KR100770869B1

KR100770869B1 - 패킷 재 정렬 방법

Info

Publication number: KR100770869B1
Application number: KR1020010065167A
Authority: KR
Inventors: 정태성; 김재혁; 김종필
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-10-22
Filing date: 2001-10-22
Publication date: 2007-10-26
Also published as: KR20030033407A

Abstract

본 발명에 따른, ATM 기반의 패킷 전송 시스템에서, 패킷을 재정렬(reordering)하여 전송하기 위한 방법이, 수신되는 패킷의 시퀀스 번호를 확인하여 손실 패킷이 있는지 검사하는 과정과, 상기 손실 패킷 검출 시, 이후 수신되는 패킷의 시퀀스 번호를 확인하여 미리 주어지는 윈도우 사이즈 내에 포함되어 있는지 검사하는 과정과, 상기 윈도우 사이즈 내에 있으면 상기 수신되는 패킷을 버퍼링하는 과정과, 상기 윈도우 사이즈 내에 없으면 상기 버퍼링해둔 패킷들을 정렬하여 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

UMTS, GTP, SGSN, GGSN, RNC

Description

패킷 재 정렬 방법{PACKET REORDERING METHOD}

도 1은 UMTS 네트워크에서 패킷 재정렬 관련 구성들을 보여주는 도면.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 UMTS 네트워크를 도시하는 도면.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 ATM 기반의 이동통신시스템에서 패킷 재정렬을 수행하기 위한 절차를 도시하는 도면.

본 발명은 패킷 전송 시스템에 관한 것으로, 특히 ATM 기반의 이동통신시스템에서 패킷을 재정렬하여 전송하기 위한 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 이동통신시스템은 음성, 데이터 등을 무선망을 통해 서비스하는 시스템을 통칭한다. 이와 같은 이동통신시스템은 음성, 데이터 등의 서비스를 위한 방안이 다양하게 구현되고 있는데, 그 대표적인 예가 회선(circuit) 교환망과 패킷(packet) 교환망이다.

현재, 3G(3rd Generation) 이동통신시스템은 3Gpp의 UMTS 시스템과 3GPP2의 cdma2000 시스템의 두가지 형태로 표준화되고 있다. 상기 UMTS 시스템은 패킷 서비스를 위해 SGSN(Serving GSN(GRRS Supporting Node)) 및 GGSN(Gateway GSN)과 같은 요소 시스템 구성을 구비한다. 여기서, 상기 SGSN은 이동 단말기에 패킷 서비스를 직접 제공하는 GPRS(General Packet Radio Service)의 서빙 노드이고, 상기 GGSN은 패킷 데이터 네트워크 또는 인터넷과 직접 접속하는 GPRS 게이트웨이 노드이다.

도 1은 UMTS 시스템에서의 패킷 관련 구성들을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 상기 SGSN(110)은 일측에 RNC(Radio Network Controller)(100)와 GTP(GRRS Tunneling Protocol)-U 인터페이스로 연결되고, 타측에 상기 GGSN(120)과 GTP-U로 연결된다.

현재, 3GPP(3rd Generation Partnership Project)의 표준(standard : GTP(29.060))에 제시되어 있는 패킷 재정렬 기술(GTP Reordering)을 설명하면, 특정 윈도우 사이즈(window size)를 정해서 수신패킷의 시퀀스 번호가 상기 윈도우 내에 있는 시퀀스 번호가 아니면 폐기하도록 되어 있다.

이하, 패킷의 개수를 10개로 가정하여 설명한다.

먼저, 윈도우 사이즈(window size)가 무한대이고, 상기 SGSN(110)로 입력되는 패킷(RNC->SGSN)들의 시퀀스 번호가 "0, 3, 2, 1, 6, 5, 4, 7, 8, 9" 이면, 상기 SGSN(110)에서 출력되는 패킷(SGSN->GGSN)에 대한 시퀀스 번호는 "0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9"가 된다.

한편, 윈도우 사이즈가 "4"라고 가정하면 하기 수학식 1과 같은 조건에 의해 패킷을 폐기한다.

여기서, 상기 "E"는 기대 시퀀스 번호(expected Sequence Number)이고, 상기 "r"은 수신 시퀀스 번호이며, 상기 "B"는 윈도우 사이즈를 나타낸다.

