KR101395405B1 - 로컬 ｉｐ 접속을 위한 ｎａｔ 횡단 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 백홀 IP 네트워크에 존재하는 NAT 장치를 횡단하는 방법에 관한 것이다. 홈 셀룰러 기지국 (HeNB)과 이에 인접하여 배치되고 로컬 IP 네트워크로의 접속을 제공하는 로컬 게이트웨이 (L-GW)는 상기 NAT 장치를 통해 이동 통신 운영자 (mobile operator) 의 패킷 코어 네트워크에 연결된다. 상기 방법은 상기 홈 셀룰러 기지국 (HeNB)과 보안 게이트웨이 (SeGW)사이의 IPsec 터널을 상기 NAT 장치를 통해 오프닝(open)하는 단계와; 상기 동일한 IPsec 터널을 통해 두개의 인터페이스를 터널링하는 단계를 포함하고, 제1 인터페이스는 로컬 종료점이 상기 홈 셀룰러 기지국 (HeNB)이고 리모트 종료점이 상기 운영자의 패킷 코어 네트워크에 존재하는 노드인 인터페이스이며, 제2 인터페이스는 로컬 종료점이 상기 로컬 게이트웨이 (L-GW)이고 리모트 종료점이 상기 운영자의 패킷 코어 네트워크에 존재하는 노드인 인터페이스이다. 또한, 본 발명은 홈 셀룰러 기지국 (HeNB)과 이에 인접하여 배치된 로컬 게이트웨이 (L-GW)로 구성된 노드에 관한 것이다.

Description

로컬 ＩＰ 접속을 위한 ＮＡＴ 횡단{NAT TRAVERSAL FOR LOCAL IP ACCESS}
본 발명은 LIPA로 알려진 로컬 IP 접속에 관한 것이다. LIPA는 이동 통신 네트워크의 특징이며, 3GPP의 릴리스-10(특히 3GPP TS 22.220 V10.0.0, 2009-09의 5.7.1장 참조)에서 소개되었다.
인터넷 세계와 전자통신 세계의 점진적인 통합으로 인터넷 상에서 제공되는 대부분의 서비스가 이동 전화 상에서 이용 가능하게 되었으며, 반대로 음성 서비스는 인터넷(Voice over IP)을 통하여 이용 가능하게 되었다. 또한, 유무선 통합(fixed-mobile convergence)은 셀룰러 네트워크(예를 들면, 이동하는 경우) 및 로컬 네트워크(집에 있는 경우 홈 네트워크, 또는 사무실 네트워크 또는 핫스팟 등) 양쪽에 연결 가능한 단일 통신 기기를 제안하는 것을 목적으로 한다. 유무선 통합이 널리 보급된 현실은 아직 아니지만, 많은 통신 기기들은 이미 셀룰러 네트워크에 연결하기 위한 무선 인터페이스 및 로컬 네트워크에 연결하기 위한 무선 인터페이스를 모두 가지고 있다. 하지만 대부분 상기 두개의 무선 인터페이스는 독립적으로 사용된다(즉, 사용자는 자신이 사용하고자 하는 무선 기술을, 명시적으로든 암시적으로든, 수동으로 선택한다). 두개의 무선 인터페이스를 갖는 것은 통신 기기가 두개의 통신 기술(예를 들면, WLAN 인터페이스 및 셀룰러 무선 인터페이스)을 내장하도록 요구하며, 이는 더 비용이 많이 들고, 더 많은 공간을 차지하고(크기 및 무게는 중요한 특징인데도), 2개의 무선 인터페이스에 전원이 공급될 필요가 있으므로 많은 에너지를 소모하고, 이는 통신 기기의 자율성을 감소시킨다(또한 배터리 수명을 감소시킴).
셀룰러 네트워크는 아주 넓은 커버리지를 제공하므로 아주 편리하다(예를 들면 GSM 사용자는 일반적으로 거의 세계 어디서든 전화를 걸 수 있다). 그러나, 그 대역폭은 일반적으로 (홈 네트워크를 위한 광섬유, DSL 또는 케이블 등의 고속 접속을 통해 일반적으로 인터넷에 연결되는) 로컬 네트워크의 사용자에게 제공되는 대역폭에 비해 오히려 낮다. 또한, 이들은 일반적으로 사용하기에 더 고가이다. 광범위한 커버리지에도 불구하고, 셀룰러 네트워크는 항상 이용 가능한 것이 아니다. 예를 들면, 어떤 원거리(어떤 시골 지역 이나 어떤 아주 작은 마을 등) 또는 셀룰러 네트워크의 신호가 미치지 않는 실내 위치(지하실, 몇 겹의 벽으로 둘러싸인 방 등)에서는 이용할 수 없다.
대체 네트워크 접속(일반적으로 유선 네트워크)이 이용 가능한 경우, 펨토셀이라고 불리는 작은 셀룰러 기지국이 셀룰러 네트워크의 이용 불가능 지역을 완화하기 위해 사용될 수 있다. 펨토셀은 일반적으로 최종 사용자 자신에 의해 설치되는 단순한 기기이다. 펨토셀은 (이들과 통신하기 위해 정규 셀룰러 네트워크 무선 인터페이스를 사용할 수 있는) 통신 기기에 대해 셀룰러 네트워크처럼 동작하며, 대체 네트워크 접속(광섬유, DSL 또는 케이블 가입을 통한 인터넷 접속 등)을 통해 셀룰러 네트워크 운영자의 코어 네트워크에 연결된다. 펨토셀은 어떤 형태의 셀룰러 네트워크 기술(예를 들면, WCDMA, GSM, CDMA2000, TD-SCDMA, WiMAX 또는 LTE 기술)에 대해서도 개발 가능하다. 3GPP는 HeNB(Home eNode B)와 같은 3G 펨토셀을 가리키며, LTE에서 펨토셀을 위한 적절한 용어는 HeNB(Home eNode B)이다. 펨토셀은 사실 "홈" 셀룰러 기지국이다.
음성 서비스의 유무선 통합의 관점에서, 펨토셀의 사용은 통신 기기에 두개의 무선 기술을 내장하는 것에 비하여 바람직한 대체 기술이다. 왜냐하면, 이 통신 기기는 구현하기 더 간단하고, 더 작고 가볍고 저가이며, 양질의 배터리 자율성을 부여하기 때문이다.
LIPA는 한 단계 더 나아가서 펨토셀을 통해 (음성 뿐만 아니라 여러 종류의 IP 기반 서비스을 위한) 홈 기반 네트워크에 통신 기기로부터의 접속을 제공하는 것을 목적으로 한다. 홈 기반 네트워크는 사실 임의의 로컬 네트워크이므로(예를 들면, 주거 지역 또는 사무실 환경 또는 공용 핫스팟에서 사용 가능), 개인의 가정(home)에 있는 네트워크일 필요는 없다("홈"이라는 용어는 광범위한 의미로 이해되어야 하며, 동일한 표현은 "홈" 셀룰러 기지국 등의 다른 표현에도 적용될 수 있다).
LIPA의 처음 사양은 이미 이용 가능하지만, 모든 문제들이 해결된 것이 아니므로 LIPA의 사양은 계속 확장되고 있다. 그러므로 LIPA는 3GPP에서 표준화 노력의 과제인 것이다. LIPA의 여러 부면들이 이들 목표를 달성할 방법에 관한 언급도 없이 아직도 해결해야 할 과제로서 표현되고 있다.
3GPP에서 현재 연구 중인 LIPA 해결책의 한 부류는 "로컬 PDN(Packet Data Network) 연결에 의존하는 해결책"으로 불리운다. 이런 형태의 해결책으로 여러 미해결된 문제점들이 있다.
