KR101581282B1 - 펨토 셀을 포함하는 무선 통신 네트워크에서의 로컬 ｉｐ 액세스 지원 방법 및 장치 - Google Patents

펨토 셀을 포함하는 무선 통신 네트워크에서의 로컬 ｉｐ 액세스 지원 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 펨토 기지국 게이트웨이가 설치된 무선 통신 네트워크에서, 로컬 IP 액세스 기능을 지원하기 위하여, 펨토 기지국이 PDN 게이트웨이와 Serving 게이트웨이 기능을 가지도록 확장되었을 때, 단말기의 로컬 IP 액세스 요구를 펨토 기지국, 펨토 기지국 게이트웨이, 코어 네트워크의 이동성 관리 엔티티 (MME), 펨토 기지국 상에 존재하는 로컬 Serving 게이트웨이와 로컬 PDN 게이트웨이에서 처리하여, 로컬 IP 액세스를 위한 PDN 커넥션을 형성하는 방법과 절차, 장치에 대한 발명이다.
로컬 IP 액세스, 펨토 기지국, 펨토 기지국 게이트웨이, 로컬 serving 게이트웨이, 로컬 PDN 게이트웨이, 로컬 브레이크아웃

Description

펨토 셀을 포함하는 무선 통신 네트워크에서의 로컬 ＩＰ 액세스 지원 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SUPPORTING LOCAL INTERNET PROTOCOL ACCESS AT WIRELESS COMMUNICATION NETWORK COMPRISING FEMTO CELL}
본 발명은 펨토 기지국와 펨토 기지국 게이트웨이를 포함하는 무선 통신 네트워크에서의 펨토 기지국이 로컬 게이트웨이 (PDN 게이트웨이 단독, 또는 PDN 게이트웨이와 serving 게이트웨이 모두)의 기능을 포함하도록 확장된 경우, 단말기가 펨토 기지국의 확장 기능을 이용하여 로컬 IP 액세스를 하기 위한 서비스 요구를 처리하여 PDN 커넥션을 형성하는 방법과 장치에 관한 것이다.
펨토 셀(Femto cell)은 가정이나 사무실 등 옥내에 설치된 브로드 밴드 망을 통해 이동통신 코어 네트워크에 접속하는 초소형 이동통신 기지국이다. 펨토 기지국은 실내 커버리지를 확대하고 통화 품질을 향상시키며 다양한 유무선 융합 서비스를 효율적으로 제공할 수 있는 다양한 장점을 가진다.
3GPP LTE(Long Term Evolution)에서는 eNB(evolved NodeB) 및 home eNB(home evolved NodeB, HeNB)라는 기지국을 정의한 바 있다. 이중 eNB는 일반적인 매크로 셀(macro cell)을 관장하는 매크로 기지국이며, home eNB는 펨토 셀을 관장하는 펨 토 기지국이다.
즉, 3GPP에서는 기존 매크로 기지국과 별도로 특정 사용자만 접속 할 수 있는 펨토 기지국이 설치되는 환경을 고려하고 있다. 이때, 펨토 기지국은 사용자 혹은 사업자에 의해서 커버리지 증대, 용량(capacity) 증대 혹은 기타 차별화된 서비스의 제공 등을 목적으로 설치될 수 있다. 펨토 기지국의 서비스 커버리지는 최소 수 미터에서 최대 매크로 서비스 커버리지 정도까지 고려될 수 있다.
그런데, 종래에는 펨토 기지국이 데이터 네트워크로 직접 연결이 가능함에도 불구하고, 펨토 기지국에 접속한 단말기는 펨토 기지국, 서빙 게이트웨이, PDN(Packet Data Network) 게이트웨이 등을 경유하는 전송 경로를 이용하여 데이터 네트워크에 접속해야 한다는 문제점이 존재하였다.
펨토 기지국 게이트웨이와, 로컬 게이트웨이(PDN 게이트웨이 단독 또는 Serving 게이트웨이와 PDN 게이트웨이 모두)의 기능을 가지도록 확장된 펨토 기지국이 공존하는 네트워크 구조에서, 확장된 펨토 기지국 상에 존재하는 Serving 게이트웨이와 PDN 게이트웨이와 MME 사이의 컨트롤 메시지들을 송수할 때는 매크로 serving 게이트웨이와 매크로 PDN 게이트웨이와 MME 사이에 컨트롤 메시지를 송수신하는 방법을 사용하는 것을 불가능하다. 그 이유는 첫번째로, 펨토 기지국의 수가 매크로 serving 게이트웨이 수의 몇천백 몇 만배가 될 수 있으므로, 펨토 기지국 상에 존재하는 로컬 Serving 게이트웨이와 로컬 PDN 게이트웨이의 정보를 매크로 serving 게이트 정보를 등록한 곳에 같이 등록한 후 해당 등록 정보를 검색하여 액세스하기 위한 정보를 얻는 것은 비효율적이므로 실질적으로 사용이 불가능하다. 두번째로, 많은 수의 펨토 기지국들을 효율적으로 관리하기 위하여 펨토 기지국 게이트웨이가 도입된 경우, 펨토 기지국 게이트웨이가 관리하는 펨토 기지국들 모두가 MME에게 하나의 펨토 기지국으로 보이도록 동작되기 때문에, 각각의 펨토 기지국 상에 존재하는 로컬 Serving 게이트웨이와 PDN 게이트웨이들을 MME가 개별적으로 구별할 수 있는 방법의 현재는 없다. 