 수 있다. 여기서 타임 스탬프는 T1으로, 보정 필드는 T3-T1으로 설정될 수 있다. 브릿지 2 1520은 T5에 슬레이브 1530로 Sync 프레임을 송신할 수 있다. 슬레이브 1530는 T6에 Sync 프레임을 수신할 수 있다. 이때, T4와 T5의 차이는 브릿지 2 1520의 체류 시간 R_Bridge2를 의미할 수 있다. 이후, 브릿지 2 1520은 Follow_Up 프레임도 송신할 수 있다. 이때, T5와 T6의 차이는 링크 3 지연(D_Link3)을 의미할 수 있다. 여기서 타임 스탬프는 T1, 보정 필드는 (T3-T1)+(T5-T3)로 설정될 수 있다.
도 16은 제1 네트워크 시스템을 지원하는 네트워크와 브릿지 모델 네트워크의 상향링크(uplink, UL)를 이용한 시각 동기화 방법을 도시한다.
도 16을 참고하면, 제1 네트워크 시스템은 IEEE 802.1AS를 포함할 수 있다. 즉, 도 16은 IEEE 802.1AS를 지원하는 네트워크와 브릿지 모델 3GPP 네트워크의 상향링크를 이용한 시각 동기화 과정을 예시한다. 도 16에서, R_UE는 단말 120에서의 체류 시간, R_UPF는 UPF 130c에서의 체류 시간, R_TSN는 TSN SW 1620에서의 체류 시간을 의미할 수 있다. D_Air는 단말 120과 기지국 110 간의 무선 지연, D_BH는 기지국 110과 UPF 130c 간의 백홀 지연을 의미할 수 있다. 무선 지연은 기지국 110에 미리 저장되어 있을 수 있다. 또한, 백홀 지연은 UPF 130c에 미리 저장되어 있을 수 있다. 마스터 1610는 시각 T1 1601에 단말 120로 Sync 프레임을 송신하고, 이후, Follow_Up 프레임을 송신할 수 있다. 이때, 타임 스탬프는 T1으로, 보정 필드는 0으로 설정될 수 있다. UPF 130c가 R_5GS를 계산하기 위해서는, 무선 지연 값, R_UE 및 R_gNB가 UPF 130c로 전달되어야 한다. 따라서, 단말 120은 SDAP(service data application protocol)에 D_Link1과 R_UE를 포함시켜 기지국 110으로 전송할 수 있다. 기지국 110은 GTP-U 헤더(header)를 신규로 정의하여 D_Link1+R_UE + AIR_DELAY + R_gNB 값을 UPF 130c로 전송할 수 있다. UPF 130c는 백홀 지연 값은 저장되어 있고, R_UPF는 계산할 수 있다. 따라서, UPF 130c는 R_5GS = R_UE + AIR_DELAY + R_gNB + BH_DELAY + R_UPF를 계산하여, 계산된 결과 값을 Sync 프레임의 Follow_Up 프레임의 보정 필드에 반영할 수 있다. 보정 필드는 인접 TSN 시스템에서 전송된 값에, 5GS의 입력 링크인 링크 1의 지연(D_Link1)과, 5GS내에서 프레임이 머무르는 시간인 R_5GS를 추가함으로써 계산될 수 있다. 도 16에서 인접 TSN 시스템에서 전송된 보정 값은 0이므로, 최종 보정 필드의 값은 D_Link1+R_5GS가 될 수 있다. 구체적으로, UPF 130c가 TSN SW 1620로 Sync 프레임과 Follow_Up 프레임을 송신할 수 있다. 이때, 타임 스탬프는 T1으로, 보정 필드는 R_5GS+D_Link1으로 설정될 수 있다. 또한, TSN SW 1620은 슬레이브 1630로 Sync 프레임과 Follow_Up 프레임을 송신할 수 있다. 슬레이브 1630는 Sync 프레임을 시각 T2 1603에 TSN SW 1620로부터 수신할 수 있다. 이때, 타임 스탬프는 T1으로, 보정 필드는 D_Link2+R_TSN+R_5GS+D_Link1으로 설정될 수 있다.
도 17은 제1 네트워크 시스템을 지원하는 네트워크와 브릿지 모델 네트워크의 하향링크(downlink, DL)를 이용한 시각 동기화 방법을 도시한다.
