KR101259514B1 - 이기종 이동통신 시스템 간의 무손실 핸드오버 방법 및장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이기종 이동통신 시스템간의 무손실 핸드오버 방법에 있어서, 단말과 통신하는 제1시스템의 기지국에서, 상기 제1시스템의 액세스 게이트웨이로부터 수신하였으나 상기 단말에게 성공적으로 전송하지 못한 패킷 데이터 컨버전스 프로토콜(PDCP) 패킷들을 상기 액세스 게이트웨이로 전송하고, 상기 액세스 게이트웨이에서 상기 PDCP 패킷들에 포함된 PDCP 일련번호(SN)를 제거한 후 상기 PDCP 패킷들에 포함된 압축된 헤더 및 암호화된 데이터를 복호화하고, 상기 복호화된 패킷들에 제너럴 패킷 무선 서비스(GTP) 헤더를 붙여 GTP 패킷들을 생성하고, 상기 GTP 패킷들을 상기 액세스 게이트웨이로부터 제2시스템의 무선망 제어기로 전달하고, 상기 무선망 제어기에서 상기 GTP 패킷들의 GTP 헤더를 압축하지 않고 암호화하여 무선링크제어(RLC) 패킷들을 생성한 후, 상기 RLC 패킷들을 상기 제2시스템의 기지국을 통해 상기 단말에게 전송한다.

Handover, RAT간 handover, E-UMTS, UMTS, lossless

Description

이기종 이동통신 시스템 간의 무손실 핸드오버 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR LOSSLESS HANDOVER BETWEEN INTER-RAT SYSTEMS}

도 1은 전형적인 UMTS 시스템의 구성을 나타낸 도면.

도 2는 전형적인 UMTS 시스템으로부터 개량된 E-UMTS 시스템의 구성도.

도 3은 E-UMTS 시스템으로부터 기존의 UMTS 시스템으로의 핸드오버 절차에 관여하는 노드들의 구성을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 E-UMTS 시스템의 사용자단 프로토콜 구조.

도 5와 도 6은 본 발명의 실시예들을 따르는 aGW 및 RNC의 구성을 나타낸 구성도.

도 7a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무손실 RAT간 핸드오버 절차를 설명하기 위한 도면.

도 7b는 본 발명의 제1 실시예에 따라 전달되는 패킷들의 구조를 나타낸 도면.

도 8은 본 발명의 제1 실시예에서 제어단 프로토콜을 사용하여 RNC에게 헤더 압축 여부를 알리기 위한 메시지 흐름도.

도 9a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무손실 RAT간 핸드오버 절차를 설명하 기 위한 도면.

도 9b는 본 발명의 제2 실시예에 따라 전달되는 패킷들의 구조를 나타낸 도면.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따라 사용자단 프로토콜을 사용하여 두 번의 복호화를 지시하기 위한 패킷 구조를 나타낸 도면.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에서 제어단 프로토콜을 사용하여 단말에게 두 번 암호화 여부를 알리기 위한 메시지 흐름도.

도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패킷의 전송을 설명하는 도면.

도 13a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 무손실 RAT간 핸드오버 절차를 설명하기 위한 도면.

도 13b는 본 발명의 제3 실시예에 따라 전달되는 패킷들의 구조를 나타낸 도면.

도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 aGW에서의 패킷 처리를 설명하기 위한 도면.

본 발명은 이동통신 시스템의 핸드오버에 관한 것으로서, 특히 전형적인 이동통신 시스템과 개선된(Enhanced) 이동통신 시스템 간의 핸드오버를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

유럽식 이동통신 시스템인 GSM(Global System for Mobile Communications)과 GPRS(General Packet Radio Services)을 기반으로 하고 광대역(Wideband) 부호분할 다중접속(Code Division Multiple Access: 이하 'CDMA'라 칭함)을 사용하는 비동기 방식의 제3 세대 이동통신 시스템인 UMTS(Universal Mobile Telecommunication Service) 시스템은, 이동 전화나 컴퓨터 사용자들이 전 세계 어디에 있든지 간에 패킷 기반의 텍스트, 디지털화된 음성이나 비디오 및 멀티미디어 데이터를 2 Mbps 이상의 고속으로 전송할 수 있는 일관된 서비스를 제공한다. UMTS는 인터넷 프로토콜(Internet Protocol: 이하 'IP'라 칭함)과 같은 패킷 프로토콜을 사용하는 패킷교환 방식의 접속이란 가상접속이라는 개념을 지원하여, 네트워크 내의 다른 어떠한 종단에라도 항상 접속이 가능하다.

비동기전송모드(Asynchronous Transfer Mode: ATM)를 기반으로 네트워크 개체들을 연결하며 게이트웨이 노드(즉, GGSN(Gateway GPRS Support Node))를 통해 외부의 패킷 데이터 네트워크에 접속하는 전형적인 UMTS 시스템과는 달리, 개선된(Enhanced)-UMTS(이하 'E-UMTS'라 칭함) 시스템은 IP를 기반으로 네트워크 개체들을 연결하기 때문에 단말이 패킷 데이터 네트워크와 연결하기 위해 거치는 중간 노드들의 수를 감소시켜 보다 빠른 데이터 전송이 가능하다

도 1은 전형적인 UMTS 시스템의 구성을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 사용자 단말(User Equipment: 이하 'UE'라 칭함)(110)은 무선 통신에 참여하는 단말 장치 혹은 가입자를 의미하며, 기지국(Node B)(120)과 무선으로 연결된다. 기지국(120)은 UE(110)와의 통신에 직접적으로 관여하는 무선 기지국 장치로 하나 혹은 그 이상의 셀들을 관리한다. 무선망 제어기(Radio Network Controller: 이하 'RNC'라 칭함)(130)는 기지국(120)을 제어하고 UE(110)에 대해 핸드오버가 필요한지를 판단하는 등의 역할을 수행한다. RNC(130)와 UE(110) 사이에는 무선 자원 제어(Radio Resource Control: 이하 'RRC'라 칭함) 인터페이스로 접속된다.

RNC(130)는 서비스 패킷 무선 서비스 지원 노드(Serving GPRS Support Node: 이하 'SGSN'라 칭함)(140)에 의해 인터넷 등과 같은 패킷 교환 서비스(Packet Switched or Packet Service: 이하 'PS'라 칭함) 네트워크로 접속된다. RNC(140)와 PS 네트워크 사이의 통신은 패킷 교환 시그널링(Packet Switched Signaling: PS Signaling)에 의해 이루어진다. 특히 RNC(130)와 SGSN(140) 간의 접속은 Iu-PS 인터페이스라 칭해진다. SGSN(140)은 각각의 가입자들에 제공하는 서비스를 제어한다.
SGSN(140)이 담당하는 역할의 대표적인 예로는 각 가입자의 서비스 과금 관련 데이터를 관리하는 역할과 UE(110)와 주고받아야 하는 데이터를, UE(110)를 관리하는 서빙 RNC(130)를 통해 선별적으로 전송 및 수신하는 역할 등이 있다. 게이트웨이 패킷 무선 서비스 지원 노드(Gateway GPRS Support Node; 이하 'GGSN'라 칭함) (150)는 패킷 서비스를 받고자 하는 UE(110)에게 IP 주소를 할당하고 패킷 데이터 네트워크(Packet Data Network: 이하 'PDN'이라 칭함)(160)와 UE(110)를 연결하는 게이트웨이 노드의 역할을 수행한다.

도 1에 나타낸 것처럼 일반적으로 기지국(120)과 RNC(130)를 합쳐 무선 액세스 네트워크(Radio Access Network: 이하 'RAN'이라 칭함)(170)라 하며, SGSN과 GGSN을 합쳐 코어 네트워크(Core Network: 이하 'CN'이라 칭함)(180)라 정의한다.

도 2는 전형적인 UMTS 시스템으로부터 개선된 E-UMTS 시스템의 구성도이다.

도 2를 참조하면, E-UMTS 시스템(240)은 기지국(120)의 기능과 RNC(130)의 일부 기능을 갖는 개선된 기지국(Enhanced Node B: 이하 'ENB'라 칭함)(220)과, SGSN(140)과 GGSN(150) 및 RNC(130)의 나머지 기능을 갖는 액세스 GW(Access Gateway: 이하 'aGW'라 칭함)(230)로 이루어진다. aGW는 기존(legacy) UMTS 시스템의 SGSN(140)과 GGSN(150)의 기능들을 모두 가지는 노드로서, PDN(250)과 ENB(240) 사이에 위치하여 UE(210)에게 IP 주소를 할당하고 UE(210)와 PDN(250)을 연결하는 게이트웨이 노드의 역할을 담당한다.

