KR101763976B1 - 단일 블록 패킷 액세스 절차에서의 프로토콜 오버헤드의 감소 - Google Patents

단일 블록 패킷 액세스 절차에서의 프로토콜 오버헤드의 감소 Download PDF

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Abstract

GPRS 통신 네트워크에서 머신 유형 통신 장치(MTC)에 관련되어 있는 시그널링 및 데이터 트래픽 둘 다를 감소시키는 방법 및 기법이 개시되어 있다. MTC 장치로부터의 최적화된 MTC 메시지는 단일 블록 패킷 액세스 절차를 사용하여 전송되고 이동국의 GPRS 접속 절차 동안 설정된 PDP 컨텍스트에 기초하여 SGSN에 의해 복원된다.

Description

단일 블록 패킷 액세스 절차에서의 프로토콜 오버헤드의 감소{REDUCING PROTOCOL OVERHEAD IN SINGLE-BLOCK PACKET ACCESS PROCEDURES}
관련 출원
본 출원은 미국 가특허 출원 제61/332,991호(2010년 5월 10일자로 출원됨)(이 출원의 전체 내용은 참조 문헌으로서 본 명세서에 포함됨)에 기초하여 우선권을 주장한다.
본 출원은 머신 유형 통신 장치(machine-type communication device)에 관한 것으로서, 상세하게는 무선 네트워크를 통과하는 머신 유형 통신 메시지(machine-type communication message)를 처리하는 것에 관한 것이다.
GPRS(General Packet Radio Service)는 GSM 네트워크의 상부에서의 데이터 서비스를 지원하도록 설계된 일련의 표준이다. GPRS는 하부의 GSM 네트워크에 투명한 IP 서비스를 제공하고, GSM 네트워크가 인터넷과 인터페이스할 수 있게 해준다. 도 1은 전형적인 GPRS 통신 네트워크(100)를 나타낸 것이다. GPRS 통신 네트워크(100)는 GSM 코어 네트워크를 형성하는 BTS(Base Transceiver Station, 기지국 송수신기)(108), BSC(Base Station Controller, 기지국 제어기)(110), 및 MSC(Mobile Switching Center, 이동 교환국)(122) 등의 GSM 네트워크 노드를 포함한다. GPRS 통신 시스템 네트워크는 또한 GPRS IP 백본(114)을 통해 GGSN(Gateway GPRS Support Node, 게이트웨이 GPRS 지원 노드)(116)에 연결되어 있는 SGSN(Serving GPRS Support Node, 서비스 제공 GPRS 지원 노드)(112) - 이들 구성요소는 GPRS 코어 네트워크를 형성함 - 를 포함하고 있다. GPRS 네트워크(100)는 이동국(102, 104, 106)에 패킷 데이터 서비스를 제공하고, 이동국이 인터넷(118)을 통해 응용 프로그램 서버(120)에 의해 제공되는 데이터 서비스에 액세스할 수 있게 해준다.
이동국(102, 104 또는 106)은, 전원이 켜질 때, MSC/VLR(122)과 GSM 등록 및 위치 업데이트 절차를 개시하고, SGSN(Serving GPRS Support Node)(112)과 GPRS 등록 및 라우팅 영역 업데이트 절차를 개시한다. 이들 2개의 등록 프로세스가 결합될 수 있고, "접속(attach)"이라고 지칭될 수 있다. 일단 접속되면, 이동국은 MSC/VLR(122)과 그의 위치 업데이트를 수행하고, SGSN(112)과 그의 라우팅 영역 업데이트를 수행한다. GPRS 등록[GPRS 접속(GPRS attach)] 동안, 이동국(102, 104 또는 106)은 SGSN(112)으로 송신될 GPRS 접속 요청(GPRS Attach Request)을 개시한다. SGSN(112)은 MSC(122)와 이동국의 아이덴티티를 인증하고, 이동국에 대한 서비스의 허가를 MSC(122)로부터 수신하며, P-TMSI(Packet Temporary Mobile Subscriber Identity, 패킷 임시 이동 가입자 아이덴티티)를 이동국에 할당한다.
이동국(102, 104 또는 106)이 음성 전송을 시도할 때, 종단간 회선 교환 연결(end-to-end circuit switch connection)이 설정될 필요가 있다. 이동국(102, 104 또는 106)이 데이터 전송을 시도할 때, 종단간 연결이 필요하지 않고, 그 대신에 네트워크가 이동국과 SGSN/GGSN 사이에서 행해지는 데이터 전송과 연관되어 있는 동작 파라미터를 식별할 수 있게 해주기 위해 PDP(Packet Data Protocol, 패킷 데이터 프로토콜) 컨텍스트가 먼저 생성되어야만 한다. PDP 컨텍스트는 이 특정의 PDP 컨텍스트에 대한 요청된 QoS 및 특정의 프로토콜 구성 옵션 등의 파라미터를 포함한다. 이동국(102, 104 또는 106), SGSN(112) 및 SGSN(112)/GGSN(116) 사이의 메시징에 의해 PDP 컨텍스트의 설정이 처리된다. PDP 컨텍스트 활성화는 이동국, GGSN 또는 SGSN에 의해 개시될 수 있고, 보통 이동국, SGSN 및 GGSN 사이에서 일련의 메시지가 전송되는 것을 수반한다. 예를 들어, PDP 컨텍스트 설정이 이동국(102)에 의해 개시될 때, 이동국(102)은 PDP 컨텍스트 활성화 요청(Activate PDP Context Request) 메시지를 SGSN(112)으로 송신한다. PDP 컨텍스트 활성화 요청 메시지는 이동국의 요청된 PDP 주소, APN(Access Point Name, 액세스 포인트 이름), 요청된 NSAPI(Network Service Access Point Identifier, 네트워크 서비스 액세스 포인트 식별자), 요청된 QoS 등을 포함한다. PDP 컨텍스트 활성화 요청 메시지를 수신한 후에, SGSN(112)은 이어서 활성화 요청에 포함되어 있는 APN으로부터 의도된 GGSN의 주소를 도출하고, PDP 컨텍스트 생성 요청(Create PDP Context Request) 메시지를 의도된 GGSN[예를 들어, GGSN(116)]으로 송신한다. PDP 컨텍스트 생성 요청 메시지는 TEID(Tunnel Endpoint Identifier, 터널 종단점 식별자), APN, 및 요청된 PDP 주소 등을 포함하고 있다. 그에 응답하여, GGSN(116)은 PDP 컨텍스트 생성의 결과를 포함하고 있는 PDP 컨텍스트 생성 응답(Create PDP Context Response) 메시지를 SGSN(112)으로 송신할 수 있다. GGSN(116)으로부터 PDP 컨텍스트 응답 메시지를 수신할 시에, SGSN(112)은 PDP 컨텍스트 활성화 수락(Activate PDP Context Accept) 메시지를 이동국으로 송신한다. PDP 컨텍스트 활성화 수락 메시지는 이동국에 할당되는 협상된 PDP 주소, PDP 컨텍스트와 연관되어 있는 PFI(Packet Flow Identifier, 패킷 흐름 식별자) 값, 및 LLC SAPI(Service Access Point Identifier at the LLC layer, LLC 계층에서의 서비스 액세스 포인트 식별자) 값을 포함할 수 있다. LLC SAPI 식별자는 GPRS 데이터 서비스를 위해 사용될 수 있는 LLC 계층에 있는 액세스 포인트를 식별해준다.
이동국은 종종 MTC(machine-type communication, 머신 유형 통신) 응용 프로그램을 실행하고, 본 명세서에서 MTC 장치라고 지칭된다. 'MTC'라는 두문자어는 광의적으로 임의의 유형의 머신 유형 통신을 지칭하는 데 사용된다. MTC 장치의 일례는 스마트 미터, 감시 카메라, 건강 모니터링 장치 등을 포함하고 있다. MTC 장치는 보통 MTC 응용 프로그램을 실행하고, GPRS 통신 네트워크를 통한 인터넷 상에 위치하는 MTC 서버와의 머신간 통신에 관여하고 있다. 머신간 통신은 사람 상호작용을 전혀 수반하지 않거나 아주 제한된 사람 상호작용을 수반한다. 통신 네트워크는, 예를 들어, xDSL(digital subscriber line, 디지털 가입자 회선), LTE(3GPP Long Term Evolution, 3GPP 롱텀 에볼루션), LTE advanced, WiMAX(worldwide interoperability for microwave access), WLAN(wireless local area network, 무선 근거리 통신망) 등에 기초할 수 있다.
