KR20060059064A - 이동통신 시스템과 이를 위한 핸드오프 방법 - Google Patents

이동통신 시스템과 이를 위한 핸드오프 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 WLAN와 UMTS의 연동망 구조에서, 단말이 WLAN에서 UMTS로 핸드오프를 할 때 지연 및 패킷의 손실을 줄일 수 있는 심리스 핸드오프 방법에 관한 것으로, 핸드오프가 발생하기 전에 사전 등록 및 사전 인증 과정을 수행하고, 핸드오프 기간 동안 단말에게 전달되는 패킷들을 버퍼링한 후, 핸드오프가 완료되면 전달해 주는 방식을 통하여 핸드오프 중에 발생하는 패킷 손실을 줄임으로써 WLAN-UMTS 연동 시 빠르고 심리스한 핸드오프를 제공할 수 있는 방법에 관한 것이다.
Seamless Hand Off, UMTS, WLAN, Address Table

Description

ＷＬＡＮ와 ＵＭＴＳ연동을 위한 심리스 핸드오프 지원 방법{Seamless Handoff Method for WLAN-UMTS interworking}
도 1은 일반적인 사전 등록 핸드오프 절차를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연동 네트워크 구조를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 단말이 WLAN 네트워크에서 UMTS 네트워크로 사전 등록 핸드오프 시의 전체적인 동작을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 단말이 WLAN 네트워크에서 UMTS 네트워크로 사전 등록 핸드 오프의 전체적인 동작을 나타내는 도면.
본 발명은 서로 다른 종류의 네트워크 간의 핸드오프에 관한 것으로, 특히 단말이 WLAN(Wireless Local Area Network)에서 UMTS(Universail Mobile Telecommunication System)로 핸드오프를 할 경우 발생하는 지연 및 패킷 손실을 개선할 수 있는 핸드오프 방법에 관한 것이다.
국제 표준화 기구인 IETF(Internet Engineering Task Force)의 모바일 아이피(Mobile IP(Internet protocol)) 워킹그룹에서는 핸드오프 시 발생하는 낮은 지연을 지원할 수 있는 방법 중 하나로 사전 등록(Pre-Registration) 핸드오프 방법을 제안하고 있다. 상기 사전 등록 핸드오프 방법은 단말(Mobile Node: 이하 'MN이라 칭함)이 네트워크의 도움을 받아 L2 (Link Layer) 핸드오프 완료 이전에 L3 (Network Layer) 핸드오프를 수행하는 것을 말한다.
도 1은 일반적인 사전 등록 핸드오프 절차를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, MN(Mobile Node)(110)은 사전 등록 핸드오프 수행 전의 FA(old Foreign Agent: 이하, oFA라 칭함)(120)에서 새로운 FA(new Foreign Agent: 이하, nFA라 칭함)(130)로 사전 등록 핸드오프를 수행하고자 한다.
사전 등록 핸드오프가 수행되기 전에, 101단계에서 oFA(120)는 핸드오프를 위해 상기 nFA(130)의 정보를 요청하는 에이전트 솔리서테이션(Agent Solicitation) 메시지를 nFA(130)로 전송한다. 상기 에이전트 솔리서테이션 메시지를 수신한 nFA(130)는, 102단계에서 oFA(120)로 nFA(130)의 정보를 담은 에이전트 에드버타이즈먼트(Agent Advertisement)(102) 메시지를 전송한다. 상기 에이전트 에드버타이즈먼트 메시지를 통해 MN(110)은 새로 이동할 nFA(130)의 정보를 얻는다.
MN(110) 혹은 oFA(120)가 L2 트리거를 수신되면, L2 트리거를 수신한 MN(110) 혹은 oFA(120)에서 핸드오프가 시작된다.
구체적으로, 107단계에서 MN(110)이 L2 트리거를 수신하면, MN(110)에 의해 핸드오프가 시작된다. 단말(110)은 프록시 에이전트 솔리서테이션(Proxy Agent Solicitation)(103) 메시지를 oFA에 전송한다. 상기 프록시 에이전트 솔리서테이션 메시지를 수신한 oFA(120)는, 104단계에서 플록시 에이전트 에드버타이즈먼트(Proxy Agent Advertisement)메시지를 MN(110)로 회신한다.
107a단계에서 oFA(120)가 L2 트리거를 수신하면, oFA(120)에 의해 핸드오프가 시작된다. 즉, oFA(120)가 L2 트리거를 받으면, 104단계에서 프록시 에이전트 어드버타이즈먼트 메시지를 MN(100)로 전송한다.
상기 프록시 에이전트 어드버타이즈먼트 메시지를 수신한 MN(110)은 아직 nFA(130)과 연결되지 않은 상태이므로, 105단계에서 oFA(120)를 통해서 nFA(130)로 등록 요청(Registration Request) 메시지를 전송한다. 상기 등록 요청 메시지를 수신한 nFA(130)는 106단계에서 L3 핸드오프인 모바일 아이피 등록 과정을 통해 상기 MN(110)을 HA(Home Agent)(140)에 등록한다. 이후, 108단계에서 HA(140)는 등록 요청 응답(Registration Reply) 메시지를 nFA(130)와 oFA(120)를 통해 MN(110)에게 전달하면, 109단계에서 L2 핸드오프가 시작된다.