기존의 UMTS 시스템과 E-UMTS 시스템의 가장 큰 차이점은 무선 접속 기술(Radio Access Technology: 이하 'RAT'라 칭함)이다. 즉 기존의 UMTS 시스템에서는 무선 접속 기술로서 CDMA 방식을 사용하였음에 반해 E-UMTS에서는 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Modulation: 이하 'OFDM'이라 칭함)를 사용한다. 또한 도 1과 도 2를 비교하면 알 수 있듯이, E-UMTS 시스템은, 기존의 UMTS 시스템에 비해 보다 적은 개수의 네트워크 노드들을 사용함에 따라 보다 빠른 데이터 전송이 가능하다.

기존의 UMTS 시스템이 이미 설치되어 있는 지역에 E-UMTS 시스템을 추가로 설치하게 된다면, 기존의 UMTS 시스템과 E-UMTS 시스템 간의 핸드오버 절차가 반드 시 필요하다.

도 3은 E-UMTS 시스템으로부터 기존의 UMTS 시스템으로의 핸드오버 절차에 관여하는 노드들의 구성을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, UE(310)가 E-UMTS 시스템(370)에 연결되어 IP 네트워크와 같은 PDN(390의 서비스를 받고 있는 상태에서, UMTS 시스템(380)으로 이동한다. 즉 패킷 데이터의 전송 경로는, UE(310) - ENB(320) - aGW(330)에서, 핸드오버가 끝났을 때의 UE(310) - RNC(340) - SGSN(350) - GGSN(360)이 되는 것이다. 여기서 기존 UMTS 시스템(380)의 RNC(340)와 UE(310) 사이에 존재하는 기지국은 핸드오버 절차에 크게 관여하지 않으므로 생략하였다. 또한 aGW(330)과 SGSN(350) 사이에는 패킷 전달(Packet Forwarding)을 위한 연결(355)이 존재한다.

도 3에 도시한 E-UMTS 시스템에서 UMTS 시스템으로의 RAT간(inter-RAT) 핸드오버를 수행함에 있어서 패킷의 손실이 없는 무손실(lossless) 핸드오버를 가능하게 하기 위해서는, PDN(390)이 aGW(330)에서 GGSN(360)으로 데이터 경로를 바꾸기 전에, PDN(390)으로부터 E-UMTS 시스템(370)에 보내졌으나 E-UMTS 시스템(370)이 미처 UE(310)에게 보내지 못한 데이터 패킷들을, UMTS 시스템(380)으로 전달할 필요가 있다. 이를 데이터 전달 혹은 패킷 전달이라 한다. 따라서 E-UMTS 시스템(370)에서 UMTS 시스템(380)으로의 무손실 RAT간 핸드오버를 위해서 패킷 전달을 수행하기 위한 구체적인 기술을 필요로 하게 되었다.

따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은, E-UMTS 시스템에서 UMTS 시스템으로의 무손실 RAT간 핸드오버를 위한 패킷 전달의 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 이기종 이동통신 시스템간의 무손실 핸드오버 방법에 있어서, 단말과 통신하는 제1시스템의 기지국에서, 상기 제1시스템의 액세스 게이트웨이로부터 수신하였으나 상기 단말에게 성공적으로 전송하지 못한 패킷 데이터 컨버전스 프로토콜(PDCP) 패킷들을 상기 액세스 게이트웨이로 전송하는 과정과, 상기 액세스 게이트웨이에서 상기 PDCP 패킷들에 포함된 PDCP 일련번호(SN)를 제거한 후 상기 PDCP 패킷들에 포함된 압축된 헤더 및 암호화된 데이터를 복호화하고, 상기 복호화된 패킷들에 제너럴 패킷 무선 서비스(GTP) 헤더를 붙여 GTP 패킷들을 생성하는 과정과, 상기 GTP 패킷들을 상기 액세스 게이트웨이로부터 제2시스템의 무선망 제어기로 전달하는 과정과, 상기 무선망 제어기에서 상기 GTP 패킷들의 GTP 헤더를 압축하지 않고 암호화하여 무선링크제어(RLC) 패킷들을 생성한 후, 상기 RLC 패킷들을 상기 제2시스템의 기지국을 통해 상기 단말에게 전송하는 과정을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 방법은, 이기종 이동통신 시스템간의 무손실 핸드오버 방법에 있어서, 단말과 통신하는 제1시스템의 기지국에서, 상기 제1시스템의 액세스 게이트웨이로부터 수신하였으나 상기 단말에게 성공적으로 전송하지 못한 패킷 데이터 컨버전스 프로토콜(PDCP) 패킷들을 상기 액세스 게이트웨이로 전송하는 과정과, 상기 액세스 게이트웨이에서 상기 PDCP 패킷들에 포함된 PDCP 일련번호(SN)를 제거한 후 상기 PDCP 패킷들에 포함된 압축된 헤더 및 암호화된 데이터에 제너럴 패킷 무선 서비스(GTP) 헤더를 붙여 GTP 패킷들을 생성하는 과정과, 상기 GTP 패킷들을 상기 액세스 게이트웨이로부터 제1시스템의 무선망 제어기로 전달하는 과정과, 상기 무선망 제어기에서 상기 GTP 패킷들의 GTP 헤더를 압축하지 않고 암호화하여 무선링크제어(RLC) 패킷들을 생성한 후, 상기 RLC 패킷들을 상기 제2시스템의 기지국을 통해 상기 단말에게 전송하는 과정을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 방법은, 이기종 이동통신 시스템간의 무손실 핸드오버 방법에 있어서, 단말과 통신하는 제1시스템의 기지국에서, 상기 제1시스템의 액세스 게이트웨이로부터 수신하였으나 상기 단말에게 성공적으로 전송하지 못한 패킷 데이터 컨버전스 프로토콜(PDCP) 패킷들을 상기 액세스 게이트웨이로 전송하는 과정과, 상기 액세스 게이트웨이에서 상기 PDCP 패킷들에 대해 데이터 복호화 및 헤더 복원을 거쳐 순수 인터넷 프로토콜(IP) 패킷들을 획득한 후, 상기 순수 IP 패킷들에 제너럴 패킷 무선 서비스(GTP) 헤더를 붙여 GTP 패킷들을 생성하는 과정과, 상기 GTP 패킷들을 상기 액세스 게이트웨이로부터 제2시스템의 무선망 제어기로 전달하는 과정과, 상기 무선망 제어기에서 상기 GTP 패킷들의 헤더 압축 및 데이터 암호화를 거쳐 무선링크제어(RLC) 패킷들을 생성한 후, 상기 RLC 패킷들을 상기 제2시스템의 기지국을 통해 상기 단말에게 전송하는 과정을 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 시스템은, 무손실 핸드오버를 수행하기 위한 이기종 이동통신 시스템에 있어서, 단말과 통신하는 제1기지국 및 액세스 게이트웨이를 포함하는 제1시스템과, 제2기지국 및 무선망 제어기를 포함하는 제2시스템을 포함하며, 상기 제1기지국은 상기 액세스 게이트웨이로부터 수신하였으나 상기 단말에게 성공적으로 전송하지 못한 패킷 데이터 컨버전스 프로토콜(PDCP) 패킷들을 상기 액세스 게이트웨이로 전송하고, 상기 액세스 게이트웨이는 상기 PDCP 패킷들에 포함된 PDCP 일련번호를 제거한 후 상기 PDCP 패킷들에 포함된 압축된 헤더 및 암호화된 데이터를 복호화하고, 상기 복호화된 패킷들에 제너럴 패킷 무선 서비스(GTP) 헤더를 붙여 GTP 패킷들을 생성하고, 상기 GTP 패킷들을 상기 무선망 제어기로 전달하고, 상기 무선망 제어기는 상기 GTP 패킷들의 GTP 헤더를 압축하지 않고 암호화하여 무선링크제어(RLC) 패킷들을 생성한 후, 상기 RLC 패킷들을 상기 제2 기지국을 통해 상기 단말에게 전송함을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템은, 무손실 핸드오버를 수행하기 위한 이기종 이동통신 시스템에 있어서, 단말과 통신하는 제1기지국 및 액세스 게이트웨이를 포함하는 제1시스템과, 제2기지국 및 무선망 제어기를 포함하는 제2시스템을 포함하며, 상기 제1기지국은 상기 액세스 게이트웨이로부터 수신하였으나 상기 단말에게 성공적으로 전송하지 못한 패킷 데이터 컨버전스 프로토콜(PDCP) 패킷들을 상기 액세스 게이트웨이로 전송하고, 상기 액세스 게이트웨이에서 상기 PDCP 패킷들에 포함된 PDCP 일련번호를 제거한 후 상기 PDCP 패킷들에 포함된 압축된 헤더 및 암호화된 데이터에 제너럴 패킷 무선 서비스(GTP) 헤더를 붙여 GTP 패킷들을 생성하고, 상기 GTP 패킷들을 상기 무선망 제어기로 전달하고, 상기 무선망 제어기는 상기 GTP 패킷들의 GTP 헤더를 압축하지 않고 암호화하여 무선링크제어(RLC) 패킷들을 생성한 후, 상기 RLC 패킷들을 상기 제2기지국을 통해 상기 단말에게 전송함을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템은, 무손실 핸드오버를 수행하기 위한 이기종 이동통신 시스템에 있어서, 단말과 통신하는 제1기지국 및 액세스 게이트웨이를 포함하는 제1시스템과, 제2기지국 및 무선망 제어기를 포함하는 제2시스템을 포함하며, 상기 제1기지국은 상기 액세스 게이트웨이로부터 수신하였으나 상기 단말에게 성공적으로 전송하지 못한 패킷 데이터 컨버전스 프로토콜(PDCP) 패킷들을 상기 액세스 게이트웨이로 전송하고, 상기 액세스 게이트웨이는 상기 PDCP 패킷들에 대해 데이터 복호화 및 헤더 복원을 거쳐 순수 인터넷 프로토콜(IP) 패킷들을 획득한 후, 상기 순수 IP 패킷들에 제너럴 패킷 무선 서비스(GTP) 헤더를 붙여 GTP 패킷들을 생성하고, 상기 GTP 패킷들을 상기 무선망 제어기로 전달하고, 상기 무선망 제어기는 상기 GTP 패킷들의 헤더 압축 및 데이터 암호화를 거쳐 무선링크제어(RLC) 패킷들을 생성한 후, 상기 RLC 패킷들을 상기 제2기지국을 통해 상기 단말에게 전송함을 특징으로 한다.

