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KR101746668B1 - 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법 및 이를 이용하는 이동통신 시스템 - Google Patents

접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법 및 이를 이용하는 이동통신 시스템 Download PDF

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KR101746668B1
KR101746668B1 KR1020100132002A KR20100132002A KR101746668B1 KR 101746668 B1 KR101746668 B1 KR 101746668B1 KR 1020100132002 A KR1020100132002 A KR 1020100132002A KR 20100132002 A KR20100132002 A KR 20100132002A KR 101746668 B1 KR101746668 B1 KR 101746668B1
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KR
South Korea
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communication device
object communication
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state
network
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신재욱
박애순
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법은, 적어도 하나의 사물통신(MTC, Machine Type Communication) 디바이스를 포함하는 이동통신 네트워크에서 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법에 관한 것으로, 네트워크와의 접속해제 절차를 수행하는 사물통신 디바이스를 감지하는 단계, 접속해제되는 사물통신 디바이스가 감지된 경우, 제1 게이트웨이가 네트워크와 접속해제되는 사물통신 디바이스에 대한 컨텍스트 정보를 저장하는 단계, 접속해제된 사물통신 디바이스가 접속 해제 이전의 상태에 최종적으로 할당받아 사용하던 컨텍스트 정보를 저장하는 단계, 상기 제1 게이트웨이가 사물통신 서버로부터 상기 접속해제된 사물통신 디바이스로 향하는 다운링크 데이터를 수신하고 수신한 데이터를 버퍼링하는 단계, 상기 접속해제된 사물통신 디바이스에게 페이징 메시지를 전송하는 단계, 및 상기 페이징 메시지를 수신한 해당 사물통신 디바이스가 네트워크와의 접속 절차를 수행하고 상기 제1 게이트웨이에 버퍼링되어 있는 다운링크 데이터를 수신하는 단계를 포함한다.

Description

접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법 및 이를 이용하는 이동통신 시스템{Method for Transmitting Data for Detached MTC Devices and Cellular Communication Systems Using the Method}
본 발명은 사물통신 서비스를 제공하는 3GPP LTE-Advanced 이동통신시스템에서 접속해제 상태의 MTC 디바이스로 하향링크 데이터를 효과적으로 전송하는, 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법 및 이를 이용하는 이동통신 시스템에 관한 것이다.
종래의 이동통신시스템에서의 단말은 주로 사람과 사람간(human-to-human, H2H)의 통신에 사용되었으나 최근 LTE-Advanced 시스템에서 사물 통신(Machine Type Communication, MTC)이 새로운 응용의 하나로 활발히 연구되고 있다.
사물 통신(Machine Type Communication 또는 Machine to Machine Communication)은 인간의 개입이 필수적으로 필요치 않은 하나 이상의 요소들(entities)과 연관된 데이터 통신의 형태를 의미한다. 사물 통신에 최적화된 서비스는 인간 대 인간 통신에 최적화된 서비스와는 다른데, a) 여러 시장 시나리오들, b) 데이터 통신들, c) 더 낮은 비용 및 노력, d) 통신하는 매우 많은 숫자의 잠재적인 단말들, e) 큰 범위까지, 단말당 매우 적은 트래픽과 같은 특성들과 관련된다는 점에서 현재의 모바일 네트워크 통신과 그 특징을 달리한다.
사물통신은 다양한 서비스 형태로 나타날 수 있는데, 예를 들면, 스마트 측정계량기(Smart Metering), 위치추적(Tracking & Tracing), 원격 보수 및 제어(Remote Maintenance & Control), eHealth 등이 있다.
최근 3GPP에서도 사람과 사물, 사물과 사물간 지능 통신을 위한 MTC (Machine Type Communication) 표준화 작업을 진행하고 있다. 스마트 미터링 및 원격제어 등을 주요 기능으로 하는 다양한 MTC 응용을 위해 대량의 MTC 디바이스들이 배치되어 운용된다. 여기서, 스마트 미터링의 경우, MTC 디바이스가 주기적으로 계측 정보를 전송하거나 또는 망에 위치한 MTC 서버가 요청할 경우 계측 정보를 지정된 MTC 서버로 전달하게 된다. MTC 디바이스는 그 수가 일반(H2H) 단말보다 훨씬 많으나 대부분의 경우 전송되는 데이터가 소량이며 특정 시점에만 데이터를 전송하는 특징을 가진다.
3GPP LTE-Advanced 시스템에서는 MTC 디바이스나 일반 사용자는 모두 하나의 단말(단말)로 취급하며, 따라서 MTC 디바이스도 개별적으로 LTE-Advanced 네트워크에 등록(Registered)되어야 한다. 이러한 다수의 MTC 디바이스의 배치는 채널할당을 위한 스케줄링 경쟁, 무선자원의 고갈, 신호발생에 의한 오버로드 등을 야기하여 기존의 일반 사용자에게 부정적 영향을 미치게 된다. 3GPP에서는 MTC 디바이스의 배치에 의한 악영향을 최소화하는 데 역점을 두고 표준화를 진행하고 있다.