상기한 바와 같이 사전 등록 핸드오프 방식은 L2와 L3 핸드오프를 분리하여, 핸드오프 시 지연이 큰 L3 핸드오프(모바일 아이피 등록 과정)을 미리 수행함으로써 핸드오프 지연을 줄일 수 있다.
그러나, 상기 사전 등록 핸드오프 방식은 기본적으로 모바일 아이피 프로토콜을 기반으로 동작하기 때문에, WLAN-UMTS 연동망 구조에 유연성 있게 적용되기 힘들며, WLAN-UMTS 망에서 동작하는 핸드오프 절차 중에서 일부분만을 다루고 있어 실제 핸드오프 절차 및 요구사항에 맞추어 동작을 변경해야 될 필요가 있다. 즉, WLAN-UMTS 연동 시 모바일 아이피 등록 과정은 인증 과정과 맞물려 동작되지만, 기존의 핸드오프 방식은 이동성과 관련된 등록 시그널링만을 제시하고 있다.
따라서, 실제적인 WLAN-UMTS 핸드오프 시에는 보다 큰 지연 및 패킷 손실 문제가 발생하는 문제점이 있었다.
따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명의 목적은, WLAN과 UMTS 연동 시 빠르고 심리스한 핸드오프를 제공할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, WLAN에서 UMTS로의 핸드오프 시에 발생하는 지연 문제를 해결하기 위해서, 핸드오프가 발생하기 전에 사전 등록 및 사전 인증 과정을 수행하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 핸드오프 기간 동안 단말에게 전달되는 패킷들을 버퍼링한 후, 핸드오프가 완료되면 상기 버퍼링된 패킷을 전달해 주는 방식을 통하여 핸드오프 중에 발생하는 패킷 손실을 줄이는 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 실시예는, 무선랜과 이동통신망의 연동 무선망을 통해 상기 무선랜에 연결되어 있는 단말이, 이동통신망으로 사전등록 핸드오프를 수행하는 방법에 있어서,
링크 레이어(L2) 트리거에 의해 핸드오프가 결정되면, 사전 인증 및 등록을 요청하며 상기 단말의 홈 아이피 주소와 단말 식별자가 포함되는 사전 등록 요청 메시지를 상기 무선랜을 통해 상기 이동통신망으로 전달하는 과정과,
상기 식별자값을 바탕으로 이동통신망의 인증 벡터 생성 및 단말 인증 및 암호화 키 분배를 위한 사전 인증 절차를 수행하는 과정과,
상기 단말이 이동통신망으로 핸드오프 후에 사용할 임시 아이피 주소(IPUMTS)를 생성하고, 상기 IPUMTS를 이용하여 홈 에이전트의 주소 테이블을 갱신하여 사전 등록을 수행하는 과정과,
핸드오프 중에 상기 단말로부터 수신되는 패킷들을 버퍼링하는 과정과,
상기 IPUE 혹은 상기 IPUMTS를 포함하며 상기 사전 인증 및 등록 과정이 완료되었음을 알리는 '사전 등록 응답메시지'를 상기 무선랜을 통해 단말로 전송하는 과정과,
상기 단말이 무선랜과 분리되어, 이동통신망으로 L2 핸드오프를 수행하는 과정과,
상기 핸드오프가 완료되면, 상기 단말로부터 상기 IPUE 혹은 상기 IPUMTS를 포함하는 '사전 등록 완료 메시지'를 수신하는 과정과,
상기 IPUE 혹은 상기 IPUMTS에 해당하는 상기 홈 에이전트의 주소 테이블을 재 갱신하는 과정과,
상기 주소테이블 상기 패킷들의 버퍼링을 멈추고, 상기 IPUMTS 주소의 단말로 상기 패킷들을 포워딩하는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예는, 무선랜과 이동통신망의 연동 무선망을 통해 상기 무선랜에 연결되어 있는 단말이, 이동통신망으로 사전등록 핸드오프를 수행하는 방법에 있어서,
링크 레이어(L2) 트리거에 의해 핸드오프가 결정되면, 사전 인증을 요청하며 상기 단말의 홈 아이피 주소(IPUE)와 단말 식별자가 포함되는 '사전 인증 요청 메시지'를 상기 무선랜을 통해 상기 이동통신망으로 전달하는 과정과,
상기 단말의 식별자값을 바탕으로 이동통신망의 인증 벡터 생성 및 단말 인증 및 암호화 키 분배를 위한 사전 인증 절차를 수행한 후, 상기 사전 인증 절차가 완료되었음을 알리는 '사전 인증 응답 메시지'를 단말에게 전달하는 과정과,
사전 등록을 요청하며 상기 IPUE가 포함된 '사전 등록 요청 메시지'를 상기 무선랜을 통해 상기 이동통신망으로 전달하는 과정과,
상기 단말이 이동통신망으로 핸드오프 후에 사용할 임시 아이피 주소(IPUMTS)를 생성하고, 상기 IPUMTS를 이용하여 홈 에이전트의 주소 테이블을 갱신하여 사전 등록을 수행하는 과정과,
핸드오프 중에 상기 단말로부터 수신되는 패킷들을 버퍼링하는 과정과,
상기 단말이 무선랜과 분리되어, 이동통신망으로 L2 핸드오프를 수행하는 과 정과,
상기 핸드오프가 완료되면, 상기 IPUE를 포함하며 상기 사전 등록 과정이 완료되었음을 알리는 '사전 등록 완료 메시지'를 상기 단말로부터 수신하는 과정과,
상기 IPUE에 해당하는 상기 홈 에이전트의 주소 테이블을 재 갱신하는 과정과,
상기 주소테이블 상기 패킷들의 버퍼링을 멈추고, 상기 IPUMTS 주소의 단말로 상기 패킷들을 포워딩하는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 도면상에 표시된 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호로 나타내었으며, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 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.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연동 네트워크 구조를 보여주는 도면이다,
WLAN 엑세스 네트워크(Access Network, 이하 'AN'이차 칭함)(210)는 인트라넷/인터넷(220)과 연결되어, 이동 단말(201)의 무선 접속점(Access Point, 이하 'AP'라 칭함)부(202)와, 상기 AP부(202)를 관리하는 WLAN 에이전트(Agent)(203)로 이루어져 있다. 상기 WLAN AN(210)은 UMTS 코어 망(230)과, WLAN 엑세스 게이트 웨이(WLAN Access Gateway, 이하 'WAG'라 칭함)(204)를 통해 연결되어 있다.
