KR100603559B1 - 무선 네트워크 게이트웨이에서 통신 세션을 복구하기 위한 장치 및 그 방법 - Google Patents

무선 네트워크 게이트웨이에서 통신 세션을 복구하기 위한 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 네트워크와 패킷 데이터 네트워크 사이에 데이터를 전송하기 위한 무선 네트워크 게이트웨이와 그 동작방법에 관한 것이다. 무선 네트워크 게이트웨이는, 데이터 패킷을 무선 네트워크 및 패킷 데이터 네트워크로부터/로 수신 및 송신하기 위한 N개의 입출력 프로세서들; 패킷 데이터 네트워크와, 무선 네트워크와 통신하는 이동국 사이의 데이터 세션과 연관된 패킷 데이터 서빙 노드(PDSN) 기능들을 수행하기 위한 M개의 서비스 프로세서들; N개의 입출력 프로세서들과 M개의 서비스 프로세서들을 양방향으로 접속시킬수 있는 스위치 구조; 및 각각이 상기 스위치 구조와 상기 N개의 입출력 프로세서들 중 적어도 하나 사이에서 데이터 패킷을 양방향으로 전송할 수 있는 P개의 스위치 모듈들을 포함한다.
무선 네트워크 게이트웨이, 프로세서, 스위치 구조, 병렬 라우터, 프로토콜 회복 메카니즘

Description

무선 네트워크 게이트웨이에서 통신 세션을 복구하기 위한 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR RECOVERING COMMUNICATION SESSIONS IN A WIRELESS NETWORK GATEWAY}
도 1은 본 발명에 따른 무선 네트워크 게이트웨이 라우터를 사용하는 통신 네트워크의 일예를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 무선 네트워크 게이트웨이 라우터의 하이레벨 블럭 다이어그램.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 무선 네트워크 게이트웨이 라우터의 상세 블럭 구성을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 무선 네트워크 게이트웨이 라우터의 동작에 대한 메시지 흐름을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따르는 무선 네트워크 게이트웨이 라우터에서 선택된 소프트웨어 모듈에 대한 상세 블록 구성을 나타낸 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100: 통신 네트워크 101-104: MS
111-113: BTS 121-123: BSC
130: PCF 140: MSC
150: 게이트웨이 라우터 160: PSTN
170: 인터넷
본 발명은 대용량 병렬 라우터(Massively Parallel Router)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소결합(loosely coupled) 대용량 병렬 라우터에서 사용되는 프로토콜 복구 메카니즘(Protocol Recovery Mechanism)에 관한 것이다.
PDSN(Packet Data Serving Node)은 무선 네트워크에서 고속의 양방향 데이터 통신을 지원하는 패킷 데이터 서비스를 제공한다. 현재 새로운 3G(Third Generation : 3세대) 네트워크는 단순 IP(Internet Protocol) 및 모바일 IP를 통해, 이동 가입자가 MS(Mobile Station: "이동국". 예컨대, 개인용 컴퓨터(PC), 개인 휴대 단말기(PDA), 웹 브라우징 셀폰)를 명확히 사용하게 한다.
특히, 3G PDSN은 사용자에게 다음과 같은 기능들을 제공한다.
1) 사용자 데이터 스트림의 패킷 세그멘테이션(segmentation)을 활용하는 양방향 이동 통신;
2) 인터넷, 회사 인트라넷(Intranet) 및 익스트라넷(Extranet)과 같은 데이 터 네트워크에 대한 모바일 IP 또는 단순 IP;
3) 회사 데이터 네트워크에 대한 액세스 보장;
4) 인터넷과 같은 공용 서비스와 회사 네트워크를 통해 사용자가 이용가능한 모든 어플리케이션의 지원을 위한 전송; 및
5) 1.2 Kbps에서 153.6Kbps, 3G로 발전함에 따라 1Mbps 이상의 로우 데이터 레이트(Raw Data Rates).
PDSN은 3G 무선 모바일 패킷 세션을 다른 IP 패킷 데이터 네트워크(예컨대, 인터넷)와 상호 연동시키는 네트워크 구성요소이다. PDSN은 2개의 기본 기능들을 수행하는데, 첫 째, 무선 네트워크를 통해 패킷을 MS와 교환하는 기능과, 둘째, 패킷을 다른 IP 네트워크와 교환하는 기능이다. 이러한 기능들을 수행하기 위하여, PDSN은 BSC(Base Station Controller), AAA(Authentication Authorization and Accounting) 서버들, 홈 에이전트(Home Agent) 서버들 및 패킷 데이터 네트워크(Packet Data Network)와 인터페이싱한다.
PDSN은 MS에 의해 발신된 PPP(Point-to-Point) 세션을 사용하여 MS와 통신한다. PDSN은 또한 PPP 세션을 유지하기 위하여 핸드오프 동안 무선 네트워크(예컨대, BSC)와 통신해야만 한다. MS가 정보를 교환하는 동안, PDSN은 과금(accounting) 정보를 수집하고 이를 AAA 서버에 전송한다. 또한 AAA 서버와의 상호작용으로 모바일 사용자를 인증하기 위하여 사용자 프로파일을 수신한다. 모바일 IP가 무선 네트워크에서 지원될 때, PDSN은 모바일 사용자들의 위치 검색 및 인증하기 위하여 HA(Home Agent)와 통신하도록 필요한 FA(Foreign Agent) 기능들을 수행한다. 이는 가입자 정보를 송,수신하기 위한 HA에 대한 보안 터널(Secure Tunnel)을 구축하는 것을 포함한다.
