KR101467138B1 - 지리적 리던던트 게이트웨이들에서 세션 복원을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

지리적 리던던트 게이트웨이들에서 세션 복원을 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

1차 서비스 게이트웨이(SGW)와 연관되는 백업 SGW를 관리하는 방법, 시스템 및 장치로서, 상기 백업 SGW는 1차 SGW로부터 대응하는 UE 세션 상태 정보의 적어도 일부분을 주기적으로 수신하고 1차 SGW의 고장에 응답하여, 1차 SGW와 연관되는 IP 어드레스들 및 경로들의 관리를 추정하고, UE와 연관되는 제어 또는 데이터 평면 트래픽을 수신하는 것에 응답하여, MME에게 상기 UE가 라이브 상태에 있음을 고지하도록 적응되는 다운링크 데이터 통지(DDN) 메시지를 생성한다.

Description

지리적 리던던트 게이트웨이들에서 세션 복원을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR SESSION RESILIANCY AT GEO-REDUNDANT GATEWAYS}
관련 출원들과의 상호 참조
본 특허 출원은 2011년 3월 18일에 제출되고, 전체가 본원에 참조로서 통합되어 있는 "GEO-REDUNDANCE IN A SERVING GATEWAY"라는 명칭의 미국 가출원 제 61/454,328 호의 우선권을 주장한다.
본 특허 출원은 동시에 제출된 "SYSTEM AND METHOD FOR SESSION RESTORATION AT GEO-REDUNDANT GATEWAYS"라는 명칭의 미국 특허 출원 제 ____(대리인 사건 번호 ALU/809350) 및 "SYSTEM AND METHOD FOR FAILOVER HANDLING AT GEO-REDUNDANT GATEWAYS"라는 명칭의 미국 특허 출원 제 ____(대리인 사건 번호 ALU/809431)와 관련되며, 상기 두 출원 모두는 본원에 참조로서 통합되어 있다.
기술분야
본 발명은 일반적으로 네트워크 자원들을 관리하는 것에 관한 것으로 특히 그러나 배타적이지 않게, 서빙 게이트웨이(Serving Gateway; SGW)와 같은 시스템 라우터와 연관되는 동작들을 적응시키는 것에 관한 것이다.
무선 네트워크, 실례로 롱텀 에볼루션(Long Term Evolution; LTE) 네트워크는 하나 이상의 eNodeB들과 통신하는 모바일 전화기들 또는 다른 사용자 장비(user equipment; UE)의 그룹들을 포함할 수 있고, 하나 이상의 eNodeB는 하나 이상의 서빙 게이트웨이(Serving Gateway; SGW)들과 통신하고, SGW들은 패킷 데이터 네트워크(Packet Data Network; PDN) 게이트웨이(PGW)와 통신하고, 상기 PGW는 IP 멀티미디어 서브시스템(IP Multimedia Subsystem; IMS) 액세스 네트워크들 또는 코어 네트워크들과 같은 고정형 네트워크들과 통신한다. 추가로, LTE 네트워크는 이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity; MME)들, 정책 및 과금 규칙 기능(Policy and Charging Rules Function; PCRF), 네트워크 관리 시스템(network management system; NMS) 등과 같은 다양한 네트워크 요소들을 포함한다.
서빙 게이트웨이(SGW)가 네트워크 내에서 다른 노드들과의 접속성을 상실하는 고장 시나리오에서(예를 들어, 네트워크 단선, 전력 고장, 또는 심지어 부분 고장들에 기초하여 트리거(trigger)되는 행동들로 인한), 백업 SGW는 동작들을 테이크오버(takeover)해야만 한다. 이것은 합리적인 사용자/가입자 기대들을 계속해서 만족시키면서 자원 활용에 있어서 비합리적인 스파이킹(spiking)을 방지하는 지능적 방식으로 달성되어야만 한다.
1차 SGW가 고장이 나면, 고장난 SGW로 향하는 패킷들 모두가 드롭(drop)된다. 게다가, MME는 고장이 난 SGW와 연관되는 경로 관리 상태들을 상실할 것이고 모든 자체의 활성 세션들을 클린업(clean up)할 필요가 있다. 이로 인해 활성 UE들은 백업 SGW 또는 대안 SGW를 통해 네트워크에 재접속하게 된다. 유사하게, PGW는 SGW에 대한 자체의 경로 관리 상태를 상실할 것이고 IMS 서브시스템에 대한 세션 상태를 클린업할 것이다(모든 UE들은 PGW 상에서 활성이고 네트워크 내로 들어가 있다). 활성 UE들이 재접속되면, 자신들의 상태는 PGW 및 IMS 서브시스템에 재저장될 것이다.
그러나, UE들의 다수는 어떤 소정의 순간에 유휴이므로, 1차 SGW 고장 시에 MME는 유휴 UE들에 접근하여 자신들의 세션들을 클린업하지 않을 것이다. 이것은 유휴 UE 세션들을 클린업하는 제 1 단계가 유휴 UE들의 각각을 페이징(paging)하기 때문인데, 이는 엄청나게 비싸다. 유휴 UE가 클린업되지 않으면, 네트워크 개시 호출이 UE에 도달할 방법이 없는데, 왜냐하면 네트워크 엔티티는 네트워크 내에서 UE가 현재 어디에 위치되는지를 알지 못하기 때문이다. 더욱이, IMS 서브-시스템은 UE를 찾을 수 없고 어떠한 엔티티도 UE에게 자신을 재 식별할 것을 적극적으로 조장하지 않는다. 그 결과는 다양한 타이머들에 따라, UE에 최대 한 시간 또는 두 시간 동안 도달할 수 없을 때 중요해진다. 이것은 사용자들에게 허용될 수 없다.
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하는 것이다.
종래 기술의 여러 결점들은 지리적 리던던트 쌍으로 구성되는 바와 같은 1차SGW와 연관되는 백업 서비스 게이트웨이(SGW)를 관리하는 본 발명의 방법, 시스템 및 장치에 의해 처리된다. 일 실시예는 슬레이브 모드(slave mode)에서 1차 SGW로부터 대응하는 UE 세션 상태 정보의 적어도 일부를 주기적으로 수신하고; 1차 SGW의 고장에 응답하여, 동작의 마스터 모드(master mode)에 진입하고 1차 SGW와 연관되는 IP 어드레스들 및 경로들의 관리를 추정하고; UE와 연관되는 제어 또는 데이터 평면 트래픽을 수신하는 것에 응답하여, UE가 라이브(live) 상태에 있음을 MME에 고지하도록 적응되는 다운링크 데이터 통지(Downlink Data Notification; DDN)를 생성하는 동작을 행하는 백업 SGW를 제공한다.
본 발명의 내용들은 다음의 상세한 설명을 첨부 도면들과 함께 고려함으로써 용이하게 이해될 수 있다.
도 1은 일 실시예로부터 이익을 얻는 예시적인 통신 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 통신 시스템에서 이용하는데 적합한 예시적인 서빙 게이트웨이(SGW) 라우터 아키텍처를 도시하는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 세션 상태 백업 방법의 흐름도를 도시하는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 복원력 있는 세션(resilient session) 상태 복원 방법의 흐름도를 도시하는 도면이다.
도 5는 유휴 UE에 대하여 S11 또는 S5 상에서의 인그레스(ingress) 제어 신호에 응답하여 복원력 있는 세션 상태 복원을 제공하는 방법의 흐름도를 도시하는 도면이다.
도 6은 활성 UE에 대하여 S11 또는 S5 상에서의 인그레스 제어 신호에 응답하여 복원력 있는 세션 상태 복원을 제공하는 방법의 흐름도를 도시하는 도면이다.
도 7은 능동 UE에 대하여 S1-u 상에서의 인그레스 데이터 신호에 응답하여 복원력 있는 세션 상태 복원을 제공하는 방법의 흐름도를 도시하는 도면이다.
도 8은 활성 UE에 대하여 S11 또는 S5 상의 인그레스 제어 신호에 응답하여 복원력 있는 세션 상태 복원을 제공하는 방법의 흐름도를 도시하는 도면이다.
도 9는 유휴 UE에 대하여 S5 상의 인그레스 데이터 신호에 응답하여 복원력 있는 세션 상태 복원을 제공하는 방법의 흐름도를 도시하는 도면이다.
도 10은 다양한 실시예들에 대하여 본원에서 기술되는 기능들을 수행하는데 이용하는데 적합한 범용 컴퓨터의 고레벨 블록도를 도시하는 도면이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 가능하면 도면에서 공통인 동일한 요소를 나타내기 위해 동일한 도면 부호가 사용되었다.
본 발명은 주로 활성 및 유휴 가입자들 둘 모두가 고장이 난 SGW로부터 백업 SGW로 전이되는 그러한 서빙 게이트웨이(SGW) 리던던시(redundancy)에서의 롱텀 에볼루션(LTE) 네트워크의 상황 내에서 기술될 것이다.
