KR101297783B1 - Ｌｔｅ 사내망 로컬 통신 시스템 및 로컬 통신 방법 - Google Patents

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Abstract

현재의 LIPA의 Local Breakout 기능을 사용하기 위해 EPC 환경에 종속되는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 종래 EPC와 연동하지 않는 독립적인 노드인 LEG(LTE Enterprise Gateway, 사내망 게이트웨이)를 이용한 로컬 통신 시스템 및 로컬 통신 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 로컬 통신 시스템은, 초소형 기지국으로부터의 등록 요청에 따라 상기 초소형 기지국을 등록 처리하며 상기 초소형 기지국으로 사내망 식별 대역 정보를 전송하고, 상기 초소형 기지국을 통해 통신 단말 및 사내망 간 패킷 데이터의 송수신을 중계하는 사내망 게이트웨이; 및 이동통신 코어망에 등록을 수행하고 그 등록 과정에서 획득한 사내망 게이트웨이의 정보를 이용하여 상기 사내망 게이트웨이에 등록을 요청하고, 상기 사내망 게이트웨이로부터 수신된 상기 사내망 식별 대역 정보에 기초하여 통신 단말의 데이터를 상기 이동통신 코어망 또는 상기 사내망 게이트웨이 중 어느 하나로 라우팅하는 상기 초소형 기지국;을 포함한다.

Description

ＬＴＥ 사내망 로컬 통신 시스템 및 로컬 통신 방법{System for LTE Enterprise local communication and Method therefor}
본 발명은 로컬 통신에 관한 것으로, 구체적으로 LTE 환경에서 펨토 기지국을 이용한 사내망과 통신 단말 간 로컬 통신을 위한 시스템과 그 방법에 관한 것이다.
차세대 무선 이동 통신 시스템은 음성, 데이터뿐만 아니라 멀티미디어 서비스에 대한 빠르고, 안정적인 지원을 필요로 한다. 특히 3GPP Long Term Evolution(LTE)에서는 하향링크와 상향링크에 대해서 각각 100Mbps, 50Mbps 이상의 데이터 전송률 보장을 목표로 하고 있다. 그러나 가정, 사무실, 아파트 등 밀폐된 건물 안에서는 건물, 벽, 창문 등의 차단 효과로 인해 신호의 품질이 저하되기 때문에 사용자들이 요구하는 데이터 전송률이나 통화 품질을 만족시키기 어렵다. 특히 3세대 이동 통신 서비스의 경우 40%, 데이터 서비스의 70%가 옥내에서 발생하고 있다는 통계결과도 있다. 그러므로 옥내에서 발생하는 무선 통신 서비스에 대한 전송률 증대 및 품질 향상이 중요한 기술적 이슈로 대두되고 있다.
옥내에서의 통화 품질 향상 및 전송률 증대를 위한 해결책의 하나로 펨토셀이 주목받고 있다. 펨토셀은 가정, 사무실, 아파트 등 밀폐된 건물 안에서 사용하는 옥내용 기지국으로서, 옥내에 이미 설치된 브로드밴드망(인터넷 망)을 통해 이동통신 코어 네트워크에 접속해주는 역할을 한다. 펨토셀은 매크로셀에 비해 송신단과 수신단의 거리를 줄여줌으로써 통화 품질과 서비스를 향상시킨다. 그리고, 음영 지역에서도 고품질의 통신 환경을 제공하기 때문에 커버리지를 확대시킬 수 있다. 또한 펨토셀은 추가적인 인프라 구축 없이 사용자에 의해 옥내에서 플러그 앤 플레이 방식으로 간단히 설치되기 때문에 저렴한 비용으로 통신 서비스 품질을 향상시킬 수 있다.
이러한 펨토셀을 응용한 기술로 최근에는 LIPA(Local IP Access) 기술이 논의되고 있다. LIPA 기술은 펨토 기지국과 EPC(Evolved Packet Core network)를 이용하여 사내망(Enterprise network) 접속이 가능하게 하는 방법으로 3GPP에서 TR 23.829에서 그 규격이 정의되어 있다.
하지만 이러한 LIPA 규격은 REL 10 이상에서만 정의되어 있기 때문에, 실제로 Local Breakout 기능을 사용하기 위해서는 HeNB 및 관련 EPC 엔터티들(MME, SGW 등)이 REL 10 이상의 규격을 만족시켜야 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은, 현재의 LIPA의 Local Breakout 기능을 사용하기 위해 EPC 환경에 종속되는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 종래 EPC와 연동하지 않는 독립적인 노드인 LEG(LTE Enterprise Gateway)를 이용한 로컬 통신 시스템 및 로컬 통신 방법을 제안하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 로컬 통신 시스템은, 초소형 기지국으로부터의 등록 요청에 따라 상기 초소형 기지국을 등록 처리하며 상기 초소형 기지국으로 사내망 식별 대역 정보를 전송하고, 상기 초소형 기지국을 통해 통신 단말 및 사내망 간 패킷 데이터의 송수신을 중계하는 사내망 게이트웨이; 및 이동통신 코어망에 등록을 수행하고 그 등록 과정에서 획득한 사내망 게이트웨이의 정보를 이용하여 상기 사내망 게이트웨이에 등록을 요청하고, 상기 사내망 게이트웨이로부터 수신된 상기 사내망 식별 대역 정보에 기초하여 통신 단말의 데이터를 상기 이동통신 코어망 또는 상기 사내망 게이트웨이 중 어느 하나로 라우팅하는 상기 초소형 기지국;을 포함한다.
