KR20210054976A - 통신 시스템에서 릴레이를 사용한 통신 방법 - Google Patents

통신 시스템에서 릴레이를 사용한 통신 방법 Download PDF

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KR20210054976A
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Abstract

통신 시스템에서 릴레이를 사용한 통신 방법이 개시된다. 릴레이의 동작 방법은, PDU 세션 설정 요청#1의 메시지를 상기 단말로부터 수신하는 단계, 상기 PDU 세션 설정 요청#1과 동일한 정보 요소를 포함하는 PDU 세션 설정 요청#2를 생성하는 단계, 상기 PDU 세션 설정 요청#2의 메시지를 상기 기지국을 통해 상기 코어 네트워크에 전송하는 단계, 상기 코어 네트워크에서 생성된 PDU 세션 설정 수락#2의 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계, 및 상기 PDU 세션 설정 수락#2에 기초하여 상기 릴레이를 위한 PDU 세션을 설정하는 단계를 포함한다.

Description

통신 시스템에서 릴레이를 사용한 통신 방법{COMMUNICATION METHOD USING RELAY IN COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 통신 시스템에서 릴레이를 사용한 통신 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 L3 릴레이를 사용하는 통신 절차에서 오버헤드를 감소시키기 위한 기술에 관한 것이다.
정보통신 기술의 발전과 더불어 다양한 무선 통신 기술이 개발되고 있다. 대표적인 무선 통신 기술로 3GPP(3rd generation partnership project) 표준에서 규정된 LTE(long term evolution), NR(new radio) 등이 있다. LTE는 4G(4th Generation) 무선 통신 기술들 중에서 하나의 무선 통신 기술일 수 있고, NR은 5G(5th Generation) 무선 통신 기술들 중에서 하나의 무선 통신 기술일 수 있다.
4G 통신 시스템(예를 들어, LTE를 지원하는 통신 시스템)의 상용화 이후에 급증하는 무선 데이터의 처리를 위해, 4G 통신 시스템의 주파수 대역(예를 들어, 6GHz 이하의 주파수 대역)뿐만 아니라 4G 통신 시스템의 주파수 대역보다 높은 주파수 대역(예를 들어, 6GHz 이상의 주파수 대역)을 사용하는 5G 통신 시스템(예를 들어, NR을 지원하는 통신 시스템)이 고려되고 있다. 5G 통신 시스템은 eMBB(enhanced Mobile BroadBand), URLLC(Ultra-Reliable and Low Latency Communication) 및 mMTC(massive Machine Type Communication)을 지원할 수 있다.
한편, 통신 시스템에서 L3 릴레이가 사용될 수 있다. 이 경우, EPS(evolved packet system) 베어러(bearer)는 "단말과 L3 릴레이 간의 DRB(data radio bearer)", "L3 릴레이와 기지국 간의 GTP(GPRS(general packet radio service) tunneling protocol)-U(user plane) 터널" 및 "기지국과 S-GW(serving-gateway) 간의 S1 베어러"를 포함할 수 있다. EPS 베이러는 사용자 패킷의 송수신을 위해 사용될 있다. 이를 위해, 사용자 패킷에 대한 두 번의 인캡슐레이션(encapsulation) 동작들 및 두 번의 디캡슐레이션(decapsulation) 동작들이 수행되어야 하므로, 오버헤드(overhead)가 증가하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 L3 릴레이를 사용하는 통신 절차에서 오버헤드를 감소시키기 위한 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 릴레이의 동작 방법은, PDU 세션 설정 요청#1의 메시지를 상기 단말로부터 수신하는 단계, 상기 PDU 세션 설정 요청#1과 동일한 정보 요소를 포함하는 PDU 세션 설정 요청#2를 생성하는 단계, 상기 PDU 세션 설정 요청#2의 메시지를 상기 기지국을 통해 상기 코어 네트워크에 전송하는 단계, 상기 코어 네트워크에서 생성된 PDU 세션 설정 수락#2의 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계, 및 상기 PDU 세션 설정 수락#2에 기초하여 상기 릴레이를 위한 PDU 세션을 설정하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 릴레이의 동작 방법은 상기 PDU 세션 설정 수락#2에 포함된 PDU 세션 설정 수락#1의 메시지를 상기 단말에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 PDU 세션 설정 수락#1은 상기 PDU 세션의 설정이 완료된 것을 지시할 수 있다.
여기서, 상기 PDU 세션 설정 수락#1에 포함된 IP 주소 및 QoS 규칙은 상기 PDU 세션 설정 수락#2에 포함된 IP 주소 및 QoS 규칙과 동일할 수 있다.
여기서, 상기 PDU 세션 설정 수락#1에 연관된 PDU 세션 ID는 상기 PDU 세션 설정 수락#2에 연관된 PDU 세션 ID와 다를 수 있다.
여기서, 상기 PDU 세션 설정 수락#1은 상기 PDU 세션 설정 요청#1에 대한 응답일 수 있고, 상기 PDU 세션 설정 수락#2는 상기 PDU 세션 설정 요청#2에 대한 응답일 수 있다.
여기서, 상기 릴레이의 동작 방법은, 인캡슐레이션 동작 및 디캡슐레이션 동작의 수행 없이 상기 단말과 상기 기지국 간의 통신을 중계하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 릴레이는 프로세서, 상기 프로세서와 전자적으로 통신하는 메모리, 및 상기 메모리에 저장되는 명령들을 포함하며, 상기 명령들이 상기 프로세서에 의해 실행되는 경우, 상기 명령들은 상기 릴레이가, PDU 세션 설정 요청#1의 메시지를 상기 단말로부터 수신하고, 상기 PDU 세션 설정 요청#1과 동일한 정보 요소를 포함하는 PDU 세션 설정 요청#2의 메시지를 상기 기지국을 통해 상기 코어 네트워크에 전송하고, 상기 코어 네트워크에서 생성된 PDU 세션 설정 수락#2의 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하고, 그리고 상기 PDU 세션 설정 수락#2에 기초하여 상기 릴레이를 위한 PDU 세션을 설정하도록 실행된다.
여기서, 상기 명령들은 PHY 계층의 동작, MAC 계층의 동작, RLC 계층의 동작, PDCP 계층의 동작 및 SDAP 계층의 동작을 수행하도록 실행될 수 있고, 상기 명령들은 인캡슐레이션 동작 및 디캡슐레이션 동작을 수행하지 않을 수 있다.
여기서, 상기 명령들은 상기 릴레이가, 상기 PDU 세션 설정 수락#2에 포함된 PDU 세션 설정 수락#1의 메시지를 상기 단말에 전송하도록 더 실행될 수 있고, 상기 PDU 세션 설정 수락#1은 상기 PDU 세션의 설정이 완료된 것을 지시할 수 있다.
여기서, 상기 PDU 세션 설정 수락#1에 포함된 IP 주소 및 QoS 규칙은 상기 PDU 세션 설정 수락#2에 포함된 IP 주소 및 QoS 규칙과 동일할 수 있고, 상기 PDU 세션 설정 수락#1에 연관된 PDU 세션 ID는 상기 PDU 세션 설정 수락#2에 연관된 PDU 세션 ID와 다를 수 있다.