PDSN은 전형적인 3G 무선 네트워크 구조에서 다음과 같은 기능들을 제공한다.
1) PPP 세션의 종료 및 IP 패킷을 패킷 데이터 네트웍(Packet Data Network : PDN)에 전송하는 기능.
2) 모바일 IP 세션을 FA(Foreign Agent)로서 동작하게 조성하는 기능.
3) 모바일 사용자가 제1 PDSN에 의해 서비스되는 제1 셀로부터 제2 PDSN에 의해 서비스되는 제2 셀까지 이동할 때 IP 세션을 능동적으로 유지시킴에 의해 HA와의 통신을 유지하기 위한 기능.
4) 사용자 인증 및 과금 정보를 수집하며 이를 종단 장치(End Device)에 전송하고 사용자 인증 실패시, 사용자 인증 및 과금 정보의 수집을 종료함에 의해, AAA 서비스들을 지원하는 기능.
5) 스태틱 및 다이나믹(Static and Dynamic) IP 어드레싱 스킴(Schemes)의 지원 기능.
6) 단순 IP 및 모바일 IP 프로토콜의 지원 기능; 및
7) VPN(Virtual Private Networking)의 지원 기능.
그러나, 데이터 세션과 연관된 세션 정보는 네트워크 구성요소의 장애에 의해 손실될 수 있다. 특히, 무선 네트워크 게이트웨이 라우터에 위치한 PDSN 서비스 프로세서의 장애는 데이터 호와 연관된 모든 세션 정보를 손실시킬 수 있다. 이 는 네트워크의 신뢰성을 감소시키고, 가입자가 무선 네트워크와 재접속할 때 네트워크 리소스의 사용을 증가시키며, PDSN을 통해 네트워크 서버를 갖는 세션을 재구축하게 한다.
따라서, 무선 네트워크에서 사용되는 개선된 PDSN에 대한 기술이 필요하게 되었다. 특히, 무선 네트워크 게이트웨이에서 통신 세션을 회복하기 위한 효율적인 장치 및 방법을 구현하는 분산형 구조의 대용량 병렬 라우터가 필요하게 된 것이다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 무선 네트워크와 이와 연관된 패킷 데이터 네트워크 사이에서 데이터를 양방향으로 전송할 수 있는 무선 네트워크 게이트웨이 및 그 동작방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 무선 네트워크와 이와 연관된 패킷 데이터 네트워크 사이에서 데이터를 양방향으로 송신할 수 있는 무선 네트워크 게이트웨이에 있어서, 상기 무선 네트워크 및 상기 패킷 데이터 네트워크로부터 데이터 패킷을 수신하며, 상기 무선 네트워크 및 상기 패킷 데이터 네트워크로 데이터 패킷을 송신할 수 있는 N개의 입출력 프로세서들; 상기 패킷 데이터 네트워크와, 상기 무선 네트워크와 통신하는 MS 사이의 데이터 세션과 연관된 패킷 데이터 서빙 노드(PDSN) 기능들을 수행할 수 있는 M개의 서비스 프로세서들; 상기 N개의 입출력 프로세서들과 상기 M개의 서비스 프로세서들을 양방향 으로 접속시킬 수 있는 스위치 구조; 및 각각이 상기 스위치 구조와 상기 N개의 입출력 프로세서들 중 적어도 하나 사이에서 데이터 패킷을 양방향으로 전송할 수 있는 P개의 스위치 모듈들을 포함한다. 여기서, 상기 P개의 스위치 모듈들 중 제1 스위치 모듈은 제1 MS와 상기 패킷 데이터 네트워크 사이의 제1 데이터 세션과 연관된 세션 바인딩 정보를 저장한다.
상기 제1 데이터 세션과 연관된 PDSN 기능들을 수행하는 제1 서비스 프로세서에 장애가 발생되면, 상기 제1 스위치 모듈은 상기 제1 데이터 세션관 연관된 상기 PDSN 기능들을 계속해서 수행하는 제2 서비스 프로세서를 구성하기 위해, 상기 저장된 세션 바인딩 정보를 이용한다.
상기 제1 스위치 모듈은, 상기 제1 데이터 세션을 초기화하기 위하여 상기 제1 MS 요청과 연관된 초기 등록 요청 메시지를 상기 무선 네트워크로부터 수신할 수 있다.
상기 제1 스위치 모듈은, 상기 초기 등록 요청 메시지에 응답하여 상기 제1 데이터 세션을 초기화하기 위하여 상기 초기 등록 요청 메시지를 거부하는 등록 응답 메시지를 상기 무선 네트워크로 송신한다.
상기 제1 스위치 모듈은, 상기 제1 서비스 프로세서와 연관된 상기 제1 데이터 세션을 초기화하기 위하여 상기 제1 서비스 프로세서로 향하는 상기 제1 MS와 연관된 연속적인 등록 요청 메시지를 상기 무선 네트워크로부터 수신할 수 있으며, 상기 연속적인 등록 요청 메시지를 상기 제1 서비스 프로세서로 전송할 수 있다.
상기 제1 스위치 모듈은, 상기 제1 데이터 세션과 연관된 상기 PDSN 기능들 을 수행하는 상기 제1 서비스 프로세서의 어드레스를 상기 무선 네트워크로 송신한다.
