KR20130014442A

KR20130014442A - 모바일 사용자를 위한 셀룰러 망 및 근거리 통신망 간의 끊김 없는 서비스를 제공하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20130014442A
Application number: KR1020120083055A
Authority: KR
Inventors: 이창환; 박준길
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2013-02-07
Anticipated expiration: 2032-07-30
Also published as: KR101899862B1; US8923816B2; US20130029639A1

Abstract

셀룰러 망과 무선근거리통신망(Wireless Local Area Network: WLAN)를 통해 셀룰러 통신 서비스를 제공하는 WLAN을 포함하는 무선통신시스템에서, 셀룰러 망을 제공하는 RAN(Radio Access Network)과, 상기 WLAN을 제공하는 WLAN AP(Access Point)와, 상기 셀룰러 망의 코어 망에 연결을 제공하는 MSC(Mobile Switching Center)/GSN(GPRS(General Packet Radio Service) Support Node)과, 상기 MSC/GSN에 상기 WLAN AP를 연결하는 게이트웨이와, 상기 RAN에 의해 제공되는 셀룰러 망과 상기 WLAN AP에 의해 제공되는 상기 WLAN 모두를 액세스할 수 있는 사용자 기기(User Equipment: UE)를 포함하되, 상기 UE는, 셀룰러 망 프로토콜 인터페이스, 프레임 중계 스위치(Frame Relay Switch: FRS) 및 셀룰러 모뎀을 포함하는 셀룰러 통신부와, WLAN 모뎀 및 무선 제어 에이전트(a Radio Control Agent: RCA)를 포함하는 WLAN 통신부를 포함하되, 상기 RCA는 상기 셀룰러 통신부와 상기 WLAN의 게이트웨이 간의 통신 터널을 제공한다.

Description

모바일 사용자를 위한 셀룰러 망 및 근거리 통신망 간의 끊김 없는 서비스를 제공하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROVIDING SEAMLESS SERVICE BETWEEN A CELLULAR NETWORK AND WIRELESS LOCAL AREA NETWORK FOR A MOBILE USER}

본원 발명은 모바일 사용자를 위한 셀룰러 망 및 무선근거리통신망(Wireless Local Area Network: WLAN) 사이의 끊김 없는 서비스 제공을 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 본원 발명은 WLAN를 사용하여 셀룰러 망 서비스를 제공하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

이동 단말기는 사용자 간 무선 통신을 제공하기 위해 개발되었다. 기술이 진보됨에 따라, 이동 단말기는 이제 단순한 전화 통화를 넘어서 많은 추가 기능을 제공한다. 예를 들어, 이동 단말기는 알람, 단문 메시지 서비스(Short Messaging Service: SMS), 멀티미디어 메시지 서비스(Multimedia Message Service: MMS), 이메일, 게임, 근거리 통신의 원격 제어, 탑재된 디지털 카메라를 사용한 이미지 캡쳐 기능, 오디오 및 동영상 콘텐츠를 위한 멀티미디어 기능, 스케줄링 기능, 그리고 휴대용 전자장치에 의해 제공되는 유사한 다른 기능들 같은 추가 기능을 제공할 수 있다. 제공되는 많은 특징과 기능으로, 이동 단말기 사용자는 셀룰러 통신시스템에 의해 제공되는 무선통신서비스의 사용량이 증가하고 있다.

이에 따라, 위에서 언급한 무선통신서비스를 제공을 위해 사용되는, 셀룰러 무선 스펙트럼은, 제한되므로, 셀룰러 무선 스펙트럼은 증가하는 무선 트래픽에 대해 셀룰러 자원의 제한된 용량을 제공한다. 한정된 무선 자원을 해결하기 위해, 최근의 연구와 개발은, 셀룰러 자원을 사용하는 모바일 최종 사용자와 사용자 기기(User Equipment: UE)에 많은 무선자원을 제공하는 방향으로 이동되고 있다. 예를 들어, 연구는 UE에 의해 사용되는 셀룰러 자원의 양을 감소하기 위해, 셀룰러 네트워크와 함께 혹은 셀룰러 네트워크 위에서 동작하는 IEEE 802.11 또는 와이파이(Wireless-Fidelity: Wi-Fi) 네트워크를 통해 제공하도록 수행되고 있다. 따라서, 셀룰러 망과 셀룰러 망의 동작에 대해 간단한 설명이 아래에 제공된다.

도 1A는 종래기술에 따라 셀룰러 망의 제어 평면(control plane)을 도시하고 있다. 도 1B는 종래기술에 따라 셀룰러 망의 사용자평면(user plane)을 도시하고 있다.

도 1A 및 1B을 참조하면, 셀룰러 무선 스펙트럼, 즉, 셀룰러 무선망 또는 셀룰러망을 이용하는 무선통신시스템에서 UE는 셀룰러 무선링크를 통해 RAN(Radio Access Network)에 연결되고, RNA는 코어 망에 연결된다. 코어 망은 BS(Base Station), MSC(Mobile Switching Center), GSN(GPRS(General Packet Radio Service) Support Node) 혹은 코어 망에 포함되는 다른 유사한 구성요소를 포함한다. RAN은 무선링크를 설정하기 위해 무선자원 할당 절차를 이용한다. RAN에서 동작하는 셀룰러 망 시스템은 두 개의 평면으로 구성된다. 하나는 도 1A에 도시된 바와 같이 시그널링을 위한 네트워크 요소를 상호 연결하는 제어 평면(101)이고, 다른 하나는 도 1B에 도시된 바와 같이 음성데이터, 그래픽 데이터, 그리고 다른 유사한 사용자 데이터 같은 데이터를 위한 네트워크 구성요소를 상호 연결하는 사용자 평면(201)이다.

더 자세하게, BSS(BS Subsystem)로 지칭되는 RAN은, 또한 무선 셀 유닛 그리고 RNC(Radio Network Controller)를 제공하는 무선 트랜시버로 적어도 하나 이상의 Node-B로 구성될 수 있다. RNC는 적어도 하나 이상의 Node-B을 제어한다. 따라서, RAN은 UE와 RAN사이 연결들을 제어하여 UE가 RAN를 액세스하는 것을 제공한다. 예를 들어, NAS(Non-Access Stratum)(102)는 MSC/GSN을 통한 UE와 코어 망 사이 프로토콜 인터페이스의 상위 계층이며, UE의 네트워크 진입, 종료, 그리고 핸드오버를 관리하기 위해 UE의 관리뿐만 아니라 호 세션 및 데이터 세션 설정을 제공한다.

또한, NAS(102)은 RAN을 통해 UE와 코어 망 간의 회선교환(Circuit Switched: CS) 통화 서비스와 패킷교환(Packet Switched: PS) 데이터 서비스를 제공할 수 있다. 무선자원제어(Radio Resource Control: RRC)(103)은 NAS(102) 아래에 놓이는 계층이며, RRC(103)는 무선연결을 설정하기 위해 UE와 RAN 사이의 무선자원제어를 제공한다. 특히, RRC(103)은 무선자원 연결을 설정하기 위해, UE와 RRC(103) 사이 무선 자원 협상을 제공한다. 여기서, 무선 자원 협상 동안에, UE와 RAN 모두 RRC(103) 프로토콜 인터페이스를 통해, 무선 파라미터 그리고 무선 상태를 교환한다. 또한, RRC(103)는 UE가 셀간 로밍을 하는 동안에 연결을 설정하거나 해체하여, 연결(connection)과 이동관리(mobility management)를 제공하고, UE가 로밍되거 혹은 놓이는 셀의 링크품질을 결정하여, 무선상태를 모니터링하여 제어하고, 그리고 RAN의 연결상태를 관리한다.

무선링크제어(Radio Link Control: RLC)(104)는 RRC(103) 혹은 BMC(Broadcast/Multicast Control)와 PDCP(Packet Data Convergence Protocol)와 같은 다른 유사한 상위 계층과, 무선통신시스템의 논리적 채널 간의 통신을 제공한다. 특히, RLC(104)는 UE와 RAN간 프레임 전송을 제공한다. 따라서, RLC(104)는 UE와 RAN 사이 전송되는 데이터에 대해 세그먼트 및 재조립을 수행하고, 오류 검출 및 복구를 수행하고, UE와 RAN 사이 전송된 제어 메시지의 암호화(ciphering) 및 해독(deciphering)을 수행한다. RLC(104)는 UE와 RAN 사이 시그널링 및 트래픽 데이터의 원하는 제어에 따라, 세 가지 모드(예: AM(Acknowledged Mode), TM(Transparent Mode), 그리고 UM(Unacknowledged Mode))로 동작한다.

또한, MAC(105)은 논리적 채널을 물리계층의 전송채널에 매핑한다. MAC(105)은 논리 채널의 데이터를 멀티플렉싱 수행하고 HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request) 기능을 관리하는 책임이 있다. MAC(105)은 또한 데이터 흐름에 대한 우선순위 처리를 수행하여, 다수 전송 세션이 있을 때, MAC(105)은 높은 우선순위 데이터 전송이 해당 우선순위를 수신하도록, 각 세션에 대한 동적 스케줄링을 처리한다. MAC(105)은 또한 트래픽 볼륨 모니터링을 수행할 수 있으며, 데이터 암호화 및 음성 데이터의 해독을 제공할 수 있다.

