KR20210088379A

KR20210088379A - 이동통신 시스템에서 분산 시간 민감 네트워킹을 지원하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20210088379A
Application number: KR1020200001737A
Authority: KR
Inventors: 문상준; 권기석; 한윤선
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2020-01-06
Filing date: 2020-01-06
Publication date: 2021-07-14
Also published as: WO2021141337A1; EP4052503A1; US11564230B2; US20210212069A1; EP4052503A4; KR102498052B1

Abstract

본 개시는 무선 통신 네트워크에서 TSN을 지원하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 개시의 일 실시예에 따른 방법은, 이동통신 시스템의 사용자 평면 기능 장치에서 분산 시간 민감 네트워킹(TSN)을 지원하기 위한 방법으로, 제 1 TSN 노드와 연결된 사용자 장치(UE)를 통해 제 1 상태 프레임을 수신하는 단계, 상기 제 1 상태 프레임은, 상기 제 1 TSN 노드에 대한 정보, 데이터 프레임을 전송하기 위한 제 2 TSN 노드에 대한 정보, 데이터를 전송하기 위한 스트림 정보, 누적 지연 정보 중 적어도 하나 이상을 포함하며; 상기 수신된 상기 제 1 상태 프레임에 기반하여 상기 사용자 장치(UE)에 대한 PDU 세션 갱신(PDU session update) 절차를 통해 TSN 어플리케이션 기능 장치(TSN AF)로 서비스 품질(QoS) 설정 관련 업데이트를 요청하는 동작; 및 상기 TSN AF로부터 QoS 설정 정보가 수신되면, 상기 제 1 상태 프레임을 갱신하는 동작;을 포함하며, 상기 QoS 설정 정보는 상기 TSN AF에서 지정한 누적 지연, 상기 제 1 TSN 노드의 상태, 상기 제 2 TSN 노드의 상태 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

Description

이동통신 시스템에서 분산 시간 민감 네트워킹을 지원하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SUPORTING FULLY-DISTRIBUTED TIME SENSITIVE NETWORKING IN A MOBILE SYSTEM}

무선 통신 네트워크에서 시간에 민감한 네트워킹(Time Sensitive Networking, TSN)을 지원하기 위한 방법 및 장치에 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.

5G 시스템에서는 기존 4G 시스템 대비 다양한 서비스에 대한 지원을 고려하고 있다. 예를 들어, 가장 대표적인 서비스들은 모바일 초광대역 통신 서비스(eMBB: enhanced mobile broad band), 초 고신뢰성/저지연 통신 서비스(URLLC: ultra-reliable and low latency communication), 대규모 기기간 통신 서비스(mMTC: massive machine type communication), 차세대 방송 서비스(eMBMS: evolved multimedia broadcast/multicast Service) 등이 있을 수 있다. 그리고, 상기 URLLC 서비스를 제공하는 시스템을 URLLC 시스템, eMBB 서비스를 제공하는 시스템을 eMBB 시스템 등이라 칭할 수 있다. 또한, 서비스와 시스템이라는 용어는 혼용되어 사용될 수 있다.

이 중 URLLC 서비스는 기존 4G 시스템과 달리 5G 시스템에서 새롭게 고려하고 있는 서비스이며, 다른 서비스들 대비 초 고 신뢰성(예를 들면, 패킷 에러율 약 10-5)과 저 지연(latency)(예를 들면, 약 0.5msec) 조건 만족을 요구한다. 이러한 엄격한 요구 조건을 만족시키기 위하여 URLLC 서비스는 eMBB 서비스보다 짧은 전송 시간 간격(TTI: transmission time interval)의 적용이 필요할 수 있고 이를 활용한 다양한 운용 방식들이 고려되고 있다.

한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE(Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다.

IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.

이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술인 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.

한편, 이동통신 네트워크에서는 시간에 민감한 네트워킹(Time Sensitive Networking, TSN)에 대한 논의가 이루어지고 있다. 이러한 TSN 에서는 오디오/비디오(Audio/Video) 또는 공장 자동화와 같은 부문에서 주로 사용될 것으로 예상되고 있다.

TSN에서 트래픽(Traffic) 전달을 위한 TSN 노드(Node) 간의 경로를 정하고 자원을 할당하는 방법은 크게 중앙-집중 모델(Fully-Centralized Model)과 분산 모델(Fully-Distributed Model)이 있다. 3GPP 네트워크에서는 중앙집중 TSN 모델만 지원할 수 있으며, 분산 TSN 모델은 지원하지 못하였다.

본 개시에서는 분산 TSN 모델을 지원하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.

본 개시의 일 실시예에 따른 방법은, 이동통신 시스템의 사용자 평면 기능 장치에서 분산 시간 민감 네트워킹(TSN)을 지원하기 위한 방법으로, 제 1 TSN 노드와 연결된 사용자 장치(UE)를 통해 제 1 상태 프레임을 수신하는 단계, 상기 제 1 상태 프레임은, 상기 제 1 TSN 노드에 대한 정보, 데이터 프레임을 전송하기 위한 제 2 TSN 노드에 대한 정보, 데이터를 전송하기 위한 스트림 정보, 누적 지연 정보 중 적어도 하나 이상을 포함하며; 상기 수신된 상기 제 1 상태 프레임에 기반하여 상기 사용자 장치(UE)에 대한 PDU 세션 갱신(PDU session update) 절차를 통해 TSN 어플리케이션 기능 장치(TSN AF)로 서비스 품질(QoS) 설정 관련 업데이트를 요청하는 동작; 및 상기 TSN AF로부터 QoS 설정 정보가 수신되면, 상기 제 1 상태 프레임을 갱신하는 동작;을 포함하며, 상기 QoS 설정 정보는 상기 TSN AF에서 지정한 누적 지연, 상기 제 1 TSN 노드의 상태, 상기 제 2 TSN 노드의 상태 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

3GPP 네트워크는 TSN의 중앙집중 모델만 지원하므로, TSN의 분산 모델을 또는 TSN의 분산 모델만을 지원하는 환경에서는 TSN 트래픽을 효과적으로 전송할 수 없었다. 본 개시에 따르면, 3GPP Network, 그 중에서도 5GS가 분산 (Fully-Distributed) TSN 모델만 지원하는 환경에서도 TSN 트래픽을 효과적을 전송할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 TSN의 자원 관리 방법 중 중앙집중 모델과 분산 모델을 나타낸 것이다.
도 2a 내지 도 2d는 TSN의 자원 관리 방법 중 분산 모델의 동작을 예시한 도면이다.
도 3a는 TSN의 중앙집중 모델과 연동하는 3GPP Network의 구조를 예시한 도면이다.
도 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른 TSN의 분산 모델과 연동하는 3GPP Network의 구조를 예시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시에 따른 제안 방법1의 업링크(Uplink) 동작 시 이동통신 네트워크와 TSN 네트워크들 간의 신호 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시에 따른 제안 방법1의 다운링크(Downlink) 동작 시 이동통신 네트워크의 신호 흐름도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시에 따른 제안 방법2의 업링크(Uplink) 동작 시 이동통신 네트워크의 신호 흐름도이다. 도7은 제안방법2의 Uplink 동작을 나타낸 것이다.
도 7a 및 도 7b는 본 개시에 따른 제안 방법2의 다운링크(Downlink) 동작 시 이동통신 네트워크의 신호 흐름도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 개시에 따른 제안 방법3의 업링크(Uplink) 동작 시 이동통신 네트워크의 신호 흐름도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 개시에 따른 제안 방법3의 다운링크(Downlink) 동작 시 이동통신 네트워크의 신호 흐름도이다.
도 10은 본 개시의 일실시예에 따라 무선통신 네트워크의 NF의 기능 블록 구성도이다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 단말의 내부 기능 블록 구성도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명하기에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하 설명에서 사용되는 접속 노드(node)를 식별하기 위한 용어, 네트워크 객체(network entity)들을 지칭하는 용어, 메시지들을 지칭하는 용어, 네트워크 객체들 간 인터페이스를 지칭하는 용어, 다양한 식별 정보들을 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시에서 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 및 NR 규격에서 정의하고 있는 용어 및 명칭들을 사용한다. 하지만, 본 개시가 상기 용어 및 명칭들에 의해 한정되는 것은 아니며, 다른 규격에 따르는 무선통신 네트워크에도 동일하게 적용될 수 있다. 특히 본 개시는 3GPP 5GS/NR (5세대 이동통신 표준)에 적용할 수 있다.

