KR100747616B1 - 무선 ｌａｎ 셀룰러 시스템에서의 흐름에 기반한 선택적역방향 터널링 - Google Patents

무선 ｌａｎ 셀룰러 시스템에서의 흐름에 기반한 선택적역방향 터널링 Download PDF

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Abstract

적어도 하나의 가입자(20)가 셀룰러 네트워크 및 무선 LAN(WLAN) 양쪽 모두에 가입된다. 그 가입자는 WLAN(22)에 위치해있다. 가입자의 흐름들은 전송을 위해 제공된다. 각 흐름은 패킷들을 포함한다. 각각의 흐름에 있어서, 그 흐름이 WLAN을 통해 또는 WLAN 및 셀룰러 네트워크 양쪽 모두를 통해 직접 라우팅되는 것인지를 결정한다. 각 흐름의 패킷들은 그 흐름의 라우팅 결정에 기초하여 라우팅된다.
WLAN, 셀룰러 네트워크, 라우팅, 가입자

Description

무선 ＬＡＮ 셀룰러 시스템에서의 흐름에 기반한 선택적 역방향 터널링{FLOW-BASED SELECTIVE REVERSE TUNNELING IN WIRELESS LOCAL AREA NETWORK(WLAN) CELLULAR SYSTEMS}
본 발명은 일반적으로 무선 LAN(WLAN, wireless local area network)과 셀룰러 네트워크(cellular network)의 상호 연결 시스템에 관한 것이며, 특히 그러한 시스템들 내에서의 패킷 라우팅에 관한 것이다.
도 1은 셀룰러 네트워크(30)와 무선 랜(22)을 단순화하여 도시한 것이다. 가입자 장치(20)는 무선 랜(22)과 셀룰러 네트워크(30) 모두에 가입(subscription)하고 있다. 무선 랜(22)과 같은 무선 랜은 통상적으로 핫 스폿(hot spot) 지역에 고속 데이터 서비스를 제공하는데 사용된다.
무선 랜(22)은 무선 랜 액세스 포인트(WLAN-AP)(24)를 구비하여, 가입자 장치(20)가 무선 랜(22)과 무선 랜 액세스 라우터(WLAN-AR)(26)에 액세스할 있도록 하며, 상기 무선 랜 액세스 라우터(26)는 인터넷(28)을 통해 무선 랜(22)으로 유입되거나 이를 빠져나가는 패킷을 라우팅하기 위한 것이다.
셀룰러 네트워크(30)는 무선 액세스 네트워크(32)를 구비하여, 가입자 장치(20)가 셀룰러 네트워크(30)와 셀룰러 코어 네트워크(34)에 액세스할 수 있도록 한다. 셀룰러 코어 네트워크(34)는 셀룰러 시스템(30)으로 유입되거나 이를 빠져나가는 패킷을 라우팅하기 위한 셀룰러 게이트웨이 라우터(36)를 구비한다. 또한 상기 셀룰러 코어 네트워크(34)는 인터넷(28)에 접속된다.
가입자 장치(20)는 무선 서비스를 이용하기 위해서 셀룰러 시스템(30) 또는 무선 랜(22)중 어느 하나를 이용한다. 만약 가입자 장치(20)가 무선 랜(22) 내에 있지 않고, 셀룰러 시스템(30)에 있다면, 가입자 장치(20)는 셀룰러 액세스 네트워크(32)로 무선 접속을 수립한다. 패킷은 셀룰러 액세스 네트워크(32)와 셀룰러 코어 네트워크(34) 사이에서 전송된다. 셀룰러 게이트웨이 라우터(36)는 셀룰러 코어 네트워크(34)와 인터넷(28) 사이에서 패킷을 전송한다. 패킷은 인터넷(28)을 통해 원하는 노드, 예컨대 목적지 서버로 라우팅된다.
