KR101531531B1

KR101531531B1 - 이동통신 시스템에서 단말의 로컬 패킷 데이터 망 접속 서비스 방법

Info

Publication number: KR101531531B1
Application number: KR1020090001561A
Authority: KR
Inventors: 김대중; 이지철; 고현길; 임채권; 배은희
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2009-01-08
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2015-07-07
Anticipated expiration: 2029-01-08
Also published as: WO2010079984A2; WO2010079984A3; KR20100082193A; US20120008554A1

Abstract

이동통신 시스템에서 단말의 패킷 호를 로컬 PDN에 연결하여 서비스하는 방법이, 단말이 로컬 PDN 연결 요구메시지 생성시 기지국이 상기 메시지를 MME에 전송하는 과정과, 상기 MME가 베어러 요구메시지를 생성하여 기지국의 SGW 프록시에 전송하고, 상기 SGW 프록시가 상기 베어러요구메시지를 기지국의 PGW 프록시에 전송하는 과정과, 상기 PGW 프록시가 상기 베어러 요구에 따라 상기 기지국이 로컬 PDN를 서비스함을 나타내는 응답메시지를 생성하여 SGW 프록시에 전송하고, 상기 SGW 프록시가 상기 MME에 이를 전송하는 과정과, 상기 MME가 베어러 세트업메시지를 생성하여 기지국에 전송하고, 기지국이 이에 따라 상기 단말을 상기 로컬 PDN에 접속하는 과정으로 과정으로 이루어진다.

로컬 PDN, 게이트웨이 모드, 프록시 모드, 패킷 데이터 네트워크,

Description

이동통신 시스템에서 단말의 로컬 패킷 데이터 망 접속 서비스 방법{METHOD FOR CONNECTING USER EQUIPMENT TO LOCAL PACKET DATA NETWORK BY EVOLVED NODE B}

본 발명은 이동무선 통신시스템의 패킷 데이터 서비스 방법에 관한 것으로, 특히 이동단말의 로컬 패킷 데이터 망에 접속하는 방법에 관한 것이다.

현재의 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 표준은 이동단말이 댁내 망(Home Networks) 또는 기업 망(Enterprise Networks) 등과 같은 Local PDN (packet data network: 이하 PDN이라 칭한다) 망에 직접 접속할 수 있는 방안을 따로 정의하고 있지 않다. 그러나 사업자 망의 VPN(virtual private network) 서비스를 이용한다면 이동 단말이 사설 데이터 망(Private Networks: Home Networks 또는 Enterprise Networks 등)에 접속하는 것이 가능하다.

도 1은 종래의 이동통신 시스템에서 이동단말이 로컬 PDN에 접속되는 예를 도시하는 도면이다. 여기서 상기 도 1은 PGW와 사설망(Private Networks)은 L2TP , PPTP 또는 IPsec 등으로 연결되어 VPN을 구성하고 있다.

상기 도 1을 참조하면, 이동 단말101은 상기 사설망(Private Network)인 로컬 PDN115에 접속하기 위하여 PDN 연결요구(PDN Connectivity Request) 메시지를 eNB103에 전송하며, 상기 eNB103은 이를 MME105에 보낸다. 그러면 상기 MME105는 상기 PDN 연결요구 메시지 내에 포함된 APN 및 HSS로부터 요청하여 받은 가입자 프러파일 정보를 참조하여 이동 단말이 접속할 PGW109를 결정한다. 그리고 상기 PGW109는 VPN 서비스를 요청하는 단말에 대하여 지정된 VPN 서버(Server)와 VPN 연결(Connection)을 설정하고, 해당 이동 단말101과 VPN 서버(Server)간 패킷 데이터 전달이 가능하도록 라우팅한다.

그러나 상기 도 1과 같은 종래의 연결 방법은 PGW109의 VPN 서비스를 이용하여 Local PDN115를 연결하여야 하므로, 데이터 트래픽(Traffic) 처리가 효율적이지 못하다는 문제와 함께 망 구축 비용이 크다는 문제가 있다.

도 1에서 로컬 PDN115이 상기 eNB103과 동일한 LAN에 연결되어 있고, 상기 eNB103의 서비스 영역(coverage)에 위치된 UE101이 상기 로컬 PDN115에 접속하고자 하는 경우에도 여러 경로를 거치면서 패킷 데이터를 전송하게 된다. 즉, 상기 UE101이 상기 로컬 PDN115에 연결하고자 할때, 모든 패킷 데이터는 백홀 망(Backhaul Network을 통하여 사업자 망(Operator network)의 코어 망(Core Network)까지 전달된다. PGW에서 처리된 패킷 데이터는 인터넷과 ISP 망을 통하여 Local PDN으로 돌아온다. Home Networks 및 Enterprise Networks에서는 ISP 망을 주로 Backhaul Network으로 사용하므로 패킷 데이터가 불필요하게 Backhaul망을 두번 통과하는 문제가 발생한다. 즉, 상기 Local PDN 내부의 패킷 데이터 트래픽을 불필요하게 코어 망(Core Network)으로 업로드(Upload)시키고 다시 다운로드(Download) 시키는 종래의 기술은 백홀(Backhaul)의 BW에 대한 요구사항이 크다. 이는 망 사업자에 대하여 또는 기업망, 댁내 망 운영자에 대한 OPEX 비용의 증가로 이어진다. 뿐만 아니라 증가되는 데이터 트래픽을 처리하기 위하여 코어망(Core Network)의 증설이 불가피해진다.