도 17을 참고하면, 제1 네트워크 시스템은 IEEE 802.1AS를 포함할 수 있다. 즉, 도 17은 IEEE 802.1AS를 지원하는 네트워크와 브릿지 모델 3GPP 네트워크의 하향링크를 이용한 시각 동기화 과정을 예시한다. 도 17에서, R_UE는 단말 120에서의 체류 시간, R_UPF는 UPF 130c에서의 체류 시간, R_TSN는 TSN SW 1720에서의 체류 시간을 의미할 수 있다. D_Air는 단말 120과 기지국 110 간의 무선 지연, D_BH는 기지국 110과 UPF 130c 간의 백홀 지연을 의미할 수 있다. 무선 지연은 기지국 110에 미리 저장되어 있을 수 있다. 또한, 백홀 지연은 UPF 130c에 미리 저장되어 있을 수 있다. 마스터 1730는 시각 T3 1701에 TSN SW 1720로 Sync 프레임을 송신하고, 이후, Follow_Up 프레임을 송신할 수 있다. 이때, 타임 스탬프는 T3로, 보정 필드는 0으로 설정될 수 있다. 단말 120이 R_5GS를 계산하기 위해서는, RAN에서의 체류 시간(residence time in RAN, R_RAN) 및 코어 네트워크에서의 체류 시간(residence time in core network, R_CN)이 단말 120으로 전달되어야 한다. 여기서, R_RAN = D_Air+R_gNB이고, R_CN=D_BH+R_UPF를 통해 계산될 수 있다. UPF 130c는 GTP-U 헤더를 신규로 정의하여 R_CN과 D_Link2를 기지국 110으로 전송할 수 있다. 이때, 고정된 지연 QoS 클래스가 적용되므로, D_BH=BH_DELAY를 의미할 수 있다. 또한, 기지국 110은 SDAP를 이용하여 D_Link2+R_CN+R_RAN의 값을 단말 120로 전송할 수 있다. 고정된 지연 QoS클래스가 적용되므로, D_Air=AIR_DELAY를 의미할 수 있다. 단말 120은 단말에서의 프레임 체류 시간인 R_UE를 계산할 수 있다. 따라서, 단말 120은 R_5GS를 R_5GS=R_UE+R_RAN+R_CN로 계산하여, Sync 프레임의 Follow_Up 프레임의 보정 필드에 반영할 수 있다. 도 17에서, 기존 TSN 시스템에서 전송된 보정 필드의 값은 D_Link3+R_TSN이므로, 최종 보정 필드의 값은 D_Link3+R_TSN+D_Link2+R_5GS가 될 수 있다. 구체적으로, TSN SW 1720은 마스터 1730로부터 수신한 Sync 프레임과 Follow_Up 프레임을 UPF 130c로 송신할 수 있다. 이때, 타임 스탬프는 T3로, 보정 필드는 D_Link3+R_TSN으로 설정될 수 있다. 또한, UPF 130c는 기지국 110을 통해 단말 120으로 Sync 프레임과 Follow_Up 프레임을 송힌할 수 있다. 슬레이브 1710는 시각 T4 1703에 단말 120로부터 Sync 프레임과 Follow_Up 프레임을 수신할 수 있다. 이때, 타임 스탬프는 T3로, 보정 필드는 D_Link3+R_TSN+D_Link2+R_5GS로 설정될 수 있다.
도 18은 제1 네트워크 시스템을 지원하는 네트워크와 통합된 모델의 네트워크의 하향링크를 이용한 시각 동기화 방법을 도시한다.