UMTS(250)는 UTRAN(Ultimate Radio Access Network)(207)과 SGSN(Serving GPRS Support Node)(208), GGSN(Gateway GPRS Support Node)/FA(209), PDG(Packet Data Gateway)/FA(210) 및 AAA 서버(211)로 구성되어 있다.
상기 PDG(210)는 WLAN의 이동성을 관리하며 WLAN를 관리하는 FA 기능이 있고, GGSN/FA(209)는 UMTS를 관리하는 FA기능이 있다. HA(Home Agent)(212)는 상기 PDG(210) 및 GGSN(209) 각각의 FA를 관리하며 외부 PDN(Packet Data Network)/인터넷(240) 내에 위치한다.
이동 단말(201)은 AP부(202) 또는 UTRAN(207)을 통해 WLAN AN(210) 혹은 UMTS(250)와 통신이 가능하다. 상기 이동 단말(201)은 한 순간에 WLAN(210) 과 UMTS(250) 중 하나와만 접속가능하다.
이하, 본 발명은 WLAN AN(210)과 UMTS(250)의 연동망 구조에서, WLAN AN(210)과 접속되어 있던 단말(201)이 UMTS(250)로 핸드오프할 경우, 핸드오프하기 전에 WLAN AN(210)을 통해서 UMTS 인증 및 PDP 컨텍스트 생성을 수행함으로써, 심리스한 핸드오프를 가능하게 한다. 즉, 핸드오프 시 지연 문제를 해결하기 위해 지연이 큰 인증 및 등록 절차를 L2 핸드오프 전에 미리 수행한다.
이하, 표 1을 참조하여, 본 발명에 따른 HA(215)에서 주소 테이블을 관리하는 방법을 설명한다.
하기, 표 1은 HA의 주소 관리 테이블이다.
HA(215)는 핸드오프 시 단말(201)의 이동성 지원을 위해 모바일 아이피 프로토콜을 사용하여 단말의 홈 아이피 주소에 따라 현재 아이피 주소를 관리하는 대신, 하기 <표 1>과 같이 주소 관리 테이블에 넥스트(next) 아이피 주소를 추가한다. 즉, 상기 HA(215)는 상기 넥스트 아이피 주소에 단말이 이동할 곳에서 새로 부여받을 아이피 주소를 미리 등록하여 관리한다.
Home IP address Current IP address Next IP address
IPMN1 IPC1 IPN1
IPMN2 IPC2 IPN2
… … …
상기 <표 1>을 참조하면, 주소 관리 테이블에서 상기 'Next IP address' 필드는 일반적인 경우 채워지지 않고, 단말이 핸드오프 상황에 있는 경우에만 채워진다. 에이전트는 상기 'Next IP address' 필드에 특정 주소값이 있으면, 단말이 핸드오프 중이라고 판단하여 단말로 전달되는 패킷을 버퍼링한다. 단말의 사전 등록이 완료되면, 'Next IP Address' 필드의 값은 현재 아이피 주소로 변경되고, 상기 'Next IP address' 필드는 블랭크(Blank)로 둔다. 상기 버퍼링 된 패킷은 상기 현재 아이피 주소로 포워딩된다.
일 예로, 홈 아이피 주소가 'IPMN1'인 단말이 핸드오프를 요구하면, 상기 HA(215)는 주소테이블을 검색하여 'IPMN1'에 해당하는 단말의 'Next IP address' 필드 값 'IPC1'를 읽어낸다. 이후, HA(215)는 상기 단말이 핸드오프하여 사용할 아이피 주소가 'IPN1'임을 확인하고, 현재 핸드오프 중이므로 'IPMN1' 단말에 IP C1으로 전달되는 패킷들을 버퍼링한다. 단말의 사전 등록이 완료되면, 'Next IP Address' 필드의 'IPN1'은 현재 아이피 주소인 'IPC1'으로 변경되고, 상기 'Next IP address' 필드는 널(Null)로 둔다. 또한, 상기 버퍼링 된 패킷은 핸드오프 목적지인 상기 'IPC1'으로 포워딩된다.
