KR20240036044A

KR20240036044A - 네트워크 슬라이싱의 시간 민감성 네트워크(tsn)를 구현하기 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20240036044A
Application number: KR1020247005176A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 프란시스 부시
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 2021-07-15
Filing date: 2022-07-15
Publication date: 2024-03-19
Also published as: WO2023288055A1; CN117917058A

Abstract

통신 네트워크를 통해 통신하는 기술은 통신 네트워크에 의해 지원되는 복수의 서비스에 기초하여 복수의 네트워크 슬라이스를 결정하는 것을 포함할 수 있고, 복수의 네트워크 슬라이스 각각은 적어도 하나의 서비스와 연관된 데이터의 통신을 지원한다. 통신 네트워크 내에는 복수의 데이터 스트림이 구성될 수 있다. 각 데이터 스트림은 복수의 시간 민감성 네트워크 정책 중 적어도 하나에 따라 구성된다. 복수의 네트워크 슬라이스 중 제1 네트워크 슬라이스에 대응하는 복수의 데이터 스트림 중 제1 데이터 스트림이 결정될 수 있다.

Description

네트워크 슬라이싱의 시간 민감성 네트워크(TSN)를 구현하기 위한 시스템 및 방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 미국 특허 가출원 번호 63/222,316(출원일: 2021년 7월 15일, 전체 내용이 본 명세서에 참조에 의해 원용됨)에 대한 우선권을 주장한다.

기술 분야

본 명세서에 설명된 주제는 통신 네트워크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 통신 네트워크에서 구현되는 시간 민감성 네트워킹 및 네트워크 슬라이싱 기술에 관한 것이다.

5G 네트워크 슬라이싱은 동일한 물리적 네트워크 인프라에서 가상화되고 독립적인 논리적 네트워크를 가능하게 한다. 각 네트워크 슬라이스는 특정 애플리케이션이나 서비스에서 요청한 요구 사항을 충족하도록 맞춤화된 격리된 종단 간 네트워크이다. 그러나, 네트워크 슬라이스는 5G 네트워크에서 지원하는 다양한 서비스에서 요구하는 스케줄링, 대기 시간, 우선 순위, 동기화 등과 같은, 타이밍과 관련된 특정 제한 사항을 충족하지 못할 수 있다. 따라서 공통 인프라를 통해 맞춤화된 격리된 종단 간 논리 네트워크를 사용하여 다양한 서비스에 대한 (타이밍) 요구 사항을 충족하기 위한 네트워크 슬라이싱을 갖는 5G 네트워크에 대한 시간 기반 또는 시간 민감성 솔루션이 필요하다.

하나 이상의 컴퓨터로 구성된 시스템은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합이 시스템에 설치되어 동작 시 시스템으로 하여금 작업을 수행하게 함으로써 특정 동작 또는 작업을 수행하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 컴퓨터 프로그램은 데이터 처리 장치에 의해 실행될 때 장치로 하여금 작업을 수행하게 하는 명령어를 포함함으로써 특정 동작 또는 작업을 수행하도록 구성될 수 있다.

하나의 일반적인 양태는 통신 네트워크를 통해 통신하는 방법을 포함한다. 방법은 통신 네트워크에 의해 지원되는 복수의 서비스에 기초하여 통신 네트워크의 복수의 네트워크 슬라이스를 결정하는 단계로서, 복수의 네트워크 슬라이스 각각은 복수의 서비스 중 적어도 하나와 연관된 데이터의 통신을 지원하도록 구성된, 단계; 통신 네트워크 내에서 복수의 데이터 스트림을 구성하는 단계로서, 각각의 데이터 스트림은 복수의 시간 민감성 네트워크 정책 중 적어도 하나에 따라 구성된, 단계; 복수의 네트워크 슬라이스 중 제1 네트워크 슬라이스에 대응하는 복수의 데이터 스트림 중 제1 데이터 스트림을 결정하는 단계; 및 제1 네트워크 슬라이스에 대해, 통신 네트워크를 통해, 제1 네트워크 슬라이스에 의해 지원되는 복수의 서비스 중 적어도 하나와 연관된 데이터를 전달하는 단계로서, 데이터는 제1 데이터 스트림과 연관된 제1 시간 민감성 네트워크 정책에 기초하여 제1 데이터 스트림을 사용하여 전달되는, 단계를 포함한다.

또 다른 일반적인 양태는 통신 네트워크를 통해 통신하는 시스템을 포함한다. 시스템은 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있고, 하나 이상의 프로세서는, 통신 네트워크에 의해 지원되는 복수의 서비스에 기초하여 통신 네트워크의 복수의 네트워크 슬라이스를 결정하고, 여기서 복수의 네트워크 슬라이스 각각은 복수의 서비스 중 적어도 하나와 연관된 데이터의 통신을 지원하도록 구성되고; 통신 네트워크 내에서 복수의 데이터 스트림을 구성하고, 각 데이터 스트림은 복수의 시간 민감성 네트워크 정책 중 적어도 하나에 따라 구성되고; 복수의 네트워크 슬라이스 중 제1 네트워크 슬라이스에 대응하는 복수의 데이터 스트림 중 제1 데이터 스트림을 결정하고; 제1 네트워크 슬라이스에 대해, 통신 네트워크를 통해, 제1 네트워크 슬라이스에 의해 지원되는 복수의 서비스 중 적어도 하나와 연관된 데이터를 전달하도록 구성되고, 여기서 데이터는 제1 데이터 스트림과 연관된 제1 시간 민감성 네트워크 정책에 기초하여 제1 데이터 스트림을 사용하여 전달된다.

본 주제는 첨부된 도면을 참조하여 비제한적인 구현예에 대한 다음의 설명을 읽음으로써 보다 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 시간 민감성 네트워크(TSN) 시스템의 일 구현예를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 명세서에 설명된 분석의 상위 레벨 개념을 도시한다.
도 3은 네트워크 슬라이싱을 사용하는 5G 시스템의 일 구현예를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일부 구현예에 따라 네트워크의 다양한 관리 엔티티 간의 상호 작용을 도시한다.
도 5는 통합된 TSN-5G 시스템의 일 구현예를 도시한다.
도 6은 통합된 TSN-5G 시스템의 시스템 아키텍처의 일 구현예를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일부 구현예에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.

본 발명의 여러 구현예에서, 5G 네트워크 슬라이싱은 5G 시스템(5GS) 내에서 별개이고 구별되는 시간 민감성 네트워크(TSN) 스트림 또는 흐름을 통해 개별 네트워크 슬라이스에 대한 데이터를 전송함으로써 구현된다. 이는 5GS 내에서 이 슬라이스의 TSN 스케줄링을 제어하여 개별 슬라이스에 대한 사용자 지정 우선순위를 활성화하는 이점을 제공한다. 네트워크 슬라이싱에는 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN)과 네트워크 기능 가상화(NFV)를 사용하여 네트워크 자원과 그 구성, 관리 및 제어에 대한 논리적 추상화가 필요할 수도 있다. 5G 네트워크 슬라이스의 관리와 제어는 시간 민감성 동작이고, 이는 5G 시스템 내에서 TSN을 구현하는 이점을 얻을 수도 있다. 따라서, 본 발명은 네트워크 슬라이스를 통해 흐르는 데이터를 전송하는 방법뿐만 아니라 5G 네트워크 슬라이스의 관리와 제어에 TSN을 통합한다.

첨부된 도면을 참조하는 다음의 설명은 청구범위와 그 등가물에 의해 한정된 본 발명의 다양한 구현예의 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 여기에는 이해를 돕기 위한 다양한 구체적인 세부 사항이 포함되어 있지만 이는 단지 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 따라서, 당업자라면 본 발명의 범위와 사상을 벗어나지 않고 본 명세서에 설명된 다양한 구현예의 다양한 변경과 수정이 이루어질 수 있음을 인식할 수 있을 것이다. 나아가, 잘 알려진 기능과 구조에 대한 설명은 명료함과 간결함을 위하여 생략되었을 수 있다.

시간 민감성 네트워킹(TSN)에 따른 결정론적 통신 기술은 다양한 통계적 특성을 지닌 다양한 트래픽 흐름이 다중화되는 경우에도 시간이 중요한 트래픽 흐름의 지연과 지터에 대한 결정론적 QoS 보장을 가능하게 IEEE 802.1 수정안 세트에 정의되어 있다. 관련 IEEE TSN 표준의 분류는 표 1에 제공되어 있다. TSN 동기화는 IEEE 802.1AS 및 802.1AS-Rev에서 다룬다.

TSN 표준에 따르면, TSN 데이터 평면(Data Plane)에서, 데이터 평면 지연 보장은 스케줄링된 트래픽(IEEE 802.1Qbv), 프레임 선점(IEEE 802.3br, IEEE 802.1Qbu), 비동기식 트래픽 성형(ATS)(802.1Qcr) 및 순환 대기열 및 전달(802.1Qch)과 같은 기술을 통해 제공될 수 있다. 이러한 표준은, 특정 트래픽 클래스에 속하고 특정 우선순위를 갖는 프레임이 TSN 지원 브리지에서 처리되는 방식을 정의한다. 또한, TSN 제어 평면과 관련하여 자원 관리, 구성, 자원 할당 및 등록 양태는 a) 다양한 구성 모델을 설명하고 중앙 집중식 사례에 초점을 맞춘 802.1Qcc, b) 완전히 분산된 사례를 다루는 802.1Qdd, 및 c) 명시적인 경로 선택 및 대역폭 예약을 가능하게 하는 802.1Qca에서 다룬다.

구성과 관리의 맥락에서 TSN 네트워크의 주요 요소는 발화자(talker), 청취자(listener), 브리지 및 사용자 네트워크 인터페이스(UNI)이다. 발화자와 청취자는 각각 데이터 스트림을 생성하고 소비하는 종단국(end-station)이다. UNI의 사용자 측은 발화자와 청취자를 포함하는 반면, 네트워크 측은 발화자로부터 하나 이상의 청취자로 데이터 프레임을 전송하는 브리지를 포함한다. 이 맥락에서 스트림은 데이터의 단방향 흐름이다. 주요 아이디어는 사용자가 네트워크에 대해 자세한 지식이 없어도 스트림에 대한 요구 사항을 지정한다는 것이다. 네트워크는 이러한 요구 사항을 획득하고, 브리지의 토폴로지와 기능을 분석한 다음, 이에 따라 브리지를 구성한다. 이를 위해 IEEE 802.1Qcc에서는 세 가지 구성 모델을 제안했다.

완전 분산 모델: 이 모델에서는 종단국의 사용자 요구 사항이 분산 프로토콜을 활용하여 활성 토폴로지를 따라 전파된다. UNI는 토폴로지에서 연결되는 종단국과 브리지 사이에 위치된다. IEEE 802.1Qdd 수정안은 완전히 분산된 사례를 지원하기 위해 링크 등록 프로토콜(LRP) 언더레이 전송을 활용하는 자원 할당 프로토콜(RAP)에 대해 작업하고 있다.

중앙 집중식 네트워크/분산 사용자 모델: 이 모델의 주요 요소는 중앙 집중식 네트워크 구성(CNC) 엔티티이다. CNC는 네트워크 토폴로지와 네트워크의 모든 스트림에 대한 완전한 지식을 가지고 있다. 이는 원격 네트워크 관리 프로토콜(예를 들어, NETCONF, YANG)을 사용하여 브리지에서 TSN 기능을 구성하고 시간 인식 성형기(Time-Aware Shaper: TAS), 프레임 선점 등에 필요한 복잡한 동작을 수행하는 일을 담당한다. UNI는 여전히 종단국과 브리지 사이에 위치해 있다. 그러나, (종단국에 연결된) 네트워크의 에지에 있는 브리지는 이 모델에서 사용자 요구 사항을 CNC에 직접 전달한다.