한편, 본 발명에 따른 무선 네트워크와 이와 연관된 패킷 데이터 네트워크 사이에서 데이터를 양방향으로 송신할 수 있는 무선 네트워크 게이트웨이 동작 방법의 바람직한 실시예에 따르면, N개의 입출력 프로세서들에서, 상기 무선 네트워크 및 상기 패킷 데이터 네트워크로부터 데이터 패킷을 수신하며, 상기 무선 네트워크 및 상기 패킷 데이터 네트워크로 데이터 패킷을 송신하는 단계; M개의 서비스 프로세서들에서, 상기 패킷 데이터 네트워크와 상기 무선 네트워크와 통신하는 MS 사이의 데이터 세션과 연관된 패킷 데이터 서빙 노드(PDSN) 기능들을 수행하는 단계; 및 P개의 스위치 모듈들에서, 스위치 구조와 상기 N개의 입출력 프로세서들중 적어도 하나 사이에서 데이터 패킷을 양방향으로 전송하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제1 데이터 세션과 연관된 PDSN 기능들을 수행하는 제1 서비스 프로세서에 장애가 발생되면, 상기 제1 스위치 모듈은 상기 저장된 세션 바인딩 정보를 이용하여, 제2 서비스 프로세서가 상기 제1 데이터 세션과 연관된 상기 PDSN 기능들을 계속해서 수행하는 단계를 더 포함한다.
상기 제1 스위치 모듈에서 상기 제1 데이터 세션을 초기화하기 위하여 상기 제1 MS 요청과 연관된 초기 등록 요청 메시지를 상기 무선 네트워크로부터 수신하는 단계를 더 포함한다.
상기 제1 스위치 모듈에서, 상기 초기 등록 요청 메시지에 응답하여 상기 제1 데이터 세션을 초기화하기 위하여 상기 초기 등록 요청 메시지를 거부하는 등 록 응답 메시지를 상기 무선 네트워크로 송신하는 단계를 더 포함한다.
상기 제1 스위치 모듈에서, 상기 제1 데이터 세션과 연관된 상기 PDSN 기능들을 수행하는 상기 제1 서비스 프로세서의 어드레스를 상기 무선 네트워크로 송신하는 단계를 더 포함한다.
상기 제1 스위치 모듈에서, 상기 제1 서비스 프로세서와 연관된 상기 제1 데이터 세션을 초기화하기 위하여 상기 제1 서비스 프로세서 요청으로 향하는 상기 제1 MS와 연관된 연속적인 등록 요청 메시지를 상기 무선 네트워크로부터 수신하는 단계를 더 포함한다.
상기 제1 스위치 모듈에서, 상기 연속적인 등록 요청 메시지를 상기 제1 서비스 프로세서로 전달하는 단계를 더 포함하는 것이다.
상기한 내용은 본 기술분야의 전문가가 이하 설명되는 본 발명의 상세한 설명을 보다 잘 이해하도록 본 발명의 특징 및 기술적인 이점을 보다 넓게 기재했다. 본 발명의 부가적인 특징 및 이점은 본 발명의 특허청구범위의 주제를 형성하는 이하에 기재된다. 본 기술분야의 전문가는 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위한 다른 구조를 수정 또는 설계하기 위한 기본으로서 기재된 특정 실시예 및 개념을 사용하여 용이하게 이해할 것이다. 본 기술분야의 전문가는 또한 이런 균등의 구조가 넓은 형태로 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는다는 것을 이해해야 한다.
이하, 본 발명에 대한 상세한 설명에 앞서 본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 특정 무선 인터넷 프로토콜(IP) 및 약어들을 정의해 보기로 한다.
R-P 세션
R-P(Radio Network-to-Packet Data Network) 세션은 특정 PPP 세션에 대한 R-P 인터페이스를 통해 구축된 논리 접속이다. 사용자가 패킷 데이터 서비스 세션 동안 무선 네트워크를 변화시키면, R-P 세션은 이전의(Old) 무선 네트워크에서 새로운(New) 무선 네트워크로 이동되나, 여전히 동일한 PDSN에 접속된다. 사용자가 패킷 데이터 서비스 세션 동안 새로운 PDSN을 변화시키면, 새로운 R-P 세션은 생성되고, 이전의 R-P 세션은 해제된다.
PPP 세션
PPP(Point-to-Point) 세션은 특정 PPP 접속 예가 MS와 대응하는 PDSN 모두에서 개방 상태로 유지되는 시간 동안을 말하는 것이다. PPP 세션은 MS가 비활성인 주기(휴지구간) 동안 유지된다. MS가 한 무선 네트워크로부터 다른 무선 네트워크로 핸드오프되나 여전히 동일한 PDSN에 접속된다면, PPP 세션은 유지된다. 또한, 사용자가 신 PDSN으로 변화된다면, 신 PPP 세션은 신 PDSN에서 생성된다.
AAA 서버
AAA(Authentication, Authorization, Accounting)서버는 PDSN으로부터 MS 인증 요청을 처리하는 서버이다. AAA 서버는 홈 네트워크, 서비스 제공자(provider) 네트워크 또는 중계인(broker) 네트워크에서 MS로부터의 요청에 행동하는지 그 여부에 따라 다른 책임을 가진다. AAA 서버는 또한 PDSN으로부터 에어링크(Airlink) 과금 기록을 수신한다.
AAA 서버 기능들의 상세한 설명은 레퍼런스 PN-4286-A(TIA/EIA/TSB-115)- Wireless IP Architecture based on IETF Protocols, June 6, 2000에서 찾을 수 있다.