일반적으로 이동통신 시스템에서 단말의 상태는 접속(attached) 상태와 접속해제(detached) 상태로 크게 구분된다. 접속해제 상태의 단말은 망에 등록되지 않은 상태로서 망은 단말의 위치를 추적할 수 없으며, MTC 디바이스는 제공하는 서비스의 특성상 접속해제 상태로 유지되는 경우의 수가 일반 단말보다 훨씬 많이 발생한다. 그러나, 현재 LTE-Advanced 시스템에서 접속해제 상태의 단말로 하향링크 데이터 전송이 지원되고 있지 않아서 다수의 MTC 디바이스가 접속해제 상태로 존재하고 MTC 서버가 MTC 디바이스로 하향링크 데이터 전송을 요청할 경우 이를 제대로 전달할 수 없는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, MTC 디바이스가 망으로 접속해제 절차를 수행할 경우 해당 MTC 디바이스는 페이징 채널 수신 상태로 대기하도록 하고, 망의 PDN 게이트웨이(P-GW)는 접속해제 상태의 MTC 디바이스에 대한 IP 주소를 유지하게 하고, MTC 서버로부터 접속해제 상태의 MTC 디바이스로 하향링크 데이터를 수신할 경우 MME로 해당 접속해제 상태의 단말로 페이징 절차를 트리거링하게 하고, 페이징을 수신한 해당 MTC 디바이스가 접속 절차를 수행하도록 하는, 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법 및 이를 이용하는 이동통신 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법은, 적어도 하나의 사물통신(MTC, Machine Type Communication) 디바이스를 포함하는 이동통신 네트워크에서 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법에 관한 것으로, 네트워크와의 접속해제 절차를 수행하는 사물통신 디바이스를 감지하는 단계, 접속해제되는 사물통신 디바이스가 감지된 경우, 제1 게이트웨이가 네트워크와 접속해제되는 사물통신 디바이스에 대한 컨텍스트 정보를 저장하는 단계, 접속해제된 사물통신 디바이스가 접속 해제 이전의 상태에 최종적으로 할당받아 사용하던 컨텍스트 정보를 저장하는 단계, 상기 제1 게이트웨이가 사물통신 서버로부터 상기 접속해제된 사물통신 디바이스로 향하는 다운링크 데이터를 수신하고 수신한 데이터를 버퍼링하는 단계, 상기 접속해제된 사물통신 디바이스에게 페이징 메시지를 전송하는 단계, 및 상기 페이징 메시지를 수신한 해당 사물통신 디바이스가 네트워크와의 접속 절차를 수행하고 상기 제1 게이트웨이에 버퍼링되어 있는 다운링크 데이터를 수신하는 단계를 포함한다.
상기 사물통신 디바이스에 대한 컨텍스트는, 사물통신 디바이스의 IP 주소 또는 사물통신 디바이스의 IMSI일 수 있다.
상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법은, 접속해제되는 사물통신 디바이스가 감지된 경우, 상기 접속해제 절차를 수행하는 사물통신 디바이스와 연결되어 있던 기지국, 이동성 관리 장치, 및 서빙 게이트웨이는 접속해제된 사물통신 디바이스에 대한 컨텍스트 정보 및 상기 접속해제된 사물통신 디바이스에게 할당되었던 모든 자원을 해제하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법은 또한, 상기 접속해제된 사물통신 디바이스가, 기 설정된 주기에 따라 특정 주기에 깨어나 자신에 대한 컨텍스트 정보에 대응되는 페이징 메시지가 있는지 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법은 또한, 상기 접속해제된 사물통신 디바이스로 향하는 다운링크 데이터를 수신한 상기 제1 게이트웨이가 이동성 관리 장치에게 다운링크 데이터 통지(Downlink data Notification) 메시지를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 다운링크 데이터 통지 메시지가 포함하는 원인(cause) 값은 "DL Data to Detached MTC"로 설정될 수 있다.
상기 접속해제된 사물통신 디바이스에게 페이징 메시지를 전송하는 단계는, 상기 다운링크 데이터 통지 메시지를 수신한 상기 이동성 관리 장치가, 해당 사물통신 디바이스에 대한 위치 영역을 검색을 수행하는 단계, 해당 사물통신 디바이스에 대한 위치 영역 검색이 완료되면 해당 위치 영역에 포함된 기지국으로 페이징 메시지를 전달하는 단계, 및 상기 페이징 메시지를 수신한 기지국이 페이징 메시지를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 이동성 관리 장치는, 상기 페이징을 위한 사물통신 디바이스의 위치로서, 해당 사물통신 디바이스가 접속해제 상태로 천이하기 전에 최종적으로 등록된 위치 영역, 해당 사물통신 디바이스에게 허용된 위치 영역 리스트, 및 해당 사물통신 디바이스가 가장 최근에 이동하여 등록된 하나 이상의 위치 영역 정보 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.