MTC 장치의 수가 증가하는 것 및 MTC 응용 프로그램의 자동화된 속성으로 인해, MTC 트래픽이 주로 사람간 통신을 위해 설계되어 있는 무선 통신 네트워크에 많은 용량을 요구할 것으로 예상된다. 예를 들어, PDP 컨텍스트 활성화에 있어서, 이동국에 의해 활성화가 개시되는 경우, 적어도 4개의 시그널링 메시지(PDP 컨텍스트 활성화 요청, PDP 컨텍스트 생성 요청, PDP 컨텍스트 응답, 및 PDP 컨텍스트 수락)가 전송된다. 활성화가 GGSN 또는 SGSN에 의해 개시되는 경우, 더 많은 메시지가 수반된다. 하나의 GPRS 통신 네트워크 내에 위치하는 모든 MTC 장치가 네트워크에 동시에 재연결되는 시나리오에서, 말하자면, 정전 후에, 통신 시스템은 PDP 컨텍스트 활성화 관련 시그널링 메시지의 수만으로도 압도될 수 있다.
다른 일례에서, 상당한 수의 MTC 장치가 보통 10 이하의 옥테트의 정보로 이루어진 짧은 MTC 메시지를 전송할 것으로 예상된다. GPRS 표준은 상향링크 TBF(Temporary Block Flow, 임시 블록 흐름)의 설정을 수반하지 않는 단일 블록 패킷 액세스 절차를 정의하고 있다. TBF 링크는 데이터 전송을 위해 일시적으로 할당되는 이동국과 기지국 시스템 사이의 물리 계층에서의 연결이다. 패킷 측정 보고(Packet Measurement Report) 메시지를 송신하기 위해 이동국에 의해 단일 블록 패킷 액세스 절차가 사용된다. 측정 보고 메시지를 전송하기 전에, 이동국은, 상향링크 TBF의 설정 없이 단일 블록 패킷 액세스를 요청하기 위해, 먼저 패킷 채널 요청 메시지를 무선 액세스 채널을 통해 BSS로 송신한다. 이동국으로부터 채널 요청 메시지를 수신할 시에, BSS는 단일 무선 블록을 이동국에 할당하고, 즉각 할당(Immediate Assignment) 메시지를 액세스 허용(Access Grant) 채널을 통해 이동국으로 송신한다. 즉각 할당 메시지는 전력 제어 파라미터 설정 및 단일 블록의 제1 프레임 번호에 대한 시작 시간을 포함하는 패킷 상향링크 자원 설명을 포함한다. 즉각 할당 메시지를 수신한 후에, 이동국은 할당된 무선 블록의 시작 시간에 패킷 측정 보고 메시지를 패킷 데이터 채널을 통해 송신한다. 단일 블록 패킷 액세스 절차에서, BSS에 의한 어떤 확인 응답도 제공되지 않고, 따라서 어떤 ACK/NACK 메시지도 수반되지 않는다.
그렇지만, MTC 메시지 전송을 위해 단일 블록 패킷 액세스 절차를 사용하려고 시도하는 것은 공중 인터페이스 프로토콜 스택에서의 상이한 프로토콜 계층들(예를 들어, UDP/IP/SNDCP/LLC)과 연관되어 있는 오버헤드와 함께 MTC 메시지가 하나의 단일 무선 블록(CS-1 코딩이 사용되는 경우, 22 옥테트) 내에 들어갈 것을 필요로 한다. 그러나, 프로토콜 스택의 전송 및 네트워크 계층으로부터의 헤더는 상당한 오버헤드를 부가한다. 예를 들어, UDP/IP 계층에 대한 헤더만으로도 모든 MTC 메시지에 46 내지 48 옥테트의 오버헤드를 부가한다.
UMTS(Universal Mobile Telecommunications Systems)에 대한 그의 표준의 릴리스 10에서, 3GPP(3rd Generation Partnership Project)는 MTC를 지원하는 3GPP 네트워크 시스템 개선을 위한 요구사항을 확립하고 있는 중이다. 이 연구의 목적은 네트워크에서 많은 수의 MTC 장치를 지원하는 데 필요한 3GPP 네트워크 향상을 식별하고 MTC 통신 서비스에 필요한 네트워크 기반 기술(network enabler)을 제공하는 데 있다. 구체적으로는, 3GPP 시스템 및 관련 최적화에 의해 제공되는 MTC에 대한 전송 서비스는 물론, MTC 장치, MTC 서버 및 MTC 응용 프로그램이 네트워크 혼잡 또는 시스템 과부하를 야기하지 않도록 보장하는 데 필요한 측면도 고려 중이다. 그렇지만, 현재의 이동 네트워크는 사람간 통신을 위해 최적으로 설계되어 있고, 따라서 MTC 응용 프로그램에 대해서는 덜 최적이다. 또한, 네트워크에 의해 서비스되는 MTC 장치의 수가 증가함에 따라, (예컨대, PDP 컨텍스트 활성화 관련 시그널링을 위한) MTC 대역폭 요구가 상당히 증가할 것으로 예상된다. MTC 장치는 시그널링 평면 및 전송 평면 둘 다에서 페이로드를 요구한다. 시스템 과부하를 감소시키고 네트워크 효율을 향상시키기 위해, 시그널링(제어) 평면 및 데이터 전송(사용자) 평면 둘 다에서 MTC 트래픽 감소에 관련된 방법 및 기법이 필요하다.
US 2004/148425 A1은 응용 프로그램 패킷 데이터를 전송하기 위한 방법을 개시한다. 일 실시예에서, SIP 프록시 서버(예컨대, CSCF)는, SIP 프록시와 GGSN 사이에, 인터페이스 Gi를 통해 IP/UDP 프로토콜 계층을 수반하는 SIP 트래픽을 송신하며, SIP 트래픽은 IP/UDP 계층을 포함하여 GGSN에서 수신된다. 수신된 IP/UDP/SIP 트래픽이 처리되면, GGSN은 (PDP 컨텍스트에 포함된 필터 정보에 기초하여) 트래픽의 서비스 유형을 검출하고, 검출 후 프로토콜 스택으로부터 IP/UDP 프로토콜 계층을 다운링크 방향에서 제거한다. 결과적으로, GGSN은, 패킷 도메인 베어러(packet domain bearer)의 상부에서 직접, SGSN(SGSN은 트래픽만을 중계함)을 위해 투명하게(transparently), SIP 트래픽을 단말기, 즉 단말 장비 및 이동 단말기를 포함하는 이동국에 전달한다. 유사하게, 업링크 방향으로 SGSN을 통해 투명하게 이동국 단말기로부터 GGSN으로 전송된 SIP 트래픽을 수신하는 경우, GGSN은, IP/UDP를 갖는 SIP 트래픽이 Gi 인터페이스를 통해 SIP 프록시 쪽으로 전달되도록, 특정 서비스 유형을 검출하고 거기에 IP/UDP 프로토콜 계층을 추가한다. 추가될 헤더의 유형 및 SIP 프록시 주소(IPv6/UDP)는 GGSN에 의한 구성으로부터 공지된다.
GB 2 402 027 A는, 기존의 서킷 기반 솔루션들에 대해 유사한 콜/사용자 용량을 유지하면서, 3G 네트워크 상에서 보이스 오버 IP(Voice over IP) 세션을 지원하기 위해, IP 헤더를 제거하기 위한 네트워크 기반 RTP 프록시를 개시하는데, RTP 헤더들은 네트워크 노드에서 패킷들로부터 스트립(strip)되고(또는 제거됨), 무선 인터페이스를 통해 운반되지 않는다. 단말기 또는 노드는, 필요한 경우 제어 신호와 동적 측정치들에 의해 헤더들을 재생성할 것이다.
US 2001/033563 A1은 특수한 프로토콜 데이터로 캡슐화된(encapsulated) 데이터 패킷을 제공하는 시스템 및 방법을 개시한다. 통신을 위한 데이터 패킷은, BSS와 SGSN 사이의 통신 경로를 식별하는 NSAPI 및 TLLI와 연관될 수 있다. 이 방법 및 시스템은, NS-VC를 통해 BVC에 통신 서비스를 제공하는 NSE, SGSN 및 BSS와 연관된 BVC를 제공한다. BVC, NSE, 및 NS-VC는 TLLI와 NSAPI와 연관될 수 있다. 캡슐화된 프로토콜 데이터는 UDP와 IP를 포함한다. UDP는 NS-VC와 연관된 UDP 포트들을 제공한다. UDP 포트들은, 실시간 또는 비실시간 서비스로 지정된 데이터로서 식별된다. IP는, BVC에 서비스를 제공하는 NSE를 식별하는 IP 주소를 제공한다. UDP와 IP로 캡슐화된 데이터 패킷은, BSS와 SGSN 사이의 더 효율적이고, 유연하고, 신뢰성 있는 통신을 위해 제공된다.