이하, 본 발명에 따라 WLAN 엑세스 네트워크(210)에서 UMTS 네트워크(250)로 핸드오프 시에 추가되는 단말의 아이피 주소와, 시그널링 메시지들을 상세히 설명한다.
먼저, 단말의 아이피 주소는 단말의 홈 아이피 주소인 'IPuE'와, WLAN AN(210)에서 UMTS(250)로 핸드오프한 단말이 UMTS(250)에서 사용하는 임시 IP주소인 IPUMTS와, 핸드오프 전의 단말이 WLAN AN(210)에서 사용하는 임시 IP주소인 IPWLAN가 있다.
다음으로, 추가되는 시그널링 메시지들을 상세히 설명한다.
사전 등록 요청(Pre-Registration Request) 메시지는 단말이 사전 등록을 위해 새로 이동할 망의 FA(이하, '새로운 FA'라 칭함)에게 전달하는 메시지이다. 여기서는, UMTS의 FA가 해당된다. 상기 사전 등록 요청 메시지를 수신한 FA는 인증요 청(authentication request) 메시지를 SGSN(208)으로 전달하여 사전 인증을 요청한다. 여기서, 상기 인증요청 메시지는 IPUE와, 단말의 IMSI(International Mobile Station Identifier)를 포함한다. 사전 등록 응답 메시지는 새로운 FA(209)에서 단말로 사전 등록이 완료되었음을 알리는 것으로, IPUMTS들이 포함된다.
사전 등록 완료(Completion) 메시지는, 단말의 IPUE 혹은 IPUMTS 포함하며 단말이 UMTS 네트워크(250)로 이동하였음을 HA(215)로 알려주어, HA(215)의 주소관리 테이블에 해당 IPUE의 현재 IP주소를 상기 IPUMTS로 갱신하도록 한다.
PDP(Packet Data Protocol)주소 요청 메시지는 단말에 대한 사전 인증이 완료되면, SGSN(208)은 상기 단말의 IMSI 혹은 IPUE를 GGSN(209)으로 전송하여 UMTS 네트워크(250)에서 단말의 임시주소로 사용하기 위한 주소값인 IPUMTS를 요청하는 것이다. PDP주소 응답(PDP Address Response) 메시지는 GGSN(209)이 상기 IPUMTS를 요청한 단말에 대한 컨텍스트(Context)를 생성하고, PDP 주소 즉, IP 주소를 생성하여 SGSN(208)에게 전달하는 것이다.
사전 등록 업데이트 요청메시지는 새로운 GGSN/FA(209)가 SGSN(208)으로부터 상기 인증 응답을 수신한 후 IPUE와 상기 IPUMTS를 상위 HA(212)로 전송하여, 상기 IPUE에 해당하는 주소테이블의 넥스트 아이피 주소로 상기 IPUMTS를 갱신하도록 요청하는 것이다. 사전 등록 업데이트 응답 메시지는 HA(212)가 상기 인증 응답 메시지 를 수신한 후, 업데이트 완료를 나타내는 메시지로 FA(209)에게 전달된다.
WLAN 접속 네트워크(210)에 연결되어 있는 이동 단말(201)이 UMTS 네트워크(250)로 이동하는 경우, 상기 WLAN 에이전트(203) 기능을 수행해 줄 수 있는 노드가 존재하지 않는다. 따라서, UMTS 네트워크(250)의 SGSN(208)이 상기 WLAN 에이전트(203) 기능을 대신 수행한다. 즉, 상기 이동 단말(201)은 SGSN(208)을 통해 사전 인증과정 및 사전 등록과정 등을 수행하여, 상기 SGSN(208)로부터 상기 과정들을 통해 획득된 정보들을 바탕으로 핸드오프를 수행한다.
이하, 구체적인 실시예들을 통해서 이동단말이 WLAN 접속 네트워크에서 UMTS 네트워크망로 핸드오프하기 위한 사전 인증 및 등록 절차에 대해 설명한다.
<<제 1 실시예>>
본 발명의 제 1실시예에서는 이동 단말이 사전 등록 요청 메시지를 통해서 인증, IP 주소 할당 및 등록 등을 일괄적으로 수행하는 사전 등록 핸드오프를 한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 단말이 WLAN 네트워크에서 UMTS 네트워크로 사전 등록 핸드오프 시의 전체적인 동작을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 300단계에서 WLAN 접속 네트워크에 위치한 단말(201)과 HA(215)간의 패킷 송수신이 수행된다. 302단계에서 단말(201)은 L2 트리거의 동작에 의해 핸드오프가 결정되면, 304단계에서 상기 단말(201)의 사전 인증 및 등록을 요청하는 '사전 등록 요청 메시지'를 PDG/FA(210)와 GGSN/FA(209)를 통해 SGSN(208)에게 전달한다. 이때, 상기 사전 등록 요청 메시지는 IPUE와, 단말(201)의 IMSI가 포함되며, PDG/FA(210)는 상기 단말(201)이 이동하려는 UMTS 네트워크의 셀을 관장하는 GGSN/FA(209)의 주소 정보를 미리 설정하여 가지고 있다.