패킷 데이터 세션
패킷 데이터 세션(Packet Data Session)은 이동국에 의한 패킷 데이터 서비스의 사용예를 의미한다. 패킷 데이터 세션은 이동국이 패킷 데이터 서비스를 요청할 때 시작하고, MS 또는 무선 네트워크가 패킷 데이터 서비스를 종료할 때 종료된다. 특정 패킷 데이터 세션 동안, 사용자는 위치를 변경시키나, 동일한 IP 어드레스가 유지된다. 단순 IP 서비스에서, 일 PDSN에서 다른 PDSN의 커버리지 영역으로 이동은 패킷 데이터 세션에서 변화가 이루어진다. 단순 IP 서비스에서, 패킷 데이터 세션 및 PPP 세션은 동일하게 일어난다. 모바일 IP 서비스에서, 패킷 데이터 세션은 사용자가 홈 에이전트(HA)에서 모빌리티 바인딩(mobility binding)을 계속해서 유지하고 모바일 IP 등록 또는 재등록에서 소멸되지 않는한, 여러 PDSN으로 확장될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 무선 네크워크 게이트웨이에서 통신 세션을 복구하기 위한 장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 살펴보기로 한다.
이하 설명되는 도 1 내지 5 및 본 발명의 원리를 설명하는데 사용되는 여러 실시예는 단지 예시적인 것이며, 본 발명의 기술적 범위를 제한하는 어떠한 방식으로 구성되어서는 않된다. 본 기술분야의 전문가는 본 발명의 원리가 어떠한 무선 네트워크 게이트웨이에서도 구현될 수 있음을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 네트워크 게이트웨이 라우터(150)를 구현하는 예시적인 통신 네트워크(100)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 통신 네트워크(100)는 예시적인 BTS(111, 112, 113)를 포함하는 복수의 BTS(Base Transceiver Station)를 포함한다. BTS는 BTS(111-113)의 커버리지 영역에 위치하는 MS(101-104)를 포함하는 복수의 무선 단말과 무선으로 통신한다.
통신 네트워크(100)의 무선 네트워크부는 또한 다수의 BSC(Base station Controller)(121, 122 및 123)를 포함하고 있으며, BTS(111-113)는 BSC(122)와 결합되어 BSC(122)에 의해 제어된다.
BSC(121, 122 및 123) 각각은 MSC(Mobile Switching Center)(140)를 통해 PSTN(Public Switched Telephone Network)(160)으로 음성 데이터를 송신하고 또한 음성 데이터를 PSTN(160)으로부터 수신한다. 또한, BSC(121, 122 및 123) 각각은 PCF(Packet Control Facility)(130) 및 게이트웨이 라우터(150)를 통해 공용 인터넷(170)(또는 유사한 IP 기반 네트워크)에 패킷 데이터를 송신하고 또는 패킷 데이터를 게이트웨이 라우터(150) 및 PCF(130)를 통해 공용 인터넷(170)으로부터 수신한다. 여기서, PCF(130)는 BSC(122)에 일체화될 수 있다.
BSC(122) 및 PCF(130)의 동작은 본 기술분야의 전문가에게 공지되어 있고 TIA/EIA/IS-2001 표준을 포함하는 통신 표준에 잘 정의되어 있다. PCF(130)와 게이트웨이 라우터(150) 사이의 접속은 R-P 인터페이스(IF)를 포함한다.
R-P 인터페이스는 TIA/EIA/IS-2001 표준에 정의된 A10 및 A11을 포함한다. A10 인터페이스는 무선 네트워크와 패킷 데이터 네트워크 사이에서 모바일 데이터를 양방향으로 전송한다. A11 인터페이스는 R-P 세션에 대한 제어 시그널링을 포함한다. R-P 인터페이스는 비동기 전송 모드(Asynchronous Transfer Mode: ATM) 링크, 프레임 릴레이(FR:Frame Relay) 링크, 및 이더넷(Ethernet) 링크 중 하나 이상을 포함한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따르는 무선 네트워크 게이트웨이 라우터(150)의 하이레벨 블럭 구성을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 게이트웨이 라우터(150)는 마스터 스위치 모듈(SWM)(205), 기바비트 이더넷(E-Net) 스위치 구조(210), 및 PMD-FE(Physical Media Device-Forwarding Engines)(215A, 215B, 215C 및 215D)를 포함하는 FE를 갖는 복수의 PMD(215)를 포함하는 대용량 병렬 분산형 라우터이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, PMD-FE(215A, 215B, 215C 및 215D) 각각은 IOP에서 처리될 IP 네트워크(또는 ATM 스위치)로부터 인입(incoming) 패킷(셀)을 프레임화(frame)하며, 버스 변환 기능을 수행한다.
게이트웨이 라우터(150)는 또한 예시적인 IOP(220A), IOP(220B), IOP(220C), IOP(220D), IOP(220E) 및 IOP(220F)를 포함하는 복수의 IOP를 포함한다. IOP(220A, 220B, 220C, 220D, 220E 및 220F) 각각은 서브넷 또는 인접 라우터로부터 인입 인터넷 프로토콜(IP)를 버퍼링한다. IOP(220A, 220B, 220C, 220D, 220E 및 220F) 각각은 또한 요청된 서비스들을 분류하며, 패킷 헤더로부터 목적지 어드레스들을 추출(look-up)하고, 패킷을 외부(outbound) IOP에 전송한다.
