KR20090108149A - 펨토셀 시스템의 가입자 접근 제어 방법 - Google Patents

펨토셀 시스템의 가입자 접근 제어 방법 Download PDF

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Abstract

펨토셀(Femto Cell) 시스템의 가입자 접근 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 펨토셀 시스템은 펨토셀에 동조된 단말기에 대하여 위치갱신(Location Update) 절차를 수행하게 하고, 위치갱신 절차상에서 단말기의 가입자 식별정보를 획득하여 등록된 펨토셀 가입자 인지 여부를 확인한다. 펨토셀 시스템은 펨토셀 가입자가 아닌 것으로 확인되면, 코어 네트워크(Core Network)의 위치갱신 수락에 불구하고 그 위치갱신을 거절함으로써 단말기로 하여금 다른 서비스 영역에 접속하도록 제어할 수 있다. 이러한 방법을 통해 펨토셀 가입자 단말기만 펨토셀의 서비스를 받을 수 있도록 하는 펨토셀 가입자 접근제어가 이루어진다.
펨토셀, 가입자 접근 제어, 위치갱신, 가입자 식별정보

Description

펨토셀 시스템의 가입자 접근 제어 방법{User Access Controlling Method by Femto cell System}
본 발명은, FDD(Frequency Division Duplex) 방식의 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) 시스템에 기초하여 이동통신 서비스를 제공하는 펨토 셀(Femto cell)에서, 펨토셀 전용 가입자와 일반 매크로셀(Macro Cell) 가입자를 식별함으로써 펨토셀 전용 가입자에 한해서 펨토셀 서비스를 제공하는 펨토셀 시스템의 가입자 접근 제어 방법에 관한 것이다.
UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)는 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)를 기반으로 하는 3세대 이동통신(3G) 기술 가운데 하나로서, 이동통신 협력기구인 3GPP(3 Generation Partnership Project)에 의해 표준화되었다.
한편, 펨토셀(Femto Cell)은 반경 100m 내외의 지역을 대상으로 이동 통신 서비스를 제공하는 초소형 기지국으로서 홈 노드-B(Home Node-B)라고도 한다. 주로 가정이나 빌딩 내부와 같이 매크로셀(Macro Cell)의 전파가 열화되는 지역이나 음영지역에 설치하여 이동 통신 서비스의 품질을 보상하기 위한 목적으로 설치된다. 특히, 펨토셀은 코어 네트워크(Core Network)와의 통신에 범용의 인터넷 회선을 이용함으로써 설치 비용 및 유지 보수 비용이 저렴하고 인터넷 회선이 설치된 어느 지역이나 설치할 수 있기 때문에 이동성이 뛰어난 장점이 있다. 하지만, 이러한 장점에 불구하고 극복해야 할 단점들이 여러 가지가 있으며, 그 중의 하나가 펨토셀 전용 가입자를 식별하는 문제이다.
펨토셀은 소규모 지역에서 이동통신 서비스를 제공할 목적으로 설계되어 동시에 제공할 수 있는 서비스 채널이 4 정도로 제한적인 것이 일반적이다. 또한, 펨토셀은 코어 네트워크와의 통신 선로 및 전력을 펨토셀 가입자(펨토셀을 설치한 가입자)로부터 제공받기 때문에, 인가된 가입자만이 해당 펨토셀을 사용할 수 있도록 제한할 필요가 있다.
또한, 펨토셀에서 제공되는 서비스 비용은 일반 매크로셀에 비해 저렴하게 책정되기 때문에, 펨토셀을 사용하는 가입자를 적절하게 통제하지 않을 경우 통신사업자에게도 상대적인 이익 감소를 초래할 수 있다. 따라서 펨토셀은 가입자 인증 및 서비스 제한 등의 가입자 접근 제어를 수행할 필요가 있다.