완전 중앙 집중식 모델: 완전 중앙 집중식 모델은 중앙 집중식 사용자 구성(CUC)이라고 불리는 또 다른 엔티티를 고려한다. CUC는 종단국 발견, 종단국 기능 검색, 종단국의 TSN 기능의 구성을 담당한다. 중앙 집중식 네트워크/분산 사용자 모델과의 차이점은 이 모델에서 사용자 요구 사항의 전달과 교환이 CNC와 CUC 사이에서 발생한다는 것이고, 즉, TSN UNI가 CNC와 CUC 사이에 존재한다는 것이다. CUC는 종단국으로부터 요구 사항을 검색하고 이 정보를 UNI를 통해 CNC와 교환한다.

IEEE 802.1Qcw는 스케줄링된 트래픽, 프레임 선점, 및 스트림별 필터링 및 정책에 대해 특별히 YANG 데이터 모델을 지정하는 수정안이며 TSN 브리지를 구성하는 데 사용될 수 있다.

일부 구현예에서는 TSN과 5G 시스템(5GS)을 통합하기 위해 완전히 중앙 집중화된 사례가 이용된다. 전송 네트워크의 중앙 집중식 제어 및 관리는 분산된 대안에 비해 중요한 유리한 지점을 제공한다. 그 이유는 전송 네트워크(프론트홀(Fronthaul), 미드홀(midhaul) 또는 백홀(backhaul))를 위한 중앙 집중식 SDN 기반 시스템을 기존 3GPP 관리 및 제어 시스템에 쉽게 포함할 수 있기 때문이다. 또한 이것은 또한 종단 간 조정 솔루션의 일부이면서도 TSN 기능을 네트워크 슬라이싱 관리 시스템에 노출할 수 있다.

IEEE 802.1CM은 모바일 프론트홀 네트워크에 대한 TSN 프로필을 제공한다. IEEE 802.1CM은 이더넷 기반 브리지 네트워크에서 엄격한 프론트홀 요구 사항을 충족하는 방법을 설명한다. 802.1CM에서는 CPRI 및 eCPRI 프로토콜이 모두 지원된다(각각 클래스 1 및 클래스 2). 두 경우 모두 다음 유형의 데이터, 즉 a) 사용자 데이터; b) 제어 및 관리 데이터; 및 c) 동기화 데이터가 고려된다. 예를 들어, 클래스 2(eCPRI)의 경우 eREC와 eRE 간에 우선 순위가 높은 사용자 평면 데이터 트래픽의 경우 최대 종단 간 단방향 대기 시간은 100㎲이다. 더욱이, 802.1CM은 브리지마다 단일 홉에 대한 최악의 대기 시간에 기여하는 구성요소를 언급한다. 802.1CM은 또한 정밀 시간 프로토콜(PTP) 지원 디바이스에 대한 시간 동기화 요구 사항을 충족할 수 있는 방법에 대해서도 설명한다.

도 1은 위에서 논의된 표준 및 기술에 따라 구현되는 시간 민감성 네트워크(TSN) 시스템(100)의 네트워크 제어 시스템(107)의 일 구현예를 개략적으로 도시한다. 도 1에 도시된 구성요소는 본 명세서에 설명된 기능을 수행하도록 동작하는 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 하나 이상의 마이크로프로세서, 전계 프로그래밍 가능 게이트 어레이 및/또는 집적 회로)를 포함하고/하거나 하나 이상의 프로세서와 연결되는 하드웨어 회로를 나타낸다. 네트워크 시스템(100)의 구성요소는 하나 이상의 유선 및/또는 무선 연결에 의해 서로 통신 가능하게 결합될 수 있다. 네트워크 시스템(100)의 구성요소들 사이의 모든 연결이 여기에 도시되어 있는 것은 아니다.

네트워크 시스템(100)은 네트워크 스위치(104) 및 관련 클록(112)(도 1의 "클록 디바이스")으로 형성된 여러 노드(105)를 포함한다. 도 1에는 소수의 노드(105)만이 도시되어 있지만, 네트워크 시스템(100)은 넓은 지리적 영역에 걸쳐 분산된 더 많은 노드(105)로 형성될 수 있다. 네트워크 시스템(100)은 TSN 기능으로 구성된 무선 3G/4G/5G 네트워크 또는 이더넷 네트워크일 수도 있다. 네트워크 시스템(100)은 노드(105)를 통해 또는 노드(105)를 경유해 디바이스(106)(예를 들어, 컴퓨터, 제어 시스템, 사용자 장비, 모바일 디바이스 등) 사이의 링크(103)를 따라, 링크를 통해, 또는 링크를 경유해 데이터 신호를 전달한다. 데이터 신호는 네트워크 시스템(100)의 스케줄에 따라 노드(105) 사이에 송신되는 데이터 패킷 또는 프레임으로서 전달되고, 여기서 스케줄은 어떤 데이터 신호가 다른 시간에 각 노드(105)에 의해 전달될 수 있는지를 제한한다. 예를 들어, 다른 데이터 신호는 신호의 트래픽 분류에 기초하여 반복하는 스케줄링된 다른 시간 기간에 전달될 수 있다. 일부 신호는 시간이 중요한 트래픽으로 분류되는 반면, 다른 신호는 최선형 트래픽으로 분류된다. 시간이 중요한 트래픽은 전력 구동 시스템의 안전한 동작을 보장하기 위해 지정된 시간 기간에 또는 지정된 시간 기간 내에 전달되거나 전달이 필요한 데이터 신호일 수 있다. 최선형 트래픽에는 전력 구동 시스템의 안전한 동작을 보장하는 데 필요하지 않지만 다른 목적을 위해 (예를 들어, 전력 구동 시스템의 구성요소의 동작을 모니터링하기 위해) 전달되는 데이터 신호가 포함된다.

제어 시스템(107)은 노드(105)의 각 인터페이스가 결정론적인 트래픽 흐름을 생성함과 동시에 레거시 최선형 데이터 트래픽과 동일한 매체를 공유하는 미리 스케줄링된 시간에 (예를 들어, 하나의 컴퓨터 디바이스(106)로부터 다른 디바이스(106)로 노드(105) 간에) 데이터 프레임을 전송할 수 있게 하는 시간 인식 스케줄러 디바이스(102)를 포함한다. 시간 민감성 네트워크(100)는 특히 생명에 중요한 산업용 제어 시스템에서 시간이 중요한 트래픽의 프레임의 전달이 실패를 일으키지 않고 빡빡한 스케줄을 충족해야 하는 하드 실시간 애플리케이션을 지원하기 위해 개발되었다. 스케줄러 디바이스(102)는 네트워크 시스템(100)의 각 노드(105)에 설치된 스케줄을 계산한다. 이 스케줄은 신호의 다양한 유형 또는 분류가 스위치(104)에 의해 전달되는 시기를 지정한다.

프레임이 전송될 때 클록이 불안정하면 대기 시간을 예측할 수 없으므로 스케줄러 디바이스(102)는 그랜드마스터 클록 디바이스(110)와 동기화된 상태를 유지한다. 그랜드마스터 클록 디바이스(110)는 노드(105)의 클록 디바이스(112)가 동기화되는 클록이다. 클록 드리프트가 누적되면 프레임이 이 프레임의 시간 창을 놓쳐 그 다음 창을 기다려야 한다. 이는 동일한 창이 필요한 그 다음 프레임과 충돌할 수 있다.

제어 시스템(107)의 중앙 집중식 네트워크 구성자 디바이스(108)는 네트워크(100)의 물리적 토폴로지뿐만 아니라 시간 민감성 원하는 네트워크 트래픽 흐름에 대한 지식을 갖는 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 구성된다. 구성자 디바이스(108)는 노드(105) 및/또는 사용자 입력으로부터 토폴로지 정보를 결정하거나 그렇지 않고 획득하는 하나 이상의 프로세서와 연결되고/되거나 하나 이상의 프로세서를 포함하는 하드웨어 회로로 형성될 수 있다. 구성자 디바이스(108)의 하드웨어 회로 및/또는 프로세서는 스케줄러 디바이스(102)의 하드웨어 회로 및/또는 프로세서와 적어도 부분적으로 공유될 수 있다.

네트워크 시스템(100)의 토폴로지 지식은 노드(105)의 위치(예를 들어, 절대 위치 및/또는 상대 위치)를 포함할 수 있고, 이 노드(105)는 다른 노드(105) 등과 직접 결합된다. 구성자 디바이스(108)는 스케줄러 디바이스(102)에 이 정보를 제공할 수 있고, 스케줄러 디바이스는 토폴로지 정보를 사용하여 스케줄을 결정한 다. 구성자 디바이스(108) 및/또는 스케줄러 디바이스(102)는 스케줄을 다른 노드(105)에 전달할 수 있다.

링크 계층 발견 프로토콜은 구성자 디바이스(108)와 스케줄러 디바이스(102) 간에 데이터를 교환하는 데 사용될 수 있다. 스케줄러 디바이스(102)는 네트워크 관리 프로토콜을 통해 시간 인식 시스템(예를 들어, 각각의 클록(112)을 갖는 스위치(104))과 통신한다. 시간 인식 시스템은 중앙 집중식 스케줄러 디바이스(102)로부터 각 하드웨어로 명령을 전달하는 제어 평면 요소를 구현한다.

타이밍 및 동기화 표준은 스케줄러 디바이스(102)를 위한 인에이블러(enabler)이다. IEEE 802.1AS(gPTP) 표준은 그랜드마스터 클록 디바이스(110)(예를 들어, 스위치 디바이스(104) 중 하나의 스위치 디바이스의 클록 디바이스(112)일 수 있음)를 선택하고, 경로 지연을 추정하고, 클록 속도의 차이를 보상하여 주기적으로 클록 디바이스(112)를 다시 끌어당겨 그랜드마스터 클록 디바이스(110)에 의해 유지되는 시간과 정렬되도록 함으로써 클록 동기화를 달성하기 위해 스케줄러 디바이스(102)에 의해 사용될 수 있다. 클록 디바이스(112)를 다시 끌어당겨 그랜드마스터 클록 디바이스(112)와 정렬되도록 함으로써, 위상 고정 루프(PLL)를 사용하는 것이 루프의 수렴이 느린 것으로 인해 그리고 루프가 피킹 효과(peaking effect)를 얻는 경향이 있기 때문에 네트워크 시스템(100)의 일 구현예에서는 사용되지 않는다.

클록 디바이스(112)는 일반화된 시간 정밀 프로토콜 메시지(gPTP)를 주기적으로 또는 그렇지 않고 반복적으로 송신하는 구성자 디바이스(108) 또는 그랜드마스터 클록 디바이스(110)에 의해 측정될 수 있다. 동작은 주로 로컬 스위치 디바이스(104)에 의해 전송되거나 수신되는 시간 정밀 프로토콜 메시지의 타임스탬프를 이웃 스위치 디바이스(104)에 의해 게시되는 타임스탬프와 비교하는 것으로 구성된다. 이러한 방식으로 클록 드리프트에 영향을 미치는 임의의 인자가 프로토콜에 의해 올바르게 검출된다.

그랜드마스터 클록 디바이스(110)에 의해 유지되는 시간에 대해 갑자기 과거로 끌어당겨지거나 미래로 이동되는 클록 디바이스(112)는 시간 인식 스케줄을 로컬에서 실행하는 데 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 시간이 중요한 트래픽은 시간이 중요한 트래픽에 대해 스케줄링된 시간 기간 내에 동기화되지 않은 클록 디바이스(112)를 포함하는 노드(105)에 의해 전달되지 않을 수 있다. gPTP 표준은 연속적이고 단조 증가하는 클록 디바이스(112)를 제공한다. 그 결과, 스케줄러 디바이스(102)는 조절될 수 없는 클록 디바이스(112)에 의존하고, 클록 디바이스(112)의 정렬은 논리적 동조화, 그랜드 마스터 클록 디바이스(110)로부터의 오프셋, 이웃과의 링크 전파 지연, 및 로컬 클록 디바이스(112) 사이의 클록 드리프트에 기초한다.