본원에서는 4G LTE 무선 네트워크 내에서의 관리 및 백업 기능들을 제공하는 상황에서 주로 도시되고 기술될지라도, 본원에서 도시되고 기술되는 관리 및 백업 기능들은 다른 유형들의 무선 네트워크들(예를 들어, 2G 네트워크들, 3G 네트워크들, WiMAX 등), 유선 네트워크들 또는 무선 및 유선 네트워크의 결합들 내에서 이용될 수 있음이 인정될 것이다. 그러므로, LTE 네트워크에 대해 본원에서 기술되는 다양한 네트워크 요소들, 링크들 및 다른 기능 엔티티들은 대응하는 네트워크 요소들, 링크들 및 다양한 다른 유형들의 무선 및 유선 네트워크들과 연관되는 다른 기능 엔티티들을 식별하도록 광의로 해석될 수 있다.
본 발명의 일부는 급격히 증가하는 무선 네트워크들의 크기가 특히 기존 해법들에 의해 적절하게 처리되지 않는 특정한 네트워크 관리 문제들로 이어진다는 발명자들의 인식에 의한다. 특히, 불량하게 스케일링(scaling)되거나 가입자 장비가 다양한 정상 상태들(유휴 또는 활성 상태들과 같은)에 있거나 또는 다양한 전이 상태들(호출 플로우들 사이의 진행, 유휴 상태 및 활성 상태 사이의 이동, 하나의 eNodeB에서 다른 eNodeB로의 핸드오버의 관여, 전용 베어러(bearer)를 생성, PDN 세션을 파괴 등)에 있을 수 있는 현실을 처리하는데 실패했던 기존의 해법들을 발명자들가 인식하였다. 게다가, 가입자 트래픽은 전이 또는 정상 상태들 중 임의의 하나로 가입자에게 또는 가입자로부터 플로우되고 있을 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 관리 및 백업/보호 기능들을 포함하는 예시적인 무선 통신 시스템을 도시한다. 특히, 도 1은 복수의 사용자 장비(UE)들(102), 롱텀 에볼루션(LTE) 네트워크(110), IP 네트워크들(130) 및 네트워크 관리 시스템(NMS)(140)을 포함하는 예시적인 무선 통신 시스템(100)을 도시한다. LTE 네트워크(110)는 UE들(102) 및 IP 네트워크들(130) 사이의 통신들을 지원한다. MS(140)은 LTE 네트워크(110)에 대한 다양한 관리 기능들을 지원하도록 구성된다. LTE 네트워크들의 동작 및 구성은 당업자에 의해 이해될 것이다.
예시적인 UE들(102)은 LTE 네트워크(110)와 같은 무선 네트워크에 액세스할 수 있는 무선 사용자 디바이스들이다. UE들(102)은 베어러 세션(들)의 지원하여 제어 시그널링을 지원할 수 있다. UE들(102)은 모바일 전화기들, 개인 디지털 보조장치들(personal digital assistant; PDA)들, 컴퓨터들, 태블릿 디바이스들 또는 임의의 다른 무선 사용자 디바이스일 수 있다.
예시적인 LTE 네트워크(110)는 실례로, 2개의 eNodeB들(1111 및 1112)(총칭하여, eNodeB들(111)), 2개의 서빙 게이트웨이들(SGW들)(1121 및 1122)(총칭하여 SGW들(112), 패킷 데이터 네트워크(PDN) 게이트웨이(PGW)(113), 이동성 관리 엔티티(MME)(114) 및 정책 및 과금 규칙 기능(PCRF)(115)을 포함한다. eNodeB들(111)은 UE들(102)에 무선 액세스 인터페이스를 제공한다. SGW들(112), PGW(113), MME(114) 및 PCRF(115)뿐만 아니라 명료성을 위해 생략되었던 다른 구성요소들이 IP를 이용하는 종단-대-종단 서비스 전달을 지원하는 진화된 패킷 코어(Evolved Packet Core; EPC) 네트워크를 제공하도록 협력한다.
eNodeB들(111)은 UE들(102)에 대한 통신들을 지원한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 eNodeB(111)는 각각의 복수의 UE들(102)을 지원한다. eNodeB들(111) 및 UE들(102) 사이의 통신은 UE들(102)의 각각과 연관되는 LTE-U 인터페이스들을 이용하여 지원된다.
SGW들(112)은 실례로 SGW들(112) 및 eNodeB들(111) 사이의 각각의 S1-u 인터페이스들을 이용하여 eNodeB들(111)에 대한 통신들을 지원한다. S1-u 인터페이스들은 핸드오버 동안 eNodeB-간 경로 스위칭 및 베어러당(per-bearer) 사용자 평면 터널링을 지원한다.
도 1에 도시된 바와 같이, SGW(1121)는 eNodeB(1111)에 대한 통신들을 지원하고 SGW(1122)는 eNodeB(1112)에 대한 통신들을 지원한다. 다양한 보호/백업 실시예들에서, SGW(1121)는 또한 ENodeB(1112)에 대한 통신들을 지원할 수 있고 SGW(1122)는 또한 eNodeB(1111)에 대한 통신들을 지원할 수 있다.
PGW(113)는 실례로, PGW(113) 및 SGW들(112) 사이의 각각의 S5/S8 인터페이스들을 이용하여, SGW들(112)에 대한 통신들을 지원한다. S5 인터페이스는 사용자 평면 터널링 및 PGW(113) 및 SGW들(112) 사이의 통신들을 대한 터널링 관리, UE 이동성으로 인한 SGW 재배치 등과 같은 기능들을 제공한다. S5의 인터페이스들의 공중 지상 모바일 네트워크(Public Land Mobile Network; PLMN) 변형들일 수 있는 S8 인터페이스들은 비지터 PLMN(Visitor PLMN; VPLMN) 내의 SGW 및 홈 PLMN(HPLMN) 내의 PGW 사이의 사용자 및 제어 평면 접속을 제공하는 PLMN간 인터페이스들을 제공한다. PGW(113)는 SGI 인터페이스를 통한 LTE 네트워크(110) 및 IP 네트워크들(130) 사이의 통신들을 용이하게 한다.
MME(114)는 UE(102)의 이동성을 지원하여 이동성 관리 기능들을 제공한다. MME(114)는, 실례로, MME(114) 및 eNodeB들(111) 사이의 통신을 위해 제어 평면 프로토콜들을 제공하는 각각의 S1-MME 인터페이스들을 이용하여 eNodeB들(111)을 지원한다.
PCRF(115)는 서비스 제공자가 LTE 네트워크(110)를 통해 제공되는 서비스들과 관련되는 규칙들 및 LTE 네트워크(110)를 통해 제공되는 서비스들에 대한 과금과 관련되는 규칙들을 관리할 수 있다.
도 1에 대하여 본원에서 기술되고 설명되는 바와 같이, LTE 네트워크(110)의 요소들은 요소들 사이의 인터페이스들을 통해 통신한다. LTE 네트워크(110)에 대하여 기술되는 인터페이스들은 또한 세션들로 칭해질 수 있다. LTE 네트워크(110)는 진화된 패킷 시스템/솔루션(Evolved Packet System/Solution; EPS)을 포함한다. 일 실시예에서, EPS는 EPS 노드들(예를 들어, eNodeB들(111), SGW들(112), PGW(113), MME(114) 및 PCRF(115)) 및 EPS-관련 상호 접속(예를 들어, S* 인터페이스들, G* 인터페이스들 등)을 포함한다. EPS-관련 인터페이스들은 본원에서 EPS-관련 경로들로서 칭해질 수 있다.
IP 네트워크들(130)은 하나 이상의 패킷 데이터 네트워크들을 포함하고, 이 네트워크들을 통해 UE들(102)이 컨텐츠, 서비스들 등에 액세스할 수 있다.
MS(140)는 LTE 네트워크(110)를 관리하기 위하여 관리 기능들을 제공한다. MS(140)는 임의의 적절한 방식으로 LTE 네트워크(110)와 통신할 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, MS(140)는 IP 네트워크들(130)을 횡단하지 않는 통신 경로(141)를 통해 LTE 네트워크(110)와 통신할 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, MS(140)는 IP 네트워크들(130)에 의해 지원되는 통신 경로(142)를 통해 LTE 네트워크(110)와 통신할 수 있다. 통신 경로들(141 및 142)은 임의의 적절한 통신 케이퍼빌리티(capability)들을 이용하여 구현될 수 있다. MS(140)는 도 10에 대하여 후술되는 바와 같이, 범용 컴퓨팅 디바이스 또는 특수 목적용 컴퓨팅 디바이스로서 구현될 수 있다.
도 2는 도 1의 통신 시스템에서 이용하는데 적절한 예시적인 서빙 게이트웨이(SGW) 라우터 아키텍처를 도시한다. 특히, 도 1은 도 1에 대하여 상술한 SGW(112)와 같은 SGW로서 동작하는 라우터(200)를 도시한다. 라우터(200)는 도 1에 관하여 상술한 네트워크(110)와 같은 네트워크(110)를 통하여 다양한 네트워크 요소들(도시되지 않음)과 통신한다. SGW(200)에 대하여 본원에서 기술되는 특정 토폴로지는 기본 SGW 기능을 유지하면서 수정될 수 있음이 당업자에 의해 인정될 것이다.