여기서, 상기 명령들은 상기 릴레이가, 인캡슐레이션 동작 및 디캡슐레이션 동작의 수행 없이 상기 단말과 상기 기지국 간의 통신을 중계하도록 더 실행될 수 있다.
본 발명에 의하면, L3 릴레이를 위한 전용 PDU(protocol data unit) 세션이 설정될 수 있고, PDU 세션을 사용하여 통신이 수행될 수 있다. L3 릴레이는 단말과 기지국 간의 통신을 중계할 수 있으며, L3 릴레이에서 인캡슐레이션(encapsulation) 동작 및 디캡슐레이션(decapsulation) 동작은 수행되지 않을 수 있다. 따라서 통신 시스템에서 오버헤드(overhead)는 감소할 수 있고, 통신 시스템의 성능은 향상될 수 있다.
도 1은 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 4G 통신 시스템에서 EPS 베어러의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 4는 4G 통신 시스템에서 EPS 베어러를 통한 QoS 제어 방법의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 5는 5G 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 6은 5G 통신 시스템에서 QoS 제공을 위한 하향링크 PDU 세션의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 7은 5G 통신 시스템에서 사용자 평면의 프로토콜의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 8은 L3 릴레이를 포함하는 4G 통신 시스템에서 사용자 평면의 프로토콜의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 9는 L3 릴레이를 포함하는 5G 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 10은 5G 통신 시스템에서 릴레이 기능을 제공하는 PDU 세션의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 11은 L3 릴레이를 포함하는 5G 통신 시스템에서 사용자 평면의 프로토콜의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
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.
본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 시스템(communication system)이 설명될 것이다. 본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 시스템은 아래 설명된 내용에 한정되지 않으며, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 통신 시스템에 적용될 수 있다. 여기서, 통신 시스템은 통신 네트워크(network)와 동일한 의미로 사용될 수 있다.
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. 복수의 통신 노드들은 3GPP(3rd generation partnership project) 표준에서 규정된 4G 통신(예를 들어, LTE(long term evolution), LTE-A(advanced)), 5G 통신(예를 들어, NR(new radio)) 등을 지원할 수 있다. 4G 통신은 6GHz 이하의 주파수 대역에서 수행될 수 있고, 5G 통신은 6GHz 이하의 주파수 대역뿐만 아니라 6GHz 이상의 주파수 대역에서 수행될 수 있다.
예를 들어, 4G 통신 및 5G 통신을 위해 복수의 통신 노드들은 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, Filtered OFDM 기반의 통신 프로토콜, CP(cyclic prefix)-OFDM 기반의 통신 프로토콜, DFT-s-OFDM(discrete Fourier transform-spread-OFDM) 기반의 통신 프로토콜, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, SC(single carrier)-FDMA 기반의 통신 프로토콜, NOMA(Non-orthogonal Multiple Access), GFDM(generalized frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, FBMC(filter bank multi-carrier) 기반의 통신 프로토콜, UFMC(universal filtered multi-carrier) 기반의 통신 프로토콜, SDMA(Space Division Multiple Access) 기반의 통신 프로토콜 등을 지원할 수 있다.
또한, 통신 시스템(100)은 코어 네트워크(core network)를 더 포함할 수 있다. 통신 시스템(100)이 4G 통신을 지원하는 경우, 코어 네트워크는 S-GW(serving-gateway), P-GW(PDN(packet data network)-gateway), MME(mobility management entity) 등을 포함할 수 있다. 통신 시스템(100)이 5G 통신을 지원하는 경우, 코어 네트워크는 UPF(user plane function), SMF(session management function), AMF(access and mobility management function) 등을 포함할 수 있다.
한편, 통신 시스템(100)을 구성하는 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 다음과 같은 구조를 가질 수 있다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 제1 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(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 및 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함하는 통신 시스템(100)은 "액세스 네트워크"로 지칭될 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 셀 커버리지(cell coverage) 내에 제4 기지국(120-1), 제3 단말(130-3) 및 제4 단말(130-4)이 속할 수 있다. 제2 기지국(110-2)의 셀 커버리지 내에 제2 단말(130-2), 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)이 속할 수 있다. 제3 기지국(110-3)의 셀 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 셀 커버리지 내에 제1 단말(130-1)이 속할 수 있다. 제5 기지국(120-2)의 셀 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), RSU(road side unit), RRH(radio remote head), TP(transmission point), TRP(transmission and reception ooint), eNB, gNB 등으로 지칭될 수 있다.
복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 UE(user equipment), 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), IoT(Internet of Thing) 장치, 탑재 장치(mounted module/device/terminal 또는 on board device/terminal 등) 등으로 지칭될 수 있다.
다음으로, 통신 시스템에서 L3 릴레이를 사용한 통신 방법들이 설명될 것이다. 아래 통신 방법들은 V2X(vehicle to everything) 통신을 위해 사용될 수 있다. 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.
4G 통신 시스템의 EPC(evolved packet core)에서 MME, S-GW, P-GW 등의 엔터티(entity)별로 기능, 연결점, 프로토콜 등이 정의될 수 있다. 4G 통신 시스템에서 단말은 초기 접속 절차에서 서비스 제공을 위해 PDN과의 연결(connection)을 설정할 수 있다. 이 경우, P-GW는 데이터 전송을 위한 IP 주소(address)를 단말에 할당할 수 있고, 단말과 P-GW 간의 디폴트(default) EPS(evolved packet system) 베어러(bearer)를 설정할 수 있다. 디폴트 EPS 베어러는 단말이 4G 통신 시스템(예를 들어, LTE 네트워크)으로부터 디태치(detach)될 때까지 유지될 수 있다. 따라서 각 PDN에 대하여 설정된 디폴트 EPS 베어러와 단말에 할당된 PDN 주소(예를 들어, IP 주소)는 하나의 PDN 내에서 유일할 수 있다. EPS 베어러(예를 들어, 디폴트 EPS 베어러)는 다음과 같이 설정될 수 있다.
도 3은 4G 통신 시스템(예를 들어, LTE 네트워크)에서 EPS 베어러의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 4G 통신 시스템에서 EPS 베어러 단위로 QoS(quality of service)가 보장될 수 있다. 새로운 QoS를 지원하기 위해 단말과 P-GW 간에 전용(dedicated) EPS 베어러가 추가로 설정될 수 있다. EPS 베어러는 EPS 세션(session) 중에서 단말에서 P-GW까지의 트래픽 구간일 수 있다. EPS 베어러는 DRB(data radio bearer), S1 베어러 및 S5 베어러를 포함할 수 있다. DRB 및 S1 베어러는 E-RAB(E-UTRAN radio access bearer)를 구성할 수 있다. 사용자 패킷(예를 들어, 사용자 트래픽)은 각 구간에서 해당 베어러(예를 들어, DRB, S1 베어러 및 S5 베어러)를 통해 전송될 수 있다.