상기 초소형 기지국은, 통신 단말로부터 데이터 호 발생시, 상기 이동통신 코어망과 베어러를 설정하면서 상기 사내망 게이트웨이와도 베어러를 설정할 수 있다.
상기 초소형 기지국은, 상기 사내망 게이트웨이와 베어러 설정시, 상기 초소형 기지국에서 사용하는 세션 식별정보 및 상기 초소형 기지국을 종단점으로 하는 터널 종단점 식별정보를 할당하여 상기 사내망 게이트웨이로 전송하고, 상기 사내망 게이트웨이는, 상기 사내망 게이트웨이에서 사용하는 세션 식별정보 및 상기 사내망 게이트웨이를 종단점으로 하는 터널 종단점 식별정보를 상기 초소형 기지국으로 전송하여 상기 초소형 기지국과 베어러를 설정할 수 있다.
상기 사내망 식별 대역 정보는, 상기 사내망의 IP(Internet Protocol) 주소 대역 또는 APN(Access Point Name) 중 하나를 포함한다.
상기 사내망 게이트웨이는, 사내망으로부터 상기 통신 단말로의 패킷 데이터 발생시, 상기 초소형 기지국으로 상기 통신 단말에 대한 페이징을 요청한다.
상기 초소형 기지국은, 상기 페이징에 따른 상기 통신 단말의 접속시 상기 이동통신 코어망으로 전송하는 초기 단말 메시지(Initial UE Message)에 포함되는 원인(cause)을 MT(Mobile Termination)에서 MO(Mobile Origination)으로 변경한다.
상기 사내망 게이트웨이는, 사내망에 접속하는 통신 단말의 IP 주소를 NAT(Network Address Translation) 기능을 이용하여 사내망 IP 주소 대역으로 변환한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 이동통신 코어망 및 사내망 게이트웨이와 통신하는 초소형 기지국을 포함하는 로컬 통신 시스템에서의 로컬 통신 방법은, 상기 초소형 기지국이 상기 이동통신 코어망에 등록을 수행하고 상기 이동통신 코어망으로부터 상기 사내망 게이트웨이의 정보를 획득하는 단계; 상기 초소형 기지국이 상기 획득된 사내망 게이트웨이의 정보를 이용하여 상기 사내망 게이트웨이에 등록을 요청하는 단계; 상기 초소형 기지국이 상기 사내망 게이트웨이로부터 사내망 식별 대역 정보를 수신하는 단계; 및 상기 초소형 기지국이 통신 단말로부터 수신되는 패킷 데이터를 상기 사내망 식별 대역 정보에 기초하여 상기 이동통신 코어망 또는 상기 사내망 게이트웨이 중 어느 하나로 라우팅하는 단계;를 포함한다.
상기 로컬 통신 방법은, 상기 사내망 식별 대역 정보를 수신하는 단계 이후에, 상기 초소형 기지국이, 상기 이동통신 코어망과 베어러를 설정하면서 상기 사내망 게이트웨이와도 베어러를 설정하는 단계;를 더 포함한다.
상기 베어러를 설정하는 단계는, 상기 초소형 기지국이, 상기 초소형 기지국에서 사용하는 세션 식별정보 및 상기 초소형 기지국을 종단점으로 하는 터널 종단점 식별정보를 할당하여 상기 사내망 게이트웨이로 전송하는 단계; 및 상기 초소형 기지국이, 상기 사내망 게이트웨이에서 사용하는 세션 식별정보 및 상기 사내망 게이트웨이를 종단점으로 하는 터널 종단점 식별정보를 상기 사내망 게이트웨이로부터 수신하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 로컬 통신 방법은, 사내망으로부터 상기 통신 단말로의 패킷 데이터 발생시, 상기 초소형 기지국이 상기 사내망 게이트웨이로부터 상기 통신 단말에 대한 페이징 요청을 수신하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 로컬 통신 방법은, 상기 초소형 기지국이, 페이징에 따른 상기 통신 단말의 접속시, 상기 이동통신 코어망으로 전송하는 초기 단말 메시지(Initial UE Message)에 포함되는 원인(cause)을 MT(Mobile Termination)에서 MO(Mobile Origination)으로 변경하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 통신 단말이 사내망에 접속을 시도할 경우 해당 사용자 데이터가 EPC를 경유하지 않기 때문에 사업자 망의 부하를 감소시키는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 사내망을 설치하는 기업에 대해서는 타 망을 경유하지 않고 바로 사내망으로의 접속이 이루어지기 때문에 보안을 강화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 통신 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, HeNB와 LEG간 초기 등록 과정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 통신 단말로부터 사내망 또는 EPC로 향하는 상향 링크 패킷 데이터가 발생하는 경우의 호 처리를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 사내망으로부터 통신 단말로 향하는 하향 링크 패킷 데이터가 발생하는 경우의 호 처리를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 통신 단말이 EPC 또는 사내망과의 패킷 데이터 통신이 완료된 이후, 호가 해제될 때의 호 처리를 나타내는 도면이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 통신 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 통신 시스템은, 통신 단말(100)(UE : User Equipment), 펨토 기지국(200)(HeNB : Home evolved Node B), EPC(600)(Evolved Packet Core-network), PDN(500)(Packet Data Network), 사내망 게이트웨이(300)(이하 LEG : LTE Enterprise Gateway) 및 사내망(400)(Enterprise Network)를 포함한다.
