KR20100078204A - Mobile telecommunication system and method for balancing load - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이동통신 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 기지국 노드에서 단말 이동성 관리를 담당하는 MME(Mobility Management Entity) 선택시 부하 집중을 방지할 수 있는 방법 및 이동통신 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a mobile communication system and method, and more particularly, to a method and a mobile communication system capable of preventing load concentration when selecting a MME (Mobility Management Entity) in charge of terminal mobility management in a base station node.
GSM(Global System for Mobile Communications) 또는 IS(Interim Standard)-95 등은 음성 위주의 서비스를 제공하는 제2세대 이동통신 방식이다. 시분할 다중접속(Time Division Multiple Access; 이하 TDMA라 함) 방식인 GSM은 1992년에 유럽을 중심으로 상용화되었고, 부호다중분할접속(Code Division Multiple Access; 이하 CDMA라 함) 방식인 IS-95는 한국 및 미국에서 상용화되었다. Global System for Mobile Communications (GSM) or Interim Standard (IS) -95 is a second generation mobile communication method that provides voice-oriented services. GSM, a Time Division Multiple Access (TDMA) scheme, was commercialized around Europe in 1992, and IS-95, a Code Division Multiple Access (CDMA) scheme, is Korea. And in the United States.
최근 이동통신 시스템은 음성 위주의 서비스를 제공하는데서 벗어나 데이터 서비스 및 멀티미디어 서비스 제공을 위한 고속, 고품질의 제3세대 이동통신 시스템으로 발전하고 있다. 제3세대 이동통신 시스템은 CDMA 방식을 사용하며, 기지국(Node B)들 간의 비동기를 기반으로 3GPP(3rd Generation Partnership Project)와 기지국들간의 동기를 기반으로 하는 3GPP2(3rd Generation Partnership Project 2, 혹은 CDMA2000)로 구분된다. UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)로도 일컬어지는 3GPP는 유럽형 표준 방식이고, CDMA2000으로도 일컬어지는 3GPP2는 미국형 표준 방식이다.Recently, a mobile communication system has evolved from a voice-oriented service to a high-speed, high-quality third generation mobile communication system for providing data and multimedia services. The third generation mobile communication system uses a CDMA scheme, and is based on the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) and the 3rd Generation Partnership Project (3GPP2) based on the synchronization between the base stations based on the asynchronous between the Node Bs, or CDMA2000. ). 3GPP, also called Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), is a European standard, and 3GPP2, also called CDMA2000, is an American standard.
LTE(Long Term Evolution) 시스템은 기존 UMTS 시스템에서 진화한 시스템으로 현재 3GPP에서 표준화 작업을 진행하고 있다.Long Term Evolution (LTE) system is an evolution from the existing UMTS system and is currently being standardized in 3GPP.
LTE 시스템은 기지국 노드(eNB: E-UTRAN NodeB)와 단말의 이동성 관리를 담당하는 MME(Mobility Management Entity)가 full mesh 형태로 연결되어 있기 때문에, eNB와 MME의 상호 관계가 N:M의 형태를 갖게 된다. 따라서, eNB가 MME에 대한 부하분산 기능을 수행 하지 않으면 특정 MME에 이동성 관리 등의 모든 부하가 집중될 수 있는 문제점이 있다.In the LTE system, since the base station node (eNB: E-UTRAN NodeB) and the mobility management entity (MME) that manages mobility of the UE are connected in a full mesh form, the relationship between the eNB and the MME is N: M. Will have Therefore, if the eNB does not perform a load balancing function for the MME, there is a problem that all loads such as mobility management may be concentrated in a specific MME.
본 발명은 기지국 노드에서 단말의 이동성 관리를 담당하는 MME(Mobility Management Entity) 선택시 부하 집중을 방지할 수 있는 방법 및 이동통신 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and a mobile communication system capable of preventing load concentration when selecting a mobility management entity (MME) that manages mobility of a terminal in a base station node.
본 발명의 부하분산 이동통신 시스템은, 부하분산 제어정보를 형성하여 전송하는 다수의 MME(Mobility Management Entity); 및 상기 부하분산 제어정보를 저장하고, 특정 단말 접속시 상기 부하분산 제어정보를 이용하여 부하량이 가장 적은 MME를 선택하는 eNB(E-UTRAN NodeB)를 포함한다.The load balancing mobile communication system of the present invention comprises: a plurality of MMEs (Mobility Management Entity) for forming and transmitting load balancing control information; And an eNB (E-UTRAN NodeB) for storing the load distribution control information and selecting the MME having the least load using the load distribution control information when a specific terminal is connected.