DRB는 단말과 기지국(예를 들어, eNB) 간의 Uu 인터페이스의 구간일 수 있고, 사용자 패킷은 DRB를 통해 무선으로 전송될 수 있다. S1 베어러는 기지국과 S-GW 간의 S1-U 인터페이스의 구간일 수 있고, 사용자 패킷은 S1-U 인터페이스의 구간에서 GTP(GPRS(general packet radio service) tunneling protocol) 터널을 통해 유선으로 전송될 수 있다. S5 베어러는 S-GW와 P-GW 간의 S5 인터페이스의 구간일 수 있고, 사용자 패킷은 S5 인터페이스의 구간에서 GTP 터널을 통해 유선으로 전송될 수 있다. EPS 베어러의 종단점은 단말과 P-GW일 수 있고, EPS 베어러는 "DRB - S1 베어러 - S5 베어러"로 구성될 수 있다. E-RAB의 종단점은 단말과 S-GW일 수 있고, E-RAB는 "DRB - S1 베어러"로 구성될 수 있다.
P-GW는 하향링크 및 상향링크 각각에 대한 IP(internet protocol) 패킷의 분류를 위한 패킷 필터링 규칙(packet filtering rule)을 정의할 수 있다. 4G 통신 시스템은 단말의 응용 서비스(application service)에 따라 다양한 QoS를 지원하는 사용자 트래픽 전송 경로(예를 들어, EPS 베어러)를 제공할 수 있다. 4G 통신 시스템은 EPS 베어러에 EPS 베어러 ID를 할당할 수 있다. EPS 베어러는 단말과 P-GW 간의 구간에서 동급 서비스들에 대해 동일한 QoS 품질(예를 들어, MBR(maximum bit rate) 및/또는 GBR(guaranteed bit rate))을 제공할 수 있다.
따라서 각 응용 서비스로부터 발생한 IP 플로우(flow)들은 QoS 등급별로 분류될 수 있다. 이 동작을 지원하기 위해, P-GW는 SDF(service data flow) 템플릿(template)을 사용하여 IP 플로우를 각 등급에 따른 SDF로 분류할 수 있고, SDF에 해당하는 QoS 품질을 제공할 수 있다. P-GW는 SDF 템플릿에 따라 분류된 IP 플로우와 EPS 베어러 간의 매핑 기능을 제공할 수 있다.
SDF 템플릿은 IP 패킷 필터(들)로 구성될 수 있다. 각 IP 패킷 필터는 5-튜플(tuple) 기반의 필터 규칙들로 구성될 수 있다. 5-튜플은 "소스(source) IP, 목적지(destination) IP, 소스 포트 번호(source port number), 목적지 포트 번호(destination port number), 프로토콜 ID"를 포함할 수 있다. 필터 규칙에 따라 P-GW로 유입되는 IP 플로우는 하나의 SDF로 분류될 수 있다. 이 후에, P-GW는 TFT(traffic flow template) 필터를 사용하여 SDF의 QoS를 지원할 수 있는 EPS 베어러로 SDF를 매핑할 수 있다. 상술한 매핑 동작을 위해, 4G 통신 시스템은 SDF별 QoS 파라미터들 및 EPS 베어러별 QoS 파라미터들을 정의할 수 있다. SDF별 QoS 파라미터들은 QCI(QoS class identifier), ARP(allocation/retention priority), MBR 및 GBR을 포함할 수 있다. EPS 베어러별 QoS 파라미터들은 QCI, ARP, MRB, GBR, UE-AMBR(aggregate maximum bit rate) 및 APN-AMBR을 포함할 수 있다.
EPS 베어러별 QoS 파라미터들은 SDF별 QoS 파라미터들 및 액세스 시스템에 대한 파라미터들(예를 들어, UE-AMBR, APN-AMBR)을 포함할 수 있다. 따라서 동일한 SDF별 QoS 파라미터들을 가지는 SDF들은 하나의 EPS 베어러에 매핑될 수 있다. 어떤 SDF를 위한 서비스가 현재 EPS 베어러에 의해 제공될 수 없는 경우, 해당 SDF를 위해 새로운 EPS 베어러가 생성될 수 있다.
도 4는 4G 통신 시스템에서 EPS 베어러를 통한 QoS 제어 방법의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 4를 참조하면, 단계 1에서 P-GW는 PDN으로부터 IP 플로우들을 수신할 수 있다. IP 플로우 1은 비디오 스트리밍 데이터일 수 있고, IP 플로우 2는 게임 데이터일 수 있고, IP 플로우 3은 베스트 에퍼트(best effort) 데이터일 수 있다. P-GW는 패킷 필터들(PF)을 사용하여 IP 플로우들을 특정 SDF로 분류할 수 있다. 5-튜플 TFT 규칙에 기초하여, IP 플로우 1은 GBR SDF1으로 분류될 수 있고, IP 플로우 2는 non-GBR SDF2로 분류될 수 있고, IP 플로우 3은 non-GBR SDF3으로 분류될 수 있다. GBR SDF는 GBR을 만족하는 SDF일 수 있고, non-GBR SDF는 GBR을 만족하지 않는 SDF일 수 있다.
단계 2에서 P-GW는 포워드 링크(forward link) TFT 규칙에 따라 각 SDF를 특정 EPS 베어러에 매핑할 수 있다. 예를 들어, SDF1은 GBR 전용(dedicated) 베어러 7에 매핑될 수 있고, SDF2는 non-GBR 전용 베어러 6에 매핑될 수 있고, SDF3은 non-GBR 디폴트 베어러 5에 매핑될 수 있다. 각 SDF는 해당 베어러를 통해 기지국에 전송될 수 있다. GBR 베어러는 GBR을 만족하는 베어러일 수 있고, non-GBR 베어러는 GBR을 만족하지 않는 베어러일 수 있다.
단계 3에서 기지국은 GBR QoS를 만족하도록 스케줄링을 수행함으로써 GBR 전용 베어러 7을 단말과 기지국 간의 GBR 베어러에 매핑할 수 있고, GBR 베어러를 사용하여 하향링크 전송을 수행할 수 있다. 기지국은 non-GBR QoS를 만족하도록 스케줄링을 수행함으로써 non-GBR 전용 베어러 또는 non-GBR 디폴트 베어러를 단말과 기지국 간의 non-GBR 베어러에 매핑할 수 있고, non-GBR 베어러를 사용하여 하향링크 전송을 수행할 수 있다. 따라서 4G 통신 시스템은 "DRB - S1 베어러 - S5 베어러"로 구성된 EPS 베어러를 통해 단말과 P-GW 간의 구간에서 동급 서비스들에 대하여 동일한 QoS 품질을 제공할 수 있다.
도 5는 5G 통신 시스템(예를 들어, NR 네트워크)의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 5를 참조하면, 5G 통신 시스템은 단말, RAN(radio access network)(예를 들어, 기지국), AMF, SMF, UPF, PCF(policy control function), AF(application function), DN(data network), NSSF(network slice selection function), AUSF(authentication server function) 및 UDM(user data management)을 포함할 수 있다.