SGW(200)는 복수의 입력 출력(I/O) 카드들(210-1, 210-2 등 최대 210-N)(총칭하여 I/O 카드들(210)), 스위치 패브릭(switch fabric)(220) 및 제어 모듈(230)을 포함하는 것으로 도시된다. 제어 모듈(230)은 각각의 제어 신호들(CONT)에 의해 I/O 카드들(210) 및 스위치 패브릭(220)의 동작을 제어한다. 제어 모듈(230)은 또한 본원에서 기술되는 바와 같이 다양한 SGW 기능들을 수행한다.
I/O 카드들(210)의 각각은 네트워크(110) 및 스위치 패브릭(220) 사이에서 패킷들을 전달하도록 동작하는 복수의 인그레스 포트들, 이그레스(egress) 포트들, 제어기들 등(도시되지 않음)을 포함한다. I/O 카드(210)의 특정한 인그레스 포트에서 수신되는 패킷들은 동일한 I/O 카드(210) 또는 상이한 I/O 카드(210)의 이그레스 포트를 통해 스위치 패브릭(220) 또는 역으로 네트워크(110)로 전달될 수 있다. I/O 카드들(210)를 통한 패킷들의 라우팅은 제어 모듈(230)에 의해 제공되는 라우팅 데이터에 따른 표준 방식으로 달성된다.
스위치 패브릭(220)은 전기, 광학, 전기-광학, MEMS 등과 같은 임의의 표준 스위치 패브릭을 포함할 수 있다.
제어 모듈(230)은 도 1에 대하여 상술한 네트워크 관리 시스템(NMS)(140)과 같은 네트워크 관리자(도시되지 않음)로부터 구성 데이터, 라우팅 데이터, 정책 정보 및 다양한 SGW 동작 및 관리 기능들과 관련되는 다른 정보를 수신한다. 제어 모듈(230)은 또한 구성 데이터, 상태 데이터, 알람 데이터, 성능 데이터 및 동작 및 관리 기능들과 관련되는 다른 정보를 네트워크 관리자에게 제공한다.
제어 모듈(230)은 I/O 모듈(231), 프로세서(232) 및 메모리(233)를 포함한다. 메모리(233)는 SGW 관리자(233SGWM) 백업 및 복원 관리자(23BRAM), 세션 데이터(233SD), 라우터 데이터(233RD) 및 다른 기능들/데이터(233O)를 제공하기 위해 소프트웨어 모듈들, 예시되는 물체들 등을 포함하는 것으로 도시된다. 제어 모듈(230)은 도 9에 대하여 후술되는 바와 같이, 범용 컴퓨팅 디바이스 또는 특수 목적 컴퓨팅 디바이스로서 구현될 수 있다.
SGW 관리자(233SGWM)는 당업자에게 공지되고 본원에서 더 기술되는 바와 같은 다양한 서빙 게이트웨이(SGW)를 관리하도록 동작한다.
백업 및 복원 관리자(23BARM)는 다양한 실시예들에 관해 본원에서 기술되는 백업 및 복원 기능들을 관리하도록 동작한다. 예를 들어, 그와 같은 백업 및 복원 기능들은 SGW가 1차 또는 활성 SGW, 2차 또는 백업 SGW 또는 이 둘 모두로서 동작하고 있는지에 따라 상이할 수 있다. 일반적으로 말해서, 다양한 실시예들은 능동 SGW에 의해 지원되는 가입자들에 대한 사용자 장비 또는 모바일 디바이스들과 연관되는 세션 관련 데이터 중 일부 또는 전부의 백업 SGW에서의 전송 및 저장을 고려함으로써, 그와 같은 가입자들에게 활성 및 유휴 세션들 모두의 신속한 복원이 제공될 수 있다.
세션 데이터(233SD)는 가입자들에 대한 사용자 장비 또는 모바일 디바이스들과 연관되는 세션 데이터를 포함한다. SGW가 1차 또는 활성 SGW로서 동작하고 있으면, 세션 데이터(233SD)는 1차 또는 활성 SGW에 의해 가입자들에 대한 사용자 장비 또는 모바일 디바이스들을 지원하는 정보 등을 포함할 수 있다. SGW가 2차 또는 백업 SGW로서 동작하고 있으면, 세션 데이터(233SD)는 백업 SGW에 의해 지원되는 하나 이상의 1차 또는 활성 SGW들과 연관되는 세션 데이터의 일부를 포함할 수 있다.
라우팅 데이터(233RD)는 SGW의 기본 라우팅 기능들의 상황 내에서 적절한 이그레스 포트(egress port)들로 라우팅될 수 있는 인그레스 포트(ingress port)들에서 수신하는 패킷 또는 트래픽 플로우들을 프로세싱하기 위해서와 같이, SGW에 의해 프로세싱될 패킷 또는 트래픽 플로우들과 연관되는 라우팅 정보를 포함한다. 라우팅 데이터(233RD)는 라우팅 테이블들, 보호 또는 거짓 복원 정보 등을 포함할 수 있다.
다른 기능들/데이터(233O)는 표준 SGW 동작들뿐만 아니라 다른 관리 또는 데이터 엔티티(entity)들로부터 명시적으로 기인하지 않는 다양한 실시예들에 따른 SGW 동작들에 관하여 본원에서 기술되는 다양한 기능들을 수행하도록 동작하는 프로그램들, 기능들, 데이터 구조들 등을 포함한다.
백업 SGW 선택 및 지리적- 리던던트 페어링( pairing )
MME는 고장이 난 SGW에 인접한 노드들 또는 네트워크 요소들에 의해 SGW의 고장에 대해 경보를 받을 수 있다. 이 인접하는 노드들 또는 네트워크 요소들은 이전에 할당된 백업 SGW를 통해, MME에 의해 식별되는 백업 SGW를 통해 또는 어떤 다른 라우팅 수단을 통해, 접속을 재설정하는 정정 행위를 독자적으로 행할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 실례로, 네트워크 관리 시스템(NMS)에 의해 네트워크 내의 하나 이상의 1차 또는 활성 SGW들에 특정한 백업 SGW가 할당된다. 선택되는 백업 SGW는 1차 또는 활성 SGW에 지리적으로 가장 근접한 SGW일 수 있다. 게다가, 일부 1차 또는 활성 SGW들은 다른 1차 또는 활성 SGW들에 대한 백업 SGW들로서 동작할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 1차 또는 활성 SGW의 고장 이후에 특정 백업 SGW가 선택된다. 이 실시예들에서, 백업 SGW는 고장이 난 SGW에 대한 지리적 근접성, DNS 응답 기준, 경로 관리 검증 기준, 세션로딩 및 다양한 다른 기준을 포함하는 다양한 기준에 기초하여 선택될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 백업 SGW의 선택은 예를 들어 풀링(pooling)된 SGW 고장들 중 하나의 경우에 백업 SGW를 제공하는데 이용되는 특정한 MME가 이용 가능한 SGW들의 풀로부터 MME에 의해 행해진다.
일 실시예에서, SGW들(112)은 SGW들의 지리적 리던던트 쌍을 형성하는데 이용될 수 있도록 서로 지리적으로 가까이 있다. 일반적으로 말해서, 특정한 eNodeB(111)의 UE들(102)로부터의 트래픽 및 데이터 플로우들은 주로 특정한 SGW를 통해 PGW(113)로 1차로 라우팅되고, 특정한 SGW는 eNodeB로부터의 보이스 및 데이터에 대해 1차 또는 작업 SGW로서 기능을 한다. 즉, SGW들 중 하나는 작업 또는 1차 노드로서 구성되는 반면에 다른 SGW는 보호 또는 백업 노드로서 구성된다. 정상 동작들의 상태들에서(즉, 고장이 없는 경우), 작업 노드는 실례로, 복수의 eNodeB들로부터 호출 플로우들 및 데이터 플로우들을 프로세스하도록 동작하는 반면에 보호 노드는 작업 노드의 고장의 경우에 작업 노드를 백업하도록 동작한다.
일 실시예에서, 제 1 SGW(1121)는 제 1 eNodeB(1111)로부터의 보이스 및 데이터에 대한 1차 또는 작업 SGW로서 동작하는데 반해, 제 2 SGW(1122)는 제 1 eNodeB(1111)로부터의 보이스 및 데이터 트래픽에 대한 2차 또는 백업 SGW로서 동작한다.
일 실시예에서, 제 2 SGW(1122)는 제 2 eNodeB(1112)로부터의 보이스 및 데이터 트래픽에 대해 1차 또는 작업 SGW로서 동작하는 반면에 제 1 SGW(1121)는 제 2 eNodeB(1112)로부터의 보이스 및 데이터 트래픽에 대해 2차 또는 백업 SGW로서 동작한다.
일 실시예에서, 제 1 및 제 2 SGW들(112)은 자기 자신의 하나(이상)의 각각의 eNodeB들로부터의 보이스 및 데이터 트래픽에 대해 1차 또는 작업 SGW들로서 동작하고 다른 SGW와 연관되는 하나(이상)의 eNodeB들로부터의 보이스 및 데이터 트래픽에 대해 제 2 또는 백업 SGW들로서 동작한다.
