KR100800810B1

KR100800810B1 - 브리지형 휴대 인터넷 시스템 및 그 신호 처리 방법

Info

Publication number: KR100800810B1
Application number: KR1020060060848A
Authority: KR
Inventors: 조재헌; 황성택; 윤종호; 오윤제; 김훈; 정한균
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-02-01
Also published as: KR20080002182A; US20080002625A1

Abstract

본 발명은 브리지형 휴대 인터넷 시스템에 있어서, 전체적으로 메시(mesh) 구조로 연결되어 코어 네트워크를 형성하며, 2계층 스위치로 구성되는 다수의 에지 브리지와, 다수의 에지 브리지 중 하나와 연결되어 서비스 범위내의 MN(Mobile Node)에 휴대 인터넷 서비스를 제공하는 다수의 RAS(Radio Access Station)와, 네트워크 구성 요소들의 이웃 탐색(neighbor discovery)을 지원하며 구성 요소들의 구성 정보를 관리하는 NDS(Neighbor Discovery Server)를 포함하며, 다수의 에지 브리지는 NDS로부터 구성 정보를 참조하여, 해당 RAS를 통해 자신에게 연결된 MN이 전송한 MAC(Media Access Control) 프레임의 목적지를 확인하여 해당 CN이 연결된 에지 브리지의 MAC 주소로 해당 MAC 프레임을 맥인맥 인캡슐레이션(MAC in MAC encapsulation)하여 전송하며, 자신의 MAC 주소를 목적지로 하는 맥인맥 인캡슐레이션된 프레임을 수신하면 외부 MAC(outer MAC) 주소를 제거하고 원래의 MAC 프레임을 해당 MN으로 전달한다.

휴대, 인터넷, 브리지, 핸드오버, 이더넷

Description

브리지형 휴대 인터넷 시스템 및 그 신호 처리 방법{BRIDGE-BASED WIRELESS INTERNET SYSTEM AND SIGNALLING METHOD THEREOF}

도 1은 고속 핸드오버 이동 IPv6 네트워크의 구성도

도 2는 도 1의 네트워크에서의 핸드오버 절차의 일 예시 흐름도

도 3은 도 1의 네트워크에서의 핸드오버 절차의 다른 예시 흐름도

도 4는 휴대 이더넷 네트워크의 구성도

도 5는 도 4의 네트워크에서의 핸드오버 절차의 일 예시 흐름도

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지형 휴대 인터넷 네트워크의 구성도

도 7은 도 6의 네트워크에서의 이동단말의 등록 절차 흐름도

도 8a, 8b는 도 6의 네트워크에서의 데이터 전송 절차의 흐름도

도 9a, 9b는 도 6의 네트워크에서의 핸드오버 절차의 흐름도

본 발명은 휴대 인터넷 네트워크에 관한 것으로서, 특히 간단하고 효율적인 시그널링 절차를 수행함으로써, 보다 관리가 용이하며, 고속의 핸드오버 서비스가 가능하도록 하기 위한 브리지형 휴대 인터넷 시스템 및 그 신호 처리 방법에 관한 것이다.

현재의 휴대 인터넷 기술은 휴대 전화망을 기반으로 하는 제3, 제4세대 셀룰러 시스템과 IP(Internet Protocol) 기반의 패킷 전송을 기반으로 하는 휴대 인터넷(PI: Portable Internet, 또는 WiBro: Wireless Broadband) 시스템을 아우르며, 초고속의 데이터 통신 기술과 이용 효율의 극대화를 위하여 다양한 표준안이 제안되고 있다.

도 1은 고속 핸드오버 이동 IPv6(Fast Mobile IPv6) 네트워크의 구성도이며, 도 2는 도 1의 네트워크에서의 핸드오버 절차의 일 예시 흐름도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 Fast Mobile IPv6는 기존의 Mobile IPv6에서의 핸드오버 지연을 최소화하기 위해 제안된 프로토콜이며, 먼저, Fast Mobile IPv6 에서 사용되는 용어들의 정의를 살펴보면 다음과 같다. MN(Mobile Node)은 IPv6를 지원하는 이동 노드이며, AP(Access Point)는 MN에게 무선 연결을 제공하는, IP 서브넷(subnet)에 연결된 2계층 장비이다. AP-ID는 AP의 2계층 주소를 의미한다.

AR(Access Router)은 MN이 연결된 기본 라우터이며, PAR(Previous Access Router)는 MN이 핸드오버를 수행하기 전에 연결되어 있던 AR이고, NAR(New Access Router)는 MN이 핸드오버를 수행한 후에 연결되는 AR을 의미한다.

PCoA(Previous CoA)는 MN이 PAR의 서브넷에서 사용하던 CoA(Care of Address)를 의미하며, NCoA(New CoA)는 MN이 NAR의 서브넷에서 사용할 CoA를 의미 한다.

RtSolPr(Router Solicitation for Proxy Advertisement)는 MN이 핸드오버 수행 전에 주변의 AP에 관련된 정보를 얻기 위해 PAR에게 전송하는 메시지를 의미하며, PrRtAdv(Proxy Router Advertisement)는 PAR이 RtSolPr에 대한 응답으로 MN에게 전송하는 메시지를 의미한다. 이 메시지에는 이웃 AP들에 대한 정보가 포함되어 있다. 네트워크 초기 핸드오버(Network-initiated handover)의 경우에는 RtSolPr 메시지 없이 바로 PrRtAdv가 전송된다.

(AP-ID, AR-info) 튜플(tuple)은 AP-ID를 갖는 AP가 연결된 AR의 2계층 주소와 IP 주소로서, 유효한 프리픽스(prefix)정보를 포함한다. AR-Info는 [Router's L2 address, Router's IP address, Prefix]로 구성된다.

'Assigned Addressing'은 NAR이 MN에게 IPv6 주소를 할당하는, NCoA 설정의 특별한 형식이다.

