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3GPP LTE-A 시스템에서의 M2M 통신을 위한 혼잡 제어 기술 동향 및 개선 방안
Technical Trend and Improvement of Congestion Control for Machine-to-Machine Communications in 3GPP LTE-A Systems 원문보기

정보처리학회논문지. KIPS transactions on software and data engineering. 소프트웨어 및 데이터 공학, v.3 no.11, 2014년, pp.487 - 494  

김재현 (LG전자 차세대통신연구소) ,  김석규 (안동대학교 정보통신공학과)

초록
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본 논문은 3GPP LTE-A 표준에서 진행되어오고 있는 M2M(Machine-to-Machine) 통신 환경에서의 트래픽 혼잡 제어(congestion control) 기법에 대한 동향과 연구이다. M2M 통신 환경에서는 다수의 MTC(Machine-type-Communication) 디바이스들이 한꺼번에 많은 데이터 트래픽 생성 및 접속을 요구하는 특징을 가진다. 이러한 통신 트래픽 상황에서는 통신 네트워크상의 혼잡상황이 발생할 가능성이 높으며, 이를 해결하기 위한 디바이스들의 트래픽 생성 및 접속 요구를 제어하는 기능이 필요하다. 이를 위해 기본적으로 3GPP LTE-A 통신 시스템에서는 backoff mechanism에 기반을 한 이동성 및 세션 관리에 의한 혼잡상황 제어 방안을 표준에서 논의해오고 있다. 본 논문에서는 현재까지 3GPP 표준에서 논의해오고 있는 혼잡 제어 방안에 대한 기본적인 개념 및 동작과 기본 성능을 파악하고, 이에 대한 문제점 및 향후 표준에서 진행될 수 있는 혼잡 제어 방안의 개선 방향에 대해 살펴본다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper focuses on an advanced congestion control scheme for M2M(Machine-to-Machine) communications in 3GPP LTE-A standard. A large number of MTC(Machine-type-Communication) devices try to access to LTE-A networks and send data to the networks all at once. In this characteristics, M2M communicati...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 결국, 네트워크에서 혼잡 상황에 대한 정보를 MTC 단말에 적절하게 제공하여 MTC 단말이 MTC 서비스 제공을 효율적으로 다시 수행할 수 있도록 하는 방안이다.
  • 단말은 제공된 backoff timer값을 저장하게 되고, 이 타이머가 만료되기 전까지는 RRC 연결 요청 메시지를 기지국에게 전송하지 않는다[1, 2, 5, 11, 12]. 다음에서 현재 3GPP LTE-A 시스템에서의 혼잡 과부하 제어 방안의 구체적인 동작에 대해서 살펴본다.
  • 결국 MTC 단말 입장에서 이러한 상황을 신속히 인지하지 못하는 상황에서 MTC 서비스 제공이 지연되는 것이다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 기본적인 개선 방안에 대해서 살펴본다.
  • 본 논문에서는 3GPP LTE-A 표준화에서 진행된 내용을 기반으로 MTC 환경에서의 혼잡 제어 방안에 대한 개념 및 기본적인 동작과 성능에 대해서 살펴보고 향후 좀 더 효율적인 혼잡 제어 기법의 개선 방향에 대해서 기술한다.
  • 본 논문에서는 상기 문제점의 해결 방안으로 이동통신망 에서 혼잡 상황이 해소된 이후에 MTC 단말에게 혼잡 상황 해소를 알려주는 기법을 제안한다. 이렇게 함으로써 MTC 단말은 현재 MM 혹은 SM backoff timer가 동작되고 있더라도 해당 타이머 동작을 멈추고 NAS MM 또는 SM 연결 요청을 하는 것이다.
  • 본 논문에서는 현재 3GPP LTE-A 시스템에서 MTC 통신 서비스를 위한 표준화 진행 작업과 혼잡 제어 방안에 대해서 살펴보았으며, 종래 혼잡 제어 방안의 문제점을 고찰 해보고, 효율적인 데이터 전송을 위한 개선된 혼잡 제어 기법(ACC scheme)을 제안하였다. 기존 3GPP LTE-A 시스템 에서의 혼잡 제어 방안의 경우, 네트워크 혼잡 상황의 최신 상황 정보 없이 이전 혼잡 상황에서 네트워크가 제공된 backoff timer값이 만료되기 전까지는 MTC 단말들이 MTC 통신을 위한 접속 혹은 데이터 전송 연결을 수행할 수 없었다.
  • 본 절에서는 현재 3GPP LTE-A 시스템에서의 혼잡 제어 방안과 본 논문에서 제안하는 Advanced Congestion Control(ACC) 기법에 대해서 성능 평가를 실험을 통해서 살펴보고자 한다. MATLAB[13]을 사용하여 실험하였으며, 실험 환경은 Table 4와 같다.
  • MTC 단말은 네트워크로부터 제공받은 backoff timer값을 저장하게 되고, 이 타이머가 만료되기 전까지는 NAS 요청 메시지를 MME에 전송하지 않는다. 이렇게 함으로써 혼잡 상황인 이동통신망에 추가적인 혼잡 상황을 막고 혼잡 상황이 해결될 때까지 기다리는 방안이다. 액세스 망의 과부하 제어는 과부하 상황이 발생한 경우, MTC 단말이 RRC(Radio Resource Control) 연결 요청을 기지국에 했을 경우, 랜덤 backoff timer값과 함께 RRC 연결 요청을 거절하게 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
NAS 수준 혼잡 제어 중 APN 기반 혼잡 제어는 어떻게 나눠질 수 있는가? APN이란 단말의 서비스 접속을 위한 논리적인 접속 이름을 의미하는 것으로서 3GPP LTE-A 이동통신 시스템에서는 기본적으로 세션 연결이 APN 단위로 설정되어 관리된다. APN 기반 혼잡 제어는 APN 기반 세션제어와 APN 기반 접속제어로 나눌 수 있으며, 각각 APN별로 각 세션과 이동통신망 접속을 제어 관리함을 의미하는 것이다. 일반 NAS 수준의 이동성 관리 제어는 일반적인 NAS 접속, 위치 등록, S1 베어러 셋업(연결 모드로 전환을 위한 Service Request) 시 혼잡 제어를 의미한다.
M2M(Machine-to-Machine)이란? M2M(Machine-to-Machine)이란 언제 어디서나 실시간으로 가능한 사람과 사물, 사물과 사물 간의 지능형 통신 서비스를 의미한다. 최근에 유비쿼터스 시대와 IoT(Internet of Things) 서비스의 폭발적인 관심과 더불어 M2M을 위한 통신 시스템 개발이 차세대 통신 시장의 패러다임을 바꾸는 중요한 비즈니스 이슈로 부각되고 있다.
M2M 통신이 적용되고 있는 분야는? 최근에 유비쿼터스 시대와 IoT(Internet of Things) 서비스의 폭발적인 관심과 더불어 M2M을 위한 통신 시스템 개발이 차세대 통신 시장의 패러다임을 바꾸는 중요한 비즈니스 이슈로 부각되고 있다. M2M 통신은 초기에 센서와 통신 시스템 연결을 통한 정보 수집에 적용되었으나, 현재는 자동차, 의료, 그린 IT 서비스 등의 다양한 비즈니스 영역에 적용되고 있다. 기본적으로 M2M 통신은 사물 간의 통신 네트워크 시스템을 통하여 사람에게 다양한 정보와 서비스를 제공하고자 한다.
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참고문헌 (13)

