KR20210104376A

KR20210104376A - 무선 통신 네트워크에서 이종 시스템간 시간 동기화를 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20210104376A
Application number: KR1020200019025A
Authority: KR
Inventors: 문상준; 한윤선
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2020-02-17
Filing date: 2020-02-17
Publication date: 2021-08-25
Also published as: EP4057715A4; WO2021167250A1; US20230077354A1; EP4057715A1

Abstract

본 발명은 무선 통신 네트워크에서 이종 시스템간의 시각을 동기화하기 위한 AF(application function)의 동작 방법을 개시한다. 상기 동작 방법은, 제1 시스템의 시각 및 제2 시스템의 시각을 동기화하는 단계; 및 상기 동기화에 관한 정보를 PCF(policy control function)에게 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

무선 통신 네트워크에서 이종 시스템간 시간 동기화를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TIME SYNCHRONIZATION BETWEEN HETEROGENEOUS SYSTMEM IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선 통신 네트워크에 관한 것으로, 보다 상세히는 3GPP 5GS (5th generation system)으로 TSN(time sensitive networking)을 지원 유선망과 연동하여 단말간 시간 동기화(time synchronization)뿐 아니라 TSC(time sensitive communication) 제공하는 방법에 관한 것이다.

4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 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 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 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 FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 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 기술이 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.

3GPP 망은 TSN과 연동하여 TSC (Time Sensitive Communication)을 지원하는 방법을 제공한다. TSC 트래픽의 Delay 요구사항은 TSN Clock 기준으로 제공되는데, 이를 지원하기 위하여 3GPP 망은 5GS Clock 기준으로 QoS를 제공하고 있다. TSN Clock 과 5GS Clock 차이로 인하여, TSN Clock 기준으로 5QI (5G QoS Identifier) 선택 시 Delay 요구 만족하지 못할 수도 있다.

기존에는 3GPP 망이 TSC 지원 위한 5QI 선택 시 TSN 시각(clock)을 기준으로 한 지연(delay) 요구사항을 이용하였으므로 지연 요구를 만족시키지 못할 수도 있었다. 본 발명을 통해서, 3GPP 망이 TSC 지원 위한 5QI 선택 시 5GS 시각을 기준으로 한 지연 요구사항을 이용하게 되어, 지연 요구사항을 항상 만족시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 TSN의 이더넷상의 TSN 관리(management) 동작을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 5G 네트워크의 TSN 지원 구조를 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 5G 네트워크가 보장하는 브리지 지연(bridge delay)의 구성을 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 TSN AF(time sensitive networking application function)가 지연 요구사항을 변환하는 방법을 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 PCF(policy control function)가 지연 요구사항을 변환하는 방법을 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 SMF가 5QI를 필요시에 변환하는 방법을 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 TSN AF가 Delay 요구사항을 변환하는 동작을 도시한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 PCF가 Delay 요구사항을 변환하는 동작을 도시한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 SMF가 5QI를 필요시에 변환하는 동작을 도시한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 단말의 구성을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 기지국의 구성을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 SMF의 구성을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 PCF의 구성을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 TSN AF의 구성을 나타낸 도면이다.

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, 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 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.

공장자동화 등의 시나리오를 지원하기 위해서 관련된 노드들의 시각 동기화가 필요하다. 특히, 정밀 작업을 요구하는 상황에서, 이 시각 동기화의 정밀도도 높아야 한다. 산업용으로 이더넷을 활용하는 경우, 이더넷으로 연결된 노드들간의 시간 동기를 지원하는 방법인 TSN (Time Sensitive Networking) 기술이 연구되어 왔고 상용화되어 사용되고 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 TSN의 이더넷상의 TSN 관리 동작을 도시한 개념도이다.