상기한 바와 같이, 종래 기술에서 이동 단말의 Local PDN 접속을 가능하게 하려면 반드시 Local PDN이 인터넷에 연결되어야 한다. 그러나 Local PDN이 기지국에만 연결되어 있고 인터넷에는 연결되어 있지 않을 수 있다. 이러한 경우는 유선 연결이 어려운 경우 또는 경제적인 측면에서 Public IP 주소가 확보되지 않은 경우 또는 Security 측면에서 Local PDN을 공중 인터넷 망과 격리하고자 하는 경우에 발생할 수 있다. 이와 같이 Isolated Local PDN 경우에 종래의 기술은 사용될 수 없다.

본 발명은 기지국에 로컬 PDN을 직접 접속할 수 있는 방안을 제안한다. 기지국에서 로컬 데이터 트래픽을 코어 망으로 전송하지 않고 로컬 PDN으로 직접 라우팅하는 방법으로, 데이터 트래픽을 효율적으로 관리 운용할 수 있도록 한다.

또한 본 발명은 복수개의 기지국이 동일한 로컬 PDN에 연결되어 로컬 PDN 망 내에서 이동 단말의 이동성을 지원할 수 있는 방법을 제안한다. 또한 본 발명은 원격지(Remote)에 위치한 이동 단말도 로컬 PDN을 원활히 접속할 수 있는 방법을 제안한다. 또한 본 발명은 인터넷에 연결되지 않는 로컬 PDN을 이동망을 통하여 단말이 원거리에서 접속할 수 있도록 한다.

이동통신 시스템의 로컬 PDN 연결 서비스 방법이, 단말이 로컬 PDN 연결 요구메시지 생성시 기지국이 상기 메시지를 MME에 전송하는 과정과, 상기 MME가 베어러 요구메시지를 생성하여 기지국의 SGW 프록시에 전송하고, 상기 SGW 프록시가 상기 베어러요구메시지를 기지국의 PGW 프록시에 전송하는 과정과, 상기 PGW 프록시가 상기 베어러 요구에 따라 상기 기지국이 게이트웨이모드로 로컬 PDN를 서비스함을 나타내는 응답메시지를 생성하여 SGW 프록시에 전송하고, 상기 SGW 프록시가 상기 MME에 이를 전송하는 과정과, 상기 MME가 베어러 세트업메시지를 생성하여 기지국에 전송하고, 기지국이 이에 따라 상기 단말을 상기 로컬 PDN에 접속하는 과정으 로 이루어짐을 특징으로 한다.

또한 이동통신 시스템의 로컬 PDN 연결 서비스 방법이, 단말이 로컬 PDN 연결 요구메시지 생성시 기지국이 상기 메시지를 MME에 전송하는 과정과, 상기 MME가 베어러 요구메시지를 생성하여 기지국의 SGW 프록시에 전송하고, 상기 SGW 프록시가 상기 베어러요구메시지를 로컬 PDN의 PGW에 전송하는 과정과, 상기 로컬 PDN의 PGW가 상기 베어러 요구에 따라 상기 로컬 PDN에 접속을 허용하는응답메시지를 생성하여 SGW 프록시에 전송하고, 상기 SGW 프록시가 상기 MME에 이를 전송하는 과정과, 상기 MME가 베어러 세트업메시지를 생성하여 기지국에 전송하고, 기지국이 이에 따라 상기 단말을 상기 로컬 PDN에 접속하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

그리고 상기 단말의 패킷호를 로컬 PDN에 연결 서비스하는 이동통신 시스템의 기지국 장치가, 단말 인터페이스모듈과, 서빙 게이트웨이 기능에 대한 프록시 기능을 수행하며, MME와 S11 인터페이스를 처리하는 SGW 프록시 유니트와, 단말이 로컬 PDN에 접속될 수 있도록 IP 주소를 할당하며, PDN 게이트웨이 기능을 수행하는 PGW 프록시 유니트와, 기지국과 외부 SGW 장치 간에 S1 인터페이스를 지원하는 동시에 상기 기지국과 로컬 PDN 간의 패킷 인터페이스를 지원하며, 게이트웨이 모드시 상기 단말 패킷호를 다이렉트 포워딩하는 GTP 모듈 유니트와, 상기 GTP 모듈 유니트에서 다이렉트 포워딩되는 패킷호를 라우팅하여 상기 로컬 PDN에 연결하는 IP 라우팅 모듈 유니트와, 상기 MME에서 전달되는 메시지를 분석하여 게이트웨이 모드시 상기 단말의 패킷호를 상기 로컬 PDN에 연결 서비스하는 eNB 제어부로 구성 된 것을 특징으로 한다.

또한 단말의 패킷호를 로컬 PDN에 연결 서비스하는 이동통신 시스템이, 단말과, PDN 게이트웨이 기능을 수행하는 PGW를 구비하는 로컬 PDN과, 상기 단말의 패킷호를 로컬 PDN에 연결 서비스하는 기지국 등으로 구성되고, 상기 기지국이, 단말 인터페이스모듈과, MME와 S11 인터페이스를 처리하며, 상기 MME에서 전송되는 베어러 요구메시지를 상기 로컬 PDN의 PGW에 전송하며, 서빙 게이트웨이 기능에 대한 프록시 기능을 수행하는 SGW 프록시 유니트와, 기지국과 외부 SGW 장치 간에 S1 인터페이스를 지원하는 동시에 상기 기지국과 로컬 PDN 간의 패킷 인터페이스를 지원하며, 프록시 모드시 상기 기지국과 로컬 PDN의 PGW 간에 인터페이스를 지원하는 GTP 모듈 유니트와, 상기 GTP 모듈 유니트에서 다이렉트 포워딩되는 패킷호를 라우팅하여 상기 로컬 PDN에 연결하는 IP 라우팅 모듈 유니트와, 상기 MME에서 전달되는 메시지를 분석하여 프록시 모드시 상기 단말의 패킷호를 상기 로컬 PDN에 연결 서비스하는 eNB 제어부로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명을 적용하면 사업자 망의 백홀(Backhaul) 비용 및 코어 망(Core Network)의 망 장비 비용을 절감 할 수 있다. 일반적으로 로컬 망 내에서 교환되는 데이터 트래픽이 전체 트래픽의 큰 비중을 차지함으로서, 로컬 PDN을 기지국에 직접 접속하는 방법으로 상당한 정도의 로드를 코어 망으로부터 덜어낼 수 있는 이점이 있다. 그리고 이로인해 사용자가 체감하는 데이터 서비스의 품질을 향상시킬 수 있으며, 로컬 PDN에 접속하는 패킷 데이터의 경로가 짧아짐으로서 데이터 전달 시간이 줄어드는 효과가 있다. 또한 데이터 트래픽이 로컬 망에서 처리됨으로서 사용자에게 더 저렴한 가격으로 데이터 서비스를 제공할 수 있다. 이처럼 로컬 데이터용 통신비가 줄어들면 데이터 서비스 이용이 늘면서 무선 구간의 이용율이 증가 할 수 있다.