도 1B를 참조하면, 사용자 평면은 여기서 간결함을 위해 설명되지 않은 다른 계층들과 특징들 중 RLC(104)와 MAC(105)를 포함한다. 추가로, 도 1B의 사용자 평면의 RLC(104)와 MAC(105)은 도 1A에서 제어 평면에 대한 참조와 함께 설명한 바와 같이 RLC(104)와 MAC(105)와 유사하다. 또한 UE는 RLC(104)와 MAC(105)을 통해 프레임은 초당 50 프레임의 속도로 하나의 프레임이 매 20ms로 전송되는 음성 프레임의 전송을 위한 CS 서비스를 이용할 수 있다. 음성 프레임은, 무선 자원 할당 단계에서 결정된 구성 집합에 따라 각각의 전송을 위한 전송 옵션을 동적으로 결정하는, RLC(104)와 MAC(105)을 사용하여, RAN를 통해, UE에서 코어 망으로 전송될 수 있다. UE는 또한 무선 자원 할당 단계에서 결정된 구성 집합에 따라 RLC(104)와 MAC(105)에 의해 선택되는 주기 모드(periodic mode), 버스트 모드(burst mode), 또는 다른 적절한 전송 모드에서 데이터 패킷의 전송을 위한 PS 서비스를 사용할 수 있다. 데이터 패킷은 PDCP(Packet Data Convergence Protocol)을 사용하여, UE에서 RAN으로 전송되고, 그리고 RAN은 코어 망에 데이터 패킷을 중계하기 위해, PDCP를 GTP(GPRS(General Packet Radio Service) Tunneling Protocol)로 변환한다.

도 2는 종래기술에 따라 UE에 의해 시작하는 음성 통화를 위한 신호 흐름도를 도시하고 있다.

도 2를 참조하면, 무선통신시스템은 MSC/GSN(201), RNC(202), Node-B(203) 및 UE(204)를 포함한다. UE(204)에서 시작하는 음성통화를 수행하기 위해, UE(204)은 205단계에서 Node-B(203)를 통해 무선 자원 할당을 요청하는 RRC 연결 요청 메시지를 RNC(202)에 전송한다. 다음, Node-B(203)와 RNC(202)가 새로운 트래픽 채널을 위한 하위 계층 동기화 프로세스를 수행한 후에, RNC(202)는 206단계에서 UE(204)을 위한 트래픽 채널 무선자원을 할당하고, UE(204)에 대한 물리적인 무선 자원을 설정하기 위해 Node-B(203)에 명령을 전송한다. 다음, RNC(202)와 Node-B(203)가 무선 자원 할당이 완료되었음을 UE(204)에 알리기 위해 무선 자원을 준비하고 있을 때, RNC(202)는 RRC 연결 설정 메시지를 UE(204)에 전송한다.

RRC 연결 설정 메시지를 수신할 시, UE(204)는 Node-B(203)와 무선링크를 설정하기 위해, RNC(202)와 Node-B(203)에 의해 준비된 무선자원을 선택하거나 이용한다. 다음, UE(204)가 무선링크를 설정되어 있음을 검출하자마자, Node-B(203)는 208단계에서 NBAP(Node-B Application Part) 무선링크 자원 지시 메시지를 RNC(202)에 전송한다. 다음, 209단계에서, UE(204)는 RRC 연결 설정 완료 메시지를 RNC(202)에 전송하고, RNC(202)는 210단계에서 UE(204)와 RAN사이 연결 상태보고 시작하는 UE(204)에 RRC 측정 제어 메시지를 전송한다. 다음, UE(204)는 211단계에서 호 설정을 시작하기 위한 NAS 세션 절차를 시작하도록, 초기 직접 전송-연결 관리 서비스 요청 메시지(Initial Direct Transfer-Connection Management service request message)를 전송하고, 그리고 UE(204)로부터 서비스 요청 메시지를 수신할 시, MSC/GSN(201)는 UE(204)와 MSC/GSN(201) 사이의 인증 및 암호화 프로세스를 수행한다.

다음, UE(204)는 212단계에서 DT-CC(Direct Transfer-Call Control) 설정 메시지를 MSC/GSN(201)에 전송하여, RNC(202)와 MSC/GSN(201) 사이의 디지털 트렁크로부터 음성 회선을 할당한다. 다음, MSC/GSN(201)은 213단계에서 RNC(202)에 할당된 음성회선에 대해 알리기 위해, DT-무선 베어러 할당 메시지를 전송하고, 그리고 호는 시그널링 모드에서 음성 모드로 전환된다. 다음, 214단계에서 Node-B(203)와 RNC(202) 사이의 연결은 시그널링 모드에서 음성 통화 모드로 전환된다. 다음, 215단계에서, RNC(202)는 NBAP-RLRP(NBAP-Radio Link Reconfigure Preparation) 메시지를 통해 Node-B(203)에 트래픽 채널을 위한 모드 변경을 요청하기 위해, Node-B(203)에 RRC-무선 베어러 설정 메시지를 전송하고, 그리고 NBAP-RLRP 메시지를 통해 모드 변경에 대해 UE에게 통보한다. 다음, 216단계에서, 발신 호 예를 들어, 상대방이 호를 수락할 때, MSC/GSN(201)는 DT-CC 연결 메시지를 UE(204)에 전송한다. 따라서, UE(204)은 음성 통화를 시작하여 연결할 수 있다.

또한, 이동통신시스템은 UE를 위해 추가 및/또는 확장된 무선 커버리지 제공하는 펨토셀(femtocell)을 포함할 수 있다. 펨토셀은 대략적인 100피트의 커버리지 영역을 서비스하며, 도 1A, 1B 그리고, 도 2에서 설명한 바와 같이 유사한 기술을 사용한다. 다시 말해, 펨토셀은 셀룰러 무선 모뎀을 통해 셀룰러 프로토콜 인터페이스를 사용하므로, 도 1A의 제어 평면과 도 1B의 사용자 평면을 사용하고, 그리고, 도 2의 무선통신시스템의 구성요소와 상호 동작한다. 하지만, 펨토셀은 몇 가지 단점이 있다. 셀룰러 무선 주파수 대역에서 동작하기 때문에, 이웃 매크로 기지국들과 무선간섭을 일으킬 수 있다. 또한, 각 펨토셀은 하나의 무선 셀로 결정되어, 각각 100피트의 대략적인 커버리지 영역을 가지고, 광범위하게 배치될 때 무선통신시스템의 구성 및 관리의 비용을 증가시킨다. 따라서, 비록 펨토셀의 사용이 셀룰러 네트워크 새도우 내에서 커버리지 또는 고밀도 위치를 제공하는 것 같은 응용을 증가시키더라도, 펨토셀의 많은 설치는 무선통신시스템의 구성 및 관리의 복잡도뿐만 아니라 비용을 증가시킨다.

추가로, UE에 대역폭의 증가된 용량을 제공하기 위해, 셀룰러 망 사업자는 음성, 데이터, 그리고 셀룰러 망 사업자 IP 서비스를 확장하기 위한 GAN(Generic Access Network)이라고도 불리는 UMA(Unlicensed Mobile Access)를 구현하여 오고 있다. UMA는 도 1A, 1B, 및 도 2를 참조하여 설명한 셀룰러 망 혹은 무선통신시스템의 프로토콜 인터페이스보다는 다른 프로토콜 인터페이스이다. 하지만, 그러나, UMA는 위에서 설명한 무선통신시스템과 비슷한 기능을 제공하고 셀룰러 무선 주파수 대역을 사용하지 않는 무선근거리통신망(Wireless Local Area Network: WLAN) 같은 비허가 네트워크를 사용하여 동작한다. 이에 따라, 셀룰러 망과 WLAN 네트워크 간의 끊김 없는 서비스를 제공하는 동안, UMA는 셀룰러 무선통신시스템의 추가 무선액세스시스템 하드웨어의 설치가 필요하지 않다.

하지만, UMA는 셀룰러 네트워크와 함께 프로토콜 인터페이스를 동작하기 때문에, UMA는 셀룰러 망에서 제공하는 모든 무선 통신 기능을 제공하지 않을 수도 있다. 따라서, UMA는 셀룰러 망과 같이 복잡하고 신뢰성이 없는 무선네트워크 환경에서 안정적으로 동작하지 않을 수 있으며, 따라서 안정적인 음성 및 데이터 서비스를 제공할 수 없으며 셀룰러 망을 통해 강건함(robustness) 또는 이용 가능한 많은 기능들을 제공하지 않을 수 있다. UMA는 셀룰러 망의 프로토콜 인터페이스보다는 다른 프로토콜 인터페이스이기 때문에, 셀룰러 망에서 UMA의 배치는 UMA 프로토콜을 셀룰러 망 프로토콜로 변환을 위한 게이트웨이를 제공하는 것을 포함하므로, UMA를 구현하는 셀룰러 망의 비용과 복잡도가 증가한다. 또한, UMA가 프로토콜과 셀룰러 망 프로토콜 사이의 필요한 변형(translation) 때문에, 새로운 셀룰러 프로토콜의 변경 혹은 새로운 셀룰러 프로토콜의 배치가, UMA 프로토콜과 새로운 셀룰러 프로토콜 인터페이스 사이의 변형을 제공하기 위해 UMA 프로토콜의 해당 변경과 해당 UMA 게이트웨이를 필요로 한다.