도 1을 참고하면, TSN의 이더넷상의 TSC (Time Senstive Communication)를 지원하는 원리를 설명한 것이다. TSC 트래픽은 일정 간격으로 발생하는 특성을 갖고 있어 스트림(stream)이라 지칭될 수 있다. 스트림을 생성하는 노드 (Node)는 토커(talker)라 지칭될 수 있다. 스트림을 수신하는 노드는 리스너(listener)라고 지칭될 수 있다. 예를 들어, 공작 기계는 일정 시간마다 자신의 동작 상태를 보고하는 트래픽을 발생시키고, 관리 서버는 상기 트래픽을 수신하여 동작 상태를 모니터링할 수 있다. 이 경우 공작 기계가 토커가 되고, 모니터링 서버가 리스너가 될 수 있다. 또는, 로봇의 제어 서버가 일정 시간마다 동작 제어 신호를 발생시키고, 로봇이 상기 제어 신호를 수신하여 상기 제어 신호에 맞추어 동작할 수 있다. 이때, 로봇 제어 서버가 토커가 되고, 로봇이 리스너가 될 수 있다. 스트림을 토커와 리스너 사이에서 전달하는 장치를 브리지 (bridge; BR)라고 지칭할 수 있다. 토커, 리스너와 브리지 등 TSN을 지원하는 모든 노드들은 TSN GM (grand master)를 기준으로 시각 동기화 (clock synchronization)가 이뤄진 상태로 동작할 수 있다. TSN 내의 CUC (centralized user configuration)는 토커와 리스너에서 취합한 스트림 정보를 CNC (centralized network configuration)에 전달할 수 있다. CNC는 스트림 요구에 맞추어 토커와 리스너 사이의 경로를 결정하고, 각 브리지에 스트림 전달을 위한 요구사항을 관리 정보(management information)으로 전달할 수 있다. 도 1을 참고하면, 토커는 10ms마다 발생하는 트래픽을 매 0ms에 생성하여 전송하며, BR 1은 매 2ms, BR 2는 매 4ms, BR 3은 매 6ms, BR 4는 매 8ms에 트래픽을 전송하도록 CNC가 관리 정보를 각 브리지에 전달할 수 있다. 이때, 브리지 간의 링크 지연시간이 무시할 만하다고 가정할 수 있다. 예를 들어 BR 2은 매 2ms에 스트림을 수신하여, 매 4ms에는 상기 스트림을 전송해야 하므로, 최대 지연시간 2ms 이내로 상기 스트림을 전송해야 하는 지연시간 요구사항을 가질 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 5G 네트워크의 TSN 지원 구조를 도시한 개념도이다.

도 2를 참고하면, 5G 네트워크는 TSN 시각 동기화 및 TSC를 지원할 수 있다. 예를 들어, 5G 네트워크는 도 1의 TSN 브리지 (TSN 노드)로 모델링될 수 있다. 즉, 5G 네트워크인 UPF (user plane function) - gNB (5G RAN (Radio Access Network) 기지국(base station)) - UE (user equipment)가 하나의 TSN 노드로서, 링크 지연(link delay)와 거주(residence) 시간을 보정하여 동기(Sync) 프레임(frame)을 업데이트하여 다른 TSN 노드와 교환함으로써 TSN 시각 동기화를 지원할 수 있다. 5GS가 TSN 시각 동기화를 지원하기 위하여 5G 네트워크 내부의 UPF, gNB, UE는 공통의 5GS GM에 동기화되어 있는 것으로 가정할 수 있다. 예를 들어 gNB는 GPS에 연결되어 있고, UPF는 gNB와 이더넷 기반의 TSN을 통하여 연결되어 gNB와 동기를 맞추고, UE는 PHY 프레임을 송수신하는 과정을 통해 gNB와 동기화되어 있을 수 있다. UPF와 TSN과의 연동을 담당하는 논리적 기능 블록을 NW-TT (network-side TSN translator)라고 하고, UE와 TSN과의 연동을 담당하는 논리적 기능 블록을 DS-TT (Device-Side TSN Translator)라고 지칭할 수 있다. UPF/NW-TT는 유선망의 TSN 노드와 연결되어 있고, UE/DS-TT도 유선망의 TSN 노드와 연결될 수 있다. 따라서, UPF는 5GS 시각(clock)과 TSN 시각을 동시에 알 수 있다. UPF는 SMF (session management function)에 이 5GS 시각과 TSN 시각의 차이 정보를 전달할 수 있는데, 여기에는 시각 오프셋(offset)과 주파수 차이(frequencey diffrerence) (속도비(rateRatio))가 포함될 수 있다.