셋째로, serving 게이트웨이와 MME 사이의 컨트롤 메시지는 IMSI라는 아이디를 이용하여 단말기 사용자 별 정보를 구별하는데, 기지국과 MME 사이의 컨트롤 메시지는 S-TMSI라는 아이디만을 이용하여 단말기 사용자 별 정보를 구별하므로, MME가 기지국 상에 존재하는 로컬 serving 게 이트웨이나 로컬 PDN 게이트웨이로 IMSI 아이디를 이용하야 메시지를 전송하면 해당 사용자가 존재하는 기지국을 찾는 것이 불가능하다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출되었고, 펨토 기지국에 접속한 단말기가 사업자 네트워크를 경유하지 않고 데이터를 직접 데이터 네트워크에 전송하는 로컬 IP Access 서비스를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 로컬 IP 액세스 지원 방법은 그 PDN 커넥션의 형성은 펨토 기지국이 DHCP를 이용하거나 정적 설정을 이용하여 IP를 설정한 후, MME와의 커넥션을 설정하는 1단계, MME와 커넥션이 설정된 펨토 기지국에 접속한 단말기가 라디오 베어러를 활성화시키기 위한 초기 단말 메시지를 펨토 기지국으로 보내고, 펨토 기지국이 초기 단말 메시지를 MME로 전송하는 제 2 단계, MME가 단말에 대한 정보를 펨토 기지국으로 전송하고 펨토 기지국의 응답을 받아서 단말 정보를 펨토 기지국에 설정하는 제 3단계, 단말이 PDN 연결 요구 메시지를 MME로 송신하고 MME가 해당 PDN 커넥션을 위한 PDN 게이트웨이와 Serving 게이트웨이를 선정하는 제 4 단계, MME가 해당 Serving 게이트웨이로 PDN 연결을 위한 베어러 생성을 요구하고 Serving 게이트웨이가 이를 PDN 게이트웨이로 요구하면 PDN 게이트웨이가 자원을 할당하고 serving 게이트웨이로 그 결과를 알려 주고 다시 serving 게이트웨이가 MME로 그 결과를 알려 주는 제 5단계, MME가 PDN 연결 요구 수락을 단말기에게 알리면서, 펨토 기지국에게 컨트롤 메시지를 보내어 라디오 베어를 생성하게 하고 그 생성결과를 통보 받는 제 6단계, 단말이 PDN 연결 종 료를 MME에게 알려 주고 MME가 생성된 라디오 베어러 정보를 serving 게이트웨이와 PDN 게이트웨이로 업데이트하하는 제 7단계로 구성된다.
구체적으로 본 발명의 펨토 셀을 포함하는 무선 통신 네트워크에서 펨토 셀의 로컬 IP 액세스 지원 방법은 단말로부터 서비스 요청 수신 시, 로컬 게이트웨이의 정보를 포함하는 초기 단말 메시지를 생성하고, 이동성 관리 엔티티로 전송하는 단계, 상기 이동성 관리 엔티티로부터 전송되는 라디오 베어러 형성에 필요한 정보를 포함하는 초기 컨텍스트 설정 요청 메시지를 수신하여 저장하는 단계, 상기 단말로부터 로컬 IP 액세스를 위한 PDN 커넥션 요청을 수신하여 상기 이동성 관리 엔티티로 전송하는 단계, 상기 이동성 관리 엔티티가 상기 로컬 게이트웨이로 베어러 생성 요청을 전송하면, 상기 로컬 게이트웨이가 상기 라디오 베어러를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 로컬 게이트웨이는 상기 펨토 셀에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 펨토 셀을 포함하는 무선 통신 네트워크에서 로컬 IP 액세스 지원 장치는 단말로부터 서비스 요청 수신 시, 로컬 게이트웨이의 정보를 포함하는 초기 단말 메시지를 생성하고 이동성 관리 엔티티로 전송하며, 상기 이동성 관리 엔티티로부터 전송되는 라디오 베어러 형성에 필요한 정보를 포함하는 초기 컨텍스트 설정 요청 메시지를 수신하여 저장하고, 상기 단말로부터 로컬 IP 액세스를 위한 PDN 커넥션 요청을 수신하여 상기 이동성 관리 엔티티로 전송하는 펨토 셀, 상기 이동성 관리 엔티티로부터 베어러 생성 요청 수신 시, 로컬 PDN 게이트웨이와 라디오 베어러를 형성하는 로컬 서빙 게이트웨이 및 코어 네트워크와 이종인 데이터 네트워크와 연결되며, 상기 로컬 서빙 게이트웨이와 라디오 베어러를 형성하는 로컬 PDN 게이트웨이를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 펨토 기지국 게이트웨이가 설치된 환경에서 단말기가 로컬 IP 액세스를 요구할 때, 로컬 게이트웨이 (PDN 게이트웨이 단독 또는 PDN 게이트웨이와 serving 게이트웨이)의 기능을 확장한 펨토 기지국을 이용할 수 있도록 함으로써 코어 네트워크를 경유하지 않고 데이트를 직접 데이터 네트워크에 전송하여 효율적인 데이터 전송 환경을 제공할 수 있다. 또한, 펨토 기지국 게이트웨이 중계 기능을 이용하여 펨토 기지국 게이트웨이에서 제공하는 보안 기능을 이용하여 펨토 기지국과 코어 네트워크 내의 MME 사이의 보안성 있는 통신을 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 실시예의 용어는 기본적으로 3GPP LTE(Long Term Evolution) 시스템 규격에 따르기로 하지만 반드시 이에 한정되어 해석될 필요는 없다.
본 발명에서 기술되는 로컬 IP 액세스 (LIPA) 서비스는 단말기의 데이터가 코어 네트워크를 통하지 않고, 직접 데이터 네트워크(또는 로컬 IP 액세스 네트워크)로 전달되는 서비스를 의미한다.
그리고 본 발명의 로컬 IP 액세스 네트워크는 코어 네트워크와 이종인 모든 네트워크를 의미하며, 인터넷 또는 홈 서비스를 제공하는 서비스 네트워크 등이 그 예일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
우선, 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 네트워크의 구조에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 네트워크는 셀룰러 시스템을 기반으로 하며, 상기 셀룰러 시스템 중 매크로 기지국 및 펨토 기지국들이 공존하는 무선 통신 네트워크에 대해서 설명한다.
