KR20160140262A - 무선 통신 시스템에서 상향링크 데이터 송신 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 명세서는 저 지연(low latency) 서비스를 지원하는 무선 통신 시스템에서 상향링크 데이터(UL data)를 전송하기 위한 방법에 있어서, 단말과 네트워크 간 초기 접속(initial attach) 절차를 수행하는 단계; 및 상기 단말과 상기 네트워크 간 저 지연 서비스의 상향링크 전송을 수행하는 서비스 요청(service request) 절차를 수행하는 단계를 포함하되, 상기 서비스 요청(service request) 절차를 수행하는 단계는 SME(Service Management Entity)에서 저 지연 서비스의 상향링크 데이터를 생성하기 위해 사용되는 제어 정보를 상기 단말이 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무선 통신 시스템에서 상향링크 데이터 송신 방법 및 이를 위한 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING UPLINK DATA IN A WIRELESS SYSTEM}

본 명세서는 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게 저 지연 통신(low latency communication 또는 ultra-low latency communication)을 지원하는 무선 통신 시스템에서 상향링크 데이터를 전송하기 위한 방법 및 이를 지원하는 장치에 관한 것이다.

이동 통신 시스템은 사용자의 활동성을 보장하면서 음성 서비스를 제공하기 위해 개발되었다. 그러나 이동통신 시스템은 음성뿐 아니라 데이터 서비스까지 영역을 확장하였으며, 현재에는 폭발적인 트래픽의 증가로 인하여 자원의 부족 현상이 야기되고 사용자들이 보다 고속의 서비스에 대한 요구하므로, 보다 발전된 이동 통신 시스템이 요구되고 있다.

차세대 이동 통신 시스템의 요구 조건은 크게 폭발적인 데이터 트래픽의 수용, 사용자 당 전송률의 획기적인 증가, 대폭 증가된 연결 디바이스 개수의 수용, 매우 낮은 단대단 지연(End-to-End Latency), 고에너지 효율을 지원할 수 있어야 한다. 이를 위하여 이중 연결성(Dual Connectivity), 대규모 다중 입출력(Massive MIMO: Massive Multiple Input Multiple Output), 전이중(In-band Full Duplex), 비직교 다중접속(NOMA: Non-Orthogonal Multiple Access), 초광대역(Super wideband) 지원, 단말 네트워킹(Device Networking) 등 다양한 기술들이 연구되고 있다.

특히, 5G 이동 통신의 경우, 그 핵심 성능 지표로 체감 전송률, 최대 전송률, 최대 이동 속도, 전송 지연, 단말의 밀도, 에너지 효율, 주파수 효율, 면적당 시스템 용량 등이 고려되고 있다.

이 중에서도 특히, 5G 이동 통신 시스템에서 기존의 4G 이동 통신 시스템과 다른 주요한 특징으로 낮은 전송 지연(low latency) 요구를 꼽을 수 있다.

이는 5G 이동 통신 시스템에서 사용될 것으로 고려되는 스마트 그리드, 차량간 통신, 가상 현실 등과 같은 다양한 서비스를 지원하기 위한 것으로, 해당 서비스들은 일반적으로 굉장히 낮은 지연 시간을 요구한다.

이 때문에 기존 이동 통신 시스템의 전송 지연 시간으로는 해당 서비스들을 지원하기 어려운 문제가 있다.

기존의 4G 이동 통신 시스템에서는 대부분 단말의 최대 전송률을 향상시키는 연구가 진행된 반면에, 최근 5G 이동통신 시스템을 위한 연구에서는 낮은 전송 지연 요구를 만족시키기 위한 연구가 다양하게 진행되고 있다.

기존 LTE/LTE-A 통신 기술에서는 RRC_Idle 상태의 단말이 상향링크 전송을 수행할 경우, 필수적으로 RRC 연결 절차를 수행하여 RRC_Connected 상태로 천이해야 한다.

하지만, RRC 연결 절차는 단말과 기지국 사이에서 10 여 번의 제어 메시지를 주고 받게 되며, 그에 따라 최소 50ms 정도의 지연 시간이 발생한다.

따라서, 5G 이동통신 기술에서 요구하는 저 지연 요구를 만족시키는 데에 RRC 연결 절차는 큰 bottleneck이 된다.

특히, 5G 이동통신 기술에서 저 지연 서비스로 기대되는 스마트 그리드, 차량간 통신 등의 서비스에서는 낮은 전송 지연 시간을 요구하면서도 단말이 상향링크 전송 시 RRC_Idle 상태일 확률이 높을 것으로 예상되므로, RRC 연결 절차는 해당 서비스의 저 지연 요구 달성에 큰 문제가 된다.

RRC 프로토콜은 LTE/LTE-A 이동통신 기술에서 단말이 이동통신 시스템에 접속하기 위한 기본적인 제어정보를 교환하기 위해 단말과 기지국 사이에 존재하는 프로토콜이다.

단말은 통신을 수행하기 위해 기지국과 필요한 정보를 서로 교환하여 RRC 연결을 맺고, 이 경우 단말은 RRC_Connected 상태에 있다고 정의된다.

그러나 단말의 전력 사용 관리를 위해 일정 기간 동안 단말과 기지국 사이의 통신이 없을 경우, 해당 연결은 해제되어 단말은 RRC_Idle 상태로 천이되며, 단말에게 상향링크나 하향링크 전송이 발생할 때까지 RRC_Idle 상태를 유지한다.

기존의 LTE/LTE-A 통신 기술에서는 RRC_Idle 상태에 들어간 단말은 데이터를 전송하기 위해 필수적으로 다시 RRC 연결을 맺어야 하고, RRC 연결을 수행하고 데이터를 전송하는 데까지 약 50ms의 시간이 소요된다.

차량간 통신, 스마트 그리드 통신, IoT 장치의 interrupt 메시지 등의 서비스에서는 패킷의 발생시기를 예측할 수 없고, 낮은 지연 시간을 요구하므로 기존 통신 기술을 적용하는데 어려움이 있다.

또한, RRC 연결 절차에는 단말과 기지국 사이에서 최소 9번의 RRC 메시지 교환이 필요하므로, 센서 정보 등의 작은 데이터를 전송하기 위해 매번 RRC 연결 절차를 수행하는 것은 signaling overhead 측면에서 자원의 비효율적인 사용을 초래한다.

따라서, 위와 같은 서비스들의 요구 사항을 충족시키고 자원을 효율적으로 사용하기 위해서는 상향링크 전송을 위한 RRC 연결 절차를 간소화함으로써, 전송에 필요한 overhead와 지연 시간을 줄여야 할 필요가 있다.

따라서, 본 명세서는 단말이 RRC 연결 없이 한 번의 임의 접속(random access) 절차를 통해 얻은 무선 자원을 통해 상향링크 패킷를 전송할 수 있도록 하여 낮은 지연 시간과 적은 signaling overhead를 획득하는 방법을 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 명세서는 단말이 RRC_Idle 상태에서 상향링크 패킷이 발생했을 때 RRC 연결 없이 상향링크 전송을 가능하게 하면서도, 보안성을 유지함과 동시에 작은 지연 시간과 전송 overhead를 갖는 방법을 제공함에 목적이 있다.

이를 위해, 단말이 사용하는 서비스에 따라 전송될 데이터의 목적지를 구별하고, 이를 관리하는 entity를 EPC 내에 새롭게 정의함에 목적이 있다.

또한, RRC_Idle 상태의 단말이 random access를 통해 획득한 자원을 이용하여 해당 entity에게 간소화된 데이터와 단말의 신원이 포함된 하나의 제어 메시지를 전달함으로써 미리 정의된 형태의 데이터를 목적지까지 전달하는 방법을 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 명세서는 단말이 상기와 같은 방법을 이용하여 RRC 연결을 맺지 않고 상향링크 전송을 수행함으로써, 기존 기술 대비 전송에 필요한 overhead를 줄이면서도 지연시간을 줄이는 방법을 제공함에 목적이 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서는 저 지연(low latency) 서비스를 지원하는 무선 통신 시스템에서 상향링크 데이터(UL data)를 전송하기 위한 방법에 있어서, 단말과 네트워크 간 초기 접속(initial attach) 절차를 수행하는 단계; 및 상기 단말과 상기 네트워크 간 저 지연 서비스의 상향링크 전송을 수행하는 서비스 요청(service request) 절차를 수행하는 단계를 포함하되, 상기 서비스 요청(service request) 절차를 수행하는 단계는 SME(Service Management Entity)에서 저 지연 서비스의 상향링크 데이터를 생성하기 위해 사용되는 제어 정보를 상기 단말이 기지국으로 전송하는 단계를 포함하며, 상기 제어 정보는 단말의 신원(identity)을 나타내는 단말 식별 정보, 저 지연 서비스의 종류를 나타내는 서비스 ID(Identifier), 상향링크 전송에 대한 응답의 수신 여부를 나타내는 응답 수신 정보, 단말이 전송을 원하는 데이터 패킷을 지시하는 패킷 지시자(indicator) 또는 상기 데이터 패킷의 목적지를 나타내는 목적지 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서는 상기 저 지연 서비스의 상향링크 전송과 관련된 보안 정보 및/또는 서비스 정보를 재설정하거나 또는 업데이트하기 위해 상기 단말이 상기 네트워크와 재설정(reconfiguration) 절차를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서는 상기 단말과 상기 네트워크 간 연결을 해지하기 위한 해지(detach) 절차를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 초기 접속(initial attach) 절차를 수행하는 단계는 상기 단말과 상기 네트워크 간 RRC 연결 확립(RRC connection establishment) 절차를 수행하는 단계; 단말 및 서비스에 대한 인증을 수행하기 위한 인증(authentication) 절차를 수행하는 단계; 저 지연 서비스의 상향링크 전송과 관련된 보안성(security) 및 무결성(integrity)을 획득하기 위한 보안 설정(security setup) 절차를 수행하는 단계; 및 상기 단말이 저 지연 서비스의 정보를 획득하기 위한 서비스 정보 획득(service information acquisition) 절차를 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 인증 절차를 수행하는 단계는 MME(Mobility Management Entity)가 HSS(Home subscriber Server)로부터 상기 단말이 사용할 저 지연 서비스의 서비스 ID를 획득하는 단계; 및 상기 MME가 상기 SME로 서비스 인증을 요청하기 위한 서비스 인증 요청(service authentication request) 메시지를 전송하는 단계를 포함하며, 상기 서비스 인증 요청 메시지는 상기 단말의 IMSI(International Mobile Subscriber Identity) 및 상기 단말이 사용할 저 지연 서비스의 서비스 ID를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 보안 설정 절차를 수행하는 단계는 MME가 SME로 보안 키 생성에 사용될 알고리즘 정보를 포함하는 보안 키 요청 메시지를 전송하는 단계; 상기 SME가 상기 단말과 사전에 공유하고 있는 제 1 보안 키 및 상기 보안 키 요청 메시지에 포함된 알고리즘 정보를 이용하여 제 2 보안 키를 생성하는 단계; 상기 SME가 상기 생성된 제 2 보안 키 및 상기 제 1 보안 키의 식별자를 상기 MME로 전송하는 단계; 상기 MME가 상기 SME로부터 수신한 제 2 보안 키 및 상기 제 1 보안 키의 식별자를 포함하는 보안 모드 명령(security mode command) 메시지를 상기 단말로 전송하는 단계; 상기 단말이 상기 수신된 보안 모드 명령 메시지에 기초하여 무결성 검사를 수행하는 단계; 및 상기 무결성 검사가 성공한 경우, 상기 단말이 상기 SME로 상기 제 2 보안 키를 포함하는 보안 모드 완료(security mode complete) 메시지를 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 제 1 보안 키는