만일, 상기 SGSN으로 입력되는 패킷들의 시퀀스 번호가 "0, 9, 3, 2, 1, 6, 5, 4, 7, 8"라면, 상기 수학식 1에 의해 다음과 같이 처리된다.

0 -> 정상처리

9 -> 폐기처리(이유 : E=1, r=9 -> 상기 수학식 1의 결과(8 > 4))

3 -> 버퍼링(이유 : E=1, r=3 -> 상기 수학식 1의 결과(2 < 4))

2 -> 버퍼링(이유 : E=1, r=2 -> 상기 수학식 1의 결과(1 < 4))

1 -> 정상처리

2,3 -> 정상처리

6 -> 버퍼링(이유 : E=1, r=6 -> 상기 수학식 1의 결과(2 < 4))

5 -> 버퍼링(이유 : E=1, r=5 -> 상기 수학식 1의 결과(1 < 4))

4 -> 정상처리

5,6 -> 정상처리

7,8-> 정상처리

따라서, 출력되는 패킷들의 시퀀스는 "0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8"이 된다.

즉, 상술한 바와 같이, 종래기술에 따른 GTP 패킷 재정렬 기법은 패킷을 무 한정 기다릴수 없으므로, 윈도우(window)라는 개념을 도입하여 사용하고 있다. 즉, 수신하는 GTP 패킷의 시퀀스 번호를 비교하여 윈도우 크기를 벗어나면 패킷을 폐기하는 방식이다.

그런데, 실제 ATM(Asynchronous Transmission Mode)망 상에서 전달되는 GTP 패킷은 순서가 많이 바뀌지 않는다. 그 이유는, ATM망이 연결 지향(connection oriented)이기 때문이다. 한편, ATM 셀을 하나 잃어버리게 되면 해당 패킷을 조립함에 있어, ATM SAR(Segmentation and Reassembly)에서 그 패킷을 폐기한다. 즉, 특정 GTP 패킷이 없어지는 현상이 발생한다. 이러한 환경에서, 상기와 같은 윈도우 개념으로 패킷 재정렬을 하게 되면, 거의 모든 패킷을 전달하지 못하는 심각한 문제점이 발생한다.

예를들어, 입력패킷중 시퀀서 번호가 "2"인 패킷이 손실(loss)되었다고 가정하면, 입력패킷들의 시퀀스 번호는 "0, 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9"가 되고, 입력 패킷들은 다음과 같이 처리된다.

0 -> 정상처리

1 -> 정상처리

3 -> 버퍼링(이유 : E=2, r=3 -> 상기 수학식 1의 결과(1 < 4))

4 -> 버퍼링(이유 : E=2, r=4 -> 상기 수학식 1의 결과(2 < 4))

5 -> 버퍼링(이유 : E=2, r=5 -> 상기 수학식 1의 결과(3 < 4))

6 -> 폐기처리(이유 : E=2, r=6 -> 상기 수학식 1의 결과(4 == 4))

7 -> 폐기처리(이유 : E=2, r=7 -> 상기 수학식 1의 결과(5 > 4))

8 -> 폐기처리(이유 : E=2, r=8 -> 상기 수학식 1의 결과(6 > 4))

9 -> 폐기처리(이유 : E=2, r=8 -> 상기 수학식 1의 결과(7 > 4))

3,4,5 -> PDP Context가 삭제될 때 모두 폐기되든지 마지막에 한꺼번에 모두 전달된다.

즉, 출력패킷들의 시퀀스는 "0, 1, 3, 4, 5"로, 거의 반 이상의 패킷이 폐기되는 문제점이 있다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, ATM망 환경에 부합하는 패킷 재정렬 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, ATM 기반의 이동통신시스템에서 윈도우 방식으로 패킷 재정렬을 할때 특정 패킷이 손실되어도 나머지 패킷들을 전달할수 있는 방법을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명은, ATM 기반의 패킷 전송 시스템에서, 패킷을 재정렬(reordering)하여 전송하기 위한 방법이, 수신되는 패킷의 시퀀스 번호를 확인하여 손실 패킷이 있는지 검사하는 과정과, 상기 손실 패킷 검출 시, 이후 수신되는 패킷의 시퀀스 번호를 확인하여 미리 주어지는 윈도우 사이즈 내에 포함되어 있는지 검사하는 과정과, 상기 윈도우 사이즈 내에 있으면 상기 수신되는 패킷을 버퍼링하는 과정과, 상기 윈도우 사이즈 내에 없으면 상기 버퍼링해둔 패킷들을 정렬하여 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

먼저, 본 발명의 적용되는 UMTS의 개략적인 구성을 설명하고, 다음으로 수정된 GTP 패킷 재정렬 방식을 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 UMTS 네트워크의 구성을 도시하고 있다.