도 1은 펨토 기지국과 펨토 기지국 게이트웨이를 포함하는 무선 통신 네트워크의 구조를 도시하는 도면이다. 도 1에 따른 무선 통신 네트워크는 단말기(100), 로컬 PDN 게이트웨이(101)와 로컬 serving 게이트웨이 (102)의 기능을 가지는 펨토 기지국(103)과 매크로 기지국(108), 펨토 기지국 게이트웨이 (104), 이동성 관린 엔티티인 MME (105), 코어망에 존재하는 매크로 serving 게이트웨이 (106)과 코어망에 존재하는 PDN 게이트웨이 (107)를 포함할 수 있다.
매크로 기지국(Macro eNB)(108)은 매크로 셀을 관장하는 기지국이다.
매크로 기지국(108)은 단말기(100)와 무선 채널을 통해 연결되며, 무선 자원을 제어한다. 예를 들어, 매크로 기지국(108)은 매크로 셀 내 필요한 제어 정보를 시스템 정보로 생성하여 방송(Broadcasting)하거나, 또는 데이터나 제어 정보를 단말기(100)와 송수신하기 위하여 무선 자원을 할당할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 매크로 기지국(108)은 단말기(100)로부터 현재 셀과 인접 셀들의 채널 측정 결과 정보를 취합하여 핸드 오버를 결정하고, 핸드 오버를 명령할 수 있다. 이를 위한 매크로 기지국(108)은 무선 자원 관리와 관련된 라디오 자원 프로토콜(Radio Resource Protocol) 등의 제어 프로토콜을 구비한다.
이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, 'MME')(105)는 유휴 모드(idle)의 단말기를 관리하고, PDN (Packet Data Network) 게이트웨이 및 서빙 게이트웨이를 선정한다. 이와 더불어 이동성 관리 엔티티는 로밍(Roaming) 및 인증(Authentication) 관련 기능을 수행한다. 그리고 상기 이동성 관리 엔티티(105)는 단말기(105)에서 발생하는 베어러 시그널을 처리한다.
서빙 게이트웨이(Serving Gateway)(106)는 기지국 사이의 핸드 오버 시, 또는 3GPP 무선망 사이 이동 시 이동성 앵커 역할을 수행한다.
PDN 게이트웨이(Packet Data Network Gateway)(107)는 단말기(170)의 IP 주소를 할당하고, 코어 망의 패킷 데이터 관련 기능을 수행하며, 3GPP 무선망과 non-3GPP 무선망 사이 이동 시 이동성 앵커 역할을 수행한다. 또한 상기 PDN 게이트웨이는 가입자에게 제공한 베어러 대역을 결정하고, 패킷 데이터에 대한 포워딩(Forwarding) 및 라우팅(Routing) 기능을 담당한다.
펨토 기지국(Home eNB, HeNB)(103)은 무선망 제어기를 통하여 이동성 관리 엔티티(120)와 같은 코어 네트워크에 연결되어 단말기(100)에게 이동통신 서비스를 제공한다. 여기서 펨토 셀은 CSG 셀(Closed Subscriber Group Cell)로 통용되기도 하는데, CSG 셀이란 그 셀에 액세스할 수 있도록 미리 등록된 특정 그룹(즉 CSG)에 속한 단말기들만 액세스 할 수 있는 셀을 지칭한다. 이와 같은 CSG 셀은 일반적으 로 개인의 가정과 같이 협소한 지역에 설치되는 홈 셀이나, 기업 또는 특정 조직을 위해 넓은 지역에 설치되는 기업/지역 네트워크 셀일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 펨토 기지국(103)은 자신에게 등록한 단말기에게만 이동통신 서비스를 제공하며, 자신이 서비스를 제공하는 특정 그룹의 식별 정보, 즉 CSG ID를 SIB(System Information Block)에 포함시켜 방송한다.
로컬 serving 게이트웨이(Local Serving Gateway, L-SGW)(102)는 펨토 기지국에 존재하는 serving 게이트웨이이다.
로컬 PDN 게이트웨이(Local Packet Data Network Gateway, L-PGW)(107)는 펨토 기지국에 존재하는 PDN 게이트웨이이다
펨토 기지국 게이트웨이(HeNB GW)(104)는 이동성 관리 엔티티인 MME(105)와 펨토 기지국(103)을 연결하는 역할을 수행한다.
단말기(100)는 매크로 기지국(108) 또는 펨토 기지국(103)을 통하여 코어 네트워크에 접속할 수 있다.
<제1 실시예>
제1 실시예는 도면 1과 도면 2의 네트워크 구조에서 로컬 IP 액세스를 지원하기 위하여 도면 7의 프로시져를 수행하는 과정과 절차 장비를 포함한다.
도면 1의 펨토 기지국(103)이나 펨토 기지국 게이트웨이(104)는 DHCP나 정적인 설정을 이용하여 IP 주소를 획득한 후 MME(105)와 통신을 위한 연결을 생성한다. MME(105)와의 연결을 위하여 펨토 기지국 게이트웨이(104)는 자신의 ID를 포함 한 메시지(S1 SETUP REQUEST, S1 설정 요청 메시지)(201)를 MME로 전송하고 MME로부터 응답(202)을 수신한다. 펨토 기지국(103) 역시 자신의 ID를 포함한 메시지(S1 SETUP REQUEST, S1 설정 요청 메시지)(203)를 펨토 기지국 게이트웨이(104)로 전송하고 응답(204)을 수신함으로써 펨토 기지국 게이트웨이와 연결을 생성한다.