본원에서 논의되는 다양한 실시예들은 1차 작업 SGW의 고장에 응답하여 세션들, 보이스 및 데이터 트래픽 및 그와 같은 UE들(102)과 연관되는 다양한 다른 관리 정보 또는 컨텍스트를 신속하게 복원하는 것과 관련된다. 특히, SGW들 사이의 신속하고 효율적인 보호/백업 기능들을 제공하기 위해, 다양한 실시예들은 가업자 경험에 대한 현저한 충격 없이 백업 SGW로의 신속한 전이가 가능도록 사용자 장비와 연관되는 세션 상태 정보의 리던던트 저장의 여러 레벨들을 고려한다. 특히, 세션 상태 정보 리던던시(redundancy)는 MME(114) 및 PGW(112) 모두가 유휴 가입자 UE에 대한 상태 정보를 유지하는 것을 가능하게 함으로써, 활성 세션들이 신속하게 재설정될 수 있고 가입자 경험이 강화될 수 있다.
백업 SGW 에서의 사용자 세션들의 복원
고장이 나거나 고장나고 있는 SGW(112)로부터 백업 SGW(112)로 UE들(102) 및/또는 eNodeB들(111)의 지원을 "전송하는" 상황 내에서, 사용자 세션들의 완전한 생존성은 항상 성취 가능할 수 있는 것이 아니다. 그러나, 본원에서 논의되는 다양한 실시예들은 활성 및 백업 SGW들 사이에서 낮은 동기화 오버헤드를 유지하면서 서비스들의 온 디맨드(on demand) 복원을 이용하여 서비스들의 고속 복원을 증진하도록 적응된다.
서비스들의 온-디맨드 복원은 백업 SGW가 단지 활성을 요청하고 있는 세션들만을 프로세싱할 때이다. 활성 이용 중인 SGW 상에는, 즉시 복원을 요구하지 않는 많은 수의 유휴 세션들이 있을 수 있다. 일정 기간 동안, 이 세션들이 활성화되고, 이 때, 상기 세션들을 재접속하는 것이 필요하게 된다. 이 저스트-인-타임(just-in-time) 복원 방법에 있어서, 네트워크는 활성화되지 않은 세션들에 대한 시그널링 오버헤드들에 의해 과부담되지 않는다.
낮은 동기화 오버헤드는 1차 SGW 및 이의 백업 SGW 사이의 데이터 동기화 동작들, 세션 상태 업데이트들 등이 최소로 유지될 때이다. 전형적으로, 활성화 되거나, 유휴되거나, 하나의 eNodeB로부터 다른 eNodeB로 핸드오버하고 있는 세션들을 추적하는 것과 같은 다양한 기능들로 지향되는 MME 및 활성 SGW 사이에는 현저한 트래픽이 존재한다. 이 활동들은 매우 자주 발생하여 활성 및 백업 SGW들 사이의 모든 이 변화들을 통신하는 것이 현저한 부담이 된다. 일반적으로 말해서, 다양한 실시예들은 고장 시에 세션들이 활성 SGW 상에 존재했던 정보만을 이용한다.
본원에서 기술되는 다양한 방법론들 및 기술들은 1차 SGW 상의 사용자 세션들의 데이터 평면들 및 제어 이 둘 모두가 1차 SGW의 고장에 응답하여 백업 SGW를 통해 복원될 수 있는 메커니즘을 제공한다. 본원에서 기술되는 세션 복원 메커니즘의 다양한 실시예들은 세 구성요소들; 즉 (1) IP 어드레스 생존성, (2) 경로 관리 연속성 및 (3) 세션 복원을 처리한다.
IP 어드레스 생존성은 백업 SGW에 접속되는 네트워크 요소들이 백업 SGW로의 전송 프로세스를 통해 고장이 난 SGW의 IP 어드레스(들)에 액세스하는 것을 계속하는 것을 보장하는 프로세스이다.
일부 실시예들에서, IP 어드레스 생존성은 VRRP(계층 2 방법) 또는 애니캐스트(anycast) IP 어드레스(계층 3 방법)의 이용을 통해서와 같이, 가상 IP 어드레스를 이용하여 구현된다.
일부 실시예들에서, IP 어드레스 생존성은 활성 및 백업 SGW가 동일한 IP 어드레스를 광고하도록 함으로서 구현되고, 여기서 활성 SGW는 고도로 선호되는 메트릭으로 IP 어드레스를 광고하는 반면에 백업 SGW는 선호되지 않거나 "포이즌드(poisoned)" 메트릭으로 IP 어드레스를 광고한다. 이 실시예들에서, 광고 IP 어드레스들 사이에서 선택하는 임의의 네트워크 요소들은 활성 SGW의 어드레스가 고도로 선호되기 때문에 이 어드레스를 항상 선택할 것이다. 활성 SGW가 고장이 나고 유효 IP 어드레스만이 백업 SGW에 의해 광고되면, 네트워크 요소들은 모든 데이터 평면 및 제어 평면 트래픽을 송신하기 위해 백업 SGW를 선택할 것이다.
경로 관리 연속성은 고장이 난 SGW에 대한 경로를 관리하는 네트워크 요소들이 백업 SGW로의 전송 프로세스를 통해 연속성을 유지하는 것을 보장하는 프로세스이다. 일부 실시예들에서, 활성 SGW는 다양한 다른 네트워크 요소들(예를 들어, MME, eNodeB, PGW)와의 주기적 경로 관리 관계에 관련된다. 각각의 경로 관리 인스턴스(instance)는 에코(Echo) 요청에서 송신되는 재시작 카운터(Restart Counter)에 의해 식별된다. 이 숫자가 변하는 경우, 이는 네트워크 요소가 재시작되었다는 것을 의미한다(네트워크 요소가 다운되고 백업되도록 하는 리부트 또는 관리 조치로 인해).
백업 SGW가 테이크오버하면, 이는 경로 관리 에코 요청들을 수신하고 응답하여 에코 응답들을 전송한다. 게다가, 백업 SGW는 에코 요청들 및 필드 에코 응답들을 송신한다. 매 피어(peer)마다, 백업 SGW는 활성 SGW에서 수신된 재시작 카운터를 인지할 것이다. 이 방식에서, 피어로부터의 재시작 카운터가 변경되면, 백업 SGW는 응답하여 상기 피어와 연관되는 세션들을 클린업할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 백업 SGW가 에코(Echo) 요청들을 송신하면, 이는 또한 활성 SGW가 송신에 이용했던 재시작 카운터를 송신할 것이다. 이 방식에서, 활성 SGW의 피어들은 세션들을 클린업하지 않을 것이다.
복원력 있는 세션 복원은 다운되거나 비활성인 세션을 식별하고 백업 SGW를 통해 식별되는 세션을 가능한 한 빨리 복원하는 프로세스이다. 복원력 있는 세션 복원에서, 활성 SGW는 백업 SGW가 UE 세션과 연관되는 제어 및 데이터 평면들 모두를 복원시킬 수 있도록 각각의 UE에 대해 충분한 정보를 전달한다. 이것은 백업 SGW가 활성 SGW의 UE들를 인지할뿐만 아니라, 상기 UE들에 대한 제어 관리 메시지들뿐만 아니라 상기 UE들에 대한 전송 데이터 평면 트래픽을 프로세싱하는 것을 의미한다.
실례로, LTE 네트워크의 상황 내에서의 복원력 있는 세션 복원은 1차 SGW의 상실의 네트워크 요소들의 충격을 최소화하면서 UE들에 대한 활성 프로세싱 시간들을 10ms 내로 제공할 수 있다. 다양한 기술들은 또한 1차 및 백업 SGW들 사이의 낮은 동기화 오버헤드를 제공하며, 활성 및 유휴 UE들에 대한 UE IP 어드레스를 유지하고 과금 세션을 유지하면서 유휴 UE 프로세싱에 어떠한 변화도 제공하지 않는다.
복원력 있는 세션 복원 국면은 세션 상에 활동이 존재할 때마다 수행된다. 이 목적은 UE로의 다운링크 경로를 설정하기 위해 정보를 복원하는 것이다. 이것은 시그널링 및 세션의 유지보수에 수반되는 네트워크 요소들이 세션들을 지니는 것을 계속함으로써 이것들은 자신들의 피어와 통신할 수 있다. UE의 세션 상태는 자체의 다운링크 터널 엔드포인트 식별자(downlink Tunnel Endpoint Identifier; DL TEID) 와는 별도로 하고, 일반적으로 일정하게 유지되는 것이 주목된다. 실제로, 유휴 UE 세션 상태는 UE의 세션 상태의 상대적으로 변하지 않는 부분이다. 그러므로, UE를 유휴 모드에서 유지함으로써, 주 복원 노력은 다운링크 TEID로 향하게 된다.