만약 가입자 장치(20)가 무선 랜(22) 내에 있다면, 상기 가입자 장치(20)는 셀룰러 네트워크(30)에 대하여 로밍을 하고 있는 것으로 여겨진다. 상기 가입자 장치(20)는 무선 랜 액세스 포인트(WLAN-AP)(24)로 무선 접속을 수립한다. 패킷은 무선 랜 액세스 포인트(WLAN-AP)(24)와 무선 랜 액세스 라우터(WLAN-AR)(26) 사이에서 전송된다. 무선 랜 액세스 라우터(WLAN-AR)(26)는 무선 랜(22)과 인터넷(28) 사이에서 패킷을 전송한다. 패킷은 인터넷(28)을 통해 원하는 노드로, 또는 원하는 노드로부터 라우팅된다.
가입자 장치(20)가 셀룰러 네트워크(30)로부터 무선 랜(22)으로 이동할 때, 무선 랜(22)을 통해 가입자 장치(20)로부터 원하는 노드(38)로 패킷을 전송하는 것은 표준 IP 패킷 라우팅 수단을 사용하여 수행할 수 있다. 상기 원하는 노드(38)는 이동하지 않았다. 그러나, 무선 랜(22)을 통해 IP 패킷을 원하는 노드(38)로부터 가입자 장치(20)로 보내는 것은 더욱 문제가 있다. 만약 가입자 장치(20)가 정적 IP 어드레스를 갖는다면, 상기 가입자 장치의 IP 어드레스에 대한 네트워크 ID는 여전히 셀룰러 네트워크(30)의 라우터(36)의 IP 어드레스에 대한 네트워크 ID와 동일하다.
모바일 IP 버전 4(MobileIPv4)와 버전 6(MobileIPv6)은 상기 문제에 대한 해결책을 제시한다. MobileIPv4에서, 가입자 장치는 셀룰러 게이트웨이 라우터에 자신의 신규 위치를 통지한다. 셀룰러 게이트웨이 라우터와 무선 랜 액세스 라우터(WLAN-AR)의 상기 추가 기능은 홈 에이전트(Home Agent)와 외부 에이전트(Foreign Agent) 기능으로 불린다. 원하는 노드(38)로부터 가입자 장치의 패킷을 수신하면 셀룰러 게이트웨이 라우터(36)는 상기 패킷을 무선 랜 액세스 라우터(WLAN-AR)(26)로 포워딩한다. 무선 랜 액세스 라우터(WLAN-AR)(26)는 주소 결정 프로토콜(ARP, Address Resolution Protocol)과 같은 계층(layer) 2의 어드레스 맵핑 절차를 사용하여 상기 패킷을 가입자 장치(20)의 IP 어드레스로 전송한다.
상기 방법의 단점은 가입자 장치(20)로부터 발생하여 무선 랜(22)을 통과해서 가는 패킷이 셀룰러 네트워크(30) 또는 라우터(36)에 가시적(visible)이지 않다는 점이다. 상기 방법의 또 다른 단점은 모든 가입자 장치의 유입(incoming) 패킷에 대한 라우팅으로 인하여 셀룰러 게이트웨이 라우터(36)에 부하가 증가한다는 점이다.
MobileIPv6에서, 가입자 장치(20)는 셀룰러 게이트웨이 라우터(36)와 원하는 노드(38)로 바인딩 업데이트(binding update)를 전송한다. 상기 바인딩 업데이트는 가입자 장치(20)가 소속된 새로운 네트워크[WLAN(22)]에 대한 정보를 보유한다. 목적지 노드(38)로부터의 IP 패킷은 셀룰러 게이트웨이 라우터(36)를 바이패스하고 표준 IP 라우팅 프로토콜을 사용하여 직접 가입자 장치(20)로 라우팅된다. 상기 방법의 한가지 단점은 가입자 장치로부터 발생하거나 가입자 장치로 가는 패킷이 셀룰러 네트워크에 가시적이지 않다는 점이다.