EP 1 725 007 A1은, GPRS 또는 UMTS 네트워크에서의 가입자 추적 및 가입자 레코드 생성을 위한 방법 및 시스템을 개시한다. 로컬 매핑 레코드는, 액세스 시작 메시지가 검출되면, Gi 인터페이스를 모니터링하는 프로브에서 생성된다. 추가 정보가 Gn/Gp 인터페이스를 모니터링하는 프로브로부터 전송되고, 이 정보는 로컬 매핑 레코드에 추가된다. 캡쳐된 메시지들의 처리와 로컬 매핑 레코드의 생성이, 동일한 IP 어드레스를 사용하는 상이한 가입자들에 대한 레코드들이 부적절하게 결합되지 않도록 우선시된다. 마지막으로, Gi 트래픽은, 사전에 Gi 네트워크에서 제시된 것이 아닌 IMSI(International Mobile Subscriber Identity)와 같은 고유 가입자 정보로 태깅(tagged)된다.
본 출원의 독립 청구항들에는 무선 MTC 장치들 및 방법들이 개시된다. 본 무선 MTC 장치들과 방법들의 유익한 실시예들은 종속 청구항들에 개시된다.
MTC 장치가 MTC 메시지의 전송이 필요할 때 송신되는 사용자 평면 페이로드의 총량을 감소시키기 위해 프로토콜 스택 최적화가 제공된다. MTC 장치가 레거시 이동 장치에 통상적으로 필요한 MTC 장치-SGSN NAS(non-access stratum, 비액세스 계층)간 시그널링 등의 종단간 시그널링 절차의 일부를 감소시키거나 심지어 제거하기 위해 시그널링 최적화가 제공된다. 이러한 최적화는 또한 MTC 메시지를 전송하기 위해 최적화된 단일 블록 패킷 액세스 절차를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 프로토콜 스택에 필요한 프로토콜 계층의 수가 감소될 수 있고, 따라서 MTC 응용 프로그램 계층 메시지가 공중 인터페이스를 통해 MTC 장치로 또는 MTC 장치로부터 전송될 때 필요한 대역폭도 역시 감소될 수 있다.
GPRS 통신 네트워크에서 MTC 장치와 SGSN 사이의 데이터 통신을 위한 프로토콜 스택 최적화의 일 실시예에 따르면, MTC 장치는 인터넷 상에 위치하는 MTC 응용 프로그램 서버에 있는 대상 응용 프로그램으로 전달하기 위한 최적화된 메시지를 작성한다. 최적화된 메시지는 IP 헤더 또는 UDP 헤더를 포함하지 않는다. MTC 장치는, 대상 응용 프로그램으로 전달하기 전에 IP 헤더 및 UDP 헤더가 최적화된 메시지에 부가되어야 한다는 것을 SGSN에 알려주기 위해, 최적화된 메시지 내의 사전-지정된 데이터 필드 내에 사전-지정된 값을 설정한다. 어떤 일례에서, 사전-지정된 데이터 필드는 논리 링크 제어 계층에서의 서비스 액세스 포인트 식별자 필드이다. UDP 프로토콜 대신에 TCP에 의존하는 어떤 MTC 응용 프로그램에 있어서, MTC 장치에 의해 송신되는 최적화된 메시지는 IP 헤더 또는 TCP 헤더를 포함하지 않는다. 최적화된 메시지 내의 사전-지정된 데이터 필드는 대상 응용 프로그램으로 전달하기 전에 IP 및 TCP 헤더를 최적화된 메시지에 부가하라고 SGSN에 알려주는 값으로 설정된다.
최적화된 프로토콜 스택을 통해 통신하는 MTC 장치와 SGSN 사이에서의 데이터 통신을 위해 최적화된 메시지를 라우팅하는 것의 일 실시예에 따르면, SGSN은 MTC로부터 메시지를 수신하고, 사전-지정된 데이터 필드를 검사함으로써 수신된 메시지가 최적화된 메시지인 것을 확인한다. 이 최적화된 메시지를 GGSN으로 전달하기 위해, SGSN은 그 메시지를 UDP 소스 포트 번호, UDP 목적지 포트 번호, IP 소스 주소 및 IP 목적지 주소로 채운다. 어떤 일례에서, UDP(User Datagram Port, 사용자 데이터그램 포트) 포트 번호가 사전-지정된 데이터 필드에 저장될 수 있다. 어떤 일례에서, 이동국과 연관되어 있는 P-TMSI(Packet Temporary Mobile Subscriber Identity) 번호를 이동국과 연관되어 있는 패킷 데이터 프로토콜 주소에 매핑함으로써 IP 소스 주소가 검색되고, PDP 컨텍스트 생성 절차 동안 수신된 메시지에 포함되어 있는 P-TMSI(Packet Temporary Mobile Subscriber Identity) 번호를 SGSN에 의해 저장된 MTC 서버의 IP 주소에 매핑함으로써 IP 목적지 주소가 검색된다.
이동국과 SGSN 사이의 데이터 통신을 위한 프로토콜 스택 최적화의 일 실시예에서, 이 방법은 IP(Internet Protocol) 패킷을 사용하여 중계되는 UDP(User Datagram Protocol) 패킷을 통해 대상 네트워크 노드 내의 대상 응용 프로그램으로 전달하기 위해 이동국에서 최적화된 메시지를 작성하는 단계를 포함한다. 최적화된 메시지는 UDP 포트 번호를 전달하기 위해 프로토콜 스택의 SNDCP(Sub-Network Dependent Convergence Protocol, 서브네트워크 의존적 통합 프로토콜 계층)에서의 네트워크 서비스 액세스 포인트 식별자 필드를 사용한다.
이동국과 SGSN 사이의 데이터 통신을 위해 SGSN에 의해 최적화된 메시지를 중계하는 것의 일부 실시예에서, SGSN은 프로토콜 스택 최적화로 인해 UDP(User Datagram Protocol) 헤더 또는 IP(Internet Protocol) 헤더를 포함하지 않는 메시지를 수신한다. 어떤 일례에서, SGSN은 프로토콜 스택의 SNDCP(Sub-Network Dependent Convergence Protocol) 계층에서의 네트워크 서비스 액세스 포인트 식별자 필드로부터 UDP 포트 번호 정보를 검색한다. SGSN은 또한 그 메시지에 저장된 P-TMSI를 사용하여 IP 목적지 주소 및 IP 소스 주소를 검색한다. SGSN은, 도출된 UDP 포트 정보 및 검색된 IP 주소에 기초하여, IP 헤더 및 UDP 헤더를 작성하고, IP 헤더 및 UDP 헤더를 메시지에 부가한다. SGSN은 이어서 그 메시지를 GGSN을 통해 MTC 응용 프로그램 서버로 전송한다.
일부 실시예는 SGSN으로부터 이동국으로 메시지를 전달하는 기법에 관한 것이다. 이들 실시예들 중 일부 실시예에서, SGSN 및 이동국은 최적화된 프로토콜 스택을 통해 통신한다. SGSN은 이동국으로 가는 메시지를 GGSN으로부터 수신하고, 최적화된 프로토콜 스택에 따라 수신된 메시지로부터 UDP 및 IP 헤더를 제거한다. SGSN은 이어서 메시지가 최적화되어 있다는 것을 나타내기 위해 메시지 내의 데이터 필드(예컨대, 프로토콜 스택의 논리 링크 제어 계층에서의 서비스 액세스 포인트 식별자 필드)를 사전-지정된 값으로 설정하고, 최적화된 메시지를 이동국으로 전송한다.
일부 실시예에 따르면, 이동국은 하나 이상의 프로토콜 계층을 포함하는 프로토콜 스택을 통해 SGSN과 통신하도록 구성되어 있고, 프로토콜 스택 최적화를 지원할 수 있다. 이동국은 무선 네트워크 노드 내의 응용 프로그램 계층으로부터 메시지를 수신하는 수신 유닛, 무선 인터페이스를 통해 메시지를 전송하는 송신 유닛, 및 수신 유닛으로부터 수신된 메시지를 처리하는 처리 유닛을 포함하고 있다. 어떤 일례에서, 이동국의 처리 유닛은 대상 네트워크 노드 내의 대상 응용 프로그램으로 전달하기 위한 최적화된 메시지를 작성하고 최적화된 메시지를 SGSN으로 전송하도록 구성되어 있을 수 있다. 어떤 일례에서, 최적화된 메시지는 UDP 헤더 또는 IP 헤더를 포함하지 않고, 대상 응용 프로그램으로 전달하기 전에 UDP 및 IP 헤더가 최적화된 메시지에 추가되어야만 한다는 것을 SGSN에 알려주는 값으로 설정되어 있는 사전-지정된 데이터 필드를 포함하고 있다.