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이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

후술되는 본 발명의 주요한 요지는 단말이 기존의 UMTS 시스템에 속하는 셀로부터 E-UMTS 시스템에 속하는 셀로 이동함에 따라 상기 단말로 전송되는 패킷들의 손실을 방지하기 위한 무손실 RAT간 핸드오버를 제공하는 것이다.

이하 본 발명을 구체적으로 설명하는데 있어, 제1시스템, 일례로 E-UMTS 시스템과 제2시스템, 일례로 기존의 UMTS 시스템을 이용할 것이지만, 본 발명의 기본 목적인 RAT간의 무손실 핸드오버는 유사한 기술적 배경 및 채널형태를 가지는 여타의 이동통신 시스템에도 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 약간의 변형으로 적용 가능하며, 이는 본 발명의 분야에서 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로 가능할 것이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 E-UMTS 시스템의 사용자단 프로토콜(user plane protocol) 구조를 나타낸 것이다.

도 4를 참조하면, ENB에는 PHY(Physical)/MAC(Media Access Control) 계층(410)이 존재하고 그 상위에 자동 재전송 요청(Automatic Repeat reQuest: 이하 'ARQ'라 칭함) 등을 담당하는 무선 링크 제어(Radio Link Control:이하 'RLC'라 칭함) 계층(420)이 존재한다. aGW에는, 암호화(ciphering) 계층(430)과, IP 헤더 압축(Header Compression) 등의 기능을 담당하는 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층(440)이 존재한다. E-UMTS 시스템과 통신 가능한 단말은, ENB 및 aGW에 구비된 것과 대응하는 계층들을 구비하고 있다.

도시하지 않을 것이지만 기존의 UMTS 시스템의 사용자단 프로토콜은, 헤더 압축, 암호화, ARQ 등의 기능이 모두 RNC라는 하나의 노드에 존재하도록 구성되어 있다. 따라서 기존의 UMTS 시스템에서는 UE를 위한 서빙 RNC(SRNC)가 바뀌는 SRNS 재할당을 무손실로 수행하기 위해, 소스 RNC는 자신이 받은 GTP(GPRS transport protocol) 패킷들을 그대로 타겟 RNC로 전송하면 된다. 다시 말해서, UMTS 시스템 의 RNC는 SRNS 재할당 시에, 소스 RNC로부터 전달된 패킷과 외부 네트워크로부터 직접 SGSN을 통해 전송된 패킷이, 동일한 GTP 포맷을 가지므로, SRNS 재할당 시에도 별도의 동작 없이 IP 패킷들이 단말에게 전달될 수 있다. 여기서 GTP는 IP in IP 전송(transport) 프로토콜의 일종으로, 기존 UMTS 시스템에서는 GGSN과 SGSN 사이 및 SGSN과 RNC 사이에 IP 패킷들을 전달하기 위해 GTP 프로토콜에 따른 GTP 터널을 사용한다.

이에 비해 E-UMTS 시스템에서는 도 4에 나타낸 바와 같이, ARQ 기능은 ENB에, PDCP 기능과 암호화 기능은 aGW에 존재하므로, ENB에 도달했지만 아직 단말에게 전송하지 못한 데이터를 UMTS 시스템을 통해 단말로 전송하는 무손실 RAT간 핸드오버를 수행하기 위해서는 aGW에 특별한 동작을 추가하거나 기존 UMTS 시스템의 동작을 수정할 필요가 있다.

도 5와 도 6은 본 발명의 실시예들을 따르는 aGW 및 RNC의 구성을 나타낸 구성도이다.

도 5를 참조하여 aGW의 구성을 설명한다. 패킷 수신부(forwarded packet reception module)(510)는 RAT간 핸드오버 시 목적 시스템으로 보내야 할 패킷을 기지국으로부터 수신하며, 상기 수신된 패킷은 코어 동작부(Core operation module)(520)에서의 조작(manipulations)을 거친 후 GTP 포맷의 패킷(즉 GTP 패킷)으로 만들어져 패킷 전달부(packet forwarding module)(530)로 전달된다. 여기에서 패킷 전달부(530)는 코어 동작부(520)에서 만들어진 GTP 패킷을 UMTS 시스템으로 보내는 역할을 담당한다.

도 6을 참조하여 RNC의 구성을 설명한다. 패킷 수신부(forwarded packet reception module)(610)는 GTP 패킷을 SGSN으로부터 수신하며, 상기 수신된 패킷은 코어 동작부(620)로 전달된다. 코어 동작부(620)는 패킷 수신부(610)로부터 받은 상기 GTP 패킷을 여러 가지 동작(operation)을 통해 RLC 프로토콜 데이터 유닛(Protocol Data Unit: 이하 'PDU'라 칭함)으로 생성한다. 상기 RLC PDU는 하향링크 패킷 전송부(Downlink(DL) packet transmit module)(630)로 전달된다. 하향링크 패킷 전송부(630)는 상기 RLC PDU를 기지국으로 전달하여, 상기 RLC PDU가 궁극적으로 단말에게 전달되도록 한다.

이하 상기와 같은 aGW와 RNC의 구성을 참조하여 무손실 RAT간 핸드오버를 수행하기 위한 본 발명의 실시예들을 설명한다.

<<제1 실시예>>

도 7a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무손실 RAT간 핸드오버 절차를 설명하기 위한 도면이며, 도 7b는 본 발명의 제1 실시예에 따라 전달되는 패킷들의 구조를 나타낸 것이다.

도 7a를 참조하면, RAT간 핸드오버의 트리거링 시에 ENB(710)는, aGW(720)로부터 전달되었지만 아직 UE(760)에게 성공적으로 보내지 못한 패킷들(즉 긍정응답이 수신되지 않은 PDCP PDU들)(715)을 aGW(720)에 전달한다. 도 7b에 나타낸 바와 같이 상기 PDCP 패킷들(715)은 PDCP 일련번호(Serial Number: 이하 'SN'이라 칭함)와 압축되고 암호화된 데이터를 포함한다. aGW(720)는 상기 PDCP 패킷들(715)에 포함된 PDCP SN을 제거한 후, 상기 PDCP 패킷들(715)의 압축된 헤더 및 암호화된 데이터를 aGW(720)가 갖고 있는 암호화 키(ciphering key)를 이용해 복호화(deciphering)하고, 상기 복호화된 패킷들에 GTP 헤더를 붙여 GTP 패킷들(즉 GTP PDU들)(725)로서 생성한다. 상기 GTP 패킷들(725)은 SGSN(730)을 통해 RNC(740)까지 전달된다. 이때 상기 GTP 패킷들(725)의 IP 헤더는 여전히 압축되어 있다. 도 7b에 나타낸 바와 같이, GTP 패킷들(725) 각각은 SN을 포함하는 GTP 헤더와 압축된 헤더(Compressed Header: 이하 'CH'라 칭함) 및 IP 서비스 데이터 유닛(Service Data Unit: 이하 'SDU'라 칭함)으로 구성된다.