IEEE 802.1AS 표준은 클록 디바이스(112)의 내재적인 불안정성과 드리프트를 검출하는 데 사용될 수 있다. 이러한 드리프트는 클록 디바이스(112)의 노후화, 온도 변화 또는 극한 온도 등과 같은 다양한 이유로 발생할 수 있다. 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론의 상대론적 효과는 외부적인 클록 드리프트로 볼 수 있으며, 중력 및 운동 시간 팽창을 포함할 수 있다. 예를 들어, 동일한 내재적인 매개변수를 갖는 두 개의 클록 디바이스(112)는 드리프트를 검출하지 못하지만, 상대성은 그랜드마스터 클록 디바이스(110)로부터 이들 클록 디바이스(112)에 의해 유지되는 시간에 드리프트를 발생시킨다.

일반 상대성은 다소 복잡할 수 있지만 중력 시간 팽창은 적용하기가 쉽다. 다음 수식에서 G는 중력 상수이고, M은 중력체의 질량(킬로그램 단위)이고, R은 반경 또는 질량 중심으로부터의 거리(미터 단위)이며, c는 빛의 속도(미터/초 단위)이다. 두 개의 클록 디바이스(112) 중 하나는 지구 중력장 내 100m 높이에 위치되고, 다른 하나는 중력장으로부터 무한 거리, 즉 중력을 경험하지 않는 위치에 위치된다. 중력장 내에서는 시간이 더 느리게 흐르므로 무한대에 위치된 가상의 클록 디바이스(112)는 알려진 가장 빠른 클록 디바이스(112)가 될 것이다. 무한대에 위치된 클록 디바이스(112)가 1초가 지났을 때, 지구 근처의 클록이 측정한 시간이 얼마나 흘렀는지 생각해 보자. 무한대에서의 시간은 T로 표시되고, 지구 상에서의 시간은 T₀으로 표시된다. 지구 표면에 있는 클록에서 측정된 시간의 흐름과 비교하여 고도(h)에 있는 클록 디바이스(112)에서 얼마나 많은 시간이 경과했는지 결정하기 위해, 고도(h)에서의 시간 팽창 비율을 계산하고, 이를 지구 표면에서 계산된 시간 팽창으로 나누고, 결과의 제곱근을 취하고, 그런 다음 이 계산된 비율에 지구 표면에서의 시간 간격을 곱하고, 계산 결과는 고도(h)의 필드에 더 높이 위치된 클록 디바이스(112)에 비해 11 펨토초만큼 더 빠른 클록에서 경과한 시간의 양이다.

중력 시간 팽창에 의해 유도된 클록 드리프트는 언뜻 보기에 무시할 수 있는 것처럼 보인다. 특히 전송 속도가 1Gbps인 경우. 이는 64바이트의 데이터 프레임이 시간 인식 스케줄을 놓치게 하려면, 1Gbps의 포트 속도에 대해 20바이트의 프리앰블, 시작 프레임 구분 기호, 프레임 검사 시퀀스 및 프레임 간 간격을 고려하면 672ns의 드리프트가 경과했음을 의미한다. 네트워크에서 클록 높이 차이가 100m인 경우 이러한 드리프트는 중단 없는 서비스의 2년 내에 얻어질 수 있다.

일 구현예에서, 구성자 디바이스(108)에 의해 제공되는 스케줄은 그랜드마스터 시간에 상대적이며 시간 팽창을 무시할 수 있다. 그 결과 스케줄은 동시성을 잃는다. 시간 팽창을 무시하는 것은 허용 가능한 오류 여유 내에서 수행될 수 있지만, 상대성으로 인한 스케줄러 디바이스(102)의 오류가 중요한 경우를 다룬다. 즉, 노드(105)에서의 클록 드리프트로 인한 오류는 노드(105) 중 하나 이상에서 시간이 중요한 트래픽에 대해 스케줄링된 시간 창 내에서 시간이 중요한 트래픽이 전달되지 못하게 할 수 있다.

상당한 중력 구배를 받는 피코 위성 또는 고속 네트워크(예를 들어, 비행기-지상 전송, 고속 열차 통신, 고속도로에서 자동차와 상호 작용하는 스마트 시티 등)와 관련된 여러 사용 사례는 상대성이 스케줄러 디바이스(102)에서 상당한 드리프트를 일으킬 수 있는 예이다.

본 명세서에 설명된 시스템 및 방법은 시간 팽창의 변화에 기초하여 크기를 동적으로 변화시킬 수 있는 로컬 보호 대역을 정의한다. 보호 대역은 시간이 중요하지 않은 데이터 프레임 트래픽이 보호 대역이 할당되거나 지정된 노드 또는 노드들을 통해 전달될 수 없는 시간 기간 및/또는 네트워크 대역폭으로 결정된다.

도 2는 본 명세서에 설명된 분석의 상위 레벨 개념을 개략적으로 보여준다. 도 2의 상부에 도시된 클록 디바이스(112)의 네트워크는 시간 팽창으로 인해 서로 불완전하게 동기화되는 것으로 가정된다. 클록 디바이스(112)는 도 2의 하부에 도시된 IEEE 802.1Qbv 게이트(200)의 대응하는 시스템에 대한 타이밍을 제공한다. 이 게이트(200)는 도 1에 도시된 네트워크 시스템(100)의 노드(105)를 나타낼 수 있다. 도 2에는 게이트(200) 간에 데이터 프레임의 시간 민감성 데이터 흐름(202)도 도시되어 있다. 클록 디바이스(112)는 결코 완벽하게 동기화되지 못할 수 있고, 동기화 오류는 시간 민감성 네트워크 흐름(202)이 올바르게 동작하는 능력에 영향을 미친다.

시간 민감성 데이터 흐름(202)은 다양한 로컬 시간 참조와 교차하며, gPTP 표준으로 측정할 수 없는 시간 팽창을 받는다. 예를 들어, 도 2는 서로 다른 고도에 위치되고 서로 다른 상대성을 받는 클록 디바이스(112)를 보여준다. 예를 들어, 산에 위치된 클록 디바이스(112)는 그랜드 마스터 상대 시간(예를 들어, 도 1에 도시된 그랜드마스터 클록 디바이스(110))에 동기화되지만, 클록 디바이스(112)에 도달하는 시간 민감성 네트워크 데이터 흐름(202)은 시간 팽창으로 인해 "가속"된다. 도 1에 도시된 구성자 디바이스(108)는 스케줄러 디바이스(102)의 구성에 보상을 적용함으로써 이러한 가속을 방지하거나 정정할 수 있다. 이러한 보상은 노드(105) 또는 게이트(200) 중 하나 이상에서 데이터 흐름을 전달하는 데 적용될 보호 대역을 결정함으로써 발생할 수 있다. 이 보호 대역은 시간이 지남에 따라 클록 드리프트 변경을 정정하는 데 필요한 보상에 따라 동적으로 변할 수 있다.

시간 민감성 네트워크 타이밍 오류의 영향을 계산하기 위해, 스케줄러 디바이스(102)는 네트워크 브리지(예를 들어, 스위치(104))에 대한 스케줄을 계산한다. 스케줄러 디바이스(102)는 비결정론적 다항식 시간 경도(NP-hard)인 경험적 접근 방식을 사용할 수 있다. 스케줄은 개별 클록 오류가 독립적이고 정규 분포를 따른다고 가정하여 계산될 수 있다. 클록 디바이스(112)는 평균(μ)으로 드리프트되고 분산(σ)을 가질 수 있다. 각각의 게이트 시스템(200)은 IEEE 802.1AS 표준에 의해 동기화되는 분산 클록(112) 중 하나로부터 시간을 수신하거나 결정할 수 있다.

시간 민감성 데이터 흐름 경로는 완벽한 동기화를 가정하여 중앙 집중식 스케줄러 디바이스(102)에 의해 스케줄링된다. 클록 동기화가 충분한 레벨의 동기화를 달성하지 못하는 경우, 이러한 실패는 시간 민감성 다른 네트워크 흐름(202)의 다수의 데이터 프레임이 동일한 링크에서 동시에 전송될 수 있게 한다. 이것은 대체 스케줄링 메커니즘이 불필요하고 예측할 수 없는 전송 지연을 희생시키면서 잠재적인 충돌 및 프레임 손실을 완화하게 할 수 있다. 따라서, 동기화 오류가 있는 경우 시간 민감성 네트워크 흐름(202)의 데이터 프레임에는 최대 결정론적 대기 시간 요구 사항을 초과할 가능성이 있고 이로 심각한 지터를 겪을 수 있다. 특정 동기화 오류에서 데이터 프레임은 스케줄링된 전송 시간 창을 완전히 놓치고 다른 열린 창을 포착하여 초기에 다른 시간 창에 스케줄링되었던 시간 민감성 다른 네트워크 흐름(202)에 영향을 미칠 수도 있다. 클록 오류를 완화하고 시간이 중요한 트래픽이 성공적으로 전달되는 것을 보장하기 위해 보호 대역은 동적으로 계산되고 스케줄에 추가될 수 있다. 이는 본 명세서에 설명된 주제의 적어도 하나의 기술적 효과를 제공한다. 보호 대역을 동적으로 변경하면 클록이 그랜드마스터 클록에서 벗어나 드리프트하는 경우 및/또는 클록이 추적하는 시간과 그랜드마스터 클록이 유지하는 마스터 시간 간에 기타 차이가 있는 경우에도 (시간 민감성 네트워크를 사용하는 시스템의 동일한 동작을 보장하기 위해 특정 지정된 시간에 전달되어야 하는) 패킷이 제 시간에 전달되는 것을 보장할 수 있다.

본 명세서에 설명된 주제의 일 구현예에서, 스케줄러 디바이스(102)에는 (도 1에 도시된) 네트워크 시스템(100)의 세부사항과, 요청된 시간 민감성 네트워크 흐름(202)이 제공되고, 스케줄러 디바이스는 각 흐름(202)에 대한 스케줄을 계산한다. 스케줄러 디바이스(102)는 네트워크(100) 및 시간 민감성 수동으로 제작된 네트워크 흐름(202)과 함께 동작하도록 설계되지만, 이 분석을 위한 하나의 구성요소는 무작위로 생성된 대규모 네트워크(100)에서 시간 민감성 다수의 네트워크 흐름(202)을 무작위로 생성하는 능력이다. 따라서, 스케줄러 디바이스(102)는 크고 복잡한 네트워크(100)에서 크고 복잡하며 시간 민감성 네트워크 스케줄을 분석할 수 있다.

랜덤 지터는 예측할 수 없으며 가우시안(예를 들어, 열 잡음)으로 가정된다. 결정론적 지터는 예측 가능하고 제한적일 수 있다(예를 들어, 듀티 사이클, 왜곡 및 심볼 간 간섭). 클록 지터는 가우시안 분포를 가질 수 있다. 지터와 백만분율(parts-per-million: PPM)은 PPM으로 관련되고, 여기서 f는 발진기의 중심 주파수이고, df는 최대 주파수 변화이다. 일 구현예에서, 클록 디바이스(112)는 스케줄러 디바이스(102)에 의해 5 피코초의 RMS(Root Mean Square) 지터와 함께 +/- 100PPM의 정확도를 갖는 것으로 가정될 수 있다. RMS 오류는 만큼 가우시안 분산과 관련될 수 있고, 여기서 N은 샘플 수(예를 들어, 10,000)이고 피크 간 주기 지터는 +/-3.72 RMS 지터와 같다.