상기 제1 게이트웨이는 PDN(Packet Data Network)-게이트웨이일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 사물통신(MTC, Machine Type Communication) 서비스를 제공하는 이동통신 시스템은, 네트워크와의 접속해제시, 접속 해제 이전의 상태에서 최종적으로 할당받아 사용하던 컨텍스트 정보를 저장하는 사물통신 디바이스 및 접속해제되는 사물통신 디바이스를 감지한 경우 네트워크와 접속해제되는 사물통신 디바이스에 대한 컨텍스트 정보를 저장하였다가, 사물통신 서버로부터 상기 접속해제된 사물통신 디바이스로 향하는 다운링크 데이터를 수신하고 수신한 데이터를 버퍼링하며, 상기 접속해제된 사물통신 디바이스로의 페이징을 트리거링하는 제1 게이트웨이를 포함하고, 접속해제 상태의 사물통신 디바이스는 기 설정된 주기에 따라 특정 시점에 깨어나 자신에 대한 컨텍스트 정보에 대응되는 페이징 메시지가 있는지 확인하고, 자신에 대한 페이징 페이지를 수신하는 경우 네트워크와의 접속 절차를 수행하고 상기 제1 게이트웨이에 버퍼링되어 있는 다운링크 데이터를 수신하는 것을 특징으로 한다.
상기 이동통신 시스템은, 상기 제1 게이트웨이로부터 접속해제된 사물통신 디바이스로 향하는 다운링크 데이터가 있음을 알리는 다운링크 데이터 통지(Downlink data Notification) 메시지를 수신하고, 해당 접속해제된 사물통신 디바이스에 대한 위치 영역 검색을 수행하며, 해당 위치 영역에 포함된 기지국으로 페이징 메시지를 전달하는 이동성 관리 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 이동통신 시스템은 또한, 연결되어 있던 적어도 하나의 사물통신 디바이스 중 접속해제되는 사물통신 디바이스가 감지된 경우, 상기 접속해제된 사물통신 디바이스에 대한 컨텍스트 정보 및 상기 접속해제된 사물통신 디바이스에게 할당되었던 모든 자원을 해제하였다가, 상기 이동성 관리 장치로부터 상기 접속해제된 사물통신 디바이스에 대한 페이징 메시지를 전달받은 경우 상기 페이징 메시지를 상기 접속해제된 사물통신 디바이스로 전송하는 기지국을 더 포함할 수 있다.
상기 이동통신 시스템은 또한, 연결되어 있던 적어도 하나의 사물통신 디바이스 중 접속해제되는 사물통신 디바이스가 감지된 경우, 상기 접속해제된 사물통신 디바이스에 대한 컨텍스트 정보 및 상기 접속해제된 사물통신 디바이스에게 할당되었던 모든 자원을 해제하였다가, 상기 이동성 관리 장치로부터 상기 접속해제된 사물통신 디바이스에 대한 페이징 메시지를 수신하고 해당 기지국으로 전달하는 제2 게이트웨이를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 사물통신 디바이스는 사물통신(MTC, Machine Type Communication) 서비스를 제공하는 이동통신 시스템에 위치하며 네트워크와 통신하는 사물통신 디바이스에 관한 것으로, 상기 네트워크와의 접속해제시 접속 해제 이전의 상태에서 최종적으로 할당받아 사용하던 컨텍스트 정보를 저장하였다가, 접속해제 상태에서도 기 설정된 주기에 따라 특정 시점에 깨어나 자신에 대한 컨텍스트 정보에 대응되는 페이징 메시지가 있는지 확인하고, 자신에 대한 페이징 페이지를 수신하는 경우 네트워크와의 접속 절차를 수행하고 네트워크에 버퍼링되어 있는 다운링크 데이터를 수신한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 게이트웨이 장치는, 사물통신(MTC, Machine Type Communication) 서비스를 제공하는 이동통신 시스템에서 기지국과 사물통신 서버와의 사이에서 데이터를 중계하는 게이트웨이 장치로서, 접속해제되는 사물통신 디바이스를 감지한 경우 네트워크와 접속해제되는 사물통신 디바이스에 대한 컨텍스트 정보를 저장하였다가, 사물통신 서버로부터 상기 접속해제된 사물통신 디바이스로 향하는 다운링크 데이터를 수신하고 수신한 데이터를 버퍼링하며, 상기 접속해제된 사물통신 디바이스로의 페이징을 트리거링하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 구성에 따르면, 다수의 MTC 디바이스를 지원하는 IMT-Advanced 망에서 데이터 전송이 일정 시간 발생하지 않아 MTC 디바이스가 접속해제 상태로 천이할 경우 해당 MTC 디바이스에 할당된 최종 IP 주소를 MTC 디바이스와 P-GW에서 유지하도록 하며, MTC 디바이스는 페이징 채널 수신 상태로 대기시키며, P-GW가 MTC 서버로부터 접속해제 상태의 MTC 디바이스로의 하향링크 데이터를 수신할 경우 해당 하향링크 패킷을 버퍼링하고 MME로 해당 MTC 디바이스에 대한 페이징을 트리거링하여 해당 MTC 디바이스가 망으로의 접속 절차를 수행하게 하여 하향링크 데이터 전송이 가능하게 함으로써, MTC 서버가 접속해제 상태의 MTC 디바이스로 하향링크 데이터를 효과적으로 전송 가능하게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 사물통신 서비스를 제공하는 무선 통신망을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명이 적용되는 단말의 상태 천이 관계를 나타낸 도면.