일부 경우에 있어서, IP 패킷이 셀룰러 네트워크(30)에 가시적이지 않다는 것은 바람직하지 않다. 한가지 이유는 셀룰러 시스템(30)의 보안 프로토콜을 회피한다는 점이다. 게다가 셀룰러 네트워크의 패킷 서비스에 대한 액세스와 같은 셀룰러 시스템(30)의 소정 서비스들이 이용될 수 없다.
가입자 장치의 모든 패킷이 셀룰러 네트워크(30)에 가시적이도록 하기 위해서 역방향 및/또는 순방향 터널링을 사용할 수 있다. 역방향 터널링에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이 무선 랜(22)내 가입자 장치(20)로부터의 패킷은 무선 랜(22)과 셀룰러 네트워크(30) 모두를 통해 라우팅된다. 패킷은 IP 네트워크(29)를 통하여 상기 라우터들[셀룰러 게이트웨이 라우터(36)와 무선 랜 액세스 라우터(26)] 사이에서 전송된다. 역방향 터널링은 모바일 IPv4에 의해 지원되며, 모든 패킷이 셀룰러 네트워크(30)에 대해 가시적이 되도록 한다.
MobileIPv6의 경우, 패킷을 셀룰러 네트워크(30)에 대하여 가시적이 되도록 하기 위해서 순방향 및 역방향 터널링 모두가 필요하다. 또한 순방향 터널링에 있어서 패킷은 셀룰러 네트워크(30)와 무선 랜(22) 모두를 통해 라우팅된다.
모든 패킷을 셀룰러 게이트웨이 라우터(36)를 통해 라우팅함으로써, 셀룰러 시스템(30)은 보안을 유지할 수 있고, 가입자 장치(20)가 무선 랜(22)에 위치할 때에도 가입자 장치(20)에 셀룰러 네트워크 기반의 패킷 서비스를 제공할 수 있다. 예를 들어 설명하자면, 셀룰러 게이트웨이 라우터(36)는 패킷을 보안 목적상 스크리닝(screening)/모니터링(monitoring) 에이전트에 전송할 수 있다. 상기 두 방법의 한가지 단점은 셀룰러 게이트웨이 라우터에 대한 부하가 증가된다는 것이다.
셀룰러 게이트웨이 라우터(36)에서의 라우팅을 감소시키기 위해서 선택적 역방향 터널링을 사용할 수 있다. 선택적 역방향 터널링에 있어서, 패킷은 패킷별로 셀룰러 네트워크(30)와 무선 랜(22) 모두를 통하거나 또는 무선 랜(22)만을 통해 선택적으로 라우팅된다. 상기의 패킷별(packet by packet) 라우팅은 프로세싱 부하를 증가시키므로 바람직하지 못하다. 더욱이 상기 패킷 레벨 그래뉼래리티(granularity)는 대부분의 응용에 대해서 필요하지 않을 수 있다.
따라서 셀룰러 네트워크와 무선 랜 라우팅에 대한 대안적 방법을 구비하는 것이 바람직하다.
적어도 하나의 가입자(20)가 셀룰러 네트워크 및 무선 LAN(WLAN) 양쪽 모두에 가입된다. 그 가입자는 WLAN(22)에 위치해있다. 가입자의 흐름들은 전송을 위해 제공된다. 각 흐름은 패킷들을 포함한다. 각각의 흐름에 있어서, 그 흐름이 WLAN을 통해 직접 라우팅되는 것인가 또는 WLAN 및 셀룰러 네트워크 양쪽 모두를 통해 라우팅되는 것인지를 결정한다. 각 흐름의 패킷들은 그 흐름의 라우팅 결정에 기초하 여 라우팅된다.
도 1은 셀룰러 네트워크와 무선 랜(WLAN)을 도시한 것이다.
도 2는 역방향 및 순방향 터널링을 도시한 것이다.
도 3은 흐름(flow)을 기반으로 한 선택적 역방향 터널링을 도시한 것이다.
도 4는 직접 및 인캡슐레이션 전달을 이용한 선택적 흐름-기반 역방향 터널링의 흐름도이다.