스케줄러 디바이스(102)에 의해 수행되는 분석의 한 부분은 지터가 하나의 클록 디바이스(112)로부터 다른 클록 디바이스(112)로 전파되는 방식을 조사한다. 스케줄러 디바이스(102)에 의해 랜덤 잡음이 추가될 수 있는 반면, 잡음의 상관 관계는 순전히 부가적인 특성을 감소시키고 추가적인 불확실성을 생성한다. 스케줄러 디바이스(102)는 다른 모든 (예를 들어, 슬레이브) 클록 디바이스(112)를 통해 그랜드마스터 클록 디바이스(110)로부터 클록 드리프트 및 지터를 전파할 수 있다. 예를 들어, 다른 클록 디바이스(112)는 그랜드마스터 클록 디바이스(110)와 반복적으로 동기화될 수 있다. 모델은 또한 경로 지연이 슬레이브 클록 디바이스(112)를 그랜드마스터 클록 디바이스(110)와 동기화된 상태를 유지하는 gPTP 표준의 능력을 감소시킨다는 사실을 고려한다. 스케줄러 디바이스(102) 구현은 클록 정확도 및 배치에 대한 실험을 가능하게 하고, 시간 민감성 네트워크 스케줄링에 대한 클록 정확도 실험의 영향을 결정한다.

일부 구현예에서, TSN(100)과 관련하여 위에 설명된 TSN 기능 및 기술은 아래에서 논의되는 네트워크 슬라이싱 기술 및 프로세스도 지원하는 5G 시스템 또는 네트워크에 통합될 수 있다. 5G 시스템에서, 코어 구성요소는 5G 코어 네트워크(5G-CN)와 무선 액세스 네트워크(5G-RAN)이다.

5G-CN은 세션 관리 기능(SMF), 액세스 및 이동성 관리 기능(AMF), 애플리케이션 기능(AF) 및 사용자 평면 기능(UPF)과 같은 상호 연결된 네트워크 기능(NF) 세트를 포함하는 서비스 기반 아키텍처(SBA)에 기초한다. 주요 기능은 표 2에 요약되어 있다. 5G 아키텍처는 3GPP TS 23.501에 정의되어 있으며, TS 23.502에는 관련 절차가 포함되어 있으며, TS 23.503에는 관련 정책, 제어 및 과금 아키텍처가 설명되어 있다.

5G-RAN에서, gNodeB라고 불리는 기지국은 4G의 eNodeB와 유사하게 RAN 관련 기능을 처리한다. 5G-RAN에서, 차세대 eNodeB는 일반적으로 gNB로 표시된다. ng-eNodeB라는 용어는 5G-코어에도 연결될 수 있는 LTE eNobeB를 나타내는 데 사용된다. 5G-RAN은 gNB 또는/및 ng-eNodeB로 구성될 수 있다. 클라우드-RAN(C-RAN)은 무선 부분과 기저대역 처리 부분을 분리하기 위해 도입된 기술이다. C-RAN에서, 원격 무선 헤드(RRH)가 하위 계층 PHY 기능(무선 주파수(RF), 신호 증폭, D/A, A/D 변환)을 담당하는 반면, 기저대역 처리와 상위 계층 프로토콜은 중앙 집중화된 기저대역 유닛(BBU) 풀에서 수행된다. RRH와 BBU 사이의 링크는 프론트홀로 표시된다.

클라우드화 및 SDN/NFV 인식 측면에서 C-RAN이 도입한 이점에도 불구하고 프론트홀 링크에서 극단적인 대역폭이 근본적으로 필요하므로 실제 배포하는 것은 어렵다. 중앙 집중식 BBU 풀로부터 RRH로 (변조/복조와 같은) RAN 기능을 재배치하기 위해 기능 분할 개념이 도입되었다. 또한, 단일 BBU는 예를 들어 PDCP 계층이 처리되는 중앙 집중식 엔티티와, 예를 들어 RLC/MAC 기능이 실행되는 엔티티로 추가로 세분될 수 있다. PHY 계층은 무선 유닛(RU)에서 처리되는 반면, BBU는 중앙 집중식 유닛과 분산 유닛(각각 CU 및 DU)으로 분해되어 다양한 위치(클라우드 사이트)에 RAN 기능을 유연하게 배포할 수 있다. 표 3에는 5G 시스템의 다양한 구성요소에 대해 3GPP에서 채택한 용어가 요약되어 있다.

네트워크 슬라이싱을 사용하면 네트워크 운영자는 공통 네트워크 인프라를 통해 서비스 또는 고객에 특정된 기능을 갖는 전용 가상 네트워크를 제공할 수 있다. 따라서 네트워크 슬라이싱은 수많은 다양한 서비스(향상된 모바일 광대역(eMBB), 대규모 사물 인터넷(IoT) 및 차량과 사물 간 통신(V2X)에 초신뢰성 낮은 대기 시간 통신(URLLC))를 지원한다. 보다 구체적으로, 네트워크 슬라이싱은 고정 네트워크에서 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN)과 네트워크 기능 가상화(NFV)의 원리를 사용하는 가상 네트워크 아키텍처의 한 형태이다. SDN과 NFV는 전통적인 네트워크 아키텍처를 (추가로 또는 대안적으로 소프트웨어를 통해) 링크될 수 있는 가상 요소로 분할할 수 있도록 함으로써 네트워크 유연성을 제공한다.

네트워크 슬라이스의 실현은 네트워크 슬라이스 인스턴스(NSI)라고 불린다. 종단 간 NSI는 서브 네트워크 인스턴스(NSSI)로 구성될 수 있으며, 여기서 단일 NSSI는 다수의 NSI에 의해 공유될 수 있다. 예를 들어, 종단 간 NSI는 전송 네트워크 NSSI(TN-NSSI)를 통해 5G-코어 NSSI에 연결된 RAN-NSSI로 구성된다. 일례로서, 도 3에는 네트워크 슬라이싱이 구현된 5G 시스템(300)이 도시되어 있다. 2개의 종단 간 NSI(NSI-1(305) 및 NSI-2(310))가 전체 네트워크(300)를 통해 구현된 2개의 네트워크 슬라이스를 묘사하는 것으로 도시되어 있다. 이 예에서, TN-NSSI(315)는 NSI(305 및 310) 각각에 대해 개별 코어-NSSI(320, 325)와 RAN NSSI(330, 335)를 가지면서 NSI(305)와 NSI(310) 간에 공유된다. 네트워크 슬라이싱에 사용되는 주요 용어는 표 4에 제공되어 있다.

네트워크 슬라이싱을 사용하면 공통 공유 물리적 인프라 위에 다수의 가상 네트워크를 생성할 수 있다. 가상 네트워크는 애플리케이션, 서비스, 디바이스, 고객 또는 운영자의 특정 요구 사항을 충족하도록 맞춤화될 수 있다.

네트워크 시스템(100)(예를 들어, 이더넷, 5G 등)과 관련하여 위에 설명된 원리를 사용하는 시간 민감성 네트워크의 경우, 단일 물리적 네트워크는 다양한 무선 액세스 네트워크(RAN) 또는 단일 RAN에 걸쳐 실행되는 다양한 서비스 유형을 지원할 수 있는 다수의 가상 네트워크로 슬라이싱될 수 있다. 그리하여 네트워크 슬라이싱은 전체 5G 네트워크에 걸쳐 구현될 수 있고, 즉 5G 네트워크의 코어 네트워크에서 뿐만 아니라 RAN을 걸쳐 구현될 수 있다.

네트워크 슬라이싱의 일례에서 자율주행 자동차는 낮은 대기 시간이 필요하지만 반드시 높은 처리량이 필요한 것은 아닌 V2X(차량 대 사물) 통신에 의존할 수 있다. 자동차가 움직이는 동안 시청되는 스트리밍 서비스는 높은 처리량이 필요할 수 있으며, 대기 시간이 발생하기 쉽다. 두 가지 모두는 가상 네트워크 슬라이스의 동일한 공통 물리적 네트워크를 통해 전달되어 물리적 네트워크의 사용을 최적화할 수 있다.

네트워크 슬라이싱은 시간 민감성 네트워크의 유연성을 최대화하여 인프라 활용도와 자원 할당을 모두 최적화한다. 이를 통해 시간 민감성 이전 네트워크에 비해 더 큰 에너지 및 비용 효율성을 얻을 수 있다.

각 가상 네트워크(네트워크 슬라이스)는 특정 사용 사례의 요구 사항을 지원하는 독립적인 논리적 네트워크 기능 세트를 포함하고, 여기서 '논리적'이라는 용어는 소프트웨어를 의미한다.

각 가상 네트워크는 슬라이스를 사용할 특정 서비스 및 트래픽에 대해 자원과 네트워크 토폴로지를 제공하도록 최적화될 수 있다. 속도, 용량, 연결성, 적용 범위와 같은 기능은 각 사용 사례의 특정 요구 사항을 충족하도록 할당될 수 있지만, 기능 구성요소는 서로 다른 네트워크 슬라이스에서 공유될 수도 있다.

각 가상 네트워크는 어떤 슬라이스도 다른 슬라이스의 트래픽을 방해하지 않도록 완전히 격리될 수 있다. 이렇게 하면 새로운 서비스를 도입하고 실행할 위험이 낮아지고, 새로운 기술이나 아키텍처를 격리된 슬라이스에서 시작할 수 있으므로 마이그레이션도 지원된다. 네트워크 슬라이싱은 보안에도 영향을 미치는 데, 이는 사이버 공격이 하나의 슬라이스를 파괴하는 경우 공격이 억제되고 이 슬라이스를 넘어 확산될 수 없기 때문이다.

각 네트워크 슬라이스는 자체 네트워크 아키텍처, 엔지니어링 메커니즘 및 네트워크 프로비저닝으로 구성될 수 있다. 각 네트워크 슬라이스에는 일반적으로 사용 사례에 따라 네트워크 운영자 또는 고객이 제어할 수 있는 관리 기능이 포함될 수 있다. 각 네트워크 슬라이스는 독립적으로 관리되고 조정될 수 있다. 각 네트워크 슬라이스의 사용자 경험은 슬라이스가 물리적으로 분리된 네트워크인 것처럼 동일할 수 있다.

종단 간 네트워크 슬라이스 관리와 관련하여 3GPP는 NSI와 NSSI의 조정과 관련하여 TR 28.801에서 다음과 같은 주요 관리 엔티티를 정의한다:

통신 서비스 관리 기능(CSMF): 통신 서비스 요구 사항을 네트워크 슬라이스 요구 사항으로 변환하는 일을 담당한다.

네트워크 슬라이스 관리 기능(NSMF): NSI의 종단 간(E2E) 관리 및 조정을 위한 것이다.

네트워크 슬라이스 서브넷 관리 기능(NSSMF): 특정 도메인의 서브 네트워크 슬라이스 인스턴스에 대한 관리 및 조정을 담당하고, 예를 들어, RAN-NSSMF와 코어-NSSMF는 RAN과 CN 서브 네트워크 슬라이스 인스턴스의 관리를 각각 담당하고, TN-NSSMF는 전송 네트워크(TN) 서브 네트워크 슬라이스 인스턴스의 조정 및 관리를 담당한다.

도 4는 다양한 관리 엔티티 간의 상호 작용을 보여준다. 5G 코어의 경우 ETSI MANO 아키텍처가 포함될 수도 있다. 이는 물리적 및 가상 네트워크 자원 및 서비스(VNF)를 관리하는 데 사용된다. 네트워크 슬라이스 라이프 사이클 관리 양태는 TR 28.801, TS 28.530, TS 28.531 및 TS 28.533을 포함한 3GPP 사양에 설명되어 있다. 예를 들어, TS 28.530에서는 서비스 기반 슬라이스 관리 아키텍처로의 전환을 위한 요구 사항을 포함하여 서비스로서의 네트워크 슬라이스(NSaaS) 개념이 설명되어 있다. 3GPP TS 28.533에서, 네트워크 슬라이스 관리 엔티티는 서비스 기반 솔루션의 일부이다.

