KR20230138034A - 무선 브리지의 tsn 능력을 계산하는 방법, 통신 시스템 및 무선 브리지 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 TSN 네트워크 내의 통신 시스템에서의 WB의 능력을 계산하는 방법에 관한 것이다. WB는 적어도 UPF, BS, UE를 구비한다. UPF는 상기 BS와 제1 서브네트워크 사이의 통신을 가능하게 하는 적어도 1개의 NW 포트를 구비한다. UE는 TSN 네트워크 내에서 상기 BS에 무선 접속되고, 제2 서브네트워크와의 통신을 가능하게 하는 DS 포트를 구비한다. 본 방법은, WB에서 실행되고, WB에서의 타임 센시티브 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 관한 정보에 근거하여, BS와 UE 사이의 무선 접속의 성능 용량을 추정하는 것과, 추정된 성능 용량에 대응하는 WB의 TSN 능력을 계산하는 것을 포함한다. 본 개시는 대응하는 통신 시스템에 더 관한 것이다.
Description
본 개시는 전기 통신의 분야에 속한다. 본 개시는 포괄적으로는 타임 센시티브 네트워킹(TSN：time-sensitive networking) 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는, 5G 시스템(5GS) 등의 무선 브리지를 포함하는 TSN 네트워크에 관한 것이다.
특히, 타임 센시티브 네트워크에서의 무선 브리지의 능력을 계산하는 방법 및 대응하는 통신 시스템 및 그 무선 브리지가 개시된다.
고속이고 신뢰할 수 있는 통신 및 정보 네트워킹, 특히, 타임 센시티브 네트워킹(TSN)은 스마트 팩토리 환경에 있어 필수적이다. 이러한 네트워킹은 개개의 생산 단계뿐 아니라 생산 계획 및 물류(logistics)를 밀접하게 접속하는 것에 의해 공장 전반에 걸친 통합을 가능하게 한다.
요구되는 접속성을 제공하기 위해서, 산업 네트워크는 결정론적 성능을 필요로 하는 기계 및 서비스에 대한 실시간 제어에 사용되는 타임 센시티브(TS) 트래픽을 포함하는 여러가지 타입의 트래픽을 지원할 필요가 있다.
타임 센시티브 네트워킹(TSN)은, 결정론적 지연을 갖는 산업 네트워크를 제공하여 TS 트래픽을 처리하기 위해서, IEEE 802.1Q에 의해 표준화된다. 엔드 투 엔드 통신 데드라인 및 한정된 지터가, 예를 들어, 네트워크 내의 모든 구성 요소에 대해 생성된 스트림마다 및 포트마다의 게이트 제어 리스트에 관해서, 개개의 프레임 및 스트림의 시간 동기 및 TSN 스케줄링 등의 복수의 메커니즘을 통해서 보증된다.
처음에, TSN 네트워킹은 센서, 액추에이터, 컨트롤러와 IT 센터 사이의 고속 통신을 지원하는 것이 가능한 유선 네트워크를 대상으로 하고 있었다. 유선 센서 및 액추에이터로부터 무선 센서 및 액추에이터로의 이행은 이동성, 확장성, 및 유지보수 비용 삭감 등의 부가적인 이점을 제공한다. 무선 디바이스를 TSN 네트워크에 접속하기 위해서, 3GPP에서 정의된 것과 같은 무선 송신 기술이 필요하다.
유선 기술과 무선 기술 사이의 통합은 규격 호환성뿐만 아니라 (한정형) 유선 매체 및 (개방형) 무선 매체를 통한 데이터 송신의 특징 등 아직 충분히 해결되어 있지 않은 다수의 과제를 제기한다.
본 발명에 의해 다뤄지는 유선 기술과 무선 기술 사이의 특정 호환성 문제는, 5GS를 통과하는 데이터 스트림이 겪는 결정론적 레이턴시를 변경할 수 있는 무선 브리지의 가변 스루풋 용량(또는 대역폭)에 관련된다.
이하의 무선 브리지(WB：wireless bridge)의 설명은 3GPP/5G 네트워크에 초점을 맞추고 있지만, 이 설명은 임의의 무선 통신 시스템에 일반화될 수 있다.
일부 TSN 스케줄링 및 라우팅 사용예는, 계산이 복잡하고, 전체 TSN 네트워크 내의 각 구성 요소의 스트림마다 및/또는 포트마다의 게이트 제어 리스트의 많은 시간을 요하는 계산을 필요로 한다. 이런 종류의 사용예에 대응하기 위해서는, 네트워크 내의 각 구성 요소의 최선의 네트워크 구성 및 스케줄을 찾기 위해, 네트워크 전체에 대한 정보를 수집하는 것이 가능한 단일의 집중형 엔티티(centralized entity)에 계산을 집중화하는 것이 유리하다. 그러한 모델은 일반적으로 집중형으로 불린다.
IEEE 802.1Qcc 규격에 의해 정의되어 있듯이, 집중형 모델에 따르면, 집중형 사용자 구성(CUC：Centralized User Configuration) 엔티티(1)는, 종단국(ES：end station)(2)을 발견하고(11), 이러한 종단국의 TSN 능력 및 사용자 요건, 즉, 이러한 종단국에서의 트래픽 사양을 검색하고(12, 13), 상기 종단국에서 TSN 특징을 구성한다(14). 그 후, 구성 정보는 집중형 네트워크 구성(CNC：Centralized Network Configuration) 엔티티(3)에 제공되고(15), CNC 엔티티는, TSN 네트워크(4)의 물리 토폴로지(즉, 링크 및 브리지)를 발견하고(16), 모든 상기 브리지의 TSN 능력을 판독하고(17), 그 후, 스케줄을 생성하고(18), 스케줄의 생성에 성공하면, TS 통신용의 모든 브리지를 구성한다(19). 이 태스크를 수행하기 위해서, CNC는 네트워크의 물리 토폴로지와 모든 브리지의 TSN 능력의 전체적인 뷰를 필요로 한다.
CNC가 CUC를 통해서 취득된 모든 스트림 요구에 대한 요건을 만족시키는 TSN 스케줄링을 찾을 수 없는 경우에는, TSN 구성 루프의 새로운 반복이 초기 스트림 요구의 조정을 통해서 개시된다(20). IEEE 802.1Qcc 규격에 의해 정의된 바와 같은 유선 TSN용으로 제안된 그러한 구성 루프는 도 1에 개략적으로 도시되고, 그 후에, 도 2에 제공되는 상세한 워크플로우의 설명이 이어진다.
도 1에서의 실시 형태는 네트워크 물리 토폴로지 및 모든 구성 요소(=브리지)의 TSN 능력이 고정되고 TSN 스케줄링이 결정되기 전에 알려진 것을 가정한다. 유선 구성 요소의 정적인 성질, 특히 고정된 대역폭에 의해, CNC는 네트워크 물리 토폴로지 및 유선 TSN 브리지 능력을 1번만 판독하고, 그 후, 초기(또는 조정된) 스트림 요구에 대응하는 성공한 TSN 스케줄링을 생성하기 위해 다수의 반복이 필요하게 되더라도, 이러한 데이터를 TSN 스케줄링 프로시저에 사용하는 것이 가능하게 된다.
이에 반하여, 5GS 등의 무선 브리지의 경우에는, 그 내부 무선 링크의 스루풋 용량은 고정되어 있지 않다. 그 대신에, 이 스루풋 용량은, 5GS에 의해 사용되는 무선 리소스(RR：radio resource) 할당 방식과, 상기 RR에 대해 경합하는 무선 디바이스 사이의 상기 RR의 상호 의존 배분(interdependent repartition)에 의존한다, 즉, 하나의 링크에 제공되는 리소스가 많을수록, 다른 것(들)에 이용 가능한 상태에 있는 리소스는 적어진다.
한편, 무선 브리지(WB)가 적절한 내부 구성을 선택하는 것에 의해 트래픽 부하에 따라 링크 스루풋 용량을 조정할 수 있는 것은 유선 TSN 브리지에 비해 큰 이점을 제공한다. 한편, WB 간에서의 한정된 RR의 상기 적절한 배분을 계산하는 최적화 문제에는, 5GS가 그 TSN 능력을 선언하도록 요구된 시점에서 이용 가능하지 않은 장래의 트래픽 부하에 대한 사전 지식이 필요하게 된다. 이것은 5GS/TSN 통합을 복잡하게 하는 치킨-에그 문제(Chicken-Egg problem)를 일으킨다.
실제로, WB의 경우에, 모든 내부 무선 링크는 공유된 무선 매체를 통과한다. 무선 매체에서의 충돌에 기인하여, 공간 및 시간에서의 무선 채널의 변화를 원인으로 하는 다른 포트 사이의 크로스토크를 회피하기 위해, 다른 무선 리소스 할당 및 시간/주파수 다중화 기술이 사용되고, 그 결과, WB의 TSN 능력은 다르게 된다.
이것은, 적어도, 다른 RR 할당을 통해서 이용 가능한 WB의 다른 가능한 내부 구성 중에서의 적절한 내부 구성의 선택에 관한 것에 있어서, 도 2에 표현되는 표준적인 TSN 네트워크 스케줄링 프로시저를 비효율적으로 되게 한다.
그 의도한 사용의 사전 지식이 없는 경우에, WB의 TSN 능력은, 실제의 트래픽 부하가 아니라, 가상적인 최악의 경우의 시나리오에 근거해서만 정의될 수 있다. 그러한 "어림짐작"은 5GS를 통과하는 스트림의 추가 지연 및 지터를 초래할 수 있다. 이것은 WB 내부 구성의 적절한 선택에 의해 잠재적으로 회피할 수 있다.
종래 기술은, TSN 능력 선언의 시점에서 아직 정의되지 않은 주어진 트래픽 부하를 지원하기 위해 무선 브리지에 의해 사용될 수 있는 다른 리소스 할당에 관련한 가변의 TSN 능력을 갖는 것을 특징으로 하는, 상기 WB를 구비하는 모든 TSN 네트워크에 여전히 내재된 이 과제를 해결하는 방법을 교시하지 않는다.
특히, 비특허문헌 1은, "5GS와 CNC 사이의 인터페이스가, CNC가 5G 가상 브리지의 특성을 학습하는 것을 가능하게 한다"는 것을 교시하고 있지만, 5GS가 그 TSN 능력을 선언하도록 CNC에 의해 요구되는 시점에서 아직 정의되지 않은 트래픽 부하에 대해, 이러한 특성이 추정 및 보증되는지 여부, 및, 어떻게 추정 및 보증되는지를 설명하지 않는다.
특허문헌 1에서, 3GPP WB와 IEEE TSN 네트워크 사이의 통신을 가능하게 하는 해결책이 TSN 네트워크 트랜슬레이터(TT：TSN network translator)의 사용에 근거하여 제안되는데, 이 TT는, WB에 의해 이해된 내부 사양 파라미터(예를 들면 3GPP에 의해 정의됨)에 관한 TSN 데이터(예를 들면 IEEE 802.1에 따라 인코딩됨)의 변환 및 그 반대의 변환에 의해, 제어 및 데이터 정보 모두에 대해 5GS와 TSN 네트워크 사이의 양방향 통신을 가능하게 하기 위해 제안된 것이다. 특히, 이것에 의해, CNC가 표준적인 유선 TSN 브리지와 동일한 특성을 갖는 가상 TSN 브리지와 마찬가지로 5GS를 취급할 수 있게 된다. TT를 사용하는 것은 TSN과 5GS 사이의 통합을 간단하게 하지만, 5GS의 가변의 TSN 능력에 관한 과제는 해결되지 않는다.
특허문헌 2에서, 이 과제는, 5GS의 여러 가지의 가능한 내부 구성의 연속적인 평가와, CNC에 의해 실행되는 TSN 스케줄링 프로시저의 성공도에 적어도 관련한 성능 지수함수에 근거하는, 테스트된 구성 중 최선의 구성의 선택을 특징으로 하는 반복적인 최적화 프로시저를 제안하는 것에 의해 부분적으로 해결된다. 이 프로시저는 5GS를 구비하는 TSN 네트워크의 전체적인 성능의 개선으로 이어지지만, 5GS가, 최적화 시간을 보다 길게 할 가능성이 있는 트래픽 부하를 어떻게 예상할 수 있는지를 교시하지 않는다.