도 3은 일반적인 이동통신 시스템에서 휴지(IDLE) 상태의 일반 단말에 대한 하향링크 데이터를 전송하기 위한 동작 흐름을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 접속해제 상태의 MTC 디바이스로 하향링크 트래픽을 전송하기 위한 동작 흐름을 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 출원에서 사용하는 '단말'은 이동국(MS), 사용자 장비(UE; User Equipment), 사용자 터미널(UT; User Terminal), 무선 터미널, 액세스 터미널(AT), 터미널, 가입자 유닛(Subscriber Unit), 가입자 스테이션(SS; Subscriber Station), 무선 기기(wireless device), 통신 디바이스, 무선송수신유닛(WTRU; Wireless Transmit/Receive Unit), 이동 노드, 모바일 또는 다른 용어들로서 지칭될 수 있다. 단말의 다양한 실시예들은 셀룰러 전화기, 무선 통신 기능을 가지는 스마트 폰, 무선 통신 기능을 가지는 개인 휴대용 단말기(PDA), 무선 모뎀, 무선 통신 기능을 가지는 휴대용 컴퓨터, 무선 통신 기능을 가지는 디지털 카메라와 같은 촬영장치, 무선 통신 기능을 가지는 게이밍 장치, 무선 통신 기능을 가지는 음악저장 및 재생 가전제품, 무선 인터넷 접속 및 브라우징이 가능한 인터넷 가전제품뿐만 아니라 그러한 기능들의 조합들을 통합하고 있는 휴대형 유닛 또는 단말기들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 출원에서 사용하는 '기지국'은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점을 말하며, 베이스 스테이션(base station), 노드-B(Node-B), e노드-B(eNode-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 발명은 3GPP LTE-Advanced 이동통신시스템에서 접속해제 상태의 MTC 디바이스로 하향링크 데이터를 전송하는 방법에 관한 것으로서, MTC 디바이스가 망으로 접속해제(detach) 절차를 수행할 경우 해당 MTC 디바이스는 페이징 채널 수신 상태로 대기하도록 하고, 망의 PDN 게이트웨이(P-GW)는 접속해제된 상태의 MTC 디바이스에 대한 IP 주소를 유지하게 하고, P-GW가 MTC 서버로부터 접속해제 상태의 MTC 디바이스로의 하향링크 데이터를 수신할 경우 MME로 이를 통보하여 해당 접속해제 상태의 단말로 페이징 절차를 트리거링하게 하고, 페이징을 수신한 해당 MTC 디바이스가 접속(attach) 절차를 수행하게 함으로써 접속해제 상태의 MTC 디바이스로 하향링크 데이터를 효과적으로 전송하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 사물통신 서비스를 제공하는 무선 통신망을 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명이 적용되는 무선 통신망은 일반 단말, 즉 H2H 단말(Mobile Terminal, MT)(100), 기지국(200), 이동성 관리 장치(Mobility Management Entity, MME)(300), 서빙 게이트웨이(Serving-Gateway, S-GW)(410) 및 PDN 게이트웨이(Packet Data Network-Gateway, P-GW)(420), 및 MTC 서버를 포함하여 구성될 수 있다.
기지국(200)은 무선 인터페이스를 통하여 단말과 통신하며 무선 자원을 제어한다. MME(300)는 단말의 이동성 및 서비스 세션을 제어하며 망에서의 베어러를 제어한다. S-GW(410)와 P-GW(420)는 트래픽 전송을 위한 베어러 및 라우팅 기능을 제공하며, 특히 P-GW는 외부 패킷 망으로의 연동 기능을 제공한다.
도 1에 나타낸 바와 같이 MTC 서비스를 제공하는 무선 통신망은 일반 단말(100)을 포함하는 기존의 무선 통신망에 더하여 MTC 서비스를 제공하기 위한 MTC 서버(500), MTC 디바이스(110), 그리고 MTC 사용자 등을 추가로 포함할 수 있다.
MTC 서버(300)는 PLMN과 통신하며, PLMN을 통해 MTC 디바이스(110)와 통신한다. MTC 서버(300)는 또한 MTC 사용자에 의해 액세스 가능한 인터페이스를 가지며, MTC 사용자를 위한 서비스를 제공한다. MTC 사용자는 MTC 서버(500)에 의해 제공되는 서비스를 이용한다.
도 1의 구성에서 MTC 서버(300)는 네트워크 오퍼레이터에 의해 제어되며, 네트워크 오퍼레이터는 MTC 서버 상에 API(Application Programming Interface)를 제공하며, MTC 사용자는 API를 통해 네트워크 오퍼레이터의 MTC 서버에 액세스한다. 여기서, MTC 서버는 도 1에 도시된 바와 같이 네트워크 오퍼레이터 도메인 내에 포함될 수도 있지만, 네트워크 오퍼레이터 도메인 외부에 위치할 수도 있다.