TSN(Time Sensitive Networking)은 Audio/Video 및/또는 공장 자동화 등을 지원하기 위한 시간 동기(Time Synchronization), 저지연(Low Latency) 지원, 이를 위한 자원 관리(Resource Management), 및 신뢰성(Reliability) 향상에 관련된 여러 가지 표준의 집합이다. 이 TSN을 3GPP 네트워크에서 지원하기 위한 방안들이 제안되어 왔다.

도 1a 및 도 1b는 TSN의 자원 관리 방법 중 중앙집중 모델과 분산 모델을 나타낸 것이다.

도 1a는 본 개시를 설명하기 위한 중앙집중 모델(Fully-Centralized Model)의 TSN을 예시하였으며, 도 1b는 분산 모델의 TSN을 예시하였다.

Audio/Video 나 공장 자동화 등의 어플리케이션(application)에서는 주기적으로 작은 크기의 메시지를 연속하여 보내고 받는 경우가 많다. 이런 경우, TSN에서는 주기적으로 발생하는 연속된 메시지를 스트림(Stream)이라고 부른다. Stream을 생성하는 TSN 노드를 화자 또는 토커(Talker)라고 부르고, 도 1a 및 도 1b에서는 모두 참조부호 101로 예시하였다. 또한 Stream을 수신하여 소비하는 TSN 노드를 청자 또는 리스너(Listener)라고 부르며, 도 1a 및 도 1b에서는 모두 참조부호 102로 예시하였다. TSN은 Talker(101)에서 Listener(102)에게 Stream을 일정 시간 이내의 지연을 보장하면서 전달하기 위하여, Stream을 전달하기 전에 경로를 결정하고, 설정된 경로 상에서 자원을 할당해야 한다. 이처럼 경로를 결정하고, 경로 상의 자원을 할당하는 전체 동작을 자원 관리(Resource Management)라고 부른다.

한편, Resource Management 방법에는 중앙집중 모델(도 1a)과 분산 모델(도 1b)이 있다. TSN에서 네트워크와 Application의 환경에 따라 중앙집중 모델과 분산 모델 중 하나의 적합한 방법이 선택될 수 있다. 일방적으로 네트워크의 규모가 크고 설정 변경이 자주 일어나지 않는 환경은 중앙집중 TSN 모델 예컨대, 도 1a의 형태를 이용하기에 적합하다. 반면에 네트워크의 규모가 작거나 자주 변경될 수 있는 환경에서는 분산 TSN 모델 예컨대, 도 1b의 형태를 사용하는 것이 적합하다.

중앙집중 모델에서는 Talker(101)와 Listener(102)로부터 Stream에 대한 요구사항을 취합하고 관리하는 중앙의 서버를 중앙집중화된 사용자 구성(Centralized User Configuration, CUC)(140)이라고 부른다. 또한 TSN에서 트래픽을 전달하는 기능을 담당하는 노드를 브리지(Bridge)라고 부르며, 도 1a에서는 4개의 bridge들(121, 122, 123, 124)을 예시하였다. Bridge들(121, 122, 123, 124)로부터 정보를 취합하고 Bridge의 설정을 담당하는 서버를 중앙집중화된 네트워크 구성(Centralized Network Configuration, CNC)라고 부른다. CNC는 CUC로부터 Stream 요구사항을 받고, Bridge 간의 연결 정보와 각 Bridge의 자원 상태 등의 취합된 정보를 바탕으로 Stream 별로 최적 경로와 경로 상의 각 Bridge에 필요한 자원을 결정한다. CNC는 결정된 자원 할당 정보, 구체적으로는 각 Stream을 지원하기 위한 입출력 포트와 이때에 도착되는 트래픽의 스케줄 정보를 각 Bridge에 알려줄 수 있다. 이런 경우 각 Bridge는 이에 맞추어 대역폭(Bandwidth) 등의 자원을 할당할 수 있다.

도 1b에 예시한 분산 모델에서는 Talker(101)와 Listener(102)로부터 요구사항을 취합 관리하는 CUC(140)나 Bridge들(121, 122, 123, 124)로부터 연결 정보나 자원 상태를 취합하고 관리하는 CNC(130)가 없으므로, 각 Talker(101), Listener(102), Bridge들(121, 122, 123, 124)이 스트림 예약 프로토콜(Stream Reservation Protocol, SRP)을 활용하여 정보를 교환하는 과정을 통하여 Stream 별로 경로를 결정하고 자원을 할당할 수 있다.

도 2a 내지 도 2d는 TSN의 자원 관리 방법 중 분산 모델의 동작을 예시한 도면이다..

도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 분산 모델에서 Talker(101), Bridge들(121, 122,123), Listener(102)는 상호 간에 SRP에 따라 동작할 수 있다.

먼저 도 2a에 예시한 바와 같이 Talker(101)는 자신이 보낼 Stram의 정보를 담은 Talker Frame(211)을 만들어 주변에 전달할 수 있다. Talker Frame(211)이 포함하는 정보는 스트림 식별자(Stream ID), 스트림 랭크(Stream Rank), 트래픽 세부 정보(Tspec) 등이 될 수 있다. Stream ID는 보내고자 하는 Stream의 고유 식별자이다. Stream Rank는 Stream의 상대적인 우선 순위를 나타내는 것으로, 추후 복수의 Stream 간 자원 할당 과정에서 사용될 수 있다. Tspec은 Traffic Specification에서 유래된 것으로 트래픽의 고유 특징을 나타내는데, 주기(Period) 및/또는 스트림의 버스트 크기(Burst Size) 등을 포함할 수 있다. Period는 주기적으로 연속하여 발생할 메시지의 발생 주기를 말한다. stream의 Burst Size는 메시지의 크기를 즉, stream이 한 번에 전송될 수 있는 크기를 나타내는 것이다. stream의 Burst Size는 stream이 발생할 때마다 메시지가 몇 개 있는지, 메시지 별로 최대 크기가 몇 Byte인지 등의 정보를 포함할 수 있다.

다음으로 도 2b에 예시한 바와 같이 Bridge들(121, 122, 123)은 각 Stream별로 자신이 관찰한 상태 정보를 기록하여 상태 프레임(Status Frame)을 생성하고 주변에 전달할 수 있다. Status Frame은 최초 수신된 정보인 Stream ID, Stream Rank, Tspec과, Bridge에서 생성하는 토커 상태(Talker Status), 리스너 상태(Listener Status), 누적 지연(Accumulated Latency) 등을 포함할 수 있다. Stream ID와 Stream Rank, Tspec은 앞서 Talker Frame(211)에서 설명한 것과 동일하다. Talker Status는 Talker가 있는지 없는지 여부에 따라 상태를 기록하는 것이다. 예를 들어, 도 2b에서 Bridge1(121)은 Talker Frame을 수신하였으므로 Talker Status를 Ready로 표시할 수 있다. Listener Status도 마찬가지로 Listener가 있는지 여부를 나타내는 것으로 1개 이상의 Listener가 있을 때 Ready로 표시하고, 없다면 Fail로 표시할 수 있다. Accumulated Latency는 예상되는 최대 지연 시간을 표시하는 것이 될 수 있다. 예를 들어 Bridge1(121)은 자신의 내부 지연 시간과 예상되는 Link간 지연시간을 포함하여 BR1을 추가할 수 있다. 이후 2번째 bridge인 Bridge2(122)는 여기에 자신이 예상하는 추가 지연시간인 BR2를 추가할 수 있다. 마지막 Bridge인 Bridge3(123)는 여기에 다시 자신이 예상하는 지연시간인 BR3를 추가할 수 있다.