본 발명에서 제시하는 로컬 PDN 접속 방안은 새로운 사업형태를 창출할 수 있다. 현재 WiFi망이 주로 사용되는 기업망을 LTE의 로컬 PDN 망으로 대체할 수 있다. 이러한 경우 해당 기업의 직원들은 사내뿐만 아니라 사외에서도 동일한 방법으로 사내망 접속을 할 수 있다. 랩탑(Laptop)과 같은 동일한 단말기를 이용해 언제 어디서나 사내 서버에 접속할 수 있으며 동료와 통신할 수 있어 생산성을 높일 수 있다. 또한, 본 발명이 펨토(Femto) 기지국에 적용되면 사용자는 펨토 기지국에 댁내 망(Home Network)을 연결할 수 있다. 사용자는 집에서 이동 단말과 데스크탑(Desktop) PC간 데이터 통신을 저렴한 비용으로 사용할 수 있으며, 여행 중에도 언제나 집에 있는 데스크탑 PC에 접속하여 데이터를 로드(Upload, Download)할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구 성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.

본 발명은 3GPP 이동통신망에서 이동 단말(UE)의 로컬 PDN(Local Packet Data Network) 접속이 가능하도록 하는 기술이다. 본 발명에서 로컬 PDN은 기지국에 직접 연결된 망으로서, 댁내 망( Home Networks), 기업 망(Enterprise Networks) 등의 사설망을 말한다.

현재의 3GPP 이동통신망 표준에서는 로컬 PDN을 기지국에 직접 연결하는 방법을 제공하지 않는다. 그러나 3GPP 이동통신망의 억세스 망(Access Network), 코어 망(Core Network), 서비스 망(Service Application Network)이 모두 IP 망 플랫폼(IP Network platform)을 사용하고 있고, 소형 펨토 기지국 및 기업용 기지국에 대한 요구 및 사용이 증가하면서 로컬 데이터 트래픽을 효과적으로 처리할 필요성이 나타났다. 이와 같은 요구사항은 필연적으로 기지국을 댁내 망(Home Network), 기업 망(Enterprise Network) 등의 사설 망(Local Network)에 직접 연결하여 로컬 망 이용률을 높이는 대신 백홀(Backhaul) 망의 비용은 줄이는 방향으로 발전하고 있다.

로컬 PDN을 기지국에 직접 연결하는 방법은 현재의 망 구조 및 서비스 체계에 대한 영향을 최소화하는 방향으로 이루어져야 하며, 이동 단말이 코어 망(Core Network) 및 로컬 망(Local Network)을 일관된 방법으로 접속할 수 있는 방안을 제시하여야 한다. 또한 이동 단말은 로컬 PDN을 제공하는 기지국 뿐만 아니라 타 기지국에 접속한 경우에도 자신의 로컬 PDN에 원격 접속할 수 있어야 한다. 이를 위하여, 본 발명에서는 기지국에 적용되는 로컬 PDN 접속 기술을 설명하고, 이동 단 말이 로컬 PDN을 접속하는 방안을 기술 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 기지국에 로컬 PDN을 직접 접속하는 구성을 도시하는 도면이다.

상기 도 2를 참조하면, eNB220은 로컬 PDN230을 직접 접속하는 구성을 가진다. 따라서 단말210이 로컬 PDN의 접속을 요구하면, 상기 eNB220은 상기 단말의 로컬 데이터 트래픽을 코어 망으로 전송하지 않고, 로컬 PDN230에 직접 라우팅한다. 따라서 상기 도 2와 같은 구성을 가지면, 상기 단말210의 로컬 데이터 트래픽을 효율적으로 관리 운용할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 기지국에 로컬 PDN을 직접 접속하는 구성을 도시하는 도시하는 도면이다.

상기 도 3을 참조하면, 로컬 PDN230은 사설 PGW(private PDN gateway)232를 구비하며, 하나의 로컬 PDN230은 복수의 eNB들에 연결된다. 상기 도 3은 두 개의 기지국 eNB220 및 222가 하나의 로컬 PDN230에 연결된 예를 도시하고 있다. 상기 로컬 PDN230은 망 내에서 이동단말의 이동성을 지원할 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 상기 도 2 및 도 3과 같은 구성을 가지는 이동통신 시스템에서 본 발명의 실시예에 따라 로컬 PDN에 직접 접속할 수 있는 eNB의 구성을 도시하는 도면이다. 여기서 도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 게이트웨이 모드(Gateway mode)를 지원하는 eNB의 구성을 도시하는 도면이며, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 프록시 모드(Proxy mode)를 지원하는 eNB의 구성을 도시하는 도면이다.

