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KR20040075962A - 클라이언트 디바이스와 이의 무선 동작 지원 방법,소프트웨어 제품 및 인터넷 프로토콜 기반 통신 시스템 - Google Patents

클라이언트 디바이스와 이의 무선 동작 지원 방법,소프트웨어 제품 및 인터넷 프로토콜 기반 통신 시스템 Download PDF

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Publication number
KR20040075962A
KR20040075962A KR10-2004-7011609A KR20047011609A KR20040075962A KR 20040075962 A KR20040075962 A KR 20040075962A KR 20047011609 A KR20047011609 A KR 20047011609A KR 20040075962 A KR20040075962 A KR 20040075962A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
client device
wireless
network
wireless communication
adaptation layer
Prior art date
Application number
KR10-2004-7011609A
Other languages
English (en)
Inventor
멜피그나노디에고
Original Assignee
코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. filed Critical 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Publication of KR20040075962A publication Critical patent/KR20040075962A/ko

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Abstract

PDA 및 이동 전화와 이동형 디바이스는 WLAN 인프라스트럭쳐 및 WPAN 인프라스트럭쳐 또는 GPRS 또는 3G와 같은 셀룰러 시스템을 사용하여 인터넷 또는 다른 IP 기반 네트워크로 접속될 수 있다. 이러한 표준 방식을 지원하는 조합 칩세트와 같은 다중 모드 하드웨어는 역시 이용가능하게 되고 있다. 본 발명에 따라서, 이른바 다중 표준 무선 적응 층(MWAL)인 무선 네트워크 드라이버 소프트웨어 아키텍쳐가 제안되며 이 아키텍쳐는 한 무선 표준 방식에서 다른 무선 표준 방식으로 효율적으로 스위칭할 필요가 있으며 심지어 무선 통신 표준 방식들 간에서 스위칭될 때에도 인터넷 또는 다른 IP 기반 네트워크 내에서 접속 및 도달가능하게 유지될 수 있어야 하는 휴대가능한 클라이언트 디바이스 MT를 위한 것이다. 본 발명의 기술은 수직 시장 및 전용 솔루션을 위해 적합한 층 2 기술이며 여기서 상기 MWAL은 클라이언트 디바이스 MT가 무선 통신 표준 방식들 간의 수직 핸드오버를 수행하게 한다.

Description

클라이언트 디바이스와 이의 무선 동작 지원 방법, 소프트웨어 제품 및 인터넷 프로토콜 기반 통신 시스템{INTERNET PROTOCOL BASED WIRELESS COMMUNICATION ARRANGEMENTS}
인터넷 또는 다른 IP 기반 네트워크로의 무선 접속은 상이한 액세스 네트워크를 사용하여 PDA, 랩탑 및 이동 전화와 같은 클라이언트 디바이스에 의해서 성취될 수 있다. 이러한 네트워크는 WLAN(Wireless Local Area Networks), WPAN(Wireless Personal Area Networks) 또는 GPRS(Generalized Packet Radio System) 및 이른바 3 세대 이동 통신(3G)과 같은 셀룰러 시스템을 포함한다.
몇몇 디바이스는 이미 인터넷 또는 다른 인터넷 프로토콜 기반 네트워크로의액세스를 획득하기 위해서 하나 이상의 무선 통신 표준 방식 또는 액세스 네트워크를 사용할 수 있게 되었다. 일 실례는 블루투스 지원을 갖는 GPRS 전화이다. 이 전화가 빌딩 내부에서 사용될 때에, 블루투스 네트워크 액세스 지점들은 이동 전화와 인터넷 간의 트래픽을 전송할 수 있으며 GPRS 표준은 옥외에서 보다 낮은 속도로 동일한 기능을 제공한다. 이러한 경향은 다양화된 특성 및 비용을 제공하는 보다 많은 무선 표준 방식들이 이용가능하게 됨에 따라서 계속되리라 예상된다. 따라서, 인터넷 또는 다른 IP 기반 네트워크는 접속되고 도달가능성이 있을 필요가 있는 다양한 무선 디바이스에 의해 액세스될 수 있다.
인터넷 엔지니어링 태스크 포스(IETF)는 (1) IETF Mobile IP WG,http://www.ietf.org/html.charters/mobileip-charter.html, (2) K.El Malki et al., "Low Latency Handoffs in Mobile IPv4",http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-mobileip-lowlatency-handoffs-v4-0.3.txt(작업 진행 중), (3) G.Dommeti et al., "Fast Handovers for Mobile IPv6",http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-mobileip-fast-mipv6-0.3.txt(작업 진행 중)에서 개시되고 있는 바와 같이 인터넷 호스트의 이동성을 위한 프로토콜을 개발 중이다.
이러한 제안들은 아직 완성되지 않았다. 또한, 상술된 프로토콜(모바일 IP 및 이의 파생 프로토콜)은 하위 층 능력(lower layer capabiltiy)에 의존해야 하는데, 이는 본 출원의 우선일까지도 표준화되지 않았다.
프레임워크 및 정보를 포함하는 플랫폼 독립형 IP 전송 장치에 대한 제안은가령 (4) P.Mahonen et.al, "Platform-Independent IP Transmission over Wireless Networks: The WINE Approach", IEEE PCM, December 2001에 개시되어 있다. 여기서, 초점은 균일한 무선 네트워크에서 IP 전송을 향상시키는 것이다.
단일화된 무선 네트워크 인터페이스를 도입하는 한 방법이(5) http://www.mwif.org의 이동 무선 인터넷 포럼(MWIF) 내에서 시도되고 있다. 그러나, 이 방법은 주로 오직 셀룰러 시스템을 위한 것이며 WLAN 및 WPAN은 여기에서는 고려되지 않고 있다.
무선 인터페이스를 다루기 위한 범용 인터페이스는 리눅스 운영 체제에 도입되어 있으며, 관련 정보는 가령 (6) J.Tourrilles, "Wireless Extensions"에서 발견되지만, 이는 한번에 오직 하나의 인터페이스만을 지원하며 비동기형 이벤트 생성(asynchronous event generation)과 같은 기능을 위한 리눅스 운영 체제로 특정된다. 이는 (7)http://www.hpl.hp.com/personal/Jean_Tourrilhes/Linux/Tools.html에서 발견된다.
상술된 장치는 현재의 접속을 손실하지 않으면서 바람직하게는 감지된 무선 네트워크 인프라스트럭쳐(infrastructure)를 의존하여 무선 액세스 기술들 간에서 이동 디바이스가 변경되도록 하는 효율적인 해법에 대한 필요를 부각시킨다. 알려진 해법들은 이러한 문제를 푸는 적합한 해법을 제공하지 못한다.
발명의 개요
본 발명의 목적은 개선된 인터넷 프로토콜(IP) 기반 무선 통신 장치를 제공하는 것으로, 특히 현재의 접속을 손실하지 않으면서 다수의 통신 표준 방식들 간에 형성된 실질적으로 끊김이 없는 수직 핸드오버(substantially seamless vertical handovers)를 포함하는 인터넷 프로토콜 기반 네트워크가 액세스될 수 있는 인터넷 프로토콜 기반 무선 통신 장치를 제공하는 것이지만, 여기에만 한정되는 것은 아니다.
이에 따라, 본 발명은 인터넷 프로토콜(IP) 기반 통신 장치를 위한 클라이언트 디바이스를 제공하며, 상기 클라이언트 디바이스는 다수의 인터넷 프로토콜 호환가능한 무선 통신 표준 방식들에 따라서 상기 클라이언트 디바이스의 무선 동작을 지원하도록 적응되는 다중 표준 하드웨어(multi-standard hardware)를 포함하고, 상기 다중 표준 하드웨어의 동작은 사용 시에 상기 클라이언트 디바이스로 하여금 상기 무선 통신 표준 방식들 간의 수직 핸드오버(vertical handovers)를 수행하도록 구성된 무선 적응 층(a wireless adaptation layer)을 갖는 소프트웨어 아키텍쳐를 포함하는 네트워크 드라이버(a network driver)에 의해 제어된다.
제 1 항에 따른 클라이언트 디바이스에 있어서, 상기 수직 핸드오버는 끊김이 없다(seamless).
상기 무선 적응 층은 상기 수직 핸드오버 동안 네트워크 기반 애플리케이션들이 상기 클라이언트 디바이스 상에서 투명하게(transparently) 동작하도록 적응된다.
상기 클라이언트 디바이스는 어느 무선 액세스 네트워크가 이용가능한지를 결정하고 상기 수직 핸드오버는 상기 이용가능한 무선 액세스 네트워크 각각의 인프라스트럭쳐에 의존하여 수행될 수 있다.
상기 디바이스는 PDA, 랩탑 컴퓨터, 이동 통신 디바이스 또는 이와 기능적으로 유사한 디바이스와 같은 사용자 휴대가능한 단말기를 포함한다. 이 클라이언트 디바이스는 다수의 무선 네트워크의 커버리지(coverage)의 구역들 간에서 로밍하는(roaming) 이동 단말기일 수도 있고, 임시적으로 또는 실질적으로 영구적으로 정지되는 고정 단말기일 수도 있다. 상기 인터넷 프로토콜 호환가능한 무선 통신 표준 방식은 가령 FDMA(Frequency Division Multiple Access), CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), TDD(Time Division Duplex), OFDMA(Orthogonal Frequency Multiple Access) 또는 CDMA/FDMA, CDMA/FDMA/TDMA, FDMA/TDMA와 같은 이들의 조합과 같은 임의의 적합한 무선 액세스 시스템을 포함한다. 특정 실례로서, IEEE 802.11b, 블루투스 및 GPRS(Generalized Packet Radio System) 중 하나가 선택될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 클라이언트 디바이스 내의 네트워크 드라이버의 무선 적응 층을 구현하는 데 적합한 소프트웨어 제품을 제공하며, 상기 소프트웨어 제품은 (a) 인터넷 프로토콜 패킷을 전송하는 단계, (b) 무선 링크 품질을 모니터링하는 단계, (c) 무선 링크 품질을 제어하는 단계, (d) 다른 디바이스들을 페이징(paging)하는 단계, (e) 상이한 액세스 지점들 또는 네트워크의 기지국들 또는 네트워크들 간에서 상기 클라이언트 디바이스를 핸드오버하는 단계 중 적어도 하나를 위해서 상기 클라이언트 디바이스의 프로토콜 스택의 인터넷 프로토콜 층으로 균일한 인터페이스를 제공하기 위한 코드를 포함한다.
상기 무선 적응 층 인터페이스는 OSI 프로토콜 스택의 층 2 및 층 3 간의 단일 인터페이스를 상기 클라이언트 디바이스의 운영 체제 및 애플리케이션들에 제공할 수 있으며, 상기 단일 인터페이스를 통해서 데이터, 명령 및 이벤트 중 하나 이상이 교환될 수 있다.
상기 소프트웨어 제품은 (a) 소프트웨어 모듈의 로딩 및 언로딩(unloading)을 결정 및 제어하는 단계, (b) 상기 수직 핸드오버를 구성하는 단계, (c) 애플리케이션으로부터 명령을 수신하고 이벤트를 다시 전송하는 단계 중 적어도 하나를 위한 코드를 구비함으로써 상기 무선 적응 층 인터페이스의 전체 동작을 제어하는 무선 적응 층 조정기(a wireless adaptation layer coordinator)를 더 포함한다.