따라서, 5GS의 의도한 사용을 예측하는(및, 특히 포트마다의 트래픽 부하를 예상하는) 수단을 5GS에 제공하는 것이 필요하다. 그러한 예측은 치킨 에그 문제를 해결하고, 따라서 무선 네트워크와 유선 네트워크 사이의 더 효율적인 통합을 가능하게 하는 데 도움이 될 수 있다.
[비특허문헌 1] J. Farkas 외, 5G-TSN integration for industrial automation, Ericsson Tech. Review, 2019
[비특허문헌 2] A. Boriskin 및 R. Sauleau, Hybrid genetic algorithm for fast electromagnetic synthesis, Book chapter in Real-world applications of genetic algorithms, O. Roeva (ed), IntechOpen, 2012, DOI: 10.5772/38099
[비특허문헌 3] A. Galan, R. Sauleau, 및 A. Boriskin, Floating boundary particle swarm optimization algorithm. Optim. Lett. 7, 1261-1280 (2013), DOI:10.1007/s11590-012-0502-8
본 발명은 첨부의 독립 청구항에 의해 정의된다. 본 명세서에 개시되는 개념의 추가 특징 및 이점이 이하의 기재에서 제시된다.
본 개시는 상황의 개선을 목적으로 한다.
이를 위해, 본 개시는, 제1 서브네트워크와 제2 서브네트워크를 구비하는 타임 센시티브 네트워크 내의 통신 시스템에서의 무선 브리지(WB)의 능력을 계산하는 방법으로서, 통신 시스템은 무선 브리지를 구비하고, 적어도 2개의 종단국(ES)을 더 구비하고,
- 무선 브리지는 적어도 1개의 사용자 플레인 기능(UPF：User Plane Function) 엔티티와 적어도 1개의 기지국(gNB)과 적어도 1개의 사용자 기기(UE：user equipment)를 구비하고,
- 상기 적어도 1개의 사용자 플레인 기능 엔티티는 적어도 1개의 기지국과 제1 서브네트워크 사이의 통신을 가능하게 하는 적어도 1개의 네트워크측 포트(NW)를 구비하고,
- 상기 적어도 1개의 사용자 기기는 상기 적어도 1개의 기지국에 무선 접속되고,
- 상기 적어도 1개의 사용자 기기는 제2 서브네트워크와의 통신을 가능하게 하는 적어도 1개의 디바이스측 포트(DS)를 구비하고,
- 적어도 2개의 종단국 중 적어도 하나는 대응하는 사용자 기기의 대응하는 디바이스측 포트에 접속되고,
- 상기 방법은 무선 브리지에서 실행되고,
○ 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 관한 정보에 근거하여, 적어도 1개의 기지국과 적어도 1개의 사용자 기기 사이의 무선 접속의 성능 용량을 추정하는 것과,
○ 추정된 성능 용량에 대응하는 무선 브리지의 TSN 능력을 계산하는 것을 포함하는 방법에 대해 개시한다.
본 개시의 맥락에서, 무선 브리지는 적어도 1개의 기지국을 적어도 1개의 사용자 기기에 접속하는 내부 링크가 무선인 네트워크 브리지라고 해석되어야 한다.
본 개시의 맥락에서, 성능 용량은 스루풋 용량 및/또는 지연, 레이턴시, 지터 등의 적어도 1개의 서비스 품질 파라미터에 관한 용량을 포함하는 것이라고 해석되어야 한다.
제안된 방법은 종래 기술의 방법과 비교하여 WB TSN 능력의 더 정확하고 신뢰할 수 있는 계산을 가능하게 하고, 이것은 WB에서 모든 형태의 실제 장래의 트래픽 부하의 임의의 예측 또는 추정을 실시하지 않고, 대신에, 가상적인 최악의 경우의 시나리오에만 의거하는 것이다.
그 결과, 더 정확하고 확실하게 계산된 WB TSN 능력을 사용하여, 일반적으로는 서비스 품질을 개선할 수 있고, 특히, WB의 포트 페어마다의 의존 지연을 삭감할 수 있다. 데이터 패킷을 처리하기 위해서 네트워크 디바이스에 의해 유발되는 지연은, 처리하는 데이터의 양에 의한 영향을 받지 않는 상기 지연의 일부인 독립 지연과, 이에 반하여, 처리하는 데이터의 양에 의존하는 상기 지연의 일부인 의존 지연의 합이다. 이러한 의존 지연을 삭감하는 것은, 적어도 WB를 통과하는 스트림에 대해, 종단국 사이의 통신의 전체적인 지연(e2e 지연)의 삭감을 돕는 키이다. 추가의 이점은,
- 이 스케줄링 태스크가 브루트포스 최적화(brute force optimization)에 의해 행해질 때 매우 많은 시간을 소모하거나 또는 심지어 불가능한 경우가 있을 수 있는 것을 고려하여, 데이터 플로우가 WB를 통과할 수 있는 ES의 요구에 가장 적합한 WB의 적절한 내부 구성을 찾아내기 위해 CNC에 의해 필요한 시간이 삭감되는 것,
- 유선 네트워크/브리지와 무선 네트워크/브리지 사이의 더 효율적인 통합, 및
- CUC 및/또는 CNC로부터의 도움 없이(또는 한정된 도움으로) 자율적으로 WB에 의해 실행될 수 있는 서브네트워크 발견의 제안된 방법에 따라 달성되는, 상호 운용성의 개선, 및, 다양한 업체로부터의 기성 하드웨어 제품의 마켓으로의 액세스의 개선
을 포함한다.
선택적으로, 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 관한 정보에 근거하여, 적어도 1개의 기지국과 적어도 1개의 사용자 기기 사이의 무선 접속의 성능 용량을 추정하는 것은,
- 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 관한 정보를 취득하는 것과,
- 취득된 정보에 근거하여, 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 상기 네트워크 사용 목적에 대응하는 성능 메트릭을 나타내는 서비스 품질 템플릿을 생성하는 것과,
- 생성된 서비스 품질 템플릿에 근거하여, 적어도 1개의 기지국과 적어도 1개의 사용자 기기 사이의 무선 접속의 성능 용량을 추정하는 것
을 포함한다.
본 발명의 맥락에서, 서비스 품질 템플릿은, 예를 들면, DS 포트 단위, 스트림 단위, 또는, 예를 들면 UE마다, 포트 페어마다 등의 브리지 TSN 능력의 정의에 사용되는 포트 페어 단위로 매핑될 수 있는 임의의 다른 단위의 서비스 품질(QoS：quality-of-service) 또는 애플리케이션 서비스 품질 폴리시(AQP：application quality-of-service policy)에 관한 파라미터 등의 원하는 성능 메트릭을 정의한다.
제1 예에서는, 서비스 품질 템플릿은 균등 공유(equal sharing)에 근거한다, 즉, 동일한 성능 메트릭이 각 포트, 각 스트림 또는 각 사용자 기기로 설정된다. 균등 공유는 네트워크 사용 목적에 관한 정보가 불충분한 경우의 디폴트 옵션으로서 사용될 수 있다.
제2 예에서는, 서비스 품질 템플릿은, 밸런스 공유(balanced sharing)에 근거하고, 구체적으로는 포트 단위, 스트림 단위 또는 사용자 기기 단위에 근거한다. 밸런스 공유는, 네트워크 사용 목적에 관한 정보가 상기 포트 단위, 스트림 단위 또는 사용자 기기 단위로 구별되는 경우에 정제된(refined) 옵션으로서 사용될 수 있다. 그러한 공유는, 예를 들면, 서브네트워크 발견에 근거하여 균형이 맞추어질 수 있다. 서브네트워크 발견은 제1 서브네트워크(또는 업스트림 서브네트워크) 또는 제2 서브네트워크(또는 다운스트림 서브네트워크)에 적용될 수 있다. 다운스트림 서브네트워크는 TSN 네트워크의 분리된 서브네트워크이며, 이 서브네트워크는 WB의 디바이스측 포트(들)에 관련되고, 적어도 1개의 종단국(ES)을 구비하고, WB의 네트워크측 포트(들)에 관련되는 업스트림 서브네트워크와의 바이패스 접속(유선도 무선도 아님)을 갖지 않는다. 서브네트워크 발견을 실시하는 것은, 적어도 대응하는 서브네트워크 내의 ES의 수에 관한 정보를 취득하는 것과, UE/DS 포트마다의 트래픽 부하를 예상하는 데 이 정보를 사용하는 것을 의미한다.
선택적으로, 방법은, 적어도 1개의 포트에 대해, 적어도 1개의 동작 모드에 대해 상기 포트에 관련한 성능 지표를 결정하는 것을 더 포함하고, 서비스 품질 템플릿을 생성하는 것은 결정된 각 성능 지표에 더 근거한다. 동작 모드는 다운링크 모드 및/또는 업링크 모드를 포함하는 것으로 해석된다.
제1 예에서는, 2개의 ES가, 다운스트림 서브네트워크에 위치하고, 대응하는 UE의 대응하는 DS 포트를 통해서 한 방향 다운링크 모드(일례의 동작 모드로서)에서 통신하는 한편, 적어도 1개의 ES가 업스트림 서브네트워크에 위치하고 gNB를 통해서 액세스 가능하다. 따라서, WB는 상기 gNB와 무선 리소스를 위해 경합하는 상기 2개의 UE와의 각각의 사이의 2개의 무선 링크를 지원한다. 그러한 예에 의하면, QoS 템플릿은 UE마다의 트래픽 부하에 근거할 수 있고, WB 포트 페어마다의 TSN 능력은 대응하는 무선 링크 대역폭의 함수로서 정의할 수 있다.
제2 예에서, ES는 다운스트림 서브네트워크에 위치하고, 제1 서브네트워크에 위치하는 다른 ES와 양 방향 다운/업링크 모드(다른 예시적인 동작 모드로서)에서 통신한다. 이러한 ES 사이의 통신은 단일의 gNB와 단일의 UE 사이의 무선 링크를 통해서 WB에서 행해진다. 이러한 2개의 모드는, 예를 들면, 시간 도메인에서의 리소스를 공유할 수 있다. 실제로, 많은 경우에, UE는 다운링크 및 업링크를 동시에 지원할 수 없다. 이 제2 예에 의하면, 대역폭 배분의 관점에서 주파수 도메인에 더 매핑되는, 시간 도메인에서의 다운링크 모드와 업링크 모드 사이에서의 트래픽 부하 배분을 QoS 템플릿으로서 정의하는 것이 가능하다. 그 경우, 다운링크 및 업링크에 대한 WB의 TSN 능력은 다운링크 및 업링크용으로 할당된 부분 대역폭의 함수로서 정의할 수 있다.
이하에서는, 네트워크 사용 목적에 관한 정보를 취득하는 여러가지 옵션이 QoS 템플릿을 생성하는 관점에서, 또는, 직접적으로 적어도 1개의 기지국과 적어도 1개의 사용자 기기 사이의 무선 접속의 성능 용량을 추정하는 관점에서 제시된다. 물론, 이러한 옵션은 조합될 수 있다.