도 18을 참고하면, 제1 네트워크 시스템은 IEEE 802.1AS를 포함할 수 있다. 즉, 도 18은 IEEE 802.1AS를 지원하는 네트워크와 통합된 모델의 3GPP 네트워크의 하향링크를 이용한 시각 동기화 과정의 예를 나타낸다. 본 실시 예에서는 고정된 지연 클래스의 QoS 설정이 이미 완료된 것으로 가정될 수 있다. 도 18의 실시 예에서, 단말 120, 기지국 110 및 UPF 130c는 TSN 시스템으로 동기화될 수 있다. 단말 120 및 기지국 110은 무선 프레임 정렬(alignment)을 통해 동기화될 수 있다. 무선 전파 지연 값은 기지국 110으로부터 단말 120로 TCE-트리거링된 트레이스의 값들 중 최소 값으로 결정될 수 있다. 또한, 단말 120로부터 기지국 110으로, 또는 기지국 110으로부터 단말 120로, 그랜드 마스터 구성에 따라 MAC/PHY를 통해 타임 스탬프가 전송될 수 있다. 통합된 모델에서는 3GPP 5GS의 단말 120, 기지국 110, UPF 130c가 TSN 시스템으로 참여할 수 있고, 각각이 브릿지 또는 앤드 스테이션이 될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 앤드 스테이션은 마스터나 슬레이브의 역할을 수행하는 노드를 의미할 수 있다. 인접 TSN 시스템과는 유선으로 연결되는 점에서, 도 18에서 단말 120과 기지국 110 사이의 무선 구간은 유선으로 연결되지 아니할 수 있다. 따라서, TSN 도메인(domain)은 2개로 나누어져서 시각 동기화를 지원할 수 있다. 이때, 각 도메인마다 그랜드 마스터가 필요할 수 있다. 또한, 기지국 110과 단말 120은 5G NR의 트래픽을 전달하고, 무선 프레임을 인식하기 위해 주기를 맞추어야 할 필요가 있다. 즉, 기지국 110과 단말 120 간에는 TSN 방법 외의 방법에 의해 주기가 맞추어 질 수 있다. 여기서 기지국 110과 단말 120간의 트래픽 전달에 일정 지연시간이 존재해야 정확도를 높일 수 있기 때문에, 본 실시 예에서는, 고정된 지연 QoS 클래스가 적용된 경우가 가정될 수 있다. 이러한 시각 동기화는 Sync 및 Follow_Up 이더넷 프레임을 통한 동기화가 아니므로, TSN 관점에서는 연결이 끊어진 2개의 분리된 도메인으로 처리될 수 있다. 일반적으로 단말이 기지국의 방송(broadcasting) 신호에 주기를 맞추기 때문에, 한 도메인의 시각(clock)이 기지국 110을 통해서 다른 도메인의 단말 120에게 전달하는 방법이 사용될 수 있다. 이러한 경우, 기지국 110은 해당 도메인에서 슬레이브의 역할을 수행해야 하고, 단말 120은 해당 도메인에서 그랜드 마스터의 역할을 수행해야 두 도메인 간의 시각 동기화가 달성될 수 있다. 구체적으로, TSN 도메인 1 1800에는 단말 120, 슬레이브 1802, 브릿지 1 1804가 포함되어 있을 수 있다. 또한, TSN 도메인 2 1850에는 기지국 110, UPF 130c, 마스터 1852, 브릿지 2 1854, 브릿지 3 1856, 브릿지 4 1858, 브릿지 5 1860 및 브릿지 6 1862가 포함되어 있을 수 있다. 이 경우, TSN 도메인 1 1800의 그랜드 마스터는 단말 120이고, TSN 도메인 2 1850의 그랜드 마스터는 마스터 1852, TSN 도메인 2 1850의 슬레이브는 기지국 110으로 설정될 수 있다. 또한, TSN 도메인 1 1800과 TSN 도메인 2 1850과의 관계에서는, 기지국 110이 마스터, 단말 120이 슬레이브 노드로서 설정될 수 있다.
도 19는 제1 네트워크 시스템을 지원하는 네트워크와 통합된 모델의 네트워크의 하향링크를 이용한 시각 동기화 과정의 예를 도시한다.
도 19를 참고하면, 제1 네트워크 시스템은 IEEE 802.1AS를 포함할 수 있다. 즉, 도 19는 IEEE 802.1AS를 지원하는 네트워크와 통합된 모델의 3GPP 네트워크의 하향링크를 이용한 시각 동기화 과정의 예를 나타낸다. 본 실시 예에서는 고정된 지연 클래스의 QoS 설정이 이미 완료된 것으로 가정될 수 있다. 또한, 체류 시간은 단말 120 또는 UPF 120c에 의해 계산되는 것으로 가정될 수 있다. 또한, 무선 지연 값은 미리 고정되거나, QoS 설정에 의해 고정되는 것으로 가정될 수 있다. 또한, 기지국 110의 시각은 단말 120에 전달되어야 한다. 유선 TSN에 의해 기지국 110의 Sync 프레임 수신 시각 T6 1903는 그랜드 마스터의 Sync 프레임 송신 시각 T5 1901를 기준으로 하기의 <수학식 3>과 같이 보정될 수 있다.