다른 상기 무선 통신 표준 방식이 데이터를 교환하는 데 사용될 동안 하나의 상기 무선 통신 표준 방식을 통한 접속을 상기 무선 적응 층의 제어 애플리케이션이 관리할 수 있도록, 상기 무선 적응 층 인터페이스는 상기 네트워크 드라이버의 제어 플레인 및 데이터 플레인(data plane)으로 개별 액세스를 제공할 수 있다.
상기 무선 적응 층 인터페이스는 가령 애플리케이션 층으로부터의 소켓 인터페이스(socket interface)에 의해 제어되는 토큰 링(Token Ring) 또는 이더넷 랜(Ethernet LAN) 인터페이스와 같은 공유형 자원 네트워크 인터페이스로서 상기 클라이언트 디바이스의 운영 체제에 나타난다.
소프트웨어 모듈은 상기 무선 적응 층 내부 및 외부로 동적으로 로딩 및 언로딩되며, 상기 모듈은 상기 무선 하드웨어를 상기 무선 통신 표준 방식으로 인터페이싱하거나 상기 무선 적응 층에 의해 전송된 인터넷 프로토콜 패킷 상에서 동작하는 코드를 포함한다.
상기 소프트웨어 제품은 상기 클라이언트 디바이스와 다른 클라이언트 디바이스 또는 네트워크 간의 무선 링크 상에서 인터넷 프로토콜 패킷을 전송 및/또는 수신하기 위해 특정 상기 무선 통신 표준 방식에 대해 특정된 특징들(features)을 캡슐화하는 코드를 갖는 하위 층 드라이버 모듈을 포함한다.
상기 하위 층 드라이버 모듈은 (a) 베이스밴드 프로세서(a baseband processor)의 하위 층을 초기화하는 단계, (b) 상기 다중 표준 하드웨어 모듈과 데이터 프레임 및/또는 제어 메시지를 교환하는 단계, (c) 접속의 확립을 관리하는 단계, (d) 상기 클라이언트 디바이스가 유휴 모드(an idle mode)로부터 깨어나도록 페이징 채널(paging channel)을 관리하는 단계, (e) 상기 클라이언트 디바이스의 저전력 모드를 관리하는 단계, (f) 상기 클라이언트 디바이스의 무선 접속 시에 링크의 품질을 모니터링하는 단계 중 적어도 하나를 위한 코드를 포함한다.
상기 하위 층 모듈은 데이터 플레인 및 제어 플레인을 포함하며, 상기 데이터 플레인은 상기 무선 적응 층과 상기 하드웨어 모듈 간에서 프레임을 전송하는 코드를 포함하고, 상기 제어 플레인은 네트워크 액세스 인프라스트럭쳐의 존재 여부를 발견하는 단계와 데이터를 교환하기 이전에 접속을 확립하는 단계 중 적어도 하나를 위한 코드를 포함한다.
상기 소프트웨어 제품은 업스트림 방향 및 다운스트림 방향 모두에서 전송 제어 프로토콜 세그먼트 및/또는 인터넷 프로토콜 세그먼트의 흐름을 모니터링하는 코드를 갖는 소프트웨어 모듈을 포함하며, 상기 모듈은 바람직하게는 무선 링크가사용될 수 없게 되면 TCP(전송 제어 프로토콜) 센더(sender)를 프리징하고(freezing) 더 바람직하게는 적어도 새로운 링크가 이용될 수 있을 때까지 상기 센더를 프리징하는 코드를 포함한다.
상기 소프트웨어 제품은 상기 무선 적응 층의 MAC(Medium Access Control) 어드레스가 상기 수직 핸드오버 동안 변경되지 않도록 보장하는 코드를 갖는 소프트웨어 모듈을 포함한다.
상기 소프트웨어 제품은 서비스의 품질을 모니터링하고 만약 다중 무선 접속이 적절하게 존재하면 상기 클라이언트 디바이스를 참여시키는 코드를 가지며, 바람직하게는 현재 실행중인 애플리케이션의 요구 사항에 따라서 트래픽의 우선 순위를 정하는 코드를 갖는 소프트웨어 모듈을 포함한다.
또한, 본 발명은 클라이언트 디바이스의 무선 동작을 지원하는 방법을 제공하며, 이 방법은 다수의 인터넷 프로토콜 호환가능한 무선 통신 표준 방식들 간에서 상기 클라이언트 디바이스의 수직 핸드오버를 네트워크 드라이버의 무선 적응 층의 제어 하에서 수행하도록 상기 클라이언트 디바이스의 다중 표준 하드웨어를 구성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 다수의 무선 통신 표준 방식들 중 하나를 통해 클라이언트 디바이스와의 접속을 제공하도록 적응되는 인터넷 프로토콜 호환가능한 통신 시스템을 제공하며, 상기 클라이언트 디바이스는 바람직하게는 이동 단말기를 포함하며 상기 다수의 무선 통신 표준 방식들을 따라서 상기 클라이언트 디바이스의 무선 동작을 지원하도록 적응되는 다중 표준 하드웨어를 포함하고, 상기 표준들 간의 변경또는 상기 표준들에서의 동작은 사용 시에 상기 무선 통신 표준 방식들 간의 수직 핸드오버를 상기 클라이언트 디바이스가 수행하도록 하게 구성되는 무선 적응 층(WAL)을 포함하는 사전결정된 소프트웨어 아키텍쳐에 의해서 제어된다.
본 발명은 인터넷 프로토콜(IP) 기반 무선 통신 장치에 관한 것으로, 특히 현재의 접속을 손실하지 않으면서 다수의 통신 표준 방식들 간에 형성된 실질적으로 끊김이 없는 수직 핸드오버(substantially seamless vertical handovers)를 포함하는 인터넷 프로토콜 기반 네트워크가 액세스될 수 있는 인터넷 프로토콜 기반 무선 통신 장치에 관한 것이지만, 이에 한정되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 장치를 포함하는 통신 시스템의 기준 아키텍쳐의 도면,
도 2는 도 1의 시스템의 네트워크 드라이버의 아키텍쳐의 도면,
도 3은 도 2에 도시된 아키텍쳐의 소프트웨어 구성 요소들의 보다 상세한 도면,
도 4는 TCP(전송 제어 프로토콜) 상에서의 링크 분리의 효과를 도시한 도면,
도 5는 도 1에 따른 장치에서 사용되는 IP 대 IP 터널 구성의 블록도,
도 6 및 도 7은 도 2 및 도 3의 아키텍쳐 및 관련 소프트웨어의 클래스 도면,
도 8은 도 1 내지 도 3의 장치를 사용하는 서버로의 초기 액세스의 시퀀스 도면,
도 9 및 도 10은 도 1 내지 도 3의 장치를 사용하는 서로 다른 무선 통신 표준 방식들 간의 수직 핸드오버의 시퀀스 도면,
도 11은 도 1 내지 도 3의 장치에서 사용되는 클라이언트 인증 절차의 시퀀스 도면,
도 12는 도 1 내지 도 3의 장치의 네트워크 인터페이스의 블록도.
본 발명은 소정의 실시예들 및 상술된 도면들을 참조하여 기술될 것이다. 이러한 기술 내용은 오직 예시적으로 해석되어야 하며 본 발명은 여기로만 한정되는 것은 아니다. 용어 "포함한다" 및 그의 활용은 다른 요소 및 단계의 존재를 배재하지 않는다. 가령, 채널 디코더, 채널 등화기(channel equalizer)와 같은 몇 개의 개별적인 항목 또는 가령 채널 디코딩 수단, 채널 등화 수단과 같은 소정의 개별적인 기능이 제공된 항목에 대해서, 본 발명의 범위 내에서 이러한 다수의 항목들은 가령 상기 기능을 실행하는 관련 소프트웨어 애플리케이션 프로그램으로 가령 프로세서 내에서 단일 항목으로 구현될 수 있다.
본 발명에서는 사용시에 다수의 통신 표준 방식들 중 하나에 따라 네트워크로 접속되도록 구성된 클라이언트 디바이스가 참조된다. 클라이언트 디바이스가 참조되는 경우에 용어 "다수의 통신 표준 방식"은 본 기술 분야의 당업자에게 다중 모드 단말기를 의미한다. 이러한 다중 모드 단말기는 이른바 조합 칩세트 또는 "콤보(combo)" 카드, 즉 상기 기능을 블루투스, IEEE 802.11b 및 GSM/GPRS 송수신기 디바이스에 제공하는 카드를 갖는 PDA일 수 있다. 통신 장치에서 사용되는 "표준 방식"은 여기에만 한정되는 것은 아니지만 가령 정부 당국 또는 IETF,ETSI,ITU 또는 IEEE와 같은 비상업적 기관을 포함하는 인정 기관에 의해 옹호되는 기술적 가이드라인을 포함한다. 이러한 기관들에 의해 발행 또는 추천된 표준 방식들은 가령 기존의 방법들과 기술적 경향 및 발전 양상을 집중적으로 연구한 후에 서로 공동 협력하는 그룹 또는 협의체에 의해서 구상된 특정 사항들을 기반으로 하는 형식적인 과정의 결과물이다. 제안된 표준 방식들은 나중에 인정 기관에서 추인 또는 승인되며, 시일이 지나서 그 표준 방식을 기반으로 하는 제품으로서 합의에 의해서 채용되고, 결국 시장에 점점 유포되게 된다. 표준 방식에 대한 이러한 보다 덜 형식적인 정착 과정은 단일 기업 또는 기업들의 그룹에 의해 개발된 제품 또는 원리의 구현으로부터 생성된 기술적 가이드라인을 포함한다. 이는 특히 달성 또는 모방을 통해서 그 표준으로부터 파생된 사항들이 호환가능성 문제를 일으키거나 시장성을 제한할 정도로 상기 가이드라인이 매우 광범위하게 사용될 수 있다면 더욱 그러하다. 하드웨어 부분이 허용된 표준에 순응하는 정도는 그 하드웨어가 자신이 기반으로 하거나 자신에 대해서 설계된 그 표준과 유사하게 모든 측면에서 동작하는 정도의 측면에서 고려될 수 있다. 소프트웨어의 경우, 호환가능성은 태스크 지향성 레벨 상에서 컴퓨터 요소들 및 프로그램들 간에서 성취되는 조화의 정도로서 고려될 수 있다. 그러므로, 표준 방식에 대한 소프트웨어의 호환가능성은 또한 프로그램들이 함께 동작하고 데이터를 공유할 수 있는 정도로서 고려될 수 있다.
