KR102543905B1 - 5G Ethernet service를 제공하는 방법 및 장치 - Google Patents

5G Ethernet service를 제공하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 개시는 4G 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 통신 시스템을 IoT 기술과 융합하는 통신 기법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스 (예를 들어, 스마트 홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 헬스 케어, 디지털 교육, 소매업, 보안 및 안전 관련 서비스 등)에 적용될 수 있다. 본 개시는 5G 시스템에서 스위치 모드를 지원하는 단말의 PDU 세션 생성 과정을 통하여 불필요한 브로트캐스트 메시지 전송 및 브로트 캐스트 스톰을 방지하는 방법 및 장치에 관한 발명이다.

Description

5G Ethernet service를 제공하는 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING 5G ETHERNET SERVICE}
본 발명은 5G-LAN 을 지원하기 위한 Ethernet service에 관한 내용이다.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술인 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.
한편, 셀룰러 이동통신 표준을 담당하는 3GPP는 기존 4G LTE 시스템에서 5G 시스템으로의 진화를 꾀하기 위해 새로운 Core Network 구조를 5G Core (5GC) 라는 이름으로 명명하고 표준화를 진행하고 있다.
5GC는 기존 4G를 위한 네트워크 코어인 Evolved Packet Core (EPC) 대비 다음과 같은 차별화된 기능을 지원한다.
첫째, 5GC에서는 네트워크 슬라이스 (Network Slice) 기능이 도입된다. 5G의 요구조건으로, 5GC는 다양한 종류의 단말 타입 및 서비스를 지원해야 한다; e.g., eMBB(enhanced Mobile Broadband), URLLC(Ultra Reliable Low Latency Communications), mMTC(massive Machine Type Communications). 이러한 단말/서비스는 각각 코어 네트워크에 요구하는 요구조건이 다르다. 예를 들면, eMBB 서비스인 경우에는 높은 data rate을 요구하고 URLLC 서비스인경우에는 높은 안정성과 낮은 지연을 요구 할 것이다. 이러한 다양한 서비스 요구조건을 만족하기 위해 제안된 기술이 Network Slice 방안이다. Network Slice는 하나의 물리적인 네트워크를 가상화 (Virtualization) 하여 여러 개의 논리적인 네트워크를 만드는 방법으로, 각 Network Slice Instance (NSI) 는 서로 다른 특성을 가질 수 있다. 이는 각 NSI 마다 그 특성에 맞는 네트워크 기능 (Network Function (NF))을 가짐으로써 가능하게 된다. 각 단말마다 요구하는 서비스의 특성에 맞는 NSI를 할당하여 여러 5G 서비스를 효율적으로 지원 할 수 있게 된다.
둘째, 5GC는 이동성 관리 기능과 세션 관리 기능의 분리를 통해 네트워크 가상화 패러다임 지원을 수월하게 할 수 있다. 기존 4G LTE에서는 모든 단말이 등록, 인증, 이동성 관리 및 세션 관리 기능을 담당하는 이동성 관리 엔티티 (Mobility Management Entity (MME)) 라는 단일 코어 장비와의 시그널링 교환을 통해서 망에서 서비스를 제공받을 수 있었다. 하지만, 5G에서는 단말의 수가 폭발적으로 늘어나고 단말의 타입에 따라 지원해야 하는 이동성 및 트래픽/세션 특성이 세분화됨에 따라 MME와 같은 단일 장비에서 모든 기능을 지원하게 되면 필요한 기능별로 엔티티를 추가하는 확장성 (Scalability) 이 떨어질 수 밖에 없다. 따라서, 제어 평면을 담당하는 코어 장비의 기능/구현 복잡도와 시그널링 부하 측면에서 확장성 개선을 위해 이동성 관리 기능과 세션 관리 기능을 분리하는 구조를 기반으로 다양한 기능들이 개발되고 있다.