Figure pat00003
<수학식 3>을 참고하면, T6는 기지국 110이 브릿지 5 1950로부터 Sync 프레임을 수신한 시각, D_Link3은 마스터 1940와 브릿지 5 1950 간의 링크 3에서의 지연 시간, R_Bridge5는 브릿지 5 1950에서의 체류시간, D_Link5는 브릿지 5 1950와 브릿지 6 1960 간의 링크 5에서의 지연 시간, R_Bridge6는 브릿지 6 1960에서의 체류 시간, D_Link4는, 기지국 110과 브릿지 6 1960 간의 링크 4에서의 지연 시간, T5는 마스터 1940가 Sync 프레임을 송신한 시각 1901을 의미한다. 기지국 110은 보정된 시각을 기준으로 하향링크 패킷 전송 시간인 T_DL'을 SDAP 및 MAC 프레임에 포함시켜 단말 120로 전송할 수 있다. 단말 120은 여기에 무선 지연인 AIR_DELAY를 보정함으로써 자신의 시각을 기지국 110의 도메인인 TSN 도메인 2 1920의 그랜드 마스터에 맞출 수 있다. 이때, TSN 도메인 2 1920의 그랜드 마스터는 마스터 1940를 의미할 수 있다. 단말 120은 무선 동기화를 위해 MAC의 제어 프레임, PHY의 DCI 제어 메시지 등 제어 메시지도 사용할 수 있다. 단말 120은 자신이 속한 도메인(예: TSN 도메인 1 1910)에서 그랜드 마스터 역할을 수행하여 해당 도메인(예: TSN 도메인 1)의 나머지 TSN 시스템들이 단말 120에 시각 동기화 되도록 할 수 있다. TSN 도메인 2 1920에서 그랜드 마스터는 마스터 1940, 슬레이브는 기지국 110을 의미할 수 있다. 구체적으로, 시각 T5 1901에서 마스터 1940는 브릿지 5 1950로 Sync 프레임과 Follow_Up 프레임을 송신할 수 있다. 이때, 타임 스탬프는 T5, 보정 필드는 0으로 설정될 수 있다. 브릿지 5 1950가 Sync 프레임 및 Follow_Up 프레임을 송신하는 경우, 타임 스탬프는 T5, 보정 필드는 D_Link3+R_Bridge5로 설정될 수 있다. 기지국 110이 시각 T6 1903에 Sync 프레임을 송신하고, 이후, Follow_Up 프레임도 수신하는 경우, 타임 스탬프는 T5로, 보정 필드는 D_Link3 + R_Bridge5+D_Link5+R_Bridge6로 설정될 수 있다. 단말 120은 시각 T7 1905에 Sync 프레임을 수신할 수 있다. 슬레이브 1930이 단말 120로부터 시각 T8 1907에 Sync 프레임을 수신하는 경우, 타임 스탬프는 T7로, 보정 필드는 0으로 설정될 수 있다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (12)

  1. 무선 통신 시스템에서 UPF(user plane function)의 동작 방법에 있어서,
    기지국으로부터 시각 동기화를 위한 제1 파라미터를 수신하는 과정과,
    상기 수신된 제1 파라미터와, 제2 파라미터를 이용하여 인접 네트워크 시스템과의 시각 동기화를 수행하는 과정을 포함하고,
    상기 제1 파라미터는, 상기 인접 네트워크 시스템과 상기 UPF가 포함된 네트워크 시스템 간의 연결 지연 시간과, 상기 UPF가 포함된 네트워크 시스템 내의 단말과 기지국과 상기 UPF의 체류 시간에 관한 정보를 포함하고,
    상기 제2 파라미터는, 상기 기지국과 상기 UPF 간의 백홀 지연 시간에 관한 정보를 포함하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    SMF(session management function)로부터 상기 백홀 지연 시간을 측정하기 위한 측정 요청 메시지를 수신하는 과정과,
    상기 측정 요청 메시지가 수신된 시간을 저장하는 과정과,
    상기 기지국으로 상기 측정 요청 메시지의 수신 시간에 관한 정보를 포함하는 메시지를 송신하는 과정을 더 포함하는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 기지국으로부터 상기 메시지에 대한 응답을 수신하는 과정과,
    상기 메시지에 대한 응답이 수신된 시간을 저장하는 과정과,
    상기 응답이 수신된 시간과, 상기 응답에 포함된 시간 정보에 기반하여 상기 백홀 지연을 결정하는 과정을 포함하고,
    상기 응답에 포함된 시간 정보는, 상기 기지국이 상기 메시지를 수신한 시간과, 상기 메시지에 대한 응답을 송신하는 시간에 관한 정보를 포함하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 인접 네트워크 시스템과의 시각 동기화를 수행하는 과정은,
    상기 제1 파라미터 및 제2 파라미터를 상기 UPF의 보정 필드에 포함시키는 과정과,
    상기 보정 필드에 포함된 정보를 이용하여 상기 인접 네트워크 시스템과 상기 UPF간의 동기화를 수행하는 과정을 포함하는 방법.