또, 5GS는 하나의 브리지로서 TSN의 CNC와 관리 정보를 송수신할 수 있는데, 이를 담당하는 것이 TSN AF (application function)이다. 예를 들어, TSN AF는 도 1에서 예를 들었던 스트림의 정보를 CNC로부터 수신할 수 있다. 스트림의 정보에는 해당 스트림을 5GS 브리지내에서 전달해야하는 지연 요구사항을 포함할 수 있다. TSN AF가 지연 요구사항을 변경하여 PCF (policy control function)에 전달하면, PCF는 미리 정의된 정책(policy)에 따라, 요구사항을 만족하는 QoS를 제공할 수 있는 5QI (5G QoS identifier)를 결정할 수 있다. PCF는 결정된 5QI와 해당 스트림의 정보를 SMF에 전달할 수 있다. 이후 SMF는 상기 5QI 기반의 QoS 설정을 적용하기 위하여 UE, RAN 및 UPF에 시그널링 (Signaling)을 전달할 수 있다.

예를 들어 CNC로부터 수신한 지연시간 요구사항이 최대 10ms를 보장하는 것이라고 가정할 수 있다. 상기 요구사항은 TSN 시각을 기준으로 결정될 수 있다. 또한, PCF가 갖고 있는 5QI들이 5QI1은 최대 10ms, 5QI2는 최대 7ms, 5QI3은 최대 5ms의 지연시간을 보장하는 것으로 가정할 수 있다. 도 2의 동작에 따르면, PCF는 TSN 시각을 기준으로 지연시간 요구사항 10ms을 만족하는 5QI1를 결정하고 SMF에 상기 5QI1를 전달하며, SMF는 상기 5QI1에 따라 QoS 설정을 요청할 수 있다. 이때, 5GS 시각과 TSN 시각의 속도비(rateRatio) (Freq_TSN / Freq_5GS)가 1.01이라면, 5GS 시각을 기준으로 지연시간 요구사항은 “10ms*1/rateRatio = 9.900990099009901ms”와 같이 결정될 수 있다. 5G 네트워크 또는 5GS (5G System)은 5GS 시각 기준의 지연시간 요구사항을 만족하기 위해서 5QI1이 아니라 5QI2가 선택 및 적용되어야 할 수 있다. 따라서, 도 2의 동작은 5GS가 실제 TSC 트래픽의 지연시간 요구사항을 만족하지 못하게 될 가능성이 있다.

또한, 도 2의 UDM (unified data management)은 UE의 가입자 정보를 저장할 수 있다. UE의 가입자 정보는 지원 가능한 고정 QoS 규칙(default QoS rule)을 포함할 수 있다. 고정 QoS 규칙 외의 해당 UE를 위한 PDU 세션(session)에 가용한 QoS 규칙 세트(set)들은 PCF가 SMF에게 전달할 수 있다. NEF (network exposure function)는 외부 AF와 연동할 때 사용하는 것으로, TSN AF는 내부 AF로 볼 수 있기 때문에 여기에서는 사용되지 않을 수 있다. 그렇지만, NEF는 TSN AF 없이 TSN 요구사항을 5GS에 전달해야 하는 특별한 사용 경우(use case)에 사용될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 5G 네트워크가 보장하는 브리지 지연(bridge delay)의 구성을 도시한 개념도이다.

도 3은 5GS 브리지내의 지연시간의 구성을 나타낸 것이다. 5GS 브리지내 지연시간 (bridge delay)은 DS-TT-UE 거주 시간(residence time)과 PDB (packet delay budget)을 포함할 수 있다. DS-TT-UE 거주 시간은 UE 및 DS-TT의 특성에 따라 미리 정해져 있는 값으로 가정할 수 있다. PDB는 QoS의 파라미터로서, 5QI를 결정함에 따라서 달라지는 값일 수 있다. PDB를 더 세분화하여 UPF와 백홀(backhaul) 구간의 지연시간을 CN (core network) PDB로, RAN 구간의 지연시간을 AN (access network) PDB로 나타낼 수도 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 TSN AF가 지연 요구사항을 변환하는 방법을 도시한 개념도이다.

도 4를 참고하면, SMF가 UPF에서 5GS 시각과 TSN 시각의 차이 정보를 받으면, 상기 차이 정보를 PCF에게 전달하고, PCF는 상기 차이 정보를 TSN AF에게 전달할 수 있다. TSN AF는 차이 정보에 기초하여 TSC 스트림을 지연 요구사항을 TSN 시각 기반에서 5GS Clock 기반으로 변환할 수 있다. TSN AF는 변환된 지연 요구사항을 PCF에 전달할 수 있다. PCF는 5GS 시각 기준으로 변환된 지연 요구사항에 맞는 5QI를 결정할 수 있다. PCF는 결정된 5QI를 SMF에 전달하고, SMF는 5QI에 해당하는 QoS를 적용할 수 있다. 상술한 방법을 사용하면, 지연 요구사항을 만족하는 최적의 5QI를 결정할 수 있다. 다만, SMF에서 PCF를 거쳐 TSN AF까지 5GS 시각과 TSN 시각의 차이 정보를 전달하기 위한 추가적인 시그널링이 발생될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 PCF가 지연 요구사항을 변환하는 방법을 도시한 개념도이다.