상기 도 2를 참조하면, 먼저 MSC(Mobile-service Switching Center)(200)은 회선 모든 서비스 가입자에 대한 이동성 관리 및 음성 호 처리를 담당한다. 상기 MSC(200)과 같이 구성되는 VLR(Visited Location Register)은 자신이 관리하는 지역에 존재하는 이동 단말기에 대한 모든 정보를 일시적으로 저장하는 데이터베이스로 HLR(Home Location Register)(230)과 관련된 데이터는 항상 동일하게 유지된다.

SGSN(Serving GPRS Support Node)(210)은 이동 단말기(280)에 패킷 서비스를 직접 제공하는 GPRS(General Packet Radio Service)의 서빙 노드로, 이동 단말기(280)의 패킷 모드에 대한 이동성 관리 컨텍스트(context)를 설정함으로써 이동 단말기(280)의 패킷 모든 데이터 서비스 관리를 수행한다. 그리고, GGSN (220)과는 PDP 컨텍스트를 설정하고, GTP(GPRS Tunneling Protocol) 터널링을 이용하여 SDU(Service Data Unit)를 전달한다.

상기 GGSN(Gateway GPRS Support Node)(220)은 패킷 데이터 네트워크 또는 인터넷과 직접 접속하는 GPRS 게이트웨이 노드로, 상기 SGSN(210)으로의 라우팅 정보를 유지함으로써 GTP 터널링 및 IP(Internet Protocol) 라우팅 기능을 갖는다. 상기 라우팅 정보는 현재 이동 단말기(280)의 패킷 모든 서비스를 지원하는 SGSN(210)으로 SDU를 터널링하기 위해 사용되고 상기 HLR(230)로부터는 이동 단말기(280)의 위치 정보를 얻는다. 상기 GGSN(220)의 주요 기능은 IMT 2000 ISP 또는 타 ISP(Internet Service Provider)와의 접속 서비스를 위해 이동 단말기(280)에 IP 주소 할당 및 관리, PPP(Point-to-Point Protocol) 생성, 종단 및 릴레이, 스크리닝 기능 등이 있다.

RNS(Radio Network Subsystem)(250)은 Node B(270)와 RNC(260)로 구성된다. 상기 Node B(270)는 무선신호 송수신, 무선채널 부호화 및 복호화, 신호세기 및 품질측정(상향링크), 기저대역 신호처리, 다이버시티, 무선자원관리 및 자체 유지보수 기능을 수행한다. 상기 RNC(Radio Network Controller)(260)는 Node B(270)와의 정합, 셀간 핸드오버 처리, 호 제어 등의 기능을 수행하고, IMX(IMT-2000 Multimedia eXchange), 혹은 SGSN과는 외부 접속 신호 링크와 베어러 채널 연결 채널로 접속하고 하나의 RNC는 여러 개의 Node B를 제어한다.

상기 이동단말기(MS : Mobile station)(280)는 IMT-2000 무선 모뎀 역할을 수행하는 MT(Mobile Terminal)와 응용 서비스를 지원하는 TE(Terminal Equipment)로 구성되며, 가입자 인증 관련 정보를 갖고 있는 USIM(Universal Service Identification Module) 카드와는 호환성을 갖도록 규격화하고 있다.

한편, 상기 HLR(230)은 자신의 IMT-2000 네트워크 내에 등록된 모든 이동 단 말기에 대한 가입자 파라미터와 위치 정보 등을 저장하고 관리하는 데이터 베이스로, IMT-2000 서비스를 위해 필수적인 장치이다. 상기 HLR(230)은 이동 단말기(280)의 접속 능력, 기본 서비스, 부가서비스 등 중요한 데이터를 등록하고 착신 가입자로의 라우팅 기능을 수행한다. EIR(Equipment Identity Register)(240)는 이동 단말기(280)의 ID 관리를 담당하는 데이터 베이스로 이동 단말기에 대한 "유효(Valid)"를 체크하는데 사용된다.