기술 보고서 3GPP TR 23.8xy v0.2.0("Local IP Access and Selected IP Traffic Offload")는 펨토셀과 매크로셀 양쪽을 위한 SIPTO(Selected IP Traffic Offload)에 대한 구조적 해결책의 연구일 뿐만 아니라 펨토셀(Home NodeB 또는 Home eNodeB)에서 홈 기반 네트워크로의 LIPA를 위한 구조적 해결책의 연구이다. 기술 보고서 번호 23.8xy는 본 특허 명세서에서 우선권을 주장하는 최초의 특허 명세서(US 61/375,016)가 출원되었을 때(2009년 11월 2일) LIPA에 관한 기술 보고서을 위한 임시 번호였다. 이는 나중에 3GPP 이사회에 의해 영구적인 TR 번호를 부여받았다(TR 23.829). 이 문서의 모든 버전은 3GPP 웹 사이트 상에서 영구적인 이름으로 저장되어 있다. TR 23.829 v0.2.0는 본 명세서의 우선권 일자 이후 본 발명의 발명자에 의해 3GPP에 제출된 기술적인 공헌에 의해 갱신되었다. 최초의 우선권 명세서를 출원했을 때 이러한 기술 보고서에서 연구 중에 있었던 LIPA 해결책은 2개의 카테고리로 크게 요약할 수 있다. 첫번째는 로컬 PDN 연결을 이용하여 HeNB 내에서 수행되는 트래픽 브레이크아웃을 기반으로 한 해결책에 관한 것이고, 두번째는 NAT(Network Address Translation)에 의존하는 해결책에 관한 것이다. 제 1 카테고리는 본 발명의 관점에서 특별히 관심이 있는 것이다. 상기 기술 보고서는 연구 단계에 있었으므로 본 명세서의 우선일에는 상기 표준에서 합의된 완전한 구조를 포함하지 않았다. 대신 구조적 요구사항의 목록, 구조적 원리 및 미해결된 문제점 및 상기 문제점에 대한 제안된 해결책을 포함하였다. 도 1은 상기 기술 보고서에 따른 로컬 PDN 연결을 사용하여 HeNB를 위한 LIPA 해결책에 대한 실행 가능한 구조적 요구사항을 강조하고 있다.
도 1에 따른 실행 가능한 LIPA 요구사항을 아래에 기술한다. 로컬 PDN 게이트웨이(L-GW) 기능은 HeNB와 상호 연결되어 있다(예를 들면 이는 HeNB에 내장될 수 있거나, 각 기능이 해당 기기에 내장될 수 있으며, 양쪽 기기는 동일한 지리적 위치에 있다). 로컬 PDN 게이트웨이는 홈 기반 네트워크에 대한 직접 IP 접속을 제공한다. MME(Mobility Management Entity) 및 SGW(Serving GateWay) 노드는 운영자의 EPC(Evolved Packet Core)에 위치하고 있다. SeGW(Security Gateway) 노드는 운영자의 코어 네트워크의 가장자리에 위치한다. 그의 역할은 일반적으로 다른 제공자에 의해 소유된 것이므로 불안정하다고 간주되는 IP 백홀 네트워크를 거쳐 HeNB와 안정된 결합을 유지하기 위한 것이다. (일반적으로 NAT 장치로 동작하는) 홈 라우터는 통상적으로 오늘날 DSL 또는 케이블 접속 배치에서 알 수 있는 바와 같이 홈 기반 네트워크 및 IP 백홀 네트워크의 가장자리에 위치한다. 운영자의 코어 네트워크에 위치하는 외부의 PGW(PDN Gateway)로 이루어진 도 1에 도시된 구성요소(선택 가능)를 갖는 것 또한 가능하다. 이러한 구성요소는 홈 기반 네트워크의 접속과 평행으로 사용자가 운영자에 의해 제공되는 서비스를 접속하기 위해 필요한 경우 사용될 수 있다.
3GPP TR 23.8xy v0.2.0는 상술한 구조 형태를 갖는 아래의 미해결된 문제점을 다룬 것이다.
이러한 관점에서 해결할 필요가 있는 하나의 문제점은 최적 데이터 경로의 구축에 필요한 신호 정보의 정의를 포함한다(이는 "최적 라우팅" 또는 "최적화된 라우팅 정보의 문제점"으로 불리운다). 더 구체적으로, 활동 상태의 UE에 있어서, LIPA 트래픽에 사용되는 EPS/UMTS 베어러의 라우팅을 최적화하여 사용자 평면이 코어 SGW 및 SGSN을 우회하도록 하기 위한 메커니즘을 발견할 필요가 있었다. 아직 미해결된 문제점은 특히 직접 경로를 구축하기 위해 HeNB 및 L-GW에 의해 사용 가능한 정보의 형태이다("최적화된 라우팅 정보의 문제점"). 구체적으로 특정 UE에 있어서, 홈 기반 네트워크(즉, L-GW)로 향하는 상향링크 패킷과 외부의 PGW로 향하는 상향링크 패킷을 구별하기 위해 HeNB에 의해 사용 가능한 정보의 종류는 알 수 없었다. 특정 UE에 있어서, 적절한 무선 베어러 상에서 L-GW로부터 수신된 하향링크 패킷을 매핑하기 위해 HeNB에 의해 사용될 수 있는 정보의 종류도 또한 알 수 없었다.
다른 문제점은 상기 제안된 해결책은 로컬 브레이크아웃 지점(L-GW)이 사설 주소 영역, 예를 들면 NAT 게이트웨이 후방에 위치하는 경우 동작할 것으로 예상된다는 점이다(이는 "NAT 문제점" 또는 "NAT 장치 후방에서의 동작"으로 불리운다).
백홀 운영자가 합법적인 차단을 수행하도록 지원하는 방법은 또 다른 문제점이다("합법적인 차단의 문제점(Lawful Intercept issue)"으로 불리운다).
이러한 구조에서 페이징이 동작하는 방법은 아직 미해결된 문제점이었다. TR 23.8xy에서 발췌한 바와 같다: "IDLE 모드 하향링크 패킷 버퍼링 및 네트워크 트리거된 서비스 요청 절차의 시작이 H(e)NB에 대해 로컬이어야 하는지의 여부 또는 이 기능이 코어 네트워크에 있어야 하는지의 여부는 FFS이며, UE 당 두개의 SGW(하나는 코어 네트워크에 있고 하나는 H(e)NB 서브시스템에 있음)에 이르게 되므로, 이는 현재의 TS 23.401 구조 원리와는 맞지 않는다".
릴리스 99로부터 시작하여, 3GPP 규격은 임의의 매크로셀로부터 사설 기업 네트워크(인트라넷)에 대한 접속을 위한 규정을 제공한다. 이는 종종 네트워크 기반 VPN 접속으로 불리운다.
LIPA로 인해 기업을 떠나지 않고 기업 네트워크에 대한 모든 트래픽이 로컬 라우팅되는 방법으로 펨토셀로부터 기업 네트워크를 접속하는 것이 가능하게 되었다.
매크로와 펨토 시나리오의 주요 차이점은 인트라넷에 대한 진입 지점을 나타내는 게이트웨이에 있다. 매크로 시나리오에서 단말은 운영자의 EPC(Evolved Packet Core)의 일부이고 인트라넷의 진입 지점에 대해 제 2 계층 터널을 미리 구축한 PGW(PDN Gateway)에 대한 PDN(Packet Data Network) 연결을 구축한다. 반대로, 펨토셀 시나리오에서 단말은 기업 네트워크 내에 머물고 있는 L-GW(Local Gateway)에 대한 연결을 구축한다.
양쪽의 경우 동일한 APN(Access Point Name)이 기업 네트워크에 접속하기 위해 사용된다고 가정할 때, 단말이 기업의 펨토셀이나 다른 곳으로부터 연결을 구축하고 있는지의 여부에 따라 올바른 게이트웨이를 선택할 때 EPC를 지원하기 위해 얼마의 추가 정보가 요구된다.
도 2는 UE가 매크로 셀(eNodeB - eNB)이나 펨토 셀(Home eNodeB - HeNB) 어느 하나를 통해 기업 네트워크에 접속할 수 잇는 시나리오를 도시한 것이다.
매크로 셀을 통한 VPN 접속에 있어서 PDN 접속 구축을 위한 신호 경로는 UE에서 PGW까지의 (이중 실선의) 화살표로 나타낸다. UE로부터 수신한 PDN 연결 요청에 근거하여, MME(Mobility Management Entity)는 3GPP TS 23.401 ("Evolved Packet Core for 3GPP access")에 기술된 바와 같은 HSS의 가입 레코드에 대하여 UE에 의해 요청된 APN을 확인한다. 상기 요청된 APN에 접속하기 위해 UE가 인증되면, MME는 APN-FQDN, 즉 3GPP TS 23.003("Numbering, Addressing and Identification") 및 3GPP TS 29.303("Domain Name System Procedures; Stage 3")에 규정된 APN 서브스트링으로 구성된 전체 공인 도메인명(Fully Qualified Domain Name)의 DNS 결정에 의존하여 PGW 선택을 수행한다.