일부 실시예에 따르면, 이동국은 하나 이상의 프로토콜 계층을 포함하는 프로토콜 스택을 통해 SGSN과 통신하도록 구성되어 있다. 이동국은 프로토콜 스택 최적화를 지원할 수 있다. 이동국은 무선 인터페이스를 통해 메시지를 수신하는 수신 유닛, 수신된 메시지를 무선 네트워크 노드 내의 응용 프로그램 계층으로 전송하는 송신 유닛, 및 수신 유닛으로부터 수신된 메시지를 처리하고 송신 유닛에 의해 전송될 메시지를 준비하는 처리 유닛을 포함하고 있다. 어떤 일례에서, 이동국의 처리 유닛은 프로토콜 스택 최적화로 인해 UDP(User Datagram Protocol) 또는 IP(Internet Protocol) 헤더를 포함하지 않는 메시지를 수신하고, 도출된 UDP(User Datagram Protocol) 포트 번호 정보에 기초하여 대상 응용 프로그램으로 메시지를 전달하기 전에 메시지 내의 사전-지정된 데이터 필드를 사용하여 UDP 포트 번호 정보를 도출하도록 구성되어 있다. 어떤 일례에서, 사전-지정된 데이터 필드는 프로토콜 스택의 SNDCP(Sub-Network dependent Convergence Protocol) 계층에서의 네트워크 서비스 액세스 포인트 식별자 필드이다.
일부 실시예에 따르면, GPRS 통신 네트워크에 위치하는 SGSN은 GGSN과 통신하도록 구성되어 있을 수 있고, 프로토콜 스택 최적화를 지원할 수 있다. SGSN은 메시지를 수신하는 입력 유닛, 메시지를 전송하는 출력 유닛, 입력 유닛으로부터 수신된 메시지를 처리하고 출력 유닛에 의해 전송될 메시지를 준비하는 처리 유닛을 포함하고 있다. 어떤 일례에서, SGSN의 처리 유닛은 프로토콜 스택 최적화로 인해 UDP 헤더 또는 IP 헤더를 포함하지 않는 메시지를 수신하도록 구성되어 있고, 메시지 내의 사전-지정된 데이터 필드를 사용하여 UDP 포트 번호 정보를 도출하고 P-TMSI를 사용하여 IP 목적지 주소 및 IP 소스 주소를 검색하도록 구성되어 있다. 어떤 일례에서, SGSN의 처리 유닛은 또한 추출된 UDP 포트 정보 및 검색된 IP 주소들에 기초하여, IP 헤더 및 UDP 헤더를 작성하고, UDP/IP 데이터 패킷을 GGSN을 통해 대상 네트워크 노드 내의 대상 응용 프로그램으로 전송하기 전에 UDP/IP 데이터 패킷을 형성하기 위해 IP 및 UDP 헤더를 메시지에 부가하도록 구성되어 있다.
이하의 상세한 설명을 읽어보고 첨부 도면을 살펴보면 기술 분야의 당업자는 부가의 특징 및 이점을 잘 알 것이다.
첨부 도면에서, 유사한 참조 번호는 대응하는 유사한 부분을 가리킨다. 예시된 실시예의 특징들은, 서로 명백히 모순되지 않는 한, 일반적으로 결합될 수 있다. 예시적인 실시예가 도면에 도시되어 있고, 이하의 설명에서 상세히 기술되어 있다.
도 1은 MTC 장치에 서비스하는 무선 통신 네트워크의 개략 블록도.
도 2는 GPRS 통신 네트워크 내의 다양한 네트워크 노드에서의 프로토콜 스택 계층을 나타낸 도면.
도 3은 응용 프로그램 계층 메시지가 무선 통신 네트워크에 걸쳐 라우팅되는 프로토콜 스택 최적화를 나타낸 도면.
도 4는 무선 통신 네트워크에서 최적화된 응용 프로그램 계층 메시지를 전송하는 흐름도.
도 5는 무선 통신 네트워크에서 최적화된 응용 프로그램 계층 메시지를 라우팅하는 흐름도.
도 6은 최적화된 프로토콜 스택을 지원하는 무선 통신 네트워크에서 응용 프로그램 계층 메시지를 라우팅하는 흐름도.
도 7은 예시적인 이동국의 블록도.
도 8은 예시적인 SGSN의 블록도.
도 2는 표준 GPRS 통신 네트워크 내의 상이한 네트워크 노드들에서 구현되는 프로토콜 스택을 나타낸 것이다. 도 2는 또한 이들 프로토콜 스택 간에 송신되는 몇가지 메시지를 예시하고 있다. 이동국에서의 프로토콜 스택(202)은 GSM RF 계층(234), MAC(Medium Access Control) 계층(232), RLC(Radio Link Control) 계층(230), LLC(Logic Link Control) 계층(228), SNDPCP(Sub-Network Dependent Control Protocol) 계층(226), UDP/IP 계층, 및 응용 프로그램 계층(220)을 포함하고 있다. 프로토콜 스택(202)에서, 응용 프로그램 계층(220)은 전송 계층인 UDP 계층(222) 및 네트워크 계층인 IP 계층(224)의 상부에 있다. 이 특정의 일례에서, 응용 프로그램 계층(220)은 UDP/IP 유형의 응용 프로그램이다. 다른 일례에서, 응용 프로그램 계층(220)은 TCP/IP 유형의 응용 프로그램 또는 어떤 다른 IP 관련 응용 프로그램일 수 있다. 프로토콜 스택(202)의 SNDPCP 계층(226)은 TCP/IP, X.25 등과 같은 패킷 프로토콜을 이해하고, 하부의 GPRS 액세스 계층으로부터 상위 패킷 계층을 캡슐화하고 상위 계층 패킷 프로토콜을 하부의 GPRS 액세스 프로토콜 계층과 연결시키는 데 사용된다.
프로토콜 스택(202)에서, LLC 계층(228)은 이동국과 SGSN 사이의 논리 계층 연결을 제공한다. RLC 계층(230)은 이동국과 BSS 사이에서 신뢰할 수 있는 무선 링크를 유지한다. MAC 계층(232)은 이동국에 의한 BSS 무선 자원에의 액세스를 책임지고 있다.
GSM RF 계층(234)은 물리 계층이고, 물리 GSM 채널 및 패킷 채널(무선 액세스 채널 및 패킷 무선 액세스 채널, 기타 등등)에서 일어나는 무선 전송을 처리한다.
BSS에서 구현되는 프로토콜 스택(204)은 Um 인터페이스측에 이동국과 통신하는 RLC 계층(242), MAC 계층(244) 및 GSM RF 계층(246)을 포함하고 있다. BSS와 SGSN 사이의 Gb 인터페이스측에, 프로토콜 스택(204)은 SGSN과 통신하는 BSSGP 계층(248), 네트워크 서비스 계층(250), 및 L1 Bis 계층(252)을 포함하고 있다. BSS 및 SGSN은 프레임 릴레이 네트워크를 통해 연결되어 있다.
SGSN 상에서 구현되는 프로토콜 스택(206)에서, 프로토콜 스택(206)의 Gb 인터페이스측은 BSS와 통신하는 BSSGP 계층(264), 네트워크 서비스 계층(266) 및 L1 Bis 계층(268), 그리고 BSS의 프레임 중계 계층 상부에서 이동국과 통신하는 LLC 계층(262) 및 SNDCP 계층(260)을 포함하고 있다. SGSN 상에서의 프로토콜 스택(206)의 Gn 인터페이스측은 GTP-U 계층(272), TCP/UDP 계층(274), IP 계층(276), 및 L2/L1 계층(278)을 포함하고 있다. SGSN은 Gn 인터페이스를 통해 GGSN과 통신한다.
GGSN 상에서 구현되는 프로토콜 스택(208)에서, 프로토콜 스택의 Gn 인터페이스측은 GTP-U 계층(280), TCP/UDP 계층(282), IP 계층(284), 및 L2/L1 계층(286)을 포함하고 있다. GGSN은 패킷 데이터 네트워크와 인터페이스하고, MTC 서버 상에서 구현되는 프로토콜 스택(210)에 의해 이용되는 바와 같이, TCP/UDP/IP 프로토콜을 통해 데이터 응용 프로그램 서버와 통신한다. 이동국에 대해, GGSN은 GGSN과 인터페이스하는 패킷 데이터 네트워크에의 진입점이다.