FBU(Fast Binding Update)는 MN이 PAR에게 전송하는 메시지이며, 자신으로 전달되는 패킷을 NAR로 포워딩하도록 지시한다. FBack(Fast Binding Acknowledgement)은 FBU에 대한 응답으로 PAR이 MN에게 전송하는 메시지이다. FNA(Fast Neighbor Advertisement)는 MN이 자신이 연결되었음을 NAR에게 알리는 메시지이다. HI(Handover Initiate)는 PAR이 NAR에게 MN의 핸드오버를 알리는 메시지이며, HAck(Handover Acknowledge)는 HI에 대한 응답으로 NAR이 PAR에게 전달하는 메시지이다.

다시 도 1을 참조하면, 도 1에는 다수의 라우터(101, 102)들로 구성된 코어 IP 네트워크(10)에 다수의 서브넷을 형성하는 AR(103, 104)들이 연결된 상태가 도시되며, 이때 MN(115)이 PAR(103)에서 NAR(104)로 핸드오버를 수행하는 예가 도시된다. 이때의 핸드오버 절차를 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명하면, 먼저 MN은 자신이 현재 연결된 PAR에게 RtSolPr을 전송함으로써 2계층에서 검색된 하나 이상의 AP 들에 대한 정보를 요청한다(201단계). RtSolPr을 수신한 PAR은 {AP-ID, AR-Info}를 포함하는 PrRtAdv 메시지를 해당 MN에게 전송한다(202단계). 이때 각 AR들은 주기적으로 자신에게 연결된 AP들의 정보 등을 교환할 수 있다.

상기 PrRtAdv를 수신한 MN은 {AP-ID, AR-Info} 정보를 통해 자신이 새로 연결될 AP에서 사용 가능한 새로운 NCoA를 설정한다(203단계). 이후 2계층에서 실제 핸드오버 이벤트가 발생하면, FBU 메시지를 PAR에게 전송한다(204단계). FBU에는 NCoA 정보가 수납되어 있으므로, 이를 수신한 PAR은 NCoA와 PCoA의 바인딩 정보를 저장하고 이를 이용하여 NAR과 형성된 터널을 통해 MN으로 향하는 패킷들을 NAR로 포워딩한다(209. 210, 211단계). 이때 가능하다면, FBU는 MN이 PAR에 연결되어 있을 때 전송되는 것이 좋으며, 불가능한 경우 NAR로의 연결 후에 전송된다. 이후 FBU에 대한 응답으로 PAR은 FBack을 MN에게 전송한다(207단계).

FBack이 MN에 수신되는 시점(PAR에 연결되어 있을 때 혹은 NAR에 연결되어 있을 때)에 따라 이후에는 두가지 동작 모드가 있다. 먼저, MN이 PAR에 연결되어 있을 때 FBack 수신한 경우(Predictive Fast Handover)에는 이는 MN이 NAR로 연결된 후에 이미 터널이 생성되어 있음을 의미한다. MN은 NAR에 연결된 후 바로 FNA를 NAR에게 전송하여 NAR에 버퍼링되어 있는 패킷을 수신하도록 한다(212, 214단계). 이후 MN은 바인딩 업데이트 정보를 HA/CN에 전송하며, HA/CN은 이를 수신하여 이에 대한 응답 정보를 전송하고 바인딩 정보를 업데이트 한다(215, 216단계).

이 동작 모드에서는 PAR은 상기 FBU를 수신하면 FBU에 수납되어 있는 NCoA(MN이 생성한)가 NAR에서 사용 가능한지를 알아보기 위하여 HI 메시지를 NAR에게 전송한다(205단계). MN이 생성한 NCoA가 이미 사용중이라면, NAR는 새로운 NCoA를 생성하여 HAck메시지를 통해 NCoA를 PAR로 전송하며(206단계), PAR은 FBack에 새로운 NCoA를 수납하여 MN에게 전달한다(207단계). 새로운 NCoA가 수납된 FBack을 수신한 MN은 NAR에 연결된 후 새로운 NCoA를 사용해야 한다. MN이 생성한 NCoA가 NAR에 사용 가능하다면, HAck과 FBack 메시지에는 NCoA가 수납되지 않는다.

도 3은 도 1의 네트워크에서의 핸드오버 절차의 다른 예시 흐름도로서, 상기 도 2의 핸드오버 과정과 유사하게 MN은 자신이 현재 연결된 PAR에게 RtSolPr을 전송하고(301단계). RtSolPr을 수신한 PAR로부터 PrRtAdv 메시지를 수신하여(302단계), 자신이 새로 연결될 AP에서 사용 가능한 새로운 NCoA를 설정하는(303단계) 과정을 수행한 후에, MN이 PAR에서 FBack을 수신하지 못한 경우(Reactive Fast Handover)를 나타내고 있다. 이러한 경우는 MN이 PAR에 연결되어 있을 때 FBU를 전송하지 못했거나 혹은 FBU를 전송했지만 FBack을 수신하기 전에 핸드오버가 일어난 경우이다.

FBack을 수신하지 못한 MN은 PAR가 FBU를 잘 처리했는지 확인할 수 없으므로, NAR에게 연결된 후 바로 다시 (혹은 처음으로) FBU를 NAR에게 전송한다(305단계). 이때에 FBU가 처리된 후에 NAR이 바로 패킷을 전달할 수 있도록 하고 또한 NAR로 하여금 NCoA가 사용가능한지 판단하도록 하기 위해서 FBU는 FNA에 수납되어 전송된다. 이를 수신한 NAR는 FBU에 들어있는 NCoA가 사용가능한지를 검사하고(306단계) 해당 주소가 이미 사용중이라면 해당 패킷을 폐기한 후, "Neighbor Advertisement Acknowledge(NAACK)" 옵션이 수납된 "Router Advertisement" 메시지를 MN에게 전송한다(307단계). 이 메시지에는 MN이 사용해야 할 NCoA가 들어있다.