예컨대, VPN 접속을 위한 APN이 "companyABCvpn"인 경우, DNS 결정에 사용되는 해당 APN-FQDN은 일반적으로 다음과 같이 구성할 수 있다:
"companyABCvpn.epc.mnc015.mcc234.3gppnetwork.org"
반대로, LIPA를 통한 기업 접속에 있어서, PDN 연결 구축을 위한 신호 경로는 (이중 점선으로) UE에서 L-GW까지의 화살표로 나타낸다. 이 경우 MME는 APN-FQDN에 근거하여 평상시의 DNS 결정을 번복하고 상기 APN 이외의 또는 상기 APN에 추가되는 정보에 근거하여 L-GW 선택을 수행할 필요가 있다.
최초의 우선권이 출원된 시점에서는 3GPP TR 23.829 v1.1.0("LIPA and SIPTO")에 기술된 L-GW 선택을 위한 두가지 선택방법이 있었으나, 어느 것을 규격화해야 할 것인지에 대한 합의가 없었다. 첫번째 제안은 RAN(Radio Access Network, 즉 HeNB로부터)으로부터 신호화된 L-GW 주소를 갖는 것이다. 다른 제안은 펨토셀의 CSG 식별자를 포함하는 FQDN으로 된 DNS 기반의 결정을 사용하는 것이다.
단순화를 위해, 도 2는 LIPA 접속에 대해서도 SGW(Serving GateWay)가 기업 네트워크의 외부에 위치한다고 가정한다. 이것은 하나의 가능성이지만, 도 3에 도시한 바와 같이, LIPA 접속에 있어서 시스템은 기업 네트워크(도 3의 L-SGW) 내에 머물고 있으며 L-GW와 상호 연결된 SGW를 선택할 가능성이 있다.
현재의 해결책은 동일한 APN이 매크로셀 및 펨토셀 양쪽을 통해 기업 네트워크에 접속하기 위해 사용되는 경우 문제점이 있다. 사실, 게이트웨이 선택은 단말이 기업 펨토셀 또는 어떤 다른 곳에서 PDN 연결 구축을 요청하고 있는지에 달려있기 때문에 PGW/LGW 선택을 수행하는 MME(Mobility Management Entity)는 어떤 게이트웨이를 선택할 것인지 알 수 없다. APN은 PDN 연결 요청이 발신되는 CSG와 관계없이, "LIPA only", "LIPA prohibited" 또는 “LIPA conditional"인 것으로 식별될 수 있다.
MME은 모든 UE 관련 신호 메시지에서 RAN에 의해 제공되는 CSG ID로 인해 단말이 펨토셀 내에 있는지의 여부를 알 수 있다. 그러나 (최초의 우선권 명세서의 출원 시점에서) 사용자의 가입 레코드는 상기 요청된 APN과 UE가 현재 머물고 있는 펨토셀의 CSG ID의 가능성 있는 연결에 대한 어떤 정보도 제공하지 않는다.
MME가 UE가 펨토셀로부터 기업 APN을 요청할 때마다 기업 L-GW를 선택한다면, 이는 도 4에 도시된 에러를 발생하게 할 것이다. 즉, 사용자가 그의 홈(거주지의) 펨토셀을 통해 기업 APN으로 PDN 연결을 요청하는 시나리오를 고려한다. 이 경우 MME는 기업 네트워크(이중 점선으로 된 UE에서 L-GW까지의 화살표)에 머물고 있는 L-GW를 선택해서는 안되고, 대신 UE가 매크로셀에 있었던 것과 같은 방식으로 PGW(이중 실선으로 된 UE에서 PGW까지의 화살표)를 선택해야 한다.
어떤 HSS 데이터를 설명하는 3GPP TS 23.401의 표 5.7.1-1은 또한 본 발명의 이해를 위해 유용한 것이므로 아래에 복제하였다.
Figure 112012034830599-pct00001
본 발명은 상기 상황을 개선하기 위한 것이다.
본 발명은 특히 백홀 IP 네트워크에 존재하는 NAT 장치를 횡단하는 방법에 관한 것이다. 홈 셀룰러 기지국 (예를 들면, LTE 환경에서의 HeNB)과 이에 인접하여 배치되고 로컬 IP 네트워크로의 접속을 제공하는 로컬 게이트웨이 (L-GW)는 상기 NAT 장치를 통해 이동 통신 운영자 (mobile operator)의 패킷 코어 네트워크에 연결된다. 상기 방법은 상기 홈 셀룰러 기지국과 보안 게이트웨이 사이의 IPsec 터널을 상기 NAT 장치를 통해 오프닝(open)하는 단계와; 상기 동일한 IPsec 터널을 통해 적어도 두개의 인터페이스를 터널링하는 단계를 포함한다. 상기 IPsec 터널은 NAT 횡단을 위해 UDP-봉합되어 있다. 제1 인터페이스는 로컬 종료점이 상기 홈 셀룰러 기지국 (HeNB) 이고 리모트 종료점이 상기 운영자의 패킷 코어 네트워크에 존재하는 노드인 인터페이스이다. 예를 들어, 상기 제1 인터페이스가 luh 인터페이스인 경우, 상기 luh 인터페이스는 HNB 게이트웨이 (즉, 상기 리모트 종료점은 상기 HNB 게이트웨이가 됨) 에서 종료되고, 상기 제1 인터페이스가 S1-U 인터페이스인 경우, 상기 인터페이스의 리모트 종료점은 서빙 게이트웨이 (SGW)가 된다. 제2 인터페이스는 로컬 종료점이 상기 로컬 게이트웨이 (L-GW)이고 리모트 종료점이 서빙 게이트웨이 (SGW)와 같은 (such as) 상기 운영자의 패킷 코어 네트워크 에 존재하는 노드인 인터페이스이다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 제1 인터페이스는 S1-U 인터페이스일 수 있고, 상기 제2 인터페이스는 S5 사용자 평면 인터페이스일 수 있다.
대안적으로, 상기 제1 인터페이스는 luh 사용자 평면 인터페이스일 수 있고, 상기 제2 인터페이스는 S5 사용자 평면 인터페이스일 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 두개의 인터페이스 각각의 로컬 종료점은 전송 특유의 어드레스 집합 (a set of transport specific addresses)과 연계될 수 있다. 상기 집합의 각 전송 특유의 어드레스는, 예를 들어, {IP 어드레스, TEID범위}의 형태를 가질 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 두개의 인터페이스 각각의 로컬 종료점은 고유한 IP 어드레스를 가질수 있고, 상기 두개의 IP 어드레스들은 IKEv2 프로토콜을 통해 획득될 수 있다.
대안적으로, 상기 두개의 인터페이스 각각의 로컬 종료점은 동일한 IP 어드레스를 가질수 있지만, TEID의 명확한 범위가 상기 두개의 로컬 종료점 각각에 할당 될 수 있다.
본 발명의 실시예는 또한 홈 셀룰러 기지국과 이에 인접하여 배치되고 로컬 IP 네트워크로의 접속을 제공하는 로컬 게이트웨이를 포함하는 노드에 관한 것이다. 상기 노드는 백홀 IP 네트워크에 존재하는 NAT 장치를 통해 이동통신 운영자 (mobile operator)의 패킷 코어 네트워크에 연결된다. 상기 홈 셀룰러 기지국은 상기 NAT 장치를 횡단하기 위해, 보안 게이트웨이와 IPsec 터널을 수립하도록 설정된다. 상기 노드는 동일한 IPsec 터널을 통해 적어도 두개의 인터페이스들을 터널링하도록 (tunnel) 설정된다. 제1 인터페이스는 로컬 종료점이 상기 홈 셀룰러 기지국 (HeNB) 이고 리모트 종료점이 상기 운영자의 패킷 코어 네트워크에 존재하는 노드인 인터페이스이다. 상기한 방법에서와 같이, luh의 경우, 상기 luh 인터페이스의 리모트 종료점은 HNB 게이트웨이이고, S1-U 인터페이스인 경우, 상기 인터페이스의 리모트 종료점은 서빙 게이트웨이 (SGW)가 된다. 제2 인터페이스는 로컬 종료점이 상기 로컬 게이트웨이 (L-GW) 이고 리모트 종료점이 상기 운영자의 패킷 코어 네트워크, 즉, 서빙 게이트웨이 (SGW), 에 존재하는 노드인 인터페이스이다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 제1 인터페이스는 S1-U 인터페이스일 수 있고, 상기 제2 인터페이스는 S5 사용자 평면 인터페이스일 수 있다.