또한 본 발명의 이동통신 시스템의 부하분산 방법은, a) 부하분산 제어정보를 형성하는 단계; b) 상기 부하분산 제어정보를 전송하는 단계; c) 상기 부하분산 제어정보를 저장하는 단계; d) 특정 단말 접속시 상기 부하분산 제어정보를 이용하여 부하량이 가장 적은 MME를 선택하는 단계를 포함한다.In addition, the load balancing method of the mobile communication system of the present invention comprises the steps of: a) forming load balancing control information; b) transmitting the load balancing control information; c) storing the load balancing control information; d) selecting the MME having the least load by using the load distribution control information when accessing a specific terminal.
본 발명에 따르면, eNB가 선택할 수 있는 MME가 다수개 존재하는 경우에 MME의 UE 이동성 관리에 대한 부하를 분산시킬 수 있을 뿐만 아니라, 특정 MME에 장애가 발생하더라고 자동적으로 해당 MME를 선택하지 않도록 함으로서 전체적인 시스템의 안정성과 신뢰도를 향상시킬 수 있다.According to the present invention, when there are a plurality of MMEs that can be selected by the eNB, not only can distribute the load for the management of the UE mobility of the MME, but also prevent the automatic selection of the MME even if a specific MME fails. It can improve the stability and reliability of the system.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions will not be described in detail if they obscure the subject matter of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LTE 이동통신 시스템의 구성을 보이는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 부하분산 방법의 절차를 보이는 플로우챠트이다.1 is a block diagram showing the configuration of an LTE mobile communication system according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a flow chart showing the procedure of the load balancing method according to an embodiment of the present invention.
LTE 이동통신 시스템은 단말(User Equipment; 이하 UE라 함)(10), 기지국(이하 eNB(E-UTRAN NodeB) 라함)(20) 및 eNB(20)의 상위에서 UE(10)에 대한 이동성을 관리하는 MME(Mobility Management Entity)(30)를 포함한다. eNB(20)는 각각의 MME(30)와 모두 연결되는 full-mesh 형태를 갖는다. 또한, MME(30)는 S-GW(Serving Gateway)(40)와 P-GW(PDN Gateway)(50)를 통해서 IP 망(Network)에 연결된다. eNB(20)의 제어 신호는 MME(30)를 통하여 S-GW(40)에 전달되고, 사용자 트래픽은 MME(30)를 거치지 않고 직접 S-GW(40)에 전달된다.The LTE mobile communication system has mobility for the UE 10 on a user equipment (hereinafter referred to as UE) 10, a base station (hereinafter referred to as an eNB (E-UTRAN NodeB) 20) and an eNB 20. It includes a mobility management entity (MME) (30). The eNB 20 has a full-mesh shape that is connected to each of the
도 2를 참조하여 본 발명에 따른 부하분산 방법을 살펴보면, MME(30)는 부하분산 제어정보를 형성한다(S110). 부하분산 제어정보는 MME(30)의 처리 능력을 나타내는 MME capacity 와 MME(30)의 처리 능력에 대한 부하 분담 비율을 나타내는 MME load-level을 포함한다. MME(30)는 부하분산 제어정보를 IP Multicast 방식을 이용하여 MME(30)에서 eNB(20)로 전송한다(S120). IP Multicast 방식에 대해서는 후술하도록 한다. 부하분산 제어정보를 전송받은 eNB(20)는 부하분산 제어정보를 저장하고(S130), 특정 UE(10)가 eNB(20)로 접속 요청을 하면(S140), 저장된 부하분산 제어정보를 이용하여 eNB(20)가 부하량이 가장 적은 MME(30)를 선택한다(S150). 접속 요청을 한 특정 UE(10)는 선택된 MME(30)를 통하여 상위계층과 접속할 수 있다.Looking at the load distribution method according to the present invention with reference to Figure 2,
우선, eNB(20)와 MME(30)간의 통신 방법을 살펴보면, eNB(20)와 MME(30)는 이동성 관리나 호 처리 등과 같이 특정 순간에는 1:1의 형식으로 통신을 하지만, 일반적인 경우 N:M의 관계로 통신을 해야한다. 이를 위해서, IP Multicast 방식을 사용한다. IP Multicast 방식은 하위 계층이 IP 계층의 성격에 따라 IPv4 또는 IPv6로 상이할 수 있다. 하위 계층의 어드레싱(addressing) 주소가 변경되는 것이고 동작 자체가 변경되는 것은 아니기 때문에, 본 발명에서는 편의상 IPv4 주소를 기반으로 설명한다. IP Multicast 방식은 MME(30)에서 eNB(20) 방향으로 이루어지 는데, MME(30)가 자신의 처리 능력(Capacity)과 부하상태(Load level) 등의 정보를 송신한다. MME(30)가 다수의 eNB(20)에게 동시에 정보를 전달할 필요가 있기 때문에 IP Multicast 방식이 유용하게 이용된다. IP Multicast 주소는 IANA(Internet Assigned Number Authority)에서 지정한 Class D 주소인 224.x.x.x ~ 239.x.x.x의 범위인데, 이 중에서 1개의 IP Multicast 주소를 할당해서 사용한다. 여기서 할당된 주소를 IP_MULTICAST_LS 라고 정의한다.First, referring to a communication method between the eNB 20 and the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 eNB와 MME의 기능단위의 구성을 보이는 블록도이다. IP Multicast 방식은 UDP/IP(User Datagram Protocol/Internet Protocol) 기반으로 동작하기 때문에, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 eNB(20)와 MME(30)에 해당 프로토콜 스택을 추가 하였다.3 is a block diagram showing the configuration of functional units of an eNB and an MME according to an embodiment of the present invention. Since the IP multicast method operates based on UDP / IP (User Datagram Protocol / Internet Protocol), as shown in FIG. 3, a corresponding protocol stack is added to the eNB 20 and the MME 30.