활성 SGW 고장 시나리오 이후에, 데이터 평면이든 제어 평면이든 모든 트래픽은 백업 SGW로 라우팅될 것이다. 데이터 트래픽이 백업 SGW의 S5-u 인터페이스 상에 도달하면, 이는 백업 SGW의 데이터 평면에서 프로그래밍되었던 터널 엔드포인트 식별자(TEID)를 가지는 터널 상에 도달할 것이다. UE가 유휴 모드로서 유지되므로, SGW의 정상 행위는 MME에게 UE를 페이징하라고 고지하기 위해 다운링크 데이터 통지 메시지를 송신하고 UE에 대한 다운링크 TEID 및 eNodeB를 복귀시키는 것이다. UE가 실제로 유휴 모드에 있다면, MME는 UE를 페이징하고 다운링크 경로를 재설정할 것이다. UE가 활성이면, MME는 UE를 페이징할 필요가 없으나, 대신 UE가 접속되는 eNodeB에 대한 기존 다운링크 TEID를 SGW에 제공할 것이다. 백업 SGW의 S1-u 인터페이스 상에 데이터가 도달한 경우, 업링크 데이터 경로는 이미 프로그램되었고 데이터 전송이 완료될 수 있다. 이 동작은 활성 UE 및 유휴 UE 이 둘 모두가 이용 가능하다는 것이 주목된다. 다운링크 복귀 트래픽은 상술한 바와 같이 다운링크 데이터 통지를 트리거할 것이다.
제어 메시지가 S5-c 인터페이스 상에 도달하면, 백업 SGW는 상기 메시지를 전송할 것이다. MME가 베어러 수정 요청들(Modify Bearer Requests)을 송신하지 않으면, SGW는 UE가 활성 상태에 있었고 MME를 트리거하여 다운링크 TEID들을 가지는 베어러 수정 요청을 송신하기 위해 다운링크 데이터 통지를 송신하는 것을 인지한다. UE가 유휴였다면, MME는 베어러 수정 요청들을 자동으로 송신할 것이다. 제어 메시지가 MME로부터 도달하면, 이는 UE가 유휴를 벗어나게 하거나(SGW는 어떠한 것도 행할 필요가 없다) 또는 유휴 모드 TAU를 송신하거나(SGW는 어떠한 것도 행할 필요가 없다) 하며, 또는 이는 UE가 유휴 상태에 있지 않도록 요구하는 호출 플로우이다(SGW가 메시지를 내버리고 다운링크 데이터 통지를 송신하여, MME로부터 베어러 수정 요청을 이끌어낸다).
다양한 실시예들에서, 활성 및 백업 SGW들에 의해 이용되는 TEID 공간들은 백업 SGW 상에서 이미 프로그램되었던 것과 백업 SGW가 백업하고 있는 UE들 사이에서 어떠한 충돌도 발생하지 않는 것을 보장하도록 해체된다.
일반적으로 말해서, 복원 절차는 (1) 경로 관리 재시작 카운터들 및 활성 SGW에 공지되는 각각의 피어의 IP 어드레스들; 및 (2) 다양한 ENodeB들로의 다운링크 TEID들을 제외한, 활성 SGW에 공지되는 모든 UE 세션 상태 정보와 같이, 활성 및 백업 SGW들 사이에서 통신되는 정보를 이용한다.
도 3은 일 실시예에 따른 세션 상태 백업 방법의 흐름도를 도시한다. 상기 방법은 도 1 내지 도 2에 관하여 상술한 SGW들(112)과 같은 백업 SGW에서 이용하는데 적응되는 부분들 및 1차 SGW에서 이용하는데 적응되는 부분들을 포함한다.
일반적으로 말해서, 도 3의 방법(300)은 백업 SGW가 다운 또는 비활성인 세션들을 식별하거나 백업 SGW를 통해 식별되는 세션들을 가능한 한 빨리 복원하는 것과 같은, 적어도 제한된 조치를 취하는 것이 가능하도록 활성 SGW에 의해 지원되는 각각의 UE(102)에 대해 충분한 정보를 백업 SGW에 저장하도록 적응된다. 이 활성 SGW는 백업 SGW가 UE 세션들과 연관되는 제어 및 데이터 평면들 모두를 복원하는 것이 가능하도록 각각의 UE에 대한 충분한 정보를 전달한다. 이 방식에서, UE 세션의 시그널링 및 유지관리에 수반되는 다양한 네트워크 요소들은 세션을 얼라이브로 간주하고 따라서 자신의 피어들과 통신하는 것을 계속할 것이다.
단계 310에서, 적어도 하나의 대안 또는 백업 SGW가 1차 SGW에 대해 결정된다. 즉, 1차 또는 활성 SGW로서 동작하는 네트워크 내의 SGW들 중 하나 이상에 대해, 적어도 하나의 백업 SGW가 결정된다. 박스(315)를 참조하면, 백업 SGW는 위치, 구성, 용량 또는 1차 및/또는 백업 SGW와 연관되는 다른 요인들에 대하여 결정될 수 있다. 결정은 이웃하는 SGW들 사이에서의 발견, 구성 또는 최적화 프로세스의 상황 내에서와 같은 SGW 간 교섭에 의해 행해질 수 있다. 상기 결정은 또한 도 1에 관하여 상술한 네트워크 관리자(140)와 같은 네트워크 관리자에 의해 행해질 수 있다. 다른 엔티티들 및/또는 결정 방법론들이 이용될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 1차 SGW에 대한 대안 또는 백업 SGW의 결정은 다음의 선택 기준 중 하나 이상에 기초하여 자동으로 수행된다: DNS 응답 시간들, 경로 관리 검증 시간들, 세션 로딩 등. 다양한 실시예들에서 상기 기준은 또한 새로운 호출 셋업들을 위한 새로운 1차 SGW를 선택하기 위해서 MME에 의해 이용된다.
단계 320에서, 활성 및 백업 SGW들은 필요할 때 초기화되고, 1차 및 백업 역할들이 SGW들 중에서 할당되고, 1차 및 백업 SGW들 사이의 통신들이 설정되고, 적어도 1차 SGW가 자체의 IP 어드레스를 광고하기 시작한다.
박스(325)를 참조하면, 단계 320에서의 프로세스들은 활성 및 백업 SGW들 사이에서 설정될 이벤트 필요성들을 전달하기 위해 SGW-간 통신 프로토콜(inter-SGW communication protocol; ISCP)로 SGW-간 통신 채널(ISCC)를 설정하고, 이용될 하나 이상의 IP 생존성 메카니즘들을 규정하고, 1차 SGW로부터 백업 SGW로 전달될 관련 이벤트들을 규정하고, 활성 SGW가 이용할 터널 엔드포인트 식별자(TEID)들의 범위를 결정하고, 피어 어드레스 및 재시작 카운터 정보 등을 공유하는 것 중 일부 또는 모두를 포함한다.
다양한 실시예들에서, 초기화 동안 활성 SGW는 자체 및 백업 SGW의 아이덴티피케이션(identification)을 요청한다. 피어링이 적절하게 구성된 SGW들 사이에 있음을 검증한 후에, 활성 SGW는 자신이 활성 역할을 취할 것임을 선언한다. 피어링에 동의가 되면, 활성 SGW는 S1-u, S11, S5-c 및 S5-u 인터페이스들에 대한 자신의 IP 어드레스들을 광고하기 시작한다. 정상 동작 시에, 활성 SGW는 S11, S5-c, S5-u 및 S1-u 인터페이스들에 대한 IP 어드레스를 "소유"한다. 활성 SGW는 또한, 백업 SGW가 TEID 범위를 이용하지 못하게 할 수 있도록, 자신이 이용한 TEID 범위를 공유한다.
다양한 실시예들에서, 활성 SGW는 백업 SGW와 SGW에 대한 로컬 재시작 카운터를 공유하고, 여기서 단 하나의 재시작 카운터만이 SGW 내에서 모든 프로토콜들에 대해 유지된다. 일부 실시예들에서, 활성 SGW는 활성 SGW가 통신하는 각각의 피어마다, 피어 IP 어드레스 및 재시작 카운터 쌍을 공유한다. 이 실시예들에서, 피어들이 주기적으로 진행되므로, 활성 SGW는 이 정보를 백업 SGW로 통신한다. 이 정보는 전형적으로 안정적인 네트워크에서 변하지 않는다.
단계 330에서, 1차 SGW는 1차 SGW에 의해 지원되는 모바일 디바이스들과 연관되는 세션 상태 정보를 적어도 하나의 대응하는 백업 SGW로 송신한다. 즉, 1차 SGW는 UE 관련 메시지들을 프로세싱하므로, 활성 SGW는 UE에 대한 세션 상대 관련 이벤트들을 식별하고 이 정보를 백업 SGW로 통신한다.
박스(335)를 참조하면, 세션 상태 정보는 미리 결정된 수의 초 또는 분 이후와 같은 미리 결정된 간격으로 송신될 수 있다. 세션 상태 정보는 또한 하나 또는 미리 결정된 수의 관련 가입자 이벤트들의 발생 후에 송신될 수 있다. 관련 가입자 이벤트는 실례로, 세션 생성 이벤트(Create Session Event), 베어러 생성 이벤트(Create Bearer Event), 세션 삭제 이벤트(Delete Session Event) 및/또는 베어러 삭제 이벤트(Delete Bearer Event)를 포함한다. 일반적으로 말해서, 세션 복원 실시예들을 위한 관련 가입자 이벤트들은 다음의 예들에서 제공되는 바와 같이, 사용자 세션의 생성 또는 파괴를 발생시키는 임의의 이벤트를 포함한다:
세션 생성 이벤트: 새 세션이 생성되면, 새로운 제어 TEID들이 PGW로의 S5 인터페이스에 할당된다. 이것이 UE에 대한 제 1 세션이면, 새로운 제어 TEID가 MME로의 S11 인터페이스에 할당된다. 생성 이벤트의 완료 시에, 디폴트 베어러에 대한 데이터 평면 TEID들은 또한 S5-u 상의 SGW를 트래픽 인그레싱 또는 이그레싱하고 eNodeB로부터 S1-u 인터페이스 상의 SGW를 인그레싱하기 위해 할당된다.