이고, 상기 제 2 보안 키는 SME-MAC인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 서비스 요청(service request) 절차를 수행하는 단계는 상기 제어 정보를 전송하기 위한 상향링크 자원을 할당받기 위해 상기 단말과 상기 기지국 간 임의 접속(Random Access) 절차를 수행하는 단계; 및 상기 SME가 상기 제어 정보에 기초하여 저 지연 서비스의 상향링크 데이터를 생성하고, 상기 생성된 저 지연 서비스의 상향링크 데이터를 목적지로 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서는 상기 SME가 상기 단말로 상기 저 지연 서비스의 상향링크 데이터 전송의 성공 여부를 나타내는 응답을 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 데이터 패킷 지시자(indicator) 및 목적지 정보는 상기 초기 접속 절차에서 획득되는 보안 키를 통해 암호화되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 재설정(reconfiguration) 절차는 상기 단말이 상기 SME로 서비스 재설정 요청(service reconfiguration request) 메시지를 전송하는 단계; 상기 SME에서 상기 MME로 보안 설정을 다시 수행하도록 지시하는 보안 재구성 요청(security reconfiguration request) 메시지를 전송하는 단계; 및 저 지연 서비스 관련 정보를 다시 획득하고 갱신하기 위해 상기 단말이 상기 네트워크와 서비스 정보 획득(service information acquisition) 절차를 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 재설정(reconfiguration) 절차는 상기 단말이 상기 SME로부터 재설정이 필요함을 알리는 서비스 재설정 요청(service reconfiguration request) 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 단말이 상기 SME로 상기 서비스 재설정 요청 메시지에 대한 응답으로 서비스 재설정 응답(service reconfiguration response) 메시지를 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 해지(detach) 절차를 수행하는 단계는 상기 단말이 SME로 단말의 식별 정보 및 제 1 보안 키 및 제 1 보안 키의 식별자를 포함하는 해지 요청(detach request) 메시지를 전송하는 단계; 상기 수신된 해지 요청 메시지에 기초하여, SME가 보안 컨텍스트(security context)를 백업(backup)하는 단계; 상기 단말이 상기 MME로부터 해지이 수락을 알리는 해지 수락(detach accept) 메시지를 수신하는 단계; 상기 SME가 상기 단말의 서비스 등록 context를 해지하는 단계; 및 상기 SME에서 상기 MME로 상기 단말의 서비스 등록 context가 성공적으로 해지되었음을 알리는 삭제 컨텍스트 응답(delete context response)를 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 해지(detach) 절차를 수행하는 단계는 상기 SME에서 상기 MME로 해지 요청(detach request) 메시지를 전송하는 단계; 상기 단말이 상기 MME로부터 상기 해지 요청 메시지를 수신하는 단계; 상기 단말이 저 지연 서비스의 상향링크 전송 보안과 관련된 context를 삭제하는 단계; 해지 수락을 나타내는 해지 수락 메시지를 상기 단말이 상기 MME로 전송하는 단계; 상기 수신된 해지 수락 메시지에 기초하여, 상기 MME가 상기 SME로 상기 단말의 저 지연 서비스 관련 context의 삭제를 지시하는 삭제 컨텍스트 요청(delete context request) 메시지를 전송하는 단계; 및 상기 SME에서 상기 MME로 상기 단말의 저 지연 서비스 관련 context가 성공적으로 해지되었음을 나타내는 삭제 컨텍스트 응답(delete context response) 메시지를 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 단말 및 상기 SME는 LSM(Low latency Service Management)-Registered 상태 및 LSM-Deregistered 상태를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 명세서는 단말이 RRC 연결 없이 한 번의 임의 접속(random access) 절차를 통해 얻은 무선 자원을 통해 상향링크 패킷를 전송할 수 있도록 하여 낮은 지연 시간과 적은 signaling overhead를 획득할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 명세서는 단말이 RRC_Idle 상태에서 상향링크 패킷이 발생했을 때 RRC 연결 없이 상향링크 전송을 가능하게 하면서도, 보안성을 유지함과 동시에 작은 지연 시간과 전송 overhead를 가지는 효과가 있다.

또한, 본 명세서는 RRC_Idle 상태의 단말이 random access를 통해 획득한 자원을 이용하여 해당 entity에게 간소화된 데이터와 단말의 신원이 포함된 하나의 제어 메시지를 전달할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 LTE 시스템에 관련된 EPS(Evolved Packet System)의 일 예를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 무선통신 시스템을 나타낸다.
도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 E-UTRAN과 EPC 간의 기능 분할(functional split)의 일 예를 나타낸 블록도이다.
도 4a는 본 명세서의 기술적 특징이 적용될 수 있는 사용자 평면(user plane)에 대한 무선 프로토콜 구조(radio protocol architecture)의 일 예를 나타낸 블록도이다.
도 4b는 본 명세서의 기술적 특징이 적용될 수 있는 제어 평면(control plane)에 대한 무선 프로토콜 구조의 일 예를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명이 적용될 수 있는 물리 채널 구조의 일 예를 나타낸 도이다.
도 6은 경쟁 기반 임의 접속 과정(Random Access procedure)에서 단말과 기지국의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명이 적용될 수 있는 RRC 아이들 상태의 단말 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명이 적용될 수 있는 RRC 연결을 확립하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명이 적용될 수 있는 RRC 연결 재설정 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 10은 본 발명이 적용될 수 있는 RRC 연결 재확립 절차의 일 예를 나타낸 도이다.
도 11은 본 명세서에서 제안하는 LSM-state와 EMM-state의 천이 과정의 일 예를 나타낸 도이다.
도 12는 본 명세서에서 제안하는 저 지연 상향링크 전송을 위한 통신 방법의 초기 접속 절차의 일 예를 나타낸 흐름도이다.
도 13은 본 명세서에서 제안하는 저 지연 상향링크 전송을 위한 통신 방법의 서비스 요청 절차의 일 예를 나타낸 흐름도이다.
도 14 및 도 15는 본 명세서에서 제안하는 저 지연 상향링크 전송을 위한 통신 방법의 재설정 절차의 일 예를 나타낸 흐름도이다.
도 16 및 도 17은 본 명세서에서 제안하는 저 지연 상향링크 전송을 위한 통신 방법의 해지 절차의 일 예를 나타낸 흐름도이다.
도 18은 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.

본 명세서에서 기지국은 단말과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미를 갖는다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다. 즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. '기지국(BS: Base Station)'은 고정국(fixed station), Node B, eNB(evolved-NodeB), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(AP: Access Point), MeNB(Macro eNB), SeNB(Secondary eNB) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다.

또한, '단말(Terminal)'은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), MS(Mobile Station), UT(user terminal), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), AMS(Advanced Mobile Station), WT(Wireless terminal), MTC(Machine-Type Communication) 장치, M2M(Machine-to-Machine) 장치, D2D(Device-to-Device) 장치 등의 용어로 대체될 수 있다.

이하에서, 하향링크(DL: downlink)는 기지국에서 단말로의 통신을 의미하며, 상향링크(UL: uplink)는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 송신기는 기지국의 일부이고, 수신기는 단말의 일부일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말의 일부이고, 수신기는 기지국의 일부일 수 있다.

이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access), NOMA(non-orthogonal multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 이용될 수 있다. CDMA는 UTRA(universal terrestrial radio access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(global system for mobile communications)/GPRS(general packet radio service)/EDGE(enhanced data rates for GSM evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(universal mobile telecommunications system)의 일부이다. 3GPP(3rd generation partnership project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(advanced)는 3GPP LTE의 진화이다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 LTE 시스템에 관련된 EPS(Evolved Packet System)의 일 예를 나타낸 도이다.

LTE 시스템은 사용자 단말(UE)과 PDN(packet data network) 간에, 사용자가 이동 중 최종 사용자의 응용프로그램 사용에 방해를 주지 않으면서, 끊김 없는 IP 연결성(Internet Protocol connectivity)을 제공하는 것을 목표로 한다. LTE 시스템은, 사용자 단말과 기지국 간의 무선 프로토콜 구조(radio protocol architecture)를 정의하는 E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)를 통한 무선 접속의 진화를 완수하며, 이는 EPC(Evolved Packet Core) 네트워크를 포함하는 SAE(System Architecture Evolution)에 의해 비-무선적 측면에서의 진화를 통해서도 달성된다. LTE와 SAE는 EPS(Evolved Packet System)를 포함한다.

EPS는 PDN 내에서 게이트웨이(gateway)로부터 사용자 단말로 IP 트래픽을 라우팅하기 위해 EPS 베어러(EPS bearers)라는 개념을 사용한다. 베어러(bearer)는 상기 게이트웨이와 사용자 단말 간에 특정한 QoS(Quality of Service)를 갖는 IP 패킷 플로우(IP packet flow)이다. E-UTRAN과 EPC는 응용 프로그램에 의해 요구되는 베어러를 함께 설정하거나 해제(release)한다.

EPC는 CN(core network)이라고도 불리며, UE를 제어하고, 베어러의 설정을 관리한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 SAE의 EPC의 노드(논리적 혹은 물리적 노드)는 MME(Mobility Management Entity) (30), PDN-GW 또는 P-GW(PDN gateway) (50), S-GW(Serving Gateway) (40), PCRF(Policy and Charging Rules Function) (60), HSS (Home subscriber Server) (70) 등을 포함한다.

MME(30)는 UE와 CN 간의 시그널링을 처리하는 제어 노드이다. UE와 CN 간에 교환되는 프로토콜은 NAS(Non-Access Stratum) 프로토콜로 알려져 있다. MME(30)에 의해 지원되는 기능들의 일례는, 베어러의 설정, 관리, 해제를 포함하여 NAS 프로토콜 내의 세션 관리 계층(session management layer)에 의해 조작되는 베어러 관리(bearer management)에 관련된 기능, 네트워크와 UE 간의 연결(connection) 및 보안(Security)의 설립에 포함하여 NAS 프로토콜 계층에서 연결계층 또는 이동제어계층(mobility management layer)에 의해 조작된다.

S-GW(40)는 UE가 기지국(eNodeB) 간에 이동할 때 데이터 베어러를 위한 로컬 이동성 앵커(local mobility anchor)의 역할을 한다. 모든 사용자 IP 패킷은 S-GW(40)을 통해 송신된다. 또한 S-GW(40)는 UE가 ECM-IDLE 상태로 알려진 유휴 상태(idle state)에 있고, MME가 베어러를 재설정(re-establish)하기 위해 UE의 페이징을 개시하는 동안 하향링크 데이터를 임시로 버퍼링할 때 베어러에 관련된 정보를 유지한다. 또한, GRPS(General Packet Radio Service), UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)와 같은 다른 3GPP 기술과의 인터워킹(inter-working)을 위한 이동성 앵커(mobility anchor)의 역할을 수행한다.

P-GW(50)은 UE를 위한 IP 주소 할당을 수행하고, QoS 집행(Qos enforcement) 및 PCRF(60)로부터의 규칙에 따라 플로우-기반의 과금(flow-based charging)을 수행한다. P-GW(50)는 GBR 베어러(Guaranteed Bit Rate (GBR) bearers)를 위한 QoS 집행을 수행한다. 또한, CDMA2000이나 WiMAX 네트워크와 같은 비3GPP(non-3GPP) 기술과의 인터워킹을 위한 이동성 엥커(mobility anchor) 역할도 수행한다.

PCRF(60)는 정책 제어 의사결정(policy control decision-making)을 수행하고, 플로우-기반의 과금(flow-based charging)을 수행한다.

HSS(70)는 HLR(Home Location Register)이라고도 불리며, EPS-subscribed QoS 프로파일(profile) 및 로밍을 위한 접속제어에 정보 등을 포함하는 SAE 가입 데이터(SAE subscription data)를 포함한다. 또한, 사용자가 접속하는 PDN에 대한 정보 역시 포함한다. 이러한 정보는 APN(Access Point Name) 형태로 유지될 수 있는데, APN는 DNS(Domain Name system) 기반의 레이블(label)로, PDN에 대한 엑세스 포인트 또는 가입된 IP 주소를 나타내는 PDN 주소를 설명하는 식별기법이다.

도 1에 도시된 바와 같이, EPS 네트워크 요소(EPS network elements)들 간에는 S1-U, S1-MME, S5/S8, S11, S6a, Gx, Rx 및 SG와 같은 다양한 인터페이스가 정의될 수 있다.

이하, 이동성 관리(mobility management; MM)의 개념과 이동성 관리(MM) 백오프 타이머(back-off timer)를 상세하게 설명한다. 이동성 관리(MM)는 E-UTRAN 상의 오버헤드와 UE에서의 프로세싱을 감소시키기 위한 절차이다.

이동성 관리(MM)가 적용되는 경우, 엑세스 네트워크에서 UE에 관련된 모든 정보는 데이터가 비활성화되는 기간 동안 해제될 수 있다. MME는 상기 Idle 구간 동안 UE 콘텍스트(context) 및 설정된 베어러에 관련된 정보를 유지할 수 있다.

네트워크가 ECM-IDLE 상태에 있는 UE에 접촉할 수 있도록, UE는 현재의 TA(Tracking Area)를 벗어날 때마다 네트워크에 새로운 위치에 관하여 알릴 수 있다. 이러한 절차는 “Tracking Area Update”라 불릴 수 있으며, 이 절차는 UTRAN(universal terrestrial radio access network)이나 GERAN(GSM EDGE Radio Access Network) 시스템에서 “Routing Area Update”라 불릴 수 있다. MME는 UE가 ECM-IDLE 상태에 있는 동안 사용자 위치를 추적하는 기능을 수행한다.

ECM-IDLE 상태에 있는 UE에게 전달해야 할 다운링크 데이터가 있는 경우, MME는 UE가 등록된 TA(tracking area) 상의 모든 기지국(eNodeB)에 페이징 메시지를 송신한다.

