이동통신 시스템의 기술 규격을 제정하는 3GPP에서는 4세대 이동통신과 관련된 여러 포럼들 및 새로운 기술에 대응하기 위하여, 2004년 말경부터 3GPP 기술들의 성능을 최적화 시키고 향상시키려는 노력의 일환으로 LTE/SAE (Long Term Evolution/System Architecture Evolution) 기술에 대한 연구를 시작하였다.
3GPP SA WG2을 중심으로 진행된 SAE는 3GPP TSG RAN의 LTE 작업과 병행하여 네트워크의 구조를 결정하고 이 기종 망간의 이동성을 지원하는 것을 목적으로 하는 망 기술에 관한 연구이며, 최근 3GPP의 중요한 표준화 이슈들 중 하나이다. 이는 3GPP 시스템을 IP 기반으로 하여 다양한 무선 접속 기술들을 지원하는 시스템으로 발전 시키기 위한 작업으로, 보다 향상된 데이터 전송 능력으로 전송 지연을 최소화 하는, 최적화된 패킷 기반 시스템을 목표로 작업이 진행되어 왔다.
3GPP SA WG2에서 정의한 EPS (Evolved Packet System) 상위 수준 참조 모델(reference model)은 비로밍 케이스(non-roaming case) 및 다양한 시나리오의 로밍 케이스(roaming case)를 포함하고 있으며, 상세 내용은 3GPP 표준문서 TS 23.401과 TS 23.402에서 참조할 수 있다. 도 1의 네트워크 구조도는 이를 간략하게 재구성 한 것이다.
도 1은 진화된 이동 통신 네트워크의 구조도이다.
EPC는 다양한 구성요소들을 포함할 수 있으며, 도 1에서는 그 중에서 일부에 해당하는, S-GW(Serving Gateway)(52), PDN GW(Packet Data Network Gateway)(53), MME(Mobility Management Entity) (51), SGSN(Serving GPRS(General Packet Radio Service) Supporting Node), ePDG(enhanced Packet Data Gateway)를 도시한다.
S-GW(52)는 무선 접속 네트워크(RAN)와 코어 네트워크 사이의 경계점으로서 동작하고, eNodeB(22)와 PDN GW(53) 사이의 데이터 경로를 유지하는 기능을 하는 요소이다. 또한, 단말(또는 User Equipment : UE)이 eNodeB(22)에 의해서 서빙(serving)되는 영역에 걸쳐 이동하는 경우, S-GW(52)는 로컬 이동성 앵커 포인트(anchor point)의 역할을 한다. 즉, E-UTRAN (3GPP 릴리즈-8 이후에서 정의되는 Evolved-UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) Terrestrial Radio Access Network) 내에서의 이동성을 위해서 S-GW(52)를 통해서 패킷들이 라우팅될 수 있다. 또한, S-GW(52)는 다른 3GPP 네트워크(3GPP 릴리즈-8 전에 정의되는 RAN, 예를 들어, UTRAN 또는 GERAN(GSM(Global System for Mobile Communication)/EDGE(Enhanced Data rates for Global Evolution) Radio Access Network)와의 이동성을 위한 앵커 포인트로서 기능할 수도 있다.
PDN GW(또는 P-GW) (53)는 패킷 데이터 네트워크를 향한 데이터 인터페이스의 종료점(termination point)에 해당한다. PDN GW(53)는 정책 집행 특징(policy enforcement features), 패킷 필터링(packet filtering), 과금 지원(charging support) 등을 지원할 수 있다. 또한, 3GPP 네트워크와 비-3GPP 네트워크 (예를 들어, I-WLAN(Interworking Wireless Local Area Network)과 같은 신뢰되지 않는 네트워크, CDMA(Code Division Multiple Access) 네트워크나 WiMax와 같은 신뢰되는 네트워크)와의 이동성 관리를 위한 앵커 포인트 역할을 할 수 있다.
도 1의 네트워크 구조의 예시에서는 S-GW(52)와 PDN GW(53)가 별도의 게이트웨이로 구성되는 것을 나타내지만, 두 개의 게이트웨이가 단일 게이트웨이 구성 옵션(Single Gateway Configuration Option)에 따라 구현될 수도 있다.
MME(51)는, UE의 네트워크 연결에 대한 액세스, 네트워크 자원의 할당, 트래킹(tracking), 페이징(paging), 로밍(roaming) 및 핸드오버 등을 지원하기 위한 시그널링 및 제어 기능들을 수행하는 요소이다. MME(51)는 가입자 및 세션 관리에 관련된 제어 평면(control plane) 기능들을 제어한다. MME(51)는 수많은 eNodeB(22)들을 관리하고, 다른 2G/3G 네트워크에 대한 핸드오버를 위한 종래의 게이트웨이의 선택을 위한 시그널링을 수행한다. 또한, MME(51)는 보안 과정(Security Procedures), 단말-대-네트워크 세션 핸들링(Terminal-to-network Session Handling), 유휴 단말 위치결정 관리(Idle Terminal Location Management) 등의 기능을 수행한다.
SGSN은 다른 접속 3GPP 네트워크(예를 들어, GPRS 네트워크, UTRAN/GERAN)에 대한 사용자의 이동성 관리 및 인증(authentication)과 같은 모든 패킷 데이터를 핸들링한다.
ePDG는 신뢰되지 않는 비-3GPP 네트워크(예를 들어, I-WLAN, WiFi 핫스팟(hotspot) 등)에 대한 보안 노드로서의 역할을 한다.
도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, IP 능력을 가지는 단말(또는 UE)은, 3GPP 액세스는 물론 비-3GPP 액세스 기반으로도 EPC 내의 다양한 요소들을 경유하여 사업자(즉, 오퍼레이터(operator))가 제공하는 IP 서비스 네트워크(예를 들어, IMS)에 액세스할 수 있다.
또한, 도 1에서는 다양한 레퍼런스 포인트들(예를 들어, S1-U, S1-MME 등)을 도시한다. 3GPP 시스템에서는 E-UTRAN 및 EPC의 상이한 기능 개체(functional entity)들에 존재하는 2 개의 기능을 연결하는 개념적인 링크를 레퍼런스 포인트(reference point)라고 정의한다. 다음의 표 1은 도 1에 도시된 레퍼런스 포인트를 정리한 것이다. 표 1의 예시들 외에도 네트워크 구조에 따라 다양한 레퍼런스 포인트들이 존재할 수 있다.
표 1
레퍼런스 포인트 | 설명 |
S1-MME | E-UTRAN와 MME 간의 제어 평면 프로토콜에 대한 레퍼런스 포인트(Reference point for the control plane protocol between E-UTRAN and MME) |
S1-U | 핸드오버 동안 eNB 간 경로 스위칭 및 베어러 당 사용자 평면 터널링에 대한 E-UTRAN와 SGW 간의 레퍼런스 포인트(Reference point between E-UTRAN and Serving GW for the per bearer user plane tunnelling and inter eNodeB path switching during handover) |
S3 | 유휴(Idle) 및/또는 활성화 상태에서 3GPP 액세스 네트워크 간 이동성에 대한 사용자 및 베어러 정보 교환을 제공하는 MME와 SGSN 간의 레퍼런스 포인트. 이 레퍼런스 포인트는 PLMN-내 또는 PLMN-간(예를 들어, PLMN-간 핸드오버의 경우)에 사용될 수 있음) (It enables user and bearer information exchange for inter 3GPP access network mobility in Idle and/or active state. This reference point can be used intra-PLMN or inter-PLMN (e.g. in the case of Inter-PLMN HO).) |
S4 | GPRS 코어와 SGW의 3GPP 앵커 기능 간의 관련 제어 및 이동성 지원을 제공하는 SGW와 SGSN 간의 레퍼런스 포인트. 또한, 직접 터널이 수립되지 않으면, 사용자 평면 터널링을 제공함(It provides related control and mobility support between GPRS Core and the 3GPP Anchor function of Serving GW. In addition, if Direct Tunnel is not established, it provides the user plane tunnelling.) |
S5 | SGW와 PDN GW 간의 사용자 평면 터널링 및 터널 관리를 제공하는 레퍼런스 포인트. UE 이동성으로 인해, 그리고 요구되는 PDN 연결성을 위해서 SGW가 함께 위치하지 않은 PDN GW로의 연결이 필요한 경우, SGW 재배치를 위해서 사용됨(It provides user plane tunnelling and tunnel management between Serving GW and PDN GW. It is used for Serving GW relocation due to UE mobility and if the Serving GW needs to connect to a non-collocated PDN GW for the required PDN connectivity.) |
S11 | MME와 SGW 간의 레퍼런스 포인트 |
SGi | PDN GW와 PDN 간의 레퍼런스 포인트. PDN은, 오퍼레이터 외부 공용 또는 사설 PDN이거나 예를 들어, IMS 서비스의 제공을 위한 오퍼레이터-내 PDN일 수 있음. 이 레퍼런스 포인트는 3GPP 액세스의 Gi에 해당함(It is the reference point between the PDN GW and the packet data network. Packet data network may be an operator external public or private packet data network or an intra operator packet data network, e.g. for provision of IMS services. This reference point corresponds to Gi for 3GPP accesses.) |
도 2는 일반적으로 E-UTRAN과 일반적인 EPC의 주요 노드의 기능을 나타낸 예시도이다.
