KR100739490B1 - Ｉｐ 기반 이동통신 액세스 시스템의 네트워크 구조 및패킷 라우팅 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 IP 기반 이동통신 액세스 시스템의 네트워크 구조 및 패킷 라우팅 방법에 관한 것이다.

본 발명은 이동 단말기로 패킷 데이터 서비스를 제공하는 액세스 시스템에 있어서, 패킷 데이터 서비스를 제공하기 위한 게이트웨이이며, 이동 단말기의 IP 주소가 포함된 라우팅 정보를 저장하고 업데이트하는 라우터; 및 이동 단말기와의 무선 접속 종단 기능을 통해 이동 단말기의 IP 주소를 수신하고, 이동 단말기의 IP 주소가 포함된 라우팅 정보 업데이트 메시지를 생성하여 라우터로 전달하며, 라우터로부터 전달되는 패킷 데이터를 이동 단말기로 전달하는 베어러(bearer)를 관리하는 Node-B를 포함한다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 기존의 트래픽 베어러별 포인트-투-포인트 트래픽의 복잡한 터널링 관리 기능을 수행하지 않을 수 있고, 액세스 시스템내에서의 인캡/디캡에 의한 전송 지연 및 앵커 포인트에 의한 트래픽 지연 현상을 없앨 수 있다.

액세스 시스템, 패킷 라우팅, Proxy ARP, Gratious ARP, 핸드오버, 라우팅 정보

Description

ＩＰ 기반 이동통신 액세스 시스템의 네트워크 구조 및 패킷 라우팅 방법{Network Structure for Access System with IP Infrastructure and Method for Packet Routing thereof}

도 1은 종래 3GPP 이동통신 시스템의 네트워크 구조를 간략하게 나타낸 블록 구성도,

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 액세스 시스템의 네트워크 구조를 간략하게 나타낸 블록 구성도,

도 3은 본 발명이 실시되는 액세스 시스템의 앵커 포인트를 설명하기 위한 도면,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액세스 시스템의 다운링크 패킷 전달 과정을 설명하기 위한 도면,

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 액세스 시스템에서 이동 단말기의 이동 상황을 설명하기 위한 도면,

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따라 유휴 상태에서의 라우팅 정보 변경 방법을 설명하기 위한 흐름도,

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따라 유휴 상태에서의 라우팅 정보 변경 방법을 설명하기 위한 흐름도,

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따라 유휴 상태에서의 라우팅 정보 변경 방법을 설명하기 위한 흐름도,

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액세스 시스템에서, 접속 상태의 핸드오버 방법을 설명하기 위한 흐름도,

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액세스 시스템에서, 접속 상태의 핸드오버 방법을 설명하기 위한 흐름도,

도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액세스 시스템에서, 접속 상태의 핸드오버 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명은 IP 기반 이동통신 액세스 시스템의 네트워크 구조 및 패킷 라우팅 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, IP 인프라를 기반으로 하는 셀룰러 이동통신 시스템의 액세스 시스템에서 이루어지는 GTP(GPRS Tunneling Protocol) 기반의 포인트-포인트 베어러(Bearer) 관리 체제를 IP 헤더 혹은 이더넷 헤더의 소스(Source)와 목적지(Destination)에 기반한 패킷 라우팅 메커니즘을 지향함으로써, 액세스 시스템 내에서 데이터 전반에 필요한 자원을 줄이고, 액세스 시스템의 호환성 및 확장성을 높이는 네트워크 구조 및 패킷 라우팅 방법에 관한 것이다.

셀룰러 이동통신 시스템에서의 서비스는 음성 중심의 서비스에서 멀티미디어 서비스의 추세로 옮겨가고 있으며, 이러한 변화는 셀룰러 네트워크의 무게 중심을 음성 위주의 서킷 스위치드 도메인(Circuit Switched Domain)에서 다양한 IP 기반의 멀티미디어 서비스를 지원하는 패킷 스위치드 도메인(Packet Switched Domain) 중심으로 변화하고 있다.

도 1은 종래 3GPP 이동통신 시스템의 네트워크 구조를 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.

종래 3GPP(3rd Generation Partnership Project)의 무선 접속 규격에 따르는 이동통신 시스템의 네트워크 구조는 이동 단말기(MT: Mobile Terminal)(10), UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network)(20), SGSN(Serving GPRS Support Node)(30) 및 GGSN(Gateway GPRS Support Node)(40)을 포함하여 구성된다.

UTRAN(20)은 Node B(22), 무선 제어국(RNC: Radio Network Controller, 이하 'RNC'라 칭함)(24)로 구성되어, 이동 단말기(10)로부터의 제어 신호를 수신하여 SGSN(30)으로 전달하고, SGSN(30)으로부터 트래픽을 수신하여 이동 단말기(10)로 전송하는 기능을 수행한다.

Node B(22)는 이동 단말기(10)와의 무선 접속 종단 기능을 수행하고, 음성, 영상 및 데이터 트래픽(Traffic)을 송수신하는 기능 및 송수신 안테나를 통하여 이동 단말기(10)와의 제어 신호를 송수신한다. 일반적으로 Node B(22)의 내부 서브시스템은 기지국 정합 서브시스템(BIS: Base-station Interconnection Subsystem), 기저 대역 서브시스템(BBS: Base Band Subsystem) 및 RF 서브시스템(Radio Frequency Subsystem)으로 구성된다. 또한, Node B(22)는 'RTS(Radio Transceiver Subsystem)'라는 이름으로 사용되기도 한다.

RNC(24)는 유무선 채널 관리, 이동 단말기(10)의 프로토콜 정합, UTRAN(20)의 프로토콜 정합. 소프트 핸드오프(Soft Handoff) 처리, 핵심망(Core Network)과의 프로토콜 정합, GPRS(General Packet Radio Service) 접속, 장애 관리, 시스템 로딩(Loading) 등과 같은 기능을 담당한다. 여기서, GPRS는 384 Kbps의 데이터 전송 속도를 지원하고, 멀티미디어 메일을 제공하며, 패킷 단위의 데이터 전송으로 전송 회선의 효율을 극대화하는 비동기 방식의 통신 시스템이다.

여기서, 이동 단말기(10)와 UTRAN(20)의 Node-B(22)는 'uu'라는 무선 인터페이스를 통해 통신을 수행하며, UTRAN(20)의 Node-B(22)와 RNC(24)는 'lub' 인터페이스를 통해 통신하며, UTRAN(20)의 RNC(24)와 SGSN(30)은 'lu' 인터페이스를 통하여 통신을 수행하고, SGSN(30)과 GGSN(40)은 'Gn' 인터페이스를 통해 상호 노드 간에 통신을 수행한다.

그러나, 기존의 셀룰러 이동통신 시스템의 액세스 시스템은 패킷 데이터 경로 상의 앵커(Anchor) 문제와 터널링으로 인한 인캡(Encapsulation)/디캡(Decapsulation) 문제로 멀티미디어 서비스가 요구하는 엄격한 지연 요구 사항을 충족하기 어렵다.

결과적으로 GPRS(General Packet Radio Service) 시스템의 게이트웨이인 GGSN(40)에서 IP 연결성(IP-CAN: IP-Connectivity)을 유지하고, 액세스 시스템 내부에서는 IP 인프라가 포함되어 있더라도, GTP 터널링을 이용하여 노드 간의 연결 관리를 위한 트래픽 관리를 수행하고 있다.

이러한 트래픽과 관련된 베어러의 관리는 헤더의 인캡/디캡에 의해 전송 지 연, 이동시 트래픽 경로 설정 관련 신호의 오버 헤드 및 네트워크 관리 비용 등의 자원 사용량을 증가시킬 수 있고, 기존의 광범위하게 전개되어 있으며 확장되고 있는 IP 통신망과의 호환성을 저해시키는 문제점이 있다.

