KR102118959B1 - 5ｇ 코어망 초기 접속과정에서 네트워크 함수의 정보 공유 방법 - Google Patents

5ｇ 코어망 초기 접속과정에서 네트워크 함수의 정보 공유 방법 Download PDF

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Abstract

5G 코어망 초기 접속과정에서 네트워크 함수 사이의 정보 공유 방법이 개시된다. 본 발명은 5G 코어망 초기의 PDU 세션을 설정하는 과정에서 네트워크 함수인 AMF, SMF 사이에 세션 관련 정보를 공유 메모리를 이용하여 전달함으로서 많은 양의 데이터의 전송 절차를 줄일 수 있다. 또한 본 발명은 단말 및 PDU 세션에 고유한 공유 키를 생성함으로써 복수 개의 PDU 세션을 처리함에 따른 공유 메모리 관리를 용이하게 할 수 있다.

Description

5Ｇ 코어망 초기 접속과정에서 네트워크 함수의 정보 공유 방법{Method for Sharing 5G Network Function in PDU Session Establishment Procedure}
본 발명은 5G 코어망 초기의 PDU 세션을 설정하는 과정에서 5G 네트워크 함수를 공유하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에 의해 Specification #23.501로 공개된 5G의 망 구성을 도시한 도면이다. 도시된 개별 구성은 표준 문서로 개시된 것과 동일하다. 이 중에서, 본 발명과 관련된 AMF(Access and Mobility Management function)(10)는 단말(UE)(30)이나 기지국(gNB)로부터 세션 설정요청을 N1과 N2 인터페이스를 통해 수신하고, NRF(Network Repository Function) 및 SMF(Session Management Function)와 단말 사이에서 세션 설정을 수행한다. 또한, SMF(20)는 5G 구성의 핵심 구성으로서, 데이터 평면(Data Plane)을 제어하고 PDU(Protocol Data Unit) 세션을 생성하고 업데이트하고 제거하며, UPF(User Plane Function)와 세션 콘텍스트를 관리하는 역할을 한다.
5G 호 처리 과정에서, PDU 세션 설립절차는 호를 새롭게 설정하거나 핸드오버 등을 통해 Non-3GPP 망에서 3GPP 망으로 옮겨오는 경우에 단말(30) 또는 RAN(Radio Access Network)의 요청에 의해 발생한다. PDU 세션을 설립하는 절차 중에 AMF(10)와 SMF(20) 사이에 많은 데이터가 송수신되며, 데이터 전송은 HTTPs(HyperText Transfer Protocol over Secure Socket Layer) 프로토콜을 이용한다. 도 2는 PDU 세션의 설립 절차를 도시한 것으로서, 3GPP의 5G 표준에 개시되어 있는 것이다. 이 중에서 AMF(10)에서 SMF(20) 사이의 데이터 전송을 간단히 설명한다.
Nsmf _ PDUSession _ CreateSMContext Request (S201)
AMF(10)에서 단말(30)로부터 'PDU Session Establishment Request' 메시지를 수신하면, SMF(20)에게 Nsmf_PDUSession_CreateSMContext Request를 전송한다. 이때, 그 요청에는 SUPI(Subscription Permanent Identifier), DNN(Data Network Name), S-NSSAI(s), PDU Session ID, AMF ID, Request Type, PCF ID, Priority Access, N1 SM container (PDU Session Establishment Request), User location information, Access Type, PEI(Permanent Equipment Identity), GPSI, UE presence in LADN service area, Subscription For PDU Session Status Notification, DNN Selection Mode, Trace Requirements 등의 요소(Element)가 포함된다.
Nsmf _ PDUSession _ CreateSMContext Response (S203)
SMF(20)에서 AMF(10)로 Nsmf_PDUSession_CreateSMContext Request에 대한 응답으로 Nsmf_PDUSession_CreateSMContext Response를 전송한다. 이 응답에는 원인(Cause), SM Context ID or N1 SM container 등의 요소가 포함된다.