  5. 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 방법에 있어서,
    기지국으로부터 시각 동기화를 위한 제3 파라미터를 수신하는 과정과,
    상기 수신된 제3 파라미터와, 제4 파라미터를 이용하여 인접 네트워크 시스템과의 시각 동기화를 수행하는 과정을 포함하고,
    상기 제3 파라미터는, 상기 인접 네트워크 시스템과 상기 UPF가 포함된 네트워크 시스템 간의 연결 지연 시간과, 상기 단말과 상기 UPF가 포함된 네트워크 시스템의 기지국 간의 무선 연결 지연 시간에 관한 정보를 포함하고,
    상기 제4 파라미터는, 상기 단말에서의 체류 시간과 관련된 정보를 포함하는 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 인접 네트워크 시스템과의 시각 동기화를 수행하는 과정은,
    상기 제3 파라미터 및 제4 파라미터를 상기 단말의 보정 필드에 포함시키는 과정과,
    상기 보정 필드에 포함된 정보를 이용하여 상기 인접 네트워크 시스템과 상기 단말 간의 동기화를 수행하는 과정을 포함하는 방법.
  7. 무선 통신 시스템에서 UPF(user plane function)에 있어서,
    기지국으로부터 시각 동기화를 위한 제1 파라미터를 수신하는 송수신부와,
    상기 수신된 제1 파라미터와, 제2 파라미터를 이용하여 인접 네트워크 시스템과의 시각 동기화를 수행하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
    상기 제1 파라미터는, 상기 인접 네트워크 시스템과 상기 UPF가 포함된 네트워크 시스템 간의 연결 지연 시간과, 상기 UPF가 포함된 네트워크 시스템 내의 단말과 기지국과 상기 UPF의 체류 시간에 관한 정보를 포함하고,
    상기 제2 파라미터는, 상기 기지국과 상기 UPF 간의 백홀 지연 시간에 관한 정보를 포함하는 UPF.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    SMF(session management function)로부터 상기 백홀 지연 시간을 측정하기 위한 측정 요청 메시지를 수신하고,
    상기 측정 요청 메시지가 수신된 시간을 저장하고,
    상기 기지국으로 상기 측정 요청 메시지의 수신 시간에 관한 정보를 포함하는 메시지를 송신하는 UPF.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 기지국으로부터 상기 메시지에 대한 응답을 수신하고,
    상기 메시지에 대한 응답이 수신된 시간을 저장하고,
    상기 응답이 수신된 시간과, 상기 응답에 포함된 시간 정보에 기반하여 상기 백홀 지연을 결정하고,
    상기 응답에 포함된 시간 정보는, 상기 기지국이 상기 메시지를 수신한 시간과, 상기 메시지에 대한 응답을 송신하는 시간에 관한 정보를 포함하는 UPF.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 제1 파라미터 및 제2 파라미터를 상기 UPF의 보정 필드에 포함시키고,
    상기 보정 필드에 포함된 정보를 이용하여 상기 인접 네트워크 시스템과 상기 UPF간의 동기화를 수행하는 UPF.
  11. 무선 통신 시스템에서 단말에 있어서,
    기지국으로부터 시각 동기화를 위한 제3 파라미터를 수신하는 송수신부와,
    상기 수신된 제3 파라미터와, 제4 파라미터를 이용하여 인접 네트워크 시스템과의 시각 동기화를 수행하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
    상기 제3 파라미터는, 상기 인접 네트워크 시스템과 상기 UPF가 포함된 네트워크 시스템 간의 연결 지연 시간과, 상기 단말과 상기 UPF가 포함된 네트워크 시스템의 기지국 간의 무선 연결 지연 시간에 관한 정보를 포함하고,
    상기 제4 파라미터는, 상기 단말에서의 체류 시간과 관련된 정보를 포함하는 단말.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 인접 네트워크 시스템과의 시각 동기화를 수행하고,
    상기 제3 파라미터 및 제4 파라미터를 상기 단말의 보정 필드에 포함시키고,
    상기 보정 필드에 포함된 정보를 이용하여 상기 인접 네트워크 시스템과 상기 단말 간의 동기화를 수행하는 단말.
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