앞서 말한 복잡함 그리고 UMA 배치 문제로 인해, 많은 운용자가 UMA의 배포를 중단하거나 사용을 제한하고 있다. 따라서, 셀룰러 프로토콜 인터페이스를 통해 향상된 WLAN 액세스 또는 UMA가 원활하게 제공하기 위한 장치 및 방법이 필요하다.

본 발명의 목적은 적어도 위에서 언급한 문제점 및/또는 단점을 해결하고 적어도 아래에서 설명되는 장점을 제공하는 것이다. 따라서, 본원 발명의 목적은 모바일 사용자를 위한 셀룰러 망 및 무선 근거리통신망 사이에 끊김 없는 서비스를 제공하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이고, 특히 끊김 없이 WLAN 를 사용하여 무선 네트워크 서비스를 제공하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, WLAN AP(Access Point)와 게이트웨이를 포함하는 무선 근거리 통신망(Wireless Local Area Network: WLAN))을 통해 끊김 없이 셀룰러 망을 위한 음성전화를, 프레임 경로 스위치(Frame Route Switch: FRS) 및 무선 제어 에이전트(Radio Control Agent: RCA)를 가진 사용자 기기(User Equipment: UE)에 제공하는 방법에 있어서, 상기 UE의 상기 FRS로부터 무선 자원 요청 메시지를 수신한 후, 상기 UE의 상기 RCA가 셀룰러 망 자원 할당을 수행하는 과정과, 셀룰러 망과의 호 설정을 요청하기 위해서, 상기 RCA가 연결되어있는 상기 WLAN의 게이트웨이를 통해, 초기 직접 전송(Direct Transfer: DT) 연결 관리(Connection Management: CM) 서비스 요청을 상기 FRS에서 MSC(Mobile Switching Center)/GSN(GPRS(General Packet Radio Service) Support Node)로 전송하는 과정과, 상기 WLAN의 게이트웨이를 통해 상기 FRS와 상기 MSC/GSN 사이 인증과 보안 절차를 수행하는 과정과, 상기 MSC/GSN이, 상기 셀룰러 망을 사용하여 상기 UE로부터의 음성 통화에 대한 음성 트렁크를 프로비저닝하는 과정과, 상기 MSC/GSN에서 상기 WLAN의 게이트웨이로, 상기 게이트웨이와 상기 MSC/GSN사이 음성 트렁크를 열기 위해 상기 게이트웨이에 요청하는 무선 베어러 할당 요청 메시지(radio bearer assignment request message)를 전송하는 과정과, 상기 게이트웨이에서 상기 RCA로, 시그널링 모드에서 음성 모드로 상기 게이트웨이와 상기 RCA 사이 연결을 스위칭하기 위해, 상기 무선 베어러 할당 요청 메시지를 전송하는 과정과, 상기 게이트웨이로부터 상기 무선 베어러 할당 요청 메시지를 수신할 시, 상기 RCA에서 상기 FRS로, 무선 베어러 설정 메시지(radio bearer assignment request message)로 전송하는 과정과, 상기 FRS에서 상기 RCA로, 무선 베어러 설정 완료 메시지(radio bearer setup complete message)로 전송하는 과정과, 상기 게이트웨이를 통해 상기 RCA에서 상기 MSC/GSN로, 음성 호 설정 시그널링을 완료하여 음성 호 연결을 설정하기 위해, DT 무선 베어러 할당 완료 메시지(radio bearer assignment complete message)를 전송하는 과정을 포함한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 무선근거리통신망(Wireless Local Area Network: WLAN)를 통해 셀룰러 통신 서비스를 제공하는 사용자 기기(User Equipment: UE)에 있어서, 셀룰러 망 프로토콜 인터페이스, 프레임 중계 스위치(Frame Relay Switch: FRS) 및 셀룰러 모뎀을 포함하는 셀룰러 통신부와, WLAN 모뎀 및 무선 제어 에이전트(a Radio Control Agent: RCA)를 포함하는 WLAN 통신부를 포함하되, 상기 RCA는 상기 셀룰러 통신부와 상기 WLAN의 게이트웨이 간의 통신 터널을 제공한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 셀룰러 망과 무선근거리통신망(Wireless Local Area Network: WLAN)를 통해 셀룰러 통신 서비스를 제공하는 WLAN을 포함하는 무선통신시스템에서, 셀룰러 망을 제공하는 RAN(Radio Access Network)과, 상기 WLAN을 제공하는 WLAN AP(Access Point)와, 상기 셀룰러 망의 코어 망에 연결을 제공하는 MSC(Mobile Switching Center)/GSN(GPRS(General Packet Radio Service) Support Node)과, 상기 MSC/GSN에 상기 WLAN AP를 연결하는 게이트웨이와, 상기 RAN에 의해 제공되는 셀룰러 망과 상기 WLAN AP에 의해 제공되는 상기 WLAN 모두를 액세스할 수 있는 사용자 기기(User Equipment: UE)를 포함하되, 상기 UE는, 셀룰러 망 프로토콜 인터페이스, 프레임 중계 스위치(Frame Relay Switch: FRS) 및 셀룰러 모뎀을 포함하는 셀룰러 통신부와, WLAN 모뎀 및 무선 제어 에이전트(a Radio Control Agent: RCA)를 포함하는 WLAN 통신부를 포함하되, 상기 RCA는 상기 셀룰러 통신부와 상기 WLAN의 게이트웨이 간의 통신 터널을 제공한다.

상술한 바와 같이, UE(301)에 WLAN에서 사용하는 프로토콜로 셀룰러 망 프로토콜 인터페이스(302)를 천이시키는 FRS(Frame Route Switch) 및 RCA(Radio Control Agent)를 포함함으로써, WLAN를 사용하여 음성 전화를 수행하여, 셀룰러 망 자원의 사용을 줄일 수 있는 이점이 있다.

상기 언급한 그리고 다른 목적, 특징 그리고 본원 발명의 구현에 있어서 장점은 수반되는 도면과 함께 다음 설명으로부터 더 명백해 질 것이다.
도 1A는 종래기술에 따라 셀룰러 망의 제어 평면(Control Plane)을 도시하고 있다.
도 1B는 종래기술에 따라 셀룰러 망의 사용자 평면을 도시하고 있다
도 2는 종래기술에 따라 사용자 기기(User Equipment: UE)에서 시작되는 음성통화를 위한 신호 흐름을 도시하고 있다.
도 3 본원 발명의 전형적인 실시 예에 따른 셀룰러 망 및 무선근거리통신망(WLAN)에서 UE를 도시하고 있다.
도 4A는 본원 발명의 전형적인 실시 예에 따라 제어 평면 프로토콜 인터페이스를 도시하고 있다.
도 4B는 본원 발명의 전형적인 실시 예에 따라 사용자 평면 프로토콜 인터페이스를 도시하고 있다.
도 5는 본원 발명의 전형적인 실시 예에 따라 모바일 사용자를 위한 끊김 없는 서비스를 제공하는 셀룰러 망과 WLAN을 도시하고 있다.
도 6은 본원 발명의 전형적인 실시 예에 따라 WLAN을 통해 음성통화를 시작하는 UE를 위한 신호 흐름도를 도시하고 있다.
도면 전반에 걸쳐, 같은 참조 번호는 동일하거나 유사한 요소, 기능 및 구조를 설명하는데 사용되는 것을 인지해야 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본원 발명의 전형적인 구현은 모바일 사용자를 위한 셀룰러 망과 무선근거리통신망(Wireless Local Area Network: WLAN) 사이의 끊김 없는 서비스 제공을 위한 장치 및 방법을 포함한다. 더 특히, 본원 발명은 끊김 없이 WLAN를 사용하여 셀룰러 망 서비스를 제공하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 3 본원 발명의 전형적인 실시 예에 따른 셀룰러 망과 WLAN에서 사용자 기기(User Equipment: UE)를 도시하고 있다.

도 3을 참조하면, UE(301)은 UE(301)의 셀룰러 모뎀(303)과 UE(301)에 셀룰러 자원을 제공하는 RAN(Radio Access Network)(307) 간 셀룰러 자원을 통해 MSC(Mobile Switching Center)/GSN(GPRS(General Packet Radio Service) Support Node)(308)와 통신하기 위한, 셀룰러 망 프로토콜 인터페이스(302)를 포함한다. 본원 발명의 구현에 있어서, 여기 아래서 UE는 셀룰러 폰, 모바일 터미널, 모바일 전자기기, PDA (Personal Digital Assistant), 태블릿 컴퓨터, 휴대용 및/또는 노트북, PMP(Portable Media Player), 혹은 무선통신 기능이 있는 다른 유사한 휴대용 전자기기 중 하나일 수 있다. UE(301)는 또한 Wi-Fi(Wireless-Fidelity) 자원을 사용하여 WLAN AP(304)에 연결하는, IEEE 802.11 모뎀 같은 WLAN 모뎀을 통해 셀룰러 망 프로토콜 인터페이스(302)를 사용하여 WLAN와 통신할 수 있다. 더 자세히, UE(301)는 셀룰러 망 프로토콜 인터페이스(302)를 사용하여 통신하는 동안 셀룰러 망과 Wi-Fi 망의 각 물리계층 사이를 전환하기 위해, 셀룰러 모뎀(303)과 WLAN 모뎀(304) 사이를 전환할 수 있다.