대안적으로, 상기 제1 인터페이스는 luh 사용자 평면 인터페이스일 수 있고, 상기 제2 인터페이스는 S5 사용자 평면 인터페이스일 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 노드는 상기 두개의 인터페이스 각각의 로컬 종료점을 전송 특유의 어드레스 집합과 연계시키드록 설정될 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 노드는 상기 두개의 인터페이스 각각의 로컬 종료점에 고유의 IP 어드레스들을 제공하도록 설정될 수 있고, 상기 두개의 IP 어드레스들은 IKEv2 프로토콜을 통해 획득될 수 있다.
대안적으로, 상기 노드는 상기 두개의 인터페이스 각각의 로컬 종료점에 동일한 IP 어드레스들 제공하도록 설정될 수 있고, 상기 두개의 종료점 각각에 TEID의 명확한 범위를 할당하도록 설정될 수 있다.
도 1은 로컬 PDN 연결을 이용한 HeNB를 위한 LIPA 해결 방법의 예를 도시한 도면이다.
도 2는 매크로셀로부터의 기업 접속과 펨토셀로부터의 기업 접속을 비교하는 도면이다.
도 3은 L-SGW를 갖는 도 2의 대체 방법인 매크로셀로부터의 기업 접속과 펨토셀로부터의 기업 접속을 비교하는 도면이다.
도 4는 펨토셀로부터 기업 접속이 허용되지 않는 오류의 경우를 도시한 도면이다.
도 5는 S5-GTP를 갖는 최적화된 라우팅 정보를 도시한 도면이다.
도 6은 S5-PMIP를 갖는 최적화된 라우팅 정보를 도시한 도면이다.
도 7은 GTP 기반의 S5를 갖는 사용자 평면 프로토콜 스택을 도시한 도면이다.
도 8은 단계 17에 부가적인 파라미터를 갖는 접속 절차(3GPP TS 23.401 "Evolved Packet Core architecture for 3GPP accesses; Stage 2"로부터)를 도시한 도면이다.
도 9는 단계 4에 부가적인 파라미터를 갖는 전용 베어러 활성화 절차(3GPP TS 23.401 "Evolved Packet Core architecture for 3GPP accesses; Stage 2"로부터)를 도시한 도면이다.
도 10은 단계 7에 부가적인 파라미터를 갖는 UE 요청 PDN 연결(3GPP TS 23.401 "Evolved Packet Core architecture for 3GPP accesses; Stage 2"로부터)을 도시한 도면이다.
도 11은 단계 5에 부가적인 파라미터를 갖는 S1 기반 핸드오버(3GPP TS 23.401 "Evolved Packet Core architecture for 3GPP accesses; Stage 2"로부터)를 도시한 도면이다.
도 12는 단계 4에 부가적인 파라미터를 갖는 UE 트리거된 서비스 요청 절차(3GPP TS 23.401 "Evolved Packet Core architecture for 3GPP accesses; Stage 2"로부터)를 도시한 도면이다.
도 13은 단계 2a에 부가적인 파라미터를 갖는 네트워크 트리거된 서비스 요청 절차(3GPP TS 23.401 "Evolved Packet Core architecture for 3GPP accesses; Stage 2"로부터)를 도시한 도면이다.
도 14는 HeNB와 SeGW 간의 IPsec 터널의 구축(3GPP TS 33.320 v1.0.0 "3GPP Security Aspect of Home NodeB and Home eNodeB"로부터)을 위한 IKEv2 신호를 도시한 도면이다.
도 15는 부가적인 파라미터를 갖는 UE 컨텍스트 수정 절차(3GPP TS 36.413 "S1 Application Protocol (S1-AP)"로부터)를 도시한 도면이다.
도 16은 로컬 PDN 연결을 이용한 HNB를 위한 등가의 LIPA 해결 방법을 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, LTE 컨텍스트에서 사용자 기기 또는 단순히 UE로 불리우는 통신 장치가 홈 기반 네트워크와 능동적으로 통신하는 경우, 트래픽은 아래와 같이 단축 경로를 따른다. UE에 의해 전송되고 HeNB에 의해 수신되는 상향링크 패킷은 상호 연결된 L-GW 기능으로 직접 전달되고, 이는 상기 상향링크 패킷을 홈 기반 네트워크로 중계한다. L-GW 기능에 의해 수신된 하향링크 패킷은 상호 연결된 HeNB로 직접 전달되고, 이는 상기 하향링크 패킷을 무선 인터페이스 상에서 UE로 중계한다.
즉, UE가 능동적인 통신에 참여하는 경우, 종종 "트럼보닝"이라고 불리는 S1-U 및 S5 기준점을 횡단하는 환상의 트래픽 교환(circular traffic exchange)은 없다.
도 5의 상부는 GTP 기반의 S5(S5-GTP로 칭함)를 갖는 네트워크 내에서 패킷 포워딩을 위해 사용되는 최신 기술에 의한 여러 가지 EPS 노드에 저장된 사용자 평면 정보를 나타낸 것이다. 저장된 정보는 다음과 같다. S1 eNB TEID는 S1 상의 GTP-U 프로토콜에 사용되고, eNB에 의해 할당되고, eNB 및 SGW에 저장되는 터널 종점 식별자이다. S1 SGW TEID는 S1 상의 GTP-U 프로토콜에 사용되고, SGW에 의해 할당되고, eNB, SGW 및 MME에 저장되는 터널 종점 식별자이다. S5 SGW TEID는 S5 상의 GTP-U 프로토콜에 사용되고, SGW에 의해 할당되고, SGW 및 PGW에 저장되는 터널 종점 식별자이다. S5 PGW TEID는 S5 상의 GTP-U 프로토콜에 사용되고, PGW에 의해 할당되고, SGW, PGW 및 MME에 저장되는 터널 종점 식별자이다.
도 5의 하부는 PGW(로컬 게이트웨이에 대해, L-GW로 칭함)가 HeNB와 상호 연결되는 본 발명의 실시예에 따른 해당 LIPA 시나리오에 초점을 맞추었다. 도 5에 도시한 바와 같이, 상호 연결된 최신 기술의 노드의 L-GW 기능 및 HeNB 기능은 서로 공통된 정보를 공유하지 않는다.
결합된 HeNB/L-GW 노드가 IP 패킷과 해당 EPS 베어러(또는 E-RAB) 간의 매핑을 식별하게 하기 위해 다음과 같이 S5 PGW TEID 파라미터를 사용하도록 제안한다.
S5 PGW TEID는 MME가 알고 있으며 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST 또는 E-RAB SETUP REQUEST 등과 같은 메시지 내에서 E-RAB 컨텍스트 설정의 일부로서 S1-MME를 횡단하여 HeNB로 발신된다. 그러므로 PGW TEID로 약칭되는 이러한 S5 PGW TEID는 본 발명의 실시예에서 제 1 상관 ID로 사용 가능하다.
바람직한 실시예에서, 하향링크 패킷을 위해 L-GW 기능은 EPS 베어러에 대해 통상적인 베어러 바인딩을 수행하며, 이는 기본적인 S5 PGW TEID 파라미터를 식별케 한다. 다음 L-GW 기능은 (내부적으로) S5 PGW TEID 파라미터를 IP 패킷과 함께 HeNB 기능으로 전달한다. 이는 L-GW와 HeNB가 상호 연결되어 있다는 의미에서 내부적인 동작이다(따라서 정보가 외부 네트워크를 통해 이동해야 할 필요가 없다). 그러나 L-GW와 HeNB 간의 인터페이스는 (예를 들면) HeNB와 상호 연결되지 않은 통상의 PGW를 위해 개발된 소프트웨어 브릭을 재사용하기 위해 네트워크 프로토콜에 의존할 수 있다.