본 발명의 실시 예는 5G-LAN 을 지원하기 위한 Ethernet service를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, SMF 에서 Ethernet PDU 세션 생성시, 스위치 모드를 지원하는 단말에 대하여 단말/스위치 에 대한 설정 정보를 결정하여 단말에 전달하고, 단말은 SMF 가 전달한 설정 정보에 따라서 단말/스위치를 설정하는 방법 및 이를 수행하는 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 스위치 모드를 지원하는 단말이 스위치 하부 망에 연결된 Ethernet 기기들의 MAC 주소를 수집하고, 이를 네트워크에 전달한다. 네트워크를 단말이 보고한 MAC 주소 정보를 통하여 UPF 의 포워딩 테이블을 변경하고, Proxy ARP Table 을 관리하여, 필요한 단말에 브로드 케스트 메시지를 전달하는 방법 및 이를 수행하는 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 스위치 모드를 지원하는 단말이 네트워크가 설정한 정보에 따라서 스패닝 트리 알고리즘을 수행하고, 스피닝 트리 수행 알고리즘 수행 이후, UPF 로 향하는 상향 링크 포트에 대한 포트 상태 정보를 네트워크에 전달하는 방법 및 이를 수행하는 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 이더넷 PDU 세션을 지원하는 경우, 동적인 네트워크 토톨로지 변경시에 스패닝 트리 알고리즘을 수행하여 브로드 캐스트 스톰을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 다르면 이더뎃 PDU 세션을 지원하는 단말이 스위치 모드로 동작하는 경우, 네트워크에서 설정 정보를 단말에 알려주고, 단말은 네트워크로부터 수신한 설정 정보에 따라서, 스패닝 트리 알고리즘을 수행하는 주기를 변경하여, 브로트 캐스트 스톰을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 스위치 모드를 지원하는 단말이 하위 네트워크에 연결된 이더넷 기기들의 MAC 주소를 수집하여 네트워크에 알려주어서, 네트워크는 Proxy ARP 기능을 구현하여 브로트 캐스트 스톰을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 구성도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이더넷 서비스의 구성도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 불필요한 브로드 케스트 전송 문제점을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이더넷 서비스 구조 (Switch 모드)를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 Ethernet PDU 세션 생성절차를 나타낸다.
도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 MAC 주소 수집 및 알림 절차를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 상향링크 포트정보 알림 절차를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 구성을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 노드의 구성을 나타낸다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세히 설명한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명의 실시 예에서 기지국은 단말의 자원할당을 수행하는 주체로서, eNode B, Node B, BS (Base Station), RAN (Radio Access Network), AN (Access Network), RAN node, 무선 접속 유닛, 기지국 제어기, gNB 또는 네트워크 상의 노드 중 적어도 하나일 수 있다. 단말은 UE (User Equipment), MS (Mobile Station), terminal, 셀룰러폰, 스마트폰, 컴퓨터, 또는 통신기능을 수행할 수 있는 멀티미디어시스템을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서 이더넷 디바이스 (Ethernet device)와 디바이스(device)는 혼용하여 사용할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서 하향링크(Downlink; DL)는 기지국이 단말에게 전송하는 신호의 무선 전송경로이고, 상향링크는(Uplink; UL)는 단말이 기국에게 전송하는 신호의 무선 전송경로를 의미한다. 또한, 이하에서 LTE 혹은 LTE-A 시스템을 일례로서 본 발명의 실시예를 설명하지만, 유사한 기술적 배경 또는 채널형태를 갖는 여타의 통신시스템에도 본 발명의 실시예가 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예는 숙련된 기술적 지식을 가진자의 판단으로써 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 일부 변형을 통해 다른 통신시스템에도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 5G 시스템을 위한 네트워크 아키텍처를 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 5G 시스템을 위한 네트워크 아키텍처에서 단말의 이동성 및 망 등록을 관리하는 접속 및 이동성 관리 기능 (Access and Mobility Management Function (AMF))과 종단 간 (End-to-End) 세션을 관리하는 세션 관리 기능 (Session Management Function (SMF) 이 분리되어 있을 수 있고, 이들은 N11 인터페이스를 통해서 시그널링을 주고 받을 수 있다.
5G 시스템은 단말이 데이터 네트워크에 접속하기 위한 연결로, 데이터 네트워크가 IP 망인 경우에 세션의 연결과정에서 단말의 세션을 관리하는 SMF (Session Management Function) 을 통하여 단말에 IP 주소 혹은 IP prefix 를 할당할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 5G 시스템을 특정 공간(예를 들어, 공장)에 적용하기 위한 내용으로 다음과 같은 시나리오를 배경으로 한다. 이하 특정 공간의 예를 공장으로 설명하지만, 본 발명의 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다. 공장 네트워크에서 기존의 이더넷으로 연결된 네트워크를 5G 를 사용한 무선 네트워크로 대체하는 것이 필요하다. 예를 들어, 기기가 이동을 하는 경우, 유선 케이블이 위험한 지역을 경유하여 연결되어야 하는 경우 연결성이 필요한 기기들이 이동하는 경우 기존의 이더넷으로 연결된 네트워크를 무선 네트워크로 대체하는 것이 필요할 수 있다.