최종적으로, 게이트웨이 라우터(150)는 PMD-WAG(Physical Media Device-Wireless Access Gateway) 서비스 프로세서들(230A, 230B)를 포함하는 복수의 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)를 포함한다. PMD-WAG 서비스 프로세서(230)는 R-P 세션, 및 압축 및 암호화 요건을 포함하는 대응 PPP 세션을 처리한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 무선 네트워크 게이트웨이 라우터(150)의 상세 블럭 구성을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 게이트웨이 라우터(150)는 예시적인 랙들(racks)(310A, 310B)를 포함하는 복수의 랙들(310)을 포함한다.
랙들(310)은 기가비트 이더넷 스위치 구조(210)에 의해 서로 접속되고, 랙(310A)은 입출력(IO) PMD(315A), IO PMD(315B), IO PMD(315C), 및 IO PMD(315D)를 포함하는 복수의 IO PMD(315)로 이루어질 수 있다.
IO PMD(315) 각각은 예시적인 IOP(320A), IOP(320B) 및 IOP(320C)를 포함하는 복수의 IOP들(320)중 하나에 접속된다. IOP들(320)은 도 2의 IOP들(220)과 동일하고, IO PMD(315)는 도 2의 PMD-FE(215A-215D)와 동일한 것이다.
게이트웨이 라우터(150)는 또한 2개의 스위치 모듈(330), 즉 스위치 모듈(SWM)(330A) 및 SWM(330B)을 포함한다. 이들중 하나는 마스터 스위치 모듈로서 기능한다. 게이트웨이 라우터(150)는 2개의 스위치 인터페이스 PMD(SW IF PMD)(340), 즉 SW IF PMD(340A) 및 SW IF PMD(340B)와, 적어도 하나의 PMD-WAG 서비스 프로세서(SP)(230)를 포함한다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 게이트웨이 라우터(150)는 대부분이 분리된 64비트 IX 버스들에 의해 2개의 IO PMD(315)에 결합되는 38개의 IOP(320)로 구성될 수 있다. 적어도 하나의 IOP(320)는 64비트 IX 버스들에 의해 적어도 하나의 PMD-WAG 서비스 프로세서(SP)(230)에 접속된다.
또한, IO PMD(315) 각각은 10/100 이더넷 접속을 포함하는 하나 이상의 프로토콜에 따라 패킷 데이터를 외부 디바이스들에 양방향으로 전송하기 위한 8개의 포트들을 가진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 각각의 IOP(320)는 제1의 1 Gbps 풀 듀플렉스 접속에 의해 SWM(330A)에, 또한 제2의 1Gbps 풀 듀플렉스 접속에 의해 SWM(220B)에 결합된다.
SWM(330A)은 4개의 10Gbps 전기 접속들에 의해 SW IF PMD(340A)에 더 결합되며, SWM(330B)은 4개의 10Gbps 전기 접속들에 의해 SW IF PMD(340B)에 결합된다. 최종적으로, SW IF PMD(340A)는 4개의 10Gbps 광 접속들에 의해 기가비트 이더넷 스위치 구조(210)에 더 결합되며, SW IF PMD(340B) 역시 4개의 10Gbps 광 접속들에 의해 기가비트 이더넷 스위치 구조(210)에 결합된다.
랙(310B)을 포함하는 게이트웨이 라우터(150)의 나머지 랙들(310)은 랙(310A)과 기능적으로 동일하기 때문에 이하 상세히 설명하지 않는다.
게이트웨이 라우터(150)는 베이스 라우터 설계에서 분산형 대용량 병렬 라우팅 구조와 에러 복구 메카니즘을 활용한다. 이런 설계는 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)에서 R-P 및 PPP 프로토콜을 지원하며, 리소스 재할당 및 에러(장애) 복구를 위한 SWM(330)을 활용한다. R-P 및 PPP 세션은 마스트 SWM(330)에 의해 하 나 이상의 PMD-WAG 서비스 프로세서들(230)을 통해 분배된다.
게이트웨이 라우터(150)는 PMD-WAG 서비스 프로세서들(230)을 PDSN의 패밀리(Familly)로서 처리한다.
또한, R-P/PPP 세션은 활성 바인딩(Binding)이 이미 존재하는 곳을 제외하고 라운드 로빈(round robin) 방식으로 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)에 할당되며, 세션이 존재하는 이전의 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)에 재할당된다. 리소스 재할당 및 분배를 위한 구조는 게이트웨이 라우터(150)내의 고스트(ghost) 세션의 소거와, 하드웨어 또는 소프트웨어로부터 복구하는 능력을 보장하며, 한편 요구되는 트래픽을 조작할 수 있는 능력을 제공한다.
또한, R-P 및 PPP 세션은 할당된 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)에 라우팅된다. 각각의 PMD-WAG 서비스 프로세서들(230)은 R-P 및 PPP 프로토콜을 처리하며, 결과 IP 패킷을, 원시 라우팅 기능을 갖는 IOP(230)에 트래픽을 라우팅하는 대응하는 IOP(230)에 다시 전송한다.
각각의 PMD-WAG 서비스 프로세서들(230)은 통신 네트워크(100)의 무선 네트워크부에 접속된 단일 논리 PDSN 내에서 마스터 SWM(330)에 의해 관리되는 독립적인 PDSN으로서 작용한다. PDSN의 공용 IP 어드레스는 마스터 SWM(330)의 어드레스이다. 따라서, 무선 네트워크와 무선 액세스 게이트웨이 라우터(150) 사이에서 세션을 구축하는 초기의 R-P 세션 통신은 항상 마스터 SWM(330)과 함께 있다.