선택적으로, 타임 센시티브 네트워크는, 종단국과 통신하도록 구성되는 집중형 사용자 구성 엔티티(CUC)를 더 지원하고, 예를 들면, 집중형 사용자 구성 엔티티(CUC)를 포함하고, 방법은, 집중형 사용자 구성 엔티티와 적어도 1개의 종단국 사이의 통신에 근거하여, 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 관한 상기 정보의 적어도 일부분을 취득하는 것을 더 포함한다. 이 정보는, 예를 들면, 무선 브리지 엔티티와 집중형 사용자 구성 엔티티 사이의 통신으로부터 취득될 수 있다. 또는, 이 정보는 집중형 사용자 구성 엔티티와 적어도 1개의 종단국 사이에서 교환되는 시그널링 메시지를 인터셉트하는 것에 의해 무선 브리지 엔티티에서 취득될 수 있다. 또는, 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 관한 그러한 정보는, 집중형 사용자 구성 엔티티로서 동작하는 무선 브리지 엔티티와 적어도 1개의 종단국 사이의 통신에 근거하여 취득될 수 있다. 다시 말하면, 그러한 경우에는, 타임 센시티브 네트워크가 집중형 사용자 구성 엔티티를 더 구비하는 것은 요건이 아니다. 대신에, 무선 브리지 엔티티는 종단국에 대해서 집중형 사용자 구성 엔티티를 모방할 수 있다.
CUC와 ES 사이의 통신에 의해, 예를 들면, ES의 식별 정보(예를 들면 MAC 어드레스), ES의 타입, 또는 트래픽 사양을 검색하는 것이 가능하게 된다.
선택적으로, 타임 센시티브 네트워크는, 예를 들면, 집중형 TSN 모델에 따라 네트워크 발견을 수행하도록 구성되는 집중형 네트워크 구성 엔티티(CNC)를 더 지원하고, 예를 들면, 집중형 네트워크 구성 엔티티(CNC)를 포함하고, 방법은, 상기 네트워크 발견에 근거하여, 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 관한 상기 정보의 적어도 일부분을 취득하는 것을 더 포함한다. 네트워크 발견에 대한 정보는, 예를 들면, 무선 브리지 엔티티와 집중형 네트워크 구성 엔티티 사이의 통신으로부터 취득될 수 있다. 또는, 이 정보는 네트워크 발견을 수행하기 위해 집중형 네트워크 구성 엔티티와 적어도 1개의 종단국 사이에서 교환되는 시그널링 메시지를 인터셉트하는 것에 의해 무선 브리지 엔티티에서 취득될 수 있다. 또는, 집중형 네트워크 구성 엔티티로서 동작하는 무선 브리지 스스로가 그러한 네트워크 발견을 행할 수 있다. 다시 말하면, 그러한 경우에는, 타임 센시티브 네트워크가 집중형 네트워크 구성 엔티티(CNC)를 실제로 구비하는 것은 요건은 아니다. 대신에, 무선 브리지 엔티티는 종단국에 대해서 집중형 네트워크 구성 엔티티를 모방할 수 있다.
CNC형 네트워크 발견, 즉, 집중형 TSN 모델에 따른 네트워크 발견에 의해, TSN 네트워크의 적어도 서브네트워크의 물리 토폴로지 및/또는 상기 서브네트워크에서의 링크 및 브리지의 TSN 능력을 검색하는 것이 가능하게 된다.
선택적으로, 타임 센시티브 네트워크는, 종단국을 무선 브리지에 접속하는 복수의 TSN 브리지를 더 구비하고, 적어도 하나의 상기 TSN 브리지는 분산형 TSN 모델에 따라 네트워크 발견을 수행하도록 구성되고, 방법은 상기 네트워크 발견에 근거하여 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 관한 상기 정보의 적어도 일부분을 취득하는 것을 더 포함한다.
브리지형 네트워크 발견, 즉, 분산형 TSN 모델에 따른 네트워크 발견에 의해, 예를 들면, 다운스트림 서브네트워크의 토폴로지와, 주어진 브리지에 접속된 임의의 ES의 TSN 능력을 취득하는 것도 가능하게 된다.
선택적으로, 상기 정보의 적어도 일부분을 취득하는 것은 구성 엔티티에 의해 방출되고 무선 브리지로 향하는 통신을 수신하는 것에 의해 행해진다.
실제로, WB는, 예를 들면, TSN 네트워크에서의 ES의 물리 어드레스 또는 MAC 어드레스를 CUC에 요구하도록, 또는, 업스트림 및/또는 다운스트림 서브네트워크의 토폴로지의 표시를 CNC에 요구하도록 구성될 수 있다. CUC 및/또는 CNC와의 직접 통신에 의해, WB는, (CUC로부터의) 스트림 요구 및 (CNC로부터의) 네트워크 토폴로지에 대한 적어도 부분적인 정보를 얻는 것이 가능하게 된다. CNC/CUC와 WB 사이의 그러한 교환 시에, CNC는 WB의 TSN 능력에 대한 정보의 부족에 기인하여 TSN 스케줄링을 계산하는 것이 아직 가능하지 않고, 따라서, 스트림의 경로는 아직 결정되지 않고, 그러므로, 이전 문장에서 "부분적인 정보"라는 표현에 유의해야 한다.
선택적으로, 상기 정보의 적어도 일부분을 취득하는 것은, 구성 엔티티에 의해 방출되고 적어도 1개의 종단국을 향하는 통신을 인터셉트하는 것에 의해 행해진다.
WB를 통과하여, 다운스트림 서브네트워크에서의 주어진 ES를 원래의 목적으로 한, CUC 또는 CNC로부터의 메시지를 WB에서 인터셉트하는 것에 의해, 네트워크 사용 목적에 관한 정보를 비밀리에 그리고 매끄럽게 취득하는 것이 가능하게 된다. 그러한 인터셉트에 의해, WB는, 임의의 이전의 요구를 CUC/CNC에 능동적으로 송신할 필요없이, 기지국과 상기 ES에 관련된 사용자 기기 사이의 무선 접속의 성능 용량을 수동적으로 추정하는 것이 가능하게 된다. 무선 브리지의 능력을 계산하는 방법의 범위 외의 것까지 여러가지 다른 애플리케이션도 가능하다. 예를 들면, 복수의 그러한 인터셉트된 메시지에 타임 스탬프를 붙여 기억하고 시계열을 형성할 수 있다. 그러한 시계열은, 예를 들면, CNC 및/또는 CUC의 통상 동작에 관한 수동적이고, 매끄럽고 비밀스러운 통합과 같은 이점을 갖는, WB에서의 장래의 네트워크 사용 목적의 추측 또는 예측을 행하는 것을 가능하게 할 수 있다.
물론, 종단국의 식별 정보, 예를 들면 종단국의 IP 또는 MAC 어드레스를 검색하는 표준적인 공지의 발견 프로토콜을 포함하는 다른 발견 프로토콜도 실시할 수 있다.
선택적으로, 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 관한 상기 정보는, (디바이스측 및/또는 네트워크측) 포트마다의 타임 센시티브 트래픽 부하, 패킷 손실률, 스트림마다의 결정론적 종단국간 레이턴시, TSN 브리지마다의 지연으로 구성되는 리스트에서의 적어도 1개의 요소를 포함한다.
이 리스트의 요소는 QoS 템플릿을 결정하는 데 사용될 수 있는 모든 타입의 메트릭이다.
선택적으로, 방법은, 서비스 품질 템플릿에 근거하여, 무선 브리지의 복수의 내부 무선 링크 중에서의 무선 리소스 할당을 조정하는 것에 의해 무선 브리지의 성능의 균형을 맞추는 것을 더 포함한다.
그 결과, 먼저 원하는 QoS 템플릿을 결정하고, 그 다음에 원하는 QoS 템플릿과 일치하도록 무선 브리지의 성능의 균형을 맞추는 것이 가능하다.
선택적으로, 추정된 성능 용량에 대응하는 무선 브리지의 능력을 계산하는 것은, 기지국과 사용자 기기 사이의 무선 링크의 성능 용량에 근거하여 지연을 계산하는 것을 포함한다.
그러한 지연은, 예를 들면, 무선 링크에 의해 접속되는 UPF의 NW 포트와 UE의 DS 포트로 구성되는 포트 페어에 관한 것으로 정의되는 의존 지연일 수 있다. 또는, 그러한 지연은, 예를 들면, 상기 의존 지연과 오로지 브리지 하드웨어에 관한 독립 지연을 더한 것일 수 있다.
선택적으로, 방법은, 타임 센시티브 네트워크를 관리하는 것을 고려하여, 무선 브리지의 계산된 능력을 통신 시스템의 다른 엔티티에 송신하는 것을 더 포함한다.
예를 들면, CNC는 WB의 계산된 능력을 수신할 수 있고 이러한 계산된 능력에 근거하여 TSN 스케줄링을 생성할 수 있다.
선택적으로, 방법은,
- 상기 송신되는 계산된 능력에 근거하여 결정된 타임 센시티브 네트워크 스케줄링 정보를 취득하는 것과,
- 취득된 타임 센시티브 네트워크 스케줄링 정보에 근거하여, 적어도 1개의 기지국과 적어도 1개의 사용자 기기 사이의 무선 접속의 조정된 성능 용량을 추정하는 것과,
- 추정된 성능 용량에 대응하는 무선 브리지의 조정된 능력을 계산하는 것
을 더 포함한다.
이것은, WB의 초기 TSN 능력을 수신한 후에 CNC에 의해 제공되는 TSN 스케줄링 정보에 근거하여 QoS 템플릿을 정제화하는 인터렉티브 최적화 루프에 대응한다. 물론, 이 인터렉티브 최적화 루프는, 상기 무선 접속의 조정된 성능 용량을 추정하는 데 사용될 수 있는, 네트워크 사용 목적에 관한 갱신된 정보 등의 추가 정보도 고려할 수 있다.
본 개시는, 다른 양태에서, 제1 서브네트워크와 제2 서브네트워크를 구비하는 타임 센시티브 네트워크 내의 통신 시스템으로서, 그 통신 시스템은 무선 브리지를 구비하고, 적어도 2개의 종단국(ES)을 더 구비하고,
무선 브리지는, 적어도 1개의 사용자 플레인 기능 엔티티(UPF), 적어도 1개의 기지국(gNB), 적어도 1개의 사용자 기기(UE)를 구비하고,
상기 적어도 1개의 사용자 플레인 기능 엔티티는 적어도 1개의 기지국과 제1 서브네트워크 사이의 통신을 가능하게 하는 적어도 1개의 네트워크측 포트(NW)를 구비하고,
상기 적어도 1개의 사용자 기기는 타임 센시티브 네트워크 내에서 상기 적어도 1개의 기지국에 무선 접속되고,
상기 적어도 1개의 사용자 기기는 제2 서브네트워크와의 통신을 가능하게 하는 적어도 1개의 디바이스측 포트(DS)를 구비하고,
적어도 2개의 종단국 중 적어도 하나는 대응하는 사용자 기기의 대응하는 디바이스측 포트에 접속되고,
무선 브리지는,
- 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 관한 정보에 근거하여, 적어도 1개의 기지국과 적어도 1개의 사용자 기기 사이의 무선 접속의 성능 용량을 추정하고,
- 추정된 성능 용량에 대응하는 무선 브리지의 능력을 계산하도록
구성되는 통신 시스템에 대해서도 기재한다.
본 개시는, 다른 양태에서,
- 상기의 통신 시스템의 무선 브리지,
- 처리 유닛에 의해 실행되면, 처리 유닛에 본 명세서에 기재된 방법을 실행시키는 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 스토리지 매체,
- 처리 유닛에 액세스 가능하고, 처리 유닛에 의해 실행되면, 처리 유닛에 본 명세서에 기재된 방법을 실행시키는 하나 이상의 명령의 기억된 시퀀스(들)를 포함하는 컴퓨터 프로그램, 및,
- 메모리에 동작 가능하게 접속된 처리 유닛을 구비하는 처리 회로 - 처리 회로는 본 명세서에 기재된 방법을 실행하도록 구성됨 -
에 대해서도 기재한다.
도 1은 종래 기술로부터 알려져 있는 것과 같은 완전 집중형 모델에 대응하는 TSN 구성 루프를 나타낸다.