상기 도 4a를 참조하면, 상기 eNB는 SGW(Serving Gateway) 기능을 담당하는 SGW 프록시(serving gateway proxy unit)310, PGW(PDN Gateway) 기능을 담당하는 PGW 프록시(packet gateway proxy unit)220, 그리고 데이터의 효율적인 처리를 지원하기 위한 GTP 모듈(GPRS Tunnelling Protocol module unit)304, IP 라우팅모듈(IP routing module unit)306 등으로 구성된다. 이 밖에 표준에 정의된 eNB 기능을 수행하기 위한 UE 인터페이스모듈(UE Interface Module unit)302 및 eNB 제어부(eNB Controller unit)308 등을 포함한다. 상기 eNB 제어부308은 해당 표준(3GPP TS36.300)에 정의된 MME 정합 기능, X2 정합 기능, UE RRC(Radio Resource Control) 정합 기능 등을 포함한다.

상기 SGW 프록시310은 표준(3GPP TS23.401)에 정의된 서빙 게이트웨이(Serving Gateway) 기능에 대한 프록시(Proxy)기능을 담당한다. 상기 SGW 프록시310은 SGW254와 MME253 간 인터페이스인 S11 인터페이스를 처리한다. SGW 프록시310은 효율적인 내부 패킷 처리를 위하여 베어러(Bearer) 처리는 GTP 모듈304를 이용한다.

PGW 프록시312는 표준(3GPP TS23.401)에 정의된 PDN 게이트웨이 기능에 대한 프록시 기능을 담당한다. 외부 SGW와 연동을 위하여 S5 인터페이스를 처리한다. PGW 프록시312는 프록시 모드(proxy mode)와 게이트웨이 모드(gateway mode) 등 두 가지의 모드를 지원한다. 복수개의 eNB가 동일한 로컬 PDN에 접속된 경우 eNB의 PGW 프록시312는 프록시 모드로 동작하며, 로컬 PDN230에 PGW가 없는 경우에는 PGW 프록시312는 게이트웨이 모드로 동작한다. 프록시 모드로 동작하는 경우 eNB220와 로컬 PDN230의 PGW232간 GTP 터널을 지원한다. 게이트웨이 모드로 동작하는 경우 eNB220 내의 PGW 프록시312는 이동 단말이 로컬 PDN230에 접속할 수 있도록 IP 주소를 할당하여야 한다. 게이트웨이 모드에서는 로컬 PDN230에 외부 PGW가 존재하지 않으므로 GTP 터널을 지원하지 않는다.

GTP 모듈304는 eNB220와 SGW254 간 S1인터페이스를 지원하는 동시에 eNB와 로컬 PDN230 간의 패킷 데이터 인터페이스 지원(GATEWAY 모드), 그리고 eNB220과 로컬 PDN230의 사설 PGW232 간 인터페이스 지원(PROXY 모드)을 위하여 하기 <표 1>과 같은 내부 테이블을 운영한다. 업링크 데이터 패킷(Uplink data packet)에 대해서는 라디오 베어러 ID(RADIO BEARER ID) 별로 GTP 처리가 필요한 경우 목적지 필드(destination filed)에 SGW의 주소를 기입한다. 목적지 필드에 SGW의 주소가 기입되지 않은 경우에는 IP 라우팅모듈306)에 직접 전달하여(fowarding) 처리한다. 다운링크 데이터 패킷(downlink data packet)에 대해서는 목적지의 주소가 eNB 자신의 주소인 경우 GTP 터널링을 종단하고 S1 베어러 ID와 관련된 라디오 베어러 ID의 채널로 패킷을 포워딩 처리한다. 그 밖에 GTP 모듈304에서 처리해야 하는 패킷의 IP 주소가 eNB 자신의 주소가 아닌 경우에는 하기 <표 2>와 같은 테이블을 참조하여 라디오 베어러 ID를 구한 다음 해당 채널로 패킷을 포워딩 처리 한다. eNB220의 주소는 로컬 PDN230에서 사용하는 주소와 코어 망(Core Network)쪽에서 사용하는 주소가 서로 다를 수 있다.

Radio Bearer ID	처리방법
1	165,213.234.123 (core 쪽의 SGW 주소)
2	DIRECT-FWD
3	DIRECT-FWD
4	10.8.9.2 (Local PDN의 PGW 주소)
5	165.213.234.123 (core 쪽의 SGW 주소)

Destination	처리방법	Radio Bearer ID	EPS Bearer ID
165.213.234.122 (Core쪽에서 보는 eNB 주소)	GTP-STRIP-FWD	LOOK-UP
10.8.9.1 (Local PDN에서 보는 eNB 주소)	GTP-STRIP-FWD	LOOK-UP
10.8.9.3 (Local PDN에서 보는 단말 주소)	DIRECT-FWD	2	101
10.8.9.4 (Local PDN에 속한 단말 주소)	DIRECT-FWD	3	102

IP 라우팅모듈306은 일반적인 L3 라우터 기능을 제공한다. 상기 IP 라우팅모듈306은 서로 다른 서브 넷(Subnet)을 가지는 망을 연결할 수 있도록 지원한다. 예를 들어 코어 망(Core Network)에 연결된 이너넷 포트(internet port)와 로컬 PDN에 연결된 이더넷 포트(ethernet port)를 물리적으로 분리할 수 있다.

도 4b는 상기 도 4a의 eNB 구성에서 eNB220이 PGW 프록시312의 구성을 가지지 않으며, 로컬 PDN230이 PGW232를 구비하는 구성예를 도시하는 도면이다. 상기 도 4b는 도 3과 같은 구성을 가지는 이동통신 시스템에서 본 발명의 실시예에 따른 프록시 모드를 구현하기 위한 eNB220 및 로컬PDN230의 구성을 도시하고 있다.