또한, 공장에 설치된 기기들에 대한 레이 아웃 변경등으로 인한 빠른 재설정(re-configuration) 이 필요한 경우에 무선 연결을 제공하면 생산성 향상에 기여할 수 있다.
이러한 5G LAN-type 서비스는 기존의 공장에 설치된 WLAN 이나 LAN 을 개선하거나, 기존의 유선 LAN 과 무선 LAN 을 완전히 대체할 수 있다.
이러한 네트워크 설치 시나리오는 기존의 컨트롤러, 스위치 센서 및 액츄에이터가 새롭게 개선되는 5G LAN-type 통신 시스템에 의하여 변경 없이 지원되어야 하며, 기존의 전송 시스템을 교체하는 5G LAN-type 시스템은 기존의 엔드 기기 (endpoint 기기)가 유선 시스템에서 동작하기 위하여 요구되는 서비스 및 성능을 만족하여야 한다.
또한, 이더넷으로 연결된 네트워크는 스패밍 트리 프로토콜을 지원하여야 하며, 유선망에서의 스패닝 트리 알고리즘은 아래와 같이 동작한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이더넷 서비스의 구성도를 나타낸다.
도 2에서 디바이스 C 는 스위치 S 에 연결되어 있고 디바이스 C, 스위치 S, 그리고 UE 1, UE 2 는 루프(loop)를 구성한다.
RTSP (Rapid Spanning Tree Protocol)와 같은 Spanning Tree 알고리즘은 이더넷 네트워크상의 스위치들이 다른 스위치로 향하는 하나의 경로를 가질 수 있도록 하는 프로토콜이다. RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol)는 802.1w 에서 정의한 프로토콜로 이더넷 망에서 루프가 없는 논리적인 토폴로지를 구성하는 프로토콜이다. RSTP 의 기본적인 프로토콜은 STP (Spanning Tree Protocol)과 같으며, 이 프로토콜은 이더넷 브리지(bridge)간의 루프 발생을 방지하고 루프로 인하여 발생하는 브로드 캐스트 메시지의 범람 (broadcast storm)을 방지 한다.
이더넷 네트워크에서 특정한 포트를 블록(block)함으로써 가능하고, 스패닝 트리 알고리즘은 경로 계산(path calculation)의 결과를 통하여 UE1 혹은 UE2 중 하나를 통하여 디바이스 C로 전송하는 것을 블록할 수 있다.
스패닝 트리 알고리즘은 선택된 루트 노드(root node) 와 대상 기기 (device of interest; 이러한 경우 디바이스 C)간의 최단 경로를 찾고, 동일한 기기로의 다른 경로를 차단한다. 일단 경로가 선택되고 나면, 다른 경로들을 불록하여 브로드캐스트 프레임이 블록된 경로를 통하여 포워딩되어서는 아니 된다.
다시 이야기 하자면, 브로드케스트 프레임은 블록된 UE 로 포워딩되어서는 아니된다. 또한 5G 시스템에서 이더넷 프레임의 라우팅은 스패닝 트리 알고리즘 결과로 수행되어야 한다.
이더넷 망에서의 경로는 이더넷 스위치들이 가용한 포트들에 대한 정보를 포함하는 Bridge Protocol Data Unit (BDPU)을 교환함으로써 발견된다.
스위치를 제외한 이더넷 기기들은 BPDU 를 전달하지 않기 때문에, UE 뒷단의 네트워크 토폴로지를 알아내기 위하여 UE 에 연결된 기기의 갯수를 1개로 제한하는 것도 필요할 수 있다.
그러나, UE 에 복수의 이더넷 기기가 연결될 필요가 있는 경우에는, 하나의 스위치가 UE 에 연결되고 복수의 이더넷 기기가 그 UE 에 연결될 수 있다. (도 2)
도 1 과 같은 망 구성에서 UE 는 이더넷 프레임의 스패닝 트리 알고리즘을 수행하여야 한다. UE 뒷단에 연결된 스위치 및 UPF 뒤에 연결된 스위치간의 스패닝 트리 알고리듬 수행을 위하여 주기적인 BDPU 메시지를 전달하여야 한다.