한편, 5G 통신 시스템의 코어 네트워크에서 엔터티가 아닌 네트워크 기능(network function, NF)별로 기능, 연결점, 프로토콜 등이 정의될 수 있다. NF는 코어 네트워크 및 단말을 제어하기 위한 다양한 CPF(control plane function)들과 사용자 트래픽을 처리하기 위한 UPF로 구성될 수 있다. CPF는 복수의 독립적인 기능들로 구성될 수 있다. AMF는 RAT(radio access technology)에 독립적인 네트워크 등록 기능 및 이동성 관리 기능을 제공할 수 있다. SMF는 세션 관리 기능을 제공할 수 있다. 단말은 네트워크 등록을 위해 기본적으로 하나의 AMF에 연결될 수 있다. 반면, AMF는 복수의 세션들을 설정할 수 있고, 복수의 세션들 각각을 서로 다른 SMF들에 할당할 수 있고, 복수의 세션들 각각을 관리할 수 있다.
PCF는 정책 제어 기능을 제공할 수 있다. AF는 QoS를 보장하기 위해 패킷 흐름에 대한 정보를 PCF에 제공할 수 있다. AMF 및 SMF는 PCF가 제공하는 이동성 관리 정책, 세션 관리 정책, QoS 관리 정책 등에 기초하여 각 기능을 수행할 수 있다. DN은 단말과 하향링크 트래픽 및 상향링크 트래픽을 송수신하기 위해 UPF와 연결될 수 있다. DN과 UPF 간의 참조점은 N6으로 정의될 수 있다.
한편, 세션 설정 절차에서 SMF는 생성된 제어 신호를 전송함으로써 UPF를 설정할 수 있다. UPF는 자신의 상태를 SMF에 보고할 수 있다. 이 경우, SMF와 UPF 간의 참조점은 N4로 정의될 수 있다. 단말은 Uu 참조점(예를 들어, N1)을 사용하여 AMF와 네트워크 등록 절차를 수행할 수 있다. 네트워크 등록 절차에서 AMF는 인증 데이터를 저장할 수 있다. AMF는 N12 참조점을 통해 AUSF와 연결될 수 있고, N8 참조점을 통해 UDM과 연결될 수 있다. UDM은 사용자 가입(subscription) 데이터, 정책 데이터 등을 저장할 수 있다.
AMF 및 SMF를 포함하는 5G 코어 네트워크에서 PDU(packet data unit) 연결 서비스(connection service)의 구조는 4G 코어 네트워크에서 PDN 연결 서비스의 구조와 다를 수 있다. 5G 통신 시스템에서 PDU 연결 서비스는 단말의 요청에 의해 설정되는 PDU 세션을 통해 지원될 수 있다. 5G 통신 시스템은 IP 버전 4(IP version 4, IPv4), IP 버전 6(IP version 6, IPv6), 이더넷(Ethernet), 비구조화(unstructured) 등의 PDU 세션 타입 중에서 PDU 세션 설정 절차에서 단말에 의해 요청된 단일 타입의 PDU 교환을 지원할 수 있다. PDU 세션 설정 절차에서 요청된 PDU 세션 타입에 대응하는 PDU 주소는 단말에 할당될 수 있다. PDU 세션은 단말의 요청에 의해 단말과 SMF 간에 N1을 통해 교환되는 NAS(non-access stratum) SM 시그널링을 사용하여 설정될 수 있다. PDU 세션은 단말 또는 5G 코어 네트워크의 요청에 의해 수정될 수 있다. 또한, PDU 세션은 단말 또는 5G 코어 네트워크의 요청에 의해 해제될 수 있다.
한편, 5G 코어 네트워크는 PDU 연결 서비스를 제공하는 경우에 각 PDU 세션에 대한 QoS를 보장할 수 있다. 5G QoS 모델은 프레임 워크 기반의 QoS 플로우를 지원할 수 있다. 5G QoS 모델은 GFBR(guaranteed flow bit rate) QoS 플로우 및 non-GFBR Qos 플로우를 모두 지원할 수 있다. QoS 플로우는 PDU 세션에서 QoS 보장을 위한 가장 작은 단위(finest granularity)일 수 있다. 각 PDU 세션은 복수의 QoS 플로우들을 지원할 수 있다. 각 QoS 플로우는 QoS 플로우 식별자(QoS flow ID, QFI)에 의해 구별될 수 있다. QFI는 PDU 세션 내에서 유일할 수 있다.
따라서 사용자 평면 내에서 각 PDU 세션에서 동일한 QFI를 가지는 트래픽은 동일한 QoS를 보장하도록 처리될 수 있다. QoS 플로우들에 대한 QoS 보장 내역(예를 들어, QoS 규칙)은 PDU 세션 설정(session establishment) 절차 또는 PDU 세션 변경(session modification) 절차에서 SMF로부터 단말에 전송될 수 있다. 각 QoS 규칙은 PDU 세션 내에서 고유한 QoS 규칙 식별자, 연관된 QoS 플로우의 QFI, 하나 이상의 패킷 필터 및 우선순위 값(precedence value)을 포함할 수 있다. 이 경우, 설정된 QoS 규칙에 의해 제공되는 패킷 필터에 의해 처리되지 못하는 패킷은 디폴트 QoS 규칙에 의해 처리될 수 있다.
구체적으로, 5G 통신 시스템에서 QoS 보장을 위한 PDU 세션 설정 절차는 다음과 같이 수행될 수 있다. 단말은 전원이 켜지는 경우에 AMF와 네트워크 등록 절차를 수행할 수 있다. 그 후에, 단말은 PDU 세션 설정 요청(session establishment request) 메시지를 생성할 수 있고, PDU 세션 설정 요청 메시지를 AMF에 전송할 수 있다. AMF는 PDU 세션 설정 요청 메시지를 단말로부터 수신할 수 있고, SMF를 선택할 수 있고, 선택된 SMF에 PDU 세션 설정 요청 메시지를 전송할 수 있다.
SMF는 PDU 세션 설정 요청 메시지를 AMF로부터 수신할 수 있다. 이 경우, SMF는 UPF를 선택할 수 있고, 생성되는 PDU 세션에 대한 정보(예를 들어, PDU 세션 ID, QoS 프로파일(profile), CN(core network) 터널 정보)를 선택된 UPF에 전송할 수 있다. 또한, SMF는 생성되는 PDU 세션에 대한 정보와 PDU 세션 설정 수락(accept) 메시지를 AMF에 전송할 수 있다. 여기서, CN 터널 정보는 UPF와 RAN 간의 상향링크 트래픽 전송을 위한 N3 터널의 UPF의 IP 주소 및 TEID(tunnel ID)로 구성될 수 있다.