베어러 생성 이벤트: 새로운 전용 베어러가 생성되면, 새로운 데이터 평면 S5-u TEID들은 SGW를 트래픽 인그레싱 또는 이그레싱하고 S1-u 인터페이스 상의 SGW를 인그레싱하기 위해 할당된다.
세션 삭제 이벤트: 세션이 삭제되면, 상기 세션은 백업 SGW로부터 삭제되고, 데이터 평면으로부터 프로그램 해제될 필요가 있다.
베어러 삭제 이벤트: 전용 베어러가 삭제되면, 베어러 컨텍스트는 백업 SGW로부터 삭제되고 전송 평면으로부터 프로그램 해제될 필요가 있다.
변화의 빈도는 PDN 세션들 및 전용 베어러들의 셋업/티어다운(teardown)의 빈도에 기초한다. 그러나, 이는 세션들 및 베어러들의 상태를 수정하는 SGW에 도달한 이벤트들만큼 빈번하지 않다. 상태 정보는 주로 세션의 생존 기간 동안 현저하게 변하지 않는 UE의 세션 상태를 포함한다.
일부 실시예들에서, 활성 SGW가 실제로 고장이 났던 백업 SGW에 의한 부정확한 평가를 피하기 위해, 활성 SGW는 전달하는데 관련 이벤트들이 거의 없는 경우에 백업 SGW에 킵얼라이브(keep alive) 메시지들을 주기적으로 송신한다.
단계 340에서, 각각의 백업 SGW에서 백업 SGW에 의해 지원되는 하나 이상의 1차 SGW들로부터 송신되는 세션 상태 정보가 저장된다. 박스(345)를 참조하면, 일 실시예에서, 저장된 세션 데이터는 UE 세션들에 대한 제어 및 데이터 평면들을 재생성하는데 충분하다.
도 4는 일 실시예에 따른 세션 상태 복원 방법의 흐름도를 도시한다. 특히, 도 4는 도 3에 관하여 상술한 바와 같이 내부에 세션 상태 정보를 저장했던 LTE 네크워크 내의 대안 또는 백업 SGW와 같은 대안 또는 백업 게이트웨이로서 동작하는 게이트웨이에서 이용하도록 적응되는 방법(400)을 도시한다.
단계 410에서, 백업 SGW로서 동작하는 SGW와 같은 게이트웨이는 초기화되고 1차 SGW로의 통신 경로는 실례로, 도 3에 관하여 상술한 바와 같은 방법(300)의 단계들 310 내지 325에 따라 설정된다.
단계 420에서, 백업 게이트웨이는 1차 SGW의 고장과 같은 그러한 시간이 표시될 때까지 활성 SGW에 의해 지원되는 UE와 관련되는 UE 상태 정보를 수신하고 저장한다. 박스 425를 참조하면, 1차 SGW 고장은 명시적 고장 표시, 이웃 노드 얼라이브 표시자의 타임아웃, 피어 카운터 타임아웃 등을 통해 표시될 수 있다. 그와 같은 표시는 1차 SGW의 실제 고장 또는 1차 SGW와 연관되는 유지보수 상태 또는 1차 SGW와 연관되는 오버헤드 상태와 같은 일부 다른 상태에 의한 것이다.
단계 430에서, 1차 SGW 고장 이후에, 백업 게이트웨이는 고장이 난 1차 게이트웨이의 IP 어드레스들 및 경로 관리 의무들을 취한다. 게다가, 고장이 난 SGW와 연관되는 UE들은 유휴 상태에서 유지된다. 박스 435를 참조하면, 백업 게이트웨이는 제어 평면 및 데이터 평면 트래픽 및 패킷들은 백업 게이트웨이로 라우팅되도록 선호되는 기준으로 IP 어드레스들을 광고하기 시작할 수 있다.
단계 440에서, UE 세션과 연관되는 데이터 평면 또는 제어 평면 트래픽이 백업 SGW(즉, 백업 SGW 인그레스 데이터 평면 또는 트리거되는 인그레스 제어 평면)에 도달하면, 백업 SGW는 응답으로 MME에 대한 다운링크 데이터 통지(DDN) IMSI 메시지를 생성하여 S1-u 다운링크(DL) 경로들을 복원한다. 박스 445를 참조하면, 백업 SGW는 네트워크 생성 제어 평면 또는 데이터 평면 트래픽, UE 생성 데이터 평면 트래픽, S11 상의 제어 메시지들, S1-u 또는 S5-u 상의 데이터 트래픽 등에 응답하여 DDN (IMSI) 메시지를 생성한다.
DDN (IMSI) 메시지에 응답하여, MME는 (a) IMSI 페이징 기능을 수행하고; (b) 선택된 재-접속 코드를 제공하면서 UE를 분리하고; (c) UE가 유휴 모드에 있는 경우 IMSI 접속을 수행함으로써 유휴 모드 UE들을 프로세스하는 동작을 행한다. MME는 (a) 분리를 수행하고; (b) IMSI 접속을 수행함으로써 활성 또는 접속 모드 UE들을 프로세스하는 동작을 행한다. 게다가, 백업 SGW는 삭제 세션 요청을 PGW로 전송하고, PGW는 응답하여 PCRF 및 IMS를 통해 UE 상태 아노몰리(anomalie)들을 클린업한다. UE들이 유휴 상태에서 유지되므로(단계 430에 따라), MME가 분리되고 UE들에 재접속됨으로써, 데이터 평면을 유지하고 이로 인해 지지되는 세션들의 12개의 평면 완결성(integrity)을 유지한다.
다양한 복원력 있는 세션 상태 복원 실시예들이 도 5 내지 도 10에 대하여 아래에서 더 상세하게 설명된다. 본원에서 도시되는 다양한 도들은 단지 실례의 실시예들을 제공하고 본원에서 논의되는 다양한 내용들과 조화하여 수정될 수 있음이 당업자에 의해 인정될 것이다. 이들 도 5 내지 도 9의 각각은 UE(102)(예를 들어, eNodeB(111)를 통한), MME(114), 백업 SGW(112) 및 PGW(113) 사이에서 통과되는 다양한 신호들을, 실례로 도 1 내지 도 4에 관하여 본원에서 기술된 바와 같은 상이한 복원력 있는 세션 상태 복원 시나리오들에 대하여 도시한다.
도 5는 유휴 UE에 대한 S11 또는 S5 상의 인그레스 제어 신호에 응답하여 복원력 있는 세션 상태 복원을 제공하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 6은 활성 UE에 대한 S11 또는 S5 상의 인그레스 제어 신호에 응답하여 복원력 있는 세션 상태 복원을 제공하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 7은 활성 UE에 대한 S1-u 상의 인그레스 데이터 신호에 응답하여 복원력 있는 세션 상태 복원을 제공하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 8은 활성 UE에 대한 S11 또는 S5 상의 인그레스 제어 신호에 응답하여 복원력 있는 세션 상태 복원을 제공하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 9는 유휴 UE에 대한 S5 상의 인그레스 데이터 신호에 응답하여 복원력 있는 세션 상태 복원을 제공하는 방법의 흐름도를 도시한다.
그러므로, 상태 정보는 마스터 및 슬레이브 SGW들/노드들 사이에서 동기화된다. 일반적으로 말해서, 상태 정보는 세션이 생성되거나 삭제될 때 동기화된다. 동기화는 또한 다른 시간들에서 발생할 수 있다. SGW들 사이에서 동기화되는 상태 데이터는 일반적으로 생성 또는 삭제되는 세션 DL TEID와 연관되거나 이용 가능한 UE 데이터를 포함한다. 동기화되는 데이터는 상대적으로 안정된 UE 세션 데이터인 경향이 있다; 즉 UE가 네트워크와 상호 작용할 때 시간의 경과에 따라 변하는 경향이 있지 않는 데이터이고, 반면에 DL TEID는 UE가 eNodeB들, 기지국들 등 사이에서 이동할 때와 같이 시간의 경과에 따라 변할 것이다. 다양한 실시예들은 DL TEID가 두 SGW들 또는 노드들 사이의 UE 페일오버(failover) 이후에 복원되는 메카니즘을 제공한다. 이 방식에서, DL TEID 및/또는 다른 동적 데이터의 동기화를 피함으로써, 두 SGW들 또는 노드들 사이에서 복원가 프로세스되는 상태와 연관되는 리소스 이용이 최소화된다.
페일오버는 미리 규정된 수의 에러들, 플랜트 유지보수, 파멸적인 고장 또는 임의의 다른 원인의 발생에 의해 트리거될 수 있다. 페일오버 이벤트의 발생 시에, 슬레이브 SGW 또는 노드는 고장이 난 마스터 SGW 또는 노드들에 의해 이전에 지원된 UE 세션들과 연관되는 어드레스 및 경로 관리 응답성들을 획득한다. DL TEID가 동기화되지 않으므로, 슬레이브 SGW 또는 노드 제어기는 각각의 UE가 유휴 상태에 있다고 가정할 것이다.