UE(301)은 셀룰러 모뎀(303)을 통해 셀룰러 망에 연결된 경우에 UE(301)는 셀룰러 망 프로토콜 인터페이스(302)를 사용하여 MSC/GSN(308)와 통신한다. 이와 같은 경우, 셀룰러 망 상태가 열악하다고 결정될 수 있으며, UE(301)는 Wi-Fi 망을 통해 더 나은 무선 연결성을 수신할 것이다. 따라서, WLAN 모뎀(304)이 켜질 때, 이전에 무선통신을 위해 셀룰러 모뎀(303)을 사용하고 있었던 UE(301)는 WLAN 통해 무선 통신을 위한 WLAN 모뎀(304)으로 전환하고, 셀룰러 망 프로토콜(302)을 사용하여 셀룰러 코어 망, 예를 들어 MSC/GSN(308)와 상호 동작하는 것을 유지한다.

MSC/GSN(308)로 전송되는 WLAN 모뎀(304)과 WLAN AP(305) 사이의 통신을 하기 위해, 게이트웨이(306)는 WLAN과 셀룰러 망 사이의 끊김 없는 연결을 제공하기 위해 UE(301)와 MSC/GSN(308) 사이에 놓인다.

비록 도 3에 도시하지 않았지만, 끊김 없는 연결성을 제공하기 위해, UE(301)는 WLAN에서 사용하는 프로토콜로 셀룰러 망 프로토콜 인터페이스(302)를 천이시키는 FRS(Frame Route Switch) 및 RCA(Radio Control Agent)를 포함할 수 있다. 따라서, 도 3의 본원 발명의 전형적인 실시 예에서, UE(301)와 게이트웨이(306)에 FRS와 RCA의 추가되어, UE(301)의 셀룰러 네트워크 프로토콜 인터페이스(302) 구조는 크게 수정되지 않으므로, WLAN과 셀룰러 망 사이의 끊김 없는 연결을 단순한 구현할 수 있고, 시스템의 유지 보수를 최소화할 수 있다.

게이트웨이의 주요 역할은 단지 코어 망과의 표준 프로토콜 인터페이스를 지원하는 것이기 때문에, 게이트웨이의 로직 복잡도가 낮고, 따라서 게이트웨이의 구현 및 유지 관리가 매우 제한된다. 하지만, 본원 발명의 실시 예에 따른 제어 평면(control plane) 및 사용자 평면(user plane)은 위에서 언급한 UE(301), WLAN AP(305), 게이트웨이(306) 그리고 MSC/GSN(308)에 대한 참조와 함께 더 자세히 아래에서 설명한다.

도 4A는 본원 발명의 전형적인 실시 예에 따라 제어 평면 프로토콜 인터페이스를 도시하고 있다.

도 4A를 참조하면, UE(301), WLAN AP(305), 게이트웨이(306), 그리고 MSC/GSN(308)은 UE(301)에 서비스를 제공하는 무선 통신 시스템에서 서로 연결되어있다. 더 자세히, UE(301)는 WLAN AP(305)를 거쳐 WLAN을 통해 RCA를 통해 게이트웨이(306)에 연결된다. 여기서, UE(301)와 게이트웨이(306) 사이의 통신채널은 WLAN을 통해 터널링(tunneling)을 거쳐 설정된다. 따라서, MSC/GSN(308)에 터널을 제공하기 위해, 게이트웨이(306)는 셀룰러 프로토콜 인터페이스를 통해 MSC/GSN(308)와 연결된다.

도 4A에 도시된 바와 같이, RRC(Radio Resource Control) 인터페이스, RLC(Radio Link Control) 인터페이스 및 MAC(Media Access Control) 인터페이스 같은 셀룰러 망 프로토콜 인터페이스의 구성 요소는 UE(301)의 RCA(Radio Control Agent)에서 종료된다. 따라서, UE(301)에 의해 시작되어, 셀룰러 망 프로토콜 인터페이스의 위에서 언급한 인터페이스들에 따라 전송되는 메시지는, 밖으로 또는 UE(301)를 넘어 전송되지 않는다. 따라서, 셀룰러 망 프로토콜 인터페이스의 NAS(Non-Access Stratum) 계층은 UE(301)와 WLAN AP(305)을 통해 전달되는 게이트웨이(306) 사이의 터널을 사용하여 게이트웨이(306)에 중계된다. 게이트웨이(306)는 RANAP(Radio Access Network Application Part) 프로토콜, BSSMAP(BS Subsystem Management Application sub-Part) 프로토콜, 또는 기타 적합한 프로토콜을 사용하여, MSC/GSN(308)에 터널을 사용하여 수신된 메시지들을 더 중계한다.

도 4B는 본원 발명의 전형적인 실시 예에 따라 사용자 평면 프로토콜 인터페이스를 도시하고 있다.

도 4B를 참조하면, UE(301)는 CS(Circuit Switched) 서비스를 사용하여 음성통화를 실행할 수 있으며 PS(Packet Switched) 서비스를 사용하여 데이터 통화를 실행하거나 혹은 데이터 서비스를 이용할 수 있다. 음성 통화를 실행하기 위해, UE(301)에 의해 생성된 음성프레임은 UE(301)의 RCA에 의해 RTP(Real-time Transport Protocol)로 캡슐화된다. 음성프레임은 WLAN AP(305)을 통해, UE(301)에서 게이트웨이(306)로 전달된다. 게이트웨이(306)는 도 4B에 도시된 바와 같이 FP(Frame Protocol)를 사용하여 MSC/GSN(308)에 음성 프레임을 전송한다. 데이터 서비스를 이용하는 데이터 통화 혹은 데이터 패킷을 전송하는 경우, UE(301)는 RCA를 통해 데이터 패킷을 전송하기 위해 PDCP(Packet Data Convergence Protocol)를 사용한다. 여기서, PDCP는 WLAN AP(305)에 의해 중계된 후에 게이트웨이(306)에서 종료된다. 게이트웨이(306)는 GTP(GPRS(General Packet Radio Service) Tunneling Protocol)를 사용하여 MSC/GSN(308)로 데이터 패킷을 전송한다. 본원 발명의 또 다른 전형적인 실시 예에 따르면, PDCP는 UE(301) RCA에서 종료될 수 있고, 그리고 그때 RCA는 게이트웨이(306)에 적절한 전송 방법을 사용하여 원시(raw) 패킷 데이터를 전송할 수 있다.

도 5는 본원 발명의 전형적인 실시 예에 따라 모바일 사용자를 위해 끊김 없는 서비스를 제공하는 셀룰러 망과 WLAN을 도시하고 있다.

도 5를 참조하면, UE(501)는 FRS(502)와 RCA(503)를 포함한다. FRS(502)는 WLAN 링크의 상태를 감지하여, 전송채널을 통해 전송되는 프레임의 라우팅을 모뎀에 제공한다. 특히, FRS(502)은 전용 채널(Dedicated Channel: DCH), 동기화 채널(Synchronization Channel: SCH), 방송 채널(Broadcast Channel: BCH), 페이징 채널(Paging Channel: PCH), 순방향 액세스 채널(Forward Access Channel: FACH), 랜덤 액세스 채널(Random Access Channel: RACH), 멀티 캐스트 채널(Multicast Channel: MCH), 또는 기타 유사한 채널을 사용하여 전송되는 프레임들에 대해 라우팅을 제공한다. 다시 말해, FRS(502)은, 셀룰러 모뎀(303)(도 3 참조) 같은 셀룰러 무선 혹은 네트워크 모뎀을 사용하여, 위에서 언급한 전송계층 채널을 셀룰러 망의 물리계층 채널에 매핑시키기 위해, MAC 계층과 물리계층 사이 놓인다. 또 다른 구현에 있어서, FRS(502)는 WLAN 링크를 통한 전송을 위해 RCA(503)에서 위에서 언급한 전송계층 채널들의 프레임들을 가상 전송 채널(Virtual Transport Channel: VTC)로 라우팅한다. 따라서, UE(501)이 셀룰러 모뎀을 사용하여, 셀룰러 무선 네트워크를 통해 사용자 데이터를 전송할 때, 전송 계층 채널의 프레임은 셀룰러 물리적 채널에 매핑된다. 또 다른 구현에 있어서, UE(501)이 WLAN 모뎀, 또는 다른 유사하거나 적합한 WLAN 모뎀을 사용하여, WLAN을 통해 사용자 데이터를 전송할 때, 전송 계층 채널의 프레임은 RCA(503)에서 VTC로 라우팅된다.