QoS 프로파일은 PDU 세션 내에서 생성되는 QoS 규칙들로 구성될 수 있다. 각 QoS 규칙은 지원하고자 하는 QoS 플로우 단위로 정의될 수 있다. 각 QoS 규칙은 "QFI, 복수의 패킷 필터들" 튜플로 구성될 수 있다. RAN(예를 들어, 기지국)은 PDU 세션 관련 정보에 기초하여 단말과 DRB 셋업(setup) 절차를 수행할 수 있다. DRB 셋업 절차에서 RAN은 PDU 세션 설정 수락 메시지를 단말에 전송할 수 있다. RAN은 상술한 동작과 동시에 하향링크 트래픽 전송을 위한 N3 터널에서 RAN의 IP 주소 및 TEID를 포함하는 RAN 터널 정보를 AMF에 전송할 수 있다. RAN 터널 정보는 SMF를 거쳐 UPF까지 전송됨으로써 하향링크 트래픽 전송을 위한 준비가 완료될 수 있다.
도 6은 5G 통신 시스템에서 QoS 제공을 위한 하향링크 PDU 세션의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 6을 참조하면, 상술한 PDU 세션 설정 절차에 의해 PDU 세션 1이 설정될 수 있고, IP ADDR1(예를 들어, IP 주소1)은 단말에 할당될 수 있다. SMF는 PDU 세션 1을 위해 세 개의 QoS 플로우들을 생성할 수 있고, 세 개의 QoS 플로우들에 대한 QoS 규칙을 포함하는 PDU 세션 설정 수락 메시지를 단말에 전송할 수 있다. SMF는 QoS 프로파일을 생성할 수 있고, QoS 프로파일을 AMF를 통해 RAN(예를 들어, 기지국)에 전송할 수 있다. SMF는 PDU 세션 설정 정보를 UPF에 전송할 수 있다.
UPF는 패킷 필터링을 수행함으로써 IP 플로우 1(예를 들어, 보이스 콜(voice call) 패킷)에 "QFI=1"을 추가함으로써 QoS 플로우 1을 생성할 수 있고, QoS 플로우 1을 RAN에 전송할 수 있다. UPF는 패킷 필터링을 수행함으로써 IP 플로우 2(예를 들어, 유튜브 스트림(youtube stream) 패킷)에 "QFI=2"를 추가함으로써 QoS 플로우 2를 생성할 수 있고, QoS 플로우 2를 RAN에 전송할 수 있다. UPF는 패킷 필터링을 수행함으로써 IP 플로우 3(예를 들어, 왓츠앱 비디오(whatsapp video) 패킷)에 "QFI=3"을 추가함으로써 QoS 플로우 3을 생성할 수 있고, QoS 플로우 3을 RAN에 전송할 수 있다. UPF는 패킷 필터링을 수행함으로써 IP 플로우 4(예를 들어, 베스트 에퍼트(best effort) 패킷)에 "QFI=3"을 추가함으로써 QoS 플로우 3을 생성할 수 있고, QoS 플로우 3을 RAN에 전송할 수 있다.
RAN은 UPF로부터 QoS 플로우들(예를 들어, 패킷들)을 수신할 수 있고, 수신된 QoS 플로우들의 QFI들을 확인할 수 있고, QoS 프로파일에 기초한 스케줄링 정책에 따라 DRB를 사용하여 해당 패킷을 단말에 전송할 수 있다. 이 경우, 각 QoS 플로우가 전송되는 DRB는 구현에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, "QFI=1"을 가지는 QoS 플로우는 DRB 1에 매핑될 수 있고, "QFI=2"를 가지는 QoS 플로우는 DRB 1 또는 DRB 2에 매핑될 수 있고, "QFI=3"을 가지는 QoS 플로우는 DRB 2에 매핑될 수 있다. QoS 플로우는 해당 QoS 플로우가 매핑된 DRB를 통해 전송될 수 있다.
한편, 5G 통신 시스템에서 QoS 프레임워크의 구조는 4G 통신 시스템에서 QoS 프레임워크의 구조와 다를 수 있다. 5G 통신 시스템에서 QoS 플로우라는 용어는 LTE 베어러 개념을 대체할 수 있다. QoS 플로우는 PDU 세션 내에서 동일한 QoS 품질을 보장하는 사용자 트래픽 플로우를 의미할 수 있다. QoS 플로우와 LTE 베어러의 차이점은 다음과 같을 수 있다.
첫 번째 차이점으로, 4G 통신 시스템에서 각 베어러의 생성을 위해 명확한 ESM(EPS session management) 시그널링 절차가 필요하지만, 5G 통신 시스템에서 각 QoS 플로우를 생성하기 위한 절차가 없다. PDU 세션 설정 절차에서 PDU 세션 내에서 지원하고자 하는 QoS 서비스별로 QoS 플로우는 일시에 생성될 수 있고, 각 QoS 플로우에 QFI가 할당될 수 있다. 두 번째 차이점으로, 4G 통신 시스템에서 패킷 플로우는 TFT 규칙(예를 들어, 패킷 필터)에 따라 특정 EPS 베어러에 매핑될 수 있다. 만일 4G 통신 시스템이 패킷 플로우를 다른 EPS 베어러로 이동하고자 하는 경우, TFT 규칙을 수정하기 위한 시그널링 절차가 수행되어야 한다. 반면, 5G 통신 시스템에서 명확한 시그널링 절차 없이 단순히 QFI를 실시간으로 변경함으로써 패킷 플로우에 대한 QoS 품질이 조절될 수 있다.
세 번째 차이점으로, 4G 통신 시스템에서 각 EPS 베어러는 UE-특정(specific) "S1-U GTP 터널 - S5 GTP 터널"에 해당할 수 있다. 따라서 각 사용자 트래픽은 설정된 EPS 베어러를 통해서만 전송될 수 있다. 반면, 5G 통신 시스템에서 RAN과 UPF 간에 하나의 GTP 터널이 존재할 수 있고, 각 QoS 플로우는 GTP 터널을 공유할 수 있고, QoS 플로우에 대한 패킷은 공유된 GTP 터널을 통해 전송될 수 있다. 네 번째 차이점으로, 4G 통신 시스템의 EPS 베어러에서 단말과 RAN 간의 구간은 DRB일 수 있다. DRB는 PDCP(packet data convergence protocol) 엔터티, RLC(radio link control) 엔터티, MAC(medium access control) 엔터티 등으로 구성될 수 있다. DRB는 EPS 베어러를 구성하는 S1-U GTP 터널과 UE-특정적으로 일대일로 매핑될 수 있다. 반면, 5G 통신 시스템에서 QoS 플로우는 DRB와 일대일로 매핑되지 않을 수 있고, 각 QoS 플로우는 스케줄링 정책에 따라 QoS를 보장하도록 임의의 DRB에 매핑될 수 있다.