통신 단말(100)은, 음성 통화 또는 데이터 통신을 제공하는 장치로서 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station) 등의 다른 용어로 불릴 수 있다. 통신 단말(100)은 EUTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)를 포함하는 LTE 네트워크가 연동되는 이동통신망을 이용한다. 또한 경우에 따라서 통신 단말(100)은 UTRAN을 포함하는 WCDMA 네트워크가 연동되는 이동통신망을 이용할 수 있다. 예를 들어, 셀룰러 폰, PCS 폰, GSM 폰, CDMA-2000폰, WCDMA폰 등과 같인 종래의 이동 전화기 및 최근 활발히 사용되는 스마트 폰과 태블릿 PC 및 4G망을 이용하는 이동 전화기 등이 모두 통신 단말(100)에 포함된다.
펨토 기지국(200)(이하 HeNB와 혼용함)은, 넓은 반경의 매크로셀 기지국의 영역에 위치하거나 매크로셀 기지국의 영역 밖에 설치되어, 소수의 가입자를 위한 펨토셀 커버리지로 특정 통신 서비스를 제공하는 노드이다. 구체적으로 펨토 기지국(200)은 가정이나 사무실 등과 같이 실내에 설치되어 있는 디지털 가입자선(Digital Subscriber Line, DSL) 및 이더넷과 같은 공용 네트워크를 사용하여 이동통신 코어망(EPC(600))에 연결되어 사용자에게 서비스를 제공한다.
이러한 펨토 기지국(200)은 초소형 기지국, 피코(Pico) 기지국, 유비셀(Ubicell) 기지국, 3GPP 표준용어로는 HeNodeB 등 다양한 용어로 사용되기도 하며, 따라서 본 발명에 있어서 펨토 기지국(200)은 범용 인터넷 회선을 통해 이동통신 시스템의 코어 네트워크에 연결되어 통신 단말(100)(UE)에 통신 서비스를 제공하는 것이라면 모두 해당되는 것으로 이해되어야 한다.
특히 본 발명에 따르면 HeNB(200)는 이하의 LEG(300)와 연동하여 다양한 기능을 수행하는데, 이에 대해서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 자세히 설명하기로 한다.
EPC(600)는 LTE 이동통신 네트워크에서 코어망으로서, EPC(600)에는 다양한 엔터티들이 포함된다. 예를 들어 이동성을 관리하는 서빙 게이트웨이(Serving Gateway, 이하 SGW), 통신 단말(100)을 외부 PDN(500)과 연결해주고 IP 라우팅 및 포워딩 기능을 제공하는 PDN 게이트웨이(PDN(500) Gateway, 이하 PGW), EUTRAN에서의 제어 평면 엔터티로 사용자 인증과 통신 단말(100)의 이동성을 관리하는 이동성 관리 엔터티(Mobility Management Entity, 이하 MME) 등의 엔터티들이 있다.
PDN(500)은 예를 들면 인터넷 등을 포함한다. 여기서 인터넷은 TCP/IP 프로토콜 및 그 상위 계층에 존재하는 여러 서비스 즉, HTTP(HyperText Transfer Protocol), Telnet, FTP(File Transfer Protocol), DNS(Domain Name System), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), SNTP(Simple Network Management Protocol), NFS(Network File Service), NIS(Network Information Service)를 제공하는 전 세계적인 개방형 컴퓨터 네트워크 구조를 의미한다.
LEG(300)는 통신 단말(100)이 사내망(400)과의 통신을 수행하는데 있어서, 사내망(400)의 게이트웨이이다. 즉 통신 단말(100)이 사내망(400)으로 전달하는 상향 링크 패킷 데이터나, 사내망(400)이 통신 단말(100)로 전달하는 하향 링크 패킷 데이터는, LEG(300)를 통해 전달된다.
특히 본 발명에 따르면 LEG(300)는 HeNB(200)와 연동하여 다양한 기능을 수행하는데 이에 대해서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
사내망(400)은 회사나 가정 등의 로컬 네트워크이다. 예를 들면 사내망(400)은 LAN(Local Area Network) 등일 수 있다. 이러한 사내망(400)은 Ethernet을 통해 외부 인터넷 망과 연결되어 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, HeNB(200)와 LEG(300)간 초기 등록 과정을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, HeNB(200)가 설치되어 기동되는 경우(S201), HeNB(200)는 일반적으로 EPC(600)내의 EMS(Elements Management Server)로 등록 과정을 수행한다(S202). EMS는 이동통신 사업자가 운용하는 장비(예를 들면 HeNB(200) 등)를 관리하는 상위 레벨의 서버로서, EMS는 HeNB(200)를 사업자 망 내의 장비로 등록하고 그 등록 응답 메시지를 HeNB(200)로 전송한다(S203). 상기 등록으로 인해서 HeNB(200)는 자신이 연동하게 될 HeNB 게이트웨이나 EPC(600) 노드들의 정보를 획득하고 해당 정보를 이용하여 EPC(600) 노드들과의 연결을 설정할 수 있게 된다.