도 2는 종래 기술로부터 알려져 있는 것과 같은 도 1의 TSN 구성 루프에 관한 TSN 스케줄링 워크플로우를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 무선 브리지의 일반 모델을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른, 3개의 DS 포트를 구비하는 WB를 구비하는 TSN 네트워크를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른, ES의 프로파일에 근거하여 화자(talker) 및 청자(listener)로서 식별되는 다운스트림 서브네트워크에 위치하는 ES를 갖는 TSN 네트워크를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른, 부분적으로 중복된 커버리지 존을 갖는 2개의 기지국을 갖는 WB와 3개의 UE를 구비하고 그러한 3개의 UE 중 하나가 중복된 커버리지 존 내에 위치하는 TSN 네트워크를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른, 1개의 UE만을 구비하는 TSN 네트워크를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른, 다운스트림 서브네트워크에 위치하는 1개의 gNB, 2개의 UE, 및 2개의 ES를 구비하는 TSN 네트워크를 나타낸다.
도 2는 종래 기술로부터 알려져 있는 것과 같은 도 1의 TSN 구성 루프에 관한 TSN 스케줄링 워크플로우를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 무선 브리지의 일반 모델을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른, 3개의 DS 포트를 구비하는 WB를 구비하는 TSN 네트워크를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른, ES의 프로파일에 근거하여 화자(talker) 및 청자(listener)로서 식별되는 다운스트림 서브네트워크에 위치하는 ES를 갖는 TSN 네트워크를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른, 부분적으로 중복된 커버리지 존을 갖는 2개의 기지국을 갖는 WB와 3개의 UE를 구비하고 그러한 3개의 UE 중 하나가 중복된 커버리지 존 내에 위치하는 TSN 네트워크를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른, 1개의 UE만을 구비하는 TSN 네트워크를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른, 다운스트림 서브네트워크에 위치하는 1개의 gNB, 2개의 UE, 및 2개의 ES를 구비하는 TSN 네트워크를 나타낸다.
본 발명은, TSN 네트워크에서의 무선 브리지의 TSN 능력을 계산하는 방법에 관한 것이다. 무선 브리지(WB)는, 그 기능이 업스트림 서브네트워크를 다운스트림 서브네트워크와 무선 수단을 통해서 서로 접속하는 것인 TSN 네트워크의 엔티티이다. 무선 브리지의 일례는 3GPP/5G 시스템이다. WB의 일반 모델을 도 3에 나타낸다. WB(31)는,
- 3GPP 5G 코어 인프라스트럭쳐 시스템 구조의 구성 요소를 나타내는 사용자 플레인 기능(UPF)(32),
- 적어도 1개의 기지국(gNB)(33), 및
- 적어도 1개의 사용자 기기(UE)(34)를 구비한다.
적어도 1개의 UE는 상기 적어도 1개의 gNB에 무선 접속되고, 적어도 1개의 디바이스측(DS) 포트(35)를 구비한다. 도 3은 K개의 그러한 DS 포트를 나타내고, K는 임의의 양의 정수이다. UPF는 상기 적어도 1개의 gNB로의 유선 접속을 갖고, 통상, 적어도 1개의 네트워크측(NW) 포트(36)를 구비한다. 도 3은 N개의 그러한 NW 포트를 나타내고, N은 임의의 양의 정수이다. 마지막으로, 각 포트는 비특허문헌 1에 정의된 것과 같은 TSN 트랜슬레이터(TT)를 구비할 수 있고, 그 목적은 WB 내부의 특징을 CNC 및 다른 네트워크 엔티티로부터 은폐하는 것이다. 일부 이용 가능한 NW 포트 및 DS 포트는 TS 통신에 사용되지 않을 수 있고, 따라서, WB TSN 능력 계산으로부터 생략될 수 있음에 유의해야 한다.
TSN 네트워크의 목적은 복수의 종단국의 사이의 통신을 가능하게 하는 것으로 가정되므로, TSN 네트워크는 본 발명의 맥락에서는 적어도 2개의 종단국(ES)을 더 구비한다. 일부 실시 형태에서, TSN 네트워크는 집중형 네트워크 구성(CNC) 엔티티(37) 및/또는 집중형 사용자 구성(CUC) 엔티티도 구비할 수 있다. 후자는, 종단국(ES)을 발견하고, 그러한 사용자 요건을 판독하고, 그러한 TSN 특징을 구성한다. 전자는, 네트워크 인프라스트럭쳐(예를 들면 링크 및 브리지)의 물리 토폴로지 및 TSN 능력을 발견하고, TSN 스케줄링을 계산하고, TSN 스케줄링에 따라 상기 브리지의 TSN 특징을 구성하고, 따라서, ES로부터 직접 취득되거나 또는 CUC를 통해서 취득되는 스트림 요구에 따라 적어도 2개의 ES의 원하는 접속을 가능하게 한다. 상기 TSN 네트워크는, 그 TSN 능력을, TSN 파라미터의 단일 세트, 예를 들면, IEEE 802.1Qcc 규격에 따른 포트마다 또는 포트 페어마다의 최소/최대 의존 지연 및 독립 지연에 의해 특징지어질 수 있다는 의미에서, 고정된 구성을 갖는 적어도 1개의 유선 TSN 브리지를 더 구비할 수 있다.
유선 브리지와 달리, WB는, 무선 통신에 관한 WB의 내부 특징을 조절하는 것에 의해, 요구에 따라 조정할 수 있는 가변의 TSN 능력을 갖는 것을 특징으로 한다. 특히, 이것은, 대응하는 무선 링크의 스루풋 용량에 관한 포트 페어마다의 의존 지연에 관련될 수 있다. 포트 페어마다의 의존 지연은 송신용으로 주기적으로 확보되는 리소스의 양과 상기 송신에 관련된 무선 링크 품질과도 관련될 수 있다. UE 사이에서 사용되는 무선 리소스의 경합은 결과적으로 무선 링크의 상호 의존 특성을 초래하고, 주어진 링크에 제공되는 리소스가 많을수록 다른 링크에 남아 있는 리소스는 적어진다. UE마다의 WB 스루풋 용량의 그러한 민첩성은, 트래픽 부하에 따라 WB 성능을 조정하고, 그러한 방법으로, 그 성능을 최적화하는 것을 잠재적으로 가능하게 한다. 그러나, 도 2에 기재된 확립된 TSN 구성 워크플로우는, 브리지가 그 TSN 능력을 선언하도록 요구될 때까지 브리지가 관련 정보를 취득하는 수단을 제공하지 않는다. 이것에 의해, 본 발명에 의해 다뤄지는 치킨 에그 문제가 생긴다.
WB의 TSN 능력을 계산하는 제안된 방법은, WB에 의해 실행되는 이하의 단계, 즉,
- 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 관한 정보를 취득하는 단계,
- 선택적으로, 취득된 정보에 근거하여, 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 상기 네트워크 사용 목적에 대응하는 성능 메트릭을 나타내는 서비스 품질 템플릿을 생성하는 단계,
- 취득된 정보에 직접 근거하여 또는 이 정보로부터 도출된 서비스 품질 템플릿에 근거하여, 적어도 1개의 기지국과 적어도 1개의 사용자 기기 사이의 무선 접속의 성능 용량을 추정하는 단계, 및
- 추정된 성능 용량에 대응하는 무선 브리지의 TSN 능력을 계산하는 단계
를 특징으로 한다.
적어도 1개의 기지국과 적어도 1개의 사용자 기기 사이의 무선 접속의 성능 용량을 추정하는 것에 의해, 본 발명에 따른 방법은 치킨 에그 문제를 해결한다.
무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 관한 상술한 정보는, 1개 이상의 타입의 검색된 정보에 근거하여, WB에서 또는 TSN의 다른 임의의 엔티티에서 예측할 수 있다. 예를 들면, WB, 또는 TSN의 다른 임의의 엔티티는, 최초로, 임의의 표준적인 또는 알려진 네트워크 발견 방법을 실시하는 것 등에 의해, 다운스트림 서브네트워크 내에서 ES에 관한 정보를 검색할 수 있고, 그 후, 검색된 정보에 근거하여, 네트워크 사용 목적에 관한 정보를 예측할 수 있다. WB에서의 타임 센시티브(TS) 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 관한 예측 품질은, 예를 들면, ES 타입, 트래픽 사양, 네트워크 토폴로지, TSN 네트워크 내의 다른 임의의 네트워크 엔티티(링크 및 브리지)의 TSN 능력, 및/또는 TSN 스케줄링에 관련될 수 있는 추가적인 타입의 정보를 사용하는 것에 의해 개선될 수 있다. 상기 추가적인 타입의 정보는 자율적으로(다른 네트워크 엔티티, 예를 들면 ES 및 브리지와의 직접 통신을 통해서) 또는 CUC 및/또는 CNC의 도움을 받아 임의의 이용 가능한 수단에 의해 취득될 수 있다.
취득된 정보는, WB에서의 사전 설정 또는 사전 구성된 무선 리소스 할당을 가정하여, 적어도 1개의 기지국과 적어도 1개의 사용자 기기 사이의 무선 접속의 성능 용량을 추정하는 데 직접 사용될 수 있다. 또는, 일부 실시 형태에서, 다운스트림 서브네트워크 내의 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 관한 정보는, WB에 의해 취득 또는 예측되면, 서비스 품질(QoS) 템플릿을 생성하기 위해서 WB에 의해 사용된다. 그 후, 그러한 QoS 템플릿은 무선 통신에 관한 WB의 내부 특징의 조정을 통해서 WB 성능의 균형을 맞추는데 사용될 수 있다. 그러한 조정에 의해, WB는, 개선된 성능, 즉, 개선된 스루풋 용량, 또는 개선된 QoS 파라미터(패킷 손실률, 레이턴시, 또는 지터 등) 또는 예상된 트래픽 부하에 적응된 파라미터의 세트를 제공하기 위해서, 이용 가능한 무선 리소스(RR)를 더 효율적으로 사용하는 것이 가능하게 된다. 이러한 실시 형태에서, 취득된 정보는, WB 성능의 균형을 맞추고, 적어도 1개의 기지국과 적어도 1개의 사용자 기기 사이의 무선 접속의 성능 용량을 최적화하는 데 사용된다. 그러한 경우에, 취득된 정보는 적어도 1개의 기지국과 적어도 1개의 사용자 기기 사이의 무선 접속의 최적화된 성능 용량을 추정하는 데 사용된다.
적어도 1개의 기지국과 적어도 1개의 사용자 기기 사이의 무선 접속의 (최적화된 또는 최적화되지 않은) 성능 용량을 추정한 후, (예를 들면 IEEE 802.1Qcc 규격에 따른) 그러한 추정에 근거하여 5GS 브리지의 TSN 능력이 계산될 수 있고, TSN 네트워크 전체의 TSN 스케줄링을 계산하는 CNC에 제공될 수 있다.
이하에서는, 먼저, 이 방법의 각 단계가 도 4에 나타내는 간단한 예시적 TSN 네트워크를 참조하여 설명된다. 다음에, 이 방법은 WB가 2개 이상의 기지국을 구비하고 고도의 채널 코딩 및 시간/주파수 다중화를 할 수 있는 경우에 대해 일반화된다. 마지막으로, 단일의 UE를 수반하는 2개의 특정 미니멀리즘적인 예도 제공된다.
이하에서는, 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 관한 정보를 취득하는 방법이 설명된다. 상기 정보는, 예를 들면, DS 포트마다의 트래픽 부하에 관련될 수 있다.
이 점에 관해서, WB는 TSN 네트워크를 2개의 서브네트워크, 또는 서브네트워크로 분할하는 것으로 가정된다. 이러한 2개의 서브네트워크의 사이에 사이드 접속은 없는 것으로 더 가정된다, 즉, 이러한 2개의 서브네트워크의 사이의 유일한 접속은 WB를 경유하는 것이다. 이하에서는, 이러한 2개의 서브네트워크는 임의로 "업스트림" 서브네트워크(41) 및 "다운스트림" 서브네트워크(42)로 각각 불리고(도 3), 업스트림 도메인은 NW 포트를 통해서 액세스 가능하고, 다운스트림 도메인은 DS 포트를 통해서 액세스 가능하다.