마스터 SWM(330)은 MS를 식별하며 PMD-WAG 서비스 프로세서들(230)중 하나에 세션을 다시 향하게 하는 바인딩 정보의 트랙을 유지한다. 마스터 SWM(330)은 라운 드 로빈 알고리즘을 이용하여, MS를 R-P 및 PPP 세션에 할당한다. MS 바인딩이 마스터 SWM(330)에 이미 통보된 경우, 마스터 SWM(330)은 세션을 최종 관리하는 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)에 세션을 다시 향하게 한다.
이롭게, 마스터 SWM(330)이 각각의 MS에 대한 MS 바인딩 정보 모두의 잔여 카피(Copy)를 유지하고 갱신하기 때문에, 특정 MS에 서비스를 제공하는 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)에 장애가 발생한 경우, 통신 세션은 여전히 저장될 수 있다.
또한, 마스터 SWM(330)이 모든 MS 바인딩 정보를 포함하고 있기 때문에, 마스터 SWM(330)은 MS 바인딩 정보를, 실패한 PMD-WAG 서비스 프로세서(230) 대신에 통신 세션을 재시작하는 신 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)에 전송할 수 있다.
모든 R-P 세션 등록 메시지는 무선 네트워크 PCF(130)를 통해 무선 네트워크로부터 무선 액세스 게이트웨이 라우터(150)로 들어오고, SWM(330)에 어드레싱된다. 마스터 SWM(330)은 등록-거부 메시지와, 이용가능한 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)의 IP 어드레스를 갖고 응답한다. 무선 네트워크는 할당된 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)에 전송된 다른 등록 요구와 함께 응답하고, 할당된 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)는 무선 네트워크를 갖는 R-P 세션을 구축한다.
다음으로, MS는 할당된 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)를 갖는 PPP 세션을 네고시에이트(negotiate)한다.
할당된 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)는 진행하는 세션을 위해 AAA 기능 및 연속적인 데이터 압축 및/또는 암호화를 수행한다. 따라서, 할당된 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)는 MS로부터 PPP 패킷을 수신하며 결과 IP 패킷을 인터넷(170)으 로의 라우팅을 위해 적당한 IOP(320)에 전달한다. PMD-WAG 서비스 프로세서(230)는 IOP(320)로부터의 IP 패킷을 수신하고 그 패킷을, MS로의 라우팅을 위한 정확한 IOP 카드로 전송되는 PPP 메시지로 변환한다.
링크 계층/네트워크 계층 프레임들은 예컨대, GRE 프레이밍을 통해 양방향에서 PCF(130)와 무선 액세스 게이트웨이 라우터(150) 사이의 A10 접속을 통과한다. 게이트웨이 라우터(150)는 프레임을 수용하고, GRE 헤더를 스트립(Strip)하며, 적당한 인터페이스 및 프로토콜용 정규 인입 프레임으로서 이들을 처리한다. 역방향으로 전송하는 패킷은 반대 방식으로 처리되어, 무선 게이트웨이 라우터(150)는 GRE 프레임에서 링크 계층/네트워크 계층 데이터 패킷을 암호화하고, PCF(130)는 프레임을 상위계층으로 통과시키기 전에 GRE 헤더를 스트리핑(Striping)한다.
이 시점에서 MS와 무선 액세스 게이트웨이 라우터(150) 사이의 점대점(Point-to-Point) 링크 계층/네트워크 계층 접속된다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따르는 무선 네트워크 게이트웨이 라우터(150)의 동작을 예시하는 메시지 흐름을 나타낸 도면으로서, 도 4는 MS-발신된 패킷 호 셋업을 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 메시지 시퀀스는 매 R-P 및 PPP 세션을 구축하기 위해 무선 액세스 게이트웨이 라우터(150)에 의해 활용된다. 이런 접근법은 인입 MS 세션이 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)를 통해 분배되게 한다. 무선 액세스 게이트웨이(150)로 세션을 셋업 및 해제하는데 사용되는 R-P 메시지들만이 이하 상세히 설명된다(다른 메시지들의 설명에 대해서는 TIA/EIA/IS-2001을 참조).
초기에, MS(101)는 목적지 메시지(405)를 BTS(111)를 통해 BSC(122)에 송신함으로써 패킷 데이터 호를 시작한다.
이어, BSC(122)는 기지국 응답확인(BS ACK) 순서 메시지(410)를 MS(101)에 다시 송신함에 의해 응답한다. BSC(122)는 또한 호에 대한 완전한 L3 정보를 CM 서비스 요청 메시지(415)에서 MSC(140)에 송신한다.
MSC(140)는 할당 요청 메시지(420)를 BSC(122)에 다시 송신함에 의해 응답하여, 무선 네트워크 리소스를 패킷 데이터 호에 할당하게 한다.
이후, MS(101) 및 BSC(122)는 트패픽 채널을 설정하는 메시지(425로 명시됨)를 교환하게 되는 것이다.
PCF(130)는 MS(101)와 연관된 어떠한 A10 접속이 가능하지 않으며 패킷 데이터 호에 대한 PDSN(즉, 무선 액세스 게이트웨이 라우터(150)에서 마스터 SWM(330))을 선택하지 않음을 인식한다. 응답시, PCF(130)는 모든 등록 요청 메시지(430)를 선택된 PDSN에 전송하며 타이머 T(RegReg)를 개시한다. 여기서, 모든 등록 요청은 유효하며, PDSN(마스터 SWM(330))은 접속을 거절하고, PDSN-Tn(PMD-WAG 서비스 프로세서들(230) 중 하나)를 제안한다.