도시된 바와 같이, eNodeB(20)는 RRC 연결이 활성화되어 있는 동안 게이트웨이로의 라우팅, 페이징 메시지의 스케줄링 및 전송, 브로드캐스터 채널(BCH)의 스케줄링 및 전송, 상향링크 및 하향 링크에서의 자원을 UE에게 동적 할당, eNodeB(20)의 측정을 위한 설정 및 제공, 무선 베어러 제어, 무선 허가 제어(radio admission control), 그리고 연결 이동성 제어 등을 위한 기능을 수행할 수 있다. EPC 내에서는 페이징 발생, LTE_IDLE 상태 관리, 사용자 평면이 암호화, EPS 베어러 제어, NAS 시그널링의 암호화 및 무결성 보호 기능을 수행할 수 있다.
도 3는 UE과 eNodeB 사이의 제어 평면에서의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 구조를 나타낸 예시도이고, 도 4는 단말과 기지국 사이에 사용자 평면에서의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 구조를 나타낸 다른 예시도이다.
상기 무선인터페이스 프로토콜은 3GPP 무선접속망 규격을 기반으로 한다. 상기 무선 인터페이스 프로토콜은 수평적으로 물리계층(Physical Layer), 데이터링크계층(Data Link Layer) 및 네트워크계층(Network Layer)으로 이루어지며, 수직적으로는 데이터정보 전송을 위한 사용자평면(User Plane)과 제어신호(Signaling)전달을 위한 제어평면(Control Plane)으로 구분된다.
상기 프로토콜 계층들은 통신시스템에서 널리 알려진 개방형 시스템간 상호접속(Open System Interconnection; OSI) 기준모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 L1 (제1계층), L2 (제2계층), L3(제3계층)로 구분될 수 있다.
이하에서, 상기 도 3에 도시된 제어 평면의 무선프로토콜과 도 4에 도시된 사용자 평면에서의 무선 프로토콜의 각 계층을 설명한다.
제1 계층인 물리계층은 물리채널(Physical Channel)을 이용하여 정보전송서비스(Information Transfer Service)를 제공한다. 상기 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어(Medium Access Control) 계층과는 전송 채널(Transport Channel)을 통해 연결되어 있으며, 상기 전송 채널을 통해 매체접속제어계층과 물리계층 사이의 데이터가 전달된다. 그리고, 서로 다른 물리계층 사이, 즉 송신측과 수신측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 전달된다.
물리채널(Physical Channel)은 시간축 상에 있는 여러 개의 서브프레임과 주파수축상에 있는 여러 개의 서브 캐리어(Sub-carrier)로 구성된다. 여기서, 하나의 서브프레임(Sub-frame)은 시간 축 상에 복수의 심볼 (Symbol)들과 복수의 서브 캐리어들로 구성된다. 하나의 서브프레임은 복수의 자원블록(Resource Block)들로 구성되며, 하나의 자원블록은 복수의 심볼(Symbol)들과 복수의 서브캐리어들로 구성된다. 데이터가 전송되는 단위시간인 TTI(Transmission Time Interval)는 1개의 서브프레임에 해당하는 1ms이다.
상기 송신측과 수신측의 물리계층에 존재하는 물리 채널들은 3GPP LTE에 따르면, 데이터 채널인 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)와 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel) 및 제어채널인 PDCCH(Physical Downlink Control Channel), PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PHICH(Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel) 및 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)로 나눌 수 있다.
서브프레임의 첫번째 OFDM 심벌에서 전송되는 PCFICH는 서브프레임내에서 제어채널들의 전송에 사용되는 OFDM 심벌의 수(즉, 제어영역의 크기)에 관한 CFI(control format indicator)를 나른다. 무선기기는 먼저 PCFICH 상으로 CFI를 수신한 후, PDCCH를 모니터링한다.
PDCCH와 달리, PCFICH는 블라인드 디코딩을 사용하지 않고, 서브프레임의 고정된 PCFICH 자원을 통해 전송된다.
PHICH는 UL HARQ(hybrid automatic repeat request)를 위한 ACK(positive-acknowledgement)/NACK(negative-acknowledgement) 신호를 나른다. 무선기기에 의해 전송되는 PUSCH 상의 UL(uplink) 데이터에 대한 ACK/NACK 신호는 PHICH 상으로 전송된다.
PBCH(Physical Broadcast Channel)은 무선 프레임의 첫번째 서브프레임의 두번째 슬롯의 앞선 4개의 OFDM 심벌에서 전송된다. PBCH는 무선기기가 기지국과 통신하는데 필수적인 시스템 정보를 나르며, PBCH를 통해 전송되는 시스템 정보를 MIB(master information block)라 한다. 이와 비교하여, PDCCH에 의해 지시되는 PDSCH 상으로 전송되는 시스템 정보를 SIB(system information block)라 한다.
PDCCH는 DL-SCH(downlink-shared channel)의 자원 할당 및 전송 포맷, UL-SCH(uplink shared channel)의 자원 할당 정보, PCH 상의 페이징 정보, DL-SCH 상의 시스템 정보, PDSCH 상으로 전송되는 랜덤 액세스 응답과 같은 상위 계층 제어 메시지의 자원 할당, 임의의 UE 그룹 내 개별 UE들에 대한 전송 파워 제어 명령의 집합 및 VoIP(voice over internet protocol)의 활성화 등을 나를 수 있다. 복수의 PDCCH가 제어 영역 내에서 전송될 수 있으며, 단말은 복수의 PDCCH를 모니터링 할 수 있다. PDCCH는 하나 또는 몇몇 연속적인 CCE(control channel elements)의 집합(aggregation) 상으로 전송된다. CCE는 무선채널의 상태에 따른 부호화율을 PDCCH에게 제공하기 위해 사용되는 논리적 할당 단위이다. CCE는 복수의 자원 요소 그룹(resource element group)에 대응된다. CCE의 수와 CCE들에 의해 제공되는 부호화율의 연관 관계에 따라 PDCCH의 포맷 및 가능한 PDCCH의 비트수가 결정된다.
PDCCH를 통해 전송되는 제어정보를 하향링크 제어정보(downlink control information, DCI)라고 한다. DCI는 PDSCH의 자원 할당(이를 DL 그랜트(downlink grant)라고도 한다), PUSCH의 자원 할당(이를 UL 그랜트(uplink grant)라고도 한다), 임의의 UE 그룹내 개별 UE들에 대한 전송 파워 제어 명령의 집합 및/또는 VoIP(Voice over Internet Protocol)의 활성화를 포함할 수 있다.