특정 UE와 연관되는 제어 평면 또는 데이터 평면 트래픽을 수신하는 것에 응답하여, 슬레이브 SGW 또는 노드는 MME로 하여금 UE를 자체의 유휴 상태로부터 검색하게 하도록 적응되는 다운링크 데이터 통지(DDN) 메시지를 송신할 것이다. UE가 참으로 유휴 상태에 있다면 MME는 UE를 찾거나 페이징하여 UE가 데이터 평면 트래픽의 제어 평면에 적절하게 응답하는 것을 가능하게 할 것이다. UE가 유휴 상태에 있지 않으면, MME는 UE와 연관되는 DL TEID를 제공할뿐만 아니라 슬레이브 SGW 또는 노드에 UE가 유휴 상태에 있지 않다는 것을 표시하는 응답을 제공할 것이다. 이 정보를 수신하자마자, 슬레이브 SGW 또는 노드는 UE가 활성인 것으로 간주할 것이고 DL TEID를 이용하여 데이터 평면 트래픽에 대한 UE-관련 제어 평면을 지원할 것이다. 슬레이브 SGW 또는 노드는 UE가 MME에 의해 패이징되거나 그렇지 않으면 기능적으로 네트워크에 재접속될 때까지 필요에 따라 데이터를 버퍼링할 것이다. 다양한 프로토콜 배압(back pressure) 메커니즘은 세션 관련 데이터를 시도하고 보존하기 위해 필요에 따라 활성화될 것이다. 일반적으로 말해서, 복원력 있는 세션 상태 복원은 고장에 걸쳐 접속들을 보존하는 메커니즘이다.
본원에서 기술되는 다양한 실시예들은 일반적으로 세션 상태 정보 및/또는 1차 SGW와 연관되는 다른 정보는 페일오버 메커니즘을 구현하는데 이용하기 위해 백업 SGW에 저장되는 것을 고려한다. 그러나, 다양한 실시예들에서 그와 같은 정보는 다수의 백업 SGW들에 그리고/또는 SGW들이 아닌 하나 이상의 네트워크 요소들에 저장될 수 있다. 저장된 세션 상태 정보 및/또는 1차 SGW와 연관되는 다른 정보는 백업 SGW에 의해 페일오버 메커니즘의 일부로서 검색된다.
복원력 있는 세션 복원 프로세스를 가속하기 위한 하나 이상의 추가 메커니즘들을 이용하여 다양한 실시예들이 수정된다. 세션 복원 프로세스를 가속하기 위한 하나의 메커니즘은 백업 SGW가 테이크오버하였음을 표시하기 위해 SGW로부터 MME로 전송되는 첫번째의 두세 개의 에코 요청들 상에서 미리 규정된 IE를 이용하는 것을 포함한다. MME는, S5-u 상에서의 데이터 평면 통지 또는 S11 및 S5-c 상에서의 제어 메시지들을 대기하는 대신, 활성 세션들의 다운링크 TEID들의 복원을 응답하여 가속한다. 세션 복원 프로세스를 가속하는 하나의 메커니즘은 백업 SGW가 상기 세션들을 자신들의 다운링크 TEID들로 팝퓰레이트(populate)하는 것을 주도적으로 시작하고 이것들을 보다 빠르게 활성 상태가 되게 할 수 있도록 활성 세션들의 목록을 활성 SGW로부터 백업 SGW로 주기적으로 건내주는 것을 포함한다. 이들 및 다른 메커니즘들은 개별적으로 또는 세션 복원 프로세스를 개선하거나 가속하기 위한 임의의 결합으로 이용될 수 있다.
1차 및 백업 SGW들 사이의 상태 정보를 동기화하는 것뿐만 아니라 그와 같은 동기화의 빈도는 네트워크 토폴로지, 이용 가능한 리소스들, 원하는 복원 속도 등과 같은 다양한 요인들에 좌우된다.
하나의 예로서, 일반 패킷 무선 시스템(General Packet Radio System; GPRS) 터널링 프로토콜 또는 GTP를 이용하는 LTE 네트워크에 대해 적응되는 것과 같은 시스템은 GTP 정보, 경로 관리 정보 및 다양한 세션들 또는 UE들과 연관되는 Rf(과금 세션) 관련 정보와 관련되는 상태 정보 중 일부 또는 모두를 동기화할 수 있다.
상태-관련 GTP 정보는 실례로, 업링크/다운링크(UL/DL) 전체 검정(qualified) 터널 엔드 포인트 식별자(Fully Qualified Tunnel End Point Identifier; FTEID)들, S11 및 S5-c에 대한 제어 FTEID들, S1-u 및 S5-u에 대한 데이터 FTEID들, ULI 등을 포함할 수 있다. 상태-관련 경로 관리 정보는 실례로 S11, S1-u 및 S5에 대한 재시작 카운터들 등을 포함할 수 있다. 상태 관련 Rf 정보는 실례로 원 상태, RAT 등(대체로 APN당 512B)을 포함할 수 있다.
동기화/업데이트 빈도는 주기 특성 및/또는 다양한 네트워크 이벤트들과 관련하여 미리 결정될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 1차 및 백업 SGW들은, 세션 생성 이벤트에 대해서 8개의 GTP/Rf 메시지들을, 세션 파괴 이벤트에 대해서 6개의 GTP/Rf 메시지들을, 세션 생성/파괴 이벤트에 대해서 2개의 IMCP 메시지들을 동기화하는 것과 같이, 세션들이 생성 및/또는 파괴될 때 동기화된다.
다양한 실시예들에서, 1차 및 백업 SGW들은, 더 양호한 생성 이벤트에 대해 6개의 GTP/Rf 메시지를, 베어러 파괴 이벤트에 대해서 6개의 GTP/Rf 메시지들을, 베어러 생성/파괴 이벤트에 대해서 2개의 동기화 메시지들을 동기화하는 것과 같이, 베어러들이 생성 및/또는 파괴될 때 동기화된다.
다양한 실시예들에서, 1차 백업 SGW들은 4개의 GTP/Rf 메시지들을 그리고 MME 재배치 이벤트에 대해서 2개의 동기화 메시지들을 동기화하는 것과 같이 MME 재배치들과 같은 네트워크 구성 이벤트들에 응답하여 동기화된다.
다양한 실시예들에서, 이중 IP 어드레스들은 S11 및 S5 상에서 이용되고 여기서 하나는 로컬 인으로 처리되고 하나는 백업으로 처리된다. 로컬 IP 어드레스들은 백업 SGW에서의 기존 세션들을 보유하는데 이용되고, 반면에 백업 IP 어드레스들은 새로운 세션들, 고장이 났거나 고장이 나 있는 1차 SGW로부터 전송되는 세션들, 고장이 났거나 고장이 나 있는 1차 SGW와 연관되는 제어 트래픽 등에 이용된다. 특히, 심지어 백업 SGW로의 IP 어드레스 할당은 두 부분들(동일한 크기일 수 있거나 아닐 수 있다)로 분리되고, 여기서 제 1 부분은 백업 SGW에서 기존 데이터 및 제어 평면 트래픽에 대해 이용되고, 제 2 부분은 고장났거나 고장이 나 있는 SGW와 연관되는 데이터 및 제어 평면 트래픽에 대해 이용된다. 이 방식에서, 세션 지원이 1차 SGW로부터 백업 SGW로 이동하므로 충돌들이 방지된다. 즉 활성 SGW가 되는 백업 SGW는 IP 어드레스들의 활성 SGW 범위를 이용한다. 이 방식에서, 충격들은 방지되고 세션들에 대한 지원은 SGW들의 IP 어드레스들에 대해 각 범위 별을 기반으로 하여 SGW들 사이에서 이동된다. 다양한 실시예들에서, 고장 억제가 이용되고, 다른 실시예들에서 이는 이용되지 않는다.
그러므로, 2개의(또는 그 이상) 서비스 게이트웨이들(SGW들) 또는 노드들은 지리적 리던던트 쌍으로 동작하고 있을 수 있고 1차/백업 또는 작동/보호 게이트웨이들 또는 노드들로서 표시될 수 있다. 1차 또는 작동 SGW 또는 노드는 마스터 모드에서 동작하는 반면에 백업 또는 보호 SGW(들) 또는 노드(들)는 슬레이브 모드에서 동작한다. 1차 또는 작동 SGW의 고장의 경우, 백업 또는 보호 SGW(들)이 마스터 모드에서 동작하기 시작한다. 이 상황에서, UE들 및 이들의 세션들은 슬레이브(들)로 "페일오버"된다. 고장이 난 1차 또는 작동 SGW/노드가 다시 동작하게 되면, 세션들을 백업 또는 보호 SGW로부터 1차 또는 작동 SGW/노드로 역으로 새로이 복귀 또는 페일오버할 필요가 있을 수 있다.