마스터 SWM(330)은 88H의 거절 코드를 갖는 모든 등록 응답(Reply) 메시지(435)(즉, 등록 거부-미확인 PDSN 어드레스)와 모든 등록 응답 메시지(435)의 홈 에이전트 어드레스 필드에서의 PDSN-Tn의 어드레스를 PCF(130)에 송신함에 의해 상기한 동작이 수행되는 것이다. 이때, PCF(130)는 타이머 T(RegReg)를 정지시키게 된다.
이어, PCF(130)는 모든 등록 요청 메시지(440)를 게이트웨이 라우터(150)에 전송함에 의해 PDSN-Tn(PMD-WAG 서비스 프로세서(230))와의 A10 접속의 구축을 초기화한다. 이때, PCF(130)는 타이머 T(RegReg)를 개시하고, 모든 등록 요청은 유효화되며, PDSN-Tn(PMD-WAG 서비스 프로세서(230))는 "승인(Accept)" 표시와 수명값 (Life Time)을 갖는 모든 등록 응답 메시지(445)를 구성된 Trp 값에 되돌림에 의해 접속을 승인한다. PDSN-Tn(PMD-WAG 서비스 프로세서(230)) 및 PCF(130)은 A10 접속용 바인딩 기록을 생성하고, PCF(130)는 타이머 T(RegReg)를 정지시킨다.
이후, PCF(130)는 할당 완료 메시지(450)를 MSC(140)에 송신하고, 이 시점에서, PDSN-Tn으로 작용하는 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)는 PPP 접속을 구축하며 모바일 IP 등록(455로 명시됨)을 수행한다. 사용자 데이터는 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)와 MS(101) 사이에서 양방향으로 송신된다(460으로 명시됨).
모바일 세션은 PCF(130)가 모든 등록 요청 메시지(과금 데이터 값을 갖는)를 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)에 송신할 때 해제된다. PMD-WAG 서비스 프로세서(230)는 모든 등록 응답 메시지(470)를 PCF(130)에 다시 송신함에 의해 응답한다.
모바일 세션이 해제된 후, PMD-WAG 서비스 프로세서(230)는 수명값이 0으로 설정되는 모든 R-P 등록 요청 메시지(475)를 마스터 SWM(330)에 송신함에 의해, 마스터 SWM(330)에 의해 유지되는 R-P 세션 바인딩을 클리어한다. 마스터 SWM(330)은 모바일 바인딩이 클리어되는 것을 나타내는 모든 등록 응답 메시지(480)를 갖고 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)에 응답한다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따르는 무선 네트워크 게이트웨이 라우터(150)에서 선택된 소프트웨어 모듈을 도시하는 상세 블럭도이다. MS는 PCF(130)를 통해 R-P 및 PPP 세션을 구축하여 무선 액세스 게이트웨이 라우터(150)에서 PDSN과 통신한다. R-P 및 PPP 프로토콜은 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)에서 실행하는 소프트웨어 모듈에 의해 수행된다. 마스터 SWM(330A)는 모든 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)를 관리한다. R-P 및 PPP 관리는 마스터 SWM(330A)로부터 R-P 메시지(즉, IP 프로토콜(505), 관리 R-P 프로토콜(510))을 통해 이루어진다.
그리고, MS 세션이 종료될 때, PMD-WAG 서비스 프로세서(230)는 마스터 SWM(330A)에 통보하여, 세션 정보가 MS 바인딩 테이블(515A)로부터 제거될 수 있게 한다. 다시, R-P 프로토콜은 MS 바인딩 테이블(515A)로부터 모바일 세션 엔트리의 클리어링을 수행하는데 사용된다. PMD-WAG 서비스 프로세서(230)는 모바일 네트워크가 PMD-WAG 서비스 프로세서(230)를 갖는 모바일 세션을 종료시키는 방식과 동일한 방식으로 0과 동일한 수명값을 갖는 R-P 등록 요청을 발생시키며, 메시지를 마스터 SWM(330A)에 전송한다. MS 바인딩 테이블(515A)에서 MS 및 PMD-WAG 서비스 프로세서(230) 바인딩 데이터는 마스터 SWM(330A)이 복구 가능하도록 잉여 백업(Redundant Backup) SWM(330B)에서 대응하는 데이터와 동기하여 유지되야만 한다. SYNC 소프트웨어 모듈(520A, 520B)은 마스터 SWM(330A)과 잉여 백업 SWM(330B) 사이에서 요구되는 동기화를 수행하게 되는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 무선 네트워크에서 사용되는 개 선된 패킷 데이터 서비싱 노드에 대한 기술을 제공할 수 있으며, 특히, 무선 네트워크 게이트웨이에서 통신 세션을 회복하기 위한 효율적인 장치 및 방법을 구현하는 분산형 구조를 갖는 대용량 병렬 라우터를 제공할 수 있다.