제2계층에는 여러 가지 계층이 존재한다. 먼저 매체접속제어 (Medium Access Control; MAC) 계층은 다양한 논리채널 (Logical Channel)을 다양한 전송채널에 매핑시키는 역할을 하며, 또한 여러 논리채널을 하나의 전송채널에 매핑시키는 논리채널 다중화 (Multiplexing)의 역할을 수행한다. MAC 계층은 상위계층인 RLC 계층과는 논리채널 (Logical Channel)로 연결되어 있으며, 논리채널은 크게 전송되는 정보의 종류에 따라 제어평면 (Control Plane)의 정보를 전송하는 제어채널 (Control Channel)과 사용자평면 (User Plane)의 정보를 전송하는 트래픽채널 (Traffic Channel)로 나뉜다.
제2계층의 무선링크제어 (Radio Link Control; RLC) 계층은 상위계층으로부터 수신한 데이터를 분할 (Segmentation) 및 연결 (Concatenation)하여 하위계층이 무선 구간으로 데이터를 전송하기에 적합하도록 데이터 크기를 조절하는 역할을 수행한다. 또한, 각각의 무선베어러 (Radio Bearer; RB)가 요구하는 다양한 QoS를 보장할 수 있도록 하기 위해 TM (Transparent Mode, 투명모드), UM (Un-acknowledged Mode, 무응답모드), 및 AM (Acknowledged Mode, 응답모드)의 세가지 동작 모드를 제공하고 있다. 특히, AM RLC는 신뢰성 있는 데이터 전송을 위해 자동 반복 및 요청 (Automatic Repeat and Request; ARQ) 기능을 통한 재전송 기능을 수행하고 있다.
제2계층의 패킷데이터수렴 (Packet Data Convergence Protocol; PDCP) 계층은 IPv4나 IPv6와 같은 IP 패킷 전송시에 대역폭이 작은 무선 구간에서 효율적으로 전송하기 위하여 상대적으로 크기가 크고 불필요한 제어정보를 담고 있는 IP 패킷 헤더 사이즈를 줄여주는 헤더압축 (Header Compression) 기능을 수행한다. 이는 데이터의 헤더(Header) 부분에서 반드시 필요한 정보만을 전송하도록 하여, 무선 구간의 전송효율을 증가시키는 역할을 한다. 또한, LTE 시스템에서는 PDCP 계층이 보안 (Security) 기능도 수행하는데, 이는 제 3자의 데이터 감청을 방지하는 암호화 (Ciphering)와 제 3자의 데이터 조작을 방지하는 무결성 보호 (Integrity protection)로 구성된다.
제3 계층의 가장 상부에 위치한 무선자원제어(Radio Resource Control; 이하 RRC라 약칭함) 계층은 제어평면에서만 정의되며, 무선 운반자(Radio Bearer; RB라 약칭함)들의 설정(Configuration), 재설정(Re-configuration) 및 해제(Release)와 관련되어 논리 채널, 전송 채널 및 물리 채널들의 제어를 담당한다. 이때, RB는 단말과 E-UTRAN간의 데이터 전달을 위해 제2계층에 의해 제공되는 서비스를 의미한다.
상기 단말의 RRC와 무선망의 RRC계층 사이에 RRC 연결(RRC connection)이 있을 경우, 단말은 RRC연결상태(Connected Mode)에 있게 되고, 그렇지 못할 경우 RRC휴지상태(Idle Mode)에 있게 된다.
이하 단말의 RRC 상태 (RRC state)와 RRC 연결 방법에 대해 설명한다. RRC 상태란 단말의 RRC가 E-UTRAN의 RRC와 논리적 연결(logical connection)이 되어 있는가 아닌가를 말하며, 연결되어 있는 경우는 RRC_CONNECTED 상태(state), 연결되어 있지 않은 경우는 RRC_IDLE 상태라고 부른다. RRC_CONNECTED 상태의 단말은 RRC 연결이 존재하기 때문에 E-UTRAN은 해당 단말의 존재를 셀 단위에서 파악할 수 있으며, 따라서 단말을 효과적으로 제어할 수 있다. 반면에 RRC_IDLE 상태의 단말은 E-UTRAN이 단말의 존재를 파악할 수는 없으며, 셀 보다 더 큰 지역 단위인 TA(Tracking Area) 단위로 핵심망이 관리한다. 즉, RRC_IDLE 상태의 단말은 셀에 비하여 큰 지역 단위로 해당 단말의 존재여부만 파악되며, 음성이나 데이터와 같은 통상의 이동통신 서비스를 받기 위해서는 해당 단말이 RRC_CONNECTED 상태로 천이하여야 한다. 각 TA는 TAI(Tracking area identity)를 통해 구분된다. 단말은 셀에서 방송(broadcasting)되는 정보인 TAC(Tracking area code)를 통해 TAI를 구성할 수 있다.
사용자가 단말의 전원을 맨 처음 켰을 때, 단말은 먼저 적절한 셀을 탐색한 후 해당 셀에서 RRC 연결을 맺고, 핵심망에 단말의 정보를 등록한다. 이 후, 단말은 RRC_IDLE 상태에 머무른다. RRC_IDLE 상태에 머무르는 단말은 필요에 따라서 셀을 (재)선택하고, 시스템 정보(System information)나 페이징 정보를 살펴본다. 이를 셀에 캠프 온(Camp on) 한다고 한다. RRC_IDLE 상태에 머물러 있던 단말은 RRC 연결을 맺을 필요가 있을 때 비로소 RRC 연결 과정 (RRC connection procedure)을 통해 E-UTRAN의 RRC와 RRC 연결을 맺고 RRC_CONNECTED 상태로 천이한다. RRC_IDLE 상태에 있던 단말이 RRC 연결을 맺을 필요가 있는 경우는 여러 가지가 있는데, 예를 들어 사용자의 통화 시도 등의 이유로 상향 데이터 전송이 필요하다거나, 아니면 E-UTRAN으로부터 페이징 메시지를 수신한 경우 이에 대한 응답 메시지 전송 등을 들 수 있다.
상기 RRC 계층 상위에 위치하는 NAS(Non-Access Stratum) 계층은 연결관리(Session Management)와 이동성 관리(Mobility Management)등의 기능을 수행한다.
아래는 도 3에 도시된 NAS 계층에 대하여 상세히 설명한다.
NAS 계층에 속하는 ESM (Evolved Session Management)은 Default Bearer 관리, Dedicated Bearer관리와 같은 기능을 수행하여, 단말이 망으로부터 PS서비스를 이용하기 위한 제어를 담당한다. Default Bearer 자원은 특정 Packet Data Network(PDN)에 최초 접속 할 시에 망에 접속될 때 망으로부터 할당 받는다는 특징을 가진다. 이때, 네트워크는 단말이 데이터 서비스를 사용할 수 있도록 단말이 사용 가능한 IP 주소를 할당하며, 또한 default bearer의 QoS를 할당해준다. LTE에서는 크게 데이터 송수신을 위한 특정 대역폭을 보장해주는 GBR(Guaranteed bit rate) QoS 특성을 가지는 bearer와 대역폭의 보장 없이 Best effort QoS 특성을 가지는 Non-GBR bearer의 두 종류를 지원한다. Default bearer의 경우 Non-GBR bearer를 할당 받는다. Dedicated bearer의 경우에는 GBR또는 Non-GBR의 QoS특성을 가지는 bearer를 할당 받을 수 있다.
네트워크에서 단말에게 할당한 bearer를 EPS(evolved packet service) bearer라고 부르며, EPS bearer를 할당 할 때 네트워크는 하나의 ID를 할당하게 된다. 이를 EPS Bearer ID라고 부른다. 하나의 EPS bearer는 MBR(maximum bit rate) 와 GBR(guaranteed bit rate) 또는 AMBR (Aggregated maximum bit rate) 의 QoS 특성을 가진다.
도 5는 3GPP LTE에서 랜덤 액세스 과정을 나타낸 흐름도이다.