이처럼 Status Frame 정보는 최종적으로 Bridge3(123)을 통해 Listener(102)로 전송될 수 있다. Listener(102) Bridge3(123)으로부터 수신된 Status Frame 정보로부터 Stream ID, Stream Rank, Tspec 및 Accumulated Latency를 획득할 수 있다. 또한 Listener(102)는 최종 Bridge3(123)으로부터 전송되는 Status Frame 정보로부터 Talker status 정보도 획득할 수 있다.

다음으로 도 2b에 예시한 바와 같이 Listener(120)는 해당 Stream을 수신하고 사용하겠다는 것을 선언하기 위하여 리스너 프레임(Listener Frame)(221)을 만들어 자신이 Status Frame을 수신했던 노드들을 통해 토커(101)로 전달할 수 있다. 이에 앞서 Listener(102)는 해당 Stream의 Accumulated Latency를 이용하여 자신이 수신할 Stream의 예상 지연시간을 확인한 후에, 이 Stream의 수신 여부를 결정할 수 있다.

Listener Frame(221)이 포함하는 정보는 수신하기로 결정된 스트림 식별자(Stream ID), 수신하기로 결정된 스트림 랭크(Stream Rank), 세부 정보(Tspec) 등이 될 수 있다. Stream ID는 Talker(101)로부터 수신하기로 결정된 Stream의 고유 식별자이다. Stream Rank는 Talker(101)로부터 수신하기로 결정된 Stream의 상대적인 우선 순위가 될 수 있다. Tspec은 주기(Period) 및/또는 스트림의 버스트 크기(Burst Size) 등을 포함할 수 있다.

다음으로 도 2d에 예시한 바와 같이 각 Bridge들(123, 122, 121)는 Listener Frame(221)의 Stream의 정보를 업데이트하여 Status Frame을 생성하고 Talker(101)를 향해 이 프레임을 전달할 수 있다. Status Frame은 앞서 도 2b에서 설명한 것과 동일하게 Stream ID, Stream Rank, Tspec, Talker Status, Listener Status, Accumulated Latency 등의 정보를 포함할 수 있다. Stream ID, Stream Rank, Tspec, Talker Status는 앞서 도 2b에서 설명한 바와 같다. Accumulated Latency는 앞서 도 2b에서와 마찬가지로 자신이 예상하는 최대 지연 시간을 기록할 수 있다. 그러나, 도 2b와 달리 도 2d에서는 Listener(101)의 존재를 알았으므로 Listener Status를 Ready로 표시한다. 동시에 자신의 Bridge에서 이 Stream을 지원하기 위하여 Bandwidth 등의 자원을 할당할 수 있다. 만일, Bridge가 이 과정에서 자원 할당에 실패하는 경우 Fail이라는 추가 필드에 실패 원인을 기술하여 Status Frame에 추가할 수 있다. 반면에 Bridge가 자원 할당에 성공하면, 이 Status Frame을 Talker(101) 쪽으로 전달할 수 있다. 이 과정을 통해 Talker(101)와 Listener(102) 간의 경로 설정과 자원 할당이 이뤄질 수 있다.

예를 들어, Bridge3(123)은 Bridge2(122)로부터 수신될 stream을Listener(102)에게 전달하기 위한 자원을 할당하고, Bridge2(122)는 Bridge1(121)로부터 수신될 Stream을 Bridge3(123)에게 전달하기 위한 자원을 할당하고, Bridge1(121)은 Talker(101)로부터 수신될 Stream을 Bridge2(122)로 전달하기 위한 자원을 할당할 수 있다. Talker(101)는 Bridge1(101)으로부터 Status Frame을 수신하면, Listener(102)에게 Accumulated Latency를 보장하여 Stream을 전송할 수 있음을 알 수 있다.

도 3a는 TSN의 중앙집중 모델과 연동하는 3GPP Network의 구조를 예시한 도면이다.

먼저 도 3a를 참조하면, 제 2 TSN 시스템(310)은 CNC(130)을 포함할 수 있다. 또한 무선 통신 네트워크(320)는 하나의 TSN Bridge로 동작할 수 있다. 여기서 무선 통신 네트워크는 앞서 설명한 바와 같이 3GPP 네트워크일 수 있으며, 특히 5G 또는 NR 표준에 따른 네트워크가 될 수 있다. 하지만 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 그 외의 무선 네트워크도 본 개시에서 설명하는 기능을 포함하는 경우 동일하게 적용할 수 있다.

도 3a에 따르면, 무선 통신 네트워크(320)는 제 2 TSN 시스템(310)과 제 1 TSN 시스템(330) 사이에 위치하여 하나의 TSN Bridge로 동작하는 경우를 예시하였다. 5G의 핵심망은 다음과 같은 네트워크 기능들로 이루어질 수 있다. 여기서 각각의 네트워크 기능들은 하나의 네트워크 노드가 될 수 있다. 하나의 네트워크 노드는 물리적 또는/및 논리적으로 독립된 형태를 취할 수도 있고, 다른 특정한 노드와 함께 구성될 수도 있다. 또한 각각의 네트워크 기능들은 특정한 장치로 구현될 수도 있다. 다른 예로, 각각의 네트워크 기능들은 장치와 소프트웨어가 결합된 형태로 구현될 수도 있다. 또 다른 예로, 각각의 네트워크 기능들은 집합적인 특정 네트워크 상의 장치에서 소프트웨어적으로 구현될 수도 있다. 이하에서 각 네트워크 기능(이하에서는 각 네트워크 기능들에 대하여 “~ 기능 장치”와 같이 표기하기로 한다. 그러면 이하에서 5G의 핵심망의 네트워크 기능들에 대하여 살펴보기로 한다.

무선 통신 네트워크(320)는 Bridge의 단말(321)을 포함할 수 있으며, 3GPP 네트워크의 단말인 경우 사용자 장치(User Equipment, UE)와 DS-TT(Device Side TSN Translator)를 포함할 수 있다. 또한 DS-TT는 TSN 변환부로 불릴 수도 있으며, 물리적인 하드웨어로 구현할 수도 있고, UE의 어플리케이션에서 또는 통신 프로세서(CP)에서 구동될 수도 있다. 다른 예로, DS-TT는 별도의 하드웨어를 가지되, UE의 어플리케이션 또는 어플리케이션의 하위 계층에 의해 제어될 수도 있다. DS-TT는 Ethernet Protocol을 통하여 5GS가 TSN과 연동 시에 필요한 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어 DS-TT는 동기 프레임(Synchronization Frame)을 처리하거나, 링크 계층 디스커버리 프로토콜(Link Layer Discovery Protocol, LLDP) 동작을 수행할 수 있다. 여기서 UE는 5G 네트워크와 제어 신호 및 데이터의 송수신을 위한 무선 통신부(도 3에 예시하지 않음) 및 이를 제어하기 위한 제어부(일반적으로 어플리케이션 프로세서로, 도 3에 예시하지 않음)를 포함하는 장치가 될 수 있다.