그 다음, 기지국은 무선 인터페이스(radio interface) 상으로 UE에 대해 페이징을 시작한다. 페이징 메시지가 수신됨에 따라, UE의 상태가 ECM-CONNECTED 상태로 천이하게 하는 절차를 수행한다. 이러한 절차는 “Service Request Procedure”라 부릴 수 있다. 이에 따라 UE에 관련된 정보는 E-UTRAN에서 생성되고, 모든 베어러는 재설정(re-establish)된다. MME는 라디오 베어러(radio bearer)의 재설정과, 기지국 상에서 UE 콘텍스트를 갱신하는 역할을 수행한다.

상술한 이동성 관리(MM) 절차가 수행되는 경우, MM(mobility management) 백오프 타이머가 추가로 사용될 수 있다. 구체적으로 UE는 TA를 갱신하기 위해 TAU(Tracking Area Update)를 송신할 수 있고, MME는 핵심 망의 혼잡(core network congestion)으로 인해 TAU 요청을 거절할 수 있는데, 이 경우 MM 백오프 타이머에 관련된 시간 값을 제공할 수 있다. 해당 시간 값을 수신함에 따라, UE는 MM 백오프 타이머를 활성화시킬 수 있다.

도 2는 본 발명이 적용되는 무선통신 시스템을 나타낸다.

이는 E-UTRAN(Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access Network), 또는 LTE(Long Term Evolution)/LTE-A 시스템이라고도 불릴 수 있다.

E-UTRAN은 단말(10; User Equipment, UE)에게 제어 평면(control plane)과 사용자 평면(user plane)을 제공하는 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다.

기지국(20)들은 X2 인터페이스를 통하여 서로 연결될 수 있다. 기지국(20)은 S1 인터페이스를 통해 EPC(Evolved Packet Core), 보다 상세하게는 S1-MME를 통해 MME(Mobility Management Entity)와 S1-U를 통해 S-GW(Serving Gateway)와 연결된다.

EPC는 MME, S-GW 및 P-GW(Packet Data Network-Gateway)로 구성된다. MME는 단말의 접속 정보나 단말의 능력에 관한 정보를 가지고 있으며, 이러한 정보는 단말의 이동성 관리에 주로 사용된다. S-GW는 E-UTRAN을 종단점으로 갖는 게이트웨이이며, P-GW는 PDN을 종단점으로 갖는 게이트웨이이다.

단말과 네트워크 사이의 무선인터페이스 프로토콜 (Radio Interface Protocol)의 계층들은 통신시스템에서 널리 알려진 개방형 시스템간 상호접속 (Open System Interconnection; OSI) 기준 모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 L1 (제1계층), L2 (제2계층), L3(제3계층)로 구분될 수 있는데, 이 중에서 제1계층에 속하는 물리계층은 물리채널(Physical Channel)을 이용한 정보전송서비스(Information Transfer Service)를 제공하며, 제 3계층에 위치하는 RRC(Radio Resource Control) 계층은 단말과 네트워크 간에 무선자원을 제어하는 역할을 수행한다. 이를 위해 RRC 계층은 단말과 기지국간 RRC 메시지를 교환한다.

도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 E-UTRAN과 EPC 간의 기능 분할(functional split)의 일 예를 나타낸 블록도이다.

도 3을 참조하면, 빗금친 블록은 무선 프로토콜 계층(radio protocol layer)을 나타내고, 빈 블록은 제어 평면의 기능적 개체(functional entity)를 나타낸다.

기지국은 다음과 같은 기능을 수행한다. (1) 무선 베어러 제어(Radio Bearer Control), 무선 허락 제어(Radio Admission Control), 연결 이동성 제어(Connection Mobility Control), 단말로의 동적 자원 할당(dynamic resource allocation)와 같은 무선 자원 관리(Radio Resource Management; RRM) 기능, (2) IP(Internet Protocol) 헤더 압축 및 사용자 데이터 스트림의 해독(encryption), (3) S-GW로의 사용자 평면 데이터의 라우팅(routing), (4) 페이징(paging) 메시지의 스케줄링 및 전송, (5) 브로드캐스트(broadcast) 정보의 스케줄링 및 전송, (6) 이동성과 스케줄링을 위한 측정과 측정 보고 설정.

MME는 다음과 같은 기능을 수행한다. (1) 기지국들로 페이징 메시지의 분산, (2) 보안 제어(Security Control), (3) 아이들 상태 이동성 제어(Idle State Mobility Control), (4) SAE 베어러 제어, (5) NAS(Non-Access Stratum) 시그널링의 암호화(Ciphering) 및 무결 보호(Integrity Protection).

S-GW는 다음과 같은 기능을 수행한다. (1) 페이징에 대한 사용자 평면 패킷의 종점(termination), (2) 단말 이동성의 지원을 위한 사용자 평면 스위칭.

도 4a는 본 명세서의 기술적 특징이 적용될 수 있는 사용자 평면(user plane)에 대한 무선 프로토콜 구조(radio protocol architecture)의 일 예를 나타내며, 도 4b는 본 명세서의 기술적 특징이 적용될 수 있는 제어 평면(control plane)에 대한 무선 프로토콜 구조의 일 예를 나타낸 블록도이다.

사용자 평면은 사용자 데이터 전송을 위한 프로토콜 스택(protocol stack)이고, 제어 평면은 제어신호 전송을 위한 프로토콜 스택이다.

도 4a 및 4b를 참조하면, 물리계층(PHY(physical) layer)은 물리채널(physical channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보 전송 서비스(information transfer service)를 제공한다. 물리계층은 상위 계층인 MAC(Medium Access Control) 계층과는 전송채널(transport channel)을 통해 연결되어 있다. 전송채널을 통해 MAC 계층과 물리계층 사이로 데이터가 이동한다. 전송채널은 무선 인터페이스를 통해 데이터가 어떻게 어떤 특징으로 전송되는가에 따라 분류된다.

서로 다른 물리계층 사이, 즉 송신기와 수신기의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 이동한다. 상기 물리채널은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식으로 변조될 수 있고, 시간과 주파수를 무선자원으로 활용한다.

MAC 계층의 기능은 논리채널과 전송채널간의 맵핑 및 논리채널에 속하는 MAC SDU(service data unit)의 전송채널 상으로 물리채널로 제공되는 전송블록(transport block)으로의 다중화/역다중화(‘/’의 의미는 ‘or’과 ‘and’의 개념을 모두 포함한다)를 포함한다. MAC 계층은 논리채널을 통해 RLC(Radio Link Control) 계층에게 서비스를 제공한다.

RLC 계층의 기능은 RLC SDU의 연결(concatenation), 분할(segmentation) 및 재결합(reassembly)를 포함한다. 무선베어러(Radio Bearer; RB)가 요구하는 다양한 QoS(Quality of Service)를 보장하기 위해, RLC 계층은 투명모드(Transparent Mode, TM), 비확인 모드(Unacknowledged Mode, UM) 및 확인모드(Acknowledged Mode, AM)의 세 가지의 동작모드를 제공한다. AM RLC는 ARQ(automatic repeat request)를 통해 오류 정정을 제공한다.

RRC(Radio Resource Control) 계층은 제어 평면에서만 정의된다. RRC 계층은 무선 베어러들의 설정(configuration), 재설정(re-configuration) 및 해제(release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. RB는 단말과 네트워크간의 데이터 전달을 위해 제1 계층(PHY 계층) 및 제2 계층(MAC 계층, RLC 계층, PDCP 계층)에 의해 제공되는 논리적 경로를 의미한다.

사용자 평면에서의 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층의 기능은 사용자 데이터의 전달, 헤더 압축(header compression) 및 암호화(ciphering)를 포함한다. 제어 평면에서의 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층의 기능은 제어 평면 데이터의 전달 및 암호화/무결정 보호(integrity protection)를 포함한다.

RB가 설정된다는 것은 특정 서비스를 제공하기 위해 무선 프로토콜 계층 및 채널의 특성을 규정하고, 각각의 구체적인 파라미터 및 동작 방법을 설정하는 과정을 의미한다. RB는 다시 SRB(Signaling RB)와 DRB(Data RB) 두가지로 나누어 질 수 있다. SRB는 제어 평면에서 RRC 메시지를 전송하는 통로로 사용되며, DRB는 사용자 평면에서 사용자 데이터를 전송하는 통로로 사용된다.

단말의 RRC 계층과 E-UTRAN의 RRC 계층 사이에 RRC 연결(RRC Connection)이 확립되면, 단말은 RRC 연결(RRC connected) 상태에 있게 되고, 그렇지 못할 경우 RRC 아이들(RRC idle) 상태에 있게 된다.

네트워크에서 단말로 데이터를 전송하는 하향링크 전송채널로는 시스템정보를 전송하는 BCH(Broadcast Channel)과 그 이외에 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 하향링크 SCH(Shared Channel)이 있다. 하향링크 멀티캐스트 또는 브로드캐스트 서비스의 트래픽 또는 제어메시지의 경우 하향링크 SCH를 통해 전송될 수도 있고, 또는 별도의 하향링크 MCH(Multicast Channel)을 통해 전송될 수도 있다. 한편, 단말에서 네트워크로 데이터를 전송하는 상향링크 전송채널로는 초기 제어메시지를 전송하는 RACH(Random Access Channel)와 그 이외에 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 상향링크 SCH(Shared Channel)가 있다.

전송채널 상위에 있으며, 전송채널에 매핑되는 논리채널(Logical Channel)로는 BCCH(Broadcast Control Channel), PCCH(Paging Control Channel), CCCH(Common Control Channel), MCCH(Multicast Control Channel), MTCH(Multicast Traffic Channel) 등이 있다.

물리채널(Physical Channel)은 시간 영역에서 여러 개의 OFDM 심벌과 주파수 영역에서 여러 개의 부반송파(Sub-carrier)로 구성된다. 하나의 서브프레임(Sub-frame)은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심벌(Symbol)들로 구성된다. 자원블록은 자원 할당 단위로, 복수의 OFDM 심벌들과 복수의 부반송파(sub-carrier)들로 구성된다. 또한 각 서브프레임은 PDCCH(Physical Downlink Control Channel) 즉, L1/L2 제어채널을 위해 해당 서브프레임의 특정 OFDM 심벌들(예, 첫번째 OFDM 심볼)의 특정 부반송파들을 이용할 수 있다. TTI(Transmission Time Interval)는 서브프레임 전송의 단위시간이다.

도 5는 본 발명이 적용될 수 있는 물리 채널 구조의 일 예를 나타낸 도이다.

도 5를 참조하면, 서브 프레임은 시간 영역에서 2개의 슬롯을 포함한다. 서브 프레임내의 첫번째 슬롯의 앞선 최대 3 OFDM 심벌들이 제어채널들이 할당되는 제어영역(control region)이고, 나머지 OFDM 심벌들은 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)가 할당되는 데이터 영역이 된다.

3GPP LTE에서 사용되는 하향링크 제어채널들은 PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PDCCH(Physical Downlink Control Channel), PHICH(Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel) 등이 있다. 서브프레임의 첫번째 OFDM 심벌에서 전송되는 PCFICH는 서브프레임내에서 제어채널들의 전송에 사용되는 OFDM 심벌의 수(즉, 제어영역의 크기)에 관한 정보를 나른다. PDCCH를 통해 전송되는 제어정보를 하향링크 제어정보(downlink control information, DCI)라고 한다. DCI는 상향링크 자원 할당 정보, 하향링크 자원 할당 정보 및 임의의 UE 그룹들에 대한 상향링크 전송 파워 제어 명령 등을 가리킨다. PHICH는 상향링크 HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request)에 대한 ACK(Acknowledgement)/NACK(Not-Acknowledgement) 신호를 나른다. 즉, 단말이 전송한 상향링크 데이터에 대한 ACK/NACK 신호는 PHICH 상으로 전송된다.

도 6은 경쟁 기반 임의 접속 과정(Random Access procedure)에서 단말과 기지국의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.

(1) 제 1 메시지 전송

먼저, 단말은 시스템 정보 또는 핸드오버 명령(Handover Command)을 통해 지시된 임의접속 프리앰블의 집합에서 임의로(randomly) 하나의 임의접속 프리앰블을 선택하고, 상기 임의접속 프리앰블을 전송할 수 있는 PRACH(Physical RACH) 자원을 선택하여 전송할 수 있다(S610).

(2) 제 2 메시지 수신

임의접속 응답 정보를 수신하는 방법은 비 경쟁 기반 임의접속 과정에서와 유사하다. 즉, 단말은 상기 단계 S610에서와 같이 임의접속 프리앰블을 전송 후에, 기지국이 시스템 정보 또는 핸드오버 명령을 통해 지시된 임의접속 응답 수신 윈도우 내에서 자신의 임의접속 응답의 수신을 시도하며, 대응되는 RA-RNTI 정보를 통해 PDSCH를 수신하게 된다(S620). 이를 통해 상향링크 승인 (UL Grant), 임시 셀 식별자 (Temporary C-RNTI) 및 시간 동기 보정 값 (Timing Advance Command: TAC) 등을 수신할 수 있다.