랜덤 액세스 과정은 UE(10)가 기지국, 즉 eNodeB(20)과 UL 동기를 얻거나 UL 무선자원을 할당받기 위해 사용된다.
UE(10)는 루트 인덱스(root index)와 PRACH(physical random access channel) 설정 인덱스(configuration index)를 eNodeB(20)로부터 수신한다. 각 셀마다 ZC(Zadoff-Chu) 시퀀스에 의해 정의되는 64개의 후보(candidate) 랜덤 액세스 프리앰블이 있으며, 루트 인덱스는 단말이 64개의 후보 랜덤 액세스 프리앰블을 생성하기 위한 논리적 인덱스이다.
랜덤 액세스 프리앰블의 전송은 각 셀마다 특정 시간 및 주파수 자원에 한정된다. PRACH 설정 인덱스는 랜덤 액세스 프리앰블의 전송이 가능한 특정 서브프레임과 프리앰블 포맷을 지시한다.
UE(10)은 임의로 선택된 랜덤 액세스 프리앰블을 eNodeB(20)로 전송한다. UE(10)은 64개의 후보 랜덤 액세스 프리앰블 중 하나를 선택한다. 그리고, PRACH 설정 인덱스에 의해 해당되는 서브프레임을 선택한다. UE(10)은 은 선택된 랜덤 액세스 프리앰블을 선택된 서브프레임에서 전송한다.
상기 랜덤 액세스 프리앰블을 수신한 eNodeB(20)은 랜덤 액세스 응답(random access response, RAR)을 UE(10)로 보낸다. 랜덤 액세스 응답은 2단계로 검출된다. 먼저 UE(10)은 RA-RNTI(random access-RNTI)로 마스킹된 PDCCH를 검출한다. UE(10)은 검출된 PDCCH에 의해 지시되는 PDSCH 상으로 MAC(Medium Access Control) PDU(Protocol Data Unit) 내의 랜덤 액세스 응답을 수신한다.
도 6a는 통상적인 통신을 나타낸 예시도이다.
도 6a을 참조하면, UE#1(10-1)는 eNodeB#1(20-1)의 커버리지 내에 존재하고, UE#2(10-2)는 eNodeB#2(20-2)의 커버리지 내에 존재한다. UE#1(10-1)와 UE#2(10-2) 간의 통신은 코어 네트워크, 예컨대 S-GW(52)/P-GW(53)을 경유하여 수행될 수 있다. 이와 같이 코어 네트워크를 경유하는 통신 경로를 인프라스트럭처 데이터 경로(infrastructure data path)라고 부를 수 있다. 또한, 이러한 인프라스트럭처 데이터 경로를 통한 통신을 인프라스트럭처 통신(infrastructure communication)이라고 부르기로 한다.
도 6b는 차세대 통신 시스템에서 도입될 것으로 기대되는 근접 통신의 개념을 나타낸다.
SNS(Social Network Service)에 대한 사용자 요구사항의 증가로 인해 물리적으로 가까운 거리의 UE들 사이의 탐지(discovery)에 대한 요구 및 특별한 애플리케이션/서비스, 즉 근접-기반 애플리케이션/서비스에 대한 요구가 등장하면서, UE간의 근접 통신에 대한 요구는 더욱더 증대되고 있다.
전술한 요구 사항을 반영하기 위해서 도 16b에 도시된 바와 같이, UE#1(10-1), UE#2(10-2), UE#3(10-3) 간에 또는 UE#4(10-4), UE#5(10-5), UE#6(10-6) 간에 기지국(eNodeB)(20)의 개입없이 직접적으로 통신을 할 수 있도록 하는 방안이 논의 되고 있다. 물론, 기지국(eNodeB)(20)의 도움 하에 UE#1(10)와 UE#4(10-4) 간에 직접적으로 통신을 할 수 있다. 한편, UE#1(10-1)는 셀 중심에서 멀리떨어져 있는 UE#2(10-2), UE#3(10-3)를 위해 중계기로서의 역활을 수행할 수도 있다. 마찬가지로, UE#4(10-4)는 셀 중심에서 멀리떨어져 있는 UE#5(10-5), UE#6(10-6)를 위해 중계기로서의 역활을 수행할 수도 있다.
이상과 같이 차기 시스템에서는 UE간의 근접 통신이 도입될 것으로 논의되고 있다.
그런데, 중계기로서의 역할을 수행하는 UE#1(10-1) 또는 UE#4(10-4)는 전력 소모가 급격히 증가하는 문제점이 있다.
전력 소모의 급격한 증가를 방지하기 위해서는, 중계 커버리지를 적절하게 조절하는 것이 중요하다. 그러나, 현재까지는 근접 통신에 대한 개념적인 논의만 있었고, 그 구현을 위한 구체적인 기술이 제시된 바 없어, 전력 소모 방지책도 제시되지 않은 문제점이 있다.
본 발명은 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System) 및 EPC(Evolved Packet Core)를 기준으로 설명되나, 본 발명은 이러한 통신 시스템에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 통신 시스템 및 방법에도 적용될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다. 본 발명의 사상은 첨부된 도면외에 모든 변경, 균등물 내지 대체물에 까지도 확장되는 것으로 해석되어야 한다.
첨부된 도면에서는 예시적으로 UE(User Equipment)가 도시되어 있으나, 도시된 상기 UE는 단말(Terminal), ME(Mobile Equipment), 등의 용어로 언급될 수 도 있다. 또한, 상기 UE는 노트북, 휴대폰, PDA, 스마트 폰(Smart Phone), 멀티미디어 기기등과 같이 휴대 가능한 기기일 수 있거나, PC, 차량 탑재 장치와 같이 휴대 불가능한 기기일 수 있다.
용어의 정의
이하 도면을 참조하여 설명하기 앞서, 본 발명의 이해를 돕고자, 본 명세서에서 사용되는 용어를 간략하게 정의하기로 한다.
GERAN: GSM EDGE Radio Access Network의 약자로서, GSM/EDGE에 의한 코어 네트워크와 단말을 연결하는 무선 접속 구간을 말한다.
UTRAN: Universal Terrestrial Radio Access Network의 약자로서, 3세대 이동통신의 코어 네트워크와 단말을 연결하는 무선 접속 구간을 말한다.
E-UTRAN: Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network의 약자로서, 4세대 이동통신, 즉 LTE의 코어 네트워크와 단말을 연결하는 무선 접속 구간을 말한다.
UMTS: Universal Mobile Telecommunication System의 약자로서 3세대 이동통신의 코어 네트워크를 의미한다.
UE/MS : User Equipment/Mobile Station, 단말 장치를 의미 함.
EPS: Evolved Packet System의 약자로서, LTE(Long Term Evolution) 네트워크를 지원하는 코어 네트워크를 의미한다. UMTS가 진화된 형태의 네트워크
PDN (Public Data Network): 서비스를 제공하는 서버가 위치한 독립적인망
PDN connection: 단말에서 PDN으로의 연결, 즉, ip 주소로 표현되는 단말과 APN으로 표현되는 PDN과의 연관(연결)
PDN-GW (Packet Data Network Gateway) : UE IP address allocation, Packet screening & filtering, Charging data collection 기능을 수행하는 EPS망의 네트워크 노드
Serving GW(Serving Gateway) : 이동성 담당(Mobility anchor), 패킷 라우팅(Packet routing), 유휴 모드 패킷 버퍼링(Idle mode packet buffering), Triggering MME to page UE 기능을 수행하는 EPS망의 네트워크 노드
APN (Access Point Name): 네트워크에서 관리하는 접속 포인트의 이름으로서 UE에게 제공된다. 즉, PDN을 지칭하거나 구분하는 문자열. 요청한 서비스나 망(PDN)에 접속하기 위해서는 해당 P-GW를 거치게 되는데, 이 P-GW를 찾을 수 있도록 망 내에서 미리 정의한 이름(문자열) (예) internet.mnc012.mcc345.gprs
NodeB: UMTS 네트워크의 기지국으로 옥외에 설치되며, 셀 커버리지 규모는 매크로 셀에 해당한다.
eNodeB: EPS(Evolved Packet System) 의 기지국으로 옥외에 설치되며, 셀 커버리지 규모는 매크로 셀에 해당한다.