사물통신 서비스를 언급할 때 단말은 도 1에 도시된 바와 같이 크게 두 가지로 분류할 수 있는데, 사람과의 통신에 사용되는 H2H(human-to-human) 단말(100), 즉, 일반 단말과 사물(machine)간 통신에 사용되는 MTC 디바이스(110)로 구분될 수 있다.
MTC 디바이스(110)는 IMT-Advanced 망을 통해서 MTC 서버(500) 또는 다른 MTC 디바이스와 통신한다. MTC 서버(500)는 P-GW(420)를 통해서 연동되며 MTC 디바이스(110)로부터 특정 정보를 수집하거나 전달하는 기능을 수행하여 MTC 디바이스들(110)을 제어한다.
이러한 MTC 디바이스(110)는 H2H 단말(100)에 비해서 그 수가 훨씬 많으며 대개 위치가 고정되거나 제한된 이동성을 가지며, 주기적으로 또는 특정 이벤트 발생 시점에만 소량의 데이터를 전송하는 특징을 가지고 있다. 이와 같은 다수의 MTC 디바이스를 수용하기 위해서는 MTC 디바이스에 할당되는 유.무선 자원 및 컴퓨팅 자원을 최소한으로 유지하는 것이 효과적이며, 이를 위해서는 MTC 디바이스가 가지고 있는 이동성 및 트래픽 특성을 충분히 반영한 시스템상의 최적화가 필요하다.
도 2는 본 발명이 적용되는 단말의 상태 천이 관계를 나타낸다.
일반적으로 단말의 상태는 도 2에 도시된 바와 같이 접속(attached) 상태와 접속해제(detached) 상태로 크게 구분된다.
접속해제(detached) 상태의 단말은 망에 등록되지 않은 상태로서 망은 단말에 대한 위치 추적이 불가능하며, 단말이 접속해제되기 전에 최종적으로 등록한 위치 영역 정보만 유지할 수 있다. 접속해제 상태의 단말은 접속 상태로 천이하여야 서비스 수행 및 위치 관리가 가능하다.
접속(attached) 상태는 다시 휴지(idle) 상태와 연결(connected) 상태로 구분된다. 연결 상태의 단말은 기지국/망과의 시그널링 및 트래픽 채널을 설정하고 있는 상태이며, 휴지 상태의 단말은 기지국/망과의 시그널링 및 트래픽 채널이 해제된 상태이다. 연결 상태에서 일정 시간 동안 데이터 전송이 없으면 휴지 상태로 천이하며, 휴지 상태에서 트래픽이 발생하면 연결 상태로 천이한다.
자원 점유 측면에서 연결 상태는 휴지 상태보다 많은 자원을 점유하고 있으며, 휴지 상태는 접속해제 상태보다 많은 자원을 점유하고 있다. 따라서, MTC 디바이스와 같이 그 수가 많고 트래픽 빈도 및 양이 적은 단말은 연결 상태보다는 휴지 상태, 휴지 상태보다는 접속해제 상태로 유지하는 것이 전체 시스템 자원 이용 측면에서 효율적이라 할 것이다. 따라서, MTC 디바이스에 대한 자원 사용 최적화 기법의 하나로 데이터 전송이 일정 시간 없을 경우 MTC 디바이스를 접속해제 상태로 천이하고 데이터 전송이 재개될 경우 다시 접속된 상태로 천이하게 하는 방법이 바람직하다 할 것이다. 그렇다면 MTC 디바이스가 접속해제 상태에서 데이터 전송 재개를 위해 수행해야 할 동작에 대해 아래에서 좀더 자세히 살펴보기로 한다.
LTE-Advanced 시스템에서 단말과 망간의 데이터 전송은 단말에서 트리거링되는 경우와 망에서 트리거링되는 경우로 구분할 수 있다.
휴지 상태에서 상향링크 데이터 전송이 단말에 의해서 트리거링되는 경우, 단말에서 시그널링 연결 절차를 통하여 연결 상태로 우선 천이한 다음 해당 데이터를 전송한다. 휴지 상태에서 하향링크 데이터 전송이 망에 의해서 트리거링되는 경우 망은 단말이 최종적으로 등록한 위치 영역으로 페이징(paging) 절차를 수행하여 단말을 호출하고, 호출된 단말이 시그널링 연결 절차를 통하여 연결 상태로 천이가 완료되면 망에서 단말로 해당 데이터에 대한 전송이 이루어진다.
연결 상태의 단말인 경우 어느 쪽에서 데이터 전송을 트리거링하든지 상관없이 기 설정된 트래픽 채널을 통해서 데이터가 전송된다.
접속해제 상태의 단말에 의해서 상향링크 데이터 전송이 트리거링되는 경우에는 단말에서 망으로 접속 절차를 수행하여 접속된 상태로 천이한 다음 데이터 전송을 수행할 수 있다.