SMF는 UPF로부터 5GS 시각과 TSN 시각의 차이 정보를 수신하고, 상기 시각 정보를 PCF에 전달할 수 있다. TSN AF는 TSN 시각 기반의 지연 요구사항을 PCF에 전달할 수 있다. PCF는 지연 요구 사항을 5GS 시각 기준의 지연 요구사항으로 변환할 수 있다. PCF는 변환된 지연 요구사항을 만족시키는 5QI를 결정할 수 있다. PCF는 결정된 5QI를 SMF에 전달할 수 있다. SMF는 5QI에 해당하는 QoS를 적용한다. 상술한 방법을 사용하면, 5GS는 지연 요구사항을 만족하는 최적의 5QI를 결정할 수 있다. 다만, SMF에서 PCF까지 5GS 시각과 TSN 시각의 차이 정보를 전달하기 위한 추가적인 시그널링이 발생될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 SMF가 5QI를 필요시에 변환하는 방법을 도시한 개념도이다.

TSN AF는 TSN 시각 기반의 지연 요구사항을 PCF에 전달할 수 있다. PCF는 지연 요구사항을 만족시키는 5QI를 결정할 수 있다. PCF는 결정된 5QI를 SMF에 전달할 수 있다. SMF는 5QI를 적용하기 전에 속도비(rateRatio)를 이용하여 5GS 시각을 기준으로 변환된 5QI’을 결정할 수 있다. 5QI’와 다양한 기준에 기초하여, 신규로 5QI를 결정할 수도 있고, 기존 5QI를 그대로 사용할 수도 있다. 5QI 업데이트가 필요한 경우, SMF는 PCF에 5QI 변경에 대한 절차를 수행할 수 있다. 상술한 방법을 사용하면, 5GS는 지연 요구를 만족하는 5QI를 선택할 수 있다. 또한, SMF에서 PCF나 TSN AF까지 5GS 시각과 TSN 시각의 차이 정보를 전달하는 시그널링 부하가 추가로 발생하지 않기 때문에 전체적인 시스템 효율을 향상시킬 수 있다.

5QI’을 바탕으로 5QI를 다시 결정하는 경우, 다양한 기준이 적용될 수 있다. 예를 들어, 5QI’의 최대 지연시간이 5QI의 최대 지연시간보다 큰 경우, 기존의 5QI를 사용할 수 있다. 또한, 5QI’의 최대 지연시간이 5QI의 최대 지연시간보다 보다 작은 경우, 5QI’의 최대 지연시간을 만족하도록 지원가능한 5QI 조합들 중 최적의 것을 다시 결정할 수 있다. 이때, 도 3에서 설명한 DS-TT-UE 거주 시간이 최소(Min)와 최대(Max)가 있어서 그 사이의 조절이 가능하고, 최소 내지 최대 사이의 마진(margin)을 활용하여 5QI’의 최대 지연시간과 5QI의 최대 지연시간의 차이를 보상해 줄 수 있다면, 기존의 5QI를 그대로 이용할 수도 있다. 또는, 설정에 따라서 5QI’의 최대 지연시간과 5QI의 최대 지연시간의 차이가 미리 정해진 마진 이하일 때는 기존의 5QI를 그대로 이용할 수도 있다. 상기 마진은 5GS의 브리지 지연을 TSN의 CNC과 공유하는 과정에서, 이미 반영될 수 있다. CNC가 상기 마진에 기초하여 스트림 전달 경로를 결정하고, 결정된 경로상의 5GS 브리지에게 상기 마진이 포함된 지연 요구하게 되므로, 5GS는 지연 요구를 보장할 수 있다. 다른 예로, 상기 마진이 확률적으로 지연 요구를 만족하지 못하는 현상을 유발할 수도 있지만, 이로 인한 TSC 트래픽의 메시지 혹은 패킷의 손실이 어플리캐이션(application) 차원에서는 문제를 발생시키지 않는 경우에 적용될 수 있다. 일정 주기로 전달되는 메시지나 패킷이 손실되더라도 어플리캐이션에 영향을 미치지 않는 최대 허용 시간은 생존 시간(survival time)이라지칭될 수 있다. 상기 생존 시간은 각 어플리캐이션의 특성에 따라 결정될 수 있다. 생존 시간은 NEF, 또는 OAM (operation administration and management)을 통해 SMF에게 전달될 수 있다. SMF는 상기 생존 시간에 기초하여 마진을 결정할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 TSN AF가 지연 요구사항을 변환하는 동작을 도시한 순서도이다.