MME 부하분담(Loadshare) 블록(31)의 동작을 살펴보면, MME(30)는 부하분산 제어정보가 포함하는 UE(10)에 대한 이동성 관리 등을 포함한 처리 능력(capacity)과 현재의 부하상태(load-level)를 주기(예로서, LS_INTERVAL)적으로 IP Multicast 주소인 IP_MULTICAST_LS로 송신하며, 주기적 전송 이외에도 특정 이벤트 조건 즉, 자신의 부하상태가 소정값 이상(예를 들면, 20% 이상) 변동되거나 처리 능력의 80% 이상을 초과했을 경우 IP_MULTICAST_LS로 송신한다.Referring to the operation of the MME
MME(30)의 처리 능력은 단위 시간당 처리량으로 표시되고, 부하상태는 처리 능력 중에서 점유된 양을 % 단위로 표시한다. 처리 능력 및 부하상태는 실험에 의해서 얻어질 수 있다.The processing capacity of the
상호간에 부하분담을 담당하는 MME(30) 그룹을 식별하기 위한 MME pool id가 할당될 수 있고. 각각의 MME(30)에는 MME(30)를 식별하기 위한 MME id가 할당된다. MME pool id 및 MME id는 미리 이동통신 시스템 관리자에 의해서 할당되는 값으로, 동일한 MME pool id 내에서만 부하분담이 이루어진다.MME pool id may be assigned to identify the
MME(30)가 IP_MULTICAST_LS로 송신하는 부하분산 제어정보에 해당하는 LS_INF 메시지는 도 4에서 보이는 바와 같은 구성을 갖는다. LS_INF 메시지 구성에서 알 수 있는 바와 같이, L1/L2를 포함한 UDP/IP header는 일반적인 IP 망의 메시지의 형식이며, IP header의 Destination address에 IP_MULTICAST_LS로 할당된 IP Multicast 주소가 사용되며, UDP 메시지의 페이로드(Payload)로서 MME pool id, MME id, MME capacity, MME load-level, Life-time이 포함된다. MME pool id는 LS_INF 메시지를 송신하는 MME(30)가 속한 pool id로서 관리자가 미리 값을 설정할 수 있다. MME id는 LS_INF 메시지를 송신하는 MME id 로서 관리자가 미리 값을 설정할 수 있다. MME capacity는 MME(30)의 이동성 관리 등의 전체 처리 능력으로서 시스템 마다 사전에 결정된다. MME load-level은 MME(30)의 운영에 따라서 동적으로 변동되는 부하상태로서 0 ~ 100%의 범위 값을 갖는다. Life-time은 MME(30)가 송신한 부하상태(load-level)의 유효 기간으로, LS_INTERVAL의 상수 배(예를 들면, 3배)로 설정될 수 있다.The LS_INF message corresponding to the load balancing control information transmitted from the
eNB(20)의 부하분담(Loadshare) 블록(21)의 동작을 eNB(20)의 MME(30)에 대한 부하분담과 관련하여 IP Multicast group 관리, LS_INF 메시지 수신 처리 절차 및 LS_TABLE 이용 방안으로 나누어 설명한다.The operation of the
1. IP Multicast group 관리1. IP Multicast group management
MME(30)가 송신하는 LS_INF 메시지를 수신하기 위해서는 eNB(20)는IGMP(Internet Group Management Protocol)를 통해서 미리 설정된 IP_MULTICAST_LS group에 가입하는(IGMP-join)하는 절차를 수행해야 한다. 만약, eNB(20)가 IP_MULTICAST_LS에 대해서 더 이상 LS_INF 메시지를 수신할 필요가 없는 경우, IGMP-leave 절차를 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, eNB(20)의 IP_MULTICAST_LS group이 변경되는 경우에 기존 IP_MULTICAST_LS group에 대해서는 더 이상 LS_INF를 수신할 필요가 없다고 판단하여 IGMP-leave 절차를 수행하고, 변경된 IP_MULTICAST_LS group에 대해서 IGMP-join 절차를 수행한다.In order to receive the LS_INF message transmitted by the
2. LS_INF 메시지 수신 처리 절차2. Process of Receiving LS_INF Message
eNB(20)는 MME(30)가 주기적 혹은 특정 이벤트 조건에 의해서 송신하는 LS_INF 메시지를 IP Multicast 방식을 통해서 수신하게 된다. eNB(20)는 수신한 LS_INF 메시지의 내용을 분석하여 MME pool id가 eNB(20)가 속해 있는 것인지 판단한다. 판단결과 MME pool id가 eNB(20)가 속해 있는 pool id가 아니면 해당 LS_INF 메시지를 폐기하고, MME pool id가 eNB(20)가 속해 있는 pool id 이면 LS_INF 메시지가 포함하는 MME id, MME capacity, MME load-level, Life-time 정보들을 이용하여 표 1의 LS_TABLE의 값을 채운다.The