본 발명은 이동 디바이스들이 실질적으로 끊김이 없이 현재의 접속을 손실하지 않으면서 바람직하게는 하나 이상의 가용한 무선 네트워크의 감지된 인프라스트럭쳐를 의존하여 무선 액세스 표준 방식들 간에서 변경될 수 있도록 하는 개선된 장치를 제공한다. 임의의 적합한 무선 액세스 시스템은 가령 FDMA(FrequencyDivision Multiple Access), CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), TDD(Time Division Duplex), OFDMA(Orthogonal Frequency Multiple Access) 또는 CDMA/FDMA, CDMA/FDMA/TDMA, FDMA/TDMA와 같은 이들의 조합과 같은 임의의 적합한 무선 액세스 시스템을 포함한다. 무선 프로토콜에 대한 일반적인 정보는 Richard Van Nee 및 Ramjee Prasad에 의한 "OFDM for wireless multimedia communications"(Artech House,2000), Tero Ojanpera 및 Ramjee Prasad에 의한 "Wideband CDMA for third generation mobile communications"(Artech House,1998), John Phillips 및 Gerard Mac Namee에 의한 "Personal Wireless Communications with DECT and PWT"(Artech House, 1998), Ramjee Prasad에 의한 "CDMA for wireless personal communications"(Artech House, 1998), Walter Tuttlebeee에 의한 "Cordless telecommunications Worldwide"(Springer, 1997) 및 이와 유사한 문헌에 개시되어 있다.
사용자의 단말기(클라이언트 디바이스/이동 단말기)에서, 여러 기술 중 하나의 무선 액세스 기술을 선택하는 기준은 사용 상의 시나리오에 따라서 변한다. 가령, 사용자는 이동 단말기 내의 전용 구성 툴을 사용하여 자신의 선호 사항을 설정할 수 있다. 가령, 각 실시예에서, 클라이언트 디바이스는 조합 또는 "콤보" 칩세트로서 지칭되며 다중 무선 통신 표준 방식들을 지원하고 단일 소프트웨어 네트워크 인터페이스에 의해 제어될 수 있는 다중 표준 무선 하드웨어를 구비한다. 이 소프트웨어 드라이버는 무선 적응 층(WAL)으로 지칭되며 다음과 같은 기능을 위해서 인터넷 프로토콜(IP)에 균일한 인터페이스를 제공한다.
1. IP 패킷의 전송 기능,
2. 무선 링크 모니터링 및 제어 기능,
3. 유휴 디바이스(가령, 클라이언트/이동 디바이스)의 페이징 기능,
4. 서로 다른 표준 방식을 사용할 수도 있는 두 개의 액세스 지점(AP)(또는 기지국 BS) 간의 핸드오버 기능.
WAL은 가령 TCP/IP 또는 UDP/IP와 같은 공통 전송 프토토콜을 변경시킬 필요 없이 본래의 인터넷 애플리케이션들이 클라이언트 디바이스/이동 디바이스 상에서 투명하게 동작되게 하도록 설계된 무선 네트워크 드라이버이다. WAL을 위한 기본 설계 원리들의 적합한 세트가 P.Mahonen 등에 의한 "Platform-Independent IP Transmission over Wireless Networks : The WINE Approach", IEEE PCM, December 2001에 개시되어 있으며, 여기서 초점은 균일한 무선 네트워크에서 IP 전송율을 증가시키는 것이다.
전체 도면에서, 특히 도 1에서, 클라이언트 디바이스가 사용자 휴대가능한 이동 단말기 MT의 형태로 구현될 수 있는 기준 아키텍쳐가 도시되어 있다. 클라이언트 디바이스/이동 단말기 MT는 가령 PDA, 이동 전화 또는 랩탑 컴퓨터로서 구현될 수 있으며, 로밍하는 동안 무선 액세스 기술들 중 사용가능한 임의의 기술을 사용하는 현재의 IP 기반 서비스에 접속되어 있다.
이 이동 단말기 MT는 각각이 가령 WPAN(Wireless Personal Area Network)(10), WLAN(Wireless Local Area Network)(12) 및 셀룰러 네트워크(14)와 같은 하나 이상의 액세스 네트워크들에 의해서 커버(cover)되는 다수의 구역들 간에서 이동하면서 인터넷(또는 다른 IP 기반 네트워크)에 접속되기를 원한다. 도시된 비한정적인 실시예에서, 인터넷으로의 접속은 WPAN 액세스 지점(AP1,AP2) 및 WPAN 라우터(16), WLAN 액세스 지점(AP3,AP4) 및 WLAN 라우터(18) 중 적어도 하나를 통해서 이루어지거나 셀룰러 네트워크(14)의 기지국(BS1,BS2) 및 관련 게이트웨이(20)를 통해서 이루어진다.
이동 단말기 MT는 바람직하게는 당분간 적합한 액세스 네트워크들에 의해서 지원되는 가용 링크 층들 각각에서의 다수의 통신 표준 방식들 중 임의의 방식 하에서 이동 단말기 MT의 동작을 지원하도록 적응되는 집적된 다중 표준 무선 하드웨어(22)를 포함한다. 이들 무선 통신 표준 방식은 각기 WPAN(10), WLAN(12) 및 셀룰러(14) 액세스 네트워크들에 대해 가령 블루투스(BT), IEEE 802.11 및 GPRS를 포함할 수 있다.
서버 또는 서버 풀(40)은 기업 사무실에서는 무선 LAN 인프라스트럭쳐(IEEE 802.11b, AP3,AP4) 또는 블루투스 액세스 지점(AP1,AP2)을 사용하여 도달될 수 있으며, 이동 중일 때에는 GPRS와 같은 셀룰러 액세스 지점(BS1,BS2)을 사용하여 도달될 수 있다. 블루투스TM통신의 유용한 내용은 ISBN 0-13-089840-6 하에서 Prentice Hall PTR에 의해 출판된 Jennifer Bray and Charles F. Sturman에 의한 "BluetoothTM, Connect Without Wires"에 개시되어 있다. IEEE 802.11b은 보다 광범위한 액세스가 사무실 또는 건물들에서 필요하고 보다 높은 대역폭이 바람직할 때에 더욱 적합하다. 무선 LAN 프로토콜 및 시스템에 대한 일반적 정보는 JimGeier에 의한 "Wireless LANs"(Macmillan Technical Press, 1999)에 개시되어 있다. 무선 LAN 자원들이 이용될 수 없을 경우(가령, 블루투스TM및 IEEE 802.11b가 모두 이용될 수 없는 경우), GPRS 접속이 사용된다.
이동 단말기 MT의 바람직한 실시예는 가령 Compaq iPAQ 플랫폼을 기반으로 하는 PDA를 포함한다. 이 경우에는, 전력 소모 문제 때문에 블루투스 액세스가 WLAN에 비해 선호되며, GPRS는 어떠한 다른 액세스 지점들(AP1-AP4)도 무선 커버리지(radio coverage)를 제공하지 않는 경우에 언제나 가용한 백본(an available backbone)일 수 있다.
회사 사무실 시나리오의 경우 액세스 지점들(AP1-AP4)을 접속시키는 네트워크는 라우터들에 의해(선택사양적으로 공용 인터넷 상의 VPN에 의해) 함께 접속되는 몇 개의 IP 서브넷들을 포함한다. 일단 이동 단말기 MT가 인터넷 내의 서버(40)와 진행중인 세션(ongoing session)을 갖는다면, 이 세션은 바람직하게는 이동 단말기 MT가 하나의 액세스 시스템(BT,IEEE 802.11,GPRS)에서 다른 시스템으로 전환될 때에도 인터럽트되지 않는다. 기존의 TCP/IP 세션들의 기능 정지(stalling)(가령, 애플리케이션이 재시작될 수 있도록 또는 사용자 개입이 재개될 수 있도록 중지되는 것)가 방지되어야 한다.
모든 로밍하는 단말기들이 그들의 홈 어드레스(home address)를 보유하며 인터넷 내의 임의의 지점으로부터 도달될 수 있는 경우인 이동 IP의 보다 일반적인 시나리오에 비해서, 본 발명에 따른 장치는 보다 단순한 시나리오를 지원할 수 있다. 이러한 단순화된 시나리오에서, 이동성은 인터넷 상의 풀(40) 내의 특정 서버로 접속되기를 원하는 이동 단말기 MT의 오직 한정된 세트에 대해서만 지원될 수 있는데, 이 경우에 통상적으로 웹 인터페이스를 통해서 중요한 데이터가 이용가능하게 되고 서비스가 액세스될 수 있다.
이동 단말기 MT에서 무선 통신 표준들 간의 수직 핸드오버를 수행하기 위해서, 가령 (다중 무선 인터페이스들을 관리하는) 데이터 링크 층에 속하며 (만일 적합하다면 새로운 라우팅가능한 IP 어드레스를 이동 단말기 MT가 획득하고 패킷이 새로운 IP 어드레스로 라우팅되도록 보장하는) 네트워크 층에 속하는 기능들에 대한 조정이 필요하게 된다. 이러한 해법은 이동 단말기 MT 내의 링크 층 및 네트워크 층을 필요로 하며, 서버 측(40)에서는 전단부(frond end)가 클라이언트 IP 이동성을 관리하도록 개발될 필요가 있다. 이동 Ipv4는 보안 한계 사항을 가지며 복잡하고 일단 MIPv6가 채용되면 한정된 수명을 갖는다.
수직 핸드오버가 수행될 때에, 이동 단말기 MT는 액세스 지점(AP1-AP4)이 동일한 IP 서브넷에 속하게 되는 WPAN/WLAN 스위치의 특정 경우를 제외하고 새로운 IP 어드레스로 할당될 가능성이 매우 높다. 여기서, IP 서브넷은 공통 어드레스 성분을 공유하는 네트워크의 일부로서 규정된다. TCP/IP 네트워트 상에서, 서브넷은 동일한 프리픽스(same prefix)를 갖는 IP 어드레스를 갖는 모든 디바이스로서 규정된다.
그러므로, 해결되어야 할 문제는 다음과 같은 것들 중 하나 이상이다.
1. 상이한 무선 네트워크 인프라스트럭쳐(BT,IEEE 802.11,GPRS)의 존재를 감지하는 문제,
2. 수직 핸드오버를 수행할 시기를 결정하는 문제,
3. 새로운 무선 인프라스트럭쳐(BT,IEEE 802.11,GPRS)가 사용되도록 무선 하드웨어(22)를 재구성하는 문제,
4. (AAA를 포함하는) 새로운 네트워크에 등록하는 문제,
5. (필요하면) 새로운 IP 어드레스를 획득하는 문제,
6. 네트워크 층에서 적합한 신호 전송을 함으로써 새로운 액세스 네트워크(BT,IEEE 802.11,GPRS) 및 액세스 지점(AP1-AP4,BS1,BS2)을 통한 IP 패킷의 라우팅을 처리하는 문제,
7. 새로운 표준 방식이 인터넷으로 접속하는 데 사용되고 새로운 IP 어드레스가 사용되도록 무선 네트워크 인터페이스를 재구성하는 문제,
8. 보안 문제.
본 발명은 적어도 부분적으로는 기본적으로 OSI 프로토콜 스택의 네트워크 층 아래에서 클라이언트/이동 디바이스 MT(지점 1,2,3 및 7,8)의 무선 네트워크 드라이버의 재구성에 초점을 두고 있다. 나머지 지점 중 적어도 지점(4,5,6)에 대한 솔루션은 IETF에 의해 가령 이동 IP와 같은 IP 이동성 프로토콜로 고려되고 있다.