이에 따라, 다양한 멀티미디어 서비스의 지연 요구 사항을 만족시킬 수 없으므로, 인캡/디캡에 의한 전송 지연 및 앵커 포인트에 의한 트래픽 전달의 비효율성 등을 개선하는 기술이 요구되고 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 셀룰러 이동통신 액세스 시스템 내부의 트래픽 관련한 베어러 관리 메커니즘에 의한 포인트 투 포인트 터널링(Point-to-Point Tunneling) 방식을 IP 헤더 혹은 이더넷 헤더의 소스(Source)와 목적지(Destination)를 확인하여 이동 단말의 첫 번째 접근 노드인 Node-B의 경로로 패킷을 라우팅하는 IP 기반 이동통신 액세스 시스템의 네트워크 구조 및 패킷 라우팅 방법을 제공한다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 액세스 시스템으로서, 이동 단말기로 패킷 데이터 서비스를 제공하는 액세스 시스템에 있어서, 패킷 데이터 서비스를 제공하기 위한 게이트웨이이며, 이동 단말기의 IP 주소가 포함된 라우팅 정보를 저장하고 업데이트하는 라우터; 및 이동 단말기와의 무선 접속 종단 기능을 통해 이동 단말기의 IP 주소를 수신하고, 이동 단말기의 IP 주소가 포함된 라우팅 정보 업데이트 메시지를 생성하여 라우터로 전달하며, 라우터로부터 전달되는 패킷 데이터를 이동 단말기로 전달하는 베어러(bearer)를 관리하는 Node-B를 포함한다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 본 발명은 액세스 시스템의 라우팅 정보 변경 방법으로서, 이동 단말기로 패킷 데이터 서비스를 제공하는 액세스 시스템의 유휴(IDLE) 상태에서 라우터에 저장된 라우팅 정보를 변경하는 방법에 있어서, (a) 이동 단말기로부터 IP 주소가 포함된 접속 요청 신호를 수신하는 단계; (b) IP 주소, RRC 프로토콜 및 Node-B의 MAC 어드레스를 통해 프록시-트리거(Proxy-Trigger) 메시지를 생성하는 단계; (c) 프록시-트리거 메시지를 통해 라우팅 정보 업데이트 메시지를 생성하는 단계; 및 (d) 라우팅 정보 업데이트 메시지에 포함된 이동 단말기의 IP 주소를 확인하여, 패킷 데이터 서비스의 제공을 위한 라우팅 정보를 변경하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 본 발명은 액세스 시스템의 핸드오버 지원 방법으로서, 패킷 데이터 서비스를 제공하는 액세스 시스템에서 제1 Node-B에서 제2 Node-B로 이동하는 이동 단말기의 핸드오버를 지원하는 방법에 있어서, (a) 이동 단말기로부터 IP 주소가 포함된 정보를 수신하는 단계; (b) 이동 단말기를 핸드오버시킬 제2 Node-B를 결정하는 단계; (c) 이동 단말기의 IP 정보가 포함된 프록시-트리거(Proxy-Trigger) 메시지를 생성하여 제2 Node-B로 전송하는 단계; (d) 프록시-트리거 메시지를 이용하여 라우팅 정보 업데이트 메시지를 생성하고, 라우팅 정보 업데이트 메시지를 라우터로 전송하여 라우팅 정보를 업데이트하는 단계; 및 (e) 제2 Node-B를 이용하여 전송되는 패킷 데이터를 이동 단말기로 제공하는 단계를 포함한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 ”포함“한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 본 명세서에서 기재한 모듈(module)이란 용어는 특정한 기능이나 동작을 처리하는 하나의 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현할 수 있다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 액세스 시스템의 네트워크 구조를 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 도 2a는 GGSN(40)이 대체된 라우터(220)가 포함되며, GGSN(40)을 제외한 기존의 액세스 시스템의 네트워크 구조를 그대로 유지하고 있다. 또한, 라우터(220)는 Node B(22)와 트래픽 경로를 통해 직접 연결되어 있다.

여기서, 라우터(220)는 일반 라우터가 아니라 본 발명의 제1 실시예에 따라 SGSN(30)과의 Gn 인터페이스 처리와 사용자 신호 메시지(User Defined Signal Message) 혹은 기존에 사용되던 IP 신호 메시지에 의해 라우팅 정보에 대한 업데이트가 가능한 라우터를 의미한다.

이와 같은 구조에 따라, 제어 경로는 이동 단말기(10), Node B(212), RNC(214), SGSN(30) 및 라우터(Router)(220)로 유지된다.

그러나, 이들 사이에 전달되던 종래의 시그널링 인터페이스(uu, lu, lub, Gn)의 메시지는, 본 발명에 따른 다운링크 패킷 라우팅을 위하여, 각각 e-uu, e-lu, e-lub 및 e-Gn 인터페이스로 변경된다.

이와 같이 변경된 인터페이스를 이용하여, 다운링크 패킷은 라우터(220)와 Node B(212) 사이에 직접 연결되는 트래픽 경로를 통해 이동 단말기(10)로 전달된다.

이와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 액세스 시스템의 네트워크 구조로 인하여, 기존의 네트워크 연결 상태를 그대로 유지하면서, 시그널링 인터페이스를 조금만 수정함으로써 다운링크로의 패킷 라우팅이 가능해진다. 즉, IP 인프라를 갖는 이동통신 액세스 시스템에서 구조의 변경 없이 바로 적용할 수 있는 특징을 가진다. 또한, 트래픽 경로를 Node B(212)와 라우터(220) 사이에 직접 연결함으로써, 기존에 발생되던 로드를 경감시킬 수 있다.

여기서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 라우팅 정보 변경 방법 및 핸드오버 방법은 도 6 및 도 9를 통하여 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 도 2b는 이동 단말기(10), UTRAN(230), SGSN(30) 및 라우터(240)를 포함하는 구조를 갖는다. 여기서, UTRAN(230)은 RNC를 포함하지 않고, Node-B(232)만을 포함한다.

이와 같은 구조를 위하여 Node-B(232)는 종래 RNC에 포함되어 있던 RRC 프로토콜이 담당했던 기능을 처리한다. 이에 따라, 종래 Node-B(22)와 RNC(24) 사이의 lub 인터페이스는 내부 인터페이스화되며, Node-B(232) 내에서 기지국 무선 베어러(Bearer)를 세팅하는 제한적인 역할만을 수행하는 인터페이스로 축소된다.

또한, 종래 RNC(24)와 SGSN(30) 사이의 lu 인터페이스와, 각 RNC 사이를 연결하던 lur 인터페이스도 RRC 프로토콜과 마찬가지로 Node-B(232)의 내부 인터페이스(e-lu+, e-lur+)로 포함된다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 라우터(240)는 SGSN(30)과의 Gn 인터페이스 처리와 사용자 신호 메시지 혹은 기존에 사용되던 IP 신호 메시지에 의해 라우팅 정보에 대한 업데이트가 가능한 라우터이다.

이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액세스 시스템에서 트래픽은 라우터(220)와 Node B(212) 사이에 직접 전달된다.

즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액세스 시스템의 네트워크 구조에서는, 종래의 UTRAN(20)의 Node-B(22) 및 RNC(24)의 두 개 노드가, Node-B(232)의 노드 하나로 구성됨으로써 인터페이스가 하나 줄어들게 되며, 이로 인하여 서비스를 위한 시그널링 절차를 간소화될 수 있다. 또한, 트래픽 경로를 Node B(212)와 라우터(220) 사이에 직접 연결함으로써, 기존에 발생되던 로드를 경감시킬 수 있다.

여기서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 라우팅 정보 변경 방법 및 핸드오버 방법은 도 7 및 도 10을 통하여 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 도 2c는 이동 단말기(10), UTRAN(250) 및 Router(260)를 포함하는 구조를 갖는다. 여기서, UTRAN(250)은 기존의 RNC(214)와 Node-B(212)가 통합된 Node-B(252)를 포함하고 있으며, Router(260)는 기존의 SGSN(30)과 GGSN(40)의 기능을 통합하여 포함하고 있다. 이에 따라 종래의 액세스 시스템의 네트워크 구조에서 이동 단말기(10)를 제외한 4 개의 노드(Node-B, RNC, SGSN, GGSN)가 2 개의 노드로 통합된다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 Node-B(252)는 종래의 lub를 내부 인터페이스로 처리하여 기지국 무선 베어러 관리 기능을 수행하고, 포함된 RRC 프로토콜을 이용하여 이동 단말기(110)와의 e-uu 인터페이스를 처리한다.

기존의 RNC(24)와 SGSN(30) 사이의 lu 인터페이스는 e-lu+ 인터페이스로 정의되어 Node-B(252)와 라우터(260) 사이에서 사용된다. 그리고, RNC(24) 사이의 lur 인터페이스는 Node-B(252) 간의 정보 전달을 위한 e-lur+ 인터페이스로 정의되어 Node-B(252)의 내부 인터페이스로 포함된다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 라우터(260)는 기존의 SGSN(30)과의 Gn 인터페이스를 제거하고, UTRAN(250) 사이의 e-lu+ 인터페이스를 처리하며, 사용자 신호 메시지 혹은 기존에 사용되던 IP 신호 메시지에 의해 라우팅 정보에 대한 업데이트가 가능한 라우터이다.

여기서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액세스 시스템도 제1 실시예 및 제2 실시예와 동일하게 트래픽을 라우터(260)와 Node-B(252) 사이에서 직접 전달한다. 이에 따라 기존에 발생되던 로드를 경감시킬 수 있다. 또한, 이와 같은 구조를 통 하여 액세스 시스템 내의 노드가 단순화되면서, 시그널링의 로드가 감소한다.