특히 본 발명에 따르면, HeNB(200)는 EMS로부터 LEG 정보를 수신한다(S204). 상기 LEG 정보는 LEG(300)의 IP 주소 정보를 포함한다. 이를 위해 EMS는 상기 LEG 정보를 미리 저장하고 있는 것이 바람직하다.
LEG 정보를 EMS로부터 수신한 HeNB(200)는 상기 정보에 포함된 IP 주소를 이용하여 LEG(300)에 접속할 수 있고, HeNB(200)는 LEG(300)에 대해서 등록 요청 메시지를 전송한다(S205). 본 등록 요청 메시지는 해당 HeNB(200)가 LEG(300)를 통해 사내망(400)으로 접속하는 것을 허용해줄 것을 요청하는 것으로, 본 메시지에는 Message Type, HeNB ID, HeNB IP 주소 등이 포함될 수 있다.
LEG(300)는 상기 HeNB(200)에 대한 승인 여부를 결정한다(S206). 즉 해당 HeNB(200)가 LEG(300)를 통해 사내망(400)으로 접속하는 것이 허용되는 장비인지 여부를 결정한다. LEG(300)는 상기 등록 요청 메시지에 포함된 HeNB ID를 이용하여 HeNB(200)를 식별하고, 자체에 등록된 HeNB(200)인지 여부를 판단할 수 있다. 이를 위해 LEG(300)에는 사내에 설치되는 HeNB(200)들에 대한 ID 정보를 미리 저장하고 있는 것이 바람직하다.
LEG(300)는 HeNB(200)로 등록 응답 메시지를 전송한다(S207). 본 등록 응답 메시지에는 Message Type, 승인 결과(Result), 미승인 사유(Reason), Local Breakout Range가 포함될 수 있다. 상기 Local Breakout Range는 사내망(400)의 식별 대역 정보로서 사내망(400)의 IP 주소 대역이나 APN(Access Point Name)을 포함하는 것으로, 본 등록 과정 이후에 통신 단말(100)로부터의 상향 링크 패킷 데이터가 발생하는 경우, HeNB(200)은 상기 Local Breakout Range를 이용해 LEG(300)로 라우팅할지 또는 EPC(600)로 라우팅할지를 결정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 통신 단말(100)로부터 사내망(400) 또는 EPC(600)로 향하는 상향 링크 패킷 데이터가 발생하는 경우의 호 처리를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 통신 단말(100)로부터 사내망(400) 또는 EPC(600)로 향하는 상향 링크(Up Link) 패킷 데이터가 발생한다(S301).
통신 단말(100)은 EPS(Evolved Packet System)을 이용하기 위해, ECM(EPS Connection Management) 연결을 설정하고, 인증 및 보안 과정을 거쳐 E-RAB(EUTRAN Radio Access Bearer)를 설정하는 과정을 수행한다. 이 과정들은 통신 단말(100)의 Service Request에 있어서 일반적인 과정이므로 이하에서는 간략하게만 언급하기로 한다.
먼저 ECM 연결 설정(ECM Connection Establishment) 과정이 수행되는데(S302), 이 과정은, 통신 단말(100)이 MME로 Service Request 메시지를 전송함으로써 ECM 연결을 설정하는 것이다. Service Request 메시지는, UE(100)-HeNB(200)간 무선 링크 상에서 RRC Connection Setup 메시지를 통해 HeNB(200)로 전송되며, HeNB(200)-MME(600) 간에는 S1AP 메시지인 Initial UE Message를 통해 MME로 전달된다.
그 다음 인증 및 보안 과정이 수행되는데(S303), 이 과정은 UE(100)-MME(600)-HSS(600)간 가입자를 인증하고, UE(100)-MME(600)간 NAS Security Setup 절차를 통해 NAS 시그널링 메시지 통신에 사용할 NAS Security Keys를 설정하는 과정이다. HSS는 Home Subscriber Server로서 가입자들의 정보를 저장하는 서버이다.
마지막으로 E-RAB 설정 과정이 수행되는데(S304), 이 과정은 통신 단말(100)로부터 Service Request 메시지를 수신한 MME(600)가 HeNB(200)로 하여금 DRB(Data Radio Bearer)와 S1 베어러를 설정하도록 하는 과정이다.
최종적으로 UE(100)-HeNB(200) 구간에서의 DRB와 HeNB(200)-SGW(600) 구간에서의 S1 베어러, SGW(600)-PGW(600) 구간에서의 S5 베어러가 생성되고(S305), 통신 단말(100)은 상기 베어러들을 통해 EPC(600)와 패킷 데이터 통신을 사용할 수 있다.
특히 본 발명에 따르면 통신 단말(100)은 사내망(400)과의 패킷 데이터 통신을 수행하기 위해서, LEG(300)와의 로컬 베어러를 활성화시키는 과정이 필요하며, 이에 대해서 설명한다.