도 5는 라우팅 정보를 패킷 헤더에 추가한 선택적 흐름-기반 역방향 터널링의 흐름도이다.
도 6은 중간 라우팅을 이용하여 비밀 에이전트로 라우팅하는 것을 도시한 것이다.
도 3은 흐름-기반의 역방향 터널링에 대한 실시예이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 패킷을 흐름(flow)별로 무선 랜(22)을 통해 직접 가입자 장치(20)로, 또는 셀룰러 네트워크(30)에서 무선 랜(22)으로의 경로를 통해 가입자 장치(20)로 선택적으로 라우팅한다. 패킷의 흐름은 5-튜플(tuple)에 의해 규정된다. 5-튜플은 소스 IP 어드레스, 목적지 IP 어드레스, 소스 포트, 목적지 포트, 및 전송 프로토콜 유형이다. 흐름을 특징화하는 대안적 방법은 3-튜플을 사용한다. 3-튜플은 흐름-레이블, 소스 IP 어드레스, 및 목적지 IP 어드레스를 갖는다. 각 흐름은 통상적으로 개별 TCP/IP 세션과 같은 개별 세션(distinct session)이다. 흐름은 흐름 간의 서비스 품질(QoS, quality of service)의 취급을 구별하기 위해 사용되는 것이 통상적이다.
셀룰러 네트워크(30)의 운영자 및/또는 가입자 장치(20)는 어떠한 흐름을 셀룰러 네트워크(30)을 통해서 라우팅할 것인지, 또는 직접 무선 랜(22)으로 라우팅할 것인지를 결정한다. 상기의 결정을 행하는 한가지 방법은 흐름의 유형에 의한 것이다. 예를 들어 설명하자면, 상기 운영자는 인스턴트 메시징과 관련된 모든 흐름을 무선 랜(22)을 통해 직접 전송하도록 하여 셀룰러 시스템(30)에서 트래픽을 감소시킬 수 있다. 또한 상기 운영자는 이메일과 관련된 모든 흐름을 셀룰러 네트워크(30)를 통해 전송하도록 결정할 수 있다.
대안으로서, 흐름 라우팅 결정은 셀룰러 네트워크 트래픽에 기초할 수 있다. 만약 셀룰러 네트워크(30)가 낮은 부하를 갖는다면, 모든 트래픽은 셀룰러 네트워크(30)를 통해 라우팅된다. 트래픽이 증가함에 따라 특정 유형의 흐름은 무선 랜(22)을 통해 직접 라우팅된다. 상기 흐름의 전송은 몇몇 우선 순위(priority) 레벨에 기초할 수 있다. 예를 들어 설명하자면, 셀룰러 네트워크(30)에 대한 부하가 저 부하에서 적정 부하로 증가한다. 적정 부하에서 인스턴트 메시징과 같은 제1 세트의 흐름 유형은 무선 랜(22)을 통해 직접 라우팅된다. 높은 부하에서 인스턴트 메시징과 같은 제1 세트와 인터넷 브라우징과 같은 제2 세트는 무선 랜(22)을 통해 라우팅된다.
가입자 장치(20)로부터 원하는 노드(38)로 흐름을 선택적으로 지시하는 한가지 방법은 도 4에 도시된 바와 같이 직접 전달(direct delivery)과 인캡슐레이션 전달 방법을 사용한다. 직접 전달에 있어서, 흐름과 관련된 패킷은 무선 랜(22)을 통해 직접 전송된다. 인캡슐레이션 전달에 있어서, 상기 흐름과 관련된 패킷은 역방향으로 터널링되어, 셀룰러 시스템(30)과 무선 랜(22)을 통해 전송된다. 인캡슐레이션 패킷은 셀룰러 네트워크(30)를 통하여 라우팅하기 위한 추가 정보를 가지고 무선 랜 라우팅 정보를 구비한 패킷을 캡슐화한다. 인캡슐레이션의 한가지 단점은 관련된 추가 오버헤드이다. 가입자 장치(20)가 흐름을 설정할 당시에 직접 전달 또는 인캡슐레이션 전달을 선택한다(단계 40). 등록 후에 상기 흐름의 패킷은 상기 선택된 전달 유형을 사용하여 전송된다(단계 42).