RAN(322)는 5G 네트워크의 기지국이 될 수 있다. 따라서 단말(321)과 RAN(322)는 5G 무선 채널을 이용하여 데이터 및 제어 신호의 송수신이 이루어질 수 있다. 사용자 평면 기능 장치(User Plane Function, UPF)(326)는 단말(321)이 송수신하는 packet을 전달하는 게이트웨이 역할을 수행한다. UPF(326)는 Data Network으로 연결되는 PDU Session의 앵커(Achor) 역할을 하는 PDU 세션 앵커(PDU Session Anchor, PSA) UPF일 수 있다. 단말이 Data Network로 보내는 데이터는 모두 이 Anchor UPF를 통해서 전달된다. Centralized Data Network 혹은 Internet Data Network로 가는 데이터 패킷은 해당 PDU Session의 PSA UPF로 전달된다.

액세스 및 이동성 관리 기능 장치(access and mobility management function, AMF)(232)는 단말의 이동성을 관리하는 네트워크 기능을 수행할 수 있다. 세션 관리 기능 장치(session management function, SMF)(324)은 단말에게 제공하는 패킷 데이터 네트워크(packet data network) 연결을 관리하는 네트워크 기능을 수행할 수 있다. 이 연결은 PDU(protocol data unit) session이라는 이름으로 불릴 수 있다.

정책 및 과금 기능 장치(policy and charging function, PCF)(327)는 단말(321)에 대한 이동통신사업자의 서비스 정책, 과금 정책, 그리고 PDU session에 대한 정책을 적용하는 네트워크 기능을 수행할 수 있다. 통합된 데이터 관리 장치는 (unified data management, UDM)(324) 가입자에 대한 정보를 저장하고 있는 네트워크 기능을 수행할 수 있다. 네트워크 노출 기능 장치(network exposure function, NEF)(329)는 5G 네트워크에서 단말(321)을 관리하는 정보에 접근이 가능하여 해당 단말의 이동성 관리(mobility management) 이벤트에 대한 구독, 해당 단말의 세션 관리(session management) 이벤트에 대한 구독, 세션(session) 관련 정보에 대한 요청, 해당 단말의 과금(charging) 정보 설정, 해당 단말에 대한 PDU 세션 정책(session policy) 변경 요청을 할 수 있다.

DS-TT/UE(321)와 NW-TT/UPF(326)는 각각 5GS Logical Bridge의 Port로서 동작하며, PDU Session 설정/수정(Establish/Modification) 절차 등을 응용하여 TSN 어플리케이션 기능 장치(TSN Application Function, TSN AF)(328)와 관리(Management) 정보를 교환할 수 있다. 여기서 네트워크 사이드 TSN 변환기(Network Side TSN Translator, NW-TT)는 5GS가 TSN 지원하기 위하여 필요한 이더넷 관련 프로토콜의 일부 기능을 담당할 수 있으며, 동기 프레임(Synchronization Frame)의 해석 및 처리, 포트 정보 관리, 링크 계층 디스커버리 프로토콜(Link Layer Discovery Protocol, LLDP)을 통한 주변 노드 정보 취합 및 관리 등을 수행할 수 있다.

TSN AF(328)는 5GS Logical Bridge와 TSN의 CNC(130)와 관리(Management) 정보를 교환하는 역할을 담당한다. DS-TT나 NW-TT는 5GS와 TSN간의 Ethernet Protocol를 이용한 연동을 담당한다면, TSN AF(328)는 5GS와 TSN간의 SNMP(Simple Network Management Protocol) 등 Management Protocol을 이용한 연동을 담당할 수 있다.

또한 도 3에서 참조부호 301은 DS-TT/UE(321)가 TSN AF(328)에 PDU Session Establishment/Modification 과정을 이용한 데이터의 전송 경로이며, 참조부호 302는 NW-TT/UPF(326)가 TSN AF(328)에 세션 보고(Session Report) 및 PDU Session Establishment/Modification 과정을 이용한 데이터의 전송 경로를 예시하였다. 참조부호 301의 경로를 통해 단말(321)의 DS-TT에 전달된 데이터는 TSN 시스템(330)으로 제공될 수 있다.

도 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른 TSN의 분산 모델과 연동하는 3GPP Network의 구조를 예시한 도면이다.

도 3a와 도 3b를 대비하여 살펴보면, 도 3a에는 CNS(130)을 포함하므로, TSN AF(328)가 제2TSN 시스템(310)의 CNC(130)을 통해 제어 정보와 데이터를 수신하는 형태이다. 하지만, 도 3b에서는 TSN AF(328)가 제2TSN 시스템(310)을 통해 직접 데이터를 수신하지 않는다.

DS-TT/UE(321)와 NW-TT/UPF(326)는 각각 5GS Logical Bridge의 Port로서 동작하며, 외부 TSN 노드들과 스트림 예약 프로토콜(SRP)을 교환하고 필요 시 이를 처리하는 기능을 담당한다. 일부만 처리하는 경우, User Plane Path를 통해서 SRP 관련 정보를 전달할 수도 있다. 또, PDU Session Establishment/Modification 절차 등을 활용하여 TSN AF와 Management 정보를 교환할 수도 있다. TSN AF(328)에는 CNC와의 연동 기능을 필요로 하지 않는다. 그러나, TSN AF(328)가 여전히 5GS Logical Bridge의 내부의 정보를 종합하는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해 기존의 PDU Session Establishment/Modification 절차만을 수행하거나, 이 역할 조차도 NW-TT에 일부 양보할 수도 있다.

본 개시에 따른 제안 방법1은 DS-TT/UE(321), NW-TT/UPF(326), TSN AF(328) 기반으로 동작할 수 있다. NW-TT/UPF(326) 뿐 아니라 DS-TT/UE(321)가 SRP를 처리하는 능력이 있고, TSN AF(328)를 통해서 5GS Bridge 내부의 정보를 종합할 수 있다. 이런 경우, TSN AF(328)가 여러 PDU Session을 종합할 수 있는 장점이 있다. 즉, TSN AF(328)에서 정보를 종합할 수 있으므로, 같은 UPF/NW-TT(326)에 다수의 DS-TT/UE(321)가 연결된 경우를 포함할 수 있다. 또, DS-TT/UE(321)가 화자(Talker)이거나 청자(Lister)가 되는 경우를 포함할 수도 있다.

본 개시에 따른 제안 방법2는 NW-TT/UPF(326), TSN AF(328) 기반으로 동작할 수 있다. NW-TT/UPF(326)가 DS-TT/UE(321)를 대신하여 SRP를 처리하고, TSN AF(328)를 통해서 5GS Bridge 내부의 정보를 종합할 수 있다. DS-TT/UE(321)가 SRP를 직접 처리할 필요가 없으므로 DS-TT/UE(321)를 더 경량으로 구현할 수 있다. 또, TSN AF(328)에서 정보를 종합할 수 있으므로, 같은 UPF/NW-TT(326)에 다수의 DS-TT/UE(321)가 연결된 경우를 포함할 수 있다.

본 개시에 따른 제안 방법3은 NW-TT/UPF 기반으로 동작할 수 있다. NW-TT/UPF(326)가 DS-TT/UE(326)를 대신하여 SRP 처리하고, NW-TT/UPF(326)가 정보 종합 기능을 갖고 있는 경우이다. DS-TT/UE(321)가 SRP를 직접 처리할 필요가 없으므로 DS-TT/UE(321)를 더 경량으로 구현할 수 있다. 같은 UPF/NW-TT(326)에 다수의 DS-TT/UE(321)가 연결된 경우를 지원하기 위해서, TSN AF(328) 대신 동일 SMF(324)가 다수의 PDU Session에 대한 처리를 UPF에 저장된 정보 기반으로 수행할 수 있어야 한다.