HeNB 기능은 S5 PGW TEID를 해당 S1 eNB TEID로 매핑하므로 적절한 E-RAB 컨텍스트 및 패킷을 UE로 전송할 해당 무선 베어러를 식별한다.
바람직한 실시예에서, 상향링크 패킷을 위해 무선 베어러 컨텍스트에서 S5 PGW TEID 파라미터의 존재는 상기 패킷이 S1-U(사용자 평면 인터페이스)를 통해서가 아니라 L-GW 기능으로 전달되어야 함을 지시한다. S5 PGW TEID 파라미터는 IP 패킷과 함께 (내부적으로) 전달되며, 이는 예를 들면 베어러 바인딩 검증을 수행하기 위해 L-GW 기능에 의해 사용 가능하다.
도 6은 GTP 기반의 S5 대신에 PMIP 기반의 S5(S5-PMIP)에 대하여 동일한 문제점을 고려한 것이다.
도 6의 상부는 S5-PMIP를 갖는 네트워크 내의 패킷 포워딩을 위해 사용되는 기지의 구조에 따라 여러 가지 EPS 노드에 저장된 사용자 평면 정보를 도시한 것이다. S5와 관련된 상기 저장된 정보는 S5-GTP의 경우와 다르며(PMIP에 한정된 정보를 위해 도 6에서는 볼드 이탤릭체를 사용) 아래와 같이 기술할 수 있다.
S5 SGW GRE는 S5 상의 GRE 캡슐화 IP 패킷에 사용되고, SGW에 의해 할당되고, SGW 및 PGW에 저장되는 GRE 키이다. GRE는 Generic Routing Encapsulation을 의미하며 IP 터널 내의 광범위한 종류의 네트워크 계층 프로토콜 패킷 형태를 캡슐화할 수 있는 터널링 프로토콜이다. S5 PGW GRE는 S5 상의 GRE 캡슐화 IP 패킷에 사용되고, PGW에 의해 할당되고, SGW, PGW 및 MME에 저장되는 GRE 키이다.
도 6의 하부는 PGW(L-GW로 칭함)가 HeNB와 상호 연결되는 해당 LIPA 시나리오에 초점을 맞추었다. 도 6에 도시한 바와 같이, 상호 연결된 노드의 L-GW 기능 및 HeNB 기능은 서로 공통된 정보를 공유하지 않는다. 결합된 HeNB/L-GW 노드가 IP 패킷과 해당 EPS 베어러(또는 E-RAB) 간의 매핑을 식별하게 하기 위해 다음과 같이 S5 PGW GRE 파라미터를 사용하도록 제안한다.
S5 PGW GRE는 MME가 알고 있으며 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST 또는 E-RAB SETUP REQUEST 등과 같은 메시지 내에서 E-RAB 컨텍스트 설정의 일부로서 S1-MME를 횡단하여 HeNB로 발신된다.
하향링크 패킷을 위해, L-GW 기능은 이 UE에 대해 로컬 PDN 연결에 대응하는 S5 PGW GRE 키를 식별한다. L-GW 기능은 (내부적으로) S5 PGW GRE 파라미터를 IP 패킷과 함께 HeNB 기능으로 전달한다. HeNB 기능은 S5 PGW GRE를 해당 S1 eNB TEID로 매핑하므로 적절한 E-RAB 컨텍스트 및 해당 무선 베어러를 식별한다.
상향링크 패킷을 위해, 무선 베어러 컨텍스트에서 S5 PGW GRE 파라미터의 존재는 상기 패킷이 S1-U를 통해서가 아니라 L-GW 기능으로 전달되어야 함을 지시한다. 상기 제안된 PMIP를 위한 해결 방법은 PDN 연결(즉, 디폴트 EPS 베어러)마다 단지 하나의 EPS 베어러가 있는 경우에만 동작하며, 이는 가장 일반적인 LIPA 배치 시나리오일 것으로 예상된다.
상술한 실시예 또는 변형예의 일부를 예를 들면 다음과 같은 방식으로 3GPP 표준에 통합 가능하다.
도 8은 상기 절차(즉, 3GPP TS 36.413 "S1 Application Protocol(S1-AP)"에 규정된 S1-AP 프로토콜의 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST 메시지)의 단계 17에 (S5-GTP를 위한) S5 PGW TEID 파라미터 및 (S5-PMIP를 위한) S5 PGW GRE 파라미터가 부가되는 본 발명의 실시예에 따라 변형된 3GPP TS 23.401("Evolved Packet Core architecture for 3GPP accesses; Stage 2")에 따른 접속 절차를 설명한다. 상기 접속/수락은 NAS(Non-Access-Stratum, 코어 네트워크과 사용자 기기 간의 무선 전기 통신 프로토콜 스택의 기능 계층) 즉, 다른 프로토콜(최초의 컨텍스트 설정 요청은 S1-AP에 근거)에 근거해 있지만 S1 제어 메시지에 피기백 방식으로 부가되어 있다. 단계 17에서, MME는 필요한 경우에만 상관 ID를 접속하도록 결정한다. 구축이 요청된 연결이 LIPA 연결이 아닌 경우, 상관 ID를 필요로 하지 않는다. 단계 11에서, 상기 요청된 연결이 LIPA를 위한 것인지 아닌지가 판단될 수 있고, 만약 현재의 CSG가 LIPA를 위해 허용되지 않는다면, 상기 요청된 연결은 거절되어야 한다. LIPA 연결의 단순한 요청으로부터 LIPA 연결의 인가를 구별하는 것이 유용하다.
도 9는 상기 절차(즉, S1-AP 프로토콜의 BEARER SETUP REQUEST 메시지)의 단계 4에 S5 PGW TEID 파라미터가 부가된 본 발명의 실시예에 따라 변형된 3GPP TS 23.401로부터의 전용 베어러 활성화 절차를 도시한 도면이다. 이 경우에는 단지 S5-GTP 만이 적용 가능하다(MPIP는 불가).
도 10은 상기 절차(즉, S1-AP 프로토콜의 BEARER SETUP REQUEST 메시지)의 단계 7에 (S5-GTP를 위한) S5 PGW TEID 파라미터 및 (S5-PMIP를 위한) S5 PGW GRE 파라미터가 부가된 본 발명의 실시예에 따라 변형된 3GPP 23.401로부터의 UE 요청 PDN 연결 절차를 도시한 도면이다.
도 11은 상기 절차(즉, S1-AP 프로토콜의 HANDOVER REQUEST 메시지)의 단계 5에 (S5-GTP를 위한) S5 PGW TEID 파라미터 및 (S5-PMIP를 위한) S5 PGW GRE 파라미터가 부가된 본 발명의 실시예에 따라 변형된 3GPP 23.401로부터의 S1 기반 핸드오버 절차를 도시한 도면이다.
도 12는 상기 절차(즉, S1-AP 프로토콜의 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST 메시지)의 단계 4에 (S5-GTP를 위한) S5 PGW TEID 파라미터 및 (S5-PMIP를 위한) S5 PGW GRE 파라미터가 부가된 본 발명의 실시예에 따라 변형된 3GPP 23.401로부터의 서비스 요청 절차를 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, "NAT 문제점"을 다루기 위해 S1-MME 및 S1-U 기준점을 3GPP TS 33.320 v1.0.0 "3GPP Security Aspect of Home NodeB and Home eNodeB"에 규정된 HeNB 와 SeGW 간에 구축된 IPsec 터널 내의 터널링에 의해 확보할 수 있다. 이러한 표준화된 확보 메커니즘에 더하여, 도 1은 (SGW와 L-GW 간의) S5 기준점 또한 HeNB 와 SeGW 간에 구축된 동일한 IPsec 터널 내의 터널링에 의해 확보할 수 있음을 제안하고 있다.
이러한 마련은 L-GW 기능 달성도에 대해 편리한 해결 방법을 제공한다. 즉 L-GW 기능은 홈 네트워크에 속해 있으며 사설 IP 주소를 사용한다. 이와 같이 L-GW 기능은 외부에서 예를 들면 SGW에 의해 개시된 트랜잭션을 S5를 통해 시그널링하는 것은 쉽게 달성할 수 없다.