(e)NodeB: NodeB와 eNodeB를 지칭하는 용어이다.
MME: Mobility Management Entity의 약자로서, UE에 대한 세션과 이동성을 제공하기 위해 EPS 내에서 각 엔티티를 제어하는 역할을 한다.
세션(Session): 세션은 데이터 전송을 위한 통로로써 그 단위는 PDN, Bearer, IP flow 단위 등이 될 수 있다. 각 단위의 차이는 3GPP에서 정의한 것처럼 대상 네트워크 전체 단위(APN 또는 PDN 단위), 그 내에서 QoS로 구분하는 단위(Bearer 단위), 목적지 IP 주소 단위로 구분할 수 있다.
PDN 연결(connection) : 단말에서 PDN으로의 연결, 즉, ip 주소로 표현되는 단말과 APN으로 표현되는 PDN과의 연관(연결)을 나타낸다. 이는 세션이 형성될 수 있도록 코어 네트워크 내의 엔티티간 연결(단말-PDN GW)을 의미한다.
UE Context : 네크워크에서 UE를 관리하기 위해 사용되는 UE의 상황 정보, 즉, UE id, 이동성(현재 위치 등), 세션의 속성(QoS, 우선순위 등)으로 구성된 상황 정보
NAS(Non-Access-Stratum) : UE와 MME간의 제어 플레인(control plane)의 상위 stratum. UE와 네트워크간의 이동성 관리(Mobility management)와 세션 관리 (Session management), IP 주소 관리 (IP address maintenance) 등을 지원
RAT: Radio Access Technology의 약자로서, GERAN, UTRAN, E-UTRAN 등을 의미한다.
근접 서비스(Proximity Service, ProSe Service 또는 Proximity based Service): 물리적으로 근접한 UE들 사이의 탐지(Discovery) 및 상호 직접적인 통신을 일컫는다. 그러나, 근접 서비스는 기지국을 통한 UE들간의 통신도 포함하는 개념이며, 나아가 제3의 UE를 통한 UE들 간의 통신도 포함하는 개념이다. 이때 사용자 평면의 데이터는 3GPP 핵심 네트워크(예, EPC)를 거치지 않고 직접적인 데이터 경로(direct data path)를 통해 교환된다.
근접(Proximity): UE가 다른 UE와 근접하게 위치한다라는 것은 미리 정해진 근접 조건이 충족할 때를 의미한다. 탐지를 위한 근접 조건과 통신을 위한 근접 조건은 다를 수 있다.
레인지 클래스(Range Class): ProSe 탐지를 위한 용도로서의 개략적인 거리 범위, 예를 들어, 지리적인 거리 범위, 통신 조건으로서의 거리 범위를 의미함.
ProSe-가능한 UE(ProSe-enabled UE): ProSe 탐지, ProSe 통신 및/또는 ProSe-지원 WLAN 직접 통신을 지원하는 UE를 의미한다. 본 명세서에서는 ProSe-가능한 UE를 간단히 UE라고 지칭하기도 한다.
선언자 UE(Announcing UE): 탐지를 할 권한을 가진 근접한 UE들에 의해 사용될 수 있는 정보를 알리는 UE이다.
관찰자 UE(Monitoring UE): 관심 가질만한 정보를 근접한 다른 UE들로부터 수신하는 UE이다.
ProSe-가능한 네트워크(ProSe-enabled Network): ProSe 탐지, ProSe 통신 및/또는 ProSe-지원 WLAN 직접 통신을 지원하는 네트워크를 의미한다. 본 명세서에서는 ProSe-가능한 네트워크를 간단히 네트워크라고 지칭하기도 한다.
ProSe 탐지(Discovery): ProSe-가능한 UE가 근접하게 위치한 경우, 탐지하는 과정을 말한다.
개방형 ProSe 탐지(Open ProSe Discovery): ProSe-가능한 UE를 탐지할 때, 직접적인 권한(permission)이 없더라도 가능한 것을 의미한다.
제한된 ProSe 탐지(Restricted ProSe Discovery): ProSe-가능한 UE를 탐지할 때, 직접적인 권한(permission)이 있어야만 가능한 것을 의미한다.
ProSe 통신(Communication): ProSe-가능한 UE가 근접하게 위치한 경우, E-UTRAN 통신 경로를 이용하여 UE들 간의 통신을 수행하는 것을 의미한다. 통신 경로는 예를 들어 UE들 간에 직접적으로 수립될 수도 있고 혹은 로컬(또는 인근) eNodeB를 경유하여 수립될 수도 있다.
ProSe 방송 통신(Broadcast Communication): ProSe-가능한 UE들이 근접하게 위치할 때, ProSe-가능한 UE들 간에 수립된 공통 통신 경로를 이용하여 일대다(one-to-all) 방송 통신을 수행하는 것을 의미한다.
ProSe 그룹 통신(Group Communication): 2개 이상의 ProSe-가능한 UE들이 근접하게 위치할 때, ProSe-가능한 UE들 간에 수립된 공통 통신 경로를 이용하여 일대다 그룹 통신을 수행하는 것을 의미한다.
ProSe UE와 네트워크 간의 중계기(ProSe UE-to-Network Relay): ProSe-가능한 네트워크와 ProSe-가능한 UE 간에 통신 중계기로 역할 하는 것을 의미한다.
ProSe UE와 UE간의 중계기(ProSe UE-to-UE Relay): ProSe-가능한 UE들 간에 통신 중계기로 역할 하는 것을 의미한다.
한편, 이하에서는 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 7a는 근접 통신의 일 예를 나타낸 예시도이고, 도 7b는 근접 통신의 다른 예를 나타낸 예시도이다.
도 7a를 참조하면, UE#1(100-1)과 UE#2(100-2)가 각각 다른 eNodeB에 캠프 온(camp-on) 하고 있으면서, 직접 통신 경로를 통해 근접 통신을 수행하는 상황이 나타나 있다. 그리고, 도 7b를 참조하면, UE#1(100-1)과 UE#2(100-2)가 하나의 eNodeB(200)에 캠프 온(camp-on) 하고 있으면서, 직접 통신 경로를 통해 근접 통신을 수행하는 상황이 나타나 있다.
이와 같이, UE#1(100-1)과 UE#2(100-2)는 사업자가 운영하는 eNodeB 및 코어 네트워크를 통한 경로를 거치지 않는 직접 통신 경로를 통해, 근접 통신을 수행할 수 있다.
상기 직접 통신 경로라는 용어는 근접 서비스를 위한 데이터 경로 또는 근접 서비스 기반의 데이터 경로 또는 근섭 서비스 통신 경로와 같이 다양하게 불릴 수 있다. 또한, 상기 직접 통신 경로를 통한 통신은 직접 통신 또는 근접 서비스 통신 또는 근접 서비스 기반 통신과 같이 다양하게 불릴 수 있다.
도 8은 근접 서비스의 일 예로서 그룹 통신 서비스를 위한 아키텍처를 나타낸다.
도 8에 도시된 UE#1(100-1), UE#2(100-2), UE#3(100-3), UE#4(100-3), UE#5(100-5)는 애플리케이션 서버에 의해서 제공되는 그룹 통신 서비스에 가입되어 있고, 모두 동일한 그룹에 속해 있다. 상기 그룹은 도시된 관제기(dispatcher)에 의해 관리될 수 있다.
상기 그룹 통신 서비스의 일 예로는 PTT(Push-To-Talk)와 같은 서비스를 들 수 있다. 상기 PTT 서비스를 일 예로 들어 설명하면, 그룹 통신에서 하나의 UE가 발언자(talking party)가 되어 미디어(예컨대, 음성 등)를 전송할 수 있고, 다른 다수의 UE는 상기 발언자 UE의 미디어를 수신할 수 있다. 이때, 여러 UE들이 동시에 발언자가 되어 미디어를 송신할 수는 없다.