도 4a 및 도 4b는 본 개시에 따른 제안 방법1의 업링크(Uplink) 동작 시 이동통신 네트워크와 TSN 네트워크들 간의 신호 흐름도이다. 이하의 설명에서 DS-TT/UE, UE는 앞서 설명한 바와 같이 DS-TT를 포함하는 것을 가정하여 설명한다. 따라서 사용자 장치, UE, 단말, DS-TT/UE는 모두 앞서 설명한 DS-TT를 포함한 전자장치가 될 수 있다. 또한 이하의 설명에서 특별한 언급이 없는 한 이들의 용어가 혼용되어 사용될 수도 있다. 또한 UPF는 NW-TT를 포함하는 것으로 가정한다. 또한 앞서 설명한 도 3a 및 도 3b에서는 이동통신 네트워크 상의 기지국을 RAN으로 설명하였다. 이하의 설명에서는 5G 네트워크에서 기지국을 설명하고 있으므로, gNB로 설명할 것이며, 동일한 참조부호를 사용하기로 한다.

1단계에서 DS-TT/UE(321)와 NW-TT/UPF(326) 간에 PDU Session이 설정되고, NW-TT/UPF(326)는 Bridge Management 관련된 정보를 TSN AF(328)에 전달하는 단계가 될 수 있다. 이후 실제로 외부 TSN 노드들과 Traffic이 설정된 PDU Session을 통해 DS-TT/UE(321)로 흐르게 된다.

2단계에서 제1TSN 노드(330)와 제2TSN 노드(310) 사이에 위치한 5G 네트워크를 이용하여 동기(Synchronization) 과정이 이루어질 수 있다. 이러한 동기 과정은 TSN Clock에 동기화 되는 것을 의미할 수 있고, 필요 시 Bridge Management 관련 정보를 업데이트할 수 있다.

3단계에서 제1TSN 노드(330)으로부터 Talker/Status/Listener Frame을 수신하고, 이후 DS-TT/UE(321)는 이를 해석할 수 있다.

4/4a/4b단계에서 DS-TT/UE(321)는 PDU Session Update 절차를 통하여 TSN AF(328)에 스트림 식별자(Stream ID), 스트림 랭크(Stream Rank), Tspec, 누적 지연(Accumulated Latency), 화자 상태(Talker Status), 청자 상태(Listener Status) 등의 정보를 전달할 수 있다. 여기서 4단계에서는 DS-TT/UE(321)가 PDU Session Update 절차에서 SMF(324)로 스트림 식별자(Stream ID), 스트림 랭크(Stream Rank), Tspec, 누적 지연(Accumulated Latency), 화자 상태(Talker Status), 청자 상태(Listener Status)의 정보를 전송할 수 있다. SMF(324)는 4단계에서 수신된 정보를 4a단계에서 PCF(327)로 전송할 수 있다. PCF(327)로 전송되는 데이터 또한 PDU Session Update 절차를 이용할 수 있다. 이후 PCF(327)는 4b단계에서 수신된 정보를 TSN AF(328)로 제공할 수 있다.

위의 정보를 수신한 TSN AF(328)는 필요한 경우 QoS 설정 트리거(QoS setup trigger)를 수행할 수 있다. 또한 5단계에서 TSN AF(328)는 PCF(327)로 QoS 설정을 위한 갱신 정보를 제공할 수 있다. 이를 수신한 PCF(327)는 5a단계에서 SMF(324)로 QoS 설정을 위한 PDU Session Update 메시지를 전송할 수 있다. 따라서 SMF(324)는 수신된 정보를 5b단게에서 AMF(323), gNB(322) 및 UE(321)로 제공할 수 있다. 또한 5c단계에서 SMF(324)는 UPF(326)로 N4 세션 수정(Session Modification)을 이용하여 QoS 설정 정보를 제공할 수 있다.

이후 TSN AF(328)는 파라미터들을 갱신할 수 있다. 이때, 예를 들어 도 2d와 같은 단계라면, 5GS Logical Bridge에서도 Stream을 지원하기 위한 자원을 할당할 필요가 있다. TSN AF(328)는 Talker Status, Listener Status, Accumulated Latency 등의 파라미터를 도 2b와 도 2d에서 설명한 바와 같이 업데이트한 후, 단계 6/6a/6b단계에서 NW-TT/UPF(326)로 전달할 수 있다. 6/6a/6b단계들은 TSN AF(328)에서 NW-TT/UPF(326)로의 전달에 필요한 경로들 예를 들어, PCF(327)를 경유(6단계)하고, SMF(324)를 경유(6a단계)하여, NW-TT/UPF(326)로 전달(6b단계)를 포함하는 것이다.

위의 단계들을 통해 NW-TT/UPF(326)는 수신된 정보를 반영한 Status Frame을 생성하고, 7단계에서 외부의 TSN 노드 예를 들어, 제2TSN 노드(310)로 전송할 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 본 개시에 따른 제안 방법1의 다운링크(Downlink) 동작 시 이동통신 네트워크의 신호 흐름도이다. 도 5a 및 도 5b의 설명에서도 UE에 대한 설명은 앞서 설명한 도 4a 및 도 4b와 동일하게 적용할 수 있다. 또한 앞서 설명한 바와 같이 UPF는 NW-TT를 포함하는 것으로 가정한다. 또한 앞서 설명한 도 3a 및 도 3b에서는 이동통신 네트워크 상의 기지국을 RAN으로 설명하였다. 이하의 설명에서는 5G 네트워크에서 기지국을 설명하고 있으므로, gNB로 설명할 것이며, 동일한 참조부호를 사용하기로 한다.

3단계에서 NW-TT/UPF(326)는 제2TSN 노드(310)로부터 Talker/Status/Listener Frame을 수신하고, 이를 해석할 수 있다.

4/4a/4b단계에서 NW-TT/UPF(326)는 PDU Session Update 절차를 통하여 TSN AF(328)에 스트림 식별자(Stream ID), 스트림 랭크(Stream Rank), Tspec, 누적 지연(Accumulated Latency), 화자 상태(Talker Status), 청자 상태(Listener Status) 등의 정보를 전달할 수 있다. 여기서 4단계에서는 UPF(326)가 N4 Session Update 절차에서 SMF(324)로 스트림 식별자(Stream ID), 스트림 랭크(Stream Rank), Tspec, 누적 지연(Accumulated Latency), 화자 상태(Talker Status), 청자 상태(Listener Status)의 정보를 전송할 수 있다. SMF(324)는 4단계에서 수신된 정보를 4a단계에서 PCF(327)로 전송할 수 있다. PCF(327)로 전송되는 데이터 또한 PDU Session Update 절차를 이용할 수 있다. 이후 PCF(327)는 4b단계에서 수신된 정보를 TSN AF(328)로 제공할 수 있다.

위의 정보를 수신한 TSN AF(328)는 필요한 경우 QoS 설정 트리거(QoS setup trigger)를 수행할 수 있다. 또한 5단계에서 TSN AF(328)는 PCF(327)로 QoS 설정을 위한 갱신 정보를 제공할 수 있다. 이를 수신한 PCF(327)는 5a단계에서 SMF(324)로 QoS 설정을 위한 PDU Session Update 메시지를 전송할 수 있다. 따라서 SMF(324)는 수신된 정보를 5b단계에서 AMF(323), gNB(322) 및 UE(321)로 제공할 수 있다. 또한 5c단계에서 SMF(324)는 UPF(326)로 N4 Session Modification을 이용하여 QoS 설정 정보를 제공할 수 있다.

이후 TSN AF(328)는 파라미터들을 갱신할 수 있다. 이때, 예를 들어 도 2d와 같은 단계라면, 5GS Logical Bridge에서도 Stream을 지원하기 위한 자원을 할당할 필요가 있다. TSN AF(328)는 Talker Status, Listener Status, Accumulated Latency 등의 파라미터를 도 2b와 도 2d에서 설명한 바와 같이 업데이트한 후, 단계 6/6a/6b단계에서 DS-TT/UE(321)로 전달할 수 있다. 6/6a/6b단계들은 TSN AF(328)에서 DS-TT/UE(321)로 전달에 필요한 경로들 예를 들어, PCF(327)를 경유(6단계)하고, SMF(324)를 경유(6a단계)하여 DS-TT/UE(321)로 전달(6b단계)를 포함하는 것이다.