Namf _Communication_ N1N2Message _Transfer (S205)
SMF(20)에서 AMF(10)로 Namf_Communication_N1N2Message_Transfer 메시지를 전송한다. 이 메시지에는 Cause, SM Context ID 또는 N1 SM container, N2 SM Container가 포함된다.
여기서, N1 SM Container는 다음의 표 1과 같이 구성된다.
Figure 112019107498632-pat00001
[표 1. N1 SM Container의 구성]
또한, N2 SM Container는 다음의 표 2와 같다.
Figure 112019107498632-pat00002
[표 2. N2 SM Container의 구성]
본 발명은 PDU 세션의 설립 절차에서, AMF(10)에서 SMF(20) 사이의 데이터 전송을 간단히 하는 방법에 관한 것이다.
5G 코어(Core) 구조는 제어평면(Control Plane), 데이터 평면(Data Plane)이 각각의 독립된 운영체제 소프트웨어(OS) 상에서 동작한다. 이때, 제어평면에 속한 네트워크 함수(NF: Network Function)는 하나의 운영체제에서 동작하기 때문에 공유된 키(Key)를 통해 커널에 생성된 공유 메모리 영역에 접근할 수 있다. 이에 기초하여, 본 발명은 5G 코어망 초기의 PDU 세션을 설정하는 과정에서 5G 네트워크 함수를 공유 메모리 및 공유 키를 활용하여 AMF, SMF 간에 세션 관련 정보를 공유 함으로서 많은 양의 Data 전송을 줄일 수 있는 정보 공유방법을 제공함에 있다.
5G 망에서 동일한 운영체제 상에서 동작하는 네트워크 함수들 간의 데이터 송수신 방법이 개시된다. 본 발명의 방법은, AMF(Access and Mobility Management function)가 단말로부터 PDU 세션 설립요청 메시지를 수신하고, 세션용-공유 메모리를 할당하기 위한 공유 키를 생성하는 단계와; 상기 AMF가 생성한 공유 키를 상기 운영체제에 요청하여 공유 메모리 공간 중에 상기 세션용-공유 메모리를 할당받고, 상기 세션용-공유 메모리에 상기 PDU 세션 설립을 위한 정보를 저장하는 단계와; 상기 AMF가 SMF(Session Management Function)에게 상기 공유 키에 대한 정보를 전달하는 단계와; 상기 SMF가 상기 공유 키를 이용하여 상기 세션용-공유 메모리의 주소 정보를 상기 운영체제로부터 제공받아 상기 세션용-공유 메모리에 저장된 PDU 세션 설립을 위한 정보를 읽어가는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 공유 키를 생성하는 단계에서, 상기 AMF는 상기 PDU 세션 설립요청 메시지에 포함된 PDU 세션 아이디와 SUPI를 조합하여 상기 공유 키를 생성할 수 있다. 또한, 상기 공유 키에 대한 정보를 전달하는 단계는 상기 PDU 세션 아이디와 SUPI를 상기 SMF에게 전달하여 공유 키를 생성하도록 할 수 있다.
다른 실시 예에 따라, 본 발명의 방법은, 상기 AMF가 상기 단말로부터 상기 PDU 세션의 해제를 요청받고, 상기 공유 키를 상기 운영체제에 제공하여 상기 세션용-공유 메모리를 삭제하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 삭제하는 단계에서, 상기 AMF는 상기 PDU 세션 해제요청에 따라, 내부 메모리에 저장해 둔 상기 PDU 세션 아이디와 SUPI를 조합하여 상기 공유 키를 다시 생성할 수 있다.
본 발명은 5G 코어망 초기의 PDU 세션을 설정하는 과정에서 네트워크 함수인 AMF, SMF 사이에 세션 관련 정보를 공유 메모리를 이용하여 전달함으로서 많은 양의 데이터의 전송 절차를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명은 단말 및 PDU 세션에 고유한 공유 키를 생성함으로써 복수 개의 PDU 세션을 처리함에 따른 공유 메모리 관리를 용이하게 할 수 있다.