306단계에서 SGSN(208)은 상기 사전 등록 요청 메시지로부터 전달받은 IMSI값을 바탕으로 UMTS AKA(Authentication and Key Agreement)를 통해서 인증 벡터 생성과 단말 인증 및 암호화 키 분배를 위한 절차를 수행한다. 이때, 상기 UMTS AKA 과정에서는 UTRAN(207)을 포함하지 않거나 UTRAN(207)을 포함하는 두 가지 경우가 있을 수 있다.
UTRAN(207)을 포함하지 않는 경우 단말(201)은 핸드오프 전에 라디오 커넥션(Radio Connection)을 설정되지 않기 때문에, 상기 단말(201)과 SGSN(208)간의 상호 인증이 완료된 후 생성된 암호화 키값들은 UTRAN(즉, RNC)(210)에게 전달되지 않는다.
UTRAN(207)을 포함하는 경우, UMTS AKA(306) 과정이 시작하기 전에 SGSN(208)과 UTRAN(210) 간의 라디오 커넥션이 설정되기 때문에, 단말(201)과 SGSN(208)간의 상호 인증이 완료된 후 생성된 암호화 키 값들이 UTRAN(즉, RNC)(338)에게 전달된다.
308단계에서 사전 인증 과정을 통해 단말에 대한 인증 절차를 끝낸 SGSN(208)은 상기 단말(201)의 IPUE 혹은 IMSI를 포함하는 PDP 주소 요청 메시지를 GGSN(209)에게 전달하여, 핸드오프 후에 사용될 PDP 주소인 IPUMTS를 요청한다.
310단계에서 상기 PDP 요청 메시지를 수신한 GGSN/FA(209)는 상기 단말(201)에 대한 IPUMTS를 생성하고, 상기 IPUMTS를 PDP 어드레스 응답 메시지(303)에 실어 SGSN(208)에게 전달한다.
312단계에서 상기 GGSN/FA(209)은 사전 등록 업데이트 요청 메시지에 상기 IPUMTS와 IPUE를 실어 HA(215)로 전달한다.
상기 사전 등록 업데이트 요청 메시지를 받은 상기 HA(215)는, 314단계에서 상기 IPUMTS를 단말(201)의 넥스트 IP에 등록하여 상기 주소 관리 테이블을 갱신하고, 상기 갱신 결과를 사전 등록 업데이트 응답 메시지에 실어 GGSN/FA(209)으로 전송한다. 즉, 상기 IPUE에 해당하는 주소 테이블은 현재 아이피는 IPWLAN로 넥스트 IP는 IPUMTS으로 설정된다. 이후, HA(215)는 316단계에서 IPWLAN 주소로 단말(201)에게 오는 패킷들을 버퍼링한다.
318단계에서 사전 등록 업데이트 메시지를 수신한 GGSN/FA(209)는, 사전 인증 및 등록 과정이 완료됨을 단말(201)에게 알려주기 위해서 PDG/FA(210)을 통해 사전 등록 응답 메시지를 전송한다. 상기 사전 등록 응답 메시지에는 IPUMTS가 포함된다. 320단계에서 상기 단말(201)은 AP(202)를 통해서 WLAN 네트워크와의 분리(detachment)과정을 수행 후, UMTS 네트워크로 L2 핸드오프를 수행한다.
UMTS 네트워크로 이동 후 단말(201)은, 322단계에서 UMTS 접촉(Attach)과정을 수행한다. 이때, 미리 설정된 SGSN(208)과 UTRAN(210) 사이의 커넥션에 대한 암 호화 키 정보들을 UTRAN(207)에게 전달한 경우, 상기 UMTS 접촉 과정 중에 발생되는 AKA 과정이 모두 생략된다.
그러나, SGSN(208)과 UTRAN(210) 사이의 커넥션을 미리 설정하지 않는 상태에서 인증 벡터 생성/분배 및 단말(201)과 SGSN(208) 간의 상호 인증만을 수행한 경우, UMTS 접촉 과정 중에 SGSN(208)에서 UTRAN(210)로 암호화 키를 전달하는 과정이 포함된다.
324단계에서 단말(201)은 데이터 전송을 위한 PDP 컨텍스트를 생성한다. 여기서, 상기 단말(201)은 사전 인증 및 등록과정을 통해서 이미 PDP 주소 즉, IPUMTS를 할당받았으므로, PDP 컨텍스트 활성화 단계에서 상기 IPUMTS를 그대로 사용한다.
326단계에서 단말(201)은 IPUE 혹은 IPUMTS가 포함된 상기 사전 등록 완료 메시지를 전달하고, 상기 사전 등록 완료 메시지를 수신한 HA(215)는 상기 IPUE 혹은 IPUMTS에 해당하는 주소 관리 테이블을 갱신한다. 즉, 상기 HA(215) 넥스트 아이피에 등록되어 있던 IPUMTS를 현재 아이피로 설정하고, 넥스트 아이피 값을 널(NULL)로 처리하여 이동 아이피 등록 과정을 종료한다. 328단계에서 HA(215)는 단말(201)의 핸드오프 중에 수행되던 패킷 버퍼링을 멈추고, 330단계에서 상기 버퍼링 된 패킷들을 단말(201)에게 포워딩한다. 이후, 322단계에서 IPUMTS주소의 단말(201)에서 HA(215)로 상기 포워딩 된 패킷이 송수신 된다.