도 1의 이동국이 응용 프로그램 계층(220)에서 MTC 응용 프로그램을 지원할 때, 본 출원에서 이동국을 MTC 장치라고 지칭한다. MTC 장치 및 MTC 관련 트래픽의 수가 지난 수년간 꾸준히 증가하고 있다. 특히 이동국과 BSS 사이의 공중 인터페이스를 통한 통신에 대해, 제어 평면 및 사용자 평면 둘 다에서 MTC 관련 트래픽을 감소시키기 위해 다양한 방법 및 기법이 이용될 수 있다.
본 명세서에 기술된 개시 내용에 따르면, 제어 평면에서의 트래픽 부하를 감소시키기 위해, MTC 장치에 대해 PDP 컨텍스트 활성화 절차가 제거될 수 있다. 앞서 기술한 바와 같이, 표준 GPRS 통신 네트워크에서, 이동국과 연관된 PDP 컨텍스트는 PDP 주소(즉, 이동국에 대한 IP 주소), 액세스 포인트 이름(즉, 이동국이 이 특정의 PDP 컨텍스트에서 패킷 데이터 네트워크 액세스를 위해 사용하는 GGSN에 대한 참조), 및 요청된 QoS를 명시하고 있다. GPRS 표준에서, 이동국은 다수의 응용 프로그램에 대해 PDP 컨텍스트 활성화 절차를 활성화시킬 수 있고, 2개 이상의 PDP 컨텍스트와 연관되어 있을 수 있다.
MTC 장치에 대한 PDP 컨텍스트 활성화 절차를 제거하는 것은 네트워크에서의 시그널링 부하를 감소시킨다. 그렇지만, MTC 장치에 의한 데이터 전송을 위해, PDP 컨텍스트에 통상적으로 명시되어 있는 정보가 여전히 필요하다. 예를 들어, SGSN이 MTC 장치에 대한 GGSN을 식별하기 위해, PDP 컨텍스트에 명시되어 있는 APN이 필요하다. BSS가 QoS를 무선 채널에 적용하기 위해, 요청된 QoS가 필요하다. GGSN에서 MTC 장치를 식별하기 위해, PDP 주소가 필요하다. 한가지 해결 방안은 SGSN이 성공적인 GPRS 접속 직후에 또는 접속 수락 메시지를 MTC 장치로 송신하기 직전에 PDP 컨텍스트 활성화 절차를 한번 수행하는 것이다.
SGSN이 PDP 컨텍스트 활성화 절차를 트리거하기 위해, SGSN은 그의 선호 GGSN의 APN 및 MTC 장치와 통신하기로 되어 있는 MTC 서버의 주소를 MTC 장치로부터 수신할 필요가 있다. 이들 2가지 정보는 MTC 장치에 의해 SGSN으로 송신되는 접속 요청 메시지에 포함되어 있을 수 있다. 다른 대안으로서, SGSN은 접속 절차 동안 HLR(Home Location Register)로부터 이들 2가지 정보 중 어느 하나를 검색할 수 있다. SGSN은 이어서 APN을 GGSN의 IP 주소에 매핑하고 MTC 서버의 주소를 MTC 서버의 IP 주소에 매핑한다. SGSN은 MTC 서버의 IP 주소를 저장하고 이를 P-TMSI로 나타내어질 수 있는 MTC 장치와 연관시킨다. SGSN은 이어서 PDP 컨텍스트 생성 요청을 GGSN으로 송신함으로써 GGSN과 PDP 컨텍스트 생성 절차를 트리거한다. PDP 컨텍스트 생성 요청에서, SGSN은 대응하는 이동국이 MTC 장치이고 따라서 이 MTC 장치에 대해 하나의 PDP 컨텍스트만이 필요하게 될 것이라는 표시를 포함시킨다. PDP 컨텍스트 생성 동안, GGSN은 PDP 주소(이동국에 대한 IP 주소)를 이동국에 할당하고, PDP 컨텍스트 생성 응답을 통해 또는 전송 평면 내에서의 대역내 시그널링의 일부로서 PDP 주소를 다시 SGSN으로 전송한다.
SGSN이 PDP 컨텍스트 생성 동안 GGSN에 의해 MTC 장치에 대해 생성된 PDP 주소를 수신한 후에, SGSN은 MTC 장치의 PDP 주소를 MTC 장치로부터 송신된 접속 요청 메시지에 포함된 APN과 연관시키고, 따라서 MTC 메시지를 중계하는 데 사용하기 위한 PDP 주소/APN 쌍을 생성한다.
접속 절차 및 PDP 컨텍스트 생성 절차의 완료 후에, MTC 장치는, PDP 컨텍스트 활성화를 추가로 요청하는 일 없이, MTC 메시지를 송신하고 수신할 수 있다.
GPRS 통신 네트워크에서, 이동국은 다음과 같은 3가지 절차 중 하나를 사용하여 패킷 데이터를 BSS로 전송할 수 있다: 다중 블록 1-단계 액세스, 다중 블록 2-단계 액세스 또는 단일 블록 패킷 액세스. 단일 블록 패킷 액세스 절차에서의 시그널링은 3개의 메시지 - 이동국에 의해 BSS로 송신되는 무선 액세스 채널을 통한 EGPRS 패킷 채널 요청 메시지, BSS에 의해 이동국으로 송신되는 액세스 허용 채널을 통한 즉각 할당 메시지, 및 이동국에 의해 패킷 데이터 채널을 통해 송신되는 MTC 메시지 - 를 수반한다. 이와 달리, 다중 블록 1-단계 액세스 절차 또는 다중 블록 2-단계 액세스 절차에서의 시그널링은 TBF(temporary flow block)의 설정을 필요로 한다. 단일 블록 패킷 액세스 모드에서 수반되는 3가지 시그널링 메시지 이외에, 이들 다중 블록 액세스 절차 둘 다는 또한 패킷 데이터 채널을 통한 패킷 자원 요청 메시지, 패킷 액세스 제어 채널을 통한 패킷 상향링크 할당 메시지, 및 다수의 ACK/NACK 메시지를 필요로 한다. 그에 비해, 단일 블록 패킷 액세스 절차는 MTC 장치와 BSS 사이의 공중 인터페이스를 통한 시그널링 트래픽을 최소화하고, MTC 메시지 전송에 대한 실행가능한 옵션일 것이다.
단일 블록 패킷 액세스 절차에서, 할당된 단일 무선 블록의 크기는 22 옥테트이다. 상당한 수의 MTC 장치가 보통 10 이하의 옥테트의 정보로 이루어진 짧은 MTC 메시지를 전송할 것으로 예상된다. 그렇지만, 표준 GPRS 프레임워크에서, MTC 응용 프로그램은 TCP/UDP/IP 프로토콜 계층 상부에서 동작하고, 상당한 오버헤드를 야기한다. 예를 들어, UDP/IP 계층만으로도 MTC 메시지마다 46 내지 48 옥테트의 오버헤드를 발생한다. 이러한 이유는 UDP/IP 계층이 8-옥테트 IPv6 헤더, 16-옥테트 IPv6 소스 주소, 16-옥테트 IPv6 목적지 주소, 및 8-옥테트 UDP 헤더를 포함하기 때문이다.
공중 인터페이스를 통해 MTC 메시지를 송신할 때 프로토콜 오버헤드를 최소화하기 위해 프로토콜 스택 최적화가 이용될 수 있다. 프로토콜 스택 최적화의 일부 실시예에서, UDP/IP 계층이 UDP/IP/SNDCP/IP 프로토콜 스택으로부터 제거되어 있다. 일부 실시예에서, TCP 등의 IP 프로토콜에 관련되어 있는 다른 전송 계층이 IP 계층과 함께 프로토콜 스택으로부터 제거되어 있다. 도 3은 프로토콜 스택 최적화의 일 실시예를 나타낸 것이다. 도 3에서, 이동국에서, UDP/IP 계층이 이동국과 BSS 사이의 무선 인터페이스(Um)와 연관되어 있는 UDP/IP/SNDCP/IP 프로토콜 스택으로부터 제거되어 있다. MTC 장치와 SGSN 사이에서, 응용 프로그램 계층 메시지(312)가 최적화된 프로토콜 스택을 사용하여 전송되고, 이어서 최적화 없이(즉, UDP/IP 계층이 존재) GGSN을 통해 SGSN으로부터 MTC 서버로 중계된다.