도 5는 종단 간 결정론적 연결을 제공하는 시간 민감성 네트워크(TSN) 구성요소와 통합된 5G 시스템(500)의 다이어그램이다. 5G 양태(예를 들어, 초신뢰성 낮은 대기 시간 통신(URLLC)) 지원) 및 TSN 기능은, 예를 들어, 입력/출력(I/O) 디바이스와, 산업 자동화를 위해 에지 클라우드에 상주할 수 있는 그 제어기 사이와 같이 종단 간에 결정론적 연결을 제공하기 위해 결합 및 통합될 수 있다. 이러한 통합에는 베이스 브리징 기능과 TSN 추가 기능 모두에 대한 지원이 포함될 수 있다.

도 5는 5G 시스템(506)이 단일 TSN 구성요소(예를 들어, TSN 브리지)로서 에뮬레이팅되도록 구성된 종래의 통합 TSN-5G 시스템(500)의 일 구현예를 도시한다. 전반적으로, 시스템(500)은 5G 시스템(506)(TSN 브리지로 에뮬레이팅됨)과 하나 이상의 TSN 브리지(508)를 통해 그리고 TSN 제어기(510)를 사용하여 종단 디바이스 간에 예를 들어, 입력/출력(I/O) 디바이스(502)와 제어기(504) 간에 데이터를 전달하기 위해 결정론적 TSN 시스템으로 구성된다. 시스템(500)은 위에서 논의된 TSN 표준 및 기술에 따라 결정론적 TSN 기반 통신을 허용하는, 시간 동기화 및 트래픽 관리를 위한 표준 방법에 기초하여 구성된다.

일부 구현예에서, 중앙 집중식 네트워크 구성(CNC)(512)은 네트워크 디바이스(브리지, 예를 들어, 5G 시스템 브리지(506), 브리지(508))에 적용될 수 있는 반면, 중앙 집중식 사용자 구성(CUC)(514)은 사용자 디바이스(종단국, 예를 들어, I/O 디바이스(502))에 적용될 수 있다. 완전 중앙 집중식 구성 모델은 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN) 접근 방식을 따른다. 다시 말해, 제어기(510)의 CNC(512)와 CUC(514)는 분산 프로토콜 대신 제어 평면을 제공한다. 대조적으로, 분산 제어 프로토콜은 CNC나 CUC가 없는 완전 분산 모델에 적용된다.

원하는 레벨의 신뢰성을 달성하기 위해 TSN은 시간 동기화 및 시간 인식 데이터 트래픽 성형을 사용한다. 데이터 트래픽 성형은 스케줄을 사용하여 네트워크 스위치와 브리지(예를 들어, 노드)에 대한 전송 게이팅을 제어한다. 일부 양태에서, TSN에서의 이러한 데이터 트래픽에 대한 스케줄은 네트워크 동작 이전에 결정될 수 있다. 다른 양태에서, 데이터 트래픽에 대한 스케줄은 시스템 요구 사항에 기초하여 초기 설계 단계 동안 결정되고, 원하는 대로 업데이트될 수 있다. 예를 들어, TSN 토폴로지(통신 경로, 대역폭 예약 및 기타 다양한 매개변수 포함)를 정의하는 것에 더하여 데이터 전송을 위한 네트워크 폭의 동기화 시간은 미리 정의될 수 있다. 네트워크의 통신 경로에 대한 이러한 데이터 전송 계획은 일반적으로 "통신 스케줄" 또는 간단히 "스케줄"이라고 한다. TSN에 대한 데이터 트래픽 스케줄은 특정 경로를 통해, 특정 시간에, 특정 지속 시간 동안 특정 데이터 패킷에 대해 결정될 수 있다. TSN 데이터 트래픽에 대한 스케줄을 생성하기 위한 기술의 비제한적인 예는 미국 출원 번호 17/100,356(전체 내용이 본 명세서에 참조에 의해 원용됨)에서 논의된다.

TSN에서 종단 디바이스 또는 노드(예를 들어, I/O 디바이스(502)와 제어기(504)) 간에 시간이 중요한 통신에는 "데이터 흐름" 또는 간단히 "흐름"이라고도 알려진 "TSN 흐름"이 포함된다. 예를 들어, 데이터 흐름은 데이터 패킷 또는 데이터 프레임과 같은 데이터그램을 포함할 수 있다. 각 데이터 흐름은 고유한 식별 및 시간 요구 사항을 갖는 시스템의 제1 발신 또는 소스 종단 디바이스(예를 들어, I/O 디바이스(502))로부터 제2 대상 종단 디바이스(예를 들어, 제어기(504))로 가는 단방향이다. 이러한 소스 디바이스와 대상 디바이스는 일반적으로 "발화자"와 "청취자"라고 한다. 구체적으로, "발화자"와 "청취자"는 각각 데이터 흐름의 소스와 대상이며, 각 데이터 흐름은 시스템에서 동작하는 종단 디바이스에 의해 고유하게 식별된다. 복수의 상호 연결된 디바이스를 포함하는 주어진 네트워크 토폴로지에 대해, 상호 연결된 디바이스 또는 노드 사이의 데이터 흐름 세트가 정의될 수 있는 것으로 이해된다. 예를 들어, 데이터 흐름 세트는 상호 연결된 디바이스 사이에 있을 수 있다. 데이터 흐름 세트에 대해 데이터 흐름의 다양한 하위 세트 또는 순열이 추가로 정의될 수 있다. 또한, TSN에서 종단 디바이스 또는 노드 간에 시간이 중요한 통신에는 "TSN 스트림" 또는 "스트림"이 포함되며, 여기서 각 TSN 스트림은 하나 이상의 청취자 노드로 전달되도록 의도된 특정 발화자 노드에서 발신될 수 있다. 그리하여, 각 TSN 스트림은 하나 이상의 데이터 흐름을 포함할 수 있으며, 여기서 각 데이터 흐름은 발화자 노드(TSN 스트림이 발신된 곳)와 청취자 노드 간에 있다.

종단 디바이스(예를 들어, 502, 504)와 스위치(일반적으로 "브리지" 또는 "스위칭 노드"라고 함)(예를 들어, 506, 508)는 모두 미리 결정된 시간 스케줄에 기초하여 데이터 흐름에서 데이터(비제한적인 예에서는 이더넷 프레임)를 전송 및 수신한다. 스위칭 노드와 종단 디바이스는 데이터 흐름에 대해 미리 결정된 시간 스케줄이 네트워크 전체에 걸쳐 올바르게 따르는 것을 보장하기 위해 시간 동기화되어야 한다. 예를 들어, 도 5에서 클록(516)은 (5G 시스템(506)을 포함하는) TSN 시스템(500)에서 다양한 스위칭 노드와 종단 디바이스가 전역 클록(그랜드마스터 클록 타이밍)을 참조하여 시간 동기화된다는 것을 나타낸다. 일부 다른 양태에서, 스위치만이 미리 결정된 스케줄에 따라 데이터를 전송할 수 있는 반면, 종단 디바이스, 예를 들어, 레거시 디바이스는 스케줄링되지 않은 방식으로 데이터를 전송할 수 있다.

TSN 내의 데이터 흐름은 발화자/청취자 디바이스와 네트워크의 스위칭 노드 사이에서 네트워크를 통해 고정되고 변경되지 않는 경로를 가정하는 단일 디바이스(예를 들어, 제어기(510))를 사용하여 스케줄링될 수 있다. 대안적으로, 데이터 흐름은 일련의 디바이스 또는 모듈을 사용하여 스케줄링될 수 있다. 단일 디바이스이든 디바이스 세트이든 관계없이 스케줄링 디바이스는 중앙 집중식 스케줄러를 정의하도록 배열될 수 있다. 또 다른 양태에서, 스케줄러 디바이스는 분산 배열을 포함할 수 있다. TSN은 속도가 제한된 통신과 같이 시간 비민감성 통신도 수신할 수 있다. 비제한적인 일례에서, 스케줄링 디바이스는 오프라인 스케줄링 시스템 또는 모듈을 포함할 수 있다.

일부 구현예에서, I/O 종단 디바이스(502)는 다양한 양태에서 공장의 생산 라인, 가스 연소식 발전 플랜트, 항공기의 항공 전자 데이터 버스, 함대(예를 들어, 2대 이상의 항공기) 중 항공기의 제트 엔진, 항공기의 디지털 백본, 항공 전자 시스템, 임무 또는 비행 네트워크, 풍력 발전소, 기관차 등과 같은 복잡한 기계적 엔티티일 수 있다. 다양한 구현예에서, I/O 종단 디바이스(502)는 센서, 액추에이터, 모터 및 소프트웨어 애플리케이션과 같은 임의의 수의 종단 디바이스를 포함할 수 있다. 센서는 임의의 종래의 센서 또는 트랜스듀서, 예를 들어, 비디오 또는 이미지 데이터를 생성하는 카메라, X선 검출기, 음향 픽업 디바이스, 타코미터, 지구 위치 확인 시스템 수신기, 이미지 데이터를 생성하기 위해 무선 신호를 전송하고 무선 신호의 반사를 검출하는 무선 디바이스 또는 다른 디바이스를 포함할 수 있다.

또한, 액추에이터(예를 들어, I/O 디바이스(502)의 하나 이상의 동작을 수행하기 위해 움직이는 디바이스, 장비 또는 기계류)는 TSN 시스템(500)을 사용하여 통신할 수 있다. 액추에이터의 비제한적인 예로는 브레이크, 스로틀, 로봇 디바이스, 의료 이미징 디바이스, 조명, 터빈 등이 포함될 수 있다. 액추에이터는 액추에이터의 상태 데이터를 하나 이상의 다른 디바이스(예를 들어, TSN 시스템(100)을 통해 다른 I/O 디바이스(502), 제어기(504))에 전달할 수 있다. 상태 데이터는 상태 데이터를 송신하는 액추에이터의 위치, 상태, 건전성 등을 나타낼 수 있다. 액추에이터는 TSN 시스템(500)의 하나 이상의 다른 디바이스(예를 들어, 다른 I/O 디바이스(502), 제어기(504))로부터 명령 데이터를 수신할 수 있다. 명령 데이터는 액추에이터에게 이동, 동작 방법이나 시기 등을 지시하는 명령어를 나타낼 수 있다.

일부 구현예에서, 제어기(504)는 TSN(500)을 통해 I/O 종단 디바이스(502) 간에 또는 이들 종단 디바이스 중에 다양한 데이터를 전달할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(504)은 명령 데이터를 하나 이상의 디바이스(502)에 전달하거나, 하나 이상의 디바이스(502)로부터 상태 데이터 또는 센서 데이터와 같은 데이터를 수신할 수 있다. 따라서, 제어기(504)는 예를 들어, I/O 디바이스(502)의 자동화된 제어를 허용하고, I/O 디바이스(502)의 운영자 또는 사용자에게 정보를 제공하기 위해 I/O 디바이스(502)에 의해 획득되거나 생성되거나 I/O 디바이스 간에 전달되는 데이터에 기초하여 I/O 디바이스(502)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어기(504)는 TSN(500)에서 데이터 흐름 및 데이터 흐름 특성을 정의하거나 결정할 수 있다.

이제 5G 시스템(506)을 참조하면, 5G 시스템(506)은 다양한 TSN 종단 디바이스, 예를 들어, I/O 디바이스(502)와 제어기(504) 간에 TSN 트래픽을 전달하는 데 사용되는 무선 통신 시스템이다. 일부 구현예에서, 5G 시스템(506)은 사용자 평면 기능(UPF)마다 하나의 TSN 브리지(위에서 논의된 TSN 표준에 따른 TSN 브리지(508)와 유사)를 에뮬레이팅하도록 구성된다. 5G 시스템(506)은 3GPP 23 및 38 시리즈 사양(전체 내용이 본 명세서에 포함됨)에 따라 구현된 NR(New Radio) 네트워크일 수 있고, 3GPP 릴리스 17 23.501 표준 v17.1.1 및 v17.2.0(전체 내용이 본 문서에 포함됨)에 따라 시스템(100)에 통합될 수 있다. 도시된 바와 같이, 5G 시스템(506)은, 다른 구성요소 중에서, 사용자 장비(UE)(518), RAN(gNB)(520), 사용자 평면 기능(UPF)(522)을 5G 사용자 평면에 포함하고, 애플리케이션 기능(AF)(524)과 정책 제어 기능(PCF)(526)을 5G 제어 평면에 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 5G 시스템(506)은 초신뢰성 낮은 대기 시간 통신(URLLC) 서비스를 제공하도록 구성될 수 있다.