도 1은 3GPP 표준(#23.501)에 공개된 5G 시스템 구성을 도시한 도면,
도 2는 3GPP 표준(#23.501)에 공개된 PDU 세션 설정절차를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 5G 시스템의 제어평면을 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따라 PDU 세션 설립 과정에서 AMF와 SMF 사이의 세션 관련정보 공유방법의 설명에 제공되는 도면, 그리고
도 5는 PDU 세션 해제에 따라 세션용-공유 메모리를 제거하는 방법의 설명에 제공되는 도면이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 한편, 본 발명의 실시 예들은 3GPP 시스템으로 개시된 표준문서들에 의해 뒷받침될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 5G 코어장치(300)는 메모리(310), 인터페이스부(330) 및 NF처리부(350)를 포함하며, 하나의 운영체제(OS: Operating System)에 의해 동작한다. 따라서 본 발명의 코어장치(300)는 하나의 외장 케이스를 가지는 원-박스(One Box) 형태가 될 수 있다.
메모리(310)는 코어장치(300)의 동작에 필요한 각종 정보가 저장되며, 운영체제 소프트웨어에 의해 일부는 아래에서 설명하는 공유 메모리(Shared Memory)(m10)로 사용된다. 이때, 공유 메모리(m10)는 NF처리부(350)를 제어하는 운영체제 소프트웨어에 의해 지정되는 영역이며, 아래에서 설명하는 것처럼 운영체제 소프트웨어가 특정 공유 키가 제공받으면 공유 메모리(m10) 중의 일정 공간을 '세션용-공유 메모리(m11)'로 할당한다.
인터페이스부(330)는 기본적으로 단말(30)과의 N1 인터페이스와 기지국(5)과의 N2 인터페이스 및 UPF(7)와의 N4 인터페이스를 포함하여 NF처리부(350)의 네트워크 함수(NF)들과 코어 망에 속하는 다른 구성들과의 인터페이스를 구성한다. 만약, NF처리부(350)가 AMF(Access and Mobility Management function)(10)와 SMF(Session Management Function)(20)의 네트워크 함수만을 구비하거나 AMF(10)와 SMF(20)를 포함하여 일부 구성만을 포함한다면 도 1의 코어 망에 속하는 NSSF(Network Slice Selection Function)(1), AUSF(Authentication Server Function)(2), UDM(Unified Data Management)(3) 및 PCF(Policy Control Function)(4) 중 적어도 하나와 연결하기 위한 인터페이스를 더 구비할 수 있다. 예를 들어, NF처리부(350)가 NSSF(1)의 동작을 수행하지 않는다면, 인터페이스부(330)는 N22 인터페이스를 더 포함할 수 있다.
또한, 인터페이스부(330)는 물리계층의 유선 또는 무선 인터페이스를 구비한다.
NF처리부(350)는 코어 망의 각종 네트워크 함수를 처리하며, 본 발명에서 필수적으로 동일한 운영체제 소프트웨어에 의해 동작하는 AMF(351), SMF(353) 및 OS(Operating System)(355)를 구비한다. 앞서 설명한 것처럼, 실시 예에 따라, NF처리부(350)는 도 1의 코어 망에 속하는 NSSF(1), AUSF(2), UDM(3) 및 PCF(4) 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있지만, 본 발명의 필수적인 사항이 아니므로 이에 대하여는 더 설명하지 않는다.
OS(355)는 본 발명의 코어장치(300)를 전체적으로 제어하며, AMF(351)와 SMF(353)는 OS(355)상에서 동작하는 소프트웨어로 구현된다. OS(355)는 메모리(310)를 관리하며, 메모리(310)의 일부 공간을 공유 메모리(m10)로 지정한다.
본 발명의 AMF(351)와 SMF(353)는 PDU 세션 설립 절차 중에 상호 데이터의 송수신을 위해 메모리(310)에 설정된 공유 메모리(m10)에 데이터를 쓰고 읽는 방식으로 데이터를 송수신한다. 따라서 데이터의 송수신이 HTTPs(HyperText Transfer Protocol over Secure Socket Layer) 프로토콜을 이용하는 것에 비해 매우 빠르고 쉽게 이루어진다. 공유 메모리 방식은 프로세스들 사이에 자료와 정보를 교환하는 프로세스간 통신(IPC: Inter-Process Communication)의 일종으로, 임의의 메모리를 상호 공유하는 방식으로 데이터를 교환하는 방식이다. 한편, AMF(351)와 SMF(353)는 본 발명의 공유 메모리를 이용하는 방법이외에도 HTTPs 프로토콜을 그대로 이용할 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 AMF(351)와 SMF(353)의 공유 메모리(m10)를 이용 방법을 설명한다.