본 발명에서 제시하는 SGW 프록시 및 PGW 프록시 기술은 기업 형(Enterprise type) 기지국 또는 펨토 형(Femto type) 기지국 등에 적용할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 게이트웨이 모드(gateway mode)에서 로컬 PDN에 접속하는 절차를 도시하는 도면이다.

상기 도 5를 참조하면, 로컬 PDN230의 기지국 서비스 영역(Coverage)에 있는 이동 단말210이 로컬 PDN에 접속하고자 하는 경우, 단말210은 511단계에서 3GPP 표준에 정의된 바에 따라 PDN 연결요구메시지(PDN CONNECTIVITY REQUEST message)를 전송하며, 상기 메시지는 eNB220을 통하여 MME252에 전달된다. 그러면 상기 MME252는 메시지 내에 포함된 APN을 보고 어느 PGW에 단말을 연결시킬 것인지 결정한다. 이때 eNB220과 연결 가능한 로컬 PDN230에 접속을 원하는 경우, 상기 단말210은 상기 511단계에서 전송되는 PDN 연결요구메시지에 로컬 PDN의 APN을 기입하여야 한다. 상기 MME252가 로컬 PDN230으로 접속이 필요하다고 판단하는 경우, 상기 MME252는 513단계에서 해당 기지국으로 베어러 요구 메시지(CREATE DEFAULT BEARER REQUEST message)를 전송한다. 상기513단계에서 MME252가 전송하는 베어러 요구메시지는 3GPP 29.274에 정의된 EPS 베어러 ID 필드(EPS BEARER ID field)를 포함하여야 한다.

이 메시지를 수신한 eNB는 내부적으로 SGW 프록시310(SGW PROXY unit)이 처리한다. SGW 프록시310은 내부적으로 PGW 프록시312에 이 메시지를 전달한다. 즉, 상기 MME252는 513단계에서 상기 베어러 요구메시지(create default bearer request message)를 SGW 프록시310에 전송하며, SGW 프록시310은 515단계에서 이를 PGW 프록시312에 전송하고, 상기 PGW 프록시312는 517단계에서 이에 따른 응답 메시지(create default bearer response message)를 상기 SGW 프록시310에 전송한다. 그러면 상기 SGW 프록시310은 519단계에서 상기 응답 메시지(create default bearer response message)를 MME252에 전송한다.

이후 상기 eNB220의 SGW 프록시310으로부터 메시지(create default bearer response message)를 수신하는 MME252는 수신된 메시지에 따라 베어러 세트업 요구 메시지(bearer setup request message)를 생성하여 521단계에서 Legacy eNB220에 전송한다. 그러면 상기 Legacy eNB220은 523단계에서 상기 메시지((bearer setup request message)에 대한 응답 메시지((bearer setup response message)를 MME252에 전송하며, eNB220은 상기 MME252의 메시지에 따라 상기 UE210을 로컬 PDN230에 접속하여 서비스를 수행한다.

상기와 같은 게이트웨이 모드에서의 eNB220 및 MME252의 동작을 구체적으로 살펴보면, 게이트웨이 모드(GATEWAY mode)로 동작하는 eNB220의 SGW 프록시310은 513단계에서 MME252로부터 수신한 베어러 요구 메시지(CREATE DEFAULT BEARER REQUEST message)를 515단계에서 내부적으로 PGW 프록시312에 전달한다. 그러면 상기 PGW 프록시312는 GTP 모듈304의 상기 <표 2>와 같은 다운링크 테이블(DOWNLINK table)에 로컬 PDN230에서 사용될 수 있는 IP 주소를 선정하여 이를 등록한다. 동시에, 상기 베어러 요구메시지(CREATE DEFAULT BEARER REQUEST message) 내에 포함된 EPS 베어러 ID(EPS BEARER ID)의 값을 상기 <표 2>와 같은 테이블에 기입한다. 이후 상기 PGW 프록시312는 517단계에서 SGW 프록시310에 베어러 응답메시지(CREATE DEFAULT BEARER RESPONSE message)를 전송한다. 상기 응답 메시지내의 사용자 주소 영역(END-USER ADDRESS field)에는 단말에 할당한 IP 주소를 기입하고 GTP TUNNEL ID 필드에는 0을 기입한다. 또한 이 메시지는 EPS BEARER ID 필드를 포함하여야 한다. 이후 상기 SGW 프록시310은 GTP TUNNEL ID 필드에는 0을, END-USER ADDRESS에는 UE에 할당된 IP 주소를 기입한 응답 메시지(create default bearer response message)를 생성한 후, 519단계에서 MME252에 전달한다.

MME252는 상기 519단계에서 수신하는 응답 메시지(CREATE DEFAULT BEARER RESPONSE message) 내에 포함된 GTP TUNNEL ID 필드의 값이 0으로 설정된 경우, eNB220이 게이트웨이 모드로로 동작하여 상기 UE210의 PDN 연결 요구를 PDN230에 직접 연결되는 호로 이해한다. 이때 MME252는 GTP TUNNEL ID값을 0으로 설정하고, EPS BEARER ID 필드를 포함하는 베어러 세트업 요구메시지(SAE BEARER SETUP REQUEST message(3GPP TS36.413에 정의됨))를 521단계에서 eNB220에 전송한다.