IPsec 터널 내의 S5 터널링에 의해, L-GW 기능은 진화형 패킷 코어 네트워크으로부터 할당된 IP 주소를 통해 달성 가능하다. 이론적으로, S5는 S1을 위해 사용되는 것과는 다른 IPsec 터널에서 터널링할 수 있지만, 그렇게 하지 않는 것이 유리하다. 영구적으로 동작하는 S1을 위한 IPsec 터널과는 달리, S5 IPsec 터널은 펨토셀 사용자가 홈 기반의 네트워크에 접속할 필요가 있을 경우에만 필요한 것이다. 또한, 2개의 IPsec 터널 개방은 일반적으로 두개 이상의 자격 증명을 요할 수 있으며(서로 다른 IPsec 터널을 통해 당사자들을 인증하기 위해서는 일반적으로 서로 다른 자격 증명을 요한다), 복잡성을 증가시키면서 확장성의 문제점을 제기할 수 있다. 동일한 자격 증명은 어떤 경우 가능할 수 있지만 특정 환경에 따라 보안을 약화시킬 수 있다.
S5-GTP를 사용하는 경우, IPsec 터널 내에는 두가지 경우의 GTP-U가 있는데, S1-U를 통한 GTP-U 및 S5를 통한 GTP-U이다. 이는 도 7에서 설명한 문제점을 발생시킨다.
도 7은 S1-U 및 S5 상의 사용자 평면 프로토콜 스택을 도시한 것이다. GTP-U 프로토콜은 UDP를 통해 운송되며 잘 알려진 UDP 포트 번호(포트 번호 2152)를 갖는다. 상기 결합된 HeNB/L-GW 노드가 S1-U 및 S5 모두에 대해 동일한 IP 주소를 사용하는 경우, SGW는 S5 상에서 이동하는 패킷과 S1-U 상에서 이동하는 패킷을 구분할 수 없을 것이다.
SGW가 S5 상에서 이동하는 패킷과 S1-U 상에서 이동하는 패킷을 구분하기 위해, 상기 결합된 HeNB/L-GW 노드의 바람직한 실시예는 두 개의 다른 주소를 사용하는데, 하나는 HeNB 기능을 위한 것이고 다른 하나는 L-GW 기능을 위한 것이다. 예를 들면, HeNB와 SeGW 간의 IPsec 터널은 IKEv2 프로토콜(IETF RFC 4306 "Internet Key Exchange IKEv2 protocol")을 갖는 3GPP TS 33.320 v1.0.0("3GPP Security Aspect of Home NodeB and Home eNodeB")에 따라 구축된다. 바람직한 실시예에 의하면, IKEv2 프로토콜이 "이니시에이터(initiator)"가 최초의 IKEv2 교환시 CFG-REQUEST 구성 페이로드를 통해 다수의 "내부 IP 주소"를 요청하게 한다는 사실을 이용하도록 제안하고 있다(RFC 4306의 3.15.1절 참조). 상기 "이니시에이터" 역할에서, 상기 결합된 HeNB/L-GW 노드가 그후에 적어도 2개의 내부 IP 주소를 요청한다면 하나는 HeNB에 또 다른 하나는 L-GW 기능에 할당될 수 있다. S1-MME 인터페이스의 설정시, L-GW 주소는 3GPP TS 36.413("S1 Application Protocol (S1-AP)")에 정의된 S1 SETUP REQUEST 메시지의 일부로서 MME에 전달단다. 또한, L-GW 주소는 TS 36.413에 정의된 INITIAL UE MESSAGE 메시지에 전달 가능하지만, 이는 일반적으로 S1 SETUP REQUEST 메시지로 전송하는 것보다 비효율적이다.
또한, HeNB 기능 및 L-GW 기능이 동일한 IP 주소를 공유하고, TEID 할당 로직을 HeNB 및 L-GW에 구성하여 S5 및 S1-U 양쪽에서 동일한 TEID를 동시에 사용하지 않도록 하는 것이 가능하다. 예컨대, 이는 TEID 값 범위를 HeNB 및 L-GW 기능에 각각 지정된 두개의 배타적 하위범위(disjoint subrange)로 나누어 달성할 수 있다. 상기 하위범위는 바람직하게는 인접해 있지만, 어떤 하위범위도 원칙적으로는 수용 가능하며, 예를 들면 홀수의 TEID를 S5에 그리고 짝수의 TEID를 S1-U에 사용하도록 결정할 수 있고, 반대로도 가능하다. 상기 TEID를 할당하는 엔티티는 SGW가 아니고, HeNB/L-GW이다.
PMIP가 S5에 사용되는 경우 HeNB 및 L-GW 기능에 2개의 다른 IP 주소를 사용하는 것이 가능하지만 그렇게 하는 것이 요구되는 것은 아니다. 왜냐하면 S1-U 및 S5에 대한 사용자 평면 프로토콜은 다르므로(GTP-U 대 GRE 캡슐화 IP 패킷), 단일 IP 주소로도 데이터 스트림을 구분하는 것이 가능하기 때문이다. 하지만 두개의 IP 주소를 갖는 것은 두 프로토콜의 구분을 단순화할 수 있다.
상술한 실시예 또는 그들의 변형예 중 얼마는 예를 들면 본 발명의 실시예에 따라 변형된 3GPP TS 33.320 v1.0.0("3GPP Security Aspect of Home NodeB and Home eNodeB")로부터 HeNB와 SeGW 간의 IPsec 터널의 구축을 위한 IKEv2 신호를 도시한 도 14에 묘사된 바와 같이 3GPP 표준으로 통합 가능하다. 따라서 호출 순서도는 2개의 "내부" IP 주소(하나는 HeNB 기능에 관한 것이고 다른 하나는 L-GW 기능에 관한 것이다)를 요청하도록 변형된 절차의 단계 4의 CFP_REQUEST 구성 페이로드를 포함한다. 마찬가지로, 단계 7의 CSF-REPLY는 상기 요청된 IP 주소를 제공하도록 SeGW에 의해 사용된다.
"합법적인 차단의 문제점(Lawful Intercept issue)"에 관해서는, (트롬보닝이 없는) 단축 경로 상의 패킷 이동이 EPC 운영자 권한 밖의 일이라는 사실에 문제가 있다.
합법적 차단을 지원하기 위해, 본 명세서에서는 EPC 요청에 근거하여 S1-U 및 S5 상에 (단축 경로를 통해 교환되는) 매 IP 패킷의 사본을 각각 전송하도록 제안한다. 이러한 절차의 세부사항은 다음과 같다. 로컬 PDN 연결의 구축시 또는 이후 어느 때에라도, MME는 HeNB로부터 (예를 들면 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST 메시지 또는 E-RAB SETUP REQUEST 메시지 또는 UE CONTEXT MODIFICATION REQUEST 메시지로) S1-U 상에서 매 업링크 패킷의 사본을 전송하도록 요청할 수 있다. 각 패킷의 사본은 GTP-U 캡슐화 헤더의 새로운 플래그를 통해서 태그되어, S5 상에서 전달되지 않고 SGW에서 소모될 수 있다. 로컬 PDN 연결의 구축시 또는 이후 어느 때에라도, MME는 L-GW 기능으로부터 (예를 들면 Create Session Request 메시지 및 S5-GTP를 갖는 Modify Bearer Request; S5-PMIP를 갖는 Proxy Binding Update) S5 상에서 매 업링크 패킷의 사본을 전송하도록 요청할 수 있다. 각 패킷의 사본은 GTP-U 또는 GRE 캡슐화 헤더의 새로운 플래그를 통해서 태그되어, S1-U 상에서 전달되지 않고 SGW에서 소모될 수 있다.
HeNB 기능 및 L-GW 기능의 상호 연결이 동일한 노드에서 지정되는 경우, 단지 S1-MME 측의 합법적인 차단 특징을 활성화하는 것을 충족시킬 수 있다. 이후, 상기 결합된 HeNB/L-GW 노드의 HeNB 기능은 상호 연결된 L-GW 기능으로부터 합법적인 차단 특징의 활성화를 내부적으로 요청할 수 있다.
상술한 실시예 또는 그들의 변형예 중 얼마는 예를 들면 본 발명의 실시예에 따라 변형된 3GPP TS 36.413("S1 Application Protocol (S1-AP)")로부터 UE 컨텍스트 수정 절차를 도시한 도 15에 묘사된 예와 같이 3GPP 표준으로 통합 가능하다. 따라서 순서도는 합법적인 차단 특징을 ON 또는 OFF하는데 사용되는 UE CONTEXT MODIFICATION REQUEST 메시지를 포함한다. 이후, 상기 결합된 HeNB/L-GW 기능의 HeNB 기능은 L-GW 기능에 합법적인 차단 특징을 활성화 또는 비활성화하도록 통보할 수 있다.