이 가정 하에, 업스트림 서브네트워크에 위치하는 제1 ES와 다운스트림 서브네트워크에 위치하는 제2 ES 사이의 모든 데이터 플로우는 WB를 통과해야 한다. 따라서, DS 포트를 통과하는 데이터 플로우를 예상하기 위해서는, 다운스트림 서브네트워크의 대응하는 브랜치 내의 엔티티에 대한 정보를 취득하는 것으로 충분하고, 그러한 엔티티는, ES(43)와, 존재하는 경우, 브리지(44)를 구비한다. 이것이, 도 4에는, 이 예에서는 M=6개의 종단국(43)을 지원하는 K=3개의 브랜치를 구비하는 다운스트림 서브네트워크(42)의 토폴로지에 반해, 업스트림 도메인(41)의 토폴로지가 더 상세하게 표현되지 않은 이유이다. 더 정확하게는, 이 예에서, 다운스트림 서브네트워크에서는,
- 제1 브랜치가 2개의 종단국 ES1 및 ES2에 링크된 단일의 브리지 B1을 구비하고,
- 제2 브랜치가 단일의 종단국 ES3을 구비하고,
- 제3 브랜치가 제1 종단국 ES5 및 제2 브리지 B3에 링크된 제1 브리지 B2를 구비하고, 제2 브리지 B3 자체는 제2 종단국 ES4 및 제3 종단국 ES6에 더 링크된다.
반대로, NW 포트를 통과하는 데이터 플로우를 예상하기 위해서는, 업스트림 서브네트워크의 대응하는 브랜치 내의 ES에 대한 정보를 취득하는 것으로 충분하다.
본 명세서의 전체에 걸쳐, 주로, DS 포트를 통과하는 트래픽 부하와 다운스트림 서브네트워크에 위치하는 ES에 초점이 맞추어지지만, 당업자는, 동일한 교시 및 방법 단계가 NW 포트를 통과하는 트래픽 부하와 업스트림 서브네트워크에 위치하는 ES에 동일한 방식으로 적용되는 것을 인식할 것이다.
ES에 관한 정보는 임의의 알려진 방법에 따라 취득될 수 있다. 예를 들면, 이것은 Cisco 발견 프로토콜(CDP：Cisco Discovery Protocol) 등의 독점적인 발견 프로토콜 또는 링크 레이어 발견 프로토콜(LLDP：Link Layer Discovery Protocol) 등의 비독점적 발견 프로토콜을 사용하여 이루어질 수 있다. 후자는, 네트워크 디바이스가 근거리 네트워크 상에서의 그러한 동일성, 능력, 및 근방의 네트워크를 알리는 데 사용되는 링크 레이어 프로토콜이다. 그러한 프로토콜을 사용하여 검색될 수 있는 정보는 네트워크 디바이스의 시스템명 및 포트명뿐 아니라 그러한 MAC/PHY 정보 및 시스템 능력을 포함한다.
가장 기본적인 실시 형태에서, 모든 ES가 화자로 행동하고, 동일한 트래픽 사양에 의해 특징지어지는 것으로 가정할 수 있다. 다시 말하면, 모든 ES는 동일한 대역폭에 의해 특징지어지는 데이터 플로우를 생성하고, 이러한 모든 플로우는 청자를 포함하는 업스트림 서브네트워크를 향해 WB를 통과한다. 이러한 가정 하에서, 로 나타내는 DS 포트마다의 트래픽 부하는 다운스트림 서브네트워크(42)의 대응하는 브랜치에 위치하는 ES에 의해 생성되는 스트림의 합계로서 이하와 같이 정의될 수 있다.
(1)
여기서, k는 DS 포트의 참조 번호이고, Pk는 제k DS 포트에 접속된 다운스트림 서브네트워크의 대응하는 브랜치에서의 ES의 수이며, 는 제p ES에 의해 생성되는 데이터 플로우이다.
모든 화자가 동일하다는 가정 하에서, DS 포트마다의 트래픽 부하는 다운스트림 서브네트워크의 브랜치마다의 ES의 수에 비례한다. 즉,
(2)
이고, 여기서, LT는 화자에 의해 생성되는 임의의 정의된 데이터 플로우이다.
마지막으로, 모든 DS 포트 사이에서의 트래픽 부하의 배분은, 아래와 같이, T로 나타내는 벡터 형식으로 정의될 수 있다.
(3)
일례로서, 3개의 DS 포트(K=3)와 다운스트림 서브네트워크의 대응하는 브랜치마다 각각 2개의 ES, 1개의 ES, 및 3개의 ES를 갖는 WB를 구비하는, 도 4에 도시된 TSN 네트워크의 경우에, DS 포트마다의 예상되는 상대적인 트래픽 부하는,
(4)
와 같이 인코딩될 수 있다.
이 포트마다의 상대적인 트래픽 부하는, 여기에서는 간결하게 하기 위해서 행렬 형식으로 표현되어 있지만, UE/DS 포트 사이에서의 RR의 최적인 배분을 가능하게 할 수 있고, 따라서, DS 포트마다의 동일하지 않은 트래픽 부하를 최선으로 처리할 수 있도록, WB 내부 특징을 조정하는 QoS 템플릿으로서 사용될 수 있다.
이하에서는, 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 관한 정보를 예측할 때의 예측 품질을 개선하는, 일부 실시 형태에 따른 가능한 방법이 설명된다.
DS 포트마다의 트래픽 부하에 대한 예측 품질은, 다운스트림 서브네트워크(42)에 위치하는 ES에 관한 추가 정보를 수집하는 것으로 개선될 수 있다. 특히, 화자(T)로서 동작하는 ES와 청자(L)로서 동작하는 ES를 구별하는 것은 더 유리할 수 있다. 전자(즉 화자)는 청자를 향하는 발신 트래픽 플로우를 생성하는 것을 목적으로 하는 한편, 후자(즉 청자)는 화자로부터의 착신 트래픽 플로우를 수신하는 것을 목적으로 한다. 그러한 구별은, 종단국(43)이 화자(45)로서 동작하거나 또는 청자(46)로서 동작하는 것을 제외하고, 도 4와 완전히 동일한 도 5에 나타난다. 구체적으로는, 도 4에서 라벨 ES1, ES3, ES4 및 ES5를 갖는 종단국(43)은 화자(45)로서 동작하고, 도 5에서는 라벨 T1, T2, T3 및 T4를 갖는 한편, 도 4에서 라벨 ES2 및 ES6을 갖는 종단국(43)은 청자(46)로서 동작하고, 도 5에서는 라벨 L1 및 L2를 갖는다.
일부 실시 형태에서, ES 프로파일에 관한 정보는 다운링크(DL) 모드 및 업링크(UL) 모드에서의 DS 포트마다의 트래픽 부하를 예상하는 데 사용될 수 있다. 모든 트래픽 플로우가 업스트림 서브네트워크로/로부터 이동한다는 가정 하에서, 각각 TDL 및 TUL로 나타내는 DL 모드 및 UL 모드의 예상 트래픽 부하는 도 5의 예에 대해,
(5)
와 같이 정의될 수 있다.
이 DS 포트마다의 상대적인 트래픽 부하는, DL 모드 및 UL 모드에서의 DS 포트마다의 비대칭 트래픽 부하를 각각 최선으로 처리하는 것을 가능하게 할 수 있도록 WB 내부 특징을 조정하는 목표 템플릿으로서 사용될 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 각 ES에 의해 지원되는 트래픽 사양에 대한 정보를 취득하는 것이 더 유리할 수 있고, 이것은, 다운스트림 서브네트워크(42)에 위치하는 각각의 청자에게로의 스트림 및 다운스트림 서브네트워크(42)에 위치하는 각각의 화자로부터의 스트림의 파라미터를 추정하고, 그 결과, DL 모드 및 UL 모드에서 각각의 DS 포트를 통과하는 집계된 트래픽 플로우를 각각,
(6)
와 같이 추정하는 데 사용될 수 있고, 여기서, 및 는 다운스트림 서브네트워크의 제k 브랜치에서의 각각 청자(L) 및 화자(T)의 수이고, 및 는 상기 L/T 종단국에 의해 각각 수신/송신되는 스트림의 대역폭이다.
도 5에 나타내는 예시적인 TSN 네트워크의 경우에는, 이것은,
(7)
에 대응하고, 여기서, 및 는 각각 L1 및 L2에 의해 수신되는 스트림의 대역폭이며, , , , 및 는 각각 T1, T2, T3 및 T4에 의해 송신되는 스트림의 대역폭이다.
식 (7)에서의 DS 포트마다의 트래픽 부하(스트림 대역폭에 비례함)의 배분은, DL 모드 및 UL 모드에서의 DS 포트마다의 트래픽 부하를 각각 더 양호하게 처리하는 것을 가능하게 할 수 있도록 5GS의 내부 특징을 조정하는 정제된 템플릿으로서 사용될 수 있다.
모든 TS 스트림 요구에 대한 완전한 정보를 갖는 것은, 동일한 스트림에 관련한 T 종단국 및 L 종단국의 양쪽이 다운스트림 서브네트워크 내에 위치하는 특정의 경우를 식별하는 데 사용될 수도 있다. T 및 L의 페어 사이의 스트림 경로가 WB를 통과하지 않는 경우(예를 들면, 일부 실시 형태에서, B1 브리지를 통해서 양자 사이에서 통신하는 디바이스의 페어를 구성할 수 있는 T1 및 L1에 대해 도 5에 관찰되는 바와 같이), 이러한 2개의 ES는 WB 트래픽 부하 템플릿으로부터 제외될 수 있다.
이와 달리, T 및 L의 페어 사이의 스트림 경로가 WB를 통과하는 경우(예를 들면, 일 실시 형태에서, WB를 통해서 통신하는 디바이스의 페어를 구성할 수 있는 T2 및 L2에 대해 도 5에 관찰되는 바와 같이), 이 트래픽 플로우는 2개의 이벤트 사이의 적절한 시간 다중화를 이용한 T2로부터 WB/UPF로의 및 WB/UPF로부터 L2로의 UL 및 DL 스트림의 시퀀스로서 표현될 수 있다.
마지막으로, TS 통신을 실제로 필요로 하는 모든 ES의 지식은, 트래픽이 보다 낮은 우선도에 근거하여 제공될 수 있고, 따라서, 그 TSN 능력을 계산하는 데 사용되는 WB 성능 템플릿으로부터 제외될 수 있는 베스트에포트(BE) 모드에서 동작하는 ES를 식별하는데 도움이 될 수 있다. TS 타입의 ES와 BE 타입의 ES의 구별은, 예를 들면, CUC로부터 취득되는 TS 타입의 ES의 MAC 어드레스의 리스트를, LLDP 프로토콜 또는 다른 임의의 발견 프로토콜을 사용하여 발견되는 다운스트림 서브네트워크에 위치하는 모든 디바이스의 MAC 어드레스의 리스트와 대조하는 것에 의해 이루어질 수 있다.
이하에서는, 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 관한 정보에 근거하여 WB에서 생성될 수 있는 서비스 품질(QoS) 템플릿이 정의된다. QoS 템플릿은 상기 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 대응하는 성능 메트릭을 나타낸다.
QoS 템플릿의 몇 가지 예는 식 3~7에 이미 소개되어 있고, 성능 메트릭은 이들 예에서는 트래픽 부하이다. 이들 예는,
- 패킷 손실률,
- 엔드 투 엔드(e2e) 지연 또는 레이턴시, 및
- 통상 서비스 품질(QoS)로 불리는 상술한 메트릭의 임의의 조합
등의, 개개의 스트림 및/또는 집계된 데이터 플로우에 관련된 다른 성능 메트릭에 대해 더 일반화할 수 있다.
다음에, 그러한 다기준 QoS 템플릿은,
(8)
와 같이 정의할 수 있고, 여기서, 및 (k=1, 2,. . ., K)는 각각, DL 모드 및 UL 모드에서의 WB의 제k DS 포트를 통과하는 개개의 스트림 또는 집계된 데이터 플로우마다의 각각의 QoS 요건을 나타낸다.