일부 구현예에서, 5G는 데이터 및 제어 무선 채널 모두에 대한 신뢰성을 높이기 위해 매우 강력한 전송 모드를 정의한다. 신뢰성은 다중 입력 및 다중 출력(MIMO) 기술에 기초하여 다중 안테나 전송, 다중 반송파 사용, 독립 무선 링크를 통한 패킷 복제 등과 같은 다양한 기술을 통해 더욱 향상된다.

앞서 언급한 바와 같이, 통합 시스템(500)에서 5G 시스템(506)은 UPF마다 하나의 TSN (가상) 브리지로 구성된다. 5G 시스템(506)은 사용자 평면과 제어 평면 모두에 대해 5G 시스템(506)을 TSN 도메인에 적응시키기 위한 TSN 변환기(TT) 기능을 포함하여 TSN 브리지 네트워크로부터 5G 시스템(506)의 내부 절차를 은닉한다. 5G 시스템(506)은 TT 기능을 통해 TSN 브리지 진입 및 진출 포트 동작을 제공한다. 예를 들어, TT는 지터 제거를 위한 보류 및 전달 기능을 지원한다. 도 5는 5G 시스템(506)이 종단국(502)을 브리지 네트워크(508)에 연결하는 경우를 도시하지만, 5G 시스템(506)은 브리지(508)를 상호 연결할 수도 있다.

본 발명의 여러 구현예에서, 5G 네트워크 슬라이싱은 예를 들어 5G 시스템(506) 내에서 가능할 때마다 별개이고 구별되는 시간 민감성 네트워크(TSN) 스트림을 통해 개별 네트워크 슬라이스에 대한 데이터를 전송함으로써 시스템(500) 내에서 구현된다. 예를 들어, NSI(305 및 310)를 사용하는 네트워크 슬라이스는 NSI(305)에 대한 데이터가 제1 TSN 스트림 또는 흐름을 통해 전달되고 NSI(310)에 대한 데이터가 제1 TSN 스트림 또는 흐름과 구별되고 격리된 별개인 제2 TSN 스트림 또는 흐름을 통해 전달되도록 5G 시스템(506) 내에서 구현될 수 있다. 이는 네트워크 슬라이스를 서로 격리하고 5GS 내 이 슬라이스의 TSN 스케줄링을 제어함으로써 개별 네트워크 슬라이스에 대한 사용자 지정 우선순위를 활성화하는 이점을 제공한다. 네트워크 슬라이싱에는 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN)과 네트워크 기능 가상화(NFV)를 사용하여 네트워크 자원과 그 구성, 관리 및 제어에 대한 논리적 추상화가 필요할 수도 있다. 5G 네트워크 슬라이스의 관리 및 제어는 시간 민감성 동작이고, 이는 5G 시스템 내에 TSN을 구현하는 이점을 얻을 수도 있다. 따라서, 본 발명은 제어 네트워크 슬라이스를 통해 흐르는 데이터를 전송하는 방법뿐만 아니라 5G 네트워크 슬라이스의 관리 및 제어에 TSN을 통합한다.

이제 도 6을 참조하면, 이 도면은 네트워크 슬라이싱이 구현된 (예를 들어, 도 5와 관련하여 위에서 논의된) 통합 TSN-5G 시스템(600)의 시스템 아키텍처를 도시한다. 이 아키텍처는, a) (YANG 정의에 따라) 인터페이스(tn-ml-nsi)를 통해 모바일 네트워크(TN-NSSMF)(610)의 전송 슬라이스 관리 엔티티와 상호 작용하고; b) 제2 인터페이스(tn-tsn-nsi)를 통해 TSN 제어 평면과 상호 작용하는 다층 전송 네트워크 슬라이스 제어기(MTNSC)(605)가 존재하는 것을 포함한다. TSN 슬라이스 인식 조정자(615)는 TSN 네트워크 슬라이스의 생성을 조정하고 전체 라이프 사이클 관리를 지원하는 일을 담당할 수 있다. 보다 구체적으로, MTNSC(605)와의 상호 작용을 통해 TSN 조정자(615)는 다음 사항을 담당한다:

TSN-TN 네트워크 슬라이스 요구 사항 정보를 처리한다.

슬라이스 인식 TSN TN-NSSI 스트림 사양을 처리한다.

TSN-TN 슬라이스 인스턴스를 생성한다.

TSN-TN 슬라이스 인스턴스 상태 정보를 처리한다.

TSN-TN 슬라이스 인스턴스 정책 정보를 처리한다.

TSN-TN 슬라이스 인스턴스 구성 정보를 처리한다.

TSN-TN 슬라이스 인스턴스 실행 상태를 모니터링한다.

TSN-TN 슬라이스 인스턴스 폐기(decommissioning) 작업을 수행한다.

소프트 또는 하드 TSN 슬라이스 인스턴스 기능을 MTNSC에 노출한다.

전체 네트워크 상태/슬라이스 요구 사항을 기반으로 소프트 또는 하드 TSN 슬라이스 인스턴스 생성을 추진한다.

MTNSC로부터 TN 슬라이스 격리 요구 사항을 수신한다.

예를 들어, TSN 제어 평면 엔티티는 802.1Qbv가 사용될 때 특정 스케줄러와 게이트 제어 목록(GCL)을 사용하여 수렴된 TSN 기반 데이터 평면을 통해 슬라이스 격리를 보존하는 것을 지원할 수 있다. 슬라이스별로 TSN을 지원하려면 (또한 5G 세션에 대응하는) 스트림이 실제로 네트워크를 통과하기 전에 TN NSSI 인스턴스를 생성하고 활성화해야 할 수 있다. 이는, TSN 제어 평면이 NSSI 프로비전 시간(TSN 네트워크를 통과하는 모든 흐름에 대한 완전한 지식이 필요하지 않음)에 하나의 시간 스케일 그리고 전통적인 CNC/CUC 동작 및 작업 흐름에 따라 하나의 시간 스케일을 포함하는 다양한 시간 스케일로 의사 결정을 수행해야 함을 의미한다.

TSN 슬라이스 조정자(615)는 TSN TN 네트워크 슬라이스 서브 네트워크 인스턴스(NSSI)의 생성을 실현하기 위해 네트워크 슬라이스 인식 방식으로 TSN 제어 평면 엔티티의 나머지 부분, 즉 CNC/CUC와 상호 작용한다. TSN 조정자(615)는 TSN-NSSI를 조정하고 TSN 슬라이스 인식 및 슬라이스 비인식 동작을 최적화하기 위해 SDN 제어(L2/L3/L4/토폴로지 등) 및 MTNSC(605)와도 상호 작용하는 제어 및 관리 엔티티이다. TSN 조정 메커니즘에 대한 입력은 다음과 같다:

네트워크 슬라이스에 대한 TSN 슬라이스 인식 정보/요구 사항/정책.

슬라이스별 스트림 프로파일링 - 세션 동적 처리/필터링/집계.

TSN은 5G 흐름과 동시에 다른 트래픽이 통과할 수 있는 수렴된 네트워크로 사용될 수 있기 때문에 다른 네트워크 제어기 또는 엔지니어링 도구로부터의 입력.

아키텍처(600)의 다양한 구성요소와 그 기능은 다음과 같이 상세히 설명된다:

TN-NSSMF: TN-NSSMF는 TN-NSSI 상대물의 조정 및 관리를 담당한다.

E2e 슬라이스-DB: 이는 모든 TN-NSSI 정보를 갖는 데이터베이스 인프라이다. 이 데이터베이스는 NSI 상태, NSI 템플릿, 예비된 자원, 네트워크 기능 및 구성에 관한 모든 정보를 저장하는 데 사용된다.

다층 전송 네트워크 슬라이스 제어기(MTNSC): 이 엔티티는 전송 슬라이스 서비스를 전달하는 데 사용되는 다양한 네트워크 제어 요소를 제어하기 위해 TN-NSSMF와 통신한다. TN에 대한 제어 평면 기능은 MTNSC를 통해 TN-NSSFM과 상호 작용하는 하나 이상의 도메인 제어기에 의해 제공됨을 유의해야 한다. 예를 들어, 다른 도메인 제어기는 프론트홀 네트워크를 제어하는 데 사용될 수 있고, 다른 도메인 제어기는 백홀 네트워크를 제어하는 데 사용될 수 있다. 다른 도메인 제어기는 다른 관리 도메인을 제어하기 위해 할당될 수도 있다. 예를 들어 하나의 제어 엔티티는 L2/L3 측면을 담당하고, 다른 제어 엔티티는 토폴로지 발견 또는 IP 구성을 담당할 수 있다. 구현 관점에서 단일 소프트웨어 솔루션(예를 들어, SDN 제어기)은 필요한 모든 기능을 지원할 수 있고; 도메인 제어기는 SDN 기반일 수 있다.

TSN-NetSiceDB: 모든 TSN TN NSSI의 상태 정보를 갖는 데이터베이스 인프라이다. 이 데이터베이스 인프라는 3GPP에 의해 제어되지 않는다. 이는 NSI와 NSSI 간의 식별 및 매핑에 관한 모든 정보를 저장하고, TSN TN NSSI 상태, 템플릿, 예비된 자원, 네트워크 기능, 구성 등을 저장하는 데 사용된다. 이는 또한 TSN TN NSSI 운영 및 관리 정보가 저장되는 엔티티이기도 하다. 모든 네트워크 요소 또는 네트워크 서비스에 대해 각 TSN TN NSSI에 대해 특정 운영, 관리 및 유지 보수(OAM) 정보만이 이 TSN TN NSSI에만 관련된 TN-NSDB에 저장되는 것을 고려한다.

슬라이스 인식/슬라이스 비인식 CUC: (도 5에 도시된) 5G 블랙박스 접근 방식과의 이전 버전 호환성을 지원하기 위해 CUC는 처음에 다양한 발화자/청취자의 슬라이스 비인식 스트림 요구 사항을 구문 분석한다. 그러나, 관련 스트림 TSpecs를 CNC로 보내기 전에 네트워크 슬라이싱이 지원되는 경우, 스트림 요구 사항은 새로운 tn-tsn-nsi 인터페이스를 통해 전송 네트워크 슬라이스 제어기로 전달되어 NSMF에 대한 슬라이스 요구 사항을 설명하는 일을 담당하는 (CSMF와 같은) 관리 엔티티로 전달된다. 네트워크 슬라이싱이 지원되지 않거나 모든 스트림이 디폴트로 디폴트 네트워크 슬라이스에 속하는 경우 일반 파이프라인을 따르고 5GS 내부의 자원 예약을 위해 스트림 정보가 802.1Qdj를 통해 CNC로 전달된 다음 AF로 전달된다.

TSN-NSI 템플릿: 네트워크 슬라이스 템플릿은 NSI에서 필요한 자원, 서비스, 구성, 관계 및 서비스 기능 체인을 통해 슬라이스를 설명하는 데 사용된다. 네트워크 슬라이스 템플릿은 실제로 NSI 라이프 사이클의 모든 단계를 추진하기 위해 네트워크 조정자에서 필요한 모든 세부 정보를 정의한다. TSN 네트워크의 경우 하드 또는 소프트 슬라이싱, 공유 또는 비공유 자원, 트래픽 요구 사항 및 QoS 속성과 같은 NSSI 유형을 정의하는 데 사용되는 새로운 네트워크 슬라이스 템플릿이 필요하다.

슬라이스 정보 베이스: 이러한 템플릿의 정의는 슬라이스 정보 베이스에서 찾아볼 수 있다.