도 7은 5G 통신 시스템에서 사용자 평면의 프로토콜의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 7을 참조하면, 사용자 평면은 사용자 데이터의 전송을 위한 프로토콜 스택(stack)일 수 있다. 프로토콜 스택은 PHY 계층, MAC 계층, RLC 계층, PDCP 계층, SDAP(service data application protocol) 계층, 및 PDU 계층을 포함할 수 있다. PHY 계층은 물리 채널을 사용하여 데이터를 전송할 수 있다. 물리 채널은 OFDM 방식을 지원할 수 있고, 시간 자원 및 주파수 자원을 무선 자원으로 사용할 수 있다. 물리 계층은 전송(transport) 채널을 통해 상위 계층인 MAC 계층과 연결될 수 있다. MAC 계층은 논리(logical) 채널과 전송 채널 간의 매핑 기능을 수행할 수 있고, MAC SDU를 물리 채널상의 전송 블록(transport block)으로 다중화 또는 역다중화할 수 있다. MAC 계층은 HARQ(hybrid automatic repeat request) 기능을 사용하여 오류 정정 기능을 수행할 수 있다.
RLC 계층은 분할(segmentation) 기능 및 재조립(reassembly) 기능을 수행할 수 있다. RLC 계층은 무선 베어러(radio bearer, RB)가 요구하는 다양한 QoS들을 보장하기 위해 TM(transparent mode), UM(unacknowledged mode), 및 AM(acknowledged mode) 중에서 하나의 모드로 동작할 수 있다. RLC 계층은 ARQ(automatic repeat request) 기능을 사용하여 오류 정정 기능을 제공할 수 있다. PDCP 계층은 사용자 데이터의 순차 전달 기능(예를 들어, 리오더링(reordering) 기능), 헤더 압축(header compression) 기능 및 암호화(ciphering) 기능을 수행할 수 있다.
SDAP 계층은 QoS 플로우의 매핑 기능을 수행할 수 있다. 5G 통신 시스템의 프로토콜 스택은 단말과 RAN(예를 들어, 기지국) 간의 제어 신호의 송수신을 위한 AS(access stratum) 프로토콜 계층 및 단말과 코어 네트워크 간에 제어 신호의 송수신을 위한 NAS 프로토콜 계층으로 구분될 수 있다. AS 프로토콜 계층은 SDAP 계층, PDCP 계층, RRC 계층, RLC 계층, MAC 계층 및 PHY 계층을 포함할 수 있다. AS 프로토콜 계층은 RAN에서 종단될 수 있다.
한편, 무선 베어러의 설정은 제어 평면에서 RRC 계층에 의해 수행될 수 있다. RRC 계층은 무선 베어러의 설정(configuration) 기능, 재설정(reconfiguration) 기능 및 해제(release) 기능을 수행할 수 있다. RRC 계층은 논리 채널, 전송 채널 및 물리 채널의 제어 기능을 수행할 수 있다. 무선 베어러는 제어 평면에서 RRC 메시지의 전송을 위해 사용되는 SRB(signaling RB)와 사용자 평면에서 사용자 트래픽의 전송을 위해 사용되는 DRB(data RB)로 구분될 수 있다. SRB 및 DRB는 5G AS 프로토콜 계층의 기능에 의해 설정될 수 있다.
도 8은 L3 릴레이를 포함하는 4G 통신 시스템에서 사용자 평면의 프로토콜의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 8을 참조하면, L3 릴레이는 두 가지 기능들을 수행하는 장치일 수 있다. L3 릴레이는 단말과 무선으로 연결될 수 있고, 기지국의 기능을 수행할 수 있다. L3 릴레이는 기지국과 무선으로 연결될 수 있고, 단말의 기능을 수행할 수 있다. L3 릴레이는 초기 접속 절차(예를 들어, 어태치(attach) 절차)를 수행함으로써 MME에 등록될 수 있다. 디폴트 베어러 셋업 절차가 수행됨으로써, "L3 릴레이 - 기지국 - S-GW" 간에 EPS 베어러가 설정될 수 있다. EPS 베어러는 L3 릴레이와 기지국 간의 DRB 및 기지국과 S-GW 간의 S1 베어러를 포함할 수 있다. DRB는 무선 구간일 수 있고, S1 베어러는 GTP-U 터널일 수 있다. GTP-U 터널에서 IP in IP 방식으로 전송이 수행될 수 있다. P-GW는 IP2(예를 들어, IP 주소2)를 L3 릴레이에 할당할 수 있다.
L3 릴레이는 단말로부터 시그널링 메시지를 수신할 수 있고, 시그널링 메시지를 기지국을 통해 MME에 전송할 수 있다. L3 릴레이는 단말로부터 사용자 패킷을 수신할 수 있고, 사용자 패킷을 기지국을 통해 S-GW에 전송할 수 있다. 단말은 L3 릴레이의 중계 기능에 의해 MME에 등록될 수 있다. 디폴트 베어러 셋업 절차가 수행됨으로써, "단말 - L3 릴레이 - 기지국 - S-GW" 간에 EPS 베어러가 설정될 수 있다. EPS 베어러는 "단말과 L3 릴레이 간의 DRB 및 기지국과 S-GW 간의 S1 베어러(예를 들어, GTP-U 터널)"뿐만 아니라 L3 릴레이와 기지국 간의 GTP-U 터널도 포함할 수 있다. 즉, EPS 베어러는 두 개의 GTP-U 터널들을 포함할 수 있다.
따라서 상향링크 전송 절차에서, 단말의 IP1 패킷은 두 개의 GTP-U 터널들을 통과함으로써 S-GW로 전송될 수 있다. 하향링크 전송 절차에서, S-GW의 IP1 패킷은 두 개의 GTP-U 터널들을 통과함으로써 단말로 전송될 수 있다. GTP-U 터널에서 IP in IP 방식으로 전송이 수행될 수 있다. 즉, 두 번의 인캡슐레이션(encapsulation) 동작들 및 두 번의 디캡슐레이션(decapsulation) 동작들이 수행될 수 있다. 1Gbps 이상의 통신 속도를 지원하는 단말에서 상술한 인캡슐레이션 및 디캡슐레이션 동작들은 오버헤드(overhead)가 될 수 있다.
따라서 인캡슐레이션 및 디캡슐레이션 동작들에 의한 오버헤드를 줄이기 위한 방법이 필요하다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법들이 설명될 것이다. 5G 통신 시스템은 단말(예를 들어, UE), 기지국(예를 들어, RAN) 및 5G 코어 네트워크(5G core network, 5GC)를 포함할 수 있다. 5G 코어 네트워크는 제어 평면 기능 및 사용자 평면 기능을 수행할 수 있다. 제어 평면 기능은 AMF, SMF, PCF, AF, UDM 및 AUSF을 포함할 수 있다. 사용자 평면 기능은 UPF를 포함할 수 있다.
단말은 Uu 인터페이스를 통해 기지국과 연결될 수 있다. 기지국은 N2를 통해 제어 평면 기능인 AMF와 연결될 수 있고, N3을 통해 사용자 평면 기능인 UPF와 연결될 수 있다. 5G 코어 네트워크는 네트워크 및 단말을 제어하기 위한 다양한 제어 평면 기능들과 사용자 트래픽을 처리하기 위한 사용자 평면 기능(예를 들어, UPF)으로 구성될 수 있다. 제어 평면 기능들은 복수의 독립적인 기능들로 구성될 수 있다. 복수의 독립적인 기능들은 AMF, SMF, PCF, AF, UDM 및 AUSF을 포함할 수 있다.
