이동 통신 시스템에서의 데이터 블록 생성 및 수신 방법 document_id A220623049909

도 1은 3세대 이동 통신 시스템인 UMTS(Univeral Mobile Telecommunication System)의 무선 구간에서 데이터 전송을 담당하는 무선 접속 프로토콜(protocol)의 구조를 도시한 도면이다. 개방형 시스템간 상호접속(Open System Interconnection; OSI) 참조 모델의 제 2 계층(Layer 2; L2)에 해당하는 데이터 링크 계층은 MAC(Medium Access Control) 계층, RLC(Radio Link Control) 계층, PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층 및 BMC(Broadcast/Multicast Control) 계층으로 구성된다. 물리 계층은 제 1 계층(Layer 1; L1)에 해당한다. 프로토콜 계층 간의 정보 교환은 SAP(Service Access Point)이라는 가상적인 접속점을 통해 이루어지고, 도 1에서 타원으로 표시되어 있는 부분이 이에 해당한다. 각 계층 간에 전달되는 데이터의 단위는 계층에 따라 서로 다른 이름으로 불리며, 이를 서비스 데이터 단위(Service Data Unit; 이하 SDU)라 하고, 프로토콜이 데이터를 전송하기 위해 사용하는 기본 단위를 프로토콜 데이터 단위(Protocol Data Unit; 이하 PDU)라 한다. 이하 본 발명에서의 무선 접속 프로토콜 구조에서의 계층 상호간에서 이동하는 데이터는 상술한 SDU 또는 PDU 같은 소정 단위의 데이터 블록을 의미한다. MAC 계층은 논리 채널과 전송 채널 사이의 매핑을 담당하는 계층으로, RLC 계층에서 전달된 데이터를 전송하기 위하여 적절한 전송 채널을 선택하고, 필요한 제어 정보를 MAC PDU의 헤더에 추가한다. MAC 계층이 수행하는 특별한 기능으로 무선 자원 관리(Radio Resource Management) 기능과 측정 기능이 있다. 무선 자원 관리 기능은 MAC 계층 자체적으로 수행되기 보다는 상위 계층인 무선 자원 제어계층인 RRC(Radio Resource Control) 계층에서 전송된 다양한 MAC 파라미터들을 기반으로 MAC 계층의 동작을 설정하여 데이터의 전송을 제어하는 기능을 한다. 논리 채널과 전송 채널 사이의 매핑 관계를 변경하거나, 스케쥴링 기능에 의해 데이터를 다중화하여 전송하는 기능 등이 이에 해당한다. 측정 기능은 단말의 트래픽 양을 측정하여 상위 계층으로 보고하는 기능이다. 상위 계층에서는 단말의 MAC 계층에서 측정한 정보를 바탕으로 MAC 계층의 설정을 변경할 수 있으며, 이를 통해 무선자원을 효율적으로 관리할 수 있다. RLC 계층은 MAC 계층의 상위에 위치하여 데이터의 신뢰성 있는 전송을 지원한다. 그리고, 무선 구간에 맞는 적절한 크기의 데이터를 구성하기 위하여 상위 계층으로부터 전달된 RLC SDU(Service Date Unit)들을 분할(Segmentation)하고 연결(Concatenation)한다. 수신측 RLC 계층에서는 수신한 RLC PDU들로부터 원래의 RLC SDU를 복구하기 위해 데이터의 재결합 기능을 지원한다. 각 RLC 엔티티(entity)는 RLC SDU의 처리 및 전송 방식에 따라 투명 모드(Transparent Mode; 이하 TM), 비확인 모드(Unacknowledged Mode; 이하 UM), 확인 모드(Acknowledged Mode; 이하 AM)로 동작할 수 있다. RLC 엔티티가 TM으로 동작하는 경우에는 상위로부터 내려온 RLC SDU에 어떠한 헤더 정보도 추가하지 않고 MAC 계층으로 전달된다. UM으로 동작하면, RLC SDU를 분할/연결하여 RLC PDU들을 구성할 수 있고, 각 RLC PDU에는 일련 번호를 포함한 헤더 정보가 첨부된다. 그러나 UM에서는 데이터의 재전송을 지원하지 않는다. AM으로 동작하면 RLC SDU의 분할/연결 기능을 사용하여 RLC PDU를 구성하고, 패킷의 전송 실패시 재전송이 가능하다. AM의 재전송 기능을 위해 송신 윈도우, 수신 윈도우, 타이머, 카운터 등 다양한 파라미터들과 변수들이 사용된다. PDCP 계층은 패킷 교환 영역에서만 사용되며, 무선 채널에서 패킷 데이터의 전송 효율을 높일 수 있도록 IP 패킷의 헤더를 압축하여 전송할 수 있다. 이와 더불어 SRNC(Serving RNC) 재배치(Relocation) 시 데이터의 손실을 막기 위한 일련번호(Sequence Number)를 관리한다. BMC 계층은 핵심망으로부터 전달된 셀 방송 메시지를 공용채널을 통해서 여러 사용자에게 방송한다. 제 1 계층인 물리 계층은 물리 채널(Physical Channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보 전송 서비스(Information Transfer Service)를 제공한다. 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어(Medium Access Control) 계층과는 전송채널(Transport Channel)을 통해 연결되어 있으며, 이 전송채널을 통해 매체접속제어 계층과 물리계층 사이의 데이터가 이동한다. 