상기 S302 내지 S305 과정과 별도로, HeNB(200)는 LEG(300)로 연결을 요청하는 메시지를 전송한다(S306). 본 메시지에는 통신 단말(100)의 ID, 해당 패킷 데이터 호의 HeNB(200)에서의 세션 ID, HeNB TEID가 포함된다. 그 중 해당 패킷 데이터 호의 HeNB(200)에서의 세션 ID와 HeNB TEID는 HeNB(200)가 할당한 것이다. 구체적으로 통신 단말(100)의 ID는 패킷 데이터를 전송하는 통신 단말(100)을 고유하게 식별하는 정보로서 예를 들면 IMSI(International Mobile Subscriber ID), GUTI(Globally Unique Temporary ID), 통신 단말(100)의 IP 주소 등일 수 있다. 해당 패킷 데이터 호의 HeNB(200)에서의 세션 ID는 HeNB(200)가 해당 패킷 데이터 호를 식별하기 위한 ID로서 예를 들어 E-RAB ID, DRB ID 등일 수 있다. HeNB TEID는 HeNB(200)-LEG(300) 구간에서의 로컬 베어러인 GTP 터널에 관한 ID로서, HeNB(200)를 종단점으로 하는 TEID(Tunneling Endpoint ID)이다.
상기 연결 요청 메시지를 수신한 LEG(300)는 통신 단말(100)을 인증한다(S307). 즉 LEG(300)는 해당 가입자가 사내망(400)에 접속하는 것이 가능한 가입자인지 여부를 판단한다. 예를 들어 LEG(300)는 상기 통신 단말(100)의 ID를 이용하여 본 인증을 수행할 수 있다.
또한 LEG(300)는 해당 패킷 데이터 호의 LEG(300)에서의 세션 ID를 할당한다(S308). 이는 LEG(300)가 해당 패킷 데이터 호를 식별하기 위한 ID이다.
또한 LEG(300)는 LEG TEID를 할당한다(S309). LEG TEID는 HeNB(200)-LEG(300) 구간에서의 로컬 베어러인 GTP 터널에 관한 ID로서, LEG(300)를 종단점으로 하는 TEID이다.
LEG(300)는 HeNB(200)로 연결 요청에 대한 응답 메시지를 전송하는데(S310), 본 메시지에는 통신 단말(100)의 인증 결과, 해당 패킷 데이터 호의 LEG(300)에서의 세션 ID, LEG TEID가 포함된다.
상기 과정을 통해 최종적으로 UE(100)-HeNB(200) 구간에서 DRB와 HeNB(200)-LEG(300) 구간에서 로컬 베어러가 생성되고(S311), 통신 단말(100)은 상기 베어러들을 통해 사내망(400)으로의 패킷 데이터를 송수신할 수 있다.
통신 단말(100)로부터의 발생한 상기 상향 링크 패킷 데이터는 통신 단말(100)로부터 HeNB(200)로 전송된다(S312).
HeNB(200)는 상기 패킷 데이터를 분석하여 목적지가 어느 노드인지를 분석한다(S313). 예를 들어 HeNB(200)는 해당 패킷 데이터의 Destination IP 주소 또는 APN을 분석함으로써, 그 패킷 데이터가 일반 PDN(500)으로 향하는 것인지 또는 사내망(400)으로 향하는 것인지를 판단할 수 있다. 구체적으로 HeNB(200)는 LEG(300)로부터 기 수신한 사내망(400)의 IP 주소 대역을 참조하여, 해당 패킷 데이터의 Destination IP 주소가 상기 IP 주소 대역에 포함되는 경우, 사내망(400)으로 향하는 것으로 판단할 수 있고, 그 외의 경우 일반 PDN(500)으로 향하는 것으로 판단할 수 있다.
HeNB(200)는 그 판단 결과, 일반 PDN(500)으로 향하는 패킷 데이터인 경우 그 패킷 데이터를 S1 베어러로 라우팅하고, 사내망(400)으로 향하는 패킷 데이터인 경우에는 로컬 베어러로 라우팅한다(S314).
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 사내망(400)으로부터 통신 단말(100)로 향하는 하향 링크 패킷 데이터가 발생하는 경우의 호 처리를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 사내망(400)으로부터 통신 단말(100)로 향하는 하향 링크(Down Link) 패킷 데이터가 발생한다(S401). LEG(300)는 상기 패킷 데이터를 버퍼링(Buffering)한다(S402).
LEG(300)는 HeNB(200)로 상기 통신 단말(100)로의 페이징을 요청한다(S403). EPC(600)를 통한 패킷 데이터 호 발생의 경우에는, 일반적으로 MME(600)가 주체가 되어 HeNB(200)로 페이징을 요청하지만, 본 발명에 따르면, LEG(300)는 EPC 엔터티(600)들과 연동하지 않기 때문에 LEG(300)가 페이징을 요청하는 주체가 된다. 상기 페이징 요청 메시지에는 통신 단말(100)을 특정하기 위해 통신 단말(100)의 ID가 포함될 수 있다. 상기 통신 단말(100)의 ID는 예를 들어 IMSI, UE Identity Index Value, 통신 단말의 IP 주소 등일 수 있다.