이러한 최적화에 의해, 응용 프로그램 계층 메시지(312) 등의 짧은 MTC 메시지가 MTC 응용 프로그램으로부터 BSS에 있는 SNDCP로 직접 전달될 수 있는데, 그 이유는, 단일 블록 패킷 액세스 절차를 사용하여, UDP/IP 패킷을 갖지 않는 N-PDU(316)가 N-PDU를 포함하고 있기 때문이다.
이 시스템 및 MTC 장치 둘 다가 프로토콜 스택 최적화를 지원할 때, MTC 장치가 최적화된 프로토콜 스택을 사용하여 짧은 MTC 메시지를 송신할 필요가 있을 때마다, MTC 장치는 최적화된 단일 블록 패킷 액세스 표시를 갖는 EGPRS 패킷 채널 요청을 송신할 수 있다.
BSS에 대해, 최적화된 단일 블록 패킷 액세스의 사용을 나타내는 EGPRS 패킷 채널 요청의 수신은 단일 무선 블록을 사용하여 송신될 MTC 메시지(N-PDU)가 최적화된 프로토콜 스택(즉, MTC 메시지/SNDCP/LLC/RLC 스택)의 컨텍스트 내에서 전달될 것임을 알려준다. BSS는 할당된 단일 무선 블록으로 즉각 할당 메시지를 MTC 장치로 송신함으로써 요청을 허가할 수 있다. MTC 장치는 이어서 LLC 계층을 통해 MTC 메시지를 N-PDU(316)로서 송신한다. 일부 실시예에서, N-PDU(316)는 LLC PDU 페이로드가 전체 MTC 메시지를 전달하는 SN-PDU로 이루어져 있다는 표시를 포함하고 있다. N-PDU(316)는 또한 최적화된 프로토콜 스택이 사용되었다는 표시를 포함할 수 있다. 이 표시는 현재 예약된 SAPI 값(예컨대, SAPI = 1000)을 정의함으로써 제공될 수 있다.
도 4는 MTC 장치가 최적화된 프로토콜 스택을 사용하여 짧은 MTC 메시지를 송신하는 것의 플로우차트를 나타낸 것이다. 단계(402)에서, 응용 프로그램 계층에서, MTC 장치는 IP 또는 UDP 헤더를 갖지 않는 최적화된 메시지를 작성한다. 메시지는 또한 메시지가 최적화된 메시지라는 것을 나타내기 위해 사전-지정된 데이터 필드(406)를 포함하고 있다. 단계(404)에서, MTC 장치는 무선 인터페이스를 통해 최적화된 메시지를 대응하는 BSS로 전송한다.
BSS는, 할당된 단일 무선 블록에서 패킷 데이터 채널을 통해 송신된 LLC N-PDU(316)를 수신할 때, N-PDU(316)를 SGSN으로 중계한다. 일부 실시예에서, BSS는 최적화된 프로토콜 스택이 사용된다는 표시를 N-PDU(316)에 포함시킬 수 있다. 현재 예약된 SAPI 값(예컨대, SAPI = 1100)을 정의하거나, 예컨대, 기존의 정보 요소를 수정하는 것에 의해, 최적화된 프로토콜 스택이 사용될 때를 나타내기 위해 BSSGP 프로토콜을 향상시킴으로써 이 표시가 제공될 수 있다.
SN-PDU를 수신할 시에, SGSN은, SAPI 값을 검사함으로써, 메시지가 최적화된 프로토콜 스택을 사용하여 송신되는지를 검사한다. 메시지가 최적화된 프로토콜 스택을 사용하여 송신되는 경우, SGSN은 MTC 메시지를 GGSN으로 전달하기 전에 필요한 UDP/IP 패킷을 삽입함으로써 프록시로서 역할한다. 도 5는 SGSN이 최적화된 응용 프로그램 계층 메시지를 처리하는 것의 예시적인 플로우차트를 나타낸 것이다. 도 5의 단계(502)에서, SGSN은 최적화된 메시지를 수신했고 UDP 헤더 및 IP 헤더를 메시지에 삽입할 필요가 있는 것으로 결정한다.
MTC 메시지에 대한 UDP 헤더를 작성하기 위해, SGSN은 소스 포트 번호 및 목적지 포트 번호를 도출할 필요가 있다(단계 504). 일부 구현예에서, MTC 응용 프로그램을 위해 11개의 UDP 포트 값이 할당될 수 있다. UDP 포트 정보를 전달하기 위해 SNDCP 계층에서의 NSAPI 필드가 사용될 수 있다. 예를 들어, 최적화된 프로토콜 스택을 사용하여 이동국에 의해 MTC 메시지가 송신될 때마다, 5 내지 15 범위에 있는 NSAPI 필드의 값이 동적으로 구성될 수 있고, MTC 응용 프로그램을 위해 할당된 11개의 대응하는 UDP 포트 값의 임의의 쌍에 매핑될 수 있다. 다른 대안으로서, 이동국이 접속 절차를 트리거할 때 이동국으로부터 SGSN으로 송신되는 새로운 정보의 일부로서 소스 포트 번호 및 목적지 포트 번호가 SGSN으로 전달될 수 있다. 이동국이 MTC 서버 상의 동일한 MTC 응용 프로그램과 항상 통신하는 하나의 MTC 응용 프로그램만을 지원하는 경우에 이것이 가능하다.
MTC 메시지에 대한 IP 헤더를 작성하기 위해, SGSN은 IP 소스 주소 및 IP 목적지 주소를 도출할 필요가 있다(단계 506). IP 소스 주소의 경우, SGSN은 GPRS 접속 동안 이동국에 할당된 P-TMSI를, 접속 절차 동안 SGSN에 의해 개시된 PDP 컨텍스트 생성 동안 이동국에 할당되는 PDP 주소에 매핑한다. IP 목적지 주소의 경우, SGSN은 MTC 장치와 연관되어 있는 MTC 서버의 저장된 IP 주소를 사용한다. 이동국이 접속 절차를 트리거할 때 이동국으로부터 SGSN으로 송신되는 새로운 정보의 일부로서 MTC 서버의 IP 주소가 SGSN에 의해 획득된다.
SGSN은 새로 작성된 IP 헤더 및 UDP 헤더를 BSS로부터 수신하는 SN-PDU에 부가하여, 새로운 N-PDU를 작성한다(단계 508). SGSN은 또한 PDP 컨텍스트 생성 절차 동안 획득된 MTC 장치에 대해 설정된 TEID를 검색하고, 새로운 N-PDU를 전달하는 GTP-U PDU를 발생한다. GTP-U PDU는 이어서 대응하는 GGSN으로 전달된다(단계 510). GGSN은 이어서, MTC 서버의 IP 목적지 주소에 기초하여, 수신된 GTP-U PDU를 임의의 정규 GTP-U PDU로서 MTC 서버로 전달한다.
하향링크 MTC 메시지의 경우, SGSN은 UDP/IP 계층을 제거함으로써 GGSN으로부터 수신된 N-PDU의 크기를 감소시키기로 결정함으로써 UDP/IP 계층을 종단시키는 프록시로서 역할할 수 있다. 도 6은 하나의 이러한 실시예를 나타낸 것이다. SGSN은, GGSN으로부터 GTP-U PDU를 수신할 때(단계 602), 대응하는 대상 이동국을 식별하기 위해 레거시 절차를 사용하고 대상 이동국이 MTC 장치라고 판정한다. MTC 장치가 최적화된 프로토콜 스택을 지원하는 경우, SGSN은, 새로운 N-PDU가 이제 MTC 메시지로 이루어져 있도록 UDP/IP 계층을 제거함으로써(단계 604), 선택적으로 GTP-U PDU 내에서 전달되는 N-PDU의 크기를 감소시키기로 결정할 수 있다. UDP 헤더로부터 추출되는 UDP 포트 번호 정보를 전달하기 위해 SN-PDU 헤더 내의 NSAPI가 다시 사용될 수 있다. SGSN은 이어서, 새로운 PDU가 최적화되어 있다는 것을 나타내도록, LLC 헤더 내의 필드 SAPI 등의 사전-지정된 데이터 필드를 설정하고(단계 606), 이어서 새로운 PDU를 BSSGP PDU를 통해 Gb 인터페이스를 거쳐 BSS 쪽으로 전송한다.
새로운 N-PDU를 포함하는 BSSGP PDU가, 최적화된 프로토콜 스택이 사용된다는 표시와 함께, BSS로 송신된다. BSS는 계속하여 하향링크 TBF를 설정하고, 새로운 N-PDU를 MTC 장치로 전달한다.