여기서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 라우팅 정보 변경 방법 및 핸드오버 방법은 도 8 및 도 11을 통하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명이 실시되는 액세스 시스템의 앵커 포인트를 설명하기 위한 도면이다.

3A는 종래의 액세스 시스템의 구조를 계층적으로 도시한 것으로서, 제1 Node-B(22)는 2개의 셀을 관리하고, 제2 Node-B(23)는 1개의 셀을 관리하고 있다고 가정하고 있다. 그리고, 이 3개의 셀은 하나의 RNC(24)가 관리하고 있으며, 이와 같은 RNC(24)의 집합의 영역을 관리하는 SGSN(30) 및 GGSN(40)의 영역이 도시되어 있다.

제1 Node-B(22)가 관리하는 셀에 위치한 제1 이동 단말기(10)와 제2 Node-B(23)가 관리하는 셀에 위치한 제2 이동 단말기(12) 사이의 신호 절차에 의해 상호 간 트래픽 경로가 설정되는 경우에 있어서, 제1 이동 단말기(10)에 대한 하나의 IP 연결 GGSN(40)을 통하여 이루어진다. 또한, 제2 이동 단말기(12)에 대한 IP 연결도 GGSN(40)에서 이루어지므로, 두 개의 트래픽 경로는 GGSN(40)에서 연결된다. 즉, 제1 Node-B(22)와 제2 Node-B(23) 사이의 직접적인 트래픽 경로 설정은 불가능하며, 이에 따라, 제1 이동 단말기(10)와 제2 이동 단말기(12)의 앵커 포인트는 GGSN(40)이 된다.

3B는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액세스 시스템의 구조를 계층적으로 도시한 것으로서, 3A와 동일하게 제1 Node-B(212)는 2 개의 셀을 관리하고, 제2 Node- B(213)는 1 개의 셀을 관리하고 있다고 가정하며, 3 개의 셀은 하나의 RNC(214)에서 관리된다고 가정한다. 그리고, 이와 같은 다수의 RNC 영역을 관리하는 SGSN 영역이 도시되어 있다.

여기서, 제1 Node-B(212)와 라우터(220) 사이에 트래픽 경로가 설정되고, 라우터(220)는 제1 Node-B(212)에 위치한 제1 이동 단말기의 IP 주소가 포함된 라우팅 정보를 교환한다.

또한, 제2 Node-B(213)와 라우터(220) 사이에도 트래픽 경로가 설정되고, 라우터(220)는 제2 Node-B(213)에 위치한 제2 이동 단말기의 IP 주소가 포함된 라우팅 정보를 교환한다.

이 때, 라우터(220)는 제1 Node-B(212)로 제2 이동 단말기의 라우팅 정보도 교환하게 되며, 제2 Node-B(213)로 제1 이동 단말기의 라우팅 정보도 교환하게 된다. 이에 따라서, 제1 Node-B(212)는 제2 이동 단말기의 IP 주소 정보를 확인할 수 있고, 제2 Node-B(213)도 제1 이동 단말기의 IP 주소를 확인할 수 있다.

이에 따라, 제1 Node-B(212)에 위치한 제1 이동 단말기와 제2 Node-B(213)에 위치한 제2 이동 단말기 사이에 신호 절차에 의해 상호 간 트래픽 경로가 설정되는 경우, 제1 Node-B(212)와 제2 Node-B(213) 간의 e-lur+ 인터페이스를 이용한 직접적인 트래픽 경로 설정이 가능하다. 즉, 제1 이동 단말기와 제2 이동 단말기의 앵커 포인트는 제1 Node-B(212) 및 제2 Node-B(213)가 된다.

이와 같은 Node-B 간의 직접적인 트래픽 경로 설정은 본 발명의 제3 실시예 에서도 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 실시예에서는 RNC간의 연결 을 통하여 제1 이동 단말기와 제2 이동 단말기 사이에 트래픽 경로 설정이 가능하므로, RNC가 앵커 포인트로 설정될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 제1 실시예, 제2 실시예 및 제3 실시예에 따르면, 각각 다른 셀에 위치한 제1 이동 단말기와 제2 이동 단말기의 앵커 포인트는 UTRAN(210, 230, 250)으로 설정될 수 있으며, 이에 따라 제1 이동 단말기와 제2 이동 단말기 사이의 트래픽 경로 설정, 시그널링 절차가 용이해지고, 발생되는 로드가 경감될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액세스 시스템의 다운링크 패킷 전달 과정을 설명하기 위한 도면이다.

더욱 상세하게는, 이동 단말기가 라우터를 통해 외부에서 연결되는 상응 노드(CN: Correspondent Node)와 시그널링에 의해 트래픽 경로가 설정된 경우, 상응 노드에서 발생시킨 IP 패킷이 이동 단말기까지 전달되는 과정을 도시한 것이다.

여기서, 상응 노드는 유선 형태의 지상 단말(LT: Land Terminal) 형태라고 가정하고, 라우터는 L3 기능과 함께 L2 접속 포트를 여러 개 가지고 있고, 액세스 시스템의 각 노드들은 L2를 통해 연결되며, 외부로 접속하기 위해서는 라우터를 거쳐야 하다고 가정한다. 그리고, 액세스 시스템 내에는 Node-B가 n 개 있다고 가정한다. 여기서, L2는 스위칭 기능만을 수행하는 장치이며, L3는 스위칭 허브 기능과 라우팅 기능을 동시에 수행하는 장치이다.

상응 노드에서 발생된 IP 패킷이 이동 단말기로 도착하는 과정은 여섯 가지 절차를 통해 이루어진다.

먼저, 상응 노드에서 IP 패킷이 발생되면, IP 헤더의 소스(Source)는 상응 노드의 어드레스로 설정되고, 목적지는 이동 단말기로 설정한다(S410). 그리고, 액세스 시스템의 게이트웨인 라우터로 IP 패킷을 전달한다(S420).

라우터는 L3 라우팅을 하면서, 동시에 L2 스위치로 액세스 시스템의 노드를 연결한다. 즉, 액세스 시스템 내부의 노드는 다수의 L2 스위치로 연결되어 있다고 생각될 수 있다. 상응 노드가 발생한 IP 패킷이 라우터에 도착하면 라우터에는 목적지인 이동 단말기의 IP 주소와 Node-B의 MAC 어드레스 테이블을 유지한다.

이러한 테이블(RI: Routing Information)에서 상응 노드가 발생한 IP 헤더의 목적지인 이동 단말기의 IP 주소로 검색해서, 매핑되는 Node-B의 MAC 어드레스를 찾을 수 있다. 만약 이동 단말기의 IP 주소로 찾은 MAC 어드레스가 제1 Node-B이면, 상응 노드가 발생한 IP 패킷에 이더넷 헤더를 붙이는데, 이 때 이더넷 헤더의 소스는 라우터 MAC 어드레스, 목적지는 제1 노드의 MAC 어드레스가 붙는다(S430).

S430 단계에서 생성된 이더넷 패킷은 이동 단말기가 위치한 Node-B로 전송되고(S440), 이더넷 패킷을 수신한 Node-B는 이더넷 헤더를 제거하여 상응 노드가 원래 발생한 IP 패킷을 만들고, 이 IP 패킷을 무선으로 전송한다(S450).

이와 같이 전송된 IP 패킷을 이동 단말기가 수신함으로써, 액세스 시스템의 다운링크 패킷 전달이 완료된다(S460).

액세스 시스템으로의 진입(Ingress) 패킷이 목적지인 이동 단말기에 도착하기 위한 S410 내지 S460 단계를 살펴보면, 라우터에는 들어온 IP 패킷 헤더의 목적지 IP 주소에 해당하는 Node-B의 이더넷 어드레스 정보를 갖고 있고, 이러한 라우 팅 정보(RI: Routing Information)가 존재하는 것이 패킷의 라우팅에 있어서 중요한 역할을 하고 있다.

이러한 정보의 생성, 유지 및 소멸에 대해서는 어떤 트리거링(Triggering)이 존재할 수 있다. 이러한 정보의 생성, 유지 및 소멸은 기본적으로 IP 상의 메시지를 통하여 이루어질 수도 있지만, 이동통신에서와 같이 빠른 이동성이 요구되는 경우에는, 단순히 IP에서 제공하는 메시지의 교환만으로는 라우팅 정보를 트래픽이 끊기지 않는 수준으로 업데이트할 수 없다. 이에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 액세스 시스템의 다운링크 패킷과, 이동통신에서 사용하는 신호 프로토콜 메시지를 조합하여, 이동 단말기의 이동에 적합하도록 패킷을 라우팅함으로써, 사용자가 인지할 수 없는 수준의 트래픽 이동성을 제공할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 액세스 시스템에서 이동 단말기의 이동 상황을 설명하기 위한 도면이다.