슬라이스 인식/테넌트 인식(Slice aware/Tenant aware) CNC: 원칙적으로 CNC는 토폴로지 정보를 위한 LLDP(또는 기타 도구)와 같은 구성 요청 및 네트워크 서비스와 관련하여 CUC로부터 입력을 수신한다. 이 모든 입력 스케줄링에 기초하여 전체 네트워크에 대한 의사 결정이 수행된다. 그러나, 현재 개발에 따르면 스케줄링/전달 결정을 최적화하기 위해 다양한 스트림 요청을 그룹화하는 테넌트 또는 슬라이스 개념이 없다. CUC에서 한 모든 스트림 요청에 대해 추가 테넌트/슬라이스 식별자를 사용할 수도 있다. CNC가 전달 전략(예를 들어, 스케줄링)을 컴파일한 후 이는 관리 프로토콜(예를 들어, NETCONF, RESTCONF 등)을 통해 TSN 브리지 디바이스에 적용된다.

TSN 인식 TN-NEST. TSN 제어 평면과 MTNSC 간의 모든 인터페이싱은 TSN 조정자에 의해 처리되어, 복잡성 최소화 및 관련 최적화 의사 결정에 대처하기 위해 다른 TN 제어 시스템과 인터페이싱함과 함께 메시지 해석을 하는 데 사용된다.

NSI, TN-NSSI, TN 자원, TN-NF, TN 인터페이스 등의 식별은 종단 간 NSI를 제공하기 위해 NSMF와 TN-NSSMF를 통합하는 데 중요한 주제이다. 3GPP에서는 3GPP TS 23.501, TS 23.502, TS 38.300에 정의된 NeS-ID, S-NSSAI, 테넌트-ID, 임시-ID, 토큰 및 추적 영역 신원(TAI)과 같은 네트워크 슬라이싱 개념을 실현하기 위해 서로 다른 식별자가 사용된다.

일부 구현예에서, TSN 슬라이스 조정자(615)는 네트워크 슬라이스가 진행 중인 TSN 흐름을 방해하는 것을 피하면서 신속하고 시기적절하게 동작하기 시작하도록 현재 동작하는 TSN 내에서 새로운 5G 네트워크 슬라이스의 "커미셔닝(commissioning)"을 구현한다. 그리하여, TSN 슬라이스 조정자(615)는 식별된 네트워크 슬라이스 자원을 식별하고, 네트워크 슬라이스에서 사용하기 위해 이러한 자원을 예비할 수 있다. 그런 다음 네트워크 슬라이스가 조립되고 그 AdminBaseTime(슬라이스가 동작을 시작하는 절대 시간)이 사용자 애플리케이션으로부터 도착하는 TSN 흐름과 같은 단계에 있도록 구성된다. 따라서, 네트워크 슬라이스에 대한 모든 TSN 사용자 정보(802.1Qbv 매개변수)는 네트워크 슬라이스 동작을 시작하기 전에 수집되고 분석된다. 일부 구현예에서, 각 사용자 TSN 흐름을 지원하도록 5G 네트워크 슬라이스를 구성하기 위해 공통 사이클 시간(예를 들어, AdminCycleTime)이 고려된다.

그러나, 다양한 TSN 도메인으로부터 5G 네트워크에 연결하는 수많은 다른 사용자가 있을 수 있으며, 각 사용자는 다양한 스케줄로 다양한 사이클 시간을 가질 수 있다. 이것은 실행 불가능할 정도로 큰 공통 사이클 시간을 초래할 수 있다. 이러한 상황을 해결하기 위해 모든 사용자에 대한 지터의 평균 및 분산을 최소화하는 공통 사이클 시간을 찾는 최적화 기술을 사용할 수 있다. TSN을 사용하여 5G 네트워크 슬라이스 자원을 마샬링하는(marshal) 것도 유리하며, 이로 결정론적 시간 기간 내에 네트워크 슬라이스를 생성할 수 있다. 유사하게, 네트워크 자원을 더 잘 활용하려면 네트워크 슬라이스를 효율적이고 신속하게 폐기하는 것이 중요하다.

도 7을 참조하면, 이 도면은 통신 네트워크, 예를 들어, 네트워크 또는 시스템(300, 500 및/또는 600)을 통해 통신하는 방법(700)을 도시하는 흐름도를 도시한다. 방법(700)은 네트워크 또는 시스템(300, 500 및/또는 600)의 하나 이상의 구성요소에 의해 및/또는 도면에 도시되지 않은 다른 하드웨어/소프트웨어 구성요소에 의해 수행될 수 있다.

단계(702)에서, 통신 네트워크(예를 들어, 도 3, 도 5 또는 도 6의 5G 시스템)의 복수의 네트워크 슬라이스는 통신 네트워크에 의해 지원되는 복수의 서비스에 기초하여 결정될 수 있다. 복수의 네트워크 슬라이스 각각은 복수의 서비스(예를 들어, 모바일 통신, 차량 대 차량 통신, 사물 인터넷(IoT) 통신 등) 중 적어도 하나와 연관된 데이터의 통신을 지원하도록 구성될 수 있다.

단계(704)에서, 통신 네트워크 내에 복수의 데이터 스트림이 존재한다. 각각의 데이터 스트림은 복수의 시간 민감성 네트워크 정책 중 적어도 하나에 따라 구성될 수 있다. 예를 들어, 각 데이터 스트림은 독립적이고 구별되는 TSN 데이터 스트림이도록 각 데이터 스트림은 위에서 설명된 TSN 기술 및 기능에 따라 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, 제1 시간 민감성 네트워크 정책은 제1 데이터 스트림을 사용하여 데이터 통신을 위한 스케줄링 또는 대기 시간 매개변수를 정의한다. 다른 구현예에서, 제1 시간 민감성 네트워크 정책은 복수의 데이터 스트림 중 다른 데이트 스트림에 대해 제1 데이터 스트림을 사용하여 데이터 통신의 우선순위를 정의한다.

단계(706)에서, 복수의 네트워크 슬라이스 중 제1 네트워크 슬라이스에 대응하는 복수의 데이터 스트림 중 제1 데이터 스트림이 결정될 수 있다. 예를 들어, 각 TSN 데이터 스트림은 각 TSN 데이터 스트림이 도 8에 도시된 바와 같이 대응하는 네트워크 슬라이스의 데이터를 전달하도록 시스템(300, 500 및/또는 600)에 구현된 5G 네트워크의 네트워크 슬라이스 중 하나에 대응할 수 있다.

단계(708)에서, 제1 네트워크 슬라이스에 대해, 제1 네트워크 슬라이스에 의해 지원되는 복수의 서비스 중 적어도 하나와 연관된 데이터는 제1 데이터 스트림을 사용하여 전달된 제1 네트워크 슬라이스와 관련된 데이터가 복수의 네트워크 슬라이스 중 다른 네트워크 슬라이스와 관련된 데이터로부터 격리되도록(다른 슬라이스의 데이터는 다른 데이터 스트림을 사용하여 전달될 수 있음) 제1 데이터 스트림과 연관된 제1 시간 민감성 네트워크 정책에 기초하여 제1 데이터 스트림을 사용하여 전달될 수 있다. 일부 구현예에서, 각각의 TSN 데이터 스트림은 대응하는 네트워크 슬라이스의 데이터의 통신에 사용되는 고유한 TSN 정책을 갖거나 이 정책에 대응할 수 있다. TSN 정책은 IEEE 802.1AS 표준에 기초할 수 있다.

일부 구현예에서, 5G 네트워크 슬라이스의 관리 및 제어는 시간 민감성 동작이고, 이는 5G 시스템 내에 TSN을 구현하는 이점을 얻을 수도 있다. 따라서, 방법(700)은 제1 네트워크 슬라이스에 대응하는 복수의 데이터 스트림 중 제2 데이터 스트림을 결정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 제1 네트워크 슬라이스와 연관된 관리 및 제어 데이터는 제2 데이터 스트림과 연관된 제2 시간 민감성 네트워크 정책에 기초하여 제2 데이터 스트림을 사용하여 전달될 수 있다. 제1 및 제2 데이터 스트림은 동일할 수 있고, 또는 제1 및 제2 시간 민감성 네트워크 정책은 동일할 수 있다.

적어도 하나의 실시형태에는 하나 이상의 프로세서와 메모리(예를 들어, 하나 이상의 비휘발성 저장 디바이스)를 갖는 하나 이상의 컴퓨터가 포함된다. 일부 실시형태에서, 메모리 또는 메모리의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 프로세서가 본 명세서에 개시된 다양한 시스템 및 방법을 제어하고 실행하기 위한 프로그램, 모듈 및 데이터 구조, 또는 이들의 하위 세트를 저장한다. 일 실시형태에서, 프로세서에 의해 실행될 때, 본 명세서에 개시된 방법 중 하나 이상의 방법을 수행하는 컴퓨터 실행 가능 명령어를 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 포함된다.

당업자라면 넓은 발명의 개념을 벗어나지 않고 위에 설명되고 도시된 예시적인 실시형태에 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 도시되고 설명된 예시적인 실시형태로 제한되지 않고, 청구범위에 의해 한정된 청구된 발명의 사상과 범위 내에 있는 변형을 포함하도록 의도된 것으로 이해된다. 예를 들어, 예시적인 실시형태의 특정 특징은 청구된 발명의 일부일 수도 있고 또는 아닐 수도 있고, 구체적으로 언급된 것과 반대되는 다른 구성요소가 본 명세서에 설명된 특징 중 적어도 일부를 수행할 수도 있으며, 개시된 실시형태의 특징은 결합될 수도 있다. 본 명세서에 사용된 "약" 및 "대략"이라는 용어는 언급된 값의 + 또는 - 10%를 의미할 수 있다. 예를 들어, "약 9"는 8.2 및 9.9를 포함하는 것으로 이해된다.

본 발명의 도면과 설명 중 적어도 일부는 명확성을 위해 당업자가 이해할 수 있는 다른 요소를 제거하고 본 발명을 명확히 이해하는 것과 관련된 요소에 초점을 맞추도록 단순화되었지만 이들이 본 발명의 일부를 구성할 수도 있는 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 이러한 요소들은 당업계에 잘 알려져 있고, 본 발명을 더 잘 이해하는 데 반드시 필요한 것은 아니기 때문에, 이러한 요소들에 대한 설명은 본 명세서에서 제공되지 않는다.

본 명세서에서는 "제1", "제2" 등의 용어가 때때로 다양한 요소를 설명하기 위해 사용되지만, 이들 요소는 이들 용어에 의해 제한되지 않는 것으로 이해된다. 이들 용어는 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해서만 사용된다. 예를 들어, 본 설명의 의미를 변경하지 않고 "제1 요소"의 모든 곳을 일관되게 재명명하고 제2 요소의 모든 곳을 일관되게 재명명하는 한, 제1 요소는 제2 요소로 명명될 수 있고, 유사하게, 제2 요소는 제1 요소로 명명될 수 있다. 제1 요소와 제2 요소는 모두 요소이지만 동일한 요소는 아니다.

본 명세서에 사용된 "~인 경우"라는 용어는 문맥에 따라 선택적으로 "~ 시에" 또는 "~라고 결정한 것에 응답하여" 또는 "~를 검출한 것에 응답하여" 또는 "~이라는 결정에 따라"를 의미하는 것으로 해석될 수 있다. 유사하게, "~이 결정된 경우" 또는 "[명시된 조건 또는 사건]이 검출된 경우"라는 어구는 선택적으로 문맥에 따라 "~를 결정 시에" 또는 "~라고 결정한 것에 응답하여" 또는 "[명시된 조건 또는 사건]을 검출할 때" 또는 "[명시된 조건 또는 사건]을 검출한 것에 응답하여" 또는 "[명시된 조건 또는 사건]이 검출되었다는 결정에 따라"를 의미하는 것으로 해석된다.