(3) 제 3 메시지 전송

단말이 자신에게 유효한 임의접속 응답을 수신한 경우에는, 상기 임의접속 응답에 포함된 정보들을 각각 처리한다. 즉, 단말은 TAC을 적용시키고, 임시 C-RNTI를 저장한다. 또한, UL 승인을 이용하여, 데이터(즉, 제 3 메시지)를 기지국으로 전송한다(S630). 제 3 메시지는 단말의 식별자가 포함되어야 한다. 경쟁 기반 랜덤 액세스 과정에서는 기지국에서 어떠한 단말들이 상기 임의접속 과정을 수행하는지 판단할 수 없는데, 차후에 충돌해결을 하기 위해서는 단말을 식별해야 하기 때문이다.

단말의 식별자를 포함시키는 방법으로는 두 가지 방법이 논의되었다. 첫 번째 방법은 단말이 상기 임의접속 과정 이전에 이미 해당 셀에서 할당 받은 유효한 셀 식별자를 가지고 있었다면, 단말은 상기 UL 승인에 대응하는 상향링크 전송 신호를 통해 자신의 셀 식별자를 전송한다. 반면에, 만약 임의접속 과정 이전에 유효한 셀 식별자를 할당 받지 못하였다면, 단말은 자신의 고유 식별자(예를 들면, S-TMSI 또는 임의 ID(Random Id))를 포함하여 전송한다. 일반적으로 상기의 고유 식별자는 셀 식별자보다 길다. 단말은 상기 UL 승인에 대응하는 데이터를 전송하였다면, 충돌 해결을 위한 타이머 (contention resolution timer)를 개시 한다.

(4) 제 4 메시지 수신

단말이 임의접속 응답에 포함된 UL 승인를 통해 자신의 식별자를 포함한 데이터를 전송 한 이후, 충돌 해결을 위해 기지국의 지시를 기다린다. 즉, 특정 메시지를 수신하기 위해 PDCCH의 수신을 시도한다(S640). 상기 PDCCH를 수신하는 방법에 있어서도 두 가지 방법이 논의되었다. 앞에서 언급한 바와 같이 상기 UL 승인에 대응하여 전송된 제 3 메시지가 자신의 식별자가 셀 식별자를 이용하여 전송된 경우, 자신의 셀 식별자를 이용하여 PDCCH의 수신을 시도하고, 상기 식별자가 고유 식별자인 경우에는, 임의접속 응답에 포함된 임시 C-RNTI를 이용하여 PDCCH의 수신을 시도할 수 있다. 그 후, 전자의 경우, 만약 상기 충돌 해결 타이머가 만료되기 전에 자신의 셀 식별자를 통해 PDCCH를 수신한 경우에, 단말은 정상적으로 임의접속 과정이 수행되었다고 판단하고, 임의접속 과정을 종료한다. 후자의 경우에는 상기 충돌 해결 타이머가 만료되기 전에 임시 C-RNTI를 통해 PDCCH를 수신하였다면, 상기 PDCCH가 지시하는 PDSCH이 전달하는 데이터를 확인한다. 만약 상기 데이터의 내용에 자신의 고유 식별자가 포함되어 있다면, 단말은 정상적으로 임의접속 과정이 수행되었다고 판단하고, 임의접속 과정을 종료한다.

이하, 단말의 RRC 상태 (RRC state)와 RRC 연결 방법에 대해 상술한다.

RRC 상태란 단말의 RRC 계층이 E-UTRAN의 RRC 계층과 논리적 연결(logical connection)이 되어 있는가 아닌가를 말하며, 연결되어 있는 경우는 RRC 연결 상태, 연결되어 있지 않은 경우는 RRC 아이들 상태라고 부른다. RRC 연결 상태의 단말은 RRC 연결이 존재하기 때문에 E-UTRAN은 해당 단말의 존재를 셀 단위에서 파악할 수 있으며, 따라서 단말을 효과적으로 제어할 수 있다.

반면에 RRC 아이들 상태의 단말은 E-UTRAN이 파악할 수는 없으며, 셀 보다 더 큰 지역 단위인 트랙킹 구역(Tracking Area) 단위로 CN(core network)이 관리한다. 즉, RRC 아이들 상태의 단말은 큰 지역 단위로 존재 여부만 파악되며, 음성이나 데이터와 같은 통상의 이동통신 서비스를 받기 위해서는 RRC 연결 상태로 이동해야 한다.

사용자가 단말의 전원을 맨 처음 켰을 때, 단말은 먼저 적절한 셀을 탐색한 후 해당 셀에서 RRC 아이들 상태에 머무른다. RRC 아이들 상태의 단말은 RRC 연결을 맺을 필요가 있을 때 비로소 RRC 연결 과정(RRC connection procedure)을 통해 E-UTRAN과 RRC 연결을 확립하고, RRC 연결 상태로 천이한다. RRC 아이들 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 호출(paging) 메시지를 수신한 경우 이에 대한 응답 메시지 전송 등을 들 수 있다.

RRC 계층 상위에 위치하는 NAS(Non-Access Stratum) 계층은 연결관리(Session Management)와 이동성 관리(Mobility Management) 등의 기능을 수행한다.

NAS 계층에서 단말의 이동성을 관리하기 위하여 EMM-REGISTERED(EPS Mobility Management-REGISTERED) 및 EMM-DEREGISTERED 두 가지 상태가 정의되어 있으며, 이 두 상태는 단말과 MME에게 적용된다. 초기 단말은 EMM-DEREGISTERED 상태이며, 이 단말이 네트워크에 접속하기 위해서 초기 연결(Initial Attach) 절차를 통해서 해당 네트워크에 등록하는 과정을 수행한다. 상기 연결(Attach) 절차가 성공적으로 수행되면 단말 및 MME는 EMM-REGISTERED 상태가 된다.

단말과 EPC간 시그널링 연결(signaling connection)을 관리하기 위하여 ECM(EPS Connection Management)-IDLE 상태 및 ECM-CONNECTED 상태 두 가지 상태가 정의되어 있으며, 이 두 상태는 단말 및 MME에게 적용된다. ECM-IDLE 상태의 단말이 E-UTRAN과 RRC 연결을 맺으면 해당 단말은 ECM-CONNECTED 상태가 된다.

ECM-IDLE 상태에 있는 MME는 E-UTRAN과 S1 연결(S1 connection)을 맺으면 ECM-CONNECTED 상태가 된다. 단말이 ECM-IDLE 상태에 있을 때에는 E-UTRAN은 단말의 배경(context) 정보를 가지고 있지 않다. 따라서 ECM-IDLE 상태의 단말은 네트워크의 명령을 받을 필요 없이 셀 선택(cell selection) 또는 셀 재선택(reselection)과 같은 단말 기반의 이동성 관련 절차를 수행한다. 반면, 단말이 ECM-CONNECTED 상태에 있을 때에는 단말의 이동성은 네트워크의 명령에 의해서 관리된다. ECM-IDLE 상태에서 단말의 위치가 네트워크가 알고 있는 위치와 달라질 경우 단말은 트랙킹 구역 갱신(Tracking Area Update) 절차를 통해 네트워크에 단말의 해당 위치를 알린다.

다음은, 시스템 정보(System Information)에 관한 설명이다.

시스템 정보는 단말이 기지국에 접속하기 위해서 알아야 하는 필수 정보를 포함한다. 따라서 단말은 기지국에 접속하기 전에 시스템 정보를 모두 수신하고 있어야 하고, 또한 항상 최신의 시스템 정보를 가지고 있어야 한다. 그리고 상기 시스템 정보는 한 셀 내의 모든 단말이 알고 있어야 하는 정보이므로, 기지국은 주기적으로 상기 시스템 정보를 전송한다.

3GPP TS 36.331 V8.7.0 (2009-09) "Radio Resource Control (RRC); Protocol specification (Release 8)"의 5.2.2절에 의하면, 상기 시스템 정보는 MIB(Master Information Block), SB(Scheduling Block), SIB(System Information Block)로 나뉜다. MIB는 단말이 해당 셀의 물리적 구성, 예를 들어 대역폭(Bandwidth) 같은 것을 알 수 있도록 한다. SB은 SIB들의 전송정보, 예를 들어, 전송 주기 등을 알려준다. SIB은 서로 관련 있는 시스템 정보의 집합체이다. 예를 들어, 어떤 SIB는 주변의 셀의 정보만을 포함하고, 어떤 SIB는 단말이 사용하는 상향링크 무선 채널의 정보만을 포함한다.

도 7은 본 발명이 적용될 수 있는 RRC 아이들 상태의 단말 동작을 나타내는 흐름도이다.

도 7은 초기 전원이 켜진 단말이 셀 선택 과정을 거쳐 네트워크 망에 등록하고 이어 필요할 경우 셀 재선택을 하는 절차를 나타낸다.

도 7을 참조하면, 단말은 자신이 서비스 받고자 하는 망인 PLMN(public land mobile network)과 통신하기 위한 라디오 접속 기술(radio access technology; RAT)를 선택한다(S710). PLMN 및 RAT에 대한 정보는 단말의 사용자가 선택할 수도 있으며, USIM(universal subscriber identity module)에 저장되어 있는 것을 사용할 수도 있다.

단말은 측정한 기지국과 신호세기나 품질이 특정한 값보다 큰 셀 중에서, 가장 큰 값을 가지는 셀을 선택한다(Cell Selection)(S720). 이는 전원이 켜진 단말이 셀 선택을 수행하는 것으로서 초기 셀 선택(initial cell selection)이라 할 수 있다. 셀 선택 절차에 대해서 이후에 상술하기로 한다. 셀 선택 이후 단말은, 기지국이 주기적으로 보내는 시스템 정보를 수신한다. 상기 말하는 특정한 값은 데이터 송/수신에서의 물리적 신호에 대한 품질을 보장받기 위하여 시스템에서 정의된 값을 말한다. 따라서, 적용되는 RAT에 따라 그 값은 다를 수 있다.

단말은 망 등록 필요가 있는 경우 망 등록 절차를 수행한다(S730). 단말은 망으로부터 서비스(예:Paging)를 받기 위하여 자신의 정보(예:IMSI)를 등록한다. 단말은 셀을 선택 할 때 마다 접속하는 망에 등록을 하는 것은 아니며, 시스템 정보로부터 받은 망의 정보(예:Tracking Area Identity; TAI)와 자신이 알고 있는 망의 정보가 다른 경우에 망에 등록을 한다.

단말은 셀에서 제공되는 서비스 환경 또는 단말의 환경 등을 기반으로 셀 재선택을 수행한다(S740). 단말은 서비스 받고 있는 기지국으로부터 측정한 신호의 세기나 품질의 값이 인접한 셀의 기지국으로부터 측정한 값보다 낮다면, 단말이 접속한 기지국의 셀 보다 더 좋은 신호 특성을 제공하는 다른 셀 중 하나를 선택한다. 이 과정을 2번 과정의 초기 셀 선택(Initial Cell Selection)과 구분하여 셀 재선택(Cell Re-Selection)이라 한다. 이때, 신호특성의 변화에 따라 빈번히 셀이 재선택되는 것을 방지하기 위하여 시간적인 제약조건을 둔다. 셀 재선택 절차에 대해서 이후에 상술하기로 한다.

도 8은 본 발명이 적용될 수 있는 RRC 연결을 확립하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

단말은 RRC 연결을 요청하는 RRC 연결 요청(RRC Connection Request) 메시지를 네트워크로 보낸다(S810). 네트워크는 RRC 연결 요청에 대한 응답으로 RRC 연결 설정(RRC Connection Setup) 메시지를 보낸다(S820). RRC 연결 설정 메시지를 수신한 후, 단말은 RRC 연결 모드로 진입한다.

단말은 RRC 연결 확립의 성공적인 완료를 확인하기 위해 사용되는 RRC 연결 설정 완료(RRC Connection Setup Complete) 메시지를 네트워크로 보낸다(S830).

도 9는 본 발명이 적용될 수 있는 RRC 연결 재설정 과정을 나타낸 흐름도이다.

RRC 연결 재설정(reconfiguration)은 RRC 연결을 수정하는데 사용된다. 이는 RB 확립/수정(modify)/해제(release), 핸드오버 수행, 측정 셋업/수정/해제하기 위해 사용된다.

네트워크는 단말로 RRC 연결을 수정하기 위한 RRC 연결 재설정(RRC Connection Reconfiguration) 메시지를 보낸다(S910). 단말은 RRC 연결 재설정에 대한 응답으로, RRC 연결 재설정의 성공적인 완료를 확인하기 위해 사용되는 RRC 연결 재설정 완료(RRC Connection Reconfiguration Complete) 메시지를 네트워크로 보낸다(S920).