또한 LEG(300)가 HeNB(200)로 페이징을 요청함에 있어서, 요청의 대상이 되는 HeNB(200)는, 통신 단말(100)이 최종적으로 연결되었던 HeNB(200)일 수 있다. 또는 LEG(300)는 모든 HeNB(200)로 페이징을 요청할 수도 있다.
HeNB(200)는 상기 통신 단말(100)의 ID로 특정되는 통신 단말(100)로 페이징을 수행한다(S404). 이에 따라 통신 단말(100)은 페이징 신호를 수신할 수 있다(S405).
페이징 신호를 수신한 통신 단말(100)은 EPS를 이용하기 위한 준비 절차 즉, ECM 연결을 설정하고, 인증 및 보안 과정을 거쳐 E-RAB(EUTRAN Radio Access Bearer)를 설정하는 과정을 수행한다. 이 과정들은 통신 단말(100)의 Service Request에 있어서 일반적인 과정이므로 이하에서는 간략하게만 언급하기로 한다.
먼저 ECM 연결 설정(ECM Connection Establishment) 과정이 수행되는데(S406), 이 과정은, 통신 단말(100)이 MME(600)로 Service Request 메시지를 전송함으로써 ECM 연결을 설정하는 것이다. Service Request 메시지는, UE(100)-HeNB(200)간 무선 링크 상에서 RRC Connection Setup 메시지를 통해 HeNB(200)로 전송되며, HeNB(200)-MME(600) 간에는 S1AP 메시지인 Initial UE Message를 통해 MME(600)로 전달된다.
그 다음 인증 및 보안 과정이 수행되는데(S407), 이 과정은 UE(100)-MME(600)-HSS(600)간 가입자를 인증하고, UE(100)-MME(600)간 NAS Security Setup 절차를 통해 NAS 시그널링 메시지 통신에 사용할 NAS Security Keys를 설정하는 과정이다. HSS는 Home Subscriber Server로서, 가입자들의 정보를 저장하는 서버이다.
마지막으로 E-RAB 설정 과정이 수행되는데(S408), 이 과정은 통신 단말(100)로부터 Service Request 메시지를 수신한 MME(600)가 HeNB(200)로 하여금 DRB(Data Radio Bearer)와 S1 베어러를 설정하도록 하는 과정이다.
최종적으로 UE(100)-HeNB(200) 구간에서의 DRB와 HeNB(200)-SGW(600) 구간에서의 S1 베어러, SGW(600)-PGW(600) 구간에서의 S5 베어러가 생성되고(S409), 통신 단말(100)은 상기 베어러들을 통해 EPC(600)와 패킷 데이터 통신을 사용할 수 있다.
특히 본 발명에 따르면 통신 단말(100)은 사내망(400)과의 패킷 데이터 통신을 수행하기 위해서, LEG(300)와의 로컬 베어러를 활성화시키는 과정이 필요하며, 이에 대해서 설명한다.
상기 S406 내지 S409 과정과 별도로, HeNB(200)는 LEG(300)로 연결을 요청하는 메시지를 전송한다(S410). 본 메시지에는 통신 단말(100)의 ID, 해당 패킷 데이터 호의 HeNB(200)에서의 세션 ID, HeNB TEID가 포함된다. 그 중 해당 패킷 데이터 호의 HeNB(200)에서의 세션 ID와 HeNB TEID는 HeNB(200)가 할당한 것이다. 구체적으로 통신 단말(100)의 ID는 패킷 데이터를 수신하는 통신 단말(100)을 고유하게 식별하는 정보로서 예를 들면 IMSI(International Mobile Subscriber ID), GUTI(Globally Unique Temporary ID), 통신 단말(100)의 IP 주소 등일 수 있다. 해당 패킷 데이터 호의 HeNB(200)에서의 세션 ID는 HeNB(200)가 해당 패킷 데이터 호를 식별하기 위한 ID로서 예를 들어 E-RAB ID, DRB ID 등일 수 있다. HeNB TEID는 HeNB(200)-LEG(300) 구간에서의 로컬 베어러인 GTP 터널에 관한 ID로서, HeNB(200)를 종단점으로 하는 TEID(Tunneling Endpoint ID)이다.
상기 연결 요청 메시지를 수신한 LEG(300)는 통신 단말(100)을 인증한다(S411). 즉 LEG(300)는 해당 가입자가 사내망(400)에 접속하는 것이 가능한 가입자인지 여부를 판단한다. 예를 들어 LEG(300)는 상기 통신 단말(100)의 ID를 이용하여 본 인증을 수행할 수 있다.
또한 LEG(300)는 해당 패킷 데이터 호의 LEG(300)에서의 세션 ID를 할당한다(S412). 이는 LEG(300)가 해당 패킷 데이터 호를 식별하기 위한 ID이다.
또한 LEG(300)는 LEG TEID를 할당한다(S413). LEG TEID는 HeNB(200)-LEG(300) 구간에서의 로컬 베어러인 GTP 터널에 관한 ID로서, LEG(300)를 종단점으로 하는 TEID이다.
LEG(300)는 HeNB(200)로 연결 요청에 대한 응답 메시지를 전송하는데(S414), 본 메시지에는 통신 단말(100)의 인증 결과, 해당 패킷 데이터 호의 LEG(300)에서의 세션 ID, LEG TEID가 포함된다.