그리고, 서로 다른 물리계층 사이, 즉 송신측과 수신측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 이동한다. 제 3 계층의 가장 하부에 위치한 무선자원제어(Radio Resource Control; 이하 RRC라 약칭함) 계층은 제어 평면에서만 정의되며, 무선베어러(Radio Bearer; RB라 약칭함)들의 설정(Configuration), 재설정(Re-configuration) 및 해제(Release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. 이때, RB는 단말과 기지국을 포함하는 네트워크 간의 데이터 전달을 위해 제 2 계층에 의해 제공되는 서비스를 의미한다. 제어 평면(Control Plane)이란 도 1의 무선 접속 프로토콜의 수직 구조에서 제어 정보를 전달하는 계층 구조를 의미하고 사용자 평면(User Plane)은 데이터 정보 전송 같은 사용자 정보를 전달하는 계층 구조를 의미한다. 도 1에 나타난 바와 같이 RLC 계층에서 생성된 RLC PDU는 MAC으로 전달되며 이때 MAC 계층의 입장에서는 MAC SDU가 된다. RLC 계층으로부터 전달된 RLC PDU인 MAC SDU는 MAC 계층의 다양한 기능을 거치면서 데이터의 처리에 필요한 다양한 헤더 정보가 추가된다. 논리 채널과 전송 채널 사이의 매핑(mapping) 관계에 따라, 사용되는 헤더 정보는 다를 수 있다. 다음으로 MAC 헤더가 부착된 MAC PDU의 일례를 살펴본다. 도 2는 이동 통신 시스템에 있어서 헤더가 부착된 MAC PDU의 구조의 일례를 나타내는 도면이다. 다양한 MAC SDU를 포함하는 MAC PDU의 헤더는 도 2와 같이 SDU를 구분하는 식별자와 각각의 SDU의 크기를 나타내는 길이 필드(length field), 이후 필드가 MAC 헤더인지 SDU 인지를 나타내는 확장 필드(extension field)로 구성된다. 상기 길이 필드는 전송측과 수신측의 양단이 미리 그 크기를 결정하여 사용한다. 전송 측은 결정된 길이 필드의 크기를 수신자에게 시스템 정보 등을 통해 알려준다. 상기 길이 필드는 특정 전송 채널에서 정의되는 기본적인 전송 시간 간격 동안 고정되어 사용된다. 다음으로 MAC 헤더를 포함하는 MAC PDU를 생성하는 과정에 대한 일례를 설명한다. MAC PDU 생성시 먼저 MAC 헤더를 생성하여야 한다. 전송측의 MAC 계층에서는 n번째 전송할 SDU의 식별을 위한 식별자에 해당하는 일정한 크기의 식별자 필드에 해당 SDU의 식별자인 ID(SDU IDentifiern; SIDn)를 적는다. 다음으로 상기 n번째 SDU의 크기를 나타내는 값을 일정한 크기의 n번째 길이 필드(length fieldn; LFn)에 기록한다. 다음으로 n번째 SDU 이후로 또 전송할 SDU가 존재할 경우 일정한 크기의 확장 필드(extension fieldn; En)에 표기하고 다음 SDU를 위한 SID, 길이 필드, 확장 필드 기재 과정을 반복한다. 더 이상 전송할 SDU가 존재하지 않을 경우, 확장 필드에 더 이상의 헤더가 존재하지 않음을 표기한다. 일반적으로 MAC 계층으로 내려오는 상위 데이터인 MAC SDU는 바이트(byte) 정렬을 통해 물리 계층에서의 처리를 용이하게 한다. 이를 위해 MAC 계층에서는 최초 SDU에 대한 식별자, 길이 필드, 확장 필드부터 마지막 SDU에 대한 식별자, 길이 필드, 확장 필드까지 이어서 붙인 데이터의 총 비트 수가 바이트 단위로 나눠 떨어지지 않는 경우 헤더의 마지막 부분까지 바이트를 이루도록 더미(dummy) 값을 부여하는 패딩(padding) 과정을 거친다. 상기 과정들을 거쳐 헤더 생성을 마친다. 이 후 상기 헤더 뒤에 페이로드(payload)에 해당하는 SDU를 그 식별자 순으로 이어서 붙이는 과정을 통해 MAC PDU를 생성하게 된다. 수신측의 MAC 계층에서는 수신한 MAC PDU의 MAC 헤더를 해석하여 상기 MAC PDU의 구성 SDU에 대한 정보를 획득하여 이를 바탕으로 구성 SDU를 MAC PDU로부터 분리하여 상위 계층으로 보낸다. 그 과정은 아래와 같다. 수신한 MAC PDU의 첫 식별자 필드를 조사하여 첫 번째 SDU의 식별자 정보를 획득하고 이후 그 후 일정한 크기의 영역 내에 기재된 길이 필드로부터 상기 SDU의 크기 정보를 획득한다. 그 후 확장 필드를 해석하여 이 후 SDU에 대한 해석을 진행하여야 하는지 여부를 알아낸다. 상기 확장 필드의 값에 따라 다음 SDU가 존재할 경우에는 상기 식별자 정보 획득, 길이 필드 정보 획득, 확장 필드 정보 획득 과정을 반복하고 다음 SDU가 존재하지 않을 경우에는 바이트 정렬을 위한 패딩 비트가 있는 지 여부를 확인을 위한 역패딩 과정을 거치고 획득된 식별자 정보 및 길이 필드 정보에 따라 수신한 MAC PDU로부터 MAC SDU를 분리하여 상위 계층으로 전달한다. 상기 과정을 통해 알 수 있듯이 MAC PDU중 페이로드인 MAC SDU를 제외한 MAC 헤더의 값은 실질적인 데이터값이 아니므로 이의 최소화를 통해 데이터 쓰루풋(throughput)을 높일 필요가 있다. 그럼에도 전송 시간 간격마다 다양한 MAC SDU의 크기가 존재함에도 전체 전송 시간 간격에서 길이 필드의 크기를 고정하여 사용하는 방식은 작은 크기의 MAC SDU로 이루어진 MAC PDU에서도 큰 MAC PDU 기준으로 길이 필드를 사용하게 된다.