상기한 바와 같이, 단말의 핸드오프 수행 중에 발생한 패킷들은 상기 HA(215)에서 모두 버퍼링되어, 상기 단말의 핸드오프가 완료되면 IPUMTS의 단말로 송수신되어 패킷 손실을 줄일 수 있게 된다.
<<제 2 실시예>>
본 발명의 제 2실시예에서는 단말(201)이 사전 인증 요청/응답 메시지를 통해서 사전 인증과정을 수행하고, 상기 사전 인증이 완료되면, 사전 등록 요청/응답 메시지를 통해서 사전 등록 과정을 수행한다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 단말이 WLAN 네트워크에서 UMTS 네트워크로 사전 등록 핸드오프의 전체적인 동작을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 400단계에서 WLAN 접속 네트워크에 위치한 단말(201)과 HA(215)간의 패킷 송수신이 수행된다. 402단계에서 단말(201)은 L2 트리거의 동작에 의해 핸드오프가 결정되면, 404단계에서 사전 인증을 요청하는 사전 인증 요청 메시지를 PDG/FA(210)와 GGSN/FA(209)를 통해 SGSN(208)에게 전달한다. 이때, 상기 사전 인증 요청 메시지는 IPUE와 단말(201)의 IMSI가 포함되며, PDG/FA(210)는 상기 단말(201)이 이동하려는 UMTS 네트워크의 셀을 관장하는 GGSN/FA(209)의 주소 정보를 미리 설정하여 가지고 있다.
406단계에서 SGSN(208)은 상기 인증 등록 요청 메시지로부터 전달받은 IMSI값을 바탕으로 UMTS AKA(Authentication and Key Agreement)를 통해서 인증 벡터 생성과 단말 인증 및 암호화 키 분배를 위한 절차를 수행한다. 이때, 상기 UMTS AKA 과정에서는 UTRAN(207)을 포함하지 않거나 UTRAN(207)을 포함하는 두 가지 경우가 있을 수 있다.
UTRAN(207)을 포함하지 않는 경우 단말(201)은 핸드오프 전에 라디오 커넥션(Radio Connection)을 설정되지 않기 때문에, 상기 단말(201)과 SGSN(208)간의 상호 인증이 완료된 후에 생성된 암호화 키값들은 UTRAN(즉, RNC)(210)에게 전달되지 않는다.
UTRAN(207)을 포함하는 경우, UMTS AKA(306) 과정이 시작하기 전에 SGSN(208)과 UTRAN(210) 간의 라디오 커넥션이 설정되기 때문에, 단말(201)과 SGSN(208)간의 상호 인증이 완료된 후 생성된 암호화 키 값들이 UTRAN(즉, RNC)(338)에게 전달된다.
408단계에서 사전 인증 과정을 통해 단말(201)에 대한 인증 절차를 끝낸 SGSN(208)은 GGSN/FA(209)와 PDG/FA(210)를 통해서 사전 인증의 완료를 알리는 사전 인증 응답 메시지(402)를 상기 단말(201)에게 전달한다.
410단계에서 상기 단말(201)과 SGSN(208)간의 상호인증 및 키 분배과정이 끝나면, 상기 단말(201)은 IPUE를 포함하며 UMTS망에 대한 사전 등록을 요청하는 사전 등록 요청 메시지를 GGSN/FA(209)에게 전달한다. 상기 사전 등록 요청 메시지를 수신한 GGSN/FA(209)은, 412단계에서 상기 단말(201)의 모바일 아이피 핸드오프에 사용할 PDP 주소인 IPUMTS를 생성하고, 상기 IPUMTS와 IPUE를 포함하며 HA(215)의 주소 테이블 갱신을 요청하는 사전 등록 업데이트 요청 메시지를 HA(215)로 전송한다.
상기 사전 등록 업데이트 요청 메시지를 받은 상기 HA(215)는, 414단계에서 IPUE에 해당하는 주소 관리 테이블을 검색하여, 검색된 주소 테이블의 넥스트 아이피를 상기 IPUMTS 로 등록하여 사전 등록을 수행하여, 상기 수행 결과를 사전 등록 업데이트 응답 메시지에 실어 GGSN/FA(209)으로 전송한다. 즉, 상기 IPUE에 해당하는 주소 테이블은 현재 아이피는 IPWLAN로 넥스트 IP는 IPUMTS으로 설정된다.
이후, HA(215)는 상기 주소 관리 테이블의 넥스트 아이피가 갱신된 순간부터 IPWRAN인 IPUE로 전달되는 모든 패킷을 버퍼링한다.