MME252로부터 베어러 세트업 요구메시지(SAE BEARER SETUP REQUEST message)를 수신한 eNB220은 내부의 eNB 제어부208이 이 메시지를 처리한다. 상기 eNB 제어부208은 상기 수신된 메시지의 GTP TUNNEL ID의 값이 0 인 경우, 패킷 호를 게이트웨이 모드로 로컬 PDN230에 직접 연결된다고 판단한다. 따라서 GTP 모듈304의 상기 <표 1>과 같은 업립크 테이블(UPLINK table)(도5)에 해당 패킷호를 처리하는 RADIO BEARER ID를 등록하고 처리방법은 DIRECT-FWD로 기입한다. 이것은 해당 RADIO BEARER ID의 채널로 들어오는 패킷에 대해서는 GTP 터널을 이용하지 말고 직접 IP 라우팅모듈206로 포워딩(forwarding)하라는 의미이다. 그리고 상기 베어러 세트업 요구 메시지(SAE BEARER SETUP REQUEST message) 내의 EPC BEARER ID를 이용하여 GTP 모듈304의 상기 <표 2>와 같은 다운링크 테이블을 참조하여 단말의 IP 주소를 확인하고 해당 필드에 설정된 RADIO BEARER ID를 기입한다. 이 테이블을 참조하여 다운링크 방향의 패킷을 올바른 단말로 라우팅 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 프록시 모드(proxy mode)에서 로컬 PDN에 접속하는 절차를 도시하는 도면이다.

상기 도 6을 참조하면, 로컬 PDN230의 기지국 서비스 영역(Coverage)에 있는 이동 단말210이 로컬 PDN에 접속하고자 하는 경우, 단말210은 611단계에서 3GPP 표준에 정의된 바에 따라 PDN 연결요구메시지(PDN CONNECTIVITY REQUEST message)를 전송하며, 상기 메시지는 eNB220을 통하여 MME252에 전달된다. 이때 eNB220과 연결 가능한 로컬 PDN230에 접속을 원하는 경우, 상기 단말210은 상기 PDN 연결요구메시지에 로컬 PDN230의 APN을 기입하여야 한다. 상기 MME252가 로컬 PDN230으로 접속이 필요하다고 판단하는 경우, 상기 MME252는 513단계에서 해당 기지국으로 베어러 요구 메시지(CREATE DEFAULT BEARER REQUEST message)를 전송한다. 상기513단계에서 MME252가 전송하는 베어러 요구메시지는 3GPP 29.274에 정의된 EPS 베어러 ID 필드(EPS BEARER ID field)를 포함하여야 한다.

이 메시지를 수신한 eNB220의 SGW 프록시310은 615단계에서 상기 베어러 요구메시지(create default bearer request message)를 로컬 PDN230의 사설 PGW232에 전송한다. 그러면 상기 사설 PGW232는 이에 따른 응답 메시지(create default bearer response message)를 생성하여 617단계에서 상기 eNB220의 SGW 프록시310에 전송한다. 그러면 상기 SGW 프록시310은 619단계에서 상기 응답 메시지(create default bearer response message)를 MME252에 전송한다.

이후 상기 eNB220의 SGW 프록시310으로부터 메시지(create default bearer response message)를 수신하는 MME252는 수신된 메시지에 따라 베어러 세트업 요구 메시지(bearer setup request message)를 생성하여 621단계에서 Legacy eNB220에 전송한다. 그러면 상기 Legacy eNB220은 623단계에서 상기 메시지((bearer setup request message)에 대한 응답 메시지((bearer setup response message)를 MME252에 전송하며, eNB220은 상기 MME252의 메시지에 따라 상기 UE210을 로컬 PDN230에 접속하여 서비스를 수행한다.

상기와 같은 프록시 모드(proxy mode)에서의 eNB220 및 MME252의 동작을 구체적으로 살펴보면, 프록시 모드로 동작하는 eNB220에서 SGW 프록시310은 613단계에서 MME252로부터 수신한 메시지(CREATE DEFAULT BEARER REQUEST message)를 615단계에서 로컬 PDN230에 위치한 사설 PGW232로 전송한다. 이 때 해당 메시지의 발신 IP 주소(Source IP address) 및 착신 IP 주소(Destination IP adresss)는 각각 로컬 PDN230이 사용하는 eNB220의 주소 및 로컬 PDN230의 사설 PGW232 주소로 변경한다. 로컬 PDN230의 PGW232는 CREATE DEFAULT BEARER REQUEST 메시지를 수신한 후, IP 주소 할 당 및 GTP 터널의 PGW쪽 끝을 생성한 후 그 내용을 포함한 CREATE DEFAULT BEARER RESPONSE 메시지를 617단계에서 eNB에 전송한다.

그러면 eNB220의 SGW 프록시310은 로컬 PDN230의 PGW232로부터 CREATE DEFAULT BEARER RESPONSE 메시지를 수신한 후, 패킷의 Source IP 주소 및 Destination IP 주소를 각각 Core쪽에서 사용하는 eNB 주소 및 MME의 주소로 변경한 후, 619단계에서 이를 MME252로 전송한다. 이때 RESPONSE 메시지 내의 SGW S1-U ADDRESS FOR USER PLANE에는 상기 로컬 PDN230의 PGW232로부터 받은 PGW S5/S8 ADDRESS FOR USER PLANE의 값을 복사하고, SGW S1-U TEID FOR USER PLANE 필드에는 상기 로컬 PDN230의 PGW232로부터 받은 PGW S5/S8 TEID FOR USER PLANE 필드의 값을 복사한다.

이후 상기 MME252는 3GPP TS36.413에 정의된 절차에 따라 621단계에서 SAE BEARER SETUP REQUEST 메시지를 eNB220에 전송한다. 상기 SAE BEARER SETUP REQUEST 메시지내의 TRANSPORT LAYER ADDRESS와 GTP-TEID 필드는 각각 SGW 프록시310으로부터 수신한 CREATE DEFAULT BEARER RESPONSE 메시지의 SGW S1-U ADDRESS FOR USER PLANE 필드와 SGW S1-U TEID FOR USER PLANE 필드의 값을 복사하여 기입한다.