RCA(503)은 RRC, RLC 및 MAC 같은 프로토콜에 대해 종료 무선 링크 제어 프로토콜 인터페이스를 제공한다. 또한 RCA(503)은 WLAN을 거쳐 터널링을 통해 게이트웨이(505)를 통해 코어 망에 NAS 시그널링과 사용자 데이터, 즉, 사용자 데이터 트래픽을 중계한다. 셀룰러 망을 통해 동작하는 이러한 UE(501)와 같은 UE의 경우, RRC 계층은 무선 연결 설정 절차(radio link setup procedure)를 제공하고 RLC 및 MAC 계층들은 셀룰러 무선망에서 UE와 RAN 사이의 무선 링크 연결을 책임지고 있다. 하지만, UE(501)는 WLAN에서 동작 될 때, 그때 RCA(503)은 미리 정의된 매개변수로 셀룰러 프로토콜 인터페이스에 VTC와 같은 가상 무선 링크를 제공하기 위해 RRC, RLC 및 MAC 계층을 종료한다. 따라서, RCA(503)은 게이트웨이(504)를 통해 코어 망에 셀룰러 프로토콜 인터페이스 데이터를 중계한다. 여기서, RCA(503)은 VTC를 통해 셀룰러 프로토콜 인터페이스와 통신하여, UE(501)로부터의 데이터 패킷들이 WLAN를 통해 제공되는 터널을 사용하여 게이트웨이(504)에 전송되도록 한다.

FRS(502)와 마찬가지로, RCA(503)은 WLAN 링크의 상태를 모니터링하고, WLAN과 셀룰러 망 사이의 핸드오버 혹은 스위칭에 관한 결정을 제어하기 위한 사용된 정보를 수집하기 위해, 게이트웨이(504)와 통신할 때 IP 패킷 QoS(Quality of Service)의 상태를 확인할 수 있다. 또한, RCA(503)는 UE(501)의 셀룰러 프로토콜 인터페이스에 의해 시작되는 RRC 종료를 수행하는, 가상 RRC (Virtual-RRC: V-RRC)를 위한 프로토콜 인터페이스를 포함한다. CS 서비스에서, NAS와 같은 더 높은 네트워크 프로토콜 인터페이스는, UE(501)와 코어 망이 직접 논리적 채널을 포함한 논리적인 세션을 설정하기 위해 정보를 교환할 수 있도록, 코어 망에 중계한다. 이 동작에서, V-RRC 또한 게이트웨이(504)에 NAS 시그널링 메시지를 전달하는 것을 담당한다. 또한 V-RRC는 미리 정의된 매개변수에 따라 셀룰러 프로토콜 인터페이스의 RRC에 응답한다.

RCA(503)은 또한 가상 RLC(Virtual-RLC: V-RLC)를 위한 프로토콜 인터페이스를 포함하여, 셀룰러 프로토콜 인터페이스의 RLC에 응답한다. V-RLC 또한 트래픽의 프레임, 즉, 같은 음성 프레임, IP 패킷을 전달하기 위한 PDCP 프레임, 또는 기타 유사한 프레임과 같은 사용자 데이터를 가진 프레임을 추출하고, 그리고, RTP를 통해 또는 적합하고 안정적인 채널을 통해, 게이트웨이(504)로 추출된 트래픽 프레임을 중계하는 것을 담당한다. 더하여, V-RLC는 미리 정의된 매개변수에 따라 셀룰러 프로토콜 인터페이스의 RLC에 응답한다. 또한, RCA(503)은 셀룰러 프로토콜 인터페이스의 MAC에 응답 가상 MAC 용 프로토콜 인터페이스 (V-MAC)를 포함한다. V-MAC는 프레임 포맷을 제어하는 것을 담당하고, FRS(502)를 통해 VTC와 상호 작용하고, V-MAC은 미리 정의된 매개변수에 따라 셀룰러 프로토콜 인터페이스의 MAC에 응답한다.

더욱 자세하게, VTC는 RAN에 대한 물리 채널 에뮬레이션을 제공한다. UE(501)이 WLAN과 링크가 있는 경우, VTC는 셀룰러 프로토콜 인터페이스에서 MAC 계층의 각 전송 채널에 대한 물리적 채널 에뮬레이션을 제공한다. VTC는 각 채널 포맷에 대해 게이트웨이(504)와 UE(501) 사이의 경로를 제공하여, VTC는 FACH과 RACH에 대해 시그널링 채널 프레임을 제공하고, VTC는 DCH와 SCH에 대해 트래픽 채널 프레임을 제공하고, VTC는 BCH에 대해 방송 기능을 제공하고, VTC는 PCH에 대해 페이징 기능을 제공하고, VTC는 MCH에 대해 멀티 캐스팅 채널 프레임을 제공한다.

게이트웨이(504)는 코어 망과 통신하기 위한 전송계층과 물리계층 인터페이스를 포함한다. 여기서, 전송계층과 물리계층 인터페이스는 코어 망과 통신하기 위한 셀룰러 프로토콜 인터페이스에 사용되는 통신 표준 또는 통신 프로토콜을 따른다. 게이트웨이(504)는 RNC와 같은 역할을 수행하여, 코어 망 구성 요소와 접속되고, 코어 망뿐 아니라 MSC/GSN에 표준 셀룰러 프로토콜 인터페이스를 제공한다. 게이트웨이(504)는 UE(501)와 코어 망 간 NAS 시그널링 메시지 같은 메시지를 직접 중계하는, RANAP 또는 BSSMAP 인터페이스 중 적어도 하나를 포함한다. CS 서비스의 경우, 게이트웨이(504)는 UE(501)와 코어 망 간 음성 트래픽을 중계하기 위한 FP(Frame Protocol) 인터페이스를 포함하고, PS 서비스의 경우, 게이트웨이(504)는 UE(501)와 코어 망 간 사용자 데이터 트래픽을 중계하기 위한 GTP 인터페이스를 사용한다. 여기서, 게이트웨이(504)는 WLAN에 연결된 UE들 각각 위한 터널링 서비스를 제공한다. 또한, 게이트웨이(504)는 UE(501)에 의해 요청될 때, UE(501)에 QoS 피드백을 제공한다. 요약하면, 게이트웨이(504)는 게이트웨이(504)를 통해 코어 망에 연결된 UE와 관련된 RAN 혹은 BS같은 역할을 하거나, 다시 말해, 게이트웨이(504)를 통해 코어 망에 연결된 UE와 관련된 RAN 혹은 BS을 애뮬레이트하여 나타낸다.

UE(501)는, 위에서 언급한 바와 같이, 셀룰러 망과 WLAN 모두에 연결할 수 있다. UE(501)가 셀룰러 모뎀을 통해 셀룰러 망에 연결하고 동시에 UE(501)의 WLAN 모뎀을 활성화하는 경우, WLAN 모뎀은 WLAN AP로부터 IP 주소를 할당 받기위해, UE와 WLAN AP간에 링크를 설정한다. IP 주소를 할당받자마자, UE(501)는 WLAN에 연결하는 것으로 고려하며, 이후, UE(501)은 WLAN AP가 제공하는 WLAN을 사용하여 게이트웨이(504)에 연결할 수 있다. 따라서, UE(501)는 GTP 또는 다른 유사한 프로토콜을 사용하여 터널을 통해 게이트웨이(504)와 통신할 수 있다. WLAN 모뎀이 활성화되기 전에, UE(501)의 FRS는 위에 언급한 전송 채널을 셀룰러 모뎀에서 사용하는 물리적 채널에 매핑한다. 따라서, UE(501)가 WLAN 모뎀을 사용하여 WLAN에 연결될 때, UE(501)의 RCA(503)는 링크 상태 통지를 FRS(502)에 제공하고, FRS(502)는 RCA(503)에서 셀룰러 무선모뎀으로부터의 모든 전송 채널 경로를 VTC로 스위칭한다. 그러한 경우에, RCA(503)는 전송 채널 에뮬레이션을 수행한다.

전송 채널 에뮬레이션을 제공하기 위해, RCA(503)는 또한 위에서 언급한 V-RRC 기능을 제공하는 프로토콜 인터페이스를 포함한다. 따라서 UE(501)에서 실행되는, 음성 통화 응용 프로그램 또는 인터넷 브라우저 응용 프로그램 같은 사용자 응용프로그램이 네트워크 자원을 사용할 때, UE(501)는 또한 V-RRC 프로토콜 인터페이스를 사용하여 무선 자원 할당 절차를 시작하고, 그리고 해당 할당 데이터 혹은 메시지는 셀룰러 망 프로토콜 인터페이스의 RLC/MAC을 통해 사용자 응용프로그램에 시그널링 프레임으로 전송된다. 다음, FRS(502)는 RCA(503)에서 이 시그널링 프레임을 VTC에 새로운 경로로 라우팅한다. RCA(503)에서 VTC는 NAS를 통해 시그널링 프레임을 중계하기 위해서 RCA(503)에서 상위계층 V-MAC, V-RLC를 다시 호출하여 전송 채널 에뮬레이션을 제공한다. 그러므로, RRC 프로토콜 인터페이스 메시지를 통해 제공되는 시그널링 프레임은 RCA(503)의 V-RRC에 도달한다.