1단계에서, UE는 TSN을 지원하는 PDU 세션(session)을 생성할 수 있다. 이때에 필요한 5QI Profile들이 SMF에 저장될 수 있다.

2단계에서 상기 PDU 세션을 활용한 외부 TSN 노드들과 UE 및 UPF를 포함한 5GS 브리지가 시각 동기화 (Clock Synchronization) 이더넷 프레임(ethernet frame)을 송수신하면서, TSN 시각과 동기화될 수 있다. 상술한 과정을 거친 후에는 UPF는 기저장된 5GS 시각 정보 외에 TSN 시각 정보를 획득할 수 있다.

3단계에서 UPF는 5GS 시각 및 TSN 시각의 차이 정보를 SMF에게 전달할 수 있다. 상기 차이 정보는 오프셋(offset) 및 속도비(RateRatio)를 포함할 수 있다.

4단계에서 SMF는 5GS 시각 및 TSN 시각의 차이 정보를 PCF에게 전달할 수 있다.

5단계에서 PCF는 5GS 시각 및 TSN 시각의 차이 정보를 다시 TSN AF에게 전달할 수 있다.

6단계에서, TSN AF는 CNC로부터 스트림에 관한 정보를 수신할 수 있다. 스트림에 관한 정보는 스트림에 대한 스케줄링 정보를 포함할 수 있다. 상기 스케줄링 정보는 지연 요구사항을 포함할 수 있다.

7단계에서, TSN AF는 TSN 시각 기반의 지연시간 요구사항을 5GS 시각 기반의 지연시간 요구사항으로 변환할 수 있다. 상술한 과정에서, TSN AF는 5단계에서 획득된 5GS 시각 및 TSN 시각의 차이 정보를 활용하고, 1단계 내지 3단계에서 획득된 UE-DS-TT 거주 시간도 고려할 수 있다.

8단계에서, TSN AF는 5GS 시각 기반의 지연시간 요구사항을 PCF에 전달할 수 있다.

9단계에서 PCF는 5GS 시각 기반의 지연시간 요구사항을 만족하는 5QI를 결정할 수 있다.

10단계에서 PCF는 9단계에서 선정된 5QI를 이용하여 SMF에 대한 QoS 설정 규칙을 업데이트할 수 있다. 이후, 업데이트된 결과를 10a단계와 같이 SMF가 PCF에게 응답할 수 있다. 이후, 업데이트된 결과를 10b단계와 같이 PCF가 TSN AF에게 응답할 수 있다.

11단계에서, SMF는 전달받은 5QI를 반영한 QoS 설정 시그널링을 UE/RAN/UPF에게 송신하고 QoS를 적용할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 PCF가 지연 요구사항을 변환하는 동작을 도시한 순서도이다.

1단계에서, UE는 TSN을 지원하는 PDU 세션을 생성할 수 있다. 이때에 필요한 5QI 프로파일(profile)들은 SMF에 저장될 수 있다.

2단계에서 상기 PDU 세션을 활용한 외부 TSN 노드들과 UE 및 UPF를 포함한 5GS 브리지가 시각 동기화 (clock synchronization) 이더넷(ethernet frame)을 송수신하고, TSN 시각과 동기화될 수 있다. 상술한 과정을 거친 후에는 UPF는 기저장된 5GS 시각 정보 외에 TSN 시각 정보를 획득할 수 있다.

5단계에서, TSN AF는 CNC로부터 스트림에 관한 정보를 수신할 수 있다. 상기 스트림에 관한 정보는 스트림에 관한 스케줄링 정보를 포함할 수 있다. 상기 스케줄링 정보는 지연 요구사항을 포함할 수 있다.