위의 단계들을 통해 DS-TT/UE(321)는 수신된 정보를 반영한 Status Frame을 생성하고, 7단계에서 외부의 TSN 노드 예를 들어, 제1TSN 노드(330)로 전송할 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 본 개시에 따른 제안 방법2의 업링크(Uplink) 동작 시 이동통신 네트워크의 신호 흐름도이다. 이하의 설명에서 DS-TT/UE, UE는 앞서 설명한 바와 같이 DS-TT를 포함하는 것을 가정하여 설명한다. 따라서 사용자 장치, UE, 단말, DS-TT/UE는 모두 앞서 설명한 DS-TT를 포함한 전자장치가 될 수 있다. 또한 이하의 설명에서 특별한 언급이 없는 한 이들의 용어가 혼용되어 사용될 수도 있다. 또한 UPF는 NW-TT를 포함하는 것으로 가정한다. 또한 앞서 설명한 도 3a 및 도 3b에서는 이동통신 네트워크 상의 기지국을 RAN으로 설명하였다. 이하의 설명에서는 5G 네트워크에서 기지국을 설명하고 있으므로, gNB로 설명할 것이며, 동일한 참조부호를 사용하기로 한다.

3단계에서 DS-TT/UE(321)는 제1TSN 노드(330)로부터 Talker/Status/Listener Frame을 수신하고, DS-TT/UE(321)는 이를 별도로 해석하지 않고 단계 4에서 NW-TT/UPF(326)로 전달할 수 있다.

NW-TT/UPF(326)는 이 프레임을 해석한 후 5/5a/5b단계에서 PDU Session Update 절차를 통하여 TSN AF(328)로 Stream ID, Stream Rank, Tspec, Accumulated Latency, Talker Status, Listener Status 등의 정보를 전달할 수 있다. 여기서도 앞서 설명한 바와 같이 5/5a/5b는 SMF(324), PCF(327)을 통해 전달되는 경로 상의 절차들이 될 수 있다. 또한 5단게에서는 N4 Session Update를 이용하여 위의 데이터를 전송할 수 있으며, 5a단계에서는 PDU Session Update를 이용하여 위의 데이터를 전송할 수 있다.

위의 정보를 수신한 TSN AF(328)는 필요 시에 QoS 설정 트리거(QoS setup trigger)를 수행할 수 있다. 또한 6단계에서 TSN AF(328)는 PCF(327)로 QoS 설정을 위한 갱신 정보를 제공할 수 있다. 이를 수신한 PCF(327)는 6a단계에서 SMF(324)로 QoS 설정을 위한 PDU Session Update 메시지를 전송할 수 있다. 따라서 SMF(324)는 수신된 정보를 6b단게에서 AMF(323), gNB(322) 및 UE(321)로 제공할 수 있다. 또한 5c단계에서 SMF(324)는 UPF(326)로 N4 Session Modification을 이용하여 QoS 설정 정보를 제공할 수 있다.

이후 TSN AF(328)는 파라미터들을 갱신할 수 있다. 이때, 예를 들어 도 2d와 같은 단계라면, 5GS Logical Bridge에서도 Stream을 지원하기 위한 자원을 할당할 필요가 있다. TSN AF(328)는 Talker Status, Listener Status, Accumulated Latency 등의 파라미터를 도 2b와 도 5d에서 설명한 바와 같이 업데이트한 후, 단계 7/7a/7b단계에서 NW-TT/UPF(326)로 전달할 수 있다. 7/7a/7b단계들은 TSN AF(328)에서 NW-TT/UPF(326)로의 전달에 필요한 경로들 예를 들어, PCF(327)를 경유(7단계)하고, SMF(324)를 경유(7a단계)하여, NW-TT/UPF(326)로 전달(7b단계)를 포함하는 것이다.

도 7a 및 도 7b는 본 개시에 따른 제안 방법2의 다운링크(Downlink) 동작 시 이동통신 네트워크의 신호 흐름도이다. 도 7a 및 도 7b의 설명에서도 UE에 대한 설명은 앞서 설명한 도 4a 및 도 4b와 동일하게 적용할 수 있다. 또한 앞서 설명한 바와 같이 UPF는 NW-TT를 포함하는 것으로 가정한다. 또한 앞서 설명한 도 3a 및 도 3b에서는 이동통신 네트워크 상의 기지국을 RAN으로 설명하였다. 이하의 설명에서는 5G 네트워크에서 기지국을 설명하고 있으므로, gNB로 설명할 것이며, 동일한 참조부호를 사용하기로 한다.

4/4a/4b단계에서 NW-TT/UPF(326)는 PDU Session Update 절차를 통하여 TSN AF(328)로 Stream ID, Stream Rank, Tspec, Accumulated Latency, Talker Status, Listener Status 등의 정보를 전달할 수 있다. 여기서 4단계에서는 UPF(326)가 N4 Session Update 절차에서 SMF(324)로 스트림 식별자(Stream ID), 스트림 랭크(Stream Rank), Tspec, 누적 지연(Accumulated Latency), 화자 상태(Talker Status), 청자 상태(Listener Status)의 정보를 전송할 수 있다. SMF(324)는 4단계에서 수신된 정보를 4a단계에서 PCF(327)로 전송할 수 있다. PCF(327)로 전송되는 데이터 또한 PDU Session Update 절차를 이용할 수 있다. 이후 PCF(327)는 4b단계에서 수신된 정보를 TSN AF(328)로 제공할 수 있다.

이후 TSN AF(328)는 파라미터들을 갱신할 수 있다. 이때, 예를 들어 도 2d와 같은 단계라면, 5GS Logical Bridge에서도 Stream을 지원하기 위한 자원을 할당할 필요가 있다. TSN AF(328)는 Talker Status, Listener Status, Accumulated Latency 등의 파라미터를 도 2b와 도 2d에서 설명한 바와 같이 업데이트한 후, 단계 6/6a/6b단계에서 NW-TT/UPF(326)로 전달할 수 있다. 6/6a/6b단계들은 TSN AF(328)에서 DS-TT/UE(321)로 전달에 필요한 경로들이며, 예를 들어, PCF(327)를 경유(6단계)하고, SMF(324)를 경유(6a단계)하여 DS-TT/UE(321)로 전달(6b단계)를 포함하는 것이다.

위의 단계들을 통해 NW-TT/UPF(326)는 수신된 정보를 반영한 Status Frame을 생성하고, 7단계에서 DS-TT/UE(321)로 전달할 수 있다.

DS-TT/UE(321)는 전달받은 Status Frame을 별도로 해석하지 않고 8단계에서 외부의 제1TSN 노드(330)로 전송할 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 본 개시에 따른 제안 방법3의 업링크(Uplink) 동작 시 이동통신 네트워크의 신호 흐름도이다. 이하의 설명에서 DS-TT/UE, UE는 앞서 설명한 바와 같이 DS-TT를 포함하는 것을 가정하여 설명한다. 따라서 사용자 장치, UE, 단말, DS-TT/UE는 모두 앞서 설명한 DS-TT를 포함한 전자장치가 될 수 있다. 또한 이하의 설명에서 특별한 언급이 없는 한 이들의 용어가 혼용되어 사용될 수도 있다. 또한 UPF는 NW-TT를 포함하는 것으로 가정한다. 또한 앞서 설명한 도 3a 및 도 3b에서는 이동통신 네트워크 상의 기지국을 RAN으로 설명하였다. 이하의 설명에서는 5G 네트워크에서 기지국을 설명하고 있으므로, gNB로 설명할 것이며, 동일한 참조부호를 사용하기로 한다.