도 10은 본 발명이 적용될 수 있는 RRC 연결 재확립 절차의 일 예를 나타낸 도이다.

도 10을 참조하면, 단말은 SRB 0(Signaling Radio Bearer #0)을 제외한 설정되어 있던 모든 무선 베어러(radio bearer) 사용을 중단하고, AS(Access Stratum)의 각종 부계층(sub-layer)을 초기화 시킨다(S1010). 또한, 각 부계층 및 물리 계층을 기본 구성(default configuration)으로 설정한다. 이와 같은 과정중에 단말은 RRC 연결 상태를 유지한다.

단말은 RRC 연결 재확립 절차를 수행하기 위한 셀 선택 절차를 수행한다(S1020). RRC 연결 재확립 절차 중 셀 선택 절차는 단말이 RRC 연결 상태를 유지하고 있음에도 불구하고, 단말이 RRC 아이들 상태에서 수행하는 셀 선택 절차와 동일하게 수행될 수 있다.

단말은 셀 선택 절차를 수행한 후 해당 셀의 시스템 정보를 확인하여 해당 셀이 적합한 셀인지 여부를 판단한다(S1030). 만약 선택된 셀이 적절한 E-UTRAN 셀이라고 판단된 경우, 단말은 해당 셀로 RRC 연결 재확립 요청 메시지(RRC connection reestablishment request message)를 전송한다(S1040).

한편, RRC 연결 재확립 절차를 수행하기 위한 셀 선택 절차를 통하여 선택된 셀이 E-UTRAN 이외의 다른 RAT을 사용하는 셀이라고 판단된 경우, RRC 연결 재확립 절차를 중단되고, 단말은 RRC 아이들 상태로 진입한다(enter)(S1050).

단말은 셀 선택 절차 및 선택한 셀의 시스템 정보 수신을 통하여 셀의 적절성 확인은 제한된 시간 내에 마치도록 구현될 수 있다. 이를 위해 단말은 RRC 연결 재확립 절차를 개시함에 따라 타이머를 구동(run)시킬 수 있다. 타이머는 단말이 적합한 셀을 선택하였다고 판단된 경우 중단될 수 있다. 타이머가 만료된 경우 단말은 RRC 연결 재확립 절차가 실패하였음을 간주하고 RRC 아이들 상태로 진입할 수 있다. 이 타이머를 이하에서 무선 링크 실패(radio link failure) 타이머라고 언급하도록 한다. LTE 스펙 TS 36.331에서는 T311이라는 이름의 타이머가 무선 링크 실패 타이머로 활용될 수 있다. 단말은 이 타이머의 설정 값을 서빙 셀의 시스템 정보로부터 획득할 수 있다.

단말로부터 RRC 연결 재확립 요청 메시지를 수신하고 요청을 수락한 경우, 셀은 단말에게 RRC 연결 재확립 메시지(RRC connection reestablishment message)를 전송한다.

셀로부터 RRC 연결 재확립 메시지를 수신한 단말은 SRB1에 대한 PDCP 부계층과 RLC 부계층을 재구성한다. 또한 보안 설정과 관련된 각종 키 값들을 다시 계산하고, 보안을 담당하는 PDCP 부계층을 새로 계산한 보안키 값들로 재구성한다.

이를 통해 단말과 셀간 SRB 1이 개방되고 RRC 제어 메시지를 주고 받을 수 있게 된다. 단말은 SRB1의 재개를 완료하고, 셀로 RRC 연결 재확립 절차가 완료되었다는 RRC 연결 재확립 완료 메시지(RRC connection reestablishment complete message)를 전송한다(S1060).

반면, 단말로부터 RRC 연결 재확립 요청 메시지를 수신하고 요청을 수락하지 않은 경우, 셀은 단말에게 RRC 연결 재확립 거절 메시지(RRC connection reestablishment reject message)를 전송한다.

RRC 연결 재확립 절차가 성공적으로 수행되면, 셀과 단말은 RRC 연결 재확립 절차를 수행한다. 이를 통하여 단말은 RRC 연결 재확립 절차를 수행하기 전의 상태를 회복하고, 서비스의 연속성을 최대한 보장한다.

이하에서, 본 명세서에서 제안하는 단말이 RRC 연결 절차 없이 상향링크 전송을 수행하는 방법에 대해 관련 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

이하 설명에서, 단말은 기지국과 상향링크 통신을 수행하는 상황을 고려한다.

본 명세서에서 설명하는 단말은 기지국과 통신을 수행하기 위해 RRC 아이들(RRC_Idle) 상태 및 RRC 연결(RRC_Connected) 상태 중 하나의 상태를 가지게 된다.

이하 설명의 편의를 위해, 본 명세서에서 RRC_Idle 상태를 휴지 상태(또는 유휴 상태)로, RRC_Connected 상태를 RRC 연결 상태로 표현하기로 한다.

본 명세서는 저 지연(low latency) 서비스에서 전송되는 패킷이 미리 정의되어 있을 경우, 휴지 상태의 단말이 기지국과 RRC 연결 절차를 수행하지 않고, 랜덤 액세스(random access) 절차를 통해 획득한 무선 자원을 이용하여 자신의 신원 정보, 전송하고자 하는 패킷의 지시자(indicator), 해당 패킷의 목적지 정보를 상기 기지국으로 전송하여, 저 지연 서비스 관련 상향링크 전송을 수행함으로써, 단말의 상향링크 전송에 대한 overhead 및 지연 시간을 줄이기 위한 방법을 제공한다.

이를 위해, 본 명세서에서는 EPC(Evolved Packet Core)에 새로운 entity인 SME(Service Management Entity)를 정의하고, 이를 이용하여 한 번의 random access로 상향링크 데이터를 전송하는 방법, SME 정보를 관리하기 위한 LSM(Low-latency Service Management) state를 정의하는 방법, 상기 LSM state를 관리하는 signaling 절차의 수행 방법을 제공한다.

본 명세서에서 기술되는 저 지연 서비스는 모두 본 명세서에서 제안하는 단말의 상향링크 전송 방법을 사용하는 것으로 간주한다.

SME( S ervice M anagement E ntity)

본 명세서에서 제안하는 단말의 상향링크 전송은 새롭게 정의하는 ‘SME(service management entity)’라는 EPC entity를 이용하여 수행된다.

상기 SME의 기능은 아래와 같이 정의될 수 있다.

저 지연 서비스에서 전송되는 패킷의 형태, 해당 패킷의 indicator, 패킷의 목적지, 사용자 인증 키, 과금 방법 등을 관리

단말의 상향링크 전송 정보를 기초로 사용자 인증 수행 및 상향링크에 대한 보안성 획득

단말의 전송 정보를 기초로 데이터 패킷를 생성하여 단말에서 요청한 목적지로 전달

먼저, 상기 SME의 첫 번째 기능에 대해 살펴본다.

첫 번째로, SME는 저 지연 서비스에서 전송되는 패킷의 형태 및 해당 패킷의 indicator, 패킷의 목적지, 사용자 인증 키, 과금 방법 등을 관리한다.

단말이 저 지연 서비스 관련 상향링크 전송을 수행하기 위해서는 사용자 인증 키, 패킷 형태 등에 대한 정보가 필요하다.

따라서, SME는 상기 사용자 인증 키, 패킷 형태 등에 대한 정보를 관리하고, 단말의 초기 접속 시 수신되는 제어 메시지를 통해 해당 단말이 사용하는 서비스 정보를 확인하고, 해당 단말의 상향링크 전송에 필요한 정보를 해당 단말로 전송한다.

여기서, 다수의 저 지연 서비스가 존재할 수 있으므로, SME는 다수의 저 지연 서비스에 대한 정보들을 관리해야 한다.

두 번째로, SME는 단말의 인증을 수행하고, 상향링크 전송에 대한 보안성을 획득하는 기능을 수행한다.

기존 LTE/LTE-A 통신 기술에서는 RRC 연결 절차를 통해 AS(access stratum) security setup을 수행하고, 상기 AS security setup을 통해 기지국과 단말 간의 보안성 및 데이터 무결성을 획득한다.

하지만, 본 명세서에서 제안하는 방법의 경우, 휴지 상태의 단말이 상향링크 전송을 수행하는 과정에서 RRC 연결 절차를 수행하지 않기 때문에, 기존 방법으로는 단말의 전송할 상향링크 데이터의 보안성과 무결성을 보장할 수 없게 된다.

따라서, 본 명세서에서는 SME를 통하여 단말의 상향링크 전송에서의 보안성과 데이터 무결성을 획득하는 방법을 제공한다.

세 번째로, SME는 단말로부터 전송된 패킷의 indicator 및 패킷의 목적지정보를 수신함으로써, 상기 패킷의 indicator에 해당하는 패킷을 생성하고, 상기 생성된 패킷을 목적지로 전달하는 기능을 수행한다.

SME의 첫 번째 기능에서 살핀 바와 같이, SME는 저 지연 서비스의 패킷 정보를 관리하기 때문에, 상기 SME는 단말로부터 전송된 패킷의 정보를 이용하여 (단말의 요청 목적지로 전송할) 패킷을 생성할 수 있다.

또한, 본 명세서는 단말과 SME의 정보 교환과 현재 상태를 효율적으로 관리하기 위해 LSM(low-latency service management) state를 새롭게 정의한다.

새롭게 정의되는 LSM-state는 (1) LSM-Registered state 및 (2) LSM-Deregistered state의 2 가지 상태로 구분할 수 있다.

즉, 저 지연 서비스를 지원하는(또는 사용하는) 단말은 상기에서 정의되는 LSM-state 상태를 가질 수 있다.

각 LSM-state(LSM-Registered state 및 LSM-Deregistered state)는 단말과 SME 간의 정보 교환 상태를 나타낸다.

상기 LSM-Registered 상태는 단말과 SME 사이에 단말의 정보 및 상향링크 전송의 보안을 위한 정보가 공유되어 있는 상태이며, SME와 MME 사이에도 단말의 정보가 공유되어 있는 상태이다.

따라서, 단말이 상기 LSM-Registered 상태이면서 동시에 EMM-Registered 상태인 경우, 본 명세서에서 제안하는 저 지연 상향링크 전송이 가능한 상태에 해당될 수 있다.

상기 EMM(EPS Mobility Management)-Registered 상태는 단말이 망에 attach 되어 IP 주소를 가지고, EPS 베어러(bearer)가 설정되어 있는 상태를 의미한다.

상기 LSM-Deregistered 상태는 단말과 SME 사이에 단말의 정보 및 상향링크 전송의 보안을 위한 정보가 공유되어 있지 않은 상태를 의미한다.

단말은 상기 LSM-state 및 EMM-state에 따라 아래와 같이 4 가지 상태 중 어느 하나의 상태를 가질 수 있다.

상태 1(1110): EMM-Deregistered 및 LSM-Deregistered

상태 2(1120): EMM-Deregistered 및 LSM-Registered

상태 3(1130): EMM-Registered 및 LSM-Registered

상태 4(1140): EMM-Registered 및 LSM-Deregistered

도 11은 본 명세서에서 제안하는 LSM-state와 EMM-state의 천이 과정의 일 예를 나타낸 도이다.

도 11을 참조하여, 상기 4 가지 상태에 대해 좀 더 구체적으로 살펴본다.

상태 1(EMM-Deregistered 및 LSM-Deregistered)은 사용자가 망에 가입하고 한번도 단말의 전원을 켜지 않았거나 또는 사용자가 단말의 전원을 끈 후 오랜 시간이 지났을 경우를 나타낸다.

상태 2(EMM-Deregistered 및 LSM-Registered)는 사용자가 단말의 전원을 오프(off)하였거나 또는 다른 이유로 망과의 EMM 연결은 해제되었으나, 아직 저 지연 상향링크 전송에 필요한 단말 정보는 망에 남아있는 경우를 나타낸다.

여기서, 상태 2가 일정 시간 이상 지속되는 경우, 상기 상태 2는 상태 1로 천이하게 된다.

상태 3(EMM-Registered 및 LSM-Registered)은 단말과 SME 사이에 저 지연 상향링크 전송을 위한 정보가 모두 공유되어 있는 상태이고, 단말이 망에도 attach 되어 있는 상태로, 단말이 SME를 이용해서 저 지연 상향링크 전송을 수행할 수 있는 상태를 나타낸다.

상태 4(EMM-Registered 및 LSM-Deregistered)는 상기 상태 3의 단말이 저 지연 상향링크 전송 과정 중 사용자 인증에 실패한 경우 또는 단말과 SME 사이에 보안 정보가 공유되지 않았거나 만료된 상태를 나타낸다.