본 발명의 목적은, FDD(Frequency Division Duplex) 방식의 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) 시스템에 기초하여 이동통신 서비스를 제공하는 펨토 셀(Femto cell)에서, 펨토셀 전용 가입자와 일반 매크로셀(Macro Cell) 가입자를 식별함으로써 펨토셀 전용 가입자에 한해서 펨토셀 서비스를 제공하는, 펨토셀 시스템의 가입자 접근 제어 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 펨토셀이 매크로셀 서비스 범위 내에 형성됨에 따라 의도하지 않은 상태에서 펨토셀에 동조된 매크로셀 가입자를 다시 매크로셀로 이동하게 함으로써, 펨토셀로 인한 매크로셀 가입자의 서비스 장해를 방지할 수 있는, 펨토셀 시스템의 가입자 접근 제어 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 펨토셀 시스템의 가입자 접근 제어방법은, 펨토셀에 동조한 단말기로부터 UMTS 프로토콜에 따른 위치갱신 요청을 수신하여 인터넷을 통해 연결된 코어 네트워크로 중계하는 단계; 상기 코어 네트워크로부터 상기 위치갱신 요청에 따른 응답을 수신하는 단계; 상기 응답이 위치갱신 수락인 경우, 상기 단말기에게 가입자 식별정보를 요청하여 수신하는 단계; 및 상기 수신한 가입자 식별정보를 기초로 판단하여 상기 단말기가 펨토셀 가입자의 단말기로 판단된 경우, 상기 응답을 상기 단말기에게 전송하여 펨토셀 서비스를 받도 록 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제어방법은, 상기 수신한 가입자 식별정보를 기초로 판단하여 상기 단말기가 펨토셀 가입자의 단말기가 아닌 경우, 상기 위치갱신 요청을 거절하는 응답을 상기 단말기에게 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 단말기로 전송되는 위치갱신 요청을 거절하는 응답은, 상기 코어 네트워크로부터 수신한 위치갱신 수락의 응답을 위치갱신 거절로 변환함으로써 생성할 수 있다.
본 발명은 펨토셀에 동조한 단말기로 하여금 상기 위치갱신 요청을 시작하도록 하기 위해, 상기 펨토셀이 속한 매크로셀의 위치 식별자(LAC: Location Area Code)와 상기 펨토셀의 위치 식별자가 서로 다르게 설정한다. 이를 위해, 본 발명은 상기 펨토셀의 위치 식별자를 0x8000 내지 0xfffd 중 선택된 어느 값으로 설정할 것을 제안한다. 더 나아가, 상기 펨토셀의 위치 식별자는 상기 매크로 셀의 위치 식별자에 0x8000을 더한 값일 수 있다.
실시 예에 따라서, 상기 가입자 식별정보는, 국제 이동국 식별 번호(IMSI: International Mobile Subscriber Identity)가 될 수 있다.
본 발명에 의하면, 펨토셀로 유입되는 가입자 중에서 펨토셀 가입자와 매크로셀 가입자를 식별하여 펨토셀 가입자만 펨토셀 서비스를 이용하도록 함으로써 펨토셀의 효율적인 자원 운용과 특화된 서비스를 제공할 수 있다.
본 발명의 펨토셀 가입자 인증기능은 펨토셀 기지국에서 이루어지도록 할 수 있다. 결국, 다른 상위 장치의 지원 없이도 가입자 인증을 수행할 수 있는 것이다.
또한 펨토셀이 매크로셀 서비스 범위 내에 형성됨에 따라 발생할 수 있는 매크로셀 가입자의 의도하지 않는 펨토셀 유입시, 매크로셀 가입자를 매크로셀에 접속하도록 할 수 있어, 펨토셀로 인한 매크로셀 가입자의 서비스 장해를 방지할 수 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 펨토셀을 포함하는 UMTS 시스템을 개략적으로 도시한 도면으로서, 매크로 셀(Macro Cell)(C1)과 매크로 셀(C1)에 중첩된 펨토셀(Femto cell)(C2)이 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, UMTS 시스템(100)은 매크로 셀(C1)을 커버하는 매크로 기지국(111), 매크로 기지국(111)에 연결되어 무선자원을 관리하는 RNC(Radio Network Controller)(113) 및 회선/패킷 교환 등을 수행하는 코어 네트워크(Core Network)(130)를 포함한다. 기본적으로 매크로 셀(C1)을 통한 이동통신 서비스는 3GPP(3 Generation Partnership Project)가 발행한 3GPP Release 1999 및 그 이후의 WCDMA 규약에 기반한 UMTS 명세를 따른다. 바람직하게는, UMTS 시스템(100)은 FDD(Frequency Division Duplex)를 무선 인터페이스로 사용한다.
펨토셀 시스템은 매크로 셀(C1)에 중첩되어 형성된 펨토셀(C2)을 운용하는 펨토셀 기지국(151)을 포함한다. 펨토셀 기지국(151)은 인터넷(153)을 통해 코어 네트워크(130)에 연결되며, 코어 네트워크(130)와의 연결을 위해 AGW(Access GateWay)(155)를 포함한다. AGW(155)는 펨토셀 기지국(151)과 코어 네트워크(130) 사이의 데이터 중계를 담당한다. 펨토셀(C2)은 펨토셀 가입자 단말기(UE: User Equipment)에 대해서만 서비스를 제공한다. 도 1에는 설명의 편리를 위해, 펨토셀 가입자 단말기인 제1단말기(171)와 매크로셀 가입자의 단말기인 제2단말기(173)가 도시되어 있다. 펨토셀 가입자는 당연히 매크로셀 가입자이다.