여기서, 도 5를 통하여 D1이라는 IP 주소를 갖은 이동 단말기가 제1 셀에서 제2 셀로 이동했을 때의 과정을 설명하기로 한다.

제1 셀은 제1 Node-B가 관리하며, 제2 셀은 제2 Node-B가 관리한다. 이 때, 제1 셀에 위치한 이동 단말기는 상응 노드와 트래픽 경로가 설정되었다고 가정한다.

상응 노드가 생성한 IP 패킷의 목적지는 이동 단말의 주소이므로, 이동 단말기의 주소를 가지고 라우팅 정보에서 검색하면, 제1 Node-B의 MAC 어드레스(Mac Address)인 D1을 얻을 수 있다.

라우터는 이더넷 헤더의 소스에 라우터 MAC 어드레스를 설정하고, 이더넷 헤더의 목적지를 제1 Node-B의 MAC 어드레스인 D1으로 설정하여 이더넷 패킷을 송신한다. 이와 같이 송신된 이더넷 패킷은 제1 Node-B를 통해 이동 단말기로 전달된다.

여기서, 제1 Node-B에 위치한 이동 단말기의 제1 라우팅 정보는, 라우터가 이동 단말기로 메시지 요청 신호(ARP_Request)를 전송하면, 이동 단말기가 메시지 응답 신호(ARP_Response)를 전송함으로써 생성된다. 그러나, 도 5에서는 이동 단말기는 무선을 통해 연결되어 있으므로, 라우터의 ARP_Request에 응답할 수가 없다.

따라서, 제1 Node-B는 담당하는 셀 내에 위치한 이동 단말기의 IP 주소를 사전에 알고 있고, 라우터로부터 ARP_Request가 전송되면, 셀 내의 이동 단말기를 대신하여 ARP_Response 응답을 전송할 수 있도록 프록시(Proxy) 기능을 포함하고 있어야 한다.

한편, 이동 단말기가 제1 셀에서 제2 셀로 이동하게 되더라도, 라우터로부터 전달되는 패킷 데이터는 기존의 셀, 즉 제1 Node-B로 전달된다.

이동 단말기가 이동한 제2 Node-B로 패킷 데이터를 전송하기 위하여 라우터는 기존의 제1 라우팅 정보를 제2 라우팅 정보로 업데이트해야한다. 즉, 라우팅 정보에 포함되어 있는 이동 단말기의 주소를 제2 Node-B의 MAC 어드레스인 D2로 매핑시켜야만 한다.

그러나, ARP_Request의 주기는 보통 수 초 내지 수 분 단위이다. 이에 따라, 라우터가 ARP_Request를 송신한 이후, 수 초 내지 수 분이 지나야 ARP_Request 응 답을 수신할 수 있다. 즉, 이동 단말기가 제1 셀에서 제2 셀로 이동했음에도 불구하고, 라우터는 수 초 내지 수 분 동안 이동 사실을 확인할 수 없으며, 이에 따라 패킷 데이터도 계속 제1 Node-B로 전송된다.

한편, 제2 셀로 이동한 이동 단말기는 무선을 이용하여 이동했음을 라우터로 전송할 수 없다. 또한, 이동 단말기가 제2 셀로 이동함에 따라, 이동 단말기가 수신된 신호에 따라 자신의 IP 정보 등을 제공하는 수신 시기 신호(RT: Receiver Signal Element Timing) 서비스는 중단된다.

이에 따라, 본 발명에서는 이동 단말기가 제1 셀에서 제2 셀로 이동하는 경우, 이동 단말기의 IP를 포함하는 트리거(Trigger) 메시지를 생성하여 전송하도록 설정한다. 제2 Node-B는 트리거 메시지의 주소를 이용하여, ARP_Request가 라우터로부터 전송되지 않더라도, ARP_Response를 라우터에 전송한다. ARP_Response의 수신에 따라 제1 라우팅 정보는 제2 라우팅 정보로 변경되며, 이에 따라 패킷 데이터 전송 경로가 제1 Node-B에서 제2 Node-B로 변경된다. 이와 같이 이동 단말기에서 생성된 트리거 메시지에 의하여, Node-B는 ARP_Request 없이 ARP_Response를 전송하는 그레티어스(Gratious ARP) 기능을 수행한다.

즉, 본 발명에 따른 Node-B는 프록시 기능과 그레티어스 기능을 포함하고 있어야한다. 그러나, 이를 위하여 Node-B는 셀 내에 위치한 이동 단말기의 IP 주소를 라우터로 전송하면서, 이동 단말기에서 트리거 메시지가 생성되었는지 여부를 확인하여야 한다.

이를 위하여, 기존의 3GPP가 갖고 있는 프로토콜 메시지(RRC, NBAP, RANAP, RNSAP 등)을 변형하여 적용함으로써, Node-B가 프록시 기능과 그레티어스 기능을 수행하는 방법을 도 6 내지 도 11을 통해 설명한다.

통상적으로 유휴(IDLE) 상태와 접속(Connected) 상태는 SRB(Signaling Radio Bearer)의 존재 여부로 판단하여, SRB(시그널링 베어러)가 없으면 유휴 상태, SRB가 존재하면 접속 상태로 판단하지만, 도 6 내지 도 11에 있어서는 SRB가 설정되지 않은 상태 혹은 SRB만 설정되어 있는 상태를 유휴 상태로 정의하고, RAB(트래픽 베어러)가 설정된 상태를 접속 상태로 정의한다. 이때, 접속 상태에서는 RAB 뿐만 아니라 SRB도 같이 존재한다.

이하의 도 6 내지 도 8은 유휴 상태에서 Node-B의 지원 시그널링 절차도이고, 도 9 내지 도 11은 접속 상태에서의 Node-B의 지원 시그널링 절차도이다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따라 유휴 상태에서의 라우팅 정보 변경 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 6은 RAB가 존재하지 않는 유휴 상태에서의 Node-B의 프록시 기능과 그레티어스 기능의 절차에 관한 도면이다.

본 발명에 따른 유휴 상태에서의 라우팅 정보 변경 절차는 SRB의 설정을 요청하는 단계(S610), SRB가 SGSN까지 셋업된 상태에서 NAS(Non Access Straum-비접속 계층) 프로토콜인 GMM메시지를 통하여 라우팅 정보를 업데이트하는 단계(S620) 및 설정된 SRB를 해제하는 단계(S630)의 세 가지 상황으로 구분할 수 있다.

이와 같은 라우팅 정보 변경 절차를 좀 더 상세하게 살펴보면, 본 발명에 따른 액세스 시스템에서 라우팅 정보를 업데이트하기 위한 이동 단말기는 IP 어드레 스를 포함시킨 RRC_Connection_Request를 UTRAN으로 전송한다. 그리고, UTRAN의 Node-B는 전달된 RRC_Connection_Request를 수신하여, uu 인터페이스를 최종 담당하는 RRC 프로토콜이 적재되어 있는 RNC로 전달한다(S611).

RNC는 이동 단말기의 IP 어드레스가 포함된 RRC_Connection_Request를 확인하고, Proxy_Trigger 메시지를 생성하여 Node-B로 전달한다. 즉, RNC는 Proxy_Trigger 메시지를 통해 Node-B로 이동 단말기의 IP 주소를 전달하게 된다(S612).

이 때, 이동 단말기의 IP 주소를 전달받은 Node-B가 이동 단말기의 Proxy 기능을 수행하여, 라우터로부터 ARP_Request 메시지가 전달되면(S613), 이동 단말기를 대신하여, 라우터의 정보를 업데이트하기 위한 ARP_Response 메시지를 응답으로서 전송한다(S614).

그리고, Node-B는 RNC로부터 Proxy_Trigger 메시지를 수신하였을 때, 그레티어스 응답(Gratious_ARP_Response)을 시도하여, 라우터가 ARP_Request를 요청하지 않았더라도 RNC가 보낸 Proxy Trigger라는 이벤트를 통해 라우터에게 라우터 정보 업데이트를 요청 수도 있다(S621).

또한, 이동 단말기는 GPRS 이동성 관리(GMM: GPRS Mobility Management, 이하, 'GMM'이라 칭함) 프로토콜을 통해, 주기적인 망 등록(PS Attach)이 수행되거나, 라우팅 영역(RA: Routing Area)이 바뀌는 경우, 자신의 IP 주소 정보와 Node-B의 MAC 어드레스 정보가 포함된 RAU(Routing Area Update) 신호를 SGSN으로 전송할 수 있다(S622).