그러한 QoS 템플릿은, 보증된 QoS(예를 들면, 패킷 손실률에 관한 것)를 갖는 실제의 트래픽 부하를 처리하는 WB의 능력을 개선하는 것과, 개개의 스트림마다 최대 허용 e2e 레이턴시를 만족시키기 위해 브리지 지연을 삭감하는 것을 목적으로 하는 WB 성능의 다목적 최적화에 사용될 수 있다.
후자의 목표(즉 e2e 레이턴시의 최소화)를 달성하기 위해서, 무선 리소스 할당의 우선권은, 무선 링크의 가장 낮은 품질을 갖고, e2e 레이턴시에 대한 것보다 엄격한 요건(예를 들면 스트림 요구로부터 검색됨) 및/또는 더 긴 네트워크 경로(예를 들면 TSN 스케줄링 및 네트워크 물리 토폴로지에 관한 정보로부터 검색됨)를 갖는 스트림에 제공될 수 있다.
마지막으로, 일부 스트림을 다른 스트림보다 우선하는 데 사용될 수 있는 다양한 트래픽 클래스를 고려하여, QoS 템플릿이 더 정의 및 적용될 수 있는 것을 언급해 둘 만하다. 이것은 제안된 방법의 직접적인 일반화인 각 트래픽 클래스의 템플릿을 정의하는 것에 의해 행할 수 있다.
이하에서는, ES에 관한 정보를 취득하는 여러 가지의 가능성이 설명된다.
ES 프로파일(화자/청자), 트래픽 타입(TS/BE) 및 트래픽 사양에 관한 정보는,
- 예를 들면, CUC(집중형 TSN 네트워크인 경우) 또는 TSN 브리지(분산형 TSN 네트워크인 경우)에 의한 ES의 TSN 능력의 발견 및 판독을 위한 IEEE 802.1Q 규격 및 IEEE 802.1Qcc 규격에 제안된 방법 중 하나를 사용하는 WB와 ES 사이의 직접 통신을 거쳐 취득할 수 있다. 전자의 경우에, ES에 관한 상기 정보는, 전체 TSN 네트워크 내의 모든 ES의 MAC 어드레스와, 그러한 프로파일과, 예를 들면, ES 동작 간격, 간격마다의 프레임 수, 프레임 사이즈, 및 가능한 송신 오프셋 및 지터, 또는 스트림 대역폭(통상, 트래픽 부하와 같은 Mbps를 단위로서 정의된다)을 추정하고 TSN 스케줄링을 계산하는 것을 가능하게 하는 다른 임의의 데이터에 관해 정의되는 트래픽 사양에 대한 정보를 포함하는 스트림 요구의 리스트 형태로 취득될 수 있다.
또는, 이 정보는 다른 네트워크 엔티티로부터 적어도 일부분을 취득될 수 있다. 예를 들면, 이 정보는,
- CNC에 의해 생성되는 TSN 스케줄링의 초기(또는 조정된) 요건으로서 사용되는 스트림 요구를 생성하기 위해서, 집중형 TSN 네트워크에서 ES에 관한 정보를 수집하여 처리하는 데 사용되는 CUC로부터, 또는
- 전체 TSN 네트워크의 상기 TSN 스케줄링을 계산하기 위해, ES에 관한 정보 및 스트림 요구를 CUC로부터 수신하는 CNC로부터
취득될 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 이 정보는 ES와 WB를 통과하는 다른 네트워크 엔티티(예를 들면 CUC) 사이의 통신을 인터셉트하는 것에 의해 취득될 수 있다.
이하에서는, QoS 템플릿에 따라 WB 성능 특성의 균형을 어떻게 맞출지의 다양한 시나리오가 설명된다.
간단하게 하기 위해, 도 3에 나타내는 바와 같이, 처음에 1개의 gNB(33)(M=1)만을 구비하는 WB(31)를 고려하고, 여기서 각 UE(34)에는 1개의 DS 포트(35)만이 제공된다. 이 가정 하에서, DS 포트마다의 트래픽 부하는 UE와 gNB 사이의 무선 링크의 페이로드에 직접 매핑될 수 있다. 또한, 통상은 포트 페어에 대해 정의되는 브리지 TSN 파라미터는, 대신에 DS 포트(또는 UE)에 대해 할당될 수 있다. 따라서, DS 포트마다 주어진 페이로드를 최선으로 만족시키기 위해, 무선 링크마다의 상대적인 링크 용량은 DS 포트 및/또는 스트림마다의 예상 트래픽 플로우를 정의하는 QoS 템플릿에 대응하게 된다. 예를 들면, 예상 트래픽 부하가 식 (3)에 의해 기술되는, 화자로서 동작하는 모두 동일한 ES를 갖는 가장 기본적인 실시 형태의 경우에는, WB 무선 링크의 상대적인 용량은, 대응하는 DS 포트에 접속된 다운스트림 서브네트워크의 브랜치마다의 ES의 수의 함수로서 정의될 수도 있다.
QoS 템플릿에 따른 WB의 무선 링크 용량의 조정은 무선 통신 시스템에 내재된 특징인 상기 무선 링크 사이의 상호 의존성에 의해 가능하다. 유선 접속과 달리, 모든 무선 링크는, 통상은, 그 전체적인 용량이, 이용 가능한 주파수 대역과 UE에 의해 사용되는 시간 및 주파수에서의 리소스 할당에 의존하는 무선 채널의 관점에서 특징지어지는 공유된 무선 매체를 통과한다. 충돌을 회피하기 위해서, 전체적인 용량은 모든 UE 사이에서 공유된다. 적절한 시간/주파수 다중화 수법 및 공간 다중화 수법 및/또는 간섭 완화 방법은, 무선 채널의 전체적인 용량의 확대를 가능하게 하는 한정된 무선 리소스(RR)의 적어도 부분적인 재사용을 가능하게 하기 위해 사용된다.
이하에서는, 구체적인 언급이 없는 한, 시간 다중화의 가장 간단한 경우가 참조된다. 그러나, RR 할당의 더 발전된 방법을 얻기 위한 이 기본적인 정의의 일반화는 제안된 방법의 논리를 바꾸는 것은 아니다.
일반적인 경우에, 기지국(gNB)과, UE(k)로도 나타내는 제k UE 사이의 무선 링크의 Ck로 나타내는 스루풋 용량은,
(9)
와 같이 정의될 수 있고, 여기서, RΣ는 전체적인 이용 가능한 RR이고, αk는 전체 RR 중 UE(k)에 할당된 부분이며, ηk는 RR 할당 방식 및 무선 채널 특성의 함수인 UE(k)에 의한 RR의 상기 부분의 사용 효율이다. 그러한 정의에 의해, 무선 링크 용량의 원하는 배분에 따라 리소스 할당 문제를 해결하는 것이 가능하게 된다.
DS 포트마다의 동일한 예상 트래픽 부하 또는 DS 포트마다의 알려지지 않은 트래픽 부하를 특징으로 하는 일 실시 형태에서, 모든 UE에 제공되는 동일한 스루풋 용량을 위해 RR 할당 문제를 공식화하여 해결할 수 있다. 대응하는 최적화 문제는 최소 링크 용량의 최대화, 즉,
(10)
로서 공식화될 수 있고, 대응하는 UE에 의해 지원되는 다양한 리소스 할당 방식에 의해 가능하게 되는 UE의 효율성의 값의 주어진 세트에 대한 UE(αk) 간의 RR의 최적인 배분에 관한 여러가지 이용 가능한 해석적 및 수치적 수법에 따라 해결될 수 있다.
식 (10)의 해는, WB의 의도한 사용에 대한 정보를 갖지 않는, 적용할 수 있는 무선 브리지의 디폴트 구성으로도 사용될 수 있다. 또한, 이것은, 모든 UE의 이용 가능한 RR의 공평한 공유 및 동일한 스루풋 용량을 초래하는 기준 무선 리소스 할당을 결정하는 것을 목적으로 하는 WB 밸런스 프로시저의 제1 단계로서 간주될 수 있다.
동일한 밸런스 프로시저는 DS 포트마다의 트래픽 부하의 주어진 배분에 더 적용될 수 있다. 예를 들면, 상기 트래픽 부하 배분이 가장 기본적인 실시 형태에 대응하는 식 (3)에 의해 정의되는 경우에, 상기 최적화 문제는,
(11)
와 같이 다시 쓸 수 있고, 여기서, Pk는 제k DS 포트에 접속된 다운스트림 서브네트워크의 브랜치 내의 ES의 수이다.
Lk로 나타내는 DS 포트마다의 트래픽 부하가 이미 알려져 있거나 또는 예상되는 다른 실시 형태에서, 최적화 문제는,
(12)
와 같이 다시 쓸 수 있고, 여기서, Ck는 식 (9)에 의해 정의되는 추정된 무선 링크 용량이다.
최적화 문제는, 이 최적화 문제를,
- UL 모드 및 DL 모드(식 7에 의해 기술되는 경우와 마찬가지로), 및/또는
- 다양한 트래픽 우선도, 및/또는
- 이중 주파수 접속
과 같은 2개의(또는 그 이상의) 독립적인 최적화 문제로 분할하는 것을 가능하게 하는 복수의 시나리오에 대해 더 일반화될 수 있다.
이러한 모든 경우에 있어서, 최적화 문제는, 각 모드, 예를 들면 DL 모드에 대해, 동일한 우선도의 트래픽만, 및 하나의 선택된 주파수 서브대역에 대응하는 RR의 DS 포트마다의 트래픽 부하에 관해서 개별적으로 공식화되고 해결되는 적어도 2개의 독립적인 최적화 문제로 분할될 수 있다.
마지막으로, 동일한 수법은, 이하에 소개되는 시나리오 등, 예를 들면,
- 적어도 2개의 상이한 기준(예를 들면, 트래픽 부하 및 패킷 손실률)을 포함하는 WB 성능 메트릭의 정의에서의 다기준 QoS 최적화 템플릿, 및/또는
- 2개 이상의 기지국(M＞1)을 구비하는 WB, 및/또는
- RR 할당이 주파수 재이용을 가능하게 하기 위한 발전된 시간/주파수/공간 다중화
중 임의의 것에 대응하는 다목적 최적화 문제를 취급하기 위해 사용될 수 있다.
이하에서는, QoS 템플릿을 사용하는 다기준 최적화가 더 논의된다. QoS 템플릿은, 트래픽 부하에 부가하여, 패킷 손실률 및 결정론적 e2e 레이턴시 등의 일부 다른 성능 메트릭을 고려할 수 있는 것을 유의해야 한다. 따라서, 이러한 추가 기준은 최적화 문제의 공식화에 포함될 수 있다. 예를 들면, 이것은,
(13)
및
(14)
와 같이 행해질 수 있고, 여기서, RPL는 링크 용량의 오버플로우에 기인하는 패킷 손실률의 임계값이고, Dd(Ck, Lk)는 트래픽 부하와 무선 링크 용량 사이의 비에 의존하는 WB 지연이고, 는, 예를 들면, DS 포트를 통과하는 대응하는 스트림(들)에 대해 정의되는 제한된 e2e 레이턴시에 대한 WB의 부분적인 기여로서 추정되는 WB 지연의 최대 허용값이다.
물론, 이러한 간단한 예는, 간섭, 섀도잉 및 멀티패스 전파뿐 아니라, QoS 제어를 위한 알려진 방법인 빔 포밍, 간섭 완화, 채널 코딩 및 적응적 리던던시에 기인한 무선 채널 특성의 변화 등의 무선 네트워크의 QoS를 개선하기 위해서 이용 가능한 현실적인 PHY/MAC 레벨의 특징 및 기법을 더 잘 설명하기 위해서 더 상술할 수 있다. 이러한 특징은, 최적화 문제를 유도하는 데 사용되는 성능 지수(FoM：Figure of Merit)의 정의에 반영되어야 하지만, 임의의 단일 또는 다수의 파라미터 FoM 함수와 함께 사용될 수 있는 기준 해(reference solution)의 정의(예상 트래픽 부하를 나타내는 QoS 템플릿 및 선택적으로 추가의 QoS 최적화 기준의 형태로 정의됨)를 목적으로 하는 제안된 방법을 변경하는 것은 아니다.