NW-TT/UPF(326)는 이 프레임을 해석한 필요한 경우 5/5a/5b단계에서 PDU Session Update 절차를 통하여 TSN AF(328)로 QoS 설정 관련 업데이트를 요청할 수 있다. 여기서도 앞서 설명한 바와 같이 5/5a/5b는 SMF(324), PCF(327)을 통해 전달되는 경로 상의 절차들이 될 수 있다. 또한 5단게에서는 N4 Session Update를 이용하여 위의 데이터를 전송할 수 있으며, 5a단계에서는 QoS 요청 메시지를 이용하여 위의 데이터를 전송할 수 있으며, 5b단계에서는 QoS 설정을 위한 갱신 메시지를 이용하여 위의 데이터를 전송할 수 있다.

그러면, TSN AF(328)는 6/6a/6b/6c단계를 통해 QoS 설정을 수행할 수 있다. 여기서 6단계는 TSN AF(328)가 QoS 설정을 위한 갱신 메시지를 이용하여 PCF(327)로 전송하는 단계이며, 6a단계는 이를 수신한 PCF(327)가 SMF(324)로 QoS 설정을 위한 PDU Session Update 메시지를 이용하여 전송하는 동작이 될 수 있고, 6b단계는 SMF(324)가 AMF(323), gNB(322) 및 UE(321)로 QoS 설정을 위한 PDU Session Modification 메시지를 이용할 수 있다. 또한 SMF(324)는 6c단계에서 UPF(326)로 N4 Session Modification을 이용하여 QoS 설정 정보를 제공할 수 있다.

이에 따라 UPF(326)는 파라미터들을 갱신할 수 있다. 이때, 예를 들어 도 2d와 같은 단계라면, 5GS Logical Bridge에서도 Stream을 지원하기 위한 자원을 할당할 필요가 있다. NW-TT/UPF(326)는 Talker Status, Listener Status, Accumulated Latency 등의 파라미터를 도 2b와 도 2d에서 설명한 바와 같이 업데이트할 수 있다.

이후 NW-TT/UPF(326)는 7/7a/7b단계에서 Stream ID, Stream Rank, Tspec, Acc. Latency, Talker Status, Listener Status 등의 정보를 TSN AF(328)로 전달할 수 있다. 7/7a/7b단계들은 TSN AF(328)에서 NW-TT/UPF(326)로의 전달에 필요한 경로들 예를 들어, PCF(327)를 경유(7단계)하고, SMF(324)를 경유(7a단계)하여, NW-TT/UPF(326)로 전달(7b단계)를 포함하는 것이될 수 있다. 또한 7/7a/7b단계들은 추후 복수의 PDU Session이 관련될 경우를 대비하여 저장하는 용도이므로, 단일 PDU Session만 관련된다면 생략될 수도 있다.

위의 단계들을 통해 NW-TT/UPF(326)는 업데이트된 정보를 반영한 Status Frame을 생성하고, 8단계에서 외부의 TSN 노드 예를 들어 제2TSN 노드(310)로 전송할 수 있다.

도 9a 및 도 9b는 본 개시에 따른 제안 방법3의 다운링크(Downlink) 동작 시 이동통신 네트워크의 신호 흐름도이다. 도 9a 및 도 9b의 설명에서도 UE에 대한 설명은 앞서 설명한 도 4a 및 도 4b와 동일하게 적용할 수 있다. 또한 앞서 설명한 바와 같이 UPF는 NW-TT를 포함하는 것으로 가정한다. 또한 앞서 설명한 도 3a 및 도 3b에서는 이동통신 네트워크 상의 기지국을 RAN으로 설명하였다. 이하의 설명에서는 5G 네트워크에서 기지국을 설명하고 있으므로, gNB로 설명할 것이며, 동일한 참조부호를 사용하기로 한다.

3단계로 제2TSN 노드(310)로부터 Talker/Status/Listener Frame을 수신한 NW-TT/UPF(326)는 이를 해석할 수 있다.

NW-TT/UPF(326)는 필요 시에 4/4a/4b단계에서 TSN AF(328)로 QoS 설정을 요청할 수 있다. 4단계에서 NW-TT/UPF(326)는 N4 보고(Report) 메시지를 이용하여 SMF(324)로 UE MAC, Port Info, NW-TT MAC/port info, Tspec 등의 정보를 제공할 수 있다. 그러면 4a단계에서 SMF(324)는 PCF(327)로 QoS 요청 메시지를 이용하여 상기한 정보들을 제공할 수 있다. 이에 따라 PCF(327)는 4b단계에서 QoS 설정을 위한 갱신(Update) 메시지를 이용하여 TSN AF(328)로 제공할 수 있다.

TSN AF(328)는 4/4a/4b단계를 통해 수신된 메시지에 대한 응답 메시지를 PCF(327)(5단계), SMF(324)(5a단계), NW-TT/UPF(326), gNB(322), UE(321)(5b단계)로 전송할 수 있다. 이때, 5단계에서는 QoS 설정을 위한 갱신(Update) 메시지를 이용할 수 있고, 5a단계에서는 QoS 설정을 위한 PDU Session Update 메시지를 이용할 수 있으며, 5b단계에서는 QoS 설정을 위한 PDU Session Modification 메시지를 이용할 수 있다. 또한 5c단계에서 SMF(324)는 QoS 설정을 위한 N4 Session Modification 메시지를 이용하여 NW-TT/UPF(326)로 갱신된 파라미터를 전송할 수 있다.

NW-TT/UPF(326)는 수신된 파라미터를 갱신할 수 있다. 예를 들어 도 2d와 같은 단계라면, 5GS Logical Bridge에서도 Stream을 지원하기 위한 자원을 할당할 필요가 있다. NW-TT/UPF(326)는 Talker Status, Listener Status, Accumulated Latency 등의 파라미터를 도 2b와 도 2d에서 설명한 바와 같이 업데이트할 수 있다.

이후 NW-TT/UPF(326)는 6/6a/6b단계에서 Stream ID, Stream Rank, Tspec, Acc. Latency, Talker Status, Listener Status 등의 정보를 TSN AF(328)로 전달할 수 있다. 6/6a/6b단계들은 NW-TT/UPF(326)에서 TSN AF(328)로 전달에 필요한 경로들이며, 예를 들어, SMF(324)를 경유(6단계)하고, PCF(327)를 경유(6a단계)하여 TSN AF(328)로 전달(6b단계)를 포함하는 것이다. 이 6/6a/6b단계는 추후 복수의 PDU Session이 관련될 경우를 대비하여 저장하는 용도이므로, 단일 PDU Session만 관련된다면 생략될 수도 있다.

이후 NW-TT/UPF(326)는 갱신된 정보를 반영한 Status Frame을 생성한 후 7단계의 과정으로 DS-TT/UE에 전달할 수 있다. 7단계를 통해 Status Frame을 수신한 DS-TT/UE(321)는 전달받은 Status Frame을 별도로 해석하지 않고 8단계에서 외부의 TSN 노드 예를 들어 제1TSN 노드(310)로 전송할 수 있다.

도 10은 본 개시의 일실시예에 따라 무선통신 네트워크의 NF의 기능 블록 구성도이다.