상기 과정을 통해 최종적으로 UE(100)-HeNB(200) 구간에서 DRB와 HeNB(200)-LEG(300) 구간에서 로컬 베어러가 생성되고(S415), 통신 단말(100)은 상기 베어러들을 통해 사내망(400)으로의 패킷 데이터를 송수신할 수 있다.
상술한 바와 같이 베어러 설정 이후, LEG(300)는 사내망(400)으로부터 발생한 상기 하향 링크 패킷 데이터를 로컬 베어러로 전송하고, 패킷 데이터는 DRB를 거쳐 통신 단말(100)로 전송된다(S416).
한편, 본 실시예에서처럼 사내망(400)으로부터 하향 링크 패킷 데이터가 발생하는 경우에도 상술한 바와 같이 UE(100)-EPC(600)간의 EPS 베어러가 활성화된다. 하지만 EPC(600)에서는 페이징을 시도하지 않은 것이므로, HeNB(200)에서는 상기 ECM 연결 설정 단계에서 EPC(600)로 Initial UE 메시지를 전송할 때, Cause에 Mt(Mobile Termination)에서 Mo(Mobile Origination)로 변경해서 전송하는 것이 바람직하다. 즉, EPC(600)의 입장에서, 통신 단말(100)이 발신을 시도한 것으로 인식하도록 변경하는 것이 필요하다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 통신 단말(100)이 EPC(600) 또는 사내망(400)과의 패킷 데이터 통신이 완료된 이후, 호가 해제될 때의 호 처리를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, HeNB(200)는, HeNB(200)와 EPC(600)간 S1 베어러가 유지된 상태의 단말로부터(S501), 호 해제 메시지(RRC Connection Release)를 수신한다(S502).
이어서 HeNB(200)는 EPC(600)로 UE Context 해제 요청(UE Context Release Request) 메시지를 전송하고(S503), EPC(600)는 HeNB(200)로 UE Context 해제 명령(UE Context Release Command)을 내린다(S504).
HeNB(200)는 해당 통신 단말(100)의 UE Context를 삭제하고(S505), 그 완료를 응답(UE Context Release Complete)한다(S506).
이로써 HeBN와 EPC(600) 구간에서의 S1 베어러는 해제된다(S507).
특히, 본 발명에 따라 형성된 HeNB(200)-LEG(300) 구간에서의 로컬 호도 해제될 필요가 있고, 이에 대해서 설명한다.
HeNB(200)는 LEG(300)로 로컬 호 해제 요청(Local Call Release Request) 메시지를 전송하며(S508), 본 메시지에는 통신 단말(100)의 ID가 포함된다. 통신 단말(100)의 ID는 예를 들어 IMSI, UE S1AP ID 등일 수 있다. 또는 본 메시지에는 세션 ID만 포함될 수도 있다.
LEG(300)는 로컬 호를 해제하고(S509), 로컬 호 해제 응답(Local Call Release Ack) 메시지를 HeNB(200)로 전송한다(S510). 본 메시지에는 호 설정시에 사용되었던 세션의 LEG(300) ID가 포함된다.
한편 도 2 내지 도 5를 참조하여 LEG(300)와 HeNB(200)의 연동 동작을 설명하였는데, LEG(300)는 NAT(Network Address Translation) 기능을 갖추는 것이 바람직하다. 즉 통신 단말(100)은 초기 EPC(600) 접속 과정에서 EPC(600)로부터 IP 주소를 부여 받게 되는데, 해당 IP 주소는 사내망(400)의 IP 대역과는 분리되는 것이기 때문이다. 따라서 중간 노드인 LEG(300)에서는 NAT 기능을 통해 통신 단말(100)들의 IP 주소를 사내망(400)의 IP 대역 내로 변환시키는 것이 바람직하다.
예를 들어 사내망(400) 내의 어느 통신 단말(100)이, 사내망(400) 내의 다른 통신 단말(100)로 패킷 데이터를 전송하는 경우, 그 다른 통신 단말(100)의 IP 주소는, EPC(600)로부터 부여 받은 IP 주소가 아니라, 사내망(400)의 IP 대역 내의 IP 주소여야 본 발명에 따른 LEG(300)와 HeNB(200)의 연동이 원활할 수 있고, 이를 위해 LEG(300)는 NAT 기능을 포함하는 것이 바람직하다.
본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 또한, 본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서의 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나 적절한 부결합(Subcombination)에서 구현될 수 있다.