상기 MME252로부터 SAE BEARER SETUP REQUEST 메시지를 수신한 eNB220은 내부의 eNB 제어부308이 이 메시지를 처리한다. eNB 제어부308은 표준에 정의된 절차에 따라 RADIO BEARER를 생성하고 생성된 RADIO BEARER ID와 MME로부터 받은 EPS BEARER ID를 매핑하는 테이블을 생성하여 GTP 모듈304에서 참조할 수 있도록 한다. 그 테이블에는 SAE BEARER SETUP REQUEST 메시지 내에 포함된 TRANSPORT LAYER ADDRESS를 기입하여 GTP 터널의 Destination으로 사용하도록 한다.

eNB220은 프록시 모드 또는 게이트웨이 모드로 설정되어야 하며, 동시에 두 개의 모드를 지원할 수 없다.

도 7은 eNB220이 업링크 데이터 패킷(uplink data packet)을 처리하는 절차를 도시하는 도면이다.

상기 도 7을 참조하면, eNB220의 UE인터페이스 모듈302를 통해 수신되는 패킷이 업링크 데이터 패킷이다. eNB220은 711단계에서 업링크 데이터 패킷의 수신을 대기하며, 상기 UE 인터페이스 모듈로부터 패킷이 수신되면, eNB220의 GTP 모듈304는 713단계에서 상기 <표 1>과 같이 내부적으로 관리하고 있는 업링크 라디오 베어러(Uplink Radio Bearer) 테이블을 조회하여 패킷의 처리 방법을 결정한다. 이후 상기 eNB220은 715단계에서 GW IP 어드레스가 있는가 검사한다. 이때 주어진 라디오 베어러 식별자(Radio Bearer ID)에 대하여 직접 전달(Direct-FWD)로 설정되어 있는 경우 GTP 인캡슐레이션(Encapsulation) 없이 바로 IP 라우팅 모듈306에 전달한다. 그러면 eNB220의 IP 라우팅모듈306은 721단계 및 723단계를 수행하면서 내부적으로 관리하고 있는 Routing Table을 조회한 후 패킷을 포워딩(forwarding)한다.

그러나 상기 715단계에서 주어진 Radio Bearer ID에 대하여 SGW의 IP 주소가 설정되어 있는 경우, 상기 eNB220은 717단계에서 하기 <표 3>과 같이 내부적으로 정의되어 있는 RADIO-EPS BEARER ID TABLE로부터 해당 Radio Bearer ID와 매핑된 EPS Bearer ID를 구한 후(get EPS Bearer ID from RADIO-EPS BEARER ID TABLE), 719단계에서 이를 참조하여 패킷을 GTP 헤더로 인캡슐레이션(Encapsulation)한다. 상기 GTP 인캡슐레이션된된 패킷은 IP Routing 모듈로 전달된 뒤, 721단계 및 723단계를 수행하면서 내부적으로 관리되고 있는 라우팅 테이블(Routing Table)에 따라 포워딩된다.

RADIO-EPS BEARER TABLE

Radio Bearer ID	EPS Bearer ID	GW IP Address
1	1001	165.213.234.123
2	101	10.8.9.2
3	102	10.8.9.2
4	1002	165.213.234.123

도 8은 eNB200이 다운링크 데이터 패킷(downlink data packet)을 처리하는 절차를 도시하는 도면이다.

상기 도 8을 참조하면, eNB200은 811단계에서 다운링크 데이터 패킷의 수신을 대기한다. 이때 eNB220의 IP 라우팅모듈306은 SGW로부터 GTP 터널을 통하여 전달 받은 패킷 및 단말에 할당된 IP 주소를 목적지(destionation)으로 하는 패킷 등을 GTP 모듈로 전달하는데, 이들 패킷이 GTP 모듈이 처리해야 하는 다운링크 데이터 패킷이다. 상기 다운링크 데이터 패킷이 도착하면, 상기 eNB220의 GTP 모듈은 813단계에서 <표 2>와 같이 내부적으로 정의되어 있는 다운링크 라디오 베어러 테이블(Downlink Radio Bearer Table)을 참조하여 목적지 IP 주소(destination IP address)가 테이블에 등록되어 있는지 확인한다.(Destination IP address in downlink Radio Bearer Table?). 상기의 테이블에 등록되지 않은 목적지 IP 주소를 갖는 패킷은 IP Routing 모듈에서 잘못 전달한 패킷이므로, 상기 eNB220은 825단계에서 이를 버린다(discard).

그리고 상기 813단계에서 등록된 목적지 IP 주소를 갖는 패킷이면, eNB220은 815단계에서 상기 패킷 처리방법이 GTP-STRIP-FWD인가 아니면 DIRECT-FWD인가를 확인한다. 이때 상기의 테이블에서 처리방법이 GTP-STRIP-FWD 인 경우, 상기 eNB220은 817단계에서 GTP 헤더를 떼고(GTP decapsulation), 819단계에서 테이블로부터 라디오 베어러 ID를 구한 후, 823단계에서 IP 패킷을 해당 라디오 베어러 채널(Radio Bearer Channel)을 통하여 UE에 전달한다. 상기 819단계에서 구하는 라디어 베어러 채널은 GTP 헤더에 포함된 EPS BEARER ID를 참조하여 RADIO-EPS BEARER ID TABLE로부터 알아낸다(Get Radio Bearer ID from RADIO-EPS BEARER ID TABLE). 그리고 상기 테이블에서 처리 방법이 DIRECT-FWD인 경우, 상기 eNB220은 825단계에서 상기 <표 2>와 같이 내부적으로 정의된 Downlink Radio Bearer Table을 통하여 직접 Radion Bearer ID를 획득한 후(Get Radio Bearer ID from downlink Radio Bearer Table), 823단계에서 해당 라디오 베어러 채널로 포워딩한다.