BDPU 헬로 메시지의 전송 주기는 현존하는 스위치에 기본값 (예를 들어, 2초)이 설정되어 있어, 이러한 망 구성을 가지는 경우, 2초마다 지속적으로 BDPU 메시지를 스위치간에 교환하여야 한다.
이렇게 2초마다 메시지를 교환하게 되면, 5G 시스템에서는 RAN 에서의 Inactivity Timer 가 BDPU Hello 메시지를 보내는 전송 주기 보다 긴 경우, 단말은 지속적으로 CM-CONNECTED 상태를 위지 하게 되고, 로봇과 같은 이동하는 단말인 경우, 많은 양의 배터리를 소모할 수 있다.
만약, RAN 에서의 Inactivity Timer가 BDPU Hello 메시지를 보내는 전송 주기 보다 짧고, 그 간격이 자주 있는 경우, 단말은 CM-IDLE 상태와 CM-CONNECTED 상태를 반복하게 되고, 네트워크에서, 특히 기지국과 코어망간의 많은 양의 불필요한 시그널링 트래픽이 발생하게 된다.
이러한 불필요한 배터리 자원 및 네트워크 자원 소모를 방지하기 위하여, 단말 네트워크에 연결된 네트워크 스위치 설정을 하여 스패닝 프로토콜의 동작을 끌 수 있다. 동적으로 망이 구성이 변경될 때마다, 단말 네트워크 스위치의 설정을 변경하는 것은 많은 설정의 어려움을 야기하며, 운영자의 잘못된 설정으로 야기되는 이더넷 망의 브로드 캐스트 스톰을 초래할 수 있다.
복수의 이더넷 연결로 인하여 무선 구간이 이더넷 망으로 참여하게 되는 토폴로지가 구성되는 경우, 불필요한 브로드 캐스트 메시지가 단말로 전달 될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 불필요한 브로드 케스트 전송 문제점을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 동적인 망 구성으로 인하여 중복적인 링크의 발생한 경우, UE1 와 이에 연결된 Switch 가 서로 독립적으로 동작하게 되므로, 불필요한 브로드 케스트 메시지가 전달될 수 있다.
도 3의 Case A는 동적인 망 구성 변경에 의하여 Switch 1 의 1번 포트에서 Switch 0 2번 포트로 유선 링크가 직접 연결된 경우이다. 도3의 그림에서 보듯이, Switch 1에서 UE1으로 연결된 포트는 RSTP 프로토콜의 동작에 의하여 “Discarding” 상태가 된다. 그러나 Switch 0 로 부터 전달되는 브로드케스트 메시지는 UPF를 통하여 모든 단말에 전달되게 되고, UE1, UE2 모두 브로드 캐스트 메시지를 수신 받게 된다. UE1 은 수신받은 이더넷 브로드 캐스트 메시지를 Switch 1 에 전달하지만, Switch 1 의 포트가 Discarding 상태이므로, 받은 패킷을 버리게 된다.
도 3의 Case 의 경우, UE2 와 연결된 Switch 2가 Root Switch 로 선정된 경우이고, 이러한 상황에서 UE1 에 연결된 Switch 1 과 UE2 에 연결된 Switch 2 가 연결된 경우이다. Switch 1의 4번 포트는 루트 포트가 되며, Switch 2 는 Designated 포트만을 가진 루트 Switch 가 된다. 도 3의 예에서는 유선의 COST 가 5G 무선의 코스트보다 작다고 가정하여, IEEE 802.1w 에 기술된 스패닝 트리 알고리즘에 따라서, Switch 1 의 4번 포트가 루트 포트로 가는 Path로 선정되어, Switch 1과 UE1으로 연결된 1번 포트는 “Discarding” 상태가 된다.
이렇게 루프가 없는 논리적인 스패닝 트리가 구성된 경우, Device E 에서 브로트캐스팅 메시지를 전송하는 경우, Switch 0 의 2번 포트를 통하여 UPF 에 전달되고, UPF 는 브로트 캐스트 메시지임을 판단한 후, UE1 과 UE2 모두에게 브로트 캐스트 메시지를 전달하게 된다. UE1을 거쳐서 도착한 브로트캐스트 메시지는 Switch 1 의 1번 포트에서 버려지게 되므로, 결국 불필요한 메시지가 Air 로 전송될 수 있다.