예시적인 실시 형태에서,
- 최적화 파라미터의 허용값의 풀을 제한하는 것에 의해 탐색 공간을 한정하기 위해서, 또는
- WB 성능의 요구된 메트릭, 예를 들면, 포트마다의 스루풋 용량 및 스트림마다의 패킷 손실률을 기술하는 적어도 2개의 의존 성능 지수(FoM) 함수 또는 독립성능 지수(FoM) 함수의 동시 개선을 목적으로 하는 벡터 타입의 다목적 최적화 문제를 공식화하기 위해서,
식 (13) 및 (14) 등의 추가의 최적화 기준이 식 (11) 또는 (12)에 의해 공식화된 최적화 문제와 함께 고려될 수 있다.
전자의 경우는, 브루트포스 타입 및 구배 타입의 방법을 사용하면 곤란하거나 또는 가능하지 않은 이산 및 구분적 다중 극값 FoM 함수의 포괄적 최대값의 탐색 및 발견을 가능하게 하는 유전적 알고리즘(GA)에 의해 효과적으로 해결될 수 있다. 예를 들면 비특허문헌 2에서 정의된 것과 같은 하이브리드 GA법을 더 사용하여, 알고리즘의 성공 및 수렴 속도를 증대시킬 수 있다.
후자는, 경합하는 FoM 함수 사이의 허용 가능한 트레이드 오프를 제공하는 해(solution)의 세트를 찾는 것을 가능하게 하는 파레토 최적화(Pareto optimization)라고 일반적으로 불리는 다목적 최적화 방법에 따라 효과적으로 해결될 수 있다.
마지막으로, 예를 들면 비특허문헌 3에서 정의된 것과 같은 고도의 최적화 방법은, 최적화 파라미터의 초기 변동 범위의 정의에서 불확실성을 갖는 가능한 문제를 극복하는 데 사용될 수 있다.
이하에서는, 도 3에 나타내는 바와 같은 WB가 2개 이상의 기지국(M＞1)을 구비하는 일반적인 경우가 논의된다. 복수의 기지국에 의해, 신호 레벨을 증가시키지 않고 무선 네트워크의 커버리지 영역을 확대하는 것이 가능하게 된다. 또한, 상기 gNB 또는 상기 UE가 서로 충분히 떨어져 위치하고, 및/또는, (예를 들면 빔 포밍을 거쳐) 공간 다중화가 가능한 경우에, 다른 gNB가 UE와 통신할 때에 이용 가능한 RR의 적어도 일부분을 재이용할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 따라서, 처음에 gNB의 사이에서 트래픽 부하의 균형을 맞추고, 다음에, 각 gNB에 관련한 각 그룹 내의 UE의 사이에서 트래픽 부하의 균형을 맞추는 것이 유리할 수 있다. 도 5에서의 예시적인 TSN 네트워크에 관해서, 프로시저 및 그 결과는 도 6에 나타내는 것과 같이 보일 수 있다. 그러한 네트워크 토폴로지는 이하의 프로시저를 사용하여 도출될 수 있다.
최초로, UE/DS 포트마다의 트래픽 부하가, 예를 들면, 식 (3)과 마찬가지로 ES의 수에 근거하여 예상된다. 다음에, 기지국마다의 예상 트래픽 부하가, 예를 들면,
(15)
와 같이, gNB마다의 최소 부하를 최대화하는 것에 의해 균형이 맞추어지고, 여기서, 는 gNB마다의 트래픽 부하이고, m은 주어진 기지국(33)을 지정하는 1~M의 정수이고, M은 기지국(33)의 총 수이며(예를 들면, 도 6에서는 M=2), Km은 M개의 기지국 중 대응하는 기지국에 할당된 UE(34)의 리스트를 나타내는 1~K의 일련의 정수의 서브세트이고, ΣKm=K가 되도록 된다. 따라서, 제m gNB로 나타내는 주어진 기지국(33)을 고려하면, 대응하는 트래픽 부하는 상기 제m gNB에 관련한 Km개의 UE(34) 사이에서 균형이 맞추어진다.
도 6을 계속해서 참조하면, 트래픽 부하가 오로지 ES(45, 46)의 수에 근거하여 정의되는 가장 기본적인 실시 형태에서, 상술한 프로시저의 결과, 이하의 부하의 배분이 gNB의 사이에서 행해지고,
(16)
여기서, TgNB는 M=2개의 gNB의 사이에서 부하를 배분한 것이고, 는 대응하는 제m gNB에 관련한 UE/DS 포트마다의 상대적인 트래픽 부하에 대응한다. 예를 들면, 에 의해 표현되는 제2 gNB(m=2)의 경우에, 하나의 무선 링크만이 지원되고, 이것은 상기 제2 gNB의 전체 용량을 대응하는 UE/DS 포트용으로 제공할 수 있는 것을 의미하는 것을 유의해야 한다.
상기 프로시저는, 식 (7)에서 행해지고 있는 것과 마찬가지로, 각 ES의 실제의 트래픽 사양을 고려하여 일반화될 수 있다. 필요한 경우에는, gNB(1)와 gNB(2) 사이에서 UE(2)의 핸드 오버를 행하여, 양쪽의 gNB와의 신뢰할 수 있는 통신 링크를 확립하기 위해서 충분한 신호 레벨을 갖는 것을 특징으로 하는 오버랩 존(각 gNB의 커버리지 영역이, 도 6에서 섀도우 영역에 의해 개략적으로 표현됨) 내의 UE(2)의 유리한 위치에 의해, gNB마다의 트래픽 부하의 균형을 맞출 수 있다.
gNB마다의 부하의 균형을 맞추는 상기 프로시저는 UE/DS 부하에 대해 상기에서 논의한 바와 같이 다양한 트래픽 타입 및 다양한 사용 시나리오에 대해 DL/UL 동작 모드를 고려하도록 일반화될 수 있다.
마지막으로, 상기 프로시저는, 바람직하게는, gNB간의 간섭 레벨을 무시할 수 있다는 조건 하에서 적용되어야 하는 것을 언급해 둘만한 가치가 있다. 그러한 조건은, 이하 중 적어도 하나가 참인 경우에 만족된다.
- 각 gNB가, ()로 되도록 하는 전체적인 RR의 일부분을 구비하고, 그에 따라, 주어진 무선 리소스에 대해 gNB간의 경합이 존재하지 않는 것, 또는
- gNB가, 동일한 RR을 적어도 부분적으로 재이용하지만, 서로에 대해 및 관련한 UE에 대해서 허용 가능한 신호대 간섭비(SIR：signal to interference ratio)를 보증할 수 있을 만큼 충분히 멀리 위치하고 있는 것, 또는
- 각 gNB 및 관련한 UE가, 예를 들면, 동일한 RR을 공유하는 디바이스 사이의 상호의 영향을 허용 가능한 레벨까지 최소화하는 것에 도움이 되는 공간 빔 포밍, MIMO, OFDM 또는 다른 임의의 방법에 근거하여 간섭 완화 및/또는 다중화를 하는 것이 가능한 것.
이것에 반해, gNB에 의한 RR의 재이용이 무시할 수 없는 간섭 레벨을 초래하는 경우에는, 최적화 문제는 관여하는 모든 엔티티(즉 gNB 및 UE)에 대해서 가장 일반적인 방법으로 공식화될 수 있고, 리소스 배분(αk)과 RR 사용에서의 UE의 효율(ηk)과 전체적인 RR에 관한 최적화 파라미터의 풀 세트는, RR의 재이용 및 간섭 완화를 위해 gNB 및 UE의 능력에 따라 확대 또는 축소될 수 있다.
RR 할당 최적화 문제의 일반 공식화에서 그 계산 복잡도를 삭감하기 위해서, 계산 부가가 크고, 많은 경우에 부적절한 멀티 파라미터 및 다목적 최적화 문제를 해결하는 것 없이, TSN 네트워크에서 WB가 의도한 사용의 신속하고 타당한 예측을 취득할 수 있게 하는 본 발명의 교시에 따르는 것이 강력하게 추천된다. 이것은 제안된 방법이 한정된 계산 능력을 갖는 노드 상에서 실행될 수 있는 알고리즘에 대해 매력적인 것으로 되게 한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 방법의 일부 예시적인 실시형태가 제시된다. 간단하게 하기 위해서, 이러한 실시형태는 가능한 한 소수의 엔티티를 구비하는 통신 시스템에서 설명된다.
도 7은,
- 단일의 NW 포트(36), 단일의 DS 포트(35)와 함께, 단일의 UE(34), 단일의 UPF(32)를 구비하는 WB(31), 및
- 다운스트림 서브네트워크(42)에서의 브리지(44)와, 페어가 업스트림 서브네트워크(41)에 위치하는 2개의 ES, 예를 들면 화자(45) 및 청자(46)
를 구비하는 TSN 네트워크의 예시적인 실시 형태를 나타내고 있다.
본 실시 형태에서, 1개만의 gNB와 1개만의 UE 사이에서 이용 가능한 무선 링크는 1개뿐이지만, WB TSN 능력을 계산하는 제안된 방법은 여전히 적용될 수 있다. 실제로, 이 단일의 무선 링크의 스루풋 용량은, 예를 들면 시간 다중화를 거쳐, 예를 들면 DL 모드와 UL 모드 사이에서 계속 공유될 수 있다. 다운스트림 서브네트워크(42)가 화자 및 청자를 포함하는(도 7에 나타내는 바와 같이) 것으로 가정하고, 이러한 2개의 ES의 존재 및 타입에 대한 정보를 제외한 추가의 정보를 갖지 않으면, DL 모드와 UL 모드 사이에서 이용 가능한 RR을 동일하게 공유하기로 결정될 수 있다. 예를 들면, 이것은 시간 도메인 다중화 또는 주파수 다중화를 거쳐 이루어질 수 있다. 대응하는 QoS 템플릿 및 스루풋 용량은,
(17)
(18)
와 같이 공식화될 수 있고, 여기서, 및 는 무선 링크 용량 중 각각 UL 모드 및 DL 모드의 부분이고, CΣ는 식 (9)에 의해 정의되는 바와 같이 무선 링크의 총 스루풋 용량 Ck를 가리킨다.
마찬가지로, 도 4에서의 예시적인 실시 형태를 참조하여 이미 설명한 바와 같이, 이 예는, 각 ES 및/또는 패킷 손실률 등의 추가의 성능 메트릭을 포함하는 QoS 템플릿에 대해 정의되는 알려진 트래픽 사양의 경우에 대해 더 조정할 수 있다.
마지막으로, 도 7에서의 2개의 ES가 DL 모드 및 UL 모드에서 순차적으로 동작하는 다운스트림 서브네트워크에 위치하는 1개의 ES만을 나타내는 것으로 가정할 수 있다. 이 모델은 이 가정 하에서도 계속 유효하다.
도 8은,
- 그 NW 포트의 어느 것도 TS 통신에 사용되지 않는 UPF(32), 및, 단일의 gNB(33)와, UE의 각각이 DS 포트(35)를 갖는 2개의 UE(34)를 구비하는 WB(31),
- 모두 다운스트림 서브네트워크(42)에 위치하고, WB(31)를 통해서 서로 통신하는 2개의 ES(45, 46)
를 구비하는 TSN 네트워크의 예시적인 실시 형태를 나타내고 있다.
이 예의 특색은, 업스트림 서브네트워크에 위치하는 어느 ES도 고려하고 있지 않는 것이다. 그러나, WB의 TSN 능력을 계산하는 제안된 방법은 각각 UL 모드 및 DL 모드에서 동작하는 2개의 UE의 사이의 RR 할당을 계산 및 최적화하기 위해 계속 적용될 수 있다.