도 10을 참조하면, 네트워크 인터페이스(1010)는 이동통신 코어 네트워크의 다른 네트워크 엔티티 및/또는 적어도 하나의 TSN 노드와 통신을 수행할 수 있다. 예컨대, NF가 RAN(322)인 경우 SMF(326), AMF(323) 등과 통신을 수행할 수 있다. 다른 예로, NF가 UPF(326)인 경우 경우 RAN(322), SMF(324) 등과 통신을 수행할 수 있다. 또 다른 예로, NF가 TSN AF(328)인 경우 TSN의 CNC(130) 및/또는 TSN 시스템의 적어도 하나의 노드와 통신할 수 있으며, 동시에 NEF(329) 및/또는 PCF(327)과 통신할 수 있다. 이와 유사한 동일하게, NF가 특정한 하나의 네트워크 엔티티인 경우 네트워크 인터페이스(1010)는 이동통신 네트워크의 다른 엔티티 및/또는 TSN 시스템의 적어도 하나의 노드와 통신할 수 있다. 따라서 본 개시에 따른 네트워크 인터페이스(1010)는 특정한 경우 예컨대, UPF(326)에 포함되는 경우 NW-TT의 기능을 포함할 수 있다.

제어부(1011)는 NF의 동작을 수행하기 위한 적어도 하나의 프로세서 또는/및 프로그램으로 구현될 수 있다. 예컨대, NF가 UPF(326)인 경우 제어부(1011)는 이상에서 상술한 UFF(326)의 동작을 수행할 수 있다. 다른 예로 NF가 TSN AF(328)인 경우 상술한 TSN AF (103)의 동작을 수행할 수 있다. 그 외의 다른 네트워크 엔티티인 경우에도 동일하게 이상에서 설명된 동작에 필요한 제어를 수행할 수 있다.

메모리(1012)는 제어부(1011)에서 필요한 프로그램 및 각종 제어 정보를 저장할 수 있으며, 그 외에 본 개시에서 설명된 각 정보들을 저장할 수 있다.

이상에서 설명한 구성 외에 NF는 운영자와 접속을 위한 다양한 인터페이스들을 더 포함할 수 있다. 본 개시에서는 이러한 추가적인 구성에 대하여 특별한 제약을 두지는 않는다.

도 11은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 단말의 내부 기능 블록 구성도이다.

도 11를 참조하면, 단말(321)은 송수신부(1110), 제어부(1120) 및 메모리(1130)을 포함할 수 있다. 단말(321)은 구현 방식에 따라 추가적으로 더 많은 구성 요소들을 가질 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스를 위한 표시부(display), 입력부, 센서 등의 다양한 부가 장치들을 더 포함할 수 있다. 본 개시에서는 이러한 추가적인 구성에 대하여 제약을 두지는 않는다.

송수신부(1110)은 도 1 내지 도 9에서 설명된 각각의 실시예들에 기반하여 기지국(322)과 무선 채널을 통해 연결될 수 있으며, 기지국(321)과 신호 및/또는 메시지의 송수신을 수행할 수 있다. 단말(321)이 5G 네트워크와 통신하는 경우 송수신부(1110)은 5G 통신 네트워크와 송/수신이 가능한 장치가 될 수 있다. 또한 송수신부(1110)은 필요에 따라 통신 프로세서를 포함할 수 있다. 송수신부(1110)에서 통신 프로세서를 포함하지 않는 경우 모든 신호 및/또는 메시지는 제어부에서 처리될 수 있다.

또한 본 개시에 따라 송수신부(1110)는 TSN 시스템의 적어도 하나의 노드와 통신을 수행할 수 있다. 이때 TSN 시스템의 적어도 하나의 노드는 앞서 설명한 바와 같이 화자(Talker) 및/또는 청자(Listener) 중 하나이거나 또는 다른 브릿지(Bridge)가 될 수 있다. 따라서 본 개시에 따른 송수신부(1110)는 이동통신 시스템과 무선 형식으로 통신하기 위한 구성과 DS-TT의 구성을 모두 포함할 수 있다.

제어부(1120)는 기본적인 단말(321)의 동작을 제어할 수 있으며, 이상에서 설명된 메시지들의 수신, 전달, 전송 및 저장의 제어를 수행할 수 있다.

메모리(1130)는 단말(321)의 제어에 필요한 각종 데이터들을 저장할 수 있으며, 이상에서 설명한 네트워크 슬라이스를 이용하여 통신하기 위해 기지국(322) 및/또는 코어 네트워크의 특정 NF로부터 수신된 메시지를 저장하기 위한 영역을 가질 수 있다.

또한 본 명세서와 도면에 개시된 실시 예들은 본 발명의 내용을 쉽게 설명하고, 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

101: 화자(Talkers)
102: 청자(Listener)
121, 122, 123, 124: 브리지(bridge)
130: CNC(Centralized Network Configuration)
140: CUC(Centralized User Configuration)
211: 화자 프레임(Talker Frame)
212, 213, 214, 222, 223,224: 상태 프레임(Status Frame)
221: 청자 프레임(Listener Frame)
310, 330: TSN 시스템 또는 TSN 노드
320: 5G 네트워크의 TSN 브리지
321: UE 322: RAN, gNB
323: AMF 324: SMF
325: UDM 326: UPF
327: PCF 328: TSN AF
329: NEF

Claims

이동통신 시스템의 사용자 평면 기능 장치에서 분산 시간 민감 네트워킹(TSN)을 지원하기 위한 방법에 있어서,
제 1 TSN 노드와 연결된 사용자 장치(UE)를 통해 제 1 상태 프레임을 수신하는 단계, 상기 제 1 상태 프레임은, 상기 제 1 TSN 노드에 대한 정보, 데이터 프레임을 전송하기 위한 제 2 TSN 노드에 대한 정보, 데이터를 전송하기 위한 스트림 정보, 누적 지연 정보 중 적어도 하나 이상을 포함하며;
상기 수신된 상기 제 1 상태 프레임에 기반하여 상기 사용자 장치(UE)에 대한 PDU 세션 갱신(PDU session update) 절차를 통해 TSN 어플리케이션 기능 장치(TSN AF)로 서비스 품질(QoS) 설정 관련 업데이트를 요청하는 동작; 및
상기 TSN AF로부터 QoS 설정 정보가 수신되면, 상기 제 1 상태 프레임을 갱신하는 동작;을 포함하며,
상기 QoS 설정 정보는 상기 TSN AF에서 지정한 누적 지연, 상기 제 1 TSN 노드의 상태, 상기 제 2 TSN 노드의 상태 중 적어도 하나를 포함하는, 이동통신 시스템의 사용자 평면 기능 장치에서 분산 시간 민감 네트워킹(TSN)을 지원하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 제 1 상태 프레임은 상기 사용자 장치와 설정된 PDU Session을 이용하여 수신하는, 이동통신 시스템의 사용자 평면 기능 장치에서 분산 시간 민감 네트워킹(TSN)을 지원하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 갱신된 제 1 상태 프레임을 세션 수정(Session Modification)을 이용하여 상기 TSN AF로 제공하는 단계;를 더 포함하는, 이동통신 시스템의 사용자 평면 기능 장치에서 분산 시간 민감 네트워킹(TSN)을 지원하기 위한 방법.
제3항에 있어서, 상기 갱신된 제 1 상태 프레임은,
상기 전송할 스트림의 식별자, 상기 전송할 스트림의 랭크, 상기 스트림에 대응하는 트래픽 세부 정보, 상기 누적 지연, 상기 제 1 TSN 노드의 상태, 상기 제 2 TSN 노드의 상태 중 적어도 하나를 포함하는, 이동통신 시스템의 사용자 평면 기능 장치에서 분산 시간 민감 네트워킹(TSN)을 지원하기 위한 방법.
제3항에 있어서,
상기 갱신된 제 1 상태 프레임에 기반하여 상기 제 2 TSN 노드로 전송하기 위한 제 2 상태 프레임을 생성하는 동작; 및
상기 생성된 제 2 상태 프레임을 상기 제 2 TSN 노드로 전송하는 동작;을 더 포함하는, 이동통신 시스템의 사용자 평면 기능 장치에서 분산 시간 민감 네트워킹(TSN)을 지원하기 위한 방법.