하지만, 망측에 위치한 MTC 서버가 접속해제 상태의 MTC 단말로 하향링크 데이터를 전송하고자 할 경우 문제가 발생한다. 즉, 현재 LTE-Advanced 시스템의 P-GW에 따르면, 접속해제 상태의 단말로 향하는 하향링크 데이터는 바로 폐기해 버린다는 점이다.
이를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, P-GW에서 접속해제 상태의 단말로의 하향링크 패킷을 인식하고 접속해제 상태의 단말을 호출하여 접속된 상태로 천이하게 한 후 하향링크 데이터를 전달하게 하는 방법을 사용한다.
도 3은 일반적인 이동통신 시스템에서 휴지 상태의 일반 단말에 대한 하향링크 데이터를 전송하기 위한 동작 흐름을 나타낸다.
일반적인 경우 단말(100)이 휴지 상태로 천이하면 단말에 대한 컨텍스트(context) 정보는 기지국(200)에서 제거된다.
이때, 단말(100)과 기지국(200) 및 MME(300), S-GW(410)로의 시그널링 및 트래픽 채널은 해제되지만, S-GW와 P-GW간의 GTP(GPRS Tunneling Protocol)에 기반한 트래픽 채널은 유지된다.
이후, 특정 단말(100)로 향하는 하향링크 데이터가 P-GW(420)를 경유하여(S301) S-GW(410)에 수신되면(S302), S-GW(410)는 해당 단말의 상태가 휴지 상태인 경우 일단 수신된 하향링크 트래픽을 버퍼링한다(S303). 그리고, MME(300)로 해당 단말로의 하향링크 데이터 통지 메시지를 전달(S304)함으로써, MME(300)의 페이징을 트리거링한다.
MME(300)는 해당 단말에 대한 위치 정보를 이용하여 해당 단말이 마지막으로 등록한 위치 영역에 위치한 기지국(200)으로 페이징 메시지를 전달한다(S305). 이를 수신한 기지국(200)은 무선 인터페이스를 통하여 해당 단말(100)에 대한 페이징을 수행한다(S306). 단말이 페이징 메시지를 수신하여 자신이 페이징되었음을 확인하면 휴지 상태에서 연결 상태로의 천이를 위한 시그널링 연결 절차를 수행한 후 트래픽 채널을 설정한다. S-GW(410)는 설정된 트래픽 채널을 통해서, 해당 단말에 대해 버퍼링해 두었던 하향링크 데이터를 단말로 전송한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 접속해제 상태의 MTC 디바이스로 하향링크 트래픽을 전송하기 위한 동작 흐름을 나타낸다.
MTC 디바이스(110)가 더 이상 MTC 서버와의 데이터 송수신이 불필요하다고 판단하는 경우, 망과의 접속해제 절차를 수행한다(S401). MTC 디바이스에 대한 접속해제가 완료되면, 기지국(200), MME(300), S-GW(410)에서는 해당 MTC 디바이스에 대한 정보(컨텍스트) 및 할당되었던 유무선 자원이 모두 해제된다(S403).
그러나, MTC 서버와 연동되는 P-GW(410)에서는 접속해제 상태의 MTC 디바이스에 대한 컨텍스트를 그대로 유지한다(S404). 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 MTC 디바이스에 대한 컨텍스트는, MTC 디바이스의 IP 주소, MTC 디바이스의 IMSI(International Mobile Subscriber Identity) 등이 될 수 있다.
또한, 접속해제 상태의 MTC 디바이스는 이전 접속된 상태에서 최종적으로 할당되어 사용되던 IP 주소를 그대로 유지하며, 무선 페이징 채널을 통해 전송되는 페이징을 수신 대기한다(S402). 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 페이징 수신은 DRX(Discontinuous Reception) 기법을 사용한다. DRX 기법은 일정 주기에 따라 특정 시점에만 깨어나서 페이징 채널을 수신하고 자신이 페이징되었는지를 확인하는 기법이다.
이후 P-GW(420)가 MTC 서버(500)로부터 하향링크 데이터를 수신하여, 해당 하향링크 데이터가 접속해제 상태의 MTC 디바이스로 향하는 데이터라고 판단되는 경우(S410), 해당 하향링크 데이터를 버퍼링하고(S411) MME에게 다운링크 데이터 통지(Downlink data Notification) 메시지를 전송한다(S412). 이때, 다운링크 데이터 통지 메시지에 포함된 원인(cause) 값은 "접속해제 MTC 디바이스에 대한 다운링크 데이터(DL Data to Detached MTC)"로 설정한다.
MME(300)가 P-GW(420)로부터 원인(cause) 값이 "DL Data to Detached MTC"로 설정된 다운링크 데이터 통지 메시지를 수신하면, 해당 MTC 디바이스에 대한 위치 정보를 검색한다(S413).