상태 4에서 상태 3으로 천이하기 위해서 단말은 (서비스) 재설정(reconfiguration) 과정을 수행해야 한다.

이하, 본 명세서에서 제안하는 저 지연 상향링크 전송을 위한 통신 방법에 대해 살펴보기로 한다.

본 명세서에서 제안하는 저 지연 상향링크 전송을 위한 통신 방법은 크게 (1) 초기 접속(Initial attach) 절차, (2) 서비스 요청(Service request) 절차, (3) 재설정(Reconfiguration) 절차 및 (4) 해지(Detach) 절차로 구분할 수 있다.

상기 (1) 내지 (4)의 각 절차는 단말이 망에 초기 접속을 수행할 경우, LSM 상태 천이가 필요한 경우, 저 지연 상향링크 전송을 수행하는 경우 또는 단말과 SME 사이의 보안 정보 갱신(update)이 필요한 경우 수행된다.

각 절차에 대해 도 12 내지 도 17을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.

초기 접속 ( I nitial attach ) 절차

도 12는 본 명세서에서 제안하는 저 지연 상향링크 전송을 위한 통신 방법의 초기 접속 절차의 일 예를 나타낸 흐름도이다.

도 12a 및 도 12b는 설명의 편의 및 도면 작성의 편의를 위해 구분한 것일 뿐, 상기 초기 접속 절차를 수행하기 위한 일련의 과정에 해당한다.

Initial attach 절차는 EMM-Deregistered 및 LSM-Deregistered 상태의 단말이 망에 처음으로 접속하여 망(또는 네트워크)로 망 접속 요청(Attach Request)을 전송하고, 상기 망과 인증 및 보안 관련 절차를 수행하는 과정이다.

Initial attach 절차는 도 12에 도시된 바와 같이, 크게 (1) UE ID acquisition(S1210), (2) Authentication(S1220), (3) Security setup(S1230) 및 (4) Service information acquisition(S1240)의 4 가지 단계로 구분할 수 있다.

먼저, initial attach 절차의 첫 번째 단계인 UE ID acquisition 단계에 대해 설명한다.

상기 UE ID acquisition 단계(S1210)는 기존 LTE/LTE-A 통신 기술의 RRC 연결절차와 동일하게 접속 요청(Attach Request) 메시지를 통해 IMSI(International Mobile Subscriber Identity)를 획득하는 절차이다.

단말이 망에 접속하기 위해 기존 RRC 연결 절차와 동일한 절차를 그대로 수행하므로, 해당 절차에 대한 구체적인 설명은 앞서 살핀 내용을 참조하기로 한다.

상기 UE ID acquisition 단계 이후, 단말은 EMM-Registered 및 LSM-Deregistered 상태로 천이한다.

다음, initial attach 절차의 두 번째 단계인 인증(Authentication) 단계에 대해 설명한다(S1220).

상기 Authentication 단계는 MME와 HSS 간 signaling를 통해 인증 벡터를 획득하고, 가입자 인증을 수행하는 단계로서, 네트워크 인증(Network authentication) 절차(S1221) 및 서비스 인증(Service authentication) 절차(S1222)로 나눌 수 있다.

상기 Network authentication 절차는 단말이 실제로 망을 사용할 수 있는 단말인지를 인증하는 과정이다.

이 때, 상기 Network authentication 절차는 기존 LTE/LTE-A 통신 기술에서의 망 인증 절차와 동일하지만, 저 지연 서비스를 사용하는 단말은 서비스 인증 과정을 위해 MME가 HSS로부터 인증 벡터를 획득하는 과정에서 단말이 사용하는 저 지연 서비스의 service ID(1210)를 추가로 획득한다.

단말과 MME 간에 상호 인증이 완료되면, MME는 SME로 서비스 인증 요청(service authentication request) 메시지를 전달함으로써 Service authentication 과정을 수행한다.

상기 service authentication request 메시지는 단말의 IMSI와 상기 HSS로부터 획득한 단말이 사용할 서비스의 service ID(1220)를 포함한다.

SME는 MME로 서비스 인증 응답(service authentication response) 메시지를 통해 단말로부터 MME가 획득한 단말의 IMSI와 service ID가 SME에 등록된 정보와 동일한 정보인지를 알려준다.

다음, initial attach 절차의 세 번째 단계인 보안 설정(Security Setup) 단계(S1230)에 대해 설명한다.

상기 Security Setup 단계는 단말이 저 지연 상향링크 전송을 수행하는 동안 보안성, 무결성을 획득하기 위해 정보를 교환하는 단계를 말한다.

상기 Security Setup 단계는 기본적으로 기존 LTE/LTE-A 통신 기술의 NAS Security Setup 과정과 유사한 절차를 가지므로, 이하에서는 차이점을 위주로 설명하기로 한다.

해당 단계에서, 단말과 SME가 각자 동일한 보안 키를 생성하기 위해서 서로 공유하고 있는 정보가 필요하다.

따라서, 본 명세서는 해당 보안 키의 생성을 위해 단말이 저 지연 서비스에 등록하는 과정에서 단말의 USIM과 망의 SME에

라는 동일한 보안 키를 부여하는 방법을 제공한다.

여기서, 상기 Security Setup 단계는 크게 보안 준비(Security Preparation) 절차(S1231) 및 보안 설정 완료(Security Setup Complete) 절차(S1232)로 나눌 수 있다.

상기 Security Preparation 절차에서, MME는 SME로 보안키 생성에 사용될 알고리즘 정보를 포함하는 보안 키 요청(Security Key Request) 메시지를 전송한다.

이 때, 상기 보안 키 생성에 사용되는 알고리즘은 NAS security setup에 사용되는 알고리즘과 같은 알고리즘이 사용될 수 있다.

상기 보안 키 요청(Security Key Request) 메시지를 수신한 SME는 해당 단말과 공유하고 있는

(1230)을 이용하여 상기 보안 키 요청 메시지에 포함된 알고리즘으로 보안 키 SME-MAC을 생성하고,

의 식별자인

(1240)와 함께 MME로 전달한다.

상기 Security Setup Complete 절차에서, MME는 SME로부터 전달받은 SME-MAC(1250),

(1260) 및 NAS security setup을 위한 정보를 보안 모드 명령(Security mode command) 메시지를 통해 단말로 전달한다.

상기 보안 모드 명령 메시지를 전달받은 단말은 상기 보안 모드 명령 메시지에 포함된 알고리즘을 통해 NAS-MAC, SME-MAC과 동일한 방법으로 XNAS-MAC, XSME-MAC을 생성한다.

이후, 상기 단말은 상기 생성된 XNAS-MAC, XSME-MAC이 NAS-MAC, SME-MAC과 동일한 값을 갖는지를 확인함으로써 무결성(integrity) 검사를 수행한다.

이후, 상기 무결성 검사에 성공한 경우, 단말은 보안 모드 완료(Security mode complete) 메시지를 통해 MME로 NAS-MAC, SME-MAC(1270)을 전달하여 무결성 검사가 성공했음을 알린다.

이후, MME는 전달받은 SME-MAC을 SME로 전달하여 무결성 검사가 성공했음을 알린다.

상기 Authentication 단계 및 Security setup 단계는 망에 사용자 인증 정보가 존재할 때, 단말이 UE ID acquisition 단계에서 NAS-MAC, SME-MAC을 MME에 전달하고, 상기 전달받은 NAS-MAC, SME-MAC가 MME와 SME가 가지고 있는 NAS-MAC, SME-MAC과 동일한 경우(즉, 무결성 검사가 성공한 경우) 해당 절차들은 생략될 수 있다.

다음, initial attach 절차의 네 번째 단계인 서비스 정보 획득(Service information acquisition) 절차(S1240)에 대해 설명한다.

상기 Service information acquisition 절차는 단말이 저 지연 서비스에 대한 정보를 획득하는 단계를 말한다.

SME는 상기 단말과의 security setup이 끝난 이후, 상기 단말을 서비스에 등록하고 서비스 정보 메시지(Service information message)를 상기 단말로 전송한다.

상기 서비스 정보 메시지는 상기 단말이 서비스에 대한 정보를 받지 못했거나 또는 서비스에 대한 정보를 획득한지 오랜 시간이 지났을 경우에 상기 SME에서 상기 단말로 전송될 수 있다.

또한, 상기 서비스 정보 메시지는 상기 단말이 사용하는 저 지연 서비스에서 상향링크 전송을 하는데 필요한 정보를 포함한다.

상기 서비스 정보 메시지에 포함되는 필요한 정보는 미리 정의된 데이터의 식별자 목록, 서비스 정책, 서비스 정보를 갱신하는 timer 길이 등 전송에 필요한 정보뿐만 아니라 서비스 제공자가 임의로 선택한 정보가 포함될 수 있다.

앞서 살핀, Initial attach 절차 이후, 단말은 EMM-Registered 및 LSM-Registered 상태로 천이되어 저 지연 상향링크 전송을 수행할 수 있는 상태가 된다.

서비스 요청 (Service request) 절차

도 13은 본 명세서에서 제안하는 저 지연 상향링크 전송을 위한 통신 방법의 서비스 요청 절차의 일 예를 나타낸 흐름도이다.

서비스 요청(Service request) 절차는 초기 접속(initial attach) 절차를 성공적으로 수행한 단말이 저 지연 상향링크 전송을 수행하는 절차를 말한다.

여기서, 상기 단말은 서비스 요청 메시지를 기지국으로 전송하면, 상기 기지국은 상기 서비스 요청 메시지를 SME로 전달함으로써, 상기 SME가 목적지에 실제로 데이터를 전달할 수 있도록 한다.

본 절차에서 단말은 LSM-Registered 및 EMM-Registered 상태이고 휴지상태임을 가정한다.

상기 Service request 절차는 크게 (1) 임의 접속(Random access) 절차(S1310), (2) 서비스 메시지 포워딩(Service message forwarding) 절차(S1320), (3) 패킷 전송(Packet delivery) 절차(S1330) 및 (4) 응답 메시지(Response message) 절차(optional)(S1340)의 4 가지 단계로 구분될 수 있다.

상기 (4) 응답 메시지 절차가 생략되는 경우, 상기 Service request 절차는 크게 3 가지 단계로 구분될 수 있다.

먼저, service request 절차의 첫 번째 단계인 Random access 단계(S1310)에 대해 설명한다.

상기 Random access 단계는 단말이 상향링크 전송을 위해 기지국과 random access를 수행하는 과정을 말한다.

상기 단말은 기존 LTE/LTE-A 통신 기술과 같이 RACH cycle을 기다려 해당 RACH에 random access preamble을 기지국으로 전송하고, 상기 기지국은 상기 RACH preamble에 대한 응답으로 임의 접속 응답(random access response)를 단말로 전송한다.

상기 임의 접속 응답은 단말이 다음 제어 메시지를 상기 기지국으로 전달할 수 있는 상향링크 자원 정보를 포함한다.

다음, service request 절차의 두 번째 단계인 Service message forwarding 단계(S1320)에 대해 설명한다.

상기 Service message forwarding 단계는 단말이 Random access를 통해 얻은 상향링크 자원을 통해 상기 기지국으로 서비스 메시지(service message)를 전송하고, 상기 기지국이 상기 service message를 SME로 포워딩하는 과정이다.

여기서, 상기 단말은 Random access를 통해 얻은 상향링크 자원을 이용하여 자신의 신원, 서비스 ID, 상향링크 전송에 대한 응답 수신 여부, 전송하고 싶은 패킷의 indicator 또는 목적지 정보 중 적어도 하나를 상기 기지국으로 전송한다(S1321).

여기서, 상기 단말이 전송하고 싶은 패킷의 indicator 및 목적지 정보는 상기 Initial attach 절차에서 획득한 보안 키를 통해 암호화되어 상기 기지국으로 전송된다.

반면, 상기 단말의 신원, 서비스 ID, 상향링크 전송에 대한 응답 수신 여부 의 경우는 상기 Initial attach 절차에서 획득한 보안 키를 통해 암호화 되지 않고 전송된다. 그 이유는 기지국이 해당 정보(상기 단말의 신원, 서비스 ID, 상향링크 전송에 대한 응답 수신 여부)를 이용하여 SME로 service message를 전달해야 하기 때문이다.

이후, 상기 단말로부터 service message를 수신한 기지국은 단말의 신원, 서비스 종류, 상향링크 전송에 대한 응답 수신 여부를 확인하고, 해당 서비스의 SME로 service message를 전달한다.

만약 단말이 상향링크 전송에 대한 응답을 수신할 필요가 있는 경우, 상기 기지국은 상기 service message에 대한 응답(service response)을 상기 단말로 전송하여, 향후 단말이 상향링크 전송에 대한 응답을 받을 수 있는 자원 정보를 전달한다(S1322).