이에 따라, MN은 할당받은 새로운 NCoA를 사용하여 새로운 FBU를 NAR로 전송하며(308, 309, 310단계), NAR을 전달받은 FBU를 PAR로 전송하고(311단계), PAR은 이후 FBack 메시지를 NAR로 전송한다(312단계). 이에 따라 PAR로 전송되는 패킷들은 NAR로 포워딩되며(313, 314단계), NAR을 해당 패킷을 MN으로 포워딩한다(315단계). 이후 해당 MN의 바인딩 정보가 HA/CN에 업데이트된다(316, 317단계).

한편, 휴대 이더넷(Mobile Ethernet)은 기존의 IP 네트워크를 2계층 스위치로 교체함으로써 보다 빠른 핸드오버를 지원하도록 한 프로토콜이다. 3계층에서 2계층으로 전환됨에 따라 문제가 되는 확장성을 다루기 위해 휴대 이더넷은 다음과 같은 특징을 갖는다.

. path-learning Layer 2 Switch

. learning cache 동적 갱신 시그널링 메커니즘

. broadcast 억제 메커니즘(예 : ICMPv6 neighbor solicitation)

. network partitioning : Segment

또한 각 단말마다 가상(Virtual) MAC(Media Access Control)을 할당하여 휴대 이더넷 네트워크 내에서는 해당 가상 MAC 만을 사용하여 스위칭함으로써 이기종 의 무선 액세스 망을 연동할 수 있다.

도 4는 휴대 이더넷 네트워크의 구성도로서, 코어 네트워크(Core Network)(21)는 링(Ring) 형태로 연결되며 각 세그먼트(22, 23, 24)는 트리 형태로 구성된다. 네트워크를 구성하는 각 구성요소는 다음과 같다. 게이트웨이 스위치(Gateway Switch)(211)는 세그먼트(22, 23, 24)와 코어 네트워크(21)를 연결하는 스위치이며, 에지 스위치(Edge Switch)(242, 243)는 세그먼트(22, 23, 24)와 이종망(액세스 망)(30, 31, 32)을 연결하는 스위치이다. 브랜치 스위치(Branch Switch)(341)는 에지 스위치(243, 242)와 게이트웨이 스위치 사이의 스위치이다.

이러한 휴대 이더넷에서의 핸드오버는 단말이 세그먼트 내에서 이동할 때 이루어지는 인트라 세그먼트 핸드오버(Intra-Segment Handover)와 세그먼트 사이를 이동할 때 이루어지는 인터 세그먼트 핸드오버(Inter-Segment Handover)로 구분할 수 있다.

도 5는 도 4의 네트워크에서의 핸드오버 절차의 일 예시 흐름도로서, 인터 세그먼트 핸드오버에 대한 절차가 일 예로 도시된다. 휴대 이더넷에서 핸드오버절차는 시그널링 서버(Signaling Server)에 의해 시작된다. 시그널링 서버는 이동 단말(MD)의 핸드오버 필요 여부를 판단하여 핸드오버가 필요하다고 판단될 경우 이동 단말이 현재 연결되어 있는 에지 스위치((PES: Previous Edge Switch)로 "H/O Recommendation" 메시지를 전송한다(501). 이를 수신한 PES는 NES(New Edge Switch)에게 단말의 정보 등을 전달한 후(502, 503단계), "H/O Recommendation" 메시지를 예를 들어 해당 AP(Previous AP)를 통해 단말로 전송한다(504 단계). 그 후 단말은 새로운 AP(New AP)와의 링크를 확립한 후(506, 507단계) "Registration Request"를 NES로 전송하여 자신의 RMAC과 VMAC을 등록한다(508, 509단계).

NES는 이동 단말로 향하는 프레임이 자신에게 전달되도록 하기 위해 "Update Entry Request" 메시지를 상위 스위치로 전달하여 상위 스위치의 FDB를 갱신한다(510단계). 이 절차는 앵커 스위치(Anchor Switch)(NES로부터 세그먼트 게이트웨이 스위치까지의 경로와 PES로부터 세그먼트 게이트웨이 스위치까지의 경로 상의 랑데부 포인트)까지 반복되며, 앵커 스위치는 자신의 FDB를 갱신한 후 PES 쪽으로 "Cancel Entry Request"를 전송하여 해당 단말에 대한 FDB를 삭제하도록 한다(513단계).

한편, 휴대 이더넷 네트워크에서의 인트라 세그먼트 핸드오버에 대해 설명하면, 단말이 다른 세그먼트로 이동한 경우 새로운 세그먼트의 세그먼트 게이트웨이 스위치는 에지 스위치로 부터 "Update Entry Request"를 수신한다. 이를 수신한 새로운 세그먼트 게이트웨이 스위치는 "Update Entry Request" 메시지를 이전 세그먼트 게이트웨이 스위치에게 전달하며, 이를 수신한 스위치는 자신이 세그먼트 내에 있는 하위 스위치로 "Cancel Entry Request" 메시지를 전달한다. 이 메시지는 이전 에지 스위치까지 전달되어 각 스위치의 FDB에서 해당 단말에 대한 정보가 삭제된다.

이러한 "Update Entry Request" 메시지와 이동 단말로 향하는 MAC 프레임은 다음과 같은 세 가지 방식에 의해서 전달된다.