펨토 기지국과 펨토 기지국 게이트웨이, 펨토 기지국 게이트웨이와 MME 사이에 연결이 생성된 이후, 단말 (100)이 해당 펨토 기지국(103)을 통하여 초기 메시지(Service Request)(205)를 전송하면, 펨토 기지국(103)은 해당 단말에 대한 정보를 얻기 위하여, 단말로부터 초기 메시지를 받았음을 알리는 메시지(초기 단말 메시지, Initial UE Message)(206)를 펨토 기지국(103)과 연결된 펨토 기지국 게이트웨이(104)로 전송한다. 이때 전송되는 메시지(206)는 펨토 기지국 내에 포함됨 로컬 PDN 게이트웨이(4101)와 로컬 serving 게이트웨이(4102)의 IPv4 또는/그리고 IPv6 주소와 포트 등의 컨트롤 메시지 송수신을 위한 모두 정보를 포함한 로컬 게이트웨이 정보 (Local GW-info)를 포함한다.
206 메시지를 수신한 펨토 기지국 게이트웨이(104)는 MME(105)와 기지국 사이에 사용되는 단말 사용자 아이디 정보인 S-TMSI와 수신한 로컬 게이트웨이 정보 (Local GW-info) 정보를 저장한 후 해당 정보를 MME로 전달(207)한다. 207 메시지를 수신한 MME는 그에 대한 응답으로 단말 사용자를 위한 라디오 베어러를 형성하는데 필요한 정보를 포함한 메시지(Initial Context Setup Request, 초기 컨텍스트 설정 요청 메시지)(208)를 펨토 기지국 게이트웨이로 전송하고 펨토 기지국 게이트웨이는 이 메시지(209)를 펨토 기지국(103)으로 전송한다. 209을 수신한 펨토 기지 국은 단말 사용자를 위한 라디오 베어러를 형성 관련 정보를 저장한 후, 그에 대한 응답(Initial Context Setup Response, 초기 컨텍스트 설정 응답 메시지)(210)을 펨토 기지국 게이트웨이를 통하여 MME로 전달(211)한다.
단말 사용자를 위한 라디오 베어러 형성 관련 정보가 펨토 기지국으로 전달된 이후, 단말은 로컬 IP 액세스를 위한 PDN 커넥션 형성을 요구(PDN Connectivity Request, PDN 커넥션 요청 메시지)하는 메시지(212)를 상기 펨토 기지국(103)으로 전송한다. 전송된 요구(212)는 펨토 기지국(103)과 펨토 기지국 게이트웨이(104)를 통하여 MME(105)로 전달된다. 요구(214)를 수신한 MME(105)는 PDN 커넥션 생성 요구가 로컬 IP 액세스를 위한 것인지 확인(215)한 후, 로컬 IP 액세스를 위한 것이라면 207 메시지에서 수신한 로컬 게이트웨이 정보를 이용하여 베어러 생성 요구 메시지(Create Session Request)를(216) 로컬 serving 게이트웨이로 직접 보낸다.
상기 216 메시지를 수신한 로컬 serving 게이트웨이(102)는 로컬 PDN 게이트웨이(101)와 함께, 요구 받은 베어러 즉, 로컬 서빙 게이트웨이(120)와 로컬 PDN 게이트웨이(101를 직접 연결하는 베어러를 생성한 후 그 생성 결과(217)를 MME에게 알려준다(Create Session Response).
217 메시지를 통하여 serving 게이트웨이와 PDN 게이트웨이로의 베어러 생성을 확인한 MME는 라디오 베어러를 생성하기 위한 메시지(Bearer Setup Request)(218)와 PDN 커넥션 생성 요구을 수락하는 메시지(PDN Connectivity Accept)(218)를 펨토 기지국(103)으로 전송(219)하여 라디오 베어러를 생성(220)한다.
PDN 커넥션 생성 요구를 수락하는 메시지(PDN Connectivity Accept)가 단말에 전달되면 단말은 로컬 IP 액세스를 위한 PDN 커넥션 생성이 종료되었음을 알리는 메시지(222)를 펨토 기지국(103)을 통하여 MME(105)로 전달한다. 이를 수신한 MME(105)는 라디오 베어러 관련 정보를 serving 게이트웨이나 PDN 게이트웨이로 업데이트해야할 필요가 있는지 확인하고 필요가 있다면, 업데이트 베어러 정보를 포함한 메시지(Modify Bearer Request)(224)를 펨토 기지국(103)내의 로컬 serving 게이트웨이(102)에게 보내고 그에 대한 응답(Modify Bearer Response)(225)를 받아서 받아서 로컬 PDN 커넥션 형성을 위한 과정을 종료한다. 위의 과정에서 203에서 전달되는 로컬 게이트웨이 정보 (Local GW-info)는 203의 메시지나 210의 메시지에서도 전달이 가능하다.
도면1의 실시 예는 도면 2와 같이 펨토 기지국이 로컬 PDN 게이트웨이만을 포함하고 serving 게이트웨이는 매크로 serving 게이트웨이를 이용하는 경우에도 적용될 수 있다. 도면2의 네트워크 구조에서 도면 7의 과정을 실행할 때의 차이점은 MME에서 로컬 serving 게이트웨이와 로컬 PDN 게이트웨이로 전달하는 메시지들이 MME에서 매크로 serving 게이트웨이로 전달된 후, 매크로 PDN 게이트웨이로 전달된다는 점이다.
<제2 실시예>
제2 실시예는 도면 3과 도면 4의 네트워크 구조에서 로컬 IP 액세스를 지원 하기 위하여 도면8과 도면 9, 그리고 도면 10과 도면 11의 프로시져를 수행하는 과정과 절차 장비를 포함한다.
제1 실시예에서 설명한 것과 같이 도면 3의 펨토 기지국(4103)이나 펨토 기지국 게이트웨이(4104)는 DHCP나 정적인 설정을 이용하여 IP 주소를 획득한 후 MME(4105)와 통신을 위한 연결을 생성한다. MME와의 연결을 위하여 팸토 기지국 게이트 웨이는 자신의 ID를 포함한 메시지(401)을 MME로 전송하고 MME로부터 응답(402)을 수신한다. 펨토 기지국(4103) 역시 자신의 ID를 포함한 메시지(403)를 펨토 기지국 게이트웨이(4104)로 전송하고 응답(404)을 수신함으로써 펨토 기지국 게이트웨이와 연결을 생성한다.