본 발명의 아래 실시 예들에서는 개선된 방법 및 이를 수행하는 장치를 제공한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이더넷 서비스 구조 (Switch 모드)를 나타낸다.
도 4의 실시 예에서 단말은 Ethernet Switch 기능을 지원하는 Switch Mode 를 지원한다. 이와 마찬가지로, UPF 도 또한 Switch 모드를 지원한다. 또한, 도 4의 실시 예에서의 UPF 는 Switch 기능을 지원한다.
<제 1 실시 예>
본 발명의 제 1실시예는 단말/스위치 정보의 설정에 관한 것이다.
단말/스위치로 동작하는 단말은 PDU 세션 생성 절차를 통하여, 5G 네트워크에 Ethernet PDU 세션을 생성한다. 그 절차는 도 5와 같다.
도 5의 1 단계에서 단말은 AMF에게 PDU session establishment rquest를 전송할 수 있다. PDU session establishment request 는 PDU session type = Ethernet, UE Ethernet Op Mode 정보를 포함할 수 있다. 2 단계에서 AMF는 SMF를 선택할 수 있다. AFM는 PDU session establishment request에 기반하여 SMF를 선택할 수 있따. 3a 단계에서 AMF는 Nsmf_PDU session_createSMC context request를 SMF에게 전송할 수 있다. 4a, 4b 단계를 통해서 SMF는 UDM는 등록, 가입자 정보 검색, 가입자 정보 업데이트 등의 동작을 수행할 수 있다. 4b 단계 이후에, SMF는 AMF에게 Nsmf_PDUsession_createSMC Context response를 전송할 수 있다. 상기 동작 이후, 6단계에서 네트워크 엔티티들은 PDU session에 대한 인증과 검증과정을 수행하고, PDU session을 생성할 수 있다.
7a 단계에서 SMF는 PCF 선택을 수행한다. 7b 단계에서 SMF와 PCF는 session management policy establishment 또는 modification 동작을 수행한다. 8 단계에서 SMF는 UPF 선택 동작을 수행한다. 9 단계에서 SMF는 session management policy modification 동작을 수행할 수 있다. 10a 단계에서 SMF는 UPF에게 N4 session establishment/modification request를 전송할 수 있고, 10b 단계에서 UPF는 N4 session establishment/modification response를 SMF에게 전송할 수 있다.
이후 11 단계에서 SMF는 AMF, RAN (또는 AN)을 통해 UE에게 정보를 전달할 수 있다. SMF는 Namf_communication_N1N2Message Transfer를 전송할 수 있다.
Switch 모드의 단말이 네트워크에 접속을 위하여 PDU 세션을 생성하는 경우, SMF 는 사업자의 정책 및 사전 설정 정보에 따라서, Switch 모드 단말에 다음과 같은 정보를 설정할 수 있다. 아래 정보는 상기 Namf_communication_N1N2Message Transfer에 포함될 수 있다.
- 스패팅 트리 설정 정보
->> 스패닝 트리 알고리즘(예, RSTP) 실행 여부
->> BDPU Hello 패킷 전송 주기
->> Hello 패킷 타임 아웃 (즉, Time-out 시 링크 단절 여부 판단을 위한 정보)
->> 브리지 식별자 혹은 스위치 식별자
- RSTP 수행이후 상태 정보 변경시, 네트워크에 변경 여부를 알리도록 하는 지시자.
->> 즉, 포트 상태 정보 변경시, 알림 여부 혹은 특정 포트 상태로 변경시, 네트워크에 변경 여부를 나타내는 지시자
- MAC 주소 수집 수행 및 알림 여부
->> 능동적인 MAC 주소 수집 여부 혹은 수동적인 MAC 주소 수집 여부
12 단계에서 AMF는 11단계에서 SMF로부터 수신한 정보를 포함하는 N2 PDU session request 를 RAN 또는 AN에게 전송할 수 있다. 13 단계에서 RAN 또는 AN은 12 단계에서 수신한 정보를 포함하는 RAN specific resource setup 을 UE에게 전송할 수 있다. 14 단계에서 RAN 또는 AN은 12 단계에서 수신한 메시지에 대한 응답으로 N2 PDU session request ack를 AMF에게 전송할 수 있다. 15 단계에서 AMF는 Nsmf_PDUsession_update SMC context request를 SMF에게 전송할 수 있다.