MTC 디바이스(110)는 대개 위치가 고정되어 있거나 제한된 영역 내에서만 이동하기 때문에, MTC 디바이스(110)의 위치는 해당 MTC 디바이스가 접속해제 상태로 천이하기 전에 최종적으로 등록된 위치 영역이거나, 해당 MTC 디바이스에게 허용된 위치 영역 리스트 중 하나이거나, 또는 해당 MTC 디바이스가 가장 최근에 이동하여 등록된 하나 이상의 위치 영역 정보일 가능성이 많다. 따라서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 페이징을 위한 MTC 디바이스의 위치로, 해당 MTC 디바이스가 접속해제 상태로 천이하기 전에 최종적으로 등록된 위치 영역, 해당 MTC 디바이스에게 허용된 위치 영역 리스트, 또는 해당 MTC 디바이스가 가장 최근에 이동하여 등록된 하나 이상의 위치 영역 정보 중 적어도 하나를 이용한다.
해당 MTC 디바이스(110)에 대한 위치 영역 검색이 완료되면 해당 영역에 포함된 기지국(200)으로 페이징 메시지를 전달하고, 기지국(200)은 페이징 메시지를 전송한다(S414). 접속해제 상태에 있던 MTC 디바이스는, 자신을 호출하는 페이징 메시지를 수신하는 경우 망으로의 접속 절차를 수행한다(S415). 접속 절차의 수행이 완료되면, P-GW(420)는 버퍼링하고 있는 해당 MTC 디바이스로(110)의 하향링크 패킷 데이터를, 접속 절차를 통해 설정된 트래픽 채널을 이용하여 해당 MTC 디바이스로 전송한다(S416).
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 이동통신 시스템에서 수행되는 접속해제(detached) 상태의 사물통신(MTC, Machine Type Communication) 디바이스를 위한 데이터 전송 방법으로서,
    상기 이동통신 시스템의 네트워크와 접속(attached) 상태에서 접속해제 절차를 수행하여 상기 네트워크와 업링크 및 다운링크를 통한 데이터의 전송이 불가능한 접속해제 상태의 사물통신 디바이스가 감지되는 경우, 상기 이동통신 시스템의 PDN(Packet Data Network) 게이트웨이에서 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스에 대한 컨텍스트 정보를 저장하는 단계;
    상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스에서 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스가 접속 상태에 최종적으로 할당 받아 사용하던 컨텍스트 정보를 유지하기 위해 저장하는 단계;
    상기 PDN 게이트웨이에서 사물통신 서버로부터 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스로 향하는 다운링크 데이터를 수신하는 경우, 상기 다운링크 데이터를 버퍼링하는 단계;
    상기 이동통신 시스템의 이동성 관리 장치(MME)에서 상기 다운링크 데이터의 수신에 따라 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 호출하는 페이징 메시지를 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스로 전송하는 단계; 및
    상기 페이징 메시지를 수신한 상기 사물통신 디바이스가 상기 네트워크와 접속 절차를 수행하여 접속 상태인 경우, 상기 PDN 게이트웨이에서 상기 다운링크 데이터를 상기 접속 상태의 사물통신 디바이스로 전송하는 단계를 포함하는, 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스에 대한 컨텍스트 정보는,
    상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스의 IP 주소 또는 IMSI인 것을 특징으로 하는, 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법은,
    상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스가 감지되는 경우, 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스와 연결되어 있던 기지국, 상기 이동성 관리 장치, 및 서빙 게이트웨이는 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스에 대한 컨텍스트 정보 및 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스에 할당된 모든 자원을 해제하는 단계를 더 포함하는, 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법은,
    상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스에서 기 설정된 주기에 따라 특정 주기에 깨어나 자신에 대한 컨텍스트 정보에 대응되는 페이징 메시지가 있는지 확인하는 단계를 더 포함하는, 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법은,
    상기 PDN 게이트웨이에서 상기 다운링크 데이터를 수신하는 경우, 상기 PDN 게이트웨이에서 상기 이동성 관리 장치로 다운링크 데이터 통지(Downlink data Notification) 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 다운링크 데이터 통지 메시지는,
    상기 다운링크 데이터 통지 메시지에 포함된 원인(cause) 값이 "접속해제 MTC 디바이스에 대한 다운링크 데이터(DL Data to Detached MTC)"로 설정되는 것을 특징으로 하는, 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 페이징 메시지를 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스로 전송하는 단계는,
    상기 다운링크 데이터 통지 메시지를 수신한 상기 이동성 관리 장치에서 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스에 대한 위치 영역 검색을 수행하는 단계;
    상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스에 대한 위치 영역 검색이 완료되면 검색된 위치 영역에 포함된 기지국으로 상기 페이징 메시지를 전달하는 단계; 및
    상기 페이징 메시지를 수신한 기지국에서 상기 페이징 메시지를 상기 접속해제 상태의 디바이스로 전송하는 단계를 포함하는 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 이동성 관리 장치는,
    상기 페이징 메시지의 전송을 위한 사물통신 디바이스의 위치로서, 해당 사물통신 디바이스가 접속해제 상태로 천이하기 전에 최종적으로 등록된 위치 영역, 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스에게 허용된 위치 영역 리스트, 및 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스가 가장 최근에 이동하여 등록된 하나 이상의 위치 영역 정보 중 적어도 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는, 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 위한 데이터 전송 방법.