펨토셀 시스템은 펨토셀(C2)에 동조된 단말기(171, 173)의 위치 갱신(Location Update) 절차 중에 펨토셀(C2) 가입자 단말기 인지 여부를 인증하는 절차를 수행하며, 그 인증 결과에 따라 가입자의 접근을 제어한다.
먼저 UMTS 시스템의 위치 갱신절차를 간단히 설명하면, UMTS 시스템은 서비스 영역을 변경하면서 이동하거나 파워 온(Power On) 된 단말기에 대해 위치 갱신 절차를 강제하며, 위치 갱신 이후에 UMTS를 통한 서비스를 제공한다. 예컨대, 단말기가 이동하면서 다른 위치 식별자를 가지는 기지국에 동조되면, 위치갱신요청 메시지(Location Update Request)를 RNC(113)로 전송함으로써 위치 갱신절차를 시작한다. 코어 네트워크(130)가 RNC(113)로부터 상기 위치갱신요청 메시지를 수신하면, 홈위치등록기(HLR: Home Location Register)(미도시)가 가입자 인증을 수행하여 서비스 지역을 갱신하고 그 결과를 RNC(113)를 통해 단말기에게 제공한다. 만약, 인가된 가입자가 아닌 경우 위치갱신을 거절(Reject)한다. 위치갱신이 거절된 단말기는 다른 지역의 서비스 요청을 시도하게 된다.
본 발명의 펨토셀(C2)도 펨토셀(C2)에 동조한 단말기(171, 173)에 대하여 위치갱신 절차를 강제하기 위하여 그 중첩된 매크로 셀(C1) 및 외부의 다른 서비스 영역과 다른 위치 식별자(LAC: Location Area Code)를 가진다. 따라서, 파워 온 되거나, 매크로 셀(C1) 또는 인접한 다른 펨토셀로부터 이동한 제1단말기(171) 및 제2단말기(173)도 펨토셀(C2)에 동조되면 위치갱신 절차를 시작하게 되고, 펨토셀 기지국(151)은 펨토셀(C2)에 동조된 단말기(171, 173)의 위치 갱신(Location Update)절차 중에 가입자 인증을 수행한다. 펨토셀(C2)을 위한 위치 식별자의 설정방법은 아래에서 다시 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 펨토셀 가입자 접근 제어 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
펨토셀(C2)로 이동하면서 펨토셀 기지국(151)이 브로드캐스팅하는 정보를 기초로 펨토셀(C2)의 위치 식별자(LAC)를 확인한 단말기(171, 173)는 위치 갱신절차를 시작하기 위해, 펨토셀 기지국(151)으로 위치갱신 요청 메시지(Location Update)를 발송한다(S201).
펨토셀 기지국(151)은 단말기(171, 173)의 위치 갱신 메시지를 코어 네트워크(130)로 전송하며, 코어 네트워크(130)로부터 단말기(171, 173)의 위치 갱신 요청메시지에 대한 응답을 수신한다(S203, S205).
펨토셀 기지국(151)은 코어 네트워크(130)의 응답이 위치갱신 수락인지 거절인지 여부를 판단한다(S207).
S207 단계에서 코어 네트워크(130)의 응답이 위치갱신 수락인 경우, 펨토셀 기지국(151)은 펨토셀 가입자 인증을 위해 단말기(171, 173)에게 식별정보 요청 메시지(Identity Request)를 전송함으로써 가입자 식별정보를 요청한다. 여기서 가입자 식별정보는 국제 이동국 식별 번호(IMSI: International Mobile Subscriber Identity) 등을 사용할 수 있다. 펨토셀 기지국(151)은 코어 네트워크로부터 수신한 응답을 별도로 저장한다(S209).
단말기(171, 173)는 펨토셀 기지국(151)으로부터 식별정보 요청 메시지를 수신하면, 자신의 가입자 식별정보를 펨토셀 기지국(151)으로 전송함으로써 응답한다(S211).
펨토셀 기지국(151)은 단말기(171, 173)로부터 수신한 가입자 식별정보를 기초로 해당 단말기(171, 173)가 펨토셀 가입자의 단말기인지 여부를 확인한다. 예컨대 펨토셀 기지국(151)은 미리 저장해 둔 펨토셀 가입자 식별정보 목록과 S211 단계에서 수신한 가입자 식별정보를 비교함으로써 펨토셀 가입자인지 여부를 확인할 수 있다(S213).