이하에서는, TSN 능력을 어떻게 계산하는지가 설명된다. 제안된 방법의 마지막 스텝은 무선 통신에 관한 WB의 내부 설정을 TSN 능력으로 변환하는 것을 포함하고, 이러한 TSN 능력은, 다른 네트워크 엔티티가 WB의 이러한 내부 설정을 이해할 수 있는 형태를 나타낸다. 이 스텝은 제안된 방법의 적용에 필수적인 것은 아니고, 예를 들면 IEEE 802.1Q 또는 IEEE 802.1Qcc 하에서 동작하는 유선 TSN 네트워크와 WB(예를 들면 3GPP/5GS)의 상호 운용성을 가능하게 하기 위해서 필요할 수 있다.
IEEE 802.1Qcc 규격에 의하면, 브리지의 TSN 능력은 의존 지연 Dd로서 참조되는 프레임 사이즈에 의존하는 브리지 지연을 기술하는 파라미터를 포함한다. 이 파라미터는, 통상, IEEE 802.1Qcc 규격에 의해 정의되는 바와 같이 포트 페어마다 및 트래픽 타입마다 정의되고, 이하의 식과 같이 2개의 인접하는 구성 요소를 접속하는 링크의 스루풋 용량의 역수와 동일하고,
(19)
여기서, 는 제1 TSN 브리지의 제n 입구 포트와 상기 제1 브리지의 제k 출구 포트에 케이블에 의해 접속된 인접하는 구성 요소의 입구 포트 사이의 경로에서의 최소 링크 용량이다.
WB의 경우에는, 최소 링크 용량(즉 보틀 넥)은 통상 무선 링크에 관련된다. 이 때문에, WB의 포트 페어마다의 의존 지연()은 이하의 식과 같이 무선 링크 용량에 근거하여 정의될 수 있고,
(20)
여기서, Ck는, 예를 들면 식 (13)에 의해 정의되는 QoS에 관한 추가의 최적화 기준과 조합될 수 있는, 예를 들면 식 (10) 또는 (12)에 의해 정의되는 것과 같은 대응하는 최적화 문제를 해결하는 것에 의해 결정된 적절한 αk 및 ηk 파라미터값을 이용하여 식 (9)에 의해 정의되는 gNB와 UE(k) 사이의 무선 링크의 스루풋 용량이다.
식 (20)의 우변은 NW 포트의 참조를 포함하지 않는 것을 유의해야 한다. 이것은, 이 예에서는, 보틀 넥을 담당하는 무선 링크가 gNB/UE 페어에 관련되기 (그리고 UPF/NW 페어에 관련되지 않기) 때문이다.
IEEE 802.1Qcc 규격에서 제공되는 정의에 따라, 포트 페어마다의 전체적인 지연은, 그 후에, 독립 지연(브리지 하드웨어에 관한 것)과 식 (20)에 의해 정의된 의존 지연의 합으로서 계산될 수 있다.
일 실시형태에서, TSN 계산의 스텝은 CNC로부터 TSN 스케줄링을 수신한 후에 반복될 수 있다.
그렇게 하기 위해, 초기 TSN 능력의 선언 후에 취득되는 추가 정보에 근거하여 템플릿을 조정하기 위한 최적화 루프가 추가될 수 있다. 이것은, WB가 그 초기 선언에 근거하여 CNC에 의해 계산되는 TSN 스케줄링을 수신했을 때에 행할 수 있다. 스케줄링에 관한 정보는 통상 IEEE 802.1Qbv 및 IEEE 802.1Qcc 규격에 의해 정의되는 바와 같은 포트마다의 스케줄링 및 스트림마다의 정보를 포함하고, 이러한 정보는, WB가,
- WB를 실제로 통과하는 스트림의 리스트,
- 다운스트림 서브네트워크에 위치하는, 관련된 ES의 식별 정보(예를 들면 MAC 어드레스) 또는 내부의 스트림마다의 라우팅 정보(예를 들면, 주어진 스트림을 위한 WB의 입구 포트 및 출구 포트),
- 스트림마다/포트마다/트래픽 클래스마다/ES마다의 실제의 트래픽 부하
를 결정하는 데 사용될 수 있다.
이 정보에 근거하여, QoS 템플릿은 상술한 바와 같은 본 발명의 교시에 따라 조정될 수 있고, WB TSN 능력을 재계산하는 데 사용될 수 있다.
그 후, 새로운 TSN 능력은 필요에 따라 TSN 스케줄링을 조정하는 CNC에 제공될 수 있다.
Claims (15)
- 제1 서브네트워크와 제2 서브네트워크를 구비하는 타임 센시티브 네트워크(TSN) 내의 통신 시스템에서의 무선 브리지의 능력을 계산하는 방법으로서,
상기 통신 시스템은 상기 무선 브리지를 구비하고 적어도 2개의 종단국을 더 구비하고,
상기 무선 브리지는 적어도 1개의 사용자 플레인 기능 엔티티와, 적어도 1개의 기지국과, 적어도 1개의 사용자 기기를 구비하고,
상기 적어도 1개의 사용자 플레인 기능 엔티티는 상기 적어도 1개의 기지국과 상기 제1 서브네트워크 사이의 통신을 가능하게 하는 적어도 1개의 네트워크측 포트를 구비하고,
상기 적어도 1개의 사용자 기기는 상기 적어도 1개의 기지국에 무선 접속되고,
상기 적어도 1개의 사용자 기기는 상기 제2 서브네트워크와의 통신을 가능하게 하는 적어도 1개의 디바이스측 포트를 구비하고,
상기 적어도 2개의 종단국 중 적어도 하나는 대응하는 사용자 기기의 대응하는 디바이스측 포트에 접속되고,
상기 방법은, 상기 무선 브리지에서 실행되고,
- 상기 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 관한 정보에 근거하여, 상기 적어도 1개의 기지국과 상기 적어도 1개의 사용자 기기 사이의 상기 무선 접속의 성능 용량을 추정하는 것과,
- 상기 추정된 성능 용량에 대응하는 상기 무선 브리지의 상기 TSN 능력을 계산하는 것을 포함하는
방법. - 제1항에 있어서,
상기 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 관한 정보에 근거하여, 상기 적어도 1개의 기지국과 상기 적어도 1개의 사용자 기기 사이의 상기 무선 접속의 성능 용량을 추정하는 것은,
- 상기 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 상기 네트워크 사용 목적에 관한 상기 정보를 취득하는 것과,
- 상기 취득된 정보에 근거하여, 상기 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 상기 네트워크 사용 목적에 대응하는 성능 메트릭을 나타내는 서비스 품질 템플릿을 생성하는 것과,
- 상기 생성된 서비스 품질 템플릿에 근거하여 상기 적어도 1개의 기지국과 상기 적어도 1개의 사용자 기기 사이의 상기 무선 접속의 상기 성능 용량을 추정하는 것을 포함하는
방법. - 제2항에 있어서,
적어도 1개의 포트에 대해, 적어도 1개의 동작 모드에서 상기 포트에 관련된 성능 지표를 결정하는 것을 더 포함하고, 상기 서비스 품질 템플릿을 생성하는 것은 결정된 각 성능 지표에 더 근거하는 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타임 센시티브 네트워크는 상기 종단국과 통신하도록 구성된 집중형 사용자 구성 엔티티를 더 지원하고, 상기 방법은, 상기 집중형 사용자 구성 엔티티로서 동작하는 상기 무선 브리지 엔티티와 상기 종단국 중 적어도 1개 사이의 통신에 근거하여, 상기 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 상기 네트워크 사용 목적에 관한 상기 정보의 적어도 일부분을 취득하는 것을 더 포함하는 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타임 센시티브 네트워크는, 집중형 TSN 모델에 따라 네트워크 발견을 수행하도록 구성되는 집중형 네트워크 구성 엔티티를 더 지원하고, 상기 방법은, 상기 집중형 네트워크 구성 엔티티로서 동작하는 상기 무선 브리지에 의해 행해지는 네트워크 발견에 근거하여, 상기 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 상기 네트워크 사용 목적에 관한 상기 정보의 적어도 일부분을 취득하는 것을 더 포함하는 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타임 센시티브 네트워크는 상기 종단국을 상기 무선 브리지에 접속하는 복수의 TSN 브리지를 더 구비하고, 상기 TSN 브리지 중 적어도 하나는 분산형 TSN 모델에 따라 네트워크 발견을 수행하도록 구성되고, 상기 방법은, 상기 네트워크 발견에 근거하여, 상기 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 상기 네트워크 사용 목적에 관한 상기 정보의 적어도 일부분을 취득하는 것을 더 포함하는 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
정보의 상기 적어도 일부분을 취득하는 것은 상기 구성 엔티티에 의해 방출되고 상기 무선 브리지로 향하는 통신을 수신하는 것에 의해 행해지는 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
정보의 상기 적어도 일부분을 취득하는 것은 상기 구성 엔티티에 의해 방출되고 적어도 1개의 종단국으로 향하는 통신을 인터셉트하는 것에 의해 행해지는 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 상기 네트워크 사용 목적에 관한 상기 정보는, 포트마다의 타임 센시티브 트래픽 부하와, 패킷 손실률과, 스트림마다의 결정론적 종단국간 레이턴시와, TSN 브리지마다의 지연으로 구성되는 리스트에서의 적어도 1개의 요소를 포함하는 방법. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 서비스 품질 템플릿에 근거하여, 상기 무선 브리지의 복수의 내부 무선 링크 중에서 무선 리소스 할당을 조정하는 것에 의해 상기 무선 브리지의 성능의 균형을 맞추는 것을 더 포함하는 방법. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 추정된 성능 용량에 대응하는 상기 무선 브리지의 상기 능력을 계산하는 것은, 기지국과 사용자 기기 사이의 무선 링크의 성능 용량에 근거하여 지연을 계산하는 것을 포함하는 방법. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타임 센시티브 네트워크를 관리하는 것을 고려하여, 상기 무선 브리지의 상기 계산된 능력을 상기 통신 시스템의 다른 엔티티에 송신하는 것을 더 포함하는 방법. - 제12항에 있어서,
- 상기 송신되는 계산된 능력에 근거하여 결정된 타임 센시티브 네트워크 스케줄링 정보를 취득하는 것과,
- 상기 취득된 타임 센시티브 네트워크 스케줄링 정보에 근거하여, 상기 적어도 1개의 기지국과 상기 적어도 1개의 사용자 기기 사이의 상기 무선 접속의 조정된 성능 용량을 추정하는 것과,
- 상기 추정된 성능 용량에 대응하는 상기 무선 브리지의 조정된 능력을 계산하는 것을 더 포함하는
방법. - 제1 서브네트워크와 제2 서브네트워크를 구비하는 타임 센시티브 네트워크 내의 통신 시스템으로서,
상기 통신 시스템은 무선 브리지를 구비하고 적어도 2개의 종단국을 더 구비하고,
상기 무선 브리지는 적어도 1개의 사용자 플레인 기능 엔티티와, 적어도 1개의 기지국과, 적어도 1개의 사용자 기기를 구비하고,
상기 적어도 1개의 사용자 플레인 기능 엔티티는 상기 적어도 1개의 기지국과 상기 제1 서브네트워크 사이의 통신을 가능하게 하는 적어도 1개의 네트워크측 포트를 구비하고,
상기 적어도 1개의 사용자 기기는 상기 타임 센시티브 네트워크 내에서 상기 적어도 1개의 기지국에 무선 접속되고,
상기 적어도 1개의 사용자 기기는 상기 제2 서브네트워크와의 통신을 가능하게 하는 적어도 1개의 디바이스측 포트를 구비하고,
상기 적어도 2개의 종단국 중 적어도 하나는 대응하는 사용자 기기의 대응하는 디바이스측 포트에 접속되고,
상기 무선 브리지는,
- 상기 무선 브리지에서의 타임 센시티브 통신을 위한 네트워크 사용 목적에 관한 정보에 근거하여, 상기 적어도 1개의 기지국과 상기 적어도 1개의 사용자 기기 사이의 상기 무선 접속의 성능 용량을 추정하고,
- 상기 추정된 성능 용량에 대응하는 상기 무선 브리지의 상기 능력을 계산하도록 구성되는
통신 시스템. - 청구항 14에 기재된 통신 시스템의 무선 브리지.
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