먼저, 브로드캐스트(Broadcast) 방식에서는, 단말이 이동한 후 새로운 세그 먼트 게이트웨이 스위치로 전달되는 "Update Entry Request" 메시지는 코어 네트워크의 링을 이전 세그먼트 게이트웨이 스위치로 전달된다. 이를 수신하는 링 내의 다른 세그먼트 게이트웨이 스위치는 자신의 FDB를 갱신하지 않는다. 즉, 해당 단말의 MAC 주소를 학습하지 않는다. 이전 세그먼트 게이트웨이 스위치는 자신의 하위 스위치에게 "Cancel Entry Request" 메시지를 전송하여 FDB를 삭제하지만, 역시 해당 단말의 MAC 주소를 학습하지는 않는다. 그 후, 해당 단말로의 MAC 프레임을 수신한 임의의 세그먼트 게이트웨이 스위치는 해당 단말의 MAC 주소를 학습하지 않았으므로 링 코어 네트워크 내로 브로드캐스트한다. 이 프레임은 링을 따라 전달되며, 이를 수신한 세그먼트 게이트웨이 스위치들은 자신의 FDB에 해당 단말의 정보가 없으면 폐기하고, 있으면 자신의 세그먼트로 전달한다.

다음으로, MAC 학습(learning) 방식에서는 단말이 이동한 후 전달되는 "Update Entry Request"는 링을 따라 전달되며 이를 수신한 모든 세그먼트 게이트웨이 스위치들은 해당 단말의 MAC 주소를 학습한다. 따라서 이동 단말로의 MAC 프레임은 항상 최적의 경로를 따라 전달될 수 있다.

앵커(Anchor) 방식에서는 단말의 현재 위치를 홈 세그먼트 게이트웨이 스위치만이 학습한다. 단말이 이동한 후 "Update Entry Request" 메시지를 수신한 새로운 세그먼트 게이트웨이 스위치는 해당 메시지를 홈 세그먼트 게이트웨이 스위치에게 전달하며, 홈 세그먼트 게이트웨이 스위치는 해당 단말의 MAC 주소를 학습한다. 그 후, 이동 단말로 향하는 MAC 프레임은 일단 홈 세그먼트 게이트웨이 스위치로 전달된 후 다시 새로운 세그먼트 게이트웨이 스위치로 전달된다.

상기한 바와 같은 종래의 기술에서, Fast Mobile IPv6는 기존의 Mobile IPv6의 핸드오버 지연을 최소한으로 줄였지만, IP 계층 핸드오버 프로토콜의 본질적인 속성에 의해 액세스 라우터 사이를 이동할 때마다 새로운 IP를 할당받아야 하는 문제점이 존재하며 이에 따른 특별한 시그널링 패킷의 교환과 지연을 필요로 한다. 특히 리액티브(Reactive) 핸드오버시 단말이 설정한 NCoA가 유효하지 않을 경우 새로운 NCoA를 할당하기 위해 추가적인 시그널링 패킷이 필요하며, 이에 따른 지연도 증가한다.

휴대 이더넷에서는 먼저, 인트라 세그먼트 핸드오버의 경우에는 필요한 시그널링 패킷의 수가 적고 이에 따라 핸드오버 지연도 상당히 작지만, 세그먼트 내의 두 단말의 통신 시에 트리 형태로 이루어진 네트워크의 특성상 최적의 경로로 프레임이 전달되지 못하는 단점이 있다. 또한 링 형태로 이루어진 코어 네트워크에서도 프레임이 링을 따라 전달되므로 최적의 경로로 전달되지 못한다. 또한 브로드캐스트 방식 경우, 코어 네트워크 내의 링에서 프레임이 최적의 경로를 통해 전달되지 못하는 단점이 있으며, MAC 학습방식의 경우에는 각 세그먼트 게이트웨이 스위치들이 모든 단말들의 MAC 주소를 학습해야 하는 문제점이 있다. 또한 링에서의 데이터 전달 방향을 빠른 방향으로 전달할 수 있지만, 링의 특성 상 최적의 경로라고 보기에는 무리가 따른다. 또한 지역적으로 상당히 넓은 서비스 지역을 Ring Network 로 연결하기에는 많은 어려움이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 차세대 무선 에지망에서 2계층 브리지를 이용한 간단하고 효율적인 시그널링 절차를 제안하여 효율적이고 빠른 핸드오버를 제공할 수 있도록 하기 위한 브리지형 휴대 인터넷 시스템 및 그 신호 처리 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 브리지형 휴대 인터넷 시스템에 있어서, 전체적으로 메시(mesh) 구조로 연결되어 코어 네트워크를 형성하며, 2계층 스위치로 구성되는 다수의 에지 브리지와, 상기 다수의 에지 브리지 중 하나와 연결되어 서비스 범위내의 MN(Mobile Node)에 휴대 인터넷 서비스를 제공하는 다수의 RAS(Radio Access Station)와, 상기 네트워크 구성 요소들의 이웃 탐색(neighbor discovery)을 지원하며 구성 요소들의 구성 정보를 관리하는 NDS(Neighbor Discovery Server)를 포함하며, 상기 다수의 에지 브리지는 미리 설정된 라우팅 프로토콜을 통해 최적 경로를 유지하며, 상기 NDS로부터 상기 구성 정보를 참조하여, 해당 RAS를 통해 자신에게 연결된 MN이 전송한 MAC(Media Access Control) 프레임의 목적지를 확인하여 해당 CN이 연결된 에지 브리지의 MAC 주소로 해당 MAC 프레임을 맥인맥 인캡슐레이션(MAC in MAC encapsulation)하여 전송하며, 자신의 MAC 주소를 목적지로 하는 맥인맥 인캡슐레이션된 프레임을 수신하면 이를 맥인맥 디캡슐레이션(MAC in MAC decapsulation)하여 외부 MAC(outer MAC) 주소를 제거하고 원래의 MAC 프레임을 해당 MN으로 전달함을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.