본 발명은 상기 RNC(240) 및 상기 GGSN(220)과 연결되어 있는 SGSN(210)의 GTP 패킷 재정렬 방식에 대한 것이다. 먼저, 본 발명은 앞서 종래기술에서 설명한 패킷 폐기 조건에 해당하는 <수학식 1>을 다음의 <수학식 2>와 같이 수정한다.

여기서, 상기 "L"은 손실 시퀀스 번호(lost sequence number)이고, 상기 "r"은 수신 시퀀스 번호이며, 상기 "B"는 윈도우 사이즈를 나타냄.

상기 수학식 2은 패킷을 폐기하는 조건으로 사용되는 것이 아니라, 패킷을 폐기하지 않고 다음 패킷을 이어서 전달할수 있도록 하는데 사용된다. 즉, 패킷을 폐기하는 수학식 1의 윈도우 사이즈와 상기 수학식 2의 윈도우 사이즈를 같게 하되, 패킷을 폐기하기 전 손실 패킷의 시퀀스 번호를 확인하여 버퍼링된 패킷들을 전달하도록 한다.

구체적인 실시 예를 도 3을 참조하여 설명한다.

먼저, 상기 SGSN(210)은 301단계에서 RNC(260)로부터 패킷이 수신되는지 검 사한다. 만일, 상기 RNC(260)로부터 패킷이 수신되면, 상기 SGSN(210)은 303단계로 진행하여 수신된 패킷의 시퀀스 번호를 검사하고, 그렇지 않으면 계속해서 패킷 수신을 대기한다.

그리고, 상기 SGSN(210)은 상기 305단계에서 패킷 손실이 발생했는지 검사한다. 즉, 기대되는 시퀀스 번호(EXPECTED SEQUENCE NUMBER)의 패킷이 수신되었는지 검사한다. 만일, 기대되는 시퀀스 번호가 패킷이 수신되지 않고 다른 시퀀스 번호의 패킷의 수신되었다면, 상기 SGSN(210)은 패킷이 손실되었다고 판단하여 307단계에서 상기 손실 패킷의 시퀀스 번호를 등록한다. 반면, 기대되는 시퀀스 번호의 패킷이 수신되었다면 정상처리후 계속해서 패킷 수신을 대기하기 위한 상기 301단계로 되돌아간다. 여기서, 정상처리라 함은 버퍼링(buffering)이나 폐기(discard) 없이 정상적으로 수신 패킷을 GGSN(120)으로 전달하는 것을 의미한다.

한편, 상기 손실 패킷의 시퀀스 번호를 등록한후, 상기 SGSN(210)은 상기 309단계에서 상기 수학식 2와 같은 계산을 수행하여 정해진 윈도우 사이즈에 따른 수신 패킷의 버퍼링 여부를 판단하게 된다. 즉, 상기 SGSN(210)은 311단계에서 현재 수신된 패킷의 시퀀스 번호가 상기 윈도우 사이즈 내에 포함되어 있는지를 검사한다. 만일, 상기 윈도우 사이즈 내에 포함되어 상기 버퍼링이 결정되면, 323단계로 진행하여 상기 수신된 패킷을 버퍼링한후 325단계로 진행하여 패킷 수신을 대기한다. 만일, 새로운 패킷이 수신되면 상기 SGSN(210)은 수신된 패킷에 대해 버퍼링 여부를 판단하기 위해 상기 309단계로 되돌아가 이하 단계를 재수행한다.

한편, 상기 수신 패킷의 시퀀스 번호가 윈도우 사이즈 내에 포함되어 있지 않으면, SGSN(210)은 313단계에서 미리 등록해둔 상기 손실 패킷의 시퀀스 번호를 확인한다. 그리고, 상기 SGSN(210)은 315단계에서 상기 손실 패킷 이후에 버퍼링되어 있는 패킷들 및 상기 수신 패킷을 정상처리한후 상기 301단계로 되돌아가 이하 과정을 재수행한다. 즉, 버퍼링된 패킷들을 전달함으로써 필요없이 패킷들이 폐기되는 것을 방지한다.