본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정 구현예를 설명하기 위한 것일 뿐, 청구범위를 제한하려고 의도된 것이 아니다. 구현예의 설명 및 첨부된 청구범위에 사용된 단수형 요소 및 "상기" 요소는 문맥에서 달리 명시하지 않는 한, 복수형을 포함하도록 의도된다. 또한, 본 명세서에 사용된 "및/또는"이라는 용어는 관련된 나열된 항목 중 하나 이상의 항목의 가능한 임의의 모든 조합을 지칭하고 포괄하는 것으로 이해된다. 추가로 본 명세서에서 사용된 "포함하고" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는 명시된 특징, 정수, 동작, 요소 및/또는 구성요소의 존재를 지정하지만 하나 이상의 다른 특징, 정수, 동작, 요소, 구성요소 및/또는 이의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해된다.

본 명세서에 사용된 "~인 경우"라는 용어는 문맥에 따라, 명시된 전제 조건이 참일 "때" 또는 "시에" 또는 "결정에 응답하여" 또는 "결정에 따라" 또는 "검출한 것에 응답하여"를 의미하는 것으로 해석될 수 있다. 유사하게는, "(명시된 전제 조건이 참이라고) 결정되는 경우" 또는 "(명시된 전제 조건이 참인) 경우" 또는 "(명시된 전제 조건이 참일) 때"라는 어구는 문맥에 따라 명시된 전제 조건이 참이라고 "결정 시" 또는 "결정에 응답하여" 또는 "결정에 따라" 또는 "검출 시" 또는 "검출에 응답하여"를 의미하는 것으로 해석될 수 있다.

나아가, 본 방법이 본 명세서에 제시된 특정 단계 순서에 의존하지 않는 한, 특정 단계 순서가 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 방법에 관한 청구항은 기록된 순서로 단계를 수행하는 것으로 제한되어서는 안 되며, 당업자라면 단계가 변경될 수 있고 여전히 본 발명의 사상과 범위 내에 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

본 명세서에 사용된 단수형으로 언급된 요소 또는 단계는 명시적으로 배제하는 것으로 언급되지 않는 한, 상기 요소 또는 단계를 복수 개 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 나아가, 현재 설명된 주제의 "일 구현예"라는 언급은 언급된 특징을 또한 포함하는 추가 구현예의 존재를 배제하는 것으로 해석되는 것으로 의도된 것이 아니다. 더욱이, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 특정 속성을 갖는 요소 또는 복수의 요소를 "포함하는" 또는 "갖는" 구현예는 이 속성을 갖지 않는 추가적인 요소를 포함할 수 있다.

위의 설명은 본 발명을 예시하려고 의도된 것일 뿐, 본 발명을 제한하려고 의도된 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 전술한 구현예(및/또는 그 양태)는 서로 조합되어 사용될 수 있다. 또한, 그 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 제시된 주제의 내용에 특정 상황이나 재료를 적용하기 위해 많은 수정이 이루어질 수 있다. 본 명세서에 설명된 재료의 치수와 유형은 개시된 주제의 매개변수를 한정하도록 의도되지만, 이는 본 발명을 제한하는 것이 아니라 본 발명을 예시하는 구현예이다. 위의 설명을 검토하면 당업자에게는 많은 다른 구현예가 명백해질 것이다. 따라서 본 명세서에 설명된 주제의 범위는 첨부된 청구범위와 이 청구범위에 부여된 등가물의 전체 범위를 참조하여 결정되어야 한다. 첨부된 청구범위에서, "구비하는" 및 "여기서"라는 용어는 각각 "포함하는" 및 "여기서"라는 용어의 일반 영어 등가물로 사용된다. 더욱이, 다음의 청구범위에서, "제1", "제2", "제3" 등의 용어는 단지 라벨로서 사용된 것일 뿐, 그 목적에 수치적 요구사항을 부과하려고 의도된 것이 아니다. 나아가, 다음 청구범위의 제한사항은 수단 플러스 기능 형식으로 작성되지 않았으며, 이러한 청구항 제한 사항이 명시적으로 "~하기 위한 수단"이라는 어구 이후에 추가 구조가 없는 기능 설명이 따라오는 것을 사용하지 않는 한, 35 U.S.C.§112(f)에 기초하여 해석되는 것으로 의도된 것이 아니다.

본 명세서의 설명은 최상의 모드를 포함하여 본 명세서에 제시된 주제의 여러 구현예를 개시하기 위해 예를 사용하고, 또한 당업자가 디바이스 또는 시스템을 제조 및 사용하고 방법을 수행하는 것을 포함하여 개시된 주제의 구현예를 실시할 수 있도록 한다. 본 명세서에 설명된 주제의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 한정되며, 당업자에게 발생할 수 있는 다른 예를 포함할 수 있다. 이러한 다른 예는 청구범위의 문자 그대로의 언어와 다르지 않은 구조적 요소를 갖고 있는 경우 또는 청구범위의 문자 그대로의 언어와 실질적으로 다르지 않은 등가의 구조적 요소를 포함하는 경우 청구범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims

통신 네트워크를 통해 통신하는 방법으로서,
상기 통신 네트워크에 의해 지원되는 복수의 서비스에 기초하여 상기 통신 네트워크의 복수의 네트워크 슬라이스를 결정하는 단계로서, 상기 복수의 네트워크 슬라이스 각각은 상기 복수의 서비스 중 적어도 하나와 연관된 데이터의 통신을 지원하도록 구성된, 단계;
상기 통신 네트워크 내에서 복수의 데이터 스트림을 구성하는 단계로서, 각각의 데이터 스트림은 복수의 시간 민감성 네트워크 정책(time-sensitive network policy) 중 적어도 하나에 따라 구성된, 단계;
상기 복수의 네트워크 슬라이스 중 제1 네트워크 슬라이스에 대응하는 상기 복수의 데이터 스트림 중 제1 데이터 스트림을 결정하는 단계; 및
상기 제1 네트워크 슬라이스에 대해, 상기 통신 네트워크를 통해, 상기 제1 네트워크 슬라이스에 의해 지원되는 상기 복수의 서비스 중 적어도 하나와 연관된 데이터를 전달하는 단계로서, 상기 데이터는 상기 제1 데이터 스트림을 사용하여 전달된 상기 제1 네트워크 슬라이스와 관련된 데이터가 상기 복수의 네트워크 슬라이스 중 다른 네트워크 슬라이스와 관련된 데이터로부터 격리되도록 상기 제1 데이터 스트림과 연관된 제1 시간 민감성 네트워크 정책에 기초하여 상기 제1 데이터 스트림을 사용하여 전달되는, 단계
를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 네트워크 슬라이스에 대응하는 상기 복수의 데이터 스트림 중 제2 데이터 스트림을 결정하는 단계; 및
상기 제2 데이터 스트림과 연관된 제2 시간 민감성 네트워크 정책에 기초하여 상기 제2 데이터 스트림을 사용하여 상기 제1 네트워크 슬라이스와 연관된 제어 데이터를 상기 통신 네트워크를 통해 전달하는 단계
를 추가로 포함하는, 방법.
제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 데이터 스트림은 동일하거나, 상기 제1 및 제2 시간 민감성 네트워크 정책은 동일한, 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 시간 민감성 네트워크 정책은 상기 제1 데이터 스트림을 사용하여 데이터 통신을 위한 스케줄링 또는 대기 시간 매개변수를 정의하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 시간 민감성 네트워크 정책은 상기 복수의 데이터 스트림 중 다른 데이터 스트림에 대해 상기 제1 데이터 스트림을 사용하여 데이터 통신의 우선 순위를 정의하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 복수의 네트워크 슬라이스 중 제2 네트워크 슬라이스에 대응하는 상기 복수의 데이터 스트림 중 제2 데이터 스트림을 결정하는 단계; 및
상기 제2 네트워크 슬라이스에 대해, 상기 통신 네트워크를 통해, 상기 제2 네트워크 슬라이스에 의해 지원되는 상기 복수의 서비스 중 적어도 하나와 연관된 데이터를 전달하는 단계로서, 상기 데이터는 상기 제2 데이터 스트림과 연관된 제2 시간 민감성 네트워크 정책에 기초하여 상기 제2 데이터 스트림을 사용하여 전달되는, 단계
를 추가로 포함하는, 방법.
제6항에 있어서, 제1 및 제2 시간 민감성 네트워크 정책은 IEEE 802.1AS 표준에 기초하는, 방법.
통신 네트워크를 통해 통신하는 시스템으로서,
하나 이상의 프로세서를 포함하고, 상기 하나 이상의 프로세서는,
상기 통신 네트워크에 의해 지원되는 복수의 서비스에 기초하여 상기 통신 네트워크의 복수의 네트워크 슬라이스를 결정하고, 상기 복수의 네트워크 슬라이스 각각은 상기 복수의 서비스 중 적어도 하나와 연관된 데이터의 통신을 지원하도록 구성되고;
상기 통신 네트워크 내에서 복수의 데이터 스트림을 구성하고, 각 데이터 스트림은 복수의 시간 민감성 네트워크 정책 중 적어도 하나에 따라 구성되고;
상기 복수의 네트워크 슬라이스 중 제1 네트워크 슬라이스에 대응하는 상기 복수의 데이터 스트림 중 제1 데이터 스트림을 결정하고; 그리고
상기 제1 네트워크 슬라이스에 대해, 상기 통신 네트워크를 통해, 상기 제1 네트워크 슬라이스에 의해 지원되는 상기 복수의 서비스 중 적어도 하나와 연관된 데이터를 전달하도록 구성되고, 상기 데이터는 상기 제1 데이터 스트림을 사용하여 전달된 상기 제1 네트워크 슬라이스와 관련된 데이터가 상기 복수의 네트워크 슬라이스 중 다른 네트워크 슬라이스와 관련된 데이터로부터 격리되도록 상기 제1 데이터 스트림과 연관된 제1 시간 민감성 네트워크 정책에 기초하여 상기 제1 데이터 스트림을 사용하여 전달되는, 시스템.
제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는,
상기 제1 네트워크 슬라이스에 대응하는 상기 복수의 데이터 스트림 중 제2 데이터 스트림을 결정하고; 그리고
상기 제2 데이터 스트림과 연관된 제2 시간 민감성 네트워크 정책에 기초하여 상기 제2 데이터 스트림을 사용하여 상기 제1 네트워크 슬라이스와 연관된 제어 데이터를 상기 통신 네트워크를 통해 전달하도록 추가로 구성된, 시스템.
제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2 데이터 스트림은 동일하거나, 상기 제1 및 제2 시간 민감성 네트워크 정책은 동일한, 시스템.
제8항에 있어서, 상기 제1 시간 민감성 네트워크 정책은 상기 제1 데이터 스트림을 사용하여 데이터 통신을 위한 스케줄링 또는 대기 시간 매개변수를 정의하는, 시스템.
제8항에 있어서, 상기 제1 시간 민감성 네트워크 정책은 상기 복수의 데이터 스트림 중 다른 데이터 스트림에 대해 상기 제1 데이터 스트림을 사용하여 데이터 통신의 우선순위를 정의하는, 시스템.
제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는,
상기 복수의 네트워크 슬라이스 중 제2 네트워크 슬라이스에 대응하는 상기 복수의 데이터 스트림 중 제2 데이터 스트림을 결정하고; 그리고
상기 제2 네트워크 슬라이스에 대해, 상기 통신 네트워크를 통해, 상기 제2 네트워크 슬라이스에 의해 지원되는 상기 복수의 서비스 중 적어도 하나와 연관된 데이터를 전달하도록 추가로 구성되고, 상기 데이터는 상기 제2 데이터 스트림과 연관된 제2 시간 민감성 네트워크 정책에 기초하여 상기 제2 데이터 스트림을 사용하여 전달되는, 시스템.
제13항에 있어서, 제1 및 제2 시간 민감성 네트워크 정책은 IEEE 802.1AS 표준에 기초하는, 시스템.