S213 단계에서 단말기가 펨토셀 가입자로 확인된 경우, 펨토셀 기지국(151)은 코어 네트워크(130)로부터 수신한 위치갱신 수락의 응답을 해당 단말기로 전송한다. 예컨대 제1 단말기(171)는 펨토셀 가입자이므로, 펨토셀 기지국(151)은 위치갱신 수락의 응답을 제1 단말기(171)로 전송한다(S215).
만약, S213 단계에서 단말기가 펨토셀 가입자가 아닌 것으로 확인되면, 펨토셀 기지국(151)은 코어 네트워크(130)로부터 수신한 위치갱신 수락의 응답을 위치갱신 거절로 변환하여(S217), 위치갱신 거절의 응답을 단말기로 전송한다. 도 1의 예에서, 제2 단말기(173)는 펨토셀 가입자가 아니므로, 펨토셀 기지국(151)은 코어 네트워크(130)의 위치갱신 수락에 불구하고, 위치갱신 거절의 응답을 제2 단말기(173)로 전송한다(S219).
S207 단계에서 코어 네트워크(130)로부터 수신한 응답이 위치갱신 거절로 판단된 경우에도, 펨토셀 기지국(151)은 S209 내지 S217 단계의 절차를 수행하지 아니하고 S219 단계에 따라 코어 네트워크(130)로부터 수신한 위치갱신 거절의 응답을 단말기로 중계한다.
단말기(171, 173)는 펨토셀 기지국(151)으로부터 수신한 위치갱신 요청에 대한 응답이 '위치갱신 수락(Location Accept)'인지 '위치갱신 거절(Location Reject)'인지 여부를 판단하여(S221), 위치갱신 수락이면 아이들(Idle) 상태를 유지하고(S223), 위치갱신 거절이면 펨토셀(C2)의 서비스를 받을 수 없는 상태가 됨에 따라 다른 셀의 서비스 요청을 시도하게 된다. 도 1의 경우 제2 단말기(173)는 매크로셀(C1)로 접속을 시도하게 될 것이다(S225).
이상의 방법으로, 펨토셀 기지국(151)은 코어 네트워크(130)의 지원 없이 펨토셀 가입자 접근 제어를 수행함으로써, 인가된 펨토셀 가입자만이 해당 펨토셀을 사용하도록 제한할 수 있다.
반대로 매크로셀 가입자의 측면에서, 본 발명은 매크로셀 가입자가 펨토셀로 이동하더라도 펨토셀로 인한 서비스 장해가 발생하지 않도록 한다. 다시 말해, 펨토셀이 매크로셀 서비스 범위 내에 형성됨에 따라 매크로셀 가입자의 의도하지 않는 펨토셀 유입이 발생할 수 있다. 이 경우, 펨토셀 기지국(151)은 이상의 방법으 로 해당 단말기를 매크로셀로 이동시킬 수 있어 펨토셀로 인한 매크로셀 가입자의 서비스 장해를 방지할 수 있다.
실시 예에 따라, 펨토셀 기지국(151)을 중심으로 하는 펨토셀 가입자 인증 기능은 코어 네트워크(130)와 단말기(171, 173) 간의 위치갱신 절차 중에 이루어지기 때문에, 펨토셀 기지국(151)과 코어 네트워크(130) 사이에서 위치갱신 절차에 관여하는 다른 장치에서도 구현할 수 있다. 예컨대, AGW(155)도 코어 네트워크(130)으로부터 위치갱신 수락의 응답을 받은 후에 펨토셀 기지국(151)으로 응답을 바로 전달하지 아니하고 S207 내지 SS219 단계의 펨토셀 가입자 확인절차를 수행할 수 있다. 다만, 이 경우 여러 개의 펨토셀(C2)을 관장하는 AGW(155)의 부하가 커지는 것을 부가적으로 해결해야 한다.
이하에서는 펨토셀(C2)을 위한 위치 식별자의 지정방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 펨토셀의 위치 식별자를 도시한 도면이다.
본 발명의 UMTS 시스템(100)은 각 서비스 영역을 구분하기 위해 도 3과 같이 16비트의 위치 식별자(LAC: Location Area Code)를 사용한다. 따라서 위치 식별자는 최대 65,535개의 서비스 영역을 구분할 수 있다. 이 중에서 특정 용도로 예약된 0x0000과 0Xfffe 값을 제외하면 최대 65,533개의 서비스 영역의 구분이 가능하다.