GMM 메시지를 수신한 SGSN은 이동 단말기의 IP 주소 정보와 Node-B의 MAC 어드레스 정보를 이용하여, 라우터로 라우팅 정보 등록 요청 신호(RI_Registration_Request)를 전송한다(S623).

라우터는 수신된 라우팅 정보 등록 요청 신호를 이용하여 라우팅 정보(RI)를 업데이트하고, 라우팅 정보 등록 응답 신호(RI_Registration_Response)를 SGSN으로 전송한다(S624).

S623 단계 또는 S626 단계를 통해 라우팅 정보의 업데이트가 완료되면, 설정된 SRB를 해제한다. 이 때, SRB의 해제과정은 추가 RAB를 설정하는 경우에는 일어나지 않을 수도 있다(S630).

이와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 유휴 상태에서의 라우팅 정보 변경 방법은 다음의 세 가지 상황으로 분류할 수 있다.

첫 번째는, RRC 메시지인 변형 RRC_Connection_Request를 통해 RNC가 Node-B로 Proxy_Trigger 메시지를 전송하여, Node-B가 이동 단말기의 IP 주소에 대한 라우터의 ARP_Request에 응답하도록 기본적인 조치를 한 다음, 이 Proxy_Trigger에 의해 Node-B가 Gratious_ARP_Response를 라우터로 전달하여, 라우터의 라우터 정보를 업데이트하는 경우이다.

두 번째는, RRC의 메시지인 변형 RRC_Connection_Request를 통해 RNC가 Node-B에게 이동 단말기의 IP 주소에 대하여 라우터의 ARP_Request에 응답하도록 Proxy_Trigger한 다음, GMM 메시지인 변형 PS Attach 기반으로 하여 라우팅 정보를 업데이트하는 방법이다.

Proxy_Trigger 메시지는 RRC_Connection_Request를 통해 이동 단말기의 IP주소가 포함되어 있고, 단말 IP 주소정보는 Node-B와 RNC가 갖고 있다. 이동 단말기 내에서의 GMM 프로토콜이 올린 PS Attach는 RRC의 Initial_Direct_Transfer에 의해 NodeB를 통해 RNC에서 수신되고, 결국 이 PS Attach 메시지는 RANAP 메시지인 Initial_UE_Message에 포함되어 SGSN의 GMM 프로토콜에 전달된다.

이 과정에서 RNC가 Node-B의 이더넷 어드레스를 Initial_UE_Message에 첨가할 수 있고, 이동 단말기의 IP 주소는 RRC_Connection_Reqeust시 올라온 정보를 활용하여 Initial_UE_Message에 첨가하거나 혹은 이동 단말기의 GMM 프로토콜의 PS Attach를 변형하여 이 메시지 속에 이동 단말기의 IP 주소를 포함시킬 수 있다.

이에 따라 라우터는 Node-B의 이더넷 어드레스와 이동 단말기의 IP 정보를 이용하여, 라우터 정보를 업데이트하게 된다.

세 번째 경우는, Gratious_ARP_Response 기능에 의한 라우터 정보 업데이트 방법과, GMM 메시지에 의한 라우터 정보 업데이트를 중복하여 수행하는 경우이다. 이 때, 라우터 정보 업데이트를 중복하여 수행하더라도, 동일한 정보가 전달되기 때문에 업데이트되는 라우터 정보에는 영향이 없다.

여기서, RRC_Connection_Request가 트리거된 경우만 가정하고 있지만, RRC_Connection_Request가 트리거되어 있지 않은 경우에도, 이전에 트리거된 정보를 바탕으로 RNC가 라우터의 주기적인 ARP_Request에 대하여 Node-B로 Proxy_Trigger 전달함으로써 Node-B가 Gratious_ARP_Response를 라우터로 주거나 Node-B가 이전에 Proxy_Trigger된 정보를 바탕으로 라우터의 주기적이 ARP_Request 에 대하여 응답할 수 있도록 선택적으로 설정할 수도 있다. 이를 위하여 RNC 혹은 Node-B는 자신이 관할하고 있는 이전에 트리거된 정보를 저장 관리하여야 한다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따라 유휴 상태에서의 라우팅 정보 변경 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따라 Node-B와 RNC를 통합한 도 2b의 구조에서의 Node-B의 프록시 기능과 그레티어스 기능의 절차에 관한 도면이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 유휴 상태에서의 라우팅 정보 변경 절차도는 GMM 메시지를 전달하기 위한 SRB를 셋업을 요청하는 단계(S710), GMM 프로토콜이 주기적인 망 등록(PS Attach)이 수행 또는 라우팅 영역(RA: Routing Area) 변경에 따라 RAU를 송신함으로써, 라우팅 정보를 업데이트하는 단계(S720) 및 설정된 SRB를 해제하는 단계(S730)의 세 가지 상황으로 구분할 수 있다.

이와 같은 라우팅 정보 변경 절차를 좀 더 상세하게 살펴보면, 본 발명에 따른 액세스 시스템에서 라우팅 정보를 업데이트하기 위한 이동 단말기는 IP 어드레스를 포함시킨 RRC_Connection_Request를 Node_B로 전송한다. 그리고, Node-B는 uu 인터페이스를 담당하는 RRC 프로토콜이 적재되어 있는 Node-B 내의 RRC 프로토콜 처리부로 수신된 RRC_Connection_Request를 전달한다(S711). 그리고, Node-B에서는 RRC 프로토콜 처리부를 통하여 Proxy_Trigger 메시지를 생성한다(S712).

이 때, Node_B는 RRC 프로토콜 처리부를 통하여 Proxy_Trigger 내부 메시지를 처리할 때, Gratious_ARP_Response를 시도하여 라우터 정보를 업데이트할 수 있다(S721).

또한, 이동 단말기는 GMM 프로토콜을 통해, 주기적인 망 등록(PS Attach)이 수행되거나 라우팅 영역(RA)이 바뀌는 경우, 자신의 IP 주소 정보와 Node-B의 MAC 어드레스 정보가 포함된 RAU(Routing Area Update) 신호를 SGSN으로 전송할 수 있다(S722).

SGSN은 수신된 RAU 신호를 이용하여 라우터로 라우팅 정보 등록 요청 신호(RI_Registration_Request)를 전송하고(S723), 라우터는 수신된 라우팅 정보 등록 요청 신호를 이용하여, 라우팅 정보(RI)를 업데이트한다. 라우팅 정보의 업데이트가 완료되면, SGSN으로 라우팅 정보 등록 응답 신호(RI_Registration_Response)를 전송한다(S724).

GMM 관련 메시지가 설정된 SRB를 통하여 SGSN과 이동 단말기 사이의 라우팅 정보 송수신 및 라우터의 라우팅 정보 업데이트가 완료되면, 설정된 SRB가 해제된다. 여기서, SRB 설정 후 RAB 설정이 수행되는 경우에는 이와 같은 절차가 수행되지 않을 수도 있다(S730).

이와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 유휴 상태에서의 라우팅 정보 변경 방법은 다음의 세 가지 상황으로 분류할 수 있다.

첫 번째는, RRC의 메시지인 변형 RRC_Connection_Request를 통해 Node-B 내에서 RRC 프로토콜 처리부는 Proxy_Trigger메시지를 생성하여, Node-B 내의 IP 계층에 이동 단말기의 IP 주소 정보를 전달하여, 이동 단말기의 IP 주소에 대한 라우터의 ARP_Request에 IP 계층이 ARP_Response 응답하도록 하고, Proxy_Trigger에 대하여 Node-B의 IP 계층이 바로 Gratious_ARP_Response를 라우터로 전달하는 경우이 다.

두 번째는, RRC의 메시지인 변형 RRC_Connection_Request를 통해 RRC 프로토콜 처리부가 Proxy_Trigger를 이용하여 Node-B내의 이동 단말기의 IP 주소를 Node-B의 IP 계층으로 전달한 후 발생할 수 있는 GMM의 두 가지 절차(PS Attach, RAU) 중에서, GMM 메시지인 변형 PS Attach 기반으로 하여 라우터의 라우팅 정보를 업데이트하는 방법이다.

이 경우, Proxy_Trigger 메시지는 PS Attach를 통해 전송되고, RRC의 Initial_Direct_Transfer에 의해 Node-B에서 수신된다. 이 때, Proxy_Trigger 메시지가 최초 메시지의 경우에는 SGSN에 Initial_UE_Message로써 전달된다.