<공유 키 생성: S401, S403>
AMF(351)는 단말(30)로부터 표 1과 같은 요소를 포함하는 PDU 세션 설립요청 메시지(PDU Session Establishment Request)를 수신하면(S401), 공유 키를 생성한다(S403).
여기서, 공유 키는 운영체제 소프트웨어에서 공유 메모리(m10)의 특정 영역을 할당받기 위한 식별자이며, OS(355)로부터 공유 메모리(m10)의 일부를 세션용-공유 메모리(m11)로 할당받을 때에 OS(355)에게 제공하는 코드이다. 공유 키는 어떠한 방법으로 만들어도 무방하지만, 단말(30)과 PDU 세션에 고유한 식별코드이어야 한다.
예를 들어, AMF(351)는 가입자영구식별자(SUPI: Subscription Permanent Identifier)와 세션 아이디(Session ID)를 기설정된 알고리즘에 따라 조합하여 단말 및 세션별로 고유한 공유 키를 생성할 수 있다. 이때, SUPI는 단말(30)로부터 받은 PDU 세션 설립요청 메시지에 포함되어 전송되는 암호화된 식별자(SUCI: Subscription Concealed Identifier)를 UDM(3)에게 제공하여 복호함으로서 획득할 수 있다. PDU 세션 아이디도 단말(30)이 생성하는 고유의 아이디로서, PDU 세션 설립요청 메시지에 포함되어 전송된다. SUPI와 세션 아이디를 조합하는 방법은 종래에 알려진 다양한 코드 생성방법을 이용할 수 있다.
<공유 메모리의 생성: S405>
AMF(351)는 공유 키를 식별자로 지정된 세션용-공유 메모리(m11)를 생성하고, 세션용-공유 메모리(m11)에 세션 정보를 저장한다. 세션용-공유 메모리(m11)는 메모리(310)의 일부로서, AMF(351)와 SMF(353) 사이의 프로세스간 통신(IPC)을 위해 할당된 것이다.
세션용-공유 메모리(m11)를 생성하는 방법은 다양할 수 있지만, OS(355)에 의해 관리되는 공유 메모리(m10)를 이용하는 것이 좋다. 예를 들어, OS(355)는 메모리(310)의 일부를 공유 메모리(m10)로 지정하여 관리하고 있으며, AMF(351)는 OS(355)가 제공하는 공유 메모리 관리 함수에 공유 키를 제공하여 공유 메모리(m10) 중 일부를 '세션용-공유 메모리(m11)'로 할당받을 수 있다. 할당된 세션용-공유 메모리(m11)는 공유 키에 의해 식별된다.
세션용-공유 메모리(m11)에 저장되는 정보는 표 1의 N1 SM Container와 표 2의 N2 SM Information 정보이다.
<공유 키에 대한 정보를 SMF에게 공유: S407>
공유 키를 생성한 후, AMF(351)는 프로세스간 통신(IPC)을 사용하여 SMF(353)에게 공유 키 또는 공유 키에 대한 정보를 공유한다. 만약, 공유 키가 SUPI와 PDU 세션 아이디를 조합하여 만든 것이라면, AMF(351)는공유 키를 직접 제공할 수도 있지만, SUPI와 PDU 세션 아이디를 SMF(353)에게 제공할 수 있다.
AMF(351)는 공유 키를 단말 정보 및 PDU 세션 아이디에 매핑시켜 메모리(310)에 저장하여 보관하거나, 필요한 때에 공유 키를 생성할 수 있도록 SUPI와 세션 아이디를 내부 메모리(310)에 저장하여 보관한다. SUPI와 PDU 세션 아이디가 PDU 세션에 대한 고유한 값이기 때문에 AMF(351)나 SMF(353)가 관리하기에 유리하다.