  9. 삭제
  10. 사물통신(MTC, Machine Type Communication) 서비스를 제공하는 이동통신 시스템으로서,
    상기 이동통신 시스템의 네트워크와 접속(attached) 상태에서 접속해제 절차를 수행하여 상기 네트워크와 업링크 및 다운링크를 통한 데이터의 전송이 불가능한 접속해제 상태가 되는 경우, 상기 접속 상태에서 최종적으로 할당받아 사용하던 컨텍스트 정보를 유지하기 위해 저장하는 사물통신 디바이스; 및
    상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스를 감지한 경우 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스에 대한 컨텍스트 정보를 저장하고, 사물통신 서버로부터 수신되는 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스로 향하는 다운링크 데이터를 버퍼링하며, 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스로 페이징 메시지가 전송되도록 트리거링하는 PDN(Packet Data Network) 게이트웨이를 포함하고,
    상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스는 기 설정된 주기에 따라 특정 시점에 깨어나 자신에 대한 컨텍스트 정보에 대응되는 페이징 메시지가 있는지 확인하고, 자신에 대한 페이징 페이지를 수신하는 경우 상기 네트워크와 접속 절차를 수행하여 상기 PDN 게이트웨이에 버퍼링되어 있는 상기 다운링크 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스에 대한 컨텍스트 정보는,
    상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스의 IP 주소 또는 IMSI인 것을 특징으로 하는, 이동통신 시스템.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 이동통신 시스템은,
    상기 PDN 게이트웨이로부터 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스로 향하는 상기 다운링크 데이터가 있음을 알리는 다운링크 데이터 통지(Downlink data Notification) 메시지를 수신하고, 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스에 대한 위치 영역 검색을 수행하며, 검색된 위치 영역에 포함된 기지국으로 상기 페이징 메시지를 전달하는 이동성 관리 장치를 더 포함하는, 이동통신 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 이동통신 시스템은,
    상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스가 감지된 경우, 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스에 대한 컨텍스트 정보 및 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스에게 할당되었던 모든 자원을 해제하였다가, 상기 이동성 관리 장치로부터 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스에 대한 페이징 메시지를 전달받은 경우 상기 페이징 메시지를 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스로 전송하는 기지국을 더 포함하는, 이동통신 시스템.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 이동통신 시스템은,
    상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스가 감지된 경우, 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스에 대한 컨텍스트 정보 및 상기 접속해제된 사물통신 디바이스에게 할당되었던 모든 자원을 해제하였다가, 상기 이동성 관리 장치로부터 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스에 대한 페이징 메시지를 수신하고 상기 기지국으로 전달하는 서빙 게이트웨이를 더 포함하는, 이동통신 시스템.
  15. 삭제
  16. 사물통신(MTC, Machine Type Communication) 서비스를 제공하는 이동통신 네트워크와 통신하는 사물통신 디바이스로서,
    상기 이동통신 네트워크와 접속(attached) 상태에서 접속해제 절차를 수행하여 상기 네트워크와 업링크 및 다운링크를 통한 데이터의 전송이 불가능한 접속해제 상태가 되는 경우, 상기 접속 상태에서 최종적으로 할당받아 사용하던 컨텍스트 정보를 유지하기 위해 저장하였다가, 기 설정된 주기에 따라 특정 시점에 깨어나 자신에 대한 컨텍스트 정보에 대응되는 페이징 메시지가 있는지 확인하고, 자신에 대한 페이징 페이지를 수신하는 경우 상기 이동통신 네트워크와 접속 절차를 수행하여 접속 상태로 천이하고 상기 이동통신 네트워크의 PDN(Packet Data Network) 게이트웨이에 버퍼링되어 있는 다운링크 데이터를 수신하는 사물통신 디바이스.
  17. 사물통신(MTC, Machine Type Communication) 서비스를 제공하는 이동통신 시스템에서 기지국과 사물통신 서버와의 사이에서 데이터를 중계하는 PDN(Packet Data Network) 게이트웨이 장치로서,
    상기 이동통신 시스템의 네트워크와 접속(attached) 상태에서 접속해제 절차를 수행하여 상기 네트워크와 업링크 및 다운링크를 통한 데이터의 전송이 불가능한 접속해제 상태인 사물통신 디바이스를 감지한 경우, 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스에 대한 컨텍스트 정보를 저장하고, 사물통신 서버로부터 수신되는 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스로 향하는 다운링크 데이터를 버퍼링하며, 상기 접속해제된 사물통신 디바이스로 페이징 메시지가 전송되도록 트리거링하고, 상기 접속해제 상태의 사물통신 디바이스가 상기 네트워크와 접속 절차를 수행하여 접속 상태인 경우, 상기 다운링크 데이터를 상기 사물통신 디바이스로 전송하는 것을 특징으로 하는 게이트웨이 장치.
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