<제 2 실시예>
- 스위치 모드로 동작하는 단말은 MAC 주소 수집 여부를 판단한다. 판단하는 방법은 다음과 같다.
->> PDU 세션 생성, SMF 로 부터 MAC 주소 수집 요청을 수신한 경우,
->> 단말이 스위치 하위단의 이더넷 네트워크의 루트 스위치로 선택된 경우,
->> 단말이 자체 설정에 의하여, MAC 주소 수집을 결정한 경우
- 단말이 MAC 주소 수집을 결정하면, 단말은 능동적인 혹은 수동적인 방법으로 MAC 주소수집 알고리즘을 동작 시켜서, Switch 노드 아래에 연결된 이더넷 기기들의 MAC 주소를 수집한다.
->> 능동적인 수집 방법의 하나의 예로는 다음과 같은 방법이 가능하다. 해당 subnet 에 IP 네트워크 동작하는 경우, 해당 subnet 의 브로드 캐스트 IP 주소로 ping 메시지를 전송하여, 이에 대한 응답을 받는 방법이 있다.
->> 수동적인 수집 방법의 예로는 다음의 방법이 가능하다. 단말은 스위치를 경우하는 이더넷 프레임의 헤더 정보를 통하여 MAC 주소를 수집할 수 있다.
- 스위치 모드 단말은 수집한 MAC 주소의 목록을 네트워크에 알린다. 상기 제2 실시 예의 절차는 도 6의 절차와 같이 PDU 세션 변경절차를 통하여 이루어 질 수 있다. 단말의 수집한 MAC 주소를 수신한 SMF 는 UPF 에 주소들을 전달하여, 하향 링크의 패킷을 라우팅할 때 사용할 수 있다.
도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 MAC 주소 수집 및 알림 절차를 나타낸다.
도 6의 1 단계에서 UE는 PDU session modification request 를 AMF를 통해서 SMF에게 전송할 수 있다. 상기 요청은 MAC address list에 대한 정보를 포함할 수 있다. 2 단계에서 SMF는 PDU session command를 AMF에게 전송하고, AMF는 이를 UE에게 전송할 수 있다. 3 단계에서 단말은 PDU session modification command ack을 AMF에게 전송하고, AMF는 이를 SMF에게 전달할 수 있다. 4a 단계에서 SMF는 UPF에게 N4 modification request를 전송할 수 있고, 이 메시지는 상기 MAC address list 정보를 포함할 수 있다. 4b 단계에서 UPF는 SMF에게 N4 modification response를 전송하고, 상기 MAC address를 이용하여 하향링크 패킷의 라우팅에 이용할 수 있다.
<제 3 실시예>
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 상향링크 포트정보 알림 절차를 나타낸다.
UE 및 UPF 모두 스위치 모드로 구성된 네트워크 구조에서 스패닝 트리 알고리즘을 수행이후, 단말 도7 (A) 와 같이 UE 의 Uplink 쪽 포트가 “Discarding” 상태로 된 경우, 단말은 추가적인 브로드캐스트의 유입을 줄이기 위하여 네트워크에 단말 상태가 변경되었음을 알리는 지시자를 네트워크에 전송할 수 있다.
네트워크에 전송하는 방법은 NAS 메시지를 통하여 SMF 에 전달할수 있으며, 이를 전달받은 SMF 는 N4 I/F 를 통하여, UPF 의 N4 의 해당 단말에 대한 상태 정보를 변경할 수 있다.
이와 유사한 방법으로 단말은 UPF/Switch 에 PORT 상태 변경을 위한 메시지를 in-band 형태로 전달할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 구성을 나타낸다.
도 8을 참고하면, 단말은 송수신부 (810), 제어부 (820), 저장부 (830)를 포함할 수 있다. 본 발명에서 제어부는, 회로 또는 어플리케이션 특정 통합 회로 또는 적어도 하나의 프로세서라고 정의될 수 있다.
송수신부 (810)는 다른 네트워크 엔티티와 신호를 송수신할 수 있다.
제어부 (820)은 본 발명에서 제안하는 실시예에 따른 단말의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 노드의 구성을 나타낸다.
네트워크 노드는 본 발명의 실시 예에 따른 UPF, SMF AMF 중 적어도 하나에 대응할 수 있다.