RNC(740)는 압축된 헤더를 가지는 상기 GTP 패킷들(725)을, 헤더 압축 없이 암호화하여 RLC 패킷들(즉 RLC PDU들)(745)을 생성한 후, 상기 RLC 패킷들(745)을 기지국(750)을 통해 UE(760)로 전달한다. 즉 상기 GTP 패킷들(725)은 RNC(740)에서 PDCP 계층의 헤더 압축을 거치지 않고 RLC 계층의 암호화만을 거치게 된다. 이는 PDCP 계층이 헤더 압축 기능을 포함하기 때문이다. 이때 RNC(740)에게 상기 수신한 GTP 패킷들(725)의 헤더 압축 여부를 알리기 위해서, aGW(720)는 사용자단이나 제어단의 프로토콜을 이용한다.

사용자단 프로토콜을 이용한다 함은, 사용자단 프로토콜을 통해 전송되는 패킷을 이용하여, 그 헤더 압축 여부를 알림을 의미한다.

도 7b를 참조하면, aGW(720)로부터 SGSN(730)을 거쳐 RNC(740)로 전달되는 GTP 패킷(725)의 GTP 헤더는, 헤더 압축된 데이터가 포함되는지의 여부를 나타내는 1비트의 지시자(indicator)를 포함한다. aGW(720)는 ENB(710)로부터 전달되는 패킷 들에 대해서는 그 지시자를 '1'로 설정하고, 다른 패킷들에 대해서는 그 지시자를 '0'으로 설정한다.

GTP PDU들을 SGSN(730)을 통해 수신한 RNC(740)는 상기 GTP PDU들의 GTP 헤더에 포함된 지시자를 확인하고, 상기 지시자가 '1'을 나타내면 상기 GTP PDU들에 대해서는 PDCP 계층의 헤더 압축 기능을 수행하지 않도록 함으로써, 압축된 헤더를 이미 가지는 상기 GTP PDU들에 대해 헤더 압축이 또 다시 일어나지 않도록 한다. 만일 상기 지시자가 '1'을 나타내지 않는다면, 상기 GTP PDU들은 기존과 마찬가지로 PDCP 계층과 RLC 계층의 모든 기능들을 거쳐 처리된다.

도 8은 본 발명의 제1 실시예에서 제어단 프로토콜을 사용하여 RNC에게 헤더 압축 여부를 알리기 위한 메시지 흐름도를 나타낸 것이다. 제어단 프로토콜을 이용한다 함은, 제어단 프로토콜을 통해 전송되는 시그널링 메시지를 이용하여, 그 헤더 압축 여부를 알림을 의미한다.

도 8을 참조하면, 단계 820에서 ENB(810)는 핸드오버를 트리거링(triggering)하면서 aGW(811)에 처음으로 보내는 핸드오버 요청(HO REQUIRED) 메시지에, 아직 단말에게 성공적으로 보내지 못한 첫 번째 PDCP PDU의 SN(이하 'first PDCP SN'이라 칭함)과 상기 first PDCP SN보다 큰 SN을 가지는 PDCP PDU들 중 상기 단말에게 성공적으로 보내진 패킷들의 개수(이하 'No. of success'라 칭함)를 실어서 aGW(811)에게 보낸다.

상기 핸드오버 요청 메시지를 수신한 aGW(811)는 단계 830에서 상기 ENB(810)로 향하는 하향링크 데이터(DL data)에 대한 암호화와 헤더에 대한 압축을 중단하고, ENB(810)로 이미 전송한 패킷들 중 상기 암호화 및 압축을 수행한 최후의 PDCP PDU의 SN(이하 'last PDCP SN'이라 칭함)을 이용해, ENB(810)로부터 전달될 압축 및 암호화된 패킷들의 개수(이하 'No. of packets forwarded'라 칭함)를 하기 <수학식 1>을 이용해 계산한다.

(No. of packets forwarded) = (Last PDCP SN) - (First PDCP SN) - (No. of Success) + 1

단계 840에서는 aGW(811)는 SGSN(812)에게 시스템간 핸드오버(inter-system handover)가 필요함을 알리는 시스템간 핸드오버 준비(INTER-SYSTEM HO PREPARE) 메시지를 보낸다. 상기 시스템간 핸드오버 준비 메시지는, aGW(811)가 패킷 전달을 수행할 때 이용할 첫 번째 GTP SN(이하 'first GTP SN'라 칭함)과 ENB(810)로부터 전달될 PDU 개수인 'No. of packets forwarded'를 포함한다.

단계 850에서 SGSN(812)은 상기 두 정보들을 RNC(813)에게 핸드오버 요청(HO REQUEST) 메시지를 통해 전달하며, RNC(813)는 상기 정보들을 확인한 후, 앞으로 사용자단 프로토콜을 통해 받게 될 GTP 패킷들 중 'First GTP SN + No. of packets forwarded' 보다 작은 GTP SN을 가지는 GTP PDU들에 대해서는 PDCP 계층의 헤더 압축 기능을 수행하지 않는다.

별도로 도시하지 않을 것이지만, 제1 실시예에서 사용자단 프로토콜을 이용하는 또 다른 실시예로서, 시스템간 핸드오버 준비 메시지나 핸드오버 요청 메시지에, 어떤 GTP 패킷들이 ENB로부터 전달될 것인지를 직접적으로 나타내는 대신에, 상기 정보들(즉, 'First GTP SN'과 'No. of packets forwarded')을 E-UMTS 시스템에서 RNC로 직접 전달하는 트랜스페어런트 컨테이너(transparent container)인 'SRNC to TRNC transparent container' 등에 실어 RNC로 전달할 수도 있다.

<<제2 실시예>>

도 9a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무손실 RAT간 핸드오버 절차를 설명하기 위한 도면이며, 도 9b는 본 발명의 제2 실시예에 따라 전달되는 패킷들의 구조를 나타낸 것이다.

도 9a를 참조하면, RAT간 핸드오버의 시작 시에 ENB(910)는, aGW(920)으로부터 수신하였지만 아직 단말(960)에게 보내지 못한 PDCP 패킷들(즉 PDCP PDU들)(915)을 aGW(920)에게 전달한다. 상기 PDCP 패킷들(915)은 도 9b에 나타낸 바와 같이 PDCP SN과 압축되고 암호화된 데이터로 이루어진다. aGW(920)는 상기 PDCP 패킷들(915)을 복호화하지 않고 그대로 GTP 패킷들(925)로서 생성한다. 상기 GTP 패킷들(925)은 UMTS 시스템의 SGSN(930)을 거쳐 RNC(940)로 전달된다. 이때 상기 GTP 패킷들(925)의 IP 헤더는 여전히 압축되어 있다.

RNC(940)에서는 상기 GTP 패킷들(925)에 포함된 IP SDU들의 소스 IP 주소를 확인하고, ENB(910)를 나타내는 소스 IP 주소를 가지는 GTP 패킷들(925)에 대해서는 PDCP 계층의 헤더 압축을 거치지 않음으로써 상기 GTP 패킷들(925)에 대해 헤더 압축을 다시 수행하는 것을 막는다. 이후 RNC (940)은 상기 ENB(910)로부터의 GTP 패킷들 및 모든 패킷들에 대해서 RLC 계층에서 암호화를 수행하여 RLC 패킷들(945) 을 생성하고 상기 RLC 패킷들(945)을 기지국(950)을 통해 단말(960)로 전달한다.

이때 RNC(940)에서부터 단말(960)로 전달되는 패킷들은, E-UMTS 시스템의 aGW(920) 및 UMTS 시스템의 RNC(940)에서 각각 암호화를 거치므로, 두 번 암호화된 데이터를 포함하게 된다. 따라서 단말(960)은 ENB(910)로부터 기인한 패킷, 즉 소스 IP 주소가 ENB(910)를 나타내는 패킷에 대해서는, 먼저 UMTS 시스템의 암호화 키를 이용해 복호화한 후 다음으로 E-UMTS 시스템의 암호화 키를 이용해 복호화함으로써, 압축된 헤더를 가지는 IP 패킷을 복원하고, 상기 압축된 헤더를 복원해서 전체(full) IP 패킷을 획득한다.