보안 문제(상기 항목 8)에 있어서, 클라이언트 디바이스 MT의 이동성은 무선 액세스 및 인터넷 아키텍쳐에서 이미 고유하게 존재하는 보안 위험을 증가시킨다.이 보안 문제에 대한 해법은 무선 네트워크 인프라스트럭쳐 및 서버 풀(40)로의 승인되지 않은 액세스를 방지하여 서비스 거부를 일으킬 수 있는 모든 돌발 사항들을 방지하는 것이다. 보안성은 링크 층에서 애플리케이션 층까지의 상이한 층들에서 시스템 아키텍쳐, 전체 성능 및 복잡성을 상이하게 관련시킴으로써 강화될 수 있다. 보안 위협은 도청, 트래픽의 방향 변경 및 맨 인 더 미들 릴레이(man-in-the-middle relay)를 포함한다.
접속에 있어서, 이동 단말기 MT에서 수직 핸드오버를 수행하기 위해서, (다중 무선 인터페이스들을 관리하는) 데이터 링크 층 및 (만일 적합하다면 새로운 라우팅가능한 IP 어드레스를 이동 단말기 MT가 획득하고 패킷이 그 IP 어드레스로 라우팅되도록 보장하는) 네트워크 층에 속하는 기능들에 대한 조정이 필요하게 된다. 본 발명에 따른 수직 핸드오버는 WAL(무선 적응 층) 네트워크 드라이버의 형태로 인에이블링되며 상기 드라이버의 내부 아키텍쳐는 도 2 및 도 3을 참조하여 도시되어 있다.
네트워트 드라이버는 다중 무선 표준 방식을 지원하는 유연성 네트워크 인터페이스 관리기이며 이로써 다중 표준 무선 적응 층(MWAL)(200)으로 지칭된다. 이 실시예에서, MWAL(200)는 이동 단말기 MT에서만 동작하며 애플리케이션 층으로부터의 소켓 인터페이스에 의해 제어될 수 있는 이더넷 인터페이스로서 이동 단말기 MT의 운영 체제에 의해 관측될 수 있다. MWAL(200)는 다른 네트워크 드라이버들을 대등한 방식으로 제어 및 사용할 수 있는 가상 네트워크 드라이버이며 상이한 링크 층들(GPRS,BT,IEEE 802.11b)을 처리한다. 이 층은 다양한 네트워크 액세스 기술들을 숨겨진 채로 유지하면서, 라우팅 엔티티(routing entity)에는 하나의 네트워크 인터페이스만을 노출시키며 데이터, 명령 및 이벤트가 교환되는 층 2과 층 3 간의 하나의 인터페이스(도 3에서 "wal0")를 이동 단말기 MT의 운영 체제 및 애플리케이션에 제공한다. 이러한 구별된 방식에 의해서, WAL 대몬(daemon)으로 지칭되는 사용자 공간 내의 MWAL제어 애플리케이션이 하나의 드라이버(가령, 블루투스)를 통해 접속 셋업 및 보안 인증을 관리하며 다른 드라이버는 데이터를 교환하는 데 사용되게 된다(가령, GPRS). MWAL(200)이 수직 핸드오버 동안 무선 송수신기의 동작을 조정하고 단일 인터페이스를 이동 단말기 MT 내의 상부 라우팅 엔티티로 제공하는 데 사용되는 동안, 층 3 이동성 문제는 통상적으로 MIP(Mobile Internet Protocol) 및 가령 HMIP(Hierarchical Mobile IP)와 같은 그의 변형에 의해 처리된다.
(조합 칩세트의 형태로 구현될 수 있는) 다중 표준 무선 하드웨어(22)를 인터페이싱하고 MWAL 인터페이스에 의해 전송되는 IP 패킷 상에서 동작하도록 소프트웨어 모듈 X,Y는 플러그인과 같이 MWAL(200) 내부로 동적으로 로딩 및 언로딩된다.
MWAL 이벤트
소정의 상태가 발생할 때 이벤트를 수신하도록 애플리케이션을 MWAL(200)에 등록할 수 있다. 그러므로, 라우팅 관리기는 새로운 무선 인터페이스가 이용가능하게 될 때를 통지받으며 이로써 층 3 메카니즘은 발동된다(가령, 바인딩(binding)이 갱신된다). 도 3에서, 이는 리눅스/proc 파일시스템을 사용하여 예시적으로구현된다. WindowsTMOS에서, 적합한 콜백 기능(a suitable callback function)이 대신 등록될 수 있다.
WAL 대몬
무선 적응 층 대몬(WALD)은 특정 무선 기술로의 "wal0" 네트워크 인터페이스의 실제 맵핑과는 무관하게 애플리케이션만이 상기 인터페이스를 관측할 수 있도록 하는 방식으로 MWAL 내부 동작을 관리하는 책임을 감당한다. WALD는 또한 GPRS 접속을 책임지고 있는 가령 PPPD와 같은 다른 사용자 공간 대몬을 런칭(lanunch)할 수 있다.
MWAL 기능 블록들
MWAL 내부의 WAL 조정기(206)는 (가능하게는 상이한 네트워크 드라이버들로 지향된) 명령들 및 (상부 층들 내의 등록된 엔티티들로 전송될) 이벤트들을 처리한다. MWAL(200)은 LLCT(Logical Link Control Translator)(204)로 지칭되는 전용 모듈들에 의해서 다른 네트워크 드라이버를 제어한다. 이 모듈들은 데이터 프레임 및 명령들을 WLAN, 블루투스 및 GPRS와 같은 기존의 네트워크 드라이버들로 전송하는 책임을 감당한다(그리고 상기 드라이버들에 의한 데이터 프레임 및 이벤트들을 수신하는 책임을 감당한다). 이와 동시에, 모든 LLCT(204)는 WAL 조정기(26)에 의해서 동일한 방식으로 제어될 수 있다.
애플리케이션이 무선 채널에 대한 현재의 링크 품질의 표시 사항을 가지기를 원한다면, 애플리케이션은 wal0 인터페이스 상으로 명령을 발행한다. 이 명령은 블루투스 경우에 RSSI(Received Strength Indicator)를 판독하라는 요청 또는 IEEE 802.11의 경우에 SNR(Signal to Noise Ratio)에 대한 요청으로 번역될 수 있다. 복귀된 값은 LLCT(204)에 의해서 기술 독립형 메트릭으로 정규화되며 결국에는 그 애플리케이션으로 복귀된다.
상부 층들로 단일의 균일한 인터페이스를 제공하는 것 이외에, MWAL은 TCP 확인 패킷을 지연하는 것 또는 TCP 세그먼트를 캐싱하는 것과 같은 IP 패킷에 대한 동작을 수행하는 패킷 처리 모듈들을 로딩/언로딩할 수 있는 능력을 갖는다.
MWAL API
MWAL은 두 개의 애플리케이션 프로그래머의 인터페이스(API)를 제공하는데 그 하나는 WALD에 의해 사용될 전용 API이며 나머지 하나는 애플리케이션들에 의해 사용될 공용 API이다. 공용 API는 애플리케이션에 의해 발행되며 MWAL에 의해 실행될 수 있는 명령들 및 상기 MWAL에 의해서 관련 프로세스로 전송되는 이벤트들의 형태로 규정된다.
(오직 WALD에 의해서만 사용되는) 전용 MWAL API
명령:
c1 - select_MWAL_Data_Plane({GPRS,BT,WLAN}) : 데이터 패킷들을 교환하기위해서 활성 인터페이스를 실제로 스위칭함,
c2 - select_MWAL_Control_Plane({GPRS,BT,WLAN}) : 명령이 전송되어야 하는 인터페이스를 선택함(명령은 리눅스 하에서 ioct1 호출),
c3 - driver_specific_commands : ioct1()이 이미 이해된 상기 기존의 드라이버를 명령함.
이벤트:
e1 - (WALD로 전송된) 기존의 드라이버들에 의해 이미 생성된 모든 이벤트들.
(문맥 인식 애플리케이션들에 의해 사용될) 공용 MWAL API
명령:
c4 - get_link_quality : 기술 독립형 링크 품질 측정 명령,
c5 - registerListener : MWAL 이벤트를 수신하기를 원하는 애플리케이션을 등록하는 명령,
c6 - 보유자(bearer)의 타입(명칭) 획득 명령,
c7 - (가용한/최대) 대역폭 획득 명령,
c8 - (아마도 국면 1에서가 아닌) QoS 지원 명령,
c9 - (P2P 애플리케이션들에 대한) 레인지(range) 명령,
c10 - 보안 파라미터(?) 획득/설정 명령,
c11 - 전력 소모량 획득 명령.
이벤트:
e2 - handoverEvent(sent to layer 3) : 핸드오버가 수행되었음을 신호로 알리며, 이로써 라우팅 관리기가 터널 구성을 갱신함,
e3 - connectionEvent(sent to layer 3) : 처음으로 서버와의 접속이 확립되었음을 신호로 알리며, 이로써 터널이 셋업될 수 있음,
e4 - disconnectionEvent(sent to layer 3) : 접속이 종료되어야 함을 신호로 알리며, 이로써 터널이 파괴될 수 있음.
링크 절단 보호 모듈
도 4에서, TCP의 링크 분리의 효과가 고려될 수 있다. 이동 단말기 MT가 가령 인터넷 상의 서버 풀 내의 서버(40)와의 진행중인 TCT/IP 접속을 가질 때에, 이 단말기가 수직 핸드오버 동안 정지되지 않도록 하는 것이 필요하다. 몇 개의 인 -플라이(in-fly) TCP 패킷들이 수직 핸드오버 프로세스의 실행 동안 손실될 수 있다. 이러한 특성은 네트워크 인프라스트럭쳐의 능력들에 대해 소정의 가정 사항들을 부여한다면 극복될 수 있지만 이는 몇몇 실시예서는 그렇지 않을 수도 있다. 손실된 TCP 세그먼트로 인해서 (통상적으로 인터넷 상의 서버(40)인) 센더(sender)에서 TCP 타임아웃(timeout)이 발생할 가능성이 높다. TCP 타임아웃이 트리거될 때마다, 패킷 재전송이 지수형 백 오프 지연(an exponential back-off delay)에 따라서 발생한다. 그러므로, 링크 접속에 있어서 짧은 파괴는 (애플리케이션들에 의해서 관측되는) 몇 초의 TCP 인터럽션을 초래한다.
선택사양적인 모듈 X,Y는 진행중인 TCP/IP 접속이 수직 핸드오버 절차 동안 인터럽트되지 않도록 보장하는 것이 중요한 경우에는 로딩될 수 있다. LOP(링크 절단 보호) 모듈로 지칭되는 이 모듈은 업스트림 방향 및 다운스트림 방향 모두에서 TCT/IP 세그먼트의 흐름을 모니터링한다. 이 모듈은 새로운 링크가 이용될 수 있으며 TCP/IP 세그먼트들의 흐름이 재개될 수 있을 때까지 무선 링크가 사용할 수 없게 될 때마다 TCP 센더를 프리징한다(freeze). 이러한 행동으로 인해서 TCP/IP 접속이 정지되지 않고 혼잡 제어 메카니즘(congestion control mechanism)이 불필요하게 발동되지 않아서 TCP 처리량이 감소되지 않으며 패킷이 재전송될 필요가 없게 된다. 이동 단말기 MT의 MWAL(200) 내의 LOP 모듈은 이러한 불필요한 효과들을 방지하며 TCP 스트림이 링크 접속이 재확립될 시에 바로 재개될 수 있도록 보장한다. LOP가 효과가 있기 위해 필요한 조건은 TCP/IP 패킷 헤더가 판독가능해야(즉, 암호화되지 않아야) 하는 것이지만 이는 보안 문제를 발생시킬 수 있다. 그러므로, LOP 처리는 (수신 동작 동안에는) 패킷 암호 해독 이후에 그리고 (전송 동작 동안에는) 패킷 암호화 이전에 이동 단말기에서 수행되어야 한다.