상기 그룹 내에서 UE#1(100-1)가 탐지를 수행한다고 가정할 때, UE#1(100-1)의 탐지 범위 내에는 UE#2(100-2), UE#3(100-3), UE#4(100-3)가 속해 있으나, UE#5(100-5)는 탐지 범위 밖에 있다. 이러한 UE#5(100-5)를 위해 UE#4(100-4)는 중계기로서 동작할 수 있다.
상기 탐지 범위(range)는 3가지의 클래스, 예컨대, short, medium, maximum 레인지로 구분될 수 있다. 사업자는 어느 레인지 클래스의 탐지가 가능한지를 가입자 마다 설정할 수 있도록 할 수 있다. 이때, 애플리케이션은 특정 레인지 클래스로 다른 UE를 탐지할 수 있다. 마찬가지로, 애플리케이션은 특정 레인지 클래스 하에서만 다른 UE에서 탐지되도록 할 수 있다.
도 9a, 도 9b 도 9c는 탐지 범위(range)의 클래스의 조정 불가에 따른 문제점을 나타낸 예시도이다.
도 9a의 상부에 도시된 바와 같이, UE#1(100-1), UE#2(100-2), UE#3(100-3), UE#4(100-3), UE#5(100-5)는 그룹 통신 서비스에 가입되어 있고, 모두 동일한 그룹에 속해 있다.
상기 그룹 내에서 UE#1(100-1)가 탐지를 수행한다고 가정할 때, UE#1(100-1)의 탐지의 범위 내에는 UE#2(100-2), UE#3(100-3), UE#4(100-3)가 속해 있으나, UE#5(100-5)는 탐지의 범위 밖에 있다. 이러한 UE#5(100-5)를 위해 UE#4(100-4)는 중계기로서 동작할 수 있다.
그런데, 도 9a의 하단에 도시된 바와 같이, 상기 그룹에 속한 UE#3(100-3), UE#4(100-3)가 탐지의 범위 밖으로 점차 벗어나게 되고, 이들은 UE#4(100-4)에 의해 중계되게 된다.
마찬가지로, 도 9b의 하부에 도시된 바와 같이, 상기 그룹에 UE#6(100-6) 및 UE#7(100-7)에 새로이 가입하였으나, 이들이 UE#1(100-1)의 탐지의 범위 밖에 존재할 경우, 이들은 UE#4(100-4)에 의해 중계되게 된다
이와 같이, UE#4(100-4)에 의해 중계되는 UE의 개수가 증가하게 되면, 상기 UE#4(100-4)의 부담은 가중되게 된다. 즉, UE#4(100-4)의 시그널링이 증가하게 되고, 그로 인해 전력 소모는 매우 크게 증가하게 된다.
한편, 도 9c에 도시된 바와 같이, UE#1(100-1)의 탐지의 범위가 그룹 멤버의 분포 보다 작은 경우, UE#4(100-4)를 발견할 수 없다. 만약 직접 발견하지 못하였다 하더라도 중계기 역할을 수행할 수 있는 UE#3(100-3)을 경유하여 UE#4(100-4)를 탐지할 수 있을 수도 있다. 그러나, 이와 같이 UE#3(100-3)을 경유하여 UE#4(100-4)를 탐지할 수 있더라도, UE#4(100-4)과의 통신이 항상 가능한 것은 아닐 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예는 도 9a 내지 도 9c에 도시된 상황에서는 탐지(및/또는 통신)의 범위에 대한 조정(즉 레인지 클래스의 조정)을 통하여, 중계없이 통신이 가능하도록 하는 방안을 제시하는 것을 목적으로 한다. 이와 같이, 탐지(및/또는 통신)의 범위를 융통성있게 갱신/관리한다면, 효율적인 서비스를 제공할 수 있다. 이때, 상기 레인지 클래스는 증가하도록 조정될 수도 있지만, 반대로 감소하도록 조정되어, 데이터 전송율과 성공률을 높일 수도 있다.
도 10은 탐지 범위(range)의 클래스의 조정 불가에 따른 또 다른 문제점을 나타낸 예시도이다.
도시된 UE#1(100-1), UE#2(100-2), UE#3(100-3), UE#4(100-3)는 특정 서비스의 그룹 내에 속해 있고, 상기 특정 그룹 내에서는 UE#1(100-1)가 그룹 내의 멤버들을 탐지할 수 있다. 그런데, UE#2(100-2)는 가입하지 않은 다른 그룹의 UE#5(100-5), 또는 UE#6(100-6), UE#7(100-7)에 의해서도 탐지가 될 수 있는 문제점이 있다.
이러한 문제는, UE#2(100-2)의 사용자가 과도한 광고 혹은 스팸 메시지를 수신하기를 꺼려함에도 불구하고, 원거리의 UE#5(100-5) 또는 UE#7(100-7)에 의해 탐지되어, 불필요하게 노출되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예는 애플리케이션 별로 혹은 그룹 별로 탐지의 레인지 클래스를 설정할 수 있도록 하는 방안을 제시하는 것을 목적으로 한다. 이러한 제2 실시예에 따르면, 희망하는 서비스의 애플리케이션 혹은 가입된 그룹별로 레인지 클래스를 설정함으로써, 불필요하게 탐지에 노출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이와 같이 희망하는 서비스의 애플리케이션 혹은 가입된 그룹별로 레인지 클래스를 설정할 수 있게 하면, 탐지를 수행하는 UE도 보다 효율적으로 탐지를 수행할 수 있게 된다.
<본 명세서의 제1 실시예에서 제시되는 해결책에 대한 간략한 설명>
본 명세서의 제 1실시예는, 3GPP EPS(Evolved Packet System)와 같은 이동통신 시스템에서 근접(Proximity) 서비스를 위한 레인지 클래스(range class)의 제공 및 갱신 제어 메커니즘을 제안한다. 이하에서는, 레인지 클래스를 다른 UE를 탐지하기 위한 범위로서 설명하나, 다른 UE로부터 탐지되기 위한 범위일 수도 있다.
레인지 클래스(range class)의 제공 및 갱신은 다음과 같은 여러 수단 중 하나 혹은 조합으로 가능할 수 있다.
1) 네트워크에서 UE로 레인지 클래스의 제공 및 갱신
- 네트워크는 최초 UE에게 레인지 클래스를 제공한다.
- 이후 갱신이 필요한 경우, 네트워크는 갱신된 항목만 UE에게 전달한다.
- UE의 요청이 있거나, UE의 요청이 없더라도 네트워크는 레인지 클래스를 제공할 수 있다
2) 특정 UE 또는 특정 UE의 특정 애플리케이션에 대한 레인지 클래스의 제공/갱신이 필요함을, 네트워크 혹은 UE에서 아래 여러 요소 중 하나 이상을 기준으로 인지한다.
- 도 9a 내지 도 9c에 도시된 상황을 인지
- UE는 다른 UE로부터 받은 정보를 기반으로 그룹 멤버의 수 혹은 중계기에 속한 UE의 개수 등을 기초로 인지.
3) UE에 의한 레인지 클래스의 제공/갱신 요청.
- UE가 단순히 갱신 요청을 하면, 네트워크가 판단하여, 레인지 클래스의 증감을 결정한다.
- UE는 레인지 클래스의 증감을 직접적으로 요청할 수 있다. 이때, UE는 특정 레인지 클래스로의 갱신을 직접적으로 네트워크에 요청할 수 있다. 이때, UE는 다른 UE를 탐지하기 위한 레인지 클래스와, 다른 UE로부터 탐지되기 위한 레인지 클래스를 구분하여, 요청할 수 있다.