  1. 3GPP TS 23.401 v12.5.0, "General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN) access," 

  2. 3GPP TS 24.301 v12.5.0, "Non-Access-Stratum(NAS) protocol for Evolved Packet System(EPS); Stage 3," 

  3. 3GPP TS 23.682 v12.2.0, "Architecture enhancements to facilitate communications with packet data networks and applications," 

  4. 3GPP TS 22.368 v12.4.0, "Service requirements for Machine-Type Communications(MTC); Stage 1," 

  5. 3GPP TS 36.331 v12.2.0, "Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); Radio Resource Control(RRC); Protocol specification," 

  6. 3GPP TS 36.413 v12.2.0, "Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN); S1 Application Protocol (S1AP)," 

  7. J. S. Shin an A. S. Park, "Trends of 3GPP Machine Type Communications in 3GPP," TTA Journal, Vol.135, pp.97-104, 2011. 

  8. J. S. Shin an A. S. Park, "Standardization on Machine Type Communications in 3GPP," ETRI Electronics and Telecommunications Trends, Vol.27, No.2, pp.59-69, Apr., 2012. 

  9. D. S. Oh, I. G. Kim, "Trends of 3GPP MTC Standardization-Focused on RAN1," ETRI Electronics and Telecommunications Trends, Vol.27, No.3, pp.143-152, Jun., 2012. 

  10. F. Ghavimi, H. Chen, "M2M communications in 3GPP LTE/LTE-A Networks: Architectures, Service Requirements, Challenges and Applications," IEEE Communications Surveys & Tutorials, No.99, Oct., 2014. 

  11. A. Amokrane, A. Ksentini, Y. Hadjadj-Aoul, and T. Taleb, "Congestion control for machine type communications," in Proceedings of the IEEE International Conference on Communications, pp.778-782, Jun. 2012. 

  12. A. Ksentini, Y. Hadjadj-Aoul, and T. Taleb, "Cellular-based machine-to-machine: overload control," IEEE Networks Vol.26, No.6, pp.54-60, 2012. 

  13. MATLAB: http://www.mathworks.co.kr. 

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