6단계에서 TSN AF는 TSN 시각 기반의 지연시간 요구사항을 PCF에게 전달할 수 있다. 상기 지연시간 요구사항을 결정하는 과정에서, TSN AF는 1단계 내지 3단계에서 획득되는 UE-DS-TT 거주 시간도 고려할 수 있다.

7단계에서, PCF는 TSN 시각 기반의 지연시간 요구사항을 5GS 시각 기반의 지연시간 요구사항으로 변환할 수 있다.

8단계에서 PCF는 5GS 시각 기반의 지연시간 요구사항을 만족하는 5QI를 결정할 수 있다.

9단계에서 PCF는 8단계에서 결정된 5QI를 이용하여 SMF에 대한 QoS 설정 규칙을 업데이트할 수 있다. 이후, 9a단계와 같이 업데이트된 결과를 SMF가 PCF에게 응답할 수 있다. 이후, 업데이트된 결과를 9b단계와 같이 PCF가 TSN AF에 응답할 수 있다.

10단계에서, SMF는 전달받은 5QI를 반영한 QoS 설정 시그널링을 UE/RAN/UPF에 전송하고 QoS를 적용할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 SMF가 5QI를 필요시에 변환하는 동작을 도시한 순서도이다.

1단계에서, UE는 TSN을 지원하는 PDU 세션을 생성할 수 있다. 이때에 필요한 5QI Profile들은 SMF에 저장될 수 있다.

2단계에서 상기 PDU 세션을 활용한 외부 TSN 노드들과 UE 및 UPF를 포함한 5GS 브리지가 시각 동기화 이더넷 프레임을 송수신하면서, TSN 시각과 동기화될 수 있다. 상술한 과정을 거친 후에는 UPF는 기저장된 5GS 시각 정보 외에 TSN 시각 정보를 획득할 수 있다.

3단계에서 UPF는 5GS 시각 및 TSN 시각의 차이 정보를 SMF에 전달할 수 있다. 상기 차이 정보는 오프셋 및 속도비(RateRatio)를 포함할 수 있다.

4단계에서, TSN AF는 CNC로부터 스트림에 관한 정보를 수신할 수 있다. 상기 스트림에 관한 정보는 스트림에 관한 스케줄링 정보를 포함할 수 있다. 상기 스케줄링 정보는 지연 요구사항을 포함할 수 있다.

5단계에서 TSN AF는 TSN 시각 기반의 지연시간 요구사항을 PCF에게 전달할 수 있다. 상기 지연시간 요구사항을 결정하는 과정에서, TSN AF는 1단계 내지 3단계에서 획득되는 UE-DS-TT 거주 시간도 고려할 수 있다.

6단계에서 PCF는 TSN 시각 기반의 지연시간 요구사항을 만족하는 5QI를 결정할 수 있다.

7단계에서 PCF는 6단계에서 결정된 5QI를 이용하여 SMF에 대한 QoS 설정 규칙을 업데이트할 수 있다.

8단계에서, SMF는 TSN 시각 기반의 지연시간 요구사항을 만족하는 5QI의 최대 지연값을 TSN 시각 기반에서 5GS 시각 기반으로 변환할 수 있다.

상기 변환된 최대지연값을 만족하는 가상의 5QI 값은 5QI’이라 지칭될 수 있다. 5QI의 최대 지연값 D_5QI와 5QI’의 최대 지연값 D_5QI’를 비교하여, 경우에 따라, 기존의 5QI를 사용할 수도 있고, 새로운 5QI를 결정하여 사용할 수도 있다. 예를 들어, D_5QI’가 D_5QI보다 크면, 기존의 5QI를 사용하고, D_5QI’가 D_5QI보다 작으면, D_5QI’를 만족하는 최대 지연을 갖는 5QI를 다시 결정할 수 있다. 예를 들어, D_5QI0< D_5QI1< D_5QI< D_5QI2<D_5QI3일 때, D_5QI ≤ D_5QI’ <D_5Q2이면, 5QI를 기존과 같이 사용하고, 그렇지 않으면 D_5QIx ≤ D_5QI’를 만족하는 5QIx를 결정할 수 있다. 이때, x값을 최대로 설정할 경우, 효율을 증가시킬 수 있다. 혹은, D_5QI’가 D_5QI-Margin 보다 크면, 기존 5QI를 사용하고, 그렇지 않으면 D_5QIx ≤ D_5QI’를 만족하는 5QIx를 결정할 수도 있다. 이때, x값을 최대로 설정할 경우, 효율을 증가시킬 수 있다.