4) 네트워크 노드는 RAN(예컨대, eNB)에서 수집된 ProSe 관련 정보 요청
- eNB가 ProSe 서비스에 관여하는 경우, 두 UE 사이의 탐지 관계 및 ACK/NACK등의 전달 여부 등.
5) 네트워크 노드는 레인지 클래스를 갱신한 후, UE에게 통지
이러한, 제1 실시예는 LTE/EPC망에 국한되지 않고 3GPP 접속망(예, UTRAN/GERAN/E-UTRAN) 및 비-3GPP 접속망(예, WLAN 등)을 모두 포함하는 UMTS/EPS 이동통신 시스템 전반에 적용 될 수 있다. 또한 그 외 네트워크의 제어가 적용되는 환경에서 기타 모든 무선 이동통신 시스템 환경에서 적용 될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 제1 실시예에 따른 동작에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.
도 11은 제1 실시예에 따라 UE가 ProSe 서비스 관리 서버에 레인지 클래스를 요청하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 11을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, UE(100)는 ProSe 서비스 관리 서버(700)에 레인지 클래스 정보 요청 메시지를 전송할 수 있다. 그러면, 상기 ProSe 서비스 관리 서버(700)는 상기 요청에 따라 상기 UE(100)의 레인지 클래스를 결정한 후, 상기 결정된 레인지 클래스에 대한 정보를 상기 UE(100)로 전달할 수 있다.
그러면, 상기 UE(100)는 상기 수신한 정보에 따른 레인지 클래스로 탐색/통신을 수행할 수 있다.
그런데, 만약 도 9a 내지 도 9c에 도시된 바와 같은 상황이 발생할 경우, 상기 UE(100)는 레인지 클래스 갱신이 필요한 것으로 인지한다. 예를 들어, 상기 UE(100)은 중계가 필요한 UE의 개수가 임계값을 넘어서는 상황으로 인해, 레인지 클래스 갱신이 필요한 것을 인지할 수 있다.
따라서, 상기 UE(100)는 레인지 클래스 갱신 요청 메시지를 상기 ProSe 서비스 관리 서버(700)로 전송한다. 그러면, 상기 ProSe 서비스 관리 서버(700)는 상기 갱신 요청에 따라 상기 UE(100)의 레인지 클래스를 갱신한 후, 상기 갱신된 레인지 클래스에 대한 정보를 상기 UE(100)로 전달할 수 있다.
그러면, 상기 UE(100)는 상기 갱신된 레인지 클래스에 따라 탐지 범위를 확장하거나 축소할 수 있다.
대안적으로, 상기 UE(100)는 상기 갱신 요청 메시지의 전송 없이, 직접 레인지 클래스를 갱신하고, 상기 레인지 클래스의 갱신을 상기 ProSe 서비스 관리 서버(700)로 통지할 수도 있다.
도 12는 제1 실시예에 따라 UE가 MME를 통해 ProSe 서비스 관리 서버에 레인지 클래스를 요청하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 12를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, UE(100)는 MME(510)로 레인지 클래스 정보 요청 메시지를 전송할 수 있다. 상기 MME(510)로 전송되는 레인지 클래스 정보 요청 메시지는 기존의 NAS 메시지, 예컨대 어태치 요청(Attach Request) 메시지에 포함될 수 있다. 상기 기존의 NAS 메시지에 포함되는 경우, 상기 레인지 클래스 정보 요청 메시지는 상기 기존의 NAS 메시지 내의 인디케이터 혹은 파라미터로 표현될 수 있다. 혹은 상기 MME(510)로 전송되는 레인지 클래스 정보 요청 메시지는 새로운 NAS 메시지에 포함될 수 있다.
그러면, 상기 MME(510)는 HSS(540)을 경유하여 혹은 직접 상기 ProSe 서비스 관리 서버(700)로 상기 레인지 클래스 정보 요청 메시지를 전달할 수 있다. 상기 MME(510)가 상기 HSS(540)을 경유하여 상기 ProSe 서비스 관리 서버(700)로 상기 레인지 클래스 정보 요청 메시지를 전달하는 경우, 상기 MME(510)와 상기 HSS(540) 간에는 기존 메시지, 예컨대 갱신 위치(Update Location) 메시지가 이용될 수 있다. 또한 이 경우, 상기 HSS(540)와 상기 ProSe 서비스 관리 서버(700) 간에는 기존 메시지, 예컨대 첨가 가입자 데이터(Insert Subscriber Data) 메시지가 활용될 수 있다.
그러면, 상기 ProSe 서비스 관리 서버(700)는 상기 요청에 따라 상기 UE(100)의 레인지 클래스를 결정한 후, 상기 결정된 레인지 클래스에 대한 정보를 상기 HSS(540)을 경유하여 혹은 직접 상기 MME(510)으로 전달할 수 있다. 상기 레인지 클래스는 상기 ProSe 서비스 관리 서버(700)에 의해서 단독으로 결정될 수도 있지만, 상기 MME(510), 상기 HSS(540) 간의 협력에 의해서 결정될 수도 있다.
상기 ProSe 서비스 관리 서버(700)가 상기 HSS(540)을 경유하여 상기 MME(510)로 상기 결정된 레인지 클래스에 대한 정보를 전달하는 경우, 상기 HSS(540)와 상기 ProSe 서비스 관리 서버(700) 간에는 기존 메시지, 예컨대 첨가 가입자 데이터 응답(Insert Subscriber Data ACK) 메시지가 활용될 수 있다. 또한 이 경우, 상기 MME(510)와 상기 HSS(540) 간에는 기존 메시지, 예컨대 갱신 위치 응답(Update Location Answer) 메시지가 이용될 수 있다.
이어서, 상기 MME(510)은 상기 레인지 클래스에 대한 정보를 상기 UE(100)로 전달한다. 상기 UE(100)로 전달되는 상기 레인지 클래스에 대한 정보는 NAS 메시지, 예컨대 어태치 수락(Attach Accept) 메시지에 포함될 수 있다. 혹은 상기 MME(510)로 전송되는 상기 레인지 클래스에 대한 정보는 새로운 NAS 메시지에 포함될 수 있다.
그런데, 만약 도 9a 내지 도 9c에 도시된 바와 같은 상황이 발생할 경우, 상기 UE(100)는 레인지 클래스 갱신이 필요한 것으로 인지한다. 예를 들어, UE(100)는 주변의 다른 UE로부터 수신한 정보로부터 그룹에 관련된 정보(예컨대, 그룹의 사이즈, 그룹에 속한 탐지 가능한 UE의 개수, 중계가 필요한 UE의 개수 등)를 평가(evaluation)함으로써, 레인지 클래스 갱신이 필요한 것인지를 인지할 수 있다. 보다 구체적인 예를 들어, 상기 UE(100)은 중계가 필요한 UE의 개수가 임계값을 넘어서는 상황으로 인해, 레인지 클래스 갱신이 필요한 것을 인지할 수 있다.
따라서, 상기 UE(100)는 레인지 클래스 갱신 요청 메시지를 상기 MME(510)으로 전송한다. 상기 레인지 클래스 갱신 요청 메시지는 기존의 NAS 메시지, 예컨대 TAU 요청(Tracking Area Update Request) 메시지에 포함될 수 있다. 상기 기존의 NAS 메시지에 포함되는 경우, 상기 레인지 클래스 갱신 요청 메시지는 상기 기존의 NAS 메시지 내의 인디케이터 혹은 파라미터로 표현될 수 있다. 혹은 상기 MME(510)로 전송되는 상기 레인지 클래스 갱신 요청 메시지는 새로운 NAS 메시지에 포함될 수 있다. 대안적으로, 상기 UE(100)는 상기 갱신 요청 메시지의 전송 없이, 직접 레인지 클래스를 갱신하고, 상기 레인지 클래스의 갱신을 상기 MME(510)으로 통지할 수도 있다.
그러면, 상기 MME(510)는 상기 ProSe 서비스 관리 서버(700)로 갱신 요청을 하기 앞서, eNodeB(200)는 수집된 ProSe 관련 정보를 요청하고 획득할 수 있다.