이더넷은 서로 다른 여러 단말 사이에 또는 여러 사용자 사이에 데이터를 전송하고자 할 때 가장 보편적으로 익숙하게 접할 수 있는 기술 중 하나다. 이러한 2계층의 이더넷기술은 그 성공에 힘입어 LAN에서 WAN/MAN에 이르기까지 그 영영을 확장을 논의 중에 있다. 본 발명에서는 차세대 무선통신망을 대표하는 WiBro 망을 예로 기존의 3계층 이상의 장비가 담당하는 서비스 영역을 2계층에서 서비스 할 수 있도록 하여 보다 관리가 용이하며, 고속의 핸드오버 서비스가 가능하도록 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지형 휴대 인터넷 네트워크의 구성도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명이 적용되는 네트워크는 전체적으로 메시(mesh) 구조로 연결되어 코어 네트워크를 형성하며, 2계층 스위치로 구성되는 에지 브리지(611, 612, 613, 614) 및 브랜치 브리지(615)와, 상기 다수의 에지 브리지(611, 612, 613, 614) 중 하나와 적절히 연결되어 서비스 범위내의 MN(Mobile Node)에 휴대 인터넷 서비스를 제공하는 다수의 RAS(Radio Access Station)(621, 622, 623, 624)와, 전체 네트워크 구성 요소들의 이웃 탐색(neighbor discovery)을 지원하며 구성 요소들의 구성 정보를 관리하는 NDS(Neighbor Discovery Server)(616) 등을 포함한다. 각각의 MN(Mobile Node)(PSS)(631, 632, 633, 634)는 해당 RAS(621, 622, 623, 624)와 적절히 연결된다. 도 6에 도시된 네트워크에서는 제4 에지 브리지(614)가 인터넷(70)의 라우터(711)를 통해 CN(Correspondent Node)(712)과 연결된 상태가 예로서 도시된다.

본 발명에서는 Fast Mobile IPv6보다 빠른 핸드오버를 지원하며, 휴대 이더넷에서의 문제점인 최적의 경로 문제를 모두 해결할 수 있는 새로운 프로토콜을 제안한다. 이를 위해 상기 도 6에 도시된 바와 같이, 전체 네트워크는 2계층 스위치가 메시 형태로 연결되도록 구성되며, 각 브리지(611~615)들은 IS-IS 같은 라우팅 프로토콜과 유사한 프로토콜을 통해 특정 브리지로의 최적의 경로를 항상 유지한다. 따라서 모든 MAC(Media Access Control) 프레임들은 네트워크 내에서 항상 최적의 경로를 경유하여 목적지에 전달된다. 또한 각 에지 브리지(611~614)는 자신에게 연결된 단말이 전송한 MAC 프레임을 맥인맥 인캡슐레이션(MAC in MAC encapsulation)하여 전송한다. 이때, 각 에지 브리지(611~614)는 MAC 프레임의 목적지 어드레스(DA) 영역을 살펴 해당 CN이 연결된 에지 브리지의 ID(MAC address)로 새로운 맥인맥 프레임 헤더의 DA 영역을 설정한다. 메시 네트워크 내의 모든 브랜치 스위치들은 외부 MAC(outer MAC)의 DA 영역을 살펴 프레임을 스위칭한다. 자신의 ID를 외부 DA로 갖는 맥인맥(MAC in MAC) 프레임을 수신한 에지 브리지는 외부 MAC을 제거하고 원래의 MAC 프레임을 해당 단말로 전달한다. 또한 본 발명에 따른 장애복구형 브리지(Resilient Bridged) WiBro 네트워크에서는 확장성을 위해 휴대 이더넷에서 제안된 NDS(615)를 사용한다.

도 7은 도 6의 네트워크에서의 이동단말의 등록 절차 흐름도로서, 본 발명에 서는 도 7에 도시된 바와 같이, 단말(PSS)이 최초 RAS와 연결시 등록 요청(Registration Request) 메시지를 NDS로 전송하여 자신의 MAC 주소와 연결된 브리지의 ID, 자신의 IP 주소를 등록한다. NDS는 이러한 테이블을 유지하게 된다. 이 테이블 엔트리는 라이프타임(LifeTime)을 가지며, 라이프타임이 만기되기 전에 주기적인 등록 메시지를 통해 액티브(Active)한 상태를 유지해야 한다.

도 7을 참조하여, 그 상세 동작을 살펴보면, 먼저 단말과 RAS간에 링크가 형성된 상태에서(701단계) 단말은 등록 요청 메시지를 해당 RAS를 통해 해당 연결된 에지 브리지로 전송한다(702단계). 이에 따라 해당 에지 브리지는 등록 요청 메시지의 프레임 목적지 주소를 NDS로 하여 맥인맥 인캡슐레이션하여(703단계) 이를 NDS로 전송하며, 이는 결국 메시 네트워크의 다른 에지 브리지 등을 거쳐 NDS로 전달된다(704단계). 이에 따라 NDS는 해당 단말의 맥 어드레스, 해당 관련 에지 브리지 ID 및 해당 단말의 IP 주소를 저장(및/또는 업데이트)한다(705단계). 이후 NDS는 등록이 성공적으로 이루어졌음을 알리기 위해 단말에게 에지 브리지를 통해 등록 응답 메시지(예: ICMPv6 Neighbor Advertisement 메시지)를 전송하고(706단계), 해당 에지 브리지는 등록 응답 메시지의 프레임을 맥인맥 디캡슐레이션(decapsulation)하여(707단계), 이후 이를 해당 단말로 전송한다(708단계).

이때, 상기 등록 요청 메시지는 중복 주소 감지용 "ICMPv6 Neighbor Solicitation" 메시지일 수 있다. "ICMPv6 Neighbor Solicitation" 메시지는 원래 방송형 주소를 가지므로 전체 네트워크에 전달되게 된다. 이를 방지하기 위해 이를 수신한 에지 브리지는 해당 메시지에 새로운 MAC 헤더를 씌워(MAC in MAC encapsulation) DA 영역을 NDS의 MAC 주소로 설정하여 전송한다. 브랜치 브리지들은 이 프레임의 외부(outer) MAC DA만을 보고 프레임을 스위칭한다. 또한 NDS는 맥인맥 프레임을 인식하고 생성할 수 있어야 한다.

