무선 통신 시스템에서의 데이터 통신 수행 방법 document_id A220623070759

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. 다음으로 도 1의 무선 접속 프로토콜을 이용한 음성 통화 서비스의 이용에 관해 설명한다. 음성 통화에서 AMR(Adaptive Multi-Rate)과 같은 음성 코덱(Codec)을 통하여 생성된 음성 데이터는 특별한 특성을 지닌다. 즉, 음성 데이터는 음성 구간(talk spurt)와 묵음 구간(silent period)의 두 가지 구간으로 구분된다. 음성 구간은 사람이 실제로 말을 하는 동안 생성되는 음성 데이터 구간을 의미하고, 묵음 구간은 사람이 말을 하지 않는 동안 생성되는 음성 데이터 구간이다. 예를 들어, 음성 구간에서 음성 데이터를 포함하는 음성 패킷인 음성 데이터 블록은 특정주기(일례로 매 20ms)마다 생성되고, 묵음 구간에서 음성 데이터를 포함하는 묵음 패킷인 묵음 데이터 블록도 상기 특정주기와 같거나 다른 특정주기(일례로 매 160ms)마다 생성된다. 이러한 음성 서비스를 이용하기 위해서는 상향링크 및 하향링크를 위한 무선 자원이 할당되어야 한다. 이러한 무선 자원 할당은 기지국은 스스로 필요한 하향링크 자원을 파악하여 이를 이용하여 하향링크로 데이터를 전송하나 단말의 경우는 상기 기지국으로부터 상향링크 및 하향링크를 위한 무선자원을 할당받아 이를 통해 데이터 송수신을 수행한다. 이러한 무선 자원 할당 정보(해당 주파수의 위치, 시간 단위 등)를 스케쥴링(scheduling) 정보라고도 하고 무선자원을 할당하는 방식을 스케쥴링 방식이라고도 한다. 스케쥴링 방식의 일종인 지속 스케쥴링 방식을 음성 통화에 사용할 경우, 기지국은 음성 구간에 맞추어 무선 자원을 설정한다. 즉, 기지국은 제1특정주기(이하 그 일례로 매 20ms)마다 음성 데이터 블록이 생성된다는 특성을 이용하여, 호 설정 단계에서 단말에게 20ms 간격으로 상향링크 또는 하향링크 데이터를 송수신하기 위한 무선 자원을 미리 설정한다. 단말은 20ms 간격마다 미리 설정된 무선 자원을 이용하여 하향링크 데이터를 수신하거나 상향링크 데이터를 전송한다. 이 경우, 단말이 음성구간에서 묵음구간으로 상태를 변경할 경우, 묵음 데이터 블록이 제2특정주기(이하 그 일례로 160ms)마다 생성되므로, 20ms 간격으로 할당된 무선자원 중 상당수가 낭비되는 문제점이 발생한다. 마찬가지로, 기지국이 지속 스케쥴링 방식에 따라 묵음 구간에 맞추어 단말에게 무선자원을 160ms 간격으로 사용하도록 무선 자원을 미리 할당하였다면, 단말이 묵음 구간에서 음성 구간으로 전환한 경우, 단말이 전송할 음성 정보는 많으나 할당 받은 리소스가 적어서 음성 정보 전송의 지연이 발생하는 문제점이 발생한다.