바람직한 실시예에 의하면, 다중 PDN 연결을 위한 페이징을 최적화하기 위한 해결 방법을 제안한다.
페이징은 3GPP S2-095348 "Open issues and solution for SIPTO and LIPA services"에 제안된 방식으로 동작할 수 있다. 특히, UE가 Idle 모드에 있는 경우 L-GW와 HeNB 간에는 직접 경로가 존재하지 않는다. 따라서 하향링크 패킷은 S5를 통해 SGW로 전송된다. SGW는 하향링크 패킷을 버퍼링하고 MME를 통해 페이징 절차를 트리거한다. 3GPP TS 23.401("Evolved Packet Core architecture for 3GPP accesses; Stage 2")에 기술된 원래의 EPC 구조에서 페이징이 동작하는 방법과 비교하여 아무런 수정사항이 없다. UE가 페이징에 응답하여 Connected 모드로 들어가는 경우, HeNB와 L-GW 간의 직접 경로는 활성화된다. HeNB와 L-GW 간의 이후의 모든 패킷 교환은 UE가 다시 Idle 모드로 이동할 때까지 직접 경로를 따라 이루어진다.
도 1에 도시한 바와 같이, UE는 구축된 외부의 PDN 연결을 LIPA PDN 연결에 더하여 가질 수 있다. 하향링크 데이터가 L-GW 또는 외부의 PGW로부터 SGW에 도착하고 UE가 IDLE 모드에 있는 경우, SGW는 Downlink Data Notification (DDN) 메시지를 후자를 트리거하는 MME에 전송하여 UE의 페이징을 시작한다.
현재 DDN 메시지는 하향링크 데이터가 도착하는 PDN 연결에 관한 정보를 포함하지 않는다.
어떤 LIPA 시나리오에서는 기본 PDN 연결에 관해 MME에 알려주어 더 나은 결정을 하게 하는 것이 유익할 수 있다. 본 발명이 유리할 수 있는 바람직한 시나리오는 다음과 같다. 사용자의 펨토셀이 주위의 매크로셀과 동일한 트래킹 영역에 있다. 그러므로 MME는 대기 상태의 UE가 펨토셀 또는 매크로셀에 머물고 있는지의 여부를 언제나 알 수 없다. 하향링크 데이터가 LIPA PDN 연결에 도착했을 때 사용자가 매크로셀로부터 자신의 홈 네트워크를 접속하는 것이 허용되지 않는 경우, UE는 이상적으로 전체 트래킹 영역보다는 펨토셀에서만 페이지되어야 한다. 이는 Downlink Data Notification 메시지에 PDN 연결을 지시함으로써 달성될 수 있다.
본 발명이 유리할 수 있는 또 다른 바람직한 시나리오는 다음과 같다. 펨토셀(예를 들면, 집에 있는)이 불규칙한 커버리지(예를 들면, 큰 집이나 두꺼운 벽)를 제공한다. 사용자는 자주 펨토셀 커버리지를 벗어나며 이 경우 통신은 매크로셀로 핸드오버된다. 매크로셀에 있을 때 사용자는 자신의 홈 네트워크를 접속하는 것이 허용되지 않지만, 외부의 PDN 연결에 접속하도록 자연스럽게 허용된다. 사용자가 자신의 홈 네트워크를 접속할 수 없지만, MME는 불필요한 신호를 피하기 위해 LIPA PDN 연결을 해제한다. 펨토셀과 매크로셀 커버리지의 재선택시, 사용자는 Tracking Area Update를 전송하므로 MME는 대기 상태의 UE가 펨토셀 또는 매크로셀 커버리지에 있는지의 여부를 알 수 있다.
하향링크 데이터가 로컬 네트워크에 도착하는 경우 UE가 매크로셀에 있다면 MME는 그 UE를 페이지할 필요가 없다. 이는 Downlink Data Notification 메시지에서 PDN 연결을 지시함으로써 달성될 수 있다.
상술한 실시예 또는 그들의 변형예 중 얼마는 예를 들면 도 13에 도시된 방식으로 3GPP 표준에 통합 가능하다. 도 13은 본 발명의 실시예에 따라 변형된 3GPP 23.401의 네트워크 트리거된 서비스 요청 절차로써, Linked EPS Bearer ID (LBI) 파라미터가 상기 절차(즉, 3GPP TS 29.274 "GPRS Tunneling Protocol; Stage 3"에 정의된 GTPc-v2 프로토콜의 DOWNLINK DATA NOTIFICATION 메시지)의 단계 2a에 부가된 것이다.
본 발명의 실시예에 의하면, HSS에 저장된 사용자 가입 정보는 사용자가 LIPA(Local IP Access) 원칙에 따라 PDN 연결을 구축하도록 허용된 펨토셀(들)의 CSG ID(Closed Subscriber Group identifier)를 갖는 PDN(Packet Data Network)의 APN(Access Point Name)과 결합함으로써 개선된다. 구체적으로, 상기 개선된 사용자의 가입 정보는 MME(Mobility Management Entity)가 통상의 PGW(PDN Gateway) 선택 알고리즘을 LIPA에 한정된 L-GW(Local Gateway) 선택 알고리즘으로 덮어쓰게 한다.
최신 기술에 의한 HSS 의 정보 저장을 설명하는 3GPP TS 23.401의 표 5.7.1-1에서 알 수 있는 바와 같이, CSG 가입 데이터, 즉 사용자가 펨토셀 접속을 할 수 있는 CSG ID의 목록은 PDN 가입 컨텍스트의 외부에서 지정된다. 그러나 도 4에 설명된 것과 같은 오류의 경우를 피하기 위해, 바람직한 실시예에서는 LIPA 접속에 사용 가능한 APN은 사용자가 LIPA 방식으로 해당 PDN을 접속할 수 있는 CSG ID와 명시적으로 결합되도록 제안한다.
바람직한 실시예에서, 아래의 표에서 지시하는 바와 같이 HSS에서 사용자의 가입 레코드을 개선하도록 제안한다. 즉, LIPA(Local IP Access)를 통해 접속 가능한 PDN(Packet Data Network)과 결합되는 각각의 APN(Access Point Name)에 대해, 이 PDN이 LIPA 방식으로 접속 가능한 펨토셀의 CSG ID를 지시하는 선택 가능한 파라미터 "CSG IDs for Local IP Access"를 정의하도록 제안한다. 상기 개선된 부분은 볼드 이탤릭체로 표시되어 있다.
Figure 112012034830599-pct00002
Figure 112012034830599-pct00003
이는 사용자 기기 보다는 (HSS를 통한) 네트워크가 L-GW의 주소를 결정하하는 것이 바람직한 시나리오이므로 유리하다.
대체 가능한 실시예에서, LIPA(Local IP Access)에 사용 가능한 CSG 가입 데이터 레코드의 각 CSG ID에 대해 LIPA 방식으로 접속 가능한 PDN(Packet Data Network)의 APN(Access Point Name)을 결합하도록 제안한다. 이는 아래의 표에 도시되어 있다(개선 항목은 볼드 이탤릭체로).
Figure 112012034830599-pct00004
Figure 112012034830599-pct00005
상술한 HSS에 저장된 사용자의 가입 레코드의 개선은 특히 상기 요청된 LIPA(Local IP Access)를 통한 패킷 데이터에 대한 접속이 사용자에게 허가될 수 있는지의 여부를 결정하는데 MME(Mobility Management Entity)를 지원하는 능력으로 인해 유리하다.
본 발명의 상술한 예시적인 실시예에 국한되지 않고 여러 다른 변형예를 포함할 수 있다. 특히, 대부분의 실시예는 (HeNB를 갖는) E-UTRAN 컨텍스트로 기술되었으나, (3GPP TS 23.401 "Evolved Packet Core architecture for 3GPP accesses; Stage 2"에 기술된 S4-SGSN 노드를 지원하는 EPC(Evolved Packet Core)에 연결된 HNB를 갖는) UTRAN 컨텍스트에 대해 직접적인 방식으로 적용될 수 있다. HNB 펨토셀을 위한 등가의 LIPA 구조의 예를 도 16에 도시하였다.