상기와 같이 동작하는 핸드오버 절차에 있어서, RNC(940)는 ENB(910)으로부터 기인한 GTP PDU를 다른 GTP PDU와 구별할 수 있어야만, 상기 GTP PDU에 대해서 PDCP 계층의 헤더 압축을 건너뛰게 할 수 있다. 이를 위해 aGW(920)는 제1 실시예에서와 유사하게, RNC(940)가 수신한 패킷의 헤더 압축 여부를 RNC(940)에게 알리기 위해서 사용자단이나 제어단의 프로토콜을 이용한다. 상기 사용자단이나 제어단의 프로토콜을 이용하는 방법은, 제1 실시예에서 이미 설명한 바와 유사하므로 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

또한 제2 실시예에서는 단말(960)이 ENB(910)로부터의 패킷에 대해서 두 번의 복호화를 실시해야 하므로, 두 번의 복호화를 수행하여야 할 패킷을 나타내는 정보를 RNC(940)가 단말(960)에 알려줘야 한다. 상기 정보 또한 제어단 혹은 사용자단 프로토콜을 이용하여 전송될 수 있다.

하기에서는 상기 두 번의 복호화를 수행하여야 할 패킷을 나타내는 정보를 사용자단 프로토콜을 사용하여 단말(960)에게 통지함에 있어서, RNC(940)가 PDCP 계층에서 상기 정보, 즉 해당 패킷이 두 번 암호화되었음(double ciphered)을 지시하는 정보를 설정하는 예를 설명한다. 즉 RNC(940)는 aGW(920)로부터 전달된 GTP 패킷에 대해 PDCP 계층을 거치면서 PDCP 헤더를 부가하여 PDCP 패킷으로서 구성한 후, 상기 PDCP 패킷을 RLC 계층에서 암호화하여 RLC 패킷으로서 구성한다. 이때 상기 PDCP 계층에서는 상기 PDCP 헤더에 해당 패킷이 두 번 암호화됨을 나타내는 정보를 설정할 수 있다. 그러면 단말은 상기 RLC 패킷을 RLC 계층에서 UMTS 시스템의 암호화 키로 복호화하여 PDCP PDU를 생성한 후, PDCP 계층에서 상기 PDCP PDU의 PDCP 헤더를 확인하여, 상기 PDCP PDU를 E-UMTS 시스템의 암호화 키로 복호화할 것인지를 판단하게 된다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따라 사용자단 프로토콜을 이용하여 두 번의 복호화를 지시하기 위한 패킷 구조를 나타낸다.

도 10의 (a), (b)에 나타낸 바와 같이, PDCP 포맷들 중 헤더를 포함하는 PDCP 포맷으로는, SN를 포함하지 않은 것과 SN을 포함하는 두 가지가 있다. 상기 두 가지 포맷들에는 공통적으로 PDU 타입과 PID(Packet ID)라는 필드들이 존재하는데, 이 중 PDU 타입은 도 10의 (c)에 나타낸 것처럼 3비트로 이루어져 있으며 그 값에 따라 도 10의 (a)와 같은 PDCP 데이터 PDU인지, 아니면 도 10의 (b)와 같은 PDCP SeqNum PDU인지를 나타낸다. 도 10의 (c)에 표시한 바와 같이 PDU 타입의 '2' 내지 '7'의 코드 포인트(code point)들은 예비(reserved)되어 있다.

또한 PDCP 헤더 중 PID는 5비트로 헤더 압축의 종류를 나타내는데, 도 10의 (d)에 표시한 바대로 헤더 압축이 사용되지 않았다면 코드 포인트 '0'이 이용되고, 다른 코드 포인트 값들은 여러 가지 알고리즘의 헤더 압축이 사용되었음을 의미한다. 도 10의 (d)에 나타낸 것과 같이, PID의 '15' 내지 '31'의 코드 포인트들은 예비되어 있다.

본 발명의 제2 실시예에서는, 단말이 수신 패킷에 대해 두 번의 복호화를 수행할 지의 여부를 지시하기 위하여, 도 10의 (a)나 도 10의 (b)와 같은 PDCP 포맷의 PDU 타입 필드나 PID 필드의 상기 예비된 코드 포인트들 중 하나를 이용한다. 여기서 두 번의 복호화를 수행할 지의 여부를 지시하기 위하여 사용할 PDCP 포맷은 상위 계층에 의해 설정된다. 예를 들면 PDU 타입 '2'(이진수 '010') 혹은 PID '15'(이진수 '01111')는, 해당 패킷이 두 번의 암호화되었음을 나타낸다. 단말(960)은 상기 PDU 타입 '2'(이진수 '010') 혹은 PID '15'(이진수 '01111')를 가지는 PDCP 패킷을 수신하면, 상기 PDCP 패킷에 대해 E-UMTS 시스템의 암호화 키를 사용하여 복호화한다. 그렇지 않은 PDCP 패킷은 복호화 없이, 단말(960)의 PDCP 계층에서 적절한 처리를 거쳐 상위 계층으로 전달된다.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에서 제어단 프로토콜을 사용하여 단말에게 두 번 암호화 여부를 알리기 위한 메시지 흐름도를 나타낸 것이다.

도 11을 참조하면, 단계 1120에서 ENB(1111)는 핸드오버를 트리거링하면서 aGW(1112)에 처음으로 보내는 핸드오버 요청(HO REQUIRED) 메시지에, 아직 단말(1110)에게 보내지 못한 첫 번째 PDCP PDU의 SN(이하 'first PDCP SN'이라 칭함)과 상기 'first PDCP SN'보다 큰 SN을 가지는 PDCP PDU들 중 상기 단말(1110)에게 성 공적으로 보내진 패킷들의 개수(이하 'No. of success'라 칭함)를 실어서 aGW(1112)에게 보낸다.

상기 핸드오버 요청 메시지를 수신한 aGW(1112)는 단계 1130에서 하향링크 데이터에 대한 암호화와 헤더 압축을 중단하고, ENB(1111)로 이미 전송한 패킷들 중 암호화와 헤더 압축을 수행한 최후의 PDCP PDU의 SN(이하 'last PDCP SN'이라 칭함)을 이용해, ENB(1111)로부터 전달될 헤더 압축 및 암호화된 패킷들의 개수(이하 'No. of packets forwarded'라 칭함)를 앞서 언급한 <수학식 1>을 이용해 계산한다.

단계 1140에서는 aGW(1112)는 SGSN(1113)에게 시스템간 핸드오버가 필요함을 알리는 시스템간 핸드오버 준비(INTER-SYSTEM HO PREPARE) 메시지를 보낸다. 상기 시스템간 핸드오버 준비 메시지는, aGW(1112)가 패킷 전달을 수행할 때 이용할 'first GTP SN'과 ENB(1111)로부터 전달될 PDU 개수인 'No. of packets forwarded'를 포함한다.

단계 1150에서 SGSN(1113)은 상기 두 정보들을 RNC(1114)에게 핸드오버 요청(HO REQUEST) 메시지를 통해 전달하며, RNC(1114)는 상기 정보들을 확인한 후, 앞으로 사용자단 프로토콜을 통해 받게 될 GTP 패킷들 중 'First GTP SN + No. of packets forwarded' 보다 작은 GTP SN을 가지는 GTP PDU들에 대해서는 PDCP 계층의 헤더 압축 기능을 수행하지 않는다.

단계 1160에서 RNC(1114)는 상기 헤더 압축을 수행하지 않을 GTP PDU들에 해당하는 PDCP SN들을 생성한다. 참고로 RNC(1114)에서 생성한 PDCP SN는 E-UMTS 시 스템에서 사용하던 PDCP SN와 다를 수 있다. 따라서 하기에서는 RNC(1114)에서 할당한 PDCP SN을 'UMTS PDCP SN'이라 칭하겠다. 단계 1170에서 RNC(1114)는 핸드오버 요청 애크(HO REQUEST ACK) 메시지에 'First UMTS PDCP SN'을 실어 SGSN(1113)로 보낸다. 이 때 'First UMTS PDCP SN'이란 상기 'First GTP SN'를 갖는 GTP PDU에 할당되는 PDCP SN이다. 상기 'First UMTS PDCP SN'은 단계 1175와 1180의 시스템간 핸드오버 요청 준비(INTER-SYSTEM HO REQUEST READY) 메시지 및 핸드오버 명령(HO COMMAND) 메시지에 실려 aGW(1112)를 거쳐 ENB(1111)에 도달한다.

단계 1190에서 ENB(1111)는 RNC(1114)에서 할당한 'First UMTS PDCP SN'과 이에 대응하는 aGW(1112)가 할당한 'First PDCP SN' 및 'First PDCP SN'보다 큰 PDCP SN을 갖는 패킷들 중 이미 단말(1110)에게 전송이 완료된 패킷들의 PDCP SN 리스트를, 시스템간 핸드오버 명령(INTER-SYSTEM HO COMMAND) 메시지에 실어 단말(1110)에게 보낸다. 상기 시스템간 핸드오버 명령 메시지를 수신한 단말(1110)은 상기 정보들을 바탕으로 두 번의 복호화를 수행할 패킷들을 식별할 수 있다.