이 과정에서 Node-B에서 이더넷 어드레스와 RRC를 Initial_UE_Message에 첨가한다. 이 때, 이동 단말기의 IP 주소는 PS Attach에 추가하여 넣거나, RRC_Connection_Request를 통해 전달된 이동 단말기의 IP 주소를 이용하여 Initial_UE_Message에 추가할 수 있다. 그리고, SGSN은 Initial_UE_Message에서 Node-B의 MAC 어드레스를 추출하고, 이동 단말기의 IP 주소는 Initial_UE_message 메시지 또는 GMM_PS_Attach 메시지에 이동 단말기의 IP 주소를 이용하여, 라우터 정보를 업데이트한다.

세 번째는, 첫 번째 방법에 의한 Gratious_ARP_Response 기능에 의한 라우터 정보 업데이트와, 두 번째 방법에 의한 GMM 메시지에 의한 라우터 정보 업데이트를 중복하여 수행하는 경우이다. 이 때에도, 동일한 라우터 정보가 전달되므로, 라우터 정보 업데이트에는 영향이 없다.

여기서, RRC_Connection_Request가 수행되는 경우만 가정하고 있지만, RRC_Connection_Request가 수행되지 않은 경우에도, 이전에 트리거된 정보를 가지고 Gratious_ARP_Response를 수행하도록 설정할 수도 있다. 이를 위하여 Node-B는 자신이 이웃하고 있는 다른 Node-B의 MAC 어드레스와 자신에게 거주하는 이동 단말기의 IP 주소에 대한 정보를 관리하여야 한다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따라 그림 2c와 같이 Node-B와 RNC를 하나의 Node-B로 통합하고, SGSN과 GGSN을 하나의 라우터로 통합한 구조에서, 유휴 상태에서의 라우팅 정보 변경 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따라 유휴 상태에서의 Node-B의 프록시 기능과 그레티어스 기능의 절차에 관한 도면이다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 유휴 상태에서의 라우팅 정보 변경 절차도는 GMM 메시지를 전달하기 위한 SRB를 설정하는 단계(S810), GMM 프로토콜이 주기적인 망 등록(PS Attach)이 수행 또는 라우팅 영역(RA: Routing Area) 변경에 따라 RAU를 송신함으로써, 라우팅 정보를 업데이트하는 단계(S820) 및 설정된 SRB를 해제하는 단계(S830)의 세 가지 절차로 구분할 수 있다.

이와 같은 라우팅 정보 변경 절차를 좀 더 상세하게 살펴보면, 본 발명에 따른 액세스 시스템에서 라우팅 정보를 업데이트하기 위한 이동 단말기는 IP 어드레스를 포함시킨 RRC_Connection_Request를 Node_B로 전송한다. 그리고, Node-B는 uu 인터페이스를 담당하는 RRC 프로토콜이 적재되어 있는 RRC 프로토콜 처리부로 수신된 RRC_Connection_Request를 전달한다(S811).

그리고, Node-B에서는 RRC 프로토콜 처리부를 통하여 Proxy_Trigger 메시지를 생성하여 Node-B 내의 IP 계층의 프록시/그레티어스 ARP 처리부로 전달한다. 즉, Node-B에서는 RRC 프로토콜 처리부는 Proxy_Trigger 내부 메시지를 통해 이동 단말기의 IP 주소를 Node-B의 IP 계층으로 전달하며, 이 주소를 전달받은 프록시/그레티어스 ARP 처리부는 라우터로부터 ARP_Request를 수신하였을 때, 라우팅 정보를 업데이트하기 위한 ARP_Response 메시지를 라우터에 응답할 수 있다(S812).

이 때, Node_B는 RRC 프로토콜 처리부를 통하여 Proxy_Trigger 내부 메시지를 처리할 때, 라우터의 ARP_Request 요구 없이 Gratious_ART_Response를 시도하여 라우터 정보를 업데이트할 수 있다(S821).

또한, 이동 단말기는 GMM 프로토콜을 통해, 주기적인 망 등록(PS Attach)이 수행되거나 라우팅 영역(RA)이 바뀌는 경우, 자신의 IP 주소 정보와 Node-B의 MAC 어드레스 정보가 포함된 RAU(Routing Area Update) 신호를 라우터로 전송할 수 있다(S822). 이 때, 이동 단말기의 IP 주소는 GMM 메시지에 포함시킬 수도 있고, RRC_Connection_Request로 전달된 이동 단말기의 IP 주소를 활용할 수도 있다. 그리고, Node-B의MAC 주소는 Node-B 내의 RRC 프로토콜 처리부에서 Initial_UE_massage나 Direct Transfer 메시지를 라우터에 전달할 때 삽입할 수 있다.

그리고, 라우터는 수신된 RAU 신호를 이용하여 라우팅 정보(RI)를 업데이트할 수 있다(S823).

GMM 관련 메시지가 설정된 SRB를 통하여 이동 단말기와 라우터 사이의 라우 팅 정보 업데이트가 완료되면, 설정된 SRB가 해제된다. SRB의 해제 과정은 SRB 설정 이후에 RAB 절차가 수행되는 경우에는 발생하지 않는다(S830).

이와 같이 본 발명의 제3 실시예에 따른 유휴 상태에서의 라우팅 정보 변경 방법은 다음의 세 가지 상황으로 분류할 수 있다.

첫 번째는, RRC의 메시지인 변형 RRC_Connection_Request를 통해 Node-B가 이동 단말기의 IP 주소에 대하여 라우터의 ARP_Request에 응답하도록 Node-B 내에서 Proxy_Trigger 메시지를 생성한 다음, Node-B에서 Gratious_ARP_Response를 라우터로 전달하는 경우이다.

두 번째는, RRC의 메시지인 변형 RRC_Connection_Request를 통해 Node-B가 이동 단말기의 IP 주소에 대하여 라우터의 ARP_Request에 응답하도록 Proxy_Trigger한 다음, GMM 메시지인 변형 PS Attach 기반으로 하여 라우터의 라우팅 정보를 업데이트하는 것이다.

그러나, 이 경우에는 Proxy_Trigger 메시지가 PS Attach를 통해 전송되고, 이 메시지는 RRC의 Initial_Direct_Transfer에 의해 Node-B에서 수신된다. 그리고, 최초 메시지의 경우에는 라우터에 Initial_UE_Message로써 전달된다. 이 과정에서 Node-B에서 이더넷 어드레스를 Initial_UE_Message에 첨가한다. Initial_UE_Message를 수신한 라우터는 Initial_UE_Message에서 Node-B의 MAC 어드레스를 추출하고, 이 메시지에 포함된 GMM_PS_Attach 메시지의 이동 단말기 IP 주소를 이용하여, 라우터 정보를 업데이트한다.

세 번째는, 첫 번째 방법에 의한 Gratious_ARP_Response 기능에 의한 라우터 정보 업데이트와, 두 번째 방법에 의한 GMM 메시지에 의한 라우터 정보 업데이트를 중복하여 수행하는 경우이다. 이 때에도, 동일한 라우터 정보가 전달되므로, 라우터 정보 업데이트에는 영향이 없다.

여기서, RRC_Connection_Request가 등록된 경우만 가정하고 있지만, RRC_Connection_Request가 등록되어 있지 않은 경우에도, Proxy_Trigger와 Gratious_ARP_Response를 수행하도록 설정할 수도 있다. 이를 위하여 Node-B는 자신이 이웃하고 있는 다른 Node-B의 MAC 어드레스에 대한 정보를 관리하여야 한다.

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액세스 시스템에서, 접속 상태의 핸드오버 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

여기서는, 이동 단말기에 RAB가 존재하여 업링크와 다운링크를 통하여 데이터가 전달되는 경우로 가정하여 설명한다. 도 9에는 이동 단말기가 제1 Node-B에서 제2 Node-B로 이동하는 경우, 다운링크 패킷을 전달하기 위한 시그널링 절차를 도시되어 있다.

이동 단말기는 제1 Node-B에서 제2 Node-B로 핸드오버할 때, IP 주소를 포함하는 Measurement_Report(이하, 'MR 정보'라 칭함)를 제1 Node-B로 전달되고, 제1 Node-B로 전달된 MR 정보는 다시 RNC로 전달된다(S901).

RNC는 수신된 MR 정보와 Node-B의 정보를 이용하여 이동 단말기의 핸드오버를 결정하기 때문에, 이동 단말기가 어느 Node-B로 이동하는지를 확인할 수 있다. 이에 따라, RNC는 MR 정보를 통해 이동 단말기가 제2 Node-B로 이동할 것임을 확인하고, 제2 Node-B를 핸드오버 노드로 결정하면, 제2 Node-B를 위한 무선 구성 정보 를 Radio_Link_Setup_Request 신호로써 전송한다(S902).

Radio_Link_Setup_Request 신호를 수신한 제2 Node-B는 전송된 무선 구성 정보를 통해 SRB/RAB를 구성하고, SRB/RAB의 구성이 완료되면 Radio_Link_Setup_Response를 RNC로 전달한다(S903). 그리고, RNC와 제2 Node-B 사이에 싱크 과정이 수행된다(S904).