다음은 도 1에 기술된 HeNB 펨토셀을 위한 구조와 비교하여 변경된 사항의 요약이다.
HeNB와 MME는 각각 HNB와 SGSN으로 대체된다. (3GPP TS 25.467 "UTRAN architecture for 3G Home Node B (HNB); Stage 2"에 규정된) HNB GW로 불리우는 여분의 노드를 추가하여, Iuh 및 S12 기준점을 통해 HNB 및 SGW에 각각 연결된다. S11 인터페이스는 S4 인터페이스로 대체된다. S5 PGW TEID 또는 S5 PGW GRE 파라미터는 (3GPP TS 25.413 "RANAP 프로토콜"에 정의된) RAB ASSIGNMENT REQUEST 메시지 내에서 전달된다. Iu 인터페이스 상에서, L-GW 주소는 (3GPP TS 25.413에 정의된) INITIAL UE MESSAGE 메시지 내에서 전달된다. Iuh 인터페이스 상에서, L-GW 주소는 (3GPP TS 25.467에 정의된) HNB REGISTER REQUEST 메시지 내에서 전달된다. 또한 (덜 효율적이긴 하지만), L-GW 주소는 (3GPP TS 25.467에 정의된) UE REGISTER REQUEST 메시지 내에서 전달된다.
바람직한 실시예에서, 합법적인 차단(Lawful Intercept)을 목적으로, 각 상향 IP 패킷의 사본이 Iuh/S12를 통해 전달된다. 사용자 평면은 S1-U의 경우(즉, GTP-U)와 동일하며, 상술한 GTP-U 캡슐화의 새로운 태그는 정확하게 동일한 것이다. (3GPP TS 25.413에 정의된) UE SPECIFIC INFORMATION INDICATION 메시지가 합법적인 차단 특징을 ON 또는 OFF하기 위해 (UE CONTEXT MODIFICATION REQUEST 메시지 대신에) 사용 가능하다.
상기 실시예에 있어서, 상기 IPsec 터널의 ‘리모트’종료점은 LTE 표준의 보안 게이트웨이로서 기재되었지만, 이는 IPsec 터널을 관리한다는 측면에서 보안을 다루는 상기 운영자의 패킷 코어 네트워크내에 존재하는 어떠한 보안 게이트웨이, 즉, 어떠한 노드도 이에 해당될 수 있다.
더 일반적으로, 본 발명은 WCDMA, GSM, CDMA2000, TD-SCDMA, 또는 WiMAX와 같은 다른 무선 기술에도 적용될 수 있다. 상술한 실시예에 사용되는 용어는 LTE 컨텍스트에서 전형적인 용어이지만, 다른 규격에서는 다른 용어를 사용할 수 있다. 본 발명은 LTE 용어를 사용했다고 해서 LTE에 국한되지 않는다. 예를 들면, GSM 규격에서는 SIM 카드가 설치된 "이동 단말 기기"(일반적으로 이동통신 전화)를 포함하는 이동국을 의미한다. 상술한 실시예가 통상적으로 "사용자 기기"를 의미한다는 사실에도 불구하고, 상기 실시예와 관련하여 구성된 요구사항에 따르는 어떠한 통신 기기도, GSM 통신 기기라도, 적용 가능하다.

Claims (12)

  1. 홈 기지국과, 이에 함께 위치하며 로컬 IP 네트워크로의 접속을 제공하는 로컬 게이트웨이(Local Gateway; L-GW)를 포함하는 노드에서 통신을 수행하는 방법에 있어서, 상기 노드와 보안 게이트웨이(Security Gateway; SeGW) 간에 터널을 설정하는 단계와;
    상기 터널을 통해 통신이 이루어지는 패킷을 구별하되, 상기 노드는 상기 홈 기지국과 상기 로컬 게이트웨이(L-GW)에 상이한 IP 주소가 할당되는 경우와 상기 홈 기지국과 상기 로컬 게이트웨이(L-GW)에 동일한 IP 주소가 할당되는 경우에 상기 패킷을 구별하는 단계를 포함하고,
    상기 노드는 제1 인터페이스와 제2 인터페이스를 사용하되, 상기 제1 인터페이스는 상기 로컬 게이트웨이(L-GW)에서 구성되는 S5 인터페이스이고, 상기 제2 인터페이스는 상기 홈 기지국과, 상기 홈 기지국을 위한 게이트웨이 사이에서 구성되는 인터페이스이고,
    만약 상기 홈 기지국이 및 상기 로컬 게이트웨이(L-GW)가 동일한 IP 주소를 할당 받는 경우, 상기 홈 기지국 및 상기 로컬 게이트웨이(L-GW)는 상기 제1 인터페이스와 제2 인터페이스 사이에서 하향링크 패킷을 구별하기 위해 서로 구분되는 범위의 TEID(Tunnel Endpoint ID)를 각각 할당 받는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 인터페이스는 S5 사용자 평면 인터페이스이고 상기 제2 인터페이스는 S1-U 인터페이스인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 인터페이스는 S5 사용자 평면 인터페이스이고, 상기 제2 인터페이스는 luh 사용자 평면 인터페이스인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 코릴레이션 ID(correlation ID)를 수신하는 경우 상기 홈 기지국과 상기 로컬 게이트웨이(L-GW) 간의 직접 사용자 평면 경로(direct user plane path)를 설정하는 단계를 더 포함하되, 상기 코릴레이션 ID는 GTP 기반(GRPS Tunneling Protocol)의 S5 인터페이스 앤드포인트 식별자(endpoint id)인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 상이한 IP 어드레스들은 IKEv2 프로토콜을 통해 획득되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 삭제
  7. 홈 기지국과, 이에 함께 위치하며 로컬 IP 네트워크로의 접속을 제공하는 로컬 게이트웨이(Local Gateway; L-GW)를 포함하는 노드에서 있어서,
    게이트웨이(Security Gateway; SeGW) 간에 터널을 설정하고,
    상기 터널을 통해 통신이 이루어지는 패킷을 구별하되, 상기 노드는 상기 홈 기지국과 상기 로컬 게이트웨이(L-GW)에 상이한 IP 주소가 할당되는 경우와 상기 홈 기지국과 상기 로컬 게이트웨이(L-GW)에 동일한 IP 주소가 할당되는 경우에 상기 패킷을 구별하도록 설정되는 제어부를 포함하되,
    상기 노드는 제1 인터페이스와 제2 인터페이스를 사용하되, 상기 제1 인터페이스는 상기 로컬 게이트웨이(L-GW)에서 구성되는 S5 인터페이스이고, 상기 제2 인터페이스는 상기 홈 기지국과, 상기 홈 기지국을 위한 게이트웨이 사이에서 구성되는 인터페이스이고,
    만약 상기 홈 기지국이 및 상기 로컬 게이트웨이(L-GW)가 동일한 IP 주소를 할당 받는 경우, 상기 홈 기지국 및 상기 로컬 게이트웨이(L-GW)는 상기 제1 인터페이스와 제2 인터페이스 사이에서 하향링크 패킷을 구별하기 위해 서로 구분되는 범위의 TEID(Tunnel Endpoint ID)를 각각 할당 받는 것을 특징으로 하는 노드
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제1 인터페이스는 S5 사용자 평면 인터페이스이고 상기 제2 인터페이스는 S1-U 인터페이스인 것을 특징으로 하는 노드.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 제1 인터페이스는 S5 사용자 평면 인터페이스이고, 상기 제2 인터페이스는 luh 사용자 평면 인터페이스인 것을 특징으로 하는 노드.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 제어부는 코릴레이션 ID(correlation ID)를 수신하는 경우 상기 홈 기지국과 상기 로컬 게이트웨이(L-GW) 간의 직접 사용자 평면 경로(direct user plane path)를 설정하며, 상기 코릴레이션 ID는 GTP 기반(GRPS Tunneling Protocol)의 S5 인터페이스 앤드포인트 식별자(endpoint id)인 것을 특징으로 하는 노드.
  11. 제 7항에 있어서, 상기 상이한 IP 어드레스들은 IKEv2 프로토콜을 통해 획득되는 것을 특징으로 하는 노드.
  12. 삭제
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