마스터 동작 모드에서, 마스터 SGW/노드는 슬레이브(들) SGW에 의해 광고되는 라우트 데이터에 선호되는 라우트 데이터를 광고함으로써 트래픽을 송신하기를 희망하는 임의의 노드가 상기 트래픽에 대한 라우트로서 상기 마스터를 선택하게 할 것이다. 이것이 발생하는 것을 보장하기 위해, 슬레이브 SGW는 예를 들어 "포이즌드" 라우트 데이터; 즉 자체의 고 비용 및 일부 다른 부정적인 파라미터로 인해 이용하는데 절대 선택되지 않을 라우트 데이터를 광고할 수 있다.
도 10은 다양한 실시예들에 대해 본원에서 기술되는 기능들을 수행하는데 이용하기 적합한 범용 컴퓨터의 고레벨 블록도를 도시한다. 특히, 범용 컴퓨터에 관하여 본원에서 기술되는 아키텍처 및 기능은 다양한 도면들에 관하여 본원에서 논의되는 다양한 스위칭 및 통신 요소들 또는 노드들의 각각; 즉 UE들(102), eNodeB들(111), PGW(113), MME들(114), PCRF(115) 및 네트워크 관리 시스템(140)에서 이용하는데 적합하다. 범용 컴퓨터를 기술하는 것에 관하여 본원에서 논의되는 기능 중 일부는 다양한 네트워크 요소들 또는 노드들 및/또는 네트워크 운영 센터(network operations center; NOC) 또는 네트워크 내의 요소들을 구성하고 관리하도록 동작하는 네트워크 관리 시스템(network management system; NMS)에서 구현될 수 있음이 인정될 것이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 시스템(1000)은 프로세서 요소(1002)(예를 들어, CPU), 메모리(1004), 예를 들어 랜덤 액세스 메모리(RAM) 및/또는 판독 전용 메모리(ROM), 패킷 프로세싱 모듈(1005) 및 다양한 입력/출력 디바이스들(1006)(예를 들어, 테이프 드라이브, 플로피 드라이브, 하드 디스크 드라이브 또는 컴팩트 디스크 드라이브를 포함하나 이로 제한되지 않는 저장 디바이스들, 수신기, 송신기, 스피커, 디스플레이, 출력 포트 및 사용자 입력 디바이스(키보드, 키패드, 마우스 등과 같은)를 포함한다.
도 10에 도시된 컴퓨터(1000)는 본원에서 기술되는 기능 요소들 및/또는 본원에서 기술되는 기능 요소들 중 일부들을 구현하는데 적합한 일반 아키텍처 또는 기능을 제공하는 것이 인정될 것이다. 본원에서 도시되고 기술되는 기능들은 소프트웨어 및/또는 하드웨어에서, 예를 들어 범용 컴퓨터, 하나 이상의 주문형 반도체(ASIC)들 및/또는 다른 하드웨어 등가물들을 이용하여 구현될 수 있다.
본원에서 소프트웨어 방법들로서 논의되는 단계들 중 일부는 하드웨어 내에서, 예를 들어 다양한 방법 단계들을 수행하는 프로세서와 공동 동작하는 회로소자로서 구현될 수 있음이 고려된다. 본원에서 기술되는 기능들/요소들의 일부들은 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구현될 수 있고 여기서 컴퓨터 명령들은 컴퓨터에 의해 프로세스될 때 컴퓨터의 동작을 적응시킴으로써 본원에서 기술되는 상기 방법들 및/또는 기술들이 인보킹(invoking)되거나 다른 방식으로 제공되도록 한다. 본 발명의 방법들을 인보킹하는 명령들은 고정 또는 제거 가능 매체에 저장되고, 브로드캐스트 또는 다른 신호 베어링(bearing) 매체에서 데이터 스트림을 통해 전송되고, 유형의 매체를 통해 전송되고 그리고/또는 명령들에 따라 동작하는 컴퓨팅 디바이스 내의 메모리 내에 저장될 수 있다.
상술한 내용이 본 발명의 다양한 실시예들에 관한 것일지라도, 본 발명의 다른 그리고 추가 실시예들이 본 발명의 기본 범위로부터 벗어나지 않고 창안될 수 있다. 이와 같으므로, 본 발명의 적절한 범위는 뒤따르는 청구항들에 따라 결정되어야만 한다.

Claims (10)

1차 서비스 게이트웨이(SGW)와 연관되는 백업 SGW를 관리하는 방법으로서,
슬레이브(slave) 동작 모드에서, 상기 1차 SGW로부터 대응하는 UE 세션 상태 정보의 적어도 일부분을 주기적으로 수신하는 단계와,
상기 1차 SGW의 고장에 응답하여, 마스터 동작 모드에 진입하는 단계를 포함하고, 상기 마스터 동작 모드는
상기 1차 SGW와 연관되는 IP 어드레스들 및 경로들의 관리를 추정하고,
사용자 장비(UE)와 연관되는 제어 또는 데이터 평면 트래픽을 수신하는 것에 응답하여, MME에게 상기 UE가 라이브(live) 상태에 있음을 고지하도록 적응되는 다운링크 데이터 통지(Downlink Data Notification; DDN) 메시지를 생성하는 것을 포함하는
백업 SGW를 관리하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 슬레이브 동작 모드는 다른 네트워크 요소들에 의해 상기 백업 SGW의 선택을 방지하도록 적응되는 라우트 데이터를 광고하는 것을 더 포함하고, 상기 마스터 동작 모드는 다른 네트워크 요소들에 의해 상기 백업 SGW의 선택을 조장하도록 적응되는 선호 라우트 데이터를 광고하는 것을 더 포함하는
백업 SGW를 관리하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 마스터 동작 모드는 상기 MME로부터 수신되는 다운링크 터널 엔드포인트 식별자(downlink tunnel endpoint identifier; DL TEID) 정보를 이용하여 UE 세션들에 대한 데이터 평면 지원을 재설정하는 것을 더 포함하는
백업 SGW를 관리하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 UE 세션 상태 정보는 상기 1차 SGW에 의해 지원되는 복수의 모바일 디바이스들의 각각의 아이덴티피케이션(identification)을 포함하는
백업 SGW를 관리하는 방법.
제 1 항에 있어서,
UE와 연관되는 세션 상태 정보는 대응하는 세션 생성 이벤트, 세션 삭제 이벤트, 베어러(bearer) 생성 이벤트 및 베어러 삭제 이벤트 중 하나 이상에 응답하여 수신되는
백업 SGW를 관리하는 방법.
제 1 항에 있어서,
UE와 연관되는 세션 상태 정보는 미리 결정된 간격으로 또는 미리 결정된 수의 가입자 이벤트들 이후에 수신되는
백업 SGW를 관리하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 백업 SGW는 상기 1차 SGW와 연관되는 IP 어드레스들과 충돌하지 않는 로컬 IP 어드레스들의 세트와 연관되고, 상기 백업 SGW는 상기 슬레이브 모드에서 IP 어드레스들의 상기 백업 SGW 로컬 세트만을 관리하고, 상기 백업 SGW는 상기 마스터 모드에서 로컬 IP 어드레스들의 모든 세트들을 관리하는
백업 SGW를 관리하는 방법.
1차 서비스 게이트웨이(SGW)를 백업하도록 적응되는 SGW에서 이용하기 위한 장치로서,
상기 백업 SGW를 관리하도록 구성되고, 상기 백업 SGW로 하여금 슬레이브 동작 모드 및 마스터 동작 모드 중 하나에서 동작하도록 하는 프로세서를 포함하고,
상기 백업 SGW는 상기 슬레이브 동작 모드에서, 상기 1차 SGW로부터 대응하는 UE 세션 상태 정보의 적어도 일부분을 주기적으로 수신하고 상기 1차 SGW의 고장에 응답하여 마스터 동작 모드에 진입하고,
상기 백업 SGW는 상기 마스터 동작 모드에서 상기 1차 SGW와 연관되는 IP 어드레스들 및 경로들의 관리를 추정하고 UE와 연관되는 제어 또는 데이터 평면 트래픽을 수신하는 것에 응답하여 MME에게 상기 UE가 라이브 상태에 있음을 고지하게 하도록 적응되는 다운링크 데이터 통지(DDN) 메시지를 생성하는
장치.
프로세서에 의해 실행될 때, 1차 서비스 게이트웨이(SGW)와 연관되는 백업 SGW를 관리하는 방법을 수행하는 소프트웨어 명령들을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체로서, 상기 방법은
슬레이브 동작 모드에서, 상기 1차 SGW로부터 대응하는 UE 세션 상태 정보의 적어도 일부분을 주기적으로 수신하는 단계와,
상기 1차 SGW의 고장에 응답하여, 마스터 동작 모드에 진입하는 단계를 포함하고, 상기 마스터 동작 모드는
상기 1차 SGW와 연관되는 IP 어드레스들 및 경로들의 관리를 추정하고,
UE와 연관되는 제어 또는 데이터 평면 트래픽을 수신하는 것에 응답하여, MME에게 상기 UE가 라이브 상태에 있음을 고지하게 하도록 적응되는 다운링크 데이터 통지(DDN) 메시지를 생성하는 것을 포함하는
컴퓨터 판독 가능 매체.
삭제
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