비록 본 발명이 상세히 설명된다 할지라도, 본 기술 분야의 전문가에게는 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어남이 없이 여러 변경, 대체 및 대안이 있을 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (15)

  1. 무선 네트워크와 이와 연관된 패킷 데이터 네트워크 사이에서 데이터를 양방향으로 송신할 수 있는 무선 네트워크 게이트웨이에 있어서,
    상기 무선 네트워크 및 상기 패킷 데이터 네트워크로부터 데이터 패킷을 수신하며, 상기 무선 네트워크 및 상기 패킷 데이터 네트워크로 데이터 패킷을 송신할 수 있는 N개의 입출력 프로세서들;
    상기 패킷 데이터 네트워크와, 상기 무선 네트워크와 통신하는 MS사이의 데이터 세션과 연관된 패킷 데이터 서빙 노드(PDSN) 기능들을 수행할 수 있는 M개의 서비스 프로세서들;
    상기 N개의 입출력 프로세서들과 상기 M개의 서비스 프로세서들을 양방향을 접속시킬 수 있는 스위치 구조; 및
    각각이 상기 스위치 구조와 상기 N개의 입출력 프로세서들 중 적어도 하나의 프로세서 사이에서 데이터 패킷을 양방향으로 전송할 수 있는 P개의 스위치 모듈들을 포함하는 무선 네트워크 게이트웨이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 P개의 스위치 모듈들 중 제1 스위치 모듈은 제1 MS와 상기 패킷 데이터 네트워크(PDN) 사이의 제1 데이터 세션과 연관된 세션 바인딩 정보를 저장하는 무 선 네트워크 게이트웨이.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 데이터 세션과 연관된 PDSN 기능들을 수행하는 제1 서비스 프로세서에 장애가 발생되면, 상기 제1 스위치 모듈은 상기 저장된 세션 바인딩 정보를 이용하여, 제2 서비스 프로세서가 상기 제1 데이터 세션과 연관된 상기 PDSN 기능들을 계속해서 수행하는 무선 네트워크 게이트웨이.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 스위치 모듈은,
    상기 제1 데이터 세션을 초기화하기 위하여 상기 제1 MS 요청과 연관된 초기 등록 요청 메시지를 상기 무선 네트워크로부터 수신할 수 있는 무선 네트워크 게이트웨이.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 스위치 모듈은,
    상기 초기 등록 요청 메시지에 응답하여 상기 제1 데이터 세션을 초기화하기 위하여 상기 초기 등록 요청 메시지를 거부하는 등록 응답 메시지를 상기 무선 네트워크로 송신하는 무선 네트워크 게이트웨이.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 스위치 모듈은,
    상기 제1 데이터 세션과 연관된 상기 PDSN 기능들을 수행하는 상기 제1 서비스 프로세서의 어드레스를 상기 무선 네트워크로 송신하는 무선 네트워크 게이트웨이.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 스위치 모듈은,
    상기 제1 서비스 프로세서와 연관된 상기 제1 데이터 세션을 초기화하기 위하여 상기 제1 서비스 프로세서로 향하는 상기 제1 MS와 연관된 연속적인 등록 요청 메시지를 상기 무선 네트워크로부터 수신할 수 있는 무선 네트워크 게이트웨이.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 스위치 모듈은,
    상기 연속적인 등록 요청 메시지를 상기 제1 서비스 프로세서로 전송할 수 있는 무선 네트워크 게이트웨이.
  9. 무선 네트워크와 이와 연관된 패킷 데이터 네트워크 사이에서 데이터를 양방향으로 송신할 수 있는 무선 네트워크 게이트웨이 동작 방법에 있어서,
    N개의 입출력 프로세서들에서, 상기 무선 네트워크 및 상기 패킷 데이터 네트워크로부터 데이터 패킷을 수신하며, 상기 무선 네트워크 및 상기 패킷 데이터 네트워크로 데이터 패킷을 송신하는 단계;
    M개의 서비스 프로세서들에서, 상기 패킷 데이터 네트워크와 상기 무선 네트워크와 통신하는 MS 사이의 데이터 세션과 연관된 패킷 데이터 서빙 노드(PDSN) 기능들을 수행하는 단계; 및
    P개의 스위치 모듈들에서, 스위치 구조와 상기 N개의 입출력 프로세서들 중 적어도 하나 사이에서 데이터 패킷을 양방향으로 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 P개의 스위치 모듈들중 제1 스위치 모듈은 제1 MS와 상기 패킷 데이터 네트워크 사이의 제1 데이터 세션과 연관된 세션 바인딩 정보를 저장하는 무선 네트워크 게이트웨이 동작 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 데이터 세션과 연관된 PDSN 기능들을 수행하는 제1 서비스 프로세서의 장애에 응답하여, 제2 서비스 프로세서를 구성하기 위하여 상기 저장된 세션 바인딩 정보를 사용하여, 상기 제1 데이터 세션과 연관된 상기 PDSN 기능들을 계속해서 수행하는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크 게이트웨이의 동작 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 스위치 모듈에서 상기 제1 데이터 세션을 초기화하기 위하여 상기 제1 MS 요청과 연관된 초기 등록 요청 메시지를 상기 무선 네트워크로부터 수신하는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크 게이트웨이의 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 스위치 모듈에서, 상기 초기 등록 요청 메시지에 응답하여 상기 제1 데이터 세션을 초기화하기 위하여 상기 초기 등록 요청 메시지를 거부하는 등록 응답 메시지를 상기 무선 네트워크로 송신하는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크 게이트웨이의 동작 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 스위치 모듈에서, 상기 제1 데이터 세션과 연관된 상기 PDSN 기능들을 수행하는 상기 제1 서비스 프로세서의 어드레스를 상기 무선 네트워크로 송신하는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크 게이트웨이의 동작 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 스위치 모듈에서, 상기 제1 서비스 프로세서와 연관된 상기 제1 데이터 세션을 초기화하기 위하여 상기 제1 서비스 프로세서 요청으로 향하는 상기 제1 MS와 연관된 연속적인 등록 요청 메시지를 상기 무선 네트워크로부터 수신하는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크 게이트웨이의 동작 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 스위치 모듈에서, 상기 연속적인 등록 요청 메시지를 상기 제1 서비스 프로세서로 전달하는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크 게이트웨이의 동작 방법.
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