도 8a, 8b는 도 6의 네트워크에서의 데이터 전송 절차의 흐름도로서, 도 8a에서는 메시지 전송 시간적 흐름에 따른 데이터 전송 절차를 나타내며, 도 8b에서는 네트워크 구성도 상에서의 데이터 전송 절차를 나타낸다. 또한 8a, 8b에서는 데이터를 전송하는 단말(CN)이 제4 에지 브리지에 연결되며, MN은 제2 에지 브리지를 통해 연결된 상태가 예로서 도시된다.

먼저, 도 8a를 참조하면, 데이터를 전송하고자 하는 CN은 목적지의 MN의 MAC 주소(M2)를 얻기 위해 "Neighbor Solicitation(이웃 청원)" 메시지를 해당 에지 브리지(즉 제4 에지 브리지)를 통해 NDS에게 전송한다(801, 802단계). NDS는 이에 따라 MN의 MAC 주소(M2)를 검색하여 "Neighbor Advertisement(이웃 공고)' 메시지를 해당 CN으로 전송한다(803, 804단계). 상기 "Neighbor Advertisement" 메시지에 의해 MN의 MAC 주소(M2)를 획득한 CN은 프레임을 전송하고(804, 805단계) 이를 수신한 에지 브리지(예를 들어 제 4에지 브리지)는 MN이 연결된 에지 브리지의 ID로 해당 프레임의 맥인맥 인캡슐레이션을 수행하게 된다.

즉, 각 에지 브리지는 각 MN의 MAC 주소와 브리지ID(BridgeID) 바인딩 테이블을 소프트 상태로 유지한다. 특정 MN으로 전송될 MAC 프레임을 수신한 에지 브리지는 자신의 테이블에 해당 MN의 BridgeID를 확인하여(806단계), 자신의 테이블에 해당 MN의 BridgeID가 있는 경우 해당 BridgeID로 바로 인캡슐레이션을 수행해서 전달하고(807단계), 없는 경우 NDS에게 BridgeID 요청 메시지를 전송하여(808단계) 해당 MN에 대한 BridgeID를 획득한 후(809단계) 프레임을 인캡슐레이션하여 전송한다(810). 이와 같이 인캡슐레이션되어 전송된 프레임은 결국 해당 목적지 MN의 에지 브리지(예를 들어 제2 에지 브리지)로 포워딩되며(812단계), 해당 에지 브리지에서 디캡슐레이션되어 MN으로 제공된다.

한편, 도 8b에서는 데이터를 전송하는 CN은 외부 인터넷의 라우터를 통해 제4 에지 브리지에 연결된 상태가 예로서 도시된다. 도 8b를 참조하면, CN이 목적지의 MN의 IP 주소(IP2)로 데이터를 전송하면(1과정), 해당 라우터는 해당 목적지 MN의 MAC 주소(M2)를 ARP(Address Resolution Protocol)에 따를 절차를 통해 NDS로부터 얻고(2과정), 이후 해당 프레임의 헤더에 MN의 목적지 주소(M2)를 추가하여 해당 연결된 에지 브리지(즉, 제4 에지 브리지)로 프레임을 포워딩한다(3과정). 상기 라우터와 연결된 에지 브리지(제 4에지 브리지)는 상기 프레임을 수신하여 해당 MN이 연결된 에지 브리지의 ID(B2)로 해당 프레임의 맥인맥 인캡슐레이션을 수행하게 된다. 이때, 해당 에지 브리지는 자신의 테이블에 해당 전송될 MN의 BridgeID(B2)를 확인하여, 자신의 테이블에 해당 MN의 BridgeID(B2)가 있는 경우 해당 BridgeID(B2)로 바로 인캡슐레이션을 수행해서 전달하고(4과정), 없는 경우 NDS에게 BridgeID 요청 메시지를 전송하여 해당 MN에 대한 BridgeID를 획득한 후(3과정) 프레임을 인캡슐레이션하여 전송한다(4과정). 이와 같이 인캡슐레이션되어 전송된 프레임은 해당 목적지 MN의 에지 브리지(예를 들어 제2 에지 브리지)로 포워딩되며(4), 해당 에지 브리지에서 디캡슐레이션되어 MN으로 제공된다(5과정).

한편, 상기한 바와 같은 데이터 전송 과정에서 라우터가 NDS로부터 해당 목적지 MN의 MAC 주소(M2)를 얻을 경우에, NDS는 해당 라우터가 연결되는 에지 라우터(즉 제4 에지 라우터)에 대한 BridgeID(B4)를 상기 MN에 대한 CN의 에지 라우터의 ID로서 테이블에 저장해둔다. 이와 같이 테이블에 저장되는 추후에 해당 MN이 핸드오버를 수행할 경우에 유용하게 사용될 수 있다.

도 9a, 9b는 도 6의 네트워크에서의 핸드오버 절차의 흐름도로서, 도 9a에서는 메시지 전송 시간적 흐름에 따른 핸드오버 절차를 나타내며, 도 9b에서는 네트워크 구성도 상에서의 핸드오버 절차를 나타낸다. 또한 9a, 9b에서는 핸드오버를 수행한 단말(MN)이 제2 에지 브리지에 연결되며, CM은 제4 에지 브리지를 통해 연결된 상태가 예로서 도시된다.