여기서, 단말이 사고 상황에 대한 통보 등 메시지 전송 후 목적지와 상호작용이 필요 없는 경우 상기 단말은 상향링크 전송에 대한 응답을 수신할 필요는 없다.

다음, service request 절차의 세 번째 단계인 패킷 전송(Packet delivery) 단계(S1330)에 대해 설명한다.

상기 Packet delivery 단계는 SME가 기지국으로부터 전달받은 service message를 이용하여 실제 패킷을 생성하여, 상기 생성된 패킷을 목적지로 보내는 과정을 말한다.

상기 SME는 전달받은 service message 중 단말 신원에 해당하는 보안 키를 가지고 무결성 확인 및 복호화(deciphering) 과정을 수행한다.

상기 단말 신원에 해당하는 보안 키는 Initial attach 절차의 Security Setup 단계에서 SME가 획득한 보안 키를 의미한다.

여기서, 무결성 확인에 성공했다는 의미는 서비스 메시지를 전송한 단말이 인증된 단말임을 의미한다.

이후, 상기 무결성 확인 및 복호화(deciphering)가 성공된 경우, SME는 service message의 패킷 indicator와 목적지를 활용하여 패킷을 생성한 후 상기 생성된 패킷을 목적지로 전송한다.

다음, service request 절차의 네 번째 단계인 응답 메시지(Response message) 단계(S1340)에 대해 설명한다.

상기 Response message 단계는 SME가 상향링크 전송에 대한 응답 메시지를 전송하는 단계를 말한다.

SME는 단말의 상향링크 전송 성공 여부에 따라 상기 단말로 전송할 응답 메시지를 생성하고, 상기 생성된 응답 메시지를 단말로 전달한다(S1341).

상기 생성된 응답 메시지는 상향링크 전송 성공 여부와 실패했을 경우 실패 원인에 대한 정보를 포함한다.

상기 단말은 실패 원인에 따라 다시 service message를 생성하거나 또는 재인증 절차를 수행하거나 또는 LSM-Deregistered 상태로 천이할 수 있다.

또한, 상기 단말의 상향링크 전송이 여러 번 실패한 경우, SME는 해지(detach) 요청 메시지를 전송할 수 있다.

다만, 해지 요청 메시지를 전송하는 단계는 단말과 SME가 사용하는 서비스의 종류에 따라 수행되지 않을 수도 있다.

재설정 (Reconfiguration) 절차

도 14 및 도 15는 본 명세서에서 제안하는 저 지연 상향링크 전송을 위한 통신 방법의 재설정 절차의 일 예를 나타낸 흐름도이다.

재설정(Reconfiguration) 절차는 저 지연 서비스 및 저 지연 상향링크 전송에 관련된 재설정 또는 관련 정보의 업데이트를 위해 사용되는 절차를 말한다.

상기 재설정 절차는 상기 Service message에 대해 수행되는 무결성 검증이 실패하여 단말이 재설정 요청이 포함된 응답 메시지를 받은 경우, 단말이 SME로부터 재설정 요청을 받았을 경우, 단말과 SME의 보안 정보 및 서비스 정보가 만료되어 이에 대한 갱신이 필요할 경우에 수행될 수 있다.

상기 Reconfiguration 절차는 단말과 SME가 Initial attach 절차의 Security setup 단계 및 Service information acquisition 단계를 다시 수행함으로써, 단말과 SME 사이의 보안 정보를 재구성하고, 단말이 저 지연 서비스에서의 상향링크 전송을 수행하는데 필요한 정보를 SME로부터 획득 및 갱신하는 절차이다.

저 지연 상향링크 전송을 수행하는 단말은 휴지 상태에 있으므로, 정보를 교환하기 위해서는 단말이 random access를 통해 기지국으로 Reconfiguration을 요청하거나 또는 기지국이 페이징(paging)을 통해 Reconfiguration을 명령하는 두 가지 방법이 고려될 수 있다.

따라서, 상기 Reconfiguration 절차는 해당 절차를 시작하는 주체에 따라 (1) 단말에 의해 개시되는 재구성(UE-initiated reconfiguration) 절차 및 (2) SME에 의해 개시되는 재구성(SME-initiated reconfiguration) 절차의 두 가지 경우로 나눌 수 있다.

도 14는 단말에 의해 개시되는 재구성 절차의 일 예를 나타낸 흐름도이며, 도 15는 SME에 의해 개시되는 재구성 절차의 일 예를 나타낸 흐름도이다.

먼저, 도 14를 참조하여 상기 UE-initiated reconfiguration 절차에 대해 살펴본다.

상기 UE-initiated reconfiguration 절차는 단말이 자신이 가지고 있는 보안 정보 및 서비스 정보를 갱신하고자 할 때 수행될 수 있다.

상기 UE-initiated reconfiguration 절차의 첫 번째 단계는 재구성 요청(Reconfiguration request) 단계(S1410)로, 단말이 기지국과 random access를 수행하여 상기 기지국으로부터 상향링크 자원을 획득하고, 상기 획득된 상향링크 자원을 사용하여 SME로 서비스 재구성 요청(Service reconfiguration request)를 전송하는 과정이다.

상기 UE-initiated reconfiguration 절차의 두 번째 단계는 보안 재구성(Security reconfiguration) 단계(S1420)로, SME가 MME로 보안 재구성 요청(Security reconfiguration request)를 전송하여 보안 설정(Security setup)을 다시 수행하는 단계이다.

상기 Security setup의 경우, initial attach 절차에서의 Security setup 단계와 동일하다.

상기 UE-initiated reconfiguration 절차의 세 번째 단계는 서비스 정보 획득(Service information acquisition) 단계(S1430)로, 단말이 서비스 관련 정보를 다시 획득하고 갱신하는 단계이다.

상기 Service information acquisition 단계는 initial attach 절차에서의 Service information acquisition 단계와 동일하다.

다음으로, 도 15를 참조하여 SME-initiated reconfiguration 절차에 대해 살펴본다.

SME-initiated reconfiguration 절차는 서비스 정보가 변경되어 갱신이 필요한 경우 또는 단말이 서비스 요청(Service request) 절차를 수행하던 중 Service message의 무결성 검사가 실패할 경우 수행될 수 있다.

상기 SME-initiated reconfiguration 절차는 첫 번째 단계(S1510)인 재구성 요청(Reconfiguration request) 단계를 제외하고, S1520 및 S1530 단계는 도 14에서 살핀 UE-initiated reconfiguration 절차(보안 재구성(Security reconfiguration) 단계(S1420) 및 서비스 정보 획득(Service information acquisition) 단계(S1430)와 동일하게 수행된다.

즉, SME-initiated reconfiguration 절차의 첫 번째 단계인 Reconfiguration request 단계(S1510)는 SME가 단말로 Reconfiguration이 필요함을 알리는 서비스 재구성 요청(Service reconfiguration request) 메시지를 전송한다.

여기서, 단말의 무결성 검사가 실패하여 Reconfiguration이 필요한 경우, SME가 상기 단말로 무결성 검사에 대한 응답 메시지를 보낼 수 있는 경우, 상기 SME는 상기 무결성 검사에 대한 응답 메시지를 통해 Service reconfiguration request 메시지를 상기 단말로 전송할 수 있다.

만약 무결성 검사에 대한 응답 메시지를 보낼 수 없거나 또는 무결성 검사가 실패한 경우가 아닌 서비스 정보의 변경에 의해 Reconfiguration 절차가 필요한 경우, 단말은 휴지 상태에 있으므로 상기 단말이 SME로부터 Service reconfiguration request 메시지를 수신하기 위해서는 상기 단말로의 paging이 필요하다.

따라서, 이 경우 SME는 MME에게 Service reconfiguration request 메시지 및 상기 단말의 정보를 전송한다.

이후, 상기 MME는 상기 단말을 깨우기 위해 paging을 상기 단말로 전송하고, Service reconfiguration request 메시지를 상기 단말로 전달하도록 한다.

상기 paging 및 Service reconfiguration request 메시지는 상기 단말로 동시에 전송될 수 있다.

상기 단말은 상기 Service reconfiguration request 메시지를 수신하고, 이에 대한 응답으로 Service reconfiguration response 신호를 전송한다.

보안 재구성(Security reconfiguration) 단계 및 서비스 정보 획득(Service information acquisition) 단계는 UE-initiated reconfiguration 절차와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

해지 ( Detach ) 절차

도 16 및 도 17은 본 명세서에서 제안하는 저 지연 상향링크 전송을 위한 통신 방법의 해지 절차의 일 예를 나타낸 흐름도이다.

도 16은 단말에 의해 개시되는 해지(detach) 절차의 일 예를 나타내며, 도 17은 SME에 의해 개시되는 해지(detach) 절차의 일 예를 나타낸다.

Detach 절차는 단말이 망과의 연결을 해지하는 절차로, 단말의 전원이 꺼진 경우, 단말이 더 이상 저 지연 상향링크 전송이 필요한 서비스를 이용하지 않게 될 경우, 반복되는 사용자 인증 실패로 인해 망에서 단말의 서비스 사용을 중지하게 될 경우에 수행될 수 있다.

상기 Detach 절차를 통해, 단말은 서비스 및 망과의 연결을 해지하여 EMM-Deregistered 및 LSM-Deregistered 상태로 천이함으로써, 더 이상 저 지연 상향링크 전송을 수행할 수 없는 상태가 된다.

망과의 연결을 해지하는 Detach 절차는 기존 LTE/LTE-A 통신 기술의 절차를 이용할 수 있으므로, 이하에서는 단말이 서비스와의 연결을 해지하는 절차에 대해 설명하기로 한다.

Detach 절차는 해당 절차를 시작하는 주체에 따라 (1) 단말에 의해 개시되는 해지(UE-initiated detach) 절차 및 (2) SME에 의해 개시되는 해지(SME-initiated detach) 절차로 구분할 수 있다.

먼저, 단말에 의해 개시되는 해지(UE-initiated detach) 절차에 대해 도 16을 참조하여 살펴보기로 한다.

UE-initiated detach 절차는 단말의 전원이 꺼질 경우 또는 단말 스스로 더 이상 서비스를 사용하지 않을 것으로 판단될 경우 사용될 수 있다.

상기 UE-initiated detach 절차의 첫 번째 단계는 해지 트리거링(Detach triggering) 단계(S1610)로서, 해당 단계는 단말이 random access를 수행하여 상향링크 자원을 획득하고, 상기 획득된 상향링크 자원을 사용하여 SME로 해지 요청(Detach request)를 전송하는 과정이다.

이 때, Detach request은 단말의 신원 정보,

및

(1610)를 포함한다.

상기 SME는 상기 단말로부터 Detach request를 수신하고, 상기 수신된 Detach request에 포함된

(1610)값을 기반으로 보안 컨텍스트(security context)를 백업한다.

또한, 상기 SME는 Detach request에서

를 제외한 정보를 MME로 전달하고, 상기 MME는 상기 detach request를 수신한 후

값을 기반으로 security context를 백업한다.

상기 백업된 보안 정보는 단말이 망에 initial attach를 시도할 경우 다시 사용될 수 있다.

상기 보안 정보의 백업이 완료되면 MME는 단말로 해지 허락(Detach Accept) 메시지를 전달한다.

상기 Detach Accept 메시지는 Detach의 원인에 따라 전달되지 않을 수도 있다.

일 예로, 단말의 전원이 꺼진 경우에 Detach Accept 메시지는 전송되지 않을 수 있다.

상기 UE-initiated detach 절차의 두 번째 단계는 단말 컨텍스트 종료(UE context termination) 단계(S1620)로서, SME는 단말이 사용하던 저 지연 서비스에서 단말의 서비스 등록 context를 해지함으로써, 상기 단말이 더 이상 해당 저 지연 서비스를 사용하지 못하도록 하는 단계이다.

상기 SME는 단말의 서비스 등록 context를 해지한 후, 단말의 서비스 등록 context를 성공적으로 해지하였음을 알려주는 삭제 컨텍스트 응답(Delete context response)를 MME로 전송한다.

다음으로, SME에 의해 개시되는 해지(SME-initiated detach) 절차에 대해 도 17을 참조하여 살펴보기로 한다.

SME-initiated detach 절차는 단말이 저 지연 상향링크 전송을 시도하였으나 계속되는 서비스 인증 실패로 망에서 해당 단말을 detach시키는 과정을 의미한다.

즉, 상기 단말은 detach 절차 이후 다시 initial attach를 시도하게 된다.

상기 SME-initiated detach 절차의 첫 번째 단계는 해지 트리거링(Detach triggering) 단계(S1710)로서, 해지 요청(Detach request)를 단말로 전송하는 단계이다.

서비스 요청(Service request) 절차의 인증 응답(Authentication response) 메시지를 사용하도록 설정되어 있는 경우, SME는 상기 Authentication response 메시지를 통해 단말로 해지 요청(Detach request) 메시지를 전송한다.