LLCT(Logical Link Control Translator)(204)
WPAN, WLAN 또는 셀룰러 시스템들(BT,IEEE 802.11,GPRS)을 위한 하위 층 드라이버 모듈들은 LLCT로서 지칭되며 각기 참조 부호(204A,204B,204C)로 표시된다. LLCT(204)는 무선 링크 상으로 IP 패킷들의 전송 및 수신을 위한 관련 무선 기술의 모든 특정을 캡슐화하는 책임을 진다. 가령, WPAN의 경우에, 관련 블루투스 WALLLCT 모듈(204A)은 블루투스 BT 프로토콜 스택의 상부 층 및 그의 PAN(Personal Area Network) 프로파일을 포함하며, 다중 표준 무선 하드웨어(22)와의 인터페이스는 바람직하게는 블루투스 호스트 제어기 인터페이스(HCI)에 순응한다. WLAN LLCT 모듈(204B)의 경우에, 그의 처리는 다중 표준 무선 하드웨어(22)를 인터페이싱하고 이더넷 프레임들의 송신 및 수신을 처리하는 것으로 한정된다.
모든 MWAL LLCT 모듈(204A-204C)은 (WALD의 제어 하에서) 베이스밴드 프로세서(a baseband processor)의 하위 층을 초기화하는 단계, 상기 특정 인터페이스를 따라서 상기 다중 표준 하드웨어 모듈(22)과 데이터 프레임 및/또는 제어 메시지를 교환하는 단계, 필요하다면 접속의 확립을 실행하는 단계, 가령, 입력 호출을 수신하기 위해서 상기 이동 단말기 MT가 유휴 모드(an idle mode)로부터 깨어나도록 페이징 채널(paging channel)을 관리하는 단계, 가용할 경우 (가령, 블루투스 SNIFF 모드와 같은) 무선 모듈의 저전력 모드를 관리하는 단계, 무선 인프라스트럭쳐를 액세싱하는 것과 연관된 보안 절차들을 수행하는 단계, 무선 채널 품질을 모니터링하여 이 품질이 표준 독립형 방식으로 WAL 조정기(26)에 대해 이용가능하게 하는 단계를 수행한다.
LLCT(204)들은 필요하다면 MWAL(200) 내부로 동시에 로딩될 수 있지만 오직 하나만이 MWAL(200)과 다중 표준 무선 하드웨어(22) 간에서 프레임을 실제로 전송할 수 있다. 달리 말하면, LLCT(204)들은 하나의 데이터 플레인 및 제어 플레인을 갖는다. 다수의 LLCT(204)가 MWAL(200) 내부로 로딩될 때에, 오직 하나만이 활성 데이터 플레인을 가질 수 있으며, 이들 모두는 제어 플레인에서는 네트워크 인프라스트럭쳐(WPAN(10), WLAN(12) 및 셀룰러(14))의 존재 여부를 발견하거나 데이터를 실제로 교환하기 이전에 접속을 확립하는 기능들을 수행할 수 있다.
WAL 조정기(206)
WAL 조정기(206)는 동적 WAL 모듈(202)을 로딩 또는 언로딩하며 MWAL 인터페이스의 전체 행동을 제어한다. 모듈(202)은 이동 단말기 MT 내의 메모리를 절감하기 위해서 언로딩될 수 있다. WAL 조정기(206)는 모든 LLCT(204)로부터 제어 정보(208)를 수신하고 수직 핸드오버가 수행될 필요가 있을 때를 상부 층에 알린다.
IP 스택으로부터 수신된 각 패킷은 상부 층 프로토콜들의 헤더 정보를 조사함으로써 WAL 조정기(206) 내에서 분류된다. 일단 분류되면, 전송될 패킷은 다른 MWAL 모듈 X,Y(204)로 다운스트림으로 전송된다. 이 체인 내의 최종 모듈은 언제나 LLCT(204)이어야 하며 이 LLCT는 물리적 매체(WPAN(10), WLAN(12) 및 셀룰러(14)) 상에서의 IP 패킷의 전송을 관리한다. 수직 핸드오버 동안 사용될 수 있는 유용한 MWAL 모듈 X,Y의 실례들은 이하에서 개시된다.
MAC 스푸핑 모듈(MAC spoofing module)
MWAL(200)이 이동 단말기 MT의 운영 체제에게는 이더넷 인터페이스와 같은 공유형 자원 네트워크 인터페이스로서 보이기 때문에, 그의 MAC 어드레스가 수직 핸드오버 동안 변경되지 않는 것이 바람직하다. 그러나, WPAN 카드 및 WLAN 카드는 상이한 MAC 어드레스를 가질 수 있다. MWAL(200)는 MWAL 인터페이스에 의해 제공된 MAC 어드레스를 하위 층 상에서 사용되는 어드레스로 맵핑하는 것을 관리할 수 있다. 이는 MWAL(200) 내의 MAC 스푸핑 모듈이 출력 이더넷 프레임 내에서는 MAC 소스 어드레스를 변경시키고 입력 이더넷 프레임 내에서는 MAC 목적지 어드레스를 변경시키는 것을 의미한다. 또한, 이 모듈은 Ipv4를 위한 ARP(Address Resolution Protocol) 및 Ipv6을 위한 이웃 발견(neighbor discovery)의 페이로드(payload)들에서 전달되는 MAC 어드레스들을 변환시킨다.
서비스 품질 모듈
MWAL(200) 내부의 QoS(서비스 품질) 모듈은 애플리케이션 요구 사항에 따라서 IP 패킷들의 전송을 스케줄링하는 데 사용될 수 있다. 가장 간단한 경우에, QoS 모듈은 WAL 조정기(206)에 의해 수행된 분류를 기준으로 하여 TCP 패킷들에 대해 UDP 패킷에게 우선권을 줄 수 있다.
라우팅
네트워크 층에서의 동작은 다음과 같다.
(1) 이동 단말기 MT가 네트워크 인프라스트럭쳐에 접속될 때에 유효한 IP 어드레스를 획득한다.
(2) 이동 단말기 MT가 서버(40)로부터 IP 어드레스를 획득하며, 상기 어드레스는 애플리케이션이 수직 핸드오버 후에 재시작될 필요가 없도록 세션 전체에 걸쳐서 변경되지 않는 채로 유지된다.
(3) (수직 핸드오버 동안 변경되지 말아야 하는) 애플리케이션들에 의해 관측되는 이동 단말기 디바이스 IP 어드레스와 네트워크 인프라스트럭쳐에 따라서 변하는 IP 케어 오브 어드레스(IP care-of-address)(CoA) 간의 일관된 맵핑을 관리한다.
(4) 서버 측에서 동일한 IP 어드레스 맵핑을 관리한다(바인딩 테이블).
IP 터널링은 위의 (1), (2) 항목의 요구 사항을 만족시킬수 있는 기본 메카니즘이다. 이동 단말기 경우에, 이동 단말기 MT 및 서버(40)는 IP 터널 내의 패킷들을 캡슐화 및 탈캡슐화하는 것을 책임질뿐만 아니라 초기화 시간 및 수직 핸드오버 이후에 터널 구성을 일관적으로 확실하게 관리하도록 신호 전달을 교환하는 것을 책임진다. 이는 이동 IP의 통상적인 영역이다.
본 발명의 아키텍쳐는 라우팅 전략에 대한 다른 변형들을 수용하도록 충분하게 개방되어 있다. 구체적으로, 이동 IPv6은 이용가능할 때에 통합될 수 있다. 층 3 메카니즘은 현재 논의 내용의 범위 밖에 존재하기 때문에, 여기에서는 층 2에서의 MWAL과 층 3에서의 이동성을 관리하는 라우팅 엔티티 간의 인터페이스가 바람직하게는 표준화되어야 하는 것을 언급하는 것만으로 충분하다. 본 발명의 일 측면에서, 한 가능한 이러한 인터페이스가 제안되는데 이 인터페이스는 기존의 네트워크 이동성 솔루션 및 미래의 네트워크 이동성 솔루션에서 사용될 수 있을 만큼 충분하게 통상적이며 이러한 인터페이스 제안은 M-WAL API 하에서 본 명세서에서 기술되었다. 간략하게 말하자면, 라우팅 관리기(RM)로 지칭되는 이동 단말기 내의 애플리케이션은 OS 커널 내의 IP 터널링 모듈 및 MWAL 가상 네트워크 드라이버를 기반으로 하여 IP 구성을 관리하는 책임을 진다.
이동 단말기 MT 내의 라우팅 관리기 RM은 이 부분의 시작 시에 기술된 4 개의 단계들을 관리하는 책임을 진다. 원격 서버(40)와의 상호 작용을 기반으로 하여, 라우팅 관리기 RM은 이동 단말기 내의 IP 터널 구성 및 MWAL 인터페이스를 구성한다. 이러한 프로세스는 사용자 공간에서 수행될 수 있다.
여기에서는 IP 터널의 구성을 보다 상세하게 설명하는 것이 유용할 것이다. IP 터널은 이동 단말기 MT와 원격 터널 단부지점(remote tunnel endpoint) 간에 셋업되며 이로써 결과적으로 생성되는 데이터 패킷은 도 5에 도시된 바와 같이 캡슐화된다. 4 바이트 GRE 헤더가 NAT/방화벽 트래버설(NAT/firewall traversal)을 가능하게 하도록 부가되었다. 많은 네트워트 장비가 GRE를 지원한다.
TCP 헤더 오버헤드는 엔드-투-엔드 협상 파라미터(end-to-end negotiated parameter)에 의존하여 변하며, 이들 파라미터 중에서 이동 단말기 MT와 가장 관련된 것은 SACK 및 타임스탬프 옵션들로서, 이들은 무선 링크에서 손실된 패킷의 문제를 용이하게 한다. SACK 및 타임스탬프 옵션들은 12 내지 24 바이트를 20 바이트 TCP 헤더에 부가한다.
MWAL 상태도
MWAL(200)의 클래스 도면(class diagram)들이 표준 UML(Unified Modeling Language) 표기법을 사용하여 도 6 및 도 7에 도시되어 있다. 메인 클래스, 이들의 방법 뿐만 아니라 클래스 관계들이 도시된다.
MobileNodeApplication, ClientRouting 및 WALD 클래스 모두는 일반화된 네트워크 인터페이스를 나타내는 MWAL 클래스를 사용한다. 전술한 바와 같이, MobileNodeApplication은 MWAL에서 발생하는 동작들을 인식하지 못한다. WALD가 접속 확립 및 핸드오버 프로세스를 제어하며, ClinetRouting은 CoA(Care-of-Address)의 획득과 IP 터널의 관리와 같은 층 3 동작들을 처리한다. WALD 클래스와 클라이언트라우팅 클래스 간에 어떠한 명시적인 관계도 존재하지 않으며 오직 이 두 클래스는 MWAL(200)를 통해서 통신하는 것 뿐이다. 이는 특정 라우팅 메카니즘에 대해 의존하지 않기 때문에 중요하다. 달리 말하면, 차후에 MIPv6 층 3 솔루션을 사용할 수 있으며 본 발명은 이러한 옵션을 포함한다.