본원의 전형적인 실시 예에서, 도 5에 도시한 바와 같이, 셀룰러 무선 링크를 통해 UE(501)와 RAN 사이의 무선링크 설정을 위한 무선자원 할당 절차의 단계를 수행하기보다는, UE(501)는 WLAN 모드에서 동작한다. 따라서, UE(501)가 이미 무선자원을 가지고 WLAN에 연결되기 때문에, V-RRC가 사용되어서 UE(501)가 RAN와 무선 자원 할당 절차를 수행하지 못할 수도 있다. 더욱이, RCA(503)의 V-RRC는 V-RRC의 구현을 간소화하기 위해 사전 구성된 매개 변수로 셀룰러 프로토콜 인터페이스의 RRC에 응답할 수 있다. 또한, V-RRC 통해 RRC 절차를 완료한 후, UE(501)는 코어 망과 NAS 시그널링 절차를 시작한다. UE(501)는 FRS(502)의 셀룰러 프로토콜 인터페이스에서 RCA(503)의 V-RRC로, NAS 시그널링 메시지를 전송하고, 그리고 NAS 시그널링 메시지는 IP 터널과 같은 통신채널을 사용하여 게이트웨이(504)로 중계된다.

RCA(503)의 V-MAC은 FRS(502)에서 MAC 계층에 응답을 제공하며, 셀룰러 프로토콜 인터페이스가 있다. 셀룰러 무선 네트워크에서, MAC은 UE(501)와 RAN사이의 무선링크를 설정하기 위해 사용되고, 데이터 흐름의 우선 순위 처리, 트래픽 볼륨 모니터링 및 PDU(Packet Data Unit) 크기 설정, 음성데이터 암호화 그리고 MAC 계층에서 제공되는 다른 유사한 기능들 같은 기능을 제공한다. 따라서, RCA(503)의 V-MAC은 FRS(502)의 MAC과 직접 접속되어, FRS(502)과 같은 동일한 시스템 도메인을 통해 제공되고, 그리고 RCA(503)는 UE(501)에서 동일한 위치에 위치된다. 따라서, 오히려 UE(501)와 코어 망 사이 위에서 설명한 기능을 수행하기보다는, UE(501)가 WLAN를 사용하여 동작할 때 그러한 기능이 수행되지 않습니다. 따라서, 셀룰러 프로토콜 인터페이스의 MAC 기능이 간단하여, UE(501)에서 V-MAC을 구현하는 것이 간단하다.

다음, RCA(503)에서 제공하는 VTC에 대해 더 설명한다. UE(501)가 MAC 계층 전송 채널 프레임을 게이트웨이(504)로 중계하기 위해서, FRS(502)를 가지고 RCA(503)의 VTC를 사용하여 V-MAC으로 중계하는 그러한 것은 MAC 계층 전송채널 프레임을 UE(501)에서 전송채널을 에뮬레이트하는 VCT로 스위칭한다. VTC는 FRS(502)의 MAC에 다음의 에뮬레이트된 채널들을 제공할 수 있다. BCH는 WLAN을 위한 기설정되는, 시스템 ID, 셀 ID 및 이웃 셀 정보를 제공하기 위해 에뮬레이트될 수 있고, PCH는 코어 망 예를 들어, MSC/GSN(308)(도 3 참조)으로부터 게이트웨이(504)를 통해 유입되는 네트워크 서비스 세션 요청이 있을 때 에뮬레이트될 수 있다. 여기서, VTC의 PCH는 게이트웨이(504)로부터 제공되는 정보에 기반하여 기설정된 페이징 메시지 정보를 포함할 수 있다. MCH는 멀티캐스트 정보가 게이트웨이(504)를 통해 코어 망으로부터 RCA(502)에 도착할 때, 에뮬레이트될 수 있다. UE(501)로부터의 시그널링 데이터 및 사용자 데이터(예: 사용자 트래픽)가 DCH 및/또는 SCH를 통해 게이트웨이(504)에 보내질 때, DCH 및/또는 SCH는 에뮬레이트될 수 있다. 셀룰러 프로토콜 인터페이스에서 MAC 계층을 통해 게이트웨이(504)에서 UE(501)로 방송정보를 중계하기 위해뿐 만 아니라, 게이트웨이(504)를 통해 코어 망으로 중계되도록 하기 위해 RCA(503)의 V-MAC로 액세스 요청 메시지를 보내는 셀룰러 프로토콜 인터페이스의 MAC 계층으로부터 액세스 요청 메시지를 수신하기 위해, FACH 및/또는 RACH는 에뮬레이트될 수 있다. 셀룰러 프로토콜 인터페이스의 MAC 계층은 물리적 채널로부터의 프레임 품질 및 신호 품질을 모니터링하여 전력제어를 수행한다. 따라서, UE가 WLAN를 통해 동작할 때, MAC 계층이 MAC 계층 전력제어와 같은 셀룰러 무선 링크에서 하는 것처럼 동일한 동작을 수행할 수 있도록, VTC는 셀룰러 프로토콜 인터페이스의 MAC 계층에 그러한 링크 품질 정보를 제공한다.

UE(501)가 WLAN 모드에서 작동될 때, UE(501)는 또한 QoS 모니터링을 수행하여 무선 링크 측정을 수행할 수 있다. 더 특히, RCA(503)은 무선 연결 상태를 확인하고 그리고 QoS에 관한 게이트웨이(504)의 응답을 모니터링한다. 예를 들어, 무선링크의 품질이 임계값 아래로 떨어질 때, 핸드오버 절차를 시작하기 위해 UE(501)의 FRS(502)에서 셀룰러 프로토콜 인터페이스 계층이 게이트웨이(504)로 무선링크를 측정보고를 보낼 수 있도록, RCA(503)는 무선링크 품질을 반영하기 위해 VTC을 트리거링한다. 또한, UE(501)는 WLAN 모드에서 동작 중일 때, RCA(503)는 게이트웨이(504)로 터널을 시작한다. 여기서, 게이트웨이(504)는 각 연결되는 UE에 대한 자원을 할당한다. 따라서, UE(501)와 게이트웨이(504) 사이의 트래픽은 터널링을 통해 구체적으로 VTC을 통해 전달된다.

FRS(502)에서 MAC 및 RLC의 동작을 단순화하기 위해, 그리고 RCA(503)에서 V-MAC 및 V-RLC의 동작을 단순화하기 위해, 간단한 전송 포맷(Transport Format: TF)은 UE(501)에 의해 구현된다. UE(501)가 음성 서비스를 시작할 때, 음성 데이터는 FRS(502)를 거처 RLC와 MAC을 통해 전송된다. 다음, RCA(503)의 V-RLC는 RTP를 사용하여 음성 데이터 프레임으로써 음성 데이터를 인캡슐레이션하고(encapsulate), 그리고 게이트웨이(504)에 음성 데이터 프레임을 전송한다. 게이트웨이(504)는 음성 데이터 프레임을 수신하고, 수신된 음성 데이터 프레임의 음성 데이터를 추출한다. 다음 게이트웨이(504)는 MSC/GSN(308)(도 3참조)로 보내지도록 하기 위해서 FP를 사용하여 추출된 음성 데이터를 인캡슐레이션한다. FRS(502)의 RLC와 RCA(503)의 V-RLC의 사이의 링크는 대역폭이 제한되지 않으므로, RLC를 위한 대한 패킷 크기는 동적으로 변경되지 않는다. 따라서 FRS(502)의 RLC와 MAC은 하나의 TF를 사용하여, FRS(502)의 RLC와 MAC의 동작을 단순화할 뿐만 아니라 단순화하여 RCA(503)에서 V-MAC 및 V-RLC의 복잡도를 감소시킨다.

UE(501)가 데이터 서비스를 시작할 때, 사용자 데이터는 간단한 TF를 통해 최대속도로 PDCP 프레임으로 전송된다. 여기서, PDCP 프레임은 PDCP 헤더 없이 전송된다. PDCP 프레임은 RCA(503)에서 종료되어서, 게이트웨이(504)와 MSC/GSN(308) 사이 신뢰성 있는 채널로 GTP를 사용하여 순수한 데이터 페이로드를 게이트웨이(504) 중계하기 위해, PDCP 프레임으로부터 사용자 데이터를 분해한다. 그러나, 본원 발명은 그것에 제한되지 않으며, PDCP 프레임은 RCA(503)에서보다는 오히려 게이트웨이(504)에서 종료될 수 있다.

다음, 위에서 설명한 UE(501)의 동작에 관련한 게이트웨이(504)의 동작은, 더욱 자세히 설명된다. 게이트웨이(504)는 모든 들어오는 UE 연결을 하나의 그룹으로 만들어, 하나의 RNC의 동작을 에뮬레이트한다. 또한, 이러한 UE(501)와 같은 UE가 게이트웨이(504)에 연결되는 WLAN AP에 의해 제공되는 WLAN으로 접속한 후, UE(501)의 RCA(503)는 게이트웨이(504)와의 TCP(Transport Control Protocol)/IP 연결을 초기화한다. 게이트웨이(504)와의 TCP/IP 연결을 하자마자, UE(501)는 UE(501)과 게이트웨이(504) 사이의 신뢰성과 보안통신을 하기 위해 RCA(503)과 게이트웨이(504) 사이의 터널링 절차를 시작한다. 또한, 이러한 경우에는 게이트웨이(504)는 UE(501)에 표준 셀룰러 망 서비스 및 기능을 제공하고, 그러한 서비스는 셀룰러 망에서 UE(501)의 등록, 음성통화 발신, 발신 음성통화 종료, 셀룰러 무선 망과 WLAN 사이의 UE(501)의 핸드오버, 데이터 세션 활성화 및 비활성화뿐만 아니라 다른 유사한 표준 셀룰러 망 서비스를 포함한다.