본 발명은 펨토셀(C2)을 위한 위치 식별자에 펨토셀 고유의 마스크 값을 부여하는 방법을 제안한다. 예컨대, 도 3과 같이, 펨토셀(C2)을 위한 위치 식별자는 그 최상위 비트(msb: most significant bit)를 '1'로 마스킹할 수 있다. 따라서 0x8000에서 0Xfffd 중에서 선택되는 위치식별자가 펨토셀(C2) 전용의 위치 식별자가 되는 것이다.
다른 방법은, 펨토셀(C2)의 위치 식별자를 그 펨토셀(C2)이 속한 매크로 셀(C1)의 위치 식별자에 소정의 값을 더하는 방법이다. 예컨대, 매크로 셀(C1)의 위치 식별자에 0x8000을 더함으로써 최상위 비트를 '1'로 변경한 값을 펨토셀(C1)의 위치 식별자로 설정할 수 있다. 이 밖에도 위치 식별자의 특정 비트 필드를 소정의 규칙에 따라 마스킹함으로써 펨토셀(C2)과 매크로 셀(C1)을 구분하는 방법이 모두 해당할 수 있다.
본 발명은 방법, 디바이스 및 시스템으로 구현될 수 있다. 또한 본 발명이 컴퓨터 소프트웨어로 구현될 때는, 본 발명의 구성요소는 필요한 동작의 수행에 필요한 코드 세그먼트(code segment)로 대치될 수 있다. 프로그램이나 코드 세그먼트는 마이크로프로세서에 의해 처리될 수 있는 매체에 저장될 수 있으며, 전송매체나 통신 네트워크를 통하여 반송파(carrier waves)와 결합된 컴퓨터 데이터로서 전송될 수 있다.
마이크로프로세서에 의해 처리될 수 있는 매체는 전자회로, 반도체 메모리 소자, 롬(ROM), 플래시(Flash) 메모리, EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), 플로피 디스크(Floppy Disk), 광학적 디스크, 하드(Hard) 디스크, 광섬유, 무선 네트워크 등과 같이 정보를 전달하고 저장할 수 있는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터 데이터는 전기적 네트워크 채널, 광섬유, 전자기장, 무선 네트워크 등을 통해 전송될 수 있는 데이터를 포함한다.
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.
도 1은 본 발명의 펨토셀을 포함하는 UMTS 시스템을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 펨토셀 가입자 접근 제어 방법의 설명에 제공되는 흐름도, 그리고
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 펨토셀의 위치 식별자를 도시한 도면이다.

Claims (7)

  1. 펨토셀에 동조한 단말기로부터 UMTS 프로토콜에 따른 위치갱신 요청을 수신하여 인터넷을 통해 연결된 코어 네트워크로 중계하는 단계;
    상기 코어 네트워크로부터 상기 위치갱신 요청에 따른 응답을 수신하는 단계;
    상기 응답이 위치갱신 수락인 경우, 상기 단말기에게 가입자 식별정보를 요청하여 수신하는 단계; 및
    상기 수신한 가입자 식별정보를 기초로 판단하여 상기 단말기가 펨토셀 가입자의 단말기로 판단된 경우, 상기 응답을 상기 단말기에게 전송하여 펨토셀 서비스를 받도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펨토셀 시스템의 가입자 접근 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신한 가입자 식별정보를 기초로 판단하여 상기 단말기가 펨토셀 가입자의 단말기가 아닌 경우, 상기 위치갱신 요청을 거절하는 응답을 상기 단말기에게 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펨토셀 시스템의 가입자 접근 제어방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단말기로 전송되는 위치갱신 요청을 거절하는 응답은, 상기 코어 네트워크로부터 수신한 위치갱신 수락의 응답을 위치갱신 거절로 변환하여 생성한 것임을 특징으로 하는 펨토셀 시스템의 가입자 접근 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 펨토셀이 속한 매크로셀의 위치 식별자(LAC: Location Area Code)와 상기 펨토셀의 위치 식별자가 서로 다른 것을 특징으로 하는 펨토셀 시스템의 가입자 접근 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 펨토셀의 위치 식별자는 0x8000 내지 0xfffd 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 펨토셀 시스템의 가입자 접근 제어방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 펨토셀의 위치 식별자는 상기 매크로 셀의 위치 식별자에 0x8000을 더 한 값인 것을 특징으로 하는 펨토셀 시스템의 가입자 접근 제어방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가입자 식별정보는, 국제 이동국 식별 번호(IMSI: International Mobile Subscriber Identity)인 것을 특징으로 하는 펨토셀 시스템의 가입자 접근 제어방법.
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