도 9a, 9b를 참조하면, 먼저 NDS는 상기 도 8a, 8b에 도시된 바와 같은 데이터 전송 절차에서 각 에지 브리지가 전송하는 BridgeID 요청 메시지를 수신함으로써 특정 MN에 대한 CN의 BridgeID 리스트를 미리 저장해 둔다. 이러한 상태에서 예를 들어 제2 에지 브리지에서 제3에지 브리지로 이동(핸드오버)한 단말(MN)은 제3 에지 브리지와 링크를 형성하고(도 9a의 901단계, 도 9b의 0과정), 등록 요청 메시지를 제3 에지 브리지를 통해 NDS에게 전송하여 자신과 연결된 새로운 BridgeID(즉, B3)를 등록한다(도 9a의 902, 903단계, 도 9b의 1과정). 이에 따라 NDS는 테이블 내의 해당 MN의 리스트에 기 저장된 CN의 BridgeID(B4)들에 해당하는 에지 브리지(즉 제4 에지 브리지)에게로 MN의 새로운 에지 브리지의 BridgeID(B3)를 포함하는 업데이트 메시지를 전송하여(도 9a의 904단계, 도 9b의 2과정), CN의 에지 브리지(제4 에지 브리지)가 새로운 에지 브리지(제3 에지 브리지)로 맥인맥 인캡슐레이션을 바로 수행할 수 있도록 하며, 등록 응답 메시지를 제3 에지 브리지를 통해 MN으로 전송한다(도 9a의 905, 906단계). 또한 NDS는 CN의 BridgeID를 수납한 BridgeID 업데이트 메시지를 상기 해당 MN의 새로운 에지 브리지(제3 에지 브리지)로 전송하여 해당 에지 브리지가 맥인맥 인캡슐레이션을 바로 수행할 수 있도록 한다(도 9a의 907단계). 이러한 상태에서 MN이 데이터를 전송하면(도 9a의 908단계) 이는 제3 에지 브리지를 거쳐 제4 에지 브리지로 전달된 후 CN으로 전송된다(9a의 909, 910단계). 또한 CN이 MN으로 데이터를 전송하게 되면(도 9a의 911단계, 도 9b의 3, 4과정), 이는 제4 에지 브리지를 거쳐 제3 에지 브리지로 전달된 후 MN으로 전송된다(도 9a의 912, 913단계, 도 9b의 5, 6과정).

기존의 핸드오버 프로토콜인 Fast Mobile IPv6(FMIPv6)와 휴대 이더넷(Mobile Ethernet) 본 발명에 따라 제안된 프로토콜의 시그널링 패킷 수는 하기 표 1과 같다.

상기 표 1을 참조하면, Fast Mobile IPv6 의 경우 기본적인 상황에서는 9개의 시그널링 패킷의 교환이 필요하고, 리액티브 모드(Reactive mode)로 동작하는 경우 단말이 생성한 NCoA가 유효하지 않으면 11개의 시그널링 패킷의 교환이 필요하며, 이 때 하나는 브로드캐스트 메시지이다. 또한 바인딩 업데이트 메시지의 수는 CN의 수에 비례한다.

휴대 이더넷의 경우 7개의 시그널링 패킷의 교환이 필요하며, CN의 수에 상관없이 일정하다. 하지만 인터-세그먼트 핸드오버의 경우 "Update Entry Request" 메시지가 링을 따라 모든 세그먼트 게이트웨이 스위치에게 전달되므로 상당히 많은 네트워크 자원을 소모한다. 또한 Fast Mobile IPv6에서는 바인딩 업데이트와 바인딩응답 메시지를 제외한 나머지 시그널링 패킷이 PAR과 NAR, MN 사이에서만 교환되는 반면에 휴대 이더넷에서의 시그널링 패킷은 인터-세그먼트 핸드오버의 경우에 상당히 큰 라운드-트립(Round-trip) 시간을 요구하며, "Update Entry", "Cancel Entry" 메시지의 개수 또한 증가한다.

본 발명에서 따른 경우, 상기 표 1에서 나타낸 바와 같이 기존의 두가지 방식보다 적은, 즉 4 ~ 6개의 시그널링 패킷의 교환을 필요로 한다.

상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지형 휴대 인터넷 시스템의 구성 및 그 신호 처리 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 예를 들어 상기한 본 발명의 구성을 다소 변형하여 전체 네트워크를 코어 네트워크와 세그먼트로 구성하여, 코어 네트워크는 메시 구조를 따르고, 세그먼트는 트리 형태로 구성하는 방식도 가능하며, 또는 코어 네트워크와 세그먼트 모두를 메시 구조를 가지도록 구성할 수도 있다. 이외에도 본 발명의 다양한 변형예가 있을 수 있으며, 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 브리지형 휴대 인터넷 시스템 및 그 신호 처리 방식은 차세대 무선 에지망에서 2계층 브리지를 이용한 간단하고 효율적인 시그널링 절차를 수행하여 효율적이고 빠른 핸드오버를 제공할 수 있게 된다.

Claims

브리지형 휴대 인터넷 시스템에 있어서,

전체적으로 메시(mesh) 구조로 연결되어 코어 네트워크를 형성하며, 2계층 스위치로 구성되는 다수의 에지 브리지와,

상기 다수의 에지 브리지 중 하나와 연결되어 서비스 범위내의 MN(Mobile Node)에 휴대 인터넷 서비스를 제공하는 다수의 RAS(Radio Access Station)와,

상기 브리지형 휴대 인터넷 시스템을 구현하는 전체 네트워크 구성 요소들의 이웃 탐색(neighbor discovery)을 지원하며 구성 요소들의 구성 정보를 관리하는 NDS(Neighbor Discovery Server)를 포함하며,