도 9는 L3 릴레이를 포함하는 5G 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 9를 참조하면, 5G 통신 시스템은 단말(예를 들어, 단말 1, 단말 2), L3 릴레이, 기지국 및 5G 코어 네트워크를 포함할 수 있다. 단말과 L3 릴레이 간의 구간은 무선 구간일 수 있고, L3 릴레이과 기지국 간의 구간은 무선 구간일 수 있고, 기지국과 5G 코어 네트워크 간의 구간은 유선 구간일 수 있다. 무선 구간에서 L3 릴레이는 단말에 대해 기지국의 역할을 수행할 수 있고, 기지국에 대해 단말의 역할을 수행할 수 있다. 기지국은 L3 릴레이에 대해 기지국의 역할을 수행할 수 있다. L3 릴레이를 포함하는 5G 통신 시스템에서 단말이 기지국의 커버리지 밖의 음영 지역에 위치하는 경우, L3 릴레이는 단말과 기지국 간의 통신을 지원할 수 있다.
예를 들어, 기지국으로부터 수신된 신호의 품질이 양호한 경우, 단말은 기지국에 접속함으로써 통신을 수행할 수 있다. 기지국으로부터 수신된 신호의 품질이 양호하지 않은 경우, 단말은 L3 릴레이를 사용하여 기지국에 접속할 수 있다. 이 경우, 단말의 역할과 L3 릴레이의 역할은 고정되지 않을 수 있다. 하나의 단말은 단말 기능 및 L3 릴레이 기능을 수행할 수 있다.
디폴트 베어러 셋업 절차가 수행됨으로써, "단말 - L3 릴레이 - 기지국 - S-GW" 간에 EPS 베어러가 설정될 수 있다. EPS 베어러는 "단말과 L3 릴레이 간의 DRB 및 기지국과 S-GW 간의 S1 베어러(예를 들어, GTP-U 터널)"뿐만 아니라 "L3 릴레이와 기지국 간의 GTP-U 터널"도 포함할 수 있다. 즉, EPS 베어러는 두 개의 GTP-U 터널들을 포함할 수 있다. GTP-U 터널에서 IP in IP 방식으로 전송이 수행되므로, 상향링크 전송 절차 및 하향링크 전송 절차 각각에서 두 번의 인캡슐레이션 동작들 및 두 번의 디캡슐레이션 동작들이 수행될 수 있다. 인캡슐레이션 및 디캡슐레이션 동작들에 의한 오버헤드를 감소시키기 위해, 아래 동작들이 수행될 수 있다.
도 10은 5G 통신 시스템에서 릴레이 기능을 제공하는 PDU 세션의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 10을 참조하면, 단말(예를 들어, 단말 1, 단말 2)은 릴레이 서비스를 개시하기 위해 L3 릴레이에 접속할 수 있고, PDU 세션 설정 요청 메시지를 L3 릴레이에 전송할 수 있다. L3 릴레이는 단말로부터 PDU 세션 설정 요청 메시지를 수신할 수 있고, PDU 세션 설정 절차를 수행할 수 있다. PDU 세션 설정 절차가 수행됨으로써, 릴레이 전용 PDU 세션이 설정될 수 있다.
구체적으로, L3 릴레이는 전원이 켜지는 경우에 AMF와 네트워크 등록 절차를 수행할 수 있다. AMF는 L3 릴레이를 위한 PDU 세션 설정 절차를 SMF와 수행할 수 있다. 이 경우, SMF는 IP 주소#1 및 QoS 플로우에 대한 QoS 정보를 할당할 수 있다. 예를 들어, L3 릴레이는 세션 ID 및 PDU 세션 타입을 포함하는 PDU 세션 설정 요청 메시지를 SMF에 전송할 수 있다. PDU 세션 설정 요청 메시지는 AMF를 통해 SMF에 전송될 수 있다. SMF는 PDU 세션 설정 요청 메시지를 수신할 수 있고, 해당 PDU 세션에 대한 PDU 주소 정보(예를 들어, IP 주소#1) 및 QoS 정보를 포함하는 PDU 세션 설정 수락 메시지를 생성할 수 있다. SMF는 PDU 세션 설정 수락 메시지를 L3 릴레이에 전송함으로써 PDU 세션 1을 설정할 수 있다. PDU 세션 설정 수락 메시지는 AMF를 통해 L3 릴레이로 전송될 수 있다.
한편, 단말 1은 L3 릴레이를 통해 AMF와 네트워크 등록 절차를 수행할 수 있다. AMF는 단말 1을 위한 PDU 세션 설정 절차를 SMF와 수행할 수 있다. 예를 들어, 단말 1은 세션 ID 및 PDU 세션 타입을 포함하는 PDU 세션 설정 요청#1의 메시지를 L3 릴레이에 전송할 수 있다. L3 릴레이는 단말로부터 PDU 세션 설정 요청#1의 메시지를 수신할 수 있고, PDU 세션 설정 요청#1과 동일한 PDU 세션 설정 요청#2를 생성할 수 있다. 예를 들어, PDU 세션 설정 요청#1과 동일한 정보 요소(들)를 포함하는 PDU 세션 설정 요청#2가 생성될 수 있다. PDU 세션 설정 요청#2는 PDU 세션 설정 요청#1을 포함할 수 있다. L3 릴레이는 PDU 세션 설정 요청#2의 메시지를 SMF에 전송할 수 있다. PDU 세션 설정 요청#2의 메시지는 AMF를 통해 SMF에 전송될 수 있다.
SMF는 PDU 세션 설정 요청#2의 메시지를 수신할 수 있고, "PDU 세션 설정 요청#2" 및/또는 "PDU 세션 설정 요청#2에 포함된 PDU 세션 설정 요청#1"을 확인할 수 있다. SMF는 확인된 PDU 세션 설정 요청(예를 들어, PDU 세션 설정 요청#1 및/또는 PDU 세션 설정 요청#2)에 기초하여 릴레이를 위한 PDU 세션 설정 및/또는 단말을 위한 PDU 세션 설정이 요구되는 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, SMF는 PDU 세션 설정 수락#1 및 PDU 세션 설정 수락#2를 생성할 수 있다. PDU 세션 설정 수락#1의 PDU 주소(예를 들어, IP 주소#2) 및 QoS 규칙은 PDU 세션 설정 수락#2의 PDU 주소(예를 들어, IP 주소#2) 및 QoS 규칙과 동일할 수 있다. PDU 세션 설정 수락#1의 세션 ID(예를 들어, PDU 세션 ID)는 PDU 세션 설정 수락#2의 세션 ID(예를 들어, PDU 세션 ID)와 다를 수 있다. 즉, PDU 세션 설정 수락#1 및 PDU 세션 설정 수락#2는 세션 ID에 의해 구별될 수 있다.