이후, 업데이트된 결과를 8a단계와 같이 SMF가 PCF에게 응답할 수 있다. 8단계에서, SMF가 직접 결정하지 않고, 8b 단계와 같이 PCF에 업데이트 요청을 전송하면 PCF가 다시 결정할 수 있다. 이후, 업데이트된 결과를 8c단계와 같이 PCF가 TSN AF에 응답할 수 있다.

9단계에서, SMF는 결정된 5QI 혹은 5QIx를 반영한 QoS 설정 시그널링을 UE/RAN/UPF에게 전송하고 QoS를 적용할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 단말의 구성을 나타낸 도면이다.

도 10을 참조하면, 단말(UE)은 송수신부(1010), 제어부(1010) 및 메모리(1030)을 포함할 수 있다. 단말은 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 발명에서는 이러한 추가적인 구성에 대하여 제약을 두지는 않는다.

송수신부(1010)은 도 1 내지 도 9에서 설명된 각각의 실시예들에 기반하여 기지국과 무선 채널을 통해 연결될 수 있으며, 기지국을 통해 각종 네트워크 기능 장치들과 신호 및/또는 메시지의 송수신을 수행할 수 있다. 단말이 5G 네트워크와 통신하는 경우 송수신부(1010)은 5G 통신 네트워크와 송/수신이 가능한 장치가 될 수 있다. 또한 송수신부(1010)은 필요에 따라 통신 프로세서를 포함할 수 있다.

송수신부(1010)에서 통신 프로세서를 포함하지 않는 경우 모든 신호 및/또는 메시지는 제어부에서 처리될 수 있다.

제어부(1020)는 기본적인 단말의 동작을 제어할 수 있으며, 이상에서 셜명된 메시지들의 수신 및 저장의 제어를 수행할 수 있다. 또한 특정한 네트워크 슬라이스를 통해 데이터를 송신하거나 수신하기 위한 제어를 수행할 수 있다. 예컨대, 제어부(1020)는 이상에서 설명된 바에 기반하여 단말의 정책에 기초한 동작을 수행할 수 있다.

메모리(1030)는 단말의 제어에 필요한 각종 데이터들을 저장할 수 있으며, 이상에서 설명한 단말의 정책을 저장하기 위한 영역을 가질 수 있다.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 기지국의 구성을 나타낸 도면이다.

도 11을 참조하면, 기지국(gNB)은 송수신부(1110), 제어부(1110) 및 메모리(1130)을 포함할 수 있다. 기지국은 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 발명에서는 이러한 추가적인 구성에 대하여 제약을 두지는 않는다.

송수신부(1110)은 도 1 내지 도 9에서 설명된 각각의 실시예들에 기반하여 단말과 무선 채널을 통해 연결될 수 있으며, 각종 네트워크 기능 장치들과 신호 및/또는 메시지의 송수신을 수행할 수 있다. 기지국이 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.

제어부(1120)는 기본적인 기지국의 동작을 제어할 수 있으며, 이상에서 셜명된 메시지들의 수신 및 저장의 제어를 수행할 수 있다. 또한 특정한 네트워크 슬라이스를 통해 데이터를 송신하거나 수신하기 위한 제어를 수행할 수 있다. 예컨대, 제어부(1120)는 이상에서 설명된 바에 기반하여 기지국의 정책에 기초한 동작을 수행할 수 있다.

메모리(1130)는 기지국의 제어에 필요한 각종 데이터들을 저장할 수 있으며, 이상에서 설명한 단말의 정책을 저장하기 위한 영역을 가질 수 있다.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 SMF의 구성을 나타낸 도면이다.

도 12를 참조하면, SMF는 네트워크 인터페이스(1210)를 통해 코어 네트워크의 다른 네트워크 엔티티와 통신을 수행할 수 있다. 예컨대, SMF는 UE, gNB, UDF, AMF, PCF, TSN AF 등과 통신을 수행할 수 있다.

제어부(1220)는 SMF의 동작을 수행하기 위한 적어도 하나의 프로세서 또는/및 프로그램으로 구현될 수 있다. 예컨대, 제어부(1220)는 이상에서 상술한 AMF의 동작을 수행할 수 있다.