또 다른 방법은 MobileIPv6에서 정의된 것과 같은 라우팅 헤더를 사용하는 것이다. 라우팅 헤더에 의하여 IP 패킷은 특정 중간 노드(라우터)를 거쳐 전달된다. 도 5의 흐름도에 도시된 바와 같이, 역방향 터널링을 수행할 것인지 여부를 결정한 후(단계 44), 라우팅 정보를 헤더에 추가함(단계 46)으로써 역방향 터널링될 흐름의 패킷은 셀룰러 네트워크(30)의 중간 셀룰러 게이트웨이 라우터(36)를 통해 라우팅된다. 역방향 터널링되지 않을 패킷은 MobileIPv6의 표준 경로 최적화(standard route optimization)를 사용하는 경우와 같이 정상적으로 라우팅된다.
대안으로서, 역방향 터널링된 패킷을 셀룰러 게이트웨이 라우터(36)를 통해 선택적으로 라우팅하는 것 외에, 상기 방법은 셀룰러 시스템(30)의 보안 에이전트(48)와 같이 기타의 중간 노드를 추가하도록 확장될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이 예시하자면, 소정 흐름의 패킷은 셀룰러 네트워크(30)의 보안 에이전트(48)를 거쳐 라우팅될 수 있다.
무선 LAN(WLAN, wireless local area network)과 셀룰러 네트워크(cellular network)의 상호 연결 시스템들 내에서의 패킷 라우팅에 있어서, 예를 들어 흐름의 유형 또는 셀룰러 네트워크 트래픽에 기초하여, 셀룰러 네트워크(30)를 통해서 라우팅할 것인지, 또는 직접 무선랜(22)으로 라우팅할 것인지를 결정함으로써, 셀룰러 네트워크의 부하를 적정 수준으로 유지하면서도 셀룰러 네트워크(30)의 보안 유지 및 셀룰러 네트워크 기반의 패킷 서비스를 제공할 수 있다.

Claims (25)

  1. 셀룰러 네트워크 및 WLAN 양쪽 모두에 가입된 적어도 하나의 가입자에 대한 패킷들을 전송하는 방법에 있어서,
    상기 방법은 상기 가입자가 상기 WLAN에 있는 경우,
    패킷들을 포함하는 흐름(flow)들을 제공하는 단계와,
    각각의 흐름에 대하여, 상기 흐름을 상기 WLAN을 통해 직접 라우팅할 것인지, 또는 상기 WLAN 및 상기 셀룰러 네트워크 양쪽 모두를 통해 라우팅할 것인지를 결정하는 단계와,
    직접 라우팅하기로 결정된 흐름을 상기 셀룰러 네트워크를 통하여 라우팅하지 않고 직접 전달에 의해 선택적으로 라우팅하는 단계와,
    상기 WLAN 및 상기 셀룰러 네트워크를 통해 라우팅하기로 결정된 흐름을 인캡슐레이션 전달을 사용하여 선택적으로 라우팅하는 단계를 포함하는, 패킷 전송 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 선택적 라우팅은 상기 WLAN 및 상기 셀룰러 네트워크를 통해 라우팅되는 각 흐름의 패킷의 헤더에 상기 셀룰러 네트워크의 셀룰러 게이트웨이 라우터에 대한 라우팅 정보를 부가함으로써 수행되는 것인, 패킷 전송 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 라우팅 결정은 셀룰러 네트워크 트래픽에 기초하는 것인, 패킷 전송 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    각 흐름은 개별 세션인 것인, 패킷 전송 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    각 흐름은 개별 TCP/IP 세션인 것인, 패킷 전송 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    각 흐름에 따라 서비스 품질의 취급이 구별되어지는, 패킷 전송 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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  24. 삭제
  25. 삭제
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