게이트웨이(504)가 RCA(503)로부터 시그널링 요청을 수신할 때, 게이트웨이(504)는 RANAP을 통한 코어 망에 시그널링 요청을 중계한다. RANAP는 게이트웨이(504)에 의해 에뮬레이트되는 RNC와 MSC/GSN(308) 사이의 셀룰러 프로토콜 인터페이스이다. 게이트웨이(504)가 RCA(503)로부터 음성 데이터를 수신할 때, 게이트웨이(504)는 FP을 통해 코어 망에 음성 데이터를 중계한다. FP는 RNC와 음성 트래픽에 대한 MSC/GSN(308) 사이의 셀룰러 프로토콜 인터페이스이다. 게이트웨이(504)가 RCA(503)로부터 사용자 데이터를 수신할 때, 게이트웨이(504)는 GTP를 통해 코어 망에 사용자 데이터를 중계한다. GTP는 RNC와 사용자 데이터에 대한 MSC/GSN(308) 사이의 셀룰러 프로토콜 인터페이스이다.

또한, UE(501)와 게이트웨이(504) 사이의 음성 서비스 또는 데이터 서비스 세션이 활성화될 때, UE(501)는 시그널링을 위한 패킷, 음성 데이터 그리고 사용자 데이터뿐만 아니라 WLAN 무선링크 상태를 결정하기 위해서 게이트웨이(504)에 주기적인 폴링 정보를 전송할 것이다. 폴링 정보에 대한 응답으로, 게이트웨이(504)는 대역내(in-band) 혹은 대역외(out-of-band) 연결을 통해 QoS 결과를 UE(501)에 전송할 수 있다. 결정된 WLAN 무선링크 상태에 기반하여, 게이트웨이(504)는 셀룰러 망과 WLAN 사이의 무선 연결 세션을 전송하기 위해, 하드핸드오버를 시작할 수 있다.

도 6 본원 발명의 전형적인 실시 예에 따라 WLAN을 통해 음성 통화를 시작하는 UE를 위한 신호 흐름도를 도시하고 있다.

도 6을 참조하면, UE(601)는 WLAN을 통해 음성 통화를 시작할 때, UE(601)는 606단계에서 FRS(602)로부터의 RRC 연결 요청을 전송한다. 여기서, RRC 연결 요청은 코어 망을 위한 것이고 따라서 UE(601)의 RCA(603)에 의해 차단된다. 더 특히, FRS(602)는 RCA(603)의 VTC에 RRC 연결 요청을 갖는 시그널링 프레임에 대해 경로를 다시 설정하고 그리고 RCA(603)은 RRC 연결 요청을 종료한다. 셀룰러 무선 자원이 음성 통화에 사용되지 않았기 때문에, 셀룰러 자원 할당을 수행할 필요가 없다. 따라서, RCA(603)는 607단계에서, 미리 정해진 매개변수에 따라 FRS(602)의 RRC 계층에 RRC 연결 설정 메시지를 반환할 수 있다. 607단계에서 RRC 연결 설정 메시지를 수신한 후, UE(601)는 608단계에서 FRS(602)에서 RCA(603)으로 RRC 연결 완료 메시지를 전송한다. 셀룰러 무선 네트워크를 에뮬레이션하기 위해, RCA(603)는 609단계에서 UE(601)에 RRC 측정 제어 요청을 전송하여, UE(601)가 코어 망에 네트워크 연결 상태의 변화를 보고하도록 한다. 다음, UE(601)는 608단계에서 NAS 시그널링을 수행하고, UE(601)는 연결 관리(Connection Management: CM) 서비스 요청을 포함하는, 초기 직접 전송(Direct Transfer: DT) 메시지를 코어 망에 전송한다.

초기 DT 메시지 및 모든 NAS 시그널링 메시지는 셀룰러 망에서 코어 망에 중계되기 때문에, RCA(603)는 610단계에서 초기 DT 메시지를 게이트웨이(604)로 중계한다. RCA(603)는 SS7(Signaling System 7) 시그널링 트렁크를 거처 RANP(RAN Protocol) 인터페이스를 통해 MSC/GSN(605)에 초기 DT 메시지를 중계한다. 다음, MSC/GSN(605)은 611단계에서 UE(601)와 MSC/GSN(605) 사이의 DT 이동성 관리(Mobility Management: MM) 인증 메시지를 교환하여 UE(601) 식별 프로세스를 수행한다. 다음, 612단계에서, UE(601)와 MSC/GSN(605)는 UE(601)의 보안을 확인하기 위해, DT 보안 모드(Security Mode) 메시지들을 교환한다. 611단계와 612단계에서 UE(601) 및 MSC/GSN(605) 사이의 인증 및 보안 프로세서 후에, MSC/GSN(605)는 613단계에서 DT CM 서비스 수락 메시지(Service Accept message)를 UE(601)로 전송한다.

614단계에서, UE(601)는 호 세션을 시작하기 위해, DT 호 설정 메시지(DT Call Setup message)를 MSC/GSN(605)에 전송하고, 그리고 DT 호 처리 메시지(DT Call Proceed message) 및 DT 경고 메시지(Alert message)를 MSC/GSN(605)에 전송한다. 다음으로, MSC/GSN(605)는 615단계에서 음성통화를 위한 개방 음성 트렁크(open voice trunk)를 할당하고, MSC/GSN(605)는 게이트웨이(604)을 통해 RCA(603)에 무선 베어러 할당(Radio Bearer Assignment) 요청을 전송하여, 게이트웨이(604)와 MSC/GSN(605) 사이 개방 음성 트렁크를 가지도록 한다. 게이트웨이(604)는 616단계에서, 무선 베어러 할당 메시지를 RCA(603)에 중계하고, 그리고 게이트웨이(604)는 시그널링 모드에서 음성 모드로 개방 음성 트렁크를 변경한다.

음성 트렁크를 위한 음성 모드로의 변경에 대한 확인을 수신한 후, RCA(603)는 617단계에서 RRC 무선 베이러 설정(Radio Bearer Setup) 메시지를 UE(601)의 FRS(602)에 전송한다. 따라서, UE(501)는 618단계에서 음성 데이터 구성을 수행할 수 있어서, RCA(603)의 V-RRC로 무선 베이러 설정 완료(Radio Bearer Setup Complete) 메시지를 보낸다. 다음, RCA(603)는 619단계에서, 게이트웨이(604)로 DT 무선 할당 완료 메시지(DT Radio Assignment Complete message)를 중계한다. DT 무선 할당 완료 메시지를 수신하자마자, 게이트웨이(604)는 620단계에서 해당 상태를 변경시키고, DT 무선 할당 완료 메시지를 MSC/GSN(605)에 중계한다. 다음, 621단계에서, WLAN을 통해 음성 통화를 위한 위에서 설명한 음성 통화 시작 절차가 완료되자마자, UE(601)는 셀룰러 망보다는 WLAN를 사용하여 음성 전화를 수행하므로, 본원 발명의 전형적인 실시 예에 따라 셀룰러 망 자원의 사용을 줄일 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

301: 사용자 기기(UE)
302: 셀룰러 망 프로토콜 인터페이스
303: 셀룰러 모뎀
304: WLAN 모뎀
305: WLAN AP
306: 게이트웨이
307: RAN
308: MSC/GSN