Radio_Link_Setup_Response를 수신한 RNC는 제2 Node-B로 Proxy_Trigger를 전달하고, 제1 Node-B로는 Proxy_DeTrigger를 전달한다. 이 Proxy_Trigger에는 제1 Node-B를 통하여 RNC로 MR 정보를 전송한 이동 단말기의 IP 주소를 포함되어 있다(S905).

Proxy_Trigger를 수신한 제2 Node-B는 라우터로 Gratious_ARP_Response를 전달하여 라우터 정보를 업데이트한다(S906).

이에 따라, 라우터에서 제1 Node-B로 전달되던 패킷 경로는 제2 Node-B로 바뀌게 된다. 이 때, 무선상으로 이동 단말기에 데이터를 전달하지 못하므로, 이동 단말기에서는 버퍼링이 이루어진다. Proxy_DeTrigger를 수신한 제1 Node-B는 이동 단말기의 주소에 대한 라우터의 ARP_Request에 대하여 더 이상 응답하지 않는다(S907).

이전 시퀀스를 통하여 Radio_Link_Setup_Response를 수신한 RNC는 ACU(Active Setup Update)_RRC 메시지를 제1 Node-B로 전달하고, 제1 Node_B는 수신된 ACU_RRC 메시지를 이동 단말기로 전달한다(S908).

그리고, ACU_RRC를 수신한 제1 Node-B는 핸드오버 과정에서 이동 단말기로 전송되지 않은 패킷을 제2 Node-B로 포워딩한다(S909).

그리고, ACU_RRC를 수신한 이동 단말기는 제2 Node-B에 구성된 무선 베어러 SRB/RAB 정보를 이동 단말기에 설정하고(S910), 설정이 완료되면 제2 Node-B로 ACU_Complete 신호를 전달한다(S912).

이에 따라 다운링크 데이터는 라우터에서 제2 Node-B로, 제2 Node-B에서 이동 단말기로 전달되게 된다(S914).

이 때, RNC는 제1 Node-B로 이동 단말기에 대한 무선 구성 정보의 해제를 요청하는 Radio_Link_Deletion_Request 신호를 전송하고(S915), 이를 수신한 제1 Node-B는 무선 구성 정보를 해제한 후 응답 신호로써 Radio_Link_Deletion_Response 신호를 RNC로 전송할 수 있다(S916).

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액세스 시스템에서, 접속 상태의 핸드오버 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 10에는 이동 단말기가 제1 Node-B에서 제2 Node-B로 이동하는 경우의 다운링크 패킷을 전달하기 위한 시그널링 절차를 도시되어 있다.

이동 단말기는 제1 Node-B에서 제2 Node-B로 핸드오버할 때, 이동 단말기의 IP 주소를 포함하는 MR 정보를 제1 Node-B로 전달한다(S1001).

MR 정보를 수신한 제1 Node-B는 uu 인터페이스를 담당하는 RRC 프로토콜을 이용하여 MR 정보를 디코딩한다. 이 때, 제1 Node-B는 이웃한 Node-B에 대한 정보를 알고 있기 때문에, 이 정보와 MR 정보를 가지고 어떤 Node-B로 이동하는지 확인할 수 있다.

제1 Node-B가 제2 Node-B로의 핸드오버를 결정하면, 제2 Node-B를 위한 무선 구성 정보를 Radio_Link_Setup_Request 신호로써 전송한다(S1002).

이를 수신한 제2 Node-B는 새로운 무선 정보를 통해 SRB/RAB를 구성하고, SRB/RAB의 구성이 완료되면 Radio_Link_Setup_Response를 제1 Node-B로 전달한다(S1003). 이 때, 제2 Node-B는 내부적으로 싱크 과정이 수행된다(S1004).

제1 Node-B는 Radio_Link_Setup_Response를 수신하면 제2 Node-B로 Proxy_Trigger를 전달하고(S1005), 라우터의 ARP_Request에 응답하지 않도록 Proxy DeTrigger를 수행한다(S1006). 이 때, 제2 Node-B로 전달되는 Proxy_Trigger에는 이동 단말기가 MR 정보를 통하여 제1 Node-B로 전송한 이동 단말기의 주소를 포함되어 있다.

Proxy_Trigger를 수신한 제2 Node-B는 라우터로 Gratious_ARP_Response를 전달하여 라우터 정보를 업데이트한다(S1007).

이에 따라 라우터에서 제1 Node-B로 전달되던 패킷 경로는 제2 Node-B로 바뀌게 된다. 이 때, 무선상으로 이동 단말기에 데이터를 전달하지 못하므로, 이동 단말기에서는 버퍼링이 이루어진다(S1008).

그리고, 이전 시퀀스를 통하여 Radio_Link_Setup_Response를 수신한 제1 Node-B는 ACU_RRC 메시지를 이동 단말기로 전달한다(S1009).

그리고, 제1 Node-B는 핸드오버 과정에서 이동 단말기로 전송되지 않은 패킷을 제2 Node-B로 포워딩한다(S1010).

ACU_RRC를 수신한 이동 단말기는 제2 Node-B에 구성된 무선 베어러 SRB/RAB 정보를 이동 단말기에 설정하고(S1011), 제2 Node-B로 ACU_Complete를 전달한다(S1012).

이에 따라 다운링크 데이터는 라우터에서 제2 Node-B로, 제2 Node-B에서 이동 단말기로 전달되게 된다(S1013).

그리고, 제1 Node-B는 이동 단말기에 대한 무선 구성 정보를 해제(Radio Link Deletion)한다(S1014).

도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액세스 시스템에서, 접속 상태의 핸드오버 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 11에는 이동 단말기가 제1 Node-B에서 제2 Node-B로 이동하는 경우의 다운링크 패킷을 전달하기 위한 시그널링 절차를 도시되어 있다.

이동 단말기는 제1 Node-B에서 제2 Node-B로 핸드오버할 때, 이동 단말기의 IP 주소를 포함하는 MR 정보를 제1 Node-B로 전달한다(S1101).

MR 정보를 수신한 제1 Node-B는 uu 인터페이스를 담당하는 RRC 프로토콜을 이용하여 MR 정보를 디코딩한다. 이 때, 제1 Node-B는 이웃한 Node-B에 대한 정보를 알고 있기 때문에, 이 정보와 MR 정보를 가지고 어떤 Node-B로 이동하는지 확인할 수 있다.

제1 Node-B가 제2 Node-B로의 핸드오버를 결정하면, 제2 Node-B를 위한 무선 구성 정보를 Radio_Link_Setup_Request 신호로써 전송한다(S1102).

이를 수신한 제2 Node-B는 새로운 무선 정보를 통해 SRB/RAB를 구성하고, SRB/RAB의 구성이 완료되면 Radio_Link_Setup_Response를 제1 Node-B로 전달한 다(S1103). 이 때, 제2 Node-B는 내부적으로 싱크 과정이 수행된다(S1104).

제1 Node-B는 Radio_Link_Setup_Response를 수신하면 제2 Node-B로 Proxy_Trigger를 전달하고(S1105), 라우터의 ARP_Request에 응답하지 않도록 Proxy DeTrigger를 수행한다(S1106). 이 때, 제2 Node-B로 전달되는 Proxy_Trigger에는 이동 단말기가 MR 정보를 통하여 제1 Node-B로 전송한 이동 단말기의 주소를 포함되어 있다.

Proxy_Trigger를 수신한 제2 Node-B는 라우터로 Gratious_ARP_Response를 전달하여 라우터 정보를 업데이트한다(S1107).

이에 따라 라우터에서는 이동 단말기의 라우터 정보가 업데이트되고, 제1 Node-B로 전달되던 패킷 경로는 제2 Node-B로 바뀌게 된다. 이 때, 무선상으로 이동 단말기에 데이터를 전달하지 못하므로, 이동 단말기에서는 버퍼링이 이루어진다(S1108).

그리고, 이전 시퀀스를 통하여 Radio_Link_Setup_Response를 수신한 제1 Node-B는 ACU_RRC 메시지를 이동 단말기로 전달한다(S1109).

그리고, 제1 Node-B는 핸드오버 과정에서 이동 단말기로 전송되지 않은 패킷을 제2 Node-B로 포워딩한다(S1110).

ACU_RRC를 수신한 이동 단말기는 제2 Node-B에 구성된 무선 베어러 SRB/RAB 정보를 이동 단말기에 설정하고(S1111), 제2 Node-B로 ACU_Complete를 전달한다(S1112).

이에 따라 다운링크 데이터는 라우터에서 제2 Node-B로, 제2 Node-B에서 이 동 단말기로 전달되게 된다(S1113).