416단계에서 HA(215)는 주소관린 테이블의 갱신 완료 및 버퍼링 시작을 알리는 사전 등록 업데이트 응답 메시지를 GGSN/FA(209)에게 전송한다. 상기 사전 등록 업데이트 메시지를 수신한 GGSN/FA(209)는, 418단계에서 사전 등록 과정이 왼료됨을 단말(201)에게 알려주기 위해서 PDG/FA(210)을 통해 사전 등록 응답 메시지를 전송한다. 상기 사전 등록 응답 메시지에는 IPUMTS가 포함된다. 420단계에서 상기 단말(201)은 AP(202)를 통해서 WLAN 네트워크와의 분리(detachment)과정을 수행 후, UMTS 네트워크로 L2 핸드오프를 수행한다.
422단계에서 단말은(201) UMTS 네트워크로 이동하고, 424단계에서 UMTS 접촉(Attach)과정을 수행한다. 이때, 미리 설정된 SGSN(208)과 UTRAN(210) 사이의 커넥션에 대한 암호화 키 정보들을 UTRAN(207)에게 전달한 경우, 상기 UMTS 접촉 과정 중에 발생되는 AKA 과정이 모두 생략된다. 그러나, SGSN(208)과 UTRAN(210) 사이의 커넥션을 미리 설정하지 않는 상태에서 인증 벡터 생성/분배 및 단말(201)과 SGSN(208) 간의 상호 인증만을 수행한 경우, UMTS 접촉 과정 중에 SGSN(208)에서 UTRAN(210)로 암호화키를 전달하는 과정이 포함된다.
426단계에서 단말(201)은 데이터 전송을 위한 PDP 컨텍스트를 생성한다. 여기서, 상기 단말(201)은 사전 인증 및 등록 과정을 통해서 이미 PDP 주소 즉, IPUMTS를 할당받았으므로 PDP 컨텍스트 활성화 시에 상기 IPUMTS를 그대로 사용한다.
428단계에서 단말(201)은 IPUMTS 혹은 IPUE가 포함된 상기 사전 등록 완료 메시지를 HA(215)로 전달하고, 상기 HA(215)는 IPUMTS 혹은 IPUE에 해당하는 주소테이블을 검색하여, 검색된 주소테이블의 넥스트 아이피에 등록되어 있던 IPUMTS를 현재 아이피로 설정하고, 상기 넥스트 아이피 값은 널(NULL)로 처리하여 이동 아이피 등록과정을 종료한다.
430단계에서 HA(215)는 단말(201)의 핸드오프 중에 수행되던 패킷 버퍼링을 멈추고, 상기 버퍼링 된 패킷들을 단말(201)에게 포워딩한다. 이후, 432단계에서 단말(201)에서 HA(215)의 상기 IPUMTS로 패킷이 송수신된다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, WLAN 과 UMTS간의 이종망 핸드오프 시, 사전 인증 및 사전 등록을 통하여 이동 후 인증, 등록 과정에 의한 지연을 최대한 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 핸드오프 기간 동안 단말에게 전달되는 패킷들을 버퍼링하고 핸드오프 후 전달해 줌으로써, 핸드오프시 발생할 수 있는 패킷 손실의 위험성을 줄이는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 WLAN과 UMTS간 연동 시 빠르고 심리스한 핸드오프가 가능하며 서비스 연속성을 보장할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 무선랜과 이동통신망의 연동 무선망을 통해 상기 무선랜에 연결되어 있는 단말이, 이동통신망으로 사전등록 핸드오프를 수행하는 방법에 있어서,
    링크 레이어(L2) 트리거에 의해 핸드오프가 결정되면, 사전 인증 및 등록을 요청하며 상기 단말의 홈 아이피 주소와 단말 식별자가 포함되는 사전 등록 요청 메시지를 상기 무선랜을 통해 상기 이동통신망으로 전달하는 과정과,
    상기 식별자값을 바탕으로 이동통신망의 인증 벡터 생성 및 단말 인증 및 암호화 키 분배를 위한 사전 인증 절차를 수행하는 과정과,
    상기 단말이 이동통신망으로 핸드오프 후에 사용할 임시 아이피 주소(IPUMTS)를 생성하고, 상기 IPUMTS를 이용하여 홈 에이전트의 주소 테이블을 갱신하여 사전 등록을 수행하는 과정과,
    핸드오프 중에 상기 단말로부터 수신되는 패킷들을 버퍼링하는 과정과,
    상기 IPUE 혹은 상기 IPUMTS를 포함하며 상기 사전 인증 및 등록 과정이 완료되었음을 알리는 '사전 등록 응답메시지'를 상기 무선랜을 통해 단말로 전송하는 과정과,
    상기 단말이 무선랜과 분리되어, 이동통신망으로 L2 핸드오프를 수행하는 과정과,
    상기 핸드오프가 완료되면, 상기 단말로부터 상기 IPUE 혹은 상기 IPUMTS를 포 함하는 '사전 등록 완료 메시지'를 수신하는 과정과,
    상기 IPUE 혹은 상기 IPUMTS에 해당하는 상기 홈 에이전트의 주소 테이블을 재 갱신하는 과정과,
    상기 주소테이블 상기 패킷들의 버퍼링을 멈추고, 상기 IPUMTS 주소의 단말로 상기 패킷들을 포워딩하는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선랜은 상기 이동통신망의 셀을 관장하는 노드의 주소 정보를 미리 설정하여 가지고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 사전 등록을 수행하는 과정은,
    상기 이동통신망의 서빙 서포트 노드로부터 상기 IPUE 혹은 상기 IPUMTS가 포함되는 '패킷 데이터 프로토콜 주소 요청 메시지'를 수신하는 과정과,