Claims

WLAN AP(Access Point)와 게이트웨이를 포함하는 무선 근거리 통신망(Wireless Local Area Network: WLAN))을 통해 끊김 없이 셀룰러 망을 위한 음성전화를, 프레임 경로 스위치(Frame Route Switch: FRS) 및 무선 제어 에이전트(Radio Control Agent: RCA)를 가진 사용자 기기(User Equipment: UE)에 제공하는 방법에 있어서,
상기 UE의 상기 FRS로부터 무선 자원 요청 메시지를 수신한 후, 상기 UE의 상기 RCA가 셀룰러 망 자원 할당을 수행하는 과정과,
셀룰러 망과의 호 설정을 요청하기 위해서, 상기 RCA가 연결되어있는 상기 WLAN의 게이트웨이를 통해, 초기 직접 전송(Direct Transfer: DT) 연결 관리(Connection Management: CM) 서비스 요청을 상기 FRS에서 MSC(Mobile Switching Center)/GSN(GPRS(General Packet Radio Service) Support Node)로 전송하는 과정과,
상기 WLAN의 게이트웨이를 통해 상기 FRS와 상기 MSC/GSN 사이 인증과 보안 절차를 수행하는 과정과,
상기 MSC/GSN이, 상기 셀룰러 망을 사용하여 상기 UE로부터의 음성 통화에 대한 음성 트렁크를 프로비저닝하는 과정과;
상기 MSC/GSN에서 상기 WLAN의 게이트웨이로, 상기 게이트웨이와 상기 MSC/GSN사이 음성 트렁크를 열기 위해 상기 게이트웨이에 요청하는 무선 베어러 할당 요청 메시지(radio bearer assignment request message)를 전송하는 과정과,
상기 게이트웨이에서 상기 RCA로, 시그널링 모드에서 음성 모드로 상기 게이트웨이와 상기 RCA 사이 연결을 스위칭하기 위해, 상기 무선 베어러 할당 요청 메시지를 전송하는 과정과,
상기 게이트웨이로부터 상기 무선 베어러 할당 요청 메시지를 수신할 시, 상기 RCA에서 상기 FRS로, 무선 베어러 설정 메시지(radio bearer assignment request message)로 전송하는 과정과,
상기 FRS에서 상기 RCA로, 무선 베어러 설정 완료 메시지(radio bearer setup complete message)로 전송하는 과정과,
상기 게이트웨이를 통해 상기 RCA에서 상기 MSC/GSN로, 음성 호 설정 시그널링을 완료하여 음성 호 연결을 설정하기 위해, DT 무선 베어러 할당 완료 메시지(radio bearer assignment complete message)를 전송하는 과정을 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 RCA와 상기 게이트웨이 사이 통신은 상기 RCA와 상기 게이트웨이 사이의 터널에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서,
상기 터널은 GPRS 터널링 프로토콜(GPRS Tunneling Protocol: GTP)을 사용하여 생성되는 것을 특징으로 방법.
제1항에 있어서,
상기 셀룰러 망 자원 할당을 하는 과정은,
상기 UE을 통해 음성 호를 생성하기 위한 요청을 수신할 시, 상기 FRS에서 RCA로 음성 호를 위한 무선자원을 요청하기 위해 무선 링크 연결 요청을 전송하는 과정과.
무선 링크 연결 요청을 수신할 시, 상기 RAC에서 상기 FRS로 무선자원 할당을 지시하기 위한 무선 자원 할당 완료 메시지를 전송하는 과정과,
상기 무선 자원 할당 완료 메시지를 수신할 시, 상기 FRS에서 상기 RCA로 무선자원 할당을 확인하는 확인 메시지를 전송하는 과정과,
상기 확인 메시지를 수신할 시, 상기 RCA에서 상기 FRS로, 상기 FRS가 상기 FRS에 의해 검출되는 네트워크 링크 상태의 변화를 보고하도록 요청하기 위한 측정 제어 요청 메시지를 전송하는 과정과,
상기 FRS에서 상기 MSC/GSN로, 상기 셀룰러 망과 호 설정을 요청하기 위해, 초기 DT-CM 서비스 요청을 전송하는 과정을 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 UE이, 상기 UE의 상기 FRS를 거쳐서 상기 셀룰러 망을 통해 전송되는 모든 메시지를 상기 UE의 RCA에 전송하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 UE이, 상기 셀룰러 망의 코어 망에 WLAN을 통해 상기 음성 호를 위한 시그널링 데이터 및 음성 데이터를 전송하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 UE와 상기 게이트웨이 사이 놓이는 WLAN AP를 통해 상기 WLAN을 제공하는 과정을 더 포함하는 방법.
무선근거리통신망(Wireless Local Area Network: WLAN)를 통해 셀룰러 통신 서비스를 제공하는 사용자 기기(User Equipment: UE)에 있어서,
셀룰러 망 프로토콜 인터페이스, 프레임 중계 스위치(Frame Relay Switch: FRS) 및 셀룰러 모뎀을 포함하는 셀룰러 통신부와,
WLAN 모뎀 및 무선 제어 에이전트(a Radio Control Agent: RCA)를 포함하는 WLAN 통신부를 포함하되,
상기 RCA는 상기 셀룰러 통신부와 상기 WLAN의 게이트웨이 간의 통신 터널을 제공하는 사용자 기기.
제8항에 있어서,
상기 통신 터널은 GTP(GPRS(General Packet Radio Service) Tunneling Protocol)를 사용하여 생성되는 사용자 기기.
제8항에 있어서,
상기 FRS가 상기 셀룰러 망 프로토콜 인터페이스로부터 발신되는 메시지를 상기 RCA로 중계하는 사용자 기기.
제8항에 있어서,
상기 셀룰러 망 프로토콜 인터페이스는,
셀룰러 망의 제2 NAS(Network Access Stratum) 계층과 NAS 메시지들을 교환하기 위한 상기 UE의 제1 NAS 계층과,
상기 RCA의 제2 RRC(Radio Resource Control) 계층과 RRC 메시지들을 교환하기 위한 제1 RRC 계층과,
상기 RCA의 제2 RLC(Radio Link Control) 계층과 RLC 메시지들을 교환하기 위한 제1 RLC 계층과,
상기 RCA의 제2 MAC(Media Access Control) 계층과 MAC 메시지들을 교환을 위한 제1 MAC 계층을 포함하되,
상기 RCA는 상기 RCA에서의 상기 제1 RRC 계층, 상기 제1 RLC 계층, 그리고 상기 제1 MAC 계층으로부터 전송되는 메시지들을 종료하는 사용자 기기.
제11항에 있어서,
상기 RCA는, 상기 셀룰러 통신부와 상기 WLAN의 상기 게이트웨이 간의 상기 통신 터널을 통해, 상기 제1 NAS 계층에 의해 생성된 메시지들을 상기 셀룰러 망의 상기 제2 NAS 계층에 전달하는 사용자 기기.
제11항에 있어서,
상기 RCA는, 상기 제2 RRC 계층, 상기 제2 RLC, 그리고 상기 제2 MAC 계층으로부터 각각 응답 메시지들을 전송하여, 상기 제1 RRC 계층, 상기 제1 RLC, 그리고 상기 제1 MAC 계층으로부터 종료된 메시지들에 응답하는 사용자 기기.
제11항에 있어서,
상기 셀룰러 프로토콜 인터페이스는,
상기 WLAN의 상기 게이트웨이의 제2 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층에 음성 데이터 및 사용자 데이터 중 적어도 하나를 갖는 PDCP 메시지를 교환하기 위한 제1 PDCP 계층과,
상기 WLAN의 상기 게이트웨이의 제2 RTP(Real-time Transport Protocol) 계층과 함께 RTP 메시지를 교환하는 제1 RTP 계층을 포함하는 사용자 기기.
셀룰러 망과 무선근거리통신망(Wireless Local Area Network: WLAN)를 통해 셀룰러 통신 서비스를 제공하는 WLAN을 포함하는 무선통신시스템에서,
셀룰러 망을 제공하는 RAN(Radio Access Network)과,
상기 WLAN을 제공하는 WLAN AP(Access Point)와,
상기 셀룰러 망의 코어 망에 연결을 제공하는 MSC(Mobile Switching Center)/GSN(GPRS(General Packet Radio Service) Support Node)과,
상기 MSC/GSN에 상기 WLAN AP를 연결하는 게이트웨이와,
상기 RAN에 의해 제공되는 셀룰러 망과 상기 WLAN AP에 의해 제공되는 상기 WLAN 모두를 액세스할 수 있는 사용자 기기(User Equipment: UE)를 포함하되,
상기 UE는,
셀룰러 망 프로토콜 인터페이스, 프레임 중계 스위치(Frame Relay Switch: FRS) 및 셀룰러 모뎀을 포함하는 셀룰러 통신부와,
WLAN 모뎀 및 무선 제어 에이전트(a Radio Control Agent: RCA)를 포함하는 WLAN 통신부를 포함하되,
상기 RCA는 상기 셀룰러 통신부와 상기 WLAN의 게이트웨이 간의 통신 터널을 제공하는 무선통신시스템.
제15항에 있어서,
사기 셀룰러 모뎀을 통해 제공되는 상기 셀룰러 네트워크 서비스에 해당하는 데이터는,
상기 UE의 상기 셀룰러 통신부의 FCS에 의해 상기 RCA로 라우팅되는 무선통신시스템.
제15항에 있어서,
상기 RCA는 상기 WLAN AP을 거쳐서 제공되는 터널을 통해 상기 MSC/GSN의 상기 셀룰러 네트워크 서비스에 대응하는 데이터를 상기 게이트웨이에 전송하는 무선통신시스템.
제17항에 있어서,
상기 통신 터널은 GTP(GPRS(General Packet Radio Service) Tunneling Protocol)를 사용하여 생성되는 무선통신시스템.
제17항에 있어서,
상기 게이트웨이가 음성 데이터를 수신하고 상기 MSC/GSN 통해 상기 코어 망에서 상기 UE로 전송되는 사용자 데이터를 수신하되,
상기 수신된 음성 데이터와 상기 사용자 데이터는 상기 셀룰러 네트워크 서비스에 해당하고,
상기 게이트웨이가 상기 WLAN AP을 거쳐 제공되는 터널을 통해, 상기 수신된 음성 데이터 및 사용자 데이터를 상기 UE로 전달하는 무선통신시스템.
제17항에 있어서,
상기 RCA가 상기 UE로 상기 셀룰러 망 서비스를 제공하는 셀룰러 망 무선 자원을 요청하는 셀룰러 망 프로토콜 인터페이스를 통해, 무선 자원 제어(Radio Resource Control: RRC) 연결 설정을 수행하는 무선통신시스템.