그리고, 제1 Node-B는 이동 단말기에 대한 무선 구성 정보를 해제(Radio Link Deletion)한다(S1114).

여기서, 도 9 내지 도 11에 따른 접속 상태의 이동 단말기의 핸드오버 방법에 있어서, 이동 단말기가 라우터로 전송하는 업링크 패킷의 라우팅에 있어서는, 큰 어려움 없이 제2 Node-B를 이용하여 전송할 수 있으므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의한 IP 기반 이동통신 액세스 시스템의 네트워크 구조 및 패킷 라우팅 방법에 따라, 기존의 트래픽 베어러별 포인트-투-포인트 트래픽의 복잡한 터널링 관리 기능을 수행하지 않을 수 있고, 액세스 시스템내에서 의 인캡/디캡에 의한 전송 지연 및 앵커 포인트에 의하여 트래픽이 지연되는 현상을 없앨 수 있다.

Claims (17)

1. 이동 단말기로 패킷 데이터 서비스를 제공하는 액세스 시스템에 있어서,

   상기 패킷 데이터 서비스를 제공하기 위한 게이트웨이이며, 상기 이동 단말기의 IP 주소가 포함된 라우팅 정보를 저장하고 업데이트하는 라우터; 및

   상기 이동 단말기와의 무선 접속 종단 기능을 통해 상기 이동 단말기의 IP 주소를 수신하고, 상기 이동 단말기의 IP 주소가 포함된 라우팅 정보 업데이트 메시지를 생성하여 상기 라우터로 전달하며, 상기 라우터로부터 전달되는 패킷 데이터를 상기 이동 단말기로 전달하는 베어러(bearer)를 관리하는 Node-B

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 액세스 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 Node-B는,

   상기 이동 단말기와의 무선 통신을 위한 인터페이스를 처리하는 RRC(Radio Resource Control) 프로토콜을 적재하며, 상기 RRC 프로토콜을 이용하여 상기 이동 단말기의 IP 주소가 포함된 프록시-트리거(Proxy_Trigger) 메시지를 생성하는 RRC 프로토콜 처리부; 및

   상기 트리거 메시지로부터 상기 라우팅 정보 업데이트 메시지를 생성하여 상기 라우터로 전달하는 프록시/그레티어스 ARP 처리부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 액세스 시스템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 프록시-트리거 메시지는,

   상기 RRC 프로토콜 처리부에서 적재된 RRC 프로토콜, 상기 이동 단말기로부터 수신된 IP 주소 및 상기 Node-B의 MAC 어드레스를 포함하는 것을 특징으로 하는 액세스 시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 Node-B와 상기 라우터 사이에 위치하며, 상기 Node-B로부터의 제어 신호를 수신하여 상기 라우터로 전달하는 SGSN(Serving GPRS Support Node)

   을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액세스 시스템.
5. 제4항에 있어서,

   상기 Node-B는,

   RRC 프로토콜을 적재하며, 상기 이동 단말기와의 통신을 위한 uu 인터페이스를 처리하여 프록시-트리거(Proxy_Trigger) 메시지를 생성하여 상기 SGSN으로 전달하는 것을 특징으로 하는 RRC 프로토콜 처리부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 액세스 시스템.
6. 제5항에 있어서,

   상기 SGSN은,

   상기 프록시-트리거 메시지로부터 상기 라우팅 정보 업데이트 메시지를 생성하여 상기 라우터로 전달하는 것을 특징으로 하는 액세스 시스템.
7. 제4항에 있어서,

   상기 Node-B와 상기 SGSN 사이에 위치하며, 상기 Node-B로부터 수신되는 제어 신호를 상기 SGSN으로 전달하는 RNC(Radio Network Controller)

   를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액세스 시스템.
8. 제7항에 있어서,

   상기 RNC는

   RRC 프로토콜을 적재하며, 상기 이동 단말기와의 통신을 위한 uu 인터페이스를 처리하여 프록시-트리거 메시지를 생성하여 상기 SGSN으로 전달하는 것을 특징으로 하는 액세스 시스템.
9. 제1항에 있어서,

   상기 Node-B는,

   이웃하고 있는 다른 Node-B의 MAC 어드레스 정보를 관리하는 것을 특징으로 하는 액세스 시스템.
10. 이동 단말기로 패킷 데이터 서비스를 제공하는 액세스 시스템의 유휴(IDLE) 상태에서 라우터에 저장된 라우팅 정보를 변경하는 방법에 있어서,

    (a) 상기 이동 단말기로부터 IP 주소가 포함된 접속 요청 신호를 수신하는 단계;

    (b) 상기 IP 주소, RRC 프로토콜 및 Node-B의 MAC 어드레스를 통해 프록시-트리거(Proxy-Trigger) 메시지를 생성하는 단계;

    (c) 상기 프록시-트리거 메시지를 통해 라우팅 정보 업데이트 메시지를 생성하는 단계; 및

    (d) 상기 라우팅 정보 업데이트 메시지에 포함된 상기 이동 단말기의 IP 주소를 확인하여, 상기 패킷 데이터 서비스의 제공을 위한 라우팅 정보를 변경하는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 액세스 시스템의 라우팅 정보 변경 방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 단계 (c)는,

    상기 그레티어스 응답(Gratious_ARP_Response) 메시지, GPRS 이동성 관리(GMM: GPRS Mobility Management) 메시지 중 하나 이상을 상기 라우팅 정보 업데이트 메시지로써 사용하는 것을 특징으로 하는 액세스 시스템의 라우팅 정보 변경 방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 GPRS 이동성 관리 메시지는,

    상기 이동 단말기로부터 주기적인 망 등록(PS Attach)이 수행되거나, 라우팅 영역(RA: Routing Area)이 바뀌는 경우, 상기 이동 단말기의 IP 주소와 상기 Node-B의 MAC 어드레스 정보를 포함하여 생성되는 RAU(Routing Area Update) 신호인 것을 특징으로 하는 액세스 시스템의 라우팅 정보 변경 방법.
13. 패킷 데이터 서비스를 제공하는 액세스 시스템에서 제1 Node-B에서 제2 Node-B로 이동하는 이동 단말기의 핸드오버를 지원하는 방법에 있어서,

    (a) 상기 이동 단말기로부터 IP 주소가 포함된 정보를 수신하는 단계;

    (b) 상기 이동 단말기를 핸드오버시킬 제2 Node-B를 결정하는 단계;

    (c) 상기 이동 단말기의 IP 정보가 포함된 프록시-트리거(Proxy-Trigger) 메시지를 생성하여 상기 제2 Node-B로 전송하는 단계;

    (d) 상기 프록시-트리거 메시지를 이용하여 라우팅 정보 업데이트 메시지를 생성하고, 상기 라우팅 정보 업데이트 메시지를 라우터로 전송하여 라우팅 정보를 업데이트하는 단계; 및

    (e) 상기 제2 Node-B를 이용하여 전송되는 패킷 데이터를 상기 이동 단말기로 제공하는 단계

    를 포함하는 액세스 시스템의 핸드오버 지원 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 단계 (d)는,

    (d1) 상기 프록시-트리거 메시지를 이용하여 라우팅 정보 업데이트 메시지를 생성하는 단계;

    (d2) 상기 라우팅 정보 업데이트 메시지를 상기 패킷 데이터 서비스를 제공하는 상기 라우터로 전송하는 단계; 및

    (d3) 상기 라우팅 정보 업데이트 메시지에 의해 상기 라우터에 저장된 상기 라우팅 정보를 업데이트하는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 액세스 시스템의 핸드오버 지원 방법.
15. 제13항에 있어서, 상기 단계 (e)는,

    상기 라우터에서 상기 업데이트된 라우팅 정보를 통해 상기 이동 단말기의 IP 주소를 확인하고, 상기 제2 Node-B를 이용하여 상기 패킷 데이터 서비스를 상기 이동 단말기로 제공하는 것을 특징으로 하는 액세스 시스템의 핸드오버 지원 방법.
16. 제13항에 있어서, 상기 단계 (c) 이후에,

    상기 제1 Node-B가 더 이상 패킷 데이터 서비스를 제공하는 라우터에 응답하지 않도록 프록시 디트리거(Proxy-DeTrigger)를 수행하는 단계

    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액세스 시스템의 핸드오버 지원 방법.
17. 제13항에 있어서, 상기 단계 (d)와 (e) 사이에,

    상기 이동 단말기가 핸드오버시, 제1 Node-B에는 수신되었으나 상기 이동 단말기로 전달되지 않은 패킷을 상기 제2 Node-B로 포워딩하는 단계

    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액세스 시스템의 핸드오버 지원 방법.

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