펨토 기지국(4103)과 펨토 기지국 게이트웨이(4104), 펨토 기지국 게이트웨이와 MME(4105)의 연결이 생성된 이후, 단말 (4100)이 해당 펨토 기지국(4103)을 통하여 초기 메시지(Service Request)(405)를 전송하면, 펨토 기지국(4103)은 해당 단말에 대한 정보를 얻기 위하여 단말로 받은 초기 메시지를 받았음을 알리는 메시지(초기 단말 메시지, Initial UE Message)(406)를 펨토 기지국과 연결된 펨토 기지국 게이트웨이(4104)로 전송한다. 이때 전송되는 메시지(406)는 펨토 기지국 내에 포함됨 로컬 PDN 게이트웨이(4101)와 로컬 serving 게이트웨이(4102)의 IPv4 또는/그리고 IPv6 주소와 포트 등의 컨트롤 메시지 송수신을 위한 모두 정보를 포함한 로컬 게이트웨이 정보 (Local GW-info)를 포함한다.
406 메시지를 수신한 펨토 기지국 게이트웨이(4104)는 MME와 기지국 사이에 사용되는 단말 사용자 아이디 정보인 S-TMSI와 수신한 로컬 게이트웨이 정보 (Local GW-info) 정보를 저장한 후, MME에서 이후 로컬 serving 게이트웨이로 보내는 정보를 수신하여 처리하기 위한 서빙 게이트웨이 프록시(serving 게이트웨이 proxy)(4110)를 생성(407)한다. 그리고 수신한 로컬 게이트웨이 정보(Local GW-info)에서 serving 게이트웨이 정보를 생성한 serving 게이트웨이 proxy로 변경한후, MME로 전송(408)한다. 408 메시지를 수신한 MME는 그에 대한 응답으로 단말 사용자를 위한 라디오 베어러를 형성하는데 필요한 정보를 포함한 메시지(Initial Context Setup Request, 초기 컨텍스트 설정 요청 메시지)(409)를 펨토 기지국 게이트웨이로 전송하고 펨토 기지국 게이트웨이는 이 메시지(409)를 펨토 기지국(4103)으로 전송한다. 410을 수신한 펨토 기지국은 단말 사용자를 위한 라디오 베어러를 형성 관련 정보를 저장한 후, 그에 대한 응답(Initial Context Setup Response, 초기 컨텍스트 설정 응답 메시지)(411)을 펨토 기지국 게이트웨이를 통하여 MME로 전달(412)한다.
단말 사용자를 위한 라디오 베어러를 형성 관련 정보가 펨토 기지국으로 전달된 이후, 단말은 로컬 IP 액세스를 위한 PDN 커넥션을 형성하기 위한 요구 메시지(PDN Connectivity Request, PDN 커넥션 요청 메시지)(413)를 상기 펨토 기지국(103)으로 전송한다. 전송된 요구(413)는 펨토 기지국(4103)과 펨토 기지국 게이트웨이(4104)를 통하여 MME(4105)로 전달된다. 요구(415)를 수신한 MME(4105)는 PDN 커넥션 요구이 로컬 IP 액세스를 위한 것인지 확인(416)한 후, 로컬 IP 액세스를 위한 것이라면 408 메시지에서 수신한 로컬 게이트웨이 정보를 이용하여 베어러 생성 요구 메시지를(Create Session Request)(417) 보낸다. 전송되는 요구 메시 지(417)는 serving 게이트웨이와 MME 사이에 사용되는 단말기 사용자 아이디인 IMSI와 함께 기지국과 MME 사이에 사용하는 단말기 사용자 아이디인 S-TMSI도 함께 포함하며, PDN 게이트웨이 정보로는 408 메시지를 통하여 전달받은 로컬 PDN 게이트웨이 정보를 포함한다.
417 메시지의 수신처인 로컬 serving 게이트웨이(4102)에 대한 정보도 408 메시지에서 얻은 정보를 이용하는데, 그 정보가 펨토 기지국 게이트웨이에서 생성한 serving 게이트웨이 proxy(4110)이므로 417 메시지는 펨토 기지국 게이트웨이(4110)로 전송된다. 417 메시지를 수신한 펨토 기지국 게이트웨이(4104)는 메시지 내의 단말 정보인 IMSI와 S-TMSI를 저장(418)하고, 406 메시지를 통하여 이미 수신하고 저장한 S-TMSI와 로컬 게이트웨이 정보 (Local GW-info) 정보를 이용하여 베어러 생성 요구를 수신할 로컬 serving 게이트웨이를 찾은 후 베어러 생성 요구 메시지(Create Session Request)(419)를 전송한다. 상기 베어러 생성 요구 메시지를 전송하기 이전에, 펨토 기지국 게이트웨이(4104)는 로컬 serving 게이트웨이(4102)에서 MME(4104)로 보내는 컨트롤 메시지가 자신을 통하여 전달되도록 MME 프록시(MME proxy)(4109)를 생성하고 MME proxy(4109)의 주소와 포트 정보 등의 액세스 정보를 베어러 생성 요구 메시지(Create Session Request)(419)와 함께 전 sender F-TEID for control plane로 설정한 후 펨토 기지국내의 로컬 serving 게이트웨이(4102)로 전송한다.
베어러 생성 메시지를 받은 로컬 serving 게이트웨이는 로컬 PDN 게이트웨이(4101)에 베어러 생성을 요구하여 로컬 서빙 게이트웨이(4102)와 로컬 PDN 게이 트웨이(4101) 사이에 베어러를 생성(420)한 후, 그 결과를 펨토 기지국 게이트웨이 내의 MME proxy(4109)로 전달(Create Session Response)(421)한다.