<SMF의 공유 키 생성: S409>
만약 AMF(351)가 SUPI와 세션 아이디를 제공하였다면, SMF(353)는 SUPI와 세션 아이디를 이용하여 AMF(351)와 동일한 방식으로 공유 키를 생성한다. SMF(353)는 필요한 때에 공유 키를 생성할 수 있도록, SUPI와 세션 아이디를 내부 메모리(310)에 저장해 둘 수도 있고, 공유 키 자체를 메모리(310)에 저장해 둘 수도 있다
<세션 정보의 획득: S411>
SMF(353)는 생성한 공유 키를 활용하여 세션 정보가 저장된 세션용-공유 메모리(m11)에 접근하여 세션 정보를 획득한다. SMF(353)는 공유 키를 OS(355)에게 제공하여 OS(355)로부터 세션용-공유 메모리(m11)의 주소 정보를 제공받고, 그 주소에 저장된 정보를 획득하는 과정을 수행한다.
이상의 방법으로 단말(30)에서 요청한 PDU 세션을 설립하는 과정에서, AMF(351)는 세션 관련 데이터를 SMF(353)에게 용이하게 전달할 수 있다.
이하에서는 도 5를 참조하여, PDU 세션을 해제함에 따라 세션용-공유 메모리를 제거하는 방법을 설명한다.
<공유 메모리의 삭제: S501, S503, S505>
AMF(351)는 단말(30)로부터 PDU 세션 해제요청(PDU Session Release)을 받고(S501), PDU 세션을 해제하는 절차를 수행한 다음(S503), 공유 키를 이용하여 세션용-공유 메모리(m11)를 삭제한다.
공유 키를 획득하기 위해, SMF(353)는 S407 단계에서 내부 메모리(310)에 저장해 둔 SUPI와 PDU 세션 아이디를 조합하여 공유 키를 다시 생성할 수 있다(S505). 세션용-공유 메모리(m11)를 삭제하기 위해, AMF(351)는 공유 키를 OS(355)에게 제공하여 공유 메모리(m10)에 할당된 세션용-공유 메모리(m11)의 삭제를 요청함으로써 수행한다(S507).
이상의 방법으로 AMF(351)와 SMF(353) 사이의 데이터 송수신을 위해 생성한 세션용-공유 메모리를 제거할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (4)

  1. 5G 망에서 동일한 운영체제 상에서 동작하는 네트워크 함수들 간의 데이터 송수신 방법에 있어서,
    AMF(Access and Mobility Management function)가 단말로부터 PDU 세션 설립요청 메시지를 수신하고, 세션용-공유 메모리를 할당하기 위한 공유 키를 생성하는 단계;
    상기 AMF가 생성한 공유 키를 상기 운영체제에 요청하여 공유 메모리 공간 중에 상기 세션용-공유 메모리를 할당받고, 상기 세션용-공유 메모리에 상기 PDU 세션 설립을 위한 정보를 저장하는 단계
    상기 AMF가 SMF(Session Management Function)에게 상기 공유 키에 대한 정보를 전달하는 단계; 및
    상기 SMF가 상기 공유 키를 이용하여 상기 세션용-공유 메모리의 주소 정보를 상기 운영체제로부터 제공받아 상기 세션용-공유 메모리에 저장된 PDU 세션 설립을 위한 정보를 읽어가는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공유 키를 생성하는 단계에서, 상기 AMF는 상기 PDU 세션 설립요청 메시지에 포함된 PDU 세션 아이디와 SUPI를 조합하여 상기 공유 키를 생성하고,
    상기 공유 키에 대한 정보를 전달하는 단계는 상기 PDU 세션 아이디와 SUPI를 상기 SMF에게 전달하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 AMF는 상기 단말로부터 상기 PDU 세션의 해제를 요청받으면, 상기 공유 키를 상기 운영체제에 제공하여 상기 세션용-공유 메모리를 삭제하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 삭제하는 단계에서, 상기 AMF는 상기 PDU 세션 해제요청에 따라 내부 메모리에 저장해 둔 상기 PDU 세션 아이디와 SUPI를 조합하여 상기 공유 키를 다시 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
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