일 예로서, 입력패킷중 시퀀서 번호가 "2"인 패킷이 손실(loss)되었다고 가정하면, 입력패킷들의 시퀀스 번호는 "0, 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9"가 되고, 패킷들은 다음과 같이 처리된다.

0 -> 정상처리

1 -> 정상처리

3 -> 버퍼링(이유 : L=2, r=3 -> 상기 수학식 2의 결과(1 < 4))

(2: 손실 시퀀스 번호 등록)

4 -> 버퍼링(이유 : L=2, r=4 -> 상기 수학식 2의 결과(2 < 4))

5 -> 버퍼링(이유 : L=2, r=5 -> 상기 수학식 2의 결과(3 < 4))

6 -> 손실 시퀀스 번호 확인

3, 4, 5 -> 버퍼링되어 있는 패킷들 정상처리

6 -> 정상처리

7, 8, 9 -> 정상처리

즉, 출력패킷들의 시퀀스는 "0, 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9"로, 손실 패킷(2번 패킷)을 제외한 모든 패킷들을 정상적으로 전달한다.

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 실시예에 국한되어 정 해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 차세대 이동통신시스템에서, 연결 지향의 ATM 망을 고려한 새로운 GTP 재정렬 방식을 정의하여 불필요하게 많은 패킷이 폐기되는 것을 방지할수 있다.

Claims

ATM 기반의 패킷 전송 시스템에서, 패킷을 재정렬(reordering)하여 전송하기 위한 방법에 있어서,

수신되는 패킷의 시퀀스 번호를 확인하여 손실 패킷이 있는지 검사하는 과정과,

상기 손실 패킷 검출 시, 이후 수신되는 패킷의 시퀀스 번호를 확인하여 미리 주어지는 윈도우 사이즈 내에 포함되어 있는지 검사하는 과정과,

상기 윈도우 사이즈 내에 있으면 상기 수신되는 패킷을 버퍼링하는 과정과,

상기 윈도우 사이즈 내에 없으면 상기 버퍼링해둔 패킷들을 정렬하여 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
ATM 기반의 패킷 전송 시스템에서, 패킷을 재정렬(reordering)하여 전송하기 위한 방법에 있어서,

수신되는 패킷의 시퀀스 번호를 확인하여 손실 패킷이 있는지 검사하는 과정과,

상기 손실 패킷 검출시, 상기 손실 패킷의 시퀀스 번호를 등록하고, 이후 수신되는 패킷의 시퀀스 번호를 확인하여 미리 주어지는 윈도우 사이즈 내에 포함되어 있는지 검사하는 과정과,

상기 윈도우 사이즈 내에 있으면, 상기 수신되는 패킷을 버퍼링하는 과정과,

상기 윈도우 사이즈 내에 없으면, 상기 등록해둔 손실 패킷의 시퀀스 번호를 확인하여 상기 시퀀스 번호 이후의 버퍼링된 패킷들을 정렬하여 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
ATM 기반의 패킷 전송 시스템에서, 패킷을 재정렬(reordering)하여 전송하기 위한 방법에 있어서,

수신되는 패킷의 시퀀스 번호를 확인하여 손실 패킷이 있는지 검사하는 과정과,

상기 손실 패킷 검출시, 상기 손실 패킷의 시퀀스 번호(L)을 등록하는 과정과,

상기 등록후, 패킷 수신시 상기 수신 패킷의 시퀀스 번호와 상기 손실 패킷의 시퀀스 번호를 하기 수학식 3에 적용하여 상기 패킷의 버퍼링 여부를 판단하는 과정과,

여기서, 상기 "L"은 손실 시퀀스 번호(lost sequence number)이고, 상기 "r"은 수신 시퀀스 번호이며, 상기 "B"는 윈도우 사이즈를 나타냄.

상기 수학식 3을 만족하면 상기 수신 패킷을 버퍼링하는 과정과,

상기 수학식 3을 만족하지 않으면, 상기 손실 패킷의 시퀀스 번호를 확인하여 상기 시퀀스 번호 이후의 버퍼링된 패킷들을 정렬하여 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.