도 9를 참고하면, 네트워크 노드는 송수신부 (910), 제어부 (920), 저장부 (930)를 포함할 수 있다. 본 발명에서 제어부는, 회로 또는 어플리케이션 특정 통합 회로 또는 적어도 하나의 프로세서라고 정의될 수 있다.
송수신부 (910)는 다른 네트워크 엔티티와 신호를 송수신할 수 있다.
제어부 (920)은 본 발명에서 제안하는 실시예에 따른 네트워크 노드의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
그리고 본 명세서와 도면에 개시된 실시 예들은 본 발명의 내용을 쉽게 설명하고, 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 특징을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 단말의 방법에 있어서,
    AMF(access and mobility management function)엔터티를 통해 SMF(session management function)엔터티로, 스위치 모드의 지원을 지시하는 정보를 포함하는 PDU(protocol data unit) 설정 요청 메시지를 전송하는 단계;
    상기 AMF 엔터티를 통해 상기 SMF 엔터티로부터, 상기 스위치 모드와 관련된 스위치 모드 설정 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 스위치 모드 설정 정보에 기반하여 스위치 모드 동작을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 스위치 모드 설정 정보는 스패닝 트리 알고리즘 실행 여부를 지시하는 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 모드 설정 정보는 BPDU(bridge protocol data unit) 패킷 전송 주기에 대한 정보 및 Hello 패킷 타임 아웃에 대한 정보를 포함하고,
    상기 BPDU 패킷 전송 주기에 대한 정보에 기반하여 BPDU Hello 패킷을 전송을 판단하고, 상기 Hello 패킷 타임 아웃에 대한 정보에 기반하여 링크 단절여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단말에 연결된 이더넷(ethernet) 기기의 MAC (medium access control) 주소를 획득하는 단계; 및
    상기 이더넷 기기의 MAC 주소를 네트워크로 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 이더넷 기기의 MAC 주소는 UPF(user plane function)의 라우팅 설정 변경에 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이더넷 기기의 MAC 주소는 상기 단말이 전송한 페이징(paging) 메시지에 대한 응답을 수신하는 동작 또는 상기 단말의 스위치를 경유하는 이더넷 프레임의 헤더 정보를 통하여 획득되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    스위치 모드 설정 정보는 상기 단말의 스위치 포트의 변경 시, 상태 변경을 보고할 것을 지시하는 지시자를 포함하고,
    상기 단말은 상기 단말의 상기 스위치 포트 변경 시 상태 변경 지시자를 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 단말에 있어서,
    송수신부; 및
    상기 송수신부와 연결되고, AMF(access and mobility management function)엔터티를 통해 SMF(session management function)엔터티로, 스위치 모드의 지원을 지시하는 정보를 포함하는 PDU(protocol data unit) 설정 요청 메시지를 전송하며, 상기 AMF 엔터티를 통해 상기 SMF 엔터티로부터, 상기 스위치 모드와 관련된 스위치 모드 설정 정보를 수신하고, 상기 스위치 모드 설정 정보에 기반하여 스위치 모드 동작을 수행하도록 제어하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하며,
    상기 스위치 모드 설정 정보는 스패닝 트리 알고리즘 실행 여부를 지시하는 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스위치 모드 설정 정보는 BPDU(bridge protocol data unit) 패킷 전송 주기에 대한 정보 및 Hello 패킷 타임 아웃에 대한 정보를 포함하고,
    상기 BPDU 패킷 전송 주기에 대한 정보에 기반하여 BPDU Hello 패킷을 전송을 판단하고, 상기 Hello 패킷 타임 아웃에 대한 정보에 기반하여 링크 단절여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 단말.
  8. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 단말에 연결된 이더넷(ethernet) 기기의 MAC (medium access control) 주소를 획득하고, 상기 이더넷 기기의 MAC 주소를 네트워크로 전송하도록 제어하고,
    상기 이더넷 기기의 MAC 주소는 UPF(user plane function)의 라우팅 설정 변경에 사용되는 것을 특징으로 하는 단말.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 이더넷 기기의 MAC 주소는 상기 단말이 전송한 페이징(paging) 메시지에 대한 응답을 수신하는 동작 또는 상기 단말의 스위치를 경유하는 이더넷 프레임의 헤더 정보를 통하여 획득되는 것을 특징으로 하는 단말.