SMF는 PDU 세션 설정 수락#1을 포함하는 PDU 세션 설정 수락#2의 메시지를 L3 릴레이에 전송함으로써 PDU 세션 2를 설정할 수 있다. PDU 세션 설정 수락#2의 메시지는 AMF를 통해 L3 릴레이에 전송될 수 있다. SMF는 PDU 세션 2의 설정을 위해 생성된 QoS 및 SDF 설정 정보를 기지국과 UPF에 전송할 수 있다. L3 릴레이는 PDU 세션 설정 수락 #2의 메시지를 수신할 수 있고, 해당 메시지로부터 PDU 세션 설정 수락 #1을 획득할 수 있고, PDU 세션 설정 수락 #1의 메시지를 단말 1에 전송함으로써 PDU 세션 2의 설정이 완료된 것을 알려줄 수 있다. PDU 세션 2를 통해 단말 1에 통신 서비스가 제공될 수 있다. PDU 세션 2는 L3 릴레이와 기지국 간의 DRB 3 및 기지국과 UPF 간의 QoS 플로우를 포함할 수 있다.
한편, 새로운 단말 2가 L3 릴레이에 접속하는 경우, 단말 2의 PDU 세션 3은 상술한 방법에 의해 설정될 수 있다. PDU 세션 3을 통해 단말 2에 통신 서비스가 제공될 수 있다. PDU 세션 3의 설정 절차에서 IP 주소#3은 단말 2에 할당될 수 있다. PDU 세션 3은 L3 릴레이와 기지국 간의 DRB 4 및 기지국과 UPF 간의 QoS 플로우를 포함할 수 있다.
도 11은 L3 릴레이를 포함하는 5G 통신 시스템에서 사용자 평면의 프로토콜의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 11을 참조하면, 릴레이를 위한 전용 PDU 세션이 설정될 수 있고, 전용 PDU 세션의 IP 주소는 단말을 위한 PDU 세션의 IP 주소와 동일할 수 있다. 이 경우, L3 릴레이와 기지국 간의 GTP-U 터널은 생략될 수 있다. 따라서 L3 릴레이에서 인캡슐레이션 동작 및 디캡슐레이션 동작은 수행되지 않으므로, 오버헤드는 감소할 수 있다. 또한, UPF에서 인캡슐레이션 동작 및 디캡슐레이션 동작의 오버헤드는 감소할 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 (11)

  1. 단말, 릴레이(relay), 기지국 및 코어(core) 네트워크를 포함하는 통신 시스템에서 상기 릴레이의 동작 방법으로서,
    PDU(packet data unit) 세션 설정 요청(session establishment request)#1의 메시지를 상기 단말로부터 수신하는 단계;
    상기 PDU 세션 설정 요청#1과 동일한 정보 요소를 포함하는 PDU 세션 설정 요청#2를 생성하는 단계;
    상기 PDU 세션 설정 요청#2의 메시지를 상기 기지국을 통해 상기 코어 네트워크에 전송하는 단계;
    상기 코어 네트워크에서 생성된 PDU 세션 설정 수락(accept)#2의 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계; 및
    상기 PDU 세션 설정 수락#2에 기초하여 상기 릴레이를 위한 PDU 세션을 설정하는 단계를 포함하는, 릴레이의 동작 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 릴레이의 동작 방법은,
    상기 PDU 세션 설정 수락#2에 포함된 PDU 세션 설정 수락#1의 메시지를 상기 단말에 전송하는 단계를 더 포함하며,
    상기 PDU 세션 설정 수락#1은 상기 PDU 세션의 설정이 완료된 것을 지시하는, 릴레이의 동작 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 PDU 세션 설정 수락#1에 포함된 IP(internet protocol) 주소 및 QoS(quality of service) 규칙은 상기 PDU 세션 설정 수락#2에 포함된 IP 주소 및 QoS 규칙과 동일한, 릴레이의 동작 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 PDU 세션 설정 수락#1에 연관된 PDU 세션 ID는 상기 PDU 세션 설정 수락#2에 연관된 PDU 세션 ID와 다른, 릴레이의 동작 방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 PDU 세션 설정 수락#1은 상기 PDU 세션 설정 요청#1에 대한 응답이고, 상기 PDU 세션 설정 수락#2는 상기 PDU 세션 설정 요청#2에 대한 응답인, 릴레이의 동작 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 릴레이의 동작 방법은,
    인캡슐레이션(encapsulation) 동작 및 디캡슐레이션(decapsulation) 동작의 수행 없이 상기 단말과 상기 기지국 간의 통신을 중계하는 단계를 더 포함하는, 릴레이의 동작 방법.
  7. 단말, 릴레이(relay), 기지국 및 코어(core) 네트워크를 포함하는 통신 시스템에서 상기 릴레이로서,
    프로세서(processor);
    상기 프로세서와 전자적(electronic)으로 통신하는 메모리(memory); 및
    상기 메모리에 저장되는 명령들(instructions)을 포함하며,
    상기 명령들이 상기 프로세서에 의해 실행되는 경우, 상기 명령들은 상기 릴레이가,
    PDU(packet data unit) 세션 설정 요청(session establishment request)#1의 메시지를 상기 단말로부터 수신하고;
    상기 PDU 세션 설정 요청#1과 동일한 정보 요소를 포함하는 PDU 세션 설정 요청#2의 메시지를 상기 기지국을 통해 상기 코어 네트워크에 전송하고;
    상기 코어 네트워크에서 생성된 PDU 세션 설정 수락(accept)#2의 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하고; 그리고
    상기 PDU 세션 설정 수락#2에 기초하여 상기 릴레이를 위한 PDU 세션을 설정하도록 실행되는, 릴레이.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 명령들은 PHY(physical) 계층의 동작, MAC(medium access control) 계층의 동작, RLC(radio link control) 계층의 동작, PDCP(packet data convergence protocol) 계층의 동작 및 SDAP(service data application protocol) 계층의 동작을 수행하도록 실행되고,
    상기 명령들은 인캡슐레이션(encapsulation) 동작 및 디캡슐레이션(decapsulation) 동작을 수행하지 않는, 릴레이.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 명령들은 상기 릴레이가,
    상기 PDU 세션 설정 수락#2에 포함된 PDU 세션 설정 수락#1의 메시지를 상기 단말에 전송하도록 더 실행되고,
    상기 PDU 세션 설정 수락#1은 상기 PDU 세션의 설정이 완료된 것을 지시하는, 릴레이.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 PDU 세션 설정 수락#1에 포함된 IP(internet protocol) 주소 및 QoS(quality of service) 규칙은 상기 PDU 세션 설정 수락#2에 포함된 IP 주소 및 QoS 규칙과 동일하고, 상기 PDU 세션 설정 수락#1에 연관된 PDU 세션 ID는 상기 PDU 세션 설정 수락#2에 연관된 PDU 세션 ID와 다른, 릴레이.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 명령들은 상기 릴레이가,
    인캡슐레이션 동작 및 디캡슐레이션 동작의 수행 없이 상기 단말과 상기 기지국 간의 통신을 중계하도록 더 실행되는, 릴레이.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113328779A (zh) * 2021-05-17 2021-08-31 广州爱浦路网络技术有限公司 地面与卫星融合移动网络的核心网接入方法及系统

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