하지만, 만약 상기 Authentication response가 전송되지 않도록 설정되어 있는 경우, 단말로 Detach request 메시지를 전송하기 위해 Paging이 필요할 수 있다.

이 경우, 상기 SME는 Detach request를 MME로 전송하고, 상기 MME는 상기 Detach request를 수신하고, 단말로의 Paging을 통해 상기 단말로 Detach request를 전송한다.

SME 또는 MME로부터 Detach request를 수신한 단말은 NAS security에 관련된 context를 백업한다.

여기서, MME 또한 NAS security에 관련된 context를 백업한다.

상기 단말은 저 지연 서비스에서의 상향링크 전송의 보안에 관련된 context는 삭제하고, 상기 Detach request에 대한 응답으로 해지 허락(Detach Accept) 메시지를 전송한다.

상기 SME-initiated detach 절차의 두 번째 단계는 단말 컨텍스트 종료(UE context termination) 단계(S1720)로서, SME가 단말의 context를 모두 삭제하는 단계이다.

MME가 Detach Accept 메시지를 단말로부터 수신하면, 상기 MME는 단말의 저 지연 서비스 관련 context를 모두 삭제하라는 삭제 컨텍스트 요청(Delete Context request) 메시지를 SME로 전송한다.

상기 SME는 상기 Delete Context request 메시지를 수신하는 경우, 단말의 모든 context를 해지한다.

상기 단말은 계속되는 서비스 인증 실패로 detach 되었으므로, 초기 상태에서 initial attach를 시도하기 위해서 SME는 해당 단말에 대한 서비스 관련 모든 context를 해지할 필요가 있다.

상기 SME는 단말의 모든 context를 해지한 후 단말의 저 지연 서비스 관련 context를 성공적으로 해지하였음을 알려주는 삭제 컨텍스트 응답(Delete context response)를 MME로 전송한다.

이하에서, 본 명세서에서 제안하는 저 지연 서비스를 위한 상향링크 전송 방법에 대해 간략히 정리한다.

본 명세서는 저 지연 서비스를 사용하는 RRC_Idle 상태(또는 휴지 상태)의 단말이 상향링크 전송을 수행하는 과정에서 발생할 수 있는 지연 시간 및 signaling overhead를 줄이기 위한 방법들을 제공하였다.

이를 위해, 본 명세서에서는 EPC 내에 ‘SME’라는 새로운 entity를 정의하고, 단말의 사용 서비스에 따라 전송될 패킷의 형태, 목적지 등의 상향링크 전송을 위한 정보를 상기 SME에서 관리하는 방법을 제공하였다.

상기 SME를 이용함으로써, 단말은 random access를 통해 얻은 상향링크 자원에 자신의 신원, 보내고자 하는 패킷의 indicator, 목적지 등의 정보를 하나의 메시지에 포함시켜 전송함으로써, 상기 단말은 RRC 연결 절차 없이 낮은 지연 시간과 적은 overhead를 가지는 상향링크 전송을 수행할 수 있다.

이를 위해, 본 명세서는 SME와 단말 사이의 사용자 정보를 관리하기 위한 LSM-state와 그 관리 방법, SME의 정보를 사용하여 저 지연 상향링크 전송을 수행하는 방법 및 이를 위한 signaling 절차를 제공하였다.

또한, 본 명세서에서는 저 지연 상향링크 전송을 수행하는 과정에서 데이터의 보안성, 무결성 등을 획득하기 위하여 단말이 망에 접속하였을 때 단말과 SME가 상호 인증하는 방법, 상호 인증을 통해 얻은 보안키로 보안성과 무결성을 보장하는 방법을 제공하였다.

본 발명이 적용될 수 있는 장치 일반

도 18은 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.

도 18를 참조하면, 무선 통신 시스템은 기지국(1810)과 기지국(1810) 영역 내에 위치한 다수의 단말(1820)을 포함한다.

기지국(1810)은 프로세서(processor, 1811), 메모리(memory, 1812) 및 RF부(radio frequency unit, 1813)을 포함한다. 프로세서(1811)는 앞서 도 1 내지 도 17에서 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(1811)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(1812)는 프로세서(1811)와 연결되어, 프로세서(1811)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(1813)는 프로세서(1811)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다.

단말(1820)은 프로세서(1821), 메모리(1822) 및 RF부(1823)을 포함한다. 프로세서(1821)는 앞서 도 1 내지 도 17에서 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(1821)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(1822)는 프로세서(1821)와 연결되어, 프로세서(1821)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(1823)는 프로세서(1821)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다.

메모리(1812, 1822)는 프로세서(1811, 1821) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(1811, 1821)와 연결될 수 있다.

또한, 기지국(1810) 및/또는 단말(1820)은 한 개의 안테나(single antenna) 또는 다중 안테나(multiple antenna)를 가질 수 있다.

이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.

본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리는 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

본 발명은 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상술한 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명의 무선 통신 시스템에서 상향링크 데이터 송수신을 위한 방안은 3GPP LTE/LTE-A 시스템에 적용되는 예를 중심으로 설명하였으나, 3GPP LTE/LTE-A 시스템 이외에도 다양한 무선 통신 시스템에 적용하는 것이 가능하다.

10: 단말
20: 기지국

Claims (15)

1. 저 지연(low latency) 서비스를 지원하는 무선 통신 시스템에서 상향링크 데이터(UL data)를 전송하기 위한 방법에 있어서,
   단말과 네트워크 간 초기 접속(initial attach) 절차를 수행하는 단계; 및
   상기 단말과 상기 네트워크 간 저 지연 서비스의 상향링크 전송을 수행하는 서비스 요청(service request) 절차를 수행하는 단계를 포함하되,
   상기 서비스 요청(service request) 절차를 수행하는 단계는,
   SME(Service Management Entity)에서 저 지연 서비스의 상향링크 데이터를 생성하기 위해 사용되는 제어 정보를 상기 단말이 기지국으로 전송하는 단계를 포함하며,
   상기 제어 정보는 단말의 신원(identity)을 나타내는 단말 식별 정보, 저 지연 서비스의 종류를 나타내는 서비스 ID(Identifier), 상향링크 전송에 대한 응답의 수신 여부를 나타내는 응답 수신 정보, 단말이 전송을 원하는 데이터 패킷을 지시하는 패킷 지시자(indicator) 또는 상기 데이터 패킷의 목적지를 나타내는 목적지 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 저 지연 서비스의 상향링크 전송과 관련된 보안 정보 및/또는 서비스 정보를 재설정하거나 또는 업데이트하기 위해 상기 단말이 상기 네트워크와 재설정(reconfiguration) 절차를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 단말과 상기 네트워크 간 연결을 해지하기 위한 해지(detach) 절차를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 초기 접속(initial attach) 절차를 수행하는 단계는,
   상기 단말과 상기 네트워크 간 RRC 연결 확립(RRC connection establishment) 절차를 수행하는 단계;
   단말 및 서비스에 대한 인증을 수행하기 위한 인증(authentication) 절차를 수행하는 단계;
   저 지연 서비스의 상향링크 전송과 관련된 보안성(security) 및 무결성(integrity)을 획득하기 위한 보안 설정(security setup) 절차를 수행하는 단계; 및
   상기 단말이 저 지연 서비스의 정보를 획득하기 위한 서비스 정보 획득(service information acquisition) 절차를 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 인증 절차를 수행하는 단계는,
   MME(Mobility Management Entity)가 HSS(Home subscriber Server)로부터 상기 단말이 사용할 저 지연 서비스의 서비스 ID를 획득하는 단계; 및
   상기 MME가 상기 SME로 서비스 인증을 요청하기 위한 서비스 인증 요청(service authentication request) 메시지를 전송하는 단계를 포함하며,
   상기 서비스 인증 요청 메시지는 상기 단말의 IMSI(International Mobile Subscriber Identity) 및 상기 단말이 사용할 저 지연 서비스의 서비스 ID를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 4항에 있어서,
   상기 보안 설정 절차를 수행하는 단계는,
   MME가 SME로 보안 키 생성에 사용될 알고리즘 정보를 포함하는 보안 키 요청 메시지를 전송하는 단계;
   상기 SME가 상기 단말과 사전에 공유하고 있는 제 1 보안 키 및 상기 보안 키 요청 메시지에 포함된 알고리즘 정보를 이용하여 제 2 보안 키를 생성하는 단계;
   상기 SME가 상기 생성된 제 2 보안 키 및 상기 제 1 보안 키의 식별자를 상기 MME로 전송하는 단계;
   상기 MME가 상기 SME로부터 수신한 제 2 보안 키 및 상기 제 1 보안 키의 식별자를 포함하는 보안 모드 명령(security mode command) 메시지를 상기 단말로 전송하는 단계;
   상기 단말이 상기 수신된 보안 모드 명령 메시지에 기초하여 무결성 검사를 수행하는 단계; 및
   상기 무결성 검사가 성공한 경우, 상기 단말이 상기 SME로 상기 제 2 보안 키를 포함하는 보안 모드 완료(security mode complete) 메시지를 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제 1 보안 키는

   

   이고, 상기 제 2 보안 키는 SME-MAC인 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 서비스 요청(service request) 절차를 수행하는 단계는,
   상기 제어 정보를 전송하기 위한 상향링크 자원을 할당받기 위해 상기 단말과 상기 기지국 간 임의 접속(Random Access) 절차를 수행하는 단계; 및
   상기 SME가 상기 제어 정보에 기초하여 저 지연 서비스의 상향링크 데이터를 생성하고, 상기 생성된 저 지연 서비스의 상향링크 데이터를 목적지로 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 SME가 상기 단말로 상기 저 지연 서비스의 상향링크 데이터 전송의 성공 여부를 나타내는 응답을 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터 패킷 지시자(indicator) 및 목적지 정보는 상기 초기 접속 절차에서 획득되는 보안 키를 통해 암호화되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 2항에 있어서,
    상기 재설정(reconfiguration) 절차는,
    상기 단말이 상기 SME로 서비스 재설정 요청(service reconfiguration request) 메시지를 전송하는 단계;
    상기 SME에서 상기 MME로 보안 설정을 다시 수행하도록 지시하는 보안 재구성 요청(security reconfiguration request) 메시지를 전송하는 단계; 및
    저 지연 서비스 관련 정보를 다시 획득하고 갱신하기 위해 상기 단말이 상기 네트워크와 서비스 정보 획득(service information acquisition) 절차를 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 2항에 있어서,
    상기 재설정(reconfiguration) 절차는,
    상기 단말이 상기 SME로부터 재설정이 필요함을 알리는 서비스 재설정 요청(service reconfiguration request) 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 단말이 상기 SME로 상기 서비스 재설정 요청 메시지에 대한 응답으로 서비스 재설정 응답(service reconfiguration response) 메시지를 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 3항에 있어서,
    상기 해지(detach) 절차를 수행하는 단계는,
    상기 단말이 SME로 단말의 식별 정보 및 제 1 보안 키 및 제 1 보안 키의 식별자를 포함하는 해지 요청(detach request) 메시지를 전송하는 단계;
    상기 수신된 해지 요청 메시지에 기초하여, SME가 보안 컨텍스트(security context)를 백업(backup)하는 단계;
    상기 단말이 상기 MME로부터 해지이 수락을 알리는 해지 수락(detach accept) 메시지를 수신하는 단계;
    상기 SME가 상기 단말의 서비스 등록 context를 해지하는 단계; 및
    상기 SME에서 상기 MME로 상기 단말의 서비스 등록 context가 성공적으로 해지되었음을 알리는 삭제 컨텍스트 응답(delete context response)를 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 3항에 있어서,
    상기 해지(detach) 절차를 수행하는 단계는,
    상기 SME에서 상기 MME로 해지 요청(detach request) 메시지를 전송하는 단계;
    상기 단말이 상기 MME로부터 상기 해지 요청 메시지를 수신하는 단계;
    상기 단말이 저 지연 서비스의 상향링크 전송 보안과 관련된 context를 삭제하는 단계;
    해지 수락을 나타내는 해지 수락 메시지를 상기 단말이 상기 MME로 전송하는 단계;
    상기 수신된 해지 수락 메시지에 기초하여, 상기 MME가 상기 SME로 상기 단말의 저 지연 서비스 관련 context의 삭제를 지시하는 삭제 컨텍스트 요청(delete context request) 메시지를 전송하는 단계; 및
    상기 SME에서 상기 MME로 상기 단말의 저 지연 서비스 관련 context가 성공적으로 해지되었음을 나타내는 삭제 컨텍스트 응답(delete context response) 메시지를 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제 1항에 있어서,
    상기 단말 및 상기 SME는 LSM(Low latency Service Management)-Registered 상태 및 LSM-Deregistered 상태를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.

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