예를 들어, 제어부(1220)는 지연 요구 사항에 기초하여 5GS 시각과 TSN 시각을 변환할 수 있다.

메모리(1230)는 제어부(1220)에서 필요한 프로그램 및 각종 제어 정보를 저장할 수 있으며, 그 외에 본 발명에서 설명된 각 정보들을 저장할 수 있다. 그 외의 다른 네트워크 엔티티인 경우에도 동일하게 이상에서 설명된 동작에 필요한 정보를 저장할 수 있다.

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

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 PCF의 구성을 나타낸 도면이다.

도 13을 참조하면, PCF는 네트워크 인터페이스(1310)를 통해 코어 네트워크의 다른 네트워크 엔티티와 통신을 수행할 수 있다. 예컨대, PCF는 UE, gNB, UDF, AMF, SMF, TSN AF 등과 통신을 수행할 수 있다.

제어부(1320)는 PCF의 동작을 수행하기 위한 적어도 하나의 프로세서 또는/및 프로그램으로 구현될 수 있다. 예컨대, 제어부(1320)는 이상에서 상술한 PCF의 동작을 수행할 수 있다.

예를 들어, 제어부(1320)는 지연 요구 사항에 기초하여 5GS 시각과 TSN 시각을 변환할 수 있다.

메모리(1330)는 제어부(1320)에서 필요한 프로그램 및 각종 제어 정보를 저장할 수 있으며, 그 외에 본 발명에서 설명된 각 정보들을 저장할 수 있다. 그 외의 다른 네트워크 엔티티인 경우에도 동일하게 이상에서 설명된 동작에 필요한 정보를 저장할 수 있다.

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

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 TSN AF의 구성을 나타낸 도면이다.

TSN AF는 네트워크 인터페이스(1410)를 통해 코어 네트워크의 다른 네트워크 엔티티와 통신을 수행할 수 있다. 예컨대, TSN AF는 UE, gNB, UDF, AMF, SMF, PCF 등과 통신을 수행할 수 있다.

제어부(1420)는 TSN AF의 동작을 수행하기 위한 적어도 하나의 프로세서 또는/및 프로그램으로 구현될 수 있다. 예컨대, 제어부(1420)는 이상에서 상술한 TSN AF의 동작을 수행할 수 있다.

예를 들어, 제어부(1420)는 지연 요구 사항에 기초하여 5GS 시각과 TSN 시각을 변환할 수 있다.

메모리(1430)는 제어부(1420)에서 필요한 프로그램 및 각종 제어 정보를 저장할 수 있으며, 그 외에 본 발명에서 설명된 각 정보들을 저장할 수 있다. 그 외의 다른 네트워크 엔티티인 경우에도 동일하게 이상에서 설명된 동작에 필요한 정보를 저장할 수 있다.

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

본 발명의 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 발명의 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(ROM: Read Only Memory), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(CD-ROM: Compact Disc-ROM), 디지털 다목적 디스크(DVDs: Digital Versatile Discs) 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, 상기 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(Local Area Network), WLAN(Wide LAN), 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 발명의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 발명의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.

상술한 본 발명의 구체적인 실시 예들에서, 발명에 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 발명이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

무선 통신 네트워크에서 이종 시스템간의 시각을 동기화하기 위한 AF(application function)의 동작 방법에 있어서,
제1 시스템의 시각 및 제2 시스템의 시각을 동기화하는 단계;
상기 동기화에 관한 정보를 PCF(policy control function)에게 전송하는 단계;를 포함하는 동작 방법.
무선 통신 네트워크에서 이종 시스템간의 시각을 동기화하기 위한 PCF(policy control function)의 동작 방법에 있어서,
제1 시스템의 시각 및 제2 시스템의 시각의 동기화에 관한 정보를 AF(application function)로부터 수신하는 단계;
상기 동기화에 관한 정보 및 지연 요구 사항에 기초하여 상기 제1 시스템의 시각을 업데이트하는 단계를 포함하는 동작 방법.
무선 통신 네트워크에서 이종 시스템간의 시각을 동기화하기 위한 SMF(session management function)의 동작 방법에 있어서,
제1 시스템의 시각 및 제2 시스템의 시각을 동기화하는 단계;
상기 동기화에 관한 정보를 생성하는 단계;
상기 동기화에 관한 정보 및 지연 요구 사항에 기초하여 상기 제1 시스템의 시각을 업데이트하는 단계를 포함하는 동작 방법.