421 메시지를 받은 펨토 게이트웨이는 sender F-TEID를 serving 게이트웨이 proxy로 수정한 후 MME에게 전달(422)한다.
422 메시지를 수신한 MME는 펨토 기지국에 라디오 베어러의 생성을 요구하는 메시지(Bearer Setup Request)와 함께 단말이 요구한 PDN 커넥션 생성 요구가 허락되었음을 알리는 메시지(PDN Connectivity Accept)를 함께 펨토 게이트웨이를 통하여 펨토 기지국으로 전달(423,424)한다. 424 메시지를 받은 펨토 기지국은 라디오 베어러를 생성하고(425) 그 결과를 펨토 기지국 게이트웨이를 통하여 MME에게 전달(426, 427)한다.
이 과정이 모두 끝나면 단말은 로컬 IP 액세스를 위한 PDN 커넥션 생성이 종료되었음을 알리는 메시지(PDN Connectivity Complete)(428)를 펨토 기지국(4103)과 펨토 기지국 게이트웨이(4104)를 통하여 MME(4105)로 전달(429,430)한다.
한편, MME(4105)는 생성된 라디오 베어러 관련 정보를 업데이트할 필요가 있는 경우, 베어러 업데이트 요구(Modify Bearer Request)(431)를 serving 게이트웨이 proxy(4110)를 통하여 펨토 기지국(4103)내의 로컬 serving 게이트웨이(4102)에게 보낸다(432). 로컬 serving 게이트웨이(4102)는 베어러 관련 정보를 펨토 기지국 내의 로컬 PDN게이트웨이(4101)와 함께 갱신(433)한 후, 업데이트 응답을(434) MME proxy(4109)를 통하여 MME(4105)로 전달(435)하여, 로컬 PDN 커넥션 형성을 위한 과정을 종료한다. 위의 과정에서 로컬 게이트웨이 정보 (Local GW-info)는 403 에서 전달되는 메시지와 410에서 전달되는 메시지를 통해서도 전달이 가능하다. 또한, 라디오 베어러 생성 이후 해당 정보를 serving 게이트웨이와 PDN 게이트에 업데이트할 필요가 없는 경우, 도면 9의 431~435 단계는 실행되지 않는다.
도면3의 실시 예는 도면 4와 같이 펨토 기지국이 로컬 PDN 게이트웨이만을 포함하고 serving 게이트웨이는 매크로 serving 게이트웨이를 이용하는 네트워크 구조에도 적용될 수 있다. 도면 4와 같은 구조에 적용되었을 때는 도면 10과 11의 프로시져와 같이 수행된다.
도면 3의 구조에서의 실행과정은 도면 8과 도면 9의 프로시져와 도면 4의 구조에서의 실행과정인 도면 10과 도면 11의 프로시져를 비교하였을 때의 차이는 도면 8의 407에서 serving 게이트웨이 proxy가 할당된 것과 달리 10의 507에서는 PDN 게이트웨이 proxy(5112)가 할당되었고, 따라서 도면 8의 408 메시지와 달리 도면 10의 508 메시지에서는 PDN 게이트웨이 proxy의 액세스 정보만이 전달된다는 점이다. 또한, 도면 8의 417 메시지가 serving 게이트웨이 proxy로 전달된 것과 달리, 도면 10의 517 메시지는 매크로 serving 게이트웨이(5106)로 전달된 후, PDN 게이트웨이 proxy(5112)로 전달되며, 그때 전달되는 518 메시지도 517 메시지와 같이 IMSI와 S-TMSI를 모두 포함한다.그리고 도면 8의 418 과정과 달리 도면 11의 519 과정은 Serving 게이트웨이 proxy(5111)를 할당하며, 520으로 전달되는 메시지에도 생성된 Serving 게이트웨이 proxy 액세스 정보가 포함되고 이에 대한 답변이 펨토 기지국에서 펨토 기지국 게이트웨이를 거쳐 매크로 serving 게이트웨이로 전달될 때는 522 메시지의 sender F-TEID가 PDN 게이트웨이 proxy(5112)로 변경되고 523 메시지의 sender F-TEID가 매크로 serving 게이트웨이로 변경되어 전달된다. 또한 라디오 베어러 생성이후 필요에 의하여 라디오 베어러 정보를 로컬 PDN 게이트웨이로 전달하는 534 과정에서 sender F-TEID가 serving 게이트웨이 proxy로 변경된다. 기술한 이외에 도면 10의 509 ~ 516과 도면 8의 409~416 과정을 동일하고 도면 11의 524~531 과정과 도면 9의 423~430 과정도 동일하다. 위의 과정에서 로컬 게이트웨이 정보 (Local GW-info)는 503에서 전달되는 메시지와 512에서 전달되는 메시지를 통해서도 전달이 가능하다. 또한, 라디오 베어러 생성 이후 해당 정보를 serving 게이트웨이와 PDN 게이트에 업데이트할 필요가 없는 경우, 도면 11의 532~536 단계는 실행되지 않는다.
<제3 실시예>
제3 실시예는 도면 5과 도면 6의 네트워크 구조에서 로컬 IP 액세스를 지원하기 위하여 도면12과 도면 13의 프로시져를 수행하는 과정과 절차 장비를 포함한다.
도면 12의 펨토 기지국(6103)은 DHCP나 정적인 설정을 이용하여 IP 주소를 획득한 후 MME(6105)와 통신을 위한 연결을 생성한다. MME(6105)와 통신을 위한 연결 생성은 펨토 기지국(6103)이 S1 Setup request 메시지(601)를 MME로 보내고, 그에 대한 응답 메시지(602)를 받음으로써 이루어진다.