이어서, 상기 MME(510)는 HSS(540)을 경유하여 혹은 직접 상기 ProSe 서비스 관리 서버(700)로 상기 레인지 클래스 갱신 요청 메시지를 전달할 수 있다. 이때, 상기 레인지 클래스 갱신 요청 메시지와 함께 상기 수집된 ProSe 관련 정보가 상기 ProSe 서비스 관리 서버(700)로 전달될 수도 있다.
상기 MME(510)가 상기 HSS(540)을 경유하여 상기 ProSe 서비스 관리 서버(700)로 상기 레인지 클래스 갱신 요청 메시지를 전달하는 경우, 상기 MME(510)와 상기 HSS(540) 간에는 기존 메시지, 예컨대 갱신 위치(Update Location) 메시지가 이용될 수 있다. 또한 이 경우, 상기 HSS(540)와 상기 ProSe 서비스 관리 서버(700) 간에는 기존 메시지, 예컨대 첨가 가입자 데이터(Insert Subscriber Data) 메시지가 활용될 수 있다.
그러면, 상기 ProSe 서비스 관리 서버(700)는 상기 요청에 따라 상기 UE(100)의 레인지 클래스를 갱신한 후, 상기 갱신된 레인지 클래스에 대한 정보를 상기 HSS(540)을 경유하여 혹은 직접 상기 MME(510)으로 전달할 수 있다. 상기 레인지 클래스는 상기 ProSe 서비스 관리 서버(700)에 의해서 단독으로 갱신될 수도 있지만, 상기 MME(510), 상기 HSS(540) 간의 협력에 의해서 갱신될 수도 있다.
이어서, 상기 MME(510)은 상기 갱신된 레인지 클래스에 대한 정보를 상기 UE(100)로 전달한다. 상기 UE(100)로 전달되는 상기 갱신된 레인지 클래스에 대한 정보는 NAS 메시지, 예컨대 TAU 수락(TAU Accept) 메시지에 포함될 수 있다. 혹은 상기 MME(510)로 전송되는 상기 갱신된 레인지 클래스에 대한 정보는 새로운 NAS 메시지에 포함될 수 있다.
그러면, 상기 UE(100)는 상기 갱신된 레인지 클래스에 따라 탐지 범위를 확장하거나 축소할 수 있다.
전술한 단계들은 반드시 모두 수행 되야 함을 의미하는 것이 아니라 일부 조합으로 여러 가지 실시예로 확장 적용될 수 있다.
이상에서 설명한 제1 실시예에 따르면 탐지의 레인지 클래스를 융통성있게 갱신/관리할 수 있게 되고, 그로 인해 중계 역할을 하는 UE의 네트워크 시그널이 감소될 수 있고 아울러 배터리 소모가 절약될 수 있게 된다.
<본 명세서의 제2 실시예에서 제시되는 해결책에 대한 간략한 설명>
본 명세서의 제 2실시예는, 애플리케이션 별로 혹은 그룹 별로 탐지의 레인지 클래스를 설정할 수 있도록 하는 방안을 제시한다. 그런데, 애플리케이션 별로 혹은 그룹 별로 탐지의 레인지 클래스를 설정하더라도, 물리 계층은 이를 구분할 수 없을 수도 있다. 따라서, 이를 위해서는 송신 UE를 위한 내부 처리 절차와 수신 UE를 위한 내부 처리 절차가 필요하다. 이하, 도 13을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 13은 애플리케이션 별로 혹은 그룹 별로 탐지의 레인지 클래스를 설정할 수 있게 하기 위한 내부 처리 절차를 설명하기 위한 UE의 구조를 나타낸 예시도이다.
1. 송신 UE를 위한 내부 처리 절차
도 13에 도시된 애플리케이션은 사용자로부터 탐지 요청을 수신하면, 2 계층을 통해 물리 계층으로 탐색 요청과 함께 레인지 클래스 설정 정보를 함께 전달한다.
상기 레인지 클래스 설정 정보는 파라미터 형태로 전달될 수 있다. 또는, 상기 레인지 클래스 설정 정보는 ProSe ID의 특정 부분으로 표현될 수 있다. 예컨대, 어느 ID를 받으면 어떤 레인지 클래스로 탐색을 해야 할지 미리 설정되어 있을 수 있다. 상기 설정은 유동적으로 변경될 수 도 있다. 또는, 네트워크 노드(예컨대, MME, ProSe 서버 등)가 특정 레인지 클래스를 지시하도록 상기 ProSe ID를 설정할 수도 있다.
그러면, 상기 물리 계층은 상기 설정에 따라 탐지 메시지 내에 레인지 클래스의 필드 값을 설정한다. 그리고 상기 필드 값이 설정된 탐지 메시지를 상기 레인지 클래스에 따라 브로드캐스팅한다. 상기 탐지 메시지를 브로드캐스팅할 때, 여러 탐지 메시지를 레인지 클래스 별로 그룹화하여 브로드캐스팅할 수 있다. 혹은 물리 계층은 애플리케이션 혹은 서비스와 관계없이 UE에게 허가된 레인지 클래스로 탐지 메시지를 브로드캐스트할 수도 있다. 물리 계층은 애플리케이션 혹은 서비스에 허가된 레인지 클래스들 중 가장 큰 레인지 클래스로 탐지 메시지를 브로드캐스트 할 수 있다.
2. 수신 UE를 위한 내부 처리 절차
물리 계층에서 여러 탐지 메시지를 수신한다. 또한, 상기 물리 계층은 각 탐지 메시지의 수신 세기를 측정한다. 상기 물리 계층은 상기 측정된 수신 세기와 상기 탐지 메시지를 2 계층으로 전달한다.
상기 2계층 또는 애플리케이션은 상기 탐지 메시지 내에 포함된 레인지 클래스의 필드 값과 상기 수신 세기를 비교하여, 거리를 계산한다. 상기 거리를 계산할 수 있는 원리는 다음과 같다. 일반적으로 신호강도는 거리의 n (3 ~ 4) 제곱에 반비례한다. 따라서, 송신 UE가 알파의 세기로 메시지를 송신하면서 그 알파에 대한 정보를 메시지에 넣어서 전송하였고, 수신 UE는 그 메시지를 베타의 크기로 수신하였다면, 수신 UE는 알파와 베타 간의 세기 차이를 통해 거리를 유추해낼 수 있다.
상기 거리 계산이 완료되면, 수신 UE는 상기 탐지 메시지가 자신이 설정한 레인지 클래스 내에서 수신된 것인지 혹은 벗어나서 수신되는 것인지를 판단하고, 그에 따라 상기 탐지 메시지를 필터링할 수 있다. 예를 들어, 상기 탐지 메시지의 레인지 클래스가 상기 설정된 레인지 클래스를 벗어나고, 상기 계산된 거리가 미리 설정된 임계 거리 보다 큰 경우, 상기 수신 UE는 상기 탐지 메시지를 애플리케이션으로 전달하지 않고 필터링할 수 있다.
이와 같이, 수신 UE가 탐지 메시지를 필터링함으로써, 불필요하게 탐지에 노출되는 것을 방지할 수 있다.
지금까지 설명한 내용들은 하드웨어로 구현될 수 있다. 이에 대해서 도 12를 참조하여 설명하기로 한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 UE(100)의 구성 블록도이다.
도 14에 도시된 바와 같이 상기 UE(100)은 저장 수단(101)와 컨트롤러(102)와 송수신부(103)를 포함한다.
상기 저장 수단(101)은 전술한 방법을 저장한다.
상기 컨트롤러(102)는 상기 저장 수단(101) 및 상기 송수신부 (103)을 제어한다. 구체적으로 상기 컨트롤러(102)는 상기 저장 수단(101)에 저장된 상기 방법들을 각기 실행한다. 그리고 상기 컨트롤러(102)은 상기 송수신부(103)을 통해 상기 전술한 신호들을 전송한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니므로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다.