도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패킷의 전송을 설명하는 도면이다. 도시한 패킷의 변형은 제1 및 제2 실시예에 일부 공통적으로 적용된다. 하기에서는 구체적으로 PDCP PDU들이 단말에게까지 전달될 때의 E-UMTS PDCP SN, GTP SN, 및 UMTS PDCP SN의 관계를 나타내었다.

도 12를 참조하면, 핸드오버가 트리거링되기 이전에 E-UMTS 시스템의 aGW로부터 참조번호 1210에 나타낸 바와 같이 PDCP SN 1000 내지 1005의 PDCP 패킷들이 ENB에 도달하였고, ENB는 상기 PDCP 패킷들을 단말에게 순차적으로 전송한다. 핸드 오버가 트리거링되는 시점까지 상기 PDCP 패킷들 중 단말로부터 애크된(Acked) 패킷들은 PDCP SN 1002와 1004이다. 그러면 상기 애크된 패킷들 PDCP SN 1002, 1004를 제외한 나머지 패킷들인 PDCP SN 1000, 1001, 1003, 1005(1220)가, ENB에서 aGW로 전달된다.

aGW는 ENB로부터 전달된 상기 패킷들에 참조번호 1230과 같이 GTP SN을 순차적으로 부여하여 GTP 패킷들을 생성한 후 UMTS 시스템의 SGSN을 통해 RNC로 전송한다. 이때 aGW와 SGSN 및 RNC 사이에서 전송되는 GTP PDU들의 SN는, PDCP SN에 갭(gap)이 있더라도 순차적으로 부여된다. UMTS 시스템의 RNC는 상기 GTP 패킷들에 대해 참조번호 1240과 같이 차례대로 PDCP SN을 부여하여 단말로 전달한다.

ENB로부터 전달되는 패킷들에 대한 정보를 알려주기 위해 제어단 프로토콜을 이용하는 도 11과 같은 상황에서, ENB는 aGW에게 첫 번째 전달되는 PDCP 패킷인 PDCP SN 1000과, 상기 PDCP SN 1000 이후에 단말로부터 애크된 패킷들의 개수인 '2'(즉, PDCP SN 1002, 1004)를, 핸드오버 요청 메시지(단계 1120)를 통해 알려준다.

이때 ENB가 aGW에게 알려준 참조번호 1210과 같은 ENB의 패킷 송신 상태와, 상기 핸드오버 요청 메시지를 받았을 때의 aGW의 패킷 송신 상태에는 차이가 있을 수가 있다. 즉 참조번호 1220에 나타낸 바와 같이, aGW에서 PDCP 계층을 통과한 후 ENB로 아직 전송되지 않은 PDCP 패킷인 PDCP SN 1006이 존재할 수 있다. 따라서 이때 시스템간 핸드오버 준비 메시지(단계 1140)를 통해 UMTS 시스템으로 알려주는 'No. of packets forwarded'는 앞서 언급한 <수학식 1>에 따라 '5'(= 1006 - 1000 - 2 + 1)가 된다. 또한 상기 시스템간 핸드오버 준비 메시지에 함께 실리는 'First GTP SN'은 첫 번째 PDCP SN에 해당하는 GTP SN 200이 된다.

상기 'No. of pacekts forward' 및 'First GTP SN'은, SGSN을 통해 RNC로 전달되며,(단계 1140, 1150) RNC는 상기 정보들을 이용하여, ENB로부터 도달되는 GTP 패킷들에 대해서는 헤더 압축을 수행하지 않을 수 있다.(단계 1160) 그러면 RNC는 'First UMTS PDCP SN'인 '150'을, E-UMTS 시스템의 ENB로 전달한다.(단계 1170, 1175, 1180) 그러면 단계 1190에서 ENB는 단말에게 UMTS 시스템으로의 핸드오버를 수행하라는 명령인 시스템간 핸드오버 명령 메시지에, 참조번호 1250에 나타낸 것처럼 'First UMTS PDCP SN'인 '150'과 'First PDCP SN'인 '1000' 및 'List of successfully sent PDCP SN'인 {1002, 1004}를 실어 전송한다.

상기 핸드오버 명령 메시지를 받는 순간 단말의 상태가 참조번호 1260과 같다면, 단말은 상기 정보(1250)와 UMTS로의 핸드오버 후에 받은 PDCP PDU의 SN을 이용해 무손실 핸드오버를 수행할 수 있다. 이때 참조번호 1260 및 1270에 나타낸 것처럼 PDCP 패킷인 PDCP SN 1000이, ENB로부터 및 RNC로부터 중복되어 단말에게 수신될 수 있다. 즉 ENB가 참조번호 1210과 같은 패킷 송신 상태를 aGW로 통보한 이후, PDCP SN 1000에 대해 단말로부터 애크가 수신되었음에도 불구하고, RNC는 PDCP SN 1000을 단말에게 중복하여 전송할 수 있다. 상기 중복된 PDCP PDU는 단말에 의해 적절하게 처리된다.

단말에게 두 번 복호화할 패킷을 알려주는 또 다른 실시예로서, 도 11의 단계 1170에 나타낸 핸드오버 요청 애크 메시지에 'First UMTS PDCP SN'을 그대로 싣 는 대신, RNC에서 E-UMTS 시스템으로 SGSN을 거치지 않고 트랜스페어런트하게 전송되는 'TRNC to SRNC transparent container'를 사용할 수 있다.

<<제3 실시예>>

도 13a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 무손실 RAT간 핸드오버 절차를 설명하기 위한 도면이며, 도 13b는 본 발명의 제3 실시예에 따라 전달되는 패킷들의 구조를 나타낸 것이다.

도 13a를 참조하면, RAT간 핸드오버의 시작 시에 ENB(1310)는, aGW(1320)로부터 수신하였지만 아직 단말(1360)에게 성공적으로 보내지 못한 PDCP 패킷들(즉 PDCP PDU들)(1315)을 aGW(1320)에게 전달한다. 상기 PDCP 패킷들(1315)은 도 13b에 나타낸 바와 같이 PDCP SN과 압축되고 암호화된 데이터로 이루어진다. aGW(1320)는 상기 PDCP 패킷들에 대해 복호화 및 복원을 거쳐 순수 IP 패킷들을 얻어낸 후, 상기 IP 패킷들에 GTP 헤더를 추가하여 GTP 패킷들(1325)로서 생성한다. 상기 GTP 패킷들(1325)은 UMTS 시스템의 SGSN(1330)을 거쳐 RNC(1340)로 전달된다. 이때 상기 GTP 패킷들(1325)의 IP 헤더는 압축되어 있지 않다.

RNC(1340)는 전형적인 GTP PDU 수신 동작과 동일하게, 상기 GTP 패킷들(1325)에 대해 PDCP 계층의 헤더 압축 및 RLC 계층의 암호화를 수행하여 압축되고 암호화된 RLC PDU들(1345)을 만들고, 상기 RLC PDU들(1345)을 기지국(1350)을 통해 단말(1360)에게 전달한다. 단말(1360)은 UMTS 시스템으로의 핸드오버를 완료한 후, 기존의 UMTS 시스템에서 수행하던 동작과 동일하게, RNC(1340)로부터 수신된 RLC PDU들(1345)에 대해 복호화 및 헤더 복원을 수행하여 전체 IP 패킷을 재생함으로써, 무손실 핸드오버를 수행한다.

위와 같은 동작을 가능하게 하기 위해서 aGW(1320)에서는 압축된 IP 헤더를 복원하는 기능을 가진다. 본 발명의 제3 실시예에 따르면 aGW(1320)는 PDCP 계층을 거치기 전의 원본 IP 헤더를 저장하고 있다가, ENB에서 UMTS 시스템으로의 패킷 전달이 요구될 시, ENB로부터 수신된 PDCP 패킷들의 압축된 헤더를 상기 원본 IP 헤더로 교체한다.

도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 aGW에서의 패킷 처리를 설명하기 위한 것이다.