펨토 기지국과 MME사이의 통신 연결이 생성된 이후, 단말 (6100)이 초기 메시지(Service Request)를 전송하면 (603) 해당 초기 메시지를 받은 펨토 기지국(6103)은 펨토 기지국 내의 로컬 PDN 게이트웨이(6101)와 serving 게이트웨이(6102)의 IPv4 또는/그리고 IPv6 주소와 포트 등의 정보를 모두 포함한 로컬 게이트웨이 정보 (Local GW-info)를 단말로부터 수신한 초기 메시지와 함께 하나의 메시지(604)로 MME로 전송한다.
이 메시지(604)를 수신한 MME는 기지국과 MME 사이에서 단말을 구별하기 위하여 사용하는 단말기 사용자 아이디 정보인 S-TMSI을 포함한 단말 관련 정보와 로컬 게이트웨이 정보 (Local GW-info)를 저장한 후, 단말과 기지국 사이의 라디오 베어러 필요한 정보를 메시지(Initial Context Setup Request, 초기 컨텍스트 설정 요청 메시지)(605)에 넣어서 전송한다. 이 메시지(605)를 수신한 펨토 기지국은 응답 메시지(606)을 MME(6105) 전달한다.
단말기 사용자 정보가 기지국에 전달된 이후, 단말은 로컬 IP 액세스를 위한 PDN 커넥션을 형성 위한 요구 메시지(PDN Connectivity Request, PDN 커넥션 요청 메시지)(607)를 펨토 기지국(6103)에 전송한다. 상기 PDN 커넥션 요청 메시지는 펨토 기지국(6103)을 거쳐 MME(6105)로 전달된다.
MME는 수신한 PDN 커넥션 생성 요구가 로컬 IP 액세스를 위한 PDN 커넥션 요구인지 확인한 후, 로컬 IP 액세스를 위한 것이라면, serving 게이트웨이로 보내는 베어러 생성 요구 메시지(Create Session Request)(609)에 원래 사용되는 단말기 사용자 아이디인 IMSI와 함께, 기지국과 MME 사이에 사용되는 단말기 사용자 아이 디인 S-TMSI를 함께 넣어서 전송(609)한다. 또한, MME는 이 베어러 생성 요구 메시지(609)를 로컬 serving 게이트웨이로 직접 보내기 위해서 602 메시지를 받고 저장해 두었던 로컬 게이트웨이 정보를 참고한다. MME(6105)로부터 베어러 생성 메시지(609)를 받은 로컬 serving 게이트웨이(6102)는 로컬 PDN 게이트웨이(6101)와 함께 요구 받은 베어러 즉, 로컬 서빙 게이트웨이(120)와 로컬 PDN 게이트웨이(101를 직접 연결하는 베어러를 생성(610)한 후 그 결과를 베어러 생성 응답(611) 메시지(Create Session Response)로 MME에게 전달한다. 응답 메시지(611)를 통하여 serving 게이트웨이와 PDN 게이트웨이의 베어러 생성을 확인한 MME는 라디오 베어러를 생성기 위한 요구 메시지(Bearer Setup Request)와 PDN 커넥션 생성 요구을 허락 하는 메시지(PDN Connectivity Accept)를 함께(612) 펨토 기지국(6103)으로 전달한다.
이를 수신한 펨토 기지국은 라디오 베어러를 생성(613)한 후 그 결과를 응답 메시지(Bearer Setup Response)(614)로 MME로 알려 주며, PDN 커넥션 생성 요구을 허락 메시지를 수신한 단말은 라디오 베어러도 생성 (613)이후 PDN 커넥션 생성이 종료되었음을 알리는 메시지(PDN Connectivity Complete)(615)를 펨토 기지국을 통하여(616) MME로 전달(616)한다.
마지막으로 MME(6105)는 라디오 베어러 관련 정보를 serving 게이트웨이로 업데이트하기 위하여 메시지(Modify Bearer Request)(617)를 전송하고 그에 대한 응답(Modify Bearer Response)(618)을 받음으로써 로컬 PDN 커넥션 형성을 위한 과정을 종료한다. 위의 과정에서 604에서 전달되는 로컬 게이트웨이 정보 (Local GW- info)는 펨토 기지국 게이트웨이와 MME 사이에 연결을 형성하는 601메시지와, 기지국에서 단말기 사용자관련 정보를 전달하는 606번 메시지를 통해서도 전달될 수 있다. 또한 609번을 통하여 전달되는 메시지에서 IMSI는 전달하지 않고 S-TMSI만 사용될 수도 있다.
위에서 설명한 솔루션 3은 도면6에서 보는 것과 같이 펨토 기지국에서는 로컬 PDN 게이트만이 존재하고 로컬 serving 게이트웨이는 매크로 serving 게이트웨이를 이용하는 경우에도 사용이 될 수 있다. 도면 6의 네트워크 구조에서는 도면13에 나타난 것과 같이 MME가 매크로 serving 게이트웨이로 전송하는 베어러 생성 요구 메시지(709)가 로컬 serving 게이트웨이로 전달되지 않고, 매크로 serving 게이트웨이로 전달되고, 매크로 serving 게이트웨이에서 펨토 기지국 게이트웨이에 존재하는 로컬 PDN 게이트웨이로 베어러 생성 요구 메시지(710)가 전달된다. 709와 710메시지 모두 S-TMSI를 추가적으로 전달한다. 또한 베어러 생성 결과도 로컬 PDN 게이트웨이에서 전송한 응답 메시지(711)를 통해서 매크로 serving 게이트웨이로 전달되고 다시 MME로 전달(712)된다. 도면 13의 701~709 과정은 도면 12의 601~609 과정과 동일하고, 도면 13의 713 ~719 과정은 도면 12의 612~618 과정과 동일하다. 도면 13의 과정중 710을 통하여 전달되는 메시지에서는 IMSI는 전달되지 않고 S-TMSI만 이용할 수도 있다.