MTC 장치가 MTC 메시지를 수신할 때, MTC 장치가 최적화된 프로토콜 스택을 지원하는 경우, MTC 장치는 MTC 메시지가 최적화된 프로토콜 스택을 사용하여 송신되는지를 검사한다. 이 표시는 LLC PDU 페이로드가 상향링크 전송과 동일한 방식으로 전체 MTC 메시지를 전달하는 SN-PDU로 이루어져 있을 때를 알려주도록 현재 예약된 SAPI 값(예컨대, SAPI = 1100)을 정의함으로써 제공될 수 있다. 다른 대안으로서, 예컨대, TBF 할당 메시지 내의 기존의 정보 요소를 수정함으로써, 최적화된 프로토콜 스택이 사용될 것임을 알려주기 위해 하향링크 TBF 설정 절차가 향상될 수 있다.
기술 분야의 당업자라면 상기한 이동국, BSS, SGSN 및 GGSN의 다양한 기능이 하드웨어와 소프트웨어의 다양한 조합을 사용하여 수행될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 도 7 및 도 8은, 각각, 이동국 및 SGSN의 예시적인 실시예를 나타낸 것이다. 도 7에서, 이동국(708)은 데이터 처리를 위한 처리 유닛(702) 및 공중 인터페이스를 통해 BSS로/로부터 무선 데이터를 전송 및 수신하는 송수신기 유닛(704)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 도 8에서, SGSN(802)은 프로세서(804) 및 입/출력 유닛(802)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 처리 유닛(702) 및 프로세서(804)는 하나 이상의 구매가능한 또는 커스텀 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 또는 디지털 신호 처리기에 대응할 수 있다. 선택적으로, 이동국(708) 및 SGSN(802) 둘 다는 전술한 기능들을 구현하는 데 사용되는 소프트웨어, 펌웨어 및 데이터를 포함하는 메모리 장치를 포함할 수 있다. 이들 메모리 장치는 다음과 같은 유형의 장치: 캐시, ROM, PROM, EPROM, EEPROM, 플래시, SRAM 및 DRAM을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다.

Claims (24)

  1. 머신 유형 통신(machine-type communication, MTC) 장치(708)와 서빙 GPRS 지원 노드(SGSN)(802) 사이의 데이터 통신을 위한 프로토콜 스택 최적화 방법(400)으로서 - 상기 MTC 장치 및 상기 SGSN은 하나 이상의 프로토콜 계층을 포함하는 프로토콜 스택을 통해 통신함 - ,
    상기 방법은,
    IP(Internet Protocol) 패킷을 사용하여 대상(target) 네트워크 노드 내의 대상 MTC 응용 프로그램으로 전달하기 위해 상기 MTC 장치에서 MTC 메시지(312)를 작성(constructing)하는 단계(402) - 상기 MTC 장치는 UDP(User Datagram Protocol)/IP 계층이 없는 프로토콜 스택을 가짐 - ; 및
    상기 MTC 메시지를 상기 MTC 장치로부터 상기 SGSN으로 전송하는 단계(404)
    를 포함하고,
    상기 MTC 메시지는 UDP/IP 헤더들을 포함하지 않으며, 상기 MTC 메시지 내의 사전-지정된 데이터 필드는, 상기 대상 MTC 응용 프로그램으로의 전달 전에 UDP 유형 전송 계층 헤더 및 IP 헤더가 상기 MTC 메시지에 부가되어야 한다는 것을 상기 SGSN에 알려주는 값으로 상기 MTC 장치에 의해 설정되는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 MTC 장치 및 상기 SGSN은 GPRS 네트워크 내에 있고, 상기 사전-지정된 데이터 필드는 상기 프로토콜 스택의 논리 링크 제어(Logical Link Control) 계층에서의 서비스 액세스 포인트 식별자(Service Access Point Identifier) 필드인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 MTC 메시지는 UDP 헤더를 포함하지 않으며, 상기 MTC 메시지 내의 사전-지정된 데이터 필드는, 상기 대상 MTC 응용 프로그램으로의 전달 전에 UDP 헤더 및 IP 헤더가 상기 MTC 메시지에 부가되어야 한다는 것을 상기 SGSN에 알려주는 값으로 설정되는 방법.
  4. 하나 이상의 프로토콜 계층을 포함하는 프로토콜 스택을 통해 통신하는 MTC 장치(708)와 서빙 GPRS 지원 노드(SGSN)(802) 사이의 데이터 통신을 위해 머신 유형 통신(MTC) 메시지(312)를 중계하는 방법(500)으로서,
    상기 SGSN에서 MTC 메시지를 수신하는 단계(502) - 상기 MTC 메시지를 송신한 상기 MTC 장치가 사용자 데이터그램 프로토콜(UDP)/인터넷 프로토콜(IP) 계층들이 없는 프로토콜 스택을 갖기 때문에, 상기 MTC 메시지는 UDP 헤더 또는 IP 헤더를 포함하지 않음 - ;
    상기 SGSN에서 수신된 상기 MTC 메시지에 포함되는 사전-지정된 데이터 필드를 검사함으로써 상기 수신된 MTC 메시지가 최적화된 MTC 메시지라는 것을 확인(ascertaining)하는 단계;
    상기 수신된 MTC 메시지가 최적화된 MTC 메시지라는 것을 확인한 것에 응답하여, 상기 MTC 메시지에 없는 UDP 소스 포트 번호 및 UDP 목적지 포트 번호를 검색하고(504) 상기 MTC 메시지에 없는 IP 목적지 주소 및 IP 소스 주소를 검색하는 단계(506);
    상기 검색된 UDP 포트 번호들 및 IP 주소들에 기초하여, 상기 MTC 메시지에 부가될 UDP 헤더 및 IP 헤더를 작성하는 단계(508); 및
    상기 MTC 메시지를 전송하는 단계
    를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 MTC 장치 및 상기 SGSN은 GPRS 네트워크 내에 있는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 수신된 MTC 메시지에 대응하는 P-TMSI(Packet Temporary Mobile Subscriber Identity) 번호를, 상기 MTC 장치와 연관되어 있는 패킷 데이터 프로토콜 주소에 매핑함으로써 상기 IP 소스 주소가 검색되는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 수신된 MTC 메시지에 포함되어 있는 P-TMSI(Packet Temporary Mobile Subscriber Identity) 번호를, 대상 네트워크 노드와 연관되어 있는 패킷 데이터 프로토콜 주소에 매핑함으로써 상기 IP 목적지 주소가 검색되는 방법.
  8. 머신 유형 통신(machine-type communication, MTC) 장치(708)와 서빙 GPRS 지원 노드(SGSN)(802) 사이의 데이터 통신을 위한 프로토콜 스택 최적화 방법(400)으로서 - 상기 MTC 장치 및 상기 SGSN은 하나 이상의 프로토콜 계층을 포함하는 프로토콜 스택을 통해 통신함 -,
    상기 방법은,
    IP(Internet Protocol) 패킷을 사용하여 중계되는 UDP(User Datagram Protocol) 패킷을 통해 대상 네트워크 노드 내의 대상 MTC 응용 프로그램으로 전달하기 위해 상기 MTC 장치에서 MTC 메시지를 작성하는 단계(402) - 상기 MTC 장치는 UDP/IP 계층이 없는 프로토콜 스택을 가짐 - ; 및
    상기 MTC 메시지를 상기 MTC 장치로부터 상기 SGSN으로 전송하는 단계(404)
    를 포함하고,
    상기 MTC 메시지는 UDP 헤더 또는 IP 헤더를 포함하지 않으며, 상기 MTC 메시지 내의 사전-지정된 데이터 필드 및 상기 MTC 메시지에 대응하는 네트워크 노드 아이덴티티 번호가 UDP(User Datagram Protocol) 포트 번호 정보를 도출하는 데 사용되고, 제2 사전-지정된 제2 데이터 필드가 상기 MTC 메시지가 최적화되어 있다는 것을 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 MTC 장치 및 상기 SGSN은 GPRS 네트워크 내에 있고, 상기 사전-지정된 데이터 필드는 상기 프로토콜 스택의 SNDCP(Sub-Network Dependent Convergence Protocol) 계층에서의 네트워크 서비스 액세스 포인트 식별자 필드이며, 상기 네트워크 노드 아이덴티티 번호는 P-TMSI(Packet_Temporary Mobile Subscriber Identity)인 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 MTC 장치 및 상기 SGSN은 GPRS 네트워크 내에 있고, 상기 MTC 메시지 내의 제2 사전-지정된 데이터 필드는, 상기 대상 MTC 응용 프로그램으로의 전달 전에 UDP 헤더 및 IP 헤더가 상기 MTC 메시지에 부가되어야 한다는 것을 상기 SGSN에 알려주는 값으로 설정되는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 사전-지정된 데이터 필드는 상기 프로토콜 스택의 논리 링크 제어 계층에서의 서비스 액세스 포인트 식별자 필드인 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 대응하는 네트워크 노드 아이덴티티 번호는 접속(Attach) 절차 동안 상기 MTC 장치에 할당된 P-TMSI(Packet Temporary Mobile Subscriber Identity)이고, 그에 대한 대응하는 IP 주소 정보 및 UDP 포트 정보는, 상기 접속 절차 및 PDP 컨텍스트 활성화 절차 동안 상기 MTC 장치와 SGSN 사이에서 전달되는 정보를 사용하여 식별되는 방법.