상기 다수의 에지 브리지는 미리 설정된 라우팅 프로토콜을 통해 최적 경로를 유지하며, 상기 NDS로부터 상기 구성 정보를 참조하여, 해당 RAS를 통해 자신에게 연결된 MN이 전송한 MAC(Media Access Control) 프레임의 목적지를 확인하여 해당 CN이 연결된 에지 브리지의 MAC 주소로 해당 MAC 프레임을 맥인맥 인캡슐레이션(MAC in MAC encapsulation)하여 전송하며, 자신의 MAC 주소를 목적지로 하는 맥인맥 인캡슐레이션된 프레임을 수신하면 이를 맥인맥 디캡슐레이션(MAC in MAC decapsulation)하여 외부 MAC(outer MAC) 주소를 제거하고 원래의 MAC 프레임을 해당 MN으로 전달함을 특징으로 하는 휴대 인터넷 시스템.
제1항에 있어서, 상기 전체 네트워크는 전체적으로 상기 코어 네트워크와 세그먼트로 구성되며, 상기 코어 네트워크는 메시 구조이며, 상기 세그먼트는 트리 구조임을 특징으로 하는 휴대 인터넷 시스템.
제1항에 있어서, 상기 전체 네트워크는 전체적으로 상기 코어 네트워크와 세그먼트로 구성되며, 상기 코어 네트워크와 상기 세그먼트는 각각 메시 구조임을 특징으로 하는 휴대 인터넷 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 MN은 상기 RAS와 초기 연결시 등록 요청 메시지를 상기 RAS 및 상기 에지 브리지를 통해 상기 NDS로 전송하여 자신의 MAC 주소와 연결된 에지 브리지의 주소 및 자신의 IP(Internet Protocol) 주소를 등록하며, 상기 NDS는 이를 상기 구성 정보에 포함하여 관리함을 특징으로 하는 휴대 인터넷 시스템.
전체적으로 메시(mesh) 구조로 연결되며, 2계층 스위치인 다수의 에지 브리지와, 상기 다수의 에지 브리지 중 하나와 RAS(Radio Access Station)를 통해 연결되는 다수의 MN(Mobile Node)과, 상기 네트워크 구성 요소들의 구성 정보를 관리하는 NDS(Neighbor Discovery Server)를 포함하는 브리지형 휴대 인터넷 시스템의 신 호 처리 방법에 있어서,

상기 MN은 상기 RAS와 초기 링크가 형성된 상태에서 미리 설정된 등록 요청 메시지를 해당 RAS를 통해 연결된 에지 브리지로 전송하는 과정과,

상기 MN으로부터 상기 RAS를 통해 상기 등록 요청 메시지를 수신한 에지 브리지는 상기 등록 요청 메시지의 프레임 목적지 주소를 NDS로 하여 맥인맥 인캡슐레이션(MAC in MAC encapsulation)하여 상기 NDS로 전송하는 과정과,

상기 에지 브리지로부터 상기 MN의 등록 요청 메시지를 수신한 NDS는 해당 MN의 상기 MAC 어드레스, 해당 관련 에지 브리지의 ID(IDentifier) 및 해당 MN의 IP 주소를 테이블화하여 저장 및/또는 업데이트하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 휴대 인터넷 시스템의 신호 처리 방법.
제5항에 있어서,

데이터를 전송하고자 하는 CN(Correspondent Node)은 목적지의 MN의 MAC 주소를 얻기 위해 이웃 청원(Neighbor Solicitation) 메시지를 해당 에지 브리지를 거쳐 상기 NDS에게 전송하는 과정과,

상기 이웃 청원 메시지를 수신한 NDS는 해당 목적지 MN의 MAC 주소를 포함한 이웃 공고(Neighbor Advertisement) 메시지를 해당 에지 브리지를 거쳐 상기 CN으로 전송하는 과정과,

상기 이웃 공고 메시지에 의해 목적지의 MN의 MAC 주소를 획득한 CN은 데이 터 프레임을 해당 에지 브리지로 전송하는 과정과,

상기 CN으로부터 데이터 프레임을 수신한 에지 브리지는 상기 목적지 MN이 연결된 에지 브리지의 ID로 해당 프레임의 맥인맥 인캡슐레이션을 수행하여 전송하는 과정과,

상기 맥인맥 인캡슐레이션된 프레임의 브리지 ID에 해당하는 에지 브리지는 수신한 맥인맥 인캡슐레이션된 프레임을 맥인맥 디캡슐레이션하여 해당 MN으로 제공하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 휴대 인터넷 시스템의 신호 처리 방법.
제6항에 있어서, 상기 각 에지 브리지는 각 MN의 MAC 주소와 브리지 ID 바인딩 테이블을 소프트 상태로 유지하며, 특정 MN으로 전송될 MAC 프레임을 수신하면 자신의 테이블에 기 저장된 목적지의 브리지 ID를 이용하거나 상기 자신의 테이블에 목적지의 브리지 ID가 저장되어 있지 않은 경우에 상기 NDS를 통해 해당 에지 브리지의 브리지 ID를 획득하여 상기 MAC 프레임을 맥인맥 인캡슐레이션하여 전달함을 특징으로 하는 휴대 인터넷 시스템의 신호 처리 방법.
제7항에 있어서,

상기 NDS는 상기 각 에지 브리지가 전송하는 브리지 ID 요청 메시지를 수신할 경우에 특정 MN에 대한 CN의 해당 에지 브리지의 브리지 ID 리스트를 미리 저장 하는 과정과,

상기 MN은 새로운 에지 브리지로 이동할 경우에 상기 새로운 에지 브리지와 링크를 형성한 후 등록 요청 메시지를 상기 새로운 에지 브리지를 통해 상기 NDS에게 전송하여 자신과 연결된 새로운 에지 브리지의 브리지 ID를 등록하는 과정과,

상기 등록 요청 메시지를 수신한 NDS는 자신의 테이블 내의 해당 MN의 리스트에 기 저장된 상기 CN의 브리지 ID에 해당하는 에지 브리지에게로 상기 새로운 에지 브리지의 브리지 ID를 포함하는 업데이트 메시지를 전송하며, 상기 CN의 브리지 ID를 수납한 브리지 ID 업데이트 메시지를 상기 새로운 에지 브리지로 전송하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 휴대 인터넷 시스템의 신호 처리 방법.