본 명세서와 도면에 개시 된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
도 1은 매크로 기지국 및 Serving 게이트웨이와 PDN 게이트웨이 기능을 가지도록 확장된 펨토 기지국, 펨토 기지국 게이트웨이가 공존하는 무선 통신 네트워크의 구조를 도시하는 도면.
도 2는 매크로 기지국 및 PDN 게이트웨이 기능을 가지도록 확장된 펨토 기지국, 펨토 기지국 게이트웨이가 공존하는 무선 통신 네트워크의 구조를 도시하는 도면.
도 3은 매크로 기지국 및 Serving 게이트웨이와 PDN 게이트웨이 기능과 MME proxy와 serving 게이트웨이 proxy 기능을 가지도록 확장된 펨토 기지국, 펨토 기지국 게이트웨이가 공존하는 무선 통신 네트워크의 구조를 도시하는 도면.
도면 4는 매크로 기지국 및 PDN 게이트웨이 기능과 PDN 게이트웨이 proxy와 serving 게이트웨이 proxy 기능을 가지도록 확장된 펨토 기지국, 펨토 기지국 게이트웨이가 공존하는 무선 통신 네트워크의 구조를 도시하는 도면.
도면 5는 매크로 기지국 및 Serving 게이트웨이와 PDN 게이트웨이 기능을 가지도록 확장된 펨토 기지국이 공존하는 무선 통신 네트워크의 구조를 도시하는 도면.
도면 6은 매크로 기지국 및 PDN 게이트웨이 기능을 가지도록 확장된 펨토 기지국이 공존하는 무선 통신 네트워크의 구조를 도시하는 도면.
도면 7은 도면 1의 네트워크 구조 하에서 로컬 IP 액세스를 위한 PDN 커넥션을 생성하는 procedure를 도시하는 도면.
도면 8 및 도면 9는 도면 3의 네트워크 구조 하에서 로컬 IP 액세스를 위한 PDN 커넥션을 생성하는 procedure를 도시하는 도면.
도면 10 및 도면 11은 도면 4의 네트워크 구조 하에서 로컬 IP 액세스를 위한 PDN 커넥션을 생성하는 procedure를 도시하는 도면.
도면 12는 도면 5의 네트워크 구조 하에서 로컬 IP 액세스를 위한 PDN 커넥션을 생성하는 procedure를 도시하는 도면.
도면 13은 도면 6의 네트워크 구조 하에서 로컬 IP 액세스를 위한 PDN 커넥션을 생성하는 procedure를 도시하는 도면 .

Claims (6)

  1. 펨토 셀을 포함하는 무선 통신 네트워크에서 펨토 셀의 로컬 IP 액세스 지원 방법에 있어서,
    단말로부터 서비스 요청 수신 시, 로컬 게이트웨이의 정보를 포함하는 초기 단말 메시지를 생성하고, 이동성 관리 엔티티로 전송하는 단계;
    상기 이동성 관리 엔티티로부터 전송되는 라디오 베어러 형성에 필요한 정보를 포함하는 초기 컨텍스트 설정 요청 메시지를 수신하여 저장하는 단계;
    상기 단말로부터 로컬 IP 액세스를 위한 PDN 커넥션 요청을 수신하여 상기 이동성 관리 엔티티로 전송하는 단계;
    상기 이동성 관리 엔티티가 상기 로컬 게이트웨이로 베어러 생성 요청을 전송하면, 상기 로컬 게이트웨이가 상기 라디오 베어러를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 로컬 게이트웨이는 상기 펨토 셀에 위치하는 것을 특징으로 하는 펨토 셀의 로컬 IP 액세스 지원 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초기 단말 메시지를 생성하는 단계는,
    로컬 서빙 게이트웨이와 로컬 PDN 게이트웨이에 대한 로컬 게이트웨이의 정보를 포함하는 상기 초기 단말 메시지를 생성하는 것을 특징으로 하는 펨토 셀의 로컬 IP 액세스 지원 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 로컬 게이트웨이의 정보는,
    상기 로컬 서빙 게이트웨이와 상기 로컬 PDN 게이트웨이의 IP 주소인 것을 특징으로 하는 펨토 셀의 로컬 IP 액세스 지원 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 베어러 생성 요청 단계는,
    상기 이동성 관리 엔티티가 상기 로컬 서빙 게이트웨이에 상기 베어러 생성 요청을 전송하는 것을 특징으로 하는 펨토 셀의 로컬 IP 액세스 지원 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 로컬 게이트웨이가 상기 라디오 베어러를 형성하는 단계는,
    상기 로컬 서빙 게이트웨이와 상기 로컬 PDN 게이트웨이 사이에 베어러를 형성하는 것을 특징으로 하는 펨토 셀의 로컬 IP 액세스 지원 방법.
  6. 펨토 셀을 포함하는 무선 통신 네트워크에서 로컬 IP 액세스 지원 장치에 있어서,
    단말로부터 서비스 요청 수신 시, 로컬 게이트웨이의 정보를 포함하는 초기 단말 메시지를 생성하고 이동성 관리 엔티티로 전송하며, 상기 이동성 관리 엔티티로부터 전송되는 라디오 베어러 형성에 필요한 정보를 포함하는 초기 컨텍스트 설정 요청 메시지를 수신하여 저장하고, 상기 단말로부터 로컬 IP 액세스를 위한 PDN 커넥션 요청을 수신하여 상기 이동성 관리 엔티티로 전송하는 펨토 셀;
    상기 이동성 관리 엔티티로부터 베어러 생성 요청 수신 시, 로컬 PDN 게이트웨이와 라디오 베어러를 형성하는 로컬 서빙 게이트웨이; 및
    코어 네트워크와 이종인 데이터 네트워크와 연결되며, 상기 로컬 서빙 게이트웨이와 라디오 베어러를 형성하는 로컬 PDN 게이트웨이를 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 IP 액세스 지원 장치.
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