도 14를 참조하면, ENB로부터 aGW로 도달된 PDCP 패킷(1410)은 PDCP SN과, 헤더 압축되고 암호화된 데이터로 이루어진다. aGW는 상기 PDCP 패킷(1410)을 E-UMTS 시스템의 암호화 키로 복호화하여 복호화된 패킷(1420)을 얻는다. 상기 복호화된 패킷(1420)은 압축된 헤더와 IP SDU로 이루어져 있다. aGW는, 상기 PDCP 패킷(1410)을 ENB로 전송하기 이전에 상기 IP SDU의 원본 IP 헤더(1430)를 메모리에 이미 저장하고 있다. 따라서 aGW는 상기 복호화된 패킷(1420)에서 상기 압축된 헤더를 제거한 후, 상기 IP SDU에 상기 원본 IP 헤더(1430)를 첨부하여 전체 IP 패킷(1440)을 재구성한다. 그러면 aGW는 상기 재구성된 전체 IP 패킷(1440)에, aGW로부터 RNC로의 GTP 헤더를 첨부하여 GTP 패킷으로 생성한 후, 상기 GTP 패킷을 SGSN을 통해 RNC로 전달한다.

aGW는, 상기 원본 IP 헤더(1430)를 해당 PDCP SN에 연관시킬 수 있도록 상기 원본 IP 헤더(1430)를 저장한다. 한편, aGW에서는 상기 원본 IP 헤더(1430)를 시간 기준으로 저장함으로써 메모리의 낭비를 줄일 수 있다. 예를 들어 aGW는, 현재부터 이전 100ms 동안에 ENB로 전송한 IP 패킷들의 헤더들만을 저장하고, 이전의 IP 헤더는 지워버린다. 또 다른 방법으로, ENB는 단말로부터 받는 측정 보고(measurement report)를 기반으로 단말이 UMTS 시스템으로 핸드오버 할 가능성이 있다고 판단하면(예를 들어 UMTS 셀로부터의 수신 신호 세기가 기준치를 초과한다면) 상기 핸드오버 결정을 aGW에 알리며, aGW는 상기 핸드오버 결정을 수신한 시점부터 ENB로 전송한 IP 패킷들의 헤더들을 버퍼링하기 시작하고, 버퍼링된 이후 일정 시간이 지난 IP 헤더를 지울 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 무선 환경에서 서로 다른 시스템 사이에 핸드오버에 관한 것으로서, 특히 현 UMTS 시스템을 개량한 새로운 시스템인 E-UMTS (Enhanced UMTS) 시스 템에 연결되어 통화중인 단말이 기존 UMTS 시스템으로 움직일 때 무손실 핸드오버를 가능하게 한다.

Claims (15)

1. 이기종 이동통신 시스템간의 무손실 핸드오버 방법에 있어서,

   단말과 통신하는 제1시스템의 기지국에서, 상기 제1시스템의 액세스 게이트웨이로부터 수신하였으나 상기 단말에게 성공적으로 전송하지 못한 패킷 데이터 컨버전스 프로토콜(PDCP: Packet Data Convergence Protocol) 패킷들을 상기 액세스 게이트웨이로 전송하는 과정과,

   상기 액세스 게이트웨이에서 상기 PDCP 패킷들에 포함된 PDCP 일련번호(SN: Serial Number)를 제거한 후 상기 PDCP 패킷들에 포함된 압축된 헤더 및 암호화된 데이터를 복호화하고, 상기 복호화된 패킷들에 제너럴 패킷 무선 서비스 전송 프로토콜(GTP: GPRS(General Packet Radio Service) transport protocol) 헤더를 붙여 GTP 패킷들을 생성하는 과정과,

   상기 GTP 패킷들을 상기 액세스 게이트웨이로부터 제2시스템의 무선망 제어기로 전달하는 과정과,

   상기 무선망 제어기에서 상기 GTP 패킷들의 GTP 헤더를 압축하지 않고 암호화하여 무선링크제어(RLC: Radio Link Control) 패킷들을 생성한 후, 상기 RLC 패킷들을 상기 제2시스템의 기지국을 통해 상기 단말에게 전송하는 과정을 포함하는 이기종 이동통신 시스템간의 무손실 핸드오버 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 GTP 패킷들의 GTP 헤더는,상기 GTP 패킷들에 헤더 압축된 데이터가 포함되는지의 여부를 나타내는 지시자를 포함함을 특징으로 하는 이기종 이동통신 시스템간의 무손실 핸드오버 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1시스템의 기지국에서 상기 단말에게 성공적으로 전송하지 못한 첫 번째 PDCP 패킷의 SN(first PDCP SN)과, 상기 first PDCP SN보다 큰 SN을 가지며 상기 단말에게 성공적으로 보내진 PDCP 패킷들의 개수('No. of success')를 포함하는 핸드오버 요청 메시지를 상기 액세스 게이트웨이로 전송하는 과정과,

   상기 핸드오버 요청 메시지에 응답하여 상기 액세스 게이트웨이에서 상기 기지국으로 전송되는 하향링크 데이터에 대한 암호화와 헤더에 대한 압축을 중단하는 과정과,

   상기 기지국으로 이미 전송한 PDCP 패킷들 중 상기 하향링크 데이터에 대한 암호화와 상기 헤더에 대한 압축을 수행한 최후의 PDCP 패킷의 SN('last PDCP SN')을 이용하여, 상기 기지국으로부터 전달될 헤더 압축 및 암호화된 PDCP 패킷들의 개수('No. of packets forwarded')를 계산하는 과정과,

   상기 액세스 게이트웨이에서, 상기 액세스 게이트웨이에서 처음으로 전송할 첫 번째 GTP 패킷의 SN('first GTP SN')과 상기 No. of packets forwarded를 상기 제2 시스템의 무선망 제어기로 전송하는 과정과,

   상기 무선망 제어기에서 상기 액세스 게이트웨이 로부터 수신한 GTP 패킷들 중, first GTP SN + No. of packets forwarded 보다 작은 GTP SN을 가지는 GTP 프로토콜 데이터 유닛(PDU: Protocol Data Unit)들에 대해서는 PDCP 계층의 헤더를 압축하지 않고, 암호화하여 상기 RLC 패킷들로 생성하는 과정을 더 포함하는 이기종 이동통신 시스템간의 무손실 핸드오버 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 'No. of packets forwarded'는,

   "No. of packets forwarded = last PDCP SN - first PDCP SN - No. of success + 1"에 의해 계산됨을 특징으로 하는 이기종 이동통신 시스템간의 무손실 핸드오버 방법.
5. 이기종 이동통신 시스템간의 무손실 핸드오버 방법에 있어서,

   단말과 통신하는 제1시스템의 기지국에서, 상기 제1시스템의 액세스 게이트웨이로부터 수신하였으나 상기 단말에게 성공적으로 전송하지 못한 패킷 데이터 컨버전스 프로토콜(PDCP: Packet Data Convergence Protocol) 패킷들을 상기 액세스 게이트웨이로 전송하는 과정과,

   상기 액세스 게이트웨이에서 상기 PDCP 패킷들에 포함된 PDCP 일련번호(SN: Serial Number)를 제거한 후 상기 PDCP 패킷들에 포함된 압축된 헤더 및 암호화된 데이터에 제너럴 패킷 무선 서비스 전송 프로토콜(GTP: GPRS(General Packet Radio Service) transport protocol) 헤더를 붙여 GTP 패킷들을 생성하는 과정과,

   상기 GTP 패킷들을 상기 액세스 게이트웨이로부터 제2시스템의 무선망 제어기로 전달하는 과정과,

   상기 무선망 제어기에서 상기 GTP 패킷들의 GTP 헤더를 압축하지 않고 암호화하여 무선링크제어(RLC: Radio Link Control) 패킷들을 생성한 후, 상기 RLC 패킷들을 상기 제2시스템의 기지국을 통해 상기 단말에게 전송하는 과정을 포함하는 이기종 이동통신 시스템간의 무손실 핸드오버 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 GTP 패킷들의 GTP 헤더는,

   상기 GTP 패킷들에 헤더 압축된 데이터가 포함되는지의 여부를 나타내는 지시자를 포함함을 특징으로 하는 이기종 이동통신 시스템간의 무손실 핸드오버 방법.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 RLC 패킷들은,

   상기 RLC 패킷들에 두 번 암호화된 데이터가 포함되는지의 여부를 나타내는 필드를 포함함을 특징으로 하는 이기종 이동통신 시스템간의 무손실 핸드오버 방법.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 제1시스템의 기지국에서 상기 단말에게 성공적으로 보내지 못한 첫 번째 PDCP 패킷의 SN(first PDCP SN)과, 상기 first PDCP SN보다 큰 SN을 가지며 상기 단말에게 성공적으로 보내진 PDCP 패킷들의 개수('No. of success')를 포함하는 핸드오버 요청 메시지를 상기 액세스 게이트웨이로 전송하는 과정과,

   상기 핸드오버 요청 메시지에 응답하여 상기 액세스 게이트웨이에서 상기 기지국으로 전송되는 하향링크 데이터에 대한 암호화와 헤더에 대한 압축을 중단하는 과정과,