  13. 하나 이상의 프로토콜 계층을 포함하는 프로토콜 스택을 통해 통신하는 MTC 장치(708)와 서빙 GPRS 지원 노드(SGSN)(802) 사이의 데이터 통신을 위해 머신 유형 통신(MTC) 메시지(312)를 중계하는 방법(500)으로서,
    상기 방법은,
    상기 SGSN에서 MTC 메시지를 수신하는 단계(502) - 상기 MTC 메시지를 송신한 상기 MTC 장치가 사용자 데이터그램 프로토콜(UDP)/인터넷 프로토콜(IP) 계층들이 없는 프로토콜 스택을 갖기 때문에, 상기 MTC 메시지는 UDP 헤더 또는 IP 헤더를 포함하지 않음 - ;
    상기 MTC 메시지 내의 사전-지정된 데이터 필드 및 상기 MTC 메시지에 대응하는 네트워크 노드 아이덴티티 번호를 사용하여 UDP(User Datagram Protocol) 포트 번호 정보를 도출하는 단계(504);
    상기 MTC 메시지에 대응하는 상기 네트워크 노드 아이덴티티 번호를 사용하여 IP 목적지 주소 및 IP 소스 주소를 검색하는 단계(506);
    상기 도출된 UDP 포트 정보 및 상기 검색된 IP 주소들에 기초하여, IP 헤더 및 UDP 헤더를 작성하고(508), 상기 IP 헤더 및 상기 UDP 헤더를 상기 MTC 메시지에 부가하는 단계; 및
    상기 MTC 메시지를 전송하는 단계(510)
    를 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 MTC 장치 및 상기 SGSN은 GPRS 네트워크 내에 위치해 있고, 상기 사전-지정된 데이터 필드는 상기 프로토콜 스택의 SNDCP(Sub-Network Dependent Convergence Protocol) 계층에서의 네트워크 서비스 액세스 포인트 식별자 필드이며, 상기 네트워크 노드 아이덴티티 번호는 P-TMSI(Packet Temporary Mobile Subscriber Identity)인 방법.
  15. 제13항에 있어서, 제2 사전-지정된 데이터 필드를 검사함으로써 상기 수신된 MTC 메시지가 최적화된 MTC 메시지라는 것을 확인하는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제2 사전-지정된 데이터 필드는 상기 프로토콜 스택의 논리 링크 제어 계층에서의 서비스 액세스 포인트 식별자 필드인 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 대응하는 네트워크 노드 아이덴티티 번호는 접속 절차 동안 상기 MTC 장치에 할당된 P-TMSI(Packet Temporary Mobile Subscriber Identity)이고, 그에 대한 대응하는 IP 주소 정보 및 UDP 포트 정보는, 상기 접속 절차 및 PDP 컨텍스트 활성화 절차 동안 상기 MTC 장치와 상기 SGSN 사이에서 전달되는 정보를 사용하여 식별되는 방법.
  18. 서빙 GPRS 지원 노드(SGSN)(802)로부터 기지국 서브시스템(BSS)으로 머신 유형 통신(MTC) 메시지(312)를 전달하는 방법(600)으로서 - 상기 SGSN 및 BSS는 하나 이상의 프로토콜 계층을 포함하는 프로토콜 스택을 통해 통신하고, 상기 BSS는 프로토콜 스택 최적화를 지원할 수 있음 -,
    상기 방법은,
    상기 SGSN에서 MTC 메시지를 수신하는 단계(602);
    프로토콜 스택 최적화를 위해 상기 수신된 메시지로부터 UDP(User Datagram Protocol) 헤더 및 IP(Internet Protocol) 헤더를 제거하는 단계(604);
    상기 MTC 메시지가 최적화되어 있다는 것을 나타내기 위해 상기 메시지 내의 데이터 필드를 사전-지정된 값으로 설정하는 단계(606); 및
    상기 MTC 메시지를 상기 BSS로 전송하는 단계(608) - 상기 BSS는, 사용자 데이터그램 프로토콜(UDP)/인터넷 프로토콜(IP) 계층들이 없는 프로토콜 스택을 갖는 MTC 장치(708)에 상기 MTC 메시지를 전달하고, 상기 BSS에 전달되는 상기 MTC 메시지는 상기 사전-지정된 값으로 설정되는 상기 데이터 필드를 포함함 -
    를 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 SGSN 및 상기 BSS는 GPRS 네트워크 내에 있는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 사전-지정된 데이터 필드는 상기 프로토콜 스택의 논리 링크 제어 계층에서의 서비스 액세스 포인트 식별자 필드인 방법.
  21. 하나 이상의 프로토콜 계층을 포함하는 프로토콜 스택을 통해 서빙 GPRS 지원 노드(SGSN)(802)와 통신하도록 구성되어 있고, 프로토콜 스택 최적화를 지원할 수 있는 무선 머신 유형 통신(MTC) 장치(708)로서,
    상기 무선 MTC 장치는,
    상기 무선 MTC 장치 내의 응용 프로그램 계층으로부터 메시지들을 수신하는 수신 유닛(704);
    무선 인터페이스를 통해 메시지들을 전송하는 송신 유닛(704); 및
    상기 수신 유닛으로부터 수신된 메시지들을 처리하는 처리 유닛(702)
    을 포함하고,
    상기 처리 유닛은,
    UDP(User Datagram Protocol)/IP(Internet Protocol) 패킷을 통해 대상 네트워크 노드 내의 대상 MTC 응용 프로그램으로 전달하기 위해 MTC 메시지를 작성하고,
    상기 MTC 메시지를 상기 SGSN으로 전송하도록
    구성되어 있으며,
    상기 MTC 메시지는 UDP 헤더 또는 IP 헤더를 포함하지 않으며, 상기 MTC 메시지 내의 사전-지정된 데이터 필드는, 상기 대상 네트워크 노드로의 전달 전에 UDP 헤더 및 IP 헤더가 상기 MTC 메시지에 부가되어야 한다는 것을 상기 SGSN에 알려주는 값으로 상기 MTC 장치에 의해 설정되고, 상기 MTC 장치는 UDP/IP 계층들이 없는 프로토콜 스택을 갖는 것을 특징으로 하는 무선 MTC 장치.
  22. 하나 이상의 프로토콜 계층을 포함하는 프로토콜 스택을 통해 서빙 GPRS 지원 노드(SGSN)(802)와 통신하도록 구성되어 있고, 프로토콜 스택 최적화를 지원할 수 있는 무선 머신 유형 통신(MTC) 장치(708)로서,
    상기 무선 MTC 장치는,
    무선 인터페이스를 통해 MTC 메시지들을 수신하는 수신 유닛(704);
    수신된 메시지들을 상기 무선 MTC 장치 내의 응용 프로그램 계층으로 전송하는 송신 유닛(704); 및
    상기 수신 유닛으로부터 수신된 MTC 메시지들을 처리하고 상기 송신 유닛에 의해 전송될 MTC 메시지들을 준비하는 처리 유닛(720)
    을 포함하고,
    상기 처리 유닛은,
    프로토콜 스택 최적화로 인해 UDP(User Datagram Protocol) 또는 IP(Internet Protocol) 헤더를 포함하지 않는 MTC 메시지(312)를 수신하고,
    상기 메시지 내의 사전-지정된 데이터 필드를 사용하여 UDP(User Datagram Protocol) 포트 번호 정보를 도출하며,
    상기 도출된 UDP 포트 번호 정보에 기초하여 상기 MTC 메시지를 상기 응용 프로그램 계층으로 전달하도록
    구성되어 있으며, 상기 MTC 장치는 UDP/IP 계층이 없는 프로토콜 스택을 갖는 것을 특징으로 하는 무선 MTC 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 무선 MTC 장치 및 상기 SGSN은 GPRS 네트워크 내에 위치해 있고, 상기 사전-지정된 데이터 필드는 상기 프로토콜 스택의 SNDCP(Sub-Network dependent Convergence Protocol) 계층에서의 네트워크 서비스 액세스 포인트 식별자 필드인 무선 MTC 장치.
  24. 삭제
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