    상기 IPUE 혹은 상기 IPUMTS에 해당하는 주소테이블을 검색하고, 상기 검색된 주소 테이블에서 상기 단말이 핸드오프 후에 사용할 임시 아이피 주소를 저장하는 상기 넥스트 아이피 필드값을 상기 IPUMTS로 설정하는 과정과,
    상기 IPUMTS를 포함하는 상기 주소 테이블의 갱신결과를 '패킷 데이터 프로토콜 주소 응답 메시지'에 담아 상기 서빙 서포트 노드로 전송하는 과정을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 주소 테이블은,
    상기 단말의 홈 아이피 주소를 저장하는 홈 아이피 주소 필드와, 상기 단말이 핸드오프 수행 전의 아이피 주소값을 저장하는 단말의 현재 아이피 주소 필드를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 홈 에이전트의 주소 테이블을 재 갱신하는 과정은,
    상기 현재 아이피 주소 필드를 상기 IPUMTS로 설정하고, 상기 넥스트 아이피 필드를 널(NULL)로 설정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 이동통신망으로 L2 핸드오프를 수행하는 과정은,
    상기 IPUMTS를 통해서 데이터 전송을 위한 PDP 컨텍스트를 생성하고, PDP 컨텍스트 활성화를 수행하는 과정을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 무선랜과 이동통신망의 연동 무선망을 통해 상기 무선랜에 연결되어 있는 단말이, 이동통신망으로 사전등록 핸드오프를 수행하는 방법에 있어서,
    링크 레이어(L2) 트리거에 의해 핸드오프가 결정되면, 사전 인증을 요청하며 상기 단말의 홈 아이피 주소(IPUE)와 단말 식별자가 포함되는 '사전 인증 요청 메시지'를 상기 무선랜을 통해 상기 이동통신망으로 전달하는 과정과,
    상기 단말의 식별자값을 바탕으로 이동통신망의 인증 벡터 생성 및 단말 인증 및 암호화 키 분배를 위한 사전 인증 절차를 수행한 후, 상기 사전 인증 절차가 완료되었음을 알리는 '사전 인증 응답 메시지'를 단말에게 전달하는 과정과,
    사전 등록을 요청하며 상기 IPUE가 포함된 '사전 등록 요청 메시지'를 상기 무선랜을 통해 상기 이동통신망으로 전달하는 과정과,
    상기 단말이 이동통신망으로 핸드오프 후에 사용할 임시 아이피 주소(IPUMTS)를 생성하고, 상기 IPUMTS를 이용하여 홈 에이전트의 주소 테이블을 갱신하여 사전 등록을 수행하는 과정과,
    핸드오프 중에 상기 단말로부터 수신되는 패킷들을 버퍼링하는 과정과,
    상기 단말이 무선랜과 분리되어, 이동통신망으로 L2 핸드오프를 수행하는 과정과,
    상기 핸드오프가 완료되면, 상기 IPUE 혹은 IPUMTS를 포함하며 상기 사전 등록 과정이 완료되었음을 알리는 '사전 등록 완료 메시지'를 상기 단말로부터 수신하는 과정과,
    상기 IPUE에 해당하는 상기 홈 에이전트의 주소 테이블을 재 갱신하는 과정과,
    상기 주소테이블 상기 패킷들의 버퍼링을 멈추고, 상기 IPUMTS 주소의 단말로 상기 패킷들을 포워딩하는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 무선랜은 상기 이동통신망의 셀을 관장하는 노드의 주소 정보를 미리 설정하여 가지고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 사전 등록을 수행하는 과정은,
    상기 이동통신망의 게이트 웨이 서포트 노드로부터 상기 IPUE와 상기 IPUMTS가 포함되는 '사전 등록 업데이트 요청 메시지'를 수신하는 과정과,
    상기 IPUE와 상기 IPUMTS에 해당하는 주소테이블을 검색하고, 상기 검색된 주소 테이블에서 상기 단말이 핸드오프 후에 사용할 임시 아이피 주소를 저장하는 상 기 넥스트 아이피 필드값을 상기 IPUMTS로 설정하는 과정과,
    상기 IPUMTS를 포함하는 상기 주소 테이블의 갱신 결과를 '사전 등록 업데이트 응답 메시지'에 담아 상기 게이트 웨이 서포트 노드로 전송하는 과정을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 주소 테이블은,
    상기 단말의 홈 아이피 주소를 저장하는 홈 아이피 주소 필드와, 상기 단말이 핸드오프 수행 전의 아이피 주소값을 저장하는 단말의 현재 아이피 주소 필드를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 홈 아이피의 주소 테이블을 재 갱신하는 과정은,
    상기 현재 아이피 주소 필드를 상기 IPUMTS로 설정하고, 상기 넥스트 아이피 필드를 널(NULL)로 설정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 7항에 있어서, 상기 이동통신망으로 L2 핸드오프를 수행하는 과정은,
    상기 IPUMTS를 통해서 데이터 전송을 위한 PDP 컨텍스트를 생성하고, PDP 컨 텍스트 활성화를 수행하는 과정을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
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