   상기 기지국으로 이미 전송한 PDCP 패킷들 중 상기 하향링크 데이터에 대한 암호화와 상기 헤더에 대한 압축을 수행한 최후의 PDCP 패킷의 SN('last PDCP SN')을 이용하여, 상기 기지국으로부터 전달될 헤더 압축 및 암호화된 PDCP 패킷들의 개수('No. of packets forwarded')를 계산하는 과정과,

   상기 액세스 게이트웨이에서, 상기 액세스 게이트웨이에서 처음으로 전송할 첫 번째 GTP 패킷의 SN('first GTP SN')과 상기 'No. of packets forwarded'를 제2 시스템의 무선망 제어기로 전송하는 과정과,

   상기 무선망 제어기에서 상기 액세스 게이트웨이로부터 수신한 GTP 패킷들 중, first GTP SN + No. of packets forwarded 보다 작은 GTP SN을 가지는 GTP 프로토콜 데이터 유닛(PDU: Protocol Data Unit)들에 대해서는 PDCP 계층의 헤더를 압축하지 않고, 암호화하여 상기 RLC 패킷들로 생성하는 과정을 더 포함하는 이기종 이동통신 시스템간의 무손실 핸드오버 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 No. of packets forwarded는,

   "No. of packets forwarded = last PDCP SN - first PDCP SN - No. of Success + 1"에 의해 계산됨을 특징으로 하는 이기종 이동통신 시스템간의 무손실 핸드오버 방법.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 무선망 제어기에서 상기 first GTP SN를 갖는 GTP PDU에 할당되는 PDCP SN('first UMTS PDCP SN')을 상기 액세스 게이트웨이를 통해 상기 기지국으로 전송하는 과정과,

    상기 기지국에서 상기 'first UMTS PDCP SN'과 이에 대응하는 액세스 게이트웨이가 할당한 'first PDCP SN' 및 'first PDCP SN'보다 큰 PDCP SN을 갖는 패킷들 중 이미 상기 단말에게 전송이 완료된 패킷들의 PDCP SN 리스트를, 상기 단말에게 보내는 과정과,

    상기 단말에서 상기 'first UMTS PDCP SN'과 상기 PDCP SN 리스트를 바탕으로, 두 번의 복호화를 수행할 패킷들을 식별하는 과정을 더 포함하는 이기종 이동통신 시스템간의 무손실 핸드오버 방법.
11. 이기종 이동통신 시스템간의 무손실 핸드오버 방법에 있어서,

    단말과 통신하는 제1시스템의 기지국에서, 상기 제1시스템의 액세스 게이트웨이로부터 수신하였으나 상기 단말에게 성공적으로 전송하지 못한 패킷 데이터 컨버전스 프로토콜(PDCP: Packet Data Convergence Protocol) 패킷들을 상기 액세스 게이트웨이로 전송하는 과정과,

    상기 액세스 게이트웨이에서 상기 PDCP 패킷들에 대해 데이터 복호화 및 헤더 복원을 거쳐 순수 인터넷 프로토콜(IP: Internet Protocol) 패킷들을 획득한 후, 상기 순수 IP 패킷들에 제너럴 패킷 무선 서비스 전송 프로토콜(GTP: GPRS(General Packet Radio Service) transport protocol) 헤더를 붙여 GTP 패킷들을 생성하는 과정과,

    상기 GTP 패킷들을 상기 액세스 게이트웨이로부터 제2시스템의 무선망 제어기로 전달하는 과정과,

    상기 무선망 제어기에서 상기 GTP 패킷들의 헤더 압축 및 데이터 암호화를 거쳐 무선링크제어(RLC: Radio Link Control) 패킷들을 생성한 후, 상기 RLC 패킷들을 상기 제2시스템의 기지국을 통해 상기 단말에게 전송하는 과정을 포함하는 이기종 이동통신 시스템간의 무손실 핸드오버 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 순수 IP 패킷들은,

    상기 PDCP 패킷들로부터 복호화된 패킷에서 압축된 헤더를 제거한 후, 상기 액세스 게이트웨이에 미리 저장하고 있는 원본 IP 헤더를 첨부함으로써 생성됨을 특징으로 하는 이기종 이동통신 시스템간의 무손실 핸드오버 방법.
13. 무손실 핸드오버를 수행하기 위한 이기종 이동통신 시스템에 있어서,

    단말과 통신하는 제1기지국 및 액세스 게이트웨이를 포함하는 제1시스템과,

    제2기지국 및 무선망 제어기를 포함하는 제2시스템을 포함하며,

    상기 제1기지국은 상기 액세스 게이트웨이로부터 수신하였으나 상기 단말에게 성공적으로 전송하지 못한 패킷 데이터 컨버전스 프로토콜(PDCP: Packet Data Convergence Protocol) 패킷들을 상기 액세스 게이트웨이로 전송하고, 상기 액세스 게이트웨이는 상기 PDCP 패킷들에 포함된 PDCP 일련번호를 제거한 후 상기 PDCP 패킷들에 포함된 압축된 헤더 및 암호화된 데이터를 복호화하고, 상기 복호화된 패킷들에 제너럴 패킷 무선 서비스 전송 프로토콜(GTP: GPRS(General Packet Radio Service) transport protocol) 헤더를 붙여 GTP 패킷들을 생성하고, 상기 GTP 패킷들을 상기 무선망 제어기로 전달하고, 상기 무선망 제어기는 상기 GTP 패킷들의 GTP 헤더를 압축하지 않고 암호화하여 무선링크제어(RLC: Radio Link Control) 패킷들을 생성한 후, 상기 RLC 패킷들을 상기 제2 기지국을 통해 상기 단말에게 전송함을 특징으로 하는 무손실 핸드오버를 수행하기 위한 이기종 이동통신 시스템.
14. 무손실 핸드오버를 수행하기 위한 이기종 이동통신 시스템에 있어서,

    단말과 통신하는 제1기지국 및 액세스 게이트웨이를 포함하는 제1시스템과,

    제2기지국 및 무선망 제어기를 포함하는 제2시스템을 포함하며,

    상기 제1기지국은 상기 액세스 게이트웨이로부터 수신하였으나 상기 단말에게 성공적으로 전송하지 못한 패킷 데이터 컨버전스 프로토콜(PDCP: Packet Data Convergence Protocol) 패킷들을 상기 액세스 게이트웨이로 전송하고, 상기 액세스 게이트웨이에서 상기 PDCP 패킷들에 포함된 PDCP 일련번호를 제거한 후 상기 PDCP 패킷들에 포함된 압축된 헤더 및 암호화된 데이터에 제너럴 패킷 무선 서비스 전송 프로토콜(GTP: GPRS(General Packet Radio Service) transport protocol) 헤더를 붙여 GTP 패킷들을 생성하고, 상기 GTP 패킷들을 상기 무선망 제어기로 전달하고, 상기 무선망 제어기는 상기 GTP 패킷들의 GTP 헤더를 압축하지 않고 암호화하여 무선링크제어(RLC: Radio Link Control) 패킷들을 생성한 후, 상기 RLC 패킷들을 상기 제2기지국을 통해 상기 단말에게 전송함을 특징으로 하는 무손실 핸드오버를 수행하기 위한 이기종 이동통신 시스템.
15. 무손실 핸드오버를 수행하기 위한 이기종 이동통신 시스템에 있어서,

    단말과 통신하는 제1기지국 및 액세스 게이트웨이를 포함하는 제1시스템과,

    제2기지국 및 무선망 제어기를 포함하는 제2시스템을 포함하며,

    상기 제1기지국은 상기 액세스 게이트웨이로부터 수신하였으나 상기 단말에게 성공적으로 전송하지 못한 패킷 데이터 컨버전스 프로토콜(PDCP: Packet Data Convergence Protocol) 패킷들을 상기 액세스 게이트웨이로 전송하고, 상기 액세스 게이트웨이는 상기 PDCP 패킷들에 대해 데이터 복호화 및 헤더 복원을 거쳐 순수 인터넷 프로토콜(IP: Internet Protocol) 패킷들을 획득한 후, 상기 순수 IP 패킷들에 제너럴 패킷 무선 서비스 전송 프로토콜(GTP: GPRS(General Packet Radio Service) transport protocol) 헤더를 붙여 GTP 패킷들을 생성하고, 상기 GTP 패킷들을 상기 무선망 제어기로 전달하고, 상기 무선망 제어기는 상기 GTP 패킷들의 헤더 압축 및 데이터 암호화를 거쳐 무선링크제어(RLC: Radio Link Control) 패킷들을 생성한 후, 상기 RLC 패킷들을 상기 제2기지국을 통해 상기 단말에게 전송함을 특징으로 하는 무손실 핸드오버를 수행하기 위한 이기종 이동통신 시스템.

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