WALD 클래스 및 클라이언트라우팅 클래스가 전용 MWAL 인터페이스를 사용할 경우에, 문맥 인식 애플리케이션과 같은 다른 애플리케이션은 무선 관련 정보를 주로 검색하기 위해서 공용 MWAL 인터페이스를 사용할 수 있다. 이는 애플리케이션들이 MWAL(200)를 사용하기 위해서 변경되어야 하는 것을 의미하지 않으며 단지 MWAL(200)이 그가 제공하는(export) 정보를 이용하는 새로운 애플리케이션의 개발 및 구현을 가능하게 하는 것을 의미한다.
MWAL 클래스 다이어그램은 몇 개의 MWAL 모듈들의 집합이다. MWAL 모듈 인터페이스는 LLCT 인터페이스에 의해 특정되며 이 LLCT 인터페이스는 BTLLCT(204A), WLANLLCT(204B) 및 GPRSLLCT(204C)에 의해 실현된다. 모든 LLCT 클래스는 대응하는 기존의 네트워크 드라이버를 사용한다.
서버(40)로의 초기 액세스
이 부분은 이동 단말기 MT가 인터넷 또는 다른 IP 기반 네트워크로 접속된 무선 네트워크 인프라스트럭쳐를 통해 애플리케이션 서버(40)를 초기에 액세스하는 절차를 개시한다. 도 8의 시퀀스 도면은 참조로서 사용될 것이며 여기서 상호작용과 관련된 객체들이 상부에 도시되어 있다.
WALD는 (가령 WLAN, 블루투스 또는 GPRS 중 하나인) 무선 네트워트 인프라스트럭쳐의 존재 여부를 주기적으로 체크하며 사용자의 선호 사항을 기반으로 하여 상기 세 개의 인프라스트럭쳐 중 하나에 접속되는 것을 결정한다. 초기 명령이 WALD에 의해서 MWAL(200)로 전송되면(단계 1), 이 초기 명령은 블루투스 LLCT(204A)로 전송되는데(단계 2), 여기서 조회, 페이징 및 SDP 동작들이 BT 드라이버 상에서 LAN 액세스 프로파일 또는 심지어 보다 양호하게는 PAN 프로파일에 따라서 수행된다(단계 3). 인터넷 액세스를 제공하는 적합한 네트워크 액세스 지점(AP1,AP2)이 발견되면, 이 표시가 WALD로 다시 전송된다(단계 4). 이어서 이 엔티티는 블루투스 보유자(Bluetooth bearer)와의 접속이 확립되어야 한다고 결정하고 이로써 대응하는 명령이 발행된다(단계 5). 이 접속 명령은 블루투스 LLCT로 전송되며(단계 6), 이 LLCT는 사용되고 있는 블루투스 프로파일에 의해 특정된 네트워트 액세스 절차를 시작한다(단계 7).
이 액세스 단계는 인증 및 링크 키 생성을 포함하거나 포함하지 않을 수도 있다. 일단 프로세스가 완료되고 이동 단말기 MT와 네트워트 액세스 지점(AP1,AP2) 간의 접속이 확립되었으면, "보유자 인증된(bearer authenticated)" 이벤트가 WALD로 전송되는데(단계 8), 이는 링크가 데이터를 교환하기 위해 최종적으로 사용될 준비가 되었음을 표시한다.
WALD는 이어서 선택 명령을 전송함으로써 인터페이스를 활성화시킨다(단계 9). 이어서, 이벤트가 MWAL에 의해서 라우팅 관리기 RM으로 생성되며(단계 10), 이 RM은 유효한 IP CoA를 획득하는 것(getCoA)과 같은 층 3 절차들의 활성화를 트리거한다(단계 11). 상기 이벤트는 라우팅 엔티티와 WALD 간의 직접 통신을 피하도록 상기 MWAL(200)에 의해서 생성된다. 이러한 방식으로 가령 MIPv6와 같은 차후의 라우팅 메카니즘이 수용될 수 있다. 일단 라우팅가능한 IP 어드레스가 임의의 메카니즘을 사용하여(가령, 차후의 DHCP,PPP 또는 IPv6 자동 구성을 사용하여) 획득되면, 이는 MWAL 인터페이스로 할당된다(단계 12). 이 시점으로부터, 데이터는 단말기 MT와 서버(40) 간에서 교환될 수 있다.
라우팅 관리기 RM은 이전에 생성된 블루투스 접속 및 MWAL 네트워크 인터페이스를 사용하여 애플리케이션 IP 어드레스를 획득하기 위해서 애플리케이션 서버(40)로 요청을 전송한다(단계 13 내지 단계 16). 이 요청은 이동 IP 메시지 또는 전용 라우팅 관리 프로토콜들을 사용하여 처리된다. 성공하게 되면 "홈 어드레스"로 지칭되기도 하는 애플리케이션 IP 어드레스가 클라이언트에게 할당되며 이는 세션 전체에 걸쳐서 변경되지 않은 채로 유지될 것이다. 터널 단부지점이 서버 상에서 셋업되며(단계 18) IP 어드레스는 라우팅 관리기 RM가 파싱(parsing)하는 책임을 지고 있는 웹 페이지 내에서 상기 클라이언트로 다시 통신된다(단계 19 내지 단계 22). 일단 프로세스가 완료되면, IP 어드레스가 이동 단말기 MT 내에서셋업되며 이로써 클라이언트 애플리케이션 IP 어드레스를 그의 현재의 CoA(또한 도 8에서는 IP 보유자로 지칭됨)와 연관시킨다(단계 23).
위의 모든 단계들이 성공적으로 완료되면, MN 및 서버 간에 IP 터널 셋업이 존재하게 되며, 여기서 TCP 페이로드가 암호화되면 보존된 SSL 포트(243)가 사용되게 되고, TCP/IP 헤더들은 LOP 동작을 허용하도록 투명하게 된다. 데이터는 구성된 터널을 사용하여 이동 단말기 MT 및 애플리케이션 서버 간에서 흐른다(단계 24 내지 단계 28). 고장의 경우에, 이동 단말기는 다른 가용한 인터페이스를 사용하려고 하거나 원격 서버(40)가 가용될 수 없음을 사용자에게 즉시 알린다.
MWAL(200) 내부에서의 수직 핸드오버의 실행
수직 핸드오버가 실행되어야 할 때, 도 9 및/또는 도 10에 도시된 동작의 시퀀스는 MWAL(200) 내부에서 수행된다.
도 9를 위해 사용된 실례는 블루투스 BT 네트워크 인프라스트럭쳐 즉 WPAN(10)을 갖는 건물로 진입하는 GPRS를 사용하는 이동 단말기 MT를 참조한다. WAL 조정기는 LLCT(204)를 주기적으로 로딩하여 액세스 지점 AP 또는 기지국 BS의 존재를 체크한다.
블루투스 BT LLCT(204A)가 로딩되고 그의 관련 CheckNetworkInfrastructure() 방법이 발동되면, 블루투스 조회 절차가 실행된다. 불루투스 네트워크 액세스 지점(AP1,AP2)이 사용자가 그에 대해 액세스 특권을 갖는 것에 대해서 발견되면, 접속이 생성되고 긍정적인 응답이 WAL 조정기(206)로 복귀된다. 이 시점에서, GPRS 데이터 흐름은 블루투스 LLCT(204A)의 도움으로 디스에이블되며 GPRS LLCT(204C)는 마지막으로 호스트 메모리로부터 언로딩된다.
수직 핸드오버 동안 인터럽트되지 말아야 하는 인터넷 상의 원격 호스트와 이동 단말기 MT 간의 진행중인 TCP 세션이 존재하면, 선택사양적인 링크 절단 보호 LOP 모듈이 로딩되어 활성화되어야 한다. 이 프로세스가 완료되면, WAL 조정기(206)는 상기 LOP 모듈을 언로딩한다.
이와 유사하게, MWAL(200)이 동작하고 있는 이동 단말기 MT와 연관된 다수의 접속이 존재하면, 선택사양적인 QoS 모듈이 로딩되어 애플리케이션 요구 사항에 따라서 트래픽의 순위를 조정한다.
이제 수직 핸드오버를 도시하는 도 10의 시퀀스 도면에서, 이동 단말기 MT가 하나의 무선 인프라스트럭쳐(BT,IEEE 802.11b,GPRS)를 통해 서버(40)와의 활성 접속을 가지며, 링크의 품질이 감소되면 현재의 액세스 지점 또는 액세스 기술로부터 다른 지점 또는 기술로의 핸드오버는 가령 보다 양호한 지원된 액세스 지점 및/또는 기술을 위해서 필요하게 된다. 이와 달리, 이동 단말기 MT는 다른 무선 네트워크에 대한 이용가능성을 주기적으로 체크하여 사용자 규정된 기준에 따라서 이들 중 하나로 전환하기를 결정할 수 있다. 만약 동일한 기술을 사용하는 다른 액세스 지점(AP1 내지 AP4)이 그로 접속되기에 가용하지 않다면, 이동 단말기 MT는 새로운 액세스 지점(AP1 내지 AP4)이 동일한 IP 서브넷에 속하는지의 여부를 체크하고, 만약 그렇지 않다면 새로운 CoA 어드레스를 획득하고 그의 IP 터널을 재구성하여 원격 애플리케이션 서버(40)와의 접속을 관리한다. 만약 어떠한 액세스 지점(AP1내지 AP4)도 가용하지 않다면, 이동 단말기 MT는 다른 무선 인프라스트럭쳐를 추구할 것이다(수직 핸드오버). 이러한 후자의 프로세스는 WLAN/GPRS 스위치의 경우에 대해서 도 10에서 상세하게 설명된다.
이동 단말기 MT가 WLAN 인프라스트럭쳐를 사용하여 데이터를 교환하는 중에 있을 때에(단계 1 내지 단계 3), 이벤트는 MWAL(200)에 의해서 WALD로 생성되며(단계 4) 이는 링크 품질이 저하되고 있음을 표시한다. WALD는 TCP 세그먼트의 버퍼링을 시작하기 위해서 LOP 모듈을 활성화시키며(단계 5) 다른 가용한 무선 네트워크에 대한 탐색이 MWAL(200) 내에서 트리거된다(단계 6). 이 명령은 WLAN LLCT로 전송되고(단계 7) GPRS LLCT로 전송된다(단계 8). 이 특정하지만 한정적이지 않는 실례에서는 도면의 복잡성을 피하기 위해서 블루투스는 도시되지 않는다. 그 동안, 데이터는 만일 링크가 여전히 가용하다고 한다면 이전의 WLAN 액세스 지점을 사용하여 계속 흐를 것이다(단계 9 내지 단계 11).