  10. 제6항에 있어서,
    스위치 모드 설정 정보는 상기 단말의 스위치 포트의 변경 시, 상태 변경을 보고할 것을 지시하는 지시자를 포함하고,
    상기 단말은 상기 단말의 상기 스위치 포트 변경 시 상태 변경 지시자를 전송하는 것을 특징으로 하는 단말.
  11. SMF(session management function)의 방법에 있어서,
    AMF(access and mobility management function)엔터티를 통해 단말로부터, 상기 단말의 스위치 모드의 지원을 지시하는 정보를 수신하는 단계;
    스패닝 트리 알고리즘 실행 여부를 지시하는 정보를 포함하는 상기 스위치 모드와 관련된 스위치 모드 설정 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 AMF 엔터티를 통해 상기 단말로, 상기 스위치 모드와 관련된 상기 스위치 모드 설정 정보를 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 스위치 모드 설정 정보에 기반하여 단말의 스위치 모드 동작이 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스위치 모드 설정 정보는 BPDU(bridge protocol data unit) 패킷 전송 주기에 대한 정보 및 Hello 패킷 타임 아웃에 대한 정보를 포함하고,
    상기 BPDU 패킷 전송 주기에 대한 정보에 기반하여 BPDU Hello 패킷을 전송 및 상기 Hello 패킷 타임 아웃에 대한 정보에 기반하여 링크 단절여부가 판단되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 단말에 연결된 이더넷(ethernet) 기기의 MAC (medium access control) 주소를 포함하는 리스트 정보를 수신하는 단계를 더 포함하고,
    상기 리스트 정보는 UPF(user plane function)의 라우팅 설정 변경에 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 이더넷 기기의 MAC 주소는 상기 단말이 전송한 페이징(paging) 메시지에 대한 응답을 수신하는 동작 또는 상기 단말의 스위치를 경유하는 이더넷 프레임의 헤더 정보를 통하여 획득되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    스위치 모드 설정 정보는 상기 단말의 스위치 포트의 변경 시, 상태 변경을 보고할 것을 지시하는 지시자를 포함하고,
    상기 단말로부터 상기 단말의 상기 스위치 포트 변경 시 상태 변경 지시자를 수신하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. SMF(session management function) 엔터티에 있어서,
    송수신부; 및
    상기 송수신부와 연결되고, AMF(access and mobility management function)엔터티를 통해 단말로부터, 상기 단말의 스위치 모드의 지원을 지시하는 정보를 수신하며, 스패닝 트리 알고리즘 실행 여부를 지시하는 정보를 포함하는 상기 스위치 모드와 관련된 스위치 모드 설정 정보를 생성하고, 상기 AMF 엔터티를 통해 상기 단말로, 상기 스위치 모드와 관련된 상기 스위치 모드 설정 정보를 전송하도록 제어하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
    상기 스위치 모드 설정 정보에 기반하여 단말의 스위치 모드 동작이 수행되는 것을 특징으로 하는 SMF 엔터티.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 스위치 모드 설정 정보는 BPDU(bridge protocol data unit) 패킷 전송 주기에 대한 정보 및 Hello 패킷 타임 아웃에 대한 정보를 포함하고,
    상기 BPDU 패킷 전송 주기에 대한 정보에 기반하여 BPDU Hello 패킷을 전송 및 상기 Hello 패킷 타임 아웃에 대한 정보에 기반하여 링크 단절여부가 판단되는 것을 특징으로 하는 SMF 엔터티.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 단말에 연결된 이더넷(ethernet) 기기의 MAC (medium access control) 주소를 포함하는 리스트 정보를 수신하도록 제어하고,
    상기 리스트 정보는 UPF(user plane function)의 라우팅 설정 변경에 사용되는 것을 특징으로 하는 SMF 엔터티.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 이더넷 기기의 MAC 주소는 상기 단말이 전송한 페이징(paging) 메시지에 대한 응답을 수신하는 동작 또는 상기 단말의 스위치를 경유하는 이더넷 프레임의 헤더 정보를 통하여 획득되는 것을 특징으로 하는 SMF 엔터티.
  20. 제16항에 있어서,
    스위치 모드 설정 정보는 상기 단말의 스위치 포트의 변경 시, 상태 변경을 보고할 것을 지시하는 지시자를 포함하고,
    상기 단말로부터 상기 단말의 상기 스위치 포트 변경 시 상태 변경 지시자를 수신하는 것을 특징으로 하는 SMF 엔터티.
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