표 1의 LS_TABLE은 MME id를 Key 값으로 하는 테이블로서, LS_INF 메시지를 수신할 때 Dirty Check라는 특정 플래그(flag)를 해제하고 Life-time 값을 기준으로 타이머(Timer)를 설정한다. 해당 MME id에서 이미 진행 중인 타이머가 있는 경우에는 기존의 타이머를 해제하고 신규로 타이머를 설정한다. Life-time을 설정한 타이머가 만료되면 Dirty Check를 설정하여 해당 MME로부터 기대된 주기 안에 LS_INF 메시지가 도달하지 않았음을 표시한다.LS_TABLE in Table 1 is a table having MME id as a key value. When receiving an LS_INF message, a specific flag called Dirty Check is released and a timer is set based on a life-time value. If there is a timer already in progress in the MME id, the existing timer is released and a new timer is set. When the life-timed timer expires, Dirty Check is set to indicate that the LS_INF message did not arrive within the expected period from the MME.
3. LS_TABLE 이용 방안3. How to use LS_TABLE
eNB(20)는 UE(10)의 초기 접속(attachment) 요청에 대해서 UE(10)가 제공한 정보에 의해서 MME(30)를 선택할 수 없는 경우에, eNB(20)는 MME(30)가 LS_INF 메시지를 통해서 전달한 정보를 기초로 하여 만들어진 표 1의 LS_TABLE에 의해서 MME(30)를 선택한다. eNB(20)는 표 1의 LS_TABLE을 검색하여 Dirty check이 해제된 MME(30)에 대해서 MME load-level이 최소값을 갖는 MME(30)를 eNB(20)가 선택하여 UE(20)의 접속을 처리하도록 한다. 즉, 부하의 수준이 낮은 MME(30)에서 UE(10)의 접속을 처리하도록 하여 MME pool에 있는 MME(30)에 대해서 이동성 관리에 대한 부하가 골고루 분산 되도록 할 수 있다. 본 실시예에서는, LS_TALBE의 MME load-level 정보를 이용하여 가장 적합한 MME(30)를 선택하는 방법이 설명되었으나 이에 국한되지 않고 이동통신 시스템이 사용하는 정책에 따라서 특정 MME(30)에 우선 순위를 부여하는 방법을 선택할 수도 있다.If the
상기 방법들은 특정 실시예들을 통하여 설명되었지만, 상기 방법들은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.While the above methods have been described through specific embodiments, the methods may also be implemented as computer readable code on a computer readable recording medium. Computer-readable recording media include all kinds of recording devices that store data that can be read by a computer system. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like, which are also implemented in the form of carrier wave (eg, transmission over the Internet). It also includes. The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion. In addition, functional programs, codes, and code segments for implementing the above embodiments can be easily deduced by programmers of the present invention.
또한, 본 명세서에서는 본 발명이 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.In addition, while the present invention has been described in connection with some embodiments, it is to be understood that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention as will be understood by those skilled in the art. You will need to know It is also contemplated that such variations and modifications are within the scope of the claims appended hereto.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LTE 이동통신 시스템의 구성을 보이는 블록도.1 is a block diagram showing the configuration of an LTE mobile communication system according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템의 부하분산 방법의 절차를 보이는 플로우챠트이다.2 is a flowchart illustrating a procedure of a load balancing method of a mobile communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 eNB와 MME의 기능단위의 구성을 보이는 블록도.3 is a block diagram showing a configuration of functional units of an eNB and an MME according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LS_INF 메시지의 구성을 보이는 블록도.4 is a block diagram showing a configuration of an LS_INF message according to an embodiment of the present invention.
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