일단 새로운/다른 인프라스트럭쳐가 가용하다고 검출되면(단계 12), WALD는 GPRS 접속을 확립하기로 결정한다(단계 13). 상기 MWAL(200)이 링크 인증을 포함하는 액세스 절차를 개시한다(단계 14). 일단 인증이 완료되고(단계 15) 링크가 이용가능하게 되면, 이벤트는 WALD로 다시 전송되며(단계 15) 이 WALD는 선택 명령을 마지막으로 전송하고(단계 16), 이로써 데이터 패킷은 새로운 GPRS 링크로 전송되게 된다. 핸드오버 이벤트는 MWAL 인터페이스에 의해서 라우팅 관리기 RM으로 생성되며(단계 17) 이로써 새로운 유효한 케어 오브 어드레스 CoA를 획득하는 것과 같은 층 3 절차들이 트리거되어야 함을 신호로 알린다(단계 18). 일단 새로운 IP어드레스가 획득되었으면, 이는 MWAL로 할당된다(단계 19). 이 시점에서, IP 터널은 이동 단말기 MT 내에서 새로운 맵핑 {IP_client, IP_bearer2}으로 재구성된다(단계 20). 원격 측에서 터널 구성을 갱신하기 위해서, 전용 바인딩 갱신 메시지(a dedicated binding update message)가 라우팅 관리기 RM에 의해서 인증 서버(40)로 전송될 것이다. 서버(40)는 새로운 구성을 터널 단부지점으로 전송하여(단계 24) 이로써 데이터 패킷들은 새로운 외부 목적지 IP 어드레스(새로운 클라이언트 CoA)로 캡슐화된다. 터널 구성이 갱신된 후에, 확인 페이지가 클라이언트에게 다시 전송된다(단계 25 내지 단계 27). 이는 수직 핸드오버 프로세스를 완료한다.
여기서, 링크 품질 저하가 수직 핸드오버 프로세스를 트리거하는 유일한 이유는 아니다. 실제로, WALD는 비용, 가용한 대역폭 및 전력 고려 사항들과 같은 기준을 기반으로 하여 핸드오브 프로세스를 시작하기로 결정할 수 있다. 사용자는 전용 이동성 구성 툴을 사용하여 그의 선호 사항을 표시할 수 있다.
WAL 및 상부 층들 간의 인터페이스
현재 가장 광범위하게 사용되는 네트워킹을 위한 애플리케이션 프로그래머의 인터페이스는 소켓 인터페이스(socket interface)이다. 이는 인터넷 상의 애플리케이션들 간의 TCI/IP 접속 및 UDP/IP 접속을 확립하기 위해서 버클리 대학에 의해서 최초로 개발된 기능들의 세트이며 이에 대해서는 다음의 참조 사항이 유용하다.
(7) http://www.hpl.hp.com/personal/Jean_Tourrilhes/Linux/Tools.html 에서의 J.Tourrilles, "Wireless Extensions"
또한, 국부적 소켓이 가령 애플리케이션 및 네트워크 드라이버 간에서 또는 동일한 호스트 상에서 실행되는 두 개의 애플리케이션들 간에서 국부적으로 통신하기 위해서 생성될 수 있다.
MWAL 인터페이스는 후자의 소켓 기술에 해당되는데 그 이유는 이 인터페이스는 도 12에서 도시된 바와 같이 호스트 내의 애플리케이션 공간과의 통신을 위해 두 개의 가공되지 않은 소켓들을 사용하기 때문이다. WAL 조정기(206)는 애플리케이션으로부터 명령을 수신하고 이벤트를 다시 전송하는 역할을 맡는다. 사용자 공간(210) 내의 애플리케이션은 비동기형 MWAL 이벤트들을 처리하기 위해서 개별 쓰레드(a separate thread)를 런칭할 수 있으며 상기 이벤트들은 전용 스켓 내에서 전달된다. 사용자 공간(210) 내의 애플리케이션은 명령 및 이벤트 소켓들(212,214)을 생성하고 특정 "ioctl" 소켓 명령을 사용하여 상기 이벤트 소켓에 대한 참조를 드라이버로 보낸다. MWAL과 애플리케이션 공간 간에 정보를 교환하는 데 사용되는 데이터 구조는 표준 "ifreq" 데이터 구조이며 이 구조는 상기 (7) http://www.hpl.hp.com/personal/Jean_Tourrilhes/Linux/Tools.html 에서의 J.Tourrilles, "Wireless Extensions"에서 개시된 바와 같은 "ioctl" 명령을 사용하여 상기 드라이버와 애플리케이션 간의 참조에 의해서 전달된다.
새로운 명령 및 파라미터가 다음과 같은 기능들을 위해서 규정된다.
1. MWAL 모듈들 X,Y를 로딩 및 언로딩하는 기능,
2. 모듈 파라미터를 설정하는 기능,
3. 초기화 후에 참조를 이벤트 소켓(214)으로 전달하는 기능,
4. 링크 층 접속의 관리를 처리하는 기능,
5. 링크 층 보안을 처리하는 기능,
6. 링크 품질 표시를 보고하는 기능,
7. (존재한다면) 저전력 모드 및 페이징 채널을 관리하는 기능.
보안 문제
보안은 링크 층에서 애플리케이션 층까지의 프로토콜 스택의 상이한 층들에서 사용될 수 있다. 이동 단말기 MT와 액세스 네트워크 AP,BS 간의 무선 링크 및 서버 풀(40)과의 엔드 투 엔드 접속이 보장될 필요가 있다. TLS/EAP 상위 층 인증 및 키 생성과 함께 액세스 지점들에서의 PPTP/GRE 또는 IPSEC/ESP, TLS/SSL, IEEE 802.1x을 포함하는 몇 개의 옵션들이 보안을 강화하기 위해서 고려될 수 있다. 이러한 각 옵션은 자신의 장단점을 갖는다.
수직 핸드오버 동안 연속되는 클라이언트 동작이 주로 강조되기 때문에, GRE 터널이 (이동 단말기 MT와 액세스 지점 AP 간의) 무선 홉(wireless hop)에서 선택사양적인 링크 층 암호화 및 NAT/방화벽 트래버설을 소거하면서 클라이언트 MT와 서버(40) 간의 TLS/SSL을 사용하는 것이 바람직하다. 이 해법은 TCP/IP 헤더가 이동 단말기 MT의 MWAL 인터페이스에서 암호화되지 않은 채로 수신되게 하며 이로써 LOP 기능이 구현될 수 있다. 이와 달리, 링크 암호화는 이동 단말기 MT에서 근소하게 보다 높은 자원 소모의 비용으로 해서 사용될 수 있다.
이동 단말기 MT와 원격 서버(40) 간의 상호 인증은 SSL 증명서에 의해서 성취될 수 있으며 이 증명서는 서비스를 관리하는 엔티티에 의해 소비자에게 발행될 수 있다. 이 해법의 한 단점은 SSL 인에이블되는 애플리케이션들이 사용될 필요가 있다는 것이다. 현재 윈도우 CE 브라우저 및 이메일 클라이언트가 이미 SSL를 지원하고 있으며 이로써 이는 이동 단말기 수용에 있어서 주요한 장애 요소로서 간주될 수 없다.
보안 증명서를 클라이언트에게 배포하는 것이 바람직하지 않다면, 사용자명칭/패스워드 메카니즘이 "서버 측 프로세싱" 하에서 본 명세서에서 상세하게 설명되는 바와 같이 사용될 수 있으며 가령 이는 클라이언트 인증을 관리하는 웹 서버의 표준 보안 메카니즘을 사용한다. 이동 단말기 MT의 무선 인프라스트럭쳐로의 액세스를 보장하는 것이 관계되는 한, 다음과 같은 고려 사항들이 존재한다.
1. GPRS 경우, SIM 기반 보안이 표준 방식이다.
2. 블루투스 경우, 액세스 지점(AP1,AP2)의 네트워크와의 결합 절차가 상기 지점들이 액세스되는 시간에 제일 먼저 필요하다. 인프라스트럭쳐 내의 각 액세스 지점(AP1,AP2)을 위한 쌍화 절차(pairing procedure)로 사용자를 방해하지 않는 것이 바람직하기 때문에, "그룹 키" 개념이 사용될 수 있다. 이는 현재의 BT1.1 HW/FW에서 변경을 요구하지 않는 BT SIG(Special Interests Group) 내의 보안 전문가 그룹(Security Experts Group)에 의해 도입된 새로운 특징이다. 핸드오버가 발생할 때마다, 어떠한 재인증도 필요하지 않게 된다. 여기서 블루투스 인프라스트럭쳐 내의 그룹 키들을 사용하는 것에 대한 상세한 설명은 본 발명의 설명의 간략성을 위해서 BT APR(Access Point Roaming)에서 포함되어 있음을 언급한다.
3. WLAN의 경우, 통상적인 WEP 암호화가 사용될 수 있지만, 이 방식은 이상적인 해법에 미치지 못함이 증명되었다. 인프라스트럭쳐로의 액세스는 액세스 지점(AP3,AP4)를 RADIUS 서버(300)에게 접속시키고 등록된 MAC 어드레스를 갖는 프레임만이 브리징되게(bridged) 함으로써 제어될 수 있다. 이는 가장 안전한 절차로서 간주되지는 않는데 그 이유는 MAC 어드레스를 스푸핑(spoof)하는 것이 가능하기 때문이다. IEEE 802.1x 아키텍쳐는 이 문제를 풀수 있지만 이러한 종류의 인프라스트럭쳐는 본 발명에서 필수적인 것은 아니다.
기업 네트워크의 인터넷으로의 접속의 지점(인그레스 라우터 :ingress router)은 언제나 하나 이상의 방화벽에 의해서 보호되어야 하며 이동 단말기는 방화벽 구성에서의 임의의 특정 방침을 요구하지 않으면서 결과적으로 생성되는 한정 사항을 고려해야만 한다.
기업 인프라스트럭쳐에서, RADIUS 서버(300,302)는 이동 단말기 MT의 액세스를 제어하는 데 사용될 수 있다. DHCP 인프라스트럭쳐도 또한 사용될 수 있으며 이로써 이동 단말기 MT는 리스된 IP 어드레스(a leased IP address)를 획득할 수 있다. 추가 보안 문제가 관련되는 한, 다음과 같은 하나 이상의 메카니즘들이 포함될 수 있다.
1. 애플리케이션들은 SSI(Secure Socket Layer)와 같은 안전한 데이터 전달을 기반으로 할 수 있다.
2. 위치 갱신(loacation update)는 가능하게는 전용 메카니즘을 통해서 SSI와 같은 안전한 데이터 전달을 사용하여 보호될 수 있다.
3. 무선 네트워크로의 액세스는 (가령, RADIUS 서버에 접속된 액세스 지점 AP 및 GPRS SIM 기반 보안과 같은) 인증 및/또는 증명을 위한 도전을 제공하는 표준 메카니즘을 통해서 제어될 수 있다.
4. 방화벽이 이동 단말기 MT 내에 설치되어 외부 네트워크로부터의 인증되지 않은 액세스를 방지할 수 있다.
5. 액세스 네트워크들이 인터넷으로 접속될 필요가 있을 때마다 방화벽이 사용될 수 있다.
6. 액세스 절차가 초기 인증으로 인해서 통상적으로 시간을 소모하기 때문에, MWAL이 한 인터페이스 상에서 이들 태스크들을 수행하는 동안에 다른 인터페이스가 사용될 수 있다. 이는 핸드오버 프로세스를 단축시킬 수 있는데 그 이유는 액세스 절차 및 데이터 교환이 파이프라인되고 있기 때문이다.