도면에서 동작들이 특정한 순서로 설명되었으나, 그러한 동작들이 도시된 바와 같은 특정한 순서로 수행되는 것으로, 또는 일련의 연속된 순서, 또는 원하는 결과를 얻기 위해 모든 설명된 동작이 수행되는 것으로 이해되어서는 아니 된다. 어떤 환경에서는, 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 아울러, 상술한 실시예에서 다양한 시스템 구성요소의 구분은 모든 실시예에서 그러한 구분을 요구하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부한 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
100 : 통신 단말 200 : HeNB
300 : LEG 400 : 사내망
500 : PDN 600 : EPC(SGW, PGW, MME, EMS, HSS)

Claims (13)

  1. 초소형 기지국으로부터의 등록 요청에 따라 상기 초소형 기지국을 등록 처리하며 상기 초소형 기지국으로 사내망 식별 대역 정보를 전송하고, 상기 초소형 기지국을 통해 통신 단말 및 사내망 간 패킷 데이터의 송수신을 중계하는 사내망 게이트웨이; 및
    이동통신 코어망에 등록을 수행하고 그 등록 과정에서 획득한 사내망 게이트웨이의 정보를 이용하여 상기 사내망 게이트웨이에 등록을 요청하고, 상기 사내망 게이트웨이로부터 수신된 상기 사내망 식별 대역 정보에 기초하여 통신 단말의 데이터를 상기 이동통신 코어망 또는 상기 사내망 게이트웨이 중 어느 하나로 라우팅하는 상기 초소형 기지국;을 포함하는 로컬 통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초소형 기지국은,
    통신 단말로부터 데이터 호 발생시, 상기 이동통신 코어망과 베어러를 설정하면서 상기 사내망 게이트웨이와도 베어러를 설정하는 것을 특징으로 하는 로컬 통신 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 초소형 기지국은,
    상기 사내망 게이트웨이와 베어러 설정시, 상기 초소형 기지국에서 사용하는 세션 식별정보 및 상기 초소형 기지국을 종단점으로 하는 터널 종단점 식별정보를 할당하여 상기 사내망 게이트웨이로 전송하고,
    상기 사내망 게이트웨이는,
    상기 사내망 게이트웨이에서 사용하는 세션 식별정보 및 상기 사내망 게이트웨이를 종단점으로 하는 터널 종단점 식별정보를 상기 초소형 기지국으로 전송하여 상기 초소형 기지국과 베어러를 설정하는 것을 특징으로 하는 로컬 통신 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사내망 식별 대역 정보는,
    상기 사내망의 IP(Internet Protocol) 주소 대역 또는 APN(Access Point Name) 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 통신 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사내망 게이트웨이는,
    사내망으로부터 상기 통신 단말로의 패킷 데이터 발생시, 상기 초소형 기지국으로 상기 통신 단말에 대한 페이징을 요청하는 것을 특징으로 하는 로컬 통신 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 초소형 기지국은,
    상기 페이징에 따른 상기 통신 단말의 접속시 상기 이동통신 코어망으로 전송하는 초기 단말 메시지(Initial UE Message)에 포함되는 원인(cause)을 MT(Mobile Termination)에서 MO(Mobile Origination)으로 변경하는 것을 특징으로 하는 로컬 통신 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사내망 게이트웨이는,
    사내망에 접속하는 통신 단말의 IP 주소를 NAT(Network Address Translation) 기능을 이용하여 사내망 IP 주소 대역으로 변환하는 것을 특징으로 하는 로컬 통신 시스템.
  8. 이동통신 코어망 및 사내망 게이트웨이와 통신하는 초소형 기지국을 포함하는 로컬 통신 시스템에서의 로컬 통신 방법에 있어서,
    상기 초소형 기지국이 상기 이동통신 코어망에 등록을 수행하고 상기 이동통신 코어망으로부터 상기 사내망 게이트웨이의 정보를 획득하는 단계;
    상기 초소형 기지국이 상기 획득된 사내망 게이트웨이의 정보를 이용하여 상기 사내망 게이트웨이에 등록을 요청하는 단계;
    상기 초소형 기지국이 상기 사내망 게이트웨이로부터 사내망 식별 대역 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 초소형 기지국이 통신 단말로부터 수신되는 패킷 데이터를 상기 사내망 식별 대역 정보에 기초하여 상기 이동통신 코어망 또는 상기 사내망 게이트웨이 중 어느 하나로 라우팅하는 단계;를 포함하는 로컬 통신 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 사내망 식별 대역 정보를 수신하는 단계 이후에,
    상기 초소형 기지국이, 상기 이동통신 코어망과 베어러를 설정하면서 상기 사내망 게이트웨이와도 베어러를 설정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 통신 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 베어러를 설정하는 단계는,
    상기 초소형 기지국이, 상기 초소형 기지국에서 사용하는 세션 식별정보 및 상기 초소형 기지국을 종단점으로 하는 터널 종단점 식별정보를 할당하여 상기 사내망 게이트웨이로 전송하는 단계; 및
    상기 초소형 기지국이, 상기 사내망 게이트웨이에서 사용하는 세션 식별정보 및 상기 사내망 게이트웨이를 종단점으로 하는 터널 종단점 식별정보를 상기 사내망 게이트웨이로부터 수신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 통신 방법.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사내망 식별 대역 정보는,
    상기 사내망의 IP(Internet Protocol) 주소 대역 또는 APN(Access Point Name) 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 통신 방법.
  12. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    사내망으로부터 상기 통신 단말로의 패킷 데이터 발생시, 상기 초소형 기지국이 상기 사내망 게이트웨이로부터 상기 통신 단말에 대한 페이징 요청을 수신하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 통신 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 초소형 기지국이, 페이징에 따른 상기 통신 단말의 접속시, 상기 이동통신 코어망으로 전송하는 초기 단말 메시지(Initial UE Message)에 포함되는 원인(cause)을 MT(Mobile Termination)에서 MO(Mobile Origination)으로 변경하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 통신 방법.
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