본 명세서와 도면에 개시 된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

도 1은 종래의 이동통신 시스템에서 이동단말이 로컬 PDN에 접속되는 예를 도시하는 도면

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 기지국에 로컬 PDN을 직접 접속하는 구성을 도시하는 도면

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 기지국에 로컬 PDN을 직접 접속하는 구성을 도시하는 도시하는 도면

도 4a 및 도 4b는 도 2 및 도 3과 같은 구성을 가지는 이동통신 시스템에서 로컬 PDN에 직접 접속할 수 있는 eNB의 구성을 도시하는 도면

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 게이트웨이 모드(gateway mode)에서 로컬 PDN에 접속하는 절차를 도시하는 도면

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 프록시 모드(proxy mode)에서 로컬 PDN에 접속하는 절차를 도시하는 도면

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 eNB가 업링크 데이터 패킷을 처리하는 절차를 도시하는 도면이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 eNB가 다운링크 데이터 패킷을 처리하는 절차를 도시하는 도면이다.

Claims

이동통신 시스템에서 기지국의 로컬 패킷 데이터 네트워크(packet data network: PDN) 연결 서비스 방법에 있어서,

연결 요청 메시지를 이동성 관리엔티티(mobility management entity: MME)에 전송하는 과정과,

상기 기지국에 포함된 서빙 게이트웨이(serving gateway: SGW) 프록시를 통하여 베어러 요청 메시지를 상기 MME로부터 수신하는 과정과,

상기 베어러 요청 메시지에 따라 상기 기지국이 게이트웨이모드로 로컬 PDN를 서비스함을 나타내는 베어러 응답메시지를 상기 MME에 전송하는 과정과,

베어러 세트업메시지를 상기 MME로부터 수신하는 과정과,

상기 베어러 세트업 메시지에 포함된 정보에 따라 단말을 상기 로컬 PDN에 접속시키는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 로컬 PDN 연결 서비스 방법.
제 1항에 있어서,

상기 베어러 응답메시지는,

상기 로컬 PDN에서 사용하기 위해 할당된 IP 주소를 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 PDN 연결 서비스 방법.
제 2항에 있어서,

상기 베어러 응답메시지는,

다이렉트 포워딩의 EPS 베어러 ID 및 게이트웨이 모드의 GTP 터널 ID를 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 PDN 연결 서비스 방법.
제 3항에 있어서,

상기 베어러 세트업 메시지는,

상기 기지국의 게이트웨이임을 알리는 GTP 터널 ID 및 EPS 베어러 ID 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 PDN 연결 서비스 방법.
제4항에 있어서,

상기 단말을 상기 로컬 PDN에 접속 시키는 과정은,

상기 베어러 세트업 메시지에 포함된 정보에 기반하여 상기 단말의 패킷호를 상기 로컬 PDN에 IP 라우팅 처리하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 PDN 연결 서비스 방법.
제 1항에 있어서,

상기 베어러 응답 메시지를 전송하는 과정은,

상기 베어러 요청 메시지를 상기 SGW 프록시를 통해 로컬 PDN의 패킷 데이터 네트워크 게이트웨이(packet data network gateway: PGW)에 전달하는 과정과,

상기 로컬 PDN의 PGW에서 생성된 상기 베어러 응답 메시지를 상기 SGW 프록시를 통해 수신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 PDN 연결 서비스 방법.
이동통신 시스템의 기지국에 있어서,

다른 네트워크 엔티티와 통신을 수행하는 통신부;

연결 요청 메시지를 이동성 관리엔티티(mobility management entity: MME)에 전송하고, 상기 기지국에 포함된 서빙 게이트웨이(serving gateway: SGW) 프록시를 통하여 베어러 요청 메시지를 상기 MME로부터 수신하고, 상기 베어러 요청 메시지에 따라 상기 기지국이 게이트웨이 모드로 로컬 패킷 데이터 네트워크(packet data network: PDN)를 서비스함을 나타내는 베어러 응답메시지를 상기 MME에 전송하고, 베어러 세트업메시지를 상기 MME로부터 수신하고, 상기 베어러 세트업 메시지에 포함된 정보에 따라 단말을 상기 로컬 PDN에 접속시키도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제 7항에 있어서,

상기 제어부는,

상기 게이트웨이 모드에서 상기 베어러 요청 메시지를 상기 SGW 프록시를 통해 상기 기지국에 포함된 PDN 게이트웨이(PDN gateway: PGW) 프록시에 전달하고, 상기 PGW 프록시에서 생성된 상기 베어러 응답 메시지를 상기 SGW 프록시를 통해 상기 MME에 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제 7항에 있어서,

상기 제어부는,

프록시 모드에서 상기 베어러 요청 메시지를 상기 로컬 PDN의 PGW에 전송하고, 상기 PGW 에서 생성된 상기 베어러 응답 메시지를 상기 MME에 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제 7항에 있어서,

상기 베어러 응답 메시지는,

상기 로컬 PDN에서 사용하기 위해 할당된 IP 주소를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제 7항에 있어서,

상기 베어러 응답 메시지는,

다이렉트 포워딩의 EPS 베어러 ID 및 게이트웨이 모드의 GTP 터널 ID를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제 11항에 있어서,

상기 베어러 세트업 메시지는,

상기 기지국의 게이트웨이임을 알리는 GTP 터널 ID 및 EPS 베어러 ID 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제 1항에 있어서,

상기 베어러 응답 메시지를 전송하는 과정은,

상기 베어러 요청 메시지를 상기 SGW 프록시를 통해 상기 기지국에 포함된 PDN 게이트웨이(PDN gateway: PGW) 프록시로 전달하는 과정과,

상기 PGW 프록시에서 생성된 상기 베어러 응답 메시지를 상기 SGW 프록시를 통해 상기 MME로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 PDN 연결 서비스 방법.