본 발명의 일 측면에서, 기본 WAL 프레임워크가 클라이언트 디바이스/이동 단말기로 하여금 기존의 데이터 접속이 정지되지 않거나 인터럽트되지 않고 어떠한 사용자 개입도 요구되지 않도록 하는 방식으로 수직 핸드오버를 수행하게, 즉 한 무선 액세스 표준 방식과 다른 무선 액세스 표준 방식 간의 스위칭을 수행하게 한다. 이로써, 본 발명은 바람직하게는 감지된 무선 네트워크 인프라스트럭쳐에 따라서 클라이언트 디바이스가 한 무선 액세스 표준 방식에서 다른 무선 액세스 표준 방식으로 스위칭하도록 하는 효율적인 장치를 제공한다.
본 발명이 특히 바람직한 실시예를 참조하여 도시 및 기술되었지만, 형태 및세부 사항에 있어서 변경이 본 발명의 사상 및 범위 내에서 가능함을 본 기술 분야의 당업자는 이해할 것이다. 가령, 본 명세서에서 용어 인터넷의 사용은 다른 인터넷 프로토콜(IP) 기반 시스템과 같은 등가의 장치로의 접속을 포함한다. 또한, 클라이언트 디바이스는 사용자에 의한 휴대가능성 또는 적어도 가령 가용한 네트워크 인프라스트럭쳐가 변경되는 경우에 상이한 무선 통신 표준 방식들 간의 스위칭을 수행할 수 있는 필요를 반영하기 위해서 이동 단말기의 형태로 구현되었다. 이러한 이동 단말기는 가령 PDA, 랩탑 컴퓨터 또는 이동 통신 디바이스를 포함하지만 클라이언트 디바이스는 실제로 임시적으로 또는 실질적으로 영구적으로 고정된 것일 수도 있다. 하나 이상의 액세스 네트워크에 대해서, 클라이언트 디바이스는 고정형이고 이동 중인 주위의 네트워크 인프라스트럭쳐인 경우도 가능하며, 이 경우에 클라이언트 디바이스의 이동성은 그 디바이스와 그의 액세스 네트워크 또는 네트워크들 간의 상대적인 이동을 표현하는 것으로 해석된다.
용어 설명 :

Claims (20)

  1. 인터넷 프로토콜(IP) 기반 통신 장치를 위한 클라이언트 디바이스에 있어서,
    상기 클라이언트 디바이스는 다수의 인터넷 프로토콜 호환가능 무선 통신 표준 방식들에 따라서 상기 클라이언트 디바이스의 무선 동작을 지원하는 다중 표준 하드웨어(multi-standard hardware)를 포함하고,
    상기 다중 표준 하드웨어의 동작은 상기 클라이언트 디바이스로 하여금 상기 무선 통신 표준 방식들 간의 수직 핸드오버(vertical handover)를 수행하도록 사용되는 무선 적응 층(a wireless adaptation layer)을 갖는 소프트웨어 아키텍쳐를 포함하는 네트워크 드라이버(a network driver)에 의해 제어되는
    클라이언트 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직 핸드오버는 끊김이 없는(seamless)
    클라이언트 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 무선 적응 층은 상기 수직 핸드오버 동안 네트워크 기반 애플리케이션들이 상기 클라이언트 디바이스 상에서 투명하게(transparently) 동작하도록 하게 적응되는
    클라이언트 디바이스.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클라이언트 디바이스는 어느 무선 액세스 네트워크가 이용가능한지를 결정하며,
    상기 수직 핸드오버는 상기 이용가능한 무선 액세스 네트워크 각각의 인프라스트럭쳐(infrastructure)에 의존하여 수행되는
    클라이언트 디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클라이언트 디바이스는 사용자 휴대가능한 단말기를 포함하는
    클라이언트 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인터넷 프로토콜 호환가능 무선 통신 표준 방식은 IEEE 802.11b 방식,블루투스 방식 및 GPRS(Generalized Packet Radio System) 방식 중 하나를 포함하는
    클라이언트 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 클라이언트 디바이스 내에서 네트워크 드라이버의 무선 적응 층을 구현하는 소프트웨어 제품에 있어서,
    (a) 인터넷 프로토콜 패킷을 전송하는 단계,
    (b) 무선 링크 품질을 모니터링하는 단계,
    (c) 무선 링크 품질을 제어하는 단계,
    (d) 다른 디바이스들을 페이징(paging)하는 단계,
    (e) 상이한 액세스 지점들 간, 하나의 네트워크의 기지국들 간, 또는 네트워크들 간에서 상기 클라이언트 디바이스를 핸드오버하는 단계
    중 적어도 하나를 위해서 상기 클라이언트 디바이스의 프로토콜 스택(a protocol stack)의 인터넷 프로토콜 층으로 균일한 인터페이스를 제공하는 코드를 포함하는
    소프트웨어 제품.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 무선 적응 층 인터페이스는 OSI 프로토콜 스택의 층 2 및 층 3 간의 단일 인터페이스를 상기 클라이언트 디바이스의 운영 체제 및 애플리케이션들에 제공하며,
    상기 단일 인터페이스를 통해서 데이터, 명령 및 이벤트 중 하나 이상이 교환되는
    소프트웨어 제품.
  9. 제 8 항에 있어서,
    (a) 소프트웨어 모듈의 로딩 및 언로딩(unloading)을 결정 및 제어하는 단계,
    (b) 상기 수직 핸드오버를 구성하는 단계,
    (c) 애플리케이션으로부터 명령을 수신하고 이벤트를 다시 전송하는 단계
    중 적어도 하나를 위한 코드를 구비함으로써, 상기 무선 적응 층 인터페이스의 전체 동작을 제어하는 무선 적응 층 조정기(a wireless adaptation layer coordinator)를 더 포함하는
    소프트웨어 제품.
  10. 제 9 항에 있어서,
    하나의 무선 통신 표준 방식을 데이터를 교환하는 데 사용하면서 다른 무선 통신 표준 방식을 통한 접속을 상기 무선 적응 층의 제어 애플리케이션이 관리할 수 있도록, 상기 무선 적응 층 인터페이스는 상기 네트워크 드라이버의 제어 플레인(control plane) 및 데이터 플레인(data plane)으로 개별 액세스를 제공하는
    소프트웨어 제품.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무선 적응 층 인터페이스는 상기 클라이언트 디바이스의 운영 체제에게 애플리케이션 층으로부터의 소켓 인터페이스(socket interface)에 의해 제어되는 공유형 자원 네트워크 인터페이스로서 보이는
    소프트웨어 제품.
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    소프트웨어 모듈이 상기 무선 적응 층 내부 및 외부로 동적으로 로딩 및 언로딩되며,
    상기 소프트웨어 모듈은 상기 무선 하드웨어를 상기 무선 통신 표준 방식 중 하나로 인터페이싱하거나 상기 무선 적응 층에 의해 전송된 인터넷 프로토콜 패킷 상에서 동작하는 코드를 포함하는
    소프트웨어 제품.
  13. 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클라이언트 디바이스와 다른 클라이언트 디바이스 또는 네트워크 간의 무선 링크 상에서 인터넷 프로토콜 패킷을 전송 및/또는 수신하기 위해 상기 무선 통신 표준 방식 중 특정한 하나에 대해 특정된 특징들(features)을 캡슐화하는(encapsulate) 코드를 갖는 하위 층 드라이버 모듈(a lower driver module)을 포함하는
    소프트웨어 제품.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 하위 층 드라이버 모듈은,
    (a) 베이스밴드 프로세서(a baseband processor)의 하위 층을 초기화하는 단계,
    (b) 상기 다중 표준 하드웨어 모듈과 데이터 프레임 및/또는 제어 메시지를 교환하는 단계,
    (c) 접속의 확립을 관리하는 단계,
    (d) 상기 클라이언트 디바이스가 유휴 모드(an idle mode)로부터 깨어나도록페이징 채널(paging channel)을 관리하는 단계,
    (e) 상기 클라이언트 디바이스의 저전력 모드를 관리하는 단계,
    (f) 상기 클라이언트 디바이스의 무선 접속 시에 링크의 품질을 모니터링하는 단계
    중 적어도 하나를 위한 코드를 포함하는
    소프트웨어 제품.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 하위 층 모듈은 데이터 플레인 및 제어 플레인을 포함하며,
    상기 데이터 플레인은 상기 무선 적응 층과 상기 하드웨어 모듈 간에서 프레임을 전송하는 코드를 포함하고,
    상기 제어 플레인은 네트워크 액세스 인프라스트럭쳐의 존재 여부를 발견하는 단계와 데이터를 교환하기 이전에 접속을 확립하는 단계 중 적어도 하나를 위한 코드를 포함하는
    소프트웨어 제품.
  16. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    업스트림 방향 및 다운스트림 방향 모두에서 전송 제어 프로토콜(TCP) 세그먼트 및/또는 인터넷 프로토콜(IP) 세그먼트의 흐름을 모니터링하는 코드를 갖는 소프트웨어 모듈을 더 포함하되,
    상기 소프트웨어 모듈은 바람직하게는 무선 링크가 사용될 수 없게 되면 TCP(전송 제어 프로토콜) 센더(sender)를 프리징하고(freezing) 더 바람직하게는 적어도 새로운 링크가 이용될 수 있을 때까지 상기 센더를 프리징하는 코드를 포함하는
    소프트웨어 제품.
  17. 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무선 적응 층의 MAC(Medium Access Control) 어드레스가 상기 수직 핸드오버 동안 변경되지 않도록 보장하는 코드를 갖는 소프트웨어 모듈을 포함하는
    소프트웨어 제품.
  18. 제 11 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    서비스의 품질을 모니터링하고 만약 다중 무선 접속이 적절하게 존재하면 상기 클라이언트 디바이스를 참여시키는 코드를 가지며, 또한 바람직하게는 현재 실행중인 애플리케이션의 요구 사항에 따라서 트래픽(traffic)의 우선 순위를 정하는 코드를 갖는 소프트웨어 모듈을 포함하는
    소프트웨어 제품.
  19. 클라이언트 디바이스의 무선 동작을 지원하는 방법에 있어서,
    상기 클라이언트 디바이스의 다중 표준 하드웨어를 구성하여 다수의 인터넷 프로토콜 호환가능 무선 통신 표준 방식들 간에서의 상기 클라이언트 디바이스의 수직 핸드오버를 네트워크 드라이버의 무선 적응 층의 제어 하에서 수행하는 단계를 포함하는
    클라이언트 디바이스 무선 동작 지원 방법.
  20. 다수의 무선 통신 표준 방식들 중 하나를 통해 클라이언트 디바이스와의 접속을 제공하는 인터넷 프로토콜 호환가능 통신 시스템에 있어서,
    상기 클라이언트 디바이스는 바람직하게는 이동 단말기를 포함하며 상기 다수의 무선 통신 표준 방식들을 따라서 상기 클라이언트 디바이스의 무선 동작을 지원하도록 적응되는 다중 표준 하드웨어를 포함하고,
    상기 무선 통신 표준들 간의 변경 또는 상기 무선 통신 표준들에서의 동작은 상기 무선 통신 표준 방식들 간의 수직 핸드오버를 상기 클라이언트 디바이스가 수행하도록 사용되는 무선 적응 층(WAL)을 포함하는 사전결정된 소프트웨어 아키텍쳐에 의해서 제어되는
    인터넷 프로토콜 기반 통신 시스템.
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